종래에 많이 사용된 각양의 계측 방법을 일일이 설명하는 것은 본 해설의 목적이 아니기 때문에 개략적으로 분류하여 설명하면 다음과 같다. 1) 시간 평균유속은 주로 프로브(probe)를 경유하여 동압과 정압의 측정에 의하여 수행되어 왔다. 연소반응이 있으면 밀도의 변화가 있게 되는데 밀도는 후술하는 농도의 계측과 온도의 계측에 의하여 정해져 동압과 정압으로부터 유속으로 변환된다. 시간분해능이 높은 비접촉식(직접 프 로브를 측정부에 삽입하지 않는 방법) 유속측정이 가능한 방법으로는 레이저 도플러 유속계 (Laser Doppler Velocimetry, 이하 LDV로 표현)를 들 수 있다. LDV는 압력측정에 의한 유속 산출법에서와 같은 온도 및 농도 등의 부수적인 계측이 필요없이, 직접 유속을 검출할 수 있으며 또한 검정이 필요없는 절대유속 측정이 가능하며 현재 연소반응이 있는 흐름에 대한 대부분의 연구에 적용되고 있는 실정이다. 2) 시간평균 화학종 농도측정에 가장 많이 쓰이는 방법은, 연소가스를 채취하여 가스 크로마토 그라프(Gas Chromatograph)로 분석하는 것을 들 수 있다. 한편, 시간 분해능이 높은 화학종 농 도의 계측은 레이저를 사용하여 각 화학종의 발광, 산란 및 흡수성을 이용, 측정한다. 3) 온도측정은 대부분 열전대를 사용하고 있다. 그러나 이 방법은 직접 프로브를 삽입해야 하므로 사용한계의 범위가 지극히 좁으며, 연소반응이 일어나므로 프로브 자체의 촉매반응 및 복사 열전달에 의한 보정 등이 사용상 큰 문제로 제기된다. 그러나 최근 레이저 이용기술의 발달로 (2)항에서의 농도 계측과 같이 반응기체의 온도 및 성분의 동시측정이 가능한 방법도 점차 현 실화 되어가고 있다. 그 대표적인 예로 CARS법(Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy)을 들 수 있다. 이상으로부터 연소반응이 일어나는 흐름에서의 각종 계측에서는, 비접촉 측정의 가능성과 시간 공간 분해능의 특징으로 미루어 앞으로는 레이저를 이용한 계측 방법이 그 주류를 이룰 것으로 사료된다. 우선 본 해설은 기체의 온도 및 농도의 광학적 측정방법중 Raman산란광 검출법에 대하여 실제로 측정하는 입장에서 간단히 소개한다.
본 논문은 레이저 내비게이션(laser navigation)의 위치측정을 위한 반사체 매칭(matching) 기법을 제안한다. 레이저 내비게이션은 레이저 헤더가 360도로 회전하면서 벽면에 부착되어 있는 반사체의 위치를 측정하는 장치이다. 기존의 레이저 내비게이션을 이용한 매칭방법은 계측된 반사체들을 이미 알고 있는 실제 반사체의 각각에 평행 이동시켜 회전 하면서 매칭하는 방법이었다. 하지만 기존의 방법은 연산량이 많아 AGV의 위치를 측정하기 위해 많은 시간을 요구한다. 따라서 본 논문에서는 기존 문제를 해결하기 위해, 실제 반사체들의 위치를 AGV의 위치로 가정하고 실제 반사체들을 회전하여 계측된 반사체를 매칭하는 방법을 제안한다. 실험은 레이저 내비게이션이 설치된 실제 AGV를 5회 회전 주행시켜 반사체를 계측 받고 제안된 방법으로 위치측정한 결과를 분석하였다. 실험 결과, 제안된 방법은 적은 연산으로 정확히 반사체를 매칭 할 수 있음을 확인하였다.
최근 광기술을 기반으로한 응용기술은 정보통신분야, 계측감시분야, 레이저 가공기분야 등 산업전반에 걸쳐 적용범위가 확대되고 있으며 이에 본 논문은 광통신 시스템, 광센서 및 계측시스템 그리고 레이저 가공기시스템에서 금성전자(주)이 10여년간 산업화한 기술의 소개와 향후 기술개발의 전개방향을 제시하였다.
간섭성 광원인 레이저를 이용한 계측 몇 검사기법 중 대표적인 것이 홀로그래피를 이용한 간섭법(Holographic Interferometry, HI)이다. HI는 레이저파장을 단위로 하기 때문에 물체변형에 대해 측정감도가 좋고 비파괴 비접촉의 계측이 가능하다. 또한 삼차원 정보 추출이 가능해서 주어진 간섭무늬로부터 전 영역의 변형을 구할 수 있다는 커다란 장점을 가지고 있다.(중략)
산업 전반에 사용되는 수백W-수kW의 $CO_2$ 및 Nd:YAG 레이저광 출력측정 및 교정을 위해 정밀한 레이저 계측 장치를 제작하고 성능 평가 및 출력 측정을 위해 National Instrument사의 LabVIEW를 이용한 프로그램을 작성하였다. 레이저광의 출력측정을 위해 전원 공급기와 두 대의 DVM, 디지털 카운터를 GPIB를 통해 PC에 연결하였고 이를 이용해 데이터를 수집하여 그 결과를 분석하였다.
간섭성 광원인 레이저를 이용한 계측 및 검사기법 중 대표적인 것이 홀로그래피를 이용한 간섭법(Holographic Interferometry, HI)이다. HI는 레이저 파장을 단위로 하기 때문에 물체변형에 대해 측정감도가 좋고 비파괴 비접촉의 계측이 가능하다. 또한 삼차원 정보 추출이 가능해서 주어진 간섭무늬로부터 전 영역의 변형을 구할 수 있다는 커다란 장점을 가지고 있다. 그러나 일반적으로 홀로그래피용 필름은 기록 및 현상방법이 성가시고 그 속도 또한 느릴 뿐만 아니라 간섭무늬 패턴도 매우 복잡해서 산업현장 등 실제의 응용에는 현실적인 어려움이 있다.(중략)
레이저 계측의 광범위한 분야에서 홀로그래픽 간섭법과 전자스펙클무늬 간섭법을 중심적으로 살펴보았다. 이 방법들은 거친 표면을 갖는 다양한 물제에 대해 간섭적 방법에서 가능한 정밀도로 측정 할 수 있으므로 매우 폭넓은 응용가능성을 가지고 있고 지금도 새로운 아이디어들이 제시되고 있다. 특히 ESPI는 CCD카메라의 발전과 영상처리기술의 발전에 따라 피파괴검사 분야에서 중심적인 역할을 할 것으로 전망된다. 그러나 국내에서는 이제까지 이러한 첨단계측법들이 산업기술분야에서 별로 활용되지 못하고 있는 실정으로 가까운 장래에 큰 역할을 할 것으로 기대해 본다.
교량, 댐, 터널 등의 대형 구조물 및 항공기 등의 기계 구조물의 경우 그 중요성과 함께 노후화 및 손상의 발생에 의한 구조물의 사고를 미연에 방지하기 위해 효과적인 건전도 평가와 손상 검색에 대한 연구가 최근 급증하고 있으며 특히 압전소자를 활용하여 구조물의 손상을 추정하는 기법들이 많이 개발되고 있다. 또한, 최근에는 압전소자와 계측기 사이를 케이블을 이용하여 연결할 경우 실제 대형 구조물에 설치 시 비효율적인 부분이 많아 무선 기반 계측시스템이 개발되고 있다. 그러나 이러한 무선 계측 시스템의 경우 압전소자의 가진 및 계측되는 데이터의 전송을 위해 별도의 전원공급이 필요하기 때문에 배터리가 포함되도록 구성되며 이럴 경우 그 수명이 제한적이기 때문에 실제 구조물에 활용 시 문제로 제기되고 있다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 레이저를 통해 원격지의 압전소자에 무선으로 전원을 공급하여 가진시키는 시스템을 제안하였다. 압전소자를 가진시키고자 하는 임의의 파형으로 레이저를 변조(modulation)시키고 대기 중으로 전송하여, 압전소자와 연결된 광검출기(photodiode)를 통해 전기적 신호로 변환하여 최종적으로 가진시키게 된다. 이러한 시스템을 실내 실험을 통하여 구현하였으며 그 효용성을 살펴보았다.
레이저 거리 계측기는 과거에 주로 군사용으로 사용되어 헬기나 전차에 탑재하여 목표물과 발사체와의 거리를 측정하는데 사용하였다. 따라서 군사용의 경우 측정 거리가 수 km에서 수십 km 까지의 범위이며 측정하고자하는 오차도 5m 내외였다. 이와 같이 군사용 사용하던 레이저 거리 계측기를 산업용에 사용하고자 하는 노력이 계속되고 있으며 이에 본 논문에서는 산업용에 적용할 수 있는 산업용 레이저 거리 계측기를 개발하고 그 유용성을 검증하였다.
정보통신 기술 발전과 함께 자동차 및 로봇 산업에서도 다양한 IT 기술이 적용되고 있다. 지능형 로봇 및 자율 주행 자동차의 실현을 위해서는 필수적인 센서 기술이 수반되어야 한다. 자동차 및 로봇 산업에서 종래의 센서와 더불어 레이저를 이용한 센서 기술 적용으로 보다 업그레이드 된 성능을 갖게 되었다. 특히, 반도체 레이저를 이용한 전방 물체 및 거리 인식 센서를 사용함으로써 보다 정밀한 분해능과 장거리의 거리 계측이 가능하게 되었다. RF나 초음파 센서보다 우수한 성능을 가진 반도체 레이저 거리 계측 센서를 위한 박막 성장과 성장된 Wafer의 칩 프로세스 공정을 진행하여 레이저 센서로 적용 가능함을 확인하였다. InP 기판 위해 클래드, 도파로, 활성층을 MOCVD 장비로 각각 성장하였으며, 도파로는 비대칭 구조로 성장이 되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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