WO2017014446A1 - 회전체 회전 주기 측정 시스템 - Google Patents

회전체 회전 주기 측정 시스템 Download PDF

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최해천
김지유
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서울대학교산학협력단
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    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • G01V8/14—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver using reflectors

Definitions

  • the present invention relates to a rotating body rotation period measuring system, and more particularly, to a rotating body rotation period measuring system for accurately measuring a period and a rotating phase angle of a rotating body in order to evaluate a measured value of a flow field of the rotating body.
  • a measuring device such as a hot wire tachometer, a Pitot tube, or a particle imaging tachometer is placed around the rotor. Measure the change in flow field over time.
  • a light emitter 1 for irradiating light and a light receiver 2 for detecting light emitted from the light projector 1 are provided, and a rotating body 3 is disposed between the light projector 1 and the light receiver 2.
  • the blade 4 of the rotor 3 rotates, the light irradiated from the transmitter 1 according to the rotational phase of the blade 4 passes through the space between the blade 4 and the blade 4 and the light receiver 2. It may be transmitted to or may be blocked by the wing 4 and may not be transmitted to the receiver 2.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, even in the case of the structure that the wings of the rotor overlap with the adjacent blades of each other, the rotor rotation that can effectively measure the rotation period and phase of the rotor It is an object to provide a periodic measurement system.
  • Rotating body rotation period measuring system for achieving the above object, the rotating body is rotated by a motor having at least one blade (blade); At least one reflective member attached to a wing of the rotating body; A light projector for irradiating light onto a rotation path of the reflective member that rotates together with the blades of the rotating body; A light receiver disposed on a path of the reflected light such that light emitted from the light projector senses reflected light reflected from the reflective member; And a controller configured to receive a signal from which the reflected light is sensed by the receiver and measure a time when the reflected light is detected by the receiver.
  • a motor having at least one blade (blade); At least one reflective member attached to a wing of the rotating body; A light projector for irradiating light onto a rotation path of the reflective member that rotates together with the blades of the rotating body; A light receiver disposed on a path of the reflected light such that light emitted from the light projector senses reflected light reflected from the
  • the rotating body rotation period measuring system has an effect of effectively grasping the rotation period and the rotational phase of the rotating body regardless of the structure of the blade of the rotating body to effectively evaluate the flow field measurement data of the rotating body.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a conventional rotating body rotation period measurement system.
  • Figure 2 is a schematic diagram for explaining a rotation period measurement system of a rotating body according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram for explaining a rotation period measurement system of a rotating body according to an embodiment of the present invention.
  • the rotating body rotation period measuring system of the present embodiment includes a rotating body 40, a reflecting member 50, a light emitter 10, a light receiver 20, and a controller 30.
  • the rotor 40 has at least one blade 41 and rotates by a motor.
  • the rotating body 40 may be an axial fan having a plurality of vanes 41 or may be a centrifugal fan having a plurality of vanes 41. In this embodiment, the case of the rotating body 40 provided with the some blade 41 is demonstrated as an example.
  • Such a rotating body 40 is generally configured such that the wings 41 of the rotating body 40 overlap each other with the adjacent blades 41 along the circumferential direction. Therefore, it is impossible for the light to pass through the blades 41 of the rotating body 40 to be transmitted in the opposite direction.
  • the reflective member 50 is attached to the blade 41 of the rotating body 40.
  • the reflective member 50 may be attached to one of the blades 41 of the rotating body 40 and may be attached to each wing 41 or alternately to each wing 41.
  • the light projector 10 irradiates light on the rotation path of the reflective member 50 attached to the vanes 41 of the rotating body 40.
  • the light projector 10 of the present embodiment irradiates laser light.
  • the reflective member 50 attached to the blade 41 of the rotating body 40 is moved along the circumferential path.
  • the light projector 10 irradiates light on the rotation path of the reflective member 50. Therefore, the reflective member 50 which rotates together with the wing 41 passes through the path of light irradiated from the light projector 10 once every 360 degrees and reflects the light emitted from the light projector 10.
  • the light receiver 20 detects the reflected light reflected from the light emitter 10 to the reflective member 50 to generate a detection signal.
  • the light receiver 20 is disposed on the path of the reflected light in which the light irradiated from the light emitter 10 is reflected on the reflective member 50.
  • the light receiver 20 Since the light receiver 20 is disposed on the path of the reflected light of the light irradiated from the light emitter 10, the light receiver 20 is disposed in the same direction as the light emitter 10 with respect to the rotating body 40. That is, when the light emitter 10 is disposed in front of the rotor 40, the light receiver 20 is also disposed in front of the rotor 40.
  • the controller 30 receives a signal that the light receiver 20 detects the reflected light reflected by the reflective member 50, and measures a time when the reflected light is sensed by the light receiver 20.
  • the light projector 10 irradiates a laser light to a point on the rotation path of the reflecting member 50 which rotates together with the blade 41.
  • the reflective member 50 reflects light while passing through the path of the laser light every time it rotates 360 degrees.
  • the light receiver 20 is disposed on a path of light reflected by the reflecting member 50 to generate a light receiving signal each time the reflected light is detected.
  • the controller 30 grasps and records the time each time a light receiving signal generated by the light receiver 20 is detected.
  • the controller 30 can accurately determine the rotation period and the phase of the blade 41 to which the reflective member 50 is attached. That is, the rotation period of the reflection member 50 can be grasped by using the interval at which the attendance signal is detected, and when the time between the rotation periods and the 360 degree rotation angle of the reflection member 50 are calculated proportionally, the reflection is performed at each time. It is possible to accurately calculate the phase angle of the member 50.
  • the wings 41 of the rotating body 40 are configured to overlap with the adjacent wings 41 so that even if the light irradiated from the light 10 can not penetrate the rotating body 40 is shown in FIG.
  • the wings 41 of the rotating body 40 are configured to overlap with the adjacent wings 41 so that even if the light irradiated from the light 10 can not penetrate the rotating body 40 is shown in FIG.
  • the reflective member 50 may be configured to be relatively small, attached to an appropriate point of the wing 41, and reflected light reflected by the reflective member 50 using the light receiver 20 and the controller 30.
  • the rotation period and phase of the blade 41 are much more precisely compared to the conventional method of detecting light transmitted between the wing and the wing (especially when the gap between the wings is wide). There is an advantage to knowing the phase.
  • a measuring device such as a hot wire flowmeter, a Pitot tube, or a particle imaging flow meter is placed around the rotating body 40, and the flow field is measured over time.
  • the reflective member 50 has been described as being attached to the wing 41 in the above, but in some cases, the entirety of the wing 41 may be configured as the reflective member 50.
  • the light irradiated by the projector 10 is described as being laser light, but the projector 10 may be configured to irradiate other types of light other than the laser light.
  • the light projector 10 for irradiating visible light.
  • the light receiver 20 is disposed at a position and an angle capable of receiving only visible light reflected by the reflective member 50.
  • the reflective member 50 may be attached to each wing 41, may be alternately attached to the wing 41, or may be attached only to one of the wings 41.

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Abstract

본 발명은 회전체 회전 주기 측정 시스템에 관한 것으로서, 회전체의 유동장을 측정한 측정값을 평가하기 위해서 회전체의 주기와 회전 위상각을 정확하게 측정하기 위한 회전체 회전 주기 측정 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 회전체 회전 주기 측정 시스템은, 회전체의 날개의 구조에 관계 없이 회전체의 회전 주기와 회전 위상을 정확하게 파악하여 회전체의 유동장 측정 데이터를 효과적으로 평가할 수 있는 효과가 있다.

Description

회전체 회전 주기 측정 시스템
본 발명은 회전체 회전 주기 측정 시스템에 관한 것으로서, 회전체의 유동장을 측정한 측정값을 평가하기 위해서 회전체의 주기와 회전 위상각을 정확하게 측정하기 위한 회전체 회전 주기 측정 시스템에 관한 것이다.
회전체나 헬리콥터의 날개, 무인 비행체의 날개와 같이 회전하는 날개의 유체역학적 성능을 평가하기 위해서, 회전체의 주위에 열선 유속계, 피토 튜브(Pitot tube) 또는 입자 영상 유속계와 같은 측정 장치를 배치하고 시간의 흐름에 따른 유동장의 변화를 측정한다.
이와 같은 측정 장치에 의해 측정한 값을 평가하기 위해서는 회전체 날개의 시간의 흐름에 따른 위상을 정확하게 알아야 할 필요가 있다. 시간의 흐름에 따른 회전체의 위상과 그 위상에 대응하는 측정 장치의 측정값을 대응시킴으로써 회전체 날개의 유체역학적 성능을 정확하게 평가하는 것이 가능하다.
회전체 날개의 회전 주기 또는 위상을 측정하기 위해서 종래에는 도 1에 도시된 것과 같은 장치를 사용하였다.
빛을 조사하는 투광기(1)와 그 투광기(1)에서 조사되는 빛을 감지하는 수광기(2)를 마련하고 투광기(1)와 수광기(2) 사이에 회전체(3)를 배치한다. 회전체(3)의 날개(4)가 회전하면 날개(4)의 회전 위상에 따라 투광기(1)에서 조사되는 빛이 날개(4)와 날개(4) 사이의 공간을 통해서 수광기(2)에 전달되기도 하고, 날개(4)에 막혀서 수광기(2)에 전달되지 못하기도 한다.
이와 같이 날개(4)의 회전 위상에 따라 수광기(2)에 빛이 감지되는지 여부를 이용하여 회전체(3) 날개(4)의 회전 속도, 회전 주기, 위상각 등을 파악하는 것이 가능하다.
그런데, 원심팬과 같이 회전체에 사용되는 날개가 서로 중첩되도록 구성된 경우에는 투광기에서 조사하는 빛이 통과할 날개들 사이의 공간이 없기 때문에 종래와 같은 방법으로 원심팬의 유동장 성능을 평가할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 회전체의 날개 구조에 관계 없이 회전체의 회전 주기, 회전 속도, 날개의 위상 등을 효과적으로 파악할 수 있는 구성이 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 회전체의 날개들이 서로 인접하는 날개와 중첩되는 구조인 경우에도 회전체의 회전 주기와 위상을 효과적으로 측정할 수 있는 회전체 회전 주기 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전체 회전 주기 측정 시스템은, 모터에 의해 회전하고 적어도 하나의 날개(blade)를 구비하는 회전체; 상기 회전체의 날개에 부착되는 적어도 하나의 반사 부재; 상기 회전체의 날개와 함께 회전하는 상기 반사 부재의 회전 경로 상에 빛을 조사하는 투광기; 상기 투광기에서 조사된 빛이 상기 반사 부재에 반사된 반사광을 감지하도록 상기 반사광의 경로 상에 배치되는 수광기; 및 상기 수광기에 상기 반사광이 감지된 신호를 수신하여 상기 반사광이 상기 수광기에 감지된 시각을 측정하는 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명에 따른 회전체 회전 주기 측정 시스템은, 회전체의 날개의 구조에 관계 없이 회전체의 회전 주기와 회전 위상을 정확하게 파악하여 회전체의 유동장 측정 데이터를 효과적으로 평가할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 회전체 회전 주기 측정 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 회전체 회전 주기 측정 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
이하에서는 본 발명에 의한 회전체 회전 주기 측정 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명한다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 회전체 회전 주기 측정 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 회전체 회전 주기 측정 시스템은 회전체(40)와 반사 부재(50)와 투광기(10)와 수광기(20)와 제어부(30)를 포함하여 이루어진다.
회전체(40)는 적어도 하나의 날개(41)(blade)를 구비하고 모터에 의해 회전한다. 회전체(40)는 복수의 날개(41)를 구비하는 축류 팬일 수도 있고 역시 복수의 날개(41)를 구비하는 원심 팬일 수도 있다. 본 실시예에서는 복수의 날개(41)를 구비하는 회전체(40)인 경우를 예로 들어 설명한다.
이와 같은 회전체(40)는 대체로 회전체(40)의 날개(41)들이 원주 방향을 따라 인접하는 날개(41)들과 서로 중첩되도록 구성된다. 따라서 빛이 회전체(40)의 날개(41)들 사이를 투과하여 반대 방향까지 전달되는 것이 불가능하다.
반사 부재(50)는 회전체(40)의 날개(41)에 부착된다. 반사 부재(50)는 회전체(40)의 날개(41)들 중 하나에 부착될 수도 있고 각 날개(41)마다 부착되거나 날개(41)마다 번갈아 부착되는 것도 가능하다.
투광기(10)는 회전체(40)의 날개(41)에 부착된 반사 부재(50)의 회전 경로 상에 빛을 조사한다. 본 실시예의 투광기(10)는 레이저 광을 조사한다. 회전체(40)의 날개(41)에 부착된 반사 부재(50)는 원주 경로를 따라 움직이게 된다. 투광기(10)는 반사 부재(50)의 회전 경로 상에 빛을 조사한다. 따라서 날개(41)와 함께 회전하는 반사 부재(50)는 360도 회전할 때마다 1회 투광기(10)에서 조사되는 빛의 경로를 지나게 되고 투광기(10)에서 조사되는 빛을 반사하게 된다.
수광기(20)는 투광기(10)에서 조사된 빛이 반사 부재(50)에 반사되는 반사광을 감지하여 감지 신호를 발생시킨다. 수광기(20)는 투광기(10)에서 조사된 빛이 반사 부재(50)에 반사되는 반사광의 경로 상에 배치된다.
수광기(20)는 투광기(10)에서 조사된 빛의 반사광의 경로 상에 배치되므로, 회전체(40)에 대해 투광기(10)와 같은 방향에 배치된다. 즉, 투광기(10)가 회전체(40)의 전방에 배치되면 수광기(20)도 회전체(40)의 전방에 배치된다.
제어부(30)는 반사 부재(50)에 반사된 반사광을 수광기(20)가 감지하는 신호를 수신하여 그 반사광이 수광기(20)에 감지된 시각을 측정한다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 회전체 회전 주기 측정 시스템의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 투광기(10)는 날개(41)와 함께 회전하는 반사 부재(50)의 회전 경로 상의 한 지점에 레이저 광을 조사한다. 반사 부재(50)는 360도 회전할 때마다 레이저 광의 경로를 지나면서 빛을 반사한다.
수광기(20)는 반사 부재(50)에 의해 반사되는 빛의 경로 상에 배치되어, 반사광이 감지될 때마다 수광 신호를 발생시킨다.
제어부(30)는 수광기(20)에서 발생하는 수광 신호가 감지될 때마다의 시각을 파악하여 기록한다.
제어부(30)는 반사 부재(50)가 부착된 날개(41)의 회전 주기와 위상을 정확하게 파악할 수 있다. 즉, 수강 신호가 감지되는 간격을 이용하여 반사 부재(50)의 회전 주기를 파악할 수 있고, 회전 주기 사이의 시각과 반사 부재(50)의 360도 회전 각도를 비례식으로 계산하면 각 시각마다의 반사 부재(50)의 위상각을 정확하게 계산하는 것이 가능하다.
특히, 회전체(40)의 날개(41)들이 인접하는 날개(41)들과 서로 중첩되도록 구성되어 투광기(10)에서 조사하는 빛이 회전체(40)를 투과할 수 없는 경우에도 도 1을 참조하여 설명한 종래의 회전체 회전 주기 측정 시스템과 달리, 날개(41)의 회전 주기와 위상을 효과적으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 즉, 투광기(10)와 수광기(20)와 회전체(40)를 기준으로 같은 방향에 위치하기 때문에 회전체(40)의 날개(41)의 구조에 관계없이 회전체(40) 및 날개(41)의 회전 주기와 위상을 효과적으로 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있다.
또한, 날개(41)에 부착된 반사 부재(50)의 위치나 크기를 조절함으로써 종래의 방법에 비해 회전체(40)의 회전 주기를 더욱 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 반사 부재(50)의 크기를 비교적 작게 구성하여 날개(41)의 적절한 지점에 부착하고 수광기(20)와 제어부(30)를 이용하여 반사 부재(50)에 의해 반사되는 반사광을 감지하는 방법으로 날개(41)의 회전 주기와 위상을 계산하면, 종래에 날개와 날개의 사이로 투과하는 빛을 감지하는 방법에 비해(특히 날개 사이의 간격이 넓은 경우) 훨씬 정확하게 날개의 회전 주기와 위상을 파악할 수 있는 장점이 있다.
회전체(40) 주위의 유동장을 분석하기 위해서 회전체(40) 주위에 열선 유속계, 피토 튜브(Pitot tube) 또는 입자 영상 유속계와 같은 측정 장치를 배치하고 시간의 흐름에 따른 유동장의 변화를 측정하면서 본 실시예의 회전체 회전 주기 측정 시스템을 이용하여 날개(41)의 회전 주기와 위상을 측정하면, 날개(41)의 위상각과 주기에 따른 측정 장치의 측정값의 변화를 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명에 따른 회전체 회전 주기 측정 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 구조로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 반사 부재(50)는 날개(41)에 부착되는 것으로 설명하였으나 경우에 따라서 날개(41) 전체가 반사 부재(50)로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 앞에서 투광기(10)가 조사하는 빛은 레이저 광인 것으로 설명하였으나, 투광기(10)는 레이저 광이 아닌 다른 종류의 빛을 조사하도록 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어 가시광선을 조사하는 투광기(10)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우 수광기(20)는 반사 부재(50)에 반사되는 가시광선만 수광할 수 있는 위치와 각도에 배치된다.
앞에서 설명한 것과 같이 반사 부재(50)는 날개(41)마다 부착할 수도 있고 날개(41)에 교대로 부착하는 것도 가능하며 날개(41) 중의 하나에만 부착할 수도 있다.

Claims (4)

  1. 모터에 의해 회전하고 적어도 하나의 날개(blade)를 구비하는 회전체;
    상기 회전체의 날개에 부착되는 적어도 하나의 반사 부재;
    상기 회전체의 날개와 함께 회전하는 상기 반사 부재의 회전 경로 상에 빛을 조사하는 투광기;
    상기 투광기에서 조사된 빛이 상기 반사 부재에 반사된 반사광을 감지하도록 상기 반사광의 경로 상에 배치되는 수광기; 및
    상기 수광기에 상기 반사광이 감지된 신호를 수신하여 상기 반사광이 상기 수광기에 감지된 시각을 측정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전체 회전 주기 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투광기는 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 회전체 회전 주기 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전체는 복수의 날개를 구비하고 상기 투광기에서 조사된 빛이 상기 회전체를 투과할 수 없도록 상기 날개들은 원주방향을 따라 서로 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회전체 회전 주기 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사 부재는 상기 회전체의 복수의 날개들 중 어느 하나에 부착되는 것을 특징으로 하는 회전체 회전 주기 측정 시스템.
PCT/KR2016/007193 2015-07-17 2016-07-04 회전체 회전 주기 측정 시스템 WO2017014446A1 (ko)

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