基于bp神經網絡的混合氣體檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及混合氣體檢測分析技術領域，尤其涉及一種基于BP神經網絡的 混合氣體檢測系統。
【背景技術】
[0002] 隨著近代工業規模不斷擴大，在此過程中產生了大量的N0x，C0，C02等有毒有害氣 體，〇2作為衡量大氣的有效標桿，因此，檢測上述氣體對改善大氣環境具有指導意義，傳統 傳感器氣體檢測都是基于單一氣體的主成分特征檢測和分析，但是當多種有害氣體發生混 合時，氣體之間相互干擾造成主成分特征丟失，導致檢測無法正常完成。

【發明內容】

[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于BP神經網絡的混合氣體檢測系 統，使用傳感器陣列組合成一個多元有害氣體檢測裝置，利用BP神經網絡進行模式識別， 結合配氣系統，對不同體積分數的混合氣體進行電信號測量與采集，提高檢測精度，便于進 行定量分析。
[0004] 為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是：一種基于BP神經網絡的 混合氣體檢測系統，包括氣體傳感器陣列、信號采集模塊和模式識別模塊，所述氣體傳感器 陣列中的每套氣體傳感器均通過數據預處理電路與信號采集模塊相連，所述信號采集模塊 輸出端連接模式識別模塊輸入端，所述模式識別模塊為BP神經網絡模式識別模塊，其輸入 層包括6個輸入神經元，其隱層設置10個神經元，其輸出層設置3個神經元。
[0005] 所述氣體傳感器陣列中的傳感器為電化學傳感器或者半導體傳感器。
[0006] 所述氣體傳感器為電化學傳感器時，與其連接的數據預處理電路包括比較器、低 通濾波器和可調電阻器，所述比較器正向輸入端和反向輸入端分別連接電化學傳感器兩 端，電化學傳感器一端接地，接地端與比較器的反向輸入端連接，其另外一端通過電阻與比 較器正向輸入端連接，所述低通濾波器一端與比較器正向輸入端連接，其另外一端連接可 調電阻器后與比較器輸出端連接。
[0007] 所述氣體傳感器為半導體傳感器時，與其連接的數據預處理電路包括比較器，比 較器反向輸入端與輸出端之間串聯兩個電阻，兩個電阻之間連接接地端，比較器正向輸入 端連接呈并聯連接的電阻和電容，電阻和電容公共端連接傳感器，并聯連接的電阻和電容 另一公共端連接接地端。
[0008] 所述信號采集模塊為PCI6221采集板卡。
[0009] 采用上述技術方案所產生的有益效果在于：通過將氣體傳感器陣列和神經網絡模 式識別相結合，將傳感器陣列對氣體檢測的輸出響應(處理后）作為BP網絡的輸入，構建了 適合混合氣體定性定量檢測識別的BP網絡模型，使用傳感器陣列檢測多元氣體能夠消除 氣體交叉響應的影響，攝取更多混合氣體組分信息和體積分數信息；將神經網絡和傳感器 陣列技術組合的檢測系統對多元有害氣體檢測取得了較好的效果。
【附圖說明】 [0010]
[0011] 圖1是本實用新型的系統原理圖；
[0012] 圖2是與電化學傳感器配套的數據預處理電路圖；
[0013] 圖3是與半導體傳感器配套的數據預處理電路圖；
[0014] 圖4是BP神經網絡結構圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0016] 為解決現有混合氣體檢測過程中容易用交叉響應而影響檢測精度的問題，本實用 新型提供一種基于BP神經網絡的混合氣體檢測系統，包括氣體傳感器陣列、信號采集模塊 和模式識別模塊，所述氣體傳感器陣列中的每套氣體傳感器均通過數據預處理電路與信號 采集模塊相連，所述信號采集模塊輸出端連接模式識別模塊輸入端，所述模式識別模塊為 BP神經網絡模式識別模塊，其輸入層包括6個輸入神經元，其隱層設置10個神經元，其輸出 層設置3個神經元；所述氣體傳感器陣列中的傳感器為電化學傳感器或者半導體傳感器； 所述氣體傳感器為電化學傳感器時，與其連接的數據預處理電路包括比較器、低通濾波器 和可調電阻器，所述比較器正向輸入端和反向輸入端分別連接電化學傳感器兩端，電化學 傳感器一端接地，接地端與比較器的反向輸入端連接，其另外一端通過電阻與比較器正向 輸入端連接，所述低通濾波器一端與比較器正向輸入端連接，其另外一端連接可調電阻器 后與比較器輸出端連接；所述氣體傳感器為半導體傳感器時，與其連接的數據預處理電路 包括比較器，比較器反向輸入端與輸出端之間串聯兩個電阻，兩個電阻之間連接接地端，比 較器正向輸入端連接呈并聯連接的電阻和電容，電阻和電容公共端連接傳感器，并聯連接 的電阻和電容另一公共端連接接地端；所述信號采集模塊為PCI6221采集板卡。
[0017] 本實用新型對三種氣體分別取39種不同濃度的實驗樣本，總共樣本數為 39*3=117,取每種氣體樣本的2/3作為網絡的訓練樣本，其余的1/3作為測試樣本，為了 使實驗數據不因被測氣體濃度的影響而造成誤差，選擇訓練樣本和測試樣本時取等差濃度 的序列，由于實驗樣本數目龐大，本實用新型只列出部分輸出結果，輸出結果參見表1 :
[0018] 表 1
[0019] t t I
[0020] 通過實驗分析可知，對COH2S和CH4三種氣體定量檢測的最誤差分別為8. 51% 9. 35%和7.45%對C0定量檢測的平均誤差4.18%，對H2S定量檢測的平均誤差為4. 02%， 對CH4定量檢測的均誤差為3. 60%，達到了實驗預期的要求。
[0021] 總之，通過將氣體傳感器陣列和神經網絡模式識別相結合，將傳感器陣列對氣體 檢測的輸出響應(處理后）作為BP網絡的輸入，構建了適合混合氣體定性定量檢測識別的 BP網絡模型，使用傳感器陣列檢測多元氣體能夠消除氣體交叉響應的影響，攝取更多混合 氣體組分信息和體積分數信息；將神經網絡和傳感器陣列技術組合的檢測系統對多元有害 氣體檢測取得了較好的效果。
【主權項】
1. 一種基于BP神經網絡的混合氣體檢測系統，其特征在于：包括氣體傳感器陣列、信 號采集模塊和模式識別模塊，所述氣體傳感器陣列中的每套氣體傳感器均通過數據預處理 電路與信號采集模塊相連，所述信號采集模塊輸出端連接模式識別模塊輸入端，所述模式 識別模塊為BP神經網絡模式識別模塊，其輸入層包括6個輸入神經元，其隱層設置10個神 經元，其輸出層設置3個神經元。2. 根據權利要求1所述的基于BP神經網絡的混合氣體檢測系統，其特征在于：所述氣 體傳感器陣列中的傳感器為電化學傳感器或者半導體傳感器。3. 根據權利要求2所述的基于BP神經網絡的混合氣體檢測系統，其特征在于：所述氣 體傳感器為電化學傳感器時，與其連接的數據預處理電路包括比較器、低通濾波器和可調 電阻器，所述比較器正向輸入端和反向輸入端分別連接電化學傳感器兩端，電化學傳感器 一端接地，接地端與比較器的反向輸入端連接，其另外一端通過電阻與比較器正向輸入端 連接，所述低通濾波器一端與比較器正向輸入端連接，其另外一端連接可調電阻器后與比 較器輸出端連接。4. 根據權利要求2所述的基于BP神經網絡的混合氣體檢測系統，其特征在于：所述氣 體傳感器為半導體傳感器時，與其連接的數據預處理電路包括比較器，比較器反向輸入端 與輸出端之間串聯兩個電阻，兩個電阻之間連接接地端，比較器正向輸入端連接呈并聯連 接的電阻和電容，電阻和電容公共端連接傳感器，并聯連接的電阻和電容另一公共端連接 接地端。5. 根據權利要求3或4所述的基于BP神經網絡的混合氣體檢測系統，其特征在于：所 述信號采集模塊為PCI6221采集板卡。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于BP神經網絡的混合氣體檢測系統，包括氣體傳感器陣列、信號采集模塊和模式識別模塊，所述氣體傳感器陣列中的每套氣體傳感器均通過數據預處理電路與信號采集模塊相連，所述信號采集模塊輸出端連接模式識別模塊輸入端，所述模式識別模塊為BP神經網絡模式識別模塊，其輸入層包括6個輸入神經元，其隱層設置10個神經元，其輸出層設置3個神經元；通過將氣體傳感器陣列和神經網絡模式識別相結合，將傳感器陣列對氣體檢測的輸出響應（處理后）作為BP網絡的輸入，構建了適合混合氣體定性定量檢測識別的BP網絡模型，使用傳感器陣列檢測多元氣體能夠消除氣體交叉響應的影響，攝取更多混合氣體組分信息和體積分數信息。
【IPC分類】G01N27/00, G01N27/26
【公開號】CN204666549
【申請號】CN201520311249
【發明人】王寅龍, 耿志廣, 李志祥, 王希武, 高秀峰
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學院
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月14日