KR102579391B1 - System for measuring displacement of structure by rotational angle detection and signal processing, and method for the same - Google Patents

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윤정현
길흥배
강성인
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주식회사 스펙엔지니어링와이엔피
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Abstract

경사계로만 변위를 측정할 수 있도록, 경사계에서 계측되는 회전각을 1회 적분하여 변위를 산정함으로써 밀림 현상이 없고, 이에 따라, 실제 값과의 오차가 거의 없이 구조물의 변위를 측정할 수 있으며, 또한, 단지 1종류의 경사계를 설치하여 구조물의 임의 위치에서 변위를 측정함으로써 계측 센서의 수량을 현격히 줄일 수 있고, 또한, 구조물에 설치된 경사계가 계측한 회전각 데이터를 적분하여 변위를 산출함으로써 변위의 오차가 작고, 정적 및 동적변위를 모두 측정함으로써 충격계수 선정 및 재하시험에 활용할 수 있으며, 또한, 샘플링 주파수가 큰 고해상도 경사계를 사용하여 회전각을 계측하여 신호처리를 통해 정적 처짐과 동적 처짐을 동시에 추출할 수 있고, 또한, 현수교를 포함한 모든 형식의 교량에 대해 계측된 회전각 데이터의 수치적분으로 정적 처짐과 동적 처짐을 측정할 수 있는, 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템 및 그 방법이 제공된다.In order to measure the displacement only with an inclinometer, the displacement is calculated by integrating the rotation angle measured by the inclinometer once, thereby eliminating the phenomenon of pushing, and thus the displacement of the structure can be measured with almost no error from the actual value. , the number of measurement sensors can be significantly reduced by installing only one type of inclinometer to measure the displacement at an arbitrary location of the structure. Additionally, the displacement error can be reduced by calculating the displacement by integrating the rotation angle data measured by the inclinometer installed in the structure. is small, and can be used for impact coefficient selection and load testing by measuring both static and dynamic displacement. In addition, the rotation angle is measured using a high-resolution inclinometer with a large sampling frequency, and static and dynamic deflection are simultaneously extracted through signal processing. A system and method for measuring structural displacement through rotation angle measurement and signal processing that can measure static and dynamic deflection by numerical integration of rotation angle data measured for all types of bridges, including suspension bridges. This is provided.

Description

회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템 및 그 방법 {SYSTEM FOR MEASURING DISPLACEMENT OF STRUCTURE BY ROTATIONAL ANGLE DETECTION AND SIGNAL PROCESSING, AND METHOD FOR THE SAME}Structure displacement measurement system and method through rotation angle measurement and signal processing {SYSTEM FOR MEASURING DISPLACEMENT OF STRUCTURE BY ROTATIONAL ANGLE DETECTION AND SIGNAL PROCESSING, AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 구조물 변위 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교량, 풍력타워 등 SOC(Social Overhead Capital) 구조물의 외력에 의한 변위 측정을 위해, 구조물에 경사계를 부착 설치하여 회전각을 계측하고 신호처리를 통해서 정적변위와 동적변위를 측정하는, 구조물 변위 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure displacement measurement system. More specifically, to measure the displacement caused by external forces of SOC (Social Overhead Capital) structures such as bridges and wind towers, an inclinometer is attached and installed on the structure to measure the rotation angle and signal processing. It relates to a structural displacement measurement system and method that measures static and dynamic displacement through.

일반적으로, 구조물의 안전한 사용을 위해서는 다양한 외력에 의한 구조물의 거동을 정확하게 측정하는 것이 필수적이며, 특히, 구조물의 변위(Displacement)는 구조물의 정상적인 작동 여부를 직관적으로 분석하는데 가장 중요하다.In general, for the safe use of a structure, it is essential to accurately measure the behavior of the structure due to various external forces. In particular, the displacement of the structure is most important for intuitively analyzing whether the structure is operating normally.

그러나 소규모 부재의 변위는 실내에서 간단하게 측정할 수 있지만, 대부분의 SOC 구조물은 규모가 크기 때문에 외력에 의한 변위를 측정하는 것이 간단하지 않다.However, although the displacement of small-scale members can be easily measured indoors, most SOC structures are large in scale, so it is not simple to measure the displacement due to external forces.

특히, 중요 SOC 시설물인 교량의 경우, 특정 시점의 안전성을 판단하기 위해서 내하력 평가를 수행하고 있으며, In particular, in the case of bridges, which are important SOC facilities, load-bearing capacity evaluations are performed to determine safety at a specific point in time.

이때, 교량을 주행하는 차량에 의한 연직변위(Vertical Displacement)인 처짐(Deflection)을 정적처짐(Static Deflection)과 동적처짐(Dynamic Deflection)으로 구분하여 충격계수(Impact Factor)를 구하며, 이를 내하력 평가에 사용하고 있다.At this time, deflection, which is the vertical displacement caused by vehicles traveling on the bridge, is divided into static deflection and dynamic deflection to obtain the impact factor, which is used to evaluate load carrying capacity. I am using it.

이러한 구조물의 연직변위를 측정하는 방법으로서, As a method of measuring the vertical displacement of such structures,

예를 들면, 선형 가변 변위 변환기(Linear Variable Differential Transducer: LVDT), 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS), 레이저 도플러 진동계(Laser Doppler Vibrometer: LVD) 등을 이용하여 변위를 직접적으로 측정하는 방법이 있으며, 또한, 가속도, 변형률 및 영상정보를 계측한 후에 데이터 처리를 통해 변위를 간접적으로 추정하는 방법이 있다.For example, a method of directly measuring displacement using a Linear Variable Differential Transducer (LVDT), Global Navigation Satellite System (GNSS), Laser Doppler Vibrometer (LVD), etc. There is also a method of indirectly estimating the displacement through data processing after measuring acceleration, strain, and image information.

구체적으로, 구조물의 변위를 직접 측정하는 장비인 선형 가변 변위 변환기(LVDT)는 접촉식 센서로서, 센서 설치를 위한 지지 시설물이 필요하며, Specifically, the linear variable displacement transducer (LVDT), a device that directly measures the displacement of a structure, is a contact sensor and requires support facilities for sensor installation.

이로 인해 하천, 바다, 도로, 계곡 등 지지 시설물의 설치가 곤란한 경우 변위 측정이 불가하다는 한계가 있다.Because of this, there is a limitation in that displacement measurement is not possible in cases where it is difficult to install support facilities such as rivers, seas, roads, and valleys.

위성항법시스템(GNSS)은 측정 정밀도가 낮고 동적 처짐 측정이 곤란하며, 특히, 위성신호를 수신할 수 있는 곳에서만 측정이 가능하다는 한계가 있다.Navigation satellite systems (GNSS) have low measurement precision and difficulty in measuring dynamic deflection. In particular, there is a limitation in that measurement is only possible in places where satellite signals can be received.

레이저 도플러 진동계(LVD)는 비접촉 센서로서, 설치지점에 대한 제약은 적으나 구조물의 변위가 시준되는 지점에 설치되어야 한다는 제약이 있으며, 상당한 고가라는 한계가 있다.The laser Doppler vibrometer (LVD) is a non-contact sensor and has few restrictions on the installation point, but it must be installed at a point where the displacement of the structure is collimated and has the limitation of being quite expensive.

한편, 가속도 데이터를 이용한 구조물 변위의 간접적인 추정 방법의 경우, 가속도의 시간에 따른 이중적분을 통해 동적변위를 추정할 수 있지만, Meanwhile, in the case of an indirect estimation method of structural displacement using acceleration data, dynamic displacement can be estimated through double integration of acceleration over time.

이때, 이중적분시 계측 잡음의 오차 누적으로 인해 정적변위와 관련된 저주파 영역에서 큰 밀림 현상(Drift)이 발생하며, 이로 인해 정확한 변위 측정이 불가능하다는 한계가 있다.At this time, due to the accumulation of errors in measurement noise during double integration, a large drift phenomenon occurs in the low-frequency region related to static displacement, which limits the possibility of accurate displacement measurement.

또한, 변형률 데이터를 이용한 구조물 변위의 간접 추정방법의 경우, Additionally, in the case of an indirect estimation method of structural displacement using strain data,

다지점의 변형률 데이터를 공간에 대해 적분하는 방법을 통해서 변위를 간접 추정하는 방법이지만, 데이터 변환에 요구되는 교량의 휨강성, 중립축 등의 값들이 설계도서를 기반으로 계산한 값과 실제 교량의 값이 서로 상이하기 때문에 현장에서 별도의 변위센서를 직접 설치하여 보정해야 한다는 제약이 있다.It is a method of indirectly estimating displacement by integrating multi-point strain data over space, but the values such as bending stiffness and neutral axis of the bridge required for data conversion are different from the values calculated based on design books and the actual bridge values. Because they are different from each other, there is a limitation that they must be calibrated by installing a separate displacement sensor directly in the field.

또한, 가속도와 변형률 데이터를 이용한 구조물 변위의 간접 추정방법의 경우, 변형률을 변위로 변환하는 과정을 거친 이후에 가속도센서를 통해 측정된 가속도를 기반으로 중립축을 추정하고, 이후 변위를 정확한 스케일로 캘리브레이션하는 방식을 취한다.In addition, in the case of an indirect estimation method of structural displacement using acceleration and strain data, the neutral axis is estimated based on the acceleration measured through an acceleration sensor after going through the process of converting the strain into displacement, and the displacement is then calibrated to an accurate scale. take the method

그러나, 가속도 측정값과 구조물 변형률 정보를 동시에 활용하여 특정 지점에서의 변위를 간접 추정하는 방법의 경우, 구조 단면의 중립축 추정 등을 위해 구조물의 구조적 정보를 모두 필요로 한다는 점에서 한계가 있다.However, the method of indirectly estimating the displacement at a specific point by simultaneously utilizing acceleration measurements and structure strain information has a limitation in that it requires all structural information of the structure to estimate the neutral axis of the structural cross section.

한편, 경사센서와 관련된 선행기술로서, 일본 공개특허번호 제1995-146141호에는 "수직 기준 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, Meanwhile, as prior art related to the inclination sensor, Japanese Patent Publication No. 1995-146141 discloses an invention titled “vertical reference device.”

구조물의 기준축으로부터 각도 경사센서가 부착되어 각도경사를 검출하고, 검출되는 각도율 신호를 적분함으로써 동적 경사신호를 부여하고, An angle inclination sensor is attached from the reference axis of the structure to detect the angular inclination, and provides a dynamic inclination signal by integrating the detected angular rate signal.

또한, 기준축에 대한 각도 변위를 나타내는 신호를 부여하여, In addition, by providing a signal representing the angular displacement with respect to the reference axis,

동적 경사신호와 각도 변위신호를 고주파/저주파 필터로부터 필터링하고 제1 및 제2 증폭기를 통해 증폭하여 증폭신호를 생성하며, The dynamic tilt signal and the angular displacement signal are filtered from a high-frequency/low-frequency filter and amplified through the first and second amplifiers to generate an amplified signal,

제1 및 제2 증폭신호를 결합함으로써, 기준축에 대한 구조물의 수직기준을 제어하는 내용이 개시되어 있다.Controlling the vertical reference of a structure with respect to a reference axis is disclosed by combining the first and second amplified signals.

하지만, 종래의 기술에 따른 수직 기준 장치의 경우, 수직도 기준을 제어하기 위해서 구조물의 변위가 아닌 각도를 측정하며, 이때, 적분은 계측된 각도율 신호를 각도로 변환하기 위해 수행하는 신호처리 과정에 해당한다. However, in the case of a vertical reference device according to the prior art, the angle, not the displacement of the structure, is measured to control the verticality standard, and in this case, integration is a signal processing process performed to convert the measured angular rate signal into an angle. corresponds to

이에 따라, 종래의 기술에 따른 수직 기준 장치의 경우, 선박의 플랫폼, 선박의 헬리포트 등 선박의 경사도 탈동조화 기술에 사용되는 전기전자적 처리를 통한 자세제어 시스템에 적용될 수 있다.Accordingly, the vertical reference device according to the prior art can be applied to an attitude control system through electrical and electronic processing used in tilt decoupling technology of ships, such as ship platforms and ship helipads.

한편, 가속도센서와 경사센서를 이용한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1754488호에는 "가속도정보와 회전정보를 이용한 구조물 변위이력 측정방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명한다.Meanwhile, as a prior art using an acceleration sensor and an inclination sensor, Republic of Korea Patent No. 10-1754488 discloses an invention titled “Method for measuring structural displacement history using acceleration information and rotation information,” which is shown in FIGS. 1A to 1 This is explained with reference to 1c.

도 1a는 종래의 기술에 따른 구조물 변위이력 측정장치를 나타내는 개념도이고, 도 1b는 종래의 기술에 따른 구조물 변위이력 측정방법을 나타내는 동작흐름도이며, 도 1c는 도 1a에 도시된 구조물 변위이력 측정장치의 적용예를 나타내는 도면이다. Figure 1a is a conceptual diagram showing a structure displacement history measuring device according to the prior art, Figure 1b is an operation flow chart showing a structure displacement history measuring method according to the prior art, and Figure 1c is a structure displacement history measuring device shown in Figure 1a. This is a drawing showing an example of application.

도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 구조물의 변위이력 측정장치(10)는, 한 쌍의 가속도 센서(12a, 12b)와 경사센서(13)을 포함하여 구성된다. As shown in Figure 1a, the displacement history measuring device 10 of a structure according to the prior art is configured to include a pair of acceleration sensors 12a and 12b and an inclination sensor 13.

이때, 한 쌍의 가속도센서(12a, 12b)와 경사센서(13)는 케이스(11) 내에 수용되어 설치되며, 케이스(11)는 측정대상 구조물의 측정하고자 하는 위치에 설치될 수 있다.At this time, a pair of acceleration sensors 12a and 12b and an inclination sensor 13 are accommodated and installed in the case 11, and the case 11 can be installed at a location to be measured on the structure to be measured.

경사센서(13)는 구조물의 변위측정 위치에서 구조물의 표면(20)에 수직방향으로 세워 설치된다.The tilt sensor 13 is installed vertically on the surface 20 of the structure at the position of measuring the displacement of the structure.

한 쌍의 가속도센서(12a, 12b)는 경사센서(13)에 프레임 또는 브래킷 등의 연결부재(14)를 통해 연결되어 경사센서(13)와 일체로 거동하도록 구성된다.A pair of acceleration sensors 12a and 12b are connected to the inclination sensor 13 through a connection member 14 such as a frame or bracket and are configured to operate integrally with the inclination sensor 13.

이에 따라, 종래의 기술에 따른 구조물의 변위이력 측정장치는 경사센서(13)에서 측정한 회전각 데이터와 한 쌍의 가속도센서(12a, 12b)에서 측정한 가속도 데이터에 의해 구조물의 변위를 연산 처리한다.Accordingly, the displacement history measuring device of a structure according to the prior art calculates and processes the displacement of the structure using the rotation angle data measured by the inclination sensor 13 and the acceleration data measured by the pair of acceleration sensors 12a and 12b. do.

또한, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 구조물 변위이력 측정방법은, In addition, referring to FIGS. 1A and 1B, the method of measuring the displacement history of a structure according to the prior art is,

먼저, 구조물의 변위 측정위치에 수직방향에 설치되는 경사센서(13)에 의해 회전각 데이터를 측정하고, 경사센서(13)에 연결되어 경사센서(13)와 일체로 거동하는 한 쌍의 가속도센서(12a, 12b)에 의해 가속도 데이터를 측정한다(S10).First, the rotation angle data is measured by the inclination sensor 13 installed in the vertical direction at the displacement measurement position of the structure, and a pair of acceleration sensors are connected to the inclination sensor 13 and operate integrally with the inclination sensor 13. Acceleration data is measured by (12a, 12b) (S10).

다음으로, 경사센서(13)의 회전각 데이터를 이용하여 가속도센서(12a, 12b)의 가속도 데이터에서 가속도센서(12a, 12b)의 회전에 의한 중력영향을 보정하여 수직방향의 가속도 값만을 계산하는 가속도 보정을 수행한다(S20).Next, only the acceleration value in the vertical direction is calculated by correcting the gravitational influence caused by the rotation of the acceleration sensors 12a and 12b in the acceleration data of the acceleration sensors 12a and 12b using the rotation angle data of the inclination sensor 13. Perform acceleration compensation (S20).

다음으로, 가속도센서(12a, 12b)와 경사센서(13)의 측정잡음을 주파수대역 필터링에 의해 노이즈를 제거한다(S30).Next, the measurement noise of the acceleration sensors 12a and 12b and the tilt sensor 13 is removed by frequency band filtering (S30).

다음으로, 가속도 보정과 노이즈 제거를 거친 가속도값을 이중적분하여 구조물의 변위를 연산한다(S40).Next, the displacement of the structure is calculated by double integrating the acceleration value that has undergone acceleration correction and noise removal (S40).

다음으로, 가속도센서(12a, 12b)와 경사센서(13)의 측정오차로 인한 오차의 총합을 연산하고, 오차의 총합을 시간에 따른 기울기로 연산한 후 보정한다(S50).Next, the total of the errors due to the measurement errors of the acceleration sensors 12a and 12b and the inclination sensor 13 is calculated, and the total of the errors is calculated as the slope over time and then corrected (S50).

다음으로, 오차보정에 의해 보정된 한 쌍의 기울기센서(12a, 12b)의 변위값에 의해 구조물의 최종 변위를 연산한다(S60).Next, the final displacement of the structure is calculated using the displacement values of the pair of tilt sensors (12a, 12b) corrected by error correction (S60).

다시 말하면, 경사센서(13)를 가속도센서(12a, 12b)와 동시에 활용하여, 경사센서(13)는 센서의 종류에 따라 측정 순간에서의 오차는 크게 발생할지라도 가속도 센서(12a, 12b)와 같이 적분 과정을 거치지 않으므로 오차가 누적되지 않기 때문에 가속도 데이터의 오차 누적 경향을 경사센서(13)의 데이터로 보정할 수 있다.In other words, by using the inclination sensor 13 simultaneously with the acceleration sensors 12a and 12b, the inclination sensor 13 can be used like the acceleration sensors 12a and 12b even though a large error at the moment of measurement occurs depending on the type of sensor. Since errors do not accumulate because an integration process is not performed, the error accumulation tendency of acceleration data can be corrected with data from the inclination sensor 13.

이에 따라, 종래의 기술에 따른 구조물의 변위이력 측정방법은, 구조물 또는 부재에서 센서 부착지점의 수직 변위 이력을 산정하는 방법으로서, 센서 설치 방향과 센서의 측정 방향에 따라 3축 방향의 변위 이력을 산정할 수 있다.Accordingly, the method of measuring the displacement history of a structure according to the prior art is a method of calculating the vertical displacement history of the sensor attachment point in the structure or member, and measures the displacement history in three axes according to the sensor installation direction and the sensor measurement direction. It can be calculated.

이때, 종래의 기술에 따른 구조물의 변위이력 측정장치(10)는, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 케이블의 변위측정에 이용될 수 있을 뿐만 아니라 구조물의 변위측정, 특히, 수중 구조물의 변위 측정에 이용될 수 있다.At this time, the structure's displacement history measuring device 10 according to the prior art, as shown in Figure 1c, can not only be used to measure the displacement of the cable, but also can be used to measure the displacement of the structure, especially the displacement of the underwater structure. It can be.

종래의 기술에 따른 구조물의 변위이력 측정장치의 경우, 매우 간단히 설치하고 누구나 손쉽게 측정할 수 있는 가속도와 회전각정보를 이용하여 계산된 변위가 오차의 누적으로 인한 발산을 방지하며, In the case of a device for measuring the displacement history of a structure according to conventional technology, it is very simple to install and uses acceleration and rotation angle information that anyone can easily measure, preventing the calculated displacement from diverging due to the accumulation of errors.

초기 조건의 불확실성에 영향을 받지 않으면서 기존의 복잡한 방법을 대체하여 간단하게 구조물의 변위를 측정할 수 있다.It is possible to simply measure the displacement of a structure by replacing existing complex methods without being affected by the uncertainty of initial conditions.

또한, 구조물 가속도와 회전각을 이용하므로 구조물의 형식에 제한 없이 다양한 구조물에 적용할 수 있고, 특히, 수중 구조물과 같이 계측이 거의 불가능한 경우에도 적용할 수 있다.In addition, because it uses the acceleration and rotation angle of the structure, it can be applied to various structures without restrictions on the type of structure. In particular, it can be applied to cases where measurement is almost impossible, such as underwater structures.

하지만, 종래의 기술에 따른 구조물의 변위이력 측정장치의 경우, 경사센서와 가속도센서 두 종류를 동시에 사용하며, 이때, 가속도센서로 측정된 가속도를 2회 적분하여 변위를 연산하되 경사센서로 측정된 경사도 데이터로 가속도 데이터를 보정하여야 한다.However, in the case of a device for measuring the displacement history of a structure according to the conventional technology, both types of inclination sensors and acceleration sensors are used simultaneously. At this time, the acceleration measured by the acceleration sensor is integrated twice to calculate the displacement, but the displacement measured by the inclination sensor is calculated. Acceleration data must be corrected with slope data.

여기서, 경사센서는 가속도센서로 얻어지는 변위의 오차를 보정하는 수단이며, 기본적으로 가속도 데이터로 환산된 처짐은 오차가 내재되는데, 이때, 적분 차수가 많을수록 물리량의 밀림 현상(Drift)이 발생하여 실제 값보다 오차가 커지는 현상이 발생한다는 문제점이 있다.Here, the inclination sensor is a means of correcting the error in the displacement obtained by the acceleration sensor, and basically, the deflection converted to acceleration data has an error inherent in it. In this case, as the number of integration orders increases, the drift of the physical quantity occurs and the actual value There is a problem in that errors become larger.

또한, 종래의 기술에 따른 구조물의 변위이력 측정장치의 경우, 가속도 데이터의 2차 적분에 의한 오차 누적의 단점을 경사계를 사용하여 해결하기 위한 것으로, 변위를 측정하려는 위치에 가속도계와 경사계 2종류를 동시에 설치하여 변위를 산정하므로 변위를 측정하려는 개소 만큼 센서 설치 수량이 증가하며. 만약, 3개 위치에서 변위가 필요하면 총 9개의 센서가 필요하므로, 계측 센서의 수량이 증가한다는 문제점이 있다.In addition, in the case of a device for measuring the displacement history of a structure according to the prior art, the disadvantage of error accumulation due to the secondary integration of acceleration data is solved by using an inclinometer, and two types of accelerometer and inclinometer are used at the location where the displacement is to be measured. Since displacement is calculated by installing at the same time, the number of sensors installed increases as much as the location where the displacement is to be measured. If displacement is needed at 3 positions, a total of 9 sensors are needed, which poses a problem in that the number of measurement sensors increases.

한편, 동적변위 계산과 관련된 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제20178410호에는 "동적변위 계산 장치 및 동적변위 계산 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.Meanwhile, as prior art related to dynamic displacement calculation, Republic of Korea Patent Publication No. 20178410 discloses an invention titled “Dynamic displacement calculation device and dynamic displacement calculation method,” which will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a는 종래의 기술에 따른 동적변위 계산 장치를 나타내는 구성도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 동적변위 계산 장치에 포함되는 변위 측정기에서 측정되는 동적변위를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2A is a configuration diagram showing a dynamic displacement calculation device according to the prior art, and FIG. 2B is a diagram illustrating the dynamic displacement measured by a displacement measuring device included in the dynamic displacement calculation device shown in FIG. 2A.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 동적변위 계산 장치(30)는, 가속도 센서(31), 변위 센서(32), 칼만 필터부(33) 및 연산 유닛(34)을 포함한다.2A and 2B, the dynamic displacement calculation device 30 according to the prior art includes an acceleration sensor 31, a displacement sensor 32, a Kalman filter unit 33, and a calculation unit 34. .

가속도 센서(31)는 타겟 물체(35)의 가속도(ACC) 및 각도 변위(ROT)를 측정한다. The acceleration sensor 31 measures acceleration (ACC) and angular displacement (ROT) of the target object 35.

변위 센서(32)는 타겟 물체(35)의 동적변위(DISP)를 측정한다. The displacement sensor 32 measures the dynamic displacement (DISP) of the target object 35.

칼만 필터부(33)는 가속도(ACC), 각도 변위(ROT) 및 동적변위(DISP)에 기초하여 타겟 물체(35)의 속도(VEL) 및 보정 동적변위(CDISP)를 계산하고, 속도(VEL) 및 보정 동적변위(CDISP)에 기초하여 가속도(ACC)에 포함되는 바이어스 값(BIAS)을 계산한다.The Kalman filter unit 33 calculates the velocity (VEL) and corrected dynamic displacement (CDISP) of the target object 35 based on acceleration (ACC), angular displacement (ROT), and dynamic displacement (DISP), and calculates velocity (VEL). ) and the bias value (BIAS) included in the acceleration (ACC) is calculated based on the corrected dynamic displacement (CDISP).

연산 유닛(34)는 보정 동적변위(CDISP) 및 바이어스 값(BIAS)에 기초하여 최종 동적변위(FDISP)를 제공한다.Computation unit 34 provides a final dynamic displacement (FDISP) based on the corrected dynamic displacement (CDISP) and the bias value (BIAS).

구체적으로, 가속도 센서(31)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 타겟 물체(35)의 가속도(ACC)를 측정할 수 있다. Specifically, the acceleration sensor 31 can measure the acceleration (ACC) of the target object 35, as shown in FIG. 2B.

예를 들면, 제1 시간에 타겟 물체(35)의 위치는 제1 위치(P1)일 수 있다. 제1 시간 이후 제2 시간에 타겟 물체(35)의 위치는 제2 위치(P2)일 수 있다.For example, the position of the target object 35 at the first time may be the first position P1. The location of the target object 35 at a second time after the first time may be the second location P2.

타겟 물체(35)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 센서(31)는 타겟 물체(15)의 가속도(ACC)를 측정할 수 있다. While the target object 35 moves from the first position P1 to the second position P2, the acceleration sensor 31 may measure the acceleration (ACC) of the target object 15.

이때, 타겟 물체(35)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 센서(31)에서 측정되는 타겟 물체(35)의 가속도(ACC)는 제1 가속도(ACC1), 제2 가속도(ACC2) 및 제3 가속도(ACC3)를 포함할 수 있다.At this time, while the target object 35 moves from the first position P1 to the second position P2, the acceleration (ACC) of the target object 35 measured by the acceleration sensor 31 is the first acceleration (ACC1). ), the second acceleration (ACC2), and the third acceleration (ACC3).

또한, 도 2b를 참조하면, 가속도 센서(31)는 타겟 물체(35)의 각도 변위(ROT)를 측정할 수 있다. Additionally, referring to FIG. 2B, the acceleration sensor 31 can measure the angular displacement (ROT) of the target object 35.

예를 들면, 제1 시간에 타겟 물체(35)의 위치는 제1 위치(P1)일 수 있다. 제1 시간 이후 제2 시간에 타겟 물체(35)의 위치는 제2 위치(P2)일 수 있다. For example, the position of the target object 35 at the first time may be the first position P1. The location of the target object 35 at a second time after the first time may be the second location P2.

이때, 타겟 물체(35)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 센서(31)는 타겟 물체(35)의 각도 변위(ROT)를 측정할 수 있다. At this time, while the target object 35 moves from the first position P1 to the second position P2, the acceleration sensor 31 may measure the angular displacement (ROT) of the target object 35.

또한, 타겟 물체(35)가 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 동안, 가속도 센서(31)에서 측정되는 타겟 물체(35)의 각도 변위(ROT)는 제1 각도 변위(ROT1), 제2 각도 변위(ROT2) 및 제3 각도 변위(ROT3)를 포함할 수 있다.In addition, while the target object 35 moves from the first position P1 to the second position P2, the angular displacement (ROT) of the target object 35 measured by the acceleration sensor 31 is the first angular displacement. (ROT1), a second angular displacement (ROT2), and a third angular displacement (ROT3).

예를 들면, 제1 각도 변위(ROT1)는 타겟 물체(35)의 각도 변위(ROT) 중 제1 위치(P1)를 중심으로 XY 평면을 따라서 변동하는 각도의 변화일 수 있다. For example, the first angular displacement ROT1 may be a change in angle along the XY plane centered on the first position P1 among the angular displacements ROT of the target object 35 .

제2 각도 변위(ROT2)는 타겟 물체(35)의 각도 변위(ROT) 중 제1 위치(P1)를 중심으로 YZ 평면을 따라서 변동하는 각도의 변화일 수 있다. The second angular displacement ROT2 may be a change in angle along the YZ plane centered on the first position P1 among the angular displacements ROT of the target object 35 .

제3 각도 변위(ROT3)는 타겟 물체(35)의 각도 변위(ROT) 중 제1 위치(P1)를 중심으로 ZX 평면을 따라서 변동하는 각도의 변화일 수 있다.The third angular displacement ROT3 may be a change in angle along the ZX plane centered on the first position P1 among the angular displacements ROT of the target object 35 .

다시 말하면, 종래의 기술에 따른 동적변위 계산 장치의 경우, In other words, in the case of a dynamic displacement calculation device according to the prior art,

타겟 물체의 가속도와 각도의 변위를 측정하는 가속도 측정기가 구비되고, 동적변위를 측정하는 변위 측정기가 구비되며, An acceleration meter is provided to measure the acceleration and angular displacement of the target object, and a displacement meter is provided to measure dynamic displacement.

가속도/각도/동적변위에 기초해 물체의 속도 및 보정 동적변위를 산출한 후, 속도 및 보정 변위에 기초해 가속도에 포함되는 바이어스값을 계산하도록 칼만 필터부를 거쳐서 최종 동적변위를 연산할 수 있다.After calculating the speed and corrected dynamic displacement of the object based on acceleration/angle/dynamic displacement, the final dynamic displacement can be calculated through a Kalman filter unit to calculate the bias value included in the acceleration based on the speed and corrected displacement.

이에 따라, 종래의 기술에 따른 동적변위 계산 장치에 따르면, 타겟 물체의 가속도, 각도 변위 및 동적변위에 따라 결정되는 타겟 물체의 속도 및 보정 동적변위에 기초하여 가속도에 포함되는 바이어스 값을 계산함으로써 보다 정확한 동적변위에 해당하는 최종 동적변위를 제공할 수 있다.Accordingly, according to the dynamic displacement calculation device according to the prior art, the bias value included in the acceleration is calculated based on the speed and corrected dynamic displacement of the target object determined according to the acceleration, angular displacement, and dynamic displacement of the target object. It can provide the final dynamic displacement corresponding to the exact dynamic displacement.

하지만, 종래의 기술에 따른 동적변위 계산 장치의 경우, 변위계를 설치하여 정적변위는 관련 없이 동적 변위만을 계산하며, 또한, 가속도 데이터를 2회 적분하여야 하므로 산출된 변위의 오차가 커지는 문제점이 있다.However, in the case of the dynamic displacement calculation device according to the prior art, a displacement meter is installed to calculate only the dynamic displacement without regard to the static displacement. In addition, acceleration data must be integrated twice, so there is a problem in that the error in the calculated displacement increases.

한편, 영상정보를 계측한 후 데이터 처리를 통해 변위를 간접적으로 추정하는 방법과 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제100458290호에는 "이미지 프로세싱을 이용한 구조물의 변위량 측정방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.Meanwhile, as a prior art related to a method of indirectly estimating displacement through data processing after measuring image information, an invention titled "Method for measuring displacement of a structure using image processing" is disclosed in Republic of Korea Patent No. 100458290. This is explained with reference to Figure 3.

도 3은 종래의 기술에 따른 이미지 프로세싱을 이용한 구조물의 변위량 측정방법에서 구조물의 변동량 측정과정을 개략적으로 도시한 사시도이다.Figure 3 is a perspective view schematically showing the process of measuring the displacement of a structure in a method of measuring the displacement of a structure using image processing according to the prior art.

종래의 기술에 따른 이미지 프로세싱을 이용한 구조물의 변위량 측정방법은, 먼저, 카메라(40)로 구조물(50)의 표식(51)내 기준마크(52, 52a)를 촬영하여 영상 데이터를 얻는다. The method of measuring the displacement of a structure using image processing according to the conventional technology first obtains image data by photographing the reference marks 52 and 52a within the mark 51 of the structure 50 using a camera 40.

이를 위해, 도 3에 예시된 바와 같이, 구조물(50)에 표식(51) 내부에 두 개의 기준마크(52, 52a)를 표시하고, 표식(51)으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 카메라(40)를 설치하여 구조물(50)의 움직임에 따른 표식(51) 내에 표시된 기준마크(52, 52a)의 변화하는 영상을 촬영한다.For this purpose, as illustrated in FIG. 3, two reference marks 52 and 52a are displayed inside the mark 51 on the structure 50, and a camera 40 is positioned at a predetermined distance from the mark 51. ) is installed to capture images of changes in the reference marks 52 and 52a displayed within the mark 51 according to the movement of the structure 50.

다음으로, 카메라(50)로 얻은 영상 데이터를 컴퓨터(60)로 전송하고, 다음으로, 이미지 프로세싱 기법을 이용하여 전송된 영상 데이터로부터 기준마크(52, 52a)의 좌표를 산출한다.Next, the image data obtained by the camera 50 is transmitted to the computer 60, and then the coordinates of the reference marks 52 and 52a are calculated from the transmitted image data using an image processing technique.

다음으로, 기준마크(52, 52a)의 좌표를 이용하여 이미지 프로세싱된 영상에서 기준마크(52, 52a) 사이의 간격을 영상기본단위로 구하고, 실제 표식(51) 내에서의 기준마크(52, 52a) 사이의 물리적인 간격을 측정하여, 영상기본단위로 구해진 기준마크(52, 52a) 사이의 간격과 실제 측정된 물리적인 간격과의 비율에 의하여, 영상기본단위에 대한 실제 거리의 관계를 산정한다.Next, using the coordinates of the reference marks (52, 52a), the interval between the reference marks (52, 52a) in the image processed image is calculated in basic image units, and the reference marks (52, 52, 52a) is measured, and the relationship between the actual distance to the image basic unit is calculated based on the ratio between the distance between the reference marks 52 and 52a obtained in the image basic unit and the actual measured physical interval. do.

다음으로, 구조물(50)이 진동함에 따라 기준마크(52, 52a)가 이동한 상태의 연속적인 영상을 이미지 프로세싱하여, 이미지 프로세싱된 영상에 있어서의 기준마크(52, 52a)의 변위량을 영상기본단위로 측정한다.Next, as the structure 50 vibrates, continuous images in which the reference marks (52, 52a) move are image processed, and the amount of displacement of the reference marks (52, 52a) in the image-processed image is calculated as the image base. Measured in units.

다음으로, 영상기본단위로 측정된 변위량을 산정된 영상기본단위당 실제 거리와의 관계에 의해 실제 거리로 산출하고, 다음으로, 산출된 기준마크(52, 52a)의 실제 이동 거리를 시간에 따른 이동 경로로 도시하여 출력한다.Next, the displacement amount measured in image basic units is calculated as the actual distance based on the relationship with the calculated actual distance per image basic unit, and then the actual moving distance of the calculated reference marks 52, 52a is calculated as the movement over time. It is displayed as a path and printed.

종래의 기술에 따른 이미지 프로세싱을 이용한 구조물의 변위량 측정방법에 따르면, 교량이나 빌딩, 타워 등 대형 구조물의 변위량을 측정하여 그 진동량을 구할 수 있다.According to a method of measuring the displacement of a structure using image processing according to the prior art, the amount of vibration can be obtained by measuring the displacement of a large structure such as a bridge, building, or tower.

또한, 이미 알고 있는 표식 내 기준마크간의 실제 거리와, 촬영된 영상의 이미지 프로세싱 결과로 얻어진 영상에서의 기준마크간의 거리 및 이동거리를 상대 비교하는 방식을 이용하므로, 카메라와 표식간의 거리가 변화하더라도 무방하다.In addition, a method of relative comparison is used between the actual distance between reference marks in already known marks and the distance and moving distance between reference marks in the image obtained as a result of image processing of the captured video, even if the distance between the camera and the mark changes. It's okay.

하지만, 종래의 기술에 따른 이미지 프로세싱을 이용한 구조물의 변위량 측정방법의 경우, 카메라로 구조물의 표식내 기준마크를 촬영하여 영상 데이터를 획득한 후, 이미지 프로세싱을 통해 변위를 간접적으로 추정하는 방법이기 때문에 정밀한 변위 측정이 어렵고, 간편하게 적용하기 어렵다는 한계가 있다.However, in the case of the method of measuring the displacement of a structure using image processing according to the conventional technology, the method involves obtaining image data by photographing a reference mark within the structure's mark with a camera and then indirectly estimating the displacement through image processing. There are limitations in that it is difficult to measure displacement precisely and it is difficult to apply it easily.

한편, 레이저 도플러 진동계와 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제102258344호에는 "레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치 및 이를 이용한 재하시험 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.Meanwhile, as prior art related to the laser Doppler vibrometer, Republic of Korea Patent No. 102258344 discloses an invention titled "Displacement measuring device for bridge load testing using a laser Doppler displacement measuring device and load test method using the same", Figure 4 It is explained with reference to .

도 4는 종래의 기술에 따른 레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치를 나타낸 구성도이다.Figure 4 is a configuration diagram showing a displacement measuring device for bridge load testing using a laser Doppler displacement measuring device according to the prior art.

도 4를 참조하면, 종래의 기술에 따른 레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치(70)는, Referring to FIG. 4, the displacement measuring device 70 for bridge load testing using a laser Doppler displacement measuring device according to the prior art,

원거리에서 교량(81)의 변위량을 측정하기 위한 레이저 도플러 변위측정기(73)를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치로서, A displacement measurement device for bridge load testing using a laser Doppler displacement meter (73) to measure the displacement of the bridge (81) from a distance,

지지부재(71), 구동부(72), 레이저 도플러 변위측정기(73), 경사계(74), 구동부 제어부(75) 및 제어부(76)로 구성되며, 또한, 줌카메라(77) 및 클라우드(78) 등을 추가로 포함할 수 있고, 무선 송신기(82) 및 무선 수신기(83)를 구비할 수 있다.It consists of a support member 71, a driving part 72, a laser Doppler displacement meter 73, an inclinometer 74, a driving part control part 75, and a control part 76, and also a zoom camera 77 and a cloud 78. It may further include a wireless transmitter 82 and a wireless receiver 83.

구동부(72)는 지지부재(71)에 형성되며, 횡방향 회전부 및 종방향 회전부로 이루어지며, 횡방향 회전부는 횡방향 회전 프레임, 횡방향 구동모터 및 횡방향 엔코더로 이루어지고, 종방향 회전부는 종방향 회전 프레임, 종방향 구동모터 및 종방향 엔코더로 이루어진다.The drive unit 72 is formed on the support member 71 and consists of a transverse rotation part and a longitudinal rotation part. The transverse rotation part consists of a transverse rotation frame, a transverse drive motor, and a transverse encoder, and the longitudinal rotation part It consists of a longitudinal rotation frame, a longitudinal drive motor, and a longitudinal encoder.

레이저 도플러 변위측정기(73)는 구동부(72)의 상단에 배치되어 구동부(72)에 의해 상하좌우로 회전하여 교량(81)의 변위량을 계측하기 위해 레이저 빔을 발산한다.The laser Doppler displacement measuring device 73 is placed at the top of the driving unit 72 and rotates up, down, left and right by the driving unit 72 and emits a laser beam to measure the amount of displacement of the bridge 81.

경사계(74)는 레이저 도플러 변위측정기(73)의 수평/수직방향의 기울기량을 측정하기 위해 레이저 도플러 변위측정기(73)에 설치된다.The inclinometer 74 is installed in the laser Doppler displacement measuring device 73 to measure the horizontal/vertical inclination of the laser Doppler displacement measuring device 73.

구동부 제어부(75)는 구동부(72)의 구동을 제어하며, 측정하고자 하는 하나 이상의 교량(81)에 대한 하나 이상의 좌표 데이터를 저장하고 있으며, 경사계(74)를 통한 기울기량에 대한 데이터와 레이저 도플러 변위측정기(73)에서 측정한 변위값을 연산하여 변위값을 산출하여 저장한다.The driving unit control unit 75 controls the driving of the driving unit 72, and stores one or more coordinate data for one or more bridges 81 to be measured, and data on the inclination amount through the inclinometer 74 and laser Doppler The displacement value measured by the displacement measuring device 73 is calculated and stored.

제어부(76)는 구동부 제어부(75)에 저장된 데이터를 저장 및 모니터링함과 동시에 구조해석을 수행한다.The control unit 76 stores and monitors the data stored in the drive control unit 75 and simultaneously performs structural analysis.

다시 말하면, 원거리에 설치된 레이저 도플러 변위 측정기와 경사계를 이용하여 레이저 도플러 변위측정기의 수평/수직방향의 기울기량을 적용해 구동부 제어부(75)를 통해 교량의 변위량을 연산하여 저장한다.In other words, using a laser Doppler displacement measuring device and an inclinometer installed at a distance, the horizontal/vertical tilt amount of the laser Doppler displacement measuring device is applied to calculate and store the displacement amount of the bridge through the driving unit control unit 75.

이때, 구동부 제어부(75)에 저장된 측정하고자 하는 하나 이상의 교량에 대한 하나 이상의 좌표 데이터를 이용해 순차적으로 다수의 좌표로 레이저 도플러 변위 측정기(73)를 회전시켜 다수의 좌표점의 교량에 대한 변위량을 자동으로 측정 및 연산한다.At this time, the laser Doppler displacement measuring device 73 is sequentially rotated to a plurality of coordinates using one or more coordinate data for one or more bridges to be measured stored in the driving unit control unit 75, and the displacement amount for the bridge at the plurality of coordinate points is automatically calculated. Measure and calculate.

이에 따라, 종래의 기술에 따른 레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치의 경우, 레이저 도플러 변위측정기 및 경사계를 이용하여 바다, 강, 산악지형에 건설되어 교량 하부에서 재하시험이 불가능한 교량의 재하시험을 정확하게 실시할 수 있다.Accordingly, in the case of a displacement measuring device for bridge loading testing using a laser Doppler displacement measuring device according to the conventional technology, a laser Doppler displacement measuring device and an inclinometer are used to measure bridges that are constructed in the sea, rivers, and mountainous terrain and for which loading testing is not possible at the lower part of the bridge. Load tests can be performed accurately.

또한, 종래의 기술에 따른 레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치에 따르면, 구동부 제어부에 다수의 좌표에 대한 데이터를 미리 입력한 후 교량의 재하시험시 각 좌표로 레이저 도플러 변위측정기를 회전시켜 자동으로 여러 위치의 재하시험을 한번에 실시함으로써 작업자의 편의성 및 작업성을 개선할 수 있다.In addition, according to the displacement measuring device for bridge load testing using a laser Doppler displacement measuring device according to the conventional technology, data for a plurality of coordinates is inputted in advance into the driving unit control unit, and then the laser Doppler displacement measuring device is rotated to each coordinate during the loading test of the bridge. By automatically performing load tests at multiple locations at once, operator convenience and workability can be improved.

하지만, 종래의 기술에 따른 레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치의 경우, 설치지점에 대한 제약은 적으나 구조물의 변위가 시준되는 지점에 설치되어야 한다는 제약이 있으며, 상당한 고가라는 한계가 있다.However, in the case of a displacement measuring device for bridge load testing using a laser Doppler displacement measuring device according to conventional technology, there are few restrictions on the installation point, but there is a restriction that it must be installed at a point where the displacement of the structure is collimated, and it has the limitation of being quite expensive. there is.

결국, 최근 영상촬영, 가속도변형률 계측, 레이저 측정 등 구조물 변위 측정을 위한 다양한 기술들이 활발히 개발되고 있는 상황에서, 가장 단순한 방법으로 간편하게 정밀한 변위 측정이 가능한 기술 개발이 시급한 실정이다.Ultimately, in a situation where various technologies for measuring structural displacement, such as imaging, acceleration strain measurement, and laser measurement, are being actively developed recently, there is an urgent need to develop technology that can easily and precisely measure displacement in the simplest way.

대한민국 등록특허번호 제101754488호(등록일: 2017년 6월 29일), 발명의 명칭: "가속도정보와 회전정보를 이용한 구조물 변위이력 측정방법"Republic of Korea Patent No. 101754488 (registration date: June 29, 2017), title of invention: “Method of measuring structural displacement history using acceleration information and rotation information” 대한민국 공개특허번호 제20178410호(공개일: 2017년 1월 24일), 발명의 명칭: "동적변위 계산 장치 및 동적변위 계산 방법"Republic of Korea Patent Publication No. 20178410 (publication date: January 24, 2017), title of invention: “Dynamic displacement calculation device and dynamic displacement calculation method” 대한민국 등록특허번호 제100458290호(등록일: 2004년 11월 12일), 발명의 명칭: "이미지 프로세싱을 이용한 구조물의 변위량 측정방법"Republic of Korea Patent No. 100458290 (registration date: November 12, 2004), title of invention: “Method of measuring displacement of a structure using image processing” 대한민국 등록특허번호 제102258344호(등록일: 2021년 5월 25일), 발명의 명칭: "레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치 및 이를 이용한 재하시험 방법"Republic of Korea Patent No. 102258344 (registration date: May 25, 2021), title of invention: “Displacement measuring device for bridge load testing using a laser Doppler displacement measuring device and load test method using the same” 일본 공개특허번호 제1995146141호(공개일: 1995년 6월 6일), 발명의 명칭: "수직 기준 장치"Japanese Patent Publication No. 1995146141 (publication date: June 6, 1995), title of invention: “Vertical reference device” 대한민국 등록특허번호 제101452171호(등록일: 2014년 10월 13일), 발명의 명칭: "타워형 구조물의 변위 추정 방법"Republic of Korea Patent No. 101452171 (registration date: October 13, 2014), title of invention: “Method for estimating displacement of tower-type structures”

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 경사계로만 변위를 측정할 수 있도록, 경사계에서 계측되는 회전각을 1회 적분하여 변위를 산정함으로써 밀림 현상이 없고, 이에 따라, 실제 값과의 오차가 거의 없이 구조물의 변위를 측정할 수 있는, 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention to solve the above-mentioned problems is to calculate the displacement by integrating the rotation angle measured by the inclinometer once so that the displacement can be measured only with an inclinometer, so that there is no slipping phenomenon, and accordingly, the actual value The purpose is to provide a structure displacement measurement system and method through rotation angle measurement and signal processing that can measure the displacement of a structure with almost no error.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 단지 1종류의 경사계를 최소 설치하여 구조물의 모든 위치에서 변위를 측정함으로써 계측 센서의 수량을 현격히 줄일 수 있는, 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a structural displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing that can significantly reduce the number of measurement sensors by measuring displacement at all locations of the structure by installing only one type of inclinometer. and to provide a method thereof.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 구조물에 설치된 경사계가 계측한 회전각 데이터를 1회 적분하여 변위를 산출함으로써 변위의 오차가 작고, 정적 및 동적변위를 모두 측정함으로써 충격계수 산정 및 재하시험에 활용할 수 있는, 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical task to be achieved by the present invention is to calculate the displacement by integrating the rotation angle data measured by the inclinometer installed on the structure once, so that the displacement error is small, and by measuring both static and dynamic displacement, impact coefficient calculation and load testing. The purpose is to provide a system and method for measuring structural displacement through rotation angle measurement and signal processing that can be utilized in .

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템은, 구조물의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템에 있어서, 상기 구조물의 내하력 평가를 위하여 산출된 변위는, 구조물에 부착된 경사계로부터 외력에 따라 취합된 회전각 신호를 수신하여, 수신된 회전각 신호를 시간에 따른 경사계 부착 지점의 회전각 이력으로 나타내고, 계측 시간대별로 상기 경사계 부착구간에 대한 회전각곡선으로 나타내며, 상기 회전각곡선을 계측 시간대별 경사계 부착 구간에 대한 변위곡선으로 나타내고, 계측 시간대별 상기 경사계 부착 구간 내 임의 지점의 변위 이력으로 변환시켜 산출되도록 하며,
구조물에 회전각 수집이 가능하도록 부착 설치되고, 외력에 따른 회전각 신호를 계측하는 경사계 각각으로부터 계측된 회전각 신호를 취합하는 데이터 로거; 및 상기 데이터 로거가 취합한 회전각 신호를 무선으로 전송하는 통신모듈로부터 무선으로 회전각 신호를 수신하여, 상기 구조물의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하도록 신호처리하는 관리자 단말;을 포함하되,
상기 관리자 단말이, 수신된 회전각 신호를 시간에 따른 상기 경사계 부착 지점의 회전각 이력으로 나타내고, 계측 시간대별로 상기 경사계 부착 구간에 대한 회전각곡선으로 나타내며, 계측 시간대별 상기 경사계 부착 지점에 대한 변위곡선으로 나타내고, 계측 시간대별 상기 경사계 부착 구간의 변위 이력으로 변환하여, 구조물의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하도록 신호처리하고,
상기 관리자 단말은, 상기 데이터 로거가 취합한 회전각 신호를 상기 통신모듈을 경유하여 수집하는 데이터 수집부; 상기 수집된 회전각 신호에 따라 상기 구조물의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정하는 회전각곡선 선정부; 상기 선정된 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 상기 구조물의 변위곡선을 결정하는 변위곡선 결정부; 특정 대역대의 변위를 필터링하도록 신호처리하는 신호처리부; 및 상기 구조물 전체 부위의 정적변위와 동적변위를 각각 결정하는 정적 및 동적변위 결정부가 포함되도록 하게 된다.
As a means of achieving the above-described technical problem, the structural displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to the present invention measures structural displacement through rotation angle measurement and signal processing to calculate the displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure. In the system, the displacement calculated to evaluate the load carrying capacity of the structure is obtained by receiving a rotation angle signal collected according to external force from an inclinometer attached to the structure, and converting the received rotation angle signal into the rotation angle history of the inclinometer attachment point over time. It is expressed as a rotation angle curve for the inclinometer attachment section for each measurement time zone, and the rotation angle curve is represented as a displacement curve for the inclinometer attachment section for each measurement time zone, and the displacement history of an arbitrary point within the inclinometer attachment section for each measurement time zone is expressed as Convert it to be calculated,
A data logger is attached to the structure to enable rotation angle collection and collects rotation angle signals measured from each inclinometer that measures rotation angle signals according to external forces; And a manager terminal that receives the rotation angle signal wirelessly from a communication module that wirelessly transmits the rotation angle signal collected by the data logger and processes the signal to calculate the displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure.
The manager terminal represents the received rotation angle signal as a rotation angle history of the inclinometer attachment point over time, represents it as a rotation angle curve for the inclinometer attachment section for each measurement time period, and represents the displacement for the inclinometer attachment point for each measurement time period. It is expressed as a curve, converted into the displacement history of the inclinometer attachment section for each measurement time period, and signal processed to calculate the displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure,
The manager terminal includes a data collection unit that collects the rotation angle signal collected by the data logger via the communication module; a rotation angle curve selection unit that selects a rotation angle curve suitable for the characteristics of the structure according to the collected rotation angle signal; a displacement curve determination unit that determines a displacement curve of the structure due to an external force by integrating the selected rotation angle curve once; A signal processing unit that processes signals to filter displacement in a specific band; and a static and dynamic displacement determination unit that determines the static displacement and dynamic displacement of the entire structure, respectively.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법은, a) 구조물에 회전각 수집이 가능한 경사계를 부착 설치하는 단계; b) 상기 경사계 각각이 외력에 따른 회전각 신호를 계측하는 단계; c) 관리자 단말이 상기 회전각 신호를 수집하여 상기 구조물의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정하는 단계; d) 상기 관리자 단말이 상기 선정된 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 상기 구조물의 변위곡선을 결정하는 단계; e) 상기 관리자 단말이 특정 대역대의 변위를 필터링하도록 신호처리하는 단계; 및 f) 상기 관리자 단말이 상기 구조물 임의 부위의 정적변위와 동적변위를 각각 결정하는 단계;를 포함하되, 상기 관리자 단말은 무선으로 회전각 신호를 수신하여, 상기 구조물의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하도록 신호처리하도록 하게 된다.As a means to achieve the above-described technical problem, the method of measuring structural displacement through rotation angle measurement and signal processing according to the present invention includes the steps of a) attaching and installing an inclinometer capable of collecting rotation angles on the structure; b) each of the inclinometers measuring a rotation angle signal according to an external force; c) a manager terminal collecting the rotation angle signal and selecting a rotation angle curve suitable for the characteristics of the structure; d) the manager terminal determining a displacement curve of the structure due to an external force by integrating the selected rotation angle curve once; e) the manager terminal processing a signal to filter displacement in a specific band; and f) determining, by the manager terminal, a static displacement and a dynamic displacement of an arbitrary part of the structure, respectively, wherein the manager terminal wirelessly receives a rotation angle signal and calculates a displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure. The signal is processed to do so.

본 발명에 따르면, 경사계로만 변위를 측정할 수 있도록, 경사계에서 계측되는 회전각을 1회 적분하여 변위를 산정함으로써 밀림 현상(Drift)이 없고, 이에 따라, 실제 값과의 오차가 거의 없이 구조물의 변위를 측정할 수 있다.According to the present invention, there is no drift by calculating the displacement by integrating the rotation angle measured by the inclinometer once so that the displacement can be measured only with an inclinometer. Accordingly, the structure can be measured with almost no error from the actual value. Displacement can be measured.

본 발명에 따르면, 단지 1종류의 경사계를 최소 5개만 설치하여 구조물의 임의 위치에서 변위를 측정함으로써 계측 센서의 수량을 현격히 줄일 수 있다.According to the present invention, the number of measurement sensors can be significantly reduced by installing at least five inclinometers of only one type to measure displacement at arbitrary positions of the structure.

본 발명에 따르면, 구조물에 설치된 경사계가 계측한 회전각 데이터를 1회 적분하여 변위를 산출함으로써 변위의 오차가 작고, 정적 및 동적변위를 모두 측정함으로써 충격계수 선정 및 재하시험에 활용할 수 있다.According to the present invention, the displacement is calculated by integrating the rotation angle data measured by the inclinometer installed on the structure once, so the displacement error is small, and both static and dynamic displacement can be measured, which can be used for impact coefficient selection and load testing.

본 발명에 따르면, 샘플링 주파수가 큰 고해상도 경사계를 사용하여 회전각을 계측하여 신호처리를 통해 정적 처짐과 동적 처짐을 동시에 추출할 수 있다.According to the present invention, the rotation angle can be measured using a high-resolution inclinometer with a large sampling frequency, and the static and dynamic deflections can be simultaneously extracted through signal processing.

본 발명에 따르면, 현수교를 포함한 모든 형식의 교량에 대해 계측된 회전각 데이터의 수치적분으로 정적 처짐과 동적 처짐을 측정할 수 있다.According to the present invention, static and dynamic deflections can be measured by numerical integration of rotation angle data measured for all types of bridges, including suspension bridges.

도 1a는 종래의 기술에 따른 구조물 변위이력 측정장치를 나타내는 개념도이고, 도 1b는 종래의 기술에 따른 구조물 변위이력 측정방법을 나타내는 동작흐름도이며, 도 1c는 도 1a에 도시된 구조물 변위이력 측정장치의 적용예를 나타내는 도면이다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 동적변위 계산 장치를 나타내는 구성도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 동적변위 계산 장치에 포함되는 변위 측정기에서 측정되는 동적변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 이미지 프로세싱을 이용한 구조물의 변위량 측정방법에서 구조물의 변동량 측정과정을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 레이저 도플러 변위측정기를 이용한 교량 재하시험용 변위측정장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템에서 회전각곡선의 선정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템에서 변위곡선의 결정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
Figure 1a is a conceptual diagram showing a structure displacement history measuring device according to the prior art, Figure 1b is an operation flow chart showing a structure displacement history measuring method according to the prior art, and Figure 1c is a structure displacement history measuring device shown in Figure 1a. This is a drawing showing an example of application.
FIG. 2A is a configuration diagram showing a dynamic displacement calculation device according to the prior art, and FIG. 2B is a diagram illustrating the dynamic displacement measured by a displacement measuring device included in the dynamic displacement calculation device shown in FIG. 2A.
Figure 3 is a perspective view schematically showing the process of measuring the displacement of a structure in a method of measuring the displacement of a structure using image processing according to the prior art.
Figure 4 is a configuration diagram showing a displacement measuring device for bridge load testing using a laser Doppler displacement measuring device according to the prior art.
Figure 5 is a diagram for explaining the concept of a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a configuration diagram of a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing selection of a rotation angle curve in a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram showing the determination of a displacement curve in a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is an operation flowchart showing a method of measuring structural displacement through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary. Additionally, terms such as “…unit” used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

[회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)][Structure displacement measurement system (100) through rotation angle measurement and signal processing]

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템의 개념을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the concept of a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 경사계(110a~110n), 데이터 로거(120), 통신모듈(130) 및 관리자 단말(140)을 포함하여 구성된다.As shown in Figure 5, the structural displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention includes an inclinometer (110a to 110n), a data logger (120), a communication module (130), and an administrator terminal. It is composed including (140).

본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템은, 경사계(110a~110n)를 이용하여 구조물(200)의 특정 부위에서 측정된 회전각 신호를 통해 경사계 부착 구간내 구조물(200) 전체 부위의 정적 및 동적변위를 측정한다.The structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention is a structure within the inclinometer attachment section through the rotation angle signal measured at a specific part of the structure 200 using inclinometers 110a to 110n. (200) Measure the static and dynamic displacement of the entire area.

구조물(200), 예를 들면, 교량의 차량에 의한 연직처짐, 풍력타워의 바람 등에 의한 수평 변위와 같이 수평 및 수직 구조물의 외력에 의한 변위를 측정할 수 있다.The displacement caused by external forces of the structure 200, for example, horizontal and vertical structures, such as vertical deflection caused by a bridge vehicle or horizontal displacement caused by wind of a wind tower, can be measured.

본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템은, 구조물(200)의 특정 부위에 정밀한 회전각 수집이 가능한 경사계(110a~110n)를 부착하여 회전각 신호를 계측하고, 구조물(200)의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정하고 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 구조물(200)의 변위곡선을 찾아낸다.The structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention measures the rotation angle signal by attaching inclinometers (110a to 110n) capable of collecting precise rotation angles on a specific part of the structure 200. , select a rotation angle curve that suits the characteristics of the structure 200 and integrate the rotation angle curve once to find the displacement curve of the structure 200 due to external force.

이후, 특정 대역대의 변위를 필터링하는 신호처리 단계를 거쳐서 구조물(200) 임의 부위의 정적변위와 동적변위를 측정할 수 있다.Afterwards, the static displacement and dynamic displacement of any part of the structure 200 can be measured through a signal processing step that filters the displacement in a specific band.

특히, 변위 측정에 필요한 계측기를 설치하기 곤란한 경우, 계측기 자체의 가격이 고가여서 함부로 변위 계측기를 설치하기 부담스러운 경우, 또는 소규모 교량과 같이 발생하는 변위가 미소하여 변위의 정확한 이력을 확인하기 어려운 경우에, 구조물의 변위를 주변조건과 무관하게 저비용으로 정밀한 값을 측정할 수 있다.In particular, when it is difficult to install the measuring instrument needed to measure displacement, when the measuring instrument itself is expensive and it is burdensome to install a displacement measuring instrument, or when the displacement that occurs in a small-scale bridge is so small that it is difficult to check the accurate history of the displacement. Therefore, the displacement of a structure can be measured precisely at low cost, regardless of surrounding conditions.

본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템의 경우, 샘플링 주파수가 큰 고해상도 경사계를 사용하여 회전각을 계측하여 신호처리를 통해 정적 처짐과 동적 처짐을 동시에 추출할 수 있으며, 또한, 현수교를 포함한 모든 형식의 교량에 대해 계측된 회전각 데이터의 수치적분으로 정적 처짐과 동적 처짐을 측정할 수 있다.In the case of a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention, the rotation angle can be measured using a high-resolution inclinometer with a large sampling frequency, and static deflection and dynamic deflection can be simultaneously extracted through signal processing. In addition, static and dynamic deflection can be measured by numerical integration of the measured rotation angle data for all types of bridges, including suspension bridges.

예를 들면, 교량에 대해서는 차량(300)에 의한 정적 처짐과 동적 처짐으로 구분하여 측정할 수 있기 때문에, 이를 이용하여 충격계수를 구할 수 있으며, 내하력 평가에 사용할 수 있다.For example, since a bridge can be measured by dividing it into static deflection and dynamic deflection by the vehicle 300, the impact coefficient can be obtained using this and can be used to evaluate load carrying capacity.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템의 구성도이고, Meanwhile, Figure 6 is a configuration diagram of a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템에서 회전각곡선의 선정을 나타내는 도면이며, Figure 7 is a diagram showing selection of a rotation angle curve in a structural displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템에서 변위곡선의 결정을 나타내는 도면이다.Figure 8 is a diagram showing the determination of a displacement curve in a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)은, 경사계(110a~110n), 데이터 로거(120), 통신모듈(130) 및 관리자 단말(140)을 포함하고, Referring to FIG. 6, the structural displacement measurement system 100 through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention includes inclinometers 110a to 110n, a data logger 120, a communication module 130, and a manager. Includes a terminal 140,

이때, 상기 관리자 단말(140)은, 데이터 수집부(141), 회전각곡선 선정부(142), 변위곡선 결정부(143), 신호처리부(144), 정적 및 동적변위 결정부(145), 충격계수 산정부(146) 및 관리 DB(147)를 포함하여 구성된다.At this time, the manager terminal 140 includes a data collection unit 141, a rotation angle curve selection unit 142, a displacement curve determination unit 143, a signal processing unit 144, a static and dynamic displacement determination unit 145, It is composed of an impact coefficient calculation unit (146) and a management DB (147).

경사계(110a~110n)는 구조물(200)의 특정 부위에 정밀한 회전각 수집이 가능하도록 최소 5개 이상 부착 설치되고, 외력에 따른 회전각 신호를 계측한다. At least five inclinometers (110a to 110n) are attached and installed at a specific part of the structure 200 to enable precise rotation angle collection, and measure rotation angle signals according to external forces.

여기서, 상기 경사계(110a~110n)는 20㎐ 이상의 샘플링 레이트(Sampling Rate)로 회전각 신호를 계측하되, 상기 경사계(110a~110n)는 상기 구조물(200)의 최소한 5개소 이상 특정 부위에 소정 간격으로 부착될 수 있다.Here, the inclinometers (110a to 110n) measure the rotation angle signal at a sampling rate of 20 Hz or more, and the inclinometers (110a to 110n) are spaced at predetermined intervals in at least five specific parts of the structure 200. It can be attached.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)의 경우, 상기 경사계(110a~110n)를 설치함에 있어서 측정하려는 구조물(200)의 변위가 정확하다는 것을 보증하고, 또한, 신호처리된 변위가 비현실적인 값으로 발산하는 현상을 보정하기 위해서, 양단이 지지된 구조물(200)은 2점에서 그리고 일단이 지지된 구조물은 1점에서 각각 하중에 의한 변위가 0인 부위들에 필수적으로 경사계(110a~110n)를 설치한다.Specifically, in the case of the structure displacement measurement system 100 through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention, it is confirmed that the displacement of the structure 200 to be measured is accurate when installing the inclinometers 110a to 110n. In order to ensure that the signaled displacement diverges to an unrealistic value, the displacement due to the load is calculated at two points for the structure 200 supported at both ends and at one point for the structure supported at one end. Inclinometers (110a to 110n) are necessarily installed in the zero areas.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)의 경우, 두 경사계 사이의 회전각 혹은 구조물(200)에 부착된 모든 경사계 사이의 회전각은 여러 가지 보간식을 사용하여 계산해내야 한다. 이때, 계산된 회전각의 오차가 증가하는 것을 최소화하고 변위로 환산하는 수치적분 과정에서의 안정성을 확보하기 위해서, 두 경사계 사이의 회전각을 3차 스플라인 곡선으로 보간하고, 이를 통해 경사계 부착 이외의 위치에서도 정확하게 변위를 측정할 수 있다.In addition, in the case of the structure displacement measurement system 100 through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention, the rotation angle between two inclinometers or the rotation angle between all inclinometers attached to the structure 200 is various. It must be calculated using an interpolation formula. At this time, in order to minimize the increase in the error of the calculated rotation angle and ensure stability in the numerical integration process of converting it to displacement, the rotation angle between the two inclinometers is interpolated with a cubic spline curve, and through this, other than attaching the inclinometer is interpolated. Displacement can be measured accurately even at position.

또한, 기존 기술은 계측된 회전각 곡선을 한번 적분하여 구조물의 정적인 변위 곡선을 얻어내는 단계까지에만 국한되는 반면에, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)의 경우, 시간의 진행에 따른 변위의 이력을 알아내어 작은 시간 간격에서도 변화되는 변위을 측정해 냄으로써 차량 이동에 따른 충격효과가 포함된 동적 변위까지도 얻을 수 있다.In addition, while the existing technology is limited to the step of obtaining a static displacement curve of the structure by integrating the measured rotation angle curve once, the structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention In the case of (100), by finding out the history of displacement over time and measuring displacement that changes even at small time intervals, even dynamic displacement including impact effects due to vehicle movement can be obtained.

데이터 로거(120)는 상기 최소한 5개 이상의 경사계(110a~110n) 각각으로부터 계측된 회전각 신호를 취합하여 전달한다.The data logger 120 collects and transmits the rotation angle signals measured from each of the at least five inclinometers 110a to 110n.

통신모듈(130)은 상기 데이터 로거(120)가 취합한 회전각 신호를 무선으로 전송한다.The communication module 130 wirelessly transmits the rotation angle signal collected by the data logger 120.

관리자 단말(140)은 상기 데이터 로거(120)가 취합한 회전각 신호를 통신모듈(130)을 경유하여 무선으로 회전각 신호를 수신하여, 상기 구조물(200)의 내하력 평가를 위한 정적변위 및 동적변위를 산출하도록 신호처리한다.The manager terminal 140 wirelessly receives the rotation angle signal collected by the data logger 120 via the communication module 130, and determines the static displacement and dynamic displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure 200. The signal is processed to calculate the displacement.

여기서, 상기 관리자 단말(140)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수신된 회전각 신호를 시간에 따른 상기 경사계(110a~110n) 부착 지점의 회전각 이력으로 나타내고, 계측 시간대별로 상기 경사계(110a~110n) 부착 구간에 대한 회전각곡선으로 나타낼 수 있다. Here, as shown in FIG. 7, the manager terminal 140 represents the received rotation angle signal as a rotation angle history of the attachment point of the inclinometers 110a to 110n over time, and the inclinometer ( 110a~110n) It can be expressed as a rotation angle curve for the attachment section.

또한, 상기 관리자 단말(140)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 계측 시간대별 상기 경사계(110a~110n) 부착 구간에 대한 변위곡선으로 나타내고, 계측 시간대별 상기 경사계 부착 구간 내 임의 지점의 변위 이력으로 변환할 수 있다.In addition, the manager terminal 140, as shown in FIG. 8, is represented by a displacement curve for the inclinometer (110a ~ 110n) attachment section for each measurement time slot, and the displacement history of any point within the inclinometer attachment section for each measurement time slot. It can be converted to .

구체적으로, 상기 관리자 단말(140)의 데이터 수집부(141)는 상기 데이터 로거(120)가 취합한 회전각 신호를 상기 통신모듈(130)을 경유하여 무선으로 수집한다.Specifically, the data collection unit 141 of the manager terminal 140 wirelessly collects the rotation angle signal collected by the data logger 120 via the communication module 130.

상기 관리자 단말(140)의 회전각곡선 선정부(142)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수집된 회전각 신호에 따라 상기 구조물의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정한다.As shown in FIG. 7, the rotation angle curve selection unit 142 of the manager terminal 140 selects a rotation angle curve suitable for the characteristics of the structure according to the collected rotation angle signal.

상기 관리자 단말(140)의 변위곡선 결정부(143)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 선정된 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 상기 구조물의 변위곡선을 결정한다.As shown in FIG. 8, the displacement curve determination unit 143 of the manager terminal 140 determines the displacement curve of the structure due to external force by integrating the selected rotation angle curve once.

상기 관리자 단말(140)의 신호처리부(144)는 특정 대역대의 변위를 필터링하도록 신호처리한다. 예를 들면, 저역통과필터를 통해서 특정 대역대의 변위를 필터링할 수 있다.The signal processing unit 144 of the manager terminal 140 processes signals to filter displacement in a specific band. For example, displacement in a specific band can be filtered through a low-pass filter.

정적 및 동적변위 결정부(145)는 상기 구조물(200) 임의 부위의 정적변위와 동적변위를 각각 분리하여 결정한다.The static and dynamic displacement determination unit 145 determines the static displacement and dynamic displacement of any part of the structure 200 separately.

충격계수 산정부(146)는 상기 구조물(200)이 교량인 경우, 상기 구조물(200)의 임의 부위에서 측정한 차량(300)에 의한 정적변위와 동적변위에 따라 차량(300) 주행시 충격영향을 나타내는 계수인 충격계수를 임의 부위에 대해서 산정한다. 이에 따라, 상기 구조물(200)의 내하력을 용이하게 평가할 수 있다.When the structure 200 is a bridge, the impact coefficient calculation unit 146 calculates the impact effect when the vehicle 300 is driven according to the static displacement and dynamic displacement of the vehicle 300 measured at any part of the structure 200. The impact coefficient, which is the coefficient represented, is calculated for a random part. Accordingly, the load-bearing capacity of the structure 200 can be easily evaluated.

관리 DB(147)는 상기 관리자 단말(140)이 수집한 데이터 및 생성한 데이터 등을 저장한다.The management DB 147 stores data collected and generated by the manager terminal 140.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)의 경우, 경사계(110a~110n)를 이용해 상기 구조물(200)의 특정 부위에서 측정된 회전각 신호를 통해 구조물(200) 임의 부위의 정적 및 동적변위를 측정할 수 있다. In other words, in the case of the structure displacement measurement system 100 through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention, the rotation angle signal measured at a specific part of the structure 200 using the inclinometers 110a to 110n Through this, the static and dynamic displacement of any part of the structure 200 can be measured.

예를 들면, 교량의 차량에 의한 연직처짐, 풍력 타워의 바람 등에 의한 수평변위 등 수평 및 수직 구조물의 외력에 의한 변위를 측정할 수 있다.For example, it is possible to measure displacement caused by external forces of horizontal and vertical structures, such as vertical deflection caused by bridge vehicles or horizontal displacement caused by wind in wind towers.

구체적으로, 상기 구조물(200)의 특정 부위에 정밀한 회전각 수집이 가능한 경사계를 부착하고, 외력에 따른 회전각 신호 계측 후 구조물의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정하고 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 구조물의 변위를 찾아내어, 특정 대역대의 변위를 필터링하는 신호처리 과정을 거쳐 변위를 측정할 수 있다.Specifically, an inclinometer capable of collecting precise rotation angles is attached to a specific part of the structure 200, and after measuring the rotation angle signal according to the external force, a rotation angle curve suitable for the characteristics of the structure is selected and the rotation angle curve is integrated once. By finding the displacement of a structure due to an external force, the displacement can be measured through a signal processing process that filters the displacement in a specific band.

이때, 최소한 5개소 이상 부착하는 경사계(110a~110n)에서 수신된 회전각 신호에 대응하는 회전각곡선을 선정할 수 있다.At this time, a rotation angle curve corresponding to the rotation angle signal received from the inclinometers 110a to 110n attached at least 5 locations can be selected.

또한, 수신된 회전각 신호를 구조물(200) 부위의 변위로 변환하도록 회전각곡선을 1회 수치적분하여 외력에 의한 정적변위와 동적변위가 혼합된 구조물의 변위로 산정한다.In addition, the rotation angle curve is numerically integrated once to convert the received rotation angle signal into the displacement of the structure 200, and the displacement of the structure is calculated as a mixture of static displacement and dynamic displacement due to external force.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)의 경우, 샘플링 주파수가 큰 고해상도 경사계(110a~110n)로 회전각을 계측하여 신호처리를 통해 정적 처짐과 동적 처짐을 추출할 수 있다.Specifically, in the case of the structural displacement measurement system 100 through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention, the rotation angle is measured using high-resolution inclinometers (110a to 110n) with a large sampling frequency, and signal processing is used to statically measure the displacement. Deflection and dynamic deflection can be extracted.

이때, 차량 이동에 따른 충격효과가 포함된 동적 변위를 얻기 위해서는 계측에 사용되는 경사계가 높은 샘플링 주파수 규격을 갖고 있어야 하는데, 예를 들면, 교량의 경우, 정확한 정적변위와 동적변위 측정을 위한 경사계의 샘플링 주파수로 20Hz 이상을 필요한 규격으로 사용하는 것이 바람직하다.At this time, in order to obtain dynamic displacement that includes the impact effect due to vehicle movement, the inclinometer used for measurement must have a high sampling frequency standard. For example, in the case of bridges, an inclinometer for accurate static and dynamic displacement measurement is required. It is desirable to use a sampling frequency of 20Hz or more as the required standard.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템(100)의 경우, 교량의 처짐을 3차 스프라인 보간으로 5개 이상의 경사계(110a~110n)로도 오차가 작은 정확한 처짐이 측정될 수 있다.In addition, in the case of the structure displacement measurement system 100 through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention, the deflection of the bridge can be measured with a small error even with five or more inclinometers 110a to 110n by cubic spline interpolation. Accurate deflection can be measured.

다시 말하면, 측정된 두 경사계 사이의 회전각을 3차 스플라인 곡선으로 보간하여 1회 수치적분을 통해 변위로 환산하고, 환산된 변위가 비현실적인 값으로 발산하는 현상을 보정하여 정확한 정적변위와 동적변위로 구분해내는 일련의 신호처리 과정을 자동으로 수행할 수 있다.In other words, the rotation angle between the two measured inclinometers is interpolated with a cubic spline curve and converted into displacement through one-time numerical integration, and the phenomenon of the converted displacement diverging to unrealistic values is corrected to provide accurate static and dynamic displacements. A series of signal processing processes to distinguish can be performed automatically.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템은, 현수교를 포함한 모든 형식의 교량의 처짐을 측정하기 위해서 최소 5개의 경사계로도 정확한 처짐을 측정할 수 있다.In addition, the structural displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention can accurately measure deflection with at least five inclinometers in order to measure deflection of all types of bridges, including suspension bridges.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템에 따르면, 경사계로만 변위를 측정할 수 있도록, 경사계에서 계측되는 회전각을 1회 적분하여 변위를 산정함으로써 밀림 현상(Drift)이 없고, 이에 따라, 실제 값과의 오차가 거의 없이 구조물의 변위를 측정할 수 있다.In the end, according to the structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention, the displacement is calculated by integrating the rotation angle measured by the inclinometer once so that the displacement can be measured only with an inclinometer, thereby eliminating the pushing phenomenon. There is no drift, and as a result, the displacement of the structure can be measured with little error from the actual value.

또한, 단지 1종류의 경사계를 최소 5개만 설치하여 구조물의 임의 위치에서 변위를 측정함으로써 계측 센서의 수량을 현격히 줄일 수 있다. In addition, the number of measurement sensors can be significantly reduced by installing at least five inclinometers of one type to measure displacement at arbitrary locations in the structure.

또한, 구조물에 설치된 경사계가 계측한 회전각 데이터를 1회 적분하여 변위를 산출함으로써 변위의 오차가 작고, 정적 및 동적변위를 모두 측정함으로써 충격계수 선정 및 재하시험에 활용할 수 있다.In addition, by calculating the displacement by integrating the rotation angle data measured by the inclinometer installed on the structure once, the displacement error is small, and by measuring both static and dynamic displacement, it can be used for impact coefficient selection and load testing.

[회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법][Method for measuring structural displacement through rotation angle measurement and signal processing]

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법을 나타내는 동작흐름도이다.Figure 9 is an operation flowchart showing a method of measuring structural displacement through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법은, 먼저, 구조물(200)의 특정 부위에 정밀한 회전각 수집이 가능한 최소한 5개 이상의 경사계(110a~110n)를 부착 설치한다(S110).Referring to Figures 5 and 9, the method of measuring structural displacement through rotation angle measurement and signal processing according to an embodiment of the present invention first uses at least five or more rotation angles capable of collecting precise rotation angles in a specific part of the structure 200. Attach and install the inclinometers (110a to 110n) (S110).

여기서, 상기 경사계(110a~110n)는 20㎐ 이상의 샘플링 레이트로 회전각 신호를 각각 계측하되, 상기 경사계(110a~110n)는 상기 구조물(200)의 최소한 5개소 이상 특정 부위에 소정 간격으로 부착될 수 있다.Here, the inclinometers (110a ~ 110n) each measure the rotation angle signal at a sampling rate of 20 Hz or more, and the inclinometers (110a ~ 110n) are attached at predetermined intervals to at least five specific parts of the structure 200. You can.

다음으로, 상기 최소한 5개 이상의 경사계(110a~110n) 각각이 외력에 따른 회전각 신호를 계측한다(S120).Next, each of the at least five inclinometers 110a to 110n measures a rotation angle signal according to an external force (S120).

다음으로, 관리자 단말(140)이 상기 회전각 신호를 수집하여 상기 구조물(200)의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정한다(S130). Next, the manager terminal 140 collects the rotation angle signal and selects a rotation angle curve suitable for the characteristics of the structure 200 (S130).

여기서, 상기 구조물(200)의 특성에 부합하는 기하학적 변위곡선을 선정할 수 있도록 상기 5개소 이상 부착된 경사계(110a~110n)에서 각각 수신되는 회전각 신호들에 대응하는 회전각곡선을 선정할 수 있다.Here, in order to select a geometric displacement curve that matches the characteristics of the structure 200, a rotation angle curve corresponding to the rotation angle signals received from each of the inclinometers 110a to 110n attached to the five or more locations can be selected. there is.

다음으로, 상기 관리자 단말(140)이 상기 선정된 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 상기 구조물(200)의 변위곡선을 결정한다(S140).Next, the manager terminal 140 integrates the selected rotation angle curve once to determine the displacement curve of the structure 200 due to external force (S140).

이때, 회전각의 오차가 증가하는 것을 최소화하고 변위로 환산하는 수치적분 과정에서의 안정성을 확보하기 위해서, 두 경사계 사이의 회전각을 3차 스플라인 곡선으로 각각 보간하는 것이 바람직하다.At this time, in order to minimize the increase in rotation angle error and ensure stability in the numerical integration process of converting to displacement, it is desirable to interpolate the rotation angle between the two inclinometers with a cubic spline curve.

다음으로, 상기 관리자 단말(140)이 특정 대역대의 변위를 필터링하도록 신호처리한다(S150).Next, the manager terminal 140 processes a signal to filter the displacement of a specific band (S150).

여기서, 상기 수신된 회전각 신호를 상기 구조물(200)의 임의 부위의 변위로 변환하기 위해서 상기 회전각 신호 데이터를 1회 수치적분하고, 외력에 의한 정적변위와 동적변위가 혼합된 상기 구조물(200)의 변위를 산정할 수 있다.Here, in order to convert the received rotation angle signal into a displacement of an arbitrary part of the structure 200, the rotation angle signal data is numerically integrated once, and the structure 200 is a mixture of static displacement and dynamic displacement due to external force. ) can be calculated.

다음으로, 상기 관리자 단말(140)이 상기 구조물(200) 전체 부위의 정적변위와 동적변위를 각각 결정한다(S160). Next, the manager terminal 140 determines the static displacement and dynamic displacement of the entire structure 200 (S160).

여기서, 선정된 변위를 필터링하는 과정에서 특정 주파수대역을 선정하고, 상기 선정된 특정 주파수대역에 의한 필터링을 통해서 외력에 의한 정적변위와 동적변위로 각각 분리할 수 있다.Here, in the process of filtering the selected displacement, a specific frequency band can be selected, and through filtering by the selected specific frequency band, it can be separated into static displacement and dynamic displacement due to external force.

즉, 상기 관리자 단말(140)은 무선으로 회전각 신호를 수신하여, 상기 구조물(200)의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하도록 신호처리한다.That is, the manager terminal 140 wirelessly receives the rotation angle signal and processes the signal to calculate the displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure 200.

다음으로, 예를 들면, 상기 구조물(200)이 교량인 경우, 상기 구조물(200)의 임의 부위에서 계측된 차량에 의한 정적변위와 동적변위에 따라 차량(300) 주행시 충격영향을 나타내는 계수인 충격계수를 임의 부위에 대해서 산정한다(S170).Next, for example, when the structure 200 is a bridge, the impact is a coefficient that represents the impact effect when the vehicle 300 is driven according to the static displacement and dynamic displacement caused by the vehicle measured at any part of the structure 200. Calculate the coefficient for a random part (S170).

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 변위 측정에 필요한 계측기를 설치하기 곤란한 경우, 계측기 자체의 가격이 고가여서 함부로 변위 계측기를 설치하기 부담스러운 경우에 구조물의 변위를 주변조건과 무관하게 저비용으로 정밀한 값을 측정할 수 있다.Ultimately, according to an embodiment of the present invention, when it is difficult to install a measuring instrument necessary for measuring displacement, or when it is burdensome to install a displacement measuring instrument because the price of the measuring instrument itself is expensive, the displacement of the structure can be measured accurately at low cost regardless of the surrounding conditions. Values can be measured.

또한, 교통 통제가 불가능한 고속도로 교량의 경우 교통 통제 없이 처짐을 측정할 수 있다.Additionally, in the case of highway bridges where traffic control is not possible, deflection can be measured without traffic control.

또한, 사물인터넷(IoT) 기술과 접목하여 고속도로 교량의 상시 처짐 데이터 획득, 내하력 평가 대체 등 유지관리 예산 절감 및 상시 안전관리 환경 확보에 기여할 수 있다.In addition, by combining the Internet of Things (IoT) technology, it can contribute to reducing the maintenance budget and securing a constant safety management environment by obtaining regular deflection data of highway bridges and replacing load-bearing capacity assessments.

또한, 정적 및 동적 처짐은 교량의 내하력 평가시 충격계수에 산출에 사용되므로 교통 통제를 수반하지 않고도 내하력을 평가할 수 있다.In addition, static and dynamic deflections are used to calculate the impact coefficient when evaluating the load-bearing capacity of a bridge, so load-bearing capacity can be evaluated without traffic control.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 구조물 변위 측정 시스템 200: 구조물
300: 차량 110, 110a~110n: 경사계
120: 데이터 로거 130: 통신모듈
140: 관리자 단말 141: 데이터 수집부
142: 회전각곡선 선정부 143: 변위곡선 결정부
144: 신호처리부 145: 정적 및 동적변위 결정부
146: 충격계수 산정부 147: 관리 DB
100: Structure displacement measurement system 200: Structure
300: vehicle 110, 110a~110n: inclinometer
120: data logger 130: communication module
140: Administrator terminal 141: Data collection unit
142: rotation angle curve selection unit 143: displacement curve determination unit
144: signal processing unit 145: static and dynamic displacement determination unit
146: Impact coefficient calculation unit 147: Management DB

Claims (10)

구조물(200)의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템에 있어서, 상기 구조물(200)의 내하력 평가를 위하여 산출된 변위는,
구조물(200)에 부착된 경사계(110a~110n)로부터 외력에 따라 취합된 회전각 신호를 수신하여, 수신된 회전각 신호를 시간에 따른 경사계(110a~110n) 부착 지점의 회전각 이력으로 나타내고, 계측 시간대별로 상기 경사계(110a~110n) 부착구간에 대한 회전각곡선으로 나타내며, 상기 회전각곡선을 계측 시간대별 경사계(110a~110n) 부착 구간에 대한 변위곡선으로 나타내고, 계측 시간대별 상기 경사계 부착 구간 내 임의 지점의 변위 이력으로 변환시켜 산출되도록 하며,
구조물(200)에 회전각 수집이 가능하도록 부착 설치되고, 외력에 따른 회전각 신호를 계측하는 경사계(110a~110n) 각각으로부터 계측된 회전각 신호를 취합하는 데이터 로거(120); 및 상기 데이터 로거(120)가 취합한 회전각 신호를 무선으로 전송하는 통신모듈(130)로부터 무선으로 회전각 신호를 수신하여, 상기 구조물(200)의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하도록 신호처리하는 관리자 단말(140);을 포함하되, 상기 관리자 단말(140)이, 수신된 회전각 신호를 시간에 따른 상기 경사계(110a~110n) 부착 지점의 회전각 이력으로 나타내고, 계측 시간대별로 상기 경사계(110a~110n) 부착 구간에 대한 회전각곡선으로 나타내며, 계측 시간대별 상기 경사계(110a~110n) 부착 지점에 대한 변위곡선으로 나타내고, 계측 시간대별 상기 경사계 부착 구간의 변위 이력으로 변환하여, 구조물(200)의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하도록 신호처리하고, 상기 관리자 단말(140)은, 상기 데이터 로거(120)가 취합한 회전각 신호를 상기 통신모듈(130)을 경유하여 수집하는 데이터 수집부(141); 상기 수집된 회전각 신호에 따라 상기 구조물의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정하는 회전각곡선 선정부(142); 상기 선정된 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 상기 구조물(200)의 변위곡선을 결정하는 변위곡선 결정부(143); 특정 대역대의 변위를 필터링하도록 신호처리하는 신호처리부(144); 및 상기 구조물(200) 전체 부위의 정적변위와 동적변위를 각각 결정하는 정적 및 동적변위 결정부(145)가 포함되도록 하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템.
In the structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing that calculates the displacement for evaluating the load-bearing capacity of the structure 200, the displacement calculated for evaluating the load-bearing capacity of the structure 200 is,
A rotation angle signal collected according to an external force is received from the inclinometers (110a to 110n) attached to the structure 200, and the received rotation angle signal is expressed as a rotation angle history of the attachment point of the inclinometers (110a to 110n) over time, It is expressed as a rotation angle curve for the attachment section of the inclinometer (110a ~ 110n) for each measurement time zone, and the rotation angle curve is represented as a displacement curve for the attachment section of the inclinometer (110a ~ 110n) for each measurement time zone, and the inclinometer attachment section for each measurement time zone. It is calculated by converting it into the displacement history of an arbitrary point within it,
A data logger 120 that is attached to the structure 200 to enable rotation angle collection and collects rotation angle signals measured from each of the inclinometers 110a to 110n that measure rotation angle signals according to external forces; And receiving the rotation angle signal wirelessly from the communication module 130, which wirelessly transmits the rotation angle signal collected by the data logger 120, and processing the signal to calculate the displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure 200. A manager terminal 140; wherein the manager terminal 140 displays the received rotation angle signal as a rotation angle history of the attachment point of the inclinometers 110a to 110n over time, and the inclinometer 110a for each measurement time period. ~110n) It is expressed as a rotation angle curve for the attachment section, and it is expressed as a displacement curve for the attachment point of the inclinometer (110a to 110n) for each measurement time period, and is converted into the displacement history of the inclinometer attachment section for each measurement time period, and the structure 200 The signal is processed to calculate the displacement for load-bearing capacity evaluation, and the manager terminal 140 is a data collection unit 141 that collects the rotation angle signal collected by the data logger 120 via the communication module 130. ); a rotation angle curve selection unit 142 that selects a rotation angle curve suitable for the characteristics of the structure according to the collected rotation angle signal; A displacement curve determination unit 143 that determines a displacement curve of the structure 200 due to an external force by integrating the selected rotation angle curve once; A signal processing unit 144 that processes signals to filter displacement in a specific band; And a structure displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing that includes a static and dynamic displacement determination unit 145 that determines the static displacement and dynamic displacement of the entire structure 200, respectively.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 경사계(110a~110n)는,
20㎐ 이상의 샘플링 레이트(Sampling Rate)로 회전각 신호를 계측하되, 상기 경사계(110a~110n)는 상기 구조물(200)의 특정 부위에 소정 간격으로 부착되는 것을 특징으로 하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템.
According to paragraph 1,
The inclinometers (110a to 110n) are,
The rotation angle signal is measured at a sampling rate of 20 Hz or more, and the inclinometers 110a to 110n are attached to specific parts of the structure 200 at predetermined intervals. Rotation angle measurement and signal processing Structure displacement measurement system through.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 관리자 단말(140)은,
상기 구조물(200)이 교량인 경우, 상기 구조물(200)의 임의 부위에서 측정한 차량(300)에 의한 정적변위와 동적변위에 따라 차량(300) 주행시 충격계수를 임의 부위에 대해서 산정하는 충격계수 산정부(146)를 추가로 포함하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 시스템.
According to paragraph 1,
The manager terminal 140,
When the structure 200 is a bridge, an impact coefficient is calculated for a random part when the vehicle 300 is driven according to the static displacement and dynamic displacement by the vehicle 300 measured at a random part of the structure 200. A structural displacement measurement system through rotation angle measurement and signal processing that additionally includes a calculation unit 146.
a) 구조물(200)에 회전각 수집이 가능한 경사계(110a~110n)를 부착 설치하는 단계;
b) 상기 경사계(110a~110n) 각각이 외력에 따른 회전각 신호를 계측하는 단계;
c) 관리자 단말(140)이 상기 회전각 신호를 수집하여 상기 구조물(200)의 특성에 맞는 회전각곡선을 선정하는 단계;
d) 상기 관리자 단말(140)이 상기 선정된 회전각곡선을 1회 적분하여 외력에 의한 상기 구조물(200)의 변위곡선을 결정하는 단계;
e) 상기 관리자 단말(140)이 특정 대역대의 변위를 필터링하도록 신호처리하는 단계; 및
f) 상기 관리자 단말(140)이 상기 구조물(200) 임의 부위의 정적변위와 동적변위를 각각 결정하는 단계;를 포함하되,
상기 관리자 단말(140)은 무선으로 회전각 신호를 수신하여, 상기 구조물(200)의 내하력 평가를 위한 변위를 산출하도록 신호처리하는 것을 특징으로 하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법.
a) attaching and installing inclinometers (110a to 110n) capable of collecting rotation angles on the structure 200;
b) each of the inclinometers (110a to 110n) measuring a rotation angle signal according to an external force;
c) the manager terminal 140 collecting the rotation angle signal and selecting a rotation angle curve suitable for the characteristics of the structure 200;
d) the manager terminal 140 determining a displacement curve of the structure 200 due to an external force by integrating the selected rotation angle curve once;
e) the manager terminal 140 processing a signal to filter displacement in a specific band; and
f) the manager terminal 140 determining the static displacement and dynamic displacement of any part of the structure 200, respectively;
The manager terminal 140 wirelessly receives a rotation angle signal and processes the signal to calculate a displacement for evaluating the load carrying capacity of the structure 200. A structure displacement measurement method through rotation angle measurement and signal processing.
제7항에 있어서,
상기 c) 단계에서 상기 구조물(200)의 특성에 부합하는 기하학적 변위곡선을 선정할 수 있도록 수신되는 회전각 신호들에 대응하는 회전각곡선을 선정하는 것을 특징으로 하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법.
In clause 7,
In step c), a rotation angle curve corresponding to the received rotation angle signals is selected to select a geometric displacement curve that matches the characteristics of the structure 200 through rotation angle measurement and signal processing. Method for measuring structural displacement.
제7항에 있어서,
상기 d) 단계에서 회전각의 오차가 증가하는 것을 최소화하고 변위로 환산하는 수치적분 과정에서의 안정성을 확보하기 위해서, 두 경사계 사이의 회전각을 3차 스플라인 곡선으로 각각 보간하는 것을 특징으로 하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법.
In clause 7,
In order to minimize the increase in rotation angle error in step d) and ensure stability in the numerical integration process of converting to displacement, the rotation angle between the two inclinometers is interpolated with a cubic spline curve, respectively. Method of measuring structural displacement through each measurement and signal processing.
제7항에 있어서,
상기 수신된 회전각 신호를 상기 구조물(200)의 임의 부위의 변위로 변환하기 위해서 상기 회전각 신호 데이터를 1회 수치적분하고, 외력에 의한 정적변위와 동적변위가 혼합된 상기 구조물(200)의 변위를 산정하며,
상기 e) 단계에서 상기 선정된 변위를 필터링하는 과정에서 특정 주파수대역을 선정하고, 상기 선정된 특정 주파수대역에 의한 필터링을 통해서 외력에 의한 정적변위와 동적변위로 각각 분리하는 것을 특징으로 하는 회전각 계측과 신호처리를 통한 구조물 변위 측정 방법.

In clause 7,
In order to convert the received rotation angle signal into a displacement of an arbitrary part of the structure 200, the rotation angle signal data is numerically integrated once, and the static displacement and dynamic displacement due to external force are mixed. Calculate the displacement,
In step e), a specific frequency band is selected in the process of filtering the selected displacement, and the rotation angle is separated into static displacement and dynamic displacement due to external force through filtering by the selected specific frequency band. Method for measuring structural displacement through measurement and signal processing.

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