Vol. 35 No. 5Oct. 5019
第35卷第5期 哈尔滨商业大学学报(自然科学版)
2019 年 10 月
Journal of Harbin University of Commerce (Natural Sciences Edition )
崔晨，刘伟，王雷
(中国汽车技术研究中心有限公司，天津300300)
摘 要：3便携式PID 电子鼻系统作为检测手段，对车内气体VOCs 质量分数进行客观检测，同时同
步进行车内气体主观评价，并对采集到的数据进行分析.筛选VOCs 质量分数特征值，分别建立一元
验结果表明，模型不具有显著相关性，因此不再进行气味强度等级的预测分析.
关键词：车内气味;VOCs ；电子鼻；一元线性回归模型；偏最小二乘回归模型中图分类号：X82
文献标识码：A 文章编号：1972 -0946(2219)05 -0611 -05
Application of PID electrnnie nose system in ain quality rvaluation in veSiclr
CUI Chen , LID Wei , WANG Lei
(China Automotive Technology and Research Center Co. ,Ltd,Tianjin 350350,China)
Abstract :The poCdble PID electronvc nose system wns useC to detect tie VOCs conteni in
tie veCicOe , and tie suUjective eveluation of tie yns in tie veCicOe wns corceC oni simultane-
onsly ，止―to analyze 止-collecteC datn. Fictty , to select tlie charactecstio velues of VOCs
coecectctioe. SeconOly, to estanlisU the lieecc recression moOc ant pdCidl 101 squnc re-
yassion monC, aspectiyCy. Tec results showeC tint tFe lieecc recression monC n good
effect on tic onoc preCiction of tic veCidc , and tic precision of preCiction wns betweec 0. 3 onoc intecsite yranes. At tic same timc , tic fittinj effect of tic monC itself wns bettee. TO c
results of sienificheco tesS of tic estaniiseeC pdeidl C cs P spuics recression monC s P ow —
tint tic mont OI no sienifichet cocelation , it wns no lonecr useC te preCict tic onor intec-
sity crate .
Key worbt : veCidc onor ； VOCs ;electronto nose; linenr recression monel ;partiae lenst square
recression monel
目前汽车已经成为人类生活不可分割的一部 分，人们在车上花费的时间也越来越长•随着大众 健康意识的不断增强，车内4气质量，尤其是车内
气味越来越多的被关注[1].为改善车内4气质量, 汽车企业纷纷投入大量人力、物力加强车内气味管
控，但实际效果不够理想.目前，在汽车行业主要通
车模图片大全过气味评价员以主观评价的方式来评价整车、内饰
零部件及材料的气味•该评价方式除了存在职业健
康 、 大 ， 在 大、
稳定性差以及评价员不能长时间连续评价等技术
问题•此外，企业建立高水平的气味评价团队也将 耗费巨大的人力、物力及时间成本•因此需亟待解 决气味客观评价问题.
近年来，电子鼻技术作为一种新型的检测手段 得到了迅速的发展⑵•它的原理是仿照生物的嗅 觉系统，首先利用具有交叉敏感特性的气体传感器
收稿日期voi-oo-i.
作者简介：崔 晨(1991 -)，女，工程师，硕士，研究方向：车内空气质量检测及控制技术、大气污染防治技术.
・612・哈尔滨商业大学学报（自然科学版）第35卷
来对气体进行采样，基于所获取的样本来训练分类器模型，最后识别对于新获取到的样本⑶•电子鼻从诞生至今，经过了近35年的发展，其应用价值已得到肯定•在传感器和模式识别等领域的一些重大进展也极大的推进了电子鼻的创新，使得电子鼻不仅在工业产品的加工制造等领域有了广泛应用，在之前未涉足的领域也有了突破.
目前，在汽车行业利用电子鼻进行车内气味评价方面，国外已取得较大的进展，而国内在该领域还未开展实质性研究工作-法国标致雪铁龙的Be-ziau⑷团队研究了基于金属氧化物半导体（MOS）、MOS场效应晶体管（MOSFET）和导电聚合物（CP）的三种传感器对五种聚氨酯发泡材料气味的表征能力，以区分不同供应商来源的样品为目的，评价了主成分分析和多元统计分析两种模式识别算法，结果表明多元统计算法可使MOS传感器对12个未知样品的识别正确率达到91%.Garrigues团队评价并证实了传统GC-MS技术在气味识别方面具有与MOS等专用气味识别系统相近的分析能力⑸.Guadarrama等人基于主成分分析和聚类分析评价了CP气味识别系统对地板隔音垫、密封条、顶棚等八种内饰件气味的识别能力，并指出将快速傅里叶变换的首要指数作为主成分分析的输入变量，将获得较好的模型识别率⑷•德国的Blas-chke等人基于MEMS微机电技术用三种MOS传感器制成了阵列式气味识别系统，用其对车内气味进行表征，并将结果与气味评价员的愉悦度评价结果建模关联，得到了较好的效果•美国NCSU的Nagle等人联合现代汽车集团针对新车气味评价了Multiseesor Systems、Alpha MOS、iSens-、Noaic See-sor四种商业气味识别系统所含有的总共125个传感器的气味分析能力•通过
将125个传感器的结果作为一个数据集，构建了其与气味评价员主观评价结果间的模式识别模型，结果表明来源于3个商业气味识别系统的5个传感器的组合能够达到最佳的识别率.Nagte团队还评价了FAIMS非对称场离子迁移谱和PID光离子化检测器的气味识别能力，其中,PID单独使用的测量值与气味评价员评价结果间的相关性可达0.709（强度）、0.665（刺激）及0-702（愉悦度），而经过两传感器协同及模型优化，可使仪器测量值与气味评价员评价结果间的相关性达到0.60-0.74.
本文将基于PID电子鼻技术对车内4气质量进行客观检测，同时与气味评价员的主观评价结果之间进行模型关联，从而获得表征车内气味强度等级的通用模型，以此作为依据，实现对汽车车内4气质量的评价该电子鼻技术将取代气味评价员的主观评价工作，主要应用于整车量产一致性管控环节及重点零部件气味溯源过程中，大大节省时间、人力、物力成，重的实．
1试验方法
1.1试验材料和仪器
试验样品：某主机厂的车型A一辆.
试验仪器：采用自主研发的便携式PID电子鼻系统•电子鼻系统是一种分析仪器，由气体采样装置、气体传感器以及在线处理软件组成［4］-该传感器是一款光离子化气体检测器［9］（PID），它可通过
具有特定辐射能（如12.6eV）的紫外光在电离室内对气体分子进行轰击「训，把气体中含有的有机气体电离成带正电的离子和带负电的电子，在电场作用下形成电流，经放大后得到输出信号.之后信号进入嵌入式软件中进行数据处理、分析及可化程6
试验设备：整车VOCs环境舱.
1.6试验方法
1-6.1整车样品、测试设备准备
测试车辆及测试用VOCs环境舱应按照HJ/T 400-2007（车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》［规定的方法进行准备及封闭过程，之实6
1-6.6试验仪器准备
实验开始前需要提前打开PID电子鼻系统，预热33ma以上，为了保证仪器内部电子器件达到热稳定平衡，以降低测量误差，保证后续实验数据、确6
1.2.3试验步骤
1）在环境舱内将便携式PID电子鼻系统与待测样品连接；
2）通过月内灯光照射的方式对样品表面加热，使其车内温度升高；
3）每升高一定温度，利用便携式PID电子鼻设备检测一次车内VOCs质量分数，并记录PID电子鼻读数及当前温度、湿度；
4）将上述所有检测样气抽入不同的采样袋中，并利用干燥的零气（不含VOCs）按照一定倍数进行稀释，以获得不同稀释倍数的待测样气；
5）将上述所有样品由气味评价员进行主观评价，并记录结果•
1.3模型理论基础
第5期崔 晨，等:PID 电子鼻在车内空气质量评价的应用研究・613・
人们对气味感觉强度（即气味强度等级）与刺
强度（即气味质量分数）的关 一定的规，即韦伯-费希纳 门5 （ WeCcr - Fichncr 定）•该
是表明心理量和物理量之间关系的定
德国生 家韦伯 同一 量必须达
一定比例，才能引起 口4•这一比例是个常数，用公式表示:△/（差别阈限）//（标
强
二％（常数/韦伯分数），这就是韦伯定律 小可（连续的 阈限）作为 量的单位,
增加一 阈限，心理量增加一个单位［⑸.
量与物理量的对数值成正比，也就是说，感觉
量的增加落 物理量的增加，物理量成几何级数
增长，而心理量成算术级数增长，这个经验公式被 称为费希纳 或韦伯-费希纳 •适
强度的
•其表达式为：
S 二（y
（9）
其中：为
强度/为 强度;；为常数.
94数据处理方法
为了 好的预测，分 了车
内VOCs 质量分数（（ PID
检测结
）和车内气味 结果之间的多元
回
归 及偏最小二乘回归
今天高速收费吗?•并以车内气味强
的预测
实测值之间的相关系数、预测标
准误差等为指标进行比较口7，以便到能很好预 测车内气味强 的预测 •
2试验结果与分析
22车内VOCs 质量分数的检测
VOCs 是指引起车内气味的
机物
（Volatiec Oreanic Componads ）总称，其主要包含醛
类、烷E 类、酯类、芳香E 类、醇类等物质•当汽车
的 机物含量达到一定质量分数时，人们
会在短时间内 头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重
时会出 搐、昏迷等•此外，它还会伤 人的肝 脏、肾脏、大脑和神经 ，造成记忆力丧失等严重
后果•图】通过便携式PID 电子鼻系统检测到的某
品气体的VOCs 质量分数散发曲线•
0 509S
X 、報
0*
魁 S O
O A
0.8
0.70.6
0.50.4
0.3
0.20.1
100 150 200
t/s
图1某样品气体的VOCs 质量分数散发曲线
由图】可以看出，便携式PID 电子鼻系统对该
品的VOCs 质量分数
在135 s 后趋 •为了 数 分析，对之后每
品气体的检测
车船税新规曲线都
了特征
•特征值
选择为 曲线的 ，艮 90s 时的检测
值.该稳定值可反应PID 电子鼻检测车内VOCs 质
量分数的值•
2.2车内气味强度等级的获取
车内气味 的人 不少于4人
（参与 人员必须经过气味性相关专业培训I ）,
并 表】中的气味 估.
中国长安汽车集团表9气味强 标准, 的待测气 品 ，结 表2所示.
等级说明
描述
人体感官表1气味等级分类标准及划分依据
10
无气味
感觉不到气味的存在，无气味
舒适
4少许气味勉强感觉到有气味而很难辨别出气味的种类
2明显气味特斯拉suv价格
可感知气味的存在，且略微舒适
7轻微忍受可明显感知到气味，不刺激具有一定的刺激性，可以忍受
7
可以忍受可明显感知到气味，轻微刺激
5不能忍受
可明显感知到气味，存在中等刺激性
具有一定的刺激性，不可忍受
4反感明显难闻的气味，厌恶感稍弱
3
厌恶强烈的刺激性气味，厌恶刺激、呕吐2
非常厌恶强烈的刺激性气味，非常厌恶无法忍受
感到呼吸困难，
无法忍受
•614•哈尔滨商业大学学报（自然科学版）第35卷
表2待测样品气味主观评价结果
序号人员1人员2人员3人员4人员人员6人员0人员4平均值
1 6.566 6.56 6.5 6.56 6.65
26 6.5 6.5 6.54666 6.64
366665.5 6.55.55.55.34
4 6.
5 6.5 6.5 6.5660 6.5 6.64
5 5.5666----5.34
66666---- 6.60 06-665-5.555.54 46-660-.555.62
通过表2可以看出，气味主观评价结果主要分布在5.5〜6.5之间，最大值为6.64，最小值为5. 54，平均值为6.62，标准偏差为0.35%，说明：的样品气体气味整不大.
2.3模型的建立
2.3.1—元线性回归模型（韦伯费希纳定律模型）
将便携式PID电子鼻系统检测到的待测样品VOC）质量分数的对数作为自变量，气味的气味主观评价结果作为因变量.利用该PID电子鼻 测的4个不同样品数为
，剩余的2个作为测
证.
运用一元线性回归分析方法得到的气味强度等级回归模型为：
y二-1.2749x+6.0284（2）其中：代表待测样品的气味强；表示ac, c代表待测样品的VOC）质量分数，x10-6.
拟合曲图2所示.
图2—元线性回归模型的拟合曲线
图2可以看出：回归方程（1）的拟合精确度疋二0.0，证明拟合较好，同时相关系数k二-1.2709，说明随着VOCs质量分数增加，气味强度等级越来越差，也符合韦伯费希纳•下面将上述模型进行检验•
表3—元线性回归模型检验结果序号
VOCs质量分数
/xl0-6
气味强度等级
•相对偏差/%
实测值预测值
10.491 6.3 6.62-1.63
2 1.3545.35.745.69
表3可以看出，的测相对偏仅为-123%和5.09%，气味强测结不大065气味强6，上
的是准确且的.
2.3.2偏最小二乘回归模型
PID检测到的待测样品VOC）质量分数的对数、为自变量，气味评价员的气味结为因变量•利用该PID
测的4个不同样品数为[集
，剩余的2个作为测
证6
运用偏最小二乘分析方法得到的气味强度等回归为:
y二-1.513%]+0.033%2+4.911（3）其中：y代表待测样品的气味强；；1表示lu C,C代表待测样品的VOC-质量分数，x10-6；2表待测样品的温度,°C•所建预测拟合曲线如图3所示.
气味强度等级
6.50
■
6.25
•
■
菖 6.00
■
•
5.75
•
■
5.50
5.50 5.75
6.00 6.25 6.50
图3
偏最小二乘回归方程拟合曲线
第5期崔晨，等:PID电子鼻在车内空气质量评价的应用研究-719-
对上述回归方程(3)进行检验，其检验结果见
表6.
表4建立的偏最小二乘回归方程假设检验结果
Sum of Squares d
Mean
Suanec
F Sig.
Rearession 5.4792 6.664 5.553 Equation1Resinuai5•1444 5.535
Totai 5.6236
奥迪a5sportback
由回归分析结果表4可知，回归方程(3)显著性检验F值为6.676，显著水平P=0.053>0.05，即在95%置信水平上建模数据不具有显著的线性相关性，说明所建立的方程不具有显著相关性.
3结论
1)利用便携式PID电子鼻系统对车内气体进行VOCs检测，根据样品VOCs散发回归曲线可以看出，在后续建模过程中，应选择135s时的VOCs 质量分数数据作为建模数据•因为该数据为稳定值，可代表待测样品的VOCs散发平衡质量分数.
2)采用一元线性回归模型建立的车内VOCs 质量分数与气味强度等级之间的预测模型，该模型的拟合精确度为0.7.经检验，该模型的预测准确度可达到95%以上，气味强度等级预测结果不大于0.3个气味强度等级.因此该模型预测效果较好.
3)采用偏最小二乘回归方法建立的车内VOCs质量分数、温度与气味强度等级之间的预测模型效果不好，经检验，该模型在95%置信水平上不具有显著的线性相关性，即温度、VOCs质量分数与车内气味强度等级不具有显著相关性，分析可能原因在于:①建模所选择数据量不够大，因此所建模型效果不好;②考虑因素不足，后期建模时应考虑更多因素，如湿度、光照、风速、车型配置等因素.
参考文献：
化合物质量分数及车内气味强度的影响[J]，广东化工, 229(9)：242-243.
[2]孙钦秀，董福家，陈倩，等•应用电子鼻技术检测肉与肉
制品的风味和品质[J]，食品研究与开发，2015(12)：123
-126.
[3]刘刚，张洪刚，郭军•不同训练样本对识别系统的影响
[J].计算机学报，2205,22(11)：1923-1922•
[4]MORVAN M,TALOU T,BEZIAU J F.MOS-MOSFET yas
sensors array measurements versus sensory anO chemicai characterisation of VOC's emissions from car eeat foams[J].Secsore &Achatas B Cnemicai,2003,95(1)：212-223.
[]IDON F A,GARRIGUES S,DEL G M.Combination of mC-ant neas-infrareC spectroscopy tCa determination of tic
quality pronertias of beers.[J].Analytica Chimica Acta,2006, 571(2)：167-174.
[6]GUADARRAMA A,FERNANDEZ J A,fNIGUEZ M,e t加.A s-
ray of conauctina polymer secsoe for the characterisation of wines [J]•Analytico Chimico Acte,2000,411(1):193-200.
[7]张启义，刘向阳，郭礼.汽车车内空气质量评价方法研究
[C]韦ZOH中国环境科学学会学术年会论文集(第四
卷).
[2]徐克明•电子鼻优化设计及其在坚果品质检测中的应用
[D].杭州：浙江大学,2517•
[9]刘洋.光离子化气体传感器的研究与设计[D]•哈尔滨：哈
尔滨工程大学,2513•
[19]袁扬，邸小坛，董志勇，等•便携式仪器检测室内空气质
量的可靠性初步研究[C]韦2014既有建筑绿化改+关
键技术研究与示范项目交流会.2514•
[11]范秋生，薛晨阳，梁庭，等•便携式光离子化检测器研究
[C]//中国兵工学会仪器科学及测控技术年会.2002•
[12]HJ/T400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测
定方法》S]
[3]沈培明，陈正夫，张东平.恶臭的评价与分析[M].北京:
化学工业出版社化学与应用化学出版中心，2055•
[4]张卫斌•食品感官分析标度域——基于味觉行为的实验及
理论研究[D].杭州：浙江工商大学，2512•
[5]曹日昌•普通心理学(上册)[M].2版•北京：人民教育出
版社，192.
[16]张红梅，田辉，何玉静，等•茶叶中茶多酚含量电子鼻技
术检测模型研究[].河南农业大学学报，2012,46(3)：
302-306.
[1]艾森林，江楠，游刚，等•环境条件对车内挥发性有机
发布评论