מבוא:

האף האלקטרוני הוא מכשיר המגלה את הריח בצורה יעילה יותר מאשר חוש הריח האנושי. אף אלקטרוני מורכב ממנגנון לגילוי כימי. האף האלקטרוני הוא מכשיר חישה חכם המשתמש במערך חיישני גז החופפים באופן סלקטיבי יחד עם רכיב ארגון מחדש. כיום האף האלקטרוני סיפק יתרונות חיצוניים לאמיתות של תעשיות מסחריות, חקלאות, ביו-רפואה, קוסמטיקה, סביבה, מזון, מים ותחומי מחקר מדעיים שונים. האף האלקטרוני מזהה את הגז המסוכן או הרעיל שאינו אפשרי לרחרח אנושי.

אף אלקטרוני

הריחות מורכבים ממולקולות, בעלות גודל וצורה ספציפיים. לכל אחת מהמולקולות הללו יש קולטן בגודל ומעוצב באף האדם. כאשר קולטן ספציפי מקבל מולקולה הוא שולח אות למוח והמוח מזהה את הריח הקשור למולקולה המסוימת. האף האלקטרוני פועל באופן דומה לאנושי. האף האלקטרוני משתמש בחיישנים כקולטן. כאשר חיישן ספציפי מקבל את המולקולות, הוא מעביר את האות לתכנית לעיבוד, ולא למוח.

עקרון עבודה באף אלקטרוני:

האף האלקטרוני פותח במטרה לחקות את הריח האנושי שתפקידיו אינם מנגנון לא נפרד, כלומר הריח או הטעם נתפסים כהדפסת אצבע גלובלית. בעיקרו של דבר המכשיר מורכב ממערך חיישנים, ממודולי ארגון מחדש של דפוסים ודגימת מרחב ראש, ליצירת דפוס אות המשמש לאפיון ריחות. האף האלקטרוני מורכב משלושה חלקים עיקריים שהם איתור מערכת, מערכת מחשוב, מערכת משלוח דוגמאות.

דיאגרמת חסימת אף אלקטרונית

מערכת משלוח המדגם: מערכת אספקת הדגימה מאפשרת ייצור מרחב ראש של תרכובות מדגמיות או נדיפות שהוא חלק מנותח. לאחר מכן המערכת שולחת את מרחב הראש הזה למערכת הזיהוי של האף האלקטרוני.

מערכת הזיהוי: מערכת הזיהוי המורכבת מקבוצת חיישנים היא החלק התגובתי של המכשיר. בעת מגע עם תרכובות נדיפות באותה תקופה החיישנים מגיבים וגורמים לשינויים במאפיינים החשמליים.

מערכת המחשוב: ברוב האף האלקטרוני כל חיישן רגיש לכל המולקולות בדרכם הספציפית. עם זאת באף ביו-אלקטרי משתמשים בחלבוני הקולטן המגיבים למולקולות ריח ספציפיות. רוב האפים האלקטרוניים משתמשים במערכי חיישנים המגיבים לתרכובות נדיפות. בכל פעם שהחיישנים חשים ריח כלשהו, נרשמת תגובה ספציפית שהאות מועבר לערך הדיגיטלי.

החיישנים הנפוצים יותר באף אלקטרוני

מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת (MOSFET)

ניהול פולימרים

מיקרו איזון גביש קוורץ

חיישנים פיזואלקטריים

חיישני תחמוצת מתכת

חיישן מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת:

זה משמש ל החלפה או הגברה אותות אלקטרוניים. עקרון העבודה של MOSFET הוא שמולקולות שנכנסות לאזור החיישנים יטענו באופן חיובי או שלילי, אשר משפיעות ישירות על השדה החשמלי בתוך MOSFET.

חיישני תחמוצת מתכת: (MOS)

“כיצד פועלים מטעני הסלולר ”

חיישן זה מבוסס על ספיחה של מולקולות גז כדי לעורר שינוי במוליכות. שינוי מוליכות זה הוא המדד לכמות התרכובות האורגניות הנדיפות שנספגות.

חיישנים פיזואלקטריים:

ספיחת הגז על פני הפולימר מובילה לשינוי במסה על פני החיישן. זהו התור המייצר שינוי בתדר התהודה של הגביש.

מיקרו איזון גביש קוורץ:

זוהי דרך למדידת מסה ליחידת שטח על ידי מדידת שינוי תדר מהוד הגביש. ניתן לאחסן זאת בבסיס נתונים.

ניהול פולימרים:

חיישני גז פולימרים מוליכים פועלים על בסיס שינוי בהתנגדות החשמלית הנגרמת על ידי ספיחת גזים על פני החיישן.

ניתוח נתונים לאף אלקטרוני:

יש לנתח ולפרש את הפלט הדיגיטלי שנוצר על ידי חיישני האף האלקטרוניים על מנת לספק. ישנם שלושה סוגים עיקריים של טכניקות זמינות מסחרית.

ניתוח גרפי
ניתוח נתונים רב משתני
ניתוח רשתות

ניתוח נתונים לאף אלקטרוני

בחירת השיטה בה משתמשים תלויה בנתוני קלט זמינים מחיישנים.

הצורה הפשוטה ביותר של הפחתת נתונים היא ניתוח גרפי שימושי להשוואת דגימות או להשוואה של אלמנטים של זיהוי ריחות של אנליסטים לא ידועים ביחס לאלה של מקורות ידועים בספריות ייחוס.

“מה תפקידו של מד -מד ”

ניתוח הנתונים הרב משתני מייצר מערך טכניקות לניתוח נתונים שהוא טכניקה מאומנת או לא מאומנת. נעשה שימוש בטכניקות הלא מאומנות כאשר בסיס נתונים של דוגמאות ידועות טרם נבנה. טכניקת מד'א לא מאומנת הפשוטה והנפוצה ביותר היא ניתוח רכיבים עקרוני. ניתוח נתוני האף האלקטרוני מד'א הוא שימושי מאוד כאשר לחיישנים יש רגישויות כיסוי חלקית לתרכובות בודדות הקיימות במיקסר לדוגמא. ה- PCA הוא שימושי ביותר כאשר אין דוגמה ידועה זמינה.

הרשת העצבית היא טכניקות הניתוח הידועות והנגזרות ביותר המשמשות בחבילות תוכנה סטטיסטיות לאף אלקטרוני זמין מסחרית.

לדוגמאות מערכת אף אלקטרונית לזיהוי ריח פרי:

מערכת אף אלקטרונית

מערכת האף האלקטרונית המוצעת נבדקה בריחות של שלושה פירות, כלומר לימן, בננה, ליצ'י. את הריחות הכינו על ידי הנחת דגימת פירות במפסקים האיטומים בכיסוי. 8051 הוגדר למצב בדיקה או אימון. אם המערכת במצב אימון, ערך החיישן מוצג על גבי LCD. אם המערכת במצב בדיקה, תוצאת הסיווג של פרי היעד מוצגת על גבי LCD. מערך החיישנים מביא את הגז דרך Valve1, שנסגר בדרך כלל. משאבת הוואקום מופעלת למשך 20 שניות כדי לשאוב את הגז ממערך החיישנים.

הגדרת בדיקות גז עבור מערכת האף האף המוצעת

הערך 1 נסגר והתנגדות החיישן קיבלה 60 שניות כדי להגיע למצב מצב לימוד. תוצאת הסיווג של הערך האופייני לחיישנים הופיעה על גבי ה- LCD. תא מערך החיישנים נותק ממפסק דגימת הפרי והשסתום 1 נפתח כדי להפוך אוויר צח, השסתום 2 נפתח כך שהריחות נשאבו החוצה. החדר שודר עם אוויר צח במשך שתי דקות.

יישום של אף אלקטרוני: