电子鼻,是模仿哺乳动物嗅觉的原理而开发出的一种气体检测、分析仪器。电子鼻通过气体传感器阵列记录气体检测对象的广谱响应,使用特征工程和模式识别等技术对其进行分析,从而得到气体检测对象的相关属性。电子鼻技术出现至今得到了飞速的发展,广泛应用于环境检测、食品工业、医疗检测及药材监督等领域。其中,基于传统石英晶振微天平(QCM)的电子鼻因其灵敏度高、成本低、体积小而得到研究开发,被应用于多种检测分析场景,如食品安全监督、呼吸气检测和有毒气体检测等。但是,传统QCM传感器的”三明治”结构和自激振荡的工作方式,限制了其工作灵敏度的提高,检测下限的降低和应用场景的进一步拓展。无导线无电极的QCM-D(WE-QCM-D)技术的出现,有效地解决了传统QCM技术在检测性能与应用场景上的限制,具有更高的检测精度,更低的检测成本,以及可以小型化,进行非接触测量等优点。因此,本课题致力于设计实现基于WE-QCM-D的新型的电子鼻系统,以更加简单、低成本的方式设计实现电子鼻传感阵列,使新型的电子鼻系统具有更多的感知参数、更高的检测识别能力和更灵活的应用场景。本研究在WE-QCM-D传感器的基础上,设计了以分时复用方式工作的WE-QCM-D传感器阵列的硬件电路;然后,基于LabVIEW软件工具,设计实现了对电路装置自动控制和对数据在线采集、计算、显示和存储的检测软件平台;接着,设计制作了气体实验腔室和流路控制部分;最终,设计实现了基于物理多通道、虚拟多通道和混合通道的三套电子鼻气相检测系统。基于WE-QCM-D物理四通道电子鼻系统,通过分时复用共用了大部分的硬件电路和软件,只有检测敏感元件是相互独立的。通过一组易挥发有机气体(VOCs)实验,证明了电子鼻系统对50 ppm的VOCs气体识别分析的能力,并达到了基于k最近邻90.1%的识别率,甚至可以完全识别甲苯和庚醛两种多浓度(10 ppm～50 ppm)的VOCs气体。此外,对实验结果的分析,证明了气体和敏感膜的官能团与分子结构是影响气体吸附能力的重要因素。使单个石英晶振分时复用地工作在不同的谐振频率上,在频率空间上扩展了传感器响应的维度,从而搭建起一套基于WE-QCM-D虚拟多通道的电子鼻系统。通过一组多浓度的VOCs气体实验,证明了基于单个WE-QCM-D传感器的虚拟多通道电子鼻系统对VOCs气体的识别分析能力,并且达到了基于k最近邻97.5%的识别率。基于虚拟多通道的电子鼻可以同时观测传感器的频率和耗散响应,频率响应指纹图谱反映了气体分子在敏感膜上的浓度分布以及气体分子的物理结构属性,耗散响应指纹图谱反映了气体分子的吸附引起敏感膜结构的改变以及气体分子在膜厚度上的浓度分布。继而,证明了单WE-QCM-D传感器在频率上的虚拟通道扩展,不仅增强了其对气体识别的能力还有助于气体吸附机理的分析。最后,在基于WE-QCM-D物理四通道的一个物理通道上,扩展了三个虚拟通道从而搭建起一套基于WE-QCM-D的混合七通道电子鼻系统。设计了一组针对七种中草药顶空气体的气体实验,测试该电子鼻系统对复杂成分气体的检测识别能力,并最终取得了基于支持向量机(SVM)95.2%的识别率。最终,证明了基于物理多通道的电子鼻在虚拟多通道的扩展有助于提高电子鼻系统对气体对象的识别率,而且有利于帮助分析气体的响应过程机理。综上所述,本论文设计实现了基于WE-QCM-D的电子鼻系统,并使用VOCs气体和中草药顶空气体测试了电子鼻系统的性能,在简化了系统结构、降低了成本、缩小检测元件体积的情况下,提高了灵敏度、得到了较高分类准确率,提高了 了基于WE-QCM-D的电子鼻系统的检测分析能力并且拓展了应用前景。