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基于声表面波传感器阵列的气体检测模式识别研究

刘洋  
【摘要】:随着科学技术迅速发展,物质文明日新月异,生活水平不断提高,工业气体和生活尾气对动植物生长、生活的危害日益增加,人们的工作、生活环境质量也越来越差。创造一个良好的、健康的、安心的、无毒无害的生活环境对动植物生存、生长非常必要,因此研究恰当的气体检测方法和设计完备的气体分类识别方法就成为现阶段的重要课题。只有利用气体检测设备正确识别出气体的种类和浓度,才能及时有效地采取相关处理措施,为动植物提供一个健康、安全的生存空间。本文依据声表面波发生机理,设计出检测有毒有害气体的声表面波气体传感器,进而研制出基于声表面波气体传感器阵列的气体检测系统,主要用于芥子气模拟剂(2-CEES)、神经毒剂模拟剂(DMMP)和普通实验室常见气体(如甲苯、DMF、乙醇、二氯乙烷)之间的种类识别和浓度检测。本文主要介绍了声表面波传感器的基本原理、气体检测系统的基本构架,训练样本空间的标定方法,气体模式识别算法的原理和基本步骤等,本课题研究的内容包括以下几个方面:①声表面波气体传感器阵列的设计:传感器的基本原理及功能结构、敏感单元的设计、声表面波气体传感器阵列物理结构和功能结构设计等。②气体模式识别系统的研究:气体模式识别系统的基本结构和重要主要成分、气体频率信号的数据处理方法、气体检测系统应用广泛的模式识别算法。③基于声表面波气体传感器阵列的气体检测系统设计:气体检测系统的整体构架、传感器敏感单元的选取和测试,数据的采集、数据预处理和数据的特征值提取等。④气体检测系统的识别结果分析:气体模式识别结果的预测和分析、外界因素如气体流量、气室温度、参比单元、富集器、色谱柱、气泵等对谐振频率信号采集的影响及相应的解决方案。本文设计出的手持式气体检测装置对2-CEES、DMMP、DMF、甲苯、乙醇、二氯乙烷等不同浓度气体的识别率达到83.33%,对有机毒剂和普通气体之间的识别率达到100%,而且浓度的识别误差也下降了30%。


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