KR101736133B1 - 동적 변위 계산 장치 및 동적 변위 계산 방법 - Google Patents

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Abstract

동적 변위 계산 장치는 가속도 측정기, 변위 측정기, 칼만 필터부 및 연산부를 포함한다. 가속도 측정기는 타겟 물체의 가속도 및 각도 변위를 측정한다. 변위 측정기는 타겟 물체의 동적 변위를 측정한다. 칼만 필터부는 가속도, 각도 변위 및 동적 변위에 기초하여 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위를 계산하고, 속도 및 보정 동적 변위에 기초하여 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산한다. 연산부는 보정 동적 변위 및 바이어스 값에 기초하여 최종 동적 변위를 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치는 타겟 물체의 가속도, 각도 변위 및 동적 변위에 따라 결정되는 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위에 기초하여 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산함으로써 보다 정확한 동적 변위에 해당하는 최종 동적 변위를 제공할 수 있다.

Description

동적 변위 계산 장치 및 동적 변위 계산 방법{DYNAMIC DISPLACEMENT CALCUATION DEVICE AND METHOD OF CALCULATING DYNAMIC DISPLACEMENT}
본 발명은 구조물 진단에 관한 것으로서 보다 상세하게는 동적 변위 계산 장치 및 동적 변위 계산 방법에 관한 것이다.
구조물의 안전과 관련하여 구조물을 진단하는 기술이 지속적으로 발전하고 있다. 구조물의 동적 변위를 통해서 구조물 진단이 수행될 수 있다. 구조물의 동적 변위가 기준 범위 보다 큰 경우, 구조물의 안전에 문제가 발생할 수 있다. 구조물의 동적 변위를 정확하게 계산하기 위하여 다양한 연구들이 진행되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 타겟 물체의 가속도, 각도 변위 및 동적 변위에 따라 결정되는 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위에 기초하여 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산하고, 최종 동적 변위를 제공함으써 성능을 향상시킬 수 있는 동적 변위 계산 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 타겟 물체의 가속도, 각도 변위 및 동적 변위에 따라 결정되는 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위에 기초하여 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산하고, 최종 동적 변위를 제공함으써 성능을 향상시킬 수 있는 동적 변위 계산 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치는 가속도 측정기, 변위 측정기, 칼만 필터부 및 연산부를 포함한다. 상기 가속도 측정기는 타겟 물체의 가속도 및 각도 변위를 측정한다. 상기 변위 측정기는 상기 타겟 물체의 동적 변위를 측정한다. 상기 칼만 필터부는 상기 가속도, 상기 각도 변위 및 상기 동적 변위에 기초하여 상기 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위를 계산하고, 상기 속도 및 상기 보정 동적 변위에 기초하여 상기 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산한다. 연산부는 상기 보정 동적 변위 및 상기 바이어스 값에 기초하여 최종 동적 변위를 제공한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 칼만 필터부는 제1 칼만 필터 및 제2 칼만 필터를 포함할 수 있다. 제1 칼만 필터는 상기 가속도, 상기 각도 변위 및 상기 동적 변위에 기초하여 상기 속도 및 상기 보정 동적 변위를 제공할 수 있다. 상기 제2 칼만 필터는 상기 속도 및 상기 보정 동적 변위에 기초하여 상기 바이어스 값을 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 보정 동적 변위는 상기 가속도를 이중 적분한 계산 동적 변위에 제1 가중치를 곱한 값과 상기 동적 변위에 제2 가중치를 곱한 값의 합일 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는 상기 제1 칼만 필터의 칼만 이득에 따라 결정될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 바이어스 값은 상기 속도, 상기 보정 동적 변위 및 상기 제2 칼만 필터의 칼만 이득에 기초하여 결정될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 최종 동적 변위는 상기 보정 동적 변위 및 상기 바이어스 값을 이중 적분한 값에 해당하는 변위 바이어스 값과의 차일 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 동적 변위 계산 장치는 상기 속도 및 상기 바이어스 값을 적분한 값에 해당하는 속도 바이어스 값과의 차에 해당하는 최종 속도를 더 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 동적 변위 계산 장치는 상기 가속도 및 상기 바이어스 값의 차에 해당하는 최종 가속도를 더 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 가속도는 제1 방향의 가속도인 제1 가속도, 제2 방향의 가속도인 제2 가속도 및 제3 방향의 가속도인 제3 가속도를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 가속도 측정기의 샘플링 주파수는 상기 변위 측정기의 샘플링 주파수와 상이할 수 있다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 방법은 제1 칼만 필터가 타겟 물체의 가속도, 각도 변위 및 동적 변위에 기초하여 상기 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위를 제공하는 단계, 제2 칼만 필터가 상기 속도 및 상기 보정 동적 변위에 기초하여 상기 가속도에 포함되는 바이어스 값을 제공하는 단계; 및 연산부가 상기 보정 동적 변위 및 상기 바이어스 값에 기초하여 최종 동적 변위를 제공하는 단계를 포함한다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 방법은 가속도 측정기가 타겟 물체의 가속도 및 각도 변위를 측정하는 단계, 변위 측정기가 상기 타겟 물체의 동적 변위를 측정하는 단계, 칼만 필터부가 상기 가속도, 상기 각도 변위 및 상기 동적 변위에 기초하여 상기 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위를 계산하고, 상기 속도 및 상기 보정 동적 변위에 기초하여 상기 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산하는 단계 및 연산부가 상기 보정 동적 변위 및 상기 바이어스 값에 기초하여 최종 동적 변위를 제공하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 가속도 측정기의 샘플링 주파수는 상기 변위 측정기의 샘플링 주파수보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치는 타겟 물체의 가속도, 각도 변위 및 동적 변위에 따라 결정되는 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위에 기초하여 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산함으로써 보다 정확한 동적 변위에 해당하는 최종 동적 변위를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 가속도 측정기에서 측정되는 가속도 및 각도 변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 변위 측정기에서 측정되는 동적 변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 제1 칼만 필터가 보정 동적 변위를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 제2 칼만 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 동적 변위 계산 장치가 최종 동적 변위를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1의 동적 변위 계산 장치가 최종 속도를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 1의 동적 변위 계산 장치가 최종 가속도를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 방법을 나타내는 순서도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 가속도 측정기에서 측정되는 가속도 및 각도 변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 동적 변위 계산 장치(10)는 가속도 측정기(100), 변위 측정기(200), 칼만 필터부(300) 및 연산부(400)를 포함한다. 가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 및 각도 변위(ROT)를 측정한다. 변위 측정기(200)는 타겟 물체(15)의 동적 변위(DISP)를 측정한다. 칼만 필터부(300)는 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 기초하여 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)를 계산하고, 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산한다. 연산부(400)는 보정 동적 변위(CDISP) 및 바이어스 값(BIAS)에 기초하여 최종 동적 변위(FDISP)를 제공한다.
가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간에 타겟 물체(15)의 위치는 제1 위치(P1)일 수 있다. 제1 시간 이후 제2 시간에 타겟 물체(15)의 위치는 제2 위치(P2)일 수 있다. 타겟 물체(15)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC)를 측정할 수 있다. 타겟 물체(15)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 측정기(100)에서 측정되는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC)는 제1 가속도(ACC1), 제2 가속도(ACC2) 및 제3 가속도(ACC3)를 포함할 수 있다. 제1 가속도(ACC)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 중 X축 방향 가속도일 수 있고, 제2 가속도(ACC2)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 중 Y축 방향 가속도일 수 있고, 제3 가속도(ACC3)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 중 Z축 방향 가속도일 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 가속도(ACC)는 제1 방향의 가속도인 제1 가속도(ACC), 제2 방향의 가속도인 제2 가속도(ACC2) 및 제3 방향의 가속도인 제3 가속도(ACC3)를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 변위 측정기에서 측정되는 동적 변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간에 타겟 물체(15)의 위치는 제1 위치(P1)일 수 있다. 제1 시간 이후 제2 시간에 타겟 물체(15)의 위치는 제2 위치(P2)일 수 있다. 타겟 물체(15)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT)를 측정할 수 있다. 타겟 물체(15)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 측정기(100)에서 측정되는 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT)는 제1 각도 변위(ROT1), 제2 각도 변위(ROT2) 및 제3 각도 변위(ROT3)를 포함할 수 있다. 제1 각도 변위(ROT1)는 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT) 중 제1 위치(P1)를 중심으로 XY 평면을 따라서 변동하는 각도의 변화일 수 있다. 제2 각도 변위(ROT2)는 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT) 중 제1 위치(P1)를 중심으로 YZ 평면을 따라서 변동하는 각도의 변화일 수 있다. 제3 각도 변위(ROT3)는 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT) 중 제1 위치(P1)를 중심으로 ZX 평면을 따라서 변동하는 각도의 변화일 수 있다.
도 4은 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 제1 칼만 필터가 보정 동적 변위를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 4를 참조하면, 칼만 필터부(300)는 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 기초하여 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)를 계산하고, 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산한다. 예시적인 실시예에 있어서, 칼만 필터부(300)는 제1 칼만 필터(310) 및 제2 칼만 필터(320)를 포함할 수 있다. 제1 칼만 필터(310)는 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 기초하여 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)를 제공할 수 있다. 칼만 필터부(300)에 포함되는 칼만 필터는 잡음이 섞여있는 기존의 측정값을 분석하여 일정 시간 후 위치를 예측하기 위하여 사용되는 일반적인 칼만 필터일 수 있다.
예를 들어, 제1 칼만 필터(310)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC)에 기초하여 계산 동적 변위(ODISP)를 제공할 수 있다. 계산 동적 변위(ODISP)는 제1 칼만 필터(310)를 통해 타겟 물체(15)의 가속도(ACC)를 이중 적분하여 계산될 수 있다. 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT)는 제1 칼만 필터(310)내에서 노이즈를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 가속도 측정기(100)에서 측정되는 가속도(ACC)에는 가속도 측정기(100)가 가속도(ACC)를 측정할 때마다 변하는 바이어스 값(BIAS)이 포함될 수 있다. 바이어스 값(BIAS)은 낮은 주파수의 노이즈를 포함할 수 있다. 제1 칼만 필터(310)를 통해서 가속도(ACC)를 적분하여 계산 동적 변위(ODISP)를 계산하는 동안, 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS) 또한 증폭될 수 있다. 제1 칼만 필터(310)를 통해서 가속도(ACC)를 적분하여 계산 동적 변위(ODISP)를 계산하는 동안, 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)이 증폭되는 경우, 계산 동적 변위(ODISP)는 타겟 물체(15)가 제1 시간과 제2 시간 사이에 이동한 동적 변위(DISP)를 정확하게 나타낼 수 없다.
본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치(10)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 따라 결정되는 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산함으로써 보다 정확한 동적 변위에 해당하는 최종 동적 변위(FDISP)를 제공할 수 있다.
도 5는 도 1의 동적 변위 계산 장치에 포함되는 제2 칼만 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1의 동적 변위 계산 장치가 최종 동적 변위를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5 및 6을 참조하면, 보정 동적 변위(CDISP)는 가속도(ACC)를 이중 적분한 계산 동적 변위(ODISP)에 제1 가중치(A1)를 곱한 값과 동적 변위(DISP)에 제2 가중치(A2)를 곱한 값의 합일 수 있다. 예를 들어, 보정 동적 변위(CDISP)는 계산 동적 변위(ODISP) 및 동적 변위(DISP)의 가중 평균값일 수 있다. 제1 가중치(A1)가 0.8이고, 제2 가중치(A2)가 0.2인 경우, 보정 동적 변위(CDISP)는 계산 동적 변위(ODISP)에 0.8을 곱한 값과 동적 변위(DISP)에 0.2를 곱한 값의 합일 수 있다. 제1 가중치(A1) 및 제2 가중치(A2)는 제1 칼만 필터(310)의 칼만 이득(KG1)에 따라 결정될 수 있다. 제1 칼만 필터(310)의 입력이 결정되면, 제1 칼만 필터(310)의 칼만 이득(KG1)은 제1 칼만 필터(310) 내부적으로 계산될 수 있다.
제2 칼만 필터(320)는 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 바이어스 값(BIAS)을 제공할 수 있다. 제1 칼만 필터(310)로부터 제공되는 보정 동적 변위(CDISP)에는 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)이 이중 적분된 변위 바이어스 값(PBIAS)이 포함될 수 있다. 보정 동적 변위(CDISP)로부터 변위 바이어스 값(PBIAS)을 제거하면 최종 동적 변위(FDISP)를 구할 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 바이어스 값(BIAS)은 속도(VEL), 보정 동적 변위(CDISP) 및 제2 칼만 필터(320)의 칼만 이득(KG2)에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 칼만 필터(320)의 칼만 이득(KG2)은 속도(VEL), 보정 동적 변위(CDISP) 및 제1 칼만 필터(310)의 칼만 이득(KG1)에 따라 결정될 수 있다. 제2 칼만 필터(320)의 칼만 이들이 결정되는 경우, 속도(VEL)에 곱해지는 제3 가중치 및 보정 동적 변위(CDISP)에 곱해지는 제4 가중치가 결정될 수 있다. 바이어스 값(BIAS)은 속도(VEL)*제3 가중치, 보정 동적 변위(CDISP)*제4 가중치에 기초하여 결정될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 최종 동적 변위(FDISP)는 보정 동적 변위(CDISP) 및 바이어스 값(BIAS)을 이중 적분한 값에 해당하는 변위 바이어스 값(PBIAS)과의 차일 수 있다. 예를 들어, 연산부(400)는 제1 계산기(410)를 포함할 수 있다. 제1 계산기(410)는 보정 동적 변위(CDISP) 및 변위 바이어스 값(PBIAS)을 수신할 수 있다. 보정 동적 변위(CDISP)는 제1 칼만 필터(310)로부터 제공될 수 있고, 변위 바이어스 값(PBIAS)은 바이어스 값(BIAS)을 이중 적분하여 계산될 수 있다. 제1 계산기(410)가 보정 동적 변위(CDISP) 및 변위 바이어스 값(PBIAS)을 수신하는 경우, 제1 계산기(410)는 보정 동적 변위(CDISP) 및 변위 바이어스 값(PBIAS)의 차를 최종 동적 변위(FDISP)로서 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치(10)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 따라 결정되는 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산함으로써 보다 정확한 동적 변위에 해당하는 최종 동적 변위(FDISP)를 제공할 수 있다.
도 7은 도 1의 동적 변위 계산 장치가 최종 속도를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 1 및 7을 참조하면, 동적 변위 계산 장치(10)는 가속도 측정기(100), 변위 측정기(200), 칼만 필터부(300) 및 연산부(400)를 포함한다. 가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 및 각도 변위(ROT)를 측정한다. 변위 측정기(200)는 타겟 물체(15)의 동적 변위(DISP)를 측정한다. 칼만 필터부(300)는 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 기초하여 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)를 계산하고, 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산한다. 연산부(400)는 보정 동적 변위(CDISP) 및 바이어스 값(BIAS)에 기초하여 최종 동적 변위(FDISP)를 제공한다.
예시적인 실시예에 있어서, 동적 변위 계산 장치(10)는 속도(VEL) 및 바이어스 값(BIAS)을 적분한 값에 해당하는 속도 바이어스 값(VBIAS)과의 차에 해당하는 최종 속도(FVEL)를 더 제공할 수 있다. 예를 들어, 연산부(400)는 제2 계산기(420)를 포함할 수 있다. 제2 계산기(420)는 속도(VEL) 및 속도 바이어스 값(VBIAS)을 수신할 수 있다. 속도(VEL)는 제1 칼만 필터(310)로부터 제공될 수 있다. 속도(VEL)는 가속도(ACC)를 적분하여 계산될 수 있다. 속도 바이어스 값(VBIAS)은 바이어스 값(BIAS)을 적분하여 계산될 수 있다. 제2 계산기(420)가 속도(VEL) 및 속도 바이어스 값(VBIAS)을 수신하는 경우, 제2 계산기(420)는 속도(VEL) 및 속도 바이어스 값(VBIAS)과의 차에 해당하는 최종 속도(FVEL)를 더 제공할 수 있다.
도 8은 도 1의 동적 변위 계산 장치가 최종 가속도를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 동적 변위 계산 장치(10)는 가속도(ACC) 및 바이어스 값(BIAS)의 차에 해당하는 최종 가속도(FACC)를 더 제공할 수 있다. 예를 들어, 연산부(400)는 제3 계산기(430)를 포함할 수 있다. 제3 계산기(430)는 가속도(ACC) 및 바이어스 값(BIAS)을 수신할 수 있다. 가속도(ACC)는 가속도 측정기(100)로부터 제공될 수 있고, 바이어스 값(BIAS)은 제2 칼만 필터(320)로부터 제공될 수 있다. 제3 계산기(430)가 가속도(ACC) 및 바이어스 값(BIAS)을 수신하는 경우, 제3 계산기(430)는 가속도(ACC) 및 바이어스 값(BIAS)과의 차에 해당하는 최종 가속도(FACC)를 더 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 가속도(ACC)는 제1 방향의 가속도인 제1 가속도(ACC1), 제2 방향의 가속도인 제2 가속도(ACC2) 및 제3 방향의 가속도인 제3 가속도(ACC3)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 가속도 측정기(100)의 샘플링 주파수는 변위 측정기(200)의 샘플링 주파수와 상이할 수 있다. 예를 들어, 가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 및 각도 변위(ROT)를 측정할 수 있다. 가속도 측정기(100)의 샘플링 주파수는 높기 때문에 가속도 측정기(100)에서 측정되는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC)의 정밀도는 높을 수 있다. 또한, 가속도 측정기(100)의 샘플링 주파수는 높기 때문에 가속도 측정기(100)에서 측정되는 타겟 물체(15)의 각도 변위(ROT)의 정밀도는 높을 수 있다. 반면에, 변위 측정기(200)의 샘플링 주파수는 낮기 때문에 변위 측정기(200)에서 측정되는 타겟 물체(15)의 동적 변위(DISP)의 정밀도는 낮을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치(10)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 따라 결정되는 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산함으로써 보다 정확한 동적 변위에 해당하는 최종 동적 변위(FDISP)를 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 9를 참조하면, 동적 변위 계산 장치(10)는 가속도 측정기(100), 변위 측정기(200), 칼만 필터부(300) 및 연산부(400)를 포함한다. 가속도 측정기(100)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 및 각도 변위(ROT)를 측정한다. 변위 측정기(200)는 타겟 물체(15)의 동적 변위(DISP)를 측정한다. 칼만 필터부(300)는 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 기초하여 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)를 계산하고, 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산한다. 연산부(400)는 보정 동적 변위(CDISP) 및 바이어스 값(BIAS)에 기초하여 최종 동적 변위(FDISP)를 제공한다. 동적 변위 계산 방법에서는 제1 칼만 필터(310)가 타겟 물체(15)의 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 기초하여 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)를 제공한다(S100). 제2 칼만 필터(320)가 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 제공한다(S110). 연산부(400)가 보정 동적 변위(CDISP) 및 바이어스 값(BIAS)에 기초하여 최종 동적 변위(FDISP)를 제공한다(S120).
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 동적 변위 계산 방법에서는 가속도 측정기(100)가 타겟 물체(15)의 가속도(ACC) 및 각도 변위(ROT)를 측정한다(S200). 변위 측정기(200)가 타겟 물체(15)의 동적 변위(DISP)를 측정한다(S210). 칼만 필터부(300)가 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 기초하여 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)를 계산하고, 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산한다(S220). 연산부(400)가 보정 동적 변위(CDISP) 및 바이어스 값(BIAS)에 기초하여 최종 동적 변위(FDISP)를 제공한다(S230). 가속도 측정기(100)의 샘플링 주파수는 변위 측정기(200)의 샘플링 주파수보다 클 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 방법은 타겟 물체(15)의 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적 변위(DISP)에 따라 결정되는 타겟 물체(15)의 속도(VEL) 및 보정 동적 변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산함으로써 보다 정확한 동적 변위에 해당하는 최종 동적 변위(FDISP)를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 동적 변위 계산 장치는 타겟 물체의 가속도, 각도 변위 및 동적 변위에 따라 결정되는 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위에 기초하여 보정 동적 변위에 포함되는 잔여 바이어스 값을 계산함으로써 보다 정확한 동적 변위에 해당하는 최종 동적 변위를 제공할 수 있어 다양한 구조물 진단 장치에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (13)

  1. 구조물의 동적 변위를 계산하는 동적 변위 계산 장치로서,
    타겟 물체의 가속도 및 각도 변위를 측정하는 가속도 측정기;
    상기 타겟 물체의 동적 변위를 측정하는 변위 측정기;
    상기 가속도, 상기 각도 변위 및 상기 동적 변위를 수신하고, 수신된 상기 가속도, 상기 각도 변위 및 상기 동적 변위에 기초하여 상기 타겟 물체의 속도 및 보정 동적 변위를 계산하고, 상기 속도 및 상기 보정 동적 변위에 기초하여 상기 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산하는 칼만 필터부; 및
    상기 보정 동적 변위 및 상기 바이어스 값을 수신하고, 수신된 상기 보정 동적 변위 및 상기 바이어스 값에 기초하여 최종 동적 변위를 제공하는 연산부를 포함하고,
    상기 칼만 필터부는
    상기 가속도, 상기 각도 변위 및 상기 동적 변위를 수신하고, 수신된 상기 가속도, 상기 각도 변위 및 상기 동적 변위에 기초하여 상기 속도 및 상기 보정 동적 변위를 제공하는 제1 칼만 필터; 및
    상기 속도 및 상기 보정 동적 변위 및 상기 제1 칼만 필터의 제1 칼만 이득을 수신하고, 수신된 상기 속도, 상기 보정 동적 변위 및 상기 제1 칼만 이득에 기초하여 상기 바이어스 값을 제공하는 제2 칼만 필터를 포함하는 동적 변위 계산 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 칼만 필터는,
    상기 가속도를 이중 적분한 계산 동적 변위에 제1 가중치를 곱한 값과 상기 동적 변위에 제2 가중치를 곱한 값을 합하여 상기 보정 동적 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는 상기 제1 칼만 필터의 상기 제1 칼만 이득에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 칼만 필터는,
    상기 속도, 상기 보정 동적 변위 및 상기 제2 칼만 필터의 제2 칼만 이득에 기초하여 상기 바이어스 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 바이어스 값을 이중 적분한 값에 해당하는 변위 바이어스 값에서 및 상기 보정 동적 변위를 감산하여 상기 최종 동적 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 동적 변위 계산 장치는,
    상기 바이어스 값을 적분한 값에 해당하는 속도 바이어스 값 및 상기 속도와의 차에 해당하는 최종 속도를 더 제공하는 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 동적 변위 계산 장치는,
    상기 가속도 및 상기 바이어스 값의 차에 해당하는 최종 가속도를 더 제공하는 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 가속도는,
    제1 방향의 가속도인 제1 가속도, 제2 방향의 가속도인 제2 가속도 및 제3 방향의 가속도인 제3 가속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 가속도 측정기의 샘플링 주파수는 상기 변위 측정기의 샘플링 주파수와 상이한 것을 특징으로 하는 동적 변위 계산 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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