電子鼻

電子鼻是一種測量氣味的技術系統。 為此，微電子氣體傳感器產生電子信號。 因此，電子鼻一詞將氣味的“識別”與電子傳感器的技術實現結合起來。 需要注意的是，實際意義上的電子鼻是不存在的，因為氣味必須由大腦來解釋，而技術測量系統只提供氣體濃度的數據，包括無味和有氣味的氣體。

電子鼻的靈感來源于生物模型——嗅覺系統。 非常簡單，嗅覺系統由鼻子中的嗅覺細胞組成，這些嗅覺細胞被有氣味的物質激活。 人類大約有 350 種不同類型的嗅覺細胞活躍，嗅粘膜中每種類型都有幾萬個。 來自相關嗅覺細胞類型的信號在嗅球（大腦的一部分）中的二尖瓣細胞上組合。 那里產生的信號主要由邊緣系統處理，這也是嗅覺強烈情感聯系的發源地。 氣味的感知印象只是氣味物質對嗅覺細胞影響的最后階段。

進化的經驗反映在人類的嗅覺上。 與所有其他感官一樣，嗅覺提供生存所必需的環境信息。 為了找到食物，必須靈敏地檢測其特定的氣體成分。 因此，嗅覺對成熟的氣味和食物的香味特別敏感。 這同樣適用于危險氣味（毒藥）和與社會功能相關的氣味。 每個人都有一種非常特殊的氣味，這種氣味是基因編碼的。 技術測量系統缺乏這些進化條件。 具有可比信號強度的化學相似物被檢測到。 還可以測量甲烷 (CH4)、二氧化碳 (CO2) 或一氧化碳 (CO) 等無味氣體。

電子鼻中使用各種氣體傳感器代替嗅覺細胞。 它們涵蓋了空氣中盡可能廣泛的氣態化合物。 目的不是測量單個氣體成分，而是提供空氣樣本成分的計量表示。 事實上，電子鼻類比視力更準確。 在感知過程中，視覺的三個顏色通道以三個相關強度創建了世界的彩色圖像。 電子鼻的少數氣體傳感器（大約 6 到 40 個）也可以創建被測空氣樣本的圖像。 該圖像可以與其他測量參數相結合，在氣味測量的情況下，氣味濃度由人體感官嗅覺測量法測量。

一個典型的電子鼻由許多氣體傳感器組成，其信號在模式識別意義上通過數學方法進行處理。 這里的模式是各個傳感器的信號強度相互之間的比率，可以將其想象為圍繞一個公共中心（雷達圖）繪制的幾何模式，就像一顆具有不同長度射線的恒星。 然而，在實踐中，使用了更抽象的數學方法，例如主成分分析，將模式信息映射到二維平面上，其中模式相似性在定界區域中表示。技術氣體傳感器不像嗅覺那樣工作細胞。 嗅覺細胞含有受體分子，這些受體分子可以與一些氣體發生非常特異性的相互作用，從而產生神經信號。 同時，有很高的信號放大，使極少的氣體分子，非常低的濃度就足以激活嗅覺細胞。 電子鼻中使用了許多不同的技術傳感器。 主要代表有：

• 基于半導體金屬氧化物的傳感器，簡稱 MOX 傳感器
• 帶有導電聚合物的傳感器，分為獨立（本征）導電聚合物和添加了導電成分（例如石墨）的聚合物。
• 利用質量效應的傳感器，包括兩組振蕩晶體傳感器（QMB/QCM 傳感器）和表面聲波傳感器（SAW 傳感器）。

這些類型的傳感器中的每一種都有其自己的計量特性。 特別是，所測氣體的化學范圍不同。 MOS 傳感器xxx測量低分子可氧化氣體，極性氣體成分xxx用導電聚合物測量，質量敏感傳感器xxx測量高分子物質。 然而，在技術應用中，傳感器在較長時間內的測量穩定性尤為重要夢想一個關鍵參數，因為必須獲得校準信息。 因此，根據傳感器的工作原理和具體應用，必須采取措施保護和控制傳感器。

電子鼻中使用的氣體傳感器通常以特殊分組的氣體傳感器的形式構造，其中一些安裝在單個微芯片上。 人們在這里談到傳感器陣列或化學傳感器陣列。 通常使用化學傳感器陣列而不是名稱電子鼻。

電子鼻的測量系統并非設計為氣味測量系統。 與生物嗅覺的差異太大了，其中最明顯的是寬帶氣體傳感器對完全無味氣體的測量。 然而，在許多應用中，化學感應測量系統可以通過嗅覺測量通過連貫的方法和校準變成電子鼻。

為了使用氣體測量系統進行氣味測量，需要氣味的參考數據。 標準化的測量技術是根據歐洲標準 EN 13725 的嗅覺測量法。使用這種測量方法，可以測量氣味濃度，這表明氣味樣品必須稀釋多少才能變得對普通嗅覺者來說無味。 因此，3,000 OU/m 的樣品必須以 1:3,000 的比例稀釋。 事實證明，嗅覺測量方法只能提供非常不確定的測量值。 多次測量或多個實驗室相互比較時的波動非常大。 測量不確定度在測量值的四倍到四分之一之間。 1000 OU/m 的測量值具有 250 至 4000 OU/m 的測量不確定性區間。 不對稱是由于讀數的固有對數性質。

參考測量方法的這種測量不確定度對于電子氣味測量系統的校準非常重要。 在數學建模中必須考慮這種影響。

電子鼻適用于持續觀察氣味來源。 與只能進行隨機測量的人類測試嗅探器的嗅覺測量相比，使用針對應用精心定制的氣味測量系統可以進行連續監測。 這對于工業廠房、污水處理技術和廢物管理等有問題的氣味來源是有意義的。 通過持續監測，可以為保護當地居民做出貢獻。

連續氣味監測的首次大規模應用可以在高端汽車上找到。 這是風扇風門控制裝置，在交通擁堵或在隧道中行駛時，它會在吸入廢氣時自動關閉供氣。 但在實際意義上，測量的不是有氣味的物質，而是CO和NOx等指示氣體的比值。 因此，該系統只能用于此應用程序。

電子鼻的另一個應用領域是質量監控。 食品和飲料的特點是香氣和香水以及其他成分（包括無味成分）的脫氣。 每當需要恒定的產物組成時，這里都可以使用電子鼻n，它特別適合確定這些脫氣的恒定組成。