광섬유형 센서는 전자기적 간섭에 강하고 높은 감도와 원거리 측정 등의 장점뿐만 아니라 낮은 삽입 손실, 높은 기계적인 신뢰성, 원거리 측정과 같은 장점을 가지고 있어 광통신 기술뿐 아니라 기초과학및 응용 과학분야의 계측에 활발히 이용되고 있다. 온도센서의 경우 센서의 재료가 온도에 견디는 정도에 따라 측정범위가 좌우되므로 광섬유형 센서의 경우 넓은 온도범위에서 측정이 가능하며 다양한 구조의 센서구현이 용이하다. (중략)
진공 환경 및 가스에 함유된 미량의 수증기를 정량적으로 분석할 수 있는 계측기는 각종 산업 분야에서 그 필요성이 절실하다. 몇 가지 예를 들면 다음과 같다. 전구 속에 함유된 수증기로 인해 야기되는 텅스텐 필라멘트의 산화현상은 전구의 수명을 현저히 감소시킨다. 밀봉된 금속 전기소자 표면에 흡착된 수증기를 통해 누전 현상이 발생함으로써 소자가 비정상적으로 동작될 우려가 있다. 반도체 산업분야에서는 1 ppb의 수증기가 64 Mb DRAM 제조에 영향을 줄 수 있다는 것이 보고된 바 있다. (중략)
두부방사선 사진 채득 시 발생가능한 두부의 수직회전은 계측점 선정 및 계측치의 재현성에 영향을 줄 수 있으므로 진단자료의 객관화 및 중첩의 용이성을 위해 두부 회전을 최소화해야 한다. 본 연구에서는 연조직 계측점인 외안각(outer canthus)을 지표로 두부 자세를 기록하고 재현하는 방법의 신뢰도를 평가하고자 하였다. 정상 안모의 성인 남녀 21명에서 두부고정기에 부착한 Outer Canthus Indicator (OCI)를 이용하여 벽면응시를 통한 두부자세에서의 외안각의 위치를 계측하였다. 초진 시 두부자세에서 측모 광학 사진을 촬영하고 이틀 후 같은 계측치로 두부자세를 재현하여 얻은 두 장의 사진을 중첩하여 두부의 수직 회전과 외이도의 변위를 측정하였다. 두 명의 술자가 동일 과정을 반복했을 때 두부의 수직 회전은 각각 평균 $0.69\;{\pm}\;0.43^{\circ}$, $0.98\;{\pm}\;0.65^{\circ}$, 표준오차 0.09, 0.14로 나타났다. 외이도의 수평변위는 각각 평균 $0.90\;{\pm}\;0.72\;mm$, $0.72\;{\pm}\;0.55\;mm$, 표준오차 0.16, 0.12이고 외이도의 수직변위는 평균 $0.81\;{\pm}\;0.68\;mm$, $1.17\;{\pm}\;0.67\;mm$, 표준오차 0.15, 0.15이었다. 술자간 신뢰도를 평가하기 위한 paired t-test에서 변수들간 통계적으로 유의한 차이가 발견되지 않았다. Pearson 상관분석에서 외이도의 수평 변위와 수직 변위 사이에 통계적으로 유의성 있는 상관관계는 나타나지 않았다. 이상의 결과에 따라 OCI가 두부의 수직 회전에 의한 오차를 줄임으로써 규격화되고 상호 중첩 가능한 방사선 사진 및 광학 사진 자료를 채득하는 데 도움을 줄 것으로 사료된다.
이산화탄소 원격 계측을 위한 라만 라이다 장치를 개발하기 위해 라만 라이다 장치의 소형화를 진행하고, 이에 스캐닝 장치를 결합하여 라만 라이다 시스템을 개발하였다. 개발한 시스템의 성능 검증을 위하여 가스 챔버를 약 87 m 거리에 위치시킨 후, 이산화탄소의 농도 변화에 따른 라만 산란 신호를 계측하였다. 그 결과 개발된 라만 라이다 장치를 이용하였을 때 약 0.67-40 vol% 사이의 농도에서 높은 선형성을 나타냄을 확인하였다.
종래에 많이 사용된 각양의 계측 방법을 일일이 설명하는 것은 본 해설의 목적이 아니기 때문에 개략적으로 분류하여 설명하면 다음과 같다. 1) 시간 평균유속은 주로 프로브(probe)를 경유하여 동압과 정압의 측정에 의하여 수행되어 왔다. 연소반응이 있으면 밀도의 변화가 있게 되는데 밀도는 후술하는 농도의 계측과 온도의 계측에 의하여 정해져 동압과 정압으로부터 유속으로 변환된다. 시간분해능이 높은 비접촉식(직접 프 로브를 측정부에 삽입하지 않는 방법) 유속측정이 가능한 방법으로는 레이저 도플러 유속계 (Laser Doppler Velocimetry, 이하 LDV로 표현)를 들 수 있다. LDV는 압력측정에 의한 유속 산출법에서와 같은 온도 및 농도 등의 부수적인 계측이 필요없이, 직접 유속을 검출할 수 있으며 또한 검정이 필요없는 절대유속 측정이 가능하며 현재 연소반응이 있는 흐름에 대한 대부분의 연구에 적용되고 있는 실정이다. 2) 시간평균 화학종 농도측정에 가장 많이 쓰이는 방법은, 연소가스를 채취하여 가스 크로마토 그라프(Gas Chromatograph)로 분석하는 것을 들 수 있다. 한편, 시간 분해능이 높은 화학종 농 도의 계측은 레이저를 사용하여 각 화학종의 발광, 산란 및 흡수성을 이용, 측정한다. 3) 온도측정은 대부분 열전대를 사용하고 있다. 그러나 이 방법은 직접 프로브를 삽입해야 하므로 사용한계의 범위가 지극히 좁으며, 연소반응이 일어나므로 프로브 자체의 촉매반응 및 복사 열전달에 의한 보정 등이 사용상 큰 문제로 제기된다. 그러나 최근 레이저 이용기술의 발달로 (2)항에서의 농도 계측과 같이 반응기체의 온도 및 성분의 동시측정이 가능한 방법도 점차 현 실화 되어가고 있다. 그 대표적인 예로 CARS법(Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy)을 들 수 있다. 이상으로부터 연소반응이 일어나는 흐름에서의 각종 계측에서는, 비접촉 측정의 가능성과 시간 공간 분해능의 특징으로 미루어 앞으로는 레이저를 이용한 계측 방법이 그 주류를 이룰 것으로 사료된다. 우선 본 해설은 기체의 온도 및 농도의 광학적 측정방법중 Raman산란광 검출법에 대하여 실제로 측정하는 입장에서 간단히 소개한다.
본 연구에서는 유기 섬광체와 플라스틱 광섬유를 이용하여 치료용 전자선의 계측을 위한 광섬유 방사선 센서를 제작하였다. 또한, 선형가속기에서 발생되는 고 에너지 전자선에 의해 광섬유 방사선 센서를 이용한 전자선 계측에 있어 방해요소로 존재하는 체렌코프 빛을 감법 및 광학 필터링을 이용하여 제거하였고 두 가지방법들을 비교, 분석하였다.
광간섭계는 물체의 기하학적 구조 및 의료영상계측등 다양한 분야의 광계측에서 매우 일반적으로 사용된다. 이러한 광간섭계에서 광지연단은 측정대상의 기준을 위해 사용되고, 광간섭계의 계측속도는 광지연단에 의해 제한된다. 본 논문에서는 고속 광 지연단을 위해 기존의 기계적 방식을 배제하고, 광학적 방식의 광 간섭계를 구성하였다. 고속 광간섭계의 구성은 1304nm의 10GHz광원을 이용하였으며, 광지연단으로 광위상변조기와 광섬유를 이용하여 안정적이고 고속의 광 간섭계를 구성하였다. 구성된 광간섭계는 광위상변조기의 변조전압, 변조주파수에 의해 광지연시간을 가변할 수 있으며, 10MHz 반복율에 대해 11ps의 광지연시간을 얻을 수 있었다.
광학 선형 패터네이터 및 광학 토모그래피 기법을 사용하여 높은 주위 기체 압력 조건에서 분무단면을 측정하였다. 레이저 직선광이 분무 영역을 지나도록 하여 발생하는 Mie 산란 신호 및 직선광의 투과율을 측정하였으며, 이로부터 Beer-Lambert 법칙 및 수학적 단면 재구성 기법을 이용하여 분무 단면의 감쇠 계수 분포를 재구성하였다. 높은 주위 기체 압력 조건에서 광학적으로 밀한 분무가 발생하며, 그 결과 산란 신호의 감쇠 효과가 크게 증가한다. 따라서 미 산란 신호를 이용하는 광학 선형 패터네이터의 경우 감쇠 효과를 완화하는 데 한계를 보인다. 광학 토모그래피의 경우 분무를 통과하는 레이저광의 투과율 정보만을 이용하여 성공적으로 분무 단면을 재구성하였다.
본 연구에서는 광학식 계측 기술인 ESPI에서 면외변위인 물체의 진동에 대한 분석을 수행하였다. 진동하는 물체는 고유한 노달 라인을 가지게 된다. 따라서 이를 분석함으로써 진동하는 물체에 대한 정보를 얻을 수 있다. 측정 물체로 스피커와 외팔보 평판을 사용하였으며, 이를 시간 평균 ESPI로 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 실험 결과로 스피커에서는 진동 주파수 550Hz와 진폭 570mV에서 저차 모드 간섭무늬가 나타났으며, 진동 주파수 950Hz와 진폭 570mV에서 고차 모드 간섭무늬가 나타났다. 이러한 ESPI는 측정에 레이저를 이용하기 때문에 비파괴, 비접촉 검사이며, 높은 분해능을 가진다. 또한 레이저가 조사되는 영역이 측정 영역이 되므로 측정 물체의 크기에 제한되지 않는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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