Tom tat luan an Tien si: Nghien cuu nang cao chat luong do nong do khi doc hai trong moi truong cong nghiep dung mang no-ron-Thac si - Tien si - Cao hoc - 1243861 pdf

  • 3 months ago
  • 1 lượt xem
  • 0 bình luận

  • Ít hơn 1 phút để đọc

Giới thiệu

Mục đích nghiên cứu của luận án là ứng dụng ANN để nâng cao chất lượng cảm biến bán dẫn đo nồng độ khí H2S, NH3 và CO. Các loại cảm biến bán dẫn có đặc tính phi tuyến làm việc trong điều kiện bị ảnh hưởng của yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm với hỗn hợp khí đầu vào, từ đó đề xuất cấu trúc cảm biến ANN để nâng cao độ chính xác cho phép đo.

Thông tin tài liệu

Loại file: PDF , dung lượng : 1.52 M, số trang : 1 ,tên 1243861 pdf

Chi tiết

M ĐẦU
1. Tính cp thiết của đề tài
Hin nay, chất lượng không khí trong môi trường dân sinh cũng như môi trường
công nghip ngày càng xung thp. Sự gia tăng các ngun khí thi nhân to tcác hot
động công nghip và sinh hoạt đã đưa vào khí quyển hàng trăm tấn khí độc hi như:
H2S, NH3, SO2, NOx, CO, CO2, O3... Đây là một trong nhng him ha trong cuc
sng hiện đại khi mà lĩnh vực sn xut ngày càng phát trin. Bên cnh vic nâng cao
chất lượng sn xut có tính bn vng và bo vệ môi trường thì công tác giám sát, cnh
báo chất lượng không khí cũng rất quan trọng. Trong môi trường công nghip các loi
khí độc hi nếu vượt quá mt tlgii hn nhất định sẽ ảnh hưởng trc tiếp đến sc
khỏe người lao động cũng như môi trường sng của con người. Do vy, vấn đề nâng
cao chất lượng đo lường, giám sát các loại khí độc hại để đưa ra các gii pháp hn chế,
loi bchúng là nhim vcp bách và quan trng trong vic bo vệ môi trường và an
sinh xã hi.
Vvấn đề này, trên thế gii và Việt Nam đã và đang có nhiều các nhà khoa hc
quan tâm và công bnhiu kết qunghiên cu ca mình. Tuy nhiên, môi trường công
nghip rt phc tp vi spha trn ca rt nhiu loi khí, bên cạnh đó yếu tnhiệt độ
và độ ẩm của môi trường cũng dẫn đến làm suy giảm độ chính xác ca các phép đo. Vì
vy vấn đề nghiên cu nâng cao chất lượng cho các phép đo nồng độ khí vn còn tn
ti nhiu bt cp, hn chế cn phi tiếp tc nghiên cu, hoàn thin.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là ứng dụng ANN để nâng cao chất lượng cảm
biến bán dẫn đo nồng độ khí H2S, NH3 và CO.
3. Đối tượng nghiên cu phm vi nghiên cu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các cảm biến loại bán dẫn đo nồng độ khí độc
hại trong môi trường công nghiệp.
Phạm vi nghiên cứu: Các loại cảm biến bán dẫn có đặc tính phi tuyến làm việc
trong điều kiện bị ảnh hưởng của yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm với hỗn hợp
khí đầu vào, từ đó đề xuất các cấu trúc cảm biến ANN để nâng cao độ chính xác cho
phép đo.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu thuyết
Luận án tập trung phân tích những ưu, nhược điểm các cảm biến bán dẫn là phần tử
quan trọng trong hệ thống đo và phát hiện nồng độ các khí độc hại trong môi trường
công nghiệp để đề xuất phương pháp nâng cao chất lượng phép đo.
Nghiên cứu lý thuyết ANN nói chung và ANN MLP nói riêng, ứng dụng ANN đề
xuất xây dựng cấu trúc cảm biến có tích hợp ANN để nâng cao chất lượng cảm biến
bán dẫn.
4.2. phỏng thực nghiệm kiểm chứng kết quả
Kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết bằng mô phỏng off-line trên phần
mềm Matlab để đánh giá những kết quả đạt được của các giải pháp đã đề xuất.
Xây dựng mô hình thực nghiệm tiến hành kiểm chứng bằng thực nghiệm trên cảm
biến thực cho ứng dụng loại trừ sai số của yếu tố ảnh hưởng.
1
5. Ý nghĩa khoa học thc tin của đề tài
Luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực đo lường và ANN.
Ý nghĩa khoa học: Đề xuất phương pháp ứng dụng mới ANN để nâng cao chất
lượng của cảm biến đo nồng độ khí. Phương pháp này góp phần tiếp tục minh chứng
ANN là công cụ với khả năng tính toán song song, bền với nhiễu và lỗi của số liệu đầu
vào, có khả năng thực thi dưới dạng phần mềm hoặc phần cứng.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng để tích hợp, cải
tiến, chế tạo mới các cảm biến bán dẫn đo nồng độ chất khí trong môi trường công
nghiệp.
6. Những đóng góp mới ca lun án
Nghiên cứu một số vấn đề lý luận và mô phỏng, kiểm nghiệm thực tế nhằm ứng
dụng ANN để nâng cao chất lượng cảm biến bán dẫn đo nồng độ khí H2S, NH3 và CO
trong khí thải công nghiệp cụ thể là trong các ứng dụng:
Xây dựng cấu trúc cảm biến ứng dụng mạng ANN để bù sai số của yếu tố ảnh
hưởng như nhiệt độ, độ ẩm, ANN có cấu trúc đơn giản có một đầu vào là nhiệt
độ môi trường, số nơ-ron lớp ẩn thấp chỉ từ 1÷2 nơ-ron để xấp xỉ chính xác các
đặc tính ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm tới kết quả đo, từ đó làm cơ sở cho
ứng dụng bù. Phần bù sử dụng phối hợp phương pháp nội suy tuyến tính và tính
toán bằng mạng ANN, đây là đóng góp mới và khác biệt với các công trình
khác sử dụng ANN có hai đầu vào là nhiệt độ, độ ẩm và số lớp ẩn, số nơ-ron
lớp ẩn lớn.
Xây dựng cấu trúc cảm biến ứng dụng mạng ANN có khả năng loại trừ tính
phản ứng đa khí hay nói cách khác có khả năng phân biệt và ước lượng chính
xác được nồng độ khí thành phần có trong hỗn hợp khí đầu vào.
Xây dựng cấu trúc cảm biến ứng dụng mạng ANN có thể điều chỉnh đặc tính
của cảm biến.
Ngoài ra còn đóng góp xây dựng cấu trúc cảm biến tích hợp ba chức năng như:
Bù sai số nhiệt độ và độ ẩm, khắc phục tính phản ứng đa khí và điều chỉnh đặc
tính của cảm biến.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CẢM BIẾN BÁN DẪN ĐO NỒNG ĐỘ
KHÍ TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP
1.1. Tầm quan trọng của các loại cảm biến đo nồng độ khí độc hại
1.1.1. Ảnh hưởng của các chất khí độc hại đến sức khỏe con người
Ô nhiễm môi trường không khí có tác động xấu đến sc khoẻ con người, nh
hưởng đến các hsinh thái và biến đổi khí hu,... Công nghip hoá càng mạnh, đô thị
hoá càng phát trin thì ngun khí thi gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiu.
Trong các loại khí độc hại đó phi kti: Khí CO (ngun khí thi từ các lò than, động
cơ ô tô, xe máy…), khí H2S và khí NH3 (ngun khí thi trong sn xut nông nghip) là
mt trong các loại khí hàng ngày con người chúng ta thường xuyên tiếp xúc. BTài
nguyên môi trường đã đưa ra những quy chun nồng độ tối đa cho phép của mt skhí
này. Do đó, để bo vệ môi trường thì công tác giám sát, cnh báo chất lượng không khí
là vô cùng quan trng.
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1.1.2. Giới thiệu chung về cảm biến đo nồng độ khí
Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ nguyên lý một hệ thống đo và giám sát nồng độ chất
khí trong môi trường công nghiệp.
Khí H2S
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Cảm biến
Xử lí tín hiệu
Chuyển đổi
Truyền thông tin
qua mạng
Ethernet công
nghiệp
-Hiển thị
-Lưu trữ
-In kết quả
Khí CO
Cảm biến
Xử lí tín hiệu
Chuyển đổi
Hình 1.1. Sơ đồ h thng giám sát nồng độ chất khí trong môi trường công nghip
Đo nồng độ các loại khí người ta thường dùng các loi cm biến khác nhau: [8, 23]
các cm biến đo nồng độ khí truyn thống có độ chính xác cao đó là sắc ký khí, thiết b
phân tích ph... Tuy nhiên, các thiết bị đo này có hạn chế như: kích thước ln, cu to
phc tp, giá thành cao, quá trình vn hành sdng thiết bị khó khăn và thời gian phân
tích dài. Do đó, các thiết bị này đều được lắp đặt cố định và không thích hp cho vic
thc hin phân tích nhanh và trc tiếp ti hiện trường. Để đáp ứng được vi yêu cu
thc tế, các cm biến khí hóa học trên cơ sở vt liu dng rn, cm biến bán dn, cm
biến nhit xúc tác, cm biến điện hóa, cm biến da trên hiu ứng trường ca mt s
linh kin bán dẫn, v.v. được nghiên cu và ng dng nhiu trong thc tế. Nguyên lý
làm vic ca các cm biến bán dn là da trên sự thay đổi độ dẫn điện ca màng mng
bán dn khi hp thcht khí trên bmt nhiệt độ t150oC ÷ 500oC. Có hai loi cm
biến bán dẫn được sdng thông dng nhất được làm tô-xít kim loi: Loi màng dày
(SnO2) và loi màng mng (VO3)
1.2. Tổng quan về một số giải pháp nâng cao chất lượng cảm biến đo nồng độ khí
1.2.1. Các ưu, nhược điểm của cảm biến bán dẫn
Cm biến bán dn có nhiều ưu điểm [4, 8]: Độ nhy cao, thi gian hồi đáp nhỏ,
mạch điều khiển đơn giản, dvn hành, phn ứng được vi nhiu loại khí độc, hi.
Tuy nhiên các cm biến bán dn cũng có nhiều nhược điểm, cthể như sau: Bị ảnh
hưởng bi yếu tố môi trường là nhiệt độ và độ ẩm, phn ng với đa khí và đặc tính làm
vic phi tuyến.
1.2.2. Tổng quan các giải pháp nâng cao chất lượng
Với các ưu nhược điểm của cảm biến bán dẫn thì để sử dụng tốt chúng ta cần phải
có các giải pháp nâng cao chất lượng đó là:
Bù sai số của yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm của môi trường đo
Loi tr tính phn ứng đa khí
3

Download

Xem thêm
Thông tin phản hồi của bạn
Hủy bỏ