KR101222924B1 - 자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템 - Google Patents

자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101222924B1
KR101222924B1 KR1020110090227A KR20110090227A KR101222924B1 KR 101222924 B1 KR101222924 B1 KR 101222924B1 KR 1020110090227 A KR1020110090227 A KR 1020110090227A KR 20110090227 A KR20110090227 A KR 20110090227A KR 101222924 B1 KR101222924 B1 KR 101222924B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
blunt body
blunt
velocity field
control device
posture control
Prior art date
Application number
KR1020110090227A
Other languages
English (en)
Inventor
박철우
이춘영
안진효
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020110090227A priority Critical patent/KR101222924B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101222924B1 publication Critical patent/KR101222924B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/241—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/02—Housings
    • G01P1/023—Housings for acceleration measuring devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/07—Indicating devices, e.g. for remote indication
    • G01P1/08—Arrangements of scales, pointers, lamps or acoustic indicators, e.g. in automobile speedometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52053—Display arrangements
    • G01S7/52057—Cathode ray tube displays
    • G01S7/52071—Multicolour displays; using colour coding; Optimising colour or information content in displays, e.g. parametric imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 속도장 측정 시스템에 관한 것으로, 수조; 상기 수조 내부에 위치하여, 초음파 속도장을 측정하고, 자세제어 가능한 수중부유 무딘물체(blunt body) 측정부; 상기 무딘물체(blunt body)를 지지하고, 외부로 전기적 신호선을 연결하는 원형관 지지대; 상기 무딘물체(blunt body)를 피칭(pitching) 및 롤링(rolling) 방향의 자유도를 갖도록 상기 원형관 지지대와 연결되어 지지되는 지그 블록; 상기 무딘물체(blunt body)로부터 자세제어 신호 및 측정신호를 송수신하는 통신부; 및 상기 통신부와 연결되어 상기 무딘물체 및 상기 지그 블록을 제어하고, 속도장 측정을 모니터링 하는 중앙제어용 단말기를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 유동장, 즉 공기 및 유체 내부에 부유되는 상태일 때에는 부력(buoyancy) 등의 외력의 영향으로 비안정성(unstable)이 유발될 경우 근본적인 목적인 계측 작업의 수행이 불가능해지게 되는 단점을 극복하고, 무딘물체 내부에 설치된 무게추(balancing weight)가 하나의 움직이는 무게중심 역할을 수행하도록 외부와의 신호교환을 통해 자세제어 기능을 수행함으로써, 안정적이고 정확한 속도장 측정 장치를 제공한다.

Description

자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템{velocity field measurement system using of water floating blunt body with attitude control device}
본 발명은 초음파를 이용한 속도장 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안정적이고 정밀한 자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템에 관한 것이다.
입자영상유속계(Paticle Image Velocimetry) 기법은 비접촉식 유체 계측기법으로, 유동 속에 분사한 추적입자들의 입자 영상을 화상 처리하여 주어진 유동의 속도장을 측정하는 기법이다.
이하 종래 기술에 따른 입자영상유속계에 대해서 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 도 1은 종래 기술에 따른 입자영상유속계이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 입자영상유속계(PIV:Paticle Image Velocimetry) 시스템은 크게 펄스 레이저 발생장치(3)와, CCD카메라(5)와, 그리고 상기 CCD카메라(5)와 펄스레이저의 작동을 동기화시키는 동기화 장치(2)와, 획득된 입자영상을 디지털화시키는 프레임저장장치가 구비된 컴퓨터(1)로 구성된다.
상기 입자영상유속계의 측정원리는 다음과 같다. 속도장 측정을 위해서 먼저 유동을 잘 추종하는 작은 크기의 추적입자를 유동 속에 주입한다. 그리고 측정하고자 하는 유동단면을 펄스레이저(3)로부터 출력된 레이저 평면광으로 조사하게 되면, 이 빛에 조명되어진 유동입자들은 산란하게 된다. 상기 레이저 평면광은 원주형 렌즈와 구형렌즈와 같은 렌즈들에 지남으로서 만들어진다.
그리고 상기와 같이 산란된 입자영상의 시간간격을 체크하여 입자의 유속을 판단하게 된다. 즉, 레이저 평면광에 의해 산란된 입자영상 1장을 시간 t=t0 순간에 CCD카메라 등의 영상입력장치로 획득하고, 시간 간격(ΔT)이 지난 t=t0+ΔT 순간에 2번째 입자영상을 취득한다. 상기 시간간격(ΔT)은 유동의 속도에 따라 다르게 선정한다.
이렇게 얻어진 2장의 입자영상을 2차원 화상데이터로 컴퓨터에 저장한 후 디지털 화상처리기법을 이용하여 분석함으로써 시간간격(ΔT)동안 움직인 유동입자들의 변위정보(ΔS)를 계측한다. 여기서 입자들의 변위(ΔS)는 시간과 공간의 함수로
ΔS=ΔS(x,y,t)로 표현되어 진다. 속도벡터 U(x,y)는 변위(ΔS)를 시간간격 (Δt)으로 나누어 줌으로써 구할 수 있다.
그리고 추출한 속도장 결과를 나타내는 후처리(post processing)과정에서는 순간속도장 결과로부터 와도(vorticity)나 왜곡률(rate of strain)을 구하거나 수많은 순간 속도장 결과들을 전체적으로(ensemble) 평균하여 난류강도, Reynolds shear stress 난류 운동에너지와 같은 다양한 물리량 형태로 표현한다. 이밖에도 유체운동에 관한 지배방정식들을 활용하여 분해율(dissipation rate) 압력의 공간분포 등을 구할 수 있다.
그러나 종래에는 입자영상유속계를 통한 입자영상 속도기법이 유체 계측 분야에서 중요한 측정기법으로 자리잡고 있음에도 불구하고 시스템의 특성상 산업분야 등 필수적인 부분에서 적용되지 못하고 있는 실정이다. 그 이유는 다음과 같다.
먼저 시스템의 필수 구성요소인 펄스 레이저 발생장치, CCD카메라와 동기화 장치 등 대부분의 장치가 수입에 의존하고 있으며 산업용으로 사용하기에는 가격이 고가이다. 그러므로 연구기관이나 대학 등에서 연구용으로 사용될 뿐 산업적 응용
은 힘든 실정이다.
그리고 실험과정에 있어서 고도의 숙련도가 요구되기 때문에 설사 시스템이 구비된다고 하더라도 전문지식 없이는 실험하기가 곤란한 문제점이 있었다. 또한 시스템의 크기가 대형이므로 산업현장에서 실제 유동이 발생하는 지점을 측정할 수 없으며 모형을 제작하여 실험을 해야 한다는 단점이 있다.
그리고 종래의 입자영상유속계(PIV)에서 사용되는 펄스레이저는, 출력이 강한 레이저 장치를 사용함으로 인해서, 레이저 광이 눈에 노출되는 경우 치명적인 해를 줄 수 있는 문제점이 있었다.
이처럼 종래의 입자영상유속계(PIV)는 레이저와 같은 단면 조명장치를 사용하여 추적입자 산란광을 취득하게 되므로 다단계의 광학장치의 배열이 필요하게 되고 유동의 다양한 구조의 측정 및 관찰이 필요할 경우에는 대상 단면의 변화가 발생하게 되므로 이미지 취득을 위한 광경로 전체가 수정 설계 및 배치되어야 하는 문제점이 있다.
특히, 3차원 유속계측 및 다단면 스캐닝을 통한 유동장 측정의 경우 고정형 광학장치시시템으로는 복합적 형태에 대한 측정이 불가능하며 다수의 단면 영상 취득을 위한 개별의 카메라 시스템이 필요하게 되는 단점이 있다.
그리고, 최근의 유동장 측정 분야에 있어서 자가 이송형 계측시스템이 많이 개발되어지고 있다. 이러한 경우 계측의 기법의 활용 및 방법도 중요하지만 시스템의 자세 안정성의 확보는 시스템 활용 이전에 반드시 필수적으로 확보되어져야 하는 전제 조건이 된다.
특히, 이러한 측정시스템이 유동장, 즉 공기 및 유체 내부에 부유되는 상태일 때에는 부력(buoyancy) 등의 외력의 영향으로 비안정성(unstable)이유발될 경우 근본적인 목적인 계측 작업의 수행이 불가능해지게 되는 단점이 발생되게 된다.
따라서 방수형태의 외부 이송체(vessel)를 제작하고 내부에 속도장 및 기타 계측장비가 내장될 경우 내부의 균일한 무게 분포 및 무게 중심의 회복을 통한 계측 단면의 복귀성은 유동장 측정에 있어 매우 중용한 요소가 된다.
상술한 문제를 해결하려는 본 발명의 과제는 본 발명은 속도장 측정 프로브(probe) 시스템의 무딘물체 이송체 내부에 탑재된 상태로 계측을 위하여 수중에 부유된 상태일 때 속도장 측정의 기본 전제인 수평 및 자세 안정성의 확보를 위함이다.
또한, 속도장 측정은 이러한 자세 평형이 이루어진 후에 계측 시스템을 작동하여 속도장 측정을 수행함으로써 효과적인 계측이 가능하게 하는 시스템을 제공하기 위함이다.
상술한 문제를 해결하는 본 발명의 제1 특징은 수조; 상기 수조 내부에 위치하여, 초음파 속도장을 측정하고, 자세제어 가능한 수중부유 무딘물체(blunt body) 측정부; 상기 무딘물체(blunt body)를 지지하고, 외부로 전기적 신호선을 연결하는 원형관 지지대; 상기 무딘물체(blunt body)를 피칭(pitching) 및 롤링(rolling) 방향의 자유도를 갖도록 상기 원형관 지지대와 연결되어 지지되는 지그 블록; 상기 무딘물체(blunt body)로부터 자세제어 신호 및 측정신호를 송수신하는 통신부; 상기 통신부와 연결되어 상기 무딘물체 및 상기 지그 블록을 제어하고, 속도장 측정을 모니터링 하는 중앙제어용 단말기를 포함한다.
여기서, 상기 무딘물체(blunt body) 측정부는, 방수형 무딘물체(blunt body) 케이스와, 상기 케이스 전면에 설치된 초음파 속도장 프로브와, 상기 무딘물체(blunt body)의 기울기를 측정하는 기울기 센서 또는 자이로센서와, 상기 무딘물체(blunt body)의 자세제어 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자세제어 장치는, 2개의 무게추와, 상기 2개의 무게추를 이동시키는 교차하여 설치된 리니어 스크류 가이드와, 상기 리니어 스크류 가이드를 통해 상기 무게추를 이동하도록 구동하는 모터를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 제2 특징은 수조; 상기 수조 내부에 위치하여, 초음파 속도장을 측정하고, 자세제어 가능하며, 외부와 수중 무선통신이 가능한 수중부유 무딘물체(blunt body) 측정부; 상기 무딘물체(blunt body)를 지지하고, 상기 무딘물체(blunt body)를 피칭(pitching) 및 롤링(rolling) 방향의 자유도를 갖도록 지지되는 지그 블록; 상기 무딘물체(blunt body)로부터 자세제어 신호 및 측정신호를 송수신하는 무선 통신부; 및 상기 무선 통신부와 연결되어 상기 무딘물체 및 상기 지그 블록을 제어하고, 속도장 측정을 모니터링 하는 중앙제어용 단말기를 포함한다.
여기서, 상기 무딘물체(blunt body) 측정부는, 방수형 무딘물체(blunt body) 케이스와, 상기 케이스 전면에 설치된 초음파 속도장 프로브와, 상기 무딘물체(blunt body)의 기울기를 측정하는 기울기 센서 또는 자이로센서와, 상기 무딘물체(blunt body)의 자세제어 장치와, 외부와 무선통신이 가능한 수중 무선통신장치를 포함한다.
또한, 상기 자세제어 장치는, 2개의 무게추와, 상기 2개의 무게추를 이동시키는 교차하여 설치된 리니어 스크류 가이드와, 상기 리니어 스크류 가이드를 통해 상기 무게추를 이동하도록 구동하는 모터를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 무선 통신부는, 상기 중앙제어용 단말기 내부에 내장된 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 유동장, 즉 공기 및 유체 내부에 부유되는 상태일 때에는 부력(buoyancy) 등의 외력의 영향으로 비안정성(unstable)이 유발될 경우 근본적인 목적인 계측 작업의 수행이 불가능해지게 되는 단점을 극복하고, 무딘물체 내부에 설치된 무게추(balancing weight)가 하나의 움직이는 무게중심 역할을 수행하도록 외부와의 신호교환을 통해 자세제어 기능을 수행함으로써, 안정적이고 정확한 속도장 측정 장치를 제공한다.
또한, 신호연결선의 배선을 위한 복잡한 구성이 아니라, 간단하고 디자인 구성 자유도가 높은 무선통신을 이용함으로써, 다양한 구조의 지그블록 또는 자세제어장치를 설치하여 안정적이고 정밀한 속도장 측정 시스템을 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 입자영상유속계를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템에 적용되는 무딘물체(blunt body) 측정부의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 일실시예로서, 무선통신을 이용한 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 적용되는 수중 무선통신장치가 장착된 무딘물체 측정부의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본발명의 시스템은 수조(100); 상기 수조 내부에 위치하여, 초음파 속도장을 측정하고, 자세제어 가능한 수중부유 무딘물체(blunt body) 측정부(200); 상기 무딘물체(blunt body) 측정부(200)를 지지하고, 외부로 전기적 신호선을 연결하는 원형관 지지대(300); 상기 무딘물체(blunt body)를 피칭(pitching) 및 롤링(rolling) 방향의 자유도를 갖도록 상기 원형관 지지대와 연결되어 지지되는 지그 블록(400); 상기 무딘물체(blunt body)로부터 자세제어 신호를 송수신하는 통신부(500); 및 상기 통신부와 연결되어 상기 무딘물체 및 상기 지그 블록을 제어하고, 속도장 측정을 모니터링 하는 중앙제어용 단말기(600)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성의 본 발명은 속도장 측정 프루브(probe) 시스템이 무딘물체(blunt body) 측정부(200) 내부에 탑재된 상태로 계측을 위하여 수중에 부유된 상태일 때 속도장 측정의 기본 전제인 수평 및 자세 안정성의 확보를 그 목적으로 한다.
즉, 비안정성으로 야기된 비평형 자세의 복귀를 위하여 내부에 설치된 기울기 센서 및 자세제어 장치(볼 포지셔닝 구조물)를 활용하여 자세를 피드백 컨트롤하는 시스템으로 구성되어 있는 것으로, 속도장 측정은 이러한 자세 평형이 이루어진 후에 계측 시스템을 작동하여 속도장 측정을 수행하도록 함으로써 효과적인 계측이 가능하게 하는 방법이다.
그리고, 본 발명에서는 수중부유된 이송체 시스템의 자유도(degree of freedom)의 변화를 통하여 자세의 비안정성을 유도하고 기울기 센서의 신호를 통하여 자세가 복귀되는 시간을 계측함으로서 피드백 컨트롤 성능을 확보할 수 있다. 이송체의 비안정성은 피칭(pitching) 하강에 의한 회전(rotation) 복귀 성능 계측 및 측면의 롤링(rolling) 운동성에 대한 복귀 성능 계측으로 성능을 평가할 수 있으며 각 연결 부위는 베어링 및 운동 지그(jig) 블록(400)을 배치한 기구학적으로 구성한다.
보다 상세히 설명하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 속도장 측정을 위한 직육면체 모양의 수조내에 수중부유 무딘물체의 형상의 속도장 측정부(200)를 위치시키고, 상기 측정부(200)를 원형관 형태의 지지 막대(300)로 지지하고, 지지 막대를 피칭(PITCH) 및 롤(ROLL) 방향의 자유도를 갖도로 지그 블록(400)으로 연결시킨다. 이와 같은 구조를 통해, 무딘물체 측정부(200)가 유체에 의한 비안정적인 자세 비평형이 오게 되면, 상기 무딘물체 측정부(200) 내부에 있는 기울기 센서 또는 자이로 센서를 통해 기울기를 측정하고, 측정된 신호를 상기 원형관 내부를 통해 연결된 신호선을 통해 외부의 중앙제어 단말기(600)로 송신하게 된다.
중앙제어 단말기(600)에서 수신된 기울기 또는 자세제어 신호에 따라 상기 무딘물체 측정부(200)가 평형상태의 정 자세를 유지할 수 있도록 평형상태의 기울기 제어 신호를 상기 무딘물체 측정부(200)로 보내고, 측정부에서 상기 제어신호를 수신하면, 그 제어신호에 따라 자세제어 장치의 무게추(263)를 이동시켜 상기 무딘물체 측정부의 자세를 원래의 안정상태로 복귀시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템에 적용되는 무딘물체(blunt body) 측정부(200)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 무딘물체(blunt body) 측정부(200)는 방수형 무딘물체(blunt body) 케이스와, 상기 케이스 전면에 설치된 초음파 속도장 프로브(230), 상기 무딘물체(blunt body)의 기울기를 측정하는 기울기 센서 또는 자이로센서 및 상기 무딘물체(blunt body)의 자세제어 장치를 포함하여 구성된다.
여기서, 자세제어 장치는 타원체의 방수형 외장 케이스 내에 위치되며 2개의 자유도(degree of freedom, DOF)(PITCH & ROLL) 운동에 대한 성능 평가를 위하여 서포터 및 지그 블록에 연결되어 형성된다. 즉, 2개의 무게추(263)와, 상기 2개의 무게추를 이동시키는 교차하여 설치된 리니어 스크류 가이드(265)와, 상기 리니어 스크류 가이드(265)를 통해 상기 무게추(263)를 이동하도록 구동하는 모터(261)를 포함하여 구성된다.
무딘물체(blunt body)는 타원형의 형상인 것이 바람직한데, 이는 유체의 흐름을 그대로 수용하고, 속도장을 적정하게 측정하기에 바람직한 형상이기 때문이다. 그리고 무딘물체의 전방에는 초음파 속도장 프로브(230)가 장착되어, 무딘물체의 전방 케이스(210)는 초음파를 가장 잘 탐지할 수 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
초음파를 통한 유체의 속도장을 측정하기 위해 유체내 조영제를 삽입하여, 상기 조영제가 상기 무딘물체의 전방에 충돌하는 경우 발생하는 초음파를 측정하여 속도장을 측정하기 때문에, 초음파를 잘 투과하여 내부의 초음파 측정 프로브(230)로 잘 전달할 수 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 수중부유 무딘물체 방수형 외장 케이스 내에는 무게추, 상기 무게추를 이동시키는 모터 컨트롤러 및 기울기센서가 탑재된 보드 시스템(250)이 부착되어 있고, 기울기 센서는 자이로센서(G-센서)로도 교체될 수 있으며 모터 신호는 원형관 형태의 지지막대 내부를 통하여 외부의 디스플레이 패널 및 중앙제어용 단말기(PC)로 전송될 수 있다.
수중부유된 무딘물체(blunt body)는 유체의 흐름에 따라 비안정적인 상태를 유발할 수 있는데, 본 발명에서는 상기 무딘물체가 피치(PITCH) 방향의 회전과 롤(ROLL) 방향의 회전이 있는 경우, 안정적이고 정확한 초음파 또는 속도장 측정이 불가능하기 때문에, 상기 무딘물체 케이스 내부에 자세제어장치를 설치한다.
자세제어장치는 도 3에 나타낸 바와 같이, 무딘물체의 회전 또는 움직임에 따라 이동하는 무게추(263)가 십자 형태로 교체된 리니어 가이드(265)에 설치되고, 상기 무게추(263)를 구동 모터(261)에 의해 구동시켜 자세를 제어하는 구조로 이루어져 있다. 즉, 무딘물체가 피치 또는 롤 방향으로 자세가 뒤틀리게 되면, 이에따라 무게추(263)가 이동하게 되고, 기울기 센서 등에 의해 기울어진 정도를 산출하여 외부의 중앙제어용 단말기(600)로 보내면, 다시 중앙제어용 단말기(600)에서 원 위치로 무게추(263)를 이동시키는 구동신호를 모터(261)에 전달하여, 상기 모터(261)의 구동으로 무게추(263)를 원위치로 이동시켜 자세를 안정화하는 프로세스로 자세를 제어하는 장치이다.
즉, 본 발명은 2개의 자유도 운동 방향은 시스템을 정면에서 볼 때, 상하로 움직일 경우 피칭(pitching) 운동이 되며, 좌우의 양방향으로 회전될 경우 롤링(rolling) 운동이 되고, 이러한 자유도 운동은 지그 블록 내에 배치된 베어링의 활용으로 운동성을 확보하도록 한다. 여기서, 피칭운동은 서포팅 축에 연결되어 있을 경우에는 회전형(rotational) 피칭운동을 의미하는 것이고, 즉 방향은 피칭이지만 서포터에 의한 회전 반경을 고려하여 피칭 운동의 제어신호를 산출하게 된다.
그리고, 이러한 회전형 피칭 운동뿐만 아니라, 일반적인 독립 부유체의 엄밀한 피칭운동 성능을 평가하여야 할 경우에 있어서는 타원형의 수중부유 무딘물체를 서포터로부터 분리하여 옆면에 독립적으로 원형 베어링을 설치하여 지그 블록에 부착하여 완전한 부유체 피칭운동 성능 평가를 수행하는 것도 가능하다.(도시하지 않음)
이와 같이 본 발명에 따른 비평형의 자세를 제어하기 위한 시스템은 외부에서 주어진 비평형 초기 조건에 대하여 내장된 기울기 센서의 값에 따라 내부의 모터(261)가 리니어 스크류 가이드(265)를 통해 탑재된 무게추(balancing weight)(263)를 이송시킴으로써 부력에 의한 외력과 평형을 이루도록 피드백(feedback) 제어 시스템을 작동하게 된다.
또한, 자세제어 장치의 지그 블록(400)은 내부에 볼 베어링을 활용하여 상부에 십자형 미세 교차로를 형성하여 두가지 운동을 한 구조물을 활용하여 평가되게 하거나 원형 베어링을 활용하여 각기 수직되는 교차축을 이루고 2단 형식으로 배열하여 각각의 원형 베어링이 한가지 운동을 평가하도록 배치하는 것도 가능하다. 이때에는 한가지 운동 평가를 수행할 때 다른 베어링은 고정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.(도시하지 않음)
이와 같이 본 발명은 무딘물체 측정부(200) 내부에 설치된 자세제어장치를 통해, 유동장, 즉 공기 및 유체 내부에 부유되는 상태일 때에는 부력(buoyancy) 등의 외력의 영향으로 비안정성(unstable)이 유발될 경우 근본적인 목적인 계측 작업의 수행이 불가능해지게 되는 단점을 극복하고, 무딘물체 내부에 설치된 무게추(balancing weight)가 하나의 움직이는 무게중심 역할을 수행하도록 외부와의 신호교환을 통해 자세제어 기능을 수행함으로써, 안정적이고 정확한 속도장 측정 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 일실시예로서, 무선통신을 이용한 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 적용되는 수중 무선통신장치가 장착된 무딘물체 측정부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 도 2및 도 3의 실시예와 무선통신을 이용하여 상기 자세제어 신호 및 속도장 측정 신호를 교환한다는 점에서 차이가 있고, 다른 구성은 모두 동일하여 이하 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에의 무딘물체 측정부(200)는 내부 탑재보드(250)에 수중 무선통신 장치(270)를 설치하여 구성하고, 외부의 통신부(500)와 연결하거나 직접적으로 중앙제어용 단말기(600)와 통신이 가능하도록 하는 시스템을 제공한다. 이와 같은 수중 무선통신은 블루투스 및 RF 신호를 활용하여 무선통신을 하는 것도 가능하다.
이처럼 본 발명의 실시예에서는 수중에 있는 무딘물체 측정부(200)와 무선통신을 통해 측정신호와 자세제어 신호를 교환함으로써, 신호연결선의 배선을 위한 복잡한 구성이 아니라, 간단하고 디자인 구성 자유도가 높은 무선통신을 이용함으로써, 다양한 구조의 지그블록 또는 자세제어장치를 설치하여 안정적이고 정밀한 속도장 측정 시스템을 제공할 수 있게 된다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 수조;
    상기 수조 내부에 위치하여, 초음파 속도장을 측정하고, 자세제어 가능한 수중부유 무딘물체(blunt body) 측정부;
    상기 무딘물체(blunt body)를 지지하고, 외부로 전기적 신호선을 연결하는 원형관 지지대;
    상기 무딘물체(blunt body)를 피칭(pitching) 및 롤링(rolling) 방향의 자유도를 갖도록 상기 원형관 지지대와 연결되어 지지되는 지그 블록;
    상기 무딘물체(blunt body)로부터 자세제어 신호 및 측정신호를 송수신하는 통신부;
    상기 통신부와 연결되어 상기 무딘물체 및 상기 지그 블록을 제어하고, 속도장 측정을 모니터링 하는 중앙제어용 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무딘물체(blunt body) 측정부는,
    방수형 무딘물체(blunt body) 케이스와,
    상기 케이스 전면에 설치된 초음파 속도장 프로브와,
    상기 무딘물체(blunt body)의 기울기를 측정하는 기울기 센서 또는 자이로센서와,
    상기 무딘물체(blunt body)의 자세제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자세제어 장치는,
    2개의 무게추와, 상기 2개의 무게추를 이동시키는 교차하여 설치된 리니어 스크류 가이드와, 상기 리니어 스크류 가이드를 통해 상기 무게추를 이동하도록 구동하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템.
  4. 수조;
    상기 수조 내부에 위치하여, 초음파 속도장을 측정하고, 자세제어 가능하며, 외부와 수중 무선통신이 가능한 수중부유 무딘물체(blunt body) 측정부;
    상기 무딘물체(blunt body)를 지지하고, 상기 무딘물체(blunt body)를 피칭(pitching) 및 롤링(rolling) 방향의 자유도를 갖도록 지지되는 지그 블록;
    상기 무딘물체(blunt body)로부터 자세제어 신호 및 측정신호를 송수신하는 무선 통신부;
    상기 무선 통신부와 연결되어 상기 무딘물체 및 상기 지그 블록을 제어하고, 속도장 측정을 모니터링 하는 중앙제어용 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무딘물체(blunt body) 측정부는,
    방수형 무딘물체(blunt body) 케이스와,
    상기 케이스 전면에 설치된 초음파 속도장 프로브와,
    상기 무딘물체(blunt body)의 기울기를 측정하는 기울기 센서 또는 자이로센서와,
    상기 무딘물체(blunt body)의 자세제어 장치와,
    외부와 무선통신이 가능한 수중 무선통신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 자세제어 장치는,
    2개의 무게추와, 상기 2개의 무게추를 이동시키는 교차하여 설치된 리니어 스크류 가이드와, 상기 리니어 스크류 가이드를 통해 상기 무게추를 이동하도록 구동하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 무선 통신부는,
    상기 중앙제어용 단말기 내부에 내장된 것을 특징으로 하는 자세제어 장치를 갖는 무딘물체(blunt body)를 이용한 속도장 측정 시스템.
KR1020110090227A 2011-09-06 2011-09-06 자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템 KR101222924B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110090227A KR101222924B1 (ko) 2011-09-06 2011-09-06 자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110090227A KR101222924B1 (ko) 2011-09-06 2011-09-06 자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101222924B1 true KR101222924B1 (ko) 2013-01-21

Family

ID=47841990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110090227A KR101222924B1 (ko) 2011-09-06 2011-09-06 자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101222924B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220168904A (ko) * 2021-06-17 2022-12-26 호원대학교산학협력단 수중 잠수체 매몰 데이터 획득 장치 및 수중 잠수체에 대한 매몰 예측 모델 생성 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050111904A (ko) * 2004-05-24 2005-11-29 학교법인 포항공과대학교 임상용 ｘ선을 이용한 속도장 측정 시스템
KR20060001361A (ko) * 2004-06-30 2006-01-06 학교법인 포항공과대학교 프로펠러 유입유동의 전속도 측정시스템과 이를 이용한측정방법
US20080015440A1 (en) 2006-07-13 2008-01-17 The Regents Of The University Of Colorado Echo particle image velocity (EPIV) and echo particle tracking velocimetry (EPTV) system and method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050111904A (ko) * 2004-05-24 2005-11-29 학교법인 포항공과대학교 임상용 ｘ선을 이용한 속도장 측정 시스템
KR20060001361A (ko) * 2004-06-30 2006-01-06 학교법인 포항공과대학교 프로펠러 유입유동의 전속도 측정시스템과 이를 이용한측정방법
US20080015440A1 (en) 2006-07-13 2008-01-17 The Regents Of The University Of Colorado Echo particle image velocity (EPIV) and echo particle tracking velocimetry (EPTV) system and method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220168904A (ko) * 2021-06-17 2022-12-26 호원대학교산학협력단 수중 잠수체 매몰 데이터 획득 장치 및 수중 잠수체에 대한 매몰 예측 모델 생성 시스템
KR102601016B1 (ko) * 2021-06-17 2023-11-09 호원대학교산학협력단 수중 잠수체 매몰 데이터 획득 장치 및 수중 잠수체에 대한 매몰 예측 모델 생성 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100973756B1 (ko) 모형선박 시험장치 및 이를 이용한 시험방법
CN103439230B (zh) 一种气泡参数测量方法及测量装置
CN109268621B (zh) 基于电致动材料驱动的管道检测机器人、管道检测系统
CN104198759B (zh) 一种可测量浑浊流体三维流动信息的装置
CN203349841U (zh) 一种舰船波浪运动检测装置
CN109084736A (zh) 一种海洋流速断面观测系统及观测方法
CN203785995U (zh) 一种气泡参数测量装置
KR20180013624A (ko) 실해역의 파랑 운동 시뮬레이션 시스템
KR101222924B1 (ko) 자세제어 장치를 갖는 수중부유 무딘물체를 이용한 속도장 측정 시스템
KR102213449B1 (ko) 초음파 스캐너
CN108196086B (zh) 一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置及其使用方法
KR101469070B1 (ko) 유동 유체용 하이브리드 센서 및 이를 이용한 유동 유체 모니터링 시스템
CN116183162B (zh) 浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置和方法
KR101543642B1 (ko) 다축으로 제어 가능한 수중이동 영상 계측장치 및 이를 사용하는 영상계측 모듈 시스템
JP6894074B2 (ja) ブイ式潮流計測装置及び潮流計測方法
Rhinefrank et al. High resolution wave tank testing of scaled wave energy devices
CN115355829A (zh) 一种隔震支座的位移测量装置及其位移测量方法
CN108195432A (zh) 一种电子浮标
RU2739871C1 (ru) Подвижный подводный носитель, оснащенный системой горизонтальной угловой стабилизации относительно вертикальных плоскостных гидротехнических сооружений
JP6753723B2 (ja) 漏水測定装置および漏水測定方法
CN209028093U (zh) 一种压力摆动式三向测速测向装置
CN111811777A (zh) 一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置
CN220709183U (zh) 一种基于悬空动力机构的加速度计校准装置
Patterson et al. INSTRUMENTATION OF A WEC DEVICE FOR CONTROLS TESTING.
RU2413232C2 (ru) Устройство для определения скорости и направления течения жидкости

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161220

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171208

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 8