智舌正弦波包络信号稳定性关键技术研究

摘要

智舌是本实验室自主研发的一种新型电子舌系统，由传感器阵列、信号激发与采集系统以及信号处理三部分组成。前期研究表明:智舌正弦波包络信号在酒类原产地区分、茶类等级辨别、乳制品的菌类检测以及椰汁货架期的预测等多个领域有很好的应用前景。因此本论文在实验室研究基础上，从低频正弦波包络信号频率拓展、三电极系统模拟电路的构建以及正弦波包络信号检测时溶液电阻检测与补偿等三个方面，针对智舌软件和硬件进行了系统研究与改进，为后续智舌产业化过程中稳定性的关键技术研究奠定一定基础。主要研究工作与结果如下:
　　 (1)智舌正弦波包络信号频率拓展与研究
　　 本研究将正弦波包络信号激发频率提升为1000-10000Hz，间隔1000Hz，采样频率提升为1250000Hz，用该激发信号对四种味觉物质检测，与低频时信号相比较，发现不仅扫描时间大大减小，在整体区分效果上也有一定的提升。在此基础上，本文继续选用了不同品牌的黄酒、同一品牌不同类型的黄酒、不同品牌的椰汁等样品进一步验证了高频正弦波包络信号的检测能力。因此，可以通过提升正弦波包络信号的激发频率和采样频率，解决智舌产业化过程中智舌的工作效率和检测稳定性问题。
　　 (2)智舌正弦波包络信号电极电路模型的构建
　　 在电学和化学领域对于传感器等效电路模型研究的基础上，使用智舌构建方波脉冲信号，构建了铂工作电极在0.01mol/L氯化钾溶液中形成的电解池的三电极等效电路模型，其参数为:溶液电阻为32KΩ，双电层电容为22uF，电极极化电阻为1940Ω。应用于智舌正弦波包络信号进行仿真实验，误差值仅为7.20％，发现其有很好的可等效替代性。因此利用三电极模拟电路模拟方法，为智舌产业化的研究中提供获取标准信号的方法，为智舌产业化中稳定性的研究奠定一定基础。
　　 (3)智舌正弦波包络信号的溶液电阻补偿研究
　　 本文对智舌硬件系统进行了改进设计，搭建了智舌检测时溶液电阻补偿的体系。利用该体系，对五种糖类单物质进行补偿与非补偿实验，发现通过溶液电阻补偿，智舌区分能力大大提升。之后再用五种水物质进行进一步验证，发现效果明显。因此，可以通过溶液电阻的补偿来提升智舌在产业化应用中的检测能力和稳定性，并拓展智舌应用的广泛性。
　　 综上所述，本文通过研究提升了智舌激发频率、构建了三电极电化学体系的电路模型、溶液电阻的补偿等三方面内容，有效的提升了智舌的工作效率和检测稳定性，并拓展了智舌的应用范围，为智舌产业化过程中检测稳定性的研究奠定了基础。

目录

摘要

1 引言

1．1 电子舌发展现状

1．1．1 电子舌种类

1．1．2 电子舌中传感器的研究进展

1．2 研究内容及技术路线

1．2．1 研究内容

1．2．2 技术路线

2 正弦波包络信号频率拓展与优化

2．1 引言

2．2 实验仪器及材料

2．2．1 主要试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验检测方法

2．4 高频伏安智舌软件的实现

2．5 数据处理方法

2．5．1 快速傅里叶变换

2．5．2 主成分分析

2．6 结果与分析

2．6．1 特征值的提取

2．6．2 智舌高频包络信号与低频信号区分辨识的研究

2．7 智舌高频正弦波包络信号检测能力的研究

2．7．1 智舌高频包络信号对黄酒的检测能力

2．7．2 高频包络信号对6种椰汁的区分与辨识

2．8 小结

3 智舌正弦波包络信号实现电机电路模拟

3．1 引言

3．2 技术路线

3．3 结果与分析

3．3．1 方波常规脉冲实验

3．3．2 三电极电化学传感器等效电路模型的构建

3．3．3 方波常规脉冲实验与仿真对比

3．4 三电极等效模拟电路在智舌正弦波包络信号中的应用

3．4．1 实验方法及结果

3．4．2 误差分析

3．5 小结

4 智舌正弦波包络信号的溶液电阻补偿研究

4．1 引言

4．2 实验仪器及材料

4．2．1 主要试剂

4．2．2 实验仪器

4．3 循环伏安补偿实验

4．4 弱电解质的溶液电阻补偿与不补偿的比较研究

4．4．1 糖类物质的溶液电阻补偿与不补偿的比较研究

4．4．2 纯净水溶液电阻补偿与不补偿的比较研究

4．5 小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录 硕士期间完成的论文

致谢

声明