KR101570085B1 - Primary wave arrival time detecting apparatus and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암반의 균열의 위치를 검출하기 위해, 암반의 균열 시에 발생하는 탄성파로부터 P파가 도달되는 시점을 검출하기 위한 것으로, 암반으로부터, 배경 잡음과 상기 암반의 균열에 의해 발생하는 P파 신호가 포함된 균열 신호의 진폭을 감지하는 감지부와, 기 설정된 시간 동안 감지된 상기 균열 신호의 진폭값들로부터 분산값을 산출하는 분산값 산출부, 및 상기 기 설정된 시간의 기준 시점을 상기 감지된 균열 신호의 시간 순서에 따라 변경하고, 변경된 기준 시점들 각각으로부터 상기 기 설정된 시간 동안 감지된 진폭값들의 분산값 변화를 측정하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 기 설정된 시간을 적어도 한번 변경하며, 변경된 각 시간 별로 상기 분산값 변화들을 측정하고, 상기 변경된 각 시간 별 분산값의 변화들이 기 설정된 임계값 이상 서로 달라지는 최초 시점을 감지 및 검출된 최초 시점으로부터 P파의 도달 시간을 검출하는 것을 특징으로 한다. In order to detect the position of a crack in a rock, the present invention detects a time point at which a P wave is reached from an elastic wave generated at the time of cracking of the rock. From the rock, a background noise and a P wave A variance value calculation unit for calculating a variance value from the amplitude values of the crack signal detected during a predetermined period of time; And a control unit for changing a variation value of the amplitude values sensed during the predetermined time from each of the changed reference points, wherein the control unit changes the predetermined time at least once And measures variations of the variance value for each changed time, A first time differ from each other more than the value from the first time the detection and detection is characterized in that for detecting the arrival time of the P wave.
Description
본 발명은 암반의 균열의 위치를 검출하기 위해, 암반의 균열 시에 발생하는 탄성파로부터 P파가 도달되는 시간을 검출하기 위한 검출 장치 및 검출 방법에 대한 것이다.
The present invention relates to a detection device and a detection method for detecting a time at which a P wave arrives from an elastic wave generated when a rock is cracked, in order to detect a position of a crack in a rock.
고준위폐기물 심지층 처분장은 초장기 기대수명을 가진 구조물로서 사용후 핵연료로부터의 높은 온도와 지하수로 인한 포화상태 그리고 심층조건으로 인한 높은 지중응력을 받고 있다. 이러한 조건에서 처분암반의 장기 건전성을 실시간 모니터링하고, 이의 구조적인 손상도를 평가하는 것은 처분시스템의 신뢰도를 확보한다는 측면에서 매우 중요한 이슈에 해당한다. 그리고 처분암반의 손상도를 평가하기 위해서는 우선 암반의 균열 위치를 정확하게 찾는 것이 가장 중요하다. The high - level waste core layer repository is a structure with a long - term life expectancy and has high stress from spent fuel, saturation due to ground water, and high ground stress due to deep conditions. The real - time monitoring of the long - term health of disposal rocks under these conditions and its structural damage assessment is a very important issue in terms of securing the reliability of the disposal system. In order to evaluate the degree of damage of the disposal rock, it is most important to locate the rock crack accurately.
통상적으로 방사성폐기물처분장은 발파와 굴착으로 형성된다. 따라서 방사선페기물처분장 주변의 암반은 무수히 많은 불연속면이 존재한다. 이는 균열 발생 시 생성되는 탄성파의 산란과 분산 그리고 반사파 등의 간섭을 일으키는 주요원인이 되고, 암반으로부터 감지되는 배경 잡음을 형성하게 된다. Typically, radioactive waste repositories are formed by blasting and excavation. Therefore, there are myriad discontinuities in rock around the radioactive waste repository. This is a major cause of scattering and dispersion of seismic waves generated by cracks and interference of reflected waves, and forms background noise that is detected from the rock mass.
암반에 균열이 발생하게 되면, 지진파인 P파가 발생하게 된다. 그리고 발생된 P파는 균열 위치를 중심으로 사방으로 전파된다. 따라서 암반에 부착된 센서로부터 이러한 P파를 검출하게 되면, 암반의 균열 여부를 검출할 수 있고, 각 센서들로부터 P파가 최초로 도달한 시점을 정확하게 검출한다면 상기 삼각 측량법등을 이용하여 그 균열이 발생한 위치를 측정할 수도 있다. 따라서 P파의 유무 및 P파가 도달된 최초의 시점을 측정하는 것은 매우 중요하다.When cracks occur in the rock mass, P waves, which are seismic waves, are generated. Then, the generated P wave propagates in all directions around the crack position. Therefore, if the P wave is detected from the sensor attached to the rock, it is possible to detect whether or not the rock is cracked. If the first time the P wave arrives from each sensor is accurately detected, It is also possible to measure the position where it occurred. Therefore, it is very important to measure the presence or absence of the P wave and the first time point at which the P wave is reached.
그러나 암반의 균열 신호는 P파 뿐만 아니라, 상기 배경 잡음을 포함하고 있다. 여기서 배경 잡음과 P파의 신호는 그 진폭에서 차이가 있으므로 P파의 유무는 쉽게 구분되어 질 수 있다. 그러나 P파가 시작되는 시점은, 배경 잡음, 즉 주변 잡음 신호에 의해 정확하게 측정할 수가 없다는 문제점이 있다. 따라서 배경 잡음과 P파를 정확하게 분리할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
However, the crack signal of the rock contains not only the P wave but also the background noise. Here, since the background noise and the P wave signal differ in their amplitudes, the presence or absence of the P wave can be easily distinguished. However, the point of time when the P wave starts is a problem that it can not be accurately measured by the background noise, that is, the ambient noise signal. Therefore, there is a need for a method that can accurately separate the background noise and the P wave.
본 발명의 일 목적은, 암반에서 감지되는 균열 신호로부터 P파의 도달 시간을 정확하게 검출하는 것이 가능한 P파 검출 장치 및 검출 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a P wave detecting apparatus and a detecting method capable of accurately detecting the arrival time of a P wave from a crack signal detected in a rock.
본 발명의 일 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치는, 암반으로부터, 배경 잡음과 상기 암반의 균열에 의해 발생하는 P파 신호가 포함된 균열 신호의 진폭을 감지하는 감지부와, 기 설정된 시간 동안 감지된 상기 균열 신호의 진폭값들로부터 분산값을 산출하는 분산값 산출부, 및, 상기 기 설정된 시간의 기준 시점을 상기 감지된 균열 신호의 시간 순서에 따라 변경하고, 변경된 기준 시점들 각각으로부터 상기 기 설정된 시간 동안 감지된 진폭값들의 분산값 변화를 측정하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 기 설정된 시간을 적어도 한번 변경하며, 변경된 각 시간 별로 상기 분산값 변화들을 측정하고, 상기 변경된 각 시간 별 분산값의 변화들이 기 설정된 임계값 이상 서로 달라지는 최초 시점을 감지 및 검출된 최초 시점으로부터 P파의 도달 시간을 검출하는 것을 특징으로 한다. A P wave arrival time detecting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a sensing unit for sensing amplitude of a crack signal including a background noise and a P wave signal generated by cracking of the rock mass from a rock, And a variance value calculation unit for calculating a variance value from the amplitude values of the crack signal detected during the predetermined time period, And a controller for measuring a variation value of the amplitude values detected during the predetermined time, wherein the controller changes the predetermined time at least once, measures variations of the dispersion value for each changed time, The first time point at which the variation of the variance value by time differs from the predetermined threshold value is detected and the P wave It characterized by detecting a month's time.
일 실시 예에 있어서, 상기 기 설정된 시간은, 상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당하는 시간 이내의 시간이며, 상기 제어부는, 상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당하는 시간 이내의 시간으로 상기 기 설정된 시간을 적어도 한번 변경하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the preset time is a time within a time corresponding to the length of one wavelength of the P-wave signal, and the control unit sets the time within a time corresponding to the length of one wavelength of the P- The predetermined time is changed at least once.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당하는 시간 이내에서, 사용자의 입력에 근거하여 상기 기 설정된 시간의 크기를 변경하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the controller changes the magnitude of the predetermined time based on a user's input within a time corresponding to the length of one wavelength of the P-wave signal.
본 발명의 일 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 방법은, 암반으로부터 배경 잡음과 상기 암반의 균열에 의해 발생하는 P파 신호가 포함된 균열 신호를, 시간 영역(time domain)에서의 시간 흐름에 따른 진폭 변화로 감지하는 단계와, 상기 시간 영역에서, 서로 다른 크기의 시간 영역을 가지는 복수의 윈도우 영역들을 상기 시간 영역에서 감지된 균열 신호의 감지 순서에 따라 이동시키며 각 윈도우 영역에 포함되는 시간 동안의 진폭 변화값들에 대한 분산값들을 산출하는 단계와, 상기 각 윈도우 영역으로부터 산출되는 분산값들이, 기 설정된 임계값 이상 서로 달라지는 상기 P파의 최초 도달 시점을 감지하는 단계, 및, 상기 감지된 P파의 도달 시간을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A P wave arrival time detection method according to an embodiment of the present invention is a method for detecting a P wave arrival time from a rock mass and a crack signal including a P wave signal generated by a crack in the rock mass, Detecting a plurality of window regions having time regions of different sizes in the time domain according to a detection order of the detected crack signals in the time domain, Detecting a first arrival time of the P wave whose dispersion values calculated from the respective window regions differ from each other by a predetermined threshold value or more; And detecting the arrival time of the P wave.
일 실시 예에 있어서, 상기 분산값들을 산출하는 단계는, 상기 시간 영역에서 기 설정된 크기의 시간 영역을 가지는 윈도우 영역을 생성하는 단계와, 상기 생성된 윈도우 영역을 상기 감지된 균열 신호의 감지 순서에 따라 상기 시간 영역에서 이동시키며, 상기 생성된 윈도우 영역에 포함되는 시간 동안의 진폭 변화값들에 대한 분산값들을 산출하는 단계와, 상기 윈도우 영역이 가지는 시간 영역의 크기를 변경시키는 단계, 및, 상기 변경된 시간 영역의 크기에 따라 생성된 윈도우 영역을, 상기 감지된 균열 신호의 감지 순서에 따라 상기 시간 영역에서 이동시키며, 상기 생성된 윈도우 영역에 포함되는 시간 동안의 진폭 변화값들에 대한 분산값들을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the calculating the variance values may include generating a window region having a time region of a predetermined size in the time domain, and generating the window region in a detection order of the detected crack signal Calculating the variance values for the amplitude variation values during the time included in the generated window region, changing the size of the time region of the window region, The window region generated according to the size of the changed time domain is moved in the time domain according to the detection order of the detected crack signal and the variance values of the amplitude change values during the time included in the generated window region And a step of calculating a difference value.
일 실시 예에 있어서, 상기 분산값들을 산출하는 단계는, 상기 시간 영역의 크기를 변경시키는 단계 및 상기 변경된 시간 영역에 대응되는 분산값들을 산출하는 단계를 적어도 한번 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the step of calculating the variance values may further include repeating the step of changing the size of the time domain and the step of calculating variance values corresponding to the changed time domain at least once. .
일 실시 예에 있어서, 상기 서로 다른 크기의 시간 영역은, 상기 시간 영역에서, 상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당되는 시간 영역의 크기 이내에서, 사용자의 입력에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
In one embodiment, the time domain of the different size is determined by a user's input within a size of a time domain corresponding to the length of one wavelength of the P wave signal in the time domain .
본 발명의 일 실시 예에 따른 P파 도달 시점 검출 장치 및 검출 방법은, 암반의 균열 신호로부터 설정되는 서로 다른 크기의 모집단들로부터 상기 균열 신호가 감지된 시간 흐름에 따른 분산값들의 변화를 측정하고, 측정된 분산값들의 변화가 서로 달라지는 P파의 최초 도달 시점을 감지함으로써, P파의 도달 시간을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 효과가 있다.
The apparatus and method for detecting a P wave arrival point according to an embodiment of the present invention measures variation of dispersion values according to a time when the crack signal is sensed from populations of different sizes set from a crack signal of a rock And detecting the arrival time of the P wave whose change in the measured variance values are different from each other, thereby detecting the arrival time of the P wave accurately.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치의 블록 구성도이다.
도 2a는 암반으로부터 감지되는 배경 잡음과 P파 신호가 섞여 있는 균열 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 2b는 P파 신호와 배경 잡음 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 배경 잡음 신호와 P파 신호의, 시간의 흐름에 따른 분산값 변화의 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치에서 최초로 P파 신호가 도달하는 시점을 검출하는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치 및 방법에서 윈도우 영역의 크기를 설정하는 예를 도시한 도면이다. 1 is a block diagram of a P wave arrival time detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A is a diagram showing an example of a crack signal in which a background noise and a P-wave signal detected from a rock are mixed.
2B is a diagram showing an example of a P-wave signal and a background noise signal.
FIG. 3 shows an example of a variance value change of the background noise signal and the P-wave signal according to time.
4 is a diagram illustrating an example of detecting a time point at which a P wave signal arrives for the first time in the P wave arrival time detecting apparatus according to the embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of detecting a P wave arrival time according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of setting the size of a window region in the P wave arrival time detecting apparatus and method according to the embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the same or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. In addition, it should be noted that the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical idea disclosed in the present specification by the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치의 블록 구성도이다. 1 is a block diagram of a P wave arrival time detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 보이고 있는 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치는, 감지부(110)와 분산값 산출부(120), 메모리부(140) 및 연결되는 각 구성요소를 제어하는 제어부(100)를 포함하여 구성된다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치는, 디스플레이부(150) 및 사용자 입력부(130)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 1, the P wave arrival time detecting apparatus according to the embodiment of the present invention includes a
여기서 상기 감지부(110)는, 암반의 균열 위치 탐지가 시작되는 경우, 암반으로부터 배경 잡음과 상기 암반의 균열에 의해 발생하는 P파 신호가 포함된 균열 신호의 진폭을 감지한다. 여기서 감지부(110)는, 상기 균열 신호를 시간 영역(time domain)에서의 시간 흐름에 따른 진폭 변화로서 감지할 수도 있다. The
도 2a는 이처럼 감지부(110)에서 감지되는 배경 잡음과 P파 신호가 섞여 있는 균열 신호의 예를 도시한 것이다.2A shows an example of a crack signal in which a background noise and a P-wave signal sensed by the
도 2a에서 보이고 있는 것처럼, 상기 감지부(110)에서 감지되는 균열 신호에는 배경 잡음과 P파 신호가 섞여 있다. 그리고 상술한 바와 같이 P파 신호의 경우 진폭이 크므로, 배경 잡음과 P파 신호는 구분되어질 수 있다. 그러나 도 2a에서 보이고 있는 바와 같이 P파 신호가 일정 수준 이상의 진폭을 가지기 전 시점에서는 P파와 배경 잡음이 섞여서 이 둘을 구분하기는 쉽지 않다. As shown in FIG. 2A, a background noise and a P-wave signal are mixed in the crack signal detected by the
그러나 배경 잡음 및 P파 신호는 그 주파수 특성 및 시간 영역의 특성이 상이하다. 도 2b는 이러한 배경 잡음과 P파 신호의, 주파수 특성 및 시간 영역의 특성을 도시한 도면이다. However, the background noise and the P-wave signal differ in their frequency characteristics and time domain characteristics. FIG. 2B is a graph showing the frequency characteristics and time-domain characteristics of the background noise and the P-wave signal.
도 2b는 암반에서 발생한 P파 신호와 잡음 신호의 주파수 분석 결과를 보여주고 있다. 도 2b에서 보이고 있는 것과 같이 배경 잡음은 넓은 대역의 주파수 분포를 가지고 있지만, P파는 좁은 주파수 영역, 즉 균열에 의해 발생한 특정 주파수(예를 들어 10khz의 중심 주파수 영역)만을 가지고 있다. 즉, 배경 잡음은 넓은 영역의 주파수 분포를 가지지만, P파는 몇 개의 특정 주파수만을 가지고 있다는 것을 의미한다. FIG. 2B shows frequency analysis results of the P-wave signal and the noise signal generated in the rock bed. As shown in FIG. 2B, the background noise has a wide band frequency distribution, but the P wave has only a narrow frequency region, that is, a specific frequency generated by the crack (for example, a center frequency region of 10 kHz). That is, the background noise has a broad frequency distribution, but the P-wave has only a few specific frequencies.
따라서 잡음신호와 P파 신호의 특성을 정리하면 하기 표 1과 같다.Therefore, the characteristics of the noise signal and the P-wave signal are summarized in Table 1 below.
따라서 시간 영역에서 P파의 신호의 진폭이 배경잡음의 진폭에 비해 크기 때문에 일정 시간동안의 P파 신호의 진폭값과 배경 잡음의 진폭값의 분산을 구하여 보면 P파 신호의 진폭값들에 대한 분산이 훨씬 큰 값을 가지게 된다. Therefore, when the amplitude of the P-wave signal in the time domain is larger than the amplitude of the background noise, the variance of the amplitude value of the P-wave signal and the background noise of the P- Will have a much larger value.
한편, 상기 분산값 산출부(120)는, 상기 균열 신호의 감지 결과로부터, 제어부(100)로부터 설정되는 일정 시간에 해당되는 진폭값들을 모집단으로 선택하고, 선택된 모집단에 대한 분산값을 산출한다. 여기서 상기 일정 시간의 기준이 되는 시점은 상기 제어부(100)에 의해 변경될 수 있다. 그러면 분산값 산출부(120)는 현재 변경된 기준 시점을 기준으로 기 설정된 일정 시간에 해당되는 진폭값들을 모집단으로 선택한다. 따라서 만약 기준 시점이 변경되면, 분산값을 산출할 모집단의 크기는 동일하지만, 그 모집단을 이루는 각 진폭값들은 변경될 수 있다. On the other hand, the variance value calculation unit 120 selects amplitude values corresponding to a predetermined time set from the
또한 분산값 산출부(120)는 제어부(100)의 제어에 따라 상기 일정 시간을 변경할 수도 있다. 이러한 경우 분산값 산출부(120)는, 제어부(100)가 설정한 기준 시점을 기준으로 상기 변경된 일정 시간에 따라 상기 균열 신호의 감지 결과로부터 모집단을 선택하므로, 모집단의 크기, 즉 모집단을 이루는 진폭값들의 개수가 변경될 수 있다. The variance value calculation unit 120 may change the predetermined time under the control of the
여기서 제어부(100)는 상기 기준 시점으로부터 결정되는 일정 시간을 상기 분산값 산출부(120)에 설정할 수도 있으나, 기 설정된 일정 시간 및 상기 변경되는 기준 시점만을 분산값 산출부(120)에 설정할 수 있음은 물론이다. 이러한 경우 분산값 산출부(120)는 제어부(100)로부터 설정된 기준 시점을 기준으로 상기 일정 시간에 해당되는 진폭값들을 모집단으로 선택하고, 선택된 모집단에 대한 분산값을 산출한다. Here, the
제어부(controller, 180)는 연결된 각 구성요소의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(100)는 상기 감지부(110)에서 균열 신호가 감지되면, 기 설정된 일정 시간 및 상기 기 설정된 일정 시간의 기준 시점을 상기 분산값 산출부(120)에 설정한다. 그리고 제어부(100)는, 상기 분산값 산출부(120)로부터 상기 일정 시간에 해당되는 모집단에 대한 분산값이 산출되면, 상기 일정 시간의 기준이 되는 기준 시점의 위치를 변경할 수 있다. 여기서 제어부(100)는 상기 기준 시점을 상기 균열 신호의 감지된 시간 순서에 따라 변경할 수 있다. 그리고 제어부(100)는 기준 시점의 위치 변경에 따른 분산값의 변화를 측정할 수 있다. A controller 180 controls the overall operation of each connected component. The
예를 들어 기 설정된 일정 시간이 0.5초이고, 기 설정된 기준 시점이 0초였다면, 분산값 산출부(120)는 상기 균열 신호의 감지 결과로부터 0초(기준 시점)에서 0.5초 사이에 감지된 진폭값들을 모집단으로 선택하고 분산값을 산출할 수 있다. 그리고 제어부(100)에 의해 기준 시점이 0.1초로 변경되면, 분산값 산출부(120)는 상기 균열 신호의 감지 결과로부터 0.1초(변경된 기준 시점)에서 0.6초 사이에 감지된 진폭값들을 모집단으로 선택하고 분산값을 산출할 수 있다.For example, if the predetermined period of time is 0.5 seconds and the preset reference time is 0 second, the variance value calculation unit 120 calculates the amplitude detected from 0 second (base time) to 0.5 second from the detection result of the crack signal You can select values as populations and calculate variance values. If the reference time is changed to 0.1 second by the
그러면 제어부(100)는 상기 0초에서 0.5초 사이에 감지된 진폭값들을 모집단으로 선택하여 산출된 분산값과, 상기 0.1초에서 0.6초 사이에 감지된 진폭값들을 모집단으로 선택하여 산출된 분산값의 변화를 측정할 수 있다. 따라서 상기 기준 시점을 상기 균열 신호의 감지된 시간 순서에 따라 연속적으로 변경하는 경우, 현재 설정된 일정 시간에 대응되는 모집단 크기로, 상기 균열 신호가 감지된 시간 순서에 따라 진폭값들이 선택되고, 선택된 모집단으로부터 분산값들이 측정된다. Then, the
이는 마치 상기 일정 시간에 대응되는 모집단 크기의 고정된 윈도우(window) 영역이 설정되고, 그 윈도우 영역이, 상기 균열 신호가 감지된 시간 순서에 따라 이동되는 경우와 같을 수 있다. 즉, 본 발명의 제어부(100)는 창문 함수, 즉 상기 기준 시점이 변경되면, 상기 변경된 기준 시점으로부터 결정되는 일정 시간의 시작 시점 및 종료 시점을 변경시키는 창문 함수에 의해 새로운 윈도우 영역을 설정하고, 설정된 윈도우 영역에 포함되는 균열 신호의 진폭값들로부터 분산값을 산출할 수 있다. This may be the same as when a fixed window area of a population size corresponding to the predetermined time is set and the window area is moved according to the time order in which the crack signal is detected. That is, the
한편, 상기 일정 시간은 사용자 또는 제어부(100)에 의해 적어도 한번 이상 변경될 수 있다. 그리고 상기 일정 시간이 변경되면 그 일정 시간에 대응되는 윈도우 영역 역시 변경될 수 있다. 이러한 경우 윈도우 영역의 변경에 따라 하나의 윈도우 영역에 포함될 수 있는 상기 균열 신호의 진폭값들의 수도 변경되고, 그에 따라 모집단의 크기가 변경된다. 그리고 모집단의 크기가 변경되면 해당 모집단의 분산값도 변경된다. Meanwhile, the predetermined time may be changed by the user or the
한편, 도 3은 배경 잡음 신호와 P파 신호의, 상기 감지된 균열 신호의 시간 순서에 따라 이동되는 윈도우 영역에 의해 산출되는 분산값들의 예를 도시한 것이다. FIG. 3 shows examples of variance values calculated by a window region of a background noise signal and a P-wave signal, which are moved according to the time order of the detected crack signal.
우선 도 3의 (a)는 배경잡음에서 산출되는 분산값들의 예를 그래프 형태로 표시한 것이다. 그리고 도 3의 (a)에서 보이고 있는 것과 같이, 배경잡음에서 산출되는 분산값은 거의 일정하다. 이는 도 2b에서 보이고 있는 것처럼, 배경잡음의 주파수가 넓은 영역에 분산되어 있기 때문이다. 그리고 이에 따라 상기 윈도우 영역의 크기가 변경된다고 하더라도 분산은 변하지 않는다. 3 (a) shows an example of variance values calculated from the background noise in graph form. As shown in Fig. 3 (a), the variance value calculated from the background noise is almost constant. This is because, as shown in FIG. 2B, the frequency of background noise is dispersed over a wide area. Accordingly, even if the size of the window area is changed, the variance does not change.
그러나 도 3의 (b)에서 보이고 있는 것처럼, P파 신호에서 산출되는 분산값은 크게 변할 수 있다. 이는 도 2b에서 보이고 있는 것처럼, P파 신호의 주파수가 좁은 영역에 집중되어 있기 때문이다. 또한 상기 이유에 따라 만약 상기 도 3의 (b)의 경우에서 사용된 윈도우 영역과 다른 크기의 윈도우 영역이 사용되는 경우에는, 도 3의 (b)와는 다른 분산값들이 산출될 수 있다. However, as shown in FIG. 3 (b), the variance value calculated from the P-wave signal can vary greatly. This is because the frequency of the P-wave signal is concentrated in a narrow region as shown in FIG. 2B. Also, according to the above reason, when a window area having a size different from the window area used in the case of FIG. 3B is used, variance values different from FIG. 3B can be calculated.
따라서 윈도우 영역의 크기를 변경하여 상기 균열 신호가 감지된 시간 순서에 따라 이동시키고, 이동된 윈도우 영역에 해당되는 균열 신호의 진폭값들에 대한 분산값들을 산출하면, 배경잡음의 경우에는 윈도우 영역의 크기를 변경시킨다고 할지라도 분산값들의 달라지지 않는다. 그러나 P파 신호의 경우에는 도우 영역의 크기를 변경시킨다고 할지라도 분산값들이 서로 달라지게 된다. Therefore, if the size of the window region is changed to move the crack signal according to the detected time order, and the variance values for the amplitude values of the crack signal corresponding to the moved window region are calculated, Even if the size is changed, the dispersion values do not change. However, in the case of the P-wave signal, the dispersion values are different even if the size of the dough area is changed.
따라서 이러한 특성을 이용하면 배경 잡음과 P파 신호가 섞여 있는 균열 신호라고 할지라도, 상기 P파가 최초로 감지부(110)에 감지된 시점을 정확하게 감지할 수 있다. Therefore, even if the crack signal is a mixture of background noise and P-wave signal, it is possible to accurately detect the time when the P-wave is first detected by the
도 4는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치에서 최초로 P파 신호가 도달하는 시점을 검출하는 예를 도시한 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of detecting a time point at which a P-wave signal arrives for the first time in the P-wave arrival time detecting apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 4에서 보이고 있는 바와 같이, 도 4의 (a), (b), (c)는, 각각 윈도우 영역의 크기를 서로 달리하고, 동일한 균열 신호의 시간 순서에 따라 상기 서로 다른 크기를 가지는 윈도우 영역들을 이동시키는 것을 가정한 것이다. 그리고 도 4의 (d)는, 상기 도 4의 (a), (b), (c)의 각 윈도우 영역으로부터 산출되는 분산값들의 예를 도시한 것이다. 4 (a), 4 (b), and 4 (c) illustrate a case where the window regions are different in size from each other, As shown in FIG. 4 (d) shows examples of variance values calculated from the respective window regions of (a), (b) and (c) of FIG.
도 4의 (d)를 참조하여 살펴보면, 비록 동일한 균열 신호라고 할지라도 도 4의 (a), (b), (c)에서 산출되는 각 분산값들은 일정 시점 이후부터는 서로 달라지는 것을 알 수 있다. 이는 도 4에서 보이고 있는 바와 같이 도 4의 (a), (b), (c)가 동일한 균열 신호라고 할지라도 서로 다른 윈도우 영역을 사용하고, 그에 따라 서로 다른 크기로 설정되는 모집단으로부터 분산값을 산출하기 때문이다. Referring to FIG. 4 (d), it can be seen that the variance values calculated in FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c) are different from each other even after a certain point of time, even if they are the same crack signal. As shown in FIG. 4, even if the signals (a), (b), and (c) of FIG. 4 are the same crack signal, different window regions are used and the variance values .
따라서 P파 신호가 도달하지 않은 시점에서는 비록 윈도우 영역의 크기가 다르다 하여도, 도 4의 (a), (b), (c) 모두 동일한 배경잡음에 대해 분산값을 구하고 있는 것이므로, 일정한 분산값을 유지, 즉 동일(기 설정된 임계값 이하로 변화하는 상태)한 분산값을 가진다. 그러나 P파 신호의 진폭값이 윈도우 영역에 포함되는 시점에서 도 4의 (a), (b), (c)에서 산출된 분산값들은 급격히 커지는 P파 신호의 진폭으로 인해 그 값이 증가하게 된다. Therefore, even if the size of the window region is different at the time when the P wave signal does not reach, since the variance value is obtained for the same background noise in all of FIGS. 4A, 4B, and 4C, That is, the same value (a state in which the value changes to a predetermined threshold value or less). However, at the time when the amplitude value of the P wave signal is included in the window region, the variance values calculated in FIGS. 4A, 4B, and 4C are increased due to the amplitude of the P wave signal which rapidly increases .
그런데 여기서 도 4의 (a), (b), (c)에서 증가되는 분산값의 크기들은 서로 달라지게 된다. 왜냐하면, 도 4의 (a), (b), (c)는 도면에서 보이고 있는 바와 같이, 윈도우의 크기가 서로 다르기 때문에, 분산값을 산출하는 모집단의 크기가 서로 다르기 때문이다. 따라서 윈도우 영역의 크기가 클수록 더 많은 수의 균열 신호 진폭값들이 모집단으로 설정되고, 그에 따라 P파 신호의 진폭값이 윈도우 영역에 포함되는 시점 역시 조금씩 달라질 수 있다. Here, the sizes of the variance values increased in FIGS. 4A, 4B, and 4C are different from each other. 4 (a), 4 (b), and 4 (c) show different sizes of populations for calculating variance values because the sizes of windows are different from each other. Therefore, as the size of the window region is larger, a larger number of crack signal amplitude values are set as the population, and thus the time point at which the amplitude value of the P wave signal is included in the window region may be slightly changed.
또한 윈도우 영역의 크기가 클수록 배경잡음 신호의 진폭값들이 더 많이 모집단에 포함되므로, P파 신호가 도달된 시점이 윈도우 영역에 포함되는 시점에서 상기 P파 신호의 진폭으로 인한 분산값의 증가량은 작아질 수 있다. Further, as the size of the window region is larger, the amplitude values of the background noise signal are included more in the population. Therefore, at the time when the arrival time of the P wave signal is included in the window region, the increase amount of the dispersion value due to the amplitude of the P wave signal is small Can be.
예를 들어 윈도우 영역의 크기가 가장 좁은 도 4의 (a)는, 가장 좁은 윈도우 영역 내에서 진폭의 크기가 갑자기 커지게 되므로, 셋 중 분산값의 증가량이 가장 크다. 이와는 반대로 윈도우 영역의 크기가 가장 넓은 도 4의 (c)는, 가장 넓은 윈도우 영역 내에서 진폭의 크기가 커지게 되므로, 셋 중 분산값의 증가량이 가장 작다. For example, in Fig. 4A where the window area is the smallest, the magnitude of the amplitude suddenly increases within the narrowest window area, and thus the increase amount of the variance among the set values is greatest. On the contrary, in FIG. 4 (c) having the widest window area, the magnitude of amplitude in the widest window area becomes larger, so that the increase amount of the dispersion value among the set is the smallest.
따라서 P파 신호의 진폭이 윈도우 영역에 포함되는 시점에는, 그 이전까지 동일한 분산값을 가지던 도 4의 (a), (b), (c)에서 산출된 분산값들은 서로 달라지게 된다. 그러므로 제어부(100)는 윈도우의 영역이 서로 다른 경우 P파 신호가 도달한 시점에서 분산값이 서로 달라지는 특성을 이용하여, 배경잡음과 P파 신호가 섞여 있는 균열 신호로부터 P파 신호의 최초 도달 시점을 정확하게 감지할 수 있다. Therefore, at the time when the amplitude of the P wave signal is included in the window region, the variance values calculated in (a), (b), and (c) of FIG. Therefore, the
이처럼 윈도우 영역의 크기를 변경하기 위해 제어부(100)는 윈도우 영역 설정부(102)를 구비할 수 있다. 여기서 상기 윈도우 영역 설정부(102)는 제어부(100)의 내부에 구현될 수도 있고, 또는 제어부(100)의 외부에 상기 제어부(100)와는 별도로 구현될 수도 있다. 제어부(100)는 윈도우 영역 설정부(102)를 통해 윈도우 영역의 크기를 결정하고, 결정된 크기에 따라 윈도우 영역을 분산값 산출부(120)에 설정할 수 있다. In order to change the size of the window area, the
또한 윈도우 영역 설정부(102)는 상기 윈도우 영역의 크기를 변경할 수 있다. 상술한 바와 같이 윈도우 영역 설정부(102)는 기 설정된 복수의 일정 시간들 중 어느 하나 또는 사용자로부터 입력받은 시간의 크기에 따라 상기 윈도우 영역의 크기를 변경할 수 있다. 그리고 제어부(100)는 변경된 크기에 따라 결정되는 윈도우 영역을 분산값 산출부(120)에 설정할 수 있다. 그리고 분산값 산출부(120)는 다른 크기로 설정된 윈도우 영역에 대응되는 분산값을 산출한다. The window
또한 제어부(100)는 현재 설정된 윈도우 영역을, 시간 영역 내에서, 즉 시간축을 따라 상기 균열 신호가 감지된 시간 순서로 이동시킨다. 즉, 도 4의 (a), (b), (c)에서 보이고 있는 것과 같이 제어부(100)는 현재 설정된 윈도우 영역을 시간축을 따라 이동시키고, 이동된 윈도우 영역에 포함되는 모집단(즉 상기 윈도우 영역에 포함되는 균열 신호의 진폭값들)으로부터 분산값을 산출되도록 분산값 산출부(120)를 제어한다. In addition, the
그리고 만약 윈도우 영역의 크기가 변경되면, 제어부(100)는 변경된 크기의 윈도우 영역을 시간축을 따라 균열 신호의 진폭값이 감지된 순서로 이동시킨다. 그러면 이동된 윈도우 영역에 따라 상기 분산값을 산출할 모집단에 포함되는 균열 신호의 진폭값들은 달라지게 되고, 상기 윈도우 영역에 P파 신호의 진폭이 포함되는 경우, 서로 다른 크기의 윈도우 영역에서 산출되는 분산값들 역시 서로 달라지게 된다. If the size of the window area is changed, the
제어부(100)는 각 윈도우 영역의 시간축의 이동에 따라 산출되는 분산값의 변화를 측정할 수 있다. 그리고 제어부(100)는 윈도우 영역의 크기가 변경되는 경우, 변경된 윈도우 영역의 크기에 대응되는 분산값의 변화를 별도로 측정할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 도 4의 (c)에서 보이고 있는 것처럼, 각각 다른 윈도우 영역의 크기에 대응되는 분산값의 변화들을 측정하고 이를 그래프 형태로 표시할 수도 있다. The
이를 위해 제어부(100)는 분산값 변화 측정부(104)를 구비할 수 있으며, 분산값 변화 측정부(104)는 상기 제어부(100)의 내부에 구현되거나 또는 상기 제어부(100)의 외부에 별도로 구현될 수도 있다. For this, the
한편, 제어부(100)는 서로 다른 크기의 윈도우 영역을 설정하고, 각 윈도우 영역을 시간축을 따라 상기 균열 신호의 진폭이 감지된 순서대로 이동 및 이동된 윈도우 영역에 포함되는 모집단(즉 상기 윈도우 영역에 포함되는 균열 신호의 진폭값들)으로부터 분산값을 산출하고 이를 비교함으로써, P파 신호가 도달한 최초의 시점을 감지할 수 있다는 것을 상기 도 4에서 설명한 바 있다. 그러나 제어부(100)는 여기서 그치지 않고, 상기 P파 신호가 도달한 최초 시점을 이용하여 P파 신호가 감지부(110)에 감지된 시간을 검출할 수도 있음은 물론이다. Meanwhile, the
예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치의 사용자는, 암반에서 발파 또는 굴착이 시작된 시점부터 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치의 감지부(110)에서 균열 신호의 감지를 시작할 수 있다. 이러한 경우, 사용자는 상기 발파나 굴착, 또는 상기 암반의 균열 여부나 균열 위치를 탐색하기 위한 인위적인 미소파괴음을 암반에 발생시킨 시점을 제어부(100)에 입력할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 상기 입력된 시점 이후부터 상기 암반으로부터 감지되는 균열 신호가 감지부(110)에서 감지되도록 상기 감지부(110)를 제어할 수 있다. For example, the user of the P wave arrival time detecting apparatus according to the embodiment of the present invention can detect the arrival time of the P wave arrival time detecting apparatus of the P wave arrival time detecting apparatus according to the embodiment of the present invention, The detection of the crack signal can be started. In this case, the user can input into the controller 100 a point of time when the rock is generated by the user, such as blasting, excavation, or an artificial micro-failure sound for searching for cracks or cracks in the rock. The
이 경우, 제어부(100)는 균열 신호의 감지가 시작되면, 도 4에서 설명한 바와 같이, P파 신호와 배경잡음이 섞여있는 균열 신호로부터 P파의 최초 도달 시점을 감지할 수 있다. 그리고 P파 신호가 최초 도달된 시점이 감지되면, 그 시점으로부터 상기 최초 감지가 시작된 시점까지의 시간을 P파가 감지부(110)에 도달된 도달 시간으로 검출할 수 있다. 이를 위해 제어부(100)는 P파 도달 시간 검출부(106)를 구비할 수 있으며, P파 도달 시간 검출부(106)는 상기 제어부(100)의 내부에 구현되거나 또는 상기 제어부(100)와 별도로 상기 제어부(100)의 외부에 구현될 수도 있다. In this case, when the detection of the cracking signal is started, the
또한 P파 도달 시간 검출부(106)는 경우에 따라 상기 암반으로부터 직접 암반의 균열 위치를 검출할 수도 있음은 물론이다. 예를 들어 감지부(110)가 복수인 경우, 암반의 각 서로 다른 임의의 위치에 상기 감지부(110)가 있는 경우라면, P파 도달 시간 검출부(106)는 각 감지부(110)로부터 감지되는 P파 도달 시간들을 이용하여 상기 암반의 균열 위치를 직접 검출할 수도 있음은 물론이다. It goes without saying that the P wave arrival
한편 메모리부(140)는 상기 제어부(100)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있다, 그리고 메모리부(140)는 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 기 산출된 적어도 하나의 분산값이나 상기 분산값의 변화를 측정한 측정값, 또는 P파의 최초 도달 시점이나 P파의 도달 시간 등)을 임시 저장할 수도 있다. Meanwhile, the
사용자 입력부(130)는 사용자가 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치의 제어를 위한 입력 데이터(예를 들어 암반의 균열 위치 감지 시작 시점, 윈도우 영역의 크기를 결정하기 위한 일정 시간 등)를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다. The
그리고 디스플레이부(150)는 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 도 4의 (a), (b), (c)에서 보이고 있는 것과 같이 서로 다른 크기의 윈도우 영역이 시간축을 따라 이동하면서 산출되는 분산값의 변화를 표시(예를 들어 도 4의 (d))할 수도 있다. The
또는 사용자로부터 상기 서로 다른 윈도우 영역의 크기를 설정하기 위한 입력을 받기 위한 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시할 수도 있다. 이러한 경우, 제어부(100)는 사용자로부터 입력받은 복수의 시간들에 각각 대응되는 윈도우 영역의 크기를 결정하고, 그에 따라 생성되는 윈도우 영역을 상기 디스플레이부(150)에 표시할 수 있다. Or a UI (User Interface) or a GUI (Graphic User Interface) for receiving an input for setting the sizes of the different window areas from the user. In this case, the
이러한 디스플레이부(150)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, Lcd), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT Lcd), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLEd), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3d display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
또한 상기 디스플레이부(150)는, 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이룰 수 있다(이하 '터치스크린;'이라 함). 이러한 경우 디스플레이부(150)는 출력 장치 이외에 상기 사용자 입력부(130)로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.Also, the
터치 센서는 디스플레이부(150)의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이부(150)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.The touch sensor may be configured to convert a change in a pressure applied to a specific portion of the
터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(100)로 전송한다. 이로써, 제어부(100)는 디스플레이부(151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다. 그리고 제어부(100)는 사용자로부터 터치 입력된 영역의 크기에 따라 상기 윈도우 영역의 크기를 서로 다르게 결정할 수도 있다. If there is a touch input to the touch sensor, the corresponding signal (s) is sent to the touch controller. The touch controller processes the signal (s) and then transmits the corresponding data to the
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시 예는 aSIcs(application specific integrated circuits), dSPs(digital signal processors), dSPds(digital signal processing devices), PLds(programmable logic devices), FPGas(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 제어부(100) 자체로 구현될 수 있다.In accordance with a hardware implementation, the embodiments described herein may be implemented as application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (dSPs), digital signal processing devices (dSPds), programmable logic devices (PLds), field programmable gate arrays (FPGas) , Microprocessors, microprocessors, microprocessors, and other electronic units for carrying out other functions. In some cases, the embodiments described herein may be implemented by the
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. According to a software implementation, embodiments such as the procedures and functions described herein may be implemented with separate software modules. Each of the software modules may perform one or more of the functions and operations described herein.
소프트웨어 코드는 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 애플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리부(140)에 저장되고, 제어부(100)에 의해 실행될 수 있다.The software code may be implemented in a software application written in a suitable programming language. The software code is stored in the
도 5는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치에서 P파 도달 시간을 검출하는 방법의 흐름을 도시한 도면이다.5 is a flowchart illustrating a method of detecting a P wave arrival time in the P wave arrival time detecting apparatus according to the embodiment of the present invention.
제어부(100)는 암반으로부터 균열 신호를 감지한다(S500). 여기서 제어부(100)는 상술한 바와 같이 사용자로부터 선택된 특정 시점 이후, 즉 암반의 발파 또는 굴착이 시작되거나, 또는 암반의 균열 유무 및 균열 위치를 탐색하기 위하 미소파괴음을 발생시킨 시점 이후에 상기 암반으로부터 균열 신호를 감지할 수 있다. 그리고 상기 균열 신호는 상기 암반의 균열에서 발생하는 P파 신호와 배경 잡음이 혼재된 신호이다. The
제어부(100)는 균열 신호가 감지되면, 현재 설정된 시간에 대응되는 시간 영역의 크기로 윈도우 영역을 생성한다(S502). 그리고 제어부(100)는 상기 생성된 윈도우 영역을 분산값 산출부(120)에 설정하고, 상기 균열 신호가 감지된 시간 순서로 시간축을 따라 이동시킨다(S504). When a crack signal is detected, the
그리고 제어부(100)는 분산값 산출부(120)를 제어하여, 상기 시간축을 따라 이동하는 윈도우 영역에 포함되는 상기 균열 신호의 진폭값들을 모집단으로 선택하고, 선택된 모집단으로부터 분산값을 산출한다(S506). 따라서 제어부(100)는 현재 설정된 윈도우 영역의 크기로, 상기 균열 신호의 진폭값들에 대한 분산값을, 상기 균열 신호의 진폭값이 감지된 시간의 순서대로 산출하여, 해당 윈도우 영역의 크기에 따른 분산값의 변화를 측정할 수 있다. The
여기서 제어부(100)는 현재 설정된 윈도우 영역의 크기에 따른 분산값의 변화가 충분히 측정되었는지를 판단할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 P파가 최초로 도달한 시점이 감지되면, 상기 분산값의 변화가 충분히 측정되었다고 판단할 수도 있다. 또는 사용자로부터 미리 설정된 시간등에 따라 상기 분산값의 변화가 충분히 측정되었다고 판단할 수도 있다. Here, the
한편, 제어부(100)는 현재 설정된 윈도우 영역의 크기를 변경할 수 있다. 제어부(100)는 현재 설정된 윈도우 영역의 크기에 따른 분산값이 설정되면, 기 설정된 횟수 이상 윈도우 영역의 크기가 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다(S508). 여기서 기 설정된 횟수라는 것은 사용자에 의해 임의로 결정될 수 있고, 또는 제어부(100)가 가장 바람직하다고 판단되는 적정 횟수를 선택하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 상기 가장 바람직하다고 판단되는 적정 횟수를, 상기 P파 신호가 최초로 도달된 시점이 감지되었는지 여부에 따라 판단할 수 있다. Meanwhile, the
상기 S508단계의 판단 결과, 기 설정된 횟수 이상 윈도우 영역의 크기가 변경되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 윈도우 영역의 크기를 변경할 수 있다(S510). 여기서 윈도우 영역의 크기가 변경되면, 대응되는 시간 영역의 크기도 변경되고, 그에 따라 해당 윈도우 영역에 포함되는 균열 신호의 진폭값들의 개수가 변경된다. 즉, 분산값을 산출하기 위한 모집단의 크기가 변경된다. 그리고 모집단의 크기가 변경되면, P파 신호의 진폭이 상기 모집단에 포함되는 경우의 분산값도 변경될 수 있다. If it is determined in step S508 that the size of the window area is not changed by a predetermined number of times, the
예를 들어. 윈도우 영역에 포함되는 상기 균열 신호의 진폭값들()은 하기 수학식 1로 표현할 수 있다.E.g. The amplitude values of the crack signal included in the window region ( ) Can be expressed by the following equation (1).
여기서, 는 윈도우 함수, 는 무빙 윈도우의 크기, N은 윈도우 데이터 개수, 는 샘플링 주기를 의미한다. here, Is a window function, Is the size of the moving window, N is the number of window data, Means a sampling period.
그런데 분산은 하기 수학식 2와 같기 때문에, However, since the dispersion is expressed by the following equation (2)
윈도우 영역에 해당되는 균열 신호로부터 분산값을 구하기 위한 분산식은 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. The dispersion equation for obtaining the variance value from the crack signal corresponding to the window region can be expressed by Equation (3).
여기서 상기 균열 신호의 진폭값들()를 분산식에 대입하여 정리하면, 하기 수학식 4와 같이 유도되어 질 수 있다. Here, the amplitude values of the crack signal ( Can be derived as shown in the following equation (4). &Quot; (4) "
또한 예를 들어 상기 도 2a에서 보이고 있는 것과 같이, 배경잡음과 P파 신호가 혼재된 균열 신호의 경우, 상기 균열 신호는 배경잡음과 P파 신호의 합으로 표현할 수 있다. 이 경우 배경 잡음을 평균이 0이고 백색잡음(white noise)로 가정한다면, 상기 배경 잡음을 상기 수학식 4에 대입하여 정리하면 하기 수학식 5와 같이 유도되어 질 수 있다. Also, for example, as shown in FIG. 2A, in the case of a crack signal in which background noise and a P-wave signal are mixed, the crack signal can be expressed by a sum of a background noise and a P-wave signal. In this case, if the background noise is 0 and the white noise is assumed, the background noise can be derived as shown in Equation (5) by substituting the background noise into the equation (4).
수학식 5에서 보이고 있는 바와 같이, 배경 잡음은 윈도우 영역의 크기인 와 관계없이 항상 일정한 값을 가짐을 확인할 수 있다. As shown in Equation (5), the background noise is the size of the window area It can be confirmed that it always has a constant value.
그러나 이에 반해, P파의 신호가 포함되는 경우에는, P파를 주파수 를 가지는 사인파(sine wave)로 가정하면 하기 수학식 6과 같이 표현할 수 있고,On the other hand, when the P wave signal is included, , It can be expressed as the following Equation (6). &Quot; (6) "
상기 수학식 6을 상기 수학식 4에 대입하여 정리하면 하기 수학식 7과 같이 유도되어 질수 있다. The above Equation (6) can be derived by substituting the Equation (4) into Equation (7).
상기 수학식 7에서 보이고 있는 바와 같이, P파는 윈도우의 크기인 T에 대한 함수이므로 윈도우의 크기에 따라 분산이 달라질 수 있다. 따라서 수학식 5와 수학식 7에서 보이고 있는 바와 같이, 배경잡음 속에 P파 신호가 존재하는 경우, 그 분산값이 달라지게 되고, 상기 분산값의 달라지는 정도는 윈도우 영역의 크기에 따라 결정될 수 있다. As shown in Equation (7), since the P wave is a function of the window size T, the dispersion can be changed according to the size of the window. Therefore, as shown in Equations (5) and (7), when a P-wave signal exists in the background noise, the variance value of the P-wave signal varies, and the degree of variation of the variance value can be determined according to the size of the window region.
따라서 제어부(100)는 상기 S508단계에서 윈도우 영역의 크기가 변경되면, 변경된 윈도우 영역을 상기 균열 신호가 감지된 시간 순서로, 시간축에 따라 이동시키는 단계(S504)와, 상기 이동된 윈도우 영역에 포함되는 균열 신호의 진폭값들로부터 분산값을 산출하는 단계(S506)를 반복 수행한다. 그리고 상기 S508단계에서 기 설정된 횟수 이상 윈도우 영역의 크기가 변경되면, 상기 서로 다른 크기의 윈도우 영역들로부터 산출된 분산값들의 변화를 측정하고, 그 측정된 변화들로부터 P파의 최초 도달 시점을 감지한다(S512). 상기 S512단계에서 제어부(100)는 상기 서로 다른 크기의 윈도우 영역들로부터 산출된 분산값들을 서로 비교하여, 산출된 분산값들이 각각 서로 달라지는 최초의 시점을 상기 P파 신호가 최초로 도달한 시점으로 감지할 수 있다. If the window size is changed in step S508, the
그리고 상기 S512 단계는, 감지된 P파의 최초 도달 시점으로부터 P파의 도달 시간을 측정하는 단계를 더 포함할 수도 있음은 물론이다. 예를 들어 제어부(100)는 상기 S512 단계에서 P파 신호의 최초 도달 시점이 감지되면, 상기 균열 신호의 감지를 시작한 시점부터 상기 P파 신호가 최초로 도달한 시점까지의 시간을 상기 P파가 감지부(110)에 도달한 시간이라고 판단할 수 있다.The step S512 may further include a step of measuring the arrival time of the P wave from the point of arrival of the detected P wave. For example, when the first arrival time of the P wave signal is detected in step S512, the
한편 제어부(100)는 상기 윈도우 영역의 크기를 설정하고, 설정된 윈도우 영역의 크기를 적어도 한번 변경하기 위해, 사용자로부터 선택된 일정 시간 또는 기 설정된 일정 시간을 기준으로 사용할 수도 있다. On the other hand, the
본 발명은 상술한 바와 같이 윈도우의 크기를 변해가면서 분산을 계산하는 것으로, 윈도우의 크기 결정이 P파의 최초 도달 시점을 감지하는데 가장 중요한 요소가 될 수 있다.As described above, the present invention calculates the variance while changing the size of the window, so that the size determination of the window can be the most important factor in detecting the arrival point of the P wave at the first time.
도 6은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 P파 도달 시간 검출 장치 및 방법에서 윈도우 영역의 크기를 설정하는 예를 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of setting the size of a window region in the P wave arrival time detecting apparatus and method according to the embodiment of the present invention.
도 6의 (a)는 상기 수학식 6에서 가정한 것처럼, P파를 사인파로 가정한 것이며, 도 6의 (b)는, 상기 도 6a에서 도시한 P파 신호로부터 본 발명의 실시 예에 따른 분산값 산출부(120)에서 산출될 수 있는 분산값들을 그래프 형태로 도시한 도면이다. FIG. 6A is a graph showing the relationship between the P-wave signal and the P-wave signal shown in FIG. 6A, assuming that the P-wave is a sinusoidal wave as assumed in Equation 6. FIG. And variance values that can be calculated by the variance value calculator 120 in graph form.
여기서 도 6의 (b)를 참조하여 살펴보면, P파 신호가 시작된 시점으로부터 b시점에 해당되는 시간 이내의 분산값의 변화량이 가장 큰 것을 알 수 있다. 그리고 상기 P파 신호가 시작된 시점으로부터 b시점에 해당되는 시간은 상기 도 6의 (a)의 P파 신호의 한 파장의 길이에 대응되는 시간(P파 신호 시작 시점으로부터 a시점에 이르는 시간) 이내임을 알 수 있다. 따라서 윈도우 영역의 크기는 상기 P파를 사인파로 가정한 신호의 한 파장의 길이에 대응되는 시간 이내의 시간으로 설정되는 경우에 그 분산값의 변화량이 가장 커질 수 있다. 그리고 이에 따라 윈도우의 크기에 따라 결정되는 분산값의 차이는 가장 커질 수 있다. Referring to FIG. 6 (b), it can be seen that the variation amount of the variance value within the time corresponding to the point b is the largest from the start of the P wave signal. The time corresponding to the time point b from the start of the P-wave signal is within a time corresponding to the length of one wavelength of the P-wave signal in FIG. 6 (a) . Therefore, when the size of the window region is set to a time within a time corresponding to the length of one wavelength of the signal assuming the P-wave to be a sinusoidal wave, the variation amount of the dispersion value can be maximized. Accordingly, the difference in the dispersion value determined according to the window size can be maximized.
따라서 상기 제어부(100)는 윈도우 영역의 크기를 설정 및, 설정된 윈도우 영역의 크기를 적어도 한번 변경하는데 있어서, 상기 P파의 한 파장의 길이에 대응되는 시간 이내의 시간으로 상기 윈도우 영역의 크기를 설정 및 변경하는 것이 가장 바람직할 수 있다. Accordingly, the
또한, 본 명세서에 개시된 일 실시 예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RaM, cd-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.Further, according to the embodiment disclosed herein, the above-described method can be implemented as a code that can be read by a processor on a medium on which the program is recorded. Examples of the medium that can be read by the processor include ROM, RaM, cd-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, etc., and may be implemented in the form of a carrier wave (e.g., transmission over the Internet) .
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (7)
기 설정된 시간 동안 감지된 상기 균열 신호의 진폭값들로부터 분산값을 산출하는 분산값 산출부; 및,
상기 기 설정된 시간의 기준 시점을 상기 감지된 균열 신호의 시간 순서에 따라 변경하고, 변경된 기준 시점들 각각으로부터 상기 기 설정된 시간 동안 감지된 진폭값들의 분산값 변화를 측정하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 기 설정된 시간을 적어도 한번 변경하며, 변경된 각 시간 별로 상기 분산값 변화들을 측정하고, 상기 변경된 각 시간 별 분산값의 변화들이 기 설정된 임계값 이상 서로 달라지는 최초 시점을 감지 및 검출된 최초 시점으로부터 P파의 도달 시간을 검출하고,
상기 기 설정된 시간은,
상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당하는 시간 이내의 시간이며,
상기 제어부는,
상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당하는 시간 이내의 시간으로 상기 기 설정된 시간을 적어도 한번 변경하는 것을 특징으로 하는 P파 도달 시간 결정 장치.
A sensing unit for sensing an amplitude of a crack signal including a background noise and a P wave signal generated by cracking of the rock mass from a rock;
A variance value calculation unit for calculating a variance value from the amplitude values of the crack signal detected during a predetermined time; And
And a controller for changing the reference time of the preset time in accordance with the time order of the sensed crack signals and measuring the variation of the variance value of the amplitude values sensed during the predetermined time from each of the changed reference times,
Wherein,
Wherein the first time point at which the variation of the variance value for each time is different from the predetermined threshold value is detected and the P The arrival time of the wave is detected,
The predetermined time may be,
A time within a time corresponding to the length of one wavelength of the P wave signal,
Wherein,
Wherein the predetermined time is changed at least once within a time corresponding to the length of one wavelength of the P wave signal.
상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당하는 시간 이내에서, 사용자의 입력에 근거하여 상기 기 설정된 시간의 크기를 변경하는 것을 특징으로 하는 P파 도달 시간 결정 장치.
The apparatus of claim 1,
And changes the size of the predetermined time based on a user's input within a time corresponding to the length of one wavelength of the P-wave signal.
상기 시간 영역에서, 서로 다른 크기의 시간 영역을 가지는 복수의 윈도우 영역들을, 상기 복수의 윈도우 영역들이 각각 가지는 시간 영역의 크기를 변경 및, 상기 시간 영역에서 감지된 균열 신호의 감지 순서에 따라 이동시키며 각 윈도우 영역에 포함되는 시간 동안의 진폭 변화값들에 대한 분산값들을 산출하는 단계;
상기 각 윈도우 영역으로부터 산출되는 분산값들이, 기 설정된 임계값 이상 서로 달라지는 상기 P파의 최초 도달 시점을 감지하는 단계; 및,
상기 감지된 P파의 도달 시간을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 P파 도달 시간 결정 방법.
Detecting a crack signal including a background noise from a rock and a P wave signal generated by a crack of the rock mass as an amplitude change with time in a time domain;
A plurality of window regions having time regions of different sizes in the time domain are changed in accordance with the order of detection of the crack signals detected in the time domain, Calculating variance values for amplitude variation values during time included in each window region;
Detecting a first arrival time of the P wave whose variance values calculated from the respective window regions differ from each other by a predetermined threshold value or more; And
And detecting the arrival time of the detected P wave.
상기 시간 영역에서 기 설정된 크기의 시간 영역을 가지는 윈도우 영역을 생성하는 단계;
상기 생성된 윈도우 영역을 상기 감지된 균열 신호의 감지 순서에 따라 상기 시간 영역에서 이동시키며, 상기 생성된 윈도우 영역에 포함되는 시간 동안의 진폭 변화값들에 대한 분산값들을 산출하는 단계;
상기 윈도우 영역이 가지는 시간 영역의 크기를 변경시키는 단계; 및,
상기 변경된 시간 영역의 크기에 따라 생성된 윈도우 영역을, 상기 감지된 균열 신호의 감지 순서에 따라 상기 시간 영역에서 이동시키며, 상기 생성된 윈도우 영역에 포함되는 시간 동안의 진폭 변화값들에 대한 분산값들을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 P파 도달 시간 결정 방법.
5. The method of claim 4, wherein the calculating the variance values comprises:
Generating a window region having a time domain of a predetermined size in the time domain;
Moving the generated window region in the time domain according to a detection order of the sensed crack signal and calculating variance values for amplitude change values during a time included in the generated window region;
Changing a size of a time domain of the window region; And
A window region generated according to the size of the changed time domain is moved in the time domain according to a detection order of the detected crack signal and a dispersion value of amplitude change values during a time included in the generated window region And calculating the P wave arrival time.
상기 시간 영역의 크기를 변경시키는 단계 및 상기 변경된 시간 영역에 대응되는 분산값들을 산출하는 단계를 적어도 한번 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 P파 도달 시간 결정 방법.
6. The method of claim 5, wherein the calculating the variance values comprises:
Further comprising repeating at least one time of changing the size of the time domain and calculating variance values corresponding to the changed time domain.
상기 시간 영역에서, 상기 P파 신호의 한 파장의 길이에 해당되는 시간 영역의 크기 이내에서, 사용자의 입력에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 P파 도달 시간 결정 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the P-wave arrival time is determined by a user's input within a size of a time domain corresponding to a length of one wavelength of the P-wave signal in the time domain.
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