电子鼻系统原理及技术

本书主要包括电子鼻系统的基本原理、电子鼻系统的实验测试平台设计、微热板式气体传感器的结构及其性能测试分析、气体传感器的混合气体响应机理分析、气体传感器阵列信号的特征参数分析和盲分离处理、气体传感器温度调制原理和测试及基于傅里叶变换和Hilbert-Huang变换的动态特征分析技术，以及最新的压缩感知理论在电子鼻系统中的应用。书中每章包含了大量反映电子鼻和气体传感器领域的最新研究成果和当前研究热点的总结，提供了大量有关实验和算法的详细分析步骤和测试结果。

   

第1章绪论1
1.1气体被测对象1
1.2电子鼻系统3
1.2.1电子鼻系统原理3
1.2.2电子鼻应用及发展4
1.2.3集成化电子鼻芯片5
1.3电子鼻系统关键技术7
1.3.1气体传感器7
1.3.2气体传感器阵列技术9
1.3.3气体信息特征参数的提取12
1.3.4模式识别13
1.3.5温度调制技术14
1.3.6气敏机理及模型的研究14
1.4当前亟待解决的问题16
1.5主要内容简介18
第2章电子鼻系统研究测试平台20
2.1实验平台设计20
2.2配气系统23
2.2.1动态配气系统23
2.2.2静态配气系统25
2.3控制测试系统26
2.3.1硬件系统设计27
2.3.2软件界面设计29
2.3.3测试系统的性能32
2.4温度调制实验系统33
2.4.1基于DDS技术的气体传感器温度调制实验系统34
2.4.2基于程控电源的气体传感器温度调制实验系统36
2.5测试37
2.6本章小结39
第3章气体传感器及其性能测试和分析40
3.1半导体气体传感器的发展40
3.2微热板式气体传感器的结构及工艺流程45
3.3微热板式气体传感器的性能测试47
3.3.1工作温度-加热功耗曲线48
3.3.2灵敏度-工作温度曲线49
3.3.3微热板升（降）温曲线50
3.3.4选择性51
3.3.5灵敏度-气体浓度曲线52
3.3.6响应时间和恢复时间52
3.3.7稳定性53
3.3.8预热时间的影响57
3.3.9环境温湿度的影响57
3.3.10对混合气体的响应58
3.4与标准CMOS工艺及气敏材料的制备工艺兼容的微热板59
3.4.1微热板式气体传感器加热材料的选取59
3.4.2钨微热板式气体传感器的加工流程59
3.4.3钨微热板式气体传感器性能测试61
3.5本章小结64
第4章气体传感器的混合气体响应机制65
4.1SnO2薄膜的敏感机理65
4.1.1敏感机理综述65
4.1.2SnO2薄膜70
4.2气敏机理的密度泛函分析73
4.2.1密度泛函理论74
4.2.2计算平台75
4.2.3DFT计算和分析76
4.3微热板式气体传感器的电学响应模型82
4.3.1模型描述82
4.3.2参数优化84
4.4环境中O2的影响分析87
4.5本章小结90
第5章气体传感器特征参数分析92
5.1阵列信号处理方法综述93
5.1.1信号预处理93
5.1.2特征参数优化94
5.1.3模式分类96
5.2稳态响应特征参数99
5.3特征分析101
5.3.1气体传感器响应测量102
5.3.2响应特征分析102
5.3.3电阻和电导参数比较103
5.3.4其他特征分析104
5.4混合气体识别107
5.4.1神经网络模式识别107
5.4.2气体量化识别111
5.5本章小结112
第6章气体传感器阵列信号的盲分离113
6.1盲分离模型的建立113
6.1.1混合气体分析问题描述113
6.1.2盲信号分离问题115
6.1.3混合气体分析的盲可辨识性117
6.2基于盲分离模型的信号处理算法118
6.2.1主成分分析法（PCA）118
6.2.2独立成分分析法（ICA）120
6.2.3非线性主成分分析法（NLPCA）122
6.3二元混合气体的BSS分析124
6.3.1稳态数据的BSS分析124
6.3.2连续测量数据的ICA分析127
6.3.3非线性叠加模型的信号处理探讨128
6.4与BP神经网络的结合130
6.4.1特征选择130
6.4.2特征提取和预处理131
6.4.3在二元混合气体分析问题中的应用133
6.5本章小结134
第7章气体传感器的温度调制技术135
7.1温度调制原理135
7.2温度调制技术现状136
7.2.1温度调制模式的多样化137
7.2.2气体传感器动态响应信号处理技术140
7.2.3动态响应机理分析及建模143
7.3温度调制实验144
7.3.1实验设置144
7.3.2测试结果及分析145
7.4调制信号预处理148
7.5虚拟阵列151
7.6本章小结153
第8章基于傅里叶变换的动态特征分析154
8.1傅里叶变换154
8.2动态信号处理158
8.2.1信号分析158
8.2.2特征提取160
8.2.3特征分析依据161
8.3温度调制模式分析161
8.3.1温度调制实验设计161
8.3.2甲烷和一氧化碳气体特征差异162
8.3.3乙醇和一氧化碳气体特征差异163
8.3.4乙醇和甲烷气体特征差异164
8.3.5模式分析结论165
8.4混合气体检测167
8.5本章小结170
第9章基于Hilbert-Huang变换的动态特征参数分析171
9.1Hilbert-Huang变换171
9.1.1经验模态分解（EMD）172
9.1.2Hilbert谱分析（HSA）173
9.2动态信号处理175
9.2.1信号的HHT分析176
9.2.2瞬时频谱特征180
9.2.3调制周期的影响182
9.2.4其他波形中的应用183
9.3混合气体检测185
9.4本章小结187
第10章压缩感知电子鼻系统189
10.1物联网环境下的新需求190
10.2压缩感知理论191
10.2.1稀疏变换193
10.2.2测量矩阵194
10.2.3信号重构196
10.3压缩感知电子鼻系统197
10.3.1原理框架197
10.3.2压缩感知电子鼻系统模拟仿真198
10.3.3压缩感知电子鼻系统中的关键问题200
10.4本章小结200
总结与展望202
参考文献206