KR102122092B1 - 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치 - Google Patents

텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치에 관한 것으로, 텐던의 장력과 단면 손상 측정을 별개의 장비를 이용해 각각 측정하지 않고, 하나의 장비를 이용해 동시에 측정할 수 있도록 구현하여, 종래의 텐던 장력을 측정하는 장치와 텐던의 단면 손상 측정을 위한 장치를 별개로 구입해야만 하는 경우에 비해 장비 구입 비용 부담을 줄일 수 있고, 사용자 편의성을 향상할 수 있는 동시에 작업 시간도 단축할 수 있도록 한 것이다.

Description

텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치{Multi-measurement apparatus capable of simultaneously measuring tensile and sectional damage for a tendon}
본 발명은 텐던 상태 측정 기술과 관련한 것으로, 특히 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치에 관한 것이다.
프리스트레스트 콘크리트(PCS : Prestressed Concrete) 교량은 미리 도입된 압축력으로 하중에 의한 인장력을 상쇄하여 인장에 약한 콘크리트 교량의 한계를 극복할 수 있다. 일반적으로 콘크리트에 미리 압축력을 도입하기 위하여 고강도 강재(prestressing steel) 다발인 텐던(tendon)을 인장하여 그 반작용을 이용한다.
따라서 PSC 교량에서 텐던의 사용중 상태변화 즉 응력의 변화나 단면손실은 교량의 사용성은 물론 안전성 측면에서도 중요한 관리대상이 된다. 이와 같은 필요 때문에 외부긴장 텐던의 현재 응력이나 단면상태를 측정하기 위한 진동법, EM(Electro-Magnetic) 센서나 MFL(Magnetic Flux Leakage) 등과 같은 기술개발이 지속적으로 시도되어 왔으나, 현장에 적용할 수 있는 편리하고 신뢰성 있는 기술 개발을 위해서는 새로운 연구가 필요한 상태이다.
진동법은 텐던의 응력에 따라 진동특성이 달라지는 원리를 이용하는 것으로, 텐던 양단의 경계조건과 단위질량에 큰 영향을 받는다. 그런데, 일반적으로 외부 긴장된 PSC 교량의 경우, 4~5 m 간격으로 설치된 텐던의 방향을 변화시키거나 연결하는 디비에이터(diviator) 때문에 텐던의 지간이 짧아, 양단의 경계조건이 불분명하다. 텐던 단위질량도 부식방지 목적으로 덕트 내부를 채우고 있는 그라우팅이 완벽하지 않고 곳곳에 공동이 있어 일정하지 않다. 이 때문에 아직까지 진동법을 통해 정확한 텐던의 현재 응력을 측정하는 것은 쉽지않다.
EM 센서는 자성체의 응력에 따라 투자율이 변하는 Villari 효과를 이용하는 센서로, 신설되는 텐던의 경우가 아니라면 현장에서 솔레노이드 코일을 권선해야 하는 기술적 어려움이 있다. 외부긴장된 PSC 교량의 경우 한 단면을 관통하는 긴 장재의 수가 10개 이상이고, 4~5m 간격으로 설치되어 텐던의 방향을 변화시키거나 연결하는 디비에이터(diviator)가 다수 있어, 현재 응력을 측정해야 하는 지점의 수가 지간 당 수십개가 넘는 상황을 고려하면, 현장에서 권선하는 EM 센서 기술은 현장 적용성이 없다고 판단된다. 또한, 대개의 EM 센서의 경우 초기의 증분투자율을 측정하기 때문에, 기존에 다른 측정에 의해 자화된 경우 측정 자체가 어려워지는 단점도 있다.
한편, 텐던 단면 손실은 일반적으로 MFL(Magnetic Flux Leakage) 기법을 이용해 측정이 가능하다. 하지만, 텐던이 들어 있는 덕트간 간격이나 덕트와 바닥간의 간격이 30~50mm에 불과하고, 디비에이터로 인해 장비를 다시 설치해야 하는 구간이 많을 경우가 대부분인 외부긴장 PSC 교량의 경우, 기존 장비가 아닌 위와 같은 특성을 고려한 새로운 장비의 개발이 필요하다. 게다가 MFL 역시 자기장을 이용하는 방법인 만큼 선 시행된 자기장 기법으로 남아 있는 잔류자기장의 탈자화를 할 수 있어야 제기능을 발휘할 수 있다.
본 발명 출원인에 의해 선출원된 대한민국 공개특허 제10-2018-0071586호(2018.06.28)호에서 텐던에 클램핑 되는 요크에 권선되는 1차 코일에 전압이 인가되면, 1차 코일 주변으로 자기 퍼텐셜(Magnetic Potential)이 발생하여 이격된 텐던을 자화시키고, 자화된 텐던에 권선되는 2차 코일에 유도 기전력에 따른 전압 파형으로부터 자화된 텐던의 최대 자속 밀도를 구해 텐던 인장력을 축정하는 기술을 제안하였다.
그러나, 이 기술은 부식 등에 의한 텐던의 단면 손상은 측정할 수 없고, 단지 텐던 장력만 측정할 수 있다. 종래에는 텐던 장력을 측정하는 장치와 텐던의 단면 손상 측정을 위한 장치가 별개 구현되어, 텐던의 장력과 단면 손상 측정을 별개의 장비를 이용해 각각 측정해야만 했기 때문에 장비 구입 비용 부담이 크고, 별개의 작업을 해야만 했기 때문에 불편함과 동시에 작업 시간도 많이 걸리는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0071586호(2018.06.28)호
본 발명은 텐던의 장력과 단면 손상 측정을 별개의 장비를 이용해 각각 측정하지 않고, 하나의 장비를 이용해 동시에 측정할 수 있는 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치가 U형 철심(Core)과, U형 철심에 권선되어 텐던을 자화시키는 텐던 자화용 코일(Coil)과, U형 철심 양단에 각각 설치되되 텐던에 클램핑되어 텐던의 종방향을 따라 이동되는 두개의 클램퍼를 포함하는 이동식 요크(Yoke)와; 이동식 요크의 두개의 클램퍼 사이에 설치되어 이동식 요크와 함께 텐던의 종방향을 따라 이동되되, 텐던과 이격되어 텐던 자화용 코일에 의해 자화된 텐던의 단면 손상에 의한 자기 포텐셜 변화를 측정하는 자기 포텐셜 측정용 코일과; 이동식 요크의 두개의 클램퍼 사이에 설치되어 이동식 요크와 함께 텐던의 종방향을 따라 이동되되, 텐던에 권선되어 텐던 자화용 코일에 의해 자화된 텐던의 자속 밀도 변화를 측정하는 자속 밀도 측정용 코일과; 이동식 요크와, 자기 포텐셜 측정용 코일 및 자속 밀도 측정용 코일을 텐던의 종방향으로 이동시키면서 측정되는 자기 포텐셜 측정용 코일에 의한 텐던의 자기 포텐셜 변화 및 자속 밀도 측정용 코일에 의한 자속 밀도 변화를 분석해 텐던의 단면 손상 위치 및 텐던 장력을 동시에 검출하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치가 텐던 자화용 코일에 전류를 인가하는 전원 공급부를 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 전원 공급부가 텐던 자화용 코일에 직류를 인가하되, 자화된 텐던의 잔류 자기를 측정에 필요한 한도까지 감소시키기 위해 직류의 극성을 바꿔 자계의 방향을 서로 반전시키면서 자계의 세기를 서서히 약화시켜 탈자시키도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부가 자화된 텐던의 종방향으로 이동되는 이동식 요크와 함께 이동되는 자기 포텐셜 측정용 코일과 자속 밀도 측정용 코일에 텐던의 단면 손상 위치에서 자기 포텐셜 변화에 의한 유도 기전력이 유도될 때, 유도 기전력이 유도되는 위치를 단면 손상 위치로 결정하고, 유도 기전력 세기로부터 단면 손상 정도를 판단하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부가 직류를 O 암페어(A)에서 목표 인가 전류까지 텐던 자화용 코일에 인가하도록 제어하면서 자속 밀도 측정용 코일의 유도 기전력에 따른 출력 전압 변화를 측정함으로써 자화된 텐던의 자속 밀도 변화에 따른 텐던 장력을 구하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부가 자기 포텐셜 변화에 따른 유도 기전력 값을 미리 저장한 메모리를 참조해 단면 손상 정도를 판단한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부가 자속 밀도 변화에 따른 텐던 장력 값을 미리 저장한 메모리를 참조해 텐던 장력을 구한다.
본 발명은 텐던의 장력과 단면 손상 측정을 별개의 장비를 이용해 각각 측정하지 않고, 하나의 장비를 이용해 동시에 측정할 수 있으므로, 종래의 텐던 장력을 측정하는 장치와 텐던의 단면 손상 측정을 위한 장치를 별개로 구입해야만 하는 경우에 비해 장비 구입 비용 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별개의 장비를 이용한 별개의 작업을 통해 텐던 장력과 텐던의 단면 손상을 측정하지 않고, 하나의 장비를 사용해 동시에 텐던 장력과 텐던의 단면 손상을 측정할 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상할 수 있는 동시에 작업 시간도 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 클램퍼 방식을 채용해 텐던에 탈착이 용이하고, 쉽게 이동 가능하며, 직류 전원을 사용하여 안정적으로 텐던을 자화시킬 수 있어 현장 적용에 매우 유리한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 개요도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 정면도이다.
도 3 은 텐던의 단면 손상 지점에서 자기 포텐셜 측정용 코일에 유도되는 유도 기전력 변화를 도시한 도면이다.
도 4 는 시간에 따른 텐던 장력에 따른 최대 유도 전압 변화를 도시한 도면이다.
도 5 는 최대 유도 전압과 텐던 장력과의 관계를 도시한 도면이다.
도 6 은 텐던의 단면 손상 지점에서 자속 밀도 측정용 코일에 유도되는 유도 기전력 변화를 도시한 도면이다.
도 7 은 텐던을 이동하는 이동식 요크의 위치에 따른 자기 포텐셜 측정용 코일과 자속 밀도 측정용 코일의 유도 기전력에 따른 유도 전압을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 개요도, 도 2 는 본 발명에 따른 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 정면도이다.
도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치(100)는 이동식 요크(Yoke)(110)와, 자기 포텐셜 측정용 코일(120)과, 자속 밀도 측정용 코일(130)과, 제어부(140)를 포함한다.
이동식 요크(Yoke)(110)는 U형 철심(Core)(111)과, U형 철심에 권선되어 텐던(Tendon)(200)을 자화시키는 텐던 자화용 코일(Coil)(112)과, U형 철심 양단에 각각 설치되되 텐던(200)에 클램핑되어 텐던의 종방향을 따라 이동되는 두개의 클램퍼(113)를 포함한다.
U형 철심 양단의 두개의 클램퍼(113)를 각각 텐던(200)에 클램핑한 후, U형 철심(111)에 권선되는 텐던 자화용 코일(112)에 전압을 인가하면, 텐던 자화용 코일(112) 주변으로 자기 퍼텐셜(Magnetic Potential)이 발생하여 텐던(200)을 자화시킨다.
자기 포텐셜 측정용 코일(120)은 이동식 요크(110)의 두개의 클램퍼(113) 사이에 설치되어 이동식 요크(110)와 함께 텐던(200)의 종방향을 따라 이동되되, 텐던(200)과 이격되어 텐던 자화용 코일(112)에 의해 자화된 텐던(200)의 단면 손상에 의한 자기 포텐셜 변화를 측정한다.
텐던 자화용 코일(112)에 전압을 인가하면, 텐던 자화용 코일(112) 주변으로 자기 퍼텐셜(Magnetic Potential)이 발생하고, 자기 포텐셜 측정용 코일(120)에 유도 기전력이 발생한다. 자기 포텐셜 측정용 코일(120)이 텐던(200)의 단면 손상이 있는 지점을 지나게 되면, 자기 포텐셜 변화에 의해 자기 포텐셜 측정용 코일(120)에 발생되는 유도 기전력이 변화한다.
도 3 은 텐던의 단면 손상 지점에서 자기 포텐셜 측정용 코일에 유도되는 유도 기전력 변화를 도시한 도면이다. 도 3 에서 파란색 전압 파형은 단면 손상률이 2.86%인 텐던의 경우, 붉은색 전압 파형은 단면 손상률이 5.71%인 텐던의 경우를 나타낸 것이다. 도 3 에서 알 수 있듯이 텐던의 단면 손상 지점에서 자기 포텐셜 측정용 코일에 유도되는 유도 전압 크기가 크게 증가함을 볼 수 있다.
자속 밀도 측정용 코일(130)은 이동식 요크(110)의 두개의 클램퍼(113) 사이에 설치되어 이동식 요크(110)와 함께 텐던의 종방향을 따라 이동되되, 텐던(200)에 권선되어 텐던 자화용 코일(112)에 의해 자화된 텐던(200)의 자속 밀도 변화를 측정한다.
텐던 자화용 코일(112)에 의해 텐던(200)이 자화되면, 텐던(200)에 권선되는 자속 밀도 측정용 코일(130)에 유도 기전력이 발생된다. 자속 밀도 측정용 코일(130)에 유도되는 유도 기전력에 따른 유도 전압 파형을 적분한 면적은 최대 자속 밀도에 비례하고, 유도 전압 파형의 피크치는 자기 이력 곡선의 평균 기울기와 관련되므로, 자화된 텐던(200)의 자속 밀도 변화를 측정하면 텐던(200)에 인가된 장력을 알 수 있다.
즉, 자속 밀도 측정용 코일(130)에 유도되는 유도 기전력에 따른 유도 전압을 알 수 있다면, 이로부터 자화된 텐던(200)의 자속 밀도 변화를 알 수 있고, 텐던 장력에 따라 최대 자속 밀도는 선형적으로 변화하므로, 자화된 텐던(200)의 자속 밀도 변화 측정하면 텐던(200)에 인가된 장력을 알 수 있다.
도 4 는 시간에 따른 텐던 장력에 따른 최대 유도 전압 변화를 도시한 도면이고, 도 5 는 최대 유도 전압과 텐던 장력과의 관계를 도시한 도면이다. 도 4 에 도시한 바와 같이, 텐던의 응력이 증가함에 따라 최대 유도 전압이 감소하는 것을 볼 수 있고, 도 5 에 도시한 바와 같이, 최대 유도 전압과 텐던 장력은 매우 우수한 선형성을 보임을 알 수 있다. 최대 유도 전압의 적분한 면적은 최대 자속 밀도에 비례하므로, 텐던 장력에 따른 최대 자속 밀도 역시 선형적임을 알 수 있다.
한편, 자속 밀도 측정용 코일(130)이 텐던(200)의 단면 손상이 있는 지점을 지나게 되면 자기 포텐셜 변화에 의해 텐던(200)의 자화 상태가 변하고, 자속 밀도 측정용 코일(130)에 발생되는 유도 기전력이 변화한다.
도 6 은 텐던의 단면 손상 지점에서 자속 밀도 측정용 코일에 유도되는 유도 기전력 변화를 도시한 도면이다. 도 6 에서 파란색 전압 파형은 단면 손상률이 2.86%인 텐던의 경우, 붉은색 전압 파형은 단면 손상률이 5.71%인 텐던의 경우를 나타낸 것이다. 도 6 에서 알 수 있듯이 텐던의 단면 손상 지점에서 자속 밀도 측정용 코일에 유도되는 유도 전압 크기 역시 크게 증가함을 볼 수 있다.
제어부(140)는 이동식 요크(110)와, 자기 포텐셜 측정용 코일(120) 및 자속 밀도 측정용 코일(130)을 텐던(200)의 종방향으로 이동시키면서 측정되는 자기 포텐셜 측정용 코일(120)에 의한 텐던의 자기 포텐셜 변화 및 자속 밀도 측정용 코일(130)에 의한 자속 밀도 변화를 분석해 텐던의 단면 손상 위치 및 텐던 장력을 동시에 검출한다.
이 때, 제어부(140)가 자화된 텐던(200)의 종방향으로 이동되는 이동식 요크(110)와 함께 이동되는 자기 포텐셜 측정용 코일(120)과 자속 밀도 측정용 코일(130)에 텐던(200)의 단면 손상 위치에서 자기 포텐셜 변화에 의한 유도 기전력이 유도될 때, 유도 기전력이 유도되는 위치를 단면 손상 위치로 결정하고, 유도 기전력 세기로부터 단면 손상 정도를 판단하도록 구현될 수 있다.
한편, 제어부(140)가 직류를 O 암페어(A)에서 목표 인가 전류까지 텐던 자화용 코일에 인가하도록 제어하면서 자속 밀도 측정용 코일의 유도 기전력에 따른 출력 전압 변화를 측정함으로써 자화된 텐던의 자속 밀도 변화에 따른 텐던 장력을 구하도록 구현될 수 있다.
도 7 은 텐던을 이동하는 이동식 요크의 위치에 따른 자기 포텐셜 측정용 코일과 자속 밀도 측정용 코일의 유도 기전력에 따른 유도 전압을 도시한 도면이다. 도 7 에서 텐던의 단면 손상률은 2.86 %이고 길이는 56 mm이다. 입력전류는 6A이다.
이동식 요크가 이동을 시작함에 따라 자속 밀도 측정용 코일에서 유도 전압의 변화가 나타났고, 요크의 N극이 다면 손상 부분 시작점에 도달하면서 유도 전압의 피크가 관찰되었다. 이후 이동식 요크가 순차적으로 텐던의 단면 손상 부분을 통과하면서 자속 밀도 측정용 코일의 유도 전압은 사인곡선 형상을 나타내었다.
한편, 자기 포텐셜을 측정하는 자기 포텐셜 측정용 코일의 경우, 이동식 요크가 움직이기 시작하는 지점에서는 자속 밀도 측정용 코일에 비해 상대적으로 유도 전압의 변화가 작게 관찰되었고, 이동식 요크가 텐던의 단면 손상 부분을 통과하면서 보이는 유도 전압의 형상도 자속 밀도 측정용 코일과 유사하나 진폭이 상대적으로 작은것으로 나타났다.
텐던의 단면 손상률에 따른 자속 밀도 측정용 코일의 유도 전압의 변화를 보면, 단면 손상 정도에 따라 유도 전압의 형상은 유사하지만 첨두점의 위치는 약간의 변동이 발생한다. 하지만 전반적으로 단면 손상이 증가하면 유도전압의 크기도 증가한다.
자기 포텐셜 측정용 코일의 경우에도 유사한 경향을 보이며, 텐던의 단면 손실의 증가가 유도 전압의 증가로 나타난다. 다만, 자기 포텐셜 측정용 코일의 경우 자속 밀도 측정용 코일의 유도 전압의 형상이나 첨두치에 비해 변화의 정도가 약하다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 텐던의 장력과 단면 손상 측정을 별개의 장비를 이용해 각각 측정하지 않고, 하나의 장비를 이용해 동시에 측정할 수 있으므로, 종래의 텐던 장력을 측정하는 장치와 텐던의 단면 손상 측정을 위한 장치를 별개로 구입해야만 하는 경우에 비해 장비 구입 비용 부담을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 별개의 장비를 이용한 별개의 작업을 통해 텐던 장력과 텐던의 단면 손상을 측정하지 않고, 하나의 장비를 사용해 동시에 텐던 장력과 텐던의 단면 손상을 측정할 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상할 수 있는 동시에 작업 시간도 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 클램퍼 방식을 채용해 텐던에 탈착이 용이하고, 쉽게 이동 가능하며, 직류 전원을 사용하여 안정적으로 텐던을 자화시킬 수 있어 현장 적용에 매우 유리하다.
기구적으로는 절연 플레이트 하부에 텐던 자화용 코일(112)이 권선된 U형 철심(111)을 부착 설치하고, U형 철심(111) 양단에 대응하는 절연 플레이트 상부 위치에 각각 두개의 클램퍼(113)를 부착 설치하여 이동식 요크(110)를 구현하고, 두개의 클램퍼(113) 사이의 절연 플레이트 상부에 자기 포텐셜 측정용 코일(120)이 내부에 수납되는 케이스를 설치하고, 케이스 상부에 텐던(200)에 맞물리도록 구현되는 보빈(bobbin)을 설치한 후, 이 보빈(bobbin)에 자속 밀도 측정용 코일(130)을 권선하여 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치(100)를 제작할 수 있다.
이 때, 제어부(140)는 자기 포텐셜 측정용 코일(120)이 내부에 수납되는 케이스내에 설치되는 마이컴 형태로 구현될 수도 있고, 자기 포텐셜 측정용 코일(120) 및 자속 밀도 측정용 코일(130)과 유선 커넥터를 통해 연결되거나, 자기 포텐셜 측정용 코일(120) 및 자속 밀도 측정용 코일(130) 측정 신호를 근거리 무선 통신을 통해 수신하는 외부 PC 형태로 구현될 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제어부(140)는 자기 포텐셜 측정용 코일(120)과 자속 밀도 측정용 코일(130)로부터 출력되는 아날로그 측정신호를 각각 증폭하는 두개의 증폭기(141)와, 두개의 증폭기(141)에 의해 각각 증폭된 아날로그 측정신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 컨버터(142)와, A/D 컨버터(142)에 의해 변환된 디지털 데이터를 분석해 텐던 장력과 단면 손상 위치 및 정도를 판단하는 프로세서(143)를 포함할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부(140)가 자기 포텐셜 변화에 따른 유도 기전력 값을 미리 저장한 메모리(도면 도시 생략)를 참조해 단면 손상 정도를 판단하도록 구현될 수 있다.
예컨대, 텐던의 단면 손상 지점에서 자기 포텐셜 측정용 코일(120)에 유도되는 유도 전압 크기가 크게 증가하므로, 단면 손상률에 따른 자기 포텐셜 측정용 코일(120)의 유도 전압 값(유도 기전력은 유도 전압에 비례)을 실험적으로 미리 구해 DB화하여 메모리에 저장하고, 제어부(140)가 측정된 자기 포텐셜 변화에 따른 자기 포텐셜 측정용 코일(120)의 유도 전압 값에 대응하는 단면 손상률을 DB로부터 검색해 텐던의 단면 손상 지점의 단면 손상 정도를 판단할 수 있다.
추가적으로, 텐던의 단면 손상 지점에서 자속 밀도 측정용 코일(130)에 유도되는 유도 전압 크기 역시 크게 증가하므로, 단면 손상률에 따른 자속 밀도 측정용 코일(130)의 유도 전압 값(유도 기전력은 유도 전압에 비례)을 실험적으로 미리 구해 DB화하여 메모리에 저장하고, 제어부(140)가 측정된 자기 포텐셜 변화에 따른 자속 밀도 측정용 코일(130)의 유도 전압 값에 대응하는 단면 손상률을 DB로부터 검색해 텐던의 단면 손상 지점의 단면 손상 정도를 판단하는데 더 적용할 수도 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부(140)가 자속 밀도 변화에 따른 텐던 장력 값을 미리 저장한 메모리를 참조해 텐던 장력을 구하도록 구현될 수 있다.
예컨대, 텐던 장력에 따라 최대 자속 밀도는 선형적으로 변화하므로, 텐던 장력에 따른 최대 자속 밀도를 실험적으로 미리 구해 DB화하여 메모리에 저장하고, 제어부(140)가 측정된 자속 밀도 변화에 따른 텐던 장력 값을 DB로부터 검색해 텐던에 인가되는 장력을 구할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치(100)가 전원 공급부(150)를 더 포함할 수 있다. 전원 공급부(150)는 텐던 자화용 코일(112)에 전류를 인가한다.
예컨대, 전원 공급부(150)가 텐던 자화용 코일(112)에 직류를 인가하되, 자화된 텐던(200)의 잔류 자기를 측정에 필요한 한도까지 감소시키기 위해 직류의 극성을 바꿔 자계의 방향을 서로 반전시키면서 자계의 세기를 서서히 약화시켜 탈자시키도록 구현될 수 있다.
다수의 텐던이 설치된 교량 등과 같은 현장에서 텐던 자화용 코일(112)에 상용 교류 전원을 인가하는 것은 거의 불가능하다. 따라서, 전원 공급부(150)가 텐던 자화용 코일(112)에 직류를 인가하는 것이 바람직하다.
이 때, 자화된 텐던을 탈자시킨 상태에서 텐던 장력과 단면 손상 측정해야만 재현성 있는 결과를 얻을 수 있다. 자화된 텐던을 탈자시키는 방법으로 교류 탈자를 이용할 수도 있으나, 교류 탈자 특성상 텐던 직경이 큰 경우 표피효과 때문에 교류 자계가 텐던 내부까지 도달하지 않아 텐던의 표층부는 탈자되지만 텐던 내부는 탈자되지 않으므로, 직류의 극성을 바꿔 자계의 방향을 서로 반전시키면서 자계의 세기를 서서히 약화시켜 탈자시키는 직류 탈자 방식을 사용해 텐던 내부까지 탈자시키는 것이 바람직하다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치(100)가 요크 구동부(160)를 더 포함할 수도 있다.
요크 구동부(160)는 이동식 요크(110)를 텐던(200) 종방향으로 이동하도록 구동한다. 예컨대, 요크 구동부(160)가 바퀴와 바퀴를 회전 구동하여 이동식 요크(110)를 텐던(200) 종방향으로 이동시키는 모터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
요크 구동부(160)에 의해 이동식 요크(110)가 텐던(200) 종방향으로 이동되면, 이동식 요크(110)와 함께 자기 포텐셜 측정용 코일(120) 및 자속 밀도 측정용 코일(130)이 이동되면서 텐던의 장력 및 단면 손상이 측정된다. 이 때, 정확한 측정을 위해 요크 구동부(160)가 일정한 속도로 등속 운동하도록 구동되록 구현될 수 있다.
텐던(200)이 바닥과 평행하게 설치되는 것과 같은 특수한 환경에서는 요크 구동부(160)를 통해 바퀴를 자율 주행시켜 이동식 요크(110)를 텐던(200)의 종방향으로 이동시키면서 텐던의 장력 및 단면 손상 측정이 가능하도록 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 텐던의 장력과 단면 손상 측정을 별개의 장비를 이용해 각각 측정하지 않고, 하나의 장비를 이용해 동시에 측정할 수 있으므로, 종래의 텐던 장력을 측정하는 장치와 텐던의 단면 손상 측정을 위한 장치를 별개로 구입해야만 하는 경우에 비해 장비 구입 비용 부담을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 별개의 장비를 이용한 별개의 작업을 통해 텐던 장력과 텐던의 단면 손상을 측정하지 않고, 하나의 장비를 사용해 동시에 텐던 장력과 텐던의 단면 손상을 측정할 수 있으므로, 사용자 편의성을 향상할 수 있는 동시에 작업 시간도 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 클램퍼 방식을 채용해 텐던에 탈착이 용이하고, 쉽게 이동 가능하며, 직류 전원을 사용하여 안정적으로 텐던을 자화시킬 수 있어 현장 적용에 매우 유리하다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 텐던 장력, 텐던의 단면 손상 등의 텐던 상태를 측정하는 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 멀티 측정 장치
110 : 이동식 요크
111 : U형 철심
112 : 텐던 자화용 코일
113 : 클램퍼
120 : 자기 포텐셜 측정용 코일
130 : 자속 밀도 측정용 코일
140 : 제어부
141 : 증폭기
142 : A/D 컨버터
143 : 프로세서
150 : 전원 공급부
160 : 구동부

Claims (7)

  1. U형 철심(Core)과, U형 철심에 권선되어 텐던을 자화시키는 텐던 자화용 코일(Coil)과, U형 철심 양단에 각각 설치되되 텐던에 클램핑되어 텐던의 종방향을 따라 이동되는 두개의 클램퍼를 포함하는 이동식 요크(Yoke)와;
    이동식 요크의 두개의 클램퍼 사이에 설치되어 이동식 요크와 함께 텐던의 종방향을 따라 이동되되, 텐던과 이격되어 텐던 자화용 코일에 의해 자화된 텐던의 단면 손상에 의한 자기 포텐셜 변화를 측정하는 자기 포텐셜 측정용 코일과;
    이동식 요크의 두개의 클램퍼 사이에 설치되어 이동식 요크와 함께 텐던의 종방향을 따라 이동되되, 텐던에 권선되어 텐던 자화용 코일에 의해 자화된 텐던의 자속 밀도 변화를 측정하는 자속 밀도 측정용 코일과;
    이동식 요크와, 자기 포텐셜 측정용 코일 및 자속 밀도 측정용 코일을 텐던의 종방향으로 이동시키면서 측정되는 자기 포텐셜 측정용 코일에 의한 텐던의 자기 포텐셜 변화 및 자속 밀도 측정용 코일에 의한 자속 밀도 변화를 분석해 텐던의 단면 손상 위치 및 텐던 장력을 동시에 검출하는 제어부와;
    텐던 자화용 코일에 직류를 인가하되, 자화된 텐던의 잔류 자기를 측정에 필요한 한도까지 감소시키기 위해 직류의 극성을 바꿔 자계의 방향을 서로 반전시키면서 자계의 세기를 서서히 약화시켜 탈자시키는 직류 탈자 방식을 사용해 텐던 내부까지 탈자시킴으로써 재현성 있는 결과를 얻을 수 있도록 하는 전원 공급부를:
    포함하는 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    제어부가:
    자화된 텐던의 종방향으로 이동되는 이동식 요크와 함께 이동되는 자기 포텐셜 측정용 코일과 자속 밀도 측정용 코일에 텐던의 단면 손상 위치에서 자기 포텐셜 변화에 의한 유도 기전력이 유도될 때, 유도 기전력이 유도되는 위치를 단면 손상 위치로 결정하고, 유도 기전력 세기로부터 단면 손상 정도를 판단하는 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제어부가:
    직류를 O 암페어(A)에서 목표 인가 전류까지 텐던 자화용 코일에 인가하도록 제어하면서 자속 밀도 측정용 코일의 유도 기전력에 따른 출력 전압 변화를 측정함으로써 자화된 텐던의 자속 밀도 변화에 따른 텐던 장력을 구하는 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    제어부가:
    자기 포텐셜 변화에 따른 유도 기전력 값을 미리 저장한 메모리를 참조해 단면 손상 정도를 판단하는 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    제어부가:
    자속 밀도 변화에 따른 텐던 장력 값을 미리 저장한 메모리를 참조해 텐던 장력을 구하는 텐던 장력과 단면 손상 측정이 동시에 가능한 멀티 측정 장치.
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