선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 과실의 경도를 비파괴적으로 계측할 수 있는 초음파 물성 측정 장치를 개발하기 위하여 컴퓨터 내장형 전용 초음파 송수신장치를 구성하고 초음파트랜스듀서와 시편의 접촉 압력을 안정화하기 위한 자동조절장치를 설계 제작하였으며 물성측정에 유의한 초음파 파라미터를 도출하기 위한 신호처리 알고리즘을 개발한 후 개발된 물성 측정모델을 도입하고 PC 통합 운용 소프트웨어를 개발하여 최종적으로 과실 물성 측정 시스템을 개발하고 그 성능을 평가하였다.
제안 방법
- 1. 개발된 과실 물성측정 시스템은 초음파 발생 장치, 과실전용 초음파 트랜스듀서, 초음파트랜스듀서를 구동하고 일정한 접촉 힘을 유지하기 위한 moving block 및 구동용 AC 서보모터 시스템, 과실 두께 측정부, 고속 DAQ, 과실 리프트 테이블, 전용 컴퓨터로 구성되었다.
- 개발된 시스템 및 측정기법의 유효성을 확인하기 위해 다수의 사과 샘플에 대해 초음파를 이용한 전파속도 측정과 만능재료시험기(UTM)를 이용한 탄성계수 측정 실험을 수행하여 이들을 비교하였다. 실험에서는 60개의 샘플을 준비하여 상온에 보관하면서 3일마다 10개씩 발췌하여 시험하였다.
- 것이어야 한다. 과실에 주어지는 접촉 힘 또는 압력이 다르면 각각의 경우의 출력신호도 달라지기 때문에 Fig. 7과 같이 수신용 초음파 트랜스듀서의 아랫부분에 로드셀을 설치하여 과실과 접촉되는 트랜스듀서 간의 접촉 힘을 계측할 수 있도록 설계하여 과실에 무리한 접촉 힘이 가해지는 것을 방지하는 한편 과실과 초음파 센서 간에 일정한 접촉압력이 작용되도록 하였으며 로드셀에서 출력되는 임의의 전압값은 PUNDIT 초음파 발생 신호의 트리거 신호로서 사용되도록 설계하였다.
- 뿐만 아니라 서보모터에 설치된엔코더를 이용하여 송신용 초음파 트랜스듀서의 이동 거리를 계측하여 과실의 두께를 측정할 수 있도록 고안하였다. 또한, 과실을 투과한 초음파신호는 컴퓨터 내장형 DAQ 를 통해 데이터를 획득하고 신호처리 작업을 수행할 수 있도록 구성하였다. Table 1은 시스템에 이용된 DAQ의 제원을 나탄낸다.
- 실험에서는 60개의 샘플을 준비하여 상온에 보관하면서 3일마다 10개씩 발췌하여 시험하였다. 먼저 초음파 시험을 실시 후, UTM을 이용한 파괴실험이 수행되었다. Fig.
- 본 연구에서는 과실의 기계적 특성, 초음파파라미터, 과실 경도추정 모델식과 과실용 초음파트랜스듀서를 이용하여 과실의 경도를 비파괴적으로 추정할 수 있는 장치를 개발하였다. 이를 위하여 초음파 송수신 시스템을 구성하고 서보모터를 이용하여 초음파 트랜스듀서의 구동을 제어하였으며 과실과 초음파 트랜스듀서간의 접촉 힘을 안정화하기 위해 로드셀을 이용한 접촉 힘 제어 장치를 설계하고 PICBASIC 을 이용하여 제어프로그램을 개발하였다.
- 또한 moving block 에 설치한 송신용 초음파트랜스듀서 (TX) 의 접합부가 과실에 접촉되면 수신용 초음파 트랜스듀서(RX)의 하단에 설치된 하중 센서를 이용하여 트랜스듀서와 과실간의 접촉 힘을 계측하고 사전에 설정한 접촉 힘의 임계 값이 포착되는 순간, 정해진 시간동안 초음파 송수신을 개시하여 초음파 신호를 계측할 수 있도록 설계되어있다. 뿐만 아니라 서보모터에 설치된엔코더를 이용하여 송신용 초음파 트랜스듀서의 이동 거리를 계측하여 과실의 두께를 측정할 수 있도록 고안하였다. 또한, 과실을 투과한 초음파신호는 컴퓨터 내장형 DAQ 를 통해 데이터를 획득하고 신호처리 작업을 수행할 수 있도록 구성하였다.
- 송신 및 수신용 초음파 트랜스듀서와 과실 사이의 정렬이 나쁜 경우, 계측되는 투과파성분의 크기가 확연히 달라질 수 있기 때문에 이에 대한 보완으로 Fig. 6에서와 같이 초음파트랜스듀서의 외곽 직경과 동일한 원형홀더방식의 transducer holding unit를 적용하여 원형 센서를 정확히 클램핑할 수 있도록 설계, 제작하였다.
- 초음파 송.수신 효율이 향상되도록 하였다. 이러한 초음파 트랜스듀서의 구조가 초음파 발생에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 초음파 음장 해석 시뮬레이션을 실시하였다.
- 곡률 구조를 갖는 초음파 트랜스듀서의 빔 프로파일을 시뮬레이션하기 위해 bneil 모델을 적용하였으며, 초음파 트랜스듀서의 음장을 분석하기 위해 Gaussian beam 모델을 적용하여 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션은 초음파트랜스듀서의 중심 주파수 100 kHz, 압전소자의 직경 40 mm, 초점 거리 60 mm, 과실에서 초음파전파 속도 200 m/sec의 조건에서 실시하였다.
- 비교하였다. 실험에서는 60개의 샘플을 준비하여 상온에 보관하면서 3일마다 10개씩 발췌하여 시험하였다. 먼저 초음파 시험을 실시 후, UTM을 이용한 파괴실험이 수행되었다.
- 수신 효율이 향상되도록 하였다. 이러한 초음파 트랜스듀서의 구조가 초음파 발생에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 초음파 음장 해석 시뮬레이션을 실시하였다. 곡률 구조를 갖는 초음파 트랜스듀서의 빔 프로파일을 시뮬레이션하기 위해 bneil 모델을 적용하였으며, 초음파 트랜스듀서의 음장을 분석하기 위해 Gaussian beam 모델을 적용하여 시뮬레이션 하였다.
- 개발하였다. 이를 위하여 초음파 송수신 시스템을 구성하고 서보모터를 이용하여 초음파 트랜스듀서의 구동을 제어하였으며 과실과 초음파 트랜스듀서간의 접촉 힘을 안정화하기 위해 로드셀을 이용한 접촉 힘 제어 장치를 설계하고 PICBASIC 을 이용하여 제어프로그램을 개발하였다. 또한 과실의 초음파신호를 획득하여 처리할 수 있도록 고속 DAQ를컴퓨터에 .
- 또한 과실의 초음파신호를 획득하여 처리할 수 있도록 고속 DAQ를컴퓨터에 .장착하고 LabView를 이용하여 초음파투과 신호를 계측, 저장할 수 있는 프로그램을 개발하였으며 계측된 초음파 투과 신호를 신호 처리하고 과실 경도 추정 모델식을 적용하여 과실의 경도를 추정할 수 있는 프로그램은 Matlab을 이용하여 개발하였다. 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
- 제어 및 계측 프로그램은 PICBASIC(compiIe corp., KOREA)과 LabView 6.1(NI corp., U.S.A)을 기반으로 제작되어 초음파 트랜스듀서를 구동하고 과실과 초음파 트랜스듀서간에 맞닿는 접촉 힘을 계측하여 모터의 동작과 초음파발생장치의 신호 출력을 ON/OFF 제어할 수 있다. 시스템의 구동을 위한 제어용 프로그램은 ECU장치의 메모리에 저장되며 제어를 위한 프로그램의 신호도는 Fig.
- 트랜서듀서이다. 지름은 40 mm, 두께는 20 mm로 선정하였고, 측정대상인 과실에 최적의 조건을 갖기 위해 서로 다른 압전 특성을 가지는 재료를 선정 및 실험하여 최적의 센서를 개발한 것이다.
- 실험의 결과들을 비교하였다. 초음파 감쇠, 경도값, 그리고 생리학적 지수들의 상관성을 보여주는 방정식을 개발하였다. 이 방정식에 의하면 망고의 초음파 감쇠를 비파괴 적으로 계측하면 당도, 산도를 알 수 있고 저장 중에 있는 망고의 연화 과정을 모니 터 링 할 수 있다고 보고하였다.
대상 데이터
- 2. 개발된 장치의 주요부로서 각 하드웨어 부를 작동하기 위하여 이 ectronic control unit (ECU) 를 제작하였으며 제작된 ECU 는 접촉 힘 측정용 로드셀과 신호처리 회로, 초음파 발생장치 On/Off회로, 서보모터 및 구동 회로로 구성되어있다.
- 이 시스템에 사용된 초음파 발생장치는 Fig. 3과 같은 PUNDIT(CNS FARNELL corp., U.K)를 사용하였다. PUNDIT는 다양한 주파수대의 초음파트랜스듀서와 사용가능하고 측정대상을 통과하는 초음파펄스의 시간을 측정함으로서 측정대상에 대한 비파괴 검사 즉, 크랙이나 기공과 같은 존재의 유무를 검사하는데 널리 이용되고 있는 제품으로서 그 제원은 Table 2와 같다.
- 2와 같다. 초음파 발생장치로는 CNS FARNELL사의 PUNDIT를 시스템의 내부에 장착하였고 과실용 초음파 트랜스듀서는 100 kHz PZT 센서를 사용하였으며 과실과 송수신용 초음파 트랜스듀서간의 자동계측을 위한 moving block 의 이송운동은 AC 서보모터를 구동 원으로 이용하였다. AC 서보모터는 시스템의 내부에 장착한 컨트롤러에 의해 위치가 자동 제어된다.
데이터처리
- 3. 개발된 장치의 시스템 제어프로그램은 PICBASIC으로 개발되었고 계측 및 저장을 위한 프로그램은 Labview로 구현하였으며 초음파 투과 신호에 대한 신호처리 및 과실경도 추정 모델 식의 적용은 Matlab으로 구현하였다.
- 12는 초음파신호의 계측과 저장을 위해 개발된 프로그램의 메인화면이다. 저장된 초음파 신호는 Matlab(ver. 6.5)을 이용하여 제작된 물성분석 프로그램을 이용하여 FFT와 PSD의 신호처리과정을 통해 초음파투과 신호의 특성을 분석한 후 과실 경 도와의 상관관계를 통해 얻어진 다중회귀식을 적용하여 과실의 경도를 추정한다.
이론/모형
- 이러한 초음파 트랜스듀서의 구조가 초음파 발생에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 초음파 음장 해석 시뮬레이션을 실시하였다. 곡률 구조를 갖는 초음파 트랜스듀서의 빔 프로파일을 시뮬레이션하기 위해 bneil 모델을 적용하였으며, 초음파 트랜스듀서의 음장을 분석하기 위해 Gaussian beam 모델을 적용하여 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션은 초음파트랜스듀서의 중심 주파수 100 kHz, 압전소자의 직경 40 mm, 초점 거리 60 mm, 과실에서 초음파전파 속도 200 m/sec의 조건에서 실시하였다.
성능/효과
- 4. 개발된 신호처리 알고리즘에 의해 수신 초음파 신호의 피크값, TOF, 주파수 분석, wallet 분석에 의한 spectrum density 등이 계산된 후 최종적으로 과실 경도측정 다중회귀 모델식에 입력되어 과실의 경도가 계산된다.
- 또한, Three Point Thresholding 기법을 이용함으로서 잡음에도 강한 측정 결과를 보였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.