열선풍속계(Hot-wire를 이용한 평균속도와 난류측정)

목차

1. 열선풍속계의 원리

2. 난류 유동에 대한 Reynolds decomposition

3. 축대칭 난류제트

4. 자료 획득 방법

본문내용

되므로 위에 설명한 필터설정보다는 높은 주파수에서 저역통과필터를 설정한다. 혹은 특정주파수만을 추출하기 위해서 대역통과필터(band-pass filter)를 사용하기도 한다. 아음속풍동을 이용한 난류 유동장 측정은 통상적으로 수kHz 정도의 저역통과필터면 난류특성을 관찰하는데 문제가 없는 것으로 알려져 있다.
다음으로는 앨리어싱 방지를 위한 필터적용으로 이 때 사용되는 필터를 특별히 앨리어싱 방지필터(anti-aliasing filter)라고 부르고 있으며 설정 값은 샘플링속도(sampling rate)의 절반 이하로 하여야 한다. 만약 샘플링속도가 이 앨리어싱 방지필터의 설정주파수의 두배보다 낮은 경우 신호처리 특히 주파수 분석에서 왜곡된 결과를 초래하게 된다. 아래 그림 5에 앨리어싱 현상을 그림으로 나타내었다.
그림5 샘플링 과정 중에 나타날 수 있는 앨리어싱
위의 그림은 샘플링주기를 신호주기의 3/4으로 했을 경우를 예로든 것으로 이렇게 신호주기의 절반보다 낮은 주파수로 샘플링을 수행할 경우 원래신호에 포함되지 않은 주파수를 인식하게 되며 이를 방지하기위해 신호의 샘플링 주파수를 신호주파수 정확히는 추출하고자하는 주파수의 절반보다 높게 하여야한다. 이를 Nyquist criteria라 부른다.
이 앨리어싱은 주파수분석에서 사용되는 디지털푸리에변환(digital Fourier transformation)의 특성에 기인하는 것으로 TV 시청중 자동차가 출발할 때 자동차의 바퀴가 처음에는 정상적으로 회전하다가 잠시 후 다시 뒤로 회전하는 것처럼 보이고 다시 정상적으로 회전하는 현상을 반복하는 것이 앨리어싱 현상과 동일한 이유 때문이다. 만약 TV에 나타나는 자동차바퀴의 회전이 언제나 정상적으로 보이게 하려면 TV의 프레임속도30Hz)의 절반보다 낮은 회전수를 가지도록 자동차가 움직이면 된다. 이를 열선풍속계의 신호처리와 관련시킨다면 난류성분의 섭동성분의 주파수가 샘플링 속도의 절반보다 항상 낮은 수준이 되도록 유지하면 되는 것으로 결국필터를 사용해야함을 의미한다.
필터의 설정주파수는 결국유동장의 관심주파수영역을 결정하고 이 설정주파수(fc, cut-off frequency) 보다 조금 높은 지점에서 필터를 설정한 다음 이 필터 주파수의 두배보다 조금 높은 수준에서 샘플링을 하면 된다. 여기서 주파수 설정을 정확한 정수배로 하지 않는 이유는 필터의 특성상 차단주파수에서 완벽한 차단을 하지 못하기 때문이다.

키워드

열선,   풍속,   열선풍속계,   hot wire