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.     

基于PID光离子传感器的VOC无线监控系统的研究

为了实现对厂矿企业废气和尾气中VOC的连续在线实时监控,设计制作了一种基于STM32F407单片机与PID光离子传感器的无线通讯实时在线VOC监控系统。研究了PID电离子传感器的检测原理及使用方法,并详细阐述了监控系统的组成以及无线通讯系统的组成,同时对按键电路、液晶显示单元的设计和制作也作了详尽的描述。     

基于STM32的室内有害气体自动检测与排风系统

为了应对日益严重的室内空气质量问题,本文设计了一种室内有害气体自动检测与排风系统。该系统以STM32单片机为控制核心,通过PM2.5传感器和MS1100VOC甲醛传感器对室内的有害气体进行浓度检测,并通过含有活性炭过滤功能的排风装置吸收降低室内有害气体的浓度,为居住者提供更为良好的室内环境。     

便携式SF6气体检漏仪的设计与实现

根据SF6气体的红外光谱吸收原理,设计并实现了一种定量检测SF6气体的便携式检漏仪.通过对传感器信号进行温度补偿和压力补偿,有效提高了仪表测量精度和灵敏度.采用双波长双光束检测方法,解决了因光源老化、采样池和检测器表面污染的因素使测量精度下降的问题.通过实验测量和现场应用,该检漏仪设计性能稳定、测量精度高,测量范围为0～50ppm,精确度为0.65ppm.     

光离子化检测器的电离室结构优化与实验研究

针对光离子化检测器(Photo Ionization Detector),通过原理研究,利用COMSOL进行了气流场和静电场的仿真,在仿真结果的指导下,进行了结构优化,使气室死体积大幅度缩减,并得出偏置电压与收集效率之间的关系.使光离子化检测器的带电离子收集效率大幅提升.开发了低干扰和快速响应的电离室.在确定最佳流量为50 mL,紫外灯电离能为10.86 eV的情况下,针对VOC气体(甲苯)进行实验,确定偏置电压为150 V时,离子收集效率可达到85%,且光离子化检测器线性度良好,相关系数为99.84%,最低检测限可达到ppb级.其检测结果符合仿真结果中偏置电压与响应值的关系.     

基于传感器阵列与神经网络的气体检测系统

在分析研究电子鼻理论和系统组成的基础上,设计构建了一套传感器阵列与人工神经网络相结合的混合气体检测系统.并采用该系统对三种气体传感器(一氧化碳CO、二氧化硫SO2和二氧化氮NO2)进行了实验,对实验数据用神经网络(BP和 RBF)进行了分析、识别和气体体积分数的计算.结果显示该检测系统识别准确,不仅能够解决气体传感器交叉敏感问题,提高器件的选择性,而且具有智能化和多功能化等优点.     

卟啉传感器气体检测系统流量控制研究

针对目前卟啉传感器气体检测系统中采样气体流量控制的不足,提出了一种控制精度高、响应速度快、超调量小的流量控制系统。该系统利用增量式PID算法调整PWM脉冲信号的占空比,从而间接地改变直流电机两端电枢电压的大小,实现对采样气体流量的控制。流量控制精度为±1.5 cm3/min,且气体流量仅需15.6 s就能达到稳定。实验结果表明:控制采样气体流量,有助于卟啉传感器气体检测系统准确、快速地实现对目标气体的检测。     

基于氮氧传感器的NOx气体测量仪设计

针对工业燃烧环境,以NGK车用通用氮氧(UniNOx)传感器为检测元件,C8051f040单片机为微控制器,采用SAE-J-1939协议作为CAN通信标准,设计了一种NOx气体测量仪.通过实验模拟工业燃烧的NOx气体环境,对测量仪的性能进行了实验验证和相应的理论分析.研究结果显示:该测量仪可用于温度为0～750℃、范围为(0～1000)×10-6的不同NOx气体体积分数测量,测量误差控制在5.7％以内,并且受温度影响较小,满足工业燃烧环境中NOx检测的要求,实现了车用传感器向工业现场的应用移植.     

氧化锌气体传感器的制备及甲烷检测特性研究

甲烷(CH4)是电力变压器油纸绝缘中溶解的主要故障特征气体,能有效反映运行变压器油纸绝缘故障.气体传感检测是油中气体在线监测、分析的关键.基于水热法,制备了氧化锌(ZnO)纳米片和纳米球气敏材料及传感元件,基于实验室搭建的微量气体检测平台测试了其对CH4的检测特性.研究表明:基于ZnO纳米片制作的气体传感器比纳米球传感器对CH4表现出更好的气敏性能,对50μL/L CH4的最佳工作温度降低了约60℃,同时对低浓度(1μL/L～20μL/L)CH4表现出较高的线性度和长期稳定性.本研究对研制高性能的ZnO基CH4气体传感器奠定了基础.     

基于卟啉传感器的气体检测系统的设计

针对传统气体检测方法的不足,设计了一种基于卟啉传感器的快速气体检测系统.反应室的流体仿真表明该系统检测结果具有可比性.该系统采集存储卟啉传感器与气体反应前后的图像,通过图像处理技术获得传感器阵列的颜色变化信息,将其与数据库中的记录进行匹配,得到检测结果.实验表明:该系统响应快速,能准确检测识别多种有害气体.     

非分光红外车辆尾气传感器系统设计

非分光红外( NDIR)是一种利用气体对红外光的选择性吸收原理进行气体浓度检测的方法.利用NDIR分析方法,设计一种车辆尾气检测传感器系统,实现对大气中存在的汽车尾气进行检测与分析.该系统使用多窗口红外传感器组合,采用v支持向量回归进行传感器建模.实验结果证明:该检测系统具有测量精度高、稳定性好和便于携带的特点,能够满足车辆尾气测量分析的需求.     

红外甲烷传感器直射式气室设计

针对采用反射式气室的红外甲烷传感器测量误差较大的问题,基于红外光谱吸收原理,利用非分光探测技术设计了一种新型直射式气室。该气室采用硅半导体片状红外光源、双通道红外探测器及一定长度的气室中腔,选用GaF2作为光源及探测器的视窗材料,搭配外部电路实现对CH4体积分数的监测。0～2.5%CH4体积分数范围内的测试结果表明,采用直射式气室的红外甲烷传感器最大测量误差仅为±0.05%。     

热导传感器温度特性的CPSO-SVM数据融合校正

为了消除环境温度对热导气体传感器的影响,提出了一种热导传感器温度特性的经典粒子群优化--支持向量机(CPSO-SVM)数据融合校正方法。该方法将热导传感器和温度传感器构成传感器组,利用支持向量机对传感器组的输出信号进行数据融合,采用经典粒子群优化算法和测试样本集均方根误差与平均绝对百分比误差同时最小原则选择和优化支持向量机的参数向量。对氢气浓度的检测实验表明,该方法能有效地改善传感器的温度特性,实现了气体浓度的精确检测。     

基于stm32的手持式气体检测仪

在日常生活及工作中,为了对有害气体进行有效的实时监测,避免长期处于有害气体的环境中从而对人员健康产生危害,针对目前国产气体检测仪最小检测浓度过高、响应时间过长、检测误差较大的问题设计了一种基于STM32的手持式气体检测仪;主要从内部硬件设计以及软件设计两个方面完成了手持式气体检测仪的设计,硬件方面的主控芯片选择STM32F103芯片,软件方面基于嵌入式系统开发实现对于VOC气体、温度、大气压力的测量、显示、数据存储以及数据分析,主要利用C语言来实现其功能;通过对整个检测仪系统的调试,证明这一系统能够对100ppb以下气体浓度进行响应、响应时间能够小于20s、检测误差能够小于5%FS;本气体检测仪除了普通环境的气体浓度监测,还能应用在有气体泄漏或空气质量要求的化学、工业、农业、动植物培育等场景。     

一种消除PSD背景光干扰的新方法

光电位置敏感探测器(PSD)已应用到非接触式高精度动态位移测量中。但在实际应用中经常受到背景光的干扰,直接影响到测量系统的精度和可靠性。根据PSD的工作原理,分析了杂光下的输出信号与杂光的非线性关系。提出采用比例积分微分(PID)控制激光二极管的驱动电源来消除PSD背景光补偿方法,并设计了硬件补偿电路,实验结果和实际应用均表明:该方法能有效地消除背景光的干扰,可大大增加PSD的实用性。     

基于四旋翼飞行器的空气质量参数检测仪的设计

在对当前空气质量检测设备研究的基础上,提出了一种基于四旋翼飞行器的空气质量参数检测仪设计方案,可解决目前的空气质量参数检测仪在一些特殊场合使用受限的问题。首先详细论述系统设计方案,然后通过实验进行验证。方案以STM32F103RBT6为主控芯片,利用温湿度检测传感器、VOC检测传感器、激光粉尘检测传感器、气压传感器以及无线传输模块对待测点的空气质量进行检测和数据传输。通过实验,证明了方案的可行性,且该方案在大气污染治理中具有一定应用价值。     

基于ABC-PSO的ε-SVM在甲烷测量中的应用

针对红外甲烷传感器在工业现场测量时易受到温度、湿度以及类似气体等非目标变量的影响,提出了一种基于人工蜂群和粒子群混合优化算法(ABC-PSO)的支持向量机模型(ABC-PSO-ε-SVM)对其进行校正.将ABC算法与PSO算法并行组合构成混合优化算法,能够感知非目标变量的变化,快速、准确地搜索到SVM参数.实验中,采用红外甲烷传感器对0％～5.05％浓度的16组标准甲烷气体进行测量,将其中11组数据作为训练集,5组数据作为测试集,建立e-SVM回归校正模型并进行预测.结果表明:模型的回归拟合效果好,预测精度比单一优化算法的SVM模型高.     

基于SVR的瓦斯传感器故障诊断方法

介绍了回归型支持向量机（SVR）的基本原理,建立了基于SVR的传感器时间预测模型,对时间预测器实行离线训练、在线应用的方法,用训练好的SVR模型模拟煤矿井下瓦斯传感器系统的动态特性,阐述了瓦斯传感器故障诊断和信号恢复的实现过程。仿真结果表明：SVR时间预测器能准确预测和跟踪瓦斯传感器的输出,及时诊断出传感器故障信息,并对传感器信号进行恢复,实验验证了该方法的正确性和有效性。     

无线无源声表面波气压传感器

阐述了声表面波气压传感器的设计原理、结构及相应的遥测系统和数据采样处理系统。应用正交相位检测法,将几纳秒的时间差测量转化成较大的相位测量。采用回波幅值触发采样,有效提高采样及数据处理效率。设计的SAW气压传感器理论灵敏度可达0.7kPa,测量范围在为10～350kPa。     

基于ATMEGA16的便携式瓦斯检测仪

针对目前常用瓦斯检测仪检测范围高时精度低,检测精度高时检测范围低等不足,设计了一种基于双检测回路的便携式瓦斯检测仪。该系统以ATMEGA16控制器为核心,利用催化燃烧式传感器和红外探测器组成双回路瓦斯检测电路,并将朗伯-比尔红外吸收定律运用到瓦斯检测原理中,提高了低瓦斯浓度时的测量精度,同时扩大了瓦斯浓度的测量范围。系统的无线收发模块可以和上位机通信实现信息共享,其开关机电路可以实现关机后仪器与电源完全断开,有效节约电池能量。实验表明该瓦斯浓度检测仪具有检测精度高,检测范围广,高效节能等特点,具有较高的应用价值。