KR101411339B1 - 현수교 케이블 안전진단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 현수교 케이블 안전진단 장치는 현수교 케이블에 장착되며 자화코일이 형성된 요크부; 상기 현수교 케이블과 요크 사이에 위치하며 내부에 감지코일이 형성되고 상기 현수교 케이블을 감싸도록 장착되는 감지부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

현수교 케이블 안전진단 장치{Safety diagnosis equipment for main-cable of suspension bridges}

본 발명은 총자기력선(total magnetic flux)의 측정원리에 의해 현수교 케이블의 부식 등 하자를 진단하도록 하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 현수교 케이블은 설치후 장기간 사용되어 부식 등에 의해 노화될 수 있다. 이러한 부식 등에 의한 노화는 현수교 전체의 구조적 안정성을 저해하는 요인이 되므로 지속적인 안전진단의 중요성이 대두되고 있다.

이러한 현수교 케이블의 미세한 부식 등은 육안으로 용이하게 식별되지 않기 때문에 주기적으로 비파괴검사를 수행하여 구조적 건전성을 유지하여야 한다.

현수교 케이블의 안전진단에서 보편적으로 이용되는 진단방법에는 육안진단방법과 비파괴진단방법이 있다. 육안진단방법은 검사하는데 많은 시간이 소요되므로 비경제적이고, 현수교 케이블에 검사자가 접근하기가 어려울 수도 있으며, 검사자의 안전이 문제될 수 있다.

한편, 비파괴방식에 의한 진단방법은 현재 널리 사용되고 있는 방법으로, 육안진단방법에 비해 신뢰성이 높은 편이지만 육안진단방법을 완벽하게 대체할 수 없으므로 육안진단방법과 병행하여 신뢰성을 확보하고 있다.

이러한 비파괴 진단방법의 예로 대한민국 특허공개 제2004-0110740호가 제시되는 바, 본 기술은 강재 케이블의 장력 및 부식에 대한 모니터링 시스템에 있어서, 2차코일에 의해 둘러싸인 강재 케이블의 응력변화가 자속밀도(B)의 변화를 야기시키고, 이를 둘러싸고 있는 1차코일의 전류와 유도기전력이 변하는 현상을 이용한 감지수단과; 자체 내장된 메모리에 측정 데이터를 임시로 저장한 뒤, 호스트 컴퓨터와 연결하여 데이터를 처리하는 측정수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그러나 본 기술에서는 우선 케이블의 응력변화를 측정하여 이러한 응력변화에 의해 기인되는 자속밀도의 변화를 통해 부식 등을 감지하고자 하는 것으로 응력변화의 측정이 선행되어야 하는 번거로움이 있다.

대한민국 특허공개 제2004-0110740호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 간단한 구성에 의해 자화를 통해 현수교 케이블의 총자기력선(total magnetic flux)의 변화를 감지함으로써 부식 등 하자를 진단할 수 있도록 하며, 이에 더하여 현수교 케이블에 장착 및 감지구간 이동이 용이하도록 하는 현수교 케이블 안전진단 장치를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 현수교 케이블 안전진단 장치는 현수교 케이블에 장착되며 자화코일이 형성된 요크부; 상기 현수교 케이블과 요크부 사이에 위치하며 내부에 감지코일이 형성되고 상기 현수교 케이블을 감싸도록 장착되는 감지부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로서 상기 요크부는 상기 현수교 케이블과 이격을 형성하며 그 외주연에 자화코일이 형성된 몸체와, 상기 몸체 양단에서 각각 돌출되어 상기 현수교 케이블에 접하도록 형성되는 지지부로 구성될 수 있다.

더욱이 상기 몸체에는 양단부에 하나 이상의 체결공이 형성되며, 상기 지지부는 그 상단에 상기 체결공에 대향하는 볼트공이 형성되고, 그 하단에 요홈형상의 곡면이 형성되어 상기 현수교 케이블에 접하도록 구성하되, 상기 지지부는 상기 곡면의 곡률이 다른 복수로 구성되어 상기 몸체에 상기 현수교 케이블의 직경에 대향하는 곡률의 곡면을 가진 지지부가 선택적으로 체결되도록 할 수 있다.

더욱이 상기 곡면에는 하면에 복수의 롤러가 구성되도록 하여 현수교 케이블에 장착된 상태에서 유동이 가능하도록 구성될 수 있다.

하나의 예로서 상기 감지부는, 반원형상의 2개의 유닛으로 각각의 유닛에는 내부에 감지코일이 내재되며, 각각의 유닛은 일단이 힌지결합에 의해 연결되며, 타단이 체결구에 의해 체결되어 상기 현수교 케이블에 장착되도록 할 수 있다.

이 경우 상기 감지부는 상기 요크부에 체결되도록 하되, 곡률이 다른 유닛에 의해 직경이 다른 감지부가 복수로 구성되어 상기 현수교 케이블의 직경에 따라 상기 요크부에 상기 감지부가 장착되도록 할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 요크부는, 1사이클 형태의 DC전압을 상기 자화코일을 통해 검사대상 케이블로 가하는 자화전압 발생부;를 포함하며, 상기 감지부는, 상기 자화전압 발생부에 의해 자화된 검사대상 케이블의 자속밀도를 상기 감지코일을 통해 측정하는 측정부; 및 상기 DC전압과 측정된 자속밀도를 기반으로 자기이력곡선을 획득하며, 상기 자기이력곡선으로부터 검사대상 케이블 단면의 평가지수를 도출하는 도출부;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 도출부는, 상기 평가지수를 도출하기 위해 상기 자기이력곡선으로부터 잔자성, 보자력 및 투자율에 대한 특성값을 도출하고, 이를 기설정된 각각의 기준 특성값과 비교 분석하여 측정지점의 케이블 단면 상태를 평가하는 것이 특징이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 현수교 케이블 안전진단 장치는 자화코일과 감지코일의 간단한 구성에 의해 현수교 케이블에 발생하는 부식 등 하자를 감지할 수 있도록 하여 제작 및 설치가 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 현수교 케이블 안전진단 장치는 다양한 직경의 현수교 케이블에 있어서도 조립식으로 구성되어 호환성 및 적용성이 우수한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 기본 예를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 일 구성인 요크부의 실시 예를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 일 구성인 감지부의 실시 예를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기이력곡선을 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 현수교 케이블 안전진단 장치는 도 1에서 보는 바와 같이 현수교 케이블(1)에 장착되며 자화코일(11)이 형성된 요크부(10); 상기 현수교 케이블(1)과 요크부(10) 사이에 위치하며 내부에 감지코일(21)이 형성되고 상기 현수교 케이블(1)을 감싸도록 장착되는 감지부(20);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해 상기 자화코일(11)에 의해 요크부(10)가 자성을 갖게 되는 것이며, 상기 요크부(10)가 자성을 갖게 됨으로써 요크부(10)와 현수교 케이블(1)에 의해 형성되는 폐단면에는 자기력선이 형성되는 것이다. 이에 상기 감지부(20)의 감지코일(21)에 의해 현수교 케이블(1)에 흐르는 총자기력선(total magnetic flux)의 변화로 인한 유도 전압을 코일로부터 측정한 뒤 적분 등 공지기술에 의해 현수교 케이블(1)에서 감지단면에 부식 등이 발생유무를 파악하게 되는 것이다.

상기 요크부(10)는 상기 자화코일(11)에 DC(직류)전압이 인가되어 상기 요크부(10)와 이와 폐단면을 구성하는 현수교 케이블(1)을 자화시키기 위한 구성에 해당하는 것으로 도 1에서 보는 바와 같이 상기 요크부(10)는 상기 현수교 케이블(1)과 이격을 형성하며 그 외주연에 자화코일(11)이 형성된 몸체(12)와, 상기 몸체(12) 양단에서 각각 돌출되어 상기 현수교 케이블(1)에 접하도록 형성되는 지지부(13)로 구성되도록 하는 것으로 측단면이 "ㄷ"자 형상으로 구성되는 것이다.

또한, 상기 감지부(20)는 상기 지지부(13) 사이에서 상기 현수교 케이블(1)을 감싸도록 장착되는 구성으로, 이를 위해 반원형상의 2개의 유닛(a)의 조립에 의해 상기 현수교 케이블(1)을 감싸면서 장착되도록 하는 것이다.

또한, 각각의 유닛(a)에는 내부에 감지코일(21)이 내재되며, 각각의 유닛(a)은 일단이 힌지결합(23)에 의해 연결되며, 타단이 체결구(24)에 의해 체결되어 상기 현수교 케이블(1)에 장착되도록 하는 것이다. 즉 현수교 케이블(1)에 장착시 상기 힌지결합(23)에 의해 각각의 유닛(a)을 힌지연동시켜 내부에 현수교 케이블(1)이 안치되도록 한 후에 각각의 유닛(a)을 힌지연동시켜 현수교 케이블(1)을 감싼상태에서 체결구(24)에 의해 각각의 유닛(a)의 타단을 연결시키도록 하는 것이다.

이 경우 각각의 유닛(a)의 감지코일(21)은 상호 연결되도록 하여야 한다. 상기 감지코일(21)은 상기 자화코일(11)에 의해 자화된 상태에서 현수교 케이블(1)에 생성되는 자기력선 총량에 따른 신호를 출력하게 되는 것이다. 즉 자화코일(11)에 의해 요크부(10)와 현수교 케이블(1)이 자화되어 자기력선이 폐곡선 경로가 되며 이 상태에서 자기력선의 총량에 따른 신호를 상기 감지코일(21)이 출력하게 되며, 이 신호를 도면에 도시된 바는 없으나 모니터부에 의해 모니터링이 가능하게 되는 것이다.

이러한 총자기력선(total magnetic flux)의 측정원리는 상기 현수교 케이블(1)에 흐르는 자기력선은 자기저항, 즉 릴럭턴스(reluctance)에 의해 좌우되며, 릴럭턴스는 현수교 케이블(1)의 단면적과 길이에 좌우되며, 폐단면을 구성하는 현수교 케이블(1)의 길이는 일정하므로 단면적에 반비례하게 되는 것이다.

따라서 현수교 케이블(1)이 부식 등에 의해 단면적이 변하게 되면 릴럭턴스도 함께 변하게 되어 자기력선의 총량이 변하게 되며, 이에 자기력선의 총량을 측정하면 단면의 부식여부를 인식할 수 있게 되는 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 감지부(20)는 케이블(1) 단면에서 계측되는 자기이력곡선으로부터 케이블의 상태를 평가하도록 구성될 수 있다.

구체적으로 상기 요크부(10)는 케이블(1)의 자화를 위해 1사이클 형태를 갖는 DC전압을 상기 자화코일(11)이 통해 검사대상 케이블(1)로 가하는 자화전압 발생부를 포함한다. 이러한 자화전압 발생부에 의해 자화코일(11)이 권선된 상기 요크부(10)는 검사대상 케이블(1)로 DC전압을 부여함으로써 상기 케이블(1)의 자화가 이루어지게 되며, 케이블(1)의 자화에 따른 자속밀도를 측정할 수 있게 된다.

그리고, 상기 감지부(20)는 도면에 도시된 바 없으나, 측정부 및 도출부를 포함하여 케이블(1)에 대한 자속밀도와 인가전압에 따른 자기이력곡선을 측정하고 이로부터 케이블(1)의 상태를 평가하게 된다.

즉, 상기 측정부는 상기 자화전압 발생부에 의해 자화된 검사대상 케이블(1)의 자속밀도를 상기 감지코일(21)을 통해 측정하게 된다. 그리고, 상기 도출부에는 인가된 상기 DC전압과 측정된 자속밀도를 기반으로 자기이력곡선을 획득하게 되며, 상기 자기이력곡선으로부터 검사대상 케이블(1) 단면의 상태평가를 위한 평가지수를 도출하게 되는 것이다.

상기 도출부는 도 5에 도시된 바와 같이 각 계측시마다 측정지점의 케이블 단면상태를 반영할 수 있는 1개의 상기 자기이력곡선을 획득하게 되는 것으로, 이때 상기 도출부의 평가지수는 상기 자기이력곡선으로부터 추출되는 3가지의 특성 즉, 잔자성, 보자력 및 투자율로부터 도출되는 것이다.

여기서, 도 5를 참조하여 각 특성에 대한 값을 산출하자면, 상기 잔자성 (Retentivity)은 (b-e)/2에 의해, 상기 보자력(Coercivity)은 (f-c)/2에 의해, 상기 투자율(Permeability)은 ay/ax에 의해 구해질 수 있다.

이와 같이, 상기 도출부에서 도출되는 잔자성, 보자력 및 투자율의 특성값은 기설정된 각각의 기준 특성값(정상값)과 비교 분석을 통하여 측정지점에 대한 케이블(1) 단면 상태를 평가할 수 있게 된다.

상기 잔자성은 케이블의 단면적 변화에 따라, 보자력은 케이블의 물성 변화, 상기 투자율은 케이블의 응력에 민감하게 변화하게 된다. 또한 3가지의 특성은 상호의존적으로 변화하게 되는 것으로, 각 단면에서 측정된 이러한 3가지의 특성을 동시에 함께 고려하여 측정지점의 케이블 단면 상태를 종합적으로 평가할 수 있게 된다.

한편 본 발명에서는 도 1에 도시된 것과 다른 요크부(10)를 도 2에서 제시하고 있다. 본 실시 예의 요크부(10)의 경우도 자화코일(11)이 구성된 몸체(12)와 한쌍의 지지부(13)로 구성되는 점은 도 1에 도시된 요크부(10)와 동일하나, 상기 몸체(12)와 상기 지지부(13)가 조립식으로 구성되는 점이 다르다. 이를 위해 상기 몸체(12)에는 양단부에 하나 이상의 체결공(121)이 형성되며, 상기 지지부(13)는 그 상단에 상기 체결공(121)에 대향하는 볼트공(133)이 형성되어 상기 몸체(12)와 상기 지지부(13)가 볼트결합(b)에 의해 체결되도록 하는 것이다.

또한, 이렇게 상기 몸체(12)에 체결되는 지지부(13)를 복수로 구성하여 현수교 케이블(1)의 직경에 따라 상기 몸체(12)에 상기 현수교 케이블(1)의 직경에 대향하는 지지부(13)를 체결하도록 하는 것이다. 이를 위해 상기 지지부(13)는 그 하단에 요홈형상의 곡면(131)이 형성되어 상기 현수교 케이블(1)에 접하도록 구성하되, 상기 지지부(13)는 상기 곡면(131)의 곡률이 다른 복수로 구성되어 상기 몸체(12)에 상기 현수교 케이블(1)의 직경에 대향하는 곡률의 곡면(131)을 가진 지지부(13)가 체결되도록 하여 호환성을 높이도록 하는 것이다.

예로 도 2에서는 3개의 지지부(13)가 도시되고 있는 바, 곡률이 작은 곡면(131a)을 가진 지지부(13), 중간 곡률의 곡면(131b)을 가진 지지부(13), 곡률이 큰 곡면(131c)을 가진 지지부(13)의 예를 도시하고 있는데 곡률이 다른 곡면(131)을 가진 지지부(13)의 수는 선택적인 것이다.

이와 같이 본 발명에서는 현수교 케이블(1)의 직경크기에 따라 상기 요크부(10)를 지지부(13)의 조립에 의해 호환될 수 있도록 하면서 이에 더하여 도 3에서 보는 바와 같이 상기 감지부(20)의 경우도 현수교 케이블(1)의 직경크기에 따라 호환이 될 수 있도록 한다.

이를 위해 도 3에서 보는 바와 같이 상기 감지부(20)는 곡률이 다른 유닛(a)에 의해 직경이 다른 감지부(20a, 20b, 20c)가 복수로 구성되어 상기 현수교 케이블(1)의 직경에 따라 상기 요크부(10)와 함께 상기 감지부(20)가 자유롭게 호환되도록 구성되는 것이다.

한편 본 발명의 경우 현수교 케이블(1)에서 구간을 옮기면서 구간별로 부식 등의 발생여부를 감지하도록 하는 것으로 이러한 구간별 감지를 용이하게 하기 위해 도 4에서는 다른 실시 예를 제시하고 있다.

이 경우도 기본적으로 요크부(10) 및 감지부(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 실시 예와 동일한 구성을 하고 있으나, 요크부(10)와 감지부(20)가 일체로 연동하도록 하기 위한 구성과 현수교 케이블(1)에 장착된 상태에서 자유롭게 유동이 가능하도록 하여 구간별 진단이 용이하도록 하는 구성이 다르다.

이를 위해 상기 요크부(10)에 있어 상기 곡면(131)에는 하면에 복수의 롤러(132)가 구성되도록 하여 현수교 케이블(1)에 장착된 상태에서 유동이 용이하게 구성되는 것이다.

즉 현수교 케이블(1)의 직경크기에 맞는 지지부(13)를 몸체(12)에 체결시켜 해당 현수교 케이블(1)에 장착하되 상기 지지부(13)에 있어 현수교 케이블(1)과 접하는 곡면(131)에 롤러(132)가 구성되도록 하여 유동이 용이하도록 하는 것이다.

이 경우 롤러(132)도 상기 요크부(10)를 구성하는 재질과 동일한 재질로 구성하여 요크부(10)에서 현수교 케이블(1)로 이어지는 자화에 방해인자로 작용하지 않도록 하여야 한다. 이와 더불어 상기 지지부(13)에는 각각 내측으로 체결바(133)가 돌출되도록 한다.

또한 상기 감지부(20)는 도 3에 도시된 실시 예와 같이 상기 현수교 케이블(1)의 직경에 따라 직경이 다른 복수의 감지부(20)에서 선택을 하는 것이며, 도 4에서 보는 바와 같이 감지부(20)의 내주연과 현수교 케이블(1)의 외주연은 일정 유격(d1)이 형성되도록 감지부(20)를 선택하여야 한다.

이는 본 실시 예의 장치가 현수교 케이블(1)에 장착된 상태에서 감지구간을 옮기면서 부식을 감지하기 용이하도록 하기 위한 것이다. 또한 이를 위해 본 실시 예에서는 상기 감지부(20)의 외주연에 상기 체결바(133)와 대향하도록 체결고리(25)가 구성되어 요크부(10)와 감지부(20)가 현수교 케이블(1)에서 일체로 연동하도록 하는 것이다.

도 4에 도시된 본 발명의 작동관계를 보면 현수교 케이블(1)에 있어 감지구간에 요크부(10)를 설치하되 상기에서 언급한 바와 같이 몸체(12)에 현수교 케이블(1)의 직경에 상응하는 지지부(13)를 체결토록 하며, 이와 동시에 현수교 케이블(1)의 직경에 상응하는 감지부(20)를 선택하여 현수교 케이블(1)에 상기 체결구(24)에 의해 체결되도록 한다.

이 과정에서 체결바(133)와 체결고리(25)의 끼움체결에 의해 요크부(10)와 감지부(20)가 일체로 연동하도록 하며, 감지구간에서 감지후에는 그 다음 감지구간으로 유동시키면서 감지가 가능하도록 하는 것이다. 즉 요크부(10) 및 감지부(20)의 해체없이 현수교 케이블(1)에서 유동이 가능하도록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : 요크부 20 : 감지부

Claims (8)

1. 현수교 케이블에 장착되며 자화코일이 형성된 요크부; 및
   상기 현수교 케이블과 요크 사이에 위치하며 내부에 감지코일이 형성되고 상기 현수교 케이블을 감싸도록 장착되는 감지부;를 포함하되,
   상기 요크부는 상기 현수교 케이블과 이격을 형성하며 그 외주연에 자화코일이 형성된 몸체와, 상기 몸체 양단에서 각각 돌출되어 상기 현수교 케이블에 접하도록 형성되는 지지부로 구성되며,
   상기 몸체에는 양단부에 하나 이상의 체결공이 형성되며, 상기 지지부는 그 상단에 상기 체결공에 대향하는 볼트공이 형성되고, 그 하단에 요홈형상의 곡면이 형성되어 상기 현수교 케이블에 접하도록 구성하되, 상기 지지부는 상기 곡면의 곡률이 다른 복수로 구성되어 상기 몸체에 상기 현수교 케이블의 직경에 대향하는 곡률의 곡면을 가진 지지부가 선택적으로 체결되도록 함을 특징으로 하는 현수교 케이블 안전진단 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 곡면에는 하면에 복수의 롤러가 구성됨을 특징으로 하는 현수교 케이블 안전진단 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 감지부는,
   반원형상의 2개의 유닛으로 각각의 유닛에는 내부에 감지코일이 내재되며, 각각의 유닛은 일단이 힌지결합에 의해 연결되며, 타단이 체결구에 의해 체결되어 상기 현수교 케이블에 장착되도록 함을 특징으로 하는 현수교 케이블 안전진단 장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 감지부는,
   상기 요크부에 체결되도록 하되, 곡률이 다른 유닛에 의해 직경이 다른 감지부가 복수로 구성되어 상기 현수교 케이블의 직경에 따라 상기 요크부에 상기 감지부가 장착되도록 하는 것을 특징으로 하는 현수교 케이블 안전진단 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 요크부는,
   1사이클 형태의 DC전압을 상기 자화코일을 통해 검사대상 케이블로 가하는 자화전압 발생부;를 포함하며,
   상기 감지부는,
   상기 자화전압 발생부에 의해 자화된 검사대상 케이블의 자속밀도를 상기 감지코일을 통해 측정하는 측정부; 및
   상기 DC전압과 측정된 자속밀도를 기반으로 자기이력곡선을 획득하며, 상기 자기이력곡선으로부터 검사대상 케이블 단면의 평가지수를 도출하는 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 현수교 케이블 안전진단 장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 도출부는,
   상기 평가지수를 도출하기 위해 상기 자기이력곡선으로부터 잔자성, 보자력 및 투자율에 대한 특성값을 도출하고, 이를 기설정된 각각의 기준 특성값과 비교 분석하여 측정지점의 케이블 단면 상태를 평가하는 것을 특징으로 하는 현수교 케이블 안전진단 장치.

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