성명: 김영기

직책: 대표이사

소속: (주)에스엠인스트루먼트

사용한 NI 제품명 : LabVIEW 8 (한글판), Sound and Vibration Toolkit, CompactDAQ, PXI-8187, PXI-4472

요약

터널과 같은 대형 구조물에서 균열(Crack)이 발생하면서 미세 진동(Micro Seismic Wave)이 발생하게 된다. 이 신호를 다수의 지반 진동용 가속도센서를 이용하여 측정하고, 측정된 신호를 이용하여 균열의 발생 위치와 크기를 추정하고, 발생 빈도수를 측정하여 대형 구조물의 손상 진행 상황을 모니터링할 수 있게 된다. 본 어플리케이션은 이러한 미세 진동을 실시간으로 측정하고 실시간으로 균열의 위치와 크기를 추정하는 시스템이다.

개발 배경

고속철도와 고속도로는 전국을 일일 생활이 가능하게 한 생활 혁명의 주역들이다. 유난히 산지가 많은 한국에서 이 고속철도와 고속도로를 만들기 위해 수많은 터널과 교량을 건설하였다. 이 대형 구조물들에 많은 종류의 센서를 설치하여 구조물의 상태를 모니터링하지만 진행되고 있는 손상의 위치를 추정하기란 쉽지 않다.

외국의 경우, 대형 구조물의 손상 위치를 추정하기 위해 다수의 지반 진동용 센서를 설치하고, 각 센서에서 측정된 신호의 시간 지연으로 신호의 발생 위치를 추정하는 기법을 이용하여 손상 위치를 추정하는 시스템이 상용화되어 있다. 하지만 국내의 경우에는 대부분을 수입하여 사용하고 있어 국내 상용화의 필요성이 대두되었고 (주)에스엠인스트루먼트는 한국지질자원연구원의 위탁을 받아 이 시스템을 개발하게 되었다.

본론

본 시스템의 구성은 그림 1과 같다.

지반 진동용 가속도계 12개를 측정하려는 구조물에 설치하고 시그널 컨디셔닝을 한 다음 CompactDAQ(또는PXI, CompactRIO)을 이용하여 데이터를 획득한다. 데이터 획득은 진동이 발생했을 때를 트리거하여 측정을 시작하게 된다. 획득한 데이터는 그림 2와 같이 시간 지연을 가지고 있는데 이 시간 지연과 센서가 설치된 좌표로부터 진원과 진동의 크기를 계산하게 된다.

본 시스템은 측정 옵션과 트리거 레벨, 신호의 필터를 설정할 수 있다. 또한 센서를 좌표에 입력해야 하는데 이는 그림 6과 같이 표시하였다. 측정된 결과는 데이터베이스에 저장되고 이메일로 이벤트의 결과가 전송된다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점

본 솔루션 개발 후 현장에 설치하여 시스템을 검증한 결과 비교적 우수하게 진원을 찾아 그 우수성을 검증하였으며 시작품으로서 손색이 없음을 확인하였다. 따라서 한국지질자원연구원에서는 이 제품의 상용화를 위해 추진 중에 있다.

신호의 시간 지연으로부터 진원을 검출하는 방법은 지진의 진원지를 찾는 것과 같은 방법으로 이미 그 알고리즘은 널리 알려졌지만 그 방법을 이용하여 실시간으로 처리하여 상용화 한 것은 국내에서 처음이며 단기간에 복잡한 알고리즘을 모두 구현할 수 있었던 것은 LabVIEW를 사용했기에 가능하였다.

NI 솔루션을 채택된 이유

1. LabVIEW를 이용한 프로그램의 개발 기간이 다른 언어에 비해 짧다.

2. 어려운 신호처리를 구현하기가 용이하다.
3. 하드웨어의 다채널 확장성과 현장 설치에 대한 하드웨어의 신뢰성이 충분하다.