본 논문에서는 그리드 기술과 웹 서비스 기술을 이용하여 원격지에 위치한 고가의 대형 실험장비와 데이터 공유를 위한 통합데이터베이스 시스템을 제안한다. 제안된 통합데이터베이스 시스템은 오픈 분산 컴퓨팅 환경을 통해서 지리적으로 분산되어있는 전체 실험시설들의 실험장비와 데이터베이스를 총괄 관리한다. 또한 인증과 권한 기능을 도입하여, 인증 받은 실험자에게만 권한 별로 차등하여 실험장비 이음과 데이터베이스의 접근을 제공하며, 공유된 실험결과데이터에 대해서 효율적인 검색과 데이터의 다운로드, 실험결과 그래프를 제공한다. 국내 6개의 건축대형장비를 연결하는 통합시스템의 프로토 타입의 개발을 통해 가상 대형장비실험의 효용성을 확인하였다.
기존의 실험 실습실에서 사용하는 장비들은 컴퓨터와의 통신으로 제어가 가능하나 직접 코드를 쳐야 값을 입력하거나 출력 값을 볼 수 있을 뿐만 아니라 복잡한 구조로 되어있어서 교육을 받은 전문가가 아니면 잘 사용하지 않는 문제점이 있다. 또한 여러 장비를 사용하는 경우 장비들을 통합적으로 제어하는 프로그램이 없어 동시에 제어하려는 경우에는 비효율적이다. 이러한 문제를 해결하고자 MATLAB GUI를 이용해서 시각적으로 보기 쉽고 여러 실습장비들을 동시에 제어가 가능한 통합된 자동화운용 시스템을 개발하였다. 시스템개발은 Instrument Control Tool Box를 이용해서 실습 장비와 PC를 연결하고 MATLAB GUI를 이용해서 화면제어 및 표출방법을 고안하고 상호 입출력이 가능하도록 개발 되었으며 사용자에게 보다 가시적이고 편리한 조작이 가능하게 하여, 실험장비의 통합 운용 제어를 가능하게 하는 시스템을 개발하였다. 본 연구는 대학수준의 실험 실습실이나 기업의 연구소에서 장비의 실측과 운용 그리고 원격제어에 의한 실험의 원격교육 등에 매우 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 저압 상태인 반도체 제조장비의 입자오염을 측정하는데 많이 사용되고 있는 ISPM 의 성능 특성을 실험적 기법으로 조사하였다. 2 개의 공기역학적 렌즈를 사용하여 주입된 219.41 nm 크기의 PSL 실험 입자 빔을 생성시켰다 또한 기존에 보고된 실험조건에 따라 chamber 압력, 유입유량을 각각 1 torr와 32 sccm 으로 맞추었으며, 입자 농도를 두 가지로 변화시켜 실험하였다. 연구에 사용된 본 연구센터의 ISPM 장비는 250 nm 근처의 입자 크기에 대하여 비교적 정확한 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 앞으로 본 실험에서는 사용된 ISPM 장비의 측정 환경에 맞는 렌즈 수, 렌즈 간격 , 적정 압력, 적정 입자 크기 등 조건들을 결정하여 실제 반도체 제조장비 공정 chamber 에 직접 부착하여 반도체 공정에 활용할 계획이다.
진동원을 가진 장비를 임의의 구조물에 설치할 경우 관심이 되는 문제는 구 조물의 임의의 위치에서의 진동 수준을 추정하는 일이다. 특히 정밀장비를 다루는 반도체 공장에서 크린룸이나, 정밀측정, 분석 실험실등 미진동을 제 어해야 하는 분야에서는 더욱 그 필요성이 대두되고 있다. 진동제어가 필요 한 공간에 대한 진동수준의 예측이 가능할 경우 진동윈이나 수진점(active and passive type)방진에서 최적화된 전달률(transmissibility)을 명확히 결정 할 수 있어 설계와 시행오차를 최소화 할 수 있다. 그러나 이러한 실제문제 를 다룰 경우 대부분 진동제어 구조물은 복잡하고 설치 운용되는 장비들은 대형, 복합장비가 사용되는 것이 일반적이고 수행기간도 여러가지 공정상 단 시간에 이루어져야 하는 현실적인 어려움이 있다. 진동제어가 필요한 구조물 에 대한 임의의 공간에서 진동수준을 신속하고 정확하게 예측하기 위해서는 최소한 두 가지 정보만이라도 명확히 해야 한다. 하나는 장비의 주파수별 정 확한 가진력의 산정이고 다른 하나는 장비가 설치되고 진동제어가 필요한 구조물에 대한 동적특성(dynamic property)이다. 가진력에 대한 정보는 일반 적으로 장비제작사가 제시하는 것이 원칙이나 그렇지 못할 경우 구조해석 기술자(structure engineer)가 해석적으로 추정하거나 또는 명확히 가진 특성 을 알지 못하는 복잡한 장비는 실험적으로 결정해야 한다. 구조물의 동적 특 성을 나타내는 모빌리티(mobility)를 구하는 방법은 해석적인 방법과 실험적 인 방법이 있으나 복합재료, 복잡한 구조형태나, 지지조건, 다양한 결합부의 동적 특성을 정의하여 해석적으로 정확히 해결하기에는 어려움이 있다. 이러 한 제한조건을 손쉽게 해결하는 방법은 실 구조물에 대한 동적실험(dynamic test)을 통하여 단기간에 동적특성을 결정하고 SDM(structure dynamic modification)이나 FRS(force response simulation)를 수행하여 임의의 좌표 공간에 대한 진동수준을 해석적으로 예측할 뿐만 아니라 구조물의 진동제어 를 위한 동적인자를 변경시킬 수 있는 정보를 제공하며 장비를 방진할 경우 신뢰성 있는 전달률을 결정할 수 있다. 실험적으로 철교, 교량이나 건물의 철골구조 및 2층 바닥 등 대,중형의 복잡한 구조물에 대항 동특성을 나타내 는 모빌리티를 결정할 경우 충격 가진 실험이 사용되는 실험장비 측면에서 나 실험을 수행하는 과정이 대체적으로 간편하다. 그러나 이 경우 대상 구조 물을 충분히 가진시킬수 있는 용량의 대형 충격기(large impact hammer)가 필요하게 된다. 이러한 동적실험은 약 길이 61m, 폭 16m의 4경간 교량에 대 하여 동적실험을 수행하여 가능성을 확인하였다. 여기서는 실험실 수준의 평 판모델을 제작하고 실제 현장에서 이루어질 수 있는 진동제어 구조물에 대 한 동적실험 및 FRS를 수행하는 과정과 동일하게 따름으로써 실제 발생할 수 있는 오차나 error를 실험실내의 차원에서 파악하여 진동원을 있는 구조 물에 대한 진동제어기술을 보유하고자 한다.
많은 공학 연구에서 실제 시스템을 활용한 검증은 매우 중요하다. 특히 제어공학의 경우 개발된 신 이론을 적용 및 검증할 수 있는 실험장비의 확보는 필수적이다. 그러나 현실적으로 적절한 실험장비를 확보하는 것은 비경제적이다. 인터넷을 활용하여 실험장비의 원격실험을 가능케 한 가상실험실은 제어공학 연구에 유용하다. 인터넷의 보급과 함께 가상실험실에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 대부분의 경우가 특정 시스템에 한정된 가상 실험실의 구축에 한정되어 있다. 본 논문에서는 기존 연구와 달리 다양한 실험 장비에 적용 가능하며 다양한 제어 기법을 제공하는 가상실험실의 구현을 제안한다. 제안된 가상실험실은 서버-클라이언트 구조를 가지며 다중 제어 인터페이스로 구현된다.
육상제어센터의 원격제어시스템은 원격모니터링시스템, 원격제어시스템, 메시지 교환장치 및 선박모사장치로 구성되었다. 본 연구에서는 육상제어센터의 원격제어시스템 실험을 위해 실습선 한나라호와 육상제어센터 간 통신망(VSAT, LTE)를 활용하여 1) 장비테스트, 2) 시나리오 기반 테스트를 실시하였다. 먼저, 장비테스트는 정박 및 항해중 필수장비(Rudder, Engine, Thruster)에 대해 이루어졌으며, 시나리오 기반 테스트는 항해중 안전수역내에서 제어실험이 이루어졌다. 장비테스트 결과는 선박-육상 간 지연시간은 0.1초이내이며, 시나리오 기반 테스트 결과는 선박에서 육상제어센터까지 평균지연시간은 0.87초이며 최대 9.88분, 육상제어센터에서 선박까지 평균지연시간은 1.14초이며, 최대 8.9분이다. 이와 같이, 선박과 육상간 송수신된 데이터 분석을 통해 선박과 육상 간의 원격제어 및 통신네트워크의 문제점 식별하고, 이에 대한 대안방안 등을 제시하고자 한다.
방사성동위원소를 이용한 아스팔트함량 측정장비의 실험적인 방법에 의한 설계는 많은 시간과 비용이 소요되므로, 코드모사를 통해 설계할 경우 이러한 노력을 줄일 수 있다. 본 연구에서는 장비의 활용성을 증대시키기 위해 법적 규제 면제치인 100 $\mu$Ci이하의 방사성동위원소를 이용하며, 6%의 아스팔트함량을 갖는 혼합물을 5분간 측정하였을 경우 0.2%이내의 함량측정오차를 갖는 장비를 MCNP 코드를 이용하여 설계하였다 또한 코드 모사를 통한 설계를 바탕으로 장비를 제작한 후 5개의 시료에 대한 함량을 측정하고 그 결과를 비교하여 코드의 적용가능성을 검증하였다 실험결과 6.03% 아스팔트 함량을 가진 시료를 5분간 측정하여 5.85%의 함량을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 극지 빙해역을 운항하는 쇄빙선박이나 해양구조물에 작용하는 해빙의 재료특성을 계측할 수 있는 간이 실험 장비를 제작하였다. 극지 빙해역을 운항하는 쇄빙선박의 빙저항이나 해양구조물에 작용하는 빙하중을 추정하기 위해서 극지 현장에서 실규모의 시험을 수행하게 되는데, 저온과 얼음이라는 악조건을 극복하기 위한 빙역학 기술과 특수 장비가 필요하다. 국내에 한국해양연구원 MOERI 빙해수조가 완공됨에 따라 얼음의 특성을 고려한 모형빙 재료특성 시험용 계측장비가 일부 마련이 되었으나 빙해역 현장 시험에 대한 경험이 전무하며, 계측장비에 대한 지식과 기술 역시 확보되지 못한 실정이다. 본 연구에서는 차후 쇄빙연구선 ARAON호를 이용한 빙해역의 실선계측 시 해빙의 강도를 측정하기 위한 계측시스템 마련의 일환으로 시험편 획득을 위한 코어링 장비와, 해빙의 재료특성 중 1축 압축강도를 측정하기 위한 간이 압축시험기 그리고 얼음의 결정구조를 파악하기 위한 편광기를 제작하였다. 또한 극지 현장실험에 적용할 실험기법 확보를 위한 일련의 과정을 마련하기 위해 제작된 장비를 이용해 소양호에서 현장실험을 수행하였고 계측된 결과를 참고문헌과 비교해본 결과 유사한 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문은 그루빙(grooving),타이닝(tinning),텍스쳐(texture) 등의 포장 도로의 표면 상태를 고성능의 레이저 변위센서를 사용하여 정밀하게 측정하고, 측정한 표면 상태를 객관적으로 평가하는 장비 개발에 관한 논문이다. 본 논문에서는 실제 평가 장비 차량을 만들기에 앞서 전체 시스템을 설계하고, 실내에서 차량과 도로의 모사 장비를 만들어 실험하였다. 본 실험에서는 오실로스코프와 DAQ (Data Aquisition) 보드를 사용하였다. LabView로 선호처리 프로그래밍을 하여 컴퓨터 화면에 GUI 형태로 나타내었다. 측정 데이터는 컴퓨터의 저장 공간에 저장하여 후처리를 가능하게 하였다. 또한, 실제 평가 장비 차량에 장착하게 될, GPS(Global Positioning System) 시스템으로 부터 실시간으로 평가 장비 차량의 이동거리 데이터를 얻었다. 실험 결과 차량이 80km/h로 주행할 때 도로 표면 타이닝의 폭과 깊이가 평균 9.67% 오차를 보였으며, 이동거리는 0.03% 이내의 오차를 보여 만족할 만한 결과를 얻었다.
국내의 교육기관에서는 망원경과 검출장비의 한계로 천체의 측광관측에 중점을 둔 실험교육을 하고 있으며 천체의 물리, 화학적 특성을 이해하는데 필수적인 천체분광 실험교육은 원활하지 못한 상황이다. 천체분광 실험 교육을 위하여 과학교육용 실험장비인 랩주니어(Lab-Junior)를 이용하여 소형망원경으로도 천체의 스펙트럼을 얻을 수 있는 어댑터를 개발하였다. 5인치 망원경에 랩주니어 장비를 장착하여 달과 행성의 태양반사 스펙트럼을 얻을 수 있었고 12인치 망원경에 장착하여 데네브(deneb) 같은 밝은 천체의 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 이 발표에서는 랩주니어를 이용하여 관측된 스펙트럼 데이터를 분석해 보고 학교 현장에서 교육적 활용 방안을 소개하고자 한다. 개발된 장비를 활용한다면 고가의 분광장치가 없는 학교나 천문교육시설에서도 손쉽게 천체분광 실험 교육프로그램을 운영할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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