发布于：2008/5/24 15:06:32 | 1570 次阅读
0 引 言
在目前种类繁多的CO2传感器中，红外光学式因为其体积小、寿命长、反应快、高等优点，已经成为CO2气体分析最常用的方法，但因环境总压的影响一直是这种分析方法中难以解决的主要问题之一，所以，它的适用范围受到了很大的限制。在实际应用中，此类传感器通常都用在标准大气压环境中，其环境总压基本保持恒定，不存在受总压影响的情况。目前，一些较高的红外CO2传感器都通过采用压力补偿措施来保证分析测量，其中，比较简单常见的一种数学方法是利用最小二乘法对不同分压值的CO2气体由于环境总压变化引起的测量误差进行直线、指数或者多项式拟合。这种补偿算法在环境总压小范围变化的应用中取得了良好的效果，但误差会随着测量的CO2气体分压值的增高而变大，并且，当环境总压变化范围较大后，补偿的效果将会很差。
本文提出构建径向基函数(radial basis function，RBF)神经网络模型，将其作为压力补偿方法应用于红外CO2传感器来预测CO2气体分压值，期望能有效地解决在环境总压大范围变化情况下差的问题。
1 红外CO2传感器结构与原理
红外CO2传感器的设计利用红外吸收原理，其吸收关系服从Lambert-beer定律
式中，I0为入射光强；I为出射光强；c为单位面积上分子数的线密度；l为红外光透射的空间长度；u为吸收系数，它与环境压力、温度、气体的种类、入射光的光谱波长等因素有关系。
本文实验所用红外CO2传感器为单光束双波长结构，如图1所示。选用1个红外光源，2只探测器，将光源和探测器分别安装在一只采样气室的两端。其中，一只探测器前安装能透过4.26μm波长红外光的滤光片，CO2气体可吸收4.26μm波长的红外光，因此，可用于探测CO2信号U1，形成测量光路；另一只探测器前安装透过4μm波长红外光的滤光片，CO2气体不吸收4μm波长的红外光，因此，可作为探测CO2信号的参比信号U0，形成参比光路，测量信号与参比信号相除可得一比值
式中k为光能转换为电信号的系数；△r为环境干扰信号，由式(2)可以看出：有效信号只剩下与气体吸收能力有关的参量，与传感器系统的部件性能无关，这样，就可以消除光源辐射强度变化、光学元件污染以及探测器漂移等影响，本文将用这个比值作为传感器的输出信号。另外，传感器中内置热敏电阻器，用于输出温度信号，环境压力通过压力传感器测得。对传感器进行的压力补偿分析即是研究在输出温度信号恒定的前提下，传感器输出的比值信号在环境总压取不同值时与要测量的CO2气体分压值之间的映射关系。
2 RBF网络模型设计
2.1 RBF神经网络理论
RBF网络属于前馈式网络(feed forward network)，通过系统输入与输出所组成的资料来建立分析模型，并借由收敛法则来达成学习之目的。它是一种局部逼近网络，能以任意逼近任一连续函数，其结构如图2所示。RBF网络由三层组成，隐含层节点由高斯激活函数构成，隐含层第j个节点的输出可表示为
式(4)针对红外CO2传感器压力补偿模型而言，CO2气体分压值与传感器输出比值信号存在对应关系，在加入总压影响这个因素后，实际上就形成了一个二对一的结构，所以，这里输入样本表示为x=(x1，x2)T，其中，x1表示传感器输出比值信号，x2表示总压值，L是输出层节点数，取1，表示需预测的CO2气体分压值，wkj，cj，σj为网络参数，m是隐含层节点数，在之后网络训练的过程中通过实验法确定为14
2.2 样本数据获取与预处理
在选定了网络的输入和输出模式后，需获取一定量的覆盖较全面的样本数据来对网络进行训练和测试。获取过程采用固定CO2分压逐点加总压的方法进行，总压范围为30～110 kPa，每5 kPa一个点，全部实验是在恒定温度(27℃)下进行。经过实验，可获得187组样本数据，分别选取各CO2分压值点中的其中一个压力点的数据组成测试样本，共11组，剩下的176组数据组成训练样本。为了使这些数据对于网络更容易训练和学习，需进行尺度变化将它们变化到[0，1]区间内。
2.3 网络算法
根据尺度变化后的样本数据，网络算法可分以下几步进行：
1)选取网络的中心向量cj和标准化常数σj。这里，采用k-均值聚类法求解，它能准确计算出这2个参数的初始值，与通常采用的设初始值为随机值的方法相比，这种算法非常有效地加快了网络的收敛速度。
2)求解网络模型的初始权值wkj。隐含层节点有14个，在聚类法求出初始中心向量和标准化常数后，对于176组训练样本，可以推论输出矩阵为
通过式(5)求出网络的初始权值，对加快网络收敛速度也起了相当大的作用。
3)经过(1)，(2)步的求解，网络模型初始参数已确定，在网络传递过程中，利用最陡坡降法通过误差函数来反馈修正隐含层和输出层的参数，误差函数用系统总误差表示为
式中p为训练样本数，取176；ti，yi分别为在样本i的作用下输出节点的期望输出和实际输出。第n+1次训练后的系数相对于第n次训练后的系数修正公式为
式中n为训练次数；η为学习速率，取值为0.001；Z=wj，cj，σj。
4)经过不断正向传播，反向修正，求得网络的最终参数，再用测试样本数据检验网络性能。
2.4网络模型结果分析
利用MATLAB工具强大的数值矩阵运算和绘图功能，整个网络算法是通过编写M文件进行编译完成。在用测试样本数据检验时，保持网络参数不变，正向运行该网络，每训练，即用测试数据测试一遍，其均方误差随训练次数变化的曲线如图3。
从误差曲线可以看出：在用测试数据检验时，均方误差开始减小，随着训练次数的增加慢慢趋于平衡。选择训练次数的原则是：选择尽量少的训练次数以取得尽量小的测试均方误差，使网络具备很好的泛化能力。这里，取训练次数为50 000次，训练时间约为4 min，训练均方误差可到0.028 1，测试均方误差可达到0.001 527。网络的结构取14个隐含层节点，这里，通过实验法比较取不同隐层节点数后的均方误差来确定。
图4为网络模型对训练样本的预测值与实际值的比较，图5为网络模型对测试样本的预测值与实际值的比较。
由图4看出：网络模型对训练样本的预测值同实际输出基本相符，平均误差为0.038 kPa，可达1.26％，误差值为0.12 kPa；由图5看出，网络模型对未经训练的测试样本的也可给出准确的预测值，这个预测值与实际输出值的平均误差为0.035 kPa，可达1.18％，误差值为0.079 kPa；测试数据结果分析证明：该网络模型具有非常好的泛化能力，而且，解决了CO2气体分压值较高时差的问题。
3 结论
综合以上分析与比较可以看出：在环境压力变化范围较大的情况下，将神经网络应用于构建压力补偿模型，通过采集传感器的输出比值信号和压力信号来组成样本并进行分类和预处理，然后，用基于k-均值聚类和最陡坡降法的RBF网络依据样本来建立输入变量和输出变量之间的映射关系，以预测被测气体所含CO2气体分压值。该网络模型使用实验法确定网络的结构，在网络初始参数选取上做了较细的处理，故具有很快的收敛速度。实验结果表明：这种算法模型收到了良好的效果。可以预见，神经网络将发展成为预测传感器在复杂环境中的输出信号的一种可行的有效的工具。
近年来智能网联汽车快速发展，新技术不断涌现，与相关产业融合度持续提升，正在推动全球汽车产业发生深刻变革。为应对此种形势，欧、美、日等汽车工业发达国家和地区都加大了智能网联汽车的国际标准法规协调的参与力度，在联合国世界车辆法规论坛(UN/WP.29)和国际标准化组织(ISO)层面，智能网联汽车相关国际标准法规协调活动正快速推进。 为更有效地支撑上述组织的国际标准法规协调活动，2017年全国汽车标准
0215jiejie
|
发布于：2022-12-01
0评论
0赞
据苹果官网，苹果推出搭载M2芯片的新款iPadPro。 11英寸wifi版起售价为799美元，wifi+蜂窝网络版起售价为999美元；12.9英寸wifi版起售价为1099美元，wifi+蜂窝网络版起售价为1299美元。
0215jiejie
|
发布于：2022-10-19
0评论
0赞
全球五大车展之一巴黎车展时隔四年再度启幕。在这场被视为“全球汽车行业风向标”的盛会上，国内外汽车品牌云集，长城汽车、比亚迪等再次领衔中国汽车出海。 长城汽车欧洲区域总裁孟祥军表示：“欧洲是长城汽车最重要的海外市场之一，巴黎车展是长城汽车向欧洲市场展示GWM品牌和产品的最佳机会。长城汽车正在研究汽车行业碳排放的整个生命周期，到2025年，将推出50多款新能源产品，全力支持可再生能源使用，为全球用户
0215jiejie
|
发布于：2022-10-19
0评论
0赞
针对通配烟弹厂商的一系列诉讼的结果，将对生产通配烟弹的品牌未来在电子烟行业的发展产生深远影响。 10月1日，《电子烟强制性国家标准》正式实施，中国电子烟监管全面生效。而在电子烟行业进入规范化、法治化阶段前夕，一场围绕着通配烟弹的争论在行业里发酵。 “通配”是电子烟从业者约定俗成的概念。换弹式电子烟由烟杆和烟弹组成，“通配”烟弹指的是非品牌商生产、可与品牌烟杆匹配使用的烟弹。多位业内人士表示，被
0215jiejie
|
发布于：2022-10-19
0评论
0赞
采用金属感应引脚，专用于大电流应用中进行精确测量 全新分流电阻器专为电池管理系统、大电流工业控制和电动汽车充电站 提供高可靠性、高成本效益的解决方案 美国柏恩Bourns全球知名电子组件领导制造供货商，宣布新增12款CSM2F系列功率分流电阻器，扩展其产品组合。全新系列采用铆接通孔金属传感引脚，可满足大电流应用中对电压测试点精确定位日益增长的需求。最新型Bourns?CSM2F系列分流电阻器
0215jiejie
|
发布于：2022-10-18
0评论
0赞
元宇宙是个筐，啥都往里装，但区别在于有的像聚宝盆，有的像垃圾桶。国庆假期刚结束，中青宝“90后”董事长李逸伦便亲自上阵，玩起了元宇宙婚礼。靠着老板首秀和代言，中青宝顺势推出“MetaLove元囍”App，正式进军元宇宙婚礼赛道。 就产品而言，如同其他元宇宙产品，李逸伦的元宇宙婚礼“新奇与吐槽齐飞”：有人说是有趣的尝试，有人则认为像QQ炫舞结婚系统。要知道，QQ炫舞是一款推出了十余年的老游戏。
0215jiejie
|
发布于：2022-10-13
0评论
0赞
截至8月末，中国5G基站总数达210.2万个，中国5G发展已经进入下半场。随着5G加速融入千行百业，互动直播、vCDN、安防监控等场景率先大规模落地，车联网、云游戏、工业互联网、智慧园区、智慧物流等场景也快速走向成熟，这些更大流量、更低时延、更高性能的场景涌现，对边缘计算的刚性需求势必爆发。 GrandViewResearch预测，即使在新型冠状病毒肺炎疫情肆虐全球的背景下，边缘计算和5G网络市
0215jiejie
|
发布于：2022-10-13
0评论
0赞
商务部回应美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”
商务部新闻发言人10日就美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”应询答记者问。 有记者问：近日，美国商务部在半导体制造和先进计算等领域对华升级出口管制措施。同时，在将9家中国实体移出“未经验证清单”过程中，又将31家中国实体列入，请问中方对此有何回应？ 对此，商务部新闻发言人回应称，中方注意到相关情况。首先，通过中美双方前一阶段共同努力，9家中国实体zui终
0215jiejie
|
发布于：2022-10-13
0评论
0赞
今年1月，奔驰带来了VISIONEQSS概念车，其中控台采用了一块完全无缝的47.5英寸曲面显示屏，横贯整个A柱，令人印象深刻。今天，TCL华星正式官宣与奔驰达成合作，并认领了VISIONEQSS上这块全球首款横贯整个A柱曲面的车载显示屏。 根据TCL介绍，这款显示屏采用了完全无缝的超薄一体化设计，将仪表盘、中控与副驾娱乐显示融为一体，并能够与3D实时导航系统相辅相成。 同时，这块显示屏还采用
0215jiejie
|
发布于：2022-10-12
0评论
0赞
国庆假期后首日开盘，上证综指时隔5个月再次失守3000点，与此同时，半导体板块也再度走低，其中，北方华创、雅克科技等个股跌停。10月11日早盘期间，半导体板块持续下挫，北方华创、雅克科技再度跌停。截至下午收盘，北方华创、雅克科技维持跌停状态，华海清科、拓荆科技-U、盛美上海、清溢光电、海光信息的跌幅则超10%。同日，半导体板块中的119只个股中超五成呈现下跌趋势。 在半导体板块遭遇下挫的同时，北
0215jiejie
|
发布于：2022-10-12
0评论
0赞
//评论区