공력탄성학적 안정성 해석에 있어서 모델링 오차 및 구조 불확도에 의해 결과의 정확도는 떨어질 수 있다. 따라서, 이러한 모델링 오차 및 구조 불확도를 고려한 공탄성 안정성 경계를 예측할 필요가 있다. 이러한 모델링 오차 및 불확도를 고려한 공탄성 안정성 예측을 위해 강건 공탄성 해석이 제안되었다. 본 연구에서는 ${\mu}$ 해석기법과 모달접근법과 MSA를 사용한 조종날개의 공탄성 모델로 부터 강건 공탄성 모델링과 해석을 수행하였다. 강건 공탄성 해석 프로그램이 개발되었고, 기존의 공탄성 해석 결과와 비교/검증하였다.
초음파 도플러 유속계(ADCP)는 초음파를 이용하여 하천의 유속 및 수심을 측정하는 장비로 기존의 지점식 유속계와는 다르게 수심방향 유속분포와 수심을 한번에 측정하게 되며, 보트를 이용하여 하천을 횡단하게 되면 기존의 유속-면적법을 이용하는 방식보다 간편하고 빠르게 한 단면의 유량을 측정할 수 있다. 이와 같은 이점으로 인해 국내뿐만 아니라 해외에서도 대하천에서부터 중·소규모의 하천까지 다양한 범위에서 유량을 측정하는 장비로서 사용되어지고 있다. ADCP의 측정 유량은 유량관측소에서 수위-유량관계식을 구축할 때 사용하고 있으며, 이렇게 제공되는 유량은 하천의 중·장기 계획 수립, 수공구조물의 설계 및 수문·수리분야의 연구에 활용되고 있다. 하지만 ADCP의 유량측정은 ADCP의 미측정 영역의 유량 추정, ADCP 잠김깊이의 정확도, 하안에서의 고정 측정시간 등 ADCP의 측정 과정이나, 유량 추정 방법에 따라 영향을 받게 되며. 이외에도 하천의 수심, 하상의 상태와 같은 측정 조건에 따라서도 정확도의 변화가 발생할 수 있다. 측정결과의 정확성을 향상시키고, 신뢰도가 높은 자료를 제공하기 위해서는 ADCP의 유량 측정결과에 대한 불확도를 발생시키는 요인들에 대한 분석과 이를 감소시킬 수 있는 방법을 찾는 것이 중요하다. 1993년 ISO, BIPM, IFCC 등 6개 기구에서는 측정불확도를 산정하기 위한 측정불확도 산정 지침서(GUM, Guide to the expression of Uncertainty of Measurement)를 제시하였다. GUM 표준안은 측정과정에서 발생하는 다양한 불확도 요인들을 불확도 전파법칙을 통해 전체 불확도를 산정하는 방식으로 WMO와 ISO의 유량 측정분야에서도 GUM 표준안을 측정불확도 산정 기준으로 공인하여 사용하고 있다(JCGM 100, 2008; ISO 25377, 2020). 이에 본 연구에서는 GUM 표준안을 이용하여 ADCP로 측정된 유량의 측정불확도를 산정하는 방법을 개발하고 각 요인들에 대한 실험 및 분석을 진행하였다. ADCP의 측정 정확도를 분석하기 위한 실험은 자연에 가까운 형상을 모의하고 있고, 소하천 규모를 갖고 있는 하천연구센터에서 수행하였으며, 요인들에 대한 분석 방법 및 총 불확도를 계산하는 방법에 대하여 제시하였다.
Journal of the Korean Data and Information Science Society
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제24권4호
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pp.825-833
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2013
온실가스 인벤토리 불확도 산정을 위해서는 인벤토리의 신뢰구간 추정이 필수적이다. 일반적으로 모수에 대한 신뢰구간 추정시에는 모집단이 정규분포를 따른다고 가정한다. 그러나 자료의 구조가 복잡해짐에 따라 정규분포가 아닌 비대칭형 자료, 즉 양의 왜도를 갖는 자료의 경우 기존의 정규분포를 가정한 신뢰구간 추정 방식은 적합하지 않다. 본 연구에서는 비대칭형 분포인 지수분포의 신뢰구간추정 방법으로 모수적인 방법과 비모수적인 방법에 대해 각각 비교분석하였다. 모의실험을 통한 신뢰구간 추정 결과를 바탕으로 범위확률, 신뢰구간 길이, 상대적 편의를 비교한 결과 모수적 방법 중에서 예상했던 대로 정확한 방법인 카이제곱방법이 신뢰계수와 유사한 범위확률을 보이고 상대적 편의도 작아 모수적 방법 중에서 신뢰구간 추정에 가장 적합한 것으로 나타났다. 마찬가지로 비모수적 방법 중에서는 표준화된 t-붓스트랩 방법이 가장 적합한 것으로 나타났다.
유전체 공진기법을 이용하여 초전도체 박막의 표면저항을 측정할 경우, 공진기의 $Q_U$로부터 초전도체 박막의 표면저항을 구하기 위해 알아야 하는 G-factor를 시뮬레이션과 전자기장 해석을 이용해서 구한 후 두 값을 비교하였다. 시뮬레이션 과정에서 사용된 mesh 수가 증가할수록 시뮬레이션으로 구한 G-factor의 크기와 전자기장 해석을 통해 얻은 값 간의 차이가 줄어들게 됨을 확인하였다. 공진기에 따라 mesh 수 증가에 따른 G-factor의 정확도 증가가 조금씩 다르게 나타났는데, 이는 공진기와 유전체의 크기에 따라 simulation program이 계산하는 개당 mesh의 크기가 각기 다르기 때문으로 여겨진다. 19.6 GHz의 공진주파수를 지닌 사파이어 공진기의 경우 시뮬레이션과 전자기장 해석을 통해 구한 G-factor의 차이를 이용하여 표면저항의 불확도 추정치를 온도의 함수로 구했으며 $Q_U$를 2 % 이내의 상대 불확도로 측정할 경우 G-factor의 불확도 변화에 따른 표면저항의 상대 불확도 변화를 확인하였다. 본 연구 결과는 전자기장 해석이 매우 어렵거나 불가능한 구조의 유전체 공진기 (예로서 open-ended 평행판 유전체 공진기)의 G-factor를 시뮬레이션을 이용하여 구하여 초전도체 박막의 표면저항을 $Q_U$로부터 측정하고자 할 때 측정 온도 구간에서 허용되는 표면저항의 불확도를 고려하여 G-factor의 시뮬레이션 시 사용되는 mesh 수가 결정되어야 함을 보여준다.
최근 개인선량계로 사용이 증가하고 있는 수동형 선량계인 OSLD와 능동형 선량계인 EPD의 상대 반응도(relative response), 측정 불확도(uncertainty of measurement)를 계산하여 방향의존성(angular dependence)을 비교, 분석하였다. OSLD는 수평, 수직방향의 $0^{\circ}{\sim}{\pm}90^{\circ}$ 범위에서 평균 상대 반응도는 0.97, 0.95의 작은 변화를 보였고 방향의존성에 대한 불확도는 0.65, 0.62로 전체 불확도에 미치는 영향은 미미한 것으로 판단되었다. EPD는 $0^{\circ}{\sim}{\pm}60^{\circ}$ 범위에서 수평, 수직방향 평균 상대 반응도는 0.94, 0.97로 확인되어 IEC 61526 규정을 만족하였다. 방향의존성에 대한 불확도는 수평, 수직방향에서 0.44, 0.40로 전체 불확도에 미치는 영향은 미미하였다. 그러나 수평방향에서 $+90^{\circ}$, $-90^{\circ}$ 방향의 상대 반응도는 0.60, 0.37이고 수직방향에서 $+90^{\circ}$ 방향의 반응도는 0.06으로 반응도의 큰 변화를 관찰할 수 있었다. OSLD의 방향 의존성은 $0^{\circ}{\sim}{\pm}90^{\circ}$ 범위까지 EPD에 비해 우수하였으며 EPD의 경우 구조적 특징으로 반응도가 급변하는 특정방향이 존재하였다. 따라서 수동형선량계와 보조선량계의 병행사용이 개인피폭선량측정의 정확도를 기할 수 있을 것으로 판단된다.
최근 빈번한 자연재해로 인해 기상 및 지구물리학적 요소들을 관측하는 연구들이 활발히 진행되고 있으며, 그중 지표와 기상을 연결해주는 토양수분 관측은 지구에서 일어나는 현상에 대한 이해도를 높이기 위한 중요한 요소로써 인식되고 있다. 이러한 토양수분 자료는 지난 몇 년 동안 다양한 측정 방법과 알고리즘 개발이 이루어져왔으나 이러한 방식으로 산출된 데이터를 무분별하게 이용하기에 앞서 최적의 사용을 위해 오류 구조를 파악하고 정량적으로 측정하는 분석이 필요하다. 따라서 Triple collocation(TC) 기법을 활용하여 가상의 실제값(hypothetical truth)을 가정하고 각각의 산출데이터의 측정 불확도와 상관성을 추정할 수 있다. 본 연구에서는 인공위성, 모델자료와 같은 측정 방법뿐만 아니라 지점에 설치하여 물리적인 방법을 통한 토양수분 산출방식에도 관측상의 오차가 존재함을 인지하고, 이러한 오차가 존재하는 다양한 데이터들을 분석하였다. 이용된 데이터는 설마천 산지 사면에 설치된 유전율식(TDR, Time Domain Reflectometer) 측정장비, Cosmic-Ray newtron Probe, Noah 지표모델을 활용한 자료 동화 자료인 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)를 입력 자료로 하여 TC 기법에 적용하였다. 분석 결과는 유역의 토양수분 관측에 대한 다양한 방법의 불확실성을 규명하는데 가장 중요한 연구로써 활용될 것으로 기대 된다.
온도 구배에 의한 날개 외피의 열변형 특성을 연구하기 위하여 비행체 날개의 포켓 형상을 본 딴 프레임 외피 구조 시편을 제작하였다. 날개에 발생하는 온도 구배 현상을 효과적으로 모사하기 위하여 프레임 외피 시편의 프레임에 수냉 시스템을 개발, 적용하였다. 공력 특성에 영향을 미치는 날개 외피의 면외 열변형을 정량적으로 평가하기 위하여 디지털 영상 상관 기법(Digital Image Correlation technique, DIC)을 사용하고, 면외 변위 측정 불확도 평가를 통해 측정 정확도를 분석하였다. SUS304 소재로 만들어진 프레임 외피 구조 시편의 시험을 수행하여 온도에 따른 외피의 면외 변형 특성을 성공적으로 획득하였다.
대형 구조물의 측량에 널리 사용되는EDM(Electro-optical distance meter,광파 거리 측정기)의 측정값이 신뢰성을 가지기 위해서는 반드시 EDM의 교정이 필요하다. 본 연구에서는 EDM의 교정을 위한 소급체계를 확립하였는데, 이는EDM이 미터 정의로 부터의 소급성을 가지게 하는 것을 의미한다. 미터 정의에 따라 길이 표준기로 사용되는 요오드 안정화 헬륨네온 레이저로 레이저 간섭계를 교정하고, 이 레이저 간섭계로 기준 EDM을 교정한 후, 기준 EDM과 기선장에 의해 교정 대상 EDM이 교정됨으로써 미터 정의로의 소급성을 유지한다. 레이저 간섭계를 이용한 EDM의 배율과 길이 측정값에 대한 교정 불확도는 각각 6$\times$$10^{-6}$과 0.2 mm이다. 기선장을 이용한 교정법과 EDM의 변조 주파수를 교정하는 교정법을 병행하여 그 결과를 비교하였다.
풍력자원평가를 위해 풍력단지 개발대상지의 국지풍황 대표지점에 설치하는 풍황탑(met-tower 또는 풍황마스트; met-mast)은 모노폴(monopole), 삼각단면 트러스 또는 사각단면 트러스 구조를 갖는다. 풍향계 및 풍속계는 이러한 지지구조물에 의한 풍속의 교란 또는 차폐영향을 최소화하기 위하여 긴 붐(boom)의 끝단에 설치되지만 계측기가 풍황탑의 직후방 후류영역에 놓이게 될 경우 차폐영향을 완전히 피하기는 어렵다. 저자들의 선행연구에 따르면 풍황탑 차폐영향은 평균풍력밀도의 경우 2.5% 이상의 오차를 유발할 수 있으므로 풍력자원평가 시 필히 고려되어야 할 불확도 요인인 것이다. 이에 한국에너지기술연구원에서는 풍황탑 주위의 대기유동장을 전산유동해석을 이용하여 차폐영향의 정도를 정량적으로 수치모사함으로써 이를 보정하는 기술을 개발한 바 있다(현재 특허심사 중). KIER-$ShadeFree^{TM}$는 이 특허기술을 프로그램화 한 것으로, 시범적으로 다수의 풍황탑 풍력자원 측정자료에 적용하여 상당한 보정효과에 의한 풍력자원평가의 정확도 향상효과를 볼 수 있었다.
X-선 반사율 측정법(XRR)은 비파괴적인 측정방법과 수 nm의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 장점으로 인하여 반도체 산업현장에서 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 이러한 XRR은 두께 분석 측정의 정밀도를 향상시키고 부정확한 결과를 방지하기 위하여 측정기기를 검증하고 보정할 수 있는 두께 표준물질을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 XRR용 두께 표준물질을 이온빔 스퍼터링 증착방법을 이용하여 제작하였다. 두께 표준물질 제작에 있어 공기 중 노출에 의해 산화가 되지 않는 산화물 박막과 산화물 기판을 선택하였다. 후보물질은 glass, sapphire, quartz, SiO2기판과 HfO2, Ta2O5, Cr2O3 산화물 타켓을 이용하여 박막을 제작하였다. 제작된 후 보물질은 교정된 XRR을 통하여 박막의 두께, 계면 및 표면 거칠기, 밀도등 박막의 구조특성분석을 하였다. Glass, quartz의 경우 기판 표면 거칠기가 좋지 않아 제작된 샘플의 X-선 반사율 곡선이 급격히 떨어지면서 측정되는 각도의 영역이 작아졌다. Sapphire로 제작한 시편은 측정된 데이터와 simulation의 curve fitting이 양호하지 않았다. 이 중 SiO2기판을 사용하고 HfO2박막을 증착한 샘플이 다른 후보물질보다 XRR curve fitting 결과가 가장 양호하여 두께 표준물질로 응용하기에 적절하였다. 그리고 AFM (Atomic Force MicroScope)을 이용하여 기판의 거칠기 및 증착한 박막표면 거칠기 측정을 하였고, TEM (Transmission Electron Microscope)으로 두께 측정을 하여 XRR로 얻은 데이터와 비교하였다. 이러한 결과를 토대로 XRR용 두께 표준물질 제작할 수 있었고, 추후 불확도 평가 및 비교실험을 통하여 제작된 XRR용 두께 표준물질을 이용할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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