Selection of Classifiers to Enhance Efficacy of Metal/Organic Hybrid Sensor Array for VOC and Toxic Gas Identification

特征选择 传感器阵列 分类器(UML) 计算机科学 人工智能 导电聚合物 模式识别(心理学) 聚吡咯 材料科学 机器学习 聚合物 聚合 复合材料
作者
Nathan T. Riek,Seth So,Murat Akcakaya,Minhee Yun
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:22 (20): 19136-19143
标识
DOI:10.1109/jsen.2022.3198014
摘要

Modern developments in gas sensor technology include a decrease in size and an increase in sensitivity and selectivity. These improvements, paired with postprocessing tools, such as machine learning, are pushing gas detection toward viability for complex tasks, such as volatile organic compound (VOC) analysis in human breath. In our research, we use a sensor array fabricated in our lab featuring a hybrid combination of metals and organic polymers [palladium (Pd), zinc oxide (ZnO), polypyrrole (PPy), and polyaniline (PANI)] designed to detect a range of VOCs and toxic gases (CO, H2, CH3OH, and NO2). An exhaustive analysis of 25 machine learning classifiers using three different feature sets was completed to find the best classifier and feature set combinations for one versus rest gas classification. We determined that ensemble classifiers, using normalized sensor data as a feature set, yield the best classification results. From these results, we demonstrated that Pd, PPy, and PANI are best suited to identify H2, NO2, and CH3OH, respectively. Furthermore, PANI is best suited to identify CO, so we correctly identified four gases from three sensor materials with sensitivity values all above 85%. These promising classification results could allow us to expand our set of gases and, therefore, make this sensor array viable for real-world applications.
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