최근 광섬유 센서기술의 수요는 전 산업분야에 걸쳐 높아지고 있으며, 이에 비례하여 기업 간, 국가 간 경쟁이 첨예화되고 있다. 또한 소형화, 경량화, 고성능화 센서에 대한 요구도 높아지고 있어 종래의 각종 센서들의 형태와 개선을 위한 연구개발이 매우 활발하게 전개되고 있으므로 이를 대체할 수 있는 광섬유 센서의 수요가 급격히 늘어날 전망이다. 기존 침입자 감지 시스템은 태풍, 낙뢰, 폭설, 폭우 등의 기상변화나 지반 흔들림, 통행차량 진동 및 전자기 간섭 등에 영향을 받아 오작동, 오경보가 빈번히 발생된다. 이러한 문제의 해결책으로 광섬유 센서 케이블을 이용한 시스템이 대안으로 부각되고 있다. 현재 국내에서 군부대, 공항을 중심으로 펜스와 휴전선 철책에 힘입자 감지를 위하여 도입되고 있다. 광섬유 센서 케이블을 사용하는 광망경비시스템은 광섬유 센서 케이블을 그물망 형태(광망)로 만들어 경계 지역에 설치된다. 광망경비시스템의 원리는 광섬유에 광펄스를 입사시켜 순환시키는데 침입자가 광망을 절단하거나 외력을 가할 경우 발생되는 레일리 산란에 기인하는 후방산란과 접속점과 파단점에서 생기는 반사광을 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)로 검출하여 침입상황 및 침입위치를 탐지한다. 그러나 이러한 침입자 감지를 위한 광망경비시스템의 핵심부품인 광섬유 센서 케이블은 기존에 전량 해외수입에 의존하고 있는 실정이며, 지금까지 국내에서 생산하기 위한 제작 기술과 노하우가 초보단계에 머물러 있다. 이러한 광섬유 센서 케이블 제작에 있어서 중요한 부분이 패키징 기술이라 할 수 있다. 이는 광섬유 센서를 일반적인 피복 구조로 패키징하게 되면, 센서 고유의 특성이 패키징 과정과 운반과정, 포설과정에서 변하게 되고 센서로써의 신뢰성이 크게 저하된다. 본 연구에서는 힘입자 감지용 광섬유 센서 케이블의 설계와 제작을 위한 제조공법을 확립하고, 이를 이용해 제작된 광섬유 센서 케이블의 신뢰성 특성을 평가하였다. 설계 제작된 광섬유 센서 케이블의 구조는 멀티모드광섬유(MMF) 에 0.9 mm Tight buffer를 코팅하고, 광심선 주위에 아라미드 얀을 삽입시킨 후 고문자 수지를 적용하여 외부 피복 (jacket)을 하였다. 제작된 광섬유 센서 케이블의 외경 측정결과 기준치 ($2.95\;{\pm}\;0.03$ mm)를 모두 만족하였고, 850 nm 파장에서의 광 손실 측정 결과 4.0 dB/km 이하였다. 또한 주요 항목의 신뢰성 특성 시험결과, 인장강도는 8~10 kg의 인장력을 갖으며 온도순환시험 ($-30^{\circ}C\;{\sim}\;+75^{\circ}C$)에서의 광 손실은 0.6 dB 이하로 나타나 침입자 감지용 광섬유 센서 케이블로 적합함을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 자기저항 센서를 이용하여 자율주행 시스템에서 필요로 하는 자석의 종류에 따른 자계의 특성을 분석하였다 분석결과 거리에 따라 자계의 특성이 변화하고, 자석에 근접할수록 자계의 변화가 급격하게 나타난다. 센서가 자석에서 멀어질수록 지자계의 값에 가까워진다 또한 페라이트자석 보다 네오디뮴 자석의 자계특성이 우수함을 보였다.
본 논문에서는 케이블 내전압 시험 및 부분 방전 측정 시험에 사용될 수 있는 전구 차단 장치의 차단 기준에 큰 영향을 미치는 케이블 부분방전 센서의 특성에 관한 연구를 수행하였다. 특히, 부분방전 발생시 부분방전 발생 위치를 보다 정확하게 판별할 수 있는 센서의 종류 및 구조를 주파수 특성과 시간 특성을 함께 측정한 결과를 보고한다.
수용액에서 자당의 농도 변화를 감지하기 위한 센서개발을 목적으로 하여, 금박막을 센서칩으로 사용한 SPR(surface plasmon resonance) 센서시스템을 구성하였다. 센서칩 제작시 금박막의 특성조건은 SPR 현상에 매우 큰 영향을 미치므로, 센서 제작의 최적화를 위해 특성을 분석하여 두께 약 $545\;{\AA}$, 표면 평균 거칠기 약 $3\;{\AA}$이 되도록 균일하게 제작하였다. 이렇게 제작된 금박막 센서칩의 공명각은 $43.75^{\circ}$ 이었으며, $0{\sim}40\;wt%$ 농도의 자당 수용액을 측정한 결과 기존의 알려진 자당 센서에 비해 빠른 응답특성과 선형적인 공명특성을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 광기전력 효과를 이용한 적외선 센서(SHARP사의 GP2D12)모듈의 거리에 따른 센서의 감도와 물체와 센서가 이루는 각도의 변화에 대한 센서의 감도를 측정하여 측정된 센서값을 블루투스를 이용해서 근거리에 있는 PC로 전송하고 전송된 값을 프로그램에 의하여 분석하였다. 분석한 결과 적외선 센서의 특성을 프로세서에서 바로 측정하였을 때와 측정된 값을 블루투스 통신을 이용하여 전송하였을 때 비교 값에 차이를 나타내지 않았다. 따라서 블루투스를 이용하여 100m이내의 근거리에 있는 물체를 적외선 센서로 측정 할 수 있음을 알 수 있었다.
전자계계측 센서를 구성하기에 편리한 반사간섭형 광변조기를 제안하고, 그 동작원리와 기본특성을 이론적으로 해석하였다. 센서의 고감도화를 위하여 반사간섭형광변조기의 변조도 개선방법을 제시하였으며, $LiNbO_3$ 기판으로 반사간섭형 광변조기를 제작하여 센서를 구성하고, 저주파 전자계 측정실험을 실시하여 센서의 정성적 특성을 평가하였다. 실험에서 5% 정도의 낮은 변조도에서도 5 V/cm 의 계측결과를 얻어 전계계측센서로서 활용 가능성을 확인하였다.
전장 지역에서 각종 전술정보를 실시간으로 수집할 수 있는 센서기반의 감시체계인 감시정찰 센서네트워크는 Sensor-to-Shooter 개념의 네트워크 중심전 환경에서 핵심 역할을 수행한다. 그러나 네트워크를 구성하는 센서노드들의 자원제약적 특성과 무선통신 사용 등 센서네트워크 자체의 특성으로 인해 감시정찰 센서네트워크는 일반 네트워크에 비해 보안이 취약해 질 수 있다. 이에 본 논문에서는 감시정찰 센서네트워크 운용 간 기밀성, 무결성, 가용성 및 인증 등을 보장하기 위한 기반이 되는 그룹 키 관리 기법을 제안한다. 제안된 키 관리 기법은 감시정찰 센서네트워크의 토폴로지 특성과 확률론적 키 공유를 기반으로 그룹 키를 생성하고 분배하며, 그룹 키분배에 소요되는 통신 비용은 O(logn)이다.
본 연구는 마이크로 스펙트로미터 적외선 센서용으로 thermopile 소자 구조를 이용하여 설계, 제작되어 특성을 평가하였다. MEMS 공정기술을 이용하여 열적 고립 구조를 갖는 Low-stress SiNx 멤브레인상에서 마이크로 thermopile 적외선 센서를 제작하고 특성을 평가하였다. 마이크로 thermopile 적외선 센서를 측정한 결과 열전대 길이, 개수, 멤브레인 넓이에 기전력이 비례하여 출력되고 열전대 물질의 선폭에는 반비례하는 것으로 나타났다. 5가지 요소를 독립적으로 변화시켜 측정한 결과 마이크로 thermopile 적외선 센서는 멤브레인 넓이가 다른 요소에 비해 더 큰 영향을 미쳤다. 이러한 결과로 미루어 본 연구에서 제작된 마이크로 thermopile 적외선 센서는 마이크로 스펙트로미터용 적외선 센서로서 활용이 가능할 것으로 생각되었다.
기존 보를 활용하여 유량측정에 이용하는 방법은 보의 통제 특성을 이용한 것이다. 유량과 수위를 병행 측정하여 얻은 자료를 활용해 수위-유량관계를 개발하는 것이다. 이 방법은 간단하면서도 정확도가 높은 방법이다. 수위-유량관계가 개발되면 별도의 측정을 수행할 필요 없이 수위계 측정값으로 유량이 계산되기 때문이다. 물론 주기적인 수위-유량관계 검증은 반드시 필요하다. 이런 수위-유량관계를 이용한 기존 보 활용은 매우 유용한 방법 중 하나이다. 하지만 이런 기존 보를 활용해 유량을 계산하는 방법은 몇 가지 단점을 포함한다. 첫째, 통제 특성을 이용하는 모든 측정 구조물은 측정한계 조건이 있다. 즉, 보 마루에 한계류가 발생하지 않는 수위 이상으로 높아지면 보의 통제 특성이 소멸되고 수위-유량관계나 유량공식은 의미가 없어진다. 둘째, 유량측정 구조물의 가장 큰 문제점 중 하나가 토사퇴적이다. 특히 기존 보의 경우 토사가 퇴적되면 보 상류의 저류용량이 줄어 보의 통제 기능을 상실하게 된다. 이런 문제점들을 해결하기 위해 보마루를 높인다거나 정기적인 준설을 하는 방법이 있다. 장기적인 변화에 대응하는 것이지만 이런 조치는 임시방편일 뿐이다. 이런 문제를 해결하기 위해 연구하게 된 방법이 보마루에서 직접 유속측정을 하는 것이다. 그리하면 통제특성을 이용한 수위-유량관계가 필요 없게 된다. 이때 보마루에서 직접 유속측정을 하기 위해서 유속측정 센서를 이용한다. 유속측정센서는 도플러방식을 이용한 초음파 유속센서로써 uplooking 방식으로 보마루에 고정시켜 이용한다. 이런 센서는 관수로에서 유량을 측정하기 위해 많이 사용되고 있다. 본 연구를 위해 초음파 센서를 이용해 실험 수로에서 유속측정과 유량환산 결과를 비교해 보았고 실제 시험하천에서도 설치하여 적용해 보았다. 보마루라는 안정된 단면을 이용하여 유속을 직접 측정하는 방법은 앞서 언급했던 수위-유량관계를 이용한 기존 보 활용법상 단점도 극복할 수 있다. 즉 통제 특성과는 관계없이 측정할 수 있는 수심 범위에만 들어가게 되면 항상 측정이 가능하고 상류의 토사퇴적에도 영향을 전혀 받지 않는다. 설치한 후 센서가 파손되지 않고 관리만 잘 된다면 유량측정시 편리하고 정확하게 결과를 얻을 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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