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近年來，電子鼻在醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、公共安全和農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，與傳統(tǒng)的分析手段相比具有檢測范圍廣、檢測速度快、體積小易攜帶和操作簡單成本低等優(yōu)點。
電子鼻優(yōu)異的氣體識別能力主要依賴于傳感器采集的高質(zhì)量特征信號和數(shù)據(jù)處理算法，高質(zhì)量信號特征值的獲取除了依賴于性能良好的敏感材料，也與采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，其中腔室的結(jié)構(gòu)更是直接影響內(nèi)部流場的均勻度，因此設(shè)計具有高度均勻濃度場的腔室對于電子鼻的發(fā)展來說至關(guān)重要。
該工作從傳感器特征值的角度出發(fā)，通過設(shè)計軸對稱氣體傳感器腔體和氣體分流裝置，解決了傳感器在測試腔體中由于位置不同引入的偽特征值問題，對于傳感器腔體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和流體力學(xué)行為調(diào)控給出了良好的研究范例。
鑒于此，該工作設(shè)計了一種小型化仿生腔室，主要由上殼體、分流裝置和底座組成，可同時容納18個傳感器。該腔室外觀形似花灑，模擬了哺乳動物鼻腔嗅覺區(qū)的層流環(huán)境，對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證了均勻的流場和濃度場環(huán)境，基于層流和稀物質(zhì)物理場耦合的模擬計算結(jié)果表明，當(dāng)氣流到達分流裝置后經(jīng)由底部氣孔及側(cè)面凹槽被分散至各個方向，可以直觀看到傳感器上方流速及壓力分布均勻度明顯提升。分流裝置在本設(shè)計中對氣流的均勻性起到了重要作用，多孔型分流裝置有效降低了腔室中的再循環(huán)區(qū)和死體積，提高了傳感器陣列周圍濃度場的均勻性。在實際的濕度傳感測試中，傳感器陣列上方的濃度分布也呈現(xiàn)均勻的分布情況。理論模擬和濕度測試結(jié)果表明該腔室具有均勻的流場和濃度場。
該工作實現(xiàn)了腔室內(nèi)流體行為的有效控制，解決了由于腔室中傳感器所處的位置不同而引起的測量誤差問題，為電子鼻腔室的設(shè)計提供了有益的參考，同時也為多物理場耦合模擬設(shè)計與實際應(yīng)用相結(jié)合提供了新思路。
據(jù)悉，“智能傳感"前沿交叉研究中心長期從事人工嗅覺相關(guān)研究，在揮發(fā)物組學(xué)（分析化學(xué)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)交叉）、敏感材料設(shè)計與制備（材料與化學(xué)交叉）、傳感腔體設(shè)計與制造（力學(xué)與儀器科學(xué)交叉）、精確中醫(yī)“聞診"應(yīng)用（醫(yī)學(xué)與人工智能）等方面開展了系列研究工作。
來源：傳感器專家網(wǎng)
