Introducció:
El nas electrònic és un dispositiu que detecta l'olor amb més eficàcia que l'olfacte humà. Un nas electrònic consisteix en un mecanisme per a la detecció de productes químics. El nas electrònic és un dispositiu de detecció intel·ligent que utilitza una sèrie de sensors de gas que se superposen selectivament juntament amb un component de reorganització de patrons. Actualment, els nassos electrònics han proporcionat avantatges externs a una veritat d’indústries comercials, agricultura, biomèdica, cosmètica, ambiental, alimentària, aigua i diversos camps de la investigació científica. El nas electrònic detecta el gas tòxic o perillós que no és possible per als ensumadors humans.
Nas electrònica
Les olors estan compostes de molècules, que tenen una mida i forma específiques. Cadascuna d’aquestes molècules té un receptor de mida i forma corresponent al nas humà. Quan un receptor específic rep una molècula envia un senyal al cervell i el cervell identifica l’olor associada a la molècula en particular. Els nassos electrònics funcionen d’una manera similar a la humana. El nas electrònic utilitza sensors com a receptor. Quan un sensor específic rep les molècules, transmet el senyal a un programa per processar-lo, en lloc del cervell.
Principi de funcionament del nas electrònic:
El nas electrònic es va desenvolupar per imitar l'olfacte humà les funcions del qual no són mecanismes separats, és a dir, l'olor o el sabor es percep com una empremta digital global. Bàsicament, l’instrument consisteix en un conjunt de sensors, mòduls de reorganització de patrons i mostreig d’espai frontal, per generar patrons de senyal que s’utilitzen per caracteritzar les olors. El nas electrònic consta de tres parts principals que són el sistema de detecció, el sistema informàtic i el sistema de lliurament de mostres.
Diagrama de blocs nasal electrònic
El sistema de lliurament de mostres: El sistema de lliurament de mostres permet la generació d’espai de capçal de mostres o compostos volàtils, que és una fracció analitzada. El sistema envia aquest espai cap al sistema de detecció del nas electrònic.
El sistema de detecció: El sistema de detecció que consisteix en un grup de sensors és la part reactiva de l’instrument. Quan estan en contacte amb compostos volàtils en aquest moment, els sensors reaccionen provocant canvis en les característiques elèctriques.
El sistema informàtic: En la majoria dels nassos electrònics, cada sensor és sensible a totes les molècules de la seva manera específica. Tanmateix, en els nassos bioelèctrics s’utilitzen les proteïnes receptores que responen a molècules específiques d’olor. La majoria dels nassos electrònics utilitzen matrius de sensors que reaccionen als compostos volàtils. Sempre que els sensors detecten alguna olor, es registra una resposta específica que el senyal es transmet al valor digital.
Els sensors més utilitzats al nas electrònic
Semiconductor d'òxid metàl·lic (MOSFET)
Polímers conductors
Microbalanç de cristalls de quars
Sensors piezoelèctrics
Sensors d'òxid metàl·lic
Sensor de semiconductor d'òxid de metall:
S'utilitza per a commutació o amplificació senyals electrònics. El principi de funcionament de MOSFET és que les molècules que entren a la zona del sensor es carreguen positivament o negativament, que tenen un efecte directe sobre el camp elèctric dins de MOSFET.
Sensors d'òxid metàl·lic: (MOS)
Aquest sensor es basa en l’adsorció de molècules de gas per provocar canvis de conductivitat. Aquest canvi de conductivitat és la mesura de la quantitat de compostos orgànics volàtils adsorbits.
Sensors piezoelèctrics:
L'adsorció de gas a la superfície del polímer condueix a un canvi de massa a la superfície del sensor. Això al seu torn produeix un canvi en la freqüència de ressonància del cristall.
Microbalanç de cristall de quars:
Aquesta és una manera de mesurar la massa per unitat d'àrea mesurant el canvi de freqüència del ressonador de cristall. Es pot emmagatzemar en una base de dades.
Polímers conductors:
Els sensors de gasos polímers conductors funcionen en funció del canvi de resistència elèctrica causat per l'adsorció de gasos a la superfície del sensor.
Anàlisi de dades per al nas electrònic:
La sortida digital generada pels sensors electrònics del nas ha de ser analitzada i interpretada per proporcionar-la. Hi ha tres tipus principals de tècniques disponibles comercialment.
- Anàlisi gràfica
- Anàlisi de dades multivariants
- Anàlisi de xarxes
Anàlisi de dades de nas electrònic
L'elecció del mètode utilitzat depèn de les dades d'entrada disponibles dels sensors.
La forma més simple de reducció de dades és una anàlisi gràfica útil per comparar mostres o comparar elements d’identificació d’olors d’analistes desconeguts en relació amb els de fonts conegudes de les biblioteques de referència.
L'anàlisi de dades multivariants genera un conjunt de tècniques per a l'anàlisi de dades que són tècniques entrenades o no entrenades. Les tècniques no entrenades s’utilitzen quan no s’havia creat prèviament una base de dades de mostres conegudes. La tècnica MDA sense formació més senzilla i més utilitzada és una anàlisi de components principals. L’anàlisi electrònica de dades nasals MDA és molt útil quan els sensors tenen una sensibilitat parcial de cobertura de compostos individuals presents en un mesclador de mostres. El PCA és el més útil quan no hi ha cap mostra coneguda disponible.
La xarxa neuronal és la tècnica d’anàlisi més coneguda i derivada que s’utilitza en paquets de programari estadístic per al nas electrònic disponible comercialment.
Per exemple, el sistema de nas electrònic per a la detecció d’olors de fruita:
Sistema nasal electrònic
El sistema de nas electrònic proposat es va provar amb les olors de tres fruites, a saber, leman, plàtan, litchi. Les olors es preparaven col·locant una mostra de fruites en els trituradors segellats amb una tapa. El 8051 es va configurar en mode de prova o entrenament. Si el sistema està en mode d’entrenament, el valor del sensor es mostra a la pantalla LCD. Si el sistema està en mode de prova, el resultat de classificació de la fruita objecte es mostra a la pantalla LCD. El conjunt de sensors obté el gas a través de la vàlvula 1, que normalment està tancada. La bomba de buit està engegada durant 20 segons per bombar el gas del conjunt de sensors.
Configuració de proves de gas per al sistema E-Nose proposat
El valor 1 es va tancar i la resistència del sensor es va donar 60 segons per arribar a un mode d'estat d'estudi. El resultat de la classificació del valor característic dels sensors va aparèixer a la pantalla LCD. La càmera del conjunt de sensors es va desconnectar del triturador de mostres de fruita i es va obrir la vàlvula 1 per donar aire fresc, la vàlvula 2 es va obrir de manera que les olors es bombessin. La cambra es va emetre amb aire fresc durant dos minuts.
Aplicació del nas electrònic:
- Diagnòstic mèdic i vigilància de la salut
- Seguiment ambiental
- Aplicació a la indústria alimentària
- Detecció d'explosius
- Aplicacions espacials (NASA)
- Indústries de recerca i desenvolupament
- Laboratoris de control de qualitat
- El departament de processos i producció
- Detecció d'olors de drogues
- Detecció de bacteris nocius
Espero que ara tingueu una idea sobre com funciona el nas electrònic. si té alguna pregunta sobre aquest concepte o sobre elèctrica i projecte electrònic Si us plau, deixeu la secció de comentaris a continuació.
Crèdit fotogràfic:
- Nas electrònica per científicament
- Diagrama de blocs nasals electrònic de origin-ars.els-cdn
- Sistema de nas electrònic per mdpi
