유전율법에 따른 다공질 매질의 특성 파악을 위한 실험적 연구

김만일 ( Man Il Kim ),니시가끼마코토 ( Makoto Nishigaki ) 대한지질공학회 2003 지질공학 Vol.13 No.4

지반을 구성하고 있는 매질에 대한 체적함수비 및 포화 정도를 측정하는 것은 지반의 물리적 성질, 강우에 의한 지하수 함량 및 자연 사면 파괴를 이해하는데 매우 중요한 요소 중의 하나이다. 이러한 지반의 요소들을 파악하기 위해 전자기파를 이용한 유전율법은 지반의 유전율상수의 특성에 따라 평가되어지므로 다양한 분야에 적용되고 있다. 본 연구에서는 전자기파의 측정 주파수 범위 1 - 18 GHz를 사용하는 유전율 시스템인 FDR-V (Frequency domain reflectometry with vector network analyzer)를 적용하여 1 GHz와 18 GHz에서의 두 주파수 범위에 대한 표준사 (Standard sand)와 화강풍화토 (Granitic weathered soil)의 밀도, 온도 및 염분농도 의존성에 따른 유전율상수의 반응에 대해 검토하였다. 실험결과에서, 흙의 밀도 의존성은 체적함수비의 증가에 따라 유전율상수도 증가하는 것으로 측정되었으나, 이들의 밀도 의존성은 다소 낮은 것으로 판단된다. 그리고, 1 GHz 실수부 (Real part)에 대한 온도 의존성 실험에서는 온도의 증가에 따라 물과 표준사의 유전율상수는 점진적으로 감소하는 경향을 보이나 에탄올의 유전율상수는 증가하는 것으로 측정되었다. 따라서, 온도 변화에 따른 각 매질의 유전율상수는 측정 온도에 대한 영향을 고려하여야 한다. 염분농도에 따른 유전율상수의 변화는 1 GHz 허수부(Imaginary part)에서 염분농도의 증가에 따라 유전율상수의 측정치도 함께 증가하는 것으로 나타났다. 이상과 같이, 다양한 조건하에 대한 유전율상수의 의존성들을 기초로 하여 다공질 매질의 특성을 파악하기 위한 FDR-V 시스템의 적용성을 충분히 검토하였다. 결론적으로, 본 연구에서는 1 GHz의 측정 주파수범위 내에서 다공질 매질의 염분오염도를 충분히 정량적으로 측정할 수 있는 것으로 생각된다. Measurements of volumetric water content and saturation of porous media are very important factors in understanding the physical characteristics of soil, groundwater recharge by rainfall, pollutant movement, and slope failure. To measure such physical parameters, a permittivity method using electromagnetic wave is applied and use is made of the special permittivity response of understand to water and ethanol. In particular, the estimation is required because permittivity is influenced by the nature of the underground environment. In this study, we carried out experiments on the relative dependency of soil density, temperature and salinity of standard sand and granitic weathered soil using FDR-V system (Frequency domain reflectometry with vector network analyzer) within a frequency range of 1 - 18 GHz. The results of the study showed that the dielectric constants of standard sand and granitic weathered soil increased with increased volumetric water content of soil. However, the dependency of soil density was found to be a little low. Changes of dielectric constant with temperature appeared definitely in the real part of 1 GHz. That is, the dielectric constant of real part at 1 GHz of water and standard sand increased with the rise of temperature. However, ethanol showed decreased tendency. The study also showed that dielectric constant increased with increase in salinity at imaginary part of 1 GHz. It could be concluded from this study FDR-V system can adequately measure the physical properties of soil and the degree of salinity concentration of porous media within 1 GHz frequency range using dielectric constant.

유전율 측정을 통한 아스팔트 콘크리트의 공극률 추정 연구

김부일,김영민,조인선 한국도로학회 2009 한국도로학회논문집 Vol.11 No.1

This study was conducted to evaluate the relationship between the dielectric constant and air void of asphalt concrete. Standard specimens that have air voids of various range (0% ~ 20%) were used to measure the dielectric constant using parallel plate method that measures low frequency dielectric constant. From the tests, dielectric constant of asphalt concrete was tend to decrease as the frequency was increased, and the decrement slope was varied with the types of asphalt binders. Dielectric constant was decreased linearly as air void was increased from zero to twenty percent. Consequently, the effect of temperature and moisture content on dielectric constants of asphalt concrete was evaluated to develop the standard curve between dielectric constant and air void of asphalt concrete. The standard curve developed in this study can be used to calibrate or develop the algorithm of non-destructive density gauge. 본 연구는 아스팔트 콘크리트의 유전율과 공극률의 상관성을 평가하기위해 수행되었다. 이를 위해 다양한 범위 (0%∼20%)의 공극률을 갖는 아스팔트 콘크리트 시편을 제작하였고, 저주파 유전율 측정법인 parallel plate법을 사용하여 아스팔트 콘크리트 시편의 유전율을 측정하였다. 아스팔트 콘크리트 시편의 경우 주파수가 증가함에 따라 유전율은 감소하는 경향을 나타내었고, 사용한 아스팔트 바인더의 종류에 따라 그 감소폭이 다르게 나타났다. 또한 공극률 0~20% 사이에서 공극률이 증가함에 따라 유전율 값은 선형적으로 감소하는 경향을 보였다. 더불어 아스팔트 콘크리트 시편의 유전율에 대한 온도 및 함수량 영향을 보정하여 유전율에 따른 공극률의 상관식을 제시하였다. 본 연구를 통해 제시된 아스팔트 콘크리트의 유전율과 공극률의 상관식은 현재 국내외에서 사용하고 있는 유전율을 활용한 비파괴 밀도 측정장비의 보정모델로 활용 가능하며, 향후 국내에서 개발하고자 하는 아스팔트 포장 비파괴 밀도 측정장비의 기본적인 알고리즘으로 활용이 가능할 것이다.

에폭시 내부의 MWNT 응집 크기에 따른 복소유전율 변화의 해석적 관찰

신재환 ( Jae Hwan Shin ),장홍규 ( Hong Kyu Jang ),최원호 ( Won Ho Choi ),송태훈 ( Tae Hoon Song ),김천곤 ( Chun Gon Kim ),이우용 ( Woo Yong Lee ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.5

본 연구에서는 MWNT(Multi-walled carbon nanotube)의 응집크기와 복소유전율의 관계를 수치해석적인 방법을 통하여 접근하였다. 이를 위하여 3-roll-mill 장비를 사용하여 1 wt% MWNT가 첨가된 에폭시 시편을 제작하였다. 제작된 시편은 X-band(8.2~12.4 GHz)에서 네트워크 분석기와 자유공간 측정 장비를 이용하여 복소유전율을측정하였다. 측정된 복소유전율과 복소유전율 혼합 모델을 이용하여 에폭시와 MWNT 응집으로 이루어진 해석모델의 유전율을 결정하였다. 해석 모델은 앞서 말한 것과 같이 에폭시와 MWNT의 응집으로 이루어져 있으며,정육면체 에폭시 내에 구 형태의 MWNT 응집을 가정하였다. 이에 따라 에폭시와 MWNT의 부피비율은 고정되며, 변수는 응집의 크기로 한정하였다. 수치해석은 상용 전자기 해석프로그램인 CST를 사용하였다. CST로부터 모델의 S-parameter를 얻었고, 복소유전율은 Nicolson 방법을 사용하여 얻었다. MATLAB으로 코드를 만들어 S-parameter로부터 복소유전율을 얻었다. 수치해석 결과 응집의 크기가 작아질수록 복소유전율 값이 높아지는 모습을 살펴볼수 있었으며, 이는 나노 입자의 이용에 있어서 분산도는 기계적인 특성뿐 아니라 전자기적 특성인 복소유전율에도 영향을 미친다고 볼 수 있으며, 같은 나노 입자 함량에서 분산도가 좋을수록 높은 복소유전율을 기대할 수 있다. This paper predicts the complex permittivity of MWNT added epoxy depending on agglomeration by numerical analysis. 1wt% MWNT added epoxy specimen is prepared using 3-roll-mill method and its complex permittivity is measured in X-band (8.2~12.4 GHz) using freespace measurement system. The analytic model is comprised of cube epoxy and perfect sphere agglomeration. The complex permittivity of the agglomeration model is predicted by complex permittivity mixing rule using the measured complex permittivity of epoxy and 1 wt% MWNT added epoxy. Commercial electromagnetic analysis software, CST, is used to obtain S-parameter of the analytic model and MATLAB code is used to calculate complex permittivity from the S-parameter. It is confirmed that the complex permittivity increases when the agglomeration size decreases.

내연기관의 엔진오일상태에 대한 유전율 변화 특성

김동민,김영주,이승희,Kim, Dong-Min,Kim, Yong-Ju,Lee, Seung-Hee 한국해양환경•에너지학회 2012 한국해양환경공학회지 Vol.15 No.1

내연 기관의 엔진오일은 열화작용에 의해서 수명이 짧아지고 대기오염을 유발하게 된다. 엔진오일의 상태를 정확히 측정하여 새오일로 교환함으로 엔진의 수명 연장 및 환경오염을 줄일 수 있다. 정전용량 프로브는 엔진오일과 같은 유체의 유전율을 측정하는데 사용 할 수 있다. 본 논문은 엔진 오일의 열화 정도에 따라서 달라지는 유전율 특성을 분석하였다. 오일의 상태에 따라서 달라지는 프로브의 정전용량을 각각 LCR Meter로 측정하여 엔진오일의 유전율을 계산하였다. 또한, 프로브의 크기에 따른 정전용량의 변화를 측정하여 유전율 측정의 정확도를 제시한다. 오염된 오일 일수록 유전율이 증가하며, 유전율로 오일의 오염정도를 판단하는 것이 가능하다. The engine oil life of internal combustion engine is shorted by the thermal effect and that causes air pollution. In order to measure the status of engine oil accurately, the exchange of new oil extends the life of combustion engine and reduces environmental pollution. Capacitance probes, such as engine oil and fluids can be used to measure the dielectric constant. In this paper, the degradation of engine oil varies depending on the degree of dielectric properties was analyzed. Depending on the state of the oil, the variant capacitance of the probe was measured by LCR Meter, respectively, and then the permittivity of oil was calculated. In addition, according to the size of the probe by measuring the change in capacitance measurement, accuracy of dielectric constant are presented. According to oil contaminated with the more increase in dielectric constant, we can decide that contaminated oil is available.

지하댐 지반 물성치 측정을 위한 유전율 측정 시스템 개발

김만일 ( Man Il Kim ),정교철 ( Gyo Cheol Jeong ),박창근 ( Chang Kun Park ) 대한지질공학회 2004 지질공학 Vol.14 No.4

매질이 가지는 고유의 유전율 특성을 이용하여 체적함수비를 실시간으로 측정할 수 있는 유전율 측정장비인 Frequency Domain Reflectometry (FDR) system 및 측정센서를 제안하였다. 특히 측정센서의 형태는 7cm, 10cm, 15cm 길이로 각기 제작하여 유전율상수의 특성을 파악하였다. 본 장비의 유전율측정은 0.1~1.7GHz의 고주파수 범위 내에서 발생된 전자파를 방향성결합기를 통과하여 매질에 설치된 측정센서에서 입사파와 반사파의 간섭현상을 이용함으로써 측정이 가능하다. 본 실내시험 연구에서 획득된 연구결과는 유전율상수의 변화로부터 체적함수비를 지속적으로 측정할 수 있는 점에서 비파괴 모니터링 기술로 구분할 수 있다. 체적함수비와 유전율상수의 관계에서 측정센서의 로드길이에 따른 측정오차는 다소 파악되나, 이들의 관계로부터 Topp et al.(1980) 교정곡선과 비교하여 표준사에 대한 1차원 관계식과 관계곡선을 유도할 수 있었다. 결론적으로 제안된 FDR system과 측정센서로부터 측정된 측정결과들은 Topp et al.(1980) 교정곡선과 매우 흡사한 형태를 보여준다. The authors designed a new technique to measure dielectric constant of a soil media by Frequency Domain Reflectometry (FDR) system and its measurement sensor probe with different length such as 7cm, 10cm and 15cm for estimating the variations of dielectric constant. Measurement of dielectric constant of soil material is possible to measure an interference wave generated by between incidence wave and reflection wave which are detected to electro-magnetic wave through the directional coupler at the high frequency range, 0.1 to 1.7GHz, by FDR system. The obtained experimental results verified that the technique is very promising for non-destructive and continuous soil volumetric water content measurement monitoring in a laboratory. The relationship between the soil volumetric water content and the dielectric constant of soil media (standard sand) was expressed by a single regression curve independent of soil texture at a small experimental error. Also the derived regression curve coincided well with that obtained by Topp curve.

성인 쌍둥이 및 쌍둥이 가족을 대상으로 한 불안민감성의 유전적 영향력에 관한 연구:우울, 음주, 흡연과의 관계

이효윤,이인혜,성주헌 한국건강심리학회 2012 한국심리학회지 건강 Vol.17 No.1

Abnormally high anxiety sensitivity, the fear of anxiety-related sensations, has been used to explain the main mechanism of anxiety disorder, such as phobia or panic disorders. The aim of the current study is to examine the extent of genetic contributions to anxiety sensitivity by comparing healthy adult (>30 ys. old) monozygotic (MZ) twins (N = 278 pairs) with that of dizygotic (DZ) twins (N = 80 pairs). Data were obtained from several scales, including the ASI-R(The Revised Anxiety Sensitivity Index), CES-D (Center for Epidemiologic Studies Depression Scale), AUDIT (Alcohol Use Disorders Identification Test), and FTND (Fagerstrom Test of Nicotine Dependence) scales. Heritability of anxiety sensitivity was computed using MERLINE. Using multiple regressions, the relationships of four subscales of anxiety sensitivity and the other psychological maladjustments (depression, alcohol dependence, and nicotine dependence) were examined, separately, for individuals in the MA and DZ groups. There was a significant correlation of anxiety sensitivity scores between twins for the MZ group but not for that of the DZ group. The total heritability estimate of anxiety sensitivity was about 20% the heritability estimate of sub-scales of anxiety sensitivity measure was 21% for cardiovascular concerns, 19% for social concerns, 16% for respiratory sensation concerns, and 13% for psychological concerns. Two of the four subscales anxiety sensitivity(psychological concerns and respiratory sensation concerns) were correlated with depression, but only for the MZ group. These findings for genetic contributions to anxiety sensitivity indicate that anxiety sensitivity is a risk factor of many psychological disorders. Therefore, family-based therapy should be considered in approaching anxiety sensitivity which is related to psychological disorders. 본 연구는 일란성과 이란성 쌍둥이 및 쌍둥이 가족들을 대상으로 공포증, 공황장애 등 불안 장애의 핵심 기제를 잘 설명해주는 정신병리 개념인 불안민감성의 유전율을 파악하고자 하였다. 이와 함께 우울, 알코올의존, 니코틴의존에 대한 불안민감성의 유전적 영향력을 알아보고 불안관련 심리적 장애들의 유전성을 알아보고자 하였다. 연구대상은 서울, 경기, 부산, 천안지역에 거주하는 30세 이상의 일란성(278쌍), 이란성(80쌍) 쌍둥이 및 그들의 직계가족 835명, 총 1551명으로 구성되었다. 연구대상자 모두 한국판 불안민감도 지수 확장형(ASI-R), 한국판 우울척도(CES-D), 알코올중독 자가진단 검사(AUDIT) 및 니코틴의존도 평가(FTND) 설문지에 응답하였으며 이들 설문지를 회수하여 분석에 사용하였다. 불안민감성에 대한 일,이란성 상관분석 결과 일란성이 이란성 보다 높게 나와 불안민감성의 유전적 영향력을 시사해 주었으며 이를 근거로 불안민감성 전체와 불안민감성 하위요인에 대해 실시한 유전율 분석결과 불안민감성 전체 유전율은 약 20% 정도로 나타났다. 불안민감성의 하위척도별 유전율은 심혈관위장계 감각염려가 21%정도로 가장 높았고 그 다음이 사회적 염려(19%), 호흡계 감각염려(16%), 심리적 염려(13%) 순으로 나타났다. 불안민감성과 관련 있는 것으로 보고되는 알코올 의존, 니코틴 의존, 우울 이상의 세 가지 부적응 문제와의 관련성을 불안민감성의 하위요인별로 알아본 결과 일란성쌍둥이 집단에서만 불안민감성 하위척도 중 심리적 염려와 호흡계 감각 염려가 순서대로 우울에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 불안민감성의 유전적 영향력을 확인할 수 있었다. 또한 불안민감성과 우울 간 관련성 및 불안관련 심리적 장애들의 유전성이 확인되었다. 이러한 결과는 불안민감성과 관련 있는 심리적 장애들에 대한 치료적 접근 시 가족단위의 치료 계획을 세우는 근거로 활용 가능할 것이다.

유전율이 다른 두 마이크로스트립 기판 접합에 의한 불연속의 해석 : 3차원 유한차분-시간영역 방법에 의한 접근

이용택,전중창,심재륜,김태수 위덕대학교 부설 전자기술연구소 1999 전자기술연구소 논문집 : 위덕대 Vol.3 No.1

본 논문에서는 3차원 유한차분 시간영역 방법을 사용하여 유전율이 서로 다른 마이크로스트립 기판의 접합 불연속 효과를 해석하였다. 본 논문에서 구현된 FDTD 알고리듬의 정확성을 검증하기 위해서, step-in-width 불연속 해석 결과를 상용 CAD 소프트웨어 시뮬레이션 결과와 비교였으며, 18 GHz까지의 주파수 범위에서 두 결과가 잘 일치하였다. 유전율이 서로 다르더라도 특성 임피던스가 동일하도록 도체 폭이 조절되면 반사계수가 -33 dB이하로 매우 낮아지며, 유전율이 서로 다르면서 도체 폭이 균일 한 경우에는 step-in-width 불연속 효과와 비슷한 결과가 얻어졌다. 유전율이 서로 다른 마이크로스트립 기판 접합에 의한 불연속 효과는 마이크로파 회로 모듈 패키징(packaging), 안테나 피더(feeder) 등의 설계에 적용될 수 있다. In this paper, we have analysed the junction of microstrip substrates having different permittivities using the 3-dimensional finite-difference time-domain (FDTD) method The accuracy of the FDTD application is validated by the comparison between FDTD results and commercial CAD software simulation results for a conventional step-in-width discontinuity. The FDTD results for the junction of microstrip substrates having different permittivities reveal that the reflection coefficient can be very small as below -33 dB only if the widths of metal strips are adjusted so that characteristic impedances of both sides are uniform. Also, it is shown that the junction with a uniform strip width has a similar characteristics as a step-in-width discontinuity. The simulation results presented at this paper can be applied to microwave circuit packaging and antenna feeder circuits.

복소 유전율 및 투자율 변화에 따른 자성 복합체 시트의 근접장 전력 흡수능

이준식,김기현,남백일 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.4

To optimize the electromagnetic noise reduction in a magnetic composite sheet by varying the complex permittivity and permeability, we evaluated the transmission power absorption by using the microstrip line method (IEC 62333 standard). To analyze the power absorption, we extracted the magnetic and the dielectric loss, which contribute to the total absorption. The electromagnetic characteristics of a microstripline and a magnetic composite sheet were simulated by using a 3D finite elements method (FEM) commercial program in the frequency range from 0.2 GHz to 10 GHz. The power absorption by the magnetic composite sheet was governed by the loss tangent of the permeability and the permittivity. When the real parts of the permeability and the permittivity of a 100 $\mu$m-thick composite sheet were fixed at 2 and 10, their loss tangents were 0.5 and 0.1, respectively, and the total power absorption was about 13.79% at 9.6 GHz with a magnetic loss of about 8.98% and a dielectric loss of about 1.78%. When the loss tangents were 0.1 and 0.4, the total power absorption was about 19.19% with a magnetic loss of about 1.77% and a dielectric loss of about 6.77%. 전자파 노이즈 저감을 위한 자성 복합체 시트를 최적화하기 위해 마이크로스트립라인 평가법(IEC 62333-2)을 적용하여 복소 유전율 및 투자율 변화에 따른 복합체 시트의 근접장 전력 흡수 특성을 해석하였다. 자성 복합체 시트에 의한 전력 흡수 기전을 분석하기 위해 총 흡수능에 기여하는 자성, 유전 손실을 각각 추출하여 비교하였다. 마이크로스트립라인과 복합체 시트의 전자기 전산모사는 3차원 유한요소법을 적용한 상용프로그램을 사용하여 0.2~10 GHz 영역에서 해석하였다. 자성 복합체 시트에 의한 전력 흡수는 유전율 및 투자율의 손실 탄젠트(loss tangent)에 의해 주로 영향을 받으며, 동일한 투자율 및 유전율 실수부에서 허수부가 클수록 전력 흡수가 증가하는 것을 확인하였다. 100 $\mu$m의 두께를 갖는 복합체 시트의 투자율과 유전율의 실수부 값이 각각 2와 10이고 손실 탄젠트 각각 0.5, 0.1인 경우 총 전력 흡수능은 13.79%이었다. 이 때, 자성 손실은 8.89%, 유전손실은 1.78%를 보였다. 손실 탄젠트가 각각 0.1, 0.4인 경우, 복합체 시트의 총 전력 흡수능은 19.19%이었으며 1.77%의 자성 손실과 6.77%의 유전 손실을 보였다.

에폭시 복합체의 주파수 변화에 따른 유전특성

이호식(Ho-Shik Lee) 한국유화학회 2018 한국응용과학기술학회지 Vol.35 No.3

주파수 변화에 따른 에폭시 복합체의 전기적 특성을 알아보기 위하여 온도 범위 20[℃], 100 [℃], 140[℃], 주파수 범위 30[Hz]~3[MHz] 사이에서 유전율 및 유전손실을 측정하였다. 저주파 영역에서 유전분산과 유전 손실이 나타나고 있음을 확인하였다. 또한 고온 영역에서는 충진제의 영향으로 유전율이 감소하는 것을 확인하였다. In order to study electrical properties of epoxy composites with various frequency. To measure of dielectric characteristics have been performed over a frequency range from 30[Hz] to 3[MHz] and a temperature range of 20[℃], 100[℃], 140[℃]. We observed values of dielectric constant and dissipation of the epoxy composites with various frequency. We were observed dielectric loss and dispersion in low frequency region. Also, we observed to decrease of the dielectric constant due to the effects of filler in high temperature region.

FDR 센서를 활용한 제체 누수특성의 실내 모형 실험 연구

김규범 ( Gyoo-bum Kim ),임은상 ( Eunsang Im ),류호철 ( Ho-cheol Ryu ),황찬익 ( Chan-ik Hwang ),김형종 ( Hyeong-jong Kim ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.4

제체의 누수를 탐지하는 방법으로서 물리탐사, 온도 계측, 광섬유 등 다양한 방법이 개발되어 왔다. 본 연구에서는 FDR 센서의 유전율상수를 이용한 누수 탐지의 가능성을 파악하기 위하여 취약부와 미취약부로 구성된 물리모형을 제작하였으며 유전율상수, 온도 및 간극수압 센서를 설치하였다. 누수가 형성됨에 따라 유전율상수는 미취약부보다 취약부에서 빠르게 변화되었다. 또한, 취약부에서 간극수압, 온도 및 유전율 상수를 비교하면 유전율 상수의 반응이 가장 빠르고 하류 계측 지점에서도 쉽게 인지되는 특성을 보였다. 이와 같은 특성을 고려할 때, 제체 하류 구간에서 분포형으로 유전율을 측정한다면 누수 탐지에 빠르고 효율적으로 대처할 수 있을 것으로 파악되었다. Various methods, such as geophysical exploration, temperature measurement, and fiber optics, have been developed for detecting the seepage at a dam. In this study, in order to investigate the possibility of leakage detection using dielectric constant of FDR sensor, a physical model consisting of weak and no-weak zones is fabricated and the sensors for dielectric constant, temperature and pore water pressure measurements are installed. As a leakage happens, the dielectric constant changes more rapidly through a weak zone than no-weak zone. In addition, comparing three factors (dielectric constant, temperature, and pore water pressure), the response of dielectric constant to seepage is fast and it is easily recognized even at the end measurement point. Considering these features, it is concluded that it could be possible to cope with the leakage detection quickly and efficiently if the dielectric constant is measured at the downstream slope of a dam.