MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 광학 물성치 최적화 설계

하헌우,한성현,이창욱,김태규,오현웅 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

기존의 MEMS 기반 루버 및 셔터 개폐형 가변 방사율 라디에이터는 온도 조건에 따라 방사율이 변하여 효율적인 열 제어가 가능하나 발사 환경에서의 기계적 구동부의 취약점과 변경된 방사율 유지를 위해 지속적인 전력 소모가 요구되는 단점을 갖는다. 본 연구에서 제안한 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터는 대전되는 비드를 사용하여 전극의 극성 변화에 따라 방사율 가변이 가능하기 때문에 상기의 문제점을 극복할 수 있다. 본 연구에서는 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 광학 물성치 최적화 설계를 수행하였으며, 고정 방사율 라디에이터와의 비교를 통해 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 유효성을 입증하였다. Conventional MEMS-based louver & shutter variable emissivity radiator makes it possible to control heat effectively since emissivity changes depending on temperature conditions, but requires constant power consumption to sustain the altered emissivity along with weak points of the mechanical part in launch environment. Through the MEMS-based variable emissivity radiator proposed by this study, it is possible to overcome the problem above since this new radiator can vary the emissivity, depending on the polarity change of electrodes, by using beads that can be charged. This study carried out a design of optimizing the optical properties of this radiator, and by comparing it with a fixed emissivity radiator, this study verified the effectiveness of this radiator.

가변 방사율 라디에이터를 이용한 궤도 열제어

하헌우,강수진,오현웅,김태규,이창욱 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

기존의 우주용 라디에이터는 방사율이 고정되어 저온에서의 지속적인 방열로 인한 히터 사용량의 증가로 소요전력이 증가하는 단점이 존재한다. 가변 방사율 라디에이터는 장비의 온도변화에 따라 방사율이 변하는 특성으로 히터 사용량을 경감할 수 있어 효율적인 열제어가 가능하게 한다. 본 논문에서는 온도에 따라 방사율이 변하는 가변 방사율 라디에이터에 대한 소개와 이를 적용한 궤도 열해석을 통해 기존의 방사율이 고정된 라디에이터와의 궤도온도 특성을 비교하여 가변 방사율 라디에이터의 유효성을 입증하였다. Existing fixed emissivity radiators had a disadvantage of increasing power consumption by increase of heater usage by radiating continuing at low temperature. The variable emissivity radiator(VER) is enable to efficient thermal control, which reduce heater usage because characteristic of emissivity changes depending on the temperature of the equipment. In this study, we introduce to emissivity changes depending on the temperature of the VER. In order to verified the effectiveness of the VER have compare on-orbit temperature characteristic with existing radiator through on-orbit thermal control analysis.

전기력을 이용한 MEMS 가변 방사율 라디에이터의 성능 검증

한성현,강수진,오현웅,김태규 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

기존의 MEMS 기반 루버 및 셔터 가변 방사율 라디에이터는 온도 조건에 따라 방사율이 가변되어 효율적인 열 제어가 가능하나 발사 환경에서의 기계적 구동부의 취약점 과 변경된 방사율 유지를 위해 지속적인 전력 소모가 요구되는 단점을 갖는다. 본 연구에서 제안한 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터는 대전되는 실리콘 파우더를 사용하여 전극의 극성변화에 따라 방사율 가변이 가능하기 때문에 상기의 문제점을 극복할 수 있다. 본 연구에서는 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 성능 시험을 통하여 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 유효성을 입증하였다. Recently, MEMS-based louver and shutter variable emissivity radiators have been developed to achieve the efficient thermal control by varying their emissivity according to the temperature condition. However, they are still problematic to be applied for space missions because they consume the power continuously to maintain the intended emissivity and their actuating parts are weak in terms of the mechanical strength. In this study, to overcome above drawbacks, we proposed a MEMS-based variable emissivity radiator, which can change the emissivity property according to the polarity change of electrodes by using electric charge of the silicon powder. In this study, the effectiveness of the performance tested the MEMS-based variable emissivity radiator.

반사법에 의한 재료표면의 적외선 방사율 측정에 관한 연구

강병철(Byung-Chul Kang),김상명(Sang-Myoung Kim),최정윤(Joung-Yoon Choi),김군옥(Gun-Ok Kim) 한국비파괴검사학회 2010 한국비파괴검사학회지 Vol.30 No.5

적외선 열화상 카메라를 이용하여 온도를 측정할 때는 측정 대상물질의 적외선 방사율이 중요하다. 적외선 방사율은 흑체와 물체의 적외선 방사 강도비로 구할 수 있으나, 상온에서는 배경의 영향으로 인해 측정하는 것은 용이하지 않다. 따라서 FT-IR를 이용하여 반사법에 의해 강판 및 강판에 코팅된 도료의 적외선 반사율을 측정하고 적외선 방사용을 구하였다. 연마된 강판은 0.06 ~ 0.10의 적외선 방사율을 나타내고 있으며, 비연마 강판은 표면조도에 의해 광학적 특성의 변화로 인한 적외선 방사율 측정에 오차가 발생하였다. 강판에 코팅된 투명도료는 적외선 흡수로 인해 방사율은 0.50 ~ 0.84 정도로 높아졌으며, 도료의 적외선 흡수 밴드에 의해 파장에 따라 방사율도 변한다. 이 실험을 통해 재료표변의 재질, 두께, 조도 등 표면 상태에 따라 적외선의 광학적 특성이 변하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 반사법은 금속 및 금속에 코팅된 도료의 적외선 방사율 측정에 유용한 것으로 판단되며, 측정된 적외선 방사율을 적외선 열화상에 제공함으로서 측정온도의 오차를 줄일 수 있다. Infrared emissivity is one of the most important factors for the temperature measurement by infrared thermography. Although the infrared emissivity of an object can be measured from the ratio of blackbody and the object, at room temperature it is practically difficult to measure the value due to the background effects. Hence, quantitative reflectance of bare steel plate and the surface of coating was measured by FT-IR spectroscopy and emissivity was calculated from this. The emissivity of polished bare steel surface was from 0.06 to 0.10 and the value for the unpolished bare steel can not be achieved because optical characteristics changes of surface roughness induces erroneous results. Emissivity of transparent paint coated steel was from 0.50 to 0.84. Depends on the IR absorption regions, which is a characteristic value of the coating, emissivity changes. This study suggests surface condition of material, thickness, roughness et cetra are important factor for IR optical characteristics. Emissivity measurement by reflection method is useful technique to be applied for metal and it with coating applied on the surface. The range of experimental errors of temperature can be narrowed by the application of infrared thermography from the measured thermal emissivity.

정전 구동형 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 광학 물성치 최적화 설계

하헌우(Heon-Woo Ha),강수진(Soo-Jin Kang),한성현(Sung-Hyeon Han),김태규(Tae-Gyu Kim),오현응(Hyun-Ung Oh) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.2

기존의 MEMS 기반 루버 및 셔터 개폐형 가변 방사율 라디에이터는 온도 조건에 따라 방사율이 가변되어 효율적인 열 제어가 가능하나 발사 환경에서의 기계적 구동부의 취약점과 변경된 방사율 유지를 위해 지속적인 전력 소모가 요구되는 단점을 갖는다. 본 연구에서 제안한 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터는 대전되는 비드를 사용하여 전극의 극성 변화에 따라 방사율 가변이 가능하기 때문에 상기의 문제점을 극복할 수 있다. 본 연구에서는 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 광학 물성치 최적화 설계를 수행하였으며, 고정 방사율 라디에이터와의 비교를 통해 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 유효성을 입증하였다. MEMS-based louver and shutter type conventional variable emissivity radiators change their emissivity properties in accordance with a temperature condition to achieve efficient thermal control performance. However, there are some drawbacks such as a structural safety of the mechanical moving parts under sever launch environment and constant power consumption to maintain the intended emissivity. In this study, to overcome above drawbacks, we proposed a MEMS-based variable emissivity radiator, which can change the emissivity property according to the polarity change of electrodes by using electric charge of the bead. The effectiveness of the optimized radiator design has been demonstrated through the comparison of efficiency with the fixed emissivity radiator.

적외선 열화상 기술을 이용한 원자력 배관의 온도측정과 보정에 관한 연구

김경석(Kyeongsuk Kim),정현철(Hyunchul Jung),박찬주(Chanjoo Pack),김동수(Dongsoo Kim),정덕운(Dukwoon Jung),장호섭(Hosub Chang) 한국비파괴검사학회 2009 한국비파괴검사학회지 Vol.29 No.5

열화상 카메라와 대상물의 측정 위치에 따른 방사각도에 따라 방사율은 달라지게 된다. 이로 인해 열화상 시스템을 이용한 온도 측정시 나타나는 온도 분포는 절대적 온도로 볼 수 없다. 대상체의 실제 표면온도가 일정하더라도 열화상 카메라로 측정된 온도는 방사율 값에 따라 오차를 가지게 된다. 본 논문에서는 동일 온도로 가열된 원통 형태를 가지는 대상체와 평면 형태를 가지는 대상체의 온도를 열화상 카메라를 이용하여 측정하였다. 측정된 표면 온도값을 통하여 화각에 의한 방사율 보정표와 방사각도의 영향에 의한 반사율 보정식을 구하였으며 이를 바탕으로 측정 온도의 오차보정을 수행하였다. 그리고 방사 각도와 화각에 따른 온도 영향을 원자력 배관의 결함 검출에 적용하여 더욱 신뢰성 있는 표면 온도값을 획득하였다. The emissivity is different because the emitted angle changes according to the position of the infrared thermography camera and object. Because of this, the temperature distribution expressed when measuring the temperature by using the infrared thermography system is not the accuracy temperature. Although the real surface temperature is constant, the temperature measured by using infrared thermography camera have error in accordance with the value of emissivity. In this paper, the temperatures of the round cylindrical object and the flat square object that heated to the equal temperature were measured by infrared thermography camera. The emissivity calibration formula and correction table are made with the affect of the view angle and emission angle form the surface temperature value. The error of measured temperature values are corrected by using the emissivity calibration formula and correction table, and apply to defect detection of the nuclear power plant pipe. From the calibration method, reliability surface temperature values were obtained.

항공기 적외선 스텔스 기술 적용을 위한 다양한 배경조건에서의 방사율 제어구조 성능 분석

배문장,김태환,김태일,정대윤,조형희 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.5

적외선을 이용한 무기체계의 발달로 인해 항공기의 생존은 큰 위협에 직면해 있다. 따라서 항공기의 생존성 향상을 위해 서 적외선 스텔스 기술이 매우 중요하다. 본 논문에서는 수치해석을 통해 실제 비행환경에서의 항공기 표면온도 및 주위 배 경에 따른 적외선 신호를 분석하고 이를 바탕으로 적외선 스텔스를 위한 항공기 표면 구조체 방사율의 가이드라인을 제시하 고 그 성능을 검증하고자 한다. 수치해석 결과, 주위 배경에 따라서 항공기 표면 방사율을 최적화한다면 항공기와 배경간의 복사대비강도를 감소시킬 수 있음을 확인하였다. Survivability of an aircraft has been greatly threatened by the development of a weapon system using infrared. Therefore, the infrared stealth technology is a very important technique to improve the survivability of an aircraft. In this study, the infrared signal of an aircraft was analyzed which corresponding to the aircraft surface temperature and environmental conditions with various surface conditions(especially emissivity changed). Based on the analyzed infrared signal, the optimized surface emissivity was suggested to reduce the average contrast radiance and contrast radiant intensity(CRI). In addition, we confirmed that the infrared contrast radiant intensity between the aircraft and the background can be minimized through an appropriately controlled surface emissivity of the aircraft at specific background.

공기층을 포함한 이중층 강판의 열전달 특성에 대한 실험 및 해석적 연구

이충열,강성묵,김진국 한국강구조학회 2023 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.35 No.6

본 연구에서는 공기층 적용과 공기층 내 표면 방사율이 강판의 열전달에 미치는 영향을 확인하기 위해 비재하 가열실험을수행하였고, 열전달해석을 통해 시험체별 온도 변화 경향을 분석하였다. 나아가, 전체 두께에서의 공기층 비율과 공기층 내 표면 방사율 변화에 따른 변수해석을 수행하여 비가열부 표면 온도를 예측하였다. 예측한 비가열부 표면 온도에 대해 공기층 유무에 따른 강판의 열전달 특성을 등가온도계수로 정량화하여 열전달을 최소화하는 최적의 공기층 구조를 제안하였다. 제안한 최적의 공기층 구조에서 공기층 내 표면 방사율 변화에 따른 등가온도계수 함수를 통해 공기층을 포함한 이중층 강판의 열전달 특성을 정립하였다. In this study, a non-load heating experiment was performed to determine the effect of air layer application and surface emissivity within the air layer on the heat transfer of steel plates, the temperature change trend for each specimen was also analyzed through heat transfer analysis. Furthermore, the temperature of the non-heating surface was predicted by performing variable analysis according to the air layer ratio of the total thickness and the change in surface emissivity within the air layer. About the predicted temperature, the heat transfer of the steel plates with and without an air layer was quantified using an equivalent temperature coefficient, and an optimal air layer structure that minimizes heat transfer was proposed. In the proposed optimal air layer structure, the heat transfer of the double-layer steel plates were established through the equivalent temperature coefficient function according to the change in surface emissivity within the air layer.

드론 열화상 화소값의 타겟 온도변환을 위한 방사율 영향 분석

조현정,이재왕,정나영,오재홍 한국측량학회 2022 한국측량학회지 Vol.40 No.1

최근 열화상 카메라의 수요 증가와 함께 열화상 카메라를 활용한 연구 또한 관심이 높아지고 있다. 그 중, 기존의 드론에 열화상 카메라를 부착하여 촬영하는 등의 단순 촬영에서 나아가 열 영상 처리를 통한 디지털 트윈 구축, 영 상화된 데이터를 통한 관리 시스템 구축 등 열 영상 처리 후 데이터를 응용한 연구가 증가하고 있다. 본 논문에서는 열화상 카메라를 처리하는 과정에서 생성되는 화소값인 DN값(Digital Number)이 실제 표면 온도로 변환하기 위 한 관계식 유도과정에서 방사율이 DN값에 미치는 영향을 알아보기 위한 연구를 진행하였다. DN값은 열 영상의 스펙트럼 밴드 값을 나타내는 숫자로 열 영상 데이터를 구성하는 중요한 요소이다. 하지만 DN값은 실제 표면 온도 를 표시하는 온도 값이 아닌 열이 높고 낮음을 밝기로 표시한 밝기 값으로 실제 표면 온도와 비 선형적인 관계이다. 그러므로 열화상 카메라로 획득한 영상 이미지의 DN값을 실제 표면 온도와 관계성을 보일 수 있다면 데이터를 처 리하기 수월하며, 더 많은 활용성을 기대할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 우선, 실제 표면 온도와 열 영상의 DN 값의 관계를 분석하고, 열화상 카메라와 같은 원리로 작용하는 비접촉 열화상 온도계가 실제 표면 온도에 근접한 참값으로 변환할 수 있도록 방사 조정을 진행하였다. 그 결과 실제 표면 온도 및 DN값의 관계 그래프와 방사 조정 된 비접촉 열화상 온도계 및 DN값의 관계 그래프가 유사한 선형관계를 보였으며 방사율을 조정하기 전보다 조정 한 후의 비접촉 온도가 실제 표면 온도에 더 근접한 결과를 얻었다. Recently interests on the application of thermal cameras have increased with the advance of image analysis technology. Aside from a simple image acquisition, applications such as digital twin and thermal image management systems have gained popularity. To this end, we studied the effect of emissivity on the DN (Digital Number) value in the process of derivation of a relational expression for converting DN to an actual surface temperature. The DN value is a number representing the spectral band value of the thermal image, and is an important element constituting the thermal image data. However, the DN value is not a temperature value indicating the actual surface temperature, but a brightness value indicating high and low heat as brightness, and has a non-linear relationship with the actual surface temperature. The reliable relationship between DN and the actual surface temperature is critical for a thermal image processing. We tested the relationship between the actual surface temperature and the DN value of the thermal image, and then the radiation adjustment was performed to better estimate actual surface temperatures. As a result, the relation graph between the actual surface temperature and the DN value similarly show linear pattern with the relation graph between the radiation-controlled non-contact thermometer and the DN value. And the non-contact temperature after adjusting the emissivity was closer to the actual surface temperature than before adjusting the emissivity.

게르마늄 함유 감성의류용 직물의 원적외선 방출 특성

김현아 ( Hyun Ah Kim ),김승진 ( Seung Jin Kim ) 한국감성과학회 2010 감성과학 Vol.13 No.4

본 연구에서는 원적외선 방출 직물 소재를 개발하기 위해서 나노사이즈 게르마늄 입자와 PET chip을 마스터 배치 칩으로 제조하고 이를 PET와 용융 방사하여 sheath-core conjugate 복합사를 제조하여 이들의 물성과 이들 복합사로 제조한 직물의 원적외선 방출특성을 측정·분석하였다. 또한 게르마늄을 함유한 필라멘트와 직물의 물성을 측정하고 이들 물성이 사가공 공정의 중요공정 인자인 벨트각과 사속비 등의 공정인자와 직물설계에서의 경사와 위사의 밀도에 관계하는 직물 밀도 계수 등의 설계 조건에 의해 직물 역학 특성과 직물촉감등의 물성이 어떠한 변화를 가져 오는가에 대한 분석을 하였다. 최적 방사조건에 의한 core부에 게르마늄이 함유된 sheath-core형 PET복합사를 제조하였으며 이들의 절단강신도 모두 일반 PET絲의 물성치를 보였으며 DTY는 제직성에 문제가 없는 강신도를 보였고 습건열 수축률은 일반 PET사 보다 높은 값을 보였다. 게르마늄 함유 직물의 원적외선 방사강도는 5~20㎛파장 영역에서 3.53×102W/m2을 보였으며 방사율은 0.874를 보였다. 그리고 최적 사가공 공정 조건 설정과 최적 직물밀도 설계로 직물의 역학 특성치와 촉감 특성의 저하를 막을 수 있음을 확인할 수 있었다. This paper surveys emission characteristics of Far-infrared of the fabrics fabricated with germanium imbedded sheath-core conjugate composite filaments. For this purpose, master batch chip was prepared with PET semi-dull chip and nano sized germanium particles and sheath-core type conjugate composite filament was spun using this master batch chip and polyester semi dull. The emission power and emissivity of the germanium imbedded fabrics were measured and investigated using FT-IR spectrophotometer by KICM- FIR 1005 measurement method. In addition, the fabric mechanical properties were measured and discussed with the effects of the optimum texturing process conditions and fabric structural design conditions. The sheath/core type PET composite germanium imbedded filaments were manufactured by the optimum spinning condition, its tenacity and breaking strain showed the same level as the regular PET filament. The tenacity and breaking strain of the DTY showed good physical properties and no problem in the weaving process. Then, wet and dry shrinkages showed higher values than those of regular PET filament. The emission power of the germanium imbedded fabric was 3.53×102W/m2 at the 5-20㎛wave length range, and emissivity was 0.874. The fabric hand of germanium imbedded fabrics was inhanced by the optimum texturing process and fabric structural design with improved mechanical properties such as fabric bending and compressional properties.