KR100373517B1 - 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치 - Google Patents

케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100373517B1
KR100373517B1 KR1019990015230A KR19990015230A KR100373517B1 KR 100373517 B1 KR100373517 B1 KR 100373517B1 KR 1019990015230 A KR1019990015230 A KR 1019990015230A KR 19990015230 A KR19990015230 A KR 19990015230A KR 100373517 B1 KR100373517 B1 KR 100373517B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cable
tension
vibration acceleration
acceleration signal
frequency
Prior art date
Application number
KR1019990015230A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19990064682A (ko
Inventor
장승필
손진
윤자걸
Original Assignee
장승필
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 장승필 filed Critical 장승필
Priority to KR1019990015230A priority Critical patent/KR100373517B1/ko
Publication of KR19990064682A publication Critical patent/KR19990064682A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100373517B1 publication Critical patent/KR100373517B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G06F17/141—Discrete Fourier transforms
    • G06F17/142—Fast Fourier transforms, e.g. using a Cooley-Tukey type algorithm
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Abstract

본 발명은, 사장교, 현수교 등 케이블을 이용한 장대 교량에 있어서, 교량 케이블의 동적 특성과 교량 케이블의 고차 고유진동수를 이용하여 케이블에 발생하는 장력을 정밀하게 측정할 수 있는 교량 케이블의 장력 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 교량 케이블의 시간에 기초한 진동가속도를 측정하는 가속도계; 상기 가속도계에 의하여 측정된 케이블의 진동가속도 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭된 진동가속도 신호를 소정 주파수로 차단하는 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터에 의하여 필터링된 신호를 아날로그/디지털 변환기에 의하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 디지털 신호로 변환되어 있는 시간에 기초한 진동가속도 신호를 진동수에 기초한 진동가속도 신호로 변환하는 패스트 퓨리어 변환부; 상기 패스트 퓨리어 변환부에 의하여 변환된 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼으로부터 케이블의 고유진동수를 결정하는 고유진동수 결정부; 및 상기 고유진동수 결정단계에 의하여 결정된 고유진동수와 케이블의 유효길이에 기초하여 케이블의 장력을 결정하는 장력 결정부로 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 케이블의 장력 측정장치가 제공된다.

Description

케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치{An Apparatus for Measuring the Cable Tension Using the Dynamic Characteristics of Cable}
본 발명은, 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 사장교, 현수교 등 케이블을 이용한 장대 교량에 있어서, 교량 케이블의 동적 특성을 이용하여 케이블에 발생하는 장력을 정밀하게 측정할 수 있는 교량 케이블의 장력 측정장치에 관한 것이다.
사장교, 현수교 등의 케이블을 이용한 장대교량에서는 케이블의 장력이 교량 구조 전체에 중요한 요인일 뿐 아니라 교량 구조계의 변화에 의하여 가장 민감하게 변화한다. 그러므로 케이블의 장력은 교량의 건전도 파악에 중요한 지표로 활용될 수 있으며, 설치되어 있는 교량의 케이블에 현재 도입되어 있는 장력을 시공시의 장력과 비교하면 기하적인 형상의 변화, 온도에 의한 장력의 변화, 케이블의 손상 유무 등을 검사할 수 있다.
또한, 케이블 교량에서는 하중이나 온도에 의하여 케이블의 장력에 변화가 발생하므로 차량 하중이나 측정 시간 등에 의한 변화 요인들도 고려하여야 한다. 그러므로 케이블 교량의 유지 관리를 위해서는 케이블의 측정을 통해 대상 교량의 건전도를 평가할 필요가 있다. 그리고, 이러한 자료로부터 사장교 전체의 응력 분포도 추정할 수 있다. 또한 케이블 교량의 시공 단계별 장력의 변화도 시공 상태를나타내는 중요한 자료가 된다.
종래에 이용되어온 케이블의 장력 측정방법으로는 로드셀이나 스트레인 게이지를 이용한 정적인 측정방법과 고유진동수를 이용한 동적인 측정방법이 있다. 그러나, 정적인 측정방법은 유지관리 시에는 유용하게 사용할 수 없다는 단점이 있다.
한편, 종래의 동적 측정 방법 중 저차모드의 고유진동수를 이용하는 방법은, 측정 위치가 비교적 접근하기 힘든 케이블 중앙 부분이며, 장력 환산 작업은 비교적 간단하나 단일 진동수를 이용하여 측정치를 장력으로 직접 환산을 하므로 오차가 발생하기 쉽다. 또한 저차모드의 고유진동수를 이용한 종래의 동적 측정 방법에서는 저차의 진동수를 얻기 위해 저주파 가진이 필요하거나 주형의 저차 모드 성분에 의한 노이즈가 발생할 수 있다는 단점이 있다.
이에 비하여 고차모드의 고유진동수를 이용하는 종래의 측정방법은 상대적으로 접근이 용이한 부분인 케이블의 단부 근처에서 센서를 설치할 수 있고 비교적 저가의 일반 가속도계를 사용할 수 있다는 장점이 있는 것으로 알려져 있다.
고유 진동수를 이용한 장력 산정 방법에서는 유효길이에 따라 장력이 바뀔 수 있다. 사장교 케이블인 경우에는 쉽게 유효길이를 산정할 수 있지만 현수교의 행어 케이블 경우에는 행어 크램프로 케이블 상단이 고정되어 있으므로 정확한 유효길이를 산정하기 힘들다. 이러한 경우에 유효길이를 정확하게 산정하는 것이 장력 측정 정밀도를 높이는 중요 인자가 된다.
종래의 장력 측정방법에서는 케이블의 양단이 힌지로 구성되어 있다는 가정하에 동력학적 이론을 적용하여 케이블의 장력을 결정하게 되는데, 이 경우 측정된 장력과 실제 장력간에 상당한 오차가 발생하게 된다.
특히, 완공된 교량에서의 장력측정은 현실적으로 고유진동수를 이용한 방법만이 적용 가능한 경우가 대부분인데, 만일 케이블의 양단을 힌지로 구성한 것을 전제로한 종래기술을 이용하여 장력을 측정하는 경우 그 측정된 장력의 신뢰성은 극히 저하된다.
본 발명은 종래의 기술에 해결하지 못하였던 단점들을 극복할 수 있는 교량 케이블의 장력 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은, 교량 케이블의 고차 고유진동수를 이용하여 교량 케이블의 장력을 정확하게 측정할 수 있는 장력 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 실제 케이블의 장력과 측정된 장력과의 오차를 줄일 수 있는 케이블의 유효길이 관계를 새로이 제안하고 이 제안된 유효길이를 이용하여 케이블의 장력을 측정하는 장력 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 교량 케이블의 시간에 기초한 진동가속도를 측정하는 가속도계; 상기 가속도계에 의하여 측정된 케이블의 진동가속도 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭된 진동가속도 신호를 소정 주파수로 차단하는 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터에 의하여 필터링된 신호를 아날로그/디지털 변환기에 의하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 디지털 신호로 변환되어 있는 시간에 기초한 진동가속도 신호를 진동수에 기초한 진동가속도 신호로 변환하는 패스트 퓨리어 변환부; 상기 패스트 퓨리어 변환부에 의하여 변환된 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼으로부터 케이블의 고유진동수를 결정하는 고유진동수 결정부; 및 상기 고유진동수 결정단계에 의하여 결정된 고유진동수와 케이블의 유효길이에 기초하여 케이블의 장력을 결정하는 장력 결정부로 구성되는 것을 특징으로 하는 교량 케이블의 장력 측정장치가 제공된다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 패스트 퓨리어 변환부에 의하여 진동가속도 신호를 변환하기에 앞서, 측정된 진동가속도 신호로부터 잡음성분을 제거하는해닝 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장력 측정장치와, 상기 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼은, 상기 진동가속도 측정단계에서부터 패스트 퓨리어 변환단계까지의 단계를 소정 횟수 반복하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장력 측정장치가 제공된다.
그 뿐만 아니라, 본 발명에 따르면, 상기 고유진동수 결정부는, 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼에서 진폭이 극대값을 가질 때의 진동수를 각 진동모드에서의 케이블의 고유진동수로 결정하는 것을 특징으로 하는 장력 측정장치가 제공되며, 상기 케이블의 장력 결정부는, 상기 케이블의 고유진동수 결정단계에서 결정된 각 진동모드에서의 고유진동수를 회귀분석하여 회귀분석식에서 구해진 직선의 기울기와 y축 절편을 구한 후, 소정의 수학적 관계를 이용하여 케이블의 장력을 결정하는 것을 특징으로 하는 장력 측정장치가 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 케이블의 장력 결정부는, 소정의 수학적 관계에 의하여 구해지는 케이블의 유효길이를 이용하여 케이블의 장력을 결정하는 것을 특징으로 하는 장력 측정장치가 제공된다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들과 성질 및 장점들은 후술하는 여러 실시예들의 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 케이블의 장력 측정장치의 구성을 도시한 개념도이고,
도 2는 본 발명의 장력 측정장치를 이용하여 케이블의 장력을 측정하는 방법의 각 단계를 설명하기 위한 흐름도이고,
도 3은 진동가속도의 진폭 스펙트럼의 일반적인 형상을 도시한 개략도이고,
도 4는 장력 산정을 위한 회귀분석 수학식을 도시한 그래프도이고,
도 5는 본 발명의 장력 측정장치를 시험하기 위한 단일 케이블의 설치 형상을 도시한 개략도이고,
도 6은 본 발명의 장력 측정장치에서 사용하고 있는 케이블 유효길이 관계식을 이용한 측정 결과에 대한 오차율을 도시한 그래프도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 교량 2 : 케이블
3 : 가속도계 4 : 증폭기
5 : 저역 통과 필터 6 : 아날로그/디지털 변환기
7 : 해닝 윈도우 8 : 패스트 퓨리어 변환부
이하, 본 발명에 따른 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 장력 측정장치의 구성에 개략도이며, 도 2는 본 발명의 장력 측정장치에 의하여 케이블의 장력을 측정하는 방법의 각 공정단계를 설명하는 흐름도이다.
도 1에서 부재번호 1은 사장교를 개략적으로 도시한 것이고, 부재번호 2는 사장교의 케이블을 나타낸다. 장력을 측정하고자 하는 케이블(2)의 지점에 가속도계(accelerometer)(3)를 장착하여 교량 케이블(2)의 진동가속도를 측정한다. 측정된 진동가속도는 시간에 따른 함수이다. 본 실시예에서, 케이블(2)의 진동가속도를 측정하기 위한 가속도계(3)는 압전형 진동가속도계이다.
상기 가속도계(3)에 의하여 측정된 교량 케이블의 시간에 기초한 진동가속도 신호는 신호증폭기(4)로 보내져 증폭된다. 케이블의 장력 측정에 있어서, 장력 측정에 필요한 신호는 소정 범위의 주파수를 가진 신호이다. 따라서 장력 측정에 필요한 주파수 이외의 신호는 제거하여야 한다. 이를 위하여 증폭된 진동가속도신호는 저역 통과 필터(5)로 보내어진다.
저역 통과 필터(5)로 보내진 신호는 필터(5)에 의하여 소정 범위 외의 주파수는 차단되어, 장력 측정에 필요한 소정 주파수의 신호로 필터링 된다. 저역 통과 필터(5)에 의하여 필터링된 진동가속도 신호는 아날로그/디지털 변환기(6)에 의하여 디지털 신호로 변환된다.
디지털로 변환되어 있는 진동가속도 신호는 시간에 따른 신호이다. 본 발명에 따른 측정방법에서는 이러한 시간에 따른 진동가속도 신호를 진동수에 기초한 진동가속도 신호로 변환시켜야 한다. 즉, 케이블 진동가속도의 시간이력(time history)을 진폭 스펙트럼으로 변환시켜야 하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 패스트 퓨리어 변환부(Fast Fourier Transformation: FFT)(8)에 의하여 시간에 따른 진동가속도 신호를 진동수에 기초한 진동가속도 신호로 변환하는 패스트 퓨리어 변환을 시행한다. 여기서, 패스트 퓨리어 변환은 이미 공지된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
가속도계(3)에 의하여 측정된 시간에 따른 진동가속도 신호에는 장력 측정에 불필요한 잡음 성분이 포함되어 있다. 따라서 정확한 장력 측정을 위하여서는 측정된 진동가속도 신호로부터 이러한 잡음 성분을 제거할 필요가 있다. 이를 위하여 상기 패스트 퓨리어 변환을 시행하기에 앞서 디지털 신호로 변환된 진동가속도 신호를 해닝 윈도우(Hanning Window)(7)에 통과시키는 것도 바람직하다. 여기서 해닝 윈도우(7)는 이미 공지된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 정확한 케이블의 장력을 측정하기 위해서는, 앞서 살펴본 진동가속도측정 단계부터 패스트 퓨리어 변환 단계까지의 과정을 수회 반복 시행하여 그 결과를 평균하는 것이 바람직하다.
부재번호 15는 패스트 퓨리어 변환부(8)에 의하여 변환된 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼으로부터 케이블의 고유진동수를 결정하는 고유진동수 결정부(9)이다.
구체적으로 고유진동수 결정부(9)에서는, 패스트 퓨리어 변환에 의하여 진동수에 기초한 신호로 변환된 진동가속도 신호를 진폭 스팩트럼으로 전개한 후, 교량 케이블의 단위 길이당 중량, 케이블의 직경, 케이블의 총 길이 등의 교량 케이블의 특성치를 이용하여 케이블의 고유진동수를 결정한다.
케이블의 장력은 진폭 스펙트럼으로부터 결정된 고유진동수와 케이블의 유효길이에 기초하여 장력 결정부(10)에서 결정된다. 결정된 장력은 단말기(11)를 통하여 출력된다.
다음에서는 고유진동수 결정부(9)에서 케이블의 고유진동수를 결정하는 단계와, 장력 결정부(10)에서 고유진동수를 이용하여 케이블의 장력을 결정하는 단계를 상세히 설명한다.
케이블의 장력은 케이블의 고유진동수, 케이블의 단위 길이당 질량, 케이블의 고유진동모드 차수 및 케이블의 유효길이 등의 변수에 의하여 결정되는데, 케이블 장력과 상기 변수와의 관계는 다음의 수학식1과 같다.
여기서, f는 케이블의 고유진동수(Hz)이고, m은 케이블의 단위 길이당 질량이며, l은 케이블의 유효길이이고, n은 케이블의 고유진동 모드의 차수이고, E는 케이블의 탄성계수이며, I는 케이블의 단면 관성모멘트이고, T는 케이블의 장력이다.
앞서 살펴본 패스트 퓨리어 변환 단계에 의하여 케이블의 진동가속도 신호를 진동수에 기초한 진동가속도 신호로 변환한 다음, 이를 진폭 스펙트럼으로 전개하면 도 3과 같이 표현된다.
도 3의 진폭 스펙트럼에서 가로축은 진동가속도의 진동수를 나타내며, 세로축은 진폭을 나타낸다. 도 3에서 진폭이 극대점(peak point)에 이르는 진동수가 바로 케이블의 각 진동모드에서의 고유진동수 즉, 상기 수학식1에서의 변수f가 된다. 구체적으로, 도 3에서 가로축 좌측으로부터 첫번째 피크가 되는 때를 진동모드 차수 1로 하고(n=1) 그때의 진동수의 값은 고유진동수 f1이 되는 것이며, 두번째 피크가 되는 때는 진동모드 차수가 2로 되며(n=2) 그때의 진동수 값은 고유진동수 f2가 되는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 장력 측정 방법에서는 케이블의 진동가속도의 진폭 스펙트럼으로부터 각각의 모드에 대한 고유진동수를 구한다.
앞서 구한 케이블의 고유진동 모드 차수(n)의 제곱(n2)을 구하여 이를 x축으로 하고, 각 모드 차수의 고유진동수(fn)를 각 모드 차수(n)로 나눈 값의 제곱(하기의 수학식2)을 y축으로 하여 도 4에 도시된 바와 같이 1차의 회귀분석을 하여 그때의 기울기(b)와 y절편(a)을 구한다.
회귀분석 결과로 구해진 y절편과 기울기는 각각 상기 수학식1의 최우변의 a와 b에 해당된다. 따라서, 상기 수학식1의 관계와 하기의 수학식3의 관계에 의하여 케이블 장력 T를 결정할 수 있게 된다.
상기 수학식1 및 수학식3에서 l은 케이블의 유효길이를 의미하는데, 전체 케이블 길이에서 케이블의 반지름을 뺀 값을 케이블의 유효길이로 하였다. 그러나, 이 경우, 케이블의 장력이 클 수록, 케이블의 실제 길이가 짧을 수록 측정된 케이블의 장력 값과 실제 장력 값과의 오차가 다소 커지게 된다.
본 발명의 발명자는 회귀분석 방법을 시행하여 케이블의 장력 결정에 효과적으로 사용할 수 있는 케이블의 유효길이는 하기의 수학식4에 의하여 결정될 수 있다는 것을 알아내었다.
여기서, T는 케이블의 장력, EA는 케이블의 축강성, d는 케이블의 직경, L은 케이블의 전체길이, Le는 케이블의 유효길이이다.
따라서, 상기의 수학식3에 의하여 케이블의 장력을 결정할 때 상기 수학식4에 의하여 결정된 케이블의 유효길이를 사용하는 것이 바람직하다.
다음에서는 본 발명에 따른 케이블 장력 측정장치에 의하여 장력을 측정하는 방법의 정확성을 검증하기 위하여 수행한 실험예에 대하여 설명한다.
단일 케이블의 장력 측정 실험예
실험에 사용된 단일 케이블의 제원 및 측정 내용은 하기의 표1과 같으며, 실험에 사용된 단일 케이블의 설치 형상은 도 5와 같다. 도 5에서 부재번호 12은 단일 케이블(12), 부재번호 13은 케이블 소켓(13), 부재번호 14는 케이블 고정구(14), 부재번호 15은 엑츄에이터(15), 부재번호 16는 가속도계(16)이다.
항목 내용
케이블 길이 3종 : 3.44m, 6m, 8m
측정내용 1. 장력에 따른 고유진동수를 측정장력의 크기 5종: 20, 40, 50, 60, 80 kN2. 가속도계 위치별 고유진동수 측정측정지점 3개소: 케이블 길이의 1/2, 1/6, 1/12 지점3. 가속도계 방향별 고유진동수 측정측정방향 2개: 수직방향, 단면 수직방향
케이블의 제원 1. 직경 : 24.5mm = 1 inch2. 단위 길이당 중량 : 2.78 kg/m3. 단면적 : 311mm2
측정방법 샘플링 진동수 2종 : 500Hz, 1000Hz
본 발명에 따른 측정방법에 의하여 단일 케이블의 장력을 측정한 결과는 표2와 같다. 여기서 케이블의 유효길이는 종래의 유효길이 산정 방법을 채택하였다.
실제장력(kN) 측정장력 (kN)
3.44m 6m 8m
20 23.41 21.67 21.39
40 43.97 41.88 41.23
50 54.23 52.07 51.66
60 63.13 61.64 61.05
80 82.78 81.35 80.91
이와 같이, 본 발명의 장력 측정장치에 의하면, 실제 케이블에 발생하는 장력을 오차율 18% 이하의 정확성을 가지고 측정할 수 있다.
도 6은, 측정 오차를 더 감소시키기 위하여 상기 수학식4에 의한 유효길이를 사용한 경우의 측정결과에 대한 오차율을 도시한 것이다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수학식4에 의한 유효길이를 사용하는 경우에는 오차율이 극히 적은정확한 장력 측정 결과가 구해졌다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 장력 측정장치에 의하면, 장대 교량의 케이블에 발생하는 장력을 신뢰성 있게 측정할 수 있다.
종래의 측정방법의 경우, 케이블을 인력 등에 의하여 케이블을 가진 시킨 후 장력을 측정하여야 하나, 본 발명의 측정장치를 이용하는 경우, 케이블의 고차 고유진동수를 이용하여 장력을 측정하기 때문에, 케이블에 가해지는 바람이나 교량을 주행하는 차량 등과 같은 하중에 의하여 케이블에 자연적으로 발생하는 진동을 이용하여 장력을 측정할 수 있다. 따라서, 인위적인 가진을 일으키기 위하여 소요되는 시간과 인력을 절감할 수 있으며, 교량을 이용하는 차량의 통행을 통제하지 않고서도 교량 케이블의 장력을 측정할 수 있게 된다.
한편, 실제 교량에서는 고정되어 있는 케이블의 단부를, 종래의 장력 측정 방법에서는 힌지로 가정하여 장력을 측정하기 때문에 실제 장력과 측정된 장력의 오차가 컸으나, 본 발명의 측정장치를 이용하는 경우에서는 새로이 제안된 케이블 유효길이 관계식을 이용하여 장력을 결정하게 되므로 높은 정확도를 가진 측정결과를 얻을 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 발명에서는 가속도계를 제외한 구성요소들을 하나의 유닛내에 설치할 수 있으므로, 장치를 소형화 시킬 수 있으며, 그에 따라 장치의 이동 및 설치가 간편하며, 최소한의 인원(최소 1인, 바람직하기로는 2인)만으로도 쿄량 케이블의 장력을 측정할 수 있다. 따라서, 케이블의 장력측정에 소요되는 인건비, 장비비 및 기타 계측비용을 절감할 수 있어 경제성이 우수하며, 특히 반복적인 측정과 즉각적인 측정이 필요한 경우 매우 유용하다.
또한, 본 발명에 따른 측정장치는 컴퓨터를 이용한 자동화가 가능하므로, 전문인력이 아니라도 일반인이 간단한 사용법만을 숙지하면 용이하게 케이블의 장력을 측정할 수 있으며, 단말기를 사용하게 되면, 측정직후 단말기의 화면을 통하여 수분내에 측정결과를 확인할 수 있으며, 전자파일로도 저장이 가능하다.
이상에서 교량의 케이블 장력을 측정하는 경우를 예시하여 본 발명의 측정장치를 설명하였으나, 본 발명의 측정장치는 장력뿐만 아니라 구조물의 동적특성을 파악하기 위한 고유진동수를 측정하는 경우에도 사용하여 구조물의 정밀안전진단 등에 이용될 수 있다.
전술한 특정한 실시예들의 설명은 본 발명의 일반적인 성질을 개시하고 있으므로 본 발명의 개념으로부터 이탈하지 않고 제3자가 종래의 지식을 가하여 상기 특정한 실시예들을 다양한 적용을 위해 용이하게 변형하고 그리고/또는 개조할 수 있으며, 따라서 이러한 개조와 변형은 본 명세서에 개시된 실시예들의 균등물을 의미하고 그 범위 내에 있는 것으로 해석되고 이해되어야 한다. 또한 본 명세서에 사용된 어법과 용어는 설명의 목적을 위한 것일 뿐 한정의 목적을 위한 것이 아님을 이해하여야 한다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 가속도계에 의하여 측정된 교량 케이블의 시간에 기초한 진동가속도를 이용하여 양단이 힌지되지 아니한 교량 케이블의 장력 측정장치로서,
    상기 교량 케이블의 시간에 기초한 진동가속도를 측정하는 가속도계;
    상기 가속도계에 의하여 측정되어 수신한 상기 교량 케이블의 진동가속도 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기에 의하여 증폭된 상기 교량케이블의 진동가속도 신호를 수신하여, 수신된 진동가속도 신호로부터 소정 범위 외의 주파수는 차단하여 장력측정에 필요한 소정 주파수의 신호로 필터링하는 저역 통과 필터;
    상기 저역 통과 필터에 의하여 장력측정에 필요한 소정 주파수 신호로 필터링된 상기 진동가속도 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기;
    상기 아날로그/디지털 변환기에 의하여 디지털 신호로 변환되어 수신한 상기 시간에 기초한 진동가속도 신호로부터 잡음성분을 제거하는 해닝 윈도우로 이루어진 잡음성분 제거부;
    상기 잡음성분 제거부에 의하여 잡음성분이 제거된 상기 시간에 기초한 진동가속도 신호를 수신하여 이를 진동수에 기초한 진동가속도 신호로 변환하여 진동가속도 신호의 스팩트럼을 형성하는 패스트 퓨리어 변환부;
    상기 패스트 퓨리어 변환부에 의하여 변환되어 상기 패스트 퓨리어 변환부로부터 수신한 상기 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼으로부터 케이블의 고유진동수를 결정하는 고유진동수 결정부; 및
    상기 고유진동수 결정부에 의하여 결정된 고유진동수 값을 수신하여 케이블의 유효길이와 케이블의 장력을 연산하여 결정하는 케이블 장력 결정부;를 구비하고 있으며,
    상기 패스트 퓨리어 변환부는, 상기 가속도계, 증폭기, 저역 통과 필터, 아날로그/디지털 변환기, 잡음성분 제거부의 해당 진동가속도 신호처리, 그리고 시간에 기초한 진동가속도 신호의 진동수에 기초한 진동가속도 신호로의 변환을 순차적으로 소정 횟수 반복하므로써 상기 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼을 형성하며;
    상기 고유진동수 결정부는, 상기 패스트 퓨리어 변환부로부터 수신한 상기 진동수에 기초한 진동가속도 신호의 스펙트럼에서 진폭이 극대값을 가질 때의 진동수를 각 진동모드에서의 케이블 고유진동수로 결정하며;
    상기 케이블 장력 결정부는, 상기 고유진동수 결정부에 의하여 결정된 각 진동모드에서의 케이블 고유진동수 값을 수신하여 회귀분석하고, 그 회귀분석에 의하여 직선의 기울기와 y축 절편을 계산한 후, 하기의 수학식 1, 수학식 3 및 수학식 4에 의하여 케이블의 유효길이와 장력을 연산하는 것을 특징으로 하는 장력 결정장치.
    (여기서,f는 케이블의 고유진동수(Hz)이고,m은 케이블의 단위 길이당 질량이며,l은 케이블의 유효길이이고,n은 케이블의 고유진동 모드의 차수이고,E는 케이블의 탄성계수이며,I는 케이블의 단면 관성모멘트이고,T는 케이블의 장력이다.)
    (여기서,EA는 케이블의 축강성,d는 케이블의 직경,L은 케이블의 전체길이,L e 는 케이블의 유효길이이다.)
KR1019990015230A 1999-04-28 1999-04-28 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치 KR100373517B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990015230A KR100373517B1 (ko) 1999-04-28 1999-04-28 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990015230A KR100373517B1 (ko) 1999-04-28 1999-04-28 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990064682A KR19990064682A (ko) 1999-08-05
KR100373517B1 true KR100373517B1 (ko) 2003-02-25

Family

ID=37416721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990015230A KR100373517B1 (ko) 1999-04-28 1999-04-28 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100373517B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009041157A1 (de) * 2009-09-14 2011-06-16 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von externen Spanngliedern
CN103439042A (zh) * 2013-08-19 2013-12-11 无锡交大银河科技有限公司 一种基于统计方法的索力检测用基频提取方法
KR20170018570A (ko) 2015-08-10 2017-02-20 (주)대우건설 무선 가속도계를 이용한 교량 케이블 진동 측정장치
CN106840497A (zh) * 2016-12-31 2017-06-13 嘉兴市纳杰微电子技术有限公司 桥梁拉索拉力识别方法
US11852610B2 (en) * 2020-09-10 2023-12-26 Harbin Institute Of Technology, Shenzhen Method for detecting tension force defect of steel cable

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107941402B (zh) * 2017-11-07 2023-09-08 交通运输部公路科学研究所 一种用于测量拉索索力的装置及方法
CN109142080B (zh) * 2018-10-10 2023-12-29 张维国 丝线在线检测装置及在线检测方法
KR102117066B1 (ko) * 2019-09-10 2020-05-29 한국시설안전공단 장력 오차 최소화를 위한 케이블 교량의 케이블 장력 추정 방법
KR102529849B1 (ko) * 2020-07-15 2023-05-08 국토안전관리원 케이블 지지 교량 모니터링 시스템의 인공지능부 학습방법 및 그 인공지능부
KR102484568B1 (ko) * 2020-07-15 2023-01-04 (주)세니츠코퍼레이션 인공지능 기법을 활용한 케이블 지지 교량 모니터링 시스템 및 이를 이용한 교량 모니터링 방법
KR102494010B1 (ko) * 2022-08-19 2023-01-31 주식회사 케이블브릿지 케이블 보도교의 감시 시스템

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009041157A1 (de) * 2009-09-14 2011-06-16 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von externen Spanngliedern
EP2295948A3 (de) * 2009-09-14 2013-08-21 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von externen Spanngliedern
CN103439042A (zh) * 2013-08-19 2013-12-11 无锡交大银河科技有限公司 一种基于统计方法的索力检测用基频提取方法
CN103439042B (zh) * 2013-08-19 2015-05-20 无锡交大银河科技有限公司 一种基于统计方法的索力检测用基频提取方法
KR20170018570A (ko) 2015-08-10 2017-02-20 (주)대우건설 무선 가속도계를 이용한 교량 케이블 진동 측정장치
CN106840497A (zh) * 2016-12-31 2017-06-13 嘉兴市纳杰微电子技术有限公司 桥梁拉索拉力识别方法
CN106840497B (zh) * 2016-12-31 2019-07-02 嘉兴市纳杰微电子技术有限公司 桥梁拉索拉力识别方法
US11852610B2 (en) * 2020-09-10 2023-12-26 Harbin Institute Of Technology, Shenzhen Method for detecting tension force defect of steel cable

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990064682A (ko) 1999-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100373517B1 (ko) 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정장치
JP4156833B2 (ja) 構造体における負荷を測定するシステム、測定ユニット及び測定センサ
US5646350A (en) Monitoring slow speed machinery using integrator and selective correction of frequency spectrum
JPH02212734A (ja) 構造部材の構造的完全性変化を検出する装置および方法
US20140090472A1 (en) Device and method for evaluation of vibrations
CN1812907A (zh) 钢轨和列车监控系统和方法
CN112834193B (zh) 一种基于三维图的运营桥梁振动和健康状态异常预警方法
WO2023087890A1 (zh) 一种基于动应力、振动和oma综合分析判断构架模态共振方法
KR101747116B1 (ko) 주파수 응답 기반 교량 내하력 평가 방법
CN106932162B (zh) 轨道动刚度测试方法及系统
KR100343279B1 (ko) 케이블의 동적 특성을 이용한 교량 케이블의 장력 측정방법
KR100972278B1 (ko) 구조물의 측정 진동가속도를 이용하여 동적 변위 및 속도이력을 측정하는 측정방법 및 측정장치
CN108333061B (zh) 一种测量应力松弛的系统及测量方法
CN116380381A (zh) 一种多叶片振动疲劳强度试验方法
Bateman et al. Calibration of a Hopkinson bar with a transfer standard
JP2019100873A (ja) 解析装置、解析システム及び解析方法
KR100260324B1 (ko) 이동하중에 의한 보의 변위응답 산정을 위한 가속도측정치의 신호처리 방법
US20040222799A1 (en) DC measurement method and system using sigma-delta modulation pattern
Luthe et al. Acceleration-based strain estimation in a beam-like structure
JP3554445B2 (ja) 異音判定装置
JP3388020B2 (ja) 建造物の耐震性診断方法
KR102523833B1 (ko) 건물 붕괴 조기 검출 시스템
JP2002131439A (ja) 半導体検出器劣化診断装置
US9063028B2 (en) Apparatus and method for detection of mechanical inputs
JP3055788B2 (ja) 振動特性解析方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120813

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130807

Year of fee payment: 11

LAPS Lapse due to unpaid annual fee