KR200436471Y1

KR200436471Y1 - Damage Prediction Apparatus of Structure by using Wireless Sensor

Info

Publication number: KR200436471Y1
Application number: KR2020060030762U
Authority: KR
Inventors: 박찬균; 구본태
Original assignee: 주식회사 포스코건설
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-08-23

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 고안은, 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치에 관한 것임.The present invention relates to a structure damage prediction apparatus using a wireless sensor.

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem the invention is trying to solve

본 고안은, 건축 및 토목 구조물에서의 내력 부재에 대한 손상을 전기저항을 응용한 무선 센서(FDMA)를 통하여 감지하여, 미연에 사고를 방지하고 보수/보강 시점을 사전에 예측하기 위한, 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.The present invention is to detect damage to the strength-bearing member in construction and civil engineering through a wireless sensor (FDMA) using electrical resistance, to prevent accidents in advance and to predict the time of repair / reinforcement, wireless sensor To provide a structure damage prediction device using

3. 고안의 해결방법의 요지3. Summary of solution of design

본 고안은, 구조물의 취약 부분 및 손상이 예측되는 부위에 부착하여, 그 부재에 항복/좌굴이 발생하기 전에 이를 사용자에게 알리기 위한 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치에 있어서, 내력부재의 변형을 전달하기 위한 전달판; 상기 전달판이 내력부재의 변형을 전달하여, 그 저항값에 변화를 생성하는 탄소피막 저항; 상기 탄소피막 저항의 저항값의 변화에 따라 주파수를 변형하기 위한 주파수변환 수단; 및 상기 주파수 변환 수단이 주파수를 변형하면, 이를 사용자에게 무선으로 알리기 위한 무선전달 수단을 포함함.The present invention, in the structural damage prediction device using a wireless sensor for attaching to the vulnerable part of the structure and the site where the damage is predicted, and to inform the user before the yield / buckling occurs in the member, the deformation of the bearing member is transmitted A transfer plate for; A carbon film resistor in which the transfer plate transmits the deformation of the bearing member, thereby producing a change in the resistance value; Frequency converting means for modifying the frequency according to the change in the resistance value of the carbon film resistance; And wireless transmission means for informing the user wirelessly when the frequency conversion means changes the frequency.

4. 고안의 중요한 용도4. Important uses of the devise

본 고안은 구조물 손상 예측 시스템 등에 이용됨.The present invention is used for the structure damage prediction system.

구조물 손상, 예측, 무선 센서, 리드 저항 Structure damage, prediction, wireless sensors, lead resistance

Description

Damage Prediction Apparatus of Structure by using Wireless Sensor

도 1은 본 고안에 따른 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치의 일실시예 배면도,1 is a back view of an embodiment of a structure damage prediction apparatus using a wireless sensor according to the present invention,

도 2는 상기 도 1의 일실시예 정면도, 2 is a front view of an embodiment of FIG.

도 3은 상기 도 1의 일실시예 분해 사시도,3 is an exploded perspective view of an embodiment of FIG. 1;

도 4는 본 고안의 구조물 손상 예측 장치에 따라 인장시편에 인가되는 응력의 변화에 의한 인장시편의 변형 곡선을 설명하기 위한 일예시도,Figure 4 is an exemplary view for explaining the deformation curve of the tensile test piece by the change of the stress applied to the tensile test piece according to the structure damage prediction device of the present invention,

도 5a 및 도 5b는 상기 도 4에서의 변형에 따른 리드 저항의 변화를 설명하기 위한 일예시도.5A and 5B are exemplary views for explaining a change in lead resistance according to the deformation in FIG. 4.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 전달판 2 : 탄소피막 저항1: transfer plate 2: carbon film resistance

3 : 주파수 순서변환 점퍼 4 : 주파수변환 점퍼3: frequency shift jumper 4: frequency shift jumper

5 : 동작 LED 6 : 전원부5: operation LED 6: power supply

7 : 주기판 8 : 외부케이스7: motherboard 8: outer case

본 고안은 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치에 관한 것으로, 특히 건축구조물의 장기사용에 따른 내력부재, 접합부 등의 과다변형 또는 손상을 리드저항부분과 무선 센서를 통한 전기저항을 이용하여 미리 감지하여 운영자에게 알리기 위한, 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a structure damage prediction device using a wireless sensor, and in particular, the excessive deformation or damage of the load-bearing member, joints, etc. according to the long-term use of the building structure is detected in advance by using the electrical resistance through the lead resistance portion and the wireless sensor The present invention relates to a structure damage prediction device using a wireless sensor to inform the operator.

최근, 구조물의 안전진단에 대한 사회적 관심도가 높아지고 있는 가운데 현존하는 토목구조물의 유지관리 및 보수보강을 위해서는 실제 구조물에 내재하는 결함에 대한 정확한 인식이 필요하다. 이에 따라 구조물에 나타나는 동적 및 정적 응답특성을 이용하여 현 구조물에 대한 보다 정확한 정보를 취득하고, 이를 구조물의 손상부위 색출과 결합정도의 판단에 이용할 수 있도록 하기 위해 여러분야에서 연구가 이루어져 왔으나, 현재까지는 규준화 되어 실시되는 방법이 없었다.Recently, the social interest in the safety diagnosis of the structure is increasing, and the maintenance and repair of existing civil structures need accurate recognition of the defects inherent in the actual structure. As a result, research has been carried out in all fields to obtain more accurate information about the current structure by using the dynamic and static response characteristics of the structure, and to use it for the detection of damage and the degree of coupling of the structure. Until now, there was no standardized method.

근래 동적 실험자료를 이용하여 얻을 수 있는 정보로는 응답의 최대치와 주파수 분석에 의한 고유진동수, 감쇄계수, 모우드형상이 있으며, 이중에서 현재 구조물의 노후도를 평가하는 방법으로 적용되는 값은 응답의 최대치와 고유진동수로 동적증폭율과 손상계수를 계산하거나, 고유진동수의 감소량으로 전체적인 노후도를 예측하는데 국한되는 문제점이 있었다.Recently, the information that can be obtained using dynamic experimental data includes the maximum value of response and natural frequency, attenuation coefficient, and mode shape by frequency analysis. Among them, the value applied as a method of evaluating the aging of the current structure is There were problems of calculating dynamic amplification and damage coefficients with maximum values and natural frequencies, or predicting total aging with reduced natural frequencies.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 특허 제245299호(구조물의 손상위치 예측방법)가 개시되어 있다.In order to solve such a problem, Korean Patent No. 245299 (A method for predicting damage location of a structure) is disclosed.

상기 특허 제245299호는, 대상구조물에 대한 정밀 외관 조사가 이루어지기 전단계에서 공용중인 구조물에 대한 동적실험으로 얻을 수 있는 정보인 모드형상 제체의 변화량보다 모드형상의 곡률이나 기울기 변화량을 이용하여 구조물의 손상가능성과 그 위치를 예측할 수 있도록 함으로서, 구조물의 유지보수 차원에서 구조물의 손상 위치를 동적 실험결과의 변화를 측정한 자료로부터 예측하기 위한 것이다.The Patent No. 254299 uses the modulus of curvature or the slope of the modal shape rather than the modal shape change, which is information that can be obtained through dynamic experiments on the structure in common before the precise appearance investigation of the target structure is made. By predicting the possibility of damage and its location, it is to predict the damage location of the structure from the measured data of dynamic test results in terms of maintenance of the structure.

그러나, 상기 특허 제245299호는 구조물의 손상 위치를 모드형상의 곡률이나 기울기 변화량으로부터 예측하는 것이므로, 이 역시 전체적인 노후도를 예측하는데 국한되는 문제점이 있다. However, since the Patent No. 245299 predicts the damage position of the structure from the curvature or the slope change amount of the mode shape, this also has a problem that is limited to predicting the overall aging degree.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 현재 정확한 예측을 위하여 손상 예측 시스템에 FBG(fiber bragg grating)와 PZT(Piezoelectric) 센서 등이 사용되고 있으나, 이들은 외부의 온도나 주파수에 의해 영향을 받으며, 가격 또한 고가이어서 다양한 위치에 상시 적용하기가 쉽지 않고, 계측 방법이나 적용성에 있어 장기적으로 사용하기 어려운 문제점이 있다.In order to solve this problem, fiber bragg grating (FBG) and piezoelectric (PZT) sensors are used in the damage prediction system for accurate prediction, but they are influenced by external temperature or frequency, and the price is high. It is not easy to always apply to various positions, and there is a problem in that it is difficult to use in the long term in the measuring method or applicability.

본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 건축 및 토목 구조물에서의 내력 부재에 대한 손상을 전기저항을 응용한 무선 센서(FDMA)를 통하여 감지하여, 미연에 사고를 방지하고 보수/보강 시점을 사전에 예측하기 위한, 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems described above, by detecting a damage to the load-bearing member in the construction and civil structures through a wireless sensor (FDMA) applying the electrical resistance, prevent accidents and repair It is an object of the present invention to provide a structure damage prediction apparatus using a wireless sensor for predicting the reinforcement time in advance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 구조물의 취약 부분 및 손상이 예측되는 부위에 부착하여, 그 부재에 항복/좌굴이 발생하기 전에 이를 사용자에게 알리기 위한 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치에 있어서, 내력부재의 변형을 전달하기 위한 전달판; 상기 전달판이 내력부재의 변형을 전달하여, 그 저항값에 변화를 생성하는 탄소피막 저항; 상기 탄소피막 저항의 저항값의 변화에 따라 주파수를 변형하기 위한 주파수변환 수단; 및 상기 주파수 변환 수단이 주파수를 변형하면, 이를 사용자에게 무선으로 알리기 위한 무선전달 수단을 포함하는 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object, in a structure damage prediction device using a wireless sensor for attaching to the weak part of the structure and the site where the damage is predicted, to notify the user before the yield / buckling occurs in the member, Transfer plate for transmitting the deformation of the bearing member; A carbon film resistor in which the transfer plate transmits the deformation of the bearing member, thereby producing a change in the resistance value; Frequency converting means for modifying the frequency according to the change in the resistance value of the carbon film resistance; And when the frequency conversion means changes the frequency, and provides a structure damage prediction apparatus using a wireless sensor comprising a wireless transmission means for informing the user wirelessly.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same number as much as possible even if displayed on different drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 고안에 따른 무선 센서를 이용한 구조물 손상 예측 장치의 일실시예 배면도이고, 도 2는 상기 도 1의 일실시예 정면도이며, 도 3은 상기 도 1의 일실시예 분해 사시도이다.1 is a rear view of an embodiment of a structure damage prediction apparatus using a wireless sensor according to the present invention, FIG. 2 is a front view of an embodiment of FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the embodiment of FIG. 1.

도면에 도시된 바와 같이, 본 고안의 구조물 손상 예측 장치는, 전달판(1), 탄소피막 저항(2), 주파수 순서변환 점퍼(3), 주파수변환 점퍼(4), 동작 발광 다이 오드(light emitting diode; 이하, 간단히 'LED'라 함)(5), 전원부(6), 주기판(7) 및 외부케이스(8)를 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the structure damage prediction apparatus of the present invention, the transfer plate 1, the carbon film resistance (2), frequency shift jumper (3), frequency shift jumper (4), operation light emitting diode (light) A light emitting diode (hereinafter, simply referred to as 'LED') 5, a power supply 6, a main board 7, and an outer case 8 are included.

상기 전달판(1)은 내력부재의 변형을 전달하는 기능을 담당하며, 상기 전원부(6)는 12V 전원을 제공하는 기능을 담당한다.The transfer plate 1 is responsible for transmitting the deformation of the bearing member, and the power supply unit 6 is responsible for providing a 12V power supply.

본 고안은 전기저항을 사용하는 방식으로써, 해당 구조물의 취약 부분 및 손상이 예측되는 부위에 스위치를 붙이거나 매설하여 그 부재가 항복 또는 좌굴이 발생하기 전인, 일정량 이상의 변위 및 진동이 발생하면 상기 전달판(1)이 내력부재의 변형을 전달하여, 상기 탄소피막 저항(2)이 그 저항값에 변화를 일으키면, 상기 주파수 순서변환 점퍼(3)가 주파수의 순서를 변환시키는 기능을 담당한다. 즉, 저항값의 변화로 주파수의 발신 간격(주기)이 변화되어 주파수의 순서가 변환된다. 이는 저항값의 변화가 전류의 크기를 제어하고, 전류값의 변화에 대응되어 변화된 주기(주파수)로 발진하는 원리를 이용한 것이다.The present invention is a method of using the electrical resistance, the switch or buried in the weak part of the structure and the site where the damage is expected to be transmitted before the yield or buckling of the member, a certain amount of displacement and vibration if the transfer occurs When the plate 1 transmits the deformation of the bearing member, and the carbon film resistor 2 causes a change in the resistance value, the frequency order change jumper 3 functions to change the order of the frequencies. In other words, the change in the resistance value causes the frequency interval (period) to change, thereby changing the order of the frequencies. This is based on the principle that the change in the resistance value controls the magnitude of the current and oscillates at a changed period (frequency) in response to the change in the current value.

이렇게 주파수의 순서가 변환되면 상기 동작 LED(5)가 시각적으로 사용자에게 이를 알리는 기능을 담당하며, 상기 주파수변환 점퍼(4)는 무선랜(도시되지 않음)을 통하여 무선신호로 이를 사용자에게 알리는 기능을 담당하게 된다.When the order of the frequency is changed, the operation LED 5 is responsible for visually notifying the user, and the frequency conversion jumper 4 is a function for notifying the user with a wireless signal through a wireless LAN (not shown). Will be in charge.

따라서, 사용자는 구조물의 손상이 있을 경우, 이를 손쉽게 모니터링할 수 있다.Therefore, the user can easily monitor any damage to the structure.

도 4는 본 고안의 구조물 손상 예측 장치에 따라 인장시편에 인가되는 응력의 변화에 의한 인장시편의 변형 곡선을 설명하기 위한 일예시도이며, 도 5a 및 도 5b는 상기 도 4에서의 변형에 따른 리드 저항의 변화를 설명하기 위한 일예시도로 서, 인장시편의 상/하단부에 각각 부착된 리드 저항의 경우를 각각 나타낸 것이다.Figure 4 is an exemplary view for explaining the deformation curve of the tensile test specimen due to the change in the stress applied to the tensile specimen in accordance with the structure damage prediction device of the present invention, Figures 5a and 5b according to the deformation in Figure 4 As an example for explaining the change in the lead resistance, it shows the case of the lead resistance attached to the upper and lower ends of the tensile specimen, respectively.

도면에 도시된 바와 같이, 응력-변형 곡선에서는 350N/mm²까지는 변형이 거의 없으나 이 후 급격한 변화를 보이는 것을 알 수 있다. 따라서, 저항의 변화에 의해 손상을 예측할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in the figure, in the stress-strain curve, there is almost no deformation up to 350 N / mm ² , but it can be seen that there is a sharp change thereafter. Therefore, it can be confirmed that damage can be predicted by a change in resistance.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기한 바와 같은 본 고안은, 고가의 센서를 적용하기 곤란한 대형 구조물에 적은 비용으로 구조물의 손상과 파괴를 사전에 인지하여, 구조물의 수선, 대체 및 보완을 손쉽게 할 수 있도록 하는 효과가 있다. The present invention as described above has an effect of making it easy to repair, replace and supplement the structure by recognizing damage and destruction of the structure in advance in a small cost to a large structure that is difficult to apply expensive sensors.

Claims

In the structure damage prediction device using a wireless sensor to attach to the weak part of the structure and the site where damage is predicted, and to notify the user before the yield / buckling occurs in the member,

Transfer plate for transmitting the deformation of the bearing member;

A carbon film resistor in which the transfer plate transmits the deformation of the bearing member, thereby producing a change in the resistance value;

Frequency converting means for modifying the frequency according to the change in the resistance value of the carbon film resistance; And

Radio transmission means for informing the user wirelessly when the frequency conversion means changes the frequency

Structure damage prediction device using a wireless sensor comprising a.

The method of claim 1,

Transmission means for notifying the user visually / acoustically when the frequency conversion means changes the frequency.

Structure damage prediction device using a wireless sensor further comprising.