基于气体传感器阵列和非线性信号分析技术的龙井茶品质检测方法研究

本文研究了一种基于传感器阵列信号分析的龙井茶品质检测技术,采用多气体传感器阵列构建检测平台,实验检测不同储存时间的龙井茶样品,并对传感器阵列信号开展信号分析。为了进一步优化传感器阵列检测龙井茶品质的准确性,对传感器阵列参数优化,得到优化之后的阵列,优化后的传感器阵列具有更高的准确性。采用载荷分析（Loadings）、归一化处理进行数据的预处理。实验采用模糊c均值聚类（FCM）、k近邻函数（KNN）和概率神经网络（PNN）三种方法对传感器阵列检测信息进行了模式识别,以评估所构建系统的检测精度。结果表明三种方法的识别正确率分别为90.83%,90%和93.3%。结果表明KNN和PNN针对气体传感器阵列检测龙井茶品质领域均呈现了较好的模式识别结果。以上结果证明该系统具有较好的检测精度,随机共振系统输出相关系数曲线可以较好的区分不同茶叶样品,并且依托互相关系数特征峰值构建了其品质分析模型。     

基于随机共振的气敏传感器阵列信号的识别研究

6只不同的碳纳米管气敏传感器用来识别甲醛、苯、甲苯、二甲苯4种挥发性有机物(VOC),传感器的响应输出在外加噪声的情况下通过单个阈值检测器,出现了阈上随机共振,使得传感器阵列采集的气体信号得到了增强.对不同种类的气体,最大互相关系数不同,而且对每类气体这个最大互相关系数是恒定的,因此能准确地用来代表不同种类的气体.实验结果表明基于随机共振的最大互相关系数法可以作为传感器阵列信号识别的一种新的算法,且准确度高.该方法在利用随机共振提高系统性能方面有很大的应用前景.     

一种混合气体与温度同时检测的传感器阵列

针对主要烟气污染物气体一氧化氮NO/二氧化硫SO₂监测存在的温漂大、温度补偿系统体积大、成本高的问题,采用MEMS工艺,研制了一种三电极碳纳米管传感器阵列。该阵列由三个不同极间距的传感器构成,分别检测NO、SO₂浓度及温度。研究了极间距、气体浓度和温度对传感器的影响,分析了传感器对气体浓度和温度的敏感机理。三个传感器在不同的气体浓度、不同的温度下,具有不同的单值敏感特性。传感器重复性好、灵敏度高;阵列可以不分离混合气体,直接检测NO、SO₂成分及温度,具有温度补偿的功能,能够用于解决烟气污染物检测在工作温度变化时存在的误报问题。     

定向阵列碳纳米管在化学和生物传感器中的应用

定向阵列碳纳米管(ACNTs)作为一种新型的有序碳类材料,相比无序碳纳米管有更大的比表面积和促进电子的传递,因此能进一步提高其作为传感器的灵敏度.该文综述了定向阵列碳纳米管的制备方法和基于定向阵列碳纳米管的化学和生物传感器研究进展.     

霉变小麦的电子鼻区分及其传感器阵列选择优化

采用电子鼻区分不同霉变程度的扬麦23号样品,连续检测不同霉变程度小麦样品,并记录检测数据。将检测数据耦合到双稳态随机共振系统,调解系统参数诱发产生共振,依据系统输出信噪比特征值建立小麦霉变程度预测模型。为了提高电子鼻对霉变小麦样品区分效果,进行了电子鼻传感器负荷加载分析,对电子鼻传感器阵列进行了优化研究,结果表明传感器阵列优化可有效提高电子鼻检测小麦霉变程度的准确度。采用华麦6号样品构建验证实验,结果证明所建立的方法具有较好的应用意义,并具有普遍意义上的适用性。     

Adaboost集成BP神经网络在传感器阵列检测系统中的应用

针对目前常见的多元有害气体检测问题,设计并搭建了一种基于传感器阵列和集成 BP神经网络相结合的传感器阵列检测系统。在该系统中采用集成BP神经网络对传感器阵列的三种混合有害气体的响应信号进行回归分析。为了提高集成BP神经网络的预测准确性,又利用Adaboost算法对集成BP神经网络进行了优化。结果显示：该系统能够准确地检测气体组分,通过Adaboost算法对集成BP神经网络优化后,预测的平均相对误差小于2%,能够有效解决气体传感器的交叉敏感问题,提高传感器的选择性。     

基于神经网络的人工嗅觉系统设计

利用半导体气体传感器的交叉敏特性，将气体传感器阵列与自适应共振理论神经网络相结合，构建了一个用于临场感机器人的人工嗅觉系统，用于对气体的定性识别。实验结果表明，该设计方案是可行的。     

碳纳米管及其修饰物对挥发性有机物气敏性的研究

通过化学气相沉积(CVD)方法合成单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs),并经过硝酸酸化预处理.在缩合剂N,N‘-二环己基碳化二亚胺(DCC)作用下,多壁碳纳米管经过乙二胺、十二胺和联苯胺的修饰生产新的纳米颗粒.将五种材料的悬浮液喷涂于Al2O3基底的金叉指电极上,构成气敏传感器,以甲醛、苯、甲苯、二甲苯作为测试气体,通过电化学分析仪测试他们在不同气体种类和浓度下的导电率.实验表面传感器在常温下具有较高的灵敏度和重复性,传感器之间有一定的选择性差异,可以构成传感器阵列,应用于具有复杂组分的挥发性有机气体定性和定量检测中.     

基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统

介绍一种基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统硬件实现方法。描述了系统的一般组成,重点介绍了所采用的集成气体传感器及其信号拾取方法。该系统可实现对检测气体的自动数据采集、微机传送,具有高的灵敏性和可靠性。另外,对采用的集成气体传感器系列,该电子鼻系统具有一定的通用性。利用该系统对五种葡萄酒进行了检测,结果表明:该电子鼻系统可有效地用于葡萄酒的定性识别,识别准确率达到100%。     

基于人工神经网络的电子鼻对混合气体检测研究

在简要概述电子鼻系统原理的基础上,分析人工神经网络模式识别的特性、结构和识别原理,阐述一种基于人工神经网络的混合气体检测方法.结果证明通过人工神经网络的模式识别和气体传感器阵列技术相结合,能够有效地解决气体传感器阵列的交叉敏感问题,从而实现对混合气体的定性定量检测,并且拥有广泛的应用前景.     

基于随机共振的纳米碳管气体传感器的研究

基于气体电晕放电原理,利用纳米碳管独特的物理结构和尖端发射效应,提出了一种新型的纳米碳管离子型气体传感器.采用阳极氧化铝模板法生长的定向纳米碳管阵列所构成的传感器,纳米碳管和电极是一体的,简化了器件结构和工艺.在外加直流电压激励下,纳米碳管顶部形成很强的非均匀电场,在电压相对低的情况下能很容易地电离气体,根据气体的击穿电压和放电电流来实现对单一气体和确定性混合气体的检测.为了提高检测混合气体的灵敏度,创新地在检测回路中引入随机共振发生装置,有效地提高了混合气体浓度检测的范围.实验中还分析了温度、湿度对传感器的影响,对该传感器的性能也作了评价.实验结果表明该传感器具有选择性好、体积小、响应时间快、灵敏度高、稳定性好,室温操作等优点,而且实现方便,操作简单,有较大的实用价值.     

随机共振信噪比谱分析方法及其初步应用研究

随机共振是非线性动力学领域中的一种以噪声诱发使输出信号产生节律性并增强输出信噪比的一种新型理论.随机共振技术以随机共振理论研究为基础,面向工程应用的一种新技术和方法.提出了一种基于双稳态随机共振信噪比谱分析方法,与传统二维信噪比曲线分析方法相比,信噪比谱分析方法可直观的以谱峰(或谷)的宽度标定被测物质特征信息.以电离型微纳气敏传感器结合该方法实验检测六氟化硫气体,结果表明随机共振谱分析方法较二维信噪比曲线分析方法更全面的反映检测信息,有望实际工程应用.     

基于随机共振的电子鼻系统构建及在谷物霉变程度检测中的应用

谷物霉变不但给世界各国带来巨大的经济损失,同时也严重的危害着食用者的健康甚至生命安全.目前我国的谷物霉变检测技术具有一定的滞后性,因此研制一套检测谷物霉变程度的电子鼻系统具有重要价值.开发了一种基于半导体气敏传感器阵列的便携式电子鼻系统,采用非线性双稳态随机共振系统处理霉变谷物检测信号,不但可提取谷物霉变特征信息,同时...     

A novel highly sensitive gas ionization sensor for ammonia detection

A novel highly sensitive gas ionization sensor for ammonia detection in ambient air is introduced in this paper. Carbon nanotubes (CNTs) grown on silicon substrate were incorporated to fabricate a gas ionization sensor. Application of a positive bias to the CNTs generates electric fields sufficiently to field-ionize passing gas-phase molecular and initiate a prebreakdown current. When the CNTs film is configured as the cathode, secondary electrons repelled away from the CNTs tips into the gap spacing make more ionizing collisions and also initiate a prebreakdown current. By monitoring the prebreakdown current, the gas ionization sensor was demonstrated to be capable of ionizing and detecting the ammonia and with a linear response over the entire range from 1 to 160 ppm ammonia in air. The sensitivity mechanism of the gas ionization sensor was also discussed in detail. The sensitivity and selectivity of the gas ionization sensor to the gases is not only dependent on its ionization energy but also its electric dipole moment. The novel CNTs-based gas ionization sensor described here exhibits high accuracy, repeatability and stability. The sensor is promising for use in various fields.     

最佳匹配阵列随机共振系统中利用噪声改善信息传输

针对数字通信系统中噪声影响码元传输的问题,为提高系统的可靠性,降低接收信号的误码率（BER）,提出一种基于最佳匹配方法和并行阵列理论的随机共振（SR）系统。首先,利用并行阵列理论来增强单个双稳态系统的随机共振效果;其次,将最佳匹配随机共振微弱信号的检测方法运用到阵列系统中;最后,推导出最佳匹配阵列随机共振系统的信噪比（SNR）增益表达式,并分析阵列单元数对误码率的影响。理论分析和实验仿真表明,最佳匹配阵列随机共振系统相比单个随机共振系统在强噪声背景下对微弱数字信号的检测性能得到提升,系统输出信噪比增益显著大于1,误码率也得到明显降低;且随着阵列单元数增加,阵列系统的随机共振效果越好。实验结果表明,最佳匹配阵列随机共振系统在实际工程中能够有效提高数字通信系统的可靠性。     

传感器阵列中阈上随机共振现象的仿真研究

研究了具有阈值特性的传感器阵列中的随机共振现象.使用相关系统数被来衡量输入随机信号和输出响应之间的非线性匹配程度.这一测度反映了输出与输入之间的信息转换率,因此可被用来考察阈值系统中的随机共振现象.文中从单个阈值单元模型出发,通过对输出信号进行估计,得出了噪声作用下输出随机变量与输入随机变量之间的相关系数.仿真结果表明在该类系统中,不但存在有阈值下的随机共振现象,而且也存在阈值上随机共振现象.     

基于红外面阵传感器的小目标检测算法

研究了红外面阵传感器图像中小目标的特征,针对目标低信噪比的问题,提出了一种新的单帧红外图像小目标的检测方法。首先用改进的中值滤波对图像进行处理,抑制孤立噪声,然后对图像进行基于提升小波的分解,并用形态学对图像进行背景抑制,最后通过自适应阈值进行二值化分割检测出小目标。实验结果表明：该方法对面阵传感器红外弱小目标有良好的检测效果。     

碳纳米管/PDMS复合材料柔性阵列压力传感器制备与实验

以碳纳米管（CNTs）作为导电填料,聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基体材料,采用溶液法制备出CNTs/PDMS导电复合材料。研究了碳纳米管浓度对复合材料的电学特性和压阻特性的影响规律,得到碳纳米管在PDMS中的渗滤区域。通过复合材料的压力灵敏度优化碳纳米管浓度。以制备的复合材料为敏感材料,FPCB工艺加工的柔性基板为电极,设计制备了一种简单结构和工艺的柔性阵列压力传感器。用零电势法设计了阵列电阻读出电路与LabVIEW实现的上位机配合,实现信号读取和显示。最后通过一个应用实例表明,该柔性阵列压力传感器及信号处理系统可以实现压力分布与大小的实时监测,可为柔性阵列压力传感器设计与制备提供参考。     

使用电子鼻检测低温贮藏罗非鱼储存时间

本文采用电子鼻结合理化检验方法探索了一种低温贮藏罗非鱼储存时间预测方法。按照国家标准检验了罗非鱼样品的挥发性盐基氮（TVBN）,同时测量了电子鼻传感器阵列响应,以TVBN检验结果标定罗非鱼的新鲜度。在随机共振理论模型研究的基础之上,对电子鼻检测数据进行主成分和随机共振分析。相对于主成分分析结果,随机共振输出信噪比可以完全区分罗非鱼样品。依据TVBN国家标准计算得到罗非鱼电子鼻检测信噪比新鲜度阈值为-61.1688。选取信噪比曲线特征值经线性拟合回归建立了罗非鱼储存时间预测模型,该模型的预测系数R2=0.910,结果表明可以准确预测罗非鱼的储存时间。该方法具有快速、易操作、准确等优势,有望于在水产品品质快速分析中得到广泛应用。