隨機共振及優(yōu)化理論在低濃度氣體檢測中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著對低濃度氣體檢測研究的不斷深入，近年來呈現(xiàn)出越來越多的檢測方法，如超聲波技術(shù)、光干涉原理、紅外吸收光譜原理、環(huán)形光路的Sagnac效應(yīng)及腔衰蕩測量等技術(shù)。隨機共振方法是近30年來發(fā)展起來的強噪聲背景下微弱特征信號增強檢測的新方法。本論文設(shè)計一種基于隨機共振的低濃度氣體檢測系統(tǒng)，彌補了現(xiàn)有低濃度氣體檢測技術(shù)靈敏度不高、費時、成本高和難以普及的不足。隨機共振是一個非線性系統(tǒng)，能將部分噪聲能量轉(zhuǎn)化為信號能量以增強微弱信號檢測能力，有效提高

2、系統(tǒng)輸出信噪比和檢測特性。針對隨機共振在工程實際信號中系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化困難的問題，論文提出了一種自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)隨機共振，并進一步結(jié)合最優(yōu)化理論，利用智能優(yōu)化算法，構(gòu)建了基于遺傳算法的隨機共振系統(tǒng)。
　　論文首先介紹了隨機共振理論及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，雙穩(wěn)態(tài)隨機共振系統(tǒng)，并詳細總結(jié)了最優(yōu)化理論中的常用智能優(yōu)化算法。其次對隨機共振系統(tǒng)的參數(shù)特性進行研究，從物理概念和實驗仿真兩個角度分析理解系統(tǒng)參數(shù)是如何影響隨機共振現(xiàn)象的產(chǎn)生的，為確定各參數(shù)

3、的調(diào)整方向(增大或減小)以盡快的選擇參數(shù)，使系統(tǒng)達到隨機共振狀態(tài)奠定理論基礎(chǔ)。
　　對于工程實際信號，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)噪聲強度的方法不能有效的檢測出微弱信號，且系統(tǒng)的靈敏度不高，因此研究通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)來達到隨機共振狀態(tài)的方法是有必要的，本論文以加權(quán)信噪比作為評價指標，利用自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)算法搜索最佳系統(tǒng)參數(shù)，有效的解決了系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化困難的問題。更快速、更準確地從強噪聲背景中檢測微弱特征信號一直是隨機共振系統(tǒng)研究的重點，本論文結(jié)合最優(yōu)化理

4、論，提出基于全局優(yōu)化的遺傳算法，對隨機共振的系統(tǒng)參數(shù)和噪聲強度同時進行自適應(yīng)調(diào)整，確定最佳系統(tǒng)參數(shù)和噪聲強度。在低濃度氨氣檢測中的實驗表明，系統(tǒng)的輸出信噪比明顯、檢測速度和精度均有了很大的提高，并且通過回歸分析發(fā)現(xiàn)氣體濃度和加權(quán)信噪比最大值之間具有很好的線性關(guān)系。
　　本文為低濃度氣體檢測技術(shù)提供了新思路，在隨機共振系統(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)選擇和提高系統(tǒng)檢測速度和精度上提出了可行有效的算法，所設(shè)計的基于隨機共振的低濃度氣體檢測系統(tǒng)和提出的