과학자의 길, 전문가의 길 한림고등학교 과학기술엠베스더 강연 제주대학교 공과대학 전자공학과 김 경 연 교수 2011. 8. 24
전자공학(Electronics, Electronic Engineering)이란? # 4C 1) Component 2) Computer 3) Control 4) Communication 2
전기전자의 역사 1600-William Gilbert : 정적인 전기학 연구 1752-Benjamin Franklin : 양전하와 음전하 정의 1784-Charles Coulomb : 전하 사이의 작용력 규명 1791-Luigi Galvani : 동물 체내의 전기현상 발견 1799-Alessandro Volta : 최초의 배터리 제작 1820-Hans Christian Oersted : 전기와 자기사이의 연관관계 발견 1820-Andre Ampere : 도전체의 자기효과(인력및 척력) 규명 1827-Georg Ohm : 전압, 전류 및 저항 상호간의 관계 발견 1831-Michael Faraday : 코일에서의 자기유도현상 설명 1850-Gustav Robert Kirchhoff : 전압평형 법칙, 전류연속 법칙 발견 1883-Thomas Edison : 진공관 발명 1887-Heinrich Herts : Radio wave 전송 1896-Guglielmo Marconi : 공중으로 telelgraph 전송 1901-Marconi : 대서양 횡단 무선통신 성공 1904-John Ambrose Fleming : 최초의 다이오드 개발 1915-무선신호의 미국대륙 횡단 성공 1928-Baird : 무선으로 TV 신호 전송 1939-RCA 가 최초로 방송 시작 1960년대 : 컬러 TV 3
원자(atom)의 구조 중심부에 존재하는 핵과 주위의 전자로 구성됨 양성자 : 핵 내에 존재하며 양(+)의 전하를 갖음 중성자 :핵 내에 존재하며 전하를 띄지 않음 전자(electron) :핵 주위의 궤도상에서 고유의 운동을 하며 음(-)의 전하를 갖음. 양성자에 비하여 질량이 매우 작다 (양성자의 1/1845) 전자의 전하량과 질량 e = -1.602*10-19 [C], m = 9.1083*10-31 [kg] What a magic world! (magic road, human body, 떨림현상, 다리길이? 4
도체(Conductor) 자유전자가 많아 전기를 잘 통하는 물질 온도가 증가하면 저항증가 반도체(Semiconductor) 도체와 부도체의 중간특성을 나타냄 Si, Ge, GaAs 등 온도가 증가하면 저항 감소 Silver Copper Gold 1.59e-8 1.67e-8 2.35e-8 도체의 비저항(Ohm-m) 5
전류 (current) 단위 시간당 전하의 흐름으로 주로 가벼운 전자의 이동을 나타내며 단위 는 A (ampere) 1A = 1초 동안 1C 의 전하가 통과하는 것 1Coulomb: 전자 6.24 x 10 18 가 갖는 전하량으로 C (coulomb) 전압(Voltage) 회로에서 전자를 움직이게 하는 힘으로 양 끝에서의 전위차 단위는 V (volt) 6
저항(resistance) 전하의 이동을 방해하는 것으로 물질의 종류, 크기, 모양 및 온도에 따라 변함 단위 : ( ) Ohm. V=RI (Ohm s Law). 비저항, 고유저항, 저항율 (Resistivity) R L A, 1 ; resistivit y[ m] ; conductivi ty[ m] 1 [ Simens ] 7
## 나의 연구 분야 여러가지 단층촬영법 특징 8
의료 영상기기는 노벨상의 보고 발명자 노벨상 수상연도 X-ray 빌헬름 K. 뢴트겐(Rointgen) 1901 CT MRI 영국의 가드프리 하운스필드(Hounsfield), 미국의 앨런 코맥(Cormack) 미국의 폴 C. 로터버(Lauterbur), 영국의 피터 맨스필드(Mansfield) 1979 2003 PET 한국의 조장희, 미국의 마이클 펠프스(Phelps)? 9
I. 전기단층촬영법 개요. 연구의 구성 1) 회로의 설계 및 제작 2) 영상복원 알고리즘의 개발 3) 영상가시화를 위한 시스템 개발 및 적용 신호생산 신호측정 영상복원 알고리즘 10
나. 영상복원 알고리즘 개발 (1) 개요 : Forward and Inverse Problems Forward problem Inverse problem Given I Given Find V Given I & Measured V Unknown Find Governing eq. ; ( 1 V ) 0 with B.C.s FEM (Finite element method) Reconstruction algorithm 11
3. 주요연구내용 가. ET 회로 설계 및 제작 (1) EIT (Impedance) 1) 32Ch 에서 64Ch 로 확장 2) 기존회로의 개선 : 4 Layer PCB VCCS의 사용, OSC 출력조정 3) Racking 12
4) EIT 내부전극 제작 : (단일 및 4개의 전극, 팬텀 holder 는 4개까지) 13
6) 출력값 획득 및 보정회로 Data Bus Control Signal Latch Output Selection Signal DAC (DAC7541) ADC (AD574) Electrode 1 Output Electrode N Output.. Multiplexer (ADG526) Differential Amplifier (INA105) Programmable Gain Amplifier 14
- 복원결과 : 1) Time-Varying EIT (Simulation Results) 2) Time-Varying EIT (Experimental Results) 3) Bubble Detection in Two-Phase Field (Simulation Results) 4) Known Internal Structure and Resistivity (Simulation and Experimental Results) 5) Internal Electrode 6) Pre-Grouping (4 Groups) 7) Pre-Grouping with Internal Electrode) 15
1) Time - Varying EIT (MST, Vol.12, No.8) - Simulation Results <True target> <LKF> <EKF> <mnr> <True target> <LKF> <EKF> <mnr> 16
2) Time - Varying EIT (MST, Vol.12, No.8) - Experimental Results <True target> <LKF> <EKF> <mnr> <True target> <LKF> <EKF> <mnr> 17
3) Bubble Detection in Two-Phase Field <True target> <EKF> <True target> <EKF> 18
4) Known Internal Structure & Resistivity (IEEE Trans.on Magnetics, Vol.38, No.2) - (Upper) Simulation Results, (Lower) Experimental Results <True target> <EKF> <EKF-S> <EKF-SR> <mnr-sr> <True target> <EKF> <EKF-S> <EKF-SR> <mnr-sr> 19
5) Internal Electrode (MIC2002, Vol.1) <True target> <target> <EKF> <EKF-IE> <mnr-ie> <True target> <target> <EKF> <EKF-IE> <mnr-ie> 20
다. 이상유동장 가시화를 위한 ET 시스템 개발 (1) 팬텀 설계, 제작 및 실험 (정적 및 불연속적 동적팬텀실험) (2) 연속적으로 움직이는 동적 팬텀 설계, 제작 (Linear and Rotating) 1) Linear Motioning Phantom 2) Rotational Motioning Phantom 21
(3) 이상유동장 Simulation Loop 설계 및 제작 - 구성 : 실리콘유 사용, 히터, 가변모터, 히터, 온도조절기, 유량계, 분배기 - 장점 : 기포의 제어가 가능 (기포의 크기, 상승속도, flow pattern 등) 22
Simplicity is the best! V R* I F m* a (Ohm s Law) (Newton s Law) Newton ; 1642-1727, 영국의 수학자, 물리학자, 과학자 빈농의 아들, 미숙아(칠삭동이), 결손가정 우울증, 자폐증, 지독한 건망증(말고삐, 저녁식사초대 ) 캠브리지 졸업, 캠브리지 교수(괴팍), 왕립학회회장 평생독신(세 여자?), 웨스트민스트사원 안장 뉴턴법칙, 만유인력법칙(뉴턴사과나무), 미적분학(라이프니쯔?) "내가 우주의 움직임을 알 수는 있지만 땅에 사는 인간의 바보짓은 이해 못 하겠어" (뉴턴의실수) 세상 사람들이 나를 어떻게 보고 있는지 모른다.나는 바닷가에 놀고 있는 소년이다.거대 한 진리의 바다는 아무것도 가르쳐 주지 않고 내 앞에 펼쳐져 있고, 나는 놀다가 작은 조각돌과 예쁜 조개를 찿으며 즐거워 했다. -유언 23
맺음말 과학자의 정신자세; 磨 斧 作 針 愚 公 移 山 24