摘 要

本文开发了一种基于顶空采样的新型便携式电子鼻，电子鼻尺寸为Ф6.0×2.5cm，总量仅50g。在实验第一部分，该电子鼻包含一个8阵列不同掺杂纳米SnO₂气体传感器，应用该电子鼻对6种商业白酒进行了测量，单个样本的测量时间小于5分钟。采用主成分分析法（PCA）对电子鼻信号进行了分析，应用人工神经网络（ANN）对6种白酒进行识别，识别率为95.8%。研究表明该新型电子鼻能实现对白酒在线、快速、准确地识别。在实验第二部分，对电子鼻系统进行了改进，用该电子鼻系统分别在室温、40℃、60℃条件下对同一品牌的8种不同系列的白云边白酒进行了测量，运用主成分分析法对电子鼻信号与白酒种类的关系进行了分析，应用人工神经网络对不同温度下的白酒进行识别，采用了一种新的数据处理方法，用不同置信度的种类边界，显示了在鉴别平面上差异的状况。分析表示，在白酒鉴别过程中适度升温有助于提高白酒的聚类特性。

关键词：电子鼻、白酒、主成分分析法、人工神经网络

Abstract

A novel headspace portable electronic nose is reported. The approximate size of the electronic nose is about Ф6.0×2.5cm, and its weight is about 50g. Different kinds of liquors were tested by the electronic nose and the measurements were quite simple and quick. In the first part of the measurements, the electronic nose was based on 8 doped nano SnO₂ gas sensors array. Six different kinds of liquors were used to test the performances of the portable electronic nose. Principal component analysis (PCA) and artificial neural network (ANN) were employed in identification of the liquors. And the identification rate is 95.8%. It is proved that the novel portable electronic nose could be applied for online, rapid and accurate identification of liquors. In the second part of the measurements, the electronic nose was improved. And eight different kinds of “baiyunbian” liquors were tested separately by the electronic nose at room temperature,40℃and 60℃. Principal component analysis were employed in the identification of the liquors. A new data processing method was adopted.,which showed the condition of dissimilarity with class boundaries of different confidence levels. According to the analysis, raising the temperature of the measurements contributed to presenting clustering characteristics.

Keywords: electronic nose; liquor; principal component analysis; artificial neural network

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 电子鼻系统 1

1.2.1电子鼻系统 1

1.2.2气敏传感器 2

1.2.3信号预处理方法 3

1.2.4模式识别技术 3

1.2.5电子鼻测量的不确定性损失 4

1.3白酒品鉴的研究进展 4

1.4本文研究的内容及研究意义 5

第2章 电子鼻对不同品牌白酒的测量 6

2.1便携式电子鼻系统 6

2.1.1电子鼻系统结构 6

2.1.2 硬件部分 6

2.1.3 软件部分 7

2.1.4 传感器阵列 7

2.2实验材料 9

2.3测量过程 9

2.3.1测量前的准备工作 9

2.3.2测量过程 10

2.4 数据分析 11

2.5结果与讨论 11

2.5.1 PCA分析 11

2.5.2 ANN分析 12

2.6本章小结 13

第3章 电子鼻系统对不同系列白云边白酒的测量 14

3.1改进后的电子鼻系统 14

3.1.1电子鼻系统的结构 14

3.1.2软件部分 15

3.1.3传感器阵列 16

3.2 实验材料 17

3.3测量过程 18

3.3.1测量前的准备工作 18

3.3.2测量过程 18

3.4数据分析与讨论 19

3.4.1 PCA分析 19

3.4.2计算标准偏差 22

3.4.4 ANN分析 26

3.4.4 样本差异性情况的分析 28

3.5本章小结 32

第4章 结论 33

参考文献 34

致谢 35

绪论

1.1引言

电子鼻是一种高科技产品，它模拟了动物的嗅觉器官，可以用来对气体进行分析识别，包括定量或定性分析。近年来，电子鼻以其客观公正、重复性强、响应快速等优点被广泛应用于环境监测、防爆报警、以及食品检测中。随着现代科技的发展、人们生活水平的提高，环境污染问题日益严重。人们的生产活动时时刻刻都在向大气中排放对人体健康有害的气体，如甲醛、二氧化氮、二氧化硫等。所以对这些气体进行实时、快速的监测具有十分重要的意义。同时，食品安全问题也越来越受到人们的重视，将电子鼻用于食品检测也是很多学者研究的重要方向。

但是目前电子鼻无论在工作性能还是制作工艺上还存在着很多的不足，所以研究与开发便携精确的电子鼻已经成为了我们的研究课题之一。

1.2电子鼻系统

1.2.1电子鼻系统

电子鼻是一种对动物嗅觉器官的技术复制。气味受体细胞由气体传感器取代，神经处理由计算机和软件所取代。通过这样的模拟，我们期待得到与嗅觉器官相似的能力。

电子鼻系统的开发流程很简单：