KR20180071584A - 비접촉식 텐던 인장력 측정장치 - Google Patents

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박영환
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Abstract

본 발명은 비접촉식 텐던 인장력 측정장치에 관한 것으로, 비접촉식 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적이면서 비접촉으로 쉽고 간편하게 측정할 수 있도록 한 것이다.

Description

비접촉식 텐던 인장력 측정장치{Tensile stress measurement apparatus of tendon by means of non-contact method}
본 발명은 텐던(Tendon) 인장력 측정 기술에 관련한 것으로, 특히 비접촉식 텐던 인장력 측정장치에 관한 것이다.
철은 지구에서 가장 풍부한 원소 중 하나로써, 가공이 쉽기 때문에 차량, 선박, 교량 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 철은 구조용 강으로도 많이 사용되는데, 그 예로는 교량에 사용되는 텐던이 있다. 텐던은 토목 및 건설 등 활용 범위가 매우 넓은 철강소재이나, 구조용 강으로 사용될 경우 안전 진단이 쉽지 않다.
안전 진단을 위해서는 비파괴 검사(Non-Destructive Testing)가 필수적이지만 철강의 자기적 특성인 자화 곡선의 비선형과 자기 이력 곡선의 이력(hysteresis) 현상으로 인하여 비파괴 검사를 시행하기 어렵다. 때문에 피 측정 대상체를 포화 자화시킨 후 와전류 탐상을 하는 방법, 누설 자속을 탐지하는 방법 등 자기적 특성을 활용한 비파괴 탐상이 다양하게 진행되어 왔다.
또한, 강철의 자기변형(magnetostriction) 현상을 이용하는 방법이 있다. 영구자석을 사용 철관을 자화시키고 펄스 자기장을 인가하여 철관에 펄스형태의 음파를 발생시키면 수신부 코일에서는 이 음파로 인해 자기변형의 역현상에 의한 자기유도의 변화가 발생하여 전압이 유도된다. 이 유도되는 전압의 시간차로부터 송신부와 수신부 사이에 존재할 수 있는 기계적 결함을 검사한다.
또한, 광섬유가 받는 인장력에 따른 굴절률의 변화를 간섭계를 통해 측정하여 그 정도를 판별하는 광학적 특성을 활용한 비파괴 탐상 방법도 있다. 본 발명자는 현재 교량에 사용되고 있는 텐던의 하중 특성을 비파괴적이면서 비접촉으로 측정하기 위한 방법을 연구하였다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0009078호(2011.02.27)에서 측정 대상재가 되는 장척의 자성체의 일부를 감싸도록 배치한 통 형상의 자화기로, 그 자성체를 길이 방향으로 포화점근자화 범위까지 직류 자화하고, 자성체의 자화 구간의 길이 방향 중앙부의 근방에 배치한 홀 소자(자기 센서)로, 응력 변화에 대한 변화가 큰 자성체 표면 근방의 공간 자계 강도를 검출하고, 그 검출치에 기초하여 자성체에 작용하는 장력을 측정하는 장력 측정 장치를 제안하고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0009078호(2011.02.27)
본 발명은 비접촉식 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적이면서 비접촉으로 측정할 수 있는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 비접촉식 텐던 인장력 측정장치가 자기 퍼텐셜을 발생시켜 이격된 텐던(Tendon)을 축 방향으로 자화시키는 자화부와; 상기 자화부에 의해 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력을 측정하는 탐지부와; 상기 탐지부에 의해 측정되는 기전력에 따라 텐던의 인장력을 획득하는 제어부를; 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치가 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력에 따른 텐던 인장력을 저장하는 메모리를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부가 상기 탐지부에 의해 측정되는 기전력에 대응하는 텐던 인장력을 상기 메모리로부터 검색하여 텐던 인장력을 획득하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 자화부에 의해 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력은 텐던과 자화부의 이격 거리에 따라 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 자화부가 교류 또는 직류를 권선된 코일을 통해 인가받아 교류 자기 퍼텐셜을 발생시키는 요크(Yoke)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 탐지부가 텐던에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 탐지부가 요크에 권선되는 탐지 코일(SCY : Search Coil on Yoke)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치가 텐던에 인장력을 인가하는 인장력 인가부를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 제어부가 상기 인장력 인가부에 의해 텐던에 인가되는 인장력에 따른 기전력 변화를 상기 탐지부를 통해 측정하여 기전력에 따른 텐던 인장력을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치가 텐던에 교류 또는 직류를 인가하여 텐던을 원주 방향으로 자화시키는 전원 공급부를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 비접촉식 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적이면서 비접촉으로 쉽고 간편하게 측정할 수 있어 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 비접촉식 텐던 인장력 측정장치의 제1실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 비접촉식 텐던 인장력 측정장치의 제2실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 은 도 1 에 도시한 비접촉식 텐던 인장력 측정장치에 의한 텐던 인장력에 따른 유도 기전력 측정 곡선이다.
도 4 는 도 2 에 도시한 비접촉식 텐던 인장력 측정장치에 의한 텐던 인장력에 따른 유도 기전력 측정 곡선이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 비접촉식 텐던 인장력 측정장치의 제1실시예의 구성을 도시한 도면이고, 도 2 는 본 발명에 따른 비접촉식 텐던 인장력 측정장치의 제2실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 텐던 인장력 측정장치(100)는 자화부(110)와, 탐지부(120)와, 제어부(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 자화부(110)는 자기 퍼텐셜을 발생시켜 이격된 텐던(Tendon)(200)을 축 방향으로 자화시킨다. 예컨대, 상기 자화부(110)가 교류 또는 직류를 권선된 코일을 통해 인가받아 교류 자기 퍼텐셜을 발생시키는 요크(Yoke)일 수 있다.
도 1 을 참조해 보면 요크에 권선된 코일에 교류를 인가하고 있음을 볼 수 있고, 도 2 를 참조해 보면 요크에 권선된 코일에 직류를 인가하고 있음을 볼 수 있다,
자화부(110)로 사용된 요크(Yoke)에 권선된 코일에 교류(AC) 또는 직류(DC)가 인가되면 요크 주변으로 자기 퍼텐셜(Magnetic Potential)이 발생하여 이격된 텐던(Tendon)(200)을 축 방향으로 자화시킨다. 여기서 축방향은 텐던의 길이 방향을 말한다.
상기 탐지부(120)는 상기 자화부(110)에 의해 자화된 텐던(200)에 의해 유도되는 기전력을 측정한다. 이 때, 상기 자화부(110)에 의해 자화된 텐던(200)에 의해 유도되는 기전력은 텐던과 자화부의 이격 거리에 따라 상이하므로, 정확하고 신뢰성 있는 측정을 위해서는 텐던과 자화부의 이격 거리가 일정해야 한다.
예컨대, 상기 탐지부(120)가 도 1 에 도시한 바와 같이 텐던(200)에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)일 수 있다. 이와는 달리, 상기 탐지부(120)가 도 2 에 도시한 바와 같이 자화부(110)로 사용된 요크에 권선되는 탐지 코일(SCY : Search Coil on Yoke)일 수 있다.
상기 자화부(110)에 의해 텐던(200)이 자화되면 텐던(200)에 전류가 흐르게 되고, 텐던(200)에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon) 또는 자화부(110)로 사용된 요크에 권선되는 탐지 코일(SCY : Search Coil on Yoke)에 유도 전류가 흘러 유도 기전력이 발생한다.
텐던(200)에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon) 또는 자화부(110)로 사용된 요크에 권선되는 탐지 코일(SCY : Search Coil on Yoke)에 유도되는 기전력을 측정하면 텐던의 인장력을 알 수 있다. 그 이유는 텐던에 인가되는 인장력에 따라 측정되는 기전력이 상이하기 때문이다.
상기 제어부(130)는 상기 탐지부(120)에 의해 측정되는 기전력에 따라 텐던의 인장력을 획득한다. 이 때, 상기 제어부(130)가 텐던에 상이한 인장력을 가하면서 기전력을 측정하여 축적한 기전력에 따른 텐던 인장력 정보를 이용해 상기 탐지부(120)에 의해 측정되는 기전력에 대응하는 인장력을 획득하도록 구현될 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 비접촉식 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적이면서 비접촉으로 쉽고 간편하게 측정할 수 있어 사용자 편의성을 향상시킬 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치(100)가 메모리(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리(140)는 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력에 따른 텐던 인장력을 저장한다.
이 때, 상기 제어부(130)가 상기 탐지부(120)에 의해 측정되는 기전력에 대응하는 텐던 인장력을 상기 메모리(140)로부터 검색하여 텐던 인장력을 획득하도록 구현될 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치(100)가 인장력 인가부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 인장력 인가부(150)는 텐던(200)에 인장력을 인가한다. 예컨대, 상기 인장력 인가부(150)로 수동 유압기를 사용하여 텐던(200)에 인장력을 인가하도록 구현될 수 있다.
이 때, 상기 제어부(130)가 상기 인장력 인가부(150)에 의해 텐던에 인가되는 인장력에 따른 기전력 변화를 상기 탐지부(120)를 통해 측정하여 기전력에 따른 텐던 인장력을 상기 메모리(140)에 저장하도록 구현될 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치(100)가 전원 공급부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 전원 공급부(160)는 텐던(200)에 교류 또는 직류를 인가하여 텐던(200)을 원주 방향으로 자화시킨다.
도 1 을 참조해 보면 전원 공급부(160)가 텐던(200)에 직류를 인가하고 있음을 볼 수 있고, 도 2 를 참조해 보면 전원 공급부(160)가 텐던(200)에 교류를 인가하고 있음을 볼 수 있다.
이 실시예는 텐던(Tendon)(200)을 축 방향으로 자화시키는 자화부(110)와, 텐던(200)을 원주 방향으로 자화시키는 전원 공급부(160) 조합에 의해 자화되는 텐던(200)에 의해 유도되는 기전력 측정을 통해 텐던 인장력을 측정할 수 있도록 한 것이다.
도 3 은 도 1 에 도시한 비접촉식 텐던 인장력 측정장치에 의한 텐던 인장력에 따른 유도 기전력 측정 곡선이고, 도 4 는 도 2 에 도시한 비접촉식 텐던 인장력 측정장치에 의한 텐던 인장력에 따른 유도 기전력 측정 곡선이다.
유도 기전력 측정을 위해 직경이 15.5mm인 텐던을 사용하였고, 요크는 0.5mm 두께의 U자형 무방향성 전기강판을 적층하였으며, 여자코일은 각각의 요크에 크기가 3mm× 1mm인 각형 에나멜 동선을 576회 권선하여 제작하였다. 한편, 텐던과 요크 사이의 이격 거리는 50mm로 일정하게 하였다.
텐던의 자기유도 변화를 요크에서 측정하기 위한 탐지코일(SCY)은 직경이 0.5mm인 에나멜 동선을 1006회 권선하여 사용하였으며, 텐던에서 직접 측정하기 위한 탐지코일(SCT)은 직경이 1.0mm인 에나멜 동선을 190회 권선하여 사용하였다.
도 3 은 요크의 여자코일에 1A 교류(AC)를 인가하고 텐던에는 각각 0A, 5A, 10A, 15A, 20A 직류(DC)를 인가하여 텐던에 부착된 탐지코일(SCT)에서 유도된 교류 전압을 측정한 결과이고, 도 4 는 텐던에 140A 교류를 인가하고 요크의 여자코일에는 각각 0A, 1A, 5A의 직류를 인가하면서 요크에 부착된 탐지코일에서 유도된 교류 전압을 측정한 결과이다.
도 3 의 측정 결과를 보면, 텐던 인장력에 따라 텐던에 부착된 탐지코일(SCT)의 기전력이 선형적으로 감소함을 볼 수 있다. 도 4 의 측정 결과를 보면, 1.5GPa 영역에서는 유도되는 기전력의 변화가 매우 적었지만, 반면에 200MPa 이하에서는 유도되는 전압의 변화를 관측할 수 있다.
도 3 과 도 4 에서 알 수 있듯이 텐던 인장력에 따라 유도되는 기전력이 상이함을 알 수 있다. 따라서, 텐던 인장력에 따라 상이한 유도 기전력을 측정하면 텐던 인장력을 알 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
본 발명은 텐던(Tendon) 인장력 측정 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 비접촉식 텐던 인장력 측정장치
110 : 자화부
120 : 탐지부
130 : 제어부
140 : 메모리
150 : 인장력 인가부
160 : 전원 공급부
200 : 텐던

Claims (10)

  1. 자기 퍼텐셜을 발생시켜 이격된 텐던(Tendon)을 축 방향으로 자화시키는 자화부와;
    상기 자화부에 의해 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력을 측정하는 탐지부와;
    상기 탐지부에 의해 측정되는 기전력에 따라 텐던의 인장력을 획득하는 제어부를;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치가:
    자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력에 따른 텐던 인장력을 저장하는 메모리를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부가:
    상기 탐지부에 의해 측정되는 기전력에 대응하는 텐던 인장력을 상기 메모리로부터 검색하여 텐던 인장력을 획득하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자화부에 의해 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력은:
    텐던과 자화부의 이격 거리에 따라 상이한 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자화부가:
    교류 또는 직류를 권선된 코일을 통해 인가받아 교류 자기 퍼텐셜을 발생시키는 요크(Yoke)인 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탐지부가:
    텐던에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)인 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 탐지부가:
    요크에 권선되는 탐지 코일(SCY : Search Coil on Yoke)인 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치가:
    텐던에 인장력을 인가하는 인장력 인가부를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부가:
    상기 인장력 인가부에 의해 텐던에 인가되는 인장력에 따른 기전력 변화를 상기 탐지부를 통해 측정하여 기전력에 따른 텐던 인장력을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 비접촉식 텐던 인장력 측정장치가:
    텐던에 교류 또는 직류를 인가하여 텐던을 원주 방향으로 자화시키는 전원 공급부를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 텐던 인장력 측정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102018220278A1 (de) 2018-06-21 2019-12-24 Hyundai Motor Company Gas Sensor, Verfahren zur Herstellung desselben und Verfahren zur Detektion von Gas durch Verwendung desselben

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110009078A (ko) 2008-04-28 2011-01-27 스미토모 덴코 스틸 와이어 가부시키가이샤 장력 측정 장치

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