KR102003027B1 - Apparatus for sensing harmful substance - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치는 복수의 질소계 유해물질에 각각에 대한 센싱 정도가 다른 복수의 센서; 상기 복수의 센서에 의한 상기 복수의 질소계 유해물질의 센싱 정도 사이의 기준 패턴 정보와 상기 복수의 질소계 유해물질 각각의 이름 관련 정보를 저장하는 메모리부; 및 상기 복수의 센서 각각이 상기 복수의 질소계 유해물질 중 하나를 센싱할 때, 상기 복수의 센서 각각에 의한 상기 하나의 질소계 유해물질에 대한 센싱 정도 사이의 비교 패턴 정보를 생성하고, 상기 하나의 질소계 유해물질의 기준 패턴 정보와 상기 비교 패턴 정보에 따라 상기 하나의 질소계 유해물질의 이름 관련 정보를 상기 메모리부에서 읽어들이는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 메모리부로부터 읽어들인 상기 이름 관련 정보를 표시하는 표시부;를 포함한다.The apparatus for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention includes a plurality of sensors each having a different sensing degree for each of a plurality of nitrogen-based harmful substances; A memory unit for storing reference pattern information between the sensing degree of the plurality of nitrogen-based harmful substances by the plurality of sensors and name-related information of each of the plurality of nitrogen-based harmful substances; And generating, when each of the plurality of sensors senses one of the plurality of nitrogen-based harmful substances, comparison pattern information between the degree of sensing of the one nitrogen-based hazardous substance by each of the plurality of sensors, A controller for reading name-related information of the one nitrogen-based harmful substance from the memory unit according to the reference pattern information of the nitrogen-based harmful substance of the nitrogen-based harmful substance and the comparison pattern information; And a display unit for displaying the name related information read from the memory unit under the control of the controller.

Description

유해물질 센싱 장치{APPARATUS FOR SENSING HARMFUL SUBSTANCE}{APPARATUS FOR SENSING HARMFUL SUBSTANCE}

본 발명은 유해물질 센싱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a harmful substance sensing device.

인체에 해를 끼치고 공기를 오염시키는 다양한 물질에 대한 규제가 강화되고 있다. 특히 산업 현장이나 차량 등에서 발생하는 질소계 유해물질인 경우 공기 오염의 주 원인이 되고 있기 때문에 질소계 유해물질에 대한 규제가 큰 이슈가 되고 있다. Regulations are being tightened on various substances that harm human bodies and pollute the air. Especially, in the case of nitrogen-based harmful substances generated from industrial sites or vehicles, regulation of nitrogen-based harmful substances becomes a major issue because it is the main cause of air pollution.

이에 따라 질소계 유해물질을 센싱할 수 있는 센싱 장치에 대한 관심이 많아지고 있으며, 이에 따라 질소계 유해물질의 센싱 정확도를 향상시킬 수 있는 다양한 연구가 진행되고 있다. Accordingly, there is a growing interest in a sensing device capable of sensing nitrogen-based harmful substances, and various studies are being conducted to improve the sensing accuracy of nitrogen-based harmful substances.

공개특허 10-2016-0054707 (공개일자 2016년05월17일)Published Japanese Patent Application No. 10-2016-0054707 (published on May 17, 2016)

본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치는 특정 유해물질에 대한 센싱 정확도를 향상시키기 위한 것이다. The apparatus for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention is for improving the sensing accuracy of a specific harmful substance.

본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The task of the present application is not limited to the above-mentioned problems, and another task which is not mentioned can be clearly understood by a person skilled in the art from the following description.

본 발명의 일측면에 따르면, 복수의 질소계 유해물질에 각각에 대한 센싱 정도가 다른 복수의 센서; 상기 복수의 센서에 의한 상기 복수의 질소계 유해물질의 센싱 정도 사이의 기준 패턴 정보와 상기 복수의 질소계 유해물질 각각의 이름 관련 정보를 저장하는 메모리부; 및 상기 복수의 센서 각각이 상기 복수의 질소계 유해물질 중 하나를 센싱할 때, 상기 복수의 센서 각각에 의한 상기 하나의 질소계 유해물질에 대한 센싱 정도 사이의 비교 패턴 정보를 생성하고, 상기 하나의 질소계 유해물질의 기준 패턴 정보와 상기 비교 패턴 정보에 따라 상기 하나의 질소계 유해물질의 이름 관련 정보를 상기 메모리부에서 읽어들이는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 메모리부로부터 읽어들인 상기 이름 관련 정보를 표시하는 표시부;를 포함하는 유해물질 센싱 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a sensor comprising: a plurality of sensors each having a different sensing degree for each of a plurality of nitrogen-based harmful substances; A memory unit for storing reference pattern information between the sensing degree of the plurality of nitrogen-based harmful substances by the plurality of sensors and name-related information of each of the plurality of nitrogen-based harmful substances; And generating, when each of the plurality of sensors senses one of the plurality of nitrogen-based harmful substances, comparison pattern information between the degree of sensing of the one nitrogen-based hazardous substance by each of the plurality of sensors, A controller for reading name-related information of the one nitrogen-based harmful substance from the memory unit according to the reference pattern information of the nitrogen-based harmful substance of the nitrogen-based harmful substance and the comparison pattern information; And a display unit for displaying the name related information read from the memory unit under the control of the controller.

본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치는 특정 유해물질에 대한 복수의 센서들의 센싱 정도를 통하여 패턴 정보를 도출함으로써 상기 특정 유해물질이 무엇인지를 표시할 수 있다. The apparatus for detecting a harmful substance according to an embodiment of the present invention can display what kind of the specific harmful substance by deriving pattern information through a degree of sensing of a plurality of sensors with respect to a specific harmful substance.

본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치는 특정 유해물질에 대한 복수의 센서 각각의 센싱 정도 사이의 패턴을 이용함으로써 특정 유해물질에 대한 센싱 정확도를 향상시킬 수 있다. The apparatus for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention can improve the sensing accuracy of a specific harmful substance by using a pattern between sensing degrees of each of a plurality of sensors for a specific harmful substance.

본 출원의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present application are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치의 제1 내지 제5 센서의 전극 구조를 나타낸다.
도 3 내지 도 7은 5종의 질소계 유해물질이 제1 센서 내지 제5 센서에 노출되었을 때 제1 센서 내지 제5 센서의 저항 변화율 및 반응도를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8e는 질소계 유해물질에 대한 제1 센서 내지 제5 센서의 단위 시간당 저항 변화값 및 단위 시간당 저항 변화값에 대한 방사형 그래프를 나타낸다.1 is a block diagram of a device for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows electrode structures of first to fifth sensors of the apparatus for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3 to 7 show resistance change rates and reactivity of the first to fifth sensors when the five kinds of nitrogen-based harmful substances are exposed to the first sensor to the fifth sensor.
8A to 8E show radial graphs of the resistance change value per unit time and the resistance change value per unit time of the first sensor to the fifth sensor with respect to the nitrogen-based harmful substance.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the appended drawings illustrate the present invention in order to more easily explain the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto. You will know.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Also, the terms used in the present application are used only to describe certain embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치는 복수의 센서(100), 메모리부(200), 컨트롤러(300) 및 표시부(400)를 포함한다. 1 shows a device for detecting a harmful substance according to an embodiment of the present invention. 1, the apparatus for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention includes a plurality of sensors 100, a memory unit 200, a controller 300, and a display unit 400. As shown in FIG.

복수의 센서(100)는 복수의 질소계 유해물질에 각각에 대한 센싱 정도가 다르다. 이 때 복수의 질소계 유해물질은 NO, NO2, NH3, TMA(Trimethylamine), TEA(Triethylamine)를 포함할 수 있다. 각 센서의 질소계 유해물질에 대한 센싱 정도는 이후에 상세히 설명하도록 한다. The plurality of sensors 100 have different sensing degrees for the plurality of nitrogen-based harmful substances. At this time, the plurality of nitrogen-based harmful substances may include NO, NO 2 , NH 3 , TMA (Trimethylamine), and TEA (Triethylamine). The degree of sensing of the nitrogen-based harmful substances of each sensor will be described in detail later.

메모리부(200)는 복수의 센서(100)에 의한 복수의 질소계 유해물질의 센싱 정도 사이의 기준 패턴 정보와 복수의 질소계 유해물질 각각의 이름 관련 정보를 저장한다. 기준 패턴 정보에 대해서는 이후에 상세히 설명하도록 한다. 이름 관련 정보는 질소계 유해물질의 이름일 수도 있고, 질소계 유해물질의 이름에 해당되는 코드일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The memory unit 200 stores reference pattern information between the sensing degree of the plurality of nitrogen-based harmful substances by the plurality of sensors 100 and name-related information of each of the plurality of nitrogen-based harmful substances. The reference pattern information will be described later in detail. The name-related information may be a name of a nitrogen-based harmful substance or a code corresponding to a name of a nitrogen-based harmful substance, but is not limited thereto.

컨트롤러(300)는 복수의 센서(100) 각각이 복수의 질소계 유해물질 중 하나를 센싱할 때, 복수의 센서(100) 각각에 의한 하나의 질소계 유해물질에 대한 센싱 정도 사이의 비교 패턴 정보를 생성하고, 하나의 질소계 유해물질의 기준 패턴 정보와 비교 패턴 정보에 따라 하나의 질소계 유해물질의 이름 관련 정보를 메모리부(200)에서 읽어들인다. The controller 300 determines whether or not each of the plurality of sensors 100 detects one of the plurality of nitrogen-based harmful substances by comparing pattern information about the degree of sensing of one nitrogen- Related information of one nitrogen-based harmful substance in the memory unit 200 according to the reference pattern information and the comparison pattern information of one nitrogen-based harmful substance.

표시부(400)는 컨트롤러(300)의 제어에 따라 메모리부(200)로부터 읽어들인 이름 관련 정보를 표시한다. 표시부(400)는 인디케이터 램프(indicator lamp), LED, LCD 또는 OLED일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The display unit 400 displays name related information read from the memory unit 200 under the control of the controller 300. The display unit 400 may be an indicator lamp, an LED, an LCD, or an OLED, but is not limited thereto.

복수의 센서(100)는 유해물질의 센싱에 따라 센서에 포함된 전극의 전류 또는 전압이 변화할 수 있다. 복수의 유해물질 각각에 대한 각 센서의 전류 또는 전압은 실험을 통하여 미리 측정할 수 있다. The plurality of sensors 100 may change the current or voltage of the electrodes included in the sensor depending on the sensing of the harmful substances. The current or voltage of each sensor for each of a plurality of hazardous substances can be measured in advance through experiments.

이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치의 제조 과정에서 각 센서의 특정 유해물질에 대한 저항 변화율이 센싱 정도로서 도출될 수 있다. 이 때 방사형 그래프 등으로 표현될 수 있는 센싱 정도 사이의 패턴이 설정될 수 있으며, 패턴의 특징이 기준 패턴 정보로 메모리부(200)에 저장될 수 있다. Accordingly, in the manufacturing process of the harmful substance sensing device according to the embodiment of the present invention, the rate of change in resistance to specific harmful substances of each sensor can be derived as a sensing degree. At this time, a pattern between degrees of sensing that can be expressed by a radial graph or the like can be set, and the feature of the pattern can be stored in the memory unit 200 as reference pattern information.

복수의 센서들(100)이 질소계 유해물질을 실제로 센싱하였을 때, 컨트롤러(300)는 복수의 센서들(100) 각각의 전류 또는 전압을 통하여 유해물질에 대한 저항 변화율을 도출할 수 있으며, 이들 센싱 정도를 통하여 비교 패턴 정보를 도출할 수 있다. When the plurality of sensors 100 actually sense the nitrogen-based harmful substance, the controller 300 can derive a resistance change rate with respect to the harmful substance through the current or voltage of each of the plurality of sensors 100, The comparison pattern information can be derived through the degree of sensing.

다음으로 기준 정보 패턴을 도출하는 과정을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Next, a process of deriving the reference information pattern will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치의 제1 내지 제5 센서의 전극 구조를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 전극(20)이 형성될 수 있다. 이 때 전극(20)은 서로 맞물린 형태(interdigitated type)를 지닐 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. FIG. 2 shows electrode structures of first to fifth sensors of the apparatus for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, an electrode 20 may be formed on the substrate 10. At this time, the electrodes 20 may have an interdigitated type, but the present invention is not limited thereto.

제1 센서(110)는 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클(Al doped ZnO nano particle)이 코팅된 전극(20)을 포함하고, 제2 센서(130)는 백금이 데코레이팅된 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클(Pt decorated Al doped ZnO nano particle)이 코팅된 전극(20)을 포함할 수 있다. The first sensor 110 includes an electrode 20 coated with Al-doped ZnO nanoparticles and the second sensor 130 includes an electrode 20 made of aluminum-doped zinc oxide nanoparticles Pt coated Al doped ZnO nano particle) coated electrode 20.

고성능 센서의 개발을 위해서는 질소계 유해물질과 반응할 수 있는 표면적을 극대화시켜야 하는데, 기존에 상용화되어 있는 가스센서는 대부분 후막 형태의 반도체성 금속산화물을 기반으로 하며, 이는 제한적인 표면적으로 인하여 센서 성능을 제한시킬 수 있다. 반면에 제1 센서(110) 및 제2 센서(130)는 나노입자 기반의 센서이므로 미세한 나노 파티클로 인한 표면적의 증가를 통해 고성능의 센서 특성을 확보할 수 있다.In order to develop a high-performance sensor, it is necessary to maximize the surface area capable of reacting with nitrogen-based harmful substances. The gas sensors that have been commercialized in the past are mostly based on thick film semiconductive metal oxides, . ≪ / RTI > On the other hand, since the first sensor 110 and the second sensor 130 are nanoparticle-based sensors, high-performance sensor characteristics can be secured by increasing the surface area due to fine nanoparticles.

또한 제3 센서(150)는 백금이 데코레이팅된 삼산화 텅스텐(Pt decorated WO3)이 증착된 전극(20)을 포함하고, 제4 센서(170)는 금이 데코레이팅된 삼산화 텅스텐(Au decorated WO3)이 증착된 전극(20)을 포함하며, 제5 센서(190)는 질소 도핑 그래핀(N doped graphene)이 코팅된 전극(20)을 포함할 수 있다. The third sensor 150 also includes an electrode 20 on which a plated decorated tungsten (Pt decorated WO 3 ) is deposited and a fourth sensor 170 includes a gold decorated tungsten 3 includes a deposited electrode 20 and the fifth sensor 190 may include an electrode 20 coated with N doped graphene.

전극(20)과 연결된 리드선에 전류가 인가되면서 얻어지는 전극(20) 사이의 전압이 측정되는데, 앞서 언급된 5가지의 질소계 유해물질 각각이 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)에 노출될 수 있다. The voltage between the electrodes 20 obtained by applying an electric current to the lead wire connected to the electrode 20 is measured. Each of the five nitrogen-based harmful substances mentioned above is applied to the first sensor 110 to the fifth sensor 190 Can be exposed.

5 종류의 질소계 유해물질 각각이 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)에 노출되면, 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)마다 전압의 변화가 발생하게 되고 전극(20)의 전압과 전류를 통하여 저항의 변화가 도출될 수 있다. When each of the five kinds of nitrogen-based harmful substances is exposed to the first sensor 110 to the fifth sensor 190, a voltage change occurs for each of the first sensor 110 to the fifth sensor 190, A change in resistance can be derived through the voltage and the current of the resistor.

이 때 질소계 유해물질의 농도는 질소계 유해물질 5종의 IDLH(Immediate Dangerous to Life and Health)를 고려하여 10 ppm, 1 ppm, 0.1 ppm으로 하고 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)가 질소계 유해물질에 대한 노출시간은 500초로 하여 실험이 진행되었다. At this time, the concentrations of the nitrogen-based harmful substances are set to 10 ppm, 1 ppm, and 0.1 ppm in consideration of the IDLH (Immediate Dangerous to Life and Health) of the five nitrogen-based harmful substances and the first sensor 110 to the fifth sensor 190 ) Was exposed to nitrogen-based harmful substances at an exposure time of 500 seconds.

도 3 내지 도 7은 5종의 질소계 유해물질이 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)에 노출되었을 때 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)의 저항 변화율 및 반응도를 각각 나타낸다. 3 to 7 show resistance change rates and reactivities of the first sensor 110 to the fifth sensor 190 when the five types of nitrogen-based harmful substances are exposed to the first sensor 110 to the fifth sensor 190 Respectively.

이 때 도 3 내지 도 7 각각의 상단 그래프, 중앙 그래프 및 하단 그래프는 각각 10 ppm, 1 ppm 및 0.1 ppm 농도의 질소계 유해물질에 노출되었을 때의 결과를 나타낸다.At this time, the upper graph, the center graph and the lower graph of each of FIGS. 3 to 7 show the results when exposed to nitrogen-based harmful substances at concentrations of 10 ppm, 1 ppm and 0.1 ppm, respectively.

도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클을 포함하는 제1 센서(110)가 산화성 가스인 일산화질소 및 이산화질소에 노출될 경우, 제1 센서(110)의 저항이 미세하게 증가하는 현상을 보임을 알 수 있다. 또한, 상기 제1 센서(110)가 환원성 가스인 암모니아, 트리메틸아민, 트리에틸아민에 노출되었을 경우, 제1 센서(110)의 저항이 급격하게 감소하는 현상을 보인다. As shown in FIG. 3, when the first sensor 110 including aluminum-doped zinc oxide nanoparticles is exposed to oxidizing gases such as nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, the resistance of the first sensor 110 slightly increases . In addition, when the first sensor 110 is exposed to reducing gases such as ammonia, trimethylamine, and triethylamine, the resistance of the first sensor 110 decreases sharply.

이와 같은 결과를 구체적으로 분석해보면 Al doped ZnO 나노입자는 트리에틸아민 가스에 대하여 가장 높은 반응성(단위 시간당 저항 변화율) (Response : 140)을 보이며 반응속도 역시 가장 빠름을 알 수 있다. Al-doped ZnO nanoparticles showed the highest reactivity (response rate: 140) for triethylamine gas and the fastest response rate.

이 결과는 농도가 1 ppm, 0.1 ppm인 질소계 유해물질일 때에도 같은 양상으로 확인되었다. 일산화질소와 이산화질소에 대해서는 10 ppm 농도에서만 아주 미세하게 반응이 있었을 뿐, 그 이하의 농도에서는 아무런 반응이 없는 양상을 보임을 알 수 있다. This result was confirmed to be the same when nitrogen concentration was 1 ppm and 0.1 ppm. Nitrogen monoxide and nitrogen dioxide were reacted very finely only at the concentration of 10 ppm, but no reaction was observed at the concentrations below 10 ppm.

이와 같은 실험 결과를 통해 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클을 포함하는 제1 센서(110)가 일산화질소 및 이산화질소와 같은 산화성 가스와, 암모니아, 트리메틸아민, 트리에틸아민와 같은 환원성 가스를 구분할 수 있음을 알 수 있다. These results show that the first sensor 110 including aluminum-doped zinc oxide nanoparticles can distinguish between an oxidizing gas such as nitrogen monoxide and nitrogen dioxide and a reducing gas such as ammonia, trimethylamine, and triethylamine. have.

한편, 백금이 데코레이팅된 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클을 포함하는 제2 센서(130)가 앞서 설명된 5종의 질소계 유해물질에 노출될 수 있으며, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 센서(130)의 저항이 변할 수 있다. 즉, 상기 제2 센서(130)는 산화성 가스 중 이산화질소에만 저항이 증가하는 형태로 반응하며 나머지 4종 가스인 일산화질소, 암모니아, 트리메틸아민, 트리에틸아민에 노출되었을 경우에는 저항이 급격하게 감소하는 현상을 보임을 알 수 있다.On the other hand, the second sensor 130 including the platinum-decorated aluminum-doped zinc oxide nanoparticles can be exposed to the five kinds of nitrogen-based harmful substances described above. Thus, as shown in FIG. 4, 2 sensor 130 may vary. That is, the second sensor 130 reacts in the form of increasing resistance only to nitrogen dioxide in the oxidizing gas, and when exposed to the other four gases of nitrogen monoxide, ammonia, trimethylamine, and triethylamine, the resistance decreases sharply It can be seen that the phenomenon is visible.

결과를 구체적으로 분석하였을 때, 백금이 데코레이팅된 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클은 이산화질소에 대하여 저항이 증가하는 양상을 보임과 동시에 나머지 네 종의 가스 중에서는 트리메틸아민에 가장 높은 반응성을 나타낸다. When the results are analyzed in detail, the platinum-decorated aluminum-doped zinc oxide nanoparticles exhibit an increased resistance to nitrogen dioxide and exhibit the highest reactivity to trimethylamine among the remaining four gases.

이와 같은 결과는 농도가 1 ppm, 0.1 ppm인 5종의 질소계 유해물질이 제2 센서(130)에 노출될 경우에도 같은 양상으로 확인되었다. 본 결과를 통해 백금이 데코레이팅된 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클을 포함하는 제2 센서(130)를 이용하여 질소계 유해물질 5종으로부터 일산화질소가 구분될 수 있음을 알 수 있다. The same result was obtained when five types of nitrogen-based harmful substances having concentrations of 1 ppm and 0.1 ppm were exposed to the second sensor 130. It can be seen from this result that nitrogen monoxide can be distinguished from the five nitrogen-based harmful substances by using the second sensor 130 including the aluminum-doped zinc oxide nanoparticles decorated with platinum.

한편, 제3 센서(150)가 NO, NO2, NH3, TMA, TEA를 센싱하였을 때, 제3 센서(150)의 저항은 감소할 수 있다. 즉, 도 5의 상단 그래프에 도시된 바와 같이, 제3 센서(150)가 산화성 가스인 일산화질소 및 이산화질소와 환원성 가스인 암모니아, 트리메틸아민, 트리에틸아민을 각각 센싱할 때 이들 모두에 대하여 저항이 급격하게 감소함을 알 수 있다. On the other hand, when the third sensor 150 senses NO, NO 2 , NH 3 , TMA, and TEA, the resistance of the third sensor 150 may decrease. 5, when the third sensor 150 senses nitrogen monoxide and nitrogen dioxide which are oxidative gases and ammonia, trimethylamine and triethylamine, which are reducing gases, respectively, And it decreases sharply.

이와 같은 결과를 구체적으로 분석하였을 때, 백금이 데코레이팅된 삼산화 텅스텐 박막은 이들 질소계 유해물질 중 트리에틸아민 가스에 대하여 가장 높은 반응성 (Response : 15,000)을 보이며 반응속도 역시 가장 빠름을 알 수 있다(2 s). As a result of the analysis of the results, it can be seen that the platinum-decorated tungsten trioxide film exhibits the highest reactivity (15,000) to triethylamine gas among the nitrogen-based harmful substances and the fastest reaction rate (2 s).

이와 같은 결과는 도 5의 중앙 및 하단에 각각 도시된 바와 같이, 5종의 질소계 유해물질의 농도가 1 ppm 및 0.1 ppm일 경우에도 제3 센서(150)의 저항이 급격하게 감소함을 알 수 있다. 5, the resistance of the third sensor 150 is drastically reduced even when the concentration of the five kinds of nitrogen-based harmful substances is 1 ppm and 0.1 ppm, respectively, as shown in the center and the bottom of FIG. .

한편, 제4 센서(170)가 NO 및 NO2를 센싱하였을 때 제4 센서의 저항은 증가하고, NH3, TMA 및 TEA를 센싱하였을 때 제4 센서(170)의 저항은 감소할 수 있다. 즉, 도 6의 상단에 도시된 바와 같이, 금이 데코레이팅된 삼산화 텅스텐 박막은 산화성 가스인 일산화질소 또는 이산화질소에 노출되면 저항이 증가하는 현상을 보이며, 환원성 가스인 암모니아, 트리메틸아민, 트리에틸아민에 노출되었을 경우 저항이 급격하게 감소하는 현상을 보일 수 있다. On the other hand, the resistance of the fourth sensor 170 increases when the fourth sensor 170 senses NO and NO 2 , and the resistance of the fourth sensor 170 decreases when NH 3 , TMA, and TEA are sensed. That is, as shown in the upper part of FIG. 6, when the tungsten trioxide thin film decorated with gold is exposed to nitrogen monoxide or nitrogen dioxide, which is an oxidizing gas, the resistance increases, and the reducing gas such as ammonia, trimethylamine, triethylamine The resistance can be reduced rapidly.

결과를 구체적으로 분석하였을 때, 금이 데코레이팅된 삼산화 텅스텐 박막은 트리에틸아민 가스에 대하여 가장 높은 반응성 (Response : 90,000)을 보이며 반응속도 역시 가장 빠르다(2.85 s). 본 결과를 통해 제4 센서(170)는 일산화질소/이산화질소와, 암모니아/트리메틸아민/트리에틸아민을 구분하여 검지할 수 있음을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 도 6의 중앙 및 하단에 각각 도시된 바와 같이, 유해물질의 농도가 1 ppm, 0.1 ppm일 때에도 같은 양상으로 확인되었다.When the results are analyzed in detail, the gold-decorated tungsten trioxide film exhibits the highest reactivity (90,000) for triethylamine gas and the fastest reaction rate (2.85 s). From this result, it can be confirmed that the fourth sensor 170 can detect nitrogen monoxide / nitrogen dioxide and ammonia / trimethylamine / triethylamine separately. These results are the same when the concentration of the harmful substances is 1 ppm and 0.1 ppm, respectively, as shown in the middle and bottom of FIG.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 제5 센서(190)가 온도별(RT, 50℃, 100℃, 250℃)로 10 ppm 농도의 질소계 유해 가스에 노출될 때, 온도에 따른 큰 차이는 보이지 않으나 250℃에서 비교적 우수한 민감도를 보임을 확인할 수 있다. 또한 질소 도핑된 그래핀을 포함하는 제5 센서(190)는 일산화질소와 이산화질소에는 반응하는 반면, 암모니아와 트리메틸아민, 트리에틸아민에 대해서는 반응도가 상대적으로 낮음을 확인할 수 있다. 본 결과를 통해 제5 센서(190)는 질소계 유해가스 5종 중 일산화질소와 이산화질소에 대해 선택성을 확보함을 확인할 수 있다.7, when the fifth sensor 190 is exposed to nitrogen-based noxious gas at a concentration of 10 ppm by temperature (RT, 50 ° C, 100 ° C, 250 ° C), a large difference But it shows relatively good sensitivity at 250 ℃. In addition, the fifth sensor 190 including nitrogen-doped graphene reacts with nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, while the reactivity with ammonia, trimethylamine, and triethylamine is relatively low. From this result, it can be confirmed that the fifth sensor 190 secures selectivity to nitrogen monoxide and nitrogen dioxide among the five nitrogen-based noxious gases.

이상에서 설명된 바와 같이, 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190) 각각은 5종의 질소계 유해물질 중 하나에 대한 센싱 정도가 큰 경우도 있지만 복수의 질소계 유해물질에 대한 센싱 정도가 큰 경우도 있다. 예를 들어, 제3 센서(150) 및 제4 센서(170)는 트리에틸아민에 대한 반응도가 다른 4종의 유해물질에 대한 반응도보다 크지만, 제3 센서(150)는 5종의 질소계 유해물질에 대하여 저항이 급격하게 감소함으로써 제3 센서(150)의 반응도만으로 센싱된 유해물질을 특정하기 어려울 수 있다.As described above, each of the first sensor 110 to the fifth sensor 190 may have a high degree of sensing for one of the five nitrogen-based harmful substances, but the sensitivity to a plurality of nitrogen- In some cases. For example, the third sensor 150 and the fourth sensor 170 may have reactivity to four kinds of harmful substances different from each other, but the third sensor 150 may include five kinds of nitrogen- The resistance to the harmful substance may be drastically reduced, so that it may be difficult to specify the sensed harmful substance only by the degree of the reaction of the third sensor 150. [

이에 따라 도 8a 내지 도 8e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치는 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)에 의한 5종 유해물질의 센싱 정도 사이의 패턴을 통하여 5종의 유해물질 중 하나를 특정할 수 있다. 8A to 8E, the apparatus for sensing a harmful substance according to an embodiment of the present invention detects patterns of the degree of sensing of the fifth harmful substance by the first sensor 110 to the fifth sensor 190, One of five kinds of hazardous substances can be identified through

도 8a 내지 도 8e는 질소계 유해물질에 대한 제1 센서 내지 제5 센서의 단위 시간당 저항 변화값 및 단위 시간당 저항 변화값에 대한 방사형 그래프를 나타낸다. 8A to 8E show radial graphs of the resistance change value per unit time and the resistance change value per unit time of the first sensor to the fifth sensor with respect to the nitrogen-based harmful substance.

앞서 설명된 바와 같이, 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)는 질소계 유해물질에 대한 센싱 정도가 다르며, 이에 따라 도 8a 내지 도 8e에 도시된 바와 같이, 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)의 센싱 정도 사이의 방사형 패턴이 도출될 수 있다. 이와 같은 방사형 패턴에 대한 특징이 기준 패턴 정보로서 메모리부(200)에 저장될 수 있다. As described above, the first sensor 110 to the fifth sensor 190 have different degrees of sensing with respect to nitrogen-based harmful substances, and thus, as shown in FIGS. 8A to 8E, the first sensor 110, A radial pattern can be derived between the degree of sensing of the first to fifth sensors 190 and 190. [ The feature of such a radial pattern can be stored in the memory unit 200 as reference pattern information.

이 때 기준 패턴 정보는 기준 패턴의 형상 및 예각 꼭지점의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기준 패턴의 형상은 다각형의 형태, 다각형의 최대 내각과 최소 내각의 각도의 차이, 상기 각도 차이의 기준값, 스칼러 값의 차이 및 상기 스칼러 값의 차이의 기준값 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. At this time, the reference pattern information may include at least one of the shape of the reference pattern and the number of the acute angle vertexes. The shape of the reference pattern may include at least one of a shape of a polygon, a difference between angles of a maximum internal angle and a minimum internal angle of the polygon, a reference value of the angular difference, a difference between the scalar values, and a reference value of the difference between the scalar values. But is not limited thereto.

예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 일산화질소에 대한 기준 패턴 정보는 오각형 형상이고 3개의 예각 꼭지점을 포함할 수 있다. For example, as shown in FIG. 8A, the reference pattern information for nitrogen monoxide is pentagonal in shape and may include three acute vertices.

본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치가 설치된 상태에서 실제로 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)가 5종의 유해물질 중 하나를 센싱하고, 컨트롤러(300)는 상기 하나의 유해물질에 대한 제1 센서(110) 내지 제5 센서(190)의 센싱 정도를 통하여 비교 패턴 정보를 도출될 수 있다. 비교 패턴 정보 역시 비교 패턴의 형상 및 예각 꼭지점의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first sensor 110 to the fifth sensor 190 actually sense one of the five kinds of harmful substances in a state in which the harmful substance sensing apparatus according to the embodiment of the present invention is installed and the controller 300 senses one harmful substance The comparison pattern information can be derived through the degree of sensing of the first sensor 110 to the fifth sensor 190 with respect to the material. The comparison pattern information may also include at least one of the shape of the comparison pattern and the number of acute angle vertices.

컨트롤러(300)는 이와 같은 기준 패턴 정보와 비교 패턴 정보를 비교함으로써 이들 정보들의 유사성을 도출할 수 있다. 예를 들어, 각도 차이의 기준값이 10%인 경우, 컨트롤러(300)는 비교 패턴 정보의 최대 각도와 최소 각도의 차이가 10% 이내인 경우, 기준 패턴 정보와 비교 패턴 정보가 유사하다고 도출할 수 있다. The controller 300 can derive the similarity of these pieces of information by comparing the reference pattern information with the comparison pattern information. For example, when the reference value of the angle difference is 10%, the controller 300 can determine that the reference pattern information and the comparison pattern information are similar when the difference between the maximum angle and the minimum angle of the comparison pattern information is within 10% have.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유해물질 센싱 장치는 특정 유해물질에 대한 복수의 센서들(100)의 센싱 정도를 통하여 패턴 정보를 도출함으로써 상기 특정 유해물질이 무엇인지를 표시할 수 있다. As described above, the apparatus for detecting a harmful substance according to the embodiment of the present invention derives pattern information through a degree of sensing of a plurality of sensors 100 for a specific harmful substance, thereby indicating what the specific hazardous substance is can do.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. . Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

기판(10)
전극(20)
복수의 센서(100)
제1 센서(110)
제2 센서(130)
제3 센서(150)
제4 센서(170)
제5 센서(190)
메모리부(200)
컨트롤러(300)
표시부(400)Substrate (10)
The electrode (20)
A plurality of sensors (100)
The first sensor 110,
The second sensor 130,
The third sensor 150,
The fourth sensor 170,
The fifth sensor 190,
In the memory unit 200,
In the controller 300,
The display unit 400,

Claims (8)

복수의 질소계 유해물질에 각각에 대한 센싱 정도가 다른 복수의 센서;
상기 복수의 센서에 의한 상기 복수의 질소계 유해물질의 센싱 정도 사이의 기준 패턴 정보와 상기 복수의 질소계 유해물질 각각의 이름 관련 정보를 저장하는 메모리부; 및
상기 복수의 센서 각각이 상기 복수의 질소계 유해물질 중 하나를 센싱할 때, 상기 복수의 센서 각각에 의한 상기 하나의 질소계 유해물질에 대한 센싱 정도 사이의 비교 패턴 정보를 생성하고, 상기 하나의 질소계 유해물질의 기준 패턴 정보와 상기 비교 패턴 정보에 따라 상기 하나의 질소계 유해물질의 이름 관련 정보를 상기 메모리부에서 읽어들이는 컨트롤러; 및
상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 메모리부로부터 읽어들인 상기 이름 관련 정보를 표시하는 표시부;를 포함하며,
상기 복수의 센서는,
알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클이 코팅된 전극을 포함하는 제1 센서,
백금이 데코레이팅된 알루미늄 도핑 산화아연 나노 파티클이 코팅된 전극을 포함하는 제2 센서,
백금이 데코레이팅된 삼산화 텅스텐이 증착된 전극을 포함하는 제3 센서,
금이 데코레이팅된 삼산화 텅스텐이 증착된 전극을 포함하는 제4 센서 및
질소 도핑 그래핀이 코팅된 전극을 포함하는 제5 센서를 포함하며,
상기 복수의 질소계 유해물질은 NO, NO2, NH3, TMA, 및 TEA이고,
상기 제1 센서가 상기 NH3, 상기 TMA 및 상기 TEA를 센싱하였을 때 상기 제1 센서의 저항은 감소하고, 상기 NO 및 상기 NO2를 센싱하였을 때 상기 제1 센서의 저항은 증가하며,
상기 제2 센서는 상기 NO2에 저항이 증가하는 형태로 반응하며 상기 NO, 상기 NH3, 상기 TMA, 및 상기 TEA에 노출되었을 경우에는 저항이 감소하고,
상기 제3 센서가 상기 NO, 상기 NO2, 상기 NH3, 상기 TMA, 상기 TEA를 센싱하였을 때, 상기 제3 센서의 저항은 감소하며,
상기 제4 센서가 상기 NO 및 상기 NO2를 센싱하였을 때 상기 제4 센서의 저항은 증가하고, 상기 NH3, 상기 TMA 및 상기 TEA를 센싱하였을 때 상기 제4 센서의 저항은 감소하고,
상기 기준 패턴 정보는 기준 패턴의 형상 및 예각 꼭지점의 개수 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 비교 패턴 정보는 비교 패턴의 형상 및 예각 꼭지점의 개수 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 기준 패턴의 형상은 다각형의 형태, 다각형의 최대 내각과 최소 내각의 각도의 차이, 상기 각도 차이의 기준값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 센싱 장치.A plurality of sensors each having a different sensing degree for each of a plurality of nitrogen-based harmful substances;
A memory unit for storing reference pattern information between the sensing degree of the plurality of nitrogen-based harmful substances by the plurality of sensors and name-related information of each of the plurality of nitrogen-based harmful substances; And
When the plurality of sensors sense one of the plurality of nitrogen-based harmful substances, generates comparison pattern information between the degree of sensing of the one nitrogen-based hazardous substance by each of the plurality of sensors, A controller for reading name-related information of the one nitrogen-based harmful substance from the memory unit according to reference pattern information of the nitrogen-based harmful substance and the comparison pattern information; And
And a display unit for displaying the name related information read from the memory unit under the control of the controller,
Wherein the plurality of sensors comprise:
A first sensor including an electrode coated with aluminum-doped zinc oxide nanoparticles,
A second sensor comprising an electrode coated with platinum-decorated aluminum-doped zinc oxide nanoparticles,
A third sensor comprising an electrode deposited with platinum-decorated tungsten trioxide,
A fourth sensor comprising an electrode deposited with gold-decorated tungsten trioxide, and
And a fifth sensor including an electrode coated with nitrogen doping graphene,
Wherein the plurality of nitrogen-based harmful substances are NO, NO 2 , NH 3 , TMA, and TEA,
The resistance of the first sensor decreases when the first sensor senses the NH 3 , the TMA, and the TEA, and the resistance of the first sensor increases when the NO and the NO 2 are sensed,
Wherein the second sensor reacts in an increased resistance to the NO 2 and the resistance decreases when exposed to NO, NH 3 , the TMA, and the TEA,
Wherein when the third sensor senses the NO, the NO 2 , the NH 3 , the TMA, and the TEA, the resistance of the third sensor decreases,
The resistance of the fourth sensor increases when the fourth sensor senses the NO and the NO 2 , the resistance of the fourth sensor decreases when the NH 3 , the TMA, and the TEA are sensed,
Wherein the reference pattern information includes at least one of a shape of a reference pattern and a number of acute vertexes,
Wherein the comparison pattern information includes at least one of a shape of a comparison pattern and a number of acute angle vertices,
Wherein the shape of the reference pattern includes at least one of a shape of a polygon, a difference between an angle of a maximum internal angle of a polygon and a minimum internal angle, and a reference value of the angle difference. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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