电化学气体传感器多传感器数据融合.pdf

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1、第5期InstrumTent'，Tec'hniquTearnd⋯Sens’orNo．5电化学气体传感器多传感器数据融合代殷林，李佳颖，李响，陶超，王三霞，汪献忠{1．郑州大学物理工程学院，河南郑州450001；2．河南省日立信股份有限公司，河南郑州450001)摘要：由于电化学气体传感器存在温度漂移和交叉灵敏度问题。基于sF气体质量综合分析仪为硬件基础，利用线性神经网络学习思想，设计了多传感器数据融合算法。详细介绍了c0和H：s二维气体传感器数据融合算法设计和权值迭代学习方法步骤。实验结果表明，

2、该sF6气体质量综合分析仪对sF气体分解产物具有较好检测效果。关键词：电化学气体传感器；交叉灵敏度；线性神经网络；迭代学习中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002-1841(2016)O5—0015一O3ElectrochemicalGasSensorMulti-sensorDat翅FusionDAIQi—lin，LIJia—ying，LIXiang，TAOChao，WANGSan—xia，WANGXian—zhong(1．Physics&EngineeringofZhengzho

3、uUniversity，Zhengzhou450001，China；2．HenanRelationsCo．，Ltd，Zhengzhou450001，China~Abstract：Duetotheelectrochemicalgassensortemperaturedriftandcross-sensitivityproblemsandbasedonhardwareofthequalityofSF6gascomprehensiveanalyzer，usinglinearneuralnetworkl

4、earningthought，muhisensorydatafusionalgorithmwasde—signed．TheCOandH2Stwo-dimensionalgassensordatafusionalgorithmandweightiterativelearningstepsweredesigned．TheexperimentalresultsshowthatSF6gascomprehensiveanalyzerhasagooddetectionefect．Keywords：elect

5、rochemicalgassensor；CroSS-sensitivety；linearartificialneuralnetwork；iterativelearning0引言本文基于sF气体质量综合分析仪，对电化学气体传感器中温度漂移和多气体传感器交叉影响进行研究，探索一种高效温度补偿、多传感器数据融合算法，来解决电化学气体传感器的温度漂移和混合气体交叉干扰带来的测量不精准问题。1硬件结构1．1系统平台结构该综合分析仪以STM32F103为主控芯片，通过sF浓度传感器，湿度传感器和四电极s0：

6、电化学传感器，三电极CO，H：S传感器分别检测sF6气体浓度、湿度和sF6分解产物。图1为综合分析仪的气路组成和电路模块。1．2气体传感器选型及其信号调理电路该sF气体质量分析仪选用CO、SO、HS气体传感器均为电化学传感器。电化学气体传感器包括几部分：扩散式多孔隔膜、电解液、对电极、工作电极、参考电极(三电极系统)。四电图1SF6气体质量综合分析仪硬件结构圈极系统中还有一个辅助电极。图2为四电极传感器信号调理间的电压信号。经过l6为数字A／D采集芯片AD7718采样，参考电路。送给为微处理器进

7、行数据处理。该电路中U：A_、C、R、R、R，和传感器参考电极、对电极构2实验条件及误差来源分析成一个负反馈电路，这一恒电位电路为参考极提供了1个恒定通过搭建实验平台，研究不同温度下，各传感器的温度响的电位Bias_R。U2B、R4、Rs、TH．C2、R6、R，、R9将传感器输出的微弱电流信号转换成电压信号，同时为工作电极提供1个恒定应曲线和互相之间的交叉影响。图3为搭建实验平台的示意电压Bias—S，这里Bias—S与Bias—R之差为传感器正常工作要求图。背景气为高纯sF，选定气瓶标气浓度，

8、通过配气仪，即可的偏置电压。由于四电极气体传感器比三电极气体传感器多1个辅助电极，在大多数引用中，即使温度有较大变化，基线的微配比所需要不同浓度下的c0、H：s和s0：混合气。配好的混合弱温漂可以忽略。但如果有较高精度要求(比如低浓度)，在测气体通过四氟管道，送到恒温箱的sF综合分析仪中(综合分量后基线漂移会对结果产生较大影响。析仪结构示意图如图1所示)。各组分原始采样A／D值通过经过信号调理电路，气体浓度信号能够转换成0—2．5V之485总线送到上位机，收集传感器采集数据信号，进一步对传感器校