均值偏差率閾值函數在電子鼻中的應用研究

陳紅友,左明鑫（鄭州科技學院 電氣工程學院,鄭州 450064）

均值偏差率閾值函數在電子鼻中的應用研究

陳紅友,左明鑫
（鄭州科技學院 電氣工程學院,鄭州 450064）

摘 要：在電子鼻鑒別同類但品種不同的食品時，往往是品種越多其鑒別難度越大。為了提高電子鼻長期使用的鑒別正確率，需要對引起電子鼻氣體測量和識別帶來誤差的氣敏傳感器漂移信號進行有效地去除。鑒于此，提出了一種基于小波變換的均值偏差率函數來處理漂移信號的方法，通過構造基于小波變換系數的均值偏差率函數，實現對小波系數的動態處理，有效消除了電子鼻漂移信號的影響。

關鍵詞 ：電子鼻;小波變換;均值偏差率;漂移

1　引 言

近年來電子鼻技術在許多領域取得了廣泛的研究和關注，雖然目前電子鼻技術的研究取得了較大進展，但大多還處在實驗室階段，其中傳感器陣列漂移是影響電子鼻識別效果的主要因素，引起漂移的主要原因是傳感器老化和工作環境的溫度、濕度變化等因素，由于傳感器陣列漂移會嚴重影響電子鼻系統的識別精度，因此，消除或降低長期漂移對電子鼻系統的影響非常重要[1-3]。

本文在小波變換的基礎上提出了一種基于均值偏差率閾值函數的方法來解決電子鼻漂移問題。通過對比實驗證明：均值偏差率閾值函數可有效解決電子鼻的漂移問題，從而使樣品的識別正確率達到100%。

2　均值偏差率函數

由于長期漂移信號的無規律性以及漂移信號強度的未知性等特點，現存的軟硬閾值函數已不能對其進行有效處理，通過分析大量樣本的小波變換系數，發現相同頻點處的系數大部分分布在對應的平均值附近。基于此，提出利用該頻點相對應的平均值來代替那些孤立的點，從而使系數集中在該平均值對應的一個鄰域內。這樣實現了對系數的構造，然后通過反變換，獲得重構信號。在這樣的啟發下，研究提出了一種均值偏差率函數。

式中，wj為第j列系數的平均值，wij是小波變換系數，為調節因子，且為正值。較大時，僅幅值過大的系數被相應的均值所替換，而過小時，僅在均值附近變化的系數被對應的均值替換，均不能有效的去除漂移信號，因此的選擇很關鍵。均值偏差率函數具有以下特征：由于wj.為第j列系數的平均值，它隨著系數數組中列的改變而改變，因此，可以動態地對系數進行處理，最大限度地保留了原始信號，克服了軟閾值函數中原始信號與重構信號存在著恒定的偏差，動態地減少了由均值偏差絕對值較大系數分量所包含的噪聲信號。

3　結果與討論

為了便于分析，數據預處理采用去基準處理方式。去基準處理方法即樣本采集值減去空采平均值。采用這種方式的目的是降低溫度、濕度等環境因素對傳感器的影響。漂移信號去除步驟如下:

（1）對去基準后的數據利用sym4小波進行3層小波分解；（2）分別得到16個傳感器120個樣本的小波系數的平均值，利用式（1）對小波變換系數進行構造；（3）逆變換，得到原始信號的重構信號；（4）對重構信號提取特征值，然后進行費歇爾判別分析（FDA）,取0.1345。FDA直觀分析結果如圖1、2所示。FD1、FD2分別表示FDA的第一投影軸和第二投影軸。

4　結語

分析結果表明，均值偏差率函數取得了較為理想的去除漂移噪聲的效果，使6種白酒樣品的判別正確率由處理前的43.5%提升至100%。

參考文獻：

[1]胥勛濤.醫用電子鼻關鍵技術研究[D].重慶大學,2009.

[2]鄒小波,趙杰文.基于小波去噪和支持向量機的蘋果品種識別法[J].儀器儀表學報,2007(03):534-538.

[3]劉濤,黃智勇.用于氣敏傳感器漂移補償的數據選擇方法[J].重慶大學學報,2013(04):75-79.

作者簡介：陳紅友（1986-），男，碩士研究生，研究方向：傳感器技術，智能檢測技術。