운전중인 변압기 내부의 부분방전에 의한 초음파 신호를 상시 감시하기 위한 초음파 상시 측정장치를 개발하였다. 초음파 상시 측정장치는 변압기 외부에서 발생하는 전기적 및 기계적인 노이즈를 제거하고 변압기 내부의 부분방전에 의한 초음파 신호만을 측정하기 위하여 50~300[KHz] 주파수 대역만 집중 측정하도록 협대역 필터를 설계하였으며, 초음파 센서는 60[dB] 증폭도의 프리앰프 내장형으로 개발하였다. 부분방전에 의한 초음파 신호와 특성이 유사한 부하시 탭 절환장치의 동작에 의한 초음파 신호를 제거하기 위하여, 초음파 신호의 지속시간으로 판별하는 초음파 신호판별 알고리즘을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 초음파 상시 측정장치는 실험실의 모의 변압기와 현장에서 운전중인 변압기에서 부분방전에 의한 초음파 신호를 측정하여 신뢰성을 확인하였다.
40 Gb/s 광 수신기용 클락 복원회로를 설계 및 제작하였다. 클락 복원회로는 전치 증폭기, 다이오드를 이용한 비선형 회로, 대역통과 필터, 클락 증폭기로 구성되어 있다. 40 Gb/s 클락 복원회로를 제작하기에 앞서 10 Gb/s 클락 복원회로를 제작, 측정하였다. 40 Gb/s 클락 복원회로에 -10 dBm의 40 Gb/s NRZ 신호를 입력하였을 때, 비선형 회로를 통과한 후에 40 GHz의 클락이 출력 전력 -20 dBm으로 복원되었다. 비선형 회로를 통과하여 복원된 클락은 협대역 필터를 통과하고, 증폭되게 된다. 제작된 클락 복원회로는 클락의 지터를 감소시키고, 더욱 안정화 시키기 위하여 위상 동기 회로의 입력으로 사용되게 된다.
본 논문에서는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 초고속 디지털 인터페이스 응용을 위한 4-채널 광 송신기를 구현하였다. 특히 VCSEL 드라이버 회로 내에 피드포워드 기법을 사용하였고, 프리앰프 회로 내에 펄스 폭 컨트롤 기법을 사용함으로써, 채널 당 2.5-Gb/s 동작속도를 가지며, 4mA의 바이어스 전류 및 $2{\sim}8mA_{pp}$의 모듈레이션 전류를 구동하고, 펄스 폭 왜곡을 줄이는 효과를 갖는다. 4-채널 광 송신기 어레이 칩의 면적은 $1.0{\times}1.7mm^2$ 이며, 단일 1.8V 전원전압에서 최대전류 구동 시 채널당 35mW의 낮은 전력을 소모한다.
최근 들어 심해개발에 대한 관심이 고조됨에 따라 AUV 또는 수중 로봇과 같은 수중 무인작업선의 개발을 위하여 많은 노력을 하였다. 본 논문은 초음파의 전송지연을 고려하지 않고 최대 처리량의 일정수준을 확보하고 다중 초음파 통신 채널을 통하여 고속의 데이터 전송이 가능한 새로운 고효율의 음향 기반 수중 영상 통신시스템을 제시한다. 제시된 시스템은 중심주파수가 136khz이고 10khz의 밴드 폭에서 동작하는 음향 트랜스듀서, 전단증폭기, $\pi/4 QPSK$ 변복조 방식, JPEG 기술을 사용한 영상 압축방식과 수정된 Stop & Wait 프로토콜로 구성한다. 실험 결과는 수조 테스트에서 고효율의 수중영상 전송이 가능하였고, 또한 그 결과는 기존에 개발된 시스템과 타당한 전송성능을 비교 입증하였고 해양에서 실용 가능성을 연구 검토하였다.
광시스템상에는 외부로부터의 잡음과 시스템 자체의 잡음이 항상 존재하는데, 이러한 잡음은 광시스템의 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 되어 결국에는 시스템의 에러확율을 변화시키게 된다. 이에 본 논문에서는 광시스템의 특성변수인 m 값을 도입하여 다양한 m값의 변화에 따라 광시스템의 에러확률을 ${\kappa}$-자승법을 이용하여 계산하였다. 계산 결과 m값에 따라 광시스템의 에러확률이 변화함을 확인하였고, 광시스템의 표준에럭확률인 $10^{-9}$을 유지하는 경우 m값을 400정도로 유지하면 됨을 확인하였다. 이는 m값이 큰 경우는 광시스템이 저출력임을 의미하므로 보다 작은 출력의 광원을 사용해도 광시스템의 에러확율을 유지하는데 문제가 없음을 알 수 있었다. 이는 일반적인 경우 저출력의 광원을 사용하는 경우 광시스템의 수신단에서 신호를 증폭하는 전치증폭기를 사용하지 않아도 됨을 의미하므로 보다 효율적이며 저렴하게 광시스템을 구현할 수 있음을 의미한다.
본 연구에서는 가정이나 일반 사무실 등에서 편리하게 하부요로계의 폐색을 진단하기 위하여 요속과 동시에 배뇨 시 발생하는 요류음을 계측할 수 있는 센서 및 계측 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 로드셀을 이용한 요속계측센서, 청진기형 요류음 계측센서, 센서신호의 검출을 위한 전처리부, 신호의 증폭 및 필터부, 시스템 제어부, PC 계측 프로그램 등으로 구성되었다. 구현된 시스템의 평가를 위하여 하부요로계를 모식화한 실험장치를 구현하였다. 구현된 실험장치를 이용하여 요속 및 요음을 계측하고 시간영역과 주파수영역에서의 분석을 통해 하부요로계의 폐색을 가장 잘 반영하는 특징파라미터를 추출하고자 하였다. 그리고 구현된 시스템의 임상적용 가능성을 평가하기 위하여 정상인 5병을 대상으로 요속 및 요류음을 계측하고 분석하였다. 그 결과 요류음 신호의 $253\sim282Hz$ 대역이 폐색의 정도를 가장 잘 반영하는 것으로 나타났다.
광시스템에서 신호와 부가적인 잡음의 통계적인 특성에 대해 다양한 방법으로 평가하는 것은 시스템의 성능 최적화를 위해 필수적인데, 본 논문에서는 스펙트럼분할된 광시스템의 성능해석에서 수신부에 광전치증폭기를 포함시켜 수신된 신호 비트에 대한 에러한계 즉, 비트에러률을 유지하기 위해 필요한 평균광전력을 비트당 포함되는 광자의 수로 나타낸다. 본 논문에서는 신호가 디지털 형태를 띄는 경우 수신기의 감도를 계산하는 방안에 대하여 계산을 수행하였다. 이를 통해 일반 강도변조된 신호의 전송시와 디지털 신호의 전송시에 필요한 광전력의 비교를 보였다. 그림 3에서 보인 것처럼 디지털 신호 전송 시스템이 일반 강도변조된 신호의 전송 시에 비해 최소 10dB 정도 개선이 됨을 확인할 수 있었다.
Efforts to employ smart home sensors to monitor the indoor activities of elderly single residents have been made to assess the feasibility of a safe and healthy lifestyle. However, the bathroom remains an area of blind spot. In this study, we have developed and evaluated a new edge computer device that can automatically detect water usage activities in the bathroom and record the activity log on a cloud server. Three kinds of sound as flushing, showering, and washing using wash basin generated during water usage were recorded and cut into 1-second scenes. These sound clips were then converted into a 2-dimensional image using MEL-spectrogram. Sound data augmentation techniques were adopted to obtain better learning effect from smaller number of data sets. These techniques, some of which are applied in time domain and others in frequency domain, increased the number of training data set by 30 times. A deep learning model, called CRNN, combining Convolutional Neural Network and Recurrent Neural Network was employed. The edge device was implemented using Raspberry Pi 4 and was equipped with a condenser microphone and amplifier to run the pre-trained model in real-time. The detected activities were recorded as text-based activity logs on a Firebase server. Performance was evaluated in two bathrooms for the three water usage activities, resulting in an accuracy of 96.1% and 88.2%, and F1 Score of 96.1% and 87.8%, respectively. Most of the classification errors were observed in the water sound from washing. In conclusion, this system demonstrates the potential for use in recording the activities as a lifelog of elderly single residents to a cloud server over the long-term.
최근 LED 디스플레이 시스템이 활발히 보급됨에 따라서 시스템 구동을 위한 LED 드라이버의 효과적인 제어방법에 대한 연구가 진행 중이다. 그 중에 가장 대표적인 것이 LED Driver 채널의 균일한 밝기 제어이다. 본 논문 에서는 채널 휘도 편차 최소화를 위한 전류보상 및 시스템 보호 기능을 갖는 BLU용 LED driver IC를 제안하였다. 제안하는 LED Driver IC는 채널 간 ±3% 이내의 current accuracy와 150mA 채널 전류를 목표로 설계하였다. 설계 사양을 만족시키기 위해 채널 구동 PWM 신호를 이용한 chopping 동작을 수행하도록 하여 채널 앰프 옵셋을 상쇄할 수 있도록 하였다. 또한 pre-charge기능을 구현하여 빠른 동작 속도와 채널간 휘도 편차를 최소화할 수 있도록 하였다. LED에러(오픈, 쇼트), 스위치 TR 쇼트 감지 및 동작 온도 보호 회로를 설계하여 IC 및 BLU시스템을 보호할 수 있도록 하였다. 제안된 IC는 Cadence 및 Synopsys사의 Design Tool을 사용하여 설계 하였으며, Magnachip 0.35um CMOS 공정을 사용하여 제작되었다. 제작된 LED driver IC는 채널 간 ±1.5% 이내의 current accuracy와 150mA 채널 출력특성을 만족하였으며, 평가 보드를 통해 에러 검출 회로들이 정상 동작함을 확인하였다.
낮은 구동 전류에서 이득 포화 현상을 일으키며 높은 변조 속도를 지원하기 위해 충분한 전광 응답 속도가 제공되는 반사형 반도체 광 증폭기(R-SOA)를 TO-can package 형태로 개발하고 기가급 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON)에서 적용 가능성을 시험해 보았다. R-SOA의 제작에 Double trench 구조와 개선된 전류 차단층이 도입되어 고속 변조가 가능해졌다. 자기 방출광(ASE) 주입 방식 R-SOA를 기반으로 하는 기가급 WDM-PON에서 전송 가능하기 위해 필요한 주입 광세기 요구 조건과 사용 가능한 온도 범위를 측정하였다. 주입광의 스펙트럼에 따른 R-SOA의 전송 성능의 변화를 초과이득잡음, Q, 에러오율 측정을 통해 분석하였다. 제안된 파형이 기 조성된 ASE 공급 방법을 사용하여 출력 스펙트럼 감소에 의한 전송 신호의 품질 저하를 보완할 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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