KR20180071585A - 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치에 관한 것으로, 비데만 효과(Wiedemann Effect)를 이용한 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적으로 측정할 수 있도록 한 것이다.

Description

비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치{Tensile stress measurement apparatus of tendon using Wiedemann Effect}

본 발명은 텐던(Tendon) 인장력 측정 기술에 관련한 것으로, 특히 비데만 효과를 이용한 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 비파괴적으로 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 비데만 효과(Wiedemann Effect)를 이용한 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적으로 측정할 수 있는 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정 장치가 텐던(Tendon)에 교류를 인가하는 전원 공급부와; 상기 전원 공급부에 의해 텐던에 교류 입력시 발생하는 비데만 효과(Wiedemann Effect)에 의해 자화되는 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 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정 장치가 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 탐지부가 텐던에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 비데만 효과를 이용한 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 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력은 텐던에 입력되는 교류의 주파수와 텐던의 인장력에 비례하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 비데만 효과(Wiedemann Effect)를 이용한 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적으로 측정할 수 있어 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치의 전원 공급부의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 비데만 효과를 이용한 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 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치(100)는 전원 공급부(110)와, 탐지부(120)와, 제어부(130)를 포함하여 이루어진다.

상기 전원 공급부(110)는 텐던(Tendon)(200)에 교류를 인가한다. 텐던(200)에 교류가 입력되면, 비데만 효과(Wiedemann Effect)에 의해 텐던이 자화된다. 비데만 효과는 강자성체 막대의 한쪽 끝을 고정시킨 상태에서 전류를 인가하면 축 방향과 원주 방향으로 자화가 변화되어 이것의 조합에 의해 나타나는 자기변형 현상을 말한다.

도 2 는 본 발명에 따른 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치의 전원 공급부의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 상기 전원 공급부(110)는 슬라이닥스(Slidacs)(111)와, 변압기(112)와, 전류변압기(CT)(113)를 포함한다.

텐던(200)에 인가되는 교류 전류를 조절하기 위하여 슬라이닥스(111)를 사용하여 변압기(112)의 이차 코일에 인가되는 입력 전압을 조절하고, 전류변압기(113)의 턴비(turn ratio)에 따라 텐던(200)에 인가되는 교류 전류 범위가 결정되게 된다.

상기 탐지부(120)는 상기 전원 공급부(110)에 의해 텐던(200)에 교류 입력시 발생하는 비데만 효과(Wiedemann Effect)에 의해 자화되는 텐던(200)에 의해 유도되는 기전력을 측정한다.

이 때, 상기 자화된 텐던(200)에 의해 유도되는 기전력은 텐던에 입력되는 교류의 주파수와 텐던의 인장력에 비례한다. 한편, 상기 탐지부(120)로 텐던(200)에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)을 사용할 수 있다.

텐던(200)이 자화되면 텐던(200)에 전류가 흐르게 되고, 텐던(200)에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)에 유도 전류가 흘러 유도 기전력이 발생한다.

텐던(200)에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)에 유도되는 기전력을 측정하면 텐던의 인장력을 알 수 있다. 그 이유는 자화된 텐던(200)에 의해 유도되는 기전력은 텐던에 입력되는 교류의 주파수와 텐던의 인장력에 비례하므로, 텐던에 인가되는 인장력에 따라 측정되는 기전력이 상이하기 때문이다.

상기 제어부(130)는 상기 탐지부(120)에 의해 측정되는 기전력에 따라 텐던(200)의 인장력을 획득한다. 이 때, 상기 제어부(130)가 텐던(200)에 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 비데만 효과(Wiedemann Effect)를 이용한 텐던 인장력 측정을 통해 텐던의 하중 특성을 비파괴적으로 측정할 수 있어 사용자 편의성을 향상시킬 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 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 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.

도 3 은 본 발명에 따른 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치에 의한 텐던 인장력에 따른 유도 기전력 측정 곡선이다. 유도 기전력 측정을 위해 직경이 25mm, 길이 5m인 텐던을 사용하였고, 텐던에 권선되는 탐지코일(SCT)은 직경이 1.0mm인 에나멜 동선을 190회 권선하여 사용하였다.

한편, 1kW의 슬라이닥스와, 일차 코일은 직경 2.2mm의 에나멜 동선 168회 권선하고, 이차 코일은 직경 25mm인 연선을 2회 권선하여 일차코일과 이차코일의 비를 84 : 1로 한 변압기와, 60Hz의 교류 전류를 0Arms에서 300Arms까지 측정할 수 있도록 턴비(turn ratio)를 500 : 1로 한 전류변압기로 구현된 전원 공급부를 사용하였다.

텐던에 직접 60Hz의 교류 전류를 140Arms 인가한 후 텐던에 인장력을 0MPa, 100MPa, 200MPa, 500MPa, 1000MPa, 1500MPa로 변화시키면서 텐던에 부착된 탐지코일(SCT)로부터 유도된 기전력을 측정하였고, 그 변화를 분석하였다.

도 3 을 참조해 보면, 텐던에 인가하는 인장력에 따라 텐던에 부착된 탐지코일에서 유도되는 기전력의 변화가 비교적 선형적으로 감소함을 볼 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 : 텐던 인장력 측정장치
110 : 전원 공급부
120 : 탐지부
130 : 제어부
140 : 메모리
150 : 인장력 인가부
200 : 텐던

Claims (7)

1. 텐던(Tendon)에 교류를 인가하는 전원 공급부와;
   상기 전원 공급부에 의해 텐던에 교류 입력시 발생하는 비데만 효과(Wiedemann Effect)에 의해 자화되는 텐던에 의해 유도되는 기전력을 측정하는 탐지부와;
   상기 탐지부에 의해 측정되는 기전력에 따라 텐던의 인장력을 획득하는 제어부를;
   포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정 장치가:
   자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력에 따른 텐던 인장력을 저장하는 메모리를;
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 비데만 효과를 이용한 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 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 탐지부가:
   텐던에 권선되는 탐지 코일(SCT : Search Coil on Tendon)인 것을 특징으로 하는 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치가:
   텐던에 인장력을 인가하는 인장력 인가부를;
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치.
6. 제 5 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 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 자화된 텐던에 의해 유도되는 기전력은:
   텐던에 입력되는 교류의 주파수와 텐던의 인장력에 비례하는 것을 특징으로 하는 비데만 효과를 이용한 텐던 인장력 측정장치.

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