基于中红外光谱技术的非接触式气体识别电子鼻系统.pdf

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1、2014年第33卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)65DOI：10．13873／J．1000-9787(2014)09-0065--03基于中红外光谱技术的非接触式气体识别电子鼻系统郑明杰(长春工业大学人文信息学院，吉林长春130122)摘要：为了对混合气体进行非接触式识别，基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱(TDLAS—WMS)技术，采用激射波长为中红外的可调谐分布反馈式量子级联激光器(DFB—QCL)，设计并研制了可对被测混合气体进行实时、非接触识别的电子鼻

2、系统。该系统采用主成分分析(PCA)和反向传播(BP)混合神经网络模式，通过LabVIEW对气体“指纹信息”数据库进行分析。实验结果表明：该系统可以区分成分为一氧化碳(CO)、甲烷(CH)、二氧化氮(NO)和乙烯(cH)的混合气体，为混合气体非接触式识别提供了一种便利方法。关键词：非接触式；可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱；分布反馈式量子级联激光器；主成分分析；反向传播；电子鼻中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)09-0065-03Non—contactelectronicnosesys

3、temforgasidentificationbasedonmid-inftrraredaspectrumtechnolog~yZHENGMing-jie(CollegeofHumanitiesandInformation，ChangchunUniversityofTechnology，Changchun130122，China)Abstract：Inordertoindentifymixedgaswithoutcontact，utilizetunabledistributedfeedbackquantumcascadelaser(

4、DFB—QCL)withemittingwavelengthinmid—infrared，anelectricalnoseisdesignedanddevelopedbasedontunablediodelaserabsorptionspectroscopyandwavelengthmodulationspectroscopy(TDLAS—WMS)technologytorealtimeindentifyhybridgaseswithoutcontact．ThesystemUSeShybridneuralnetwork，modesu

5、chasprincipalcomponentanalysis(PCA)andbackpropagation(BP)，gas“fingerprint”databaseareanalyzedbyLabVIEW．Theexperimentalresultsshowthattheproposedsystemcandistinguishhybridgaseswithcarbonmonoxide(CO)，methane(CH4)，nitrogendioxide(NO2)andethylene(C2H4)，whichprovideaconveni

6、entmethodtoindenti~hybridgaswithoutcontact．Keywords：non—contact；TDLAS-WMS；DFB—QCL；principalcomponentanalysis(PCA)；backpropagation(BP)：electronicnose0引言建了可对混合气体进行非接触式识别的电子鼻系统。实验随着人们生活水平的不断提高和社会的发展，由多种中，对四种气体成分的混合气体进行实时检测，并采用PCA成分组成的混合气体越来越得到人们的重视。目前对于混与BP混合神经网络模式作为系统模式识

7、别算法J，能够合气体识别常用方法是热分解质谱法、气体传感器检测法准确地进行区分。和真空固相提取气相色谱法等。虽然这些检测方法能1系统结构够准确地提取信息，但分析过程都比较复杂、周期长、成本1．1系统结构高，并且不能实现实时检测。设计的电子鼻系统结构如图1所示，包括电学部分和针对混合气体的快速识别，本文基于可调谐二极管激光学部分。其中，电学部分包括QCL驱动器、温度控制器光吸收光谱与波长调制光谱(TDLAS—WMS)技术，采用中和锁相放大器组成；光学部分包括反射镜阵列、扫描振镜、红外的可调谐分布反馈式量子级联激光器(DFB—QCL)，

8、构长光程吸收气室和中红外光电探测器组成。收稿日期：2O14-o6-2O基金项目：国家自然科学基金资助项目(61142010)传感器与微系统第33卷以热敏电阻器为温度传感元件，搭建了性能优异的QCI温度控制器的硬件电路。QCL温度控制器