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.

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.

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.

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.

소산장 흡수를 이용한 박막 광도파로형 칼륨이온센서

강신원,고광락,이수미 한국센서학회 1997 센서학회지 Vol.6 No.3

A thin film optical waveguide sensor has been developed to measure and analyze quantitatively some inherent optical properties of biochemical substances. In this paper, two different kinds of thickness of thin film waveguide were prepared by RF sputtering of Corning-7059 glass(n = 1.588 at λ = 514nm, Ar laser) on Pyrex glass substrates. We made a sensing membrane coated on the thin film waveguide with the polyvinyl chloride-co-vinyl acetate-co-vinyl alcohol) ( 91 : 3 : 6 ) copolymer membrane based on H^+ -selective chromoionophore and K^+ -selective neutral ionophore and then proposed the thin film opptical waveguide ion sensor which can select a potassium ion. This sensor based on the absorbance change by utilizing chromoionophore and neutral ionophore, which changes their absorption spectrum in the UV-vis region upon complexation of the corresponding ionic species, have been reported. The sensitivity dependence of the proposed sensor on interaction length, waveguide thickness, and content of a chromoionophore was investigated. This sensor has the measurement range of 10^(-6) M∼IM for K^+ concentration and 90% response time of duration within 1 min. Also, our thin film optical waveguide sensor using the evanescent field was investigated as compared with conventional transmission sensor or optode sensor by the optical fiber. The sensitivity of thin-film waveguide K' sensor is higher than that of the conventional transmission sensor. The proposed sensor is expected to be useful to biochemical, medical, environmental inspection and so on.

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.

편마비 다리환자를 위한 보행보조로봇의 발목 2축 힘센서 설계

최치훈,김갑순,Choi, Chi-Hun,Kim, Gab-Soon 한국센서학회 2017 센서학회지 Vol.26 No.5

This paper describes the design and manufacture of a ankle two-axis force sensor of a walking assist robot for hemiplegic leg patient. The walking assist robot for the hemiplegic leg patient can safely control the robot by detecting whether the foot wearing the walking assist robot is in contact with the obstacle or not. To do so, a two-axis force sensor should be attached to the robot's ankle. The sensor is used to measure the force of a patient's ankle lower part. The two-axis force sensor is composed of a Fx force sensor, a Fy force sensor and a pulley, and they detect the x and y direction forces, respectively. The two-axis force sensor was designed using by FEM(Finite Element Method), and manufactured using by strain-gages. The characteristics experiment of the two-axis force sensor was carried out respectively. The test results indicated that the interference error of the two-axis force sensor was less than 1.2%, the repeatability error and the non-linearity of the two-axis force sensor was less than 0.04% respectively. Therefore, the fabricated two-axis force sensor can be used to measure the force of ankle lower part in the walking assist robot.

상지재활로봇의 팔힘측정용 2축 힘센서 설계

김갑순 ( Gab Soon Kim ) 한국센서학회 2015 센서학회지 Vol.24 No.2

This paper describes the design of a two-axis force sensor with two step plate beams for measuring forces in an upper-limb rehabilitation robot. The two-axis force sensor is composed of a Fz force sensor and a Ty torque sensor. The Fz force sensor measures the force applied to a patient’s arm pushed by a rehabilitation robot and the force of patient``s arm. The Ty torque sensor measures the torque generated by a patient’s arm motion in an emergency. The structure of sensor is composed of a force transmitting block, two step plate beams and two fixture blocks. The two-axis force sensor was designed using FEM (Finite Element Method), and manufactured using strain-gages. The characteristics test of the two-axis force sensor was carried out. as a test results, the interference error of the two-axis force sensor was less than 1.24%, the repeatability error of each sensor was less than 0.03%, and the non-linearity was less than 0.02%.

고감도 능동픽셀센서를 위한 PMOSFET 광검출기의 특성

서상호,박재현,이준규,왕인수,신장규,조영창,김훈 한국센서학회 2003 센서학회지 Vol.12 No.6

A PMOSFET photodetector for highly-sensitive active pixel sensor(APS) is presented. This sensor uses 5V power supply and has been designed and fabricated using 1-poly and 2-metal 1.5㎛ CMOS technology. The feature of a PMOSFET photodetector is that the polysilicon gate of the PMOSFET was connected to n-well, in order to increase the photo sensitivity. The designed MOS photodetector has similar IDS-VDS characteristics with a standard MOSFET. One dimensional image sensor with 16 pixels based on the PMOSFET photodetector has also been designed and fabricated. Unit pixel of the designed sensor consists of a PMOSFET photodetector and 4 NMOSFETs. Unit pixel area is 86㎛×90.5㎛ and its fill factor is about 12%. 고감도 능동픽셀센서(active pixel sensor, APS)를 위한 PMOSFET 광검출기를 설계 및 제작하였다. 이 센서는 5V의 전원 전압을 사용하며, 1-poly 2-metal 1.5㎛ CMOS공정으로 제작하였다. 사용된 광검출기는 빛에 대한 감도를 높이기 위해서 n-well과 게이트를 연결한 PMOSFET을 사용하였다. 제작된 광검출기는 일반 MOSFET의 IDS-VDS 곡선과 유사한 특성을 가진다. PMOSFET 광검출기를 기본으로 하여 설계된 1차원 이미지 센서는 16개의 픽셀로 구성되어 있으며, 단위 픽셀은 하나의 PMOSFET 광검출기와 4개의 NMOSFET으로 구성되어있다. 단위 픽셀의 크기는 86㎛×90.5㎛이며, 개구율은 약 12%이다.

고감도 능동픽셀센서를 PMOSFET 위한 광검출기의 특성

서상호,박재현,이준규,왕인수,신장규,조영창,김훈 한국센서학회 2003 센서학회지 Vol.12 No.4

고감도 능동픽셀센서(active pixel sensor, APS)를 위한 PMOSFET 광검출기를 설계 및 제작하였다. 이 센서는 5V의 전원 전압을 사용하며, 1-poly 2-metal 1.5㎛ CMOS공정으로 제작하였다. 사용된 광검출기는 빛에 대한 감도를 높이기 위해서 n-well과 게이트를 연결한 PMOSFET을 사용하였다. 제작된 광검출기는 일반 MOSFET의 곡선과 유사한 특성을 가진다. PMOSFET 광검출기를 기본으로 하여 설계된 1차원 이미지 센서는 16개의 픽셀로 구성되어 있으며, 단위 픽셀은 하나의 PMOSFET 광검출기와 4개의 NMOSFET으로 구성되어있다. 단위 픽셀의 크기는 86㎛×90.5㎛이며, 개구율은 약 12%이다. A PMOSFET photodetector for highly-sensitive active pixel sensor(APS) is presented. This sensor uses 5V power supply and has been designed and fabricated using 1-poly and 2-metal 1.5㎛ CMOS technology. The feature of a PMOSFET photodecector is that the polysilicon gate of the PMOSFET was connected go n-well, in order to increase the photo sensitivity. The designed MOS photodetector has similar IDS-VDS characteristics with a standard MOSFET. One dimensional image sensor with 16 pixels based on the PMOSFET photodetector has also been designed and fabricated. Unit pixel of the designed sensor consists of a PMOSFET photodetector and 4 NMOSFETs. Unit pixel area is 86㎛ × 90.5㎛ and its fill factor is about 12%.