煙葉霉變的電子鼻檢測方法及裝置研究.pdf

1、煙草是一種重要經(jīng)濟作物，我國既是煙草生產(chǎn)大國同時也是煙草制品的消費大國。隨著消費者對吸食品味的提升，人們對煙草制品的品質(zhì)越來越重視?；煊忻棺儫煵莸闹破凡坏诟星芳眩瑖乐貢r還可能引起消費者身體過敏等不良反應(yīng)。目前在企業(yè)生產(chǎn)過程和倉儲環(huán)節(jié)中對煙葉霉變情況的檢測仍然以人工感官判別為主。人工感官評價主觀性強且易受工作人員精神狀態(tài)和工作環(huán)境等方面制約，難以全部發(fā)現(xiàn)和杜絕霉變煙葉。因此，本課題探索使用電子鼻技術(shù)檢測煙葉霉變，開發(fā)一種客觀、可靠、快速

2、的新檢測方法。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.針對煙葉霉變檢測的專用電子鼻裝置研制。模擬生物嗅覺系統(tǒng)，將該專用電子鼻裝置設(shè)計為三大模塊結(jié)構(gòu):傳感器陣列、信號采集系統(tǒng)以及模式識別系統(tǒng)。其中，傳感器陣列的構(gòu)建采用10個金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器，傳感器的篩選依據(jù)的是對煙葉霉變過程揮發(fā)出的特殊氣味成分的分析結(jié)果。信號采集系統(tǒng)用DVP-04 AD轉(zhuǎn)換器將傳感器信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并由PLC控制系統(tǒng)通過串口將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中。模式識別系統(tǒng)

3、主要包括電腦硬件裝置與開發(fā)的模式識別算法軟件。
　　2.電子鼻裝置的穩(wěn)定性驗證及最佳試驗條件的確定。為了確定所設(shè)計的裝置的可靠性，首先對該裝置進行穩(wěn)定性驗證。同時研究了不同樣本取樣量和頂空氣體生成時間對電子鼻響應(yīng)特性的影響，通過對試驗結(jié)果作單因素方差分析以及相對標準偏差分析，確定最佳試驗條件。
　　3.煙絲霉變程度的電子鼻檢測方法研究。以不同霉變程度的煙絲樣本為研究對象，樣本的霉變程度分為四等，事先由專家判定。同時將煙絲樣本

4、分為訓(xùn)練集和預(yù)測集。用所研制的電子鼻裝置對煙絲樣本進行檢測，提取傳感器響應(yīng)信號的穩(wěn)定值及平均值作為特征數(shù)據(jù)，并對特征數(shù)據(jù)進行主成分分析。采用訓(xùn)練集樣本的實驗數(shù)據(jù)建模:以分析所得的不同數(shù)量的主成分為輸入，專家對樣本的判別結(jié)果為先驗輸出，采用K最近鄰法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及支持向量機法建立霉變程度識別模型。試驗結(jié)果表明，選用6個主成分時，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立的模型對訓(xùn)練集和預(yù)測集的識別率分別為98.51％和96.97％;采用支持向量機算法

5、建立的模型對訓(xùn)練集和預(yù)測集的識別率分別為97.01％和96.97％。判別結(jié)果均優(yōu)于K最近鄰法。
　　4.煙葉霉變過程的電子鼻監(jiān)測技術(shù)開發(fā)。以紅河卷煙廠的紅大片煙樣本作為研究對象，監(jiān)測其霉變過程。試驗以天為單位，每天進行電子鼻檢測直到煙葉完全腐敗為止。對所得試驗數(shù)據(jù)提取特征值并進行主成分分析，選用K最近鄰法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及支持向量機法對煙葉霉變過程進行建模。試驗結(jié)果表明，在煙葉霉變過程中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的識別效果最好，支持向量機