Low-power techniques for wireless gas sensing network applications: pulsed light excitation with data extraction strategies

Abstract

Aquesta tesi està enfocada en dues línies d'investigació. La primera aborda el desenvolupament d'una metodologia basada en llum polsada per modulació de sensors químic-resistius per a l'extracció d'informació del senyal transitòri, i la segona planteja la implementació d'una xarxa sense fils de sensors (WSN) basada en tecnologia LoRa per al monitoratge de la qualitat de l'aire (AQM) i la detecció d'esdeveniments de fuita de gasos. Aquest document està estructurat en quatre capítols organitzats de la següent manera: el Capítol 1 presenta l'estat de l'art, una introducció als mecanismes de millora de l'comportament dels sensors químic-resistius, així com una introducció a la implementació de xarxes sense fils de sensors per a la monitorització de la qualitat de l'aire; el Capítol 2 està compost pels dos articles publicats relacionats amb la metodologia basada en la modulació utilitzant llum polsada per a l'extracció d'informació del senyal transitòria de sensors químic-resistius; el Capítol 3 presenta l'article publicat relacionat amb la implementació d'una WSN per a AQM; el Capítol 4 presenta les conclusions derivades dels resultats obtinguts durant el desenvolupament de el projecte de tesi i les recomanacions per al treball futur associat a la continuïtat dels principals resultats d'aquesta tesi

La presente tesis está enfocada en dos líneas de investigación, La primera aborda el desarrollo de una metodología basada en luz pulsada para modulación de sensores químico-resistivos para la extracción de información de la señal transitoria; y la segunda plantea la implementación de una red inalámbrica de sensores (WSN) basada en tecnología LoRa para la monitorización de la calidad del aire (AQM) y la detección de eventos de fuga de gases. Este documento está estructurado en cuatro capítulos organizados de la siguiente forma: el Capítulo 1 presenta el estado del arte, una introducción a los mecanismos de mejora del comportamiento de los sensores químico-resistivos, así como una introducción a la implementación de redes inalámbricas de sensores para la monitorización de la calidad del aire; el Capítulo 2 está compuesto por los dos artículos publicados relacionados con la metodología basada en la modulación utilizando luz pulsada para la extracción de información de la señal transitoria de sensores químico-resistivos; el Capítulo 3 presenta el artículo publicado relacionado con la implementación de una WSN para AQM; el Capítulo 4 presenta las conclusiones derivadas de los resultados obtenidos durante el desarrollo de el proyecto de tesis y las recomendaciones para el trabajo futuro asociado a la continuidad de los principales resultados de esta tesis.

The present thesis project is focused in two different yet related research lines. The first one addresses the development of a pulsed light-based chemiresistive sensor modulation methodology for transient information extraction. The second research line developed deals with the implementation of a LoRa-based portable, scalable, low-cost, and low power Wireless Sensor Network (WSN) for Air Quality Monitoring (AQM) and gas leakage events detection. This document is structured in four Chapters organized as follows: Chapter 1 presents the state of the art, an introduction to sensing performance enhancement and transient data extraction methods, as well as an introduction to the implementation of WSN for AQM; Chapter 2 is composed of the two published paper related to the pulsed light modulation methodology for transient information extraction; Chapter 3 presents the published paper related to the implementation of a LoRa-based WSN for AQM; Chapter 4 states the conclusions derived from the results obtained during this thesis project and the recommendations for the future work associated to the continuity of this thesis findings.