KR102205439B1 - 응력 측정 시스템 및 이를 이용한 응력 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 응력 측정 시스템 및 이를 이용한 응력 측정 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 응력을 측정하고자 하는 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서 및 응력 센서에 레이저를 조사하고 이로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정한 다음 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하는 응력 측정 장치를 구비하므로, 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 함께 응력 방향을 확인할 수 있으며, 특히, 주방향(principal direction)에 수직한 스트라이프 형태의 패턴이 형성된 응력 센서를 이용함으로써, 측정 대상에 작용하는 응력 방향이 주방향에 대응하는지 보다 정확하게 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 응력을 측정하고자 하는 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서 및 응력 센서에 레이저를 조사하고 이로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정한 다음 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하는 응력 측정 장치를 구비하므로, 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 함께 응력 방향을 확인할 수 있으며, 특히, 주방향(principal direction)에 수직한 스트라이프 형태의 패턴이 형성된 응력 센서를 이용함으로써, 측정 대상에 작용하는 응력 방향이 주방향에 대응하는지 보다 정확하게 확인할 수 있다.
Description
본 발명은 응력 측정 시스템 및 이를 이용한 응력 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 프리스트레스트 콘크리트 공법의 강재로 구성된 강연선, 강봉과 같은 긴장재의 응력을 측정하기 위해서는 앵커헤드와 하중판 사이에 압축력을 측정할 수 있는 로드셀을 설치하고 이를 이용하는 인발 시험을 통해 응력을 측정하거나, 자기장센서를 이용하여 긴장재의 자화도를 측정하고 이를 통해서 응력을 추정하거나, 가속도 센서를 이용하여 긴장재의 진동수 변화를 측정하고 이를 통해 긴장재의 응력을 추정하거나, 앵커헤드에 라만 산란 물질을 코팅하고 분광기를 통해서 라만 이동을 측정하여 응력을 추정하는 방식으로 긴장재의 응력을 측정하였다.
그러나, 종래의 로드셀, 자기장 센서 또는 가속도센서를 이용하여 응력을 측정할 경우 장비 및 인력 투입으로 인해 많은 비용이 소모됨은 물론이고, 그 과정이 매우 복잡하여 작업시간이 과도하게 소요되며 센서의 노화로 인해 장기계측이 어려운 문제점이 있다.
아울러, 종래의 라만 이동을 측정하여 응력을 추정하는 경우에는 라만 산란 물질의 분자들의 종횡방향 변화가 합쳐져서 파수 및 크기로 측정되기 때문에, 응력의 방향을 측정하기가 곤란한 문제점이 있다.
참고로, 종래기술의 일 예가 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0114994호(2017.10.16.)에 개시되어 있다.
참고로, 종래기술의 일 예가 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0114994호(2017.10.16.)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 비접촉 방식으로 측정 대상의 응력을 측정함은 물론이고, 응력의 방향까지 판정할 수 있는 응력 측정 시스템 및 이를 이용한 응력 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 응력을 측정하고자 하는 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서; 및 상기 응력 센서에 레이저를 조사하고, 이로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정한 다음, 상기 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하는 응력 측정 장치;를 포함하는 응력 측정 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 응력 센서는, 측정 대상로부터 전달된 응력 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 서로 다른 복수의 라만 산란 물질로 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 응력 센서는, 제 1방향을 따라 서로 거리를 두고 위치하는 제 1라만 산란 물질과, 상기 제 1방향을 따라 상기 제 1라만 산란 물질 사이에 위치하는 제 2라만 산란 물질을 포함하고, 상기 제 1라만 산란 물질의 폭이 상기 제 2라만 산란 물질의 폭보다 크게 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 응력 센서는, 상기 제 1라만 산란 물질과 상기 제 2라만 산란 물질이 스트라이프(stripe) 형태의 패턴을 형성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1라만 산란 물질은 알루미나(alumina)이고, 상기 제 2라만 산란 물질은 실리카(silica)이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 응력 측정 장치는, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량으로부터 응력 크기를 분석하고, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량과 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량을 비교하여 응력 방향을 분석한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 응력 측정 장치는, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량에 비해 상대적으로 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량이 크면, 응력 방향이 주방향(principal direction)인 것으로 판정한다.
또한, 본 발명은 응력 측정 시스템에서 수행되는 응력 측정 방법으로서, (1) 응력 측정 장치가, 응력을 측정하고자 하는 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서에 레이저를 조사하는 단계; (2) 상기 응력 측정 장치가, 상기 응력 센서로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정하는 단계; 및 (3) 상기 응력 측정 장치가, 상기 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하는 단계;를 포함하는 응력 측정 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (1)단계에서 상기 응력 센서는, 측정 대상로부터 전달된 응력 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 서로 다른 복수의 라만 산란 물질로 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (1)단계에서 상기 응력 센서는, 제 1방향을 따라 서로 거리를 두고 위치하는 제 1라만 산란 물질과, 상기 제 1방향을 따라 상기 제 1라만 산란 물질 사이에 위치하는 제 2라만 산란 물질을 포함하고, 상기 제 1라만 산란 물질의 폭이 상기 제 2라만 산란 물질의 폭보다 크게 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (1)단계에서 상기 응력 센서는, 상기 제 1라만 산란 물질과 상기 제 2라만 산란 물질이 스트라이프(stripe) 형태의 패턴을 형성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1라만 산란 물질은 알루미나(alumina)이고, 상기 제 2라만 산란 물질은 실리카(silica)이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (3)단계는, (3-1) 상기 응력 측정 장치가, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량으로부터 응력 크기를 분석하는 단계; 및 (3-2) 상기 응력 측정 장치가, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량과 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량을 비교하여 응력 방향을 분석하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 (3-2)단계에서 상기 응력 측정 장치는, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량에 비해 상대적으로 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량이 크면, 응력 방향이 주방향(principal direction)인 것으로 판정한다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 응력을 측정하고자 하는 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서 및 응력 센서에 레이저를 조사하고 이로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정한 다음 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하는 응력 측정 장치를 구비하므로, 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 함께 응력 방향을 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 주방향(principal direction)에 수직한 스트라이프 형태의 패턴이 형성된 응력 센서를 이용함으로써, 측정 대상에 작용하는 응력 방향이 주방향에 대응하는지 보다 정확하게 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 응력 센서에 대한 전원 공급이나 전기 배선이 요구되지 않고 비접촉 방식으로 응력 크기와 응력 방향의 측정이 가능하므로, 기존의 변형율계 및 하중계의 스트레인 게이지를 대체하여 비접촉식 변형율계 및 하중계를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 응력 센서를 설명하기 위한 도면.
도 3은 측정 대상에 코팅된 응력 센서를 나타내는 도면.
도 4는 응력 측정 장치로부터 분석되는 스펙트럼의 파수를 나타내는 도면.
도 5는 응력 측정 장치가 응력 방향을 판정하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 응력 센서를 설명하기 위한 도면.
도 3은 측정 대상에 코팅된 응력 센서를 나타내는 도면.
도 4는 응력 측정 장치로부터 분석되는 스펙트럼의 파수를 나타내는 도면.
도 5는 응력 측정 장치가 응력 방향을 판정하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 응력 센서를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 측정 대상에 코팅된 응력 센서를 나타내는 도면이고, 도 4는 응력 측정 장치로부터 분석되는 스펙트럼의 파수를 나타내는 도면이며, 도 5는 응력 측정 장치가 응력 방향을 판정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 시스템은 응력 센서(100)와 응력 측정 장치(200)를 포함하여 구성된다.
상기 응력 센서(100)는 응력을 측정하고자 하는 측정 대상(10)의 표면에 코팅되는 것으로, 측정 대상(10)에 코팅된 상태에서 그 측정 대상(10)의 응력을 전달받으며, 후술할 응력 측정 장치(200)가 레이저를 조사하여 측정 대상(10)의 응력을 측정하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
여기서, 전술한 측정 대상(10)은 비접촉 방식으로 응력을 측정하고자 하는 다양한 구조물에 설치되는 앵커 헤드 또는 로드셀을 뜻하는 것이며, 전술한 구조물은 특히 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete) 공법이 적용된 구조물일 수 있다.
아울러, 전술한 비접촉 방식은 후술할 응력 측정 장치(200)가 측정 대상(10)에 접촉되지 않더라도 그 측정 대상(10)의 응력을 측정할 수 있다는 것을 의미하며, 응력 센서(100)와 측정 대상(10)이 서로 비접촉 상태라는 것을 의미하지는 않는다.
한편, 응력 센서(100)는 측정 대상(10)로부터 전달된 응력 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 서로 다른 복수의 라만 산란 물질로 이루어지며, 나노 프린팅 기술 또는 나노 임프린트 기술을 이용하여 소정의 패턴을 갖도록 코팅하는 방식으로 형성될 수 있다.
이때, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 응력 센서(100)는 측정 대상(10)의 주방향(principal direction)에 수직한 제 1방향을 따라 서로 거리를 두고 위치하는 제 1라만 산란 물질(110)과, 제 1방향을 따라 제 1라만 산란 물질(110) 사이에 위치하는 제 2라만 산란 물질(120)을 포함하고, 제 1라만 산란 물질(110)의 폭이 제 2라만 산란 물질(120)의 폭보다 크게 형성되는 구조로 형성될 수 있다.
참고로, 전술한 주방향은 전단 응력 성분이 ‘0’이 되는 특정한 요소 면에 수직한 방향을 뜻하며, 전술한 요소 면에 작용하는 수직응력을 주응력(principal stress)이라 한다.
즉, 응력 센서(100)는 제 1라만 산란 물질(110)의 폭이 넓고 제 2라만 산란 물질(120)의 폭이 상대적으로 좁은 스트라이프(stripe) 형태의 패턴으로 형성될 수 있다.
여기서, 제 1라만 산란 물질(110)은 알루미나(alumina)이고, 제 2라만 산란 물질(120)은 실리카(silica)일 수 있는데, 그 이외에도, 측정 대상(10)로부터 전달된 응력의 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 변화하는 다른 물질로 대체하여 적용될 수도 있다.
상기 응력 측정 장치(200)는 응력 센서(100)를 이용하여 측정 대상(10)의 응력을 측정하기 위한 것으로, 응력 센서(100)에 레이저를 조사하고, 이로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정한 다음, 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상(10)에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하도록 구비된다.
이러한, 응력 측정 장치(200)에는 레이저를 조사한 다음 응력 센서(100)로부터 반사된 산란광을 수집하는 수단과, 회절격자 분광기 또는 푸리에 변환 분광기로 구비되어 산란광의 스펙트럼을 측정하는 수단과, 측정된 스펙트럼의 파수 변화를 분석하여 측정 대상(10)에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 판정하는 수단이 구비될 수 있다.
또한, 응력 측정 장치(200)는 제 1라만 산란 물질(110)에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량으로부터 응력 크기를 분석하고, 제 1라만 산란 물질(110)에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량과 제 2라만 산란 물질(120)에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량을 비교하여 응력 방향을 분석할 수 있다.
예컨대, 도 4의 (a)에는 측정 대상(10)에 주방향의 압축 응력이 작용하는 상태일 때 응력 측정 장치(200)로부터 분석되는 스펙트럼의 파수가 도시되어 있는데, 측정 대상(10)에 주방향의 압축 응력이 작용하게 되면, 측정 대상(10)에 응력이 작용하지 않는 상태에서 응력 센서(100)의 제 1라만 산란 물질(110)과 제 2라만 산란 물질(120)에서 각각 측정된 스펙트럼의 초기 파수(W1-a, W2-a)로부터 음의 방향으로 제 1라만 산란 물질(110)과 제 2라만 산란 물질(120)에서 측정되는 스펙트럼의 파수(W1-b, W2-b)가 이동하게 된다.
이때, 라만 산란 물질에서 측정되는 스펙트럼의 파수는 라만 산란 물질에 포함된 분자들 간의 거리에 따라 쉬프트되는 정도가 결정되는데, 제 2라만 산란 물질(120)은 제 1라만 산란 물질(110)에 비해 상대적으로 폭이 좁고 더 먼 간격으로 이격되어 있기 때문에, 제 1라만 산란 물질(110)의 파수 이동 거리(L1)보다 제 2라만 산란 물질(120)의 파수 이동 거리(L2)가 더 큰 폭으로 측정되게 된다.
반면에, 도 4의 (b)에는 주방향에 직교하는 방향인 직교 방향의 압축 응력이 측정 대상(10)에 작용하는 상태일 때 응력 측정 장치(200)로부터 분석되는 스펙트럼의 파수가 도시되어 있는데, 측정 대상(10)에 직교 방향의 압축 응력이 작용하게 되는 경우에도, 측정 대상(10)에 응력이 작용하지 않는 상태에서 응력 센서(100)의 제 1라만 산란 물질(110)과 제 2라만 산란 물질(120)에서 각각 측정된 스펙트럼의 초기 파수(W1-a, W2-a)로부터, 음의 방향으로 제 1라만 산란 물질(110)과 제 2라만 산란 물질(120)에서 측정되는 스펙트럼의 파수(W1-b, W2-b)가 이동한다는 점은 동일하다.
그러나, 제 1라만 산란 물질(110)과 제 2라만 산란 물질(120)이 모두 직교 방향으로 연장되어 있는 스트라이프 패턴의 형태를 가지므로, 제 1라만 산란 물질(110)의 파수 이동 거리(L1)와 제 2라만 산란 물질(120)의 파수 이동 거리(L2)는 서로 동일하거나 거의 같은 폭으로 측정되게 된다.
이를 이용하여, 응력 측정 장치(200)는 제 1라만 산란 물질(110)에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량, 즉, 파수의 이동 거리에 비해 상대적으로 제 2라만 산란 물질(120)에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량, 즉, 파수 이동 거리의 증가 비율이 크면, 측정 대상(10)에 작용하는 응력 방향이 주방향(principal direction)인 것으로 판정할 수 있는 것이다.
아울러, 도 4에는 측정 대상(10)에 압축 응력이 작용하는 것을 전제하여 음의 방향으로 이동하는 스펙트럼의 파수를 도시하였으나, 측정 대상(10)에 인장 응력이 작용하게 되면 양의 방향으로 스펙트럼의 파수가 이동하게 되며, 측정 대상(10)에 인장 응력이 주방향으로 작용하는지의 여부에 따라 제 1라만 산란 물질(110)과 제 2라만 산란 물질(120)에서 각각 측정되는 스펙트럼의 파수 이동 거리의 증가 비율이 상이하거나 같을 수 있다는 점은 동일하다.
한편, 응력 측정 장치(200)에 제 1라만 산란 물질(110)에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량과 제 2라만 산란 물질(120)에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량에 대한 정보가 저장된 룩업 테이블을 사전에 구비하고, 이를 이용하여 복잡한 계산을 수행하지 않으면서 측정 대상(10)에 작용하는 응력 방향을 분석할 수도 있다.
예컨대, 아래의 표 1은 측정 대상(10)에 주방향의 압축 응력이 작용할 때 응력 측정 장치(200)로부터 분석되는 스펙트럼의 파수를 나타내고, 표 2는 측정 대상(10)에 직교 방향의 압축 응력이 작용할 때 응력 측정 장치(200)로부터 분석되는 스펙트럼의 파수를 나타낸다.
| 압축 정도 (주방향) |
전체 면적 |
제 1라만 산란 물질 면적 | 제 2라만 산란 물질 면적 | 제 1라만 산란 물질의 파수 이동 거리 | 제 2라만 산란 물질의 파수 이동 거리 | ||
| 0 | 1761.7674 | 1335.2762 | 426.4912 | 3.6 | - | 9.9 | - |
| 1㎜ | 1313.2604 | 1004.5801 | 308.6803 | 4.3 | 19.4% | 12.9 | 30.3% |
| 2㎜ | 1049.8365 | 774.3251 | 275.5114 | 4.9 | 36.1% | 15.9 | 60.6% |
| 3㎜ | 874.9879 | 643.8871 | 231.1008 | 5.6 | 55.6% | 18.8 | 89.9% |
| 4㎜ | 752.2096 | 595.1300 | 157.0796 | 6.3 | 75.0% | 21.8 | 120.2% |
| 5㎜ | 647.7410 | 492.4384 | 155.3026 | 7.0 | 94.4% | 24.8 | 150.5% |
| 6㎜ | 592.9549 | 444.1615 | 148.7934 | 7.7 | 113.9% | 27.8 | 180.8% |
| 압축 정도 (직교 방향) |
전체 면적 |
제 1라만 산란 물질 면적 | 제 2라만 산란 물질 면적 | 제 1라만 산란 물질의 파수 이동 거리 | 제 2라만 산란 물질의 파수 이동 거리 | ||
| 0 | 1761.7674 | 1335.2762 | 426.4912 | 3.6 | - | 9.9 | - |
| 1㎜ | 1313.2604 | 998.3013 | 314.9591 | 4.3 | 19.4% | 10.3 | 4.0% |
| 2㎜ | 1049.8365 | 791.0479 | 258.7886 | 4.9 | 36.1% | 10.8 | 9.1% |
| 3㎜ | 874.9879 | 663.3627 | 211.6252 | 5.6 | 55.6% | 11.2 | 13.1% |
| 4㎜ | 752.2096 | 571.5342 | 180.6754 | 6.3 | 75.0% | 11.7 | 18.2% |
| 5㎜ | 647.7410 | 487.8584 | 159.8826 | 7.0 | 94.4% | 12.2 | 23.2% |
| 6㎜ | 592.9549 | 453.2946 | 139.6603 | 7.7 | 113.9% | 12.8 | 29.3% |
여기서, 응력 측정 장치(200)는 표 1과 표 2에 각각 도시된 룩업 테이블을 이용하여 제 1라만 산란 물질(110)에서 측정된 스펙트럼의 파수 이동 거리의 증가 비율(%)과 제 2라만 산란 물질(120)에서 측정된 스펙트럼의 파수 이동 거리의 증가 비율(%)을 비교한 다음, 제 1라만 산란 물질(110)의 파수 이동 거리의 증가 비율(%)보다 제 2라만 산란 물질(120)의 파수 이동 거리의 증가 비율(%)이 크게 나타나면, 측정 대상(10)에 작용하는 응력 방향이 주방향인 것으로 판정할 수 있다.
한편, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 주방향으로 압축 응력이 작용하여 제 2라만 산란 물질(120)의 측정 면적이 감소할 경우 특정한 지점, 예컨대, 측정 대상(10)이 4mm 정도로 압축되는 지점에서 특이한 변곡점이 발생하고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 직교 방향으로 압축 응력이 작용하여 제 2라만 산란 물질(120)의 측정 면적이 감소하게 되면 별도의 변곡점이 발생하지 않는다는 점을 이용하여 측정 대상(10)에 작용하는 응력 방향을 판정할 수도 있다.
이때에는, x는 압축 정도이고, y는 제 2라만 산란 물질(120)의 측정 면적인 함수 y = f(x)를 이용하여, 응력 측정 장치(200)는 f”(x) = 0 의 해가 2개 이상일 때, 측정 대상(10)에 작용하는 응력 방향이 주방향인 것으로 판정할 수도 있다.
이러한, 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 시스템은 측정 대상(10)에 작용하는 응력 크기와 함께 응력 방향을 확인할 수 있으며, 특히, 주방향에 수직한 스트라이프 형태의 패턴이 형성된 응력 센서(100)를 이용하여 측정 대상(10)에 작용하는 응력 방향이 주방향에 대응하는지 확인할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 시스템은 전원 공급이나 전기 배선이 요구되지 않고 비접촉 방식으로 응력 크기와 응력 방향을 측정할 수 있는 구조로서, 프리스트레스트 콘크리트 공법이 적용된 구조물에 적용되는 변형율계 및 하중계의 스트레인 게이지를 대체할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 응력 측정 시스템에서 수행되는 응력 측정 방법을 설명한다.
다만, 도 6에 도시된 응력 측정 방법에서 수행되는 기능은 모두 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 응력 측정 시스템에서 수행되므로, 명시적인 설명이 없어도, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 모든 기능은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 응력 측정 방법에서 수행되고, 도 6을 참조하여 설명하는 모든 기능은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 응력 측정 시스템에서 그대로 수행됨을 주의해야 한다.
먼저, 응력 측정 장치가 응력을 측정하고자 하는 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서에 레이저를 조사한다(S100).
이때, 응력 센서는 측정 대상로부터 전달된 응력 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 서로 다른 복수의 라만 산란 물질로 형성될 수 있으며, 특히, 전술한 응력 센서는 주방향(principal direction)에 수직한 제 1방향을 따라 서로 거리를 두고 위치하는 제 1라만 산란 물질과, 제 1방향을 따라 제 1라만 산란 물질 사이에 위치하는 제 2라만 산란 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제 1라만 산란 물질은 알루미나(alumina)이고 제 2라만 산란 물질은 실리카(silica)일 수 있으며, 측정 대상로부터 전달된 응력의 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 변화하는 다른 물질로 대체하여 적용될 수도 있다.
아울러, 응력 센서는 제 1라만 산란 물질의 폭이 제 2라만 산란 물질의 폭보다 크게 형성되는 스트라이프(stripe) 형태의 패턴으로 형성될 수 있다.
그 다음, 응력 측정 장치가 응력 센서로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정한다(S200).
이때, 응력 측정 장치는 회절격자 분광기 또는 푸리에 변환 분광기를 이용하여 산란광의 스펙트럼을 측정할 수 있다.
그 다음에는, 응력 측정 장치가 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석한다(S300).
이때, 응력 측정 장치는 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량으로부터 응력 크기를 분석하고(S310), 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량과 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량을 비교하여 응력 방향을 분석하게 된다(S320).
아울러, 응력 측정 장치는 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량에 비해 상대적으로 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량이 크면 응력 방향이 주방향인 것으로 판정하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100 : 응력 센서
200 : 응력 측정 장치
200 : 응력 측정 장치
Claims (14)
- 응력을 측정하고자 하는 측정 대상로부터 전달된 응력 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 서로 다른 복수의 라만 산란 물질로 형성되며, 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서; 및
상기 응력 센서에 레이저를 조사하고, 이로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정한 다음, 상기 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하는 응력 측정 장치;를 포함하고,
상기 응력 센서는,
측정 대상의 주방향(principal direction)에 수직한 제 1방향을 따라 복수의 제 1라만 산란 물질과 복수의 제 2라만 산란 물질이 교대로 배치되고,
상기 제 1라만 산란 물질에 비해 상대적으로 상기 제 2라만 산란 물질의 폭이 좁게 형성되어, 주방향의 응력 작용 시, 상기 응력 측정 장치에서 상기 제 1라만 산란 물질의 파수 이동 거리보다 상기 제 2라만 산란 물질의 파수 이동 거리가 더 큰 폭으로 측정되게 한 것을 특징을 하는 응력 측정 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 응력 센서는,
상기 제 1라만 산란 물질과 상기 제 2라만 산란 물질이 스트라이프(stripe) 형태의 패턴을 형성하는 것을 특징을 하는 응력 측정 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1라만 산란 물질은 알루미나(alumina)이고,
상기 제 2라만 산란 물질은 실리카(silica)인 것을 특징으로 하는 응력 측정 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 응력 측정 장치는,
상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량으로부터 응력 크기를 분석하고, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량과 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량을 비교하여 응력 방향을 분석하는 것을 특징으로 하는 응력 측정 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 응력 측정 장치는,
상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량에 비해 상대적으로 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량이 크면, 응력 방향이 주방향(principal direction)인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 응력 측정 시스템.
- 응력 측정 시스템에서 수행되는 응력 측정 방법으로서,
(1) 응력 측정 장치가, 응력을 측정하고자 하는 측정 대상로부터 전달된 응력 크기에 따라 산란광에서 측정되는 스펙트럼의 파수가 서로 다른 복수의 라만 산란 물질로 형성되며 측정 대상의 표면에 코팅되어 그 측정 대상의 응력을 전달받는 응력 센서에, 레이저를 조사하는 단계;
(2) 상기 응력 측정 장치가, 상기 응력 센서로부터 반사된 산란광의 스펙트럼을 측정하는 단계; 및
(3) 상기 응력 측정 장치가, 상기 측정된 스펙트럼의 파수(wave number) 변화에 기초하여 측정 대상에 작용하는 응력 크기와 응력 방향을 분석하는 단계;를 포함하고,
상기 제 (1)단계에서 상기 응력 센서는,
측정 대상의 주방향(principal direction)에 수직한 제 1방향을 따라 복수의 제 1라만 산란 물질과 복수의 제 2라만 산란 물질이 교대로 배치되고,
상기 제 1라만 산란 물질에 비해 상대적으로 상기 제 2라만 산란 물질의 폭이 좁게 형성되어, 주방향의 응력 작용 시, 상기 응력 측정 장치에서 상기 제 1라만 산란 물질의 파수 이동 거리보다 상기 제 2라만 산란 물질의 파수 이동 거리가 더 큰 폭으로 측정되게 한 것을 특징을 하는 응력 측정 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 8항에 있어서,
상기 제 (1)단계에서 상기 응력 센서는,
상기 제 1라만 산란 물질과 상기 제 2라만 산란 물질이 스트라이프(stripe) 형태의 패턴을 형성하는 것을 특징을 하는 응력 측정 방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1라만 산란 물질은 알루미나(alumina)이고,
상기 제 2라만 산란 물질은 실리카(silica)인 것을 특징으로 하는 응력 측정 방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 (3)단계는,
(3-1) 상기 응력 측정 장치가, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량으로부터 응력 크기를 분석하는 단계; 및
(3-2) 상기 응력 측정 장치가, 상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량과 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량을 비교하여 응력 방향을 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력 측정 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 제 (3-2)단계에서 상기 응력 측정 장치는,
상기 제 1라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량에 비해 상대적으로 상기 제 2라만 산란 물질에서 측정된 스펙트럼의 파수 변화량이 크면, 응력 방향이 주방향(principal direction)인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 응력 측정 방법.
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| KR1020190004717A KR102205439B1 (ko) | 2019-01-14 | 2019-01-14 | 응력 측정 시스템 및 이를 이용한 응력 측정 방법 |
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Family Cites Families (2)
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2019
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