[논문]저노이즈형 진동계측 앱을 통한 MEMS 센서의 계측성능분석

정영석; 윤성원

doi:10.9712/kass.2017.17.1.093

저노이즈형 진동계측 앱을 통한 MEMS 센서의 계측성능분석
The Analysis in Measurement Performance MEMS Sensor Through the Low-Noise Vibration Measurement APP 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.17 no.1, 2017년, pp.93 - 100

정영석 (서울과학기술대학교 건축과) , 윤성원 (서울과학기술대학교 건축학부)

Abstract ▼ AI-Helper

With increasing number construction of high-rise building which has about 40 to 60 floors there have been many kinds of problem which related with usage from vibration. To predict response acceleration, it is important to assess correct natural frequency. However, due to the noise of MEMS sensor, it is difficult to measure dynamic characteristic such as natural frequency when measuring ambient vibration using MEMS sensor within cell phone. Therefore, a comparative analysis on vibration measuring applications was performed after measuring ambient vibration of 2 skyscrappers which have height between 133.5~244.3m that are located in Seoul and Observation tower using I-jishin APP with noise reduction function of MEMS sensor in order to verify the effectiveness of low noise type vibration measurement APP.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 이 논문에서는 기존의 휴대폰 진동계측앱인 Vibration과 노이즈 저감형 휴대폰 진동계측앱인 I-jishin을 이용하여 고층건물 2동과 전망타워의 상시진동계측을 실시하였다. 따라서 노이즈 저감형 진동계측앱을 이용하여 기존의 MEMS 센서의 한계를 어느 정도 해소하고자 하는 것이 이 논문의 목적이다.

제안 방법

따라서 이 논문에서는 기존의 휴대폰 진동계측앱인 Vibration과 노이즈 저감형 휴대폰 진동계측앱인 I-jishin을 이용하여 고층건물 2동과 전망타워의 상시진동계측을 실시하였다. 따라서 노이즈 저감형 진동계측앱을 이용하여 기존의 MEMS 센서의 한계를 어느 정도 해소하고자 하는 것이 이 논문의 목적이다.

대상 데이터

또한 이 값을 바탕으로 경간별 고유진동수의 상관관계와 구조시스템에 따른 경간과 고유진동수의 상관관계를 분석하여 관계식을 제안하였다³⁾. 2015년에는 고층건물에 대한 국내외의 228.6~828.0m 초고층 건축물 15개동의 상시진동계측을 실시하였다. 이 계측데이터를 근거로 고유진동수 근사식을 제안하고 기존해외의 제안식과 비교하였다.
계측대상 구조물은 서울 소재의 고층건물 2동과 전망대 1동을 대상으로 하였다. [Table 1]은 계측구조물 제원이다.
상시진동계측을 통하여 1차 모드 고유진동수를 산정하였으며, 이를 종합하면 다음과 같다 계측데이터는 초당 100개의 데이터샘플링을 하고 계측 시간은 40.96초로 설정하여, 앙상블 하나당 4096개의 샘플을 계측하였다. 이를 파워스펙트럼을 통해 1차 모드 고유진동수를 산정하였다.
서울에 위치한 고층건물 2동과 전망타워에 대하여 저노이즈형 진동계측 APP과 일반진동계측 APP의 상시진동계측 데이터를 비교하였다.
이 논문에서는 이 현장에서 전원 없이 간단하고 편리하게 계측할 수 있는 휴대폰의 진동 애플리케이션을 이용하여 2대의 iPad로 진동계측을 실시하였다. 1대의 iPad에는 Vibration APP을 설치하였고, 또 다른 iPad에는 I-jishin APP을 설치하였다.

데이터처리

이를 파워스펙트럼을 통해 1차 모드 고유진동수를 산정하였다. 또한 63 스퀘어와 종로 타워의 경우, 선행 연구에서 서보 가속도계를 통해 계측한 데이터를 비교하여 정확성을 분석하였다.
0m 초고층 건축물 15개동의 상시진동계측을 실시하였다. 이 계측데이터를 근거로 고유진동수 근사식을 제안하고 기존해외의 제안식과 비교하였다. 이 상시진동계측시에는 15개 건물 중에서 명확한 고유진동수의 피크를 보인 것은 9동이고, 6동은 장변측의 파워스펙트럼에서 다소 미약한 피크를 보이는 Vibration 앱의 한계점을 보였다⁴⁾.

성능/효과

1) 저노이즈형 진동계측 APP인 I-jishin의 경우에는 종로타워의 단변방향을 제외한 모든 구조물에서 명확한 피크값을 통해 고유진동수 산정이 가능하였다. 그러나 Vibration APP은 63 스퀘어와 서울 N타워의 단변방향에서만 고유진동수를 파악할 수 있었다.
2) 상시진동계측 시 진동계측 APP별 최대 가속도 RMS 값을 비교한 결과, I-jishin APP이 평균 16.6% 작은 수치를 나타내었다. 이는 I-jishin APP의 노이즈 저감 기능에 의한 것으로 사료되며 더욱 명확한 상시진동의 응답을 계측할 수 있음을 알 수 있다.
3) I-jishin의 노이즈 저감 기능을 통해 기존의 진동계측 APP보다 더욱 명확한 고유 진동수 산정이 가능하리라 판단된다.
따라서 전체 계측 구간에 대하여 노이즈레벨을 산정하기 위하여 RMS를 산정하였고, 진동계측 APP별로 최대 RMS 가속도를 산정한 결과는 [Table 3]과 같다. Vibration APP의 최대 가속도 RMS 값이 I-jishin APP의 최대 가속도 RMS 값보다 평균적으로 16.6% 작은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 2.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	진동계측장비를 이용하여 진동계측시 단점은?	이러한 수평진동의 계측을 통한 사용성 평가는 고가의 진동계측장비에 의존하여 진동계측을 실시해야 한다. 이러한 진동계측장비는 설치시간 또한 오래 걸리며 전문지식을 갖춘 전문가를 필요로 한다. 그러나 스마트폰 시대가 도래함으로써 스마트폰 보급률이 증대됨에 따라 진동계측이 가능한 휴대폰 애플리케이션이 개발되는 등 휴대폰 애플리케이션의 진동계측시스템을 통하여 저가의 비용과 짧은 준비기간으로 수월하게 진동계측을 실시할 수 있는 기반이 조성되었다1).
	I-jishin APP의 구성은?	I-jishin APP의 구성은 크게 3가지로 나눌 수 있다. 실시간으로 진동의 파형을 확인하며 가속도응답을 저장하는 Seismometer, 클라우드 서버에 진동데이터의 계측 위치를 알려주는 Map viewer, 클라우드 서버의 데이터와 직접 계측한 진동 데이터를 분석하는 Browser / Analyzer가 있다.
	Vibration APP의 구성은?	Vibration APP의 구성은 크게 4가지로 나눌 수 있다. 진동의 파형을 알 수 있는 Time series, 파워 스펙트럼을 알 수 있는 Frequency, 계측과 분석을 할 수 있게 조건을 설정하는 Settings, 사용 설명서인 About으로 구성되어 있다.

참고문헌 (8)

S. H. Moon, S. W. Yoon, "Ambient Vibration Measurement of Buildings Horizontal Vibration Using a Mobile Phone Application", Journal of the Korean Association for Spatial Structures, Vol. 15, No. 3, pp. 77-83 (2015)

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K. Y. Do, S. W. Yoon, D. H. Kim, "Vibration Measurements of the Foot-Bridges Using Mobile-Phone", Journal of the Korean Association for Spatial Structures, Vol. 14, No. 1, pp. 61-68 (2014)

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K. Y. Do, S. W. Yoon, "Analysis of Natural Frequency According to Span of Footbridges", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 26, No. 5, pp. 375-383 (2014)

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Y. S. Jung, S. W. Yoon, "Dynamic Characterization of Large-scale Structures through Mobile-phone Application", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol. 15. No. 4, pp. 99-105 (2015)

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http://dld-llc.com/
Y. S. Jung, "A study on the low-noise vibration measurement system of the MEMS sensor", master's Thesis, Seoul National University of Science and Technology (2016)
？藤昌平, "MEMS センサによる計測震度演算のためのノイズ低減手法の開？", SATテクノロジ？. ショ？ケ？ス 2014
S. W. Yoon, Y. K. Ju, "Natural Frequecny of Tall Building Through Ambient Vibration Measurement", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 15, No. 2, pp. 117-124 (2003)

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