KR20140052170A - 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치 및 이를 구비한 센싱 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구조물 강연선의 긴장력 관리 수단으로서 광섬유를 이용하되, 기존 강연선을 그대로 사용하며 바로 적용할 수 있고 광섬유 센서의 외부 자극에 의한 손상을 방지할 수 있으며 그 시공성이 매우 뛰어난 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치 및 이를 구비한 센싱 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는, 강연선의 일 지점에 장착되는 제1 외통과; 강연선의 타 지점에 장착되는 제2 외통과; 일단부는 상기 제1 외통에 연결되고, 타단부는 상기 제2 외통에 연결되는 내부 중공의 적어도 하나의 세관과; 상기 세관의 중공을 통해 상기 세관을 관통하는 광섬유; 및 상기 광섬유에 형성된 브래그 격자 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는, 강연선의 일 지점에 장착되는 제1 외통과; 강연선의 타 지점에 장착되는 제2 외통과; 일단부는 상기 제1 외통에 연결되고, 타단부는 상기 제2 외통에 연결되는 내부 중공의 적어도 하나의 세관과; 상기 세관의 중공을 통해 상기 세관을 관통하는 광섬유; 및 상기 광섬유에 형성된 브래그 격자 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 구조물에 설치된 강연선에 장착되어 변형률을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광섬유 센서를 기반으로 구조물 강연선의 긴장력을 관리 및 측정하는 센싱 장치 및 시스템에 관한 것이다.
강연선(stranded cable, steel strand)은 복수의 소선(素線)을 꽈배기 형상으로 꼰 구조로서, 프리-스트레싱(Pre-stressing) 공법에 사용되는 건설 구조물 자재를 의미한다. 강연선을 구성하는 복수의 소선은 다시 중앙의 심선(心線)과 둘레의 측선(側線)으로 구분되며, 하나의 심선과 6개의 측선에 의해 형성된 것을 7연선이라 하고, 하나의 심선과 18개의 측선에 의해 형성된 것을 19연선이라 한다.
강연선은 가요성이 있으므로, 곡선 배치가 쉽고 시공성이 좋아, PC 공법의 긴장재 및 교량 케이블로 널리 사용되며, 기타 소일 네일링, 락 볼트 등의 건설자재로서도 많이 사용되고 있다.
이러한 강연선은 구조물 내에 긴장력을 인가하여, 구조물이 외력에 대하여 저항할 수 있는 저항력을 발생시키는 역할을 하므로, 구조물의 구조적 안정성에 결정적인 영향을 미치는 것으로서, 그 긴장력 상태에 대한 감시 및 계측은 매우 중요한 인자라 할 수 있다.
종래 강연선의 긴장력 감시 및 계측을 위한 방법으로는 로드셀을 이용한 방법과 가속도계를 이용한 간접 추정 방식이 주를 이루고 있다. 먼저, 로드셀을 이용한 방식은 가격이 매우 상대적으로 고가이고 편심에 의한 측정 오차가 크게 발생되는 단점이 있다. 다음으로, 사장교 등의 케이블 장력 측정을 위한 가속도계를 이용한 간접 추정 방식의 경우, 추정오차가 역시 존재하며, PSC 구조물 장력 측정은 불가능한 단점이 있다.
이러한 단점 및 한계를 극복하기 위하여 강연선의 중앙의 킹와이어(심선)를 제거한 후 FBG 광섬유 센서가 삽입된 킹와이어로 대체함으로써 강연선의 긴장력을 감시 및 계측하는 기술("특허문헌 1")이 제시되었다. 그러나 이처럼 FBG 광섬유 센서를 강연선 중심에 내장시킨 방식의 경우 측정 민감도를 향상시킬 수 있고 다수 지점의 장력을 동시에 측정할 수 있는 효과는 있으나 다음과 같은 단점이 있다.
먼저, 강연선의 킹와이어를 제거하고 이를 대체하여 센서가 내장된 심선을 다시 삽입해야 하는 바, 기존에 기성품으로 생산 판매되고 있는 강연선을 그대로 사용할 수 없고 주문제작이 필수적으로 요구되어 시공 비용이 크게 증대되는 단점이 있다.
또한, 현장에서 설치 후 강연선 절단 등 케이블 끝단 처리가 어렵고, 시공 과정에서 작업자 등에 의한 외부 자극에 손상되기 쉬운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조물 강연선의 긴장력 감시 및 계측 수단으로서 광섬유를 이용하되, 기존 강연선을 그대로 사용하며 바로 적용할 수 있고, 시공 과정에서 그리고 시공 후 사용 과정에도 광섬유 센서의 외부 자극에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 그 설치 및 마감 작업이 매우 편리한 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치 및 이를 구비한 센싱 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는, 강연선의 일 지점에 장착되는 제1 외통과; 강연선의 타 지점에 장착되는 제2 외통과; 일단부는 상기 제1 외통에 연결되고, 타단부는 상기 제2 외통에 연결되는 내부 중공의 적어도 하나의 세관과; 상기 세관의 중공을 통해 상기 세관을 관통하는 광섬유; 및 상기 광섬유에 형성된 브래그 격자 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치에 의하면, 광섬유 변형률 센서를 기반으로 하기 때문에 측정 민감도가 매우 뛰어나고, 다수 지점의 장력을 동시에 실시간 감시 및 측정 가능한 효과가 있다.
또한, 기존에 사용되는 강연선에 단순 장착 방식으로 설치 가능한 바 구조물에 따른 별도의 주문 제작이 필요없고, 광섬유 센서의 외부 자극에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 강연선과는 별개로 부착 구비되는 바 강연선의 절단, 선처리 및 마감 작업이 용이하여 그 시공성이 매우 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 결합 사시도.
도 3은 도 2의 길이방향 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치를 구비한 센싱 시스템의 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 결합 사시도.
도 6은 도 5의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 앵커헤드를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 결합 사시도.
도 3은 도 2의 길이방향 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치를 구비한 센싱 시스템의 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 결합 사시도.
도 6은 도 5의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 앵커헤드를 도시한 도면.
본 발명은 구조물 강연선의 긴장력 관리 수단으로서 광섬유를 이용하되, 기존 강연선을 그대로 사용하며 바로 적용할 수 있고 광섬유 센서의 외부 자극에 의한 손상을 방지할 수 있으며 그 시공성이 매우 뛰어난 기술 특징을 개시한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 결합 사시도이고, 도 3은 도 2의 길이방향 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는 구조물에 설치된 강연선의 외면 측에 장착되어 강연선(1)의 긴장력을 실시간 측정 관리할 수 있는 장치로서, 제1 외통(10), 제2 외통(20), 세관(30), 변형률 센서(45)를 구비한 광섬유(40) 및 광섬유 고정수단을 포함하여 구성된다.
본 발명의 제1 외통(10)은 강연선(1)의 일 지점에 장착되는 부재로서 세관(30)의 일측과 연결되고 내부에는 광섬유(40)를 구비한다.
특히, 제1 외통(10)은 강연선에 완전히 고정되게 결합되어 강연선의 긴장력 변화에 따른 거동시 이에 일체로 움직임으로써 강연선의 변형률을 감지할 수 있도록 구성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 제1 외통(10)은 통형의 몸체(11), 상기 몸체(11)에 형성된 가이드홀(19), 강연선 장착홀(17) 및 체결공(13)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 몸체(11)는 금속 등의 강재로 제작된 원통형 부재로서 세관(30)과 접속되는 가이드홀(19)과 강연선(1)이 삽입되는 강연선 장착홀(17)이 형성되어 있고, 측면에는 강연선에 몸체(11)를 고정시키기 위한 체결공(13)이 관통 형성되어 있다.
가이드홀(19)은 제1 외통(10)의 몸체(11)에 그 길이방향을 따라 직선 형태로 관통 형성된 장공으로 구성된다. 가이드홀(19)의 전단 개구는 몸체(11)의 전면에 형성되고, 후단 개구는 몸체(11)의 후면에 형성되어 전단 개구로는 세관(30)이 접속되고 후단 개구로는 광섬유(40)가 인출된다.
한편, 가이드홀(19)은 강연선 장착홀(17)을 중심으로 그 주변부에 상호 간격을 두고 다수 개가 형성될 수 있다.
강연선 장착홀(17)은 몸체(10) 중심부에 몸체(10)의 길이방향을 따라 관통 형성된 장공으로 구성된다. 강연선 장착홀(17)의 전단 개구는 몸체(11)의 전면 중심부에 형성되고, 후단 개구는 몸체(11)의 후면 중심부에 형성되어 전단 개구를 통해 삽입된 강연선은 후단 개구를 통해 인출된다.
따라서, 강연선 장착홀(17)의 내경은 강연선의 적어도 외경과 같거나 약간 더 큰 사이즈로 구성되며, 제1 외통(10)은 강연선의 외주면을 감싸는 구조로 결합된 장착 구조를 갖게 된다.
체결공(13)은 몸체(11)의 외주면에서부터 강연선 장착홀(17) 영역까지 연속된 관통 형성되어 양단이 개방되어 있고, 내주면에는 암나사산이 형성되어 있다.
체결공(13)에는 고정볼트(50)가 삽입되어 나사 결합된다. 그리고, 고정볼트(50)의 단부는 강연선 장착홀(17) 영역으로 돌출된 후, 상기 강연선 장착홀(17)에 삽입 배치된 강연선의 일지점을 압박하며 누룸으로써 제1 외통(10)은 강연선에 결합 고정된다. 따라서, 제1 외통(10)의 견고한 고정 상태를 보장할 수 있도록 체결공(13)과 고정볼트(50)는 다수 개로 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 고정볼트(50)는 바람직하게는 무두볼트로 구성할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해, 제1 외통(10)은 몸체(11)를 관통하는 고정볼트(50)의 압박에 의해 강연선에 일체로 고정되는 바, 강연선의 긴장력 변화에 따른 변형(예컨데, 인장 또는 압축 등) 발생시 함께 거동하게 된다.
여기서, 제1 외통(10)의 거동 발생시 제1 외통(10)에 연결되어 있는 세관(30)은 이에 연동하여 함께 움직이지 않고 단지 제1 외통(10)만 강연선의 변형에 연동하여 움직이도록 구성되는데, 이는 몸체(11)에 형성된 가이드홀(19)을 이용한 세관 결합 구조을 통해 구현된다.
본 발명의 제2 외통(20)은 강연선의 일 지점에 장착되는 부재로서 세관(30)의 일측과 연결되고 내부에는 광섬유(40)를 구비하며, 통형의 몸체(11), 상기 몸체(11)에 형성된 가이드홀(19), 강연선 장착홀(17) 및 체결공(13)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
제2 외통(20)은 제1 외통(10)과 대향하며 이격 배치되되 세관(30)을 통해 제1 외통(10)과 물리적으로 연결되어 본 발명의 변형률 센싱 장치를 구성하게 된다. 이러한 제2 외통(20)은 제1 외통(10)과 동일한 형상 및 구조로 형성될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 세관(30)은 양단은 개방되고 내부는 비어 있는 가느다란 관체 형상의 부재로서, 세관(30)의 일단부는 제1 외통(10)에 연결되고, 타단부는 제2 외통(20)에 연결되며, 내부는 광섬유(40)가 관통하며 배치되어 있다.
그리고, 세관(30)은 제1 외통(10)과 제2 외통(20)을 상호 연결하되 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 대해 유동 가능한 상태를 유지하며 구비되는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 제1 외통(10)에 연결된 세관(30)의 일단부는 상기 제1 외통(10)에 대해 유동 가능한 상태로 결합되고, 제2 외통(20)에 연결된 세관(30)의 타단부는 상기 제2 외통(20)에 대해 유동 가능한 상태로 결합되게 구성하였다.
여기서, 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 대해 유동 가능한 상태란 특히 직선 방향으로 자유롭게 이동 가능한 상태를 의미하며, 상기 직선 방향이란 강연선의 인장, 압축 방향을 의미한다.
따라서, 강연선(1)의 긴장력 변화에 따른 거동 발생시, 강연선(1)에 일체로 고정된 제1 외통(10)과 제2 외통(20)은 강연선(1)에 연동하여 함께 거동하게 되나 세관(30)의 경우 이에 연동하지 않고 원래 위치에 그대로 있게 된다.
바람직한 실시예에 따르면, 세관(30)의 유동 가능한 결합 구조는 가이드홀(19)에 의해 구현된다. 즉, 세관(30)의 일단부는 제1 외통(10)에 마련된 가이드홀(19)로 삽입 배치되고, 타단부는 제2 외통(20)에 마련된 가이드홀(19)로 삽입 배치되어, 세관(30)은 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 각각 결합된 상태를 유지하면서 동시에 가이드홀(19)의 안내를 통해 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 대해 직선 방향으로 자유롭게 유동 가능한 상태로 있게 된다.
이러한 세관(30)의 자유로운 유동이 더욱 원활히 일어날 수 있도록, 세관(30)은 원통형의 관체로 형성하고, 적어도 세관(30)이 삽입 배치되는 가이드홀 영역은 세관(30)의 외경 보다 큰 내경을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 세관(30)은 복수 개로 구성할 수 있으며, 복수의 세관(30)으로 구성할 경우 이에 대응하여 가이드홀(19) 역시 복수 개로 구비된다.
본 발명의 광섬유(40)는 강연선에 발생되는 변형률을 센싱하기 위한 구성부로서, 광섬유(40)는 복수의 다발로 이루어진 케이블 형태로 구성될 수 있고, 특히 적어도 어느 하나의 광섬유(40)에는 변형률 센서(45)가 형성되어 센싱 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.
광섬유(40)에 형성된 변형률 센서는 FBG(Fiber Bragg Gratings) 방식의 광섬유 센서로 구성될 수 있다. 즉, 광섬유(40)에 특정파장을 반사시키는 브래그 격자(45)를 생성시키고, 강연선의 긴장력 변화시 브래그 격자 간격의 변화가 발생하고, 이에 따라 반사되는 광의 파장이 달라지는 성질을 이용하여 반사광의 파장 변화량을 분석함으로써 해당 구조물에 설치된 강연선의 변형률을 감시 및 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 광섬유(40)는 상기와 같이 강연선의 긴장력 변화에 따라 브래그 격자 간격의 변화가 유발될 수 있도록 다음과 같은 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
광섬유(40)는 세관(30)의 중공을 관통하며 제1 외통(10)과 제2 외통(20) 외부로 각각 인출된 구조 배치되되, 세관(30)의 일단부로 인출된 광섬유 부위(이하, 광섬유 제1 부위)(40a) 중 적어도 일부 영역은 광섬유 고정수단에 의해 1 외통에 고정되어 상기 고정된 광섬유 제1 부위(40a)가 상기 제1 외통(10)과 일체로 거동할 수 있도록 구성된다.
그리고, 세관(30)의 타단부로 인출된 광섬유 부위(이하, 광섬유 제2 부위)(40b) 중 적어도 일부 영역은 광섬유 고정수단에 의해 제2 외통(20)에 고정되어 상기 고정된 광섬유 제2 부위(40b)는 제2 외통(20)과 일체로 거동하도록 구성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 광섬유(40)에 형성된 브래그 격자 센서(45)는 세관(30) 내부에 배치되어 보호된다. 그리고, 세관(30)의 일단부로 인출된 광섬유 제1 부위(40a)는 제1 외통(10)에 형성된 가이드홀(19)에 수용 배치되고, 세관(30)의 타단부로 인출된 광섬유 제2 부위(40b)는 제2 외통(20)에 형성된 가이드홀(19)에 수용 배치된다.
본 발명의 광섬유 고정수단은 전술한 바와 같이 광섬유(40)의 소정 부위를 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 각각 고정시키기 위한 구성으로서, 바람직하게는 고착제(60)를 사용할 수 있다.
고착제(60)는 에폭시수지를 포함한 수지계열 접착제를 사용하여 고착 부위에 주입한 후 경화시킴으로써 해당 광섬유 부위를 고정시킬 수 있다.
한편, 고착제(60)를 가이드홀(19) 내부로 손쉽고 충분히 주입할 수 있도록 고착제 주입홀(18)을 더 마련할 수 있다. 고착제 주입홀(18)은 광섬유가 고착될 가이드홀(19) 영역의 수직 상부에 상기 가이드홀(19)과 연통될 수 있도록 제1 외통(또는 제2 외통)의 두께 방향으로 관통된 홀 형태로 구성할 수 있다.
광섬유 고정수단으로서 고착제(60)를 적용할 경우, 가이드홀(19)에 수용된 광섬유 제1 부위(40a) 및 제2 부위(40b)는 상기 가이드홀(19)의 일부 영역에 충진된 고착제(60)에 의해 제1 외통(10) 및 제2 외통(20)에 각각 고착되어 해당 외통과 일체로 거동하도록 구성할 수 있다.
상기의 바람직한 실시예에서는 광섬유 고정수단으로서 고착제(60)를 예시하였으나, 광섬유 제1 부위(40a)(또는 제2 부위(40b))를 정위치에서 잡아주는 지그와 상기 지그를 제1 외통(10)(또는 제2 외통(20))에 정착 고정시키는 조임볼트 등의 고정부재를 사용하여 광섬유를 고정시키도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 광섬유(40)는 이처럼 고착제 등의 고정수단을 통해 광섬유 제1 부위(40a)와 제2 부위(40b)의 소정 영역이 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 각각 고정되는데, 이처럼 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 걸쳐 설치된 광섬유(40)는 특히 강연선의 긴장력 변화에 따른 압축변형률을 측정할 수 있도록 프리 스트레인(pre-strain)이 가해진 상태에서 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 고정된다.
한편, 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에는 세관 고정수단이 더 구비될 수 있는데, 상기 세관 고정수단은 제1 외통(10)과 제2 외통(20)을 강연선(1)에 고정시키는 작업시 광섬유(40)에 부여된 프리 스트레인(pre-strain)을 변화시키지 않고 그대로 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 세관 고정수단은 세관(30)이 삽입 배치된 가이드홀 영역의 수직 상부에 볼트공(15)을 관통 형성하여 상기 볼트공(15)을 통해 삽입된 고정볼트(70)가 세관(30)을 고정시킴으로써 제1 외통(10), 제2 외통(20), 및 이들을 연결하는 세관(30)이 일체로 고정될 수 있도록 구성하였다.
따라서, 제1 외통(10)과 제2 외통(20)을 강연선에 고정시키는 작업이 완료되면, 제1 외통(10) 측 고정볼트 및(또는) 제2 외통(20) 측 고정볼트를 제거하여 세관(30)이 제1 외통(10) 및(또는) 제2 외통(20)에 대해 유동 가능한 상태로 구비될 수 있도록 한다. 이때, 제1 외통(10), 세관(30) 및 제2 외통(20)에 걸쳐 배치된 광섬유(40)는 전술한 프리 스트레인(pre-strain)이 가해진 설치 상태로 있게 된다.
전술한 바와 같은 구성에 따르면, 본 발명의 변형률 센싱 장치는 다음과 같은 동작에 의해 해당 강연선의 변형률을 실시간 감시 및 측정할 수 있게 된다.
예컨데, 강연선의 긴장력 변화(예컨데, 인장 등)가 발생하였다고 가정하자. 상기 경우 강연선(1)에 일체로 고정된 제1 외통(10)과 제2 외통(20)은 강연선(1)의 인장에 연동하여 위치 변화가 일어나게 된다. 즉, 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에 유동 가능하게 연결된 세관(30)을 중심으로 제1 외통(10)은 우측 방향으로 제2 외통(20)은 좌측 방향으로 상호 멀어지는 거동하게 되고, 이 때 제1 외통(10)에 고착된 광섬유 제1 부위(40a)와 제2 외통(20)에 고착된 광섬유 제2 부위(40b) 역시 상호 반대 방향으로 이동하게 된다.
따라서, 세관(30) 내부에 배치된 브래그 격자 간격의 변화가 발생하고, 이에 따른 반사광의 파장 변화량을 분석함으로써 해당 구조물에 설치된 강연선의 변형률을 감시 및 측정할 수 있게 된다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는 광섬유 변형률 센서를 기반으로 하기 때문에 측정 민감도가 뛰어나고, 다수 지점의 장력을 동시에 실시간 감시 및 측정 가능하며, 기존에 사용되는 강연선에 단순 장착 방식으로 설치 가능한 바 구조물에 따른 별도의 주문 제작이 필요없고, 변형률 센서의 외부 자극에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 강연선과는 별개로 부착 구비되는 바 강연선의 절단, 선처리 및 마감 작업이 용이하여 그 시공성이 매우 뛰어난 장점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치를 구비한 센싱 시스템의 개략도이다.
도 4를 참조하면, 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치를 구비한 센싱 시스템은 다수 개의 변형률 센싱 장치와 계측장치(90)를 포함하고, 필요에 따라 광 다충채널 스위치(80)를 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 설명 및 도시한 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는 다수 개가 소정 간격을 두고 캐스케이드 방식으로 강연선에 구비되어, 강연선의 다수 지점의 긴장력을 동시에 실시간 감시 및 측정할 수 있도록 구성된다.
광 다중채널 스위치(80)는 강연선이 설치되는 구조물이 매우 긴 터널 내지 교량 등일 경우 적용될 수 있는데, 이러한 광 다중채널 스위치(80)는 일정시간 간격으로 채널이 순환되며 구조물의 각 강연선에 장착된 변형률 센싱 장치의 광섬유와 순차적으로 접속되면서 해당 광섬유에 형성된 변형률 센서를 측정하도록 스위칭한다. 따라서, 고가의 계측장치를 한 대만 이용하여 여러 채널의 광섬유 센서를 측정할 수 있는 경제적 이점을 제공할 수 있다.
계측장치(90)는 광섬유를 통해 변형률 센서와 연결되어 해당 구조물에 설치된 강연선의 변형률 신호를 측정하는 구성부로서, 구체적으로는 광섬유의 종단부에 연결되어 광섬유에 광을 인가한 후 상기 광섬유에 직렬로 연결되어 있는 각각의 변형률 센서로부터 반사되어 돌아온 빛의 파장의 변화 여부를 분석함으로써 해당 변형률 센서가 설치된 지점의 변형률을 산출하고, 이로써 강연선의 긴장력을 실시간 관리 및 측정할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 결합 사시도이고, 도 6은 도 5의 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예(이하, 제2 실시예)에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는 도 1 내지 도 3에서 설명 및 도시한 실시예(이하, 제1 실시예)와 기본적으로 동일한 구성 및 작용을 갖되, 제1 실시예의 세관을 대체하여 간격유지용 중앙통으로 구성한 것이 차이점이다. 이하에서는 제1 실시예 대비 그 차이점 위주로 설명하도록 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는, 강연선(1)의 일 지점에 장착되는 제1 외통(10)과, 강연선(1)의 타 지점에 상기 제1 외통(10)과 이격되게 장착되는 제2 외통(20)과, 일단부는 상기 제1 외통(10)에 연결되고 타단부는 상기 제2 외통(20)에 연결되는 간격유지용 중앙통(100)과, 상기 제1 외통(10), 상기 간격유지용 중앙통(100) 및 상기 제2 외통(20)을 관통하는 광섬유(40)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 외통(10), 제2 외통(20) 및 광섬유(40)는 제1 실시예와 동일하고, 제1 실시예의 세관(30)을 간격유지용 중앙통(100)으로 대체 구성한 것이 차이점이다.
제2 실시예의 간격유지용 중앙통(100)은 내부가 비어 있는 통 형상으로 구성되고, 그 일단부는 제1 외통(10)의 일단부에 유동 가능한 상태로 결합되며, 그 타단부는 제2 외통(20)의 일단부에 유동 가능한 상태로 결합되는 것을 특징으로 한다.
도 5 및 도 6의 실시예의 경우, 제1 외통(10)과 제2 외통(20)의 일단부가 간격유지용 중앙통(100)의 일단부와 타단부 내부에 각각 삽입될 수 있게 구성하였다.
한편, 제1 외통(10)과 제2 외통(20)에는 간격유지용 중앙통 고정수단이 더 구비될 수 있는데, 상기 간격유지용 중앙통 고정수단은 제1 외통(10)와 제2 외통(20)을 강연선(1)에 고정시키는 작업시 광섬유(40)에 부여된 프리 스트레인(pre-strain)을 변화시키지 않고 그대로 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 간격유지용 중앙통 고정수단은 간격유지용 중앙통(100)의 일단부와 타단부에 각각 형성된 나사홈(110)과, 상기 나사홈(110)에 대응하여, 상기 제1 외통(10)과 상기 제2 외통(20)의 각 일단부에 형성된 볼트공(14)과, 상기 나사홈(110)을 통과하며 상기 볼트공(14)에 체결됨으로써 상기 간격유지용 중앙통(100)의 일단부와 타단부를 상기 제1 외통(10)과 상기 제2 외통(20)의 각 일단부에 각각 임시 고정시킬 수 있는 고정볼트(71)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 간격유지용 중앙통 고정수단에 의해 제1 외통(10), 제2 외통(20), 및 이들을 연결하는 간격유지용 중앙통(100)이 일체로 고정될 수 있게 된다.
제1 외통(10)과 제2 외통(20)을 강연선에 고정시키는 작업이 완료되면, 제1 외통(10) 측 고정볼트 및(또는) 제2 외통(20) 측 고정볼트를 제거하여 간격유지용 중앙통(100)이 제1 외통(10) 및(또는) 제2 외통(20)에 대해 유동 가능한 상태로 구비될 수 있도록 한다. 이때, 제1 외통(10), 간격유지용 중앙통(100) 및 제2 외통(20)에 걸쳐 배치된 광섬유(40)는 전술한 프리 스트레인(pre-strain)이 가해진 설치 상태로 있게 된다.
전술한 바와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형률 센싱 장치는 제1 실시예와 같은 동작에 의해 해당 강연선의 변형률을 실시간 감시 및 측정할 수 있게 된다.
한편, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 실시예의 제1 외통(10) 및 제2 외통(20)은 그 길이방향을 따라 관통 형성된 가이드홀(19)을 더 포함할 수 있고, 상기 경우 광섬유(40)는 상기 가이드홀(19)을 통해 상기 제1 외통(10) 및 제2 외통(20)을 관통하게 된다.
그리고, 제1 외통(10)(또는 제2 외통(20))의 가이드홀(19)을 관통하는 광섬유(40)의 적어도 일부 영역은 제1 외통(또는 제2 외통)에 고정되어, 상기 고정된 일부 영역은 제1 외통(또는 제2 외통)과 일체로 거동하도록 구성된다.
여기서, 제1 외통(10)(또는 제2 외통(20))에 고정되는 광섬유(40)의 적어도 일부 영역은 가이드홀(19)의 일부 영역에 주입된 고착제(60)에 의해 고착되어 일체화될 수 있다.
한편, 고착제(60)를 가이드홀(19) 내부로 손쉽고 충분히 주입할 수 있도록 고착제 주입홀(18)을 더 마련할 수 있다. 고착제 주입홀(18)은 광섬유가 고착될 가이드홀(19) 영역의 수직 상부에 상기 가이드홀(19)과 연통될 수 있도록 제1 외통(또는 제2 외통)의 두께 방향으로 관통된 홀 형태로 구성할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치의 앵커헤드를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치는 도 7과 같은 구조적 특징을 갖는 앵커헤드(130)를 더 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 앵커헤드(130)는 구조물에 강연선을 설치하고, 시멘트 몰탈(2) 양생 후, 외부로 인출시킨 각 강연선(1) 부위를 정착시키는 구성부에 해당한다.
앵커헤드(130)는 이처럼 외부로 인출된 강연선(1)이 끼워지는 정착구(132)가 다수 개 형성되어 있고, 특히 강연선에 설치된 변형률 센싱 장치로부터 연장되는 광섬유(40)를 시멘트 몰탈 외부로 인출할 수 있도록 광섬유 인출공(131)이 함께 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 7 실시예의 경우, 광섬유 인출공(131)은 앵커헤드(130)의 측면에 형성된다. 그리고 광섬유 인출공(131)에 대응하여 앵커헤드(130)의 후면에는 광섬유 인입구를 형성하여 상기 광섬유 인입구로부터 상기 광섬유 인출구까지 연속되게 이어지는 장홀 형태로 형성하였다. 한편, 도 7 실시예의 경우, 광섬유 인출공(131)을 앵커헤드(130)의 측면에 형성하였으나, 앵커헤드(130)의 정면에 형성할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 강연선에 장착된 변형률 센싱 장치로부터 연장되는 광섬유는 앵커헤드(130)의 광섬유 인입구로 삽입되어 장홀을 통과한 후 광섬유 인출구를 통해 외부로 인출된다. 그리고, 외부로 인출된 광섬유는 변형률 신호를 측정하는 계측장치(90) 내지 광 다중채널 스위치(80)와 연결될 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 제1 외통 11: 몸체
13: 체결공 17: 강연선 장착홀
19: 가이드홀 20: 제2 외통
30: 세관 40: 광섬유
50: 고정볼트 80: 광 다중채널 스위치
90: 계측장치 100: 간격유지용 중앙통
130: 앵커헤드 131: 광섬유 인출공
13: 체결공 17: 강연선 장착홀
19: 가이드홀 20: 제2 외통
30: 세관 40: 광섬유
50: 고정볼트 80: 광 다중채널 스위치
90: 계측장치 100: 간격유지용 중앙통
130: 앵커헤드 131: 광섬유 인출공
Claims (16)
- 구조물에 설치된 강연선에 장착되어 변형률을 측정하는 장치로서,
상기 강연선의 일 지점에 장착되는 제1 외통;
상기 강연선의 타 지점에 상기 제1 외통과 이격되게 장착되는 제2 외통;
일단부는 상기 제1 외통에 연결되고, 타단부는 상기 제2 외통에 연결되는 내부 중공의 적어도 하나의 세관;
상기 제1 외통, 상기 세관 및 상기 제2 외통을 관통하는 광섬유; 및
상기 광섬유에 형성된 브래그 격자 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 연결되는 상기 세관의 일단부(또는 타단부)는 상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 대해 유동 가능한 상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 그 길이방향으로 관통 형성된 가이드홀을 더 포함하고,
상기 세관의 일단부(또는 타단부)는 상기 가이드홀에 삽입 배치되어 상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 대해 직선 방향으로 유동하도록 안내되는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제3 항에 있어서,
상기 세관의 일단부로 인출된 광섬유 부위(이하, 광섬유 제1 부위) 중 적어도 일부 영역이 상기 제1 외통에 고정되어 상기 고정된 광섬유 제1 부위는 상기 제1 외통과 일체로 거동하고,
상기 세관의 타단부로 인출된 광섬유 부위(이하, 광섬유 제2 부위) 중 적어도 일부 영역이 상기 제2 외통에 고정되어 상기 고정된 광섬유 제2 부위는 상기 제2 외통과 일체로 거동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제4 항에 있어서,
상기 가이드홀은 상기 세관의 일단부(또는 타단부)로 인출된 광섬유 부위를 수용하도록 구성되고,
상기 가이드홀에 수용된 상기 광섬유 부위는 상기 가이드홀의 일부 영역에 주입된 고착제에 의해 상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 고착되어 일체화된 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 브래그 격자 센서는 상기 세관의 내부 중공에 배치된 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 구조물에 설치된 강연선에 장착되어 변형률을 측정하는 장치로서,
상기 강연선의 일 지점에 장착되는 제1 외통;
상기 강연선의 타 지점에 상기 제1 외통과 이격되게 장착되는 제2 외통;
일단부는 상기 제1 외통에 연결되고, 타단부는 상기 제2 외통에 연결되며, 내부가 비어 있는 통 형상의 간격유지용 중앙통;
상기 제1 외통, 상기 간격유지용 중앙통 및 상기 제2 외통을 관통하는 광섬유; 및
상기 광섬유에 형성된 브래그 격자 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 연결되는 상기 간격유지용 중앙통의 일단부(또는 타단부)는 상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 대해 유동 가능한 상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제7 항에 있어서,
상기 간격유지용 중앙통의 일단부와 타단부에 각각 형성된 나사홈;
상기 나사홈에 대응하여, 상기 제1 외통과 상기 제2 외통의 각 일단부에 형성된 볼트공; 및
상기 나사홈을 통과하며 상기 볼트공에 체결됨으로써, 상기 간격유지용 중앙통의 일단부와 타단부를 상기 제1 외통과 상기 제2 외통의 각 일단부에 각각 고정시키는 고정볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 그 길이방향으로 관통 형성된 가이드홀을 더 포함하고,
상기 광섬유는 상기 가이드홀을 통해 상기 제1 외통(또는 제2 외통)을 관통하며,
상기 가이드홀을 관통하는 상기 광섬유의 적어도 일부 영역은 상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 고정되어, 상기 고정된 일부 영역은 상기 제1 외통(또는 제2 외통)과 일체로 거동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제7 항에 있어서,
상기 광섬유의 적어도 일부 영역은 상기 가이드홀의 일부 영역에 주입된 고착제에 의해 상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 고착되어 일체화된 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제4 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 광섬유는 프리 스트레인(pre-strain)이 가해진 상태에서 상기 제1 외통(또는 제2 외통)에 고정되는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제1 항 또는 제7 항에 있어서,
상기 제1 외통 및 상기 제2 외통은,
통형의 몸체;
상기 몸체 중심의 길이방향을 따라 관통 형성된 강연선 장착홀; 및
상기 몸체의 두께 방향으로 관통 형성된 체결공을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제13 항에 있어서,
상기 제1 외통 및 상기 제2 외통은 상기 체결공을 관통하여 상기 강연선 장착홀로 돌출된 고정볼트의 압박에 의해 상기 강연선에 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제1 항 또는 제7 항에 있어서,
상기 구조물 외부로 인출시킨 강연선 부위를 정착시키기 위한 다수 개의 정착홀; 및 상기 제1 외통 및 제2 외통을 관통하여 연장되는 광섬유를 상기 구조물 외부로 인출하기 위한 적어도 하나의 광섬유 인출공이 형성된 앵커헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치.
- 제1 항 내지 제14 항 중 어느 하나의 항의 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치를 포함하는 센싱 시스템으로서,
강연선의 길이 방향을 따라 상기 강연선의 다수 지점에 장착된 다수 개의 상기 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치; 및
광섬유를 통해 상기 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치와 연결되어 해당 지점에 설치된 강연선의 변형률 신호를 측정하는 계측 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 강연선의 변형률 센싱 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020120117177A KR101408954B1 (ko) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치 및 이를 구비한 센싱 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020120117177A KR101408954B1 (ko) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 구조물 강연선의 변형률 센싱 장치 및 이를 구비한 센싱 시스템 |
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