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Kafe 바로가기주관연구기관 | 서울시립대학교 Korea Forest Research Institute |
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연구책임자 | 김규식 |
참여연구자 | 김용철 , 오태규 , 김재학 , 우하영 , 권유환 , 김기남 , 차원표 , 이동규 , 이다인 , 윤성하 , 박덕우 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2017-06 |
과제시작연도 | 2016 |
주관부처 | 환경부 Ministry of Environment |
등록번호 | TRKO201800023159 |
과제고유번호 | 1485013691 |
사업명 | 생활공감환경보건기술 |
DB 구축일자 | 2018-06-30 |
키워드 | 라돈 측정기.라돈.와이파이.무선 원거리 통신.보급형.Radon detector.Radon.Wi-Fi.Wireless and long distance communication.Low-end. |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201800023159 |
개발 목적 및 필요성
기 개발된 제품들은 USB를 이용한 유선통신이나 블루투스 같은 근거리 통신으로만 데이터를 전달할 수 있었고 가장 가격이 저렴한 라돈 측정기도 18만원을 호가하여 가격장벽을 높았다. 반도체 센서를 이용하여 기 개발된 제품보다 10% 이상의 가격경쟁력을 갖는 보급형 실시간 자동 라돈 검출기를 구현하고, 유선 및 무선 통신 기능을 추가하여 원거리에서도 데이터를 확인할 수 있도록 구현하며 내구성과 안정성을 만족하도록 한다.
연구개발결과
○ 알파 입자 검출용 반도체 라돈센서 모듈 개발 및 센서부
개발 목적 및 필요성
기 개발된 제품들은 USB를 이용한 유선통신이나 블루투스 같은 근거리 통신으로만 데이터를 전달할 수 있었고 가장 가격이 저렴한 라돈 측정기도 18만원을 호가하여 가격장벽을 높았다. 반도체 센서를 이용하여 기 개발된 제품보다 10% 이상의 가격경쟁력을 갖는 보급형 실시간 자동 라돈 검출기를 구현하고, 유선 및 무선 통신 기능을 추가하여 원거리에서도 데이터를 확인할 수 있도록 구현하며 내구성과 안정성을 만족하도록 한다.
연구개발결과
○ 알파 입자 검출용 반도체 라돈센서 모듈 개발 및 센서부 구현
- 라돈 붕괴 시 발생하는 알파 입자를 탐지하기 위해 보호 유리 커버나 에폭시로 덮이지 않은 반도체 라돈센서부를 구현함
- 라돈 가스의 붕괴로 발생하는 알파입자를 탐지할 때 센서에서 발생하는 출력 신호를 마이크로컨트롤러가 인식하여 처리할 수 있도록 증폭 과정, 필터링 과정, 펄스 변환 과정을 포함한 펄스 변환 회로를 구현함
- 센서가 알파 입자를 탐지할 수 있는 성능을 높이기 위해 센서부의 확산 챔버에 가해주는 고전압 회로를 구현함
○ 라돈 농도 데이터를 처리하는 마이크로컨트롤러 시스템 개발
- 센서부에서 출력되는 펄스를 인식하고 이를 처리하여 메모리에 해당 측정 시간동안의 라돈 농도를 저장할 수 있도록 마이크로컨트롤러 펌웨어 프로그램 구현
- 정밀 라돈 측정기인 RAD7과 실험을 통해 얻은 데이터에 선형 회귀법을 적용하여 교정방정식을 얻고, 이를 펌웨어에 적용해 LCD에 라돈 농도를 Bq/m3 단위로 표시함
- 마이크로컨트롤러 시스템에 센서부, 농도 표시부, 전원부, 고전압 발생부 등을 종합하여 보급형 실시간 자동 라돈 측정기의 구현
○ 유·무선 통신 기능 구현
- USB type A to mini B 케이블과 무료 상용 프로그램을 이용해 측정 초기부터 종료 시까지 라돈 측정기에 저장된 모든 라돈 농도 기록을 PC에서 빠르게 확인가능케 함.
- 라돈 측정기를 주변 무선공유기에 연결하여 와이파이 기능을 통해 라돈 데이터를 특정 서버의 사용자 계정에 전송 가능하도록 펌웨어 구현.
- 주변 무선공유기 데이터 및 사용자 계정 등록은 라돈 측정기의 동작 모드를 변경하여 PC나 스마트폰을 이용해 웹 페이지에서 설정 가능.
- 단기간의 성능 평가를 통해 유 · 무선 통신 기능이 정상적으로 동작함을 확인함
○ 환경부 형식 승인 및 내구성 · 안정성 시험
- KTL에서 주관하는 환경측정기기 성능 시험을 통해 지시오차와 반복성 항목에 대한 결과를 얻고, 국립환경과학원에서 주관하는 환경부 형식승인 절차 진행함.
- L전자 제품 시험 연구소에서 7가지 항목의 내구성, 안정성 시험을 실시하여 RFP에서 제시하는 동작 온도, 습도 등 다양한 내구성 항목 기준을 만족하는지 시험을 통해 확인함.
성능사양 및 기술개발 수준
○ 사양
- 측정 방식 : CMOS 이미지 센서, 핀 포토다이오드 센서
- 제품 크기 : 91 x 169 x 45.6 cm
- 전원 방식 : 18V 310mA AC-DC 어댑터
- 소비 전력 : 최대 5.4W
- 조작 방식 : 5방향 조이스틱
- 케이스 재질 : 흑색 ABS
- 정확도 : < ±10% at 370Bq/m3
- 정밀도 : < ±10% at 370Bq/m3
- 민감도 : 0.0081cpm/Bq/m3 at 370Bq/m3
- 동작 온도 범위 : 0~40℃
- 동작 습도 범위 : < 90% R.H.
- 농도 표시 범위 : 0~37,000 Bq/m3 (0~1,000 pCi/L)
- 데이터 표시 방식 : 20 x 2 캐릭터 LCD
- 데이터 전송 간격 : 1시간
- 데이터 갱신 간격 : 1시간
- 표시 농도 : 현재 이전 12시간의 평균 농도
- 데이터 저장 용량 : 90,000개 데이터 (최대 10년)
○ 기술 개발 수준
- 라돈 측정기 자체의 성능은 타사 라돈 측정기 제품들에 뒤지지 않는 성능을 가지며, USB를 통한 근거리 유선 통신 뿐 아니라, 와이파이 기술을 이용한 원거리 무선 통신 기능을 추가하여 종래의 근거리 통신에 국한되었던 라돈 측정기에 비해 스마트폰이나 PC를 통해 어디서나 쉽게 측정 농도를 확인할 수 있다는 장점이 있다.
활용계획
본 개발 기술은 가정용 보급형 실내 자동 라돈 측정기를 목표로 하여 개발되었다. 따라서 일반 사용자가 원거리에서 실내의 라돈 농도를 확인하고 이에 대처할 수 있으며, 무선통신 기능이 추가되었다는 장점을 활용하여 정부 차원에서 전국 단위의 라돈 실태 조사에서도 시간과 비용을 최소화 하도록 활용 가능하다.
( 출처 : 요약서 4p )
Ⅳ. Results
○ Development results of low end indoor radon measurement technology
- Type of measurement : Silicon semiconductor sensor
- Accuracy : less than ±10%
- Precision : less than ±10%
- Range of measurement : 0.0 ~ 37,000 Bq/m3 (0~1,000 pCi/L)
- Sensitivity : 0.008
Ⅳ. Results
○ Development results of low end indoor radon measurement technology
- Type of measurement : Silicon semiconductor sensor
- Accuracy : less than ±10%
- Precision : less than ±10%
- Range of measurement : 0.0 ~ 37,000 Bq/m3 (0~1,000 pCi/L)
- Sensitivity : 0.0081cpm/Bq/m3 (=0.3cpm/pCi/L)
- Data transmission interval : 1 hour
- Data update interval : 1hour
- Type of concentration : Average concentration before 12 hours (Short term concentration),Average concentration after measurement starts (Long term concentration)
- Data storage capability : a limit of 90,000 data (10 years maximum)
- Time units of measurement : 1 hour
○ Development results of low end indoor radon detector
- Power consumption : It is at most 5.4W. Radon concentration data is sent to users' agent server by Wi-Fi communication and display is updated when radon detector is connected to wireless router(Access Point) around it. Wi-Fi functionality is enabled when radon detector send concentration data to save power consumption. For every hour, power consumption is 2.34W because radon detector measures radon concentration without Wi-Fi functionality and for every 30 seconds, power consumption is 5.4W at most because Wi-Fi functionality works. After radon detector send data, Wi-Fi functionality is disabled to operate sleep mode.
- Control interaction : 5 ways joystick switch. it makes it more convenient for users to choose various menu. Menu components are system menu about radon measurement data, Wi-fi menu about Wi-Fi functionality and test menu about operation test.
- Alarm : When short term concentration is over 148Bq/m3 which is action level, alarm will sound 3 times each hour. Users can enable or disable alarm using alarm on/off menu.
- Digital Display : We implemented that users could confirm various information about operation through 20 x 2 character LCD such as the picture below.
It displays measurement time, state of operation and radon concentration by Bq/m3 unit. Concentration can be showed up after 1 hour of measurement. Before then, '---Bq/m3" will be showed in display. Short term or Long term concentration mark (Sh or Lo), alarm operating mark (O or X) and Wi-Fi operating mark (O or X) will be showed up in area of state. If users enter menu selection mode using the 5 ways joystick switch, menu will be displayed instead of concentration display.
- Operating temperature 0~40 ℃ : We confirmed that operating temperature of the radon detector was 0~40℃.
- Data storage capability : 90,000 radon concentration data could be saved. It is corresponded to 10 years data. Users can print data in memory using USB wired communication with PC.
- Wired and wireless communication capability to monitor radon concentration : Wired communication is not suitable for monitoring since it is used to just print saved data. Instead, we made radon detector to send data every hour that radon concentration was updated to users' agent server using wireless router which was saved in radon detector by adding Wi-Fi functionality. Users can check the record of data through graph in web server for easier viewing and download data in *.CSV file format to confirm offline. Users access the web page and monitors in remote places through web browser installed on PC or smartphone. In case of smartphone, users could do this using application. When users turn on the smartphone, they can confirm radon concentration data measured on start screen if they set the widget. Smartphone can alarm when radon concentration is higher than setting value such as action level of radon concentration though users are far away from radon detector.
- 10% cheaper price comparing with commercial radon counters : The implemented radon counter will be sold in 120,000 won. It is 31% cheaper than commercial radon counters which were sold in 180,000 won. In addition, the similar type of products can't show record of radon concentration due to no any communication functionality and the first display of concentration data would be showed up in 48 hours after the measurement began. It is too late to check what the concentration is. Because the concentration which is showed by a similar type of product is 7 days average, users can't trust that the figure is exact. On the other hand, this implemented device show results on 1 hour after measurement started and error is less than 10% after 12 hours. Through wired and wireless communication, users can print radon concentration data from device to PC or other peripherals. Although various functions such as real time monitoring of radon concentration change using web browser or widget application on smartphone are added, price of implemented radon detector is less than other one.
○ Performance test
- Satisfy the type approval program offered by the Minister of Environment through KTL Performance test : To verify reliability for the implemented radon detector, we are proceeding the type approval program offered by the Minister of Environment and KTL which is one of designated test agencies. At first, radon detector in a double chamber measure consistent radon concentration for 24 hours. Secondly, it operates out of a double chamber for 7 days. Finally, it measures consistent radon concentration for 24 hours in a double chamber again. On two-time test in double chamber, we would have eligible chance to require type approval program if accuracy and precision of radon detector is within 10%. The latter 12 data is used to evaluate accuracy and precision each measurement.
- State goal for both durability and stability : We checked range of operation in terms of temperature, humidity and so on. As RFP proposed, operating temperature range is 0~4 0℃. We evaluate durability and stability which means how long they resist through shock-resisting property, heat-resisting property, cold-resisting property, moisture-resisting property, thermal shock test, recursive cold and heat test and so on.
( 출처 : SUMMARY 20p )
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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