KR101118567B1 - 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법 - Google Patents

모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법 Download PDF

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본 발명은 초음파 발신 센서와 수신 센서를 모형빙의 상면 및 하면에 상호 밀착시킴으로써 모형빙의 정확한 두께를 자동으로 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 빙수조 안에 넓게 분포되어 있는 모형빙을 깨지 않고 자동으로 정확하게 두께를 측정할 수 있다. 전 세계적으로 볼 때 초음파를 사용하여 모형빙의 두께를 계측하고 있는 나라가 없어 본 발명은 학술적으로 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법{Method for Model Ice's Thickness Measuring}
본 발명은 빙수조의 모형빙(Model Ice) 두께를 자동으로 계측할 수 있는 방법에 관한 것이다.
빙수조라 함은 폭과 길이가 수십 미터에 달하며, 통상 20 내지 100 mm 두께의 모형빙을 생성하고 모형선박이나 해양구조물을 사용하여 빙성능 시험을 하는 곳이다(도 1).
빙수조에서는 에틸렌글리콜 등을 사용하여 모형빙을 생성하는데(도 1), 여기서 생성된 모형빙은 북극해의 해빙과는 물리적 특성이 달라지며 모형빙 안에는 일부 기포가 생성되기도 한다.
모형선박이나 해양구조물을 사용하여 빙성능 시험을 하기 위해서는 빙수조의 표면에 넓게 형성된 모형빙을 깨지 않고 그 두께를 정확히 측정할 필요가 있는데, 이처럼 빙수조 안에 형성된 모형빙을 깨지 않고 그 두께를 계측하는 방법 중의 하나로 초음파 두께 측정을 생각해 볼 수 있다.
그런데 초음파와 같은 저주파 센서는 크기가 크고 무거워, 일반적으로 발신 및 수신 센서를 분리하여 사용하고 있다. 따라서 저주파 센서를 사용하여 모형빙의 두께를 계측하는 방법으로는 모형빙의 위아래로 발신 및 수신 센서를 위치하게 하는 것을 생각해 볼 수 있다.
그런데 이 방법은 정확도는 높으나, 수신 센서가 모형빙 밑으로 들어가야 하므로 방수처리가 되어야 하고, 정확한 계측을 위하여 발신 및 수신 센서의 위치를 서로 일치시켜야 하는 문제를 해결해야 한다. 또한 빙수조의 모형빙 밑으로 수신 센서를 넣을 수 있는 방안을 모색하여야 하는 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 초음파 발신 센서와 수신 센서를 모형빙의 상면 및 하면에 상호 밀착시킴으로써 모형빙의 정확한 두께를 자동으로 측정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
빙수조의 예인 전차에 연결되어 모형빙의 두께를 계측하는 장치로서,
초음파를 발신하는 발신 센서와 다수 개의 제 1 자석을 탑재하며, 모형빙의 상면에 밀착하는 판상의 상면 계측부 및;
발신 센서와 전력공급선으로 연결되며 발신 센서가 발신한 초음파를 수신하는 수신 센서와 다수 개의 제 2 자석을 탑재하며, 모형빙의 하면, 상면 계측부의 대응되는 위치에 밀착하는 판상의 하면 계측부;
를 포함하는 모형빙 두께 계측용 상하 접촉식 초음파 장치를 이용한 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법으로서,
하면 계측부가 빙수조의 물 속을 이동하다가, 모형빙의 두께를 계측할 시점이 되면 모형빙의 하면으로 근접 이동하여 위치하는 단계;
상면 계측부가 모형빙의 상면, 하면 계측부의 대응되는 위치로 이동하는 단계;
제 1 자석과 제 2 자석 상호간에 자력이 작용하여, 상면 계측부와 하면 계측부가 모형빙의 상면 및 하면에서 밀착하여 결합한 상태를 이루는 단계;
발신 센서가 초음파를 발신하고 수신 센서가 이를 수신하는 단계 및;
수신 센서가 초음파를 수신하는 데까지 걸린 시간에 초음파의 속도를 곱하여 모형빙의 두께를 산출해 내는 단계;
를 포함하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법을 제시한다.
본 발명에 따르면, 빙수조 안에 넓게 분포되어 있는 모형빙을 깨지 않고 자동으로 정확하게 두께를 측정할 수 있다. 전 세계적으로 볼 때 초음파를 사용하여 모형빙의 두께를 계측하고 있는 나라가 없어 본 발명은 학술적으로 매우 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
도 1은 모형빙이 얼어 있는 빙수조와 예인 전차를 보여주는 사진.
도 2는 본 발명에 따른 모형빙 두께 계측용 상하 접촉식 초음파 장치 중 상면 계측부의 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 모형빙 두께 계측용 상하 접촉식 초음파 장치 중 하면 계측부의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따라 모형빙의 두께를 계측하는 상태를 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 초음파 발신 센서와 수신 센서를 모형빙의 상면 및 하면에 상호 밀착시킴으로써 모형빙의 정확한 두께를 자동으로 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법은, 본 발명이 제안하는 모형빙 두께 계측용 상하 접촉식 초음파 장치를 이용하여 구현되는 바, 이하에서는 모형빙 두께 계측용 상하 접촉식 초음파 장치에 대하여 먼저 설명한 후 이를 바탕으로 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 모형빙 두께 계측용 상하 접촉식 초음파 장치는 빙수조의 예인 전차에 연결되어 모형빙의 두께를 계측하게 되는데, 크게 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20)의 2가지 구성요소로 이루어진다(도 4).
상면 계측부(10)는 판상의 몸체를 가지며, 몸체에는 초음파를 발신하는 발신 센서(11)와 다수 개의 제 1 자석(12)을 탑재한다(도 2).
이때, 발신 센서(11)는 물의 침투로 인하여 그 기능이 상실되지 않도록 방수 처리를 하는 것이 바람직하다.
그리고 제 1 자석(12)은 제 2 자석(22)과 상호간에 발생하는 자력을 이용하여 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20)를 모형빙을 사이에 두고 상호 밀착시키는 기능을 하는 바(도 4), 상면 계측부(10)는 다수 개의 제 1 자석(12)을 탑재하여 자력을 충분히 확보함으로써 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20) 간의 결합이 공고히 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 참고로 도 2의 실시예에서는 제 1 자석(12)이 상면 계측부(10)의 4모서리에 총 4개가 탑재된 것을 확인할 수 있다.
한편, 제 1 자석(12)은 영구자석도 가능하나 전자석인 것이 보다 바람직하다(그 이유는 후술함).
상면 계측부(10)는 예인 전차에 연결(도 4의 A)되어 예인 전차의 이동과 함께 모형빙의 상면을 이동하게 되는데, 모형빙의 두께 계측시 상면 계측부(10)는 모형빙의 상면에 밀착한 상태를 유지하여야 한다(도 4).
하면 계측부(20)는 판상의 몸체를 가지며, 몸체에는 초음파를 수신하는 수신 센서(21)와 다수 개의 제 2 자석(22)을 탑재한다(도 3).
수신 센서(21)는 발신 센서(11)와 전력공급선(도 4의 B)으로 연결되며, 발신 센서(11)가 발신한 초음파를 수신한다. 그리고 전력공급선(B)은 예인 전차에 탑재된 초음파 장비와 연결되어 수신 센서(21) 및 발신 센서(11)의 기능에 필요한 전력 기타 제어명령을 전달하게 된다(도 4). 이때, 수신 센서(21)는, 발신 센서(11)와 마찬가지로, 물의 침투로 인하여 그 기능이 상실되지 않도록 방수 처리를 하는 것이 바람직하다.
제 2 자석(22)은, 제 1 자석(12)과 마찬가지로, 영구자석도 가능하나 전자석인 것이 보다 바람직하다. 이는 후술하는 실시예에서와 같이 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20) 상호간의 결합 및 분리(본 발명에 대한 설명의 편의상, 도 4와 같이 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20)가 모형빙을 사이에 두고 상호 밀착된 상태를 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20) 상호간의 ‘결합’이라 하며, 그 결합이 해제된 상태를 ‘분리’라고 한다)가 반복되기 위해서는 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22)이 전자석인 것이 보다 편리하기 때문이다.
또한 제 2 자석(22)은 제 1 자석(12)과 상호간에 발생하는 자력을 이용하여 하면 계측부(20)와 상면 계측부(10)를 모형빙을 사이에 두고 상호 밀착시키는 기능을 하는 바(도 4), 하면 계측부(20)는 다수 개의 제 2 자석(22)을 탑재하여 자력을 충분히 확보함으로써 하면 계측부(20)와 상면 계측부(10) 간의 결합이 공고히 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 참고로 도 3의 실시예에서는 제 2 자석(22)이 하면 계측부(20)의 4모서리에 총 4개가 탑재된 것을 확인할 수 있다.
한편, 하면 계측부(20)는 제 1 자석(12)과 대응되는 위치에 제 2 자석(22)을 탑재하는 것이 바람직하다(도 3, 도 4). 여기서, ‘대응’이라 함은 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22)이 모형빙을 사이에 두고 동일한 위치에서 위아래로 곧바로 마주보는 관계가 성립되는 상태를 의미한다. 이는 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22)은 상호간에 발생하는 자력을 이용하여 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20)를 모형빙을 사이에 두고 상호 밀착시키는 기능을 하는 바(도 4), 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22)이 모형빙을 사이에 두고 동일한 위치에서 위아래로 곧바로 마주보는 관계가 되면, 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22) 상호간에 발생하는 자력이 최대화되어 하면 계측부(20)와 상면 계측부(10) 간의 결합이 가장 공고히 이루어질 수 있기 때문이다. 도 2, 도 3의 실시예에서는 제 2 자석(22)이 하면 계측부(20)의 4모서리에 제 1 자석(12)과 대응되는 위치에 탑재된 것을 확인할 수 있다.
이러한 하면 계측부(20)는 모형빙의 두께 계측시 모형빙의 하면, 상면 계측부(10)의 대응되는 위치에 밀착한 상태를 유지하게 된다(도 4). 이때, 하면 계측부(20)가 모형빙의 하면에 밀착한 상태를 유지하여야 하는 것은 상기한 상면 계측부(10)가 모형빙의 상면에 밀착한 상태를 유지하여야 하는 것과 동일한 이유에서인데, 이는 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20) 상호간의 거리가 모형빙의 두께와 최대한 동일하게 되도록 함으로써, 본 발명을 통한 모형빙의 두께 계측 결과가 보다 정확해질 수 있도록 하기 위함이다.
하면 계측부(20)는 상면 계측부(10)와 전력공급선(B)으로 연결된 상태에서 빙수조의 물 속을 이동하다가, 모형빙의 두께를 계측할 시점이 되면 모형빙의 하면(바닥면)으로 근접 이동하여 위치하게 된다.
따라서 하면 계측부(20)는 빙수조의 물 속에서 용이하게 이동할 수 있도록, 몸체가 일정한 부력을 갖는 부유체이면서 유선형인 것이 바람직하다(도 3). 더불어, 하면 계측부(20)는 프로펠러 추진장치(24)와 이를 제어하는 리모트 컨트롤 장치(25)를 구비함으로써 작업자가 리모컨으로 하면 계측부(20)의 이동을 간편하게 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다(도 3).
하면 계측부(20)가 모형빙의 하면(바닥면)으로 근접 이동하여 위치하면, 작업자는 상면 계측부(10)를 모형빙의 상면, 하면 계측부(20)의 대응되는 위치로 이동시킨다. 이 경우, 하면 계측부(20)는 레이저 광선 조사장치(23)를 구비하고 있어, 모형빙 상부로 레이저 광선을 조사하게 되므로 작업자는 이 레이저 광선을 통하여 하면 계측부(20)의 모형빙 하부 위치를 쉽게 확인할 수 있으며, 하면 계측부(20)의 이동 상태도 쉽게 추적할 수 있다(도 4).
상면 계측부(10)가 하면 계측부(20)의 대응되는 위치로 이동하면, 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22) 상호간에 자력이 작용하여, 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20)는 모형빙의 상면 및 하면에서 밀착하여 결합한 상태를 이루게 된다(도 4).
이 상태에서 발신 센서(11)는 초음파를 발신하고 수신 센서(21)는 이를 수신한다. 이 경우, 수신 센서(21)가 초음파를 수신하는 데까지 걸린 시간에 초음파의 속도를 곱한 값이 바로 모형빙의 두께가 된다. 그리고 이러한 산술적 결과는 프로그램화 된 컴퓨터 장치를 통하여 손쉽게 도출해 낼 수 있다.
특정 지점에서의 모형빙의 두께 계측이 완료되면, 작업자는 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20)를 분리시킨 후 또 다른 지점에서의 모형빙의 두께 계측을 시도한다. 이 경우 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22)이 전자석이라면, 작업자는 제 1 자석(12)과 제 2 자석(22)에 제공되는 전력을 차단함으로써 상면 계측부(10)와 하면 계측부(20)를 손쉽게 분리시킬 수 있으므로 좋다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 상기 과정을 반복함으로써 빙수조 안에 넓게 분포되어 있는 모형빙을 깨지 않고 자동으로 정확하게 그 두께를 측정해 낼 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 상면 계측부
11 : 발신 센서
12 : 제 1 자석
20 : 하면 계측부
21 : 수신 센서
22 : 제 2 자석
23 : 레이저 광선 조사장치
24 : 프로펠러 추진장치
25 : 리모트 컨트롤 장치

Claims (12)

  1. 빙수조의 예인 전차에 연결되어 모형빙의 두께를 계측하는 장치로서,
    초음파를 발신하는 발신 센서와 다수 개의 제 1 자석을 탑재하며, 모형빙의 상면에 밀착하는 판상의 상면 계측부 및;
    발신 센서와 전력공급선으로 연결되며 발신 센서가 발신한 초음파를 수신하는 수신 센서와 다수 개의 제 2 자석을 탑재하며, 모형빙의 하면, 상면 계측부의 대응되는 위치에 밀착하는 판상의 하면 계측부;
    를 포함하는 모형빙 두께 계측용 상하 접촉식 초음파 장치를 이용한 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법으로서,
    하면 계측부가 빙수조의 물 속을 이동하다가, 모형빙의 두께를 계측할 시점이 되면 모형빙의 하면으로 근접 이동하여 위치하는 단계;
    상면 계측부가 모형빙의 상면, 하면 계측부의 대응되는 위치로 이동하는 단계;
    제 1 자석과 제 2 자석 상호간에 자력이 작용하여, 상면 계측부와 하면 계측부가 모형빙의 상면 및 하면에서 밀착하여 결합한 상태를 이루는 단계;
    발신 센서가 초음파를 발신하고 수신 센서가 이를 수신하는 단계 및;
    수신 센서가 초음파를 수신하는 데까지 걸린 시간에 초음파의 속도를 곱하여 모형빙의 두께를 산출해 내는 단계;
    를 포함하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상면 계측부는 예인 전차에 연결되어 예인 전차의 이동과 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면 계측부는 상기 제 1 자석과 대응되는 위치에 상기 제 2 자석을 탑재하는 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자석은 전자석인 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 자석은 전자석인 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면 계측부는 레이저 광선 조사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면 계측부는 부유체인 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면 계측부는 유선형의 몸체를 갖는 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면 계측부는 프로펠러 추진장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하면 계측부는 상기 프로펠러 추진장치를 제어하는 리모트 컨트롤 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 발신 센서는 방수 처리된 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 센서는 방수 처리된 것을 특징으로 하는 모형빙 두께의 상하 접촉 계측 방법.
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