Введение
1. Современное состояние проблемы снижения погрешностей многокомпонентных газоанализаторов 10
1.1 Обзор научных трудов, посвященных проблеме снижения погрешностей многокомпонентных газоанализаторов 10
1.1.1 Методы снижения погрешностей измерений при определении концентраций компонентов газовых смесей 10
1.1.2 Методы обработки сигналов датчиков в разрабатываемых многокомпонентных газоанализаторах 13
1.2 Характеристики промышленных многокомпонентных газоанализаторов и методы снижения их погрешностей 18
1.2.1 Характеристики промышленных отечественных и зарубежных многокомпонентных газоанализаторов 18
1.2.2 Сравнительный анализ характеристик промышленных газочувствительных датчиков и методы снижения их погрешностей 21
1.2.3 Методы снижения погрешностей промышленных многокомпонентных газоанализаторов 30
1.3 Выбор датчиков для разработки многокомпонентного газоанализатора с раздельным определением концентраций СО, СОо, Нг и Ог 32
1.4 Выводы 36
2. Математическое моделирование функций преобразования газочувствительных датчиков 38
2.1 Цель и предпосылки моделирования функций преобразования газочувствительных датчиков 38
2.2 Моделирование функции преобразования полупроводникового датчика монооксида углерода 40
2.2.1 Принцип действия и устройство полупроводникового датчика на основе оксида олова 40
2.2.2 Физико-химический механизм газовой чувствительности полупроводникового датчика 42
2.2.3 Построение функции преобразования полупроводникового датчика 46
2.2.4 Моделирование влияния интерферирующих газов на сопротивление датчика 48
2.2.5 Влияние температуры на сопротивление датчика 51
2.2.6 Проверка устойчивости и адекватности функции преобразования полупроводникового датчика СО 52
2.3 Моделирование функции преобразования каталитического датчика водорода 55
2.3.1 Проверка устойчивости и адекватности функции преобразования каталитического датчика водорода 64
2.4 Моделирование функции преобразования электрохимического (амперометрического) датчика кислорода 66
2.5 Моделирование функции преобразования оптического датчика углекислого газа 68
2.6 Выводы 73
3. Имитационное моделирование и оптимизация многокомпонентного газоанализатора 74
3.1 Виртуальный комплекс для оптимизации структуры и алгоритма обработки сигналов датчиков многокомпонентного газоанализатора 74
3.2 Выбор оптимальной структуры устройства обработки и исследование ИНС различных конфигураций
3.2.1 Исследуемые архитектуры нейронных сетей и методика их исследования 78
3.2.2 Многослойная нейронная сеть прямого распространения 80
3.2.3 Сети с радиальными базисными функциями RBF и сети Элмана 83
3.2.4 Сравнение результатов обучения ИНС различной архитектуры 85
3.2.5 Выбор методики обучения нейронной сети 86
3.3 Исследование альтернативных структур устройства обработки сигналов датчиков 88
3.3.1 Возможные альтернативные варианты 88
3.3.2 Специализированные ИНС 88
3.3.3 Выбор оптимальной структуры устройства обработки сигналов датчиков 90
3.4 Исследование эффективности устройства обработки многокомпонентного
газоанализатора 93
3.4.1 Методика исследования эффективности 93
3.4.2 Эффективность подавления влияния мешающих факторов при измерении концентрации угарного газа 94
3.4.3 Эффективность подавления влияния мешающих факторов устройством обработки
на основе ИНС при определении концентрации водорода 97
3.4.4 Эффективность подавления влияния мешающих факторов с помощью устройства обработки на основе ИНС при определении концентрации углекислого газа 100
3.4.5 Сравнение погрешностей измерений концентраций газов многокомпонентным газоанализатором с погрешностями самих используемых датчиков при одновременном воздействии всех мешающих факторов 102
3.5 Оценка устойчивости устройства обработки сигналов датчиков многокомпонентного газоанализатора на основе ИНС 104
3.6 Выводы 107
4. Реализация многокомпонентных газоанализаторов и средства поддержки жизненного цикла 109
4.1 Многокомпонентный газоанализатор для систем жизнеобеспечения 109
4.1.1 Структурная схема газоанализатора 109
4.1.2 Исследование режимов работы каталитического датчика 113
4.1.3 Ослабление влияния температуры среды на полупроводниковый датчик угарного газа 119
4.2 Метод калибровки многокомпонентного газоанализатора при деградации и замене
датчиков 120
4.2.1 Оценка погрешностей устройства обработки на основе ИНС при отклонении характеристик преобразования датчиков от стандартных, использованных при обучении ИНС 120
4.2.2 Метод калибровки многокомпонентного газоанализатора при деградации и замене датчиков 121
4.2.3 Оценка эффективности применения корректирующей модели 122
4.3 Программная реализация комплекса для оптимизации структуры и алгоритма обработки сигналов датчиков многокомпонентного газоанализатора 123
4.4 Испытательная газосмесительная установка для исследований характеристик газочувствительных датчиков и калибровки многокомпонентных газоанализаторов 125
4.5 Выводы 130
Заключение 132
Список литературы
