Reliability improvement of an ion-measuring system using FET sensor array

FET 센서 어레이를 이용한 이온 측정 시스템의 신뢰도 개선

In general cases, compared with glass electrode, FET type electrolyte sensors have many advantages. But the drift, memory effect and the poor reproducibility of the FET type electrolyte sensor cause the decrease of the reliability in the measurement system. To improve the reliability, an ion-measuring system using FET type electrolyte sensor array with 8 sensors has been developed. Developed system employed the electronic switchs to connect a signal detecting circuit with 8 sensor array and the system can measure ion concentration of 4 different type electrolyte($H^+$, $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$). The signal processing algorithm with insertion sorting method was adopted to enhance the reliability. We measured 3 different ion($H^+$, $Na^+$, $K^+$) to evaluate the performance of developed system. The results show that the designed signal processing algorithm can reduce the error range in comparison with a simple arithmetic mean and the developed system has a good reliability over the previous single channel sensor system.

일반적으로 FET형 전해질 이온 센서는 유리전극에 비하여 여러 가지 장점을 가지고 있으나 드리프트 및 기억효과가 있고 재현성이 부족한 단점을 가지고있어 이온 측정 시스템에 적용한 경우 전체적인 시스템의 신뢰성 저하를 가져온다. 이러한 점을 개선하기 위하여 본 논문에서는 8개의 동종 FET형 전해질 이온 센서 어레이를 사용하여 높은 신뢰성을 가지며 4종류의 이온($H^+$, $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$) 농도 측정이 가능한 시스템을 개발하였다. 개발된 측정 시스템은 전자식 스위치를 사용하여 단일의 신호 검출회로로 8개의 센서 신호를 검출하는 방법을 채택하였다. 또한 8개의 센서 신호를 삽입 정렬을 하여 신뢰성이 낮은 센서를 제외시키는 신호 처리 알고리즘을 개발하여 신뢰성을 향상시켰다. 제작된 시스템으로 3종류의 이온($H^+$, $Na^+$, $K^+$) 농도를 측정한 결과 개발된 신호처리 알고리즘은 여러 개의 센서 신호를 단순히 산술 평균을 취하는 방식에 비하여 오차의 범위를 더욱 줄일 수 있는 것으로 나타났으며, 기존의 단채널 방식의 전해질 이온 측정 시스템과 비교해볼 때 우수한 신뢰성을 가짐을 알 수 있었다.