KR100251065B1 - 지진파 분석시스템 - Google Patents

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KR100251065B1 KR1019970055583A KR19970055583A KR100251065B1 KR 100251065 B1 KR100251065 B1 KR 100251065B1 KR 1019970055583 A KR1019970055583 A KR 1019970055583A KR 19970055583 A KR19970055583 A KR 19970055583A KR 100251065 B1 KR100251065 B1 KR 100251065B1
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Abstract

본 발명은 지진파 측정 및 분석기기에 관한 것으로서, 가속도계(지진센서)로부터 지반 및 구조물의 진동을 입력받는 아날로그 입력부와, 입력부에서 입력받은 아날로그 가속도값을 디지털로 변환하는 변환부(ADC)와, 변환부에서 변환한 값을 시간 이력파일 생성 및 최대, 최소값을 계산하고, 시간이력을 이용하여 주파수 영역으로 변경하여 어느 주파수가 탁월한지 계산하고, 응답 스텍트럼을 계산하여 설계값과 비교함으로 구조물에 미치는 영향을 계산하고, 누적절대속도를 계산하므로 구조물의 피해 정도를 파악할 수 있도록 분석해 주며, 입력부에서 아날로그 입력값을 입력받을시 이득을 조절해주는 키입력값을 반영해주는 제어부와, 지진파 분석시스템의 여러 설정값을 변경해주는 키 입력부와, 지진파 분석시스템의 상태를 표시해주는 표시부(LCD)로 구성되어, 지진센서가 설치된 현장에 설치하여 지진 발생시 구조물에 미치는 영향을 평가할 수 있다.

Description

지진파 분석시스템
본 발명은 지진파 분석시스템에 관한 것으로써, 특히 분석하고자 하는 지진 센서가 있는 각 현장에서 ADC를 통해 읽은 값을 곧바로 시간이력 가속도, 퓨리에스펙트럼, 파워스펙트럼, 응답스펙트럼, 절대누적속도 값으로 변환하여 지진이 구조물에 미치는 영향을 계산하는 지진파 분석시스템에 관한 것이다.
현재까지 지진이 구조물에 미치는 영향을 평가하기 위한 방법으로는, 기계적으로 동작하는 응답스펙트럼 기록기에 기록된 내용을 분석하는 방법과 분석시스템에서 계산된 퓨리에스펙트럼을 분석하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나, 상기한 종래의 분석방법들은 지진발생시 최대값, 주파수 성분의 곡선, 일부의 응답스펙트럼만을 구하므로, 구조물에 미치는 영향을 평가하기에는 한계를 지니고 있다. 이와 같이 종래의 분석방법으로는 정해진 시간내에 평가할 수 없으므로 조속한 지진 대비에 제약을 받는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 분석장비의 한계를 극복하기 위해, 분석하고자하는 각 현장에서 지진센서를 통해 읽은 값을 곧바로 시간이력, 퓨리에스펙트럼, 파워스펙트럼,응답스펙트럼, 절대누적속도등으로 변환하여, 설계값과 계산값을 실시간으로 비교할 수 있는 지진파 분석시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에서 제공하는 지진파분석 시스템는 3축가속도계(지진감지 센서)에서 3축에 대한 가속도값을 입력받는 아날로그, 디지털 입력부와, 입력부에서 받은 아날로그 값을 디지털로 바꿔주는 변환부(ADC)와, 상기 지진파분석 시스템을 초기화한후 시간이력 또는 퓨리에스펙트럼, 파워스펙트럼, 응답스펙트럼, 절대누적속도, 설정값 변경등의 프로그램 및 외부에서 입력된 값이 적절히 제어될 수 있도록 하는 제어부와, 상기 지진파 분석시스템의 아날로그, 디지털 입력점의 사용 여부 또는 아날로그를 디지털로 변환시 곱해주는 변수값, 포트 사용여부, 프리트리거 버퍼 설정등을 제어부로 입력하는 키입력부와, 제어부의 동작상태를 표시하는 표시부로 구성되어 현장에 설치 및 휴대하여 지진파분석을 한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 지진파 분석시스템에 대한 블록도.
제2도는 본 발명의 프로세서 구조에 대한 블록도.
제3도는 본 발명의 메모리 맵에 대한 블록도.
제4도는 본 발명의 아나로그를 디지털로 변환하는 시스템에 대한 블록도.
제5도는 본 발명의 디지털 입력부 구성에 대한 블럭도.
제6도는 본 발명의 디지털 출력부 구성에 대한 블록도.
제7도는 본 발명의 외형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 가속도계(지진센서)입력부 120 : 변환부(A/D)
130 : 전원관리부 140 : 제어부(CPU)
150 : 입력부 160 : 표시부(LCD)
210 : 중앙연산처리장치 220 : 디엠에이
310 : 다이나믹램 320 : 스태틱램
330 : 리얼타임클럭 340 : 롬
410 : 입력버퍼 420 : 필터
430 : 멀티플렉서 440 : 입력증폭기
450 : 아날로그디지털변환기 510 : 입력전압분배기
520 : 광결합소자 530 : 잡음제거회로
540 : 상태표시엘이디 610 : 데이터래치
620 : 광결합소자 630 : 오픈콜렉터회로
640 : 상태표시엘이디
이하, 본 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 지진파 분석시스템에 대한 블록도이고, 제2도는 본 발명에 사용된 프로세서 구조에 대한 블록도이고, 제3도는 본 발명에 사용된 메모리 맵에 대한 블록도이고, 제4도는 본 발명에 사용된 아날로그를 디지털로 변환하는 시스템에 대한 블록도이고, 제5도는 본 발명에 사용된 디지털 입력부에 대한 블록도이고, 제6도는 본 발명의 출력부 구조에 대한 블록도이고, 제7도는 본 발명의 외형도이다.
제1도를 참조하면, 본 발명에서 제공하는 지진파분석 장치는 3축가속도계(지진감지 센서)에서 3축에 대한 가속도값을 입력받는 가속도계 입력부(110)(제4도, 제5도참조)와 입력부(110)에서 받은 아날로그 값을 필터로 노이즈를 제거하며 입력증폭기에서 이들을 조정하여 디지털로 바꿔주는 변환부(120)(제4도 참조)와, 상기 지진파 분석 장치를 초기화한 후 시간이력 또는 프리에스펙트럼, 파워 스펙트럼, 응답 스펙트럼, 절대누적속도, 설정값 변경등의 프로그램 및 외부에서 입력된 값이 적절히 제어될 수 있도록 하는 제어부(140)(제2도 참조)와, 상기 지진파분석 장치의 아날로그, 디지털 입력점의 사용여부 또는 아날로그를 디지털로 변환시 곱해주는 이득값, 포트 사용여부, 프레트리거 버퍼시간 설정등을 제어부(140)로 입력하는 키입력부(150)와, 제어부(140)의 동작상태를 표시하는 표시부(160) (제6도, 제7도 참조)와, 현장센서 및 제어부(140)로 전원을 공급하는 전원관리부(130)로 구성되어 있다.
한편, 상기 외부 키입력부(Keypad Part)(150)는 현재의 동작상태를 볼 수 있고, 각종 설정치를 확인할 수 있는 표시부(160)가 부착되어 있으며 간단하게 상위 시스템이 없는 상태에서도 지진파분석 장치의 기능을 점검하고, 필요한 설정값을 변경할 수 있다.
상기에서 각 구성부분을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제2도를 참조하면, 본 발명에서 사용된 프로세서 구조는 전체시스템을 총괄하는 중앙연산처리장치(210), 중앙연산처리장치와 입출력 동작을 동시에 하기 위한 디엠에이제어기(220)로 구성되어 있다.
제3도를 참조하면, 본 발명에 사용된 메모리맵은 입력되는 데이터를 저장하는 것이 주된 용도로서 주된 데이터는 아날로그 디지털 변환장치로부터의 데이터를 저장하거나 호스트컴퓨터로부터의 분석데이터를 분석전에 저장하는 다이나믹램(310), 데이터를 분석할 때 사용하는 것이 주된 용도로서 중앙연산처리장치의 고속연산에 대응하여 고속으로 동작가능한 스태틱램(320), 시스템을 운영하는 운영프로그램이 내장되는 영역인 롬(340), 시스템에 필요한 설정데이터를 저장하는 용도가 주된 용도인 백업램, 시스템의 시간을 유지하기 위해서 사용되어 연도는 2단위로 표시되며, 달, 날짜, 시,분,초를 표시하는 리얼타임클럭(330)로 구성되어 잇다.
제4도를 참조하면, 본 발명에 사용된 아날로그를 디지털로 변환하는 장치의 입력버퍼(410)는 디퍼런셜 입력신호를 싱글엔드 신호로 바꾸어 주는 역할 및 외부신호와 아날로그-디지탈 시스템의 절연을 해주는 역할을 수행하고, 필터(420)는 2차의 저역통과 필터로 구성되어 있으며, 아날로그 시스템에서 발생하는 옵셋조정을 수행하며, 멀티플렉서(430)는 입력되는 16개의 채널중 1개를 선택하는 부분으로 중앙연산처리장치의 명령에 따라 아날로그-디지탈시스템에 입력할 현재 체널을 선택하며, 입력증폭기( 440)는 멀티플렉서의 출력신호를 증폭하여 아날로그-디지탈시스템으로 보내고 입력신호의 크기에 따라 적절히 이득을 선택하며 아날로그-디지탈변환시스템( 450)은 아날로그 신호를 최종적으로 받아서 디지털신호로 바꾸어서 그 데이터를 중앙연산처리장치에 넘겨주는 기능을 수행한다.
제5도를 참조하면, 본 발명에 사용된 디지털 입력부와 입력전압분배기(510)는 사용입력 전압이 +5(V)에서 +24(V)까지 맞도록 입력범위를 조절하는 회로이고, 광결합소자(520)는 시스템과 외부신호를 분리하기 위한 소자이며, 광결합소자를 사용함으로써 신호레벨이 다른 회로와 용이하게 연결될 수 있고 다양한 출력회로들과 연결가능하며, 잡음 제거회로(530)는 디지털신호에 실려 있는 잡음에 의한 오동작을 막고자 부가되었고, 현재의 입력상태를 확인할 수 있도록 상태표시용 LED(540)가 부착되었다.
제6도를 참조하면, 본 발명에 사용된 디지털 출력부는 중앙연산처리장치로부터의 디지털 데이터를 저장하는 데이터 래치부(610), 외부와 본 시스템을 분리하기 위해서 사용한 광결합소자(620), 최종 출력회로로서 외부회로를 구동하는 부분인 오픈 글렉터회로(630), 현재의 출력상태를 확인할 수 있도록 부착된 상태표시용 LED(640)으로 구성되어 있다.
지진파분석 장치에 외부신호를 입력하는 방식은 일반 자료수집 장치와 마찬가지로 가속도계를 측정하고자 하는 지반 및 구조물에 설치하면 진동에 의한 기전력의 변화를 감지하여 입력한다. 각 구성요소간의 상호관계는 다음과 같다.
입력부(110)는 가속도 센서(아날로그)와 트리거 센서(디지털)에서 입력되는 여러신호를 신호의 종류에 따라 취합하여 변환부의 입력버퍼로 신호를 전달하며, 변환부(120)는 입력부에서 전달받은 신호의 종류에 따라 아날로그 변환부나 디지털 변환부로 신호를 변환한다.
아날로그 변환부는 입력버퍼에 저장된 자료의 노이즈를 제거하기 위해 안티-얼라이징(Anti-Aliasing) 필터를 통과시킴으로 고주파 성분인 노이즈를 제거한다. 안티-얼라이징 필터는 30Hz 또는 50Hz의 선택 점퍼(jumper)를 가지고 있어, 사용자가 초기에 선택하도록 구성되어 있으며, 선택된 주파수에 의해 고주파 노이즈를 제거한다. 노이즈가 제거된 신호는 멀티플렉서를 거쳐 입력증폭기에 의해 증폭된다.
이때 입력증폭기의 이득값은 키 입력부(150)으로 사용자가 설정한 값으로 증폭된다. 증폭된 신호는 아날로그 디지털 변환부를 통해 디지털 신호로 변환되며, 이 신호는 지진의 단위로 변환되어 제어부가 지진발생 판단(0.02g) 및 분석하는 자료로 사용된다. 변환부에서 신호의 변환은 채널당 200회/초로 수행하므로 시간이력을 주파수 이력으로 변환시 50Hz 이상의 계산적(나이키스 선도)오차가 발생하지 않도록 구성하였다.
또한, 디지털 변환부(120)는 지진트리거의 디지털 신호를 제어부에서 인식할 수 있도록 변환하는 장치로 입력전압 분배기를 사용하여 입력전압이 +5V에서 +24V까지 허용하도록 구성되어 있으며, 외부와 시스템의 전위차를 해소하기 위해 광 결합소자(Photo Coupler)를 사용하여 신호 레벨이 다른 회로와 용이하게 연결될 수 있도록 하였다. 신호의 안정적인 입·중간점 출력을 위해서 잡음제거 회로로 디지털 입력신호에 실려 있는 잡음을 제거하므로 시스템의 오동작을 방지하도록 구성하였다.
키 입력부(150)는 제어부(140)에서 자료를 처리하기 위한 변수(이득값, 프레트리거 버퍼시간 설정, 포스트트리거 버퍼시간 설정, 입력채널의 사용유무 설정, 상위 컴퓨터와의 통신포트 설정, 시간 설정)를 설정하며, 표시부는 입력되는 센서의 상태를 표시하고, 지진발생 시기와 종료시기를 알려주며 입력부에서 변수를 입력할 수 있도록 정보를 표시하여 준다.
지진파의 분석은 외부 센서의 입력값이 설정된 값을 초과할 경우 자료를 저장하며, 저장방식은 프레트리거버퍼 자료와 계측한 자료 및 포스트트리거버퍼 자료를 합하여 가속도시간 이력자료를 만들고, 이론식(1)에 의해 지진파의 프리에 스펙트럼으로 변환하여 탁월 주파수 영역을 분석하며, 파워 스펙트럼은 이론식(2)에 의해서 지진파중 탁월 힘의 영역을 분석하고, 응답 스펙트럼은 이론식(3)에 의해서 지진파 성분중 구조물 내진설계값을 초과했는지 여부를 분석하고, 절대누적속도는 이론식(4)에 의해서 지진파의 힘을 계산하여 구조물의 안정성을 평가한다.
Figure kpo00002
Figure kpo00003
상기와 같은 본 발명을 사용하면, 각 현장에서 3축가속도계(지진센서)를 통해 읽은 값을 곧바로 시간이력, 퓨리에스펙트럼, 파워스펙트럼, 응답스펙트럼, 절대누적속도, 설계값과의 비교를 계산함으로써, 지진 발생시 조속한 시간 안에 지진발생후 조치를 수행할 수 있다.

Claims (2)

  1. 지진파를 측정 및 분석하는 지진 분석시스템에 있어서, 3축가속도계에서 3축에 대한 가속도 값을 입력받는 가속도계 입력부(110)와 상기 가속도계 입력부(110)에서 받은 아날로그 값을 디지털로 변환하는 변환부(120)와, 상기 지진파분석 장치를 초기화한 후 시간이력 또는 프리에 스펙트럼, 파워 스펙트럼, 응답 스펙트럼, 절대누적속도, 설정값 변경 프로그램 및 외부에서 입력된 값이 적절히 제어될 수 있도록 CPU를 포함한 제어부(140)와, 상기 지진파 분석장치의 아날로그, 디지털 입력점의 사용여부, 아날로그를 디지털로 변환시 곱해주는 이득값, 포트 사용여부, 프레트리거 버퍼시간 설정을 제어부(140)로 입력하는 키입력부(150)와, 제어부(140)의 동작상태를 표시하는 표시부(160)와, 현장센서 및 제어부(140)로 전원을 공급하는 전원관리부(130)로 구성됨을 특징으로 하는 지진파 분석 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 3축가속도계에서 입력받은 가속도값을 이론식 (1)에 의해 지진파의 퓨리에스펙트럼을 분석하며, 파워스펙트럼은 이론식(2)에 의해서 분석하고, 응답스펙트럼은 이론식 (3)에 의해서 분석하고, 절대누적속도는 이론식 (4)에 의해서 지진파를 분석하는 지진파 분석시스템;
    Figure kpo00004
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KR100594625B1 (ko) 2005-03-25 2006-06-30 케이아이티밸리(주) 지진파 검출 시스템
KR100911896B1 (ko) * 2009-03-11 2009-08-13 (주)대우건설 인공손상학습 기반하의 지진경보장치

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