KR101537335B1 - 진동 분석 장치, 및 이를 이용한 진동 패턴 인식 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공사 현장에서 발생하는 진동을 분석하는 장치에 있어서, 상기 공사 현장에서 발생한 진동신호를 측정하는 진동센서, 및 상기 측정된 진동신호 중에서 실제 공사 현장에서 발생한 공사 진동신호와, 이동 수단에 의해 발생한 주변 진동신호를 판단하는 제어부를 포함하는 진동 분석 장치를 개시한다.

Description

진동 분석 장치, 및 이를 이용한 진동 패턴 인식 방법{VIBRATION ANALYSIS DEVICE AND VIBRATION PATTERN RECOGNITION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 진동신호의 패턴을 분석하여 실제 공사에 의해 발생한 진동만을 추출할 수 있는 진동 분석 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건물 또는 지하철에 인접한 부근에서 공사 작업 시에는, 공사에 의한 진동이 근처 건물이나 지하철에 영향을 미치지 않도록 공사를 진행하여야 한다. 특히, 폭발물을 이용한 공사 시에는 진동에 의한 주변의 피해가 없도록 각별한 주의가 요구된다.

도 1과 도 2를 참고하면, 일반적으로 공사 주변(1)에는 복수 개의 진동센서(2)를 배치하여 공사에 의한 진동 강도를 측정한다. 그러나, 진동센서는 주변 지역(3)의 진동까지 모두 측정되므로 공사에 의한 진동만을 정확하게 측정하기 어려운 문제가 있다.

특히, 강한 진동을 유발하는 대중 교통 수단(예: 지하철, 기차, 항공기 등)이 근접한 경우에는, 대중 교통 수단에 의한 진동까지 측정되어 실제 공사에 의한 진동보다 더 큰 진동이 발생한 것으로 측정되는 문제가 있다.

따라서, 대중 교통 수단에 의한 진동을 제외한 공사 자체 만에 의한 진동을 유효하게 측정할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

본 발명은 진동신호의 패턴을 분석하여 실제 공사에 의해 발생한 진동만을 추출할 수 있는 진동 분석 장치를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동 분석 장치는, 상기 공사 현장에서 발생한 진동신호를 측정하는 진동센서; 및 상기 측정된 진동신호 중에서 실제 공사 현장에서 발생한 공사 진동신호와, 이동 수단에 의해 발생한 주변 진동신호를 판단하는 제어부;를 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동 분석 장치에서, 상기 제어부는 상기 측정된 진동신호 중에서 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 제1구간은 주변 진동신호로 판단한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동 분석 장치에서, 상기 제1구간에서 특정 지점을 기준으로 신호가 증가하는 간격과 신호가 감소하는 간격이 대칭인 경우 주변 진동신호로 판단한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동 분석 장치에서, 상기 공사 현장의 음향신호를 측정하는 음향센서를 더 포함하고, 상기 제1구간에서 측정된 음향신호가 점차 증가하다가 상기 특정 지점 이후 감소하는 경우 주변 진동신호로 판단한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동 분석 장치에서, 상기 이동수단의 소음 패턴이 저장된 메모리를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1구간에서 측정된 음향신호가 상기 소음 패턴과 대응되면 주변 진동신호로 판단한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동 분석 장치는, 상기 분석된 정보를 출력하는 디스플레이부; 및 상기 분석된 정보를 서버에 송신할 수 있는 통신모듈;을 더 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동 분석 장치에서, 상기 이동 수단은 지하철, 철도, 항공기, 및 선박 중 어느 하나 이상일 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동을 분석하는 방법은, 측정된 진동신호 중에서 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는지 판단하는 진동신호 판단단계; 및 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간에서의 음향신호가 미리 저장된 이동 수단의 소음 패턴과 대응되는지 판단하는 소음패턴 판단단계;를 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 진동을 분석하는 방법에 있어서, 상기 진동신호 판단단계와 소음패턴 판단단계 사이에, 상기 제1구간에서 측정된 음향신호가 점차 증가하다가 상기 특정 지점 이후 감소하는지 판단하는 음향대비 판단단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 간단한 패턴 분석에 의해 지하철에 의한 진동을 분리할 수 있어 공사 자체에 의한 진동을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 주변 진동만을 별도로 추출할 수도 있어 다양한 목적에 활용이 가능하다.

도 1은 공사 현장에 진동센서가 배치된 상태를 보여주는 개념도이고,
도 2는 도 1의 진동센서에서 측정한 진동신호이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 분석 장치의 개념도이고,
도 4는 측정된 진동신호에서 실제 공사 현장에서 발생한 진동과 주변 환경에 의해 발생한 진동을 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 실제 공사 현장에서 발생한 진동만을 필터링한 신호를 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 패턴 인식 방법의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 분석 장치의 개념도이고, 도 4는 측정된 진동신호에서 실제 공사 현장에서 발생한 진동과 주변 환경에 의해 발생한 진동을 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 진동 분석 장치는, 상기 공사 현장에서 발생한 진동신호를 측정하는 진동센서(11)와, 공사 현장에서 발생한 음향신호를 측정하는 음향센서(12)와, 측정된 진동신호 중에서 실제 공사 현장에서 발생한 공사 진동신호와 이동 수단에 의해 발생한 주변 진동신호를 분석하는 신호분석 모듈(20)을 포함한다.

진동센서(11)는 공사 중의 진동을 측정할 수 있는 센서이면 모두 적용 가능하며, 정밀한 진동을 센싱하기 위하여 코일에 의해 발생하는 기전력을 이용한 센서가 선택될 수 있다.

이러한 진동센서(11)는 온도 변화에 의한 영향을 최소화하기 위하여 별도의 보온 구조가 구비되거나, 온도 조절 회로가 내장될 수 있다. 또한, 외부 자기장 변화에 의한 영향을 줄일 수 있는 자기장 차폐장치가 장착될 수도 있다.

진동센서(11)는 공사 현장(발파 현장)에 의한 진동이 인근의 건물이나 이동 수단에 영향을 주는지 정밀하게 측정할 수 있도록 복수 개가 배치된다. 이때, 진동센서(11)가 배치되는 개수, 위치, 간격은 공사 현장에 따라 적절히 조절될 수 있다. 이동 수단은 지하철, 철도, 비행기, 선박 등과 같은 대중 교통 수단으로 정의될 수 있다.

음향센서(12)는 공사 현장의 음향을 측정할 수 있는 센서이면 특별히 제한되지 않는다. 음향센서(12)는 진동센서(11)와 동일하게 복수 개가 배치될 수도 있다.

신호분석모듈(20)은 수신된 진동신호와 음향신호를 분석하는 제어부(21)와, 분석된 정보를 출력하는 디스플레이부(22)와, 메모리(23), 및 통신 모듈(24)을 포함한다.

제어부(21)는 진동센서(11)에서 측정된 공사 주변의 진동신호를 분석하여 실제 공사 현장의 발파에 의한 진동인지 아니면 주변 환경에 의한 진동인지를 판단한다.

이하에서는 실제 공사 현장의 발파에 의한 진동을 공사 진동신호라 정의하고, 근처 지하철 또는 기차와 같은 이동 수단에 의한 진동을 주변 진동신호로 정의한다. 또한, 설명의 편의를 위해 이동수단은 지하철로 설명하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 제어부(21)는 측정된 진동신호 중에서 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간(제1구간, 도 4의 t1, 및 t2 구간)의 신호는 주변 진동신호로 판단한다.

지하철은 상행과 하행이 존재하고, 진동센서(11)를 기준으로 일측으로 접근하여 타측으로 멀어진다. 따라서, 진동센서(11)에 의해 측정된 진동 신호 역시 점차 진동신호가 증가하다가 특정 지점 이후에는 감소하는 패턴을 갖게 된다. 여기서 특정지점이란 지하철이 진동센서(11)에 가장 가까워진 시점에서의 신호구간이다.

공사 현장의 발파에 의한 진동은 매우 짧은 시간에 발생하는 반면, 지하철에 의한 진동은 지하철 속도에 비례하여 상대적으로 길게 발생한다.

도 4를 참고하면, 측정된 진동 신호 중에서 10~20초 동안 진동 신호가 증가(t1)하다가 일정한 지점을 기준으로 다시 10초~20초 동안 진동 신호가 감소(t2)한다면 이는 지하철에 의한 진동으로 판단할 수 있다.

더욱이, 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 신호의 간격이 특정 지점을 기준으로 대략 대칭(t1 구간의 신호와 t2 구간의 신호가 대칭)이라면 지하철에 의한 진동으로 판단할 수 있다.

따라서, 제어부(21)는 진동 신호를 분석하는 과정에서 신호가 증가하다가 감소하는지 여부, 및 증가와 감소의 간격이 대칭이 되는지를 판단함으로써 주변 진동신호를 분석할 수 있다. 필요에 따라 제어부(21)는 이러한 정보를 메모리(23)에 저장할 수 있다.

도 3을 참조하면, 제어부(21)는 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간(t1, t2)에서 측정된 음향 신호가 진동신호와 유사하게 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하면 그 해당 구간에서의 진동은 지하철에 의한 진동으로 판단할 수 있다.

이후, 제어부(21)는 메모리(23)에 저장된 지하철의 소음 패턴과 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간(t1, t2)의 음향신호를 분석하여, 음향 신호 일부가 소음 패턴이 대응되는 경우 주변 진동신호로 판단할 수 있다. 이때 지하철의 소음 패턴은 지하철 엔진의 주파수 정보나, 지하철의 운행 중 철로가 끊긴 부분에서 발생하는 소음의 주파수 정보일 수 있다.

제어부(21)는 이러한 과정을 통해 진동 신호 중 실제 공사에 의해 발생한 공사 진동신호와 지하철에 의한 주변 진동신호를 분리할 수 있다. 도 5와 같이 제어부(21)는 디스플레이부(22)에 공사 진동신호만을 출력할 수 있다. 또는, 요청에 따라 주변 진동신호만을 출력할 수도 있다.

제어부(21)는 통신모듈(24)을 통해 외부 호스트(30) 또는 서버와 통신할 수 있다. 따라서, 추출된 정보를 서버에 저장하거나 외부 호스트로부터 원격 제어 신호를 수신할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 패턴 인식 방법의 흐름도이다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 진동 패턴 인식 방법은, 측정된 진동신호 중에서 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는지 판단하는 진동신호 판단단계(S10)와, 상기 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간에서 측정된 음향신호가 점차 증가하다가 상기 특정 지점 이후 감소하는지 판단하는 음향대비 판단단계(S20), 및 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간에서의 음향신호가 미리 저장된 이동 수단의 소음 패턴과 대응되는지 판단하는 소음패턴 판단단계(S30)를 포함한다.

진동신호 판단단계(S10)는 일정 구간에서 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는지 판단한다. 이러한 판단은 메모리에 저장된 지하철의 진동 패턴과 비교하여 결정하거나 실시간으로 진동 패턴을 분석할 수도 있다.

판단결과, 일정 구간에서 진동신호가 증감 및 감소하는 패턴이 없는 경우 해당 신호는 공사에 의한 진동신호로 판단한다. 만약 특정 구간에서 소정 시간 동안 진동신호가 증감 및 감소하는 패턴이 발견된 경우 음향대비 판단단계를 수행한다.

음향대비 판단단계(S20)는 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간에서 측정된 음향신호 역시 일정하게 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는지를 판단한다.

판단결과, 해당 구간에서 음향신호가 증감 및 감소하는 패턴이 없는 경우 해당 신호는 공사에 의한 진동신호로 판단한다. 만약 해당 구간에서 음향신호 역시 증감 및 감소하는 패턴을 갖는다면 소음패턴 판단단계를 수행한다.

소음패턴 판단단계(S30)는 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 구간에서의 측정된 음향신호가 미리 저장된 이동 수단의 소음 패턴과 대응되는지 판단한다.

즉, 해당구간에서의 음향신호에 미리 저장된 지하철의 소음 패턴이 있는 경우에는 최종적으로 해당 구간에서의 진동신호는 지하철에 의한 진동신호로 판단한다(S31). 만약, 해당 구간에서 지하철의 소음 패턴과 대응되는 패턴이 없는 경우에는 해당 구간에서의 진동신호는 공사 진동신호로 판단한다(S32).

이후, 진동신호 분석단계가 종료되지 않았으면 다시 진동신호 판단단계를 수행한다(S40).

이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

11: 진동센서
12: 음향센서
20: 신호분석 모듈
21: 제어부
22: 디스플레이부
23: 메모리
24: 통신모듈

Claims (9)

1. 공사 현장에서 발생하는 진동을 분석하는 장치에 있어서,
   상기 공사 현장에서 발생한 진동신호를 측정하는 진동센서; 및
   상기 측정된 진동신호 중에서 실제 공사 현장에서 발생한 공사 진동신호와, 이동 수단에 의해 발생한 주변 진동신호를 판단하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 측정된 진동신호 중에서 진동신호 크기가 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 제1구간은 주변 진동신호로 판단하는 진동 분석 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1구간에서 특정 지점을 기준으로 진동신호가 증가하는 간격과 진동신호가 감소하는 간격이 대칭인 경우 주변 진동신호로 판단하는 진동 분석 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 공사 현장의 음향신호를 측정하는 음향센서를 더 포함하고,
   상기 제1구간에서 측정된 음향신호가 점차 증가하다가 상기 특정 지점 이후 감소하는 경우 주변 진동신호로 판단하는 진동 분석 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 이동 수단의 소음 패턴이 저장된 메모리를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제1구간에서 측정된 음향신호가 상기 소음 패턴과 매칭되면 주변 진동신호로 판단하는 진동 분석 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 진동 분석 장치는,
   상기 분석된 정보를 디스플레이하는 디스플레이부; 및
   상기 분석된 정보를 외부로 송신할 수 있는 통신모듈;을 더 포함하는 진동 분석 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 이동 수단은 지하철, 철도, 항공기, 및 선박 중 어느 하나 이상인 진동 분석 장치.
   
8. 공사 현장에서 발생하는 진동을 분석하는 방법에 있어서,
   측정된 진동신호 중에서 진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는지 판단하는 진동신호 판단단계; 및
   진동신호 크기가 점차 증가하다가 특정 지점 이후 감소하는 제1구간에서의 음향신호가 미리 저장된 이동 수단의 소음 패턴과 대응되는지 판단하는 소음패턴 판단단계;를 포함하는 진동 패턴 인식 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 진동신호 판단단계와 소음패턴 판단단계 사이에,
   상기 제1구간에서 측정된 음향신호가 점차 증가하다가 상기 특정 지점 이후 감소하는지 판단하는 음향대비 판단단계를 더 포함하는 진동 패턴 인식 방법.

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