초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 최종 목표는 가스터빈이나 스크램젯과 같은 연소기에 쓰이는 연소기의 표면온도(최대 1500 ℃)를 정밀하게 측정할 수 있는 포터블 형광온도계(phosphor thermometry)를 개발하는 것이다. 본 연구에서 개발하고자 하는 형광온도계는 화염이나 먼지등의 극한환경에서도 측정이 가능하고 비접촉 측정 기법중에 가장 정확하게 온도를 계측할 수 있는 기술이다. 국외에서 경쟁적으로 형광온도계(Phosphor thermometry) 연구가 수행되고 있지만 국내에서는 거의 연구가 되고 있지 않은 상황이다. 본 연구

□ 연구개요
본 연구의 최종 목표는 가스터빈이나 스크램젯과 같은 연소기에 쓰이는 연소기의 표면온도(최대 1500 ℃)를 정밀하게 측정할 수 있는 포터블 형광온도계(phosphor thermometry)를 개발하는 것이다. 본 연구에서 개발하고자 하는 형광온도계는 화염이나 먼지등의 극한환경에서도 측정이 가능하고 비접촉 측정 기법중에 가장 정확하게 온도를 계측할 수 있는 기술이다. 국외에서 경쟁적으로 형광온도계(Phosphor thermometry) 연구가 수행되고 있지만 국내에서는 거의 연구가 되고 있지 않은 상황이다. 본 연구에서는 형광온도계 개발을 위해서 고온용 형광물질(Phosphor powder)를 선정하여 1500 ℃ 이상에서 견딜 수 있는 코팅 기법을 개발하였다. 또한 1500 ℃ 이상의 온도를 교정할 수 있는 교정시스템을 구축하고 고온에서의 신호/노이즈비를 향싱시키기 위해 형광체의 분광스펙트럼을 획득하여 온도 획득 시스템의 최적화를 위한 연구가 수행되었다. 그리고 최종적으로 광학 설계를 통해 포터블한 형광온도계를 제작하였고 개발된 포터블 형광 온도계를 활용하여 1500 ℃ 이상의 표면 온도를 비접촉식으로 측정에 성공하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종 목표는 비접촉으로 1500 ℃ 이상의 표면온도를 정밀하게 측정할 수 있는 포터블 형광온도계를 개발하는 것이다. 그래서 본 과제에서는 목표 및 연구 결과를 도출하였다.
(1) 고온용 형광 물질 선정 및 분광 특성 분석
- 1500 ℃ 까지 온도측정이 가능한 합성물질의 종류와 비율을 선정 : YAG:Dy 의 비율이 100:3 으로 하여 최대 1500 ℃까지 온도 측정 하는 비율 획득, YAG:Dy phosphor 를 이용한 표면 온도 측정 실험 완료. 450 nm, 490 nm의 두 파장의 신호 비를 이용하여 1000 ℃까지 온도 측정 완료
- 고온의 환경에서 표면온도를 정확하기 위해서는 형광물질을 안정적으로 코팅하는 것이 핵심 기술 개발 : 플라즈마 코팅을 활용하여 YAG:Dy 코팅 완료, 최대 1000 ℃ 까지 코팅의 안정성 확인. 최도 온도 측정 불확도 2.6 ℃확인
(2) 표면온도 1500 ℃ (± 5 ℃)측정가능한 교정로 구축 및 형광신호 개선 연구
- 1500 ℃까지 작동하는 세라믹 기반의 전기로를 구축 : 1500 ℃까지 온도 제어가 가능한 머플 전기로 구축 완료
- 1500 ℃ 이상에서도 측정이 가능한 신호 처리 기법 연구 : 기존의 신호비를 이용한 방식이 아닌 형광 신호의 감쇠비를 측정하는 신호 획득 기법 개발. 1500 ℃까지 신호 획득 성공
(3) 광학 패키징을 통한 포터블 형광온도계 개발
- 실제 산업현장에 쉽게 적용할 수 있는 간단하고 저렴한 형태의 포터블 형광온도계를 개발 : 포터블한 형광온도계를 개발을 위한 광학계 설계 및 제작완료
- 최종 개발된 포터블 형광온도계를 활용하여 1500 ℃ 이상의 표면 온도 측정 : 개발된 포터블 형광온도계를 활용한 1500 ℃까지의 표면 온도 측정 성공

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구 개발을 통해 고온 소재 부품 개발의 필수적인 고온의 표면온도 측정이 가능하게 되었다. 본 연구는 고온용 소재 부품개발의 핵심기술인 1500 ℃ 이상의 고온의 표면온도를 정밀하고 손쉽게 측정하는 기법을 제공하고 국내최초의 고온용 형광온도계기술 개발하였다. 본 연구를 통해 연소 효율 향상에 따른 연소기 온도 상승으로 고온의 표면온도 정밀 측정 기술을 제공하고 포터블한 형광온도계로 고온 온도측정의 보편화 할 수 있으며 연소기용 신소재 개발 및 냉각기술 개발에 핵심적인 기술 제공할 수 있을 것이다. 또한 본 연구를 통한 비접촉 온도 측정 기술 개발로 다양한 산업분야 적용이 가능할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목표 ... 4
• 2) 연구개발의 필요성 ... 4
• 3) 연구개발의 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 33