传感器阵列气体检测系统的研究及应用

• 作 者: 仓怀文
• 机 构: 西安电子科技大学
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 电子鼻 传感器 BP神经网络 MSP430单片机 模式识别 气体检测系统

电子鼻是近年来迅速发展起来的一个研究领域，是一门涉及化学、材料、传感器、模式识别、电子技术、计算机和应用数学等的交叉学科。它包括一个化学敏感元件阵列、一个信号处理系统和一个模式识别系统，最初的灵感源于生物学。电子鼻克服了传统的单一气体传感器在检测中存在的交叉敏感等缺点，能够对混合气体中各气体成分进行定性或定量分析，在环境监测、能源、化工、交通、医疗、食品、战争毒气检测和机器控制等行业和领域有着广泛的应用价值。
本文分析研究了电子鼻系统的基本原理和系统组成，设计构建了一套气体传感器阵列和人工神经网络模式识别技术相结合的多气体检测系统，并利用该系统进行多种气体识别和检测。论文依次讲述了Fe<,2>O<,3>系列传感器的性能，电子鼻系统的结构和原理，电子鼻系统的软件和硬件电路设计，最后着重讨论了气体传感器阵列和神经网络相结合的电子鼻系统的气体定性和定量分析。涉及到以下几个方面：
1)研究了气体传感器。介绍了气体传感器的原理、发展状况、分类，着重讨论了实验采用的Fe<,2>O<,3>系气敏传感器的特性及化学反应机理。
2)电子鼻系统和神经网络的研究。总结了电子鼻的原理、结构和设计思想。在气体传感器阵列、信号预处理和模式识别等方面进行了探讨和总结。探讨了神经网络的原理，并给出了BP网络的学习算法和定性/定量识别的方法。
3)用MSP430F149单片机实现了一个电子鼻系统。该系统由6个Fe<,2>O<,3>系列气敏传感器和一个温度传感器组成传感器阵列、合适的信号调理电路和加热电路、MSP430F149单片机、Nokia手机显示屏和ISD1420语音芯片等器件组成电子鼻硬件系统；用C语言编写了单片机部分的控制软件，可实现脱机和联机两种工作模式；用VB编写了上机位部分电子鼻系统的应用软件，可实现实验的操作控制、实时显示、数据处理等功能。
4)用电子鼻系统对氢气、甲烷和液化石油气识别进行了实验。实验中，分别对气体进行了定量和定性识别。