Comment fonctionne un nez électronique?

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Introduction:

Le nez électronique est un appareil qui détecte l'odeur plus efficacement que l'odorat humain. Un nez électronique consiste en un mécanisme de détection chimique. Le nez électronique est un dispositif de détection intelligent qui utilise un réseau de capteurs de gaz qui se chevauchent de manière sélective avec un composant de réorganisation de motif. Aujourd'hui, les nez électroniques ont procuré des avantages externes à de nombreuses industries commerciales, à l'agriculture, au biomédical, aux cosmétiques, à l'environnement, à l'alimentation, à l'eau et à divers domaines de la recherche scientifique. Le nez électronique détecte le gaz dangereux ou toxique qui n'est pas possible pour les renifleurs humains.

Nez électronique

Nez électronique



Les odeurs sont composées de molécules, qui ont une taille et une forme spécifiques. Chacune de ces molécules a un récepteur de taille et de forme correspondant dans le nez humain. Lorsqu'un récepteur spécifique reçoit une molécule, il envoie un signal au cerveau et le cerveau identifie l'odeur associée à la molécule particulière. Les nez électroniques fonctionnent de la même manière que l'humain. Le nez électronique utilise des capteurs comme récepteur. Lorsqu'un capteur spécifique reçoit les molécules, il transmet le signal à un programme pour traitement, plutôt qu'au cerveau.


Principe de fonctionnement du nez électronique:

Le nez électronique a été développé pour imiter l'olfaction humaine dont les fonctions sont des mécanismes non séparés, c'est-à-dire que l'odeur ou la saveur est perçue comme une empreinte digitale globale. Pour l'essentiel, l'instrument se compose d'un réseau de capteurs, de modules de réorganisation de modèles et d'un échantillonnage d'espace de tête, pour générer un modèle de signal qui est utilisé pour caractériser les odeurs. Le nez électronique se compose de trois parties principales qui sont le système de détection, le système informatique, le système de distribution d'échantillons.



Schéma de principe du nez électronique

Schéma de principe du nez électronique

Le système de livraison d'échantillons: Le système de distribution d'échantillon permet la génération d'un espace libre d'échantillon ou de composés volatils qui est une fraction analysée. Le système envoie alors cet espace de tête dans le système de détection du nez électronique.

Le système de détection: Le système de détection qui se compose d'un groupe de capteurs est la partie réactive de l'instrument. Lorsqu'ils sont en contact avec des composés volatils à ce moment-là, les capteurs réagissent en provoquant des changements dans les caractéristiques électriques.

Le système informatique: Dans la plupart des nez électroniques, chaque capteur est sensible à toutes les molécules de leur manière spécifique. Cependant, dans les nez bioélectriques, les protéines réceptrices qui répondent à des molécules odorantes spécifiques sont utilisées. La plupart des nez électroniques utilisent des réseaux de capteurs qui réagissent aux composés volatils. Chaque fois que les capteurs détectent une odeur, une réponse spécifique est enregistrée, ce signal est transmis dans la valeur numérique.


Les capteurs les plus couramment utilisés dans le nez électronique

Semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET)

Polymères conducteurs

Microbalance à cristal de quartz

Capteurs piézoélectriques

Capteurs d'oxyde métallique

Capteur semi-conducteur à oxyde métallique:

Ceci est utilisé pour commutation ou amplification signaux électroniques. Le principe de fonctionnement du MOSFET est que les molécules entrant dans la zone du capteur seront chargées positivement ou négativement, ce qui aura un effet direct sur le champ électrique à l'intérieur du MOSFET.

Capteurs d'oxyde métallique: (MOS)

Ce capteur est basé sur l'adsorption de molécules de gaz pour provoquer un changement de conductivité. Ce changement de conductivité est la mesure de la quantité de composés organiques volatils adsorbés.

Capteurs piézoélectriques:

L'adsorption de gaz sur la surface du polymère entraîne un changement de masse sur la surface du capteur. Ceci produit à son tour un changement de la fréquence de résonance du cristal.

Microbalance à cristal de quartz:

C'est une façon de mesurer la masse par unité de surface en mesurant le changement de fréquence du résonateur à cristal. Cela peut être stocké dans une base de données.

Polymères conducteurs:

Les capteurs de gaz polymère conducteur fonctionnent sur la base d'un changement de résistance électrique provoqué par l'adsorption de gaz sur la surface du capteur.

Analyse des données pour le nez électronique:

La sortie numérique générée par les capteurs électroniques de nez doit être analysée et interprétée afin de fournir. Il existe trois principaux types de techniques disponibles dans le commerce.

  • Analyse graphique
  • Analyse de données multivariée
  • Analyse de réseau
Analyse des données pour le nez électronique

Analyse des données pour le nez électronique

Le choix de la méthode utilisée dépend des données d'entrée disponibles des capteurs.

La forme la plus simple de réduction des données est une analyse graphique utile pour comparer des échantillons ou comparer des éléments d'identification d'odeurs d'analystes inconnus par rapport à ceux de sources connues dans des bibliothèques de référence.

L'analyse de données multivariée génère un ensemble de techniques pour l'analyse des données qui est une technique entraînée ou non. Les techniques non formées sont utilisées lorsqu'une base de données d'échantillons connus n'a pas été créée auparavant. La technique de MDA non formée la plus simple et la plus largement utilisée est une analyse des composants principaux. L'analyse électronique des données de nez MDA est très utile lorsque les capteurs ont une sensibilité de couverture partielle aux composés individuels présents dans un mélangeur d'échantillons. Le PCA est le plus utile quand aucun échantillon connu n'est disponible.

Le réseau neuronal est la technique d'analyse la plus connue et la plus dérivée utilisée dans un progiciel statistique pour le nez électronique disponible dans le commerce.

Pour des exemples de système de nez électronique pour la détection des odeurs de fruits:

Système de nez électronique

Système de nez électronique

Le système de nez électronique proposé a été testé avec les odeurs de trois fruits à savoir, leman, banane, litchi. Les odeurs ont été préparées en plaçant un échantillon de fruits dans les casseurs scellés avec un couvercle. Le 8051 a été mis en mode test ou entraînement. Si le système est en mode entraînement, la valeur du capteur est affichée sur l'écran LCD. Si le système est en mode test, le résultat de la classification du fruit cible est affiché sur l'écran LCD. Le réseau de capteurs achemine le gaz à travers la vanne 1, qui est normalement fermée. La pompe à vide est mise en marche pendant 20 secondes pour pomper le gaz hors du réseau de capteurs.

Configuration de test de gaz pour le système E-Nose proposé

Configuration de test de gaz pour le système E-Nose proposé

La valeur 1 a été fermée et la résistance du capteur a été donnée 60 s pour atteindre un mode d'état d'étude. Le résultat de la classification de la valeur caractéristique des capteurs est apparu sur l'écran LCD. La chambre du réseau de capteurs a été déconnectée du disjoncteur d'échantillons de fruits et la vanne 1 a été ouverte pour faire tourner de l'air frais, la vanne 2 a été ouverte de sorte que les odeurs ont été pompées. La chambre a été aérée à l'air frais pendant deux minutes.

Application du nez électronique:

  • Diagnostic médical et surveillance de la santé
  • Surveillance de l'environnement
  • Application dans l'industrie alimentaire
  • Détection d'explosif
  • Applications spatiales (NASA)
  • Industries de recherche et développement
  • Laboratoires de contrôle qualité
  • Le département process et production
  • Détection des odeurs de drogue
  • Détection de bactéries nocives

J'espère que vous avez maintenant une idée du fonctionnement du nez électronique. si vous avez des questions sur ce concept ou sur l'électricité et projet électronique veuillez laisser la section des commentaires ci-dessous.

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