人工嗅觉系统关键技术研究进展.pdf

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1、j2011年第3O卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)综述与～评一论人工嗅觉系统关键技术研究进展张文娜，秦国军，胡茑庆(国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073)摘要：回顾了人工嗅觉系统的发展历史，在介绍了人类嗅觉机理、人工嗅觉仿生系统的原理与组成的基础上，详细阐述了关键技术如气体传感器技术、信号预处理技术和模式识别技术等的研究现状，剖析总结了人工嗅觉系统存在的问题，并对未来发展进行了展望。关键词：人工嗅觉系统；气体传感器；信号预处理；模式识别中图分类号：TP212．3文

2、献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)08-0001-04ResearchdevelopmentofartificialolfactorysystemkeytechnologyZHANGWen—na，QINGuo-jun，HUNiao—qing(SchoolofMechatronicEngineeringandAutomation，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)Abstract：Thedevelopinghistoryofartificialol

3、factorysystem(AOS)isreviewed．Onthebasisofintroducingtheprincipleofhumansenseofsmell，theprincipleandconfigurationofAOS，somekeytechniquessuchasgassensor，signalpreprocessing，patternrecognition，etc，whichrelatetoAOSareexpatiatedindetail．Thecurrentproblemsandfuturedevelopmenttrends

4、ofthistechnologyarepointedout．Keywords：artificialolfactorysystem(AOS)；gassensor；signalpreprocess；patternrecognition0引言响应速度快、易于使用、价格低廉等优点，在食品、环境监人工嗅觉系统(artificialolfactorysystem，AOS)是模拟控、医学、农业、生物、航空航天、安全及军事领域得到了广生物嗅觉机能的电子系统。回顾历史，1964年，Wilkensw泛应用。F和HatmanAD利用气体在电极上的氧化还原反应对嗅1人类

5、嗅觉机理与人工嗅觉仿生系统觉过程的电子模拟，是有关人工嗅觉的最早报道⋯；翌年，1．1人类嗅觉机理BuckTM和DravnieksA等人对气味检测装置进行了研人类的嗅觉能够嗅到和辨识出10000多种气味，但相究；1967年，日本Figaro公司率先将金属氧化物半导体比其他4种官能，嗅觉是最高深莫测的。2004年，诺贝尔气体传感器商业化。直到1982年，英国学者PersuadKC生理学或医学奖得主美国科学家BulkLB和Axel发现了和DoddGH首次使用气体传感器阵列，用稳态响应信号对一个由约1000个不同基因组成的基因族，这些基因构成了有机挥发气

6、体进行了类别分析。1994年，GardnerJW和相同数量的气味受体类型，它们位于嗅觉受体细胞内的嗅BartlettPN给出了人工嗅觉系统的完整定义，标志着人纤毛上。在人类鼻腔上部，只有拇指大小的嗅上皮里存工嗅觉技术开始进入稳步发展阶段。之后，国内外不仅对在着约500万个这样的嗅觉受体细胞，每个嗅觉受体细胞人工嗅觉的性能定义和标准、设计和相关技术做了广泛的接触空气的一面都有10多根像头发一样的嗅纤毛。气体研究，而且有关应用与仪器化的报道也相当可观，甚至进行分子吸人鼻腔达到嗅觉粘膜后，即与嗅纤毛上的气味受体了集成化的研究，显示了人工嗅觉技术良好的发

7、展前景。结合，引起嗅觉受体细胞产生一个动作电位，通过嗅觉受体和传统的气体分析技术如气相色谱法(GC)、质谱法细胞的神经轴突传入位于大脑前部充当鼻脑中转站的嗅(MS)、火焰离子化检测(FID)等相比，人工嗅觉系统具有球，那里有结构精致的“嗅觉布置图”，将神经冲动向上传收稿日期：2010—11-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975279)2传感器与微系统第30卷入大脑的嗅觉皮层，大脑完成对传进来的信号进行整理、识培养细胞进行刺激后，神经元网络放电模式会发生特异性别，最后形成对气味的感受。改变。SchtitzS等人把科罗拉多马铃薯甲虫的触

8、角利场效每一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体，每应晶体管(FET)通过生物电子界面相耦合，构建仿生嗅觉一种受体能探测到有限数量的气