사람과 전자기기들은 우리 주변의 환경 속, 특히 병원의 자기 공명 영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 장비 또는 군용으로 사용되는 전자기 펄스(Electromagnetic pulse, EMP) 장비, 그리고 수많은 전자파를 만들어 내는 장치들에 노출되는 경우가 잦아졌다. 이러한 전자파는 사람과 전자기기에 유해하고, 이를 차폐하기 위해 사용되는 것 중에 하나가 핑거 스트립이다. 핑거 스트립은 열전도성이 좋기 때문에 전자파를 흡수하여 열로 변환한다. 이 특징을 효과적으로 이용하여 전자파 차폐가 필요한 실내의 특수 문짝에 핑거 스트립을 설치해서, 전자파로부터 사람과 전자기기들을 보호한다. 본 연구에서는 핑거 스트립의 주 고장모드에 영향을 주는 가속인자로 하중을 선택하여 가속수명시험을 실시한다. 가속수명시험의 결과로부터 핑거 스트립의 실사용조건 수명을 예측하며, 동일한 조건에서 실시한 수명 시험 결과와 비교하여 가속수명시험의 유효성을 평가하고자 하였다.
사람과 전자기기들은 우리 주변의 환경 속, 특히 병원의 자기 공명 영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 장비 또는 군용으로 사용되는 전자기 펄스(Electromagnetic pulse, EMP) 장비, 그리고 수많은 전자파를 만들어 내는 장치들에 노출되는 경우가 잦아졌다. 이러한 전자파는 사람과 전자기기에 유해하고, 이를 차폐하기 위해 사용되는 것 중에 하나가 핑거 스트립이다. 핑거 스트립은 열전도성이 좋기 때문에 전자파를 흡수하여 열로 변환한다. 이 특징을 효과적으로 이용하여 전자파 차폐가 필요한 실내의 특수 문짝에 핑거 스트립을 설치해서, 전자파로부터 사람과 전자기기들을 보호한다. 본 연구에서는 핑거 스트립의 주 고장모드에 영향을 주는 가속인자로 하중을 선택하여 가속수명시험을 실시한다. 가속수명시험의 결과로부터 핑거 스트립의 실사용조건 수명을 예측하며, 동일한 조건에서 실시한 수명 시험 결과와 비교하여 가속수명시험의 유효성을 평가하고자 하였다.
Many persons and electronic devices are exposed to electromagnetic (EM) waves generated from magnetic resonance imaging (MRI) equipment, EM pulses (EMPs), and many other kinds of EM wave devices. Finger strips are used to provide shielding from these EM waves. Because of the high thermal conductivit...
Many persons and electronic devices are exposed to electromagnetic (EM) waves generated from magnetic resonance imaging (MRI) equipment, EM pulses (EMPs), and many other kinds of EM wave devices. Finger strips are used to provide shielding from these EM waves. Because of the high thermal conductivity of finger strips, they are used in the design of specialized doors that are installed in shielded rooms. In this study, we perform an accelerated life test using the load acceleration stress, which affects the main failure mode of finger strips. We predict the life of the finger strip under normal usage conditions based on the results of the accelerated life test. We compare the results with those predicted from the life test under normal usage conditions to evaluate the validity of accelerated life testing.
Many persons and electronic devices are exposed to electromagnetic (EM) waves generated from magnetic resonance imaging (MRI) equipment, EM pulses (EMPs), and many other kinds of EM wave devices. Finger strips are used to provide shielding from these EM waves. Because of the high thermal conductivity of finger strips, they are used in the design of specialized doors that are installed in shielded rooms. In this study, we perform an accelerated life test using the load acceleration stress, which affects the main failure mode of finger strips. We predict the life of the finger strip under normal usage conditions based on the results of the accelerated life test. We compare the results with those predicted from the life test under normal usage conditions to evaluate the validity of accelerated life testing.
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문제 정의
3가지 스트레스 수준에서의 가속수명시험 결과로부터 핑거 스트립의 사용조건 수명을 예측하였고, 보증수명의 만족여부도 평가하였다. 또한 이를 사용조건의 수명시험 결과와 비교하여 가속수명시험의 유효성을 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 핑거 스트립의 수명을 예측하기 위해 가속수명시험을 하였다. 가속수명시험의 결과로부터 사용조건 수명을 예측하였으며, 보증수명의 만족여부도 평가하였다.
제안 방법
(1) 핑거 스트립의 가속인자는 부하로 선정하였으며, 이에 따라 가속모델은 역승 모델로 적용하였다. 3가지 부하 스트레스 수준에서 실시한 가속수명시험의 결과 분석을 통해 형상모수 2.
본 연구에서는 핑거 스트립의 주 고장모드에 영향을 주는 가속인자로 부하를 선택하여 가속수명시험을 하였다. 3가지 스트레스 수준에서의 가속수명시험 결과로부터 핑거 스트립의 사용조건 수명을 예측하였고, 보증수명의 만족여부도 평가하였다. 또한 이를 사용조건의 수명시험 결과와 비교하여 가속수명시험의 유효성을 평가하고자 하였다.
가속수명시험 결과로 실사용 조건(부하 100%)에서의 수명을 Table 7과 같이 예측하였으며 가속수명시험의 유효성 확인을 위해 실사용 조건에서 수명시험을 추가로 실시하였다.
본 연구에서는 핑거 스트립의 수명을 예측하기 위해 가속수명시험을 하였다. 가속수명시험의 결과로부터 사용조건 수명을 예측하였으며, 보증수명의 만족여부도 평가하였다. 그리고 가속수명시 험의 예측 결과와 사용조건에서 실시한 수명시험 결과와 비교하여 가속수명시험의 유효성도 평가하였다.
현장의 전자파 차폐 도어 개폐를 모사하기 위해 동일한 조건으로 문틀의 안쪽에 핑거 스트립 한 쌍을 설치하고, 공기압 실린더의 왕복운동으로 도어의 개폐를 재현하였다. 공기압 실린더와 연결된 나이프(도어의 일부분)가 문틀에 설치된 핑거 스트립 사이로 삽입되어 핑거 스트립이 압축-회복 운동을 반복할 수 있도록 하였다. 시험 중 모든 시료가 소성변형으로 인해 핑거 스트립과 나이프 사이에 갭이 발생하거나, 파단발생 시까지 가속수명시험을 하였다.
가속수명시험의 결과로부터 사용조건 수명을 예측하였으며, 보증수명의 만족여부도 평가하였다. 그리고 가속수명시 험의 예측 결과와 사용조건에서 실시한 수명시험 결과와 비교하여 가속수명시험의 유효성도 평가하였다. 본 연구의 결론은 아래와 같다.
본 연구에서는 핑거 스트립의 주 고장모드에 영향을 주는 가속인자로 부하를 선택하여 가속수명시험을 하였다. 3가지 스트레스 수준에서의 가속수명시험 결과로부터 핑거 스트립의 사용조건 수명을 예측하였고, 보증수명의 만족여부도 평가하였다.
공기압 실린더와 연결된 나이프(도어의 일부분)가 문틀에 설치된 핑거 스트립 사이로 삽입되어 핑거 스트립이 압축-회복 운동을 반복할 수 있도록 하였다. 시험 중 모든 시료가 소성변형으로 인해 핑거 스트립과 나이프 사이에 갭이 발생하거나, 파단발생 시까지 가속수명시험을 하였다.
실사용 조건에 대한 시험데이터가 추가적으로 확보되었기 때문에 기존 형상모수와 가속모델의 모수를 수정할 수 있다. 즉, 3 가지 스트레스 조건의 데이터와 사용조건의 데이터를 결합, 분석하여 형상모수와 가속모델의 모수를 추정하는 것이다. 따라서 최종 분석결과는 Fig.
핑거 스트립의 가속수명시험은 각기 다른 세 수준에서 수행 하였고, 실사용 조건과 같은 방식으로 도어의 개폐를 모사하였다. 각각의 수준에서 시료의 고장(파손, 변형)이 발생할 때까지 시험한 결과는 Table 4 ~ 6과 같다.
핑거 스트립의 주요 고장은 표면과 나이프(Knife)(Fig. 4의 ③번 부품)의 삽입에 따른 이종 금속간의 마모에 의한 소성변형 및 피로 파단 등으로 조사 되었다.(7) 자기 공명 영상 차폐도어용 핑거 스트립은 0.
핑거 스트립의 고장 모드 재현을 위한 가속수명시험 장비는 실제 자기 공명 영상 차폐도어를 일정부분 절단하여 현장조건과 동일하게 구성하였다. 현장의 전자파 차폐 도어 개폐를 모사하기 위해 동일한 조건으로 문틀의 안쪽에 핑거 스트립 한 쌍을 설치하고, 공기압 실린더의 왕복운동으로 도어의 개폐를 재현하였다. 공기압 실린더와 연결된 나이프(도어의 일부분)가 문틀에 설치된 핑거 스트립 사이로 삽입되어 핑거 스트립이 압축-회복 운동을 반복할 수 있도록 하였다.
데이터처리
가속수명시험 결과의 유효성 확인을 위해 가속 모델로부터 추정한 사용조건에서의 수명과 실사용 조건에서 수명시험으로 얻은 수명을 비교하기 위해 와이블 분포의 형상모수와 척도모수에 대한 동일성 검정을 실시하였다. 즉, 실사용 조건에서 얻은 시험 데이터들의 형상모수가 2.
이론/모형
분석은 Wald 검정방법을 적용하는 미니탭 소프트웨어를 활용하였다. 유의수준 5%, 양측결과에서 P 값(P-value)이 0.
이에 따라 가속 모델은 역승 모델(Inverse Power Law Model)(5) 로 선정하였으며, 수명과 가속 인자와의 관계는 식 (2)와 같다.
성능/효과
(2) 가속수명시험을 통해 예측된 수명의 유효성 확인을 위해 실사용 조건과 동일한 조건으로 수명 시험하여 형상모수 1.81, 척도모수(특성수명)는 1,366,676 사이클로 추정되었다.
(3) 가속수명시험 결과와 사용조건 시험 결과를 비교하기 위해 형상모수와 척도모수에 대한 동일성 검정을 실시하였으며, 검정결과는 모수가 통계적으로 서로 다르지 않다는 결론을 얻을 수 있었다.
(4) 3가지 부하 스트레스 조건에서의 시험결과와 실사용 조건의 시험결과를 결합, 분석하여 최종적으로 얻은 형상모수는 2.56, 부하에 대한 가속지수 n은 9.93으로 추정되었다. 또한 사용조건에 대한 B10 수명의 90% 신뢰하한이 452,780 사이클로 핑거 스트립의 보증수명인 10만 사이클을 충분히 만족하는 것을 알 수 있다.
(1) 핑거 스트립의 가속인자는 부하로 선정하였으며, 이에 따라 가속모델은 역승 모델로 적용하였다. 3가지 부하 스트레스 수준에서 실시한 가속수명시험의 결과 분석을 통해 형상모수 2.87, 가속지수 n은 10.4를 얻었다. 또한 사용조건의 척도모수를 예측한 결과 1,767,700사이클로 나타났다.
그리고, Weibull++ 신뢰성 소프트웨어를 이용하여 구한 사용조건 B10 수명의 90% 신뢰하한은 452,780 사이클이다. 따라서 시험결과로부터 핑거 스트립의 보증수명인 10만 사이클을 충분히 만족하는 것을 알 수 있었다.
즉, 3 가지 스트레스 조건의 데이터와 사용조건의 데이터를 결합, 분석하여 형상모수와 가속모델의 모수를 추정하는 것이다. 따라서 최종 분석결과는 Fig. 10과 같으며, 와이블 분포의 형상모수는 2.56이며, 형상모수에 대한 95% 신뢰구간은 (2.0213, 3.2434)이다. 그리고 핑거 스트립에 적용한 역승 모델의 상수 K는 9.
93으로 추정되었다. 또한 사용조건에 대한 B10 수명의 90% 신뢰하한이 452,780 사이클로 핑거 스트립의 보증수명인 10만 사이클을 충분히 만족하는 것을 알 수 있다.
본 가속시험의 가장 높은 수준인 150%는 자기 공명 영상 차폐 도어를 시뮬레이션 한 결과 도어에 의해 핑거 스트립이 최대로 부하를 받는 가장 가혹한 수준(6)으로 정하였고, 가속 수준 140%는 전자파 차폐 도어의 신뢰성 평가기준(7)에서 도어의 고장 판정기준을 참고로 하였다. 나머지 가속 수준 125%는 시험시간을 고려하여 임의로 정해 Table 3과 같다.
핑거 스트립의 세 수준에서 가속시험한 결과에 대한 신뢰성 분석 결과, 와이블 분포의 형상모수는 2.8694, 형상모수에 대한 95% 신뢰구간은 (1.9422, 4.2392)이다. 그리고 핑거 스트립에 적용한 역승 모델 상수 K는 1.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전자파를 차폐하기 위한 기술은 무엇이 있는가?
이렇게 해로운 전자파를 차폐하기 위한 기술은 크게 두 가지 방법으로 나눌 수 있는데, 외부의 전자파 발생원으로부터 내부의 인체나 장비를 보호하는 방법, 그리고 의료기기분야 등에서 많이 사용되는 전자파 발생원 주변을 차폐하여 외부 장비를 보호하는 방법이 있다.
전자파의 사회적 문제는 무엇인가?
전자파는 컴퓨터나 전자기기의 오작동에서 부터 공장의 전소 사고에 이르기까지 그 피해가 다양하게 나타나고 있으며, 나아가 인체에까지 부정적인 영향을 미치기 때문에 이에 대한 우려와 관심이 높아지고 있다. 일반적으로 알려진 전자파의 사회적 문제로는 인체에 대한 건강 장해, 전자기기의 오작동, 전자파의 도감청에 의한 보안상의 문제 등을 들 수 있다.
전자파의 노출을 막기 위해 핑거 스트립이 사용되는 이유는 무엇인가?
금속 클립 형태로 스테인리스 강, 인청동 그리고 베릴륨동 등으로 만들어지며, 경우에 따라 니켈, 주석이나 금도금 처리를 하기도 한다. 핑거 스트립은 높은 열전도성을 갖고 있기 때문에 전자파를 열에너지로 변환시키고, 또한 강한 탄성력으로 인해 전자 방해 잡음(Electromagnetic interference, EMI) 차폐기능이 우수하다. 따라서 의료기기뿐 아니라 군용 전자기 펄스 또는 핵무기로부터 발생하는 전자기 파동을 막기 위한 전자기 펄스 방호용 차폐 도어 (1) 에도 많이 사용된다.
참고문헌 (7)
Seo, M. J., Chi, S. W., Kim, Y. J., Park, W. C., Kang, H. J. and Huh, C. S., 2014, "Electromagnetic Wave Shielding Effectiveness Measurement Method of EMP Protection Facility," The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering Science. Vol.25, No.5, pp. 548-558.
Park, S. S., Hwang, K. B., Kim, J. B. and Kim, J. H., 2010, "Investigation of Deep Drawability and Product Qualities of Ultra Thin Beryllium Copper Sheet Metal," Transactions of Materials Processing, Vol.19, No.3, pp. 179-184.
Heinz P. Bloch and Fred K. Geitner, Machinery Failure Analysis and Troubleshooting, Gulf Professional Pub, 3rd edition, Vol. 2.
Jeong, H. S., 2007, "A Study on Optimal of Accelerated Life Tests," International Research of Reliability Application, Vol.7, No.2, pp. 57-72.
Lee, G. H., Kim, H. E. and Kang, B. S., 2003, "Development of Accelerated Life Test Method for Mechanical Components Using Weibull-IPL(Inverse Power Law) Model," Proceedings of the 2003 KSME Spring Conference, pp. 445-450.
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