센서감지회로의 개발

- 3×1 센서 어레이를 위한 인터페이스 회로를 가진다. 4개의 센서, 오실레이터, 멀티플렉서, 믹서, LPF, 컴페리터, FPGA, PC로 구성된다. - 센서는 3×1 angled 구조로 되어 있으며 한 센서는 reference 센서, 나머지 세 센서는 UV-C 감지물질이 도포된 센서이다. - 멀티플렉서를 이용하여 세 UV-C 코로나 센서 시그널은 실시간 순차적으로 조율된다. - 온도/습도 보상을 위해 reference 센서가 사용되고 있으며 주변 온/습도 변화는 reference 센서 및 UV-C 코로나센서에서 동일한 주파수 변화를 야기한다. - 센서의 중심주파수들은 오실레이터 및 멀티플렉서를 거쳐 믹서에 입력게 되며 믹서에는 여러 주파수가 나타난다. 맨 앞의 주파수(fr-fs)만을 제외한 나머지 주파수 제거를 위해 LPF가 사용된다. fr-fs 단일주파수는 컴페리터를 거치면서 디지털 시그널로 전환되며 FPGA를 통해 PC에서 두 센서 사이의 주파수 차이(△f)가 읽혀진다 (0.1s 주기를 가지고 읽혀짐). 주변 온/습도 변화에 의해서는 △f는 나타나지 아니한다. PC에서 읽혀지는 △f는 코로나에 의한 센서의 주파수 변화분만 읽혀지게 된다. - One chip에 모든 인터페이스회로가 집적 되며 각 단자간 임피던스 매칭을 통해 성능이 최적화된다. - EM shielder를 이용하여 전자회로를 보호함으로써 안정한 센서 성능이 유지되도록 한다.

유비쿼터스 공기오염도 실시간 감지를 위한 초저가 휴대용 통합형 미세먼지센서 어레이 및 감지 인터페이스 회로 개발

- 대기중 초미세먼지(PM2.5) 및 초초미세먼지(PM1.0)는 WHO 1급 발암물질로 지정되었다. - 입자 크기가 2.5㎛ 이하인 초미세먼지(PM2.5)는 폐에서 걸러지지 않고 혈액으로 직접 스며들어 심장과 중추신경계 등에 직접적인 영향을 주며 심근경색, 허혈성심질환, 부정맥, 뇌졸중 등 심뇌혈관질환의 증상을 악화시킨다. - 실내에서 로봇청소기/가전제품 등에 저가의 초소형, 통합형(미세/초미세/초초미세먼지 동시센싱) 미세먼지 센서(시스템)의 장착을 통해 상시 미세먼지 감지 필요성이 증대되고 있다. - 현재 초미세먼지 측정에는 여러 방법이 있다. 대표적으로 중량 포집법, 베타선 흡수법, 광산란법이 있다. 그러나 현재의 방식은 볼륨이 큰 미세먼지 분류기가 필요하고 측정된 데이터는 레퍼런스(reference)값과 비교하여 미세먼지 농도를 계상하고 있으며 고가이며 온/습도 보상에 한계가 있다. - 본 연구는 표면탄성파(SAW: surface acoustic wave) 기반의 PM10/PM2.5/PM1.0을 동시에 감지할 수 있는 저가, 휴대용, 통합형 미세먼지 센서 어레이 및 감지 인터페이스 회로 개발이다. 또한 자체 인터페이스 회로에서 built-in 온도/습도 보상이 이루어진다.

Solar blind 영역의 코로나원 방향 세기 감지를 위한 표면탄성파 기반 코로나 센서 어레이 및 휴대용 인터페이스 회로 개발

- 고전압 배전선 주변에서 전선의 급턴, 절연피복 두께의 비균일성, 주변 이물질 접착에 의한 UV 파장대의 코로나 현상이 빈번히 발생하고 있다. - 결과로써 절연피복 주변으로의 누설전류 증가, 절연피복의 악화, 주변 환경요소의 이온화에 따른 스파크에 의해 대형화재 원인이 된다 (2019년 강원도 고성 대형산불의 원인: 전주에서 스파크가 튀었고, 그 스파크가 전주 아래로 떨어져서 불이 붙음) - 코로나 생성은 전력선과 주변 대기 사이에 임계값 이상의 큰 전기장이 형성됨으로써 주변 환경인자의 이온화가 발생되고, 생성된 전자와 양이온 사이의 재결합시 UV 대역대의 플라즈마 발산, 이온간 스파크에 의해 초음파 발산, 생성된 양이온이 주변 대기 환경으로 이동에 따른 누설전류 발생 등 코로나 결과물이 관측된다. - 코로나 발생은 고전압 전선으로부터 주변 대기환경으로 전도성 증가, 절연피복 특성의 지속적 악화, ozone/NOx/HNO3 등 환경 오염물질의 발생, EM 전자파 발산에 의한 통신주파수 교란, 스파크에 의한 화재 등 위험요인이 산재케 된다.

항공우주용 초고속 반응 SAW 가스 센서의 센싱 메커니즘 및 감지칩 개발에 관한 연구

- 밀폐된 우주선 내부에 수개월 또는 수년간 체류하면서 임무를 수행하는 우주인의 수가 증가하고 있다. - 공기정화 장치가 있음에도 우주선 내부의 대기 오염도는 개폐된 공간보다 2~5배 높은 것으로 알려져 있다. - 미항공우주국(NASA)의 우주비행사들은 임무 기간 내내 화장실 배설물에 의해 심한 악취와 소음에 시달릴지도 모른다고 보고하고 있다. - 우주선 내부에는 300여 가지의 가스가 보고되고 있다. 이중 21개의 가스가 위험군으로 분류되고 있다. - 본 연구에서는 주요 3가지 가스센서(수소, CO2, NO2) 및 주변 감지시스템을 개발한다. - 한국연구재단 지원과제 - 1억8천만원 지원액 3년과제 - 중국 베이징 CAS 협력연구 - 중국방문, 학술대회발표, 산학박람회, 논문게재 연구성과