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한양대학교 생명과 바다 중간 대체 레포트

생명과 바다 report원자력과 해상운송1. 화석연료의 몰락원유, 석탄, 천연 가스 등의 에너지 원은 다양한 목적을 위해 필수적이다. 이러한 에너지 원은 우리에게 사용할 수없는 경우, 일상 활동의 대부분에 많은 제약이 올 것 이다. 우리는 전 세계의 개인과 산업의 성장 수요를 충족하기 위한 원유, 천연 가스등과 같은 충분한 에너지 원이 있는지 아니면 대체 에너지를 필요로 하는지에 대한 여부를 지속적으로 논쟁 해왔다. 분명한 건 앞으로 성장하는 인구로 인해 더 많은 에너지 원들을 필요로 할 것이다. 때문에 이러한 천연 가스와 원유 등 화석 연료는 수십 년 후 고갈 될 것이라고 믿어 왔고, 기술 발달에 따른 석유 매장량에서의 원유 채굴량이 점차 늘고는 있지만 이러한 화석 연료의 미래 수요가 충족 될 수 있다는 보장은 없다. 또한 천연 가스와 원유 기름 같은 화석 연료는 재생 불가능할 뿐만 아니라 소각할 시 환경에 해롭다. 그러므로 대체 에너지에 대한 필요성이 인식되었다. 화석 연료는 죽은 식물들이나 몇 백 년전에 묻힌 생물들로부터 생성된다. 현재 화석연료의 소비율과 비교하면 새로운 화석 연료의 생성 및 공급 속도는 몇 백만년이나 차이 날 정도로 느리기 때문에 새롭게 형성된 화석 연료를 추출하기란 불가능하다. 또한 화석 연료는 대부분의 주요 환경 문제 되고 지구 온난화에 기여한다. 전문가들은 이산화탄소(CO _{2})로 인하여 지구의 평균 기온이 점점 상승하고 있다고 한다. 1995년도 IPCC의 중간예측에 의하면 2100년에는 약 2℃의 평균 기온의 상승, 약 50cm의 해면 수위의 상승, 극도의 고온 빈발, 가품이나 집중홍수 등의 극단적인 기후변동이 일어날 것이라고 예측했다. 이러한 과학적 지견이나 예측을 통하여 선진국들은 지구온난화의 영향이 미래 세대까지 이어질 것을 방지하기 위해서 기후변화에 관한 국제연합협약과 의정서를 제정하여 국제적인 노력을 하고 있다. 이러한 노력들은 다시 말해서 화석연료 시대의 종말을 예고하는것이라고 볼 수 있다.2. 대체 에너지로서의.6854.819.8376.433.8230.5714.9540.7421.9447.2811.839합계4*************7562447.531) 경제성, 효율성원자력발전은 화력발전소, 수력발전소, 태양광발전에 비해 발전 단가가 저렴하다. 우라늄 1그램을 핵분열 했을 때 나오는 에너지가 석유 9드럼, 또는 석탄 3통이 탈 때 나오는 에너지와 같다. 적은 양의 우라늄으로도 상당히 많은 양의 에너지를 얻을 수 있을뿐아니라 우라늄의 가격이 저렴하고 상대적으로 잘 오르지 않기 때문에 석유와 석탄이 부족한 우리나라에서는 아무래도 경제적 논리에 따라 원자력에 의지하게 될 수 밖에 없다.2) 안정적인 연료공급?원자력의 원료인 우라늄은 세계 전역에 고르게 매장되어 있다. 그리고 우라늄은 소량의 연료로도 많은 양의 에너지를 낼 수 있고 수송과 저장도 타 연료보다 수월한 편이다. 예를 들어 100만KW급 발전소를 1년간 운전하려면 석유는 150만톤이 필요하지만 우라늄은 30톤이면 충분하다.?3) 낮은 온실가스 배출?세계의 온실가스 배출의 주원인 중 하나는 바로 화석연료의 사용 때문이다. 우리나라의 경우에도 역시 국내 온실가스의 24%가 화석연료의 사용에서 비롯된 것이다. 원자력 발전은 화력발전에 비해 온실가스 배출 정도가 현저히 낮다.3. 폐기물 처리 중요성‘핵폐기물 문제는 해결할수 없음이 입증되었다.’ ‘핵폐기물 처리문제는 원자력 산업의 아킬레스건이 되었다.’ 일반 국민들은 과거 10여년간 이러한 혼란과 비판속에 사로잡혀 왔다. 그러나 아무튼 원자력 발전은 장기적인 잠재력 측면에서 볼 때 지금 기술적으로 가능한 일부터 시작할수 있으며 한가지 고무적인 사실은 비록 우여곡절은 있지만 방사성 폐기물 관리가 1980년대 이후 장족의 발전을 하고 있다는 것이다. 방사성 폐기물로는 저준위 방사선 폐기물과 고준위 방사성 폐기물이 있다. 저준위 방사성 폐기물(Low Level Radioactive Waste)은 다양한 출처에서 여러 가지 형태로 발생한다. 즉 경미하게 오염된 고체나 기체 공기살펴보면 원자력 산업초기 희소했던 전문인력 자원이 폐기물 관리분야보다 더 시급했던 실용 원자로 개발분야에 우선적으로 투입되었던 점, 폐기물 처리를 실용화 할수 잇는 화학기술자의 부족등이 있다. 또한 원자력 산업계는 핵 분열 폐기물의 ‘잔열냉각’기간이 보통 50-100년으로 판단하고 있었고 따라서 만족할만한 기술개발에 필요한 시간은 충분하며 그러한 만족스러운 기술적 해결방안이 나올 때 까지는 폐기물을 임시 저장하는 것으로도 충분하다는 판단이었다. 그러나 핵 폐기물의 불안정성이 여러 사고들로 입증되고 곧 세계에서는 방사성 폐기물 영구처분장 개발에 충분한 자원을 투입하지 않는 것에 대해 원자력 산업계를 비판하는 목소리가 높아졌다. 환경 보호주의로 지향하는 세계적인 조류를 타고 새로운 법률이 제정되기 시작하였다. 스웨덴은 1977년 계약법을 제정하여 원자력 발전 운영자들은 원자력 발전소를 운영하기 전 미래의 방사성 폐기물 처리에 대한 ‘완벽한 안전대책’을 세우도록 하였다. 스위스도 1979년 입법조치를 통해 원자력 발전소에 운영허가 조건으로 방사성 폐기물 처리에 대한 확고한 계획을 사전에 수립토록 의무화 했다. 1980년대 초에 이르러 원자력 발전계획을 가진 나라들은 대부분 방사성 폐기물 관리문제에 대한 정치적 시급성을 인식했다.1)기술적 요구조건몇몇 핵분열 물질과 플루토늄과 같은 알파입자의 장수명과 독성 때문에 이들 물질의 최종 처분시까지는 이러한 물질이 다시 새어나와 식품, 물, 공기를 어떤 심각한 수준이상으로 오염시키지 않도록 확실하게 보장하지 않으면 안된다. 이러한 최종 처분에 대한 보장은 수년 또는 수십년 동안은 물론 더 독성이 강한 장수명 핵종의 반감기 동안까지 유지되어야 한다. 플루토늄의 반감기는 24000년이기 때문에 만일 우리가 그것을 분리하지 않고 원자로 연료로 사용한후 다른 핵 물질고 분리하지 않은채 방치해 둔다고 가정한다면 50,000년 전 네안데르탈인과 오늘의 우리 인간을 분리시켜왔던 기간보다 더 긴 기간동안 이들 물질을 안전하게 관리할수 있도고 있는 듯 하다.2)임시저장사용후 핵연료의 임시저장은 물속이나 건식으로 할수 있고 선택은 핵연료의 부식상태에 달려 있다. 가압경수로에서 나온 사용후 핵연료 다발은 습식으로 저장 할수 있고 사용후 핵연료를 캐스트 볼트 또는 사이로에 넣어 강제냉각 순화방식 또는 자연대류 방식으로 냉각 저장이 가능한 건식 저장 방법이 있다.3)재처리(Reprocessing)임시 저장후 사용후 핵연료는 미사용 우라늄과 부산물인 플루토늄을 회수하기 위해 재처리 공장으로 보내진다. 재처리는 고준위 핵분열 물질을 집약시킬수 있는 가능성을 높여주며 이들 물질을 ‘친물질’로 혼합시켜 방사선 무능화 처리를 할수 있다. 재처리 단계를 생략하고 사용후 핵연료를 영구처분하기까지 임시 또는 중간저장을 할수 있다.4)방사선 무능화 처리(Immobilization)방사성 물질은 무능화 처리를 하여 지하수가 그 저장소에 스며들더라도 먹이사슬이 방사선에 오염되지 않도록 해야 한다. 가장 널리 사용되는 방법은 고준위 방사성 폐기물을 유리고화(Vitrifion)하는 것이다. 또 하나의 방법으로는 인공 암석처리(The Australian Synroc Process)가 있다. 이 이름이 말해주듯 일종의 합성 인공암석속에 핵분열 핵종을 고착시키는 방법이다. 합성 인공암석은 고준위 방사성 핵종들을 거의 흡수할수 있는 수정의 결정구조를 가지고 있으며 열에 강하고 지하수를 차단하는데 우수한 특성을 지니고 있다.5)영구처분(Final Disposal)저준위 방사성 폐기물은 방사선 강도가 낮기 때문에 처분장 내벽을 진흙이나 콘크리트로 적절히 설계하여 지하수 오염을 최소화할수 있다면 저준위 방사성 폐기물은 천층처분이 가능하다. 통상 저준위 방사성 폐기물은 여러 가지 형태로 발생하고 있으며 이것은 방사선 강도에 따라 분류하여 표준 드럼툥이나 용기에 넣어 최종 저장소에 옮겨진 후 콘크리트나 회반죽으로 밀봉하게 된다. 중준위 고준위 폐기물은 그 방사선 강도가 엄청나게 높고 또한 플루토늄과 같은 장수명 알파입자의 집적도가 크기 때문ortation)이 아닌 하천, 호수, 운하지역만을 운행하는 비교적소규모의 내륙수상운송은 일반적으로 해상운송의 개념에서 제외된다. 선박에 대해서는 이른바 상선(merchant ship)만을 그 대상으로 한다. 따라서 어선, 준설선, 창고선, 시추선 등도 해상운송의 개념에서 제외된다.해상운송은 근본적으로 장소적 효용(Place utility)을 창출하는 점에서 다른 운송활동과 다를 것이 없다. 해상운송은 장소적 효용을 창출하는 생산 활동일 뿐만 아니라 석유, 철광석, 석탄, 곡물과 같은 주요 원자재를 생산 공정에 접속시킴으로써 새로운 형태의 생산물에 가치를 추가하게 하고, 다음에는 이것을 소비시장에 이전시킴으로써 새로운 가치를 다시 추가하게 한다.2) 해상운송의 특징(1) 대량수송해운의 가장 두드러진 특징은 대량수송이다. 한 번에 대량의 화물을 운반할 수 있는 수송수단으로는 선박을 따를 수가 없다. 비교적 대량수송을 한다는 철도의 경우 20톤 화차20량을 연결하더라도 600톤밖에 되지 않는다. 이에 비해 50만들의 원유를 일시에 1척의 선박으로 운반할 수 있는 해운이야말로 대량수송의 화신이 아닐 수 없다.(2) 수송비의 저렴해운의 수송비는 타 운송수단과는 비교가 안 될 정도로 저렴하다. 선박은 바다라는 천연의 통로를 비교적 저속으로 운행하기 때문에 철도 및 도로와 같이 막대한 투자를 요하지 않는 데다, 고속으로 하늘을 항행하는 항공기처럼 극도로 정교한 것을 요하지도 않아, 상대적으로 운송원가가 낮아서 저렴한 수송용역을 창출해 내고 있다.(3) 원거리 수송원거리수송이 반드시 해운의 요건은 아니지만 흔히 해운이 5대양 6대주로 상징되듯이 대부분의 해상운송이 대륙을 잇는 장거리운송에 이용되고 있다. 한편 항공운송도 주로 장거리운송에 투입되고 있다는 점에서 해상운송과 공통성을 갖는다.(4) 자유로운 수송로해운은 바다라는 천연의 통로를 자유로이 사용할 수 있고 철도, 자동차와 같이 일정한 통로의 제한을 받지 않는다. 일찍이 네덜란드의 그로티우스(Hugo Grotius,

독후감/창작| 2015.01.01| 10페이지| 4,500원| 조회(144)

선박, 한양대학교, 방사능, 바다, 생명과 바다, 방폐선, 청정누리호

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한양대 기계공학실험 strain gage

1. 실험데이터[table1]저항R1R2R3R4저항(Ohm)실험1 결과값119.8120.3120.2[table2]하중(g)050112.5172.5230저항(Ohm)120.5119.9119.5113.3119.1[증폭기 전]하중050112.5172.5230출력전압(mV)1.23-1.421.65-4.28-7.271.22-1.301.95-4.85-6.410.93-1.291.85-4.48-7.47평균(mV)1.13-1.301.82-4.54-7.05[증폭기 후]하중050112.5172.5230출력전압(mV)15.2024.5420.3249.9792.3812.5812.6122.0361.3083.789.0921.81209054.9491.12평균(mV)12.2919.6521.0855.4089.09[매틀랩코드]x=[0 50 112.5 172.5 230];y1=[1.13 1.30 1.82 4.54 7.05];y2=[12.29 19.65 21.08 55.40 89.09];plot(x, y1), grid onfigureplot(x, y2), grid on[실행 결과]ChannelCh.1Ch.2추세선(y=ax+b)y=0.026x+0.226y=0.326x+2.634Sensitivity0.0260.326[실험결과에 따른 미지의 하중측정]출력전압(증폭전/증폭후)하중A-110.73 mV-110.73=0.66842x-184.86x=110.9gB-75.87 mV-75.87=0.66842x-184.86x=163.1g2. 실험 고찰이번실험은 스트레인게이지에 변화가 일어날 때 측정되는 전압을 이용하여 미지의 하중을 예측해 보는 실험이다. 실험 준비를 순서에 따라 한 후 무게에 따른 증폭 전후의 출력전압을 얻고 증폭기를 사용하여 얻은 출력전압을 이용해 메틀랩으로 추세선의 식을 얻어서 이 식을 이용하여 미지의 무게를 예측해 낼 수 있었다. 오차의 원인으로는 캔틸레버가 튼튼하지 않아 무거운 것의 무게를 잴 때 오차가 발생했을 수도 있고 주변의 노이즈에 의해 측정되는 전압 값에 오차가 있을 수 있겠다. 스트레인 게이지에서 단면적과 길이가 변함에 따라 일어나는 저항값의 변화를 확인해 볼수 있는 좋은 실험이었다.3. 스트레인 게이지의 경우 저항선의 열팽창 이유로 온도에 민감함,온도에 의한 영향을 제거(보상)하기 위한 더미게이지에 대한 조사스트레인 게이지 (Strain gauge)▷정의 : 기계적인 미세한 변화(Strain)을 전기신호로 해서 검출하는sensor이다. Strain gauge를 기계나 구조물의 표면에 접착해두면, 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, strain을 측정하는 것이 가능하고, 그 크기로부터 강도나 안전성의 확인을 하는데 중요한 응력을 알 수 있다.▷ 스트레인 게이지의 문제점 : 저항변화가 변형량뿐만 아니라 온도에 의해서도 변화함.1. 일반용 스트레인 게이지(금속선, 금속 박막)금속 저항선은 외력에 의해 신축, 즉 그 단면적과 길이가 변화함으로써 전기저항이 변하게 된다. 이 효과를 이용한 것이 금속저항선 스트레인 게이지이고, 그 기본적인 구조는 아래 그림과 같다.▷ 응용원리: 절연체 기판 위에 저항률이 높은 금속저항선을 접착제로 고정시키고, 단말에 인출선(리드선)이 연결되어 있다. 이것을 피측정물의 한쪽면 또는 양쪽면에 접착제로 붙여서 물체의 스트레인을 전기저항으로 변환, 검출한다. 최근에는 저항선 대신 같은 종류의 합금으로 저항박(diaphragm)을 이용하는 경우가 많은데 이를 금속저항박 스트레인 게이지라 한다. 게이지의 감도는 게이지상수 (gauge factor) G로 표현하고, 이것은 게이지의 저항변화의 비율 , 변형량 이라고 하면 다음과 같이 표현된다.=G※ 일반적으로 금속선이나 박막을 이용한 형태는 게이지 상수가 약 2 정도가 된다.⒜ 장점· 정도가 높고 온도변화에 대한 영향이 적다.· 정압 및 동압에도 사용 가능하다.· 직류 및 교류 회로에도 사용 가능하다.· 진동 및 외부의 충격에 비교적 강하다.· 연속 측정이 가능하고 주파수 응답특성이 좋다.⒝ 단점· 습기에 의한 오차가 크다.· 변환 신호가 작으므로 증폭부가 필요하다.2. 반도체 스트레인 게이지반도체와 같은 물체에 응력을 부하하면 전기 저항이 변화한다. 이러한 효과를 피에죠 저항효과 (piezor esistive effect)라 하며, 반도체의 이러한 효과를 이용하여 변형률을 측정하는 것이 반도체 스트레인 게이지이다. 통상적으로 반도체 재료인 실리콘이 이용되고, 그 종류에는 단결정벌크 게이지, 기판 위에 실리콘을 박막화한 박막 스트레인 게이지, 확산형의 게이지, 그리고 p-n 접합 게이지 등이 있다. 많이 사용되는 벌크 게이지는 아래 그림과 같이 p형 또는 n형 실리콘 단결정으로 제작한다. 이것의 동작원리는 압저항 효과를 이용하고, 반도체의 전도방식에 따라 그 효과가 달라진다. 반도체 스트레인 게이지의 게이지율 G 는 다음과 같이 표현된다. G=1+2v +IIY(v:Poisson's ration, II:압저항 계수, Y:Young's modulus)※반도체의 경우 온도에 대한 감도가 금속형보다 훨씬 크다.⒜ 장점· Strain Gauge를 직접 Si-Diaphr agm 위에 확산시켜 제작하므로 접착이 필요 없고 소형화가 가능하다.· Hysteresis가 거의 없다· 온도보상회로 및 신호제어 회로를 감압 Diaphragm위에 직접형성이 가능하다.· 제품의 규격화가 용이하다.⒝ 단점· 온도 변화에 민감하므로 보상회로가 필수적이고, 사용온도 범위가 좁다.· 고압용으로 제작이 어렵다.※ Strain Gauge의 저항 변화는 미소한 값이므로 휘스톤 브릿지 회로를 이용해서 전압으로 변환한다.여기서, e:출력전압, E:입력전압, R1:게이지 전압값, R1∼R4:고정 저항값R=R1=R2=R3=R4라고 하면 Strain Gauge에 Strain이 가해져서 Strain Gauge의 저항 R은 R+ΔR가 되고 따라서, Strain에 의한 출력 전압 Δe(변화분)는ΔR≪R의 경우,이 된다.Strain Gauge를 Strain측정기에 접속하면 휘스톤 브릿지 회로가 구성되어, 브릿지 회로의입력전압(브릿지 전원)이 Strain측정기로부터 공급되기 때문에, Strain양(ε)을 디지탈 표시

공학/기술| 2015.01.01| 6페이지| 1,000원| 조회(235)

기계공학실험, 센서, 한양대, strain gage, 장건희, 장경영

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기계공학실험 OP AMP & Filter

기계공학실험OP-Amp & Filter이론치R1R2C증폭율2KΩ20KΩ0.01μF10측정치R1R2C증폭율2.004KΩ20.09KΩ0.0103μF10.025오차(%)0.20.4530.25Frequencyf(Hz)V_inV_outGain(dB)20log10(Vout/Vin)5018.520.0910018.419.9730017.819.3250016.918.2860016.317.7470016.017.2480015.716.7690015.415.221K15.214.681.5K14.212.364K12.35.4410K11.6-0.1830K11.0-5.35100K10.8-9.90매틀랩 코드num=[-2.012e4];den=[4.770e-1 2.009e3];G=tf(num,den)[mag,phase,w]=bode(G,{1*2*pi 1e5*2*pi});mag=mag(:);phase=phase(:);semilogx(w/(2*pi), 20*log10(mag),'r')hold on% low pass filter resultfreq=[50 100 300 500 600 700 800 900 1000 1500 4000 10000 30000 100000];gain=[20.09 19.97 19.32 18.29 17.74 17.24 16.76 15.22 14.68 12.36 5.44 ?0.18 ?5.35 ?9.90];%Experimental result and Graphsemilogx(freq,gain);측정대상식계산치차단주파수 이론치f _{cutoff _{-} t} = {1} over {2 pi R _{2t} C _{t}}795.77Hz차단주파수 측정치f _{cutoff _{-} e} = {1} over {2 pi R _{2e} C _{e}}769.13Hz차단주파수 실험치f _{cutoff _{-} 3dB _{-} down}감쇠율 이론치-20dB/decade감쇠율 실험치Frequencyf(Hz)V_inV_outGain(dB)20log10(Vout/Vin)5010.215-13.3510010.29-10.7530010.52-5.6850010.79-2.0560010.86-1.3170010.99-0.0980011.120.9890011.241.871K11.372.731.5K11.985.934K14.4512.9710K17.2517.2130K18.1418.21100K18.3518.43측정대상식계산치차단주파수 이론치f _{cutoff _{-} t} = {1} over {2 pi R _{1t} C _{t}}7957Hz차단주파수 측정치f _{cutoff _{-} e} = {1} over {2 pi R _{1e} C _{e}}6713Hz차단주파수 실험치f _{cutoff _{-} 3dB _{-} down}6829Hz감쇠율 이론치-20dB/decade감쇠율 실험치-5.92dB/decade매틀랩 코드num=[-0.4770 0];den=[0.04763 2.009e3];G=tf(num,den)[mag,phase,w]=bode(G,{1*2*pi 1e6*2*pi});mag=mag(:);phase=phase(:);semilogx(w/(2*pi), 20*log10(mag),'r')hold on% high pass filter resultfreq=[50 100 300 500 600 700 800 900 1000 1500 4000 10000 30000 100000];gain=[-13.35 ?10.75 ?5.68 ?2.05 ?1.31 ?0.09 0.98 1.87 2.73 5.93 12.97 17.21 18.21 18.43];%Experimental result and Graphsemilogx(freq,gain);

공학/기술| 2015.01.01| 5페이지| 1,000원| 조회(123)

기계공학실험, 센서, 한양대, op amp, 비파괴검사, filter, 장건희, 장경..

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기계공학실험 초음파센서를 이용한 거리측정

1.초음파를 이용한 계측장비 및 그 원리(1개 이상)(1)초음파 세척기우리가 '초음파'라고 말하는 것은 일반적으로 인간의 가청 범위를 벗어난 20㎑ 이상의 음파를 말한다. 사람에 따라서 이러한 가청범위는 약간의 차이가 있기 때문에 한계 주파수를 정확히 얼마에서부터 얼마까지를 초음파라고 정의하는 것에는 이견이 많은 편인데, 보통 크게 구분하여 약 30㎐의 낮은 쪽에서 20㎑의 높은 쪽까지 한정시키고 있다. 30㎐ 이하의 음을 초저주파, 20㎑ 이상을 초음파로 구별하고 있다.초음파 세척이란 것은 초음파의 특수한 에너지를 동력으로 이용한 것으로 이 에너지는 대단히 크며 액체 중에 초음파를 조사하면 수많은 미세한 공동(cavity - 액체속의 빈 공간, 진공 등)이 발생한다. 이러한 공동은 초당 25,000~30,000회 정도 발생과 소멸을 반복하게 되는데, 초음파 세척은 초음파의 음과 이러한 캐비테이션(cavition - 추진기 등의 뒤에 생기는 진공 현상) 효과를 이용한 것으로 특히 캐비테이션이 중요한 역할을 한다.이 캐비테이션은 기포의 진동에 따라 아주 적은 교반과 기포의 파괴로 인한 화학적, 열적 작용을 수반하게 된다. 이러한 작용의 복합 반복으로 세척액 중에서 화학 반응의 촉진과 분산작용이 증가하여 피세척물 주위에 부착되어 있는 이물질을 작은 구멍이나 눈에 보이지 않는 오물까지도 깨끗이 세척할 수 있는 것이다.(2)인체진단(MIR)원자핵은 평소에는 회전운동을 하고 있으나 일단 강한 자기장에 놓이면 세차운동이 일어난다. 이 세차운동의 속도는 자기장의 세기와 밀접한 관계가 있어 자기장이 셀수록 빨라진다. 이렇게 자화되어 있는 원자핵에 고주파를 가하면 고에너지 상태가 되었다가, 다시 고주파를 끊으면 원래의 상태로 돌아간다. 이때 방출되는 에너지는 가했던 고주파와 똑같은 형태의 고주파를 방출한다. 이렇게 원자핵이 고유하게 방출되는 고주파를 예민한 안테나로 모아서 컴퓨터로 영상화한 것이 MRI이다. 즉, 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 컴퓨터를 통하여 다시 재구성, 영상화하는 기술이다.2.초음파를 이용한 내부결함 측정 원리 조사(비파괴검사)NDT 또는 NDI로 약해서 부르는 경우가 많다. 물품 속에 공동(空洞) 등의 결함이 있을 경우, 파괴해서 조사하면 그 유무를 확인할 수 있으나 이러한 파괴검사는 낭비가 많아 모든 제품을 조사하는 데는 적합하지 않다. 용접부나 주물 속의 공동을 조사하는 데는 X선 ·γ선 ·β선 등의 방사선투과, 철판 ·단조품 ·관재(管材) 등의 상처나 내부의 결함을 조사하는 데는 초음파 탐상(探傷)이나 맴돌이전류시험, 물품 표면의 작은 상처의 발견에는 침투법(浸透法)이나 자분탐상법(磁粉探傷法)이 사용된다.방사선투과시험에는 보통 X선이 쓰이는데, 물품과 같은 재료로 된 여러 가지 굵기의 철사를 물품과 같은 두께의 평판 위에 놓고 X선으로 사진을 찍어 각각의 선의 존재를 알 수 있게 X선의 강도나 노출시간을 조절함으로써 검출가능한 결함의 크기를 정한다. 이 방법의 원리는 결함 부분은 제품의 일반 부분과는 다른 물질(개재물) 또는 공동으로 되어 있어서 X선을 통과시키는 능력이 다른 것을 이용한 것으로서, 필름 위에는 이 결함 부분이 일반 부분과 다른 농도로 감광되므로 검출된다. X선이 아니고 γ선을 사용할 때는 코발트 60과 같은 방사선 동위원소를 사용한다.맴돌이전류시험은 타진(打診)의 원리인데, 이는 마치 철도의 보선 작업원이 쇠망치로 차량 하체부의 기계류나 차축을 두드려서 그 부분의 결함을 발견하는 것과 같은 일을 귀에 들리지 않는 초음파로 하는 것이 초음파탐상법(超音波探傷法)이다. 발진장치에서 나온 초음파를 물품의 한 면에서 넣어 다른 면에서 반사되어 오는 음파를 받으면, 내부에 결함이 있을 때는 결함에서 반사되는 파(波)가 돌아오는 것으로 알 수 있는 원리이다. 맴돌이전류는 고주파유도 등의 방법으로 물품에 맴돌이전파류를 흘려 전류가 흐트러지는 것으로 결함을 발견한다.방사선을 투과할 때도 초음파의 경우와 같이 검출된 결함신호를 알기 위해서는 2개 이상의 방향에서 입사시켜, 그 교점으로서 정할 수가 있고, 결함의 크기도 알 수 있다. 침투법 또는 자분탐상법은 표면의 흠을 찾는 데 사용한다. 색소나 형광체를 함유하는 액을 흠이 생긴 면에 발라서 스며들게 하고 표면을 잘 씻은 후 침투는 백묵을 칠하여 색소가 스며 나오는 것을 보고, 자분은 자외선 등으로 비쳐서 형광을 발하는 것으로 흠을 발견한다. 또 철강재에서는 자화(磁化)시켜 표면에 뿌린 철분이 흠이 있는 곳에서만 자기력선속(magnetic flux:磁束)이 세기 때문에 흡인되는 것을 이용하여, 착색된 자분으로 탐상할 수가 있다. 근래에는 레이저광선을 이용하여 비파괴검사를 실행하기도 한다.3. 실험 결과 테이블 작성t(sec)초음파속도(m/s)평균(m/s)이론치(m/s)오차(%)1회2.96337.84336.70342.316.352회2.98335.57거리t(ms)측정거리(cm)오차(%)반사신호의 Peak-to-peak30cm1.8430.983.271.6840cm2.3840.070.182.2150cm2.9850.170.342.3560cm3.5459.600.671.7270cm4.1469.700.431.32임의거리:80cm4.7479.800.251.41임의거리:20cm1.2521.045.21.61각도(degree)반사신호의 Peak-to-peak02.25V51.33V15103mV3046mV4541mV6039.8mV측정대상반사신호의 Peak-to-peak측정대상반사신호의 Peak-to-peak아크릴판1.68V스펀지41mV캔52mV지우개376mV종이컵1.08mVPET병354mV철사84mV작은 아크릴 조각

공학/기술| 2015.01.01| 4페이지| 1,000원| 조회(294)

기계공학실험, 한양대, 초음파센서, 거리측정, 장건희, 장경영

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기계공학실험 센서, 비파괴검사 조사 평가A+최고예요

1. 센서의 종류1). 피에조센서(piezoresistive effect sensor): 반도체 결정에 압력을 가하면 전기 저항이 변화하는 현상. 피에조 저항효과에는 압력에 따라 금제대의 폭이 변화하고, 그에 수반하여 캐리어 농도가 변화하는 것에 따른 등방적인 것과 결정의 등 에너지면이 복잡한 형상을 가지고 있고, 전도 전자의 이동도에 방향성이 있으며, 적당한 방향으로 압력을 가하면 전자의 분포가 변화하는 데에 따른 이방적인 것이 있다. 금속판 사이에 얇은 압전 소자를 끼워넣은 센서로 소리, 진동, 압력 등을 감지할 수 있다. 압전소자는 압력을 가하면 전기를 발생시키고 교류전기를 가하면 진동하는 성질이 있다.실제 자동차에서는 고주파의 노면 압력에 대응하여 감쇠력을 고속 전환하는 쇼크 업소버에 응답성이 빠른 피에조 소자를 사용하여, 일반적인 주행에서는 감쇠력을 하드(hard) 상태로 하고, 조종성 및 안정성 높은 것이 필요할 때는 감쇠력을 소프트(soft) 상태로 하여 승차감을 향상시킨다2). 전기용량형 습도센서(capacitance-type humidity sensor): 습도변화로 말미암아 전기용량이 변화하는 센서. 물은 세라믹스나 고분자에 비하여 비유전율(比誘電率)이 크다. 따라서 수분이 다공질 세라믹스에 흡착하거나 고분자에 흡수되면 다공질 세라믹스나 고분자의 외견상의 유전율이 증대된다. 유전율의 증대는 대기중의 습도에 의존하기 때문에 세라믹스나 고분자 재료의 전기 용량변화로부터 습도를 측정할 수 있다. 이 방식의 센서가 검출하는 습도는 상대습도로서, 센서에는 AI2O3 박막과 알루미늄 양극산화막, 친수성(親水性)과 소수성(疎水性)의 비율을 조절한 각종 폴리머가 사용된다.3). 근접센서( proximity sensor): 위치센서 혹은 변위(變位)센서의 일종이지만, 물체가 접근해 왔을 때의 위치를 검출하기 위한 센서를 특히 근접센서라 한다. 특정한 위치에 왔을 때 스위치 동작을 하는 것, 혹은 근접센서와 스위치를 조합시킨 것은 근접 스위치라 불린다. 로봇의 분야에서는 근접각(近接覺)센서라 불리는 경우가 많다.4). LVDT (Linear Variable Differential Transformer): 길이방향 변위를 측정하는 센서로 변위를 전기적 신호로 변환해준다. 회전 방향 변위를 측정하는 센서로 RVDT가 있다. 유도현상을 이용하여 유도형 변위 센서로도 불린다. 일반적으로 마찰이 거의 없으며 적절히 사용되면 수명을 거의 무한으로 사용할 수 있다. 선형 거리 차이를 측정하는 전기적 변환기 형태를 말하는데 3개의 솔레노이드 코일이 튜브 주변에 위치하고 있다. 가운데 코일이 주된 것이고 나머지가 두 개가 바깥에 위치하고 있다. 실린더 형태의 자석 코어가 튜브 중심을 따라 이동하여 측정 대상의 위치값을 알려준다.5). 자이로센서(gyro sensor): 기본적으로 회전하는 물체의 역학운동을 이용한 개념으로 위치 측정과 방향 설정 등에 활용되는 기술이다. 스마트폰, 리모컨, 비행기나 위성의 자세제어 장치 등에 광범위하게 사용된다. 가속도 센서와 혼동할 수 있는데 자이로센서는 회전관성을 감지하는 센서이며 가속도 센서는 단순히 가속도만을 감지하는 센서이다. 그래서 자이로 센서의 경우 로봇이 회전할 때 회전각을 알 수 있을 때 사용하므로 주로 항법 장치에 많이 사용되고, 가속도 센서의 경우 외부로부터 충격을 받을때나 그 충격의 방향을 감지하여 대응할 수 있는 장치로 활용한다. 또한 외부의 충격이 없을때는 항상 중력방향을 감지하므로 기울기 센서의 기능도 가지고 있다.6). 가스센서(gas sensor): 가스를 검출하는 센서의 총칭으로, 각종 가스가 에너지원으로 이용되기 시작하면서 공업 분야는 물론, 가정용으로서도 요구가 높아진 센서의 하나이다.가스의 성분을 측정한 후 그 결과에 따라 장치를 제어하거나 경보를 발신하기 위해서는 기체 속에 포함되어 있는 특정 가스 성분량에 의해 신호를 발신하는 가스 센서가 사용된다.가스 센서의 검출 방법은 가스의 종류, 농도에 따라 다르기 때문에 종류가 매우 많다.가연성 가스 센서로서는 접촉 연소식 센서, 반도체 센서, 세라믹 가스 센서 등이 있다.산소 센서에는 ZrO2, TiO2, CoO, LaAlO3 물질을 사용한 것이 알려져 있다.검출 방식으로 분류하면 전기 화학적 방법(용액 도전 방식, 정전위 전해 방식, 격막 전극법), 광학적 방법(적외선 흡수법, 가시부 흡수법, 광간섭법), 전기적 방법(수소 이온화법, 열전도법, 접촉 연소법, 반도체법) 등으로서 가스 크로마토그래피법이 있다.7). 모터 위치 센서(motor position sensor): 모터 위치 센서는 모터 포지션 센서라고도 하는데, ISC(idle speed control) 서보의 플런저 위치를 검출한 신호를 컴퓨터에 보내어 공전 및 냉각수 온도, 에어컨 및 주행 속도 신호를 이용하여 스로틀 밸브를 제어함으로써 공전 속도를 조절한다.가변 저항으로 센서의 슬라이딩 핀은 플런저 끝 부분에 접촉되어 플런저가 작동할 때 내부 저항이 변화되므로 출력 전압도 변화한다.이때 변화된 전압이 컴퓨터에 전달되면 모터를 회전시켜 엔진의 회전 속도를 약간 상승시킨다.8). 거리센서: 강한 전자기파를 발사하고 그것이 물체에 맞고 반사되어 되돌아 오는 전자파를 분석하여 대상물과의 거리를 측정한다. 기상용 레이더의 경우, 빗방울(눈송이도 포함한다)로부터 반사되는 반사파의 전력 밀도를 측정하여 그 지점에서의 우량(강수 강도)을 검출한다. 이더에 파장이 긴 저주파를 사용하면 전파의 감쇄가 작고 먼 곳까지 탐지할 수가 있지만 정밀한 측정되지 않아 해상도는 나빠진다. 반대로 파장이 짧은 고주파는 공기중에 포함되는 수증기, 눈, 비 등에 흡수 또는 반사되기 쉽기 때문에 감쇄가 커서 먼 곳까지 탐지하지 못하지만 높은 해상도를 얻을 수가 있다.9). 광섬유 음향센서(fiber-optic pressure sensor): 빛의 위상변화를 이용하는 단일 모드 광섬유를 사용한 것과 광섬유의 전송손실의 변화로 인한 빛의 강도변화를 이용하는 다(多)모드 광섬유를 사용한 것이 있다. 전자는 정밀도 높은 계측이 가능하지만, 복잡한 광학계나 검출회로가 필요하다. 한편, 후자는 측정정밀도는 떨어지지만 회로는 간단하다. 그림 (a)는 전자의 단일모드 광섬유를 사용한 음압측정의 구조를 나타내고 있다. 먼저. 레이저 빔을 빔 스플리터에 의해 둘로 나누고, 한쪽은 참조용 광섬유(A)에 통하고, 다른쪽은 음압의 영향을 받는 단일 모드 광섬유(B)에 통한다.(B)는 음압에 의한 광탄성 현상이나 광섬유의 신축에 의해 광학적 길이가 달라진다. 그 결과 (A)와 (B)를 통과한 빛에서는 위상이 Δφ 만큼 변화하게 된다. 이 Δφ의 위상변조를 받은 빛과, 참조용 단일모드 광섬유로부터 빛을 간섭시켜 광학적인 호모다인 검파에 의하여 비트 신호를 검출하여 음압을 측정한다. 그림 (b)는 후자의 다모드 광섬유를 사용한 음압측정의 구조를 나타내고 있다. 압력판에 압력이 가해지면 광섬유의 중심축은 거기 대응하여 변형이 발생하여 굴절률이 변화한다. 그 때문에 전파모드의 수가 변화한다. 광섬유로 전송되는 전광량수는 모드 수에 비례하기 때문에 압력 등으로 전송손실이 변동하여 광강도 변조 신호를 얻게 된다. 그림은 작은 굴곡(마이크로 벤드)에 의해 생기는 전송손실을 이용한 센서의 예이다

공학/기술| 2015.01.01| 6페이지| 1,000원| 조회(196)

기계공학실험, 센서, 한양대, 비파괴검사, 장건희, 장경영

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