Адрес для переписки: Реутская О.Г. – Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Беларусь e-mail: oreutskaya@gmail.com
Address for correspondence: Reutskaya O.G. – Belarusian National Technical University, Nezavisimosty Ave., 65, 220013, Minsk, Belarus e-mail: oreutskaya@gmail.com
Изготовление модуля химических сенсоров на одном кристалле является одним из перспективных направлений в развитии газовой сенсорики. Целью данной работы являлась разработка мультисенсорной микросистемы для уменьшения времени измерения концентрации газов CO, H2 , C3H8 , CO2, а также снижение потребляемой мощности микросистемы в целом. Мультисенсорная микросистема включает четыре одиночных сенсора, размещенных на одной подложке из наноструктурированного оксида алюминия. Использование в топологии микросистемы сквозных отверстий и диэлектрической подложки снизило потребляемую мощность газовой микросистемы. Нами предложен способ измерения чувствительности четырехсенсорной микросистемы к концентрации газов CO, H2 , C3H8 , CO2 . Полный цикл измерения концентрации газов состоял из времени предварительного прогрева всех сенсоров микросистемы (5 с), времени разогрева каждого из сенсоров последовательно (5 с) и времени измерения сопротивления каждого сенсора (80 с). Результаты измерений показали, что время реакции мультисенсорной микросистемы при воздействии газов: H2 с концентрацией 0,001 %, CO2 – 1 %, СО – 0,02 %, С3H8 – 0,01 % не превышает установленного для полного цикла измерения 90 c. Значение чувствительности при потребляемой мощности < 150 мВт составило для H2 – 48–64 %, для CO2 – 32–36 %, для СО – 20–29 %, для С3H8 – 68–78 %. Предложен способ контроля чувствительности мультисенсорной микросистемы к концентрации газов CO, H2 , CO2 , C3H8 , который позволяет проводить измерения за 90 с. В то время как цикл измерения одиночным сенсором в среднем составляет, в режиме импульсного нагрева – 2 мин, в режиме постоянного нагрева – 5 мин. Максимальное значение потребляемой мощности микросистемы составило не более 150 мВт. C помощью микросистем можно проводить измерения более низких концентраций детектируемых газов.
Manufacture of module of chemical sensors on a single chip is one of the promising directions in the development of gas sensory. The aim of this work was development of construction of multisensor microsystem enabled to retain the characteristics of a single sensor and its dimensions and, at the same time, to reduce power consumption and cycle time of measuring concentration of gases CO, H2 , C3H8 , CO2 in the environment. Multisensor microsystem consists of four detached sensors placed on a single substrate of nanostructured aluminum oxide. The use of through-holes and the dielectric substrate itself in microsystem topology reduced power consumption of gas microsystems. We have devised a method of measuring sensitivity of foursensor microsystem to the concentration of gases CO, H2 , C3H8 , CO2. A full cycle of measuring gases concentration consisted of the time required for preliminary heating of all sensors of the microsystem (5 s), the heating time of each of the sensors sequentially (5 s) and time required to measure resistance for each sensor (80 s). The measured results show that the reaction time of multisensor microsystem when exposed to gases – H2 at a concentration of 0,001 %, CO2 1 %, СО – 0,02 %, C3H8 – 0,01 % does not exceed 90 s for full measurement cycle. Sensitivity value at power consumption of < 150 mW makes up 48–64 % for H2 , 32– 36 % for CO2 , 20–29 % for СО, 68–78 % for C3H8 . The proposed method to control sensitivity of multisensor microsystem to the concentration of gases CO, H2 , C3H8 , CO2 allows performing measurements within 90 s while the measurement cycle by a single sensor in pulse heating mode is 2 min, in continuous heat mode – 5 min. Maximum power consumption of the microsystem does not exceed 150 mW. Microsystems allow measuring lower concentrations of detected gases.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.