고주파수 수정 진동자를 이용한 고속 LITES 가스 센서

이 연구에서는 약 100 kHz의 고주파수 공진을 갖는 수정 진동자(QTF)를 활용한 고속 스텝 헤테로다인 광유도 열탄성 분광법(SH-LITES) 센서를 최초로 보고한다. 헤테로다인 LITES(H-LITES) 신호 생성의 이론적 원리를 분석하고, 아세틸렌(C2H2) H-LITES 센서를 구축하여 성능을 검증했다. 기존의 상용 QTF(약 32.768 kHz)와 고주파수 QTF를 비교한 결과, 고주파수 QTF가 10배 빠른 응답 시간을 보였다. 이 QTF를 사용한 H-LITES 센서는 33ms의 측정 주기를 달성하여 상용 제품보다 90% 단축된 성능을 나타냈다. 나아가 SH-LITES 기술을 통해 스캐닝 시간을 15ms로 단축하여 현재까지 알려진 LITES 측정 시간 중 가장 짧은 기록을 세웠다. 동적 가스 감지에서의 이점을 입증하기 위해 두 가지 QTF 유형을 통합한 H2O-LITES 시스템을 구축하여 다양한 호흡 패턴 중 H2O 농도를 실시간으로 모니터링했다. 비교 측정 결과, SH-LITES는 호흡 중 동적 H2O 농도 변동을 더욱 정확하게 포착하며, 빠른 응답 시나리오에서 상용 QTF 기반 H-LITES 센서보다 우수한 성능을 보였다. 이 기술은 실시간 동적 가스 감지가 중요한 환경 모니터링, 의료 진단 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.