ET(Environment Technology) 분야 중 식물의 종자 배양에 관한 연구는 환경 변화에 강하고 생산성을 향상시켜 농가 소득 증대에 중요한 역할을 하는 분야이다. 주로, 온실 또는 청정실에서 연구를 진행하여 민감한 외부환경 변화를 차단하고 정확한 데이터를 산출해야 하는 정밀성이 요구된다. 특히, 온/습도의 변화는 종자의 생장에 지대한 영향을 끼치는 중요한 요소이다. 기존의 연구환경에서는 디지털 온도계 또는 수은 온도계에 의지하는 경우가 대부분이었다. 최근에는 온/습도를 통합 제어하여 일정하게 유지하는 공조시스템을 사용하고 있지만 저렴한 시스템 보급에는 맞지 않다. 본 논문에서는 우선적으로 LabVIEW를 이용하여 온/습도 모니터링 시스템을 설계하고 온/습도 센서를 이용하여 실시간 원격으로 모니터링 할 수 있는 시스템을 개발하고자 하였다.
Donald K. Sebera 모델은 다른 열화인자의 영향을 고려하지 않고 오직 온도와 습도만의 변화를 이용하여 두 개 이상의 서고환경에 대한 보존성 평가지수를 계산함으로서 기록물의 보존환경을 정량적으로 비교 평가하는데 활용될 수 있다. 본 연구에서는 Donald K. Sebera 모델을 이용하여 기록물관리법에서 제시하고 있는 온 습도 범위에서 종이기록물 보존조건 중 가장 우수한 조건과 가장 열악한 조건에서의 보존성을 비교 분석하였다. 그 결과 기록물관리법에서 허용하고 있는 온 습도 범위 내에서 보존조건이 가장 우수한 조건에서의 종이기록물 보존성 평가지수가 가장 열악한 조건에서 보다 2.47배 더 큰 것으로 나타났다. 또 가수분해반응 활성화에너지가 작을수록 종이기록물의 보존성은 온도보다는 습도에 의한 영향력이 크게 작용하였다. 따라서 보존성 평가지수는 서고의 온 습도 조건이 기록물 보존환경에 적합한지를 쉽게 판단할 수 있기 때문에 온 습도 변화에 대해 보존성 확보가 가능한 도구로 유용하게 활용될 수 있다.
건축물의 냉방 난방 제어를 위해서 열쾌적성과 에너지 절감에 기술이 집중되어서 발생하는 실내공기 오염에 대해서 실내 냉방 난방 부하와 $CO_2$ 농도에 따라서 환기량을 조절하는 "온도 습도 $CO_2$ 검출 및 제어용 멀티캐스트 컨트롤러"(이하 "컨트롤러")를 개발하였다. 컨트롤러의 어플리케이션은 뉴런C로 프로그램 하였으며 자동제어 네트워크의 환경에 따라서 전용선, 전력선 및 무선 통신 방식을 적용할 수 있도록 모듈형태로 제작하여서 현장 적용성을 높였다. 연구 결과 온도, 습도 및 $CO_2$를 분석하여 환기량을 조절하여 낭비 에너지를 줄였고 실내 공기의 오염을 예방하게 되었고 멀티캐스트 방식으로 자동제어 네트워크의 통신트래픽이 감소되고 효율성을 높였다.
요즈음, 온도 및 습도, 조도 센서를 이용하여서, 식물 재배 환경 정보를 자동으로 수집하고 생장환경을 관리하는 지능형 온실 시스템이 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 조도, 온도 및 습도를 예측해서 인터넷 기반에서, 식물 재배의 최적 환경 조건을 추론하는 모의실험을 하였다. IOT 환경에서, 식물 재배 조건을 온도, 습도, 조도를 아두이노 센서에 실시간으로 온실 관리자에게 전송해서, 식물 재배에 필요한 최적의 온도, 습도 조건 값보다 크거나 적으면 자동으로 SMS 경고 문자를 실시간으로 전송해 주기 때문에, 급격한 기후 변화 (눈,비, 폭염)조건일 경우라도 최적의 화초 재배조건을 관리 할 수 있다. 본 논문에서는 퍼지논리와 WEKA TOOL을 이용하여서, 같은 온대 식물이라도, 그 지역에 필요한 최적의 온도, 습도, 조도(일사량) 수치를 산출하는 모의실험을 하였다.
고분자 전해질형 연료전지에서는 수소이온의 이온전도성 저하를 방지하기 위하여 외부에서 가습하여 주는 방식이 일반적이지만, 가습에 소요되는 부품을 일부라도 제거할 경우 연료전지의 효율은 높이고 제작단가도 경감할 수 있다. 이를 위하여 저가습 및 무가습 실험을 수행하였으며, 정확한 data의 수집과 시험장비의 자동제어를 위하여 National Instrument사의 compact field point (cFP)를 사용하였다. 무가습 실험 중 stack의 안정성 측면을 고려하기 위하여 수소연료가 부족하거나 갑작스런 voltage drop이 발생할 경우 LabVIEW logic에 의한 stack 보호용 자동차단 시스템을 구현하였다. Humidifier와 heater의 온도를 조절하여 공급유체의 상대습도 및 온도를 각각 조절하였으며, 이에 필요한 이론적 온도는 Antoine equation을 사용하여 산정하였다. Anode와 cathode 양측 $100\%$ 가습 경우를 기준으로 가습량을 조절하면서 실험을 수행하였으며 성능 차이를 그래프로 도시하여 양측의 변화에 대한 영향을 볼 수 있도록 하였다. Stack의 온도가 $70^{\circ}C$이고 양측 무가습일 경우에 성능 측정이 불가능하여 stack의 온도를 저온에서부터 변화시키면서 무가습 성능을 실시간으로 측정하여 보았다 일반적으로 hydronium ion은 anode측에서 cathode측으로 계속 이동하여야 전기를 생성할 수 있으므로 cathode측 무가습이 anode측 무가습보다 성능이 더 잘 나오는 것으로 예측하였으나 이와 반대되는 경향의 실험 결과를 얻었다. Anode측 무가습과 cathode측 무가습의 standard deviation은 anode 무가습일 경우가 크게 발생하였고 양측 무가습일 경우는 stack의 온도가 높을수록 크게 관찰되었다. 이와 같은 현상은 공기중의 상대습도와 back diffusion등에 영향을 받을 수 있으므로 각종 변수들의 영향을 분리하여 관찰할 수 있는 실험을 수행중에 있다.
유비쿼터스 센서 네트워크(USN: Ubiquitos Sensor Network)는 우리 생활 전반적으로 다양하게 적용되고 있는 기술이다. 본 논문은 온도와 습도를 일정하게 유지해야 할 필요가 있는 공간을 효율적으로 관리할 수 있는 USN 기술 기반의 시스템에 대한 설계 및 이의 구현 사례를 소개한다. 본 시스템은 온 습도 센서가 내장된 다수의 센서 모듈을 이용하여 대상 공간에 무선 센서 네트워크를 구성하고, 각 모듈의 센서로부터 감지된 온 습도 정보를 실시간으로 수집하여 Database에 기록함과 동시에 사용자가 그래픽 인터페이스를 통해 대상 공간의 온 습도 현황을 Monitoring 할 수 있는 시스템이다. 또한, 각 온 습도 센서 모듈의 관리 대상 공간에 대하여 특정 온 습도 값을 지정하고 이 값과 일정 수준 이상의 오차가 발생하면 경고를 발생토록 한다. 본 논문에서 소개하는 시스템은 수동적이었던 기존의 데이터 수집 및 관리 방식을 자동화함으로서 보다 편리하고 효율적으로 대상 공간의 온 습도를 관리할 수 있으며, 저장된 데이터를 이용하여 온 습도로 인해 발생된 문제점에 대한 사후 분석 및 환경의 개선에 필요한 정보를 얻을 수 있다.
본 논문에서는 교량구간의 도로 결빙예측 및 감지를 위한 시스템 설계를 제안하였다. 센서 노드의 하드웨어는 마이크로프로세서, 온도 센서, 습도 센서, 그리고 Zigbee 무선 통신으로 구성되었다. 관제센터의 소프트웨어는 관제센터에 수집된 교량 온도, 습도 데이터로 관찰하기 위하여 구현되었다. 교량 노면의 결빙은 노면의 온도가 이슬점 온도 이하이면서 영하일 때 발생한다. 제안된 시스템을 이용하여 도로면의 온도 및 습도 분포를 측정하였다. 측정 데이터는 도로 결빙이 발생하는 시점을 예측하기 위하여 사용되었다. 실제 결빙되는 것보다 최소 30분 이전에 결빙시점을 예측하여 경고가 이루어진다. 이 결과로 결빙으로 인한 교통사고를 방지하기 위하여 사용 할 수 있다.
본 논문에서는 나노기술을 적용한 압저항형 온 습도복합센서를 개발하여 특성을 평가 분석 하였다. 온도 변화에 대한 출력 감도는 $20{\sim}80^{\circ}C$에 이르는 측정구간에서 약 0.75mV/$1^{\circ}C$의 출력 값을 보였다. 습도 변화에 대한 감도는 약 1.35mV/10%(RH)의 결과를 나타내었다. 이와 같은 결과에 의하여 본 논문에서 개발한 센서는 일반적인 생활 주거 환경에 적용이 가능함을 시사해 준다.
습도 감지소자의 물질 중 이온형의 대표적인 물질인 TiO$_{2}$ 습도 센서와 TiO$_{2}$에 V$_{2}$O$_{5}$를 첨가한 TiO$_{2}$-V$_{2}$O$_{5}$ 세라믹 습도센서를 제작하고 V$_{2}$O$_{5}$함량의 변화, 열처리 온도 및 열처리 시간에 따른 습도감지 특성 및 동작온도에 따른 특성 등을 조사하였으며 XRD와 SEM으로 그 원인을 규명하였다. TiO$_{2}$에 V$_{2}$O$_{5}$를 첨가하면 선형성이 좋아지는 것을 알 수 있었고 제작한 시료 중 V$_{2}$O$_{5}$의 함량이 1mol% 열처리 조건이 1000.deg.C, 1시간인 소자는 동작온도 40.deg.C에서 약 95%의 감도를 나타내었다.
본 논문은 MEMS (Micro-Mechanical-Electronic System) 기술을 이용한 온도, 압력, 습도 복합 센서의 설계와 제작, 그리고 평가에 관한 것이다. 이러한 MEMS 복합 센서는 휴대 전화나 PDA와 같이 가정용 제품에 사용되어 환경을 모니터링하는 건강 측정용 센서로서 사용될 것이다. 이 연구의 범위는 이러한 개별 센서의 연구 및 모든 센서를 하나의 실리콘 웨이퍼 상에서 집적할 수 있는 구조에 관한 연구, 그리고 복합 센서를 MEMS 공정에서 제작할 수 있는 공정 호환성에 대한 연구와 얻어진 센서 prototype의 측정, 평가로 이루어져 있다. 이 연구에서 우리는 온도와 압력 센서의 경우에는 선형성과 이력특성이 $1\%FS$안에 들어오는 특성을 얻었으며 단지 습도 센서의 경우에는 $5\%FS$에 해당하는 선형성과 이력 특성을 얻었다. 다만 원리적으로 습도 센서의 동작 특성은 비선형적이며 우리가 3차로 근사화할 경우에 보다 낳은 결과를 얻을 것을 기대할 수 있다. 이러한 특성을 더욱 개선하기 위한 것은 추후의 연구 영역이 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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