电子鼻与电子舌分别是模拟生物嗅觉与生物味觉的机器感知设备,其利用对待测样品具有交叉敏感性的传感器阵列模块,将待测样品中混杂的组分信息转化为可测信号组,并利用模式识别系统获得待测样品综合特征信息并形成其指纹图谱,该指纹图谱与存储于数据库中的样品信息进行比较鉴别后,能够快速、系统、科学的对待测样品进行检测、鉴别和分析。然而,当前的电子鼻与电子舌还存在一些亟待解决的问题:第一,现有的电子鼻与电子舌设备价格昂贵,不利于大规模商业化应用;第二,电子鼻和电子舌的定性与定量检测精度尚与传统理化分析技术有较大差距;第三,电子鼻与电子舌的检测精度易受环境干扰。因此,开发高精度、低成本的传感器制备方法以研制性能优良的传感器;针对具体检测应用构建高准确度的模式识别系统以提高电子鼻与电子舌的识别精度;考虑设备工作环境因素的影响以抑制电子鼻与电子舌信号漂移现象,是解决这些问题的有效途径。针对上述问题,本文分别进行研究,并取得了如下研究成果:(1)提出了一种室温下通过控制前驱液浓度方法来制备自组装单分子层(Self-assembly Monolayer,SAM)功能化的石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)基体表面高取向性金属-有机框架(Metal-organic Frameworks,MOFs)化合物敏感涂层的层层自组装技术,研制出一种高精度、低成本的石英压电传感器。针对MOFs涂层的生长机理研究发现:SAM功能化的基体能够保证MOFs的取向成核;高浓度的前驱液一方面能够实现高密度晶核的取向沉积,也能够调节共价键平衡,避免晶体表面发生晶体单元交叉连接而产生浓度取向缺陷,使得晶体生长成为形貌、晶体取向、表面粗糙度可控的敏感涂层。本研究开发的高精度、低成本的石英压电传感器可以保证信号采集的真实性与有效性。(2)开展了基于本课题组研发的石英压电型电子鼻与电子舌在中国白酒品牌鉴定、香型检测、同品牌不同产品检测的应用研究,提出并构建了电子鼻与电子舌中识别精度高、泛化性能好的模式识别系统。中国白酒微量有机化合物组分种类之复杂、含量跨度之大,对中国白酒检测提出了严峻挑战。针对当前基于电子鼻与电子舌方法的中国白酒检测精度不理想的现状,本研究利用本课题组研发的石英压电型电子鼻与电子舌,开展了中国白酒品牌鉴定、香型检测、同品牌不同产品检测的研究,提出并构建了电子鼻与电子舌中基于多维尺度分析-支持向量机(Multidimensional scaling-Support vector machine,MDS-SVM)、随机森林(Random Forest,RF)和误差反向传播神经网络算法(Back-propagation neural network,BPNN)的三种识别精度高、泛化性能好的模式识别系统。基于本课题组研发的石英压电型电子鼻与电子舌及构建的模式识别系统,本研究为中国白酒检测提供一种新的快速、实时、准确的分析方法。(3)研究了石英压电型电子鼻在测试气体温度变化条件下出现的传感器信号漂移现象。石英压电型电子鼻的中国白酒检测应用中,白酒特征气体温度的变化导致电子鼻传感器盒内传感器表面气流气动力的波动,引起石英压电传感器频率信号漂移。本研究数值仿真了本课题组开发的石英压电型电子鼻的中国白酒检测应用案例,高精度模拟气流与八个石英压电传感器间的相关作用行为,得到不同温度下传感器盒内部的流场分布;通过分析传感器盒内部的流场分布和静压分布特点、不同温度场景中每个传感器的气流气动力特征,得到每个传感器表面的气流气动力随温度变化条件下的变化规律。研究结果为抑制温度变化条件下石英压电传感器的信号漂移,优化电子鼻工作环境,提高石英压电型电子鼻工作稳定性,提供量化指标。