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

1、電子鼻是模擬生物的嗅覺系統(tǒng)而設(shè)計的一種智能電子儀器，近年來在環(huán)境監(jiān)測、化工、醫(yī)療、能源、食品、毒氣檢測等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。本文對電子鼻系統(tǒng)的原理、構(gòu)成、實現(xiàn)和應(yīng)用進行了研究，在實驗室先前工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了針對揮發(fā)性有毒氣體檢測的電子鼻系統(tǒng)。實現(xiàn)了氣體的實時檢測、數(shù)據(jù)采集，檢測過程地實時控制調(diào)節(jié)，并結(jié)合多種模式識別方法對檢測結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析和鑒別。最終建立了一個可以實現(xiàn)氣體快速檢測的電子鼻氣體檢測裝置和分析平臺。 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，進而闡述了本文的研究意義和內(nèi)容。接下來從生物嗅覺系統(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、信號預(yù)處理技術(shù)和模式識別方法。 在上述理論基礎(chǔ)上，以甲苯、吡啶、乙醚等7種易揮發(fā)性、有毒或易燃氣體為檢測對象，采用動態(tài)檢測方式，實現(xiàn)了電子鼻檢測系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，取得了良好的檢測效果。在硬件設(shè)計上，以AT89S62單片機為控制核心，設(shè)計了獨特的自動進樣系統(tǒng)和可以

3、調(diào)節(jié)的動態(tài)加熱電路，并實現(xiàn)了響應(yīng)信號的A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示：同時采用UA303數(shù)據(jù)采集卡和計算機組建了快速、高精度的實時數(shù)據(jù)采集、顯示和分析系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)處理和模式識別提供了充分的數(shù)據(jù)。電子鼻的軟件由單片機軟件和基于PC機的數(shù)據(jù)采集和分析處理軟件兩部分組成。單片機軟件由C語言開發(fā)，控制整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)進樣控制、加熱模式調(diào)節(jié)、響應(yīng)信號的A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示；數(shù)據(jù)采集與分析處理軟件實現(xiàn)了傳感器陣列對氣體響應(yīng)信號的實時數(shù)據(jù)采集、顯示、數(shù)據(jù)分

4、析以及最終的模式識別。 對電子鼻中的特征提取和模式識別算法進行了研究，比較了PCA和KPCA的降維效果，KPCA在對非線性問題的處理上，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別結(jié)果。 最后，對靜態(tài)和動態(tài)檢測相結(jié)合這一新的檢測方式進行了探索，以期改善傳感器的選擇性，進一步提高陣列傳感器對氣體識別的準(zhǔn)確性。實驗表明這種檢測集成了兩種