[发明专利]一种用于草莓新鲜度判别的便携式电子鼻系统的设计及方法

说明书

本发明公开了一种用于草莓新鲜度判别的便携式电子鼻系统的设计及方法，实现了电子鼻系统小型化、便携式的设计。该系统设计主要分为气路模块、电路模块和便携式电脑端的模式判别系统。系统应用于草莓新鲜度的检测，静态提取草莓样品顶部空间的气体后，传感器阵列接触样气获得响应的电压信号，经模数转换成数值输送给电脑端后，由模式判别系统对实验数据进行预处理、特征提取及模式识别，最终获得判别结果。该电子鼻系统简易、便携，所建立的草莓新鲜度检测模型具有较高的分类正确率，可实现草莓流通过程中的实时在线检测，为草莓新鲜度的检测提供了一种新的无损化方法。

技术领域

本发明设计一种电子鼻系统的设计及方法，尤其是一种用于草莓新鲜度判别的便携式电子鼻系统的设计及方法。

背景技术

草莓浆果易腐、易损，在整个流通过程中损失较为严重。而其在贮藏过程中挥发性香味成分会发生改变，气敏传感器对这些挥发性气味有较好的响应，能够从一定程度上反映出草莓的新鲜程度。

品质等级及新鲜度是食品检测的两个重要指标，传统的分析方法有感官评价和理化指标检测，但感官评价往往受主观因素影响，重复性差，而理化指标检测又相对耗时，操作复杂。电子鼻作为一款新型、智能化的感官分析仪器，可通过对食品挥发性气体的检测，以区分食品不同品质等级及新鲜度。其分析速度快、复现性较好，且具有检测方法无损化的优势。本发明的电子鼻系统模拟人的嗅觉系统设计而成，主要包括传感器阵列、信号采集模块和模式判别模块三大单元，使用灵活、实现了小型化、便携式的设计。

发明内容

为判别流通过程中不同新鲜程度的草莓，本发明公开了一种便携式电子鼻系统的设计及方法。

本发明所设计的系统主要包括气路模块、电路模块和便携式电脑端的模式判别系统(1)。气路模块由封闭式气室(2)、传感器阵列(3)、空气净化装置(4)、气泵(5)和节流阀(6)构成；电路模块分为传感器检测电路、模数转化模块(7)及电源模块：

封闭气室具有一定的气密性及热稳定性，待草莓样品(8)平衡后，静态提取其顶部空间的样气用于检测。

所述气室的进气口与出气口分别与封闭气室及洗气装置相连，封闭气室内部置有传感器阵列。所述传感器阵列由6个金属氧化物传感器(MOS)及温湿度传感器模块构成。所述6个金属氧化物传感器分别为甲烷等烷烃类气体传感器(S₁)、乙醇气体传感器(S₂)、乙醇/有机溶剂类气体传感器(S₃)、芳香型化合物气体传感器(S₄)、酒精/VOCs气体传感器(S₅)、硫化氢气体传感器(S₆)。

空气净化装置选用活性炭作为吸附剂，滤去水蒸气，并吸附空气中二氧化碳、挥发性硫氧化物等干扰气体，以净化后的环境气体作为标准气体。

MOS传感器检测电路由6路电路并联而成，每个电路连有一个气敏传感器，采用分压式设计。为传感器阵列加热，并将传感器阵列所采集的气体响应值转化为电压信号。

模数转化(AD)模块采用8通道12位的数据采集器，通过USB与便携式电脑连接。AD模块电路与检测电路相连，以I/O接口形式实现并行通信，经模数转换将6路传感器的模拟信号转换为数值并输送给电脑端，通过软件实现数据动态显示和存储。

电源模块为5V直流电压，为传感器阵列供电。

静态采集草莓样品顶部空间的气体后，经AD模块转换后的数值信号先进行预处理，扣除基线值后，提取各传感器稳定后的响应数值作为特征值进行模式判别。所述模式判别采用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)及支持向量机模型(SVM-C)对提取的特征值进行建模。