智舌的虚拟仪器实验平台设计与构建研究

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电子舌是一种由交互敏感传感器阵列、信号调理电路以及模式识别算法构成的智能分析仪器。它以快速、简便、安全等特点迅速在食品质量与安全、生物、环境等领域得到广泛应用。然而,随着各类电子舌应用日益广泛,逐渐曝露出灵活性差、可配置性弱等问题,在面对复杂的测试对象时,往往造成其性能锐减甚至完全不适用的弊端。因此,设计一种系统可重构、功能可自行定义的电子舌以适应不同的检测需求,具有重要的实际意义。针对上述问题,本论文采用虚拟仪器构建了一种伏安型电子舌实验平台-智舌,并基于LabVIEW编程工具设计了一套应用开发软件模型。智舌平台主要由特定的传感器阵列模块、自行设计的信号调理单元、数据采集卡以及基于LabVIEW开发环境的电脑四部分构成,实现了激励信号生成、多通道信号采集和实时显示、电极清洗等功能。为验证该操作平台的可行性与可靠性,本论文以茶饮料为实验对象,采用组合频率脉冲信号作为激发信号,采集传感器阵列响应信号并进行特征值提取,然后结合模式识别算法对其进行了区分辨识实验。本论文的主要研究工作及其结果如下:(1)设计一种六通道信号调理电路,作为智舌的核心电子学模块。通过后期调试与技术改进,解决了信号噪声、激励信号失真以及系统动态响应信号输出范围小等问题,有效地提高智舌检测的精确性和可靠性。(2)构建基于虚拟仪器的智舌实验平台,将系统的硬件设计模块化以便于后期调试与维护;着重开发基于LabVIEW开发环境的测试软件模型以实现根据不同研究需求快速配置的目的。(3)在组合频率脉冲信号的激发下,对传感器阵列产生的响应信号特点进行分析总结,从而设计出合适的特征值提取算法,同时完成了基于LabSQL的样品数据库创建与访问,进而实现与模式识别算法软件的无缝连接。(4)将主成分分析方法应用于康师傅茶饮料系列的快速区分;运用SIMCA方法对不同品牌红茶及掺有不同比例水的同种红茶进行识别,辨识率达到100%。结果表明基于虚拟仪器构建智舌平台的可行性与可靠性。综上所述,本论文采用虚拟仪器作为开发环境,成功地搭建了一个智舌实验平台,取得了预期的效果,有效提高了整体仪器的开发进程。同时,为后续拓展电子舌的应用奠定了良好的基础。
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