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문제 정의
- 수액 주입 측정 시스템이 실제 사용되는 환경에서는 다양한 외란 요인이 있는데, 기존 수액 주입 감지 커패시터 센서는 정전용량이 적고, 감도가 매우 낮기 때문에 실사용 환경에서 외란으로 오작동할 가능성이 높다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해서 두 도체가 기존 커패시터 센서와 같이 점적통 양측에서 서로 마주하는 것이 아니라 수액 낙하 방향을 따라 일정 간극(G)을 두고 점적통 겉면에 상하로 부착된 것을 특징으로 하는 새로운 구조의 수액 감지 센서를 제안한다. 즉, 제안된 센서는 Fig.
- 본 논문에서는 전기장을 이용한 기존 커패시터 센서의 장점을 제공하면서도 기존 수액 주입 측정 시스템에 제기된 문제점을 극복하여 실사용 환경에서도 우수한 성능과 높은 신뢰성을 제공할 수 있는 새로운 구조의 수액 주입 감지 센서를 제안하고, 그 가능성을 검증한다.
가설 설정
- 3과 같이 두 도체가 점적통의 종축(z축) 방향으로 분리되어 점적통 겉면에 부착된다. 두 도체는 각각 반드시 완전한 링(ring) 형태일 필요가 없지만, 본 논문에서는 도체링(conductor ring)을 사용한다고 가정하고, 또 두 도체링의 높이(H1, H2)도 반드시 동일할 필요가 없지만, 구조를 간단히 하기 위해 두 도체링의 높이가 같다고 가정한다.
- 이때 수액 점적은 이상적인 사용환경을 가정하여 원통형 점적통의 종축(z축) 방향으로 점적통의 중앙으로 자유낙하 하고, 점적의 형태는 완전한 구형으로 유전상수(dielectric constant)가 81인 증류수라 가정하였다. 또, 커패시터 센서 모듈의 중간 지점(H/2)이 점적통 밑면에서 40 mm (윗면에서10 mm) 지점에 위치하도록 센서를 설치하였다고 가정하였으며, 점적이 낙하하여 센서 모듈의 중간 지점(H/2)에 존재하여 감지되는 경우(Cw/ drop)와 점적이 센서 영역에 없는 경우(Cw/o drop)의 정전용량을 각각 도시하였다. 커패시터 센서의 전극 형태를 결정하는 각(θ)이 커지면 전극 면적도 증가하므로 커패시터 센서의 정전용량도 증가하지만, 최대 0.
- 2의 결과를 얻은 조건)에서 전산모의를 통해 정전용량 및 센서 감도 등을 분석하였다. 이 때 제안된 근접 센서를 구성하는 두 도체링의 높이(H1, H2)는 5mm로 동일하다고 가정한 후, 두 도체링 사이의 간극(G)을 변화시키면서 전산모의로 구한 결과를 Fig. 5에 나타내었다. 수액 점적이 낙하하여 근접 센서 모듈의 중간 지점(H/2)에 존재하는 경우(Cdrop)와 그렇지 않은 경우(Cair) 대해 각각 정전용량을 구하고, 두 경우를 비교하여 센서의 감도에 해당하는 정전용량의 변화를 계산하였다.
- 2에 나타내었다. 이때 수액 점적은 이상적인 사용환경을 가정하여 원통형 점적통의 종축(z축) 방향으로 점적통의 중앙으로 자유낙하 하고, 점적의 형태는 완전한 구형으로 유전상수(dielectric constant)가 81인 증류수라 가정하였다. 또, 커패시터 센서 모듈의 중간 지점(H/2)이 점적통 밑면에서 40 mm (윗면에서10 mm) 지점에 위치하도록 센서를 설치하였다고 가정하였으며, 점적이 낙하하여 센서 모듈의 중간 지점(H/2)에 존재하여 감지되는 경우(Cw/ drop)와 점적이 센서 영역에 없는 경우(Cw/o drop)의 정전용량을 각각 도시하였다.
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