基于電子鼻系統(tǒng)的混合氣體的定性分析和定量估計(jì).pdf

1、電子鼻是模擬動(dòng)物嗅覺器官開發(fā)的利用氣敏傳感器陣列的響應(yīng)來(lái)識(shí)別氣體的電子系統(tǒng)，由化學(xué)傳感器陣列和模式識(shí)別系統(tǒng)組成，利用傳感器的部分專一性和系統(tǒng)的模式識(shí)別功能，可以用來(lái)檢測(cè)氣體。
　　 模式識(shí)別是機(jī)器針對(duì)模式分類進(jìn)行環(huán)境觀察、從背景中分離出有效模式、并做出充分合理決策的學(xué)習(xí)的過(guò)程。作為電子鼻系統(tǒng)的“大腦”，模式識(shí)別算法的好壞直接影響電子鼻系統(tǒng)檢測(cè)氣體能力的優(yōu)劣。對(duì)于氣體的識(shí)別，功能上講主要包括定性分析和定量檢測(cè)兩大方面。針對(duì)氣體的定

2、性分析和定量檢測(cè)，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)電子鼻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和一個(gè)混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，通過(guò)一套完善的實(shí)驗(yàn)方案獲取數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，使其在定性分析和定量檢測(cè)上都能達(dá)到較高精度。
　　 本文旨在訓(xùn)練一個(gè)具有定性分析氣體性質(zhì)和定量估計(jì)氣體濃度能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，故以此為基礎(chǔ)展開了一系列的研究，包括：(1)傳感器陣列采集系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)包括氣體配置，7個(gè)不同型號(hào)的金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器組成的傳感器陣列，模擬信號(hào)檢測(cè)電路，AD采樣電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換

3、電路和自行開發(fā)的PC數(shù)據(jù)接收和保存軟件。(2)智能識(shí)別系統(tǒng)的建立，包括數(shù)據(jù)處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。數(shù)據(jù)處理指的是減基線、歸一化的預(yù)處理和特征提取與降維，其中特征降維研究了主成分分析(PCA)、線性判別式分析(LDA)和通過(guò)類間方差和類內(nèi)方差均值的比值大小來(lái)選擇特征的方法(特征選擇方法)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括用于定性識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和用于建立模糊估計(jì)器進(jìn)行定量分析的Fuzzy ART神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。
　　 對(duì)比使用PCA、LD

4、A以及特征選擇方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維和特征提取，無(wú)論是對(duì)于氨氣、乙醇?xì)怏w單體，還是對(duì)于兩者的混合氣體，LDA降維后的分類效果都是最理想的，經(jīng)過(guò)LDA處理的數(shù)據(jù)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，訓(xùn)練后網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別正確率能達(dá)到100％，而其他兩種方法只有84.3％和95.4％。每種氣體都要獨(dú)立地建立一個(gè)模糊濃度估計(jì)器，每個(gè)估計(jì)器通過(guò)Fuzzy ART神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)得到的權(quán)值向量建立模糊系統(tǒng)，解模糊后得出估計(jì)的濃度值，不僅對(duì)訓(xùn)練的濃度值有100％的正確估計(jì)，對(duì)