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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이기수
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 동명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
이 논문의 연구 히스토리 (11)
2021
초음파 센서 1차 Matching layer 두께에 따른 미세누설 특성연구
서원준
,
손성진
,
임석연
외 1명
한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회
2021.11
학술대회자료
초음파 센서의 가스 챔버 미세누설 수신 특성에 관한 연구
서원준
,
손성진
,
임석연
외 1명
대한기계학회 춘추학술대회
2021.11
학술대회자료
가스연료 계측용 초음파 센서의 1차 정합층 두께에 따른 수신 신호 특성 연구
서원준
,
손성진
,
임석연
한국트라이볼로지학회 학술대회
2021.10
학술대회자료
초음파 센서의 1차 정합층 두께에 따른 가스탱크 미세누설 수신특성
서원준
,
손성진
,
임석연
Tribology and Lubricants
2021.10
학술저널
Gaussian distribution을 이용한 미세누설 감지용 초음파 센서의 수신특성연구
서원준
,
손성진
,
임석연
외 1명
한국트라이볼로지학회 학술대회
2021.04
학술대회자료
가스연료탱크 미세누설 계측용 초음파센서의 최적화 및 송·수신 특성에 관한 연구
서원준
기계시스템공학과
2021.01
학위논문
2020
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초록· 키워드
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현대사회는 급격한 산업화로 인해 화석연료의 사용은 불가피한 실정
이다. 하지만 전 세계적으로 환경오염, 석유 자원의 고갈 등의 문제가
대두되고 있다. 이러한 이유로 천연자원의 효율적인 사용 및 대체 에너
지에 대한 관심과 연구가 증가하고 있다.
CNG차량은 유해가스 저감 및 높은 발열량을 가지고, PM, NOx, CO2
의 배출이 적은 장점을 가지고 있으며, 연료전지 차량은 환경오염 저감
효과를 가지고 있다. 이 두 가지 에너지원은 저장 탱크에 고압으로 저장
하는 공통점을 가지고 있다. 하지만 수소 및 천연가스는 기존의 석유자
원에 비해 폭발위험계수가 높은 인화성 기체로 사회적으로 부정적인 인
식이 높다. 따라서 인식개선을 위한 신뢰성 있는 연료 계측 방식의 제시
가 필요하다.
본 연구에서는 매질의 밀도에 따라 다양한 특성을 보이는 초음파를
이용하여 고압가스연료의 미세누설 계측에 사용하고자 하였다. 연구를 진행하기 위해 먼저 초음파 센서를 제작하였다. 초음파 센서의 구성은
초음파를 발생시키기 위한 PZT와 방사면 반대방향의 흡음층 그리고 음
향 임피던스 부조화로 인한 에너지 감쇠를 최소화하기 위한 방사면 방향
으로의 1차 정합층 CW, 2차 정합층 EVA를 사용하였으며, 1차 정합층의
두께에 따른 수신 특성을 비교하기 위해 3가지 타입으로 제작하였다. 실
험은 챔버 내부에 초음파 센서를 부착하여 직접 계측 방식으로 진행하였
다. 실험 결과는 다음과 같다.
1. 본 연구를 통해 제작된 초음파 센서는 기존의 1차 정합층 CW만 부착
되어 있는 송신 초음파 센서 대비 측정 가능 영역은 3.89cm 증가한
결과를 보였다.
2. 모든 센서 타입에서 거리가 증가함에 따라 수신 전압은 낮게 측정되
었으며, 거리가 증가함에 따라 초음파 에너지의 전파과정 중의 손실
이 증가한 결과로 사료된다.
3. 초음파 센서의 수신 전압과 챔버 내부 온도를 비교한 결과, 전압은 온
도의 변화와 비슷한 경향을 보였다. 이는 온도가 낮을수록 음속이 느
려지는 관계에 따른 결과로 판단된다.
4. 수신 초음파 센서의 Envelope signal을 Gaussian distribution으로 Curv
e fitting을 통해 미세누설에 따른 위상변화를 확인한 결과 1차 정합층
의 두께가 4.8mm인 센서 타입을 제외한 두 가지 타입의 센서에서는
비선형적인 결과를 나타냈으며, 센서 타입 4.8mm는 선형적인 결과를
나타내었다.
본 연구를 통해, 초음파 센서의 수신 전압의 변화는 챔버 내부 온도
에 따른 영향이 크기 때문에 미세누설 감지에는 부적합하다고 판단하였
다. 하지만 Envelope signal을 Gaussian distribution으로 신호 처리한 결
과의 위상 변화를 이용하면 가스연료탱크의 미세누설 감지에 사용할 수
있을 것으로 판단된다.
이다. 하지만 전 세계적으로 환경오염, 석유 자원의 고갈 등의 문제가
대두되고 있다. 이러한 이유로 천연자원의 효율적인 사용 및 대체 에너
지에 대한 관심과 연구가 증가하고 있다.
CNG차량은 유해가스 저감 및 높은 발열량을 가지고, PM, NOx, CO2
의 배출이 적은 장점을 가지고 있으며, 연료전지 차량은 환경오염 저감
효과를 가지고 있다. 이 두 가지 에너지원은 저장 탱크에 고압으로 저장
하는 공통점을 가지고 있다. 하지만 수소 및 천연가스는 기존의 석유자
원에 비해 폭발위험계수가 높은 인화성 기체로 사회적으로 부정적인 인
식이 높다. 따라서 인식개선을 위한 신뢰성 있는 연료 계측 방식의 제시
가 필요하다.
본 연구에서는 매질의 밀도에 따라 다양한 특성을 보이는 초음파를
이용하여 고압가스연료의 미세누설 계측에 사용하고자 하였다. 연구를 진행하기 위해 먼저 초음파 센서를 제작하였다. 초음파 센서의 구성은
초음파를 발생시키기 위한 PZT와 방사면 반대방향의 흡음층 그리고 음
향 임피던스 부조화로 인한 에너지 감쇠를 최소화하기 위한 방사면 방향
으로의 1차 정합층 CW, 2차 정합층 EVA를 사용하였으며, 1차 정합층의
두께에 따른 수신 특성을 비교하기 위해 3가지 타입으로 제작하였다. 실
험은 챔버 내부에 초음파 센서를 부착하여 직접 계측 방식으로 진행하였
다. 실험 결과는 다음과 같다.
1. 본 연구를 통해 제작된 초음파 센서는 기존의 1차 정합층 CW만 부착
되어 있는 송신 초음파 센서 대비 측정 가능 영역은 3.89cm 증가한
결과를 보였다.
2. 모든 센서 타입에서 거리가 증가함에 따라 수신 전압은 낮게 측정되
었으며, 거리가 증가함에 따라 초음파 에너지의 전파과정 중의 손실
이 증가한 결과로 사료된다.
3. 초음파 센서의 수신 전압과 챔버 내부 온도를 비교한 결과, 전압은 온
도의 변화와 비슷한 경향을 보였다. 이는 온도가 낮을수록 음속이 느
려지는 관계에 따른 결과로 판단된다.
4. 수신 초음파 센서의 Envelope signal을 Gaussian distribution으로 Curv
e fitting을 통해 미세누설에 따른 위상변화를 확인한 결과 1차 정합층
의 두께가 4.8mm인 센서 타입을 제외한 두 가지 타입의 센서에서는
비선형적인 결과를 나타냈으며, 센서 타입 4.8mm는 선형적인 결과를
나타내었다.
본 연구를 통해, 초음파 센서의 수신 전압의 변화는 챔버 내부 온도
에 따른 영향이 크기 때문에 미세누설 감지에는 부적합하다고 판단하였
다. 하지만 Envelope signal을 Gaussian distribution으로 신호 처리한 결
과의 위상 변화를 이용하면 가스연료탱크의 미세누설 감지에 사용할 수
있을 것으로 판단된다.
목차
Ⅰ. 서 론 ············································································································· 11-1 연구의 배경 ······························································································ 11-2 연구의 동향 ······························································································ 31-3 연구의 목적 ······························································································ 5Ⅱ. 이론적 고찰 ································································································ 62-1 음파의 정의 ······························································································ 62-2 초음파의 원리 ·························································································· 82-3 수신신호 분석을 위한 필터 적용 ······················································ 13Ⅲ. 실험장치 및 방법 ··················································································· 163-1 초음파 센서의 제작 ·············································································· 163-2 임의 미세누설 발생 챔버 및 제어 시스템 ······································ 233-3 실험장치 ································································································· 263-4 실험방법 ································································································· 29Ⅳ. 실험결과 및 고찰 ··················································································· 314-1 송신 초음파 센서 신호 검증 ······························································ 314-2 센서 간 거리에 따른 수신신호 특성 ················································ 334-3 챔버 내부 온도변화에 따른 수신 전압 특성 ·································· 364-4 미세누설 발생에 따른 수신 신호 위상변화 특성 ························· 38Ⅴ. 결론 ············································································································· 60Reference ······································································································· 62Abstract ··········································································································· 66
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