基于电子鼻的猪肉新鲜度检测系统word格式.docVIP

1.绪论 1.1课题研究背景 新鲜度是肉类或肉类制品质量的一个重要指标，对产品最终质量十分重要。 现已发展了一系列的指标和方法来评价猪肉鲜度，如感官评价方法、微生物学方法、物理及化学方法等[1]，但以上检测方法都不能满足快速检测的要求。新发展的酶传感器法和近红外光谱法等快速检测方法还处于试验研究阶段[2.3]，故研究快速、简便、准确的猪肉新鲜度检测方法，对猪肉及其制品的运输、储藏及加工过程有着重要的科学意义和应用价值。 电子鼻是模仿人和动物的鼻子，用于分析、识别、检测复杂气味和挥发性成分的新型仪器，与常用的分析仪器(如色谱仪、光谱仪等)相比，电子鼻具有客观、准确、快捷地评价气味，并且重复性好的特点，对其技术的研究越来越得到人们的重视，其应用也越来越广泛。猪肉腐败变质时，产生不良风味，致使品质下降。已有研究表明，电子鼻可检测到猪肉品质下降时散发的挥发性成分的变化，对其新鲜度进行评价。目前电子鼻技术用于评价猪肉新鲜度时，只是表明猪肉的新鲜度发生变化，无法说明猪肉是否仍然新鲜、可食用。因此，本文以猪肉为研究对象，用电子鼻技术考察在不同实验条件下猪肉挥发性成分发生的变化，确定电子鼻输出信号的阈值，评价猪肉新鲜度等级。 1.2 电子鼻研究的发展状况 1.1 电子鼻的提出 电子鼻这个术语出现在80年代晚期，1987年它被专门用于一个会议[]，1989年北大西洋公约组织召开了关于化学传感器信息处理的高级专题讨论会[]，会议上对电子鼻做了如下定义:“电子鼻是由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置”随后，在1990年举行了第一届电子鼻国际学术会议，最大规模的一届会议于1997年在美国的圣地亚哥召开。此后，各国学者对电子鼻的性能、标准、设计方法和相关技术做了广泛的研究，在各种化学传感器基本理论研究和实际应用方面均取得了很大的进展，有关的应用及仪器报道也相当可观[]。第一台商业化的“电子鼻”诞生于1994年目前，世界上电子鼻商业产品的供应商己达18家，从事电子鼻开发研究的机构欧洲共有17家，美国和加拿大有9家[]。典型的电子鼻系统包含3个单元:气敏传感器阵列，信号预处理单元和模式识别单元，如图1.1所示。 气体 气体／气味 气味 定性／定量 图1.1 电子鼻系统组成 (1)气敏传感器阵列，相当于初级嗅觉神经元，由具有广谱响应特性的气敏元件组成。气敏传感器阵列可以采用数个单独的气敏传感器组合而成，也可以采用集成工艺制作的专用气敏传感器阵列。电子鼻系统就是利用传感器阵列的交叉敏感特性，通过模式识别技术来实现对混合气体的检测。 (2)信号预处理单元，相当于二级嗅觉神经元，它对传感器阵列的响应模式进行预加工，完成特征信号的提取。 (3)模式识别单元，相当于动物和人类的大脑，它运用一定的算法完成对气味气体的定性或定量辨识。目前，在电子鼻系统中采用的模式识别算法主要有:主成分分析法、最小二乘法、聚类方法、人工神经网络法、模糊逻辑法等。 1..2 电子鼻的应用 1.2.3 电子鼻的发展前景 电子鼻是一项操作简单、快速、准确的无损分析技术。电子鼻的应用领域正在逐步扩大,从消防、汽车、海关检查、化工控制到食品的新鲜度检测。随着生物计算机的出现,生物与仿生材料研究的进步,微细加工技术的提高,纳米技术的应用,电子鼻的功能将逐步增强,它将会具有更高级的智能,能够进行分析、判断、自适应、自学习、最终发展到具有创造能力,可以完成图像识别、特征值提取、多维检测等复杂任务,其应用前景将更广阔[]。例如电子鼻可以用作智能烟尘检测器,及时预报火灾,发出警报。它还能辨别出是意外的火情,还是来自煎锅的烟雾。家里的冰箱安上微型电子鼻,当食品腐败变味时,它会发出警报。微波炉里装上一个电子鼻,当食物煮熟时,就会自动关掉微波炉浴室、卧室里装上一个电子鼻,当室内气味不佳时,它就会打开换气扇。随着传感器技术的进展和人对嗅觉过程的深入了解,电子鼻的功能必将日益增强,愈来愈多地取代生产和生活过程中人鼻的作用,取得愈来愈广泛的应用。电子鼻具有极大的应用价值,有了,我们的生活会变得更加方便、安全。 1. 论文主要工作 (1)根据本课题的研究对象及实际情况，选择合适的传感器 (2)电子鼻的硬件设计系统，介绍本课题硬件组成部分。 (3)电子鼻的软件设计系统，主要介绍上位机软件程序设计。 (4)通过LVQ对电子鼻气味数据进行分析。 2 电子鼻硬件系统设计 2.1 系统结构 图2.1 系统硬件结构 各模块的主要功能如下： ：主要气敏传感器 （2）信号调理模块：主要是将气敏传感器电阻的变换转换成电压的变化，并设计模拟开关CD4051，在控制器控制下分时选通3路传感器，依次将代表气味响应强度的电压值