РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЕТОДА ОБРАБОТКИ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ В ВОЗДУХЕ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЯХ
Автор: Т. В. Осипова, А. М. Баранов, И. И. Иванов
Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie
Рубрика: Математические методы и моделирование в приборостроении
Статья в выпуске: 1, 2025 года.
Бесплатный доступ
Разработан программно-алгоритмический метод обработки температурных характеристик термокаталитического сенсора для распознавания типа и определения концентрации горючих газов в многокомпонентных смесях и проведена оценка его применимости. Представлена схема программно-алгоритмического метода, проведены экспериментальные исследования однокомпонентных, двухкомпонентных и многокомпонентных смесей, состоящих из углеводородов и водорода. Результаты показали, что метод позволяет распознавать тип горючего газа и определять концентрацию с точностью до 90%.
Термокаталитический сенсор, селективность, многокомпонентные смеси, метод главных компонент, определение концентрации, водород, обработка данных
Короткий адрес: https://sciup.org/142244822
IDR: 142244822 | УДК: 681.586.67
DEVELOPMENT OF A SOFTWARE-ALGORITHMIC METHOD FOR PROCESSING THE THERMOCATALYTIC SENSORS CHARACTERISTICS FOR THE IDENTIFICATION OF FLAMMABLE GASES IN AIR AND MULTICOMPONENT MIXTURES
Software-algorithmic method for processing the temperature characteristics of a catalytic sensor for recognizing the type and determining the concentration of flammable gases in multicomponent mixtures has been developed and its applicability has been evaluated. The scheme of the software-algorithmic method is presented, experimental studies of single-component, two-component and multicomponent mixtures consisting of hydrocarbons and hydrogen are carried out. The results showed that the method makes it possible to recognize the type of combustible gas and determine the concentration with an accuracy of up to 90%.
Список литературы РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЕТОДА ОБРАБОТКИ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ В ВОЗДУХЕ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЯХ
- 1. Баранов А.М., Осипова Т.В. Современные тенденции в развитии сенсоров довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров горючих жидкостей (краткий обзор) // Научное приборостроение. 2021. Т. 31, № 4. C. 3–29. URL: http://iairas.ru/mag/2021/abst4.php#abst1
- 2. Лагутин А. С., Васильев А.А. Твердотельные газовые сенсоры // Журнал аналитической химии, 2022, T. 77, № 2. С. 100–116. DOI: 10.31857/S0044450222020098
- 3. Singh D., Dahiya M., Kumar R., Nanda C. Sensors and systems for air quality assessment monitoring and management: A review // Journal of environmental management. 2021. Vol. 289. Id. 112510. DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.112510
- 4. Chen Y., Chen Z., Zhang T., et al. A two-stage gas mixture concentration detection method for electronic nose // Sensors and Actuators A: Physical. 2024. Vol. 377. Id. 115768. DOI: 10.1016/j.sna.2024.115768
- 5. Василяк Л.М., Ветчинин С.П., Печеркин В.Я., Яненко Ю.Б. Термокондуктометрический метод детектирования водорода в многокомпонентных газовых смесях // Прикладная физика. 2019. № 2. C. 60–66. URL: https://applphys.orion-ir.ru/appl-19/19-2/PF-19-2-60.pdf
- 6. Таймаров М.А., Ильин В.К., Чикляев Е.Г., Сунгатуллин Р.Г. Особенности применения метановодородной фракции в качестве топлива для котлов ТЭС // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019. Т. 21, № 3. С. 109–116.
- DOI: 10.30724/1998-9903-2019-21-3-109-116
- 7. Attallah O., Morsi I. An electronic nose for identifying multiple combustible/harmful gases and their concentration levels via artificial intelligence // Measurement. 2022. Vol. 199. Id. 111458. DOI: 10.1016/j.measurement.2022.111458
- 8. Мусатов В.Ю., Вавилов В.И., Петров Д.Ю., Степанов М.Ф., Сысоев В.В. О возможности использования датчиков газа и мультисенсорных газочувствительных систем в интеллектуальных мобильных роботах // Вестник СГТУ. 2020. № 4 (87). C. 47–65. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44688703
- 9. Lvova L., Kirsanov D. Multisensor Systems for Analysis of Liquids and Gases: Trends and Developments // Frontiers in Chemistry. 2018. Vol. 6. DOI: 10.3389/fchem.2018.00591
- 10. Somov A., Baranov A., Spirjakin D., Passerone R. Circuit design and power consumption analysis of wireless gas sensor nodes: one-sensor versus two-sensor approach // IEEE Sensors Journal. 2014. Vol. 14, no. 6. P. 2056–2063. DOI: 10.1109/JSEN.2014.2309001
- 11. Brauns E., Morsbach E., Kunz S., Baeumer M., Lang W. Temperature modulation of a catalytic gas sensor // Sensors. 2014. Vol. 14, no. 11. DOI: 10.3390/s141120372
- 12. Ivanov I.I., Baranov A.M., Spirjakin D.N., Akbari S., Mironov S.M., Karami H., Gharehpetian G.B. Expanding catalytic sensor capabilities to combustible gas mixtures monitoring // Measurement. 2022. Vol. 194. Id. 111103. DOI: 10.1016/j.measurement.2022.111103
- 13. Spirjakin D., Baranov A., Akbari S., Phong C.T., Tuan N.N. Novel method of temperature modulation for enhancing catalytic gas sensor selectivity // 2021 IEEE Sensors Applications Symposium (SAS). 2021. P. 1–5. DOI: 10.1109/SAS51076.2021.9530079
- 14. Производство термокаталитических сенсоров горючих газов. [Электронный ресурс] URL: https://karpovsensor.com/ (дата обращения 29.10.2024).
- 15. Иванов И.И., Баранов А.М., Талипов В.А., Миронов С.М., Колесник И.В., Напольский К.С. Разработка эффективных сенсоров обнаружения довзрывоопасных концентраций H2 // Научное приборостроение. 2021. Т. 31, № 3. С. 25–36. URL: http://iairas.ru/mag/2021/abst3.php#abst4
- 16. Иванов И.И., Баранов А.М., Лямин А.Н., Миронов С.М. Исследование чувствительности и селективности термокаталитического сенсора водорода // Научное приборостроение. 2022. Т. 32, № 2. С. 42–54. URL: http://iairas.ru/mag/2022/abst2.php#abst4
- 17. Малич В.О., Нестеров С.А. Методы снижения размерности для задач анализа данных // SAEC. 2023. № 3.
- URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-snizheniyarazmernosti-dlya-zadach-analiza-dannyh (дата обращения: 19.12.2024).
- 18. Баймуратов И.Р. Методы автоматизации машинного обучения. СПб.: Университет ИТМО, 2020. 40 с.
- 19. Осипова Т.В., Иванов И.И., Баранов А.М. Разработка методики обнаружения газовых смесей при помощи метода главных компонент // Международная научнопрактическая конференция "Форум молодых исследователей", Пенза. 2021. С. 33–38. URL:
- https://naukaip.ru/wpcontent/uploads/2021/09/%D0%9C%D0%9A-1183.pdf
- 20. Метод скользящего окна. [Электронный ресурс] URL: https://wcademy.ru/sliding-window-method/ (дата обращения 29.10.2024).
- 21. Осипова Т.В., Баранов А.М., Иванов И.И. Метод главных компонент как способ определения концентрации водорода в многокомпонентных смесях // Научное приборостроение. 2023. Т. 33, № 2. С. 24–34. URL: http://iairas.ru/mag/2023/abst2.php#abst3
- 22. Osipova T., Baranov A., Ivanov I. Processing Data from Catalytic Sensors for Recognition of Hydrogen in Mixtures of Combustible Gases // 12th Mediterranean conference on embedded computing (MECO-2023), Budva, Montenegro. 2023. P. 406–410. DOI: 10.1109/MECO58584.2023.10155082
- 23. Талипов В.А., Баранов А.М., Иванов И.И., Янян Ц. Исследование активности термокаталитических сенсоров водорода при отрицательных температурах окружающей среды // Научное приборостроение. 2023. Т. 33, № 1. С. 30–42. URL: http://iairas.ru/mag/2023/abst1.php#abst3
