KR20050051577A - Wireless measuring system with modularized sensor for measuring institution - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교량과 같은 구조물의 정밀안전진단 또는 장기 계측시 센서로부터 계측기까지 케이블을 이용한 종래의 단점을 보완하기 위하여 고안된 발명으로 모듈화된 센서입력단을 구비한 시설물 계측용 무선 계측 시스템에 관한 것이며, 이는 여러대의 송신단이 하나의 수신단과 무선방식으로 통신하는 단일수신방식 뿐만 아니라, 여러대의 송신단과 여러대의 수신단을 구비하여 무선계측장치마다 각각 서로 다른 채널로 통신하는 멀티수신방식으로 구성되고, 무선신호로 원격지에서 센싱제어를 함과 아울러 검측된 신호들을 무선데이터로 수신하여 분석할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.The present invention relates to a wireless measurement system for measuring a facility having a modular sensor input terminal, which is designed to compensate for the conventional disadvantage of using a cable from a sensor to a measuring instrument in a long time measurement or a precision safety diagnosis of a structure such as a bridge. In addition to a single reception method in which multiple transmitters communicate with one receiver in a wireless manner, a multi-receive method is provided in which each radio measuring device communicates with a different channel by having multiple transmitters and multiple receivers. In addition to sensing control at the remote location it is characterized in that it is configured to receive and analyze the detected signals as wireless data.
Description
본 발명은 교량, 대형 시설물, 지하매설물등의 구조물의 계측 시스템에 관한 것으로, 특히 정밀안전진단 또는 장기 계측시 센서로부터 계측기까지 케이블을 이용한 종래의 단점을 보완하기 위한 모듈화된 센서입력단을 구비한 시설물 계측용 무선데이터 계측 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a measurement system for structures such as bridges, large facilities, underground burial, and the like, and in particular, a facility having a modular sensor input terminal for compensating the conventional disadvantage of using a cable from a sensor to a measuring instrument in a precision safety diagnosis or a long-term measurement. A wireless data measurement system for measurement.
일반적으로 교량, 대형 시설물, 지하매설물 등의 기간산업 시설물들은 사회가 더욱 고도화되고 발전하면서 구성원들의 크게 증대하고 있는 다양한 요구수준을 충족하기 위해 더욱더 대형화 및 첨단화되고 있는 실정이다. 이에 따라 신기술, 신공법, 신소재 도입에 따른 실내외 검증실험의 필요성은 매우 상승하고 있으며, 준공 후 수십년이 경과된 구조물의 수는 점차 누적되어 현재 구조물의 상태를 평가하기 위한 정밀안전진단 및 유지관리계측 시스템의 도입은 급격히 증가하고 있는 추세에 있다. 게다가 시설물의 재해방지 및 이상상태 진단을 위하여 현재 육안검사에 대부분을 의존해 왔지만, 과도한 인력 및 시간 낭비로 인한 비용의 상승으로 인하여 차츰 각종 센서를 부착하고 상태를 평가할 수 있는 정밀안전진단기법과 센서로부터 측정된 데이터를 온라인을 통해 관리자에게 전달하여 데이터 분석 및 판단을 통해 대상 시설물의 안전상태를 파악하고 예측하는 안전감시 시스템의 도입이 증가하고 있는 추세에 있다.In general, infrastructure industries such as bridges, large facilities, and underground burials are becoming larger and more advanced in order to meet the varying demands of their members as society is more advanced and developed. As a result, the necessity of indoor and outdoor verification experiments is increasing due to the introduction of new technologies, new construction methods, and new materials, and the number of structures decades after completion is gradually accumulating, so that precise safety diagnosis and maintenance measurement for evaluating the status of the current structure are completed. The introduction of the system is on the rise. In addition, most of the current dependence on visual inspection for disaster prevention and abnormal condition diagnosis of facilities, but due to the cost increase due to excessive manpower and waste of time, from precision safety diagnosis technique and sensors that can gradually attach various sensors and evaluate the condition Increasingly, the introduction of a safety monitoring system that delivers measured data to managers online to identify and predict the safety status of target facilities through data analysis and judgment.
도 1a는 종래의 안전진단 계측 시스템의 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 변형률계나, LVDT, 로드셀, 가속도계, 속도계등 구조물의 안전진단 및 유지관리를 위해 설치되어 검측하는 각종 측정용 센서부(1)와, 그 센서부(1)의 각 센서들과 케이블(2)을 통해 연결되어 상기 센서부(1)의 각 센서들을 통해서 구조물의 상태를 측정하는 계측장치(3)와, 그 계측장치(3)에서 계측된 정보를 저장하기 위한 저장장치(4)로 구성된다. 도 1은 종래 방식에 따른 단기 계측의 예시도이다. 이에 도시된 바와 같이 교량에 센서부를 장착하고 이들을 케이블로 수십 ~ 수백m 연결하여 계측장치를 설치하여 단기 또는 장기계측을 하도록 구성된다.1A is a configuration diagram of a conventional safety diagnosis measurement system. As shown therein, various measurement sensor units 1 are installed for the safety diagnosis and maintenance of structures, such as strain gauges, LVDTs, load cells, accelerometers, and speedometers, and sensors of the sensor units 1 And a measuring device 3 connected through a cable 2 to measure the state of the structure through the sensors of the sensor unit 1, and a storage device for storing information measured by the measuring device 3 ( 4) consists of. 1 is an exemplary diagram of short-term measurement according to a conventional method. As shown in the figure, the sensor unit is mounted on the bridge and is connected to a few tens to hundreds of meters by installing a measuring device to configure the short-term or long-term measurement.
종래의 방식은, 센서들을 구조물에 설치하거나 측정 위치에 설치하게 되면, 수십 ~ 수백m에 이르는 케이블(2)을 이용해 계측장치(3)까지 연결하고 그 계측장치(3)에서 센서들을 제어하여 계측하게된다.In the conventional method, when the sensors are installed in a structure or at a measurement position, the cables are connected to the measuring device 3 using a cable 2 ranging from tens to hundreds of meters, and the measuring devices 3 control the measuring devices. Will be done.
그러나 케이블(2)을 이용한 기존의 계측방식은 구조물의 정밀안전진단시 측정대상이 상시 이동이 필요하고 넓은 공간에 분포할 경우 혹은 회전하는 지점에 대한 측정 및 고온 또는 접근이 용이하지 않은 경우에 대해 기존의 케이블을 사용한 적용방식은 비경제적이며, 많은 인력과 시간이 소모되어 비용이 상승하고, 장기계측시 유지보수에 관련된 문제점 등을 내포하고 있다.However, the existing measurement method using the cable (2) is for the case where the measurement target needs to be constantly moved and distributed in a wide space or when the structure is not easily measured and the high temperature or access is easy for the precise safety diagnosis of the structure. The existing cable application method is uneconomical, costs a lot of manpower and time, increases costs, and involves problems related to maintenance during long-term measurement.
그리고 일반적으로 가공되지 않은 센서의 출력신호는 매우 미약하여 주변잡음에 대한 차폐가 효과적이라도 장거리 전송에서는 선로를 구성하고 있는 동선의 저항값 상승으로 인한 측정신호의 감쇠를 피할 수 없게 된다. 또한 스트레인 게이지에서 출력되는 신호는 신호증폭기에서 전압으로 출력되는데, 케이블 길이가 길어지면 온도변화에 따른 케이블 저항값의 변화가 커지게 되고 신호증폭기에서 출력되는 전압이 컴퓨터나 기록장치로 입력되는 전압과 차이가 발생하게 되어 측정오차가 야기될 수 있다.In general, the output signal of the raw sensor is so weak that even if shielding against ambient noise is effective, the attenuation of the measurement signal due to the increase in resistance value of the copper wire which constitutes the line cannot be avoided in the long distance transmission. In addition, the signal output from the strain gauge is output as a voltage from the signal amplifier. If the cable length becomes longer, the change in the cable resistance increases with temperature change, and the voltage output from the signal amplifier matches the voltage input to the computer or recording device. Differences can occur and cause measurement errors.
따라서, 정확한 측정신호의 취득을 위하여 센서와 계측장치 사이의 간격을 최소화 하여야하나 토목 구조물의 특성상 광범위한 영역의 측정이 필요하기 때문에 기존의 케이블을 이용한 유선계측에 의존한 방식이 매우 비효율적임을 알 수 있다.Therefore, the distance between the sensor and the measuring device should be minimized in order to obtain accurate measurement signals. However, it is inefficient to rely on the wired measurement method using the conventional cable because the measurement of a wide range is required due to the characteristics of civil structures. .
최근 무선데이터 전송기술의 발달과 더불어 기존의 측정장비에 부착이 가능한 무선데이터 측정장비 또는 디지털화된 데이터를 전송하기 위한 무선데이터 수집장치 등이 다수 제안되거나 개발된 사례가 있으나, 다양한 형식의 센서를 연결하기 어려워 그 사용성 및 범용성에는 매우 제한적인 것이 사실이었다.Recently, with the development of wireless data transmission technology, there have been a number of proposed or developed wireless data measuring devices that can be attached to existing measuring equipment or wireless data collecting devices for transmitting digitized data. It was difficult to do so and the fact that it was very limited in the usability and versatility was true.
이와같은 종래의 유선계측의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명은 센서측에 무선송신기를 설치하고, 그 무선 송신기의 검측신호를 수신기가 수신하여 센서와의 케이블을 연결설치하지 않고도 계측장치가 무선으로 검측을 할 수 있도록 한 무선 계측 시스템인데, 여기에는 모듈화된 센서입력단을 구비하여 측정하고자 하는 센서 모듈로 교체하여 원하는 물리량을 측정할 수 있는 모듈화된 센서입력단을 구비한 시설물 계측용 무선 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.In order to solve the problems of the conventional wired measurement, the present invention provides a wireless transmitter on the sensor side, and the receiver receives the detection signal of the wireless transmitter and wirelessly detects the measurement apparatus without connecting the cable with the sensor. A wireless measurement system that can be used to provide a wireless measurement system for measuring facilities equipped with a modular sensor input terminal capable of measuring a desired physical quantity by replacing the sensor module with a modular sensor input terminal. It is for.
또한 목적에 따라서는 MEMS와 같은 센서를 송신단 내부에 설치하여 특별한 센서의 설치없이도 송신단 자체를 구조체에 부착함으로서 원하는 물리량의 측정 뿐만 아니라 데이터 전송이 가능하도록 할 수 있으며, 송신단 외장에는 시설물의 일반적인 재료인 콘크리트와 강재표면에 부착이 용이하도록 마운틴 베이스 및 마그네틱 베이스가 설치된 무선계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.In addition, depending on the purpose, a sensor such as MEMS can be installed inside the transmitter to attach the transmitter itself to the structure without the installation of special sensors, so that data transmission as well as the measurement of the desired physical quantity can be carried out. To provide a wireless measurement system installed with a mountain base and a magnetic base to facilitate attachment to concrete and steel surface.
상기 본 발명은 각 센서들마다 각각 송신기들을 설치하고, 그 복수의 센서들과 통신하여 센서제어 및 계측 정보를 수신받는 하나의 수신기를 설치한 단일수신방식의 무선계측 시스템을 제공할 수 있으며, 또한 다수의 센서들마다 설치된 송신기들 중 복수의 송신기와 각각 통신하는 복수의 수신기를 설치하여 멀티수신방식의 무선계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention may provide a single reception wireless measurement system in which transmitters are provided for each sensor, and a receiver is installed to communicate with a plurality of sensors to receive sensor control and measurement information. To provide a multi-receiving wireless measurement system by installing a plurality of receivers each communicating with a plurality of transmitters of the transmitters installed for each of the plurality of sensors.
또한 선택적으로 송신단에 CPU 및 연산기능을 부여한 임베디드(embedded) 시스템이 첨가되어, 원본 데이터의 연산 및 처리를 통하여 최대, 최소, 평균값, 주파수 분석값 등 원하는 대표값만을 전송하도록 구성하여 데이터 전송량 및 데이터 저장량을 최소화하여 효율적인 시스템 운영이 가능하도록 할 수 있다.In addition, an embedded system that selectively provides CPU and arithmetic functions to the transmitting end is added, and it is configured to transmit only the desired representative values such as maximum, minimum, average value, and frequency analysis value through calculation and processing of original data. Minimizing the amount of storage can enable efficient system operation.
본 발명의 무선계측 시스템은 송신기에서 A/D 변환기(A/D converter)에 의하여 아날로그 신호가 디지털로 변환된 후 무선으로 디지털화된 데이터를 전송하므로 신호전송시 설정된 거리(통상적으로 수백m~수 km) 이내에서는 측정오차 등이 발생하지 않는다.The wireless measurement system according to the present invention transmits digitized data wirelessly after an analog signal is converted to digital by an A / D converter in a transmitter, so a distance set during signal transmission (typically hundreds of m to several km) Measurement error does not occur within).
또한 측정대상이 상시 이동하는 경우 빠른 시간안에 측정대상을 변경하여 측정을 실시하므로서 케이블 포설에 의한 인력과 시간감소에 따른 비용절감 및 동일 시간안에 더욱 광범위한 지역을 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, when the measurement object moves constantly, the measurement object is changed in a short time, and the measurement can be carried out, thereby reducing the cost of manpower and time due to cable laying and measuring a wider area within the same time.
그리고 회전하는 지점에 대한 측정 및 고온 또는 접근이 용이하지 않은 지점과 같은 경우 케이블을 사용한 경우보다 매우 효과적인 적용이 가능하다.In addition, it is possible to apply more effectively than the case of using cable in the case of measuring the rotating point and the point of high temperature or inaccessibility.
또한 실내실험시 시험체에 다수의 센서를 부착하므로서 복잡한 케이블의 설치가 작업자의 활동을 방해 할 뿐만 아니라, 계측실과 실험위치가 상당히 떨어진 경우에는 실내임에도 불구하고 매우 큰 노이즈의 영향이 발생될 수 있는 반면, 무선계측기의 활용으로 케이블의 설치없이 보다 간편하고 경제적인 계측수행이 가능하게 될 것이다.In addition, by attaching a large number of sensors to the test body during the indoor experiment, the complicated cable installation not only hinders the operator's activity, but when the measurement room and the test location are far from each other, the effect of very loud noise may be generated despite the fact that it is indoors. In addition, the use of wireless instrumentation will enable simpler and more economical measurement without the installation of cables.
콘크리트, 강재 등 다양한 표면에 송신단 부착이 용이하며, 센서가 내장된 송신단의 경우에는 송신기 부착만으로 원하는 물리량을 측정할 수 있다. 또한 다양한 센서 모듈을 구비하여 원하는 어떤한 물리량도 입력단 모듈의 단순 교체만으로 측정이 가능하며, 임베디드 시스템의 내장으로 최대, 최소, 평균값, 주파수 분석값 등 연산된 대표값만을 선택적으로 전송할 수 있어 데이터 전송량 및 저장량을 최소화 할 수 있게된다.It is easy to attach the transmitter to various surfaces such as concrete and steel, and in the case of the transmitter with built-in sensors, it is possible to measure a desired physical quantity only by attaching the transmitter. In addition, it is possible to measure any desired physical quantity by simply replacing the input module with various sensor modules.In addition, the built-in embedded system can selectively transmit calculated representative values such as maximum, minimum, average value, and frequency analysis value. And the storage amount can be minimized.
다수개의 송신단과 하나의 수신단 또는 다수의 송신단과 수신단으로 구성되는 무선 데이터 전송시스템의 경우 시스템간의 동기화는 측정 데이터 분석시 매우 중요한 요소로 작용된다. 특히 구조물의 모드형상과 같은 동특성 분석시 시스템간의 동기화가 이루어지지 않아 미세한 시간차가 발생된다면 측정신호의 위상각이 달라져서 상이한 분석결과가 도출될 수 있다. 따라서 측정점이 다수개인 경우에도 적용시스템간의 동기화가 이루어질 수 있도록 송신단에 초정밀 시계칩 또는 GPS 수신기를 설치한 후 측정 데이터 전송시 먼저 정밀한 시간정보를 전송 및 기록하여 전체 시스템의 동기화가 이루어질 수 있도록 기존구성이 이루어진다. In the case of a wireless data transmission system composed of a plurality of transmitters and one receiver or a plurality of transmitters and receivers, synchronization between systems is a very important factor in analyzing measurement data. In particular, if a small time difference occurs due to inconsistency between systems when analyzing dynamic characteristics such as the mode shape of a structure, different analysis results may be derived due to different phase angles of the measurement signal. Therefore, even if there are a large number of measuring points, an ultra-precise clock chip or GPS receiver is installed at the transmitting end so that the synchronization between the applied systems can be achieved, and when the measurement data is transmitted, precise time information is first transmitted and recorded so that the entire system can be synchronized. This is done.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구조물 검측을 위한 각종 센서들과 모듈화된 센서 인터페이스부에서 검측신호를 입력받고 이를 디지털 데이터로 변환하여 센서 신호를 디지털 무선신호로서 송신하는 무선 센서장치와, 그 무선 센서 장치와 무선 통신하여 센서 신호들을 수신하여 분석하고 각 센서정보를 저장관리하는 무선 검측장치로 구성하되, 센서와 센서인터페이스 수단을 센서모듈로 구성하여 착탈 가능하도록 구성함에 특징이 있다.The present invention for achieving the above object, the wireless sensor device for receiving the detection signal from the various sensors and modular sensor interface for the structure detection and converting it into digital data and transmitting the sensor signal as a digital wireless signal; In this case, the wireless sensor device is configured to wirelessly communicate with the wireless sensor device to receive and analyze sensor signals, and to store and manage the sensor information. The sensor and the sensor interface means are configured to be detachable.
상기 무선 센서장치는, The wireless sensor device,
토목구조물의 계측을 위해 설치되는 변형률계, 변위계, 로드셀, 가속도계, 속도계 등과 인터페이스 할 수 있도록 모듈화되어 각 센서들과 신호입출력을 하는 모듈화된 인터페이스수단과;Modularized interface means which is modularized to interface with strain gauges, displacement meters, load cells, accelerometers, speedometers, etc. installed for the measurement of civil structures;
그 모듈화된 인터페이스 수단을 통해 입력되는 센서의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와,An analog / digital converter for converting an analog signal of a sensor input through the modular interface means into digital data;
그 아날로그/디지털 변환부에서 디지털 데이터로 변환된 센서들의 검측신호를 무선 데이터로 송신하는 센서측 무선통신 수단과;Sensor-side wireless communication means for transmitting, as wireless data, detection signals of the sensors converted into digital data by the analog / digital converter;
상기 무선통신수단을 통해서 상기 무선검측장치와 통신하여 상기 인터페이스 수단을 통해서 각 센서의 작동을 제어함과 아울러 센서의 검측신호를 수신받아 디지털 데이터로서 무선 검측장치로 전송하도록 제어하는 콘트롤러 및A controller which communicates with the wireless detection device through the wireless communication means to control the operation of each sensor through the interface means and receives the detection signal of the sensor and transmits the detected signal as digital data to the wireless detection device;
검측신호 분석시의 시스템 동기화를 위하여 시간정보를 제공하는 초정밀 시계칩 또는 GPS 수신기를 구비하여 센서 검출신호에 대해 검출시점 및 검출 좌표등의 동기신호를 삽입하여 무선전송하게 하는 동기신호 삽입부를 포함하여 구성된다.It includes a synchronization signal inserting unit for providing wireless information by the ultra precision clock chip or GPS receiver that provides time information for system synchronization during detection signal analysis to insert a synchronization signal, such as the time of detection and the coordinates of detection, to the sensor detection signal for wireless transmission. It is composed.
여기서, 상기 무선센서장치에는, 온도센서를 더 설치하고, 계측위치의 센서 주변온도를 검출하여 분석시에 주변온도에 영향을 받는 센서들에 대해 온도 보상을 하도록 검출온도를 무선검측장치로 전송하도록 구성된다.Herein, the wireless sensor device further includes a temperature sensor, and detects the sensor ambient temperature at the measurement position and transmits the detected temperature to the wireless detection device to compensate for the sensors affected by the ambient temperature during the analysis. It is composed.
또한, 상기 무선센서장치의 콘트롤러에는, 센서들의 측정값을 미리 세팅한 프로그램에 의해 최대, 최소, 평균값, 주파수 분석값 등의 대표값을 자체적으로 연산하여 분석에 필요한 대표값들 만을 전송하도록 함과 아울러 측정데이타들을 저장하기 위한 메모리를 더 포함하여 구성된다.In addition, the controller of the wireless sensor device transmits only the representative values necessary for the analysis by calculating the representative values such as the maximum, minimum, average value, frequency analysis value, etc. by a program that presets the measured values of the sensors. In addition, it further comprises a memory for storing the measurement data.
상기 무선 검측장치는,The wireless detection device,
상기 무선 센서장치들마다 각각의 무선통신 식별 코드를 부여하여 복수의 무선센서장치들과 무선통신하기 위한 호스트 무선통신수단과;Host wireless communication means for wirelessly communicating with a plurality of wireless sensor devices by assigning respective wireless communication identification codes to the wireless sensor devices;
그 무선통신수단을 통해 상기 무선 센서장치들과 통신하여 센서장치들로부터 전송되는 검측된 데이터들을 수신하고, 그 수신된 데이터들을 소정의 알고리즘에 의해 수치 데이터 및 그래픽 데이터화하여 표시제어함과 아울러 저장 등을 제어하는 호스트 콘트롤러와;Receives detected data transmitted from the sensor devices by communicating with the wireless sensor devices through the wireless communication means, converts the received data into numerical data and graphic data by a predetermined algorithm, controls the display, and stores the data. A host controller controlling the;
그 호스트 콘트롤러의 제어 알고리즘 정보들을 저장하고 검측된 센서장치들의 검측된 데이터를 저장하는 메모리와;A memory for storing control algorithm information of the host controller and storing detected data of detected sensor devices;
상기 콘트롤러의 제어에 의해 메모리에 저장된 센서들의 검측정보를 통신포트를 통해서 컴퓨터나 검측정보를 분석처리하는 종합분석시스템으로 전송하기위한 통신부와,A communication unit for transmitting the detection information of the sensors stored in the memory to the comprehensive analysis system for analyzing and processing the detection information through the communication port under the control of the controller;
상기 콘트롤러의 제어에 의해 센서장치들의 검측정보를 수치나 그래픽으로 표시하고 각종 제어동작 상태등을 표시하기 위한 표시부와,A display unit for displaying detection information of the sensor apparatuses numerically or graphically by the control of the controller and for displaying various control operation states;
검측기 조작자가 기능선택 및 무선 정보 수신과 통신포트를 통한 정보 전송 등을 제어하는 각종 기능키 등이 구비된 키패드를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The detector operator includes a keypad including various function keys for controlling function selection, wireless information reception, and information transmission through a communication port.
한편 본 발명은 상기 무선센서장치와 무선검측 장치를 각각 복수개씩 구비하여 무선검측장치가 각각 다른 채널의 주파수로 해당되는 복수의 무선센서장치와 무선통신하는 멀티수신방식으로도 구성할 수 있다.On the other hand, the present invention may be configured in a multi-receiving manner in which a plurality of wireless sensor devices and a wireless detection device are provided, respectively, in which the wireless detection device wirelessly communicates with a plurality of wireless sensor devices corresponding to frequencies of different channels.
따라서 본 발명에 의하면 무선센서장치(송신기)에 센서모듈을 장착하여 검측 현장에 설치하고, 원격지에 무선검측장치(수신기)를 설치하여 그 무선검측장치 또는 무선검측장치와 연결되는 노트북 컴퓨터 또는 PC와 같은 분선시스템에 의해 센싱동작을 원격제어하고 무선신호로서 검측신호를 수신받아 저장관리함과 아울러 분석처리할 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, a sensor module is mounted on a wireless sensor device (transmitter) and installed at a detection site, and a wireless detection device (receiver) is installed at a remote site, and the notebook computer or PC connected to the wireless detection device or wireless detection device. The same separation system can remotely control the sensing operation, receive the detection signal as a wireless signal, store and manage the analysis signal.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a는 본 발명에 의한 모듈화된 센서입력단을 구비한 시설물 계측용 무선 계측 시스템의 개요도이다.2A is a schematic diagram of a wireless metrology system for facility measurement with a modular sensor input stage in accordance with the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 각종 센서들을 모듈화된 인터페이스하여 신호입출력을 하고 무선송신수단을 구비하여 센서 신호를 디지털 무선신호로서 송신하는 무선 센서장치(100)와, 그 무선 센서 장치(100)와 무선 통신하여 센서 신호들을 수신하여 분석하고 각 센서정보를 저장하여 분석시스템에 유선 통신연결에 의해 검측정보들을 전송할 수 있도록 하는 무선 검측장치(200)로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이 각종 센서장치마다 그 모듈화된 인터페이스를 위한 무선센서장치(100)가 설치되고, 다수의 무선센서장치(100)들은 하나의 무선 검측장치(200)와 무선통신하여 센서의 검측신호를 데이터로 무선 송신하도록 이루어진 것이다.As shown therein, the wireless sensor device 100 for signal input and output by modularized interface of the various sensors and having a wireless transmission means for transmitting the sensor signal as a digital wireless signal, and wireless communication with the wireless sensor device 100 It consists of a wireless detection device 200 to receive and analyze the sensor signals and to store each sensor information to transmit the detection information by a wired communication connection to the analysis system. As shown in FIG. 2, a wireless sensor device 100 for a modular interface is installed in various sensor devices, and a plurality of wireless sensor devices 100 are wirelessly communicated with one wireless detection device 200. The detection signal is wirelessly transmitted as data.
도 2b는 본 발명에 의한 모듈화된 센서입력단을 구비한 시설물 계측용 무선 계측 시스템의 설치 예시도이다.Figure 2b is a diagram illustrating the installation of a wireless measurement system for measuring facilities equipped with a modular sensor input terminal according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 교량 및 구조물에 다수의 무선 센서장치(100)를 설치하고, 그 무선센서장치(100)와 무선통신하는 하나의 무선 검측기(200)를 무선통신 거리내의 검측장소에 설치하며 그 무선 검측기(200)에 연결되는 분석 시스템(300)을 설치하여 무선 검측이 가능하도록 설치한다.As shown therein, a plurality of wireless sensor devices 100 are installed in bridges and structures, and one wireless detector 200 for wireless communication with the wireless sensor device 100 is installed at a detection location within a wireless communication distance. And install the analysis system 300 connected to the wireless detector 200 to enable wireless detection.
도 3은 본 발명에 의한 모듈화된 센서입력단을 구비한 시설물 계측용 무선 계측 시스템의 상세 구성도이다.3 is a detailed block diagram of a wireless measurement system for measuring a facility having a modular sensor input terminal according to the present invention.
상기 무선 센서장치(100)는, The wireless sensor device 100,
토목구조물의 계측을 위해 설치되는 변형률계, 변위계, 로드셀, 가속도계, 속도계 등과 인터페이스 할 수 있도록 모듈화되어 모듈의 단순 교체만으로 각 센서(1)들과 신호입출력을 하는 모듈화된 센서 인터페이스부(110)와, 그 인터페이스부(110)를 통해 입력되는 센서의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(120)와, 그 아날로그/디지털 변환부(120)에서 디지털 데이터로 변환된 센서들의 검측신호를 무선 데이터로 송신하는 센서측 무선통신부(130)와, 상기 무선통신부(130)를 통해서 상기 무선검측장치(200)와 통신하여 상기 인터페이스부(110)를 통해서 각 센서(1)의 작동을 제어함과 아울러 센서의 검측신호를 수신받아 디지털 데이터로서 무선 검측장치(200)로 전송하도록 제어하는 콘트롤러(140) 및 시스템 동기화를 위하여 시간정보를 제공하는 초정밀 시계칩 또는 GPS 수신기를 구비하여 센서 검출신호에 대해 검출시점 및 검출 좌표등의 동기신호를 삽입하여 무선전송하게 하는 동기신호 삽입부(150)를 포함하여 구성된다.Modular sensor interface unit 110 that is modularized to interface with strain gauges, displacement meters, load cells, accelerometers, speedometers, etc. installed for the measurement of civil engineering structures, and performs signal input / output with each sensor 1 by simply replacing the module. The analog / digital converter 120 converts the analog signal of the sensor input through the interface unit 110 into digital data, and the detection signal of the sensors converted into digital data by the analog / digital converter 120. Sensor-side wireless communication unit 130 for transmitting the wireless data and the wireless communication unit 200 through the wireless communication unit 130 to control the operation of each sensor 1 through the interface unit 110. In addition, the controller 140 receives the detection signal of the sensor and transmits the digital signal to the wireless detection device 200 as digital data. By inserting a synchronizing signal such as detection time and the detection coordinates for sensor detection signal with a high precision clock or a GPS receiver chip, which provides information is configured to include a sync signal insertion unit 150 for the wireless transmission.
상기 무선 검측장치(200)는,The wireless detection device 200,
상기 무선 센서장치(100)들마다 각각의 무선통신 식별 코드를 부여하여 복수의 무선센서장치(100)들과 무선통신하기 위한 호스트 무선통신부(210)와, 그 무선통신부(210)를 통해 상기 무선 센서장치(100)들과 통신하여 센서장치(1)들로부터 전송되는 검측된 데이터들을 수신하고, 그 수신된 데이터들을 소정의 알고리즘에 의해 수치 데이터 및 그래픽 데이터화하여 표시제어함과 아울러 저장등을 제어하는 호스트 콘트롤러(220)와, 그 호스트 콘트롤러(220)의 제어 알고리즘 정보들을 저장하고 검측된 데이터를 저장하는 메모리(230)와, 상기 콘트롤러(220)의 제어에 의해 메모리에 저장된 센서들의 검측정보를 통신포트를 통해서 컴퓨터나 검측정보를 분석처리하는 분석시스템(300)으로 전송하기위한 통신부(260)와, 상기 콘트롤러(220)의 제어에 의해 센서장치들의 검측정보를 수치나 그래픽으로 표시하고 각종 제어동작 상태등을 표시하기 위한 표시부(240)와, 검측기 조작자가 기능선택 및 무선 정보 수신과 통신포트를 통한 정보 전송등을 제어하는 각종 기능키등이 구비된 키패드(250)를 포함하여 구성된다.A host wireless communication unit 210 for wirelessly communicating with a plurality of wireless sensor devices 100 by assigning each wireless communication identification code to each of the wireless sensor devices 100, and wirelessly through the wireless communication unit 210. Receives the detected data transmitted from the sensor devices 1 by communicating with the sensor devices 100, converts the received data into numerical data and graphic data by a predetermined algorithm, controls display, and stores the data. The host controller 220, a memory 230 for storing control algorithm information of the host controller 220 and storing detected data, and detection information of sensors stored in the memory under control of the controller 220. Communication unit 260 for transmitting to the analysis system 300 for analyzing and processing the computer or detection information through the communication port, and the control of the controller 220 of the sensor devices A display unit 240 for displaying the measurement beam numerically or graphically and displaying various control operation statuses, and various function keys for the operator of the detector to control function selection, wireless information reception, and information transmission through the communication port. It is configured to include a keypad 250 provided.
여기서 상기 동기신호 삽입부(150)에서 삽입시킨 동기신호는, 시간정보와 위치좌표 정보등을 포함할 수 있으며, 이들 정보에 의해 검측장치(200)에서 각 센서값들의 분석을 위한 동기정보로서 활용할 수 있으며, 분석 시스템에서 프로그램에 의해 동기신호를 가지고 각 센서들의 검측값을 분석하게 된다.Here, the synchronization signal inserted by the synchronization signal inserting unit 150 may include time information and position coordinate information, and the like may be utilized as the synchronization information for analyzing the respective sensor values by the detection device 200. In the analysis system, the detection value of each sensor is analyzed with a synchronization signal by a program.
한편, 필요에 따라서 MEMS 센서와 같은 센서를 송신단 내부에 설치함으로서 송신단의 부착만으로 원하는 물리량의 측정뿐만 아니라 데이터 전송이 가능하도록 간단한 구성으로 설치할 수 있게 된다. 즉, 센서모듈을 독립적으로 구성할 필요없이 무선센서장치(100)에 직접 MEMS센서와 같은 센서를 내부에 설치하여 일체형으로 구성할 수 있다.On the other hand, if necessary, by installing a sensor such as a MEMS sensor inside the transmitting end, it is possible to install in a simple configuration so that not only the measurement of the desired physical quantity but also the data transmission by attaching the transmitting end. That is, a sensor such as a MEMS sensor can be installed directly inside the wireless sensor device 100 without the need to independently configure the sensor module, thereby forming an integrated unit.
본 발명은 토목구조물의 계측시 일반적으로 적용되고 있는 변형률계, 변위계, 로드셀, 가속도계, 속도계 등의 다양한 센서(1)를 모듈화된 상기 센서 인터페이스부(110)에 착탈 가능한 센서모듈로서 구성되고, 센서모듈을 선택적으로 착탈하여 센싱 기능을 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention is configured as a sensor module detachable to the sensor interface unit 110, a variety of sensors (1), such as strain gauges, displacement meters, load cells, accelerometers, speedometers that are generally applied when measuring civil engineering structures, Selectively detaching the module is characterized in that configured to perform the sensing function.
또한, 상기 인터페이스부(110)를 적어도 하나이상 복수개를 구성하여 복수개의 센서모듈을 장착하고 동시에 센싱기능을 수행 할 수 있도록 구성하며, 콘트롤러(140)가 센서들의 측정을 인터페이스부를 제어하여 구분하고 송신데이터를 식별할 수 있도록 제어한다.In addition, at least one of the interface unit 110 is configured to mount a plurality of sensor modules and perform a sensing function at the same time, and the controller 140 controls the interface unit to distinguish and transmit the measurement of the sensors. Control to identify the data.
도면에서 표현된 바와 같이 센서(1)와 센서 인터페이스부(110)는 일체형 센서 모듈로서 구성할 수 있고, 센서(1)만을 착탈시켜 센서모듈을 바꿔 끼우게 구성할 수도 있으며, 센서모듈 전체를 교체하여 설치할 수도 있다. 이는 센서 종류에 따라 그 용도에 맞게 활용한다. 즉, 본 발명의 무선센서장치(100)에는 센서모듈을 착탈시킬 수 있는 구조로 구성하고, 센서모듈은 센서 인터페이스부(110)에 센서를 착탈할 수 있는 구조로 구성할 수 있고, 센서모듈 자체를 단일 세트로 구성할 수도 있다. As represented in the figure, the sensor 1 and the sensor interface unit 110 may be configured as an integrated sensor module, may be configured to replace the sensor module by detaching only the sensor 1, replace the entire sensor module It can also be installed. It is used according to the type of sensor according to its purpose. That is, the wireless sensor device 100 of the present invention can be configured to detachable sensor module, the sensor module can be configured to detachable sensor in the sensor interface unit 110, the sensor module itself You can also configure a as a single set.
그리고, 상기 센서모듈은 무선센서장치(100)에 장착하여 일체형으로서 구조물에 직접 부착할 수 있도록 구성할 수 있고, 무선센서장치(100)에 센서모듈을 장착하여 다수의 무선센서장치(100)를 하나의 센서측정 판넬에 장착하고, 하나의 무선 검측장치(200)에 의해 측정제어를 할 수 있도록 설치할 수 있다.In addition, the sensor module may be mounted on the wireless sensor device 100 and may be configured to be directly attached to the structure as an integrated type. The sensor module may be mounted on the wireless sensor device 100 to mount a plurality of wireless sensor devices 100. It can be mounted on one sensor measurement panel and installed so that measurement control can be performed by one wireless detection apparatus 200.
도 5는 본 발명에 의한 무선센서 장치의 다른 실시예를 보인 상세 구성도로서, 온도센서(160)를 더 설치하고, 계측위치의 센서 주변온도를 검출하여 분석시에 주변온도에 영향을 받는 센서들에 대해 온도 보상을 하도록 검출온도를 무선검측장치(200)로 전송하도록 구성된다. 그리고, 콘트롤러(140)에는 계측 및 통신 제어부와, 대표값 분석 알고리즘과, 메모리등이 구비되고, 센서들의 측정값을 미리 세팅한 프로그램에 의해 최대, 최소, 평균값, 주파수 분석값 등의 대표값을 자체적으로 연산하여 분석에 필요한 대표값들만을 전송하도록 구성된다.Figure 5 is a detailed configuration diagram showing another embodiment of the wireless sensor device according to the present invention, the temperature sensor 160 is further installed, the sensor is affected by the ambient temperature at the time of detecting the sensor ambient temperature of the measurement position And transmit the detected temperature to the wireless detection device 200 to compensate for the temperature. In addition, the controller 140 includes a measurement and communication control unit, a representative value analysis algorithm, a memory, and the like, and the representative values such as the maximum, minimum, average value, frequency analysis value, and the like can be obtained by a program that presets the measured values of the sensors. It is configured to operate on its own and transmit only representative values necessary for analysis.
따라서, 본 발명은, 무선센서장치(100)를 시설물의 계측 위치에 설치하고, 센서모듈을 장착하여 시설물 계측을 실시한다. 센서모듈에 의해 시설물 계측이 이루어질때, 온도센서(160)에 의해 온도값이 검출되어 온도 보상을 위해 현장의 온도값을 전송하게 되고, 아울러 데이터 전송 시점의 시간과 위치좌표를 동기신호 삽입부(150)에 의해 검출하여 함께 전송한다. 그리고 센서모듈에 의해 계측된 센서 데이터를 상기의 정보들과 함께 전송하게 된다. 이때, 센서종류에 때라 또는 계측 방식에 따라, 콘트롤러(140)에 설치된 대표값 분석 알고리즘에 의해 최대, 최소, 평균, 주파수 등등의 대표값을 검출하여 그 대표값을 전송데이터로 만들고, 동기신호 삽입부의 동기신호와 온도값등을 데이터로 가공하여 전송한다. 본 발명의 설명에 있어서 데이터 전송방법은 각 센서들의 종류와 측정방식 등에 따라 데이터 가공 및 그 데이터 전송 수순등이 달라질 수 있는 것이다.Therefore, in the present invention, the wireless sensor device 100 is installed at the measurement position of the facility, and the sensor module is mounted to measure the facility. When measuring the facility by the sensor module, the temperature value is detected by the temperature sensor 160 to transmit the temperature value of the site for temperature compensation, and at the same time the time and position coordinates at the time of data transmission synchronization signal insertion unit ( 150 is detected and transmitted together. The sensor data measured by the sensor module is transmitted together with the above information. At this time, the representative value of the maximum, minimum, average, frequency, etc. is detected by the representative value analysis algorithm installed in the controller 140 according to the sensor type or the measurement method, and the representative value is made into the transmission data, and the synchronization signal is inserted. Negative sync signal and temperature value are processed and transmitted as data. In the description of the present invention, the data transmission method may change data processing and its data transmission procedure according to the type and measurement method of each sensor.
그리고, 무선통신에 의하여 만약이라도 발생될 수 있는 데이터 손실을 지속적으로 체크하고 이를 제거하기 위하여 무선센서장치(100)에서 수집된 데이터 취득정보를 무선검측장치(200)와 분석시스템에서 지속적으로 검측하여 데이터 손실발생을 원천적으로 제거하고 만일에 발생된 데이터 손실에 대해서는 사용자에게 경고하도록 한다. 즉, 무선센서장치(100)의 콘트롤러(140)와 무선 검측장치(200)의 호스트 콘트롤러(220)는 데이터손실 방지를 위한 통신 체크를 지속적으로 함과 아울러 각각의 메모리에 일부의 데이터를 임시 저장하여 통신 및 외부 요건에 의한 데이터 손실에 대비하고 보완처리하도록 프로그램을 구성한다. 그리고, 데이터 손실 발생시 사용자에게 경보하여 재검측하도록 알리도록 한다.In addition, in order to continuously check and remove data loss that may occur even by wireless communication, the data acquisition information collected by the wireless sensor device 100 is continuously detected by the wireless detection device 200 and the analysis system. Eliminate data loss at the source and warn the user of any data loss. That is, the controller 140 of the wireless sensor device 100 and the host controller 220 of the wireless detection device 200 continuously check the communication for preventing data loss and temporarily store some data in each memory. The program is configured to prepare for and compensate for data loss caused by communication and external requirements. When a data loss occurs, the user is alerted and redetected.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 무선 센서장치(100)와, 무선검측장치(200)는 휴대용 전원에 의해 동작되도록 밧데리(180) 및 전원회로(170)가 포함되어 구성되며, 전원회로(170)는 외부전원 또는 밧데리(180)의 전원에 의해 각부 동작 전원을 공급하도록 구성되며, 밧데리(180)는 바람직하게는 충전식 밧데리를 사용할 수 있다. 상기 콘트롤러(140)의 제어에 의해 센싱 및 무선통신 동작을 하지 않는 상태에서는 스탠바이 전원반을 공급하여 전력 낭비를 최소화하도록 전원회로를 제어하는 슬립모드 제어부(190)가 더 포함되어 구성된다. 즉, 슬립모드 제어부(190)는 콘트롤러(140)가 센싱 또는 무선통신 기능을 수행하는지의 여부에 의해 일정시간 이상 아무런 동작이 없으면 자동으로 슬립모드로 설정되고, 슬립모드설정에 의해 전원회로(170)의 출력전원은 콘트롤러(140)의 스탠바이 전원만 공급하게 하여 밧데리의 전력소모를 방지한다. In addition, as shown in FIG. 5, the wireless sensor device 100 and the wireless detection device 200 include a battery 180 and a power supply circuit 170 to be operated by a portable power supply. 170 is configured to supply the operation power to each part by the external power or the power of the battery 180, the battery 180 may preferably use a rechargeable battery. The sleep mode control unit 190 is further configured to control the power supply circuit to supply a standby power panel to minimize power waste in a state in which sensing and wireless communication operations are not performed under the control of the controller 140. That is, the sleep mode controller 190 is automatically set to the sleep mode if there is no operation for a predetermined time depending on whether the controller 140 performs the sensing or wireless communication function, and the power supply circuit 170 by the sleep mode setting. ) Output power only to the standby power supply of the controller 140 to prevent the power consumption of the battery.
콘트톨러(140)는 슬립모드에서 대기하면서 통신을 통해 무선검측장치(200)로부터 센싱 명령이 보내지는 경우, 이를 인지하여 슬립모드제어부(190)에 슬립모드 해제신호를 보내고, 정상동작을 수행하게 된다.The controller 140 recognizes when the sensing command is sent from the wireless detection apparatus 200 through communication while waiting in the sleep mode, and sends a sleep mode release signal to the sleep mode controller 190 to perform normal operation. do.
즉, AC 전원을 바로 사용할 수도 있으나, 현장에서의 활용성을 고려하여 밧데리의 부착이 가능하다. 이때 전원의 소모량을 최소화하기 위하여 무선센서장치(100)에는 슬립(sleep) 기능을 부여하여 일정시간 센싱을 하지 않을 경우 또는 사용자에 의하여 슬립(sleep) 모드로 전환된 경우에는 최소전원으로 송신기가on 상태만을 유지하도록 하다가, 센싱이 필요한 시점에서는 기동(wake)모드로 전환되어 정상작동이 가능하도록 구성된다.That is, the AC power can be used immediately, but the battery can be attached in consideration of the usability in the field. At this time, in order to minimize power consumption, the wireless sensor device 100 is provided with a sleep function, and when the sensor is not sensed for a predetermined time or when the user enters the sleep mode by the user, the transmitter is turned on with the minimum power. While maintaining only the state, when sensing is required, it is configured to switch to the wake mode to allow normal operation.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서장치의 부착 방식 설명도이다.6A and 6B are diagrams illustrating an attachment method of a wireless sensor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6a에 도시된 바와 같이 교량 및 구조물이 콘크리트인 경우, 그 콘크리트 구조물과 접착제 등으로 부착시킨 마운팅 베이스(101)를 설치하고, 그 마운팅 베이스(101)에 무선 센서장치(100)의 브라켓을 스터드나, 볼트 등의 고정수단(102)을 이용해 고정시켜 콘크리트 구조물등의 교량 및 구조물에 부착시킬 수 있다.As shown in FIG. 6A, when the bridge and the structure are concrete, the mounting base 101 attached with the concrete structure and the adhesive is installed, and the bracket of the wireless sensor device 100 is studded on the mounting base 101. B, it may be fixed by using fixing means 102 such as bolts and attached to bridges and structures such as concrete structures.
또한, 도 6b에 도시된 바와 같이 교량 및 구조물이 강재로 이루어진 경우, 무선 센서장치(100)에 직접 자석(103)을 고정하고, 그 자석(103)에 의해 강재로 이루어진 교량 및 구조물에 부착할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6B, when the bridge and the structure are made of steel, the magnet 103 is directly fixed to the wireless sensor device 100 and attached to the bridge and the structure made of steel by the magnet 103. Can be.
이와 같이 교량 및 구조물에 무선센서장치(100)를 부착하여 검측을 시작하게 되면, 상기 모듈화된 센서 인터페이스부(110)는 기존의 각종 센서들의 측정신호를 입력받아 그 신호를 아날로그/디지털(A/D) 변환기(120)에 입력하게 되며, 그 아날로그/디지털 변환부(120)에 의하여 디지털 데이터로 변환되고, 신호를 전송하기위한 송신부인 센서측 무선통신부(130)로 전달된다. 이 전달된 신호는 무선전송에 의하여 무선 센서장치(100)에서 수백 m~수 km 떨어진 무선검측장치(200)로 전송된다. 하나의 무선검측장치(200)는 다수개의 무선 센서장치(100)와 통신하게 된다.(도 2의 단일수신방식)When the detection is started by attaching the wireless sensor device 100 to the bridge and the structure as described above, the modular sensor interface unit 110 receives the measurement signals of various sensors and converts the signals into analog / digital (A / D) is input to the converter 120, is converted into digital data by the analog / digital conversion unit 120, and is transmitted to the sensor-side wireless communication unit 130, which is a transmitter for transmitting a signal. The transmitted signal is transmitted from the wireless sensor device 100 to the wireless detection device 200 several hundred m to several km away by wireless transmission. One wireless detection device 200 is to communicate with a plurality of wireless sensor device 100. (Single reception method of Figure 2)
본 발명은 교량 등을 진단 검사할 경우, 차량통제를 하고나서 진단을 하게 되는데 이러한 경우, 무선 센서장치(100)에 센서들을 결합하여 현장에서 측정하고 이를 무선신호로서 전송하게 되므로, 각 센서들까지의 케이블 포설없이 빠른 시간내에 센서장치를 설치하여 측정하고 다시 이를 회수 할 수 있게 되는 것이다. 물론 고정식 센서장치에도 그대로 적용할 수 있다.In the present invention, when the diagnostic inspection of the bridge, etc., the vehicle is controlled and then diagnosed. In this case, the sensors are coupled to the wireless sensor device 100 and measured in the field and transmitted as a wireless signal. It is possible to install and measure the sensor device in a short time without the cable installation. Of course, it can also be applied to the stationary sensor device.
다수개의 송신단과 하나의 수신단 또는 다수의 송신단과 수신단으로 구성되는 무선 데이터 전송시스템의 경우 시스템간의 동기화는 측정 데이터 분석시 매우 중요한 요소로 작용된다.In the case of a wireless data transmission system composed of a plurality of transmitters and one receiver or a plurality of transmitters and receivers, synchronization between systems is a very important factor in analyzing measurement data.
특히 구조물의 모드형상과 같은 동특성 분석시 시스템간의 동기화가 이루어지지 않아 미세한 시간차가 발생된다면 측정신호의 위상각이 달라져서 상이한 분석결과가 도출될 수 있다.In particular, if a small time difference occurs due to inconsistency between systems when analyzing dynamic characteristics such as the mode shape of a structure, different analysis results may be derived due to different phase angles of the measurement signal.
따라서 측정점이 다수개인 경우에도 적용시스템간의 동기화가 이루어질 수 있도록 송신단에 초정밀 시계칩 또는 GPS 수신기를 설치한 후 측정 데이터 전송시 먼저 정밀한 시간정보를 전송 및 기록하여 전체 시스템의 동기화가 이루어질 수 있도록 동기신호 삽입부(150)를 더 포함시켜 구성함으로써, 동기화가 이루어지도록 하는 것이다. 여기서 송신단은 무선센서장치(100)이고, 수신단은 무선 검측장치(200)를 의미한다.Therefore, even if there are many measurement points, a high-precision clock chip or GPS receiver is installed at the transmitting end so that synchronization between the applied systems can be achieved, and when the measurement data is transmitted, precise time information is first transmitted and recorded to synchronize the entire system. By further including the insertion unit 150, it is to be synchronized. Here, the transmitting end is a wireless sensor device 100, the receiving end means a wireless detection device 200.
그리고 본 발명의 실시예에서는 상기 무선 검측장치(200)에 표시부(240)와 조작용 키패드(250)를 구비하여 그 무선 검측장치(200) 자체만으로 기본적인 분석 및 검측데이터의 확인 등을 가능하게 할 수 있다. 이는 현장 검측시에 최초 개략적 구간에서 검측하고 일부 수치들이 이상이 발견되면 정밀 검측을 하도록 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the wireless detection device 200 includes a display unit 240 and an operation keypad 250 to enable basic analysis and confirmation of detection data using only the wireless detection device 200 itself. Can be. This can be detected in the initial schematic section at the time of site detection, and if a number of abnormalities are found, a precise detection can be performed.
즉, 호스트콘트롤러(220)는 입력된 데이터들이 어느종류의 센서값인지를 인지한다. 이는 무선센서장치(100)에서 해당 센서 정보를 전송하고, 호스트 콘트롤러(220)가 이 정보에 의거하여 수신된 센서데이터를 해당되는 분석 알고리즘에 의해 수치데이터화 시켜 숫자나 그래픽 등으로 표시제어를 하며, 소정의 기준 범위들을 설정하여 두고, 기준범위를 벗어난 경우 경보하도록 함으로써 무선 계측 장치(200)에서 현장의 상태를 직접 확인할 수 있게 되는 것이다. 또한 메모리에 해당 정보들을 저장하여두고, 그 정보는 통신부(260)를 통해 컴퓨터등의 분석시스템(300)에 전송하고, 그 분석시스템(300)에서 정밀 종합 분석을 하게 된다.That is, the host controller 220 recognizes what kind of sensor values the input data are. It transmits the corresponding sensor information from the wireless sensor device 100, the host controller 220 converts the received sensor data based on this information into numerical data by a corresponding analysis algorithm, and controls the display by numbers or graphics. By setting the predetermined reference ranges, and if the reference range is out of the way to alert you will be able to directly check the status of the site in the wireless measurement device 200. In addition, the corresponding information is stored in the memory, and the information is transmitted to the analysis system 300 such as a computer through the communication unit 260, and the analysis system 300 performs a precise comprehensive analysis.
도 4는 본 발명에 의한 다른 실시예에 따른 멀티수신방식의 구성도이다.4 is a block diagram of a multi-receiving method according to another embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 사용목적에 따라서 시스템은 멀티수신방식으로도 구성할 수 있는데, 이는 여러대의 무선센서장치(100)에 각각 전송 주파수 범위가 다른 여러대의 무선검측장치(200)로 구성되는 방식으로 측정항목수가 여러개일 경우 실시간 계측 채널간 시간지연이 발생되지 않도록 한다.As shown in the drawing, the system may be configured as a multi-receiving method according to the purpose of use, which is composed of a plurality of wireless detection apparatuses 200 having different transmission frequency ranges, respectively. Therefore, if there are several measurement items, do not delay time between real-time measurement channels.
이렇게 수신된 신호는 무선 검측장치(200)의 컨트롤러에 의하여 원래의 신호형태로 변환되어 시리얼 포트, USB 또는 기타 방식에 의하여 컴퓨터와 같은 저장장치로 데이터는 저장되고 분석이 이루어진다.The received signal is converted into the original signal form by the controller of the wireless detection apparatus 200, and data is stored and analyzed by a serial port, USB, or other storage device such as a computer.
필요에 따라서는 송신기인 무선센서장치(100) 또는 수신기인 무선계측장치(200)에 자체적인 메모리칩을 내장하여 일정기간 메모리칩에 데이터를 저장하였다가 컴퓨터와 같은 저장장치로 데이터를 저장하는 방식을 활용할 수 있는데, 이는 하나의 저장장치로 여러 지점에 분포되어 있는 다수의 시설물 계측을 가능하게 할뿐만 아니라, 교량의 안전진단과 같이 차량통행이 필요한 경우 1회의 차량 통재하에 의하여 다수점에서 측정을 실시한 후 데이터 저장은 일정시간이 지난 후 실시함으로써 교량의 전구간을 계측하기 위해 필요한 수회의 차량통재 등이 필요없어 차량통행 시간을 최소화할 수 있는 장점이 있다.If necessary, the wireless sensor device 100, which is a transmitter, or the wireless measuring device 200, which is a receiver, embeds its own memory chip to store data in the memory chip for a certain period of time, and then stores the data in a storage device such as a computer. This can be used to measure a large number of facilities distributed at various points with a single storage device.In addition, when a vehicle is required, such as a safety diagnosis of a bridge, measurements can be made at a number of points by one vehicle traffic. After the data storage is carried out after a certain time, there is an advantage that it is possible to minimize the travel time of the vehicle because it does not need a number of vehicle traffic, etc. necessary to measure the entire section of the bridge.
또한, 목적에 따라서는 무선 송신단인 무선센서장치(100)에 MEMS 등의 센서를 포함시킬 수 있으며, 임베디드(embedded) 시스템과 같이 송신단에 CPU 및 주요 연산기능을 수행할 수 있도록 한다.In addition, according to the purpose, it is possible to include a sensor such as MEMS in the wireless sensor device 100, which is a wireless transmission end, so that the CPU and the main computing functions can be performed in the transmission end like an embedded system.
상기에 기술한 바와 같이 케이블을 사용한 기존의 계측방식은 케이블 포설을 위한 인력과 시간이 매우 많이 요구되어 비용이 상승하고, 포설된 케이블 길이가 길어짐에 따라 저항값이 증가되어 계측 신뢰도가 저하된다. 또한 교량과 같이 상시 차량통행이 요구되는 지역에서 교통통제 후 실시되는 정밀안전진단의 경우 케이블을 사용한 기존의 계측방식은 전구간의 교량에 대해 한꺼번에 실시하기가 불가능 하므로 안전진단이 실시되는 구간이 많아지게 되고, 따라서 하중재한 차량을 여러번 재한시켜야 하기 때문에 장기간의 차량통제가 불가피하게 된다.As described above, the conventional measuring method using the cable requires a lot of manpower and time for cable laying, and thus the cost increases. As the length of the laid cable increases, the resistance value increases and the measuring reliability decreases. Also, in the case of precision safety diagnosis conducted after traffic control in areas where vehicle traffic is always required, such as bridges, the existing measurement methods using cables cannot be performed at once for all bridges, so there are more areas for safety diagnosis. Therefore, a long-term vehicle control is inevitable because the load-bearing vehicle has to be restricted several times.
이에 반하여 무선계측 시스템은 측정대상이 상시 이동하는 경우 빠른 시간안에 측정대상을 변경하여 측정을 실시하므로 케이블 포설에 의한 인력과 시간감소에 따른 비용절감 및 동일 시간안에 더욱 광범위한 범위를 측정할 수 있는 장점이 있어 차량통제의 장기화에 따른 기회비용을 최소화할 수 있으며, 회전하는 지점에 대한 측정 및 고온 또는 접근이 용이하지 않은 지점과 같은 경우 케이블을 사용한 경우보다 매우 효과적인 적용이 가능하다.On the other hand, when the measurement object moves constantly, the wireless measurement system changes the measurement object in a short time and performs the measurement. Therefore, it is possible to reduce the cost of manpower and time due to cable laying and to measure a wider range in the same time. This minimizes the opportunity cost of prolonging vehicle control, and makes it possible to apply more effectively than the case of using cables in the case of measuring the rotating point and high temperature or inaccessible point.
무선계측 시스템은 단일수신방식(여러대의 송신기와 1대의 수신기로 구성)뿐만 아니라, 멀티수신방식(여러대의 송신기와 각각 전송 주파수 범위가 다른 여러대의 수신기로 구성)으로 구성이 가능하여 채널확장시 발생될 수 있는 채널간 시간 지연을 방지하고 실시간 계측이 가능하다.The wireless measurement system can be composed of not only single reception method (consisting of multiple transmitters and one receiver) but also multi reception method (consisting of multiple transmitters and multiple receivers having different transmission frequency ranges). Real-time measurement is possible while preventing possible channel-to-channel delays.
또한, 필요에 따라서는 송신기 또는 수신기에 자체적인 메모리칩을 내장하여 일정시간 메모리칩에 데이터를 저장하였다가 컴퓨터와 같은 저장장치로 데이터를 저장하는 방식을 활용하여, 하나의 저장장치로 여러지점에 분포되어 있는 다수의 시설물 계측뿐만 아니라, 교량의 정밀안전진단과 같이 차량통제가 반드시 필요한 경우 1회의 차량통재에 의하여 다지점에서 측정을 실시한 후 데이터 저장은 일정시간이 지난 후 실시함으로써 교량의 전구간을 계측하기 위하여 수회의 차량통재와 같은 불필요한 작업을 줄일 수 있어 차량통제 시간 및 경비를 최소화할 수 있는 장점이 있다.In addition, if necessary, the internal memory chip is stored in the transmitter or the receiver to store data in the memory chip for a predetermined time and then the data is stored in a storage device such as a computer. In addition to the measurement of a large number of facilities distributed, if the vehicle control is absolutely necessary, such as precise safety diagnosis of the bridge, the measurement is performed at multiple points by one vehicle control, and the data storage is performed after a certain time. In order to measure, it is possible to reduce unnecessary work such as several times of vehicle traffic control, thereby minimizing vehicle control time and expenses.
또한 센서 입력단을 모듈화하여 원하는 물리량의 측정을 위해서는 센서모듈의 선택적 착탈만으로 모든 센서유형의 센싱 기능을 수행할 수 있는 장점을 가지게 된다.In addition, in order to measure the desired physical quantity by modularizing the sensor input terminal, it is possible to perform sensing functions of all sensor types only by selectively removing the sensor module.
센서를 포함하는 송신단은 송신기 부착만으로 센싱 및 데이터 전송이 가능하며, 연산기능이 부여된 송신단은 최대, 최소, 평균값, 주파수 분석값 등의 대표값만을 전송할 수 있어 데이터 전송량 및 저장량이 최소화되어 시스템 운영을 더욱 효율적으로 할 수 있다.Transmitter including sensor can sense and transmit data only by attaching transmitter.Transmitted terminal with arithmetic function can transmit only representative values such as maximum, minimum, average value, frequency analysis value and so on. Can be made more efficient.
도 1a는 종래 케이블 포설에 의한 구조물의 유선 계측 방법 개요도.Figure 1a is a schematic diagram of a wire measurement method of a structure by a conventional cable installation.
도 1b는 종래 케이블 포설에 의한 계측 실시예를 보인 예시도.Figure 1b is an exemplary view showing a measurement embodiment by conventional cable laying.
도 2a는 본 발명에 의한 모듈화된 센서 입력단을 구비한 단일송신방식의 무선 계측 시스템의 구성도Figure 2a is a block diagram of a wireless transmission system of a single transmission method having a modular sensor input stage according to the present invention
도 2b는 본 발명에 의한 단일수신방식의 무선 계측 시스템의 설치 예시도Figure 2b is an installation example of a single reception wireless measurement system according to the present invention
도 3은 본 발명에 의한 모듈화된 센서 입력단을 구비한 무선 계측 시스템의 상세구성도3 is a detailed configuration diagram of a wireless measurement system having a modular sensor input stage according to the present invention;
도 4는 본 발명에 의한 멀티수신방식의 무선 계측 시스템의 구성도4 is a block diagram of a wireless reception system of the multi-reception method according to the present invention
도 5는 본 발명에 의한 무선센서장치의 상세 구성도.5 is a detailed configuration diagram of a wireless sensor device according to the present invention.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 무선계측 시스템의 무선센서장치 부착 구조설명도.6A and 6B are structural explanatory diagrams for attaching a wireless sensor device of a wireless measurement system according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 무선센서장치 101 : 마운팅 베이스100: wireless sensor device 101: mounting base
102 : 고정수단 103 : 자석102: fixing means 103: magnet
110 : 모듈화된 센서 인터페이스부 120 : 아날로그/디지털 변환부110: modular sensor interface unit 120: analog / digital conversion unit
130 : 센서측 무선통신부 140 : 콘트롤러130: sensor side wireless communication unit 140: controller
150 : 동기신호삽입부 160 : 온도센서150: synchronization signal insertion unit 160: temperature sensor
170 : 전원회로 180 : 밧데리170: power circuit 180: battery
190 : 슬립모드제어부190: sleep mode control unit
200 : 무선 검측장치 210 : 호스트 무선통신부200: wireless detection device 210: host wireless communication unit
220 : 호스트 콘트롤러 230 : 메모리220: host controller 230: memory
240 : 표시부 250 : 키패드240: display unit 250: keypad
260 : 통신부 300 : 분석 시스템260: communication unit 300: analysis system
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