KR20190113199A - 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법 - Google Patents

센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법 Download PDF

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박현
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Abstract

본 발명은 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법에 관한 것이고, 구체적으로 진동 또는 그와 유사한 충격에 따른 측정 대상의 동적 변위를 측정하는 것에 의하여 구조물의 미리 결정된 부위의 상태를 진단할 수 있는 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법에 관한 것이다. 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법은 구조물의 측정 위치에 다수 개의 가속도 센서가 서로 연결된 센서 어레이를 배치하는 단계; 센서 어레이의 각각의 가속도 센서로부터 가속도를 탐지하는 단계; 탐지된 가속도로부터 동적 변위를 분석하는 단계를 포함하고, 상기 서로 연결된 가속도 센서에 의하여 정해진 방향을 따라 연속적인 가속도 정보가 획득된다.

Description

센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법{A Method For Diagnosing a Condition of a Construction Based on Detecting a Dynamic Displacement of a Sensor Array}
본 발명은 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법에 관한 것이고, 구체적으로 진동 또는 그와 유사한 충격에 따른 측정 대상의 동적 변위를 측정하는 것에 의하여 구조물의 미리 결정된 부위의 상태를 진단할 수 있는 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법에 관한 것이다.
출력 신호를 처리하여 가속도, 진동 또는 충격을 탐지하는 가속도 센서는 경사 또는 기울기의 측정에 적용될 수 있고, 또한 가속도 센서에 의하여 변위가 측정될 수 있다. 예를 들어 선로, 지반 또는 건물의 경사 또는 변위 측정을 위하여 3축 가속도 센서가 사용될 수 있다. 이와 같은 가속도 센서는 예를 들어 진동 측정에 사용될 수 있고, 진동 측정에 의하여 구조물의 상태를 진단할 수 있고, 예를 들어 선로의 진동을 탐지하여 선로의 상태를 진단할 수 있다. 또한 구조물로부터 발생하는 진동을 탐지하여 구조물의 상태를 탐지할 수 있다. 선로의 상태 또는 구조물의 상태는 가속도 센서를 비롯한 다양한 탐지 유닛에 의하여 탐지될 수 있다. 예를 들어 특허공개번호 제10-2010-0041261호는 구조물의 측정 가속도를 이용하여 구조물의 동적 변위와 속도 이력을 측정하는 방법 및 장치에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2017-0008410호는 동적 변위 계산 방법 및 동적 변위 계산 방법에 대하여 개시한다. 선행기술은 모두 가속도 및 다른 변수를 탐지하여 구조물의 상태를 탐지하지만 탐지 장치가 복잡하면서 탐지 정보에 따른 신뢰성을 향상시키기 위하여 다양한 처리 과정을 수반되어야 한다는 단점을 가진다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허공개번호 제10-2010-0041261호(서울대학교산학협력단, 2010년04월22일 공개) 구조물의 측정 진동가속도를 이용하여 동적 변위 및 속도이력을 측정하는 측정방법 및 측정 장치 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2017-0008410호(한국과학기술원, 2017년01월24일 공개) 동적 변위 계산 장치 및 동적 변위 계산 방법
본 발명의 목적은 다수 개의 가속도 센서가 서로 연결된 센서 어레이로부터 탐지된 경사 또는 변위에 기초하여 구조물의 상태를 진단할 수 있는 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법은 구조물의 측정 위치에 다수 개의 가속도 센서가 서로 연결된 센서 어레이를 배치하는 단계; 센서 어레이의 각각의 가속도 센서로부터 가속도를 탐지하는 단계; 탐지된 가속도로부터 동적 변위를 분석하는 단계를 포함하고, 상기 서로 연결된 가속도 센서에 의하여 정해진 방향을 따라 연속적인 가속도 정보가 획득된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 개의 가속도 센서는 신축성을 가지는 관절에 의하여 선형으로 연결된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 개의 가속도 센서는 진동에 따른 변위를 탐지하고, 각각의 가속도 센서로부터 탐지된 변위가 누적되어 시간의 경과에 따른 변화가 분석된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 구조물은 선로가 되고, 센서 어레이는 진동 탐지에 의한 웨이크업(wakeup) 방식으로 작동이 된다.
본 발명에 따른 방법은 다수 개의 가속도 센서가 서로 관련성을 가지도록 연결되고, 서로 관련성을 가진 각각의 센서로부터 탐지된 정보에 기초하여 구조물의 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어 센서 어레이가 선로에 설치되어 선로 내부에서 발생된 다양한 형태의 결함이 탐지되도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 구조적으로 간단한 탐지 유닛에 의하여 진단이 가능하도록 하면서 간단한 처리 또는 분석 과정을 통하여 구조물에 대한 정밀한 진단 또는 정확한 진단이 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 방법은 다양한 구조물의 진단에 적용되어 신속하고 정밀하게 상태 진단이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 과정의 실시 예를 블록 다이어그램으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 진단 방법에 적용되는 센서 어레이의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 진단 방법에서 탐지되는 정보 데이터의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 진단 방법에서 센서 어레이로부터 정보가 탐지되어 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 과정의 실시 예를 블록 다이어그램으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법은 구조물의 측정 위치에 다수 개의 가속도 센서가 서로 연결된 센서 어레이를 배치하는 단계; 센서 어레이의 각각의 가속도 센서로부터 가속도를 탐지하는 단계; 탐지된 가속도로부터 동적 변위를 분석하는 단계를 포함하고, 상기 서로 연결된 가속도 센서에 의하여 정해진 방향을 따라 연속적인 가속도 정보가 획득된다.
구조물은 선로, 건물, 교량, 지반 또는 이와 유사한 고정물이 될 수 있고, 센서 어레이에 의하여 구조물의 서로 다른 부위의 충격에 따른 진동이 탐지되어 구조물의 상태가 탐지될 수 있다. 센서 어레이는 서로 연결된 다수 개의 가속도 센서로 이루어질 수 있고, 각각의 가속도 센서는 바람직하게 3축 가속도 멤스 센서가 될 수 있다. 각각의 가속도 센서는 선형 또는 이와 유사한 형태로 서로 연결되어 하나의 센서 어레이를 형성할 수 있다. 각각의 센서는 예를 들어 PVC 튜브 또는 알루미늄 소재 튜브 또는 이와 유사한 소재로 이루어진 수용 튜브의 내부에 배치될 수 있고, 서로 다른 센서를 수용하는 수용 튜브는 임의의 방향으로 꺾일 수 있는 관절을 가질 수 있다. 센서 어레이는 적어도 하나의 가속도 센서롤 포함할 수 있고, 예를 들어 2 내지 100개의 가속도 센서가 선형으로 연결된 구조를 가질 수 있다. 그리고 이와 같은 구조를 가진 센서 어레이가 측정 대상이 되는 선로와 같은 구조물에 배치될 수 있다(P11).
각각의 가속도 센서에 의하여 서로 다른 지점의 변위가 측정될 수 있고(P12), 각각의 경사계에 의하여 탐지된 값이 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 유닛으로 전송되어 처리될 수 있다. 센서 어레이에 작동 개시 유닛이 설치될 수 있고, 작동 개시 유닛은 작동 개시 신호의 수신에 따라 센서 어레이를 형성하는 각각의 가속도 센서를 작동시킬 수 있다. 작동 개시 신호는 다양한 방법으로 작동될 수 있고, 예를 들어 미리 결정된 수준의 진동이 작동 개시 신호가 될 수 있다. 예를 들어 센서 어레이가 선로에 설치된 상태에서 열차의 접근으로 인하여 선로의 진동이 센서 어레이의 가속도 센서에 의하여 탐지될 수 있고, 이에 따라 센서 어레이의 작동이 개시될 수 있다. 각각의 가속도 센서는 시간의 경과에 따라 선로의 서로 다른 지점의 변위를 측정할 수 있다(P12). 그리고 각각의 가속도 센서에서 탐지된 서로 다른 위치에 대한 변위 정보로부터 측정 대상에 대한 동적 변위가 분석될 수 있다(P13).
구조물은 충격 또는 이와 유사한 외부 인자로 인하여 진동 또는 이와 유사한 물리적 변화를 발생시킬 수 있고, 이와 같은 변수가 구조물의 서로 다른 위치에서 가속도 센서에 의하여 측정될 수 있다. 각각의 가속도 센서는 시간의 경과에 따른 설치 지점의 변위의 변화를 측정할 수 있고, 시간의 경과에 따른 특정 지점이 변위의 변화로부터 구조물의 동적 변위가 분석될 수 있다(P13). 그리고 분석된 동적 변위에 따라 구조물이 상태가 진단될 수 있고, 예를 들어 선로의 상태가 진단될 수 있다. 예를 들어 선로의 특정 지점의 동적 변위가 다른 지점의 동적 변위와 다른 특성을 나타내는 경우 특정 지점에서 선로의 이상이 발생된 것으로 진단될 수 있다. 동적 특성은 시간의 경과에 따른 특성을 의미하고, 동적 특성은 예를 들어 시간-변위 그래프로 표시될 수 있다. 그리고 선로의 각 지점의 시간-변위 그래프를 분석하여 선로에 대한 진단이 이루어질 수 있다.
다양한 구조물에 대하여 센서 어레이가 배치되어 진동에 따른 동적 변위 분석이 이루어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 진단 방법에 적용되는 센서 어레이의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 다수 개의 단위 가속도 블록(20a 내지 20n)이 신축성으로 인하여 임의의 방향으로 휘어질 수 있는 관절(25a, 25b, 25c)에 의하여 서로 연결되어 선형으로 또는 이와 유사한 구조로 만들어질 수 있다. 각각의 단위 가속도 블록(20a 내지 20n)은 관절(25a, 25b, 25c)에 의하여 서로 연결된 수용 튜브(21); 수용 튜브(21)의 내부에 고정된 제어 기판(22); 제어 기판(22)에 배치된 가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b); 및 제어 기판(22)에 배치된 다양한 처리 유닛으로 이루어질 수 있다.
가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b)는 3축 가속도 멤스 소자 또는 이와 유사한 센서가 될 수 있고, 가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b)는 관절(25a, 25b, 25c)에 의하여 서로 연결된 수용 튜브(21)의 내부에 배치될 수 있다. 수용 튜브(21)은 PVC와 같은 합성수지 소재 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속 소재로 만들어질 수 있고, 관절(25a, 25b, 25c)은 신축성과 탄성을 가진 고무, 실리콘, 엘라스토머 또는 이와 유사한 소재로 만들어질 수 있다. 수용 튜브(21)는 관절(25a, 25b, 25c)에 의하여 구분 영역을 형성할 수 있고, 각각의 구분 영역에 가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b)가 수용되어 고정될 수 있다.
관절(25a, 25b, 25c)에 의하여 서로 연결된 다수 개의 가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b)가 센서 어레이를 형성할 수 있고, 선형 구조로 만들어진 센서 어레이가 구조물에 설치될 수 있다. 하나의 관절(25a, 25b, 25c)을 포함하는 하나의 구분 영역의 길이는 500 ㎜가 될 수 있고, 80개의 가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b)가 서로 연결되어 전체 길이는 40m가 되는 센서 어레이가 만들어질 수 있다. 단위 가속도 블록(20a 내지 20n)은 선형으로 연장되면서 관절(25a, 25b, 25c)을 중심으로 임의의 방향으로 휘어지거나 꺾일 수 있고, 또한 원래의 형상으로 회복될 수 있다. 제어 기판(22a, 22b)에 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 유닛, 캔(CAN) 통신을 위한 통신 칩 또는 이와 유사한 부품이 가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b)의 작동 및 탐지 정보 처리를 위하여 배치될 수 있다.
각각의 구분 영역에 하나의 제어 기판(22a, 22b)이 설치되고, 하나의 제어 기판(22a, 22b)에 하나 또는 그 이상의 가속도 센서(23a, 23b, 24a, 24b)가 배치될 수 있다. 예를 들어 측정의 정밀성을 향상시키기 위하여 또는 하나의 센서의 오작동 또는 작동 불량의 대비를 위하여 하나의 제어 기판(22)에 두 개 또는 그 이상의 센서(231a, 232a, 241a, 242b)가 배치될 수 있다. 예를 들어 1 방향의 가속도 또는 변위를 측정하는 두 개의 1 방향 센서(2311, 2321)와 1 방향과 반대가 되는 2 방향의 가속도 또는 변위를 측정하는 두 개의 2 방향 센서(2312, 2322)가 하나의 제어 기판(22)에 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에서 동일 방향으로 배치된 두 개의 센서(2311과 2321; 또는 2312와 2322)는 하나의 센서가 오작동 또는 작동 불량이 되어도 다른 하나의 센서에 의하여 가속도 또는 변위가 측정될 수 있다. 또한 서로 다른 방향으로 배치된 두 개의 센서(2311과 2312; 또는 2321과 2322)는 오차 보정을 하는 기능을 가질 수 있다.
다수 개의 단위 가속도 블록(20a 내지 20n)이 연속적으로 선형으로 배열되고, 센서 어레이가 배치된 하나의 측정 위치에서 변위는 기준 위치로부터 측정 위치 사이에 배치된 다수 개의 가속도 센서(20k 내지 20m)로부터 탐지된 변위로부터 결정될 수 있다. 예를 들어 선형으로 연결된 다수 개의 가속도 센서(20k 내지 20m)로부터 탐지된 변위의 합으로부터 산출될 수 있다. 이와 같은 경우 각각의 가속도 센서(20a 내지 20n)에서 발생되는 오차도 마찬가지로 합산이 될 수 있고, 이로 인하여 합산되는 가속도 센서(20k 내지 20m)의 수가 많아질수록 오차가 커지게 된다. 만약 그러므로 각각의 가속도 센서(20a 내지 20n)에서 발생된 오차가 변위의 결정 과정에서 제거될 필요가 있다. 이와 같은 오차는 예를 들어 온도 차이로부터 발생되는 고유 오차, 단위 가속도 블록(20a 내지 20n)의 설치 오차 또는 이와 유사한 오차를 포함할 수 있다. 이와 같은 오차는 서로 다른 방향으로 배치된 1 방향 센서(2311, 2321)와 2 방향 센서(2312, 2322)의 변위를 합하는 것에 의하여 제거될 수 있다. 구체적으로 하나의 방향에 대한 변위의 측정을 위한 1 방향 센서(2311, 2321)와 예를 들어 반대 방향과 같은 2 방향의 변위의 측정을 위한 2 방향 센서(2312, 2322)가 하나의 제어 기판(22)에 배치될 수 있다. 이와 같은 배치 구조에서 1 방향 센서(2311, 2321)에 의하여 양(+)의 방향으로 변위가 측정될 수 있고, 2 방향 센서(2312, 2322)에 의하여 음(-)의 방향으로 기울기 또는 변위가 측정될 수 있다. 각각의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)에 1, 2 방향 센서(2311, 2312, 2321, 2322)가 설치될 수 있고, 전체 누적 합이 0(zero)이 되어야 한다. 이와 같은 방법으로 고유 오차를 제외한 측정 오차가 제거될 수 있다. 만약 전체 누적 합이 0이 되지 않는다면 예를 들어 측정 환경의 온도 또는 이와 유사한 환경 인자에 의한 고유 오차가 발생한 것으로 볼 수 있다. 그리고 이와 같은 고유 오차는 각각의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)에 동일하게 발생되므로 합산 결과에 따른 오차가 각각의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)에 분배될 수 있다. 이와 같이 하나의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)에 1, 2 방향 센서(2311, 2312, 2321, 2322)가 설치되면서 1, 2 방향으로 두 개의 센서가 설치되는 것에 의하여 발생 가능한 모든 오차가 변위 결정 과정에서 제거될 수 있다.
도 2의 아래쪽에 도시된 것처럼, n개의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)이 센서 어레이를 형성할 수 있고, 각각의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)은 서로 다른 방향의 가속도 또는 변위를 측정하는 1 방향 센서(#1 내지 #5) 및 2 방향 센서(#6 내지 #10)를 포함할 수 있다. 위에서 설명된 것처럼 각각의 방향 센서(#1 내지 #10)는 동일 방향의 기울기 또는 변위를 측정하는 두 개의 센서를 포함할 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 다수 개의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)으로 이루어진 센서 어레이에 의하여 가속도 또는 변위를 측정될 수 있고, 다수 개의 단위 가속도 센서 블록(20a 내지 20n)의 측정값이 합산되거나 또는 누적되어 가속도 또는 변위가 측정될 수 있다. 만약 하나의 제어 기판(22)의 위쪽 면에 배치된 1 방향 센서(2311, 2321)에 의하여 1 방향으로 온도 보상이 되고, 제어 기판(22)의 아래쪽에 배치된 2 방향 센서(2312, 2322)에 의하여 반대방향으로 온도 보상이 될 수 있다. 측정 값 중 하나의 센서 값이 특이 값을 나타내면 해당 센서 값은 제거될 수 있다. 그리고 제어 기판(22)의 위쪽에 배치된 센서 값이 하나의 값(#1~#5)으로 계산될 수 있다. 또한 제어 기판(22)의 아래에 배치된 센서 값이 같은 방식으로 다른 하나의 센서 값(#6~#10)으로 계산될 수 있다. 이와 같은 계산 과정에서 하나의 값으로 계산된 제어 기판(22)의 위쪽의 하나의 값(#1~#5)과 제어 기판(21)의 아래쪽의 다른 하나의 값(#6~#10)은 서로 반대 방향으로 측정된 값이 된다. 도 2의 아래쪽에 도시된 것처럼, 하나의 값(#1~#5)은 같은 방향이 되고 다른 하나의 값(#6~#10)은 하나의 값(#1~#5)과 반대 방향의 값이 된다. 시작점(#1)부터 왕복하여 복귀한 점(#10)까지 변위를 계산하면 0이 되어야 한다. 만약 이들의 합이 0이 되지 않는다면 측정 오차가 발생한 것이 되고 예를 들어 온도 오차가 발생한 것으로 추측될 수 있다. 그리고 차이가 각각의 센서에 분배되어 온도 보상이 이루어질 수 있다. 그리고 이와 같은 구조를 가지는 센서 어레이가 구조물의 측정 위치에 설치되어 발생 가능한 모두 오차가 제거되도록 하면서 정확하고 간단하게 동적 변위가 측정되도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 진단 방법에서 탐지되는 정보 데이터의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 선로에 센서 어레이가 설치될 수 있고, 각각의 선로에 설치된 센서 어레이로부터 특정 지점의 시간의 경과에 따른 변위 데이터가 획득될 수 있다. 예를 들어 센서 어레이가 선로에 설치되고, 선로로 열차가 접근하여 멀어지는 시간 동안 센서 어레이의 각각의 가속도 센서에 의하여 선로의 서로 다른 지점의 가속도가 탐지될 수 있다. 도 3의 (나)에 도시된 것과 같이 가속도 센서로부터 탐지된 가속도로부터 시간에 변위가 측정될 수 있다. 변위는 열차가 특정 위치로 접근하거나, 특정 위치에서 멀어지는 변이 시점(TA1, TA2)과 열차가 특정 지점에 도달하는 탐지 시점(VA)을 포함할 수 있다. 그리고 시간에 따른 변위의 변화 곡선은 각각의 측정 지점에 대하여 생성될 수 있다. 서로 다른 지점에서 시간-변위 곡선이 비교될 수 있고, 도 3의 (나)에 도시된 것처럼 두 개의 시간-변위 곡선이 서로 비교될 수 있다. 각각의 위치에 대한 시간-변위 곡선이 획득될 수 있고, 이에 의하여 선로의 서로 다른 위치의 상태가 진단될 수 있다.
다양한 구조물의 상태가 센서 어레이를 이용한 본 발명에 따른 진단 방법에 의하여 진단이 될 수 있고, 제시된 실시 예에서 진동이 변위로 변환되어 측정될 수 있다. 또한 가속도로부터 측정될 수 있는 다양한 진단 인자에 기초하여 다양한 구조물이 진단될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 진단 방법에서 센서 어레이로부터 정보가 탐지되어 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법은 다수 개의 가속도 센서를 가진 센서 어레이가 구조물의 측정 위치에 배치되는 단계(P41); 외부 충격에 따른 진동이 탐지되어 센서 어레이의 작동이 개시되는 단계(P42); 서로 선형으로 연결된 각각의 가속도 센서로부터 진동에 따른 가속도가 탐지되는 단계(P43); 다수 개의 가속도 센서의 오차가 보정되는 단계(P44); 각각의 가속도 센서로부터 탐지된 가속도 값으로부터 제외 값이 결정되는 단계(P45); 각각의 가속도 센서로부터 전송된 측정값을 분석하는 단계(P46); 및 분석된 측정값으로부터 동적 변위가 결정되는 단계(P47)를 포함한다.
센서 어레이는 진동 웨이크업 유닛(41)을 포함할 수 있고, 진동 웨이크 유닛(41)은 예를 들어 미리 결정된 수준을 벗어나는 진동이 탐지되면 작동될 수 있다(P42). 센서 어레이는 슬립 모드로 작동될 수 있고 이에 의하여 전력 소비가 감소될 수 있다. 센서 어레이에 대한 전력 공급은 내부에 배치된 배터리 또는 외부 전원으로부터 이루어질 수 있다. 슬립 모드 상태의 센서 어레이는 진동 웨이크업 유닛(41)에 의하여 작동이 개시될 수 있고, 예를 들어 센서 어레이 작동 유닛(42)에 의하여 각각의 가속도 센서가 작동이 조절될 수 있고, 그에 따라 작동이 개시되어 진동이 탐지될 수 있다(P43). 이후 각각의 가속도 센서에 의하여 탐지된 정보가 가속도 센서 탐지 유닛(43)에 의하여 처리될 수 있다. 가속도 센서 탐지 유닛(43)은 예를 들어 각각의 가속도 센서로부터 전송된 정보를 수신하여 처리 가능한 데이터로 변환할 수 있고, 오차를 보정하거나(P44) 또는 제외 값을 결정할 수 있다(P45). 예를 들어 가속도 센서 탐지 유닛(43)은 미리 결정된 기준 값에 기초하여 각각의 가속도 센서로부터 전송된 측정값으로 제외되어야 하는 측정값이 있는지 여부를 결정할 수 있다(P45). 오차 보정(P44)은 위에서 설명된 방법에 따라 이루어질 수 있고, 제외 값의 선별(P45)은 기준 값에 기초하여 이루어질 수 있다. 만약 제외 값이 있는 것으로 결정되면(YES), 제외 값이 선별되어 제외될 수 있다(P451). 이에 비하여 제외 값이 없는 것으로 판단되면(NO), 분석 유닛(44)에 의하여 측정값이 분석될 수 있다(P46). 또한 제외 값이 선별되어 제외되면(P451), 나머지 측정값에 기초하여 분석 유닛(44)에 의하여 측정값이 분석될 수 있다(P46).
분석 유닛(44)에 의하여 서로 다른 위치에 대한 시간의 경과에 따른 변위가 분석될 수 있고, 도 4a에 도시된 것처럼, X-Y축에 대한 변위를 분석할 수 있다. 그리고 분석 결과에 기초하여 각각의 위치에 대한 동적 변위가 결정될 수 있다(P47). 그리고 서로 다른 위치에 대하여 분석된 동적 변위가 분석될 수 있다(P47). 또한 각각의 가속도 센서로부터 탐지된 가속도 또는 변위 정보가 저장/전송 유닛(45)에 저장되거나 또는 전송될 수 있다. 저장/전송 유닛(45)은 다양한 저장 매체가 될 수 있고, 전송 수단은 예를 들어 캔(CAN) 통신이 가능한 다양한 통신 칩이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 진단 방법은 측정 대상이 되는 구조물에 따라 적절한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 방법은 다수 개의 가속도 센서가 서로 관련성을 가지도록 연결되고, 서로 관련성을 가진 각각의 센서로부터 탐지된 정보에 기초하여 구조물의 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어 센서 어레이가 선로에 설치되어 선로 내부에서 발생된 다양한 형태의 결함이 탐지되도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 구조적으로 간단한 탐지 유닛에 의하여 진단이 가능하도록 하면서 간단한 처리 또는 분석 과정을 통하여 구조물에 대한 정밀한 진단 또는 정확한 진단이 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 방법은 다양한 구조물의 진단에 적용되어 신속하고 정밀하게 상태 진단이 가능하도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
20a 내지 20n: 단위 가속도 블록 21: 수용 튜브
22, 22a, 22b: 제어 기판 23a, 23b, 24a, 24b: 가속도 센서
25a, 25b, 25c: 관절 41: 진동 웨이크업 유닛
42: 센서 어레이 작동 유닛 43: 가속도 센서 탐지 유닛
44: 분석 유닛 45: 저장/전송 유닛
231a, 232a, 241a, 242b: 센서 2311, 2321: 1 방향 센서
2312, 2322: 2 방향 센서 TA1, TA2: 변이 시점
VA: 탐지 시점

Claims (4)

  1. 구조물의 측정 위치에 다수 개의 가속도 센서가 서로 연결된 센서 어레이를 배치하는 단계;
    센서 어레이의 각각의 가속도 센서로부터 가속도를 탐지하는 단계;
    탐지된 가속도로부터 동적 변위를 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 서로 연결된 가속도 센서에 의하여 정해진 방향을 따라 연속적인 가속도 정보가 획득되는 것을 특징으로 하는 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 다수 개의 가속도 센서는 신축성을 가지는 관절에 의하여 선형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 다수 개의 가속도 센서는 진동에 따른 변위를 탐지하고, 각각의 가속도 센서로부터 탐지된 변위가 누적되어 시간의 경과에 따른 변화가 분석되는 것을 특징으로 하는 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 구조물은 선로가 되고, 센서 어레이는 진동 탐지에 의한 웨이크업(wakeup) 방식으로 작동이 되는 것을 특징으로 하는 센서 어레이의 동적 변위 탐지에 기초하는 구조물 상태 진단 방법.
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