KR20100090160A - 센서 유니트를 가진 복합강연선과 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 센서 유니트를 가진 복합 강연선은 중앙에 위치되는 센터 강연선과, 상기 센터 강연선의 주위에 상호 꼬여 센터 강연선과 결합되는 단위 강연선들을 구비하며, 상기 센터 강연선의 외주면에 센서유니트를 설치하기 위한 복수개의 장착홈이 길이 방향으로 형성된다.

제조가 상대적으로 간단하고, 센서유니트의 설치가 용이하며, 강연선의 왜곡을 검출할 수 있는 센서 선정의 자유도를 높일 수 있으며, 공사 현장에서의 시공성을 향상시킬 수 있다.

광섬유, 센서, 강연선, 교량,

Description

센서 유니트를 가진 복합강연선과 이의 제조방법{wire cable having sensor unit and manufacturing method of the same}

본 발명은 복합 강연선에 관한 것으로, 교량, 콘크리트 구조물에 이용되는 복합 강연선의 변형을 검출할 수 있는 복합 강연선에 관한 것이다.

일반적으로 중요한 사회 기반시설물 중의 하나인 교량, 빌딩, 댐 등의 구조물은 지진, 태풍, 홍수 등 예상하지 못한 환경변화로 인하여 구조적인 손상을 받을 수 있으며, 이로부터 잔존수명이 현저히 저하되거나 붕괴될 위험을 가질 수 있다. 이러한 점을 고려하여 최근에는 구조물의 손상과 열화 정도, 또는 구조적인 문제 판단 시 필요한 기초 자료를 습득하기 위하여 구조물의 변형을 측정하기 위한 계측시스템이 도입되고 있다.

이러한 구조물의 변형 또는 인장응력 등을 측정하기 위한 센서는 측정값의 신뢰성, 시공성, 내구성 등을 감안하여 광감도 센서, 간섭형 광섬유센서 및 광섬유 브래그 격자 센서(Fiber optic Bragg Grating sensor)등과 같은 광섬유 센서가 주로 이용된다.

광센서가 적용된 일예로서, 와이어 케이블 및 장력측정 시스템 및 장력측정방법이 일본 공개특허 제 2006-250647호에 개시되어 있다.

개시된 와이어 케이블(wire cable)은 복수의 소선이 꼬여 형성된 것으로, 이의 축방향의 왜곡을 검출하는 왜곡검출수단을 구비한다. 이 왜곡검출수단은 광파이버 센서로 이루어진다. 상기 광 파이버 센서는 와이어 케이블(cable)의 신축에 따라 변형되는데, 이 광화이버 센서의 변형에 의해, 입사된 빛의 주파수변화, 또는 빛의 반사, 굴절 또는 간섭을 검지하는 기술적 구성을 가진다.

상기와 같은 종래의 와이어 케이블은 광파이버 센서가 길이 방향으로 연속하 여 설치된 구성을 가지고 있으므로 제조가 어렵다. 그리고 와이어에 설치된 광케이블의 연결단자를 제조하기 위해서는 광섬유 스플라이스 작업이 필요한데, 이러한 작업은 구조물의 건축현장에서 수행하기 어렵다. 와이어 케이블에 광파이버 센서를 삽입하는 과정에서 외부의 자극에 의해 광파이버 뿐만 아니라 센싱부위까지 손상되는 문제점이 있으며, 와이어 내부에서 광파이버 센서가 손상되거나 단락되는 경우 유지보수가 어렵다.

이러한 점을 감안하여 본 발명인은 광섬유 복합 강연선과 그 광섬유 복합 강연선의 제조방법 및 변형율 측정방법을 출원하여 대한 민국 특허등록 제0756056호로 등록 받은 바 있다.

일본 공개 특허 제 2007-1142218호에는 콘크리트(concrete) 구조물 등의 각종 구조물건의 미소한 변형을 검출하는 광케이블이 개시되어 있으며, 등록 실용신안 제 0350221호에는 장력 측정용 광섬유 센서가 개시되어 있다.

한편, 상술한 바와 같은 와이어 케이블 또는 복합 강연선은 킹케이블을 이루는 심선에 길이 방향으로 중공이 형성되어 있으므로 심선의 제조가 어렵고, 심선의 중공부에 광섬유 센서의 설치가 어렵다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 센서 유니트를 불연속 적으로 강연선을 따라 설치함으로써 제조가 용이하고, 강연선 변형율의 효율적인 측정이 가능하며, 강연선의 제조 및 센서유니트 설치에 따른 생산성의 향상 을 도모할 수 있는 센서유니트를 가진 복합 강연선과 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 광섬유 센서의 현장 시공성을 향상시킬 수 있으며, 유지 보수가 용이한 센서 유니트를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센서 유니트를 가진 복합 강연선은 중앙에 위치되는 센터 강연선과, 상기 센터 강연선의 주위에 상호 꼬여 센터 강연선과 결합되는 복수개의 단위 강연선들을 구비하며,

상기 센터 강연선의 외주면에 센서 유니트를 설치하기 위한 복수개의 인입홈이 길이 방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 센터 강연선은 센서 유니트을 보호하기 위해 피복부재에 의해 연속 또는 불연속적으로 감싸여질 수 있다.

상기 센서유니트는 광섬유 브레그 격자센서가 이용될 수 있다. 상기 인입홈에 상기 센서유니트를 고정하기 위한 센서 위치고정수단이 더 구비될 수 있는데, 이 센서 위치 고정수단은 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 센서 유니트를 가진 복합 강연선의 제조방법은,

인발 또는 조형가공하여 중앙에 위치되는 센터 강연선의 외주면에 길이 방향으로 장착홈을 성형하는 센터 강연선 제조단계와,

심선들로 이루어진 단위 강연선들을 제조하는 단위 강연선 제조단계와,

상기 센터 강연선의 인입홈에 인출와이어를 삽입하는 인출와이어 삽입단계와,

상기 센터 강연선의 주위에 단위 강연선들의 위치되도록 센터 강연선과 단위 강연선을 꼬아 강연선을 제조하는 복합강연선 제조단계와,

상기 센터 강연선과 단위 강연선이 꼬여 제조된 복합강연선의 응력을 제거하여 위하여 열처리하는 복합강연선 열처리 단계와,

상기 인출와이어의 단부에 센서 유니트를 장착하고 인입홈으로부터 상기 인출와이어를 인출하여 센서 유니트가 상기 인입홈에 위치되도록 하는 센서 유니트 설치단계와,

상기 복합 강연선의 변형력이 상기 센서유니트에 전달될 수 있도록 상기 인입홈에 센서 유니트를 고정하는 센서 유니트 고정단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 인출와이어 삽입단계는 센터 강연선의 인입홈으로부터 인출와이어가 분리되는 것을 방지하기 위하여 피복부재를 센터 강연선을 따라 연속 또는 불연속 적으로 설치하는 피복부재 설치단계를 더 구비한다.

그리고 상기 인출와이어 삽입단계는 상기 센터 강연선과 단위 강연선은 꼬는 복합강연선 제조단계에서 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 센서 유니트를 가진 복합 강연선과 이의 제조방법은 복합강 연선의 제조 시 센서유니트가 열에 의해 손상되는 것을 근본적으로 방지할 수 있으며, 복합강연선의 변형을 감지하기 위한 센서 유니트의 설치가 용이하여 복합강연선의 왜곡을 검출할 수 있는 센서 선정의 자유도를 높일 수 있다. 그리고 복합 강연선은 공사 현장에서 센서 유니트의 설치에 따른 시공성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 복합강연선은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 교량(1), 건축 구조물(2) 등과 같은 구조물에 이용될 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 3 및 도 4에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 복합 강연선(10)은 센터 강연선(20)과, 상기 센터 강연선(20)의 주면을 둘러싸며 길이 방향으로 상호 꼬여 센터 강연선(20)을 감싸는 여섯 가닥의 단위 강연선(30)들과, 상기 센터 강연선(20)의 외주면에 형성된 인입홈에 설치된 센서유니트(40)를 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 복합 강연선을 구성요소 별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 복합 강연선을 이루는 센터 강연선(20)은 외주면에 길이 방향으로 센서유니트(40)가 장착되는 복수개의 인입홈(21)이 형성된다. 상기 인입홈(21)의 형성은 상기 센터 강연선을 인발가공하거나 상기 제조된 단면 원형의 강선을 압연 또는 조형 가공하여 형성 할 수 있다.

상기 센서 강연선(20)에 형성되는 인입홈(21)은 도 5 내지 7에 도시된 바와 같이 센터 강연선(20)의 외주면에 복수개의 인입홈(21)들이 대칭적으로 형성되어 복합강연선(10)에 작용하는 변형력인 외력, 즉, 인장력이 상기 인입홈(21)에 설치된 센서 유니트에 의해 용이하게 측정될 수 있도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 복합강연선의 센터 강연선(20)의 외주면에는 인입홈(21)에 설치되는 센터 유니트(40)가 인입홈(21)으로부터 이탈을 방지하는 피복부재(22)가 연속 또는 불연속적으로 설치된다. 상기 피복부재(22)는 센터 강연선의 외주면 형상과 동일한 형상으로 밴딩된 금속튜브로 이루어질 수 있는데, 이 피복부재는 길이 방향으로 절개될 수 있다.

상기 피복부재(22)는 복합강연선을 고주파 열처리 온도(약 400℃)에서 변형되지 않으며, 압축강도가 상대적으로 높은 합성수지재로 이루어질 수 있는데, 상기 피복부재(22)는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 센터 강연선(20)을 감쌀 수 있으며, 단위 강연선(30)의 변형력 또는 센터 강연선의 변형력이 센서유니트의 단위센서(41)에 왜곡 없이 전달될 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 상기 피복부재의 외주면에는 도 8에 도시된 바와 같이 외주면에 단위 강연선이 안착되는 가이드홈(22a)이 형성될 수 있다.

그리고 상기 센터강연선에는 상기 인입홈(21)에 설치된 센서유니트(40)에 센터 강연선의 변형력이 전달될 수 있도록 인입홈(21)에 설치된 센서 유니트(20)를 고정하는 위치 고정수단(50)을 더 구비하는데, 이 위치 고정수단은 상기 센터 유니트(40)가 인입홈(21)에 장착된 상태에서 상기 인입홈(21)에 주입되는 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.

상기 위치고정수단의 다른 실시예는 도 9에 도시된 바와 같이 복합 강연선의 부식을 방지하기 위하여 복합강연선에 도포되는 도료(51), 에폭시에 의해 이루어질 수 있는데, 이 도료 또는 에폭시는 복합 강연선에 도포되는 과정에서 상기 단위 강연선(30)들 사이의 틈을 통하여 상기 인입홈(21)에 유입됨으로써 인입홈(21)에 대해 센서 유니트(40)를 고정하게 된다. 상기 위치 고정수단은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 센터 강연선(20)의 인입홈(21)에 센서 유니트(40)를 고정할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

그리고 센터 강연선(20)의 인입홈(21)에 설치되는 센서유니트(40)는 상기 인입홈(21)에 설치되어 복합 강연선의 인장력을 측정할 수 있는 것으로, 광섬유센서 즉, 광섬유 브레그 격자 센서가 이용될 수 있다. 이 광섬유 브레그 격자 센서는 광섬유에 소정의 간격으로 격자 감지부(41)가 형성되어 이루어진다.

상기 광섬유 브레그 격자센서는 광원에 의해 광을 광섬유에 조사시킬 경우 브래그 조건에 맞는 파장 성분은 격자 감지부(41)에서 반사되고 나머지 파장 성분은 그대로 통과하는 성질을 이용한 것으로, 반사되는 광 및 통과한 광을 광검출기(도시되지 않음)에서 측정하여 각종 물리량의 변화를 측정할 수 있다. 격자 감지부(41a)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장은 유효 굴절률과 격자 간격의 함수인데, 광섬유 격자 감지부(41)의 간격이 온도나 하중 등의 외부 물리량에 의해 변경될 경우 격자 감지부(41)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장 역시 변하게 되므로, 브래그 파장의 변화를 정밀하게 측정하여 광섬유 격자 감지부(41)에 가해진 미지의 물리량 (온도, 변형률)을 계산할 수 있다. 상기 센서 유니트는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 복합 강연선이 교량 또는 건축 구조물에 설치 복합 강연선에 작용하는 외력, 특히 인장력을 측정할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 센서 유니트를 가진 복합 강연선의 제조방법의 일 실시예를 도 10 내지 도 16에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 복합 강연선의 제조방법은, 복합 강연선의 중앙에 위치되는 것으로, 인발, 단조 또는 조형가공을 통하여 외주면에 센터유니트를 장착하기 위한 인입홈(21)이 형성된 센터 강연선 제조단계(201)와, 심선들이 꼬여 이루어진 단위 강연선(30)을 제조하는 단위 강연선 제조단계(202)를 구비한다.

상기 센터 강연선 제조단계는 도 11에 도시된 바와 같이 한 쌍의 조형롤러(101)(102)의 외주면에 형성된 조형돌기(101a)(102a)들에 의해 센터강연선의 외주면에 인입홈(21)을 형성한다.

상기와 같이 센터 강연선의 제조가 완료되면 상기 인입홈(21)에 센서 유니트(40)를 장착하기 위한 인출와이어(60)를 설치하는 인출와이어 삽입단계(203)를 구비한다. 상기 인출와이어(60)의 삽입은 도 12에 도시된 바와 같이 센터 강연선 제조단계(201)의 제조되어 토출되는 센터강연선의 인입홈(21)에 인출와이어 감김릴(301)에 감긴 인출와이어(60)가 삽입됨으로써 이루어지는데, 상기 센터 강연선(20)과 인접하는 측에는 인출와이어 감김릴(301)로부터 풀린 인출와이어(60)를 상기 인입홈(21)로 가이드 하기 위한 가이드 롤러(302)가 설치된다.

상기와 같이 상기 센터 강연선(20)의 인입홈(21)에 인출와이어(60)를 삽입하는 인출와이어 삽입단계(203) 후 상기 인입홈(21)으로부터 인출와이어(60)가 분리 되는 것을 방지하기 위한 피복부재(22)를 연속 또는 불연속적으로 설치하는 피복부재 설치단계(204)를 구비한다. 상기 피복부재 설치단계는 금속박판을 밴딩하여 상기 인출와이어(60)가 인입홈(21)에 삽입된 센터 강연선(20)을 연속 또는 불연속으로 감싼다.

상술한 바와 같이 센터 강연선(20)과 단위 강연선(30)의 제조가 완료되면, 이 센터 강연선(20)의 주위에 단위 강연선(30)들의 위치되도록 센터 강연선(20)과 단위 강연선(30)을 꼬아 복합강연선을 제조하는 복합 강연선 제조단계(205)를 수행한다.

이 복합강연선 제조 단계(205)는 도 13에 도시된 바와 같이 센터 강연선(20)과 단위 강연선(30)이 꼬이기 전에 센터 강연선(20)의 인입홈(21)에 인출와이어(60)을 삽입할 수 있다.

그리고 상기 복합 강연선 제조단계(205)는 도 14에 도시된 바와 같이 상술한 바와 같이 인출와이어 삽입단계(203)에 의해 인입홈에 인출와이어가 삽입되고, 인입홈으로부터 인출와이어가 인출되지 않도록 피복부재(22)가 설치된 센터와이어와 단위 강연선는 꼬는 것을 이루어질 수 있다.

상기 센터 강연선과 단위 강연선이 꼬여 제조된 복합강연선의 응력을 제거하여 위하여 열처리하는 복합강연선 열처리 단계(206)를 수행하게 되는데, 이 복합강연선 열처리 단계는 복합강연선의 주위에 설치된 고주파 코일로부터 발생되는 고주파를 이용하여 복합강연선을 400℃ 로 가열함으로써 이루어질 수 있다. 상기 복합강연선의 열처리 단계는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 센터 강연선과 단위 강연선을 꼬아 복합강연선의 제조 시 발생된 응력을 제거할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하다.

상술한 바와 같이 복합강연선의 열처리단계의 수행으로 복합강연선의 제조가 완료되면, 도 15에 도시된 바와 같이 센터 강연선의 인입홈(21)에 설치된 인출와이어(60)의 단부에 센서유니트(40)를 결합하고 이 인출와이어(60)를 인출하여 상기 센서 유니트(40)를 인입홈(21)에 설치하는 센서 유니트 설치단계(207)를 수행한다. 상기 센터 유니트 설치단계는 현장여건에 맞도록 복합 강연선의 길이를 절단한 후 현장에서 수행할 수도 있다.

상기와 같이 센서유니트의 설치가 완료되면, 복합 강연선의 변형력이 상기 센서유니트에 전달될 수 있도록 상기 인입홈(21)에 센서 유니트(40)를 고정하는 센서 유니트 고정단계(208)를 수행한다.

상기 센서 유니트 고정단계(208)은 도 16에 도시된 바와 같이 상기 인입홈(21)에 에폭시 수지를 주입하여 이루어질 수 있는데, 이 에폭시 수지의 주입은 고정하고자 하는 부위의 단위 강연선을 꼬인방향의 역방향으로 꼬아 센터 강연선을 노출시킨 후 이 노출된 센터강연선의 인입홈(21)에 에폭시 수지를 주입함으로 써 이루어질 수 있다.

이상에서 상술한 본 발명의 센서유니트를 가진 복합강연선은 교량에 설치되거나 댐, 빌딩 등과 같은 콘트리트 구조물에 적용하여 변형율을 측정하게 된다. 변형율을 측정하기 위해서는 신호전달부재(42)를 통하여 광섬유 격자 브래그 센서 내에 광을 조사하고, 격자 감지부(41)에서 반사된 광 및 격자 감지부(41)를 통과한 광을 검출하여 분석함으로써 복합강연선(10)의 변형률을 측정하는 것이다. 이러한 변형률 측정은 시공 후 실시를 하고, 일정한 간격으로 계속적으로 실시함으로써 변형률의 변화추이를 관찰할 수 있는데, 응력 변형률 관계를 이용하여, 복합강연선의 응력변화를 관찰하고 그 구조물의 열화에 의한 이상 유무 역시 파악할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명의 센서유니트를 가진 복합 강연선은 각종 교량, 건축 구조물, 산업시설 등에 널리 적용 가능하다.

도 1은 센터 유니트를 가진 복합강연선이 교량에 설치된 상태를 나타내 보인 측면도,

도 2는 센서 유니트를 가진 복합강연선이 건축 구조물에 설치된 상태를 나타내 보인 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 센서 유니트를 가진 복합 강연선의 일부 절제 사시도,

도 4는 센터 강연선을 나타내 보인 일부 절제 사시도,

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 센터 강연선의 실시예들을 나타내 보인 사시도,

도 8은 센터 유니트를 가진 복합 강연선를 도시한 것으로, 피복부재의 실시 예를 나타내 보인 사시도,

도 9는 센서 유니트의 위치 고정수단을 발췌하여 도시한 단면도,

도 10은 본 발명에 따른 센서 유니트를 가진 복합 강연선의 제조방법을 나타내 보인 블록도,

도 11은 센터 강연선의 인입홈을 형성하는 단계를 나타내 보인 사시도,

도 12는 센터 강연선에 인출와이어를 삽입하는 단계를 나타내 보인 사시도,

도 13 및 도 14는 센터 강연선과 단위 강연선을 꼬아 복합강연선를 제조하는 단계들을 나타내 보인 사시도,

도 15는 인출와이어를 이용하여 이입홈에 센서 유니트를 설치하는 단계를 나타내 보인 사시도,

도 16은 인입홈에 센서 유니트를 고정하는 단계를 나타내 보인 사시도,

Claims (5)

1. 중앙에 위치되는 센터 강연선과, 상기 센터 강연선의 주위에 상호 꼬여 센터 강연선과 결합되는 복수개의 단위 강연선들을 구비하며,

   상기 센터 강연선의 외주면에 센서 유니트를 설치하기 위한 복수개의 장착홈이 길이 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 센서 유니트를 가진 복합강연선.
2. 제 1항에 있어서,

   이 센터 강연선을 감싸며 센서유니트를 보호하기 위한 피복부재를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 복합 강연선.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 센서유니트는 광섬유 브레그 격자센서로 이루어지며, 상기 인입홈에 상기 센서유니트를 고정하기 위한 센서 위치고정수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 센서 유니트를 가진 복합강연선.
4. 인발 또는 조형가공하여 중앙에 위치되는 센터 강연선의 외주면에 길이 방향으로 장착홈을 성형하는 센터 강연선 제조단계와,

   심선들 또는 단일 선재로 이루어진 단위 강연선들을 제조하는 단위 강연선 제조단계와,

   상기 센터 강연선의 인입홈에 인출와이어를 삽입하는 인출와이어 삽입단계와,

   상기 센터 강연선의 주위에 단위 강연선들의 위치되도록 센터 강연선과 단위 강연선을 꼬아 강연선을 제조하는 복합강연선 제조단계와,

   상기 센터 강연선과 단위 강연선이 꼬여 제조된 복합강연선의 응력을 제거하여 위하여 열처리하는 복합강연선 열처리 단계와,

   상기 인출와이어의 단부에 센서유니트를 장착호가 상기 인출와이어를 인출하여 센서 유니트가 상기 인입홈에 위치되도록 하는 센서 유니트 설치단계와,

   상기 복합 강연선의 변형력이 상기 센서유니트에 전달될 수 있도록 상기 인입홈에 센서 유니트를 고정하는 센서 유니트 고정단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 센서 유니트를 가진 복합강연선의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 인출와이어 삽입단계는 센터 강연선의 인입홈으로부터 인출와이어가 분리되는 것을 방지하기 위하여 센터 강연선을 따라 연속 또는 불연속으로 피복부재를 설치하는 피복부재 설치단계를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 센서 유니트를 가진 복합 강연선의 제조방법.

Images