KR20040110740A - Magnetoelastic system of stress monitoring in steel tendons and cables - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전자기유도를 이용한 강재 케이블의 장력 및 부식에 대한 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신설 또는 기설 구조물의 강재 케이블에 전자기유도 현상을 이용한 감지수단을 설치하여 감지수단의 2차코일에 의해 둘러싸인 강재 케이블의 강선이나 강봉의 응력(σ)변화가 자속밀도(B)의 변화를 야기시키고, 이를 둘러싸고 있는 1차코일의 전류와 유도기전력이 변하는 현상을 장력 측정에 이용함으로써, 강재 케이블 전길이에 대해 장력 및 부식을 지속적으로 감시 체크하여 신속하게 구조물의 안전진단을 수행함으로써, 대형의 붕괴사고를 미연에 예방할 수 있는 전자기유도를 이용한 강재 케이블의 장력 및 부식에 대한 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a monitoring system for the tension and corrosion of steel cables using electromagnetic induction, and more particularly, to the secondary coil of the sensing means by installing a sensing means using electromagnetic induction in the steel cable of the new or existing structure. The change in the stress (σ) of the steel wire and the steel rod enclosed by the steel cable causes the change in the magnetic flux density (B), and the change in the current and the induced electromotive force of the primary coil surrounding the steel cable is used for the tension measurement. The present invention relates to a monitoring system for the tension and corrosion of steel cables using electromagnetic induction, which can prevent the collapse of large scale accidents by continuously monitoring and checking the tension and corrosion over the length.
산업이 발달하고, 건설 기술이 발전하면서 강재 케이블을 이용한 구조물 시공이 점점 많아지고 있는 추세이다. 특히 현수교, 아치교, 사장교, PC box, PC beam, 옹벽 등, 교량 구조물 건설 시에 사용되는 강재 케이블 재료인 강선 또는 강봉은 주거더와 상판을 매달거나, 상기 주거더 속에 포함되어 지탱하는 중요한 부재로 이용되고 있다.As the industry develops and construction technology develops, construction of structures using steel cables is increasing. In particular, steel cables or steel rods, which are steel cable materials used in the construction of bridge structures such as suspension bridges, arch bridges, cable-stayed bridges, PC boxes, PC beams, retaining walls, etc. It is used.
이러한 구조물에서 케이블이 만약 파단된다고 가정하면 구조적인 안전에 미치는 심각한 영향과 사회적인 불안감 조성은 실로 엄청날 것이다. 그런데 문제는 강재 케이블의 상태를 파악하는데 외관상으로 이를 예측하는 것은 거의 불가능하다는 것이다.Assuming the cable breaks in such a structure, the serious impact on structural safety and social instability will be tremendous. The problem, however, is that it is almost impossible to predict the condition of steel cables in appearance.
따라서, 그 상태(장력, 부식 등)를 정량적이고, 객관적이며, 장기적으로 감시할 수 있는 체계의 마련이 시급하다.Therefore, it is urgent to establish a system capable of quantitatively, objectively and long-term monitoring the state (tension, corrosion, etc.).
우리가 현재 사용하고 있는 교량의 강재 케이블이 어디에선가 보이지 않는 이상이 진행되어 그 위험이 점점 다가오고 있을지 모른다고 할 때, 사전 예방 차원의 적극적인 인식의 전환이 필요할 것이다.If the steel cable of the bridge we are using now seems to go from somewhere, the risk may be approaching, we will need to change the precautionary level.
국외 사례로는 2000년 여름 미국 북가주에서, 개통한지 겨우 7년이 지난 PC고가교가 붕괴되는 사고가 있었다. 붕괴원인은 교량을 지지하고 있던 고장력 강봉이 그라우트에 흘러 들어간 염화칼슘으로 인해 부식되어 발생되었던 것이다.For example, in the summer of 2000, in the North American state, the PC viaduct collapsed just seven years after its opening. The cause of the collapse was caused by the corrosion of the high-strength steel rods that supported the bridge due to the calcium chloride flowing into the grout.
우리는 얼마전 1994년 성수대교 붕괴, 1995년 삼풍 백화점 붕괴 등 대형 구조물의 잇따른 붕괴 사고로 소중한 인명과 막대한 재산을 잃어버린 뼈아픈 경험을 가지고 있고, 이를 통해 구조물의 안전성 확보에 대한 중요성을 일깨웠고, 유지 관리에 대한 필요성이 새롭게 인식되어 법제화된 안전진단 및 점검을 통해 구조물을 관리하고 있다.We had a painful experience of losing valuable lives and enormous property due to the subsequent collapse of large structures, such as the collapse of Seongsu Bridge in 1994 and the collapse of Sampoong Department Store in 1995. The need for management is newly recognized, and the structure is managed through legislative safety diagnosis and inspection.
그렇지만 점검 및 진단 시, 수행하는 외관상의 조사수준으로는 케이블의 장력과 부식 등의 상태를 객관적이고, 정량적으로 판단한다는 것은 사실상 불가능하다.Nevertheless, it is virtually impossible to determine objectively and quantitatively the state of tension and corrosion of cables at the level of visual inspection performed during inspection and diagnosis.
따라서, 정밀한 센서 등을 이용한 비파괴 계측 기술을 통해 케이블의 장력과 부식을 확인하는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to check the tension and corrosion of the cable through a non-destructive measurement technique using a precise sensor or the like.
기존에 장력을 측정하는 방법은 크게 직접적인 방법과 간접적인 방법으로 나눌 수 있다.Conventional methods of measuring tension can be divided into direct and indirect methods.
상기 직접적인 방법 중, 하중계를 이용한 방법은, 강재 케이블의 정착단에 가설 시에 삽입하여 변형률 센서를 통해 장력을 관리하는 것으로서, 설치전 정착부 거동에 대해 면밀한 검토가 있어야 하며, 이러한 방법은 케이블 시공이 완료된 후에는 설치할 수 없다는 문제점이 있다.Among the direct methods, the method using the load gauge is inserted into the fixing end of the steel cable to manage the tension through the strain sensor, and the behavior of the fixing unit must be carefully examined before installation. There is a problem that can not be installed after this is completed.
또한 간접적인 방법 중, 가속도계를 이용한 방법은, 강재 케이블의 강선이나 강봉의 진동수를 측정하고, 이를 장력으로 환산하여 사용하는 방법으로서, 케이블의 시공이 완료된 후에 간편하게 설치하여 측정할 수 있으나, 케이블의 구속조건, 길이, 단면적 등에 따라 장력 산정이 달라질 수 있어 필요한 매개변수를 추출하는데 어려움이 많은 문제점이 있다.In addition, the indirect method using an accelerometer is a method of measuring the frequency of steel wires or steel rods and converting them into tension, which can be easily installed and measured after completion of cable construction. Tension calculation may vary according to constraints, lengths, cross-sectional areas, etc., and there are many problems in extracting necessary parameters.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 신설 또는 기설 구조물의 강재 케이블에 전자기유도 현상을 이용한 감지수단을 설치하여 감지수단의 2차코일에 의해 둘러싸인 강재 케이블의 강선이나 강봉의 응력(σ)변화가 자속밀도(B)의 변화를 야기시키고, 이를 둘러싸고 있는 1차코일의 전류와 유도기전력이 변하는 현상을 장력 측정에 이용함으로써, 강재 케이블 전길이에 대해 장력 및 부식을 지속적으로 감시 체크하여 신속하게 구조물의 안전진단을 수행함으로써, 대형의 붕괴사고를 미연에 예방할 수 있는 전자기유도를 이용한 강재 케이블의 장력 및 부식에 대한 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by installing a sensing means using the electromagnetic induction phenomenon in the steel cable of the new or existing structure, the steel wire or steel rod of the steel cable surrounded by the secondary coil of the sensing means Stress (σ) change causes magnetic flux density (B) to change, and current and induced electromotive force of primary coils surrounding it are used to measure tension, thereby maintaining tension and corrosion for the length of steel cable The purpose is to provide a monitoring system for the tension and corrosion of steel cables using electromagnetic induction, which can prevent the collapse of large-scale accidents by monitoring and checking the structure quickly.
도 1은 본 발명에 따른 감지수단의 설치상태를 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing an installation state of the sensing means according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 자기장과 자속밀도의 특성곡선을 나타내는 선도,2 is a diagram showing a characteristic curve of magnetic field and magnetic flux density according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 응력와 투자율의 상관이력곡선을 나타내는 선도,3 is a stress according to the present invention And permeability A line representing the correlation history curve of,
도 4는 응력 변화에 따른 자속밀도와 자기장의 변화를 나타내는 변화 모식도,4 is a schematic diagram showing changes in magnetic flux density and magnetic field according to stress change;
도 5는 일정한 온도에서, 자기장의 변화에 따른 투자율과 응력의 관계 곡선을 나타내는 선도,5 is a diagram showing a relationship curve of permeability and stress according to a change in magnetic field at a constant temperature;
도 6은 일정한 온도에서, 응력과 투자율의 특성곡선을 나타내는 선도,6 is a graph showing the characteristic curves of stress and permeability at constant temperature;
도 7은 일정한 응력에서, 온도와 투자율의 특성곡선을 나타내는 선도,7 is a diagram showing the characteristic curves of temperature and permeability at constant stress,
도 8은 온도 및 응력에 따른 투자율의 특성곡선을 나타내는 선도,8 is a diagram showing a characteristic curve of permeability according to temperature and stress,
도 9는 단일 케이블과 다중 케이블 간의 특성곡선을 나타내는 선도이다.9 is a diagram showing a characteristic curve between a single cable and multiple cables.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 감지수단 11 : 2차코일10: sensing means 11: secondary coil
12 : 1차코일 13 : 아연도금 철판12: primary coil 13: galvanized iron plate
14 : 강재 케이블14 steel cable
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.
본 발명은 강재 케이블의 장력 및 부식에 대한 모니터링 시스템에 있어서,The present invention provides a monitoring system for tension and corrosion of steel cable,
모니터링 시스템은 2차코일(11)에 의해 둘러싸인 강재 케이블(14)의 응력(σ)변화가 자속밀도(B)의 변화를 야기시키고, 이를 둘러싸고 있는 1차코일(12)의 전류와 유도기전력이 변하는 현상을 이용한 감지수단(10)과;In the monitoring system, a change in stress (σ) of the steel cable 14 surrounded by the secondary coil 11 causes a change in the magnetic flux density B, and the current and the induced electromotive force of the primary coil 12 surrounding the coil Sensing means 10 using a changing phenomenon;
자체 내장된 메모리에 측정 데이터를 임시로 저장한 뒤, 호스트 컴퓨터와 연결하여 데이터를 처리하는 측정수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Temporarily storing the measurement data in its own built-in memory, characterized in that it comprises a measuring means for processing the data by connecting to the host computer.
특히, 상기 강재 케이블(14)의 둘레는 아연도금 철판(13)으로 감싼 다음, 폴리우레탄으로 코팅 처리한 것을 특징으로 한다.In particular, the circumference of the steel cable 14 is wrapped with a galvanized iron plate 13, characterized in that the coating treatment with polyurethane.
또한, 상기 감지수단(10)은 강재 케이블(14)의 전 길이에 대해 소정위치로 이동하여 측정가능하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the sensing means 10 is characterized in that it is made to be measured by moving to a predetermined position with respect to the full length of the steel cable (14).
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
도 1은 본 발명에 따른 감지수단의 설치상태를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자기장과 자속밀도의 특성곡선을 나타내는 선도이며, 도 3은 본 발명에 따른 응력와 투자율의 상관이력곡선을 나타내는 선도이다.1 is a cross-sectional view showing the installation state of the sensing means according to the present invention, Figure 2 is a diagram showing the characteristic curve of the magnetic field and magnetic flux density according to the present invention, Figure 3 is a stress according to the present invention And permeability This is a line representing the correlation history curve of.
또한, 도 4는 응력 변화에 따른 자속밀도와 자기장의 변화를 나타내는 변화 모식도이고, 도 5는 일정한 온도에서, 자기장의 변화에 따른 투자율과 응력의 관계 곡선을 나타내는 선도이다.4 is a schematic diagram showing the change of magnetic flux density and magnetic field according to the stress change, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship curve of permeability and stress according to the change of magnetic field at a constant temperature.
본 발명에 따른 전자기유도를 이용한 강재 케이블(14)의 장력 및 부식에 대한 모니터링 시스템에 있어서, 시험하고자 하는 강재 케이블(14)에 전자기유도에 의한 강선이나 강봉의 실장력을 측정하기 위하여 감지수단(10)을 설치하는 바, 상기 감지수단(10)은 전자기유도 현상의 기본 원리를 적용한 것으로서, 2차코일(11)에 둘러싸인 강재 케이블(14)의 강선이나 강봉의 응력 변화가 자속의 밀도 변화를 야기하면, 1차코일의 전류와 유도기전력이 변하는 현상을 장력측정에 이용한 것이다.In the monitoring system for the tension and corrosion of the steel cable 14 using the electromagnetic induction according to the present invention, the sensing means for measuring the mounting force of the steel wire or steel rod by the electromagnetic induction to the steel cable 14 to be tested ( 10), the sensing means 10 is applied to the basic principle of the electromagnetic induction phenomenon, the change in the stress of the steel wire or steel bar of the steel cable 14 surrounded by the secondary coil 11 changes the density of the magnetic flux In this case, the change in the current of the primary coil and the induced electromotive force is used for the tension measurement.
상기와 같은 전자기유도 현상을 활용할 수 있는 기본적인 전자석의 구현은 먼저, 셀로판 테이프를 연철 막대에 감고 충분히 절연을 시킨 후, 에나멜선을 선단에서부터 촘촘히 밀착시켜 타단까지 감는데, 이와 같은 방법으로 여러회 감아 전자석의 자력선 세기가 증대되도록 하고, 상기 에나멜선의 양선단에 전원을 연결함으로써, 이루어지게 된다.To implement a basic electromagnet that can utilize the above-mentioned electromagnetic induction phenomenon, first, the cellophane tape is wound on a soft iron rod and sufficiently insulated, and then the enamel wire is closely adhered from the end to the other end. By increasing the magnetic field strength of the electromagnet, and connecting the power supply to both ends of the enamel wire, it is made.
여기서, 본 발명의 바람직한 구현예는 도 1에 도시된 바와 같이, 연철막대 대신에 강재 케이블(14)의 강선이나 강봉으로 대체되고, 그 위에 에나멜선 대신 2차코일(11)이 감겨지게 된다.Here, a preferred embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, is replaced by a steel wire or steel bar of the steel cable 14 in place of the soft iron rod, the secondary coil 11 is wound instead of the enamel wire.
그리고, 여기에 1차코일(12)을 감고, 외부충격과 부식으로부터 보호할 수 있도록 아연도금 철판(13)으로 감싼 다음, 방수가 가능하도록 폴리우레탄을 코팅하게 된다.Then, the primary coil 12 is wound around it, wrapped with a galvanized iron plate 13 so as to protect it from external impact and corrosion, and then coated with polyurethane for waterproofing.
상기와 같이 구성된 감지수단(10)은 강재 케이블(14)의 일정위치로 이동시켜 고정시킬 수 있는 바, 이는 상기 강재 케이블(14)의 전 길이에 대해 장력(응력, 이하 응력이라 칭함)을 측정하여 각각의 위치별 상태를 알 수 있고, 그로인해 부식의 정도도 감시할 수 있게 된다.The sensing means 10 configured as described above can be fixed by moving to a predetermined position of the steel cable 14, which measures the tension (stress, hereinafter referred to as stress) for the entire length of the steel cable (14) Thus, the status of each location can be known, and thus the degree of corrosion can be monitored.
더불어, 기(旣) 완성된 강재 케이블(14)에 감지수단(10)을 설치할 수 있다는 점에서 종래 기술과 대비하여 그 적용성 면에서 다양한 활용을 기대할 수 있게 된다.In addition, it is possible to expect a variety of applications in terms of applicability compared to the prior art in that the sensing means 10 can be installed in the already completed steel cable 14.
이와 같이 구성된 강재 케이블(14) 둘레에 전자기 유도를 이용한 감지수단(10)을 적용하여, 응력과 온도에 대한 강재 케이블(14)의 투자율[자성체 내의 자속밀도 B, 자기장의 크기 H의 비(比)(B/H)를 투자율라 한다]을 측정수단에서 측정할 수 있고, 그로 인해서 응력과 온도에 대한 강재 케이블(14)의 자기장과 투자율 사이의 관계를 구해낼 수 있게 된다.By applying the sensing means 10 using electromagnetic induction around the steel cable 14 configured as described above, the magnetic permeability of the steel cable 14 to the stress and temperature (ratio of magnetic flux density B in the magnetic body and size H of the magnetic field) Permeability (B / H) Can be measured by the measuring means, thereby obtaining the relationship between the magnetic field and the magnetic permeability of the steel cable 14 with respect to stress and temperature.
즉, 다시 말하면 상기 강재 케이블(14)의 재료 자체가 사실상의 센서(sensor)로서 작용해야 한다는 것이고, 강재 케이블(14)에 응력이 가해져야 한다는 것을 의미하는 것이다.In other words, the material of the steel cable 14 itself must act as a de facto sensor, which means that the steel cable 14 must be stressed.
한편, 본 발명에 따른 바람직한 구현예에 있어서, 실응력 측정을 도출해 내기 위해 더욱 상세하게 설명하자면, 자성체에 자기력 H를 주어 자화시키면 식(1)과 같이 자속밀도 B는 변화하게 된다.On the other hand, in a preferred embodiment according to the present invention, to describe in more detail in order to derive the actual stress measurement, the magnetic flux density B is changed as shown in the formula (1) by magnetizing the magnetic force H given to the magnetic body.
그러나, 자기력을 증가시켜도 자속밀도가 변하지 않는 포화상태가 자성체의 특성에 따라 다르게 된다.However, the saturation state in which the magnetic flux density does not change even when the magnetic force is increased varies depending on the characteristics of the magnetic body.
도 2는 일반적인 자속밀도와 자기력과의 관계를 별도의 시험을 통해 나타낸 것으로서, 다음과 같은 식(1)을 유도해 낼 수 있다.Figure 2 shows the relationship between the general magnetic flux density and the magnetic force through a separate test, it is possible to derive the following equation (1).
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1) (1)
여기서, H는 유효 자기장(자기가 힘을 미치는 공간, 자계(磁界))이고, B는 자속밀도(자기회로에서 자속의 방향과 직각인 면의 1m2당의 자속수)이며,는 투자율이다.Here, H is the effective magnetic field (a magnetic space on the power, the magnetic field (磁界)) and, B is the magnetic flux density (magnetic flux circuits per 1m 2 in a plane at right angles with the direction of the magnetic flux in), Is the permeability.
한편, 도 3은 자기장에 대한 투자율간에 일정한 관계가 있음을 보여주는 것으로서, 첨부도면에 도시된 바와 같이, 자기장이 가해진 상태에서 케이블의 응력을 0Mpa에서 1400Mpa까지 변화시키면 자속밀도가 변하고, 투자율이 변하게 된다.On the other hand, Figure 3 shows that there is a certain relationship between the magnetic permeability of the magnetic field, as shown in the accompanying drawings, when changing the stress of the cable from 0Mpa to 1400Mpa in the magnetic field is applied, the magnetic flux density is changed, the magnetic permeability is changed .
또한, 도 4는 응력 변화에 따른 자속밀도와 자기장의 변화를 나타내는 것으로서, 케이블에 힘 F를 가하면서 변화된 자화력(磁化力)은 상호 유도계수에 기인하여 2차코일(11)을 가로질러 1차코일(12)로 출력 전압을 발생시키게 된다.In addition, Figure 4 shows the change in magnetic flux density and magnetic field according to the stress change, the magnetization force changed while applying the force F to the cable across the secondary coil 11 due to the mutual induction coefficient 1 The differential coil 12 generates an output voltage.
그러면, 그 출력 전압은 그 코어 내에 가해진 응력과 대응관계를 유지할 수있게 된다.Then, the output voltage can maintain the correspondence with the stress applied in the core.
실제로, 강재 케이블(14)에 전자기유도 현상을 이용한 감지수단(10)을 설치하여 실응력 변화에 따른 투자율의 관계를 특성화하기 위해서는 여러 경우의 응력과 온도에 대한 시험이 수행되어야 한다.In fact, in order to characterize the relationship of magnetic permeability according to the actual stress change by installing the sensing means 10 using electromagnetic induction phenomenon in the steel cable 14, tests on stress and temperature in various cases should be performed.
측정된 결과들은 대상 케이블의 응력과 온도 사이의 상관관계를 도출시키기 위해 이용되고, 그 결과들은 동일한 강재 케이블(14)에 대한 특성값을 적용할 수 있게 되는데, 다시 말하면 동일한 케이블에 대해 모두 특성시험을 실시할 필요가 없고, 대표할 수 있는 케이블에 대해 실시하면 된다.The measured results are used to derive the correlation between the stress and the temperature of the target cable, and the results can be applied to the characteristic values for the same steel cable 14, i.e. all the characteristic tests on the same cable. It is not necessary to carry out the operation, but may be performed on a representative cable.
그 결과들은 동일한 크기이며, 시험실에서 특성화된 대상체로 동일한 제작자로부터 제공되기만 하면 어떤 하나의 재료에 대해 적용 가능하다.The results are the same size and can be applied to any one material as long as it is provided from the same manufacturer as a specialized subject in the laboratory.
다음의 식(2)에서와 같이, 투자율은 응력, 온도, 자기장의 함수이다.As in the following equation (2), permeability is a function of stress, temperature and magnetic field.
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(2) (2)
여기서,는 검류코일의 유효 단면적이고,는 강재 케이블(14)의 단면적이며,과는 각각 강재 케이블(14)의 강선이나 강봉이 센서에 있을 경우와 없을 경우, 검출하는 코일에 유도되는 전압이다.here, Is the effective cross section of the galvanizing coil, Is the cross-sectional area of the steel cable 14, and Are the voltages induced in the coils to be detected when the steel wires or the steel bars of the steel cable 14 are present in the sensor and when they are absent.
또한, H는 모니터링하고자 하는 지점의 자기장이고, T는 온도이며,는 강재 케이블(14)의 응력이다.In addition, H is the magnetic field of the point to be monitored, T is the temperature, Is the stress of the steel cable 14.
상기와 같은 식 (2)에서 알 수 있는 바와 같이, 투자율은 응력, 온도, 자기장에 의해 영향을 받고 있음을 알 수 있다.As can be seen from the above equation (2), it can be seen that the permeability is affected by stress, temperature, and magnetic field.
일정한 온도에서 응력과 투자율 사이의 선형 교정곡선을 구한 예를 도 5에 나타내었는데, 이러한 강재 케이블(14)의 투자율 함수를 구하기 위해서는 다음과 같은 두가지 조건의 시험을 통한 계수산정이 필요하다.An example of obtaining a linear calibration curve between stress and permeability at a constant temperature is shown in FIG. 5. In order to obtain a permeability function of the steel cable 14, it is necessary to calculate coefficients through a test under the following two conditions.
1) 일정한 온도에서, 테일러 시리즈를 통한 투자율 계수산정1) At constant temperature, the coefficient of permeability through Taylor series
2) 일정한 응력에서, 테일러 시리즈를 통한 투자율 계수산정2) At constant stress, the permeability factor calculation through the Taylor series
조건 1)을 통한 예는 식(3)으로 나타낼 수 있다.An example through condition 1) may be represented by equation (3).
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(3) (3)
과계수의 값은 도 6에 도시된 바와 같이, 실험실 온도에 따른 응력과 투자율의 교정곡선에서 구해진다. and The value of the coefficient is obtained from a calibration curve of the stress and permeability with respect to the laboratory temperature, as shown in FIG.
구해진과계수의 값은 다음과 같다.Saved and The values of the coefficients are as follows.
=3.036×10-2,= - 2.762×10-5 = 3.036 × 10 -2 , =-2.762 × 10 -5
또한, 조건 2)를 통한 예는 식(4)로 나타낼 수 있다.In addition, the example through condition 2) can be represented by Formula (4).
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(4) (4)
투자율와은 도 7에 도시된 바와 같이, 일정한 응력에서, 온도와 투자율을 나타내는 최적의 곡선으로부터 다음과 같이 구해진다.Permeability Wow 7 is obtained as follows from an optimal curve representing temperature and permeability, at constant stress, as shown in FIG.
=5.543= - 8.454×10-3 = 5.543 =-8.454 × 10 -3
위의 두가지 조건에 따른 견본 강재 케이블의 투자율 함수 특성식을 식(5)와같이 구할 수 있다.The permeability function characteristic of the sample steel cable under the above two conditions can be obtained as Equation (5).
ㆍㆍㆍ(5) (5)
여기서,는 최적의 자기장 상태를 말한다.here, Is the optimal magnetic field state Say.
상기와 같은 시험을 통해 일정한 응력 관계를 얻기 위해서, 특성화로부터 얻어진 측정 결과값들은 도 8에 도시된 바와 같이, 응력과 온도 사이의 상관관계를 도출시키기 위해 이용된다.In order to obtain a constant stress relationship through such a test, the measurement results obtained from the characterization are used to derive a correlation between stress and temperature, as shown in FIG. 8.
그리고, 투자율의 측정값들은 강재 케이블(14)의 강선 또는 강봉의 전자기적 응답을 특성화하기 위해 여러 경우의 응력과 온도의 기준에서 수행된다.The measurements of permeability are then carried out on the basis of stress and temperature in several cases to characterize the electromagnetic response of the steel wire or steel bar of the steel cable 14.
한편, 실제로 강재 케이블(14)은 강봉을 제외하고는 거의 대부분, 여러개의 케이블로 사용되는 경우가 많다.On the other hand, in practice, the steel cable 14 is almost always used as a plurality of cables except for steel bars.
그러므로, 일반적으로 한개의 케이블에 의한 투자율과 여러개의 케이블에 의한 투자율은 다르기 때문에 다중 케이블의 경우에도 고유한 특성곡선을 구하기 위한 시험이 각각 실시되어야 한다면 감지수단(10)의 응용성면이나 활용성면에서 그 한계에 직면하게 된다.Therefore, in general, the permeability of one cable and the permeability of several cables are different. Therefore, in the case of multiple cables, if the tests for obtaining unique characteristic curves are to be performed separately, in terms of applicability or usability of the sensing means 10, You face that limitation.
그러나, 실제로 한개의 강선 또는 강봉에 의한 투자율과 다중 케이블의 투자율과의 관계는 도 9에 도시된 바와 같이, 응력이 가해지지 않은 상태에서 다중 케이블의 투자율과 동일한 단일 케이블의 투자율이 출력되도록 감지수단(10)을 설치하는 것에 의해 결정될 수 있다.However, the relationship between the permeability of a single wire or steel rod and the permeability of multiple cables is actually detected so that the permeability of a single cable equal to the permeability of multiple cables is output in the absence of stress, as shown in FIG. 9. It can be determined by installing (10).
결과적으로, 전자기유도에 의한 강재 케이블(14)의 장력 및 부식을 감시하는 감지수단(10)의 기본적인 원리와 특성을 정리하면 다음과 같다.As a result, the basic principles and characteristics of the sensing means 10 for monitoring the tension and corrosion of the steel cable 14 due to electromagnetic induction are summarized as follows.
1)투자율에 대한 함수는 최적의 실험장치로부터 동일한 재료의 견본에 대해 유도되고, 그 유도된 식을 통해 나머지 재료들에 대해 적용하는 것이다.1) function of permeability Is derived for a sample of the same material from the optimal experimental setup and applied to the remaining materials through the derived equation.
2)단일 케이블의 특성곡선과 다중 케이블의 특성곡선은 일정한 관계를 가지고 있어 단일 케이블을 통한 특성곡선을 이용하여 적용가능하다.2) The characteristic curve of a single cable and the characteristic curve of multiple cables have a certain relationship and can be applied by using a characteristic curve through a single cable.
3)아연도금 철판(13)과 방수용 폴리우레탄의 사용으로 인해 장기간의 내구성이 보장된다.3) Long-term durability is ensured due to the use of the galvanized iron plate 13 and the waterproof polyurethane.
4)정밀도는 보통, 1~10Mpa(10~100kg/cm2)까지 측정이 가능하다.4) The precision can usually be measured up to 1 ~ 10Mpa (10 ~ 100kg / cm 2 ).
5)온도 영향은 대체로 -5Mpa/℃(-50kg/cm2/℃)정도이다.5) The temperature effect is about -5Mpa / ℃ (-50kg / cm 2 / ℃).
한편, 이러한 감지수단(10)을 이용한 측정수단은 여러개의 모듈로 구성되는 바, 그 기본적인 구성은 전원할당보드(Power Source Board), CPU 보드, 측정보드(Measuring Board), 전원공급장치(Power Supply)로 이루어져 있다.On the other hand, the measuring means using the sensing means 10 is composed of a plurality of modules, the basic configuration of the power source board (Power Source Board), CPU board, measuring board (Measuring Board), power supply (Power Supply )
상기 측정수단의 구성은 자체 내장된 메모리에 측정 데이터를 임시로 저장한 뒤, 호스트 컴퓨터와 연결하여 데이터를 처리할 수 있는 기능을 가지고 있다.The configuration of the measuring means has a function of temporarily storing the measurement data in its own built-in memory and then connecting to a host computer to process the data.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 측정수단은 최대 48채널을 사용할 수 있는 다중채널 시스템으로 되어 있고, RS232나 RS485 케이블을 이용하여 원격 제어가 가능하다.In addition, in a preferred embodiment according to the present invention, the measuring means is a multi-channel system that can use up to 48 channels, it is possible to remote control using an RS232 or RS485 cable.
상기 RS232 케이블을 사용할 경우에 최대 15m, RS485 케이블을 사용할 경우에는 최대 1000m 이상에서 원격제어를 할 수 있다.In case of using RS232 cable, it is possible to control remotely at max. 15m and max. 1000m when using RS485 cable.
한편, 이러한 측정수단이 내장된 측정장비는 -30℃에서 70℃까지의 온도 범위에서 사용가능하고, 방진, 방수의 기능을 갖고 있으며, 또한 감지수단(10)의 수를 확장하기 위하여 전원 6채널 보드와 신호 6채널 보드를 제공한다.On the other hand, the measuring equipment with built-in measuring means can be used in the temperature range of -30 ℃ to 70 ℃, has a function of dustproof and waterproof, and also the power supply 6 channels to expand the number of sensing means (10) Provides boards and signal six-channel boards.
멀티플렉스의 최대 수는 8개까지 가능하며, 최대 48채널을 구성할 수 있다.The maximum number of multiplexes is eight, and up to 48 channels can be configured.
여러개의 스트랜드(strand)를 동시에 측정하기 위하여, 특수한 6채널 다중스트랜드 보드가 사용된다.To measure multiple strands simultaneously, a special six-channel multistrand board is used.
상기 다중스트랜드 보드는 최대 4개까지 사용가능하며, 24개의 감지수단(10)을 동시에 측정할 수 있다.Up to four multistrand boards can be used, and 24 sensing means 10 can be measured simultaneously.
따라서, 본 발명은 기상조건에 따른 케이블의 응력변화를 측정하여 케이블의 안정을 위한 하중을 결정할 수 있는 전자기유도를 이용한 강재 케이블의 장력 및 부식에 대한 모니터링 시스템인 것이다.Therefore, the present invention is a monitoring system for the tension and corrosion of the steel cable using the electromagnetic induction that can determine the load for the stability of the cable by measuring the stress change of the cable according to the weather conditions.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기유도를 이용한 감지수단을 중요 구조물의 케이블에 적용하여 상시 감시체계를 구축하면 좀 더 구체적이고 과학적이며 효율적인 유지 관리체계를 이룰 수 있고, 특히 구조물의 케이블에 설치가 가능한 수단이기 때문에 그 적용성면에서 다양한 활용이 기대되며, 구조물의 상태를 보편적인 전반적 거동변화 뿐만 아니라, 각각의 부재별로 구체적인 거동 및 상태변화를 통해 평가할 수 있게 되는 바, 이러한 방법의 지속적인 관심과 개발 그리고 활용은건설 구조물의 객관적이고 정량적인 데이터를 제공함으로써, 경제적인 절감과 사회의 안전불감증 해소에 이바지하게 되는 효과가 있다.As described above, applying the sensing means using the electromagnetic induction according to the present invention to the cable of the important structure to build a continuous monitoring system can achieve a more specific, scientific and efficient maintenance system, in particular installed in the cable of the structure It is expected that various applications in terms of applicability can be expected, and that the structural state can be evaluated not only by general general behavior change but also by specific behavior and state change for each member. Development and utilization provide objective and quantitative data for construction structures, which contributes to economic savings and relieves social insecurity.
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