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제안 방법
- [Fig. 29]와 같이 먼저 ICP 타입 가속도계를 이용하여 고유진동수를 파악 한 뒤 무선 MEMS 센서로 실험을 하였다.
- 가속도계 선정은 무선 MEMS 센서의 사양들을 비교하여 SHM 적용성 평가를 한 연구내용11)을 참고하여 고성능에 중점을 두어 선정하였다.
- 건축구조물의 벽, 슬래브에 의한 무선 통신 방해 실험을 하기 전, 먼저 무선 MEMS 가속도계의 최대 통신 거리 실험을 위하여 RF 신호 방해와 장애물을 피하기 위해 개활지에서 실험을 하였다. 개활지 실험 후 건축구조물의 벽과 슬래브의 무선 통신 방해 실험을 실시하였다.
- 건축구조물에서 실험을 통한 무선 MEMS 센서의 제원상 통신 거리와 실제 통신 거리를 비교하여 통신 거리의 유효성을 확인하였다.
- 건축구조물의 벽, 슬래브에 의한 무선 통신 방해 실험을 하기 전, 먼저 무선 MEMS 가속도계의 최대 통신 거리 실험을 위하여 RF 신호 방해와 장애물을 피하기 위해 개활지에서 실험을 하였다. 개활지 실험 후 건축구조물의 벽과 슬래브의 무선 통신 방해 실험을 실시하였다.
- 장애물인 벽과 벽까지의 거리가 4m인 실에서 실을 하나씩 증가시키면서 진동계측 실험을 하였다. 계측 방법은 개활지와 같고 센서 노드와 데이터로 거의 거리를 연결이 끊길 때까지 늘리며 실험을 하였다.
- 3]과 같이 Drop 가진을 하였다. 나무판에 최대한 같은 높이에서 펜을 떨어뜨리려고 노력하였 으며 실험으로부터 유효한 시간이력과 고유진동수를 얻을 수 있는지 실험하였다.
- 따라서 개활지가 아닌 벽, 슬래브가 있는 건축구 조물에서 MEMS 센서(G-Link 200, Microstrain사)와 데이터로거(WSDA-Base-104, Microstrain사)를 수직방향으로 슬래브와 수평방향의 벽체의 통신 방해를 실제 통신이 가능한 거리 실험으로 실시하였다.
- 선행연구에서 유선 센서와 무선 MEMS 센서를 비교하여 주파수별 정확도를 확인하는 실험을 실시하였고 그 결과 고유 진동수, 시간이력에서 낮은 오차율을 확인하였다8). 또한 거리감쇠(최대 거리 30m) 실험을 통하여 센서와 데이터로거의 유효 계측 거리를 확인하였다7).
- 이 무선 데이터 수신기는 출력 전력을 0~16dBm 까지 설정할 수 있으며, 전력에 따라 최대 통신 거리가 달라지며 미국 이외에는 10dBm으로 제한 가능하다. 본 논문에서는 기본(출력 전력 10dBm,최대 거리 1km)으로 설정하여 실험을 하였다.
- 센서와 데이터로거의 거리를 20m 간격으로 x4m까지 실험을 하였고 진동계측 방법은 얇은 나무판에 [Fig. 3]과 같이 Drop 가진을 하였다. 나무판에 최대한 같은 높이에서 펜을 떨어뜨리려고 노력하였 으며 실험으로부터 유효한 시간이력과 고유진동수를 얻을 수 있는지 실험하였다.
- 수직 방향 슬래브의 통신 방해 실험은 실제 건축구조물의 슬래브에서 진동계측을 실시하였다. 가진은 Heel impulse 가진을 하였으며, 12층 건물에서 실험은 12층에 센서 노드를 설치하고 노트북과 데이터로거를 1층(층고 4.
- 실험에 앞서 실제 구조물인 슬래브를 측정하기 위하여 ICP타입 가속도계를 이용하여 슬래브의 고유진동수를 파악한 뒤 무선 MEMS 센서를 이용하여 통신 거리 실험을 하였다. 모든 실험은 동일한 조건의 데이터샘플링 슬래브 최소 2배의 진동수인 64Hz로 설정하였고(2진법으로만 설정 가능), 시간은 50초 동안 계측되었다.
- . 이 논문에 사용된 센서는 MEMS 가속도계와 송신기가 하나의 노드이기 때문에 두 부분으로 구성되어 있으며 무선 통신으로 데이터를 송수신 한다.
- 장애물인 벽과 벽까지의 거리가 4m인 실에서 실을 하나씩 증가시키면서 진동계측 실험을 하였다. 계측 방법은 개활지와 같고 센서 노드와 데이터로 거의 거리를 연결이 끊길 때까지 늘리며 실험을 하였다.
- 현재 무선 MEMS 센서를 건축구조물에 적용하여 동특성식별 적용성을 검증하였고5), 무선 MEMS 센서와 유선 센서를 동시 계측하여 센서의 유효성 평가를 하였다. 또한 무선 MEMS 센서를 이용한 실제 저층건물의 상시진동계측에서 고유진동수 산정이 가능함으로써 무선 MEMS 센서의 계측 유효성은 높아지고 있다1).
대상 데이터
- 수직 방향 슬래브의 통신 방해 실험은 실제 건축구조물의 슬래브에서 진동계측을 실시하였다. 가진은 Heel impulse 가진을 하였으며, 12층 건물에서 실험은 12층에 센서 노드를 설치하고 노트북과 데이터로거를 1층(층고 4.3m)씩 내려가며 실험하였다.
- 실험에 앞서 실제 구조물인 슬래브를 측정하기 위하여 ICP타입 가속도계를 이용하여 슬래브의 고유진동수를 파악한 뒤 무선 MEMS 센서를 이용하여 통신 거리 실험을 하였다. 모든 실험은 동일한 조건의 데이터샘플링 슬래브 최소 2배의 진동수인 64Hz로 설정하였고(2진법으로만 설정 가능), 시간은 50초 동안 계측되었다.
- 본 논문에 사용된 송신기는 [Fig. 1]과 같이 MEMS 가속도계와 일체형인 노드이며 , 노드의 사양은 [Table 2]와 같다. 무선 데이터 송신기는 활성 채널 수 및 샘플링 설정 수에 따라 RF 채널마다 최대 128개의 노드가 있다.
- 실험에 앞서 ICP 타입 가속도계를 이용하여 나무 판의 고유진동수가 10Hz임을 확인한 후 실험을 하였다. 실험 결과 20m부터 80m까지 고유진동수의 평균값은 10.92Hz였으며[Fig. 12~15], 시계열파형에서는 손실없이 3,200개의 데이터를 수집하였다.
- 4GHz 주파수를 사용할 때보다 2배 많은 전송 손실이 발생할 수 있으며, 통신 거리도 1/2 로 감소한다10). 이 논문에 사용된 무선 MEMS 센서는 2.4GHz이다.
이론/모형
- 무선 MEMS 가속도계는 Microstrain사에서 개발한 G-Link200 가속도계를 사용하였다. 센서의 크기는 46.
- 무선 데이터 수신기는 Microstrain사에서 개발한WSDA-Base-104-LXRS 수신기를 사용하였다. 2.
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