仿生电子鼻传感器阵列设计及其在牛肉品质检验中的应用

论文摘要

传统的使用化学方法监测食品品质的方法存在耗时长、依赖操作者经验、成本高等缺点。使用先进的计算机技术和自动化检测设备代替传统的检测方法势在必行。本研究通过分析人嗅觉系统和狗嗅觉系统的差异,总结其生物特点,设计了仿生鼻流道系统,使用商品气体传感器构成传感器阵列并自行设计了放大电路、滤波电路预处理信号,然后经模拟/数字转换,运用BP人工神经网络系统处理传感器阵列信号。整套系统训练完成后,操作简单,检测时间快,不使用化学药品。原样品的回判率达到100%,新样品的测试准确率在94%～98%。还可通过更换传感器构造新的传感器阵列,以提高电子鼻系统的工作性能,本研究为食品快速检验提供了新的思路。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 关于仿生学
• 1.1.1 仿生学及发展
• 1.1.2 仿生学研究内容
• 1.2 食品安全现状
• 1.2.1 食品安全的特点
• 1.2.2 国际食品安全现状
• 1.2.3 我国食品安全现状
• 1.2.4 我国食品检测研究现状
• 1.3 食品检测技术现状
• 1.3.1 主观检测
• 1.3.2 客观检测
• 1.4 仿生技术在食品检测中的应用
• 1.4.1 计算机视觉技术在食品检测中的应用
• 1.4.2 电子舌在食品检测中的应用
• 1.4.3 电子鼻在食品检测中的应用
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 1.6 论文研究的创新点
• 第二章 仿生电子鼻气体流道设计
• 2.1 嗅觉理论
• 2.1.1 传统理论
• 2.1.2 现代理论
• 2.2 鼻流道结构的仿生设计
• 2.2.1 人和狗鼻腔的结构特点
• 2.2.2 人和狗鼻腔结构对嗅觉仿生的启示
• 2.2.2 气体流向控制
• 2.2.3 气体流速调节
• 2.2.4 气体传感器的布置
• 2.2.5 气体传感器阵列数学模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 仿生电子鼻电路设计
• 3.1 系统设计
• 3.2 试验设备
• 3.2.1 气体传感器
• 3.2.2 信号过滤（滤波）电路
• 3.2.3 信号放大电路
• 3.2.3 MP420 型模拟/数字转换器
• 3.2.4 开关电源
• 3.3 电路设计
• 3.3.1 气体传感器测试电路设计
• 3.3.2 放大电路
• 3.3.3 滤波电路
• 3.3.4 调零电路设计原理
• 3.3.5 模拟/数字转换器电路原理
• 3.4 自行设计电路部分
• 3.5 本章小结
• 第四章 仿生电子鼻系统软件设计
• 4.1 设计用软件及特点
• 4.1.1 Matlab
• 4.1.2 Microsoft Visual C++ 6.0
• 4.2 设计要点
• 4.2.1 Visual C++语言设计要点
• 4.2.2 Matlab 设计要点
• 4.2.3 VC++和Matlab 混合编程的要点
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿生电子鼻系统测试试验
• 5.1 试验环境
• 5.2 温湿度环境影响
• 5.3 湿度控制
• 5.4 样品制备
• 5.5 试验方法
• 5.5.1 调整电路初值和放大倍数
• 5.5.2 气体传感器准备
• 5.5.3 调整气体传感器阵列
• 5.5.4 仿生电子鼻系统试验过程
• 5.6 本章小结
• 第六章 仿生电子鼻数据人工神经网络分析
• 6.1 模式识别与人工神经网络
• 6.1.1 模式与模式识别
• 6.1.2 模式识别方法
• 6.2 人工神经网络在食品检测中的应用
• 6.2.1 水果分级
• 6.2.2 液体食品检测
• 6.2.3 其他检测应用
• 6.3 人工神经网络简介
• 6.3.1 神经网络特点
• 6.3.2 人工神经网络
• 6.3.3 BP 人工神经网络
• 6.4 BP 人工神经网络程序实现
• 6.5 传感器阵列一数据及处理
• 6.5.1 反应曲线及采集点
• 6.5.2 气体传感器输出结果分析
• 6.5.3 数据归一化
• 6.5.4 神经网络训练及输出结果
• 6.5.5 神经网络回判和网络应用结果
• 6.6 传感器阵列二及其数据处理结果
• 6.6.1 传感器阵列二的构成
• 6.6.2 神经网络训练及输出结果
• 6.7 两个传感器阵列的比较
• 6.8 同传统方法对比
• 6.8.1 传统方法
• 6.8.2 传统化学方法数据和电子鼻数据比较
• 6.8.3 仿生电子鼻系统优势
• 6.9 同已有研究比较
• 6.10 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文及参与科研项目情况
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 导师及作者简介