초록 ▼

1. 최종목표
수입에 의존하는 기존의 자동 구조물경사계에 사용되는 전해액센서보다 성능이 향상된 최신의 MEMS(micro electro mechanical sensor 고정밀 전기기계센서) 센서를 장착 활용하므로써 경사계 프로우브 크기를 줄임으로써 온도등 환경의 영향을 최소화하고, 정밀한 계측데이타의 신속정확한 관리를 위하여 16bit 이상의 분해능의 디지털변환기를 장착한 최신의 정밀한 사양을 적용한 시제품을 개발하고자 한다. 또한 개발된 시제품을 엄밀 경사교정과 현장검증 및 기존 제품에서 검증하지 않은 온도특성 분석을 통하여

1. 최종목표
수입에 의존하는 기존의 자동 구조물경사계에 사용되는 전해액센서보다 성능이 향상된 최신의 MEMS(micro electro mechanical sensor 고정밀 전기기계센서) 센서를 장착 활용하므로써 경사계 프로우브 크기를 줄임으로써 온도등 환경의 영향을 최소화하고, 정밀한 계측데이타의 신속정확한 관리를 위하여 16bit 이상의 분해능의 디지털변환기를 장착한 최신의 정밀한 사양을 적용한 시제품을 개발하고자 한다. 또한 개발된 시제품을 엄밀 경사교정과 현장검증 및 기존 제품에서 검증하지 않은 온도특성 분석을 통하여 시제품의 신뢰도를 구축하였다.
2. 개발내용 및 결과
○MEMS 센서 vs 고정밀 A/D 컨버터 관계 분석
○고정밀 디지털 출력을 위한 회로 시스템 설계
○센서 고정을 위한 기구제작 설계
○각도 및 온도 특성실험 및 검교정시스템 매뉴얼 개발
○신뢰성 확보를 위한 검/교정 프로세스 개발
3. 사업성과
○ 기술적 성과
- 기존에 사용 중인 아날로그 센서를 대체할 고정밀 디지털센서 시스템 개발 필요성 해결
- 체계적인 연구를 통해서 외부 노이즈 제거 기술 개발
- 센서의 정밀도 및 신뢰성 확보를 위한 검/교정 프로세스 구축
- 사업화를 위해 제품의 성능 검증 및 현장 시공 매뉴얼의 구축
○ 경제적 성과
-기술개발후 건설분야에서 필요한 0.01도 이하의 분해능을 갖는 정밀한 계측이 가능
: 시공정밀성 및 현장안정성을 확보하여 현장의 경제적손실을 방지
- 수입품 대체효과 파생
○ 활용성과 등
- 자연 재난에 취약한 사면의 거동 분석, 도심지 굴착 현장의 지반 거동 및 인접 구조물 변위측정, 초고층 빌딩의 변위 등을 신뢰성 높은 고정밀 실시간 자동계측이 가능
4. 향후추진계획
본 기술개발 즉 고정밀 디지털 A/D 컨버터를 장착한 건설구조물 경사계 개발로 수입에 의존하고 있는 고가인 자동 구조물 경사계를 수입제품의 60% 가격으로 국산화가 가능하며 이에 따른 향후 수입 대체효과가 기대된다. 이와더불어 현재 국내에는 약 200여개의 군소 건설계측 업체가 있는데 구조물 경사계용 Plate를 다년간 사용하고 있으며 Plate 변경없이 일체형 측정기 개발이 이루어지면, 이동의 불편성이 해결되고 이동식 및 고정식으로 사용이 가능하며, 고정식은 구조물 요소요소에 설치하고 한개의 케이블로 한 장소에서 측정할 수 있기 때문에, 이를 사용하고자 하는 업체가 중가될 것으로 사료된다. 즉 국산화에 따른 수입대체 및 향후 해외 역수출까지 예상하면 수동 구조물경사계의 시장은 자동 구조물경사계로의 급격한 대체가 이루어지고 시장규모가 더욱 커질 것으로 판단되며 이를 위한 향후 추진계획은 다음과 같다.
○ 개발시제품의 상품화를 위한 상품디자인 및 측정용 데이터로거의 일체형 케이스 제작필요
○ 개발제품의 사업다각화를 위한 적용성 확장 및 해외시장 개척과 국내시장의 영업활동 강화

목차 Contents

• 개발결과의견서 ...1
• 최종보고요약서 (초록) ...3
• 목 차 ...5
• 제 1 장 기술개발의 개요 ...7
• 제 1 절 대상기술의 개요 ...7
• 제 2 절 기술개발의 필요성 및 중요성 ...7
• 제 3 절 국내.외 관련기술의 현황 ...7
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ...9
• 제 1 절 기술개발의 목표 ...9
• 1. 개발목표 ...9
• 2. 개발내용 및 범위 ...9
• 제 2 절 건설 구조물 경사계측 ...11
• 1. Servo-Accelerometer 방식 ...11
• 2. MEMS방식 ...13
• 3. Strain Gage방식 ...14
• 4. Electrolitic Level방식 ...15
• 5. Electrolitic Capacitor 방식 ...15
• 제 3 절 디지털 변환을 위한 A/D 변환기 개발 ...16
• 1. 아날로그 신호와 디지털 신호 ...16
• 2. A/D 변환의 기본 개념 ...16
• 가. 센서의 분해능, 정밀도 및 직선성 ...17
• 나. 센서와 컴퓨터 사이의 거리 및 환경에 따른 신호처리 ...17
• 3. MEMS센서가 내장된 디지털 변환기 개발 ...17
• 제 4 절 개발된 MEMS센서 경사계의 각도특성실험 및 온도특성실험 ...19
• 1. 개발 PCB 및 코어상태의 온도특성실험 결과분석 ...19
• 2. 개발된 MEMS센서 경사계의 각도특성실험 및 온도특성실험 ...21
• 가. MEMS센서 경사계의 각도 특성 ...21
• a. 각도-경사계 계측 값의 회귀분석식 개발 ...21
• b. 각도 히스테리시스 분석 ...23
• 나. MEMS센서 경사계의 온도특성 ...27
• a. 항온항습기의 외기온도와 MEMS센서 경사계의 내부측정온도와의 비교분석 ...27
• b. 온도 평형 후 각도-온도 보정식 개발 ...30
• c. 현장적용사례 ...34
• 제 5 절 MEMS센서 경사계 검/교정 프로세스 매뉴얼 ...35
• 1. MEMS 센서 경사계의 각도특성 실험 ...35
• 2. MEMS센서 경사계의 온도특성 항온항습 실험 ...38
• 제 3 장 사업성과 ...41
• 제 1 절 기술적 성과 ...41
• 제 2 절 경제적 성과 ...41
• 제 3 절 활용성과 등 ...41
• 제 4 장 결론 및 향후 계획 ...42
• 참고문헌 ...43