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특정 물질 검출을 위한 비 접촉식 마이크로웨이브 센서
A Contactless Microwave Sensor for Detection of particular Materials 원문보기

한국인터넷방송통신학회 논문지 = The journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, v.12 no.4, 2012년, pp.1 - 6  

기현철 (가천대학교 전자공학과)

초록
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전자기파와 반응하는 주파수가 너무 높아 기존의 UWB 센서로 검출하기 어려운 공기 중의 특정 물질 입자를 검출하기위한 마이크로웨이브 센서 구조를 제시하고 실험 제작하였다. 10GHz의 상향주파수로 공기 중의 수분입자를 검출하는 실험 결과 수분입자의 유무에 따라 75%의 검출 신호 크기의 변화가 발생함을 확인하였다. 이는 다른 물질을 검출하는 데도 같은 방법이 적용될 수 있으므로 수십 GHz이상의 높은 주파수 대역에서 특정 물질을 검출하기에 유용한 구조가 될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We suggested a microwave sensor structure and fabricated experimentally to detect particular particles in the air which are difficult to detect using conventional UWB sensors because their reaction frequencies to electromagnetic waves are too high. In the experiment to detect water particles in the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 아직 초광대역 유사 잡음 코드 발생기가 상용화되어 있지 못하고, 초고속 ADC도 매우 고가이므로 초 광대역을 구현함에 있어 현실적인 한계가 따르게 된다. 따라서 본 연구에서는 초 광대역의 유사 잡음 코드 대신 좁은 대역의 구형파를 사용하였으며, 이 구형파 신호를 상향변환 하여 반응시킨 후 다시 하향변환 하여 그 반응 결과를 분석하고자 한다.
  • 본 실험에서 확인하고자하는 것 중 가장 중요한 것은 저주파 대역의 테스트 신호를 특정 물질이 반응할 수 있는 주파수 대역까지 상향변환 하여 반응시킨 후 다시 하향변환 하였을 때 그 반응 결과가 제대로 남아있어 특정 물질 검출에 활용할 수 있는지를 확인하는 것이다. 따라서 애초 설계한 그림 1의 마이크로웨이브 센서 구조에서 위의 목적에 지장을 주지 않는 범위 내에서 회로를 개조하여 단순화함으로써 실험용 프로토타입 제작에서 발생할 수 있는 현실적 어려움을 피하고자 하였다. 즉, 아직 초광대역 유사 잡음 코드 발생기가 상용화되어 있지 못하고, 초고속 ADC도 매우 고가이므로 초 광대역을 구현함에 있어 현실적인 한계가 따르게 된다.
  • 따라서 상관 기술은 마이크로웨이브 센서의 저가격과 소형화로 광범위한 응용을 가능하게 할 기술이라 할 수 있다. 본 논문에서는 상관 기술을 근간으로 공기 중에 있는 특정 물질의 입자를 검출하기 위한 마이크로웨이브 센서의 구조에 대해 연구한다.
  • 이러한 방법은 무선으로 비 접촉식 측정이 가능하고 사용이 간편하며 연속적이고 빠른 측정이 가능하다는 장점을 갖는다. 본 논문에서는 화력발전소에서 불완전 연소로 인한 탄소 입자의 유무 및 농도를 마이크로웨이브를 이용하여 비 접촉식으로 측정하기위한 센서를 구현하기 위해 센서구조와 측정방식에 대한 연구를 한다. 그러나 측정 대상은 탄소 입자에 국한하지 않고 다양한 물질의 입자들에 대해서도 적용될 수 있도록 한다.
  • 본 실험에서 확인하고자하는 것 중 가장 중요한 것은 저주파 대역의 테스트 신호를 특정 물질이 반응할 수 있는 주파수 대역까지 상향변환 하여 반응시킨 후 다시 하향변환 하였을 때 그 반응 결과가 제대로 남아있어 특정 물질 검출에 활용할 수 있는지를 확인하는 것이다. 따라서 애초 설계한 그림 1의 마이크로웨이브 센서 구조에서 위의 목적에 지장을 주지 않는 범위 내에서 회로를 개조하여 단순화함으로써 실험용 프로토타입 제작에서 발생할 수 있는 현실적 어려움을 피하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
UWB 기술은 어떻게 분류되는가? 따라서 물질 검출 센서로서 UWB파의 사용이 확대되고 있다. UWB 기술은 사인파 기술(sine wave technique), 임펄스 기술(impulse technique) 및 상관 기술(correlation technique)로 분류된다[1].
마이크로웨이브가 특정물질과 반응하는 특성을 분석함으로써 특정 물질의 성분이나 유무를 찾아내는 방법은 어떠한 장점을 갖는가? 전자기파인 마이크로웨이브(microwave)가 특정물질과 반응하는 특성을 분석함으로써 특정 물질의 성분이나 유무를 찾아 낼 수 있다. 이러한 방법은 무선으로 비 접촉식 측정이 가능하고 사용이 간편하며 연속적이고 빠른 측정이 가능하다는 장점을 갖는다. 본 논문에서는 화력발전소에서 불완전 연소로 인한 탄소 입자의 유무 및 농도를 마이크로웨이브를 이용하여 비 접촉식으로 측정하기위한 센서를 구현하기 위해 센서구조와 측정방식에 대한 연구를 한다.
사인파 기술의 원리는 무엇인가? 사인파 기술은 주파수를 서서히 변화시키면서 측정 대상 물질에 사인파를 인가하고 물질과 반응한 파를 수신하여 그 특성을 분석함으로써 특정 물질을 감지한다. 각 주파수 점에서 감지하므로 협대역 필터를 사용한 잡음제거가 가능하여 매우 우수한 감도를 얻을 수 있으나 복잡한 주파수 합성기를 필요로 하는 등 복잡하고 집적회로화 하는 것이 어려워 가격경쟁력이 떨어지며 큰 시장을 확보하는 것을 기대하기 어렵다.
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참고문헌 (6)

  1. J. Sachs, J. Dvoracek, A. Schneider, J. Fiiedrich and R. Zetic, "Ultra-Wideband Methods applied for Moisture and Liquid Sensing," 4th International Conference on "Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances", May pp.13-16, 2001. 

  2. J. Sachs, P. Peyerl and M. Robberg, "A New UWB-Principle for Sensor-Array Application," 16th IEEE Instrument and Measurement Technology Conference, pp.1-6, May 1999. 

  3. M. Kmec, R. Herrmann, J. Sachs and P. Peyerl, "A familly of M-Sequence based UWB sensors," 51st Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September pp.11-15, 2006 

  4. M. I. Skolnik, "Introduction to RADAR Systems," 2nd Ed; McGraw-Hill, 1980. 

  5. S. Kim, and J. Ryu,"Design of 24GHz Low Noise Amplifier for Automotive Radar," Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol.10, No.7, pp.41-47, 2012. 

  6. D. Kang, J. Ahn, and S. Son, "Development of Wireless Gantry Loader System," Journal of The Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.12, No.10, pp.42961-4301, 2011. 

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