復(fù)雜條件下新型石英壓電傳感器振動數(shù)值模擬及模式識別系統(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)計了一種應(yīng)用于揮發(fā)性氣體檢測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結(jié)構(gòu);通過對酒類產(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)過對后端電路系統(tǒng)、氣路傳輸系統(tǒng)的合理設(shè)計，得到了新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)，完成對待測物質(zhì)揮發(fā)性氣體的信號采集;針對新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)所采集的酒類產(chǎn)品特征信息，利用以基于滑動平均和線性判別分析為基礎(chǔ)的新型模式識別系統(tǒng)建立了酒類產(chǎn)品的模板數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對酒類產(chǎn)品檢測的目的。
　　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別系統(tǒng)是其關(guān)鍵。新型聚合物石英壓電傳感器在實際使

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，嚴重影響新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)檢測性能;此外，現(xiàn)有的模式識別算法無法與新型聚合物石英壓電傳感器頻率信號相匹配，使得頻率信號中的有用信息無法最大限度得到挖掘。針對上述問題，本文從新型聚合物石英壓電傳感器的振動分析及其在酒類產(chǎn)品分類鑒別中的模式識別算法研究兩方面開展了研究，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別系統(tǒng)。因此，本文的研究內(nèi)

4、容具體包括:
　　1)綜述了石英壓電傳感器的振動分析及電子鼻系統(tǒng)中模式識別系統(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)及以模式識別為基礎(chǔ)的后端電路系統(tǒng)對電子鼻檢測結(jié)果的準確率起到?jīng)Q定性的作用。
　　2)針對酒類產(chǎn)品檢測，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)計開發(fā)出應(yīng)用酒類產(chǎn)品鑒別的新型聚合物石英壓電傳感系統(tǒng)。
　　3)針對新型聚合物石英壓電傳感器在實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有限元軟件對其進行模態(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、石英腐蝕層厚度對新型聚合物石英壓電傳感器振動頻率的影響規(guī)律。
　　4)針對應(yīng)用于酒類產(chǎn)品檢測的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，利用最小

6、二乘法對其分析并得到酒類產(chǎn)品特征信息;通過對多種模式識別方法研究，建立了應(yīng)用于酒類產(chǎn)品檢測的8通道新型電子鼻系統(tǒng)的一種基于滑動平均和線性判別分析的新型模式識別系統(tǒng)，得到了11種酒類產(chǎn)品的模板數(shù)據(jù)庫。基于上述模式識別系統(tǒng)對3種酒類產(chǎn)品的檢測結(jié)果顯示，新型模式識別系統(tǒng)能夠有效區(qū)分中國白酒。
　　本文從理論、實驗、數(shù)值分析等三個方面對新型聚合物石英壓電傳感器的振動分析及在酒類產(chǎn)品分類鑒別中的應(yīng)用的模式識別系統(tǒng)進行了深入研究，是本課題組所