KR101555663B1 - 모형빙판 처짐 계측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위 측정 센서를 모형빙판 위에 위치시키고 일정 하중을 센서 주위에 가하여 모형빙판의 처짐을 유발시킨 후, 모형빙판의 정확한 처짐 변위를 자동으로 측정할 수 있는 방법으로서, 계측된 처짐 변위를 사용하여 모형빙판의 물리적 특성인 탄성계수를 산출할 수 있는 방법이다. 모형빙판의 손상을 유발하지 않고 처짐 변위를 계측할 수 있어 본 발명은 학술적으로 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

모형빙판 처짐 계측 방법{Method for Model Ice's Deflection Measuring}

본 발명은 빙수조의 모형빙판(Model Ice) 처짐 변위를 계측할 수 있는 방법에 관한 것이다.

빙수조라 함은 폭과 길이가 수십 미터에 달하며, 통상 20 내지 100 mm 두께의 모형빙판을 생성하고 모형선박이나 해양구조물을 사용하여 빙성능 시험을 하는 곳이다(도 1).

빙수조에서는 에틸렌글리콜 등을 사용하여 모형빙판을 생성하는데(도 1), 여기서 생성된 모형빙판은 북극해의 해빙과는 물리적 특성이 달라지며 모형빙판 안에는 일부 미세한 기포가 생성되기도 한다.

모형선박이나 모형해양구조물을 사용하여 빙성능 시험을 하기 위해서는 모형빙판의 물리적 특성 (특히 강성을 나타내는 탄성계수)을 알아야 하는데, 특정 학술 이론을 적용하면 특성을 산출할 수가 있다. 특정 이론을 적용하기 위해서는 모형빙판의 처짐을 알아야 하는데 에틸렌글리콜 등이 첨가된 물이 모형빙판 밑에 있어 구조물의 처짐을 측정하는 일반적 방식으로는 처짐을 측정할 수가 없다.

모형빙판의 처짐을 유도하기 위해 적합한 방법을 유도하고 장비가 도입되어야 변위 측정이 되고, 변위와 장비에 가해지는 하중간의 관계식에 의해 모형빙의 탄성계수 산출이 가능하다.

본 발명은 일반 구조물의 처짐을 측정하는 상황과는 다른 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 변위를 측정하는 LVDT 센서를 모형빙판위에 놓이게 하고, 모형빙판 위에 일정한 원형면적에 하중을 전달하기 위해 원형 판으로 구성된 파트가 하강하여 하중을 모형빙판에 가함으로써 모형빙판의 정확한 처짐 변위를 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 모형빙판의 처짐 변위를 계측하는 방법으로서,

모형빙판의 변위를 측정하는 LVDT 센서와 이를 지지하는 2개의 원형판과, 이를 수동 엑츄에이터에 부착하는 판 지그와 이 전체 부분을 지그에 부착하는 계측부 및;

두 개의 원판으로 되어 있고 그 사이에 LVDT 센서를 지지하는 계측부를 리니어 베어링과 축으로 연결하며 계측시 필요한 하중을 전달 하는 하중부 ;

LVDT 센서에서 측정된 변위는 전압으로 DAQ (data acquisition)로 전달되고 이 DAQ에 전력을 공급하는 DC 파워부로 구성되는 제어부 ;

DAQ로부터 데이터를 받아 물리적 특성을 연산하는 PC와 프로그램이 포함된 연산부 ;

를 포함하는 처짐 계측용 센서를 이용한 모형빙판 처짐 계측 방법으로서,

계측부, 하중부, 제어부, 연산부가 부착된 예인전차가 모형빙판 위를 이동하다 두께를 계측할 시점과 위치가 되면 위치하는 단계;

LVDT 센서가 부착된 계측부의 수동 엑츄에이터를 작동하여 센서가 모형빙판의 상부에 안착하는 단계;

하중부가 밑으로 리니어 베어링을 통해 하강하여 모형빙판의 상부에 안착하는 단계와 필요시 추가로 하중추를 하중부 상단에 위치시켜 모형빙판의 처짐을 유발하는 단계 ;

LVDT 센서가 모형빙판의 처짐량을 전압으로 DAQ에 송신하고 DAQ가 이를 PC에 전송하는 단계 ;

PC가 측덩된 전압 값을 받아들여 데이터로 저장하는 단계 및 ;

PC에서 측덩된 전압 값을 수치 계산하여 모형빙판의 탄성계수를 산출해 내는 모형빙판 처짐 변위 계측 방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 빙수조 안에 넓게 분포되어 있는 모형빙판의 탄성계수를 알아내기 위하여 모형빙판 의 손상을 유발하지 않고 반자동으로 정확하게 처짐을 측정할 수 있다. 모형빙판의 물리적 특성을 알 수 있는 별다른 방법이 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 모형빙판이 얼어 있는 빙수조와 예인 전차를 보여주는 사진.
도 2는 본 발명에 따른 모형빙판 처짐 변위 계측용 장치의 개념을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 모형빙판 처짐 변위 계측용 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 모형빙판 처짐 변위 계측용 장치의 제어부 도면.
도 5는 본 발명에 따른 모형빙판 처짐 변위 계측용 장치의 연산부 소프트웨어 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 변위 측정 센서를 모형빙판 위에 위치시키고 일정 하중을 센서 주위에 가하여 모형빙의 처짐을 유발시키고 모형빙의 정확한 처짐 변위를 자동으로 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 모형빙판 처짐 변위 계측 방법은, 본 발명이 제안하는 모형빙판 변위 측정 장치를 이용하여 구현되는 바, 이하에서는 모형빙판 처짐 변위 계측용 장치에 대하여 먼저 설명한 후 이를 바탕으로 모형빙판 처짐 변위 계측 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 모형빙판 처짐 변위 계측용 장치는 빙수조의 예인 전차에 연결되어 모형빙의 변위를 계측하게 되는데, 크게 계측부(10), 하중부(20), 제어부(30)와 연산부(40)의 4가지 구성요소로 이루어진다 (도 3).

계측부(10)에는 모형빙판의 처짐을 게측하는 LVDT 센서(11)와 2개의 원판(12, 13)과 이 계측부를 상하로 이동시키는 수동 엑츄에이터에(14) 연결하는 지그 (15)와 수동 엑츄에이터를 예인전차 작업대 에 연결하는 지그 (16)로 되어있다.

하중부(20)는 2개의 원판(21,22)과 이 원판을 연결하며 지지하는 리니어 샤프트(23)와 리니어 베어링(24) 그리고 상부에 무게추를 올려 놓을 때 고정하는 지그 부분(25)으로 되어 있다(도 3). 하중부는 계측부의 LVDT 센서가 모형빙 판 상부에 안착된 후 일차적으로 조심스럽게 모형빙판 위에 놓이게 되며 필요시 무게 추가 올려 진다.

제어부(30) 는 LVDT 센서와 DAQ(31) 에 전력을 전달하는 DC 파워공급기 (32)로 구성되며 이는 220 V 전력에 전력공급선(C)로 연결된다. LVDT 센서에서 DAQ로 전선(A)에 의해 측정된 처짐 변위 정보가 전압으로 전송된다.

연산부 (40)는 PC 와 DAQ 데이터를 처리하는 소프트웨어로 구성되는데 USB 케이블(B)로 DAQ와 PC 가 연결된다.

모형빙판의 계측부(10)는 예인 전차에 연결(도 1)되어 예인 전차의 이동과 함께 모형빙의 위로 이동하게 되는데, 모형빙판의 처짐 변위 계측시 수동액츄에이터 (14)로 LVDT 센서(10)를 조심스럽게 하강시켜 모형빙의 상면에 밀착한 상태를 유지한다(도 3). 이어서 하중부(20)가 모형빙판 위에 놓이게 조심스럽게 모형빙판 위에 놓여지게 되며 원하는 하중 만큼 무게추가 지그(25)에 고정된다. 이때 하중부(20)는 리니어 샤프트 (23)로 지지되며 리니어 베어링 (24)을 통해 하강하게 되는데 작업자가 조절하여 천천히 하강하여 모형빙판에 위치함으로써 하중이 전달되게 한다. 모형빙판의 처짐이 발생하게 되면 계측(10)의 LVDT 센서(11)의 변위 정보는 전선(A)를 통해 전압으로 제어부 (30)의 DAQ (31) 로 전달되고 DAQ(31) 정보는 USB 케이블(B)로 연산부(40)의 PC 에 전달되어 계산되는 방법이다. 연산부의 (C)는 전력동력선이다.

특정 지점에서의 모형빙의 처짐 변위 계측이 완료되면, 작업자는 예인전차를 이동시킨 후 또 다른 지점에서의 모형빙의 두께 계측을 시도한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 상기 과정을 반복함으로써 빙수조 안에 넓게 분포되어 있는 모형빙의 처짐 변위를 정확하게 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 : 계측부
11 : LVDT 센서
12 : 계측부 제 1 원판
13 : 계측부 제 2 원판
14 : 수동 엑츄에이터
15 : 계측부 제 1 지그
16 : 계측부 제 2 지그
20 : 하중부
21 : 하중부 제 1 원판
22 : 하중부 제 2 원판
23 : 리니어 샤프트
24 : 리니어 베어링
25 : 하중부 지그
30 : 제어부
31 : DAQ
32 : DC power supply
40 : 연산부

Claims (4)

1. 빙수조의 예인 전차에 연결되어 모형빙판의 처짐 변위를 계측하는 방법으로서,
   모형빙판의 변위를 측정하는 LVDT 센서와 이를 지지하는 지그로 예인전차에 부착하는 계측장치 및;
   계측시 필요한 하중을 전달 하는 하중장치 ;
   측정 데이터를 받아들이고 전력을 공급하는 DC 파워부로 구성되는 제어장치 ;
   DAQ로부터 데이터를 받아 물리적 특성을 연산하는 PC와 프로그램이 포함된 연산장치 ; 를 포함하는 처짐 계측용 센서를 이용한 모형빙 처짐 계측 방법으로서,
   계측부, 하중부, 제어부, 연산부가 부착된 예인전차가 모형빙 위를 이동하다 두께를 계측할 시점과 위치가 되면 위치하는 단계;
   LVDT 센서가 부착된 계측부의 수동 엑츄에이터를 작동하여 센서가 모형빙판의 상부에 안착하는 단계;
   하중부가 밑으로 리니어 베어링을 통해 하강하여 모형빙판의 상부에 안착하는 단계와 필요시 추가로 하중추를 하중부 상단에 위치시켜 모형빙판의 처짐을 유발하는 단계 ;
   LVDT 센서가 모형빙판의 처짐량을 전압으로 DAQ에 송신하고 DAQ가 이를 PC에 전송하는 단계 ;
   PC가 전압 값을 받아들여 데이터로 저장하는 단계 및 ;
   PC에서 전압 값을 수치 계산하여 모형빙판의 탄성계수를 산출하는 단계를 포함하는 모형빙판 처짐 계측 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   계측부는 예인 전차에 연결되어 예인 전차의 이동과 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 모형빙판의 처짐 계측 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   하중부는 계측부에 연결되어 예인 전차의 이동과 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 모형빙판의 처짐 계측 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   계측부의 처짐 변위 센서는 접촉식이 가능한 모형빙판을 손상시키지 않고 비접촉식으로도 모형빙판의 처짐 계측이 가능한 방법.
   

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