• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제9권3호
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• pp.259-270
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• 2022

This study explores the use of the recently developed "strain-sensing smart skin" (S⁴) method for noncontact strain measurements on cement-based samples. S⁴ sensors are single-wall carbon nanotubes dilutely embedded in thin polymer films. Strains transmitted to the nanotubes cause systematic shifts in their near-infrared fluorescence spectra, which are analyzed to deduce local strain values. It is found that with cement-based materials, this method is hampered by spectral interference from structured near-infrared cement luminescence. However, application of an opaque blocking layer between the specimen surface and the nanotube sensing film enables interference-free strain measurements. Tests were performed on cement, mortar, and concrete specimens with such modified S⁴ coatings. When specimens were subjected to uniaxial compressive stress, the spectral peak separations varied linearly and predictably with induced strain. These results demonstrate that S⁴ is a promising emerging technology for measuring strains down to ca. 30 𝜇𝜀 in concrete structures.

• 센서학회지
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• 제31권2호
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• pp.115-119
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• 2022

A readout circuit for a mercury-cadmium-telluride (MCT)-amplified mid-wave infrared (IR) photodetector was realized and applied to noncontact chemical agent detectors based on a quantum cascade laser (QCL). The QCL emitted 250 times for each wavelength in 0.2-㎛ steps from 8 to 12 ㎛ with a frequency of 100 kHz and duty ratio of 10%. Because of the nonconstant QCL emission power during on-duty, averaging the photodetector signals is essential. Averaging can be performed in digital back-end processing through a high-speed analog-to-digital converter (ADC) or in analog front-end processing through an integrator circuit. In addition, it should be considered that the 250 IR data points should be completely transferred to a PC during each wavelength tuning period of the QCL. To average and minimize the IR data, we designed a readout circuit using the analog front-end processing method. The proposed readout circuit consisted of a switched-capacitor integrator, voltage level shifter, relatively low-speed analog-to-digital converter, and micro-control unit. We confirmed that the MCT photodetector signal according to the QCL source can be accurately read and transferred to the PC without omissions.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.297-307
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• 2010

최근 토목, 건축 구조물의 유지관리 기술에 대한 관심이 커지고 있으며 구조물의 성능저하 및 노후화 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 구조물의 수가 급증하고 있는 실정이다. 그리고 구조물의 노후화 및 부재의 균열 등으로 인하여 강성이 저하되면 구조물의 동특성에 변화가 나타나게 되며 구조물의 실제 거동상태에서 동특성을 분석하여 손상부위와 손상정도를 정확히 판단하는 것은 중요한 문제이다. 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 기존의 동적계측기는 측정 센서와 장비를 연결하는 케이블 길이가 길어질 경우 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 힘들고 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 비경제적이다. 따라서 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 진동을 계측하기 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과, GPS를 이용하는 방법 및 영상처리기법 등이 대표적이다. 레이저의 도플러효과를 이용하는 방법은 정확도가 상대적으로 높지만 비경제적이며, GPS를 이용하는 방법은 장비가 고가이고 신호 자체의 오차와 데이터 취득속도의 제약이 있는 단점이 있다. 그러나 영상신호를 이용하는 방법은 간편하고 경제적이며 접근이 어려운 구조물의 진동 및 동특성 추출에 적합하다. 기존에도 센서를 대신하여 카메라의 영상신호를 이용하는 연구가 수행되기도 하였으나, 기존의 방법은 구조물에 부착된 표적의 한 지점을 기록한 후 영상처리기법을 이용하여 진동을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 영상처리기법을 이용하여 구조물의 다중 변위응답을 측정할 수 있는 방법의 타당성을 검증하기 위하여 진동대 실험 및 현장재하실험을 수행하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.919-928
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• 2023

우리나라의 강우 특성은 여름철 홍수기에 집중되어있다. 특히 이상강우 및 기상이변에 의한 집중강우의 증가 추세로 다량의 탁수가 댐 내에 유입될 시 전도현상으로 인해 탁수 장기화 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 탁수 예측을 통한 선제적 조치 방안 또는 댐 운영방안 마련에 많은 연구가 진행되고 있다. 탁수 예측을 위해서는 상류 유입부의 탁수 자료를 필요로 하지만 현재 시·공간적인 데이터 해상도는 부족한 실정이다. 시간적 해상도 개선을 위해서는 탁도-SS 관계식에 대한 개발을 필요로 하며 공간적 해상도 개선을 위해 다항목수질측정기(YSI), 레이저부유사측정기(Laser In-Situ Scattering and Transmissometry, LISST), 초분광 센서 등의 센서 기반 측정을 통해 선, 면 단위 데이터 측정을 통해 탁수에 대한 공간적 해상도를 개선할 수 있다. 또한 LISST-200X의 경우 입경 크기 등에 대한 자료 수집이 가능함에 따라 분율(Clay : Silt : Sand)에 대한 탁도-SS 관계식에 활용될 수 있다. 또한 최근 원격탐사 방안 중 다른 탑재체에 비해 공간해상도 및 시간해상도가 높은 UAV와 분광·방사 해상도가 높은 초분광 센서를 활용 시 탁수 발생에 대한 공간적인 분포를 제시할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 LISST-200X 및 YSI-EXO를 활용하여 실험실 분석을 통해 분율(Clay : Silt : Sand)에 따라 탁도-SS 관계식을 산정하였으며 UAV (Matrice 600), 초분광센서(microHSI 410 SHARK)를 포함한 센서 기반 현장 측정을 통해 탁도와 부유사 농도, 측정된 부유사농도 기반 탁도-SS 관계식을 이용하여 산정한 탁도에 대하여 공간적 분포를 제시하였다. 이를 통해 탁도-SS 관계식에 대한 적용성 검토 및 탁수 발생 현황에 대하여 파악하고자 하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.2551-2562
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• 2013

2006년부터 국내에서는 운전자의 개입 없이 완전 자동화 방식으로 동작하는 지능형 굴삭 로봇을 개발하고 있다. 이러한 굴삭 로봇을 개발함에 있어 주변(로컬영역) 작업환경의 지형이나 이동 경로상의 장애물, 굴삭기에 접근하는 상차트럭 등의 객체를 정확하게 탐지하는 기술은 작업품질과 안전성 확보 측면에서 필수적으로 요구되는 핵심기술이다. 선진 외국에서는 토공 자동화 장비의 로컬영역 3차원 모델링을 위하여 광대역 3D 레이저 스캐너나 스테레오 비전 카메라와 같은 센서를 사용하여 주변 지형을 3차원으로 모델링하는 연구를 수행하였으나, 센싱 시스템 구축에 지나치게 높은 비용이 소요되거나 모델링 결과에 노이즈가 다수 발생하여 모델링 속도가 과다하게 소요되는 문제점이 있었다. 이 연구에서는 지능형 굴삭 로봇의 로컬영역 3차원 모델링을 위하여 현재까지 개발된 3차원 작업환경 모델링 센서의 기술 사양과 장단점을 분석하고, AHP 분석을 통하여 센서별 적용가능성을 분석한다. 또한 실제 토공사 작업현장의 현장실험을 통해 해당 센서의 3차원 모델링 품질과 정확성을 분석하고 지능형 굴삭 로봇의 로컬영역 3차원 모델링에 가장 적합한 센서 선정 및 현장 적용성을 검증하고자 한다.

• 센서학회지
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• 제9권3호
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• pp.163-170
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• 2000

광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서가 변위, 변형률 및 힘 등의 물리량을 측정하기 위하여 개발되어졌다. 일반적인 광섬유 간섭형 센서는 물리량에 따라 단지 정현파 형태의 신호를 보이기 때문에 물리량의 증감을 구별하는 것이 매우 어렵다. 본 연구에서는 물리량의 증감 방향을 구별하면서 물리량을 측정하기 위하여 단지 톱니파형으로 변조시킨 광원만을 사용하는 광섬유 마이켈슨 센서를 성하였다. 센서 출력은 일정한 정현파가 출력되도록 조절되어졌다. 출력신호는 일정 시간 간격동안 파형의 개수를 계수함에 의하여 처리되어졌다. 변형률은 파형 개수 변화량에 변형률을 구하기 위한 게이지 상수만을 곱함에 의하여 계산되었다. 이 센서의 변형률 측정 성능을 검토하기 위하여 광섬유 센서와 전기저항형 변형률 게이지가 부착된 알루미늄 시험편을 사용하여 만능시험기로 반복하중을 가하여 변형률의 증감을 측정하는 실험을 수행하였다. 이 실험으로부터 광섬유 센서에 의하여 측정된 변형률 변화량이 전기저항형 변형률 게이지의 변화량과 잘 일치하고 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.13-21
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• 2018

AGVS (Automated Guided Vehicle System)는 작업 공간 내 특정 물건 또는 상품들을 자동으로 이동 시켜주는 물류 자동화의 핵심 기술이다. 기존의 AGV는 독립적인 실내위치인식 기술과 함께 각 AGV별로 주행경로 인식을 위해 레이저, 마그네틱, 관성 센서 등을 이용하기 때문에 고비용이며 유지 및 확장이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 본 논문에서는 라인스캐카메라 기반의 마이크로 컨트롤러에서도 구현 가능한 경량화 된 패턴인식 기술을 이용하여 AGV의 주행제어뿐 아니라 위치인식을 동시에 할 수 있는 기술을 제안한다. 제안된 패턴인식기술은 각 AGV가 라인으로 표시된 경로를 인식하여 자율주행을 가능하게 할 뿐 아니라 경로 상에 바코드 형태의 간단한 이미지 형태로 설치된 패턴인식을 통해 AGV자신의 위치를 파악하는 기술을 동시에 제공하기 때문에 AGVS 구현 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라 경로 재설정 및 확장에 유리하다. 제안된 기술의 효용성 검증을 위해 마이크로 컨트롤러에서 동작 가능한 패턴인식기술을 구현하였고, AGV 프로토타입을 이용한 실험으로 그 결과 및 효용성을 검증하였다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제29권4호
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• pp.381-387
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• 2012

The planetary exploration rover executes various missions after moving to the target point in an unknown environment in the shortest distance. Such missions include the researches for geological and climatic conditions as well as the existence of water or living creatures. If there is any obstacle on the way, it is detected by such sensors as ultrasonic sensor, infrared light sensor, stereo vision, and laser ranger finder. After the obtained data is transferred to the main controller of the rover, decisions can be made to either overcome or avoid the obstacle on the way based on the operating algorithm of the rover. All the planetary exploration rovers which have been developed until now receive the information of the height or width of the obstacle from such sensors before analyzing it in order to find out whether it is possible to overcome the obstacle or not. If it is decided to be better to overcome the obstacle in terms of the operating safety and the electric consumption of the rover, it is generally made to overcome it. Therefore, for the purpose of carrying out the planetary exploration task, it is necessary to design the proper suspension system of the rover which enables it to safely overcome any obstacle on the way on the surface in any unknown environment. This study focuses on the design of the new double 4-bar linkage type of suspension system applied to the Korea Aerospace Research Institute rover (a tentatively name) that is currently in the process of development by our institute in order to develop the planetary exploration rover which absolutely requires the capacity of overcoming any obstacle. Throughout this study, the negative moment which harms the capacity of the rover for overcoming an obstacle was induced through the dynamical modeling process for the rocker-bogie applied to the Mars exploration rover of the US and the improved version of rocker-bogie as well as the suggested double 4-bar linkage type of suspension system. Also, based on the height of the obstacle, a simulation was carried out for the negative moment of the suspension system before the excellence of the suspension system suggested through the comparison of responding characteristics was proved.

• 한국측량학회지
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• 제26권3호
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• pp.263-273
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• 2008

위치 센서를 기반으로 하는 디지털 지도의 구축과 이로부터의 도로의 추출과 같은 생성물의 정확도는 센서의 위치 정확도에 좌우되며, 센서의 위치결정을 위하여 GPS, 토탈스테이션, 레이저거리계 등 다양한 거리측정시스템들이 사용되어 왔다. 일반적으로 거리측정시스템들은 주위 다양한 환경에 따라 신호단절 및 감퇴의 문제점과 낮은 시간해상도를 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 관성 장치와 같은 자동 항법 장치를 이용하여 상호 보완 및 통합하여 IMU/Range 통합 시스템을 구성 할 수 있다. 본 논문에서는 항법 및 측지분야에서 성공적으로 사용되어 왔던 선형필터인 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF)의 문제점을 지적하고, 비선형 변환과 선택된 시그마 포인트를 이용한 시그마 포인트 칼만 필터(sigma point Kalman filter, SPKF)와 비가우시안 가정과 샘플링 방식의 파티클 필터(Particle filter, PF) 등 두가지 비선형 필터를 구현하고, 시뮬레이션을 수행하여 그 결과를 확장 칼만 필터의 경우와 비교하였다. 시뮬레이션의 거리측정시스템으로 GPS와 토탈스테이션이 사용되었고 IMU의 경우, 정밀도 레벨에 따른 일반적인 3가지 센서(IMU400C, HG1700, LN100)가 선택되었다. 모든 IMU와 거리측정시스템에 대해서 샘플링 기반의 비선형 필터인 SPKF와 PF가 EKF에 비해 통계 결과에서 향상된 위치 결과를 보여 주었으며 특히 거리측정시스템의 갱신간격이 길어질수록(1초$\rightarrow$5초) 비선형 필터의 우수성이 나타났다. 따라서 저가형 위치센서의 경우, 비선형 필터를 적용하여 센서 위치의 정확도를 높일 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.11-19
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• 2009

최근 대형구조물의 유지관리에 대한 관심이 커지고 있으며 자연재해, 구조물의 노후 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 대형구조물의 수가 급증하고 있는 실정이다. 실제 사용하고 있는 구조물의 구조적 특성은 최초 설계 당시의 특성과 차이점을 보이는 것이 일반적이며 부재의 균열 및 구조물의 노후화 등으로 인한 강성저하에 의하여 구조물의 동특성에 변화가 나타날 수 있다. 구조물의 동특성의 변화를 관찰하면 손상의 위치를 파악할 수 있으며 정량적 평가 또한 가능하다. 교량, 건물 등 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 현재 구조용 동적계측기는 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 많은 케이블 작업을 필요로 하기 때문에 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 동적응답 계측을 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과 및 GPS를 이용하는 방법 등이 있으나 비경제적이기 때문에 교량구조물에 적용하기에 보편적이지 못하다. 그러나 영상 이미지를 이용하는 방법은 경제적이며 접근이 어려운 구조물의 진동 및 동특성 추출에 적합하다. 기존에 도 센서를 대신하여 카메라의 영상신호를 이용하는 연구가 수행되었으나 구조물에 부착된 target의 한 지점을 기록한 후 이미지 처리기법 을 이용하여 변위응답을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서 제안한 DIC(Digital Image Correlation)기법을 이용한 다중 변위응답 측정기법을 검증하기 위하여 실내모형실험을 수행하였다.