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하천 및 호소의 유속 측정을 위한 주파수 변조 연속 신호 방식의 2차원 초음파식 유속센서
제창한 ( Chang-han Je ),황건 ( Gunn Hwang ),윤조호 ( Joho Yun ),김영성 ( Youngsung Kim ),이형근 ( Hyung-kun Lee ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
물의 흐름은 하천 및 호소의 수질 및 수생태에 영향을 주는 주요 지표중의 하나이다. 물의 순환은 수질과 깊은 관련성이 있으며, 수질 및 유속에 따라서 서식 가능한 생물 또한 달라진다. 특히 최근 문제가 되고 있는 녹조와 같은 조류의 서식에는 온도, 광량, 영양 등과 함께 유속도 중요한 요소로 작용한다. 광학식 또는 전자기파식 센서의 경우 녹조가 서식하는 수중 유속을 측정하기 어려우며, 프로펠러식 유속센서는 하천 장애물이나 부유물 및 지형 등의 영향으로 인해 지속적인 감시가 어렵고, 녹조가 발생할 수 있는 저유속 환경에서의 측정 정확도가 낮다. 본 연구에서는 수중 저유속 환경에서 유속을 측정하기 위한 2차원 초음파 유속센서를 개발하고, 정확도를 개선하기 위하여 주파수변조 연속 신호(FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 적용한 결과에 대해 보고한다. 개발된 2차원 초음파식 유속센서는 한 개의 송신 소자와 2개의 수신 소자로 구성되며, 송신 소자와 각 수신 소자를 V자 형태로 60도의 각도로 배치하였다. 이를 통해서 송신 소자로부터 약 10츠 떨어진 곳의 유속을 원격으로 측정할 수 있도록 하여, 센서 구조물에 의한 실제 유속의 왜곡이 없도록 하였다. 초음파 측정 방식은 기본적인 도플러 방식이 갖는 낮은 정확도 및 정밀도를 개선하기 위하여, 주파수 변조 방식을 적용하였다. 주파수 변조 방식의 경우, 송신 신호의 주파수를 일정하게 증가 및 감소시키면서 동시에 수신 소자로 수신되는 초음파 신호와의 주파수 차이를 도출하고, 이로부터 유속을 도출하는 방식이다. 도플러 방식이 장애물에 의한 반사파 및 외부 잡음 등에 의한 영향을 크게 받는 반면, 주파수 변조 방식은 다중 주파수를 이용하여 반사파 및 외부 잡음에 의한 영향을 제거할 수 있어서 보다 정확한 유속 측정이 가능하다. 본 연구에서 제작된 2차원 유속센서에 적용한 결과, 1-30cm/s의 낮은 유속 환경에서의 측정 오차가 최대 3.9%로 감소하고, 반사파에 의한 신호왜곡이 감소함을 확인하였다.
하천 및 호소의 유속 측정을 위한 주파수 변조 연속 신호 방식의 2차원 초음파식 유속센서
제창한 ( Chang-han Je ),황건 ( Gunn Hwang ),윤조호 ( Joho Yun ),김영성 ( Youngsung Kim ),이형근 ( Hyung-kun Lee ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
물의 흐름은 하천 및 호소의 수질 및 수생태에 영향을 주는 주요 지표중의 하나이다. 물의 순환은 수질과 깊은 관련성이 있으며, 수질 및 유속에 따라서 서식 가능한 생물 또한 달라진다. 특히 최근 문제가 되고 있는 녹조와 같은 조류의 서식에는 온도, 광량, 영양 등과 함께 유속도 중요한 요소로 작용한다. 광학식 또는 전자기파식 센서의 경우 녹조가 서식하는 수중 유속을 측정하기 어려우며, 프로펠러식 유속센서는 하천 장애물이나 부유물 및 지형 등의 영향으로 인해 지속적인 감시가 어렵고, 녹조가 발생할 수 있는 저유속 환경에서의 측정 정확도가 낮다. 본 연구에서는 수중 저유속 환경에서 유속을 측정하기 위한 2차원 초음파 유속센서를 개발하고, 정확도를 개선하기 위하여 주파수변조 연속 신호(FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 적용한 결과에 대해 보고한다. 개발된 2차원 초음파식 유속센서는 한 개의 송신 소자와 2개의 수신 소자로 구성되며, 송신 소자와 각 수신 소자를 V자 형태로 60도의 각도로 배치하였다. 이를 통해서 송신 소자로부터 약 10츠 떨어진 곳의 유속을 원격으로 측정할 수 있도록 하여, 센서 구조물에 의한 실제 유속의 왜곡이 없도록 하였다. 초음파 측정 방식은 기본적인 도플러 방식이 갖는 낮은 정확도 및 정밀도를 개선하기 위하여, 주파수 변조 방식을 적용하였다. 주파수 변조 방식의 경우, 송신 신호의 주파수를 일정하게 증가 및 감소시키면서 동시에 수신 소자로 수신되는 초음파 신호와의 주파수 차이를 도출하고, 이로부터 유속을 도출하는 방식이다. 도플러 방식이 장애물에 의한 반사파 및 외부 잡음 등에 의한 영향을 크게 받는 반면, 주파수 변조 방식은 다중 주파수를 이용하여 반사파 및 외부 잡음에 의한 영향을 제거할 수 있어서 보다 정확한 유속 측정이 가능하다. 본 연구에서 제작된 2차원 유속센서에 적용한 결과, 1-30cm/s의 낮은 유속 환경에서의 측정 오차가 최대 3.9%로 감소하고, 반사파에 의한 신호왜곡이 감소함을 확인하였다.
Surface Micromachined Pressure Sensor with Internal Substrate Vacuum Cavity
제창한,최창억,이성규,양우석 한국전자통신연구원 2016 ETRI Journal Vol.38 No.4
A surface micromachined piezoresistive pressure sensor with a novel internal substrate vacuum cavity was developed. The proposed internal substrate vacuum cavity is formed by selectively etching the silicon substrate under the sensing diaphragm. For the proposed cavity, a new fabrication process including a cavity side-wall formation, dry isotropic cavity etching, and cavity vacuum sealing was developed that is fully CMOS-compatible, low in cost, and reliable. The sensitivity of the fabricated pressure sensors is 2.80 mV/V/bar and 3.46 mV/V/bar for a rectangular and circular diaphragm, respectively, and the linearity is 0.39% and 0.16% for these two diaphragms. The temperature coefficient of the resistances of the polysilicon piezoresistor is 0.003% to 0.005% per degree of Celsius according to the sensor design. The temperature coefficient of the offset voltage at 1 atm is 0.0019 mV and 0.0051 mV per degree of Celsius for a rectangular and circular diaphragm, respectively. The measurement results demonstrate the feasibility of the proposed pressure sensor as a highly sensitive circuit-integrated pressure sensor.
하천 및 호소의 유속 측정을 위한 주파수 변조 연속 신호 방식의 2차원 초음파식 유속센서
제창한 ( Chang-han Je ),황건 ( Gunn Hwang ),윤조호 ( Joho Yun ),김영성 ( Youngsung Kim ),이형근 ( Hyung-kun Lee ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
물의 흐름은 하천 및 호소의 수질 및 수생태에 영향을 주는 주요 지표중의 하나이다. 물의 순환은 수질과 깊은 관련성이 있으며, 수질 및 유속에 따라서 서식 가능한 생물 또한 달라진다. 특히 최근 문제가 되고 있는 녹조와 같은 조류의 서식에는 온도, 광량, 영양 등과 함께 유속도 중요한 요소로 작용한다. 광학식 또는 전자기파식 센서의 경우 녹조가 서식하는 수중 유속을 측정하기 어려우며, 프로펠러식 유속센서는 하천 장애물이나 부유물 및 지형 등의 영향으로 인해 지속적인 감시가 어렵고, 녹조가 발생할 수 있는 저유속 환경에서의 측정 정확도가 낮다. 본 연구에서는 수중 저유속 환경에서 유속을 측정하기 위한 2차원 초음파 유속센서를 개발하고, 정확도를 개선하기 위하여 주파수변조 연속 신호(FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 적용한 결과에 대해 보고한다. 개발된 2차원 초음파식 유속센서는 한 개의 송신 소자와 2개의 수신 소자로 구성되며, 송신 소자와 각 수신 소자를 V자 형태로 60도의 각도로 배치하였다. 이를 통해서 송신 소자로부터 약 10츠 떨어진 곳의 유속을 원격으로 측정할 수 있도록 하여, 센서 구조물에 의한 실제 유속의 왜곡이 없도록 하였다. 초음파 측정 방식은 기본적인 도플러 방식이 갖는 낮은 정확도 및 정밀도를 개선하기 위하여, 주파수 변조 방식을 적용하였다. 주파수 변조 방식의 경우, 송신 신호의 주파수를 일정하게 증가 및 감소시키면서 동시에 수신 소자로 수신되는 초음파 신호와의 주파수 차이를 도출하고, 이로부터 유속을 도출하는 방식이다. 도플러 방식이 장애물에 의한 반사파 및 외부 잡음 등에 의한 영향을 크게 받는 반면, 주파수 변조 방식은 다중 주파수를 이용하여 반사파 및 외부 잡음에 의한 영향을 제거할 수 있어서 보다 정확한 유속 측정이 가능하다. 본 연구에서 제작된 2차원 유속센서에 적용한 결과, 1-30cm/s의 낮은 유속 환경에서의 측정 오차가 최대 3.9%로 감소하고, 반사파에 의한 신호왜곡이 감소함을 확인하였다.
제창한,최창억,이성규,양우석,Je, C.H.,Choi, C.A.,Lee, S.Q.,Yang, W.S. 한국전자통신연구원 2015 전자통신동향분석 Vol.30 No.6
압력센서란 두 물체 간의 상호 작용하는 힘의 크기를 나타내는 물리적 양을 측정하는 디바이스로서 힘의 전달 크기, 힘의 방향 등을 측정하는 데 매우 광범위하게 사용되고 있는 센서이다. 사용하는 분야는 의료, 자동차, 항공, 공업계측, 가전, 환경제어분야 등의 전반적 산업제품과 산업시설에 응용되고 있으며, 측정원리는 힘의 변화에 따른 재료의 변위, 변형, 진동수, 변화, 열전도율 변화 등을 이용하는 것으로 종전의 기계식 감지방법에서 현재는 센서장치의 소형화를 위하여 반도체소자 제작기술과 Micro Electro Mechanical System(MEMS)기술을 이용하는 초소형, 저전력형 센서개발로 계속 발전하고 있다. 본고에서 멤스(MEMS) 압력센서의 최근 제품 기술 개발과 시장 및 산업동향을 알아보고 향후 더욱더 확장될 압력센서제품 기술의 기초 정보를 제공하고자 한다.
제창한(Chang Han Je),강태구(Tae Goo Kang),조영호(Young-Ho Cho) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.11
We present two different types of digital microinjectors where the ejected droplet volume is controlled by 4-bit digital signals for applications to high-speed and high-resolution digital inkjet printing and biochemical material dispensing. The first type, having 4 microhearters per nozzle, is suitable for side-shooting applications, while the second type, having single microheater, is intended for top-shooting applications. The structure, principle, fabrication process and test results of the two types of digital microinjectors are presented with the comparison of their performance characteristics.