Introducción:
La nariz electrónica es un dispositivo que detecta el olor con mayor eficacia que el sentido del olfato humano. Una nariz electrónica consiste en un mecanismo de detección química. La nariz electrónica es un dispositivo de detección inteligente que utiliza una serie de sensores de gas que se superponen selectivamente junto con un componente de reorganización de patrones. Hoy en día, las narices electrónicas han proporcionado beneficios externos a una gran variedad de industrias comerciales, agrícolas, biomédicas, cosméticas, ambientales, alimentarias, del agua y de diversos campos de investigación científica. La nariz electrónica detecta el gas peligroso o venenoso que no es posible para los rastreadores humanos.
Nariz electrónica
Los olores están compuestos por moléculas, que tienen un tamaño y una forma específicos. Cada una de estas moléculas tiene un receptor de tamaño y forma correspondiente en la nariz humana. Cuando un receptor específico recibe una molécula, envía una señal al cerebro y el cerebro identifica el olor asociado con la molécula en particular. Las narices electrónicas funcionan de manera similar a las humanas. La nariz electrónica utiliza sensores como receptor. Cuando un sensor específico recibe las moléculas, transmite la señal a un programa para su procesamiento, en lugar de al cerebro.
Principio de funcionamiento de la nariz electrónica:
La nariz electrónica fue desarrollada para imitar el olfato humano cuyas funciones son un mecanismo no separado, es decir, el olor o sabor se percibe como una huella digital global. Básicamente, el instrumento consta de una matriz de sensores, módulos de reorganización de patrones y muestreo del espacio de cabeza para generar patrones de señal que se utilizan para caracterizar los olores. La nariz electrónica consta de tres partes principales que son el sistema de detección, el sistema informático y el sistema de entrega de muestras.
Diagrama de bloque de nariz electrónica
El sistema de entrega de muestras: El sistema de entrega de muestra permite la generación de espacio de cabeza de muestra o compuestos volátiles que es una fracción analizada. A continuación, el sistema envía este espacio de cabeza al sistema de detección de la nariz electrónica.
El sistema de detección: El sistema de detección que consta de un grupo de sensores es la parte reactiva del instrumento. Cuando entra en contacto con compuestos volátiles en ese momento, los sensores reaccionan provocando cambios en las características eléctricas.
El sistema informático: En la mayoría de las narices electrónicas, cada sensor es sensible a todas las moléculas en su forma específica. Sin embargo, en narices bioeléctricas se utilizan las proteínas receptoras que responden a moléculas de olor específicas. La mayoría de las narices electrónicas utilizan matrices de sensores que reaccionan a compuestos volátiles. Siempre que los sensores detectan algún olor, se registra una respuesta específica de que la señal se transmite al valor digital.
Los sensores más utilizados en nariz electrónica
Semiconductor de óxido metálico (MOSFET)
Polímeros conductores
Microbalanza de cristal de cuarzo
Sensores piezoeléctricos
Sensores de óxido metálico
Sensor semiconductor de óxido metálico:
Esto se usa para conmutación o amplificación señales electrónicas. El principio de funcionamiento de MOSFET es que las moléculas que ingresan al área del sensor se cargarán positiva o negativamente, lo que tiene un efecto directo en el campo eléctrico dentro del MOSFET.
Sensores de óxido metálico: (MOS)
Este sensor se basa en la adsorción de moléculas de gas para provocar cambios en la conductividad. Este cambio de conductividad es la medida de la cantidad de compuestos orgánicos volátiles adsorbidos.
Sensores piezoeléctricos:
La adsorción de gas sobre la superficie del polímero provoca un cambio de masa en la superficie del sensor. Esto a su vez produce un cambio en la frecuencia de resonancia del cristal.
Microbalanza de cristal de cuarzo:
Esta es una forma de medir la masa por unidad de área midiendo el cambio en la frecuencia del resonador de cristal. Esto se puede almacenar en una base de datos.
Polímeros conductores:
Los sensores de gas de polímero conductivo funcionan en función de los cambios en la resistencia eléctrica provocados por la adsorción de gases en la superficie del sensor.
Análisis de datos para nariz electrónica:
La salida digital generada por los sensores de nariz electrónicos debe analizarse e interpretarse para proporcionar. Hay tres tipos principales de técnicas disponibles comercialmente.
- Análisis grafico
- Análisis de datos multivariados
- Análisis de red
Análisis de datos para nariz electrónica
La elección del método utilizado depende de los datos de entrada disponibles de los sensores.
La forma más simple de una reducción de datos es un análisis gráfico útil para comparar muestras o comparar elementos de identificación de olores de analistas desconocidos en relación con los de fuentes conocidas en bibliotecas de referencia.
El análisis de datos multivariados genera un conjunto de técnicas para el análisis de datos que es técnica entrenada o no entrenada. Las técnicas no capacitadas se utilizan cuando no se ha construido previamente una base de datos de muestras conocidas. La técnica MDA no capacitada más simple y más utilizada es un análisis de componentes principales. El análisis de datos de la nariz electrónica MDA es muy útil cuando los sensores tienen sensibilidades de cobertura parcial a compuestos individuales presentes en un mezclador de muestras. El PCA es muy útil cuando no se dispone de una muestra conocida.
La red neuronal es la técnica de análisis más conocida y más derivada utilizada en paquetes de software estadístico para nariz electrónica disponible comercialmente.
Por ejemplo, sistema de nariz electrónico para la detección del olor a fruta:
Sistema de nariz electrónico
El sistema de nariz electrónico propuesto se probó con los olores de tres frutas, a saber, leman, plátano y litchi. Los olores se prepararon colocando una muestra de frutas en los rompedores sellados con una tapa. El 8051 se configuró en modo de prueba o entrenamiento. Si el sistema está en modo de entrenamiento, el valor del sensor se muestra en la pantalla LCD. Si el sistema está en modo de prueba, el resultado de la clasificación de la fruta objetivo se muestra en la pantalla LCD. La matriz de sensores lleva el gas a través de Valve1, que normalmente está cerrada. La bomba de vacío se enciende durante 20 segundos para bombear el gas fuera de la matriz de sensores.
Configuración de prueba de gas para el sistema E-Nose propuesto
Se cerró el valor 1 y se le dio a la resistencia del sensor 60 segundos para alcanzar un modo de estado de estudio. El resultado de la clasificación del valor característico de los sensores apareció en la pantalla LCD. La cámara de la matriz de sensores se desconectó del triturador de muestras de fruta y se abrió la válvula 1 para hacer girar el aire fresco, la válvula 2 se abrió para que los olores se expulsaran. La cámara se ventiló con aire fresco durante dos minutos.
Aplicación de nariz electrónica:
- Diagnóstico médico y seguimiento de la salud.
- Monitoreo ambiental
- Aplicación en la industria alimentaria
- Detección de explosivo
- Aplicaciones espaciales (NASA)
- Industrias de investigación y desarrollo
- Laboratorios de control de calidad
- El departamento de procesos y producción
- Detección de olores a drogas
- Detección de bacterias dañinas
Espero que ahora tengas una idea de cómo funciona la nariz electrónica. si tiene alguna duda sobre este concepto o sobre electricidad y proyecto electronico por favor deje la sección de comentarios a continuación.
Autor de la foto:
- Nariz electrónica por ciencia diaria
- Diagrama de bloque de nariz electrónico por origin-ars.els-CDN
- Sistema de nariz electrónico por mdpi
