Recognization of Inflammable Gases Using Sensor Array and Principal Component Analysis

센서 어레이와 주성분 기법을 이용한 가연성 가스 인식

A sensor array with 10 discrete sensors integrated on a substrate w3s developed for discriminating the kinds and quantities of inflammable gases, like butane, propane, methane, LPG, carbon monoxide. The sensor array consisted of 10 metal oxide semiconductor gas sensors using the nano-sized $SnO_2$ as base material and had differentiated sensitivity patterns to specific gas. The sensor array was designed with uniform thermal distribution and had also high sensitivity and good reproductivity to low gas concentration through nano-sized sensing materials with different additives. By using the sensing patterns of the sensor array at $400^{\circ}C$, we could reliably discriminate the kinds and quantities of the tested inflammable gases under the lower explosion limit through the principal component analysis(PCA).

폭발성 및 가연성 가스의 종류 및 그 정량화론 위한 10개의 개별 센서가 하나의 기판 위에 집적시킨 센서 어레이를 개발하였다. 이 센서어레이는 여러 가지 가연성 가스(부탄, 메탄, 프로판, 일산화탄소, LPG)에 대해서 차별화 된 감도 패턴을 가지도록, 나노 사이즈의 grain를 가지는 $SnO_2$를 모 물질로 하는 10개의 서로 다근 감지 물질로 구성하였고, 센서어레이 전반에서 균일한 온도 분포가 되도록 히터를 기판에 내장시켰다. $400^{\circ}C$에서 동작하는 어레이상의 센서들은 저농도에서도 고감도와 재현성의 특성을 보여 주었다. 이들 감도패턴을 이용하여, 주성분 분석 기법을 통해 환경기준치(LEL, TLV) 범위에서 부탄, 프로판, 메탄, LPG의 폭발성 및 가연성 가스의 종류 인식 및 정량화 할 수 있었다. 그리고, 주성분 분석 기법으로 치적 센서 개수 선정에 응용하였다.