氧化鈦濕敏元件建模及其優(yōu)化方法研究

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1、分類號:學(xué)校代碼:10128UDC:學(xué)號:20061216碩士學(xué)位論文類別：全日制碩士研究生題目：氧化鈦濕敏元件建模及其優(yōu)化方法研究英文題目：ResearchonModelingandOptimizationMethodofTitaniaHumiditySensor研究生：劉罡學(xué)科名稱：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：李巴津教授二○○九年五月摘要實驗選擇高離子場強度的稀土離子摻雜純氧化鈦及其復(fù)合陶瓷，利用溶膠－凝膠法和燒結(jié)法在帶電極的陶瓷基片上制作多孔厚膜以及薄膜，獲得用于濕度測量的濕敏元件。通過前期工作證明：500℃燒結(jié)得到的純TiO2薄

2、膜感濕性能較好。為了能夠更好的研究濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和性能，首先必須對濕敏元件建模。課題采用復(fù)阻抗法建立濕敏元件的電路模型。每一種確定的電路模型均存在與之相對應(yīng)的復(fù)阻抗曲線，利用origin繪圖軟件繪制出實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的復(fù)阻抗特性曲線圖，通過比對實驗數(shù)據(jù)得到的復(fù)阻抗曲線與理想電路模型對應(yīng)的復(fù)阻抗曲線，從而找出特性最為接近的曲線所對應(yīng)的電路模型。結(jié)果表明，氧化鈦濕敏元件的復(fù)阻抗曲線是由一個或兩個半圓組成，或者其中的部分圖形組成，可以等效為三個電阻和兩個電容通過串-并聯(lián)的方式組合而成的電路。然后，利用VB編程語言編寫等效電路分析系統(tǒng)，通過試湊的

3、方法，分析等效電路的可行性，并通過改變各個參數(shù)值，分析出了各個參數(shù)對復(fù)阻抗曲線的影響：其中電阻分別改變曲線與實軸的坐標和曲線中圓弧的大小，電容改變曲線中圓弧的存在形式。優(yōu)化方面采用兩種方法。首先，用阻抗分析軟件Zsimpwin，依據(jù)建立的等效電路模型，對氧化鈦濕敏元件在不同濕度下的復(fù)阻抗測試結(jié)果進行擬合處理，并得出等效電路的有關(guān)參數(shù)；然后，通過matlab語言編程，嘗試將最優(yōu)化方法之一的“遺傳算法”用于復(fù)阻抗數(shù)據(jù)擬合處理中，并對算法進行了相應(yīng)的改進。同時，采用迭代方法計算出了等效電路的參數(shù)值。結(jié)果證明，改進的遺傳算法應(yīng)用于復(fù)阻抗數(shù)據(jù)擬合

4、中是可行的，所確立的等效電路模型是正確的。關(guān)鍵詞：濕敏元件；建模；復(fù)阻抗分析；優(yōu)化；遺傳算法AbstractRareearthiondopedpureTitaniainhighionfieldintensityandcompositeceramicsarechosenintheexperiment.Sol-gelmethodandfrittingmethodareappliedinmakingporousthickfilmsandthinfilmsontheceramicsubstratesurfacewithelectrode,and

5、dewcellusinginhumiditymeasurementareconstructed.Dewcell’scircuitshouldbeprimarymodeledforabetterresearchofhumiditysensor'sstructureandperformance,andcompleximpendencemethodisusedinthepaper.Eachkindofdefiniteelectriccircuitmodelhasarelatedcompleximpedanceplot.Correspondin

6、gcompleximpedanceplotofempiricaldatumcanbedrawnbyOrigingraphicssoftware.Bycomparingthecompleximpedanceplotrelatedtoempiricaldatumwithidealelectriccircuitmodel,theelectriccircuitmodelwhichcharacteristicsmostcloselytotheplotcanbediscovered.TheresultsindicatethatTitaniahumi

7、ditysensorwhosecompleximpedanceplotiscomposedwithoneortwosemicircles,orpartofthem.Anequivalentcircuitmodelcanbeassociatedwiththreeresistorsandtwocapacitorswhichcombinedwithseries-parallelstyle.ThenequivalentcircuitanalysissystemisprogrammedbasedonVBprogramminglanguage.By

8、cutandtrymethod,thefeasibilityofequivalentcircuitisanalyzed,andtheinfluenceofeachparametertothecomplexi