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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 14
1절 연구개발의 목적 14
1. 연구개발의 목적 14
2절 연구개발의 필요성 15
1. 기술적 측면 15
2. 경제적 측면 15
3. 군사적 측면 15
3절 연구개발의 범위 16
제2장 국내외 기술개발 현황 17
1절 국내 관련 기술 동향 및 수준 17
2절 국외기술 기술 동향 및 수준 18
3절 연구결과가 국·내외 기술개발현황에서 차지하는 위치 19
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 21
1절 연구개발 접근 방법 21
1. 입자감시기 21
2. 공기수집기 26
2절 연구내용 29
1. 입자감시기 29
2. 공기수집기 44
3. 내장 소프트웨어 (Embedded Software) 52
4. 운용 소프트웨어 57
5. 액상 생물입자 계수기 61
6. 시험평가 63
3절 연구결과 69
1. 연구결과 요약 69
2. 입자감시기 연구 결과 71
3. 공기수집기 연구 결과 72
4. 운용 소프트웨어 연구 결과 72
5. 액상 생물입자 계수기 연구 결과 73
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 74
1절 연도별 연구목표 74
1. 1차년도 상세 목표 74
2. 2차년도 상세 목표 77
2절 연구개발목표의 달성도 78
1. 달성도 요약 78
2. 연구개발 성과 정리 79
3. 연구개발 산출물의 적절성 80
3절 시험평가 요약 81
1. 요약 81
4절 관련분야의 기술발전에의 기여도 81
1. 기술적 측면 81
2. 경제적 측면 81
3. 군사적 측면 82
제5장 연구개발결과의 활용계획 83
1절 추가연구의 필요성 83
2절 사업화 추진방안 83
1. 실용화 및 사업화 예상 83
2. 실용화 및 사업화 노력 84
제6장 참고문헌 85
부록 86
표 1. 개발된 장비와의 유사도 19
표 2. 군용과의 차이점 30
표 3. 입자감시기의 연구 결과 요약 32
표 4. 외장의 연구 결과 요약 33
표 5. 건식농축부의 연구 결과 요약 34
표 6. 주요 구성품의 기능 35
표 7. 입자광측부의 연구 결과 요약 36
표 8. 유량제어부의 연구 결과 요약 37
표 9. 신호처리부의 상세 수행 내용 39
표 10. MCU 보드 41
표 11. HDAQ 보드 41
표 12. LDAQ 보드 42
표 13. 유량 제어보드 43
표 14. LASER 제어보드 43
표 15. 선별농축 보드 43
표 16. 입자감시기 전원공급장치 구성품 44
표 17. 공기수집기의 연구 결과 요약 45
표 18. 군용과 제작된 민수용 공기수집기의 비교 46
표 19. 군용과 민수용 외장의 비교 47
표 20. 건식농축부의 연구 결과 요약 48
표 21. 수집부의 연구 결과 요약 49
표 22. 신호처리부의 주요 구성품 50
표 23. 유량제어 보드 50
표 24. 공기수집기 전원공급장치 구성품 51
표 25. 전원공급부의 상세 수행 내용 51
표 26. 레지스터 맵 53
표 27. 단위 레코드(Single Particle Record) 구조 54
표 28. 운용 소프트웨어의 주요 목표 57
표 29. 주 화면의 기능 60
표 30. 감도 계산 및 응답시간 기록표 66
표 31. 공기수집기 농축효율 68
표 32. 1차년도 입자감시기와 공기수집기의 제원 및 성능 69
표 33. 입자감시기와 공기수집기의 제원 및 성능 70
표 34. 입자감시기 연구 수행 내용 71
표 35. 공기수집기 연구 수행 내용 72
표 36. 기타 수행 내용 72
표 37. 1차년도 수정 수행 목표 76
표 38. 2차년도 연구 개발 방향 77
표 39. 목표달성도 78
표 40. 최종 제원 79
표 41. 최종 성능 79
표 42. 시제품 80
표 43. 지적재산권 80
표 44. 시험평가 결과 종합 81
표 45. 예상 수요처 83
표 46. 사업화 노력 84
그림 1. 피해 예측 곡선 14
그림 2. 유사장비 17
그림 3. CIBADS(좌)와 UVAPS(우) 18
그림 4. 유사장비 비교 분석 20
그림 5. 입자감시기 구성품 및 기능 21
그림 6. 유량제어부 22
그림 7. 입자광측부 주요 구성품 22
그림 8. 입자발생장치와 최적화 시험을 위한 구성 24
그림 9. 레이저빔과 만난 입자빔의 모양 24
그림 10. 광학챔버모듈 내의 초점에서 레이저빔 프로파일 25
그림 11. 형광입자분석기(좌)와 APS(우)의 2 ㎛ PSL 분포 비교 25
그림 12. 형광입자분석기(좌)와 APS(우)의 7 ㎛ PSL 분포 비교 25
그림 13. 공기수집기의 구성품 및 기능 27
그림 14. 공기수집기의 구성품 및 기능 27
그림 15. 가상임팩터 설계 형상 28
그림 16. 공기수집기의 유량 흐름도 28
그림 17. 입자감시기의 구성품 30
그림 18. 군용 입자감시기 30
그림 19. 민수용 입자감시기 30
그림 20. 군용 입자감시기(분리형) 30
그림 21. 민수용 입자감시기(통합형) 30
그림 22. 군용 입자광측부 31
그림 23. 민수용 입자광측부 31
그림 24. 군용 유량제어부 31
그림 25. 민수용 유량제어부 31
그림 26. 군용 신호처리보드 31
그림 27. 민수용 신호처리보드 31
그림 28. 개폐문 31
그림 29. 군용 전원분배장치 31
그림 30. 민수용 전원공급장치 31
그림 31. 분리형 33
그림 32. 통합형 33
그림 33. 온도/습도/GPS 33
그림 34. 터치 UI 33
그림 35. 개폐문 설치 33
그림 36. 통합형 34
그림 37. 회로카드 측면 배치 34
그림 38. 구성품 간 연계성 고려한 배치 34
그림 39. 입자광측부 주요 구성품 35
그림 40. 레이저 35
그림 41. 빔형성광학계 35
그림 42. 광학챔버 35
그림 43. 빔덤퍼 35
그림 44. 반사경 35
그림 45. 신호분리부 35
그림 46. APD 36
그림 47. 빔세기측정부 36
그림 48. 입자이송부 36
그림 49. 입자토출부 36
그림 50. 레이저 36
그림 51. PMT 36
그림 52. 빔정렬 단순화 36
그림 53. 군용 36
그림 54. 민수용 36
그림 55. 초점 빔 37
그림 56. 유량제어부 슬라이딩 구조물(상)와 본체(하) 37
그림 57. 민수용 유량제어부 37
그림 58. 신호처리부 구성 38
그림 59. 신호처리부 각종 보드의 위치 38
그림 60. MCU 보드와 LCD 39
그림 61. 고속신호처리보드 39
그림 62. 레이저 제어보드 39
그림 63. 유량제어보드 39
그림 64. 광센서 보드 39
그림 65. 환경감시 보드 39
그림 66. 통신보드 40
그림 67. 전원공급부 40
그림 68. 신호처리부 WBS 블록다이어그램 40
그림 69. 신호 흐름도 42
그림 70. 공기수집기의 구성품 45
그림 71. 군용 공기수집기 46
그림 72. 민수용 공기수집기 46
그림 73. 군용 건식농축부 46
그림 74. 민수용 건식농축부 46
그림 75. 군용 수집부 46
그림 76. 민수용 수집부 46
그림 77. 군용 전원분배장치 46
그림 78. 민수용 전원공급부 46
그림 79. 외장과 장착된 수집부 형상 47
그림 80. 군용 공기수집기 47
그림 81. 민수용 공기수집기 47
그림 82. 군용 블로워의 프레임 48
그림 83. 민수용 블로워의 프레임 48
그림 84. 군용 수집부 49
그림 85. 민수용 수집부 49
그림 86. 공기수집기 신호처리부 49
그림 87. MCU 보드 50
그림 88. 운영시간 보드 50
그림 89. 전원보드 50
그림 90. 별도의 군용 전원공급장치 51
그림 91. 전원공급부 51
그림 92. 주제어기판 내장 소프트웨어 구성 52
그림 93. 저속신호처리 기판 내장 소프트웨어 구성 52
그림 94. GUI 화면탭 55
그림 95. 입자분포 탭 구성 55
그림 96. 시간분포 탭 구성 55
그림 97. 장비설정 탭 구성 55
그림 98. 사이드 메뉴 리스트 뷰 55
그림 99. 어플리케이션 관계 블록도 56
그림 100. GUI 화면 56
그림 101. 운용 소프트웨어 사용자 화면 57
그림 102. 다양한 유사장비의 사용자 화면 58
그림 103. 전체적인 소프트웨어 구성 58
그림 104. 운용 컴퓨터 59
그림 105. 운용 소프트웨어 주 화면 59
그림 106. 장치정보 60
그림 107. 3D 정보 60
그림 108. 형광/산란 그래프 정보 61
그림 109. 관로에서 빔 분포 시뮬레이션 61
그림 110. 제작된 액상 생물입자 계수기 62
그림 111. 광학챔버 내의 산란 모사 62
그림 112. 구성품 62
그림 113. 액상 생물입자 측정 세팅 63
그림 114. 액상 입자발생장치(좌)와 분말 발생장치(우) 64
그림 115. 시험평가 시설 64
그림 116. 시험시설의 주요 특징 65
그림 117. 시험평가 절차 65
그림 118. 공기수집기의 유량 측정 셋업 66
그림 119. 건식농축부 세팅 67
그림 120. 분석화면 68
그림 121. 액상 생물입자 신호 파형 68
그림 122. 입자감시기(좌)와 공기수집기(우) 69
그림 123. 최종 시제품 70
그림 124. 개발 방향 설정 74
그림 125. 운용 개념 74
그림 126. 입자감시기 유사장비 75
그림 127. 공기수집기 유사장비 75
그림 128. 프로토타입 80
그림 129. 시제품 80
그림 130. 광고 84
그림 131. Kintex 전시회 84
그림 132. BEXCO 전시회 84
초록보기 더보기
I. 제목 : "신개념의 생물입자 감시/수집 시스템" 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
즉각적인 효과를 발휘하는 화학무기와 대비되는 생물 무기는 잠복성이 있기 때문에 감염되더라도 신속히 식별하기가 어렵고, 의료수단을 통해 식별하는 경우도 통상 3일 이상이 소요되며, 광역화된 교통 시스템과 사람, 동물, 곤충 등이 매개체 역할을 하기 때문에 전파가 시작되면 통제가 어려운 상태에 직면하고, 피해복구에 천문학적인 비용이 들어갈 것으로 예상된다. 이러한 상황이 발생하였을 때 실시간 생물입자 감시/수집 시스템이 적용되어 조기경보 (Early warning)를 할 수 있다면 공공기관 혹은 국가의 대기환경 정책 및 생물테러(Biological terror) 대응에 효과적으로 대응할 수 있다. 또한 미국 등 일부 선진국만이 보유한 기술의 국산화를 통해 기술 종속화를 탈피할 수 있다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구는 대기 중의 세균을 감시하고 수집하는 시스템을 개발하는 것으로, 개발 범위는 기술이전기관인 국방과학연구소가 보유하고 있는 "부유입자의 형광과 산란광을 이용한 생물입자 감시기 기술"(입자감시기)과 "가상충돌기와 싸이클론을 이용한 부유입자 수집기술"(공기수집기)을 이전 받아서 민수화 시 제한되는 사항을 해결하는 기술적용연구를 통해 가격 경쟁력 있는 소형화된 생물입자 감시/수집 시스템을 개발하고 추가적으로 액상입자 계측기도 개발한다.
IV. 연구개발결과
본 연구에서는 군의 혹독한 사용 환경(-32℃ ∼ +43℃)을 적용한 고사양의 전자소자, 레이저, 신호측정모듈 등을 가격이 저렴한 상업용 제품으로 대체하였다. 저가의 부품을 적용하여 군용 대비 1/2 내외의 가격(2.5억 → 1.3억)과, 무게도 군용대비 2/3 이하(84kg → 50kg)로 제작하였으며 음용수에서 생물입자를 감시할 수 있는 수중 생물입자 계측 장비의 개발 가능성을 연구하였다.
입자감시기는 대기 중 부유입자(Airborne Particles)를 흡입하여 선별, 농축한 후 이송된 단일입자(Single Particle)에 레이저빔(Laser Beam)을 조사하여 발생한 산란광(Scattering Light) 세기와 미약한 형광(Fluorescent Light) 세기를 다수의 파장대별로 분리, 검출하며, 고속신호처리회로(High Speed DAQ Board)를 사용하여 초당 10만개까지의 고농도 대기 상태를 실시간으로 분석하는 장비이다.
공기수집기는 대기 중의 2∼10㎛ 크기의 생물입자를 선별농축 후 액상으로 포집하며, 2단 가상 충돌기(Virtual Impactor)와 액상 사이클론 기술이 적용된 장비이다.
V. 연구개발결과의 활용계획
완성된 시제품을 다양한 전시회, 예상 수요처에 시제품을 소개하여 새로운 수요를 창출하도록 노력하며 다음과 같은 분야에서 폭 넓게 응용되는 기대 효과가 예상된다.
- 지하철의 생물테러 감시 및 시료 수집
- 공공기관의 생물테러 감시
- 공항, 항만 등의 생물테러 감시
- 대형병원 등에서 세균 감시 및 시료 수집
- 대학 및 연구소에서 대기환경 측정
- 질병관리본부, 보건환경연구원 등에서 생물입자 모니터링
이용현황보기
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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