DE202013005433U1

DE202013005433U1 - Electronic nose device

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Publication number: DE202013005433U1
Application number: DE201320005433
Authority: DE
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-09-15
Anticipated expiration: 2023-06-15

Abstract

Gassensorvorrichtung (1), aufweisend: eine Sensorkammer (5) zur Aufnahme eines Analytengases, wobei die Sensorkammer (5) ein Sensorarray (9), auf dem zumindest ein Sensormedium (13) zur Wechselwirkung mit dem Analyten in dem Analytengas abgelagert ist, einen Einlass (15) zum Zuführen des Analytengases zur Kammer und einen Auslass (16) zum Entfernen des Analytengases aus der Sensorkammer (5), wobei die Sensorkammer (5) zwischen dem Sensorarray (9) und einem Sockel (11) zur Unterstützung des Sensorarrays (9) ausgebildet ist, und eine Rohrverzweigung (7) aufweist.A gas sensor device (1) comprising: a sensor chamber (5) for receiving an analyte gas, the sensor chamber (5) having a sensor array (9) on which at least one sensor medium (13) for interaction with the analyte in the analyte gas is deposited, an inlet (15) for supplying the analyte gas to the chamber and an outlet (16) for removing the analyte gas from the sensor chamber (5), the sensor chamber (5) being between the sensor array (9) and a base (11) to support the sensor array (9 ) is formed, and has a manifold (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Nasenvorrichtung zur Erfassung gasförmiger Analyte, wie beispielsweise von Gerüchen, Aromen, giftigen Gasen etc.The present invention relates to an electronic nose device for detecting gaseous analytes, such as odors, flavors, toxic gases, etc.

Eine elektronische Nasenvorrichtung kann zur Analyse und Differenzierung komplexer gasförmiger Proben verwendet werden. Entsprechend ihren Fähigkeiten werden elektronische Nasenvorrichtungen auf verschiedenen Gebieten verwendet, wie beispielsweise bei Produktionsprozessen und bei der Überwachung der Produktqualität, insbesondere in der Luxuslebensmittelindustrie, beim Heimatschutz oder dem Naturschutz sowie bei Anwendungen der Biowissenschaften und Biotechnologie.An electronic nose device can be used to analyze and differentiate complex gaseous samples. In accordance with their capabilities, electronic nasal devices are used in a variety of fields such as production processes and product quality monitoring, particularly in the luxury food industry, homeland security or nature conservation, and life science and biotechnology applications.

Nachteile bekannter elektronischer Nasenvorrichtungen sind mit ihrer Größe und ihrem Gewicht verbunden, die sie zur Verwendung als tragbares Gerät ungeeignet machen. Darüber hinaus bestehen viele elektronische Nasenvorrichtungen aus mehreren getrennten Komponenten, was ihre Handhabung erschwert. Ferner sind die meisten Geräte nicht für eine integrierte Analyse von erfassten Daten konfiguriert, da sie keine Software zur Verarbeitung von Messdaten umfassen. Hinsichtlich ihres Betriebs benötigen viele bekannte elektronische Nasenvorrichtungen gereinigte trockene Luft oder ein anderes spezielles Referenzgas, wie beispielsweise hochreines Helium zu ihrer Kalibrierung, was ihre Kalibrierung und ihren Gebrauch umständlich macht.Disadvantages of known electronic nose devices are associated with their size and weight, making them unsuitable for use as a portable device. In addition, many electronic nose devices consist of several separate components, making their handling difficult. Furthermore, most devices are not configured for integrated analysis of collected data because they do not include software for processing measurement data. In terms of their operation, many known electronic nose devices require purified dry air or other specific reference gas, such as high purity helium for their calibration, which makes their calibration and use cumbersome.

Hinsichtlich des Gebrauchs von in einer elektronischen Nasenvorrichtung geeigneten Sensormedien offenbart EP 1 022 560 B1 eine Nanopartikelstruktur, die derart konfiguriert ist, dass ein Strom daran angelegt werden kann, wobei die Nanopartikelstruktur ein Substrat und Metall- oder Halbleiternanopartikel aufweist, die miteinander oder mit dem Substrat durch bifunktionale oder polyfunktionale Liganden verbunden sind, wobei die Liganden Kavitäten mit einer Größe definieren, die größer oder gleich der eines darin diffundierenden Analytenmoleküls ist.Regarding the use of sensor media suitable in an electronic nose device EP 1 022 560 B1 a nanoparticle structure configured to allow a current to be applied thereto, wherein the nanoparticle structure comprises a substrate and metal or semiconductor nanoparticles joined to each other or to the substrate by bifunctional or polyfunctional ligands, the ligands defining one size cavities greater than or equal to that of an analyte molecule diffusing therein.

Darüber hinaus offenbart EP 1 215 485 einen chemischen Sensor, der ein Substrat und einen auf dem Substrat ausgebildeten Nanopartikelfilm aufweist, wobei der Nanopartikelfilm aus Nanopartikeln, die durch Linker-Moleküle mit zumindest zwei Linker-Einheiten zwischenverbunden sind, die sich an die Oberfläche der Nanopartikel binden können, und zumindest einer die Selektivität erhöhenden Einheit mit einer Bindungsseite gebildet ist, um reversibel ein Analytenmolekül zu binden, und wobei der Sensor ein Detektionsmittel zum Erfassen einer Veränderung einer physikalischen Eigenschaft des Nanopartikelfilms aufweist, wobei das Linker-Molekül zumindest eine Feineinstellungseinheit aufweist, die in der Nähe der die Selektivität verstärkenden Einheit in der Weise angeordnet ist, dass die Feineinstellungseinheit mit einem an die die Selektivität verstärkende Einheit gebundenen Analytenmolekül wechselwirkt.In addition revealed EP 1 215 485 a chemical sensor comprising a substrate and a nanoparticle film formed on the substrate, the nanoparticle film being comprised of nanoparticles inter-connected by linker molecules having at least two linker moieties capable of binding to the surface of the nanoparticles and at least one of the nanoparticles Selectivity enhancing unit is formed with a binding side to reversibly bind an analyte molecule, and wherein the sensor comprises a detection means for detecting a change in a physical property of the nanoparticle film, wherein the linker molecule has at least one fine adjustment unit, which in the vicinity of the selectivity reinforcing unit is arranged in such a way that the fine adjustment unit interacts with an analyte molecule bound to the selectivity enhancing unit.

EP 1 278 061 offenbart einen chemischen Sensor mit einem Substrat mit einer Oberfläche, einem auf dem Substrat ausgebildeten Sensormedium und einem Detektionsmittel zum Erfassen einer Veränderung einer physikalischen Eigenschaft des Sensormediums, wobei die Oberfläche des Substrats funktionalisiert ist, um Linker-Gruppen auf der Oberfläche des Substrats bereitzustellen, wobei das Sensormedium ein aus Dendrimermolekülen, die Linker-Einheiten aufweisen, und aus Nanopartikeln gebildetes Netz aufweist, wobei die Linker-Einheiten an die Oberfläche der Nanopartikel gebunden sind, wodurch sie die Nanopartikel miteinander verbinden. Die Nanopartikel bestehen aus Metall, wobei die Dendrimermoleküle eine Innenseite, die aus einem Kern und einer Hülle aus verzweigten, sich wiederholenden Einheiten gebildet ist, und eine äußere Hülle aus Linker-Einheiten aufweisen, und wobei der Kern oder die Hülle oder die Verzweigung aus sich wiederholenden Einheiten Elektronen-abgebende Gruppen aufweisen, die mit Metallkationen Komplexe bilden. EP 1 278 061 discloses a chemical sensor having a substrate with a surface, a sensor medium formed on the substrate, and a detection means for detecting a change in a physical property of the sensor medium, the surface of the substrate being functionalized to provide linker groups on the surface of the substrate the sensor medium comprises a network of dendrimer molecules having linker units and a network formed of nanoparticles, wherein the linker units are attached to the surface of the nanoparticles, thereby connecting the nanoparticles together. The nanoparticles are made of metal, wherein the dendrimer molecules have an inner surface formed of a core and a shell of branched repeating units and an outer shell of linker units, and wherein the core or sheath or branch is made of itself Repeating units have electron-donating groups that form complexes with metal cations.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Gassensorvorrichtung zur Detektion von Analyten herzustellen, die ein hohes Maß an Integration ihrer Komponenten aufweist. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gassensor mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.It is the object of the present invention to produce a gas sensor device for the detection of analytes, which has a high degree of integration of its components. This object is achieved by a gas sensor having the features according to claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.Advantageous embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Die Gassensorvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine Sensorkammer zur Aufnahme eines Analytengases mit einem oder mehreren Analyten, wobei die Sensorkammer ein Sensorarray, auf dem zumindest ein Sensormedium zur Wechselwirkung mit einem Analyten im Gas abgeschieden ist, einen Einlass zur Zufuhr des Analytengases in die Sensorkammer und einen Auslass zum Entfernen des Analytengases aus der Sensorkammer aufweist, wobei die Sensorkammer zwischen dem Sensorarray und einem Sockel zur Unterstützung des Sensorarrays und einer Platine gebildet ist, auf der der Sockel montiert ist.The gas sensor device according to the invention comprises a sensor chamber for receiving an analyte gas with one or more analytes, wherein the sensor chamber, a sensor array on which at least one sensor medium for interaction with an analyte is deposited in the gas, an inlet for supplying the analyte gas into the sensor chamber and a An outlet for removing the analyte gas from the sensor chamber, wherein the sensor chamber between the sensor array and a base for supporting the sensor array and a circuit board is formed, on which the base is mounted.

Da die erfindungsgemäße Gassensorvorrichtung eine Sensorkammer aufweist, die zwischen dem Sensorarray und der Trägervorrichtung zur Unterstützung des Sensorarrays gebildet ist, wird eine kompakte Sensorkammer bereitgestellt, die einfach zusammengesetzt werden und mit einem einer Vielzahl verschiedener Sensorarrays aufgebaut sein kann. Vorzugsweise wird das Sensorarray als ein Chip mit einem Substrat ausgebildet, auf dem eines oder mehrere Sensormedien zur Wechselwirkung mit den Analyten im Analytengas ausgebildet sind. Falls das Substrat mehrere darauf abgeschiedene Sensormedien aufweist, können diese aus verschiedenen Materialien oder zumindest teilweise aus denselben Materialien ausgebildet sein, wobei die verschiedenen Materialien jeweils eine andere Wechselwirkungscharakteristik mit einem speziellen Analyten aufweisen. Insbesondere kann ein spezifischer Analyt mit einem Sensormedium durch Änderung seines Widerstands Wechselwirken, während ein anderer Analyt mit diesem Sensormedium nicht wechselwirkt oder mit diesem Sensormedium durch Änderung seines Widerstands um einen höheren oder niedrigeren Grad wechselwirkt. Diese Änderung des Widerstands kann in positiver oder in negativer Richtung erfolgen, d. h. der Widerstand eines bestimmten Sensormediums kann als eine Folge der Wechselwirkung mit dem Analyten ansteigen oder abnehmen.Since the gas sensor device according to the invention comprises a sensor chamber formed between the sensor array and the support means for supporting the sensor array, a compact sensor chamber is provided which can be easily assembled and constructed with one of a plurality of different sensor arrays. Preferably, the sensor array is formed as a chip with a substrate on which one or a plurality of sensor media for interaction with the analytes are formed in the analyte gas. If the substrate has a plurality of sensor media deposited thereon, they may be formed from different materials or at least partially from the same materials, the different materials each having a different interaction characteristic with a particular analyte. In particular, one specific analyte may interact with one sensor medium by changing its resistance while another analyte does not interact with that sensor medium or interacts with that sensor medium by changing its resistance by a higher or lower degree. This change in resistance may be positive or negative, that is, the resistance of a particular sensing medium may increase or decrease as a result of the interaction with the analyte.

Da der Sockel auf der Platine montiert ist, können Verbindungen zwischen dem Sensorarray und der Platine zur Steuerung und zum Betrieb des Sensorarrays einfach durch elektrische Leitungen auf dem Sensorarray, dem Sockel und der Platine eingerichtet werden. Vorzugsweise ist der Sockel ein Chipträger. Darüber hinaus lasst es der spezielle Entwurf der Gassensorvorrichtung zu, Komponenten und Periphervorrichtungen direkt auf der Platine zu montieren, so dass eine hoch-integrierte Gassensorvorrichtung erhalten wird, die für eine einfache Handhabung tragbar sein und kleine Abmessungen aufweisen kann.Since the socket is mounted on the board, connections between the sensor array and the board for controlling and operating the sensor array can be easily established by electrical leads on the sensor array, socket and board. Preferably, the socket is a chip carrier. Moreover, the special design of the gas sensor device allows components and peripheral devices to be mounted directly on the board, thus providing a highly integrated gas sensor device that can be portable for ease of use and that can be small in size.

Gemäß einer Ausführungsform sind der Einlass und der Auslass der Sensorkammer in einer Seitenwand der Sensorkammer angeordnet und sind derart positioniert, dass das Analytengas, das den Analyten aufweist und durch den Einlass und den Auslass der Sensorkammer strömt, gleichmäßig über das Sensorarray geführt wird, so dass ein guter Kontakt zwischen dem Analytengas und allen Sensorarraymedien auf dem Sensorarray sichergestellt ist. Dementsprechend ist eine hohe Effizienz und Empfindlichkeit der Gassensorvorrichtung sichergestellt und die Qualität der Messergebnisse ist an jedem Ort eines Sensorarraymediums auf dem Sensorarray gleich.According to one embodiment, the inlet and the outlet of the sensor chamber are arranged in a side wall of the sensor chamber and are positioned such that the analyte gas having the analyte and flowing through the inlet and the outlet of the sensor chamber is uniformly passed over the sensor array, so that good contact between the analyte gas and all sensor array media on the sensor array is ensured. Accordingly, high efficiency and sensitivity of the gas sensor device are ensured and the quality of the measurement results is the same at each location of a sensor array on the sensor array.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sensorkammer derart konfiguriert, dass das in die Kammer eingeführte Analytengas über das Sensorarray in einem turbulenten Strom strömt. Vorzugsweise umfasst die Sensorkammer eine flache, box-ähnliche Form mit einer geringen Höhe und einer großen Breite, wobei der Einlass und der Auslass der Sensorkammer in einer selben Wand oder in verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden Wänden oder Ecken der Sensorkammer vorgesehen sind. Vorzugsweise ist die Sensorkammer derart konfiguriert, dass ein turbulenter Gasstrom bereits bei geringen Gasströmungsraten von 300 ml/min oder 150 ml/min und darunter erreicht wird. Ein turbulenter Strom des Gases durch die Kammer garantiert, dass Sensorarraymedien an verschiedenen Orten auf dem Sensorarray gleichmäßig mit dem Analytengas in Kontakt kommen. Die Sensorkammer kann eine rechtwinklige, quadratische oder ringförmige, insbesondere kreisförmige Form aufweisen, wobei ihre seitlichen Abmessungen, wie beispielsweise die Länge oder Breite das 2, 4, 5, 10, 20fache ihrer Höhe oder mehr oder irgendeinen Wert zwischen, unter oder über diesen Werten aufweisen können.According to another embodiment, the sensor chamber is configured such that the analyte gas introduced into the chamber flows over the sensor array in a turbulent flow. Preferably, the sensor chamber comprises a flat, box-like shape with a small height and a large width, wherein the inlet and the outlet of the sensor chamber are provided in a same wall or in different, in particular opposite walls or corners of the sensor chamber. Preferably, the sensor chamber is configured such that turbulent gas flow is achieved even at low gas flow rates of 300 ml / min or 150 ml / min and below. A turbulent flow of gas through the chamber ensures that sensor array media at different locations on the sensor array will evenly contact the analyte gas. The sensor chamber may have a rectangular, square or annular, in particular circular shape, with its lateral dimensions, such as the length or width being 2, 4, 5, 10, 20 times its height or more, or any value between, below or above these values can have.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorkammer eine Öffnung, wobei das Sensorarray abnehmbar auf der Sensorkammer als ein die Öffnung abdeckender Deckel angeordnet sein kann. Vorzugsweise wird zwischen der Sensorkammer und dem Sensorarray eine Dichtung vorgesehen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Teil der Sensorkammer und insbesondere der Teil der Sensorkammer, der mit dem Sensorarray in Kontakt kommt, durch den Sockel gebildet, wie beispielsweise einen Sockel, der eingerichtet ist, um das Sensorarray aufzunehmen. Wenn das Sensorarray als ein Deckel für die Sensorkammer vorgesehen wird, wird ermöglicht, das Sensorarray rasch auszutauschen und die Gassensorvorrichtung mit verschiedenen Arten von Sensorarrays zu verwenden.According to a further embodiment, the sensor chamber comprises an opening, wherein the sensor array can be arranged detachably on the sensor chamber as a cover covering the opening. Preferably, a seal is provided between the sensor chamber and the sensor array. According to a further embodiment, a part of the sensor chamber, and in particular the part of the sensor chamber which comes into contact with the sensor array, is formed by the base, such as a base adapted to receive the sensor array. When the sensor array is provided as a lid for the sensor chamber, it is possible to exchange the sensor array quickly and to use the gas sensor device with various types of sensor arrays.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weist die Sensorkammer eine Rohrverzweigungsvorrichtung auf, die den Einlass und den Auslass der Sensorkammer aufweist. Die Rohrverzweigungsvorrichtung kann den Einlass und den Auslass als Leitungen aufweisen, die im Körper der Rohrverzweigungsvorrichtung ausgebildet sind. Die Rohrverzweigungsvorrichtung kann aus jedem geeigneten Material einschließlich Metall, Glas oder Plastik und insbesondere aus Teflon gebildet sein.According to yet another embodiment, the sensor chamber has a manifold device that has the inlet and the outlet of the sensor chamber. The manifold may include the inlet and the outlet as conduits formed in the body of the manifold. The manifold may be formed of any suitable material including metal, glass or plastic, and in particular Teflon.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Rohrverzweigungsvorrichtung oder ein Teil derselben in eine Öffnung in der Platine und eine Öffnung im Sockel einfügbar, wobei die Rohrverzweigungsvorrichtung oder der Teil derselben einen Teil einer Wand der Sensorkammer gegenüberliegend dem Sensorarray bildet. Dementsprechend umfasst der Sockel, der an der Platine angebracht ist, eine Öffnung, in die die Rohrverzweigungsvorrichtung eingefügt werden kann, wobei die Verbindung zwischen der Rohrverzweigungsvorrichtung und dem Sockel mit einer Dichtung versehen ist, so dass der Sockel mit der darin eingefügten Rohrverzweigungsvorrichtung oder der Teil derselben einen Teil der Sensorkammer bilden. Die Sensorkammer kann durch Einfügen des Sensorarrays in den Sockel gegenüberliegend der Rohrverzweigungsvorrichtung oder dem Teil derselben vervollständigt werden. Da der Sockel auf der Platine montiert ist und die Rohrverzweigungsvorrichtung oder der Teil derselben in den Sockel von einer der Ober- und Unterseite der Platine einfügbar ist, ist die Sensorkammer direkt mit der Platine verbunden.According to another embodiment, the manifold or a part thereof can be inserted into an opening in the circuit board and an opening in the base, wherein the manifold or the part thereof forms part of a wall of the sensor chamber opposite to the sensor array. Accordingly, the pedestal mounted on the board includes an opening into which the manifold may be inserted, wherein the connection between the manifold and the pedestal is provided with a seal so that the pedestal with the manifold or the part inserted therein the same form a part of the sensor chamber. The sensor chamber can be completed by inserting the sensor array into the socket opposite the manifold or the part thereof. Since the Base is mounted on the board and the pipe branching device or the part thereof is inserted into the base of one of the top and bottom of the board, the sensor chamber is directly connected to the board.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorkammer zwei gegenüberliegende Wände, wobei eine der Wände das Sensorarray und die gegenüberliegende Wand den Einlass und den Auslass der Sensorkammer aufweist. Vorzugsweise ist die gegenüberliegende Wand durch die Rohrverzweigungsvorrichtung gebildet, die den Einlass und den Auslass der Kammer aufweist und die in die Öffnung im Sockel einfügbar ist.According to another embodiment, the sensor chamber comprises two opposing walls, one of the walls having the sensor array and the opposite wall having the inlet and the outlet of the sensor chamber. Preferably, the opposing wall is formed by the manifold assembly, which has the inlet and the outlet of the chamber and which is insertable into the opening in the base.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Platine eine Schaltungsanordnung, die mit dem zumindest einen Sensormedium, das auf dem Sensorarray angeordnet ist, gekoppelt ist. Diese Schaltungsanordnung ermöglicht es, das Sensormedium mit Hilfe der Platine und den darauf vorgesehenen Leitungen mit einer oder mehreren von anderen Komponenten der Gassensorvorrichtung einschließlich einer analogen Elektronik, digitalen Elektronik, eines Mikrocontrollers, der einen Mikroprozessor aufweisen kann, oder einer Kombination daraus, die auf der Platine, auf einer weiteren Platine, die mit der Platine verbunden, oder davon entfernt sein können, vorgesehen sein können, zu verbinden. Gemäß noch einer anderen Ausführungsform ist die Sensorkammer mit einem Ventil verbunden. Das Ventil kann mit dem Einlass der Sensorkammer, einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung verbunden sein, wobei das Ventil eingerichtet ist, operativ den Einlass der Sensorkammer mit entweder der ersten Leitung oder der zweiten Leitung zu verbinden. Das Ventil kann so konfiguriert sein, dass es zwischen einer Leitung, durch die ein Analytengas zur Sensorkammer zugeführt wird bzw. einer Leitung, durch die ein Referenzgas zur Sensorkammer zugeführt wird, operativ umgeschaltet werden kann. Vorzugsweise ist das Ventil an der Rohrverteilungsvorrichtung angeschlossen oder angebracht. Gemäß einer Ausführungsform wird Umgebungsluft als Referenzgas verwendet. Die Verwendung von Umgebungsluft als das Referenzgas macht die Kalibrierung der elektronischen Nasenvorrichtung sehr komfortabel, da keine Ressourcen eines speziellen reinen Gases benötigt werden.According to a further embodiment, the circuit board comprises a circuit arrangement which is coupled to the at least one sensor medium which is arranged on the sensor array. This circuit arrangement makes it possible to use the circuit board and the lines provided thereon to connect the sensor medium to one or more of other components of the gas sensor device, including analog electronics, digital electronics, a microcontroller, which may have a microprocessor, or a combination thereof, as shown in FIG Board, on another board, which may be connected to the board, or be removed, may be provided to connect. According to yet another embodiment, the sensor chamber is connected to a valve. The valve may be connected to the inlet of the sensor chamber, a first conduit and a second conduit, the valve configured to operatively connect the inlet of the sensor chamber to either the first conduit or the second conduit. The valve may be configured to be operatively switched between a conduit through which an analyte gas is supplied to the sensor chamber and a conduit through which a reference gas is supplied to the sensor chamber. Preferably, the valve is connected or attached to the pipe distribution device. In one embodiment, ambient air is used as the reference gas. The use of ambient air as the reference gas makes the calibration of the electronic nose device very comfortable, since no resources of a specific pure gas are needed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gassensorvorrichtung eine Pumpe, die mit dem Auslass der Sensorkammer verbunden ist. Mit der Pumpe können Gase, wie beispielsweise ein Gas, das Analyte aufweist, oder ein Referenzgas durch die Sensorkammer gepumpt werden. Die Pumpe kann stromabwärts der Sensorkammer angeordnet sein, um ein Gas durch die Sensorkammer anzusaugen, oder kann stromaufwärts der Sensorkammer angeordnet sein, um das Gas durch die Sensorkammer zu drücken. Die erstere Anordnung wird bevorzugt, um (i) eine Kontaminierung des Sensormediums durch die Pumpe zu vermeiden und, um (ii) die Weglänge des Gases zu minimieren, bis der Analyt oder das Gas das Sensormedium erreicht.According to another embodiment, the gas sensor device comprises a pump which is connected to the outlet of the sensor chamber. With the pump, gases, such as a gas containing analyte, or a reference gas can be pumped through the sensor chamber. The pump may be disposed downstream of the sensor chamber for aspirating a gas through the sensor chamber, or may be disposed upstream of the sensor chamber for pushing the gas through the sensor chamber. The former arrangement is preferred to avoid (i) contamination of the sensing medium by the pump and to (ii) minimize the path length of the gas until the analyte or gas reaches the sensing medium.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gassensorvorrichtung einen Mikroprozessor zur Steuerung des Sensorarrays und zur Erfassung von Daten von dem zumindest einem Sensorarraymedium oder mehreren Sensormedien auf dem Sensorarray. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Mikroprozessor mit der Platine verbunden oder direkt auf der Platine montiert oder ist auf einer weiteren Platine vorgesehen, die mit der Platine verbunden, darauf angebracht, oder entfernt von der Gassensorvorrichtung vorgesehen ist.According to a further embodiment, the gas sensor device comprises a microprocessor for controlling the sensor array and for acquiring data from the at least one sensor array medium or a plurality of sensor media on the sensor array. According to another embodiment, the microprocessor is connected to the board or mounted directly on the board or is provided on another board which is connected to the board, mounted thereon, or remote from the gas sensor device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gassensorvorrichtung eine Berührungsbildschirmanzeige zur Steuerung eines Betriebs der Vorrichtung. Vorzugsweise ist die Berührungsbildschirmanzeige an der Platine befestigt. Jedoch kann die Berührungsbildschirmanzeige auch an einem anderen Ort oder auf einer anderen Platine oder entfernt von der Gassensorvorrichtung angeordnet sein.In accordance with another embodiment, the gas sensor device includes a touch screen display for controlling operation of the device. Preferably, the touch screen display is attached to the board. However, the touch screen display may also be located at another location or on another board or remote from the gas sensor device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gassensorarray ein Substrat mit mehreren darauf angeordneten verschiedenen Sensormedien. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Sensorarray 4, 8, 16, 32 verschiedene Sensorarraymedien oder jede beliebige andere geeignete Anzahl unterschiedlicher Sensormedien.According to a further embodiment, the gas sensor array comprises a substrate having a plurality of different sensor media arranged thereon. According to one embodiment, the sensor array 4, 8, 16, 32 comprises different sensor array media or any other suitable number of different sensor media.

Gemäß einer Ausführungsform können die Sensorarraymedien jedes beliebige geeignete Medium für eine Verwendung in einer Sensorvorrichtung und insbesondere in einer Gassensorvorrichtung aufweisen. Das Gassensormedium kann chemisch sensitive Widerstände, umfassend chemisch sensitive Carbon-Black Polymer-Widerstände, Polyanilin-Carbon-Black chemi-resistive Detektoren, Nanopartikel, wie beispielsweise Au, Ag, oder Pt-Nanopartikel, insbesondere Au-Nanopartikel, die mit parasubstituierten Thiophenol-Derivaten stabilisiert sein können, oder Au-Nanopartikel, die durch bi-funktionale oder polyfunktionale organische Linkermoleküle verlinkt sind, aufweisen. Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Sensorarraymediums ist ein kolloider Metall-Isolator-Metall-Ensemble-Chemiresistor-Sensor, der auf einem Monolager-stabilisierten Metallnanocluster-Transducerfilm basiert. Der dünne Transducerfilm kann aus Nanometer-Au-Clustern, die durch Octanethiol gekapselt sind, gebildet sein, wobei Monoschichten davon auf einem Substrat durch eine Airbrush-Technik abgeschieden sein können.According to one embodiment, the sensor array media may comprise any suitable medium for use in a sensor device and in particular in a gas sensor device. The gas sensing medium may include chemically sensitive resistors comprising chemically sensitive carbon black polymer resistors, polyaniline carbon black chemi-resistive detectors, nanoparticles such as Au, Ag, or Pt nanoparticles, especially Au nanoparticles containing para-substituted thiophenol Derivatives can be stabilized, or Au nanoparticles, which are linked by bi-functional or polyfunctional organic linker molecules have. Another example of a suitable sensor array medium is a colloidal metal-insulator-metal ensemble chemical resistor sensor based on a monolayer-stabilized metal nanocluster transducer film. The thin transducer film may be formed of nanometer Au clusters encapsulated by octanethiol, with monolayers thereof deposited on a substrate by an airbrush technique.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Sensorarray eines oder mehrere leitfähige Materialien aufweisen, die in eine Matrix aus einem nicht leitfähigen Material, wie beispielsweise organischem Polymer, eingebettet sind.According to another embodiment, the sensor array may include one or more conductive ones Having materials embedded in a matrix of a nonconductive material, such as organic polymer.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann eines oder können mehrere Sensormedien durch akustische Oberflächenwellen-(SAW)-Vorrichtungen gebildet sein, die auf dem Sensorarray ausgebildet sein können.In yet another embodiment, one or more sensor media may be formed by surface acoustic wave (SAW) devices that may be formed on the sensor array.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsform weist das Sensorarray der Gassensorvorrichtung ein Substrat mit mehreren verschiedenen darauf angeordneten Sensormedien auf.In yet another embodiment, the sensor array of the gas sensor device includes a substrate having a plurality of sensor media disposed thereon.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Sensorarray mehrere Sensormedien, die in einem ringförmigen Muster auf dem Sensorarray angeordnet sind. Das Anordnen mehrerer Sensormedien entlang eines ringförmigen Musters, das beispielsweise kreisförmig, rechtwinklig, dreieckig, quadratisch oder rautenförmig sein kann, in Verbindung mit einer bevorzugten Anordnung des Einlasses und des Auslasses der Sensorkammer, kann einen gleichmäßigen Kontakt zwischen einem Gas, das einen Analyten aufweist, und den verschiedenen Sensormedien in der Sensorkammer sicherstellen.According to a further embodiment, the sensor array comprises a plurality of sensor media arranged in an annular pattern on the sensor array. Arranging multiple sensor media along an annular pattern, which may be, for example, circular, rectangular, triangular, square or diamond-shaped, in conjunction with a preferred arrangement of the inlet and outlet of the sensor chamber, may provide uniform contact between a gas having an analyte. and ensure the various sensor media in the sensor chamber.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsform umfasst das Sensorarray mehrere Sensormedien, die in einem quadratischen Muster auf dem Substrat des Sensorarrays angeordnet sind.According to yet another embodiment, the sensor array comprises a plurality of sensor media arranged in a square pattern on the substrate of the sensor array.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Sensormedium geeignet sein, mit einem oder mehreren flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), Feuchtigkeit, Gerüchen, Düften, für die Umgebung giftigen Gasen, wie Ammoniak, CO, SO₂, NO, NO₂, Schwefel enthaltenden Gasen etc. zu Wechselwirken.According to one embodiment, the sensor medium may be suitable with one or more volatile organic compounds (VOC), moisture, odors, odors, environment-toxic gases such as ammonia, CO, SO ₂ , NO, NO ₂ , sulfur-containing gases, etc. to interact.

Gemäß einer Ausführungsform sind der Einlass und der Auslass der Kammer in der Wand der Sensorkammer gegenüberliegend dem Sensorarray entlang einer diagonalen Linie eines quadratischen Musters von Sensormedien auf dem Sensorarray angeordnet. Diese Konfiguration der Sensorkammer hat sich als geeignet für einen sehr gleichmäßigen Kontakt zwischen Analyten in einem durch die Kammer strömenden Gas und den verschiedenen Sensormedien erwiesen.According to an embodiment, the inlet and the outlet of the chamber in the wall of the sensor chamber are arranged opposite to the sensor array along a diagonal line of a square pattern of sensor media on the sensor array. This configuration of the sensor chamber has been found to be suitable for very uniform contact between analytes in a gas flowing through the chamber and the various sensor media.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsform umfasst die Gassensorvorrichtung zumindest zwei Bereiche, auf welchen dasselbe Sensormedium auf dem Sensorarray abgeschieden ist. Die Verdopplung der Anzahl der Sensormedien derselben Art auf dem Sensorarray erhöht die Verlässlichkeit der Messungen. Anstelle einer Verdopplung kann auch eine Verdreifachung der gleichen Sensormedien oder sogar eine Bereitstellung einer noch höheren Anzahl von gleichen Sensormedien desselben Typs auf dem Sensorarray in Betracht gezogen werden. Die Sensormedien eines selben Typs können in benachbarten Feldern des Sensorarrays oder in voneinander entfernten Feldern auf dem Sensorarray vorgesehen werden.According to yet another embodiment, the gas sensor device comprises at least two regions on which the same sensor medium is deposited on the sensor array. Doubling the number of sensor media of the same type on the sensor array increases the reliability of the measurements. Instead of doubling, tripling the same sensor media or even providing even higher numbers of same sensor media of the same type on the sensor array may be considered. The sensor media of the same type may be provided in adjacent fields of the sensor array or in separate fields on the sensor array.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jedes des zumindest einen Sensorarraymediums auf dem Sensorarray mit einem Mittel, das eingerichtet ist, den Widerstand des Gassensormediums zu messen, und einer Stromquelle elektrisch gekoppelt. Viele der Sensormedien sind dazu eingerichtet ihren Widerstand zu ändern, wenn sie in Kontakt mit einem Analyten kommen, der es zulässt, den Analyten zu detektieren.According to a further embodiment, each of the at least one sensor array medium on the sensor array is electrically coupled to a means arranged to measure the resistance of the gas sensor medium and to a current source. Many of the sensor media are designed to change their resistance when in contact with an analyte that allows the analyte to be detected.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in derHereinafter, an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings, in which

1 eine perspektivische Ansicht von oben der Gassensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt; 1 a top perspective view of the gas sensor device according to an embodiment;

2 die Gassensorvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von unten zeigt; 2 shows the gas sensor device in a perspective view from below;

3 schematisch ein Beispiel einer Ansicht von oben eines Sensorarrays gemäß einer Ausführungsform zeigt; 3 schematically shows an example of a top view of a sensor array according to an embodiment;

4 ein Detail der Gassensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform in einer Ansicht von oben zeigt; und 4 shows a detail of the gas sensor device according to the embodiment in a view from above; and

5a, b ein Beispiel einer Widerstandsmessung eines Sensorarraymediums in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit einem Analytengas bzw. eine normierte Differenzwiderstandsmessung von einem Sensorarray zeigen, das 32 Sensormedien aufweist. 5a Figure 10b shows an example of a resistance measurement of a sensor array in response to an interaction with an analyte gas and a normalized differential resistance measurement, respectively, from a sensor array having 32 sensor media.

Eine Ausführungsform der Gassensorvorrichtung 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.An embodiment of the gas sensor device 1 is below with reference to 1 to 5 described.

Die Gassensorvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform umfasst eine Platine 3, auf der eine Sensorkammer 5 angeordnet ist. Die Sensorkammer 5 ist konfiguriert, um ein Gas zu empfangen, das Analyte zur Detektion durch die Gassensorvorrichtung aufweist. Die Sensorkammer 5 ist aus einer Rohrverzweigungsvorrichtung 7, die auf der Platine 3 von der Unterseite angebracht ist, und einem Sensorarray, vorzugsweise einen Sensorarraychip 9 gebildet, der an der Platine 3 von ihrer Oberseite angebracht ist. Der Sensorarraychip 9 ist abnehmbar in einen Sockel 11 aufgenommen, der an der Oberseite der Platine 3 befestigt ist, wie am besten in 4 zu sehen ist. Ein Zentralbereich des Sockels 11 umfasst eine Öffnung, in die ein Teil der Rohrverzweigungsvorrichtung 7 von der Unterseite durch eine entsprechende Öffnung in der Platine 3 eingefügt ist.The gas sensor device 1 according to the embodiment comprises a board 3 on a sensor chamber 5 is arranged. The sensor chamber 5 is configured to receive a gas having analytes for detection by the gas sensor device. The sensor chamber 5 is from a pipe branching device 7 on the board 3 is mounted from the bottom, and a sensor array, preferably a Sensorarraychip 9 formed on the board 3 from its top is attached. The sensor chip 9 is removable in a socket 11 taken at the top of the board 3 is attached as best in 4 you can see. One Central area of the pedestal 11 includes an opening into which a part of the manifold assembly 7 from the bottom through a corresponding opening in the board 3 is inserted.

Der Sockel 11 mit dem darin eingefügten Teil der Rohrverzweigungsvorrichtung 7 bildet die untere Wand der Sensorkammer 5, während der im Sockel 11 aufgenommene Sensorarraychip 9 die obere Wand der Sensorkammer 5 gegenüberliegend der unteren Wand bildet. Der Sensorarraychip 9 ist abnehmbar am Sockel 11 wie ein Deckel der Sensorkammer 5 angebracht, wobei der Sensorarraychip 9 auf seiner inneren Seite, die der Sensorkammer 5 zugewandt ist, mehrere Sensorarraymedien 13 aufweist. Die Kontaktoberflächen zwischen dem Sensorarraychip 9 und dem Sockel 11 sowie zwischen der Rohrverzweigungsvorrichtung 7 und dem Sockel 11 sind durch Dichtungen 14 (z. B. O-Ringe) abgedichtet, die eine Gasdichtigkeit der Sensorkammer 5 sicherstellen. Insbesondere kann, wie in 4 gezeigt ist, der Sensorarraychip 9 in den Sockel 11 eingefügt und mithilfe eines Stabes 14, der mit Hilfe von Schrauben an der Platine 3 befestigt werden kann, dicht damit verbunden werden. Der befestigte Stab 14 hält den Sensorarraychip 9 gegen den Sockel 11.The base 11 with the part of the pipe branching device inserted therein 7 forms the bottom wall of the sensor chamber 5 while in the socket 11 recorded Sensorarraychip 9 the upper wall of the sensor chamber 5 opposite the bottom wall forms. The sensor chip 9 is removable on the base 11 like a lid of the sensor chamber 5 attached, wherein the Sensorarraychip 9 on its inner side, the sensor chamber 5 facing, several Sensorarraymedien 13 having. The contact surfaces between the sensor chip 9 and the pedestal 11 and between the manifold 7 and the pedestal 11 are through seals 14 (For example, O-rings) sealed, which is a gas-tightness of the sensor chamber 5 to ensure. In particular, as in 4 shown is the sensor array chip 9 in the pedestal 11 inserted and with the help of a staff 14 Using screws on the circuit board 3 can be attached tightly connected to it. The fortified bar 14 Holds the sensor array chip 9 against the pedestal 11 ,

Wie in 4 zu erkennen ist, werden zwei Öffnungen 15, 16, die einen Einlass bzw. einen Auslass der Sensorkammer 5 bilden, in der Rohrverzweigungsvorrichtung 7 vorgesehen, wobei eine der Öffnungen 15 durch ein Ventil 17 mit einer Proben-Gasleitung 19 und einer Referenzgasleitung 21 an der Unterseite der Platine 3 verbunden ist. Die zweite Öffnung 15 ist mit einer Gasauslassleitung 23 verbunden, die eine Pumpe 25 zum Ansaugen von Gas und zum Einrichten eines Gasstroms durch die Sensorkammer 5 aufweist. Das Ventil 17 ist zwischen den Leitungen 19, 21 und der Öffnung 15 in der Rohrverteilungsvorrichtung 7 so angeordnet, dass die Sensorkammer 5 betrieblich mit entweder der Referenzgasleitung 21 oder der Probengasleitung 19 verbunden werden kann.As in 4 it can be seen, two openings 15 . 16 , an inlet or an outlet of the sensor chamber 5 form, in the manifold 7 provided, one of the openings 15 through a valve 17 with a sample gas line 19 and a reference gas line 21 at the bottom of the board 3 connected is. The second opening 15 is with a gas outlet pipe 23 connected to a pump 25 for aspirating gas and establishing a gas flow through the sensor chamber 5 having. The valve 17 is between the lines 19 . 21 and the opening 15 in the pipe distribution device 7 so arranged that the sensor chamber 5 operational with either the reference gas line 21 or the sample gas line 19 can be connected.

Aufgrund der Konfiguration der Sensorkammer 5, wobei die Öffnungen 15, 16 nahe an den Ecken der quadratischen Wand der Rohrverzweigungsvorrichtung 7 angeordnet sind, wie in 3 und 4 zu erkennen ist, ist der Gasstrom durch die Sensorkammer 5, der durch den Pfeil in 3 gekennzeichnet ist, selbst bei niedrigen Glasströmungsraten von weniger als 150 ml/min turbulent. Der turbulente Strom des Gases durch die Sensorkammer 5 bewirkt einen gleichmäßigen Kontakt zwischen dem Gassensormedium 13 im Sensorarraychip 9 und dem durch die Sensorkammer 5 strömenden Gas. Darüber hinaus wird eine mechanische Abschirmungsplatte 26 zwischen der Sensorkammer 5 und der Platine 3 vorgesehen, wie in 2 zu erkennen ist.Due to the configuration of the sensor chamber 5 where the openings 15 . 16 near the corners of the square wall of the manifold 7 are arranged as in 3 and 4 can be seen, is the gas flow through the sensor chamber 5 , which by the arrow in 3 is turbulent even at low glass flow rates of less than 150 ml / min. The turbulent flow of gas through the sensor chamber 5 causes a uniform contact between the gas sensor medium 13 in the sensor array chip 9 and through the sensor chamber 5 flowing gas. In addition, a mechanical shielding plate 26 between the sensor chamber 5 and the board 3 provided as in 2 can be seen.

Der Sensorarraychip 9, der schematisch in 3 gezeigt ist, umfasst 32 Bereiche, die in einem ringförmigen quadratischen Muster angeordnet sind, das 16 verschiedene Sensormedien 13 aufweist. Jedes Sensormedium 13 wird auf dem Sensorarraychip 9 in benachbarten Bereichen doppelt vorgesehen. Dies erhöht die Genauigkeit eines Messergebnisses, das mit einem entsprechenden Typ eines Sensormediums 13 erreicht wird. Viele der Sensormedien 13 sind chemisch sensitive Widerstandsmaterialien, die ihren elektrischen Widerstand in Reaktion auf eine Wechselwirkung mit einem Analyten ändern, der mit dem Sensormedium 13 in Kontakt kommt. Jedes der Sensormedien 13 ist durch entsprechende elektrische Leitungen mit einem Mikrocontroller auf der Platine 3 verbunden, um Messdaten vom entsprechenden Sensormedium 13 zu erheben. Die elektrischen Kontakte der Sensormedien 13 zwischen dem Sensorarraychip 9 und dem Sockel 11 werden durch Einfügen des Sensorarraychips 9 in den Sockel 11 geschlossen. Vom Sockel 11 werden die Anschlüsse der Sensormedien 13 durch Leitungen auf der Platine über verschiedene analoge Komponenten einschließlich von A/D-Wandlern, Stromquellen und Spannungsmetern, die auf der Platine 3 vorgesehen sind, mit dem Mikrocontroller verbunden.The sensor chip 9 which is shown schematically in FIG 3 includes 32 regions arranged in an annular square pattern containing 16 different sensor media 13 having. Every sensor medium 13 will be on the sensor array chip 9 doubly provided in adjacent areas. This increases the accuracy of a measurement result associated with a corresponding type of sensor medium 13 is reached. Many of the sensor media 13 are chemically sensitive resistance materials that change their electrical resistance in response to an interaction with an analyte that interacts with the sensing medium 13 comes into contact. Each of the sensor media 13 is through appropriate electrical lines with a microcontroller on the board 3 connected to measurement data from the corresponding sensor medium 13 to raise. The electrical contacts of the sensor media 13 between the sensor chip 9 and the pedestal 11 by inserting the sensor array 9 in the pedestal 11 closed. From the pedestal 11 become the connections of the sensor media 13 through wires on the board via various analog components including A / D converters, power sources and voltage meters mounted on the board 3 are provided, connected to the microcontroller.

Die Sensormedien 13 können aus einer Gruppe von Gassensormedien gewählt werden, die chemisch sensitive Widerstände aufweisen, einschließlich von chemisch sensitiven Carbon-Black Polymerwiderständen, chemi-resistiven Polyanilin-Carbon-Black Detektoren, Nanopartikeln, wie beispielsweise Au, Ag, oder Pt Nanopartikeln, insbesondere Au-Nanopartikeln, die mit para-substituierten Thiophenol-Derivaten stabilisiert werden können, oder Goldpartikeln, die durch bi-funktionale oder polyfunktionale organische Linker-Moleküle, und eines kolloiden Metall-Isolator-Metall-Ensemble-Chemiresistors basierend auf einem Monoschichtstabilisierten Metall-Nanoclustertransducerfilm, wobei der dünne Transducerfilm aus durch Octanethiol gekapselten Nanometer-Goldclustern oder aus anderen Materialien gebildet sein kann. Das Sensormedium 13 kann auch eine akustische Oberflächenwellen-(SAW)-Vorrichtung sein.The sensor media 13 can be selected from a group of gas sensing media having chemically sensitive resistors including chemically sensitive carbon black polymer resistors, chemi-resistive polyaniline carbon black detectors, nanoparticles such as Au, Ag, or Pt nanoparticles, particularly Au nanoparticles which can be stabilized with para-substituted thiophenol derivatives, or gold particles formed by bi-functional or polyfunctional organic linker molecules, and a colloidal metal-insulator-metal-ensemble-chemoresistor based on a monolayer-stabilized metal-nanocluster-transducer film thin transducer film may be formed from octanethiol encapsulated nanometer gold clusters or other materials. The sensor medium 13 may also be a surface acoustic wave (SAW) device.

Auf der Platine 3 werden analoge Elektronik-Komponenten sowie digitale Elektronik-Komponenten vorgesehen. Darüber hinaus wird ein Mikroprozessor 29 auf der Platine 3 montiert, der als eine Steuerungslogik zur Steuerung des Sensorarraychips 9 und zur Erfassung von Messdaten von den Sensormedien 13 verwendet werden kann. Darüber hinaus wird eine Berührungsbildschirmanzeige 31 auf der Platine 3 montiert, die die Bedienung der Vorrichtung durch eine eingebettete Software ermöglicht und die Ausgabe einer Messung in graphischer und in Textform an einen Nutzer gewährleistet. Die auf der Platine 3 vorgesehene digitale Elektronik kann auch verwendet werden, um die Berührungsbildschirmanzeige 31 über einen Anzeigenanschluss 32 zu steuern. Die Berührungsbildschirmanzeige 31 ermöglicht die Steuerung des Betriebs der Vorrichtung durch eingebettete Software und liefert das Ergebnis einer Messung in einer graphischen und in einer Textform an den Nutzer.On the board 3 Analog electronic components and digital electronic components are provided. In addition, a microprocessor 29 on the board 3 mounted as a control logic for controlling the sensor array chip 9 and for acquiring measurement data from the sensor media 13 can be used. In addition, a touch screen display 31 on the board 3 mounted, which allows the operation of the device by an embedded software and ensures the output of a measurement in graphical and textual form to a user. The on the board 3 provided digital electronics Can also be used to display the touch screen 31 via an ad port 32 to control. The touch screen display 31 allows control of the operation of the device by embedded software and provides the result of a measurement in graphical and textual form to the user.

Analysedaten können auf einer Speicherkarte 33 oder auf einem externen Computer gesichert werden, der durch einen USB-Anschlussport 35 angeschlossen werden kann. Eine zusätzliche externe Verbindung der Vorrichtung kann durch einen Ethernetport 37 realisiert werden. Ein Ein/Aus-Knopf 39 für Strom ist vorgesehen, mit dem die Gassensorvorrichtung 1 ein oder ausgeschaltet werden kann. Darüber hinaus wird ein Gleichstromanschluss 41 zur Verbindung der Gassensorvorrichtung 1 mit einem Hauptstromadapter verwendet.Analysis data can be stored on a memory card 33 or be backed up to an external computer through a USB port 35 can be connected. An additional external connection of the device may be through an Ethernet port 37 will be realized. An on / off button 39 for electricity is provided, with which the gas sensor device 1 can be turned on or off. In addition, a DC connection 41 for connecting the gas sensor device 1 used with a main power adapter.

Um eine Gasprobe, die beispielsweise eine oder mehrere flüchtige organische Komponenten (VOC), Feuchtigkeit, Gerüche, Düfte, für die Umgebung giftige Gase, wie beispielsweise Ammoniak, CO, SO₂, NO, NO₂, Schwefel enthaltende Gase etc. aufweist, mit der elektronischen Nasenvorrichtung zu analysieren, wird eine Gasprobe mit Hilfe der Pumpe 25 durch einen der Einlässe einschließlich der Probengasleitung 19 und der Referenzgasleitung 21 in die Sensorkammer gesaugt, so dass die Analyte in der Gasprobe mit den in dem Sensorarraychip 9 angeordneten Sensormedien 13 in Kontakt kommen. Nach dem Durchgang durch die Sensorkammer 5 wird das Gas durch die Gasauslassleitung 23 ausgestoßen. Durch Steuerung des Ventils 17 mit dem Mikrocontroller kann entweder die Probengasleitung 19 oder die Referenzgasleitung 21 als Gasquelle ausgewählt werden. Die Gesamtgasströmungsrichtung durch die Sensorkammer ist durch die Pfeile in 1 und 2 angezeigt.To a gas sample, for example, one or more volatile organic compounds (VOC), moisture, odors, odors, environment-toxic gases such as ammonia, CO, SO ₂ , NO, NO ₂ , sulfur-containing gases, etc., with To analyze the electronic nose device, a gas sample with the help of the pump 25 through one of the inlets including the sample gas line 19 and the reference gas line 21 sucked into the sensor chamber, so that the analytes in the gas sample with those in the Sensorarraychip 9 arranged sensor media 13 get in touch. After passing through the sensor chamber 5 the gas is passing through the gas outlet pipe 23 pushed out. By controlling the valve 17 with the microcontroller can either the sample gas line 19 or the reference gas line 21 be selected as a gas source. The total gas flow direction through the sensor chamber is indicated by the arrows in 1 and 2 displayed.

Das elektrische Ansteuern der Sensormedien 13 auf dem Sensorarraychip 9 und die Messung der Widerstände der Sensorarraymedien in Abhängigkeit von der Zeit wird mit Hilfe der analogen Elektronik auf der Platine 3 durchgeführt, auf der 32 Stromquellen vorgesehen sind, um die 32 Sensoren und vier 8-Kanal-Analog-Digital-Wandler(ADC)-Komponenten anzusprechen. Der Betrieb des Teils der analogen Elektronik wird durch den Mikrocontroller gesteuert. Die analogen Signale von den Sensorarraymedien 13 werden zum Mikroprozessor 29 für eine weitere Bearbeitung transferiert.The electrical control of the sensor media 13 on the sensor chip 9 and the measurement of the resistances of the sensor array media as a function of time is achieved by means of the analogue electronics on the board 3 which provides 32 power sources to address the 32 sensors and four 8-channel analog-to-digital converter (ADC) components. The operation of the part of the analog electronics is controlled by the microcontroller. The analog signals from the sensor array media 13 become the microprocessor 29 transferred for further processing.

Als ein Ergebnis der Messung wird eine Reaktion des Sensorarraychip 9 auf die Probe erzeugt, die charakteristisch für die in der Probe gefundene Mischung von Chemikalien ist. Als Antwort des Sensorarraychips 9 wird der normierte Differenzwiderstand ΔR/R₀ (in %) jedes Sensorarraymediums 13 herangezogen, der definiert ist als ΔR/R₀ = (R – R₀)/R₀, wobei R der Widerstand des entsprechenden Sensorarraymediums 13 nach einem Exponieren an die Gasprobe und R₀ der Grundwiderstand des Sensorarraymediums 13 ist, das einem Referenzgas ausgesetzt wird, wie in 5a, 5b zu sehen ist. Vorzugsweise wird Umgebungsluft als ein Referenzgas verwendet.As a result of the measurement, a reaction of the sensor array chip 9 generated on the sample, which is characteristic of the mixture of chemicals found in the sample. In response to the sensor array 9 becomes the normalized differential resistance ΔR / R ₀ (in%) of each sensor array medium 13 which is defined as ΔR / R ₀ = (R - R ₀ ) / R ₀ , where R is the resistance of the corresponding sensor array medium 13 after exposure to the gas sample and R ₀ the basic resistance of the sensor array medium 13 is exposed to a reference gas, as in 5a . 5b you can see. Preferably, ambient air is used as a reference gas.

Die Differenz zwischen zwei Proben kann durch Identifizieren der Änderungen zwischen den entsprechenden Antworten der Sensorarraychips bestimmt werden, die die Abwesenheit oder das Vorhandensein einer Konzentration einer Chemikalie in der gasförmigen Probe reflektieren. Die durch verschiedene Proben erzeugten Antwortmuster werden in einer Datenbank gespeichert. Die Identifizierung einer bestimmten gasförmigen Probe wird durch Vergleichen des Sensorarraymusters, das durch die Messung erhalten wird (wie beispielsweise das in 5b gezeigte Muster) mit den in der Musterdatenbank bereits gespeicherten Muster erhalten. Die Analyse der Muster ist komplex. Gewöhnlich wird eine Mustererkennungs- und Klassifizierungssoftware verwendet. Beispielsweise kann die Software geregelte Maschinenlernalgorithmen, wie beispielsweise eine diskriminierende Analyse und künstliche Neuronennetz-Algorithmen aufweisen.The difference between two samples can be determined by identifying the changes between the corresponding responses of the sensor array chips that reflect the absence or presence of a concentration of a chemical in the gaseous sample. The response patterns generated by different samples are stored in a database. The identification of a particular gaseous sample is made by comparing the sensor array pattern obtained by the measurement (such as that in FIG 5b shown pattern) with the patterns already stored in the pattern database. The analysis of the patterns is complex. Usually, pattern recognition and classification software is used. For example, the software may include regulated machine learning algorithms, such as discriminatory analysis and artificial neural network algorithms.

Ein Lagrange-Polynomfitting kann verwendet werden, um das Antwortmuster aus den Rohsensordaten zu extrahieren und darüber hinaus können geleitete Maschinen-Lern-Algorithmen zur Klassifizierung der Probe gemäß gespeicherten Daten in einer vorher erstellten Datenbank aus Muster verwendet werden.A Lagrange polynomial fitting may be used to extract the response pattern from the raw sensor data, and moreover, guided machine learning algorithms may be used to classify the sample according to stored data in a previously created database of patterns.

Zahlreiche Abwandlungen können an den Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne den Umfang der Ansprüche zu verlassen.Numerous modifications may be made to the embodiments without departing from the scope of the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: GassensorvorrichtungGas sensor device
33: Platinecircuit board
55: Sensorkammersensor chamber
77: RohrverzweigungsvorrichtungManifold device
99: SensorarraychipSensor array chip
1111: Sockelbase
1313: Sensormediensensor media
1414: Verschlusssystem (O-Ring und Klemme) zur Sicherstellung der GasdichtigkeitLocking system (O-ring and clamp) to ensure gas tightness
1515: Einlassinlet
1616: Auslassoutlet
1717: 3-Wege-Ventil3-way valve
1919: ProbengasleitungSample gas line
2121: ReferenzgasleitungReference gas line
2323: Gasauslassleitunggas outlet
2525: Pumpepump
2626: Abschirmungshielding
29 29: Mikroprozessormicroprocessor
3131: BerührungsbildschirmanzeigeTouch screen display
3232: BerührungsbildschirmanschlussTouch screen terminal
3333: Speicherkartememory card
3535: USB-VerbindungsportUSB connection port
3737: EthernetportEthernet port
3939: Strom Ein/Aus-KnopfPower on / off button
4141: Netzsteckerpower plug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1022560 B1 [0004]
EP 1215485 [0005]
EP 1278061 [0006]

Claims

Gas sensor device ( 1 ), comprising: a sensor chamber ( 5 ) for receiving an analyte gas, wherein the sensor chamber ( 5 ) a sensor array ( 9 ), on which at least one sensor medium ( 13 ) is deposited in the analyte gas for interaction with the analyte, an inlet ( 15 ) for supplying the analyte gas to the chamber and an outlet ( 16 ) for removing the analyte gas from the sensor chamber ( 5 ), wherein the sensor chamber ( 5 ) between the sensor array ( 9 ) and a socket ( 11 ) to support the sensor array ( 9 ), and a branch pipe ( 7 ) having.

Gas sensor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the inlet ( 15 ) and the outlet ( 16 ) of the chamber are disposed in a side wall of the chamber and positioned in a manner such that the analyte gas comprising the analyte and through the inlet ( 15 ) and the outlet ( 16 ) of the sensor chamber ( 15 ) flows evenly across the sensor array ( 9 ).

Gas sensor device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor chamber ( 5 ) is configured such that the analyte gas that is introduced into the chamber, via the sensor array ( 9 ) flows in a turbulent flow.

Gas sensor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor chamber ( 5 ) has an opening, wherein the sensor array ( 9 ) removable on the sensor chamber ( 5 ) can be arranged as a lid covering the opening.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor chamber ( 5 ) a pipe branching device ( 7 ) having the inlet ( 15 ) and the outlet ( 16 ) of the sensor chamber ( 5 ) having.

Gas sensor device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the pipe branching device ( 7 ) or a part of it in an opening in the board ( 3 ) and an opening in the base ( 11 ) is insertable, wherein the pipe branching device ( 7 ) or the part thereof a part of a wall of the sensor chamber ( 5 ) opposite the sensor array ( 9 ).

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor chamber ( 5 ) has two opposite walls, wherein one of the walls of the sensor array ( 9 ) and the opposite wall the inlet ( 15 ) and the outlet ( 16 ) of the sensor chamber ( 15 ) having.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the board ( 3 ) has a circuit with the at least one sensor array medium ( 13 ) located on the sensor array ( 9 ) is coupled.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a valve ( 17 ), which communicates with the inlet ( 15 ) of the sensor chamber ( 5 ), with a first line ( 19 ) and a second line ( 21 ), the valve ( 17 ) is designed to control the inlet ( 15 ) of the sensor chamber ( 5 ) operatively connect to either the first or the second line.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a pump connected to the outlet ( 16 ) of the sensor chamber ( 5 ) to prevent contamination of the pump.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises a microprocessor for controlling the sensor array ( 9 ), wherein the microprocessor is connected to the board.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises a touch screen ( 31 ) for controlling the operation of the board ( 3 ) connected device.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the sensor array ( 9 ) a substrate with several different sensor media ( 13 ) disposed thereon.

Gas sensor device ( 1 ) according to claim 13, characterized in that the sensor array ( 9 ) several sensor media ( 13 ) in an annular pattern on the sensor array ( 9 ) are arranged.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the sensor array ( 9 ) several sensor media ( 13 ) arranged in a square pattern on the substrate of the sensor array ( 9 ) are arranged.

Gas sensor device ( 1 ) according to claim 15, characterized in that the inlet ( 15 ) and the outlet ( 16 ) of the chamber in the wall of the sensor chamber ( 5 ) opposite the sensor array ( 9 ) are arranged along a diagonal line of the square pattern.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 16, characterized that it has at least two regions on which the same sensor medium on the sensor array ( 9 ) is deposited.

Gas sensor device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 17, characterized in that each of the at least one sensor medium on the sensor array ( 9 ) electrically coupled to a means arranged to measure the resistance of the gas sensor medium and to a power source.