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표제지
요약
목차
제1장 서론 14
제2장 기상계측시스템에 대하여 17
2.1. 기상현상(Meteorological phenomena) 17
2.1.1. 기상요소(Meteorological element) 17
2.1.2. 기상관측(Meteorological observation) 18
2.1.3. 기온(Air temperature) 18
2.1.4. 기압(Atmospheric pressure) 19
2.1.5. 바람(Wind) 21
2.2. 현대의 이동식 기상 계측시스템 26
2.2.1. Weather Station 2156 26
2.2.1.1. 기능적 특성 27
2.2.1.1.1. 풍향·풍속 헤드 어셈블리 27
2.2.1.1.2. DC/DC 전원 공급기 28
2.2.1.1.3. 전자 어셈블리 28
2.2.1.2. 기술적 특성 28
2.2.2. Lambrecht Static Wind Sensor Quatro 29
2.2.2.1. 일반적 특성 31
2.2.2.2. 동작 이론 32
제3장 온도센서를 이용하는 풍향·풍속 센서시스템 34
3.1. 제안된 풍향·풍속 센서모듈의 구조 및 계측 원리 34
3.2. 제안된 풍향·풍속 센서모듈의 응용 41
제4장 온도측정 저항센서(Resistive sensor) 46
4.1. 저항 센서의 종류 46
4.1.1. 스트레인 게이지 (Strain Gage) 46
4.1.1.1. 스트레인 게인지의 원리 : 압저항(Piezo-resistive) 효과 고려 46
4.1.1.2. 스트레인 게이지 사용 시 계측 제한 사항 52
4.1.2. RTD(Resistive Temperature Detector) 56
4.1.2.1. 온도센서의 분류 56
4.1.2.2. RTD 센서의 원리 59
4.1.2.3. RTD 센서 사용 시 계측 제한 사항 62
4.1.2.4. RTD 센서의 종류 및 특성 66
4.1.2.5. RTD 센서의 응용 68
제5장 저항센서를 위한 신호처리 기법 70
5.1. 저항의 측정 70
5.2. 전압분배기(분압기, Voltage Divider) 80
5.3. 신호처리 전용 DSP의 구조 85
5.3.1. TMS320F2812 DSP의 특징 85
5.3.2. DSP 신호처리 보드의 설계 및 특징 87
5.3.3. DSP(TMS320F2812)의 부동소수점 처리 90
5.3.4. DSP(TMS320F2812)의 메모리 맵 92
5.3.5. 리셋과 부트 93
5.3.6. DSP(TMS320F2812)의 A/D 변환 94
5.4. 신호처리를 위한 DSP 인터페이스 95
5.4.1. RTD(Resistive Temperature Detector) 97
5.4.2. RTD 센서 인터페이스 회로 97
5.4.3. A/D 변환부 101
5.4.4. 필름형 가열코일과 Heater Controller 102
제6장 RTD를 응용하는 풍향 풍속 센서 104
6.1. 시스템 구성 104
6.2. 풍향·풍속 측정 106
제7장 기상계측시스템 성능평가 결과 및 분석 110
제8장 결론 118
참고문헌 120
Abstract 124
감사의 글 126
표 2.1. 풍속 환산표 26
표 2.2. 높이에 따른 풍속값 보정 26
표 3.1. 온도센서 기준치 42
표 4.1. 접촉식 온도센서와 비접촉식 온도센서의 비교 57
표 4.2. 접촉형 온도센서의 장·단점 58
표 4.3. RTD 규격 67
표 5.1. 동의 저항치 74
표 5.2. Q format의 범위와 해상도 91
표 5.3. TMS320F2812의 부트모드 94
표 5.4. 박막형 RTD 온도 센서 사양 97
표 5.5. 온도의 디지털 변환표 102
그림 2.1. 유리 온도계의 각부 명칭 19
그림 2.2. 기압계 21
그림 2.3. 16 방위의 풍향 22
그림 2.4. 풍속 및 풍향의 변화 23
그림 2.5. 높이에 따른 풍속의 변화 24
그림 2.6. 풍향계 25
그림 2.7. IRDAM사의 Weather Station 2156의 구조 27
그림 2.8. 15m/s의 스텝 변화에 따른 응답 특성 곡선 29
그림 2.9. Lambrecht Static Windsensor Quatro의 구조 30
그림 2.10. TFV(Thermal Field Variation)기법 31
그림 3.1. 초기에 제안된 풍향/풍속 계측 시스템의 전체 모양 37
그림 3.2. 풍속측정 저항센서와 풍향측정 부저항센서의 배치 37
그림 3.3. 새롭게 제안된 풍향·풍속 계측 시스템의 전체 모습 40
그림 3.4. 풍향·풍속 계측 모듈의 면 구성과 필름형 히터의 모양 40
그림 3.5. 하우징의 구조 43
그림 3.6. 신형 풍향 풍속계 형상 44
그림 3.7. 전자부와 압력 센서 44
그림 4.1. 연철에 대한 응력(stress)-변형(strain) 곡선 47
그림 4.2. 박막형(foil) 스트레인게이지의 파라메터 53
그림 4.3. 박막형 스트레인게이지의 설치 55
그림 4.4. 온도 대 저항의 특성 곡선 60
그림 4.5. RTD 심벌 61
그림 4.6. 온도 프로브를 위한 플래티늄 센서 68
그림 5.1. 저항센서 계측단자에서 본 측정 회로의 테브난 등가회로 71
그림 5.2. 저항센서의 계측 (a)온도에 따라 유동하는 오프셋을 발생시키는 두선 계측. (b)계측단자선 저항에 둔감한 4선측정법 72
그림 5.3. 저항센서 신호조절 회로 (a) 전류여자에 의한 저항센서 신호조절 회로 (b) 2개의 전류원과 전압보상법을 사용하는 회로 76
그림 5.4. 저항 계측을 위한 두 번 읽기 방법 79
그림 5.5. 분압기 방법 (a) 저항측정을 위한 분압기 방법. 한쪽 저항을 알면, 단순히 전압계 값을 읽는 것만으로 미지의 저항 값을 알게 해준다. (b) 분압기에 op amp를 붙이면 미지의 저항에 반비례하는 출력 전압을... 81
그림 5.6. 내부 기능 블록도 87
그림 5.7. DSP 구동회로 88
그림 5.8. 전원회로 88
그림 5.9. 전원 감시 회로 89
그림 5.10. SCI를 이용한 RS232통신 89
그림 5.11. TMS320F2812의 메모리 맵 92
그림 5.12. TMS320F2812에 마스킹된 Boot ROM의 구성 93
그림 5.13. ADC 모듈의 블록 다이어그램 95
그림 5.14. 풍향·풍속 계측 시스템의 전기적 구성도 96
그림 5.15. 휘스톤 브리지 회로 98
그림 5.16. 저항 R₂에 따른 VB의 변화(이미지참조) 99
그림 5.17. RTD 저항센서 인터페이스 회로구성도 99
그럼 5.18. 입력 전압(Vin) VS 출력 전압(Vout)(이미지참조) 101
그림 5.19. 필름형 가열코일과 일정 온도 제어기 102
그림 5.20. CT198 HeaterStat™의 결선도 103
그림 5.21. Heaterstat™의 동작 103
그림 6.1. 풍향·풍속 계측 시스템의 전체 모습 104
그림 6.2. 하우징 장착 전/후의 변화 105
그림 6.3. RTD 센서 배치 및 바람의 영향 106
그림 6.4. 센서의 2축 직각 좌표계 배열 채용 시 다양한 풍향 벡터의 발생 107
그림 6.5. 기성 제품의 풍속 및 센서 신호의 관계 108
그림 7.1. 6시 방향(180˚) 바람을 모니터링한 결과 110
그림 7.2. 각 방향(0˚, 90˚, 180˚, 270˚) 같은 크기 바람1에 대한 4개 RTD 센서의 냉각 결과 112
그림 7.3. RTD 센서의 직각 정렬과 바람 안내 핀의 단면 모습 115
그림 7.4. 각 방향(0˚, 90˚, 180˚, 270˚) 같은 크기 바람2에 대한 4개 RTD 센서의 냉각 결과 115
초록보기 더보기
본 논문에서는 풍향·풍속 계측모듈 및 DSP(Digital Signal Processor)센서인터페이스 회로 보드를 포함하는 기상계측 시스템을 제안한다. 이 DSP 시스템은 풍향·풍속모듈, 대기압센서, 대기 온도 센서의 정보를 받아들이고, 빠르게 처리하여 PC 모니터링 시스템에 전달한다. 특히 풍향·풍속 모듈과 DSP 하드웨어는 직접 설계하여 적용한다.
풍향·풍속 모듈은 바람에 관한 벡터적 정보를 얻기 위해 4개의 박막형 RTD(Resistive Temperature Detectors)저항센서를 히팅 코일에 의해 일정하게 가열된 원기둥 모양의 지지표면에 벡터적으로 배치하는 구조를 채택한다. 이 구조를 채택한 계측 모듈은 진동, 습기, 부식 등에 강인하면서 정확한 계측을 가능케 한다. 센서 신호처리 회로는 TI 사의 고속 DSP인 TMS320F2812를 사용한다.
적용된 풍향·풍속 모듈을 통해 얻어진 데이터와 DSP 인터페이스 회로보드의 빠른 데이터 처리를 통해 저렴한 기상계측시스템을 구성할 수 있었다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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