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문제 정의
- 본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 동적특성 파악을 위한 수직운동 측정 방안으로, 경제적이며 부착 및 설치가 용이한 가변전압 수위측정 시스템 개발을 목적으로 한다. 본 논문의 구성으로써 2장에서는 동조액체기둥감쇠기의 비선형감쇠항을 등가점성감쇠항으로 치환한 모델을 이용하여 설계파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 조사하였다.
- 본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 비선형감쇠항을 등가점성감쇠항으로 치환한 등가선형 동조액체기둥감쇠기의 모델을 유도하였으며 동조액체기둥감쇠기의 동적거동인 고유진동수와, 감쇠비를 이론적으로 파악하였다. 동조액체기둥감쇠기에 일정한 전기장을 형성한 후, 동조액체기둥감쇠기의 수직운동에 의해 발생되는 가변전압을 측정하여 수조 내부의 수위로 변환하는 식을 유도하였다.
- 본 절에서는 동조액체기둥감쇠기의 운동을 기술할 수 있는 운동방정식을 유도하여 동조액체기둥감쇠기의 동적 특성을 파악한다. 동조액체기둥감쇠기의 운동방정식 유도 대상은 Fig.
제안 방법
- 또한 동조액체기둥감쇠기에 형성된 전기장 내에서 측정된 가변전압을 동조액체기둥감쇠기의 수직운동인 수위로 변환하는 식을 유도하였다. 3장에서는 동조액체기둥감쇠기의 설계 파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 구하기 위하여 진동대 실험을 실시하였다. 또한 고가의 전기 용량식 파고계를 이용하여 파악한 동조액체기둥감쇠기의 설계파라미터와 경제적이고, 부착 및 설치가 용이한 구리테이프를 부착한 후, 일정하게 형성된 전기장 내 가변전압측정으로 파악한 동조액체기둥감쇠기의 설계파라미터를 비교하여 본 연구에서 제시한 수위측정 시스템의 성능 및 타당성을 비교 분석하였다.
- 1A로 유지시킨다. 각 전도성 구리테이프에는 극세선 난연성 전선(AWG20 Wire-UL1007)과 연결되며, 각 전선은 NI BNC Cable의 (+)극과 (-)극에 접속, NI LabVIEW를 이용하여 전압을 확인한다. 마지막으로 본 연구에서 제안한 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 전기 용량식 파고계(CHT6-30)를 설치하였다.
- 본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 비선형감쇠항을 등가점성감쇠항으로 치환한 등가선형 동조액체기둥감쇠기의 모델을 유도하였으며 동조액체기둥감쇠기의 동적거동인 고유진동수와, 감쇠비를 이론적으로 파악하였다. 동조액체기둥감쇠기에 일정한 전기장을 형성한 후, 동조액체기둥감쇠기의 수직운동에 의해 발생되는 가변전압을 측정하여 수조 내부의 수위로 변환하는 식을 유도하였다. 또한 본 연구에서 제안한 동조액체기둥감쇠기의 수위측정 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 고가의 전기 용량식 파고계와 비교하였으며, 연구에서 제안한 수위측정 시스템의 정밀성을 입증하였다.
- 또한 식 (1)에서 하중항은 수평가속도에 관련되어 있으므로 일정한 가속도에서의 동조액체기둥감쇠기의 감쇠비 변화를 분석하는 것이 타당하다. 동조액체기둥감쇠기의 조화하중이 작용할 때의 감쇠비는 식 (7)에 표현되어 있으며 본 실험에서는 진동대의 입력신호로 가속도진폭은 일정하고 진동수비가 다른 조화하중 실험을 실시하였다.
- 실험적으로는 가진진동수와 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수가 일치하는 공진영역에서 동조액체기둥감쇠기 내부 액체의 수직운동이 가장 활발함을 이용하여 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수를 파악한다. 따라서 1분 동안 0~2Hz로 시간이 지남에 따라 진동수가 증가하는 Chirp 신호로 진동대를 가진하여 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수를 실험적으로 파악하였다. Fig.
- 3장에서는 동조액체기둥감쇠기의 설계 파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 구하기 위하여 진동대 실험을 실시하였다. 또한 고가의 전기 용량식 파고계를 이용하여 파악한 동조액체기둥감쇠기의 설계파라미터와 경제적이고, 부착 및 설치가 용이한 구리테이프를 부착한 후, 일정하게 형성된 전기장 내 가변전압측정으로 파악한 동조액체기둥감쇠기의 설계파라미터를 비교하여 본 연구에서 제시한 수위측정 시스템의 성능 및 타당성을 비교 분석하였다.
- 본 논문의 구성으로써 2장에서는 동조액체기둥감쇠기의 비선형감쇠항을 등가점성감쇠항으로 치환한 모델을 이용하여 설계파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 조사하였다. 또한 동조액체기둥감쇠기에 형성된 전기장 내에서 측정된 가변전압을 동조액체기둥감쇠기의 수직운동인 수위로 변환하는 식을 유도하였다. 3장에서는 동조액체기둥감쇠기의 설계 파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 구하기 위하여 진동대 실험을 실시하였다.
- 동조액체기둥감쇠기에 일정한 전기장을 형성한 후, 동조액체기둥감쇠기의 수직운동에 의해 발생되는 가변전압을 측정하여 수조 내부의 수위로 변환하는 식을 유도하였다. 또한 본 연구에서 제안한 동조액체기둥감쇠기의 수위측정 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 고가의 전기 용량식 파고계와 비교하였으며, 연구에서 제안한 수위측정 시스템의 정밀성을 입증하였다. 연구에서 제안한 수위측정 시스템은 경제적이며, 구리테이프를 이용하기 때문에 부착 및 설치가 용이하다.
- 본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 한 쪽 기둥의 전압을 측정, 식 (12)에 대입하여 동조액체기둥감쇠기의 수직운동을 계측한다. 또한 이를 이용하여 2.1절에서 유도한 동조액체기둥감쇠기의 동적 특성인 고유진동수와 감쇠비를 파악하고, 이를 전기 용량식 파고계와 비교하여 연구에서 제안한 수위측정 시스템의 타당성을 검증한다.
- 05로 증가시키며 총 21번의 실험을 실시하였다. 또한 전기 용량식 파고계의 감쇠비 추정값과 비교하여 본 연구에서 제안한 수위측정 시스템의 성능을 확인하였다. Fig.
- 본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 동적특성 파악을 위한 수직운동 측정 방안으로, 경제적이며 부착 및 설치가 용이한 가변전압 수위측정 시스템 개발을 목적으로 한다. 본 논문의 구성으로써 2장에서는 동조액체기둥감쇠기의 비선형감쇠항을 등가점성감쇠항으로 치환한 모델을 이용하여 설계파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 조사하였다. 또한 동조액체기둥감쇠기에 형성된 전기장 내에서 측정된 가변전압을 동조액체기둥감쇠기의 수직운동인 수위로 변환하는 식을 유도하였다.
- 본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 한 쪽 기둥의 전압을 측정, 식 (12)에 대입하여 동조액체기둥감쇠기의 수직운동을 계측한다. 또한 이를 이용하여 2.
- 본 연구에서는 직류전원공급기(TOYOTECH, TDP-303A)를 이용하여 동조액체기둥감쇠기 수위 변화에도 전류(I)는 항상 0.1mA로 유지하여 일정한 전기장을 형성하였다(Fig. 2(a)).
- 마지막으로 본 연구에서 제안한 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 전기 용량식 파고계(CHT6-30)를 설치하였다. 본 연구의 실험에서 데이터 수집과 진동대 제어는 실시간 디지털 신호처리기(DSP)를 통해 수행되었고, 진동대에 입력되는 신호는 디지털-아날로그(D/A)변환에 의해 명령신호가 출력되며 모든 계측 및 가진은 NI LabVIEW로 수행되었다.
- 본 장에서는 연구에서 개발된 가변전압측정 시스템의 실험적 검증을 수행하고, 이를 전기 용량식 파고계와 비교 및 분석하여 개발된 가변전압측정 시스템의 성능과 타당성을 검증한다. 이를 위해서 동조액체기둥감쇠기는 투명아크릴로 제작하였으며 수평길이(Lh)는 50cm, 수직길이(Lv)는 30cm, 단면적(A)는 15 ×15cm2이다.
- 본 절에서는 동조액체기둥감쇠기에 형성된 일정한 전기장 내에서 동조액체기둥감쇠기의 수직운동에 의해 측정된 가변전압을 동조액체기둥감쇠기의 수위로 변환하기 위한 식을 유도한다.
- 실험 방법으로는 Fig. 3과 같이 동조액체기둥감쇠기의 한 쪽 기둥에 15cm 간격으로 전도성 구리테이프(폭: 1cm, 전기저항: 0.04Ω/cm2)를 부착하고, 직류전원공급기(TOYOTECH, TDP-303A)를 이용하여 전류를 0.1A로 유지시킨다.
- 85Hz이다. 실험적으로는 가진진동수와 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수가 일치하는 공진영역에서 동조액체기둥감쇠기 내부 액체의 수직운동이 가장 활발함을 이용하여 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수를 파악한다. 따라서 1분 동안 0~2Hz로 시간이 지남에 따라 진동수가 증가하는 Chirp 신호로 진동대를 가진하여 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수를 실험적으로 파악하였다.
- 본 연구에서 제안한 가변전압측정 시스템의 성능 및 타당성을 검증하기 위해서는 기존에 상용되는 전기 용량식 파고계를 이용하여 분석한 동조액체기둥감쇠기의 실험결과와 개발된 수위 측정 시스템의 실험결과를 서로 비교 및 분석하는 것이 필요하다. 이를 위하여 전기 용량식 파고계를 이용한 동조액체기둥감쇠기의 수직운동 계측과 전기장 내 가변전압측정을 이용한 동조액체기둥감쇠기의 수직운동 계측을 서로 비교하였다. 본 실험에 사용된 동조액체기둥감쇠기의 이론적인 고유진동수는 0.
- 이를 위해서 동조액체기둥감쇠기는 투명아크릴로 제작하였으며 수평길이(Lh)는 50cm, 수직길이(Lv)는 30cm, 단면적(A)는 15 ×15cm2이다.
- 진동대에 입력하는 가진 진동수는 본 연구에 사용된 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수인 0.85Hz와의 진동수비가 0.4~1.5가 되도록 조정하였으며, 진동수비의 간격을 0.05로 증가시키며 총 21번의 실험을 실시하였다. 또한 전기 용량식 파고계의 감쇠비 추정값과 비교하여 본 연구에서 제안한 수위측정 시스템의 성능을 확인하였다.
대상 데이터
- 본 절에서는 동조액체기둥감쇠기의 운동을 기술할 수 있는 운동방정식을 유도하여 동조액체기둥감쇠기의 동적 특성을 파악한다. 동조액체기둥감쇠기의 운동방정식 유도 대상은 Fig. 1과 같이 횡방향으로 가진되는 동조액체기둥감쇠기로 하며, 동조액체기둥감쇠기의 단면적을 A, 수평길이와 수직길이를 각각 Lh, Lv로 나타내었다. 동조액체기둥감쇠기가 횡방향으로 가진되는 경우 동조액체기둥감쇠기 수조 내부 액체의 운동방정식은 다음과 같이 표현(Sakai et al.
- 이를 위하여 전기 용량식 파고계를 이용한 동조액체기둥감쇠기의 수직운동 계측과 전기장 내 가변전압측정을 이용한 동조액체기둥감쇠기의 수직운동 계측을 서로 비교하였다. 본 실험에 사용된 동조액체기둥감쇠기의 이론적인 고유진동수는 0.85Hz이다. 실험적으로는 가진진동수와 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수가 일치하는 공진영역에서 동조액체기둥감쇠기 내부 액체의 수직운동이 가장 활발함을 이용하여 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수를 파악한다.
성능/효과
- Fig. 4(a)는 시간영역에서의 수위변화이며, 두 데이터 간의 RMS 오차는 0.978mm로 본 연구에서 제안한 방법의 수위계측이 높은 정밀성을 가짐을 입증한다. Fig.
- 4(b)는 Fig. 4(a)의 주파수 영역 그래프로 동조액체기둥감쇠기의 실험적인 고유 진동수가 0.85Hz인 것을 나타내며, 이를 통해 본 동조액체기둥감쇠기의 이론값과 일치함을 확인할 수 있다.
- 마지막으로 본 연구에서 제안한 수위측정 시스템을 동조액체기둥감쇠기에 적용, 진동대 실험을 실시하여 동조액체기둥감쇠기의 설계파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 파악하였으며 이론상의 고유 진동수와 실험상의 고유진동수가 일치하였음을 확인하였다. 또한 조화하중에서 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수에 대한 가진진동수비 변화에 따른 감쇠비의 변화를 확인하였으며, 동조액체기둥감쇠기의 본래 감쇠항인 비선형감쇠항이 조화하중에서 등가점성감쇠항으로 치환하여 유도한 주파수 중추의 감쇠비 식과 실험적인 결과가 일치함을 확인하였다.
- 연구에서 제안한 수위측정 시스템은 경제적이며, 구리테이프를 이용하기 때문에 부착 및 설치가 용이하다. 마지막으로 본 연구에서 제안한 수위측정 시스템을 동조액체기둥감쇠기에 적용, 진동대 실험을 실시하여 동조액체기둥감쇠기의 설계파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 파악하였으며 이론상의 고유 진동수와 실험상의 고유진동수가 일치하였음을 확인하였다. 또한 조화하중에서 동조액체기둥감쇠기의 고유진동수에 대한 가진진동수비 변화에 따른 감쇠비의 변화를 확인하였으며, 동조액체기둥감쇠기의 본래 감쇠항인 비선형감쇠항이 조화하중에서 등가점성감쇠항으로 치환하여 유도한 주파수 중추의 감쇠비 식과 실험적인 결과가 일치함을 확인하였다.
- 또한 본 연구에서 제안한 동조액체기둥감쇠기의 수위측정 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 고가의 전기 용량식 파고계와 비교하였으며, 연구에서 제안한 수위측정 시스템의 정밀성을 입증하였다. 연구에서 제안한 수위측정 시스템은 경제적이며, 구리테이프를 이용하기 때문에 부착 및 설치가 용이하다. 마지막으로 본 연구에서 제안한 수위측정 시스템을 동조액체기둥감쇠기에 적용, 진동대 실험을 실시하여 동조액체기둥감쇠기의 설계파라미터인 고유진동수와 감쇠비를 파악하였으며 이론상의 고유 진동수와 실험상의 고유진동수가 일치하였음을 확인하였다.
- 5에서와 같이 동조액체기둥감쇠기의 감쇠비는 진동수비에 따라서 크게 변화하였다. 이러한 결과는 동조액체기둥감쇠기의 본래의 감쇠항인 비선형감쇠항이 조화하중에서 등가점성감쇠항(Wu et al., 2005)으로 치환되어 구한 주파수 중추의 감쇠비 식과 실험적인 결과가 일치함을 확인하였다.
후속연구
- 본 연구에서 제안한 가변전압측정 시스템의 성능 및 타당성을 검증하기 위해서는 기존에 상용되는 전기 용량식 파고계를 이용하여 분석한 동조액체기둥감쇠기의 실험결과와 개발된 수위 측정 시스템의 실험결과를 서로 비교 및 분석하는 것이 필요하다. 이를 위하여 전기 용량식 파고계를 이용한 동조액체기둥감쇠기의 수직운동 계측과 전기장 내 가변전압측정을 이용한 동조액체기둥감쇠기의 수직운동 계측을 서로 비교하였다.
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