Design, Implementation and Test of an Ionogel Sensor-based Electronic Nose

• Autor(a) principal: Santos, João José Matias
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/147197
• topic: Electronic Nose; Ionogel Sensor; Analog Front-End; System-on-a-Chip; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática

Um nariz eletrónico (E-nose) é um dispositivo que replica o sistema olfativo dos mamíferos. Um E-nose é tipicamente constituído por um sistema de encaminhamento da amostra, um conjunto de sensores químicos, um sistema de aquisição, e algoritmos treinados para reconhecimento de padrões. Tipicamente, as aplicações de E-noses vão desde deteção de doenças, avaliação da qualidade de alimentos, medição de poluentes atmosféricos e contaminantes em água, até ao uso em diversas indústrias, tais como a cosmética, do café, do tabaco e do vinho. Na área da medicina, estes dispositivos têm ganho popularidade, devido a possibilitarem métodos não-invasivos de deteção de várias doenças, sendo mais baratos do que a maioria dos procedimentos médicos, e providenciando um maior conforto ao paciente. Esta tese foi desenvolvida com base num grupo inovador de sensores para E-noses, denominados por sensores de geis híbridos, ou sensores de ionogel, desenvolvidos pelo Laboratório de Engenharia Biomolecular, na FCT-NOVA. O mesmo grupo desenvolveu também o seu próprio E-nose. Devido à sua natureza inovadora, é indispensável uma caracterização da resposta elétrica dos sensores, em diferentes condições de operação. Desta forma, testes da resposta em frequência de um grupo de sensores foram elaborados e os resultados discutidos. Estes testes permitem otimizações como maior sensibilidade do sensor a analitos, e redução do impacto da humidade relativa nos sinais recolhidos. Relativamente à otimização do E-nose, um circuito de interface analógico (AFE) flexível, de alta precisão e alta exatidão foi projetado, implementado e testado. Este circuito de interface é baseado num programmable system-on-a-chip (PSoC), e a sua otimização é feita em duas partes: i) um circuito AFE totalmente integrado num PSoC, que opera numa frequência de excitação fixa; e ii) um circuito adicional à implementação anterior, com ganhos a nível de exatidão, precisão e largura de banda. Por último, é projetada e implementada uma nova arquitetura de sistema. Dados recolhidos em experiências laboratoriais são apresentados, validando o funcionamento do E-nose.