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제안 방법
- 각 센서의 입력된 데이터는 안정되지 못하고 흔들리므로 여러 개를 입력받아 평균화하는 데이터 안정 알고리즘을 수행하는 디지털 필터처리를 한다. 다음으로 CO2의 농도를 계산하는 알고리즘을 수행하고 계산된 농도를 LED display로 표시한다.
- 본 연구에서는 먼저 실리콘 써모파일센서를 이산화탄소 검출기로 사용하기위한 성능분석에 대한 실험을 수행하였다. 또한 검출기의 성능을 향상시키기 위하여 먼저 광원의 광학공간(optical cavity)에서의 광학경로를 길게 하기 위한 구조를 개발하였으며 이를 효율적으로 이용하기위한 광원의 반사경을 최적으로 개발하여 광로가 검출기의 광학공간에서의 초점을 유지하고 산란되지 않도록 하였다. 아울러 써모파일의 출력신호를 이산화탄소의 농도로 표시하기위한 신호처리회로와 변환 소프트웨어를 개발하여 실용적 응용에 접근을 가하였다.
- 가스검출기를 개발하기 위하여 센서모듈의 광학공간과 최적의 광경로를 구성하여 고안하고 반사경의 구조를 변경하였다. 또한 마이크로프로세서가 탑재된 센서 모듈화를 위하여 신호처리회로와 이의 구동을 위한 소프트웨어를 개발하였다. 본 연구에서 고안한 반사경의 구조변경은 광경로를 연장시켜 기존의 타제품보다 센서감도를 획기적으로 증가 시켰으며 제작 후 실험결과 효율과 응답특성 그리고 온도에 대한 안정성 등에서 우수한 성능을 보였으며 단일체로 실용적 응용이 기대된다.
- 본 연구에서는 먼저 실리콘 써모파일센서를 이산화탄소 검출기로 사용하기위한 성능분석에 대한 실험을 수행하였다. 또한 검출기의 성능을 향상시키기 위하여 먼저 광원의 광학공간(optical cavity)에서의 광학경로를 길게 하기 위한 구조를 개발하였으며 이를 효율적으로 이용하기위한 광원의 반사경을 최적으로 개발하여 광로가 검출기의 광학공간에서의 초점을 유지하고 산란되지 않도록 하였다.
- 증폭기는 써모파일의 출력전압을 A/D 컨버어터의 span범위 내에서 가장 정밀도가 확보되는 이득으로 정하였다. 본 회로에서는 써모파일의 출력을 A/D 입력 full span으로 2V정도로 맟추기 위한 증폭롤 설정하였다. 저역통과기(LPF)의 cutoff frequency 는 10Hz정도로 설계하였으며 이어서 신호는 펄스비분파의 DC레벨 강도로 변환하기 위한 파형정형 회로를 거쳐 A/D converter로 입력된다.
- 서모파일 센서를 이용한 NDIR CO2 가스검출기를 개발하기 위하여 센서모듈의 광학공간과 최적의 광경로를 구성하여 고안하고 반사경의 구조를 변경하였다. 또한 마이크로프로세서가 탑재된 센서 모듈화를 위하여 신호처리회로와 이의 구동을 위한 소프트웨어를 개발하였다.
- 좌측상단의 전원부는 아날로그 시그널 컨디셔닝 회로에 공급되는 아날로그회로용 전원과 A/D컨버어터 이후의 디지털회로와 CPU에 공급되는 디지털회로용 전원이 분리되어 공급되고 램프의 구동 전원도 다른 회로에 영향을 최소한으로 하기위해 따로 분리하여 공급하였다. 시스템의 온도에 대한 안정성을 보장하기 위하여 디지털출력 온습도센서 (GE사의 ChipCap series)로 온도와 습도센서가 같은 chip상에 있고 습도오차 2%RH, 온도오차 0.6℃의 온습도센서를 부착하여 CPU에 입력된 값을 시스템에 보상하는 방식을 구성하였다. 증폭기는 써모파일의 출력전압을 A/D 컨버어터의 span범위 내에서 가장 정밀도가 확보되는 이득으로 정하였다.
- 또한 검출기의 성능을 향상시키기 위하여 먼저 광원의 광학공간(optical cavity)에서의 광학경로를 길게 하기 위한 구조를 개발하였으며 이를 효율적으로 이용하기위한 광원의 반사경을 최적으로 개발하여 광로가 검출기의 광학공간에서의 초점을 유지하고 산란되지 않도록 하였다. 아울러 써모파일의 출력신호를 이산화탄소의 농도로 표시하기위한 신호처리회로와 변환 소프트웨어를 개발하여 실용적 응용에 접근을 가하였다.
- 다음으로 CO2의 농도를 계산하는 알고리즘을 수행하고 계산된 농도를 LED display로 표시한다. 이후 반복 루프를 수행하고 정해진 인터럽트타이밍으로 업데이트된 디스플레이 값을 표시하도록 구성하였다.
- 전원 투입과 동시에 CPU와 센서(온습도센서)의 초기화동작(칩의 데이터입출력세트)을 수행하고 키입력을 대기하고 키입력이 있으면 캘리브레이션모드의 판단하고 센서의 캘리브레이션 동작을 처리한다. 즉, CO2센서의 캘리브레이션 동작 (표준가스 교정작업수행)을 처리할 수 있도록 하였다.
- 6℃의 온습도센서를 부착하여 CPU에 입력된 값을 시스템에 보상하는 방식을 구성하였다. 증폭기는 써모파일의 출력전압을 A/D 컨버어터의 span범위 내에서 가장 정밀도가 확보되는 이득으로 정하였다. 본 회로에서는 써모파일의 출력을 A/D 입력 full span으로 2V정도로 맟추기 위한 증폭롤 설정하였다.
대상 데이터
- A/D converter는 14bit급으로 샘플링 주파수는 100Hz 정도이다. 본 신호처리회로에 사용된 마이크로프로세서는 8bit급 one chip processor (MPC 82G516, 클록주파수 24MHz, Megawin사, Taiwan제)를 사용하였다. 마이크로프로세서는 내부의 소프트웨어의 수행으로 A/D converter에서 받은 데이터를 처리하고 간단한 명령을 입력하기위한 키보드입력과 정보의 표시를 위한 디스플레이출력과 양방향 통신단자를 연결 구동한다.
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