KR20100111394A - 진동 및 음향 계측 시스템 및 이를 이용한 진동 및 음향 계측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 대상물에서 발생하는 진동을 감지하여 진동 감지 신호를 출력하는 진동 감지부, 상기 대상물에 가해지는 음압에 의해 발생하는 음향을 감지하여 음향 신호를 출력하는 음향 감지부, 상기 진동 감지 신호와 상기 음향 신호 중 적어도 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서, 상기 멀티플렉서에서 선택한 상기 진동 감지 신호 또는 상기 음향 신호를 디지털 변환하여 디지털 진동/음향 신호를 생성하는 A/D 컨버터, 상기 각부의 동작을 제어하여 상기 디지털 진동/음향 신호를 생성하도록 하고, 상기 생성된 디지털 진동/음향 신호를 상기 분석용 컴퓨터로 전송하기 위한 출력을 제어하는 MCU를 포함하여 이루어진 진동/음향 계측 장치; 상기 출력된 디지털 진동/음향 신호를 입력받아 CDMA 이동통신망의 통신 규약에 따른 CDMA 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 CDMA 패킷을 CDMA망을 통해 전송하는 통신 모뎀; 및, 상기 CDMA망을 통해 전송된 상기 CDMA 패킷을 수신하여 상기 CDMA 패킷으로부터 상기 디지털 진동/음향 신호를 추출하고, 상기 추출된 디지털 진동/음향 신호를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 분석용 컴퓨터를 포함하는 진동/음향 계측 시스템을 제공한다.

진동, 음압, CDMA

Description

진동 및 음향 계측 시스템 및 이를 이용한 진동 및 음향 계측 방법{VIBRATION AND NOISE MEASURING SYSTEM AND MEASURING METHOD THEREOF}

본 발명은 진동 및 음향 계측 시스템 및 이 진동 및 음향 계측 시스템을 이용한 진동 및 음향 계측 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 감지된 진동 및 음향을 나타내는 정보를 유무선 통신망을 통해 통신함으로써 원격지에서 용이하게 확인할 수 있는 진동 및 음향 계측 시스템 및 이 진동 및 음향 계측 시스템을 이용한 진동 및 음향 계측 방법에 관한 것이다.

최근, 산업 현장 또는 건설 현장 등에서 발생하는 진동을 감지하여 이를 감소시키기 위한 목적으로, 또한, 이러한 현장들에서 발생하는 진동이 특정 건축물 등에 미치는 영향 등을 연구하기 위한 목적으로 특정의 대상물에 발생하는 진동을 감지하기 위한 진동 측정 장비가 사용되고 있다.

이러한 진동 측정 장비는, 주로, 도 7과 같은 구성으로 이루어지는데, 대상물에 발생하는 진동을 감지하여 전기적인 신호로 출력하는 진동 감지 장치(10)와, 진동 감지 장치(10)에서 출력한 신호를 수신하는 신호 획득 장치(20)와, 신호 획득 장치(20)에서 수신한 신호를 제공받아 발생한 진동을 분석하기 위한 정보 분석 장 치(30)를 포함한다.

하지만, 이러한 장비는, 보통 진동 감지 장치(10)와 신호 획득 장치(20)를 유선으로 연결한 후 대상물에 위치시킨 상태에서, 신호 획득 장치(20)가 진동 감지 장치(10)로부터 입력되는 신호를 진동 측정 정보로서 소정의 메모리에 저장하여 둔다. 그리고 장비의 운영자가 정보 분석 장치(30)를 신호 획득 장치(20)에 접속 케이블 등으로 연결시켜 저장된 정보를 다운로드하여 발생한 진동을 분석하게 된다.

이와 같은 구성의 종래의 진동 측정 장비는, 저장된 진동 측정 정보를 분석하기 위해서는 운영자가 신호 획득 장치(20)가 설치된 위치로 정보 분석 장치(30)를 직접 가지고 간 후 원하는 정보를 다운로드해야만 한다는 불편함이 있다. 또한, 다수의 신호 획득 장치(20)가 원거리 이격되어 운영되고 있는 경우에는 각 위치로 운영자가 직접 접근하여 다운로드를 행해야 한다는 불편함이 있었다.

본 발명은, 상술한 불편함을 해소하기 위한 것으로서, 원격지에 설치된 진동 및 음향 감지 센서에서 감지한 진동 및 음향에 관련한 정보를 유무선 통신에 의하여 자동으로 정보 분석용 컴퓨터로 제공하여 분석할 수 있는 진동/음향 계측 시스템 및 이러한 진동/음향 계측 시스템을 이용한 진동/음향 계측 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 위한 본 발명은, 대상물에서 발생하는 진동을 감지하여 진동 감지 신호를 출력하는 진동 감지부, 상기 대상물에 가해지는 음압에 의해 발생하는 음향을 감지하여 음향 신호를 출력하는 음향 감지부, 상기 진동 감지 신호와 상기 음향 신호 중 적어도 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서, 상기 멀티플렉서에서 선택한 상기 진동 감지 신호 또는 상기 음향 신호를 디지털 변환하여 디지털 진동/음향 신호를 생성하는 A/D 컨버터, 상기 각부의 동작을 제어하여 상기 디지털 진동/음향 신호를 생성하도록 하고, 상기 생성된 디지털 진동/음향 신호를 상기 분석용 컴퓨터로 전송하기 위한 출력을 제어하는 MCU를 포함하여 이루어진 진동/음향 계측 장치; 상기 출력된 디지털 진동/음향 신호를 입력받아 CDMA 이동통신망의 통신 규약에 따른 CDMA 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 CDMA 패킷을 CDMA망을 통해 전송하는 통신 모뎀; 및, 상기 CDMA망을 통해 전송된 상기 CDMA 패킷을 수신하여 상기 CDMA 패킷으로부터 상기 디지털 진동/음향 신호를 추출하고, 상기 추출된 디지털 진동/음향 신호를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 분석용 컴퓨터를 포함하는 진동/음향 계측 시스템을 제공한다.

더욱, 상기 진동 감지부는,

대상물의 진동을 횡방향 진동, 종방향 진동 및 연직방향 진동의 3축 진동으로 분해하여 감지하는 것을 특징으로 한다.

더욱, 상기 진동/음향 계측 장치는, 상기 진동 감지부에서 소정 기준 진동값 이상의 진동을 감지한 경우, 또는 상기 음향 감지부에서 소정 기준 음향값 이상의 음향을 감지한 경우에 상기 디지털 진동/음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

더욱, 상기 진동/음향 계측 장치는, 상기 디지털 진동/음향 신호를 저장하기 위한 메모리부를 더 포함하고, 미리 정해진 시간마다 또는 상기 분석용 컴퓨터에서 신호 전송 요청시에 상기 메모리부에 저장된 상기 디지털 진동/음향 신호를 상기 분석용 컴퓨터 측으로 전송하기 위해 출력하는 것을 특징으로 한다.

더욱, 상기 진동/음향 계측 장치는, 상기 진동 감지 신호 또는 상기 음향 신호에 해당하는 진동 또는 음압을 시각적 또는 청각적으로 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 대상물에서 발생하는 진동을 감지하는 진동/음향 계측 시스템에 의한 진동/음향 계측 방법으로서: 대상물에서 발생하는 진동을 횡방향 진동, 종방향 진동 및 연직방향 진동의 3축 진동으로 분해하여 진동 감지 신호를 생 성하는 단계; 상기 대상물에 가해지는 음압에 대응하는 음향 신호를 생성하는 단계; 상기 진동 감지 신호와 상기 음향 신호 중 적어도 하나를 디지털 변환하여 디지털 진동/음향 신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 디지털 진동/음향 신호를 저장하는 단계; 미리 정해진 시간마다 상기 저장된 디지털 진동/음향 신호를 CDMA 이동통신망의 통신 규약에 따른 CDMA 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 CDMA 패킷을 CDMA망을 통해 전송하는 단계; 상기 CDMA망을 통해 전송된 상기 CDMA 패킷으로부터 상기 디지털 진동/음향 신호를 추출하고, 상기 추출된 디지털 진동/음향 신호를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 단계를 포함하는 진동/음향 계측 시스템에 의한 진동/음향 계측 방법을 제공한다.

상술한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 진동/음향 계측 시스템 및 진동/음향 계측 방법에 의하면, 원격지에 배치된 다수의 진동/음향 계측 장치를 중앙의 분석용 컴퓨터에서 CDMA 이동통신망을 통해 원격으로 제어할 수 있으므로, 더욱 신속하게 정보를 수집하고 진동/음향 계측 시스템의 원활한 관리를 행할 수 있게 된다. 따라서, 진동 및 음향을 측정하고자 하는 대상물에 대한 신속한 정보 수집 및 분석이 가능하게 된다.

또한, 3축 방향을 따라 진동을 감지할 수 있으므로, 입체 공간 내의 모든 방향에 대한 진동을 감지할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 진동/음향 계측 시스템 및 진동/음향 계측 방법의 상세한 구성 및 동작에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동/음향 계측 시스템의 구성을 블록으로 나타낸 도면이다. 도 1에 따르면, 진동/음향 계측 시스템은, 진동/음향 계측 장치(100), 통신 모뎀(200), 및 분석용 컴퓨터(300)를 포함하여 이루어진다.

진동/음향 계측 장치(100)는, 진동 및 음향을 측정하기 위한 대상물에 접촉하거나 근접하여 배치된다.

통신 모뎀(200)은, 진동/음향 계측 장치(100) 내에 포함되어 배치되거나 근접한 위치에서 유선 또는 무선 통신을 통해 진동/음향 계측 장치(100)와 직접 통신하도록 설치되며, 진동/음향 계측 장치(100)로부터 입력받은 각종 정보를 유무선 통신망을 통해 출력한다.

이때, 정보의 전송은, 널리 상용화된 CDMA 이동 통신망 및 PSDN 통신망을 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위하여 통신 모뎀(200)은 각종 정보를 CDMA 통신을 위한 디지털 패킷으로 변환하고 무선으로 송출하는 CDMA 통신부를 구비한다.

분석용 컴퓨터(300)는, 통신 모뎀(200)으로부터 전송된 각종 정보를 수신하여, 이 정보에 포함된 측정된 진동 및 음향을 분석한다. 이러한 분석용 컴퓨터(300)는, 프린터, 모니터, 스피커 등을 구비하고, 분석된 진동 및 음향을 시각적으로 또는 청각적으로 출력할 수 있다.

도 2는 상술한 구성의 진동/음향 계측 시스템에 있어서, 진동/음향 계측 장치의 구성을 블록으로 더욱 상세하게 나타낸 도면이다. 도 2에 따르면, 진동/음향 계측 장치(100)는, 진동 감지부(110), 음향 감지부(120), 멀티플렉서(130), A/D 컨버터(140), MCU(150)를 포함한다. 또한, 메모리부(160), 표시부(170), 입력부(180) 및 출력 포트(155)를 더 구비할 수 있다.

진동 감지부(110)는, 진동을 측정할 대상물의 표면에 안착시키거나 부착시키는 등의 방법 또는 대상물의 내부에 일체화 결합시키는 방법 등으로 설치되며, 발생하는 진동에 대응하여 전기적인 진동 감지 신호를 출력한다. 이와 같은 진동 감지부(110)는 진동 감지 센서(112)(도 3 및 도 4 참조)를 포함하여 이루어진다.

도 3은 진동 감지 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 진동 감지 센서(112)는 전자기 유도 현상을 이용한 것으로서, 영구 자석(115)과 코일(116)의 상대적인 진동에 의하여 발생하는 유도 전압의 크기 및 파형 등을 이용하여 진동을 감지하게 된다.

한편, 이러한 진동 감지 센서(112)는 영구 자석(115)과 코일(116)의 상대적인 진동 방향을 따른 1축 방향으로의 진동만을 감지할 수 있는 구조이기 때문에, 진동 감지부(110)에는 적어도 3개의 진동 감지 센서(112L, 112T, 112V)(도 4 참조)가 서로 직교하는 방향으로 배치되어 있다. 이에 의해, 입체 공간 내의 모든 방향에 대한 진동을 감지할 수 있게 된다. 진동 감지부(110)는 각 축 방향마다 진동을 감지하여 각 축방향을 따른 3개의 진동 감지 신호를 출력하게 된다. 도 4는, 이와 같이, 직교하는 3축 방향으로 진동 감지 센서를 배치한 진동 감지부의 구조를 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, L축, T축, V축의 각각의 방향을 따라 진동을 감지하여 각각의 진동 감지 신호를 출력하는 3개의 진동 감지 센서(112L, 112T, 112V)가 배치되어 있다. 여기에서, L축은 종방향(X축 방향) 진동을 나타내며, T축은 횡방향(Y축 방향) 진동을 나타내고, V축은 연직방향(또는 수직 방향, Z축 방향) 진동을 나타낸다.

음향 감지부(120)는, 대상물에 가해지는 음압을 측정하기 위한 것으로서, 대상물에 접촉하도록 또는 이격되어 설치되어 공기를 통해 전달되는 음압에 의해 발생하는 음향을 감지하여 대응하는 전기적인 음향 신호를 출력한다.

이와 같은 음향 감지부(120)는 다양한 구조의 마이크를 포함하여 이루어진다. 이러한 마이크로는, 다이나믹 마이크, 콘덴서 마이크 등을 적절히 선택하여 이용할 수 있다.

일반적인 건설 및 토목 공사 현장에서 사용되는 폭약이 폭발할 때에 발생하는 발파에 의한 에너지는 지반을 따라서 탄성파로서 이동하거나 공기중을 통하여 발파 풍압으로서 전파되어 소멸한다. 이 중, 공기중에서 발생하는 발파 풍압은 발파원 근처에서는 충격파의 형태를 가지며, 발파원에서 어느 정도 떨어진 곳에서는 음압 180dB 이하의 음파(소음)로 전파된다.

발파 풍압 또는 소음의 계측 단위로는, 구조물에 대한 영향을 평가할 수 있 는 음압 레벨(dB(L))과, 인체를 위주로 하는 환경 분석 목적의 소음 레벨(dB(A))이 있다. 여기에서, 우리나라의 소음진동 규제법에 명시된 소음진동 규제 기준은 인체 반응을 대상으로 하여 A특성 청감보정한 소음 레벨(dB(A))이 적용되고 있다. 발파 소음에 의한 인체 반응은 대수 척도에 비례하므로 청감보정한 소음 레벨(dB(A))을 이용하는 것이 타당할 수 있다. 하지만 A 보정 곡선으로 보정된 소음 레벨(dB(A))은 저주파 성분에 큰 보정이 가해지기 때문에, 저주파 성분이 우세한 발파 소음은 건축물 등에 대한 피해 민원인 경우에는 적절한 근거가 되지 못하고 있다.

따라서, 건축물 등에 큰 피해를 야기할 수 있는 20Hz 이하의 저주파수대의 진동을 정확히 측정하기 위해서는 음압 레벨(dB(L))을 측정하여 분석하는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 본 발명에 적용되는 마이크는, 이러한 저주파수 대역의 음압을 감지할 수 있는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명에서와 같이 진동과 음압을 동시에 측정함으로써, 발파 등에 의해 발생한 진동과 음압이 인접한 건축물 등에 미치는 영향을 효과적으로 분석할 수 있게 되는 것이다.

도 5는, 진동 감지부 및 음향 감지부에서 각각 출력하는 진동 감지 신호 및 음향 신호의 출력 형태를 나타낸 도면이다. 여기에서는, 위로부터, SP로 표시된 음향 신호에 의한 음압, X(L)축이 되는 종방향 진동, Y(T)축이 되는 횡방향 진동, Z(V)축이 되는 연직방향 진동이 각각 표시되어 있다. 여기에서, 도면의 가로축은 시간축이 된다. 이때, 진동은 0.0초에서 발생하여 미소한 시간 동안 유지되었으며, 특히 Y(T)축 방향의 진동이 가장 크게 측정되었다. 또한, 음압은 0.0초의 약간 이전에 발생하여 진동보다 조금 더 긴 시간동안 유지된 것을 알 수 있다.

멀티플렉서(130)는, 진동 감지부(110)와 음향 감지부(120)에 연결되어 각부로부터 출력되는 전기적인 신호를 입력받으며, 후술하는 MCU의 선택에 의해 적어도 하나의 신호를 출력한다. 즉, 멀티플렉서(130)에는 진동 감지부(110)에서 진동을 감지하여 출력하는 진동 감지 신호와 음향 감지부(120)에서 음압을 감지하여 출력하는 음향 신호가 입력되며, 이 신호 중 어느 하나 또는 양 신호를 후단이 되는 A/D 컨버터(140)로 출력한다. 더욱, 멀티플렉서(130)는 진동 감지부(110)에서 각 축방향마다 출력하는 3개의 진동 감지 신호를 구분하여 출력할 수도 있다.

A/D 컨버터(140)는 멀티플렉서(130)로부터 출력된 진동 감지 신호 및/또는 음향 신호를 입력받아 디지털 진동/음향 신호로 변환한다.

MCU(150)는, 진동/음향 계측 장치(100)를 구성하는 각부의 동작을 제어하여 정해진 기능을 수행할 수 있도록 한다. 즉, 도시하지 않은 전원 장치로부터 구동 전력을 입력받아 진동/음향 계측 장치(100)의 각부에 공급하고, 진동 감지부(110) 및 음향 감지부(120)를 구동시켜 대상물의 진동 및 공기를 통한 음압을 감지하여 진동 감지 신호 및 음향 신호를 출력하도록 하고, 진동 감지 신호 및 음향 신호 중 적어도 하나의 신호를 선택하여 A/D 컨버터(140)로 출력하도록 멀티플렉서(130)에 인에이블 신호를 제공하고, A/D 컨버터(140)에서는 입력된 신호를 디지털 변환하여 디지털 진동/음향 신호를 생성하도록 종합적인 제어를 행한다.

이때, MCU(150)는, A/D 컨버터(140)에서 생성하는 디지털 진동/음향 신호를 지속적으로 감시하며, 진동 감지부(110) 또는 음향 감지부(120)로부터 출력되는 진동 감지 신호 또는 음향 신호의 크기가 미리 설정된 기준값보다 작은 것으로 판정되는 경우에는, 생성된 디지털 진동/음향 신호를 무시할 수 있다.

그리고 반대로, 발생한 진동 및 음향이 미리 설정된 기준값보다 큰 것으로 판정된 경우에, MCU(150)는 생성된 디지털 진동/음향 신호를 후술할 메모리부에 저장하거나 통신 모뎀(200)을 통해 분석용 컴퓨터 또는 미리 설정된 소정의 연락처로 전송할 수도 있다.

메모리부(160)는, A/D 컨버터(140)에서 변환되어 출력되는 디지털 진동/음향 신호를 MCU(150)의 제어에 의해 저장한다. 이러한 메모리부(160)에 대해서는 그 종류 및 저장 용량 등에 있어서 특별한 한정을 가하지 않는다.

이와 같이 메모리부(160)에 저장된 디지털 진동/음향 신호는, MCU(150)의 요청에 의해 독출된다. 즉, MCU(150)는, 미리 설정된 시간마다, 또는 후술하는 입력부(180)를 통한 운용자의 조작이 있는 경우에, 또는 분석용 컴퓨터(300)의 요청이 있는 경우에 메모리부(160)에 저장된 디지털 진동/음향 신호를 독출하여 제공하게 된다.

표시부(170)는, 복수의 7세그먼트 LED, 또는 LCD 디스플레이 등으로 이루어지며, 디지털 진동/음향 신호를 시각적으로 표시한다. 또한, 진동/음향 계측 장치(100)의 동작 상태를 보여주는 정보를 시각적으로 표시할 수도 있다. 더욱, 후술하는 입력부(180)에 의한 조작 상황을 표시할 수도 있다.

또한, 표시부(170)는 외부와 연결되는 접속 수단(도시하지 않음)을 구비하고, 이 접속 수단에 연결된 별도의 디스플레이 수단에 상기 각종 정보를 표시할 수 있도록 적절한 신호를 출력할 수도 있다. 이러한 디스플레이 수단은 프린터 장치일 수 있다.

입력부(180)는, 복수의 조작 버튼을 포함하여 이루어지며, 진동/음향 계측 시스템의 운용자가 진동/음향 계측 장치(100)의 각종 기능을 설정하기 위한 조작을 입력할 수 있도록 한다.

또한, 입력부(180)는 외부와 연결되는 접속 수단(도시하지 않음)을 구비하고, 이 접속 수단에 연결된 별도의 입력 수단에 의해 운용자의 조작을 입력받을 수 있다. 이러한 입력 수단은 리모콘, 별도의 키보드 등일 수 있다. 더욱, 통신 모뎀(200)을 통해 접속된 분석용 컴퓨터(300) 또는 원격 CDMA 통신 단말기(도시하지 않음)로부터의 조작을 입력받을 수도 있다.

출력 포트(155)는, 진동 감지부(110) 및 음향 감지부(120)에서 감지한 진동 및 음압을 나타내는 디지털 진동/음향 신호를 별도의 외부 장치로 출력하기 위한 포트이다. 특히, 출력 포트(155)는 통신 모뎀(200)과 연결되며, 디지털 진동/음향 신호를 통신 모뎀(200)으로 출력하기 위한 통신 수단으로서 기능한다.

다음, 통신 모뎀(200)은, 진동/음향 계측 장치(100)에서 감지 결과로서 생성된 디지털 진동/음향 신호를 유무선 통신망을 통하여 별도의 분석용 컴퓨터(300)로 전송하기 위한 데이터 송수신을 행한다. 통신 모뎀(200)은 공중 데이터 통신망인 PSDN 통신망 및 CDMA 이동통신망을 통해 정보를 송수신하기 위한 구성을 포함한다.

이러한 통신을 위하여, 통신 모뎀(200)은, 디지털 진동/음향 신호를, CDMA 이동통신망의 데이터 통신 규격에 따른 CDMA 패킷으로 변환한다.

이렇게 변환된 패킷은, CDMA 이동통신망을 통해 무선으로 전송된 후, CDMA 이동통신망과 결합된 PSDN 통신망을 통해 유선으로 인터넷 등의 네트워크에 연결되어 분석용 컴퓨터(300)에 도달하게 된다. 여기에서 CDMA 이동통신망과 PSDN 통신망을 중계하는 위치에는 소정의 통신 규약 변환 수단이 존재할 수 있으며, 여기에서 진동/음향 계측 장치(100)로부터 전송된 CDMA 패킷을 PSDN 패킷으로 변환시켜 전송할 수도 있다.

분석용 컴퓨터(300)는, PSDN 통신망과 연결되어 있으며, PSDN 통신망을 통해 전송된 CDMA 패킷(또는, 변환된 PSDN 패킷)을 수신하고, 이 CDMA 패킷으로부터 디지털 진동/음향 신호를 추출하여 대상물에 발생한 진동 및 음압을 분석한다.

또한, 분석용 컴퓨터(300)는 운용자의 조작을 입력받아 PSDN 통신망 및 CDMA 이동통신망을 통해 원격지의 진동/음향 계측 장치(100)에 제공한다.

이를 위하여, 분석용 컴퓨터(300)에는 CDMA 통신을 위한 소프트웨어 또는 하드웨어, 디지털 진동/음향 신호를 분석하기 위한 소프트웨어 또는 하드웨어, 진동/음향 계측 장치(100)를 원격으로 제어하기 위한 소프트웨어 또는 하드웨어가 구비된다.

분석용 컴퓨터(300)와 PSDN 통신망도 역시 CDMA 이동통신망에 의해 무선 연결될 수 있으며, 이 경우에는 분석용 컴퓨터(300)에 CDMA 통신이 가능한 또하나의 통신 모뎀이 구비될 수 있다.

다음은, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 진동/음향 계측 시스템을 이용하여 대상물에 발생한 진동 및 음압을 계측하는 동작을 설명한다.

먼저, 진동/음향 계측 장치(100)에 진동 감지부(110)의 진동 감지 센서를 연결한다. 이때, 대상물의 표면이 무르다면 스파이크 등을 진동 감지 센서와 결합하여 대상물의 내부에 박아넣음으로써 고정시키고, 대상물의 표면이 굳다면 진동 감지 센서 위에 모래 주머니 등을 올려놓아 고정시킨다. 그리고 스탠드 등을 이용하여 음향 감지부(120)의 마이크를 배치하고 진동/음향 계측 장치(100)에 연결한다. 모든 센서의 연결이 완료하면 진동/음향 계측 장치(100)의 전원을 ON한다.

표시부(170)에 표시되는 정보를 확인하면서, 날짜, 시간 등의 정보를 조정하 고, 진동 및 음향의 측정 단위를 결정한다. 또한, 진동 및 음향 측정의 시작 시각, 측정의 지속 시간, 진동 기준값 및 음향 기준값 등을 설정한다.

또한, 진동 및 음향이 측정된 후에는 측정에 의해 생성한 정보(디지털 진동/음향 신호)를 CDMA 이동통신망을 통해 전송할 목적지, 전송 시간(즉, 측정이 이루어진 즉시 전송할 것인지 또는 측정된 정보를 저장하였다가 특정의 시간마다 전송할 것인지에 따른 시간)을 설정하게 된다.

이러한 설정에 의해 진동/음향 계측 장치(100)는 단독으로 대상물의 표면에 설치되어 진동 및 음압에 의한 음향을 측정하여 설정된 내용에 따라 측정한 정보를 전송하거나 저장한다.

더욱, 진동/음향 계측 장치(100)의 고유 ID 또는 IP를 설정한다. 이 고유 ID 또는 고유 IP는 전화번호인 것이 바람직하다.

분석용 컴퓨터(300)에서는, 먼저 진동/음향 계측 장치(100)를 제어하기 위하여, 제어 소프트웨어가 설치된다. 또한, CDMA 통신을 위하여 인터넷 통신이 가능한 통신 모뎀(200)이 USB 통신 포트 등에 연결된다.

그리고 제어 소프트웨어가 구동되면, 제어 가능한 진동/음향 계측 장치(100)의 고유 ID 또는 IP를 선택하고, 해당 고유 ID 또는 IP를 목적지로 하는 SMS 또는 MMS를 CDMA 이동통신망을 통해 전송한다. 전송되는 SMS 또는 MMS에는 진동/음향 계측 장치(100)를 제어하기 위한 특수한 메시지가 포함되어 있으며, 진동/음향 계측 장치(100)에서는 이 특수한 메시지를 확인하고 대응하는 동작, 예를 들면, 통신 접속 개시, 동작 모드 설정, 저장된 자료 송신, 저장된 자료 삭제, 현재 동작 상태 표시 기능 등의 동작을 수행하게 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 하나의 분석용 컴퓨터(300)에 의해 고유의 ID 또는 IP를 갖는 다수의 진동/음향 계측 장치(100)를 원격에서 제어하고 관리할 수 있게 된다. 또한, CDMA 이동통신망을 사용하여 통신을 행하므로, 통신 음영 지역이 거의 없으며, 고속 데이터 통신도 가능하다.

다음은, 상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 진동/음향 계측 시스템에 의한 진동/음향 계측 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 진동/음향 계측 시스템에서는 하나의 분석용 컴퓨터(300)에서 복수의 진동/음향 계측 장치를 CDMA 통신을 통하여 제어하는 구성도 가능하다.

먼저, 상기 진동/음향 계측 시스템의 운용자는 하나 또는 복수의 진동/음향 계측 장치(100)를 소정의 위치에 배치한다. 이때, 각각의 진동/음향 계측 장치(100)는 고유의 ID나 IP, 또는 전화번호가 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 상태에서, 진동 감지 센서 및 마이크를 진동/음향 계측 장치(100)에 연결한다. 전원을 온시킨 후, 배터리의 전압 레벨과 현재 저장되어 있는 데이터 용량을 확인한다.

진동/음향 계측 장치(100)가 온되면, 다음과 같은 메인 메뉴가 나타난다.

MEASURE : 측정 시작

REVIEW : 저장된 데이터 용량 확인

CONFIGURE : 측정 조건, 시간 및 날짜 설정, 저장된 데이터의 삭제

TEST : 각 센서의 이상 확인, 배터리 용량 확인

운용자가 측정 조건을 설정하기 위하여 CONFIGURE를 선택하면 다음과 같은 하위 메뉴가 나타난다.

SET OPERATIONS : 측정 조건 설정

SET DATE & TIME : 날짜, 시간 설정

CLEAR MEMORY : 저장된 데이터 삭제

측정 조건의 첫번째 하위 메뉴는 측정값의 단위를 설정하기 위한 것으로서, 다음과 같은 선택 항목을 포함한다.

SET UNIT : 단위 선택

IMPERIAL : 인치 단위

SI : 국제 공인 미터법

다음 하위 메뉴는 음압과 소음을 선택하는 것으로서 다음과 같은 선택 항목을 포함한다.

SOUND RESPONSE : 소음 특성 선택

LINEAR : 음압을 나타내며, 폭음이 건축물에 미치는 영향을 평가하는 경우 사용함

A-WEIGHTED : 소음을 나타내며, 사람 및 가축에게 미치는 영향을 평가하는 경우 사용함

다음 하위 메뉴는 측정 시간을 설정하기 위한 것으로서, 1 내지 30초의 시간을 설정할 수 있다. 발파시 측정 시간 설정은 기폭되는 뇌관의 시차 총합 및 측정 위치까지의 거리에 의한 소음 도달 시간을 고려하여 설정된다. 선택 항목은 다음과 같이 표시된다.

SET RECORD TIME

1 SECOND

다음 하위 메뉴는 트리거 모드를 설정하기 위한 것으로서, 발파 측정시에는 LEVEL을 선택하는 것이 바람직하다. MANUAL은 기계 장비의 직접 부착하여 진동 및 소음을 측정하는 경우에 주로 사용되는 것으로서 확인키를 누르는 순간 바로 측정을 개시하게 된다. 또는 발파 지점에서 멀리 떨어져 계측함으로 인해 암진동과 발파 진동이 별로 차이 없을 시에도 MANUAL을 선택할 수 있다. 선택 항목은 다음과 같이 표시된다.

SET TRIGGER MODE

MANUAL : 측정 예상값이 0.03KINE 이하인 경우 또는 기계 장비 측정시에 사용

LEVEL : 일반적인 발파 계측시 사용

다음 하위 메뉴는 진동의 TRIGGER LEVEL을 설정하기 위한 것으로, 보통 0.5mm/sec를 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 진동이 0.5mm/sec 이상 발생한 경우에만 자동 측정되어 기록되게 된다. 한편, 발파 계측시에는 소음 TRIGGER LEVEL은 설정하지 않는 것이 바람직한데, 소음은 진동보다 늦게 도달하기 때문에 소음에 의해 트리거된 데이터는 신뢰도를 인정받기 어렵기 때문이다. 표시되는 항목은 다음과 같다.

GEO TRIGGER LEVEL

0.5mm/sec

다음 하위 메뉴는 SET DELAY TIME으로서 측정 모드 개시 후에 측정을 시작하는 시간을 설정한다. 만일 5초가 설정된 경우에는 측정 모드에서 5초 후에 계측을 시작하게 된다. 일반적으로는 0초가 설정된다. 표시되는 항목은 다음과 같다.

SET DELAY TIME

0 SECOND

이러한 CONFIGURE 설정이 종료되면, 운용자는 진동/음향 계측 장치(100)에 의한 측정을 개시하기 위해 MESURE를 선택하게 되는데, 이때 다음과 같은 하위 메뉴가 표시된다. 1회의 측정 후 다음 측정과의 시간 간격이 길다면 SINGLE을 선택하고, 계속적으로 2회 이상 측정을 행하고자 한다면, CONTINUOUS를 선택하는 것이 바 람직하다.

SINGLE : 1회 측정시 선택

CONTINUOUS : 2회 이상 연속 측정시 선택

REAL TIME : 암진동, 암소음 측정시 사용, 저장은 이루어지지 않는다

다음 하위 메뉴는 SET ID#으로서 측정 데이터를 일련번호 또는 알파벳으로 구분하고자 할 때 설정한다.

SET ID#

0000000

다음 하위 메뉴는 RECORD EVENT로서 실제적인 측정을 시작하고자 할 때 선택한다. 표시되는 항목은 다음과 같다.

RECORD EVENT

PRESS ENT TO BEGIN

PRESS ESC TO EXIT

이러한 설정이 완료하면 표시부(170)에 WAITING(대기시간)이 표시되며, 이때 발파를 실행하게 되면, 진동/음향 계측 장치(100)에서는 설정된 항목에 따라 측정을 실행하게 된다. 만약, 상기 설정 중에서 MANUAL을 선택한 경우에는 별도의 확인키 입력을 행해야만 측정이 시작될 것이다.

측정이 종료되면 다음과 같이 3축 방향의 진동값 및 측정된 소음값이 표시되며, 만일 CONTINUOUS로 설정했다면 계속적으로 발생하는 진도 및 소음을 계측한다. SINGLE로 설정한 경우는 이어지는 계측을 행하기 위해서는 별도의 확인키 입력을 행해야만 한다. 표시되는 정보는 다음과 같다.

X=1.5mm/sec, Y=2.0mm/sec,

Z=2.0mm/sec, Mic=65dB

ENT TO RECORD

PRESS ESC TO EXIT

다음은 분석용 컴퓨터에 의한 동작을 설명한다.

먼저, 분석용 컴퓨터(300)에서 원격 제어 소프트웨어를 구동시키고, CDMA 통신을 이용하여 통신 서버 연결을 실시한다. 통신 서버와 연결된 후에는 통신에 이용할 소켓, 포트, IP 등을 나타내는 정보를 SMS를 통해 원격지의 통신 모뎀(200)으로 전송함으로써 진동/음향 계측 장치(100)에 제공한다. 전송되는 SMS에는 수신 결과를 통보받을 분석용 컴퓨터(300)에 대한 확인 번호를 전송자 정보로서 포함시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 SMS가 전송된 후, 진동/음향 계측 장치(100)에서 수신을 완료하면, 수신 결과 응답 SMS가 상기 확인 번호에 해당하는 분석용 컴퓨터(300)에 전송된다. 이후 분석용 컴퓨터(300)는 진동/음향 계측 장치(100)와 상기 통신 서버를 통해 원격 통신이 가능한 상태가 된다. 즉, 분석용 컴퓨터(300)에서 연결된 진동/ 음향 계측 장치(100)를 원격 제어 가능하며, 측정 결과를 CDMA 패킷으로서 제공받을 수 있게 된다.

도 6a는 도 1의 분석용 컴퓨터와 통신 모뎀을 상호 접속하기 위하여, 분석용 컴퓨터에서 표시되는 운영 화면을 도시한 도면이고, 도 6b는 분석용 컴퓨터에서 표시되는 휴대폰 화면을 도시한 도면이다.

먼저, 진동/음향 계측 장치(100)에 연결된 통신 모뎀(200)에 무선으로 접속하기 위해서, 분석용 컴퓨터(300)는 모니터 상에 도 6a와 같은 운영 화면(600)을 표시한다.

운용자가 운영 화면(600)에 있는 서버 연결 버튼(610)을 클릭하면, 분석용 컴퓨터(300)에 내재된 통신 모듈(미도시됨)은 CDMA 통신망을 통한 접속 대기 상태로 준비된다.

그리고 분석용 컴퓨터(300)의 모니터 상에는 도 6b에 도시된 휴대폰 화면(650)이 표시된다. 운용자는 운영 화면(600)에 있는 서버 연결자 표시(612)의 하단에 표시된 서버 연결 IP 번호를 복사하여 휴대폰 화면(650)의 편지지함(652)에 복사하고 주소록(654)으로부터 연결하고자 하는 통신 모뎀(200)의 전화번호를 선택하여 서버 연결 IP 번호를 전송한다. 통신 모뎀(200)은 서버 연결 IP 번호를 이용하여 분석용 컴퓨터(300)에 접속하게 된다.

서버 연결 IP 번호가 전송된 후 통신 모뎀(200)으로부터 수신 결과의 응답 문자가 수신되면, 운용자는 운영 화면(600)에 있는 통신 접속(614)을 클릭한다. 그 러면, 분석용 컴퓨터(300)는 통신 모뎀(200)을 클라이언트로 하여 접속이 된다.

접속 후에 진동/음향 계측 장치(100)의 통신 모드를 설정하기 위해, 운용자는 운영 화면(600)에 있는 모드 설정[S/C/R] 표시(614)의 Single, Continuous 또는 Real Mode의 하나를 클릭한다. 통신 모드가 변경되면, 분석용 컴퓨터(300)는 변경된 모드를 통신 모뎀(200)에 전송하고, 진동/음향 계측 장치(100)는 통신 모뎀(200)으로부터 입력된 통신 모드에 응답하여 메모리부(160)에 저장된 데이터들 중에서 통신 모드와 관계된 측정 모드의 데이터를 선택한다.

운용자가 운영 화면(600)에 있는 자료 수신 버튼(630)을 클릭하면, 통신 모뎀(200)으로부터 데이터를 수신하고, 수신 표시 영역(632)에 진행바가 표시된다.

통신 모뎀(200)으로부터 데이터 수신이 완료되면, 운영 화면(600)에 있는 자료 수신 버튼(630) 및 모드 설정[S/C/R] 표시(620)의 색상이 변경되며, 운용자는 운영 화면(600)에 있는 서버 종료 버튼(640)을 클릭하면 통신 모뎀(200)과의 접속이 종료된다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동/음향 계측 시스템의 구성을 블록으로 나타낸 도면이다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동/음향 계측 시스템에 있어서, 진동/음향 계측 장치의 구성을 블록으로 나타낸 도면이다.

도 3은, 진동 감지 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는, 진동 감지부의 구조를 도시한 도면이다

도 5는, 진동 감지부 및 음향 감지부에서 각각 출력하는 진동 감지 신호 및 음향 신호의 샘플이다.

도 6a는 도 1의 분석용 컴퓨터와 통신 모뎀을 상호 접속하기 위하여, 분석용 컴퓨터에서 표시되는 운영 화면을 도시한 도면이고, 도 6b는 분석용 컴퓨터에서 표시되는 휴대폰 화면을 도시한 도면이다.

도 7은, 종래의 진동 측정 장비의 구성을 나타낸 블록도이다.

Claims (6)

1. 대상물에서 발생하는 진동을 감지하여 진동 감지 신호를 출력하는 진동 감지부, 상기 대상물에 가해지는 음압에 의해 발생하는 음향을 감지하여 음향 신호를 출력하는 음향 감지부, 상기 진동 감지 신호와 상기 음향 신호 중 적어도 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서, 상기 멀티플렉서에서 선택한 상기 진동 감지 신호 또는 상기 음향 신호를 디지털 변환하여 디지털 진동/음향 신호를 생성하는 A/D 컨버터, 상기 각부의 동작을 제어하여 상기 디지털 진동/음향 신호를 생성하도록 하고, 상기 생성된 디지털 진동/음향 신호를 상기 분석용 컴퓨터로 전송하기 위한 출력을 제어하는 MCU를 포함하여 이루어진 진동/음향 계측 장치;

   상기 출력된 디지털 진동/음향 신호를 입력받아 CDMA 이동통신망의 통신 규약에 따른 CDMA 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 CDMA 패킷을 CDMA망을 통해 전송하는 통신 모뎀;

   상기 CDMA망을 통해 전송된 상기 CDMA 패킷을 수신하여 상기 CDMA 패킷으로부터 상기 디지털 진동/음향 신호를 추출하고, 상기 추출된 디지털 진동/음향 신호를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 분석용 컴퓨터를 포함하는 진동 및 음향 계측 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 진동 감지부는,

   대상물의 진동을 횡방향 진동, 종방향 진동 및 연직방향 진동의 3축 진동으로 분해하여 감지하는 것을 특징으로 하는 진동 및 음향 계측 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 진동/음향 계측 장치는,

   상기 진동 감지부에서 소정 기준 진동값 이상의 진동을 감지한 경우, 또는 상기 음향 감지부에서 소정 기준 음향값 이상의 음향을 감지한 경우에 상기 디지털 진동/음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 진동 및 음향 계측 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 진동/음향 계측 장치는,

   상기 디지털 진동/음향 신호를 저장하기 위한 메모리부를 더 포함하고,

   미리 정해진 시간마다 또는 상기 분석용 컴퓨터에서 신호 전송 요청시에 상기 메모리부에 저장된 상기 디지털 진동/음향 신호를 상기 분석용 컴퓨터 측으로 전송하기 위해 출력하는 것을 특징으로 하는 진동 및 음향 계측 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 진동/음향 계측 장치는,

   상기 진동 감지 신호 또는 상기 음향 신호에 해당하는 진동 또는 음압을 시각적 또는 청각적으로 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진 동 및 음향 계측 시스템.
6. 대상물에서 발생하는 진동을 감지하는 진동/음향 계측 시스템에 의한 진동/음향 계측 방법으로서:

   대상물에서 발생하는 진동을 횡방향 진동, 종방향 진동 및 연직방향 진동의 3축 진동으로 분해하여 진동 감지 신호를 생성하는 단계;

   상기 대상물에 가해지는 음압에 대응하는 음향 신호를 생성하는 단계;

   상기 진동 감지 신호와 상기 음향 신호 중 적어도 하나를 디지털 변환하여 디지털 진동/음향 신호를 생성하는 단계;

   상기 생성된 디지털 진동/음향 신호를 저장하는 단계;

   미리 정해진 시간마다 상기 저장된 디지털 진동/음향 신호를 CDMA 이동통신망의 통신 규약에 따른 CDMA 패킷으로 변환하고, 상기 변환된 CDMA 패킷을 CDMA망을 통해 전송하는 단계;

   상기 CDMA망을 통해 전송된 상기 CDMA 패킷으로부터 상기 디지털 진동/음향 신호를 추출하고, 상기 추출된 디지털 진동/음향 신호를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 단계를 포함하는 진동/음향 계측 시스템에 의한 진동 및 음향 계측 방법.

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