KR20050099768A - 실시간 피크추출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서모듈로부터 불규칙적으로 변하는 신호의 값을 계측하고, 아날로그-디지탈 변환기, ADC로부터 상기 센서모듈로부터 계측된 데이터를 인식하기 위하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 내부적인 데이터 처리를 위해서 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processing), DSP를 사용하였으며, 외부 PC와의 인터페이스는 대용량 데이터 전송을 위해서 USB제어기(USB Controller)를 통하여 이루어지되, 측정된 값 중에서 피크치(Peak Value)와 밸리치(Valley Value)만을 추출하는 소프트웨어를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 피크추출기이며, 이는 계측된 값을 모두 저장하지 않고 피크치와 밸리치 만을 저장하여 데이터 용량을 최소로 하며, 데이터 관리를 손쉽게 하는 시스템을 개발하고자 하는 것이다.

Description

실시간 피크추출기{REAL TIME PEAK DETECTOR}

본 발명은 교량 등과 같은 시설구조물이나 장치산업 구조물의 안전성 평가 및 수명 관리에 사용되는 상시 감시 시스템에서 계측되는 데이터를 피로손상 평가에 용이한 형태로 실시간으로 추출하고 데이터의 관리를 손쉽게 하는 실시간 피크 추출기에 관한 것이다.

일반적으로 실 구조물에 작용하는 손상(Damage)의 대부분은 시간에 따라 불규칙적으로 변동하는 피로하중에 의하며 이러한 손상이 국부적으로 축적되면 불안정한 상태 혹은 파손(Failure)을 야기시킨다. 이러한 구조물에서 불규칙적으로 변하는 하중을 연속적으로 정량적으로 계측하는 것은 용이하지 않으며 이러한 불완전한 정보로부터 피로손상을 평가하고 피로수명을 관리하는 일 또한 용이하지 않은 실정이다.

종래에는 구조물의 피로수명분석을 위한 시험에서는 노트북 PC를 이용하여 실 구조물 주위에서 피로 응력 및 변형 데이터를 측정하였으며, 이는 주변 환경의 여건에 따라서 이러한 시험이 곤란하거나 장기간 측정에 불편한 단점이 있었다.

따라서, 시간에 따라 변하는 이러한 물리량의 측정과 측정된 데이터의 관리를 용이하게 하는 시스템으로서 피로 손상의 평가와 예측을 좀 더 손쉽게 평가하는 시스템의 개발이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 기존의 상시 감시시스템으로부터 얻어진 계측값을 보다 효율적으로 활용하고자 실시간 계측되는 데이터를 피로손상 평가에 용이한 형태로 추출하고 데이터의 관리를 손쉽게하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 실시간으로 계측된 데이터 중에서 유효한 피크치(Peak value)과 밸리치(Valley value) 만을 추출하여 저장하고 이를 외부현시장치 등을 통하여 실시간으로 나타낼 수 있는 시스템을 새롭게 안출한 것으로서 충분한 데이터 저장 공간을 확보하여 수 개월간의 데이터를 저장하며 효율적인 데이터 관리가 가능한 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 실시간 피크추출기(Peak Detector) 시스템의 구성은 독립적으로 구동이 가능한 피크 추출기 모듈과 추출된 데이터를 PC상에서 다운로드 받아서 저장하고 가시화하는 소프트웨어로 구성된다.

또한 외부모듈에 저장된 데이터를 원활히 전송하기 위해서 USB 포트를 이용해서 고속전송이 가능하게 되도록 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 실시간 피크추출기의 모듈을 나타낸 것으로서, 본 발명인 실시간 피크 추출기는 센서 모듈(1)로부터 필요한 값을 계측하고, 아날로그-디지탈 변환기, ADC(2)로부터 상기 센서모듈(1)로부터 계측된 데이터를 인식하기 위하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 실시간으로 데이터의 처리와 해석 그리고 저장을 하는 디지털 신호처리기(DSP; Digital Signal Processing), DSP(3)를 사용하였으며, 외부 PC와의 인터페이스는 대용량 데이터 전송을 위한 USB 제어기(USB Controller)를 포함하여 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 피크 추출 알고리즘의 기본을 나타내는 개략도로서, 본 발명에 따른 실시간 피크추출기에서 피크값을 추출하기 위한 기본 알고리즘은 다음과 같다.

구조물에 설치된 하중센서 또는 스트레인게이지와 같은 변형측정 센서로부터 최대 100Hz로 측정된 하중 또는 변형률 이력은 피크치와 밸리치 뿐만아니라 다량의 중간데이터를 포함하고 있다.

이러한 측정데이터는 대량 저장공간을 필요로 하므로 불필요한 중간데이터를 제거하여 유용한 피크치와 밸리치만 추출하여 저장할 필요가 있다.

피크치 추출 과정은 특정 시점의 데이터 ( x_i-2 , x_i-1 , x_i)를 이용해서 계산하게 된다. 각 데이터 사이의 차, 즉, y_i-1 , y_i 라 하면 다음과 같다.

y_i-1 = x_i-2 - x_i-1

y_i = x_i - x_i-1

이때에 x_i-1는 특정 시점, i-1에서의 데이터이며, x_i는 특정 시점, i에서의 데이터이며, y_i는 특정 시점, i에서의 데이터와의 차이를 의미한다. 이때 y _i-1 값과 y_i 값의 부호가 다르면 그 순간의 시간 t 가 i-1인 시점에서의 데이터 x _i-1 는 피크(peak)치 또는 밸리(valley)치가 되므로 이 값만을 저장하게 되며, 그 외에 다른 값은 저장하지 않게 되는 것이다.

따라서, 본 발명인 피크 추출기는 독립적으로 구동이 가능한 외부모듈과 측정된 데이터를 PC상에서 다운로드받아서 저장하고 해석하는 소프트웨어로 구성되어 있다. 또한, 외부모듈에 저장된 데이터를 원활히 전송하기 위해서 USB포트를 이용해서 고속전송이 가능하도록 구성된다.

도 2는 본 발명에 따른 외부모듈을 나타낸 것으로서, 외부 센서모듈로부터 측정하는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 계측하는 디지털 변환기(ADC) (2)와, 얻어진 디지털 데이터를 저장하고 실시간 해석이 가능한 디지탈 신호 처리기 DSP(3)와, PC와의 고속통신을 위한 USB(4)와, 데이터를 저장할 수 있는 하드디스크(5)와, 사용자와의 편리한 입출력 인터페이스를 위한 그래픽 LCD(8)와, 터치스크린(6)과, 정전상태에서도 시간의 기억이 가능한 Real Time Clock(EPLD)로 이루어진다.

전원부는 외부의 220V 전원을 연결하여 내부에서 ADC 및 전체시스템을 동작시키도록 설계되어 있으며, DSP는 피로해석을 위한 과정 중에서 초기 단계과정을 탑재하여 실시간으로 입력되어지는 데이터를 처리하고 이를 하드디스크에 저장한다,

아울러 PC와의 연결을 위한 USB포트를 제어하고 사용자와의 인터페이스를 위해서 그래픽 LCD와 터치스크린을 제어한다. ADC는 12Bit의 분해능력을 가지며, +10V~-10V 범위인 경우 5/1000V 단위로 데이터 변환이 가능하다.

본 발명에 따른 실시간 피크추출기는 상시 감시시스템으로부터 얻어진 계측값을 보다 효율적으로 활용하고자 실시간으로 계측되는 데이터를 피로손상 평가에 용이한 형태로 추출하고 데이터의 관리를 손쉽게 하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

더 나아가, 실시간 데이터 중에서 유효한 피크(PEAK)치와 밸리(VALLEY)치만을 추출하여 저장하고 이를 외부현시장치 등을 통하여 실시간으로 나타낼 수 있는 시스템을 제공함으로 인하여 충분한 데이터 저장 공간을 확보하여 수 개월간의 데이터를 저장할 수 있도록 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시간 피크추출기의 구성 모듈을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 외부 모듈과의 연결을 나타낸 개략도

도 3은 본 발명에 따른 피크 추출 기본 알고리즘 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 센서모듈 2: 아날로그-디지털 변환기

3: 디지털 신호처리기 4: USB 제어기

5: 하드 디스크 6: 터치 스크린

7: EPLD 8: 그래픽 LCD

Claims (5)

1. 필요한 측정값을 계측하는 센서모듈(1)과, 상기 계측값을 아날로그 신호에서 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(2)와, 대용량의 데이터를 저장하기 위한 하드디스크(5)와, 실시간으로 데이터의 처리, 해석 그리고 저장을 위한 DSP(3)와, PC상에서 측정된 데이터를 다운로드 받아서 해석하는 소프트웨어로 이루어지되, 상기 피크 추출의 기본 알고리즘은 다음과 같은 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실시간 피크추출기.

   < 기본 알고리즘 >

   실시간으로 측정된 측정값에서 피크치 추출 과정은 특정 시점의 데이터( x_i-2 , x_i-1 , x_i)를 이용해서 계산하며, 각 데이터 사이의 차를 y_i-1 , y_i 라 하고 하며,

   y_i-1 = x_i-2 - x_i-1

   y_i = x_i-1 - x_i

   이때에 y _i-1 값과 y_i 값의 부호가 다르면 그 순간의 시간 t 가 i-1인 시점에서의 데이터 x _i-1 는 피크(peak) 또는 밸리(valley) 값이 되므로 이 값만을 저장하게 되는 알고리즘이다.
2. 제1항에 있어서, PC와의 통신을 위한 USB 제어기(4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 피크추출기.
3. 제1항에 있어서, 사용자와의 편리한 입출력 인터페이스를 위한 그래픽 LCD(8)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 피크추출기.
4. 제1항에 있어서, 정전상태에서도 시간의 기억이 가능한 Real Time Clock (EPLD)(7)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 피크추출기.
5. 제1항에 있어서, 사용자와의 편리한 작동을 위하여 터치스크린(6)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 피크추출기.