KR101697417B1 - 일렉트릿형 진동 검출 시스템, 외부진동 정보의 생성 방법, 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 방법, 외부진동 정보의 생성 프로그램이 기록된 기록매체, 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents

Abstract

외부진동에 의해, 일렉트릿군과 전극군이 상대이동함으로써 진동발전을 행하는 진동발전 장치로부터, 소정 기간에서의 출력발전 전압의 추이 정보를 취득한다. 그리고, 그 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보를 산출하고, 또한, 그 출력 스펙트럼 정보에 대해, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의, 외부진동의 진동속도와, 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보로서, 그 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 각각에 응하여 설정된, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 포함하는 전달함수 정보를 고려하여, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 생성한다. 이에 의해, 일렉트릿을 이용하여 외부진동 정보를 용이하게 또한 정밀도 좋게 검출한다.

Description

일렉트릿형 진동 검출 시스템, 외부진동 정보의 생성 방법, 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 방법, 외부진동 정보의 생성 프로그램이 기록된 기록매체, 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 프로그램이 기록된 기록매체{ELECTRET-TYPE VIBRATION DETECTION SYSTEM, METHOD FOR GENERATING EXTERNAL VIBRATION INFORMATION, METHOD FOR GENERATING TRANSFER FUNCTION INFORMATION RELATING TO EXTERNAL VIBRATION, PROGRAM RECORDING MEDIUM RECORDED FOR GENERATING EXTERNAL VIBRATION INFORMATION, AND PROGRAM RECORDING MEDIUM RECORDED FOR GENERATING TRANSFER FUNCTION INFORMATION RELATING TO EXTERNAL VIBRATION}

본 발명은 일렉트릿을 이용하여 외부진동에 의해 발전을 행하는 진동발전 장치를 이용하여 외부진동에 관한 정보를 생성하는 기술에 관한 것이다.

근래, 교량이나 도로 등의 구조물에 생기는 외부진동을 검출하고, 당해 구조물의 메인터넌스에 이용하고자하는 요구가 크게 표면화하고 있다. 예를 들면, 구조물에 작용하는 외부진동의 진동변위는, 구조물의 강도 변화 등에 큰 영향을 주기 때문에, 그 검출 요구는 비교적 높다. 그래서, 종래로부터, 레이저 변위계나 전자 에너지를 이용한 진동변위의 검출이 행하여져 왔다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 특허 문헌 1에 나타내는 기술에서는, 코일과 인가 전원을 이용하여 외부진동에 응답하는 진동자의 응답을 제어함에 의해, 외부진동의 변위에 관한 정보가 검출된다.

한편으로, 외부진동에 의해 발전을 행할 수 있는 일렉트릿을 이용한 진동발전 장치가 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 비특허 문헌 1에 나타내는 기술에서는, 일렉트릿을 이용하여 진폭 1㎜, 주파수 10Hz의 외부진동에 의해, 6㎼의 발전을 실현하고 있는데, 이 일렉트릿을 가지며 외부진동에 의해 진동발전을 행하는 진동발전 장치를 이용하여, 그 외부진동의 속도나 변위 등에 관한 정보를 매우 적합하게 검출하는 구성은 찾을 수 없다.

특허 문헌 1 : 일본 특개2010-48751호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개평9-79900호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개평11-148815호 공보

비특허 문헌 1 : Y. Arakawa, Y. Suzuki, and N. Kasagi, "Micro Seismic Power Generator Using Electret Polymer Film", Power MEMS 2004, November, 2004, p. 187-190

종래, 구조물 등의 검사 대상물에 작용하는 외부진동에 관한 정보를 검출하려고 하는 경우에, 레이저 변위계 등의 광학 기기를 이용하려고 하면, 기기 자체가 대형이기 때문에, 그 조작성은 그다지 좋지 않고, 또한 기기의 구동에 별도 전원을 준비하여야 하여, 검사 대상물에 관한 많은 진동 정보를 계측하는 것은 곤란하였다. 한편으로, 외부진동에 의해 진동발전을 행하는 진동발전 장치를 이용하는 경우, 소자의 출력을 전원으로서 이용할 수 있지만, 종래에는, 그 진동발전 장치의 출력을 알맞게 진동 정보에 결부시키는 구성은 개시되어 있지 않다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 일렉트릿을 이용하여 외부진동 정보를 용이하게 또한 정밀도 좋게 검출하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위해, 일렉트릿을 갖는 진동발전 장치에 작용하는 외부진동의 진동속도(이하, 「외부진동속도」라고도 한다.)와, 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보에 주목하고, 본 출원인은, 진동발전 장치에 입력되는 외부진동의 주파수마다, 외부진동속도와 출력발전 전압과의 사이에는, 소정의 비례관계가 존재하는 것을 확인하였다. 그리고, 이 소정의 비례관계에 대응한 전달계수를 이용하여, 외부진동의 주파수에 응한 전달함수 정보를 준비함으로써, 외부진동에 의한 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이로부터, 그 외부진동의 속도 정보나 변위 정보를 용이하게 또한 정밀도 좋게 생성할 수가 있다.

상세하게는, 본 발명은, 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치와, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의, 외부진동의 진동속도와, 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보로서, 그 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 각각에 응하여 설정된, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 포함하는 전달함수 정보를 기억하는 전달함수 기억부와, 소정 기간에서의 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보를 산출하는 출력 스펙트럼 정보 산출부와, 상기 출력 스펙트럼 정보 산출부에 의해 산출된 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보와, 상기 전달함수 기억부에 기억된 상기 전달함수 정보에 의거하여, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 생성하는 진동속도 정보 생성부를 구비하는, 일렉트릿형 진동 검출 시스템이다.

본 발명에 관한 일렉트릿형 진동 검출 시스템에서는, 진동발전 장치가 구비되고, 당해 진동발전 장치는, 전하를 반영구적으로 유지할 수 있는 일렉트릿의 성질을 이용하여, 상대이동 가능한 전극군과 일렉트릿군과의 사이에서의 외부진동에 응한 전하 용량의 변동을, 전극대의 전극 사이에 출력발전 전압으로서 출력한다. 따라서 이 진동발전 장치는, 자기(self)에게 작용하는 외부진동에 응한 출력발전 전압을 출력하는 것으로 되는데, 여기서, 본 출원인은, 이 진동발전 장치에 작용하는 외부진동의 진동속도와, 출력발전 전압과의 사이에, 외부진동에 관한 정보를 생성하는 데에 극히 유용한 상관관계를 확인하였다.

즉, 본 출원인은, 진동발전 장치에 입력되는 외부진동의 주파수마다, 외부진동속도와 출력발전 전압과의 사이에 소정의 비례관계를 확인한 것이다. 이 소정의 비례관계에 관해서는, 진동발전 장치에 입력되는 외부진동의 주파수마다 당해 비례관계를 결정하는 비례정수에 상당하는 전달계수를 도출할 수 있고, 그 전달계수에 의거하여 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의, 외부진동의 진동속도와, 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보를 형성할 수 있다. 이와 같이 전달계수를 포함하여 형성되는 전달함수 정보는, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서, 진동발전 장치의 출력발전 전압을 외부진동의 진동속도로 변환하는 함수의 정보이면서, 전달함수 정보를 형성하는 전달계수는, 상기 소정의 비례관계에서의 비례정수이기 때문에, 그 변환은 극히 효과적이고, 그 때문에 당해 변환을 통한 외부진동의 진동속도의 산출이 용이하게, 또한 정밀도 좋게 행할 수 있다.

또한, 상기 전달함수 정보는, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의 외부진동의 진동속도와, 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 것이기 때문에, 상기 일렉트릿형 진동 검출 시스템에서는, 외부진동에 포함되는 주파수에 응하여, 용이하게 또한 정밀도 좋게 상기 변환을 실행할 수 있다. 일반적으로, 외부진동에는 다양 는 주파수 성분이 포함되어 있기 때문에, 이와 같은 전달함수 정보를 이용하는 구성은 실용적으로 유용한 것이라고 말할 수 있다. 따라서 상기 소정의 주파수는, 상정되는 외부진동에 포함되는 주파수 성분에 입각하여, 설정되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 일렉트릿형 진동 검출 시스템은, 출력 스펙트럼 정보 산출부를 구비함으로써, 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 주파수 성분에 대응한 출력 스펙트럼 정보가 산출된다. 또한, 당해 시스템은, 진동속도 정보 생성부를 구비함으로써, 산출된 출력 스펙트럼 정보에, 상기 전달함수 정보를 고려함으로써, 외부진동의 진동속도에 관한 정보가 생성된다. 또한, 출력 스펙트럼 정보 산출부에서 출력발전 전압의 추이 정보의 푸리에 변환이 행하여지고 있기 때문에, 바람직하게는, 진동속도 정보 생성부에 의해 외부진동의 진동속도 정보가 생성될 때에는, 역푸리에 변환이 시행된다.

이와 같이 본 발명에 관한 일렉트릿형 진동 검출 시스템에서는, 본 출원인이 얻은 새로운 지견인, 「진동발전 장치에 입력되는 외부진동의 주파수마다, 외부진동속도와 출력발전 전압과의 사이에 존재하는 소정의 비례관계」를 이용하여 전달함수 정보를 준비함으로써, 진동발전 장치의 출력으로부터, 용이하게 또한 정밀도 좋게 외부진동의 진동속도에 관한 정보를 생성하는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 일렉트릿형 진동 검출 시스템에서, 상기 진동속도 정보 생성부에 의해 생성된 상기 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 적분하고, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동변위 정보를 생성하는 진동변위 정보 생성부를, 또한 구비하도록 하여도 좋다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 외부진동의 진동속도 정보를 한번 적분할 뿐으로, 당해 외부진동의 변위 정보를 생성할 수 있다. 적분 회수가 많아질수록 노이즈의 영향을 받기 쉬워지기 때문에, 본 발명과 같이 적은 적분 회수로 외부진동의 변위 정보를 생성할 수 있는 것은, 실용적으로 극히 유용하다.

또한, 상술한 일렉트릿형 진동 검출 시스템에서, 상기 진동발전 장치는, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와, 상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와, 상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 갖도록 구성하여도 좋다. 그 경우, 상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되는 것이 좋다. 이와 같은 구성을 갖는 진동발전 장치를, 「비횡단형 진동발전 장치」라고 칭한다.

일반적으로, 일렉트릿을 이용한 진동발전 장치에서는, 외부진동에 의해 일렉트릿군에 포함되는 복수의 일렉트릿이, 전극군에 포함되는 전극군을 다수 가로지름으로써, 비교적 높은 출력발전 전압이 발생하게 된다. 이와 같은 구성의 진동발전 장치를, 상기 비횡단형 진동발전 장치와 비교하기 위해, 횡단형 진동발전 장치라고 칭한다. 횡단형 진동발전 장치에서는, 전극군에서 각 전극은 소정의 공극, 즉 전극측 간격으로써 이간하고 있기 때문에, 일렉트릿군이 전극군에 대해 상대이동하면, 진동발전 장치의 출력발전 전압에, 전극측 간격이 영향을 주어, 외부진동에 대응하는 발전 전압의 추이에, 전극측 간격의 영향이 미쳐진 리플 전압의 추이가 중합되어 출력발전 전압이 생성되게 된다. 그 때문에, 상기 출력 스펙트럼 정보 산출부, 진동속도 정보 생성부, 및 진동변위 정보 생성부에 의한 각 처리에, 이 리플 전압의 추이가 영향을 미칠 가능성이 있다.

한편으로, 상술한 비횡단형 진동발전 장치에서는, 일렉트릿군이 마련된 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 각 일렉트릿의 단부가 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되기 때문에, 진동발전 장치의 출력발전 전압에, 전극측 간격에 기인한 리플 전압이 중합되는 일이 없다. 그 때문에 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이는, 극히 양호하게 외부진동에 대응하고, 이와, 외부진동에 관한 정보 생성의 관점에서 불필요한 노이즈가 파고드는 요인을 가급적 배제할 수 있다.

또한 상기에서는 본 발명에 관한 일렉트릿형 진동 검출 시스템에 비횡단형 진동발전 장치를 적용하는 것의 유용성을 기술하였지만, 이것은 당해 시스템에서의 횡단형 진동발전 장치의 적용을 배제하는 것이 아니다. 당연히, 당해 시스템에서의 횡단형 진동발전 장치의 적용도 가능하다.

여기서, 본 발명을 외부진동에 관한 정보, 예를 들면, 외부진동의 진동속도나 진동변위 등 외부진동 정보를 생성하는 방법의 측면으로부터 파악하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명은, 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치로부터, 소정 기간에서의 출력발전 전압의 추이 정보를 취득하는 스탭과, 취득된 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보를 산출하는 스탭과, 산출된 상기 출력 스펙트럼 정보와, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의, 외부진동의 진동속도와, 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보로서, 그 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 각각에 응하여 설정된, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 포함하는 전달함수 정보에 의거하여, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 생성하는 스탭을 포함하는, 외부진동 정보의 생성 방법이다. 나아가서는, 당해 방법에, 상기 생성된 상기 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 적분하고, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동변위 정보를 생성하는 스탭을 포함하도록 하여도 좋다.

본 발명에 관한 외부진동 정보의 생성 방법에서도, 상기 일렉트릿형 진동 검출 시스템과 마찬가지로, 「진동발전 장치에 입력되는 외부진동의 주파수마다, 외부진동속도와 출력발전 전압과의 사이에 존재하는 소정의 비례관계」가 반영된, 「외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의, 외부진동의 진동속도와, 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보」를 이용함으로써, 진동발전 장치의 출력으로부터, 용이하게 또한 정밀도 좋게 외부진동의 진동속도에 관한 정보를 생성하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 외부진동 정보의 생성 방법에 이용되는 진동발전 장치에, 상술한 비횡단형 진동발전 장치를 적용하여도 좋다. 이에 의해, 외부진동에 관한 정보 생성의 관점에서 불필요한 노이즈가 파고드는 요인을 가급적 배제할 수 있다.

여기서, 본 발명을 상술한 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 방법의 측면으로부터 파악하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명은, 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치의, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의 출력발전 전압과, 그 소정의 주파수 범위에서의 외부진동의 진동속도와의 상관을 규정하는 전달함수 정보를 생성하는 방법이다. 상기 진동발전 장치는, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와, 상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와, 상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 가지며, 상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되어 있다. 그리고, 상기 전달함수 정보를 생성하는 방법은, 상기 진동발전 장치에 대해, 상기 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 외부진동을 가하는 스탭과, 상기 복수의 주파수의 외부진동을 가한 때의, 그 복수의 주파수의 각각에 대응하는 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이 정보에 의거하여, 그 각각의 주파수에 대응한, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 산출하는 스탭과, 상기 각각의 주파수에 대응한 상기 전달계수에 의거하여, 상기 외부진동의 진동속도와, 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보를 생성하는 스탭을 포함한다.

즉, 상기 발명은, 비횡단형 진동발전 장치를 이용하여 외부진동 정보를 생성할 때에 이용하는 전달함수 정보를 생성하기 위한 방법이다. 당해 방법에 의하면, 외부진동에 관한 정보 생성의 관점에서 불필요한 노이즈가 파고드는 요인을 가급적 배제하는 것을 가능하게 하는 전달함수 정보를 얻을 수 있게 된다.

여기서, 본 발명을, 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치에 작용하는 외부진동에 관한 정보를 컴퓨터에 생성시키는, 외부진동 정보의 생성 프로그램의 측면으로부터 파악할 수도 있다. 그 경우, 당해 프로그램은, 상기 컴퓨터에, 상기 진동발전 장치로부터, 소정 기간에서의 출력발전 전압의 추이 정보를 취득하는 스탭과, 취득된 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보를 산출하는 스탭과, 산출된 상기 출력 스펙트럼 정보와, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의, 외부진동의 진동속도와, 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보로서, 그 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 각각에 응하여 설정된, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 포함하는 전달함수 정보에 의거하여, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 생성하는 스탭을 실행시키도록 구성된다. 나아가서는, 당해 프로그램은, 상기 컴퓨터에, 상기 생성된 상기 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 적분하고, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동변위 정보를 생성하는 스탭을 실행시키도록 구성되어도 좋다.

본 발명에 관한 외부진동 정보의 생성 프로그램에서도, 당해 프로그램이 실행되면, 상기 일렉트릿형 진동 검출 시스템과 마찬가지로, 「진동발전 장치에 입력되는 외부진동의 주파수마다, 외부진동속도와 출력발전 전압과의 사이에 존재하는 소정의 비례관계」가 반영된, 「외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의, 외부진동의 진동속도와, 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보」가 이용된다. 따라서 진동발전 장치의 출력으로부터, 용이하게 또한 정밀도 좋게 외부진동의 진동속도에 관한 정보를 생성하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 외부진동 정보의 생성 프로그램의 대상이 되는 진동발전 장치에, 상술한 비횡단형 진동발전 장치를 적용하여도 좋다. 이에 의해, 당해 프로그램에서도, 외부진동에 관한 정보 생성의 관점에서 불필요한 노이즈가 파고드는 요인을 가급적 배제할 수 있다.

여기서, 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치의, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의 출력발전 전압과, 그 소정의 주파수 범위에서의 외부진동의 진동속도와의 상관을 규정하는 전달함수 정보를, 컴퓨터에 생성시키는 프로그램의 측면으로부터 파악할 수도 있다. 상기 진동발전 장치는, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와, 상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와, 상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 가지며, 상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되어 있다. 그리고, 상기 프로그램은, 상기 컴퓨터에, 상기 진동발전 장치에 대해, 상기 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 외부진동을 가하는 스탭과, 상기 복수의 주파수의 외부진동을 가한 때의, 그 복수의 주파수의 각각에 대응하는 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이 정보에 의거하여, 그 각각의 주파수에 대응한, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 산출하는 스탭과, 상기 각각의 주파수에 대응한 상기 전달계수에 의거하여, 상기 외부진동의 진동속도와, 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 전달함수 정보를 생성하는 스탭을 실행시킨다.

즉, 상기 발명은, 비횡단형 진동발전 장치를 이용하여, 외부진동 정보를 생성할 때에 이용하는 전달함수 정보를 생성하기 위한 프로그램이다. 당해 프로그램을 실행함으로써, 컴퓨터를 통하여, 외부진동에 관한 정보 생성의 관점에서 불필요한 노이즈가 파고드는 요인을 가급적 배제하는 것을 가능하게 하는 전달함수 정보를 얻을 수 있게 된다.

일렉트릿을 이용하여 외부진동 정보를 용이하게 또한 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 진동발전 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시하는 진동발전 장치를 포함하고, 외부진동에 관한 정보를 생성하는 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시하는 시스템에서 발휘되는 기능을 이미지화한 기능 블록도.
도 4는 도 2에 도시하는 시스템에 포함되는 서버가 기억하는 전달함수 정보를 생성하기 위한 처리의 플로 차트.
도 5는 도 4에 도시하는 전달함수 정보 생성 처리가 행하여진 때의, 전달함수 정보가 생성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 2에 도시하는 시스템에서 실행되는, 진동발전 장치에 작용하는 외부진동의 정보를 생성하기 위한 처리의 플로 차트.
도 7은 도 6에 도시하는 외부진동 정보 생성 처리가 행하여진 때의, 외부진동 정보가 생성되는 과정을 설명하기 위한 도면.

이하에, 도면을 참조하여 외부진동의 정보 생성에 관한 본 발명의 실시 형태에 관해 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태의 구성은 예시이고, 본 발명은 이 실시의 형태의 구성으로 한정되는 것이 아니다.

실시예 1

도 1은, 본 발명에 관한 일렉트릿형 진동 검출 시스템(이하, 단지 「진동 검출 시스템」이라고 칭한다.)(10)에서 사용되는 진동발전 장치(1)의 개략 구성, 특히 외부진동에 의해 발전을 행하는 구성을, 진동발전 장치(1)를 종단면(ZX 평면)으로 절단한 때의 단면도이다. 또한, 진동 검출 시스템(10)의 전체 구성에 관해서는, 도 2 및 도 3에 의거하여 후술한다.

진동발전 장치(1)는, 도시하지 않은 몸체의 내부에 수납된 가동부재(3) 및 고정부재(5)를 구비하고 있다. 가동부재(3)와 고정부재(5)는, 서로 대향한 상태를 유지한 채로, X방향에 따라 상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는, 고정부재(5)는 몸체에 고정되고, 한편으로, 가동부재(3)는, 그 양단이 각각 스프링(4)을 통하여 몸체에 연결되어 있다. 그 때문에, 가동부재(3) 그 자체는, 진동발전 장치(1)에 작용한 외부진동에 의해 몸체 및 고정부재(5)에 대해 이동(진동)하도록 구성되어 있다.

또한, 가동부재(3)와 고정부재(5)는, 서로 대향한 상태에서, 또한 서로 평행한 상태를 유지한 채로, 즉 대향한 면의 간격이 일정한 상태를 유지한 채로, 상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 가동부재(3)측의 일렉트릿(2)의 작용에 의해 고정부재(5)측의 한 쌍의 전극(6, 7) 사이에 발전 전압이 생성된다. 이 발전 전압의 생성 원리에 관해서는 종래 기술이기 때문에, 본 명세서에서는 그 상세한 설명은 할애한다. 또한, 가동부재(3)와 고정부재(5)와의 사이의 간격을 유지하는 구성, 즉 양자의 원활한 상대이동을 유지하기 위한 구성은, 외부진동에 의한 발전 효율을 높이기 위해 중요하지만, 본원 발명의 핵심으로부터 벗어나는 것이기 때문에, 본 명세서에서는 언급은 생략하기로 한다.

여기서, 가동부재(3)측의 구조에 관해 설명한다. 가동부재(3)에서의 고정부재(5)와의 대향면측에는, 각각 도전체상에 형성된 복수의 일렉트릿(2)이, 진동 방향(X방향)으로 등간격으로 나란히 이루어져 있다. 또한, 도 1에서는, 진동발전 장치(1)의 구조를 간략화하기 위해, 일렉트릿(2)은 하나만 기재하고 있다. 또한, 진동 방향에 따른 일렉트릿(2)의 폭은 W1이 된다. 또한, 본 실시예에서는, 일렉트릿(2)은 마이너스의 전하를 반영구적으로 유지하도록 구성되어 있다. 다음에, 고정부재(5)측의 구조에 관해 설명한다. 고정부재(5)에서의 가동부재(3)와의 대향면측에는, 전극(6, 7)을 한 쌍으로 하여, 전극(6, 7)이 진동 방향(X방향)으로 등간격으로 복수쌍 나란히 이루어져 있다. 또한, 도 1에서는, 진동발전 장치(1)의 구조를 간략화하기 위해, 한 쌍의 전극(6, 7)만을 기재하고 있다. 또한, 진동 방향에 따른 전극(6, 7)의 각각의 폭은 W2이고, 전극(6)과 전극(7)의 간격은 전부에서 같고 W3이다.

여기서, 일렉트릿(2)의 폭(W1)은 전극(6, 7)의 폭(W2)과 동등하고, 전극(6, 7) 사이의 간격(W3)은, W1, W2에 대해 충분히 작다. 또한, 진동발전 장치(1)에 외부진동이 작용하지 않는 경우, 즉 가동부재(3)가 2개의 스프링(4)으로부터 받는 탄성력이 동등하고, 고정부재(5)에 대해 정지하고 있는 상태(이하, 「정지 상태」라고 한다.)에서는, 일렉트릿(2)의 폭(W1)의 중심은, 전극(6, 7) 사이의 간격(W3)의 중심과 일치한다. 따라서 가동부재(3)가 정지 상태에 있는 경우에는, 진동 방향에서, 일렉트릿(2)은, 전극(6) 및 전극(7)에 대해 균등하게 걸쳐진 상태로 되어 있다. 그리고, 진동발전 장치(1)에 대해 상정된 최대의 외부진동이 작용한 때의, 가동부재(3)의 최대 진폭을 A0라고 하면, 일렉트릿 폭(W1)과 전극 폭(W2)은, 이하의 관계를 충족시킨다.

W1 = W2 > 2×A0

그 때문에, 가령 외부진동에 의해 가동부재(3)가 상정하는 최대 진폭(A0)으로 진동하였다고 하여도, 가동부재(2)의 진동 방향의 단부(2a)가, 그 진폭의 전 과정에 걸쳐서 전극 사이의 간격(W3)을 가로지르는 일은 없다. 즉, 가동부재(3)가 상정한 최대 진폭(A0)으로 진동한 경우라도, 일렉트릿(2)은, 전극(6)과 전극(7)의 각각에 중합하는 면적은 변동하지만, 항상 전극(6) 및 전극(7)의 양자에 대해 걸쳐진 상태가 형성된다. 따라서 도 1에 도시하는 진동발전 장치(1)는, 본 발명에 관한 비횡단형 진동발전 장치에 상당한다. 그리고, 비횡단형 진동발전 장치인 진동발전 장치(1)는, 일렉트릿(2)의 단부(2a)가 전극 사이의 간격(W3)을 가로지르지 않는 구성으로 되어 있기 때문에, 그 발전 전압에 리플 전압이 겹쳐지지 않고, 원리적으로는 외부진동의 주기에 일치한 발전 전압을 출력한다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 진동발전 장치(1)를 이용하여, 구조체에 발생하는 외부진동의 정보를 생성, 수집하는 진동 검출 시스템(10)에 관해, 도 2 및 도 3에 의거하여 설명한다. 도 2는, 진동 검출 시스템(10)의 개략 구성을 도시하는 도면이고, 도 3은, 진동 검출 시스템(10)을 구성하는 진동발전 장치(1) 및 서버(20)에서 소정의 목적을 위해 발휘되는 기능을, 기능부로서 이미지화한 기능 블록도이다.

구체적으로는, 도 2는, 본 발명에 관한 진동발전 장치(1)를 이용한, 교량(50)의 메인터넌스를 위한 진동 정보를 검출하는 시스템의 개략 구성을 도시한다. 교량(50)은 사용 연월의 경과와 함께, 강도 등의 성능이 열화되어 가기 때문에, 적시에, 교량의 성능 변화를 파악하여 둘 필요가 있다. 예를 들면, 지진이나 거듭되는 대형 차량의 통행 등에 의해 생기는 교량(50)의 열화의 진행에 응하여, 교량(50)의 진동에 관한 진동변위(진폭)나 진동속도가 변화하여 간다. 그래서, 교량(50)에 상기 진동발전 장치(1)가 복수개, 설치된다. 진동발전 장치(1)가 설치되는 장소로서는, 진동에 의해 교량(50)의 강도 열화 등이 우려되는 장소 등을 들 수 있다. 또한, 진동발전 장치(1)는, 후술하는 바와 같이 출력발전 전압의 추이 정보를, 무선으로 기지국(15)에 송신한다. 이 기지국(15)은 인터넷(16)에 접속되어 있고, 수신한 정보는, 인터넷(16)을 경유하여 서버(20)에 배달되다.

이 서버(20)는, 취득한 정보를 이용하여 교량(50)에 발생하는 외부진동에 관한 정보의 생성 및 수집에 관한 처리를 행하고, 교량(50)이 어떤 상태에 놓여져 있는지(예를 들면, 강도의 저하의 정도 등)에 관해 판단 등을 행한다. 또한, 서버(20)는, 당해 판단에 필요한 그 밖의 정보(교량(50)이 존재하고 있는 지역의 기상 데이터나 교량(50)의 교통 하중 데이터 등)를, 인터넷(16)에 접속되어 있는 데이터 서버(17, 18) 등으로부터 취득하는 것도 가능하다.

여기서, 진동 검출 시스템(10)의 중핵(中核)을 이루는 진동발전 장치(1) 및 서버(20)가 발휘하는 기능을 이미지화하여 나타낸 기능 블록을 도 3에 도시한다. 물론, 진동발전 장치(1) 및 서버(20)는, 도 3에 도시하는 기능부 이외의 기능부를 갖고 있어도 상관없다. 진동발전 장치(1) 내에는, 축전부(11), 추이 정보 기억부(12)가 형성된다. 또한, 진동발전 장치(1)는, CPU, 메모리 등을 포함하는 컴퓨터에도 상당하고, 그래서 소정의 프로그램이 실행됨으로써 이들의 기능부가 형성된다. 축전부(11)는, 외부진동에 의해 전극 사이(6, 7)에 발생한 전력을 발전 전력으로서 축전한다. 축전부(11)에 축전된 전력은, 진동발전 장치(1) 내의 다양한 신호 처리 등에 이용된다. 추이 정보 기억부(12)는, 외부진동에 의해 전극 사이(6, 7)에 발생한 출력발전 전압의 추이에 관한 정보(이하, 단지 「추이 정보」라고 칭한다.)를, 진동발전 장치(1) 내의 메모리에 기억하는 기능부이고, 당해 기억에 필요로 한 전력은, 축전부(11)로부터 공급된다. 또한, 추이 정보 기억부(12)에 의한 추이 정보의 기억은 항상 행하여도 좋지만, 기억에 필요로 한 전력소비의 억제나 메모리의 기억 용량을 고려하여, 소정 기간마다 단속적으로 행하도록 하여도 좋다.

또한, 진동발전 장치(1) 내에는, 송신부(13)가 형성되고, 송신용 전지(14)가 마련되어 있다. 송신부(13)는, 추이 정보 기억부(12)가 기억하고 있는 추이 정보를, 기지국(15)에 송신하는 기능부이다. 또한, 데이터를 무선으로 기지국(15)에 송신하는데는, 상응하는 전력이 필요해지기 때문에, 송신 전력에 관해서는, 축전부(11)의 축전 전력이 아니라, 송신용 전지(14)로부터 공급을 받는다. 그러나, 축전부(11)의 축전 전력에 여유가 있는 경우에는, 송신용 전지(14)에 대신하여 축전부(11)로부터 정보 송신을 위한 전력 공급을 행하여도 좋다.

다음에, 서버(20) 내에는, 추이 정보 취득부(21), 출력 스펙트럼 정보 산출부(22), 진동속도 정보 생성부(23), 진동변위 정보 생성부(24), 전달함수 정보 기억부(25)가 형성된다. 또한, 서버(20)는, CPU, 메모리 등을 포함하는 컴퓨터에 상당하고, 그래서 소정의 프로그램이 실행됨으로써 이들의 기능부가 형성된다. 우선, 추이 정보 취득부(21)는, 진동발전 장치(1)로부터 기지국(15)을 통하여 송신되어 온, 진동발전 장치(1)의 출력발전 전압의 추이 정보를 취득한다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 진동 검출 시스템(10)에는 복수의 진동발전 장치(1)가 포함되는 경우에는, 추이 정보 취득부(21)는, 취득한 추이 정보가 어느 진동 검출 장치(1)로부터의 것인지 판별 가능한 상태에서 관리하는 것이 바람직하다. 다음에, 출력 스펙트럼 정보 산출부(22)는, 추이 정보 취득부(21)가 취득한 추이 정보에 대해 푸리에 변환을 행함으로써, 당해 추이 정보의 출력 스펙트럼 정보를 산출한다. 당해 출력 스펙트럼 정보의 산출에 관해서는, 후술한다.

다음에, 진동속도 정보 생성부(23)는, 출력 스펙트럼 정보 산출부(22)에 의해 산출된 출력 스펙트럼 정보와, 후술하는 전달함수 정보에 의거하여, 상기 추이 정보의 기원(基源)이 된 진동발전 장치(1)에 작용한 외부진동에 관한 정보 중, 진동속도에 관한 정보를 생성하는 기능부이다. 또한, 진동변위 정보 생성부(24)는, 당해 외부진동에 관한 정보 중, 진동변위에 관한 정보를 생성하는 기능부이다. 이들의 외부진동에 관한 정보 생성에 관해서는, 후술한다.

다음에, 전달함수 정보 기억부(25)는, 진동속도 정보 생성부(23), 진동변위 정보 생성부(24)가, 각각에 대응하는 외부진동 정보를 생성하기 위해 이용하는 전달함수 정보를 기억하는 기능부이다. 당해 전달함수 정보란, 진동발전 장치(1)에 입력되는 외부진동의 주파수에 응하여 출현하는, 외부진동속도(m/s)와 진동발전 장치(1)의 출력발전 전압(V)과의 사이의 소정의 비례관계에 의거하여 형성되는 것이다. 이 소정의 비례관계에서는, 외부진동의 주파수마다, 외부진동속도와 출력발전 전압과의 사이의 비례관계를 결정하는 비례정수인 전달계수를 도출할 수 있고, 그리고, 당해 전달계수와 외부진동의 주파수를 상관시킴으로써, 상기 전달함수 정보가 형성된다.

여기서, 도 4 및 도 5에 의거하여, 상기 전달함수 정보의 생성 플로에 관해 설명한다. 도 4는, 전달함수 정보를 생성하기 위한 전달함수 정보 생성 처리의 플로 차트를 도시한다. 당해 전달함수 정보 생성 처리는, 서버(20) 또는 그 이외의 컴퓨터(진동 검출 시스템(10)에 포함된지의 여부에 관계없이, 임의의 컴퓨터)에서 소정의 프로그램이 실행됨으로써 행하여지는 처리이고, 그에 의해 생성된 전달함수 정보가, 전달함수 정보 기억부(25)에 기억되게 된다. 그리고, 당해 전달함수 정보 생성 처리는, 진동 검출 시스템(10)에서의 외부진동 정보의 생성 처리(후술하는 도 6에 도시하는 처리)와는 독립적으로 행하여지는 처리이지만, 외부진동 정보의 생성 처리에 대해 사전에 행하여지는지, 동시 병행하여 행하여지든지는 묻지 않는다. 후자의 경우에는, 전달함수 정보 기억부(25)에 기억된 전달함수 정보는, 순서대로 갱신되는 형태가 포함된다.

이하에 도 4에 도시하는 전달함수 정보 생성 처리의 상세에 관해 설명하는데, 이하의 설명에서는, 당해 처리는, 진동 검출 시스템(10)에서의 외부진동 정보의 생성 처리(후술하는 도 6에 도시하는 처리)에 대해 사전에 행하여지는 것으로 한다. 우선, S101에서는, 진동발전 장치(1)에 대해 특정한 단일 주파수의 외부진동이 진동발전 장치(1)에 입력되고, S102에서, 그 때의 진동발전 장치(1)의 출력발전 전압과, 입력된 외부진동의 진동속도와의 상관이 계측된다. 또한, 입력되는 외부진동의 주파수는, 진동 검출 시스템(10)에서 진동발전 장치(1)에 의해 검출을 상정하는 외부진동의 소정의 주파수 범위에 속하는 주파수이다. 본 실시예에서는, 당해 소정의 주파수를 0 내지 20Hz로 정하고, S101에서는 0.5Hz마다 외부진동의 주파수를 변화시켜 가고, 그 때의 외부진동속도와 출력발전 전압과의 상관이 S102에서 계측되어 간다.

다음에, S103에서는, S102에서 계측된 결과에 의거하여 전달계수의 산출이 행하여진다. 여기서, 도 5의 (a), (b)도에 의거하여 전달계수의 산출에 관해 설명한다. 도 5의 (a)는, 진동발전 장치(1)에 대해 11Hz의 외부진동이 입력된 때의 출력발전 전압의 추이를 나타내고, 도 5의 (b)는, 복수의 계측점(본 실시예에서는 5점)에서의, 입력된 외부진동의 진동속도와, 계측된 출력발전 전압의 관계로부터, 양자의 비례관계를 규정하는 직선(L1)을 나타낸다. 또한, 직선(L1)은, 복수의 계측점에 의거하여, 최소제곱법 등의 기지의 수법에 의해 도출되고, 본 실시예에서는, 직선(L1)은 이하의 식 1로 정의된다.

y=3.4433x-0.0011 … (식 1)

(x : 외부진동속도, y : 출력발전 전압)

이 때, 식 1에서의 비례정수 3.4433이, 외부진동속도와 출력발전 전압 사이의 비례관계를 결정하는 전달계수가 된다. 또한, 식 1에서는 절편으로서 -0.0011이 존재하지만, 이론적으로는 외부진동속도가 제로인 때에는 출력발전 전압은 제로가 되는 것이고, 또한 당해 절편의 값도 극히 미소하기 때문에, 상기 식 1은, 외부진동속도와 출력발전 전압과의 사이에 존재하는 소정의 비례관계(전달계수 3.4433로 규정되는 비례관계)를 나타내는 것으로서 취급할 수 있다. 또한, 도 5의 (a), (b)에 도시하는 것은 입력된 외부진동의 주파수가 11Hz일 때의 것이고, 상기한 바와 같이, 소정의 주파수 범위(0 내지 20Hz)의 범위에서의 0.5Hz씩의 외부진동의 각각의 입력에 대해, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이 외부진동속도와 출력발전 전압의 사이의 비례관계에서의 전달계수가 산출된다.

그리고, S104에서 소정의 주파수 범위(0 내지 20Hz)에서의 상기 계측이 완료되었는지의 여부가 판정된다. S104에서 긍정 판정되다면 S105로 진행하고, 부정 판정되다면 계측이 행하여지지 않은 주파수에 관해, S101 내지 S103의 처리가 행하여진다.

S105에서는, S104에서 산출된 전달계수를, 도 5의 (c)의 상단에 도시하는 바와 같이, 각각의 전달계수에 대응하는 외부진동의 주파수와 관련시켜서 플롯함으로써, 소정의 주파수 범위에서의 외부진동의 주파수와, 전달계수와의 상관으로 이루어지는 전달함수 정보가 생성된다. 본 실시예의 전달함수 정보에서는, 입력된 외부진동의 주파수가 9Hz부근일 때에, 전달계수가 피크값을 맞이하는 특성이 확인된다. 또한, 도 5의 (c)의 하단에는, 입력된 외부진동의 주파수와, 출력발전 전압에 나타나는 위상 지연이 도시되어 있고, 외부진동의 주파수가 약 9Hz를 초과하면 큰 위상 지연이 발생하는 특성이 확인된다.

이와 같이 전달함수 정보 생성 처리에서 생성되는 전달함수 정보는, 진동발전 장치(1)에 입력되는 외부진동의 주파수에 대응한, 진동발전 장치의 출력발전 전압을 외부진동의 진동속도로 변환하는 함수의 정보이다. 그래서, 이 전달함수 정보를 이용하여, 진동 검출 시스템(10)에 포함되는 진동발전 장치(1)의 출력발전 전압으로부터, 당해 진동발전 장치(1)에 작용한 외부진동에 관한 정보, 즉 외부진동속도 정보 및 외부진동변위 정보를 생성하는 처리에 관해, 도 6 및 도 7에 의거하여 설명한다. 또한, 이들의 처리가, 도 3에 도시하는 진동속도 정보 생성부(23) 및 진동변위 정보 생성부(24)에 의해 실행되게 된다.

여기서, 도 6은, 상기한 바와 같이, 진동 검출 시스템(10)에 포함되는 진동발전 장치(1)에 작용한 외부진동의 속도 정보 및 변위 정보를 생성하는 외부진동 정보 생성 처리의 플로 차트이다. S201에서는, 추이 정보 취득부(21)가 취득한 진동발전 장치(1)로부터의 추이 정보 중, 소정 기간의 추이 정보가 추출된다. 예를 들면, 도 7의 (a)에 도시되는 추이 정보 중, 점선으로 둘러싸여진 기간에서의 추이 정보가 추출된다. 이 소정 기간의 설정에 관해서는, 외부진동 정보 생성 처리에 필요로 하는 서버(20)의 부하나, 출력 스펙트럼 정보의 산출 정밀도 등을 고려하여 적절히 설정된다. S201의 처리가 종료되면, S202로 진행한다.

S202에서는, S201에서 추출된 전압 추이 정보에 대해 푸리에 변환을 행하여, 주파수 성분에 대한 출력 스펙트럼 정보가 산출된다(도 7의(b) 참조). 이 출력 스펙트럼 정보의 산출은, 상술한 소정의 주파수 범위에 대응하는 범위에서 행하면 좋지만, 도 7의 (b)에서는, 소정의 주파수 범위보다 넓은 0 내지 30Hz까지의 범위에서의 출력 스펙트럼 정보가 도시되어 있다. 도 7의 (b)에 도시하는 결과에서는, 소정의 주파수 범위 내에 대부분의 출력 스펙트럼 정보가 출현하고 있다. S202의 처리가 종료되면, S203로 진행한다.

S203에서는, 전달함수 기억부(25)에 기억되어 있는 전달함수 정보의 판독이 행하여지고, S204로 진행한다. S204에서는, S202에서 산출된 출력 스펙트럼 정보, 즉 도 7의 (b)에 도시하는 출력 스펙트럼 정보 중 소정의 주파수 범위(0 내지 20Hz)에 대응하는 출력 스펙트럼 정보와, S203에서 판독된 전달함수 정보에 의거하여, 외부진동의 속도 정보의 생성이 행하여진다. 구체적으로는, 주파수마다의 출력 스펙트럼 정보치에 당해 주파수에 대응하는 전달계수의 역수를 곱함과 함께, 당해 주파수에 대응하는 위상 지연을 고려하여, 다시 역푸리에 변환을 시행함으로써, 소정 기간에서의 외부진동속도 정보가 생성된다.

또한, S205에서, S204에서 생성된 외부진동속도 정보를 시간 적분함으로써, 외부진동변위 정보가 생성된다. 그 생성된 외부진동변위 정보를, 도 7의 (c)에 도시한다. 이와 같이, 진동 검출 시스템(10)에서는, 외부진동변위 정보는 한번의 시간 적분에 의해 산출되게 된다.

상기한 외부진동 정보 생성 처리에서 사용되는 전달함수 정보는, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서, 진동발전 장치(1)의 출력발전 전압을 외부진동의 진동속도로 변환하는 함수의 정보이면서, 전달함수 정보에 포함되는 전달계수는, 출력발전 전압과 외부진동속도 사이의 비례관계에서의 비례정수이기 때문에, 전달함수 정보를 이용한 외부진동속도로의 변환은 극히 효과적이고, 그 때문에 당해 변환을 통한 외부진동속도의 산출을 용이하게, 또한 정밀도 좋게 실현할 수 있다. 특히, 진동발전 장치(1)가 도 1에 도시하는 바와 같이 비횡단형 진동발전 장치이기 때문에, 전달함수 정보에 리플 전압에 의한 노이즈가 포함되어 있지 않아, 고정밀도의 외부진동속도의 생성이 기대된다.

또한, 일반적으로 교량(50)에 생기는 진동(진동발전 장치(1)에 작용하는 진동)에는 다양한 주파수 성분이 포함되어 있지만, 상기한 바와 같이, 전달함수 정보 기억부(25)가 기억하는 전달함수 정보는, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에서의 외부진동의 진동속도와, 진동발전 장치의 출력발전 전압과의 상관을 규정하는 것이기 때문에, 실제로 진동발전 장치(1)에 작용하는 외부진동 정보를, 진동발전 장치(1)의 출력발전 전압에 의거하여 적절하게 산출할 수 있다.

<변형예 1>

도 2에 도시하는 진동 검출 시스템(10)은, 교량(50)에 설치된 진동발전 장치(1)와 그로부터 떨어져서 설치된 서버(20)에 의해 구성되고, 양자의 사이는 무선 통신 및 인터넷 통신을 통하여 정보의 송수신이 가능해지도록 전기적으로 접속되어 있다. 그래서, 도 2에 도시하는 진동 검출 시스템(10)의 구성에 대신하여, 진동발전 장치(1)에, 서버(20)측의 출력 스펙트럼 정보 산출부(22), 진동속도 정보 생성부(23), 진동변위 정보 생성부(24), 전달함수 정보 기억부(25)의 기능을 갖게 하고, 그곳에 진동 검출 시스템을 형성하는 구성을 채용할 수도 있다. 즉, 교량(50)측에 설치된 진동발전 장치(1) 내에서 상기 외부진동 정보 생성 처리를 행하는 것이다. 이와 같은 경우도, 정보수집의 관점에서, 진동발전 장치(1) 내에서 생성된 외부진동속도 정보 등을, 무선 통신 등을 통하여 서버(20)에서 집약하는 것이 바람직하다.

<변형예 2>

도 6에 도시하는 외부진동 정보 생성 처리에서는, 추이 정보 취득부(21)가 취득한 추이 정보 중 S201에서 추출된 부분적인 추이 정보로부터, 외부진동속도 정보, 외부진동변위 정보의 생성이 행하여지지만, 그에 대신하여, 추이 정보 취득부(21)가 취득한 추이 정보의 전부에 의거하여 외부진동속도 정보, 외부진동변위 정보를 생성하도록 하여도 좋다. 이 경우, S202에서 푸리에 변환을 행하기 때문에, 처리의 대상이 되는 추이 정보의 시간 범위가 비교적 긴 경우에는, 푸리에 변환의 조건에 따라서는, 출력 스펙트럼 정보의 산출 오차가 커질 수 있다.

그래서, 추이 정보 취득부(21)가 취득한 추이 정보로부터, 복수의 부분적인 추이 정보로서 그 부분적인 추이 정보끼리에는 중복한 부분이 존재하도록 당해 복수의 부분적인 추이 정보를 창함수(window function)를 이용하여 추출한다. 그리고, 추출된 부분적인 추이 정보의 각각에 대해, S202 내지 S205가 처리를 시행하고, 부분적인 추이 정보에 대응한 부분적인 외부진동속도 정보, 및 부분적인 외부진동변위 정보를 생성한다. 그리고, 부분적인 추이 정보에서의 상기 중복 부분에 대응하는, 부분적인 외부진동속도 정보 및 부분적인 외부진동변위 정보에서의 부분을, 각 부분적인 정보마다 중합시킴으로써, 전부의 추이 정보에 대응한, 전부의 외부진동속도 정보 및 전부의 외부진동변위 정보를 생성하도록 하여도 좋다. 이와 같이 각 정보를 생성함으로써, 상술한 푸리에 변환시의 산출 오차의 영향을 경감시킬 수 있다.

또한, 부분적인 외부진동속도 정보끼리의 중합, 및 부분적인 외부진동변위 정보의 중합에 관한 처리는, 정보끼리의 평균화, 소정의 중합용의 함수의 이용 등, 다양한 수법을 이용할 수 있다.

1 : 진동발전 장치 2 : 일렉트릿
3 : 가동부재 4 : 스프링
5 : 고정부재 6, 7 : 전극
10 : 진동 검출 시스템 20 : 서버

Claims (11)

1. 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치와,
   외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 각각에 대해, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 대응시키는 전달함수 정보를 기억하는 전달함수 기억부와,
   소정 기간에서의 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보를 산출하는 출력 스펙트럼 정보 산출부와,
   상기 출력 스펙트럼 정보 산출부에 의해 산출된 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보와, 상기 전달함수 기억부에 기억된 상기 전달함수 정보에 의거하여, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 생성하는 진동속도 정보 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 일렉트릿형 진동 검출 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 진동속도 정보 생성부에 의해 생성된 상기 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 적분하고, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동변위 정보를 생성하는 진동변위 정보 생성부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 일렉트릿형 진동 검출 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 진동발전 장치는,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와,
   상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와,
   상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 가지며,
   상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트릿형 진동 검출 시스템.
4. 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치로부터, 소정 기간에서의 출력발전 전압의 추이 정보를 취득하는 스탭과,
   취득된 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보를 산출하는 스탭과,
   산출된 상기 출력 스펙트럼 정보와, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 각각에 대해, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 대응시키는 전달함수 정보에 의거하여, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 생성하는 스탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부진동 정보의 생성 방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 생성된 상기 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 적분하고, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동변위 정보를 생성하는 스탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부진동 정보의 생성 방법.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
   상기 진동발전 장치는,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와,
   상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와,
   상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 가지며,
   상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 외부진동 정보의 생성 방법.
7. 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치의 전달함수 정보를 생성하는 방법으로서,
   상기 진동발전 장치는,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와,
   상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와,
   상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 가지며,
   상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되고,
   상기 전달함수 정보를 생성하는 방법은,
   상기 진동발전 장치에 대해, 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 외부진동을 가하는 스탭과,
   상기 복수의 주파수의 외부진동을 가한 때의, 그 복수의 주파수의 각각에 대응하는 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이 정보에 의거하여, 그 각각의 주파수에 대응한, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 산출하는 스탭과,
   상기 복수의 주파수의 각각에 대해 상기 전달계수를 대응시키는 전달함수 정보를 생성하는 스탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 방법.
8. 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치에 작용하는 외부진동에 관한 정보를 컴퓨터에 생성시키는 프로그램이 기록된 기록매체로서,
   상기 컴퓨터에,
   상기 진동발전 장치로부터, 소정 기간에서의 출력발전 전압의 추이 정보를 취득하는 스탭과,
   취득된 출력발전 전압의 추이 정보를 푸리에 변환하고, 그 출력발전 전압의 출력 스펙트럼 정보를 산출하는 스탭과,
   산출된 상기 출력 스펙트럼 정보와, 외부진동에 포함되는 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 각각에 대해, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 대응시키는 전달함수 정보에 의거하여, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 생성하는 스탭을 실행하게 하는 것을 특징으로 하는 외부진동 정보의 생성 프로그램이 기록된 기록매체.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 컴퓨터에,
   상기 생성된 상기 소정 기간에서의 외부진동의 진동속도 정보를 적분하고, 그 소정 기간에서의 외부진동의 진동변위 정보를 생성하는 스탭을, 또한 실행시키기는 것을 특징으로 하는 외부진동 정보의 생성 프로그램이 기록된 기록매체.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 진동발전 장치는,
    상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와,
    상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와,
    상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 가지며,
    상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 외부진동 정보의 생성 프로그램이 기록된 기록매체.
11. 외부진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극대를 갖는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 진동발전을 행하고, 전극대의 전극 사이에 발전 전압을 출력하는 진동발전 장치의 전달함수 정보를, 컴퓨터에 생성시키는 프로그램이 기록된 기록매체로서,
    상기 진동발전 장치는,
    상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와,
    상기 전극군이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와,
    상기 일렉트릿군이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부진동에 의해 상대이동이 가능하게 되는 가동부재를 가지며,
    상기 가동부재가 외부진동에 의해 진동한 경우에 상정되는 상정 최대 진폭에서, 상대이동 방향에 따른 상기 일렉트릿군에 포함되는 각 일렉트릿의 단부가, 상기 전극군에 형성되는 하나의 전극과 그것에 인접하는 전극과의 사이의 전극측 간격을 가로지르지 않도록 구성되고,
    상기 프로그램은,
    상기 컴퓨터에,
    상기 진동발전 장치에 대해, 소정의 주파수 범위에 속하는 복수의 주파수의 외부진동을 가하는 스탭과,
    상기 복수의 주파수의 외부진동을 가한 때의, 그 복수의 주파수의 각각에 대응하는 상기 진동발전 장치의 출력발전 전압의 추이 정보에 의거하여, 그 각각의 주파수에 대응한, 그 외부진동의 진동속도와 그 진동발전 장치의 출력발전 전압을 소정의 비례관계로 위치시키기 위한 전달계수를 산출하는 스탭과,
    상기 복수의 주파수의 각각에 대해 상기 전달계수를 대응시키는 전달함수 정보를 생성하는 스탭을 실행시키는 외부진동에 관한 전달함수 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 프로그램이 기록된 기록매체.

Images