KR102472693B1 - Monitoring apparatus and method of expansion joint equipment - Google Patents
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Abstract
광섬유 격자센서를 이용한 교량 신축이음장치의 감지장치 및 방법에 관한 것으로, 교량에서 신축이음장치에 의해 연결되는 한 쌍의 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위를 감지하는 변위 감지부, 각 교판의 변형률을 감지하는 변형률 감지부 및 온도를 포함한 주변 환경 상태의 변화에 의한 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위와 각 교판의 변형률을 모니터링하고, 모니터링 결과에 기초해서 이상 발생을 예측하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 광섬유 격자센서를 이용해서 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위 및 교판의 변형률을 감지하여 교량 신축이음장치의 상태를 모니터링하고, 크리프, 협착, 파단 등의 이상 발생을 예측할 수 있다.It relates to a sensing device and method for a bridge expansion joint device using an optical fiber grating sensor, and the displacement sensor detects the displacement between a pair of bridges connected by an expansion joint in a bridge or between a bridge pier and a bridge, and the strain of each bridge A configuration comprising a strain sensing unit that detects and a control unit that monitors the displacement between the bridges or between the piers and the bridges and the strain of each bridge due to changes in the surrounding environmental conditions, including temperature, and predicts the occurrence of abnormalities based on the monitoring results. By providing a fiber optic grating sensor, the displacement between the bridges or between the piers and the bridges and the strain of the bridges are monitored to monitor the state of the bridge expansion joint, and abnormal occurrences such as creep, stenosis, and fracture can be predicted.
Description
본 발명은 신축이음장치의 감지장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 격자센서를 이용해서 교량, 철도 등에 마련된 신축이음장치의 이상을 감지하는 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for detecting an expansion joint device, and more particularly, to a sensor for detecting an expansion joint device using an optical fiber grating sensor for detecting an abnormality in an expansion joint device provided on bridges, railways, etc. using an optical fiber grating sensor, and It's about how.
교량에는 온도 변화와 변형에 따라 교량에서 발생하는 신축량을 흡수하는 신축이음장치가 마련된다. The bridge is provided with an expansion joint that absorbs the amount of expansion and contraction occurring in the bridge according to temperature change and deformation.
신축이음장치는 거더 사이에 전달되는 응력을 차단해서 교량의 평탄성을 유지하고, 차량의 주행성과 안정성을 확보할 수 있다.Expansion joints block the stress transmitted between the girders to maintain the flatness of the bridge and secure the drivability and stability of the vehicle.
신축이음장치는 반복적인 충격 하중에 의한 피로 파괴와 누수로 인한 파손, 신축량 과다와 유간 부족으로 인한 파손에 노출되어 있다. Expansion joints are exposed to fatigue failure due to repetitive impact loads, damage due to water leakage, and damage due to excessive amount of expansion and insufficient gap.
즉, 교량의 교판은 계절적 길이 변화, 유간에 이물질 유입 등의 원인으로 인해 신축이음장치의 유간 협착이 발생한다. That is, the bridge board of the bridge is stenosis between the gaps of the expansion joint due to causes such as seasonal changes in length and inflow of foreign substances into the gap.
특히, 신축이음장치의 협착된 유간에 과도한 응력이 집중되면, 결국 교판이 상방 또는 하방으로 서로 어긋나는 파단이 발생하며, 이와 같은 신축이음장치의 파단은 이동하는 차량의 타이어를 파손시켜 안전사고가 발생하는 사례가 빈번하게 발생하고 있다.In particular, if excessive stress is concentrated between the narrowed gaps of the expansion joint, fracture occurs when the bridge plates are displaced upward or downward, and such fracture of the expansion joint damages the tires of a moving vehicle, resulting in a safety accident. Cases of doing so occur frequently.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 하기의 특허문헌 1에는 광섬유센서를 이용해서 신축이음장치의 신축량을 측정하는 기술이 개시되어 있다.In order to solve this problem, Patent Document 1 below discloses a technique for measuring the amount of expansion of an expansion joint using an optical fiber sensor.
종래기술에 따른 신축이음장치의 신축량 측정하는 방법들은 대부분 전기적인 측정으로 수행됨에 따라, 센서가 습도에 노출되어 고장이 발생하기 쉬우며, 지속적인 모니터링이 불가능한 문제점이 있었다.As most of the methods for measuring the amount of expansion and contraction of an expansion joint device according to the prior art are performed by electrical measurement, the sensor is exposed to humidity and is prone to failure, and there is a problem that continuous monitoring is impossible.
특허문헌 1에는 이중 왕복 꼬임 구조의 광섬유센서 헤드를 통해 전자파 장애, 부식, 고온, 고압 환경에서 신축이음장치의 신축량 측정이 가능한 광섬유센서 헤드 구성이 기재되어 있다. Patent Document 1 describes an optical fiber sensor head configuration capable of measuring the amount of expansion and contraction of an expansion joint in an electromagnetic interference, corrosion, high temperature, and high pressure environment through an optical fiber sensor head having a double reciprocating twist structure.
광섬유 센서(optical fiber sensor)는 광섬유를 지나가는 빛의 세기, 광섬유의 굴절률 및 길이, 모드, 그리고 편광상태의 변화 등을 이용하여 피측정량을 추정하는 센서이다.An optical fiber sensor is a sensor that estimates a measured quantity by using the intensity of light passing through an optical fiber, the refractive index and length of the optical fiber, the mode, and the change in polarization state.
광섬유의 주성분은 석영 유리로 이루어져 있으며, 광섬유 센서는 굴절률이 약간 높도록 게르마늄을 첨가한 광섬유 중심인 코어 부분과 중심을 보호하는 덧겹층인 클래딩 부분으로 구성된다.The main component of the optical fiber is made of quartz glass, and the optical fiber sensor is composed of a core part, which is the center of the optical fiber, to which germanium is added to have a slightly higher refractive index, and a cladding part, which is an additional layer that protects the center.
광섬유 코어로 입사된 빛은 굴절률이 높은 코어층과 굴절률이 낮은 클래딩층의 경계면에서 반사되어 광섬유 코어 부분을 따라 전파된다.Light incident to the optical fiber core is reflected at an interface between a core layer having a high refractive index and a cladding layer having a low refractive index and propagates along the optical fiber core.
이러한 광섬유 센서는 이용되는 효과에 따라 세기형, 위상형, 회절격자형, 모드변조형, 편광형, 분포측정형 등으로 구분되며, 전압, 전류, 온도, 압력, 스트레인, 회전율, 음향, 가스농도 등 다양한 측정값을 제공한다.These optical fiber sensors are classified into intensity type, phase type, diffraction grating type, mode modulation type, polarization type, distribution measurement type, etc. according to the effect used, and voltage, current, temperature, pressure, strain, rotation rate, sound, gas concentration It provides various measurement values such as
광섬유 센서는 초정밀 광대역 측정이 가능하고, 전자파의 영향을 받지 않으며, 원격측정이 용이하고, 센서부에서 전기를 사용하지 않으며, 실리카 재질의 뛰어난 내부식성으로 사용 환경에 대한 제약이 거의 없는 특징을 갖는다.The optical fiber sensor is capable of ultra-precision broadband measurement, is not affected by electromagnetic waves, is easy to measure remotely, does not use electricity in the sensor part, and has almost no restrictions on the use environment due to excellent corrosion resistance of silica material. .
광섬유 센서 중에서 대표적인 것은 광섬유 격자센서(Fiber Bragg Grating Sensor) 타입의 광섬유 센서이다.Among the optical fiber sensors, a representative one is an optical fiber sensor of the fiber Bragg Grating Sensor type.
광섬유 격자센서는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도나강도 등의 외부의 조건 변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다.The fiber optic grating sensor is a sensor that uses the characteristic that the wavelength of light reflected from each lattice changes according to changes in external conditions such as temperature or intensity after inscribing several fiber optic Bragg gratings along a certain length on a single optical fiber.
따라서 광섬유 격자센서는 격자가 형성된 광섬유에 물리적인 힘의 작용으로 인하여 변형이 생겼을 때 격자에서의 빛 굴절 변화가 유발되고, 이러한 굴절 변화를 측정하여 광섬유의 변형률을 측정함으로써, 광섬유가 고정되는 구조물의 변형률을 측정하여 구조물에 작용하는 하중 및 응력을 알 수 있다.Therefore, the optical fiber grating sensor induces a change in light refraction in the grating when deformation occurs due to the action of physical force on the optical fiber on which the grating is formed, and by measuring this refraction change to measure the strain of the optical fiber, By measuring the strain, the load and stress acting on the structure can be known.
즉, 광섬유 격자센서는 광섬유 코어부의 굴절률을 일정한 주기로 변화시킨 것으로서, 특정 파장의 광만을 선택적으로 반사한다.That is, the optical fiber grating sensor changes the refractive index of the optical fiber core at regular intervals, and selectively reflects only light of a specific wavelength.
이러한 광섬유 격자센서는 고유한 파장 값을 가지며, 전자기파의 영향을 받지 않는 등 물리적인 특성이 매우 우수하여 기존의 전기식 게이지를 대체하고 있는 우수한 물리량 측정소자로서, 현재 그 활용범위가 급속도로 증가하고 있다.This fiber optic grating sensor has a unique wavelength value and has very excellent physical characteristics such as not being affected by electromagnetic waves, so it is an excellent physical quantity measuring device that replaces the existing electric gauge, and its application range is rapidly increasing. .
그래서 광섬유 격자센서는 광섬유 내에서 굴절률이 높은 물질에서 낮은 물질로 빛이 진행될 때, 그 경계면에서 일정한 각도 내의 빛이 모두 반사되는 전반사의 원리를 이용해서 변형률, 각도, 가속도, 변위, 온도, 압력변위 등을 감지하는 감지센서로 사용되고 있다.Therefore, when light travels from a material with a high refractive index to a material with a low refractive index within an optical fiber, the fiber optic grating sensor uses the principle of total reflection in which all light within a certain angle is reflected at the interface to measure strain, angle, acceleration, displacement, temperature, and pressure. It is used as a detection sensor to detect the back.
예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 2 및 특허문헌 3 등 다수에 광섬유 격자센서를 이용한 변위, 변형률 측정장치 기술을 개시하여 출원해서 등록받은 바 있다.For example, the applicant of the present invention discloses, applies, and registers a displacement and strain measuring device technology using an optical fiber grating sensor in a number of patent documents 2 and 3 below.
그러나 특허문헌 1은 광섬유센서 헤드를 이용해서 신축이음장치의 신축량만을 측정함에 따라, 신축이음장치에서 발생하는 변형, 즉 크리프(creep), 협착, 파단 등의 이상 발생 여부를 정확하게 감지하기에는 한계가 있었다. However, as Patent Document 1 uses an optical fiber sensor head to measure only the amount of expansion and contraction of an expansion joint, there is a limit to accurately detecting abnormalities such as deformation, ie, creep, stenosis, and fracture occurring in the expansion joint device. .
따라서, 교판과 교판 사이에 설치되는 신축이음장치의 유간 변화를 계측해서 신축이음장치에서 발생하는 크리프, 협착, 파단 등의 변형을 감지함과 동시에, 이상 발생을 미리 예측할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다. Therefore, it is required to develop a technology capable of predicting the occurrence of abnormalities in advance while detecting deformation such as creep, stenosis, and fracture occurring in the expansion joint by measuring the change in the gap between the expansion joints installed between the bridge plates. It is becoming.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광섬유 격자센서를 이용해서 교판과 교판 사이의 변위 및 교판별 변형률을 감지하는 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치 및 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a sensing device and method for an expansion joint device using an optical fiber grating sensor for detecting displacement between boards and each board strain by using an optical fiber grating sensor. is to do
본 발명의 다른 목적은 교판과 교판 사이의 변위 및 교판별 변형률을 감지해서 크리프, 협착, 파단 등의 이상 발생 여부를 모니터링하고, 이상 발생 시기를 예측할 수 있는 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치 및 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to monitor the occurrence of abnormalities such as creep, stenosis, and fracture by detecting the displacement between the plates and the strain for each plate, and to detect the expansion joint device using the fiber optic grating sensor capable of predicting the occurrence time of abnormalities. To provide an apparatus and method.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 교량 신축이음장치의 감지장치는 교량에서 신축이음장치에 의해 연결되는 한 쌍의 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위를 감지하는 변위 감지부, 각 교판의 변형률을 감지하는 변형률 감지부 및 온도를 포함한 주변 환경 상태의 변화에 의한 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위와 각 교판의 변형률을 모니터링하고, 모니터링 결과에 기초해서 이상 발생을 예측하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the detection device of the bridge expansion joint using the fiber optic grating sensor according to the present invention detects the displacement between a pair of bridges connected by the expansion joint in a bridge or between piers and bridges. The displacement sensor detects the strain of each bridge, the strain sensor detects the strain of each bridge, and monitors the displacement between the bridges or between the piers and the bridge and the strain of each bridge due to changes in the surrounding environmental conditions, including temperature. It is characterized in that it includes a control unit for predicting the occurrence.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 교량 신축이음장치의 감지방법은 (a) 교량에서 신축이음장치가 적용되는 한 쌍의 교판 사이 또는 교각과 교판 사이에 변위 감지부와 변형률 감지부를 설치하는 단계, (b) 상기 변위 감지부에 마련된 광섬유 변위센서를 이용해서 한 쌍의 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위를 감지하는 단계, (c) 상기 변형률 감지부에 마련된 광섬유 변형률센서를 이용해서 교판의 변형률을 감지하는 단계 및 (d) 제어부에서 상기 광섬유 변위센서와 광섬유 변형률센서에서 출력되는 신호의 파장을 이용해서 계측되는 데이터와 메모리에 미리 저장된 이상 발생시 계측되는 데이터의 변화 패턴을 비교하고, 비교결과에 기초해서 신축이음장치의 상태를 평가하며, 이상 발생을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the detection method of the bridge expansion joint device using the fiber optic grating sensor according to the present invention is (a) between a pair of bridges to which the expansion joint device is applied in a bridge or between piers and bridges Installing a displacement sensing unit and a strain sensing unit in (b) detecting a displacement between a pair of piers or between piers and piers using an optical fiber displacement sensor provided in the displacement sensing unit, (c) detecting the strain Sensing the strain of the bridge using the optical fiber strain sensor provided in the unit and (d) measuring the data measured using the wavelength of the signal output from the optical fiber displacement sensor and the optical fiber strain sensor in the control unit and measurement when an abnormality pre-stored in the memory occurs It is characterized in that it includes the step of comparing the change pattern of the data, evaluating the state of the expansion joint based on the comparison result, and predicting the occurrence of an abnormality.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치 및 방법에 의하면, 광섬유 격자센서를 이용해서 교판과 교판 사이의 변위 및 교판별 변형률을 감지하여 신축이음장치의 상태를 모니터링하고, 크리프, 협착, 파단 등의 이상 발생을 예측할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the detection apparatus and method of the expansion joint device using the fiber optic grating sensor according to the present invention, the state of the expansion joint device is measured by detecting the displacement between the plates and the strain for each plate using the fiber optic grating sensor. The effect of being able to monitor and predict the occurrence of abnormalities such as creep, stenosis, and fracture is obtained.
또한, 본 발명에 의하면, 교각과 교판 사이의 변위 및 교판의 변형률을 감지해서 교좌의 고장 발생으로 인한 신축이음장치의 이상 상태를 모니터링하고, 이상 발생 시기를 예측할 수도 있다는 효과가 얻어진다. In addition, according to the present invention, the effect of monitoring the abnormal state of the expansion joint due to the failure of the bridge seat and predicting the time of occurrence of the abnormality is obtained by detecting the displacement between the pier and the bridge and the strain of the bridge.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 신축이음장치의 이상 발생 상태를 판단하고, 이상 발생 시기를 예측해서 파단이 발생하기 이전에 보수 작업을 수행함으로써, 신축이음장치의 이상 발생으로 인한 사고 발생을 미연에 예방할 수 있다는 효과가 얻어진다.Accordingly, according to the present invention, the occurrence of an accident due to the occurrence of an abnormality in the expansion joint is prevented in advance by determining the abnormal occurrence state of the expansion joint device, predicting the abnormal occurrence time, and performing maintenance work before the fracture occurs. The effect of being able to prevent is obtained.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치의 구성도,
도 2는 신축이음장치의 구성도,
도 3은 신축이음장치에 설치된 감지장치의 구성을 예시한 도면,
도 4는 신축이음장치에서 발생하는 변형 과정을 설명하는 그래프,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지방법을 단계별로 설명하는 공정도. 1 is a configuration diagram of a sensing device for an expansion joint using an optical fiber grating sensor according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a configuration diagram of an expansion joint device;
3 is a view illustrating the configuration of a sensing device installed in an expansion joint device;
Figure 4 is a graph explaining the deformation process occurring in the expansion joint device;
5 is a process chart illustrating a method for detecting an expansion joint device using an optical fiber grating sensor according to a preferred embodiment of the present invention step by step.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a sensing device and method of an expansion joint device using an optical fiber grating sensor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다. Hereinafter, terms indicating directions such as 'left', 'right', 'front', 'rear', 'upper' and 'downer' are defined as indicating each direction based on the state shown in each drawing. do.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치의 구성도이고, 도 2는 신축이음장치의 구성도이며, 도 3은 신축이음장치에 설치된 감지장치 구성을 예시한 도면이다. 1 is a configuration diagram of a sensing device for an expansion joint device using an optical fiber grating sensor according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of an expansion joint device, and FIG. 3 shows a configuration of a sensing device installed in an expansion joint device. It is an illustrated drawing.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 교량에서 신축이음장치에 의해 연결되는 한 쌍의 교판 사이의 변위를 감지하는 변위 감지부(20), 각 교판의 변형률을 감지하는 변형률 감지부(30) 및 온도를 포함한 주변 환경 상태의 변화에 의한 교판 사이의 변위와 각 교판의 변형률을 모니터링하고, 모니터링 결과에 기초해서 이상 발생을 예측하는 제어부(40)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치(10)는 신축이음장치 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부(50)를 더 포함할 수 있다. In addition, the
온도 감지부(50)에서 출력되는 감지신호를 제어부(40)로 전달되고, 제어부(40)는 온도 감지부(50)에서 감지된 온도와 변위 및 변형률 감지부(20,30)에서 감지된 신호를 매칭시켜 저장하고, 저장된 데이터와 실제 계측 데이터를 비교해서 온도 변화에 따른 신축이음장치(12)의 이상 발생 상태를 판단하고 예측할 수 있다. The detection signal output from the temperature detection unit 50 is transmitted to the
일반적으로, 교량에서 서로 이웃하는 한 쌍의 교판(11)은 도 2에 도시된 바와 같이, 초기 설정거리만큼 이격된 상태로 설치되고, 한 쌍의 교판(11) 사이에는 신축이음장치(12)가 마련된다. In general, as shown in FIG. 2, a pair of
여기서, 한 쌍의 교판(11), 즉 교판(11)과 교판(11) 사이 거리에는 온도 변화에 따른 신축량과, 교판(11)의 건조 수축에 대비한 여유량이 적용된다. Here, the amount of expansion and contraction according to the temperature change and the margin amount in preparation for the drying shrinkage of the pair of
즉, 신축이음장치(12)의 최대 유간은 최저 온도에서 최고 온도까지 온도 변화로 인한 교판(11)의 신축량과 교판(11)의 건조 수축을 위해 미리 설정되는 여유량*2의 합으로 설정될 수 있다.That is, the maximum gap of the
따라서 본 실시 예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 교량의 하부에 광섬유 변위센서(21)를 설치해서 교판(11)과 교판(11) 사이의 변위를 감지하는 변위 감지부(20)를 구성할 수 있다. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, an optical
그리고 한 쌍의 교판(11)의 하부에 각각 광섬유 변형률센서(31)를 설치해서 변형률 감지부(30)를 구성할 수 있다. In addition, the
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 교판 중에서 하나의 교판에만 광섬유 변형률센서를 설치하도록 변경될 수 있다. 다만, 본 발명은 각 교판의 변형률을 감지하고, 감지된 변형률을 이용해서 신축이음장치의 상태를 판단함으로써, 감지결과의 정밀도를 향상시키는 것이 바람직하다.Of course, the present invention is not necessarily limited thereto, and may be modified so that the fiber optic strain sensor is installed only on one chessboard among a pair of chessboards. However, the present invention preferably improves the precision of the detection result by detecting the strain of each plate and determining the state of the expansion joint using the detected strain.
광섬유 변위센서(21)는 상대적으로 큰 변형, 즉 교판(11) 사이의 변위를 감지하고, 광섬유 변형률센서(31)는 상대적으로 작은 변형, 즉 각 교판(11)의 변형률을 정밀하게 감지하는 기능을 한다. The optical
여기서, 광섬유 변위센서(21)와 광섬유 변형률센서(31)는 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Here, since the optical
한편, 본 실시 예에서는 교량의 중앙분리대 하부에 광섬유 변위센서와 광섬유 변형률센서를 설치해서 교판 사이의 변위 및 교판의 변위를 감지한다. On the other hand, in this embodiment, an optical fiber displacement sensor and an optical fiber strain sensor are installed under the median strip of the bridge to detect the displacement between the bridge plates and the displacement of the bridge plates.
물론, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 교량이 차로별, 예컨대 왕복 2차로 교량에서 육지와 연결된 교판에는 위치에 따라 전달되는 힘의 차이가 발생할 수 있다.Of course, in the present invention, as shown in FIG. 3, a difference in power transmitted according to a position may occur in a bridge connected to the land in a two-lane bridge, for example, a round-trip two-lane bridge.
따라서 하나의 교판에서 전달되는 힘의 차이로 인해, 신축이음장치의 변형 상태가 서로 다를 수 있다. Therefore, due to the difference in force transmitted from one plate, the deformation state of the expansion joint may be different from each other.
이에 따라, 본 발명은 각 교판에 복수의 광섬유 변위센서와 광섬유 변형률센서를 설치해서 각 교판 사이의 거리 및 교판의 변형률을 감지하도록 변경될 수 있다. Accordingly, the present invention may be modified to detect the distance between each bridge and the strain of the bridge by installing a plurality of optical fiber displacement sensors and an optical fiber strain sensor on each bridge.
다음, 도 4를 참조하여 신축이음장치에서 발생하는 변형 과정을 설명한다. Next, referring to FIG. 4, a deformation process occurring in the expansion joint will be described.
도 4는 신축이음장치에서 발생하는 변형 과정을 설명하는 그래프이다. 4 is a graph illustrating a deformation process occurring in an expansion joint device.
도 4에 도시된 바와 같이, 1차 크리프(creep) 발생시 교판(11)의 변형률은 감소하고, 한 쌍의 교판(11) 사이의 거리, 즉 변위는 감소한다.As shown in FIG. 4, when primary creep occurs, the strain of the
상기 크리프는 외력이 일정하게 유지되어 있을 때, 시간이 흐름에 따라 재료의 변형이 증대하는 현상을 말하며, 철강과 같은 금속재료 또는 콘크리트 등에서도 발생한다. The creep refers to a phenomenon in which deformation of a material increases with time when an external force is maintained constant, and also occurs in metal materials such as steel or concrete.
교판(11)의 변형, 즉 신장으로 인해 신축이음장치(11)에 적용된 한 쌍의 핑거판이 접촉되면서 협착이 발생하면, 각 교판(11)의 변형률과 교판(11) 사이의 변위는 일정하게 유지되고, 점차 응력이 집중되면서 한계점에 도달하게 된다. When stenosis occurs as a pair of finger plates applied to the
따라서 2차 크리프가 발생하면, 교판(11) 사이의 변위는 진동하거나 또는 약간 하락하고, 각 교판(11)의 변형률은 감소한다.Therefore, when secondary creep occurs, the displacement between the
그리고 신축이음장치(12)의 파단이 발생하면, 각 교판(11)의 변형률은 급감하다가 급증하는 패턴을 보인다. And, when fracture of the
따라서, 제어부(40)는 신축이음장치(12)에서 발생하는 크리프, 협착, 파단시 계측되는 데이터의 변화 패턴을 저장하고, 실제 계측된 데이터와 저장된 데이터를 비교해서 신축이음장치(12)의 상태를 평가하며, 이상 발생을 예측할 수 있다. Therefore, the
즉, 제어부(40)는 변위 감지부(20) 및 변형률 감지부(30)에 마련된 광섬유 변위센서(21)와 광섬유 변형률센서(31)에서 연장되는 광섬유와 연결되고, 각 센서에서 출력되는 파장의 변화를 이용해서 교판(11) 사이의 변위 및 각 교판(11)의 변형률을 측정할 수 있다. That is, the
이러한 제어부(40)는 크리프, 협착, 파단 발생시 계측되는 데이터의 변화 패턴을 저장하는 메모리(41)와, 메모리(41)에 저장된 데이터와 실제 측정된 데이터를 비교하는 비교부(42) 및 비교부(42)의 비교 결과에 기초해서 신축이음장치(11)의 상태를 평가하고 이상 발생을 에측하는 평가부를 포함할 수 있다. The
이와 같이, 본 발명은 광섬유 격자센서를 이용해서 교판과 교판 사이의 변위 및 교판별 변형률을 감지하여 신축이음장치의 상태를 모니터링하고, 크리프, 협착, 파단 등의 이상 발생을 예측할 수 있다.As such, the present invention can monitor the state of the expansion joint by detecting the displacement between the bridges and the strain for each bridge using the fiber optic grating sensor, and can predict the occurrence of abnormalities such as creep, stenosis, and fracture.
다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지방법을 설명한다. Next, referring to FIG. 5, a method for detecting an expansion joint device using an optical fiber grating sensor according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지방법을 단계별로 설명하는 공정도이다. 5 is a process chart illustrating a method for detecting an expansion joint device using an optical fiber grating sensor according to a preferred embodiment of the present invention step by step.
도 5의 S10단계에서 교량의 교판(11) 사이에 마련된 신축이음장치(11) 주변에 변위 감지부(20)와 변형률 감지부(30)를 설치한다. In step S10 of FIG. 5, a displacement sensor 20 and a
즉, 한 쌍의 교판(11) 하부에는 교판(11) 사이의 변위를 감지하는 광섬유 변위센서(21)가 설치되고, 각 교판(11) 하부에는 교판(11)별 변형률을 감지하는 한 쌍 또는 하나의 광섬유 변형률센서(31)가 설치된다. That is, an optical
그러면, 광섬유 변위센서(21)는 온도 변화 등으로 인한 신축이음장치(12)의 크리프, 협착, 파단 등의 이상 발생을 감지하기 위해, 교판(11) 사이의 변위를 측정한다(S12). Then, the optical
그리고 광섬유 변형률센서(31)는 각 교판(11)의 변형률을 측정한다(S14). And the optical
그러면, 제어부(40)는 각 센서(21,31)에서 출력되는 신호의 파장을 이용해서 계측되는 데이터와 메모리(41)에 저장된 데이터를 비교하고, 비교결과에 기초해서 신축이음장치(12)의 상태를 평가하며, 이상 발생을 예측한다. Then, the
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 광섬유 격자센서를 이용해서 교판과 교판 사이의 변위 및 교판별 변형률을 감지하여 신축이음장치의 상태를 모니터링하고, 크리프, 협착, 파단 등의 이상 발생을 예측할 수 있다.Through the process as described above, the present invention monitors the state of the expansion joint by detecting the displacement between the bridges and the strain for each bridge using the fiber optic grating sensor, and predicts the occurrence of abnormalities such as creep, stenosis, and fracture. can
이에 따라, 본 발명은 신축이음장치의 이상 발생 상태를 판단하고, 이상 발생 시기를 예측해서 파단이 발생하기 이전에 보수 작업을 수행함으로써, 신축이음장치의 이상 발생으로 인한 사고 발생을 미연에 예방할 수 있다.Accordingly, the present invention determines the abnormal occurrence state of the expansion joint device, predicts the time of occurrence of the abnormality, and performs maintenance work before fracture occurs, thereby preventing accidents due to abnormal occurrence of the expansion joint device in advance. have.
한편, 상기의 실시 예에서는 교판과 교판 사이의 변위를 측정하여 신축이음장치의 이상 상태를 모니터링하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, in the above embodiment, it has been described that the abnormal state of the expansion joint is monitored by measuring the displacement between the plates, but the present invention is not necessarily limited thereto.
예를 들어, 본 발명은 교각에 설치된 교판과 이웃하는 교판 사이에 설치되는 신축이음장치의 경우, 교좌의 고장 등 이상이 발생하면 한 쪽 교판에 응력이 집중될 수 있다. For example, in the present invention, in the case of an expansion joint installed between a bridge installed on a pier and an adjacent bridge, stress may be concentrated on one deck when an abnormality such as a failure of a bridge seat occurs.
그래서 본 발명은 교각에 설치된 교판과 이웃하는 교판 사이의 변위와, 이웃하는 교판의 변형률을 감지한다.Therefore, the present invention detects the displacement between the bridge installed on the pier and the neighboring bridge and the strain of the neighboring bridge.
따라서, 본 발명은 교각과 교판 사이의 변위 및 교판의 변형률을 감지한 결과를 이용해서 교좌의 고장 발생으로 인한 신축이음장치의 이상 상태를 모니터링하고, 이상 발생 시기를 예측할 수도 있다. Therefore, the present invention can monitor the abnormal state of the expansion joint due to the failure of the bridge seat and predict the time of abnormal occurrence by using the result of detecting the displacement between the pier and the bridge and the strain of the bridge.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
본 발명은 광섬유 격자센서를 이용해서 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위 및 교판별 변형률을 감지하여 신축이음장치의 상태를 모니터링하고, 크리프, 협착, 파단 등의 이상 발생을 예측하는 기술에 적용된다.The present invention uses an optical fiber grating sensor to detect the displacement between bridges or between piers and bridges and the strain for each bridge to monitor the state of expansion joints and to predict the occurrence of abnormalities such as creep, stenosis, and fracture. .
10: 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감시 장치
11: 교판 12: 신축이음장치
20: 변위 감지부 21: 광섬유 변위센서
30: 변형률 감지부 31: 광섬유 변형률센서
40: 제어부 41: 메모리
42: 비교부 43: 평가부
50: 온도 감지부10: Monitoring device of expansion joint using fiber optic grating sensor
11: board 12: expansion joint
20: displacement sensor 21: optical fiber displacement sensor
30: strain sensor 31: optical fiber strain sensor
40: control unit 41: memory
42: comparison unit 43: evaluation unit
50: temperature sensor
Claims (4)
각 교판의 변형률을 감지하는 변형률 감지부,
신축이음장치 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부 및
온도를 포함한 주변 환경 상태의 변화에 의한 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위와 각 교판의 변형률을 모니터링하고, 모니터링 결과에 기초해서 이상 발생을 예측하는 제어부를 포함하며,
상기 변위 감지부는 교량의 하부에 설치되는 광섬유 변위센서를 이용해서 상대적으로 큰 변형인 교판과 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위를 감지하고,
상기 변형률 감지부는 한 쌍의 교판의 하부에 각각 설치되는 광섬유 변형률센서를 설치해서 상대적으로 작은 변형인 각 교판의 변형률을 감지하며,
상기 제어부는 신축이음장치에서 발생하는 크리프, 협착, 파단시 계측되는 데이터의 변화 패턴을 저장하는 메모리,
상기 메모리에 저장된 데이터와 상기 변위 및 변형률 감지부에서 실제 측정된 데이터를 비교하는 비교부 및
상기 비교부의 비교 결과에 기초해서 신축이음장치의 상태를 평가하고 이상 발생을 예측하는 평가부를 포함하며
상기 온도 감지부에서 출력되는 감지신호를 전달받으며, 상기 온도 감지부에서 감지된 온도와 상기 변위 및 변형률 감지부에서 감지된 신호를 매칭시켜 저장하고, 저장된 데이터와 실제 계측 데이터를 비교해서 온도 변화에 따른 신축이음장치의 이상 발생 상태를 판단하고 예측하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지장치. A displacement sensor for detecting displacement between a pair of bridges connected by an expansion joint in a bridge or between a pier and a bridge,
A strain sensor for detecting the strain of each plate;
A temperature sensor that detects the temperature around the expansion joint and
A control unit that monitors the displacement between the bridges or between the bridges and the bridges and the strain of each bridge due to changes in the surrounding environmental conditions, including temperature, and predicts the occurrence of abnormalities based on the monitoring results,
The displacement detection unit uses an optical fiber displacement sensor installed at the bottom of the bridge to detect a relatively large deformation, the displacement between the bridge and the bridge or between the bridge and the bridge,
The strain sensing unit installs an optical fiber strain sensor installed at the bottom of the pair of boards to detect the strain of each board, which is a relatively small deformation,
The control unit includes a memory for storing a change pattern of data measured at the time of creep, stenosis, and breakage occurring in the expansion joint device;
A comparator for comparing data stored in the memory with data actually measured by the displacement and strain sensing unit; and
Based on the comparison result of the comparison unit, an evaluation unit for evaluating the state of the expansion joint and predicting the occurrence of an abnormality,
Receives the detection signal output from the temperature detection unit, matches and stores the temperature detected by the temperature detection unit and the signal detected by the displacement and strain detection unit, and compares the stored data with the actual measurement data to determine the temperature change. Sensing device of an expansion joint device using an optical fiber grating sensor, characterized in that for determining and predicting the abnormal occurrence state of the expansion joint device according to.
(a) 교량에서 신축이음장치가 적용되는 한 쌍의 교판 사이 또는 교각과 교판 사이에 변위 감지부와 변형률 감지부를 설치하는 단계,
(b) 상기 변위 감지부에 마련된 광섬유 변위센서를 이용해서 한 쌍의 교판 사이 또는 교각과 교판 사이의 변위를 감지하는 단계,
(c) 상기 변형률 감지부에 마련된 광섬유 변형률센서를 이용해서 교판의 변형률을 감지하는 단계,
(d) 온도 감지부를 이용해서 신축이음장치 주변의 온도를 감지하는 단계 및
(e) 제어부에서 상기 온도감지부에서 감지된 온도와 상기 광섬유 변위센서와 광섬유 변형률센서에서 출력되는 신호의 파장을 이용해서 계측되는 데이터와 메모리에 미리 저장된 이상 발생시 계측되는 데이터의 변화 패턴을 비교하고, 비교결과에 기초해서 신축이음장치의 상태를 평가하며, 이상 발생을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 신축이음장치의 감지방법.In the detection method using the detection device of the expansion joint according to claim 1,
(a) installing a displacement sensor and a strain sensor between a pair of bridges to which an expansion joint is applied or between a pier and a bridge in a bridge;
(b) detecting displacement between a pair of boards or between piers and boards using an optical fiber displacement sensor provided in the displacement detection unit;
(c) sensing the strain of the plate using an optical fiber strain sensor provided in the strain sensor;
(d) sensing the temperature around the expansion joint using a temperature sensor and
(e) In the control unit, the temperature detected by the temperature sensing unit and the data measured using the wavelength of signals output from the optical fiber displacement sensor and the optical fiber strain sensor are compared with the change pattern of the data measured when an abnormality occurs previously stored in the memory. , Evaluating the state of the expansion joint device based on the comparison result, and predicting the occurrence of an abnormality.
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