KR101478456B1 - A Natural Frequency Measuring Method using Application - Google Patents

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KR101478456B1
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윤성원
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서울과학기술대학교 산학협력단
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

The present invention relates to a method for measuring natural frequencies using a mobile phone application, which comprises: a vibration wave acquisition step of giving impact multiple times to the top surface of a bridge in a downward direction so that a vibration wave of the bridge can be displayed on a monitor of the mobile phone by operation of a frequency measuring application installed in the mobile phone attached on the top surface of the bridge; a signal sound output step of letting an electronic metronome output signal sounds in accordance with frequencies counted from the measured vibration wave; and a resonance wave acquisition step of letting a resonance wave of the bridge be displayed on the monitor of the mobile phone by giving the impact multiple times to the top surface of the bridge in the downward direction in accordance with the signal sounds; and a natural frequency measurement step of measuring the natural frequencies of the bridge through the resonance wave displayed on the monitor of the mobile phone. Thus, it is possible to measure correct natural frequencies of structures at low costs.

Description

휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법{A Natural Frequency Measuring Method using Application}{Natural Frequency Measuring Method using Application}

본 발명은 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법에 관한 것으로서, 특히 진동수 측정 애플리케이션을 이용하여 교량과 같은 구조물의 고유진동수를 용이하게 측정할 수 있는 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a natural frequency measurement method using a mobile phone application, and more particularly, to a natural frequency measurement method using a mobile phone application that can easily measure a natural frequency of a structure such as a bridge using a frequency measurement application.

보도교와 같은 세장(細長)한 장스팬 구조물의 수직진동계측을 통한 고유진동수와 감쇠율의 진동특성을 평가하기 위해서는 보행실험, 주행실험, 상시진동, 제자리 무릎 굽혔다 펴기 등의 진동실험을 실시한다.In order to evaluate the vibration characteristics of the natural frequency and the decay rate through the vertical vibration measurement of a long span structure such as a pedestrian bridge, vibration tests such as a gait experiment, a traveling test, a normal vibration, and a straight knee flexion test are performed.

이러한 진동실험을 하기 위해서는 가속도계, 증폭기, 주파수분석기 등의 고가의 다양한 장비를 갖추어야 한다.In order to perform such vibration experiments, various expensive equipments such as an accelerometer, an amplifier, and a frequency analyzer should be equipped.

이러한 장비들은 고가라는 문제도 있지만 능숙하게 조작을 하기 위해서는 장기간 교육을 받은 숙련된 많은 수의 인력이 필요하다는 문제점이 있다.These devices have a problem of high cost, but they require a large number of skilled personnel who have been trained for a long time in order to operate them skillfully.

또한, 이 장비들은 외부에서 공급된 전원을 통하여 동작되므로 전원이 공급되지 않는 환경인 경우에는 별도의 휴대용 발전기를 가동해야 하는 등 많은 노력이 필요하다.
In addition, since these devices are operated through an external power supply, if the environment is not supplied with electricity, a separate portable generator must be operated.

출원번호:10-2002-0040910, 등록번호:10-0440820, 발명 명칭:고유진동수가 큰 구조물의 교차 인력가진 실험법Application number: 10-2002-0040910, Registration number: 10-0440820, Title of invention: Experimental method with cross-attraction of a structure with a high natural frequency

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 진동수 측정 애플리케이션이 장착된 휴대폰을 교량에 설치하고 이 교량의 상면에 상측에서 하측으로 충격을 가함으로써 교량의 고유진동수를 용이하게 계측할 수 있는 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a mobile phone equipped with a frequency measurement application on a bridge and to easily measure the natural frequency of the bridge by applying impact from the upper side to the lower side of the bridge. The present invention provides a method of measuring a frequency using a mobile phone application.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법은 교량 상면에 부착된 휴대폰에 탑재되는 진동수 측정 애플리케이션의 작동에 의하여 상기 휴대폰의 모니터에 상기 교량의 진동파형이 나타날 수 있도록 교량의 상면에 상측에서 하측방향으로 복수회 충격을 가하는 진동파형 획득단계와; 측정된 진동파형으로부터 계측된 진동수에 맞춰 전자박자계가 신호음을 발산하도록 하는 신호음 발산단계와; 상기 신호음에 맞춰 상기 교량의 상면에 상측에서 하측방향으로 복수회 충격을 가하여 상기 휴대폰의 모니터에 상기 교량의 공진파형이 디스플레이되도록 하는 공진파형 획득단계와; 상기 휴대폰의 모니터에 디스플레이되는 공진파형을 통하여 상기 교량의 고유진동수를 계측하는 고유진동수 계측단계;로 구성된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a frequency of a bridge, the method comprising: measuring a vibration frequency of the bridge, A vibration waveform obtaining step of applying an impact to the upper surface of the vibration plate in a plurality of times from the upper side to the lower side; A signal sound diverging step for causing the electronic beat system to emit a beep in accordance with the measured frequency from the measured vibration waveform; A resonance waveform obtaining step of causing the monitor of the mobile phone to display a resonance waveform of the bridge by applying an impact to the upper surface of the bridge multiple times from the top to the bottom in accordance with the beep; And measuring a natural frequency of the bridge through a resonance waveform displayed on a monitor of the mobile phone.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법은 고가의 진동계측장비를 사용하지 않고도 훨씬 저렴한 휴대폰 애플리케이션의 사용으로 구조물의 정확한 고유진동수를 계측할 수 있는 이점이 있다.The natural frequency measurement method using the mobile phone application of the present invention having the above structure is advantageous in that accurate natural frequency of a structure can be measured by using a cell phone application which is much cheaper without using expensive vibration measurement equipment.

또한, 종래의 진동계측장비를 사용할 경우에는 많은 인원과 시간이 소요될 뿐만 아니라 항상 전원이 공급되어야만 하는 제약이 따르는데, 본 발명처럼 휴대폰 애플리케이션을 이용할 경우에는 이러한 제약사항을 극복할 수 있는 이점이 있다.
In addition, when a conventional vibration measuring instrument is used, a lot of personnel and time are required, and there is a restriction that the power must always be supplied. However, when the mobile phone application is used as in the present invention, such limitation can be overcome .

도 1은 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법을 보인 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법을 실현하기 위하여 교량 위에서 제자리 뛰기를 하는 모습을 보인 도.
도 3은 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법의 진동파형 획득단계에 의하여 얻은 진동파형을 도시한 도.
도 4는 도 3에 도시된 진동파형을 통하여 획득한 파워스펙트럼을 도시한 도.
도 5는 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법의 공진파형 획득단계에 의하여 얻은 공진파형을 도시한 도.
도 6은 도 5에 도시된 공진파형을 통하여 획득한 파워스펙트럼을 도시한 도.1 is a block diagram showing a natural frequency measurement method using a mobile phone application according to the present invention;
FIG. 2 is a view showing a state where a jump is performed on a bridge in order to realize a natural frequency measurement method using a mobile phone application according to the present invention. FIG.
3 is a view showing a vibration waveform obtained by a vibration waveform acquisition step of a natural frequency measurement method using a mobile phone application according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing a power spectrum obtained through the vibration waveform shown in FIG. 3; FIG.
5 is a view showing a resonance waveform obtained by a resonance waveform obtaining step of a natural frequency measurement method using a mobile phone application according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing a power spectrum obtained through the resonance waveform shown in FIG. 5; FIG.

이하, 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a natural frequency measurement method using a mobile phone application according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법을 보인 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법을 실현하기 위하여 교량 위에서 제자리 뛰기를 하는 모습을 보인 도이다.
FIG. 1 is a block diagram showing a natural frequency measurement method using a mobile phone application according to the present invention. FIG. 2 is a view showing a natural frequency measurement method using a mobile phone application according to the present invention.

본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법은 진동파형 획득단계(S10)와, 신호음 발산단계(S20)와, 공진파형 획득단계(S30) 및 고유진동수 계측단계(S40)를 거쳐 완성된다.
The natural frequency measurement method using the mobile phone application according to the present invention is completed through a vibration waveform acquisition step (S10), a signal sound generation step (S20), a resonance waveform acquisition step (S30), and a natural frequency measurement step (S40).

상기 진동파형 획득단계(S10)는 교량(B)의 진동수를 파악하기 위한 진동파형을 얻는 과정으로서, 휴대폰(H)을 고정하는 작업과 교량의 상면에 상측에서 하측방향으로 충격을 가하는 작업을 통하여 진동파형을 얻을 수 있다.The vibration waveform acquisition step S10 is a step of acquiring a vibration waveform for grasping the frequency of the bridge B and includes a process of fixing the cellular phone H and a process of impacting the upper surface of the bridge from the upper side to the lower side A vibration waveform can be obtained.

좀 더 자세히 설명하면, 양면테이프를 휴대폰(H)의 뒷면에 부착하고, 이 휴대폰(H)을 교량(B)의 정중앙 바닥슬래브에 부착 고정하여 휴대폰(H)의 모니터가 위쪽을 향하도록 한다. 이 휴대폰(H)에는 진동수를 측정할 수 있는 진동수 측정 애플리케이션이 탑재되어 있어서 교량(B)에 진동이 발생하면 그 진동파형을 휴대폰(H)의 모니터에 디스플레이한다. 이 진동수 측정 애플리케이션은 앱 스토어 등에서 용이하게 구할 수 있다.More specifically, the double-sided tape is attached to the back surface of the cellular phone H, and the cell phone H is attached and fixed to the center floor slab of the bridge B so that the monitor of the cellular phone H faces upward. The mobile phone H is equipped with a frequency measurement application capable of measuring the frequency, and when vibration occurs in the bridge B, the vibration waveform is displayed on the monitor of the cellular phone H. This frequency measurement application can be easily obtained from an app store or the like.

이렇게 휴대폰(H)이 교량(B) 상면에 부착이 되면, 도 2에 도시된 것과 같이 교량에 충격을 가하는 방법 중의 하나로써 한명 또는 복수의 사람들이 상하방향으로 여러 차례(10~20회) 제자리 뛰기를 한다. 물론 교량에 충격을 가하는 방법을 사람이 직접 행하는 제자리 뛰기를 통해서 실행할 수도 있지만 충격발생장치로 교량의 상면을 타격하는 것도 가능하다. 여기서 좀 더 부연하면, 대부분의 교량은 고유진동수가 1.5Hz ~ 7.0Hz에 해당되므로, 제자리 뛰기를 할 때 1.5Hz부터 서서히 가진진동수를 증가시키면서 구조물이 공진을 시작할 때까지 실시한다. 가진진동수를 증가시킨다는 것은 점핑(Jumping)속도를 점점 빠르게 한다는 것을 의미한다.When the mobile phone H is attached to the upper surface of the bridge B, as shown in FIG. 2, as one of the methods of applying an impact to the bridge, one or a plurality of people move up and down several times (10 to 20 times) Run. Of course, it is also possible to strike the top of the bridge with an impact generator, although the method of impacting the bridge can be carried out by the person running directly. More specifically, since most bridges have a natural frequency of 1.5 Hz to 7.0 Hz, they are performed until the structure starts to resonate while increasing the frequency gradually from 1.5 Hz when the vehicle is jumping. Increasing the frequency of vibration means increasing the jumping speed more and more.

위의 설명과 같이 제자리 뛰기를 하면 교량에 진동이 발생하게 되고, 상기 진동수 측정 애플리케이션에 의하여 교량의 진동파형이 도 3(본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법의 진동파형 획득단계에 의하여 얻은 진동파형을 도시한 도)에 도시된 것처럼 휴대폰(H)의 모니터에 X축, Y축, Z축 방향으로 나타난다. 도 3에 도시된 것처럼 휴대폰(H)의 모니터에 X축, Y축, Z축의 3축으로 진동이 각각 표시되면, 진동수 측정 애플리케이션을 조작하여 도 4(도 3에 도시된 진동파형을 통하여 획득한 파워스펙트럼을 도시한 도)에 도시된 것과 같은 파워스펙트럼 형태로 진동파형이 모니터에 표시되도록 한다.As described above, when the vehicle is running in a straight line, vibration occurs in the bridge, and the vibration waveform of the bridge is detected by the frequency measurement application as shown in FIG. 3 (obtained by the vibration waveform acquisition step of the natural frequency measurement method using the mobile phone application of the present invention Axis and Z-axis directions on the monitor of the cellular phone H as shown in Fig. As shown in FIG. 3, when vibrations are displayed on the three axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively, on the monitor of the cellular phone H, So that the vibration waveform is displayed on the monitor in the form of a power spectrum as shown in Fig.

도 4에 도시된 파워스펙트럼을 통해서도 충분히 교량의 고유진동수를 구할 수는 있지만, 도시된 것과 같이 피크가 명확하지 않기 때문에 좀 더 정확한 고유진동수를 얻기 위해서는 좀 더 명확한 피크를 얻는 것이 필요하다. 이러한 이유로 피크를 명확하게 하기 위해 본 발명에서는 전자박자계(E)를 이용하여 교량의 진동파형을 다시 획득한다. 이러한 과정이 신호음 발산단계(S20)와 공진파형 획득단계(S30)이다.Although the natural frequency of the bridge can be obtained through the power spectrum shown in Fig. 4, since the peak is not clear as shown, it is necessary to obtain a clearer peak to obtain a more accurate natural frequency. For this reason, in order to clarify the peak, the present invention recovers the vibration waveform of the bridge using the electronic pedometer (E). This process is a step S20 for generating a signal and a step S30 for acquiring a resonance waveform.

상기 진동파형 획득단계(S10)를 통하여 교량(B)의 고유진동수를 아주 정확하게는 아니더라도 어느 정도인지 대략적으로 계측을 할 수 있게 되었다. 이렇게 대략적으로 계측된 진동수에 맞춰, 즉 진동파형 획득단계(S10)에서 측정된 진동파형으로부터 계측된 진동수에 맞춰 전자박자계(E)가 신호음을 발산하도록 하는 과정이 신호음 발산단계(S20)이다.It is possible to roughly measure the natural frequency of the bridge B even if it is not very accurate through the vibration waveform obtaining step S10. The process of causing the electronic beat meter E to emit a beep in accordance with the frequency counted roughly, that is, in accordance with the frequency measured from the vibration waveform measured in the obtainment step S10 is the beep sound diverging step S20.

좀 더 자세히 설명하면, 상기 신호음 발산단계(S20)는 상기 진동파형 획득단계(S10)에서 대략적으로 측정된 진동수가 2Hz이라면 1초에 2번씩 전자박자계(E)가 신호음을 발산하도록 하고, 대략적으로 측정된 진동수가 3Hz이라면 1초에 3번씩 전자박자계(E)가 신호음을 발산하도록 하는 것이다.
More specifically, in the step S20 of generating a sound signal, the electronic beat system E emits a beep twice every two seconds if the frequency of the roughly measured frequency is 2 Hz in the step of acquiring the waveform of the sound, Is 3 Hz, the electronic beat system E emits a beep sound three times per second.

상기 공진파형 획득단계(S30)는 상기 전자박자계(E)에서 발산되는 신호음에 맞춰 교량(B)의 상면에 상측에서 하측방향으로 복수회(10~20회) 충격을 가하여 상기 휴대폰(H)의 모니터에 상기 교량(B)의 공진파형이 디스플레이되도록 하는 과정이다.The resonance waveform obtaining step S30 may include applying a shock to the upper surface of the bridge B from the upper side to the lower side a plurality of times (10 to 20 times) in accordance with the beep emitted from the electronic pacer system E, So that the resonance waveform of the bridge (B) is displayed on the monitor of the bridge (B).

좀 더 자세히 설명하면, 상기 전자박자계(E)에서 발산되는 신호음이 1초에 2번이라면 1초에 2번 제자리 뛰기를 하고, 1초에 3번이라면 1초에 3번 제자리 뛰기를 한다. 이렇게 제자리 뛰기를 하면 도 5(본 발명에 의한 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법의 공진파형 획득단계에 의하여 얻은 공진파형을 도시한 도)에 도시된 것과 같이 좀 더 정확한 교량의 공진파형이 나타난다. 이 상태에서 진동수 측정 애플리케이션을 조작하면 도 6(도 5에 도시된 공진파형을 통하여 획득한 파워스펙트럼을 도시한 도)에 도시된 것과 같은 파워스펙트럼이 모니터에 표시된다.More specifically, if the beep emitted from the electronic beat system (E) is twice in one second, the robot jumps twice in one second, and if it is three in one second, it jumps three times in one second. As shown in FIG. 5 (the resonance waveform obtained by the resonance waveform obtaining step of the natural frequency measurement method using the cellular phone application according to the present invention), the more accurate resonance waveform of the bridge appears. When the frequency measurement application is operated in this state, the power spectrum as shown in Fig. 6 (the diagram showing the power spectrum obtained through the resonance waveform shown in Fig. 5) is displayed on the monitor.

이미 진동파형 획득단계(S10)에서 교량(B)의 고유진동수에 거의 근접한 진동수를 획득하였기 때문에 획득된 진동수의 근처에 해당되는 진동수에 맞추어 제자리 뛰기를 하면 도 6을 통해 확인해볼 수 있듯이 피크가 명확한 파워스펙트럼을 얻을 수 있고 이를 통하여 교량의 정확한 고유진동수를 획득할 수 있다.
Since a frequency close to the natural frequency of the bridge (B) has already been obtained in the vibration waveform acquisition step (S10), if the run is performed in accordance with the frequency corresponding to the frequency of the obtained frequency, as shown in FIG. 6, The power spectrum can be obtained and the accurate natural frequency of the bridge can be obtained.

상기 고유진동수 계측단계(S40)는 상기 휴대폰(H)의 모니터에 디스플레이되는 공진파형을 통하여 상기 교량(B)의 고유진동수를 계측하는 과정이다. 즉, 앞서 얘기한 것처럼 도 6을 통해 피크가 명확한 파워스펙트럼을 얻을 수 있는데, 이 파워스펙트럼에 몇 차례의 피크가 나타난다면 첫 번째 나타나는 피크를 고유진동수로 산정한다.
The natural frequency measurement step S40 is a process of measuring the natural frequency of the bridge B through the resonance waveform displayed on the monitor of the cellular phone H. [ That is, as described above, a power spectrum having a peak can be obtained through FIG. 6, and if a plurality of peaks appear in the power spectrum, the first peak appears as a natural frequency.

S10: 진동파형 획득단계 S20: 신호음 발산단계
S30: 공진파형 획득단계 S40: 고유진동수 계측단계
B: 교량 E: 전자박자계
H: 휴대폰S10: Acquisition of a vibration waveform Step S20:
S30: Resonance waveform acquisition step S40: Natural frequency measurement step
B: Bridge E: Electronic beat system
H: Mobile phone

Claims (1)

교량(B) 상면에 부착된 휴대폰(H)에 탑재되는 진동수 측정 애플리케이션의 작동에 의하여 상기 휴대폰(H)의 모니터에 상기 교량(B)의 진동파형이 나타날 수 있도록 교량(B)의 상면에 상측에서 하측방향으로 복수회 충격을 가하는 진동파형 획득단계(S10)와;
측정된 진동파형으로부터 계측된 진동수에 맞춰 전자박자계가 신호음을 발산하도록 하는 신호음 발산단계(S20)와;
상기 신호음에 맞춰 상기 교량(B)의 상면에 상측에서 하측방향으로 복수회 충격을 가하여 상기 휴대폰(H)의 모니터에 상기 교량(B)의 공진파형이 디스플레이되도록 하는 공진파형 획득단계(S30)와;
상기 휴대폰(H)의 모니터에 디스플레이되는 공진파형을 통하여 상기 교량(B)의 고유진동수를 계측하는 고유진동수 계측단계(S40);로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰 애플리케이션을 이용한 고유진동수 계측법.An upper portion of the bridge B is provided on the upper side of the bridge B so that the vibration waveform of the bridge B can be displayed on the monitor of the cellular phone H by the operation of the frequency measurement application mounted on the cellular phone H attached to the upper surface of the bridge B, A vibration waveform obtaining step (S10) of applying a plurality of impacts in a downward direction;
(S20) for causing the electronic beat system to emit a beep in accordance with the measured frequency from the measured vibration waveform;
A resonance waveform obtaining step (S30) of causing a monitor of the cellular phone (H) to display a resonance waveform of the bridge (B) by applying an impact to the upper surface of the bridge (B) ;
Measuring a natural frequency of the bridge (B) through a resonance waveform displayed on a monitor of the cellular phone (H); and measuring a natural frequency of the bridge (B) through a resonance waveform displayed on a monitor of the cellular phone (H).
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