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부영양호수에서 남조류 bloom이 동물플랑크톤 군집변화에 미치는 영향 (Effects of Cyanobacterial Bloom on Zooplankton Community Dynamics in Several Eutrophic Lakes)

  • 김범철;최은미;황순진;김호섭
    • 생태와환경
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    • 제33권4호통권92호
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    • pp.366-373
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    • 2000
  • 남조류가 빈번하게 발생하는 부영양 호수를 대상으로 남조류 발생시 동물플랑크톤의 군집구조를 파악하였고, 남조류를 먹이원으로 하는 동물플랑크톤 배양실험을 통해 시간에 따른 동물플랑크톤 밀도와 우점종의 변화를 관찰하였다. 조사대상으로 한 모든 호수에서 남조류가 관찰되었다. 다른 호수에 비해 질소가 식물플랑크톤의 성장을 억제할 수 있는 정도의 농도(0.1 mg/l 이하)로 존재하고 있었던 화진포에서는 Anabaena속의 종만이 출현하였고, 그 외 다른 호수에서는 Microcystis속의 종들이 우점종으로 나타났다. 남조류가 관찰된 호수에서의 동물플랑크톤 군집은 윤충류가 우점하였고 각 호수마다 우점종에는 차이가 있었으나 Keratella, Polyarthra가 우점종으로 조사되었다. 동면저수지에서는 다른 호수들에서의 결과와는 달리 남조류의 세포밀도가 높았던 시기에 요각류의 구성비가 높았으나, 남조류의 생물량 감소와 더불어 요각류의 생물량은 감소하였고, 윤충류의 밀도는 증가하였다. 윤충류 군집 내 우점종은 Keratella,Hexathra 그리고 Polyarthra였다. 남조류를 먹이로 공급하여 동물플랑크톤 군집 변화를 관찰한 배양실험에서는 남조류 주입 4일 후 요각류의 밀도가 급격하게 감소하였으나 (약 90%), 윤충류는 Keratella ${\to}$ Pompholyx ${\to}$ Monostyla로 바뀌는 우점종 변화와 더불어 밀도가 지속적으로 증가하였다. 이상의 결과는, 윤충류가 군체 형성 혹은 독소생성 등으로 동물플랑크톤의 섭식 활동을 억제할 수 있는 남조류에 대해 상대적으로 높은 적응 능력을 가지고 있음을 시사한다.$day$^{-1}$이었고, 20 m 수심에서 채집된 시료에서는 0.88${\sim}$1.04 mg O$_{2}{\cdot}$l$^{-1}{\cdot}$day$^{-1}$이였다. 수심에 따른 유기물의 변화를 보면, 5m에서 채집된 유기물의 엽록소 a 농도는 20 m에서 회수된 유기물의 30% 정도이나, 산소소모율은 70% 수준이다. 이러한 결과에서 팔당호에서는 표층에서 식물플랑크톤에 의하여 생성된 유기물 중 저분자 유기물은 쉽게 산소를 소모하여 분해되지만, 고분자 유기물은 그대로 저층에 쌓여, 저질토의 산소 소모율에 영향을 주고 있음을 확인하였다.으로의 유역관리는 점오염원의 관리와 더불어 비료사용량의 축소, 축산분뇨의 적절한 처리, 토양유실방지등 유역의 비점오염원에 대한 관리에 더욱 집중해야 할 것으로 보인다.업용 저수지의 수질예측에 있어는 복잡한 유출모형이나 유역모형, 호소수질모형 등을 사용하기보다는 본 연구에서와 같이 기존자료를 분석하여 도출한 경험적 관계식을 사용하면 비교적 적은 노력으로도 상당히 신뢰성있게 예측하여 수질관리에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.가 정화효율과의 상관관계보다 좀더 유의성 있게 나타났다. 이것은 높은 수리학적 부하조건이 영양염류 등의 정화효율에는 크게 영향을 미치지 않음을 보여주고 있으며, 따라서 비교적 낮은 농도의 영양염류를 가지고 있고, 많은 처리수량을 요구하는 부영양화된 저수지의 수질개선을 위해서는 높은 수리학적 부하조건에서 시간당 정화량을 늘리는 관리방법이 경제적이며, 이에 초점을 맞추어 나가야 할 것으로 사료된다.도로

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토양(土壤) 수분(水分)의 상태(狀態)가 대두(大豆)의 생육(生育) 및 근계발달(根系發達) 특성(特性)과 P, K 흡수(吸收)에 미치는 영향(影響) (Growth and Root Characteristics and P, K Uptake by Soybean under Different Soil Water Conditions)

  • 정영상;임형식;하상건;한성
    • 한국토양비료학회지
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    • 제25권1호
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    • pp.8-15
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    • 1992
  • 토양수분(土壤水分)의 상태(狀態)가 콩의 지하부(地上部) 및 뿌리의 생육(生育)과 P, K흡수(吸收)에 미치는 영향(影響)을 알아보기 위하여 강수(降水)가 차단(遮斷)된 비닐하우스 내(內)에서 지하수위(地下水位)를 20cm, 40cm 그리고 60cm로 조절(調節)된 상태(狀態)의 mini-rhyzotron에서 팔달콩을 재배(栽培)하였다. 이와 비교(比較)하기 위하여 1/2000a Wagner 포트에서 단장용수량(團場容水量)으로 유지(維持)된 적습상태(適濕狀態)와 유효수분(有效水分)의 80%가 소모(消耗)되어 토양수분(土壤水分)이 부족(不足)한 상태(狀態)를 비교(比較)하였다. 각 포트에 발아(發芽)된 콩을 심어 세 개씩의 개체(個體)를 재배(栽培)하여 재배(栽培) 37일(日) 째와 수확기(收穫期)에 식물체(植物體)의 지상부(地上部) 및 뿌리를 채취(採取)하여 분석(分析)하였다. 지상부(地上部) 및 뿌리의 생육(生育)은 토양수분(土壤水分)이 부족(不足)한 처리(處理)와 지하수위(地下水位)가 20cm로 높아 과습상태(過濕狀態)가 유지(維持)된 처리(處理)에서 제한(制限)되었다. 적습유지(適濕維持) 처리(處理)와 지하수위(地下水位) 및 60cm 유지(維持) 처리(處理) 간(間)에는 큰 차이(差異)가 없었다. 생육초기(生育初期)에 식물체(植物體) 지상부(地上部)의 P 및 K의 함량(含量)은 토양수분(土壤水分)이 부족(不足)한 처리(處理)에서 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서보다 높았으며, 후기(後期)에는 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서 높았다. 전체(全體) 흡수량(吸水量)은 건물중(乾物重)이 많은 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서 많았다. 뿌리의 건물중(乾物重)과 길이는 지상부(地上部)보다 더 크게 영향(影響)을 받았다. 토양수분(土壤水分)의 상태(狀態)의 차이(差異)에 의하여 뿌리의 형태해부학적(形態解副學的) 차이(差異)가 있음이 관찰(觀察)되었다. 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서는 정상적(正常的)인 치밀(緻密)한 cortex조직(組織)이 발달(發達)되었으나, 지하수위(地下水位)가 높아 토양수분(土壤水分)이 과다(過多)한 상태(狀態)에서 생육(生育)한 뿌리에서는 비정상적(非正常的)인 cortex조직(組織)에 aerenchyma가 형성(形成)되었다. Aerenchma는 내초(內梢)의 분열조직(分裂組織) 부근을 중심(中心)으로 형성(形成)되었다. 이 시험조건(試驗條件)에서 발견(發見)된 콩의 뿌리에서 aerenchyuma의 형성(形成)은 과다(過多)한 토양수분(土壤水分) 조건(條件)에 대한 콩 식물체(植物體)의 적응성(適應性)의 하나로 판단(判斷)되며, 우리나라에서 논뚝과 같이 토양수분(土壤水分)이 과다(過多)한 조건(條件)에서 콩의 재배(栽培)가 가능(可能)한 이유(理由) 중(中)의 하나로 보아진다.

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HPLC/UVD를 이용한 현미와 볏짚 중 MCPA의 잔류분석방법 확립 (Analytical Method for MCPA Residue in Brown Rice and Rice Straw by HPLC/UVD)

  • 유기용;강대원;최용화;한성수
    • 한국잡초학회지
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    • 제30권4호
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    • pp.361-370
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    • 2010
  • HPLC/UVD를 이용한 현미와 볏짚 중 MCPA의 잔류분석방법 확립하고자 용매별 추출효율과 충진제별 정제효율을 검토한 결과, 용매별 추출효율은 시료 20g에 acetone 200mL와 1N-HCl 100mL의 혼합용매(pH 3.6)를 사용하는 것이 87%로 높은 효율을 보였고, 충진제별 정제효율은 florisil(6mL, 1g) Sep-$pak^{(R)}$ cartridge column에서 1% methanol/ acetonitile 용출이 83%의 효율을 나타내었다. 이 결과를 토대로 현미와 볏짚 시료 중의 MCPA 잔류분석을 수행하였는바, 평균회수율은 현미의 경우 96.0%와 94.9%이었으며, 볏짚의 경우 92.5%와 88.2%로 높은 회수율이었고, 실험의 정밀도는 상대표준편차 1.5~5.7%로 매우 높았다. 벼 이앙 후 30일에 bentazone+MCPA(11+1.2%) 합제를 ha당 30kg과 60kg을 각각 처리하여 재배한 현미와 볏짚 중 MCPA 잔류량은 모든 처리에서 식품의약품안전청이 권고한 잔류허용량인 $5{\mu}g\;mL^{-1}$ 미만이었다. MCPA의 HPLC 분석조건과 잔류분석절차의 결과는 가수분해, 유도체화, saponification과 같은 복잡한 분석절차를 생략할 수 있고, Rt가 기존 16.5 min.에서 6.5 min.으로 빨라져 인체위해성과 시간소모성의 단점을 개선하였으며, 회수율을 높이고 정밀도가 높은 결과로써 현미와 볏짚 중 HPLC에 의한 MCPA 잔류분석에 유용하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

칼슘알긴산비드에 의한 염분의 흡착특성 (Characteristics of Salt Adsorption by Calcium Alginate Beads)

  • 방병호;서정숙
    • 한국식품영양학회지
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    • 제15권2호
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    • pp.89-96
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    • 2002
  • Ca-alginate bead로 소금의 흡착에 미치는 영향조건을 검토한 결과는 다음과 같다. Ca-alginate beads에 의한 소금 흡착은 시간이 경과함에 따라 증가하였으며, 10분 후4.0g으로 최고의 흡착량을 나타내었다. 0.2M CaCl$_2$, 0.2M BaCl$_2$, 0.2M FeCl$_3$및 0.2M MgCl$_2$등의 경화용액으로 조제한 bead에 의한 소금 흡착량은 Fe-alginate beads가 5.6g으로 제일 높았으나 bead가 쉽게 부서지는 단점이 있었고, MgCl$_2$용액으로는 bead가 만들어지지 않았다. 그리고 0.2M CaCl$_2$, 0.2M BaCl$_2$및 0.2M SrCl$_2$용액으로 만든 bead는 각각 4.2g 정도의 대등한 흡착량을 나타내었다. CaCl$_2$경화 용액이 0.1M, 0.2M 및 1M 일때 소금 흡착량은 각각 4.8g, 4.2g 및 4.1g으로 나타났다. Alginate의 농도를0.6%, 1% 그리고 2%로 하여 제조한 비드로 소금 흡착량은 2.8g, 4.0g, 4.4g으로 각각 나타났으며, 그리고 bead의 크기를 각각 2.5mm, 3.5mm 그리고 4.5mm로 제조하여 소금의 흡착량을 살펴본 결과 각 크기별 모두 4.0~4.2g로 차이가 없었다. 초기 소금의 농도 4%, 8%, 12%그리고 16%에서, 각각 소금의 흡착율은 30%, 28%, 27% 그리고 25%이었으며, pH에 따른 염분의 흡탁율은 산성(pH 4.0) 및 중성(pH 6.8) 영역에서 보다는 염기성(pH 10.0)에서 더 높았다. 된장으로부터 내염성 세균을 분리한 후 alginate로 고정화한 beads와 비고정화한 bead와의 염분 흡착량은 고정화한 bead에 의한 염분 초기흡착속도가 보다 낮았으며, Ca-alginate bead 제조시 경화용액에 머무는 시간이 길수록 염분 흡착율은 감소하는 것으로 나타났다. 또한 1회 사용한 bead를 증류수에 하루 동안 방치 후 이 bead를 재이용 함에 따라 염분 흡착량은 점점 감소하였다. 시료를 된장으로 하여 0시간, 3시간, 6시간, 12시간 및 24시간 후 소금 흡착율은 시간의 경과에 따라 더불어 증가하였다. 또한 소금이 감소된 된장의 pH를 측정한 결과, 4.90, 5.00, 5.01, 5.02, 그리고 5.03이였으며, 적정산도는 0.1N-NaOH 소모량이 4ml, 3.4ml, 3.2ml, 3.0ml 그리고 3.0 ml이었다. 저염 된장의 아미노태 질소를 적정 한 결과, 원료 된장이 840mg/된장 100g, 740mg/된장 100g, 630mg/된장 100g, 그리고 530mg/된장 100g으로 줄어들었다. 각 시료별 염분 흡착율은 된장이 다른 시료(Doengjang 100%, Kochujang 86%, Soy-sauce 78% and Jeotkal 71%) 보다 가장 높게 나타났다.

국내 중환자실내 호흡치료의 현황 (Current Status of Respiratory Care in Korean Intensive Care Units)

  • 박소연;김태형;김은경;심태선;임채만;이상도;김우성;김동순;김원동;고윤석
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제49권3호
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    • pp.343-352
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    • 2000
  • 연구배경 : 대부분의 국내 중환자실에서는 간호사들에 의해 호흡 치료가 이루어지고 있으나 그 실태는 잘 알려지지 않았다. 본 연구는 국내 중환자실에서 시행되는 호흡요법의 종류 및 호흡치료사들의 필요성을 알아보고자 하였다. 방법 : 중환자실이 설치된 117개 병원의 수간호사들을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 결과 : 117개 병원 중 100개 병원에서 회신하여 회신율은 85%(대학병원 97%, 산하병원 81%, 종합병원 77%) 였다. 대학병원 66단위 중 18단위, 종합병원 58단위 중 35단위에서 통합 중환자실로 운영되고 있었으며 중환자실 전담의사가 있는 병원은 47.1% 였다. 호흡요법 전문치료사가 있는 병원은 없었으며 응답자의 92.8%가 전문치료사의 필요성을 인정하였다. 중환자실에서 제공되는 호흡요법 중 기관지흡인, 자세 변경, 타진법, 기침유발 등은 대부분 시행되고 있었으며 진동마사지, 간헐적 양압환기법 등은 종합병원에서의 시행률이 낮았다. 이러한 호흡요법은 주로 간호사들에 의해 시행되어졌으며 평균 8시간 근무 중 이러한 호흡요법 시행에 소모되는 시간은 1시간 미만에서 4시간까지 다양하였다. 산소공급을 위해 사용하는 장치 중 venturi mask, T-piece 등은 종합병원에서의 사용률이 낮았으며 종합병원은 전통적인 인공환기법에 대한 의존도가 상대적으로 높았다. Swan-Ganz catheter monitoring등의 혈역학적 감시 장비도 병원간의 차이를 보였다. 의료장비의 관리 및 보관에서도 담당 의공학과가 갖추어진 곳이 종합병원은 드물었다. 결론 : 국내 중환자실의 호흡치료는 간호사들에 의해 제공되고 있으며 병원 수준에 따라 제공되는 호흡요법 수준의 차이가 커 전문적 호흡요법의 수행을 위해서는 호흡치료사 제도의 도입이 필요할 것으로 사료된다.

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AMOLED 컬럼 구동회로 응용을 위한 시분할 기법 기반의 면적 효율적인 10b DAC (An Area-Efficient Time-Shared 10b DAC for AMOLED Column Driver IC Applications)

  • 김원강;안태지;이승훈
    • 전자공학회논문지
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    • 제53권5호
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    • pp.87-97
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    • 2016
  • 본 논문에서는 시분할 기법을 적용하여 AMOLED 컬럼 구동회로용 DAC의 유효 채널 면적을 최소화한 2단 저항 열 기반의 10비트 DAC를 제안한다. 제안하는 DAC는 시분할 기법 기반의 DEMUX, 6비트 및 4비트의 2단 저항 열 구조를 기반으로 하는 롬 구조의 디코더를 2단계로 사용하여 기존의 디스플레이용 DAC보다 빠른 변환속도를 가지는 동시에 하나의 패널 컬럼 구동을 위한 DAC의 유효 면적을 최소화하였다. 두 번째 단 4비트 저항 열에서는 DAC 채널의 면적과 부하 영향을 줄이는 동시에 버퍼 증폭기로 인한 채널 간 오프셋 부정합을 제거하기 위해 기존의 단위-이득 버퍼 대신 간단한 구조의 전류원으로 대체하였다. 제안하는 1:24 DEMUX는 하나의 클록과 5비트 2진 카운터만을 사용하여, 하나의 DAC 채널이 24개의 컬럼을 순차적으로 구동할 수 있도록 하였다. 각 디스플레이 컬럼을 구동하는 출력 버퍼 입력 단에는 0.9pF의 샘플링 커패시터와 작은 크기의 source follower를 추가하여 top-plate 샘플링 구조를 사용하면서 채널 전하 주입에 의한 영향을 최소화하는 동시에 출력 버퍼의 신호정착 정확도를 향상시켰다. 제안하는 DAC는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작하였으며, DAC 출력의 정착 시간은 입력을 '$000_{16}$'에서 '$3FF_{16}$'으로 인가했을 때 62.5ns의 수준을 보인다. 제안하는 DAC 단위 채널의 면적 및 유효 채널 면적은 각각 $0.058mm^2$$0.002mm^2$이며, 3.3V의 아날로그 및 1.8V의 디지털 전원 전압에서 6.08mW의 전력을 소모한다.

저전력 CMOS On-Chip 기준전압 발생회로 (Low-Power CMOS On-Chip Voltage Reference Circuits)

  • 권덕기;박종태;유종근
    • 전기전자학회논문지
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    • 제4권2호
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    • pp.181-191
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    • 2000
  • 본 논문에서는 증식형 MOS 트랜지스터와 저항만을 사용하여 기준전압을 발생하기 위한 두 가지 방법을 제안하였다. 첫 번째 방법은 문턱전압에 비례하는 전압성분과 열전압에 비례하는 전압성분을 합하여 온도보상을 하는 전압모드 방식이고, 두 번째는 문턱전압에 비례하는 전류성분과 열전압에 비례하는 전류성분을 합하여 온도보상을 하는 전류모드 방식이다. 설계된 회로들을 $0.65{\mu}m$ n-well CMOS 공정 페러미터를 사용하여 HSPICE 모의실험한 결과, 전압모드 회로의 경우 공급전압에 대한 변화율은 $-30^{\circ}C{\sim}130^{\circ}C$의 온도범위에서 0.21%/V 이하이고, 온도에 대한 변화율은 $3V{\sim}12V$의 공급전압 범위에서 $48.0ppm/^{\circ}C$ 이하이다. 전류모드 회로의 경우는 공급전압에 대한 변화율이 $-30^{\circ}C{\sim}130^{\circ}C$의 온도범위에서 0.08%/V 이하이고, 온도에 대한 변화율은 $4V{\sim}12V$의 공급전압 범위에서 $38.2ppm/^{\circ}C$ 이하이다. 또한 전력소모는 5V, $30^{\circ}C$일 때 전압모드 경우와 전류모드 경우 각각 $27{\mu}W$$65{\mu}W$로 저전력 특성을 보인다. 제작된 전압모드 기준전압 발생회로를 측정한 결과, 공급전압에 대한 변화율은 $30^{\circ}C{\sim}100^{\circ}C$의 온도범위에서 0.63%/V 이하이고, 온도에 대한 변화율은 $3.0{\sim}6.0V$의 공급전압 범위에서 $490ppm/^{\circ}C$ 보다 작다. 제안된 회로들은 구조가 간단하기 때문에 설계가 용이하고, 특히 전류모드의 경우 넓은 범위의 기준전압 발생이 가능하다는 장점을 갖는다.

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연륜연대학적 접근을 이용한 Yasso 모델의 산림토양탄소 저장량 추정 (Estimation of Forest Soil Carbon Stocks with Yasso using a Dendrochronological Approach)

  • 이아름;노남진;윤태경;이수경;서경원;이우균;조용성;손요환
    • 한국산림과학회지
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    • 제98권6호
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    • pp.791-798
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    • 2009
  • 전 지구적인 기후변화에 따라 산림 및 토양탄소의 역할은 탄소 저장고로서 매우 중요하며, 이들의 동태를 연구하기 위해서는 기존의 현장연구뿐만 아니라 적용 가능한 산림모델 연구가 필요하다. 본 연구에서는 산림토양탄 소모델인 Yasso의 주요 입력자료인 과거의 연간 낙엽량 자료를 연륜연대학적 자료구축과정을 통해 생산하고, 위 모델을 이용하여 광릉지역 천연소나무림(Pinus densiflora)의 토양탄소동태를 모의하였다. 연륜연대학적 자료구축과정을 통해 계산된 임분 내 낙엽(침엽, 가지, 줄기, 세근)의 생산량은 1971년부터 2006년까지 지속적으로 증가해왔다. 또한 2006년 낙엽 생산량(침엽, 가지)의 실측값과 추정값을 비교한 결과 유의적인 오차는 없었다. 모의된 30 cm 깊이까지의 토양탄소 저장량의 임분 전체평균은 $46.30{\pm}4.28tCha^{-1}$로 산림의 임목 내 탄소 저장량의 약 53%를 차지했으며, 실측값과 비교하여 유의한 차이 및 오차가 없었다. IPCC A1B 시나리오에 따른 한반도 기후변화추세를 반영한 이 지역의 모의된 토양탄소 추정량은 1971년부터 2041년까지 지속적으로 증가한 후 2100년까지 감소되는 것으로 나타났다. 기후변화를 고려하지 않는 시나리오의 결과와 비교하면 2100년에 이르러 최고 7.58%까지 토양탄소량이 감소될 수 있다. 본 연륜연대학적 자료 구축방법과 Yasso 모델을 이용한 모의과정은 천연소나무림의 토양탄소동태를 추정하는데 유용한 것으로 판단되었다. 향후 더욱 신뢰성 있는 결과를 생산할 수 있도록 연륜연대학적 방법 및 Yasso 모델의 개선과 다양한 환경에서의 적용 및 타당성평가와 같은 후속연구가 필요한 것으로 사료된다.

HEVC 실시간 소프트웨어 인코더에서 GOP 병렬 부호화를 지원하는 R-lambda 모델 기반의 율 제어 방법 (R-lambda Model based Rate Control for GOP Parallel Coding in A Real-Time HEVC Software Encoder)

  • 김대은;장용준;김문철;임웅;김휘용;석진욱
    • 방송공학회논문지
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    • 제22권2호
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    • pp.193-206
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    • 2017
  • 본 논문에서는 4K UHD 입력 영상을 실시간으로 부호화하기 위해 GOP 단위 또는 IDR 주기 단위의 병렬 부호화 구조를 지원하는 $R-{\lambda}$ 모델 기반의 율 제어 방법을 제안한다. 제안하는 $R-{\lambda}$ 모델 기반의 율 제어 방법에서는 순차적 프레임 부호화가 아닌 병렬 부호화를 위한 슬라이스 레벨 비트 분배(bit allocation) 방법을 제안한다. GOP 단위 또는 IDR 주기 단위의 병렬 부호화에서 율 제어기를 작동시키는 경우, 계층적 B구조에서 최하위 프레임 계층을 제외한 동일 계층에 속한 프레임 간에는 상호간에는 부호화 수행 이후 각 소모된 비트양에 대한 정보를 공유 할 수 없기 때문에 기존의 비트량 분배 방식으로는 비트 예산(bit budget) 관리가 불가능하다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는, 기존의 $R-{\lambda}$ 모델 기반 율 제어 방법인 프레임 부호화 순서에 따라 각 프레임별로 목표 비트량 분배하던 방식으로부터, GOP 별로 비트량을 할당한 후, 각 GOP 내의 계층적 B 구조에서 계층이 깊어지는 방향으로 순차적으로 비트 예산을 갱신하여 비트량을 분배하는 방식으로 율 배분 방식을 개선하였다. 뿐만 아니라, 입력 영상의 전처리 과정을 통해 획득된 영상의 복잡도 정보를 고려하여 비트를 분배하여 영상의 주관적인 화질을 향상시켰다. 실험을 통해 제안 방법이 병렬 구조의 HEVC 부호화기에서 잘 작동함을 확인 할 수 있었고, 전처리 결과를 활용하여 율 제어기의 성능을 향상 시킬 수 있음을 확인하였다.

휨 구조의 압전 마이크로-켄틸레버를 이용한 진동 에너지 수확 소자

  • 나예은;박현수;박종철
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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    • pp.476-476
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    • 2014
  • 서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$$0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

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