氣敏傳感器陣列優(yōu)化應用研究.pdf

1、電子鼻是一種人工嗅覺系統(tǒng)，一般由傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集設備和模式識別系統(tǒng)三部分構成。氣敏傳感器陣列是電子鼻系統(tǒng)的“心臟”，其性能直接影響電子鼻的整體性能。有效提高傳感器陣列的性能指標（如靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性等）是提高電子鼻性能的關鍵。陣列優(yōu)化通過對傳感器響應的特征空間進行特征選擇，來決定具體應用條件下較優(yōu)的傳感器類型及陣列規(guī)模，是提高電子鼻性能的有效途徑之一。 本文首先基于電子鼻在易揮發(fā)性有機化合物（VOCs）檢測和定性識別中的

2、應用，對陣列優(yōu)化的作用進行了考察。在對五種VOCs（濃度在600ppb～2000pb 范圍）的定性識別實驗中，通過應用陣列優(yōu)化對由14個金屬氧化物半導體（MOS）傳感器構成的初始陣列運用不同特征選擇算法進行陣列優(yōu)化，得到保留了9個傳感器的最終陣列。對優(yōu)化后的特征子集采用Fisher 線性判別法（DFA）進行模式識別分析，對樣本分類正確率達到100％。另一方面，MOS氣敏傳感器對氣體的選擇性會隨其工作溫度的改變而不同，通過調節(jié)傳感器的工作

3、溫度可以提高其對氣體的選擇性。MOS氣敏傳感器陣列一般在固定溫度下或溫度調制下工作。目前大多數(shù)傳感器陣列采用5.0V的加熱電壓，工作溫度在270℃。 本文在VOCs 定性識別實驗中選用了7個加熱溫度點，分別對在各個溫度下工作的傳感器陣列進行優(yōu)化，對優(yōu)化后各溫度下的特征子集做DFA 分析比較。結果表明，陣列優(yōu)化將氣敏傳感器陣列中的傳感器數(shù)目由10個減少至4個。優(yōu)化陣列的最佳溫度為220℃，相比通用的270℃，對四種氣體的正確識別率

4、由91.7％提高到了100％。通過改變傳感器的工作溫度提高其對氣體選擇性的另一方式是對MOS氣敏傳感器陣列進行溫度調制。本文讓傳感器陣列在設定的溫度調制模式下工作，采用電子鼻進行VOCs的定性識別實驗。根據(jù)傳感器的動態(tài)測試響應曲線提取Max（dSt/dt），Min（dSt/dt）/minS，max（dSt/dt）/minS，max（dSt/dt）/maxS，min（dSt/dt）/maxS，min（dSt/dt）六個特征參數(shù)。經過陣列優(yōu)

5、化將氣敏傳感器陣列中的傳感器數(shù)目由6個減少至3個。對優(yōu)化后的特征子集做DFA 判別，正確識別率達到100％。 論文主要分為四部分： 第一部分對電子鼻系統(tǒng)的工作原理、應用前景，陣列優(yōu)化的意義、方法和應用，以及MOS氣敏傳感器的溫度依賴性進行概述； 第二部分基于電子鼻系統(tǒng)的VOCs 定性檢測實驗，對傳感器陣列進行了優(yōu)化，并對結果進行了分析和討論； 第三部分進行MOS氣敏傳感器陣列優(yōu)化及其最佳工作溫度選擇的研究