[논문]극한 환경에서 온도 변화에 따른 실외 현장에서의 무선 MEMS 센서 계측 유효성 평가

이종호; 천동진; 윤성원

doi:10.9712/kass.2018.18.3.67

극한 환경에서 온도 변화에 따른 실외 현장에서의 무선 MEMS 센서 계측 유효성 평가
Evaluation of Wireless MEMS Sensor Measurements at an Outdoor Field With Temperature Variation in Extreme Environment 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.18 no.3, 2018년, pp.67 - 74

이종호 (서울과학기술대학교 건축과) , 천동진 (서울과학기술대학교 건축과) , 윤성원 (서울과학기술대학교 건축학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, measuring instruments for SHM of structures has been developed. In general, the wireless transmission of sensor signals, compared to its wired counterpart, is preferable due to the absence of triboelectric noise and elimination of the requirement of a cumbersome cable. However, in extreme environments, the sensor may be less sensitive to temperature changes and to the distance between the sensor and data logger. This may compromise on the performance of the sensor and instrumentation. Therefore, in this paper, free vibration experiments were conducted using wireless MEMS sensors at an actual site. Measurement was assessed in time and frequency domain by changing the temperature variation at($-8^{\circ}C$, $-12^{\circ}C$ and $-16^{\circ}C$) and the communication distance (20m, 40m, 60m, 80m).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

그러나 극한 환경에서 온도 챔버가 아닌 실외에서의 MEMS 센서 계측 유효성 평가는 미흡한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 자유 진동 실험을 통해 Out door에서 영하 8°C, 12°C, 16°C 3가지 온도 변화와 통신 거리(20m, 40m, 60m, 80m) 증가에 따른 무선 MEMS 센서를 이용한 계측 유효성을 시간 및 진동수 영역에서 평가하였다.

제안 방법

샘플링은 64Hz로 설정하였으며 6초간 계측하였다. 나무판의 제원은 610✕100✕2mm이며,[Fig. 4]와 같이 각 계측마다 하나의 자유 진동 파형을 얻어 시계열 파형과 파워스펙트럼에서 비교분석하였다.
센서와 데이터로거의 거리 20m, 40m, 60m, 80m와 영하 8°C, 12°C, 16°C 3가지 온도 변화에 따른 실험을 실시하였다.

대상 데이터

온도 변화에 따른 G-Link-200 센서의 진동 계측 유효성을 평가하기 위해 Out door에서 2018년 1월 12일 최저 온도가 영하 16°C일 때 실험을 실시하였다. 영하 8°C, 12°C, 16°C일 때 센서와 데이터로거의 거리를 20m 간격으로 20m, 40m, 60m, 80m 계측하였다.

이론/모형

감쇠율은 [Fig. 4]와 같이 대수감소법을 사용하였다. 대수감소율은 감쇠 자유 진동하는 물체의 진폭이 감소하는 정도를 나타내는 값으로 식 (1)과 같이 n개의 주기가 지난 시점에서의 진폭 감소비를 자연대수를 취해 구한 것이다¹¹⁾.
본 논문에 사용된 무선 MEMS 가속도계는 Microstrain에서 개발한 G-Link200 가속도계이다. 센서의 크기는 46.

성능/효과

1) 영하 8°C까지는 상온과 같이 시간 지연(Time delay), 감쇠율, 고유진동수의 변화가 없는 것으로 확인되어 영하 8°C 그리고 거리 60m 이내 조건에서는 큰 오차 없이 계측 유효성이 있는 것으로 사료된다.
2) 온도가 영하 8°C에서 16°C로 떨어지고 통신 거리가 멀어짐에 따라 시간 이력에서 최대 7.86%의 시간 지연이 발생하였다. 감쇠율은 최대 56.
3) 상온의 실외 계측 결과, 최대 80m까지 계측이 가능하였지만, 영하 8~16°C의 극한 환경에서는 통신 연결이 되지 않아 상온의 결과에 미치지 못하는 최대 60m까지 계측이 가능하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존 상용 유선 가속도 센서의 장단점은 무엇인가?	기존 상용 유선 가속도 센서를 이용하여 모니터링을 할 경우 계측 정확도가 높은 반면 계측 장소의 여건 및 데이터로거(Data logger)를 연결하기 위한 케이블의 간섭으로 인해 자유롭지 못하며2), 건축 시공 단계에서 방해 요소로 작용하기 때문에 주요 구조물에만 실시되고 있는 실정이다3).
	기존의 연구에서 온도 챔버를 이용한 온도 변화에 따른 유선 MEMS 가속도계 성능변화를 확인하기 위해 어떤 실험이 진행되었으며 어떤 결과를 얻었는가?	온도 변화에 따른 MEMS 가속도계 성능 변화를 계측하기 위한 실험6)이 선행 연구에서 실시되었다. 온도 챔버를 이용하여 챔버 내 온도를 상온(25°C)에서 영하 55°C로 바꿔 70°C 기온 변화에 대해 센서의 감도를 측정하였다. 그 결과, 극한 온도 변화에서 2.4%의 감도 변화를 측정하였고, 이는 건축물의 상시 진동 계측 및 건정성 평가에 큰 영향을 주지 않아 안정적인 거동을 보여주는 것으로 평가되었다. 그러나 극한 환경에서 온도 챔버가 아닌 실외에서의 MEMS 센서 계측 유효성 평가는 미흡한 실정이다.
	무선 MEMS 센서의 연구 주제는?	현재 무선 MEMS 센서를 이용하여 건축 구조물 동특성 식별1),3),4) 및 통신 거리에 따른 계측의 유효성5) 그리고 환경 변수에 대한 영향 등에 대하여 활발한 연구가 진행되고 있다. 그 중 온도 챔버를 이용한 온도 변화에 따른 유선 MEMS 가속도계 성능변화에 대한 실험 결과에서 센서의 감도가 적게 감소하는 경향을 띄며 온도 변화에 따른 유선 MEMS 가속도계 거동이 안정적인 것으로 평가되었다6).

참고문헌 (12)

Jung, Y. S. (2017). A study on Low-Noise Vibration Measurement System of the MEMS Sensor (Master's thesis). Seoul National University of Science and Technology
Lee, J. H., & Yoon, S. W., "The Evaluation of Effectiveness on Horizontal Transient Vibration Measurement of Low-Rise Building Using Wireless MEMS Sensor", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.17, No.3, pp.57-64, 2017

원문보기 상세보기
Kim, H. J., Kim, B. Y., & Kim, W. J., "Evaluation of Wireless MEMS Sensor for System Identification of Building Structures", Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol.25, No.11, pp.3-10, 2009
Lee, J. H., Cheon, D. J,. & Yoon, S. W., "The Evaluation of Effectiveness on Horizontal Ambient Vibration Measurement of Tall Building Using Wireless MEMS Sensor", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.18, No.2, pp.51-58, 2018

원문보기 상세보기
Lee, J. H., Cheon, D. J., & Yoon, S. W., "The Evaluation of Communication Distance Using Wireless MEMS Sensor in Building Structure", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.17, No.4, pp.93-102, 2017
Kim, J. H., Min, K. W., Lee, S. H., & Moon, D. H. (2015). Development of Monitoring Specification of Ambient and Earthquake Responses of Building Structures(Report No. 11-1750140-000091-14). Republic of Korea: National Disaster Management Research Institute
RADIO LINK COVERAGE AND CALCULATION TOOLS. Retrieved from http://www.witree.co.kr/banner_02/1550
G-Link-200 Datasheet (8400-0102) RevA-10 [Apparatus and software]. (2017). Williston, USA: Microstrain.
WSDA-USB_Datasheet_8400-0074 [Apparatus and software]. (2017). Williston, USA: Microstrain
Ryu, J. H., Ju, Y. K., & Yoon, S. W., "Dynamic Characteristic of Composite Beam using the Sandwich Plate System", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.14, No.4, pp.65-72, 2014

원문보기 상세보기
Yoon, S. W., "Damping Ratio of Light Gauge Steel-Framed Floors", Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, pp.17-26, 2000
Yoon, S. W. (2003). Amplitude dependent Damping Ratio and Natural Frequency of Tall Building under the Strong Wind. Proceedings of the Architectural Institute of Korea, Republic of Korea, pp.301-304

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

극한 환경에서 온도 변화에 따른 실외 현장에서의 무선 MEMS 센서 계측 유효성 평가
Evaluation of Wireless MEMS Sensor Measurements at an Outdoor Field With Temperature Variation in Extreme Environment 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

극한 환경에서 온도 변화에 따른 실외 현장에서의 무선 MEMS 센서 계측 유효성 평가 Evaluation of Wireless MEMS Sensor Measurements at an Outdoor Field With Temperature Variation in Extreme Environment 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이종호 (9) 천동진 (5) 윤성원 (77)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

극한 환경에서 온도 변화에 따른 실외 현장에서의 무선 MEMS 센서 계측 유효성 평가
Evaluation of Wireless MEMS Sensor Measurements at an Outdoor Field With Temperature Variation in Extreme Environment 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper