KR20100082956A - Ｓａｗ 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그 감지방법 - Google Patents

Ｓａｗ 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그 감지방법 Download PDF

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Abstract

표면탄성파(SAW) 소자에서 측정된 전기신호와 도전성 부재에서의 전기신호 간의 측정시간 동기화를 이용하여 가스감지에 대한 민감도 향상 및 반응시간 단축을 도모할 수 있도록 하는 가스 감지센서 및 그 감지방법이 제시된다.
본 발명의 가스 감지센서는,
압전기판과 그 압전기판 상에 형성된 입력 및 출력 IDT를 포함하며, 상기 입력 IDT에 인가된 전기신호가 압전기판에 의해 표면탄성파로 변환되고 상기 압전기판을 통해 상기 출력 IDT에 전기신호로 전달되는 SAW 소자; 상기 SAW 소자 상에 상기 입력 및 출력 IDT 사이에 형성되며, 가스노출에 빠르고 민감하게 반응하여 전기적 변화를 일으키는 도전성 부재; 상기 출력 IDT에 전달된 전기신호를 검출하는 제1신호검출부; 상기 도전성 부재에서의 전기신호를 검출하는 제2신호검출부; 및 상기 제1 신호검출부 및 제2 신호검출부에서 각각 검출된 전기신호에 대하여 그 검출시간을 동기화하고, 가스노출에 따른 상기 동기화된 두 전기신호의 변화를 분석하여 상기 가스노출을 감지하는 신호분석부를 포함한다.
표면탄성파(SAW)소자, IDT, 가스, 센서, 민감도, 반응시간, 동기화

Description

ＳＡＷ 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그 감지방법{GAS DETECTING SENSOR USING SURFACE ACOUSTIC WAVE AND GAS DETECTING METHOD THEREOF}
본 발명은 가스 감지센서 및 가스 감지방법에 관한 것으로서, 특히 표면탄성파(surface acoustic wave;SAW) 소자에서 측정된 전기신호와 가스를 감지하는 도전성 부재에서 측정된 전기신호 간의 측정시간 동기화를 이용하여 가스감지에 대한 민감도 향상 및 반응시간 단축을 도모할 수 있는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그 감지방법에 관한 것이다.
일반적으로, 표면탄성파(SAW) 소자는 압전기판의 특성을 이용하여 RF 대역에서 대역선택 특성이 좋은 필터 및 듀플렉서 등의 RF 부품의 응용에 많이 사용되어 왔다. 이러한 SAW 소자는 통상 고유한 통신신호를 만들기 위해 압전기판 상에 특정 신호를 필터링하는 입,출력 내부 디지털 변환기(Inter-Digital Transducer; IDT) 전극패턴이 형성되는데, SAW 소자의 전기적 특성은 이러한 입, 출력 IDT 전극패턴의 형상 및 구성과, 압전기판을 전파하는 표면 탄성파의 전파특성에 의해 주로 결정된다.
SAW 소자의 입력 IDT에 수㎒~수백㎒의 교류신호를 걸어주면 압전기판에 압축 파를 형성하여 음파가 발생하는데, 이 음파는 매질인 압전기판의 표면을 따라 진행하고 출력 IDT에서 다시 전기신호로 출력된다. 이때 출력 IDT에서 출력되는 전기신호는 압전기판 표면의 물성(mass) 및 점성(viscosity) 등에 매우 민감하게 영향을 받는다.
최근에 이러한 SAW 소자의 특성을 이용하여 온도, 압력, 가스 등을 감지하는 각종 센서에 적용하려는 시도가 있어 왔다. 특히 SAW 소자를 이용한 종래의 가스센서에서는 SAW 소자의 입,출력 IDT 전극 사이에 가스감지를 위한 가스 민감성 감응물질을 형성하고 그 감응물질에 가스가 흡착되면 표면탄성파의 주파수 변화가 발생하게 되고, 이로써 출력 IDT에서 출력되는 전기신호의 주파수, 위상, 진폭 등에서 변화가 발생하게 된다. 이러한 전기신호의 변화를 이용하여 흡착된 가스의 종류와 농도를 검출하게 된다.
하지만, 이러한 SAW 소자를 이용한 종래의 가스센서는 가스 감응물질에 가스 흡착시 표면탄성파의 주파수 변화가 즉시 나타나지 않고 나타나더라도 그 크기가 작아 아직까지 가스감지에 대한 민감도(sensitivity)와 반응시간(response time)에서 만족할 만한 수준에 이르지 못했다. 특히, 이러한 종래의 가스센서는 초기 가스노출 및 저 농도의 가스에 대하여 민감도 및 반응시간이 현저히 떨어지고 연속적인 가스 농도의 변화에 대한 안정성과 변별성이 낮다는 문제점을 안고 있다.
따라서, 해당 기술분야에서는 SAW 소자를 이용한 가스센서에서 다양한 가스를 감지할 수 있고 저농도의 가스에 대하여 우수한 민감도 및 빠른 반응시간을 제공할 수 있도록 하는 기술개발이 계속 요구되어 오고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, SAW 소자에서 검출된 전기신호와 가스에 반응하는 도전성 부재에서 검출된 전기신호 간에 검출시간 동기화를 통해 가스감지에 대한 민감도를 향상시킴과 동시에 반응시간을 단축시킬 수 있도록 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그 감지방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 감지센서는,
압전기판과 그 압전기판 상에 형성된 입력 및 출력 IDT를 포함하며, 상기 입력 IDT에 인가된 전기신호가 압전기판에 의해 표면탄성파로 변환되고 상기 압전기판을 통해 상기 출력 IDT에 전기신호로 전달되는 SAW 소자;
상기 SAW 소자 상에 상기 입력 및 출력 IDT 사이에 형성되며, 가스노출에 빠르고 민감하게 반응하여 전기적 변화를 일으키는 도전성 부재;
상기 출력 IDT에 전달된 전기신호를 검출하는 제1신호검출부;
상기 도전성 부재에서의 전기신호를 검출하는 제2신호검출부; 및
상기 제1 신호검출부 및 제2 신호검출부에서 각각 검출된 전기신호에 대하여 그 검출시간을 동기화하고, 가스노출에 따른 상기 동기화된 두 전기신호의 변화를 분석하여 상기 가스노출을 감지하는 신호분석부; 를 포함하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서를 제공한다.
본 발명에서, 상기 신호분석부는 상기 동기화된 두 전기신호에서 상기 제2 신호검출부의 전기신호 변화에 대응되는 상기 제1 신호검출부의 전기신호 변화를 이용하여 상기 가스노출을 감지함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제1 신호검출부는 상기 출력 IDT에 도달하는 전기신호에 대하여 주파수, 위상, 진폭 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제2 신호검출부는 상기 도전성 부재에 대하여 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 도전성 부재는 탄소나노튜브(CNT), 금속산화물(metal oxide:MO) 또는 폴리머(polymer) 중 선택된 어느 하나를 포함함이 바람직하며, 이때 금속산화물은 Sn, Zn, Al, Si In, Ti, Cr, Fe, Ni, Zr 중 선택된 어느 하나의 산화물임이 더 바람직하다.
본 발명에서, 상기 신호분석부는 다수의 가스의 종류별로 주파수, 위상, 진폭 중 선택된 적어도 하나의 신호를 미리 저장하고 있고 상기 SAW 신호검출부에서 검출된 전기신호와 상기 미리 저장된 신호를 이용하여 상기 노출된 가스의 종류를 분석함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 신호분석부는 다수의 가스의 종류별로 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 선택된 적어도 하나의 신호를 미리 저장하고 있고 상기 도전성 부재 신호검출부에서 검출된 전기신호와 상기 미리 저장된 신호를 이용하여 상기 노출된 가스의 종류를 분석함이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 감지방법은,
압전기판과 그 압전기판 상에 형성된 입력 및 출력 IDT를 포함하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법에 있어서,
상기 SAW 소자 상에 가스노출에 빠르고 민감하게 반응하여 전기적 변화를 일으키는 도전성 부재를 형성하는 단계;
상기 출력 IDT로 출력되는 전기신호를 검출하는 단계;
상기 도전성 부재에서의 전기신호를 검출하는 단계; 및
상기 각각 검출된 전기신호에 대하여 그 검출시간을 동기화하고, 가스노출에 따른 상기 동기화된 두 전기신호의 변화를 분석하여 상기 가스노출을 감지하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서, 상기 가스노출을 감지하는 단계는,
상기 동기화된 두 전기신호에서 상기 도전성 부재에서의 전기신호 변화에 대응되는 상기 출력 IDT의 전기신호 변화를 이용하여 상기 가스노출을 감지함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 출력 IDT에서의 전기신호를 검출하는 단계는,
상기 전기신호에 대하여 주파수, 위상, 진폭 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 도전성 부재에서의 전기신호를 검출하는 단계는,
상기 도전성 부재에 대하여 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 도전성 부재는 탄소나노튜브(CNT), 금속산화물(metal oxide:MO) 또는 폴리머(polymer) 중 선택된 어느 하나를 포함함이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 금속산화물은 Sn, Zn, Al, Si In, Ti, Cr, Fe, Ni, Zr 중 선택된 어느 하나의 산화물임이 바람직하다.
본 발명에 의하면 SAW 소자의 표면탄성파에 대응되는 전기신호와 가스흡착에 따라 전압, 전류, 저항, 전기용량 등의 전기신호의 변화가 매우 빠르고 민감한 도전성 부재에서의 전기신호를 동시에 측정하여 두 전기신호의 측정시간을 비교하여 가스를 감지함으로써 가스감지에 대한 민감도를 향상시키고 반응시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 가스를 감지함에 있어 다양한 가스 종류에 대한 선택성을 부여할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SAW 소자를 이용한 가스센서의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서(100)는 SAW 소자(110), 도전성 부재(130), 제1신호검출부(150), 제2신호검출부(170) 및 신호분석부(190)를 포함하여 구성된다. 본 발명의 가스 감지센서(100)는 바람직하게는 SAW 소자(110) 상에 도전성 부재(130)가 형성되며 제1신호검출부(150)는 SAW 소 자(110)에 연결되고 제2신호검출부(170)는 도전성 부재(130)에 연결된 구조를 갖는다.
본 발명의 SAW 소자(110)는 압전기판(111), 입력 IDT(113) 및 출력 IDT(115)를 포함하여 구성된다. 바람직하게는 SAW 소자(110)에는 미도시된 전원부로부터 전원이 인가된다. 상세하게는 전원부(미도시)로부터 SAW 소자(110)의 입력 IDT(113)로 전기신호가 인가된다. 이와 같이, SAW 소자(110)의 입력 IDT(113)로 인가된 전기신호는 압전기판(111)에 의해 표면탄성파(surface wave) 형태로 변환되고 이는 매질인 압전기판(111)을 통해 출력 IDT(115)로 도달하게 된다. 이 출력 IDT(115)에서는 기계적 파동을 역압전 효과에 의해 전기신호로 출력하게 된다. 이때, SAW 소자(110)가 가스가 노출되면 가스의 질량, 온도특성 등에 의해 표면 탄성파의 전달속도가 변화하게 되고, 이로 인하여 출력 IDT(115)에서 출력되는 전기신호에서는 가스노출에 따른 변화가 발생된다. 이러한 출력 IDT(115)에서의 전기신호는 예컨대 주파수, 위상, 진폭 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도전성 부재(130)는 실질적으로 SAW 소자(110)의 부근에 형성되며, 바람직하게는 SAW 소자(110)의 압전기판(111) 상에 형성된다. 특히, 압전기판(111) 상의 입력 IDT(113) 및 출력 IDT(115) 사이에 형성됨이 더 바람직하다. 도전성 부재(130)는 그 표면에 노출된 가스에 의해 유발되는 전압, 전류, 저항, 전기용량 등의 전기적 변화가 매우 민감하고 빠른 반응시간을 갖는 재료로 구현됨이 바람직하며, 본 발명의 일 실시 예에서는 바람직하게는 탄소나노튜브(carbon nanotube:CNT), 금속산화물(metal oxide:MO) 또는 폴리머 등을 포함할 수 있다. 이러한 금속산화물로는 예컨대 Sn, Zn, Al, Si In, Ti, Cr, Fe, Ni, Zr 등의 산화물을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 전도성을 가지고 가스노출에 빠르고 민감하게 반응하여 즉각적인 전기적 신호의 변화를 초래할 수 있는 재료이면 도전성 부재(130)로서 족하다. 이러한 도전성 부재(130)는 액체 또는 고체 물질로도 구현이 될 수 있다.
제1신호검출부(150)는 SAW 소자(110)의 출력 IDT(115)로부터 출력되는 전기신호를 검출한다. 이러한 전기신호는 시간경과에 따라 검출하는 것이 바람직하며, 예컨대 검출시간에 따른 주파수, 위상, 진폭 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출함이 더 바람직하다. 이때, 제1신호검출부(150)에서 검출된 출력 IDT(115)의 전기신호는 가스노출이 없을 때는 따른 그 전기신호의 변화가 없지만 SAW 소자(110)가 가스에 노출되면 그 가스노출에 따른 전기신호의 변화가 발생하게 된다. 이러한 전기신호의 변화를 이용하면 가스노출 여부 및 노출된 가스의 특성에 따라 가스의 종류 및 농도 등을 측정할 수 있게 된다.
제2신호분석부(170)는 도전성 부재(130)에서의 전기적 변화를 전기신호로 검출한다. 이를 위하여 도전성 부재(130)에 전원을 인가함이 바람직하다. 이러한 전기신호는 시간경과에 따라 검출함이 바람직하며, 예컨대 검출시간에 따른 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 적어도 하나의 신호로 검출함이 더 바람직하다. 이때, 제2신호분석부(170)에서 검출된 도전성 부재(130)의 전기신호는 가스노출이 없을 때는 따른 그 전기신호의 변화가 없지만 도전성 부재(130)가 가스에 노출되면 그 가스노출에 따른 전기신호의 변화가 발생하게 된다. 이러한 전기신호의 변화를 이용하면 가스노출 여부 및 노출된 가스의 특성에 따라 가스의 종류 및 농도 등을 측정할 수 있게 된다.
신호분석부(190)는 제1신호분석부(150) 및 제2신호분석부(170)에서 각각 검출된 전기신호에 대하여 그 검출시간을 동기화한다. 이러한 동기화를 통해 가스노출이 발생되면 동일한 검출시간에 두 전기신호에 변화가 동시에 발생됨을 확인할 수 있게 된다. 따라서, 동기화된 두 전기신호에서 가스노출에 따른 변화가 동일한 시점에서 발생하는 경우를 분석함으로써 그 가스노출을 감지할 수 있도록 한다. 이를 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동기화된 전기신호를 나타낸 도면이다.
도 2의 (a)는 제1신호검출부(150)에서 검출한 출력 IDT(115)에서의 전기신호이며, 도 2의 (b)는 제2신호검출부(170)에서 검출한 도전성 부재(130)에서의 전기신호이다. 일례로 도 2의 (a)는 시간에 따른 주파수(f) 신호를, 도 2의 (b)는 시간에 따른 저항(R) 신호를 나타내고 있다. 이때, 이들 두 전기신호가 검출시간에 대해 서로 동기화된 형태를 나타내고 있다. 또한, 도면에서 동일한 가스노출에 대응하여 이들 두 전기신호가 각각 변화하는 일례를 보여주고 있다.
상술한 바와 같이, SAW 소자(110)는 가스노출에 대한 민감도가 떨어지고 반응시간이 늦게 나타나므로, 제1신호검출부(150)에서 검출한 전기신호에서는 이러한 가스노출에 대한 그 전기신호의 변화가 작게 나타난다. 이는 가스에 반응하여 전기신호의 변화가 있다 하더라도 가스노출에 따른 전기신호와 잡음에 따른 전기신호를 구별하기 어려운 결과를 초래하여 가스노출을 빠르고 정확하게 검출하지 못하는 요인이 된다.
하지만, 가스에 매우 빠르고 민감하게 반응하는 도전성 부재(130)에서의 전기신호의 변화를 이용한다면 가스노출을 빠르고 정확하게 검출할 수 있고, 이와 동시에 이러한 전기신호가 변화하는 시점에서 출력 IDT(115)에서의 전기신호의 변화를 분석함으로써 가스의 종류 및 농도를 확인할 수 있다.
다시 말하면, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 동기화된 두 전기신호에서 제2신호검출부(170)의 전기신호 변화에 대응되는 제1신호검출부(150)의 전기신호 변화를 이용함으로써 가스노출을 감지할 수 있다. 즉 제1신호검출부(150)의 전기신호는 A,B,C 세 부분에서 변화하고, 이때의 시점을 각각 t1,t2,t3라고 가정하면, 제2신호검출부(170)의 전기신호는 t1 및 t3에서 변화한 것으로 나타나므로 이 시점(t1,t3)에서 도전성 부재(130)가 가스에 노출되었다는 것을 의미하고, 이 시점(t1,t3)에서 제1신호검출부(150)의 전기신호를 높은 해상도로 분석함으로써 노출된 가스를 빠르고 정확하게 감지할 수 있다는 것이다. 이와 동시에, 이 시점(t1,t3)에서 제2신호검출부(170)의 전기신호 변화의 크기를 이용하여 가스의 종류, 농도 등을 판단할 수 있게 된다. 이러한 판단은 가스노출에 따라 전기신호의 주파수, 위상, 진폭 등이 변화할 때 그 변화의 크기를 이용할 수 있다.
이에 대하여, 도 2에서 t2시점의 경우 제1신호검출부(150)의 전기신호는 변화가 있지만 제2신호검출부(170)의 전기신호는 변화가 없으므로, 이 t2시점은 가스노출에 대한 전기신호의 변화가 아니라, 예컨대 잡음에 의한 전기신호의 변화로 판 단함이 바람직하다.
한편 본 발명의 일례에서 신호분석부(190)는 출력 IDT(115)에서 출력되는 전기신호를 다수의 가스의 종류별로 주파수, 위상, 진폭 중 선택된 적어도 하나의 신호로 미리 저장해 둘 수 있다. 이는 제1신호검출부(150)에서 검출되는 전기신호에 따라 가스의 종류를 판단하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 일례에서 신호분석부(190)는 도전성 부재(130)에서의 전기신호를 다수의 가스의 종류별로 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 선택된 적어도 하나의 신호로 미리 저장해 둘 수도 있다. 이는 제2신호검출부(170)에서 검출되는 전기신호에 따라 가스의 종류를 판단하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법을 보이는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 압전기판(111)과 그 압전기판(111) 상에 형성된 입력 및 출력 IDT(113,115)를 포함하는 SAW 소자(110)에서 입력 IDT(113)에 전기신호를 인가한다(S100). 이와 동시에 SAW 소자(110) 상에 형성된 도전성 부재(130)에도 전기신호를 인가한다(S102). 이러한 전기신호는 바람직하게는 교류전압 또는 교류전류 중 어느 하나임이 바람직하다. 이와 같이, 입력 IDT(113)로 인가된 전기신호는 압전기판(111)에 의해 표면탄성파로 변환되어 매질인 압전기판(111)을 통하여 출력 IDT(115)로 전달되는데, 이때 출력 IDT(115)에서는 전기신호로 출력하게 된다.
계속하여, 제1신호검출부(150)는 출력 IDT(115)에서 출력되는 전기신호를 검 출한다(S104). 이때의 전기신호는 압전기판(111)이 가스에 노출됨에 따라 그 전기신호의 변화가 발생하게 된다. 또한, 제2신호검출부(170)는 도전성 부재(130)에서의 전기신호를 검출한다(S106). 이때의 전기신호는 가스에 매우 빠르고 민감하게 반응하는 도전성 부재(130)가 가스에 노출됨에 따라 그 전기신호의 변화가 발생하게 된다.
이후에, 신호분석부(190)는 상기와 같이 검출된 두 전기신호에 대하여 검출시간을 동기화시킨다(S108). 다시 말하면, 가스노출에 반응하는 시간이 일치하도록 하는 것이다. 이로써 도전성 부재(130)에서의 전기신호의 변화가 발생하는 시점을 확인하고(S110), 그 시점에 출력 IDT(115)에서의 전기신호의 변화를 다양하게 분석함으로써(S112) 가스감지, 가스의 종류 및 농도를 판단한다(S114). 여기서, 가스의 종류 및 농도에 따라 서로 다른 전기신호의 패턴이 형성된다. 예컨대, 전기신호의 주파수, 위상, 진폭 등이 서로 다르게 나타난다. 이를 위해 신호분석부(190)는 다양한 가스의 종류별로 전기신호를 미리 저장하고 있고, 이 저장된 전기신호와 검출된 전기신호를 비교함으로써 이러한 가스의 종류 및 농도 등을 판단할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그의 가스 감지방법에서는 SAW 소자 상에 CNT, MO(metal oxide), 폴리머 등과 같이 표면에 흡착된 가스에 의해 유발되는 전압, 전류, 저항, 전기용량 등의 전기신호의 변화가 매우 빠르고 민감한 도전성 부재를 형성한 후, SAW 소자에서의 전 기신호와 도전성 부재의 전기신호를 동시에 측정함으로써 다양한 종류의 가스에 대해 고민감도 및 빠른 반응시간을 갖도록 할 수 있다. 이는 두 전기신호를 검출시간에 대하여 동기화함으로써 도전성 부재의 전기신호 변화에 대응되는 SAW 소자의 전기신호 변화를 이용하여 가스노출을 감지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예는 단순한 바람직한 실시 예로서, 본 발명의 이러한 실시 예의 기재내용에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상술한 본원의 기술사상의 범위 내에서 다양한 개량 및 개조가 가능하며, 이들이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것이라면 어느 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 해당된다는 것은 너무나 자명하다.
최근 각종 가스류가 산업의 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예컨대 산소나 이산화탄소가스는 의료분야 등에, 수소는 미래 연료로서 자동차나 발전분야 등에 사용되고 있으며, 이에 대응하여 이러한 각종 가스를 감지하는 센서기술에 대한 연구도 함께 진행되고 있다. 특히 인체나 환경에 치명적인 영향을 줄 수 있는 가스류는 쉽고 안전하게 사용하기 위해서는 미량이라도 빠르고 정확하게 감지하는 기술이 반드시 뒷받침되어야 한다.
이러한 측면에서 볼 때, 본 발명에 따른 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서는 종래에 비해 우수한 감지능력과 안정성을 확보할 수 있고, 나아가 민감도가 우수하고 저 농도에서 빠른 반응시간을 가지므로 각종 가스 감지기술 분야에서 매우 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SAW 소자를 이용한 가스센서의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동기화된 전기신호를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법을 보이는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 가스 감지센서 110 : SAW 소자
111 : 압전기판 113 : 입력 IDT
115 : 출력 IDT 130 : 도전성 부재
150 : 제1신호검출부 170 : 제2신호검출부
190 : 신호분석부

Claims (14)

  1. 압전기판과 그 압전기판 상에 형성된 입력 및 출력 IDT를 포함하며, 상기 입력 IDT에 인가된 전기신호가 압전기판에 의해 표면탄성파로 변환되고 상기 압전기판을 통해 상기 출력 IDT에 전기신호로 전달되는 SAW 소자;
    상기 SAW 소자 상에 상기 입력 및 출력 IDT 사이에 형성되며, 가스노출에 빠르고 민감하게 반응하여 전기적 변화를 일으키는 도전성 부재;
    상기 출력 IDT에 전달된 전기신호를 검출하는 제1신호검출부;
    상기 도전성 부재에서의 전기신호를 검출하는 제2신호검출부;
    상기 제1 신호검출부 및 제2 신호검출부에서 각각 검출된 전기신호에 대하여 그 검출시간을 동기화하고, 가스노출에 따른 상기 동기화된 두 전기신호의 변화를 분석하여 상기 가스노출을 감지하는 신호분석부; 를 포함하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호분석부는 상기 동기화된 두 전기신호에서 상기 제2신호검출부의 전기신호 변화에 대응되는 상기 제1신호검출부의 전기신호 변화를 이용하여 상기 가스노출을 감지하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1신호검출부는 상기 출력 IDT에 도달하는 전기신호에 대하여 주파수, 위상, 진폭 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2신호검출부는 상기 도전성 부재에 대하여 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 부재는 탄소나노튜브(CNT), 금속산화물(metal oxide:MO) 또는 폴리머(polymer) 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 금속산화물은 Sn, Zn, Al, Si In, Ti, Cr, Fe, Ni, Zr 중 선택된 어느 하나의 산화물인 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호분석부는 다수의 가스의 종류별로 주파수, 위상, 진폭 중 선택된 적어도 하나의 신호를 미리 저장하고 있으며, 상기 SAW 신호검출부에서 검출된 전기신호와 상기 미리 저장된 신호를 이용하여 상기 노출된 가스의 종류를 분석하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호분석부는 다수의 가스의 종류별로 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 선택된 적어도 하나의 신호를 미리 저장하고 있으며, 상기 도전성 부재 신호검출부에서 검출된 전기신호와 상기 미리 저장된 신호를 이용하여 상기 노출된 가스의 종류를 분석하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지센서.
  9. 압전기판과 그 압전기판 상에 형성된 입력 및 출력 IDT를 포함하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법에 있어서,
    상기 SAW 소자 상에 가스노출에 빠르고 민감하게 반응하여 전기적 변화를 일으키는 도전성 부재를 형성하는 단계;
    상기 출력 IDT로 출력되는 전기신호를 검출하는 단계;
    상기 도전성 부재에서의 전기신호를 검출하는 단계; 및
    상기 각각 검출된 전기신호에 대하여 그 검출시간을 동기화하고, 가스노출에 따른 상기 동기화된 두 전기신호의 변화를 분석하여 상기 가스노출을 감지하는 단계; 를 포함하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스노출을 감지하는 단계는,
    상기 동기화된 두 전기신호에서 상기 도전성 부재에서의 전기신호 변화에 대응되는 상기 출력 IDT의 전기신호 변화를 이용하여 상기 가스노출을 감지하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 출력 IDT에서의 전기신호를 검출하는 단계는,
    상기 전기신호에 대하여 주파수, 위상, 진폭 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 도전성 부재에서의 전기신호를 검출하는 단계는,
    상기 도전성 부재에 대하여 전압, 전류, 저항, 전기용량 중 적어도 어느 하나의 신호로 검출하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 도전성 부재는 탄소나노튜브(CNT), 금속산화물(metal oxide:MO) 또는 폴리머(polymer) 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 금속산화물은 Sn, Zn, Al, Si In, Ti, Cr, Fe, Ni, Zr 중 선택된 어느 하나의 산화물인 것을 특징으로 하는 SAW 소자를 이용한 가스 감지방법.
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