KR101172201B1 - 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조 및 설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 긴장재에 작용하는 장력을, 광섬유로 이루어져 측정대상 구조물의 변형률을 측정할 수 있는 광섬유 센서에 의해서 정밀하게 측정할 수 있도록 하기 위하여, 광섬유 센서를 긴장재에 설치하는 구조 및 설치하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 광섬유 센서부(101)와 지그결합부(102)와 데이터 전달선(103)으로 이루어져 광섬유 센서부(101)의 신율변화를 측정함으로써 긴장재(200)의 장력을 측정하게 되는 구조를 가지는 광섬유 센서(100)를 이용하며, 지그결합부(102)의 하부에는 상,하부 결합부재(11, 12)로 이루어진 지그(1)가 결합되어 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치하게 되는데; 상,하부 결합부재(11, 12)의 관통공 형성부(13) 내면에는 결합돌기(14)가 형성되어 있으며; 지그결합부(102) 간의 간격에 맞추어 관통공(21)이 형성되어 있는 지그 임시고정판(20)에, 상부 결합부재(11)를 결합한 상태에서, 하부 결합부재(12)를 서로 체결 고정하여, 결합돌기(14)가 긴장재(200)의 외면을 가압함으로써 지그(1)가 긴장재(200)와 일체화되도록 지그(1)를 긴장재(200)에 설치하는 단계; 지그 임시고정판(20)을 제거하는 단계; 및 지그결합부(102)와 상기 상부 결합부재(11)를 서로 체결하여 광섬유 센서(100)를 지그(1)에 결합함으로써 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치방법 및 이를 이용한 광섬유 센서 설치구조가 제공된다.

Description

긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조 및 설치방법{Installation Structure and Method of Fiber Bragg Grating Sensor for Tensile Stress in Tension Member}

본 발명은 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조 및 설치방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 사장교의 주탑과 보강형(교량의 바닥판과 주형)을 연결하는 케이블을 이루는 스트랜드 등과 같은 긴장재에 작용하는 장력을, 광섬유로 이루어져 측정대상 구조물의 변형률을 측정할 수 있는 광섬유 센서에 의해서 정밀하게 측정할 수 있도록 하기 위하여, 광섬유 센서를 긴장재에 설치하는 구조 및 설치하는 방법에 관한 것이다.

긴장재에 작용하는 장력을 정확하게 측정해야 할 필요가 있을 때가 매우 많다. 긴장재를 이용하는 대표적인 구조물로는 예를 들어 사장교가 있는데, 사장교는 주탑과 연결된 케이블에 보강형이 지지되는 구조를 가지며, 보강형에 작용하는 하중이 케이블로 직접 전달된다. 케이블의 하중분담 효과가 크므로 사장교의 구조적인 안전성을 확보하기 위해서는 케이블에 작용하는 장력의 정밀한 측정과 관리가 매우 중요하다. 또한 사장교의 시공 중에는 형상 관리가 수행되는데, 이러한 교량의 형상 관리는 케이블의 장력 및 보강형의 형상을 목표 장력과 형상으로 일치시키는 일련의 과정으로서, 케이블 장력의 정확한 측정이 수반되어야만 시공 중 및 공용 중에 교량 구조물의 정밀한 형상관리 및 안전성 확보가 가능하다.

이러한 케이블은 복수개의 스트랜드로 이루어지는데, 케이블의 장력을 측정하기 위하여 종래에는, 시공 중에 케이블을 이루는 여러 개의 스트랜드에 대해 리프트-오프 테스트(Lift-Off Test)를 수행하여, 테스트 결과를 산술 평균함으로써 케이블의 장력을 측정하는 방법이 주로 사용되고 있고, 공용 중에는 로드셀 및 1축 가속도계를 이용하여 케이블 장력의 대표값을 추정하는 방법이 주로 사용되고 있다.

그러나 스트랜드의 장력을 측정함에 있어서, 리프트-오프 테스트 방식의 경우, 인력투입에 따른 작업 기간의 지연이 발생하게 되고, 장력을 실시간으로 측정할 수 없다는 단점이 있다. 로드셀을 이용한 측정방법의 경우에는, 장비의 단가가 고가여서 장력 측정에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라, 로드셀을 망실할 가능성이 매우 큰데 비하여, 로드셀이 망실되었을 때 이를 교체하는 것이 불가능하다는 단점이 있다. 또한 일반적으로 로드셀은 전기 저항 방식이므로 낙뢰에 매우 취약하며, 보정작업을 빈번하게 수행해야 한다는 단점이 있다. 한편, 1축 가속계는 케이블 길이가 짧은 경우 측정결과가 부정확하며, MS Type과 일치하는 거동을 하지 않는다는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 구조물의 변형률 측정 센서로서, 광섬유 센서가 주목을 받고 있다. 이러한 광섬유 센서로서 대표적인 것은 FBG(Fiber Bragg Grating) 타입의 광섬유 센서인데, 격자(grating)가 형성된 광섬유에 물리적인 힘의 작용으로 인하여 변형이 생겼을 때 격자에서의 빛 굴절 변화가 유발되면 이러한 굴절 변화를 측정함으로써 광섬유의 변형률을 측정하고, 이를 이용하여 광섬유가 고정되어 있는 구조물의 변형률을 측정함으로써, 구조물에 작용하는 하중 및 응력을 알 수 있게 된다.

이와 같이 FBG 타입으로 대표되는 광섬유 센서를 이용하여 사장교 케이블의 스트랜드와 같이, 인장력을 받는 부재인 긴장재의 장력을 측정함에 있어서, 무엇보다 중요한 것은 긴장재의 변형률이 광섬유 센서에 정확하게 전달되도록 하는 것이며, 더 나아가 광섬유 센서의 측정기준점과 광섬유 센서의 고정 위치가 일치하도록 하는 것이다. 이를 위해서는 광섬유 센서를 긴장재에 설치하기 적합한 지그를 개발하는 것이 매우 중요하다.

도 1에는 시중에서 시판되는 패키지화되어 있는 FBG 타입의 광섬유 센서(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 광섬유 센서(100)가 지그(1)에 의해 긴장재(200)에 설치된 상태의 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 시중에 시판되는 패키지화된 FBG 타입의 광섬유 센서(100)는, 일반적으로 격자가 새겨져 있는 광섬유 외면에 피복이 씌워져서 변형률을 측정하게 되는 광섬유 센서부(101)와, 상기 광섬유 센서부(101)의 양단에 구비되어 지그(1)가 결합될 수 있도록 하는 지그결합부(102)와, 각각의 상기 지그결합부(102) 외측으로 연결되는 데이터 전달선(103)을 포함하여 구성된다. 지그결합부(102)의 하부에는, 긴장재(200)에 물리게 되는 지그(1)가 결합된다.

이러한 광섬유 센서(100)에서, 광섬유 센서부(101)의 신율변화를 측정하여 긴장재(200)의 장력을 측정하게 되는데, 광섬유 센서부(101)의 신율변화를 측정하게 되는 기준점 즉, 측정기준점은 일반적으로 지그결합부(102)의 중앙이 된다. 도 2에 도시된 것처럼, 양측 지그결합부(102)의 중앙 점이 측정기준점이 되고, 상기 측정기준점 사이의 길이가 신율측정기준길이가 되는 것이다. 다시 말하면, 광섬유 센서(100)가 긴장재 등과 같이 변형률 측정 대상 구조물에 결합되었을 때, 변형이 발생하지 아니한 상태를 나타내는 길이는 측정기준점 사이의 길이가 되며, 이 길이가 바로 "신율측정기준길이"가 되는 것이다.

광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 견고하게 결합하기 위해서는 지그(1)를 이용하게 되는데, 이러한 지그(1)는 소정 두께(W)를 가지고 있으므로, 지그(1)가 측정대상 긴장재(200)에 결합되었을 때 지그(1)의 두께에 해당하는 면적으로 지그(1)와 긴장재(200)가 서로 접촉하게 된다. 광섬유 센서(100)의 측정기준점은 말그대로 "점"에 해당하는 것인데 비하여, 실제 광섬유 센서(100)가 고정되는 위치는 "점"이 아니라 면적이 되는 상황 즉, 지그(1)와 긴장재(200)가 접촉하게 되는 접촉"면"이 되는 불일치 상황이 벌어지게 된다. 그에 따라 광섬유 센서(100)는 점과 점 사이의 거리 즉, 측정기준점 사이의 거리를 신율측정기준길이로 삼아 변형률을 측정하도록 만들어져 있음에도 불구하고, 실제로는 광섬유 센서(100)가 긴장재(200)와 결합되는 것은 면접촉에 의한 것이 되므로, 긴장재(200)에서는 변형률 측정의 기준이 되는 신율측정기준길이의 시점과 종점이 불분명해지게 된다. 따라서 지그(1)가 긴장재(200)에 닿고 있는 접촉면으로 인한 변형률 측정오차가 발생하게 된다. 특히, 지그(1)가 긴장재(200)에 닿고 있는 접촉면이 클수록 광섬유 센서(100)에 의한 긴장재의 변형률 측정치는 오차가 커지게 되고 정확도가 낮아지게 된다.

따라서 광섬유 센서를 긴장재에 설치함에 있어서 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 지그를 개발하는 것이 매우 중요하다.

또한 긴장재의 일예로서, 복수개의 스트랜드로 만들어지는 사장교 케이블의 장력을 측정하기 위하여, 사장교 케이블의 스트랜드에 광섬유 센서를 설치함에 있어서, 사장교 케이블의 특수성을 감안하여 사장교 케이블의 상황에 맞추어 효율적으로 설치하는 것도 매우 중요하다.

본 발명은 위와 같이 광섬유 센서를 이용하여 사장교 케이블의 스트랜드와 같은 긴장재의 장력을 측정함에 있어서, 긴장재의 변형률이 광섬유 센서에 정확하게 전달되도록 하며, 광섬유 센서의 측정기준점과 긴장재에서의 지그 결합면적 차이로 인한 오차 발생을 최소화할 수 있고, 지그가 긴장재와 수직한 상태로 결합되도록 함으로써, 지그가 긴장재에 기울어져 설치됨으로써 발생하는 오차를 원천적으로 차단하며, 광섬유 센서의 길이에 맞추어 현장에서 지그를 신속하고 간편하게 긴장재에 설치할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 이러한 광섬유 센서를 긴장재의 일예로서 사장교 케이블의 스트랜드에 설치할 경우, 그 설치 상황에 맞추어 광섬유 센서가 장기적으로 그리고 안정적으로 작동할 수 있도록 하는 광섬유 센서의 설치구조와 설치방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 긴장재의 장력을 측정하기 위하여, 광섬유 센서를 긴장재에 설치하는 방법으로서, 상기 광섬유 센서는, 광섬유로 이루어져 변형률을 측정하는 광섬유 센서부의 양단에 지그가 결합될 수 있는 지그결합부가 설치되어 있고, 상기 지그결합부의 후방으로 데이터 전달선이 연결되어 있는 구조를 가지고 있어, 광섬유 센서부의 신율변화를 측정함으로써 긴장재의 장력을 측정하게 되는 구조를 가지며; 상기 지그결합부의 하부에는 긴장재를 감싸는 상부 결합부재 및 하부 결합부재로 이루어진 지그가 결합되어 광섬유 센서를 긴장재에 설치하게 되는데; 상기 상부 결합부재 및 하부 결합부재는 서로 체결되었을 때, 긴장재를 감쌀 수 있는 관통공을 형성하는 관통공 형성부가 형성되어 있으며, 상기 관통공 형성부의 내면에는 결합돌기가 형성되어 있으며; 긴장재의 길이 방향으로 길게 연장되어 있고 광섬유 센서의 양단에 구비되는 지그결합부 간의 간격에 맞추어 관통공이 형성되어 있는 지그 임시고정판에, 상기 지그의 상부 결합부재를 결합하는 단계; 지그 임시고정판과 결합되어 있는 상부 결합부재와, 상기 하부 결합부재가 긴장재를 감싸도록 배치한 후 서로 체결 고정하여, 상기 결합돌기가 긴장재의 외면을 가압함으로써 지그가 긴장재와 일체화되도록 지그를 긴장재에 설치하는 단계; 상기 지그 임시고정판을 상부 결합부재로부터 분리하여 제거하는 단계; 및 상기 광섬유 센서의 지그결합부와 상기 상부 결합부재를 서로 체결하여 광섬유 센서를 지그에 결합함으로써 광섬유 센서를 긴장재에 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치방법이 제공된다.

이러한 본 발명에 따른 설치방법에 있어서, 상부 결합부재와 하부 결합부재가 긴장재를 감싸도록 체결하여 지그를 긴장재에 설치하는 단계에서, 하부 결합부재의 하면에도, 긴장재의 길이 방향으로 길게 연장되어 있고 광섬유 센서의 양단에 구비되는 지그결합부 간의 간격에 맞추어 관통공이 형성되어 있는 지그 임시고정판을 결합하고; 하부 결합부재에도 지그 임시고정판이 설치된 상태에서, 하부 결합부재를, 지그 임시고정판과 결합되어 있는 상부 결합부재와 서로 체결 고정할 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 상기한 설치방법에 따라 광섬유 센서를 긴장재에 설치하는 구조가 제공된다.

이러한 본 발명의 광섬유 센서 설치구조에서, 긴장재는 사장교의 주탑부와 보강형 사이에 배치되는 사장교 케이블의 스트랜드이고, 사장교 주탑부의 케이블 정착부 전면부에서 HDPE 파이프 내에 위치한 긴장재 또는 사장교의 보강형과 사장교 케이블이 연결되는 부분에서 안티-반달리즘 파이프 내에 위치한 긴장재에 상기 지그가 결합되어 광섬유 센서가 설치되며; 광섬유 센서의 데이터 전달선은 HDPE 파이프와 가이드 파이프가 서로 겹치는 위치 또는 상기 안티-반달리즘 파이프와 가이드 파이프가 서로 겹치는 위치에서 외부로 인출되어 데이터 처리 장치로 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, HDPE 파이프 또는 안티-반달리즘 파이프의 단부 내부에 형성된 플랜지부에 절취부가 형성되어 있으며, 상기 HDPE 파이프 또는 안티-반달리즘 파이프의 내부에서 케이블에 설치된 광섬유 센서의 데이터 전달선은 상기 절취부를 관통하여 외부로 인출되도록 할 수도 있다.

또한, 위와 같은 본 발명의 설치구조에서, 상기 지그의 전방과 후방에는, 피복을 가지는 긴장재에서 긴장재와 그 외부의 피복 사이에 발생하는 미끄러짐 현상으로 인한 광섬유 센서에 대한 영향을 줄이는 보조지그가 각각 더 설치될 수 있는데, 상기 보조지그는 상,하부 결합부재로 구성되어, 상기 상,하부 결합부재가 긴장재를 감싸서 서로 체결됨으로써, 상기 보조지그가 긴장재에 일체화되어 고정되며, 상기 보조지그는, 긴장재에 고정된 상태에서 상부 결합부재의 상면이 광섬유 센서의 지그결합부의 후방에 연결되는 데이터 연결선의 하면을 지지하게 되는 구조를 가질 수도 있다.

본 발명에서는 지그의 상,하부 결합부재 내면에 좁은 두께의 결합돌기를 형성하여 긴장재와 결합되도록 함으로써, 긴장재와 지그간의 강력한 결합을 형성하면서도, 지그가 긴장재에 닿고 있는 접촉면을 최소화시켜 지그와 긴장재의 면접촉에 의한 변형률 측정 오차를 줄여 광섬유 센서에 의한 변형률 측정치의 정확도를 향상시키게 되는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에서는 광섬유 센서의 지그결합부 간의 간격에 맞추어서 미리 계측해놓은 위치에 상부 결합부재를 결합할 수 있는 지그 임시고정판을 이용하므로, 지그가 지그결합부 간의 정해진 간격에 맞춰서 정해진 위치에서 긴장재에 용이하게 결합될 수 있으며, 따라서 현장에서 지그의 설치 간격을 측정하거나 조정할 필요가 없이 미리 정해진 위치에 정확하게 결합할 수 있게 되어 지그 설치작업의 효율성을 향상시킬 수 있고, 지그 설치의 오차로 인한 변형률 측정의 정확도 저하를 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 지그 임시고정판을 이용함으로써, 지그가 긴장재에 대해 기울어지는 상태로 결합되는 것을 방지할 수 있어, 지그의 기울어짐으로 인한 변형률 측정의 정확도 저하도 방지할 수 있게 되는 효과도 발휘된다.

더 나아가 본 발명을 사장교 케이블 장력 측정에 적용하게 되면, 사장교 케이블의 설치 상황에 맞추어 광섬유 센서가 장기적으로 안정적으로 작동할 수 있게 광섬유 센서를 사장교 케이블에 설치할 수 있게 된다.

도 1은 패키지화되어 있는 FBG 광섬유 센서의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광섬유 센서가 지그에 의해 긴장재에 설치된 상태의 개략적인 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 지그에 의해 광섬유 센서가 긴장재에 고정된 상태의 개략적인 사시도이다.
도 5는 광섬유 센서의 지그결합부와 결합되는 한 쌍의 지그에 지그 임시고정판이 결합되는 상태를 보여주는 분해 사시도이다.
도 6은 지그 임시고정판이 결합된 상태로 지그가 긴장재에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7a는 상부 결합부재와 하부 결합부재에 각각 지그 임시고정판을 결합하여 지그를 긴장재에 설치한 상태의 개략적인 사시도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 2개의 지그 임시고정판을 결합한 상태의 개략적인 측면도이다.
도 8은 사장교의 주탑부에서 사장교 케이블의 스트랜드에 상기한 본 발명의 지그를 이용하여 광섬유 센서를 설치하는 구조에 대한 개략도이다.
도 9는 사장교의 보강형과 사장교 케이블이 연결되는 부분에서 본 발명의 지그를 이용하여 광섬유 센서를 설치하는 구조에 대한 개략도이다.
도 10은 HDPE 파이프가 가이드 파이프와 겹치는 부분에 대한 개략적인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 본 발명의 지그(1)에 의해 광섬유 센서가 긴장재(200)에 고정된 상태의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 지그(1)는 긴장재(200)를 감싸는 상부 결합부재(11) 및 하부 결합부재(12)로 이루어져 있으며, 상기 상부 결합부재(11)는 패키지화되어 있는 광섬유 센서(100)의 지그결합부(102)와 일체화된다. 상기 상,하부 결합부재(11, 12)는 볼트 등과 같은 체결수단에 의해 서로 견고하게 체결되는데, 서로 체결되었을 때, 긴장재(200)를 상,하로 감쌀 수 있는 긴장재가 형성되도록 관통공 형성부(13)가 형성되어 있다. 도 3에서 부재번호 15는 상,하부 결합부재(11, 12)를 결합하기 위한 체결수단(도시를 생략함)이 삽입되는 지그결합공(15)이며, 부재번호 16은 지그(1)가 광섬유 센서(100)의 지그결합부(102)와 결합되도록, 지그결합부(102)를 관통하여 볼트 등의 체결수단이 결합되는 센서결합공(16)이다.

본 발명에서는 상기 상,하부 결합부재(11, 12)의 상기 관통공 형성부(13) 내면에 상,하부 결합부재(11, 12)의 두께보다 그 폭이 좁은 결합돌기(14)를 형성하였다. 따라서 상기 관통공 형성부(16)에 의해 만들어지는 케이블 관통공에 사장교의 긴장재(200)가 위치하고 상,하부 결합부재(11, 12)가 체결수단에 의해 견고하게 체결되어 고정될 때, 긴장재(200)의 외면을 가압하게 되는 것은 상,하부 결합부재(11, 12)의 두께 전체의 내면이 아니라, 좁은 폭의 결합돌기(14)이다. 따라서 지그(1)가 긴장재(200)를 견고하게 물게 되어 광섬유 센서(100)가 긴장재(200)와 완전하게 일체화가 이루어지면서도 지그(1)가 긴장재(200)에 닿고 있는 접촉면이 최소화되어, 지그(1)와 긴장재(200) 간의 면접촉으로 인한 측정 정밀도 저하를 방지할 수 있게 된다. 즉, 위와 같이 본 발명에서는 지그(1)의 상,하부 결합부재(11, 12) 내면에 좁은 두께의 결합돌기(14)를 형성하여 긴장재(200)와 결합되도록 함으로써, 긴장재(200)와 지그(1)의 결합을 약화시키지 않고서도, 지그(1)가 긴장재(200)에 닿고 있는 접촉면을 최소화시켜 지그(1)와 긴장재(200)의 면접촉에 의한 변형률 측정 오차를 줄여 광섬유 센서(100)에 의한 변형률 측정치의 정확도를 향상시키게 된다. 특히, 상기 결합돌기(14)는 양측 지그(1) 사이의 길이를 광섬유 센서의 신율측정기준길이와 일치시킬 수 있는 위치에 형성되어 있다.

광섬유 센서(100)는 매우 민감한 장치이고 광섬유로 만들어져 있으므로 작은 충격에도 손상될 수 있어 취급에 상당한 주의가 필요하므로, 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치할 때에는 우선 지그(1)를 긴장재(200)에 결합한 후에 광섬유 센서(100)를 지그(1)에 결합하게 된다. 그런데 교량 시공 현장 등과 같이 장력을 측정하고자 하는 현장에서 지그(1)를 긴장재(200)에 결합할 때, 양쪽 지그(1)간의 거리 즉, 지그(1)가 긴장재(200)에 결합된 위치 간의 거리가 광섬유 센서(100)의 지그결합부(102) 사이 거리와 동일하게 맞추는 작업을 수행하는 것은 매우 어려운 일이다. 특히, 교량 시공 현장에서는 강한 바람이나 악천우, 기타 험한 지형 등과 같이 자연환경에 의해 시공여건이 매우 취약하기 때문에 복수개의 지그(1)를 정확한 간격을 두고 긴장재(200)에 결합하는데는 상당한 어려움이 따르게 된다.

이러한 어려움을 해결하기 위하여 본 발명에서는 지그 임시고정판(20)을 이용하여 지그(1)를 긴장재(200)에 결합한다. 도 5에는 광섬유 센서(100)의 지그결합부(102)와 결합되는 한 쌍의 지그(1)에 지그 임시고정판(20)이 결합되는 상태를 보여주는 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 지그 임시고정판(20)이 결합된 상태로 지그(1)가 긴장재(200)에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

앞서 설명한 것처럼, 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치하기에 앞서, 지그(1)를 긴장재(200)에 먼저 결합하게 되는데, 긴장재(200)의 길이 방향으로 길게 연장되어 있으며, 광섬유 센서(100)의 양단에 구비되는 지그결합부(102) 간의 간격에 맞추어 관통공(21)이 형성되어 있는 지그 임시고정판(20)을 이용한다. 즉, 지그 임시고정판(20)에 형성된 관통공(21) 위치에 지그(1)의 상부 결합부재(11)를 배치하고, 볼트와 같은 체결수단을 관통공(21)에 관통 삽입하여 상부 결합부재(11)에 형성된 센서결합공(16)에 결합한다. 이와 같이 지그 임시고정판(20)에 상부 결합부재(11)가 결합된 상태에서, 상부 결합부재(11)를 긴장재(200)의 상부에 배치하고 긴장재(200)의 하부에 하부 결합부재(12)를 배치한다. 이러한 상태에서 상부 결합부재(11)와 하부 결합부재(12)와 체결하여 지그(1)를 긴장재(200)에 견고하게 결합하게 된다. 지그(1)가 설치되면 지그 임시고정판(20)을 상부 결합부재(11)로부터 분리하여 제거하고, 광섬유 센서(100)의 지그결합부(102)를 지그(1)에 결합하여 광섬유 센서(100)를 설치한다.

본 발명에서는 위와 같이 지그 임시고정판(20)에서 미리 계측해놓은 간격에 맞추어 상부 결합부재(11)를 결합한 상태에서, 현장에서 긴장재(200)에 상부 결합부재(11)를 배치하고 하부 결합부재(12)와 서로 결합함으로써, 지그(1)가 정해진 위치 즉, 지그결합부(102) 간의 정해진 간격에 맞추어 긴장재(200)에 용이하게 결합될 수 있다. 만일 이러한 지그 임시고정판(20)을 이용하지 아니하는 경우, 현장에서 지그(1)의 설치 간격을 측정하면서 긴장재(200)에 지그(1)를 결합하여야 하므로, 매우 번거로운 작업이 수반되며, 지그(1)의 결합 위치도 정확하지 않게 되는데, 본 발명에서는 위와 같이 지그 임시고정판(20)을 이용하므로, 현장에서 지그(1)의 설치 간격을 측정하거나 조정할 필요가 없어지며 미리 정해진 위치에 정확하게 결합할 수 있게 된다. 따라서 지그(1)를 긴장재(200)에 결합하는 작업의 효율성을 향상시킬 수 있고, 지그(1) 설치의 오차로 인한 변형률 측정의 정확도 저하를 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 특히, 위와 같이 지그 임시고정판(20)을 이용하게 되면 지그(1)가 긴장재(200)에 대해 수직하게 설치되지 못하고, 기울어지는 상태로 되는 것을 방지할 수 있어, 지그(1)의 기울어짐으로 인한 변형률 측정의 정확도 저하도 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 지그(1)의 기울어짐 방지를 더욱 강화하기 위한 추가적인 조치로서, 상기 지그 임시고정판(20)을 하부 결합부재(12)에도 더 결합할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에는 각각 상부 결합부재(11) 뿐만 아니라 하부 결합부재(12)에도 지그 임시고정판(20)을 설치하여 지그(1)를 긴장재(200)에 설치한 상태의 개략적인 사시도와 측면도가 도시되어 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 것처럼, 상부 결합부재(11)의 위쪽으로 지그 임시고정판(20)을 결합하는 것과 병행하여, 하부 결합부재(12)의 아래쪽에도 또다른 지그 임시고정판(20)을 결합해두게 되면, 상부 결하부재(11) 간의 간격이 고정됨은 물론이고 하부 결하부재(12) 간의 간격도 지그 임시고정판(20)에 의해 고정된다.

따라서 각각 지그 임시고정판(20)과 결합되어 있는 상태로 상,하부 결합부재(11, 12)를 서로 결합시켜 지그(1)를 긴장재(200)에 설치하였을 때, 지그(1)의 정면 또는 배면이 자동적으로 긴장재(200)에 수직하게 되며, 그에 따라 지그(1)가 기울어짐으로 인하여 지그(1) 사이의 길이가 광섬유 센서(100)의 신율측정기준길이와 달라지는 것을 방지하게 된다. 그 결과, 측정 정확도의 저하를 방지할 수 있게 된다.

도면에서 부재번호 10은 보조지그(10)로서, 필요에 따라 상기 지그(1)의 전방과 후방에 각각 설치될 수 있다. 상기 보조지그(10) 역시 지그(1)와 마찬가지로 상,하부 결합부재로 이루어지며, 상기 보조지그(10)의 상,하부 결합부재는 긴장재(200)를 감싸서 서로 체결되어 긴장재(200)에 견고하게 일체화되어 고정된다. 광섬유 센서를 설치하는 긴장재(200)가 피복을 가지고 있는 경우에 상기 보조지그(10)가 매우 유용한데, 긴장재(200)의 외면에 피복이 존재한 상태에서 상기 보조지그(10)를 피복 외부에서부터 감싸서 긴장재(200)에 고정시키게 되면, 피복과 긴장재(200)가 상기 보조지그(10)에 의해 서로 강하게 밀착되어, 보조지그(10) 결합 위치에서는 두 부재(피복과 긴장재) 사이의 슬립이 극도로 제한되며, 보조지그(10)의 외측 위치에서 피복과 긴장재(200) 사이의 슬립(미끄러짐)이 발생하더라도, 보조지그(10)의 내측 위치 즉, 양측 보조지그(10) 사이의 광섬유 센서 설치 부분에서는 긴장재(200)와 피복간의 슬립으로 인한 광섬유 센서(100)에 대한 영향이 최소화되는 효과가 발휘된다.

지그 임시고정판(20)에는 상기 보조지그(10)가 결합될 수 있도록 추가적인 관통공이 더 형성되어, 지그 임시고정판(20)에 지그(1)의 상,하부 결합부재를 설치할 때, 상기 보조지그(10)의 상,하부 결합부재도 함께 설치하여, 지그(1)를 긴장재(200)에 결합할 때 보조지그(10)도 긴장재(200)에 용이하게 결합하게 할 수 있다. 특히, 보조지그(10)의 횡방향(긴장재(200)에 수직한 방향) 폭을 지그(1)보다 더 크게 하면, 복수개의 긴장재(200)가 나란하게 배치된 상태에서 지그(1)를 긴장재(200)에 결합할 때, 이웃하는 긴장재가 지그(1)와 충돌하기에 앞서 보조지그(10)에 먼저 충돌하도록 할 수 있고, 그에 따라 이웃하는 긴장재가 지그(1)에 직접 충돌하여 광섬유 센서(100)의 측정을 방해하거나 지그 또는 광섬유 센서 패키지를 손상시키는 문제점을 사전에 예방할 수 있게 된다.

다음에서는 긴장재(200)의 일예로서 주탑과 교량의 보강형 사이에 경사지게 배치된 사장교 케이블을 이루는 스트랜드에 상기한 본 발명의 지그(1)를 이용하여 광섬유 센서(100)를 설치하는 위치와 그 설치구조에 대해 상세히 설명한다.

도 8에는 사장교의 주탑부에서 사장교 케이블의 스트랜드에 상기한 본 발명의 지그(1)를 이용하여 광섬유 센서(100)를 설치하는 구조에 대한 개략도가 도시되어 있다. 도 8에서 편의상 사장교 케이블의 스트랜드는 도시를 생략하였으며 도면에서 일점쇄선으로 도시된 위치에 스트랜드들이 위치하게 된다. 도면에 도시된 것처럼, 주탑부에서는 스트랜드가 케이블 정착부(301)를 관통하여 정착되는데, 케이블 정착부(301)의 전면부에서 HDPE 재질의 HDPE 파이프(302)에 후속하여 가이드 파이프(Guide Pipe)(303) 내에 위치하게 된다. 따라서 HDPE 파이프(302) 내에 위치한 스트랜드 본 발명의 지그(1)를 이용하여 광섬유 센서(100)를 설치한 후, 광섬유 센서(100)의 데이터 전달선(103)은 도면에 도시된 것처럼 HDPE 파이프(302)와 가이드 파이프(303)가 서로 겹치는 위치에서 외부로 인출되어 데이터 처리 장치로 연결된다.

도 9에는 사장교의 보강형(400)과 사장교 케이블이 연결되는 부분에서 본 발명의 지그(1)를 이용하여 광섬유 센서(100)를 설치하는 구조에 대한 개략도가 도시되어 있다. 도 8에 도시된 것과 마찬가지로 보강형 방향에서도, 안티-반달리즘 파이프(Anti-Vandalism Pipe)(304) 내에 위치한 스트랜드 본 발명의 지그(1)를 이용하여 광섬유 센서(100)를 설치한 후, 광섬유 센서(100)의 데이터 전달선(103)은 도면에 도시된 것처럼 안티-반달리즘 파이프(304)와 가이드 파이프(303)가 서로 겹치는 위치에서 외부로 인출되어 데이터 처리 장치로 연결된다. 도 9에서도 편의상 사장교 케이블은 도시를 생략하였으며 도면에서 일점쇄선으로 도시된 위치에 사장교 케이블의 스트랜드가 위치하게 된다.

도 10에는 HDPE 파이프(302)가 가이드 파이프(303)와 겹치는 부분에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, HDPE 파이프(302)의 단부 내부에 형성된 플랜지부(3020)에는 절취부(3021)가 형성되어 있다. 따라서 HDPE 파이프(302)의 내부에서 긴장재(200)에 해당하는 스트랜드에 설치된 광섬유 센서(100)의 데이터 전달선(103)은 상기 절취부(3021)를 관통하여 외부로 인출될 수 있다. 이러한 플랜지부(3020) 및 절취부(3021) 형성 구조는 안티-반달리즘 파이프(304)에도 동일하게 적용된다.

이와 같은 구조에 의해, 안티-반달리즘 파이프(304) 또는 HDPE 파이프(302) 내부에 위치한 사장교 케이블을 이루는 스트랜드에 광섬유 센서(100)를 설치하고, 그 데이터 전달선(103)을 용이하게 파이프 외부로 인출하여 데이터 처리 장치로 연결시킬 수 있게 된다.

데이터 처리 장치에서는 광섬유 센서(100)에 의해 측정된 측정치를 이용하여 긴장재(200)에 해당하는 스트랜드의 변형률과 그에 따른 장력을 측정하고, 이를 무선 모뎀(CDMA) 등의 장치를 이용하여 관리자의 컴퓨터나, 스마트 폰과 같은 무선 단말기로 전송하게 된다. 따라서 사용자는 실시간으로 케이블을 이루는 스트랜드의 장력을 모니터링할 수 있게 되어 케이블에 대해 지속적이고 정확한 케이블 장력관리에 의하여, 교량 시공 중의 케이블 형상관리 및 공용 중의 케이블 유지관리를 효율적이고 정확하게 수행할 수 있게 된다.

1: 지그, 100: 광섬유 센서, 200: 케이블

Claims (6)

1. 긴장재(200)의 장력을 측정하기 위하여, 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치하는 방법으로서,
   상기 광섬유 센서(100)는, 광섬유로 이루어져 변형률을 측정하는 광섬유 센서부(101)의 양단에 지그(1)가 결합될 수 있는 지그결합부(102)가 설치되어 있고, 상기 지그결합부(102)의 후방으로 데이터 전달선(103)이 연결되어 있는 구조를 가지고 있어, 광섬유 센서부(101)의 신율변화를 측정함으로써 긴장재(200)의 장력을 측정하게 되는 구조를 가지며;
   상기 지그결합부(102)의 하부에는 긴장재(200)를 감싸는 상부 결합부재(11) 및 하부 결합부재(12)로 이루어진 지그(1)가 결합되어 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치하게 되는데;
   상기 상부 결합부재(11) 및 하부 결합부재(12)는 서로 체결되었을 때, 긴장재(200)를 감쌀 수 있는 관통공을 형성하는 관통공 형성부(13)가 형성되어 있으며, 상기 관통공 형성부(13)의 내면에는 결합돌기(14)가 형성되어 있으며;
   긴장재(200)의 길이 방향으로 길게 연장되어 있고 광섬유 센서(100)의 양단에 구비되는 지그결합부(102) 간의 간격에 맞추어 관통공(21)이 형성되어 있는 지그 임시고정판(20)에, 상기 지그(1)의 상부 결합부재(11)를 결합하는 단계;
   지그 임시고정판(20)과 결합되어 있는 상부 결합부재(11)와, 상기 하부 결합부재(12)가 긴장재(200)를 감싸도록 배치한 후 서로 체결 고정하여, 상기 결합돌기(14)가 긴장재(200)의 외면을 가압함으로써 지그(1)가 긴장재(200)와 일체화되도록 지그(1)를 긴장재(200)에 설치하는 단계;
   상기 지그 임시고정판(20)을 상부 결합부재(11)로부터 분리하여 제거하는 단계; 및
   상기 광섬유 센서(100)의 지그결합부(102)와 상기 상부 결합부재(11)를 서로 체결하여 광섬유 센서(100)를 지그(1)에 결합함으로써 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상부 결합부재(11)와 하부 결합부재(12)가 긴장재(200)를 감싸도록 체결하여 지그(1)를 긴장재(200)에 설치하는 단계에서,
   하부 결합부재(12)의 하면에도, 긴장재(200)의 길이 방향으로 길게 연장되어 있고 광섬유 센서(100)의 양단에 구비되는 지그결합부(102) 간의 간격에 맞추어 관통공(21)이 형성되어 있는 지그 임시고정판(20)을 결합하고;
   하부 결합부재(12)에도 지그 임시고정판(20)이 설치된 상태에서, 하부 결합부재(12)를, 지그 임시고정판(20)과 결합되어 있는 상부 결합부재(11)와 서로 체결 고정하는 것을 특징으로 하는 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치방법.
3. 긴장재(200)의 장력을 측정하기 위하여, 광섬유 센서(100)를 긴장재(200)에 설치하는 구조로서,
   상기 광섬유 센서(100)는, 광섬유로 이루어져 변형률을 측정하는 광섬유 센서부(101)의 양단에 지그(1)가 결합될 수 있는 지그결합부(102)가 설치되어 있고, 상기 지그결합부(102)의 후방으로 데이터 전달선(103)이 연결되어 있는 구조를 가지고 있어, 광섬유 센서부(101)의 신율변화를 측정함으로써 긴장재(200)의 장력을 측정하게 되는 구조를 가지며;
   상기 지그결합부(102)의 하부에는 긴장재(200)를 감싸는 상부 결합부재(11) 및 하부 결합부재(12)로 이루어진 지그(1)가 결합되는데;
   상기 상,하부 결합부재(11, 12)는 서로 체결되었을 때, 긴장재(200)를 감쌀 수 있는 관통공을 형성하는 관통공 형성부(13)가 구비되어 있으며, 상기 관통공 형성부(13)의 내면에는, 양측 지그(1) 사이의 길이를 광섬유 센서의 신율측정기준길이와 일치시킬 수 있는 위치에 결합돌기(14)가 형성되어 있고, 상기 상,하부 결합부재(11, 12)가 긴장재(200)를 감싸서 서로 체결되어 고정될 때, 상기 결합돌기(14)가 긴장재(200)의 외면을 가압함으로써 지그(1)가 긴장재(200)와 견고하게 일체화되는 것을 특징으로 하는 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조.
   
4. 제3항에 있어서,
   긴장재(200)는 사장교의 주탑부와 보강형 사이에 배치되는 사장교 케이블의 스트랜드이고;
   사장교 주탑부의 케이블 정착부(301) 전면부에서 HDPE 파이프(302) 내에 위치한 긴장재(200) 또는 사장교의 보강형(400)과 사장교 케이블이 연결되는 부분에서 안티-반달리즘 파이프(304) 내에 위치한 긴장재(200)에 상기 지그(1)가 결합되어 광섬유 센서(100)가 설치되며;
   광섬유 센서(100)의 데이터 전달선(103)은 HDPE 파이프(302)와 가이드 파이프(303)가 서로 겹치는 위치 또는 상기 안티-반달리즘 파이프(304)와 가이드 파이프(303)가 서로 겹치는 위치에서 외부로 인출되어 데이터 처리 장치로 연결되는 것을 특징으로 하는 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조.
   
5. 제4항에 있어서,
   HDPE 파이프(302) 또는 안티-반달리즘 파이프(304)의 단부 내부에 형성된 플랜지부(3020)에 절취부(3021)가 형성되어 있으며,
   상기 HDPE 파이프(302) 또는 상기 안티-반달리즘 파이프(304)의 내부에서 긴장재(200)에 설치된 광섬유 센서(100)의 데이터 전달선(103)은 상기 절취부(3021)를 관통하여 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 긴장재의 장력측정을 위한 광섬유 센서의 설치구조.
   
6. 제3항에 있어서,
   긴장재(200)는 외부에 피복을 가지는 긴장재이고,
   상기 지그(1)의 전방과 후방에는, 피복을 가지는 긴장재(200)에서 긴장재(200)와 그 외부의 피복 사이에 발생하는 미끄러짐 현상으로 인한 광섬유 센서에 대한 영향을 줄이는 보조지그(10)가 각각 설치되는데,
   상기 보조지그(10)는 상,하부 결합부재로 구성되어, 상기 상,하부 결합부재가 긴장재(200)를 감싸서 서로 체결됨으로써, 피복과 긴장재가 서로 밀착되도록 상기 보조지그(10)가 긴장재(200)에 일체화되어 고정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서의 설치구조.

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