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| 효과적인 잡음 제거와 가속도 계측을 통한 구조적 변위 추정 연구 |
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김승준, 임석빈, 최준호, 강영종 |
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| Study of the Structural Displacement Estimation by the Acceleration Measurement with an Effective Noise Filtering Method |
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Seungjun Kim, Seok Been Im, Jun Ho Choi, Young Jong Kang |
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| Abstract |
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In this study, the estimation method for the structural displacements by the acceleration measurement is investigated for effective real-time structural monitoring. Theoretically, the velocity and displacement data during the specific period can be obtained by integration of the measured acceleration. But, the integrated data is highly affected by unexpected error sources such as noise signal. So, the effective and rational method for the noise elimination or minimization should be suggested and used. In this study, an effective noise filtering method for an useful displacement estimation by double integration is suggested based on the characteristics of structural dynamics. For the rational noise filtering technique applied to the measured acceleration data, the multi bandpass filter, which allows the signals nearby the peak frequencies of measured data, is newly suggested. By the suggested filtering and double integration method, the estimation method of structural displacements using an acceleration measurement is suggested in this study. The accuracy and rationality of the suggested method was validated using the numerical example obtained by finite element analysis. In the validation, the displacement data estimated by the suggested method was directly compared with those obtained by highpass filter and bandpass filter, formerly well known methods. |
| Key Words:
Structural monitoring; Acceleration; Filtering; Double integration; Natural frequency |
| 요지 |
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본 연구는 효과적인 실시간 구조 모니터링을 위한 가속도 계측을 통한 구조적 변위의 추정기법에 대해 다룬다. 이론적으로 가속도를 적분하면 계측 시간 동안의 변화된 속도와 변위 데이터를 얻을 수 있지만 이중 적분을 수행하여 변위를 얻어낼 때 계측신호의 잡음의 효과가 매우 크게 나타나는 단점이 존재한다. 따라서 이러한 오차요인을 효과적으로 제거할 수 있는 방법이 제시되어야 가속도 계측 기반 변위 추정 기술이 보다 실용성 있게 된다. 본 연구에서는 구조물의 동적 거동 특성을 반영한 효과적인 가속도 계측 신호에서의 잡음 제거 기법 및 이중 적분을 통한 실시간 변위 추정 기법을 제안한다. 효과적인 잡음제거 기법으로는 계측 가속도의 주파수 분석 후 얻은 피크 주파수 영역만을 고려하는 다중대역 통과 필터가 제안되었다. 이 새로운 필터링 기법과 이중 적분에 의한 변위 추정기법이 본 연구에서 제안되었다. 제안 기법의 정확성 및 합리성은 수치해석 예제의 결과를 통해 검증되었는데 기존에 많이 쓰이는 고역통과 및 대역통과 필터기법이 적용된 변위 추정기법과 비교되어 그 정확성이 정량적으로 입증되었다. |
| 핵심용어:
구조모니터링; 가속도; 필터링; 이중 적분; 고유 주파수 |
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