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액체거동의 비접촉 다점측정을 위한 레이저진동계와 갈바노미터스캐너 계측시스템
김준희,신윤수,민경원 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.5
슬로싱과 같은 액체의 동적 거동을 측정하고 제어하는 연구가 다양한 공학분야에서 활발히 진행중이다. 건축공학분야에서 도 건축물의 풍진동을 저감시키는 동조액체감쇠기의 연구에 액제 진동이 측정되고 있다. 본 논문에서는 기존 파고 측정 센서의 한계를 극복하기 위하여 레이저 장비 중 LDV와 스캐닝 장비 중 갈바노미터스캐너를 이용하여 동조액체감쇠기 내의 액체 진동을 측정하는 방법을 제안하고 검증하였다. LDV가 속도와 변위를 측정하는 원리를 기술하였고 갈바노미터스캐너의 구동 원리에 따라 LDV의 단일 포인트로 다점측정이 가능한 시스템을 구성하였다. 동조 액체감쇠기의 4점 액체 진동을 측정하여 각 점의 시간 영역 데이터를 기존에 사용하던 비디오 센싱 데이터와 비교하였고 파형 분석을 통해 진행파와 정상파를 구별할 수 있음을 확인하였다. 또한 측정 딜레이가 있는 데이터를 상호 상관을 취하여 특이값 분해를 하고 이론 및 비디오 센싱 결과와 일치하는 고유진동수와 모드형상을 도출하였다. Researches regarding measurement and control of the dynamic behavior of liquid such as sloshing have been actively on undertaken in various engineering fields. Liquid vibration is being measured in the study of tuned liquid dampers(TLDs), which attenuates wind motion of buildings even in building structures. To overcome the limitations of existing wave height measurement sensors, a method of measuring liquid vibration in a TLD using a laser Doppler vibrometer(LDV) and galvanometer scanner is proposed in this paper: the principle of measuring speed and displacement is discussed; a system of multi-point measurement with a single point of LDV according to the operating principles of the galvanometer scanner is established. 4-point liquid vibration on the TLD is measured, and the time domain data of each point is compared with the conventional video sensing data. It was confirmed that the waveform is transformed into the traveling wave and the standing wave. In addition, the data with measurement delay are cross-correlated to perform singular value decomposition. The natural frequencies and mode shapes are compared using theoretical and video sensing results.
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동조액체기둥감쇠기의 동적특성을 파악하기 위한 가변전압측정 시스템 개발
장석정,김준희,민경원,Jang, Seok-Jung,Kim, Jun-Hee,Min, Kyung-Won 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.3
본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 비선형감쇠항을 등가점성감쇠항으로 치환한 등가선형 동조액체기둥감쇠기 모델을 유도하였으며 동조액체기둥감쇠기의 동적거동인 고유진동수와 감쇠비를 이론적으로 파악하였다. 동조액체기둥감쇠기에 일정한 전기장을 형성한 후 동조액체기둥감쇠기의 수직운동에 의해 발생되는 가변전압을 측정하여 수조 내부의 수위로 변환하는 식을 유도하였다. 또한 본 연구에서 제안한 동조액체기둥감쇠기의 수위측정 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 고가의 전기 용량식 파고계와 비교 및 검증하였다. 마지막으로 본 연구에서 제안한 수위측정 시스템을 동조액체기둥감쇠기에 적용, 진동대 실험을 실시하여 고유진동수와 감쇠비를 파악하였고, 이론상의 고유진동수와 실험상의 고유진동수가 일치하였음을 확인하였으며, 진동수비 변화에 따른 동조액체기둥감쇠기의 감쇠비 변화를 확인하였다. In this study, vertical motion of a Tuned Liquid Column Damper(TLCD) is measured by a variable voltage measurement system in the electric field and design parameters of the TLCD are determined. First, nonlinear damping term of the TLCD is replaced as the equivalent viscous damping term. The natural frequency and damping ratio of dynamic characteristics of the TLCD are verified. In addition, a novel liquid level measurement system is developed for measuring vertical motion of the TLCD. For the experimental achievement, experimental characterizations of natural frequency and damping ratio of the TLCD are undertaken utilizing the developed variable voltage sensing. Also, shake table testing is performed to determine the dynamic characteristics of the TLCD. As a result, the feasibility of the proposed liquid level measurement system is verified by comparison with the capacitive type wavemeter.
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