電子鼻系統(tǒng)信號處理技術研究.pdf

1、電子鼻技術是一門新的交叉學科，涉及傳感器技術、電子學、信息技術以及模式識別技術等學科領域，開展電子鼻技術的研究，對推動我國嗅覺模擬技術的發(fā)展，縮小與國際先進水平的差距，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　成熟的信號處理技術為電子鼻技術提供了強大的技術支撐，通過對電子鼻系統(tǒng)信號處理技術進行研究，彌補電子鼻系統(tǒng)中的缺陷與不足，從而延長電子鼻系統(tǒng)的使用壽命，提高電子鼻系統(tǒng)的性能，促進電子鼻系統(tǒng)的產(chǎn)品化，具有極大的經(jīng)濟價值與學術意義。
　　論

2、文的主要研究內(nèi)容和貢獻包括：
　?、賹﹄娮颖窍到y(tǒng)特征選擇技術進行研究，提出了兩種新的特征選擇算法，用于去除電子鼻系統(tǒng)中干擾特征。本文提出的第一種特征選擇算法為小波變換空間相關特征選擇算法，通過使用 Daubechies小波分別對含有目標與非目標氣體的混合響應信號以及只含有非目標氣體的響應信號進行小波變換，使用小波系數(shù)作為特征值，利用相關性檢測并去除在混合響應信號中與非目標響應信號中最相關的特征值，以實現(xiàn)干擾特征的去除。本文提出的另

3、一種方法為獨立成分分析結合支持向量機特征選擇算法。使用獨立成分分析將混合響應信號中目標與非目標氣體進行分離，使用獨立成分作為特征，并使用支持向量機確定并去除干擾特征。結果表明兩種方法均可以顯著提高電子鼻系統(tǒng)的性能。同時通過進一步比較分析，獨立成分分析結合支持向量機的特征選擇算法可以用更少的樣本，更低的維數(shù)，實現(xiàn)更好的效果，并且此算法也適用于其它的電子鼻數(shù)據(jù)集。
　?、趯﹄娮颖窍到y(tǒng)異常值檢測技術進行研究，提出了一種新的基于對數(shù)線性的

4、異常值檢測算法，用于檢測電子鼻系統(tǒng)氣體濃度預測數(shù)據(jù)集中的異常值。在氣體濃度預測數(shù)據(jù)集中會經(jīng)常出現(xiàn)由于濃度錯誤而引起的異常值。使用獨立成分分析，去除溫、濕度對半導體氣體傳感器的影響后，建立每個半導體氣體傳感器的對數(shù)線性曲線，計算每一個樣本點到此曲線的距離，設定合適的閾值，距離超過此閾值的即為異常值。此算法充分利用了半導體氣體傳感器的特性與氣體濃度信息。通過使用此算法對人為引入的異常值進行檢測，并對比去除異常值前后濃度預測結果，表明此算法可

5、以有效去除電子鼻系統(tǒng)中由于濃度錯誤而引起的異常值。
　?、蹖﹄娮颖窍到y(tǒng)漂移補償技術進行研究，提出了一種新的基于獨立成分分析的漂移補償算法，用于實現(xiàn)電子鼻系統(tǒng)的在線漂移補償。由于溫、濕度的變化等影響，難以觀察到漂移變化規(guī)律，對氣體濃度預測數(shù)據(jù)集進行獨立成分分析去除溫、濕度等其它干擾對傳感器的影響，提取與氣體濃度最相關的獨立成分，并使用得到的獨立成分分離矩陣對長期基線漂移數(shù)據(jù)進行獨立成分分析，得到相應的獨立成分，通過對此獨立成分進行研

6、究，找到漂移規(guī)律，實現(xiàn)對氣體濃度預測的在線漂移補償。將本文提出的算法與成分校正算法和正交信號校正算法進行對比，結果表明本算法非常有效，實現(xiàn)了電子鼻系統(tǒng)漂移的在線實時補償，提高了氣體濃度預測的精度，延長了電子鼻系統(tǒng)的使用壽命。
　?、軐﹄娮颖窍到y(tǒng)差異校正技術進行研究，提出兩種新的無主板（作為標準的電子鼻系統(tǒng)）的差異校正算法，用于實現(xiàn)電子鼻系統(tǒng)在線差異校正。同類型的傳感器的不同個體在相同環(huán)境下響應值會出現(xiàn)差異，本文提出的第一種無主板的

7、差異校正算法基于傳感器的對數(shù)線性特性，對主板中的每個傳感器通過對數(shù)線性特性建立標準數(shù)據(jù)庫，其它需要校正的電子鼻系統(tǒng)（從板）校正到標準數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)無主板的差異校正。本文提出的另一種方法是基于預測網(wǎng)絡的無主板差異校正算法，該算法對主板的每個傳感器建立濃度預測網(wǎng)絡，其它需要校正的從板通過此網(wǎng)絡實現(xiàn)差異校正。通過對比發(fā)現(xiàn)，兩種算法均可以實現(xiàn)對差異的校正，使傳感器輸出一致，而且由于沒有主板，傳感器的漂移等對校正沒有影響，但基于對數(shù)線性的校正算法實