KR102323526B1 - Prestressing force monitoring system of prestressins strand using smart anchoring plate based on distributed optical fiber sensor, and method for the same - Google Patents

Prestressing force monitoring system of prestressins strand using smart anchoring plate based on distributed optical fiber sensor, and method for the same Download PDF

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Abstract

프리스트레스트 콘크리트(PSC) 부재와 정착헤드 사이에 설치되는 스마트 정착판의 외주면에 홈을 형성하고 완만한 곡률을 갖는 광섬유센서를 용이하게 부착함으로써, PS 강연선의 변형률 계측 방향의 일관성을 확보할 수 있고, 또한, 브릴루앙 산란 기반 또는 광섬유 브래그 격자(FBG) 기반의 분포형 광섬유 센싱을 통해 계측되는 광 신호(브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장) 변화가 긴장력에 따른 변형률과 선형관계를 갖는 것을 이용하여 PS 강연선의 긴장력을 추정함으로써, PSC 구조물의 생애주기동안 긴장력을 모니터링하여 관리할 수 있는, 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템 및 그 방법이 제공된다.By forming a groove on the outer circumferential surface of the smart fixing plate installed between the prestressed concrete (PSC) member and the fixing head and easily attaching an optical fiber sensor having a gentle curvature, it is possible to ensure the consistency of the strain measurement direction of the PS stranded wire. , In addition, using the fact that the optical signal (Brillouin frequency or FBG wavelength) change measured through distributed optical fiber sensing based on Brillouin scattering or fiber Bragg grating (FBG) has a linear relationship with the strain according to tension, PS strands A system and method for monitoring the tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart anchoring plate, which can monitor and manage the tension during the life cycle of a PSC structure by estimating the tension of the PSC structure, are provided.

Description

분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템 및 그 방법 {PRESTRESSING FORCE MONITORING SYSTEM OF PRESTRESSINS STRAND USING SMART ANCHORING PLATE BASED ON DISTRIBUTED OPTICAL FIBER SENSOR, AND METHOD FOR THE SAME}Prestressing tension monitoring system and method of prestressed strand using distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate

본 발명은 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 프리스트레스트 콘크리트(Pre-Stressed Concrete: PSC) 교량과 같은 PSC 구조물에 설치된 PS 강연선(Prestressing Strand)의 긴장력을 모니터링하도록 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용하는 PC 강연선의 긴장력 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a distributed optical fiber sensor-based smart anchoring plate, and more specifically, distributed to monitor the tension of a PS strand installed in a PSC structure such as a Pre-Stressed Concrete (PSC) bridge. It relates to a tension monitoring system for a PC strand using a type optical fiber sensor-based smart fixing plate and a method therefor.

일반적으로, PSC 구조물은 개별 강선 및 텐던(Tendon)을 이용하여 콘크리트 구조물의 처짐과 균열 특성을 효율적으로 향상시킨 구조를 가지며, 이러한 PSC 구조물의 핵심요소는 PSC 부재에 긴장력(압축력)을 제공하는 텐던으로서 PS 강연선이다.In general, a PSC structure has a structure in which the deflection and cracking properties of a concrete structure are efficiently improved by using individual steel wires and tendons, and the core element of such a PSC structure is a tendon that provides tension (compressive force) to the PSC member. As a PS strand.

통상적인 PSC 구조물은 시간이 경과하면서 다양한 원인으로 인해 긴장력 손실이 발생하며, 이러한 손실은 PSC 구조물의 성능에 크게 영향을 주며, 최악의 경우 붕괴사고를 유발할 수 있다. 따라서 이러한 PSC 구조물에 인가된 긴장력에 대한 효율적인 모니터링이 요구된다.A typical PSC structure loses tension due to various causes over time, and this loss greatly affects the performance of the PSC structure, and in the worst case, it may cause a collapse accident. Therefore, efficient monitoring of the tension applied to these PSC structures is required.

종래의 기술에 따른 PSC 구조물의 텐던 긴장력 측정하는 방법으로서, 1) 변형률 게이지 기반 로드셀을 이용한 긴장력 모니터링 방법, 2) 긴장력에 따른 진동 특성을 이용한 진동법, 3) 텐던 변형률 측정이 가능한 센서를 포함한 강연선을 이용한 긴장력 모니터링 방법, 그리고 4) EM(Electro-Magnetic)나 MFL(Magnetic Flux Leakage) 센서와 같은 긴장력에 따른 자기장 변화 측정법이 있다.As a method of measuring the tendon tension of a PSC structure according to the prior art, 1) a tension monitoring method using a strain gauge-based load cell, 2) a vibration method using vibration characteristics according to the tension force, 3) a strand including a sensor capable of measuring tendon strain There is a method of monitoring tension force using , and 4) a method of measuring magnetic field change according to tension force, such as EM (Electro-Magnetic) or MFL (Magnetic Flux Leakage) sensors.

구체적으로, 도 1은 종래의 기술에 따른 로드셀을 이용하여 긴장력을 측정하는 PSC 부재를 나타내는 도면이다.Specifically, Figure 1 is a view showing a PSC member for measuring the tension force using a load cell according to the prior art.

종래의 기술에 따른 변형률 게이지-기반 로드셀을 이용한 긴장력 모니터링 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, PSC 부재(2)와 정착헤드(4) 사이에 로드셀(5)을 설치하고, 이를 이용하여 쉬스관(3) 내의 PS 강연선(1)의 긴장력을 측정한다. 이때, 이러한 로드셀(5)의 검교정이 곤란하기 때문에 장기간 사용이 곤란하다는 문제점이 있다.A strain gauge-based tension monitoring method using a load cell according to the prior art, as shown in FIG. 1, installs the load cell 5 between the PSC member 2 and the fixing head 4, and uses the sheath Measure the tension of the PS strand (1) in the tube (3). At this time, since calibration of the load cell 5 is difficult, there is a problem in that it is difficult to use for a long period of time.

또한, 종래의 기술에 따른 긴장력에 따른 진동 특성을 이용한 진동법의 경우, 가속도 센서 등을 이용해 텐던의 진동 특성을 계측한 후 긴장력을 측정한다. 하지만, 긴장력에 따른 진동 특성을 이용한 진동법의 경우, 외부 텐던에만 적용할 수 있으며, 텐던의 양단 경계조건 및 질량의 불확실성으로 인한 정확도가 결여된다는 문제점이 있다. 즉, 실제 현장조건을 고려하지 않은 방식이기 때문에 실무 적용성이 크게 결여된다.In addition, in the case of the vibration method using the vibration characteristic according to the tension force according to the related art, the tension force is measured after measuring the vibration characteristic of the tendon using an acceleration sensor or the like. However, in the case of the vibration method using the vibration characteristics according to the tension force, it can be applied only to the external tendon, and there is a problem in that it lacks accuracy due to the boundary condition of both ends of the tendon and the uncertainty of the mass. In other words, it lacks practical applicability because it is a method that does not consider actual field conditions.

또한, 도 2는 종래의 기술에 따른 긴장력 측정을 위해 강심선에 광섬유센서를 매립한 것을 나타내는 도면이다.In addition, FIG. 2 is a view showing that an optical fiber sensor is embedded in a steel core wire for measuring tension according to the related art.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 광섬유격자센서 등 텐던 변형률 측정이 가능한 센서를 포함한 강연선(스마트 강연선)을 이용하여 긴장력을 모니터링하는 방법은 강연선의 측선(1a) 내의 심선을 광섬유센서(6)가 매립된 FRP 심선(1b)으로 대체시킨 스마트 강연선을 이용하여 긴장력을 측정한다. 이때, 개별 강연선에 인가되는 긴장력을 산출하는 방식이기 때문에 강연선 긴장 방식 등에 따라 개별 강연선 긴장력이 상이할 수 있다. 이에 따라, 개별 강연선에서 산출되는 긴장력을 토대로 전체 긴장력을 추정할 경우, 정확도가 결여될 수 있다는 문제점이 있고, 또한, 스마트 강연선의 손상 발생시, 해당 강연선을 교체하기 어렵다는 문제점이 있다.As shown in FIG. 2, the method for monitoring tension using a strand (smart strand) including a sensor capable of measuring tendon strain, such as a fiber optic grating sensor according to the prior art, is a method of monitoring a tension force using a core wire in the lateral line (1a) of the strand as an optical fiber sensor. (6) Measure the tension force using the smart strand replaced by the embedded FRP core wire (1b). At this time, since it is a method of calculating the tension applied to the individual strands, the tension of the individual strands may be different depending on the method of tensioning the strands. Accordingly, when estimating the total tension force based on the tension force calculated from individual strands, there is a problem that accuracy may be lacking, and also, there is a problem in that it is difficult to replace the corresponding strand when damage occurs in the smart strand.

또한, 도 3은 종래의 기술에 따른 EM 센서를 이용하여 긴장력을 측정하는 것을 나타내는 도면이다.In addition, Figure 3 is a view showing the measurement of the tension force using the EM sensor according to the prior art.

종래의 기술에 따른 EM(Electro- Magnetic)나 MFL(Magnetic Flux Leakage) 센서와 같이 긴장력에 따른 자기장 변화 측정법의 경우. 긴장력의 크기와 자기장 변화율 상의 관계식을 사전에 산출하여 이를 바탕으로 긴장력을 추정하는 방식이다. 하지만, 이러한 EM 센서의 경우, 도 3의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 부피가 커서 다발 강연선에 사용하기 곤란하며, 또한, 철근 등이 주위에 있을 때 정확도가 문제될 수 있고, 또한, 시간 경과에 따른 탈자화로 인해서 초기 측정치의 정확성이 결여될 수 있다는 문제점이 있다. In the case of magnetic field change measurement method according to tension force, such as EM (Electro-Magnetic) or MFL (Magnetic Flux Leakage) sensor according to the prior art. It is a method of estimating the tension force by calculating the relational expression between the magnitude of the tension force and the rate of change of the magnetic field in advance. However, in the case of such an EM sensor, as shown in a) and b) of FIG. 3, it is difficult to use for a bundled strand due to its bulkiness, and accuracy may be a problem when reinforcing bars or the like are around, and also , there is a problem that the accuracy of the initial measurement may be lacking due to demagnetization over time.

한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1408954호에는 "구조물 강연선의 변형률 센싱 장치 및 이를 구비한 센싱 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.On the other hand, as a prior art, Korean Patent Registration No. 10-1408954 discloses an invention entitled "a strain sensing device for a structural strand and a sensing system having the same", which will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.

도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 기술에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 분해 사시도 및 변형률 센싱 장치의 앵커헤드를 나타내는 도면이다.4A and 4B are diagrams showing an exploded perspective view of a strain sensing device for a stranded structure and an anchor head of the strain sensing device according to the related art, respectively.

도 4a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는 구조물에 설치된 강연선의 외면 측에 장착되어 강연선(1)의 긴장력을 실시간 측정 관리할 수 있는 장치로서, 제1 외통(10), 제2 외통(20), 세관(30), 변형률 센서를 구비한 광섬유(40) 및 광섬유 고정수단(50)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4A, the strain sensing device of the stranded structure according to the related art is mounted on the outer surface of the strand installed in the structure to measure and manage the tension of the strand 1 in real time. As an apparatus, it is configured to include a first outer cylinder 10 , a second outer cylinder 20 , a tubule 30 , an optical fiber 40 having a strain sensor, and an optical fiber fixing means 50 .

제1 외통(10)은 강연선의 일 지점에 장착되고, 제2 외통(20)은 강연선의 타 지점에 제1 외통(10)과 이격되게 장착되며, 이때, 제1 외통(10) 및 제2 외통(20) 각각은, 통형의 몸체(11), 상기 몸체(11)에 형성된 가이드홀(19), 강연선 장착홀(17) 및 체결공(13)을 포함하여 구성된다. 구체적으로, 몸체(11)는 금속 등의 강재로 제작된 속이 빈 원통형 부재로서 세관(30)과 접속되는 가이드홀(19)과 강연선(1)이 삽입되는 강연선 장착홀(17)이 형성되고, 측면에는 강연선에 몸체(11)를 고정시키기 위한 체결공(13)이 관통 형성된다.The first outer cylinder 10 is mounted at one point of the strand, and the second outer cylinder 20 is mounted at another point of the strand to be spaced apart from the first outer cylinder 10, in this case, the first outer cylinder 10 and the second Each of the outer cylinders 20 is configured to include a cylindrical body 11 , a guide hole 19 formed in the body 11 , a strand mounting hole 17 , and a fastening hole 13 . Specifically, the body 11 is a hollow cylindrical member made of steel such as metal, and a guide hole 19 connected to the tubule 30 and a strand mounting hole 17 into which the strand 1 is inserted are formed, A fastening hole 13 for fixing the body 11 to the strand is formed through the side surface.

적어도 하나의 세관(30)은 내부 중공의 세관으로서 일단부가 제1 외통(10)에 연결되고, 타단부는 제2 외통(20)에 연결된다.At least one tube 30 is an inner hollow tube, and one end is connected to the first outer tube 10 , and the other end is connected to the second outer tube 20 .

광섬유(40)는 제1 외통(10), 세관(30) 및 제2 외통(20)을 관통하며, 광섬유(40)에 브래그 격자 센서가 형성된다.The optical fiber 40 passes through the first outer tube 10 , the tubule 30 , and the second outer tube 20 , and a Bragg grating sensor is formed in the optical fiber 40 .

도 4b에 도시된 바와 같이, 앵커헤드(60)는 구조물에 강연선(1)을 설치하고, 시멘트 몰탈 양생 후, 외부로 인출시킨 각 강연선(1) 부위를 정착시키는 구성부에 해당한다. 이러한 앵커헤드(60)는 외부로 인출된 강연선(1)이 끼워지는 정착구(62)가 다수 개 형성되고, 특히, 강연선에 설치된 변형률 센싱 장치로부터 연장되는 광섬유(40)를 시멘트 몰탈 외부로 인출할 수 있도록 광섬유 인출공(61)이 함께 형성된다.As shown in Fig. 4b, the anchor head 60 corresponds to a component for installing the strand 1 in the structure, and fixing each strand 1 pulled out after curing the cement mortar. The anchor head 60 is provided with a plurality of anchorages 62 into which the externally drawn strand 1 is fitted. In particular, the optical fiber 40 extending from the strain sensing device installed on the strand is drawn out of the cement mortar. An optical fiber lead-out hole 61 is formed together so that it can be used.

종래의 기술에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 경우, 광섬유 변형률 센서를 기반으로 하기 때문에 측정 민감도가 매우 뛰어나고, 다수 지점의 장력을 동시에 실시간 감시 및 측정이 가능하다. 또한, 기존에 사용되는 강연선에 단순 장착 방식으로 설치할 수 있으므로 구조물에 따른 별도의 주문 제작이 필요 없고, 광섬유센서의 외부 자극에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 강연선과는 별개로 부착할 수 있기 때문에 강연선의 절단, 선처리 및 마감 작업이 용이하다.In the case of a strain sensing device of a stranded structure according to the prior art, since it is based on an optical fiber strain sensor, the measurement sensitivity is very excellent, and it is possible to simultaneously monitor and measure the tension at multiple points in real time. In addition, since it can be installed in a simple mounting method on the existing stranded wire, there is no need to make a separate order according to the structure, it can prevent damage caused by external stimuli of the optical fiber sensor, and it can be attached separately from the stranded wire. It is easy to cut, pre-treat and finish the stranded wire.

하지만, 종래의 기술에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 경우, 제1 외통(10), 제2 외통(20), 세관(30), 변형률 센서를 구비한 광섬유(40) 및 광섬유 고정수단(50)을 구비하는 등 그 구조가 복잡하며, 설치가 용이하지 못한 문제점이 있다.However, in the case of the strain sensing device of a stranded structure according to the prior art, the first outer cylinder 10 , the second outer cylinder 20 , the tubule 30 , the optical fiber 40 having the strain sensor and the optical fiber fixing means 50 ), and the structure is complicated, and there is a problem in that it is not easy to install.

대한민국 등록특허번호 제10-1408954호(등록일: 2014년 6월 11일), 발명의 명칭: "구조물 강연선의 변형률 센싱 장치 및 이를 구비한 센싱 시스템"Republic of Korea Patent No. 10-1408954 (Registration Date: June 11, 2014), Title of Invention: "Strain sensing device for structural strands and sensing system having the same" 대한민국 등록특허번호 제10-1326859호(등록일: 2013년 11월 1일), 발명의 명칭: "광 주파수 변조를 이용한 유도 브릴루앙 산란 기반 광섬유 센서 장치"Republic of Korea Patent No. 10-1326859 (Registration Date: November 1, 2013), Title of Invention: "Induced Brillouin Scattering Based Fiber Optic Sensor Device Using Optical Frequency Modulation" 대한민국 등록특허번호 제10-1182650호(등록일: 2012년 9월 7일), 발명의 명칭: "분포형 광섬유 센서 및 브릴루앙 산란을 이용한 센싱 방법"Republic of Korea Patent No. 10-1182650 (Registration Date: September 7, 2012), Title of Invention: "Sensing Method Using Distributed Fiber Optic Sensor and Brillouin Scattering" 대한민국 등록특허번호 제10-968533호(등록일: 2010년 6월 30일), 발명의 명칭: "광섬유 센서가 장착된 강연선"Republic of Korea Patent No. 10-968533 (Registration Date: June 30, 2010), Title of Invention: "Stranded Wire with Optical Fiber Sensor" 대한민국 공개특허번호 제2019-107583호(공개일: 2019년 9월 20일), 발명의 명칭: "긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템"Republic of Korea Patent Publication No. 2019-107583 (published on September 20, 2019), title of invention: "Smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring tension loss" 대한민국 공개특허번호 제2010-26145호(공개일: 2010년 3월 10일), 발명의 명칭: "광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 긴장력 또는 변형량 측정 방법"Republic of Korea Patent Publication No. 2010-26145 (published date: March 10, 2010), title of invention: "Method for measuring tension or strain using an optical fiber Bragg grating sensor"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, PSC 부재와 정착헤드 사이에 설치되는 스마트 정착판의 외주면에 홈을 형성하고, 완만한 곡률을 갖는 광섬유센서를 용이하게 부착함으로써, PS 강연선의 변형률 계측 방향의 일관성을 확보할 수 있는, 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention for solving the above problems is to form a groove on the outer peripheral surface of a smart fixing plate installed between a PSC member and a fixing head, and easily attach an optical fiber sensor having a gentle curvature, PS An object of the present invention is to provide a system and method for monitoring the tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, which can ensure the consistency of the strain measurement direction of the strand.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 브릴루앙 산란 기반 또는 광섬유 브래그 격자(FBG) 기반의 분포형 광섬유 센싱을 통해 계측되는 광 신호(브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장) 변화가 긴장력에 따른 변형률과 선형관계를 갖는 것을 이용하여 PS 강연선의 긴장력을 추정함으로써, PSC 구조물의 생애주기동안 긴장력을 모니터링하여 관리할 수 있는, 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is that the change in the optical signal (Brillouin frequency or FBG wavelength) measured through distributed optical fiber sensing based on Brillouin scattering or fiber Bragg grating (FBG) is linearly related to strain according to tension. By estimating the tension of the PS strand using that with it is to do

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템은, PSC 구조물에 설치된 PS 강연선의 긴장력을 모니터링하는 시스템에 있어서, 외주면에 홈이 형성되고, PSC 구조물의 PSC 부재 및 정착헤드 사이에 설치되어 PC 강연선을 정착시키는 스마트 정착판; 상기 스마트 정착판의 외주면에 형성된 홈을 따라 부착되어 상기 PC 강연선에 도입된 긴장력을 계측하는 광섬유센서; 상기 광섬유센서에 연결되어 광섬유 길이 방향의 광신호인 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 계측하는 분포형 광섬유센서 인터로게이터; 상기 긴장력과 광신호 간의 선형관계식을 실험적으로 도출하는 선형관계식 도출부; 상기 선형관계식에 따라 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터에서 계측된 광신호를 긴장력으로 역산하는 광신호-긴장력 역산부; 및 상기 PSC 부재의 긴장력 변화 추이를 모니터링하는 긴장력 모니터링부를 포함하되, 상기 스마트 정착판은 외주면에 부착된 광섬유센서를 통해 상기 PC 강연선에서 발생하는 변형률 분포를 분포형 광섬유센서-기반으로 계측하고, 상기 스마트 정착판은 PSC 구조물의 PSC 부재의 정착구의 크기에 대응하는 속이 빈 원통형으로 제작하되, 상기 스마트 정착판의 외주면에 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above-mentioned technical problem, the system for monitoring the tension of the prestressed strand using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to the present invention is a system for monitoring the tension of the PS strand installed in the PSC structure, the outer peripheral surface A smart fixing plate in which a groove is formed and installed between the PSC member and the fixing head of the PSC structure to fix the PC strand; an optical fiber sensor attached along the groove formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate to measure the tension force introduced into the PC strand; a distributed optical fiber sensor interrogator connected to the optical fiber sensor to measure a Brillouin frequency or FBG wavelength, which is an optical signal in a longitudinal direction of the optical fiber; a linear relational expression deriving unit for experimentally deriving a linear relational expression between the tension force and the optical signal; an optical signal-tensile force inversion unit for inverting the optical signal measured by the distributed optical fiber sensor interrogator into a tension force according to the linear relational expression; and a tension monitoring unit for monitoring the change in tension of the PSC member, wherein the smart fixing plate measures the distribution of strain generated in the PC strand through an optical fiber sensor attached to the outer peripheral surface based on a distributed optical fiber sensor, the The smart fixing plate is manufactured in a hollow cylindrical shape corresponding to the size of the anchorage of the PSC member of the PSC structure, and a groove is formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate.

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여기서, 상기 스마트 정착판의 홈은 CNC 정밀 가공으로 상기 광섬유센서의 두께와 실질적으로 동일한 0.3㎜ 깊이로 형성되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the groove of the smart fixing plate is formed to a depth of 0.3 mm substantially equal to the thickness of the optical fiber sensor by CNC precision machining.

여기서, 상기 홈은 상기 스마트 정착판의 외주면을 따라 소정의 완만한 곡률을 갖도록 생성하고, 상기 광섬유센서를 부착할 수 있다.Here, the groove may be created to have a predetermined gentle curvature along the outer peripheral surface of the smart fixing plate, and the optical fiber sensor may be attached thereto.

여기서, 상기 홈은 상기 스마트 정착판 외주면 중심부에 형성되어 상기 광섬유센서를 수평으로 여러 번 감을 수 있다.Here, the groove is formed in the center of the outer peripheral surface of the smart fixing plate, so that the optical fiber sensor can be wound horizontally several times.

여기서, 상기 광섬유센서는 상기 스마트 정착판의 홈을 따라 CN(Cyanoacrylate) 접착제로 부착할 수 있다.Here, the optical fiber sensor may be attached with a CN (Cyanoacrylate) adhesive along the groove of the smart fixing plate.

여기서, 상기 광섬유센서가 부착된 스마트 정착판의 외주면은 상기 광섬유센서를 보호하도록 코팅 처리하는 것이 바람직하다.Here, the outer peripheral surface of the smart fixing plate to which the optical fiber sensor is attached is preferably coated to protect the optical fiber sensor.

여기서, 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터는 브릴루앙 주파수를 계측하는 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) 인터로게이터 또는 FBG 파장을 계측하는 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑(Resonance Frequency Mapping) 인터로게이터일 수 있다.Here, the distributed optical fiber sensor interrogator is a Brillouin Optical Correlation Domain Analysis (BOCDA) interrogator that measures Brillouin frequency or an FBG-based quasi-distributed resonance frequency mapping interrogator that measures FBG wavelength. can be

여기서, 상기 BOCDA 인터로게이터는 상기 광섬유센서의 양단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서로부터 브릴루앙 주파수를 계측할 수 있다.Here, the BOCDA interrogator may be connected to lead wires drawn out from both ends of the optical fiber sensor to measure the Brillouin frequency from the optical fiber sensor in response to the tension force introduced to the PC strand.

여기서, 상기 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑 인터로게이터(RFMI)는 FBG의 반사파를 이용하여 상기 광섬유센서의 한쪽 끝단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서로부터 FBG 반사파를 계측할 수 있다.Here, the FBG-based quasi-distributed resonant frequency mapping interrogator (RFMI) is connected to a lead wire drawn out from one end of the optical fiber sensor using the reflected wave of the FBG, and in response to the tension force introduced into the PC strand, the optical fiber sensor FBG reflected wave can be measured from

여기서, 상기 광섬유센서가 부착된 PC 강연선을 UTM(만능재료시험기)을 이용하여 긴장력에 따른 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 분포형 광섬유센서 인터로게이터를 통해 실험적으로 계측한 후, 계측된 데이터를 통해 광신호-긴장력의 선형관계식을 미리 도출하는 것을 특징으로 한다.Here, after experimentally measuring the Brillouin frequency or FBG wavelength according to the tension force using a UTM (universal material testing machine) of the PC strand to which the optical fiber sensor is attached through a distributed optical fiber sensor interrogator, the measured data It is characterized in that the linear relational expression of the optical signal-tensile force is derived in advance.

여기서, 상기 선형관계식은,

Figure 112019128025080-pat00001
로 주어지고, 여기서,
Figure 112019128025080-pat00002
는 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 나타내며,
Figure 112019128025080-pat00003
Figure 112019128025080-pat00004
는 UTM(만능재료시험기)을 활용한 선형관계식 도출 과정에서 산출할 수 있고, 상기 긴장력은 상기 계측된 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장으로부터 역산되는 것을 특징으로 한다.Here, the linear relation is
Figure 112019128025080-pat00001
is given, where,
Figure 112019128025080-pat00002
represents the Brillouin frequency or FBG wavelength,
Figure 112019128025080-pat00003
and
Figure 112019128025080-pat00004
can be calculated in the process of deriving a linear relation using UTM (Universal Material Testing Machine), and the tension force is inversely calculated from the measured Brillouin frequency or FBG wavelength.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법은, PSC 구조물에 설치된 PS 강연선의 긴장력을 모니터링하는 방법에 있어서, a) 스마트 정착판의 외주면에 형성된 홈을 따라 광섬유센서를 부착하는 단계; b) 상기 광섬유센서가 부착된 스마트 정착판을 PSC 부재 및 정착헤드 사이에 설치하는 단계; c) 긴장력 도입장치를 사용하여 상기 PSC 부재에 설치된 PC 강연선에 긴장력을 도입하는 단계; d) 분포형 광섬유센서 인터로게이터를 사용하여 상기 스마트 정착판에 부착된 광섬유센서로부터 광신호를 계측하는 단계; e) 미리 산출된 광신호-긴장력 간의 선형관계식을 이용하여 상기 계측된 광신호를 긴장력으로 역산하는 단계; 및 f) 상기 PSC 부재의 긴장력 모니터링 계획에 따라 상기 d) 단계 및 e) 단계를 반복하면서 상기 PSC 부재의 긴장력 변화 추이를 모니터링하는 단계를 포함하되, 상기 스마트 정착판은 외주면에 부착된 광섬유센서를 통해 상기 PC 강연선에서 발생하는 변형률 분포를 분포형 광섬유센서-기반으로 계측하고, 상기 스마트 정착판은 PSC 구조물의 PSC 부재의 정착구의 크기에 대응하는 속이 빈 원통형으로 제작하되, 상기 스마트 정착판의 외주면에 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.On the other hand, as another means for achieving the above-mentioned technical problem, the method of monitoring the tension of the prestressed strand using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to the present invention is a method of monitoring the tension of the PS strand installed in the PSC structure. In, a) attaching the optical fiber sensor along the groove formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate; b) installing the smart fixing plate to which the optical fiber sensor is attached between the PSC member and the fixing head; c) introducing a tension force to the PC strand installed on the PSC member using a tension force introduction device; d) measuring the optical signal from the optical fiber sensor attached to the smart fixing plate using a distributed optical fiber sensor interrogator; e) inversely calculating the measured optical signal as a tension force using a pre-calculated linear relationship between the optical signal and the tension force; and f) monitoring the change in tension of the PSC member while repeating steps d) and e) according to the tension monitoring plan of the PSC member, wherein the smart fixing plate includes an optical fiber sensor attached to the outer circumferential surface A distribution type optical fiber sensor-based measurement of the strain distribution occurring in the PC strand through the smart fixing plate is manufactured in a hollow cylindrical shape corresponding to the size of the anchorage of the PSC member of the PSC structure, but the outer circumferential surface of the smart fixing plate It is characterized in that the groove is formed.

본 발명에 따르면, PSC 부재와 정착헤드 사이에 설치되는 스마트 정착판의 외주면에 홈을 형성하고, 완만한 곡률을 갖는 광섬유센서를 용이하게 부착함으로써, PS 강연선의 변형률 계측 방향의 일관성을 확보할 수 있다.According to the present invention, by forming a groove on the outer circumferential surface of the smart fixing plate installed between the PSC member and the fixing head and easily attaching an optical fiber sensor having a gentle curvature, it is possible to ensure the consistency of the direction of measuring the strain of the PS strand. have.

본 발명에 따르면, 브릴루앙 산란 기반 또는 광섬유 브래그 격자(FBG) 기반의 분포형 광섬유 센싱을 통해 계측되는 광 신호(브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장) 변화가 긴장력에 따른 변형률과 선형관계를 갖는 것을 이용하여 PS 강연선의 긴장력을 추정함으로써, PSC 구조물의 생애주기동안 긴장력을 모니터링하여 관리할 수 있으며, 이를 통한 PSC 구조물의 안정성 및 효율적인 유지관리 계획 등의 의사결정이 가능하다.According to the present invention, using the fact that the optical signal (Brillouin frequency or FBG wavelength) change measured through the Brillouin scattering-based or fiber Bragg grating (FBG)-based distributed optical sensing has a linear relationship with the strain according to the tension force. By estimating the tension of the PS strand, it is possible to monitor and manage the tension during the life cycle of the PSC structure.

도 1은 종래의 기술에 따른 로드셀을 이용하여 긴장력을 측정하는 PSC 부재를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 긴장력 측정을 위해 강심선에 광섬유센서를 매립한 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 EM 센서를 이용하여 긴장력을 측정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 기술에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 분해 사시도 및 변형률 센싱 장치의 앵커헤드를 나타내는 도면이다.
도 5는 포인트(FBG) 광섬유센서 및 분포형 광섬유센서의 차이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 변형률-광섬유센서 계측신호 관계에 따른 정착부 긴장력 모니터링을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서의 한 종류인 BOCDA 인터로게이터-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 브릴루앙 광신호-긴장력 간의 선형관계식 도출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 긴장력 변화에 따른 광섬유 길이별 브릴루앙 주파수 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
1 is a view showing a PSC member for measuring the tension force using a load cell according to the prior art.
FIG. 2 is a view showing that an optical fiber sensor is embedded in a steel core wire for measuring tension according to the related art.
3 is a view illustrating measuring the tension force using the EM sensor according to the prior art.
4A and 4B are views showing an exploded perspective view of a strain sensing device for a stranded structure and an anchor head of the strain sensing device according to the related art, respectively.
5 is a diagram for explaining the difference between a point (FBG) optical fiber sensor and a distributed optical fiber sensor.
6 is a diagram illustrating a tension monitoring system of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the tension monitoring of the fixing unit according to the strain-optical fiber sensor measurement signal relationship in the tension monitoring system of the prestressed strand using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to the embodiment of the present invention.
8A and 8B show the derivation of a linear relationship between the Brillouin optical signal and the tension in the tension monitoring system of the prestressed strand using the BOCDA interrogator-based smart fixing plate, which is a type of distributed optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention. It is a drawing for explanation.
9 is a view showing the Brillouin frequency change for each fiber length according to the change in the tension in the tension monitoring system of the prestressed strand using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to the embodiment of the present invention.
10 is a diagram specifically illustrating a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate in a tension monitoring system of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention.
11 is an operation flowchart of a method for monitoring tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

먼저, 도 5는 포인트(FBG) 광섬유센서 및 분포형 광섬유센서의 차이점을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5의 a)는 광섬유 브래그 격자(FBG)를 이용한 포인트 광섬유 센서(Point Optical Fiber Sensor)를 나타내며, 도 5의 b)는 브릴루앙 산란 상관영역 해석법(BOCDA)을 이용한 분포형 광섬유 센서(Distributed Optical Fiber Sensor)를 각각 나타낸다.First, FIG. 5 is a diagram for explaining the difference between a point (FBG) optical fiber sensor and a distributed optical fiber sensor, and FIG. 5 a) shows a point optical fiber sensor using a fiber Bragg grating (FBG). , FIG. 5 b) shows a distributed optical fiber sensor using Brillouin scattering correlation domain analysis (BOCDA), respectively.

도 5의 a)에 도시된 바와 같이, 광섬유 브래그 격자(FBG)를 이용한 포인트 광섬유 센서는 하나의 광섬유에 단지 수 개의 지점에서 계측이 가능한 것을 나타내고, 또한, 도 5의 b)에 도시된 바와 같이, 브릴루앙 산란 상관영역 해석법(BOCDA)을 이용한 분포형 광섬유 센서는 하나의 광섬유에 다수 개의 연속 지점에서 계측이 가능한 것을 나타낸다.As shown in FIG. 5 a), the point optical fiber sensor using a fiber Bragg grating (FBG) indicates that measurement is possible at only several points on one optical fiber, and as shown in FIG. 5 b) , The distributed optical fiber sensor using Brillouin Scattering Correlation Area Analysis (BOCDA) indicates that measurements can be performed at multiple consecutive points on one optical fiber.

구체적으로, 도 5의 b)에 도시된 바와 같이, 브릴루앙 산란광을 기반으로 하는 광섬유센서는 광섬유센서가 부착된 전 구간의 변형 및 온도의 분포를 연속적으로 측정할 수 있으므로, 크기가 큰 대형 구조물이나 장거리 선로 등의 감시에 효과적으로 사용되는 것으로 알려져 있다. 이때, 광섬유에 인가되는 변형률과 브릴루앙 주파수 변화가 선형관계임을 이용하여 광섬유 길이방향에 발생하는 변형률을 연속적으로 계측하는 방식이 브릴루앙 기반 분포형 광섬유 센싱이라 한다. 즉, 분포형 광섬유 센싱은 일반적인 광섬유 전체를 변형률 센서로 사용하는 방법으로서, 광섬유센서의 길이방향으로 많은 수의 변형률 센서를 설치하는 것과 동일한 효과를 가진다. 이러한 브릴루앙 산란 상관영역(BOCDA) 해석법은 5㎝의 높은 공간 분해능을 가지는 분포형 광섬유 센싱 기법으로서, 분포형 광섬유센서 인터로게이터(Interrogator)를 사용할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 5 b), the optical fiber sensor based on Brillouin scattered light can continuously measure the distribution of strain and temperature in the entire section to which the optical fiber sensor is attached, and thus a large structure with a large size. It is known to be effectively used for monitoring of long-distance lines. At this time, the method of continuously measuring the strain occurring in the longitudinal direction of the optical fiber by using that the strain applied to the optical fiber and the Brillouin frequency change is a linear relationship is called Brillouin-based distributed optical fiber sensing. That is, distributed optical fiber sensing is a method of using the entire optical fiber as a strain sensor, and has the same effect as installing a large number of strain sensors in the longitudinal direction of the optical fiber sensor. This Brillouin scattering correlation area (BOCDA) analysis method is a distributed optical fiber sensing technique having a high spatial resolution of 5 cm, and can use a distributed optical fiber sensor interrogator.

본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템은 브릴루앙 산란 기반 센싱 기법을 이용하거나 또는 FBG 기반 준분포형 센싱 기법을 모두 이용할 수 있다. 이에 따라, 상기 분포형 광섬유 인터로게이터는, 예를 들면, 브릴루앙 산란 기반 센싱 기법을 이용하는 BOCDA 인터로게이터이거나 FBG 기반 준분포형 센싱 기법을 이용하는 공진주파수 매핑(Resonance frequency mapping) 인터로게이터(RFMI)일 수 있다.The system for monitoring the tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention may use either a Brillouin scattering-based sensing technique or an FBG-based quasi-distributed sensing technique. Accordingly, the distributed optical fiber interrogator is, for example, a BOCDA interrogator using a Brillouin scattering-based sensing technique or a resonance frequency mapping interrogator using an FBG-based quasi-distributed sensing technique ( RFMI).

이하, 본 발명의 실시예로서, 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템이 도 5의 b)에 도시된 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용하는 것으로 설명하지만, 또한, 도 5의 a)에 도시된 광섬유 브래그 격자(FBG)-기반 스마트 정착판을 이용할 수도 있다.Hereinafter, as an embodiment of the present invention, the tension monitoring system of the prestressed strand using the smart fixing plate is described as using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate shown in FIG. ), a fiber Bragg grating (FBG)-based smart fixing plate shown in Fig.

[분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템][Tension monitoring system of prestressed strands using distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate]

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 변형률-광섬유센서 계측신호 관계에 따른 정착부 긴장력 모니터링을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram showing a tension monitoring system of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a distributed optical fiber sensor-based smart fixing according to an embodiment of the present invention. It is a diagram to explain the tension monitoring of the anchorage according to the strain-optical fiber sensor measurement signal relationship in the tension monitoring system of the prestressed strand using a plate.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템(100)은, PSC 구조물에 설치된 PS 강연선(230)의 긴장력을 모니터링하는 시스템으로서, 스마트 정착판(110), 광섬유센서(120), 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130), 선형관계식 도출부(140), 광신호-긴장력 역산부(150) 및 긴장력 모니터링부(160)를 포함한다.6 and 7, the system 100 for monitoring the tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention, the tension of the PS strand 230 installed in the PSC structure As a monitoring system, a smart fixing plate 110, an optical fiber sensor 120, a distributed optical fiber sensor interrogator 130, a linear relational expression derivation unit 140, an optical signal-tensile force inversion unit 150, and a tension monitoring unit (160).

스마트 정착판(110)은 외주면에 홈(111), 예를 들면 나선형 홈이 형성되고, PSC 구조물의 PSC 부재(210) 및 정착헤드(240) 사이에 설치되어 PC 강연선(230)을 정착시킨다. 이때, 상기 스마트 정착판(110)은 PSC 구조물의 PSC 부재(210)의 정착구의 크기에 대응하는 속이 빈 원통형으로 제작하되, 상기 스마트 정착판(110)의 외주면에 홈(111), 예를 들면 나선형 홈이 형성될 수 있다. 특히, 상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)은 CNC(Computer Numerical Control) 정밀 가공으로 상기 광섬유센서(120)의 두께와 실질적으로 동일한 0.3㎜ 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판(110)의 외주면을 따라 완만한 곡률을 갖도록 형성되어, 상기 광섬유센서(120)가 완만한 곡률을 갖도록 부착할 수 있다. 또한, 상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판 외주면 중심부에 형성되어 상기 광섬유센서(120)를 수평으로 여러 번 감을 수도 있다.The smart fixing plate 110 has a groove 111, for example, a spiral groove formed on the outer peripheral surface, and is installed between the PSC member 210 and the fixing head 240 of the PSC structure to fix the PC strand 230. At this time, the smart fixing plate 110 is manufactured in a hollow cylindrical shape corresponding to the size of the anchorage of the PSC member 210 of the PSC structure, and a groove 111 on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110, for example A spiral groove may be formed. In particular, the groove 111 of the smart fixing plate 110 is preferably formed to a depth of 0.3 mm substantially equal to the thickness of the optical fiber sensor 120 by CNC (Computer Numerical Control) precision processing. In addition, the groove 111 is formed to have a gentle curvature along the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110, so that the optical fiber sensor 120 can be attached to have a gentle curvature. In addition, the groove 111 may be formed in the center of the outer peripheral surface of the smart fixing plate to wind the optical fiber sensor 120 horizontally several times.

광섬유센서(120)는 상기 스마트 정착판(110)의 외주면에 형성된 홈(111)을 따라 부착되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력을 계측한다. 이때, 상기 광섬유센서(120)는 일반적인 저가의 광섬유를 활용할 수 있으며, 상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)을 따라 CN(Cyanoacrylate) 접착제로 부착할 수 있다. 또한, 상기 광섬유센서(120)가 부착된 스마트 정착판(110)의 외주면은 상기 광섬유센서(120)를 보호하도록 코팅 처리하는 것이 바람직하다.The optical fiber sensor 120 is attached along the groove 111 formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 to measure the tension force introduced into the PC strand 230 . In this case, the optical fiber sensor 120 may utilize a general inexpensive optical fiber, and may be attached with a CN (Cyanoacrylate) adhesive along the groove 111 of the smart fixing plate 110 . In addition, the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 to which the optical fiber sensor 120 is attached is preferably coated to protect the optical fiber sensor 120 .

분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)는 상기 광섬유센서(120)에 연결되어 광섬유 길이 방향의 광신호인 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 계측한다. 여기서, 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터는 브릴루앙 주파수를 계측하는 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) 인터로게이터 또는 FBG 파장을 계측하는 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑(Resonance Frequency Mapping) 인터로게이터일 수 있다. 예를 들면. 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터는 상기 광섬유센서(120)의 양단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서로부터 브릴루앙 주파수를 계측할 수 있다. 또한, 상기 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑 인터로게이터(RFMI)는 FBG의 반사파를 이용하여 상기 광섬유센서(120)의 한쪽 끝단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서(120)로부터 FBG 반사파를 계측할 수 있다.The distributed optical fiber sensor interrogator 130 is connected to the optical fiber sensor 120 to measure the Brillouin frequency or FBG wavelength, which is an optical signal in the length direction of the optical fiber. Here, the distributed optical fiber sensor interrogator is a Brillouin Optical Correlation Domain Analysis (BOCDA) interrogator that measures Brillouin frequency or an FBG-based quasi-distributed resonance frequency mapping interrogator that measures FBG wavelength. can be For example. The distributed optical fiber sensor interrogator is connected to lead wires drawn out from both ends of the optical fiber sensor 120 to measure the Brillouin frequency from the optical fiber sensor in response to the tension force introduced to the PC strand 230 . In addition, the FBG-based quasi-distributed resonant frequency mapping interrogator (RFMI) is connected to a lead wire drawn out from one end of the optical fiber sensor 120 using the reflected wave of the FBG, and the tension force introduced into the PC strand 230 In response, it is possible to measure the FBG reflected wave from the optical fiber sensor 120 .

선형관계식 도출부(140)는 긴장력과 광신호 간의 선형관계식을 실험적으로 도출한다. 즉, 상기 광섬유센서(120)가 부착된 PC 강연선(230)을 UTM(만능재료시험기)을 이용하여 긴장력에 따른 광신호를 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)를 통해 실험적으로 계측한 후, 계측된 데이터를 통해 광신호-긴장력의 선형관계식을 미리 도출한다.The linear relational expression deriving unit 140 experimentally derives a linear relational expression between the tension force and the optical signal. That is, the optical signal according to the tension force is experimentally measured through the distributed optical fiber sensor interrogator 130 using a UTM (universal material testing machine) for the PC strand 230 to which the optical fiber sensor 120 is attached, A linear relational expression of the optical signal-tension force is derived in advance through the measured data.

광신호-긴장력 역산부(150)는 상기 선형관계식에 따라 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)에서 계측된 광신호를 긴장력으로 역산한다. 예를 들면, 상기 선형관계식은,

Figure 112019128025080-pat00005
로 주어지고, 여기서,
Figure 112019128025080-pat00006
는 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 나타내며,
Figure 112019128025080-pat00007
Figure 112019128025080-pat00008
는 UTM을 활용한 선형관계식 도출 과정에서 산출할 수 있고, 상기 긴장력은 상기 계측된 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장으로부터 역산될 수 있다.The optical signal-tensile force inversion unit 150 inversely calculates the optical signal measured by the distributed optical fiber sensor interrogator 130 as a tension force according to the linear relational expression. For example, the linear relation
Figure 112019128025080-pat00005
is given, where,
Figure 112019128025080-pat00006
represents the Brillouin frequency or FBG wavelength,
Figure 112019128025080-pat00007
and
Figure 112019128025080-pat00008
may be calculated in the process of deriving a linear relation using UTM, and the tension force may be inversely calculated from the measured Brillouin frequency or FBG wavelength.

긴장력 모니터링부(160)는 상기 PSC 부재(210)의 긴장력 변화 추이를 모니터링한다.The tension monitoring unit 160 monitors the change in tension of the PSC member 210 .

이에 따라, 상기 스마트 정착판(110)은 외주면에 부착된 광섬유센서(120)를 통해 상기 PC 강연선(230)에서 발생하는 변형률 분포를 분포형 광섬유센서-기반으로 계측할 수 있다.Accordingly, the smart fixing plate 110 can measure the strain distribution occurring in the PC strand 230 through the optical fiber sensor 120 attached to the outer peripheral surface of the distributed optical fiber sensor-based.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템(100)의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 정착헤드(240)와 PSC 부재(210) 사이에 스마트 정착판(110)이 위치하도록 설치된다.In other words, in the case of the prestressed strand tension monitoring system 100 using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6 , the fixing head 240 and the PSC member ( The smart fixing plate 110 is installed between 210).

이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 PSC 부재(210)에 인가되는 긴장력에 따라 상기 스마트 정착판(110)은 압축을 받게 되며, 이에 따라, 상기 스마트 정착판(210)의 횡방향과 종방향으로 각각 변형률이 발생한다. 이때 발생하는 변형률을 스마트 정착판(210)에 감겨 있는 광섬유센서(120)을 통해 계측하여, 이와 같이 계측된 변형률을 선형관계식에 따라 긴장력으로 역산할 수 있다.At this time, as shown in FIG. 7 , the smart fixing plate 110 is compressed according to the tension applied to the PSC member 210 , and accordingly, the horizontal and vertical directions of the smart fixing plate 210 . Strain occurs in each direction. The strain generated at this time can be measured through the optical fiber sensor 120 wound around the smart fixing plate 210, and the measured strain can be inversely calculated as a tension force according to a linear relational expression.

한편, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서의 한 종류인 BOCDA 인터로게이터-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 브릴루앙 광신호-긴장력 간의 선형관계식 도출을 설명하기 위한 도면이으로서, 도 8a는 스마트 정착판(110)이 PSC 부재(210) 및 정착헤드(240) 사이에 설치되는 것을 나타내고, 도 8b는 선형관계식을 도출하는 것을 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIGS. 8A and 8B show a Brillouin optical signal in a tension monitoring system of a prestressed strand using a BOCDA interrogator-based smart fixing plate, which is a type of distributed optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention. As a diagram for explaining the derivation, FIG. 8A shows that the smart fixing plate 110 is installed between the PSC member 210 and the fixing head 240, and FIG. 8B is a diagram showing that a linear relational expression is derived.

도 8a에 도시된 바와 같이, 정착헤드(240)에 작용하는 긴장력(압축력)에 의해 스마트 정착판(110)이 눌리면 상기 스마트 정착판(110)은 원주 방향으로 변형이 발생하는데, 이러한 변형량을 측정하여 정착헤드(240)의 긴장력(압축력)을 산정할 수 있다. 이때, 상기 정착헤드(240)에는 PC 강연선(230)을 정착하기 위한 쐐기가 정착되므로 응력 및 변형률 분포가 대단히 복잡하여 상기 정착헤드(240)의 변형률 측정값으로부터 긴장력(압축력)을 산정하는 것이 용이하지 않다. 또한, 상기 스마트 정착판(110)의 변형률을 측정하기 위한 수단으로 전기저항식 변형률 게이지를 사용할 수 있으나 정확한 설치가 어렵고, 이러한 전기저항식 변형률 게이지를 다수 설치할 경우 리드선의 처리가 곤란하다는 점 때문에 실용적이지 않다.As shown in Figure 8a, when the smart fixing plate 110 is pressed by the tension (compressive force) acting on the fixing head 240, the smart fixing plate 110 is deformed in the circumferential direction. Thus, it is possible to calculate the tension (compression force) of the fixing head 240 . At this time, since the wedge for fixing the PC strand 230 is fixed to the fixing head 240 , the stress and strain distribution is very complicated, so it is easy to calculate the tension (compressive force) from the strain measurement value of the fixing head 240 don't In addition, as a means for measuring the strain of the smart fixing plate 110, an electrical resistance strain gauge can be used, but it is difficult to accurately install, and when a plurality of these electrical resistance strain gauges are installed, it is difficult to process the lead wire. it is not

또한, 상기 정착헤드(240)로부터 상기 스마트 정착판(110)에 작용하는 긴장력(압축력)은 다양한 요인으로 인해 균등하지 않고 불균등할 수 있다. 이러한 경우, 상기 스마트 정착판(110)의 원주 방향 변형률 크기 또한 불균등하게 되므로 가능한 한 많은 위치에서 변형률을 측정하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예의 경우 일반적인 저가의 광섬유센서(120)를 이용하여 변형률을 측정한다.In addition, the tension (compressive force) acting on the smart fixing plate 110 from the fixing head 240 may not be uniform and uneven due to various factors. In this case, since the size of the strain in the circumferential direction of the smart fixing plate 110 is also uneven, it is preferable to measure the strain at as many positions as possible. measure

이러한 광섬유센서(120)는 내구성이 우수하고 섬유 하나로 많은 위치에서 변형률을 측정할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 광섬유센서(120)를 스마트 정착판(110)의 외주면에 감고 상기 광섬유센서(120)의 변형률 값을 측정하여 긴장력(압축력)을 산정할 수 있다. 이때, 상기 광섬유센서(120)는 일반적으로 사용하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유 센서 또는 브릴루앙 산란 기반 분포형 광섬유 센서 모두 다 가능하다는 점은 당업자에게 자명하다.Since the optical fiber sensor 120 has excellent durability and can measure strain at many positions with one fiber, in the embodiment of the present invention, the optical fiber sensor 120 is wound around the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 and the optical fiber sensor 120 ) can be measured to calculate the tension force (compressive force). In this case, it is apparent to those skilled in the art that the optical fiber sensor 120 may be a commonly used Fiber Bragg Grating (FBG) optical fiber sensor or a Brillouin scattering-based distributed optical fiber sensor.

한편, 도 8b에 도시된 바와 같이, 브릴루앙 주파수와 정착구에 인가되는 긴장력은 선형관계를 갖고, 마찬가지로 FBG 파장과 정착구에 인가되는 긴장력은 선형관계를 갖는다. 이러한 선형 관계식은 실제 계측데이터와 긴장력 간의 관계를 나타내며, 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)에서 계측된 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 사전에 산출된 선형관계식을 이용하여 상기 스마트 정착판(110)에 인가되는 긴장력을 역산할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 8B, the Brillouin frequency and the tension force applied to the anchorage have a linear relationship, and similarly, the FBG wavelength and the tension force applied to the anchorage have a linear relationship. This linear relational expression represents the relationship between the actual measurement data and the tension force, and the smart fixing plate 110 using the linear relational expression calculated in advance for the Brillouin frequency or the FBG wavelength measured by the distributed optical fiber sensor interrogator 130 . The tension applied to the can be inversely calculated.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 긴장력 변화에 따른 광섬유 길이별 브릴루앙 주파수 변화를 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 9 is a view showing the Brillouin frequency change for each fiber length according to the change in tension in the tension monitoring system of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템(100)의 경우, 5㎝라는 높은 공간 분해능을 통해 스마트 정착판(110)의 외주면에 부착된 광섬유센서(120)를 통해 발생하는 변형률 분포를 계측할 수 있고, 도 9는 계측된 브릴루앙 주파수가 긴장력에 따라 선형 변화하는 것을 나타내며, 또한, FBG 파장이 긴장력에 따라 선형 변화한다. 이것은 수십 또는 수백 개의 변형률 게이지를 정착구에 부착시키는 것과 동일한 효과를 가지며, 다수의 측정점을 통해 높은 계측 정확도와 신뢰도를 확보할 수 있다.In the case of the tension monitoring system 100 of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention, the optical fiber attached to the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 through a high spatial resolution of 5 cm The strain distribution generated through the sensor 120 can be measured, and FIG. 9 shows that the measured Brillouin frequency is linearly changed according to the tension force, and the FBG wavelength is linearly changed according to the tension force. This has the same effect as attaching tens or hundreds of strain gauges to the anchorage, and high measurement accuracy and reliability can be secured through multiple measurement points.

이러한 스마트 정착판(110)에 부착되는 광섬유센서(120)는 외부 전자기장에 의한 잡음 영향이 없으며, 실리카 재질의 광섬유를 사용하기 때문에 높은 내구성을 갖고, 예를 들면, PSC 교량 공용수명동안에 안정적인 센서로 활용할 수 있다.The optical fiber sensor 120 attached to the smart fixing plate 110 is not affected by noise by an external electromagnetic field, and has high durability because it uses an optical fiber made of silica, for example, as a stable sensor during the common life of the PSC bridge. can be utilized

한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템에서 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 구체적으로 나타내는 도면으로서, 도 10의 a)는 스마트 정착판의 외주면에 홈을 형성한 것을 나타내고, 도 10의 b)는 홈에 광섬유센서를 삽입 및 부착한 것을 나타낸다.On the other hand, FIG. 10 is a view specifically showing a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate in a tension monitoring system of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention, FIG. ) indicates that a groove is formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate, and b) of FIG. 10 indicates that an optical fiber sensor is inserted and attached to the groove.

본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템(100)에서 스마트 정착판(110)은 높은 작업성과 계측 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The smart fixing plate 110 in the prestressed strand tension monitoring system 100 using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention can improve high workability and measurement reliability.

도 10의 a)에 도시된 바와 같이, 0.3㎜의 깊이를 갖는 다수의 홈(110)을 완만한 곡률(θ)을 갖도록 CNC(Computer Numerical Control) 정밀 가공을 통해 스마트 정착판(110)의 외주면에 형성한다. 이를 통해 광섬유센서(120)의 부착이 용이하고 변형률 계측 방향의 일관성을 확보할 수 있다.As shown in FIG. 10 a), the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 through CNC (Computer Numerical Control) precision processing so that a plurality of grooves 110 having a depth of 0.3 mm have a gentle curvature θ. to form in Through this, it is possible to easily attach the optical fiber sensor 120 and to ensure the consistency of the strain measurement direction.

특히, 분포형 광섬유센서(120)는 급격한 곡률 변화 시, 광 손실이 발생됨에 따라 계측 신뢰성이 결여된다는 한계가 존재한다. 이러한 한계점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 정착판(110)은, 도 10의 b)에 도시된 바와 같은 형태로 제작한다. 이를 통해 소정의 완만한 곡률(θ)을 유지할 수 있으며, 높은 계측 신뢰성을 확보할 수 있다.In particular, the distributed optical fiber sensor 120 has a limitation in that it lacks measurement reliability as light loss occurs when a sudden change in curvature occurs. In order to solve this limitation, the smart fixing plate 110 according to an embodiment of the present invention is manufactured in a form as shown in FIG. 10 b). Through this, a predetermined gentle curvature θ can be maintained, and high measurement reliability can be secured.

다시 말하면, 상기 스마트 정착판(110)은 CNC 정밀가공을 통해 일정한 방향과 각도를 갖는 홈(111)을 형성함으로써, 이러한 홈(111)을 따라 광섬유센서(120)를 용이하게 부착할 수 있고, 변형률 계측 방향의 일관성을 확보할 수 있다. 또한, 생성된 홈의 완만한 곡률(θ), 예를 들면, 2°~4°의 각도의 완만한 곡률 변화를 통해 광 손실을 최소화함으로써 계측 신뢰성을 확보할 수 있다.In other words, the smart fixing plate 110 forms a groove 111 having a certain direction and angle through CNC precision processing, so that the optical fiber sensor 120 can be easily attached along the groove 111, It is possible to ensure the consistency of the strain measurement direction. In addition, measurement reliability can be secured by minimizing optical loss through a gentle curvature θ of the generated groove, for example, a gentle curvature change at an angle of 2° to 4°.

[분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법][Method for monitoring tension of prestressed strands using distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate]

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법의 동작흐름도이다.11 is an operation flowchart of a method for monitoring tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법은, 스마트 정착판(110)의 외주면에 형성된 홈(111)을 따라 광섬유센서(120)를 부착한다(S110). 이때, 상기 스마트 정착판(110)은 PSC 구조물의 PSC 부재(210)의 정착구의 크기에 대응하는 속이 빈 원통형으로 제작하되, 상기 스마트 정착판(110)의 외주면에 홈(111)이 형성된다. 특히, 상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)은 CNC(Computer Numerical Control) 정밀 가공으로 상기 광섬유센서(120)의 두께와 실질적으로 동일한 0.3㎜ 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판(110)의 외주면을 따라 완만한 곡률을 갖도록 생성하여 상기 광섬유센서(120)를 부착할 수 있다. 또한, 상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판 외주면 중심부에 형성되어 상기 광섬유센서(120)를 수평으로 여러 번 감을 수도 있다. Referring to FIG. 11 , the method for monitoring the tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention is a fiber optic sensor along the groove 111 formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 . (120) is attached (S110). At this time, the smart fixing plate 110 is manufactured in a hollow cylindrical shape corresponding to the size of the anchorage of the PSC member 210 of the PSC structure, and a groove 111 is formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 . In particular, the groove 111 of the smart fixing plate 110 is preferably formed to a depth of 0.3 mm substantially equal to the thickness of the optical fiber sensor 120 by CNC (Computer Numerical Control) precision processing. In addition, the groove 111 may be created to have a gentle curvature along the outer circumferential surface of the smart fixing plate 110 to attach the optical fiber sensor 120 . In addition, the groove 111 may be formed in the center of the outer peripheral surface of the smart fixing plate to wind the optical fiber sensor 120 horizontally several times.

다음으로, 상기 광섬유센서(120)가 부착된 스마트 정착판(110)을 PSC 부재(210) 및 정착헤드(240) 사이에 설치한다(S120). 이때, 상기 광섬유센서(120)는 상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)을 따라 CN(Cyanoacrylate) 접착제로 부착할 수 있다. 또한, 상기 광섬유센서(120)가 부착된 스마트 정착판(110)의 외주면은 상기 광섬유센서(120)를 보호하도록 코팅 처리하는 것이 바람직하다.Next, the smart fixing plate 110 to which the optical fiber sensor 120 is attached is installed between the PSC member 210 and the fixing head 240 (S120). In this case, the optical fiber sensor 120 may be attached with a CN (Cyanoacrylate) adhesive along the groove 111 of the smart fixing plate 110 . In addition, the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 to which the optical fiber sensor 120 is attached is preferably coated to protect the optical fiber sensor 120 .

다음으로, 긴장력 도입장치를 사용하여 상기 PSC 부재(210)에 설치된 PC 강연선(230)에 긴장력(압축력)을 도입한다(S130).Next, a tension force (compressive force) is introduced into the PC strand 230 installed in the PSC member 210 using a tension force introduction device (S130).

다음으로, 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)를 사용하여 상기 스마트 정착판(110)에 부착된 광섬유센서(120)로부터 광신호를 계측한다(S140). 여기서, 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터는 브릴루앙 주파수를 계측하는 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) 인터로게이터 또는 FBG 파장을 계측하는 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑(Resonance Frequency Mapping) 인터로게이터일 수 있다. 예를 들면. 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터는 상기 광섬유센서(120)의 양단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서로부터 브릴루앙 주파수를 계측할 수 있다. 또한, 상기 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑 인터로게이터(RFMI)는 FBG의 반사파를 이용하여 상기 광섬유센서(120)의 한쪽 끝단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서(120)로부터 FBG 반사파를 계측할 수 있다.Next, the optical signal is measured from the optical fiber sensor 120 attached to the smart fixing plate 110 using the distributed optical fiber sensor interrogator 130 (S140). Here, the distributed optical fiber sensor interrogator is a Brillouin Optical Correlation Domain Analysis (BOCDA) interrogator that measures Brillouin frequency or an FBG-based quasi-distributed resonance frequency mapping interrogator that measures FBG wavelength. can be For example. The distributed optical fiber sensor interrogator is connected to lead wires drawn out from both ends of the optical fiber sensor 120 to measure the Brillouin frequency from the optical fiber sensor in response to the tension force introduced to the PC strand 230 . In addition, the FBG-based quasi-distributed resonant frequency mapping interrogator (RFMI) is connected to a lead wire drawn out from one end of the optical fiber sensor 120 using the reflected wave of the FBG, and the tension force introduced into the PC strand 230 In response, it is possible to measure the FBG reflected wave from the optical fiber sensor 120 .

다음으로, 미리 산출된 광신호-긴장력 간의 선형관계식을 이용하여 상기 계측된 브릴루앙 주파수를 긴장력으로 역산한다(S150). 이때, 상기 광섬유센서(120)가 부착된 PC 강연선(230)을 UTM(만능재료시험기)을 이용하여 긴장력에 따른 브릴루앙 주파수를 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)를 통해 실험적으로 계측한 후, 계측된 데이터를 통해 광신호-긴장력의 선형관계식을 미리 도출한다.Next, the measured Brillouin frequency is inversely calculated as the tension force using the pre-calculated linear relationship between the optical signal and the tension force (S150). At this time, after experimentally measuring the Brillouin frequency according to the tension force of the PC strand 230 to which the optical fiber sensor 120 is attached using a UTM (universal material testing machine) through the distributed optical fiber sensor interrogator 130 , a linear relational expression of optical signal-tension force is derived in advance through the measured data.

이때, 상기 선형관계식에 따라 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)에서 계측된 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 긴장력으로 역산한다. 예를 들면, 상기 선형관계식은,

Figure 112019128025080-pat00009
로 주어지고, 여기서,
Figure 112019128025080-pat00010
는 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 나타내며,
Figure 112019128025080-pat00011
Figure 112019128025080-pat00012
는 UTM을 활용한 선형관계식 도출 과정에서 산출할 수 있고, 상기 긴장력은 상기 계측된 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장으로부터 역산될 수 있다.At this time, the Brillouin frequency or FBG wavelength measured by the distributed optical fiber sensor interrogator 130 is inversely calculated as a tension force according to the linear relational expression. For example, the linear relation is
Figure 112019128025080-pat00009
is given, where,
Figure 112019128025080-pat00010
represents the Brillouin frequency or FBG wavelength,
Figure 112019128025080-pat00011
and
Figure 112019128025080-pat00012
can be calculated in the process of deriving a linear relation using UTM, and the tension force can be inversely calculated from the measured Brillouin frequency or FBG wavelength.

다음으로, 상기 PSC 부재(210)의 긴장력 모니터링 계획에 따라 전술한 브릴루앙 주파수 계측하는 S140 단계 및 긴장력을 역산하는 S150 단계를 반복하면서 상기 PSC 부재(210)의 긴장력 변화 추이를 모니터링할 수 있다(S170).Next, according to the tension monitoring plan of the PSC member 210, the change in tension of the PSC member 210 can be monitored while repeating the S140 step of measuring the Brillouin frequency and the S150 step of inversely calculating the tension force ( S170).

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법에서, 상기 스마트 정착판(110)은 외주면에 부착된 광섬유센서(120)를 통해 상기 PC 강연선(230)에서 발생하는 변형률 분포를 분포형 광섬유센서-기반으로 계측할 수 있다.Accordingly, in the method for monitoring the tension of a prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate according to an embodiment of the present invention, the smart fixing plate 110 is connected to the PC through the optical fiber sensor 120 attached to the outer circumferential surface. The distribution of strain generated in the strand 230 can be measured based on a distributed optical fiber sensor.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 부재와 정착헤드 사이에 설치되는 스마트 정착판의 외주면에 홈을 형성하고 완만한 곡률을 갖는 광섬유센서를 용이하게 부착함으로써, PS 강연선의 변형률 계측 방향의 일관성을 확보할 수 있다. 또한, 브릴루앙 산란 기반 또는 광섬유 브래그 격자(FBG) 기반의 분포형 광섬유 센싱을 통해 계측되는 광 신호(브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장) 변화가 긴장력에 따른 변형률과 선형관계를 갖는 것을 이용하여 PS 강연선의 긴장력을 추정함으로써, PSC 구조물의 생애주기동안 긴장력을 모니터링하여 관리할 수 있다.After all, according to an embodiment of the present invention, by forming a groove on the outer circumferential surface of the smart fixing plate installed between the prestressed concrete (PSC) member and the fixing head and easily attaching an optical fiber sensor having a gentle curvature, It is possible to ensure the consistency of the strain measurement direction. In addition, using the fact that the optical signal (Brillouin frequency or FBG wavelength) change measured through distributed optical fiber sensing based on Brillouin scattering or fiber Bragg grating (FBG) has a linear relationship with the strain according to tension, By estimating the tension, it is possible to monitor and manage the tension during the life cycle of the PSC structure.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

100: PC 강연선의 긴장력 모니터링 시스템
110: 스마트 정착판 120: 광섬유센서(광섬유 케이블)
130: 분포형 광섬유센서 인터로게이터 140: 선형관계식 도출부
150: 광신호-긴장력 역산부 160: 긴장력 모니터링부
210: PSC 구조물(PSC 교량) 220: 쉬스관
230: 프리스트레트(PC) 강연선 240: 정착헤드
111: 홈
100: PC strand tension monitoring system
110: smart fixing plate 120: optical fiber sensor (optical fiber cable)
130: distributed optical fiber sensor interrogator 140: linear relational expression derivation unit
150: optical signal-tension inversion unit 160: tension monitoring unit
210: PSC structure (PSC bridge) 220: sheath pipe
230: pre-stretched (PC) strand 240: fixing head
111: home

Claims (24)

PSC 구조물에 설치된 PS 강연선의 긴장력을 모니터링하는 시스템에 있어서,
외주면에 홈(111)이 형성되고, PSC 구조물의 PSC 부재(210) 및 정착헤드(240) 사이에 설치되어 PC 강연선(230)을 정착시키는 스마트 정착판(110);
상기 스마트 정착판(110)의 외주면에 형성된 홈(111)을 따라 부착되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력을 계측하는 광섬유센서(120);
상기 광섬유센서에 연결되어 광섬유 길이 방향의 광신호인 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 계측하는 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130);
상기 긴장력과 광신호 간의 선형관계식을 실험적으로 도출하는 선형관계식 도출부(140);
상기 선형관계식에 따라 상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)에서 계측된 광신호를 긴장력으로 역산하는 광신호-긴장력 역산부(150); 및
상기 PSC 부재(210)의 긴장력 변화 추이를 모니터링하는 긴장력 모니터링부(160)를 포함하되,
상기 스마트 정착판(110)은 외주면에 부착된 광섬유센서(120)를 통해 상기 PC 강연선(230)에서 발생하는 변형률 분포를 분포형 광섬유센서-기반으로 계측하고; 상기 스마트 정착판(110)은 PSC 구조물의 PSC 부재(210)의 정착구의 크기에 대응하는 속이 빈 원통형으로 제작하되, 상기 스마트 정착판(110)의 외주면에 홈(111)이 형성된 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
In the system for monitoring the tension of the PS strand installed in the PSC structure,
A smart fixing plate 110 having a groove 111 formed on the outer circumferential surface and installed between the PSC member 210 and the fixing head 240 of the PSC structure to fix the PC strand 230;
an optical fiber sensor 120 attached along the groove 111 formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 to measure the tension force introduced into the PC strand 230;
a distributed optical fiber sensor interrogator 130 connected to the optical fiber sensor to measure Brillouin frequency or FBG wavelength, which is an optical signal in the optical fiber length direction;
a linear relational expression deriving unit 140 for experimentally deriving a linear relational expression between the tension force and the optical signal;
an optical signal-tensile force inversion unit 150 for inverting the optical signal measured by the distributed optical fiber sensor interrogator 130 into a tension force according to the linear relational expression; and
Including a tension monitoring unit 160 for monitoring the change in tension of the PSC member 210,
The smart fixing plate 110 measures the distribution-type optical fiber sensor-based strain distribution occurring in the PC strand 230 through the optical fiber sensor 120 attached to the outer circumferential surface; The smart fixing plate 110 is manufactured in a hollow cylindrical shape corresponding to the size of the anchorage of the PSC member 210 of the PSC structure, characterized in that a groove 111 is formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 A tension monitoring system for prestressed strands using a distributed fiber optic sensor-based smart fixing plate.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)은 CNC(Computer Numerical Control) 정밀 가공으로 상기 광섬유센서(120)의 두께와 실질적으로 동일한 0.3㎜ 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
According to claim 1,
Distributed optical fiber sensor-based, characterized in that the groove 111 of the smart fixing plate 110 is formed to a depth of 0.3 mm substantially equal to the thickness of the optical fiber sensor 120 by CNC (Computer Numerical Control) precision machining. A tension monitoring system for prestressed strands using a smart fixing plate.
제1항에 있어서,
상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판의 외주면을 따라 소정의 완만한 곡률(θ)을 갖도록 생성하고, 상기 광섬유센서(120)를 부착할 수 있는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The groove 111 is created to have a predetermined gentle curvature (θ) along the outer circumferential surface of the smart fixing plate, and the optical fiber sensor 120 can be attached thereto. A tension monitoring system for prestressed strands using plates.
제1항에 있어서,
상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판 외주면 중심부에 형성되어 상기 광섬유센서(120)를 수평으로 여러 번 감는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The groove 111 is formed in the center of the outer peripheral surface of the smart fixing plate, and the optical fiber sensor 120 is horizontally wound several times.
제1항에 있어서,
상기 광섬유센서(120)는 상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)을 따라 CN(Cyanoacrylate) 접착제로 부착하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The optical fiber sensor 120 is a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that it is attached with CN (Cyanoacrylate) adhesive along the groove 111 of the smart fixing plate 110, tension monitoring system of the prestressed strand .
제6항에 있어서,
상기 광섬유센서(120)가 부착된 스마트 정착판(110)의 외주면은 상기 광섬유센서(120)를 보호하도록 코팅 처리하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
7. The method of claim 6,
The outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 to which the optical fiber sensor 120 is attached is coated to protect the optical fiber sensor 120. Monitoring of tension of the prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate. system.
제1항에 있어서,
상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)는 브릴루앙 주파수를 계측하는 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) 인터로게이터 또는 FBG 파장을 계측하는 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑(Resonance Frequency Mapping) 인터로게이터인 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The distributed optical fiber sensor interrogator 130 is a Brillouin Optical Correlation Domain Analysis (BOCDA) interrogator that measures Brillouin frequency or an FBG-based quasi-distributed resonance frequency mapping interrogator that measures the FBG wavelength. Distributed optical fiber sensor-based tension monitoring system of prestressed strands using a smart fixing plate, characterized in that it is a gator.
제8항에 있어서,
상기 BOCDA 인터로게이터는 상기 광섬유센서(120)의 양단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서(120)로부터 브릴루앙 주파수를 계측하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
9. The method of claim 8,
The BOCDA interrogator is connected to lead wires drawn out from both ends of the optical fiber sensor 120 and measures the Brillouin frequency from the optical fiber sensor 120 in response to the tension force introduced into the PC strand 230. A tension monitoring system for prestressed strands using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate.
제8항에 있어서,
상기 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑 인터로게이터(RFMI)는 FBG의 반사파를 이용하여 상기 광섬유센서(120)의 한쪽 끝단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서로부터 FBG 반사파를 계측하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
9. The method of claim 8,
The FBG-based quasi-distributed resonant frequency mapping interrogator (RFMI) is connected to a lead wire drawn out from one end of the optical fiber sensor 120 using the reflected wave of the FBG to correspond to the tension force introduced into the PC strand 230 Distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that to measure the FBG reflected wave from the optical fiber sensor, the tension monitoring system of the prestressed strand.
제1항에 있어서,
상기 광섬유센서(120)가 부착된 PC 강연선(230)을 UTM(만능재료시험기)을 이용하여 긴장력에 따른 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)를 통해 실험적으로 계측한 후, 계측된 데이터를 통해 광신호-긴장력의 선형관계식을 미리 도출하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The PC strand 230 to which the optical fiber sensor 120 is attached was experimentally measured using a UTM (universal material testing machine) to measure the Brillouin frequency or FBG wavelength according to the tension through the distributed optical fiber sensor interrogator 130. Then, the optical signal-tension monitoring system using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that the linear relational expression of the tension force is derived in advance through the measured data.
제11항에 있어서,
상기 선형관계식은,
Figure 112019128025080-pat00013
로 주어지고, 여기서,
Figure 112019128025080-pat00014
는 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 나타내며,
Figure 112019128025080-pat00015
Figure 112019128025080-pat00016
는 UTM을 활용한 선형관계식 도출 과정에서 산출할 수 있고, 상기 긴장력은 상기 계측된 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장으로부터 역산되는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 시스템.
12. The method of claim 11,
The linear relation is
Figure 112019128025080-pat00013
is given, where,
Figure 112019128025080-pat00014
represents the Brillouin frequency or FBG wavelength,
Figure 112019128025080-pat00015
and
Figure 112019128025080-pat00016
can be calculated in the process of deriving a linear relation using UTM, and the tension is inversely calculated from the measured Brillouin frequency or FBG wavelength. system.
PSC 구조물에 설치된 PS 강연선의 긴장력을 모니터링하는 방법에 있어서,
a) 스마트 정착판(110)의 외주면에 형성된 홈(111)을 따라 광섬유센서(120)를 부착하는 단계;
b) 상기 광섬유센서(120)가 부착된 스마트 정착판(110)을 PSC 부재(210) 및 정착헤드(240) 사이에 설치하는 단계;
c) 긴장력 도입장치를 사용하여 상기 PSC 부재(210)에 설치된 PC 강연선(230)에 긴장력을 도입하는 단계;
d) 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)를 사용하여 상기 스마트 정착판(110)에 부착된 광섬유센서(120)로부터 광신호를 계측하는 단계;
e) 미리 산출된 광신호-긴장력 간의 선형관계식을 이용하여 상기 계측된 광신호를 긴장력으로 역산하는 단계; 및
f) 상기 PSC 부재(210)의 긴장력 모니터링 계획에 따라 상기 d) 단계 및 e) 단계를 반복하면서 상기 PSC 부재(210)의 긴장력 변화 추이를 모니터링하는 단계를 포함하되,
상기 스마트 정착판(110)은 외주면에 부착된 광섬유센서(120)를 통해 상기 PC 강연선(230)에서 발생하는 변형률 분포를 분포형 광섬유센서-기반으로 계측하며, 상기 스마트 정착판(110)은 PSC 구조물의 PSC 부재(210)의 정착구의 크기에 대응하는 속이 빈 원통형으로 제작하되, 상기 스마트 정착판(110)의 외주면에 홈(111)이 형성된 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
In the method of monitoring the tension of the PS strand installed in the PSC structure,
a) attaching the optical fiber sensor 120 along the groove 111 formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110;
b) installing the smart fixing plate 110 to which the optical fiber sensor 120 is attached between the PSC member 210 and the fixing head 240;
c) introducing a tension force to the PC strand 230 installed on the PSC member 210 using a tension force introduction device;
d) measuring an optical signal from the optical fiber sensor 120 attached to the smart fixing plate 110 using the distributed optical fiber sensor interrogator 130;
e) inversely calculating the measured optical signal as a tension force using a pre-calculated linear relationship between the optical signal and the tension force; and
f) monitoring the change in tension of the PSC member 210 while repeating steps d) and e) according to the tension monitoring plan of the PSC member 210,
The smart fixing plate 110 measures the distribution of strain generated in the PC strand 230 through the optical fiber sensor 120 attached to the outer peripheral surface based on a distributed optical fiber sensor, and the smart fixing plate 110 is a PSC Distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that a groove 111 is formed on the outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 but manufactured in a hollow cylindrical shape corresponding to the size of the anchorage of the PSC member 210 of the structure. A method for monitoring tension of prestressed strands using
삭제delete 제13항에 있어서,
상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)은 CNC(Computer Numerical Control) 정밀 가공으로 상기 광섬유센서(120)의 두께와 실질적으로 동일한 0.3㎜ 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
14. The method of claim 13,
Distributed optical fiber sensor-based, characterized in that the groove 111 of the smart fixing plate 110 is formed to a depth of 0.3 mm substantially equal to the thickness of the optical fiber sensor 120 by CNC (Computer Numerical Control) precision machining. A method of monitoring the tension of a prestressed strand using a smart fixing plate.
제13항에 있어서,
상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판의 외주면을 따라 소정의 완만한 곡률(θ)을 갖도록 생성하고, 상기 광섬유센서(120)를 부착할 수 있는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
14. The method of claim 13,
The groove 111 is created to have a predetermined gentle curvature (θ) along the outer circumferential surface of the smart fixing plate, and the optical fiber sensor 120 can be attached thereto. A method for monitoring the tension of a prestressed strand using a plate.
제13항에 있어서,
상기 홈(111)은 상기 스마트 정착판 외주면 중심부에 형성되어 상기 광섬유센서(120)를 수평으로 여러 번 감는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
14. The method of claim 13,
The groove 111 is formed in the center of the outer peripheral surface of the smart fixing plate, and the optical fiber sensor 120 is horizontally wound several times.
제13항에 있어서,
상기 광섬유센서(120)는 상기 스마트 정착판(110)의 홈(111)을 따라 CN(Cyanoacrylate) 접착제로 부착하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
14. The method of claim 13,
The optical fiber sensor 120 is a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that it is attached with CN (Cyanoacrylate) adhesive along the groove 111 of the smart fixing plate 110. A method for monitoring tension of a prestressed strand .
제18항에 있어서,
상기 광섬유센서(120)가 부착된 스마트 정착판(110)의 외주면은 상기 광섬유센서(120)를 보호하도록 코팅 처리하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
19. The method of claim 18,
The outer peripheral surface of the smart fixing plate 110 to which the optical fiber sensor 120 is attached is coated to protect the optical fiber sensor 120. Monitoring of tension of the prestressed strand using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate. Way.
제13항에 있어서,
상기 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)는 브릴루앙 주파수를 계측하는 BOCDA 인터로게이터 또는 FBG 파장을 계측하는 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑 인터로게이터인 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
14. The method of claim 13,
The distributed optical fiber sensor interrogator 130 is a distributed optical fiber sensor-based, characterized in that it is a BOCDA interrogator that measures Brillouin frequency or an FBG-based quasi-distributed resonant frequency mapping interrogator that measures FBG wavelength. A method of monitoring the tension of a prestressed strand using a smart fixing plate.
제20항에 있어서,
상기 d) 단계에서 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)는 상기 광섬유센서(120)의 양단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서(120)로부터 브릴루앙 주파수를 계측하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
21. The method of claim 20,
In step d), the distributed optical fiber sensor interrogator 130 is connected to lead wires drawn out from both ends of the optical fiber sensor 120 to respond to the tension force introduced into the PC strand 230, the optical fiber sensor 120. Distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that the Brillouin frequency is measured from the prestressed strand tension monitoring method.
제20항에 있어서,
상기 FBG 기반 준분포형 공진주파수 매핑 인터로게이터(RFMI)는 FBG의 반사파를 이용하여 상기 광섬유센서(120)의 한쪽 끝단으로부터 인출되는 리드선에 연결되어 상기 PC 강연선(230)에 도입된 긴장력에 대응하여 상기 광섬유센서로부터 FBG 반사파를 계측하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
21. The method of claim 20,
The FBG-based quasi-distributed resonant frequency mapping interrogator (RFMI) is connected to a lead wire drawn out from one end of the optical fiber sensor 120 using the reflected wave of the FBG to correspond to the tension force introduced into the PC strand 230 Distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that to measure the FBG reflected wave from the optical fiber sensor, the tension monitoring method of the prestressed strand.
제13항에 있어서,
상기 e) 단계에서, 상기 광섬유센서(120)가 부착된 PC 강연선(230)을 UTM(만능재료시험기)을 이용하여 긴장력에 따른 광신호를 분포형 광섬유센서 인터로게이터(130)를 통해 실험적으로 계측한 후, 계측된 데이터를 통해 광신호-긴장력의 선형관계식을 미리 도출하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
14. The method of claim 13,
In step e), the optical signal according to the tension using the PC strand 230 to which the optical fiber sensor 120 is attached is experimentally transmitted through the distributed optical fiber sensor interrogator 130 using a universal material testing machine (UTM). After the measurement, the optical signal-tension monitoring method using the distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate, characterized in that the linear relational expression of the tension force is derived in advance through the measured data.
제22항에 있어서,
상기 선형관계식은,
Figure 112019128025080-pat00017
로 주어지고, 여기서,
Figure 112019128025080-pat00018
는 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장을 나타내며,
Figure 112019128025080-pat00019
Figure 112019128025080-pat00020
는 UTM(만능재료시험기)을 활용한 선형관계식 도출 과정에서 산출할 수 있고, 상기 긴장력은 상기 계측된 브릴루앙 주파수 또는 FBG 파장으로부터 역산되는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유센서-기반 스마트 정착판을 이용한 프리스트레스 강연선의 긴장력 모니터링 방법.
23. The method of claim 22,
The linear relation is
Figure 112019128025080-pat00017
is given, where,
Figure 112019128025080-pat00018
represents the Brillouin frequency or FBG wavelength,
Figure 112019128025080-pat00019
and
Figure 112019128025080-pat00020
can be calculated in the process of deriving a linear relationship using UTM (Universal Material Testing Machine), and the tension force is inversely calculated from the measured Brillouin frequency or FBG wavelength. Using a distributed optical fiber sensor-based smart fixing plate A method for monitoring tension in prestressed strands.
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