[논문]분무 액적 특성 계측을 위한 디지털 입자 홀로그래피 시스템의 개발

강보선

[국내논문] 분무 액적 특성 계측을 위한 디지털 입자 홀로그래피 시스템의 개발
Development of Digital Particle Holographic System for Measurements of the Characteristics of Spray Droplets 원문보기

한국액체미립화학회지 = Journal of ilass-korea, v.15 no.2, 2010년, pp.53 - 60

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This study presents development of digital particle holographic system and its application to spray field to measure three-dimensional velocities and sizes of spray droplets. A double exposure hologram recording system with synchronization system for time control was established and digital holograms can be recorded in a short time interval. To process recorded holograms, the correlation coefficient method was used for focal plane determination of particles. To remove noises and improve the quality of holograms and reconstructed images, the Wiener filter was adopted. The two-threshold and image segmentation methods were used in binary image transformation. For particle pairing, the match probability method was adopted. The developed system was applied to spray field and three-dimensional velocities and sizes of spray droplets were measured. The measurement results of digital holographic system were compared with those made by laser instruments, PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer), which proved the feasibility of in-line digital particle holographic system as a good measurement tool for spray droplets.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 입자의 크기 및 3차원 속도를 측정할 수 있는 디지털 입자 홀로그래피 시스템을 개발하였다. 레이저 동기화 시스템을 포함하여 디지털 홀로그램을 기록할 수 있는 이중 펄스 흘로그래피 시스템을 구성하였다.
본 연구에서는 입자의 크기 및 3차원 속도를 측정할 수 있는 디지털 입자 홀로그래피 시스템을 개발하고, 개발된 시스템의 효용성을 검증하기 위하여 분무 액적에 적용하여 보았다. 레이저 동기화 시스템을 포함하여 디지털 홀로그램을 기록할 수 있는 이중 펄스 홀로그래피시스템을 구축하였고, 기록된 홀로그램을 처리하여 입자의 3차원 속도와 크기를 추출할 수 있는 프로그램을 개발하였다.

제안 방법

개발하였다. 레이저 동기화 시스템을 포함하여 디지털 홀로그램을 기록할 수 있는 이중 펄스 흘로그래피 시스템을 구성하였다. 기록된 홀로그램 및 재생 이미지 처리를 위하여, 기존 연구와 다르게 본 연구에서 독자적으로 개발한 방법은, 상관계수법을 이용한 초점 면 결정, Wiener 필터를 사용한 잡음 제거, 두 개의 이진화 값 및 분할 이진화 방법 등이다.
레이저 동기화 시스템을 포함하여 디지털 홀로그램을 기록할 수 있는 이중 펄스 흘로그래피 시스템을 구성하였다. 기록된 홀로그램 및 재생 이미지 처리를 위하여, 기존 연구와 다르게 본 연구에서 독자적으로 개발한 방법은, 상관계수법을 이용한 초점 면 결정, Wiener 필터를 사용한 잡음 제거, 두 개의 이진화 값 및 분할 이진화 방법 등이다. 동일 입자의 추적은 일치확률방법을 사용하였다.
있다. 본 연구에서는 두 단계에 의해 계산된 이진화 기준을 적용하였다. 첫 단계의 이진화 기준, 1旳은
따라서, 본 연구에서는 전체 영역을 작은 해석 영역으로 구분한 뒤 영역마다 다른 이진화 기준을 적용하였으며, 계산 시간을 고려하여 재생 이미지를 16개로 분할하여 서로 다른 이진화기준을 적용하였다.
디지털 입자 홀로그래피 시스템을 사용하여 상용 분무 노즐에서 생성되는 분무 액적의 3차원 속도와 크기를 측정하였다. 노즐 분사압력은 14.
측정하였다. 노즐 분사압력은 14.7, 19.6, 29.4 kPa로변화시켰으며, 노즐과 CCD 카메라의 간격은 200 mm, 홀로그램 기록 위치는 Fig. 7에 나타내었듯이 6 위치에서 기록하였다. 각 위치에서 5 회(이중 펄스 홀로그램 10 개)기록하여 한 압력에서 60개, 총 180 개의 홀로그램을 기록, 처리하였다.
7에 나타내었듯이 6 위치에서 기록하였다. 각 위치에서 5 회(이중 펄스 홀로그램 10 개)기록하여 한 압력에서 60개, 총 180 개의 홀로그램을 기록, 처리하였다. 전형적인 분무 흘로그램과 이를 재생한 이미지를 Fig.
보았다. 레이저 동기화 시스템을 포함하여 디지털 홀로그램을 기록할 수 있는 이중 펄스 홀로그래피시스템을 구축하였고, 기록된 홀로그램을 처리하여 입자의 3차원 속도와 크기를 추출할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 상관계수법을 이용한 초점 면 결정, Wiener 필터를 사용한 잡음 제거, 적절한 이진화 값 및 분할 이진화 방법 등을 사용한 이진화, 일치 확률 방법을 사용한 동일 입자의 추적 등을 통하여 입자의 3차원 속도와 크기를 추출한다.
레이저 동기화 시스템을 포함하여 디지털 홀로그램을 기록할 수 있는 이중 펄스 홀로그래피시스템을 구축하였고, 기록된 홀로그램을 처리하여 입자의 3차원 속도와 크기를 추출할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 상관계수법을 이용한 초점 면 결정, Wiener 필터를 사용한 잡음 제거, 적절한 이진화 값 및 분할 이진화 방법 등을 사용한 이진화, 일치 확률 방법을 사용한 동일 입자의 추적 등을 통하여 입자의 3차원 속도와 크기를 추출한다. 개발된 시스템을 사용하여 상용 노즐에서 생성된 분무 액적의 크기 및 3차원 속도를 측정하였으며, 레이저 계측 장비인 PDPA 측정 결과와 비교한 결과, 입자의 크기와 3차원 속도 계측시스템으로써 디지털 입자 홀로그래피 시스템의 유용성을 확인하였다.

데이터처리

개발된 디지털 입자 홀로그래피 시스템의 효용성을 검증하기 위하여 동일 분무의 동일 압력 조건에서 레이저 계 즉 장비 인 PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) 를 사용하여 측정한 결과와의 비교를 Fig. 12에 나타내었다. 속도의 경우 압력이 높은 경우는 노즐에서 가까운 위치(1, 2, 3)에서는 거의 비슷한 결과를 나타내고 노즐에서 먼 위치(4, 5, 6)에서는 약간 차이를 나타내고 있다.

이론/모형

기록된 홀로그램 및 재생 이미지 처리를 위하여, 기존 연구와 다르게 본 연구에서 독자적으로 개발한 방법은, 상관계수법을 이용한 초점 면 결정, Wiener 필터를 사용한 잡음 제거, 두 개의 이진화 값 및 분할 이진화 방법 등이다. 동일 입자의 추적은 일치확률방법을 사용하였다. 개발된 시스템을 사용하여 분무 액적의 크기 및 3 차원 속도를 측정하였으며, 레이저 계측장비인 PDPA 측정결과와 비교하여, 입자의 크기와 3차원 속도 계측시스템으로써 디지털 입자 홀로그래피 시스템의 유용성을 확인하였다.
방법。。등이 있으며, 본 연구에서는 본 연구그룹에서 제안한 상관계수법(12)을 사용하였다. 두 영상 歹와 g에 대해 정의되는 상관계수는 식 (4) 와 같이 정의되며, 두 영상간 유사성이 낮으면 0에 가까운 값, 유사성이 아주 높으면 1에 가까운 값을 갖는다.
필요하다. 이러한 목적으로 inverse 필터"”, subtraction 방법"勺, Gaussian high pass and spectral 필터", 둥이 사용되고 있으며, 본 연구에서는 이러한 필터들을 검증해 본 결과 가장 성능이 좋은 Wiener 필터(坷를 사용하였다.

성능/효과

동일 입자의 추적은 일치확률방법을 사용하였다. 개발된 시스템을 사용하여 분무 액적의 크기 및 3 차원 속도를 측정하였으며, 레이저 계측장비인 PDPA 측정결과와 비교하여, 입자의 크기와 3차원 속도 계측시스템으로써 디지털 입자 홀로그래피 시스템의 유용성을 확인하였다.
즉, 분사 압력이 높을수록 속도가 크고, 분무 축을 중심으로 좌우대칭적인 속도를 나타내며, 노즐에서 멀어질수록 속도가 낮아진다. 수평 방향(X, z) 속도 성분은 노즐에서 동일 거리에서 분무 중심에서 속도가 낮고, 가장자리로 갈수록 높아진다. 반면, 수직 방향3) 속도 성분은 노즐에서 동일 거리에서 분무 중심에서 속도가 높고, 가장자리로 갈수록 낮아진다.
개발된 프로그램은 상관계수법을 이용한 초점 면 결정, Wiener 필터를 사용한 잡음 제거, 적절한 이진화 값 및 분할 이진화 방법 등을 사용한 이진화, 일치 확률 방법을 사용한 동일 입자의 추적 등을 통하여 입자의 3차원 속도와 크기를 추출한다. 개발된 시스템을 사용하여 상용 노즐에서 생성된 분무 액적의 크기 및 3차원 속도를 측정하였으며, 레이저 계측 장비인 PDPA 측정 결과와 비교한 결과, 입자의 크기와 3차원 속도 계측시스템으로써 디지털 입자 홀로그래피 시스템의 유용성을 확인하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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