KR100579008B1

KR100579008B1 - 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치

Info

Publication number: KR100579008B1
Application number: KR1020060013554A
Authority: KR
Inventors: 최준성; 이규완
Original assignee: 한국유지관리 주식회사
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2006-05-12
Also published as: KR20060022723A

Abstract

본 발명은 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치를 제공함으로서, 기존의 벤딩플레이트 방식의 축중량 측정장치에 있어서 판거동 측정방식을 빔거동 측정방식으로 유도하거나, 고가의 로드셀 측정방식의 축중량 측정장치에 있어서 저가인 변형률 게이지가 부착된 빔(보) 부재로 대체함으로서 저가이면서도 정확한 축중량을 측정할 수 있으며, 온도 등과 같은 주변의 환경영향을 배제할 수 있도록 구성함으로서 외부환경에 영향을 받지 않아 측정치의 신뢰성을 높일 수 있는 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치에 관한 것으로, 벤딩 플레이트를 위치시키기 위한 벤딩 플레이트 프레임(126)과; 차량 통과에 의하여 벤딩이 유발되며 이 하중을 그 하부에 위치한 빔(보)에 전달하는 벤딩 플레이트(101)와; 상기 벤딩 플레이트 프레임 위에 위치하며 차량 통과에 의하여 벤딩 플레이트에 벤딩이 발생되면 판형태의 거동을 빔(보) 형태의 거동으로 변화시켜주는 역할을 수행하는 적어도 1개 이상의 빔(보) 부재(121)와; 벤딩 플레이트 프레임에 벤딩 플레이트와 빔(보) 부재를 고정하기 위한 적어도 1개소 이상의 고정장치(127)와; 상기 빔(보) 부재에 부착되어 입력하중의 크기에 따라서 응답을 측정하기 위한 적어도 1개 이상의 변형률 게이지(104)와; 상기 적어도 1개소 이상의 변형률 게이지를 신호 처리부에 연결하기 위한 터미널 연결부(128)와; 아나로그 입력신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터(129)와; 상기의 입력신호를 신호처리에 의하여 입력하중의 크기를 산출할 수 있는 신호처리부(130)로 구성됨을 특징으로 한다.

축중량 측정장치, 축중량, WIM, Weight in motion

Description

빔거동 측정형식의 축중량 측정장치{Bending Beam Type Weight-In-Motion}

도 1은 벤딩 플레이트 형식의 축중량 측정장치

도 2는 로드셀 방식의 축중량 측정장치

도 3은 벤딩 플레이트에 부착된 변형률 게이지

도 4는 보에 부착된 변형률 게이지

도 5는 하중이 중앙부에 위치한 경우 변형률선도를 나타낸 설명도

도 6은 하중이 중앙부가 아닌 곳에 위치한 경우 변형률선도를 나타낸 설명도

도 7은 로드셀 방식의 축중량 측정장치에 있어서 하중이 중앙부에 위치한 경우와 그렇지 않은 경우의 오차정도를 나타내기 위한 설명도

도 8은 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치의 전체 개념도

도 9는 아치 빔(보) 부재에 변형률 게이지를 부착한 일실시예를 나타내기 위한 설명도

도 10은 종방향 빔(보) 부재에 변형률 게이지를 부착한 일실시예를 나타내기 위한 설명도

도 11은 종방향 빔(보) 부재에 변형률 게이지를 부착한 일실시예를 나타내기 위한 설명도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 벤딩 플레이트

102 : 측정센서

103 : 로드셀

104 : 변형률 게이지

105 : 빔(보)

120 : 재하되는 축하중

121 : 벤딩 플레이트와 동일하게 거동되는 종방향 빔(보) 또는 아치보

122 : 벤딩 플레이트와 동일하게 거동되는 횡방향 빔(보)

124 : 변형률 선도

125 : 로드셀

126 : 벤딩 플레이트 프레임

127 : 고정장치

128 : 터미널 연결부

129 : A/D 컨버터

130 : 신호처리부

본 발명은 도로면에 매설되어 도로위를 주행하는 차량의 무게를 측정하는 차량 축중량 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 판거동 계측에 의하여 축중 량을 환산하는 벤딩 플레이트 또는 로드셀 방식의 축중량 측정장치에 비하여, 측정 민감도는 높으면서도 유지관리가 편리하고 상대적으로 가격이 저렴한 보급형 차량 축중량 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

차량 축중량 측정장치는 차량이 주행하는 도로에 매설되어 교통흐름에 방해를 주지 않고 차량의 중량에 관련된 각종 데이터를 수집하는 장비로서, 특히 과속 및 과적 차량을 적발하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 교량과 같은 시설물은 중차량 통과에 의하여 심각한 손상이 유발될 수 있어 축중량의 측정은 매우 중요한 요소로 인식되고 있으며, 교량의 내하력과 같이 시설물의 상태와 수명을 평가하기 위하여 응답계측에 따른 입력하중 또한 매우 중요한 요소라고 할 수 있으나, 종래의 축중량 측정장치는 다음과 같은 한계성을 내재하고 있다.

종래의 축중량 측정장치는 여러 종류가 있으며, 일반적으로 도 1의 벤딩 플레이트 형식의 축중량 측정장치와 도 2의 로드셀 방식의 축중량 측정장치가 가장 일반적이며, 압전센서 또는 광섬유센서를 사용하는 것도 있다.

가장 일반적으로 많은 적용이 되었던 벤딩 플레이트 또는 로드셀 방식의 축중량 측정장치는 한 개소 설치비용이 매우 고가이므로 일반적인 도로상에는 적용되기 어려운 한계성이 있어, 고속도로 톨게이트 입구 정도에만 국한적으로 사용되는 문제점이 있었다. 또한 도 1의 벤딩 플레이트 방식은 스틸 플레이트 판에 스트레인 게이지와 같은 센서를 부착한 후 차량 통과시 판에 유발되는 응답을 계측하여 축중량을 환산하는 방식으로 오차범위가 ± 10% 정도로 정밀도가 높지 않은 단점이 있을 뿐만 아니라, 스틸 플레이트 손상으로 수명이 길지 않아 지속적인 유지관리가 필요한 단점이 있다. 벤딩 플레이트에 로드셀을 부착한 도 2의 로드셀 방식의 축중량 측정장치의 오차범위는 ± 6% 정도로 벤딩 플레이트 방식에 비하여는 상대적으로 높은 편이나 로드셀이 놓인 위치 인근에 차량이 통과할 경우 비교적 정밀한 축중량을 측정할 수 있으나, 로드셀과 일정거리 떨어진 위치로 차량이 통과되면 측정오차는 점점 커지는 단점이 있다(도 7). 또한 벤딩 플레이트 방식에 비하여 수명은 긴 것으로 조사되어 있으나, 지속적으로 고가의 로드셀을 교체해줘야 함으로서 이 또한 유지관리 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

한편, 압전센서를 이용한 축중량 측정장치는, 계중속도가 빠르지 않고 측정치도 정확하지 못하다는 한계가 있다. 예컨대 상기 압전센서를 사용하는 계중장치는 플라스틱제 바디를 사용하는데 플라스틱 바디는 차량이 그 위를 통과한 다음 처음의 위치로 복원하는데 시간이 오래 걸려 바로 뒤따라가는 차량의 계중을 정확히 할 수 없는 단점이 있다. 이는 바디가 일단 수평으로 위치되어 있어야 그 위를 지나가는 차량에 의해 눌린 정도를 정확히 파악할 수 있지만, 수평으로 복원되고 있는 중간에 두 번째 차량이 지나가면 두 번째 차량의 정확한 무게를 측정할 수 없기 때문이다. 또한 상기 바디가 플라스틱제이므로 특히 겨울철에는 타이어에 의해 파손되기 쉬워 빈번한 유지보수가 필요하고 교통의 흐름에 방해가 됨은 물론 도로 유지비용이 증가하게 된다는 문제가 있었다.

그리고 상기의 광섬유센서를 이용한 방식은 interrogator 자체의 가격이 고가인 단점을 내재하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 발명은 벤딩 플레이트 방식의 축중량 측정장치에 있어, 변형률 게이지를 이용한 응답의 계측을 판거동 형태로 측정하는 것이 아닌 빔거동 형태로 측정함에 있어 측정 응답의 신뢰성을 크게 향상시킴을 목적으로 한다. 실시예로서 도 3의 벤딩 플레이트에 부착된 변형률 게이지는 차량통과에 의하여 판은 종방향 뿐만 아니라 횡방향으로 벤딩이 발생됨으로 인하여 변형률 게이지에 의한 응답은 종방향 뿐만 아니라 횡방향의 응답이 동시에 반영되기 때문에 입력하중의 특성을 정확히 규명하기 어려운 단점이 있다. 이에 비하여 도 4와 같이 횡방향으로는 매우 얇은 빔에 부착된 변형률 게이지는 횡방향의 거동이 유발되지 않기 때문에 종방향 응답의 측정만으로 입력특성을 정확히 규명해낼 수 있음을 특징으로 한다. 따라서 고가의 로드셀을 사용하지 않고도 로드셀을 이용한 방식 이상의 정밀도를 확보할 수 있으면서도, 원가절감을 통하여 유지관리 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있는 보급형 축중량 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 로드셀을 이용한 방식의 경우에는 도 7의 (A)와 같이 로드셀이 위치한 곳에 차량의 축하중이 재하되면 정밀도가 높은 계측응답을 획득할 수 있는 반면, 도 7의 (B)와 같이 로드셀이 위치한 곳과 떨어진 위치에 차량의 축하중이 재하되면 오차범위는 지속적으로 커질 수밖에 없는 단점이 내재되어 있다.

이에 반하여, 본 발명의 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치는 도 6에서 보는바와 같이 벤딩 플레이트에 적어도 1개 이상의 변형률 게이지가 부착된 아치보 또는 종방향 혹은 횡방향 보를 설치함으로서, 축하중에 의하여 벤딩 플레이트에 유발된 굽힘은 그대로 아치보(혹은 종방향 또는 횡방향 보)에 전달되는 것을 특징으로 한다. 상기 차량의 축중량은 도 5에서와 같이 중앙부에 위치한 경우에는 중앙부에 위치한 변형률 게이지의 응답이 최대이기 때문에 변형률 선도의 최대 발생위치가 중앙부가 될 것이며, 도 6에서와 같이 중앙부가 아닌 위치에 축하중에 위치한다 하더라도, 그 지점에 위치한 변형률의 응답이 최대로 발생되어 변형률선도의 최대 발생지점을 기준으로 정확한 입력하중을 추정할 수 있어, 가격은 저렴하면서도 정밀도가 크게 향상된 축중량 측정장치를 제공할 수 있는 것이다. 또한 고가의 로드셀을 대치하여 저가의 스트레인 게이지와 아치보 또는 종횡방향 빔(보)만 교체함으로서 향후 유지관리 비용도 크게 절감할 수 있는 효과가 있는 보급형 축중량 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 기존 포장면을 소정의 깊이로 커팅 후 벤딩 플레이트를 위치시키기 위한 벤딩 플레이트 프레임(126)과; 차량 통과에 의하여 벤딩이 유발되며 이 하중을 그 하부에 위치한 빔(보)에 전달하는 벤딩 플레이트(101)와; 상기 벤딩 플레이트 프레임 위에 위치하며 차량 통과에 의하여 벤딩 플레이트에 벤딩이 발생되면 판형태의 거동을 빔(보) 형태의 거동으로 변화시켜주는 역할을 수행하는 적어도 1개 이상의 빔(보) 부재(121)와; 벤딩 플레이트 프레임에 벤딩 플레이트와 빔(보) 부재를 고정하기 위한 적어도 1개소 이상의 고정장치(127)와; 상기 빔(보) 부재에 부착되어 입력하중의 크기에 따라서 응답을 측정하기 위한 적어도 1개 이상의 변형률 게이지(104)와; 상기 적어도 1개소 이상의 변형률 게이지를 신호 처리부에 연결하기 위한 터미널 연결부(128)와; 아나로그 입력신호를 디지털 데이터 로 변환하기 위한 A/D 컨버터(129)와; 상기의 입력신호를 신호처리에 의하여 입력하중의 크기를 산출할 수 있는 신호처리부(130)로 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기의 변형률 게이지가 부착된 빔(보) 부재는 아치 형태이거나 종방향 또는 횡방향으로 위치한 사각형태의 빔(보) 임을 특징으로 한다.

또한 상기의 변형률 게이지는 빔(보) 부재에 부착됨에 있어 응답이 측정되는 방향과 수직방향으로 1개소 이상 추가적으로 부착하여, 외부 하중에 의해서는 반응하지 않고 온도와 같은 주변환경에만 반응하도록 하여 향후 측정신호를 보정시킴으로서 측정응답의 신뢰성을 더욱 향상시킴을 특징으로 한다.

상기에 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같은 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치를 제공함으로서, 기존의 벤딩플레이트 방식의 축중량 측정장치에 있어서 판거동 측정방식을 빔거동 측정방식으로 유도하거나, 고가의 로드셀 측정방식의 축중량 측정장치에 있어서 저가인 변형률 게이지가 부착된 빔(보) 부재로 대체함으로서 저가이면서도 정확한 축중량을 측정할 수 있다. 또한 고속계중을 할 수 있으며, 온도 등과 같은 주변의 환경영향을 배제할 수 있도록 구성함으로서 외부환경에 영향을 받지 않아 측정치의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims

벤딩 플레이트를 위치시키기 위한 벤딩 플레이트 프레임(126)과; 차량 통과에 의하여 벤딩이 유발되며 이 하중을 그 하부에 위치한 빔(보)에 전달하는 벤딩 플레이트(101)와; 상기 벤딩 플레이트 프레임 위에 위치하며 차량 통과에 의하여 벤딩 플레이트에 벤딩이 발생되면 판형태의 거동을 빔(보) 형태의 거동으로 변화시켜주는 역할을 수행하는 적어도 1개 이상의 빔(보) 부재(121)와; 벤딩 플레이트 프레임에 벤딩 플레이트와 빔(보) 부재를 고정하기 위한 적어도 1개소 이상의 고정장치(127)와; 상기 빔(보) 부재에 부착되어 입력하중의 크기에 따라서 응답을 측정하기 위한 적어도 1개 이상의 변형률 게이지(104)와; 상기 적어도 1개소 이상의 변형률 게이지를 신호 처리부에 연결하기 위한 터미널 연결부(128)와; 아나로그 입력신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 A/D 컨버터(129)와; 상기의 입력신호를 신호처리에 의하여 입력하중의 크기를 산출할 수 있는 신호처리부(130)로 구성됨을 특징으로 하는 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치.
제 1항에 있어서,

상기의 변형률 게이지가 부착된 빔(보) 부재는 적어도 1개 이상의 아치 형태이거나 종방향 또는 횡방향으로 위치한 사각형태의 빔(보) 임을 특징으로 하는 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치.
제 1항에 있어서,

상기의 변형률 게이지는 빔(보) 부재에 부착됨에 있어 응답이 측정되는 방향과 수직방향으로 적어도 1개소 이상 추가적으로 부착하여, 외부 하중에 의해서는 반응하지 않고 온도와 같은 주변환경에만 반응하도록 하여 향후 측정신호를 보정시킴으로서 측정응답의 신뢰성을 더욱 향상시킴을 특징으로 하는 빔거동 측정형식의 축중량 측정장치.