Vývoj senzorového uzlu pro multikomponentní detekci plynů

Branislav Hric

Doctoral thesis

Development of sensor node for multi-component gas detection

Abstract:

Abstrakt Hric, Branislav, Vývoj senzorových sítí pro multikomponentní detekci plynů. Ostrava 2018. Disertační práce. VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství. Vedoucí práce: doc. Ing. Ivana Bartlová, CSc. Zlepšení současných metod a hledání nových způsobů monitorování nebezpečných látek a směsí jsou důležitou oblastí výzkumu. Vývoj a testování různých detekčních technik a strategií pro monitorování nebezpečných látek je zaměřen na eliminaci průmyslových rizik pro vybrané prvky kritické infrastruktury a podporu experimentů v oblasti bezpečnosti. V tomto ohledu jsou senzorové sítě bezesporu aktuální výzvou pro různé vědecké týmy. Senzorové sítě představují aplikace nových technologií a metod detekce nebezpečných plynných látek s cílem minimalizovat ohrožení zdraví a života lidí. Z tohoto důvodu je i má disertační práce zaměřená na výzkum a vývoj moderní multikomponentní senzorové sítě. Hlavním cílem výzkumu je zvýšení efektivnosti a účinnosti detekce nebezpečných chemických látek a směsí v ovzduší za pomocí multikomponentní sítě a to tak, aby byla schopná kontinuálně a zpětně zaznamenávat změny koncentrace sledovaných látek v okolí a vykazovat vůči ním specifickou citlivost. Pro stavbu této sítě budou použity dostupné vodivostní polovodičové a optické senzory, které využívají rozmanitých fyzikálních a chemických principů, čím lze docílit efektivní a dostatečně citlivé detekce vybrané látky. Podstatou práce bude také kalibrace a testování vodivostních senzorů plynů na navrženém a sestaveném měřícím zařízení - měřící stanici - pro detekci plynů, které bude napojeno na směšovací stanici. Budou využívány senzory plynů měnící hodnotu vodivosti své aktivní vrstvy v závislosti na podmínkách měření od společnosti SGX Sensortech, Ltd. Výsledkem práce bude navržení měřícího řetězce pro testování a vyhodnocování multikomponentní senzorové jednotky, navržení uspořádaní senzorové sítě a verifikace výsledků získaných měřením.

Abstract:

Abstract Hric, Branislav, Development of sensor networks for multi-component gas detection. Ostrava 2018. Dissertation thesis. VŠB – Technical University of Ostrava, Faculty of Safety Engineering. Thesis supervisor: doc. Ing. Ivana Bartlová, CSc. Improving current methods and finding new ways to monitor hazardous substances and mixtures is an important area of research. The development and testing of various detection techniques and strategies for the monitoring of hazardous substances is focused on eliminating industrial risks for selected parts of critical infrastructure and supporting safety experiments. In this regard, sensor networks are undoubtedly the current challenge for various scientific teams. Sensor networks represent the application of new technologies and methods for detecting hazardous gaseous substances in order to minimize the threat to human health and life. For this reason, my dissertation is focused on modern research and development of multi-component sensor networks. The main objective of the research is to increase the efficiency and effectiveness of detecting hazardous chemical substances and mixtures in the air using a multi-component network in such way that it is able to continuously and reversibly record changes in the concentration of the monitored substances in its surrounding area and exhibit a specific sensitivity for them. For the construction of this network, we use available conductive semiconductor and optical sensors that use a variety of physical and chemical principles to achieve effective and sufficiently sensitive detection of the selected substance. The core of the thesis will also be the calibration and testing of conductive gas sensors on a designed and assembled gas detection device (measuring station) that will be connected to the mixing station. We will use gas sensors with ability to change the conductivity value of their active layer, depending on the measurement conditions retrieved from the company SGX Sensortech, Ltd. The result of the thesis will be the design of the measuring chain for testing and evaluation of multi-component sensor unit, then the design of the layout of the sensor network in selected operation and the verification of the results obtained by the measurement.

Keywords

Klíčová slova, senzor, senzorový uzel, senzorová síť, multikomponentní síť, detekce, analýza a hodnocení rizik, organické těkavé látky

Keywords

Key words, sensor, sensor unit, sensor network, detecting, analysis and risk assessment, volatile organic compound.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 11. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 3. 4. 2019
• Supervisor: Ivana Bartlová
• Reader: Václav Nevrlý, Jan Wild, Milan Oravec

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Doctoral programme / field:
Požární ochrana a průmyslová bezpečnost / Požární ochrana a bezpečnost