KR101677455B1 - Apparatus and method for discriminating the type of gas by using a plurality of same semiconductor gas sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 상기 센서들에 유입되는 가스의 종류를 판별하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가스 종류 판별장치는, 작동온도가 서로 다르게 설정된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 가스 공급로; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하고, 상기 산출된 반응속도 값을 이용하여 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to an apparatus and method for discriminating the types of gases introduced into the sensors by using a plurality of identical semiconductor type gas sensors, and a gas type discriminating apparatus according to the present invention comprises a plurality of The same semiconductor type gas sensor; A gas supply path for introducing a gas to be discriminated to the plurality of same semiconductor type gas sensors; A sensing unit for measuring an output voltage value with time in each of the plurality of same semiconductor type gas sensors; And an output voltage value according to a time measured by the sensing unit to calculate a reaction rate value in each of the semiconductor type gas sensors and to determine the type of the introduced gas using the calculated reaction rate value And a control unit.

Description

복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISCRIMINATING THE TYPE OF GAS BY USING A PLURALITY OF SAME SEMICONDUCTOR GAS SENSOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gas type discriminating apparatus and method using a plurality of identical semiconductor type gas sensors,

본 발명은 가스의 종류를 판별하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하여 가스의 종류를 판별하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for determining the type of gas, and more particularly, to an apparatus and method for determining the type of gas by setting operating temperatures of a plurality of same semiconductor type gas sensors to be different from each other.

현대 사회에서는 산업이 점점 발전해 나감에 따라 각종 산업 현장 뿐 아니라 일반 가정에서도 각종 가스의 사용이 증가하고 있고, 이에 따라 인간과 자연은 유독가스, 악취, 가스 폭발 또는 가스 중독 등에 노출되어 있으며, 그로 인한 각종 피해도 빈번하게 발생하고 있다.In modern society, the use of various gases is increasing not only in various industrial fields but also in ordinary households as the industry is gradually developed. Accordingly, human and nature are exposed to toxic gas, odor, gas explosion or gas poisoning, Various kinds of damage are occurring frequently.

따라서, 이러한 가스로부터의 피해를 줄이고 보다 능동적으로 대처하기 위하여, 각종 가스를 민감하게 감지하고 판별할 수 있는 가스센서의 개발에 많은 투자와 노력들이 이루어지고 있다.Therefore, in order to reduce the damage from these gases and cope more actively, much investment and efforts have been made to develop a gas sensor capable of sensitively detecting and discriminating various gases.

가스센서는 공기 중에 분자로 존재하는 각종 가스의 농도를 판별하는 센서로서, 이러한 가스센서의 종류에는 가스 감지 방식에 따라 산화물 반도체 재료를 이용하는 반도체식 가스센서, 팔라듐이나 백금 같은 촉매를 이용하는 접촉 연소식 가스센서, 전해질 내에서 양극과 음극의 화학반응을 이용하는 전기화학식 가스센서 등이 있다.The gas sensor is a sensor for discriminating the concentration of various gases present in the air in the air. The gas sensor may be classified into a semiconductor gas sensor using an oxide semiconductor material according to a gas sensing method, a contact gas sensor using a catalyst such as palladium or platinum Gas sensors, and electrochemical gas sensors that utilize chemical reactions between anodes and cathodes in an electrolyte.

특히, SnO2, ZnO, Fe2O3와 같은 금속 산화물을 이용하는 반도체식 가스센서는 산화물 반도체의 저항 변화를 이용하여 가스의 농도를 측정한다. 즉, 반도체식 가스센서는 센서에 유입된 가스가 센서 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키는 정도에 따라 저항이 달라지는데, 이 때 가스와 산소의 반응성을 높이기 위해서는 통상적으로 200~600˚C 정도의 온도로 센서 표면을 가열하여야 한다.Particularly, a semiconductor type gas sensor using a metal oxide such as SnO 2 , ZnO, or Fe 2 O 3 measures the concentration of the gas using the resistance change of the oxide semiconductor. That is, the resistance of the semiconductor type gas sensor varies depending on the degree of desorption of oxygen adsorbed on the sensor surface by the gas introduced into the sensor. In order to increase the reactivity between the gas and the oxygen, The sensor surface should be heated.

도 1은 반도체식 가스센서의 개략적인 회로도이다.1 is a schematic circuit diagram of a semiconductor type gas sensor.

히터전원 VH에 의해 공급되는 전력에 의해 저항 RH에서 열을 발생시켜 반도체식 가스센서의 표면을 가열한다. 판별하고자 하는 가스가 반도체식 가스센서에 유입되기 전에는 센서 표면에 산소가 흡착되어 있기 때문에 저항 RS는 최대값이 되고 이에 따라 센서의 출력전압 값 VRL은 최소값이 된다. 그 후, 판별하고자 하는 가스가 상기 센서에 유입되면 센서 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키기 때문에 저항 RS는 작아지고 이에 따라 출력전압 값 VRL은 증가하게 된다. 이 때, 유입된 가스의 농도가 높을수록 센서 표면에 흡착되어 있는 산소의 탈착량이 커지기 때문에 출력전압 값 VRL도 증가하게 된다.Generates heat at the resistance R H by the electric power supplied by the heater power supply V H to heat the surface of the semiconductor type gas sensor. Since oxygen is adsorbed on the surface of the sensor before the gas to be discriminated is introduced into the semiconductor type gas sensor, the resistance R S becomes the maximum value and the output voltage value V RL of the sensor becomes the minimum value. Then, when the gas to be discriminated flows into the sensor, oxygen adsorbed on the surface of the sensor is desorbed, so that the resistance R S decreases and the output voltage value V RL increases accordingly. At this time, the higher the concentration of the introduced gas, the larger the amount of desorbed oxygen adsorbed on the surface of the sensor becomes, so that the output voltage value V RL also increases.

그러나 이와 같이 단일의 반도체식 가스센서만을 이용하는 경우에는, 단순히 상기 센서에 유입된 가스의 농도만을 측정할 수 있을 뿐, 가스의 종류까지 판별해낼 수 있는 것은 아니다. 즉, 반도체식 가스센서는 특정 가스성분에만 반응하는 것이 아니라, 공기 중에 분자 상태로 존재하는 가스성분에 대해 반응하는 것이기 때문에 가스 선택성이 낮다.However, when only a single semiconductor gas sensor is used, only the concentration of the gas introduced into the sensor can be measured, and the type of gas can not be determined. That is, since the semiconductor type gas sensor reacts not only with a specific gas component but also with a gas component existing in a molecular state in the air, the gas selectivity is low.

이러한 낮은 가스 선택성의 문제를 해결하기 위해 다양한 종류의 가스센서를 어레이(array)로 구성하여 화학적 신호를 전기적 신호로 변환한 후 인공신경망 등을 활용해 패턴을 인식하여 냄새성분을 감지하는 전자코 시스템(electronic nose system) 기술이 개발되었다. 그러나 인간의 후각과 관련된 유전자는 1천개 이상인 반면, 전자코 시스템에 현실적으로 적용 가능한 가스센서의 수는 10~20종에 불과한 실정이다. 즉, 전자코 시스템에 의해 다양한 가스를 판별해내기 위해서는, 인간의 후각 유전자에 해당되는 가스센서의 종류를 최대한 많이 확보하여야 하지만, 기술적인 측면이나 비용적인 측면에서 현실적인 한계가 있다.In order to solve the problem of low gas selectivity, various kinds of gas sensors are formed into an array, and then an electric signal is converted into an electrical signal, and then an electronic nose system (electronic nose system) technology has been developed. However, the number of genes related to human olfaction is more than 1,000, while the number of gas sensors applicable to electronic nose systems is only 10-20. That is, in order to discriminate various gases by the electronic nose system, it is necessary to secure the kinds of gas sensors corresponding to the human olfactory genes as much as possible, but there are practical limitations in terms of technical aspects and cost.

한국공개특허 제2001-0090727호Korean Patent Publication No. 2001-0090727

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 종래의 반도체식 가스센서를 이용하되, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 상기 센서들에 유입되는 가스의 종류를 판별하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a device for discriminating the kind of gas flowing into the sensors using a conventional semiconductor type gas sensor, The present invention is directed to providing a method for providing a service to a user.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치는, 작동온도가 서로 다르게 설정된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 가스 공급로; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하고, 상기 산출된 반응속도 값을 이용하여 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 제어부를 포함한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a gas type discriminating apparatus using a plurality of identical semiconductor type gas sensors, comprising: a plurality of identical semiconductor type gas sensors having operating temperatures different from each other; A gas supply path for introducing a gas to be discriminated to the plurality of same semiconductor type gas sensors; A sensing unit for measuring an output voltage value with time in each of the plurality of same semiconductor type gas sensors; And an output voltage value according to a time measured by the sensing unit to calculate a reaction rate value in each of the semiconductor type gas sensors and to determine the type of the introduced gas using the calculated reaction rate value And a control unit.

또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출한 이후에, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 한다.Further, in the gas type discriminating apparatus using a plurality of same semiconductor type gas sensors according to the present invention, the control unit may calculate the reaction rate value in each of the semiconductor type gas sensors, And the type of the introduced gas is discriminated through the calculated ratio.

또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치에 있어서, 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어진 것을 특징으로 한다.Further, in the gas type discriminating apparatus using a plurality of the same semiconductor type gas sensors according to the present invention, the plurality of same semiconductor type gas sensors are composed of a first semiconductor type gas sensor and a second semiconductor type gas sensor do.

한편, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별 방법은, 가스 공급로, 센싱부, 제어부를 포함하는 가스종류 판별장치를 이용한 가스종류 판별방법으로서, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하는 단계; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 단계; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계; 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 반응속도 값을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, a method of discriminating a gas type using a plurality of identical semiconductor type gas sensors according to the present invention is a method of discriminating a gas type using a gas type discriminating apparatus including a gas supplying path, a sensing unit, and a control unit, Setting different operating temperatures of the sensors; Introducing a gas to be discriminated to the plurality of same semiconductor type gas sensors; Measuring an output voltage value over time in each of the plurality of same semiconductor type gas sensors; Calculating a reaction rate value in each of the semiconductor type gas sensors using an output voltage value according to the measured time; And determining the type of the introduced gas through the calculated reaction rate value.

또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별 방법에 있어서, 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하는 단계 이후에, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 단계는, 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 한다.Further, in the method of discriminating a gas species using a plurality of same semiconductor type gas sensors according to the present invention, it is preferable that, after calculating the reaction rate values in the respective semiconductor type gas sensors, the ratio between the calculated reaction rate values is Wherein the step of discriminating the type of the introduced gas discriminates the type of the introduced gas through the calculated ratio.

또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별 방법에 있어서, 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어지며, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계는, 상기 제1 반도체식 가스센서의 반응속도 값에 대한 상기 제2 반도체식 가스센서의 반응속도 값의 비율을 연산하는 것을 특징으로 한다.Further, in the method of discriminating a gas type using a plurality of identical semiconductor type gas sensors according to the present invention, the plurality of identical semiconductor type gas sensors are composed of a first semiconductor type gas sensor and a second semiconductor type gas sensor, The step of calculating the ratio between the calculated reaction rate values is characterized by calculating the ratio of the reaction rate value of the second semiconductor type gas sensor to the reaction rate value of the first semiconductor type gas sensor.

본 발명에 따르면, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정해 놓은 후 각각의 가스센서에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정함으로써, 상기 센서에 유입된 가스의 종류를 간단하게 판별해 낼 수 있다.According to the present invention, after the operating temperatures of a plurality of same semiconductor type gas sensors are set to be different from each other, the type of the gas introduced into the sensor is simply determined by measuring the output voltage value with time in each gas sensor .

이에 따라, 본 발명은 단일 성분의 가스 뿐 아니라 혼합 성분의 가스까지도 판별해낼 수 있어 각종 산업 현장을 비롯해 가스의 판별이 필요한 여러 장소에서 널리 이용될 수 있다.Accordingly, the present invention can discriminate not only a single component gas but also a mixed component gas, so that it can be widely used in various industrial fields and various places where gas discrimination is required.

또한, 본 발명은 반도체식 가스센서 한 종류만으로도 기존 전자코 시스템의 센서 어레이(sensor array) 구성의 효과를 가질 수 있으므로, 상용되고 있는 가스센서에서 어레이 구성의 확대가 가능하다.In addition, since the present invention can have the effect of constituting a sensor array of a conventional electronic nose system with only one type of semiconductor gas sensor, it is possible to expand the array configuration in a commercially available gas sensor.

도 1은 반도체식 가스센서의 개략적인 회로도이다.
도 2는 각종 가스에 대한 반도체식 가스센서의 감도-온도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 반도체식 가스센서의 작동온도 변경에 따른 출력전압 값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 각 센서에서의 시간에 따른 출력전압의 분포(실선) 및 반응속도 값(점선)를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 가스의 종류를 판별하는 방법을 설명하기 위한 다양한 실시예들의 그래프들이다.1 is a schematic circuit diagram of a semiconductor type gas sensor.
2 is a graph showing the sensitivity-temperature of a semiconductor gas sensor for various gases.
3 is a graph showing the output voltage value according to the operating temperature change of the semiconductor type gas sensor.
FIG. 4 is a view showing a configuration of a gas type discriminating apparatus using a plurality of identical semiconductor type gas sensors according to the present invention.
5 is a graph exemplarily showing distribution (solid line) and reaction rate value (dotted line) of the output voltage with time in each sensor.
6 is a flowchart sequentially illustrating a method of determining a gas type using a plurality of identical semiconductor type gas sensors according to the present invention.
Figs. 7 to 9 are graphs of various embodiments for explaining a method of discriminating the kind of gas according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 가스의 종류를 판별하는 장치 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and method for determining the type of gas using a plurality of identical semiconductor type gas sensors according to the present invention will be described in detail.

도 2는 각종 가스에 대한 반도체식 가스센서의 감도-온도를 나타낸 그래프로서, Andrew P. Lee와 Brian J. Reedy의 논문 "Temperature modulation in semiconductor gas sensing", Sensor and Acruators B, 60, 35~42, 1999에 나타나 있는 내용이다. 본 논문의 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명의 이해를 돕기 위하여 발췌하였으며 이에 대해 간단히 살펴보기로 한다.2 is a graph depicting the sensitivity-temperature of a semiconductor type gas sensor for various gases, see Andrew P. Lee and Brian J. Reedy, "Temperature modulation in semiconductor gas sensing", Sensor and Acruators B, 60, 35-42 , 1999). The contents of the present invention are excerpted by those skilled in the art to assist the understanding of the present invention, and a brief description will be given thereof.

도 2에 나타낸 그래프의 x축은 SnO2를 이용한 반도체식 가스센서의 작동온도이고, y축은 공기 중에서의 센서 컨덕턴스(Go)에 대한 분석물 가스 존재 하에서의 센서 컨덕턴스(G)의 비율인 감도(G/Go)이다.FIG x axis SnO semiconductor type operating temperature of gas sensor using the two graphs shown in Fig. 2, y axis is the sensitivity (G ratio of the sensor conductance (G o) sensor conductance (G) under the analyte gas present on the air / G o ).

도 2에 의하면, 가스의 종류에 따라 서로 다른 감도 특성을 보인다는 것과, 특히 동종의 가스라도 반도체식 가스센서의 작동온도에 따라 서로 다른 감도 특성을 보인다는 것을 알 수 있다.FIG. 2 shows that different sensitivity characteristics are exhibited depending on the type of gas, and in particular, gases of the same kind exhibit different sensitivity characteristics depending on the operating temperature of the semiconductor type gas sensor.

도 3은 반도체식 가스센서의 작동온도 변경에 따른 출력전압 값을 나타낸 그래프로서, 반도체식 가스센서에 유입된 암모니아(NH3) 및 황화수소(H2S) 각각에 대하여 상기 센서의 작동온도를 순차적으로 낮게 조절해가면서 출력전압 값(VRL)을 측정한 결과를 나타낸다.3 is a graph showing an output voltage value according to an operating temperature change of the semiconductor type gas sensor, in which ammonia (NH 3 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) introduced into the semiconductor type gas sensor are sequentially (V RL ) is measured while the output voltage is adjusted to be low.

도 3에 의하면, 반도체식 가스센서의 작동온도에 따라 암모니아(NH3) 및 황화수소(H2S)의 출력전압 특성이 달라진다는 것을 알 수 있으며, 구체적으로 암모니아(NH3)는 작동온도가 높을수록, 황화수소(H2S)는 작동온도가 대체로 낮을수록 반도체식 가스센서 표면에 흡착되어 있는 산소의 탈착량이 커져 출력전압 값이 크게 측정된다는 것을 알 수 있다.FIG. 3 shows that the output voltage characteristics of ammonia (NH 3 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) vary depending on the operating temperature of the semiconductor type gas sensor. Specifically, ammonia (NH 3 ) It can be seen that as the operating temperature of hydrogen sulfide (H 2 S) is generally lower, the desorbed amount of oxygen adsorbed on the surface of the semiconductor type gas sensor increases, and the output voltage value is measured to a large extent.

도 2 및 도 3을 통해 알 수 있듯이, 반도체식 가스센서의 출력전압 값은 가스의 종류에 따라, 그리고 동종의 가스라도 반도체식 가스센서의 작동온도에 따라 달리 나타난다는 것을 알 수 있고, 본 발명은 이와 같은 가스의 종류별, 반도체식 가스센서의 작동온도별 특성을 이용하여 가스의 종류를 판별해낼 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.2 and 3, it can be seen that the output voltage value of the semiconductor type gas sensor varies depending on the kind of the gas and the operating temperature of the semiconductor type gas sensor even if the same kind of gas is used. Provides an apparatus and method for determining the type of gas by using the characteristics of the gas type and the operating temperature of the semiconductor type gas sensor.

도 4는 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a view showing a configuration of a gas type discriminating apparatus using a plurality of identical semiconductor type gas sensors according to the present invention.

복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)는 센서 매니폴드(sensor manifold)(40)에 설치되어 있으며, 각각의 가스센서(51, 52 등)는 외부의 히터전원(미도시) 등에 의해 작동온도가 서로 다르게 설정된다.A plurality of identical semiconductor type gas sensors 50 are installed in a sensor manifold 40. Each of the gas sensors 51 and 52 is operated by an external heater power source Are set differently.

산소 공급장치(10)는 가스센서(50) 표면에 산소를 흡착시킬 수 있도록 산소를 공급하는 장치이고, 가스 공급로(20)는 판별하고자 하는 가스를 가스센서(50)에 유입시키는 통로이다.The oxygen supply device 10 is a device for supplying oxygen to the surface of the gas sensor 50 so as to adsorb oxygen, and the gas supply path 20 is a path for introducing the gas to be discriminated into the gas sensor 50.

밸브(30)는 산소 또는 판별하고자 하는 가스 중 하나를 선택하여 가스센서(50)에 유입시키고, 펌프(60)는 가스센서(50)에 유입된 산소 또는 가스를 빨아들인 후 외부로 배출시키는 역할을 한다. The valve 30 selects one of oxygen or a gas to be discriminated and introduces it into the gas sensor 50. The pump 60 sucks the oxygen or gas flowing into the gas sensor 50 and discharges it to the outside .

센싱부(70)는 가스센서(50)와 연결되어 있으며, 판별하고자 하는 가스가 가스센서(50)에 유입되면 가스센서(50) 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키게 되고 이에 따라 각각의 가스센서(51, 52 등)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.The sensing unit 70 is connected to the gas sensor 50. When the gas to be discriminated flows into the gas sensor 50, oxygen adsorbed on the surface of the gas sensor 50 is desorbed, (51, 52, etc.).

도 5는 2개의 동일한 반도체식 가스센서(센서1 및 센서2)에 임의의 가스가 유입(gas-in)되었을 때 각 센서(센서1, 센서2)에서의 시간에 따른 출력전압 값(실선)을 예시적으로 나타낸 그래프로서, 각 센서(센서1, 센서2)의 작동온도를 서로 다르게 설정하기 때문에 센싱부(70)에서 측정되는 시간에 따른 출력전압 값도 각 센서(센서1, 센서2)마다 서로 다르게 나타난다.5 shows an output voltage value (solid line) over time in each sensor (sensor 1, sensor 2) when an arbitrary gas is gas-ined to two identical semiconductor type gas sensors (sensor 1 and sensor 2) (Sensor 1, sensor 2) are set to be different from each other, the output voltage value according to the time measured by the sensing unit 70 is also detected by the sensors (sensor 1, sensor 2) .

또한, 도 5에서 2개의 동일한 반도체식 가스센서(센서1 및 센서2)에 임의의 가스가 유입(gas-in)된 후 출력전압 값이 최대가 될 때까지의 시간동안 출력전압 값의 변화량 즉, 점선으로 표시한 직선의 기울기가 각 센서(센서1, 센서2)에서의 반응속도 값이 되며, 제어부(80)는 상기 센싱부(70)에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 각각의 가스센서(51, 52 등)에서의 반응속도 값을 산출한다.5, the amount of change of the output voltage value during a period of time from when an arbitrary gas is gas-ined to two identical semiconductor type gas sensors (sensor 1 and sensor 2) until the output voltage value becomes maximum, that is, , The slope of the straight line indicated by the dotted line is the reaction rate value in each of the sensors (sensor 1 and sensor 2), and the controller 80 calculates the response speed value The reaction speed value at the gas sensor 51, 52, etc. of the gas sensor 1 is calculated.

다음으로 제어부(80)는 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별해낸다.Next, the control unit 80 calculates the ratio between the calculated reaction rate values, and determines the type of the introduced gas through the calculated ratio.

제어부(80)가 복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)에 유입된 가스의 종류를 판별해내기 위해서는, 가스의 종류마다 반도체식 가스센서의 작동온도에 따른 반응속도 값 또는 반응속도 값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(80) 내에 미리 저장해 놓을 것이 요구된다.In order for the control unit 80 to discriminate the types of gases introduced into a plurality of identical semiconductor type gas sensors 50, it is preferable that the ratio between the reaction rate values or the reaction rate values depending on the operating temperature of the semiconductor type gas sensor It is required to preliminarily store the data on the control unit 80 in advance.

이와 같이 함으로써 제어부(80)에서 반응속도 값이 산출 또는 반응속도 값 간의 비율이 연산되면, 미리 저장해 놓은 상기 데이터와 비교하여 가스센서(50)에 유입된 가스의 종류를 판별해낼 수 있게 된다.In this way, when the ratio between the calculation speed or the reaction speed value is calculated in the control unit 80, the type of the gas introduced into the gas sensor 50 can be determined by comparing with the previously stored data.

도 6은 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart sequentially illustrating a method of determining a gas type using a plurality of identical semiconductor type gas sensors according to the present invention.

본 발명에 따른 가스 종류 판별방법은 우선, 외부의 히터전원(미도시) 등에 의해 복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)의 작동온도를 서로 다르게 설정한다(S100).In the gas type determination method according to the present invention, the operating temperatures of a plurality of identical semiconductor type gas sensors 50 are set differently by an external heater power source (not shown) (S100).

다음으로, 산소 공급장치(10)에 의해 표면에 산소가 흡착된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)에 가스 공급로(20)를 통해 판별하고자 하는 가스를 유입시킨다(S110).Next, the gas to be discriminated is introduced into a plurality of identical semiconductor type gas sensors 50 on the surface of which oxygen is adsorbed by the oxygen supplying device 10 through the gas supplying path 20 (S110).

다음으로 센싱부(70)는 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각(51, 52 등)에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다(S120).Next, the sensing unit 70 measures an output voltage value with time in each of the plurality of same semiconductor type gas sensors (51, 52, etc.) (S120).

다음으로 제어부(80)는 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서(51, 52 등)에서의 반응속도 값을 산출한 후(S130), 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산한다(S140).Next, the control unit 80 calculates a reaction rate value at each of the semiconductor type gas sensors 51 and 52 using the measured output voltage value at step S130, (S140).

마지막으로 제어부(80)에서는 상기 산출된 반응속도 값을 통해 또는 상기 연산된 반응속도 값 간의 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별한다(S150).Finally, the control unit 80 determines the type of the introduced gas through the calculated reaction rate value or a ratio between the calculated reaction rate values (S150).

이 때 유입된 가스의 종류를 판별하기 위해서는 앞서 언급한 것처럼, 가스의 종류마다 반도체식 가스센서의 작동온도에 따른 반응속도 값 또는 반응속도 값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(80) 내에 미리 저장해 놓을 것이 요구되며, 이와 같이 함으로써 제어부(80)는 반응속도 값 산출 후 또는 반응속도 값 간의 비율 연산 후, 미리 저장해 놓은 상기 데이터와 비교하여 가스센서(50)에 유입된 가스의 종류를 판별해낸다.In order to determine the kind of the introduced gas at this time, as described above, data on the ratio between the reaction rate value or the reaction rate value depending on the operating temperature of the semiconductor type gas sensor is stored in advance in the control unit 80 In this way, the control unit 80 determines the type of the gas introduced into the gas sensor 50 by comparing it with the data stored in advance after the calculation of the reaction rate value or the calculation of the ratio between the reaction rate values.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 동일한 반도체식 가스센서(51, 52)를 이용한 가스 종류 판별방법에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of determining a gas type using two identical semiconductor type gas sensors 51 and 52 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

2개의 동일한 반도체식 가스센서(51, 52)를 이용하여 가스의 종류를 판별하기 위하여, 도 4에 나타낸 바와 같이 센서 매니폴드(40)에 제1 반도체식 가스센서(51) 및 제2 반도체식 가스센서(52)를 설치하고, 히터전원 등에 의해 각 센서(51, 52)의 작동온도를 서로 다르게 설정한다. 그 후, 각 센서(51, 52)에 판별하고자 하는 가스를 유입시키고 센싱부(70)에서는 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.4, the first semiconductor type gas sensor 51 and the second semiconductor type gas sensor 51 are provided in the sensor manifold 40 in order to discriminate the kind of gas by using two identical semiconductor type gas sensors 51, A gas sensor 52 is provided, and operating temperatures of the sensors 51 and 52 are set differently from each other by a heater power source or the like. Thereafter, the gas to be discriminated is introduced into each of the sensors 51 and 52, and the sensing unit 70 measures the output voltage value with time.

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 제1 반도체식 가스센서(51)의 작동온도를 400˚C, 제2 반도체식 가스센서(52)의 작동온도를 200˚C로 설정해 놓고, 각 센서(51, 52)에 유입된 가스(NH3, H2S, C7H8)에 대한 농도별 시간에 따른 출력전압 값을 측정한 그래프이다.7A, 7B, and 7C, the operating temperature of the first semiconductor type gas sensor 51 is set to 400 ˚C, the operating temperature of the second semiconductor type gas sensor 52 is set to 200 ˚C, and each sensor 51 , 52) of the gas (NH 3 , H 2 S, C 7 H 8 ).

도 7에 나타낸 그래프를 통해, 동종의 가스라도 가스의 농도가 높을수록 반응속도 값이 커진다는 것과, 각 센서(51, 52)의 작동온도를 서로 다르게 설정하면 각 센서(51, 52)에서의 반응속도 값에 차이를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 즉, 도 7a와 도 7c의 그래프에 나타난 암모니아(NH3)와 톨루엔(C7H8)의 반응속도 값은 제2 반도체식 가스센서(52)보다 제1 반도체식 가스센서(51)에서 더 큰 반면(센서의 작동온도가 높을 때 반응속도 값이 큼), 도 7b의 그래프에 나타난 황화수소(H2S)의 반응속도 값은 제1 반도체식 가스센서(41)보다 제2 반도체식 가스센서(42)에서 더 크다는 것을 알 수 있다(센서의 작동온도가 낮을 때 반응속도 값이 큼).7, it can be seen that the higher the concentration of the gas is, the larger the reaction rate value becomes, and when the operating temperatures of the sensors 51 and 52 are set to be different from each other, And the difference in the reaction rate value. That is, the reaction rate values of ammonia (NH 3 ) and toluene (C 7 H 8 ) shown in the graphs of FIGS. 7A and 7C are higher in the first semiconductor type gas sensor 51 than in the second semiconductor type gas sensor 52 The reaction rate value of hydrogen sulfide (H 2 S) shown in the graph of FIG. 7B is higher than that of the first semiconductor type gas sensor 41 (the reaction rate value is high when the operating temperature of the sensor is high) (42) (the reaction speed value is large when the operating temperature of the sensor is low).

이와 같이 센싱부(70)에서 각 센서(51, 52)마다 시간에 따른 출력전압 값을 측정한 후에, 제어부(80)에서는 각 센서(51, 52)마다 반응속도 값을 산출하거나 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산해낸다. 이 때, 상기 반응속도 값 또는 반응속도 값 간의 비율은 가스의 종류를 나타내는 특성치에 해당한다.After the sensing unit 70 measures the output voltage value with respect to each of the sensors 51 and 52 over time, the control unit 80 calculates the reaction speed value for each of the sensors 51 and 52, And calculates the ratio between the speed values. At this time, the ratio between the reaction rate value or the reaction rate value corresponds to the characteristic value indicating the kind of the gas.

도 8은 도 7에서 나타낸 NH3, H2S, C7H8의 반응속도 값을, x축을 제1 반도체식 가스센서(51)에서 측정된 반응속도 값으로 하고 y축을 제2 반도체식 가스센서(52)에서 측정된 반응속도 값으로 한 2차원 공간상에 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing reaction rate values of NH 3 , H 2 S and C 7 H 8 shown in FIG. 7 as a reaction rate value measured by the first semiconductor type gas sensor 51 on the x axis, And a reaction velocity value measured by the sensor 52 in a two-dimensional space.

도 8에서 동종의 가스를 나타내는 점들이 몰려있는 부분은 동종의 가스에 대해 가스 농도를 동일하게 하여 복수회의 실험을 한 결과를 나타낸 것이고, 동종의 가스를 나타내는 점들이 간격을 두고 떨어져 있는 것은 동종의 가스에 대해 가스 농도를 달리하여 실험한 결과를 나타낸 것이다.In FIG. 8, the points where the points representing the same kind of gas are gathered show the results obtained by performing a plurality of experiments with the same gas concentration for the same kind of gas. The results are shown in Fig.

도 8에 의하면, 각 센서(51, 52)에서 측정된 NH3, H2S, C7H8의 반응속도 값을 2차원 공간상에 나타낸 후 동종의 가스를 나타내는 점들끼리 연결하면 일정한 직선의 기울기(2차원 공간상에 산발적으로 퍼져있는 점들간의 평균치를 취한 값으로, 이 평균적인 직선의 기울기와 그 주변에 퍼져있는 점들간의 오차는 ±5% 내외)로 나타난다는 것을 알 수 있다.8, the reaction rate values of NH 3 , H 2 S and C 7 H 8 measured by the sensors 51 and 52 are shown on a two-dimensional space, and then points representing the same kind of gas are connected to each other. It can be seen that the slope (the value obtained by taking the average value between spatially scattered points on the two-dimensional space, the error between this average straight line slope and the points spreading around it is about 5%).

도 8에서 직선의 기울기 값은 NH3의 경우 0.022, H2S의 경우 1.916이며, C7H8의 경우는 0.008이다. 이 직선의 기울기 값은 각 센서(51, 52)에서 산출한 반응속도 값 간의 비율에 해당하며, 상기 비율은 각각 NH3, H2S, C7H8를 나타내는 특성치에 해당한다.In FIG. 8, the slope of the straight line is 0.022 for NH 3 , 1.916 for H 2 S, and 0.008 for C 7 H 8 . The slope value of this straight line corresponds to the ratio between the reaction speed values calculated by the sensors 51 and 52, and the ratios correspond to the characteristic values indicating NH 3 , H 2 S and C 7 H 8 , respectively.

따라서 상기 비율에 대한 데이터를 제어부(80) 내에 미리 구비해 놓으면, 제어부(80)는 이를 통해 각 센서(51, 52)에 유입된 가스의 종류를 판별해낼 수 있게 된다.Accordingly, if the ratio data is provided in advance in the controller 80, the controller 80 can determine the type of gas introduced into each of the sensors 51 and 52.

도 9는 각 센서(51, 52)에서 측정된 NH3, H2S, C7H8 및 이들을 혼합한 가스의 반응속도 값을, x축을 제1 반도체식 가스센서(51)에서 측정된 반응속도 값으로 하고 y축을 제2 반도체식 가스센서(52)에서 측정된 반응속도 값으로 한 2차원 공간상에 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the reaction rate values of NH 3 , H 2 S and C 7 H 8 measured by the sensors 51 and 52 and the gas mixture thereof and the reaction rate measured by the first semiconductor type gas sensor 51 And a y-axis as a reaction velocity value measured by the second semiconductor type gas sensor 52. The graph of Fig.

도 9에 나타낸 바와 같이, 혼합가스의 경우에도 각 센서(51, 52)에서 측정된 반응속도 값을 상기 2차원 공간상에 나타내면 직선의 기울기로 나타나고, 이 직선의 기울기 값 즉, 각 센서(51, 52)에서 측정된 반응속도 값 간의 비율이 혼합가스를 나타내는 특성치가 된다.9, even in the case of the mixed gas, the reaction velocity values measured by the respective sensors 51 and 52 appear as a slope of a straight line when they are shown on the two-dimensional space, and the slope value of this straight line, , 52) is a characteristic value representing the mixed gas.

이와 같이 본 발명에 따른 가스 종류 판별방법은 단일 성분의 가스 뿐만 아니라 혼합 성분의 가스까지 판별해낼 수 있어, 각종 산업 현장을 비롯해 가스의 판별이 필요한 여러 장소에서 널리 이용될 수 있다.As described above, the gas type discriminating method according to the present invention can discriminate not only a single component gas but also a mixed component gas, and thus it can be widely used in various industrial fields and in various places where gas discrimination is required.

본 발명의 일 실시예로서 2개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 가스의 종류를 판별하는 방법을 알아보았고, 각 센서(51, 52)에 유입된 가스로서 NH3, H2S, C7H8 및 이들을 혼합한 가스에 대해 언급하였다.As one embodiment of the present invention, a method of discriminating the types of gases by using two identical semiconductor type gas sensors has been studied. The gases introduced into the sensors 51 and 52 are NH 3 , H 2 S, C 7 H 8 and mixtures of these gases.

그러나 이는 어디까지나 본 발명에 따른 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 설명하기 위한 것에 불과하고, 3개 이상의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하는 경우, 상기 언급한 가스와는 다른 종류의 가스에 대해서도 본 발명이 제안하는 방법에 따라 가스의 종류를 판별해낼 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다.However, this is merely intended to explain the technical idea according to the present invention to be sufficiently transmitted, and in the case of using three or more identical semiconductor type gas sensors, the present invention is also applicable to a gas of a kind different from the above- It is obvious to those skilled in the art that the type of gas can be determined according to the proposed method.

본 발명에 의하면, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하는 것만으로도 상기 센서에 유입되는 가스의 종류를 손쉽게 판별해낼 수 있다. 또한 반도체식 가스센서 한 종류만으로도 기존 전자코 시스템의 센서 어레이 구성의 효과를 가질 수 있으므로 상용되고 있는 가스센서에서 센서 어레이 구성의 확대가 가능하다.According to the present invention, it is possible to easily determine the type of gas flowing into the sensor by setting the operating temperatures of the plurality of same semiconductor type gas sensors to be different from each other. In addition, since only one kind of semiconductor type gas sensor can have the effect of constituting sensor array of existing electronic nose system, it is possible to expand the configuration of sensor array in common gas sensor.

10: 산소 공급장치
20: 가스 공급로
30: 밸브
40: 센서 매니폴드
50: 복수개의 동일한 반도체식 가스센서
51: 제1 가스센서
52: 제2 가스센서
60: 펌프
70: 센싱부
80: 제어부10: oxygen supply device
20: gas supply path
30: Valve
40: Sensor manifold
50: A plurality of identical semiconductor type gas sensors
51: first gas sensor
52: second gas sensor
60: Pump
70: sensing part
80:

Claims (6)

작동온도가 서로 다르게 설정된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서;
상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 가스 공급로;
상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및
상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여, 상기 각각의 반도체식 가스센서에 가스가 유입된 후 출력전압 값이 최대가 될 때까지의 시간동안 출력전압 값의 변화량인 반응속도 값을 산출하고, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하며, 상기 연산된 비율을 이용하여 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 제어부를 포함하고,
상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어지며,
상기 제어부가 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 것은, 상기 제1 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값에 대하여, 상기 제2 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값의 비율을 연산하는 것을 특징으로 하는 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치.
A plurality of identical semiconductor gas sensors having different operating temperatures;
A gas supply path for introducing a gas to be discriminated to the plurality of same semiconductor type gas sensors;
A sensing unit for measuring an output voltage value with time in each of the plurality of same semiconductor type gas sensors; And
A sensor for detecting a temperature of the semiconductor type gas sensor, a sensor for detecting a temperature of the semiconductor type gas sensor, a sensor for detecting the temperature of the semiconductor type gas sensor, And a control unit for calculating a ratio between the calculated reaction rate values and determining the type of the introduced gas using the calculated ratio,
Wherein said plurality of identical semiconductor type gas sensors comprise a first semiconductor type gas sensor and a second semiconductor type gas sensor,
The control unit calculates the ratio between the calculated reaction rate values by calculating the ratio between the reaction rate value calculated after the gas to be discriminated is introduced into the first semiconductor type gas sensor, Wherein the ratio of the reaction rate calculated after the gas to be discriminated is calculated is calculated.
삭제delete 삭제delete 가스 공급로, 센싱부 및 제어부를 포함하는 가스종류 판별장치를 이용한 가스종류 판별방법으로서,
복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하는 단계;
상기 가스 공급로를 통해 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 단계;
상기 센싱부가 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계;
상기 제어부가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여, 상기 각각의 반도체식 가스센서에 가스가 유입된 후 출력전압 값이 최대가 될 때까지의 시간동안 출력전압 값의 변화량인 반응속도 값을 산출하는 단계;
상기 제어부가 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 단계;를 포함하고,
상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어지며,
상기 제어부가 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계는, 상기 제1 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값에 대하여, 상기 제2 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값의 비율을 연산하는 것을 특징으로 하는 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별방법.
A gas type determination method using a gas type determination device including a gas supply path, a sensing part, and a control part,
Setting different operating temperatures of a plurality of identical semiconductor gas sensors;
Introducing a gas to be discriminated to the plurality of identical semiconductor type gas sensors through the gas supply path;
Measuring the output voltage value over time in each of the plurality of same semiconductor type gas sensors;
The control unit calculates a reaction rate value, which is a variation amount of the output voltage value, for a period of time from when the gas is introduced into each of the semiconductor type gas sensors to when the output voltage value becomes maximum, ;
Calculating a ratio between the calculated reaction rate values; And
And the controller determines the type of the introduced gas through the calculated ratio,
Wherein said plurality of identical semiconductor type gas sensors comprise a first semiconductor type gas sensor and a second semiconductor type gas sensor,
Wherein the step of calculating the ratio between the calculated reaction rate values comprises the step of calculating a reaction rate value calculated after the gas to be discriminated is introduced into the first semiconductor type gas sensor, Wherein a ratio of the reaction rate value calculated after the gas to be discriminated is calculated is calculated.
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