ML-Based Humidity and Temperature Calibration System for Heterogeneous MOx Sensor Array in ppm-Level BTEX Monitoring

BTEX公司 乙苯 混合氧化物燃料 校准 湿度 二甲苯 甲苯 校准曲线 相对湿度 挥发性有机化合物 环境科学 材料科学 环境化学 化学 检出限 色谱法 气象学 核化学 数学 物理 统计 有机化学
作者
Sujin Kim,Hoyong Sung,Sohyeon Kim,Minkyu Je,Ji-Hoon Kim
标识
DOI:10.1109/iscas51556.2021.9401413
摘要

Recently, indoor air quality is an important issue for human health and high concentrations of toxic Volatile Organic Compounds (VOCs) gases such as BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylene) are very harmful to our respiratory system and metabolism. To detect BTEX gases at indoors, Metal Oxide (MOx) sensors are widely used because of their low-cost and high sensitivity. MOx sensors are easily affected by temperature and humidity, hence it is difficult to detect BTEX gases accurately without additional calibration process. In this paper, we present the calibration system for heterogeneous MOx sensor array where machine learning (ML)-based techniques, Linear Regression (LR), Non-Linear Curve Fitting (NLCF), and Artificial Neural Network (ANN), are exploited to reduce the impact of temperature and humidity. For the performance evaluation, we have setup the gas concentration measurement system and recorded the sensor outputs from Temperature-Cycled Operation (TCO) responses of five heterogenous MOx sensors. The proposed calibration system with ANN-based calibration system shows the reduction of gas sensors variation due to temperature and humidity 73% on average, and presents maximum 92% reduction for benzene, 75% for toluene, 83% for ethylbenzene, and 91% for xylene gases, respectively.
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