用于揮發(fā)性有毒氣體檢測(cè)的電子鼻設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究.pdf

1、電子鼻是模擬生物的嗅覺(jué)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的一種智能電子儀器，近年來(lái)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、化工、醫(yī)療、能源、食品、毒氣檢測(cè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)電子鼻系統(tǒng)的原理、構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用進(jìn)行了研究，在實(shí)驗(yàn)室先前工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了針對(duì)揮發(fā)性有毒氣體檢測(cè)的電子鼻系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了氣體的實(shí)時(shí)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)過(guò)程地實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)，并結(jié)合多種模式識(shí)別方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和鑒別。最終建立了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)氣體快速檢測(cè)的電子鼻氣體檢測(cè)裝置和分析平臺(tái)。 本論文

2、首先介紹了電子鼻技術(shù)的研究背景和研究現(xiàn)狀，進(jìn)而闡述了本文的研究意義和內(nèi)容。接下來(lái)從生物嗅覺(jué)系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)出發(fā)，總結(jié)了電子鼻的原理和構(gòu)成，研究探討了傳感器陣列的組成、信號(hào)預(yù)處理技術(shù)和模式識(shí)別方法。 在上述理論基礎(chǔ)上，以甲苯、吡啶、乙醚等7種易揮發(fā)性、有毒或易燃?xì)怏w為檢測(cè)對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)檢測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)了電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，取得了良好的檢測(cè)效果。在硬件設(shè)計(jì)上，以AT89S62單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)和可以

3、調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)加熱電路，并實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示：同時(shí)采用UA303數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組建了快速、高精度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、顯示和分析系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別提供了充分的數(shù)據(jù)。電子鼻的軟件由單片機(jī)軟件和基于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集和分析處理軟件兩部分組成。單片機(jī)軟件由C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣控制、加熱模式調(diào)節(jié)、響應(yīng)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示；數(shù)據(jù)采集與分析處理軟件實(shí)現(xiàn)了傳感器陣列對(duì)氣體響應(yīng)信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、顯示、數(shù)據(jù)分

4、析以及最終的模式識(shí)別。 對(duì)電子鼻中的特征提取和模式識(shí)別算法進(jìn)行了研究，比較了PCA和KPCA的降維效果，KPCA在對(duì)非線性問(wèn)題的處理上，降維效果要明顯優(yōu)于PCA。根據(jù)傳感器陣列的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性提出了基于分段平均微分值法的特征提取方法，并結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取得了令人滿意的識(shí)別結(jié)果。 最后，對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)相結(jié)合這一新的檢測(cè)方式進(jìn)行了探索，以期改善傳感器的選擇性，進(jìn)一步提高陣列傳感器對(duì)氣體識(shí)別的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)表明這種檢測(cè)集成了兩種