테라헤르츠 시간영역 분광법을 이용한 참조 신호 없는 습도 감지

Zhu, T., Fan, S., Huang, J., Ye, B., Zhao, D., Fang, G., & Chen, X.

초록

습도 감지는 다양한 응용 분야에서 매우 중요하지만, 기존의 전기식 센서는 물리적 접촉에 의존하기 때문에 정확도, 응답 속도 및 공간적 유연성이 제한된다. 수증기는 테라헤르츠 영역에서 밀집된 회전 전이를 나타내므로, 테라헤르츠 분광법은 습도 감지를 위한 유망한 도구로 주목받고 있다. 그러나 흡수 기반 분광 감지는 고유 흡수 스펙트럼을 추출하기 위해 빈번하게 측정되는 무농도 기준값을 필요로 하여, 실제 적용에 걸림돌이 되고 있다. 본 연구에서는 테라헤르츠 시간 영역 분광법을 기반으로 한 기준값 없는 습도 감지 방법을 제안한다. 이 방법은 2단계 교정 절차를 통해 강화된 데이터베이스 비교 전략을 활용하며, 이를 통해 광학 경로 길이, 온도 및 분광 응답의 변화에 데이터베이스를 효율적으로 적응시킨다. 새로 측정된 신호를 데이터베이스와 비교함으로써, 기준값이나 흡수 모델 없이도 원시 신호로부터 습도 수준을 직접 결정할 수 있다. 이 방법은 다양한 측정 조건과 시스템에서 상대 습도의 평균 제곱근 오차를 0.62%까지 낮췄다. 또한, 비접촉 방식의 특성 덕분에 호흡 모니터링 측정에서 입증된 바와 같이 공간적으로 평균화된 실시간 응답이 가능하다. 전반적으로 이 기술은 여러 측면에서 기존 습도 감지 장치보다 우수한 성능을 보여주며, 의료 진단, 극한 산업 환경 및 첨단 과학 계측 기기 분야에서의 응용 가능성을 시사한다.

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