金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法

摘要

本发明提供了一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法，针对金属氧化物传感器受温度和湿度共同影响而产生的传感器响应漂移的问题，提出了正则化约束的多项式回归预测方法，对传感器的输出进行基线校正，解决了金属氧化物传感器阵列响应的漂移问题。首先根据传感器随温度和湿度响应的规律，得到传感器输出电压随温度和湿度变化的多项式回归表达式，即建立多项式漂移补偿模型，然后采用正则化约束方法对模型进行约束，一方面减少了过拟合问题，另一方面减少了异常数据的影响。本发明解决了金属氧化物传感器阵列受温、湿度影响而产生的温湿度漂移的技术问题，提高了金属氧化物传感器阵列对气体种类识别和浓度预测精度。

主权项

一种金属氧化物传感器阵列响应漂移的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采集并记录金属氧化物传感器阵列在不同温度和不同湿度条件下的基线响应值向量：$V_{OUT}^i\left(t,h\right)=\left[\begin{array}{ccccc}{V}_{11}\left(t,h\right)& V_{12}\left(t,h\right)& V_{13}\left(t,h\right)& ...& V_{1n}\left(t,h\right)\\ V_{21}\left(t,h\right)& V_{22}\left(t,h\right)& V_{23}\left(t,h\right)& ...& V_{2n}\left(t,h\right)\\ \begin{array}{c}\\ \\ \end{array}& \begin{array}{c}\\ \\ \end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}\\ \\ \end{array}& \begin{array}{c}\\ \\ \end{array}\\ V_{m1}\left(t,h\right)& V_{m2}\left(t,h\right)& V_{m3}\left(t,h\right)& ...& V_{mn}\left(t,h\right)\end{array}\right]$式中，t是温度，h是湿度，V_mn(t,h)是第m种温度和第n种湿度条件下的传感器输出，是第i个传感器的输出矩阵；S2：得到不同温度和不同湿度条件下的传感器输出V_mn(t,h)的响应系数，其中，不同温度条件下传感器输出电压V_mn与湿度h的关系为：V_mn＝α+βh+γh²，式中，α、β、γ为不同温度条件下的系数矩阵，假设α＝m_α+n_αt+p_αt²，β＝m_β+n_βt+p_βt²，γ＝m_γ+n_γt+p_γt²，式中，m_α、m_β、m_γ、n_α、n_β、n_γ、p_α、p_β、p_γ均为待定参数，因此，得到多项式漂移补偿模型，即传感器输出电压与温度湿度的拟合模型表达式为：V_OUT＝a+bh+ch²+dt+et²+fth+gh²t+sht²+qh²t²式中，a、b、c、d、e、f、g、s、q分别对应于m_α、m_β、m_γ、n_α、p_α、n_β、n_γ、p_β、p_γ，在每个温度条件下利用所述的多项式漂移补偿模型均能拟合得出一组α、β以及γ系数矩阵；S3：采用正则化约束法对所述系数矩阵进行约束，以提高所述系数矩阵的泛化性，其中，所述正规化约束法表示为：$min\underset{i}{\Sigma }L(V_{OUT}^i,y^i(t,h,{\theta }^j\left)\right)+\lambda p\left|\right|{\theta }^j|{|}_1+\lambda (1-p)|\left|{\theta }^j\right|{|}_2^2$式中，是损失函数，用以衡量所述多项式漂移补偿模型对第i个样本的预测值yⁱ(t,h,θ^j)和真实值之间的误差，λp||θ^j||₁和都是规则项，参数λ用以平衡损失函数与规则项，调和参数p的取值范围是0≤p≤1，变量θ^j表示约束处理后的m_α、m_β、m_γ、n_α、p_α、n_β、n_γ、p_β、p_γ系数，j表示具体约束处理后的系数个数。