基于神经网络和傅里叶光谱分析的易制毒混合气体检测方法

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作者 潘冬宁 赵雷红 谢汶浚 《红外》 CAS 2024年第4期46-52,共7页

易制毒气体识别对于抑制毒品流通具有重要作用,但目前关于易制毒气体浓度检测的研究还不成熟。针对易制毒混合气体检测的问题,通过采集傅里叶红外光谱信息建立了反向传播(Back Propagation,BP)神经网络模型。以乙醚和丙酮的混合气体实... 易制毒气体识别对于抑制毒品流通具有重要作用,但目前关于易制毒气体浓度检测的研究还不成熟。针对易制毒混合气体检测的问题,通过采集傅里叶红外光谱信息建立了反向传播(Back Propagation,BP)神经网络模型。以乙醚和丙酮的混合气体实验为例,对BP--傅里叶红外变换光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)模型进行了验证和分析。结果表明,利用BP-FTIR吸收系统采集的多组分混合气体的光谱数据的总体回归R值为0.99273,相关性强。在混合气体测试中,乙醚气体的最大预测误差为28 ppm,丙酮气体的最大预测误差为11 ppm,总体预测误差较小,说明该模型能够较好地预测乙醚丙酮混合气体的浓度。因此,神经网络模型对多组分易制毒气体进行浓度反演的预测结果精度较高,本研究也为易制毒及其他混合气体检测提供了新的思路。 展开更多

关键词 BP神经网络 傅里叶变换红外光谱 易制毒化学品 混合气体检测

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基于红外光谱技术的混合气体检测系统概述 被引量：11

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作者 党敬民 付丽 +4 位作者 闫紫徽 郑传涛 常玉春 陈晨 王一丁 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2851-2857,共7页

为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考,针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行了详细评述。目前,以量子级联激光器(QCL)、带间级联激光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源... 为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考,针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行了详细评述。目前,以量子级联激光器(QCL)、带间级联激光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源、红外发光二极管(LED)等传统非相干光源,成为红外混合气体检测中的主流光源。相应地,具有超高探测度和极短响应时间的红外光探测器也逐渐超越以往的红外热探测器,占据红外探测器领域的主导地位。基于"复用思想"的光学复用结构则是红外混合气体检测系统的核心,主要包括单光源复用检测结构和多光源复用检测结构。其中,单光源复用检测结构以其体积小、集成度高等优点成为构建便携式混合气体检测系统的重要选择;而多光源复用检测结构是时分复用、频分复用、波分复用等思想的具体化,并凭借其较宽的光谱覆盖范围、较高的光谱分辨率等优势成为当前混合气体检测系统中的主导结构。应用于红外混合气体检测的检测方法主要有非分光红外(NDIR)光谱技术、波长/频率调制光谱技术、腔增强光谱技术以及光声光谱技术等。研究人员可通过对红外混合气体检测系统各组成部分充分了解后,设计出实用的红外混合气体检测系统,对工农业生产、环境监测、生命科学等诸多领域都具有重要意义。 展开更多

关键词 红外混合气体检测 红外光源 光学复用结构 红外光谱技术

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面向煤矿混合气体检测的神经网络算法研究进展 被引量：3

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作者 焦明之 沈中丽 +2 位作者 周扬明 何新建 贺耀宜 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第9期115-121,共7页

煤矿气体传感器用于混合气体检测时测量信号之间有交叉干扰,难以保证检测准确性。对于相同的待识别气体,传统气体识别算法的识别精度低于基于神经网络的气体识别算法,神经网络通过调整其网络层、每层神经元的数量、神经元的激活函数和... 煤矿气体传感器用于混合气体检测时测量信号之间有交叉干扰,难以保证检测准确性。对于相同的待识别气体,传统气体识别算法的识别精度低于基于神经网络的气体识别算法,神经网络通过调整其网络层、每层神经元的数量、神经元的激活函数和各层网络之间的权重等来实现更高的气体识别精度。介绍了煤矿混合气体检测系统结构,通过构建气体传感阵列,利用其多维空间气体响应模式,并结合特定的气体识别算法,实现对混合气体的定性定量识别。重点分析了几种面向煤矿混合气体检测的神经网络算法并进行了对比分析,主要包括反向传播(BP)神经网络、卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)、径向基函数(RBF)神经网络:BP神经网络通常可以达到较高的分类精度,然而需要训练大量的参数,训练时间长,通常为了减少时长和提高精度,可以将BP神经网络与其他算法相结合;CNN可以自动提取数据特征,精度和训练速度都优于BP神经网络,但其易于陷入局部最优;RNN可以使用更少的数据并提取更有效的特征,但容易出现梯度消失等问题;RBF神经网络具有较强的鲁棒性和在线学习能力,但其通常需要大量数据完成模型训练。神经网络算法的应用将大幅提升煤矿混合气体的检测精度,保障煤矿智能化的实现。 展开更多

关键词 煤矿安全监控 混合气体检测 神经网络算法 传感器阵列 反向传播神经网络 卷积神经网络 循环神经网络 径向基函数神经网络

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基于红外光谱技术的混合气体检测系统概述

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作者 王春燕 《中文科技期刊数据库(全文版)工程技术》 2018年第1期00190-00190,共1页

近些年红外混合气体检测已广泛应用于诸多领域,包括大气化学分析、工业过程控制、农业生产管理,城市环境质量检测、生命科学研究等。目前,世界上众多研究机构正致力于红外混合气体检测系统的研究工作,主要有Rice?大学、Pranalytica?公... 近些年红外混合气体检测已广泛应用于诸多领域,包括大气化学分析、工业过程控制、农业生产管理,城市环境质量检测、生命科学研究等。目前,世界上众多研究机构正致力于红外混合气体检测系统的研究工作,主要有Rice?大学、Pranalytica?公司、澳大利亚MQ?光子研究中心等,国内主要有中北大学、安徽光机所等研究机构。然而,目前关于红外混合气体检测系统概述的文章很少,本文在此方面予以一定的补充。首先根据光源的特性以及复用方法对应用于红外混合气体检测系统的一些典型光学结构归类并详细介绍。然后,对当前红外混合气体检测中几种主流的光谱检测技术分别进行阐述。 展开更多

关键词 红外光谱技术 混合气体检测 系统

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基于TCN-Attention技术的混合气体高精度检测研究

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作者 权浩 孙建海 +3 位作者 周天烨 牛致远 陈婷婷 马天军 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第10期84-88,共5页

针对电池热失控时释放的气体(氢气、乙烯、一氧化碳和VOC气体)在线监测,采用传感器阵列并结合算法模型来提高检测效果。为了提高模型的预测精度,提出了一种引入注意力机制的时间卷积网络(TCN-Attention)的混合气体检测算法模型。通过设... 针对电池热失控时释放的气体(氢气、乙烯、一氧化碳和VOC气体)在线监测,采用传感器阵列并结合算法模型来提高检测效果。为了提高模型的预测精度,提出了一种引入注意力机制的时间卷积网络(TCN-Attention)的混合气体检测算法模型。通过设计对比实验,采用的TCN-Attention气体检测模型相较于传统的卷积神经网络(CNN)和时间卷积网络(TCN)模型,对气体体积分数预测的准确率分别提高了10.51%和6.84%。该模型平均绝对误差和均方根误差分别为0.0646和0.1166,文中模型适用于混合气体高精度检测。 展开更多

关键词 混合气体检测 时间卷积网络 注意力机制 预测算法 神经网络

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金属氧化物气体传感器检测混合气体组分浓度的线性方法与原理 被引量：8

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作者 张正勇 徐定钧 于震 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期179-182,共4页

金属氧化物气体传感器的交叉敏感特性给混合气体各组分浓度的定量检测带来了困难。基于传感器的灵敏度与被测气体浓度呈对数线性关系,同一传感器对不同被测气体具有不同的灵敏度,不同传感器对同一气体具有不同的敏感特性,描述了采用多... 金属氧化物气体传感器的交叉敏感特性给混合气体各组分浓度的定量检测带来了困难。基于传感器的灵敏度与被测气体浓度呈对数线性关系,同一传感器对不同被测气体具有不同的灵敏度,不同传感器对同一气体具有不同的敏感特性,描述了采用多个传感器检测混合气体各组分浓度的线性原理与方法,并介绍了识别未知多组分混合气体中某一组分浓度的方法。分析结果表明,在传感器有效测试浓度范围内,有n种组分的混合气体各组分的浓度的对数等于n×n的指数矩阵乘以n×1的指前系数与传感器的输出的函数的对数矩阵。实验结果显示,对混合气体各组分浓度检测的相对误差小于7%。 展开更多

关键词 混合气体检测 金属氧化物 敏感特性 多传感器 指数矩阵

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基于红外吸收技术的多组分混合气体检测的研究 被引量：3

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作者 刘彬 童敏明 王晶晶 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2011年第3期5-8,共4页

针对多组分混合气体的检测问题,提出了基于红外吸收技术进行探测并利用BP神经网络进行信号分析处理的检测方法。该方法采用宽带中红外光源和前端带有窄带滤光片的探测器进行气体探测,探测器输出的每路微弱电信号对应1种气体吸收波长的光... 针对多组分混合气体的检测问题,提出了基于红外吸收技术进行探测并利用BP神经网络进行信号分析处理的检测方法。该方法采用宽带中红外光源和前端带有窄带滤光片的探测器进行气体探测,探测器输出的每路微弱电信号对应1种气体吸收波长的光波,在对此电信号放大滤波后经A/D采样送达计算机。对实验采集到的数据利用BP神经网络进行分析,能够很好的消除各组分气体之间的干扰,测量相对误差在5%以内,测量拟合曲线呈现良好的线性关系,完全能够满足多组分气体鉴别和测量的要求。 展开更多

关键词 混合气体检测 红外气体吸收 BP神经网络 宽带红外光源 热电堆探测器

原文传递

一种混合气体与温度同时检测的传感器阵列 被引量：2

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作者 程珍珍 张勇 何国锋 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期348-354,共7页

针对主要烟气污染物气体一氧化氮NO/二氧化硫SO_(2)监测存在的温漂大、温度补偿系统体积大、成本高的问题,采用MEMS工艺,研制了一种三电极碳纳米管传感器阵列。该阵列由三个不同极间距的传感器构成,分别检测NO、SO_(2)浓度及温度。研究... 针对主要烟气污染物气体一氧化氮NO/二氧化硫SO_(2)监测存在的温漂大、温度补偿系统体积大、成本高的问题,采用MEMS工艺,研制了一种三电极碳纳米管传感器阵列。该阵列由三个不同极间距的传感器构成,分别检测NO、SO_(2)浓度及温度。研究了极间距、气体浓度和温度对传感器的影响,分析了传感器对气体浓度和温度的敏感机理。三个传感器在不同的气体浓度、不同的温度下,具有不同的单值敏感特性。传感器重复性好、灵敏度高;阵列可以不分离混合气体,直接检测NO、SO_(2)成分及温度,具有温度补偿的功能,能够用于解决烟气污染物检测在工作温度变化时存在的误报问题。 展开更多

关键词 仪器科学与技术 混合气体检测 碳纳米管 传感器阵列 温度补偿

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基于人工神经网络的混合气体定量检测方法 被引量：4

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作者 曲建岭 孙福娟 《测试技术学报》 2003年第4期309-312,共4页

　将气体传感器阵列与人工神经网络相结合,设计了用于混合气体定量检测的人工嗅觉系统;构造了局部连接的前馈神经网络的结构和基于递推预报误差的网络训练算法;通过实验对CO,H2,CH4三种气体的混合物进行了分析,实验结果证明气体传感器... 　将气体传感器阵列与人工神经网络相结合,设计了用于混合气体定量检测的人工嗅觉系统;构造了局部连接的前馈神经网络的结构和基于递推预报误差的网络训练算法;通过实验对CO,H2,CH4三种气体的混合物进行了分析,实验结果证明气体传感器阵列和人工神经网络用于混合气体定量检测是可行的. 展开更多

关键词 人工神经网络 混合气体定量检测 传感器阵列 人工嗅觉系统 网络训练算法

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功能化石墨烯材料在气体检测方面的应用研究进展 被引量：1

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作者 张星和 杨晓娜 符翠丽 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期9-13,共5页

石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维蜂窝状碳材料,由于其具有奇异的比表面积效应、光电效应和机械强度等优点,在能源、环境、军事和航天等领域得到了大量的研究。石墨烯材料的功能化可对其结构、物化性质和光电性质等方面进行有益调整... 石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维蜂窝状碳材料,由于其具有奇异的比表面积效应、光电效应和机械强度等优点,在能源、环境、军事和航天等领域得到了大量的研究。石墨烯材料的功能化可对其结构、物化性质和光电性质等方面进行有益调整,从而拓宽了其对化学物质的检测范围。主要综述了近期利用化学改性、纳米颗粒修饰和聚合物复合方法对石墨烯材料进行功能化改性的研究进展,以及功能化石墨烯材料在提高灵敏度和选择性等气体传感特性方面的应用,并对该领域存在的挑战和前景进行了展望。 展开更多

关键词 石墨烯 改性 修饰 混合气体检测

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纳秒级脉冲型群红外量子级联激光器驱动电源 被引量：30

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作者 党敬民 翟冰 +2 位作者 高宗丽 陈晨 王一丁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2209-2216,共8页

由于红外混合气体的检测方法要求电源具有驱动群红外量子级联激光器(QCL)的能力,本文设计并研制了一种新型群QCL驱动电源。为了避免驱动电流多路输出的交叉影响,该电源采用了时分复用控制方案,并结合高速模拟比例-积分(PI)反馈,实现了... 由于红外混合气体的检测方法要求电源具有驱动群红外量子级联激光器(QCL)的能力,本文设计并研制了一种新型群QCL驱动电源。为了避免驱动电流多路输出的交叉影响,该电源采用了时分复用控制方案,并结合高速模拟比例-积分(PI)反馈,实现了每一条输出支路电流的独立调节。系统采用脉冲频率调制(PFM)与脉冲宽度调制(PWM)相结合的方法,改善了驱动脉冲的频率及脉宽特性,确保了各支路激光器均工作在最佳状态。利用该驱动电源对中国科学院半导体所研制的中心波长分别为4.8,7.49,7.71和10.7μm的4种QCL进行了驱动测试。结果表明:在长时间(220h)运行中,系统驱动电流长期稳定度为4.62×10-6,线性度为0.029 1%,满足驱动群量子级联激光器的要求,为红外混合气体的检测提供了可靠的保障。 展开更多

关键词 红外混合气体检测 群红外量子级联激光器（QCL） 驱动电源 时分复用（TDM）

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基于“时分复用”技术的阵列量子级联激光器驱动电源 被引量：1

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作者 王彪 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S1期55-58,共4页

针对红外混合气体检测方法对电源具有驱动阵列红外量子级联激光器(QCL)能力的要求,本文设计并研制了一种新型阵列QCL驱动电源。该电源在控制方案上采用时分复用方法,并对中心波长分别为4.8μm、7.49μm、7.71μm、10.7μm的四种QCL进行... 针对红外混合气体检测方法对电源具有驱动阵列红外量子级联激光器(QCL)能力的要求,本文设计并研制了一种新型阵列QCL驱动电源。该电源在控制方案上采用时分复用方法,并对中心波长分别为4.8μm、7.49μm、7.71μm、10.7μm的四种QCL进行驱动测试。实验结果表明:在长时间(>100 h)运行中,系统驱动电流稳定度优于4×10-5A,线性度优于99.97%。 展开更多

关键词 红外混合气体检测 群红外量子级联激光器(QCL) 时分复用

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电力变压器油色谱在线监测技术综述 被引量：17

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作者 孟源源 刘炜 《华电技术》 CAS 2009年第11期50-52,共3页

介绍了各类型电力变压器油色谱在线监测设备的原理,对多组分在线监测设备通过油-气分离以及混合气体分离和检测2个关键技术进行了重点介绍,提出了建立大型变压器油色谱在线监测系统的建议。

关键词 变压器 多组分在线监测 油-气分离 混合气体分离和检测

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应用在嵌入式设备的气相色谱仪数据处理方法 被引量：2

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作者 章俏丽 田茂 +1 位作者 胡文浩 万洋 《现代电子技术》 2023年第5期60-65,共6页

气相色谱法广泛应用于混合气体的分析检测中,然而在采集数据的过程中容易受到干扰,造成色谱图存在大量的噪声,产生基线的漂移,导致后续的谱峰检测和谱峰分析的准确率降低,难以应用在实际混合气体检测中。根据一阶滤波特性,文中提出一种... 气相色谱法广泛应用于混合气体的分析检测中,然而在采集数据的过程中容易受到干扰,造成色谱图存在大量的噪声,产生基线的漂移,导致后续的谱峰检测和谱峰分析的准确率降低,难以应用在实际混合气体检测中。根据一阶滤波特性,文中提出一种自适应的动态一阶滤波的去噪方法,结合移动均值滤波,解决了由于环境干扰导致色谱信号存在大量噪声的问题,有效地消除了噪声且信号畸变小,优化了采用固定滤波系数带来滤波效果不稳定的问题。提出一种自适应阈值的基点移动法的基线校正方法,并结合滑动极值和限幅进行基线校正,解决了基线漂移带来的信号检测偏差大的问题,保证了后续谱峰检测和谱峰分析的有效性。 展开更多

关键词 数据处理 气相色谱仪 混合气体检测 信号噪声 噪声消除 基线校正

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