In this paper, we describe the thermal characteristics of the output voltages of ethanol gas sensor according to the amount of radiation incident on the infrared sensors located at each focal point of two elliptical waveguides. In order to verify the output characteristics of the gas sensor according to the amount of incident light on the infrared sensor, two combinations of sensor modules were fabricated. Hydrophobic thin film is deposited on one of the reflectors of sensor modules and one of the two infrared sensors was equipped with a hollow disk (10 Ø), and the temperature characteristics of the infrared sensor equipped with the hollow disk (10 Ø) and the infrared sensor without the disk were tested. The temperature was varied from 253 K to 333 K at 10 K intervals based on 298 K. The properties of ethanol gas sensor have been identified with respect to varying temperature for a range of ethanol concentration from 0 ppm to 500 ppm. In the case of an infrared sensor equipped with a hollow disk (10 Ø), the output voltage of the sensor decreased by 0.8 mV and 1 mV, respectively, as the temperature increased. Conversely, the output voltage of the diskless infrared sensor showed an average increase of 67 mV and 57 mV as the temperature increased. The ethanol concentrations estimated on the basis of results show an error of more than 10 % for less than 100 ppm concentration. However, if the ethanol concentration exceeds 100 ppm, the gas concentration can be estimated within the range of ${\pm}10%$.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_2
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pp.1073-1082
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2023
Thermal sensors, also called thermal infrared wavelength sensors, measure temperature based on the intensity of infrared signals that reach the sensor. The infrared signals recognized by the sensor include infrared wavelength(0.7~3.0㎛) and radiant infrared wavelength(3.0~100㎛). Infrared(IR) wavelengths are divided into five bands: near infrared(NIR), shortwave infrared(SWIR), midwave infrared(MWIR), longwave infrared(LWIR), and far infrared(FIR). Most thermal sensors use the LWIR to capture images. Thermal sensors measure the temperature of the target in a non-contact manner, and the data can be affected by the sensor's viewing angle between the target and the sensor, the amount of atmospheric water vapor (humidity), air temperature, and ground conditions. In this study, the characteristics of three thermal imaging sensor models that are widely used for observation using unmanned aerial vehicles were evaluated, and the optimal application field was determined.
NDIR $CO_2$ gas sensor was built with ASIC implemented thermopile sensor which included temperature sensor and unique elliptical waveguide structures in this paper. The temperature dependency of dual infrared sensor module ($CO_2$ and reference IR sensors) has been characterized and its output voltage characteristics according to the temperature and gas concentration were proposed for the first time. NDIR $CO_2$ gas and reference IR sensors showed linear output voltages according to the variation of ambient temperatures from 243 K to 333 K and their slopes were 14.2 mV/K and 8.8 mV/K, respectively. The output voltages of temperature sensor also presented a linear dependency according to the ambient temperature and could be described with V(T)=-3.191+0.0148T(V). The output voltage ratio between $CO_2$ and reference IR sensors revealed irrelevant to the changes of ambient temperatures and gave a constant value around 1.6255 with standard deviation 0.008 at 0 ppm. The output voltage of $CO_2$ gas sensor at zero ppm $CO_2$ gas consisted of two components; one is caused by the HPB (half pass-band) of IR filter and the other is attributed to the part of $CO_2$ absorption wavelength. The characteristics of output voltages of $CO_2$ gas sensor could be accurately modeled with three parameters which are dependent upon the ambient temperatures and represented small average error less than 1.5% with 5% standard deviation.
A nondispersive infrared (NDIR) ethanol gas sensor was prototyped with ASIC implemented thermopile sensor, which included a temperature sensor and two ellipsoidal waveguide structures. The temperature dependency of the two ethanol sensors (with partially blocked and intact structures) has been characterized. The two ethanol gas sensors showed linear output voltages initially when varying the ambient temperature from 253 K to 333 K. The slope of the temperature sensor presented a constant value of 15 mV/K. After temperature compensation, the ethanol gas sensor estimated ethanol concentrations with larger errors of 20 to 25% below 200 ppm. However, the estimation errors were reduced to between -10 and +1 % from 253 K to 333 K above 200 ppm ethanol gas concentration in this research.
Jang, Jin Cheol;Lee, Min Ho;Lee, Jun Yeop;Choi, Hee Chul;Choi, Dong Yun;Kim, Hyeok Ju;Kim, Hyeon Tae
Journal of Biosystems Engineering
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v.40
no.4
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pp.368-372
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2015
Purpose: The purpose of this study is to verify the feasibility of using an infrared sensor to measure the body temperature of a sow. We first conducted experiments on three pigs by using three infrared sensors and one indoor temperature sensor. Methods: The three infrared sensors were installed inside our model house and were used to take temperature measurements per second of the backs of the pigs. While feeding, the temperatures of the backs of the pigs were measured at distances of 10 cm, 20 cm, and 30 cm from the infrared sensors. Results: We concluded that the relation between the temperature of the pigs' backs and the indoor temperature was y =0.549x + 18.459 at a measuring distance of 30 cm. The relation was y = 0.645x + 15.461 for a distance of 20 cm and y = 0.760x + 11.913 for a distance of 10 cm. We found high correlation between the indoor temperature and the temperature of the pigs' backs. Conclusions: It is possible to use an infrared thermometer to monitor the temperature of pigs' backs. This system seems to be feasible and effective in monitoring pig temperature. The use of an infrared thermometer will also make daily monitoring easy. In later experiments, the possibility of developing a system that can determine if an error can be corrected by using infrared sensor is explored by considering humidity variables.
The motivation of this paper is to easily analyze the properties of nondispersive infrared gas sensor that has more than two different optical path length and to suggest the criterion and definition of infrared light absorbance in order to minimize the measurement errors. With the output voltage ratios and the normalized derivatives of infrared ray (IR) absorbance, when the normalized derivatives of IR absorbance decreases from 0.28 to 0.10, the lower and higher limits of errors were decreased from -5.62% and 2.39% to -4.27% and 2.78%. When the normalized derivatives of IR absorbance were 0.10, the output voltage could be partitioned into two regions with one exponential equation and the temperature compensation error was less than 5%.
It was common knowledge in textbooks that images acquired using mid-infrared ray were not suitable for measuring temperature near room temperature. But a recent satellite image using a mid-infrared sensor show the possibility that the result measured using the mid-infrared sensor can also measure the temperature near room temperature. In this paper, the possibility and accuracy of extraction room temperature information from satellite images with mid-infrared sensors are reviewed. The mid-infrared satellite image reviewed in this paper showed the temperature of room temperature well, and regarding the reliability as an absolute value of the measured temperature, the effect of the heat transfer amount due to the direct reflection of sunlight on the surface and the effect of the infrared absorption amount absorbed in the atmosphere can be seen as a relatively small or constant value. However, the problem of uncertainty in the radiation coefficient due to physical properties, which is the limit of the non-contact thermometer, remained a problem to be solved.
The $CO_2$ measuring system using infrared sensor has the variance according to the temperature change. Therefore, the temperature compensation should be needed to obtain a reliable measurement. In this study, the sensor module consist of infrared $CO_2$ Sensor, IR Source, pipe and the heater and measuring system has amplifier, A/D converter and microprocessor. And we suggest a method to reduce the error by using the PID temperature control. We use optimum parameters setting of Ziegler & Nichols as well as PID temperature control algorithm for the temperature compensation. In this method, PID optimum parameter is set from dummy time(L) and maximum slope(R). As a result of using this PID temperature control, it is founded that it has the fast response and low steady state error. Therefore, it is certainly proved that this is very suitable algorithm to correct the error on measurement.
This article describes the output properties of non-dispersive infrared carbon dioxide($CO_2$) sensors resulting from the changes in ambient temperatures. After the developed sensor module was installed inside the gas chamber, the temperature was set to 267 K, 277 K, 300 K, and 314 K, and the concentrations of $CO_2$ gas were increased from 0 to 5,000 ppm. Then, the output voltage at each concentration was obtained. Through these experimental results, two observations were made. First, both the $CO_2$ sensor and the reference sensor showed an increase in the output voltages as the temperature rose from 0 ppm, Second, the full scale outputs of the $CO_2$ sensor grew as the temperature increased. The output characteristics were analyzed based on two factors: change in the radiant energy of the infrared light source and change in the absorptivity of $CO_2$ gas according to the ambient temperature. Additionally, temperature compensation methods were discussed.
We have developed a noncontact temperature sensor using a silver halides infrared optical fiber. An infrared radiation from a heat source is transferred by a silver halides infrared optical fiber and measured by infrared sensors such as a thermopile and a thermal optical power-meter. The relationships between the temperature of a heat source and the output voltage of the thermopile and the optical power of a thermal optical power-meter are determined. The measurable temperature range using a thermopile and a thermal optical power-meter are from 100 to $750^{\circ}C$ and from 30 to $750^{\circ}C$ respectively. It is expected that a noncontact temperature sensor using infrared optical fiber can be developed for medical and industrial usages based on the results of this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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