基于遗传神经网络的电子鼻系统研究
【摘要】:
电子鼻是一种由具有部分选择性的气体传感器阵列和适当的模式识别技术组成,能够识别简单或复杂气体的仪器。它在环境监测、食品工业、化学工业等领域有广泛的应用前景。因此,这一研究领域受到广泛关注和普遍重视,近年来发展迅速。
作为检测气体的电子仪器,电子鼻是气体传感器阵列和信息处理技术的有效结合,因此对模式识别技术的研究显得尤为重要。本论文从生物嗅觉系统的结构和嗅觉机理出发,研究了电子鼻的原理和结构,探讨了传感器阵列的组成,特别是在模式识别方法的选择和改进上,对传统的BP神经网络进行优化改进,提出了基于遗传神经网络的电子鼻系统方案,以提高混合气体检测的速度和精度。主要进行了以下四大方面的研究:
(1)研制了一套电子鼻测试系统。主要包括气体传感器阵列、配气系统、气体检测系统硬件及气体检测系统软件。在分析了气体传感器的检测原理和构成阵列的准则的基础上,构建了气体传感器阵列;设计了配制混合气体(H2S, CO, CH4 )的配气系统(所测的气体浓度范围是H2S:0-100ppm,CO:0-100ppm,CH4:0-500ppm);自行配置的数据采集装置,为混合气体的检测打下了基础。
(2)模式识别方法的选择。深入分析了BP神经网络的基本工作原理,结合本电子鼻系统的特点,将BP神经网络应用于混合气体的检测中,并进行了定性分析和定量分析。
(3)提出了一种遗传算法优化神经网络(GANN)的气体检测方案。针对BP算法的不足,提出了遗传算法改进神经网络的方案,分两步对神经网络进行权值优化,第一步用遗传算法内嵌神经网络,搜索出神经网络权值大致范围内的最优个体;第二步以遗传算法搜索出的最优个体作为神经网络的初始权值,训练网络。实验证明,采用此气体检测方案,可以充分结合遗传算法的全局搜索能力和BP算法的局部搜索能力,加快收敛速度(迭代次数从144降到52),提高气体检测精度(三种气体平均误差分别从6.54ppm、6.82ppm和28.83ppm降到4.64ppm、4.37ppm和17.13ppm)。
(4)设计了一种改进的遗传算法自适应变异(IAGA)气体检测算法。在理论分析遗传算法各参数对性能的影响基础上,提出改进自适应变异算法,通过计算进化效率,自适应调整变异率和变异量。只需考虑进化代数这一个因素,而不必考虑影响遗传算法性能的诸多复杂因素。计算量小、通用性强且效率高。实验结果表明,该气体检测方法可以进一步增强神经网络对训练样本的收敛性(收敛成功率从40%提高到75%)和对测试样本检测的准确性(三种气体平均误差分别降为3.72ppm、4.22ppm和15.78ppm),提高了气体检测的效果。
|
|
|
|
1 |
;世界传感器市场分析(十五)——电子鼻[J];传感器世界;2001年06期 |
2 |
邹小波,吴守一,方如明;电子鼻判别挥发性气体的实验研究[J];江苏理工大学学报;2001年02期 |
3 |
金石;;电子鼻测水果[J];华夏星火;1999年10期 |
4 |
张勇,刘君华,吴浩扬,陈志平;基于遗传神经网络的电子鼻在大气环境气体模式识别中的应用[J];仪器仪表学报;2001年S1期 |
5 |
钟灿涛;便携式气味探测器[J];电子产品世界;1999年08期 |
6 |
高大启,杨根兴;电子鼻技术新进展及其应用前景[J];传感器技术;2001年09期 |
7 |
郭春阳;;电子鼻:嗅出疾病[J];科学世界;2000年02期 |
8 |
邹小波,赵杰文,潘胤飞,黄星奕;基于遗传RBF网络的电子鼻对苹果质量的评定[J];农业机械学报;2005年01期 |
9 |
王磊,曲建岭,杨建华;发展中的电子鼻技术[J];测控技术;1999年05期 |
10 |
秦树基,徐春花,王占山;人工神经网络对电子鼻性能的影响[J];同济大学学报(自然科学版);2005年06期 |
11 |
史志存,李建平,崔大付,朱敏慧;电子鼻数据融合的软件实现[J];仪表技术与传感器;2000年10期 |
12 |
王米娜,杨建华,侯宏,王晗;基于多BP子网络的电子鼻信息融合技术[J];传感器技术;2003年11期 |
13 |
徐毓龙,徐玉成;电子鼻的研究和开发现状[J];传感器世界;1999年08期 |
14 |
丁鹏;马以武;;蓬勃发展的人工嗅觉技术——电子鼻[J];中国电子商情;2002年10期 |
15 |
Wolfgang.Goepel,周志刚,张毅;当代化学传感器系列讲座(1) 从电子鼻向生物电子鼻发展的嗅觉和模块式传感器系统[J];传感器世界;1999年03期 |
16 |
;英研究出新型“电子鼻”[J];科学之友;1996年12期 |
17 |
杨燕明;杨芃原;王小如;蔡鹭欣;刘伽;;基于阵列声表面波传感器的电子鼻系统及应用初步[J];化学传感器;1997年04期 |
18 |
;新型电子鼻智能探测系统问世[J];企业技术开发;2010年01期 |
19 |
;新型电子鼻智能探测系统问世[J];企业技术开发;2010年03期 |
20 |
Wolfgang Gpel;;从电子鼻到生物电子鼻—人鼻和 MOSES 人工鼻的嗅觉感受[J];化学传感器;1998年04期 |
|