多功能傳感器信號重構(gòu)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為現(xiàn)代傳感技術(shù)的主要發(fā)展趨勢之一,多功能傳感技術(shù)因其具有體積小、功耗低、能有效克服交叉敏感效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),能夠很好地滿足各種測控系統(tǒng)在測試精度、穩(wěn)健性和抗干擾能力等方面的要求,已越來越多地在科學(xué)研究和工程實(shí)際中被采用。同時,由于與傳統(tǒng)的單一功能傳感器相比,多功能傳感器的輸入輸出特性更加復(fù)雜,因而對其信號重構(gòu)方法也提出了更高的要求。
　　本論文的目的是研究多功能傳感器信號重構(gòu)中的若干關(guān)鍵技術(shù)。首先,設(shè)計(jì)了一種多功能傳感器,以實(shí)現(xiàn)對食品

2、滲透脫水過程中,三元溶液濃度的在線測量。然后,以此傳感器為基礎(chǔ),研究多功能傳感器信號重構(gòu)中的三個關(guān)鍵技術(shù):信號重構(gòu)的方法、信號重構(gòu)中均方誤差與計(jì)算量的平衡算法以及信號重構(gòu)中的樣本選擇方法。本課題的研究,不但能夠?qū)崿F(xiàn)對三元溶液的測量,其信號重構(gòu)的方法還可廣泛地應(yīng)用于多種多功能傳感器。
　　論文的主要研究工作如下:
　　針對三元溶液兩種溶質(zhì)的濃度測量,設(shè)計(jì)了一種多功能傳感器。該傳感器通過測量超聲波在水中的傳播速度和水的電導(dǎo)率間接

3、地反映三元溶液溶質(zhì)的濃度。以該多功能傳感器為基礎(chǔ),制作相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路并獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用于驗(yàn)證本文提出的多功能傳感器信號重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的可行性和有效性。
　　研究了多功能傳感器的信號重構(gòu)問題,提出了基于 B樣條和擴(kuò)展卡爾曼濾波的信號重構(gòu)方法。本方法將 B樣條作為多功能傳感器的逆模型,并利用擴(kuò)展卡爾曼濾波估計(jì) B樣條模型的控制系數(shù)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本方法不但能夠獲得較高的信號重構(gòu)精度,而且結(jié)構(gòu)簡單、計(jì)算復(fù)雜度低,適合在微處理器上實(shí)現(xiàn)

4、,能夠滿足智能傳感器在線信號重構(gòu)的需求。
　　研究了多功能傳感器信號重構(gòu)過程中重構(gòu)精度和計(jì)算量的平衡算法。首先,研究 B樣條逆模型的結(jié)構(gòu)對信號重構(gòu)精度和計(jì)算量的影響,并給出信號重構(gòu)精度和計(jì)算量的估計(jì)方法。然后,設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù),利用遺傳算法尋找能夠獲得信號重構(gòu)精度和計(jì)算量平衡的B樣條模型結(jié)構(gòu)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過平衡后的B樣條模型,在保證重構(gòu)效果的前提下,能夠極大地降低建模過程中所需的計(jì)算量,即實(shí)現(xiàn)了重構(gòu)精度和計(jì)算量的平衡,從而

5、降低微處理器在對多功能傳感器進(jìn)行信號重構(gòu)時的負(fù)荷。
　　針對大批量多功能傳感器的信號重構(gòu),提出了多功能傳感器信號重構(gòu)中訓(xùn)練樣本的選擇方法。利用核減法聚類對多功能傳感器的高維樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和篩選,從而找出數(shù)量較少且能夠保證信號重構(gòu)精度的訓(xùn)練樣本。仿真結(jié)果表明,經(jīng)過了樣本選擇的訓(xùn)練樣本,雖然在數(shù)量上明顯減少,但是仍然能夠獲得較高的重構(gòu)精度。因此,將本方法應(yīng)用于大批量多功能傳感器的信號重構(gòu)中,能夠在保證重構(gòu)精度的前提下,大大減少采樣所