基于聲表面波傳感器的電子鼻比例信息檢測與識別技術(shù).pdf

1、化學(xué)通訊廣泛存在于生物個體間，它是一種不依賴聲、光、電的通訊系統(tǒng)。模仿昆蟲的化學(xué)通訊系統(tǒng)，探索工程上實現(xiàn)利用以化學(xué)物質(zhì)作為信息傳播媒介的通訊技術(shù)，是近年來的熱點。昆蟲的化學(xué)通訊的信息媒介往往是精確比例的不同種類的氣味分子的組合，系統(tǒng)的實現(xiàn)比例信息的傳輸是化學(xué)通訊的重要技術(shù)。本文基于現(xiàn)有的技術(shù)——電子鼻，開展比例信息檢測和識別技術(shù)的研究。
　　通過對實果蠅的主要宿主的揮發(fā)物混合物進行分析，選擇了兩種分子結(jié)構(gòu)具有明顯差別的揮發(fā)物:異戊

2、醇和乙酸乙酯，并將二者的混合物作為化學(xué)通訊的信息載體。選用了262MHz的ST方向-切割的石英基底的瑞利型聲表面波傳感器，基于被測的揮發(fā)物選擇了四種聚合物材料:聚已酸內(nèi)酯、聚乙烯咔唑、聚乙烯-醋酸乙烯酯和聚苯乙烯-丁二烯，并用噴涂的方法制備了傳感器的敏感涂層。以此為基礎(chǔ)搭建了具有完整的比例編碼與發(fā)射、傳遞、比例接收與解碼功能的化學(xué)通訊的比例信息傳輸系統(tǒng)。其中，采用了2種濃度、7種比例的共計14種混合氣體作為比例化學(xué)通訊的信息載體。將人工

3、腺體微腔中的兩種液體混合，并使用注射泵自動控制它們的成分比例，完成比例信息編碼。以傳感器陣列的頻率偏移為特征，對實驗結(jié)果進行了主成分分析，表明基于聚合物涂層的聲表面波傳感器電子鼻系統(tǒng)能夠成功的將不同比例聚類清楚區(qū)分，達到了比例信息解碼的目的。
　　在很多情況下，用于化學(xué)通訊比例信息傳輸?shù)穆暠砻娌▊鞲衅鞯谋砻嫘枰懵对诳諝庵?，易于吸附和沉積可懸浮顆粒物，為了探討空氣中的懸浮顆粒對于聲表面波傳感器的影響，本文參考石英晶體為天平對于顆粒

4、物的耦合模型，建立聲表面波傳感器與顆粒物的耦合模型，并且，選用了尺度在可懸浮顆粒物范圍內(nèi)的淀粉顆粒物對聲表面波傳感器對于加載顆粒物進行了實驗。結(jié)果表明，對于較大尺寸的類球狀顆粒物，懸浮顆粒物與聲表面波傳感器發(fā)生了弱耦合，聲表面波傳感器測量到的是耦合界面的接觸剛度，而不再是顆粒帶來的質(zhì)量增量，傳感器將發(fā)生正的頻率偏移，并與顆粒半徑的2/3次方的和成線性關(guān)系。
　　昆蟲依賴其嗅覺中繼站——觸角葉(AL)，能夠很好的區(qū)分植物通用氣體組成

5、的比例混合揮發(fā)物。本文基于生物學(xué)對于昆蟲AL的研究成果，以其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為依據(jù)搭建了用于處理比例信息的仿生人工AL神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由于生物學(xué)上對于具體的連接強度仍然未知，僅僅清楚連接的抑制/激發(fā)性，本文設(shè)計了4種嗅覺感受神經(jīng)元(ORN)與本地神經(jīng)元(LN)的連接策略，在LN-LN間對稱/非對稱的架構(gòu)下，以聲表面波傳感器測得的實驗結(jié)果作為人工AL的刺激信號，計算了人工AL對于比例信息檢測的響應(yīng)并分析了其動力學(xué)特性。結(jié)果表明，在劑量固定的條件下，