發(fā)布時間：2017-08-31 20:29

  本文關(guān)鍵詞：面向多氣味識別和等級預(yù)測的電子鼻應(yīng)用方法研究

  更多相關(guān)文章： 電子鼻 氣敏傳感器陣列 石油蠟 生物發(fā)酵過程 多氣味識別 質(zhì)量等級預(yù)測

【摘要】：電子鼻在過去幾十年里贏得了廣泛關(guān)注,其中很大一部分原因要歸功于其在各個領(lǐng)域的大量成功應(yīng)用,包括農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥、化工、環(huán)境、食品、制造業(yè)、軍事,等等。與感官鑒定和色質(zhì)譜分析相比,電子鼻對氣味定性定量分析具有諸多優(yōu)點,如大大節(jié)約時間和成本,鑒定結(jié)果也易于量化表示,比較客觀。本文以揮發(fā)性有機化合物氣味定性定量分析為應(yīng)用背景,提出面向石油蠟嗅味等級評定和生物發(fā)酵過程在線檢測與預(yù)測的電子鼻應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù),深入研究面向多氣味識別、等級評定和關(guān)鍵成分預(yù)測的層次模型和快速學(xué)習(xí)算法。本文的主要工作包括如下幾個方面：(1)研制了兩種電子鼻。其中,電子鼻A主要用于對石油蠟、膠粘劑、皮革、甘油和食用植物油的氣(嗅)味質(zhì)量等級評定和關(guān)鍵成分預(yù)測；電子鼻B用于對生物發(fā)酵過程的在線檢測與預(yù)測。特別地,針對發(fā)酵過程中遇到的發(fā)酵罐數(shù)量多的問題,我們對電子鼻B的氣路結(jié)構(gòu)和采樣流程進(jìn)行了改進(jìn),使之最多能夠同時監(jiān)控5個發(fā)酵罐的發(fā)酵過程。此外,本文還提出了氣敏傳感器的選擇、更換與校正方法,以解決長期使用中的氣敏傳感器可能出現(xiàn)的“中毒”或漂移問題。(2)提出了一種先識別后定量的氣味分析層次模型,有效解決了電子鼻對多種有機揮發(fā)物的同時定性定量分析問題。采用“分而治之”策略,本文先對多種氣味進(jìn)行分類,然后對各個氣味樣品進(jìn)行定量分析。分類模型包括最近鄰分類器、距離模板、多層感知器和支持向量機；定量分析模型包括多元線性回歸、偏最小二乘回歸、多元二次回歸、多層感知器和支持向量機。本文比較了幾種組合模型對12種單一成分的揮發(fā)性有機化合物的判別與定量分析的性能。實驗結(jié)果表明,由多個單輸出感知器組成的氣味分析層次模型在時間復(fù)雜度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和推廣性能上要優(yōu)于其他組合。(3)根據(jù)12種揮發(fā)性有機化合物響應(yīng)數(shù)據(jù)主成分降維后的特點,提出一種經(jīng)濟(jì)訓(xùn)練子集生成方法,使得在訓(xùn)練時間基本保持不變的前提下,有效提高分類模型的推廣性能,降低定量分析模型的預(yù)測誤差。(4)提出了石油蠟氣(嗅)味等級鑒定的新方法—電子鼻分析法,有效克服了感官評定的費時費力、不夠客觀、難以量化等缺陷。通過用電子鼻和模式識別方法對石油蠟實驗數(shù)據(jù)的分析,我們發(fā)現(xiàn),本文研制的電子鼻不僅能夠?qū)κ拖?、1、2、3、4這5個整數(shù)嗅味等級進(jìn)行準(zhǔn)確判別,還能做出整數(shù)值之間的小數(shù)嗅味等級預(yù)測。此外,本文還分析了石油蠟樣品和頂空揮發(fā)氣溫度對嗅味響應(yīng)曲線以及識別率的影響。分析結(jié)果顯示,石油蠟嗅味等級預(yù)測在50攝氏度的條件下的結(jié)果較為理想。(5)提出分類—時間序列預(yù)測模型,采用電子鼻B對生物發(fā)酵過程進(jìn)行在線檢測與預(yù)測。對聚羥基脂肪酸酯(PHA)和頭孢菌素C發(fā)酵過程的實驗結(jié)果表明,電子鼻對發(fā)酵過程中的染菌狀況具有良好的提前預(yù)警作用；分類—時間序列預(yù)測模型對泰樂菌素發(fā)酵過程中的氣敏傳感器響應(yīng)曲線進(jìn)行線性自回歸,對其他傳感器使用非線性自回歸方法,結(jié)果顯示,該模型同時擁有線性自回歸方法的時間復(fù)雜度低和非線性自回歸方法的精度高的優(yōu)點。
【關(guān)鍵詞】：電子鼻 氣敏傳感器陣列 石油蠟 生物發(fā)酵過程 多氣味識別 質(zhì)量等級預(yù)測
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O657.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景與意義12
• 1.2 電子鼻研究歷史與現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 電子鼻應(yīng)用領(lǐng)域12-16
• 1.2.2 電子鼻的數(shù)據(jù)分析方法16-19
• 1.3 電子鼻研究存在的不足19
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容19-22
• 第二章 電子鼻技術(shù)原理與應(yīng)用基礎(chǔ)22-38
• 2.1 電子鼻系統(tǒng)原理22-31
• 2.1.1 氣敏傳感器工作原理23-24
• 2.1.2 用于氣(嗅)味現(xiàn)場檢測與等級評定的電子鼻A24-28
• 2.1.3 用于生物發(fā)酵在線檢測與分析的電子鼻B28-29
• 2.1.4 氣敏傳感器在一個采樣周期內(nèi)的響應(yīng)變化29-31
• 2.2 氣敏傳感器選擇、更換和校正方法31-35
• 2.2.1 背景介紹31-32
• 2.2.2 實例分析32-34
• 2.2.3 解決方案34-35
• 2.3 一種新的電子鼻35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 電子鼻數(shù)據(jù)分析方法38-54
• 3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理39-40
• 3.1.1 快速傅立葉變換39
• 3.1.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化39-40
• 3.2 特征選擇與特征提取40-41
• 3.3 數(shù)據(jù)分析模型41-53
• 3.3.1 模式分類方法41-49
• 3.3.2 回歸分析49-51
• 3.3.3 時間序列預(yù)測51-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 層次模型及其在揮發(fā)性有機化合物氣味定性定量分析中的應(yīng)用54-68
• 4.1 引言54-55
• 4.2 層次模型及其組成單元55-60
• 4.2.1 層次模型的結(jié)構(gòu)55-56
• 4.2.2 判別模型56-58
• 4.2.3 定量分析模型58-60
• 4.3 實驗方法60-61
• 4.3.1 實驗條件60-61
• 4.3.2 實驗流程61
• 4.3.3 實驗?zāi)繕?biāo)61
• 4.4 實驗結(jié)果分析61-66
• 4.4.1 原始數(shù)據(jù)集的生成61-62
• 4.4.2 數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計分析62
• 4.4.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理及工具62
• 4.4.4 結(jié)果分析62-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 第五章 一種經(jīng)濟(jì)訓(xùn)練子集生成方法及其在氣(嗅)味分析中的應(yīng)用68-81
• 5.1 引言68
• 5.2 判別分析模型68-71
• 5.3 一種新算法71-72
• 5.4 算法流程72-76
• 5.5 實驗結(jié)果76-80
• 5.5.1 實驗環(huán)境和數(shù)據(jù)集76
• 5.5.2 訓(xùn)練子集76-79
• 5.5.3 訓(xùn)練與預(yù)測結(jié)果79-80
• 5.6 本章小結(jié)80-81
• 第六章 電子鼻在石油蠟氣(嗅)味質(zhì)量評定中的應(yīng)用81-98
• 6.1 引言81-82
• 6.2 石油蠟氣(嗅)味等級感官評定方法82
• 6.3 感官評定方法的缺點與挑戰(zhàn)82-83
• 6.4 石油蠟樣品制備83
• 6.5 數(shù)據(jù)采集流程83-84
• 6.6 數(shù)據(jù)集生成84-85
• 6.7 數(shù)據(jù)分析85-96
• 6.7.1 石油蠟嗅味的電子鼻氣敏傳感器陣列響應(yīng)曲線85-88
• 6.7.2 兩個典型數(shù)據(jù)集的比較88-89
• 6.7.3 主成分分析結(jié)果89-91
• 6.7.4 最近鄰分類器分類結(jié)果比較91-92
• 6.7.5 支持向量機分類結(jié)果比較92-94
• 6.7.6 多層感知器分類結(jié)果比較94-96
• 6.8 本章小結(jié)96-98
• 第七章 電子鼻在生物發(fā)酵過程在線檢測與分析中的應(yīng)用98-111
• 7.1 引言98
• 7.2 電子鼻在發(fā)酵過程中的應(yīng)用98-100
• 7.3 電子鼻用于生物發(fā)酵過程在線檢測的實驗流程100
• 7.4 電子鼻在生物發(fā)酵過程中的典型應(yīng)用100-102
• 7.4.1 在PHA發(fā)酵過程中的應(yīng)用100-101
• 7.4.2 在頭孢菌素C發(fā)酵過程中的應(yīng)用101-102
• 7.5 電子鼻在泰樂菌素發(fā)酵過程中的應(yīng)用102-104
• 7.5.1 泰樂菌素發(fā)酵尾氣的電子鼻氣敏傳感器陣列響應(yīng)曲線103-104
• 7.5.2 對不同時間段發(fā)酵尾氣的分析104
• 7.6 時間序列預(yù)測方法在生物發(fā)酵過程中的應(yīng)用104-109
• 7.7 本章小結(jié)109-111
• 第八章 結(jié)束語111-113
• 8.1 論文總結(jié)111-112
• 8.2 工作展望112-113
• 參考文獻(xiàn)113-123
• 致謝123-124
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文124-125
• 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項目125

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1 ;Cyrano Sciences公司發(fā)明能識別化學(xué)品氣味的“電子鼻”[J];化工勞動保護(hù);2001年05期

2 朱先約;宗永立;李炎強;謝劍平;;電子鼻技術(shù)及其在煙草行業(yè)中的應(yīng)用[J];中國煙草學(xué)報;2008年04期

3 辛松林;楊妍;;電子鼻的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀及前景[J];四川烹飪高等�？茖W(xué)校學(xué)報;2011年01期

4 吳桂蘋;胡榮鎖;盧少芳;趙建平;譚樂和;;電子鼻在咖啡產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應(yīng)用研究[J];香料香精化妝品;2011年05期

5 丁媛;鄭平安;繆芳芳;蘇秀榕;;電子鼻在8種貝類氣味差異研究中的應(yīng)用[J];食品科學(xué);2013年22期

6 徐娜;;奇特的電子鼻[J];家庭科技;2006年03期

7 黃駿雄,蔣弘江,閻哲;應(yīng)用電子鼻檢測香煙質(zhì)量的研究[J];化學(xué)通報;2000年01期

8 徐亞丹;王俊;趙國軍;;基于電子鼻的對摻假的“伊利”牛奶的檢測[J];中國食品學(xué)報;2006年05期

9 柴春祥;杜利農(nóng);范建偉;蔡悅;陳Oz;王妍;;電子鼻檢測豬肉新鮮度的研究[J];食品科學(xué);2008年09期

10 柴春祥;施婉君;蔡悅;陳Oz;王妍;;電子鼻檢測雞肉新鮮度的研究[J];食品科學(xué);2009年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐亞丹;王俊;趙國軍;;基于電子鼻的對摻假的“伊利”牛奶的檢測[A];中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會第五屆年會暨第四屆東西方食品業(yè)高層論壇論文摘要集[C];2007年

2 黃品文;鄭麗敏;;嵌入式電子鼻系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[A];2007年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2007年

3 楊國強;張淑娟;;電子鼻技術(shù)在酒類識別應(yīng)用中的研究進(jìn)展[A];紀(jì)念中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會成立30周年暨中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會（CSAE 2009）論文集[C];2009年

4 田程;劉春生;張媛;;電子鼻技術(shù)在氣味識別中的研究進(jìn)展[A];中華中醫(yī)藥學(xué)會第十屆中藥鑒定學(xué)術(shù)會議暨WHO中藥材鑒定方法和技術(shù)研討會論文集[C];2010年

5 王俊;徐亞丹;;基于電子鼻的對摻假的牛奶的檢測[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集第四分冊[C];2005年

6 賈宗艷;任發(fā)政;鄭麗敏;;電子鼻技術(shù)及在奶制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展[A];食品感官科學(xué)前沿與發(fā)展——首屆中國食品感官科學(xué)學(xué)術(shù)研討會暨《食品感官科學(xué)》課程建設(shè)研討會論文集[C];2006年

7 林然;陳星;徐風(fēng)娟;王平;;仿生人工嗅覺-生物電子鼻的研究進(jìn)展[A];第二屆長三角地區(qū)傳感技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2006年

8 康明麗;牟德華;陳輝;;仿生電子鼻及其在食品鑒評中的應(yīng)用[A];食品感官科學(xué)前沿與發(fā)展——首屆中國食品感官科學(xué)學(xué)術(shù)研討會暨《食品感官科學(xué)》課程建設(shè)研討會論文集[C];2006年

9 鄭麗敏;閆鵬程;朱虹;吳平;蘆筱菲;黃品文;賈宗艷;白福銘;任發(fā)政;;電子鼻特征參數(shù)優(yōu)化與識別比較[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會電氣信息與自動化專業(yè)委員會、中國電機工程學(xué)會農(nóng)村電氣化分會科技與教育專委會2010年學(xué)術(shù)年會論文摘要[C];2010年

10 秦樹基;黃林;;用于酒類識別的電子鼻研究[A];第六屆全國氣濕敏傳感器技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2000年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡德良;美科學(xué)家研究出能嗅出疾病的“電子鼻”[N];中國中醫(yī)藥報;2008年

2 俞陶然;電子鼻可“聞”出變質(zhì)食品[N];中國質(zhì)量報;2007年

3 彭德倩;“電子鼻”巧辨食品新鮮度[N];解放日報;2007年

4 中食;電子鼻可嗅出橙汁真?zhèn)蝃N];消費日報;2009年

5 記者 鄭曉春;以研發(fā)出可探測癌癥的電子鼻[N];科技日報;2010年

6 留民;以發(fā)明可探測四種早期癌癥的電子鼻[N];中國醫(yī)藥報;2010年

7 鄭曉春;以色列制成電子鼻可準(zhǔn)確嗅出4種癌癥[N];中國質(zhì)量報;2010年

8 實習(xí)生 車羽佳　記者 于艷新;“電子鼻”讓人們不再“談吃色變”[N];大連日報;2011年

9 ;讓電子鼻嗅出肺癌[N];河北日報;2003年

10 ;意大利研究出能檢測肺癌的“電子鼻”[N];今日信息報;2003年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王吉;面向多氣味識別和等級預(yù)測的電子鼻應(yīng)用方法研究[D];華東理工大學(xué);2015年

2 胥勛濤;醫(yī)用電子鼻關(guān)鍵技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2009年

3 史志存;電子鼻及其應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院電子學(xué)研究所;2000年

4 閆嘉;基于電子鼻技術(shù)的人體傷口感染檢測系統(tǒng)構(gòu)建及算法研究[D];重慶大學(xué);2012年

5 于慧春;基于電子鼻技術(shù)的茶葉品質(zhì)檢測研究[D];浙江大學(xué);2007年

6 陳星;呼吸檢測電子鼻及其在肺癌診斷應(yīng)用中的研究[D];浙江大學(xué);2008年

7 傅均;基于嗅覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子鼻仿生信息處理技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2009年

8 劉濤;電子鼻長期漂移抑制算法的研究[D];重慶大學(xué);2012年

9 賈鵬飛;面向傷口感染檢測的電子鼻智能數(shù)據(jù)處理算法研究[D];重慶大學(xué);2014年

10 張軍;基于復(fù)阻抗特性和電子鼻的淡水魚新鮮度快速檢測方法的研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孔春勝;基于混合陣列的氣敏電子鼻系統(tǒng)研究及其在氣體定量分析中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

2 萬代立;電子鼻系統(tǒng)信號預(yù)處理及識別[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 冀大選;基于LabVIEW平臺的有毒有害氣體電子鼻監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[D];天津理工大學(xué);2015年

4 趙婧;電子鼻在種子生活力檢測和品種鑒別中的應(yīng)用研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

5 陳新偉;基于GPRS的無線電子鼻系統(tǒng)設(shè)計與試驗[D];浙江大學(xué);2015年

6 張航;基于硬件實現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子鼻設(shè)計[D];西南交通大學(xué);2015年

7 束慶波;電子鼻技術(shù)在易制毒化學(xué)品檢測中的應(yīng)用研究[D];安徽工程大學(xué);2015年

8 吳文凱;電子鼻去漂移方法及其在食品檢測中的應(yīng)用[D];河南科技大學(xué);2015年

9 馬利杰;電子鼻對羊奶及羊奶粉摻假的快速檢測研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

10 王宇璇;電子鼻在奧爾良調(diào)理雞肉風(fēng)味控制中的應(yīng)用[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

，

本文編號：767756