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电子鼻电子舌概述电子鼻和电子舌是两种基于传感技术的人工感官设备，它们模仿了人类的嗅觉和味觉系统，可以用于检测和识别气味和味道。
电子鼻和电子舌在食品、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍电子鼻和电子舌的原理、应用以及发展趋势。
电子鼻电子鼻是一种模拟人类嗅觉系统的传感器装置，可以用于检测和识别气体的成分和浓度。
它由气体传感器阵列、信号处理电路和模式识别算法等组成。
原理电子鼻的气体传感器阵列通过吸附或吸收气体分子来获取气体的信息。
常用的气体传感器有金属氧化物半导体传感器、电化学传感器、光纤传感器等。
气体分子的吸附或吸收会引起传感器的电阻、电流或光信号的变化，通过测量这些变化可以确定气体的成分和浓度。
应用电子鼻在食品、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
在食品行业中，电子鼻可以用于检测食品的新鲜度、品质和真实性。
在医疗领域，电子鼻可以用于检测呼出气体中的特定化合物，从而帮助医生进行疾病的早期诊断。
在环境监测中，电子鼻可以用于检测空气中的污染物。
随着传感技术的发展和进步，电子鼻的灵敏度和准确性不断提高。
目前的电子鼻主要是通过模式识别算法来识别气体，但未来可以结合人工智能和机器学习等技术，进一步提高识别的准确性和可靠性。
此外，对于特定行业的需求也将推动电子鼻的发展，例如在食品行业中，对于食品安全和质量的要求不断提高，对持续监测和检测手段的需求也在增加。
电子舌电子舌是一种模拟人类味觉系统的传感器装置，可以用于检测和识别溶液中的味道和成分。
电子舌由化学传感器阵列、信号处理电路和模式识别算法等组成。
原理电子舌的化学传感器阵列通过吸附或反应溶液中的化学物质来获取味道的信息。
常用的化学传感器有离子选择电极、光化学传感器、电化学传感器等。
化学物质的吸附或反应会引起传感器的电阻、电流或光信号的变化，通过测量这些变化可以确定溶液中的成分和味道。
应用电子舌在食品、饮料、药品等领域有着广泛的应用。
在食品行业中，电子舌可以用于检测食品的口感、甜度和酸度等。
仿生嗅觉和味觉传感技术的研究现状与进展目录摘要 (3)1、仿生技术发展概况 (2)2、嗅觉仿生传感器 (6)2.1仿生嗅觉传感器的研究现状和进展 (6)2.2生物嗅觉的机理及仿生嗅觉系统 (7)2.2.1生物嗅觉机理 (7)2.2.2.仿生嗅觉系统 (8)2.3电子鼻仿生信息处理技术研究进展 (10)2.3.1仿生电子鼻的基本结构与工作原理 (11)2.3.1仿生电子鼻在食品鉴评中的应用 (11)3、味觉仿生传感器 (12)3.1、味觉传感器的机理及其研究 (12)3.2、电子鼻仿生信息处理技术研究进展 (14)3.2.1、电子舌的机理及其分类 (14)3.2.1、电子舌技术在食品领域的应用 (15)4、结语 (17)参考文献 (18)摘要人体是各种传感器云集之处, 这些人体传感器具有灵敏度高、选择性好、集成度高等特点。
因此模仿人体的生物感受器研制仿生传感器成为传感技术的一个重要发展方向。
评述目前国际上仿生传感技术的研究进展。
电子鼻技术是探索如何模仿生物嗅觉机能的一门学问。
几乎所有动物,不论是高级的还是低级的,都具有对周围环境中的化学刺激- 气味进行感知并作出适当反应的能力。
本文介绍了电子鼻技术的研究历史、研究现状与发展趋势。
最后展望了其未来应用前景。
随着现代科学技术和科学理念的不断发展。
电子鼻作为一个新兴技术它必将给众多领域带来一次技术革命, 也将逐步走向实用。
关键词：仿生传感技术；电子鼻和舌；发展趋势；应用前景仿生嗅觉和味觉传感技术的研究现状与进展1、仿生技术发展概况自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物,每种生物都拥有神奇的特性与功能,因而能够在复杂多变的环境中生存下来。
仿生学(Bioncis)就是以生物为研究对象,研究生物系统的结构性质、能量转换和信息过程,并将所获得的知识用来改善现有的或创造崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程的科学,是生物科学与工程技术相结合的一门综合的边缘学科。
仿生感知技术渗入点观察简介：仿生感知技术是通过模仿生物的感知机制，将生物感知能力与机器融合，实现对外部环境的感知与理解。
本文将观察仿生感知技术的渗入点及其应用场景，探讨其潜在的优势和局限性。
一、仿生感知技术渗入点观察1. 触觉感知触觉感知是人类与外部环境进行交互的重要渠道之一，仿生感知技术可以模拟人类的触觉感知机制，使机器能够通过触摸感应器感知到外部物体的质地、形状、温度等信息。
这种技术的应用范围广泛，比如智能机器人能够通过触觉感知技术拾取物体，进行精确的操作。
2. 视觉感知视觉感知是人类主要的感知方式之一，仿生感知技术可以模拟人眼的结构，将图像信息传输到计算机系统中，通过图像处理算法对图像进行解析和理解。
这种技术被广泛应用于图像识别、人脸识别、智能监控等领域。
例如，智能摄像头可以通过视觉感知技术实现人脸识别，在安防领域发挥重要作用。
3. 听觉感知听觉感知是人类感知外界声音的方式，仿生感知技术可以模拟人耳的结构，使机器能够感知声音、识别语音等。
听觉感知技术的应用场景丰富多样，比如语音助手、智能音箱等产品，能够通过听觉感知技术与人进行语音交互，提供信息查询、音乐播放等服务。
4. 嗅觉感知嗅觉感知是人类感知气味的方式，仿生感知技术可以模拟人鼻的结构，使机器能够感知化学成分、检测气味等。
这种技术在环境检测、食品安全等领域有着潜在的应用前景。
例如，可将仿生嗅觉感知技术应用于食品安全领域，及时检测食品中的有害气味或化学物质。
二、仿生感知技术的优势和局限性1. 优势（1）弥补人类感知能力的局限性：仿生感知技术能够弥补人类感知能力的不足，提供更准确、高效的感知能力。
例如，机器人可以通过仿生感知技术在复杂环境中精确感知和理解信息，提高工作效率。
（2）广泛的应用领域：仿生感知技术可以应用于智能交通、智能医疗、智能制造等众多领域，为各行各业带来更多的创新可能性。
这种技术的广泛应用能够推动人工智能在各领域的普及和发展。
嗅觉传感器技术在智能家居中的应用近年来，智能家居领域发展迅猛，人们的生活也变得更加便捷舒适。
其中，嗅觉传感器技术作为一种新型的技术手段，在智能家居领域中的应用越来越广泛。
本文将探讨智能家居领域下，嗅觉传感器技术的应用现状、发展前景及其可能带来的影响。
一、嗅觉传感器技术的应用现状嗅觉传感器技术是一种新型的技术手段，它通过识别不同物质所散发的气味，实现物质的远程检测和控制。
如今，随着物联网和互联网的迅猛发展，嗅觉传感器技术的应用范围越来越广泛。
在智能家居领域中，嗅觉传感器技术也得到了广泛的应用。
目前，嗅觉传感器已经被应用在智能家居领域中的多个方面。
例如，在厨房环境中，可安装嗅觉传感器检测食品的新鲜度和成熟度等参数，从而保证食品的健康与安全。
在卧室环境中，可以通过安装嗅觉传感器检测空气质量，调整空气净化器和除湿器的运行，从而为人们带来更加健康宜居的居住环境。
二、嗅觉传感器技术的发展前景嗅觉传感器技术的发展前景广阔。
首先，嗅觉传感器技术的应用范围还有很大的拓展空间。
未来，随着互联网技术的进一步发展，智能家居系统将变得更加智能化，更加便捷化。
在这样的环境中，嗅觉传感器技术的应用前景将不可限量。
其次，嗅觉传感器技术的使用成本较低。
传统的嗅觉检测方法需要专业人员，而且费用相对较高。
而嗅觉传感器技术则可以代替传统检测方法，减少了人力物力成本的同时，也提高了检测的精确度。
三、嗅觉传感器技术应用的影响嗅觉传感器技术的应用，不仅可以优化人们的生活环境，同时也对环保和健康问题提供了有效的解决手段。
如今，空气污染已经成为全球性问题，而嗅觉传感器技术的使用则有助于追踪和分析污染源。
在生物学领域，嗅觉传感器技术也可以应用于药物研发等方面，并为医疗诊断提供重要支持。
总之，随着嗅觉传感器技术的发展，它将为智能家居领域带来更为便捷、智能化的生活方式，并且在环保、健康等方面也将发挥越来越重要的作用。
值得注意的是，虽然嗅觉传感器技术在智能家居领域的应用前景广泛，但也需要加强相关技术的研发和应用，以确保其安全性和精确度并不断提升其应用价值和市场竞争力。
2024年电子鼻市场分析现状1. 引言电子鼻技术是一项新兴的技术领域，它模拟了人类嗅觉系统的工作原理，能够识别和分析气体成分，具有广泛的应用前景。
本文将对电子鼻市场的现状进行分析，包括市场规模、市场发展趋势等方面。
2. 市场规模据市场调研公司的数据显示，电子鼻市场自2016年开始迅速增长，并在近几年达到了较大的规模。
预计到2025年，电子鼻市场规模将超过XX亿美元。
电子鼻在医疗、食品安全、环境监测等领域具有重要应用，这将推动市场需求的增长。
3. 市场驱动因素电子鼻技术的发展离不开以下几个市场驱动因素：3.1 医疗应用需求增加随着人们健康意识的提高，以及慢性疾病的增加，对于非侵入式、迅速、准确的检测方法的需求增加。
电子鼻作为一种快速、敏感的检测手段，能够帮助医疗行业提高诊断效率，因此在医疗应用领域有广阔的市场前景。
3.2 食品安全监管加强食品安全问题一直备受关注，电子鼻技术在食品质量监测和溯源方面具有潜力。
电子鼻可以迅速检测食品中的有害物质，提高食品安全监管的准确性和效率，因此受到政府和企业的重视。
3.3 环境污染问题随着工业化的进程，环境污染成为全球关注的焦点。
电子鼻技术可以用于监测大气中的有害气体浓度，帮助环保部门及时采取措施，保护环境和人类健康。
因此，环境监测领域是电子鼻市场的另一个重要应用领域。
4. 市场发展趋势电子鼻市场在未来几年将呈现以下几个发展趋势：4.1 技术创新随着科技的进步，电子鼻技术将越来越先进。
传感器的灵敏度和稳定性将得到提高，数据处理算法也会更加精确。
这将大大增强电子鼻的检测能力，推动市场的发展。
4.2 应用领域扩大除了医疗、食品安全、环境监测等领域，电子鼻还有更广阔的应用前景。
例如，在农业领域，电子鼻可以用于检测植物的生长状态和病害，提高农作物的产量和质量。
随着电子鼻技术的发展，更多的应用领域将被开拓。
4.3 市场竞争加剧当前，电子鼻市场的竞争还不激烈，但随着市场规模的增加，竞争将日益加剧。
仿生嗅觉与味觉传感技术及其应用的研究进展秦臻;董琪;胡靓;HUANGLi-Quan;HSIAJimmy;王平【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2014(033)005【摘要】动物的化学感受系统具有惊人的能力,能够在极低的浓度下识别数千种分子结构各异的化学物质,其灵敏性、选择性和响应速度都远高于当前的人工识别系统.近年来,研究者致力于利用完善的天然分子识别机制,开发出一种与传统嗅觉/味觉传感器相比更具仿生意义的新型化学探测系统,即仿生嗅觉/味觉传感器.仿生嗅觉/味觉传感器通常将动物嗅觉味觉的受体、细胞和组织作为敏感材料,然后使用多种人工检测方法,如光学、电化学和声波检测器件等,实现对化学物质的检测和识别.文中概述了动物嗅觉/味觉感受系统对化学物质的信息处理机制,并结合本实验室的工作,综述了目前仿生嗅觉/味觉传感器的常用技术及其未来发展趋势,并展望了其在医疗、工业和军事等领域的应用前景.【总页数】11页(P609-619)【作者】秦臻;董琪;胡靓;HUANGLi-Quan;HSIAJimmy;王平【作者单位】浙江大学生物传感器国家专业实验室,生物医学工程教育部重点实验室,生物医学工程与仪器科学学院,杭州310027;浙江大学生物传感器国家专业实验室,生物医学工程教育部重点实验室,生物医学工程与仪器科学学院,杭州310027;浙江大学生物传感器国家专业实验室,生物医学工程教育部重点实验室,生物医学工程与仪器科学学院,杭州310027;Monell Chemical Senses Center, 3500 Market Street, Philadelphia, PA 19104, USA;Monell Chemical Senses Center, 3500Market Street, Philadelphia, PA 19104, USA;University of Illinois at Urbana-Champaign, IL 61801 USA;浙江大学生物传感器国家专业实验室,生物医学工程教育部重点实验室,生物医学工程与仪器科学学院,杭州310027;中国生物医学工程学会【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.仿生物嗅觉传感技术在卷烟品牌识别中的应用 [J], 骆德汉;谭辉平2.仿生嗅觉传感技术的研究现状与进展 [J], 许广桂;骆德汉;陈益民;刘红秀3.调味剂对动物嗅觉、味觉、肠道功能的调控研究进展 [J], 王旭东;邵丽霞;唐仁龙;代正阳;茅慧玲;汪海峰;王翀;华卫东4.嗅觉和味觉图象传感技术的研究进展 [J], 谢军;王平5.嗅觉和味觉电生理及其芯片技术的研究进展 [J], 徐莹;李燕;许改霞;秦利锋;李蓉;叶学松;王平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
仿生学技术的发展现状与未来趋势随着科技的不断进步和发展，无数领域迎来了创新性的突破，仿生学技术便是其中之一。
仿生学是通过借鉴生物体的结构和功能来设计新的技术和产品。
它融合了生物学、工程学和材料科学的知识，以满足人类对于更高效、更节能、更灵活的解决方案的需求。
在工业、军事、医疗和科学研究领域，仿生学技术都展示出了巨大的潜力。
一、现状：生物启发技术的广泛应用1. 材料领域生物材料是仿生学技术的重要应用领域之一。
许多生物体具有出色的材料性能，例如蜘蛛丝和贝壳。
借鉴这些天然材料的结构和组织方式，科学家们已经成功地开发出了一系列新型材料。
这些材料具有高强度、高韧性和轻质化等特点，在航空航天、汽车制造和建筑等领域有着广泛的应用。
2. 机器人技术仿生机器人是仿生学技术的又一个重要应用方向。
科学家们试图模仿生物体的神经系统和运动机能，开发出具备类似行为和反应的机器人。
例如，鳄鱼机器人能够在水中自由游动，并具备咬力强大的特点。
这种仿生机器人有望应用于海洋探测、救援任务等领域。
3. 医疗技术仿生学技术在医疗领域的应用也备受关注。
例如，仿生义肢通过模仿人体运动的方式，帮助截肢者恢复正常生活功能。
此外，仿生学技术还被用于生物传感器的研究，以实现更早、更精确地诊断疾病。
二、趋势：逐步迈向更先进的技术1. 智能化发展未来，仿生学技术有望更加智能化和自适应化。
仿生机器人将会具备更强大的感知和学习能力，能够根据环境和任务要求作出更加精准的响应。
生物启发的传感器和电子器件将能够实现更多功能，使得诊断和治疗变得更加精确和便捷。
2. 生物工程的研究生物工程将成为仿生学技术的重要研究方向之一。
通过基因编辑技术和组织工程学的发展，科学家们有望创造出新的生物材料、生物传感器和仿生机器人。
生物工程的进步将为仿生学技术的应用和发展提供更大的突破口。
3. 融合与跨学科合作仿生学技术的发展需要多学科的跨界合作。
只有生物学、工程学和材料科学等领域密切合作，才能实现真正的仿生学突破。
新型嗅觉传感器及其应用随着科技的不断发展，越来越多的新型传感器不断出现，其中嗅觉传感器也引起了人们的广泛关注和研究。
嗅觉传感器是一种能够模拟人类嗅觉系统，对周围环境中的气味进行感知和识别的传感器。
目前，新型嗅觉传感器被广泛应用于环境监测、生物医学检测、食品安全检测、工业质量控制等领域。
一、新型嗅觉传感器的原理新型嗅觉传感器的核心部分是气敏材料，通常采用纳米材料、半导体材料、聚合物材料等，其中以纳米材料最为常见。
气敏材料对气体发生吸附和反应，从而改变自身的特性，例如电学、光学、热学等方面的参数，再通过对这些参数的变化进行监测和分析，实现对气体的识别和测量。
二、新型嗅觉传感器的应用（一）环境监测新型嗅觉传感器被广泛应用于环境监测领域。
它可以对空气中的有害气体进行检测和测量，例如CO、CO2、SO2、NOx等。
通过及时发现这些有害气体的浓度变化，及时采取措施，保证环境的健康与安全。
（二）生物医学检测新型嗅觉传感器在生物医学检测领域也有着广泛的应用。
例如，它可以检测出患者呼吸中的挥发性有机物（VOCs），及时发现某些疾病的存在或发展情况，例如肺癌、糖尿病等。
同时，也可以通过检测特定气味成分，判断医疗设备的清洁度。
（三）食品安全检测新型嗅觉传感器也可以应用于食品安全检测领域。
例如，它可以检测出食品中的有害气味，例如霉变、污染等。
通过检测出这些异味，可以及时发现存在的食品安全问题，保障食品安全。
（四）工业质量控制新型嗅觉传感器还可以应用于工业质量控制领域。
例如，它可以检测出工业生产过程中的异味，及时发现生产设备的故障或者生产过程中的问题，保证产品的质量和安全。
三、新型嗅觉传感器的未来展望随着近年来新型嗅觉传感器的不断发展和研究，它的应用场景也越来越多，而且未来还有更多的发展空间和应用场景。
例如，可以应用于检测化学武器、炸药等危险品；可以应用于智能家居领域，通过感知环境中的气味来智能控制家庭设备等。
总之，新型嗅觉传感器是未来的一个重要发展方向，它将在更多领域发挥着重要的作用。
仿生嗅觉和味觉传感技术的研究现状与进展目录摘要 (3)1、仿生技术发展概况 (2)2、嗅觉仿生传感器 (6)2.1仿生嗅觉传感器的研究现状和进展 (6)2.2生物嗅觉的机理及仿生嗅觉系统 (7)2.2.1生物嗅觉机理 (7)2.2.2.仿生嗅觉系统 (8)2.3电子鼻仿生信息处理技术研究进展 (10)2.3.1仿生电子鼻的基本结构与工作原理 (11)2.3.1仿生电子鼻在食品鉴评中的应用 (11)3、味觉仿生传感器 (12)3.1、味觉传感器的机理及其研究 (12)3.2、电子鼻仿生信息处理技术研究进展 (14)3.2.1、电子舌的机理及其分类 (14)3.2.1、电子舌技术在食品领域的应用 (15)4、结语 (17)参考文献 (18)摘要人体是各种传感器云集之处, 这些人体传感器具有灵敏度高、选择性好、集成度高等特点。
因此模仿人体的生物感受器研制仿生传感器成为传感技术的一个重要发展方向。
评述目前国际上仿生传感技术的研究进展。
电子鼻技术是探索如何模仿生物嗅觉机能的一门学问。
几乎所有动物,不论是高级的还是低级的,都具有对周围环境中的化学刺激- 气味进行感知并作出适当反应的能力。
本文介绍了电子鼻技术的研究历史、研究现状与发展趋势。
最后展望了其未来应用前景。
随着现代科学技术和科学理念的不断发展。
电子鼻作为一个新兴技术它必将给众多领域带来一次技术革命, 也将逐步走向实用。
关键词：仿生传感技术；电子鼻和舌；发展趋势；应用前景仿生嗅觉和味觉传感技术的研究现状与进展1、仿生技术发展概况自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物,每种生物都拥有神奇的特性与功能,因而能够在复杂多变的环境中生存下来。
仿生学(Bioncis)就是以生物为研究对象,研究生物系统的结构性质、能量转换和信息过程,并将所获得的知识用来改善现有的或创造崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程的科学,是生物科学与工程技术相结合的一门综合的边缘学科。
通过研究、学习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机构,可以使新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程具有某些生物的特性和功能,从而极大地提高人类对自然的适应和改造能力,并产生巨大的社会经济效益。
20世纪60年代,国际上兴起一门新的综合性学科一仿生学, 它是建立在生物学、电子学、生物物理学、控制论、人机学、数学、心理学以及自动化技术基础上的, 利用电子学、机械技术研究生物结构, 对能量转换和信息流动的过程进行模拟, 从而达到改善和创造崭新的自动控制装置的目标。
仿生传感器是通过研究和利用生命有机体的分子和结构来设计和改进传感器和工艺, 使传感器具有某些生物的独特性能。
其研究工作大部分是跨学科的,不但涉及基础学科如物理、化学和生物学, 还涉及到一些专门学科, 如材料科学、电子工程学和计算机科学等。
仿生传感器研究的目标是开发人体感觉器官的替代品, 其特点是能够模拟某些生物体功能, 像人体感觉器官那样工作, 发出信息、产生响应。
其应用领域遍及生物医学中人体感受器官的诊断和修复、智能机器人、食品、环境、大气污染的监测、军事安全、化学和生物武器以及反恐怖等十分广泛的领域。
如具有仿生功能的人工眼、人工耳、人工鼻、人工舌以及人工皮肤用于人体感受器官损伤的修复和替代; 用于现场对食品和环境质量进行快速检测和鉴别的电子鼻和电子舌。
在化学和生物战中, 仿生传感器能对其所怀疑的病菌实行快速监控, 使人们尽早检出病菌。
在未来的小型、微型甚至纳米机器人中, 如模拟蜜蜂、蝴蝶甚至嶂螂的小型机器昆虫将配备众多的仿生传感器。
近年来, 随着生物医学和微电子加工技术的快速发展和人类生活质量的不断提高, 用仿生技术研制各种具有感觉功能的用于损伤修复的人工器官得到子决速的发展。
国际上仿生传感器研究首先是从检测和识别物理量开始的, 特别是在人工视觉、人工听觉和人工触觉的研究方面呈现非常活跃的局面。
随着生命科学和人工智能研究的快速发展, 使人们对探索和模仿动物及人类的嗅觉和味觉功能在技术上有了可能, 同时, 随着生物医学领域对体味、体液快速分析检测和环境中微量、痕量元素检测需要的增长, 人们对电子鼻和电子舌这类快速分析诊断仪器的需求日益增长。
2、嗅觉仿生传感器2.1仿生嗅觉传感器的研究现状和进展人们知道，动物是凭借灵敏的鼻子来闻出各种各样不同的气体，并做出相应的生理反应的。
我们的鼻腔内壁上虽然只有大约1000 个类似于气敏传感器的气体接受细胞组，但它却能辨别出种类达数以千计的不同气味（嗅觉一般的人能闻出4000多种气体，嗅觉灵敏的人可以闻出10000多种气体）。
最新的研究表明嗅觉的产生是由多个嗅觉细胞组合起来共同对某种气味进行“探测”的结果。
每一种不同的组合，感知一种不同的气味,由于组合方式多种多样，因此动物能辨别大量不同的气味。
目前仿生嗅觉的研究趋势是利用具有交叉式反应的气敏元件组成一定规模的气敏传感器阵列来对不同的气体进行信息提取，然后将这些大量复杂的数据交由计算机进行模式判别处理。
对于嗅觉的敏感机理,人们建立了许多模型, 但具体细节仍处于摸索中。
国际上有关嗅觉和味觉的研究始于上世纪60年代。
一方面, 生物学家、神经生理学家以及化学家,在嗅觉和味觉的神经传导机理方面进行了长期的摸索和研究, 提出众多的设想、模型和实验分析, 如美国MIT大学的神经生理学家Freeman教授对嗅觉模型进行了几十年的研究。
另一方面, 从事分析化学、电子学、仪器科学等工程类的学者, 广泛开展了有关气体和离子传感器的研究和仪器研制,在许多领域开发出了具有嗅觉和味觉部分功能的分析仪器。
因此,目前国际上有关气体检测的传感器和分析仪器种类繁多,但真正具有仿生功能的电子鼻还大多处在实验室阶段。
比较早提出具有仿生人工嗅觉的是英国著名的生物化学家Persand,他与warwick大学的英国著名工程学家Gardner 教授合作,并在Nature杂志上发表了仿生人工嗅觉的设想。
2.2生物嗅觉的机理及仿生嗅觉系统2.2.1生物嗅觉机理嗅觉对动物的生存至关重要,是其鉴别食物、选择配偶、标记领地和躲避敌人等的重要信息来源,其他感觉系统无法替代。
哺乳动物嗅觉感知由解剖和功能上独立的两部分完成,即犁鼻器系统和主嗅觉系统。
前者主要接受信息素的刺激,引起机体内分泌变化,引发一系列生殖和社会行为。
自然界中的气味通常是由多种不同结构和性质的气味分子(odorant)组成的混合物，机体感受的是它们共同作用的综合效应。
气味感受器位于鼻腔上部的嗅上皮,主要由嗅神经元(OSN)、支持细胞和基底细胞等组成,其中嗅神经元是双极细胞,它的树突到达嗅上皮表面后末端变成圆形膨大,并发出数十根纤毛伸入表面黏液中。
纤毛的质膜上存在气味受体,它在氨基酸序列上具有7个螺旋状跨膜结构,属于G蛋白偶联受体。
气味受体基因是成员数目庞大的超家族, 但每个嗅神经元只表达其中一种受体基因。
嗅上皮存在4个独立的空间区域,氨基酸序列具有高度同源性的气味受体倾向于分布在相同区域,但在特定区域内含不同气味受体的嗅神经元又随机分布,以提高对嗅质各个方位上的敏感性。
气味分子与受体是以某些化学官能团的配位方式作用的, 使得同种气味受体可以接受多种不同气味分子的刺激, 或者说一种气味分子可以兴奋若干不同的嗅神经元(图 1)。
“专一表达、分区排列、随机分布、交叉配位”的特点让机体在嗅上皮中完成了对不同信息分子的最初选择性和初步的空间编码。
2.2.2.仿生嗅觉系统电子鼻是受生物嗅觉原理的启发,将现代传感技术、电子技术和模式识别技术等工程手段紧密结合研制成的新颖仿生检测仪器.通常,样品挥发的气味与阵列中多个气敏传感器反应,将化学信号转换成电信号,然后经过一系列放大降噪调理、基线校准或归一化等预处理过程,获取并增强该样品所对应的综合指纹信息,再从中提取合适的特征输入到特定的模式识别算法,最终完成对样品的定性或定量辨识(图 2)。
与生物嗅觉的结构和功能相比较,电子鼻气室内的气敏传感器阵列相当于鼻腔上的嗅上皮, 具有交叉敏感的化学传感器则相当于对多种气味分子敏感的嗅神经元,其作用都将气味的化学信息转换为电信息;预处理的功能类似于嗅球内信号的整合与增强;模式识别原理,特别是人工神经网络(ANN)方法,则一定程度上模拟了大脑皮层信息编码、处理和存储等过程。
气敏传感器阵列实现了气味信息从样品空间到测量空间的转换, 是电子鼻信息处理的关键环节。
不同传感原理和制作工艺的气敏传感器丰富了电子鼻对气味信息的获取途径, 常用的有金属氧化物半导体(MOS),石英晶体微天平(QCM)、导电聚合物(CP)、声表面波(SAW)等。
构建阵列的传感器除了应该满足响应快且可逆、重复性好,灵敏度高等条件,还必须对各种气味广谱敏感(弱选择性),并且阵列中各传感器对同种气味要交叉敏感,以保证从有限数量的传感器中获取更多的气味信息。
通常,从传感器阵列中获取的原始信号数据量很大,需要先对其进行特征提取,将模式从较高维的测量空间变换到较低维的特征空间,而模式识别过程则是将特征空间划分为分类空间的过程, 它是电子鼻智能化的核心单元(图 2)。
2.3电子鼻仿生信息处理技术研究进展电子鼻技术是探索如何模仿生物嗅觉机能的一门学问。
电子鼻是用来区分和辨别复合气味的, 能够再现嗅觉感官的结构和原理。
随着社会的发展,人的嗅觉器官在日常生活中的重要性有所下降,但嗅觉在食品工业、环境检测、医疗卫生、药品工业、安全保障、公安与军事等方面的重要性却与日俱增。
基本上, 电子鼻包括一组传感器和一个数据分析系统。
传感器的作用就像生物受体一样, 而数据分析系统可以将传感器从气味获得的信息转换为“嗅觉图象”, 类似于我们的嗅觉。
能够将气味进行区分和比较是因为不同的气味具有不同的嗅觉图象, 这就使得电子鼻有别于其它的分析技术, 比如: 气相色谱,它可以区分和测量气体混合物中的单分子级别。
电子鼻将气味识别为一个整体, 在单个嗅觉图象中揭示不同分子种类的综合作用。
它与人和动物的鼻子一样, “闻到”的是目标物的总体气息。
电子鼻技术的研究涉及材料、精密制造工艺、多传感器融合、计算机、应用数学以及各具体应用领域的科学与技术,具有重要的理论意义和应用前景。
2.3.1仿生电子鼻的基本结构与工作原理仿生电子鼻是模拟人类的嗅觉系统，设计研制的一种智能电子仪器，可适用于许多系统中测量一种或多种气味物质的气体敏感系统。
其基本结构与工作原理如下：1）气体传感器阵列它由具有广谱响应特性、较大的交叉灵敏度以及对不同气体有不同灵敏度的气敏元件组成。
工作时气敏元件对接触的气体能产生响应并产生一定的响应模式。
他相当于人类鼻子的嗅觉受体细胞。
2）信号预处理单元它对传感器的响应模式进行预加工，以达到漂移补偿、信息压缩和降低信号（随样品）起伏的目的，完成特征提取的任务。
