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1 传感器中的非线性信号及其反演1

1.1 传感器中的非线性信号1

1.1.1 压力传感器的零点电漂移特性指标1

1.1.2 压力传感器的零点电漂移特性的理论分析3

1.1.3 零点电漂移的利用和抑制10

1.1.4 小结13

1.2 反向漏电对热零点漂移的影响13

1.2.1 国外科学家提出的热零点漂移模型13

1.2.2 反向漏电流对热零点漂移影响模型15

1.3 压力传感器灵敏度电压非线性分析18

1.3.1 扩散电阻的理论模型19

1.3.2 灵敏度电压非线性理论分析21

1.3.3 对灵敏度电压非线性特性的模拟及实验23

1.3.4 小结25

1.4 压力传感器零点电漂移与热漂移特性的模拟26

1.4.1 概述26

1.4.2 利用PSPICE处理非线性电阻的方法27

1.4.3 模拟结果29

1.4.4 实验结果32

1.4.5 小结33

1.5 气敏传感器的灵敏度非线性信号35

1.5.1 以TiO2膜为基的NO2气敏传感器中的灵敏度非线性35

1.5.2 新型智能TiO2基的氧敏传感器中的灵敏度非线性39

1.5.3 ZnO薄膜的丙酮气敏特性41

1.6 轿车门二限位器疲劳试验平台与拉力传感器的非线性信号42

1.6.1 概述42

1.6.2 疲劳实验平台机械结构44

1.6.3 力传感器的制作46

1.7 非线性信号的反演50

1.7.1 反演问题的困难50

1.7.2 电阻率测量中的反演问题51

2 经典非线性信号（函数）拟合法57

2.1 最小二乘法57

2.1.1 直线最小二乘法57

2.1.2 曲线最小二乘法58

2.2 牛顿插值法63

2.2.1 牛顿插值法基本原理63

2.2.2 用牛顿插值法对传感器输出的非线性信号进行反演65

2.2.3 小结69

3 近代非线性信号（函数）拟合法71

3.1 MATLAB算法71

3.1.1 曲线拟合71

3.1.2 坐标点不在一条曲线上的拟合74

3.2 模拟退火算法76

3.2.1 模拟退火算法的模型77

3.2.2 模拟退火算法的参数控制问题78

3.2.3 模拟退火算法的应用79

3.3 遗传算法80

3.3.1 遗传算法定义80

3.3.2 遗传算法的特点80

3.3.3 遗传算法的一般过程81

3.3.4 遗传算法的运算过程83

3.3.5 遗传算法的应用83

3.4 非线性函数规范化多项式拟合法84

3.4.1 原理84

3.4.2 拟合精度的影响因素87

3.4.3 规范化矩阵的各阶同构逆矩阵87

3.5 输出信号基于规范化多项式拟合的智能压力传感器89

3.5.1 概述89

3.5.2 融入环境温度信息的压力解析表达式90

3.5.3 小结95

3.6 利用多项式拟合规范化方法实现范德堡函数的高精度反演96

3.6.1 概述96

3.6.2 范德堡函数的局域反演和全局反演97

3.6.3 范德堡函数非线性多项式在硅单晶圆片测试中的应用101

3.6.4 范德堡函数非线性拟合多项式的误差分析102

3.6.5 小结103

3.7 对硅的电阻率温度系数与电阻率的关系曲线的各种拟合方法结果的比较104

3.7.1 各种拟合方法结果104

3.7.2 小结107

3.8 非线性函数反演“归十”拟合法108

3.8.1 算法的基本原理109

3.8.2 实验数据拟合成规范化多项式时各阶变量系数间的关系111

3.8.3 归十化多项式中│wi/wi-１│的关系114

3.8.4 包括│wi/wi-1│＞1的全部情况的β、γ、δ的取值范围115

3.8.5 归十的反演拟合多项式去“归十”化115

3.8.6 算法的应用117

3.8.7 小结119

3.9 神经网络拟合法120

3.9.1 人工神经网络模型121

3.9.2 人工神经网络的分类122

3.9.3 有学习率神经网络拟合法124

3.10 无学习率权值调整神经计算法拟合范德堡函数多项式134

3.10.1 样本数与权值数相等的神经网络拟合算法拟合范德堡函数134

3.10.2 样本数大于权值数时误差迭代下降的神经网络拟合算法143

3.10.3 两种神经算法的比较154

3.11 量子粒子群优化算法及仿真分析154

3.11.1 QPSO算法154

3.11.2 QDPSO算法158

3.11.3 典例仿真与对比分析159

3.12 模糊拟合算法162

3.12.1 模糊数学的名词162

3.12.2 四控制要素模糊算法165

3.12.3 三控制要素模糊算法166

3.13 基于三控制要素的多项式模糊拟合在人脸图像识别中的应用174

3.13.1 人脸识别问题174

3.13.2 人脸图像数据的非线性降维175

3.13.3 实验结果183

3.14 利用模糊数学分类和绘制硅片上电阻率等值线187

3.14.1 概述187

3.14.2 模糊数学在硅片上电阻率等值线连接中的应用190

3.14.3 编程及利用现有的软件画出等值线198

3.14.4 如何利用MATLAB软件将现有的10个模糊集绘制成等值线200

3.14.5 等值线的连接质量评价203

3.15 蚁群优化算法204

3.15.1 算法基本原理204

3.15.2 改进蚁群优化算法及其在多机器人气味源定位中的应用205

4 传感器非线性信号的补偿与融合211

4.1 非线性信号补偿211

4.1.1 图形补偿211

4.1.2 函数补偿215

4.2 非线性信号信息融合215

4.2.1 概述215

4.2.2 自然融合法216

4.2.3 强制融合法219

4.2.4 小结222

4.3 网络热敏结点的可变电阻、二极管并联脱敏法脱敏应用223

4.3.1 概述223

4.3.2 理论分析225

4.3.3 实验结果与理论分析的比较230

4.3.4 热敏基元在压力传感器中的应用233

4.3.5 小结234

4.4 压力传感器灵敏度温漂补偿技术234

4.4.1 压阻型压力传感器灵敏度温漂234

4.4.2 灵敏度温漂产生的原因236

4.4.3 灵敏度温漂补偿方法及技术236

4.5 压力传感器的热零点漂移现象各种补偿方法的比较244

4.5.1 概述244

4.5.2 压力传感器的热零点漂移现象245

4.5.3 最佳拟合直线的补偿原理248

4.5.4 非线性反函数补偿方法249

4.5.5 非线性函数多项式规范化拟合原理250

4.5.6 基于神经网络的非线性补偿252

4.5.7 各种补偿方法拟合结果的比较253

4.6 自平衡电桥激励的压力传感器零点输出信号的电漂移特性及热漂移消除255

4.6.1 概述255

4.6.2 理论分析256

4.6.3 小结264

4.7 电阻率测量中的有限厚度样品电场分布的畸变修正补偿问题264

4.7.1 方形探针测试法的厚度修正264

4.7.2 非线性厚度修正系数的规范化多项式拟合268

4.7.3 试验验证269

4.7.4 小结270

参考文献271