Como funciona um nariz eletrônico?

Como funciona um nariz eletrônico?

Introdução:

O nariz eletrônico é um dispositivo que detecta o cheiro de forma mais eficaz do que o olfato humano. Um nariz eletrônico consiste em um mecanismo de detecção química. O nariz eletrônico é um dispositivo de detecção inteligente que usa uma série de sensores de gás que se sobrepõem seletivamente junto com um componente de reorganização de padrão. Hoje em dia, os narizes eletrônicos têm proporcionado benefícios externos a uma verdade de indústrias comerciais, agrícolas, biomédicas, cosméticas, ambientais, alimentícias, hídricas e vários campos de pesquisa científica. O nariz eletrônico detecta o gás perigoso ou venenoso que não é possível para os farejadores humanos.



Nariz Eletrônico

Nariz eletrônico

Os cheiros são compostos por moléculas, que possuem tamanho e formato específicos. Cada uma dessas moléculas tem um receptor de tamanho e formato correspondente no nariz humano. Quando um receptor específico recebe uma molécula, ele envia um sinal ao cérebro e o cérebro identifica o cheiro associado à molécula específica. Os narizes eletrônicos funcionam de maneira semelhante aos humanos. O nariz eletrônico usa sensores como receptor. Quando um sensor específico recebe as moléculas, ele transmite o sinal para um programa de processamento, e não para o cérebro.






Princípio de funcionamento do nariz eletrônico:

O nariz eletrônico foi desenvolvido a fim de imitar o olfato humano cujas funções são de mecanismo não separado, ou seja, o cheiro ou sabor é percebido como uma impressão digital global. Essencialmente, o instrumento consiste em uma matriz de sensores, módulos de reorganização de padrões e amostragem de headspace, para gerar padrões de sinais usados ​​para caracterizar odores. O nariz eletrônico consiste em três partes principais que são sistema de detecção, sistema de computação e sistema de entrega de amostra.

Diagrama de bloco de nariz eletrônico

Diagrama de bloco de nariz eletrônico



O sistema de entrega de amostra: O sistema de entrega de amostra permite a geração de headspace da amostra ou compostos voláteis que é uma fração analisada. O sistema então envia esse espaço vazio para o sistema de detecção do nariz eletrônico.

O sistema de detecção: O sistema de detecção que consiste em um grupo de sensores é a parte reativa do instrumento. Ao entrar em contato com compostos voláteis naquele momento os sensores reagem causando alterações nas características elétricas.

O sistema de computação: Na maioria dos narizes eletrônicos, cada sensor é sensível a todas as moléculas em sua forma específica. No entanto, em narizes bioelétricos, as proteínas receptoras que respondem a moléculas de cheiro específicas são usadas. A maioria dos narizes eletrônicos usa matrizes de sensores que reagem a compostos voláteis. Sempre que os sensores sentem algum cheiro, uma resposta específica é registrada que o sinal é transmitido para o valor digital.


Os sensores mais comumente usados ​​em nariz eletrônico

Semicondutor de óxido de metal (MOSFET)

Polímeros condutores

Microbalança de cristal de quartzo

Sensores piezoelétricos

Sensores de óxido de metal

Sensor semicondutor de óxido metálico:

Isso é usado para trocando ou amplificando sinais eletrônicos. O princípio de funcionamento do MOSFET é que as moléculas que entram na área do sensor serão carregadas positiva ou negativamente, o que tem efeito direto no campo elétrico dentro do MOSFET.

Sensores de óxido de metal: (MOS)

Este sensor é baseado na adsorção de moléculas de gás para provocar mudança na condutividade. Essa mudança de condutividade é a medida da quantidade de compostos orgânicos voláteis adsorvidos.

Sensores piezoelétricos:

A adsorção de gás na superfície do polímero leva a uma mudança na massa na superfície do sensor. Isso, por sua vez, produz uma mudança na frequência ressonante do cristal.

Microbalança de cristal de quartzo:

Esta é uma forma de medir a massa por unidade de área medindo a mudança na frequência do ressonador de cristal. Isso pode ser armazenado em um banco de dados.

Polímeros condutores:

Os sensores de gás de polímero condutor operam com base na alteração da resistência elétrica causada pela adsorção de gases na superfície do sensor.

Análise de dados para nariz eletrônico:

A saída digital gerada por sensores de nariz eletrônicos deve ser analisada e interpretada a fim de fornecer. Existem três tipos principais de técnicas disponíveis comercialmente.

  • Análise gráfica
  • Análise de dados multivariada
  • Análise de rede
Análise de dados para nariz eletrônico

Análise de dados para nariz eletrônico

A escolha do método utilizado depende dos dados de entrada disponíveis dos sensores.

A forma mais simples de redução de dados é uma análise gráfica útil para comparar amostras ou comparar elementos de identificação de cheiros de analistas desconhecidos em relação aos de fontes conhecidas em bibliotecas de referência.

A análise multivariada de dados gera um conjunto de técnicas para a análise de dados que é técnica treinada ou não treinada. As técnicas não treinadas são usadas quando uma base de dados de amostras conhecidas não foi construída anteriormente. A técnica de MDA não treinada mais simples e mais amplamente usada é uma análise de componentes principais. O MDA de análise eletrônica de dados do nariz é muito útil quando os sensores têm sensibilidade de cobertura parcial para compostos individuais presentes em um misturador de amostra. O PCA é mais útil quando nenhuma amostra conhecida está disponível.

A rede neural é a mais conhecida e mais derivada técnica de análise utilizada em pacotes de software estatístico para nariz eletrônico disponível comercialmente.

Por exemplo, sistema de nariz eletrônico para detecção de cheiro de frutas:

Sistema de nariz eletrônico

Sistema de nariz eletrônico

O sistema de nariz eletrônico proposto foi testado com os cheiros de três frutas, a saber, leman, banana, lichia. Os cheiros foram preparados colocando uma amostra de frutas nas quebradeiras lacradas com uma tampa. O 8051 foi configurado no modo de teste ou treinamento. Se o sistema estiver no modo de treinamento, o valor do sensor é mostrado no LCD. Se o sistema estiver em modo de teste, o resultado da classificação da fruta alvo é mostrado no LCD. O conjunto de sensores obtém o gás através da válvula 1, que normalmente está fechada. A bomba de vácuo é ligada por 20 segundos para bombear o gás para fora do conjunto de sensores.

Configuração de teste de gás para o sistema E-Nose proposto

Configuração de teste de gás para o sistema E-Nose proposto

O valor1 foi fechado e a resistência do sensor foi dada 60 segundos para atingir um modo de estado de estudo. O resultado da classificação do valor característico dos sensores apareceu no LCD. A câmara do conjunto de sensores foi desconectada do interruptor de amostra de frutas e a válvula 1 foi aberta para girar o ar fresco, a válvula 2 foi aberta para que os odores fossem bombeados para fora. A câmara foi ventilada com ar fresco por dois minutos.

Aplicação do nariz eletrônico:

  • Diagnóstico médico e monitoramento de saúde
  • Monitoramento ambiental
  • Aplicação na indústria alimentícia
  • Detecção de explosivo
  • Aplicações espaciais (NASA)
  • Indústrias de pesquisa e desenvolvimento
  • Laboratórios de controle de qualidade
  • O departamento de processo e produção
  • Detecção de cheiros de drogas
  • Detecção de bactérias nocivas

Espero que agora você tenha uma ideia de como funciona o nariz eletrônico. se houver alguma dúvida sobre este conceito ou sobre elétrica e projeto eletrônico por favor deixe a seção de comentários abaixo.

Crédito da foto: