مقدمة:

الأنف الإلكتروني هو جهاز يكتشف الرائحة بشكل أكثر فاعلية من حاسة الشم البشرية. يتكون الأنف الإلكتروني من آلية للكشف الكيميائي. الأنف الإلكتروني هو جهاز استشعار ذكي يستخدم مجموعة من مستشعرات الغاز التي تتداخل بشكل انتقائي مع مكون إعادة تنظيم النمط. الآن في يوم من الأيام ، قدمت الأنوف الإلكترونية فوائد خارجية لحقيقة من الصناعات التجارية والزراعة والطب الحيوي ومستحضرات التجميل والبيئة والغذاء والماء ومختلف مجالات البحث العلمي. يكتشف الأنف الإلكتروني الغازات الخطرة أو السامة التي لا يمكن أن يشمها الإنسان.

أنف إلكتروني

تتكون الروائح من جزيئات لها حجم وشكل محدد. كل من هذه الجزيئات لها مستقبلات ذات حجم وشكل مطابق في أنف الإنسان. عندما يستقبل مستقبل معين جزيء ما ، فإنه يرسل إشارة إلى الدماغ ويحدد الدماغ الرائحة المرتبطة بالجزيء المعين. تعمل الأنوف الإلكترونية بطريقة مماثلة للإنسان. يستخدم الأنف الإلكتروني مجسات كمستقبل. عندما يستقبل مستشعر معين الجزيئات ، فإنه ينقل الإشارة إلى برنامج للمعالجة ، وليس إلى الدماغ.

مبدأ عمل الأنف الإلكتروني:

تم تطوير الأنف الإلكتروني من أجل محاكاة حاسة الشم لدى الإنسان والتي لا تكون وظائفها آلية منفصلة ، أي أن الرائحة أو النكهة تعتبر بصمة عالمية. تتكون الأداة بشكل أساسي من مجموعة أجهزة الاستشعار ، ووحدات إعادة تنظيم الأنماط ، وأخذ عينات من فراغ الرأس ، لتوليد نمط إشارة يتم استخدامه لتوصيف الروائح. يتكون الأنف الإلكتروني من ثلاثة أجزاء رئيسية وهي نظام الكشف ونظام الحوسبة ونظام توصيل العينات.

مخطط كتلة الأنف الإلكترونية

نظام تسليم العينة: يتيح نظام تسليم العينات إنشاء فراغ رأس للعينة أو المركبات المتطايرة التي تعد جزءًا يتم تحليله. ثم يرسل النظام مساحة الرأس هذه إلى نظام الكشف للأنف الإلكتروني.

نظام الكشف: نظام الكشف الذي يتكون من مجموعة من أجهزة الاستشعار هو الجزء التفاعلي من الجهاز. عند ملامسة المركبات المتطايرة في ذلك الوقت ، تتفاعل المستشعرات مسببة تغيرات في الخصائص الكهربائية.

نظام الحوسبة: في معظم الأنوف الإلكترونية ، يكون كل جهاز استشعار حساسًا لجميع الجزيئات بطريقته الخاصة. لكن في الأنف الكهروحيوي ، يتم استخدام بروتينات المستقبلات التي تستجيب لجزيئات رائحة معينة. تستخدم معظم الأنوف الإلكترونية صفائف مستشعر تتفاعل مع المركبات المتطايرة. كلما شعرت المستشعرات بأي رائحة ، يتم تسجيل استجابة محددة بأن الإشارة تنتقل إلى القيمة الرقمية.

المستشعرات الأكثر استخدامًا في الأنف الإلكتروني

أشباه الموصلات من أكسيد الفلز (MOSFET)

إجراء البوليمرات

ميزان دقيق بلوري كوارتز

مجسات كهرضغطية

مجسات أكسيد المعادن

مستشعر أشباه الموصلات لأكسيد المعادن:

يستخدم هذا ل التبديل أو التضخيم إشارات إلكترونية. مبدأ عمل MOSFET هو أن الجزيئات التي تدخل منطقة المستشعر سيتم شحنها سلبًا أو إيجابيًا والتي لها تأثير مباشر على المجال الكهربائي داخل MOSFET.

مستشعرات أكسيد المعادن: (موس)

“كيفية بناء مقوم الجسر لحام التيار المتردد ”

يعتمد هذا المستشعر على امتزاز جزيئات الغاز لإحداث تغيير في الموصلية. هذا التغير في الموصلية هو مقياس كمية المركبات العضوية المتطايرة الممتصة.

مجسات كهرضغطية:

يؤدي امتصاص الغاز على سطح البوليمر إلى تغيير الكتلة على سطح المستشعر. ينتج هذا بدوره تغييرًا في تردد الرنين للبلورة.

ميزان دقيق بلوري كوارتز:

هذه طريقة لقياس الكتلة لكل وحدة مساحة عن طريق قياس التغير في تردد الرنان البلوري. يمكن تخزين هذا في قاعدة بيانات.

إجراء البوليمرات:

تعمل مستشعرات غاز البوليمر الموصلة على أساس المقاومة الكهربائية المتغيرة الناتجة عن امتزاز الغازات على سطح المستشعر.

تحليل البيانات للأنف الإلكتروني:

يجب تحليل المخرجات الرقمية الناتجة عن مستشعرات الأنف الإلكترونية وتفسيرها من أجل توفيرها. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التقنيات المتاحة تجاريًا.

تحليل رسومي
تحليل البيانات متعدد المتغيرات
تحليل الشبكات

تحليل البيانات للأنف الإلكتروني

يعتمد اختيار الطريقة المستخدمة على بيانات الإدخال المتوفرة من أجهزة الاستشعار.

إن أبسط شكل من أشكال تقليل البيانات هو التحليل الرسومي المفيد لمقارنة العينات أو مقارنة عناصر تحديد الروائح لمحللين غير معروفين بالنسبة لتلك المصادر المعروفة في المكتبات المرجعية.

“ما الاسم المستخدم لمقاوم متغير عالي الطاقة؟ ”

يولد تحليل البيانات متعدد المتغيرات مجموعة من التقنيات لتحليل البيانات التي يتم تدريبها أو تقنية غير مدربة. يتم استخدام التقنيات غير المدربة عندما لا يتم بناء قاعدة بيانات للعينات المعروفة مسبقًا. إن أبسط تقنيات MDA غير المدربة والأكثر استخدامًا هي تحليل المكون الأساسي. يعد تحليل بيانات الأنف الإلكتروني MDA مفيدًا جدًا عندما يكون لدى المستشعرات حساسيات تغطية جزئية للمركبات الفردية الموجودة في خلاط العينات. يكون PCA مفيدًا للغاية في حالة عدم توفر عينة معروفة.

الشبكة العصبية هي أشهر تقنيات التحليل وأكثرها اشتقاقًا المستخدمة في حزم البرامج الإحصائية للأنف الإلكترونية المتاحة تجاريًا.

للحصول على أمثلة لنظام الأنف الإلكتروني للكشف عن رائحة الفاكهة:

نظام الأنف الإلكتروني

تم اختبار نظام الأنف الإلكتروني المقترح برائحة ثلاث فواكه وهي الليمون والموز والليتشي. تم تحضير الروائح بوضع عينة من الفاكهة في الكسارات محكمة الغلق بغطاء. تم ضبط 8051 على وضع الاختبار أو التدريب. إذا كان النظام في وضع التدريب ، فستظهر قيمة المستشعر على شاشة LCD. إذا كان النظام في وضع الاختبار ، فستظهر نتيجة تصنيف الفاكهة المستهدفة على شاشة LCD. تحصل مجموعة المستشعرات على الغاز من خلال Valve1 ، والذي يتم إغلاقه عادةً. يتم تشغيل مضخة التفريغ لمدة 20 ثانية لضخ الغاز من مجموعة أجهزة الاستشعار.

إعداد اختبار الغاز لنظام E-Nose المقترح

تم إغلاق القيمة 1 وأعطيت مقاومة المستشعر 60 ثانية للوصول إلى وضع حالة الدراسة. ظهرت نتيجة تصنيف القيمة المميزة لأجهزة الاستشعار على شاشة LCD. تم فصل حجرة صفيف المستشعر عن قاطع عينات الفاكهة وفتح الصمام 1 لتحويل الهواء النقي ، وتم فتح الصمام 2 بحيث يتم ضخ الروائح. تم تهوية الغرفة بالهواء النقي لمدة دقيقتين.

تطبيق الأنف الإلكتروني:

التشخيص الطبي والمراقبة الصحية
المراقبة البيئية
التطبيق في صناعة المواد الغذائية
كشف المتفجرات
تطبيقات الفضاء (ناسا)
صناعات البحث والتطوير
مختبرات مراقبة الجودة
قسم العمليات والإنتاج
الكشف عن روائح المخدرات
الكشف عن البكتيريا الضارة

أتمنى الآن أن تكون قد حصلت على فكرة عن كيفية عمل الأنف الإلكتروني. إن وجدت أي استفسارات حول هذا المفهوم أو الكهربائية و مشروع الكتروني يرجى ترك قسم التعليقات أدناه.

مصدر الصورة: