복지 사회로의 지향과 삶의 질 향상에 대한 높은 관심으로 건강 및 의료 서비스에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 이를 위하여 개인별 건강 상태를 파악하고 대처할 수 있는 휴대용 건강 및 질병 측정 센서 단말기가 요구된다. 휴대용 센서 단말기는 일상생활에서 용이하게 사용되어야 하므로 고감도의 검출 성능뿐만 아니라 외부 영향으로 인한 잡음 신호에 매우 견고해야 한다. 휴대용 ...
복지 사회로의 지향과 삶의 질 향상에 대한 높은 관심으로 건강 및 의료 서비스에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 이를 위하여 개인별 건강 상태를 파악하고 대처할 수 있는 휴대용 건강 및 질병 측정 센서 단말기가 요구된다. 휴대용 센서 단말기는 일상생활에서 용이하게 사용되어야 하므로 고감도의 검출 성능뿐만 아니라 외부 영향으로 인한 잡음 신호에 매우 견고해야 한다. 휴대용 바이오 센서 단말기가 갖는 여러 장점에도 불구하고, 측정되는 신호는 내외부의 다양한 잡음을 수반하게 된다. 열 잡음, 산탄 잡음, 1/f 잡음 등의 여러 잡음 속에서 미세한 정보 신호를 검출하기 위해서는 일반적인 필터를 이용하는 방식은 사용할 수 없다. 미세 신호를 검출하기 위한 방법 중 하나로 신호 잠금 검출 기법은 주파수 합성과 필터링 기법을 이용하여 상기의 잡음이 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 신호 잠금 기법을 이용한 휴대용 신호 검출 시스템의 이론적 배경과 원리를 논의하였고, SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 시뮬레이션 결과를 통하여 다양한 잡음 환경에서 효과적으로 미세신호를 검출 할 수 있음을 검증하였다. 시스템의 휴대성 및 이동성을 확보하기 위하여 손바닥 정도의 크기로 신호 잠금 검출 모듈을 구현하여, 미세한 정보 신호를 검출하였다. 또한 기존의 신호 잠금 검출 기법에서 사용하는 핵심 원리인 주파수 합성은 DC와 2ω 성분이 나타나는데, DC 성분을 이용하는 검출 방식에 2ω 주파수 성분을 상보적으로 이용하여 DR를 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제안하였다. 기존의 DC만을 이용한 방법의 한계와 제안한 방식의 차별성을 증명하기 위하여 두 가지 방식에 대하여 잡음 억제 정도의 지표인 DR를 실험적 결과를 통해 비교 분석하였다. DC 성분만을 이용한 경우 PSD의 플리커 잡음에 의해 신호 검출에 한계를 갖게 되어 -63 dBm 이하의 신호는 측정이 불가능함을 실험적으로 보였으며, 반면에 2ω 성분을 이용하는 2ω 주파수 검출 방법은 -88 dB의 입력 신호까지 측정 가능함을 실험적으로 증명하였다. DR의 측정에서도 형광 잡음의 경우 DC출력의 DR는 44.5 dB이고 2ω 주파수에서는 72.4 dB의 성능을 확인하였고, 백색 잡음이 인가된 환경에서 DC의 경우는 50.5 dB이고 2ω 주파수에서는 79.5 dB의 성능을 확인하였다. 형광 잡음과 백색 잡음 환경에서2ω 주파수를 통해 미세 신호를 검출하는 경우에 DC에서보다 DR가 각각 28 dB, 29 dB향상되었음을 확인하였다. 본 연구에서는 휴대용 광 바이오 센서 시스템을 위해 신호 잠금 검출 기법을 적용하여 다양한 잡음 환경 하에서 미세 신호를 성공적으로 검출하였다. 또한, 기존의 DC만을 이용한 방법이 아닌 DC 와 2ω 주파수를 상보적으로 이용하여 DR를 크게 향상시켰다. 이는 휴대용 광 바이오 센서뿐만 아니라, 미세 신호 검출이 필요한 다양한 분야의 시스템에 적용하여 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
복지 사회로의 지향과 삶의 질 향상에 대한 높은 관심으로 건강 및 의료 서비스에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 이를 위하여 개인별 건강 상태를 파악하고 대처할 수 있는 휴대용 건강 및 질병 측정 센서 단말기가 요구된다. 휴대용 센서 단말기는 일상생활에서 용이하게 사용되어야 하므로 고감도의 검출 성능뿐만 아니라 외부 영향으로 인한 잡음 신호에 매우 견고해야 한다. 휴대용 바이오 센서 단말기가 갖는 여러 장점에도 불구하고, 측정되는 신호는 내외부의 다양한 잡음을 수반하게 된다. 열 잡음, 산탄 잡음, 1/f 잡음 등의 여러 잡음 속에서 미세한 정보 신호를 검출하기 위해서는 일반적인 필터를 이용하는 방식은 사용할 수 없다. 미세 신호를 검출하기 위한 방법 중 하나로 신호 잠금 검출 기법은 주파수 합성과 필터링 기법을 이용하여 상기의 잡음이 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 신호 잠금 기법을 이용한 휴대용 신호 검출 시스템의 이론적 배경과 원리를 논의하였고, SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 시뮬레이션 결과를 통하여 다양한 잡음 환경에서 효과적으로 미세신호를 검출 할 수 있음을 검증하였다. 시스템의 휴대성 및 이동성을 확보하기 위하여 손바닥 정도의 크기로 신호 잠금 검출 모듈을 구현하여, 미세한 정보 신호를 검출하였다. 또한 기존의 신호 잠금 검출 기법에서 사용하는 핵심 원리인 주파수 합성은 DC와 2ω 성분이 나타나는데, DC 성분을 이용하는 검출 방식에 2ω 주파수 성분을 상보적으로 이용하여 DR를 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제안하였다. 기존의 DC만을 이용한 방법의 한계와 제안한 방식의 차별성을 증명하기 위하여 두 가지 방식에 대하여 잡음 억제 정도의 지표인 DR를 실험적 결과를 통해 비교 분석하였다. DC 성분만을 이용한 경우 PSD의 플리커 잡음에 의해 신호 검출에 한계를 갖게 되어 -63 dBm 이하의 신호는 측정이 불가능함을 실험적으로 보였으며, 반면에 2ω 성분을 이용하는 2ω 주파수 검출 방법은 -88 dB의 입력 신호까지 측정 가능함을 실험적으로 증명하였다. DR의 측정에서도 형광 잡음의 경우 DC출력의 DR는 44.5 dB이고 2ω 주파수에서는 72.4 dB의 성능을 확인하였고, 백색 잡음이 인가된 환경에서 DC의 경우는 50.5 dB이고 2ω 주파수에서는 79.5 dB의 성능을 확인하였다. 형광 잡음과 백색 잡음 환경에서2ω 주파수를 통해 미세 신호를 검출하는 경우에 DC에서보다 DR가 각각 28 dB, 29 dB향상되었음을 확인하였다. 본 연구에서는 휴대용 광 바이오 센서 시스템을 위해 신호 잠금 검출 기법을 적용하여 다양한 잡음 환경 하에서 미세 신호를 성공적으로 검출하였다. 또한, 기존의 DC만을 이용한 방법이 아닌 DC 와 2ω 주파수를 상보적으로 이용하여 DR를 크게 향상시켰다. 이는 휴대용 광 바이오 센서뿐만 아니라, 미세 신호 검출이 필요한 다양한 분야의 시스템에 적용하여 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
Recently, demands for health and medical services have greatly increased as the quality of life is improved and the concern on welfare is expanded. For these reasons, a number of portable biosensors have been required to check the health condition regardless of time and place. Since the portable sen...
Recently, demands for health and medical services have greatly increased as the quality of life is improved and the concern on welfare is expanded. For these reasons, a number of portable biosensors have been required to check the health condition regardless of time and place. Since the portable sensor units should be used easy in daily life, it has to be robust to noise due to the external influences and to possess an ability of highly sensitive detection. Though those sensors have a merit of a handy one, the signals would be measured with intensive background noises. In order to detect a weak signal concealed in intensive background noises such as thermal noise, 1/f noise, and shot noise, it is not a good selection which uses general filtering method. As one of techniques that detect a small signal, the lock-in detection method is able to minimize the effects of these noises using frequency synthesis and filtering technique. A theoretical background and principle were discussed about a portable signal detection system using the lock-in technique. In the various noise environments, it is verified that an effective detecting extremely small signal is possible through the SPICE simulation results. The small information signal is detected by implementing the lock-in module about palm size, in order to obtain the portability and mobility of the circuit system. Also, we proposed a new method that is able to significantly improve the DR using techniques that complementary apply the 2ω frequency of the outputs as well as DC. To verify the limitations of traditional method that uses only DC value and the difference between the existing and proposed methods, the DR that indicates the performance indices against noise suppression were compared with experimental results in two approaches. In the case of the method using only DC value, lock-in module has the minimum detection range of -63 dBm experimentally due to has limitation of signal detection with the influence of PSD 1/f noise. On the other hand, we confirmed the extremely small input signal till -88 dBm experimentally in the signal detection method using 2ω frequency. In case of fluorescent noise, DR of DC is 44.5 dB and that of 2ω equals 72.4 dB. In the circumstance authorized the White noise, DR of DC is 50.5 dB, 2ω is 79.5 dB. In the two noise test, DR of 2ω became higher than DC about 28 dB and 29 dB, respectively. In this work, the small signal is detected successfully under various noise environments that make use of lock-in detection method for portable optical-bio sensor system. DR is greatly improved not only using previously DC method, but also using DC & 2ω frequency complementary. This novel method is expected to be applied to not only optical-bio sensor systems but also various parts of sensor system.
Recently, demands for health and medical services have greatly increased as the quality of life is improved and the concern on welfare is expanded. For these reasons, a number of portable biosensors have been required to check the health condition regardless of time and place. Since the portable sensor units should be used easy in daily life, it has to be robust to noise due to the external influences and to possess an ability of highly sensitive detection. Though those sensors have a merit of a handy one, the signals would be measured with intensive background noises. In order to detect a weak signal concealed in intensive background noises such as thermal noise, 1/f noise, and shot noise, it is not a good selection which uses general filtering method. As one of techniques that detect a small signal, the lock-in detection method is able to minimize the effects of these noises using frequency synthesis and filtering technique. A theoretical background and principle were discussed about a portable signal detection system using the lock-in technique. In the various noise environments, it is verified that an effective detecting extremely small signal is possible through the SPICE simulation results. The small information signal is detected by implementing the lock-in module about palm size, in order to obtain the portability and mobility of the circuit system. Also, we proposed a new method that is able to significantly improve the DR using techniques that complementary apply the 2ω frequency of the outputs as well as DC. To verify the limitations of traditional method that uses only DC value and the difference between the existing and proposed methods, the DR that indicates the performance indices against noise suppression were compared with experimental results in two approaches. In the case of the method using only DC value, lock-in module has the minimum detection range of -63 dBm experimentally due to has limitation of signal detection with the influence of PSD 1/f noise. On the other hand, we confirmed the extremely small input signal till -88 dBm experimentally in the signal detection method using 2ω frequency. In case of fluorescent noise, DR of DC is 44.5 dB and that of 2ω equals 72.4 dB. In the circumstance authorized the White noise, DR of DC is 50.5 dB, 2ω is 79.5 dB. In the two noise test, DR of 2ω became higher than DC about 28 dB and 29 dB, respectively. In this work, the small signal is detected successfully under various noise environments that make use of lock-in detection method for portable optical-bio sensor system. DR is greatly improved not only using previously DC method, but also using DC & 2ω frequency complementary. This novel method is expected to be applied to not only optical-bio sensor systems but also various parts of sensor system.
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