电子鼻在黄酒品质检测中的应用研究

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黄酒历史悠久,具有很高的营养价值。随着生活水平的不断提高,人们对黄酒的品质日益关注。然而有些厂家以次充好,谋取暴利,不仅损害消费者的经济利益,甚至会危害消费者的健康。目前黄酒品质检测的方法主要有感觉器官评定和化学仪器分析,具有主观性强、检测成本高及分析过程复杂等劣势。因此,研究开发可客观、快速反映黄酒品质的检测方法,具有重要社会经济价值。  本课题模拟生物体的嗅觉系统,研究开发便携式黄酒品质电子鼻系统,基于气敏传感器阵列,感知并识别不同品质黄酒气味。电子鼻系统硬件部分包括气体采样模块、气敏传感器阵列、信号调理电路和数据采集卡等,软件部分包括上位机软件、数据预处理和模式识别模块。系统采用“动态顶空法”设计气体采样系统;使用温湿度传感器实时监测集气室温湿度,采用基于H桥的半导体制冷片实时控制气敏传感器的工作环境,温度误差控制在±1℃之内,减少温度变化对测试结果的影响;选用多路模拟开关CD4051BE设计多通道信号调理采集电路,单A/D通道可采集8个气敏传感器数据,解决了因数据采集卡A/D端口过少而无法扩展传感器的难题。系统工作原理为:气体采样系统将待测气体输送到气敏传感器阵列所在的测试腔;待测气体与气敏传感器的活性材料发生反应,使得气敏传感器输出电压发生变化;数据采集卡采集传感器所响应的电压信号,通过USB接口传送给上位机,并在用户界面上显示与保存。  基于所设计的电子鼻系统并结合化学计量学方法,针对不同品牌和同一品牌不同年份黄酒进行了定性分析。实验结果表明:对于6种不同品牌的黄酒,K最近邻法(KNN)模型的识别率达到97.92%,误差反向传播神经网络(BP-ANN)模型的识别率为100%,可完全区分丹阳黄酒与其它品牌的黄酒;对于4种不同年份的丹阳黄酒,比较了主成分分析法(PCA)、线性判别分析法(LDA)和BP-ANN等多种模式识别方法,BP-ANN模型的识别效果最好,其预测集的识别率能够达到96.88%,基本能够区分不同年份的丹阳黄酒。试验结果表明,所设计的便携式黄酒品质电子鼻系统具有良好的性能及稳定性,能够区分不同年份的丹阳黄酒和不同品牌的黄酒,具有无损、安全、准确、可靠、易操作等优点。
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