(재)스마트IT 융합시스템 연구단

환경 센서 시스템

TOPIC 1 : 개인용 환경 모니터링 시스템 개발

연구 참여자(책임자)

조현태 연구교수, (재)스마트IT융합시스템연구단

연구목표

• 대기 오염 지수를 측정할 수 있는 저전력 개인용 환경 모니터링 시스템의 개발
• 환경 모니터링 시스템간의 네트워크 프로토콜 연구
• 저전력 환경 센싱 기술 및 센서 보정 기술에 대한 연구

연구내용

• 실내 환경 모니터링을 위한 개인용 통합 IoT 장치 개발
• In-House 환경 센서의 Integration 및 calibration
• 시스템의 저전력 운용을 위한 이벤트 감지 방법 및 기술 개발
• 저전력 스케줄링 알고리즘 개발

• 저전력 네트워크 운용을 위한 토폴로지 구성/유지 기법
• 스마트 환경 센서 시스템, Wi-Fi 기반 무선 통신, 서버, 스마트 기기와의 상호 연동을 위한 프레임워크 설계

기대효과

• 스마트 환경 센서 시스템을 통하여 스마트IT융합 플랫폼 기저를 확립
• 시스템의 저전력 운용 및 정밀 센싱 알고리즘에 대한 원천기술 확보
• PEMS는 사용자의 대기 오염 노출량을 추적 관찰하여 사용자에게 Healthcare 서비스를 제공
• 대기 환경 오염에 대한 정확한 정보 전달을 통한 삶의 질 향상

TOPIC 2 : 실내외 공기질 모니터링 센서 개발

연구 참여자(책임자)

• 박종욱 교수, 한국과학기술원 신소재공학과
• 조규성 교수, 한국과학기술원 원자력 및 양자공학과
• 이형규 교수, 대구대학교 정보통신공학부

연구목표

• 실내외 공기질 모니터링을 위한 초소형 광학식 미세먼지센서 개발
• 실내 공기질 모니터링 및 개선장치 개발
• 대기오염관련 환경 센서 및 환경측정 시스템을 응용한 air tracker 개발
• 실내·외 유해한 가스를 실시간으로 감지하여 사용자에게 위험요소 정보를 제공할 수 있는 고성능 유해환경 센서 소재 개발 및 유해환경 가스에 초고감도/초고속으로 반응하는 촉매-금속산화물 복합 감지소재 개발
• 고성능, 저전력, 초소형 환경 센서 소자를 위해 다종 나노소재 제작 방법과 배열 생성 공정을 개발 및 나노소재 표면개질 기술을 개발하고 이를 기반으로 다종의 화학물질을 검출할 수 있는 고성능 센서 제작
• 기존 고체전기화학식의 문제점을 개선한 Park-Rapp probe을 이용한 절연유 열화 감지 시스템 구현 및 상용화
• 세라믹 적층기술을 이용한 고효율 저비용의 수소센서 대량 생산 공정 개발
• 가스투과막을 통한 수소가스 분리 및 측정을 위한 패키징 개발
• 절연유 열화 감지 알고리즘 설계 및 회로 구현
• 실리콘 photomultiplier 기반 모바일 환경 방사선 센서 개발
• 향상된 단일 나노 소재 기반 TVOC (Total Volatile Organic Compound) 센서 개발
• 다종 나노 소재 어레이 기반 선택적 VOCs (Volatile Organic Compounds) 센서 개발
• 전력변환기와 에너지 저장장치를 사용하지 않는 에너지 하비스팅 기술을 사용한 스마트 자외선 측정기(스마트패치) 개발 및 상용화를 위한 시제품 개발

연구내용

• 미세먼지센서 초소형화를 위한 광학계 설계, 기구 설계, calibration system 구성 및 알고리즘 개발

• 나노기술 기반의 유해물질 제거기술 및 장치 개발
• 스마트 환경 센서 모듈을 장착한 개인용 공기오염 측정기의 개발
• 고분산성의 나노입자 촉매 합성을 위한 유기 나노템플레이팅 기술 개발
• 전기방사기술을 이용하여 상기의 나노입자 촉매가 결착된 1차원 금속산화물 나노섬유 제작 및 형상 제어
• 형성된 촉매-금속산화물 복합 감지소재를 이용한 가스 감지특성 평가
• 다종의 촉매-금속산화물 복합 감지소재 라이브러리를 이용한 가스감지 패턴인식

• 고성능, 저전력, 초소형 환경센서 소자를 가능하게 하는 고감도, 기능성 나노 복합소재를 개발
• 고감도 소재를 선택적인 위치에 합성 / 집적하며, 동시에 여러 종류의 나노소재를 배열화하여 다중 화학 센싱 소자 및 시스템 구현

• 고온 구동 센서 패키징 설계 및 구현
  • - Park-Rapp probe를 세라믹 적층 기술을 적용시킨 고체전기화학식 수소센서 개발 센서 패키징 및 절연유 열화 측정기 개발
  • - 고온에서 동작시 열의 유출입을 방지를 위한 패키징 설계
  • - 가스투과막을 통하여 분리된 수소가스를 포집하고 이를 측정할 수 있는 측정기 개발 온도 보상 및 측정 알고리즘 회로 설계/구현
  • - 센서 신호 특성 확인 및 온도 보상회로 설계
  • - 패키징 내 수소가스의 측정을 방해하는 산소가스 제거를 위한 산소펌핑 구동 알고리즘 설계 및 구현 오일 열화 감지 시스템 시제품제작 및 생산공정 개발
  • - 센서와 주변 구동 회로를 포함하는 시제품 제작
  • - 현장 적용 테스트를 통한 신뢰성 확보

• 실리콘 photomultiplier 기반 모바일 환경 방사선 센서 개발
• 실리콘 기반의 고민감도 센서와 섬광체를 결합한 방사선 검출 모듈 개발
• 검출 모듈을 적용한 혁신적 휴대용 방사선량계 개발

• 나노물질의 종류 (ZnO, WO₃,CNT,graphene)에 따른 TVOC 감지 성능 평가 및 분석
• 나노물질의 구조 (현수됨, 현수되지 않음) 에 따른 TVOC 감지 성능 평가 및 분석
• 나노물질의 결정 (단결정, 다결정) 에 따른 TVOC 감지 성능 평가 및 분석

• 상용화를 위한 스마트패치 샘플 프로토타입 개발
  • - 상용화를 위한 스마트패치 상품 기획(설계)
  • - E-Ink기술이 적용된 스마트패치 전용 LCD 모듈 제작
  • - 전용 PV-Cell 모듈 제작
  • - 제작된 스마트패치 ASIC 및 UV센서를 동일한 패키지에 통합
  • - 유연회로기판을 이용한 주요 구성요소 통합
  • - 실용성 및 안정성 테스트

기대효과

• 휴대가 가능하므로 국소적 미세먼지 예보에 활용
• 미세먼지와 유해가스를 완벽하게 제거할 수 있는 공기정화기술 확보 및 장치 개발
• 스마트 환경 센서 시스템을 응용하여 개인용 공기오염측정분야의 스마트IT융합플랫폼 기저 확립에 기여
• 유기 템플레이팅 공정법을 이용하여 고성능 촉매 합성 기술을 제시하고 우수한 기술의 지식재산권을 획득하여, 꾸준히 성장하고 있는 화학·가스센서 시장에서 높은 점유율을 확보할 수 있음
• 고감도 환경 센서를 개발함으로써 나노 전자소자를 기반으로 한 고성능, 저전력, 초소형 환경센서 기술의 개발과 관련 시장을 개척
• 2016년 153억 달러에 도달할 것으로 예측되는 세계 환경 센싱 및 모니터링 시장 선점 - Park-Rapp probe의 신규제품 비즈니스 모델 제시
  • - 기초연구의 산업화 모델 제시
  • - 변압기 안전사고 예방 및 사회적 안정망 구축
  • - 취약한 국내 측정기기 산업의 활력 제고
• 스마트패치의 개발을 통한 반영구적 저가형 센서의 효용성 입증
• 스마트패치의 개념 도입 및 실제 용용 예시로 에너지 저장장치와 컨버터가 없는 저가형 반영구적 센서 시스템의 산업적 활용 가능성 실증

TOPIC 3 : 저전력 스마트 가스센서 인터페이스 회로 및 디지털 신호처리 기술 개발

연구 참여자(책임자)

제민규 교수, 한국과학기술원 전기및전자공학과

연구목표

• 저전력 스마트 가스 센서 인터페이스 회로 개발
• 고성능 IoT 기반 센서 시스템을 위한 전력 효율적인 디지털 신호 처리 기술 개발

연구내용

• 저전력 고성능 가스 센서 readout 회로 개발
• 고효율 고정밀 가스 센서 가열 및 온도 제어 회로 개발
• 가스 센서 특성 보정 회로 개발
• 저전력 스마트 가스 센서 시스템 적용
• 센서 데이터의 분석과 정보 교환을 위한 디지털 회로 연구 및 데이터 분석기술 개발
• IoT 센서 네트워크에서 무선 데이터 전송의 전력 소모를 줄이기 위한 초저전력 무선통신 모뎀 개발

기대효과

• 차세대 스마트 가스 센서 시스템 구현에 필요한 핵심 회로 기술 확보
• 산업용, 가정용, 개인용 등 각종 가스 센서 제품의 소형화 및 저전력화를 가능하게 함으로써 가스 센서 수입 대체 및 시장 선도
• 무선 가스 센서 시스템의 보급을 확대함으로써 환경 개선 및 건강 증진에 기여
• 스마트 센서 네트워크 시스템의 우수한 통신기능 지원 및 저에너지 소모를 통한 시스템 신뢰성 증대에 기여