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)。模仿昆蟲的化學通訊系統(tǒng)，探索工程上實現(xiàn)利用以化學物質(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并分析了其動力學特性。結(jié)果表明，在劑量固定的條件下，