【摘 要】
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电子鼻因成本低、识别速度快和易于操作等特点被广泛应用于气体和气味的检测。通常基于金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）气体传感器阵列的电子鼻采用恒温加热的方式使传感器进行工作,近期研究表明,采用非恒温工作模式如温度调制可以提高气体传感器的性能如选择性,提取到更多的传感器响应特征。因此,本论文将温度调制技术与电子鼻相结合,研究了MOS型气体传感器分别在瞬时温度
【基金项目】
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国家自然科学基金（61501167）； 河北省自然科学基金（E2020202042）； 河北省教育厅重点项目（ZD2016164）；
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电子鼻因成本低、识别速度快和易于操作等特点被广泛应用于气体和气味的检测。通常基于金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）气体传感器阵列的电子鼻采用恒温加热的方式使传感器进行工作,近期研究表明,采用非恒温工作模式如温度调制可以提高气体传感器的性能如选择性,提取到更多的传感器响应特征。因此,本论文将温度调制技术与电子鼻相结合,研究了MOS型气体传感器分别在瞬时温度调制和稳态温度调制下的响应特征,并以甲醇含量超标的白酒为识别样本进行应用验证。本文采用湿化学法制备了MOS敏感材料,并对其进行气敏选择性增强修饰,基于印刷工艺制备了化学电阻型气体传感器及其阵列;在此基础上开发了温度调制系统,用于气体传感器的温度调制和响应特征采集,包括基于LABVIEW的上位机软件设计和以STM32H750VT6单片机为核心的下位机软硬件设计。为了验证该电子鼻识别不同气体的能力,本文在实验室环境下采用标准的甲醇、乙醇及其混合气体作为目标气体,利用BP神经网络对传感器阵列的时域特征进行了模式识别,分类准确率为100%,表明该电子鼻利用温度调制可以在实验室环境下区分不同的气体。在实际应用环境下,该研究借助气相色谱技术对真酒和假酒两组实验样本的成分进行了表征,保证了实验样本的准确性;随后通过主成分分析法重点研究了传感器阵列在两种不同温度调制模式下响应特征的空间分布,最终借助BP神经网络分别对两种不同温度调制模式提取的最优特征进行模式识别。研究显示瞬时温度调制适宜用频域法进行特征提取,稳态温度调制适宜用时域法进行特征提取;电子鼻在瞬时温度调制和稳态温度调制模式下得到的最高分类准确率分别为84.48%和91.38%。表明基于温度调制的电子鼻在实际应用方面具有可行性,其在稳态温度调制模式下利用时域法提取特征更加适合白酒识别。温度调制可以在提高MOS型气体传感器选择性的同时获取到更多的响应特征,这对提高电子鼻的识别准确率具有重要的意义。
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