KR101192421B1 - 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치 및 방법 - Google Patents

스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저속은 물론이고, 고속으로 주행 중인 차량까지도 그 속도와 그에 따른 중량을 자동으로 계중하여 과적 유무를 판단하고, 차로를 통과한 차량의 축중량, 총중량, 주행속도, 차종, 차량번호 등을 감지 및 측정하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 아날로그 저역통과필터를 통해 수행된 영점안정을 기준으로 스트레인게이지로 구성되는 축중센서에서 측정된 중량값을 증폭하는 신호 증폭기와, 상기 신호 증폭기에서 처리된 중량값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 차량이 감지중임을 나타내는 트리거 신호를 기반으로 상기 A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환된 중량값 중 정하중 부분을 분리 추출하는 디지털 필터링부와, 상기 디지털 필터링부에서 분리 추출된 중량값의 정하중 부분을 주파수 분석에 위한 푸리에 변환(Fourier Transform : FT)을 적용하여 측정된 신호를 보상하고, 측정된 정하중 중량값에 포함된 잡음을 제거하는 디지털 신호 처리기와, 상호 통신할 수 있게 연결되는 통신부를 통해 상기 디지털 신호 처리기에서 처리된 중량값을 모니터링하여 기존의 차량번호 인식장치 등과 연계하여 과적차량 단속을 위한 운영 프로그램에 적용하는 모니터링부를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring High Speed Weigh-In-Motion for weight sensor using strain gauge}
본 발명은 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 동적하중 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 도로상의 실제 주행상태에서 화물자동차의 중량을 측정하는 고속 동적하중 측정(High Speed Weigh-In-Motion : HSWIM)으로, 차로를 통과한 차량의 축중량, 총중량, 주행속도, 차종, 차량번호 등을 감지 및 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 과적 차량의 운행은 도로 및 교량 구조물 등에 손상 요인으로 작용하므로 도로의 내구연한을 단축시킬 뿐만 아니라, 이에 따른 유지보수 비용을 증가시키고, 과중한 무게로 인하여 조종 및 제동 능력이 떨어지므로 대형 교통사고의 원인이 되기도 한다. 또한, 과적 차량은 주행 성능이 상대적으로 떨어지므로 해당 도로의 용량을 저하시키며, 운행시 소음과 진동의 유발, 배기가스 배출 등으로 도로변 환경 악화의 요인으로도 작용한다.
현재 전국의 국도, 고속도로에서 대형화물차의 과속, 과적, 난폭운전으로 인한 교통사고는 매우 심각한 상황이며, 최근 경제발전으로 인한 물류, 유통이 증가하면서 관련 대형 화물차량의 운행이 크게 늘어 그에 따른 교통사고도 함께 증가하는 추세이다. 대형 화물차가 과적 상태로 제한속도를 무시하거나 현재 운행하고 있는 차량의 중량에 따른 물리적 운동량 특성을 모르는 상태에서의 과속, 난폭운전은 대형 사고의 직접적인 원인이 되는데, 이러한 대형 사고를 예방하기 위해서는 무엇보다 운전자의 안전의식이 확립되어야 한다.
상기한 대형 화물차량의 교통사고를 방지하기 위하여 교통 파라메타, 차량의 하중 및 화물 적재높이를 계측하여 안전운행에 이르도록 운전자에게 인지시키는 여러 가지의 교통시스템이 제안되고 있다.
여기서, 교통 파라메타 및 차량하중 계측이란 도로를 주행하는 차량으로부터 특정 지점을 통과하는 차량의 차종별 제원 및 중량조사를 의미하며, 차량중량 조사는 특정 지점을 통과하는 차량의 차종별 중량분포를 시간대별로 조사하는 것이다.
이때, 상기 교통 파라메타에는 시간대별 차종별 속도, 축거, 윤거, 교통량, 점유시간 등이 있으며, 차량하중은 차종별 축중량 및 총중량 분포, 차종별 과적률, 과적 차량의 시간대별 분포, 등가단축하중, 과적차량의 주요 이동경로 등을 조사할 수 있다. 따라서 차량중량 조사는 도로포장의 설계 및 유지관리, 과적차량의 단속, 화물차량 운행제한 기준설정, 정책부문 등의 기초자료를 제공하는 중요한 기능을 가진다.
한편, 현재 국가산업화의 지속적인 발전 및 이에 따른 물동량 증가로 인하여 기반 도로망의 유지보수에 많은 예산이 소요되고 있는 실정이다. 특히 과적차량은 기반 도로의 파손을 가져오는 주된 요소이기 때문에 기반 도로에는 과적차량을 측정하는 별도의 계중 센터가 마련되어 있어, 차량의 중량을 계측하고 과적으로 판단될 경우 과태료를 부가하여 과적 차량을 단속하고 있다. 또한, 현재 교량의 유지관리를 위하여 많은 교량의 진입로에 중량 센서인 정적 하중계를 설치하고 주행 중인 차량을 정치시킨 상태에서 차량의 축하중을 측정하는 방식으로 과적차량을 단속하고 있는 실정이다.
이러한 중량 센서는 저항소자인 스트레인게이지를 부착한 센서를 사용하며, 센서 폭이 타이어 접지면적을 충분히 감지할 수 있게 설계한다. 이러한 스트레인지용 아날로그 회로는 신호증폭기와 A/D 변환기로 구성되어 있는데, 이는 대역주파수 필터, 분해능, 샘플링 주파수 등의 제한으로 인해 중, 고속으로 주행 중에서는 사용할 수 없으며 저속용(시속 20Km/h 이하)으로만 사용되고 있다. 그러나 저속의 주행 중에 사용하는 경우에도 센서 감지속도와 처리속도의 불일치로 정적 하중계와 비교하여 큰 오차를 발생시키는데, 이러한 동적 하중계의 오차요인은 노면 상태와 차량운행 상태에 따른 오차를 감안하더라고 측정값이 일반 계량기 수준에 미치지 못함에 따라 발생한다. 즉, 영점을 맞추어 놓고 분동으로 정지중량을 교정한 후 속도별 동적 하중을 측정하면, 저역통과필터(Low Pass Filter : LPF)의 영향으로 10Km/h 이상으로 측정시 중량 측정값이 감소되어 인위적으로 보정값을 입력하여 근사치로 맞추고 있다. 이는 센서에서 감지된 값이 회로에서 차단된 것으로서, 특히, 탄뎀, 트라이뎀 등 축간거리 1.6m 이내의 축하중 측정시 변위점의 불일치로 인해 오차가 증가되게 된다. 이로 인하여 스트레인게이지를 이용하는 동적하중을 측정하는 동적 하중계는 법정 계량기가 아닌 임의 계량기로 분류되어 사용되고 있다.
이러한 종래의 단점으로 인하여 고속(일반주행속도) 동적하중은 고속 응답특성이 우수한 압전소자인 피에조(piezo) 센서를 도로에 매설하여 순간 임펄스 값을 측정하여 중량값으로 환산함으로써 이용되고 있다. 그러나 압전소자인 피에조 센서의 경우 폭이 타이어 접지면보다 좁고 접지면에서 노면으로 분산된 하중이 일부 있기에 측정되는 중량값은 출력값을 적분한 후 통과속도를 곱하여 중량값을 환산한 가상중량으로 측정되게 된다. 이에 따라, 피에조 센서를 통해 측정되는 중량값은 계량기로 볼 수 없고 단지 교통분석 장치에 이용되는 정도로서, 정확한 중량값의 측정에는 한계가 있다. 한편 최근 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있지만, 아직까지 이러한 문제점을 효과적으로 해소하는 장치 및 수단은 개발되지 못하고 있는 추세이다.
또한 압전소자인 피에조 센서를 이용하여 측정되는 동적하중은 고속응답 특성은 우수하나, 이에 반해 저속응답 특성이 나빠 저속으로 주행하면 측정이 되지 않는 경우도 있다.
이와 같이, 종래의 차량하중 계측은 정확한 측정을 위해 차량이 정지된 상태에서 측정하거나, 또는 특정 속도 이하(시속 20Km/h 이하)에서 측정해야 하기 때문에 차량이 유도 및 정차에 따른 비효율성이 발생하며, 수많은 통과차량의 일부만 계측이 가능한 단점이 있다. 또한 차량 계중을 위한 특정 영역을 도로 이면에 확보해야 하고 계중 장치 위치로 유도 과정에서 교통사고의 유발을 초래하며, 과적 차량 유도 요구를 묵살하는 차량에 대하여 별다른 제제 수단이 없는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 저속은 물론이고, 고속으로 주행 중인 차량까지도 그 속도와 그에 따른 중량을 자동으로 계중하여 과적 유무를 판단하고, 차로를 통과한 차량의 축중량, 총중량, 주행속도, 차종, 차량번호 등을 감지 및 측정하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 도로상의 실제 주행상태에서 화물자동차의 중량을 스트레인게이지를 이용하여 고속 동적하중 측정(High Speed Weigh-In-Motion : HSWIM)으로 차로를 통과한 차량의 축중량, 총중량, 주행속도, 차종, 차량번호 등을 감지 및 측정하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치의 특징은 아날로그 저역통과필터를 통해 수행된 영점안정을 기준으로 스트레인게이지로 구성되는 축중센서에서 측정된 중량값을 증폭하는 신호 증폭기와, 상기 신호 증폭기에서 처리된 중량값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 차량이 감지중임을 나타내는 트리거 신호를 기반으로 상기 A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환된 중량값 중 정하중 부분을 분리 추출하는 디지털 필터링부와, 상기 디지털 필터링부에서 분리 추출된 중량값의 정하중 부분을 주파수 분석에 위한 푸리에 변환(Fourier Transform : FT)을 적용하여 측정된 신호를 보상하고, 측정된 정하중 중량값에 포함된 잡음을 제거하는 디지털 신호 처리기와, 상호 통신할 수 있게 연결되는 통신부를 통해 상기 디지털 신호 처리기에서 처리된 중량값을 모니터링하여 기존의 차량번호 인식장치 등과 연계하여 과적차량 단속을 위한 운영 프로그램에 적용하는 모니터링부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
바람직하게 상기 A/D 변환기는 24 비트(bit) 시그마 델타 방식을 채용하고, 80만 카운트의 분해능(resolution)과 약 4만 Hz의 샘플링주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 디지털 신호 처리기는 잡음이 제거된 중량값에 주행속도에 맞는 매개변수(parameter)를 적용하여 안정된 중량값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 디지털 신호처리기는 초당 100 MIPS(million instructions per second) 이상의 신호를 처리하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 정하중은 법정계량기 수준의 정밀도를 만족시키고, 주행속도의 전 구간(정지계측 수준인 시속 0Km/h ~ 이동계측에서의 시속 150Km/h)에서 측정할 수 있는 정하중 및 동하중을 동시에 측정 가능한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법의 특징은 (A) 주행도로의 특정 지점에 스트레인게이지를 사용하는 축중센서를 위치시키고, 차량진입의 여부를 감지하는 단계와, (B) 상기 차량진입의 여부가 감지되면, 차량진입이 감지중임을 알리는 트리거 신호를 출력하고, 이동되는 차량의 동하중을 측정하는 방식을 이용하는 동하중 측정모드를 유지하는 단계와, (C) 스트레인게이지를 사용하는 축중센서가 위치하는 주행도로의 특정 지점을 주행하는 차량이 통과함에 따라 차량으로부터 동적하중에 의한 중량값을 측정하는 단계와, (D) 상기 측정된 중량값을 아날로그 저역통과필터를 통해 이루어진 영점안정을 기준으로 증폭시키는 단계와, (E) 상기 증폭된 중량값을 디지털 신호로 변환하고, 상기 트리거 신호를 기반으로 디지털 신호로 변환된 중량값의 동하중 부분을 분리 추출하는 단계와, (F) 상기 분리 추출된 부분에 주파수 분석을 위한 푸리에 변환(Fourier Transform : FT)을 적용하여 측정된 신호를 보상하여 안정된 중량값을 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
바람직하게 상기 (A) 단계에서 차량진입이 없는 경우에는 차량이 정지된 상태의 차량 정하중을 측정하는 방식을 이용하는 정지 하중모드를 유지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (C) 단계에서 차량은 시속 20Km/h 이하는 물론 시속 150Km/h까지의 속도로 통과하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (E) 단계에서 변환되는 디지털 신호는 24 비트(bit) 시그마 델타 방식을 채용하고, 80만 카운트의 분해능(resolution)과 약 4만 Hz의 샘플링주파수를 갖도록 변환하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (F) 단계는 보상된 신호에 포함된 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 중량값에 주행속도에 맞는 매개변수(parameter)를 적용하여 안정된 중량값을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (F) 단계에서 생성된 안정된 중량값을 유무선 통신망을 통해 전송받아 모니터링하여 기존의 차량번호 인식장치 등과 연계하여 과적차량 단속을 위한 운영 프로그램에 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 교량의 유지관리 및 안전성 확보를 위하여 과적차량 단속을 실시할 때, 기존의 방법은 주행차량을 정지시키거나 저속으로 주행 중에 하중계를 이용한 수작업으로 각 축의 하중을 측정하여야 하므로 작업시간이 길어질뿐더러 계량을 위한 공간마련의 어려움, 작업인력 상주 및 교통의 흐름의 방해 등 많은 문제점을 야기시키고 있으나, 본 발명은 주행차량을 정지시키지 않고 과적차량을 자동화 된 장치로 색출할 수 있으므로 기존의 장치 및 수단에 비하여 작업시간 단축 및 인건비절감 효과 등 경제적으로도 뛰어난 효과를 제공한다.
둘째, 스트레인게이지를 사용하여 이를 화물 적재 차량의 고속 주행되는 통행도로 구간에 직접 적용하여 과적 및 과적상태를 측정하여, 적재차량에 의한 교통사고의 유발을 예방할 수 있고, 또한 운행하는 차량의 중량자료를 도로설계 및 노면 포장설계에 적극 활용할 수 있어 더욱 정확한 하중자료를 바탕으로 내구성, 경제성, 현실성 있는 도로포장 설계를 가능하다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치의 구조를 나타낸 블록도
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법을 설명하기 위한 흐름
도 3 은 도 1에서 신호 증폭기를 이용하여 영점안정을 수행한 결과를 설명하기 위한 그래프
도 4 는 도 1에서 A/D 변환기를 이용하여 디지털 신호로 변환된 중량값을 나타낸 파형 그래프
도 5 는 도 1의 디지털 신호처리기를 이용하여 분리 추출된 동하중 부분을 주파수 분석을 통해 보상된 파형을 나타낸 그래프
도 6 은 도 1의 디지털 신호처리기를 이용하여 잡음 제거 및 매개변수 입력을 통해 생성된 중량값을 나타낸 그래프
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 1과 같이, 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치는 전원회로(10)와, 축중센서(20)와, 신호 증폭기(30)와, A/D 변환기(40)와, 디지털 신호 처리기(50)와, 디지털 필터링부(60)와, 통신부(60)와, 모니터링부(80)로 구성된다. 이는 계량기로서 구성요소를 갖출 수 있는 스트레인게이지를 이용한 축중센서(20)를 이용하며, 정하중은 법정계량기 수준의 정밀도를 만족시키고 주행속도의 전 구간(정지계측 수준인 시속 0Km/h ~ 이동계측에서의 시속 150Km/h)에서 측정할 수 있는, 정하중은 물론 저, 중, 고속에서의 동하중을 동시에 측정할 수 있는 디지털 회로로 구성된다.
상기 전원회로(10)는 각 부분에 정전압을 공급하며, 상기 축중센서(20)는 스트레인게이지로 구성된다.
상기 신호 증폭기(30)는 저잡음 광대역 신호증폭기(low noise wide band signal Amp.)로서, 상기 축중센서와 연결되고, 여기전압(excitation voltage)을 공급하며, 내장된 아날로그 저역통과필터를 통해 수행된 영점안정을 기준으로 축중센서(20)에서 측정된 중량값을 증폭시킨다.
상기 A/D 변환기(40)는 신호 증폭기(30)에서 처리된 중량값을 디지털 신호로 변환한다. 이때, A/D 변환기(40)는 24 비트(bit) 시그마 델타 방식을 채용하고, 80만 카운트의 분해능(resolution)과 약 4만 Hz의 샘플링주파수를 갖는 고속 A/D 변환기로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 디지털 필터링부(70)는 FIR 필터 및 삭제기(decimator) 필터로 구성되며, 고속으로 움직이는 차량의 동하중을 정확하게 측정하기 위해서, 저역필터를 거지지 않고 차량이 감지중임을 알리는 트리거 신호를 기반으로 상기 축중센서(20)에서 측정된 중량값의 동하중 부분을 분리 추출한다. 이처럼, 기존에 저역필터를 통해 차량의 동하중 부분을 추출하던 것을, 트리거 신호를 기반으로 동하중 부분을 추출함으로써, 저역필터를 거치면서 왜곡되는 중량값을 방지할 수 있게 된다.
상기 디지털 신호처리기(50)는 디지털 필터링부(70)에서 분리 추출된 중량값의 동하중 부분을 주파수 분석에 위한 푸리에 변환(Fourier Transform : FT)을 적용하여 측정된 신호를 보상하고, 측정된 동하중 중량값에 포함된 불필요한 잡음을 제거한다. 이때, 잡음을 제거하는 이유는 시속 20km/h 이상의 고속으로 움직이는 차량에서 측정되는 고주파 성분인 차량 동적하중 신호는 도로 노면상태에 따른 충격 신호와 각종 잡음들이 포함되어 매우 불안정한 신호이기 때문이다. 그리고 상기 디지털 신호처리기(50)는 불필요한 잡음이 제거된 중량값에 주행속도에 맞는 매개변수(parameter)를 입력하여 최적화되고 안정된 중량값을 생성한다. 이에 따라, 정지하중 수준의 정확한 중량값을 생성할 수 있게 된다. 상기 디지털 신호처리기(50)는 초당 100 MIPS(million instructions per second) 이상의 신호를 처리하는 고속신호 처리기로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 통신부(60)는 디지털화된 중량값을 PC나 기타 자료 처리장치와 상호 통신할 수 있게 연결하는 수단으로 고속처리를 위해 USB로 송수신 한다.
상기 모니터링부(80)는 제어용 PC로 구성되며, 상기 통신부(60)와 연결되어 전송되는 통과차량의 중량값을 모니터링하여 일련번호 시간 축수, 축중값, 총중량을 표시 및 저장을 함으로써, 기존의 차량번호 인식장치 등과 연계하여 과적차량 단속을 위한 운영 프로그램으로 사용된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 본 발명의 실시예에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 주행도로의 특정 지점에 스트레인게이지를 사용하는 축중센서(20)를 위치시키고, 차량진입의 여부를 감지한다(S10). 이때, 차량진입이 없는 경우에는 항상 기존에 차량이 정지된 상태에서 차량하중을 측정하는 방식을 이용하는 정지 하중모드를 유지하는데, 상기 정지 하중모드는 유지보수나 중량값 교정 등인 경우에도 유지된다(S20).
또한, 상기 차량진입의 여부가 감지되면(S10), 고속으로 움직이는 차량의 동하중을 정확하게 측정하기 위해서, 차량진입이 감지중임을 알리는 트리거 신호를 출력하여 동하중 측정모드로 변경한다(S30).
그리고 동하중 측정모드에서 스트레인게이지를 사용하는 축중센서(20)가 위치하는 주행도로의 특정 지점을 주행하는 차량이 통과함에 따라 차량으로부터 동적하중에 의한 중량값을 측정한다(S40). 이때, 측정되는 동적하중에 의한 중량값은 시속 20Km/h 이하의 저속의 주행차량은 물론 시속 150Km/h까지의 고속의 주행차량에서도 모두 측정한다.
그리고 상기 측정된 동적하중에 의한 중량값을 아날로그 저역통과필터를 통해 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 이루어진 영점안정을 기준으로 측정된 중량값을 일정한 크기로 증폭시킨다(S50). 이처럼 영점안정을 기준으로 측정된 중량값을 증폭시킴에 따라, 기존에 저속에서 측정된 수치가 크지 못함에 따라, 잡음과 측정된 수치의 구분이 어려운 기존의 문제를 해소할 수 있다. 이에 따라 저속에서 측정된 중량값을 안정시킬 수 있게 된다.
이어 상기 신호 증폭기(30)에서 처리된 중량값을 A/D 변환기(40)를 이용하여 디지털 신호로 변환한다(S60). 이때, 디지털 변환 시에 24 비트(bit) 시그마 델타 방식을 채용하고, 80만 카운트의 분해능(resolution)과 약 4만 Hz의 샘플링주파수를 갖도록 변환하는 것이 바람직하다. 도 4 는 A/D 변환기(40)를 이용하여 디지털 신호로 변환된 중량값을 나타낸 파형 그래프를 나타내고 있다. 이때, 도 4에서 도시하고 있는 도면 부호 100의 영역이 중량값의 측정 위치이다.
그리고 디지털 필터링부(70)는 상기 디지털 신호로 변환된 중량값 중 상기 출력된 트리거 신호를 기반으로 중량값의 동하중 부분을 분리 추출하고(S70), 이를 디지털 신호처리부(50)에서 상기 추출된 부분에 주파수 분석을 위한 푸리에 변환(Fourier Transform : FT)을 적용하여 측정된 신호를 보상한다(S80). 도 5 는 분리 추출된 동하중 부분을 주파수 분석을 통해 보상된 파형 그래프를 나타내고 있다. 이때, 도 5에서 도시하고 있는 도면 부호 100의 영역이 중량값의 측정 위치이다.
이어 디지털 신호 처리기(50)는 상기 주파수 분석을 통해 보상된 신호에 포함된 불필요한 잡음을 제거하고, 불필요한 잡음이 제거된 중량값에 주행속도에 맞는 매개변수(parameter)를 입력하여 최적화되고 안정된 중량값을 생성한다(S90). 도 6 은 잡음 제거 및 매개변수 입력을 통해 생성된 중량값을 나타낸 그래프이다. 이때, 도 6에서 도시하고 있는 도면 부호 100의 영역이 중량값의 측정 위치이다.
그리고 이렇게 생성된 중량값을 통신부(60)를 통해 모니터링부(80)로 전송하여, 트레인게이지를 사용하는 축중센서(20)가 위치하는 특정 지점에 통과하는 차량의 중량값을 모니터링하고, 일련번호, 시간, 축수, 축중값, 총중량을 표시 및 저장을 함으로써, 기존의 차량번호 인식장치 등과 연계하여 과적차량 단속을 위한 운영 프로그램으로 사용된다(S100). 이에 따라 설정된 중량값을 초과한 과적차량 통과시 네트워크상으로 관리서버(미도시)에 저장되며, 도로관리관청 단속팀에게 관련 자료 및 사진을 스마트폰 등으로 전송하여 전지계측으로 재측정하여 법적 절차가 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 아날로그 저역통과필터를 통해 수행된 영점안정을 기준으로 스트레인게이지로 구성되는 축중센서에서 측정된 중량값을 증폭하는 신호 증폭기와,
    상기 신호 증폭기에서 처리된 중량값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와,
    차량이 감지중임을 나타내는 트리거 신호를 기반으로 상기 A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환된 중량값 중 동하중 부분을 분리 추출하는 디지털 필터링부와,
    상기 디지털 필터링부에서 분리 추출된 중량값의 동하중 부분을 주파수 분석에 위한 푸리에 변환(Fourier Transform : FT)을 적용하여 측정된 신호를 보상하고, 측정된 동하중 중량값에 포함된 잡음을 제거하는 디지털 신호 처리기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리기와 상호 통신할 수 있게 연결되는 통신부를 통해 상기 디지털 신호 처리기에서 처리된 중량값을 모니터링하여 차량번호 인식장치와 연계하여 과적차량 단속을 위한 운영 프로그램에 적용하는 모니터링부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 A/D 변환기는 24 비트(bit) 시그마 델타 방식을 채용하고, 80만 카운트의 분해능(resolution)과 4만 Hz의 샘플링주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 필터링부는 FIR 필터, 삭제기(decimator) 필터 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리기는 잡음이 제거된 중량값에 주행속도에 맞는 매개변수(parameter)를 적용하여 중량값을 생성하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디지털 신호처리기는 초당 100 MIPS(million instructions per second) 이상의 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동하중은 법정계량기 수준의 정밀도를 만족시키고, 주행속도의 전 구간(정지계측 수준인 시속 0Km/h ~ 이동계측에서의 시속 150Km/h)에서 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 장치.
  8. (A) 주행도로의 특정 지점에 스트레인게이지를 사용하는 축중센서를 위치시키고, 차량진입의 여부를 감지하는 단계와,
    (B) 상기 차량진입의 여부가 감지되면, 차량진입이 감지중임을 알리는 트리거 신호를 출력하고, 이동되는 차량의 동하중을 측정하는 방식을 이용하는 동하중 측정모드를 유지하는 단계와,
    (C) 스트레인게이지를 사용하는 축중센서가 위치하는 주행도로의 특정 지점을 주행하는 차량이 통과함에 따라 차량으로부터 동적하중에 의한 중량값을 측정하는 단계와,
    (D) 상기 측정된 중량값을 아날로그 저역통과필터를 통해 이루어진 영점안정을 기준으로 증폭시키는 단계와,
    (E) 상기 증폭된 중량값을 디지털 신호로 변환하고, 상기 트리거 신호를 기반으로 디지털 신호로 변환된 중량값의 동하중 부분을 분리 추출하는 단계와,
    (F) 상기 분리 추출된 부분에 주파수 분석을 위한 푸리에 변환(Fourier Transform : FT)을 적용하여 측정된 신호를 보상하여 중량값을 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (A) 단계에서 차량진입이 없는 경우에는 차량이 정지된 상태의 차량 정하중을 측정하는 방식을 이용하는 정지 하중모드를 유지하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서 차량은 정지계측 수준인 시속 0Km/h 이상 이동계측에서의 시속 150Km/h 이하까지의 속도로 통과하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 (E) 단계에서 변환되는 디지털 신호는 24 비트(bit) 시그마 델타 방식을 채용하고, 80만 카운트의 분해능(resolution)과 4만 Hz의 샘플링주파수를 갖도록 변환하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 (F) 단계는 보상된 신호에 포함된 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 중량값에 주행속도에 맞는 매개변수(parameter)를 적용하여 중량값을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 (F) 단계에서 생성된 중량값을 유무선 통신망을 통해 전송받아 모니터링하여 차량번호 인식장치와 연계하여 과적차량 단속을 위한 운영 프로그램에 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인게이지를 사용하는 중량센서용 고속 동적하중 측정 방법.
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