KR101336700B1 - 광섬유 간섭형 센서, 이를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법 및 그 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빛을 생성하는 광원수단; 빛이 전반사되는 광섬유; 전반사된 빛을 이용하여 복수의 광 경로를 형성하는 커플링수단; 광섬유가 안착되어 외부에서 발생되는 충격에 의한 진동 또는 음성에 의한 진동에 상응하여 광섬유와 함께 진동함으로써 광섬유에 광 경로차를 생성하도록 하여 위상 간섭으로 인한 간섭신호가 발생하도록 하는 감응판; 간섭신호를 검출하는 광검출기; 및 검출된 간섭신호를 분석함으로써 충격에 의한 진동신호 또는 음성에 의한 진동신호 중 어느 하나의 신호를 평가하는 신호처리수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서, 이를 이용한 진동 측정 방법 및 그 기록매체를 구현한바, 본 발명에 따르면 고가의 수신부 또는 모듈을 사용하지 않고, 간단한 구조의 감응판만을 사용하여 음성에 의한 진동 또는 충격에 의한 진동을 동시에 감지하여 구분할 수 있는 효과가 있다. 이와 같이, 고가의 수신부 또는 모듈을 사용하지 않기 때문에 종래와 비슷한 가격으로 보다 향상된 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

광섬유 간섭형 센서, 이를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법 및 그 기록매체{Fiber Optic interfer Interferometric Sensor, Method for Simultaneous Detection of the Levels of Vibration, Sound and Recording Medium Thereof}

광섬유 간섭형 센서, 이를 이용한 음성 및 진동의 동시 탐지 방법 및 그 기록매체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고가의 수신부 또는 모듈이 없어도 음성과 충격에 의한 진동을 동시에 감지하여 그 레벨을 구분할 수 있는 광섬유 간섭형 센서, 이를 이용한 음성 및 진동의 동시 탐지 방법 및 그 기록매체에 관한 것이다.

일반적으로 광섬유를 이용한 센서는 그 크기가 작아서 측정 대상물의 표면에 부착하거나 구조물의 내부에 매설하기 용이하다. 또한, 광섬유의 재질이 유리임에 따라 내부식성이 우수하고, 전자기파의 영향을 받지 않는다. 특히, 광섬유 간섭형 센서는 민감도와 분해능이 우수하여 산업용 기계 구조물과 교량, 빌딩 등과 같은 건설 구조물에 대한 손상이나 노후화에 따른 피로손상을 감지하는 센서로 사용이 유망시되고 있다.

이와 같은 광섬유센서는 낮은 손실률과 더불어 수신부를 수동소자로 만들 수 있어서 다양한 분야에서 널리 사용되며, 간섭형, 파장형 및 광강도형 센서 등이 있다. 특히, 간섭계 센서는 위상차이를 이용한 기술로써 매우 작은 진동에도 작동하는 특징이 있으며 구조 또한 매우 단순해서 여러 분야에서 각광받고 있다. 이러한 간섭형 센서는 파장형 센서에 비해 간단하고 저렴하게 시스템을 구현할 수 있으며, 광강도형 센서에 비해 민감도가 우수한 장점이 있다. 이러한 간섭형 센서에는 마크-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계, 마이켈슨(Michelson) 간섭계, 패브리-페로(Fabryh-Perot) 간섭계 등을 이용한 광섬유 센서가 있다.

종래의 광섬유센서는 충격에 의한 진동은 매우 민감하게 반응하는 특성이 있지만, 공기 중 음향을 감지하기 위해서는 고가의 수신부, 모듈 등과 같은 부가적인 장치들이 필요하고, 이러한 음성과 진동을 동시에 탐지하지는 못했다. 이와 같이, 부가적인 장치들을 사용하는 경우에는 제품의 크기도 커지고 가격이 향상되며 음성과 진동을 동시에 탐지하지 못하는 문제점이 있다.

KR2010-0055062 10

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 고가의 수신부 또는 모듈이 없어도 음향 또는 충격에 의한 진동을 동시에 탐지하여 그 레벨을 구분할 수 있는 광섬유 간섭형 센서, 이를 이용한 음성과 진동 동시 탐지 방법 및 그 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 빛을 생성하는 광원수단; 빛이 입사되어 한 방향으로 진행하도록 전반사되는 광섬유; 전반사된 빛을 이용하여 복수의 광 경로를 형성하는 커플링수단; 광섬유가 안착되어 외부에서 발생되는 충격에 의한 진동 또는 사람에 의한 음성에 상응하여 광섬유와 함께 떨림으로써 광섬유에 광 경로차를 생성하도록 하여 위상 간섭으로 인한 간섭신호가 발생하도록 하는 감응판; 간섭신호를 검출하는 광검출기; 및 검출된 간섭신호를 분석함으로써 충격에 의한 진동신호 또는 사람에 의한 음성 신호를 평가하는 신호처리수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서에 의해 달성될 수 있다.

이때, 광섬유는 감응판의 상부에 복수 권취된다.

또한, 광섬유는 감응판의 상부에 에폭시 수지로 고정된다.

또한, 감응판은, 하판; 하판에 구비된 복수의 지지대; 및 지지대에 의해 지지되고, 외부에서 발생되는 충격에 의한 진동 또는 사람의 음성에 의해 떨리는 상판;으로 이루어진다.

또한, 지지대는 하판의 외곽부에 하판 및 상판과 수직하도록 구비되어 상판을 지지한다.

또한, 상판은 직경이 10cm 내지 20cm이고, 두께는 0.2mm 내지 0.5mm이다.

또한, 신호처리수단은 고속 푸리에 주파수 분석 기능을 포함하고, 고속 푸리에 주파수 분석 기능을 통해 광신호를 주파수 영역의 데이터로 변화하고, 주파수 영역의 데이터로부터 진동에 해당하는 저역필터와 음성에 해당하는 고역 필터를 사용하여 특정 주파수 대역으로 분리함으로써 외부에서 발생하는 신호가 충격에 의한 진동인지 사람에 의한 음성인지를 구분한다.

다른 카테고리로써, 본 발명의 목적은 광원수단이 광원을 생성하여 광섬유에 입사시키는 제 1 단계; 광섬유 및 감응판이 외부에서 발생되는 충격진동 또는 사람의 음성에 상응하여 반응하는 제 2 단계; 광섬유 내에서 충격진동 또는 사람의 음성에 의해 광 경로차가 발생하여 간섭신호를 형성하는 제 3 단계; 신호처리수단이 간섭신호를 수신하여 고속 주파수 변환 시키는 제 4 단계; 신호처리수단이 음성 주파수 대역 및 충격진동 주파수 대역을 조정하여 각각의 신호를 추출하는 제 5 단계; 신호처리수단이 음성 주파수 대역 및 충격진동 주파수 대역에서 추출한 신호를 검출해 낸 뒤 각각의 기준값과 비교하여 기준값보다 검출값이 크지 않으면 기준값 초과 전력값에 0을 입력시키는 제 6 단계; 신호처리수단이 기준값과 검출값을 비교하여 검출값이 기준값보다 크면 기준값보다 큰 양만큼의 기준값 초과 전력값을 계산하는 제 7 단계; 및 신호처리수단이 계산된 기준값 초과 전력값을 서버로 전송하여 충격진동 또는 사람의 음성을 탐지하는 제 8 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법에 의해 달성될 수 있다.

이때, 제 8 단계는, 서버에서 초기 시스템 작동시 누적 반복 횟수 값 및 음성신호와 충격진동신호의 레벨에 따른 누적 카운트 값을 0으로 세팅하는 제 8-1 단계; 신호처리수단이 계산된 기준값 초과 전력값을 서버로 전송하는 제 8-2 단계; 서버에서 신호처리수단에서 전송되는 음성신호 및 충격진동신호 레벨에 대한 신호의 반복 횟수를 계산하기 위해 음성신호 및 충격신호의 크기에 따라 누적 계수하는 제 8-3 단계; 서버가 누적계수값이 설정된 전체반복횟수만큼 반복되지 않으면 계속 반복시키고, 전체반복횟수만큼 반복되면 음성신호 및 충격진동신호 레벨에 대한 경고음 및 반복 횟수를 표시하고, 누적 반복 횟수 값 및 음성신호와 충격진동신호의 레벨에 따른 누적 카운트 값을 0으로 세팅하는 제 8-4 단계;를 포함한다.

또한, 제 8-2 단계에서 음성 및 충격진동신호의 기준값 초과 전력값이 모두 0이면 서버는 아무런 이벤트도 발생시키지 않는 상태에서 다음에 수신될 기준값 초과 전력값를 대기하고, 음성 및 충격진동신호의 기준값 초과 전력값 중 적어도 어느 하나가 0이 아니면 1차 경고음을 발생하는 제 8-2-1 단계를 더 포함한다.

또한, 제 8-3 단계는, 서버가 수신한 음성 및 충격진동신호의 기준값 초과 전력값을 각각 3 단계로 나누고, 서버가 수신하는 기준값 초과 전력값을 각 단계별로 누적계수한다.

또한, 서버가 음성 신호 및 충격진동 신호의 최대 레벨에 대응되는 기준값 초과 전력값을 수신하면 반복 횟수에 상관없이 경고음을 발생한다.

또 다른 카테고리로써, 본 발명의 목적은 광섬유 간섭형 센서의 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면 고가의 수신부 또는 모듈을 사용하지 않고, 간단한 구조의 광섬유 간섭계와 감응판만을 사용하여 음성과 충격에 에 의한 진동 의한 진동을 동시에 탐지하여 그 레벨을 구분할 수 있는 효과가 있다.

이와 같이, 고가의 수신부 또는 모듈을 사용하지 않고, 음성과 진동을 동시에 탐지하기 때문에 종래와 비슷한 가격과 크기로 보다 향상된 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서의 구성도,
도 2는 종래의 광섬유 간섭형 센서로 충격에 의한 진동을 주파수 스펙트럼으로 측정한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서로 충격에 의한 진동을 주파수 스펙트럼으로 측정한 그래프,
도 4는 종래의 광섬유 간섭형 센서로 음성에 의한 진동을 주파수 스펙트럼으로 측정한 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서로 충격에 의한 진동을 주파수 스펙트럼으로 측정한 그래프,
도 6a는 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서를 이용한 진동 측정 방법을 순차적으로 나타낸 순서도,
도 6b는 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서를 이용한 진동 측정 방법을 나타내는 흐름도,
도 7a는 도 6a의 S800을 세분화한 순서도,
도 7b는 도 7a의 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 방법으로 충격진동과 음성이 동시에 수신된 신호의 스팩터럼 신호를 고속 주파수 변환 시킨 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

<광섬유 간섭형 센서의 구성>

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서의 구성도이다. 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 광원수단(100), 광섬유(200), 커플링수단(300), 감응판(400), 광검출기(PD : Photodetector)(500) 및 신호처리수단(DSC : Digital Signal Controller)(600)으로 이루어진다.

광원수단(100)은 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)를 사용한다.

광섬유(200)는 광원수단(100)에서 조사되는 빛을 받아들여 빛이 전반사되도록 하여 한 방향으로 전달하는 장치로써, 수회 권취되어 있으며, 커플링수단(300)에 의해 두 개의 서로 다른 방향으로 분할되어 광 경로를 형성한다. 이러한 광섬유(200)는 감응판(400)과 동시에 충격에 의한 진동 또는 사람에 의한 음성에 해당하는 외부 물리량에 따라 떨리게 되고 그로 인해 진동과 음성이 없을 때와 비교하여 상대적으로 광경로가 변화하며 위상 간섭으로 인한 간섭신호가 발생하게 된다. 이러한 광섬유(200)는 후술하는 감응판(400)의 상판(430)의 상부면에 아크릴 수지 등과 같은 접착제를 사용하여 고정한다. 이렇게 광섬유(200)를 고정하는 이유는 외부 물리량에 의해 떨리는 경우 감응판(400)과 이탈되어 감응판(400)과 충돌되어 발생되는 외부 물리량에 대한 떨림 외에 다른 떨림이 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 이때, 광섬유(200)의 중심 일측이 끊어져 있어, 폐회로 형태로 모두 연결된 사낙 간섭계보다 음성과 진동에 감도가 좋은 마이켈슨 간섭계로 사용하는 것이 좋다.

커플링수단(300)은 광원수단(100)에서 조사되는 빛을 분기하여 광섬유(200)의 양측 종단으로 광경로를 분할(일예로써, 둥글게 권취된 광섬유(200)의 시계방향 또는 반시계방향으로 분할)하거나, 분할되었던 광섬유(200)의 광경로를 하나로 합쳐 광검출기(500)로 출력하고, 광검출기(500)는 커플링수단(300)을 통해 출력되는 간섭신호를 검출한다.

감응판(400)은 광섬유(200)가 안착될 수 있는 판형상 부재로 이루어지고, 외부에서 발생되는 충격에 의한 진동 또는 사람에 의한 음성의 떨림에 상응하여 광섬유(200)와 함께 떨림으로써 광섬유(200)에 광경로차를 생성하도록 하여 위상 간섭으로 인한 간섭신호를 증폭하는 장치이다.

이러한 감응판(400)을 보다 상세히 설명하면 광섬유 간섭형 센서(10)가 설치되는 위치에 지지되는 하판(410), 하판(410)의 일측에 복수 구비되는 지지대(420) 및 지지대(420)에 의해 지지되어 외부에서 발생하는 충격에 의한 진동 또는 사람에 의한 음성의 떨림에 의해 반응하는 상판(430)으로 이루어진다. 광섬유(200)가 감응판(400)의 상판(430)의 상부에 위치하면 충격에 의한 진동 또는 사람의 음성에 의한 떨림에 의해 상판(430)이 진동하며 광섬유(200)의 간섭신호를 증폭시키도록 한다.

이때, 하판(410)은 임의의 모양으로 제작될 수 있지만, 바람직하게는 사각 또는 원형의 판형상부재로 이루어지고, 재질은 아크릴 또는 알루미늄판 등으로 이루어진다.

지지대(420)는 하판(410)의 모서리부 또는 외곽부 일측에 하판(410)과 수직하게 복수 구비된다. 이러한 지지대(420)는 상판을 안정적으로 지지하기 위하여 3개 이상으로 이루어지는 것이 좋으며, 바람직하게는 4개로 구성되는 것이 좋다.

상판(430)은 복수의 지지대(420) 상부에 지지대(420)와 수직하게 구비된다. 이러한 상판(430)의 직경은 10cm 내지 20cm 이고, 두께는 0.2mm 내지 0.5mm인 것이 좋다. 여기서 상판(430)의 직경이 20cm를 초과하거나, 두께가 0.2mm 미만인 경우에는 상판(430)의 진동이 커져 노이즈가 많이 발생하고, 상판(430)의 직경이 10cm 미만이거나, 두께가 0.5mm를 초과하는 경우에는 상대적으로 상판(430)의 진동이 약해져 간섭신호의 증폭효과가 약해진다. 본 발명에 따른 감응판(400)의 재질은 아크릴판 또는 알루미늄판 등과 같이 잘 떨리는 재질을 사용한다.

신호처리수단(600)은 검출된 간섭신호를 분석함으로써 충격에 의한 진동 또는 사람에 의한 음성을 구분해 낼 수 있으며, 그 신호 레벨을 평가한다. 이러한 신호처리수단(600)은 시간 영역에서 측정되는 신호를 고속 푸리에 주파수 분석을 통해 주파수 영역의 데이터를 얻을 수 있으며 그 데이터로부터 진동에 해당하는 저역 필터 또는 고역 필터를 사용하여 특정 주파수 대역을 분리함으로써 외부에서 발생하는 진동이 충격에 의한 진동인지 사람에 의한 음성인지를 분리하게 된다. 또한, 이렇게 구분된 음성 및 진동 데이터는 그 데이터의 크기 레벨을 약 5 단계 정도로 구분하여 주파수 스텝별로 해당 레벨의 이벤트 수를 계수하게 되면 외부에서 발생한 충격 신호 또는 사람에 의한 음성 신호의 크기를 정량적으로 탐지하는 센서로 작동하게 된다. 센서로부터 취득되는 간섭 신호의 경로차가 2φ 이상일 때 충격에 의한 진동에서는 사인파가 나타나고, 사람에 의한 음성은 사인파에 고주파가 실려서 나타나게 됨으로써, 충격에 의한 진동 신호인지 사람의 음성 신호인지를 구분할 수 있다. 만약, 경로차가 2φ 미만인 경우에도 동일한 현상이 발생하지만, 주파수의 크기가 변경될 수 있다.

도 2는 종래의 광섬유 간섭형 센서로 충격에 의한 진동을 고속 푸리에 주파수 분석 스펙트럼을 표시한 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서로 충격에 의한 진동을 고속 푸리에 주파수 분석 스펙트럼을 표시한 그래프이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서(10)는 종래의 센서와 비교하여 동일한 충격에 대하여 스펙트럼 신호 크기가 더 확실하게 나타난다. 이러한 결과를 통해 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서(10)는 충격에 의한 진동 감지특성이 종래의 센서에 비해 우수한 것을 알 수 있다.

도 4는 종래의 광섬유 간섭형 센서로 사람의 음성에 의한 센서 신호를 고속 푸리에 주파수 분석한 스펙트럼으로 표시한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서로 충격에 의한 진동 신호를 고속 푸리에 주파수 분석한 스펙트럼으로 표시한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기존의 센서는 음성에 대하여 거의 반응이 없는 반면, 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서(10)는 도 5에 도시된 바와 같이, 매우 우수한 감지 특성을 보여주며 주로 400Hz 이상에서 나타난다.

여기서, 도 2a, 도 3a, 도 4a 및 도 5a의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 진동의 크기를 나타내며, 도 2b, 도 3b, 도 4b 및 도 5b의 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 주파수 성분의 크기를 나타낸다.

본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서(10)는 광섬유(200)의 길이, 감응판(400)의 크기 또는 두께를 조절하여 센서의 감도를 조절할 수 있다.

<광섬유 간섭형 센서를 이용한 진동 측정방법>

도 6a는 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서를 이용한 진동 측정 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 광섬유 간섭형 센서를 이용한 진동 측정 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 먼저, 광섬유 간섭형 센서(10)를 포함하는 시스템을 설정한다. 즉, 음성 주파수 기준값(I_{s _ th}), 충격진동 주파수 기준값(I_{v - th}), 음성 주파수 대역의 최소값(fs_{_ min}), 최대값(f_{s _ max}) 및 충격진동 주파수 대역의 최소값(f_{v _ min}) 및 최대값(f_{v_max})을 상황에 맞도록 설정한다. 여기서, 설정되는 값들은 상황에 따라 그 값들을 변경할 수 있다. 이러한 설정값 들을 변경 시에는 인터럽트 신호(Sch)를 사용한다. 새로운 값들로 세팅하고 싶을 때 1을 입력하면 서버에서 새롭게 세팅된 값을 받아들이고 0이면 기존에 세팅된 값들을 계속 사용하면 되는 상태이다. 즉, 1이 입력되면 초기화를 거치는 상태이다. 이러한 과정은 광섬유 간섭형 센서(10)와 서버에 모두 해당되는 사항이며 변경된 세팅값들이 존재하는 경우에는 서로 그 값들을 입력시킨다. 이때, 광섬유 간섭형 센서(10)에서 계산된 음성 및 충격진동의 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)의 전송주기(T_s) 역시 설정한다. 이러한 전송 사이클은 짧을수록 정확한 탐지가 가능하지만, 그에 따른 에너지 소모량이 증대되기 때문에 센서(10)의 설치 환경에 따라 적정하게 설정하는 것이 좋다.

다음으로, 광원수단(100)이 빛을 생성하여 광섬유(200)에 입사시킨다(S100).

다음으로, 외부에서 발생되는 충격에 의한 진동 또는 사람의 음성 등과 같은 외부 물리량에 따라 광섬유 간섭형 센서(10)의 광섬유(200) 및 감응판(400)이 상응하여 반응한다(S200).

다음으로, 광섬유(200) 및 감응판(400)이 외부 물리량에 상응하여 반응함으로써 빛의 광 경로차가 발생하여 간섭신호가 형성된다(S300). 이때, 감응판(400)은 외부 물리량에 따라 광섬유(200)와 함께 진동함으로써 광섬유(200)에서 발생하는 간섭신호를 증폭하는 역할을 한다.

다음으로, 신호처리수단(600)이 광섬유(200)로부터 간섭신호를 수신하여 고속 주파수 변환(FFT : Fast Fourier Transformation) 시킨다(S400). 이러한 신호처리수단(600)은 시간 영역에서 측정되는 신호를 고속 푸리에 주파수 분석을 통하여 주파수 영역의 데이터를 얻을 수 있다. 그 데이터로부터 진동에 해당하는 저역 필터와 음성에 해당하는 고역 필터를 사용하여 특정 주파수 대역을 분리함으로써 외부에서 발생하는 신호가 충격에 의한 진동인지 사람에 의한 음성인지 분리하게 된다. 또한, 이렇게 구분된 음성 및 진동 데이터는 그 데이터의 크기 레벨을 약 10 단계 정도로 구분하여 주파수 스텝별로 해당 레벨의 이벤트 수를 계수하게 되면 외부에서 발생하는 충격 신호 또는 사람에 의한 음성 신호의 크기를 정량적으로 탐지하는 센서(10)로 작동하게 된다.

다음으로, 신호처리수단(600)이 변환된 주파수 중에서 음성 및 충격진동에 각각 해당하는 신호를 추출한다(S500). 음성 주파수 대역은 설정단계에서 설정한 음성 주파수 대역의 최소값(fs_{_ min}) 내지 최대값(f_{s_max})의 대역에 있는 신호를 추출하고, 충격진동 역시 마찬가지로 충격진동 주파수 대역의 최소값(f_{v _ min}) 내지 최대값(f_{v _ max}) 사이의 신호를 추출한다.

다음으로, 신호처리수단(600)이 음성 주파수 대역(f_s) 및 충격진동 주파수 대역(f_v)에서 추출한 신호를 검출해 낸 뒤, 각각의 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})과 비교한다. 이때, 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})보다 검출값(I_s, I_v)이 작으면, 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)에 0을 입력시킨다(S600).

다음으로, 신호처리수단(600)이 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})과 검출값(I_s, I_v)을 비교하여 검출값(I_s, I_v)이 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})보다 크면, 기준값(I_{s _ th}, I_{v _ th}) 보다 큰 양만큼의 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)를 계산한다(S700).

마지막으로, 신호처리수단(600)이 계산된 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 서버로 전송하여 충격진동 또는 사람의 음성 레벨을 탐지한다(S800). 이때, 서버에 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)은 일정 주기(T_s)로 전송한다. 이러한 레벨 탐지 단계(S800)를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7a는 도 6a의 S800을 세분화한 순서도이고, 도 7b는 도 7a의 흐름도이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 우선, 서버에서는 신호처리수단(600)에서 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)이 전송되기 전에, 누적 반복 횟수 값(I) 및 음성신호와 충격진동신호의 레벨에 따른 누적 카운트 값(S, V)을 0으로 세팅한다(S810). 즉, 서버에 기록되어 있던 값들을 초기화 시킨다.

다음으로, 신호처리수단(600)이 계산된 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 서버로 전송한다(S820).

이때, 음성 및 충격진동신호이 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)이 모두 0이면 서버는 아무런 이벤트도 발생시키지 않는 상태에서 다음에서 신호처리수단(600)에서 수신될 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 대기한다. 하지만, 음성 및 충격지농신호의 기준값 초과 전력값(P_s, P_v) 중 적어도 어느 하나가 0이 아니면 서버는 1차 경고음을 발생시킨다(S821). 또한, 환경이나 초기 세팅시 변수값들이 변경될 경우 인터럽트 신호(Sch)를 이용하여 1을 입력하면 서버에서 새롭게 세팅된 값을 받아들이고, 0이면 기존에 세팅된 값들을 계속 사용하면 되는 상태이다. 즉, 인터럽트 신호(Sch)에 1이 입력되면 변수들을 새로운 값으로 초기화하는 상태이다.

다음으로, 서버에서 신호처리수단(600)에서 전송되는 음성신호 및 충격진동신호 레벨에 대한 신호의 반복 횟수를 계산하기 위해, 음성신호 및 충격진동 신호의 크기에 따라 누적 계수한다(S830). 이때, 서버가 수신한 음성 및 충격진동신호의 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)은 각각 3 단계 내지 5 단계로 나누고, 서버가 수신하는 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 각 단계별로 누적계수한다. 일예로써, 음성 및 충격진동신호의 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)은 각각 3 단계(S1 내지 S3, V1 내지 V3)로 구분되어 있는 경우에 S1에 해당하는 신호가 2회, S2에 해당하는 신호가 1회, V1에 해당하는 신호가 3회, 이렇게 각 단계별로 누적해서 계수한다. 이때, 음성 신호 및 충격진동 신호의 최대 레벨(S3 또는 V3)에 대응되는 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 서버가 수신하는 경우에는 반복 회수와 상관없이 서버에서 경고음을 발생한다.

마지막으로, 서버가 누적 계수값이 서버에 설정된 전체반복횟수(I_total)만큼 반복되지 않으면 계속 반복시키고, 전체반복횟수(I_total)만큼 반복되면 음성신호 및 충격진동신호 레벨(S1 내지 S3, V1 내지 V3)에 대한 경고음 및 반복 횟수를 표시한다. 이로써, 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지를 완료할 수 있다. 그리고 누적 반복 횟수값(i) 및음성신호와 충격진동신호의 레벨에 따른 누적 카운트 값(S, V)을 0으로 다시 세팅한다(S840).

만일 광섬유 간섭형 센서(10)의 시스템 파라메터인 기준값(I_{s _ th}, I_{v _ th}), 음성 주파수 대역(I_{s _ min}, I_{s _ max}) 및 충격진동 주파수 대역(I_{v _ min}, I_{v _ max}) 값을 재설정하기 위해서 인터럽트(Interrupt)를걸 수 있고, 재설정을 원하는 경우에는 Sch 값을 1로 세팅후 재설정된 값을 광섬유 간섭형 센서(10)로 보낸 후 다시 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)를 수신하여 시작한다. 재설정을 원하지 않는 경우에는 S초를 0으로 세팅후 센서(10)로 보내며 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)를 수신하여 시작한다.

도 8은 본 발명에 따른 방법으로 충격진동과 음성이 동시에 수신된 신호의 스팩터름 신호를 고속 주파수 변환 시킨 그래프이다. 이 그래프로부터 400㎐보다 낮은 대역은 진동 영역이고, 높은 대역은 음성 대역이다. 그래서 주파수인 x축은 10㎐의 스넵으로 크기를 나타내고, y축은 5x10-5의 스텝으로 그 이벤트를 카운트하게 되면 도 7의 오른쪽의 숫자와 같이 각 구간별로 나타나게 된다. 여기서는 일예로써 한가지 레벨의 신호에 대해서만 처리하였지만, 여러 레벨의 신호에 대해서 이러한 처리를 하게 되면 진동과 음성의 레벨을 탐지할 수 있게 된다.

< 기록매체 >

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 광섬유 간섭형 센서
100 : 광원수단
200 : 광섬유
300 : 커플링수단
400 : 감응판
410 : 하판
420 : 지지대
430 : 상판
500 : 광검출기
600 : 신호처리수단

Claims (14)

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9. 광원수단(100)이 빛을 생성하여 광섬유(200)에 입사시키는 제 1 단계(S100);
   상기 광섬유(200) 및 감응판(400)이 외부에서 발생되는 충격진동 또는 사람의 음성에 상응하여 반응하는 제 2 단계(S200);
   상기 광섬유(200) 내에서 상기 충격진동 또는 사람의 음성에 의해 상기 광원의 광 경로차가 발생하여 간섭신호를 형성하는 제 3 단계(S300);
   신호처리수단(600)이 상기 간섭신호를 수신하여 고속 주파수 변환(FFT : Fast Fourier Transformation) 시키는 제 4 단계(S400);
   상기 신호처리수단(600)이 음성 주파수 대역(f_{s _ min} 내지 f_{s _ max}) 및 충격진동 주파수 대역(f_{v _ min} 내지 f_{v _ max})을 조정하여 각각의 신호를 추출하는 제 5 단계(S500);
   상기 신호처리수단(600)이 음성 주파수 대역(f_s) 및 충격진동 주파수 대역(f_v)에서 추출한 상기 신호를 검출해 낸 뒤 각각의 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})과 비교하여 상기 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})보다 검출값(I_s, I_v)이 크지 않으면 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)에 0을 입력시키는 제 6 단계(S600);
   상기 신호처리수단(600)이 상기 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})과 검출값(P_s, P_v)을 비교하여 상기 검출값(I_s, I_v)이 상기 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})보다 크면 상기 기준값(I_{s_th}, I_{v_th})보다 큰 양만큼의 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 계산하는 제 7 단계(S700); 및
   상기 신호처리수단(600)이 계산된 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 서버로 전송하여 상기 충격진동 또는 사람의 음성을 탐지하는 제 8 단계(S800);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 8 단계(S800)는,
    상기 서버에서 초기 시스템 작동시 누적 반복 횟수 값(I) 및 음성신호와 충격진동신호의 레벨에 따른 누적 카운트 값(S, V)을 0으로 세팅하는 제 8-1 단계(S810);
    상기 신호처리수단(600)이 계산된 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 서버로 전송하는 제 8-2 단계(S820);
    상기 서버에서 상기 신호처리수단(600)에서 전송되는 상기 음성신호 및 충격진동신호 레벨에 대한 신호의 반복 횟수를 계산하기 위해 상기 음성신호 및 충격신호의 크기에 따라 누적 계수하여 누적계수값을 산출하는 제 8-3 단계(S830);
    상기 서버가 상기 누적계수값이 설정된 전체반복횟수(I_total)만큼 반복되지 않으면 계속 반복시키고, 상기 전체반복횟수(I_total)만큼 반복되면 상기 음성신호 및 충격진동신호 레벨에 대한 경고음 및 반복 횟수를 표시하고, 상기 누적 반복 횟수 값(I) 및 상기 음성신호와 충격진동신호의 레벨에 따른 누적 카운트 값(S, V)을 0으로 세팅하는 제 8-4 단계(S840);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 8-2 단계(S820)에서 음성 및 충격진동신호의 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)이 모두 0이면 상기 서버는 아무런 이벤트도 발생시키지 않는 상태에서 다음에 수신될 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)를 대기하고, 상기 음성 및 충격진동신호의 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v) 중 적어도 어느 하나가 0이 아니면 1차 경고음을 발생하는 제 8-2-1 단계(S821)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법.
12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 8-3 단계(S830)는,
    상기 서버가 수신한 음성 및 충격진동신호의 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 각각 3 단계(S1 내지 S3, V1 내지 V3)로 나누고, 상기 서버가 수신하는 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 각 단계별로 누적계수하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 서버가 상기 음성 신호 및 충격진동 신호의 최대 레벨(S3 또는 V3)에 대응되는 상기 기준값 초과 전력값(P_s, P_v)을 수신하면 반복 횟수에 상관없이 상기 경고음을 발생하는 것을 특징으로 하는 광섬유 간섭형 센서를 이용한 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법.
14. 제 9항 또는 제 13항 중 적어도 어느 한 항에 따른 광섬유 간섭형 센서의 음성 및 진동 레벨의 동시 탐지 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.

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