Soft Computing을 이용한 배열 센서 시스템의 제어 성능 개선

나승유,안명국 한국센서학회 2003 센서학회지 Vol.12 No.2

In this paper, we propose a method to obtain a linear characteristic using soft computing for systems which have array sensors of nonlinear characteristics. Also a procedure utilizing the pattern information of array sensors without additional sensors is proposed to reduce disturbance effects. For a typical example, even a single CdS cell for CdS array has nonlinear characteristics. Overall linear characteristic for CdS array is obtained using fuzzy logic for each cell and overlapped portion. In addition, further improvement for linearization is obtained applying genetic algorithms for the parameters of membership functions. Also the effect of disturbing external light changes to the CdS array can be reduced without using any additional sensors for calibration. The proposed method based on fuzzy logic shows improvements for position measurements and disturbance reduction to external light changes due to the fuzziness of the shadow boundary as well as the inherent nonlinearity of the CdS array. This improvement is shown by applying the proposed method to the ball position measurements of a magnetic levitation system. 본 논문에서는 비선형 특성을 갖는 센서 배열을 사용하는 시스템에서, 센서 배열에 soft computing을 이용하여 선형적인 특성을 얻고, 배열의 특성을 이용하여 외란의 영향을 감소시켜 시스템의 성능을 향상시키는 방법을 제안한다. 대표적인 예로 배열에 사용된 광전도 센서인 CdS는 단일 CdS 셀조차도 비선형적인 특성을 갖고 있기 때문에 비선형 특성을 소속 함수로 표현하는 퍼지 변수를 사용한다. 배열로 사용되는 센서에 각 단일 센서의 소속 함수와 특성을 이용하는 퍼지 논리를 적용하여 전체적으로 선형화된 센서 특성을 얻는다. 각 센서의 비선형적 요소를 표현하는 소속 함수의 파라미터들에 유전 알고리즘을 사용하여 최적화된 선형 특성을 얻어 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있다. 또한 보정을 위한 센서를 추가하지 않고 센서 배열의 특성을 이용하여 광전도 센서가 민감한 영향을 받는 외란을 보정하여 시스템의 외란 제거 성능을 향상 시킬 수 있다. CdS 센서 배열의 자체 비선형성 뿐만 아니라 입력되는 물체의 그림자는 경계가 뚜렷하지 않고 흐릿하므로 퍼지 논리를 이용하는 방법이 거리측정과 외부 광원에 의한 외란에 대해 향상된 결과를 보인다. 제안된 방법을 적용한 센서 배열을 자기부상(Magnetic Levitation System)에서 볼의 거리 측정에 적용하여 성능을 검증한다.

빔 혹은 멤버레인 구조를 가지는 써모파일 센서의 다목적 최적설계

이준배,김태윤,Lee,,Jun-Bae,Kim,,Tae-Yoon 한국센서학회 1997 센서학회지 Vol.6 No.1

이 논문은 빔의 구조를 갖거나 멤브레인의 구조를 갖는 써모파일 센서의 다목적 최적설계에 관한 연구이다. 연구대상의 써모파일 센서는 $Si_{3}N_{4}/SiO_{2}$ 박막위에 알루미늄과 다결정 실리콘을 사용하여 열전쌍을 형성하고, 박막중심부에 $RuO_{2}$를 사용하여 적외선 흡수부를 만들어 중심부와 실리콘림부 사이의 온도차이에 따른 Seebeck 효과에 의한 유기전압을 감지하는 센서를 대상으로 하였다. 최적설계의 목적함수는 센서의 감도, 검출능 (detectivity) 및 열시정수를 대상으로 하였다. 패키지를 고려하여 모델링을 하였으며, 기존의 식의 고찰에 의한 단순 설계방법이 아닌 수학적 계획법을 사용한 다목적 최적화 방법을 이용하여 최적해를 구하였다. 최종적인 최적설계 수식화에는 퍼지계획법에서 사용되는 소속함수를 정의하여 설계자가 우선적으로 신뢰할 수 있는 해를 구 할 수 있도록 하였다. 또한, 제한조건으로서 주위 온도변화에 따른 센서의 출력전압변화를 포함시켜 실제 사용되는 환경을 고려하였다. This paper presents the multi-objective optimal design of thermopile sensor having beam or membrane structure. The thermopile sensor is composed of $Si_{3}N_{4}/SiO_{2}$ dielectric membrane, Al-polysilicon thermocouples and $RuO_{2}$ thin film for black body. The sensing method is based on the Seebeck effect which is originated from the temperature difference of the two positions, black body and silicon rim. The objective functions of the presented design are sensitivity, detectivity and thermal time constant. The modelling of the sensor is proposed including the package. The multi-objective optimization technique is applied to the design of the sensor not only inspecting the modelling equation but also simulating mathematical programming method. Especially, fuzzy optimization technique is adapted to get the optimal solution which enables the designer to reach the more practical solution. The design constraint of the voltage output originated from the change of the environmental temperature is included for practical use.

맥 센서 어레이(array)의 실리콘(silicone) 코팅 두께에 따른 센서 간 간섭효과

전민호 ( Min Ho Jun ), 전영주 ( Young Ju Jeon ), 김영민 ( Young Min Kim ) 한국센서학회 2016 센서학회지 Vol.25 No.1

Pulse diagnosis is one of the representative diagnostic methods in Oriental medicine. In this study, a pulse pressure sensor array coated with silicone, which includes 6 piezo-resistive sensors and 1 thermistor, is fabricated for pulse measurement. It is necessary to coat the pulse sensor array with silicone to avoid the fracture or damage of pressure sensors when the sensor is in contact with the skin and a constant pressure is applied. However, the silicone coating on the pulse sensor array can cause signal interference among the sensors in the pulse sensor array. The interference number (IN), a calculation for expressing the degree of interference among channels, is changed according to the silicone thickness on the pulse sensor array. The IN is increased by a thick silicone coating, but the fabrication error, an important index for the mass production of the sensor array, is reduced by the thickness of the silicone coating. We propose that the thickness of the silicone on the pulse sensor array is an important consideration for the performance of the fabricated sensor and manufacturing repeatability.

Spline보간식을 이용한 물체재질인식센서의 성능개선

박종건,임영철,조경영,김이곤,장영학,Park,,J.G.,Lim,,Y.C.,Cho,,K.Y.,Kim,,Y.G,,Chang,,Y.H. 한국센서학회 1992 센서학회지 Vol.29 No.3

본 연구에서는 물체의 열전도 특성을 감지하여 임의의 대기온도에서도 열전도가 다른 몇가지 물체의 재질을 식별할 수 있는 센서에 대해 연구하였다. 임의의 대기온도에서 센서의 온도 값을 계산하기 위해 3차 Spline 보간식을 적용하여 계산된 센서의 온도에 따라 재질을 식별하는데, 실측된 온도와 비교하였을 경우 매우 잘 일치하였다. 열전도 특성을 이용한 물체의 재질인식용 능동센서를 설계하였으며 C 언어를 이용한 물체의 재질 식별 프로그램을 개발하였다. 동일한 대기 온도상에서의 재질별 온도응답특성을 조사하였으며 대기온도변화에 따른 재질별 온도응답특성을 조사하였으며, 대기온도 변화에 따라 3 비교점의 온도는 거의 직선적으로 변화하고 평행상태를 유지함을 알 수 있었다. This paper describes a noble robot sensor designed to recognize an unknown material by measuring its thermal conductivity on various ambient temperature. The excellent agreement has been obtained between the measured sensor temperature and the calculated sensor temperature by cubic spline interpolation. The active sensor to measure the thermal conductivity of a gripped object was designed and the software program using C language to discriminate objects made of different materials was developed. The temperature response characteristics of different materials on the same ambient temperature was investigated. The temperatures on three comparing points varied linearly and had parallel relation with one another in accordance with various ambient temperature.

강자성체 박막(Co-Ni)의 자기-저항효과에 관한 연구(II)

장충근,유중렬,남선우,손대락,Chang,,C.J.,Yoo,,J.Y.,Nam,,S.W.,Son,,D.R. 한국센서학회 1994 센서학회지 Vol.3 No.1

Grid type 70Ni-30Co thin films on slide glass at $250^{\circ}C$ has been fabricated to develope. From fabricated sensors using above process, we investigated the relation of temperature, resistivity, line width to magnetoresistance and we obtained the following results after observation of coercive force, saturated magnetization, maxium usable sensitivity, delay time, slew rate, white noise, resolution of the sensors. We confirmed that the $600{\AA}$ thin film at $250^{\circ}C$ formed crystalized magnetic anisotropy spontaneously and the sensor using the thin film had capability of detecting magnetic field with sensitivity of 230 nT. In these devices, the magnetoresistance change was increased linearly in ${\pm}10$ Oe range, and the magnetoresistance effect was increased when the ratio between line width and length was increased. When the devices was soldered using indium, the temperature-resistivity coefficient showed $8{\times}10^{-3}/deg$ and increased during the specific properties as magnetic field sensor were weakened. In this studies, the coercive forces of the films were about 5.1 A/cm and saturated magnetizations were 0.64 T, and the delay time in these devises was $5{\mu}s$ and slew rate showed 0.39 $Oe/{\mu}s$ and white noise was -120 dB. 강자성체 자기저항 센서를 개발하기 위하여 70Ni-30Co 합금을 $10^{-6}$ Torr의 진공중에서 $250^{\circ}C$ 의 슬라이드 그라스 위에 두께 $600{\AA}$ 으로 진공 증착한 후 박막을 격자형으로 식각하고 인출선을 연결하였다. 이와 같은 과정으로 제작된 센서의 자기저항 변화율에 미치는 온도, 저항, 선폭 등의 영향을 조사하고 보자력, 포화자화, 최대유효감도, 지연시간, 회전율, 백색잡음, 분해능 등을 조사 분석한 결과, (70Ni-30Co) 합금을 기판온도 $250^{\circ}C$ 에서 두께 $600{\AA}$ 으로 진공 증착하면 결정자기 이방성이 형성되어 자기저항 소자로써의 기능이 자발적으로 구비되면서 230 nT 의 최대유효감도가 구비됨을 확인하였다. ${\pm}10$ Oe 의 자장구간에서는 직선적인 자기저항변화를 보였으며, 센서소자를 형성하는 격자선의 폭에 대한 길이의 비가 클수록 자기저항 값이 증가함을 알 수 있었다. 한편 센서 소자와 인출선을 인듐으로 연결시키면 저항온도계수가 $8{\times}10^{-3}/deg$로 증가되어 센서 본연의 저항온도계수($1{\times}10^{4}/deg$)가 매우 심하게 열화된다는 것을 알 수 있었다. 이 실험에서 제작된 강자성박막(70Ni-30Co)의 특성은 보자력이 5.1 A/cm이고 포화자화가 0.64T 이었는데, 이 박막으로 제작한 자기저항 센서의 지연시간은 $5{\mu}s$이었고 회전율(slew rate)은 0.39 $Oe/{\mu}s$ 이었으며 백색잡음은 -120 dB 정도이었다.

마이크로파 레이더 센서 응용을 위한 발진기 설계 및 제작

김강욱 한국센서학회 2003 센서학회지 Vol.12 No.6

Recently, sensors which use the infrared light, supersonic waves, and electromagnetic waves have been used for many applications to detect information of the object. For these sensors, the accompanying system which utilizes the sensor should be systematically developed. In this paper, a general microwave radar sensor system is briefly described, and then basic applications of a CW doppler radar sensor system are introduced. For the CW doppler radar sensor applications, a highly-stable, low-cost Dielectric Resonator Oscillator (DRO) has also been designed and implemented, which can be used for commercial microwave sensor systems. The implemented DRO has output power of +5.33 dBm at 12.67 GHz and phase noise of -108.5 dBc/Hz at the 100 kHz offset frequency. 최근 적외선이나 초음파, 전자기파 등을 이용해 자연의 신호를 검출해 내는 센서들이 여러 가지 응용분야에서 널리 사용되고 있다. 더욱이 어떤 대상물이 가지고 있는 정보를 감지하는 고성능의 단일 센서뿐만 아니라 이를 시스템적으로 개발하고 응용하는 것의 필요성도 높아져 왔다. 본 논문에서는 마이크로파를 이용한 레이더 센서 시스템을 설명하였고, 그 중 CW (Continuous Wave) 도플러 레이더를 이용한 마이크로파 센서 시스템의 동작 및 응용을 살펴보았다. 또한 이러한 시스템에 사용될 수 있는 고안정 주파수원으로 유전체 공진 발진기를 설계·제작 하여 상용 시스템으로의 적용 가능성을 보였다. 제작된 유전체 공진 발진기는 12.67 GHz에서 동작하고, 출력전력이 +5.33 dBm, 위상잡음은 100 kHz 옵셋주파수에서 -108.5 dBc/Hz를 얻었다.

스테인레스 봉입형 반도체 압력센서의 제작 및 그 특성

김우정,조용수,황정훈,최시영 한국센서학회 2002 센서학회지 Vol.11 No.3

The silicon piezoresistive pressure sensor is made by semiconductor process to obtain stainless steel isolated type pressure sensor. The sensor is loaded on a stainless steel housing with glass molding, 50 ㎛ stainless steel thin film is welded, and the stainless steel housing encapsulated by silicone oil. The performance of fabricated the pressure sensor has 10 bar pressure range. The XTR105 of exclusive transmitter chip is used the pressure transmitter that output current is 4 - 20 mA. The accuracy is 5% FS, however, the accuracy is 1% FS when the sensor is compensated temperature. 스테인레스 봉입형 압력센서를 제작하기 위하여 먼저 반도체 제조 및 식각 공정을 통하여 반도체 압력센서를 제작하였다. 그리고 이를 glass molding된 스테인레스 housing에 올려놓고 50 ㎛ 두께의 스테인레스 박판을 용접한 후 실리콘 오일을 채워 넣고 봉입하여 압력 범위 10 bar 센서를 완성하였다. 이와 같이 제작한 센서와 XTR105 발신기 전용 회로를 결합하여 4∼20 mA 출력의 압력 발신기를 제작하고 그 특성을 조사하였다. 온도 보상 전 정확도는 5% FS이었으나 보상 후 정확도 1% FS로 개선되었다.

PCB 다층 적층기술을 이용한 마이크로 플럭스게이트 자기 센서

최원열,황준식,최상언 한국센서학회 2003 센서학회지 Vol.12 No.2

To observe the effect of excitation coil pitch on the micro fluxgate magnetic sensor, two sensors are fabricated using multi layer board process and the pitch distance of excitation coil are 260 m and 520 m, respectively. The fluxgate sensor consists of five PCB stack layers including one layer of magnetic core and four layers of excitation and pick-up coils. The center layer as magnetic core is made of a Co-based amorphous magnetic ribbon with extremely high DC permeability of ~100,000 and has a rectangular-ring shape to minimize the magnetic flux leakage. Four outer layers as excitation and pick-up coils have a planar solenoid structure and are made of copper foil. In case of the fluxgate sensor having the excitation coil pitch of 260 m, excellent linear response over the range of -100 T to +100 T is obtained with sensitivity of 780 V/T at excitation sine wave of 3Vp-p and 360 kHz. The chip size of the fabricated sensing element is 7.3 5.7 mm2. The very low power consumption of ~8 mW is measured. This magnetic sensor is very useful for various applications such as: portable navigation systems, telematics, VR game and so on. 본 논문은 마이크로 플럭스게이트 자기 센서 (micro fluxgate magnetic sensor)의 여자코일 선폭에 따른 자계 검출 특성 변화에 관한 것이다. 센서 제작을 위해 PCB 다층 적층기술을 사용하였으며, 연자성 코어를 둘러싼 여자코일 선폭을 각각 260 m와 520 m로 센서를 구현하였다. 센서는 모두 5층의 기판을 적층 하였으며, 가운데 (3번째)기판을 자성체 코어로, 자성체 코어 외부 (2번째와 4번째)기판을 여자코일로, 최외부 (1번째와 5번째)기판을 검출코일로 제작하였다. 연자성 코어로는 약 100,000의 큰 DC 투자율 (permeability)을 갖는 코발트 (Co)가 주성분인 아몰퍼스 재료를 사용하였으며, 자속 누설을 최소화하기 위해 사각 링 형태를 유지하였다. 솔레노이드 형태의 여자코일과 검출코일은 구리 재질로 제작되었다. 260 m 여자코일 선폭을 갖는 자기센서는 여자조건이 360 kHz, 3 Vp-p의 정현파일 경우에 780 V/T로 매우 우수한 감도를 보이고 있으며, -100 T ~ +100 T 영역에서 매우 우수한 선형특성을 보이고 있다. 자기 센서의 크기는 7.3 5.7 mm2이며, 소비전력은 약 8 mW이다. 이런 초소형 자기센서는 휴대용 네비게이션 시스템, telematics, VR 게임기 등 다양한 응용분야에 적용할 수 있다.

Co계 아몰퍼스리본을 이용한 자계센서

신광호,박경일,송재연,김영학,사공건 한국센서학회 2003 센서학회지 Vol.12 No.5

고감도의 자기임피던스센서를 구현하기 위해서 아몰퍼스리본을 리소그래피와 습식에칭을 통하여 미안더패턴으로 미소가공하고 임피던스의 외부자계의존성을 조사하였다. 센서의 임피던스는 외부자계 약 13 Oc 부근에서 가장 큰 값을 나타내었고, 약 170%의 변화율을 나타내었다. 선형성과 감도가 확보될 수 있는 외부자계영역(6 Oe부근)에서의 임피던스의 변화를 평가해 보면 약 36 %의 단위 자계당 임피던스 변화율을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 제작한 센서패턴과 센서를 구동하기 위해서 제작된 구동회로를 이용하여, 약 10?³ Oe의 미약자계를 측정할 수 있다는 것을 알 수 있었다. To develop the highly sensitive Magneto-Impedance sensor, the amorphous ribbon was micro-processed to meander type sensor pattern, and its external magnetic field dependence of impedance was investigated. The impedance of the pattern had peak value at the magnetic field of 13 Oe and its changing ratio was about 170%. The impedance field resolution of the sensor module, which consist of the amorphous pattern and driving circuit, was about 103 Oe.

차량용 통합 센서 모듈 제어를 위한 시뮬레이터 개발

전진영,박정연,변형기 한국센서학회 2013 센서학회지 Vol.22 No.1

The integrated sensor module of vehicle combines the functions of rain sensor, auto defog sensor, and sun angle sensor into a single module. These functions originally were applied to work separatively. This integrated sensor module should meet the each performance which appears from the individual modules up to the same level or higher. Therefore, it is important to verify the stability and the accuracy considering the characteristics of the integrated sensor module according to various situations. For the verification, we need to use the actual data of integrated sensor module measured but, a lot of time and money is needed to collect data measured under various circumstances when operating. Thus, through the development of this simulator for the control of the integrated sensor module, we can use it effectively for the initial verification of integrated sensor module by implementing the various situations. In this paper, the simulator for controlling the integrated sensor module which combines vision-based rain sensor, auto defog sensor, auto light sensor, and sun angle sensor has been developed.