KR102187497B1 - 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 방법은 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 릴레이 마이크로 컨트롤러를 이용하여 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 단계, 측정된 전류의 데이터를 프리-앰플리파이어(pre-amplifier)를 통해 필터링하는 단계 및 필터링 후 DAQ(data acquisition) 를 통해 상기 데이터를 수집하는 단계를 포함한다.

Description

릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 시스템 및 방법{System and Method for Multichannel Sensor Measurement System by Relay Switch Module Array and Low Noise Pre-amplifier}
본 발명은 릴레이 모듈 어레이와 프리-앰플리파이어를 이용한 다중채널 센서의 누설전류가 억제된 효율적인 구동 시스템 및 방법에 관한 것으로, 매우 낮은 레벨의 커런트로 감지해야 하는 센서에서 전체 측정 시스템의 자체 누설 전류로 인한 센서 감지 오류를 최소화하고 소형화된 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 멀티채널 센서는 여러 개의 전극 사이의 생화학 물질의 반응을 연쇄적으로 측정하여 얻은 데이터를 확률적으로 추측하여 측정대상의 화학적 변화를 감지하는 시스템을 가진 장치이다.
이러한 멀티채널 센서 시스템은 바이오 물질이나 화학물질들의 농도 및 화학적 상태변화 가 일어났을 때 미세한 전류의 변화를 정확하고 신속하게 측정하는 것이 중요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전극의 전기적 특성변화를 여러 장비를 거쳐서 측정해야 할 경우 여러 가지 잡음과 측정 오류가 발생할 것이기 때문에 자동화된 구동 시스템 및 방법을 제공하는데 있다. 또한, 멀티채널의 변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 하고, 설치하기 힘든 복잡하고 큰 장비를 대체할 수 있는 휴대 가능한 소형화 장비를 개발하고자 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 방법은 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 릴레이 마이크로 컨트롤러를 이용하여 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 단계, 측정된 전류의 데이터를 프리-앰플리파이어(pre-amplifier)를 통해 필터링하는 단계 및 필터링 후 DAQ(data acquisition) 를 통해 상기 데이터를 수집하는 단계를 포함한다.
상기 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 릴레이 마이크로 컨트롤러를 이용하여 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 단계는 확장 가능한 소프트웨어 및 OS를 이용하여 측정을 자동화하고, 릴레이 스위치를 제어하여 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지한다.
릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 방법은 전극의 전기적 특성변화를 다양한 장비를 거쳐 측정하지 않고, 릴레이 스위치 및 프리-앰플리파이어를 이용하여 자동으로 측정함으로써 잡음 및 측정 오류를 감소시키고, 멀티채널의 가변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 시스템은 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 릴레이 마이크로 컨트롤러, 측정된 전류의 데이터를 필터링하는 프리-앰플리파이어(pre-amplifier) 및 필터링 후 상기 데이터를 수집하는 DAQ(data acquisition)를 포함한다.
상기 릴레이 마이크로 컨트롤러는 확장 가능한 소프트웨어 및 OS를 이용하여 측정을 자동화하고, 릴레이 스위치를 제어하여 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지한다.
전극의 전기적 특성변화를 다양한 장비를 거쳐 측정하지 않고, 릴레이 스위치 및 프리-앰플리파이어를 이용하여 자동으로 측정함으로써 잡음 및 측정 오류를 감소시키고, 멀티채널의 가변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 멀티채널 릴레이 스위칭 시스템은 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지 할 수 있다. 기존의 수동적으로 측정하는 대형 측정 시스템과 비교하여 소형화된 높은 누설전류 차단도를 가진 시스템을 제작 가능 하게 함으로써 센서 감지도 및 효율적인 데이터 수집을 가능하게 한다. 또한, 기존에 비해 더 저렴한 비용으로 시스템을 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴리에 스위치 누설 전류 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 릴레이 어레이와 프리-앰플리파이어를 이용한 다중채널 센서의 효율적인 구동 시스템에 관한 것으로, 매우 낮은 레벨의 커런트로 감지해야 하는 센서에서 전체 측정 시스템의 자체 누설 전류로 인한 센서 감지 오류를 최소화하고 소형화된 측정시스템에 관한 것이다. 본 발명은 릴레이 모듈 어레이와 프리-앰플리파이어를 이용한 다중채널 센서의 누설전류가 억제된 효율적인 구동 시스템을 제안한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제안하는 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 방법은 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 릴레이 마이크로 컨트롤러를 이용하여 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 단계(110), 측정된 전류의 데이터를 프리-앰플리파이어(pre-amplifier)를 통해 필터링하는 단계(120) 및 필터링 후 DAQ(data acquisition) 를 통해 상기 데이터를 수집하는 단계(130)를 포함한다.
단계(110)에서, 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 릴레이 마이크로 컨트롤러를 이용하여 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어한다. 이로 인해 신속한 센서 데이터 수집이 가능하다. 이때, 확장 가능한 소프트웨어 및 OS를 이용하여 측정을 자동화할 수 있다. 그리고, 릴레이 스위치를 제어하여 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지한다.
단계(120)에서, 측정된 전류의 데이터를 프리-앰플리파이어(pre-amplifier)를 통해 필터링한다. 해당 전류의 데이터를 저 잡음 프리-앰플리파이어(low noise preamplifier)를 통해 필터링을 수행한다.
단계(130)에서, 필터링 후 DAQ(data acquisition)를 통해 상기 데이터를 수집한다. 필터링을 거친 후 DAQ를 통해 데이터를 수집함으로써 높은 센서 감지도 유지할 수 있다.
전극의 전기적 특성변화를 여러 장비를 거쳐서 측정해야 한다면 여러 가지 잡음과 측정 오류가 발생할 것이기 때문에 자동화된 구동 시스템이 필요하다. 또한 멀티채널의 변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 해야 한다. 따라서, 설치하기 힘든 복잡하고 큰 장비를 대체할 수 있는 휴대 가능한 소형화 장비를 개발 해야 한다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 센서 전극을 스위칭 하는 릴레이 모듈 소자를 마이크로 컨트롤러를 이용해서 각각의 전극을 차례대로 스위칭 하는 방법과 그에 따른 전극의 전류를 순차적으로 저 잡음 프리-앰플리파이어로 받아서 전류를 측정하는 방법 및 시스템을 제안하였다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극의 전기적 특성변화를 다양한 장비를 거쳐 측정하지 않고, 릴레이 스위치 및 프리-앰플리파이어를 이용하여 자동으로 측정함으로써 잡음 및 측정 오류를 감소시키고, 멀티채널의 가변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티채널 릴레이 스위칭 시스템은 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지 할 수 있다. 기존의 수동적으로 측정하는 대형 측정 시스템과 비교하여 소형화된 높은 누설전류 차단도를 가진 시스템을 제작 가능 하게 함으로써 센서 감지도 및 효율적인 데이터 수집을 가능하게 한다. 또한 기존에 비해 더 저렴하게 시스템을 만들 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
제안하는 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 시스템은 릴레이 마이크로 컨트롤러(210), 멀티 채널 센서(220), 릴레이 스위치(230), 프리-앰플리파이어(240), DAQ(250), PC 또는 태블릿(250) 및 DC/AC 전원공급기(270)를 포함한다.
릴레이 마이크로 컨트롤러(210)를 이용하여 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 멀티 채널 센서(220)의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치(230)를 제어한다. 이로 인해 신속한 센서 데이터 수집이 가능하다. 이때, 확장 가능한 소프트웨어 및 OS를 이용하여 측정을 자동화할 수 있다. 그리고, 릴레이 스위치(230)를 제어하여 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지한다.
프리-앰플리파이어(pre-amplifier)(240) 통해 측정된 전류의 데이터를 필터링한다. 해당 전류의 데이터를 저 잡음 프리-앰플리파이어(low noise preamplifier)를 통해 필터링을 수행한다.
필터링 후, DAQ(data acquisition)(250)를 통해 필터링된 데이터를 수집한다. 필터링을 거친 후 DAQ(250)를 통해 데이터를 수집함으로써 높은 센서 감지도 유지할 수 있다. 수집된 데이터는 PC 또는 태블릿(260)을 거쳐 DC/AC 전원공급기(270)로 전달될 수 있다.
전극의 전기적 특성변화를 여러 장비를 거쳐서 측정해야 한다면 여러 가지 잡음과 측정 오류가 발생할 것이기 때문에 자동화된 구동 시스템이 필요하다. 또한 멀티채널의 변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 해야 한다. 따라서, 설치하기 힘든 복잡하고 큰 장비를 대체할 수 있는 휴대 가능한 소형화 장비를 개발 해야 한다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 센서 전극을 스위칭 하는 릴레이 모듈 소자를 마이크로 컨트롤러를 이용해서 각각의 전극을 차례대로 스위칭 하는 방법과 그에 따른 전극의 전류를 순차적으로 저 잡음 프리-앰플리파이어로 받아서 전류를 측정하는 방법 및 시스템을 제안하였다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극의 전기적 특성변화를 다양한 장비를 거쳐 측정하지 않고, 릴레이 스위치 및 프리-앰플리파이어를 이용하여 자동으로 측정함으로써 잡음 및 측정 오류를 감소시키고, 멀티채널의 가변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 할 수 있다.
본 발명에 따른 멀티채널 릴레이 스위칭 시스템은 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지 할 수 있다. 기존의 수동적으로 측정하는 대형 측정 시스템과 비교하여 소형화된 높은 누설전류 차단도를 가진 시스템을 제작 가능 하게 함으로써 센서 감지도 및 효율적인 데이터 수집을 가능하게 한다. 또한 기존에 비해 더 저렴하게 시스템을 만들 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴리에 스위치 누설 전류 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
제안하는 릴레이 스위치 모듈 어레이와 저 잡음 프리-앰플리파이어를 통한 다중채널 센서 측정 시스템 및 방법을 통해 수동 측정으로 이루어지고, 조잡하며 대형기기를 이용하며 고비용인 기존 데이터 수집 방법에서, 자동화 측정으로 이루어지고 소형화, 저비용으로 개선된 데이터 수집 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 3에 나타낸 바와 같이, pA 크기의 누설전류를 보이며 즉각적인 데이터 수집 및 분석이 가능하다. 매우 작은 전류의 변화를 감지 해야 하는 센서의 데이터 수집 시스템을 저비용으로 제작 할 수 있다.
또한, 확장성 있는 소프트웨어와 OS 로 측정 시스템을 자동화 할 수 있다. 뿐만 아니라, 터치스크린 제어가 가능하고, 원하는 전극 순서대로 스위칭 할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (6)

  1. 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 릴레이 마이크로 컨트롤러를 이용하여 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 단계;
    측정된 전류의 데이터를 프리-앰플리파이어(pre-amplifier)를 통해 필터링하는 단계; 및
    필터링 후 DAQ(data acquisition) 를 통해 상기 데이터를 수집하는 단계
    를 포함하고,
    전극의 전기적 특성변화를 복수의 장비를 거쳐 측정하지 않고 마이크로 컨트롤러를 이용하여 각각의 전극을 순차적으로 스위칭 하며, 잡음 및 측정 오류를 감소시키고, 멀티채널의 가변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 하기 위해 릴레이 스위치 및 프리-앰플리파이어를 이용하여 자동으로 측정하고,
    상기 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 릴레이 마이크로 컨트롤러를 이용하여 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 단계는,
    확장 가능한 소프트웨어 및 OS를 이용하여 측정을 자동화하여 즉각적인 센서의 데이터 수집 및 분석을 수행하고, 릴레이 스위치를 제어하여 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지하도록 제어하며, 상기 제어는 터치스크린을 통해 제어하는
    다중채널 센서 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 원하는 전극에서 전류를 자동으로 측정하기 위해 멀티채널 센서의 전극을 스위칭하는 릴레이 스위치를 제어하는 릴레이 마이크로 컨트롤러;
    측정된 전류의 데이터를 필터링하는 프리-앰플리파이어(pre-amplifier); 및
    필터링 후 상기 데이터를 수집하는 DAQ(data acquisition)
    를 포함하고,
    전극의 전기적 특성변화를 복수의 장비를 거쳐 측정하지 않고 마이크로 컨트롤러를 이용하여 각각의 전극을 순차적으로 스위칭 하며, 잡음 및 측정 오류를 감소시키고, 멀티채널의 가변하는 저항특성에 의한 전류변화 보다 누설전류를 작게 하기 위해 릴레이 스위치 및 프리-앰플리파이어를 이용하여 자동으로 측정하고,
    상기 릴레이 마이크로 컨트롤러는,
    확장 가능한 소프트웨어 및 OS를 이용하여 측정을 자동화하여 즉각적인 센서의 데이터 수집 및 분석을 수행하고, 릴레이 스위치를 제어하여 순차적으로 원하는 채널의 전기특성을 감지하도록 제어하며, 상기 제어는 터치스크린을 통해 제어하는
    다중채널 센서 측정 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
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