High precision sensing is very important in various technologies. Especially, it is more important when it were applied to nano/micro meter level's sensing like AFM, storage, etc. And capacitive sensing is widely used method. To improve the measurement efficiency, many signal conditioners were studied and one of them was surface acoustic wave (SAW) device. SAW device is very widely used as a high frequency bandwidth filter. Due to the reflective characteristic of high frequency, the response of SAW device contains both propagative and reflective signal at the external impedance. In this paper, we used SAW device as signal conditioner of capacitive sensor. And high precision gap measurement was executed using capacitive load. Reference signal was reflective SAW response and the magnitude at the center frequency of SAW device by the change of impedance was checked. Finally, the attainable gap resolution was determined.
현재 SAW 센서는 많은 발전을 해왔고 온도나 압력용 SAW 센서를 저전력, 고속 신호 처리로 하기 위해서는 TDS(Time Domain Sampling) 방식을 이용한 리더기 플랫폼이 필요하다. 이러한 리더기를 제작하기 위해서는 SAW 센서의 표준 응답신호와의 변화된 응답시간과의 짧은 시간차를 측정하기 위해 고속의 타이머가 필요하게 된다. 여기서 제안하는 플랫폼은 SAW 센서에 신호를 받아서 비교기로 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하여 그 전환된 신호를 타이머 모듈에서 읽어 들여 신호들의 시간차를 측정하여 표시하여 나노초(Nano Second) 단위의 시간을 측정하는 방법을 제안 하고자 한다.
본 논문은 SAW태그를 이용하여 환자의 위치를 파악하고, 바이오 센서를 활용하여 재택환자의 상태를 집안의 사람들에게 쉽게 전달하며, 위급상황에 대처가능한 시스템의 개발에 관한 것이다. 일반적으로 집안에서 환자가 가장 많이 다치는 장소는 화장실이고, 개인의 프라이버시가 지켜져야 하는 점과 환자의 상태를 확인하고 위급시 대처해야 하는 부분이 첨예하게 대립하는 지점이므로, 개인의 프라이버시를 지키면서 재택환자의 상태를 모니터링가능한 방법을 고안하였고, 관련 시스템을 제안한다. 또한 SAW 태그를 이용하여 사용자의 위치도 확인가능한 위치 확인 시스템도 연동할 수 있도록 제안하였다. SAW태그는 송신기에서 오는 전파를 그대로 전송하며 자신의 고유 아이디를 전달할 수 있어 3차원 위치 측정에 유용하고, 이를 사용자의 의복에 부착할 경우 입체적인 위치를 측정할 수 있어 생체신호와 같이 정보를 전달할 경우 요양원 같이 많은 환자를 관리하는 종합적인 환자관리 시스템으로 활용이 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 상기의 상태 및 위치 측정 시스템을 구현하여 정상적으로 구동되는 것을 확인하였다.
Surface acoustic wave (SAW) device is widely used as a bandpass filter, a chemical or physical sensor, and an actuator. In this paper, we propose the capacitive gap measurement system with high precision through the signal processing using SAW device. The research process is mainly composed of theoretical part and experimental part. In theoretical part, equivalent circuit model was used to simulate the SAW response by the change of capacitance. In experimental part, commercialized capacitor was used to see the SAW response by the change of load capacitance. After that, gap adjustment system was made physically and the SAW response by the change of gap which caused the capacitance change was measured. And resolution and stroke was decided comparing the signal change and basic measurement noise level.
There is a great demand of micro-actuators for mobile information devices such as SFF optical drives and mobile phone cameras. However, the magnetic coils used in conventional electromagnetic motors are a major obstacle for the miniaturization because of their complicated structures and large power consumption. In this paper, a linear ultrasonic motor to actuate focusing lens of mobile devices is proposed. The new actuator uses a ring type bimorph piezoelectric material, and $d_{31}$ mode is adopted for applying linear motion. The interaction between inertia force and friction force makes linear motion by high-frequency saw signal input. The saw signal gives steady forces on the one direction by asymmetric inclination property of the signal itself on time domain. A commercial FEM(ANSYS) was used in this investigation for simulating structural analysis, identification of dynamic property, such as resultant displacement and coupled analysis with piezoelectric material. To evaluate the performance of the new design, a prototype was manufactured and experiments were carried out. Experimental results show the actuator motion of 5.4 mm/s at 10V saw signal of 41 kHz.
본 논문에서는 SAW TDL정합필터와 SAW 재순환 루프를 이용하여 SNR이 낮은 경우의 직접확산 방식 스펙트럼확산 통신의 수신단에서 포착 및 추적의 구분없이 동기를 수행할 수 있는 고속동기 시스템을 설계하여 그 특성을 조사하였다. 그 수신단에서 SNR이 -16dB인 신호를 입력시켰을때 이를 SAW TDL정합필터와 재순환루프를 통해 30회 순환시켜 동기신호를 추출하여 수신단의 PN코드를 동기시킬 수 있었다. 그리고 이 동기 시스템의 평균 동기 시간을 계산하였다. 그 결과 이동기 시스템이 수신된 신호의 SNR이 매우 낮은 환경하에서 정합필터만을 사용하는 동기 시스템보다 훨씬 고속으로 수신단의 PN 코드를 동기화 시킬 수 있음을 알 수 있었다.
본 논문에서는 공진기의 임피던스 변화에 근거한 생체 신호 센서를 제안한다. 제안된 생체 신호 센서는 호흡과 심장 박동 같은 생체 신호를 감지할 수 있고, 시스템은 공진기, 발진기, SAW 필터, 그리고 파워 감지기로 구성되어있다. 인체와 같은 유전체의 주기적인 움직임은 근거리 장 영역 안에서 공진기의 임피던스 변화를 야기하며, 따라서 공진기의 공진 주파수의 변화는 발진기의 발진 주파수 변화에 영향을 끼친다. 여기서 SAW 필터 저지대역의 가파른 주파수 응답특성은 작은 양의 주파수 편차를 큰 변화로 바꿀 수 있다. 기존의 센서의 감지 거리를 확장시키는 것을 목적으로 ISM 대역 870 MHz 대역에서 동작 시켰으며, 최대 거리 120 mm에서 호흡과 심장 박동신호의 검출을 확인하였다.
본 연구는 비접촉 무전원 표면탄성파(surface acoustic wave, SAW) 온도센서를 개발하기 위하여 수행되었다. 단일전극 구조의 IDT(inter-digital transducer)와 434 MHz의 공진주파수를 가지는 SAW 소자를 $128^{\circ}$ rot-X $LiNbO_3$ 압전기판위에 반도체 공정으로 제작하였다. SAW 온도센서의 음향 반사판에 따른 반사 신호의 특성을 분석하기 위하여 다양한 형태의 음향 반사판을 제작하여 표면탄성파 신호의 반사특성을 분석한 결과 빗살형 전극형태의 반사판이 가장 양호한 반사특성을 나타내었다. SAW 온도센서를 구동하기 위한 신호를 송신하고 온도에 따른 SAW 센서의 출력신호를 수신하기 위하여 다이폴 안테나와 마이크로프로세서에 기반한 무선 송수신 시스템을 제작하였다. $40{\sim}80^{\circ}C$의 온도 범위에서 개발된 SAW 온도센서와 무선 송수신 시스템을 평가한 결과 온도증가에 따라 SAW 온도센서의 공진 주파수가 선형적으로 감소하였으며 결정계수가 0.99 이상으로 정확한 무선 온도측정이 가능한 것으로 나타났다.
현재의 통신 시스템은 멀티미디어 서비스를 제공하기 위하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식이 주로 쓰이고 있다. 그러나 OFDM 방식은 다수의 부반송파를 사용하므로 부반송파들이 동일위상으로 더해질 때 놀아지는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 문제가 되고 있다. PAPR의 문제는 신호가 전력증폭기와 같은 비선형 소자를 통과할 때 심각한 왜곡을 받게 되므로 전송시스템 성능이 저하된다. 본 논문에서는 PAPR 문제를 해결하기 위해 IF-Clipping 기법을 제안하고, 신호의 clipping에 의해 발생되는 신호의 왜곡을 SAW(Solace Acoustic Wave) 필터와 전력증폭기를 사용하여 제한하였다. 또한 clipping 기법 이용 후 SAW Filter와 전력증폭기를 사용하여 WiBro 시스템의 Spectrum Mask를 만족하는 이상적인 파라메터 값(PAPR, Backoff)을 찾았다.
SAW Device는 필터이외에도 각종 물리 센서나 화학센서 혹은 ID Tag로 다양한 분야로 활용범위가 확대됨에 따라 다양한 SAW Device를 사용하기 위한 플랫폼이 요구된다. 현재 SAW ID나 Sensor는 많은 발전을 해왔지 만 SAW Sensor를 활용 할 수 있는 플랫폼의 발전은 미흡하기 때문에 본 논문에서는 ID Tag 나 Sensor를 비롯한 여러 SAW Sensor를 보다 편리 하게 활용할 수 있는 플랫폼에 대하여 연구 하였다. 본 논문에서 제안하는 플랫폼은 SAW Device를 인식 할 수 있는 RF 모듈과 SAW Device의 응답신호를 처리 할 수 있도록 고성능 프로세서를 이용한 매인 모듈로 구성하였다. 매인 모듈에서는 고성능 프로세서를 이용함으로서 GUI 환경 기반의 플랫폼을 구현하여 사용자들이 SAW Device에서 수집된 정보를 보다 편리하고 알아보기 쉽게 사용할 수 있도록 설계하였다. 본 논문에서 사용한 플랫폼은 ARM9 코어의 프로세서를 기반의 플랫폼으로 Windows Embedded CE 6.0 OS를 사용하여 사용자에게 더욱 편리한 인터페이스를 제공할 수 있도록 하고, 개발자들에게는 센서를 활용한 다양한 어플리케이션을 보다 쉽게 적용할 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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