論文の概要: Physics-Guided Concentration Inference from Resistance Transients in a Mixed-Phase SnO-SnO$_2$ Carbon Monoxide Sensor with p-n Switching
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.23971v1
- Date: Wed, 13 May 2026 10:37:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-01 02:55:42.988632
- Title: Physics-Guided Concentration Inference from Resistance Transients in a Mixed-Phase SnO-SnO$_2$ Carbon Monoxide Sensor with p-n Switching
- Title（参考訳）: p-nスイッチングを用いた混合相SnO-SnO$_2$一酸化炭素センサにおける抵抗極性からの物理誘導濃度推定
- Abstract要約: 本研究では, 一酸化炭素濃度推定のための物理誘導型機械学習フレームワークを提案する。
サイクルレベルの過渡応答は物理的に解釈可能な記述子を通して表現される。
特にp型センシングは分類に好適であるのに対し,n型センシングは高忠実度回帰に好適であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This work presents a physics-guided machine-learning framework for carbon monoxide concentration inference from experimentally measured resistance transients of a mixed-phase SnO-SnO$_2$ material gas sensor exhibiting temperature-dependent p-n switching behavior. Cycle-level transient responses are represented through physically interpretable descriptors and complemented by compact fast Fourier transform (FFT) and discrete wavelet transform (DWT)-based summaries. Using leakage-aware grouped cross-validation, we study both multi-class concentration classification and continuous concentration regression for the p-type and n-type sensing regimes separately. Across both regimes, fused features provide the strongest overall performance, while the physics-guided descriptor block remains highly competitive, indicating that the dominant concentration information is already encoded in physically meaningful transient dynamics. The p-type branch shows the best concentration-class discrimination, with the fused Random Forest classifier reaching approximately $96.5\%$ accuracy, whereas the n-type branch yields the best quantitative concentration estimation, with the fused Random Forest regressor achieving an MAE$\approx 1.48$ ppm and an R$^2$ $\approx 0.992$. These results reveal a clear dual-regime behavior: p-type sensing is particularly favorable for classification, whereas n-type sensing is more favorable for high-fidelity regression. More broadly, the study demonstrates that leakage-aware, cycle-level, physics-guided machine learning can extend conventional gas-sensing analysis beyond single-response metrics while preserving physical interpretability
- Abstract（参考訳）: 本研究では, 温度依存性p-nスイッチング挙動を示す混合相SnO-SnO$_2材料ガスセンサの抵抗過渡度を実験により測定し, 一酸化炭素濃度推定のための物理誘導機械学習フレームワークを提案する。
サイクルレベルの過渡応答は物理的に解釈可能な記述子を通して表現され、コンパクト高速フーリエ変換(FFT)と離散ウェーブレット変換(DWT)ベースの要約で補完される。
漏れ認識型クロスバリデーションを用いて,p型およびn型検知系に対する多クラス濃度分類と連続濃度回帰の両方を別々に検討した。
両体制全体では、融合した特徴は最も優れた全体的な性能を提供する一方、物理誘導ディスクリプタブロックは競争力が高いままであり、支配的な濃度情報が既に物理的に意味のある過渡的ダイナミクスで符号化されていることを示している。
融合ランダムフォレスト分類器は、約9,6.5\%の精度に達するのに対し、融合ランダムフォレスト回帰器はMAE$\approx 1.48$ ppm、R$^2$$\approx 0.992$である。
p型センシングは特に分類に好適であるが、n型センシングは高忠実度回帰に好適である。
より広範に、この研究は漏れに気付き、サイクルレベル、物理誘導型機械学習が、物理的な解釈性を維持しながら、単一応答のメトリクスを超えて従来のガスセンシング分析を拡張することを実証している。
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