一種味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置的製作方法
2023-12-10 00:44:26
專利名稱：一種味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，屬於生物醫學傳感檢測技術領域。
背景技術：
味覺感知(電子舌)技術是20世紀80年代中期發展起來的一種分析、識別液體成分的智能儀器技術，它主要由傳感器陣列、信號處理和模式識別系統組成。味覺傳感器陣列的研究是推動電子舌技術發展的重要環節。至20世紀80年代以來，國內外研究者在味覺傳感器的研究上做了大量的工作，也取了不少突破性的成果。傳統中，味道主要依靠人的舌或鼻能來判斷，但是人類的直接鑑別往往具有較大的主觀性，且對於一些不能食用的東西更是無能為力。因此，採用科學有效的檢測技術手段來評價味覺品質是必然的發展趨勢。另一方面，近年來的食品、藥品質量安全日益引起大家關注，快速無損檢測技術是目前食品、藥品領域亟待解決的科學技術難題。以多傳感器陣列為基礎的味覺感知電子舌， 由於對樣品無需預處理，並且能夠實現現場快速、實時檢測，特別適合於食品和藥品品質快速檢測方面的應用。由此可看出，用於味覺感知方面的傳感器在實際的應用中有著廣泛的用途，已漸漸成為國際上競爭激烈的一個科學前沿。
發明內容
本發明提供一種用於檢測味覺及其濃度的光尋址電位傳感器檢測裝置，該裝置能夠準確地檢測出酸、甜、苦、鹹、鮮五種常見的味覺，並能較好地區分同種味道下不同溶液的濃度。本發明所採用的技術方案為包含以微控制系統為核心的控制電路及以反應池溶液中的光電流為檢測目標的信號處理電路兩大部分電路。具體的連接方式為微控制器與紅外驅動電路相連，紅外驅動電路與LED陣列相連，工作過程為微控制器周期性地使能紅外驅動電路進而周期性地點亮LED陣列；LED陣列的光線垂直照射反應池；反應池上下兩端加有一定的偏壓；反應池與ΙΛ轉換電路相連，實現的功能是將反應池中的光電流信號轉化為電壓信號；ΙΛ轉換電路與信號放大電路相連，以將經I/V轉換後的信號放大到一定的大小便於進一步處理；信號放大電路與濾波電路相連，實現部分雜波的去除；濾波電路與鎖相放大電路相連，實現有用信號的提取並將其進一步放大；鎖相放大電路與AD採集電路相連，AD採集電路與微控制器相連，完成數據的接收；微控制器與串口發送電路相連，實現數據向PC機的傳送。本發明的工作的過程為微控制器周期性地使能紅處驅動電路進而周期性地點亮紅外LED陣列，反應池經過紅外LED照射後，會相應地產生光生電流；光生電流經過I/V轉換後，輸出與光電流變化一致的毫伏級的交流電壓，再經過放大電路、濾波電路、鎖相放大電路後，即可得到較為純淨的光生信號；最後，通過AD採集，完成信號的最終提取，並通過串口發送電路發送至PC機。
本發明的特色在於1、紅處驅動信號由微控器直接產生，且驅動信號強弱、頻率大小可調，便於實時控制和調節。2、自行設計了鎖相放大電路，簡單可靠，且濾波性能異常出色，替代了傳統中直接使用鎖相放大儀的方法。3、整個系統集成一體化、操作簡單、成本低廉，能夠準確地檢測出酸、甜、苦、鹹、鮮五種常見的味覺，並能較好地區分同種味道下不同溶液的濃度。說明書附1光尋址電位傳感器功能結構框2微控制系統電路3紅外驅動電路圖4 LED陣列分布5反應池示意6 I/V轉換電路7信號放大電路8濾波電路9鎖相放大電路10串口發送電路圖具體的實施過程如
圖1所示的本光尋址電位傳感器功能結構框圖，包含以微控制器為核心的控制電路及以反應池溶液中的光電流為檢測目標的信號處理電路兩大部分電路。具體的連接方式為微控制器與紅外驅動電路相連，紅外驅動電路與LED陣列相連，工作過程為微控制器周期性地使能紅外驅動電路進而周期性地點亮LED陣列；LED陣列的光線垂直照射反應池； 反應池上下兩端加有一定的偏壓 』反應池與I/V(電流電壓)轉換電路相連，實現的功能是將反應池中的光電流信號轉化為電壓信號；I/V轉換電路與信號放大電路相連，以將經I/ V轉換後的信號放大到一定的大小便於進一步處理；信號放大電路與濾波電路相連，實現部分雜波的去除；濾波電路與鎖相放大電路相連，實現有用信號的提取並將其進一步放大； 鎖相放大電路與AD採集電路相連，AD採集電路與微控制器相連，完成數據的接收；微控制器與串口發送電路相連，實現數據向PC機的傳送。如圖2所示的微控制系統電路圖，包含有ATMEGA16微處理器及其外圍電路，單片機具體型號為ATMEL公司生產的ATMEGA16或ATMETA32，其外圍含有復位電路和ISP下載電路，其功能主要是負責紅處驅動電路的控制及數據的採集與傳送工作。如圖3所示的紅外驅動電路，包含有三對(上下兩個三極體構成一對)構成的橋式驅動電路，工作的過程為首先令PC5為低電平，PC6、PC7為高電平，DACA、DACC為低，DACB 為高，在這種狀態下，只有Q601，Q605兩個三極體導通，其它全部截止，接在A、B兩端的紅外 LED被點亮，控制PC5、PC6、PC7、DACA、DACB、DACC為其它工作狀態，即可點其餘4個LED，該紅外驅動電路一共可點亮6個LED，在本系統中只需點亮5個。如圖4所示的LED陣列分布圖，包含有5個紅外LED組成的1*5型陣列，此5個 LED被均勻地安裝在反應池底部，每兩個LED之間間距為2. 4cm0
如圖5所示的反應池示意圖，反應池中盛有含有某種味道的溶液，上下兩端加有一定的偏壓。如圖6所示的I/V轉換電路，採用的放大晶片的型號為AD8574，其正向端通過電位器輸入一定的偏壓，反向端輸入光電流信號，經過IM的電阻，實現電流向電壓的轉換。如圖7所示的信號放大電路，包含有兩級運放，前級運放放大方式為反向比例放大，放大的倍數範圍在1 101倍內連續可調；後級運放放大方式為正向比例放大，放大的倍數範圍也是在1 101倍內連續可調；兩級運放使用的晶片型號為0P747。如圖8所示的所述的濾波電路圖，包含有兩個運放構成的雙T型阻容有源陷波器， 其陷波頻率和品質因數由其外圍的可調電阻確定；兩運放使用的晶片型號為0P747。如圖9所示的鎖相放大電路，包含有乘法電路、低通濾波電路、放大電路三個子功能電路，乘法電路使用的晶片型號為MTL04，低通濾波電路、放大電路共同使用的晶片型號都為AD8574，放大電路的輸出接有一對續流二極體以防止過壓。如圖10所示的串口發送電路，其功能是向PC機發送採集到的數據，其含有MAX232 晶片構成的電平轉換電路，其外圍接有5個104電容，所用的外接接口為DB9接口。綜上，本發明提供一種用於檢測味覺及其濃度的光尋址電位傳感器檢測裝置，該裝置的整個系統集成一體化、操作簡單、成本低廉，其功能是準確地檢測出酸、甜、苦、鹹、鮮五種常見的味覺，同時區分同種味道下不同溶液的濃度，其應用的領域範圍是生物醫學味覺傳感方面以及其它醫藥、食品、工業溶劑的味覺和濃度的檢測方面。
權利要求
1.一種味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，包含有微控制系統、紅外驅動電路、 LED陣列、反應池、I/V轉換電路、信號放大電路、濾波電路、鎖相放大電路、AD採集電路、串口發射電路等部分模塊電路，其特徵在於微控制系統⑴與紅外驅動電路⑵相連，紅外驅動電路⑵與LED陣列(3)相連，工作過程為微控制系統⑴周期性地使能紅外驅動電路 ⑵進而周期性地點亮LED陣列(3) ；LED陣列(3)的光線垂直照射反應池⑷；反應池⑷ 上下兩端加有一定的偏壓 』反應池(4)與I/V(電流電壓)轉換電路(5)相連，實現的功能是將反應池中的光電流信號轉化為電壓信號；I/V轉換電路(5)與信號放大電路(6)相連， 以將經I/V轉換後的信號放大到一定的大小便於進一步處理；信號放大電路(6)與濾波電路(7)相連，實現部分雜波的去除；濾波電路(7)與鎖相放大電路⑶相連，實現有用信號的提取並將其進一步放大；鎖相放大電路⑶與AD採集電路(9)相連，AD採集電路(9)與微控制器⑴相連，完成數據的接收；微控制器⑴與串口發送電路(10)相連，實現數據向 PC機的傳送。
2.根據權利要求1所述的味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，其特徵在於所述的紅外驅動電路O)由三對三級管(1個NPN型和1個PNP型構成一對)和分壓電阻搭建的橋式驅動電路，NPN型的三極體為9013、9014、9018中的一種，PNP型的三極體為9012 或9015。
3.根據權利要求1所述的味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，其特徵在於所述的LED陣列(3)為5個紅外LED組成的1*5型陣列，每兩個LED之間間距為2. 4cm。
4.根據權利要求1所述的味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，其特徵在於所述的反應池(4)上下兩端加有一定的偏壓，光電流信號由插在水池溶液中的電極引出。
5.根據權利要求1所述的味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，所述的I/V轉換電路(5)採用的放大晶片的型號為AD8574，其特徵在於放大器的正向端通過電位器輸入一定的偏壓，反向端輸入光電流信號，經過IM的電阻，實現電流向電壓的轉換。
6.根據權利要求1所述的味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，其特徵在於所述的信號放大電路(6)由兩級運放構成，前級運放放大方式為反向比例放大，放大的倍數範圍在1 101倍內連續可調；後級運放放大方式為正向比例放大，放大的倍數範圍也是在 1 101倍內連續可調；兩級運放使用的晶片型號為0P747。
7.根據權利要求1所述的味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，所述的濾波電路 (7)為由兩個運放構成的雙T型阻容有源陷波器，其特徵在於兩運放使用的晶片型號為 0P747，其陷波頻率和品質因數由其外圍的可調電阻確定。
8.根據權利要求1所述的味覺仿生感知光尋址電位傳感器檢測裝置，其特徵在於所述的鎖相放大電路(8)由乘法電路、低通濾波電路、放大電路三個子功能電路構成，乘法電路使用的晶片型號為MTL04，低通濾波電路、放大電路使用的晶片型號都為AD8574，放大電路的輸出接有一對續流二極體以防止過壓。
全文摘要
本發明公開一種用於檢測味覺及其濃度的光尋址電位傳感器檢測裝置。它由微控制系統、紅外驅動電路、LED陣列、反應池、I/V轉換電路、信號放大電路、濾波電路、鎖相放大電路、AD採集電路、串口發射電路等部分構成。經過系統測試表明，該裝置能夠準確地檢測出酸、甜、苦、鹹、鮮五種常見的味覺，並能較好地區分同種味道下不同溶液的濃度。
文檔編號G01N27/26GK102221572SQ201110052778
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者朱健銘, 梁晉濤, 肖文香, 胡寒冬, 陳真誠 申請人:桂林電子科技大學