KR20110122433A - Ｄｗｔ를 이용한 복합재료의 손상 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법에 대한 것으로서, 더 상세하게는 구조물의 손상시 발생하는 음향 방출 신호의 DWT(Discrete Wavelet Transform) 변환된 고주파 추출성분의 포락(envelop)의 수치 적분값을 이용한 구조물의 손상을 감지하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 구조물 내부의 손상에 따른 음향방출 신호를 웨이블릿을 이용하여 구조물 내부에 발생된 손상을 감지할 수 있다.

Description

ＤＷＴ를 이용한 복합재료의 손상 감지 방법 {Method for sensing demage of composite material using Discrete Wavelet Transform}
본 발명은 DWT를 이용한 복합재료의 손상 감지 방법에 대한 것으로서, 더 상세하게는 복합재료(즉, 구조물)의 손상시 발생하는 음향 방출 신호의 DWT(Discrete Wavelet Transform) 변환된 고주파 추출성분의 포락(envelop)의 수치 적분값을 이용한 복합재료의 손상을 감지하는 방법에 관한 것이다.
복합재료는 종류가 다른 재료를 짝지우는 것으로서, 단독의 재료로는 얻을 수 없는 특성을 지니게 한 소재이다. 이중, 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nano-Tube), 나노섬유(CNF: Carbon Nano-Fiber)와 같은 탄소나노재료(CNM: Carbon Nano -Material) 강화 고분자 복합재료는 우수한 기계적 전기적 물성 때문에 최근에 이에 대한 관심이 급격하게 증가하고 있는 추세이다.
그런데, 이러한 복합재 구조물에서 손상이 발생하는 경우, 손상 여부를 확인하는 방법으로 종래에는 전기저항 측정을 이용하는 전기-마이크로 역학(electro-micromechanical) 시험법이 있었다.
이 전기-마이크로 역학 시험법은 전도성을 가지는 강화 섬유 자체가 센서의 역할을 하기 때문에 경제적인 새로운 비파괴평가 방법으로서 강화섬유의 하중/변형 감지 및 복합재료의 계면 물성 평가 연구에 적용할 수 있다.
그런데, 이러한 전기-마이크로 역학 시험법을 이용하는 경우 복합재 구조물의 구체적인 손상 형태(fracture mode 또는 failure mode)를 파악할 수 없다는 단점이 있다. 즉, 손상의 원인이 층간 분리 손상인지, 내부 섬유가 파단된 것인지를 파악할 수 없다는 점이다.
본 발명은 종래 기술에 따른 단점을 극복하기 위해, 구조물 내부의 손상 에 따른 음향방출 신호를 이용하여 손상을 감지하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 구조물 내부의 손상에 따른 음향방출 신호를 이용하여 구조물 내부의 손상 원인을 분석하는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해, DWT(Discrete Wavelet Transform)를 이용한 구조물의 손상 감지 방법을 제공한다.
이 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법은, 구조물의 손상에 따라 발생된 음향 방출 신호를 소스 신호로 음향 감지 센서에 의하여 검출하는 검출 단계; 이산 웨이블릿 변환을 이용하여 상기 소스 신호를 다수의 근사성분과 세부성분으로 분해하는 성분 분해 단계; 상기 다수의 세분성분으로부터 초고주파 영역만을 선별하는 선별 단계; 상기 초고주파 영역만을 포락하는 포락 단계; 포락된 초고주파 영역을 적분하여 상기 다수의 세부성분의 포락의 면적을 계산하는 세부성분의 포락 면적 계산 단계; 및 상기 다수의 세부성분의 면적을 서로 비교하여 총면적에 대한 상기 다수의 세부성분의 면적이 차지하는 비율을 계산하여 상기 다수의 세부성분의 포락의 면적 비율 변화량으로 상기 복합재료의 손상여부를 판별하는 손상여부 판별 단계를 포함한다.
또한, 상기 성분 분해 단계는 상기 다수의 근사성분과 세부성분을 주파수 대역에 따라 단계별로 분해하되, 상기 소스 성분은 상기 다수의 근사성분중 최종 근사성분과 상기 다수의 세부성분 모두의 합인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구조물은 단일 재료로 구성된 단일재 구조물 또는 성질이 다른 재료를 적층성형 또는 접착하여 구성된 복합재 구조물 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 음향 감지 센서는 상기 구조물의 외부 또는 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 음향 감지 센서가 상기 적층 성형되는 복합재 구조물의 내부에 설치되는 경우 상기 구조물 사이에 적층 삽입될 수 있다.
여기서, 상기 주파수 대역은 샘플링 주파수에 따라 다르게 나누어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 면적량은 상기 구조물의 손상량인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 구조물 내부의 손상에 따른 음향방출 신호를 웨이블릿을 이용하여 구조물 내부에 발생된 손상을 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 구조물 내부의 손상에 따른 음향방출 신호를 웨이블릿을 이용하여 변환하고 이 변환된 추출값으로부터 여러 단계를 통해 세부성분별 포락의 면적 비율 변화량을 구함으로써 구조물 내부의 손상 원인을 분석하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DWT(Discrete Wavelet Transform)를 이용한 구조물의 손상 감지 방법을 구현하는 시스템 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 과정을 보여주는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 분해구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 손상으로부터 발생한 소스 신호를 주파수 대역에 따라 단계별로 분해한 근사성분 및 세부성분의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 세부성분으로부터 초고주파 영역만 선별한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 포락된 초고주파 영역만을 적분한 세부성분의 면적을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 정상 상태를 보여주는 음향 방출(AE: acoustic emission)신호의 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 손상 상태를 보여주는 음향 방출 신호의 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 DWT(Discrete Wavelet Transform)를 이용한 구조물의 손상 감지 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DWT(Discrete Wavelet Transform)를 이용한 구조물의 손상 감지 방법을 구현하는 시스템 개념도이다. 도 1을 참조하면, 이 시스템은 구조물(100), 이 구조물(100)의 손상으로부터 발생한 음향방출(AE: acoustic emission) 신호를 감지하는 음향 감지 센서(110), 이 음향 감지 센서(110)로부터 감지된 신호를 받아 데이터로 저장하는 데이터 저장 장치(120), 이 저장 장치(120)로부터 신호를 받아 처리하여 구조물(100)의 손상 원인을 분석하는 신호 처리 장치(130) 등을 포함한다.
여기서, 음향 방출 신호에 대한 예가 도 7 내지 도 8에 도시된다. 이에 대하여는 후술하기로 한다. 간략히 설명하면, 도 7은 구조물(100)이 정상 상태일 때의 음향 방출 신호이고, 도 8은 구조물(100)이 손상된 경우의 음향 방출 신호를 보여준다.
구조물(100)을 구성하는 재료 중 하나인 복합재료는 보통 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적ㆍ화학적으로 서로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료이다. 복합재 구조물로는 강화재의 구조에 따라 섬유강화 복합재료(fibrous composite), 입자강화 복합재료(particulate composite)로 구분되고, 강화하는 기지 재료(matrix)에 따라 고분자 복합재료(polymer matrix composite), 금속 복합재료(metal matrix composite), 세라믹 복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어 질 수 있다.
또한, 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 금속 구조, 철근 콘크리트 구조, 폴리머플라스틱 구조 등 일반적인 하중지지 구조물의 경우에도 적용될 수 있다.
음향 감지 센서(110)는 구조물(100)의 손상시 발생하는 음향방출 신호를 감지하는 진동 감지 음향 감지 센서로서, 구조물(100)의 표면에 부착되거나 구조물(100)의 내부에 삽입되어 설치된다.
이러한 음향 감지 센서(110)로는 PZT(Piezoelectric) 센서, PVDF(PolyVinyliDene Fuoride) 필름 센서 뿐만 아니라 구조물내부에 삽입이 용이한 광섬유 센서 계통으로 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서, EFPI(Extrinsic Farby-Perot Interferometer) 센서, 마흐젠더 간섭 센서, 마이켈슨 간섭 센서 등이 사용될 수 있다.
음향 감지 센서(110)는 구조물(100)의 외부 표면 또는 내부에 삽입 설치되어 구조물(100)에서 발생한 음향방출 신호를 감지하여 소스 신호를 생성한다. 이러한 소스 신호를 보여주는 도면이 도 4에 도시된다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
데이터 저장 장치(120)는 음향 감지 센서(110)로부터 생성된 소스 신호를 저장하는 기능을 수행한다. 물론 데이터 저장 장치(120)에는 소스 신호를 저장하기 위해 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리, RAM(Random Access Memory) 등과 같은 휘발성 메모리가 사용될 수 있다.
신호 처리 장치(130)는 데이터 저장 장치(120)에 저장되어 있는 소스 신호를 가지고, 이산 웨이블릿 성분 분해 과정, 분해 성분에 대한 포락 과정, 포락된 영역에 대한 적분 과정, 적분된 포락의 면적을 비교하는 과정, 및 포락의 면적 비율 변화량을 통하여 구조물(100)의 손상 원인을 분석하는 과정을 수행한다.
물론, 이러한 일련의 과정을 처리하기 위해 신호 처리 장치(130)에는 마이크로프로세서(미도시), 저장 장치(미도시), 프로그램, 소프트웨어, 디스플레이(미도시) 등이 구비되어 있다. 따라서, 신호 처리 장치(130)는 데이터 저장 장치(120)에 저장된 소스 신호로부터 DWT(Discrete Wavelet Transform) 등의 여러 단계를 거쳐 구조물(100)의 손상 원인을 분석하는 역할을 한다.
또한, 신호 처리 장치(130)는 구조물(100)의 손상 원인을 디스플레이상에 디스플레이하는 것도 가능하다.
그러면, 도 1에 구성된 시스템 개념도에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 과정을 설명하기에 앞서 DWT(Discrete Wavelet Transform)의 개념을 간단하게 설명하기로 한다.
웨이블릿 변환은 원형의 웨이블릿 함수의 크기 및 수평 위치를 변환시켜 소스 신호(x(t))를 분해하는 것이다. 연속 웨이블릿 변화(CWT: Continuous Wavelet)은 다음식과 같이 정의된다.
Figure pat00001
여기서, a>0, b∈R는 각각 스케일(scale)과 수평이동(translation)을 나타내는 파라미터이다. Ψ(t)는 웨이블릿 해석 함수이며 Ψ*는 공액복소 함수(complex conjugate)를 나타낸다. 수학식 1의 결과는 스케일과 수평이동 파라미터에 대한 웨이블릿 계수이다.
수학식 1에 a=2j와 b = k2j를 대입하면 이산 웨이블릿 변환(Discrete Wavelet Transform)이 된다. 정수 j와 k는 각각 스케일과 수평이동 변수가 된다.
웨이블릿을 이용한 1차원 신호분해에서는 웨이블릿 함수(Ψ)와 스케일 함수(Φ)를 사용하는데, 웨이블릿 함수(Ψ)는 소스 신호로부터 세부성분(Dj)을 얻기 위해 사용되고, 스케일 함수(Φ)는 소스 신호로부터 근사성분(Aj)을 분해하기 위해 사용된다. DWT에서 소스 신호(x(t))의 웨이블릿 전개와 웨이블릿 계수는 다음식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, αj,k는 x(t)의 웨이블릿 계수이고, Ψj,k는 해석 웨이블릿 함수(Ψ(t))의 스케일과 수평 이동에 의하여 만들어진 이산 기본 함수이다. 이산화된 웨이블릿 함수와 스케일 함수는 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
위 이산 웨이블릿 함수에서 수평이동 파라미터를 k = 0으로 가정하면, 웨이블릿 함수와 스케일 함수는 Ψj,0(j = 1,2,3), Φj, 0(j = 0,1,2,3)와 같이 되며 도 3과 같이 j의 단계에 따라 단계별로 나눌 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이블릿 분해구조를 나타내는 도면이다. 도 3을 설명하면, 소스 신호(S)는 다음과 같이 단계별로 분해된다.
S = A1 + D1
= A2 + D2 + D1
= A3 + D3 + D2 + D1
= A4 + D4 + D3 + D2 + D1
도 3에서는 j=4로 가정한 예를 보여주며, 본 발명이 이에 한정되지 않음을 이해해야 할 것이다.
소스 신호(S)의 각 단계별 세부성분과 근사성분은 수학식 2를 통해 얻을 수 있으며, 이때 j 단계에서의 세부성분(Dj)은 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
여기서, 다시 j에 대한 세부성분(Dj)을 모두 합하는 역변환 과정을 거치면 소스 신호를 다시 합성할 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
임의의 값 J를 기준으로 한 근사성분(Aj)은 수학식 8과 같이 j>J 인 세부성분의 합으로 정의될 수 있으며, 이 결과로부터 근사성분은 AJ -1 = AJ + DJ의 성질을 가지고 있음을 알 수 있다.
따라서, 웨이블릿 변환은 서로 다른 이진 스케일(dyadic scales)을 선택함으로써 신호를 여러 낮은 해상도의 성분으로 분해할 수 있으며, 이를 웨이블릿 분해 구조(wavelet decomposition tree)라고 부른다. 이를 도시한 도면이 도 3이다.
도 3의 경우에는 다우베치4(db4: Daubechy 4) 웨이블릿 함수를 이용해서 4단계로 소스 신호(S)를 분해한 예이다.
그러면, DWT(Discrete Wavelet Transform)의 개념을 바탕으로 본 발명의 일실시예에 따른 DWT를 이용한 구조물(100)의 손상 감지 과정을 설명하기로 한다. 이를 보여주는 도면이 도 2에 도시된다. 도 2를 참조하면, 구조물(도 1의 100)에서 손상이 발생하면, 음향이 방출되게 되는데, 음향 감지 센서(110)는 이 방출된 음향을 감지하여 이로부터 소스 신호(S)를 검출한다(단계 S200).
DWT를 이용하여 소스 신호(S)를 주파수 대역에 따라 단계별로 근사성분(Aj)과 세부성분(Dj)으로 분해한다(단계 S210). 이를 보여주는 화면예가 도 4에 도시된다. 즉, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 손상으로부터 발생한 소스 신호를 주파수 대역에 따라 단계별로 분해한 근사성분(Aj) 및 세부성분(Dj)의 분해도이다.
도 4를 참조하면, 소스 신호(400)로부터 제 1 근사성분(411)과 제 1 세부성분(410)이 분해되고, 이 제 1 근사성분(411)으로부터 제 2 근사성분(421)과 제 2 세부성분(420)이 분해되며, 이 제 2 근사성분(421)으로부터 제 3 근사성분(431)과 제 3 세부성분(430)이 분해된다. 최종적으로는 이 제 3 근사성분(431)으로부터 제 4 근사성분(441)과 제 4 세부성분(440)이 분해된다.
물론, 이들 근사성분(411 내지 441)과 세부성분(420 내지 440)은 주파수 대역에 따라 단계별로 분해되는데, 이를 이해하기 용이하도록 나타내면 다음 표와 같다.
주파수 대역 근사성분 세부성분
200-300kHz A1 D1
100-250kHz A2 D2
50-150kHz A3 D3
0-100kHz A4 D4
물론, 표 1은 이해를 위해 예시한 것으로, 주파수 대역을 구조물(100)의 성질에 따라 다르게 구성할 수 있다. 예를들면 D1은 200 - 500kHz, D2는 100 - 300kHz, D3는 40 - 160kHz, D4는 0 - 80kHz와 같이 주파수 대역을 나누는 것도 가능하다. 즉, 이러한 주파수 대역의 구분은 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 D1 1M, D2 1M, D3 1M,D4 1M,에 표시된 위첨자인 M(샘플링 주파수)에 따라 다르게 된다.
도 2를 계속 설명하면, 분해된 세부성분(Dj)으로부터 초고주파 영역만을 선별한다(단계 S220). 즉, 도 4를 참조하면, 세부성분(410 내지 440)에서 파형이 집중적으로 나타나는 곳이 있는데, 이 영역이 초고주파 영역이다. 이러한 초고주파 영역을 보여주는 도면이 도 5에 도시된다. 즉, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 세부성분으로부터 초고주파 영역만을 선별한 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 5의 (a)는 도 4에 도시된 세부성분(410)으로부터 선별된 제 1 초고주파 영역(500)을 나타낸다. 도 5의 (b)는 도 4에 도시된 세부성분(420)으로부터 선별된 제 2 초고주파 영역(510)을 나타낸다.
도 5의 (c)는 도 4에 도시된 세부성분(430)으로부터 선별된 제 3 초고주파 영역(520)을 나타낸다. 도 5의 (d)는 도 4에 도시된 세부성분(440)으로부터 선별된 제 4 초고주파 영역(530)을 나타낸다.
도 2를 계속 설명하면, 선별된 초고주파 영역(500 내지 530)만을 포락(envelope)한다(단계 S230). 포락은 신호의 진폭(amplitude)을 잇는 가상의 선(imaginary line)으로 정의되기도 한다.
포락 기술의 종류는 다양한데, 본 발명의 이해를 위해 이중 몇 개를 설명하면 자연 포락(natural envelope), 전-포락(pre-envelope), 및 복소 포락(complex envelope) 등이 있다.
자연 포락은 해석 신호(analytic signal)에 절대값을 씌워 구한 양의(positive) 크기만을 갖는 포락이다. 전-포락(pre-envelope)은 자연 포락에서 절대값을 취하기 전의 해석 신호 자체를 이르는 말로 쓰인다.
복소 포락(complex envelope)은 해석 신호 자체가 크기와 위상을 갖는 복소수 형태의 포락을 표현한 것이다. 이들 포락 종류는 이미 널리 공지되어 있는 기술이므로 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 계속 설명하면, 본 발명의 일실시예에서는 도 5에서 선별된 초고주파 영역(500 내지 530)의 양과 음 모두를 포락한다. 즉, 도 5에서 선별된 초고주파 영역(500 내지 530) 전체를 포락한다.
이 포락된 초고주파 영역만을 적분하면, 세부성분(Dj)의 면적을 계산하는 것이 가능하다(단계 S240). 이를 보여주는 도면이 도 6에 도시된다. 즉, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 포락된 초고주파 영역만을 적분한 세부성분(Dj)의 면적을 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 도 5에 도시된 제 1 초고주파 영역(500)을 포락 기술을 이용하여 적분을 통해 계산한 제 1 세부성분의 포락의 면적(600)을 나타낸다. 도 6의 (b)는 도 5에 도시된 제 2 초고주파 영역(510)을 포락 기술을 이용하여 적분을 통해 계산한 제 2 세부성분의 포락의 면적(610)을 나타낸다.
도 6의 (c)는 도 5에 도시된 제 3 초고주파 영역(520)을 포락 기술을 이용하여 적분을 통해 계산한 제 3 세부성분의 포락의 면적(620)을 나타낸다. 도 6의 (c)는 도 5에 도시된 제 4 초고주파 영역(530)을 포락 기술을 이용하여 적분을 통해 계산한 제 4 세부성분의 포락의 면적(630)을 나타낸다.
도 2를 계속 설명하면, 세부성분(Dj)의 면적을 서로 비교하고, 비교 결과 세부성분(Dj)별 포락의 면적 비율 변화량으로 복합재료(도 1의 100)에 대한 손상 여부를 판단한다(단계 S250, S260).
부연하면, 세부성분(Dj)의 면적이 산출되면, 세부성분(Dj)들간 차지하는 면적을 구하는 것이 가능하다. 즉, 도 6을 참조하여 설명하면 세부성분(D1 내지 D4)을 다 합하면 100%인 총 면적이 나온다. 따라서, 제 1 세부성분의 포락의 면적(600), 제 2 세부성분의 포락의 면적(610), 제 3 세부성분의 포락의 면적(620), 제 4 세부성분의 포락의 면적(630)을 비교하면 총 면적에서 각 세부성분의 면적이 차지하는 면적 비율이 산출된다.
따라서, 구조물(100)의 손상이 일어났는지 일어나지 않았는지는 D1,D2,D3,D4의 비율을 통하여 파악할 수 있다. 예를 들어, 손상전에는 D1 > D2 > D3 > D4의 크기로 면적비율을 가지고 있는 것으로 가정하면, D4 > D3 > D1 > D2 순과 같이 비율변화의 크기가 일어나는 현상을 가지고 구조물(100)의 손상발생 여부를 판단할 수 있다.
손상의 크기 예측의 경우 손상이 발생되는 경우에는 예를 들어 D4 > D3 > D1 > D2의 순으로 비율크기가 일어나지만, 더 큰 손상이 발생한다 하더라도 그 비율 자체에는 큰 변화가 없게 된다.
하지만, 더 큰 손상이 발생했을 경우의 D4' > D3' > D1' > D2'에서 D4' > D4, D3' > D3, D1' > D1, D2' > D2이므로 이 관계를 이용하여 사전에 실험 등을 통해 표준화된 데이터와의 비교를 통해 손상크기를 판별하게 된다. 물론, 이를 위해서는 도 1에 도시된 신호 처리 장치(130)에 표준화된 데이터와, 이 데이터를 이용하여 비교하는 알고리즘을 구현한 프로그램, 소프트웨어 등이 저장되어 있다.
따라서, 위에서 기술한 바와 같이, 이 면적 비율의 변화량으로 구조물(100)의 손상 원인을 분석하는 것이 가능하다. 왜냐하면, D1,D2,D3,D4의 면적량이 구조물(100)의 손상량이기 때문이다. 예를 들면, 도 6을 참조하면, 제 1 세부성분의 포락의 면적(600)이 다른 세부성분의 포락의 면적(610 내지 630)보다 크므로, D1쪽에 주요 손상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
이 경우, 표준화된 데이터의 비교에 따라 예를 들면 구조물(100)의 내부에 있는 섬유의 손상으로 볼 수 있다. 이와 달리, D3, D4가 크면 구조물(100)의 층간 손상으로 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 정상 상태를 보여주는 음향 방출 신호의 그래프이다. 도 7을 참조하면, x축은 시간을 나타내고, y축은 D1, D2, D3, D4 및 S(소스 신호)의 진폭을 나타내며, 위첨자 1M은 샘플링 주파수를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이 구조물(도 1의 100)에 손상이 없는 경우, D1,D2,D3,D4에는 손상 신호가 나타나지 않는다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 손상 상태를 보여주는 음향 방출 신호의 그래프이다. 도 8을 참조하면, 구조물(100)에 손상이 발생한 경우, 손상 신호(800, 810)가 나타난다. 즉, D3에는 손상신호(810)가, D4에는 손상신호(800)가 나타난다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 수많은 변형예가 가능함을 당업자라면 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 구조물 110: 음향 감지 센서
120: 데이터 저장 장치 130: 신호 처리 장치
400: 소스 신호
410, 420, 430, 440: 세부 성분(Ai)
411, 421, 431, 441: 근사 성분(Di)
500, 510, 520, 530: 세부 성분(Di)의 초고주파 영역
600, 610, 620, 630: 세부 성분(Di)별 포락의 면적

Claims (7)

  1. 구조물의 손상에 따라 발생된 음향 방출 신호를 소스 신호로 음향 감지 센서에 의하여 검출하는 검출 단계;
    이산 웨이블릿 변환을 이용하여 상기 소스 신호를 다수의 근사성분과 세부성분으로 분해하는 성분 분해 단계;
    상기 다수의 세분성분으로부터 초고주파 영역만을 선별하는 선별 단계;
    상기 초고주파 영역만을 포락하는 포락 단계;
    포락된 초고주파 영역을 적분하여 상기 다수의 세부성분의 포락의 면적을 계산하는 세부성분의 포락 면적 계산 단계; 및
    상기 다수의 세부성분의 면적을 서로 비교하여 총면적에 대한 상기 다수의 세부성분의 면적이 차지하는 비율을 계산하여 상기 다수의 세부성분의 포락의 면적 비율 변화량으로 상기 복합재료의 손상여부를 판별하는 손상여부 판별 단계
    를 포함하는 DWT(Discrete Wavelet Transform)를 이용한 구조물의 손상 감지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분 분해 단계는 상기 다수의 근사성분과 세부성분을 주파수 대역에 따라 단계별로 분해하되,
    상기 소스 성분은 상기 다수의 근사성분중 최종 근사성분과 상기 다수의 세부성분 모두의 합인 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구조물은 단일재 구조물 또는 성질이 다른 재료를 적층성형 또는 접착하여 구성된 복합재 구조물 중 어느 하나인 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 음향 감지 센서가 상기 구조물의 외부 또는 내부에 설치되는 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 음향 감지 센서가 상기 구조물의 내부에 설치되는 경우 상기 구조물 사이에 적층되는 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수 대역은 샘플링 주파수에 따라 다르게 나누어지는 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 면적량은 상기 구조물의 손상량인 DWT를 이용한 구조물의 손상 감지 방법.


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