[發(fā)明專利]基于神經(jīng)網(wǎng)絡的富集過程熱監(jiān)測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210146111.4
• 申請日: 2012-05-02
• 公開（公告）號: CN102661970A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設計）人: 鄭藝華;劉君;王麗影
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于富集過程的熱監(jiān)測方法，特別是基于神經(jīng)網(wǎng)絡的富集過程熱監(jiān)測方法。

背景技術

富集在分析、分離、提純等領域應用廣泛，尤其在痕量分析中常采用，是排除干擾、降低檢出限、提高分析精度的重要手段。富集過程可以通過富集柱或富集床出口被富集樣液濃度的變化趨勢來描述，能反映富集傳質(zhì)區(qū)的長度，確定有效富集時間并用以控制富集過程的進程。

富集過程的準確描述和預測對應用富集的分析、分離、提純等過程的優(yōu)化和控制非常有利，這需要一種快速、準確、可靠的富集過程監(jiān)測方法，熱監(jiān)測方法具有優(yōu)勢，其價格便宜、原理簡單、手段可靠，其采用溫度傳感器對富集過程伴隨的熱變化進行監(jiān)測。受流速、孔隙率、富集表面等多種因素影響，簡單熱監(jiān)測方法的準確性和可靠性受到一定限制，往往需結(jié)合經(jīng)驗操作參數(shù)。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(Back?Propagation?Networks)是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ柧毜亩鄬忧梆伨W(wǎng)絡，具有大規(guī)模并行處理、分布式信息存儲、良好的自組織自學習能力等特點，在工程預測和控制中得到廣泛應用。針對富集過程的熱監(jiān)測方法，引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡描述和預測富集過程，可得到更準確的目標數(shù)據(jù)。

發(fā)明專利(鄭藝華，劉君，馬永志.富集、檢測一體化量熱式生物傳感器，中國，ZL200910126677.9)提出的富集、檢測一體化量熱生物傳感器通過對待測試樣的富集從根本上提高靈敏度，并相對改善特異性，其省略傳統(tǒng)富集的洗脫等步驟，實現(xiàn)了反應、檢測一體化。目前，對其富集過程尚不能有效描述，尚不能準確確定富集過程時間，依據(jù)經(jīng)驗估計，可能會有一定的時間閑置或不足，并且過度的富集過程可能會造成附加的、未知的誤差來源。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有富集過程，難以準確、有效描述和預測過程狀態(tài)的缺陷，利用熱監(jiān)測方法，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)富集過程的快速、準確、可靠的描述和預測，可用于分析、分離、提純等領域涉及富集過程的預測和控制。

本發(fā)明的技術方案是，一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡的富集過程熱監(jiān)測方法。包括如下步驟：

(1)獲取富集過程熱監(jiān)測信號及其相關影響參數(shù)作為輸入變量。

對于各種形式的富集柱或富集床，內(nèi)部填充富集材料，包含入口和出口，出口設置檢測器，所述的檢測器得到出口處被富集樣液的濃度變化，其信號引至計算機處理得到被富集樣液的濃度變化率，利用至少三個溫度傳感器測量富集柱或富集床的熱變化，其輸出信號通過溫度變送器送至計算機處理；所述的多個溫度傳感器沿富集柱或富集床中心軸線分散安裝，同時獲得多個溫度傳感器在富集柱或富集床的相對位置，以及被富集樣液的流速和富集柱或富集床的洗脫體積，并輸入計算機。

所述的檢測器的檢測原理可以是量熱、光度、電化學和電容方法等。

所述的溫度傳感器可以是熱電阻、熱電偶等，可以是點狀、柱狀等，體積盡量小，以獲得較小的時間常數(shù)并減少介入干擾。

所述的洗脫體積指富集柱或富集床從加樣開始到檢測器檢測出峰所經(jīng)過的時間期間內(nèi)流出的洗脫液體積。

(2)建立神經(jīng)網(wǎng)絡。

所述的神經(jīng)網(wǎng)絡是基于L-M(Levenberg-Marquardt)算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡。

所述的神經(jīng)網(wǎng)絡包括一個輸入層、一個中間層和一個輸出層，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

所述的輸入層包括如下輸入變量：多個溫度傳感器的輸出熱信號XS1～XSn及其對應的相對位置XL1～XLn、被富集樣液的流速XF和洗脫體積XV。

所述的中間層節(jié)點接收所有輸入信號，記為：

sj=Σi=1Nwijxi]]>

式中，W_ij是輸入層節(jié)點i和中間層節(jié)點j之間的權值；

每個節(jié)點通過S型對數(shù)函數(shù)作為激活函數(shù)，記為：