KR101925520B1 - 해양구조물 손상 탐색 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양구조물에 설치하여 구조물의 손상 여부를 실시간 모니터링하기 위한 해양구조물 손상 탐색 시스템에 관한 것으로서, 해양구조물을 매질로 하여 전파되게 하는 초음파를 검출할 시에 전파 경로 상의 손상 여부에 따라 변동하는 초음파에 근거하여 손상 여부를 판정하며, 웨이블릿 변환으로 나타나는 유효 신호를 활용하여 명확한 판정결과를 얻고, 정확한 판정 결과를 얻기 위한 설정 과정을 수행하게 되어 있다.

Description

해양구조물 손상 탐색 시스템{MARINE STRUCTURE DAMAGE DETECTION SYSTEM}

본 발명은 해양구조물에 설치하여 구조물의 손상 여부를 실시간 모니터링하기 위한 해양구조물 손상 탐색 시스템에 관한 것이다.

해양구조물은 해양 환경에 건설 사용하는 구조물로서, 해양과학기지를 비롯하여 연안에 설치하는 구조물 등의 다양한 용도 및 형태로 건설되고 있다.

이러한 해양구조물은 풍랑, 태풍, 지진, 강풍 및 폭우에 의한 충격을 받거나 또는 해수의 염분에 노출되는 등의 해양 환경 요인에 따른 악영향을 받게 되므로, 육상 구조물에 비해 손상되기 쉽다. 이때의 손상은 균열, 피로, 부식 등의 다양한 형태로 발생할 수 있다.

이에 따라, 해양구조물에 발생하는 손상을 신속하게 파악하여 구조물에 적절한 조치를 취하는 것이 구조물의 안전을 위해 필수적이다.

그렇지만, 그동안은 정기적 또는 비정기적으로 시행하는 안전검사에 의존하고 있어서, 언제 발생할지를 알 수 없는 손상에 대해 신속 대처할 수 없었다.

또한, 미소한 손상이 발생하는 즉시 이를 발견하고 신속 대처해야 하지만, 간헐적으로 시행하는 안전검사로는 발견하기도 어렵고 신속 대처하기도 어렵다.

KR 10-1434605 B1 2014.08.20.

따라서, 본 발명은 해양구조물에 설치되어 손상의 발생 여부를 신속하고 정확하게 판정할 수 있는 해양구조물 손상 탐색 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 해양구조물에 설치 운용되어 실시간 손상 여부를 판정하는 해양구조물 손상 탐색 시스템에 있어서, 해양구조물(1)에 고정 설치되며, 초음파를 해양구조물(1)에 입사시켜 해양구조물(1)을 매질로 하여 전파되게 하는 초음파 발신 소자(10); 해양구조물(1)에 고정 설치되며, 해양구조물(1) 중에 상기 발신 소자(10)와 이격된 위치에서 초음파를 수신하는 초음파 수신 소자(20, 21, 22); 동일 파형의 초음파를 시간 간격을 두고 발생시켜 상기 초음파 발신 소자(10)를 통해 발신되게 하고, 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 초음파를 검출하며, 손상 이전에 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 검출되는 초음파를 기준 신호로 하여, 검출한 초음파와 기준 신호 사이의 차이를 나타내는 차 신호를 생성하는 계측장치(30); 차 신호에 따라 해양구조물(1)의 손상 여부를 판정하는 분석장치(40);를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 계측장치(30)는 상기 분석장치(40)의 지령을 받은 이후 최초로 검출한 초음파로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 계측장치(30)는 차 신호를 웨이블릿 변환(wavelet transform)하고, 상기 분석장치(40)는 차 신호의 웨이블릿 변환 신호에서 얻는 주파수 대역별 파워 변동량에 근거하여 손상 여부를 판정한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 계측장치(30)는 차 신호를 웨이블릿 변환(wavelet transform)하고, 상기 분석장치(40)는 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호와 상기 차 신호의 웨이블릿 변환 신호 사이에 나타나는 주파수 대역별 파워의 패턴 차이에 근거하여 손상 여부를 판정한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 계측장치(30)는 차 신호를 웨이블릿 변환(wavelet transform)하고, 상기 분석장치(40)는 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호에서 가장 낮은 주파수 대역의 파워가 미리 정한 오차 범위 내의 크기로 미리 정한 임계 쉬프트량 이상으로 쉬프트되어 상기 차 신호의 웨이블린 변환 신호에 나타날 시에 손상된 것으로 판정한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 분석장치(40)는 계측장치(30)의 기준 신호를 새로 설정할 수 있게 하되, 과거 기준 신호를 저장하여 두고, 검출한 초음파에 대해 과거 기준 신호 별로 차 신호를 얻어 모니터링한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)는 서로 다른 위치에 설치한 복수 개로 구성되어, 상기 초음파 발신 소자(10)로부터의 초음파 전파 경로를 다르게 하고, 상기 계측장치(30)는 각 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 검출하고 개별적으로 차 신호를 생성하며, 상기 분석장치(40)는 개별적으로 손상 여부를 판정하여서, 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 형성된 각각의 초음파 전파 경로 상의 손상 여부를 판단하게 된다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 분석장치(40)는 상기 계측장치(30)에서 발생시킬 초음파의 주파수 성분 또는 세기를 조절할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 시간 간격을 두고 반복되는 동일 파형의 초음파를 해양구조물(1)을 따라 전파시켜 수신하고, 수신 신호의 변동량에 따라 손상 여부를 판정하므로, 손상에 의한 구조물의 기하학적 변동에 민감하게 반응하여 나타나는 초음파의 변동으로부터 정확한 판정 결과를 얻을 수 있고, 초음파의 발신 및 수신을 위한 소자를 구조물에 고정 설치하여 실시간 운용함으로써, 손상이 발생하는 즉시 신속하게 탐색할 수 있다.

또한, 본 발명은 손상 전후 수신 신호의 차 신호를 웨이블릿 변환하여 얻은 신호에 대해 주파수 대역별 파워의 변동 또는 패턴 쉬프트에 근거하여, 손상 여부를 정확하게 판정한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 손상 탐색 시스템을 실제 해양구조물에 설치한 상태의 개략적 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 손상 탐색 시스템의 블록 구성도.
도 3은 분석장치(40)에 의한 설정 및 파형 모니터링 화면을 예시한 도면.
도 4는 분석장치(40)에 의한 분석 결과 모니터링 화면을 예시한 도면.

본 발명에 따른 해양구조물 손상 탐색 시스템은 풍랑, 태풍, 지진, 강풍, 포구 등에 의한 충격을 받거나 또는 해수의 염분에 노출되어 균열, 크랙, 피로, 부식 등의 손상을 받을 수 있는 해양구조물에 대해서 손상 여부를 실시간 감시하기 위한 것으로서, 해양구조물을 매질로 하여 초음파를 전파되게 한 후 검출함으로써 전파 경로 상의 손상 여부에 따라 검출되는 초음파의 파형 변화에 근거하여 손상 여부 또는 손상 부위(또는 위치)를 실시간 판정한다.

실시 예에 따르면, 손상 여부를 정확하게 판정하기 위해서, 검출한 초음파 신호를 웨이블릿 변환(wavelet transform)한 후, 웨이블릿 변환 신호 중에서 손상 여부를 반영하는 의미 있는 부분만 선별하여 손상 여부를 판정한다.

또한, 실시 예에 따르면, 해양구조물의 재질 및 기하학적 구조(예를 들어 형상 또는 두께)에 따라 초음파의 전파 특성이 다르게 나타나는 점을 고려하여, 손상 여부 및 손상 위치를 정확하게 판정하기 위한 주파수(또는 파장) 및 세기의 초음파를 해양구조물을 통해 전파되도록 초음파의 주파수 및 세기를 조절할 수 있게 한다.

또한, 실시 예에 따르면, 해양구조물이 손상된 것으로 판단되지는 않더라도 시간 경과에 따라 초음파의 전파 특성이 변경될 수 있음을 고려하여, 손상 여부의 판정 기준이 되는 기준 신호를 시간 경과에 따라 재설정할 수 있게 하되, 이전 선정한 기준 신호에 근거한 분석 결과도 함께 활용함으로써, 손상 여부를 정확하게 판정하기 위한 다각적 모니터링 자료를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 손상 탐색 시스템을 실제 해양구조물에 설치하여 사용 중인 상황에 대해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해양구조물 손상 탐색 시스템은 해양구조물(1)에 상호 이격되게 고정 설치한 초음파 발신 소자(10)와 초음파 수신 소자(20, 21, 22), 초음파 발신 소자(10)를 통해 초음파를 발신하면서 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 초음파를 검출하는 계측장치(30), 및 계측장치(30)의 동작 방식을 설정하고, 계측장치(30)에서 검출한 초음파에 근거하여 해양구조물(1)의 손상 여부를 판정하는 분석장치(40)를 포함하여 구성된다.

여기서, 초음파 수신 소자(20, 21, 22)는 복수 개로 구성되되, 서로 다른 위치에 설치되어서, 상기 초음파 발신 소자(10)에 의해 발신되어 해양구조물(1)의 서로 다른 경로로 전파되는 초음파를 수신 및 검출하게 하며, 이에 따라, 하나의 초음파 발신 소자(10)를 이용하여 해양구조물(1)의 각기 다른 여러 부위에서 발생할 수 있는 손상을 동시 찾아낼 수 있다.

도 2에 도시한 블록 구성도를 참조하며 구체적으로 설명한다.

상기 초음파 발신 소자(10)는 해양구조물(1)에 접촉되게 고정시키는 구성요소로서, 계측장치(30)에서 발생시킨 초음파를 발신함으로써, 초음파를 해양구조물(1)에 입사시킨다. 이에 따라, 초음파는 초음파를 전달하는 매질 역할의 해양구조물(1)을 통해 전파된다.

상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)는 복수 개로 마련되어 각각 해양구조물(1)의 서로 다른 부위에 접촉되게 고정시키는 구성요소로서, 각각 자신이 고정된 위치로 전파되어 오는 초음파, 즉, 상기 초음파 발신 소자(10)에 입사되어 해양구조물(1)을 통해 전파되는 초음파를 수신한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 초음파 수신 소자(20, 21, 22)에 수신되는 초음파는 복수의 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 상호 이격된 위치에 고정하였으므로, 서로 다른 전파 경로를 따라 진행된 신호로 나타나고, 이에, 진행 경로의 거리, 진행 경로 상의 재질 또는 기하학적 구조의 차이에 의해서, 서로 다른 파형의 신호로 수신된다.

예시적으로, 복수의 전파 경로 중에 어느 하나의 경로에 손상 부위(2)가 발생한 것으로 도 2를 도시하였다. 이러한 손상 부위(2)가 존재하는 전파 경로를 통과하는 초음파는 손상 이전과 상이한 기하학적 구조 또는 부식에 의한 재질 변동에 의해서 손상 이전 통과하는 초음파와는 다른 파형 또는 파워를 갖게 된다.

상기 계측장치(30)는 초음파를 발생시켜 상기 초음파 발신 소자(10)를 통해 발신되게 하는 초음파 발생부(31), 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 초음파를 검출하는 초음파 검출부(32), 및 초음파 검출부(32)로 검출한 초음파에 대해 소정의 신호처리 과정을 수행한 후 분석장치(40)에 전달하는 시그널 프로세서(33)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 초음파 발생부(31)는 동일 파형의 초음파를 주기적인 시간 간격을 두고 또는 미리 설정한 일정에 따라 시간 간격을 두고 발생시켜 상기 초음파 발신 소자(10)를 통해 발신되게 한다.

여기서 발생시키는 초음파의 주파수 및 세기는 분석장치(40)에 의해 설정될 수 있게 하였다. 나아가, 초음파의 패턴을 설정할 수 있게도 하였다.

상기 초음파 검출부(32)는 복수의 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 개별적으로 초음파를 검출한다.

이와 같이 각 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 검출하는 초음파는 동일 파형의 초음파를 발신하여 검출되는 것이고, 각 초음파 수신 소자(20, 21, 22)의 위치를 변경하는 것은 아니므로, 전파 경로 상에 손상이 없을 경우 노이즈에 의한 영향을 제외하고 실질적으로 동일한 파형이 반복되며 검출될 것이다. 물론, 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 사이에는 전파 경로의 차이에 의해서 차이 난다.

이러한 초음파 검출부(32)는 통상적인 센서 신호 검출 방식처럼 노이즈 제거를 위한 필터링, 샘플링 및 A/D 변환 과정을 수행하여서, 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 검출되는 전기적 아날로그 초음파 신호를 노이즈 억제한 A/D 변환 신호로 변경한다.

한편, 샘플링 레이트(sampling rate)는 분석장치(40)에 의해 설정될 수 있게 하였다. 상기한 바와 같이 초음파 발신 소자(10)로 발신할 초음파의 주파수를 설정 변경하는 경우, 그에 맞게 샘플링 레이트도 적절하게 변경하여야 할 뿐만 아니라, 손상이 발생하지 아니한 전파 경로를 통과하더라고 전파 경로 내에서 반사 또는 회절 등에 의해 왜곡이 발생하고 그 왜곡이 주파수에 따라 차이 날 수 있으므로, 초음파 발신 소자(10)로 발신하는 초음파의 주파수보다 충분히 높은 주파수의 성분도 검출하여야 하며, 이에, 수신 초음파의 신호를 확인하면서 샘플링 레이트를 적절하게 변경하게 하는 것이다.

상기 시그널 프로세서(33)는 손상 이전에 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 검출되는 초음파를 기준 신호로 사용하도록 설정되어 있으며, 검출한 초음파 신호와 기준 신호 사이의 차이를 나타내는 차 신호를 생성한다. 물론, 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 기준 신호를 설정하고, 검출한 초음파 신호에 대해 개별적으로 차 신호를 생성한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 시그널 프로세서(33)는 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 생성한 차 신호를 개별적으로 웨이블릿 변환(wavelet transform)하는 과정을 추가로 수행한다.

하기의 설명에서 참조할 도 4를 미리 살펴보면, 차 신호(81)로부터 직접 손상 여부를 판정하기란 어렵다. 이에, 손상 여부를 정확하게 판정하기 위해서 차 신호를 웨이블릿 변환하여 웨이블릿 변환 신호를 사용한다.

예를 들어 설명하면, 초음파 발생부(31)로 생성하여 초음파 발신 소자(10)로 발신할 초음파의 주파수 대역에 대응되는 샘플링 레이트보다 상대적으로 매우 큰 샘플리 레이트로 검출하게 되므로, 저주파 대역의 성분이 전파 경로의 변동 상황을 잘 반영하게 된다. 이에, 하기의 분석장치(40)에서는 웨이블릿 변환 신호의 각 주파수 대역 중에 저주파 대역을 선별하여서, 손상 여부를 쉽게 판정할 수 있는 유효 정보로 취급한다.

한편, 상기 기준 신호는 분석장치(40)에 의해서 설정 변경할 수 있게 하였다. 이와 같은 설정 변경은 손상되지 않은 것으로 현장 조사된 시점에 맞춰서, 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 검출되는 신호를 얻어 기준 신호로 설정하게 함으로써, 정확한 기준 신호를 사용하게 하기 위함이다.

상기 분석장치(40)는 계측장치(30)에 필요한 설정 동작 및 차 신호에 따라 손상 여부를 판정하는 분석 동작을 위한 구성요소로서, 도 3에 예시한 설정 및 파형의 모니터링 화면과, 도 4에 예시한 분석 결과의 모니터링 화면을 참조하며 설명한다.

상기 분석장치(40)는 설정 동작을 위한 설정부(41), 손상 여부의 판정을 위한 분석부(42), 설정 화면 및 검출/분석 결과 화면을 출력하기 위한 모니터링부(43), 및 검출/분석 결과를 기록 관리하기 위한 데이터베이스부(44)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 모니터링부(43)는 도 3에 예시한 바와 같이 설정부(41)에 의한 설정 과정에서의 사용자 인터페이스와, 도 4에 예시한 바와 같이 분석부(42)의 동작에 의해 생성된 정보의 사용자 모니터링을 위한 구성요소로서, 모니터 및 키보드를 활용하게 한다.

상기 설정부(41)에 의한 설정 동작은 기준 신호 설정, 초음파 설정 및 샘플링 레이트 설정을 포함한다.

초음파 설정 및 샘플링 레이트 설정은 도 3에 도시한 바와 같이 초음파 발생부(31)에서 생성할 초음파의 패턴(50), 주파수(51) 및 세기(52, 게인 조절에 의한 세기)를 사용자가 선정하게 하여서 그에 맞는 초음파를 생성하게 하고, 샘플링 레이트(53)도 마찬가지로 사용자가 선정하게 하여 초음파 검출부(32)에서 그에 맞게 샘플링하게 한다.

이에 따라, 계측장치(30)는 설정에 따라 동작하여 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 초음파 신호, 차 신호 및 차 신호의 웨이블릿 변환 신호를 분석장치(40)에 실시간 전달하게 된다.

도 3을 참조하면, 초음파 설정에 따른 초음파 패턴(61)과, 계측부(30)에 요청하는 받는 신호로서 샘플링 레이트의 설정에 따라 검출되는 초음파 패턴(71, 72, 73)을 설정 과정에서 보여줌으로써, 적절하게 설정하고 있는지를 확인할 수 있게 한다.

여기서, 초음파 설정에 따라 발신시킬 초음파 패턴(61)은 설정한 주파수의 주기로 패턴 변화를 주며 반복되는 파형으로 정하였으며, 이때의 패턴 변화는 점차 증가한 후 감소하는 것으로 하였다.

이러한 초음파 패턴(61)의 초음파를 발신하여 검출하게 되는 초음파 패턴(71, 72, 73) 그래프를 보면, 설정 주파주 및 패턴에 대응되는 성분 이외에 다양한 성분이 섞여 있는 신호로 나타나며, 이는 해양구조물(1)을 통과할 시에 발생되는 왜곡에 의한 것으로 볼 수 있다.

이와 같이 초음파 설정 및 샘플링 레이트 설정을 한 이후 기준 신호 설정을 한다.

기준 신호 설정은 기준 신호를 설정하라는 지령을 상기 계측장치(30)에 하달함으로써, 상기 계측장치(30)에서 지령을 받은 이후 최초로 검출하는 초음파를 기준 신호로 설정 사용하게 한다. 물론, 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 서로 파형의 기준 신호가 설정 사용될 것이다.

그리고, 설정부(41)는 기준 신호와 기준 신호를 시그널 프로세서(33)로 처리하여 얻는 웨이블릿 변환 신호를 상기 계측장치(30)에 요청 및 전달받아 데이터베이스부(44)에 저장한 이후 분석부(42)에서 사용하게 한다.

상기 분석부(42)는 상기의 설정에 따라 동작하는 계측장치(30)로부터 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별 차 신호 및 차 신호의 웨이블릿 변환 신호를 전달받아 분석하고, 분석 결과에 따라 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 형성된 전파 경로 상의 손상 여부를 판정한다.

도 4에는 복수의 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 중에 어느 하나에 대해서만 분석결과를 예시적으로 도시하였으나, 나머지에 대한 분석결과도 화면 출력하여 사용자가 모니터링할 수 있게 한다.

도 4를 참조하면, 기준 신호(80)와 기준 신호(80)의 웨이블릿 변환 신호로부터 얻는 파워 스펙트럼(즉, 주파수 대역별 파워를 보여주는 그래프, 90)을 손상 이전 상태, 즉, 정상 상태의 정보로서 보여주고, 그 아래에는 검출한 초음파의 차 신호(81)와, 차 신호(81)의 웨이블릿 변환 신호로부터 얻는 파워 스펙트럼(91)을 보여준다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 차 신호의 웨이블릿 변환 신호에 나타나는 주파수 대역별 파워를 분석하여, 파워의 변동량으로 손상 여부를 판단하거나 또는 파워 스펙트럼의 패턴으로 손상 여부를 판정한다.

도 4에 도시한 웨이블릿 변환 신호는 웨이블릿 변환하여 얻은 신호의 주파수 대역별 신호에 대해 파워를 색상으로 표시한 파워 스펙트럼 그래프이다.

그리고, 도 4의 차 신호(91)에 대해서는 예시적으로 손상이 발생할 시에 얻은 차 신호를 도시하였다.

이와 같이 예시한 도 4를 참조하며 손상 여부의 판정 방식을 설명하면 다음과 같다.

해양구조물(1)의 손상 이전에 검출되는 초음파 신호는 기준 신호로 설정되어 있으므로, 기준 신호 및 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호를 판정 기준으로 한다.

기준 신호의 웨이블릿 변환 신호와 손상된 상태에서 얻은 차 신호의 웨이블릿 변환 신호 사이의 주파수 대역별 파워의 크기를 비교하면, 그 크기에 차이가 있다.

이러한 주파수 대역별 파워의 변동을 반영하여, 주파수 대역별 파워 변동량에 대해 임계값을 미리 정하여 두고, 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호와 상기 차 신호의 웨이블릿 변환 신호 사이의 주파수 대역별 파워 변동량(또는 차이)이 임계값 이상이면 손상된 것으로 판정한다.

다르게 설명하면, 기준 신호의 파워에 미리 정한 임계 비율을 곱하여는 얻는 값 이상의 파워가 차 신호의 웨이블릿 변환 신호에서 나타날 시에 손상이 발생한 것으로 판정한다.

다른 방식으로서, 차 신호의 웨이블릿 변환 신호에 대해 주파수 대역별 파워를 모니터링하면, 손상 이전에는 파워가 매우 낮은 값으로 나타날 것이고, 손상이 발생하면 매우 큰 파워로 나타나는 주파수 대역이 적어도 어느 하나는 나타날 것이므로, 차 신호의 주파수 대역별 파워에 대해 임계값을 미리 설정하여 둔 후, 크기가 임계값 이상으로 변동할 시에 손상이 발생한 것으로 판정하여도 좋다.

이때의 파워 변동량은 가장 낮은 주파수 대역의 파워 변동량으로 하는 것이 좋다.

또 다른 방식으로서, 차 신호의 전체 파워가 특정 임계값 이상으로 되면 손상이 발생한 것으로 판정하는 방식도 가능하다.

다음으로, 웨이블릿 변환 신호의 주파수 대역별 신호에 대해 파워를 산정하여 얻는 파워 스펙트럼의 패턴을 보면, 도 4에 도시한 바와 같이 기준 신호의 파워 스펙트럼과 손상 시 차 신호의 파워 스펙트럼 사이에 차이가 있다.

이에 따라, 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호와 상기 차 신호의 웨이블릿 변환 신호 사이에 나타나는 주파수 대역별 파워의 패턴 차이에 근거하여 손상 여부를 판정할 수 있다.

여기서 주목할 점은 발신한 초음파의 주파수 대역이 속한 저주파 대역의 파워 패턴이므로, 가장 낮은 주파수 대역에서 시작하여 소정 간격의 대역까지만 비교 대역으로 선정하는 것이 좋다.

보다 구체적인 방식으로서, 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호에서 가장 낮은 주파수 대역의 파워가 오차는 있지만 손상 시에 얻은 차 신호의 웨이블릿 변환 신호에서도 소정의 쉬프트량(Δd)만큼 쉬프트(shift)되어 나타난다.

이러한 기준 신호의 가장 낮은 주파수 대역의 파워가 나타나는 위치의 쉬프트(shift)를 반영하여, 쉬프트량에 대해 임계 쉬프트량을 미리 정하여 두고, 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호에서 가장 낮은 주파수 대역의 파워가 임계 쉬프트량 이상으로 쉬프트되어 현재 얻은 차 신호의 웨이블린 변환 신호에 나타날 시에 손상된 것으로 판정한다.

아울러, 차 신호의 웨이블릿 변환 신호에서 얻은 주파수 대역별 파워 중에 어느 값을 비교 대상으로 할 것인지를 선별하여야 하므로, 기준 신호의 가장 낮은 주파수 대역 파워와 비교하여 미리 정한 오차 범위 내에 있는 파워를 선별하되, 가장 낮은 주파수 대역의 파워부터 순차적으로 비교하여 첫번째로 나타나는 오차 범위 내 파워를 선별하면 된다.

그리고, 상기한 임계값 및 임계 쉬프트량은 반복 실험 또는 반복 시뮬레이션하여 얻은 결과로부터 적절한 값으로 선정 사용하면 된다.

물론, 복수의 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 손상 여부를 판정한다. 그리고, 복수의 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별 판정 결과에 근거하여 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 형성된 각각의 초음파 전파 경로 상의 손상 여부를 판단한다.

이와 같은 판정 결과는 실시간 얻은 초음파 신호, 차 신호 및 웨이블릿 신호와 함께 데이터베이스부(44)에 기록 관리하는 것이 좋다.

한편, 해양구조물(1)의 보수 작업 등에 의해 전파 경로의 변동이 발생할 수 있으며, 이에 따라 기준 신호를 새로 설정하여서, 판정 결과의 정확성을 높이는 것이 좋다.

이를 위해 상기 분석장치(40)는 상기한 바와 같이 기준 신호의 설정 과정을 다시 시행함으로써, 계측장치(30)에게 지령을 내려 기준 신호를 새로 설정하게 한다.

이 경우, 계측장치(30)는 과거 선정한 기준 신호를 삭제하지 아니하고 그대로 저장하여 두고, 검출하는 초음파에 대해 과거의 기준 신호 별로 차 신호를 추가 생성하고, 상기 분석장치(40)는 현재의 기준 신호에 대해 얻는 차 신호와 함께 모니터링하게 하는 것이 좋다. 물론, 과거의 기준 신호 별로 차 신호의 웨이블릿 변환 신호을 생성하여 분석 결과를 현재의 기준 신호로 얻은 분석 결과와 함께 화면 출력하는 것도 좋다.

그리고, 본 발명의 실시 예 설명에서는 시그널 프로세서(33)를 계측장치(30)에 구현하는 것으로 하였으나, 컴퓨터 시스템으로 구성되는 분석장치(40)에 프로그램적으로 구현할 수도 있다. 이는 동일 구성요소의 위치 이동에 불과하여서, 실질적으로 동일한 발명이라 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1 : 해양구조물
2 : 손상 부위
10 : 초음파 발신 소자
20,21,22 : 초음파 수신 소자
30 : 계측장치
31 : 초음파 발생부
32 : 초음파 검출부
33 : 시그널 프로세서
40 : 분석장치
41 : 설정부 42 : 분석부 43 : 모니터링부
44 : 데이터베이스부

Claims (8)

1. 해양구조물에 설치 운용되어 실시간 손상 여부를 판정하는 해양구조물 손상 탐색 시스템에 있어서,
   해양구조물(1)에 고정 설치되며, 초음파를 해양구조물(1)에 입사시켜 해양구조물(1)을 매질로 하여 전파되게 하는 초음파 발신 소자(10);
   해양구조물(1)에 고정 설치되며, 해양구조물(1) 중에 상기 발신 소자(10)와 이격된 위치에서 초음파를 수신하는 초음파 수신 소자(20, 21, 22);
   동일 파형의 초음파를 시간 간격을 두고 발생시켜 상기 초음파 발신 소자(10)를 통해 발신되게 하고, 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 초음파를 검출하되, 기준 신호를 설정하라는 지령을 받은 후 최초로 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)를 통해 검출되는 초음파를 기준 신호로 설정하고, 기준 신호의 웨이블릿 변환(wavelet transform) 신호를 생성하며, 이후 검출한 초음파와 기준 신호 사이의 차이를 나타내는 차 신호의 웨이블릿 변환 신호를 생성하는 계측장치(30);
   상기 계측장치(30)에서 발생시킬 초음파의 주파수 성분 또는 세기와, 초음파 검출 시의 샘플링 레이트(sampling rate)를 설정하고, 기준 신호를 설정하라는 지령을 상기 계측장치(30)에 하달하여 설정에 따라 초음파를 발생시키고 검출하게 하고, 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호를 전달받으며, 이후 상기 차 신호의 웨이블릿 변환 신호를 전달받을 시에, 기준 신호의 웨이블릿 변환 신호에서 가장 낮은 주파수 대역의 파워가 미리 정한 오차 범위 내의 크기로 미리 정한 임계 쉬프트량 이상으로 쉬프트되어 상기 차 신호의 웨이블릿 변환 신호에 나타날 시에 손상된 것으로 판정하는 분석장치(40);
   를 포함하여 구성되는 해양구조물 손상 탐색 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 분석장치(40)는 계측장치(30)의 기준 신호를 새로 설정할 수 있게 하되, 과거 기준 신호를 저장하여 두고, 검출한 초음파에 대해 과거 기준 신호 별로 차 신호를 얻어 모니터링하는 해양구조물 손상 탐색 시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22)는 서로 다른 위치에 설치한 복수 개로 구성되어, 상기 초음파 발신 소자(10)로부터의 초음파 전파 경로를 다르게 하고,
   상기 계측장치(30)는 각 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 검출하고 개별적으로 차 신호를 생성하며,
   상기 분석장치(40)는 개별적으로 손상 여부를 판정하여서, 상기 초음파 수신 소자(20, 21, 22) 별로 형성된 각각의 초음파 전파 경로 상의 손상 여부를 판단하게 되는 해양구조물 손상 탐색 시스템.
8. 삭제

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