KR102442543B1 - Mobile GPR exploration apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모바일 GPR 탐사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조를 개선함으로써 2개의 레이저 모듈을 구비하여, 하나의 레이저 모듈은 좌우방향으로 회전가능한 구조이고, 다른 레이저 모듈은 고정됨으로써 각 레이저 모듈로부터 발생한 2줄의 레이저 광을 비교하여 주행방향을 파악할 수 있고, 시설물 외벽이나 바닥층 내부의 철근의 배근구조나 박리상태 등을 용이하게 탐사할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile GPR exploration device, and more particularly, by improving the structure, it has two laser modules, one laser module is rotatable in the left and right direction, and the other laser module is fixed from each laser module by being fixed. It relates to a technology that can determine the driving direction by comparing the generated two lines of laser light, and can easily explore the reinforcement structure or peeling state of reinforcing bars inside the outer wall or floor of a facility.
일반적으로, 고층건물이나 바닥층, 댐, 교량 같은 시설물의 외벽은 시간이 지남에 따라 노후화되어 표면에 균열이 발생하거나 외벽 내부의 뒷채움 상태가 변형되거나 하여 주기적으로 점검하여 그 안전성을 평가하고 필요에 따라 보수 및 보강을 실시하도록 하고 있다.In general, the outer walls of high-rise buildings, floor floors, dams, and bridges deteriorate over time, and cracks occur on the surface or the backfilling inside the outer wall is deformed. Repair and reinforcement are carried out.
이러한 외벽이나 바닥층의 상태를 파악하는 방법은 주로 탄성파나 GPR 탐사장치(Ground Penetrating Radar)를 이용하여 탐사하게 된다. A method of detecting the state of such an outer wall or floor layer is mainly conducted by using seismic waves or a GPR probe (Ground Penetrating Radar).
이때, 탐사파의 진동수가 수KHz대에서 수MHz대역에 위치하고 있어 그 진동수의 파장보다 짧은 매립물 탐사에는 부적합하여, 수백Mhz에서 수Ghz대역의 진동수를 가지는 전자기 펄스를 이용한 GPR 탐사방법이 작은 매립물이나 공극탐사에 적극적으로 이용되어 지고 있는 실정이다.At this time, since the frequency of the probe wave is located in the range of several KHz to several MHz, it is not suitable for the exploration of buried objects shorter than the wavelength of the frequency. It is being actively used for water and pore exploration.
그중 콘크리트 구조물 외벽이나 바닥의 철근 배근조사나 슬라브의 두께 조사에는 일반적으로 1.6GHz 이상의 주파수가 이용되어 진다. 이러한 주파수의 전자기 펄스를 방사하는 안테나의 크기는 10cm 이내로 작게 제작이 가능하여 GPR 탐사장비의 크기가 보통 핸드 핼드 방식의 소형으로 제작되게 된다. Among them, a frequency of 1.6 GHz or higher is generally used to investigate the reinforcement of the concrete structure exterior wall or floor or the thickness of the slab. The size of the antenna that emits electromagnetic pulses of this frequency can be made as small as 10 cm or less, so the size of the GPR probe is usually hand-held and small.
하지만, 일반적인 종래의 GPR탐사장비는 그 크기가 소형이라고는 하나 디스플레이를 구비하고 4개의 바퀴가 부착되어 있으며, 이러한 부속품을 구동하기 위해 배터리 또한 일정수준 이상의 용량을 탑재하고 있어 안테나 크기의 2-3배 이상의 부피를 가지게 된다.However, the general conventional GPR exploration equipment is small in size, but it has a display and is equipped with 4 wheels. more than double the volume.
또한, 탐사장비의 무게가 1-2kg이상으로 연장스틱을 이용한 천장부위 등의 원거리 탐사를 수행할 경우 상당한 피로감을 가지게 되어 장시간 탐사에는 적합하지 않으며, 디스플레이부와 컨트롤부가 탐사장비 쪽에 위치하고 있어 취득한 데이터의 실시간 확인 또한 용이하지가 않다.In addition, if the exploration equipment weighs more than 1-2 kg and long-distance exploration of the ceiling area using an extension stick is performed, it is not suitable for long-term exploration because it is not suitable for long-term exploration. It is also not easy to check in real time.
그리고, 일반적으로 GPR 탐사장비들은 내부에 정확한 타이밍에 의해 신호를 송수신해야 하기 때문에 FPGA(field programmable gate array, 필드 프로그래머블 게이트 어레이) 회로를 이용하여 주변 IC 회로를 컨트롤하게 된다. And, in general, since GPR probes need to transmit and receive signals with accurate timing inside, a field programmable gate array (FPGA) circuit is used to control peripheral IC circuits.
FPGA는 프로그램 가능한 논리 소자로 이루어진 반도체 소자이다. FPGA는 수많은 논리 블록(logic block)으로 구성되어 있으며 다양한 하드웨어 구성을 수행할 수 있는 기능을 제공한다. 각 논리 블록에는 회로를 구현할 수 있는 게이트, 플립플롭, 메모리 등이 배치되어 있다. FPGAs are semiconductor devices made up of programmable logic devices. FPGAs are composed of numerous logic blocks and provide the ability to perform various hardware configurations. In each logic block, a gate, flip-flop, memory, etc. that can implement a circuit are arranged.
기존의 IC Chip은 정해진 기능만을 수행하지만 FPGA는 회로를 가변적으로 구성하기가 용이하여 GPR 탐사장비에서 널리 이용되어지는 컨트롤 수단이다.The existing IC chip performs only a set function, but the FPGA is a control means widely used in GPR exploration equipment because it is easy to configure the circuit variably.
이러한 FPGA의 배선 영역은 논리 블록과 사이에서 신호를 전송한다. 디지털 회로의 동작 속도는 배선의 길이가 큰 영향을 차지하는데, 논리 블록은 물리적으로 일정한 간격으로 배치되어 있어 인접한 논리 블록 간 지연 시간은 일정하다. The wiring regions of these FPGAs transmit signals to and from logic blocks. The operation speed of a digital circuit is greatly affected by the length of the wiring. Since the logical blocks are physically arranged at regular intervals, the delay time between adjacent logical blocks is constant.
또한 동일한 논리 회로로 구성된 논리 블록을 통과할 때 입/출력 사이의 지연 시간이 같다. 이를 이용하여 신호를 논리 블록을 연속해서 통과하도록 하면 일정한 지연 시간을 가진 신호를 만들어낼 수 있다. Also, the delay time between input/output is the same when passing through a logic block composed of the same logic circuit. By using this to continuously pass a signal through a logic block, a signal with a constant delay time can be created.
그리고 GPR에 이용되어지는 샘플링 기법에는 여러 가지가 존재한다. 취득시간이 가장 짧은 실시간 샘플링기법이나 ADC가 여러개 필요한 Time Interleaved 샘플링 기법, 취득 샘플이 다수 필요한 등가시간 샘플링 기법 등이 가장 많이 사용되어진다. And there are several sampling techniques used in GPR. The real-time sampling technique with the shortest acquisition time, the time-interleaved sampling technique that requires several ADCs, and the equivalent-time sampling technique that requires a large number of acquisition samples are the most used.
실시간 샘플링 기법은 입력신호를 ADC의 샘플링 성능에 의존해서 한번에 샘플링하는 방법으로 가장 빠른 속도를 보이나 목표 해상도가 Picosecond 스케일인 경우 상당한 고가의 ADC회로를 사용하여야 하거나 구현이 불가능할 수 도 있어 실용성이 떨어진다. The real-time sampling technique is the method of sampling the input signal at once depending on the sampling performance of the ADC, and it shows the fastest speed. However, if the target resolution is picosecond scale, it has to use a very expensive ADC circuit or it may be impossible to implement, so it is not practical.
Time Interleaved 샘플링 기법은 조금씩 딜레이 되어있는 샘플링 클럭을 이용하는 다수의 ADC로 입력신호를 샘플링하고 후반작업을 통해 샘플링된 결과를 합쳐서 최종 샘플링 결과를 도출하는 방법으로 실시간으로 샘플링이 가능하나 ADC회로를 다수 구성해야 하며, 목표해상도가 높을 경우 거기에 비례하여 ADC회로가 해상도 만큼 필요하여 경제성이 많이 떨어져 군용이거나, 혹은 비교적 낮은 해상도의 장비에 사용되어 진다. The Time Interleaved sampling technique samples the input signal with a number of ADCs using a slightly delayed sampling clock and combines the sampled results through post-production to derive the final sampling result. If the target resolution is high, the ADC circuit is required as much as the resolution in proportion to it, so the economic feasibility is very low, so it is used for military use or equipment with relatively low resolution.
마지막으로 등가시간 샘플링(Equivalent Time Sampling:이하, ETS) 기법은 입력신호가 계속 반복되고 있는 동안 조금씩 딜레이 되는 샘플링 클럭을 이용하는 하나의 ADC를 이용해서 원하는 해상도만큼의 데이터를 모으고 후반작업을 통해 신호를 합쳐서 목표해상도의 샘플링 된 결과를 얻어내는 방법으로, 입력신호가 반복적으로 사용되어야하므로 가장 느리게 동작하지만, 그 동작 주기가 사용자가 원하는 속도 이상으로 적용이 가능한 환경에서는 가장 저렴하고 성능이 우수한 방법이다. 이러한 등가시간 샘플링 기법은 탐사속도가 비교적 느린 GPR 탐사업무에 가장 적합하다고 할 수 있다.Finally, the Equivalent Time Sampling (ETS) technique collects data as much as the desired resolution using one ADC using a sampling clock that is slightly delayed while the input signal is being repeated, and collects the signal through post-production. It is a method of obtaining the sampled result of the target resolution by summing it up. It operates the slowest because the input signal has to be used repeatedly, but it is the cheapest and the best method in the environment where the operation cycle can be applied at a speed higher than the user's desired speed. This equivalent time sampling technique can be said to be most suitable for GPR exploration work, which is relatively slow.
그러나, 종래의 GPR 탐사장치는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional GPR probe has the following problems.
첫째, 기존 GPR 탐사장치는 디스플레이부와 컨트롤부 등이 구비됨으로써 상당한 크기이므로 좁은 골목길 등의 공간에 진입하기 어려우므로 좁은 탐사영역에서는 탐사가 어려운 문제점이 있다.First, the existing GPR exploration device has a problem in that it is difficult to explore in a narrow exploration area because it is difficult to enter a space such as a narrow alley because it has a large size as it is provided with a display unit and a control unit.
둘째, 탐사장치의 손잡이가 고정방식이므로 손잡이의 길이를 늘려야 하는 경우 탐사에 제한이 있는 문제점이 있다.Second, since the handle of the exploration device is a fixed method, there is a problem in that there is a limitation in the exploration when the length of the handle needs to be increased.
셋째, 일반적인 ETS ADC기법은 ADC의 샘플링 클럭을 직접 딜레이 하면서 데이터를 취득하기 때문에 정확한 타이밍의 데이터 취득을 위해서 입력주파수 스펙이 목표 샘플링 주파수보다 높은 고가의 ADC를 사용해야 하는 문제점이 있다.Third, since the general ETS ADC technique acquires data while directly delaying the sampling clock of the ADC, there is a problem in that an expensive ADC whose input frequency specification is higher than the target sampling frequency must be used in order to acquire data at the correct timing.
넷째, 탐사장치를 주행시켜서 탐지하는 경우 곡선구간을 진행하는 경우에는 탐사장치의 주행방향, 주행각도 등의 주행상태를 실제로 확인하기 어려운 문제점이 있다.Fourth, there is a problem in that it is difficult to actually check the driving conditions such as the driving direction and the driving angle of the exploration device when a curved section is performed in the case of detecting by driving the probe.
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 과제는 구조를 개선함으로써 2개의 레이저 모듈을 장착하여 하나의 레이저는 기준선 역할을 하고 다른 레이저는 실제 진행방향을 표시함으로 2개의 레이저를 서로 비교함으로써 직진 여부를 쉽게 확인할 수 있고, 이로 인하여 시설물 외벽이나 바닥층 내부의 철근 위치에 쉽게 도달할 수 있어서 철근의 배근구조나 박리상태 등을 용이하게 탐사할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been proposed to solve these conventional problems, and the object of the present invention is to improve the structure by mounting two laser modules so that one laser serves as a reference line and the other laser displays the actual travel direction. By comparing the two lasers with each other, it is easy to check whether or not the laser is going straight, and thereby, it is possible to easily reach the position of the reinforcing bar inside the outer wall or floor of the facility. will be.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사 장치는, 휠(31)이 장착되는 본체(3)와; In order to realize the above object of the present invention, the exploration apparatus according to an embodiment of the present invention, the
본체(3)에 구비되어 전자기 펄스를 방사 혹은 수신하는 안테나(4a,4b)와; Antenna (4a, 4b) provided in the main body (3) for emitting or receiving electromagnetic pulses;
전자기 펄스를 발생시키는 펄스 생성모듈(5)과; a pulse generating module 5 for generating electromagnetic pulses;
반사파를 수신하고 디지털 신호로 변환하는 펄스 수신부(6)와; a pulse receiving unit 6 that receives the reflected wave and converts it into a digital signal;
펄스 생성모듈(5)과, 펄스 수신부(6)를 제어하고, 컨트롤 펄스를 생성하는 컨트롤 FPGA 모듈(7)과; a
본체(3)에 구비된 2개의 레이저 모듈로서, 하나의 레이저 모듈은 좌우방향으로 회전가능한 구조이고, 다른 레이저 모듈은 고정됨으로써 각 레이저 모듈로부터 발생한 2줄의 레이저 광을 비교하여 주행방향을 파악하는 레이저부(4,8)와;As two laser modules provided in the
휠(31)과 연동하여 일정 간격마다 신호를 발생시키는 인코더 모듈(17)과; an
본체(3)와 연동하여 신호를 송수신하는 모바일 디바이스(2)와; a mobile device (2) for transmitting and receiving signals in conjunction with the main body (3);
GPR 탐사장치를 제어하는 메인 마이크로 컨트롤 유닛(16)과; 그리고a main
본체(3)에 연결되는 손잡이(33)를 포함한다.and a
본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 GPR 탐사장치는 다음과 같은 장점이 있다.Mobile GPR exploration apparatus according to an embodiment of the present invention has the following advantages.
첫째, 탐사장치에 2개의 레이저 모듈을 장착하여 하나의 레이저는 기준선 역할을 하고 다른 레이저는 실제 진행방향을 표시함으로써 2개의 레이저를 서로 비교할 수 있어서 탐사장치의 직진 여부를 쉽게 확인할 수 있고, 이로 인하여 시설물 외벽이나 바닥층 내부의 철근 위치에 쉽게 도달할 수 있어서 철근의 배근구조나 박리상태 등을 용이하게 탐사할 수 있다.First, by installing two laser modules in the exploration device, one laser acts as a reference line and the other laser displays the actual direction of travel, so that the two lasers can be compared with each other, so it is easy to check whether the probe is going straight or not. It is possible to easily reach the location of the reinforcing bar inside the outer wall of the facility or the floor, so it is possible to easily explore the reinforcing structure and the detached state of the reinforcing bar.
둘째, GPR 탐사장치에 디스플레이부와 컨트롤부를 생략하고, 손잡이에 홀더를 접이식으로 장착함으로써 이 홀더에 모바일 컴퓨터를 장착할 수 있어서 크기를 소형화할 수 있어서 좁은 탐사영역에서도 탐사를 진행할 수 있다.Second, by omitting the display and the control unit in the GPR exploration device, and folding the holder on the handle, the mobile computer can be mounted on the holder so that the size can be miniaturized, so that exploration can be carried out in a narrow exploration area.
셋째, 탐사장치의 손잡이를 연장가능한 구조로 개선함으로써 탐사지역의 환경에 제약받지 않고 사용이 편리하다.Third, by improving the handle of the exploration device to an extendable structure, it is convenient to use without being constrained by the environment of the exploration area.
넷째, GPR 펄스 수신부에 있어서, ETS ADC기법에 사용되어지는 ADC와 SRD 컨트롤 펄스를 스위치로 하는 트랙 앤 홀드 회로를 적용한 등가샘플링 모듈을 이용함으로써 저속의 ADC에서도 입력 주파수 스펙에 제한받지 않고 사용할 수 있다.Fourth, in the GPR pulse receiver, the ADC used in the ETS ADC technique and the equivalent sampling module with the track-and-hold circuit using the SRD control pulse as a switch are used, so that even a low-speed ADC can be used without being limited by the input frequency specification. .
다섯째, GPR 컨트롤 FPGA 모듈에 적용되는 딜레이 셀(Delay cell)을 복수개 배치함으로써 제어신호의 비트수를 조절하여 다양한 지연시간을 가진 신호를 만들 수있다.Fifth, by arranging a plurality of delay cells applied to the GPR control FPGA module, the number of bits of the control signal can be adjusted to create a signal with various delay times.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 GPR 탐사장치의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모바일 GPR 탐사장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 모바일 GPR 탐사장치의 레이저부의 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제 1 및 제 2레이저 모듈의 배치구조를 보여주는 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 레이저부의 제 1 및 제 2레이저 모듈이 결합된 구조를 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 모바일 GPR 탐사장치의 평면도이다.
도 7은 도 레이저부의 제 2레이저 모듈의 상하방향 회전각을 조절하는 노브와 제 2레이저 모듈의 결합관계를 보여주는 부분 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 제 2레이저 모듈과 각도 노절노브의 결합관계를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 모바일 GPR 탐사장치에 구비된 회로 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 등가 샘플링 모듈의 구조를 개략적으로 보여주는 회로도이다.
도 11은 도 10에 도시된 SRD 컨트롤 펄스 회로의 구조를 개략적으로 보여주는 회로도이다.
도 12는 도 1에 도시된 모바일 GPR 탐사장치에 연장스틱이 연결된 구조를 보여주는 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 연장스틱에 구비되어 모바일 디바이스를 탈부착 가능한 홀더의 구조를 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 14는 도 9에 도시된 컨트롤 FPGA 모듈의 Delay 생성기를 보여주는 도면이다.
도 15는 도 10에 도시된 등가 샘플링 모듈의 동작원리를 보여주는 도면이다.
도 16은 등가시간 샘플링 시 연속되는 입력파에 조금씩 딜레이된 샘플링펄스가 적용되는 원리를 보여주는 도면이다.
도 17(a), (b), (c)는 도 1에 도시된 모바일 디바이스의 디스플레이에서 구현되는 탐사화면을 보여주는 도면이다.1 is a perspective view showing the appearance of a mobile GPR exploration device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the mobile GPR exploration device shown in FIG. 1 .
3 is an exploded perspective view showing the structure of the laser unit of the mobile GPR exploration device shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a side view showing the arrangement structure of the first and second laser modules shown in FIG. 3 .
5 is a partially enlarged perspective view showing a structure in which the first and second laser modules of the laser unit shown in FIG. 4 are combined.
6 is a plan view of the mobile GPR exploration apparatus shown in FIG.
7 is a partial perspective view illustrating a coupling relationship between a knob for adjusting the vertical rotation angle of the second laser module of the laser unit and the second laser module.
8 is a perspective view schematically illustrating a coupling relationship between the second laser module and the angle knob knob shown in FIG. 7 .
9 is a diagram schematically showing a circuit structure provided in the mobile GPR exploration apparatus shown in FIG. 1 .
FIG. 10 is a circuit diagram schematically showing the structure of the equivalent sampling module shown in FIG. 9 .
11 is a circuit diagram schematically showing the structure of the SRD control pulse circuit shown in FIG. 10 .
12 is a perspective view showing a structure in which an extension stick is connected to the mobile GPR exploration device shown in FIG. 1 .
13 is a partially enlarged perspective view showing the structure of a holder provided in the extension stick shown in FIG. 12 to attach and detach the mobile device.
14 is a diagram showing a Delay generator of the control FPGA module shown in FIG. 9 .
15 is a diagram illustrating an operating principle of the equivalent sampling module shown in FIG. 10 .
16 is a diagram illustrating a principle of applying a slightly delayed sampling pulse to a continuous input wave during equivalent time sampling.
17(a), (b), and (c) are diagrams illustrating a search screen implemented on a display of the mobile device shown in FIG. 1 .
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPR 탐사장치를 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a GPR exploration apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 GPR 탐사장치(1)는 전자기 펄스를 탐사대상 표면에 발사하고 반사파를 수신하여 분석함으로써 시설물 외벽이나 바닥층 내부의 철근의 배근구조나 박리상태 등을 탐사할 수 있다.As shown in Figures 1 to 17, the
이러한 GPR 탐사장치(1)는 본체(3)와; 본체(3)에 구비되어 전자기 펄스를 방사 혹은 수신하는 안테나(4a,4b)와; 전자기 펄스를 발생시키는 펄스 생성모듈(5)과; 반사파를 수신하고 디지털 신호로 변환하는 펄스 수신부(6)와; 펄스 생성모듈(5)과, 펄스 수신부(6)를 제어하는 컨트롤 FPGA 모듈(7)과; 본체(3)에 구비된 2개의 레이저 모듈로서, 하나의 레이저 모듈은 좌우방향으로 회전가능한 구조이고, 다른 레이저 모듈은 고정됨으로써 각 레이저 모듈로부터 발생한 2줄의 레이저 광을 비교하여 주행방향을 파악하는 레이저부(4,8)와; 본체(3)에 구비되는 휠(Wheel;31)과; 휠(31)과 연동하여 일정 간격마다 신호를 발생시키는 인코더 모듈(17)과; 본체(3)와 연동하여 신호를 송수신하는 모바일 디바이스(2)와; 모바일 디바이스(2)와 신호를 송수신하는 무선통신 모듈과; GPR 탐사장치를 제어하는 컨트롤 유닛(16)과; 본체(3)에 연결되는 손잡이(33)를 포함한다.This GPR exploration device (1) has a main body (3) and; Antenna (4a, 4b) provided in the main body (3) for emitting or receiving electromagnetic pulses; a pulse generating module 5 for generating electromagnetic pulses; a pulse receiving unit 6 that receives the reflected wave and converts it into a digital signal; a
보다 상세하게 설명하면,In more detail,
안테나(4a,4b)는 펄스 신호를 송신하는 송신 안테나(4a)와, 펄스 신호를 수신하는 수신 안테나(4b)로 구성된다. 이러한 송신 및 수신 안테나(4a,4b)는 쉴드 처리하는 것이 바람직하다.The
펄스 생성모듈(5)은 GPR 펄스신호를 생성할 수 있는 avalanche pulse generator 혹은 SRD pulse generator로 구성될 수 있으며, 혹은 두 가지 모두의 조합이 이용되어 질 수 있다. The pulse generating module 5 may be configured as an avalanche pulse generator or an SRD pulse generator capable of generating a GPR pulse signal, or a combination of both may be used.
이러한 펄스 생성모듈(5)은 펄스 수신부(6)와 타이밍이 동기화 되어야하며, 컨트롤 FPGA 모듈(7)이 펄스생성모듈(5)과 펄스수신부(6)의 동작 트리거 신호(Trigger signal)를 발생시켜 작동 타이밍을 동기화 시킨다.The pulse generating module 5 must synchronize the timing with the pulse receiving unit 6, and the
그리고, 펄스 생성모듈(5)은 컨트롤 FPGA 모듈(7)에서 전송하는 트리거 신호를 받을 때마다 하나의 전자기 펄스를 생성시키고 발룬(Balun)회로를 통과해 임피던스 정합된다. 이러한 펄스파는 송신안테나(4a,4b)를 통하여 최종적으로 탐사표면으로 방사된다. Then, the pulse generating module 5 generates one electromagnetic pulse whenever it receives a trigger signal transmitted from the
펄스 수신부(6)는 수신안테나(4a,4b)에서 임피던스 정합이 이루어진후 신호를 샘플링이 가능한 적정 전압값으로 변환하는 LNA(Low Noise Amplifier;14)와; 고속의 샘플링 신호를 입력펄스의 짧은 한 순간의 전압값만을 전송하는 등가샘플링 모듈(15)과; 그리고 하나의 전압값만을 수신하여 입력주파수 한계와 상관없이 샘플링을 하는 ADC(12)를 포함한다.The pulse receiving unit 6 includes: an LNA (Low Noise Amplifier) 14 for converting a signal into an appropriate voltage value that can be sampled after impedance matching is achieved at the receiving
이러한 펄스 수신부(6)는 수신 안테나(4a,4b)를 통하여 신호를 수신하며, ETS ADC 기법에 의해 동작된다. The pulse receiving unit 6 receives a signal through the receiving
보다 상세하게 설명하면, LNA(14)는 수신안테나(4a,4b)에서 임피던스 정합이 이루어진 후 신호를 샘플링이 가능한 적정 전압값으로 변환한다. 이러한 LNA(14)는 2개의 증폭단 구조로 되어있으며, 입력신호는 메인MCU(16)의 컨트롤 신호에 의해 증폭단에 의해 증폭되거나 증폭되지 않고 통과될 수 있다.In more detail, the
그리고, LNA(14)를 통과한 신호(이하, 입력펄스)는 적정 전압값으로 변환되어서 등가 샘플링 모듈(15)로 입력된다. Then, the signal passing through the LNA 14 (hereinafter, an input pulse) is converted into an appropriate voltage value and input to the
등가 샘플링 모듈(15)은 10GHz이상의 고속의 샘플링을 저속의 ADC를 이용하여 수행 가능하도록 입력펄스의 짧은 한 순간의 전압값만을 저속의 ADC(12)로 보내는 역할을 수행한다. The
즉, 펄스 수신부(6)에 입력된 입력펄스(8)는 기준클럭(9)에서 먼저 샘플링(Sampling)되고, 다음 입력펄스는 기준클럭보다 조금 더 딜레이된 클럭(10,11)에 의해서 샘플링된다. 이후 모든 샘플링된 데이터는 조합되어 최종적으로 하나의 고속 샘플링된 데이터 값으로 정렬된다.That is, the
일반적으로, 이러한 ETS ADC기법에 사용되는 ADC는 샘플링 클럭 스펙은 낮아도 상관없으나 입력주파수 스펙은 목표 샘플링 주파수보다 높아야 입력값을 받아들일 수 있다.In general, the ADC used in this ETS ADC technique does not care if the sampling clock specification is low, but the input frequency specification must be higher than the target sampling frequency to accept the input value.
따라서 최소한 입력 주파수 스펙은 목표 샘플링 주파수보다 높은 ADC가 사용되어야 하는데, 본 실시예에서는 저속의 ADC에서도 사용가능하도록 ADC(12)의 앞단에 등가 샘플링 모듈(15)을 배치한다.Therefore, at least the input frequency specification should use an ADC higher than the target sampling frequency. In this embodiment, the
즉, 등가 샘플링 모듈(15)은 전류 증폭단(23)과; SRD 콘트롤 펄스회로(13)와; 트랙 앤 홀드 회로(27)와; 버퍼(Buffer;24)를 포함한다.That is, the
SRD를 이용한 고속의 SRD 컨트롤 펄스(47)를 스위치로 하는 트랙 앤 홀드 회로(27)는 아주 짧은 시간의 입력신호를 버퍼(24)에 홀딩한 후 저속의 ADC(12)에 전송한다. The track and hold
입력신호는 LNA(14)를 통과하면서 전압이 증폭되며, 전류증폭단(Current Amp;23)을 통과하면서 저속의 ADC(12)가 해석 가능한 크기로 전류가 증폭되게 된다. As the input signal passes through the
그리고, SRD 컨트롤 펄스 회로(13)는 GPR 컨트롤 FPGA모듈(7)에서 나오는 차동 셈플링 클럭(+/- BASIC SAMPLE CLK;51;52)으로 동작하는 SRD Switch Circuit(48); SRD Switch Circuit(48)에서 나온 스위치 신호의 노이즈를 제거하고 스위치 신호만을 증폭시켜주는 전력증폭기(PA;49)와; 듀플렉스(Duplexer;50)를 포함하는 피드백회로로 구성된다.In addition, the SRD
이러한 SRD 컨트롤 펄스 회로(13)는 GPR 컨트롤 FPGA모듈(7)에서 기본 샘플 클럭을 차동신호 방식으로 전달받아 SRD Switch Circuit(48)에서 기본 샘플 클럭보다 클럭폭이 좁은 고속 샘플링 클럭을 발생시킨다. The SRD
이때, 발생된 클럭은 각 소자에서 생기는 임피던스 차이나 노이즈의 유입으로 인하여 신호 세기가 감쇄되거나 노이즈가 발생하는 문제를 가지고 있다. In this case, the generated clock has a problem in that the signal strength is attenuated or noise is generated due to an impedance difference generated in each device or an inflow of noise.
그 신호를 Duplexer(50)에 넣은후 Duplexer(50)가 가지고 있는 내부의 4단 Band Pass Filter로 불필요한 주파수 영역을 제거하고 사용하고자 하는 주파수영역만을 트랙앤홀드 회로(27)로 전송한다.After putting the signal into the
전송 후 피드백 해서 온 신호를 PA(Power Amplifier, 전력증폭기;49)를 통과하여 다시금 Duplexer(50)에 투입 후 사용하고자 하는 주파수영역만을 증폭 후 다시 트랙 앤 홀드(27) 회로에 전송하여 최종적으로 노이즈가 제거된 증폭된 샘플링 클럭으로 안정된 동작이 가능하게 된다.After transmission, the feedback signal is passed through the PA (Power Amplifier; 49), put into the
그리고, 등가 샘플링 모듈(15)에서 처리된 신호는 ADC(12)로 입력되며, ADC(12)는 50ps 이하의 순간에 해당하는 하나의 전압값 만을 입력으로 받게 되며, 입력주파수 한계와 상관없이 샘플링이 가능하게 된다. And, the signal processed by the
이와 같이 하나의 전압값을 샘플링한 후에는 ETS ADC기법이 적용되어 조금씩 딜레이가 된 전압값을 순차적으로 샘플링하고 이후 그 데이터는 조합되어 하나의 완성된 펄스 데이터가 만들어지게 된다.After sampling one voltage value in this way, the ETS ADC technique is applied to sequentially sample the voltage values that have been delayed little by little, and then the data are combined to make one complete pulse data.
한편, 컨트롤 FPGA 모듈(7)은 펄스 생성모듈(5)과, 펄스 수신부(6)를 제어하고, 컨트롤 펄스를 생성한다.On the other hand, the
이러한 컨트롤 FPGA 모듈(7)은 도 14와 같은 지연셀(Delay Cell;26)에 의하여 컨트롤 펄스를 생성한다.The
즉, 컨트롤 FPGA 모듈(7)은 컨트롤 펄스를 생성하는 복수의 지연셀(Delay Cell;26)과; 여러 개의 신호를 받아 단일 회선으로 보내거나 단일 회선의 신호를 다시 본래의 신호로 분리하는 Mux(multiplexer;28)를 포함한다.That is, the
하나의 지연셀(26)은 50ps의 딜레이를 가지며 Delay Cell의 조합을 통해 필요한 딜레이값을 발생시켜 컨트롤 펄스를 생성한다.One
이러한 지연셀(26)은 적어도 하나 이상의 논리블록으로 구성되는 바, 예를 들면, 1개, 2개, 4개, 8개, 16, 32개, 64개, 128개, 256개, 512개로 구성한다.The
그리고, 지연셀(26)에는 Mux(multiplexer;28)가 연결되는 바, Mux는 여러 개의 신호를 받아 단일 회선으로 보내거나 단일 회선의 신호를 다시 본래의 신호로 분리하는 기능을 수행한다.In addition, a multiplexer (Mux) 28 is connected to the
이러한 Mux(28)를 통해 컨트롤 신호의 해당 비트(bit)가 1일 때, 내부 지연셀(26)을 통과한 신호가 선택되고, 0일 때 내부 지연셀을 통과하지 않은 신호가 선택된다. When the corresponding bit of the control signal through the
신호가 선택되는 과정을 예를 들어 설명하면, 10bit 컨트롤 신호의 조합으로 논리 블록을 0번, 1번, 2번, ... 1024번 통과하여 총 1024가지 딜레이 클럭이 생성된다. If the signal selection process is described as an example, a total of 1024 types of delay clocks are generated by passing the logic block 0 times, 1 time, 2 times, ... 1024 times with a combination of the 10-bit control signal.
이러한 방법으로 2^n개의 논리 블록으로 구성된 지연셀을 추가하고 컨트롤 신호의 Bit 수를 조절하여 다양한 지연 시간을 가진 신호를 만들 수 있다.In this way, it is possible to create a signal with various delay times by adding a delay cell composed of 2^n logic blocks and adjusting the number of bits of the control signal.
그리고, 컨트롤 FPGA 모듈(7)에서 취득된 탐사 데이터는 GPR 탐사장치의 저장매체(29)에 저장되고, 또한 메인 MCU(16)와 무선통신모듈(19)을 통해서 무선으로 모바일 디바이스(2)로도 전송된다.And, the exploration data acquired from the
메인 MCU(16)는 레이저 모듈(18)을 제어하여 탐사라인을 가이드하는 레이저 포인트를 전방 바닥면에 표시한다.The
그리고, 인코더 모듈(17)은 휠(31)에 연결되어 펄스의 방사간격을 조정할 수 있다.And, the
이러한 인코더 모듈(17)은 기계식 인코더, 혹은 레이저, 광센서 등의 비접촉 방식의 인코더가 적용될 수 있다.The
이러한 인코더 모듈(17)은 휠(31)에 연결됨으로써 일정 거리 이동할 때 마다 다양한 간격으로 펄스를 방사, 취득할 수 있으며, 이 신호를 컨트롤 FPGA 모듈(7)에 탐사 타이밍을 전송한다.The
한편, 모바일 디바이스(2)는 본체(3)와 무선 통신모듈(19)에 의하여 신호를 송수신한다.On the other hand, the
이러한 모바일 디바이스(2)는 무선통신이 가능한 타블렛나 랩탑 컴퓨터, 노트북, 휴대전화 등이 사용 가능하며, 취득한 데이터는 별도로 GPR탐사장치의 저장매체(29)에 저장되어 있어 모바일 컴퓨터가 다른 장비로 교체가 되더라도 이전 취득한 데이터를 함께 공유가 가능하다.The
모바일 디바이스(2)는 디스플레이(22)와, 취득 프로그램이 탑재된 유닛(21)과, 통신모듈(20)을 포함한다.The
디스플레이(22)는 엘이디(LED) 등이며, 탐사된 지면에 대한 이미지를 표시한다.The
이러한 이미지는 유닛(21)에 탑재된 취득 프로그램에 의하여 처리되는 바, 취득 프로그램(21)은 도 17(A)와 같이, 2D의 탐사화면을 가로로 스크롤하면서 탐사대상의 내부를 디스플레이한다. These images are processed by the acquisition program mounted in the
그리고, 일반적으로 전자기 펄스를 탐사에 이용할 경우 탐사방향으로 퍼진 형태(37)로 반사체의 형태가 표시가 되는데, 이를 도 17(B)에 도시된 바와 같이 마이그레이션(Migration) 기법을 적용하여 원래 매립물의 형태(38)로 변환하는 기능을 제공하며, 매쉬구조로 일정면적을 탐사하면 도 17(C)와 같이 해당 면적의 내부구조를 Top View 형태로 볼 수 있게 하였다.And, in general, when electromagnetic pulses are used for exploration, the shape of the reflector is displayed in the
한편, 본체의 전방에는 레이저부(4,8)가 장착됨으로써 2개의 레이저 포인트에 의하여 직진여부를 표시한다.On the other hand, the laser unit (4, 8) is mounted on the front of the main body to indicate whether or not to go straight by two laser points.
이러한 레이저부(4,8)는, 본체(3)의 수납홈(53)에 배치되며, 모터(M)의 회전축(S)에 결합되어 자이로 센서(50)와 연동함으로써 좌우방향으로 회전 가능하여 레이저로 기준선을 제시하는 제 1레이저 모듈(4)과; 제 1레이저 모듈(4)의 인접위치에 좌우방향으로는 고정적으로 배치되고, 상하방향으로 각도 조절이 가능하여 레이저로 탐사장치가 실제로 주행하는 방향을 제시하는 제 2레이저 모듈(8)과; 수납홈(53)의 내부에 배치되며 전방에는 제 2레이저 모듈(8)이 연결되어 상하방향으로 회전하는 연결구(9)와; 수납홈(53)에 형성된 관통홀(h1)을 관통하여 연결구(9)를 측방향에서 관통함으로써 회전시 제 2레이저 모듈(8)을 상하방향으로 소정 각도로 회전시켜서 고정시키는 각도 조절노브(10)와; 그리고, 축(10a)의 외주면에 삽입되어 마찰력에 의하여 축(10a)이 임의로 회전하는 것을 방지하는 고무패킹(10b)을 포함한다.These
보다 상세하게 설명하면,In more detail,
제 1레이저 모듈(4)은 자이로 센서(50) 및 모터(M)에 연결됨으로써 본체(3)가 좌우방향으로 회전할 때 회전각을 감지하게 된다. 그리고, 감지된 각도값은 컨트롤 유닛(16)에 전송되며, 컨트롤 유닛(16)이 모터(M)를 제어함으로써 모터(M)의 회전축(S)은 회전방향의 반대 방향으로 소정 각도 회전된다. 즉, 탐사장치가 곡선 주행을 하는 경우에도 제 1레이저 모듈(4)이 탐사장치를 따라 같이 곡선방향으로 향하는 것이 아니라 모터(M) 회전축(S)의 회전에 의하여 주행방향과 반대방향으로 회전함으로써 제 1레이저 모듈(4)은 항상 전방을 향하게 된다.The
따라서, 제 1레이저 모듈(4)은 본체(3)가 회전하는 각도를 보상하여 제자리를 유지하게 되므로 제 1레이저 모듈(4)에서 조사된 레이저는 항상 탐사장치의 전방을 표시하게 된다.Accordingly, the
반면에, 제 2레이저 모듈(8)은 본체에 연결구(9)에 의하여 장착됨으로써 상하방향으로만 유동되고 좌우방향으로는 고정된 상태이다. 따라서, 제 2레이저 모듈(8)에서 조사된 레이저는 탐사장치가 곡선방향으로 주행하는 경우에 같이 곡선방향으로 향하게 되므로 항상 탐사장치의 진행방향을 표시하게 된다.On the other hand, the
이러한 제 2레이저 모듈(8)은 연결구(9)에 의하여 본체(3)에 고정된 상태에서 상하방향으로 각도조절이 가능하다.The
이때, 각도 조절은 다양한 방식으로 가능한 바, 예를 들면 각도 조절노브(10) 및 고무패킹(10b)에 의하여 각도조절이 가능하다.At this time, angle adjustment is possible in various ways, for example, angle adjustment is possible by the angle adjustment knob (10) and the rubber packing (10b).
보다 상세하게 설명하면, 연결구(9)는 본체(3)에 형성된 수납홈(53)의 내부에 수납되고, 전방에는 제 2레이저 모듈(8)이 장착된다.In more detail, the
그리고, 연결구(9)의 측방향에는 고정홀(h)이 관통 형성되고, 이 고정홀(h)에는 각도 조절노브(10)의 축(10a)이 삽입되어 관통된다. 이때, 각도 조절노브(10)의 축(10a)은 몸체(3)의 전방에 형성된 수납홈(53)의 관통홀(h1) 및 연결구(9)의 고정홀(h)을 관통한다. 그리고, 축(10a)의 선단(10c)에는 나사산이 형성되고, 이 나사산에 볼트(B)가 체결된다.And, a fixing hole (h) is formed through the lateral direction of the
그리고, 연결구(9)의 내부에는 길이방향으로 체결홀(h2)이 형성되고, 고정볼트(B1)가 이 체결홀(h2)을 통하여 제 2레이저 모듈(8)의 후단(54)에 체결될 수 있다. 고정볼트(B1)는 다양한 종류의 볼트가 적용가능하며, 예를 들면 무드볼트가 적용될 수 있다.And, a fastening hole h2 is formed in the inside of the
그리고, 제 2레이저 모듈(8)은 연결구(9)의 내부에 삽입되고, 후단(54)은 축(10a)에 형성된 홀(h3)을 관통하여 고정볼트(B1)와 결합된다. Then, the
이때, 축(10a)의 외주면 일측에는 고무패킹(10b)을 삽입함으로써 노브(10)와 본체(3)의 전면에 돌출된 브래킷(56)간의 마찰력에 의하여 축(10a)이 임의로 회전하는 것을 방지할 수 있다.At this time, by inserting a rubber packing (10b) into one side of the outer peripheral surface of the shaft (10a), the shaft (10a) is prevented from arbitrarily rotating by the frictional force between the knob (10) and the bracket (56) protruding from the front of the body (3) can do.
이러한 구조를 갖는 각도 조절노브(10)에 의하여 제 2레이저 모듈(8)의 각도를 조절하는 경우, 먼저 고무패킹(10b)이 삽입되어 고정된 노브(10)를 목표하는 각도로 회전시켜서 제 2레이저 모듈(8)을 소정 각도로 고정시킨다. 이때, 볼트(B)를 일부 해제하여 노브(10)의 축(10a)이 회전한 후 다시 체결할 수 있다.In the case of adjusting the angle of the
이러한 방식으로 제 2레이저 모듈(8)을 연결구(9) 및 각도 조절노브(10)에 의하여 상하로 일정 각도로 조절하여 고정시킬 수 있다.In this way, the
이와 같이, 제 2레이저 모듈(8)은 좌우방향으로는 고정된 구조이므로 탐사장치가 곡선방향으로 주행하는 경우에도 같이 곡선방향으로 향하게 되므로 탐사장치의 진행방향을 표시하게 된다.As described above, since the
결과적으로, 제 1레이저 모듈(4)은 자이로 센서(50) 및 모터(M)와 연동함으로써 곡선 주행시 주행방향과 역방향으로 일정 각도로 회전하여 곡선주로의 곡률만큼 보정하여 항상 직선방향으로 향하도록 함으로써 전방을 표시하게 되고, 제 2레이저 모듈(8)은 탐사장치의 주행방향만을 표시하게 되므로 제 1 및 제 2레이저 모듈(4,8)에서 조사된 2개의 레이저를 서로 비교함으로써 탐사장치의 현재 자세를 실시간으로 확인할 수 있다.As a result, the
이때, 제 1 및 제 2레이저 모듈(4,8)에서 발생하는 광은 구분을 쉽게 할 수 있도록 서로 다른 색으로 하는 것이 바람직하다. 물론 동일한 색으로 하는 것도 가능하다.At this time, it is preferable that the light generated by the first and
한편, 본체(3)에는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 손잡이(33)가 연결되어 작업자가 이 손잡이(33)를 잡고 탐사를 실시할 수 있는 바, 이러한 손잡이(33)는 본체(3)의 상부 혹은 후면에 연결될 수 있다.On the other hand, as shown in FIGS. 12 and 13, the
그리고, 손잡이(33)에는 필요에 따라 연장관을 연결함으로써 길이를 연장할 수 있다. 즉, 천정이나 높은 장소에는 GPR 탐사장치가 도달하기 어려워 탐사를 진행하기 어려운 바, 이러한 경우 손잡이(33)에 연장관을 연결하여 사용하게 된다.And, the
이러한 연장관은 손잡이(33)의 상단에 체결구에 의하여 일체로 고정될 수 있다. 이때 체결구는 다양한 형태, 예를 들면 스냅핀, 링 등에 의하여 고정될 수 있다.This extension tube may be integrally fixed to the upper end of the
그리고, 손잡이(33) 혹은 연장관에는 모바일 디바이스(2)를 탈부착 가능하게 장착할 수 있는 홀더가 구비된다.In addition, the
이러한 홀더는 삽입홈(42)이 형성되어 모바일 디바이스(2)가 삽입가능한 삽입체(44)와; 삽입체(44)의 하부를 다양한 각도로 지지하는 지지체(46)를 포함한다.The holder includes an
그리고, 지지체(46)는 상부는 회전구가 형성되어 홀더의 저면에 연결되고, 하부는 힌지핀(35)에 의하여 손잡이(33)에 연결된다.In addition, the upper portion of the
따라서, 삽입홈(42)에는 모바일 디바이스(2)가 삽입되고, 홀더는 필요에 따라 힌지핀(35)을 중심으로 접거나 펼칠 수 있다.Accordingly, the
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPR 탐사장치의 작동과정을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation process of the GPR exploration apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
도 1 내지 도 17에 도시된 바와 같이, GPR 탐사장치를 이용하여 시설물 외벽이나 바닥층 내부의 철근의 배근구조나 박리상태 등을 탐사하는 경우, 먼저 본체(1)의 후면에 장착된 전원버튼(32)를 온(On) 상태로 하여 GPR탐사장치를 구동시킨다.As shown in FIGS. 1 to 17, when exploring the reinforcement structure or peeling state of reinforcing bars inside the outer wall or floor layer of the facility using the GPR exploration device, first, the
그리고, 탐사장치(1)의 주행전에 제 2레이저 모듈(8)의 상하방향 위치를 조절한다. 즉, 축(10a)의 선단에 체결된 볼트(B)를 일부 해제한 후 노브(10)를 회전시켜서 제 2레이저 모듈(8)을 목표하는 각도로 회전시키고, 해당 각도로 회전하면, 볼트(B)를 체결함으로써 그 위치에 고정시킨다. 이때, 축(10a)의 외주면 일측에는 고무패킹(10b)을 삽입함으로써 노브(10)와 본체(3)의 전면에 돌출된 브래킷(56)간의 마찰력에 의하여 축(10a)이 임의로 회전하는 것을 방지할 수 있다.Then, the vertical position of the
또한, 제 1레이저 모듈(4)은 자이로 센서(50) 및 모터(M)와 연동된 상태이다.In addition, the
이 상태에서 제 1 및 제 2레이저 모듈(4,8)을 작동시킴으로써 2줄의 레이저 광이 전방으로 조사된다. 이때, 2줄의 레이저 광의 색을 달리함으로써 쉽게 구분할 수 있다.In this state, by operating the first and
주행 초기에는 2줄의 레이저 광이 동일한 방향으로 조사된다.In the initial stage of driving, two lines of laser light are irradiated in the same direction.
이 상태에서 주행하여 곡선주로를 진행하는 경우, 탐사장치에 장착된 자이로 센서(50)가 곡선주로의 곡률을 감지하게 되고, 컨트롤 유닛(16)은 이 곡률값에 의하여 제 1레이저 모듈(4)의 회전값을 연산하게 되고, 연산된 값은 모터(M)에 전송되어 주행방향의 역방향으로 제 1레이저 모듈(4)을 회전시킨다. When driving in this state and proceeding along a curved path, the
따라서, 제 1레이저 모듈(4)에서 발생된 레이저 광은 항상 탐사장치의 전방을 조사하게 된다.Therefore, the laser light generated by the
반면, 제 2레이저 모듈(8)은 탐사장치의 전방에 연결구(9)에 의하여 고정된 상태이므로 항상 탐사장치의 주행방향과 동일한 방향을 조사한다.On the other hand, since the
따라서, 탐사장치가 곡선주로를 주행하는 경우, 제 2레이저 모듈(8)에서 발생한 레이저 광은 탐사장치의 주행방향으로 조사된다.Accordingly, when the exploration device travels on a curved path, the laser light generated by the
결과적으로, 곡선주로에서는 제 1레이저 모듈(4)에서 조사된 레이저 광이 직선방향을 표시하므로 기준선이 되고, 제 2레이저 모듈(8)에서 조사된 레이저 광은 곡선방향을 표시하므로 실제 주행선이 되므로, 2줄의 레이저 광을 서로 비교함으로써 현재 탐사장치의 주행 방향과, 주행각도를 실시간으로 파악할 수 있다.As a result, in a curved line, the laser light irradiated from the
한편, 이와 같이 탐사장치가 주행함에 따라 지표면에 대한 탐사를 시작한다.On the other hand, as the exploration device travels in this way, the exploration for the surface of the earth is started.
먼저, 모바일 디바이스(2)의 유닛(21)에 탑재된 취득 프로그램을 실행하여 GPR탐사장치와 네트워크에 의하여 연결한다.First, the acquisition program mounted on the
그리고, 디스플레이(22)에서 메뉴를 클릭하여 취득모드로 진입하여 Ready상태로 전환한다.Then, by clicking the menu on the
이 상태에서 GPR 탐사장치의 손잡이(30)를 잡고 탐사방향으로 장비를 밀어서 바퀴(31)를 회전시킴으로써 GPR탐사를 시작한다.In this state, hold the
먼저 펄스 생성모듈(5)이 펄스 수신부(6)와 타이밍이 동기화 되어야 하므로 컨트롤 FPGA 모듈(7)이 펄스생성모듈(5)과 펄스수신부(6)의 동작 트리거 신호(Trigger signal)를 발생시켜 작동 타이밍을 동기화 시킨다.First, the pulse generating module 5 needs to synchronize the timing with the pulse receiving unit 6, so the
그리고, 펄스 생성모듈(5)은 컨트롤 FPGA 모듈(7)에서 전송하는 트리거 신호를 받을 때마다 하나의 전자기 펄스를 생성시키고 발룬(Balun)회로를 통과해 임피던스 정합된다. 이러한 펄스파는 송신안테나(4a,4b)를 통하여 최종적으로 탐사표면으로 방사된다. Then, the pulse generating module 5 generates one electromagnetic pulse whenever it receives a trigger signal transmitted from the
이때, 휠(31)에는 인코더 모듈(17)이 장착되는 바, 일정 거리 이동할 때 마다 다양한 간격으로 펄스를 방사, 취득할 수 있으며, 이 신호를 컨트롤 FPGA 모듈(7)에 전송한다.At this time, since the
이와 같이 탐사표면으로 방사된 펄스파는 반사 후 다시 GPR탐사장치의 수신 안테나(4a,4b)를 통하여 펄스 수신부(6)로 수신된다.The pulse wave radiated to the probe surface as described above is received by the pulse receiver 6 through the
펄스 수신부(6)는 수신 안테나(4a,4b)를 통하여 신호를 수신하며, 위에서 설명한 본 발명의 샘플링 방법에 의해 데이터가 취득된다.The pulse receiving unit 6 receives signals through the receiving
보다 상세하게 설명하면, LNA는 수신안테나(4a,4b)에서 임피던스 정합이 이루어진후 신호를 샘플링이 가능한 적정 전압값으로 변환한다. In more detail, the LNA converts a signal into an appropriate voltage value that can be sampled after impedance matching is achieved at the
그리고, LNA(14)를 통과한 신호(이하, 입력펄스)는 적정 전압값으로 변환되어서 등가 샘플링 모듈(15)로 입력된다. Then, the signal passing through the LNA 14 (hereinafter, an input pulse) is converted into an appropriate voltage value and input to the
등가 샘플링 모듈(15)은 10GHz이상의 고속의 샘플링 신호를 저속의 ADC를 이용하여 수행 가능하도록 입력펄스의 짧은 한 순간의 전압값만을 저속의 ADC(12)로 보내는 역할을 수행한다. The
즉, 펄스 수신부(6)에 입력된 입력펄스(8)는 기준클럭(9)에서 먼저 샘플링(Sampling)되고, 다음 입력펄스는 기준클럭보다 조금 더 딜레이된 클럭(10,11)에 의해서 샘플링된다. 이후 모든 샘플링된 데이터는 조합되어 최종적으로 하나의 고속 샘플링된 데이터 값으로 정렬된다.That is, the
본 실시예에서는 저속의 ADC에서도 사용가능하도록 ADC(12)의 앞단에 등가 샘플링 모듈(15)이 배치된다.In this embodiment, the
따라서, 입력신호가 LNA(14)를 통과하면서 전압이 증폭되며, 전류증폭단(Current Amp;23)을 통과하면서 저속의 ADC(12)가 해석 가능한 크기로 전류가 증폭되게 된다. Accordingly, as the input signal passes through the
그리고, ADC(12)는 50ps 이하의 순간에 해당하는 하나의 전압값 만을 입력으로 받게 되며, 입력주파수 한계와 상관없이 샘플링이 가능하게 된다. And, the
이와 같이 하나의 전압값을 샘플링한 후에는 ETS ADC기법이 적용되어 조금씩 딜레이가 된 전압값을 순차적으로 샘플링하고 이후 그 데이터는 조합되어 하나의 완성된 펄스 데이터가 만들어지게 된다.After sampling one voltage value in this way, the ETS ADC technique is applied to sequentially sample the voltage values that have been delayed little by little, and then the data are combined to make one complete pulse data.
한편, SRD 컨트롤 펄스 회로(13)는 GPR 컨트롤 FPGA모듈(7)에서 기본 샘플 클럭을 차동신호 방식으로 전달받아 SRD Switch Circuit(48)에서 기본 샘플 클럭보다 클럭폭이 좁은 고속 샘플링 클럭을 발생시킨다. Meanwhile, the SRD
이때, 발생된 클럭은 각 소자에서 생기는 임피던스 차이나 노이즈의 유입으로 인하여 신호 세기가 감쇄되거나 노이즈가 발생하는 문제를 가지고 있다. In this case, the generated clock has a problem in that the signal strength is attenuated or noise is generated due to an impedance difference generated in each device or an inflow of noise.
그 신호를 Duplexer(50)에 넣은후 Duplexer(50)가 가지고 있는 내부의 4단 Band Pass Filter로 불필요한 주파수 영역을 제거하고 사용하고자 하는 주파수영역만을 트랙앤홀드 회로(27)로 전송한다.After putting the signal into the
전송 후 피드백 해서 온 신호를 PA(Power Amplifier, 전력증폭기;49)를 통과하여 다시금 Duplexer(50)에 투입 후 사용하고자 하는 주파수영역만을 증폭 후 다시 트랙 앤 홀드(27) 회로에 전송하여 최종적으로 노이즈가 제거된 증폭된 샘플링 클럭으로 안정된 동작이 가능하게 된다After transmission, the feedback signal is passed through the PA (Power Amplifier; 49), put into the
한편, 컨트롤 FPGA 모듈(7)은 펄스 생성모듈(5)과, 펄스 수신부(6)를 제어하고, 지연셀(Delay Cell;26)을 조합하여 컨트롤 펄스를 생성한다.On the other hand, the
즉, 지연셀(26)은 적어도 하나 이상의 논리블록으로 구성되는 바, 예를 들면, 1개, 2개, 4개, 8개, 16, 32개, 64개, 128개, 256개, 512개로 구성한다.That is, the
그리고, 지연셀(26)에는 Mux(multiplexer;28)가 연결되는 바, Mux는 여러 개의 신호를 받아 그 중 하나의 신호를 출력으로 내보내는 기능을 수행한다.In addition, a multiplexer (Mux) 28 is connected to the
이러한 Mux(28)를 통해 컨트롤 신호의 해당 비트(bit)가 1일 때, 내부 지연셀(26)을 통과한 신호가 선택되고, 0일 때 내부 지연셀을 통과하지 않은 신호가 선택된다. When the corresponding bit of the control signal through the
신호가 선택되는 과정을 예를 들어 설명하면, 10bit 컨트롤 신호의 조합으로 논리 블록을 0번, 1번, 2번, ... 1024번 통과하여 총 1024가지 딜레이 클럭이 생성된다. If the signal selection process is described as an example, a total of 1024 types of delay clocks are generated by passing the logic block 0 times, 1 time, 2 times, ... 1024 times with a combination of the 10-bit control signal.
이와 같이 처리된 신호는 무선통신 모듈(19)에 의하여 모바일 디바이스(2)로 전송된다.The signal processed in this way is transmitted to the
그리고, 유닛(21)에 탑재된 취득 프로그램에 의하여 처리되는 바, 취득 프로그램(21)은 도 17(A)와 같이, 2D의 탐사화면을 가로로 스크롤하면서 탐사대상의 내부를 디스플레이할 수 있다. Then, as processed by the acquisition program mounted in the
또는, 도 17(B)에 도시된 바와 같이 마이그레이션(Migration) 기법을 적용하여 원래 매립물의 형태(38)로 변환하는 기능을 제공하며, 매쉬구조로 일정면적을 탐사하면 도 17(C)와 같이 해당 면적의 내부구조를 Top View 형태로 볼 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 17(B), it provides a function of converting to the
Claims (5)
본체(3)에 구비되어 전자기 펄스를 방사 혹은 수신하는 안테나(4a,4b)와;
전자기 펄스를 발생시키는 펄스 생성모듈(5)과;
반사파를 수신하고 디지털 신호로 변환하는 펄스 수신부(6)와;
펄스 생성모듈(5)과, 펄스 수신부(6)를 제어하고, 컨트롤 펄스를 생성하는 컨트롤 FPGA 모듈(7)과;
본체(3)에 구비되며, 모터(M)의 회전축(S)에 결합되어 자이로 센서(50)와 연동함으로써 좌우방향으로 회전가능하여 레이저로 기준선을 제시하는 제 1레이저 모듈(4)과, 제 1레이저 모듈(4)의 인접위치에 좌우방향으로 고정적으로 배치되어 레이저로 탐사장치가 주행하는 방향을 제시하는 제 2레이저 모듈(8)을 포함함으로써 제 1 및 제 2레이저 모듈(4,8)로부터 발생한 2줄의 레이저 광을 비교하여 주행방향을 파악하는 레이저부(4,8)와;
휠(31)과 연동하여 일정 간격마다 신호를 발생시키는 인코더 모듈(17)과;
본체(3)와 연동하여 신호를 송수신하는 모바일 디바이스(2)와;
GPR 탐사장치를 제어하는 메인 마이크로 컨트롤 유닛(16)과; 그리고
본체(3)에 연결되는 손잡이(33)를 포함하는 GPR 탐사장치.a body 3 on which the wheel 31 is mounted;
Antenna (4a, 4b) provided in the main body (3) for emitting or receiving electromagnetic pulses;
a pulse generating module 5 for generating electromagnetic pulses;
a pulse receiving unit 6 that receives the reflected wave and converts it into a digital signal;
a control FPGA module 7 for controlling the pulse generating module 5 and the pulse receiving unit 6 and generating a control pulse;
A first laser module 4 provided in the main body 3, coupled to the rotation shaft S of the motor M, and rotatable in the left and right directions by interlocking with the gyro sensor 50 to present a reference line with a laser; The first and second laser modules (4, 8) by including a second laser module (8) that is fixedly arranged in the left and right directions at an adjacent position of the first laser module (4) and provides a direction in which the exploration device travels with a laser A laser unit (4, 8) for determining the traveling direction by comparing the two lines of laser light generated from the;
an encoder module 17 for generating a signal at regular intervals in conjunction with the wheel 31;
a mobile device (2) for transmitting and receiving signals in conjunction with the main body (3);
a main micro control unit 16 for controlling the GPR probe; and
GPR exploration device comprising a handle (33) connected to the body (3).
레이저부(4,8)는 본체(3)의 수납홈(53)에 배치되며, 모터(M)의 회전축(S)에 결합되어 자이로 센서(50)와 연동함으로써 좌우방향으로 회전 가능하여 레이저로 기준선을 제시하는 제 1레이저 모듈(4)과; 제 1레이저 모듈(4)의 인접위치에 좌우방향으로는 고정적으로 배치되고, 상하방향으로 각도 조절이 가능하여 레이저로 탐사장치가 실제로 주행하는 방향을 제시하는 제 2레이저 모듈(8)과; 수납홈(53)의 내부에 배치되며 전방에는 제 2레이저 모듈(8)이 연결되어 상하방향으로 회전하는 연결구(9)와; 수납홈(53)에 형성된 관통홀(h1)을 관통하여 연결구(9)를 측방향에서 관통함으로써 회전시 제 2레이저 모듈(8)을 상하방향으로 소정 각도로 회전시켜서 고정시키는 각도 조절노브(10)와; 그리고, 축(10a)의 외주면에 삽입되어 마찰력에 의하여 축(10a)이 임의로 회전하는 것을 방지하는 고무패킹(10b)을 포함하는 GPR 탐사장치.The method of claim 1,
The laser units 4 and 8 are disposed in the receiving groove 53 of the main body 3, are coupled to the rotation shaft S of the motor M, and are rotatable in the left and right directions by interlocking with the gyro sensor 50, so that the laser a first laser module (4) for presenting a reference line; a second laser module 8 that is fixedly arranged in the left and right directions at an adjacent position of the first laser module 4, and that the angle can be adjusted in the vertical direction to suggest the direction in which the probe actually travels with the laser; a connector 9 disposed inside the receiving groove 53 and connected to the front of the second laser module 8 to rotate in the vertical direction; The angle adjustment knob 10 for fixing the second laser module 8 by rotating the second laser module 8 in the vertical direction at a predetermined angle during rotation by passing the connector 9 through the through hole h1 formed in the receiving groove 53 in the lateral direction. )Wow; And, the GPR exploration device including a rubber packing (10b) inserted into the outer peripheral surface of the shaft (10a) to prevent the shaft (10a) from arbitrarily rotating by frictional force.
연결구(9)의 측방향에는 고정홀(h)이 형성되어 각도 조절노브(10)의 축(10a)이 관통하여 볼트(B)에 의하여 고정되고, 연결구(9)의 길이 방향에는 체결홀(h2)이 형성되어 제 2레이저 모듈(8)의 후단(54)이 삽입되어 고정볼트(B1)에 의하여 체결되며, 고정볼트(B1)는 축(10a)에 형성된 홀(h3)을 관통하여 제 2레이저 모듈(8)의 후단(54)에 결합되는 GPR 탐사장치.3. The method of claim 2,
A fixing hole (h) is formed in the lateral direction of the connector (9), the shaft (10a) of the angle adjustment knob (10) passes through and is fixed by a bolt (B), and a fastening hole ( h2) is formed, the rear end 54 of the second laser module 8 is inserted and fastened by the fixing bolt B1, and the fixing bolt B1 penetrates the hole h3 formed in the shaft 10a to 2 GPR probe coupled to the rear end 54 of the laser module (8).
펄스 생성모듈(5)은 GPR 펄스신호를 생성할 수 있는 avalanche pulse generator 혹은 SRD pulse generator, 혹은 두 가지 모두를 조합할 수 있으며,
펄스 수신부(6)는 수신안테나(4a,4b)에서 임피던스 정합이 이루어진후 신호를 샘플링이 가능한 적정 전압값으로 변환하는 LNA(Low Noise Amplifier;14)와;
입력펄스의 짧은 한 순간의 전압값만을 전송하는 등가샘플링 모듈(15)과; 그리고
하나의 전압값만을 입력받아 입력주파수 한계와 상관없이 샘플링을 하는 ADC(12)를 포함하는 GPR 탐사장치.The method of claim 1,
The pulse generating module 5 may combine an avalanche pulse generator or an SRD pulse generator capable of generating a GPR pulse signal, or both,
The pulse receiving unit 6 includes: an LNA (Low Noise Amplifier) 14 for converting a signal into an appropriate voltage value that can be sampled after impedance matching is achieved at the receiving antennas 4a and 4b;
an equivalent sampling module 15 for transmitting only a short instantaneous voltage value of the input pulse; and
A GPR probe including an ADC (12) that receives only one voltage value and performs sampling regardless of the input frequency limit.
등가 샘플링 모듈(15)은 전류 증폭단(23)과; SRD 콘트롤 펄스회로(13)와; 트랙 앤 홀드 회로(27)와; 버퍼(Buffer;24)를 포함하며,
SRD 컨트롤 펄스 회로(13)는 GPR 컨트롤 FPGA모듈(7)에서 나오는 차동 셈플링 클럭(+/- BASIC SAMPLE CLK;51;52)으로 동작하는 SRD Switch Circuit(48); SRD Switch Circuit(48)에서 나온 스위치 신호의 노이즈를 제거하고 스위치 신호만을 증폭시켜주는 전력증폭기(PA;49)와; 듀플렉스(Duplexer;50)를 포함하는 GPR 탐사장치.
5. The method of claim 4,
Equivalent sampling module 15 includes a current amplification stage 23; an SRD control pulse circuit 13; a track and hold circuit 27; Including a buffer (Buffer; 24),
The SRD control pulse circuit 13 includes: an SRD Switch Circuit 48 operating with a differential sampling clock (+/- BASIC SAMPLE CLK; 51; 52) from the GPR control FPGA module 7; a power amplifier (PA; 49) which removes the noise of the switch signal from the SRD Switch Circuit (48) and amplifies only the switch signal; GPR probe including a duplex (Duplexer; 50).
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