JP2004093550A - Intelligent gas identifying system - Google Patents

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JP2004093550A
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gas
sensor
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signal
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JP2003063214A
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Yi-Shiao Huang
黄 奕孝
I-Cherng Chen
陳 一誠
Chien-Hsiung Tai
戴 建雄
Wen-Yuan Tsai
蔡 文源
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Industrial Technology Research Institute ITRI
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Industrial Technology Research Institute ITRI
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intelligent gas identifying system for identifying gas or volatile chemical substances under a specific environment and a method of the same. <P>SOLUTION: The intelligent gas identifying system comprises a sensor, a pulsed power supply module, and a processor. The sensor, which comprises a voltage input terminal, an output terminal, and a detecting element, conducts gas identification with being exposed to a specific environment. The pulsed power supply module is connected to the voltage input terminal, and sends amplitude modulate pulse voltage to the sensor by the voltage input terminal. The sensor sends an output signal by the output terminal. The processor stores a plurality of chemical substance characteristic signals, receives the output signal from the output terminal of the sensor, and then compares the output signal with the chemical substances characteristic signals to determine a result of the identification of the gas. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の環境において、ガスあるいは揮発性化学物質を識別する知能型ガス識別システムおよびガス識別の方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ガス濃度センサーは特定のガスの濃度を得るために用いられる。公知のガス濃度センサー500の例は、図5と図6により詳述される。
【0003】
図5で示されるように、公知のガス濃度センサー500は、本体510、電圧入力端子520、出力端子530からなる。図6で示される本体510は、基板512、電極514、検出素子516およびヒーター518を備える。一般に、検出素子516は、たとえば、二酸化スズ(SnO)の薄膜などの金属酸化物の薄膜で、ガス濃度センサー500の付近で、特定のガスに反応する。公知のガス濃度センサー500が特定の環境に適用されて、ガス濃度測定を実施するとき、電圧入力端子520により、固定電圧がセンサー500に入力されて、ヒーター518を作動させて、検出素子516の薄膜が、400℃などの所定温度まで加熱される。よって、検出素子516の薄膜は、特定環境で測定される特定のガスに反応し、この反応により、検出素子516の抵抗が変化する。その後、検出素子516の抵抗により決定された出力電圧は、出力端子530により、出力信号として得られる。
【0004】
特定の環境における特定のガスの濃度が反応に影響することは明らかであり、特定のガスの濃度と検出素子516の抵抗値とのあいだの関係は、ガス濃度センサー500を基準にして、実験によって決めることができる。
【0005】
図7は公知のガス濃度センサー500によるガス濃度測定の例を示す図で、曲線L1およびL2は、特定の気体の異なる濃度を表している。電圧が、電圧入力端子520により、センサー500に入力されて、ヒーター518を作動させるとき、検出素子516の薄膜は、たとえば400℃などの所定温度まで加熱される。この反応により、検出素子516の抵抗は変化し、濃度L1では点A、濃度L2では点Bによって示されるような、出力電圧を生じさせる。注意すべきことは、公知のガス濃度センサー500の所定温度は、ガス濃度センサの応答が明瞭になり、その出力電圧が大きくなるような温度に設定される。たとえば、図7で示されるように、ガス濃度センサの出力が大きくなる最適温度は約400℃である。
【0006】
公知のガス濃度センサー500は薄膜構造を備え、比較的低コストである。さらに、公知のガス濃度センサー500は、ガスに反応して、短時間で測定され、長期間、効果的に用いられる。その結果、ガス濃度センサーは、様々な場所に幅広く用いられる。たとえば、特許文献1で開示されるガス濃度測定装置は、ガス濃度センサーが適用され、加熱制御回路を用いて、パルス幅変調(pulse−width−modulate、PWM)信号により、繰り返しセンサーのヒーターに電圧を供給する。この場合、装置はガス濃度信号に含まれるエラーを訂正し、信号が調整され、ガス濃度センサーの出力信号は大きくなる。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6336354号明細書
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、公知のガス濃度センサー500は、主に、特定のガスの濃度を測定するのに用いられる。特定のガスが特定の環境に存在するとき、公知のガス濃度センサー500が特定の環境で用いられるのは明らかである。しかし、公知のガス濃度センサー500の薄膜は、複数のガスに反応する。よって、特定の環境において、2種以上のガスが存在するとき、公知のガス濃度センサー500は、各ガス中で識別がなされず、センサー500の出力信号は複数のガス間で、特定のガスに正確に対応しない。さらに、特定の環境におけるガスの組成がまったく不明のとき、公知のガス濃度センサー500はガスの組成を識別しない。
【0009】
【課題を解決するための手段】
これらを考慮して、本発明は知能型ガス識別システムおよびその方法を提供し、該知能型ガス識別システムでは、種々のガス種に対応する出力信号が異なるように、従来のガス濃度センサに対する入力信号として振幅変調電圧信号が用いられる。これによって、化学物質特徴データベースが、実験により確立されて、その化学物質の特徴データは、組成および/またはガスの濃度のいわば「参照指紋」として用いることができる。
【0010】
本発明は知能型ガス識別システムを提供する。知能型ガス識別システムは、センサー、パルス電源モジュールおよび処理装置からなる。センサーは、電圧入力端子、出力端子、および検出素子を備え、特定の環境にさらされて、ガス識別を実施する。パルス電源モジュールは電圧入力端子に接続されて、電圧入力端子により、振幅変調パルス電圧をセンサーに送り、センサーは出力端子により出力信号を送出する。処理装置は、複数の化学物質特徴信号を保存し、センサーの出力端子から、出力信号を受信し、その後、出力信号と化学物質特徴信号とを比較して、ガスの識別結果を決定する。
【0011】
さらに、本発明はガス識別方法を提供する。まず、センサーが特定の環境にさらされる。センサーに可変振幅変調パルス(Amplitude Modulate Pulse、AMP)電圧が供給され、センサーは、特定の環境において、ガスに対応する出力信号を出力する。その後、出力信号は複数の化学物質特徴信号と比較されて、特定の環境におけるガスの識別結果を決定する。
【0012】
ガス識別方法において、化学物質特徴信号は、センサーを複数の所定化学物質にさらして、可変振幅変調パルス電圧をセンサーに送ることにより得られ、センサーは、それぞれの所定化学物質に対応する各化学物質特徴信号を出力する。その後、化学物質特徴信号はデータベースに保存される。
【0013】
本発明のシステムと方法において、出力信号は振幅変調パルス電圧信号である。さらに、検出素子は二酸化スズ(SnO)の薄膜などの金属酸化物である。さらに、ガスの識別結果は、ガスの組成、および/またはそれぞれの構成物質の濃度である。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の目的、特徴、および長所をいっそう明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態を挙げ、図を参照にしながらさらに詳しく説明する。
【0015】
従来のガス濃度測定においては、固定電圧がセンサーに入力されて、ヒーターを作動させる。検出素子の薄膜が加熱されて、特定の環境において測定される特定のガスに対する反応が生じ、検出素子の抵抗はこの反応により変化する。このようにして、出力信号が得られる。固定電圧は、検出素子の薄膜が最大の出力信号を示す最適温度になるまで加熱されるように設定される。しかし、本発明においてはセンサーに入力される電圧を最適温度を含む範囲で変化させ、それによって出力信号を変化させる。
【0016】
図8はセンサーにより測定された複数のガスに対応する出力信号を示す図である。ガスは、水素(H)、一酸化炭素(CO)、エタノール(COH)、メタン(CH)および(イソ)ブタン(C10)を含み、各ガスの濃度は0.1%に維持されて、出力信号を得る。提供されたセンサーは、前記の広く用いられているガス濃度センサーである。注意すべきことは、図8の曲線は、薄膜温度(すなわち、センサーに入力される電圧)に対応するガスの出力信号が変化することを示し、各出力信号は個別に識別できるパターンとして認識される。よって、各々のガスの出力信号は、ガス識別におけるガスの化学物質特徴信号として用いられる。これが、本発明に導入されるコンセプトである。
【0017】
さらに、図8に示される本発明のガス識別コンセプトが、図7で示される従来のガス濃度測定と比較して説明される。図7に示す従来技術において、ガス濃度センサー500の出力信号は、選択された特定の薄膜温度(固定電圧がセンサー500に入力されるため)に対応したある一点のデータである。しかし、図8に示す本発明においては、センサーの出力信号は、薄膜温度のある特定の範囲に関連する曲線であって、ガスの化学物質特徴信号として使用され、ガス識別に用いられる。
【0018】
本発明の知能型ガス識別システムの実施例が図1により詳述される。本発明の知能型ガス識別システムが、特定環境において、ガス識別(あるいは揮発性化学物質識別)を実施するために使用される。知能型ガス識別システムは、センサー10、パルス電源モジュール20、処理装置30を備える。
【0019】
センサー10は、図5で示される公知のガス濃度センサー500であって、少なくとも一つの電圧入力端子520、少なくとも一つの出力端子530、および検出素子(すなわち、本体510)を備える。検出素子は、二酸化スズ(SnO)の薄膜などの金属酸化物で、センサー10付近の特定のガスに反応する。
【0020】
パルス電源モジュール20はセンサー10の電圧入力端子に接続されて、可変振幅変調パルス電圧をセンサー10に送り、センサーは出力端子により出力信号を送出する。
【0021】
処理装置30は、複数の化学物質特徴信号を保存するパターン認識モジュールとデータベースを備えるコンピューターである。パターン認識モジュールは、たとえば、グラフィック認識ソフトウェアである。さらに、処理装置30は、センサー10の出力端子から、出力信号を受信する。
【0022】
本実施例の知能型ガス識別システムがガス識別に用いられるとき、センサー10は特定環境にさらされる。パルス電源モジュール20は、電圧入力端子により、可変振幅変調パルス電圧をセンサー10に送り、検出素子の薄膜は繰り返し加熱され、各加熱工程において、薄膜温度は、可変振幅変調パルス電圧により変化する。よって、薄膜は異なる温度の特定環境において、ガスに反応し、センサー10は可変振幅変調パルス信号などの出力信号を、処理装置30に出力する。その後、処理装置30は、出力信号と化学物質特徴信号とを比較して、ガスの組成、および/またはガスそれぞれの構成物質の濃度など、ガスの識別結果を決定する。
【0023】
本発明のガス識別方法のさらなる実施例は、図2のフローチャートで示される。実施例は、ガスGが識別される特定環境に存在すると仮定し、2つの与えられた化学物質XおよびYは、識別対象であるガスGと比較するのに適用される。つまり、ガスGがXまたはYに正確に適合する場合、ガス識別が実施できる。
【0024】
ガス識別が実施されるとき、上述のセンサー10が準備され(S10)、与えられた化学物質XおよびYにさらされる(S20)。その後、可変振幅変調パルス電圧がセンサー10に供給され、センサー10は与えられた化学物質XおよびYに対し、化学物質特徴信号SXおよびSYを出力する(S30)。これらの化学物質特徴信号SX、SYは、ガスGのさらなるガス識別のために、データベースに保存される(S40)。
【0025】
その後、センサーはガスGを含む特定環境にさらされる(S50)。センサーは、可変振幅変調パルス電圧を供給し、センサーは特定環境でガスGに対応する出力信号SGを出力する(S60)。よって、処理装置30は出力信号SGを受信し、出力信号SGを化学物質特徴信号SXおよびSYと比較して、ガスGの識別結果を決定する(S70)。
【0026】
識別結果は、「ガスGが正確にXまたはYに適合する」あるいは「ガスGがXとYのどちらにも適合しない」を表示する値である。注意すべきことは、XとYのパターン(化学物質特徴信号)が、図8中の識別曲線L1、L2のようには一致しない場合、ガス識別が実施され、ガスGがXとYの混合物質かどうか、およびガスGに含まれるXおよび/またはYのそれぞれの濃度が決定される。
【0027】
本発明の知能型ガス識別システムのセンサー10に入力する可変振幅変調パルス電圧信号の例が、図3に示される。本発明における可変振幅変調パルス電圧信号は、電圧振幅が順次に増加または減少する一連のパルス列である。さらに、センサー10の出力信号の2例が図4(a)と図4(b)に示される。
【0028】
注意すべきことは、本発明で得られる化学物質特徴信号(パターン)は、所定のガスのいわゆる「指紋」として用いられる。グラフィック認識技術により、本発明は、定性的分析において、「嗅覚」を模擬することができる。
【0029】
本発明の知能型ガス識別システムにおいて、可変振幅変調パルス電圧が、センサー10に送る入力電圧として用いられ、AMP電圧の各パルスごとに、入力電圧は0に戻り、薄膜温度は室温に戻る。センサーは測定すべきガスに反応し、短時間で反応し、長期にわたって効果的に用いることができるため、本発明は、AMP電圧の各パルスに対応する出力信号が各パルスに対応するセンサに1対1に正確に対応することを確保し、ガス識別の正確度を増加させる。
【0030】
また、注意すべきことは、パルス電源モジュール20によりセンサー10に入力される可変振幅変調パルス電圧は、図3で示されるパターンのような所定のパターンである。可変振幅変調パルス電圧のパルスは、3〜5秒の特定期間維持され、検出素子の薄膜温度が一定温度に到達することを確保する。しかし、1秒から数百ミリセカンドなどの短時間でも許容範囲である。
【0031】
さらに、センサー10に入力される可変振幅変調パルス電圧は、その最高電圧が検出素子の適温(最大出力温度)を上回る薄膜温度になるように設定されなければならない。たとえば、一酸化炭素の適温は300℃以下で、水素の適温は300℃を上回る。その結果、本発明の実施例が一酸化炭素および水素のガス識別に適用される場合、パルス電源モジュール20を調整して、可変AMP信号の最高電圧パルスが、センサー10の薄膜温度を300℃以上にする必要がある。
【0032】
本発明は、多種のガスあるいは揮発性化学物質を確認するのに適用する。たとえば、本発明は、化学研究所での有毒ガス識別に用いられたり、ワイン識別あるいはパフューム製造工程においていわば「電気の鼻」として適用される。本発明のほかの可能な用途としては、トイレ周辺での臭気あるいは工業用有毒ガスの識別などがある。
【0033】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができ、したがって本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【0034】
【発明の効果】
各種特定の気体の種類、濃度を識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の知能型ガス識別システムの実施例を示す図である。
【図2】本発明の知能型ガス識別方法のフローチャートである。
【図3】本発明の実施例による可変振幅変調パルス電圧を示す図である。
【図4】本発明で得られる出力信号の実施例を示す図である。
【図5】公知のガス濃度センサーを示す斜視図である。
【図6】公知のガス濃度センサーの本体を示す断面図である。
【図7】公知のガス濃度センサー500によるガス濃度測定の例を示す図。
【図8】センサーにより測定された複数のガスに対応する出力信号を示す図である。
【符号の説明】
10 センサー
20 パルス電源モジュール
30 処理装置
500 ガス濃度センサー
510 本体
520 電圧入力端子
530 出力端子
512 基板
514 電極
516 検出素子
518 ヒーター
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intelligent gas identification system and method for identifying gas or volatile chemicals in a specific environment.
[0002]
[Prior art]
Generally, a gas concentration sensor is used to obtain the concentration of a specific gas. An example of a known gas concentration sensor 500 will be described in detail with reference to FIGS.
[0003]
As shown in FIG. 5, a known gas concentration sensor 500 includes a main body 510, a voltage input terminal 520, and an output terminal 530. The main body 510 shown in FIG. 6 includes a substrate 512, an electrode 514, a detection element 516, and a heater 518. In general, the detection element 516 is a thin film of a metal oxide such as a thin film of tin dioxide (SnO 2 ) and reacts with a specific gas near the gas concentration sensor 500. When the known gas concentration sensor 500 is applied to a specific environment to perform gas concentration measurement, a fixed voltage is input to the sensor 500 through the voltage input terminal 520, and the heater 518 is operated to activate the detection element 516. The thin film is heated to a predetermined temperature, such as 400C. Therefore, the thin film of the detection element 516 reacts to a specific gas measured in a specific environment, and this reaction changes the resistance of the detection element 516. Thereafter, the output voltage determined by the resistance of the detection element 516 is obtained as an output signal by the output terminal 530.
[0004]
It is clear that the concentration of a particular gas in a particular environment affects the reaction, and the relationship between the concentration of the particular gas and the resistance of the detection element 516 is experimentally determined based on the gas concentration sensor 500. You can decide.
[0005]
FIG. 7 is a diagram showing an example of gas concentration measurement by a known gas concentration sensor 500, and curves L1 and L2 represent different concentrations of a specific gas. When a voltage is input to the sensor 500 via the voltage input terminal 520 to activate the heater 518, the thin film of the detection element 516 is heated to a predetermined temperature, for example, 400 ° C. Due to this reaction, the resistance of the detection element 516 changes, and an output voltage is generated as indicated by a point A at the density L1 and a point B at the density L2. It should be noted that the predetermined temperature of the known gas concentration sensor 500 is set such that the response of the gas concentration sensor becomes clear and the output voltage thereof increases. For example, as shown in FIG. 7, the optimum temperature at which the output of the gas concentration sensor increases is about 400 ° C.
[0006]
The known gas concentration sensor 500 has a thin film structure and is relatively inexpensive. Further, the known gas concentration sensor 500 measures in a short time in response to a gas and is used effectively for a long time. As a result, gas concentration sensors are widely used in various locations. For example, in the gas concentration measurement device disclosed in Patent Document 1, a gas concentration sensor is applied, and a heating control circuit is used to repeatedly apply a voltage to a heater of the sensor by a pulse-width-modulation (PWM) signal. Supply. In this case, the device corrects the error contained in the gas concentration signal, the signal is adjusted, and the output signal of the gas concentration sensor is increased.
[0007]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,336,354
[Problems to be solved by the invention]
However, the known gas concentration sensor 500 is mainly used to measure the concentration of a specific gas. Obviously, when a particular gas is present in a particular environment, the known gas concentration sensor 500 is used in the particular environment. However, the thin film of the known gas concentration sensor 500 reacts to multiple gases. Therefore, in a specific environment, when two or more types of gases are present, the known gas concentration sensor 500 does not make a distinction in each gas, and the output signal of the sensor 500 is output between a plurality of gases and the specific gas. Does not correspond exactly. Further, when the composition of the gas in a particular environment is completely unknown, the known gas concentration sensor 500 does not identify the composition of the gas.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In view of these, the present invention provides an intelligent gas identification system and method, wherein the input to a conventional gas concentration sensor is such that the output signals corresponding to various gas types are different. An amplitude modulation voltage signal is used as the signal. Thereby, a chemical feature database is established experimentally, and the chemical feature data can be used as a so-called “reference fingerprint” of the composition and / or gas concentration.
[0010]
The present invention provides an intelligent gas identification system. The intelligent gas identification system consists of a sensor, a pulse power module and a processing device. The sensor includes a voltage input terminal, an output terminal, and a detection element, and is exposed to a specific environment to perform gas identification. The pulse power supply module is connected to the voltage input terminal, and sends the amplitude modulated pulse voltage to the sensor through the voltage input terminal, and the sensor sends out the output signal through the output terminal. The processing device stores the plurality of chemical characteristic signals, receives the output signal from the output terminal of the sensor, and then compares the output signal with the chemical characteristic signal to determine a gas identification result.
[0011]
Further, the present invention provides a gas identification method. First, the sensor is exposed to a particular environment. The sensor is supplied with an Amplitude Modulated Pulse (AMP) voltage, and the sensor outputs an output signal corresponding to the gas in a particular environment. The output signal is then compared to a plurality of chemical feature signals to determine the outcome of identifying a gas in a particular environment.
[0012]
In the gas identification method, a chemical feature signal is obtained by exposing the sensor to a plurality of predetermined chemicals and sending a variable amplitude modulated pulse voltage to the sensor, wherein the sensor is configured to provide each chemical corresponding to each predetermined chemical. Output the characteristic signal. Thereafter, the chemical feature signal is stored in a database.
[0013]
In the system and method of the present invention, the output signal is an amplitude modulated pulse voltage signal. Further, the detecting element is a metal oxide such as a thin film of tin dioxide (SnO 2 ). Furthermore, the result of the gas identification is the composition of the gas and / or the concentration of the respective constituent substances.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to further clarify the objects, features, and advantages of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0015]
In conventional gas concentration measurement, a fixed voltage is input to a sensor to activate a heater. The thin film of the sensing element is heated, causing a reaction to a particular gas measured in a particular environment, and the resistance of the sensing element is changed by the reaction. Thus, an output signal is obtained. The fixed voltage is set such that the thin film of the sensing element is heated until it reaches an optimum temperature that indicates a maximum output signal. However, in the present invention, the voltage input to the sensor is changed in a range including the optimum temperature, thereby changing the output signal.
[0016]
FIG. 8 is a diagram showing output signals corresponding to a plurality of gases measured by the sensors. The gas contains hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), ethanol (C 2 H 5 OH), methane (CH 4 ) and (iso) butane (C 4 H 10 ), and the concentration of each gas is 0. .1% to obtain the output signal. The sensor provided is the widely used gas concentration sensor described above. Note that the curves in FIG. 8 show that the output signal of the gas corresponding to the film temperature (ie, the voltage input to the sensor) changes, each output signal being recognized as an individually identifiable pattern. You. Therefore, the output signal of each gas is used as a chemical substance characteristic signal of the gas in the gas identification. This is the concept introduced in the present invention.
[0017]
Further, the gas identification concept of the present invention shown in FIG. 8 will be described in comparison with the conventional gas concentration measurement shown in FIG. In the prior art shown in FIG. 7, the output signal of the gas concentration sensor 500 is one point of data corresponding to the selected specific thin film temperature (because a fixed voltage is input to the sensor 500). However, in the present invention shown in FIG. 8, the output signal of the sensor is a curve related to a specific range of the thin film temperature, and is used as a chemical characteristic signal of the gas and used for gas identification.
[0018]
An embodiment of the intelligent gas identification system of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The intelligent gas identification system of the present invention is used to perform gas identification (or volatile chemical identification) in specific environments. The intelligent gas identification system includes a sensor 10, a pulse power supply module 20, and a processing device 30.
[0019]
The sensor 10 is a known gas concentration sensor 500 shown in FIG. 5, and includes at least one voltage input terminal 520, at least one output terminal 530, and a detection element (that is, the main body 510). The detection element is a metal oxide such as a thin film of tin dioxide (SnO 2 ), and reacts with a specific gas near the sensor 10.
[0020]
The pulse power supply module 20 is connected to a voltage input terminal of the sensor 10 and sends a variable amplitude modulated pulse voltage to the sensor 10, and the sensor sends an output signal through an output terminal.
[0021]
The processing device 30 is a computer including a pattern recognition module for storing a plurality of chemical substance characteristic signals and a database. The pattern recognition module is, for example, graphic recognition software. Further, the processing device 30 receives an output signal from an output terminal of the sensor 10.
[0022]
When the intelligent gas identification system of the present embodiment is used for gas identification, the sensor 10 is exposed to a specific environment. The pulse power supply module 20 sends the variable amplitude modulation pulse voltage to the sensor 10 through the voltage input terminal, and the thin film of the detection element is repeatedly heated. In each heating step, the thin film temperature changes with the variable amplitude modulation pulse voltage. Thus, the thin film reacts to the gas in a specific environment at different temperatures, and the sensor 10 outputs an output signal such as a variable amplitude modulation pulse signal to the processing device 30. Thereafter, the processing device 30 compares the output signal with the chemical substance characteristic signal to determine a gas identification result such as a gas composition and / or a concentration of a constituent material of each gas.
[0023]
A further embodiment of the gas identification method of the present invention is shown in the flow chart of FIG. The example assumes that gas G is present in the particular environment to be identified, and two given chemicals X and Y are applied to compare with gas G to be identified. That is, if the gas G exactly matches X or Y, gas identification can be performed.
[0024]
When gas identification is performed, the sensor 10 described above is prepared (S10) and exposed to the provided chemicals X and Y (S20). Thereafter, the variable amplitude modulation pulse voltage is supplied to the sensor 10, and the sensor 10 outputs chemical substance characteristic signals SX and SY for the given chemical substances X and Y (S30). These chemical feature signals SX, SY are stored in a database for further gas identification of gas G (S40).
[0025]
Thereafter, the sensor is exposed to a specific environment including the gas G (S50). The sensor supplies a variable amplitude modulation pulse voltage, and the sensor outputs an output signal SG corresponding to the gas G in a specific environment (S60). Therefore, the processing device 30 receives the output signal SG, compares the output signal SG with the chemical substance characteristic signals SX and SY, and determines the identification result of the gas G (S70).
[0026]
The identification result is a value indicating “the gas G exactly matches X or Y” or “the gas G does not match either X or Y”. It should be noted that when the X and Y patterns (chemical substance characteristic signals) do not match as shown in the identification curves L1 and L2 in FIG. 8, gas identification is performed and the gas G is mixed with X and Y. Whether the substance is a substance and the respective concentrations of X and / or Y contained in the gas G are determined.
[0027]
An example of a variable amplitude modulated pulse voltage signal input to the sensor 10 of the intelligent gas identification system of the present invention is shown in FIG. The variable amplitude modulated pulse voltage signal in the present invention is a series of pulse trains in which the voltage amplitude increases or decreases sequentially. Further, two examples of the output signal of the sensor 10 are shown in FIGS. 4A and 4B.
[0028]
It should be noted that the chemical feature signal (pattern) obtained in the present invention is used as a so-called "fingerprint" of a given gas. With graphic recognition technology, the present invention can simulate "smell" in qualitative analysis.
[0029]
In the intelligent gas identification system of the present invention, a variable amplitude modulated pulse voltage is used as an input voltage to be sent to the sensor 10, and for each pulse of the AMP voltage, the input voltage returns to 0 and the thin film temperature returns to room temperature. Since the sensor responds to the gas to be measured, reacts in a short time, and can be effectively used for a long period of time, the present invention provides an output signal corresponding to each pulse of the AMP voltage to the sensor corresponding to each pulse. Ensure accurate correspondence to one-to-one and increase the accuracy of gas identification.
[0030]
Also, it should be noted that the variable amplitude modulation pulse voltage input to the sensor 10 by the pulse power supply module 20 has a predetermined pattern such as the pattern shown in FIG. The pulse of the variable amplitude modulation pulse voltage is maintained for a specific period of 3-5 seconds to ensure that the thin film temperature of the detector reaches a certain temperature. However, even a short time such as one second to several hundred milliseconds is acceptable.
[0031]
Further, the variable amplitude modulation pulse voltage input to the sensor 10 must be set so that the maximum voltage thereof becomes a thin film temperature exceeding an appropriate temperature (maximum output temperature) of the detection element. For example, a suitable temperature for carbon monoxide is 300 ° C. or less, and a suitable temperature for hydrogen exceeds 300 ° C. As a result, when the embodiment of the present invention is applied to the gas discrimination of carbon monoxide and hydrogen, the pulse power module 20 is adjusted so that the maximum voltage pulse of the variable AMP signal increases the thin film temperature of the sensor 10 by 300 ° C. or more. Need to be
[0032]
The present invention applies to identify a variety of gases or volatile chemicals. For example, the present invention is used for identification of toxic gas in chemical laboratories, and is applied as a so-called “electric nose” in wine identification or perfume manufacturing processes. Other possible uses of the invention include identification of odor or industrial toxic gases around toilets.
[0033]
Although preferred embodiments of the present invention have been disclosed as described above, they are not intended to limit the present invention in any way, and any person skilled in the art may make various modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. Changes and modifications can be made, and the protection scope of the present invention is based on the contents specified in the claims.
[0034]
【The invention's effect】
The type and concentration of various specific gases can be identified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an intelligent gas identification system of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of the intelligent gas identification method of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a variable amplitude modulation pulse voltage according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of an output signal obtained by the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a known gas concentration sensor.
FIG. 6 is a sectional view showing a main body of a known gas concentration sensor.
FIG. 7 is a diagram showing an example of gas concentration measurement by a known gas concentration sensor 500.
FIG. 8 is a diagram showing output signals corresponding to a plurality of gases measured by sensors.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 sensor 20 pulse power supply module 30 processing device 500 gas concentration sensor 510 main body 520 voltage input terminal 530 output terminal 512 substrate 514 electrode 516 detection element 518 heater

Claims (13)

知能型ガス識別システムであって、
特定の環境にさらされ、電圧入力端子と出力端子と検出素子とを備えるセンサーと、
前記電圧入力端子に接続され、前記電圧入力端子により、可変振幅変調パルス電圧を前記センサーに送り、前記センサーが前記出力端子により、出力信号を出力するパルス電源モジュールと、
複数の化学物質特徴信号を保存し、前記センサーの前記出力端子から前記出力信号を受信する処理装置と、
からなり、
前記処理装置は前記出力信号を受信し、前記出力信号と前記化学物質特徴信号と比較して、前記ガスの識別結果を決定することを特徴とするシステム。
An intelligent gas identification system,
A sensor that is exposed to a specific environment and includes a voltage input terminal, an output terminal, and a detection element;
A pulse power supply module connected to the voltage input terminal, wherein the voltage input terminal sends a variable amplitude modulation pulse voltage to the sensor, and the sensor outputs an output signal through the output terminal;
A processing device that stores a plurality of chemical substance characteristic signals and receives the output signal from the output terminal of the sensor;
Consisting of
The system of claim 1, wherein the processor receives the output signal and compares the output signal with the chemical feature signal to determine a result of the gas identification.
前記出力信号は、振幅変調パルス信号であることを特徴とする請求項1記載のシステム。The system of claim 1, wherein the output signal is an amplitude modulated pulse signal. 前記検出素子は、金属酸化物の薄膜であることを特徴とする請求項1記載のシステム。The system of claim 1, wherein the sensing element is a metal oxide thin film. 前記酸化物は、二酸化スズ(SnO)であることを特徴とする請求項3記載のシステム。The oxide The system of claim 3, wherein the tin dioxide (SnO 2). 前記ガスの前記識別結果は、前記ガスの組成であることを特徴とする請求項1記載のシステム。The system of claim 1, wherein the identification of the gas is a composition of the gas. 前記ガスの前記識別結果は、前記ガスの構成物質の濃度であることを特徴とする請求項5記載のシステム。The system according to claim 5, wherein the identification result of the gas is a concentration of a constituent material of the gas. ガス識別方法であって、
特定の環境に、センサーを提供する工程と、
可変振幅変調パルス電圧を、前記センサーに送り、前記センサーが前記特定の環境における前記ガスに対応する出力信号を出力する工程と、
前記出力信号と複数の化学物質特徴信号とを比較して、前記特定の環境における前記ガスの識別結果を決定する工程と、
からなることを特徴とする方法。
A gas identification method,
Providing a sensor for a particular environment;
Sending a variable amplitude modulated pulse voltage to the sensor, the sensor outputting an output signal corresponding to the gas in the particular environment;
Comparing the output signal with a plurality of chemical feature signals to determine a result of identifying the gas in the particular environment;
A method characterized by comprising:
前記化学物質特徴信号は、
複数の所定化学物質に前記センサーをさらし、可変振幅変調パルス電圧を前記センサーに送り、前記センサーがそれぞれの前記所定化学物質に対応する前記化学物質特徴信号を出力する工程と、
前記化学物質特徴信号を、データベースに保存する工程と、
により得られることを特徴とする請求項7記載の方法。
The chemical feature signal is:
Exposing the sensor to a plurality of predetermined chemicals, sending a variable amplitude modulated pulse voltage to the sensor, and the sensor outputting the chemical characteristic signal corresponding to each of the predetermined chemicals;
Storing the chemical substance characteristic signal in a database;
8. The method according to claim 7, wherein the method is obtained by:
前記出力信号は、振幅変調パルス電圧信号であることを特徴とする請求項7記載の方法。The method of claim 7, wherein the output signal is an amplitude modulated pulse voltage signal. 前記検出素子は、金属酸化物の薄膜であることを特徴とする請求項7記載の方法。The method according to claim 7, wherein the detection element is a thin film of a metal oxide. 前記金属酸化物は、二酸化スズ(SnO)であることを特徴とする請求項10記載の方法。The metal oxide The method of claim 10, wherein the tin dioxide (SnO 2). 前記ガスの前記識別結果は、前記ガスの組成であることを特徴とする請求項7記載の方法。The method of claim 7, wherein the identification of the gas is a composition of the gas. 前記ガスの前記識別結果は、前記ガスの構成物質の濃度であることを特徴とする請求項12記載の方法。13. The method according to claim 12, wherein the identification result of the gas is a concentration of a constituent of the gas.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210215654A1 (en) * 2020-01-08 2021-07-15 Richard M. COSTANZO System and Method for Multidimensional Gas Sensing and Localization
JP7354521B2 (en) 2020-12-25 2023-10-03 公立大学法人 富山県立大学 Odor detection device and odor detection method

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