声表面波气体探测器系统集成技术研究

发布时间：2017-07-25 14:05

  本文关键词：声表面波气体探测器系统集成技术研究

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【摘要】：战场上的化学战剂(CWA)和工业上的有毒废气都对会人体产生了极大的伤害,因此气体检测就变得极为重要。而基于声表面波的器件在气体检测上有着明显的优势,并且被广泛应用于军用和商用设备。本课题就是在此背景下产生,本文研究了基于声表面波气体传感器的识别系统。利用三个涂覆有敏感膜的声表面波器件构建成一个SAW传感器阵列,使用该传感器阵列对不同种类不同浓度的气体进行气敏检测,结合模式识别算法,最终可在单片机PIC上实现神经毒气模拟剂(DMMP)、芥子气模拟剂(2-CEES)和干扰气体的识别,检测出毒气的种类与浓度。本文的主要内容分为三个部分:第一部分是系统前端声表面波气体传感器应用设计。研究了传感器振荡电路、ds PIC核心电路、TEC恒温电路、PID控制加热片恒温电路以及电源模块、LCD显示模块、富集器和气路驱动,数据存储等模块的外围电路并进行了分析。在硬件设计基础上,研究了系统前端控制的程序,设计了软件PID控温程序和I2C数据存储程序,最后测试了恒温模块温度变化曲线和浓度,温度,富集器等因素对声表面波传感器频率响应的影响。第二部分即是系统后端声表面波气体传感器数据的处理。研究了声表面波气体传感器三路频率信号的采集,传输和存储,以及系统电源模块,LCD显示模块、采样气泵、富集器和恒温模块的功耗分析。在硬件设计基础上,设计了集成式气体传感器后端处理数据的BP神经网络算法程序,并通过MATLAB平台仿真实现。第三部分是基于本探测器进行了软硬件功能测试,对毒气模拟剂和干扰气体分别展开系统测试和分析,最终根据算法实现了对不同种类不同浓度的气体进行识别。通过对声表面波气体探测器硬件电路系统、软件系统和相关算法的研究,最终制作出可以实际使用的PCB电路并在其基础上对硬件功能、相关的程序和算法进行了验证,为研制实用型的声表面波气体探测器系统集成奠定了坚实的基础。
【关键词】：声表面波 气体模式识别 dsPIC BP
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH83;TN65
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 声表面波传感器技术的研究现状和发展趋势11-13
• 1.3 本课题的选题依据与意义13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 第二章谐振型SAW气体传感器阵列与控制电路的系统设计16-27
• 2.1 声表面波气体传感器的原理16-19
• 2.2 谐振型SAW气体传感器阵列的配用电路与工作模式19-20
• 2.3 SAW气体传感器温度敏感性测试与TEC恒温电路的设计20-24
• 2.4 实验设备和开发测试用到的各种工具24-26
• 2.5 本章总结26-27
• 第三章集成SAW气体传感器探测器控制电路的设计27-46
• 3.1 基于SAW振荡电路的探测器控制电路的总体设计思路27-28
• 3.2 声表面波气体探测器控制电路硬件的设计28-34
• 3.2.1 主控核心电路的设计28-29
• 3.2.2 电源模块的设计29-30
• 3.2.3 气路控制电路的设计30-32
• 3.2.4 显示模块与通信模块的设计32-34
• 3.3 软件PID控制的聚酰亚胺恒温电路34-37
• 3.4 PIC系统工作流程程序设计37-43
• 3.4.1 频率测量电路控制程序37-38
• 3.4.2 温度测量及控制电路程序38-41
• 3.4.3 系统工作流程的程序设计41-43
• 3.5 PCB电路板的制作43-45
• 3.6 本章总结45-46
• 第四章 集成SAW气体探测器后端数据处理46-59
• 4.1 气体识别算法的研究46-50
• 4.1.1 主成分分析法46-48
• 4.1.2 反向传播人工神经网络（BP）48-49
• 4.1.3 类似气体查表法49-50
• 4.2 数据存储模块50-54
• 4.2.1 AT24C1024存储器的介绍51-52
• 4.2.2 I2C接.电路52-54
• 4.3 BP神经网络算法的应用和实现54-57
• 4.4 系统各模块功耗的分析57-58
• 4.5 探测器三路频率信号检测及数据传输功能58
• 4.6 本章总结58-59
• 第五章 SAW气体探测器功能的测试与结果分析59-68
• 5.1 动态配气原理与装置的使用59
• 5.2 影响气体传感器频率稳定性的因素59-62
• 5.2.1 传感器基频稳定性测试60
• 5.2.2 富集器对频率响应值的影响60-61
• 5.2.3 富集模式下浓度频率响应值的影响61-62
• 5.3 传感器对敏感气体的频率响应测试62-65
• 5.4 传感器对干扰气体的频率响应测试65-66
• 5.5 探测器系统整机测试66
• 5.6 本章总结66-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 研究工作总结68
• 6.2 本课题展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间的研究成果75-76

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本文编号：571678