초록 ▼

본 연구에서는 850nm의 중심파장에서 발진하는 적외선 LED(light emitting diode)의 송신 방향에서 10도 각도의 후방산란신호를 획득하는, 송수신부 일체형의 안개감지기를 제작함으로써 소형, 경량화를 달성하였다. 광학계는 사용파장 영역에서 무반사코팅이 되어 광신호의 손실을 최소화하였으며, 신호처리를 담당하는 전장 회로들도 송수신 광학계에 최적화 되도록 배치하였다. 하우징은 방수/방진 구조와 -40 ~ 85도에서 동작함으로써 야외동작에 이상이 없도록 하였으며, 크기는 190x190x130mm(가로 x 세로 x 높이)이

본 연구에서는 850nm의 중심파장에서 발진하는 적외선 LED(light emitting diode)의 송신 방향에서 10도 각도의 후방산란신호를 획득하는, 송수신부 일체형의 안개감지기를 제작함으로써 소형, 경량화를 달성하였다. 광학계는 사용파장 영역에서 무반사코팅이 되어 광신호의 손실을 최소화하였으며, 신호처리를 담당하는 전장 회로들도 송수신 광학계에 최적화 되도록 배치하였다. 하우징은 방수/방진 구조와 -40 ~ 85도에서 동작함으로써 야외동작에 이상이 없도록 하였으며, 크기는 190x190x130mm(가로 x 세로 x 높이)이고, 중량은 2.5kg이다. 또한, 외부 입출력 통신을 통해 관측값을 전송하고, 온습도계와 같은 주변 기기와 연계할 수 있어서 안개 분석의 정확도를 향상할 수 있게 하였다. 물현상인 박무와 먼지현상인 연무의 구분은 상대습도를 기준으로 75%미만은 연무, 그 이상은 박무로 판단하는 알고리즘을 채용하여, 정상, 박무, 연무, 안개, 짙은안개의 총 5 가지 종류의 시정상태 표출이 가능하다. 개발된 시제품은 바이살라(Vaisala)사의 PWD22 시정계와 당사가 개발한 이종광원융합형 시정현천계와도 비교하여 평가하였으며, 5개의 시제품을 제작하여 상호간의 관측 특성을 비교한 결과, 개발된 안개감지기에 의해 시정 20km까지 안정적인 측정이 가능했으며, 다양한 시정조건에서 PWD22와 매우 유사한 관측결과를 보여 주어, 안개감지기로서만이 아니라 시정 20km까지 측정하는 시정계로 사용할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼

The fog is weather phenomenon of visibility less than 1 km and gives a significant impact on traffic safety, distribution, and crops. Dense Monitoring Network is needed because of fog's strong local distribution characteristics, in order to correct observed and forecast. For this, the compact (small

The fog is weather phenomenon of visibility less than 1 km and gives a significant impact on traffic safety, distribution, and crops. Dense Monitoring Network is needed because of fog's strong local distribution characteristics, in order to correct observed and forecast. For this, the compact (small and light-weight) designed optical fog detector (fog sensor) is developed to obtain a backward-scattered signal. Optical scattering in fog particle and fine dust of atmospheric has Mie-scattering property. And scattering efficiency is different according to the type and shape of the particles. And, the forward-scattering method employed a commercially available system because of the forward-scattering in general in an amount much larger than the amount of backward-scattering. However, it is difficult to minimize because of separation of transmitter and receiver of forward-scattering method.
The purpose of this study is to achieve a compact (small and light-weight) by making the fog sensor in the transceiver integrated on 1 body to obtain backward-scattering signals of the 10 degrees angle in the transmission direction of the infrared LED (Light Emitting Diode) which oscillates at a center wavelength of 850nm. The optical system is designed for minimized optical loss using anti-reflective coating from the wavelength region, and also electronic circuit which is responsible for signal processing in optical transceiver system is arranged optimally.
The external housing which has a purpose for outdoor observation has waterproof and dustproof structure, and operates at -40 to 85℃ conditions. Size of the external housing is 190 X 190 X 130mm, and the weight is 2.5 kg. Also, the observed data are transmitted through the external input and output communication, and it is improved the accuracy of the fog analysis in connection with additional devices, such as Thermo-hydrometer. Distinction of Mist which is water based phenomenon, and Haze which is particle based phenomenon is based on the relative humidity. And the algorithm that less than 75% humidity is Haze, and more than 75% is Mist, is employed to determine properties of fog. Through the algorithm, it is possible to express five visibility states such as Normal, Mist, Haze, Fog, and Heavy Fog. In addition, visibility of developed prototypes is evaluated by comparing with PWD22 of VAISALA's visibility meter and DWPS of EN3's visibility meter. By comparing observing properties among five prototypes, we examined stability of developed prototypes. In comparison with results, the corrective observation is possible up to 20km stably. And observations have shown a very similar PWD22 in various municipal conditions.
Through above, it is confirmed that it can be used not only for sensor but also visibility meter measuring up to 20km. Furthermore, through optimization of the optical and electronic mechanism, more compact design can be possible, and refining algorithm exquisitely can provide a variety of weather information. Additionally, it can be globally competitive fog sensor in the foreseeable future.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 10
• 목 차 ... 14
• 표 목 차 ... 18
• 그 림 목 차 ... 19
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 22
• 제 1 절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 22
• 제 2 절 연구범위 ... 23
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 제 1 절 국외 기술개발 현황 ... 25
• 제 2 절 국내 기술개발 현황 ... 27
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 30
• 제 1 절 에어러솔의 광산란 특성 ... 30
• 제 2 절 적외선 송수신 광학계 개발 ... 33
• 제 3 절 미세신호 획득 및 처리회로 개발 ... 47
• 제 4 절 시정계산 및 안개 구분 알고리즘 개발 ... 68
• 제 5 절 야외동작을 위한 하우징 개발 ... 72
• 제 6 절 데이터 전송 및 기기제어 통합 펌웨어 개발 ... 79
• 제 7 절 현장 비교 실험 ... 89
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 107
• 제 1 절 연구개발목표의 달성도 ... 107
• 제 2 절 기술발전에의 기여도 ... 110
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 111
• 제 1 절 추가연구의 필요성 ... 111
• 제 2 절 추가 연구 계획 ... 112
• 제 3 절 기업화 추진방안 ... 113
• 제 6 장 참고문헌 ... 115
• 별첨 – 회로도 ... 116
• 1. 아날로그 회로도 ... 116
• 2. 디지털 회로도 ... 125
• 끝페이지 ... 126