KR20160068458A - Load estimation using strain measurement - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an apparatus to estimate a load at an arbitrary point using a strain measurement comprises: (a) (S110) a load application step of applying a series of unit vertical loads to n points of a structure having a strain measurement sensor attached; (b) (S120) a strain measurement step which the strain measurement sensor measures a primary strain data due to the series of unit vertical loads; (c) (S130) a correlation coefficient calculation step of calculating a correlation coefficient with respect to a linear relationship between the series of unit vertical loads and primary strain data; and (d) (S140) an unknown load calculation step of calculating an unknown load by applying the correlation coefficient to a secondary strain measured at the strain measurement sensor when the unknown load is applied to the n points.

Description

변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 장치 및 방법 {Load estimation using strain measurement}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a load estimation method using strain measurement,

본 발명은 변형률 측정을 이용한 임의 지점 하중 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구조물을 하나의 선형 시스템이라 가정하고, 임의로 지정된 위치에서 측정된 변형률 및 하중의 연관관계를 이용하여, 변형률만을 측정하여 임의로 지정된 위치의 하중을 추정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for estimating an arbitrary point load using strain measurement, wherein the structure is assumed to be a linear system, and only the strain is measured by using the relationship of strain and load measured at an arbitrarily designated position, And more particularly, to a device and a method for estimating a load of a position.

구조물에서 특정 지점에 작용하는 하중은 구조물의 변형 및 파괴를 야기할 수 있으므로, 구조물의 구조 건전성을 객관적으로 평가하는 것은 매우 중요하다. 특히, 항공기와 같은 구조물은 수백명의 사람이 탑승하기 때문에 안전이 최우선으로 고려되어야 하므로 신뢰성 및 정확도가 더욱 우선시된다.It is very important to evaluate the structural integrity of a structure objectively because the load acting on a specific point in the structure may cause deformation and destruction of the structure. In particular, safety and accuracy must be given priority because safety is a top priority as hundreds of people are aboard structures such as aircraft.

종래에는 하중이 작용하는 지점에서 직접적으로 하중을 측정하기 위해 로드셀(Load-cell)을 부착하는 방법이 이용되었다. 그러나 구조물의 형상, 환경조건에 따라 로드셀을 부착하기 어려운 경우가 빈번하며, 설치과정이 복잡하여 현실적인 제약이 많다는 문제점이 있었다.
Conventionally, a method of attaching a load cell to directly measure a load at a point where a load acts is used. However, it is often difficult to attach the load cell according to the shape of the structure and the environmental conditions, and there is a problem that the installation process is complicated and there are many practical limitations.

본 발명의 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 장치 및 방법에 의하여, 구조물의 형상이 미치는 환경조건에 영향을 받지 않고, 구조물의 임의 지점에 걸리는 하중을 정확하게 측정하고자 한다.
By means of the apparatus and method for estimating a load at an arbitrary point by using the strain measurement of the present invention, the load applied to an arbitrary point of the structure is accurately measured without being influenced by the environmental conditions of the shape of the structure.

본 발명의 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법은 (a) 변형률 측정 센서가 부착된 구조물의 n개의 지점에 일련의 단위 수직하중이 가해지는 하중인가단계(S110); (b) 상기 변형률 측정 센서가 상기 일련의 단위 수직하중으로 인한 1차 변형률 데이터를 측정하는 변형률측정단계(S120); (c) 상기 일련의 단위 수직하중과 상기 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수가 연산되는 상관계수연산단계(S130); 및 (d) 상기 n개의 지점에 미지의 하중이 걸렸을 때, 변형률 측정 센서에서 측정된 2차 변형률에 상기 상관계수를 적용하여 미지의 하중을 연산하는 미지하중연산단계(S140);를 포함한다.(A) a load applying step (S110) in which a series of unit vertical loads are applied to n points of a structure to which a strain measuring sensor is attached; (b) a strain measuring step (S120) in which the strain measuring sensor measures primary strain data due to the series of unit vertical loads; (c) calculating a correlation coefficient for a linear relationship between the series of unit vertical loads and the first strain data; And (d) calculating an unknown load by applying the correlation coefficient to the secondary strain measured by the strain measuring sensor when an unknown load is applied to the n points.

또한, 구조물은 차량이며, 상기 n개의 지점은 상기 차량 밑면의 임의의 지점일 수 있다.Further, the structure may be a vehicle, and the n points may be any point on the underside of the vehicle.

그리고, 하중인가단계(S110)에서 상기 일련의 단위 수직하중은 하중 인가부에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.In the load applying step (S110), the series of unit vertical loads are applied by the load applying unit.

바람직하게는, 상관계수연산단계(S130)에서 상관계수 연산은 컴퓨터에 의해 수행된다.Preferably, the correlation coefficient calculation in the correlation coefficient calculation step (S130) is performed by a computer.

또한, 미지하중연산단계(S140)에서 상기 미지 하중의 연산은 컴퓨터에 의해 수행된다.Further, in the unknown load calculation step (S140), the calculation of the unknown load is performed by a computer.

그리고, 미지하중연산단계(S140)에서 상기 미지 하중은 하중 인가부에 의해 가해지는 것을 특징으로 한다.And, in the unknown load calculation step (S140), the unknown load is applied by the load applying unit.

바람직하게는, 상기 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법은 (c) 과정 이후 과정으로서, 상기 n개의 지점 및 상기 일련의 단위 수직하중과 상기 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수를 데이터 베이스화(data base 化)하는 저장단계(S135);를 더 포함한다.Preferably, the method of estimating a load at an arbitrary point using the strain measurement is a process after step (c), wherein a correlation coefficient for a linear relationship between the n points and the series of unit vertical loads and the first strain data is calculated as data And a storage step (S135) of base-forming (data base).

본 발명은 또한, 상기 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 저장한 기록 매체를 제공할 수 있다.The present invention can also provide a recording medium storing a program for causing a computer to execute a method of estimating a load at an arbitrary point using the strain measurement.

본 발명은 또한, 상기 기록 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 장치를 제공할 수 있는 바,The present invention can also provide an apparatus for estimating a load at an arbitrary point using strain measurement, which includes the recording medium,

본 발명의 일 측면에 따른 하중 추정 장치는, 상기 기록 매체; 구조물의 임의의 n개의 지점에 부착된 n개의 변형률 측정 센서; 상기 변형률 측정 센서가 부착된 구조물의 n개의 지점에 일련의 단위 수직하중을 인가하는 하중 인가부; 상기 일련의 단위 수직하중과 상기 일련의 단위 수직하중 인가시 변형률 측정 센서에서 측정된 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수를 연산하는 제 1 산술 처리부; 상기 n개의 지점 및 상기 산술 처리부에서 연산된 상관계수를 저장하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 상관계수를 이용하여, 미지의 하중 인가시, 미지의 하중을 연산하는 제 2 산술 처리부; 상기 연산된 미지의 하중을 육안으로 확인할 수 있도록 화면에 표시해주는 디스플레이부;를 포함하는 구성일 수 있다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a load estimation apparatus comprising: the recording medium; N strain measurement sensors attached to any n points of the structure; A load applying unit for applying a series of unit vertical loads to n points of the structure to which the strain measuring sensor is attached; A first arithmetic processing unit for calculating a correlation coefficient for a linear relationship between the series of unit vertical loads and the primary strain data measured by the strain measuring sensors upon application of the series of unit vertical loads; A storage unit for storing the n points and the correlation coefficient calculated by the arithmetic processing unit; A second arithmetic processing unit for calculating an unknown load when an unknown load is applied using the correlation coefficient stored in the storage unit; And a display unit for displaying the calculated unknown load on the screen so that the unknown load can be visually confirmed.

본 발명의 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 장치 및 방법에 의하면, 구조물의 형상이나 환경조건에 영향 없이, 구조물의 임의 지점에 걸리는 하중을 정확하게 측정할 수 있다.
According to the apparatus and method for estimating a load at an arbitrary point using the strain measurement of the present invention, it is possible to accurately measure a load at any point of the structure without affecting the shape or environmental condition of the structure.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법에서 변형률 측정 센서가 부착되는 구조물의 n개의 지점을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 장치의 구성도이다.
1 to 3 are flowcharts of a method for estimating an arbitrary point load using strain measurement according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates n points of a structure to which a strain measurement sensor is attached in a method of estimating an arbitrary point load using strain measurement according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of an arbitrary-point load estimating apparatus using strain measurement according to the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Prior to the description, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical concept of the present invention.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시하게 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.In each step, the identification code is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of the steps, and each step may be performed differently from the stated order unless clearly specified in the context. have. That is, each of the steps may be performed in the same order as the specified order, substantially simultaneously or in the reverse order.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법의 순서도이다.1 to 3 are flowcharts of a method for estimating an arbitrary point load using strain measurement according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법은 (a) 변형률 측정 센서(20)가 부착된 구조물의 n개의 지점에 일련의 단위 수직하중이 가해지는 하중인가단계(S110) (b) 상기 변형률 측정 센서(20)가 상기 일련의 단위 수직하중으로 인한 1차 변형률 데이터를 측정하는 변형률측정단계(S120) (c) 상기 일련의 단위 수직하중과 상기 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수가 연산되는 상관계수연산단계(S130) 및 (d) 상기 n개의 지점에 미지의 하중이 걸렸을 때, 변형률 측정 센서(20)에서 측정된 2차 변형률에 상기 상관계수를 적용하여 미지의 하중을 연산하는 미지하중연산단계(S140)를 포함한다.(A) a load application step (S110) in which a series of unit vertical loads are applied to n points of the structure to which the strain measurement sensor 20 is attached, (b) a strain measuring step (S120) of measuring the strain data due to the series of unit vertical loads by the strain measuring sensor (20) (c) calculating a linear strain amount A correlation coefficient calculating step of calculating a correlation coefficient with respect to the relationship; and (d) when the unknown load is applied to the n points, the correlation coefficient is applied to the secondary strain measured by the strain measuring sensor 20 And an unknown load calculation step (S140) for calculating an unknown load.

하중인가단계(S110)에서는 하중 인가부(30)에 의해 변형률 측정 센서(20)가 부착된 구조물의 n개의 지점에 상기 일련의 단위 수직하중이 가해진다. 본 발명에서 의미하는 일련의 단위 수직하중이란, 각각의 n개의 지점에 가해지는 하중을 P1 P2 ... Pj,(j=n) 라고 할 때, [P1 P2 ... Pj] 에서 하나의 성분만 0이 아닌 하중이 가해지며, 0이 아닌 성분이 변화되며 가해지는 것을 의미한다. 구체적으로, 일련의 단위 수직하중은 n개의 [P1 P2 ... Pj]의 집합으로서, 예를 들면, {[P 0 ... 0 . . . 0] , [0 10M ... 0 . . . 0] ... [0 0 ... 0 . . . 10M]}을 의미한다. 여기서 하중의 단위는 뉴턴(N)이 사용될 수 있다.In the load applying step S110, the series of unit vertical loads are applied to n points of the structure to which the strain measuring sensor 20 is attached by the load applying unit 30. [ When said series of units is the vertical load, the load applied to each of the n points P 1 P 2 ... P j, (j = n) in the sense of the present invention, [P 1 P 2 ... P j ] means that a load other than 0 is applied to only one component, and a component other than 0 is changed and added. Specifically, a series of unit vertical loads is a set of n [P 1 P 2 ... P j ], for example, {[P 0 ... 0 . . . 0], [0 ... 10M ... 0] . . . 0] ... [0 0 ... 0] . . . 10M]}. Here, the unit of load may be Newton (N).

변형률측정단계(S120)에서는 일련의 단위 수직하중이 가해질 때, n개의 지점에 부착된 각각의 변형률 측정 센서(20)에서 n개의 1차 변형률 데이터를 측정한다. 즉 1차 변형률 데이터는 [ε1,ε2, . . . εi],(i=n) 로 표현될 수 있다. 구체적으로, 일련의 단위 수직하중이 차례로 가해질 때, 각각의 단위 수직하중마다 1차 변형률 데이터가 측정이 된다. In the strain measurement step S120, when a series of unit vertical loads are applied, n pieces of primary strain data are measured in each of the strain measuring sensors 20 attached to n points. That is, the primary strain data are [ε 1, ε 2 ,. . . ε i ], (i = n). Specifically, when a series of unit vertical loads are applied in turn, the primary strain data is measured for each unit vertical load.

한편, 변형률 측정 센서(20)로는 스트레인 게이지(Strain Gauge)가 사용될 수 있다.A strain gauge may be used as the strain measuring sensor 20.

상관계수연산단계(S130)에서는 일련의 단위 수직하중과 상기 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수가 연산된다. 구조물은 구조와 환경에 따라 하기 수학식 (1)과 같이 하나의 선형시스템으로 정의될 수 있다.In the correlation coefficient calculation step (S130), a correlation coefficient for a linear relationship between a series of unit vertical loads and the primary strain data is calculated. The structure can be defined as a linear system according to the structure and environment as shown in Equation (1) below.

Figure pat00001
...... (1)
Figure pat00001
...... (One)

위에서 기재한 바와 같이, [ε1,ε2, . . . εi]는 변형률 데이터, [P1 P2 ... Pj]는 하중을 의미하며, αij는 변형률 데이터 및 하중의 상관계수를 의미한다. 여기서, n개의 지점에서 하중이 가해지고 변형률이 측정되므로, i 및 j는 n의 값을 갖는다.As noted above, [ε 1, ε 2 ,. . . ε i ] is strain data, [P 1 P 2 ... P j ] means load, and α ij means strain data and load correlation coefficient. Here, since the load is applied at n points and the strain is measured, i and j have values of n.

예를 들어 설명하면, 일련의 단위 수직하중 {[P1 0 ... 0 . . . 0] , [0 P2 ... 0 . . . 0] ... [0 0 ... 0 . . . Pj]} 및, 각각의 단위 수직하중에 대응하는 1차 변형률 데이터 [ε1,ε2, . . . εi]를 상기 선형시스템에 적용하면 n2개의 상관계수 αij를 모두 연산할 수 있다.For example, a series of unit vertical loads {[P 1 0 ... 0 . . . 0], [0 P 2 ... 0] . . . 0] ... [0 0 ... 0] . . . P j ]} and the primary strain data [ε 1, ε 2 ,. . . ε i ] is applied to the linear system, all of the n 2 correlation coefficients α ij can be calculated.

한편, 상관계수연산단계(S130)에서 상관계수 연산은 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.On the other hand, in the correlation coefficient calculation step (S130), correlation coefficient calculation can be performed by a computer.

저장단계(S135)에서는 n개의 지점 및 상기 일련의 단위 수직하중과 상기 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수를 데이터 베이스화(data base 化)하여 저장한다. 구체적으로, n개의 지점을 데이터 베이스화할 때는 노드화시켜서 저장할 수 있다. 그리고, 구조물상에서 n개의 지점의 위치에 따라 연산된 n2개의 상관계수 αij 가 모두 데이터 베이스화된다. 하중을 추정할 때마다 상관계수를 연산할 필요없이, 데이터 베이스화된 상관계수를 이용하여 하중을 추정할 수 있다. 다만, 시간이 흐름에 따라 구조물의 노화가 진행될 가능성이 있으므로, 상기 상관계수는 적절한 시간간격으로 업데이트되는 것이 필요하다. In the storing step S135, correlation coefficients for n points and the linear relationship between the series of unit vertical loads and the primary strain data are converted into data bases and stored. More specifically, when n points are converted into a database, they can be stored as nodes. Then, n 2 correlation coefficients? Ij calculated according to the positions of n points on the structure are all databaseized. It is possible to estimate the load using a database-based correlation coefficient without calculating the correlation coefficient every time the load is estimated. However, since there is a possibility that aging of the structure progresses with time, the correlation coefficient needs to be updated at an appropriate time interval.

미지하중연산단계(S140)에서는 n개의 지점에 미지의 하중이 걸렸을 때, 변형률 측정 센서(20)에서 측정된 2차 변형률 데이터에 저장된 상관계수를 적용하여 미지의 하중을 연산한다. In the unknown load calculation step S140, when an unknown load is applied to n points, an unknown load is calculated by applying the correlation coefficient stored in the secondary strain data measured by the strain measurement sensor 20. [

n개의 지점에 미지의 하중이 걸렸을 때, 변형률 측정 센서(20)에서 2차 변형률 데이터 [ε1,ε2, . . . εi]가 측정된다. 이후, n개의 지점에 대응되며 기 데이터 베이스화되어있는 상관계수 αij 및 측정된 2차 변형률 데이터를 상기 수학식 (1)에 적용하여, n개의 미지 하중을 연산할 수 있다.When an unknown load is applied to n points, the strain measuring sensor 20 calculates the secondary strain data [? 1 ,? 2 ,? . . ε i ] is measured. Thereafter, the correlation coefficients? Ij And the measured secondary strain data are applied to the above equation (1), n unknown loads can be calculated.

한편, 미지하중연산단계(S140)에서 미지 하중의 연산은 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.On the other hand, in the unknown load calculation step (S140), the calculation of the unknown load can be performed by a computer.

알림단계(S150)에서는 미지하중연산단계(S140)를 통해 연산된 미지 하중의 크기가 구조물의 적정 한계 하중을 초과하게 되면, 이상이 있는 것으로 판단하고, 경고수단을 발생시켜 이상유무를 작업자에게 통보할 수 있다. 예를 들면, 구조물이 차량인 경우에는 운전자에게 통보할 수 있고, 교량이나 건물과 같은 경우에는 관리인에게 통보하는 것이 가능하다.In the notification step S150, when the unknown load calculated through the unknown load calculation step S140 exceeds the appropriate limit load of the structure, it is determined that there is an abnormality, and an alarm means is generated to notify the operator of the abnormality can do. For example, if the structure is a vehicle, it can be notified to the driver, and in the case of a bridge or a building, it can be notified to the manager.

이 때, 경고수단으로는 램프를 이용한 발광 및 스피커를 통한 경고음, 디스플레이를 통한 인지방법 등이 이용될 수 있다.At this time, the warning means may be a light emission using a lamp, a warning sound through a speaker, a recognition method through a display, or the like.

지금부터, 발명의 이해를 돕고자 n이 4인 경우를 예를 들어 시뮬레이션에 의한 수치 및 결과를 설명한다. Hereinafter, numerical values and results obtained by simulation will be described, for example, in the case where n is four to help understand the invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법에서 변형률 측정 센서(20)가 부착되는 구조물의 4개의 지점을 도시한 것이다. FIG. 4 illustrates four points of a structure to which the strain measurement sensor 20 is attached in the method of estimating a point at any point using strain measurement according to an embodiment of the present invention.

상기 4개의 지점을 L1, L2, R1, R2라 하고, 4개의 지점에 일련의 단위 수직하중 [P1, P2, P3, P4]={[10MN 0 0 0], [0 10MN 0 0], [0 0 10MN 0] [0 0 0 10MN]}이 가해진다. 이 때, 4개의 변형률 측정 센서(20)의 측정값을 정리하면 하기 표 1과 같다.P1, P2, P3, P4] = {[10MN 0 0 0], [0 10MN 0 0], and [0 0MN 0 0] at the four points, 0 0 10MN 0] [0 0 0 10MN]} is applied. The measurement values of the four strain measuring sensors 20 are summarized in Table 1 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

<표 1. 4개의 지점에서 일련의 단위 수직하중이 가해졌을 때 측정된 변형률><Table 1. Strain measured when a series of unit vertical loads are applied at four points>

표 1은 L1, L2, R1, R2 지점의 변형률 데이터를 각각 [ε1,ε2, ε3, ε4]라 했을 때, 각각의 단위 수직하중 [P1, P2, P3, P4]={[10M 0 0 0], [0 10M 0 0], [0 0 10M 0] [0 0 0 10M]}이 가해질 때의 변형률 데이터를 정리한 것이다. 상기 16개의 변형률 데이터값과 일련의 단위 수직하중을 수학식 (1)에 적용하여, 아래 식 (2)와 같이, 상관계수 αij를 구할 수 있다. Table 1 shows the unit vertical loads [P1, P2, P3, P4] = {[ε 1, ε 2, ε 3, ε 4 ] 10M 0 0], [0 0 0 0 0], [0 0 10M 0] [0 0 0 10M] are applied. By applying the above sixteen strain data values and a series of unit vertical loads to the equation (1), the correlation coefficient α ij can be obtained as shown in the following equation (2).

Figure pat00003
... (2)
Figure pat00003
... (2)

따라서, 시뮬레이션이 행해진 구조체의 선형시스템은 하기 식 (3)으로 정해진다.Therefore, the linear system of the structure on which the simulation is performed is defined by the following equation (3).

Figure pat00004
... (3)
Figure pat00004
... (3)

위에서 기재한 바와 같이, 4개의 지점 및 연산된 42개의 상관계수 αij 가 모두 데이터 베이스화된다. 따라서, 미지의 하중이 가해지면, 데이터 베이스화된 상관계수와 측정된 변형률을 이용하여 하중을 추정할 수 있다. As described above, four points and four 2 correlation coefficients? Ij Are all databaseized. Therefore, when an unknown load is applied, the load can be estimated using the database-based correlation coefficient and the measured strain.

하기 표 2는 임의의 하중 [P1, P2, P3, P4]=[3M 2M 1.1M 4.3M]이 가해졌을 때, 측정된 2차 변형률 데이터를 정리한 것이다.Table 2 summarizes the measured secondary strain data when an optional load [P1, P2, P3, P4] = [3M 2M 1.1M 4.3M] is applied.

Figure pat00005
Figure pat00005

<표 2. 4개의 지점에 임의의 하중이 가해졌을 때 측정된 변형률><Table 2. Strain measured when an arbitrary load is applied to four points>

표 2에서 측정된 변형률을 상기 수학식 (3)에 적용시켜, 역행렬 계산 알고리즘 등을 이용하여 임의의 하중 [P1, P2, P3, P4]를 구하면, 임의로 가한 하중 값과 오차 0.01% 내로 정확히 연산되는 것을 확인하였다.When an arbitrary load [P1, P2, P3, P4] is obtained by applying the strain measured in Table 2 to the above equation (3) and using an inverse matrix calculation algorithm or the like, an arbitrary load value and an error .

따라서, 본 발명의 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법에 의하면, 구조물의 형상이 환경조건에 영향 없이, 구조물의 임의 지점에 걸리는 하중을 정확하게 측정할 수 있다.Therefore, according to the load estimation method of arbitrary points using the strain measurement of the present invention, it is possible to accurately measure the load at any point of the structure without affecting the shape of the structure.

도 5은 본 발명의 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 장치의 구성도이다.5 is a block diagram of an arbitrary-point load estimating apparatus using strain measurement according to the present invention.

본 실시예에 따른 하중 추정 장치는 기록 매체(10), 구조물의 임의의 n개의 지점에 부착된 n개의 변형률 측정 센서(20), 변형률 측정 센서(20)가 부착된 구조물의 n개의 지점에 일련의 단위 수직하중을 인가하는 하중 인가부(30), 일련의 단위 수직하중과 상기 일련의 단위 수직하중 인가시 변형률 측정 센서(20)에서 측정된 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수를 연산하는 제 1 산술 처리부(40), 상기 n개의 지점 및 상기 산술 처리부에서 연산된 상관계수를 저장하는 저장부(50), 상기 저장부(50)에 저장된 상관계수를 이용하여, 미지의 하중 인가시, 미지의 하중을 연산하는 제 2 산술 처리부(60), 상기 연산된 미지의 하중을 육안으로 확인할 수 있도록 화면에 표시해주는 디스플레이부(70)를 포함한다.The load estimation apparatus according to the present embodiment includes a recording medium 10, n strain measurement sensors 20 attached to arbitrary n points of the structure, series of n points of the structure to which the strain measurement sensor 20 is attached A load applying unit 30 for applying a unit vertical load of the strain sensor 20 to the strain measuring unit 20 and a linear correlation unit for calculating a linear relationship between a series of unit vertical loads and the primary strain data measured by the strain measuring sensors 20 upon application of the series of unit vertical loads A storage unit 50 for storing the correlation coefficients calculated by the n points and the arithmetic processing unit, and a storage unit 50 for storing correlation coefficients calculated at the n points and the arithmetic processing unit, A second arithmetic processing unit 60 for calculating an unknown load, and a display unit 70 for displaying the calculated unknown load on the screen so that the calculated unknown load can be visually confirmed.

또한, 연산된 미지 하중의 크기가 구조물의 적정 한계 하중을 초과하게 되면, 이상이 있는 것으로 판단하고, 경고수단을 발생시켜 이상유무를 작업자에게 통보하는 알림부를 더 포함할 수 있다.The system may further include a notification unit that determines that there is an abnormality when the calculated unknown load exceeds a predetermined limit load of the structure, and notifies the operator of the abnormality by generating a warning unit.

따라서, 본 실시예에 따른 본 실시예에 따른 하중 추정 방법 및 장치는 구조물의 구조 건전성을 객관적으로 평가할 수 있으므로 구조물의 신뢰성 및 정확도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the load estimation method and apparatus according to the present embodiment according to the present embodiment can objectively evaluate the structural integrity of the structure, thereby improving the reliability and accuracy of the structure.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
The present invention is not limited to the above-described specific embodiment and description, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.

10 : 기록 매체 20 : 변형률 측정 센서
30 : 하중 인가부 40 : 제 1 산술 처리부
50 : 저장부 60 : 제 2 산술 처리부
70 : 디스플레이부
10: recording medium 20: strain measuring sensor
30: load application unit 40: first arithmetic processing unit
50: storage unit 60: second arithmetic processing unit
70:

Claims (9)

(a) 변형률 측정 센서가 부착된 구조물의 n개의 지점에 일련의 단위 수직하중이 가해지는 하중인가단계(S110);
(b) 상기 변형률 측정 센서가 상기 일련의 단위 수직하중으로 인한 1차 변형률 데이터를 측정하는 변형률측정단계(S120);
(c) 상기 일련의 단위 수직하중과 상기 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수가 연산되는 상관계수연산단계(S130);및
(d) 상기 n개의 지점에 미지의 하중이 걸렸을 때, 변형률 측정 센서에서 측정된 2차 변형률에 상기 상관계수를 적용하여 미지의 하중을 연산하는 미지하중연산단계(S140);를 포함하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법.
(a) a load applying step (S110) in which a series of unit vertical loads are applied to n points of a structure to which a strain measuring sensor is attached;
(b) a strain measuring step (S120) in which the strain measuring sensor measures primary strain data due to the series of unit vertical loads;
(c) a correlation coefficient calculation step (S130) of calculating a correlation coefficient for a linear relationship between the series of unit vertical loads and the primary strain data, and
(d) calculating an unknown load by applying the correlation coefficient to the secondary strain measured by the strain measuring sensor when an unknown load is applied to the n points, A method for estimating a load at an arbitrary point.
제1항에 있어서,
상기 구조물은 차량이며, 상기 n개의 지점은 상기 차량 밑면의 임의의 지점인 것을 특징으로 하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the structure is a vehicle and the n points are arbitrary points on the underside of the vehicle.
제1항에 있어서,
상기 하중인가단계(S110)에서 상기 일련의 단위 수직하중은 하중 인가부에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the series of unit vertical loads are applied by the load applying unit in the load applying step (S110).
제1항에 있어서,
상기 상관계수연산단계(S130)에서 상관계수 연산은 컴퓨터에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the correlation coefficient calculation in the correlation coefficient calculation step (S130) is performed by a computer.
제1항에 있어서,
상기 미지하중연산단계(S140)에서 상기 미지의 하중의 연산은 컴퓨터에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the calculation of the unknown load in the unknown load calculation step (S140) is performed by a computer.
제1항에 있어서,
상기 미지하중연산단계(S140)에서 상기 미지의 하중은 하중 인가부에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the unknown load is applied by the load applying unit in the unknown load calculating step (S140).
제1항에 있어서,
상기 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법은
(c) 과정 이후 과정으로서,
상기 n개의 지점 및 상기 일련의 단위 수직하중과 상기 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수를 데이터 베이스화(data base 化)하는 저장단계(S135);를 더 포함하는 것을 특징으로 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법.
The method according to claim 1,
A method for estimating a load at an arbitrary point using the strain measurement
As a process after step (c)
And storing (S135) databaseing (S135) a correlation coefficient for a linear relationship between the n points and the series of unit vertical loads and the first strain data, A method for estimating a load at an arbitrary point.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로 저장한 기록 매체.
A recording medium storing a program for causing a computer to execute a method of estimating a load at an arbitrary point using strain measurement according to any one of claims 1 to 7.
제 8항에 따른 기록 매체;
구조물의 임의의 n개의 지점에 부착된 n개의 변형률 측정 센서;
상기 변형률 측정 센서가 부착된 구조물의 n개의 지점에 일련의 단위 수직하중을 인가하는 하중 인가부;
상기 일련의 단위 수직하중과 상기 일련의 단위 수직하중 인가시 변형률 측정 센서에서 측정된 1차 변형률 데이터의 선형 관계에 대한 상관계수를 연산하는 제 1 산술 처리부;
상기 n개의 지점 및 상기 산술 처리부에서 연산된 상관계수를 저장하는 저장부;
상기 저장부에 저장된 상관계수를 이용하여, 미지의 하중 인가시, 미지의 하중을 연산하는 제 2 산술 처리부;
상기 연산된 미지의 하중을 육안으로 확인할 수 있도록 화면에 표시해주는 디스플레이부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형률 측정을 이용한 임의 지점의 하중 추정 장치.
9. A recording medium according to claim 8;
N strain measurement sensors attached to any n points of the structure;
A load applying unit for applying a series of unit vertical loads to n points of the structure to which the strain measuring sensor is attached;
A first arithmetic processing unit for calculating a correlation coefficient for a linear relationship between the series of unit vertical loads and the primary strain data measured by the strain measuring sensors upon application of the series of unit vertical loads;
A storage unit for storing the n points and the correlation coefficient calculated by the arithmetic processing unit;
A second arithmetic processing unit for calculating an unknown load when an unknown load is applied using the correlation coefficient stored in the storage unit;
A display unit for displaying the calculated unknown load on a screen so that the unknown load can be visually confirmed;
And a load estimation unit for estimating an arbitrary point load using strain measurement.
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