基于LabVIEW和CompactRIO的恶臭气体监测平台研究

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近年来,随着我国环境监测网络的日益完善,全国各省市的监测站点已超过5000个。而作为环境监测重要指标的恶臭气体监测同是如此,正在朝着区域化检测、平台化管理的方向发展。论文针对常用的恶臭气体检测方法和分布式系统监测平台在应用于区域性恶臭监测时的优势和不足,提出了一种集成电子鼻技术与虚拟仪器软硬件的恶臭气体嗅辨仪与恶臭气体监测平台的开发方案。根据该方案构建恶臭气体监测系统的体系架构并完成系统软硬件的开发,论文的主要工作内容如下:首先,充分利用虚拟仪器软件(Lab VIEW)与硬件(Compact RIO)在监测平台开发中的优势,设计了集多嗅辨仪分布式数据采集、批量化数据处理、软件部署与设备控制于一体的平台化测控方案及其软硬件体系结构。其次,完成嗅辨仪的硬件系统开发及监测平台的软件开发。结合传感器对恶臭气体的检测原理与Compact RIO的并行采集控制技术开发恶臭气体嗅辨仪,实现气体信息的获取。将Lab VIEW与分布式设备管理工具(System Link)相结合开发监测中心及网页应用模块,实现系统软件的批量部署、分布式数据处理与人机交互等功能。然后,建立以人体感官评价为基础的的软件评价模型。在监测平台中通过特征降维、BP(Back Propagation)神经网络等手段实现气体的定性定量分析,将分析结果与人工嗅辨结果相结合,提出针对混合气体和区域恶臭气体的恶臭强度等级预测模型,该模型能根据气体的成分和浓度信息计算出恶臭强度等级。最后,通过稳定性实验及重复性实验对嗅辨仪采集、输出信号的能力进行验证,多次实验中各嗅辨仪的传感器阵列输出电压信号的最大标准偏差为0.002V,最大相对标准偏差为1.29%。对甲硫醚和乙酸乙酯两种单质气体及两种气体的混合气体的浓度预测实验中,最大相对误差为4.238%。使用软件评价模型对混合恶臭气体和恶臭区域整体进行恶臭强度等级预测,其计算结果与人工嗅辨结果的相关度均在0.98以上。以System Link为基础所设计的网页端各项扩展功能在实验中的运行效果良好。各项检测结果的准确度符合监测平台应用于区域恶臭监测及感官评价时的要求。
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