论文部分内容阅读
随着社会经济的发展，对生物医学、环境、食品质量与安全的检测提出了越来越高的要求，作为重要检测手段之一的电子舌——模拟人类味觉功能的人工传感系统也得到了迅速的发展，并在食品识别和食品质量检测、农副产品检测、环境检测等领域中得到了广泛的应用。因此研究、设计和开发小型化、集成化、智能化的高性能电子舌，具有十分重要的意义，也已成为国内外学者的研究热点。本课题研发了一种基于电化学原理的新型伏安型电子舌，该电子舌由金属裸电极(传感器)、信号激励与采集模块(检测器)和数据分析处理模块(分析器)三个部分组成。通过检测方法、检测电路和分析识别系统的技术改进和创新，使该电子舌不仅具有较高的检测精度，而且能够应用于酒类识别和水质COD的检测中。本课题的主要研究工作和创新之处主要包括如下几方面：在原理方面，介绍了电子舌系统常用的传感器和检测方法，重点介绍了本研究采用的金属裸电极阵列和电化学伏安法的检测原理，并创新性地提出了由多个频段激励脉冲组成的多频脉冲法，弥补了传统循环伏安法扫描周期长和常规脉冲伏安法缺乏频率信息的缺点，增加了激励脉冲之间的交互感应信息。在检测器设计方面，设计了多频脉冲扫描仪，介绍了扫描仪的硬件电路结构和软件系统实现等内容。针对本研究的电极阵列，设计了恒电位电路和六通道高精度程控放大电路，达到了系统的高精度低噪声的要求。在数据处理方面，针对原始数据冗余量大的实际情况，运用特征值提取和主成分分析(PCA)，将有效的测量信息降维压缩到几个主成分中。为了使电子舌能具有定量分析和测量功能，采用神经网络的LM-BP算法建立了定量分析的数学模型。在实验方面，以不同品牌葡萄酒样本、不同COD浓度的标准溶液和不同COD值的污水溶液作为实验对象，对葡萄酒区分实验进行主成分分析，区分不同品牌样本，验证本系统对于酒类的区分能力；对于COD测量实验，在运用样本数据建立神经网络模型的基础上，对未知样本进行拟合和推广。结果表明多频脉冲电子舌能够应用于酒类的定性识别和水质COD浓度的定量检测。