This paper reports on a design of the footstep signal detection system using the seismic sensor. First, we analyzed the characteristics of seismic signal, seismic sensor, and the UGS(Unattended Ground Sensor) system with seismic sensors. In addition, we summarized the existing algorithms to detect footstep using the seismic sensors, and developed our low-power and high efficient footstep detection algorithm. In this paper, the sensor node operations are classified into three different steps and different resources and algorithms are applied to each step, not only to minimize the power consumption, but also to improve the performance.
Frequency responses for most of the local seismic sensors in Korea have been roughly checked by mutual comparison of Fourier spectra of seismic records from accelerometer and seismometer, both of which are installed at the same location. Especially, because the frequency content of the seismic energy is usually above 1 Hz for local earthquakes, the reliability of low frequency response could have not been evaluated. Fortunately a recent large earthquake, Ms=7.2 on 02/06/29 containing dominant low frequency energy makes it possible to check the low frequency response of the seismic sensors, especially EpiSensor and JC-V100. Considering two types of sensor pairs, (STS-2 and EpiSensor, JC-V100 and EpiSensor), the low frequency response of EpiSensor is confirmed first by comparison with STS-2 which has proved low frequency response. Second, reliable low frequency limit of instrumentally corrected seismic data from JC-V100 data is estimated to be about 0.03 Hz by comparison with EpiSensor data.
본 연구에서는 지진계 센서의 동적범위를 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 먼저, 센서에 포함된 저주파수 대역 잡음을 ARMA(Auto Regresive Moving Average) 모델로 모델링하고 시스템 식별 방법으로 그 모델을 식별한다. 다음으로, 모델링된 잡음과 지진파 입력을 칼만필터 식에 포함하여 칼만필터에 의한 지진파입력을 추정한다. 제안한 방법을 새로이 개발된 MEMS 기반 3축 가속도 형태의 지진계에 적용하여 성능을 검증하였다. 시험 결과는 제안한 방법이 단순한 LPF(Low Pass Filter)를 사용한 경우에 비해 동적범위를 개선시킴을 보여준다.
본 연구에서 광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 보행 진동 측정에 관한 연구를 수행하였다. 보행 진동 측정 시스템의 민감도를 향상시키기 위하여 FBG Seismic sensor 부를 재설계하였다. 성인남성의 평균 걷는 주기 1.5~2.5 Hz를 설계목표인 외부가진 값으로 가정하고, FBG Seismic sensor 부의 1차 모드 고유진동수 값을 외부 가진 주파수 부근 값인 3.5 Hz를 갖도록 CATIA와 ABAQUS를 이용하여 설계하고 제작함으로써 기존의 보행 진동 측정 시스템과 대비하여 민감도를 약 15배 향상 시킬 수 있었고, 침입 감지 분야 적용에 적합함을 확인하였다.
Sensor used by semiconductor process produced an MAP sensor and applied to several industry. Among those sensors divided as transducer which convert physical quantity into electrical value, piezoresistive type sensor has been studied for the properties and sensitivity of piezoresistor. In this paper, the variation of seismic mass which have been functioned as actuator moving the cantilever beam analyzed the effect on distribution of resistance change ratio and supposed the optimal shape and position of piezoresistor. The resulting are following; According to the increment of seismic mass size, the value of resistance change ratio decreased caused by improve the stiffness. Y directional piezoresistor is formed in spot of 100 m apart from cantilever edge and length of that is 800$\mu$m. To increase the sensitivity, piezoresistor is made as n-type and x-direction.
작전지역의 감시/경계에 활용되는 감시정찰 센서 네트워크에서 배치되는 지진동센서의 위치 정보와 탐지 신호 세기를 활용하여 표적의 위치를 산출하는 방법을 제안한다. 중계기에서 단말기로부터 수신받은 각 지진동센서들의 위치 정보와 센서로부터 수신된 탐지 신호 세기를 이용하여 표적 위치를 산출한다. 표적 측위 시 동적으로 오프셋을 제하는 방식을 통해 환경적 요인에 의한 성능 편차를 줄였다. 실제 표적 위치와 산출된 표적 위치의 차이를 통해 성능을 비교 검증하였다. 오차 평균 3.62m까지 감소하여 가중 중심 측위 방법보다 최대 62% 향상된 결과를 얻었다.
이 연구에서는 사장교 및 현수교에 부착된 지진가속도계측기를 활용하여 교량의 안전성을 긴급하게 평가할 수 있는 기법을 제안한다. 실측된 지진가속도계측기의 상시 응답을 이용하여 구조해석 모델의 고유주파수와 비교를 통해 최대한 유사한 동적특성을 갖도록 모델링을 개선한다. 설계지진에 대한 지진해석을 수행하여 지진가속도계측기 설치 위치별 최대 변위를 도출하며, 도출된 변위는 사전에 관리기준치로서 시스템에 기 입력된다. 지진발생 시 실시간으로 측정된 가속도 시간이력을 필터링 후 2중적분을 통해 변위시간이력으로 변환한 뒤 최대 변위를 추출한다. 최종적으로 시스템에 기 입력된 관리기준치와 추출된 변위와의 비교를 통해 안전성을 평가한다. 경주지진 시 기록된 데이터를 활용한 12개 특수교량의 긴급 안전성평가 수행을 통해 제안된 방법의 적용성을 확인한다.
In this paper, modal control with direct output feedback is formulated in a systematic manner for easy implementation. Its application to the seismic protection of structural systems is verified by a shaking table test, which involves a full-scale building model and an active bracing system as the control device. Two modal control cases, namely, one full-state feedback and one direct output feedback control were tested and compared. The experimental result shows that in mitigating the seismic response of building structures, modal control with direct output feedback can be as effective and efficient as that with full-state feedback control. For practical concerns, the control performance of the proposed method in the presence of sensor noise and stiffness modeling error was also investigated. The numerical result shows that although the control force may be increased, the maximum floor displacements of the controlled structure are very insensitive to sensor noise and modeling error.
In this paper, we design a seismic data acquisition system(SDAS) and implement it. This system is essential for development of a noble local earthquake disaster preventing system in population center. In the system, we choose a proper MEMS-type triaxial accelerometer as a sensor, and FPGA and ARM processor are used for implementing the system. In the SDAS, each module is realized by Verilog HDL and C Language. We carry out the ModelSim simulation to verify the performances of important modules. The simulation results show that the FPGA-based data acquisition module can guarantee an accurate time-synchronization for the measured data from each axis sensor. Moreover, the FPGA-ARM based embedded technology in system hardware design can reduce the system cost by the integration of data logger, communication sever, and facility control system. To evaluate the data acquisition performance of the SDAS, we perform experiments for real seismic signals with the exciter. Performances comparison between the acquired data of the SDAS and the reference sensor shows that the data acquisition performance of the SDAS is valid.
The emerging sensor-based structural health monitoring (SHM) technology has a potential for cost-effective maintenance of aging civil infrastructure systems. The author proposes to integrate continuous and global monitoring using on-structure sensors with targeted local non-destructive evaluation (NDE). Significant technical challenges arise, however, from the lack of cost-effective sensors for monitoring spatially large structures, as well as reliable methods for interpreting sensor data into structural health conditions. This paper reviews recent efforts and advances made in addressing these challenges, with example sensor hardware and health monitoring software developed in the author's research center. The hardware includes a novel fiber optic accelerometer, a vision-based displacement sensor, a distributed strain sensor, and a microwave imaging NDE device. The health monitoring software includes a number of system identification methods such as the neural networks, extended Kalman filter, and nonlinear damping identificaiton based on structural dynamic response measurement. These methods have been experimentally validated through seismic shaking table tests of a realistic bridge model and tested in a number of instrumented bridges and buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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