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| 內容簡介： |
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本书主要内容包括电子鼻系统的基本原理、电子鼻系统的实验测试平台设计、微热板式气体传感器的结构及其性能测试分析、气体传感器的混合气体响应机理分析、气体传感器阵列信号的特征参数分析和盲分离处理、气体传感器温度调制原理和测试及基于傅里叶变换和Hilbert-Huang变换的动态特征分析技术，以及最新的压缩感知理论在电子鼻系统中的应用。书中每章包含了大量反映电子鼻和气体传感器领域的最新研究成果和当前研究热点的总结，提供了大量有关实验和算法的详细分析步骤和测试结果。
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| 目錄：
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第1章 绪论 1
1.1 气体被测对象 1
1.2 电子鼻系统 3
1.2.1 电子鼻系统原理 3
1.2.2 电子鼻应用及发展 4
1.2.3 集成化电子鼻芯片 5
1.3 电子鼻系统关键技术 7
1.3.1 气体传感器 7
1.3.2 气体传感器阵列技术 9
1.3.3 气体信息特征参数的提取 12
1.3.4 模式识别 13
1.3.5 温度调制技术 14
1.3.6 气敏机理及模型的研究 14
1.4 当前亟待解决的问题 16
1.5 主要内容简介 18
第2章 电子鼻系统研究测试平台 20
2.1 实验平台设计 20
2.2 配气系统 23
2.2.1 动态配气系统 23
2.2.2 静态配气系统 25
2.3 控制测试系统 26
2.3.1 硬件系统设计 27
2.3.2 软件界面设计 29
2.3.3 测试系统的性能 32
2.4 温度调制实验系统 33
2.4.1 基于DDS技术的气体传感器温度调制实验系统 34
2.4.2 基于程控电源的气体传感器温度调制实验系统 36
2.5 测试 37
2.6 本章小结 39
第3章 气体传感器及其性能测试和分析 40
3.1 半导体气体传感器的发展 40
3.2 微热板式气体传感器的结构及工艺流程 45
3.3 微热板式气体传感器的性能测试 47
3.3.1 工作温度-加热功耗曲线 48
3.3.2 灵敏度-工作温度曲线 49
3.3.3 微热板升（降）温曲线 50
3.3.4 选择性 51
3.3.5 灵敏度-气体浓度曲线 52
3.3.6 响应时间和恢复时间 52
3.3.7 稳定性 53
3.3.8 预热时间的影响 57
3.3.9 环境温湿度的影响 57
3.3.10 对混合气体的响应 58
3.4 与标准CMOS工艺及气敏材料的制备工艺兼容的微热板 59
3.4.1 微热板式气体传感器加热材料的选取 59
3.4.2 钨微热板式气体传感器的加工流程 59
3.4.3 钨微热板式气体传感器性能测试 61
3.5 本章小结 64
第4章 气体传感器的混合气体响应机制 65
4.1 SnO2薄膜的敏感机理 65
4.1.1 敏感机理综述 65
4.1.2 SnO2薄膜 70
4.2 气敏机理的密度泛函分析 73
4.2.1 密度泛函理论 74
4.2.2 计算平台 75
4.2.3 DFT计算和分析 76
4.3 微热板式气体传感器的电学响应模型 82
4.3.1 模型描述 82
4.3.2 参数优化 84
4.4 环境中O2的影响分析 87
4.5 本章小结 90
第5章 气体传感器特征参数分析 92
5.1 阵列信号处理方法综述 93
5.1.1 信号预处理 93
5.1.2 特征参数优化 94
5.1.3 模式分类 96
5.2 稳态响应特征参数 99
5.3 特征分析 101
5.3.1 气体传感器响应测量 102
5.3.2 响应特征分析 102
5.3.3 电阻和电导参数比较 103
5.3.4 其他特征分析 104
5.4 混合气体识别 107
5.4.1 神经网络模式识别 107
5.4.2 气体量化识别 111
5.5 本章小结 112
第6章 气体传感器阵列信号的盲分离 113
6.1 盲分离模型的建立 113
6.1.1 混合气体分析问题描述 113
6.1.2 盲信号分离问题 115
6.1.3 混合气体分析的盲可辨识性 117
6.2 基于盲分离模型的信号处理算法 118
6.2.1 主成分分析法（PCA） 118
6.2.2 独立成分分析法（ICA） 120
6.2.3 非线性主成分分析法（NLPCA） 122
6.3 二元混合气体的BSS分析 124
6.3.1 稳态数据的BSS分析 124
6.3.2 连续测量数据的ICA分析 127
6.3.3 非线性叠加模型的信号处理探讨 128
6.4 与BP神经网络的结合 130
6.4.1 特征选择 130
6.4.2 特征提取和预处理 131
6.4.3 在二元混合气体分析问题中的应用 133
6.5 本章小结 134
第7章 气体传感器的温度调制技术 135
7.1 温度调制原理 135
7.2 温度调制技术现状 136
7.2.1 温度调制模式的多样化 137
7.2.2 气体传感器动态响应信号处理技术 140
7.2.3 动态响应机理分析及建模 143
7.3 温度调制实验 144
7.3.1 实验设置 144
7.3.2 测试结果及分析 145
7.4 调制信号预处理 148
7.5 虚拟阵列 151
7.6 本章小结 153
第8章 基于傅里叶变换的动态特征分析 154
8.1 傅里叶变换 154
8.2 动态信号处理 158
8.2.1 信号分析 158
8.2.2 特征提取 160
8.2.3 特征分析依据 161
8.3 温度调制模式分析 161
8.3.1 温度调制实验设计 161
8.3.2 甲烷和一氧化碳气体特征差异 162
8.3.3 乙醇和一氧化碳气体特征差异 163
8.3.4 乙醇和甲烷气体特征差异 164
8.3.5 模式分析结论 165
8.4 混合气体检测 167
8.5 本章小结 170
第9章 基于Hilbert-Huang变换的动态特征参数分析 171
9.1 Hilbert-Huang变换 171
9.1.1 经验模态分解（EMD） 172
9.1.2 Hilbert谱分析（HSA） 173
9.2 动态信号处理 175
9.2.1 信号的HHT分析 176
9.2.2 瞬时频谱特征 180
9.2.3 调制周期的影响 182
9.2.4 其他波形中的应用 183
9.3 混合气体检测 185
9.4 本章小结 187
第10章 压缩感知电子鼻系统 189
10.1 物联网环境下的新需求 190
10.2 压缩感知理论 191
10.2.1 稀疏变换 193
10.2.2 测量矩阵 194
10.2.3 信号重构 196
10.3 压缩感知电子鼻系统 197
10.3.1 原理框架 197
10.3.2 压缩感知电子鼻系统模拟仿真 198
10.3.3 压缩感知电子鼻系统中的关键问题 200
10.4 本章小结 200
总结与展望 202
参考文献 206
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| 內容試閱：
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前言
随着科学技术的发展，工业生产规模逐渐扩大，产品种类不断增多，在生产中使用的气体原料和生产过程中产生的气体种类和数量也不断增多。这些气体中有些是易燃易爆气体，有些是毒性气体，它们的泄漏不仅污染环境，而且易产生爆炸、火灾及使人中毒等恶性事件。同时随着人类生活水平的不断提高，石油液化气、天然气及城市煤气作为家庭用燃料也迅速普及，由于这些气体的泄漏引起的爆炸和火灾事故也严重威胁人们的生命财产安全。因此，对这些气体进行快速准确的检测和监控是十分必要的。另外，随着科技的发展，气体传感器可与大规模集成电路、计算机等结合起来，应用于各种检测和控制等方面，也促进了气体传感器的发展。
半导体气体传感器是集物理性能、化学性能、电性能于一体的微电子器件，它能够实时地对各种气体（有毒有害、易燃易爆）进行在线检测及分析，具有广泛的应用。但半导体气体传感器的选择性和稳定性问题是制约其发展的瓶颈。因此，如何改善气体传感器的选择性和稳定性成为气体传感器的研究热点。再加上仿生技术的发展，如何在已有传感器的基础上研制各种面向实际应用的电子鼻系统引起了广大科技人员的浓厚兴趣。电子鼻系统的研究涉及物理、化学、电子电路、模式识别及控制等多个学科领域的交叉，具有较强的系统融合性。
本书以金属氧化物气体传感器为主，讨论由其构成的电子鼻系统的原理、关键技术及一些新技术。本书主要章节的内容涉及本人及项目组多位同人的工作，多数内容已在国内外相关的主流刊物上发表。本书中涉及的前期研究成果多取材于国家自然科学基金委信息学部支持的相关课题“基于Hilbert-Huang变换的气体传感器温度调制技术研究（60746001）”、“基于压缩感知的新型电子鼻系统原理研究（61174007）”、“硅基纳米多级复合结构集成气体传感器（61131004）”、“基于形变在线调控技术研究微热板气体传感器在应力作用下的稳定性和可靠性（61274076）”和山东省优秀中青年科学家奖励基金项目“气体传感器温度调制关键技术研究（BS2010DX022）”等项目的部分内容，以及国家863项目“气体检测微系统（2003AA404180）”等项目的支持。
在本书立题和撰写的过程中，得到了多位专家的关心与支持。感谢大连理工大学电子科学与技术学院的王兢教授、闫卫平教授等多位教授的指导和帮助，尤其要感谢我的导师唐祯安教授和王立鼎院士，正是他们对我的指导才成就了本书的主要内容。感谢学院和项目组的朱智林教授、华臻教授、王永强教授、魏书田副教授、林忠海博士、王平建博士及何爱香老师等多位老师的支持和帮助！
当然，本书中的一些观点并不成熟，可能仅为本人的一家之言，将本书出版，也希望能够得到读者的批评指正。希望本书的出版能够为电子鼻领域或对该领域感兴趣的读者提供帮助。
魏广芬
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