A calibration model for gas sensor array in varying environmental conditions

• Autorzy: Kalinowski P. , Murawka K. , Koc K. , Jasiński P. , Jasiński G.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2015.3.12

Warianty tytułu

PL

Model kalibracyjny dla matrycy czujników gazu pracującej w zmiennych warunkach otoczenia

• Konferencja: International IMAPS-CMPT Poland (38 ; 21- 24.09.2014 ; Rzeszów -Czarna, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Gas-analyzing systems based on gas sensors, commonly referred to as electronic noses, are the systems which enable the recognition of volatile compounds in their working environment and provide the online results of analysis. The most commonly used type of sensors in such systems is semiconductor gas sensors. They are considered to be the most reliable in the long-term applications (more than 1 year), however, their signal tends to drift. Instability of semiconductor gas sensors is one of the most challenging issues to solve in order to get reliable e-nose systems. There are a few causes of drift phenomenon, like i.e. sensors poisoning or aging. On the other hand, drift-like effects are also connected with the influence of environmental parameters such as temperature, humidity or the parameters connected with measurement systems - such as gas flow rate in sensors measurement chamber. In the case of devices for air-quality monitoring, which are exposed to varying environmental conditions it is crucial to develop the robust sensor signals processing system, which is insensitive to the variation of environmental conditions. In this article we present the calibration model for an array of four semiconductor sensors which is able to eliminate the influence of temperature and gas flow rate effect from the sensor responses.

PL

Systemy rozpoznawania lotnych związków oparte na czujnikach gazu umożliwiają identyfikację składu mierzonej mieszaniny gazowej w środowisku pracy i zapewniają uzyskanie wyników w czasie rzeczywistym. Najczęściej wykorzystywanym w takich urządzeniach typem czujników są półprzewodnikowe rezystancyjne czujniki gazu. Pomimo faktu, że czujniki półprzewodnikowe są uważane za najbardziej stabilne i niezawodne, występuje w nich zjawisko dryftu. Istnieje kilka przyczyn tego zjawiska, jak np. starzenie się, bądź zatrucie czujnika. Dryft sygnału jest również związany z wpływem czynników takich jak temperatura, wilgotność bądź prędkość przepływu gazu w komorze pomiarowej. W przypadku urządzeń służących do monitoringu jakości powietrza, niezbędne jest uwzględnienie wpływu tych czynników i eliminacja dryftu z nimi związanego. W artykule przedstawiono propozycję modelu kalibracyjnego dla matrycy czterech półprzewodnikowych czujników gazu, który umożliwia eliminację dryftu związanego z wpływem czynników środowiskowych.

Słowa kluczowe

EN

gas sensors; response shift; calibration model; electronic nose

PL

czujniki gazu; dryft sygnału; model kalibracyjny; elektroniczny nos

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 56, nr 3
• Strony: 43--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kalinowski P.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

autor

Murawka K.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

autor

Koc K.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

autor

Jasiński P.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

autor

Jasiński G.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

Bibliografia

• [1] Hierlemann A., Gutierrez-Osuna R., “Higher-Order Chemical Sensing”, Chemical Reviews, 108 (2008), 563-613.
• [2] Roeck F., Barsan N., Weimar U., “Electronic Nose: Current Status and Future Trends”, Chemical Reviews, 109 (2008), 705-725.
• [3] Korotcenkov G., Cho B.K., “Instability of metal oxide-based conductometric gas sensors and approaches to stability improvement (short survey)”, Sensors and Actuators B: Chemical, 156 (2011), 527-538.
• [4] Vergara A., Shankar V., Ayhan T., Ryan M.A., Homer M.L., Huerta R., “Chemical gas sensor drift compensation using classifiers ensembles”, Sensors and Actuators B: Chemical, 166-167 (2012), 320-329.
• [5] Abidin M.Z., Asmat A., Hamidon M.N., “Identification of Initial Drift in Semiconductor Gas Sensors Caused by Temperature Variation”, Proc. 9th International Colloquium on Signal Processing and its Applications, Kuala Lumpur, Malaysia, 8-10 Mar. 2013.
• [6] Hauge J.E., Tomic O., Kvaal K., “A calibration method for handling the temporal drift of solid state gas sensors,” Analytica Chimica Acta, 407 (2000), 23-39.
• [7] Artursson T., Ekloev, T., Lundstroem I., Maertensson P., Sjoestroem M., Holmberg M., “Drift correction for gas sensors using multivariate methods”, Journal of Chemometrics, 14 (2000), 711-723.
• [8] Padilla M., Perera A., Montoliu I., Chaudry A., Persaud K., Marco S., “Drift compensation of gas sensor array data by Orthogonal Signal Correction”, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 100 (2010), 28-35.
• [9] Hossein - Babaei F., Ghafarinia V., “Compensation of the drift like terms caused by environmental fluctuations in the responses of chemoresistive gas sensors”, Sensors and Actuators B: Chemical, 143 (2010), 641-648.
• [10] Hajmirzaheydarali M., Ghafarinia V., “A smart gas sensor insensitive to humidity and temperature variations”, Materials Science and Engineering, 17 (2011).
• [11] Tian F., Pan L., Xiao B., Yang S.X., Guo J., Feng J., Kadri C., “Study of the temperature and humidity dependence of a metal oxide semiconductor sensor array”, Journal of Computational Information Systems, 8 (2012), 4495-4503.

Uwagi

EN

The work was supported by the National Centre for Research and Development, project LIDER No. 22/103/L-2/10/NCBiR/2011 „Multisensor system for measuring air pollutants.