模式識別在氣體樣品分類中的應用研究.pdf

1、人工電子鼻系統(tǒng)能夠代替人類的嗅覺對氣味進行識別，它可以代替人類在危險環(huán)境中執(zhí)行氣味識別任務，可以對食品品質(zhì)進行評估，也可以將其運用在國家安全領(lǐng)域，如防止恐怖分子進行炸彈襲擊。人工電子鼻系統(tǒng)是當前仿生學研究的一個方向。 本文對人工電子鼻系統(tǒng)中的模式識別方法進行研究。文中使用商用氣體傳感器搭建測試平臺，采集數(shù)據(jù)后對其進行模式識別分析，主要的研究工作如下： 1.使用5個Figaro公司生產(chǎn)的不同型號的氣體傳感器構(gòu)成陣列，將氣體

2、傳感器的電導信號變化轉(zhuǎn)換為電壓信號變化； 2.在LabVIEW中自行設計數(shù)據(jù)采集程序，配合PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡對氣體傳感器調(diào)理電路中參考電阻上輸出的電壓信號變化量進行采集，將獲得的數(shù)據(jù)存儲為Excel能夠讀取的lvm文件； 3.氣體樣本采集實驗中對丙酮樣品和乙醛樣品(A組)的揮發(fā)性氣體各進行150次實驗，獲得300組實驗數(shù)據(jù)；此外自行配制體積比均為31％的甲醇溶液和二鍋頭溶液(B組)，對它們的揮發(fā)氣體進行100次數(shù)

3、據(jù)采集； 4. 為了降低數(shù)據(jù)維數(shù)，避免“維數(shù)災難”，對所有實驗數(shù)據(jù)進行特征數(shù)據(jù)提取，從每次實驗1，500個數(shù)據(jù)點中提取出25個特征點來表征一種氣體樣品，并將結(jié)果提供給模式識別算法進行分類實驗； 5.總體分析三大類模式識別方法的基本原理。從中選取三種方法：線性判別函數(shù)法、聚類分析法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡法，進一步分析這三種方法的計算原理和步驟。將這三種方法分別運用到A組和B組的分類實驗中，其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡法還使用多種訓練函數(shù)，討論

4、不同訓練算法對訓練速度和對未知樣本分類效果的影響，最終得出結(jié)論：三種方法對前一組樣品能夠正確分類，對后一組樣品無法正確分類； 6.對三種模式識別方法的優(yōu)劣進行分析和對比，得出結(jié)論：在數(shù)據(jù)維數(shù)低的情況下，線性判別函數(shù)法和聚類分析法能夠快速地分類，因為其算法簡單，但是當維數(shù)增加時，由于線性判別函數(shù)法需要對矩陣求逆，聚類分析法如果選擇較為復雜的相似性測度函數(shù)，二者的計算量會增加，致其不再具備快速簡便的優(yōu)點；BP神經(jīng)網(wǎng)絡具有高度的非線性

5、，在理論上能夠接近任意曲面，但是計算過程復雜，計算量大，不容易用程序代碼實現(xiàn)。本文實驗最合適的方法是聚類分析法。 本文的主要特色： 1. 自行設計數(shù)據(jù)采集軟件，可以實時觀測測量過程中參考電阻輸出電壓隨氣體濃度變化的曲線，在將采集獲得的數(shù)據(jù)導入Excel后，可以清晰繪制不同氣體樣品的“圖譜”； 2.設計半開放的實驗氣室，充分利用氣體樣品的動態(tài)信息，為識別增加信息量，同時也加快實驗的速度； 3.特征數(shù)據(jù)提取過