多气体传感器信息融合技术与实验研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321203021河北工业大学硕士学位论文多气体传感器信息融合技术与实验研究论文作者：邓倩学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器科学与技术指导教师：张思祥职称：教授资助基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项（项目编号：2012YQ060165)“恶臭自动在线监测预警仪器开发及应用示范”。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentSciencea

2、ndTechnologyTHERESEARCHOFMULTI-SENSORDATAFUSIONTECHNOLOGYANDEXPERIMENTALINTHEGASDETECTINGbyDengQianSupervisor:Prof.ZhangSixiangMay2016ThisworksupportedbytheNationalKeyScientificInstrumentandEquipmentDevelopmentProjectsofChina.No.2012YQ060165.摘要随着近代工业的飞

3、速发展，大气污染不断加剧，这不仅影响了各地的空气质量，更是严重影响到了人们的身心健康。因而，气体检测是解决大气污染的首要任务。目前，在气体检测方面应用最多的是利用气体传感器进行检测，但是气体传感器自身存在着交叉敏感性，很难利用单一传感器就实现气体的检测。因此，开发一款可以实时监测环境中某些气体成分与含量的多气体传感器检测系统尤为重要。本文首先综述了国内外有关多气体传感器阵列检测气体的研究现状和发展趋势。然后在研究了多种气体传感器的工作原理、性能特点及市场价格因素的基础上，确立了多气体传感器信息融合技

4、术研究方案。最终选择了四种不同的传感器构成气体检测实验系统。在此基础上，完成了多传感器检测的气体汇流室结构开发，多传感器信号检测的电路设计和软件开发。系统的硬件是以C8051F020微控制器为核心单元，包含了传感器的调理电路，电源电路、驱动电路以及串口通信电路，并且在Keil环境下完成了下位机程序的开发。上位机软件部分是采用LabVIEW和MATLAB混合编程方法实现的，在LabVIEW中主要实现的是上、下位机通信、数据曲线显示以及存储等功能。在多传感器信息融合技术研究方面利用人工神经网络技术实现了

5、传感器采集信息的融合算法，并在MATLAB平台上开发了应用程序。在论文的实验部分中，首先是对整个检测系统的稳定性和重复性进行了测试，为后续的实验提供一个可靠的保证。然后分析了气体流量对实验的影响，最终确定气体的最佳流量值。最后利用多信息融合算法对三种气体NH3、H2S、苯乙烯做定性与定量分析，实验结果表明，多气体传感器检测系统可以准确的识别出这三种气体，并且在定量分析中NH3、H2S和苯乙烯这三种气体的平均误差分别是4.24%、4.02%、4.40%，说明本系统基本满足了课题的检测要求。论文最后对本

6、课题的研究工作进行了总结，并对今后的研究提出几点建议。关键词：气体传感器信息融合神经网络定性与定量分析IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmodernindustry,airpollutionisincreasingquickly,whichnotonlyaffectstheairqualityaround,butalsoseriouslyaffectsthepeople'sphysicalandmentalhealth.Therefore,gasdetectioni

7、stheprimarytasktosolveairpollution.Currently,gassensorismostusedtodetectgas.Butitisdifficulttoachievewithasinglesensortodetectgasbecauseofthecross-sensitivityofgassensor.Therefore,thedevelopmentofthemulti-gassensorsystem,whichcanmonitorsomegascompositi

8、onandcontentoftheenvironmentinreal-time,isparticularlyimportant.Thispaperreviewsthecurrentsituationanddevelopmenttrendofresearchonmulti-gassensorarraytodetectthegasathomeandabroad.Afterstudyingtheworkingprinciple,characteristicsandmarke