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有毒有害气体传感器阵列检测及数据融合研究

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有毒有害气体的成分与含量检测在化工、航空航天、毒气报警、环境保护等领域有着广泛的应用。常用的半导体有毒气体传感器具有响应速度快、灵敏度高等优点,但却由于交叉敏感的特性而无法应用于多种气体检测。然而在实际的应用环境下,绝大多数被测气体的成份都是较为复杂的。因此,研究一种利用现有的半导体传感器技术而实现混合气体检测的测试技术就变的十分必要。 本文设计了一种基于AlN的半导体MEMS微结构四阵列传感器,并根据其输出特性设计了后端检测系统。检测系统由阵列传感器来获取对被测混合气体的感知,并将其高维响应采集处理后传输至上位机,而后通过多传感器数据融合技术对高维响应数据进行分析、识别,从而计算出混合气体的成分与含量。 系统硬件以STM32F107微控制器为核心,包括传感器加热电路、信号变送电路、量程切换电路、电源电路、采集电路和通信电路,并利用KeilMDK4.0完成了硬件电路底层驱动程序的编写。软件部分应用LabVIEW与MATLAB混合编程技术,其中LabVIEW主要实现上位机中串口通信、数据显示与存储和人机界面交互等功能,而复杂的人工神经网络计算则由MATLAB实现。 最后,本文选用CO、SO2、NO2和Cl2四种气体进行了实际的测试分析,测试结果表明本系统基本达到预先设计要求,能够对同时存在多种气体进行定性判别并对各成分含量进行定量分析。相比传统检测方法,本系统实现了对混合气体迅速、准确的在线检测,在化工毒气检测、环境气体监测等场合具有一定的实际意义。

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