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라만증폭기의 효율적인 성능분석을 위한 라만방정식의 적분형 전개와 수치해석 알고리즘 (Closed Integral Form Expansion for the Highly Efficient Analysis of Fiber Raman Amplifier)

  • 최락권;박재형;김필한;박종한;박남규
    • 한국광학회지
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    • 제16권3호
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    • pp.182-190
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    • 2005
  • 본 논문은 효율적으로 라만 증폭기의 이득을 예측하고 잡음 특성을 분석하기 위해서 라만 증폭기 상관된 상미분방정식 (Ordinary Differential Equation: ODE)을 유효거리(Effective Length) 기반의 상관된 적분형(closed integral form)방정식 및 매트릭스로 전개하고 이 전개를 활용한 라만 증폭기 모델링 및 수치해석 알고리즘을 기술한다. 광섬유 라만 증폭기는 유연하고 넓은 이득 대역폭 및 낮은 잡음 등의 장점 때문에 최근 광통신 시스템에서 핵심기술로 각광받고 있으며, 특히 멀티채널 펌핑구조에서 성능예측을 위해 많은 라만 증폭기 모델링 방법들이 연구되어 왔다. 그러나 기존의 많은 연구들은 라만 증폭기 상관된 상미분방정식의 해를 "fiber propagation axis"를 기반으로 구해왔기 때문에 광섬유 길이에 의존적이고 복잡한 계산으로 상당히 많은 시간이 필요했으며, 실제 전송 시스템에서의 활용이 어려웠다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 기존의 상관된 상미분방정식을 접근이 용이한 "유효거리" 기반의 적분형 방정식으로 전개하고 매트릭스 및 벡터 형태로 알고리즘을 공식화하여 빠른 라만 이득 계산과 "iteration axis"를 이용한 해의 도출을 통해 새로운 라만 증폭기 모델링 방법과 수치해석 알고리즘을 제시하였다. 제안한 수치해석 알고리즘을 전방, 후방 및 양방향 펌핑구조의 라만 증폭기가 도입된 시스템에 적용하는 컴퓨터 모의실험을 수행한 결과 기존의 "Average power method와 비교하여 라만 이득과 광선로 내의 펌프 및 신호 광의 진행정도를 18배 이상의 정밀도에서 0.03 dB 이내의 매우 작은 오차범위 및 100배 이상 단축된 짧은 시간으로 정확히 예측하였다. 또한, 수치해석 알고리즘을 통해서 얻은 신호 광 파워의 분포를 바탕으로 Amplified Spontaneous Emission(ASE), 후방 ASE의 레일레이 산란 및 신호의 이중 레일레이 산란과 같은 라만 증폭기 잡음 요소들을 분석하였다. 새롭게 제안한 수치해석 알고리즘은 실제 광통신 시스템에 적용되어 신속하고 효율적으로 라만 증폭기 성능을 예측하고 분석할 수 있을 것으로 기대된다.

설비공학 분야의 최근 연구 동향 : 2013년 학회지 논문에 대한 종합적 고찰 (Recent Progress in Air-Conditioning and Refrigeration Research : A Review of Papers Published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering in 2013)

  • 이대영;김사량;김현정;김동선;박준석;임병찬
    • 설비공학논문집
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    • 제26권12호
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    • pp.605-619
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    • 2014
  • This article reviews the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering during 2013. It is intended to understand the status of current research in the areas of heating, cooling, ventilation, sanitation, and indoor environments of buildings and plant facilities. Conclusions are as follows. (1) The research works on the thermal and fluid engineering have been reviewed as groups of fluid machinery, pipes and relative parts including orifices, dampers and ducts, fuel cells and power plants, cooling and air-conditioning, heat and mass transfer, two phase flow, and the flow around buildings and structures. Research issues dealing with home appliances, flows around buildings, nuclear power plant, and manufacturing processes are newly added in thermal and fluid engineering research area. (2) Research works on heat transfer area have been reviewed in the categories of heat transfer characteristics, pool boiling and condensing heat transfer and industrial heat exchangers. Researches on heat transfer characteristics included the results for general analytical model for desiccant wheels, the effects of water absorption on the thermal conductivity of insulation materials, thermal properties of Octadecane/xGnP shape-stabilized phase change materials and $CO_2$ and $CO_2$-Hydrate mixture, effect of ground source heat pump system, the heat flux meter location for the performance test of a refrigerator vacuum insulation panel, a parallel flow evaporator for a heat pump dryer, the condensation risk assessment of vacuum multi-layer glass and triple glass, optimization of a forced convection type PCM refrigeration module, surface temperature sensor using fluorescent nanoporous thin film. In the area of pool boiling and condensing heat transfer, researches on ammonia inside horizontal smooth small tube, R1234yf on various enhanced surfaces, HFC32/HFC152a on a plain surface, spray cooling up to critical heat flux on a low-fin enhanced surface were actively carried out. In the area of industrial heat exchangers, researches on a fin tube type adsorber, the mass-transfer kinetics of a fin-tube-type adsorption bed, fin-and-tube heat exchangers having sine wave fins and oval tubes, louvered fin heat exchanger were performed. (3) In the field of refrigeration, studies are categorized into three groups namely refrigeration cycle, refrigerant and modeling and control. In the category of refrigeration cycle, studies were focused on the enhancement or optimization of experimental or commercial systems including a R410a VRF(Various Refrigerant Flow) heat pump, a R134a 2-stage screw heat pump and a R134a double-heat source automotive air-conditioner system. In the category of refrigerant, studies were carried out for the application of alternative refrigerants or refrigeration technologies including $CO_2$ water heaters, a R1234yf automotive air-conditioner, a R436b water cooler and a thermoelectric refrigerator. In the category of modeling and control, theoretical and experimental studies were carried out to predict the performance of various thermal and control systems including the long-term energy analysis of a geo-thermal heat pump system coupled to cast-in-place energy piles, the dynamic simulation of a water heater-coupled hybrid heat pump and the numerical simulation of an integral optimum regulating controller for a system heat pump. (4) In building mechanical system research fields, twenty one studies were conducted to achieve effective design of the mechanical systems, and also to maximize the energy efficiency of buildings. The topics of the studies included heating and cooling, HVAC system, ventilation, and renewable energies in the buildings. Proposed designs, performance tests using numerical methods and experiments provide useful information and key data which can improve the energy efficiency of the buildings. (5) The field of architectural environment is mostly focused on indoor environment and building energy. The main researches of indoor environment are related to infiltration, ventilation, leak flow and airtightness performance in residential building. The subjects of building energy are worked on energy saving, operation method and optimum operation of building energy systems. The remained studies are related to the special facility such as cleanroom, internet data center and biosafety laboratory. water supply and drain system, defining standard input variables of BIM (Building Information Modeling) for facility management system, estimating capability and providing operation guidelines of subway station as shelter for refuge and evaluation of pollutant emissions from furniture-like products.

완충재-근계암반 상호작용을 고려한 압축 벤토나이트 완충재 침식 및 파이핑 연구 현황 및 주요 영향인자 도출 (Review of Erosion and Piping in Compacted Bentonite Buffers Considering Buffer-Rock Interactions and Deduction of Influencing Factors)

  • 홍창호;김지원;김진섭;이창수
    • 터널과지하공간
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    • 제32권1호
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    • pp.30-58
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    • 2022
  • 고준위방사성폐기물 심지층처분장은 공학적방벽과 천연방벽의 다중방벽으로 이루어져 있으며 각 방벽재 사이의 상호작용에 의해 처분시스템의 전반적인 장기 건전성이 영향을 받게 된다. 특히 공학적방벽재인 압축 벤토나이트 완충재와 천연방벽인 근계암반의 상호작용에 의한 완충재의 침식 및 파이핑 현상은 사용후핵연료의 붕괴열 발산, 지하수 유입 저지 및 핵종 이동 저지의 역할을 수행하는 완충재의 성능을 저하시키기 된다. 처분 초기에 벤토나이트 완충재가 흡수할 수 있는 물의 양보다 많은 유량이 근계암반의 절리로부터 유입되면 잉여 지하수로 인한 수압이 발생하고 이로 인해 완충재 자체 및 갭채움재 주변으로 파이핑 현상이 발생할 수 있다. 또한 지하수와 벤토나이트 완충재의 물리-화학적 상호작용으로 인하여 완충재의 표면의 팽윤 및 겔/졸화로 인하여 완충재의 표면에서 침식이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 침식 및 파이핑 현상이 발생하는 조건과 이로 인한 완충재의 건전성을 명확하게 평가하는 것이 처분장의 장기건전성 평가를 위해 반드시 필요하다. 처분선진국들에서는 주로 실내 및 공학규모 실험이 수행되고 있으며 일부 전산 모델 개발이 진행되고 있는 상황이지만 실험에서 관측된 현상들을 복합적으로 모사할 수 있는 전산 모델은 개발되지 않았다. 국내에서도 다양한 침식/파이핑 시나리오에 대한 연구나 열-수리-역학-화학적 복합거동을 고려한 연구는 수행되지 않았다. 본 기술 보고에서는 현재까지 수행된 국내외 벤토나이트 침식 및 파이핑 연구와 이들이 주로 고려한 영향인자를 파악하였다. 실험값을 검증하기 위해 제안된 전산 모델들을 소개하고 향후 완충재 침식 및 파이핑 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다. 본 논문에서 검토한 다양한 시험 및 모델링 사례를 바탕으로 향후 국내 심층처분장환경을 고려한 압축 벤토나이트 완충재 침식 및 파이핑 관련 연구가 필요하다고 판단된다.

유도결합플라즈마 CVD법을 이용한 비정질 실리콘 박막증착을 통한 다결정 실리콘 기판의 표면 passivation 특성평가 (Effect on the surface passivation of i-a-Si:H thin films formed on multi-crystalline Si wafer)

  • 정채환;류상;이종호;김호성
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.82.1-82.1
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    • 2010
  • 수소화된 비정질 실리콘 박막을 이용한 반도체는 현재 태양전지, 트랜지스터, 매트릭스 배열 및 이미지 센서 등의 분야에서 이용되고 있다. 자세히 이야기 하면, 여러 가지의 광전효과 물질에 대한 특성이 있으며, 가시광선영역에 대하여 > $10^5cm^{-1}$이상의 매우 높은 광흡수계수와 낮은 온도를 갖는 증착공정 등이 있다. 박막의 밴드갭은 약 1.6~1.8eV로서 태양전지의 흡수층과 passivation층으로 적절하다. 여러 가지 종류의 태양전지 중 비정질 실리콘 박막/결정질 실리콘 기판의 구조로 이루어진 이종접합 태양전지는 저온에서 공정이 가능한 대표적인 것으로서 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)구조로 산요사에 의해 제안된 것이다. 이것은 결정질 실리콘 기판과 도핑된 비정질 실리콘 박막사이에 얇은 진성층 비정질실리콘 박막을 삽입함으로서, 캐리어 전송을 좋게하여 실리콘 기판 표면의 passivation효과를 증대시키는 결과를 가지고 온다. 실험실 규모에서는 약 20%이상의 효율을 보이고 있으며, 모듈에서는 19.5%의 높은 효율을 보이고 있어 실리콘 기판을 이용한 고효율 태양전지로서 각광을 받고 있다. 이러한 이종접합 태양전지의 대부분은 단결정 실리콘을 사용하고 있는데, 점차적으로 다결정 실리콘 기판으로 추세가 바뀌고 있어, 여기에 맞는 표면 passivation 공정 및 분석이 필요하다. 본 발표에서는 다결정 실리콘 기판위에 진성층 비정질 실리콘 박막을 유도결합 플라즈마 화학기상 증착법(ICP-CVD)을 이용하여 제조하여 passivation 효과를 분석한다. 일반적으로 ICP는 CCP(coupled charged plasma)에 비해 약 100배 이상 높은 플라즈마 밀도를 가지고 있으며, 이온 충돌같은 표면으로 작용하는 것들이 기존 방식에 비해서 작다라는 장점이 있다. 먼저, 유리기판을 사용하여 ICP-CVD 챔버내에 이송 한 후 플라즈마 파워, 온도 및 가스비(SiH4/H2)에 따른 진성층 비정질 실리콘 박막을 증착 한 후, 밴드갭, 전도도 및 결합구조 등에 대한 결과를 분석한 후, 최적의 값을 가지고 250um의 두께를 갖는 다결정 실리콘을 기판위에 증착을 한다. 두께(1~20nm)에 따라 표면의 passivation이 되는 정도를 QSSPCD(Quasi steady state Photoconductive Decay)법에 의하여 소수캐리어의 이동거리, 재결합율 및 수명 등에 대한 측정 및 분석을 통하여 다결정 실리콘 기판의 passivation effect를 확인한다. 제시된 데이터를 바탕으로 향후 다결정 HIT셀 제조를 통해 태양전지 효율에 대한 특성을 비교하고자 한다.

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소프트웨어 정의 네트워크 통합 운영 및 관리 프레임워크 (An Operations and Management Framework for The Integrated Software Defined Network Environment)

  • 김동균;길준민
    • 디지털콘텐츠학회 논문지
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    • 제14권4호
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    • pp.557-564
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    • 2013
  • 전통적인 인터넷의 연구과제 중 하나는 연구자가 개방형 네트워크를 이용하여 직접 프로그래머빌리티, 망 가상화, 페더레이션 등의 기술을 기반으로 인터넷을 혁신할 수 있도록 하는 것이다. 흔히 오픈플로우 프로토콜로 대변되는 소프트웨어 정의 네트워크(SDN) 환경은 이러한 개방형 네트워크를 위한 핵심 기술 중 하나로 제안되었고, 기존 인터넷(non-SDN)과 이더넷 계층에서 밀접하게 연결될 수 있다. 따라서 non-SDN과 SDN이 통합된 네트워크 환경이 대두되었고, 네트워크 운영자 입장에서는 전통적 인터넷 인프라와 혁신적 SDN 인프라를 통합하여 안정적으로 운영 및 관리해야 하는 새로운 이슈가 발생하였다. 이런 측면에서 본 논문은 하나의 네트워크 도메인뿐만 아니라 다중 도메인에서 SDN과 non-SDN 인프라의 운영과 관리를 통합적으로 수행할 수 있는 프레임워크를 제안한다. 제안된 프레임워크는 분산 가상형 네트워크 운영센터(DvNOC) 환경을 바탕으로 하며, DvNOC 시스템과 SDN 콘트롤러를 상호 연동함으로써 지속 가능한 종단 간(end-to-end) 사용자 기반 네트워크 운영 및 관리를 가능케 하도록 설계되었다. 또한, 제안된 통합운영관리 구조는 SDN 장비, SDN 콘트롤러, 연결 네트워크 등에서 발생 가능한 네 가지 주요 장애 시나리오를 지원할 수 있도록 보다 향상된 DvNOC의 기능을 제공한다.

금강 중하류에서의 수질모의에 관한 연구 (A Study on the Water Quality Simulation in the Midstream and Downstream of Geum-River)

  • 신재기;임창수
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제33권2호
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    • pp.145-157
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    • 2000
  • 본 연구에서는 금강 대청댐하류의 본류구간에서 갈수시간에 대해서 WASP5모형 중에서 수질모의 부분인 EUTRO5모형과 1차원 정상류 수리모형인 HEC-2모형을 연계한 수질모형을 이용하여 대청조정지댐으로부터 강경수위표 지점까지 수질의 변화를 모의하였다. 수질 및 유량자료의 수집을 위하여 대청댐으로부터 금강하류에 위치한 주요 수위표지점에서 1998년 12월, 1999년 1월과 3월의 3회에 걸쳐 관측하였다. 수질모의모형은 1999년 1월 자료를 이용하여 보정되어지고, 1998년 12월자료와 1999년 3월자료를 이용하여 검증되어졌다. 모형에 의해서 모의된 수질변수들의 거리에 따른 변화는 1999년 3월자료를 이용하여 모의된 chlorophyll-a, BOD5, NH3-N, PO4-P와 같은 수질변수를 제외하고는 관측된 수질변수값과 거의 일치하였다. 또한 NH3-N과 PO4-P가 증가 혹은 감소되어 갑천과 미호천으로부터 금강본류로 유입된다고 가정하는 경우에 금강본류에서의 chlorophyII-a의 농도를 모의하였다. 모의한 바에 의하면 갑천과 미호천에서 NH3-N과 PO4-P가 70% 감소되어져 금강본류로 유입된다고 가정하는 경우를 제외하고는 거의 미미한 chlorophyII-a 농도변화율을 보였다.

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한방처방 전탕 단계별 위해물질의 이행률에 대한 연구 (Study on Transfer Rate of Hazardous Materials in Herbal Medicine Prescriptions)

  • 서창섭;김정훈;하혜경;이미영;이준경;이남헌;이호영;이진아;이설림;신현규
    • 대한한의학회지
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    • 제31권4호
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    • pp.9-19
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    • 2010
  • Objective: To compare the contents and transfer rate of hazardous substances in crude, washing solution, crude after washing, decoction and remnant after boiling. Methods: The heavy metal contents of each step were measured by inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) and mercury analyzer (SP-3DS). In order to analyze pesticides in each sample we used simultaneous multi-residue analysis of pesticides by GC/ECD, which was followed by GC/MSD analysis to confirm the identity of the detected pesticide in each sample. In addition, the contents of sulfur dioxide ($SO_2$) were performed by Monier-Williams distillation method. Results: 1. Contents (mg/kg) of heavy metals were not detected in decoctions of any tested herbal medicine prescriptions. 2. Transfer rates (%) of heavy metals from crude to remnant were as follows: Yijin-tang (As: 46.9, Cd: 50.0 and Pb: 100.0), Oryung-san (As: 80.0, Cd: 100.0 and Pb: 73.8), Hwangryunhaedok-tang (As: 88.9, Cd: 71.4 and Pb: 92.7), Bangpungtongseong-san (As: 100.0, Cd: 17.3 and Pb: 56.1), Oyaksungi-san (As: 47.4, Cd: 175.0 and Pb: 142.4). 3. Contents (mg/kg) of residual pesticides were not detected in any samples. 4. Transfer rate (%) of sulfur dioxide ($SO_2$) from crude to remnant in all samples were as follows: Yijin-tang (25.0), Oryung-san (166.7), Hwangryunhaedok-tang (50.0), Bangpungtongseong-san (181.8), Oyaksungi-san (50.0). Conclusion: Our results showed that the boiled herbal medicine prescriptions which we take are safe from the hazardous substances.

사각 컵 배터리 케이스 바닥 벤트 성형을 위한 단조 금형 설계 (Forging Die Design for Vent Forming of Square Cup Battery Case)

  • 이상훈;권순호;정훈;홍석무
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제18권6호
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    • pp.330-335
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    • 2017
  • 최근 자동차 산업에서 전기 모터 연료 전지에 대한 수요가 급증했으며, 연료 전지 케이스로 사용되는 사각형 알루미늄 캔에 대한 수요 또한 증가하고 있다. 직사각형 배터리 케이스의 바닥에 있는 에어 벤트는 비정상적으로 높은 압력이 발생할 때 미리 압력을 방출하여 큰 폭발을 방지하는 역할을 한다. 직사각형 컵 배터리 케이스는 6 단계의 다단계 딥 드로잉으로 외형을 만들고 직사각형 배터리 케이스와 용접하여 벤트 부품을 제작해왔다. 그러나 본 연구에서는 직사각형 케이스의 바닥면에 공기 벤트 형상을 직접 추가 하는 연구를 수행하였다. 단조의 초기 형상으로는 사각 컵 다단식 딥 드로잉 성형 해석에서 추출한 두께와 형상을 이용한 유한 요소 해석 기법을 사용 하였다. 그 결과, 예측 정밀도가 향상되고, 배부름 및 파단 등의 결함을 미리 예측할 수 있었다. 초기 분석 결과를 토대로 두 가지 단조 형상이 후보로 제시되었고 성형 해석을 통해 최적의 단조 형상을 결정 하였다. 이러한 결과를 바탕으로 금형을 제작하고 실제 결과와 분석 결과를 비교하여 본 연구의 타당성을 검증하였다.

An efficient approach for model updating of a large-scale cable-stayed bridge using ambient vibration measurements combined with a hybrid metaheuristic search algorithm

  • Hoa, Tran N.;Khatir, S.;De Roeck, G.;Long, Nguyen N.;Thanh, Bui T.;Wahab, M. Abdel
    • Smart Structures and Systems
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    • 제25권4호
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    • pp.487-499
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    • 2020
  • This paper proposes a novel approach to model updating for a large-scale cable-stayed bridge based on ambient vibration tests coupled with a hybrid metaheuristic search algorithm. Vibration measurements are carried out under excitation sources of passing vehicles and wind. Based on the measured structural dynamic characteristics, a finite element (FE) model is updated. For long-span bridges, ambient vibration test (AVT) is the most effective vibration testing technique because ambient excitation is freely available, whereas a forced vibration test (FVT) requires considerable efforts to install actuators such as shakers to produce measurable responses. Particle swarm optimization (PSO) is a famous metaheuristic algorithm applied successfully in numerous fields over the last decades. However, PSO has big drawbacks that may decrease its efficiency in tackling the optimization problems. A possible drawback of PSO is premature convergence leading to low convergence level, particularly in complicated multi-peak search issues. On the other hand, PSO not only depends crucially on the quality of initial populations, but also it is impossible to improve the quality of new generations. If the positions of initial particles are far from the global best, it may be difficult to seek the best solution. To overcome the drawbacks of PSO, we propose a hybrid algorithm combining GA with an improved PSO (HGAIPSO). Two striking characteristics of HGAIPSO are briefly described as follows: (1) because of possessing crossover and mutation operators, GA is applied to generate the initial elite populations and (2) those populations are then employed to seek the best solution based on the global search capacity of IPSO that can tackle the problem of premature convergence of PSO. The results show that HGAIPSO not only identifies uncertain parameters of the considered bridge accurately, but also outperforms than PSO, improved PSO (IPSO), and a combination of GA and PSO (HGAPSO) in terms of convergence level and accuracy.

전탕법이 양격산화탕(凉膈散火湯)의 위해물질에 미치는 연구 (Study of Hazard Materials in Yanggyeoksanhwa-tang by Decoction Method)

  • 서창섭;김정훈;하혜경;이미영;이준경;이남헌;이호영;이진아;이설림;신현규
    • 사상체질의학회지
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    • 제22권2호
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    • pp.93-100
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    • 2010
  • 1. Objectives: To compare the contents of hazardous substances such as crude, washing solution, crude after washing, decoction and remnant. 2. Methods: The heavy metal contents of each step were measured by inductively coupled plasma (ICP) spectrometer and mercury analyzer (MA-2). In order to analyze pesticides in Yanggyeoksanhwa-tang we used simultaneous multi- residue analysis of pesticides by GC/ECD, which was followed by GC/MSD analysis to confirm the identity of the detected pesticide in each sample. In addition, the contents of sulfur dioxide (SO2) were performed by Monier-Williams distillation method. 3. Results: 1) The mean values of heavy metal contents (mg/kg) for each steps in Yanggeoksanhwa-tang were as follows: crude (Pb; 1.87, As; 1.29, Cd; 0.28 and Hg; N.D.), washing solution (Pb; 1.98, As; 1.13, Cd; 0.10 and Hg; N.D.), crude after washing (Pb; 1.90, As; 1.40, Cd; 0.22 and Hg; N.D.), decoction (Pb; 1.90, As; 1.14, Cd; 0.11 and Hg; N.D.) and remnant (Pb; 2.39, As; 1.29, Cd; 0.25 and Hg; 0.01). 2) Contents (mg/kg) of residual pesticides in crude and decoction were not detected. 3) Contents (mg/kg) of sulfur dioxide (SO2) in crude, crude after washing and remnant exhibited 3.00, 2.00 and 2.00 mg/kg, respectively. However, contents of sulfur dioxide in washing solution and decoction were not detected. 4. Conclusions: These Results: will be used to establish a criterion of heavy metals, residual pesticides and sulfur dioxide of each step in Yanggeoksanhwa-tang.