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.
센서의 광학 해상력에 따라 센서에 도달하는 에너지의 앙은 영상의 화소값으로 변환되므로,이 관계는 위성 영상의 정량적인 광학적 특성을 이해하기 위한 바탕이 되며,영상의 질을 유지하기 위한 척도가 되기도 한다. 위성영상의 광학적 특성은 ON 값 을 실제 지표물의 반사에너지 값인 Radiance와 Reflectance로 의 변환을 통하여 추정할 수 있으며,이러한 과정을 절대복사보정(Absolute Radiometric Calibration) 이라고 한다. 절대복사보정 과정에서 센서에 도달하는 태양 에너지의 양을 추정하기 위하여 복사전달모델이 사용된다. 태양 에너지가 대기를 통과함에 따라 여러 가지 상호 작용이 일어나게 되므로 복사 전달모델을 사용하기 위해서는 다양한 입력 변수가 필요하게 된다. 이러한 입력 변수로는 지표물의 반사율, 대기자료,그리고 센서의 특성 등이 포함되며, 이 연구에서는 KOMPSAT-2 위성의 MSC 영상의 절대복사보정 과정에서 복사전달모델의 결과에 영향을 미치는 입력 변수의 특성을 살펴보고자 한다.
최근, 높은 캐리어 이동도와 유연성, 투명성의 우수한 전기적 기계적 특성을 갖는 그래핀에 관한 연구가 활발해지고 있으며 이를 기반으로 한 그래핀 field effect transistor (FET) 센서 응용 또한 관심이 커지고 있다. 작은 소자 크기, 견고한 구조, 빠른 응답속도와 CMOS 공정과의 호환성이 좋은 FET 기반의 센서의 감지 특성은 주로 전해질과 직접 접촉하는 게이트 절연체의 고유 특성에 의해 결정된다. 이러한 게이트 절연체는 일반적으로 스퍼터링, atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 등의 진공 방법에 의해 형성되며, 이 공정 기술은 고가의 장비, 긴 공정 시간과 높은 제조비용이 요구된다. 더욱이, 위의 방식들은 소자 제작 동안에 플라즈마 발생 또는 열처리를 필요로 하게 되며 이는 그래핀 기반의 소자의 제작에 있어 큰 손상을 발생시키게 된다. 이러한 이유로 인해, 그래핀 FET 센서의 게이트 절연체의 형성에 있어 진공 증착 기술은 적절하지 않다. 본 연구에서는, 진공 증착 기술의 문제점을 극복하기 위해 sol-gel 방식을 통한 Al2O3 게이트 절연체를 갖는 그래핀 FET 센서를 제작하였다. Sol-gel 방식은 적은 비용, 공정의 단순화, 높은 처리량 뿐 아니라 소자의 대면적화 제작에 유리하다는 장점을 가지며, 또한 게이트 절연체를 증착함에 있어서 플라즈마가 발생하지 않기 때문에 그래핀 FET 제작에 쉽게 적용될 수 있다. 특히, 게이트 절연체 중 Al2O3은 우수한 화학적 안정성과 감지 특성으로 인해 본 실험에 사용하였다. 결론적으로, sol-gel 방식을 통한 Al2O3 게이트 절연체를 갖는 그래핀 FET 센서는 우수한 전기적 특성과 감지 특성 측면에서 매우 전망적이다.
인체감지 적외선 센서로 사용되는 마이크로볼로미터 센서 감지재료인 $V_{2-x}W_xO_5$를 증착하고 단위소자를 제작하여 저항 및 센서성능을 측정 조사하였다. 감지재료는 $V_2O_5$에 W을 첨가하여 $V_{2-n}W_nO_5$ 타겟을 제작하였으며 RF sputtering 장비를 이용하여 $V_{1.85}W_{0.15}O_5$ 박막을 증착하였다. 증착온도 $400^{\circ}C$, $Ar/O_2$ 가스비율 50/20, 두께 200nm로 증착된 센서 재료의 특성을 조사한 결과 저항은 약 $20{\sim}70k{\Omega}$이었으며, TCR 값은 -3%/$^{\circ}C$ 이상으로 매우 우수한 박막특성을 얻었다. 볼로미터소자는 $40{\times}40{\sim}140{\times}140um^2$의 셀면적으로 설계하여 전극패턴과 습식식각공정으로 센서 구조체를 제작하였다. 소자의 성능평가는 검출기 측정장비를 이용하여 반응도 및 탐지도 특성을 조사하였다.
현재 사용되고 있는 화석 연료는 고갈되고 있으며 지구온난화와 같은 환경오염을 일으키는 주원인으로 이를 대체하는 에너지원으로서 수소가 주목받고 있다. 그러나 수소는 상온 및 대기압에서 4 %의 낮은 LEL (lower explosive limit)을 가지므로 높은 인화성과 폭발성을 가진다. 또한 무색, 무취한 성질을 가지고 있어 사람에 의해 검출되지 않는다. 그러므로 상온에서의 수소 농도를 정량화하고 검출하기 위한 방법이 필요하다. 수소를 검출하기 위한 수소센서에는 저항, 촉매, 광학, 일함수 등을 이용한 센서들이 있으며 그 중 저항을 이용한 귀금속 기반 수소센서가 널리 알려져 있다. 팔라듐(Pd), 백금 (Pt)와 같은 귀금속 기반 수소센서는 높은 수소 용해도 및 확산으로 인해 수소에 우수한 선택성을 가진다. 특히 Pd는 흡착에 대한 친화성이 매우 우수하다. 팔라듐에 수소가 노출되면, 수소가 Pd 격자로 확산되어 Pd-hydride를 형성시켜 부피가 팽창되고 저항이 변한다. 이러한 특성을 바탕으로 팔라듐의 저항 변화를 기반으로 한 수소센서의 개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 물리기상증착 (PVD)을 이용하여 다양한 다공성 나노 Pd 박막을 가지는 수소센서를 제작하였으며, 수소 농도에 따른 실온에서의 수소 검출 특성을 관찰하였다. 제작된 다공성 나노 Pd 박막의 특성은 SEM, TEM 및 XRD를 통하여 확인하였다. 다공성 나노 Pd 박막이 수소에 노출 되었을 때 전자 산란 및 접촉 면적의 증가에 따른 저항의 변화를 확인하였다.
CVD 및 PECVD법으로 탄소 나노튜브를 성장하고, 그 후 $400{\sim}500^{\circ}C$에서 산화 열처리한 센서의 이산화질소 감지특성을 $200^{\circ}C$ 및 1.5ppm의 이산화질소 농도 하에서 측정하였다. 탄소 나노튜브 센서의 전기저항은 온도 증가에 따라 감소하는 반도체 특성을 보였으며, 이산화질소 흡착에 따라 전기저항은 감소하였다. 공기 중의 수분은 센서감도에 영향을 주고 있으며, 센서를 마이크로파에 3분간 노출하면 센서의 특성은 저하되었다. 또한 CVD법으로 제조한 시편에 비하여 PECVD법으로 성장한 탄소 나노튜브 센서의 감도는 향상 되었다.
In\sub 2\O\sub 3\ 계 산화물 반도체형 후막센서의 ppb 범위의 오존에 대한 감지특성을 살펴보았다. In\sub 2\O\sub 감지막은 오존에 감도가 상당히 높았지만 안정된 신호를 얻을 수 없었다. In\sub 2\O\sub에 3wt.% 의 Fe\sub 2\O\sub 3\를 첨가한 경우에는, 순수한 In\sub 2\O\sub 와 비교할 때 응답 시간과 감도에 있어서 감지 특성의 향상이 관찰되었지만, 센서 신호가 시간에 따라 계속 증가되는 경향은 크게 개선되지 않았다. 그러나 In\sub 2\O\sub:Fe\sub 2\O\sub 3\ 혼합 분말의 열처리는 감도가 감소하기는 하였지만 센서의 오존 응답 및 회복 특성을 증진시켰다. 특히 1300℃ 정도의 고온에서 혼합 분말을 열처리 하여 제조한 감지막은 감도의 감소는 있었지만 550℃ 의 측정 온도에서 빠른 응답 및 회복 특성과 센서 신호가 최대값으로 빠르게 수렴함을 확인할 수 있었다. 또한 이들 센서는 오존에 대해 센서 신호의 선형적인 농도 의존성을 나타내었으며, 반복 실험을 행할 때 센서 신호의 재현성을 보여주었다. 따라서 본 연구에서 제조한 후 막 가스센서를 사용하여 ppb 범위의 오존 농도를 신뢰성있게 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
Pd, Pd-Rh 게이트 MOS센서의 $H_2$, $H_2S$ 검지특성과 Pd박막의 중착조건이 감지특성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. rf power의 증가와 증착온도의 증가는 모두 센서의 감도와 초기반응속도를 감소시켰으며 rf power의 변화보다는 증착온도의 변화에 의한 효과가 현저하였다. Pd-Rh 센서의 경우 순수한 Pd 센서에 비해 감도가 낮았으며 Rh의 양이 증가할수록 감도는 감소하였다. Pd-Rh 센서에서 $H_2$가 $H_2S$보다 더 뛰어난 감도를 보여주었다. rf power, 증착온도, 기판의 변화가 MOS센서의 감도나 초기반응속도 등의 센서특성에 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있었다.
센서 네트워크는 정밀한 데이터를 생성하고 이동과 설치에 있어 자유롭기 때문에 미래의 네트워크 기술로 주옥 받고 있으며 다양한 응용분야에서 연구되고 있다. 본 논문에서는 환경적인 영향과 비용, 전력 소모에 대해서 민감한 센서 네트워크의 특성을 고려한 라우팅 프로토콜들을 그 특성에 따라 분류하고 앞으로 요구되는 센서 네트워크 라우팅 기술의 발전방향을 예측한다.
본 논문에서는 광섬유에 여러 가지의 위상변화를 준 장주기 격자에 대한 센서 특성을 비교하여 분석하였다. 위상변화의 정도에 따라서 센서의 특징을 유효하게 할 수 있는지 비교하여 센서로서의 타당성을 가지는 위상변화 정도의 범위를 알아보았다. 장주기 격자는 아르곤 레이저를 이용하여 Point by point 방식으로 제작되었으며, 위상 변화를 주기 위해서 linear stage를 이용하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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