为什么电子鼻在农业、食品、医疗等领域应用的越来越广泛了？

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▲嗅觉是感官中重要的一项能力

电子鼻在生产生活中的应用

电子鼻作为一种新兴仿生技术，在农副产品与食品检测中逐渐得到重视，其研究在酒茶类、饮料、粮油、肉乳制品和果蔬类等方面都有许多报道，表明电子鼻在食品与农副产品检测上应用越来越广泛了。随着材料、传感器、信息等新技术的不断涌现，电子鼻技术也得到了新的发展，新型传感器技术的涌现和响应特性的研究，为新型电子鼻系统发展与应用提供了重要的基础条件和检测机理依据；电子鼻与其他分析仪器的融合应用技术实现了更加全方位、多角度的食品与农副产品检测；电子鼻技术与现代无线通信技术的结合应用，克服了传统电子鼻无法应用于现场及移动环境的不足，拓展了电子鼻的应用领域。

随着人们生活水平的不断提升，人们对食品的需求也在不断上升，在食品加工行业，外观、质地、气味、味道和理化指标是食品质量主要的评定标准。目前，农副产品及食品行业常用的检测方法主要有感官评价和仪器分析方法。感官评价受外界因素影响较大，主观性较强，评审结果因评审人而异，重复性差；仪器分析方法虽在食品行业中有广泛应用，但对样品前处理要求高，检测过程漫长，耗材昂贵。这两种检测方法难以满足食品工业化发展的客观、便捷、无损的要求。电子鼻作为一种新兴智能感官仪器，是通过模拟人类嗅觉系统来实现对检测对象的品质评价，主要通过气味指纹信息对气体或挥发性成分做定性或定量的检测，目前已开始应用于食品、医学、轻工业、卫生、军事以及环境保护等行业。近几年，电子鼻技术在食品领域应用得到不断拓展，在酒茶类、粮油类、肉乳制品和果蔬类等领域中已有很多研究报道。

▲近几年，电子鼻的应用常见著于报端

大规模应用背后是技术的升级

随着传感技术的发展，电子鼻技术也得到新的发展。例如，电子鼻传感器技术、电子鼻与其他分析仪器的融合应用技术、电子鼻技术与现代无线通信技术相结合等方面均有所发展。气体传感器及其阵列是电子鼻研制的关键技术，选择合适的传感器阵列对提高电子鼻检测系统整体的性能至关重要。气体传感器的关键部分是敏感材料，不同的敏感材料可以构成不同类型的气体传感器。

▲典型的移动式电子鼻系统的网络结构

传统的电子鼻往往由集成度高的传感阵列模块、高度复杂的信号处理模块和功能强大的模式识别模块组成，各模块以有线方式相连，电子鼻的应用虽然具有广泛的普适性，但因功耗、体积、布线等方面的制约，电子鼻难以胜任现场或移动环境的检测任务。此外，传统电子鼻必须人工操作，也限制了其在某些特定场合，如在有毒有害环境中的应用。而将电子鼻技术与现代无线通信技术相结合，开发出节能、轻便且适于远程监控的无线电子鼻系统，可以克服传统电子鼻的不足，使电子鼻的应用领域得到拓展。经过十余年的发展，无线电子鼻系统的开发与应用已经初具规模。

▲植入电子鼻系统的AI机器人

相比于传统电子鼻，无线电子鼻系统低功耗、小型化及远程监控的优势，使它的应用领域得到了一定程度的拓宽。在现场或移动的检测环境中，传统电子鼻通常无法胜任，无线电子鼻系统则可以胜任。例如将一套广域网络下的无线电子鼻系统应用于纺织车间内各个区域苯乙烯浓度的现场持续检测，可以以检测结果为根据采取适当的通风措施；针对办公室与住宅中，因家具粘合剂、特殊清洁剂及香烟等因素造成的有机挥发物富集，利用一套分布式无线智能电子鼻，得出了室内空间中有机挥发物成分浓度的3D模型。无线电子鼻系统不仅适用于室内小环境的检测，同样也能够完成室外较大环境的检测任务。建立了基于物联网电子鼻的一个水产养殖信息系统，分别分布于不同区域的水塘，当然这也对无线收发模块的通信性能提出了更严苛的要求。无线电子鼻系统的一个独特应用，是针对气体泄漏源检测或称为气流追踪。在真实环境中，由于复杂环境气流的影响，待测气流主要体现为复杂的流体力学效应而非简单的扩散效应，这为无线电子鼻系统的检测提出了更高的要求。

▲纯洋槐蜂蜜和掺假洋槐蜂蜜气味雷达指纹图

电子鼻的核心在于传感器阵列

目前，电子鼻系统的传感器以传感器阵列的形式出现，主要因为单个的气体传感器虽然对某一特定的气体有较强的敏感性，但是在检测复杂混合气体时，单个气敏传感器灵敏性降低，错误识别率升高，且适应性差。传感器阵列的使用正是利用单个传感器对多种气体都有响应，且响应不同的特点，形成对复杂混合气体的特征响应。在传感器阵列中，每个传感器对相同的待测气体有不同的响应，同一个传感器对不同气体又有不同的响应，使得阵列具有广谱响应特性和交叉敏感特性。在传感器阵列中常选用不同类型或者不同选择性的气敏传感器，目的是为了提高交叉敏感性，增加检测气体范围，实现对复杂混合气体的灵活响应。

▲慧闻科技电子鼻气味识别系统IDM-D01

慧闻科技设计并制作的 IDM-D01 电子鼻系统由 32 个不同的气体传感器组成，可以完成专业级气体和气味识别测试的移动式数据采集。该系统集成了先进的电子鼻操作电路、气体取样、数据传输和采集为一体。采集的数据即可以直接用于慧闻科技的电子鼻训练测试软件程序，也可以由用户自行研究开发使用。具有携带方便，操作简单，无噪音等优秀特点，系统配置的测试软件可以实时显示测试结果并完成多路传感器和温湿度的数据采集。该系统尤其适合对气体或气味有关项目研究级别的开发的使用，如果配合慧闻科技开发的电子鼻训练平台，经过相应的训练测试，可以直接在应用项目中做为嗅觉感知仪使用。该系统也可以根据不同使用场景来专门配置面向目标气体或气味的阵列传感器组合。

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与传统电子鼻相比，无线电子鼻系统的优势

相比于传统电子鼻，无线电子鼻系统低功耗、小型化及远程监控的优势，使它的应用领域得到了一定程度的拓宽。在现场或移动的检测环境中，传统电子鼻通常无法胜任，无线电子鼻系统则具有巨大发展潜力。但作为无线应用中的电子鼻将有更加高的制作要求，例如电子鼻便携小型化、重复性高、传感器清洗方便、适应性强，对软件也将提出更高的要求。

参考资料：

【1】张苗．网络化电子鼻技术研究及实现［D］．西安: 西北工业大学，2007．；

【2】《典型掺假蜂蜜的电子鼻信息变化特征及判别能力》，裴高璞史波林赵镭高海燕尹京苑汪厚银支瑞聪，1. 上海大学生命学院，上海 200444；2. 中国标准化研究院食品与农业标准化研究所，北京 100191；3. 上海大学计算机工程与科学学院，上海 20044；

【3】《电子鼻与电子舌在食品检测中的应用研究进展》．王俊，胡桂仙，于勇，等．农业工程学报，2004，20( 2) : 292 ～ 295．。

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