復(fù)雜條件下新型石英壓電傳感器振動(dòng)數(shù)值模擬及模式識(shí)別系統(tǒng)研究.pdf

1、依據(jù)石英壓電諧振器原理（Quartz Crystal Microbalance，QCM原理），本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于揮發(fā)性氣體檢測(cè)的新型聚合物石英壓電傳感器，其以具有壓電效應(yīng)的AT切型石英晶振片為基體，利用“真空電子束色散(EBD)鍍膜技術(shù)”在基體表面蒸鍍對(duì)氣體具有物理吸-脫附作用的聚合物薄膜而制成的三層圓盤(pán)結(jié)構(gòu);通過(guò)對(duì)酒類(lèi)產(chǎn)品揮發(fā)性氣體成分分析、聚合物薄膜材料選擇及制備工藝研究，制成了應(yīng)用于酒類(lèi)產(chǎn)品鑒別的新型聚合物石英壓電傳感器及陣列，

2、并經(jīng)過(guò)對(duì)后端電路系統(tǒng)、氣路傳輸系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，得到了新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)，完成對(duì)待測(cè)物質(zhì)揮發(fā)性氣體的信號(hào)采集;針對(duì)新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)所采集的酒類(lèi)產(chǎn)品特征信息，利用以基于滑動(dòng)平均和線性判別分析為基礎(chǔ)的新型模式識(shí)別系統(tǒng)建立了酒類(lèi)產(chǎn)品的模板數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)酒類(lèi)產(chǎn)品檢測(cè)的目的。
　　上述新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)中，具有高靈敏度的新型聚合物石英壓電傳感器及與傳感器高效組合的模式識(shí)別系統(tǒng)是其關(guān)鍵。新型聚合物石英壓電傳感器在實(shí)際使

3、用中存在鍍膜厚度不均勻、薄膜存在缺陷、石英表層受到濕度及腐蝕等的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)檢測(cè)性能;此外，現(xiàn)有的模式識(shí)別算法無(wú)法與新型聚合物石英壓電傳感器頻率信號(hào)相匹配，使得頻率信號(hào)中的有用信息無(wú)法最大限度得到挖掘。針對(duì)上述問(wèn)題，本文從新型聚合物石英壓電傳感器的振動(dòng)分析及其在酒類(lèi)產(chǎn)品分類(lèi)鑒別中的模式識(shí)別算法研究?jī)煞矫骈_(kāi)展了研究，獲得了具有高靈敏度的新型聚合物石英壓電傳感器及與傳感器高效組合的模式識(shí)別系統(tǒng)。因此，本文的研究?jī)?nèi)

4、容具體包括:
　　1)綜述了石英壓電傳感器的振動(dòng)分析及電子鼻系統(tǒng)中模式識(shí)別系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，提出以氣敏傳感器陣列為基礎(chǔ)的氣體信息采集系統(tǒng)及以模式識(shí)別為基礎(chǔ)的后端電路系統(tǒng)對(duì)電子鼻檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率起到?jīng)Q定性的作用。
　　2)針對(duì)酒類(lèi)產(chǎn)品檢測(cè)，優(yōu)化新型聚合物石英壓電傳感器系統(tǒng)并研發(fā)出8通道的傳感器陣列，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出應(yīng)用酒類(lèi)產(chǎn)品鑒別的新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)。
　　3)針對(duì)新型聚合物石英壓電傳感器在實(shí)際使用中存在鍍膜厚度不均勻、

5、薄膜存在缺陷、石英表層易受濕度及腐蝕等影響的現(xiàn)象，建立了新型聚合物石英壓電傳感器在考慮薄膜缺陷尺寸、含缺陷的薄膜厚度、濕度、石英腐蝕層厚度等因素的力學(xué)模型，并利用ANSYS有限元軟件對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，從中提取了相關(guān)振型及頻率，利用數(shù)值方法得到了薄膜缺陷尺寸、含缺陷的薄膜厚度、濕度、石英腐蝕層厚度對(duì)新型聚合物石英壓電傳感器振動(dòng)頻率的影響規(guī)律。
　　4)針對(duì)應(yīng)用于酒類(lèi)產(chǎn)品檢測(cè)的8通道新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)采集到的頻率信號(hào)，利用最小

6、二乘法對(duì)其分析并得到酒類(lèi)產(chǎn)品特征信息;通過(guò)對(duì)多種模式識(shí)別方法研究，建立了應(yīng)用于酒類(lèi)產(chǎn)品檢測(cè)的8通道新型電子鼻系統(tǒng)的一種基于滑動(dòng)平均和線性判別分析的新型模式識(shí)別系統(tǒng)，得到了11種酒類(lèi)產(chǎn)品的模板數(shù)據(jù)庫(kù)?；谏鲜瞿Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)對(duì)3種酒類(lèi)產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果顯示，新型模式識(shí)別系統(tǒng)能夠有效區(qū)分中國(guó)白酒。
　　本文從理論、實(shí)驗(yàn)、數(shù)值分析等三個(gè)方面對(duì)新型聚合物石英壓電傳感器的振動(dòng)分析及在酒類(lèi)產(chǎn)品分類(lèi)鑒別中的應(yīng)用的模式識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，是本課題組所