본 논문에서는 축소 함정을 이용한 소자시험을 통하여 강자성체 선체에 의해 발생하는 수중 자기장 왜곡신호를 최소화할 수 있는 최적 소자기법의 타당성을 검증하였다. 소자코일에 의해 발생하는 소자 자기장 신호를 예측하기 위하여, 축소 함정 내에 설치된 개별 소자코일에 대한 코일효과를 측정하였다. 코일효과의 선형성과 해석적인 민감도 식을 기반으로 각 소자코일에 인가해야 할 최적 소자전류를 도출하였다. 확립된 최적 소자기법의 성능 검증을 위하여, 도출된 최적 소자전류를 축소 함정의 소자코일에 인가하여 발생하는 소자 전 후의 자기장 왜곡신호를 측정하고 분석하였다. 시험결과 소자 후 자기장 왜곡신호의 크기는 소자 전에 비해 95 % 정도 감소함을 확인하였다.
본 논문에서는 축소 함정을 이용한 소자시험을 통하여 강자성체 선체에 의해 발생하는 수중 자기장 왜곡신호를 최소화할 수 있는 최적 소자기법의 타당성을 검증하였다. 소자코일에 의해 발생하는 소자 자기장 신호를 예측하기 위하여, 축소 함정 내에 설치된 개별 소자코일에 대한 코일효과를 측정하였다. 코일효과의 선형성과 해석적인 민감도 식을 기반으로 각 소자코일에 인가해야 할 최적 소자전류를 도출하였다. 확립된 최적 소자기법의 성능 검증을 위하여, 도출된 최적 소자전류를 축소 함정의 소자코일에 인가하여 발생하는 소자 전 후의 자기장 왜곡신호를 측정하고 분석하였다. 시험결과 소자 후 자기장 왜곡신호의 크기는 소자 전에 비해 95 % 정도 감소함을 확인하였다.
In this paper, a optimum degaussing technique, which can minimize an underwater magnetic field anomaly generated by the ferromagnetic hull, was verified through the mock-up test of a ship. To predict degaussing field signals due to the degaussing coils installed in a ship, individual coil effects we...
In this paper, a optimum degaussing technique, which can minimize an underwater magnetic field anomaly generated by the ferromagnetic hull, was verified through the mock-up test of a ship. To predict degaussing field signals due to the degaussing coils installed in a ship, individual coil effects were measured. Exploiting the linearity of coil effects and analytical sensitivity formula, optimum degaussing current values fed to individual coils were decided. To identify degaussing performance of the proposed method, the obtained degaussing currents were applied to the coils. Then the field anomaly signals were measured and analyzed before and after degaussing. Experimental results show the magnitude of the field signal after degaussing is reduced up to 95% of that before degaussing.
In this paper, a optimum degaussing technique, which can minimize an underwater magnetic field anomaly generated by the ferromagnetic hull, was verified through the mock-up test of a ship. To predict degaussing field signals due to the degaussing coils installed in a ship, individual coil effects were measured. Exploiting the linearity of coil effects and analytical sensitivity formula, optimum degaussing current values fed to individual coils were decided. To identify degaussing performance of the proposed method, the obtained degaussing currents were applied to the coils. Then the field anomaly signals were measured and analyzed before and after degaussing. Experimental results show the magnitude of the field signal after degaussing is reduced up to 95% of that before degaussing.
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문제 정의
축소 함정의 선수는 북쪽으로 두어 횡축성분의 자기장 신호가 발생하지 않도록 설정하였다. 따라서 소자시험은 축소 함정에서 발생하는 수직방향과 종축 방향의 자기장 왜곡신호에 대해서 수행되었다.
L 코일은 종축방향 자기장, V 코일은 수직방향 자기장, A 코일은 횡축방향 자기장의 왜곡신호를 주로 소자하는 역할을 담당한다. 따라서 일정 수준 이상의 소자성능을 보장하기 위해서 각 방향별 소자코일의 개수, 위치 및 단면적을 결정하기 위한 최적설계가 수행되었다.
최상의 소자성능을 유지하기 위해서 함정 내부에 설치된 다수의 소자코일에 최적의 소자전류가 인가되어야 한다. 본 논문에서는 이러한 최적 소자전류를 결정하기 위하여 선체의 차폐효과가 고려된 코일효과와 기자력 민감도를 이용한 소자전류 최적화 기법을 적용하였다.
본 논문에서는 축소 함정과 소자장치 제작을 통하여 강자 성체 선체에 의해 발생하는 수중 자기장 왜곡신호를 최소화할 수 있는 최적 소자기법과 이에 대한 성능 검증에 관한 연구를 수행하였다. 소자코일에 의해 발생하는 소자 자기장 신호를 예측하기 위하여, 축소 함정 내에 설치된 개별 소자코일의 코일효과(coil effect)를 측정하였다.
본 논문에서는 축소 함정을 이용한 소자시험을 통하여 최적 소자기법의 타당성을 검증하였다. 시험결과 소자 전素컥« 함정에서 발생하는 자기장 왜곡신호의 크기가 최적 소자기법에 의해 예측한 바와 같이 95 % 정도 감소함을 확인하였다.
제안 방법
소자코일에 의해 발생하는 소자 자기장 신호를 예측하기 위하여, 축소 함정 내에 설치된 개별 소자코일의 코일효과(coil effect)를 측정하였다. 기자력(magneto motive force; mmf)에 대한 코일효과의 선형성과 해석적인 민감도 식을 기반으로 각 소자코일에 인가해야 할 최적 소자 전류를 도출하였다. 이러한 절차에 의해 확립된 최적 소자기 법의 성능 검증을 위하여, 도출된 최적 소자전류를 축소 함정의 소자코일에 인가하여 소자 전·후의 자기장 왜곡신호를 측정하고 분석하였다.
전원 공급부는 ± 5 A 범위 내의 전류원을 발생시킬 수 있으며, 14개 단위로 구성된 전원 공급부는 커넥터 보드를 통해 각각 개별 소자코일에 전원을 공급된다. 또한 각 소자코일별 인가되는 실시간 전류 제어와 측정을 위하여 DAQ(data acquisition) 보드와 LabView를 사용하여 별도의 모니터에서 소자장치의 모든 상태를 관측/통제할 수 있도록 하였다. Fig.
시험장치는 축소 함정, 이동대차, 레이저 거리측정기 및 고성능 3축 자기센서로 구성되었다. 비자성재질의 제작된 전동식 이동대차 위에 축소 함정을 거치하여 축소 함정의 위치변화에 따라 관측되는 자기장 신호를 측정하였다. 축소 함정의 이동거리는 지자계 보상코일에 의해 자기장의 균일도가 보장되는 x축 상의 ± 3.
소자성능 시험은 지자계를 상쇄하여 축소 함정의 영구자기장 신호를 측정할 수 있는 3축 지자계 보상 코일이 구축된 별도 실험실에서 수행되었다. 축소 함정의 선수는 북쪽으로 두어 횡축성분의 자기장 신호가 발생하지 않도록 설정하였다.
본 논문에서는 축소 함정과 소자장치 제작을 통하여 강자 성체 선체에 의해 발생하는 수중 자기장 왜곡신호를 최소화할 수 있는 최적 소자기법과 이에 대한 성능 검증에 관한 연구를 수행하였다. 소자코일에 의해 발생하는 소자 자기장 신호를 예측하기 위하여, 축소 함정 내에 설치된 개별 소자코일의 코일효과(coil effect)를 측정하였다. 기자력(magneto motive force; mmf)에 대한 코일효과의 선형성과 해석적인 민감도 식을 기반으로 각 소자코일에 인가해야 할 최적 소자 전류를 도출하였다.
이러한 절차에 의해 확립된 최적 소자기 법의 성능 검증을 위하여, 도출된 최적 소자전류를 축소 함정의 소자코일에 인가하여 소자 전·후의 자기장 왜곡신호를 측정하고 분석하였다.
최적 소자기법의 타당성 및 소자성능을 검증하기 위하여 축소 함정, 소자코일 및 전원장치 등을 제작하였다. 실제 함정의 소자 시스템 운영을 모사하기 위하여 함 내에 V 코일, A 코일 및 L 코일로 구성된 다수의 소자코일을 설치하였다.
동일 기자력에 대한 설치된 코일들의 크기와 위치에 따라 코일효과의 분포 및 크기가 서로 상이함을 확인할 수 있다. 코일효과의 선형성을 이용한 식(1)을 검증하기 위하여 임의의 기자력을 각각 V코일과 L코일에 인가한 후 코일효과를 측정하였다. Fig.
대상 데이터
6에 제시된 3축 지자계보상코일이 설치된 비자성 실험실에서 진행되었다. 시험장치는 축소 함정, 이동대차, 레이저 거리측정기 및 고성능 3축 자기센서로 구성되었다. 비자성재질의 제작된 전동식 이동대차 위에 축소 함정을 거치하여 축소 함정의 위치변화에 따라 관측되는 자기장 신호를 측정하였다.
최적 소자기법의 타당성 및 소자성능을 검증하기 위하여 축소 함정, 소자코일 및 전원장치 등을 제작하였다. 실제 함정의 소자 시스템 운영을 모사하기 위하여 함 내에 V 코일, A 코일 및 L 코일로 구성된 다수의 소자코일을 설치하였다.
2에 제시된 축소 함정의 크기는 실 함정의 100분의 1 크기이다. 축소 함정의 선체는 0.6 mm 두께의 냉연 강판을 햄머 단조(hammer forging) 방식을 사용하여 제작되었다. 이는 선체의 용접부위를 최소화하여 재질의 자기적 특성 변화를 가능한 억제하기 위함이다.
이론/모형
수십여 개의 코일로 구성된 소자장치에 대한 소자코일별 최적의 전류를 결정하기 위해서는 역문제(inverse problem) 해석이 요구된다. 다수 개의 미지변수를 갖는 역문제의 효율적인 처리를 위하여 본 연구에서는 민감도 해석기법을 적용한다. 전형적인 정자기장 문제에 대해 목적함수 F는 식(2)와 같이 스칼라 함수 g로 표현된다.
성능/효과
소자 후 자기장 왜곡신호에 대한 예측값과 측정값 사이는 10 % 정도의 오차를 보인다. 또한 축소 함정의 소자 전왜곡신호의 크기는 소자 후 95 % 정도 감소됨을 확인하였다.
본 논문에서는 축소 함정을 이용한 소자시험을 통하여 최적 소자기법의 타당성을 검증하였다. 시험결과 소자 전素컥« 함정에서 발생하는 자기장 왜곡신호의 크기가 최적 소자기법에 의해 예측한 바와 같이 95 % 정도 감소함을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탈자는 무엇을 위한 수단인가?
함정 자기정숙화를 구현하기 위한 필수적인 자기처리기술로는 탈자와 소자기법이 사용되고 있다. 탈자는 선체에 존재하는 영구자화에 기인한 수중 자기장, 즉 영구 자기장 성분을 최소화시키기 위한 수단으로 규격화된 탈자절차에 따라 수행된다. 소자는 탈자처리 후 잔류하는 영구 자기장 성분과 지자계에 의해 발생하는 선체의 유도자화에 기인한 수중 자기장, 즉 유도 자기장 성분을 억제하기 위한 기술에 해당한다.
선진국에서는 함정의 자기정숙화를 실현하기 위하여 무엇을 운영하고 있는가?
선진국에서는 1990년대 초부터 함정에서 발생하는 수중 자기장 신호저감을 위한 다양한 연구를 전략적으로 수행하고 있다[1-3]. 또한, 함정의 자기정숙화(magnetic silencing)를 실현하기 위하여 탈자(deperming) 및 소자(degaussing)와 관련된 독자적인 자기처리시설을 운영하고 있다. 반면 국내에서는 현대식 함정 자기측정 및 자기처리 시설 구축사업이 진행되고 있지만 이와 관련된 국내 연구는 초기 도입단계에 머물러 있다.
강자성체로 이루어진 함정 선체 및 탑재장비에 의해 발생하는 수중 자기장 왜곡신호가 현대식 기뢰의 가장 손쉬운 탐재 대상인 이유는?
최근 반도체 및 IT산업의 급성장을 기반으로 탐지 수단이다양화, 고지능화 및 고성능화가 되어감에 따라 기뢰(mine)는 함정 운항 및 기능 수행에 있어 큰 위협요소로 대두 된다. 특히 현대식 기뢰에는 지자계(earth magnetic field)의 수천~수만 분의 일의 정밀도를 갖는 고감도 자기센서 장착이 보편화 되는 추세이다. 따라서 강자성체로 이루어진 함정 선체 및 탑재장비에 의해 발생하는 수중 자기장 왜곡신호는 현대식 기뢰의 가장 손쉬운 탐지 대상이다.
참고문헌 (10)
O. Chadebec, J. Coulomb, J. Bongiraud, G. Cauffet, and P. Thiec, IEEE Trans. Magn. 38, 1005 (2002).
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