KR100684953B1 - 질량 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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KR100684953B1 KR1020050119448A KR20050119448A KR100684953B1 KR 100684953 B1 KR100684953 B1 KR 100684953B1 KR 1020050119448 A KR1020050119448 A KR 1020050119448A KR 20050119448 A KR20050119448 A KR 20050119448A KR 100684953 B1 KR100684953 B1 KR 100684953B1
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최기혁
김종우
김광식
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 무중력 또는 미소중력 상태에서 질량을 측정하기 위한 질량측정시스템에 관한 것으로, 본 발명에 의한 원심력을 이용하여 피측정물의 질량을 측정하는 질량 측정 시스템은, 상기 피측정물과 회전 중심으로부터의 반경이 상이하게 설치되는 표준질량; 상기 피측정물과 상기 표준질량을 회전시키는 회전구동장치; 상기 피측정물 또는 상기 표준질량이 결합되어 회전운동에 의한 원심력을 감지하여 감지신호를 출력하되, 상기 회전구동장치에 회전 중심으로부터의 반경이 서로 상이하게 설치되는 제1로드셀과 제2로드셀; 상기 피측정물이 고정되는 상기 제1로드셀과 상기 표준질량이 고정되는 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력(s1, s2)과, 상기 표준질량이 고정되는 상기 제1로드셀과 상기 피측정물이 고정되는 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력(s'1, s'2)을 이용하여 상기 피측정물의 질량(m2)을 연산하는 신호처리장치;를 포함하여 원심력(s1, s2, s'1, s'2)을 통해 피측정물의 질량을 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 것이다.
우주 저울, 무중력, 질량, 측정

Description

질량 측정 시스템 및 그 방법{Mass measuring system and method thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 측정 시스템을 나타낸 측단면도,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 질량 측정 시스템의 턴테이블을 나타낸 정면도, 그리고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질량 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10; 피측정물 11; 턴테이블
12; 모터 13; 변속기어
14; 토크상쇄장치 15; 회전구동장치 제어장치
16; 회전축 21; 제1로드셀
22; 제2로드셀 23, 24; 고정장치
25; 표준질량 30; 신호처리장치
31; 신호처리장치
본 발명은 우주공간 등 미소중력 상태하에서 물체의 질량을 측정하기 위한 질량 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
질량 측정은 정량적인 실험을 수행하기 위해서 필수적인 측정항목이고 질량측정의 정도가 실험 결과의 가치를 좌우한다. 질량측정을 지상에서 수행할 경우 질량 측정장치는 피측정물과 지구 사이에서 작용하는 만유일력을 이용하여 정밀한 질량 측정이 가능하다
그러나, 우주 공간을 운행 중인 우주선 내부는 대부분이 중력이 거의 없는 미세 중력 또는 무중력 환경이다. 이러한 환경에서 만유인력을 이용한 기존의 질량 측정 장치를 이용할 수 없으므로 아래와 같은 방법이 사용되고 있다.
첫째, 피측정물에 스프링이나 금속바를 연결하고 진동을 가하여 주기를 측정하고 스프링-질량 또는 바-질량 시스템에서 질량을 계산하는 방법, 둘째, 피측정물을 일정한 힘으로 선형 가속한 뒤 가속도를 측정하여 질량을 계산하는 방법, 세째, 원심력을 이용하는 방법이다.
그런데 이러한 방법 중 진동 시스템은 자체가 비선형으로 진동 주기에서 질량을 구하기가 복잡하고 오차가 수반되는 문제점이 있고, 스프링-질량 바-질량 시스템은 자체의 감쇄(Damping) 효과때문에 주기를 정확히 측정하기 어렵고, 정확한 주기를 측정하기 위해서는 장시간 반복 측정을 해야하는 문제점이 있다. 현재 우주선에서 사용되는 스프링-질량과 바-질량 시스템은 측정 시 오차가 약 1% 정도 발생하여 정밀 측정은 어렵고 우주인의 대략적인 질량 측정용으로 사용되고 있다.
또한, 선형 가속 뒤 가속도 측정하여 질량을 계산하는 방법은 선형 가속한 뒤 가속도의 측정 또한 정확한 힘을 가해주는 것은 쉽지 않은데, 더욱이 정확히 가속도를 측정하는 것이 매우 어려운 문제점이 있다. 따라서 상당한 오차를 수반할 수 밖에 없어 역시 우주인의 질량 측정용으로만 사용되고 있다. 정확한 힘을 피측정물에 가하는 부분과 선형 가속 후 피측정물의 가속도를 측정하기 위하여 현재 우주선에서는 광학적 방법이 사용되고 있는데 이 두 시스템이 모두 무척 복잡한 단점이 있다.
그리고, 기존의 원심력을 이용하는 방법은 단순히 피측정물에 원심력을 가하여 로드셀로 질량을 측정하는 방법으로 오차의 원인이 되는 피측정물의 무게 중심에 의한 회전 반경 변화와 회전 속도의 변화 문제를 전혀 고려하지 않아 오차가 크게 발생하는 문제점이 있다.
상기한 기존의 방법들은 모두 우주인의 체중과 같은 큰 질량(100kg 내외)을 근사적으로 측정하기 위한 방법들로 최근에 필요성이 증가하고 있는 우주실험을 위한 5kg 이내의 질량 을 오차 범위 0.1%이내로 정밀하게 측정하는 데는 부적합하다.
따라서, 지금까지는 우주 실험 피측정물에 대한 실험 전후의 정밀 측정은 주로 지상에서 이루어져야하는 불편이 있었고, 이 때문에 우주 실험의 정확성과 효율성이 크게 제약을 받고 있다.
또한, 기존의 진동이나 선형 가속, 임팩트를 가하는 방법은 유체, 분말, 반고체 피측정물을 측정할 때 피측정물이 파괴될 우려가 있는 등 실험이 용이하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피측정물과 표준질량을 회전시켜 발생하는 원심력을 이용하여 질량을 산출함으로써, 우주 실험을 위한 5kg 이하의 소질량까지 정밀하고 신속하게 무중력 상태에서 측정할 수 있는 원심력을 이용한 질량 측정 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 회전 운동에 의한 원심력을 이용하여 피측정물의 질량을 측정하는 질량 측정 시스템은, 상기 피측정물과 회전 중심으로부터의 반경이 상이하게 설치되는 표준질량; 상기 피측정물과 상기 표준질량을 회전시키는 회전구동장치; 상기 피측정물 또는 상기 표준질량이 결합되어 회전운동에 의한 원심력을 감지하여 감지신호를 출력하되, 상기 회전구동장치에 회전 중심으로부터의 반경이 서로 상이하게 설치되는 제1로드셀과 제2로드셀; 상기 표준질량이 고정되는 상기 제1로드셀과 상기 피측정물이 고정되는 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력(s1, s2)과, 상기 표준질량이 고정되는 상기 제1로드셀과 상기 피측정물이 고정되는 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력(s'1, s'2)을 이용하여 상기 피측정물의 질량(m2)을 연산하는 신호처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호처리장치는, 식
Figure 112005071754362-pat00001
에 의해 피측정물의 질량(m2)을 산출하는 것을 특징으로 하며, 여기서, m1은 표준질량의 질량, s1, s1'은 표준질량의 회전에 의한 원심력, s2, s2'은 피측정물의 회전에 의한 원심력, r1은 제1로드셀의 회전반경, r2는 제2로드셀의 회전반경, δ1은 표준질량 무게중심에서 제1 또는 제2로드셀까지의 거리, 그리고, δ2는 피측정물 무게중심에서 제1 또는 제2로드셀까지의 거리이다.
상기 회전구동장치는, 상기 피측정물, 상기 표준질량, 상기 제1로드셀, 및 상기 제2로드셀이 상면에 설치되는 턴테이블; 상기 턴테이블을 회동시키는 모터; 및 상기 모터를 조정하여 상기 턴테이블의 회전속도를 조절하는 회전구동장치 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전구동장치는, 제1로드셀 및 제2로드셀에 상기 표준질량 또는 상기 피측정물을 고정하는 고정장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 회전구동장치는, 상기 모터의 회전축에 연결되어 회전속도를 변경하여 턴테이블에 전달하는 변속기어를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 모터는, 상기 구동 직류모터와 토크모터로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 시스템에 발생하는 토크를 상쇄하는 토크 상쇄장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 질량 측정 발법은, 피측정물과 표준질량을 회전시키는 회전구동장치, 상기 회전구동장치의 회전 중심으로부터의 반경이 상이하게 설치되며 상기 피측정물 또는 상기 표준질량이 결합되어 회전운동에 의한 원심력 감지신호를 출력하는 제1로드셀과 제2로드셀, 및 상기 제1로드셀과 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력을 이용하여 상기 피측정물의 질량(m2)을 연산하는 신호처리장치;로 구성된 질량 측정 시스템을 이용하여 질량을 측정하는 방법에 있어서, (a)상기 표준질량을 상기 제1로드셀에 고정하고, 상기 피측정물을 상기 제2로드셀에 고정하는 단계; (b)상기 회전구동장치를 제어하여 상기 피측정물과 표준질량을 회전시키는 단계; (c)상기 (b)단계의 회전에 의한 원심력(s1,s2)을 검출하는 단계; (d)상기 피측정물과 상기 표준질량의 위치를 교환하는 단계; (e)상기 회전구동장치를 제어하여 상기 피측정물과 표준질량을 회전시키는 단계; (f)상기 (e)단계의 회전에 의한 원심력(s'1, s'2)을 검출하는 단계; 그리고, (g)상기 (c)단계의 원심력(s1, s2)과 상기 (f)단계의 원심력(s'1, s'2), 그리고, 식
Figure 112005071754362-pat00002
을 이용하여 상기 피측정물의 질량(m2)을 산출하는 단계;를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 피측정물이 회전 시 무게중심이 변화하는 경우, 상기 (b)단계와 상기 (e)단계의 회전 속도를 일치시키는 것이 바람직하다.
상기 (b)단계와 상기 (e)단계의 회전 속도를 변화시켜 가며 상기 (c), (f), (g) 단계를 반복하여 피측정물 질량의 평균을 연산하여 질량을 산출하는 것이 바람직하다.
상기 (b)단계와 상기 (e)단계의 회전 속도를 변화시켜 가며 상기 (c), (f), (g) 단계를 반복하여 상기 원심력 s2 증가에 대한 원심력 s1 의 증가를 플로팅하여 선형 최소자승법을 이용하여 피측정물 질량(m2)을 산출하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점 들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 질량 측정 장치의 구성을 나타낸 일 실시예로서, 도시하는 바와 같이 본 발명에 의한 질량측정장치는 로드셀(21,22), 표준질량(proof mass;25), 회동구동장치와 신호처리부(30,31)로 구성된다.
회동구동장치는, 턴테이블(11)을 회전시켜 피측정물(10)과 표준질량(25)에 회전원심력을 가하는 것으로, 턴테이블(11)이 설치되는 회전축(16)에 연결되는 변속기어(13), 모터(12), 토크상쇄장치(14), 모터와 변속기어를 제어하는 제어장치(15)를 포함한다.
턴테이블(11)은, 피측정물(10)과 표준질량(25), 및 로드셀(21,22)이 상면에 설치되는 것으로 회전축(16)에 연결되어 모터(12)의 구동에 따라 회전된다.
모터(12)는, 턴테이블(11)이 설치되는 회전축에 회전축이 연결되는 것으로 제어장치(15)의 제어신호에 해당하는 회전 속도로 회전하여 턴테이블(11)을 회전시킨다. DC모터(12a)와 토크모터(12b)로 구성하는 것이 바람직하다.
변속기어(13)는, 회전축(16)에 연결되어 제어장치(15)의 제어신호에 따라 모터(12)의 회전속도를 바꾸어 동력을 턴테이블(11)에 전달한다.
토크상쇄장치(14)는, 우주공간에서는 발생한 토크를 반드시 상쇄시켜야 안전하므로 회전구동장치에서 발생한 토크를 상쇄시키기 위하여 회전구동장치 하부에 설치되어 측정 중 발생하는 토크를 상쇄시키는 것으로 플라이휠을 사용하는 것이 바람직하다.
회전구동장치 제어장치(15)는, 모터(12)와 변속기어(13)를 제어하여 회전수와 토크를 조절하여 턴테이블(11)을 회전시켜 피측정물(10)과 표준질량(25)에 원심력을 가할 수 있도록 하는 것으로 피측정물(10)의 무게와 형태에 따라 설정된 회전수로 턴테이블(11)이 구동하도록 모터(12)와 변속기어(13)에 제어신호를 인가한다.
제1로드셀(21)과, 제2로드셀(22)은 턴테이블(11)상에 회전축(16)으로부터의 반경이 상이하게 설치되며, 피측정물(10) 또는 표준질량(25)이 각각 고정되는 것으로, 힘을 가하면 그 크기에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 힘 변환기로서 Strain Guage식 로드셀(Load Cell)을 사용하는 것이 바람직하다. Strin Guage를 금속 탄성체에 점착하고 그 탄성체에 하중을 가했을 때 탄성체의 Strain을 Strain gauge의 저항값의 변화로서 가해진 힘의 크기에 비례한 전기적 출력신호를 얻을 수 있다. 회전구동장치의 구동에 의해 턴테이블(11)이 회전하여 피측정물(10)과 표준질량(25)에 동일한 크기의 회전 가속도를 가하면 표준질량(25)과 피측정물(10)은 질량에 비례하는 원심력을 가지게 되며, 제1로드셀(21)과 제2로드셀(22)은 이를 검출하게 된다. 제1로드셀(21)과 제2로드셀(22)은 표준질량(25)과 피측정물(10)에 발생하는 원심력(s1,s2,s'1,s'2)을 감지하고, 감지신호는 신호수신장치(31)를 통해 신호처리장치(30)에 입력된다.
표준질량(25)은, 기 측정된 질량(m1)과 무게중심까지의 거리(δ1)가 확정된 것으로 피측정물(10)이 설치된 반대편의 로드셀(21,22)에 고정되어 피측정물(10)과 반경이 상이하게 턴테이블(11)상에 설치되고, 피측정물(10)과 동일한 회전속도로 회전된다.
고정장치(23, 24)는 피측정물(10) 또는 표준질량(25)을 로드셀(21,22)에 착탈가능하게 고정할 수 있도록 형성된 것으로, 상자 형태의 고정 용기로 형성하거나, 클립형태로 형성할 수 있다.
신호처리장치(30), 로드셀(21,22)에서 입력되는 원심력 감지신호를 통계적으로 처리하여 피측정물(10)의 질량(m2)을 산출한다. 질량 산출 과정은 후술한다.
신호수신부(31)는 회전축(16)상에 설치되어 로드셀(21,22)로부터 감지신호를 수신하여 신호처리장치(30)에 전달하는 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 질량 측정 시스템을 이용하여 무중력 또는 미소 중력 상태에서 질량을 측정하기 위한 제어 흐름도인 도 4와, 원심력 검 출을 위해 턴테이블(11)상에 피측정물(10)과 표준질량(25)을 설치한 상태를 나타낸 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명에 따라 원심력을 이용하여 질량을 측정하는 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 표준질량(25)을 고정장치(23)를 이용하여 제1로드셀(21)에 고정하고, 피측정물(10)을 고정장치(24)를 이용하여 제2로드셀(22)에 고정한다(S10). 그리고, 로드셀(21,22)의 영점을 조정한 후 회전구동장치 제어장치(15)를 조작하여 설정 회전 속도로 턴테이블(11)을 회전시켜 피측정물(10)과 표준질량(25)에 원심력이 발생하도록 한다(S20). 회전구동장치 제어장치(15)는 DC모터(12)와 토크모터(12), 변속기어(13)를 제어하여 회전수와 토크를 조정한다. 이와 같은 회전에 의해 원심력이 발생하면, 로드셀(21,22)은 원심력(s1,s2)을 감지하여 감지신호를 출력한다. 로드셀(21,22)의 감지신호는 신호수신장치(31)를 통해 신호처리장치(30)에 전달된다(S30).
피측정물(10)과 표준질량(25)의 위치를 도 3에 도시된 바와 같이 교환한다(S40). 즉, 표준질량(25)을 제2로드셀(22)에 고정하고, 피측정물(10)을 제1로드셀(21)에 고정한다. 그리고, 회동구동장치를 구동하여 교환 후의 원심력을 검출한다. 회전구동장치 제어장치(15)는 모터(12)와 변속기어(13)에 제어신호를 인가하여 설정 회전속도로 턴테이블(11)를 회전시켜 피측정물(10)과 표준질량(25)에 원심력이 발생하도록 하고(S50), 로드셀(21,22)은 위치 교환 후의 원심력(s'1,s'2)을 감지하여 감지신호를 출력한다. 로드셀(21,22)의 감지신호는 신호수신장치(31)를 통해 신 호처리장치(30)에 전달된다(S60). 피측정물(10)이 분말이나 액체, 동물과 같이 무게중심이 일정치 않은 경우에는 피측정물과 표준질량의 위치 교환 전과 후의 회전속도(ω)를 일치시켜, 방정식 연산 시 상쇄시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
신호수신장치(31)는 로드셀(21,22)로 부터 입력된 원심력(s1,s2,s'1,s'2)을 이용하여 피측정물(10)의 질량(m2)을 산출한다(S70).
피측정물(10)의 질량(m2) 산출은 다음과 같은 과정에 의한다.
원심력 f=mrω2이므로, 도 2에 도시된 바와 같이 표준질량(25)이 제1로드셀(21)에 고정되어 회전 시 발생한 원심력(s1)은, s1=m1(r1-δ1)ω2 ---(1) 이고, 피측정물(10)이 제2로드셀(22)에 고정되어 회전 시 발생한 원심력(s2)은, s2=m2(r2-δ2)ω2 ---(2)이고, 도 3과 같이 피측정물(m2)과 표준질량(m1)의 위치를 교환하여 원심력을 측정한 경우 표준질량(25)이 제2로드셀(22)에 고정되어 회전시 발생한 원심력(s'2)은, s2'=m1(r2-δ1)ω'2 ---(3)이고, 피측정물(10)이 제1로드셀(21)에 고정되어 회전시 발생한 원심력(s'1)은, s1'=m2(r1-δ2)ω'2 ---(4)이다.
여기서, r1,r2는 각각 회전중심에서 제1로드셀(21), 제2로드셀(22)까지의 반경, δ1과 δ2는 로드셀 표면으로부터 표준질량(25)과 피측정물(10)의 무게 중심까 지의 거리이고, ω 와 ω'은 피측정물와 표준질량의 로드셀을 교환하여 측정하기 전 후의 회전속도이다.
제1,2로드셀까지의 반경 r1, r2 와 표준질량의 무게중심 거리δ1와 질량m1은 지상에서 정밀하게 측정하여 미리 정해진 값이고, s1,s2,s'1,s'2 는 로드셀(21,22)의 감지신호를 통해 얻을 수 있으므로, 방정식 (1) 내지 (4)로부터 δ2, ω, ω', m2 의 값을 얻을 수 있다. 즉, 방정식 (1) 내지 (4)로부터 피측정물의 질량 m2에 대하여 도출한 식,
Figure 112005071754362-pat00003
---(5) 에 의해 피측정물의 질량 m2을 산출할 수 있다.
측정 시 회전반경 r1과 r2는 달라야 하며 무게중심이 고정되어 있는 고체는 회전 속도가 변하여도 상관없으나 무게중심이 원심력에 따라 변화하는 분말, 액체, 반고체 그리고 동식물을 측정할 때에는 회전속도를 일정하게 유지시킨다.
피측정물(10)의 질량 측정에 오차를 감소시키기 위하여 질량 산출에 통계를 이용할 수 있다. 즉, 회전 속도를 변화시켜 가며 원심력 검출과 질량 산출 단계를 반복하여 피측정물 질량의 평균을 연산하면 보다 정확한 피측정물(10)의 질량을 측정할 수 있게 된다. 또한, 회전 속도를 변화시켜 가며 원심력 검출을 반복하고, 원심력 s2 증가에 대한 원심력 s1 의 증가를 플로팅하는 선형 최소자승법을 이용하여 피측정물 질량(m2)을 산출하는 통계적 방법을 통하여 정확도를 한층 높힌다.
신호처리장치는 복수의 실험에 의해 오차 발생 원인인 가속도, 표준질량와 피측정물의 무게중심변화를 상쇄시킨 후 평균과 선형 최소자승오차법을 이용하여 정확히 질량을 측정한다.
분말, 액체, 반고체 그리고 동식물 등 기존의 진동 또는 선형 가속 방법으로 측정이 힘든 피측정물까지 무게중심의 변화와 관계없이 그 질량을 정확하고 안전하며 효율적으로 측정할 수 있으며, 측정의 오차를 일으킬 수 있는 회전 속도와 피측정물의 무게 중심 항들을 상쇄시켜 질량 측정값의 오차 요인들을 원천적으로 제거하여 측정의 정확도를 획기적으로 증가시킨다.
로드셀에서 나오는 전기적 신호를 처리하므로 실시간 측정을 수행할 수 있어 신속한 질량 측정을 가능하게 며, 단시간 내에 로드셀의 반응 속도 범위 내에서 수 많은 반복 측정이 가능하여 통계적으로 측정의 정확도를 증가시킬 수 있다.
기존의 방법에 비하여 오차 요인들을 자체적으로 상쇄시키므로 정확도 증가를 위한 별도의 부가 장치가 필요없게 되어 근본적으로 시스템을 단순화시킨다. 따라서 신뢰성이 증가하고 개발비가 저렴하게 되고 소형화를 가능하게 한다.
본 발명에 의한 질량 측정 시스템은 질량 측정 과정을 자동화하여 우주인 들이 우주 실험 수행을 보단 간편하게 할 수 있으므로 우주인의 업무량과 스트레스경감에 도움이 된다.
측정 결과에 신뢰성이 있고 단순한 구조로 실현이 가능하므로 기존의 우주실 험에서 피측정물와 실험 결과물을 지상에서 주로 측정했던 것을 개선하여 우주선 내에서 현장(in situ) 측정을 가능하게 하여 우주 실험의 정확성과 효율성을 증가시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 우주선과 같은 미소 중력, 또는 무중력 상태에서 실험을 수행할 때 필요한 시약, 재료와 동식물의 정밀한 질량을 신속 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써, 우주 실험의 정확성과 효율성을 크게 증가시킨다.

Claims (11)

  1. 원심력을 이용하여 피측정물의 질량을 측정하는 질량 측정 시스템에 있어서,
    상기 피측정물과 회전 중심으로부터의 반경이 상이하게 설치되는 표준질량(m1);
    상기 피측정물과 상기 표준질량을 회전시키는 회전구동장치;
    상기 피측정물 또는 상기 표준질량이 결합되어 회전운동에 의한 원심력을 감지하여 감지신호를 출력하되, 상기 회전구동장치에 회전 중심으로부터의 반경이 서로 상이하게 설치되는 제1로드셀과 제2로드셀;
    상기 피측정물이 고정되는 상기 제1로드셀과 상기 표준질량이 고정되는 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력(s1, s2)과, 상기 표준질량이 고정되는 상기 제1로드셀과 상기 피측정물이 고정되는 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력(s'1, s'2)을 이용하여 상기 피측정물의 질량(m2)을 연산하는 신호처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 관계는
    식
    Figure 112006079028949-pat00004
    에 의해 연산되며,
    여기서 상기 m1,m2는 표준질량 및 피측정물의 질량,
    상기 s1, s2 는 상기 표준질량과 피측정물이 각각 고정되는 상기 제1,2로드셀에 의해 검출되는 원심력 ,
    상기 r1,r2는 상기 제1로드셀 및 제2로드셀의 회전중심으로부터의 반경,
    상기 δ1, δ2는 각 로드셀표면으로부터 상기 표준질량 및 피측정물의 무게중심까지의 거리,
    상기 s'2,s'1은 상기 표준질량과 피측정물의 위치를 바꾸어 상기 표준질량이 고정되는 상기 제2로드셀과 상기 피측정물이 고정되는 상기 제1로드셀에 의해 검출되는 원심력을 나타내는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 회전구동장치는,
    상기 피측정물, 상기 표준질량, 상기 제1로드셀, 및 상기 제2로드셀이 상면에 설치되는 턴테이블;
    상기 턴테이블을 회동시키는 모터; 및
    상기 모터를 조정하여 상기 턴테이블의 회전속도를 조절하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 회전구동장치는,
    제1로드셀 및 제2로드셀에 상기 표준질량 또는 상기 피측정물을 고정하는 고정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 회전구동장치는,
    상기 모터의 회전축에 연결되어 회전속도를 변경하여 턴테이블에 전달하는 변속기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 모터는,
    상기 구동 직류모터와 토크모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 시스템에 발생하는 토크를 상쇄하는 토크 상쇄장치을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템.
  8. 피측정물과 표준질량을 회전시키는 회전구동장치; 상기 회전구동장치의 회전 중심으로부터의 반경이 상이하게 설치되며 상기 피측정물 또는 상기 표준질량이 결합되어 회전운동에 의한 원심력 감지신호를 출력하는 제1로드셀과 제2로드셀; 및 상기 제1로드셀과 상기 제2로드셀에 의해 검출되는 원심력을 이용하여 상기 피측정물의 질량(m2)을 연산하는 신호처리장치;로 구성된 질량 측정 시스템을 이용하여 질량을 측정하는 방법에 있어서,
    (a)상기 피측정물을 상기 제1로드셀에 고정하고, 상기 표준질량을 상기 제2로드셀에 고정하는 단계;
    (b)상기 회전구동장치를 제어하여 상기 피측정물과 표준질량을 회전시키는 단계;
    (c)상기 (b)단계의 회전에 의한 원심력(s1,s2)을 검출하는 단계;
    (d)상기 피측정물과 상기 표준질량의 위치를 교환하는 단계;
    (e)상기 회전구동장치를 제어하여 상기 피측정물과 표준질량을 회전시키는 단계;
    (f)상기 (e)단계의 회전에 의한 원심력(s'1, s'2)을 검출하는 단계; 그리고,
    (g)상기 (c)단계의 원심력(s1, s2)과 상기 (f)단계의 원심력(s'1, s'2), 그리고, 식
    Figure 112006079028949-pat00005
    을 이용하여 상기 피측정물의 질량(m2)을 산출하는 단계;를 포함하여 질량을 측정하며,
    여기서 상기 m1은 표준질량,
    상기 s1, s2 는 상기 표준질량과 피측정물이 각각 고정되는 상기 제1,2로드셀에 의해 검출되는 원심력 ,
    상기 r1,r2는 상기 제1로드셀 및 제2로드셀의 회전중심으로부터의 반경,
    상기 δ1, δ2는 각 로드셀표면으로부터 상기 표준질량 및 피측정물의 무게중심까지의 거리,
    상기 s'2,s'1은 상기 표준질량과 피측정물의 위치를 바꾸어 상기 표준질량이 고정되는 상기 제2로드셀과 상기 피측정물이 고정되는 상기 제1로드셀에 의해 검출되는 원심력인 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 피측정물이 회전 시 무게중심이 변화하는 경우, 상기 (b)단계와 상기 (e)단계의 회전 속도를 일치시키는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템 제어방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 (b)단계와 상기 (e)단계의 회전 속도를 변화시켜 가며 상기 (c), (f), (g) 단계를 반복하여 피측정물 질량의 평균을 산출하여 질량을 측정하는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템 제어방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    (b)단계와 상기 (e)단계의 회전 속도를 변화시켜 가며 상기 (c), (f), (g) 단계를 반복하여 상기 원심력 s1 증가에 대한 원심력 s2의 증가를 플로팅하여 선형 최소자승법을 이용하여 피측정물 질량m2을 산출하는 것을 특징으로 하는 질량 측정 시스템 제어방법.
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