This paper is focused on the measurement and analysis of an atmospheric electric field which is caused by thunderclouds. The electric field due to thunderclouds changes very slowly. For this reason, the extremely low frequency E-field sensor needs to be used for measuring the atmospheric electric field strength. The balloon-carried E-field sensor system with the time constant of 1sec was designed and fabricated. The electric field sensor consists of $100mm{\times}100mm$ copper plate, active integrator, high pass and low pass filters and batteries. The measurements of atmospheric electric fields were made by the balloon-carried E-field sensor and radiosonde, which sends the data back to ground in real time. From the calibration experiments, the response sensitivity of the E-field sensor was 0.154mV/kV/m in the frequency range of less than 1kHz. As a result from the actual experiment of the atmospheric electric field, the electric field signals were observed from the altitude of about 2.5km. Also, as the altitude was increased, the detected electric field wave oscillated with the fluctuation of sensing plate. The proposed method seems suitable for measurements of atmospheric electric fields, because it is inexpensive, simple to use and launch.
We proposed an optical modulator of reflective type to compose the electric field sensor, and theoretically analyzed the performance and characteristics. For the high sensitivity of the sensor, a method to improve the modulation index of the modulator was presented. The electric field sensor using Ti:LiNbO$_{3}$ waveguide was fabricated and qualitatively investigated the characteristics by measuring the low frequency electric field. Even though the sensor showed relatively low modulation index, the electric filed strength of 10$^{-2}$V/m was measured. The experimental results revealed the utilities of this type electric field sensor.
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.
The characteristics of a photonic crystal fiber sensor with reuleaux triangle are studied by using the finite element method. The wavelength sensitivity of the designed optical fiber sensor is related to the arc radius of the reuleaux triangle. Whether the core area is solid or liquid as well as the refractive index of the liquid core contributes to wavelength sensitivity. The simulation results show that larger arc radius leads to higher sensitivity. The sensitivity can be improved by introducing a liquid core, and higher wavelength sensitivity can be achieved with a lower refractive index liquid core. In addition, the specific channel plated with gold film is polished and then analyte is deposited on the film surface, in which case the position of the resonance peak is the same as that of the complete photonic crystal fiber with three analyte channels being filled with analyte. This means that filling process becomes convenient with equivalent performance of designed sensor. The maximum wavelength sensitivity of the sensor is 10200 nm/RIU and the resolution is $9.8{\times}10^{-6}RIU$.
Objective: The purpose of this study was to develop a stretchable joint motion sensor that is based on silver nano-particle. Through this sensor, it can be utilized as an equipment for rehabilitation and analyze joint movement. Method: In this study, precursor solution was created, after that, nozel printer (Musashi, Image master 350PC) was used to print on a circuit board. Sourcemeter (Keithley, Keithley-2450) was used in order to evaluate changes of electric resistance as the sensor stretches. In addition, the sensor was attached on center of a knee joint to 2 male adults, and performed knee flexion-extension in order to evaluate accurate analysis; 3 infrared cameras (100 Hz, Motion Master 100, Visol Inc., Korea) were also used to analyze three dimensional movement. Descriptive statistics were suggested for comparing each accuracy of measurement variables of joint motions with the sensor and 3D motions. Results: The change of electric resistance of the sensor indicated multiple of 30 times from initial value in 50% of elongation and the value of electric resistance were distinctively classified by following 10%, 20%, 30%, 40% of elongation respectively. Through using the sensor and 3D camera to analyze movement variable, it showed a resistance of 99% in a knee joint extension, whereas, it indicated about 80% in flexion phase. Conclusion: In this research, the stretchable joint motion sensor was created based on silver nanoparticle that has high conductivity. If the sensor stretches, the distance between nanoparticles recede which lead gradual disconnection of an electric circuit and to have increment of electric resistance. Through evaluating angle of knee joints with observation of sensor's electric resistance, it showed similar a result and propensity from 3D motion analysis. However, unstable electric resistance of the stretchable sensor was observed when it stretches to maximum length, or went through numerous joint movements. Therefore, the sensor need complement that requires stability when it comes to measuring motions in any condition.
For measuring the transient electromagnetic fields and related quantities created by disconnector operations in GIS, one needs the wide bandwidth sensors with simple transfer functions. This paper describes a new developed electric field sensor to measure the very fast transient electric fields and voltages, and the measuring principle, design and construction of planar electric field sensor are described. A calibration and/or correction technique of the sensor is investigated which enables an accurate determination of the sensor response to the time-changing electric fields. As a consequence, the low voltage calibrations certify that a rise time of 1.7 [ns] is achieved for the planar electric field sensor and a total bandwidth extending from several Hz to 200 MHz for the measuring system which presents the constant division ratio as a function of frequency.
A single body type of fiber-optic current and voltae sensor using a rare earth doped YIG and a bismuth silicon oxide single crystsl is proposed, which is used for simultaneous measurement of the AC electric current and AC electric voltage over the trasmission lines. Experimental results showed that the fiber-optic current sensor has the maximum 7.5% error within the current range of 0A to 400A, and the fiber-optic voltage sensor has the maximum 0.87% error within the current range of 0V to 400V. The output waveforms of proposed fiber-optic sensor system has a good agreement with output waveforms of conductor current and voltage. Experimental results proved that the output of fiber-optic current sensor is not affected by the electric voltage applied to the fiber-optic voltage sensor, and also, that the output of fiber-optic voltage sensor is not affected by the electric current applied to the fiber-optic current sensor.
For the measurement of time-varying electric fields and related quantities, a field sensor should be sensitive to the field to be measured, and also designed having an accurate transfer function. In this paper, a theoretical model which adequately describes the operation principle and design of the sensor is presented. A calibration and/or correction technique of the sensor is also studied which enables a precise determination of the response of the sensor to an electric field. As a result, the developed electric field sensor and measuring system are known to be accurate within a bandwidth from a few Hz to 200 MHz. It is found that the sensor can be used directly in the measurement of very fast transient voltages and time-varying electric fields occurring during disconnector operations in a gas-insulated substation. It may be useful also for the study on the electromagnetic environmental parameters.
Based on the linear electro-optic (EO) effect of lithium niobite (LiNbO3, LN) crystal, an intense two-dimensional (2D) electric field sensor was analyzed, fabricated and experimentally demonstrated. The linear polarized light beam transmits along the optical axis (z-axis) of the LN crystal, and the polarization direction of the polarized light is 45° to the y-axis. The sensor can detect the intensity of a 2D electric field that is perpendicular to the z-axis. Experimental results demonstrated that the minimum detectable electric field of the sensor is 10.5 kV/m. The maximum detected electric field of the sensor is larger than 178.9 kV/m. The sensitivity of the sensor is 0.444 mV/(kV·m-1). The variation of the sensitivity is within ±0.16 dB when the sensor is rotated around a z-axis from 0° to 360°. The variation of the sensor output optical power is within ±1.4 dB during temperature change from 19 ℃ to 26 ℃ in a day (from 7:00 AM to 23:00 PM) and temperature change from 0 ℃ to 40 ℃ in a controllable temperature chamber. All theoretical and experimental results revealed that the fabricated sensor provides technology for the direct detection of intense 2D electric fields.
This paper proposes a method to calibrate the electrode misplacement in underwater electric field sensor arrays (EFSAs) for accurate measurements of underwater electric field signatures. The electrode misplacement of an EFSA was estimated by measuring the electric field signatures generated by a known electric source and by comparing the measurements with the theoretical calculations under similar measurement conditions. When the EFSA measured the electric field signatures induced by an unknown electric source, the electric properties of the unknown electric source were approximated by considering the optimized estimation of the electrode misplacement of the EFSA. Finally, the measured electric field signatures were calibrated by calculating the theoretical electric field signatures to be measured with an ideally installed EFSA without electrode misplacement; the approximated electric properties of the unknown electric source were also taken into account. Simulations were conducted to test the proposed calibration method. The results showed that the electrode misplacement could be estimated. Further, the electric field measurements and the electric field-based localization of underwater vessels became more accurate after the application of the proposed calibration method. The proposed method will contribute to applications such as the detection and localization of underwater electric sources, which require accurate measurements of underwater electric field signatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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