引 言

電子鼻是根據(jù)仿生學(xué)原理，由傳感器陣列、檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)化模式識(shí)別系統(tǒng)所組成的電子儀器[1]。該儀器能夠分析、識(shí)別和檢測(cè)復(fù)雜氣味和大多數(shù)揮發(fā)性成分。由電子鼻檢測(cè)得到的不是被測(cè)樣品中某種或某幾種成分的定性與定量結(jié)果，而是得出樣品中揮發(fā)性成分的整體信息，這些信息被稱為樣品的指紋 數(shù)據(jù)。利用電子鼻既能檢測(cè)特定氣體，又能評(píng)價(jià)混合氣體或揮發(fā)性化學(xué)成分。因?yàn)槠渚哂性诰€檢測(cè)速度快、靈敏度高、不會(huì)發(fā)生嗅覺疲勞、對(duì)樣品無(wú)需預(yù)處理、操作簡(jiǎn)單，并能夠得出樣品客觀的檢測(cè)結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已發(fā)展成為環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品質(zhì)量檢測(cè)、飲料以及農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)和加工等領(lǐng)域一項(xiàng)便捷的檢測(cè)技術(shù)[2]。

近年來(lái)，電子鼻技術(shù)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。程紹明利用電子鼻對(duì)番茄苗的早疫病病害進(jìn)行了檢測(cè)和分析 [1]。朱娜 等[3] 利用電子鼻對(duì)草莓貯藏期常見的霉菌感染進(jìn)行了檢測(cè)。陳辰星等[4] 利用傳感器、單片機(jī)搭建的電子鼻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰箱貯存食品新鮮度的檢測(cè)和識(shí)別。吳文娟等[5] 利用傳感器陣列建立的電子鼻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)豬肉新鮮度的快速分類。因此， 電子鼻在農(nóng)作物蟲害檢測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)方面具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，進(jìn)口的電子鼻產(chǎn)品價(jià)格昂貴，因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、低成本的電子鼻系統(tǒng)意義重大。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

電子鼻系統(tǒng)如圖 1 所示，主要由采集電路、信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)測(cè)量分析軟件三部分構(gòu)成 [5]。

采集電路主要用來(lái)采集樣品的氣味信息，由傳感器陣列 組成，在此我們選用了六種金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器。信號(hào) 處理電路中主要利用金屬氧化物傳感器與待測(cè)樣品氣體接觸 時(shí)電阻發(fā)生變化的特性，匹配電阻測(cè)量傳感器的響應(yīng)變化。 響應(yīng)后的電壓值通過數(shù)據(jù)采集卡采集，數(shù)據(jù)采集卡選用美國(guó) NI 公司研發(fā)的 16 通道高速 PCI 采集卡 6023E。采用 NI 的 LabVIEW2015 開發(fā)平臺(tái)開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)測(cè)量平臺(tái)軟件。

2 硬件設(shè)計(jì)

氣體采集單元選擇六種MOS 傳感器組成的傳感器陣列， 型號(hào)和性能特點(diǎn)見表 1 所列。

單個(gè)傳感器測(cè)量電路如圖 2 所示。利用傳感器與待測(cè)樣品揮發(fā)氣體接觸時(shí)，傳感器電阻 RS 發(fā)生變化的原理，測(cè)試匹配電阻 RL 兩端的輸出電壓 VRL，從而求出傳感器兩端的電壓VRS 及傳感器電阻 RS，其中 VC 是電源電壓，VRL 是匹配電阻的 電壓，VH 是氣體傳感器的加熱電壓。

傳感器電壓（VRS）和電阻（RS）可根據(jù) VOUT（VRL）的測(cè)定 值由式（1）、式（2）求出：

VRS=VC －VRL （1）

RS=（VC/VRL－1）×RL （2）

測(cè)量輸出的電壓值 VRS 通過 PCI 數(shù)據(jù)采集卡 6023E 的六個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道送至上位機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件中。

3 軟件設(shè)計(jì)

為縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，并方便觀察以及對(duì)數(shù)據(jù)的后續(xù)處理，系統(tǒng)軟件采用LabVIEW 開發(fā)平臺(tái)。LabVIEW 不僅為數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析和處理等提供了方便快捷的函數(shù)， 同時(shí)也為數(shù)據(jù)保存提供了多種格式的數(shù)據(jù)保存方案。

電子鼻數(shù)據(jù)測(cè)量分析軟件的主要功能是設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)，包括采樣信號(hào)幅值，采樣通道，采樣周期，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置等參數(shù)的設(shè)定。此外，還可對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示， 包括數(shù)值顯示和曲線顯示?？紤]到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，在設(shè)計(jì)中設(shè)置了八個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集和顯示功能。軟件設(shè)計(jì)前面板和程序框圖如圖 3 和圖 4 所示。

圖 3 數(shù)據(jù)采集中心面板

4 結(jié) 語(yǔ)

電子鼻系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后對(duì)感染了白粉虱病害的蔬菜苗進(jìn) 行了檢測(cè)和分析，共進(jìn)行了 3 批次共計(jì) 30 個(gè)樣品的檢測(cè)。在 數(shù)據(jù)采集過程中，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，操作方便。能夠完成對(duì)數(shù) 據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并可將實(shí)時(shí)采集的信號(hào)以圖形化方式顯示，保 存數(shù)據(jù)。這為進(jìn)一步利用模式識(shí)別方法對(duì)蔬菜病害分類提供 了基礎(chǔ) [6,7]，可進(jìn)行基于電子鼻技術(shù)的蔬菜病害無(wú)損檢測(cè)方法 的研究。