基于移動機(jī)器人平臺的有害氣體監(jiān)測技術(shù)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、有害氣體不僅破壞生態(tài)環(huán)境、危害人體健康,甚至還易引起爆炸、火災(zāi)等重特大事故,對其進(jìn)行監(jiān)測具有重要的意義。其中基于移動載體的有害氣體監(jiān)測技術(shù)可在有害氣體超標(biāo)時(shí)給出報(bào)警并跟蹤、定位泄漏源,具有重要的價(jià)值。本文從氣體傳感系統(tǒng)搭建、氣體傳感數(shù)據(jù)處理及監(jiān)測平臺控制三方面出發(fā),針對基于移動機(jī)器人平臺的有害氣體監(jiān)測技術(shù)關(guān)鍵問題展開研究,主要工作和創(chuàng)新成果如下:
　　第一,針對基于L波段EDFA(摻鉺光纖放大器)構(gòu)建的可調(diào)諧光纖環(huán)腔激光器輸出噪聲

2、較大且功率突變明顯的特點(diǎn),提出了改善激光輸出特性的方法。研究了摻鉺光纖長度、泵浦功率、腔損耗等對傳感光源性能的影響,給出了合理的振蕩延時(shí)設(shè)置范圍及采樣方式建議;提出了自動調(diào)整腔損耗以平坦化激光輸出功率并拓寬激光可調(diào)諧范圍的方法。通過以上研究,搭建了內(nèi)腔式可調(diào)諧光纖環(huán)腔激光氣體傳感系統(tǒng),降低了系統(tǒng)噪聲,激光的可調(diào)諧范圍從30nm拓寬至60nm。
　　第二,研究數(shù)據(jù)處理算法,提高氣體濃度解調(diào)精度和穩(wěn)定性。針對常用去噪方法易帶來吸收譜畸

3、變的缺點(diǎn),引入了自適應(yīng) Kernel算法并對其進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了去噪的同時(shí)較好的保留吸收譜線型;提出了凸點(diǎn)擬合算法,該算法可以較好的去除小吸收峰對基線提取的影響,提高了基線提取的精度;然后,選用合適的吸收峰擬合算法及多吸收峰協(xié)同提高濃度解調(diào)的精度和穩(wěn)定性。
　　第三,創(chuàng)建了多尺度吸收峰檢測模型及分段低階多項(xiàng)式擬合模型,并提出了相應(yīng)的基線提取算法。多尺度吸收峰檢測模型可以方便的檢測同一吸收譜中不同寬度的吸收峰,無需迭代運(yùn)算和人為重采樣

4、,準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性較高;分段低階多項(xiàng)式擬合和分段核平滑既保留了低階多項(xiàng)式擬合效果平滑的優(yōu)勢,又保證了所擬合基線忠實(shí)于真實(shí)基線。實(shí)驗(yàn)證明所提算法可以適用于不同線型的基線提取,并且準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性較好。
　　第四,提出了移動式有害氣體監(jiān)測載體的定位與導(dǎo)航算法,該算法基于單幀圖像中的單個(gè)路標(biāo)便可實(shí)現(xiàn)移動載體的定位與導(dǎo)航,既簡化了導(dǎo)航傳感系統(tǒng)又避免了視覺處理的誤匹配?；谠撍惴ù罱艘苿訖C(jī)器人平臺導(dǎo)航系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有較好的定位與導(dǎo)航效