• 센서학회지
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• 제10권5호
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• pp.279-285
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• 2001

본 논문에서는 동맥혈중 이산화탄소 분압을 실시간으로 추정하는 capnograph 시스템에 상용되는 대부분 NDIR 흡수식(non-dispersive infrared absorption) 광챔버와 신호처리회로를 설계 및 구현하였다. 광챔버 설계시 일반 정상인의 capnogram을 주파수 분석하여 적합한 광쵸핑 주파수를 결정한 뒤, 이에 근거하여 시간응답을 고려한 광챔버를 설계하였으며, 열잡음에 대한 영향을 줄이기 위해 2광원 1센서 방식의 $CO_2$ 농도 신호처리회로를 구현하였다. 구현된 광챔버에 대한 가스배출시간을 조사하였으며 신호처리회로를 외부 온도 변화 실험에 적용한 결과 2광원 1센서 방식이 안정된 출력 신호를 얻을 수 있음을 확인하였고, 실제 사람의 호흡에 대한 실험결과 정상적인 capnogram 형태의 $CO_2$ 농도 변화 곡선을 보였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.102-107
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• 2007

A fast response $CO_2$ ($fCO_2$) analyzer for real-time measurement of carbon dioxide concentration during transient states of internal combustion engines has been developed. This analyzer uses non-dispersive infrared absorption (NDIR) technique for measuring $CO_2$ concentration and Kalman filter for removing noise components from output signals. The analyzer has good linearity, repeatability and drift with a response time of 11 ms; it is sufficiently fast to detect $CO_2$ concentration during transient states of internal combustion engines. The $fCO_2$ analyzer was used to measure transient $CO_2$ concentration of exhaust gas of the SI engine with a standard gas analyzer, and the signal of the $fCO_2$ analyzer was compared to that of the standard gas analyzer. The two concentrations were well matched during the steady state, and the $fCO_2$ analyzer could measure the variations of $CO_2$ concentration during the transient state.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.624-629
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• 2018

본 논문은 NDIR(Non Dispersive Infra Red) 방식을 적용하여 $CO_2$ 및 $CH_4$의 두 가지 가스를 하나의 휴대용 장치에서 측정이 가능하도록 제작된 복합 가스 측정 장치에 대한 연구이다. 측정 장치의 구성은 적외선램프에서 적외선이 방출되면 방출된 파장이 광학창을 거치면서 흡수로 인하여 빛이 줄어들게 되고 이 감소량(흡수도)을 검출기에서 검출하고 이를 전기적 신호로 변환 증폭하여(3.5V~6V) 정확한 측정이 가능함을 보여준다. 기존의 Single Sensor 방식은 적외선에서 특수파장을 흡수하여 상대 측정량을 검출하는 방식으로 가스의 경우 $4.26{\mu}m$파장의 빛만을 검출하여 측정하는 방식으로 센서의 값을 보정할 수 있는 기준센서가 없어 오차가 발생하는 문제가 발생하였다. 본 연구에 적용된 Dual Sensor 방식은 다른 가스의 영향을 받지 않는 $3.91{\mu}m$의 기준치와 가스의 $4.26{\mu}m$의 두 파장을 검출하여 비교측정 함으로써 오차가 적어 신뢰도가 높은 방식으로, 휴대형으로 소형화하여 저 전력화가 가능하며, $CO_2$ 및 $CH_4$의 2가지 가스농도를 복합적으로 측정 할 수 있다는 특징이 있다. 측정 범위는 $CO_2$의 경우 0ppm~5,000ppm이고 $CH_4$의 경우는 0~5%의 부피 농도로 실내 공기량 1,000ppm을 측정 할 수 있도록 제작되어 휴대용이나 주택의 Home automation과 연동하여 소화연동이 가능함으로 화재예방에 매우 효과적일 것으로 확인하였다.

• 전자공학회논문지 IE
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• 제45권3호
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• pp.27-35
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• 2008

본 논문은 다중 가스 필터 휠 (multi gas filter correlation wheel: multi GFC wheel)을 갖는 비분산 적외선법(NDIR method : non-dispersive infrared method)을 이용하여 대기 중 다종환경오염물질(CO, $SO_2$, NOx 등)을 동시에 실시간 측정할 수 있는 광학분석장치 개발을 위한 미세신호 검출 알고리즘을 제안한다. MCT(mercury cadmium telluride) 센서를 통해 측정된 각각의 환경오염물질의 미세신호는 고유한 NDIR 흡수 특성을 갖는다. 제안한 방법은 임계값과 하나의 외부 동기신호를 사용하여 연속적으로 측정된 신호로부터 각각의 오염물질 특정농도에 해당하는 데이터를 분리 검출한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1641-1642
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• 2006

본 연구에서는 NDIR(non dispersive infrared absorption) 가스센서의 소형화와 저가화를 목표로 2개의 오목 거울을 이용한 새로운 광 공동(optical cavity) 구조를 제안하고, 구조에 따른 광 출력 특성을 시뮬레이션하였다. Optical cavity는 광 경로증가 및 광 집속 구조로 설계하고, 각각의 출력단에서 검출되는 광 출력을 시뮬레이션한 결과 광 집속 구조의 팡 출력이 더 효율적임을 확인하였다. 집광구조에서의 광 출력을 최대로 하기 위해 광의 초점을 찾아보았다. 집광 구조를 사용하지 않는 단순 평행 광이 조사되는 경우, 적외선 센서부에 입사되는 광 출력은 최대 0.024W이다. 그러나 집광구조에서는 optical cavity의 광축에서 센서의 위치를 $15\sim20mm$까지 변화시켜 시뮬레이션한 결과 거리 18.83mm 일 때 조사되는 광 출력이 약 0.153W로 약 7배 증가됨을 확인하였다.

• 센서학회지
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• 제25권2호
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• pp.124-130
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• 2016

NDIR $CO_2$ gas sensor was built with ASIC implemented thermopile sensor which included temperature sensor and unique elliptical waveguide structures in this paper. The temperature dependency of dual infrared sensor module ($CO_2$ and reference IR sensors) has been characterized and its output voltage characteristics according to the temperature and gas concentration were proposed for the first time. NDIR $CO_2$ gas and reference IR sensors showed linear output voltages according to the variation of ambient temperatures from 243 K to 333 K and their slopes were 14.2 mV/K and 8.8 mV/K, respectively. The output voltages of temperature sensor also presented a linear dependency according to the ambient temperature and could be described with V(T)=-3.191+0.0148T(V). The output voltage ratio between $CO_2$ and reference IR sensors revealed irrelevant to the changes of ambient temperatures and gave a constant value around 1.6255 with standard deviation 0.008 at 0 ppm. The output voltage of $CO_2$ gas sensor at zero ppm $CO_2$ gas consisted of two components; one is caused by the HPB (half pass-band) of IR filter and the other is attributed to the part of $CO_2$ absorption wavelength. The characteristics of output voltages of $CO_2$ gas sensor could be accurately modeled with three parameters which are dependent upon the ambient temperatures and represented small average error less than 1.5% with 5% standard deviation.

• 한국가스학회지
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• 제15권4호
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• pp.51-55
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• 2011

본 논문에서는 써모파일을 사용한 비분산 적외선 메탄가스센서의 온도보상 알고리즘을 제시하였다. 가스측정을 위해 적외선 감지부에 내장된 써미스터의 출력전압과 분위기 온도와의 상관성을 도출하고, 협 대역통과 필터 특성과 온도 변화에 따른 센서모듈(광 공동과 적외선램프)의 출력전압 특성 및 메탄가스의 흡수계수와 광 경로에 따른 출력특성 해석을 통하여 가스센서 모듈의 온도보상 알고리즘을 도출하였다.온도보상 전 약 $\pm$ 1,500 ppm 이상의 오차를 갖는 센서는 온도보상 알고리즘을 적용함으로써 $20^{\circ}C$온도변화 구간에서 최대 약 180 ppm 이하의 정밀한 센서모듈을 제작하였다.

• 한국대기환경학회지
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• 제26권5호
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• pp.499-506
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• 2010

Recently, a great deal of attention have been directed to the use of alternative fuels as a means to reduce vehicular emissions. As one of the promising alternative fuels, bio-diesel has advantages of a wide adaptability without retrofit of diesel engine. It is also effective enough to reduce CO, THC, $SO_x$, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and PM. In this study, we investigated the emission characteristics of biofuels between different operating conditions, i.e., engine speed (1,400 rpm and 2,300 rpm), engine load (10% and 100%), bio-diesel blending (BD0, BD5 and BD20), and recirculation (EGR) rate of exhaust gas (0% and 20%). Relative performance of the system was evaluated mainly for the greenhouse gases ($CH_4$, $N_2O$ and $CO_2$). In addition, emission characteristics of ND-13 mode were also tested against both greenhouse gases and other airborne pollutants under emission regulation. The relative composition of bio-diesel has shown fairly clear effects on the emission quantities of CO, THC, and PM emission, although it was not on $NO_x$ and greenhouse gases. EGR rate has shown trade-off characteristics between $NO_x$ and PM.

• 대한기계학회논문집B
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• 제33권2호
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• pp.133-140
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• 2009

A fast-response $CO_2$ analyzer has been developed for measuring the $CO_2$ concentration during transient condition of a SI engine. The analyzer consists of the non-dispersive infrared absorption method, electrical chopping system and water cooling system. The analyzer has good repeatability, linearity and permissible drift characteristic. Besides, it showed 18ms of a response to measure the $CO_2$ concentration. The fast-response $CO_2$ analyzer was applied to a single cylinder SI engine and the $CO_2$ emission was examined during engine start. Simultaneously, the standard exhaust gas analyzer, which has slow response time, was used for confirming the accuracy of the exhaust gas analysis using the fast-response $CO_2$ analyzer. The developed analyzer showed much faster responsive characteristic than that of a standard analyzer and made cycle by cycle exhaust gas analysis possible. The transient engine operating characteristics will be estimated from the $CO_2$ concentration of engine-out emissions and engine operating variables.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.3079-3084
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• 2008

A fast response $CO_2$ analyzer has been developed for measuring the $CO_2$ concentration during transient condition of SI engine. The analyzer is based on the non-dispersive infrared absorption technique, electrical chopping system and water cooling system. The analyzer has good repeatability, linearity and permissible drift characteristic. Besides, it has 18ms with a response to measure the $CO_2$ concentration. The fast response $CO_2$ analyzer was applied to single cylinder SI engine and the $CO_2$ emission was examined during engine start. Simultaneously, the standard exhaust gas analyzer, which has slow response time, was used for considering the engine-out $CO_2$ characteristic. The developed analyzer showed much faster responsive characteristic than that of a standard analyzer and made cycle by cycle exhaust gas analysis possible. The transient engine operating characteristics will be estimated and the transient behaviors on engine-out emission and performance will be improved.