Skip to main content
SUPERVISOR
Eman Ezadi,Vahid Ghafarinia
ایمان ایزدی نجف آبادی (استاد مشاور) وحید غفاری نیا (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Maleki
محمد مالکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Design and Analysis of Gas Sensor Array with Variable Self-Regulating Operating Point for Gas Detection
: Gas analysis instruments are required in many applications. Among the available technologies the so called Electronic Noses has become popular due to their specific advantages such as portability and low cost. So far, gas sensor arrays and thermally-modulated metal oxide gas sensors have shown to be a suitable choice for developing an Electronic Nose. The response patterns produced by both of these methods can be used as a fingerprint for gas identification. Here, we have proposed a method for biasing the metal oxide gas sensors of a sensor array. In this method, instead of a fixed-bias and equivalently a fixed operating temperature, the input power to the microheater is adjusted based on the resistance of the sensing layer. In this way the microheater is thermally and electrically coupled to the sensing layer. At any environmental conditions the temperature of gas sensors is adjusted so that the circuit reaches a stable condition. To experimentally verify the applicability of the proposed methods, two generic metal oxide gas sensors were used. The temperature-dependent responses of the sensors were obtained experimentally. Then, two different bias circuits were designed to bias the sensors in a self-regulated mode of operation. The self-regulated metal oxide gas sensors were exposed to different concentrations of the selected target gases. The resulted transient responses were recorded as the fingerprints of gas sensors. The statistical analysis of these patterns showed that they contain enough discriminating information for the identification of target gases. In addition to gas identification, results shows that the proposed self-regulated bias circuits can remarkably reduce the power consumption of the sensor and can memorize the exposure events. Keyword: Gas Sensor Array, Metal Oxide Gas Sensor, Temperature Modulation, Self Regulating Operating Point, Electronic Nose.
توسعه یک ابزار الکترونیکی جهت تحلیل گاز و تشخیص بو به دلیل کاربردهای فراوانی که دارد همواره از زمینه‌های مورد علاقه بوده است. استفاده از آرایه حسگر و مدولاسیون دمایی حسگرهای گاز اکسیدفلزی از جمله روش‌های پرکاربرد برای توسعه ابزار بینی الکترونیکی هستند. هر دوی روش‌ها اگر به خوبی پیاده‌سازی شوند الگوهای متمایزی برای شناسایی گازهای مختلف تولید می‌کنند. در کار انجام شده نگرش جدیدی به این زمینه مطرح شده است و روشی پیشنهاد شده است تا نقطه کار آرایه حسگر به صورت خودکار و بر اساس شرایط محیطی تنظیم شود. وابستگی زیاد مقاومت حسگر اکسیدفلزی به دما بیانگر یک کوپل دمایی قوی بین ولتاژ/ جریان ریزگرمکن و مقاومت حسگر است. در روش پیشنهادی مدار بایاس حسگر طوری طراحی شده است تا مقاومت حسگر در تنظیم ولتاژ/ جریان ریزگرمکن نقش ایفا کند. بدین ترتیب نقطه کار حسگر از نظر دمایی و مقاومت الکتریکی لایه حساس به صورت خودکار در یک حلقه‌ی بسته تنظیم می‌شود. تغییر ترکیب گازهای محیط باعث تغییر مقاومت حسگر و در نتیجه خارج شدن مدار از حالت تعادل می‌شود. الگوی تغییر ولتاژ حسگر یا ریزگرمکن تا رسیدن به نقطه‌ی پایدار جدید یا الگوی نوسانی آن در صورت پایدار نشدن مدار می‌تواند به عنوان یک مشخصه متمایزکننده برای شناسایی گاز استفاده شود.در کار انجام شده ابتدا با انجام آزمایش‌هایی منحنی مشخصه دو حسگر اکسیدفلزی و وابستگی دمایی آنها استخراج شد. دو مدار بایاس برای حسگرها طراحی شد. با انجام آزمایش‌هایی تاثیر گاز بر عملکرد مدارها بررسی شد. در آزمایش‌ها اثر تراکم گاز و نوع گاز نیز مد نظر قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که اگر مدار به خوبی تنظیم شود پاسخ آن اطلاعات کافی برای شناسایی گاز را فراهم می‌کند. علاوه بر امکان استفاده از مدارهای پیشنهادی برای تشخیص گاز نشان داده شده است که مدارهای بایاس خود تنظیم‌شونده از ویژگی‌های جالب دیگری مانند کاهش مصرف توان و حافظه‌دار بودن نیز برخوردار هستند. کلمات کلیدی: آرایه حسگر گاز، حسگر گاز اکسیدفلزی، مدولاسیون دمایی، نقطه کار متغییر خود تنظیم‌شونده، بینی الکترونیکی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی