As public interest in air quality and environment problem is increasing, many researches are being carried out the gas measurement system. Especially, Non-dispersive infrared (NDIR) measurements using Beer-Lambert gas sensing principle with very high selectivity and long life time are noted for reliable method. It is possible to detect various gases such as carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), and nitrogen dioxide (NO2), but many researches are mostly concentrated on CO2 sensor. The multi-gas measuring instrument is high price and unwieldy, therefore it is not suitable for wide area required numerous instrument. So we study the NDIR multi-gas measurement system for air quality based on wireless sensor network, and experiment the realized measurement system.
In this paper, a new sensor chip with frequency reconstruction range of 2.252 GHz ~ 2.450 GHz is designed and fabricated. On this basis, a self-designed "T-shaped" shell is added to overcome the disadvantage of uneven deformation of the traditional steel shell, and the range of the sensor chip is expanded to 0 kN ~ 96 kN. The liquid metal antenna is used to carry out a step-by-step loading test, and the relationship between the antenna resonance frequency and the pressure load is analyzed. The results show that there is a good linear relationship between the pressure load and the resonant frequency. Therefore, the liquid metal antenna can be regarded as a pressure sensor. The cyclic loading and unloading experiments of the sensor are carried out, and different loading rates are used to explore the influence on the performance of the sensor. The loading and unloading characteristic curves and the influence characteristic curves of loading rate are plotted. The experimental results show that the sensor has no residual deformation during the cycle of loading and unloading. Moreover, the influence of temperature on the performance of the sensor is studied, and the temperature correction formula is derived.
대기오염 모니터링은 삶의 질 향상에 직접적으로 연관되어 많은 관심을 받고 있다. 현재 운영되고 있는 대부분의 대기질 정보 시스템은 특정장소에 측정소를 구축하여 대기 질을 측정하고 있으며, 고가의 장비를 사용하기 때문에 다양한 장소에 설치하여 운영하는데 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 보완하기 위하여 소형화 측정시스템을 구현하였다. 뿐만 아니라 제작비용을 최소화하여 대기 오염 예보에 적용할 수 있는 무선센서 시스템을 구현하였다. 본 연구에서 개발한 대기오염 모니터링 시스템은 대기오염을 측정하기 위한 센서부, 취득된 대기오염 정보를 처리하는 중앙처리부, 전원공급을 위한 전원부, 그리고 무선으로 데이터를 송수신하기 위한 무선회로를 구성하였으며, 실제 현장에 직접 적용할 수 있도록 구성하였다. 또한, Global Positioning System(GPS) 회로를 장착하여 센서의 위치 정보를 무선 송신할 수 있도록 함으로써 실시간 위치추적을 할 수 있도록 하였다. 다양한 대기 환경을 측정하기 위해서 CO, $O_3$, $NO_2$ 센서 및 먼지센서를 장착하였다.
$Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$, 수산화나트륨, cyclohexylamine, 에탄올, 물이 혼합된 용액을 수열합성하여 ZnO 나노로드를 합성하고, 합성한 물질의 이산화 질소$(NO_2)$와 일산화 탄소(CO)에 대한 감응특성을 조사하였다. 혼합 용액에 첨가되는 물의 양을 변화시켜 ZnO 나노로드의 형상과 응집현상을 조절할 수 있었다. 이는 물과 cyclohexylamine의 반응에 의해 발생되는 $OH^-$ 이온의 농도변화에 의한 것으로 해석된다. 물의 함량이 낮을 때에는 뭉쳐진 성게모양의 ZnO 나노로드를, 물의 함량이 많을 때에는 잘 분산된 ZnO 나노로드를 각각 합성할 수 있었다. 잘 분산된ZnO 나노로드는 공기 중에서 50 ppm 의 CO에 노출되었을 때 주목할 만한 반응을 보이지 않는 반면, 1 ppm 의 $NO_2$에 노출되었을 때에는 저항이 1.8배 증가하였다. 이러한 선택적 반응을 보이는 ZnO 나노로드는 자동차용 자동환기 시스템의 핵심부품인 매연센서의 감응물질로 사용될 수 있다.
활성탄소섬유가 전사선 조사에 의해 표면 개질되었고, NO가스 감지 능력에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 이를 가스센서 전극으로 이용하였다. XPS 분석결과는 전자선에 의하여 표면처리된 활성탄소섬유의 산소 성분이 감소하였으며 표면의 $sp^2$ 결합탄소가 증가한 것을 보여주었다. 이러한 결과는 전자빔 조사에 따른 활성탄소섬유 표면의 구조적 변형때문으로 사료된다. 100 kGy의 전자빔이 조사된 활성탄소섬유 전극의 NO가스 민감도는 약 4%에서 약 8%로 크게 증가하였고, 그 감지 시간 또한 약 360 s에서 120 s로 의미 있게 향상되었다. 이러한 결과는 활성탄소섬유의 전자빔 조사에 의하여 $sp^2$ 탄소 결합의 증가때문에 기인한 것으로, 이는 NO가스 센싱에 대한 전극저항 변화에 상당히 영향을 주었다.
In this study, we propose an array-type gas sensor with high selectivity and response using multiple oxide semiconductors. The sensor array was composed of SnO2 and In2O3, and the detection characteristics were improved by using Pt, Au, and Pd catalysts. All samples were deposited directly on the Pt interdigitated electrode (IDE) through the e-beam evaporator glancing angle deposition (GAD) method. They grew in the form of well-aligned nanorods at off-axis angles. The prepared SnO2 and In2O3 nanorod samples were exposed to CH3COCH3, C7H8, and NO2 gases in a 300℃ dry condition. Au-decorated SnO2, Au-decorated In2O3, and Pd-decorated In2O3 exhibited high selectivity for CH3COCH3, C7H8, and NO2, respectively. They demonstrated a high detection limit of the sub ppb level computationally. In addition, measurements from each sensor were executed in the 40% relative humidity condition. Although there was a slight reduction in detection response, high selectivity and distinguishable detection characteristics were confirmed.
In wireless sensor networks (WSNs) duty cycling has been an imperative choice to reduce idle listening but it introduces sleep delay. Thus, the conventional WSN medium access control protocols are bound by the energy-latency tradeoff. To break through the tradeoff, we propose a radio wave sensor called radio frequency (RF) wakeup sensor that is dedicated to sense the presence of a RF signal. The distinctive feature of our design is that the RF wakeup sensor can provide the same sensitivity but with two orders of magnitude less energy than the underlying RF module. With RF wakeup sensor a sensor node no longer requires duty cycling. Instead, it can maintain a sleep state until its RF wakeup sensor detects a communication signal. According to our analysis, the response time of the RF wakeup sensor is much shorter than the minimum transmission time of a typical communication module. Therefore, we apply duty cycling to the RF wakeup sensor to further reduce the energy consumption without performance degradation. We evaluate the circuital characteristics of our RF wakeup sensor design by using Advanced Design System 2009 simulator. The results show that RF wakeup sensor allows a sensor node to completely turn off their communication module by performing the around-the-clock carrier sensing while it consumes only 0.07% energy of an idle communication module.
Gas identification techniques using pattern recognition methods were developed from four micro-electronic gas sensors for noxious gas mixture analysis. The target gases for the air quality monitoring inside vehicles were two exhaust gases, carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx), and two odor gases, ammonia (NH3) and formaldehyde (HCHO). Four MEMS gas sensors with sensing materials of Pd-SnO2 for CO, In2O3 for NOX, Ru-WO3 for NH3, and hybridized SnO2-ZnO material for HCHO were fabricated. In six binary mixed gas systems with oxidizing and reducing gases, the gas sensing behaviors and the sensor responses of these methods were examined for the discrimination of gas species. The gas sensitivity data was extracted and their patterns were determined using principal component analysis (PCA) techniques. The PCA plot results showed good separation among the mixed gas systems, suggesting that the gas mixture tests for noxious gases and their mixtures could be well classified and discriminated changes.
Perovskite-structure $Sr(Ti_{1-x}Fe_x)O_3$ thick films, in which x is 0.4 or 0.6, were prepared by normal ceramic process on alumina substrate. Electrical resistance was measured as a function of thermal treatment condition including atmosphere, time, and temperature. The resistance of $Sr(Ti_{1-x}Fe_x)O_3$ films is lower than those of $SrTiO_3$ or $SrFeO_3$ films. The temperature coefficient of resistance over $550^{\circ}C$ was measured to be 0 for the $Sr(Ti_{1-x}Fe_x)O_3$ films after thermal treatment at $1100^{\circ}C$ in air. The sensing property of the films was also measured as a function of temperature and gas such as $O_2$, CO, $CO_2$, NO and $NO_2$. $Sr(Ti_{1-x}Fe_x)O_3$ films showed a good sensing property for $O_2$, but no sensing signal for CO, $CO_2$, NO and $NO_2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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