互联网加模式下电子鼻在监测领域的应用

随着时代的发展，科技的自动化逐渐成为社会主流。自动化监测是工业发展必不可少的工具，在一定程度上反映一个国家的工业化程度，其重要性毋庸置疑。随着互联网技术的逐渐成型，以互联网为载体的电子鼻在监领域克服了人工监测耗资大以及监测治理滞后的缺点。将电子鼻与互联网相结合，研发出一种智能、节能、便捷的电子鼻系统，使电子鼻的应用领域得到扩展。本文对提升电子鼻的应用领域及性能具有重要的学术价值。目前已经完成此仪器的初期设计方案，在以后的工作中将逐步开发出适合的硬件以及软件系统。

1 电子鼻的工作原理

电子鼻工作原理：电子鼻气味指纹仪通过模拟人类嗅觉器官对气味分子进行感知、分析和判断[1]，即根据气味的整体信息对其挥发性成分做出定性或定量的判断。电子鼻系统一般以气体采集控制系统、化学传感器阵列、信号处理系统和模式识别系统这四大模块组成[2]。

气体采集控制系统和化学传感器阵列构成电子鼻的硬件部分，软件部分为模式识别系统和信号处理系统两大模块[3]。目前应用较广泛的传感器类型有金属氧化物、导电化合物和体声波化学传感器（quarta crystal microbalance，QCM）、表面化学声波传感器（surface acoustic wave，SAW）。该阵列通常由具有交叉敏感性、广谱响应性以及高灵敏度的多个气体传感器组成[4]。不同的传感器能识别不同气体的同时也具有不同的检测限，而且还形成多维空间的响应模式。互联网加模式下的电子鼻通过监测对象的不同，安装特异性传感陈列，将多个监测结果的物理信号通过互联网传输到一台计算机终端，进行统计分析，将监测结果与监测要求进行对比，得出结果。互联网模式下电子鼻的工作原理见图1。

图1 互联网模式下电子鼻工作原理Fig.1 Working principle of electronic nose in Internet mode

2 互联网加模式下电子鼻的应用领域

2.1 在食品监测领域的应用

随着电子鼻研究的日渐深入，电子鼻能够测量多种食品的特征气味。根据电子鼻的传感器和分析模式不同，以互联网模式为载体的电子鼻在食品的生产链条即从原料的储藏、加工过程到上架后的货架期预测中进行自动化监测。

2.1.1 在食品原料储存检测方面

食品货架期的预测已经成为食品行业重点的步骤，以互联网为载体的电子鼻可以对食品库的发霉、变质情况进行实时监测，通过电子鼻特异传感器对某种原料变质、腐败后产生的相应气体及时作出响应和预警。能够对变质原料做出准确、快速判断，第一时间发现变质食品，并及时采取措施，使损失达到最小化。

在香肠的存储监测中顾欣哲等[5]根据Loading 分析、方差分析和Pearson 相关性分析确定了最佳传感器，通过酸价和过氧化值的指标来观测氧化指数，结果表明电子鼻监控对脂肪氧化程度有显著的区分性，可用于脂肪氧化过程的监控。食品加工原料中的草莓很容易腐坏变质。朱娜等[6]对接种了霉菌的草莓每隔两天进行一次电子鼻检测，再结合主成分分析、多元方差分析这两种分析方法在与正常水果比对后，明显的检测到与正常草莓的显著差异。利用Fisher 判别建立的回归函数得到的判别正确率均在98%以上，也就是表明，电子鼻技术对草莓霉变后产生的烃类和酯类化合物很敏感，可以将电子鼻技术应用于草莓霉变的监控把握研究。作为食品厂原料的玉米霉变后产生的霉菌毒素代谢产物却会在人体沉积对人体产生毒害作用，殷勇等[7]利用Fisher 判别分析发现多特征融合模式响应信息差异显著，因此这种模式不仅可应用于玉米霉变的监控，而且具有普遍性。浦宏杰等[8]用电子鼻对芒果的挥发性物质进行成监测，通过判别因子（discriminant factor analysis，DFA）分析，电子鼻能够区分不同成熟期的芒果，同时也能区分变质的芒果。结果说明在互联网模式下的电子鼻设备可以通过测定芒果释放的挥发性物质来确定芒果的变质情况。这些试验都说明互联网模式下的电子鼻可以很好的对食品加工原料的储藏变质情况进行监测，能够及时发现变质产品，因此厂商能够达到最小的损失。避免了人工监测的高成本，以及滞后性这些缺点。

2.1.2 在食品加工过程中的应用

在食品加工过程中，以互联网为载体的电子鼻可以实现食品在烹调、发酵等过程的监测，通过监测加工环境中是否出现异常气味，来控制食品加工过程中的制品质量。丹麦青纹干酪的成熟的过程用电子鼻就可以完成进行实时监控[9]。根据干酪成熟过程中每个过程产生的特异性气体来对干酪的成熟情况进行自动化监测。说明用电子鼻进行羊奶检测是可行的互联网模式下电子鼻能同时对不同批次的干酪进行自动化监测，可以第一时间对生产链的异常采取措施。除此之外，张虹艳等[10]还采用了BP 神经网络和线性判别分析对羊奶加工过程中挥发性物质的检测，结果表明BP 神经网络能区分不同品质的羊奶。互联网模式下电子鼻通过监测酿造过程中不同时期产生的不同挥发性气体，从而准确判断原料的成型期，对酿造工业化有指导意义。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0208/348.html