基于漂移補(bǔ)償?shù)慕饘傺趸餁怏w傳感器陣列濃度檢測(cè)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于漂移補(bǔ)償?shù)慕饘傺趸餁怏w傳感器陣列濃度檢測(cè)方法，該方法借助獨(dú)立成分分析，屏蔽了環(huán)境溫度、濕度以及因環(huán)境因素導(dǎo)致的異常值對(duì)漂移規(guī)律和漂移量估算的影響，找出基線響應(yīng)情況下濃度獨(dú)立成分隨時(shí)間漂移變化的規(guī)律；此后在金屬氧化物氣體傳感器陣列對(duì)氣體樣本進(jìn)行濃度檢測(cè)處理時(shí)，利用基線響應(yīng)情況下濃度獨(dú)立成分隨時(shí)間漂移變化的規(guī)律估算出濃度獨(dú)立成分的漂移量對(duì)濃度檢測(cè)響應(yīng)數(shù)據(jù)中的濃度獨(dú)立成分進(jìn)行漂移補(bǔ)償，然后借助濃度檢測(cè)響應(yīng)數(shù)據(jù)中漂移補(bǔ)償過(guò)后的濃度獨(dú)立成分利用濃度預(yù)測(cè)函數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)換算得到敏感氣體濃度檢測(cè)結(jié)果，能夠有效提高漂移規(guī)律和漂移量的估算精度，保證了金屬氧化物氣體傳感器陣列濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及氣體傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理
，尤其涉及一種。
技術(shù)介紹
氣體傳感器的漂移問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著人們。導(dǎo)致氣體傳感器漂移的因素比較復(fù)雜，如傳感器本身的老化、受某種氣體的“污染”、溫度濕度等環(huán)境因素的變化等等，其中環(huán)境溫度、濕度的變化對(duì)漂移的影響比較明顯。傳統(tǒng)的漂移抑制方法著眼點(diǎn)在于提供穩(wěn)定的測(cè)試環(huán)境，或者改善器件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路來(lái)消除環(huán)境影響。然而，這些方法不僅使器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，而且使器件制造成本提高。因此更有效的方式是不再刻意地追求環(huán)境的穩(wěn)定，而是漂移發(fā)生之后再通過(guò)估算漂移量進(jìn)行漂移補(bǔ)償，以消除漂移影響。氣體傳感器通常可分為金屬氧化物氣體傳感器(也稱為半導(dǎo)體氣體傳感器)、固體電解質(zhì)氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、光學(xué)氣體傳感器等，其中金屬氧化物氣體傳感器應(yīng)用較為普遍。不同的金屬氧化物氣體傳感器對(duì)不同的氣體具有敏感性，金屬氧化物氣體傳感器的阻值R會(huì)隨著環(huán)境中敏感氣體的濃度C的大小而變化，且在環(huán)境中溫濕度條件固定的情況下，其阻值R與敏感氣體的濃度C呈現(xiàn)對(duì)數(shù)線性對(duì)應(yīng)關(guān)系IgR= a Igc+ β ；其中α與β是相應(yīng)的一組對(duì)數(shù)線性系數(shù)，不同的金屬氧化物氣體傳感器對(duì)應(yīng)的α和β值也不同，這是金屬氧化物氣體傳感器具有的特性。實(shí)際應(yīng)用中，常采用多個(gè)金屬氧化物氣體傳感器組成金屬氧化物氣體傳感器陣列，對(duì)環(huán)境中的某一種或某幾種敏感氣體進(jìn)行濃度檢測(cè)。然而金屬氧化物氣體傳感器陣列同樣面臨漂移問(wèn)題，長(zhǎng)期使用后的漂移將影響金屬氧化物氣體傳感器陣列對(duì)敏感氣體濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。有研究曾嘗試通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法尋找金屬氧化物氣體傳感器進(jìn)行敏感氣體濃度檢測(cè)時(shí)對(duì)應(yīng)的阻值R隨時(shí)間漂移變化的規(guī)律，希望找出阻值R漂移量進(jìn)行阻值補(bǔ)償，進(jìn)而借助補(bǔ)償后的阻值以及對(duì)數(shù)線性對(duì)應(yīng)關(guān)系lgR=a Igc+β進(jìn)行濃度檢測(cè),然而由于金屬氧化物氣體傳感器的阻值R是依據(jù)響應(yīng)值換算而得到，因此其同樣受到環(huán)境溫度、濕度、敏感氣體濃度、隨時(shí)間的漂移量等多維度因素 的影響，即便固定了溫度、濕度條件，阻值R依然至少是敏感氣體濃度、隨時(shí)間的漂移量的二維變量，難以直接統(tǒng)計(jì)得出阻值R隨時(shí)間漂移變化的線性規(guī)律，并且實(shí)際環(huán)境中要保證溫度、濕度條件固定是非常困難的，加之實(shí)際采集的檢測(cè)響應(yīng)數(shù)據(jù)中還包含有因環(huán)境條件污染、噪聲等引起的異常值數(shù)據(jù)，這些因素使得基于阻值R漂移量估算和補(bǔ)償?shù)臐舛葯z測(cè)方案難以得到實(shí)際應(yīng)用實(shí)施。如何解決金屬氧化物氣體傳感器陣列的漂移補(bǔ)償問(wèn)題，確保對(duì)敏感氣體濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，提高金屬氧化傳氣體傳感器的使用壽命，成為了領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種，該方法借助獨(dú)立成分分析進(jìn)行漂移補(bǔ)償以及對(duì)敏感氣體的濃度檢測(cè)運(yùn)算處理，屏蔽了環(huán)境溫度、濕度以及因環(huán)境因素導(dǎo)致的異常值對(duì)漂移規(guī)律和漂移量估算的影響，能夠有效提高漂移規(guī)律和漂移量的估算精度，保證金屬氧化物氣體傳感器陣列濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用了如下的技術(shù)方案一種，包括如下步驟A)通過(guò)訓(xùn)練獲得濃度檢測(cè)參數(shù)；該步驟具體為al)在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移的期間，采集和記錄金屬氧化物氣體傳感器陣列在不同時(shí)間、溫度、濕度條件下的基線響應(yīng)值向量，并采用金屬氧化物氣體傳感器陣列的敏感氣體進(jìn)行訓(xùn)練，采集和記錄金屬氧化物氣體傳感器陣列在不同時(shí)間、溫度、濕度、敏感氣體濃度條件下的訓(xùn)練響應(yīng)值向量；其中X^TiJ,^)^；無(wú).(ΚΛ, .)表不第i次米集的金屬氧化物氣體傳感器陣列的訓(xùn)練響應(yīng)值向量，Ti, ti; hi，Ci分別表示第i次采集訓(xùn)練響應(yīng)值向量無(wú)(7ζΛ， .)的時(shí)間、溫度、濕度和敏感氣體濃度，i e {I, 2，…，1}，I表示在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移期間采集訓(xùn)練響應(yīng)值向量的次數(shù)；XiikCTi, ^hpCi)表示第i次采集的訓(xùn)練響應(yīng)值向量c)中金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的訓(xùn)練響應(yīng)值，k e {1，Z K}；a2)根據(jù)金屬氧化物氣體傳感器陣列各個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值與溫度、濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)回歸分析分別得到金屬氧化物氣體傳感器陣列的各個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值隨溫度、濕度變化的基線值擬合曲線，構(gòu)成金屬氧化物氣體傳感器的基線值擬合網(wǎng)絡(luò)|x°l (t，h)I-ViI(/,/;) =；其中,表示金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值隨溫度、濕度變化的基線值擬合曲線，k e {1,2, -,K} ;t表示溫度，h表示濕度；a3)使用基線值擬合網(wǎng)絡(luò)|x°| (t，h)分別對(duì)各訓(xùn)練響應(yīng)值向量進(jìn)行基線校正，得到各訓(xùn)練響應(yīng)值向量對(duì)應(yīng)的校正響應(yīng)值向量權(quán)利要求1.，其特征在于，包括如下步驟 A)通過(guò)訓(xùn)練獲得濃度檢測(cè)參數(shù)；該步驟具體為 al)在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移的期間，采集和記錄金屬氧化物氣體傳感器陣列在不同時(shí)間、溫度、濕度條件下的基線響應(yīng)值向量，并采用金屬氧化物氣體傳感器陣列的敏感氣體進(jìn)行訓(xùn)練 ，采集和記錄金屬氧化物氣體傳感器陣列在不同時(shí)間、溫度、濕度、敏感氣體濃度條件下的訓(xùn)練響應(yīng)值向量；其中- ° (TtJ1A)=IKi (Γι <2 (K，λ,)，…，X0hk (T1L' x°1K (T1 h,)] ；.f； ( j; , ο,)表示第I次采集的金屬氧化物氣體傳感器陣列的基線響應(yīng)值向量，T1, t1； hx分別表示第I次采集基線響應(yīng)值向量纟:Λ)的時(shí)間、溫度和濕度，I e {I, 2,…，L}, L表不在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移期間采集基線響應(yīng)值向量的次數(shù)為裱示第I次采集的基線響應(yīng)值向量為°(7；0,)中金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值，k e {I, 2，…，K}，K表示金屬氧化物氣體傳感器陣列中的金屬氧化物氣體傳感器個(gè)數(shù)；足(m cJ =； _ ,(2，(,Λ,, )表示第i次采集的金屬氧化物氣體傳感器陣列的訓(xùn)練響應(yīng)值向量，Ti, ti； hi，Ci分別表示第i次采集訓(xùn)練響應(yīng)值向量無(wú)( 0,0的時(shí)間、溫度、濕度和敏感氣體濃度，i e {I, 2，…，1}，I表示在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移期間采集訓(xùn)練響應(yīng)值向量的次數(shù)ti； hi； Ci)表示第i次采集的訓(xùn)練響應(yīng)值向量c,)中金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的訓(xùn)練響應(yīng)值，k e {I, 2，…，K}；a2)根據(jù)金屬氧化物氣體傳感器陣列各個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值與溫度、濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)回歸分析分別得到金屬氧化物氣體傳感器陣列的各個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值隨溫度、濕度變化的基線值擬合曲線，構(gòu)成金屬氧化物氣體傳感器的基線值擬合網(wǎng)絡(luò)|x°| (t，h) x° j (/，h) = (t, / ), x° (t, h),…,X0i (t, h)，…，x0K (t, / )]； 其中,40)表示金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值隨溫度、濕度變化的基線值擬合曲線，k e {I, 2，…，K} ；t表示溫度，h表示濕度；a3)使用基線值擬合網(wǎng)絡(luò)|x°| (t，h)分別對(duì)各訓(xùn)練響應(yīng)值向量進(jìn)行基線校正，得到各訓(xùn)練響應(yīng)值向量對(duì)應(yīng)的校正響應(yīng)值向量 —斤，f-\2(K，A/，c本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于漂移補(bǔ)償?shù)慕饘傺趸餁怏w傳感器陣列濃度檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：A）通過(guò)訓(xùn)練獲得濃度檢測(cè)參數(shù)；該步驟具體為：a1）在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移的期間，采集和記錄金屬氧化物氣體傳感器陣列在不同時(shí)間、溫度、濕度條件下的基線響應(yīng)值向量，并采用金屬氧化物氣體傳感器陣列的敏感氣體進(jìn)行訓(xùn)練，采集和記錄金屬氧化物氣體傳感器陣列在不同時(shí)間、溫度、濕度、敏感氣體濃度條件下的訓(xùn)練響應(yīng)值向量；其中：x→lo(Tl,tl,hl)=[xl,1o(Tl,tl,hl),xl,2o(Tl,tl,hl),···,xl,ko(Tl,tl,hl),····,xl,Ko(Tl,tl,hl)];表示第l次采集的金屬氧化物氣體傳感器陣列的基線響應(yīng)值向量，Tl,tl,hl分別表示第l次采集基線響應(yīng)值向量的時(shí)間、溫度和濕度，l∈{1,2,…,L}，L表示在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移期間采集基線響應(yīng)值向量的次數(shù)；表示第l次采集的基線響應(yīng)值向量中金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值，k∈{1,2,…,K}，K表示金屬氧化物氣體傳感器陣列中的金屬氧化物氣體傳感器個(gè)數(shù)；x→i(Ti,ti,hi,ci)=[xi,1(Ti,ti,hi,ci),xi,2(Ti,ti,hi,ci),···,xi,k(Ti,ti,hi,ci),···,xi,K(Ti,ti,hi,ci)];表示第i次采集的金屬氧化物氣體傳感器陣列的訓(xùn)練響應(yīng)值向量，Ti,ti,hi,ci分別表示第i次采集訓(xùn)練響應(yīng)值向量的時(shí)間、溫度、濕度和敏感氣體濃度，i∈{1,2,…,I}，I表示在金屬氧化物氣體傳感器陣列尚未發(fā)生漂移期間采集訓(xùn)練響應(yīng)值向量的次數(shù)；xi,k(Ti,ti,hi,ci)表示第i次采集的訓(xùn)練響應(yīng)值向量中金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的訓(xùn)練響應(yīng)值，k∈{1,2,…,K}；a2）根據(jù)金屬氧化物氣體傳感器陣列各個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值與溫度、濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)回歸分析分別得到金屬氧化物氣體傳感器陣列的各個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線響應(yīng)值隨溫度、濕度變化的基線值擬合曲線，構(gòu)成金屬氧化物氣體傳感器的基線值擬合網(wǎng)絡(luò)|xo|(t，h)：|xo|(t,h)=[x1o(t,h),x2o(t,h),···,xko(t,h),···,xKo(t,h)];其中，表示金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線 響應(yīng)值隨溫度、濕度變化的基線值擬合曲線，k∈{1,2,…,K}；t表示溫度，h表示濕度；a3）使用基線值擬合網(wǎng)絡(luò)|xo|(t，h)分別對(duì)各訓(xùn)練響應(yīng)值向量進(jìn)行基線校正，得到各訓(xùn)練響應(yīng)值向量對(duì)應(yīng)的校正響應(yīng)值向量：x→ir(Ti,ti,hi,ci)=[xi,1(Ti,ti,hi,ci)x1o(ti,hi),xi,2(Ti,ti,hi,ci)x2o(ti,hi),···,xi,k(Ti,ti,hi,ci)xko(ti,hi),···,xi,K(Ti,ti,hi,ci)xKo(ti,hi)];其中，表示第i次采集的訓(xùn)練響應(yīng)值向量對(duì)應(yīng)的校正響應(yīng)值向量；表示金屬氧化物氣體傳感器陣列的第k個(gè)金屬氧化物氣體傳感器的基線值擬合曲線中溫度為ti、濕度為hi時(shí)對(duì)應(yīng)的基線值；a4）將I個(gè)校正響應(yīng)值向量構(gòu)成校正響應(yīng)值矩陣Xr：Xr=x→1r(T1,t1,h1,c1)x→1r(T2,t2,h2,c2)···x→ir(Ti,ti,hi,ci)···x→Ir(TI,tI,hI,cI);然后，對(duì)校正響應(yīng)值矩陣Xr進(jìn)行獨(dú)立成分分析，得到校正響應(yīng)值矩陣Xr對(duì)應(yīng)的混合矩陣Mr和獨(dú)立成分矩陣Sr：XrTP=M...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田逢春，馮敬偉，胡波，郭潔蓮，張磊，葉奇，陳建軍，肖博，李國(guó)瑞，黨麗君，劉濤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：