论文题目: 电子鼻：传感器阵列、系统及应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料科学与工程
作者: 张覃轶
导师: 谢长生
关键词: 电子鼻,纳米,气敏传感器,白酒,食醋,模式识别,多元分析
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 嗅觉是生物对某种气体或挥发性物质的分子产生的一种生理反应。相对于人的其它感觉,无论是在感受机理上,还是在生物传导研究过程中人类目前对嗅觉的理解是最少的,对嗅觉的电子模拟更是处于初级阶段。本文围绕气敏传感器的制备、电子鼻系统的研制、电子鼻在环境监测、食品质量控制等方面的应用展开研究,在电子鼻结构与特点、气敏材料、传感器阵列、阵列优化、VOCs 定性、定量、白酒识别、食醋特征描述以及算法对电子鼻性能影响等方面进行了深入分析与探讨。利用蒸发-冷凝法制备了纳米ZnO,得到多种形态纳米ZnO 粉末,其中杆状直径为20～50nm,长度约150nm; 针状直径为5～10nm,长度约200nm。通过机械掺杂制备了ZnO 厚膜。SEM 分析显示,掺杂能抑制纳米ZnO 厚膜在烧结过程中的晶粒长大。XRD 分析显示,部分掺杂剂在与ZnO 共烧结的过程中会产生物相的变化,这些变化可造成厚膜电阻和敏感性能的变化。掺杂可显著降低ZnO 厚膜电阻,有利于改善元件的敏感性能。采用印刷电路技术和激光微加工技术制备了纳米ZnO 气敏传感器阵列。其中采用激光微加工技术制备的纳米ZnO 气敏传感器阵列尺寸为7mm×4mm×0.635mm,可集成4 个ZnO 厚膜,具有功耗低、重复性好、成本低等优点。采用LabVIEW 开发软件,结合虚拟仪器的概念,开发了电子鼻系统的软件。软件系统由参数设置、数据采集、存储数据文件、打开数据文件、导出数据、数据计算、数据分析等7 个模块组成。所开发的电子鼻系统具有采样速度快、采样精度高、实时显示、记录和存储、特性计算等特点,同时通过与Matlab 的接口,能实现对测试信号的模式识别。同时结合阵列和电路集成技术,开发了国内首台便携式电子鼻系统样机-DZB2005。DZB2005 除具有上述系统的优点外,还具有响应时间短、易于学习、识别能力强、可实现在线、实时测量等优点。采用敏感度特性分析、相关分析、主成分分析（PCA）等统计分析方法对由27 个不同掺杂的纳米ZnO 厚膜组成的原始阵列进行了优化,优化后的阵列由6 个掺杂纳米ZnO 厚膜构成,其掺杂分别为1wt%TiO2、5wt%TiO2、1wt%MnO2、1wt%CeO2、4wt%CeO2和0.92mol%Ag。阵列优化可消除异常传感器、减小传感器阵列规模、降低阵列冗余信号,从而提高电子鼻的工作能力。优化后的阵列对5 种VOCs 的识别率有显著的提高。
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1．1 嗅觉简介
1．2 嗅觉的模拟
1．3 电子鼻技术
1．4 电子鼻的应用
1．5 本课题研究的意义、目的和内容
2 电子鼻系统
2．1 电子鼻系统的构成
2．2 气敏传感器阵列
2．3 信号采集电路
2．4 基于LabVIEW 的电子鼻软件设计
2．5 便携式电子鼻系统样机-DZ82005
2．6 本章小结
3 电子鼻在VOCs 定性识别中的应用
3．1 VOCs 定性识别研究意义及现状
3．2 实验过程
3．3 传感器阵列的优化
3．4 PCA 分析
3．5 BP-ANN 分析
3．6 本章小结
4 电子鼻在白酒识别中的应用
4．1 白酒的香气及评价
4．2 实验样品及实验过程
4．3 主成分-判别(PCA-DA)分析
4．4 反传人工神经网络(BP-ANN)分析
4．5 学习向量量化(LVQ)分析
4．6 本章小结
5 基于电子鼻的食醋特征分析
5．1 食醋的特征
5．2 实验过程
5．3 主成分(PCA)分析
5．4 聚类(CA)分析
5．5 学习向量量化(LVQ)分析
5．6 食醋特征识别
5．7 本章小结
6 电子鼻在VOCs 定量分析中的应用
6．1 VOCs 定量分析研究进展
6．2 乙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯的单一定量分析
6．3 乙醇和丙酮的混合定量分析
6．4 乙醇和苯的混合定量分析
6．5 本章小结
7 电子鼻常用模式识别算法的实验比较
7．1 问题的提出
7．2 电子鼻常用模式识别算法简介
7．3 模式识别算法的评价标准
7．4 实验过程
7．5 结果分析与讨论
7．6 本章小结
8 全文总结
致谢
参考文献
附录1 攻读学位期间发表的论文目录
发布时间: 2006-04-05
参考文献
- [1].呼吸检测电子鼻及其在肺癌诊断应用中的研究[D]. 陈星.浙江大学2008
- [2].基于电子鼻、电子舌及其融合技术对柑橘品质的检测[D]. 裘姗姗.浙江大学2016
- [3].基于遗传神经网络的电子鼻系统研究[D]. 王鹤.华中科技大学2007
- [4].电子鼻系统中干扰抑制算法的研究[D]. 梁志芳.重庆大学2017
- [5].基于复阻抗特性和电子鼻的淡水鱼新鲜度快速检测方法的研究[D]. 张军.华中农业大学2008
- [6].电子鼻长期漂移抑制算法的研究[D]. 刘涛.重庆大学2012
- [7].基于集成神经网络的便携式空气质量监测电子鼻系统性能的提升[D]. Chaibou Kadri.重庆大学2013
- [8].基于多传感器融合无损检测鸡蛋品质的研究[D]. 刘鹏.南京农业大学2011
- [9].面向伤口感染检测的电子鼻智能数据处理算法研究[D]. 贾鹏飞.重庆大学2014
- [10].基于近红外光谱和电子鼻技术的固态发酵过程检测研究及应用[D]. 江辉.江苏大学2013
相关论文
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