Mô hình cây quyết định và ứng dụng trong “mũi nhân tạo” để nhận dạng đối tượng từ mùi vị

Trần Hoài Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 127 - 131

127

MÔ HÌNH CÂY QUYẾT ĐỊNH VÀ ỨNG DỤNG TRONG “MŨI NHÂN TẠO”

ĐỂ NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG TỪ MÙI VỊ

Trần Hoài Linh1*, Trương Tuấn Anh2

1

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội;

2

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Bài báo để cập tới mô hình nhận dạng ứng dụng trong thiết bị “mũi nhân tạo” để xác định thành

phần của các “mùi” thoát ra từ đối tượng, từ đó đưa ra được kết quả nhận dạng về đối tượng. Mô

hình cây quyết định sẽ được đề xuất sử dụng. Các thông số của cây sẽ được xác định bởi thuật toán

ID3. Đối tượng để nhận dạng là các loại bia khác nhau. Khí mùi thoát ra từ dung dịch bia sẽ được

thu thập bởi một hệ thống đo với 7 cảm biến khí khác nhau để khắc phục hiện tượng trùng phổ của

các cảm biến điện trở này. Các kết quả tính toán và mô phỏng sẽ minh chứng được sự đơn giản,

hiệu quả và tính khả thi để triển khai giải pháp trên các mạch vi xử lý của thiết bị đo.

Từ khóa: mũi nhân tạo, cây quyết định, thuật toán ID3, cảm biến khí, nhận dạng bia

GIỚI THIỆU CHUNG*

Bài toán phân tích và nhận dạng các khí

thành phần trong một hỗn hợp khí có nhu

cầu sử dụng cao trong thực tế [2,3]. Có thể

kể tới các ứng dụng quan trọng như nhiệm

vụ phát hiện rò rỉ khí cháy nổ, khí độc trong

nhà máy, trong dân dụng, phân tích đánh giá

chất lượng thực phẩm, đánh giá các điều

kiện môi trường,... Trong các thiết bị đo và

phân tích nồng độ khí, các cảm biến đóng

vai trò rất quan trọng. Các thiết bị đo sử

dụng phân tích phổ có độ chính xác rất cao

nhưng lại cồng kềnh, phức tạp, thường chỉ

phù hợp cho việc sử dụng trong phòng thí

nghiệm. Để có được các thiết bị gọn nhẹ,

đơn giản cho các ứng dụng ngoài hiện

trường hoặc xách tay ta thường sử dụng một

trong ba loại cảm biến sau:

- Cảm biến sợi đốt: có phủ một lớp ô-xít kim

loại, được một sợi đốt nhỏ nung lên nhiệt độ

cần thiết (thường là lớn hơn 250oC) để tạo

điều kiện phản ứng, khi cho hỗn hợp khí chạy

qua thì các phần tử khí nhất định sẽ tác động

với lớp ô-xít kim loại để tạo ra tín hiệu điện

trở, điện áp hoặc dòng điện để đưa tới đầu ra

của cảm biến.

- Cảm biến polymer: có phủ một lớp màng

polymer có khả năng hấp thụ một lượng phân

tử khí, khi đó điện trở bề mặt của polymer sẽ

*

Tel: 0912 316629, Email: [email protected]

thay đổi. Đo điện trở này ta sẽ ước lượng

được nồng độ của thành phần khí vừa đo.

- Cảm biến tinh thể: Có chứa một tinh thể đã

được lựa chọn sẵn cho mỗi loại khí có thể đo.

Khi hỗn hợp khí được đưa qua cảm biến, một

số phân tử khí được hấp thụ bởi tinh thể này

khiến cho tần số dao động riêng của tinh thể

thay đổi. Đo tần số dao động của tinh thể ta

có thể ước lượng được nồng độ của thành

phần khí trong hỗn hợp.

Các loại cảm biến vừa nêu có ưu điểm là gọn

nhẹ, dễ thao tác, tuy nhiên nhược điểm chung

lớn nhất của chúng là có đặc tính phi tuyến,

đồng thời tính chọn lọc của cảm biến thấp, có

nghĩa là cảm biến tác động với nhiều loại khí

khác nhau, do đó nếu trong hỗn hợp xuất hiện

đồng thời các khí đó thì ta không thể xác định

được nồng độ của từng thành phần. Một ví dụ

dạng đặc tính của các cảm biến này được cho

trên hình 1. Trong đó trục hoành là nồng độ

của thành phần khí (Tính theo %LEL - Lower

Level of Explosion), trục tung là điện áp đầu

ra của cảm biến.

Để khắc phục được nhược điểm này ta có thể

xây dựng một thiết bị đo sử dụng một ma trận

cảm biến. Khi sử dụng số chỉ của nhiều cảm

biến đồng thời ta có thể ước lượng được chính

xác hơn các thành phần của hỗn hợp khí. Tuy

nhiên có hai vấn đề lớn cần phải khắc phục

khi đó là: 1. Sử dụng bao nhiêu cảm biến là

đủ? 2. Thuật toán xử lý tín hiệu từ các cảm