[논문]지오메트리 피그용 캘리퍼 시스템 개발

유휘룡; 김동규; 조성호; 박상호; 박승수; 박대진; 구성자; 노용우; 박관수

[국내논문] 지오메트리 피그용 캘리퍼 시스템 개발
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유휘룡 (한국가스공사 연구개발원) , 김동규 (한국가스공사 연구개발원) , 조성호 (한국가스공사 연구개발원) , 박상호 (한국해양대학교 전기공학과) , 박승수 (한국가스공사 연구개발원) , 박대진 (한국가스공사 연구개발원) , 구성자 (한국가스공사 연구개발원) , 노용우 (한국가스공사 연구개발원) , 박관수 (한국해양대학교 전기공학과)

NTMS(Non-contact Tilted-angle Measuring System) is developed by using the principle that the magnetic field of an anisotropic magnet's inner space is uniform and it's possible to measure the strength of the magnetic field using a linear hall effect sensor. In order to implement the caliper system of the geometry PIG(Pipeline Inspection Gauge) which has high accuracy and proper output voltage of the hall sensor without additional driving module or a signal amplifier, it is necessary to consider the size of the magnet, the inner space and back-yoke and the position of pin-hole in the magnet. So the optimal design method of the caliper system is proposed through analysis of NTMS's magnetic field adopting a FEM(Finite Element Method). The experimental results show that the developed caliper system can be used for the geometry pig with good performances.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 이방성 자석을 이용하여 비접촉이면서 구동드라이버의 제작이 쉽고, 정밀도가 높고, 부착이 쉬운 Mechanical Finger 시스템을 개발하였고, 유한요소법에 의해서 이방성 자석 및 홀센서가 결합된 회전각 측정 시스템의 자기장을 분석하여 최적의 설계 방법을 제안하였고, 성능실험을 통하여 개발된 Mechanical Finger 시스템의 유용성을 검증하였다.
자석 내부공간에 설치된 흘센서에서 측정되는 자기장은, 내부공간에 형성되는 자기장의 최대치를 瓦皿라 두면 HtmxCbS。)이 된다. 따라서 흘센서의 출력전압의 변화를 측정함으로써 Finger Ann의 회전각 변위를 계산할 수 있는 것이다.
따라서 본 논문에서는 이방성 자석을 이용하여 비접촉이면서 구동드라이버의 제작이 쉽고, 정밀도가 높고, 부착이 쉬운 Mechanical Finger 시스템을 개발하였고, 유한요소법에 의해서 이방성 자석 및 홀센서가 결합된 회전각 측정 시스템의 자기장을 분석하여 최적의 설계 방법을 제안하였고, 성능실험을 통하여 개발된 Mechanical Finger 시스템의 유용성을 검증하였다.

제안 방법

Finger Arm 의 이방성 영구자석의 구조는 두께가 납작하여 2차원 근사 해석조건이 성립하지 않기 때문에 본 연구에서는 3D로 해석하였다.
이것은 magnet와 back-yoke가 너무 가까워서 자로가 insgnet와 back-yoke로 형성되기 때문이다. 그러나 Finger Aim의 구조상 back-yoke를 제거할 수 없으므로 본 연구에서는 magnet를 back-yoke 에서 일정한 거리로 띄운 구조를 설계하였다. 이 경우 유한요소법에 의한 해석결과 띄우기 전보다 Fig 9와 같이 Hall Sensor 부위의 자기장을 3배 정도 큰 값으로 얻을 수 있었다.
본 연구에서 개발된 Geometiy PIG는 Fig. 1과 같이 구동컵, INS, 캘리퍼 시스템, 주행거리계, 데이터 처리 시스템 등으로 구성된다. 배관 내로 삽입된 PIG는 구동컵에 가해지는 차압으로 앞으로 이동한다.
이용하여 비접촉이면서 탈부착이 쉽고, 구동드라이버 흑은 증폭기의 제작이 쉽고, 정밀도가 높은 캘리퍼 시스템을 개발하였고, 유한요소법에 의해서.이방성 자석 및 홀센서가 결합된 회전각 측정 시스템의 자기장을 분석하여 최적의 설계 방법을 제안하였고, 성능실험을 통하여 개발된 Mechanic히 Finger 시스템의 유용성을 검증하였다.
본 논문에서는 이방성 자석을 .이용하여 비접촉이면서 탈부착이 쉽고, 구동드라이버 흑은 증폭기의 제작이 쉽고, 정밀도가 높은 캘리퍼 시스템을 개발하였고, 유한요소법에 의해서.이방성 자석 및 홀센서가 결합된 회전각 측정 시스템의 자기장을 분석하여 최적의 설계 방법을 제안하였고, 성능실험을 통하여 개발된 Mechanic히 Finger 시스템의 유용성을 검증하였다.

이론/모형

이방성 영구자석에 의하여 발생되는 자기장을 해석하기 위하여 유한요소법 (Finite Element Method)을 도입한다. 변위전류와 유도전류를 무시할 수 있는 정자계에서 성립하는 Maxwell 방정식과 그 보조방정식은 아래와 같다.

성능/효과

HaH Sensor 부위의 자기장을 크게 하기 위한 Finger Magnet의 최적설계 결과 영구자석의 크기는 내경이 16mm, 외경이 30mm이며, back-yoke가 영구자석과 3mm 떨어져 있을 경우 최적설계 이전에 비하여 약 3배정도 큰 값인 l, 020[G]의 자기장을 얻을 수 있었으며 Hall sensor 부위에서 이정도 자기장이 얻어지면 HaU sensor의 출력값을 증폭할 필요가 없기 때문에 신호 증폭에 따르는 noise도 대폭 감소시킬 수가 있었다.

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