用传感器阵列和遗传基因块区分两种食醋

近年来,对将传感器阵列技术和模式识别技术用于识别食品挥发气味的研究方兴未艾。模式识别技术的实施主要依赖于对传感器阵列输出信号的参数表达,迄今为止,不论是单个传感器还是传感器阵列均没有通用的参数选择的方法。该文从8个氧化锡气敏传感器与食醋气味反应中提出初始特征值,采用一种基于公式表达树的遗传基因块代码的编码算法的组织特征参数法(OFP)对所提取的特征参数进行融合,从而得到最优的组织特征参数很容易区分不同的气味。它不但解决了怎样得到最优特征参数的问题,而且用这种算法进行遗传运算更直观、更方便。并详细讨论了怎样进行基因编码来融合不同特征参数,同时对这种遗传算法怎样进行选择、交叉、变异进行了研究。将其用于气敏传感器阵列对不同食醋识别的应用实例证明,该方法是一种非常有效的模式识别方法     

支持向量机在电子鼻区分不同品种苹果中的应用

为了提高电子鼻检测苹果气味的精度和鲁棒性,利用6点平滑法对气体传感器的数据进行去噪处理,并用支持向量机建立识别模型。应用结果表明,经过去噪处理后,曲线变得光滑,但仍能保持原来的形状,这说明去噪处理既滤除了传感器数据中的噪声同时又保留了传感器的主要信息。提取每个传感器的最大值作为特征参数。分别运用主成分分析和两个支持向量机模型区分富士、花牛、姬娜3种不同品种苹果的气味,主成分分析结果表明3种苹果分布区域存在重叠;两个支持向量机模型可以很好的区分这3种苹果,其中对姬娜和富士的识别正确率达到90％以上,而对花牛苹果的识别正确率达到100％。     

基于虚拟仪器的淡水鱼鲜度电子鼻测量系统

新鲜度是鱼类或鱼类制品质量的一个重要指标,可以通过测量鱼体气味来评价其新鲜度。该文分析了鱼体死亡后产生的特征挥发性气体,确定了TGS822乙醇类及有机溶剂型传感器、TGS825硫化氢型传感器、TGS826氨气及胺类型传感器以及TGS832 卤烃型气体传感器等4类传感器作为淡水鱼电子鼻的传感器阵列,并采用虚拟仪器平台开发了电子鼻测量系统,用该测量系统对不同新鲜度的鲢鱼鱼肉进行了气味检测。试验结果表明,电子鼻传感器阵列的响应随样品新鲜度的变化而变化,采用PCA（主成分分析）对试验数据进行聚类分析,可以将鱼体新鲜、次新鲜和腐败（包括半腐败）的样本正确区分,证实了自行研制电子鼻测量系统的可行性和适用性。     

吹扫式仿生嗅觉检测装置的设计与性能试验

为研究仿生嗅觉检测装置的检测性能,该文研制了一种吹扫式仿生嗅觉检测装置,选取传感器阵列灵敏度、响应时间和恢复时间作为装置性能指标,分析了传感器加热电压、待检气体湿度以及流量等控制参数对嗅觉检测性能的影响,并进一步验证优化控制参数的仿生嗅觉检测装置对气味检测的可行性和检测性能。试验结果表明:传感器阵列灵敏度随加热电压增大而增大,其响应和恢复时间随加热电压增大而减小,加热电压为5.0 V时,装置性能较佳,其传感器阵列灵敏度分布范围为2.260~4.823,响应和恢复时间分布范围分别为46~53 s、44~70 s;增加气体湿度会使传感器阵列灵敏度减小,同时也会延长响应和恢复时间,气体相对湿度为30%时,装置性能较佳;传感器阵列灵敏度随载气流量的增加先递增后减小,其响应和恢复时间随流量的增加先减小后递增,流量为100 m L/min时,装置性能较佳,其传感器阵列灵敏度分布范围为2.853~7.559,响应和恢复时间分布范围分别为35~50 s、30~50 s;在优化控制参数下,待检气体体积分数范围控制在0.002%~0.020%时,装置检测灵敏度较高,范围为3 577.1~6 700.7;线性特性和重复性较好,决定系数范围为0.901~0.997,变异系数范围为0.832%~9.696%,能满足仿生嗅觉气味检测的要求,可为后续开展仿生嗅觉的应用性研究提供数据参考与技术支撑。     

基于电子鼻气味检测的苹果微波干燥方案优选

微波干燥中,过程参数设置不当会引起物料结构破坏和表面焦糊,期间往往伴随着特征气味的散发。该文以苹果为对象,采用60、70、80℃恒温、模糊逻辑控制和线性温度控制5种干燥方案,通过电子鼻采集的气味图谱,研究特征气味的散发规律,及优化干燥方案。根据恒温方案气味图谱中苹果风味峰和焦糊峰的变化规律,确定的模糊逻辑控制方案,可实现在线调节磁控管功率,保留风味、减少焦糊。将模糊逻辑控制方案中实测物料温度曲线进行优化,确定的线性温度控制方案,省去电子鼻检测环节,更适合工业应用。通过比较不同微波干燥方案下的产品品质,线性温度控制方案下干燥产品的品质高、耗时合理、干燥能力强,为优先方案。该研究为气味检测技术应用于苹果干燥提供了技术依据。     

基于电子鼻传感器阵列优化的甜玉米种子活力检测

针对甜玉米种子活力传统检测方法操作繁琐、重复性差等不足,该研究利用电子鼻技术建立甜玉米种子活力快速检测方法。利用电子鼻获取不同活力甜玉米种子的气味信息,再结合主成分分析(PCA,principal component analysis)、线性判别分析(LDA,linear discriminant analysis)、载荷分析(loadings)和支持向量机(SVM,support vector machine)对气味信息进行提取分析,建立甜玉米种子活力的定性定量分析模型。结果显示:PCA和LDA分析均无法区分不同活力的甜玉米种子,而SVM的鉴别效果较好。全传感器阵列数据集SVM分类判别模型训练集和预测集正确率分别为97.10%和96.67%,建模时间为30.75 s,回归预测模型训练集和预测集决定系数R~2分别为0.993和0.913,均方差误差分别为2.23%和8.50%。经Loadings分析将10个传感器阵列优化为6个。优化后传感器阵列数据集SVM分类判别模型训练集和预测集正确率分别为98.55%和96.67%,建模时间为21.81 s,回归预测模型训练集和预测集决定系数R~2分别为0.982和0.984,均方差误差分别为3.80%和3.01%。结果表明:基于SVM的电子鼻技术可以实现对不同活力甜玉米种子的高效判别和预测,将传感器阵列优化为6个,判别和预测效果均有所提升。该研究为电子鼻技术应用于甜玉米种子活力检测提供理论依据。     

苹果采摘机器人无线数据传输系统

针对解决苹果采摘机器人众多传感器数据采用有线传输,数据线纷繁杂乱、检修不便等问题,以及其直动关节在伸缩过程中对末端执行器传感器数据线容易扯断纠结等具体情况,设计了传感器无线数据传输系统。首先对苹果采摘机器人无线数据传输进行了整体设计,对无线通信模块电路、USB通信电路进行了选型设计,同时设计了部分传感器的信号调理电路;其次为了无线数据实时、可靠的传输,在方法上采取了质效控制措施,并制定了数据传输协议,然后进行了无线数据传输的程序设计,最后通过测试结果验证了传输协议的健壮性,数据传输的高效性,并根据测试结果与系统开销之间进行协调,选取了最优设置参数。该研究为采摘机器人及其他农产品生产机器人数据传输提供了一种无线实现方式和新的实现方案。     

嗅觉可视化技术及其对四种食醋的识别

不同的食醋散发的香味具有一定的相似性,同时又有各自的特征,怎样快速表达这些特征是一大难点.本研究根据Kenneth S.Suslick教授的思路,筛选出23种卟啉类化合物和7种疏水性pH指示剂,制成一个5x6气体可视化传感器阵列.文章详细介绍了嗅觉可视化系统及其操作步骤,并利用气体可视化传感器阵列对4种传统食醋进行了测试.聚类分析表明,当取相似度为12时,样本被区分为镇江香醋、山西老陈醋、四川麸醋、浙江玫瑰米醋.研究表明嗅觉可视化技术可用于食品气味的可视化分析和图像指纹表达.     

日光温室双路可调温度控制器的设计

为了实现日光温室内温度的自动化控制,采用温度传感器采集信号,经控制电路处理后开启终端执行设备以调节温室内的温度。温度采集部分采用温度电压线性正比传感器LM35,使电路简单,参数精确,并采用双路可调的设计方案,将单一温度感应升级为温度范围的感应,另外配有实时的温度显示电路,更具可操作性。     

电子鼻在饮料识别中的应用研究

为解决传统的饮料检测所采用的理化分析方法烦琐而实时性差的问题，研制了一套能够实时、准确地检测饮料散发气味的电子鼻系统。该系统主要由气敏传感器阵列和数据处理软件组成，并采用氮气作为载气以减少测试环境因素的影响。为了提高信噪比，从每个传感器与气体反应曲线中提取了4个特征值，然后用主成分分析法和BP神经网络对样本特征值进行处理。识别结果表明，这种检测方法快速、准确，识别正确率高达95.2%。     

基于特征光谱的苹果霉心病无损检测设备设计

针对现有农产品内部品质无损检测多采用宽波段光谱技术,集成应用光谱仪与计算机完成品质分析,存在成本高、能耗大、分析过程复杂以及光谱信息冗余等问题。该文结合苹果霉心病在果心发病的特征,采用透射光谱检测方式,设计实现了基于窄带LED光源与光敏二极管的苹果霉心病无损检测设备。通过霉心病发病特征的分析可得果径和特征光谱波段的透射强度是进行霉心病检测的关键影响因素,设计光谱特性试验,对多组宽波段光谱数据采用相关性分析法得到特征光谱波段为690～730 nm。设计果径与透射光谱信息采集的基础平台,该平台包括LED光源及其驱动模块、光电转换与检测模块以及基于丝杠滑台组件与限位传感器的果径在线测量模块;采用基础平台对样品进行数据获取,以果径与透射光谱强度值为输入,建立基于误差反向传播网络的霉心病判别模型。结果表明,采用该文所述测试试验样本进行验证,设备判别准确率达到95.83%。该研究结果表明,基于特征光谱采用 LED 光源的霉心病无损检测方法是可行的,可为其他果品内部病害的检测提供借鉴思路。     

小麦播种机电容式排种量传感器设计

为提高小麦播种机排种量检测的可靠性,根据电容器的电容随极板间介质质量变化而发生变化的原理,研制了一种电容式排种量传感器。利用AD7745数字转换器和单片机搭建微电容信号调理电路,电容传感器与调理电路采用短线连接,减小了寄生电容对测量精度的影响。通过标定,获得了传感器电容值与排种量的关系模型。在播种机试验台架上对电容式排种量传感器性能进行了测试。试验结果表明,在排种速度不同的情况下,该传感器的最大测量误差为2.2%。该传感器能够较好地实现小麦播种机排种量的在线检测,为变量播种提供了有力支持。     

基于DSP太阳能光伏并网系统的应用研究

光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势。并网逆变器是光伏并网发电系统核心部件之一,基于TM S320LF2407 DSP芯片控制的并网系统。利用DSP丰富的外围电路和强大的功能实现并网系统的所有工作、控制和相应的保护功能等。并网逆变器采用前级DC/DC的boost升压结构电路,减少了系统体积和重量;后级DC/AC逆变器采用全桥逆变电路;且具有最大功率跟踪和反孤岛效应等功能。以DSP为控制核心的光伏并网系统具有可靠性强,工作效率高,稳定性好等优点。其加快了光伏并网发电系统的应用推广。     

便携式作物生长监测诊断仪的设计与试验

为了解决当前作物生长信息实时、快速、无损测量手段瓶颈问题,研发了一种基于多光谱传感器的便携式作物生长监测诊断仪。该仪器由多光谱传感器系统、处理器系统及附属机构组成,能实时无损地获取作物叶层氮含量、叶层氮积累量、叶面积指数、生物量等主要生长指标。对水稻的试验结果表明,便携式作物生长监测诊断仪测得的DVI值与水稻叶层氮含量、氮积累量、叶面积指数、叶干重的决定系数R2分别为0.711,0.8231,0.7698,0.7212。该仪器结构简单,集成度高,性价比好,携带方便,易于田间操作。     

基于差分信号控制的土壤含水率传感器设计

研究土壤含水率的测定对于农作物生长,灌溉及农业自动化发展具有重要意义。该文针对传统含水率传感器电极输出信号谐波失真较大的问题,设计了一种差分信号控制的土壤含水率传感器。鉴于传感器电极输出的信号失真是由于土壤非线性因素引起的,该文利用集成时基计时器设计差分输入信号控制电路,减少输出信号的总谐波失真度。此外,建立相应的数学模型,得到土壤阻抗与信号周期变化关系。构建传感器硬件结构,通过微处理控制器测量信号周期得出土壤含水率变化数值。试验表明,传感器输出端的信号总谐波失真较传统结构减少12.56%。土壤质量含水率在5%~30%时,土壤含水率测试最大误差不超过4.89%,土壤阻抗测试误差不超过2%。     

一种无精蛋自动挑选系统设计

设计了孵化早期无精蛋自动挑选系统,结合各执行机构,对系统的电路及软件作了详细的研究。选取种蛋立位透光图像中的各部分的面积值作为无精蛋的识别特征。系统以TMS320DM642型DSP与EPM7128AETC型CPLD为控制核心,蛋盘设计为可自动切换的两种状态（孵化状态与检测状态）。种蛋的图像由CCD采集,由DSP经图像处理,神经网络识别后并由喷墨装置标记出无精蛋。     

嵌入式应用系统的数字化控制技术的研究

阐述了单片机、数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）的结构特点与性能特点,描述了嵌入系统中数字化控制技术的方案选择,展望了嵌入系统中数字化控制技术的发展趋势。     

Colorimetric sensor arrays for the analysis of beers: a feasibility study

Eighteen commercial beers have been analyzed in both liquid and gas phases using colorimetric sensor arrays made from selected chemically responsive dyes printed on a hydrophobic membrane. Digital imaging of the dye array before and after exposure to the complex analytes in either the liquid phase or the head-gas provides a color change profile as a unique fingerprint for the specific analyte. The digital data libraries generated were analyzed using statistical and chemometric methods, including principal component analysis (PCA) and hierarchical clustering analysis (HCA). In either liquid- or gas-phase experiments, facile identification of specific beers was achieved using comparison of the color change profiles; using HCA statistical analysis the error rate of identification was <3%. Differentiation between even very similar beers proved to be straightforward. In addition, differentiation of pristine beer from the effects of watering or decarbonation proved to be possible. These results suggest that colorimetric sensor arrays may prove to be useful for quality assurance/quality control applications of beers and perhaps other beverages.