基于动态分类器集成的MEMS气体传感器阵列的气体定性识别方法.pdf

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1、第26卷第12期传感技术学报V01．26No．122013年12月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDec．2013AMethodforGasQualitativeDiscriminationUsingMEMSGasSensorArrayBasedonDynamicClassifierEnsembleLiuHang，TangZhen’an(CollegeofElectronicScienceandTechnology，DalianUniversityofTechnology，DalianLiaonin

2、g116024，China)Abstract：Sensorresponsedriftremainstobethemostchallengingproblemingassensing．Weproposedanovelensemblemethodwithdynamicweightstosolvethegasdiscriminationproblemregardlessoftheirconcentrationwithhighaccuracyoverextendedperiodsoftime．Themethodusesadynamicweigh

3、tedcombinationofclassifierstrainedatdifferentpointsoftime．Theirweightsintestingfuturedatasetsarepredictedbyfittingfunctionswhichareobtainedbyproperfittingofoptimalweightsintraining．Wecomparedtheperformancesoftheproposedmethodandcompetingmethodsinexperimentbasedonthepubli

4、cdatasetoveraperiodofthreeyears．Asresultsillustrate，theproposedmethodperformsbetterthanothers．Furthermore，themethodcanbefurtheroptimizedbyapplyingafittingfunctionthatisbettermatchvariationoftheoptimalweightovertime．Keywords：MEMSgassensor；sensorarray；driftcompensation；cla

5、ssifierensemble；dynamicweightsEEACC：7230Ldoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2013．12．005基于动态分类器集成的MEMS气体传感器阵列的气体定性识别方法术刘航，唐祯安(大连理工大学电子科学与技术学院，辽宁大连116024)摘要：气体识别研究中，传感器的性能漂移问题始终是最具挑战的问题之一。为了减少漂移对气体识别的影响，利用动态分类器集成技术，针对基于MEMS技术的气体传感器阵列，提出了气体识别方法。主要关注对气体样本在任意浓度下的定性分析。该方法基于支持向量机(SVM

6、)分类器，首先利用在不同时间段采集的数据分~]iJII练SVM分类器，再利用各分类器对不同时期数据的最优权值，估计拟合函数的参数；然后利用拟合函数，根据数据的采集时刻，预测各分类器的权值；最终利用预测的权值，对所有分类器的识别结果进行集成，得到最终识别结果。利用累积三年的测量数据，对该方法与已有类似方法的性能进行了比较。结果显示，该方法可以在较长时间内具有更高的准确率，而且，该方法可以通过选择更合理的拟合函数，提高识别性能。关键词：MEMS气体传感器；传感器阵列；漂移补偿；分类器集成；动态加权中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号

7、：1004—1699(2013)12—1649—06电子鼻是一种由气体传感器阵列构成的，具有模器发展中遇到的最严峻的挑战之一。式识别功能的，气体或气味的检测系统J。针对不同一般来说，传感器性能的漂移由两个因素引应用领域，可以定性分析气体成分，或定量分析各成起』。一个是由传感器的纳米结构决定的，发生在分浓度。理论上，气体传感器对相同气体混合物能够传感器材料的表面，被称为一阶漂移(First．Order得到完全一样的响应信号，并在测试气体消失后，响Drift)。微观结构的变化(如老化或中毒)，影响了应信号迅速回归基线。然而，在真实环境下，目

8、前的传感器表面在与被检测气体接触过程中发生的物理传感器在较长时间内无法保持上述性能_2J。传感器和化学反应。另一个是由测量环境的一些不可控因在相同的环境下，其响应会发生一定的渐变或突变，素产生的漂移，被称为