초록 ▼

인체에 극히 유해한 가연성 가스(부탄, 프로판, 메탄, LPG, 그리고 일산화탄소) 및 휘발성 유기 화합물 (VOC) (에틸 알콜, 톨루엔, 메틸 알콜, 아세톤, 그리고 벤젠)을 국제적인 환경기준치 (LEL 그리고 TLV) 정도에서 선택적으로 검지 및 정량화가 가능한 반도체식 센서 어레이는 후막형으로 제작하여 그 가스 검지 특성을 조사하였다. 후막형 센서 어레이는 공침법으로 Ca와 Pt를 도핑시켜 합성한 주석산 산화물을 모물질로 하는 10개의 서로 다른 센서들로 구성하였다. 최적 동작 온도는 빠른 응답특성, 초기 저항변화 및 최적

인체에 극히 유해한 가연성 가스(부탄, 프로판, 메탄, LPG, 그리고 일산화탄소) 및 휘발성 유기 화합물 (VOC) (에틸 알콜, 톨루엔, 메틸 알콜, 아세톤, 그리고 벤젠)을 국제적인 환경기준치 (LEL 그리고 TLV) 정도에서 선택적으로 검지 및 정량화가 가능한 반도체식 센서 어레이는 후막형으로 제작하여 그 가스 검지 특성을 조사하였다. 후막형 센서 어레이는 공침법으로 Ca와 Pt를 도핑시켜 합성한 주석산 산화물을 모물질로 하는 10개의 서로 다른 센서들로 구성하였다. 최적 동작 온도는 빠른 응답특성, 초기 저항변화 및 최적 감도를 고려하여 400℃로 정하였다. 제작된 후막형 센서 어레이는 전반적으로 TLV 근처의 저농도로서도 가연성 가스 및 휘발성 유기 가스에 대하여 고감도를 나타내었고, 농도에 따른 선형성, 6개월 이상의 장기안정성 및 5초 이내의 빠른 응답특성을 보여주었다. 그리고 대상 유해 가스에 대해서 어레이 센서들은 서로 다른 고유한 감도 패턴을 나타내어, 각 대상 가스에 대한 선택성을 부여할 수 있었다. 환경 가스, 즉 가연성 가스 및 유기 가스를 환경기준치 이하 범위(50∼3000ppm)에서 선택적으로 인식하는데 필요한 최적의 센서 물질 및 센서 개수의 선정을 위하여 주성분 분석 기법을 이용하는 방법을 제시하였다. 그리고, 주성분 분석 기법으로 가연성 혹은 유기가스의 선택적 인식이 어려운 것은 오류 역전파 알고리즘을 이용함으로써 대상가스의 종류 및 농도를 정확하고 선택적으로 인식 가능하였다. 제작된 가스 인식 시스템은 센서어레이, 신호처리부, 그리고 신경망을 이용한 패턴인식기를 포함하는 DSP 보드를 이용하여 구현하였다. 제작된 가연성 및 유기 가스 인식 시스템은 실시간으로 환경 대상 가스 즉, 가연성 및 유기 가스 (VOC)에 대한 뛰어난 감도 특성 그리고 선택적인 가스 및 냄새 종류 식별 및 정량화 능력을 보여주었다. 본 후막형 센서 어레이는 인체에 유해한 환경 가스(폭발성 및 유기 가스) 모니터용 시스템에 매우 적합하였다. 그리고 센서어레이는 PCB 기판 위에 모듈 형태로 정착 가능하므로, 고집적 신호처리용 주변회로를 동일 PCB 기판 위에 부착하여 소형의 휴대용 환경 가스 모니터 시스템에 적용 가능하다.

Abstract ▼

For recognizing and quantifying of the explosive gases (butane, propane, methane, LPG, and carbon monoxide) and volatile organic compounds (VOCs; ethyl alcohol, toluene, methyl alcohol, acetone, and benzene) under the environmental standards (LEL and TLV), semiconducting sensor arrays with ten discr

For recognizing and quantifying of the explosive gases (butane, propane, methane, LPG, and carbon monoxide) and volatile organic compounds (VOCs; ethyl alcohol, toluene, methyl alcohol, acetone, and benzene) under the environmental standards (LEL and TLV), semiconducting sensor arrays with ten discrete thick film sensors were fabricated and characterized. The sensor array consists of the ten kinds of thick film sensors that have the SnO₂film doped with Pt and Ca as the base material, which synthesized by coprecipitation method. The operating temperature is set at 400℃, considering the response speed, the variation of resistance, and optimum sensitivity. The thick film sensors in an array showed the high sensitivity to explosive gas and VOCs, even at low concentration of 100ppm, the linearity to concentration, long term stability for 6 months measured, and fast response within 5 seconds. The unique sensitivity patterns from the sensors in an array were shown. Using these patterns, it is thought to detect selectively the gases to be detected. Using the principal component analysis (PCA), the optimum and proper sensing materials and sensors number for recognizing the gases to be detected, within the ranges of standard values (50∼3000ppm) were determined. And, the pattern recognizer was implemented by using the neural network for recognizing of the kinds of gases and the neuro-fuzzy for quantifying of the recognized gases. It shows good recognition for the tested and training gas data and generalizing ability which can show the untrained concentration at a specific gas. A system for monitoring the explosive gases and VOCs was implemented by using the fabricated sensor array and an DSP board containing the signal processor and pattern recognizer. The gas-recognizing system can recognize and quantify the explosive gases and volatile organic compounds (VOCs) precisely in a realtime process. The sensor array was applicable for a monitoring the environmental gases like explosive gases and VOCs.

목차 Contents

• 제출문...1
• 요약문...2
• SUMMARY...3
• CONTENTS...4
• 목차...5
• 제 1 장 서 론...6
• 제 1 절 연구개발의 목적...6
• 제 2 절 연구개발의 필요성...6
• 제 3 절 연구개발의 범위...8
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...9
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...12
• 제 1 절 서론...12
• 제 2 절 센서제조 및 실험...13
• 1. 원료 물질의 제조...13
• 2. 소자 제작...16
• 3. 소자의 특성 측정...20
• 제 3 절 연구 결과 및 고찰...23
• 1. 소자 제작 및 특성...23
• 2. 가스 인식기 설계 및 특성...61
• 3. DSP보드를 이용한 가스인식 시스템 구현...77
• 제 4 절 결론...90
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...91
• 제 5 장 연구 개발 결과의 활용계획...94
• 제 6 장 참고문헌...95