In order to overcome limitations of the inaccuracy and low reliability for the existed non-invasive blood glucose measurement techniques, this paper proposed an non-invasive approach using mechanical vibration as the operating signal to detect the substance concentration in fluid. Coupled system of detecting structure simplified as a fluid-structure system, which is previous step of verifying the biomechanical system. The effect of solution on the structure modeled as added mass, which result in the change of resonant frequency of the coupled system. Experimental modal analysis as well as numerical simulation by finite element model conducted to investigate changes of natural frequencies under different solute concentrations. Results reveal that changes of solute concentration lead to natural frequency shifts, which predicted in the numerical simulation and investigated in experimental modal analysis.
혈당은 당뇨병의 주요 생체지표로 대부분의 당뇨병 환자가 손끝 채혈을 통해 혈당을 측정하고 있다. 채혈과정의 고통과 위생문제로 비침습적인 혈당 측정 기술이 꾸준히 연구되고 있으나 아직까지 상용화에 성공하지 못하였다. 다수의 비침습 혈당 측정 기술들은 낮은 투과율과 낮은 SN비를 가지며 측정 환경에 따른 오차가 크다는 문제를 가지고 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위해 본 논문에서는 진동 신호를 이용한 시스템 규명법을 혈당 측정에 적용하고자, 생체 시스템으로 확장하기 전 단계인 단순 구조물 내부의 유체 농도를 측정하는 방법을 제안하고 검증한다. 유한 요소 해석 및 모달 실험으로 유체 내 물질의 농도 변화에 따른 동특성 변화를 확인하였다. 유체-구조물 결합 시스템에서 동등한 부가 질량 효과로 치환하여 유한 요소 모델에 적용하였으며 적용한 유한 요소 모델을 모드 해석 실험의 주파수 반응 곡선과 대조하였다. 또한 동특성 변화에 따른 고유 진동수 민감도 해석을 통해 유체의 농도를 측정하였다. 본 연구의 결과로서, 구조 시스템 동특성 규명법을 유체-구조물 시스템에 적용하여 유체 내 물질 농도 측정이 가능함을 보였고, 새로운 비침습 혈당 측정 방법으로 활용할 수 있음을 검증하였다.
