KR20020052055A

KR20020052055A - 케이블 진동측정용 센서

Info

Publication number: KR20020052055A
Application number: KR1020000081235A
Authority: KR
Inventors: 임종인
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2002-07-02
Also published as: KR100419166B1

Abstract

본 발명은 케이블의 진동측정용 센서에 관한 것으로서, 사장교에 설치된 케이블(3)의 표면에다 결합부를 이용하여 다수의 X자형 베이스(11)를 설치하고, 상기 X자형 베이스(11) 상부에 압전소자(12)를 결합 설치하며, 케이스 I(13) 내에 상기 X자형 베이스(11)와 압전소자(12)를 내장 함과 더불어 원통형 케이스 II(15) 내에 다수의 케이스 I(13)를 내장하여서 된 구성으로 사장교 등 교량 케이블의 진동을 상시 측정 및 감시할 수 있어 효율적인 교량관리 및 유지 보수를 가능하게 하는 장점이 있는 것이다.

Description

케이블 진동측정용 센서{Vibration monitoring sensor of the cable}

본 발명은 케이블의 진동측정용 센서에 관한 것으로서, 특히 사장교와 같은다리의 주탑과 상판을 연결하는 케이블의 진동을 측정하는 케이블 진동측정용 센서에 관한 것이다.

일반적으로 도로에 설치된 사장교와 같은 다리의 경우 교각에 설치된 주탑과 상판, 주탑과 상판을 연결하는 케이블로 구성되어 있어서 다리 위를 통과하는 차량에 의해 상판이 진동하고, 비바람 등 주위 환경에 의해서도 상판 및 주탑이 진동하여 다리가 진동하게 된다.

이러한 다리의 진동은 사장교 등 다리의 수명에 영향을 주므로 진동측정에 의한 다리의 상시 감시 및 관리를 필요로 한다.

산업체에 사용되고 있는 진동센서는 평평한 베이스 위에 압전소자를 설치하고, 그 위에 질량체를 설치하여 구성된 진동센서가 주종을 이루고 있는 바 이러한 진동센서는 상하로 진동하는 운동을 측정하기는 좋으나 사장교에 설치된 케이블과 같은 굴곡변형에 의한 진동은 측정하기 어렵다.

따라서 사장교와 같은 다리의 상시 감시 및 관리를 위해서는 다리 케이블의 굴곡변형에 의한 진동을 측정할 수 있는 센서가 필요하다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 발명한 것으로서, 사장교에 설치된 케이블의 굴곡변형에 의한 진동을 측정하기에 용이한 케이블 진동측정용 센서를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 케이블 진동측정용 센서의 단면도,

도 2는 본 발명 케이블 진동측정용 센서의 평면도,

도 3a, 3b 및 3c는 본 발명 케이블 진동측정용 센서에 사용되는 압전소자의 구성을 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명 케이블 진동측정용 센서의 설치 상태도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 센서 2 : 신호처리부

3 : 케이블 4 : 교각

5 : 상판 6 : 주탑

11 : 베이스 12 : 압전소자

12-a : 금속판 13 : 케이스 I

14 : 출력부 15 : 케이스 II

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 케이블 진동측정용 센서는 사장교에설치된 케이블(3)의 표면에다 결합부를 이용하여 다수의 X자형 베이스(11)를 설치하고, 상기 X자형 베이스(11) 상부에 압전소자(12)를 결합 설치하며, 케이스 I(13) 내에 상기 X자형 베이스(11)와 압전소자(12)를 내장 함과 더불어 원통형 케이스 II(15) 내에 다수의 케이스 I(13)를 내장하여서 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 압전소자(12)는 적층형 압전소자 또는 압전소자의 상,하부에 공동을 갖는 금속체가 부착된 적층형 압전소자이다.

미설명 부호 1은 센서, 2는 신호처리부, 4는 교각, 5는 상판, 6은 주탑, 12-a는 금속판, 14는 출력부를 각각 나타낸다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 케이블 진동측정용 센서의 작용을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 케이블 진동측정용 센서의 단면도로서, X자형 베이스(11)는 케이블(3)과 결합할 수 있는 결합부와 압전소자(12)가 부착될 수 있는 평평한 상부로 구성되며, 베이스(11)의 상부에 압전소자(12)를 결합시키고, 케이스 I(13)로 베이스(11)와 압전소자(12)를 보호한다.

그리고 압전소자(12)의 한면에서 + 출력을, 반대면에서 - 출력단을 인출하고, 센서신호의 출력부(14)와 연결한다. 케이블(3)은 상하 및 좌우 등 모든 방향으로 굴곡변형이 가능하므로 이들 방향으로 굴곡변형을 검출할 수 있도록 게이블(3) 주위에 상하 및 좌우에 센서(1)를 설치하고 그 외부에 보호용 케이스 II(15)를 부착하여 형성된다(도 2 참조).

케이블 진동측정용 센서에 사용되는 압전소자(12)는 도 3a, 도 3b, 도 3c에도시한 바와 같이 다양한 형태의 것을 사용할 수 있다. 도 3a는 압전소자를 적층한 형태이고, 도 3b는 압전소자의 상하로 빈공간(동공)이 형성된 금속판을 부착하여 압전소자(12)를 형성한 것이다. 도 3c는 압전소자(12)를 적층하고 그 상,하에 금속판(12-a)을 부착하여 센서의 압전소자(12)를 형성한 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 케이블 진동측정용 센서의 경우 케이블(3)에 부착된 X형 베이스(11)는 케이블(3)의 굴곡변형과 동일하게 변형하게 되고, 이 변형에 의해 상부 베이스(11)도 변형하게 된다. 이러한 베이스(11) 상부의 변형에 의해 압전소자(12)도 굴곡변형을 하게 되고, 압전소자(12)로부터 발생하는 출력전압은 케이블(3)의 굴곡 변형량에 비례하게 되며 다음과 같이 수학식 1로 표현 된다.

출력전압 = 압전상수 ×굴곡변형량

압전소자(12)에서 발생된 전압의 음 및 양의 신호로부터 케이블(3)의 굴곡방향을 확인할 수 있고, 전압의 크기로부터 굴곡 변형량의 크기를 측정할 수 있다.

그리고 도 3에 나타낸 형태로 센서의 압전소자(12)를 구성할 경우 보다 향상된 출력특성을 얻을 수 있으며, 케이블(3) 상하로 설치된 센서(1)의 출력특성 혹은 좌우에 설치된 센서(1)의 출력특성을 비교하게 되면, 케이블의 굴곡변형에 대한 정확한 특성을 알 수 있게 된다.

도 4는 사장교의 케이블(3)에 본 발명의 센서(1)를 설치하고, 센서의 출력을 신호처리부(2)에 연결한 블록도를 나타낸 것이다. 상기한 바와 같이 센서(1)를 설치할 경우 교량의 차량에 의한 상판(5)의 진동, 비바람에 의한 상판(5) 및 주탑(6)의 진동 등에 의한 케이블(3)의 진동을 실시간으로 측정이 가능하여 교량의 진동을 상시 감시 및 관리할 수 있다.

상기한 바와 같이 작용하는 본 발명 케이블 진동측정용 센서를 사용할 경우 사장교 등 교량 케이블의 진동을 상시 측정 및 감시할 수 있어 효율적인 교량관리 및 유지 보수를 가능하게 하는 장점이 있다.

Claims

사장교에 설치된 케이블(3)의 표면에다 결합부를 이용하여 다수의 X자형 베이스(11)를 설치하고, 상기 X자형 베이스(11) 상부에 압전소자(12)를 결합 설치하며, 케이스 I(13) 내에 상기 X자형 베이스(11)와 압전소자(12)를 내장 함과 더불어 원통형 케이스 II(15) 내에 다수의 케이스 I(13)를 내장하여서 구성된 것을 특징으로 하는 케이블 진동측정용 센서.
제 1항에 있어서, 상기 압전소자(12)가 적층형 압전소자 또는 압전소자의 상,하부에 공동을 갖는 금속체가 부착된 적층형 압전소자인 것을 특징으로 하는 케이블 진동측정용 센서.