KR101148512B1 - 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내압실험 시 내압용기 내부의 변화량을 커넥터와 케이블을 거치지 않고 '진동'을 매개로 하여 고압챔버 외부로 전달할 수 있는 장치로서, 보다 구체적으로는, 상기 내압용기의 내부 공간에 설치되는 센서; 상기 내압용기의 내부 공간에 설치되고 상기 센서와 연결되는 신호 변환 장치; 상기 내압용기의 내벽에 밀착하여 부착되고 상기 신호 변환 장치와 연결되는 진동 모터; 상기 내압용기의 외벽에 밀착하여 부착되는 스트레인 게이지; 상기 고압챔버의 내부 및 상기 내압용기의 외부 공간에 위치하고 수중 케이블에 의하여 상기 스트레인 게이지와 연결되는 수중 커넥터 및; 상기 고압챔버의 외부에 위치하는 표시장치;를 포함하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치 및 이를 이용한 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 내압용기의 벽을 커넥터와 같은 직접적인 방법을 이용하지 않고 진동을 통해 내부에서 외부로 신호를 쉽게 전달할 수 있으며, 내압용기 벽의 두께가 두꺼울 경우에도 진동 모터의 진동의 크기에 따라 전달 효과를 조절할 수 있으므로 다양한 종류와 크기의 내압용기에 모두 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치 및 방법{device and method of signal transmission between hyperbaric chamber and underwater housing using vibration in hydrostatic test}

본 발명은 내압실험 시 내압용기 내부의 변화량을 커넥터와 케이블을 거치지 않고 '진동'을 매개로 하여 고압챔버 외부로 전달할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

수중에서 운용되는 다양한 시스템(유/무인 잠수정, 수중 센서 등)들의 중요 부품(제어, 통신, 전원공급 등의 역할을 하는 전자, 기계부품)들을 수압으로부터 보호하는 내압용기는 사용 수심에 해당하는 압력에 견딜 수 있도록 구조적 강도를 고려하여 설계되고 제작된다.

그러나 제작 및 조립 과정에서 발생할 수 있는 여러 가지 원인에 의해 내압용기가 해당 수심의 압력을 견디지 못하고 구조가 변형되거나 체결부분에 결함이 생김으로써 누수현상이 빈번히 발생한다. 누수현상이 발생할 경우 내압용기 안에 있는 대부분의 부품들이 정상적인 동작을 할 수 없게 되어 수중 장비 전체의 작동에 심각한 영향을 미치게 되므로, 내압용기의 내압성능을 사전에 평가하는 일은 매우 중요하다.

이러한 누수현상 이외에도 수중에서 작동하는 장비, 예를 들어 수중 액추에이터(underwater actuator)의 경우, 수중에서의 압력이 장비의 작동과 관련된 성능(힘, 속도, 작동 범위 등)에 큰 영향을 미치기 때문에, 수압을 고려하여 제작하고, 제작된 장비의 수압에서의 작동 성능을 평가하는 일은 수중에서 운용되는 액추에이터의 제작에 있어 매우 중요한 과정이다.

이처럼 수중 장비의 수압에 대한 구조적 안정성 및 체결부위의 완결성을 평가하는 일과 수중 작동 장비의 압력에 의한 작동 성능을 평가하는 내압실험은 인공적으로 수중의 고압환경을 재현할 수 있는 시험설비(deep sea pressure simulating test facility)인 고압챔버(hyperbaric chamber)를 통해 수행된다.

내압용기는 외부의 압력에 대해 구조적 강도가 높은 구(sphere)나 원통(cylinder) 형태로 제작되며, 개폐를 위한 체결장치와 수밀을 위한 실링장치가 결합된 덮개(closure)를 갖는다. 내압실험은 실험 대상물인 내압용기를 고압챔버 내부에 위치시키고 고압펌프를 이용하여 고압챔버 내부에 목표 압력까지 물을 밀어 넣는 방식으로 진행된다. 내압실험의 성공 여부는 목표압력에서 내압용기가 구조적으로 영구변형이 되지 않는지와 내압용기 내부로 누수가 발생하기 않는지에 따라서 결정되며, 작동 성능과 관련하여서는 해당 압력에서 정상적인 성능이 구현되는지를 판단함으로써 결정된다.

한편, 목표 환경에서 구조적인 변형여부를 판단하기 위해서 압력에 따른 내압용기의 구조적 변형도를 측정하는 방법이 주로 사용되며, 이를 위해서는 내압용기 외부 표면에 센서를 부착하여 측정한다. 또한, 내압용기 내부의 누수현상을 판단하기 위해서는 일정 압력을 유지시킨 상태에서 고압챔버의 압력변화를 모니터링 하는 방법이 사용되나 이러한 방법을 이용할 경우 미세한 누수현상을 확인하기 어려워, 정밀한 누수현상을 판단하기 위해서는 고압챔버 내부에 압력의 변화나 누수현상을 탐지할 수 있는 센서를 설치하고 이를 통해서 누수를 감지하는 방법이 필요하다. 그리고 수중 액추에이터의 내압실험의 경우, 외부 수압의 변화에 따라 액추에이터의 동작 상태를 내압용기 내부에서 동작 전압이나 전류 또는 관련된 센서의 출력 신호를 모니터링 하는 방법으로 작동성능을 평가할 수 있다.

따라서 이러한 내압실험 과정에서 내압용기 내부에서 발생하는 신호의 변화량을 실시간으로 모니터링 하기 위해서는 내압용기 내부의 신호(전기 또는 광신호)를 고압챔버 외부로 전송할 수 있는 전달 방법이 필요한데, 이와 관련하여 종래에는 내압용기 내부의 신호를 전송하기 위한 수단으로 도 5에서 보는 바와 같이 내압용기(2)에 있는 수중 커넥터(20)와 고압챔버(1)에 있는 수중 커넥터(30)의 케이블(7)을 이용하는 방법이 주로 사용되고 있다.

하지만, 일반적으로 고압챔버(1)를 이용한 내압실험의 대상물인 내압용기(2)는 수중에 적용되는 목적에 따라 설치되어 있는 수중 커넥터(20)의 사양(커넥터 pin의 개수, 커넥터의 개수, 커넥터의 형태 등)이 매우 다양하므로, 내압실험 시 내압용기(2) 내부의 신호를 고압챔버(1) 외부로 전달하기 위해서는 실험할 때마다 고압챔버(1)에 설치되어 있는 수중 커넥터(30)를 해당실험의 내압용기(2)와 호환되는 사양으로 매번 바꾸거나, 커넥터(20, 30)와 연결된 케이블(7)의 전선부분을 서로 접속(납땜 등의 작업)하고 이를 수압으로부터 보호하기 위해 우레탄 등의 방수용 몰딩재료를 이용하여 몰딩하는 작업을 해야 한다. 하지만 전자의 경우 호환되는 수중 커넥터(30)를 준비하는 데 오랜 시간이 걸리며(대부분의 수중 커넥터가 해외에서 수입된 제품을 사용함), 수중 커넥터(30)를 설치하기 위해서는 고압챔버(1)의 상단이나 하단에 홀과 탭 가공을 추가적으로 해야 하는 번거로움이 있다. 더욱이 한두 번의 실험을 위해서 고압챔버(1)의 상단이나 하단에 특정한 커넥터(30)를 설치하기 위해 홀을 가공을 하는 것이 현실적으로 어려울 경우가 있다. 후자의 경우에도 수백 바(bar)의 수압에 견디는 몰딩작업을 하기 위해서는 진공환경에서의 몰딩작업과 다층의 몰딩작업을 해야 하며, 이를 위해서는 몰딩을 위한 금형제작, 진공챔버 등 추가적으로 많은 비용이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 내압실험 시 내압용기 내부의 변화량을 커넥터와 케이블을 거치지 않고 '진동'을 매개로 하여 고압챔버 외부로 전달할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

고압챔버 및 상기 고압챔버 내부 공간에 위치하는 내압용기를 이용한 내압실험에 있어서,

상기 내압용기의 내부 공간에 설치되며, 상기 내압용기 내부의 물리적 변화를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 센서;

상기 내압용기의 내부 공간에 설치되고 상기 센서와 연결되며, 내장된 마이크로 컨트롤러의 작용으로 상기 센서가 출력한 전기적 신호의 크기를 측정하고 상기 전기적 신호의 크기에 비례하는 진동 모터의 구동전압을 발생시키는 신호 변환 장치;

상기 내압용기의 내벽에 밀착하여 부착되고 상기 신호 변환 장치와 연결되며, 상기 신호 변환 장치에 의하여 발생한 구동전압에 따라 작동하여 상기 내압용기의 내벽에 진동을 발생시키는 진동 모터;

상기 내압용기의 외벽에 밀착하여 부착되며, 상기 진동 모터에 의하여 상기 내압용기의 내벽에서 외벽으로 전달되는 진동을 감지하고 상기 진동의 크기에 비례하는 스트레인을 측정하는 스트레인 게이지;

상기 고압챔버의 내부 및 상기 내압용기의 외부 공간에 위치하고 수중 케이블에 의하여 상기 스트레인 게이지와 연결되며, 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 표시장치로 전달하는 수중 커넥터 및;

상기 고압챔버의 외부에 위치하며, 상기 수중 커넥터와 교신하는 과정을 통하여 상기 수중 커넥터로부터 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 전달받아 스트레인의 변화량을 기록하고 표시하는 표시장치;

를 포함하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치를 제공한다.

여기서, 상기 센서는 누수현상, 압력변화, 온도변화 및 습도변화와 같은 상기 고압챔버 내부의 환경적 변화를 감지하거나, 수중 액추에이터의 경우 동작의 정도를 나타내는 전압, 전류와 같은 파라미터의 변화를 감지한다.

한편, 상기 신호 변환 장치는 상기 센서의 전기적 출력 신호의 크기를 상기 진동 모터의 진동수의 크기로 변환한다. 보다 구체적으로 상기 신호 변환 장치는 상기 센서의 전기적 출력 신호가 작을 경우 낮은 구동전압을 발생시켜 상기 진동 모터를 낮은 진동수로 구동시키고 상기 센서의 출력 신호가 클 경우 높은 구동전압을 발생시켜 상기 진동 모터를 높은 진동수로 구동시킨다. 물론 상기 신호 변환 장치는 상기 센서의 전기적 출력 신호가 없는 경우에는 구동전압을 발생시키지 않는다.

한편, 상기 스트레인 게이지의 표면에는 내압실험 시 수압에 의한 내압과 방수를 위해서 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제를 덮는다. 그리고 상기 스트레인 게이지는 상기 진동 모터가 부착된 위치에 대응하는 상기 내압용기의 외벽에 부착된다. 이 경우 상기 진동 모터로부터 상기 스트레인 게이지까지 전달되는 진동의 손실을 최소화할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 표시장치는 진동 주파수에 따른 스트레인의 변화량을 기록하고 표시한다. 이 경우, 상기 표시장치는 스트레인 측정과 관련된 샘플링 주파수를 설정할 수 있는데, 바람직하게는 상기 진동 모터의 주파수보다 높은 값을 샘플링 주파수로 설정한다. 이 경우, 보다 바람직하게는 상기 표시장치는 Nyquist-Shannon sampling theorem에 의해서 상기 진동 모터의 주파수보다 2배 이상 높은 값을 샘플링 주파수로 설정한다. 상기 표시장치는 측정 신호의 주파수 값을 추출할 수 있는 프로그램화 된 푸리에 변환 알고리즘을 내장하고 있어 측정 신호의 주파수 값을 정량적으로 모니터링 할 수 있다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

고압챔버 및 상기 고압챔버 내부 공간에 위치하는 내압용기를 이용한 내압실험에 있어서,

상기 내압용기의 내부 공간에 설치되는 센서;

상기 내압용기의 내부 공간에 설치되고 상기 센서와 연결되는 신호 변환 장치;

상기 내압용기의 내벽에 밀착하여 부착되고 상기 신호 변환 장치와 연결되는 진동 모터;

상기 내압용기의 외벽에 밀착하여 부착되는 스트레인 게이지;

상기 고압챔버의 내부 및 상기 내압용기의 외부 공간에 위치하고 수중 케이블에 의하여 상기 스트레인 게이지와 연결되는 수중 커넥터 및;

상기 고압챔버의 외부에 위치하는 표시장치;

를 포함하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치를 이용한 방법으로서,

상기 센서가 상기 내압용기 내부의 물리적 변화를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 단계;

상기 신호 변환 장치가 내장된 마이크로 컨트롤러의 작용으로 상기 센서가 출력한 전기적 신호의 크기를 측정하고 상기 전기적 신호의 크기에 비례하는 상기 진동 모터의 구동전압을 발생시키는 단계;

상기 진동 모터가 상기 신호 변환 장치에 의하여 발생한 구동전압에 따라 작동하여 상기 내압용기의 내벽에 진동을 발생시키는 단계;

상기 스트레인 게이지가 상기 진동 모터에 의하여 상기 내압용기의 내벽에서 외벽으로 전달되는 진동을 감지하고 상기 진동의 크기에 비례하는 스트레인을 측정하는 단계;

상기 수중 커넥터가 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 상기 표시장치로 전달하는 단계 및;

상기 표시장치가 상기 수중 커넥터와 교신하는 과정을 통하여 상기 수중 커넥터로부터 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 전달받아 스트레인의 변화량을 기록하고 표시하는 단계;

를 포함하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법을 또한 제공한다.

본 발명에 따르면, 내압용기의 벽을 커넥터와 같은 직접적인 방법을 이용하지 않고 진동을 통해 내부에서 외부로 신호를 쉽게 전달할 수 있으며, 내압용기 벽의 두께가 두꺼울 경우에도 진동 모터의 진동의 크기에 따라 전달 효과를 조절할 수 있으므로 다양한 종류와 크기의 내압용기에 모두 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 진동 모터의 경우 구동전압에 따라 구동되는 회전수가 정량적으로 조절되므로 마이크로 컨트롤러가 내장된 신호 변환 장치를 통해서 센서의 다양한 출력 값을 해당되는 진동 주파수로 변환시킬 수 있다.

또한, 표시장치는 측정되는 진동 주파수를 푸리에 변화를 통해 간단히 정량적인 값으로 변환할 수 있으므로, 내압실험 전에 센서의 출력 값 대비 측정 주파수 값을 측정하는 한 번의 실험을 통해서 이를 환산 식으로 만들고 내압실험 과정에서 이를 이용하면, 실시간으로 해당되는 센서의 출력 값을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 내압용기의 외벽에 부착된 스트레인 게이지 및 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제의 모습을 보여주는 사진.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치의 진동 주파수에 따른 스트레인 측정값을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법을 보여주는 블록 다이어그램.
도 5는 종래의 내압실험 시 내압용기 내부의 신호전달 방법을 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치(이하, 설명의 편의상 '본 발명에 따른 신호전달 장치'라고 함)의 구성을 보여주는 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법(이하, 설명의 편의상 '본 발명에 따른 신호전달 방법'이라고 함)을 보여주는 블록 다이어그램이다.

우선, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 신호전달 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 고압챔버(1) 및 고압챔버(1)의 내부 공간에 위치하는 내압용기(2)를 이용한 내압실험 시 내압용기(2) 내부의 변화량을 커넥터와 케이블을 거치지 않고 '진동'을 매개로 하여 고압챔버(1) 외부로 전달할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 센서(3), 신호 변환 장치(4), 진동 모터(5), 스트레인 게이지(6), 수중 커넥터(8) 및 표시장치(9)를 포함하여 이루어진다.

센서(3)는 내압용기(2)의 내부 공간에 설치된다. 센서(3)는 내압용기(2) 내부의 물리적 변화를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 이 경우, 센서(3)는 누수현상, 압력변화, 온도변화 및 습도변화와 같은 내압실험 시 측정할 수 있는 고압챔버(1) 내부의 환경적 변화를 감지하거나, 수중 액추에이터의 경우 동작의 정도를 나타내는 전압, 전류와 같은 파라미터의 변화를 감지한다.

신호 변환 장치(4)는 내압용기(2)의 내부 공간에 설치되고 센서(3)와 연결된다. 신호 변환 장치(4)는 임베디드 컨트롤러의 형태로써 마이크로 컨트롤러를 내장한다. 이러한 마이크로 컨트롤러의 작용으로 신호 변환 장치(4)는 센서(3)가 출력한 전기적 신호의 크기(amplitude)를 측정하고, 미리 프로그램 된 알고리즘에 의해서 상기 전기적 신호의 크기에 비례하는 진동 모터(5)의 구동전압을 발생시킨다. 다시 말하면, 본 발명에서 신호 변환 장치(4)는 센서(3)의 전기적 출력 신호의 크기를 진동 모터(5)의 진동수의 크기로 변환시키는 역할을 하는 것이다. 보다 구체적으로, 신호 변환 장치(4)는 센서(3)의 전기적 출력 신호가 작을 경우 낮은 구동전압을 발생시켜 진동 모터(5)를 낮은 진동수로 구동시키고 센서(3)의 출력 신호가 클 경우 높은 구동전압을 발생시켜 진동 모터(5)를 높은 진동수로 구동시킨다. 물론 신호 변환 장치(4)는 센서(3)의 전기적 출력 신호가 없는 경우에는 구동전압을 발생시키지 않는다.

진동 모터(5)는 내압용기(2)의 내벽에 접착제나 접착테이프 등에 의하여 밀착하여 부착되고 신호 변환 장치(4)와 연결된다. 진동 모터(5)는 신호 변환 장치(4)에 의하여 발생한 구동전압에 따라 작동하여 내압용기(2)의 내벽에 진동을 발생시킨다.

스트레인 게이지(6)는 내압용기(2)의 외벽에 스트레인 게이지 부착용 접착제에 의하여 밀착하여 부착된다. 스트레인 게이지(6)는 진동 모터(5)에 의하여 내압용기(2)의 내벽에서 외벽으로 전달되는 진동을 감지하고 상기 진동의 크기에 비례하는 스트레인(strain, 저항변화)을 측정한다. 한편, 스트레인 게이지(6)의 표면에는 내압실험 시 수압에 의한 내압과 방수를 위해서 도 2에서 보는 바와 같이 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제(10)를 덮는다. 도 3에서 (a)는 스트레인 게이지(6)의 표면에 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제(10)를 덮기 전의 모습을, (b)는 스트레인 게이지(6)의 표면에 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제(10)를 덮은 후의 모습을 보여준다. 통상 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제(10)로는 독일 HBM사(Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH)의 AK22 제품이 사용되며, 이는 최대 400bar의 압력까지 스트레인 게이지(6)를 수압으로부터 보호하는 성능을 갖고 있다. 한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 스트레인 게이지(6)는 도 1에서 보는 바와 같이 진동 모터(5)가 부착된 위치에 대응하는 내압용기(2) 외벽에 부착된다. 이 경우 진동 모터(5)로부터 스트레인 게이지(6)까지 전달되는 진동의 손실을 최소화할 수 있기 때문이다.

수중 커넥터(8)는 고압챔버(1)의 내부 및 내압용기(2)의 외부 공간에 위치하고 수중 케이블(7)에 의하여 스트레인 게이지(6)와 연결된다. 수중 커넥터(8)는 스트레인 게이지(6)의 스트레인 측정값을 표시장치(9)로 전달한다.

표시장치(9)는 고압챔버(1)의 외부에 위치한다. 표시장치(9)는 수중 커넥터(8)와 교신하는 과정을 통하여 수중 커넥터(8)로부터 스트레인 게이지(6)의 스트레인 측정값을 전달받아 스트레인의 변화량을 기록하고 표시한다. 이 경우, 표시장치(9)는 도 3에서 보는 바와 같이 진동 주파수에 따른 스트레인의 변화량을 기록하고 표시한다. 도 3의 실시 예에서 보면, 표시장치(9)는 400, 600, 1200, 2400hz의 진동 주파수마다 각각 다르게 측정되는 스트레인의 변화량(진동 모터(5)의 진동수 변화에 따라 측정된 결과)을 표시하고 있다(400hz의 경우는 센서(3)의 신호가 상대적으로 작아 진동 모터(5)가 낮은 진동수로 구동한 경우이고 2400hz의 경우는 센서(3)의 신호가 상대적으로 커 진동 모터(5)가 높은 진동수로 구동한 경우이다). 이 경우, 표시장치(9)는 스트레인 측정과 관련된 샘플링 주파수를 설정할 수 있는데, 바람직하게는 진동 모터(5)의 주파수보다 높은 값을 샘플링 주파수로 설정하며, 보다 바람직하게는 Nyquist-Shannon sampling theorem에 의해서 진동 모터(5)의 주파수보다 2배 이상 높은 값을 샘플링 주파수로 설정한다. 한편, 표시장치(9)는 측정 신호의 주파수 값을 추출할 수 있는 프로그램화 된 푸리에 변환 알고리즘을 내장하고 있어 측정 신호의 주파수 값을 정량적으로 모니터링 할 수 있다.

이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 신호전달 방법에 대하여 단계별로 설명한다.

s1 : 센서(3)가 내압용기(2) 내부의 물리적 변화를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력한다. → s2 : 신호 변환 장치(4)가 내장된 마이크로 컨트롤러의 작용으로 센서(3)가 출력한 전기적 신호의 크기를 측정하고 상기 전기적 신호의 크기에 비례하는 진동 모터(5)의 구동전압을 발생시킨다. → s3 : 진동 모터(5)가 신호 변환 장치(4)에 의하여 발생한 구동전압에 따라 작동하여 내압용기(2)의 내벽에 진동을 발생시킨다. → s4 : 스트레인 게이지(6)가 진동 모터(5)에 의하여 내압용기(2)의 내벽에서 외벽으로 전달되는 진동을 감지하고 상기 진동의 크기에 비례하는 스트레인을 측정한다. → s5 : 수중 커넥터(8)가 스트레인 게이지(6)의 스트레인 측정값을 표시장치(9)로 전달한다. → s6 : 표시장치(9)가 수중 커넥터(8)와 교신하는 과정을 통하여 수중 커넥터(8)로부터 스트레인 게이지(6)의 스트레인 측정값을 전달받아 스트레인의 변화량을 기록하고 표시한다.

본 발명의 경우 상술한 일련의 과정을 통하여 내압용기(2) 내부의 센서(3)로부터 측정되는 신호의 유/무 및 크기의 정도를 최종적으로 표시장치(9)에 나타나는 주파수의 크기를 통해 가시적으로 판단할 수 있는바, 본 발명에 따르면, 내압용기(2)의 벽을 커넥터와 같은 직접적인 방법을 이용하지 않고 진동을 통해 내부에서 외부로 신호를 쉽게 전달할 수 있으며, 내압용기(2) 벽의 두께가 두꺼울 경우에도 진동 모터(5)의 진동의 크기에 따라 전달 효과를 조절할 수 있으므로 다양한 종류와 크기의 내압용기(2)에 모두 적용할 수 있는 장점이 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 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 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.

1 : 고압챔버 2 : 내압용기
3 : 센서 4 : 신호 변환 장치
5 : 진동 모터 6 : 스트레인 게이지
7 : 수중 케이블 8 : 수중 커넥터
9 : 표시장치 10 : 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제
20 : 종래의 내압용기 측 수중 커넥터
30 : 종래의 고압챔버 측 수중 커넥터

Claims (20)

1. 고압챔버 및 상기 고압챔버 내부 공간에 위치하는 내압용기를 이용한 내압실험에 있어서,
   상기 내압용기의 내부 공간에 설치되며, 상기 내압용기 내부의 물리적 변화를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 센서;
   상기 내압용기의 내부 공간에 설치되고 상기 센서와 연결되며, 내장된 마이크로 컨트롤러의 작용으로 상기 센서가 출력한 전기적 신호의 크기를 측정하고 상기 전기적 신호의 크기에 비례하는 진동 모터의 구동전압을 발생시키는 신호 변환 장치;
   상기 내압용기의 내벽에 밀착하여 부착되고 상기 신호 변환 장치와 연결되며, 상기 신호 변환 장치에 의하여 발생한 구동전압에 따라 작동하여 상기 내압용기의 내벽에 진동을 발생시키는 진동 모터;
   상기 내압용기의 외벽에 밀착하여 부착되며, 상기 진동 모터에 의하여 상기 내압용기의 내벽에서 외벽으로 전달되는 진동을 감지하고 상기 진동의 크기에 비례하는 스트레인을 측정하는 스트레인 게이지;
   상기 고압챔버의 내부 및 상기 내압용기의 외부 공간에 위치하고 수중 케이블에 의하여 상기 스트레인 게이지와 연결되며, 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 표시장치로 전달하는 수중 커넥터 및;
   상기 고압챔버의 외부에 위치하며, 상기 수중 커넥터와 교신하는 과정을 통하여 상기 수중 커넥터로부터 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 전달받아 스트레인의 변화량을 기록하고 표시하는 표시장치;
   를 포함하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서는 누수현상, 압력변화, 온도변화 및 습도변화와 같은 상기 고압챔버 내부의 환경적 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서는 수중 액추에이터의 경우 동작의 정도를 나타내는 전압, 전류와 같은 파라미터의 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 변환 장치는 상기 센서의 전기적 출력 신호의 크기를 상기 진동 모터의 진동수의 크기로 변환하는바, 상기 신호 변환 장치는 상기 센서의 전기적 출력 신호가 작을 경우에는 낮은 구동전압을 발생시켜 상기 진동 모터를 낮은 진동수로 구동시키고, 상기 센서의 출력 신호가 클 경우에는 높은 구동전압을 발생시켜 상기 진동 모터를 높은 진동수로 구동시키고, 상기 센서의 전기적 출력 신호가 없는 경우에는 구동전압을 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 스트레인 게이지의 표면에는 내압실험 시 수압에 의한 내압과 방수를 위해서 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제를 덮는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 스트레인 게이지는 상기 진동 모터가 부착된 위치에 대응하는 상기 내압용기 외벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 표시장치는 진동 주파수에 따른 스트레인의 변화량을 기록하고 표시하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 표시장치는 스트레인 측정과 관련된 샘플링 주파수를 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 표시장치는 상기 진동 모터의 주파수보다 높은 값을 샘플링 주파수로 설정하되, Nyquist-Shannon sampling theorem에 의해서 상기 진동 모터의 주파수보다 2배 이상 높은 값을 샘플링 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시장치는 측정 신호의 주파수 값을 추출할 수 있는 프로그램화 된 푸리에 변환 알고리즘을 내장하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치.
11. 고압챔버 및 상기 고압챔버 내부 공간에 위치하는 내압용기를 이용한 내압실험에 있어서,
    상기 내압용기의 내부 공간에 설치되는 센서;
    상기 내압용기의 내부 공간에 설치되고 상기 센서와 연결되는 신호 변환 장치;
    상기 내압용기의 내벽에 밀착하여 부착되고 상기 신호 변환 장치와 연결되는 진동 모터;
    상기 내압용기의 외벽에 밀착하여 부착되는 스트레인 게이지;
    상기 고압챔버의 내부 및 상기 내압용기의 외부 공간에 위치하고 수중 케이블에 의하여 상기 스트레인 게이지와 연결되는 수중 커넥터 및;
    상기 고압챔버의 외부에 위치하는 표시장치;
    를 포함하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 장치를 이용한 방법으로서,
    상기 센서가 상기 내압용기 내부의 물리적 변화를 감지하고 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 단계;
    상기 신호 변환 장치가 내장된 마이크로 컨트롤러의 작용으로 상기 센서가 출력한 전기적 신호의 크기를 측정하고 상기 전기적 신호의 크기에 비례하는 상기 진동 모터의 구동전압을 발생시키는 단계;
    상기 진동 모터가 상기 신호 변환 장치에 의하여 발생한 구동전압에 따라 작동하여 상기 내압용기의 내벽에 진동을 발생시키는 단계;
    상기 스트레인 게이지가 상기 진동 모터에 의하여 상기 내압용기의 내벽에서 외벽으로 전달되는 진동을 감지하고 상기 진동의 크기에 비례하는 스트레인을 측정하는 단계;
    상기 수중 커넥터가 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 상기 표시장치로 전달하는 단계 및;
    상기 표시장치가 상기 수중 커넥터와 교신하는 과정을 통하여 상기 수중 커넥터로부터 상기 스트레인 게이지의 스트레인 측정값을 전달받아 스트레인의 변화량을 기록하고 표시하는 단계;
    를 포함하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 누수현상, 압력변화, 온도변화 및 습도변화와 같은 상기 고압챔버 내부의 환경적 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서는 수중 액추에이터의 경우 동작의 정도를 나타내는 전압, 전류와 같은 파라미터의 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 신호 변환 장치는 상기 센서의 전기적 출력 신호의 크기를 상기 진동 모터의 진동수의 크기로 변환하는바, 상기 신호 변환 장치는 상기 센서의 전기적 출력 신호가 작을 경우에는 낮은 구동전압을 발생시켜 상기 진동 모터를 낮은 진동수로 구동시키고, 상기 센서의 출력 신호가 클 경우에는 높은 구동전압을 발생시켜 상기 진동 모터를 높은 진동수로 구동시키고, 상기 센서의 전기적 출력 신호가 없는 경우에는 구동전압을 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지의 표면에는 내압실험 시 수압에 의한 내압과 방수를 위해서 스트레인 게이지 방수용 표면 보호제를 덮는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 상기 진동 모터가 부착된 위치에 대응하는 상기 내압용기 외벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
17. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시장치는 진동 주파수에 따른 스트레인의 변화량을 기록하고 표시하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 표시장치는 스트레인 측정과 관련된 샘플링 주파수를 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 표시장치는 상기 진동 모터의 주파수보다 높은 값을 샘플링 주파수로 설정하되, Nyquist-Shannon sampling theorem에 의해서 상기 진동 모터의 주파수보다 2배 이상 높은 값을 샘플링 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.
20. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시장치는 측정 신호의 주파수 값을 추출할 수 있는 프로그램화 된 푸리에 변환 알고리즘을 내장하는 것을 특징으로 하는 내압실험 시 진동을 이용한 내압용기와 고압챔버 간의 신호전달 방법.

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