工程科学学报，第39卷，第4期：475-486,2017年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.4:475-486,April 2017 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2017.04.001:http://journals.ustb.edu.cn 电子鼻研究进展及在中国白酒检测的应用 李强，谷宇四，王南飞，董涵 北京科技大学自动化学院，北京100083 区通信作者，E-mail:guyu@ustb.cdu.cn 摘要基于传感器技术、信号处理技术和模式识别技术发展起来的电子鼻技术是过去二十年中发展最为迅速的气相分析 和气体检测技术之一，它已逐渐在生物医学、环境监测、农业生产、食品检测等多个领域得到应用.电子鼻是利用对待测气体 具有交叉敏感性的传感器阵列将待测气体中的混杂气味组分信息转化为与时间、成分、浓度或含量相关的可测物理信号组， 利用信号采集系统输出含有待测气体特征信息的数字信号，通过模式识别系统分析数字信号得到待测气体综合气味信息和 隐含特征，实现对待测气体快速、系统、准确的鉴别和分析.本文综述了电子鼻技术中的传感器技术和模式识别技术及在中 国白酒品牌鉴定、风味识别、酒龄检测方面的最新研究进展：以聚合物石英压电传感器型电子鼻为例，阐明该电子鼻的技术方 案及其在中国白酒检测中的应用：展望电子鼻未来研究方向. 关键词传感器技术：电子鼻：模式识别系统：中国白酒：检测 分类号TP23 Review of electronic-nose technologies and application for Chinese liquor identification LI Qiang,GU Yu,WANG Nan-fei,DONG Han School of Automation and Electrical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:guyu@ustb.edu.cn ABSTRACT Due to their sensitivity to a wide diversity of volatile gases,electronic noses are ideal instruments for measuring and monitoring odors and they are being applied in agricultural production testing,biological medicine detection,environmental monito- ring,and food testing.An electronic nose (E-nose)utilizes a sensor array to provide a fingerprint response to a given odor,using pat- tern recognition software to identify and discriminate between odors.Each sensor in the array behaves like a receptor by responding to different odors to varying degrees.The changes are then transduced into electrical signals,which are preprocessed and conditioned be- fore identification by a pattern recognition system.In this paper,recent electronic-nose systems and algorithms are reviewed which de- veloped over the past two decades that have potential applications for detecting Chinese liquors,including brand identification,flavor detection,and the prediction of the ages.In addition,the technical design scheme and the application were detailed for the polymer quartz piezoelectric sensor E-nose. KEY WORDS sensors;electronic nose:pattern recognition systems:Chinese liquor:identification 电子鼻(electronic-nose,E-nose),或称气味扫描识别系统等功能组件构成.它利用对待测气体具有交 仪，是一种模仿生物嗅觉的气体检测系统”.20世纪 叉敏感性的传感器阵列，将待测气体中混杂的气味信 九十年代以来，电子鼻检测技术得到了快速的发展，为 息转变为与成分、浓度或时间相关的可测物理信号组， 气体检测行业带来了巨大的效益回.电子鼻主要由集 通过信号采集电路获取数字信号，经过模式识别系统 成多种气体传感器的传感器阵列、信号采集电路、模式 对含有待测气体综合气味信息和隐含特征的数字信号 收稿日期：2016-104 基金项目：国家高新技术研究发展计划资助项目(2013AA030901):国家自然科学基金资助项目(61672094)工程科学学报，第 39 卷，第 4 期: 475--486，2017 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 4: 475--486，April 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 04． 001; http: / /journals． ustb． edu． cn 电子鼻研究进展及在中国白酒检测的应用 李 强，谷 宇，王南飞，董 涵 北京科技大学自动化学院，北京 100083 通信作者，E-mail: guyu@ ustb． edu． cn 摘 要 基于传感器技术、信号处理技术和模式识别技术发展起来的电子鼻技术是过去二十年中发展最为迅速的气相分析 和气体检测技术之一，它已逐渐在生物医学、环境监测、农业生产、食品检测等多个领域得到应用． 电子鼻是利用对待测气体 具有交叉敏感性的传感器阵列将待测气体中的混杂气味组分信息转化为与时间、成分、浓度或含量相关的可测物理信号组， 利用信号采集系统输出含有待测气体特征信息的数字信号，通过模式识别系统分析数字信号得到待测气体综合气味信息和 隐含特征，实现对待测气体快速、系统、准确的鉴别和分析． 本文综述了电子鼻技术中的传感器技术和模式识别技术及在中 国白酒品牌鉴定、风味识别、酒龄检测方面的最新研究进展; 以聚合物石英压电传感器型电子鼻为例，阐明该电子鼻的技术方 案及其在中国白酒检测中的应用; 展望电子鼻未来研究方向． 关键词 传感器技术; 电子鼻; 模式识别系统; 中国白酒; 检测 分类号 TP23 Ｒeview of electronic-nose technologies and application for Chinese liquor identification LI Qiang，GU Yu ，WANG Nan-fei，DONG Han School of Automation and Electrical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: guyu@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Due to their sensitivity to a wide diversity of volatile gases，electronic noses are ideal instruments for measuring and monitoring odors and they are being applied in agricultural production testing，biological medicine detection，environmental monito￾ring，and food testing． An electronic nose ( E-nose) utilizes a sensor array to provide a fingerprint response to a given odor，using pat￾tern recognition software to identify and discriminate between odors． Each sensor in the array behaves like a receptor by responding to different odors to varying degrees． The changes are then transduced into electrical signals，which are preprocessed and conditioned be￾fore identification by a pattern recognition system． In this paper，recent electronic-nose systems and algorithms are reviewed which de￾veloped over the past two decades that have potential applications for detecting Chinese liquors，including brand identification，flavor detection，and the prediction of the ages． In addition，the technical design scheme and the application were detailed for the polymer quartz piezoelectric sensor E-nose． KEY WOＲDS sensors; electronic nose; pattern recognition systems; Chinese liquor; identification 收稿日期: 2016--11--04 基金项目: 国家高新技术研究发展计划资助项目( 2013AA030901) ; 国家自然科学基金资助项目( 61672094) 电子鼻( electronic-nose，E-nose) ，或称气味扫描 仪，是一种模仿生物嗅觉的气体检测系统［1］． 20 世纪 九十年代以来，电子鼻检测技术得到了快速的发展，为 气体检测行业带来了巨大的效益［2］． 电子鼻主要由集 成多种气体传感器的传感器阵列、信号采集电路、模式 识别系统等功能组件构成． 它利用对待测气体具有交 叉敏感性的传感器阵列，将待测气体中混杂的气味信 息转变为与成分、浓度或时间相关的可测物理信号组， 通过信号采集电路获取数字信号，经过模式识别系统 对含有待测气体综合气味信息和隐含特征的数字信号