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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김진상
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수19
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 연구에서는 최근에 그 쓰임새가 증가하고 있는 적외선 온도 센서에서 주변 온도 변화에 따른 출력 변화율의 특성을 파악하고, 주변온도 변화분을 자동으로 제거하는 회로 및 알고리즘에 관한 연구를 통하여 적외선 온도 센서의 성능을 향상시키는 방법에 대하여 제시하였다.
온도를 측정하는 방법은 크게 두가지로 나뉠수 있는데 접촉식과 비 접촉식 방식이다. 접촉식은 수은, 알코올, 백금(RTD), 열전대, 서미스터 등을 사용한 온도 측정 방식으로서, 비 접촉식에 비해 정확한 온도 측정과 더불어 상대적으로 가격이 저렴하고 구조가 단순한 점이 있으나, 온도 측정시 접촉을 해야하는 점으로 인하여 직접적으로 온도를 잴 수 없는 모터의 회전 축이나 컨베이어 벨트, 또는 접촉시 오염이나 파괴가 되는 물질의 측정에는 사용될 수 없다. 이에 반해 비 접촉식 온도 센서는 접촉식에 비해 고가이지만 이러한 접촉식이 가지고 있는 단점을 극복할 수 있는 특징이 있다.
비 접촉 방식인 적외선 온도 센서는 접촉식 온도센서와는 다른 또 하나의 장점이 있는데 그것은 빛이 없는 곳과 원거리 물체의 온도도 측정 할수가 있다는 점이다. 따라서 최근에는 야간이나 흐린날씨에서 방범, 자동차의 시야확보, 국방에서의 적군 탐지 등과 같은 매우 다양한 분야로 적용이 되고 있다.
적외선 온도 센서는 가시광선과 초 고주파 사이의 영역에 존재하는 적외선을 검출하며, 이 적외선의 전 파장대는 0.77㎛ ~ 1000㎛ 이다. 이중 적외선 온도 센싱에 사용되는 파장대는 0.77㎛ ~ 14㎛ 이다. 모든 물체는 절대온도(-272.15℃)이상에서 적외선을 방출하고 온도에 따라서 그 방출량은 달라지는데, 적외선 온도 센서는 이 적외선을 검출하여 수mV대의 전압으로 만들고 이 신호를 증폭하고 적절이 보상하여 온도 값으로 환산하게 된다. 적외선 센서는 그 구조상의 특징으로 인하여 온도를 측정하고자 하는 목표물의 온도와 더불어 센서를 구성하고 있는 Element의 적외선 온도량도 같이 측정되게 되는 단점이 있다. 따라서 본 논문은 IR온도센서의 주변온도에 대한 출력 특성을 온도챔버를 이용하여 파악하고, 기존의 논문과 일반적으로 알려진 구동회로에서의 아날로그 NTC Reference온도 보상의 문제점을 mV대의 측정된 적외선 값을 수십여배 증폭하고, 마이크로 프로세서를 통한 주변온도가 보상되는 자동 Reference Voltage에서 원 신호를 감산하여 온도에 대한 영향을 제거한후, 다시 적절하게 증폭하는 방법을 통하여 A/D Converter의 Conversion 의 전 영역을 사용할 수 있도록 개선 하였다. 이렇게 구성된 회로는 2가지의 장점을 가지게 되는데 기존에 회로에 비해서 주변 온도 변화에 따른 적외선 값이 완벽하게 제거 됨으로, 센서가 읽어들이는 목표물의 적외선 값만을 증폭할 수 있어 센서의 Accuracy가 상대적으로 크게 증가되며, 또한 기존의 0℃~50℃까지의 주변온도 사용범위를 20℃~ 70℃까지 확대 적용할 수 있다는 점이다.
아울러 적외선 센서Element에 장착된 NTC(Negatve temperature coeffient)소자를 통한 센서 주변온도의 정밀 측정 방법(SteinHart-Hart방정식 이용), Low pass filter구현, 대상물의 온도를 정확히 환산하기 위한 파라메터 설정, 캘리브레이션 알고리즘도 제안하였다.
온도를 측정하는 방법은 크게 두가지로 나뉠수 있는데 접촉식과 비 접촉식 방식이다. 접촉식은 수은, 알코올, 백금(RTD), 열전대, 서미스터 등을 사용한 온도 측정 방식으로서, 비 접촉식에 비해 정확한 온도 측정과 더불어 상대적으로 가격이 저렴하고 구조가 단순한 점이 있으나, 온도 측정시 접촉을 해야하는 점으로 인하여 직접적으로 온도를 잴 수 없는 모터의 회전 축이나 컨베이어 벨트, 또는 접촉시 오염이나 파괴가 되는 물질의 측정에는 사용될 수 없다. 이에 반해 비 접촉식 온도 센서는 접촉식에 비해 고가이지만 이러한 접촉식이 가지고 있는 단점을 극복할 수 있는 특징이 있다.
비 접촉 방식인 적외선 온도 센서는 접촉식 온도센서와는 다른 또 하나의 장점이 있는데 그것은 빛이 없는 곳과 원거리 물체의 온도도 측정 할수가 있다는 점이다. 따라서 최근에는 야간이나 흐린날씨에서 방범, 자동차의 시야확보, 국방에서의 적군 탐지 등과 같은 매우 다양한 분야로 적용이 되고 있다.
적외선 온도 센서는 가시광선과 초 고주파 사이의 영역에 존재하는 적외선을 검출하며, 이 적외선의 전 파장대는 0.77㎛ ~ 1000㎛ 이다. 이중 적외선 온도 센싱에 사용되는 파장대는 0.77㎛ ~ 14㎛ 이다. 모든 물체는 절대온도(-272.15℃)이상에서 적외선을 방출하고 온도에 따라서 그 방출량은 달라지는데, 적외선 온도 센서는 이 적외선을 검출하여 수mV대의 전압으로 만들고 이 신호를 증폭하고 적절이 보상하여 온도 값으로 환산하게 된다. 적외선 센서는 그 구조상의 특징으로 인하여 온도를 측정하고자 하는 목표물의 온도와 더불어 센서를 구성하고 있는 Element의 적외선 온도량도 같이 측정되게 되는 단점이 있다. 따라서 본 논문은 IR온도센서의 주변온도에 대한 출력 특성을 온도챔버를 이용하여 파악하고, 기존의 논문과 일반적으로 알려진 구동회로에서의 아날로그 NTC Reference온도 보상의 문제점을 mV대의 측정된 적외선 값을 수십여배 증폭하고, 마이크로 프로세서를 통한 주변온도가 보상되는 자동 Reference Voltage에서 원 신호를 감산하여 온도에 대한 영향을 제거한후, 다시 적절하게 증폭하는 방법을 통하여 A/D Converter의 Conversion 의 전 영역을 사용할 수 있도록 개선 하였다. 이렇게 구성된 회로는 2가지의 장점을 가지게 되는데 기존에 회로에 비해서 주변 온도 변화에 따른 적외선 값이 완벽하게 제거 됨으로, 센서가 읽어들이는 목표물의 적외선 값만을 증폭할 수 있어 센서의 Accuracy가 상대적으로 크게 증가되며, 또한 기존의 0℃~50℃까지의 주변온도 사용범위를 20℃~ 70℃까지 확대 적용할 수 있다는 점이다.
아울러 적외선 센서Element에 장착된 NTC(Negatve temperature coeffient)소자를 통한 센서 주변온도의 정밀 측정 방법(SteinHart-Hart방정식 이용), Low pass filter구현, 대상물의 온도를 정확히 환산하기 위한 파라메터 설정, 캘리브레이션 알고리즘도 제안하였다.
목차
1. 서론2. 온도측정 기술2.1 온도 측정 방법의 종류2.2 적외선의 정의2.3 적외선 온도센서(Thermopile type)의 원리2.4 적외선 온도센서 Element의 구조와 관계식3. IR센서의 특성 테스트 및 기존 구동회로 분석3.1 IR 센서의 수광능력 테스트3.1.1 실험 장치의 구성3.1.2 측정 결과3.2 IR센서의 주변 온도별 출력특성 테스트(러버히터 사용)3.2.1 측정결과3.3 IR센서의 온도별 출력 특성 테스트(온도챔버 사용)3.3.1 IR센서 구동회로 구성3.3.2 측정 결과3.4 IR센서 기본 구동회로 및 출력 한계 값 시뮬레이션3.5일반적인 IR센서 구동회로 분석 및 출력 한계 값 시뮬레이션3.5.1 파라메터 설정3.5.2 시뮬레이션3.6 Reference 개선회로 및 출력 한계 값 시뮬레이션4. IR 센서의 보상 알고리즘 제안과 개선된 구동회로4.1IR 센서의 보상(Compensation)의 필요성4.2IR 센서의 보상 알고리즘4.2.1 NTC소자의 온도 환산4.2 2 IR소자의 주변온도에 따른 Reference값 도출4.3 회로구성4.4 출력식 계산4.5 개선된 구동 회로의 출력 한계 값 시뮬레이션4.6 개선된 구동 회로의 테스트 결과5. 결론Abstract viii
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