金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法技术

本发明专利技术提供了一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法，针对金属氧化物传感器受温度和湿度共同影响而产生的传感器响应漂移的问题，提出了正则化约束的多项式回归预测方法，对传感器的输出进行基线校正，解决了金属氧化物传感器阵列响应的漂移问题。首先根据传感器随温度和湿度响应的规律，得到传感器输出电压随温度和湿度变化的多项式回归表达式，即建立多项式漂移补偿模型，然后采用正则化约束方法对模型进行约束，一方面减少了过拟合问题，另一方面减少了异常数据的影响。本发明专利技术解决了金属氧化物传感器阵列受温、湿度影响而产生的温湿度漂移的技术问题，提高了金属氧化物传感器阵列对气体种类识别和浓度预测精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属氧化物传感器
，具体涉及一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法。
技术介绍
金属氧化物传感器的检测原理是基于气体在传感器表面的化学吸附与脱附。而环境温度会改变化学反应速度，从而影响传感器的敏感特性。此外，因为水蒸气吸附在传感器表面，所以湿度增加或者温度升高将导致传感器敏感电阻的降低。通常将传感器的灵敏度作为研究对象，传感器灵敏度定义为传感器敏感电阻与传感器基线电阻值的比。有些传感器随着温度升高，传感器灵敏度逐渐降低，随着湿度的升高，传感器灵敏度也有降低的趋势。但有些传感器的响应会有不同的现象。当将金属氧化物传感器应用于污染气体检测时，传感器敏感性受温湿度影响的特性将影响对污染气体的检测精度。因此，环境温度和相对湿度变化都是引起传感器漂移的原因，这两个影响因素之间相互制约却没有固定的关系。所以要解决传感器温湿度漂移的问题需要同时考虑环境温度和相对湿度，建立起合适的多项式漂移补偿模型。多项式漂移补偿模型能有效地表达温度和湿度的物理现象，但是其系数如果有微小的变化，都会导致预测传感器输出响应的较大变化。而在实验过程中，可能受到各种实验条件的影响，如恒温恒湿箱的控制条件，标准仪器的瞬时响应异常，标准仪器的实验误差，控制系统的处理电路各元器件的精度误差导致的输出波动，或者传感器本身的响应波动和其它实验条件的改变，都会造成系数矩阵出现异常值。异常值的出现直接影响传感器的预测结果，特别是传感器的基线预测结果，所以应尽量减少实验中的异常值。同时针对多项式漂移补偿模型存在的拟合问题，在数值处理方法上，可以采用正则化约束方法对多项式漂移补偿模型进行改进，提高金属氧化物传感器阵列的预测精度。
技术实现思路
本申请通过提供一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法，以解决现有技术中因温度和相对湿度影响而产生的传感器响应漂移的技术问题。为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法，包括如下步骤：S1：采集并记录金属氧化物传感器阵列在不同温度和不同湿度条件下的基线响应值向量： V O U T i ( t , h ) = V 11 ( t , h ) V 12 ( t , h ) V 13 ( t , h ) ... V 1 n ( t , h ) V 21 ( t , h ) V 22 ( t , h ) V 23 ( t , h ) ... V 2 n ( t , h ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采集并记录金属氧化物传感器阵列在不同温度和不同湿度条件下的基线响应值向量：VOUTi(t,h)=V11(t,h)V12(t,h)V13(t,h)...V1n(t,h)V21(t,h)V22(t,h)V23(t,h)...V2n(t,h)...Vm1(t,h)Vm2(t,h)Vm3(t,h)...Vmn(t,h)]]>式中，t是温度，h是湿度，Vmn(t,h)是第m种温度和第n种湿度条件下的传感器输出，是第i个传感器的输出矩阵；S2：得到不同温度和不同湿度条件下的传感器输出Vmn(t,h)的响应系数，其中，不同温度条件下传感器输出电压Vmn与湿度h的关系为：Vmn＝α+βh+γh2，式中，α、β、γ为不同温度条件下的系数矩阵，假设α＝mα+nαt+pαt2，β＝mβ+nβt+pβt2，γ＝mγ+nγt+pγt2，式中，mα、mβ、mγ、nα、nβ、nγ、pα、pβ、pγ均为待定参数，因此，得到多项式漂移补偿模型，即传感器输出电压与温度湿度的拟合模型表达式为：VOUT＝a+bh+ch2+dt+et2+fth+gh2t+sht2+qh2t2式中，a、b、c、d、e、f、g、s、q分别对应于mα、mβ、mγ、nα、pα、nβ、nγ、pβ、pγ，在每个温度条件下利用所述的多项式漂移补偿模型均能拟合得出一组α、β以及γ系数矩阵；S3：采用正则化约束法对所述系数矩阵进行约束，以提高所述系数矩阵的泛化性，其中，所述正规化约束法表示为：minΣiL(VOUTi,yi(t,h,θj))+λp||θj||1+λ(1-p)||θj||22]]>式中，是损失函数，用以衡量所述多项式漂移补偿模型对第i个样本的预测值yi(t,h,θj)和真实值之间的误差，λp||θj||1和都是规则项，参数λ用以平衡损失函数与规则项，调和参数p的取值范围是0≤p≤1，变量θj表示约束处理后的mα、mβ、mγ、nα、pα、nβ、nγ、pβ、pγ系数，j表示具体约束处理后的系数个数。...

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采集并记录金属氧化物传感器阵列在不同温度和不同湿度条件下的基线响应值向量： V O U T i ( t , h ) = V 11 ( t , h ) V 12 ( t , h ) V 13 ( t , h ) ... V 1 n ( t , h ) V 21 ( t , h ) V 22 ( t , h ) V 23 ( t , h ) ... V 2 n ( t , h ) . . ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建军，陈小娟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50