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基于RBF神经网络温度补偿的非色散红外SF6气体传感器

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 气体检测的常用方法

1.3 非色散红外气体传感器的研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 温度补偿的研究现状

1.5 本论文的研究内容

第二章 非色散红外气体检测的基本原理

2.1 红外光谱吸收原理

2.2 SF6气体分子的特征光谱

2.3 朗伯-比尔定律

2.4 非色散红外气体检测的光路结构

2.4.1 单波长单气室结构

2.4.2 单波长双气室结构

2.4.3 双波长单气室结构

2.5 本章小结

第三章 红外SF6气体传感器的结构设计

3.1 系统总体设计

3.2 检测模型

3.3 红外宽谱光源

3.4 窄带滤波片

3.5 双通道热释电探测器

3.6 温度传感器

3.7 气室

3.8 本章小结

第四章 基于径向基函数神经网络的温度补偿

4.1 人工神经网络理论

4.2 径向基函数神经网络

4.2.1 径向基函数神经网络理论

4.2.2 正则化型RBF神经网络

4.2.3 广义型RBF神经网络

4.3 温度影响因素分析

4.4 温度补偿模型设计

4.5 本章小结

5.1 实验系统

5.2 红外SF6气体传感器标定

5.2.1 零点标定

5.2.2 多浓度点标定

5.3 温度补偿

5.3.1 温度实验

5.3.2 补偿方法对比

5.4 重复性实验

5.5 稳定性实验

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

作者简介

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摘要

SF6气体因具有优异的绝缘和灭弧性能,而被广泛应用于高中压电力设备中,促进了设备小型化并降低了制造成本。但当SF6气体发生泄漏时,会影响电力设备的正常运行,导致安全事故发生。同时泄漏的SF6气体会加剧温室效应并在高温电弧和水的作用下生成多种有毒物质。因此,如何准确、快速、方便的对SF6气体浓度进行实时测量具有十分重要的意义。
  非色散红外气体传感器基于分子的特征吸收光谱和朗伯-比尔定律进行定量检测,具有选择性好、可靠稳定以及使用寿命长等诸多优点。本文利用波段为2~16μm的电调制红外宽谱光源以及窄带滤波中心波长为3.95μm和10.55μm的双通道热释电探测器,基于双波长单气室结构设计了一种新型非色散红外SF6气体传感器。该传感器结构简单紧凑,可有效克服因测量气室内非气体吸收衰减以及红外光源波动等问题所带来的误差影响。
  为消除检测环境温度变化对非色散红外气体传感器的非线性影响,本文提出了一种基于RBF神经网络的温度补偿模型,运用其良好的非线性映射以及泛化能力对因检测环境温度变化所带来的测量误差进行补偿。实验结果表明,在检测环境温度10~35℃、SF6气体浓度0~2000ppm的范围内,最大测量误差由未经温度补偿时的273ppm降至温度补偿后的42ppm,相对标准偏差为1.56%。相比于硬件温度控制法,本方法无需增加外置设备来保持气室温度处于动态平衡中,从而避免了气体传感器自身体积以及制作成本的增加;相比于经验公式补偿法,本方法无需依次求解拟合参数并分段确定温度补偿系数,从而减少了计算量,简化了温度补偿的过程,且补偿效果更加优异。

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