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《吉林大学》 2004年
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基于人工神经网络的多气体分析系统研究与设计

石春燕  
【摘要】:传感器在信息系统中的重要性不言而喻,它特性的好坏、输出信息的可靠性对整个系统的质量至关重要。各行各业的自动化程度的迅速提高,特别是工业生产的自动化程度的提高,对传感器的性能提出了更高的要求。由于气体传感器自身的交叉敏感等物理缺陷,单一气体传感器无法对多种气体进行准确的定性识别和定量检测。随着智能理论和技术的发展,研究出用人工神经网络和气体传感器阵列组成的智能传感器,实现了多气体的智能测量。 随着石油化学工业的发展和人民生活水平的提高,易燃、易爆、有毒气体的种类在不断增加,其应用范围也在不断扩大。这些气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏,将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故,严重危害人民的生命和财产安全。因此,开发可以进行多种气体分析的仪器设备具有很大的实用价值。本文的主要目的是以电子嗅觉系统原理为基础,研究出基于气体传感器阵列和人工神经网络的多气体分析系统,利用传感器阵列对各种气体的高维响应模式来实现对不同气体的识别,具有很强的选择性,解决了目前单个气体传感器选择性差的问题。 基于人工神经网络的多气体分析系统主要包括气体传感器阵列、数据采集模块和数据处理模块三大部分。本文的研究内容主要涉及到传感器、单片机、串口通信、数据预处理、BP算法及模式识别等相关技术。 气体传感器是气体传感器阵列的核心部件,是气体分析系统进行气体分析的关键组成单元,其选择性、重复性、交叉敏感性的指标直接影响到系统进行气体分析的质量。通过对气体传感器原理和MQ系列气体传感器阵列的介绍,为测量线路设计和数据采集分析提供了基本测量条件。 基于RS-232C标准的数据采集模块实现了从气体传感器模拟信号到计算机数字信号的转换以及数据的有序存储,为模式识别和仿真算法提供了标准化的数据集。 数据处理模块是系统完成气体分析的关键部分,其特性的好坏直接决定了气体检测精度。文中首先论述了多气体分析系统的理论模型,BP训练算法,以及使用MATLAB神经网络工具箱进行网络设计的方法和将其应用于多气体定性定量分析的实验步骤。然后将气体传感器阵列和模式识别技术相结合,进行3种气体的定性定量分析实验。其中涉及信号预处理算法、人工神经网络设计、进行多气体定性和定量分析的BP网络的输入输出和隐层单元确定方法、网络的训练及实验结果分析等。 通过实验验证,本文所设计的系统实现了对三种气体100%的定性识别和较低误差的定量检测。论证了采用气体传感器阵列与模式识别技术相结合的方法进行多气体分析的可行性。在分析系统误差产生原因的基础上,提出了改进系统识别精度的方法和建议,具有一定的工程应用价值。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP183

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【引证文献】
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1 耿志广;王希武;王寅龙;神鹏飞;;基于人工神经网络的电子鼻对混合气体检测研究[J];现代计算机(专业版);2010年05期
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1 龚静;无线传感器网络中基于压缩感知技术的数据压缩方法研究[D];西南交通大学;2011年
2 何鹏;变压器油中溶解气体分离和检测技术研究及实验平台研制[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 陈宣扬;可燃气体检测报警技术研究[D];浙江工业大学;2011年
4 王岩;基于独立分量分析与神经网络的电子鼻模式识别[D];西南交通大学;2006年
5 卜荣飞;基于多传感器融合的机器人嗅觉感知系统[D];河北工业大学;2007年
6 杨俊;电子鼻识别中的预处理与模糊神经网络算法[D];大连理工大学;2007年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 郭萌;姚素薇;张卫国;张莹;;电化学传感器的研究和进展[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
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5 张娟;陈杰;段梅;;基于神经网络和广义经典分配算法的多传感器航迹关联[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 隋金雪;杨莉;华臻;张鑫;;改进的BP网络在火焰燃烧状态识别中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 李耀军;潘泉;杨峰;李军伟;朱英;;基于多源信息融合的无人机感知与规避研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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9 卓睿;陈宗海;陈春林;;移动机器人的传感器数据融合[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
10 刘莹;李娜;冯暖;;基于HK2000传感器的脉搏测试仪前端设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
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2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 汤春瑞;水下目标声图像多分辨率分析及识别研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 姜延吉;多传感器数据融合关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 丁宝成;煤矿安全预警模型及应用研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
6 李华文;船舶交通管理系统经济社会影响评价研究[D];大连海事大学;2010年
7 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
8 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
9 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
10 刘强;基于复杂系统的铁路客流预测方法研究[D];中国铁道科学研究院;2008年
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1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
2 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
3 凡汉云;碳纤维复合材料电磁检测试验研究[D];南昌航空大学;2010年
4 陈铮;基于激光扫描数据的交通信息采集平台设计与实现[D];山东科技大学;2010年
5 焉杰;多传感器时滞系统信息融合及其仿真[D];山东科技大学;2010年
6 张明军;基于小波包最优树的图像融合技术研究[D];山东科技大学;2010年
7 赵杰;基于无线传输的主井绞车温度监测系统设计[D];山东科技大学;2010年
8 徐国栋;智能压力变送器的研究[D];山东科技大学;2010年
9 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
10 李安新;BP神经网络研究与硬件实现[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程开富;CMOS图像传感器及应用[J];半导体光电;2000年S1期
2 熊平;CCD与CMOS图像传感器特点比较[J];半导体光电;2004年01期
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8 刘先勇,周方洁,胡劲松,李红雷;光声光谱在油中气体分析中的应用前景[J];变压器;2004年07期
9 尚丽平,曹铁泽,刘先勇,周方洁;变压器油中溶解气体在线色谱监测综述[J];变压器;2004年08期
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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4 石志标;智能仿生鼻及其应用研究[D];吉林大学;2004年
5 余亮英;激光感生击穿光谱的理论与燃煤应用实验研究[D];华中科技大学;2005年
6 白艳萍;人工神经网络在组合优化与信息处理中的应用[D];中北大学;2005年
7 王鹤;基于遗传神经网络的电子鼻系统研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王米娜;电子鼻动态特征信息处理方法研究[D];西北工业大学;2005年
2 孙凌宇;危险化学气体泄漏报警系统的研究[D];河北工业大学;2005年
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4 郭冬敏;基于可视嗅觉的电子鼻技术研究与实现[D];西北工业大学;2006年
5 王岩;基于独立分量分析与神经网络的电子鼻模式识别[D];西南交通大学;2006年
6 刘瑜;基于电子鼻的气体等级鉴别[D];重庆大学;2006年
7 王春婷;基于虚拟仪器的轴瓦测试系统的开发[D];兰州理工大学;2007年
8 文华;基于数学形态学的图像处理算法的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 宋委远;基于传感器阵列的混合气体测试系统研究[D];华中科技大学;2006年
10 房晓菲;无线传感器网络节能路由算法研究[D];浙江工业大学;2008年
【二级引证文献】
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1 金翠云;崔瑶;王颖;;基于核PCA与SVM相结合的电子鼻模式识别算法研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年02期
2 李伟;王璠;李颖;王少凡;;独立分量分析在信号处理中的应用[J];装备制造技术;2012年06期
3 罗小刚;刘静静;侯长军;霍丹群;法焕宝;杨眉;;彩色可视传感阵列基元匹配快速定量算法[J];重庆大学学报;2013年10期
4 潘辉;;基于气体传感器的仿生电子鼻设计[J];信息技术;2012年03期
5 黄星奕;蒋飞燕;周芳;;嗅觉可视化技术对虾储藏期内新鲜度变化的研究[J];食品工业;2013年01期
6 郭美娟;柴春祥;鲁晓翔;;食品工业中电子鼻模式识别算法及其应用[J];食品工业;2013年04期
7 康维;刘洪太;;成鞋异味检测方法的探讨[J];中国皮革;2013年24期
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1 许平;青藏铁路大风监测预警与行车指挥系统研究[D];中南大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 龚静;无线传感器网络中基于压缩感知技术的数据压缩方法研究[D];西南交通大学;2011年
2 汪德暖;基于嵌入式气体检测系统软件控制及算法研究[D];重庆大学;2011年
3 陈宣扬;可燃气体检测报警技术研究[D];浙江工业大学;2011年
4 刘红秀;仿生嗅觉系统信息获取与处理的方法研究[D];广东工业大学;2007年
5 辜克兢;模式识别在气体样品分类中的应用研究[D];厦门大学;2007年
6 王君;数字字符检测与识别方法研究[D];华中科技大学;2007年
7 杨俊;电子鼻识别中的预处理与模糊神经网络算法[D];大连理工大学;2007年
8 刘平;基于卟啉化学传感器的气体检测系统软件研究[D];重庆大学;2010年
9 彭姝迪;基于支持向量机的气体传感阵列模式识别方法研究[D];重庆大学;2010年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 洪文学,韩峻峰,周少敏;模糊传感器研究的现状与展望[J];传感器技术;1996年05期
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【相似文献】
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1 刘海林,胡继明,徐知三,盛蓉生,王小华;人工神经网络在拉曼光谱数据处理中的应用[J];光散射学报;1995年Z1期
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6 周保生;朱维申;;巷道围岩移近量的人工神经网络预测[A];第一届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文集(下册)[C];1999年
7 闵惜琳;;信息系统中基于神经网络的统计需求分析[A];西部开发与系统工程——中国系统工程学会第12届年会论文集[C];2002年
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9 刘永清;刘泉宝;蔡广基;;最大存贮容量的前馈神经网络拓扑结构的研究[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(上册)[C];1995年
10 赵林度;陈斐松;陈天滋;;基于BP算法的图象数据压缩的研究[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
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1 胡性慧 王唯赫 杨腾;人工神经网络拓宽版权贸易路径[N];中国知识产权报;2010年
2 张东方;沙明;杨松松;人工神经网络在中药领域中的应用[N];中国医药报;2003年
3 本报记者 靖九江 采写;人工神经网络在临床上的应用[N];中国医药报;2005年
4 苑希民(中国水利水电科学研究院决策支持技术研究室 主任) 李彦彬 徐建新(华北水利水电学院) 李鸿雁(北京理工大学管理与经济学院) 苑韶峰 吕军(浙江大学环境与资源学院);人工神经网络 灵感源于大脑[N];中国水利报;2005年
5 记者 周前进;人工神经网络可筛查糖尿病[N];健康报;2000年
6 徐会川;延伸人类智力——人工神经网络[N];电脑报;2003年
7 葛一鸣 路边文;人工神经网络将大显身手[N];中国纺织报;2003年
8 本报记者 范毅波 张旭军;带上望远镜上路[N];网络世界;2005年
9 记者靖九江;发动e引擎 推动健康事业发展[N];中国医药报;2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴建发;优选压裂井方法研究[D];西南石油学院;2005年
2 李军红;冷轧带肋钢筋工艺的现代优化方法及质量控制[D];南昌大学;2006年
3 Han Qiang;[D];山东大学;2005年
4 申金山;基于人工神经网络的化学发光法及光度法在多组分同时测定中的应用研究[D];四川大学;2005年
5 张治国;人工神经网络及其在地学中的应用研究[D];吉林大学;2006年
6 王海瑞;密闭式城市生活垃圾直接气化熔融焚烧过程控制策略研究[D];昆明理工大学;2007年
7 刘传文;仿生优化算法在数字图像处理中的应用研究[D];武汉理工大学;2008年
8 刘永阔;核动力装置故障诊断智能技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 蒲秀娟;胎儿心电信号提取研究[D];重庆大学;2009年
10 伭炜;基于人工神经网络的混合智能系统研究及应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘永福;人工神经网络在上海股市趋势预测中的应用——与时间序列预测对比分析[D];东北财经大学;2003年
2 盛本云;人工神经网络在变电站综合自动化系统优化中的应用[D];南京理工大学;2003年
3 薛新华;人工神经网络在地基土液化判别中的作用[D];中国海洋大学;2004年
4 董添文;CO_2气体保护焊干扰因素计算机识别系统的研究与设计[D];内蒙古工业大学;2005年
5 金洪星;脑电图自动检测技术的研究和应用[D];南京工业大学;2005年
6 徐学明;基于人工神经网络的车辆跟驰模型研究[D];北京工业大学;2006年
7 黄智;四川工业经济预警方法、模型与信息系统研究[D];四川大学;2006年
8 黄雪燕;人工神经网络在GDP预测中的应用研究[D];吉林大学;2007年
9 孙立春;早期推定粉煤灰混凝土强度试验研究[D];西安建筑科技大学;2007年
10 李庆玲;氧化锌避雷器运行状况研究[D];兰州理工大学;2008年
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