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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 윤병만
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수0
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2017
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최근 신속하고 안전하며 높은 정확도로 유속 측정이 가능한 표면영상유속계(SIV, Surface Image Velocimeter)에 많은 관심이 집중되고 있고, 이는 현재 상용화 단계에 이르렀다. 그러나 SIV는 야간이나 안개가 발생하는 등 일반 카메라로 영상 획득이 불가능한 비(非)가시 환경 조건에는 사용이 불가능하다는 단점이 있다. 최근, 이에 대한 해결책으로서 원적외선 카메라의 사용이 제안되었다. 원적외선 카메라는 가시광선을 필요로 하지 않기 때문에 야간 적용 문제를 해결할 수 있고 안개를 투과할 수 있다. 하지만 아직까지 원적외선 카메라를 이용한 표면영상유속계(FIR-SIV, Far-Infrared-Ray Surface Image Velocimeter)의 연구가 미흡한 단계이기 때문에 이러한 비가시 환경 조건에 대한 적용성의 면밀한 검토가 필요하다. 또한, 원적외선은 물체의 표면 온도에 따라 검출되는 파장이 달라져 영상의 품질에 차이가 발생하기 때문에 이에 대한 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 실험수로를 이용하여 FIR-SIV의 비가시 환경 조건에 대한 적용성을 검토하였고, 외부 환경 온도 변화에 대한 의존성을 검토하였다.
이를 위해 먼저 야외 개수로 실험 장치를 이용하여 야간 조건에 대해, 기존 SIV의 측정 결과를 기준으로 FIR-SIV의 측정 정확도를 평가하였다. 또한 실험 수로에 드라이아이스를 이용하여 안개 조건을 재현하고 이에 대한 적용성을 검토하였다. 마지막으로, 실제 하천 규모와 환경 조건을 갖춘 실규모 실험 수로를 이용하여 기온과 수온의 변화에 따른 FIR-SIV 측정 성능의 의존성을 검토하였다.
야간 조건에 대하여 측정 정확도 및 적용성을 검토한 결과, SIV 측정 결과 대비 상대 오차의 평균이 1.2 %, 최대가 4.3 % 로 매우 높은 측정 정확도를 보였고, 이에 따라 적용상 문제가 없음을 확인하였다. 안개 조건의 경우에도 상대 오차가 평균 1.9 %, 최대 5.2 %로 높은 측정 정확도를 보였다. 이에 따라 원적외선 카메라를 이용할 경우 안개 조건에 대해서도 높은 정확도의 표면 유속 측정이 가능함을 확인했다. 마지막으로 FIR-SIV의 외부 환경 온도 의존성 검토 결과, 수온과 기온의 차이가 1.0 ℃일 때는 상대 오차의 평균이 1.9 %, 최대가 7.0 %로 높은 정확도를 보였고, 시간 변화에 따라 온도 차가 7.4 ℃로 커졌을 때에도 상대 오차가 평균 3.1 %, 최대 7.3%로 발생하여 높은 정확도를 보여 적용상 문제가 없음을 확인하였다. 그러나 온도 차이가 10.5 ℃로 커졌을 때에는 상대 오차 평균이 6.2 %, 최대가 12.2 %로 나타나 온도차가 커짐에 따라 측정 정확도가 떨어지는 결과를 확인하였다.
본 연구를 통해 FIR-SIV를 이용하면 야간이나 안개가 낀 조건에서도 하천 표면 유속을 정확하게 측정할 수 있음을 확인하였다. 대기와 수표면 온도차가 커짐에 따라 정확도가 감소하는 것을 확인하였으나, 그 원인에 대해서는 향후 좀 더 심도 있는 연구가 필요하다고 판단된다.
이를 위해 먼저 야외 개수로 실험 장치를 이용하여 야간 조건에 대해, 기존 SIV의 측정 결과를 기준으로 FIR-SIV의 측정 정확도를 평가하였다. 또한 실험 수로에 드라이아이스를 이용하여 안개 조건을 재현하고 이에 대한 적용성을 검토하였다. 마지막으로, 실제 하천 규모와 환경 조건을 갖춘 실규모 실험 수로를 이용하여 기온과 수온의 변화에 따른 FIR-SIV 측정 성능의 의존성을 검토하였다.
야간 조건에 대하여 측정 정확도 및 적용성을 검토한 결과, SIV 측정 결과 대비 상대 오차의 평균이 1.2 %, 최대가 4.3 % 로 매우 높은 측정 정확도를 보였고, 이에 따라 적용상 문제가 없음을 확인하였다. 안개 조건의 경우에도 상대 오차가 평균 1.9 %, 최대 5.2 %로 높은 측정 정확도를 보였다. 이에 따라 원적외선 카메라를 이용할 경우 안개 조건에 대해서도 높은 정확도의 표면 유속 측정이 가능함을 확인했다. 마지막으로 FIR-SIV의 외부 환경 온도 의존성 검토 결과, 수온과 기온의 차이가 1.0 ℃일 때는 상대 오차의 평균이 1.9 %, 최대가 7.0 %로 높은 정확도를 보였고, 시간 변화에 따라 온도 차가 7.4 ℃로 커졌을 때에도 상대 오차가 평균 3.1 %, 최대 7.3%로 발생하여 높은 정확도를 보여 적용상 문제가 없음을 확인하였다. 그러나 온도 차이가 10.5 ℃로 커졌을 때에는 상대 오차 평균이 6.2 %, 최대가 12.2 %로 나타나 온도차가 커짐에 따라 측정 정확도가 떨어지는 결과를 확인하였다.
본 연구를 통해 FIR-SIV를 이용하면 야간이나 안개가 낀 조건에서도 하천 표면 유속을 정확하게 측정할 수 있음을 확인하였다. 대기와 수표면 온도차가 커짐에 따라 정확도가 감소하는 것을 확인하였으나, 그 원인에 대해서는 향후 좀 더 심도 있는 연구가 필요하다고 판단된다.
목차
그림목차 ⅲ표목차 ⅷ국문초록 ?제 1 장 서론 11.1 연구 필요성 및 목적 11.2 연구 내용 및 범위 5제 2 장 이론적 배경 72.1 기존 연구 동향 72.2 원적외선 카메라의 원리 및 특징 172.3 표면영상유속측정법 222.3.1 표면영상유속측정법의 개요 222.3.2 FIR-SIV 장비의 구성 262.3.3 FIR-SIV 분석의 기본 원리 28제 3 장 실험 조건 및 결과 분석 Ⅰ : 야간 적용성 검토 333.1 FIR-SIV의 야간 적용성 검토 개요 343.2 실험 조건 및 방법 353.3 결과 분석 423.3.1 FIR-SIV의 표면 유속 측정 정확도 평가 : 주간 443.3.2 FIR-SIV의 표면 유속 측정 정확도 평가 : 야간 47제 4 장 실험 조건 및 결과 분석 Ⅱ : 안개 발생시 적용성 검토 504.1 FIR-SIV의 안개 발생시 적용성 검토 개요 504.2 실험 조건 및 방법 514.3 결과 분석 54제 5 장 실험 조건 및 결과 분석 Ⅲ : 외부 온도 의존성 검토 605.1 FIR-SIV의 외부 온도 의존성 검토 개요 605.2 실험 조건 및 방법 615.2.1 실험 조건 615.2.2 실험 방법 655.3 결과 분석 66제 6 장 결론참고문헌 86부록 90Abstract 110
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