KR102108115B1 - 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 - Google Patents

교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 Download PDF

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KR102108115B1 KR1020190010969A KR20190010969A KR102108115B1 KR 102108115 B1 KR102108115 B1 KR 102108115B1 KR 1020190010969 A KR1020190010969 A KR 1020190010969A KR 20190010969 A KR20190010969 A KR 20190010969A KR 102108115 B1 KR102108115 B1 KR 102108115B1
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Abstract

본 발명은 회로 기판 상에 설치되어 교량의 가속도(진동량) 정보에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 3축 가속도 센서(10)와; 상기 회로 기판 상에 설치되는 교량의 각속도(회전량, 비틀림)에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 자이로 센서(20)와; 상기 회로 기판 상에 설치되어 조도(照度)를 감지하여 조도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 조도 센서(30)와: 상기 회로 기판 상에 설치되어 온도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 온도 센서(40)와; 상기 회로 기판 상에 설치되어 습도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 습도 센서(50)와; 상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 신호를 저장, 분석하여 교량의 상태를 진단하는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)과; 상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)에 취합된 상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 감지 신호에 관한 정보, 또는 이들을 기초로하여 마이크로컨트롤러 유닛(60)에서 분석된 결과를 서버(110)에 전송하는 송수신기(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 진동 감지 멀티 센서 모듈에 관한 것이다.

Description

교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 { Vibration Sensing Multi Sensor Module for Bridge Safety Monotoring System }
본 발명은 교량의 변동하는 환경 정보(온도, 습도, 계절, 주야)에 따른 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 상황 진동 감지 멀티 센서 모듈에 관한 것이다.
교각, 교량은 주로 하단이 하천의 바닥 등과 같이, 매우 불안정한 지반에 설치되므로, 상판을 통과하는 차량에 의해 발생되는 진동이나 교량의 하중 등에 의해 교각이 침하되며 이에따라, 상판의 변형이 발생 되는 등의 문제점이 발생되었다. 삼각측량법 또는 GPS를 이용한 측량법을 이용하여, 주기적으로 교각의 침하 또는 상판의 처짐등을 측량하여 안전진단을 실시하고 있다. 그러나, GPS를 이용하는 측량법의 경우, 장비가 매우 고가이며, 상시 교량에 설치하여 실시간으로 안전진단을 실행하는 것이 어려운 문제점이 있었다.
등록 특허 제10-0761934호는 각도센서로 구성되어 승강통체의 승강높이를 측정하는 높이측정장치와, 상판과 지지대의 간격변화를 측정하는 간격측정장치와; 상기 상판에 구비되어 상판의 상하방향 진동을 측정하는 가속도센서와, 높이측정장치와 간격측정장치 및 가속도센서에 연결되어 높이측정장치와 간격측정장치의 각도센서에서 출력되는 데이터값을 연산하여 상판과 교량의 상하높이 변화량 및 이에따른 상판의 변형을 연산하는 연산장치와, 연산장치에 의해 연산된 상판과 교량의 높이변화 및 이에따른 상판의 변형량을 출력하는 출력장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량의 상판병형 안전진단장치를 개시한다.
등록특허 제10-0763998호 : 무선통신망을 이용한 교량관리시스템은 교량에 각 위치별로 다수의 계측센서를 설치하고, 이들 계측센서를 통해 교량의 진동, 온도, 균열등을 측정하고, 측정된 데이터를 무선주파수 송수신(RFID)을 통해 수집하고 이를 무선통신망을 통해 중앙센터에서 관리할 수 있도록 하므로써, 실시간으로 교량의 이상유무를 판단하고, 관리, 보수할 수 있음은 물론 각 위치에 설치된 교량을 중앙에서 모니터링 및 통계화할 수 있도록 하는 교량관리시스템을 개시한다.
본 발명은 교량의 변동하는 환경 정보(온도, 습도, 계절, 주야)에 따른 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 상황 진동 감지 멀티 센서 모듈을 제공하기 위한 것으로, 실시간 환경 정보(온도, 습도, 계절, 주야) 따른 교량의 진동 거동 패턴 등을 감지하여 분석 처리하는 기능을 구비한 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 하나의 일체형 회로기판상에 MCU와 복수의 다종 센서들과 송수신기(CDMA)를 함께 구비한 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈로서, 모듈 자체에 판단 분석 능력을 구비하여 이격지에 있는 메인 서버 또는 관리자 스마트폰에 필수 데이터(정보) 또는 판단 결과를 전송함으로써 서버(관리자 시스템)의 역할 또는 처리 분석량을 감소시켜서 서버의 다운시에도 관리자 스마트폰을 통해 교량의 안전 상태를 시시간 모니터링 할 수 있는 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 서로 다른 위치의 복수의 자이로 센서의 Z 방향 회전 정보 검출 비교 분석으로 교량 상판의 고유 모드 주파수(1차, 2차 벤딩 모드 , 1차 트위스팅 모드 )보다 훨씬 아래의 저주파 진동(1~10 Hz)에서 강체 거동(Rigid Body ) 분석과, 저주파 패스 필터를 통과하지 않은 데이터를 이용하여 인접하는 상판의 구조적 동일 위치에 있는 센서들 신호의 단시간 구간, 장시간 구간 최대값 분석등으로 효율적인 교량 상판 균열 파괴 모니터링 기능을 구비한 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈은,
전자 회로 기판 상에 실장되는 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 센서 모듈에 있어서, 회로 기판 상에 설치되어 교량의 가속도(진동량) 정보에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 3축 가속도 센서(10)와;
상기 회로 기판 상에 설치되는 교량의 각속도(회전량, 비틀림)에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 자이로 센서(20)와; 상기 회로 기판 상에 설치되어 조도(照度)를 감지하여 조도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 조도 센서(30)와:
상기 회로 기판 상에 설치되어 온도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 온도 센서(40)와; 상기 회로 기판 상에 설치되어 습도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 습도 센서(50)와; 상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 신호를 저장, 분석하여 교량의 상태를 진단하는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)과; 상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)에 취합된 상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 감지 신호에 관한 정보, 또는 이들을 기초로하여 마이크로컨트롤러 유닛(60)에서 분석된 결과를 서버(110)에 전송하는 송수신기(70);를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈은, 가속도 센서(10)는 시간축 기준 가속도 신호 V(t)를 생성하고, 상기 자이로 센서(20)는 시간축 기준 각속도 신호 φ(t)를 생성하고; 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 1 ~ 50 Hz 범위에서 선택된 하나의 경계 주파수인 fLow 이하의 저주파 신호를 통과시키고 fLow(경계 주파수)를 초과하는 고주파 신호를 제거하도록 구성된 Low Pass Filter(65)를 더 포함하여 구성되고, 상기 시간축 기준 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)는 각각 상기 Low Pass Filter(65)를 통과한 후 1 ~ 50 Hz 이내 범위의 저주파 정보를 포함하고 고주파 정보는 삭제된 저주파 가속도 신호 V'(t)와 저주파 각속도 신호 φ'(t)는 변환되고,
<데이터 분석 1 : 저주파 분석 - 강체 거동 여부 판단 : 자이로 센서와 가속도 센서의 기하학적 관계 이용>
상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 [도 4]와 같이 동일한 상판에 부착된 센서 모듈의 저주파 가속도 신호 V11'(t), V12'(t), V13'(t)와 저주파 각속도 신호 φ11'(t), φ12'(t), φ13'(t)를 이용하여 해당 상판이 강체 거동(Rigid Body Motion)하는지 여부를 판단하고, 기하학적(강체의 각속도와 속도의 관계, 변위와 각변위 관계, 가속도와 각가속도 관계를 이용함)으로 강체 거동(일체 거동)에 어긋나는 경우 해당 상판 균열 또는 센서 모듈 오작동으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
<데이터 분석 2 : 상판 상호간 진동 특성 분석>
상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)의 RMS 값(가속도 레벨, 각속도 레벨, dB)이 미리 저장된 기준 레벨(Vref, φref )을 초과하는 경우의 유효 가속도 신호 Ve(t)와 유효 각속도 신호 φe(t) 및 시간 t 표시인자를 이용하여 비교 분석하며,
상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 [도 5]와 같이 서로 다른 상판(같은 형상)의 같은 지점(구조적으로 상응하는 위치)에 부착된 센서 모듈의 저주파 가속도 신호 V11'(t), V21'(t), V31'(t)을 상호 비교하거나, 저주파 각속도 신호 φ11'(t), φ21'(t), φ31'(t)를 상호 비교하여,
해당 상판의 가속도, 각속도가 다른 상판의 가속도, 각속도보다 임계값 이상의 차이값을 갖는지 여부로 해당 상판, 교각, 교좌장치의 균열, 파괴, 고장 여부를 단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 경우, 교량의 변동하는 환경 정보(온도, 습도, 계절, 주야)에 따른 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 상황 진동 감지 멀티 센서 모듈, 즉 실시간 환경 정보(온도, 습도, 계절, 주야) 따른 교량의 진동 거동 패턴 등을 감지하여 분석, 처리 및 전송 기능을 구비한 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르는 경우, 하나의 일체형 회로기판상에 MCU와 복수의 다종 센서들과 송수신기(CDMA)를 함께 구비한 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈로서, 모듈 자체에 판단 분석 능력을 구비하여 이격지에 있는 메인 서버 또는 관리자 스마트폰에 필수 데이터(정보) 또는 판단 결과를 전송함으로써 서버(관리자 시스템)의 역할 또는 처리 분석량을 감소시켜서 서버의 다운시에도 관리자 스마트폰을 통해 교량의 안전 상태를 실시간 모니터링 할 수 있는 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈이 제공된다.
본 발명에 따르는 경우, 서로 다른 위치의 복수의 자이로 센서의 Z 방향 회전 정보 검출 비교 분석으로 교량 상판의 고유 모드 주파수(1차, 2차 벤딩 모드 , 1차 트위스팅 모드 )보다 훨씬 아래의 저주파 진동(1~10 Hz)에서 강체 거동(Rigid Body ) 분석과, 저주파 패스 필터를 통과하지 않은 데이터를 이용하여 인접하는 상판의 구조적 동일 위치에 있는 센서들 신호의 단시간 구간, 장시간 구간 최대값 분석등으로 효율적인 교량 상판 균열 파괴 모니터링 기능을 구비한 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전자식 멀티 센서 모듈의 MCU 프로그램 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 사용 상태도(동일 상판-강체 거동 분석).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 사용 상태도(인접 다른 상판 간 분석).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 로우 패스 필터 기능 설명도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 배터리부 상세 구성도.
이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 전체 구성도, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전자식 멀티 센서 모듈의 MCU 프로그램 흐름도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 사용 상태도(동일 상판-강체 거동 분석), 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 사용 상태도(인접 다른 상판 간 분석), 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 로우 패스 필터 기능 설명도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈 배터리부 상세 구성도이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈은, 전자 회로 기판 상에 실장되는 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 센서 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈은, 3축 가속도 센서(10)와 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 자이로 센서(20)와 조도 센서(30)와 습도 센서(50)와 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)과 송수신기(70)를 포함하여 구성된다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 3축 가속도 센서(10)는 회로 기판 상에 설치되어 교량의 가속도(진동량) 정보에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems)이다. 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 자이로 센서(20)는 상기 회로 기판 상에 설치되는 교량의 각속도(회전량, 비틀림)에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달한다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 조도 센서(30)는 회로 기판 상에 설치되어 조도(照度)를 감지하여 조도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS)이다. 온도 센서(40)는 회로 기판 상에 설치되어 온도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS)이다. 습도 센서(50)는 회로 기판 상에 설치되어 습도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS)이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로컨트롤러 유닛(60)에 상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 신호를 저장, 분석하여 교량의 상태를 진단한다. 송수신기(70)는 마이크로컨트롤러 유닛(60)에 상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)에 취합된 상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 감지 신호에 관한 정보, 또는 이들을 기초로하여 마이크로컨트롤러 유닛(60)에서 분석된 결과를 서버(110)에 전송한다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈에서, 가속도 센서(10)는 시간축 기준 가속도 신호 V(t)를 생성하고, 상기 자이로 센서(20)는 시간축 기준 각속도 신호 φ(t)를 생성하고, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 1 ~ 50 Hz 범위에서 선택된 하나의 경계 주파수인 fLow 이하의 저주파 신호를 통과시키고 fLow(경계 주파수)를 초과하는 고주파 신호를 제거하도록 구성된 Low Pass Filter(65)를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 시간축 기준 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)는 각각 상기 Low Pass Filter(65)를 통과한 후 1 ~ 50 Hz 이내 범위의 저주파 정보를 포함하고 고주파 정보는 삭제된 저주파 가속도 신호 V'(t)와 저주파 각속도 신호 φ'(t)는 변환된다.
<데이터 분석 1 : 저주파 분석 - 강체 거동 여부 판단 : 자이로 센서와 가속도 센서의 기하학적 관계 이용>
마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 [도 4]와 같이 동일한 상판에 부착된 센서 모듈의 저주파 가속도 신호 V11'(t), V12'(t), V13'(t)와 저주파 각속도 신호 φ11'(t), φ12'(t), φ13'(t)를 이용하여 해당 상판이 강체 거동(Rigid Body Motion)하는지 여부를 판단하고, 기하학적(강체의 각속도와 속도의 관계, 변위와 각변위 관계, 가속도와 각가속도 관계를 이용함)으로 강체 거동(일체 거동)에 어긋나는 경우 해당 상판 균열 또는 센서 모듈 오작동으로 판단한다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈에서, 멀티 센서 모듈의 송수신기(70)는 CDMA 방식으로서 센터 모듈(200)을 통하지 않고 직접 서버 또는 관리자 시스템(스마트폰)과 교신할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 교량 안전 모니터링 시스템 구축용 상황 진동 감지 전자식 멀티 센서 모듈에서, 가속도 센서(10)가 시간축 기준 가속도 신호 V(t)를 생성하고, 상기 자이로 센서(20)는 시간축 기준 각속도 신호 φ(t)를 생성하면, 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)는 일정 시간구간(T1, 예를들어, 30초, 60초, 10초) 동안 데이터 프레임 형태로 임시 메모리에 저장된다.
마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 임시 저장된 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t) 프레임을 이용하여 실시간으로 △T(예를들어, 0.5초, 1초) 단위 RMS 값(가속도 레벨, 각속도 레벨, dB)을 계산한다.
마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)의 RMS 값(가속도 레벨, 각속도 레벨, dB)이 미리 저장된 기준 레벨(Vref, φref )을 초과하는 경우의 유효 가속도 신호 Ve(t)와 유효 각속도 신호 φe(t)의 데이터 프레임을 시간 t 표시인자와 함께 메모리부(61)에 저장하는 것이다.
<데이터 분석 2 : 상판 상호간 진동 특성 분석>
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)의 RMS 값(가속도 레벨, 각속도 레벨, dB)이 미리 저장된 기준 레벨(Vref, φref )을 초과하는 경우의 유효 가속도 신호 Ve(t)와 유효 각속도 신호 φe(t) 및 시간 t 표시인자를 이용하여 비교 분석한다.
마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 [도 5]와 같이 서로 다른 상판(같은 형상)의 같은 지점(구조적으로 상응하는 위치)에 부착된 센서 모듈의 저주파 가속도 신호 V11'(t), V21'(t), V31'(t)을 상호 비교하거나, 저주파 각속도 신호 φ11'(t), φ21'(t), φ31'(t)를 상호 비교한다. 해당 상판의 가속도, 각속도가 다른 상판의 가속도, 각속도보다 임계값 이상의 차이값을 갖는지 여부로 해당 상판, 교각, 교좌장치의 균열, 파괴, 고장 여부를 판단한다.
여기서, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 단시간구간(T1, 예를들어, 30초, 60초, 10초)의 유효 가속도 신호 Ve(t)와 유효 각속도 신호 φe(t) 동안의 하나의 유효 최대값Ve-max(t)와 유효 각속도 신호 φe-max(t) 들을 저장한 후, 하나의 장시간 구간(T2, 예들들어, T2 = 1시간, 6시간, 12시간, 24시간, 1주일)에 속하는 모든 유효 최대값 Ve-max(t)ID11, Ve-max(t)ID21, Ve-max(t)ID31 들, φe-max(t)ID11, φe-max(t)ID21, φe-max(t)ID31 들을 RMS 레벨의 크기를 기준으로 상호 비교 후 순위(1, 2, 3, 4위)를 부여하여 크기의 상위 순위 분포를 상호 통계적으로 누적 분석 디스플레이 하여 해당 상판의 상판, 교각, 교좌장치의 균열, 파괴, 고장 여부를 판단하는 것이 바람직하다,
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
10 : 가속도 센서
20 : 자이로 센서
30 : 조도 센서
40 : 온도 센서
50 : 습도 센서
60 : 마이크로컨트롤러 유닛
70 : 송수신기
상기 회로

Claims (6)

  1. 전자 회로 기판 상에 실장되는 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 센서 모듈에 있어서,
    회로 기판 상에 설치되어 교량의 가속도(진동량) 정보에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 3축 가속도 센서(10)와;
    상기 회로 기판 상에 설치되는 교량의 각속도(회전량, 비틀림)에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS, microelectromechanical systems) 자이로 센서(20)와;
    상기 회로 기판 상에 설치되어 조도(照度)를 감지하여 조도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 조도 센서(30)와:
    상기 회로 기판 상에 설치되어 온도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 온도 센서(40)와;
    상기 회로 기판 상에 설치되어 습도에 관한 전기신호를 MCU(60)에 전달하는 미소전자기계시스템(MEMS) 습도 센서(50)와;
    상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 신호를 저장, 분석하여 교량의 상태를 진단하는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)과;
    상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, microcontroller unit, 60)에 취합된 상기 센서(20, 30, 40, 50)로부터 전달되는 감지 신호에 관한 정보, 또는 이들을 기초로하여 마이크로컨트롤러 유닛(60)에서 분석된 결과를 서버(110)에 전송하는 송수신기(70);
    를 포함하여 구성되되,

    상기 가속도 센서(10)가 시간축 기준 가속도 신호 V(t)를 생성하고, 상기 자이로 센서(20)는 시간축 기준 각속도 신호 φ(t)를 생성하면,
    가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)는 일정 시간구간(T1, 예를들어, 30초, 60초, 10초) 동안 데이터 프레임 형태로 임시 메모리에 저장되고,
    상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 임시 저장된 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t) 프레임을 이용하여 실시간으로 △T(예를들어, 0.5초, 1초) 단위 RMS 값(가속도 레벨, 각속도 레벨, dB)을 계산하고,
    상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)의 RMS 값(가속도 레벨, 각속도 레벨, dB)이 미리 저장된 기준 레벨(Vref, φref )을 초과하는 경우의 유효 가속도 신호 Ve(t)와 유효 각속도 신호 φe(t)의 데이터 프레임을 시간 t 표시인자와 함께 메모리부(61)에 저장하고,

    상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 가속도 신호 V(t)와 각속도 신호 φ(t)의 RMS 값(가속도 레벨, 각속도 레벨, dB)이 미리 저장된 기준 레벨(Vref, φref )을 초과하는 경우의 유효 가속도 신호 Ve(t)와 유효 각속도 신호 φe(t) 및 시간 t 표시인자를 이용하여 비교 분석하며,

    상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 [도 5]와 같이 서로 다른 상판(같은 형상)의 같은 지점(구조적으로 상응하는 위치)에 부착된 센서 모듈의 저주파 가속도 신호 V11'(t), V21'(t), V31'(t)을 상호 비교하거나, 저주파 각속도 신호 φ11'(t), φ21'(t), φ31'(t)를 상호 비교하여,
    해당 상판의 가속도, 각속도가 다른 상판의 가속도, 각속도보다 임계값 이상의 차이값을 갖는지 여부로 해당 상판, 교각, 교좌장치의 균열, 파괴, 고장 여부를 판단하고,

    상기 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은
    단시간구간(T1, 예를들어, 30초, 60초, 10초)의 유효 가속도 신호 Ve(t)와 유효 각속도 신호 φe(t) 동안의 하나의 유효 최대값Ve-max(t)와 유효 각속도 신호 φe-max(t) 들을 저장한 후,

    하나의 장시간 구간(T2, 예들들어, T2 = 1시간, 6시간, 12시간, 24시간, 1주일)에 속하는 모든 유효 최대값 Ve-max(t)ID11, Ve-max(t)ID21, Ve-max(t)ID31 들, φe-max(t)ID11, φe-max(t)ID21, φe-max(t)ID31 들을 RMS 레벨의 크기를 기준으로 상호 비교 후 순위(1, 2, 3, 4위)를 부여하여 크기의 상위 순위 분포를 상호 통계적으로 누적 분석 디스플레이 하여 해당 상판의 상판, 교각, 교좌장치의 균열, 파괴, 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 진동 감지 멀티 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 센서 모듈의 송수신기(70)는 CDMA 방식으로서 센터 모듈(200)을 통하지 않고 직접 서버 또는 관리자 시스템(스마트폰)과 교신할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 안전 전자 모니터링 시스템 제작용 진동 감지 멀티 센서 모듈.
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