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《华中科技大学》 2005年
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电子鼻:传感器阵列、系统及应用研究

张覃轶  
【摘要】:嗅觉是生物对某种气体或挥发性物质的分子产生的一种生理反应。相对于人的其它感觉,无论是在感受机理上,还是在生物传导研究过程中人类目前对嗅觉的理解是最少的,对嗅觉的电子模拟更是处于初级阶段。本文围绕气敏传感器的制备、电子鼻系统的研制、电子鼻在环境监测、食品质量控制等方面的应用展开研究,在电子鼻结构与特点、气敏材料、传感器阵列、阵列优化、VOCs 定性、定量、白酒识别、食醋特征描述以及算法对电子鼻性能影响等方面进行了深入分析与探讨。 利用蒸发-冷凝法制备了纳米ZnO,得到多种形态纳米ZnO 粉末,其中杆状直径为20~50nm,长度约150nm; 针状直径为5~10nm,长度约200nm。通过机械掺杂制备了ZnO 厚膜。SEM 分析显示,掺杂能抑制纳米ZnO 厚膜在烧结过程中的晶粒长大。XRD 分析显示,部分掺杂剂在与ZnO 共烧结的过程中会产生物相的变化,这些变化可造成厚膜电阻和敏感性能的变化。掺杂可显著降低ZnO 厚膜电阻,有利于改善元件的敏感性能。采用印刷电路技术和激光微加工技术制备了纳米ZnO 气敏传感器阵列。其中采用激光微加工技术制备的纳米ZnO 气敏传感器阵列尺寸为7mm×4mm×0.635mm,可集成4 个ZnO 厚膜,具有功耗低、重复性好、成本低等优点。 采用LabVIEW 开发软件,结合虚拟仪器的概念,开发了电子鼻系统的软件。软件系统由参数设置、数据采集、存储数据文件、打开数据文件、导出数据、数据计算、数据分析等7 个模块组成。所开发的电子鼻系统具有采样速度快、采样精度高、实时显示、记录和存储、特性计算等特点,同时通过与Matlab 的接口,能实现对测试信号的模式识别。同时结合阵列和电路集成技术,开发了国内首台便携式电子鼻系统样机-DZB2005。DZB2005 除具有上述系统的优点外,还具有响应时间短、易于学习、识别能力强、可实现在线、实时测量等优点。 采用敏感度特性分析、相关分析、主成分分析(PCA)等统计分析方法对由27 个不同掺杂的纳米ZnO 厚膜组成的原始阵列进行了优化,优化后的阵列由6 个掺杂纳米ZnO 厚膜构成,其掺杂分别为1wt%TiO_2、5wt%TiO_2、1wt%MnO_2、1wt%CeO_2、4wt%CeO_2和0.92mol%Ag。阵列优化可消除异常传感器、减小传感器阵列规模、降低阵列冗余信号,从而提高电子鼻的工作能力。优化后的阵列对5 种VOCs 的识别率有显著的提高。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP212

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 孙萍;质量敏感型有毒有害气体传感器及阵列研究[D];电子科技大学;2010年
2 张顺平;金属氧化物气体传感器响应动力学特性与阵列优化研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王朱珍;基于气敏传感器阵列的信号处理与模式识别算法研究[D];杭州电子科技大学;2009年
2 李艳;基于离子液体/碳粉电导型气体传感器[D];上海师范大学;2010年
3 李瑛;基于气体传感器阵列的人工神经网络算法的设计及C语言实现[D];电子科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 曲建岭;人工嗅觉系统中的信息处理技术[D];西北工业大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 施京毅;基于气体传感器阵列的多气体检测及应用[D];西北工业大学;2001年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 宁占武;张艳妮;刘杰民;赵寿堂;刘育宙;刘杰;;二次热解吸-气相色谱-质谱分析室内挥发性有机化合物[J];环境工程学报;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 彭涤非;;电子鼻在水果无损检测中的应用[A];园艺学文集——湖南省园艺学会第八次会员代表大会暨学术年会论文集[C];2005年
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6 田程;刘春生;张媛;;电子鼻技术在气味识别中的研究进展[A];中华中医药学会第十届中药鉴定学术会议暨WHO中药材鉴定方法和技术研讨会论文集[C];2010年
7 沈怡方;;中国白酒感官品质及品评技术历史与发展[A];食品感官科学前沿与发展——首届中国食品感官科学学术研讨会暨《食品感官科学》课程建设研讨会论文集[C];2006年
8 贾宗艳;任发政;郑丽敏;;电子鼻技术及在奶制品中的应用研究进展[A];食品感官科学前沿与发展——首届中国食品感官科学学术研讨会暨《食品感官科学》课程建设研讨会论文集[C];2006年
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10 康明丽;牟德华;陈辉;;仿生电子鼻及其在食品鉴评中的应用[A];食品感官科学前沿与发展——首届中国食品感官科学学术研讨会暨《食品感官科学》课程建设研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谷风林;酪蛋白美拉德产物的制备、性质及在烟草中的应用研究[D];江南大学;2010年
2 陈国庆;荧光光谱技术在食品安全监控中的应用研究[D];江南大学;2010年
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4 王茂奎;基于城乡统筹发展的客运一体化研究[D];西南交通大学;2010年
5 周小岩;纳米氧化锌的制备及其气敏、光催化性能研究[D];中国石油大学;2011年
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7 宋凯;金属氧化物半导体气体传感器气体检测关键问题研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 秦辉;基于可视化仿生嗅觉系统的白酒检测研究[D];重庆大学;2011年
9 解华东;液质发酵食品紫外光谱特性研究及鉴真技术体系建立[D];西北农林科技大学;2010年
10 刘鹏;基于多传感器融合无损检测鸡蛋品质的研究[D];南京农业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨玉平;鲢体内土腥味物质鉴定及分析方法与脱除技术的研究[D];华中农业大学;2010年
2 钟慧臻;荔枝果肉多酚及脂肪酸指纹图谱初步研究[D];华中农业大学;2010年
3 刘辉;基于电子鼻的鱼粉新鲜度快速检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
4 李达敏;海南红碎茶感官审评与仪器模拟综合评价的比较研究[D];中国农业科学院;2010年
5 陈伟良;ZnO基纳米棒阵列气敏材料合成与性能[D];天津理工大学;2010年
6 沈海月;酱香型白酒香气物质研究[D];江南大学;2010年
7 郝龙;射频反应溅射法制备SnO_2薄膜及其工艺研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 王寅;整体型PTA废气净化催化剂的研制[D];华东理工大学;2011年
9 林静;电热蒸发—脉冲电晕放电大气压离子化源的研制[D];浙江大学;2010年
10 魏亚飞;基于人工神经网络的机器嗅觉系统研究[D];昆明理工大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡琪,鲜跃仲,李辉,张仰明,汤杰,金利通;采用离子液体的二氧化硫电化学传感器的研究[J];华东师范大学学报(自然科学版);2001年03期
2 石文方;谈谈规定石英谐振器工作温度范围和频率范围的依据[J];航天标准化;2000年03期
3 殷铭俊;陈执中;;新型气相色谱——表面声波传感器联用技术及其应用进展[J];化学传感器;2005年02期
4 徐秀明,王俊德,李海洋;QCM和SAW传感器的原理及其在现场检测中的应用[J];化学进展;2005年05期
5 李冬梅;王荣;曹晓卫;王蕴倩;张丹;闫晓慧;徐立群;吴霞琴;;基于室温离子液体的电导型气体传感器[J];化学研究与应用;2009年06期
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8 芦筱菲;郑丽敏;贾宗艳;朱虹;;电子鼻对干酪识别的数据预处理和特征提取[J];计算机应用;2007年S1期
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10 邹小波,吴守一,方如明;电子鼻判别挥发性气体的实验研究[J];江苏理工大学学报(自然科学版);2001年02期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 史志存;电子鼻及其应用研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
2 王昌龙;机器人嗅觉系统及相关传感器理论与实验研究[D];东南大学;2004年
3 于慧春;基于电子鼻技术的茶叶品质检测研究[D];浙江大学;2007年
4 谢光忠;气敏薄膜及气体传感器阵列的制备及特性研究[D];电子科技大学;2007年
5 应智花;甲基膦酸二甲酯质量敏感型气体传感器的制备及特性研究[D];电子科技大学;2008年
6 太惠玲;导电聚合物纳米复合薄膜的制备及其氨敏特性研究[D];电子科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高旭昇;ICA在电子鼻信号处理中的应用[D];浙江大学;2001年
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3 黄祖刚;电子鼻在卷烟鉴别和酒气检测中的应用[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2003年
4 徐成华;基于芯片技术的嗅觉模型研究[D];浙江大学;2004年
5 李绪;嗅觉神经系统网络模型的研究和应用[D];浙江大学;2004年
6 胡盛华;二氧化锡基硫化氢气敏材料的改性研究[D];华东师范大学;2004年
7 栾淑利;基于人工神经网络的酒精识别电子鼻研究[D];大连理工大学;2005年
8 王晗;基于动态特征的便携式电子鼻系统的研究与实现[D];西北工业大学;2005年
9 王米娜;电子鼻动态特征信息处理方法研究[D];西北工业大学;2005年
10 周亦斌;基于电子鼻的西红柿与黄酒的检测与评价研究[D];浙江大学;2005年
【二级引证文献】
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2 邵雅雯;骆德汉;武琳;李江勇;;基于最大散度差准则LDA的电子鼻中药材鉴别方法[J];仪表技术与传感器;2011年11期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 闫爱华;水热法制备微/纳米结构WO_3及其气敏与光电性能的研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 牟飞;基于气体传感器阵列的食醋分类与识别[D];武汉理工大学;2011年
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4 雷廷平;ZnPcCl_(16)有机半导体材料合成及其氯气传感器研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
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7 潘洪生;棉花—棉铃虫—寄生蜂三级营养链间中红侧沟茧蜂的实时趋性反应[D];东北农业大学;2010年
【二级参考文献】
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【相似文献】
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9 钟灿涛;便携式气味探测器[J];电子产品世界;1999年08期
10 高大启,杨根兴;电子鼻技术新进展及其应用前景[J];传感器技术;2001年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周传凤;范金城;;天然SOD在白酒中的应用与探讨[A];第六届全国SOD学术研讨会论文集[C];2009年
2 杨华明;敖伟琴;张向超;张科;;掺杂SnO_2气敏传感器的研究进展[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
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4 彭涤非;;电子鼻在水果无损检测中的应用[A];园艺学文集——湖南省园艺学会第八次会员代表大会暨学术年会论文集[C];2005年
5 黄品文;郑丽敏;;嵌入式电子鼻系统的研究现状与发展趋势[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
6 贾宗艳;任发政;郑丽敏;;电子鼻技术及在奶制品中的应用研究进展[A];食品感官科学前沿与发展——首届中国食品感官科学学术研讨会暨《食品感官科学》课程建设研讨会论文集[C];2006年
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10 李文敏;吴纯洁;黄学思;陈楚明;艾莉;刘克海;;电子鼻和电子舌技术及其在中药加工炮制中的应用展望[A];中华中医药学会四大怀药与地道药材研究论坛暨中药炮制分会第二届第五次学术会与第三届会员代表大会论文集[C];2007年
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5 郭乃漩;聚焦小瓶酒 “小”处现商机[N];中国包装报;2004年
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7 吴勇毅 黄宗庆;泉州市场白酒受冷落[N];消费日报;2005年
8 辽友;东三省白酒收藏第一人[N];中国商报;2001年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 孙鹏;多孔硅基复合薄膜气敏传感器的研究[D];天津大学;2012年
7 魏广芬;基于微热板式气体传感器的混合气体检测及分析[D];大连理工大学;2006年
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9 谢海芬;基于纳米分子筛和碳黑聚合物敏感膜的气敏传感器研究[D];复旦大学;2005年
10 王鹤;基于遗传神经网络的电子鼻系统研究[D];华中科技大学;2007年
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1 陈文菊;基于碳纳米管的气敏传感器研究及有机气体识别[D];浙江大学;2005年
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4 牛坤;基于电化学原理的气敏传感器的系统设计[D];吉林大学;2012年
5 朱志玲;鲁酒的发展战略研究[D];对外经济贸易大学;2004年
6 栾淑利;基于人工神经网络的酒精识别电子鼻研究[D];大连理工大学;2005年
7 王米娜;电子鼻动态特征信息处理方法研究[D];西北工业大学;2005年
8 郝秀全;基于主成分分析和人工神经网络的酒类辨识[D];西安理工大学;2006年
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10 费跃;碳纳米管基气敏传感器检测室内甲醛研究[D];华东理工大学;2011年
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