KR101920069B1 - 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법 - Google Patents

사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 현장에서 측정대상물의 강도를 측정하기 위해 측정대상물에 대한 타격시 발생하는 사운드 신호를 측정하고 이의 크기인 사운드 신호에너지를 이용하여 측정대상물의 비파괴 강도를 측정함으로써 직접적인 강도측정법의 공시체 준비 및 파괴 시험과정 등의 번거로움과 불편함, 시간지연성, 현장에서의 시편 채취 등에 의한 구조물 손상 등의 여러 가지 문제점을 줄일 수 있으며, 간접적인 강도측정법의 다양한 측정대상물에 대한 강도추정의 제약성과 정확한 강도추정이 어렵다는 문제점을 줄일 수 있으며, 현장에서의 강도측정 대상물에 대한 측정의 신뢰성과 현장 적용성을 동시에 높임으로써 토목 및 건축구조물의 사회기반시설물에 대한 설계, 시공, 및 유지관리에 대한 경제성 및 안전성을 증가시킬 수 있는 각별한 장점이 있다.

Description

사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법{Non-destructive strength field measurement device and method to utilize sound signal energy}
본 발명은 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현장에서 측정대상물의 강도를 파악하기 위해 측정대상물을 직접 파괴시키지 않고 측정대상물을 타격할 시 발생하는 사운드 신호에너지를 이용하여 측정대상물의 현장강도를 측정하기 위한 것으로 기존의 직접파괴를 통한 강도측정 장치 및 방법과 비교하여 측정의 용이성과 측정시간 단축성을 확보하고 기존의 비파괴 강도측정 장치 및 방법 (슈미트해머 등)과 비교하여서는 강도측정의 정확성을 증가시킬 수 있으면서 측정대상물에 대한 손상도 최소화 할 수 있는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 국내외 여러 가지 사고의 잦은 발생으로 인해 안전에 대한 사회적 관심이 많이 증가하고 있으며, 이에 따라 안전사고를 예방하기 위한 정부 및 지자체 등의 다각적인 노력이 대두시 되고 있다. 특히 토목 및 건축구조물의 사회기반시설물에 대한 안전문제는 시민의 생명 및 재산 등과 직접적으로 연관되어 안전에 대한 최우선 대상물로 분류되고 있다.
따라서 구조물 및 시설물의 안전한 설계, 시공 및 유지관리를 위하여 관련주체는 신설구조물과 기존구조물을 이루고 있는 여러 가지 재료에 대한 강도측정 및 평가를 실시하여 신설구조물은 안전한 설계 및 시공을 유도하고 기존구조물은 노후화 정도를 파악하고 보강시점 및 정도, 범위를 결정함에 판단근거를 제공하여야 한다.
국내외에서 이용되고 있는 구조물 및 시설물을 이루고 있는 여러 가지 측정대상물에 대한 강도측정방법에는 크게 직접적인 강도측정법과 간접적인 강도측정법이 있다. 직접적인 강도측정법은 측정대상물을 압축강도 시험장치 등을 통해 직접적으로 파괴시켜 강도를 측정하는 것으로서 공시체 준비 및 시험과정 등의 번거로움과 불편함, 현장에서의 시편 채취 등에 의한 구조물 손상 등의 여러 가지 문제점을 내포하고 있다.
이에 비해 간적접인 강도측정법인 비파괴 검사(NDT, Non-Destructive Testi ng)는 강도측정 절차가 용이하고 측정재료나 제품 또는 대상구조물에 손상을 거의 주지 않으면서 더욱 짧은 시간에 보다 많은 횟수의 강도를 측정할 수 있는 등의 여러 가지 장점이 있다.
현재 실무에서 가장 많이 적용되고 있는 강도측정 비파괴 검사법은 표면 타격법과 초음파법으로 스위스 Proceq사와 미국 NDT James Instruments사의 제품들이 거의 독점적으로 사용되고 있다. 표면 타격법은 슈미트 해머법이라고도 불리는 반발경도법으로서 구조물 등의 측정대상물에 거의 손상을 주지 않으면서 강도를 추정할 수 있는 방법으로 널리 사용되어 지고 있다.
반발경도법의 원리는 타격 시 발생하는 반발력의 크기와 측정대상물의 강도와의 상관관계를 이용하는 것으로서 간단하고 단시간에 강도측정이 가능하지만 금속재료를 바탕으로 개발되어 이와 다른 재료에 적용 시에는 많은 제약이 따를 뿐만 아니라 강도 추정의 정확성이 떨어지면서 상대적으로 강한 타격에너지로 인해 타격대상물에 따라 전체손상 또는 일부 손상도 유발시킬 수 있는 단점이 있다.
초음파법은 측정대상물 내부의 음파 전달속도와 강도와의 상관관계를 이용하여 강도를 추정하는 방법으로서 초음파의 측정대상물 내부 전달속도는 재료의 구성특징 및 내부구조에 따라 많은 영향을 받아 음파 속도의 변화가 심하고 감쇄성 등으로 인해 정확한 강도추정이 어려운 문제점이 있었다.
한편 한국등록특허 제10-0444269호 “비파괴 타격 검사 시스템 및 검사 방법”와 같은 기술이 개발되어 보다 객관적이고, 보다 정확하며 신속한 검사가 가능하고, 비전공자나 비숙련자라 할 지라도 대상물의 정상 여부를 비교적 간단하게 판단할 수 있게 되었으나, 대상물의 표면을 타격체로 타격하여 대상물의 건전도를 조사하는 것을 목적으로 하는 것으로써, 본 발명과 같이 재료의 강도를 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
이에 따라, 한국등록특허 제10-1686735호 “사운드 신호를 이용한 재료의 비파괴 강도 측정장치 및 방법”와 같은 기술이 개발되었으나, 수평상태로만 강도측정을 수행할 수 있어 현장에서 다양한 형태 및 기울기를 가지는 측정대상물에 대해 적용하기에는 한계가 있었다.
뿐만 아니라, 타격부와 사운드신호 측정부를 비롯하여 사운드신호를 분석하기 위한 사운드신호 분석수단 등이 모두 개별적으로 분리된 형태로서 구성되어 각 구성별로 별도로 설치를 진행해야함에 따라, 현장에서 적용하기에는 여러 가지 어렵고 불편한 점들이 있었다.
이에 따라, 현장에서 다양한 형태 및 기울기를 가진 측정대상물에 대해 용이하게 강도측정을 수행할 수 있고, 또한 이송 및 설치가 보다 간편한 현장적용성이 높은 강도 측정장치 및 방법의 필요성이 제기되고 있다.
한국등록특허 제10-0444269호 “비파괴 타격 검사 시스템 및 검사 방법” 한국등록특허 제10-1686735호 “사운드 신호를 이용한 재료의 비파괴 강도 측정장치 및 방법”
본 발명은 상기한 종래 다양한 측정대상물에 대한 직접적인 강도측정법과 간접적인 강도측정법에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하면서 해당기술을 실질적으로 현장의 측정대상물에 적용하기 위해 발명한 것으로서, 그 목적은 강도 측정의 용이성, 측정시간 단축성, 측정의 정확성, 현장측정성을 증가시키기 위한 것으로서 현장측정 장치를 이용하여 현장에서 측정대상물을 타격할 시 발생하는 사운드 신호에너지와 측정장치에 내장된 강도측정 알고리즘을 이용하여 측정대상물에 대한 현장강도 측정을 수행하는 것으로서, 직접적인 강도측정법의 공시체 준비 및 파괴 시험과정 등의 번거로움과 불편함, 시간지연성, 현장에서의 시편채취 등에 의한 구조물 손상 등의 여러 가지 문제점을 줄이기 위한 것이며, 공시체 준비 및 파괴 시험과정, 시편채취 등의 문제점은 줄이면서 측정대상물의 강도는 보다 용이하고 정확하면서 신속하게 측정할 수 있는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 간접적인 강도측정법의 측정대상물에 대한 강도추정의 제약성과 정확한 강도추정이 어렵다는 문제점을 줄이기 위한 것이며, 측정대상물에 대한 간접적인 강도추정의 정확성을 보다 증가시킬 수 있는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 측정대상물에 대한 강도측정의 신뢰성과 현장 적용성을 동시에 높임으로써 토목 및 건축구조물의 사회기반시설물에 대한 설계, 시공, 및 유지관리에 대한 경제성 및 안전성을 증가시킬 수 있는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치는 현장에서 측정대상물을 타격하기 위해 자유낙하에 의해 힌지연결부를 중심으로 회동하는 타격구를 포함하는 타격부(100)와 타격부의 타격구가 측정대상물을 타격할 때 발생하는 사운드 신호를 측정하고 기록하는 사운드신호 측정부(200)와 측정된 신호로부터 사운드 신호에너지를 연산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하는 강도산정부(300)와 산정된 강도를 측정자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있도록 디지털 값으로 표시하는 강도표시부(400)로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타격부(100)는 측정대상물에 밀착하여 위치시킬 수 있도록 바닥면을 가지면서 강도산정부 및 강도표시부가 설치되는 D자 모양의 몸체와 상기 몸체의 힌지연결부에 일단이 연결되는 타격봉 및 상기 타격봉의 타단에 연결되는 타격구와 상기 몸체에 장착된 손잡이로 구성되어 있으며, 상기 타격구의 정지 및 이완은 수동적으로 실행할 수도 있고 전자석 버튼을 설치하여 전기적 신호로서 처리할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타격봉은 소정의 길이를 가지되 타격봉의 한쪽은 회동가능하게 힌지연결부에 연결되어 있고 다른 한쪽은 구상의 타격구로 형성되어 있어 측정대상물을 자유낙하에 의한 회동을 통해 타격 후 반발에 의한 반복타격이 연속적으로 일어날 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드신호 측정부(200)는 타격부의 타격구가 자유낙하에 의해 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생하는 사운드를 연속적으로 시간에 따라 신호로서 측정하고 기록할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드신호 측정부(200)는 마이크로폰, 사운드카드, 사운드신호 분석프로그램으로 구성되어 있으며, 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생하는 사운드는 마이크로폰 및 사운드카드를 통해 입력되어 사운드신호 분석프로그램에서 사운드 신호의 크기를 측정하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드신호 측정부(200)의 사운드 신호는 음압이나 데시벨(dB)의 사운드의 크기를 나타낼 수 있는 지표 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강도산정부(300)는 사운드신호 측정부(200)에서 측정되고 기록된 신호로부터 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하고 기록할 수 있도록 강도산정 프로그램으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드 신호에너지의 계산은 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생한 각 시간에 해당하는 사운드 신호를 제곱한 후 신호발생 전체시간에 대하여 적분하여 계산되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드 신호에너지의 계산은 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생한 각 시간에 해당하는 사운드 신호를 신호발생 전체시간에 대하여 절대값으로 적분하여 계산되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식은 측정대상물의 재질 및 공시체의 크기와 사용하는 타격구의 직경 및 타격봉의 길이와 신호측정 장치의 종류에 관련되어 연산되는 것을 특징으로 한다.
또한, 강도표시부(400)는 강도산정부에서(300)에서 측정되고 기록된 강도를 측정자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있도록 디지털 값으로 표시할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사운드신호 측정부, 강도산정부, 강도표시부가 상호 유기적으로 일괄처리 프로그램을 통해 실행되도록 구성하고 D자 모양의 몸체 내에 전력의 공급을 위한 에너지 충전장지와 유선 또는 무선으로 구성된 신호 연결장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체에는 수직하게 절개면이 형성되고, 상기 타격구는 절개면을 따라 자유 낙하하도록 구성되되, 상기 몸체가 수직하게 배치되지 않고, 비스듬하게 기울어진 상태에서도 상기 타격구가 상기 몸체와 충돌하지 않고, 자유 낙하할 수 있도록 상기 타격구 내에는 자성체가 배치되고, 자성체가 내장된 상기 타격구를 자력으로 절개면으로부터 이격시켜주기 위한 가이드 자성체가 절개면의 양측에 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법은 타격부, 사운드신호 측정부, 강도산정부, 강도표시부로 구성된 현장측정 장치의 바닥면이 측정대상물에 밀착하여 위치하도록 준비하는 현장측정 준비단계(S1)와; 타격부(100)의 타격구가 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격하고 타격 후 반발에 의해 반복타격이 일어난 후 타격에너지가 소실되어 타격이 더 이상 진행되지 않을 때가지 타격이 이루어지도록 하는 측정대상물 타격단계(S2)와; 타격부(100)의 타격구가 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격하고 타격 후 반발에 의해 반복타격이 일어난 후 타격에너지가 소실되어 타격이 더 이상 진행되지 않을 때까지 사운드신호 측정부(200) 및 기록장치로 사운드 신호를 측정하고 기록하는 사운드신호 측정단계(S3)와; 측정된 사운드 신호로부터 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하는 강도 산정단계(S4)와; 산정된 강도를 강도표시부(400)를 통해 디지털 값으로 나타내는 강도 표시단계(S5)로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타격부(100)는 측정대상물에 밀착하여 위치시킬 수 있도록 바닥면을 가지면서 강도산정 및 표시를 위한 시스템장치가 설치되는 D자 모양의 몸체와 상기 몸체의 힌지연결부에 일단이 연결되는 타격봉 및 상기 타격봉의 타단에 연결되는 타격구와 상기몸체에 장착된 손잡이로 구성되어 있으며, 상기 타격구의 정지 및 이완은 수동적으로 실행할 수도 있고 전자석 및 전자석 버튼을 설치하여 전기적 신호로서 실행할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타격봉은 소정의 길이를 가지고 있으며 타격봉의 한쪽은 힌지연결부에 연결되어 있고 다른 한쪽은 구상의 타격구로 형성되어 있어 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격 후 반발에 의한 반복타격이 연속적으로 일어날 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 현장에서 측정대상물의 강도를 측정하기 위해서 현장측정 장치를 이용하여 측정대상물을 타격할 때 발생하는 사운드 신호에너지를 이용하면서 측정된 강도를 측정자가 쉽게 파악할 수 있도록 한 것으로서, 종래의 직접적인 강도측정법의 공시체 준비 및 파괴 시험과정 등의 번거로움과 불편함, 시간지연성, 현장에서의 시편 채취 등에 의한 구조물 손상 등의 여러 가지 문제점을 줄일 수 있으며, 간접적인 강도측정법의 강도추정의 제약성과 정확한 강도추정이 어렵다는 문제점을 줄일 수 있으며, 현장에서 측정대상물에 대한 강도측정의 신뢰성과 현장 적용성을 동시에 높임으로써 토목 및 건축구조물의 사회기반시설물에 대한 설계, 시공, 및 유지관리에 대한 경제성 및 안전성을 증가시킬 수 있는 각별한 장점이 있다.
도 1 또는 도 2는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법을 통한 계산결과를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법을 순서대로 도시한 순서도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 또는 도 2는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법을 통한 계산결과를 도시한 그래프이며, 도 5는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.
도 1 또는 도 2는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치를 도시한 것이며, 현장에서 측정대상물을 타격하기 위해 자유낙하에 의해 힌지연결부(2)를 중심으로 회동하는 타격구(4)를 포함하는 타격부(100)와 타격부(100)의 타격구(4)가 측정대상물을 타격할 때 발생하는 사운드 신호를 측정하고 기록하는 사운드신호 측정부(200)와 측정된 신호로부터 사운드 신호에너지를 연산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하는 강도산정부(300)와 산정된 강도를 측정자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있도록 디지털 값으로 표시하는 강도표시부(400)로 구성된다.
특히, 상기 타격부(100)와 사운드신호 측정부(200)를 비롯하여 사운드 신호에너지를 바탕으로 측정대상물의 강도를 산정하는 강도산정부(300) 및 산정된 강도를 표시하는 강도표시부(400)에 이르기까지 모든 구성이 몸체(1)에 일체형으로 구성되어, 이송 및 설치에서부터 강도측정의 수행에 이르기까지 매우 용이하게 강도측정을 수행할 수 있음에 따라, 현장 적용성이 매우 높은 효과가 있으며, 하기 아래에서 보다 상세하게 설명한다.
상기 타격부(100)는 측정대상물에 밀착하여 위치시킬 수 있도록 바닥면(B)을 가지면서 강도산정 및 표시를 위한 각종 시스템장치가 설치되는 D자 모양의 몸체(1)와 상기 몸체(1)의 힌지연결부(2)에 일단이 연결되는 타격봉(3) 및 상기 타격봉(3)의 타단에 연결되는 타격구(4)와 상기 몸체(1)에 장착되어 상기 몸체(1)의 바닥면(B)를 측정대상물에 밀착시키면서 지지하기 위한 손잡이(5)로 구성되어 있다. 이와 더불어 상기 타격구(4)를 기 설정된 높이에 위치시키는 정지(고정) 상태에서 자유낙하를 통해 상기 힌지연결부(2)를 중심으로 회동시켜 상기 타격구(4)를 벽체에 충돌시키는 이완 상태로 전환하는 것은 사용자가 타격구(4)를 파지하고 있다가 파지를 해지함으로써 실시하거나, 전자석의 동작 및 해제를 통해 금속 재질로 구성되거나, 내부에 금속재질이 채워진 타격구(4)를 고정 또는 해제하는 것으로 구성할 수도 있다.
즉, 상기 타격구(4)의 정지 및 이완은 작업자가 수동적으로 실행할 수도 있고 전자석을 설치하고 전자석을 제어하기 위한 버튼을 설치하여 전기적 신호로써 자동적으로 실행할 수도 있는 것이다.
이와 같이, 상기 타격구(4)를 비롯한 타격봉(3)이 몸체(1)에 회동가능하게 일체형으로 구성됨으로써, 이송 및 설치의 번거로움을 최소화할 수 있으며, 측정할 현장의 변화에 관계없이 항상 동일한 조건으로 타격구(4)를 보다 용이하게 자유낙하시킬 수 있으며, 이를 통해 신뢰성 높은 측정결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
즉, 수평한 상태에서만 시험이 진행되어야 하거나, 각 구성별로 별도로 설치가 진행되어야 함에 따라 설치가 번거로운 종래의 시험방법과 달리 측정 환경 및 조건이나, 설치의 제약이 없이, 다양한 기울기를 가진 콘크리트 벽체 또는 암석 등 다양한 측정대상물에 상기 몸체(1)의 바닥면을 간단하게 밀착시켜 시험을 진행할 수 있음에 따라, 현장적용성이 높은 효과가 있다.
또한, 설치 환경이나, 사용자의 조작에 따라 시험 시 타격구(4)의 높이가 변동될 수 있는 문제점을 근본적으로 해결할 수 있음에 따라, 항상 높은 신뢰성의 측정 결과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 타격봉(3)은 일정한 길이(500mm이하)를 가지고 있되, 시험 조건에 따라 그 길이를 정량적으로 조절 및 고정할 수 있도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 타격봉(3)의 한쪽은 힌지연결부(2)에 회동 가능하게 연결되어 있고 다른 한쪽은 타격구(4)에 고정되도록 구성되어 있어 측정대상물을 힌지연결부(2)를 중심축으로한 자유낙하에 의해 타격 후 반발에 의한 반복타격이 연속적으로 일어날 수 있도록 구성되어 있다.
이때, 상기 타격구(4)는 타격 후 반발의 검출이 용이함과 동시에 반복타격에 의해 측정대상물이 파손되는 것을 방지하기 위해 지름 5mm 내지 50mm의 구상으로 구성됨이 바람직하되, 삼각뿔, 원기둥, 육면체를 비롯하여 다른 형태로 구성될 수도 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 타격구(4)는 상기 몸체(1)에 수직하게 형성된 절개면(501)을 따라 자유 낙하하도록 구성되되, 상기 몸체(1)가 수직하게 배치되지 않고, 비스듬하게 기울어진 상태에서도 상기 타격구(4)가 상기 몸체(1)와 충돌하지 않고, 자유 낙하할 수 있도록 상기 타격구(4) 내에는 자성체가 배치되고, 자성체가 내장된 상기 타격구(4)를 자력으로 이격시켜주기 위한 가이드 자성체(502)가 절개면(501)의 양측에 배치될 수도 있다.
이를 통해 상기 몸체(1)가 비스듬하게 기울어진 상태에서도 상기 타격구(4)는 내부에 배치된 자성체와 양측에 배치된 가이드 자성체(502) 사이의 척력에 의해 절개면(501) 또는 몸체(1)와 충돌하지 않고 자유 낙하하여 측정대상물과 충돌할 수 있게 되며, 휴대성 및 측정 기울기와 관계없이 쉽고 간단하게 측정대상물의 직접압축간도를 측정할 수 있게 된다.
이때, 상기 타격구(4)는 내부에 배치된 자성체와 양측에 배치된 상기 가이드 자성체(502) 사이에는 척력이 작용하거나, 인력이 작용할 수 있으며, 상기 몸체(1)의 기울기에 따라, 복수 개의 가이드 자성체(502) 중 어느 하나 또는 양측의 자성 방향 또는 자력의 크기를 각각 상이하게 조절할 수 있도록 상기 가이드 자성체(502)는 전자석으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 사운드신호 측정부(200)는 상기 몸체(1) 내부에 배치되어 상기 타격구(4)가 측정대상물을 타격 후 반발될 때 발생하는 사운드를 연속적으로 시간에 따라 신호로서 측정하고 기록하는 것으로서 누적반발각 측성센서(200a) 및 기록장치(200b)로 구성되어 있다.
또한, 상기 사운드신호 측정부(200)는 상기 몸체(1)의 하부에 배치되어 상기 타격구(4)가 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생하는 사운드의 크기를 시간에 따라 연속적으로 측정하고 기록할 수 있도록 마이크로폰, 사운드카드, 사운드신호 분석프로그램으로 구성됨이 바람직하며, 마이크로폰 및 사운드카드를 통해 입력되는 사운드 신호는 소정의 알고리즘을 가지는 사운드신호 분석프로그램을 통해서 사운드 신호의 크기를 측정하도록 구성된다.
이때 사운드신호 분석프로그램은 마이크로폰을 통해 입력되는 사운드 신호의 크기를 정량화하여 측정할 수 있도록 입력되는 값에 따라 측정되는 값을 사운드 교정기를 이용하여 교정한 후 사용함이 바람직하다.
상기 강도산정부(300)는 사운드신호 측정부(200)에서 측정되고 기록된 사운드 신호로부터 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식을 이용하여 측정대상물의 강도를 산정하는 것으로써, 상기 몸체(1)에 내장되되 그 위치에 특별한 제약은 없다.
또한, 상기 강도산정부(300)는 일례로서 소정의 알고리즘의 강도산정 프로그램으로 구성되어 있으며, 타격 후 발생하는 소리는 신호측정부(200)를 통해 강도산정 프로그램으로 입력되고 이를 이용하여 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식을 이용하여 측정대상물의 강도를 산정하고 기록할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 강도표시부(400)는 강도산정부에서(300)에서 측정되고 기록된 강도를 측정자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있도록 디지털 값으로 표시할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 더불어 상기 사운드신호 측정부(200), 강도산정부(300), 강도표시부(400)가 상호 유기적으로 소정의 알고리즘을 가지는 일괄처리 프로그램을 통해 일련의 과정으로 실행되도록 구성하고 D자 모양의 몸체(1) 내에 전력의 공급을 위한 에너지 충전장지(200c)와 유선 또는 무선으로 구성된 신호 연결장치(200d)를 더 포함하여 구성함으로써, 휴대성을 높이거나, 신호 연결장치(200d)를 통해 서버, 무선통신단말기 등 다른 전자기기에서 측정 값 및 측정 결과를 확인하거나, 저장할 수도 있다.
상기한 본 발명에서 이용되는 측정대상물을 타격하는 타격부(100)는 도 1에서 일례로 보는 바와 같이 측정대상물의 표면에 타격구(4)를 일정한 높이에서 자유낙하토록 구성되며 자유낙하된 타격구(4)는 측정대상물을 타격 후 타격에너지가 없어질 때까지 반발에 의한 반복타격이 연속적으로 일어날 수 있도록 구성된 어느 하나 이상이 될 수 있다.
상기 신호측정부(200)는 본 발명에서 일례로서 제시한 신호측정 수단뿐만 아니라 측정대상물에 대한 타격으로부터 발생하는 사운드를 시간에 따라 신호로서 연속적으로 측정하고 기록할 수 있도록 구성된 어느 하나 이상이 될 수 있다. 이때 측정되는 사운드 신호는 음압이나 데시벨(dB) 등의 사운드의 크기를 나타낼 수 있는 지표로서 어느 하나 이상이 될 수 있다.
또한, 상기 강도산정부(300)는 본 발명에서 일례로서 제시한 소정의 알고리즘을 가지는 강도산정 프로그램뿐만 아니라 사운드신호 측정부(200)에서 측정되고 기록된 신호로부터 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식을 이용하여 측정대상물의 강도를 산정할 수 있도록 구성된 어느 하나 이상이 될 수 있다.
또한, 상기 강도표시부(400)는 본 발명에서 일례로서 제시한 디지털 값으로의 표시방법뿐만 아니라 측정된 강도를 측정자가 쉽게 파악할 수 있도록 구성된 어느 하나 이상이 될 수 있다.
초기타격 및 반발에 의한 반복타격에 의해 측정된 사운드 신호는 도 4의 (4-I)에 도시된 바와 같이 시간에 따라 그 크기가 감소되는 특징을 나타내며, 본 발명에 이용되는 사운드 신호는 도 4의 (4-II)에 도시된 바와 같이 초기타격 및 반발에 의한 반복타격으로부터 발생한 각 시간에 해당하는 사운드 신호를 제곱한 후 신호발생 전체시간에 대하여 적분한 값(사운드 신호에너지라 명칭)을 사운드 신호의 전체크기로서 사용한다.
물론, 각 시간에 해당하는 사운드 신호를 제곱하지 않고 그대로 신호발생 전체시간에 대하여 절대값으로 적분하여 사운드 신호의 전체크기로서 사용할 수도 있다. 이때 가로축 아래 측정된 사운드 신호는 절대값을 취해 양(+)의 값으로서 변환 후 사용한다. 즉, 시간의 축인 가로축의 위 및 아래 양쪽의 사운드 신호 곡선으로 둘러싸인 모든 면적을 구하여 사운드 신호의 전체크기로서 사용한다.
이를 바탕으로 계산된 사운드 신호에너지를 미리 설정된 사운드 신호에너지와 직접압축강도의 관계식에 대입함으로써 도 4의 (4-III)에 도시된 바와 같이, 측정대상물의 강도를 산정하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법을 순서대로 도시한 것이며, 타격부, 사운드신호 측정부, 강도산정부, 강도표시부로 구성된 현장측정 장치의 바닥면이 측정대상물에 밀착하여 위치하도록 준비하는 현장측정 준비단계(S1)와 타격부(100)의 타격구가 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격하고 타격 후 반발에 의해 반복타격이 일어난 후 타격에너지가 소실되어 타격이 더 이상 진행되지 않을 때가지 타격이 이루어지도록 하는 측정대상물 타격단계(S2)와 타격부(100)의 타격구가 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격하고 타격 후 반발에 의해 반복타격이 일어난 후 타격에너지가 소실되어 타격이 더 이상 진행되지 않을 때까지 사운드신호 측정부(200) 및 기록장치로 사운드 신호를 측정하고 기록하는 사운드신호 측정단계(S3)와 측정된 사운드 신호로부터 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하는 강도 산정단계(S4)와 산정된 강도를 강도표시부(400)를 통해 디지털 값으로 나타내는 강도 표시단계(S5)로 구성된다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
1 : 몸체
2 : 힌지연결부
3 : 타격봉
4 : 타격구
5 : 손잡이
100 : 타격부
200 : 사운드신호 측정부
300 : 강도산정부
400 : 강도표시부

Claims (16)

  1. 현장에서 측정대상물을 타격하기 위해 자유낙하에 의해 힌지연결부를 중심으로 회동하는 타격구를 포함하는 타격부(100)와;
    타격부의 타격구가 측정대상물을 타격할 때 발생하는 사운드 신호를 측정하고 기록하는 사운드신호 측정부(200)와;
    측정된 신호로부터 사운드 신호에너지를 연산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하는 강도산정부(300)와;
    산정된 강도를 측정자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있도록 디지털 값으로 표시하는 강도표시부(400);를 포함하고
    상기 강도산정부는 강도산정 프로그램으로 구성되어 있으며, 상기 강도산정 프로그램은 타격후 측정된 사운드 신호를 이용하여 사운드 신호에너지를 계산하고, 계산된 사운드 신호에너지로부터 측정대상물의 강도를 산정하고 기록하며,
    상기 타격부, 상기 측정부, 상기 강도산정부, 상기 강도표시부는 상호 유기적으로 일괄처리 되고,
    상기 타격부(100)는 측정대상물에 밀착하여 위치시킬 수 있도록 바닥면을 가지면서 강도산정부 및 강도표시부가 설치되는 D자 모양의 몸체와;
    상기 몸체의 힌지연결부에 일단이 연결되는 타격봉과;
    상기 타격봉의 타단에 연결되는 타격구; 및
    상기 몸체에 장착된 손잡이;를 더 포함하며,
    상기 몸체에는 수직하게 절개면이 형성되고, 상기 타격구는 절개면을 따라 자유 낙하하도록 구성되되, 상기 몸체가 수직하게 배치되지 않고, 비스듬하게 기울어진 상태에서도 상기 타격구가 상기 몸체와 충돌하지 않고, 자유 낙하할 수 있도록 상기 타격구 내에는 자성체가 배치되고, 자성체가 내장된 상기 타격구를 자력으로 절개면으로부터 이격시켜주기 위한 가이드 자성체가 절개면의 양측에 배치된 것을 특징으로 하는
    사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 타격구의 정지 및 이완은 수동적으로 실행할 수도 있고 전자석 버튼을 설치하여 전기적 신호로서 처리할 수도 있는 것을 특징으로 하는
    사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 타격봉은 소정의 길이를 가지되 타격봉의 한쪽은 회동가능하게 힌지연결부에 연결되어 있고 다른 한쪽은 구상의 타격구로 형성되어 있어 측정대상물을 자유낙하에 의한 회동을 통해 타격 후 반발에 의한 반복타격이 연속적으로 일어날 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 사운드신호 측정부(200)는 타격부의 타격구가 자유낙하에 의해 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생하는 사운드를 연속적으로 시간에 따라 신호로서 측정하고 기록할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 사운드신호 측정부(200)는 마이크로폰, 사운드카드, 사운드신호 분석프로그램으로 구성되어 있으며, 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생하는 사운드는 마이크로폰 및 사운드카드를 통해 입력되어 사운드신호 분석프로그램에서 사운드 신호의 크기를 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 사운드신호 측정부(200)의 사운드 신호는 음압이나 데시벨(dB)의 사운드의 크기를 나타낼 수 있는 지표 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 강도산정부(300)는 사운드신호 측정부(200)에서 측정되고 기록된 신호로부터 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하고 기록할 수 있도록 강도산정 프로그램으로 구성된 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 사운드 신호에너지의 계산은 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생한 각 시간에 해당하는 사운드 신호를 제곱한 후 신호발생 전체시간에 대하여 적분하여 계산되는 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 사운드 신호에너지의 계산은 측정대상물을 초기타격한 후 반발에 의한 반복타격으로부터 발생한 각 시간에 해당하는 사운드 신호를 신호발생 전체시간에 대하여 절대값으로 적분하여 계산되는 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식은 측정대상물의 재질 및 공시체의 크기와 사용하는 타격구의 직경 및 타격봉의 길이와 신호측정 장치의 종류에 관련되어 연산되는 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    강도표시부(400)는 강도산정부에서(300)에서 측정되고 기록된 강도를 측정자가 눈으로 쉽게 파악할 수 있도록 디지털 값으로 표시할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 사운드신호 측정부, 강도산정부, 강도표시부가 상호 유기적으로 일괄처리 프로그램을 통해 실행되도록 구성하고 D자 모양의 몸체 내에 전력의 공급을 위한 에너지 충전장지와 유선 또는 무선으로 구성된 신호 연결장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 장치.
  13. 삭제
  14. 타격부, 사운드신호 측정부, 강도산정부, 강도표시부로 구성된 현장측정 장치의 바닥면이 측정대상물에 밀착하여 위치하도록 준비하는 현장측정 준비단계(S1)와;
    타격부(100)의 타격구가 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격하고 타격 후 반발에 의해 반복타격이 일어난 후 타격에너지가 소실되어 타격이 더 이상 진행되지 않을 때가지 타격이 이루어지도록 하는 측정대상물 타격단계(S2)와;
    타격부(100)의 타격구가 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격하고 타격 후 반발에 의해 반복타격이 일어난 후 타격에너지가 소실되어 타격이 더 이상 진행되지 않을 때까지 사운드신호 측정부(200) 및 기록장치로 사운드 신호를 측정하고 기록하는 사운드신호 측정단계(S3)와;
    측정된 사운드 신호로부터 사운드 신호에너지를 계산한 후 사운드 신호에너지와 직접압축강도와의 미리 설정된 관계식으로부터 측정대상물의 강도를 산정하는 강도 산정단계(S4)와;
    산정된 강도를 강도표시부(400)를 통해 디지털 값으로 나타내는 강도 표시단계(S5)로 구성되며,
    상기 강도 산정단계(S4)는 강도산정 프로그램으로 구성되어 있으며, 상기 강도산정 프로그램은 타격후 측정된 사운드 신호를 이용하여 사운드 신호에너지를 계산하고, 계산된 사운드 신호에너지로부터 측정대상물의 강도를 산정하고 기록하며,
    상기 타격부, 상기 측정부, 상기 강도산정부, 상기 강도표시부는 상호 유기적으로 일괄처리 되고,
    상기 타격단계(S2)의 상기 타격부(100)는 측정대상물에 밀착하여 위치시킬 수 있도록 바닥면을 가지면서 강도산정부 및 강도표시부가 설치되는 D자 모양의 몸체와;
    상기 몸체의 힌지연결부에 일단이 연결되는 타격봉과;
    상기 타격봉의 타단에 연결되는 타격구; 및
    상기 몸체에 장착된 손잡이;를 더 포함하며,
    상기 몸체에는 수직하게 절개면이 형성되고, 상기 타격구는 절개면을 따라 자유 낙하하도록 구성되되, 상기 몸체가 수직하게 배치되지 않고, 비스듬하게 기울어진 상태에서도 상기 타격구가 상기 몸체와 충돌하지 않고, 자유 낙하할 수 있도록 상기 타격구 내에는 자성체가 배치되고, 자성체가 내장된 상기 타격구를 자력으로 절개면으로부터 이격시켜주기 위한 가이드 자성체가 절개면의 양측에 배치된 것을 특징으로 하는
    사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 타격부(100)는 측정대상물에 밀착하여 위치시킬 수 있도록 바닥면을 가지면서 강도산정 및 표시를 위한 시스템장치가 설치되는 D자 모양의 몸체와 상기 몸체의 힌지연결부에 일단이 연결되는 타격봉 및 상기 타격봉의 타단에 연결되는 타격구와 상기몸체에 장착된 손잡이로 구성되어 있으며, 상기 타격구의 정지 및 이완은 수동적으로 실행할 수도 있고 전자석 및 전자석 버튼을 설치하여 전기적 신호로서 실행할 수도 있는 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 타격봉은 소정의 길이를 가지고 있으며 타격봉의 한쪽은 힌지연결부에 연결되어 있고 다른 한쪽은 구상의 타격구로 형성되어 있어 측정대상물을 자유낙하에 의해 타격 후 반발에 의한 반복타격이 연속적으로 일어날 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사운드 신호에너지를 이용한 비파괴 강도 현장측정 방법.
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