KR101045006B1 - 다공압력프로브의 교정시스템 및 교정방법 - Google Patents

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KR101045006B1
KR101045006B1 KR1020090088202A KR20090088202A KR101045006B1 KR 101045006 B1 KR101045006 B1 KR 101045006B1 KR 1020090088202 A KR1020090088202 A KR 1020090088202A KR 20090088202 A KR20090088202 A KR 20090088202A KR 101045006 B1 KR101045006 B1 KR 101045006B1
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오석형
김장권
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군산대학교산학협력단
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    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
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    • G—PHYSICS
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Abstract

본 발명에 의하면, 다공압력프로브의 교정시스템은 압력데이터(
Figure 112009057349236-pat00001
, i=0,1,2,...,n)를 계측하는 다공압력프로브; 상기 압력데이터로부터 요계수(yaw coefficient) 및 피치계수(pitch coefficient)를 연산하는 계수연산부; 교정지도로부터 상기 요계수 및 상기 피치계수에 대응되는 요각 및 피치각을 연산하는 각도연산부를 포함한다.
요계수, 피치계수, 요각, 피치각

Description

다공압력프로브의 교정시스템 및 교정방법{CALIBRATION SYSTEM AND CALIBRATION METHOD OF MULTI-HOLE PRESSURE PROBE}
본 발명은 다공압력프로브의 교정시스템 및 교정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확보된 교정지도에서 요계수 및 피치계수가 교점 상에 위치하지 않을 때에도 요각 및 피치각을 교정하는 교정시스템 및 교정방법에 관한 것이다.
일반적으로 압력프로브는 레이져유속계, 입자영상유속계 및 열선풍속계에 비해 저가형으로 역유동이나 재순환 유동과 같은 유동장내에서도 3차원 평균속도뿐만 아니라 정압 및 전압까지를 동시에 용이하게 측정할 수 있어, 지금까지 다양한 유동장에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
일반적으로 넌널링(non-nulling) 방법에 의한 유동장 계측 시 발생할 수 있는 오차는 크게 교정지도(calibration map)를 얻는 과정에서 발생하는 계측오차와 실제 유동장에서 측정된 다수의 압력데이터들로부터 계산된 요계수(yaw coefficient,
Figure 112009057349236-pat00002
)와 피치계수(pitch coefficient,
Figure 112009057349236-pat00003
)를 가지고 교정지도로부터 요각(yaw angle, α)과 피치각(pitch angle, β)을 찾아내는 과정에서 발생 하는 데이터추출(data reduction) 오차로 나누어볼 수 있다. 여기서 계측오차는 사용하는 유동장의 질과 프로브의 크기 및 제작정도 그리고 압력을 측정하는 계측기의 성능뿐만 아니라 프로브를 정해진 α와 β에 얼마나 정교하게 위치시키는 가에 따라 개선될 수 있다. 물론 데이터 추출오차도 교정지도를 α와 β를 잘게 나누어 만들게 되면, 그 오차를 현저히 줄일 수도 있겠지만, 이것은 교정 시 매우 많은 시간이 소요되며, 정교한 각도조정기가 필요하게 된다. 또 α와 β를 세분화시켜 교정지도를 확보한다 하더라도, 교정지도로부터 α와 β를 찾아내는 연산방법에 따라 그 데이터추출오차는 크게 달라진다.
지금까지 교정지도를 가지고 미지의 유동장으로부터 측정된 압력들을 바탕으로 α와 β를 구하는 교정방법에는 Gallington이 최초로 제안했던 2차원 다항식 커브피트(curve-fit)방법과 직접 보간을 위해 IMSL서브루틴인 Akima 보간기법을 이용한 Zilliac의 룩업표(look-up table)방법, 이들 두 방법들을 조합한 Wenger 등의 방법, 상용 3차원 커브피팅 프로그램인 TableCurve3D를 이용한 Morrison 등과 Kim 등의 방법, 신경회로망을 이용한 Rediniotis 등의 방법, 포텐셜유동 방정식을 이용한 Kjelgaard의 방법 등이 있다. 이 중에서도 프로브 팁(tip) 직경이 0.9mm인 초소형 7공압력프로브에서 75°의 유동각에 대하여 0.28°의 유동각 오차와 0.35%의 속도 크기 오차를 예측한 Rediniotis 등의 신경회로망 교정기법이 지금까지 발표된 가장 우수한 성능으로 평가된다.
본 발명의 목적은 데이터 추출오차를 최소화할 수 있는 다공압력프로브의 교정방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명에 의하면, 다공압력프로브의 교정시스템은 압력데이터(
Figure 112009057349236-pat00004
, i=0,1,2,...,n)를 계측하는 다공압력프로브; 상기 압력데이터로부터 요계수(yaw coefficient) 및 피치계수(pitch coefficient)를 연산하는 계수연산부; 교정지도로부터 상기 요계수 및 상기 피치계수에 대응되는 요각 및 피치각을 연산하는 각도연산부를 포함하되, 상기 각도연산부는 상기 요계수 및 피치계수가 교점에 위치하지 않을 경우, 상기 요계수 및 피치계수의 위치인
Figure 112009057349236-pat00005
로부터 최소길이관계를 가지는 교점인
Figure 112009057349236-pat00006
과 상기
Figure 112009057349236-pat00007
의 주변에 위치하는 교점들인
Figure 112009057349236-pat00008
,
Figure 112009057349236-pat00009
,
Figure 112009057349236-pat00010
를 결정하고 상기
Figure 112009057349236-pat00011
,
Figure 112009057349236-pat00012
,
Figure 112009057349236-pat00013
로부터 가상의 교점들인
Figure 112009057349236-pat00014
,
Figure 112009057349236-pat00015
,
Figure 112009057349236-pat00016
를 구하고, 상기
Figure 112009057349236-pat00017
를 통과하고 상기
Figure 112009057349236-pat00018
과
Figure 112009057349236-pat00019
를 연결한 직선과 평행한 직선이 상기
Figure 112009057349236-pat00020
및 상기
Figure 112009057349236-pat00021
의 중점 A와 상기
Figure 112009057349236-pat00022
및 상기
Figure 112009057349236-pat00023
의 중점 B를 연결한 직선과 만나는 점 E를 구하며, 상기
Figure 112009057349236-pat00024
를 통과하고 상기
Figure 112009057349236-pat00025
과
Figure 112009057349236-pat00026
를 연결한 직선과 평행한 직선이 상기
Figure 112009057349236-pat00027
및 상기
Figure 112009057349236-pat00028
의 중점 C와 상기
Figure 112009057349236-pat00029
및 상기
Figure 112009057349236-pat00030
의 중점 D를 연결한 직선과 만나는 점 F를 구하고, 상기
Figure 112009057349236-pat00031
를 통과하고 상기
Figure 112009057349236-pat00032
과
Figure 112009057349236-pat00033
를 연결한 직선과 평행한 직선을 θ만큼 회전하여 상기
Figure 112009057349236-pat00034
및 상기
Figure 112009057349236-pat00035
의 중점 A와 상기
Figure 112009057349236-pat00036
및 상기
Figure 112009057349236-pat00037
의 중점 B를 연결한 직선과 만나는 점 E'를 구하며(단,
Figure 112009057349236-pat00038
,
Figure 112009057349236-pat00039
= 요계수 축과
Figure 112009057349236-pat00040
와
Figure 112009057349236-pat00041
를 연결한 직선이 이루는 내각,
Figure 112009057349236-pat00042
= 요계수 축과
Figure 112009057349236-pat00043
과
Figure 112009057349236-pat00044
를 연결한 직선이 이루는 내각,
Figure 112009057349236-pat00045
=A부터 E까지의 거리,
Figure 112009057349236-pat00046
=A부터 B까지의 거리), 상기
Figure 112009057349236-pat00047
를 통과하고 상기
Figure 112009057349236-pat00048
과
Figure 112009057349236-pat00049
를 연결한 직선과 평행한 직선을 φ만큼 회전하여 상기
Figure 112009057349236-pat00050
및 상기
Figure 112009057349236-pat00051
의 중점 C와 상기
Figure 112009057349236-pat00052
및 상기
Figure 112009057349236-pat00053
의 중점 D를 연결한 직선과 만나는 점 F'를 구하는 것(단,
Figure 112009057349236-pat00054
,
Figure 112009057349236-pat00055
= 요계수 축과
Figure 112009057349236-pat00056
와
Figure 112009057349236-pat00057
를 연결한 직선이 이루는 내각,
Figure 112009057349236-pat00058
= 요계수 축과
Figure 112009057349236-pat00059
과
Figure 112009057349236-pat00060
를 연결한 직선이 이루는 내각,
Figure 112009057349236-pat00061
=C부터 F까지의 거리,
Figure 112009057349236-pat00062
=C부터 D까지의 거리)을 특징으로 한다.
상기 가상의 교점들인
Figure 112009057349236-pat00063
,
Figure 112009057349236-pat00064
,
Figure 112009057349236-pat00065
는 상기 교점
Figure 112009057349236-pat00066
이 상기 교정지도의 바깥 경계선 중 꼭지점에 있으면서
Figure 112009057349236-pat00067
가 교정지도를 벗어난 경우 교점
Figure 112009057349236-pat00068
을 중심으로 상기
Figure 112009057349236-pat00069
,
Figure 112009057349236-pat00070
,
Figure 112009057349236-pat00071
를 형상변환시켜 구해질 수 있다.
상기 가상의 교점들인
Figure 112009057349236-pat00072
,
Figure 112009057349236-pat00073
,
Figure 112009057349236-pat00074
는 상기 교점
Figure 112009057349236-pat00075
이 상기 교정지도의 경계선 상에 있으면서
Figure 112009057349236-pat00076
가 교정지도를 벗어난 경우, 상기
Figure 112009057349236-pat00077
,
Figure 112009057349236-pat00078
,
Figure 112009057349236-pat00079
중 상기
Figure 112009057349236-pat00080
로부터 차순위 최소길이를 가지는 교점과 교점
Figure 112009057349236-pat00081
의 중점을 중심으로 상기
Figure 112009057349236-pat00082
,
Figure 112009057349236-pat00083
,
Figure 112009057349236-pat00084
를 형상변환시켜 구해질 수 있다.
상기
Figure 112009057349236-pat00085
는 룩업에 의해 결정될 수 있다.
본 발명에 의하면 새로운 교정기법을 통해 요각 및 피치각의 오차를 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 12를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
본 연구에서는 직선형 FHPP(Five-Hole Pressure Probe)를 가지고 교정지도로부터 α와 β를 정확하게 얻기 위해 기존의 교정기법들과는 전혀 다른 룩업(look-up)기능과 형상변환(geometry transformation)을 이용하는 새로운 교정기법을 적용하였다.
이에 따라 본 연구의 목적은 새로 개발된 교정기법을 간략히 소개하고, 그 성능을 평가하고자 하며, 이를 적용한 유동계측용 프로그램을 개발하는데 있다.
1. 교정방법에 대한 이론적 접근
2.1 교정지도의
Figure 112009057349236-pat00086
,
Figure 112009057349236-pat00087
및 압력계수의 정의
넌널링기법을 위한 검정지도를 얻기 위해 사용한
Figure 112009057349236-pat00088
와
Figure 112009057349236-pat00089
는 각각 α와 β의 함수를 만족하며, 각각 식(1)과 식(2)로 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00090
여기서
Figure 112009057349236-pat00091
(i = 0 ~ 4)와
Figure 112009057349236-pat00092
는 FHPP에서 동시에 얻어지는 5개의 압력 및 압력계수들이다. 또, 압력 및 압력계수에 대한 표준편차인 RSS(rootsum-square)는 식(3)과 식(4)로 각각 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00093
또 정압과 압력계수의 관계식은 식(5)로 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00094
참고로, 도 1 및 도 2는 각각 16.7m/s와 20.6m/s에서 얻은 교정지도이다.
본 연구에서는 Treaster 등의 방법을 따라 넌널링기법을 적용하였으나, 이 방법은 보정계수인
Figure 112009057349236-pat00095
와
Figure 112009057349236-pat00096
들의 분모항에 발산을 유발하여 유효 유동각을 ±30°로 한정하게 한다. 그러나 Judd는 보정계수의 분모 항에 RSS를 더하여 보정계수의 발산을 방지함으로서 유효 유동각을 ±80°까지 확대하였으나,이 보정계수가 정압에 의존하게 되어 교정과정에서의 정압과 실제 측정시의 정압이 서로 다르면 사용할 수 없는 문제점을 안고 있다. 따라서 본 연구에서는 Judd의 방법에서 문제되는 정압항을 포함하지 않고, 동압에 비례하도록 개량된 RSS를 사용하여 분할영역기법을 적용하지 않고서도 유효 유동각을 ±45°로 넓힌 Kim 등의 검정방법을 사 용하였다.
2.2 교정지도로부터 α와 β의 결정방법
원하는 유동장에서 FHPP를 사용하여 계측된 5개의 압력데이터들은 우선 식(1)과 식(2)를 만족하는
Figure 112009057349236-pat00097
와
Figure 112009057349236-pat00098
로 연산되는데, 이 값들은 속도와 정압성분들을 구하기 위한 각도 α와 β를 도 1 및 도 2로부터 구하는데 사용된다. 여기서 α와 β를 구하는 순서를 차례대로 나열해 보자. 먼저 도 1 및 도 2의 교정지도상에서 각 교점(node)들은
Figure 112009057349236-pat00099
와
Figure 112009057349236-pat00100
및 α와 β를 동시에 만족하는 점들이므로, 교정지도상의 각 교점은 좌표 (
Figure 112009057349236-pat00101
,
Figure 112009057349236-pat00102
)로 표현되며, 동시에 좌표(α, β)로도 표현될 수 있다. 따라서 교정지도상의 각 교점들에서
Figure 112009057349236-pat00103
와
Figure 112009057349236-pat00104
및 α와 β의 정보 값들은 도 3과 같은 두 개의 2차원 배열(array)로 각각 입력할 수가 있다. 한편, 실험으로 주어진
Figure 112009057349236-pat00105
와
Figure 112009057349236-pat00106
를 좌표로 하는 점
Figure 112009057349236-pat00107
에서 교정지도상의 각 교점들에 순차적으로 그은 벡터(vector)의 길이가 최소가 되는 교정지도상의 한 교점을 룩업으로 찾아 그 점을??
Figure 112009057349236-pat00108
이라고 하자. 이때 점
Figure 112009057349236-pat00109
와 최소길이관계를 갖는 교점
Figure 112009057349236-pat00110
을 포함한 주변의 교점들을 이용하여 점
Figure 112009057349236-pat00111
에 근접하는 방법에는 도 4에서와 같이 크게 9가지 경우로 생각해 볼 수 있다. 즉, 교점
Figure 112009057349236-pat00112
과
Figure 112009057349236-pat00113
가 교정지도내에 있는 경우(조건 ⅸ)와 교점
Figure 112009057349236-pat00114
이 교정지도의 바깥 경계선 중 꼭짓점에 있으면서 점
Figure 112009057349236-pat00115
가 교정지도를 벗어나는 경우(조건 ⅰ,ⅱ, ⅲ, ⅳ) 그리고 교점
Figure 112009057349236-pat00116
이 교정지도의 경계선상에 있으면서 점
Figure 112009057349236-pat00117
가 교정지도를 벗어나는 경우(조건 ⅴ, ⅵ, ⅶ, ⅷ)가 이에 해당된다. 참고로, 도 4의 조건 ⅰ를 도 5와 같이 나타내면, 4각형을 구성하는 교점
Figure 112009057349236-pat00118
을 포함한 주변의 교점들, 즉
Figure 112009057349236-pat00119
,
Figure 112009057349236-pat00120
,
Figure 112009057349236-pat00121
를 이용하여 점
Figure 112009057349236-pat00122
에 근접하기 위해서는 교점
Figure 112009057349236-pat00123
을 중심으로 형상변환(geometry transformation)시켜 교점
Figure 112009057349236-pat00124
을 제외한 가상의 나머지 3개 교점들, 즉
Figure 112009057349236-pat00125
,
Figure 112009057349236-pat00126
,
Figure 112009057349236-pat00127
를 구해야 한다. 이때 이동(translation)과 반사(reflection)를 포함하는 형상변환을 위해 사용한 수식은 식 (6)과 같다.
Figure 112009057349236-pat00128
또 도 4의 조건 ⅴ의 경우에는 도 6에서와 같이 교점
Figure 112009057349236-pat00129
을 포함한 4각형 주변의 교점들, 즉
Figure 112009057349236-pat00130
,
Figure 112009057349236-pat00131
,
Figure 112009057349236-pat00132
를 점
Figure 112009057349236-pat00133
를 중심으로 형상변환하면, 가상의 교점
Figure 112009057349236-pat00134
,
Figure 112009057349236-pat00135
가 구해진다. 이때 식 (6)을 만족하는 점
Figure 112009057349236-pat00136
의 좌표는 식 (7)과 같다.
Figure 112009057349236-pat00137
위와 같은 과정을 통하면, 점
Figure 112009057349236-pat00138
가 교정지도상의 어느 곳에 있더라도, 이
Figure 112009057349236-pat00139
를 둘러싸는 4각형의 교점들은 쉽게 결정된다. 따라서 도 7 에서와 같이 점
Figure 112009057349236-pat00140
?麗? 4각형 내부에 있을 경우 α와 β를 구하는 방법에 대하여 생각해 보자.
먼저 도 7에서 두 교점들에 의해 주어지는 벡터들, 즉
Figure 112009057349236-pat00141
,
Figure 112009057349236-pat00142
,
Figure 112009057349236-pat00143
,
Figure 112009057349236-pat00144
의 선형방정식과 기울기들을 구하ㅎ면 식 (8)로 나타낼 수 있다.
Figure 112009057349236-pat00145
?? ??
여기서 벡터
Figure 112009057349236-pat00146
를 이용하여 점
Figure 112009057349236-pat00147
에 근접하기 위해서 도 8에서와 같이 마주보는 각 직선의 중점을 연결하는 중심선 벡터
Figure 112009057349236-pat00148
와
Figure 112009057349236-pat00149
의 기울기와 선형방정식들은 식 (9)로 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00150
다음으로 도 9에서와 같이 점
Figure 112009057349236-pat00151
를 통과하며, 기준축인 벡터
Figure 112009057349236-pat00152
와
Figure 112009057349236-pat00153
에 평행한 선형방정식은 식 (10)으로 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00154
여기서 벡터
Figure 112009057349236-pat00155
와 직선
Figure 112009057349236-pat00156
이 만나는 점 E에 해당하는 좌표값
Figure 112009057349236-pat00157
와
Figure 112009057349236-pat00158
는 식 (9)와 식 (10)으로부터
Figure 112009057349236-pat00159
의 관계를 이용하면, 식 (11)로 나타낼 수 있다.
Figure 112009057349236-pat00160
또 벡터
Figure 112009057349236-pat00161
와 직선
Figure 112009057349236-pat00162
이 만나는 점 F에 해당하는 좌표값
Figure 112009057349236-pat00163
와
Figure 112009057349236-pat00164
는 같은 방법으로
Figure 112009057349236-pat00165
로부터 식 (12)로 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00166
여기서 직선
Figure 112009057349236-pat00167
와
Figure 112009057349236-pat00168
을 점
Figure 112009057349236-pat00169
를 기준으로 중심선 벡터의 길이에 대응하는 기울기만큼 각각 회전할 경우, 직선
Figure 112009057349236-pat00170
이 직선
Figure 112009057349236-pat00171
와 만나는 교점을 E'라고 하고, 직선
Figure 112009057349236-pat00172
이 직선
Figure 112009057349236-pat00173
와 만나는 교점을 F'라고 하면, 회전각들은 식 (13)으로 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00174
이때 교점
Figure 112009057349236-pat00175
과 교점
Figure 112009057349236-pat00176
의 좌표값들은 교점
Figure 112009057349236-pat00177
와
Figure 112009057349236-pat00178
를 점
Figure 112009057349236-pat00179
를 기준으로 위의 회전각들을 이용하여 좌표변환을 하면 각각 식 (14)와 식 (15)로 주어진다.
Figure 112009057349236-pat00180
따라서 요각 α는 두 점인
Figure 112009057349236-pat00181
와
Figure 112009057349236-pat00182
으로 이루는 방정식이
Figure 112009057349236-pat00183
와 만나는 교점의 길이에 비례하는 각으로부터 구해지고, 피치각 β는
Figure 112009057349236-pat00184
와
Figure 112009057349236-pat00185
으로 이루는 방정식이 벡터
Figure 112009057349236-pat00186
와 만나는 교점의 길이에 비례하는 각으로부터 구해진다.
2.3 데이터추출 연산방법
검정지도를 통해 실제 유동장을 만족하는 α와 β를 가지고 얻을 수 있는 속도벡터와 압력 및 3차원 속도성분들은 각각 식(16), 식(17), 식(18)로 주어진다. 여기서 도 10은 FHPP에 대한 속도벡터를 ?誓炤? β에 따라 분해한 3차원속도성분들을 나타내고 있다.
Figure 112009057349236-pat00187
3. 실험장치 및 실험방법
3.1 실험장치
본 연구에서 사용한 직선형 FHPP(United Sensor Corp., USNH-F-172 0346)의 제원은 도 11과 같다. 정압이나 전압을 측정하기 위해 사용한 압력계(Furness, FC510)는 매우 낮은 차압에서도 정밀측정이 가능한 정밀도 ±0.25 %를 갖는다. 또 FHPP의 압력을 동시에 연속적으로 측정하기 위해서는 최대용량이 ±200 mmH2O로 정밀도가 ±0.5 %인 압력계(Furness, FCO332)를 5개 사용하였다. 검정지도 데이터를 얻기 위한 실험장치로는 KSB6311과 AMCA STANDARD 210-85에 의해 만들어진 송풍식 소형 홴테스터와 프로브의 3축 방향 이송을 자유롭게 수동으로 조정할 수 있도록 α와 β를 조정하는 지그(jig)가 있다. FHPP로부터 압력측정을 위해서는 A/D 변환카드(Keithley, KPCI-3101)가 내장된 컴퓨터(P4, Win-XP)를 사용하였으며, 계측과정 및 데이터 연산을 수행하도록 개발된 전용 계측프로그램인 도 12는 Testpoint(Keithley, V.4.5)를 사용하여 개발하였다.
3.2 실험방법
직선형 FHPP의 교정을 위해 본 연구에서 사용한 유동속도는 16.7m/s(Re≒3.384×103)와 20.6m/s(Re≒4.175×103)였으며, 각각의 유동속도에서 α와 β에 따라 정압과 전압 및 5개의 프로브 압력들을 측정하였다. 이때 압력프로브의 위치는 소형 홴테스터의 출구에 부착한 직경 100mm인 원형노즐의 퍼텐셜코어(potential core) 내에 항상 위치하도록 지그를 조정하였다.
교정지도를 얻기 위해 사용한 요각과 피치각은 각각 0°에서 ±55°까지 5° 간격으로 변화를 주었으며, 압력들을 읽기 위해 사용한 A/D 변환기의 샘플링 주파수는 채널당 10kHz, 샘플링 수는 채널당 32,768개였다.
한편, 유동장내의 실내온도는 온도변화에 따른 속도오차를 최대한 억제하기 위해 약 23±0.5℃로 일정하게 유지하였다.
4. 연산결과 및 고찰
본 연구에서 개발한 새로운 교정기법의 성능을 평가하기 위해 검정지도로부터 α와 β를 추출 시 오차평가에 사용한 방법은 유동속도 16.7m/s와 20.6m/s에서 얻어진 도 1 및 도 2와 같은 각각의 교정지도에 동일한 교정지도를 만족하는 5개의 압력값들을 각각 입력하였을 때 새로운 교정기법으로부터 얻어진 α와 β를 교정지도상의 α와 β로 상호 비교하는 과정에서 발생하는 성능오차를 평가하는 방법이다. 이는 새로운 교정기법에 대한 정확성을 판단할 수 있다.
그 결과, 본 교정기법에 대한 α와 β의 연산결과는 각 유동속도에서 주어진 α, β와 모두 완벽하게 일치하여 지금까지 개발된 교정기법들 중에서 가장 우수한 성능임을 알 수 있다.
본 연구에서는 FHPP의 검정지도를 통해 3차원속도성분들을 추출하기 위해 룩업기능과 형상변환을 이용하는 새로운 교정기법의 과정들을 제시하였으며, 그 알고 리듬(algorithm)을 실제 프로그램에 반영하여 α와 β의 오차들을 분석한 결과, 교정지도를 구하기 위해 사용한 유동속도 16.7m/s와 20.6m/s에서 각각 오차가 전혀 없는 완벽한 성능을 보였다. FHPP는 현재의 결과만으로도 유용한 유동장 정보를 파악하는데, 충분한 측정기구가 될 수 있다고 판단한다. 본 교정기법에 의하면, 다공압력프로브를 크루즈미사일, 헬리콥터, 전투기, 민간항공기 및 잠수함 등의 선수(head)에 탑재하여 3차원 유속성분들 및 기류의 방향 등을 정확하게 연산할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2는 5공 압력 프로브의 교정지도이다.
도 3은 교정지도를 구성하는 요계수와 피치계수, 그리고 요각과 피치각을 룩업기능을 위해 (m×n)의 2차원행렬로 만든 구성표이다.
도 4는 미지의 유동장의 속도벡터가 프로브와 이루는 요각과 피치각을 교정지도로부터 구하기 위한 경우의 수를 나타내는 그림이다.
도 5는 도 4의 조건 ⅰ에 대한 예를 나타내는 그림이다.
도 6은 도 4의 조건 ⅴ에 대한 예를 나타내는 그림이다.
도 7 내지 도 9는 교정지도 상의 한 셀과 같이 임의의 4각형을 형성하는
Figure 112009057349236-pat00352
와
Figure 112009057349236-pat00353
의 관계를 나타내는 그림이다.
도 10은 도 11과 같은 5공압력프로브에 임의의 속도벡터가 요각과 피치각을 이루었을 때 얻을 수 있는 3차원 속도분해도이다.
도 11은 5공압력프로브의 예를 나타내는 그림이다.
도 12는 5공압력프로브를 이용한 압력측정 및 교정기법을 탑재한 프로그램이다.

Claims (8)

  1. 압력데이터(
    Figure 112009057349236-pat00188
    , i=0,1,2,...,n)를 계측하는 다공압력프로브;
    상기 압력데이터로부터 요계수(yaw coefficient) 및 피치계수(pitch coefficient)를 연산하는 계수연산부;
    교정지도로부터 상기 요계수 및 상기 피치계수에 대응되는 요각 및 피치각을 연산하는 각도연산부를 포함하되,
    상기 각도연산부는,
    상기 요계수 및 피치계수가 교점에 위치하지 않을 경우, 상기 요계수 및 피치계수의 위치인 로부터 최소길이관계를 가지는 교점인
    Figure 112009057349236-pat00190
    과 상기
    Figure 112009057349236-pat00191
    의 주변에 위치하는 교점들인
    Figure 112009057349236-pat00192
    ,
    Figure 112009057349236-pat00193
    ,
    Figure 112009057349236-pat00194
    를 결정하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00195
    ,
    Figure 112009057349236-pat00196
    ,
    Figure 112009057349236-pat00197
    로부터 가상의 교점들인
    Figure 112009057349236-pat00198
    ,
    Figure 112009057349236-pat00199
    ,
    Figure 112009057349236-pat00200
    를 구하고,
    상기
    Figure 112009057349236-pat00201
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00202
    과
    Figure 112009057349236-pat00203
    를 연결한 직선과 평행한 직선이 상기
    Figure 112009057349236-pat00204
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00205
    의 중점 A와 상기
    Figure 112009057349236-pat00206
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00207
    의 중점 B를 연결한 직선과 만나는 점 E를 구하며,
    상기
    Figure 112009057349236-pat00208
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00209
    과
    Figure 112009057349236-pat00210
    를 연결한 직선과 평행한 직선이 상기
    Figure 112009057349236-pat00211
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00212
    의 중점 C와 상기
    Figure 112009057349236-pat00213
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00214
    의 중점 D를 연결한 직선과 만나는 점 F를 구하고,
    상기
    Figure 112009057349236-pat00215
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00216
    과
    Figure 112009057349236-pat00217
    를 연결한 직선과 평행한 직선을 θ만큼 회전하여 상기
    Figure 112009057349236-pat00218
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00219
    의 중점 A와 상기
    Figure 112009057349236-pat00220
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00221
    의 중점 B를 연결한 직선과 만나는 점 E'를 구하며(단,
    Figure 112009057349236-pat00222
    ,
    Figure 112009057349236-pat00223
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00224
    와
    Figure 112009057349236-pat00225
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00226
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00227
    과
    Figure 112009057349236-pat00228
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00229
    =A부터 E까지의 거리,
    Figure 112009057349236-pat00230
    =A부터 B까지의 거리),
    상기
    Figure 112009057349236-pat00231
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00232
    과
    Figure 112009057349236-pat00233
    를 연결한 직선과 평행한 직선을 φ만큼 회전하여 상기
    Figure 112009057349236-pat00234
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00235
    의 중점 C와 상기
    Figure 112009057349236-pat00236
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00237
    의 중점 D를 연결한 직선과 만나는 점 F'를 구하는 것(단,
    Figure 112009057349236-pat00238
    ,
    Figure 112009057349236-pat00239
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00240
    와
    Figure 112009057349236-pat00241
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00242
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00243
    과
    Figure 112009057349236-pat00244
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00245
    =C부터 F까지의 거리,
    Figure 112009057349236-pat00246
    =C부터 D까지의 거리)을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가상의 교점들인
    Figure 112009057349236-pat00247
    ,
    Figure 112009057349236-pat00248
    ,
    Figure 112009057349236-pat00249
    는 상기 교점
    Figure 112009057349236-pat00250
    이 상기 교정지도의 바깥 경계선 중 꼭지점에 있으면서
    Figure 112009057349236-pat00251
    가 교정지도를 벗어난 경우 교점
    Figure 112009057349236-pat00252
    을 중심으로 상기
    Figure 112009057349236-pat00253
    ,
    Figure 112009057349236-pat00254
    ,
    Figure 112009057349236-pat00255
    를 형상변환시켜 구해지는 것을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가상의 교점들인
    Figure 112009057349236-pat00256
    ,
    Figure 112009057349236-pat00257
    ,
    Figure 112009057349236-pat00258
    는 상기 교점
    Figure 112009057349236-pat00259
    이 상기 교정지 도의 경계선 상에 있으면서
    Figure 112009057349236-pat00260
    가 교정지도를 벗어난 경우, 상기
    Figure 112009057349236-pat00261
    ,
    Figure 112009057349236-pat00262
    ,
    Figure 112009057349236-pat00263
    중 상기
    Figure 112009057349236-pat00264
    로부터 차순위 최소길이를 가지는 교점과 교점
    Figure 112009057349236-pat00265
    의 중점을 중심으로 상기
    Figure 112009057349236-pat00266
    ,
    Figure 112009057349236-pat00267
    ,
    Figure 112009057349236-pat00268
    를 형상변환시켜 구해지는 것을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기
    Figure 112009057349236-pat00269
    는 룩업에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정시스템.
  5. 다공압력프로브를 통해 압력데이터(
    Figure 112009057349236-pat00270
    , i=0,1,2,...,n)를 계측하는 단계;
    상기 압력데이터로부터 요계수(yaw coefficient) 및 피치계수(pitch coefficient)를 연산하는 단계;
    교정지도로부터 상기 요계수 및 상기 피치계수에 대응되는 요각 및 피치각을 연산하는 단계를 포함하되,
    상기 요각 및 피치각을 연산하는 단계는,
    상기 요계수 및 피치계수가 교점에 위치하지 않을 경우, 상기 요계수 및 피 치계수의 위치인
    Figure 112009057349236-pat00271
    로부터 최소길이관계를 가지는 교점인
    Figure 112009057349236-pat00272
    과 상기
    Figure 112009057349236-pat00273
    의 주변에 위치하는 교점들인 ,
    Figure 112009057349236-pat00275
    ,
    Figure 112009057349236-pat00276
    를 결정하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00277
    ,
    Figure 112009057349236-pat00278
    ,
    Figure 112009057349236-pat00279
    로부터 가상의 교점들인
    Figure 112009057349236-pat00280
    ,
    Figure 112009057349236-pat00281
    ,
    Figure 112009057349236-pat00282
    를 구하는 단계;
    상기
    Figure 112009057349236-pat00283
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00284
    과
    Figure 112009057349236-pat00285
    를 연결한 직선과 평행한 직선이 상기
    Figure 112009057349236-pat00286
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00287
    의 중점 A와 상기
    Figure 112009057349236-pat00288
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00289
    의 중점 B를 연결한 직선과 만나는 점 E를 구하는 단계;
    상기
    Figure 112009057349236-pat00290
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00291
    과
    Figure 112009057349236-pat00292
    를 연결한 직선과 평행한 직선이 상기
    Figure 112009057349236-pat00293
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00294
    의 중점 C와 상기
    Figure 112009057349236-pat00295
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00296
    의 중점 D를 연결한 직선과 만나는 점 F를 구하는 단계;
    상기
    Figure 112009057349236-pat00297
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00298
    과
    Figure 112009057349236-pat00299
    를 연결한 직선과 평행한 직선을 θ만큼 회전하여 상기
    Figure 112009057349236-pat00300
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00301
    의 중점 A와 상기
    Figure 112009057349236-pat00302
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00303
    의 중점 B를 연결한 직선과 만나는 점 E'를 구하는 단계(단,
    Figure 112009057349236-pat00304
    ,
    Figure 112009057349236-pat00305
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00306
    와
    Figure 112009057349236-pat00307
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00308
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00309
    과
    Figure 112009057349236-pat00310
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00311
    =A부터 E까지의 거리,
    Figure 112009057349236-pat00312
    =A부터 B까지의 거리);
    상기
    Figure 112009057349236-pat00313
    를 통과하고 상기
    Figure 112009057349236-pat00314
    과
    Figure 112009057349236-pat00315
    를 연결한 직선과 평행한 직선을 φ만큼 회전하여 상기
    Figure 112009057349236-pat00316
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00317
    의 중점 C와 상기
    Figure 112009057349236-pat00318
    및 상기
    Figure 112009057349236-pat00319
    의 중점 D를 연결한 직선과 만나는 점 F'를 구하는 단계(단,
    Figure 112009057349236-pat00320
    ,
    Figure 112009057349236-pat00321
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00322
    와
    Figure 112009057349236-pat00323
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00324
    = 요계수 축과
    Figure 112009057349236-pat00325
    과
    Figure 112009057349236-pat00326
    를 연결한 직선이 이루는 내각,
    Figure 112009057349236-pat00327
    =C부터 F까지의 거리,
    Figure 112009057349236-pat00328
    =C부터 D까지의 거리)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가상의 교점들인
    Figure 112011031535373-pat00329
    ,
    Figure 112011031535373-pat00330
    ,
    Figure 112011031535373-pat00331
    를 구하는 단계는 상기 교점
    Figure 112011031535373-pat00332
    이 상기 교정지도의 바깥 경계선 중 꼭지점에 있으면서
    Figure 112011031535373-pat00333
    가 교정지도를 벗어난 경우 교점
    Figure 112011031535373-pat00334
    을 중심으로 상기
    Figure 112011031535373-pat00335
    ,
    Figure 112011031535373-pat00336
    ,
    Figure 112011031535373-pat00337
    를 형상변환시키는 것을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 가상의 교점들인
    Figure 112011031535373-pat00338
    ,
    Figure 112011031535373-pat00339
    ,
    Figure 112011031535373-pat00340
    를 구하는 단계는 상기 교점
    Figure 112011031535373-pat00341
    이 상기 교정지도의 경계선 상에 있으면서
    Figure 112011031535373-pat00342
    가 교정지도를 벗어난 경우, 상기
    Figure 112011031535373-pat00343
    ,
    Figure 112011031535373-pat00344
    ,
    Figure 112011031535373-pat00345
    중 상기
    Figure 112011031535373-pat00346
    로부터 차순위 최소길이를 가지는 교점과 교점
    Figure 112011031535373-pat00347
    의 중점을 중심으로 상기
    Figure 112011031535373-pat00348
    ,
    Figure 112011031535373-pat00349
    ,
    Figure 112011031535373-pat00350
    를 형상변환시키는 것을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기
    Figure 112011031535373-pat00351
    는 룩업에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다공압력프로브의 교정방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030094117A (ko) * 2002-06-05 2003-12-11 제너럴 일렉트릭 캄파니 센서 교정 시스템, 압력 센서 교정 시스템 및 센서 교정방법
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