• 한국정밀공학회지
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• 제21권11호
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• pp.75-82
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• 2004

A metrological atomic force microscope (M-AFM) was developed fur the length measurements of nanometer range, through the modification of a commercial AFM. To eliminate nonlinearity and crosstalk of the PZT tube scanner of the commercial AFM, a two-axis flexure hinge scanner employing built-in capacitive sensors is used for X-Y motion instead of PZT tube scanner. Then two-dimensional displacement of the scanner is measured using two-axis heterodyne laser interferometer to ensure the meter-traceability. Through the measurements of several specimens, we could verify the elimination of nonlinearity and crosstalk. The uncertainty of length measurements was estimated according to the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. Among several sources of uncertainty, the primary one is the drift of laser interferometer output, which occurs mainly from the variation of refractive index of air and the thermal stability. The Abbe error, which is proportional to the measured length, is another primary uncertainty source coming from the parasitic motion of the scanner. The expanded uncertainty (k =2) of length measurements using the M-AFM is √(4.26)$^2$+(2.84${\times}$10$^{-4}$ ${\times}$L)$^2$(nm), where f is the measured length in nm. We also measured the pitch of one-dimensional grating and compared the results with those obtained by optical diffractometry. The relative difference between these results is less than 0.01 %.

• Smart Structures and Systems
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• 제19권1호
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• pp.105-113
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• 2017

A microstructure-dependent dynamic model for silicon nanobeams with axial motion is developed by considering the effects of nonlocal elasticity and surface energy. The nanobeam is considered to subject to both transverse and longitudinal loads arising from nanostructural surface effect and all positive directions of physical quantities are defined clearly prior to modeling so as to clarify the confusions of sign in governing equations of previous work. The nonlocal and surface effects are taken into consideration in the dynamic behaviors of silicon nanobeams with axial motion including circular natural frequency, vibration mode, transverse displacement and critical speed. Various supporting conditions are presented to investigate the circular frequencies by a numerical method and the effects of many variables such as nonlocal nanoscale, axial velocity and external loads on non-dimensional circular frequencies are addressed. It is found that both nonlocal and surface effects play remarkable roles on the dynamics of nanobeams with axial motion and cause the frequencies and critical speed to decrease compared with the classical continuum results. The comparisons of the non-dimensional calculation values by present and previous studies validate the correctness of the present work. Additionally, numerical examples for silicon nanobeams with axial motion are addressed to show the nonlocal and surface effects on circular frequencies intuitively. Results obtained in this paper are helpful for the design and optimization of nanobeam-like microstructures based sensors and oscillators at nanoscale with desired dynamic mechanical properties.

• 센서학회지
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• 제30권2호
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• pp.109-113
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• 2021

In this study, an automated culture media replacement system was developed to analyze changes in the contraction characteristics of cardiomyocytes according to the state of the culture media. For the long-term storage of culture media, a Peltier refrigerator with a temperature of 5 to 8℃ was provided and a pH of 7.4 was maintained. The cell culture media of the cardiomyocytes was continuously replaced using interlocking pumps at a flow rate of 0.83 μl/h. The cardiomyocytes in which the culture media was replaced automatically demonstrated lower heartbeats per minute compared to samples in which there was no replacement. However, these cardiomyocytes moved more uniformly and produced greater displacement in one heartbeat cycle. It was observed that the sarcomere length of the cardiomyocytes increased due to the automated culture media replacement system. These cardiomyocytes were found to demonstrate better maturation compared to the control group. The maturation of cardiomyocytes was verified through staining images. The proposed automated culture media replacement system generates a uniform heart rate and improvements in contraction force. Based on the study, patient-specific drug toxicity assessments can be conducted using differentiated cardiomyocytes in induced pluripotent stem cells.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제15권3호
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• pp.57-64
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• 2021

본 연구에서는 KV의 유도조종오차를 최소화하여 직격요격 성능을 확보하고자 DACS 구동장치에 대한 위치정확도 점검방안을 제안하였다. DACS 구동장치의 정확도 성능은 탄도미사일 요격에 중요한 성능 중 하나이다. DACS 구동장치의 정확도 성능을 검증하기 위해 위치정확도란 점검 항목을 도출하였고, 이에 대한 점검시스템 설계 및 점검절차를 기술하였다. 핀틀 위치정확도 점검시스템은 레이저 변위센서를 이용하여 핀틀의 구동변위를 외부 계측할 수 있도록 구성하였고, 외부 계측한 데이터는 실시간으로 구동명령 및 피드백 데이터와 비교분석할 수 있도록 설계하였다. 본 논문에서 제안하는 위치정확도 점검시스템은 DACS 조립체 뿐만 아니라 유도탄 조립체 단위에서도 점검이 가능하도록 설계하였다. 설계된 점검시스템을 이용하여 핀틀의 위치정확도 점검을 수행하였고, 점검 결과를 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.77-90
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• 2009

본 연구에서는 다층지반에 관입된 현장타설말뚝 중 강성말뚝을 대상으로 다층지반의 조건에 따른 말뚝의 수평지지력과 수평거동에 대하여 실험적 분석을 실시하였다. 이를 위해 말뚝이 근입되는 지반에 상이한 상대밀도를 갖는 지반층을 구성하였으며, 수평하중-변위량 곡선을 통하여 극한수평지지력을 산정하고 기존의 방법을 적용시켜 산정된 극한수평지지력과 비교하였다. 또한, 말뚝에 부착된 스트레인게이지와 토압센서를 이용하여 다층지반에서의 말뚝의 수평거동에서 발생하는 휨모멘트분포와 극한단위수평지지력분포를 확인하였다. 수평재하시험결과 말뚝의 극한수평지지력은 지반의 상대밀도와 지반층의 구성에 따라 달라지며, 단일지반을 대상으로 제안된 다양한 방법으로 예측된 값에 비하여 상당부분 적게 측정되는 것으로 나타났다. 말뚝의 침모멘트 분포는 다층지반의 조건에 상관없이 유사한 분포 형상을 보였으며, 극한단위수평지지력 분포 형태는 최상층지반과 중간층지반이 동일하고 최하층지반이 상이한 지반에서 다소 달라지는 분포형상을 보였으나, 다른경우에 있어서는 기본적으로 Prasad and Chari(1999)의 극한단위수평지지력 분포형상과 유사한 것으로 나타났다.

• Smart Structures and Systems
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• 제31권5호
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• pp.469-483
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• 2023

The dynamic characteristics of wind turbine blades are usually monitored by contact sensors with the disadvantages of high cost, difficult installation, easy damage to the structure, and difficult signal transmission. In view of the above problems, based on computer vision technology and the improved YOLOv5 (You Only Look Once v5) deep learning model, a non-contact dynamic characteristic monitoring method for wind turbine blade is proposed. First, the original YOLOv5l model of the CSP (Cross Stage Partial) structure is improved by introducing the CSP2_2 structure, which reduce the number of residual components to better the network training speed. On this basis, combined with the Deep sort algorithm, the accuracy of structural displacement monitoring is mended. Secondly, for the disadvantage that the deep learning sample dataset is difficult to collect, the blender software is used to model the wind turbine structure with conditions, illuminations and other practical engineering similar environments changed. In addition, incorporated with the image expansion technology, a modeling-based dataset augmentation method is proposed. Finally, the feasibility of the proposed algorithm is verified by experiments followed by the analytical procedure about the influence of YOLOv5 models, lighting conditions and angles on the recognition results. The results show that the improved YOLOv5 deep learning model not only perform well compared with many other YOLOv5 models, but also has high accuracy in vibration monitoring in different environments. The method can accurately identify the dynamic characteristics of wind turbine blades, and therefore can provide a reference for evaluating the condition of wind turbine blades.

• 대한원격탐사학회지
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• 제33권5_3호
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• pp.855-866
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• 2017

본 논문에서는 지하수 수자원의 부존 및 대수층의 역학적 변화를 원격 탐사 방법으로 해석한 연구사례를 고찰하였다. 지질 분포, 지표수 및 지형 고도차, 식생 분포, 강수량과 증발산량의 변화를 측정하는 기법에는 항공 자력 탐사 분석에 의한 지질 선구조 해석, DEM, 엽면적지수, 정규 식생 지수 및 지표면 에너지 밸런스 계산 등이 있으며, 모두 원격 탐사로 수득된 자료에 기반하며, 광역적 차원에서의 지하수 수자원 부존 여부를 정성적으로 분석할 수 있다. 위성 센서 자료의 직접 이용을 통한 지하수 부존 및 동력학의 정량적 해석은 현재까지 GRACE와 InSAR가 가장 각광받는 탐사 방법임을 알 수 있었다. GRACE는 미소 중력장 변화를 지구 표면 및 내부 수체의 질량 변화로 전환할 수 있는 센서 보유 위성으로서, 센서 자료의 보정이 필요 없고, 지하수 부존 정량 분석을 위한 보조 자료를 모두 다른 위성 센서 자료에서 수득할 수 있으며, 자료처리 알고리즘의 지속적인 개선이 진행되고 있어서, 전세계적으로 수많은 연구가 수행되었다. 그러나, 위성센서의 검출 한계로 인해 협소한 지역에서의 지하수 질량 변화 정량이 부정확할 수 있고, 현장 조사 자료와 연동할 경우 과대 추정된 결과가 도출될 수 있다. InSAR는 특정 대수층에서 지표의 수직 변위가 지하수위와 비례한다는 원리를 이용, mm 단위의 지표 수직 변위를 측정하여 대수층 및 대수층 내 지하수의 물리적 특징을 정량화할 수 있다. 그러나, 지표의 토지 피복이 단순한 건조-반건조 기후 지역에 한정되어 적용되고 있으며, 지표면과의 긴밀도 값 손실이 우려되는 지역에서는 적용이 힘들다. 상기 두 위성을 이용하여 우리나라 지하수 수자원의 질량 변화 및 흐름 특징을 광역적으로 정량화하기 위해서는 우리나라의 지형 및 지질, 자연 조건에 알맞은 자료 전처리 알고리즘 개발 및 적용이 선행되어야 할 것이다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제8권1호
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• pp.10-20
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• 2007

For spacecraft attitude control, reaction wheel (RW) steering laws with more than three wheels for three-axis attitude control can be derived by using a control allocation (CA) approach.1-2 The CA technique deals with a problem of distributing a given control demand to available sets of actuators.3-4 There are many references for CA with applications to aerospace systems. For spacecraft, the control torque command for three body-fixed reference frames can be constructed by a combination of multiple wheels, usually four-wheel pyramid sets. Multi-wheel configurations can be exploited to satisfy a body-axis control torque requirement while satisfying objectives such as minimum control energy.1-2 In general, the reaction wheel steering laws determine required torque command for each wheel in the form of matrix pseudo-inverse. In general, the attitude control command is generated in the form of a feedback control. The spacecraft body angular rate measured by gyros is used to estimate angular displacement also.⁵ Combination of the body angular rate and attitude parameters such as quaternion and MRPs(Modified Rodrigues Parameters) is typically used in synthesizing the control command which should be produced by RWs.¹ The attitude sensor signals are usually corrupted by noise; gyros tend to contain errors such as drift and random noise. The attitude determination system can estimate such errors, and provide best true signals for feedback control.⁶ Even if the attitude determination system, for instance, sophisticated algorithm such as the EKF(Extended Kalman Filter) algorithm⁶, can eliminate the errors efficiently, it is quite probable that the control command still contains noise sources. The noise and/or other high frequency components in the control command would cause the wheel speed to change in an undesirable manner. The closed-loop system, governed by the feedback control law, is also directly affected by the noise due to imperfect sensor characteristics. The noise components in the sensor signal should be mitigated so that the control command is isolated from the noise effect. This can be done by adding a filter to the sensor output or preventing rapid change in the control command. Dynamic control allocation(DCA), recently studied by Härkegård, is to distribute the control command in the sense of dynamics⁴: the allocation is made over a certain time interval, not a fixed time instant. The dynamic behavior of the control command is taken into account in the course of distributing the control command. Not only the control command requirement, but also variation of the control command over a sampling interval is included in the performance criterion to be optimized. The result is a control command in the form of a finite difference equation over the given time interval.⁴ It results in a filter dynamics by taking the previous control command into account for the synthesis of current control command. Stability of the proposed dynamic control allocation (CA) approach was proved to ensure the control command is bounded at the steady-state. In this study, we extended the results presented in Ref. 4 by adding a two-step dynamic CA term in deriving the control allocation law. Also, the strict equality constraint, between the virtual and actual control inputs, is relaxed in order to construct control command with a smooth profile. The proposed DCA technique is applied to a spacecraft attitude control problem. The sensor noise and/or irregular signals, which are existent in most of spacecraft attitude sensors, can be handled effectively by the proposed approach.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.116-124
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• 2011

대부분의 구조물 안전성 평가에 있어서 전체적인 거동을 나타내는 인자, 즉 기하학적인 형상 변화를 추정하는 것은 매우 중요하다. 종래에는 현장에서 교량의 처짐을 손쉽게 측정할 수 있는 적절한 수단과 방법의 부재로 말미암아, 처짐의 측정이 제한된 측정점에 국한되었고, 또한 변위계를 설치한 개소에 한정되었다. 따라서, 본 연구에서는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반의 무선 경사센서모듈(Wireless Tiltmeter)을 통해 건설구조물의 처짐을 추정하는 방법을 개발하고, 기존의 변위 측정 자기 센서(Linear Variable Differential Transformer: LVDT)를 이용해 측정하는 기술 대신, 유비쿼터스 개념의 무선 경사 센서 모듈의 경사 변화에 따른 저항의 변화를 전압의 형식으로 출력하고, 교정계수를 이용하여 실제 처짐각 및 처짐으로 환산하여 최대 처짐을 구하도록 개발된 유비쿼터스 기반의 처짐 추정방법을 검증하기 위하여 실내 실험을 수행하였고, 그 결과, 측정점에 상관없이 균일한 측정이 가능하고, 기존의 방법과 거의 일치하는 값을 나타내는 것으로 확인되었다.

• 한국광학회지
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• 제22권1호
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• pp.46-52
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• 2011

본 연구에서는 레버 증폭 구조를 이용한 플렉서 기반의 나노 스테이지를 설계, 제작하였다. 제작된 나노 스테이지를 샘플 스테이지로 채용한 공초점현미경을 개발하였다. 2차원 이미징의 구현을 위해서, 기존의 공초점현미경은 레이저를 이미징 평면상에 스캐닝하는 방식으로 구현된다. 본 연구에서는 백 나노미터의 구동정밀도를 가지는 나노 스테이지 위에 놓인 샘플을 2차원으로 스캐닝하면서 2차원 이미지를 구현할 수 있는 공초점현미경을 개발하였다. 플렉서 기반의 나노 스테이지는 이중 판스프링, 변위증폭 레버, PZT 엑추에이터 그리고 변위 센서로 구성 되어 있다. 스테이지의 구동 성능 해석을 위해 상용 유한요소 해석 프로그램을 이용하였다. 현미경에 사용되는 광원은 적색광 레이저이며, 레이저는 여러 광학요소를 거쳐 샘플스테이지의 샘플에 입사되고, 반사된 빛은 광센서인 PMT(Photo Multiplying Tube)로 계측되게 된다. 계측된 빛의 크기를 이용하여서 2차원 이미징을 구현하였다. 개발된 공초점 현미경으로 생쥐 귀의 피부조직을 관찰하여 현미경의 이미징 성능을 검증하였다. 설계된 샘플 스테이지는 기존의 공초점 현미경의 기계적인 Beam 스캐너를 대신함으로써 현미경의 광경로 및 전체시스템을 간소화 하였다.