KR20090116525A - Nondestructive testing method of concrete structures using stress wave techniques - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비파괴검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응력파의 전달속도와 에너지를 이용하여 콘크리트 구조물에 대한 강성과 손상 여부를 평가할 수 있는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-destructive testing method, and more particularly, to a non-destructive testing method of a concrete structure using a stress wave that can evaluate the stiffness and damage to the concrete structure using the stress wave transmission speed and energy.
일반적으로 콘크리트는 다른 재료에 비하여 내구성 및 내열성이 우수하고 임의의 형상을 지닌 구조물을 현장에서 용이하게 시공할 수 있으므로, 일반 건축물은 물론 교량, 댐과 같은 산업용 구조물 및 원자력발전 설비, 군사시설과 같은 특수 구조물에도 널리 사용되고 있다.In general, concrete has excellent durability and heat resistance compared to other materials and can easily construct a structure having an arbitrary shape in the field. It is also widely used in special structures.
그러나 콘크리트 구조물은 다른 구조물에 비하여 자체 하중이 크고 균열이 생기기 쉬워서 붕괴의 우려성을 내포하고 있다.However, compared with other structures, concrete structures have a higher self load and are more prone to cracking, which may cause collapse.
콘크리트의 균열은 여러 가지 원인에 의하여 콘크리트의 경화를 전후로 하여 나타나는데, 균열이 표면에서 관측할 수 있을 때면 이미 콘크리트의 내부조직에는 미세 균열로 인하여 조직이 상당히 손상되어 있다.Cracks in concrete appear before and after the hardening of concrete for various reasons. When the cracks can be observed from the surface, the internal structure of the concrete is already damaged due to micro cracks.
콘크리트 내에 균열이 생기면 이 콘크리트의 강도는 기대치에 미치지 못할 뿐만 아니라, 주위의 온습도의 변화, 소금물과 같은 화학성분의 침투로 균열이 점차 성장하고 부식되어 콘크리트의 안전도에 큰 문제를 일으키게 된다.If cracks occur in concrete, the strength of the concrete will not meet expectations, and the cracks will gradually grow and corrode due to changes in ambient temperature and humidity, and penetration of chemicals such as salt water, causing a great problem for the safety of concrete.
한편, 콘크리트의 강도는 시간이 지남에 따라 변하고 이 변화는 주위의 기후조건, 사용 환경, 콘크리트의 배합조건 등에 따라 달라진다. 특히 화재, 지진 등의 외부 충격을 받았을 경우 콘크리트의 강도는 현격히 떨어지게 되고 이러한 경우는 안전도 진단을 통하여 재사용 여부를 결정해야 한다.On the other hand, the strength of concrete changes over time and this change depends on the surrounding climatic conditions, the use environment, and the concrete mixing conditions. In particular, in case of an external shock such as fire or earthquake, the strength of concrete drops significantly.
따라서 콘크리트의 강도를 측정하는 방법이 고안되었고, 그중에서 가장 신빙성이 있는 강도측정방법은 구조물로부터 채취된 코어에 대한 압축강도시험법이다.Therefore, a method of measuring the strength of concrete has been devised, and the most reliable method of measuring strength is the compressive strength test of the core taken from the structure.
상기 압축강도시험법은 구조물에 손상을 주므로 대개의 경우는 타설시 제작된 공시체에 대한 압축강도시험으로 수행되며, 기존의 구조물에 대해서는 가능한 한 적은 개수의 코어를 채취한다.Since the compressive strength test causes damage to the structure, in most cases, the compressive strength test is performed on a specimen prepared during pouring, and as few cores as possible are taken for existing structures.
콘크리트 구조물에서 코어를 채취하기 어려운 경우, 콘크리트 구조물에 대한 검사를 하기가 어려운 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.If it is difficult to extract the core from the concrete structure, there is a problem that it is difficult to inspect the concrete structure. Therefore, there is a need for improvement.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 응력파의 전달속도와 응력파의 에너지 전달 특성을 이용하여 콘크리트 구조물에 대한 검사를 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, to provide a non-destructive testing method of a concrete structure using a stress wave to inspect the concrete structure using the stress wave transmission rate and the stress wave energy transfer characteristics. The purpose is.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 트랜스듀서를 이용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계; 상기 트랜스듀서를 이용하여 상기 콘크리트 구조물에서 발생하는 상기 응력파를 측정하는 단계; 측정된 상기 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계; 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해 상기 트랜스듀서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지를 통해 상기 콘크리트 구조물을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of generating a stress wave in the concrete structure using a transducer; Measuring the stress wave generated in the concrete structure using the transducer; Analyzing in the frequency domain using the measured stress wave; Removing an error due to attachment of the transducer to calculate a transfer rate and a transfer energy of the stress wave; And it provides a non-destructive inspection method of the concrete structure using the stress wave, characterized in that it comprises the step of evaluating the concrete structure through the transfer rate and the transfer energy of the stress wave.
상기 응력파를 측정하는 단계는 초음파 투과 탐상법을 사용하며, 상기 트랜스듀서는 상기 콘크리트 구조물의 양측면에 각각 부착되어 서로 마주보는 것을 특 징으로 한다.The step of measuring the stress wave is characterized in that the ultrasonic transmission method, the transducer is attached to both sides of the concrete structure, characterized in that facing each other.
상기 응력파를 측정하는 단계는 초음파 반사 탐상법을 사용하며, 상기 트랜스듀서는 상기 콘크리트 구조물의 일측면에 이격되어 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.Measuring the stress wave is an ultrasonic reflection inspection method, the transducers are characterized in that each attached to one side of the concrete structure spaced apart.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 응력파 발생기를 사용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계; 센서를 이용하여 상기 콘크리트 구조물에서 발생하는 상기 응력파를 측정하는 단계; 측정된 상기 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계; 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해 상기 센서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지를 통해 상기 콘크리트 구조물을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of generating a stress wave in the concrete structure using a stress wave generator; Measuring the stress wave generated in the concrete structure using a sensor; Analyzing in the frequency domain using the measured stress wave; Removing an error due to the attachment of the sensor to calculate the transfer rate and the transfer energy of the stress wave; And it provides a non-destructive inspection method of the concrete structure using the stress wave, characterized in that it comprises the step of evaluating the concrete structure through the transfer rate and the transfer energy of the stress wave.
상기 응력파를 측정하는 단계는 표면파 탐상법을 사용하며, 상기 센서는 상기 콘크리트 구조물의 일측면에 이격되어 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.Measuring the stress wave uses a surface wave flaw detection method, the sensor is characterized in that each attached to one side of the concrete structure spaced apart.
상기 주파수를 해석하는 단계는 푸리에변환이나 웨이블렛변환을 사용하는 것을 특징으로 한다.The step of analyzing the frequency is characterized by using a Fourier transform or a wavelet transform.
상기 평가단계는 회귀분석식을 사용하는 것을 특징으로 한다.The evaluation step is characterized by using a regression equation.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법은 응력파의 전달속도 및 에너지를 이용하여 콘크리트의 손상 여부를 검사하는 효과가 있다.As described above, the non-destructive inspection method of the concrete structure using the stress wave according to the present invention has an effect of checking whether the concrete is damaged by using the transfer rate and energy of the stress wave.
특히, 본 발명에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법은 센서부착에 따른 오차를 제거함으로써, 콘크리트의 균열에 대한 검사 정확성을 향상시키는 효과가 있다.In particular, the non-destructive inspection method of the concrete structure using the stress wave according to the present invention has the effect of improving the inspection accuracy for the crack of the concrete by removing the error due to the attachment of the sensor.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법의 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of a non-destructive inspection method of a concrete structure using a stress wave according to the present invention.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or custom.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a flow chart illustrating a non-destructive inspection method of a concrete structure using a stress wave according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 콘크리트 구조물의 비파괴검사를 위해, 먼저 검사하고자 하는 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시킨다(S10). 이때, 응력파 발생기나 트랜스듀서가 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시킨다. 이러한 응력파 발생기나 트랜스듀서는 콘크리트 구조물에 충격을 줄 수 있는 망치나 장난감 총 등이 될 수 있다. 한 편, 이러한 응력파 발생기나 트랜스듀서는 매질인 콘크리트 구조물에 초음파를 통과시키는 장치가 될 수 있다.Referring to Figure 1, for the non-destructive testing of the concrete structure, the stress wave is first generated in the concrete structure to be examined (S10). At this time, the stress wave generator or the transducer generates the stress wave in the concrete structure. These stress wave generators or transducers can be hammers or toy guns that can impact concrete structures. On the other hand, such a stress wave generator or transducer may be a device for passing ultrasonic waves through the concrete structure as a medium.
상기 응력파는 표면파와 체적파로 분류할 수 있고, 표면파는 러브파와 레일리파를 포함하며, 체적파에는 종파와 횡파가 있다.The stress wave can be classified into a surface wave and a volume wave, the surface wave includes a love wave and a Rayleigh wave, and the volume wave includes a longitudinal wave and a transverse wave.
상기 콘크리트 구조물에 응력파가 발생되면, 콘크리트 구조물에 장착된 센서나 트랜스듀서는 응력파를 측정한다(S20). When the stress wave is generated in the concrete structure, the sensor or transducer mounted on the concrete structure measures the stress wave (S20).
그리고 센서나 트랜스듀서와 연계된 분석기는 측정된 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석한다(S30). 이때, 주파수 영역에서 해석을 하기 위해 푸리에 변환(Fourier transform)이나 웨이블렛 변환(Wavelet transform) 등을 이용한다. 이러한 변환 방법은 공지된 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.And the analyzer associated with the sensor or the transducer is analyzed in the frequency domain using the measured stress wave (S30). In this case, Fourier transform or Wavelet transform is used to analyze in the frequency domain. Since this conversion method is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
상기 주파수 영역에서의 해석을 통해 응력파의 전달속도 및 전달에너지가 도출된다. 그러나 센서나 트랜스듀서가 콘크리트 구조물에 마운팅되거나 커플링됨으로 인해, 응력파의 전달속도나 전달에너지의 값에 오차가 발생한다.Analysis in the frequency domain derives the transfer rate and transfer energy of the stress wave. However, as sensors or transducers are mounted or coupled to concrete structures, errors occur in the rate of transfer of stress waves or the value of energy delivered.
따라서 분석기는 주파수를 해석하여 도출된 값에서 센서나 트랜스듀서 부착으로 인한 오차를 제거(S40)한 다음, 검사대상인 콘크리트 구조물에 대한 평가를 한다(S50).Therefore, the analyzer removes the error due to the attachment of the sensor or transducer from the value derived by analyzing the frequency (S40), and then evaluates the concrete structure to be inspected (S50).
이때, 콘크리트 구조물에 대한 평가는 회귀분석식을 이용하며, 그 외 다양한 데이터베이스를 이용할 수 있다.At this time, the evaluation of the concrete structure using a regression equation, and other various databases can be used.
여기서, 응력파의 전달속도는 콘크리트의 구조물의 강성에 대한 평가를 가능하게 하고, 응력파의 전달에너지는 콘크리트 구조물의 공극, 균열과 같은 손상에 대한 평가를 가능하게 한다.Here, the transfer rate of the stress wave enables evaluation of the rigidity of the concrete structure, and the transfer energy of the stress wave enables evaluation of damages such as voids and cracks of the concrete structure.
먼저, 응력파의 전달속도를 통한 콘크리트 구조물의 평가 방식은 다음과 같다.First, the evaluation method of the concrete structure through the stress wave transmission rate is as follows.
무한한 크기의 매질 내에서의 응력파의 속도는 매질의 밀도와 탄성계수에 의해 결정되는데, 종파의 속도()와 횡파의 속도()는 각각 식(1)과 식(2)과 같다.The velocity of stress waves in infinitely large media is determined by the density of the media and the modulus of elasticity. ) And the velocity of the shear wave ( Are the same as in Equation (1) and (2), respectively.
식(1) 식(2) Formula (1) Formula (2)
여기서, 는 매질의 밀도, 는 탄성계수, 는 포아송비 이다.here, Is the density of the medium, Is the modulus of elasticity, Is Poisson's ratio.
또한, 반무한체의 표면에서 전달되는 레일리파의 속도()는 다음의 식(3)과 같다.Also, the rate of Rayleigh waves propagating on the surface of the ) Is as shown in the following equation (3).
식(3) Formula (3)
따라서 응력파의 속도를 측정하면 검사대상물의 탄성계수와 포아송비를 구할 수 있다.Therefore, by measuring the velocity of the stress wave, the elastic modulus and Poisson's ratio of the test object can be obtained.
그리고 응력파의 전달에너지를 통한 콘크리트 구조물의 평가 방식은 다음과 같다.And the evaluation method of the concrete structure through the transfer energy of the stress wave is as follows.
응력파의 전달 에너지는 콘크리트 부재의 감쇠(attenuation)에 따라 결정된다. 전달 에너지를 감소시키는 요인은, 구형발산(geometric spreading), 고유감쇠(intrinsic attenuation), 손상으로 인한 산란(scattering by damage)으로 구분 할 수 있다.The transfer energy of the stress wave is determined by the attenuation of the concrete member. Factors that reduce the transfer energy can be classified into geometric spreading, intrinsic attenuation, and scattering by damage.
이와 같은 응력파의 에너지 투과함수는 콘크리트 구조물에 균열 등의 손상이 확대됨에 따라 감소하므로, 투과함수를 측정함으로써 손상정도를 평가할 수 있다. 그러나 투과함수 중 순수하게 손상으로 인한 감쇠량을 산정하기 위해 식 (4)과 같이 손상이 없을 때의 투과함수로 정규화(normalization)시키는 과정이 추가적으로 필요하다.Since the energy transmission function of the stress wave decreases as the damage of the concrete structure is increased, the damage degree can be evaluated by measuring the transmission function. However, in order to calculate the attenuation due to damage purely in the transmission function, a process of normalizing the transmission function when there is no damage as shown in Equation (4) is additionally required.
식(4) Formula (4)
여기서,는 응력파를 이용하여 측정된 주파수 응답함수로써, 는 주파수 응답함수의 진폭, 여기서는 전달된 에너지량인 투과함수를 의미한다.here, Is the frequency response function measured using the stress wave, Is the amplitude of the frequency response function, here the transmission function, which is the amount of energy delivered.
따라서 전달율 는 측정된 투과함수와 손상이 없을 때 전달된 에너지량인 의 비율이다. Thus delivery rate Is the measured transmission function and the amount of energy delivered in the absence of damage Ratio.
참고로, 표면파의 에너지 전달율은 콘크리트 균열과 같이 표면에서부터 발생한 균열(surface-breaking crack)이 깊어짐에 따라 감소한다. For reference, the energy transfer rate of surface waves decreases as surface-breaking cracks deepen, such as concrete cracks.
즉, 표면파의 에너지 전달율은 균열이 없을 때에는 1.0의 값을 갖고, 매질을 관통하는 균열이 존재할 때에는 0의 값을 갖게 된다. In other words, the energy transfer rate of the surface wave has a value of 1.0 when there is no crack and a value of 0 when there is a crack penetrating the medium.
이와 같은 원리를 이용하여 응력파의 투과계수를 측정함으로써 검사대상물의 균열 깊이를 추정할 수 있다Using this principle, the crack depth of the inspection object can be estimated by measuring the transmission coefficient of the stress wave.
따라서, 자기보정 주파수 응답함수 기법(self-compensated frequency response function technique)을 통해 측정한 주파수 응답함수의 진폭은 응력파로 전달되는 에너지를 의미하며, 주파수 및 손상에 큰 영향을 받는다.Therefore, the amplitude of the frequency response function measured by the self-compensated frequency response function technique means the energy transmitted to the stress wave, and is greatly affected by the frequency and damage.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 반사 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면파 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram for using ultrasonic transmission flaw detection according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram for using ultrasonic reflection flaw detection according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4. Is a schematic diagram for using a surface wave flaw detection method according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 초음파 투과 탐상법은 콘크리트 구조물(20)의 일측면과 타측면에 각각 트랜스듀서(21)를 장착한다. 이러한 트랜스듀서(21)는 콘크리트 구조물(20)을 매질로 하여 서로 마주보도록 콘크리트 구조물(20)에 장착된다.Referring to FIG. 2, in the ultrasonic penetrating method, the
상기 트랜스듀서(21)는 콘크리트 구조물(20)에 응력파를 발생시키고, 이러한 응력파를 측정하며, 분석기(22)에 측정정보를 전달한다. The
따라서, 콘크리트 구조물(20)의 일측면에 장착된 트랜스듀서(21)에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(20)을 통과하여 콘크리트 구조물(20)의 타측면으로 이동하고, 콘크리트 구조물(20)의 타측면에 장착된 트랜스듀서(21)가 응력파를 측정한다.Therefore, when the stress wave is generated in the
마찬가지로, 콘크리트 구조물(20)의 타측면에 장착된 트랜스듀서(21)에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(20)을 통과하여 콘크리트 구조물(20)의 일측면으로 이동하고, 콘크리트 구조물(20)의 일측면에 장착된 트랜스듀서(21)가 응력파를 측정한다.Similarly, when a stress wave is generated in the
도 3을 참조하면, 초음파 반사 탐상법은 콘크리트 구조물(30)의 일측면에 한 쌍의 트랜스듀서(31)가 장착된다. 이러한 트랜스듀서(31)는 서로 일정거리 떨어져 위치된다.Referring to FIG. 3, in the ultrasonic reflection flaw detection method, a pair of
상기 트랜스듀서(31)는 콘크리트 구조물(30)에 응력파를 발생시키고, 이러한 응력파를 측정하며, 분석기(32)에 측정정보를 전달한다. The
따라서, 콘크리트 구조물(30)의 일측면에 장착된 한 쌍의 트랜스듀서(31) 중 어느 하나에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(30)에서 반사되고, 상기 트랜스듀서(31) 중 다른 하나는 반사된 응력파를 측정한다.Therefore, when a stress wave is generated in any one of the pair of
마찬가지로, 콘크리트 구조물(30)의 일측면에 장착된 한 쌍의 트랜스듀서(31) 중 다른 하나에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(30)에서 반사되고, 상기 트랜스듀서(31) 중 어느 하나는 반사된 응력파를 측정한다.Similarly, when a stress wave is generated in the other of the pair of
도 4를 참조하면, 표면파 탐상법은 콘크리트 구조물(40)의 일측면에 한 쌍의 센서(41)가 이격되도록 장착하고, 각 센서(41)는 분석기(42)에 측정정보를 전달한다. 그리고 응력파 발생기(43)는 콘크리트 구조물(40)의 양측단에서 응력파를 발생시킨다. Referring to FIG. 4, the surface wave flaw detection method is installed so that a pair of
상기 응력파 발생기(43)가 한 쌍의 센서(41) 중 어느 하나에 근접되어 응력파를 발생시키면 상기 센서(41) 중 다른 하나의 센서(41)가 응력파를 측정한다.When the
마찬가지로, 응력파 발생기(43)가 한 쌍의 센서(41) 중 다른 하나에 근접되어 응력파를 발생시키면 상기 센서(41) 중 어느 하나의 센서(41)가 응력파를 측정한다.Similarly, when the
이때, 도 2와 도 3에서 트랜스듀서(21,31)는 고주파인 종파 또는 횡파를 생성하고, 도 4에서 응력파 발생기(43)는 저주파인 표면파를 생성한다.In this case, the
도 2 내지 도 4를 참조하면, 한 쌍 중 어느 하나의 트랜스듀서(21,31) 또는 센서(41)에서 측정된 a(t)라는 응력파 파형은 매질인 콘크리트 구조물(20,30,40)을 거쳐, 다른 하나의 트랜스듀서(21,31) 또는 센서(41)에서 b(t)로 측정된다. 그리고 반대 방향으로도 c(t) 파형은 콘크리트 구조물(20,30,40)을 거쳐 d(t)로 측정된다. 2 to 4, a stress wave waveform called a (t) measured by either one of the pair of
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파형을 분석한 도면이다. 도 5a와 도 5b는 시간영역에서 응력파 파형을 나타낸 것으로서, 검정색 실선과 붉은색 실선은 각각 두 센서에서 측정된 파형이다. 양방향으로 응력파를 측정하므로, 도 5a에서는 a(t) 파형(검정색)이 매질을 거쳐 b(t) 파형(붉은색)으로 변하고, 도 5b에서는 반대로 c(t) 파형(붉은색)이 d(t) 파형(검정색)으로 변화된다. 5A and 5B illustrate waveforms according to an embodiment of the present invention. 5A and 5B show stress wave waveforms in the time domain, and solid black lines and solid red lines are waveforms measured by two sensors, respectively. Since the stress wave is measured in both directions, in FIG. 5A, the a (t) waveform (black) is changed into the b (t) waveform (red) through the medium, and in FIG. 5B, the c (t) waveform (red) is inversely d. (t) The waveform is changed to black.
이와 같은 파형을 푸리에 변환(Fourier transform), 웨이블렛 변환(wavelet transform) 등을 이용하여 주파수 영역(주파수축)으로 변환이 필요하다. Such a waveform needs to be transformed into a frequency domain (frequency axis) using a Fourier transform, a wavelet transform, or the like.
주파수 영역에서 응력파는 주파수에 따른 진폭(amplitude)과 위상(phase)으로 표현된다. 일반적으로 주파수 영역 신호는 허수로 표현하며, 그에 따른 측정된 응력파 파형은 각각 A(f), B(f)와 C(f), D(f)로 표시한다.In the frequency domain, stress waves are expressed in amplitude and phase according to frequency. In general, the frequency domain signals are represented by imaginary numbers, and the measured stress wave waveforms are represented by A (f), B (f), C (f), and D (f), respectively.
한편, 잡음(noise)이 없는 이상적인 신호의 경우 매질을 통한 에너지 전달율은 간단히, B(f)/A(f) 또는 D(f)/C(f)로 계산할 수 있다. On the other hand, for an ideal signal without noise, the energy transfer rate through the medium can be simply calculated as B (f) / A (f) or D (f) / C (f).
그러나 실제 측정에서는 센서의 마운팅 또는 커플링에서 기인한 변동으로 인해 에너지 값이 왜곡되는데, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지의 함수관계를 도식화한 도면이다.However, in the actual measurement, the energy value is distorted due to the variation due to the mounting or coupling of the sensor. FIG. 6 is a diagram illustrating a functional relationship of energy according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, H(f)는 콘크리트 구조물의 주파수 응답함수를 나타내며, X(f)와 Y(f)는 양쪽 센서에서 측정되는 응력파를 의미한다. 또한 U(f)와 V(f)는 센서의 자체 특성 및 마운팅/커플링 특성에 따른 응답함수이고, M(f)과 N(f)은 양쪽 센서에서 측정시 발생하는 잡음이다. Referring to Figure 6, H (f) represents the frequency response function of the concrete structure, X (f) and Y (f) refers to the stress wave measured by both sensors. In addition, U (f) and V (f) are response functions according to the sensor's own characteristics and mounting / coupling characteristics, and M (f) and N (f) are noises generated during measurement at both sensors.
따라서 자기보정 주파수 응답함수 기법(self-compensated frequency response function technique)을 통해, 다음과 같은 수식으로 표현된 실제 측정된 파형으로부터 주파수 응답함수를 구할 수 있다. Therefore, through the self-compensated frequency response function technique, the frequency response function can be obtained from the actual measured waveform expressed by the following equation.
먼저, 정방향(forward)일 경우 식(5)과 식(6)과 같다.First, in the forward (forward) is the same as the formula (5) and (6).
식(5) 식(6) Formula (5) Formula (6)
그리고 역방향(backward)일 경우 식(7)과 식(8)과 같다.In the case of backward, the equations (7) and (8) are the same.
식(7) 식(8) Formula (7) Formula (8)
한편, 각 방향에서 주파수 응답함수는 식(9)과 식(10)으로 표시된다.On the other hand, the frequency response function in each direction is represented by equations (9) and (10).
식(9) Formula (9)
식(10) Formula (10)
이와 같은 식을 바탕으로 잡음을 제거하기 위해서는, 각 방향에서 여러 번 신호를 측정하여 합산하는데, 식(11)과 식(12)을 적용한다.In order to remove noise based on such an equation, equations (11) and (12) are applied to measure and sum signals several times in each direction.
식(11) Formula (11)
식(12) Formula (12)
마지막으로, 양방향의 함수를 더하면 식(13)과 같은 최종적인 콘크리트 구조물의 주파수 응답함수를 구할 수 있다. Finally, adding the bidirectional function gives the frequency response function of the final concrete structure as shown in Eq. (13).
식(13) Formula (13)
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답함수의 진폭을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7을 보정한 도면이다.On the other hand, Figure 7 is a diagram showing the amplitude of the frequency response function according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is a diagram correcting the Figure 7.
도 7을 참조하면, 각 센서가 콘크리트 구조물에 부착된 강도 및 방식(마운팅/커플링)에 따라 주파수 응답함수의 진폭이 상이하게 나타난다. Referring to FIG. 7, the amplitude of the frequency response function is different depending on the strength and the method (mounting / coupling) attached to each concrete structure.
도 8은, 도 7의 정방향 및 역방향 그래프를 서로 보정하여 최종적인 에너지 전달율을 구할 수 있다. 여기서, 구형발산을 제외한 전달율이 1인 경우 콘크리트 구조물에 손상이 존재하지 않는 것이고, 1 이하에서는 손상이 있음을 알 수 있다. 8, the forward and reverse graphs of FIG. 7 may be corrected with each other to obtain a final energy transfer rate. Here, if the transmission rate excluding the spherical divergence is 1, there is no damage to the concrete structure, it can be seen that the damage is less than 1.
이와 같은 응력파의 에너지 전달율은 콘크리트의 균열 등과 같은 손상에 특히 민감하게 반응하는 것이므로, 콘크리트의 과대한 공극, 균열 등과 같은 손상에 대한 평가가 가능하다. 또한, 응력파의 전달속도는 콘크리트의 강성(stiffness)에 대한 평가가 가능하다.Since the energy transfer rate of the stress wave is particularly sensitive to damages such as cracks in concrete, it is possible to evaluate damages such as excessive voids and cracks in concrete. In addition, the transfer rate of the stress wave can be evaluated for the stiffness of the concrete.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can make various modifications and other equivalent embodiments therefrom. Will understand.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a flow chart illustrating a non-destructive inspection method of a concrete structure using a stress wave according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.Figure 2 is a schematic diagram for using the ultrasonic permeation scanning method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 반사 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.3 is a schematic diagram for using the ultrasonic reflection scanning method according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면파 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.4 is a schematic diagram for using a surface wave flaw detection method according to an embodiment of the present invention.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파형을 분석한 도면이다.5A and 5B illustrate waveforms according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지의 함수관계를 도식화한 도면이다.6 is a diagram illustrating a functional relationship of energy according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답함수의 진폭을 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the amplitude of the frequency response function according to an embodiment of the present invention.
도 8은 도 7을 보정한 그래프이다.FIG. 8 is a graph of FIG. 7 corrected. FIG.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
20,30,40 : 콘크리트 구조물 21,31 : 트랜스듀서20,30,40:
22,32,42 : 분석기 41 : 센서22,32,42 Analyzer 41: Sensor
43 : 응력파 발생기43: stress wave generator
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