[发明专利]一种模仿动物嗅觉器官结构的立体电子鼻

权利要求书

1.一种模仿动物嗅觉器官结构的立体电子鼻，其特征在于主要由气体传感器阵列、信号调理电路、A/D采样电路、马达、驱动电路、Cortex M3 CPU、DSP处理器、电源、按键、LCD和通讯接口等模块组成，此外，还包括由聚乙烯材料制成的气体管道，每个气道一端封闭，并在密封端安装上气体传感器。

2.两气道之间成90°夹角，这样，当一个气道正对着气味烟羽时，气味分子可从管道外扩散到密封端的速度较快，而另一个气道则与气味烟羽垂直，气味分子可从管道外扩散到密封端的速度较慢，由于气体传感器阵列固定在马达的转轴上，马达可以带动气体传感器阵列在水平方向360°范围内转动，达到模仿哺乳动物颈部的功能，所述DSP处理器可以选用TI公司的C5000系列DSP芯片，其主要任务是根据所提取的特征值矩阵判断出味源方位，DSP处理器选用概率神经网络PNN识别模型，其结构由输入层、模式层、求和层和输出层等组成，DSP处理器首先利用PCA主成分分析法把Cortex M3 发送过来的原始特征矩阵进行降维处理，取其3个主元作为PNN识别模型的输入向量                                                ，输出为，待匹配的类别数n=L+1，L为探测仪前方划分的子区域个数。

3.输入层中的神经元数目等于学习样本输入向量数目p，各神经元是简单的分布单元，直接将输入变量传递给样本层。

4.根据权利要求1所述的立体电子鼻，其特征在于：模式层的节点数为输入样本和待匹配类别的乘积决定，为p*n。

5.模式层是将输入节点传来的输入进行加权求和，然后经过一个激活函数运算后，再传给求和层。

6.这里激活函数采用高斯函数，则输出为：

式中为径向基函数的中心，表示特性函数第i个分量对弈的开关参数。

7.此层中每个节点均为RBF的中心，采用的特性函数为径向基函数—高斯函数，计算未知模式与标准模式间相似度。

8.根据权利要求2所述的立体电子鼻，其特征在于：求和层各单元只与相应类别的模式单元相连，各单元只依据Parzen方法求和估计各类的概率，即其条件概率为：

式中为类别，X为识别样本，为类别i的模式样本（在概率神经网络中做为权值），p为向量维数，为平滑参数，k为类i的模式样本数量。

9.先验概率记为P(X)。

10.根据权利要求3所述的立体电子鼻，其特征在于：决策输出层节点数等于待匹配类别数，为p。

11.根据各类对输入向量概率的估计，采用Bayes分类规则，选择出具有最小“风险”的类别，即具有最大后验概率的类别，可用下式来表达其决策方法对所有i

则输出y(X)= 。

12.根据权利要求1所述的立体电子鼻，其特征在于：气体传感器阵列采用金属氧化物气敏传感器，如日本Figaro公司生产的商业化比较成功的TGS系列金属氧化物传感器，马达可采用一般的小功率步进马达，步进马达的转动通过CPU输出并经驱动电路进行功率放大的PWM波来控制。

13.驱动电路则采用通用的L298N电机驱动芯片。