현재 식각이나 증착, 이온주입 등에 반도체 공정에 플라즈마를 이용하고 있다. 이런 반도체 공정용 플라즈마 용기의 경우 플라즈마에 의한 용기의 스퍼터 등에 의해 금속 입자가 생성되어 공정중인 반도체 웨이퍼에 오염을 줄 수 있기 때문에 대부분의 공정용 용기는 아노다이징 알루미늄이나 세라믹 등을 사용한 부도체 용기를 사용하게 된다. 단일탐침법은 플라즈마내 금속 도체를 삽입한 후 바이어스 전압을 인가하여 전류-전압 특성 곡선을 해석하여 측정하는 방법이다. 하지만 플라즈마와 측정 시스템의 공통된 기준전압이 있어야만 측정이 가능하다는 단점을 가지고 있다. 따라서 일반적으로 많이 사용하는 부도체 용기내의 플라즈마는 기존의 단일탐침법으로 측정이 어렵다. 또한 높은 플라즈마 전위를 가지고 있는 플라즈마의 경우 높은 전압에서 전류-전압특성의 측정시스템을 구축하기 매우 어려운 단점을 가지고 있다. 따라서 이런 경우에도 측정이 가능하도록 축전기의 과도현상을 이용하여 탐침이 전기적으로 부유된 단일탐침법을 연구하였다. 이 방법의 타당성 확인을 위하여 금속용기에서 플라즈마를 발생시켜 기존의 단일탐침법과 부유형 단일탐침법을 비교하였다. 기존의 단일탐침법과 비교 결과는 공정조건에 관계없이 상당히 유사하였다. 따라서 이 방법으로 기존 단일탐침법을 사용할 수 없는 높은 플라즈마 전위의 플라즈마나 부도체용기내의 플라즈마의 측정에 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)는 연료전지스택의 각 셀에서 반응하는 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 차량을 구동하는 시스템이다. 이러한 연료전지 셀이 정상적인 발전이 되지 않을 경우 비정상적인 전압이 발전되고 이것을 방치한다면 연료전지 스택의 영구적인 고장을 야기할 수 있다. 이를 방지하기 위해 SVM(Stack Voltage monitor) 제어기는 각 셀의 전압을 측정하고 그 정보를 상위 제어기인 FCU(Fuel cell Control Unit)에 전달한다. 이에 FCU는 연료전지스택의 고장을 운전자에게 알리고 연료전지스택의 발전을 멈추게 한다. 기존에 SVM 제어기는 각 셀마다 분압저항을 통하여 측정하며 이 전압의 차를 이용하여 셀 전압을 계산하는 방식이었다. 이는 상위 셀로 갈수록 오차가 커지는 문제가 있고 다수의 CPU 및 DC/DC 컨버터가 적용이 필요하여 복잡한 구성과 가격이 높은 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 cell monitoring IC를 적용하였고 좀 더 정밀한 측정과 간단한 인터페이스를 구성할 수 있었다. 본 연구에서는 기존 SVM 제어기보다 안정되고 정밀한 SVM 제어기의 개발에 대해 기술하였다.
산업계에서 많이 사용되는 고압 전동기는 일반적으로 관성이 크므로, 인버터 입력 전원의 고장 또는 정전 사고 후 복전 시, 전동기를 멈추고 재기동하기까지 오랜시간이 걸린다. 이러한 재기동 시간을 줄이기 위해, 고압 전동기를 멈추지 않고, 자유 회전 상태에서 재기동이 가능한 플라잉 스타트(flying start) 기능이 요구된다. 본 논문에서는 전압 측정 장치를 사용한 플라잉 스타트 방법을 제안한다. 제안한 방법은 전압 측정 장치를 통해 측정된 전동기의 잔류 전압 정보를 사용하여 전압의 크기, 주파수, 위상을 보상한다. 자사의 고압 인버터를 사용하여 실험을 통해 그 유효성을 검증하였다.
본 논문에서는 고전압 임펄스전압 발생장치의 조작에 의하여 발생하는 과도전압을 측정할 수 있는 용량성분 압기를 실현하였다. 전장센서를 이용한 과도전압측정계는 고속응답의 평판형 전장센서와 광대역 전압버퍼로 구성되었으며, 사용된 전압버퍼(LH0033)의 입력임피던스는 $10^{12}{\Omega}$ 정도로 대단히 높다. 단위계단 응답특성을 파악하기 위하여 새로운 교정방법을 제안하고, 설치조건에 따른 분압비 오차를 검토하였으며, 분압비 오차를 0.5% 이내로 하기 위한 최적설치조건을 제시하였다. 교정실험으로부터 과도전압측정계의 응답시간은 약 15.78 ns이었으며, 주파수대역은 6.37 Hz에서 27.3MHz이다. 따라서 본 측정계로 과도과전압은 물론 상용주파수전압도 신호의 일그러짐 없이 측정이 가능하였다.
고체산화물연료전지의 전기적 성능은 직류를 인가하면서 평형 전위로 부터 과전압(Overpotential) 만큼 멀어지는 셀의 전극 전위를 측정하는 방법으로 분석할 수 있다. 하지만 이러한 직류 상태에서는 측정 시스템에 대해서 얻을 수 있는 정보가 매우 제한 적이다. 따라서 활성화 과전압 (Activation overpotential), 농도 과전압(Concentration overpotential), 저항 과전압 (Ohmic overpotential)등의 전류에 따른 변화가 전기화학의 법칙을 충실히 따른다는 가정하에 측정결과를 수식에 맞추어 역으로 추정하는 회귀 분석 방법이 많이 사용되고 있다. 하지만 고성능의 셀이 될 수록 활성화 분극이나 농도 분극이 전류-전압 선상에서 뚜렷하게 나타나지 않는 경우가 많고, 이러한 상태에서의 회귀 분석은 해는 무한히 많으나 하나의 해 만을 선택하게 되는 경우가 있는 것이 사실이다. 이러한 문제점은 연료전지에 직류와 교류를 동시에 인가하면서 과전압과 임피던스를 상호 비교 분석하면서 보완될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 직류 인가 상태에서 각 과전압을 간단한 수식을 이용한 회귀 분석으로 추정하고, 이를 다시 임피던스 측정 시 교류 주파수에 따라 나뉜 저항 요소들과 다시 비교하면서 회귀 분석의 신뢰성을 높이는 시도를 하였다. 이러한 과정을 통해 제시된 직류 고전압 모델을 검증하는데 임피던스의 이용이 매우 효과적임을 알 수 있었다.
전압형 인버터의 경우 IGBT와 같은 전력용 반도체 소자를 사용하여 스위칭을 하게 되는데 이상적으로 on, off 되지 않기 때문에 시간 지연이 발생하게 되고, 공정 상의 이유로 기생 커패시터가 생성되어 사용자가 원하는 시간에 스위치의 on, off가 일어나지 않게 된다. 또한, 전압형 인버터에서는 스위칭 시에 윗단과 아랫단의 스위치가 단락되는 현상을 막기 위하여 데드타임이라는 여유 시간을 주게 되는데 이러한 요인들이 인버터의 비선형성을 일으키게 된다. 인버터의 비선형성은 사용자가 플랜트로 보내고자 하는 전압과 플랜트가 받는 전압 사이에 오차를 발생시키게 된다. 본 논문에서는 이러한 전압 왜곡을 보상하기 위하여 인버터로 전압을 직접 인가하는 방식을 통해서 전압 왜곡을 계산하고 실험적으로 얻어낸 정확한 데이터를 기반으로 수식에 대입하여 전압 보상을 진행한다. 본 논문에서는 측정 시퀀스를 하나의 알고리즘으로 구현하여 짧은 시간 내에 정확히 측정해 낼 수 있는 방식을 제안한다.
초음파 변환기의 방사 컨덕턴스를 결정하기 위해서는 변환기로부터 방사된 음향파워와 입력전압의 정밀측정을 요구하게 된다. 음\ulcorner파워는 초음파를 거의 완전 반사시킬 수 있는 표적을 사용하여 변환기로부터 방사된 음압에 의해 표적에 가해진 힘을 수동맞저울과 레이저 간섭계로 측정하여 구하였으며, 입력전압을 열 변환기와 전압계를 한 시스템으로 하여 정밀 측정하였다. 방사 컨덕턴스의 최대 측정오차는 $\pm$4% 이내로 평가되었다.
현재의 전자제어 차량 정비에 있어서 각종 센서 및 엑츄에이터의 전압파형을 측정, 분석하여 원인을 진단하는 사례가 일반화 되어 가고 있다. 이러한 추세에 맞추어, 자동차 정비 실습 교육시 전압 파형 측정을 위하여 학생들이 직접 각 센서 및 엑츄에이터 커넥터에 탐침을 연결, 측정하고 있으며 이 과정에서 커넥터의 전선피복이 손상되는 사례가 빈번히 일어나고 있다. 본 논문에서는 트리즈의 6단계 창의성 기법을 적용하여 전선피복이 손상되는 원인을 찾아내고 혁신적인 해결책을 제시하였다.
대한해협 수송량의 시간변동성을 추정하기 위해 폐기된 대한해협 해저통신케이블을 사용한 해저케이블 전압측정이 1998년 3월이래 진행되어 왔다. 해저케이블 측정 전압은 이 해협에 설치된 바닥계류형 ADCP 유속자료에서 계산한 수송량과 큰 선형 상관관계를 보였다. 이 논문에서는 국내 해저케이블 전압측정 연구를 간략히 정리하였다. 대한해협 해저케이블 전압측정 사례를 중심으로 해저케이블 전압측정 방법, 현재까지의 주요 관측 결과들을 소개하고, 향후 한반도 주변의 해저케이블 전압측정 연구 전망을 언급하였다.
전력선 설비나 고속철도에 의한 전력 유도 전압의 산출 방법은 매우 복잡하기 때문에 합리적인 조정이 어려우며 이에 보다 정확하고 구체적인 산출 방법의 도출을 위해 전력 유도 전압의 발생 조건을 갖춘 지역을 다수 선정하여 유도원과 병행하는 2Km 긍장의 통신 케이블이 설치된 테스트베드를 구축하고, 국내 기술기준 및 국내외 표준에서 제시하는 다양한 방법을 이용하여 전력 유도장애 발생 시 통신 케이블에 미치는 유도 잡음 전압의 영향을 분석하였다. 본 논문에서는 특히, 유도원으로부터의 유도 잡음 전압을 측정하기 위해 통신 케이블 종단에 사용하는 종단 회로의 유형에 따른 영향을 분석하였다. 이를 위해 통신 케이블의 종단 회로로서 300옴 발란스형 임피던스 회로와 600옴 종단 임피던스 회로를 사용하여 측정한 결과를 비교 분석하였으며, 향후 전력 유도 전압의 구체적인 산출 방법 도출을 위한 자료로 활용될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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