KR102431243B1 - 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치 - Google Patents

탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물 내부에 일정 깊이로 삽입 설치되어 시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하여 시설물의 건전성 평가를 할 수 있도록 하고, 특히, 탄성파 수집 효율을 높여 탄성파 감지 효율이 향상되도록 하여, 시설물의 심각한 구조 변위나 붕괴 사고가 발생하기 전에 시설물 구조 변위를 사전에 파악할 수 있어 인명피해와 사고 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하는 발명으로, 철재형 파일부(100)와 센싱부(200)와 증폭부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치{A sensor apparatus of pile-type that is able to improve sensing efficiency of elastic wave for diagnosing integrity of facilities}
본 발명은 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치에 관한 것으로, 상세하게는 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물 내부에 일정 깊이로 삽입 설치되어 시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하여 시설물의 건전성 평가를 할 수 있도록 하고, 특히, 탄성파 수집 효율을 높여 탄성파 감지 효율이 향상되도록 하는 파일형 센서장치에 관한 기술이다.
우리나라는 국토가 좁고 평야에 비해 산지가 많으며, 사계절이 선명하게 구분되는 기후적 특징으로 인해 여름에는 고온 다습하고 비가 많이 내려, 홍수, 산사태, 태풍과 같은 자연재해가 발생하고, 겨울에는 저온 건조한 기후로 인해 한파와 대설이 발생하고 있다.
이러한 사계절 기후 특성상, 여름에는 홍수, 산사태, 태풍과 같은 자연재해로 인한 비탈 경사면과 같은 시설물의 붕괴 사고가 발생하고, 비탈 경사면에서 유실된 토사로 인해 도로가 차단되거나 지나가는 차량에 대한 교통사고가 발생하고, 아파트, 주택이 매몰되는 사고가 자주 발생한다.
또한, 봄과 같은 해빙기에는 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물은 얼었다 녹는 과정에 의해 실제 설계수명보다 더 일찍 노후화가 촉진되거나 균열 되는 현상이 발생하고, 심한 경우 붕괴 사고로까지 이어진다.
또한, 최근 자주 발생 되는 지진 등에 의한 외부 충격으로 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물이 파괴되거나 내부에 구조적 변위가 발행해 위험한 상황에 놓이게 되는 경우가 많다.
또한, 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물이 파괴되거나 내부에 구조적 변위가 발행하는 경우, 해당 구조 변위에 따른 파동(탄성파, 음파, 초음파 등)이 발생하게 되는데, 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물 내부의 구조적 변위에 따라 발생하는 파동은 신호 세기가 미약해 측정하기도 힘들고, 측정된 파동의 신호 분석을 위해 외부로 전송 시, 미약한 파동 신호의 특성으로 인해 전송 과정에서 신호 손실이 발생해 신호 분석 역시 힘든게 현실이다.
따라서 본 발명은 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물 내부에 일정 깊이로 삽입 설치되어 시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하여 시설물의 건전성 평가를 할 수 있도록 하고, 특히, 탄성파 수집 효율을 높여 탄성파 감지 효율이 향상되도록 하는 파일형 센서장치에 관한 기술을 제안하고자 한다. 다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0505388호 비탈면붕괴 감지 경보방법 2. 대한민국 등록특허공보 제10-0943166호 광섬유 변위계 및 이를 이용한 사면 안전 감시 시스템 3. 대한민국 등록특허공보 제10-1618328호 비탈면 붕괴 사전 감지장치
본 발명은 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물 내부에 일정 깊이로 삽입 설치되어 시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하여 시설물의 건전성 평가를 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탄성파 수집 효율을 높여 탄성파 감지 효율이 향상되도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치는,
시설물 내부에 삽입되고, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파가 수집되는 철재형 파일부(100)와;
상기 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생하여 철재형 파일부(100)를 통해 수집되어 전달되는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파에 대응되는 전기적 파형 신호를 생성하여 증폭부(300)로 제공하는 센싱부(200)와;
상기 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 센싱부(200)가 제공하는 전기적 파형 신호를 증폭하여 외부로 제공하는 증폭부(300)를 포함하되,
상기 철재형 파일부(100)에는 탄성파 수집 효율을 향상시키는 구조물이 형성되고,
상기 센싱부(200)와 증폭부(300)는 각각 독립적으로 철재형 파일부(100) 내부에 고정 설치되어, 철재형 파일부(100) 외부로 인출되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물 내부에 일정 깊이로 삽입 설치되어 시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하여 시설물의 건전성 평가를 할 수 있도록 하고, 특히, 탄성파 수집 효율을 높여 탄성파 감지 효율이 향상되도록 하여, 시설물의 심각한 구조 변위나 붕괴 사고가 발생하기 전에 시설물 구조 변위를 사전에 파악할 수 있어 인명피해와 사고 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 전체 구성도
도 2는 본 발명이 시설물에 설치된 예시도
도 3은 본 발명의 구성 블록도
도 4는 본 발명의 철재형 파일부 세부 구성도
도 5는 본 발명의 센싱부 세부 구성도
도 6은 본 발명의 증폭부 세부 구성도
도 7은 본 발명의 탄성파 수집 날개 세부 구성도
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명인 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치(이하 ‘본 발명’)는 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물과 같은 시설물 내부에 일정 깊이로 삽입 설치되어 시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하여 시설물의 건전성 평가를 할 수 있도록 하고, 특히, 탄성파 수집 효율을 높여 탄성파 감지 효율이 향상되도록 하여, 시설물의 심각한 구조 변위나 붕괴 사고가 발생하기 전에 시설물 구조 변위를 사전에 파악할 수 있어 인명피해와 사고 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공하는 발명으로, 철재형 파일부(100)와 센싱부(200)와 증폭부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같은 본 발명(10)인 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치는 내부 구조 변위가 발생할 수 있는 시설물 내부에 일정 깊이로 삽입되어 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하고, 감지한 탄성파에 대응되는 전기적 파형 신호를 생성하고, 전기적 파형 신호를 증폭하여 외부로 제공하게 되는데, 본 발명(10)인 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치가 내부로 삽입되는 시설물은 비탈 경사면, 지중 매립 관, 댐, 건물 등과 같이 내부 구조 변위가 발생할 수 있는 구조물로서, 본 발명(10)인 건전성 진단용 파일형 센서장치가 내부로 삽입 설치되는 대상이다.
예를 들어, 도 2의 A와 같이, 시설물인 비탈 경사면에 설치되어 비탈 경사면 내부 구조 변위에 따라 발생하는 파동을 감지하여 전기적 파형 신호를 외부로 제공하고, 도 2의 B와 같이, 시설물인 지중 매립관이 설치된 지중에 설치되어 지중 매립관의 구조 변위에 따라 발생하는 파동을 감지하여 전기적 파형 신호를 외부로 제공하고, 도 2의 C와 같이, 시설물인 건물이나 댐에 설치되어 건물이나 댐의 내부 구조 변위에 따라 발생하는 파동을 감지하여 전기적 파형 신호를 외부로 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명인 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치는, 도 3에 도시된 바와 같이,
시설물 내부에 삽입되고, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파가 수집되는 철재형 파일부(100)와;
상기 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생하여 철재형 파일부(100)를 통해 수집되어 전달되는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파에 대응되는 전기적 파형 신호를 생성하여 증폭부(300)로 제공하는 센싱부(200)와;
상기 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 센싱부(200)가 제공하는 전기적 파형 신호를 증폭하여 외부로 제공하는 증폭부(300)를 포함하되,
상기 철재형 파일부(100)에는 탄성파 수집 효율을 향상시키는 구조물이 형성되고,
상기 센싱부(200)와 증폭부(300)는 각각 독립적으로 철재형 파일부(100) 내부에 고정 설치되어, 철재형 파일부(100) 외부로 인출되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 철재형 파일부(100)는 내부 공간을 갖고 일정한 길이로 형성되어 시설물 내부에 삽입되고, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파가 수집되는 구성으로, 내부 공간에는 센싱부(200)와 증폭부(300)가 설치된다.
특히, 철재형 파일부(100)에는 탄성파 수집 효율을 향상시키는 구조물인 탄성파 수집용 날개(150)가 형성되어 탄성파 수집 효율이 향상되고, 결과적으로 후술하는 센싱부(200)의 탄성파 감지 효율이 향상되도록 한다.
상기 철재형 파일부(100)는 시설물에 구멍을 천공한 후, 천공된 구멍에 철재형 파일부(100)를 삽입시켜 철재형 파일부(100)를 시설물 내부로 삽입시키거나, 천공 구멍 없이 파일링 장비에 의해 시설물 내부로 직접 타격되어 삽입될 수 있다.
시설물 내부에 삽입된 상태에서, 철재형 파일부(100)는 내부에 설치된 센싱부(200)와 증폭부(300)를 외부환경으로부터 보호하는 보호 케이스로 기능함과 동시에 시설물 내부 구조 변위에 따라 시설물 내부에서 발생하는 파동인 탄성파가 수집되도록 하고, 수집된 탄성파를 내부에 설치된 센싱부(200)의 감지 센서(220)로 전달하는 탄성파 전달 매개체로도 기능한다.
즉, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생하는 파동인 탄성파는 시설물 내부 → 철재형 파일부(100) → 감지 센서(220)의 순으로 전달되는 것이어서, 철재형 파일부(100)는 시설물 내부 구조 변위에 따라 시설물 내부에서 발생한 파동인 탄성파 의 수집체인 것이다.
구체적으로, 상기 철재형 파일부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이,
센싱부(200)의 감지 센서(220)의 감지 면이 면 접촉하고, 파일 몸체부(120)에 결합되어 철재형 파일부(100)의 선단을 형성하는 파일 선단부(110)와,
일측은 파일 선단부(110)와 결합하고 타측은 마감 덮개(130)와 결합하되, 내부에 센싱부(200)와 증폭부(300)가 설치될 수 있도록 하는 중공(121)이 형성된 일정 길이의 원통 형상의 파일 몸체부(120)와,
파일 몸체부(120) 내부로 이물질이 유입되지 않도록 파일 몸체부(120) 입구에 탈부착 방식으로 결합하는 마감 덮개(130)와,
증폭부(300)의 제2 신호 전송선(350)이 외부로 인출될 수 있도록, 상기 파일 몸체부(120)의 측면 중, 마감 덮개(130)가 결합하는 부분의 측면 일측에 형성되는 인출홈(140)과,
시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파의 수집 효율이 향상되도록 파일 몸체부(120) 표면에 적어도 1개 이상 형성되는 탄성파 수집 날개(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 상기 파일 선단부(110)는 센싱부(200)의 감지 센서(220)의 감지 면이 면 접촉하고, 파일 몸체부(120)에 결합되어 철재형 파일부(100)의 선단을 형성하는 구성으로, 구체적으로 파일 선단부(110)는,
철재형 파일부(100)가 시설물 내부로 쉽게 삽입될 수 있도록 원추 모양으로 형성되어 철재형 파일부(100)의 선단을 형성하는 첨두부(111)와,
파일 몸체부(120)와 결합되는 파일 결합부(112)와,
센싱부(200)의 감지 센서(220)의 감지 면이 면 접촉되도록 파일 결합부(112) 끝단에 형성되는 평평한 센서 접촉면(113)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 첨두부(111)는 철재형 파일부(100)의 선단에 해당하며, 도 4와 같이, 원추 모양으로 형성되어 철재형 파일부(100)가 시설물 내부로 쉽게 삽입될 수 있도록 한다.
상기 파일 결합부(112)는 파일 몸체부(120)와 결합되는 부분으로 결합용 나사산이 형성되어 있다.
상기 센서 접촉면(113)은 센싱부(200)의 감지 센서(220)의 감지 면이 면 접촉되도록 도 4와 같이, 평평한 형상을 하고, 파일 결합부(112) 끝단에 형성된다.
즉, 파일 결합부(112)의 끝단에는 도 4에 도시된 바와 같이, 감지 센서(220)의 감지 면이 면 접촉되도록 하는 평평한 평탄면이 형성되는데, 평평한 센서 접촉면(113)을 통해 센서 접촉면(113)에 감지면이 면 접촉하고 있는 센싱부(200)의 감지 센서(220)로 시설물 내부에서 전달된 탄성파가 전달되어 최종적으로 감지 센서(220)가 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 파동인 탄성파를 감지하게 되는 것이다.
또한, 파일 몸체부(120)와의 결합 용이성을 위해, 파일 선단부(110)는 첨두부(111)와 파일 결합부(112) 사이의 파일 선단부(110) 측면 둘레에 일정 거칠기를 갖는 마찰면(114)과 상기 마찰면(114) 상에 형성되는 적어도 2개 이상의 평탄면(115)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
파일 선단부(110)를 파일 몸체부(120)에 결합 시, 수동으로 돌려 결합시키거나 장비(렌치 등)를 이용해 돌려 결합시키게 되는데, 결합을 위해 손이나 장비가 접촉되는 부분은 원추 형상의 첨두부(111)이다.
원추 형상의 첨두부(111)는 형상적 특징에 의해 손이나 장비가 접촉되기 불편하고, 이로 인해 파일 선단부(110)를 파일 몸체부(120)에 결합시키는 것이 불편할 수 있다.
따라서 파일 선단부(110)를 파일 몸체부(120)에 결합 시, 결합 용이성을 위해, 첨두부(111)와 파일 결합부(112) 사이의 파일 선단부(110) 측면 둘레에 일정 거칠기를 갖는 마찰면(114)과 상기 마찰면(114) 상에 적어도 2개 이상의 평탄면(115)을 형성하는 것이다.
상기 마찰면(114)이나 평탄면(115)에 손이나 장비를 접촉시켜 파일 선단부(110)를 돌려 파일 몸체부(120)에 용이하게 결합 시킬 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 파일 몸체부(120)는 일측이 파일 선단부(110)와 결합하고 타측은 마감 덮개(130)와 결합하되, 내부에 센싱부(200)와 증폭부(300)가 설치될 수 있도록 하는 중공(121)이 형성된 일정 길이의 원통 형상의 구성이다.
파일 몸체부(120)는 여러개의 원통이 결합되어 구성될 수도 있고, 하나의 원통으로 구성될 수도 있으며(도 4에는 하나의 원통으로 파일 몸체부(120)가 구성되는 예가 도시되어 있음), 내부에 형성된 중공(121)은 센싱부(200)와 증폭부(300)가 설치될 수 있는 공간을 제공한다.
상기 파일 몸체부(120)와 파일 선단부(110)의 연결은 다양한 실시예가 존재할 수 있다. 예를 들어, 파일 선단부(110)의 파일 결합부(112)를 결합용 나사산으로 형성하고 파일 몸체부(120) 내측에 결합용 나사산을 형성하여 파일 선단부(110)와 파일 몸체부(120)를 직접 나사 결합 방식으로 결합하거나, 파일 선단부(110)의 파일 결합부(112)를 결합용 나사산으로 형성하고 파일 몸체부(120) 표면에 결합용 나사산을 형성한 후, 파일 선단부(110)의 파일 결합부(112)와 파일 몸체부(120) 사이에 연결 플랜지를 위치시키고, 연결 플랜지에 파일 선단부(110)의 파일 결합부(112)와 파일 몸체부(120)를 각각 나사 결합 방식으로 결합시켜 파일 몸체부(120)와 파일 선단부(110)를 간접 연결시킬 수 있다.
그러나 본 발명에서 파일 몸체부(120)와 파일 선단부(110)의 연결 방식은 상기 예에 국한되지 않고, 파일 몸체부(120)와 파일 선단부(110)를 연결 결합시킬 수 있는 구성이면 어떠한 구성이든 상관없으며, 도 4에는 파일 선단부(110)의 파일 결합부(112)를 결합용 나사산으로 형성하고 파일 몸체부(120) 내측에 결합용 나사산을 형성하여 파일 선단부(110)와 파일 몸체부(120)를 직접 나사 결합 방식으로 결합시키는 예가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 상기 마감 덮개(130)는 파일 몸체부(120) 내부로 이물질이 유입되지 않도록 파일 몸체부(120) 입구에 탈부착 방식으로 결합(예 : 나사 결합 방식)하는 구성이다.
도 4를 참조하면, 상기 인출홈(140)은 증폭부(300)의 제2 신호 전송선(350)이 인출될 수 있도록, 파일 몸체부(120)의 측면 중, 마감 덮개(130)가 결합하는 부분의 측면 일측에 형성되는 구성이다.
증폭부(300)의 프리앰프 보드(320)에서 증폭된 전기적 파형 신호는 증폭부(300)의 제2 신호 전송선(350)을 통해 외부로 전송되는데, 증폭된 전기적 파형 신호의 외부 전송을 위해, 제2 신호 전송선(350)은 철재형 파일부(100) 외부로 인출되어야 하며, 이를 위한 구성이 인출홈(140)이다.
제2 신호 전송선(350) 외부 인출을 위한 인출홈(140)을 파일 몸체부(120)의 측면 중, 마감 덮개(130)가 결합하는 부분의 측면 일측에 형성하는 이유는, 시설물 내부로 철재형 파일부(100) 삽입 시, 제2 신호 전송선(350)의 파손을 방지하기 위함이다.
시설물 내부로 철재형 파일부(100) 삽입 시, 마감 덮개(130) 부분을 타격해 철재형 파일부(100)가 시설물 내부로 삽입되도록 하는데, 만일, 인출홈(140)이 마감 덮개(130)에 형성되어 있다면, 철재형 파일부(100) 삽입을 위한 마감 덮개(130) 타격 시, 제2 신호 전송선(350)이 타격되어 파손된다. 이를 방지하기 위해, 인출홈(140)을 파일 몸체부(120)의 측면 중, 마감 덮개(130)가 결합하는 부분의 측면 일측에 형성하는 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 탄성파 수집 날개(150)는 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파의 수집 효율이 향상되도록 파일 몸체부(120) 표면에 적어도 1개 이상 형성되는 구성이다.
시설물 내부 구조 변위에 따라 발생하는 파동인 탄성파는 시설물에 천공된 구멍에 삽입된 상기 파일 선단부(110)와 파일 몸체부(120)에 전달되어 수집된다.
파일 선단부(110)와 파일 몸체부(120)를 통해 수집된 탄성파는 파일 선단부(110)의 센서 접촉면(113)에 접촉 설치된 감지 센서(220)로 전달되어 감지 센서(220)가 탄성파를 감지하게 된다.
즉, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생하는 파동인 탄성파는 시설물 내부 → 파일 선단부(110)와 파일 몸체부(120) → 센서 접촉면(113) → 감지 센서(220)의 순으로 전달되는 것이어서, 파일 선단부(110)와 파일 몸체부(120)는 시설물 내부 구조 변위에 따라 시설물 내부에서 발생한 파동인 탄성파의 수집체로 기능하고, 감지 센서(220)가 접촉 설치된 센서 접촉면(113)은 수집된 탄성파를 감지 센서(220)가 감지할 수 있도록 전달하는 탄성파 전달 매개체로 기능한다.
시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생하는 탄성파를 감지하여 시설물의 건전성을 정확히 평가하기 위해서는, 발생된 탄성파의 수집 효율이 높아야 한다.
즉, 시설물 내부의 구조 변위에 따라 발생한 탄성파가 파일 선단부(110) 또는 파일 몸체부(120)를 통해 충분히 수집되어야 한다.
따라서 본 발명에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파의 수집 효율이 향상되도록 파일 몸체부(120) 표면에 적어도 1개 이상의 탄성파 수집 날개(150)를 형성하는 것이다.
탄성파 수집 날개(150)가 없는 경우, 탄성파는 파일 선단부(110) 표면과 파일 몸체부(120) 표면만을 통해 수집되지만, 탄성파 수집 날개(150)가 형성되는 경우, 탄성파는 파일 선단부(110) 표면과 파일 몸체부(120) 표면 뿐만 아니라 탄성파 수집 날개(150) 표면을 통해서도 추가적으로 수집되어 탄성파 수집 효율이 향상되고, 결과적으로, 감지 센서(220)의 탄성파 감지 효율이 향상된다.
탄성파 수집 효율 향상을 위해 파일 몸체부(120) 표면에 적어도 1개 이상 형성되는 탄성파 수집 날개(150)의 형상은, 도 7에 도시된 바와 같이, 직선형, 유선형, 격자형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같은 직선형, 유선형, 격자형 중 어느 하나의 형상을 갖는 적어도 1개 이상의 탄성파 수집 날개(150) 표면에 의해 탄성파 수집 면적이 증가하게 되고, 이로 인해 탄성파 수집 효율이 증가하게 된다.
한편, 증폭부(300)의 제2 신호 전송선(340)이 인출되는 상기 인출홈(140)을 통해 외부의 이물질이 파일 몸체부(120) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해, 상기 철재형 파일부(100)는 인출홈(140)에 끼워지는 기밀 부재(141)를 더 포함할 수 있다.
특히, 상기 기밀 부재(141)는 인출홈(140)을 통해 외부의 이물질이 파일 몸체부(120) 내부로 유입되는 것을 방지하는 기능과 제2 신호 전송선 인출 기능을 위해, 제2 신호 전송선이 관통된 상태로 인출홈(140)에 끼워진다.
상기 센싱부(200)는 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 시설물의 구조 변위를 감지하기 위해 시설물 내부에서 전달되는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파에 대응되는 전기적 파형 신호를 생성하여 증폭부(200)로 제공하는 구성이다.
구체적으로, 상기 센싱부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이,
내측에 감지 센서(220)가 삽입 설치되고, 마운팅 캡(230) 내측에 설치되는 센서 하우징(210)과,
센서 하우징(210) 내측에 설치되어 시설물 내부에서 전달되는 탄성파를 센서 접촉면(113)을 통해 감지하고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하도록, 감지 면이 철재형 파일부(100)의 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉되는 감지 센서(220)와,
감지 센서(220)의 감지 면이 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉되도록, 내측에 센서 하우징(210)과 탄성 부재(240)가 위치한 상태로 센서 접촉면(113)에 결합하는 마운팅 캡(230)과,
감지 센서(220)의 감지 면이 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉 상태를 유지할 수 있도록, 센서 하우징(210)을 가압하기 위해 마운팅 캡(230) 내측에 설치되는 중공이 형성된 탄성 부재(240)와,
감지 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호가 증폭부(300)의 프리 앰프 보드(320)로 전송되도록 하는 제1 신호 전송선(250)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 센서 하우징(210)은 내측에 감지 센서(220)가 삽입 설치되고 후술할 마운팅 캡(230) 내측에 설치되는 구성으로, 내측에 삽입 설치되는 감지 센서(220)를 외부 환경으로부터 보호한다. 특히, 감지 센서(220)가 내측으로 삽입될 수 있도록 함과 동시에 내측에 삽입된 감지 센서(220)의 감지 면이 외부에 노출될 수 있도록 센서 하우징(210) 일측은 오픈되어 있다.
도 5를 참조하면, 상기 감지 센서(220)는 센서 하우징(210) 내측에 설치되어 시설물 내부에서 전달되는 탄성파를 센서 접촉면(113)을 통해 감지하고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하도록, 감지 면이 철재형 파일부(100)의 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉되는 구성이다.
센서 하우징(210) 내측에 설치된 감지 센서(220)의 감지 면은, 마운팅 캡(230)에 의해 센서 하우징(210)이 평평한 센서 접촉면(113) 상측에 설치 시, 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉한다.
즉, 감지 센서(220)는 감지 면이 면 접촉되고 있는 센서 접촉면(113)을 통해 시설물 내부에서 전달된 탄성파를 감지하게 되며, 상기 감지 센서(220)가 감지하는 탄성파는 1 kHz ~ 1 MHz 대역의 탄성파인 것을 특징으로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 마운팅 캡(230)은 감지 센서(220)의 감지 면이 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉되도록, 내측에 센서 하우징(210)과 탄성 부재(240)가 위치한 상태로 센서 접촉면(113)에 결합하는 구성이다.
도 5를 참조하면, 상기 탄성 부재(240)는 감지 센서(220)의 감지 면이 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉 상태를 유지할 수 있도록, 센서 하우징(210)을 탄성력으로 가압하기 위해 마운팅 캡(230) 내측에 설치되는 구성이다.
상기 탄성 부재(230)는 스프링, 중공이 형성된 고무, 코르크 등과 같은 탄성력을 갖는 부재일 수 있다.
탄성 부재(230)에 중공을 형성하는 이유는 감지 센서(220)에 연결된 후술할 제1 신호 전송선(250)이 탄성 부재를 관통할 수 있도록 하기 위함이다.
따라서 마운팅 캡(230) 내측에 센서 하우징(210)과 센서 하우징(210) 상측에 탄성 부재(240)가 위치한 상태로 마운팅 캡(230)이 센서 접촉면(113)에 결합하게 되면, 결합력에 의해 탄성 부재(240)가 압축되고, 압축된 탄성 부재의 탄성 복귀력이 센서 하우징(210)을 가합하기 위한 가압력으로 작용하게 되고, 이로 인해, 센서 하우징(210) 내부에 삽입된 감지 센서(220)의 감지 면이 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉함과 동시에 접촉 상태가 유지된다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 신호 전송선(250)은 감지 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호가 증폭부(300)의 프리 앰프 보드(320)로 전송되도록 하는 구성이다.
상기 제1 신호 전송선(250)의 일측은 감지 센서(220)에 연결되고, 타측은 증폭부(300)의 프리앰프 보드(320)에 연결되어 감지 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호가 증폭부(300)의 프리 앰프 보드(320)로 전송되도록 한다.
상기 증폭부(300)는 상술한 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 센싱부(200)(구체적으로는 감지 센서(220))가 제공하는 전기적 파형 신호를 증폭하여 외부로 제공하는 구성이다.
구체적으로, 상기 증폭부(300)는 도 6에 도시된 바와 같이,
프리앰프 보드(320)가 내측에 설치되는 프리앰프 보드 하우징(310)과,
상기 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 설치되고, 센싱부(200)에서 전송된 전기적 파형 신호를 증폭하는 증폭회로가 설계된 프리앰프 보드(320)와,
상기 프리앰프 보드 하우징(310)이 철재형 파일부(100)의 파일 몸체부(120)내부에서 일정 위치에 있도록, 일측은 상기 프리앰프 보드 하우징(310)에, 타측은 철재형 파일부(100)의 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(111)에 결합하는 적어도 1개 이상의 고정 지지바(330)와,
프리앰프 보드(320)를 통해 증폭된 전기적 파형 신호가 외부로 전송되도록 하는 제2 신호 전송선(340)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 프리앰프 보드 하우징(310)은 프리앰프 보드(320)가 내측에 설치될 수 있도록 하는 일종의 함체이다.
즉, 프리앰프 보드 하우징(310)은 내측에 설치되는 프리앰프 보드(320)를 외부 환경으로부터 보호한다. 프리앰프 보드(320)에는 외부 환경에 민감한 증폭 회로가 설계되어 있어 외부 환경으로부터 보호되어져야 하며, 이를 위해, 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 설치되는것이다.
도 6을 참조하면, 상기 프리앰프 보드(320)는 함체인 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 설치되고, 센싱부(200)에서 전송된 전기적 파형 신호를 증폭하는 증폭회로가 설계된 보트 타입의 구성이다.
보드 타입의 프리앰프 보드(320) 상에 설계된 증폭회로는 외부 환경에 민감하기 때문에 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 설치되어 보호된다.
도 6을 참조하면, 상기 슬라이드 홈(330)은 프리앰프 보드(320)가 슬라이드 방식으로 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입될 수 있도록, 중공(311)에 형성되는 일정 길이의 삽입 안내 홈이다.
즉, 사각형 형태인 보드 타입의 프리앰프 보드(320)는 슬라이드 홈(330)을 통해 슬라이딩 되어 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입된다.
증폭회로가 설계된 보드 타입의 프리앰프 보드(320)는 안정된 신호 증폭을 위해 안정된 상태로 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 위치해야 한다. 이를 위해, 슬라이드 홈(330)에 끼워지는 것이다.
즉, 슬라이드 홈(330)에 끼워져 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 안정된 상태로 위치한 프리앰프 보드(320)는 센싱부(200)에서 전송된 전기적 파형 신호를 안정되게 증폭하게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 적어도 1개 이상의 고정 지지바(330)는 상기 프리앰프 보드 하우징(310)이 철재형 파일부(100)의 파일 몸체부(120)내부에서 일정 위치에 있도록, 일측은 상기 프리앰프 보드 하우징(310)에, 타측은 철재형 파일부(100)의 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(111)에 결합하는 구성이다.
즉, 적어도 1개 이상의 고정 지지바(330)는 프리앰프 보드 하우징(310)이 철재형 파일부(100)의 파일 몸체부(120)내부에서 일정 위치에 직립해 있도록 하는 지지대 역할을 한다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 신호 전송선(340)은 프리앰프 보드(320)를 통해 증폭된 전기적 파형 신호가 외부로 전송되도록 하는 구성이다.
일측이 프리앰프 보드(320)에 연결된 제2 신호 전송선(340)은 파일 몸체부(120) 내부에 형성된 중공(121)과 상술한 파일 몸체부(120)에 형성된 인출홈(140)을 통해 파일 몸체부(120) 외부로 인출되어 증폭된 전기적 파형 신호가 신호 분석을 위해 외부로 전송되도록 한다.
한편, 철재형 파일부(100) 내부 공간에 설치되는 센싱부(200)와 증폭부(300)는 각각 독립적으로 철재형 파일부(100) 내부에 고정 설치되어, 철재형 파일부(100) 외부로 인출되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 철재형 파일부(100) 내부에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉된 센싱부(200)의 감지 센서(220)가 움직이지 않도록 할 필요가 있다.
만약, 철재형 파일부(100) 내부에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉된 감지 센서(220)가 면 접촉 상태를 유지하지 못하면 탄성파를 감지하지 못하게 되고, 면 접촉 상태를 유지하면서 움직이게 된다면 탄성파 감지 효율이 떨어지게 된다.
따라서 감지 센서(220)가 철재형 파일부(100) 내부에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉하면서 움지이지 않도록, 마운팅 캡(230)과 탄성 부재(240)를 이용해 센싱부(200)의 센서 하우징(210)을 철재형 파일부(100) 내부에 형성된 평평한 센서 접촉면(113) 상에 고정 설치하는 것이다.
이상에서 본 발명의 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 권리 범위는 실시예에 국한되지 않고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술 사상 범주 내에서 변형한 것까지 포함함은 자명하다 할 것이다.
10 : 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치
100 : 철재형 파일부
200 : 센싱부
300 : 증폭부

Claims (9)

  1. 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치에 있어서,
    시설물 내부에 삽입되고, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파가 수집되는 철재형 파일부(100)와;
    상기 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 시설물 내부 구조 변위에 따라 발생하여 철재형 파일부(100)를 통해 수집되어 전달되는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파에 대응되는 전기적 파형 신호를 생성하여 증폭부(300)로 제공하는 센싱부(200)와;
    상기 철재형 파일부(100) 내부에 설치되고, 센싱부(200)가 제공하는 전기적 파형 신호를 증폭하여 외부로 제공하는 증폭부(300)를 포함하되,

    상기 철재형 파일부(100)에는 탄성파 수집 효율을 향상시키는 구조물이 형성되고,
    상기 센싱부(200)와 증폭부(300)는 각각 독립적으로 철재형 파일부(100) 내부에 고정 설치되어, 철재형 파일부(100) 외부로 인출되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 철재형 파일부(100)는,
    센싱부(200)의 감지 센서(220)의 감지 면이 면 접촉하고, 파일 몸체부(120)에 결합되어 철재형 파일부(100)의 선단을 형성하는 파일 선단부(110)와,
    일측은 파일 선단부(110)와 결합하고 타측은 마감 덮개(130)와 결합하되, 내부에 센싱부(200)와 증폭부(300)가 설치될 수 있도록 하는 중공(121)이 형성된 일정 길이의 원통 형상의 파일 몸체부(120)와,
    파일 몸체부(120) 내부로 이물질이 유입되지 않도록 파일 몸체부(120) 입구에 탈부착 방식으로 결합하는 마감 덮개(130)와,
    증폭부(300)의 제2 신호 전송선(350)이 외부로 인출될 수 있도록, 상기 파일 몸체부(120)의 측면 중, 마감 덮개(130)가 결합하는 부분의 측면 일측에 형성되는 인출홈(140)과,
    시설물 내부 구조 변위에 따라 발생한 탄성파의 수집 효율이 향상되도록 파일 몸체부(120) 표면에 적어도 1개 이상 형성되는 탄성파 수집 날개(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 철재형 파일부(100)는,
    증폭부(300)의 제2 신호 전송선(340)이 인출되는 상기 인출홈(140)을 통해 이물질이 파일 몸체부(120) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해, 제2 신호 전송선이 관통된 상태로 인출홈(140)에 끼워지는 기밀 부재(141)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 파일 선단부(110)는,
    철재형 파일부(100)가 시설물 내부로 쉽게 삽입될 수 있도록 원추 모양으로 형성되어 철재형 파일부(100)의 선단을 형성하는 첨두부(111)와,
    파일 몸체부(120)와 결합되는 파일 결합부(112)와,
    센싱부(200)의 감지 센서(220)의 감지 면이 면 접촉되도록 파일 결합부(112) 끝단에 형성되는 평평한 센서 접촉면(113)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 파일 선단부(110)는,
    파일 몸체부(120)와의 결합 용이성을 위해,
    첨두부(111)와 파일 결합부(112) 사이의 파일 선단부(110) 측면 둘레에 형성되는 일정 거칠기를 갖는 마찰면(114)과,
    상기 마찰면(114) 상에 형성되는 적어도 2개 이상의 평탄면(115)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성파 수집 날개(150)의 형상은,
    직선형, 유선형, 격자형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 센싱부(200)는,
    내측에 감지 센서(220)가 삽입 설치되고, 마운팅 캡(230) 내측에 설치되는 센서 하우징(210)과,
    센서 하우징(210) 내측에 설치되고, 시설물 내부에서 발생하여 철재형 파일부(100)를 통해 수집되어 전달되는 탄성파를 센서 접촉면(113)을 통해 감지하고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하도록, 감지 면이 철재형 파일부(100)의 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉되는 감지 센서(220)와,
    감지 센서(220)의 감지 면이 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉되도록, 내측에 센서 하우징(210)과 탄성 부재(240)가 위치한 상태로 센서 접촉면(113)에 결합하는 마운팅 캡(230)과,
    감지 센서(220)의 감지 면이 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(113)에 면 접촉 상태를 유지할 수 있도록, 센서 하우징(210)을 가압하기 위해 마운팅 캡(230) 내측에 설치되는 중공이 형성된 탄성 부재(240)와,
    감지 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호가 증폭부(300)의 프리 앰프 보드(320)로 전송되도록 하는 제1 신호 전송선(250)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 감지 센서(220)는,
    1 kHz ~ 1 MHz 대역의 탄성파를 감지하는 센서인 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 증폭부(300)는,
    프리앰프 보드(320)가 내측에 설치되는 프리앰프 보드 하우징(310)과,
    상기 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 설치되고, 센싱부(200)에서 전송된 전기적 파형 신호를 증폭하는 증폭회로가 설계된 프리앰프 보드(320)와,
    상기 프리앰프 보드 하우징(310)이 철재형 파일부(100)의 파일 몸체부(120)내부에서 일정 위치에 있도록, 일측은 상기 프리앰프 보드 하우징(310)에, 타측은 철재형 파일부(100)의 파일 선단부(110)에 형성된 평평한 센서 접촉면(111)에 결합하는 적어도 1개 이상의 고정 지지바(330)와,
    프리앰프 보드(320)를 통해 증폭된 전기적 파형 신호가 외부로 전송되도록 하는 제2 신호 전송선(340)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 감지 효율이 향상된 시설물 건전성 진단용 파일형 센서장치.
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