KR20200059328A - 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템에 관한 것으로, 연결체에 매달린 가진추가 모터의 속도 제어를 통해 실제 사람의 손목회전 동작과 유사한 동작으로 구조물 표면에 타격되게 함으로써, 양질의 가진이 가능하에 설험결과의 정확도를 향상시킬 수 있게 하고, 원격으로 모터를 제어할 수 있게 하여 수작업에 소요되는 불필요한 시간 및 인력 낭비를 방지할 수 있게 하는 효과를 가진다.

Description

측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템{Remote excitation system for surface wave test to evaluate the integriyt of structures}

본 발명은 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면파를 발생하기 위한 충격발생(가진) 작업을 원격으로 수행할 수 있도록 하고, 손목회전에 의한 가진 동작과 유사한 동작 구현이 가능하도록, 구조가 개선된 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야는 고형매질로 구성된 구조체의 깊이별 탄성계수 변화를 비파괴적으로 평가할 수 있는 표면파 시험이다. 표면파 시험은 도 1에 도시한 바와 같이, 두 개의 센서를 사용하여 구조물 표면에 가해진 충격파의 전파 속도를 측정하는 것인데, 이 때 측정되는 파동의 주성분은 표면파가 된다.

두 개의 센서로 측정되는 표면파는 다양한 스펙트럼의 주파수로 분해하여 각 주파수의 파동에 대해 별도로 전파속도를 평가하게 된다. 이렇게 다양한 주파수 또는 파장에 대하여 평가된 전파속도를 이용하여 역학적 해석을 수행하면, 구조물 속으로 들어 갈수록 그 단단한 정도가 어떻게 변화하는지를 정량적으로 평가할 수 있어서, 구조물 비파괴 평가, 지반조사 등에 다양하게 활용되고 있다.

표면파 시험에 사용하는 센서는, 매질의 특성에 따라 달라지게 되는데, 콘크리트나 아스팔트 매질의 경우에는 가속도계가 사용되고, 토사나 암반인 경우에는 속도계가 사용되는 것이 일반적이다.

종래에는 표면파 시험에 있어서 가속도계나 속도계를 측정대상 표면에 고정하여 구조물 표면의 진동을 측정하였다. 따라서, 센서의 고정 여부, 센서와 측정매질과의 접촉 상태 등에 따라서 측정 결과가 영향을 받는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 마이크로폰 센서를 이용하여 센서를 표면에 부착하지 않고 구조물 표면의 진동을 측정하는 기술이, 특허 제10-1425748호와 같이, 본 출원인에 의해 제안되어 특허청에 등록된 바 있다.

이 기술은, 구조물 표면에 부착하지 않은 채 표면파를 측정할 수 있어서 종래기술의 문제점을 획기적으로 개선하는 장점을 가진다.

즉, 마이크로폰 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 표면파 시험을 하게 되면, 측정매질 표면에 센서를 부착하는 문제점은 원천적으로 제거되기 때문에, 측정 자료의 품질의 향상, 측정 속도의 개선, 시험에 요구되는 인력의 감소 등과 같은 다양한 개선 효과를 얻을 수 있게 된다.

산업화의 가속화에 따라 콘크리트 도로포장의 시기적절한 유지관리는 원활한 교통흐름의 핵심이라고 할 수 있다. 최근 스마트 하이웨이에 대한 도입과 더불어 콘크리트 도로포장의 중요성은 더욱 부각되고 있는 실정이다. 이에 따라, 콘크리트 도로포장의 성능, 품질에 대한 비파괴 평가를 교통흐름의 통제없이 실시간으로 진행하는 것은 절대적으로 요구되고 있다.

따라서, 이러한 장점을 가지고 있는 마이크로폰 센서를 콘크리트 포장도로의 품질, 유지관리에 본격적으로 활용할 수 있게 하는 더욱 개선된 상용화 모델의 개발이 필요하게 되었고, 이에 따라 마이크로폰 센서에 전달되는 노이즈를 최대한 줄여서 더욱 정밀한 시험을 가능하게 하는 제품 개발이 요구되고, 나아가 교통 흐름을 방해하지 않으면서 신속하게 표면파 시험을 할 수 있게 하는 제품 개발이 절실히 요구되고 있는 것이다.

선행문헌으로는 등록특허공보 등록번호 특허 제10-1425748호가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인력에 의해 표면파를 발생시키지 않고 원격으로 표면파 발생을 위한 가진 작업 수행을 가능하게 하여 표면파 시험을 정밀하고 신속하게 할 수 있게 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사람의 손목회전에 의한 가진 동작과 유사한 동작 구현을 가능하게 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템은, 측정대상 구조물의 표면에 물리적인 충격을 가하여 형성된 발진원으로부터, 일정간격 이격된 지점에서 상기 표면에 접촉되지 않는 위치에 배치되고, 상기 구조물의 탄성파를 감지하는 한 쌍의 비접촉 센서들과, 상기 한 쌍의 비접촉 센서들이 탑재되는 플랫폼을 포함하여 이루어지는 센서 유닛; 상기 센서 유니트와 함께 이동될 수 있도록 상기 플랫폼에 연결되고, 상기 발진원이 탑재되는 가진 프레임; 및 상기 발진원에 해당하는 것으로, 상기 가진 프레임에 탑재되고 속도 제어가 가능한 모터와, 상기 모터의 구동축에 연결되어서 원을 그리면서 상기 표면에 물리적인 충격을 가하는 가진추와, 상기 모터의 구동축과 가진추를 서로 이격된 위치에서 동력적으로 연결시키는 연결체를 포함하여 이루어지는 발진 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 모터에 제어 신호를 인가시키는 제어 장치; 및 상기 가진추를 원격으로 작동시킬 수 있도록, 상기 제어 신호를 무선으로 송출시키는 통신 장치;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 연결체는, 상기 가진추가 상기 모터의 정방향 회전에 의해 상기 표면을 타격한 이후 그 모터에 역방향 회전을 위한 제어신호가 인가된다 하더라도 일정시간 동안 표면타격상태가 유지될 수 있도록, 휨 변형이 가능한 탄성을 가진 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가진 프레임은, 상기 모터보다 큰 중량을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 가진 프레임과 센서 유닛의 플랫폼을 연결시키는 연결부위에 설치되는 방진부재;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 각 비접촉 센서는, 마이크로폰 센서인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템은, 연결체에 매달린 가진추가 모터의 속도 제어를 통해 실제 사람의 손목회전 동작과 유사한 동작으로 구조물 표면에 타격되게 함으로써, 양질의 가진이 가능하에 설험결과의 정확도를 향상시킬 수 있게 하고, 원격으로 모터를 제어할 수 있게 하여 수작업에 소요되는 불필요한 시간 및 인력 낭비를 방지할 수 있게 하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명 일실시예의 평면도.
도 3은 본 발명 일실시예의 측면도.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 단면도.
도 5 내지 도 7은 본 발명 일실시예의 동작과정을 설명하기 위한 도면들.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 평면도이며, 도 3은 본 발명 일실시예의 측면도이며, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명 일실시예의 동작과정을 설명하기 위한 도면들이다.

도 1 내지 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템은, 센서 유닛(10)과 가진 프레임(20)과 발진 유닛(30)을 포함하여 이루어진다.

상기 센서 유닛(10)은, 한 쌍의 비접촉 센서(12)들과 그 센서들이 탑재되는 플랫폼(14)을 포함하여 이루어진다. 상기 플랫폼(14)은 구조물 표면에 고정될 수 있는 구조로 구현할 수 있음은 물론이나, 구조물의 표면에 구름접촉되는 회전롤러(16)들을 포함하여 이루어져서 그 구조물 표면을 자유롭게 이동할 수 있게 됨에 따라, 상기 비접촉 센서(12)들에 의해 실시간 연속적으로 표면파 시험을 할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 비접촉 센서(12)들은, 종래기술의 고정식 측정방법인 속도계, 가속도계 등의 센서를 측정대상 구조물의 표면에 접착제로 부착하여 측정하는 방법과는 달리, 표면에 접촉되지 않은 상태로 상기 구조물의 탄성파를 감지하여 그 구조물의 건전성을 진단하기 위한 용도로 사용된다.

상기 구조물은, 도로 노상, 도로포장, 활주로 노반, 활주로 포장, 철도노반 등과 같은 지반 구조물 뿐만 아니라, 탄성파 측정이 가능한 모든 구조물을 포함한다.

상기 비접촉 센서(12)들은, 구조물의 표면에 물리적인 충격을 가하여 형성된 발진원으로부터, 일정간격 이격된 지점에서 상기 표면에 접촉되지 않는 위치에 배치된다.

이러한 비접촉 센서(12)들은, 상기 표면에 접촉되지 않고 상기 구조물의 탄성파를 감지할 수 있는 센서로 족하다. 예컨대, 상기 비접촉 센서(12)로는 탄성파를 공기의 진동으로 감지하는 일종의 감지센서일 수 있으며, 마이크로폰 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시를 위해 채용된 상기 비접촉 센서(12)로는, 마이크로폰 센서인 것이 바람직하다. 상기 마이크로폰 센서는 보급형 음성용 마이크로폰 센서일 수 있고, 주파수 대역이 20~20000Hz 정도로 광범위한 주파수 신호에 대해 신뢰성 있게 측정할 수 있는 센서일 수 있으나, 외란에 의한 노이즈 영향이 최소화될 수 있도록 40~50Hz 정도의 주파수 대역에서 신뢰성 있게 측정할 있는 센서인 것이 바람직하다.

상기 가진 프레임(20)은, 상기 구조물의 표면을 가진시키기 위한 발진원이 탑재되는 것으로, 상기 센서 유니트와 함께 이동될 수 있도록 상기 플랫폼(14)에 연결된다.

상기 발진 유닛(30)은, 상기 가진 프레임(20)에 탑재되어 구조물 표면을 가진시키는 발진원에 해당하는 것으로, 모터(32)와 가진추(34)와 연결체(36)를 포함하여 이루어진다.

상기 모터(32)는, 상기 가진 프레임(20)에 탑재되고 속도 제어가 가능한 것으로, 마이크로 프로세서를 이용한 회전속도 제어를 통해 실제 사람에 의한 손목회전 운동 동작 구현을 가능하게 한다. 이러한 동작을 정밀하게 구현하기 위해 상기 모터(32)는 스텝모터(32)인 것이 바람직하다.

상기 가진추(34)는, 도 5 및 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 모터(32)의 구동축에 연결되어서 원을 그리면서 상기 표면에 물리적인 충격을 가하는 것으로, 국부적으로 정밀하게 구조물 표면을 가진할 수 있도록 철구(쇠구슬) 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 연결체(36)는, 상기 모터(32)의 구동축과 가진추(34)를 서로 이격된 위치에서 동력적으로 연결시키는 것으로, 사람이 상기 가진추(34)를 들고 손목회전에 의해 구조물 표면을 가진시키는 동작과 유사한 동작 구현을 가능하게 한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템은, 연결체(36)에 매달린 가진추(34)가 모터(32)의 속도 제어를 통해 실제 사람의 손목회전 동작과 유사한 동작으로 구조물 표면에 타격되게 함으로써, 양질의 가진이 가능하에 설험결과의 정확도를 향상시킬 수 있게 하고, 원격으로 모터(32)를 제어할 수 있게 하여 수작업에 소요되는 불필요한 시간 및 인력 낭비를 방지할 수 있게 하는 장점을 기대할 수 있게 한다.

한편, 본 발명은, 상기 모터(32)의 원격 제어를 위해 제어 장치 및 통신 장치를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제어 장치는 상기 모터(32)에 제어 신호를 인가시키는 역할을 하고, 상기 통신 장치는, 상기 가진추(34)를 원격으로 작동시킬 수 있도록, 상기 제어 신호를 무선으로 송출시키는 역할을 한다.

본 실시예에 채용된 연결체(36)는, 휨 변형이 가능한 탄성을 가진 재질로 이루어져서, 상기 가진추(34)가 상기 모터(32)의 정방향 회전에 의해 상기 표면을 타격한 이후 그 모터(32)에 역방향 회전을 위한 제어신호가 인가된다 하더라도 일정시간 동안 표면타격상태가 유지될 수 있게 한다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 솔레노이트 타입의 가진 방식의 경우 가진 수단이 표면을 타격한 이후 즉시 그 표면으로부터 이탈되는 것과는 달리, 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 상기 가진추(34)가 표면 타격 이후 상기 연결체(36)의 휨 성질에 의해 그 표면으로부터 이탈되는 시간이 약간 지체됨에 따라, 실제 사람의 수작업에 의한 손목 타격과 같이 일시적으로 타격시간을 확보활 수 있게 하여 양질의 가진 동작 구현을 가능하게 하는 장점을 기대할 수 있게 한다.

상기 가진 프레임(20)은, 상기 모터(32)보다 큰 중량을 가지도록 구성됨으로써, 충격량보전 법칙에 의해 상기 모터(32)의 진동을 감쇠할 수 있게 한다.

그리고, 본 발명은, 도 2 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 가진 프레임(20)과 센서 유닛(10)의 플랫폼(14)을 연결시키는 연결부위에 설치되는 방진부재(40)를 더 포함하여 이루어져서, 상기 가진 프레임(20) 측의 진동이 상기 센서 유닛(10) 측으로 전달되는 것을 억제할 수 있는 장점을 가진다.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

10:센서 유닛 12:비접촉 센서
14:플랫폼 16:회전롤러
20:가진 프레임 30:발진 유닛
32:모터 34:가진추
36:연결체 40:방진부재

Claims (6)

1. 측정대상 구조물의 표면에 물리적인 충격을 가하여 형성된 발진원으로부터, 일정간격 이격된 지점에서 상기 표면에 접촉되지 않는 위치에 배치되고, 상기 구조물의 탄성파를 감지하는 한 쌍의 비접촉 센서들과, 상기 한 쌍의 비접촉 센서들이 탑재되는 플랫폼을 포함하여 이루어지는 센서 유닛;
   상기 센서 유니트와 함께 이동될 수 있도록 상기 플랫폼에 연결되고, 상기 발진원이 탑재되는 가진 프레임; 및
   상기 발진원에 해당하는 것으로, 상기 가진 프레임에 탑재되고 속도 제어가 가능한 모터와, 상기 모터의 구동축에 연결되어서 원을 그리면서 상기 표면에 물리적인 충격을 가하는 가진추와, 상기 모터의 구동축과 가진추를 서로 이격된 위치에서 동력적으로 연결시키는 연결체를 포함하여 이루어지는 발진 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모터에 제어 신호를 인가시키는 제어 장치; 및
   상기 가진추를 원격으로 작동시킬 수 있도록, 상기 제어 신호를 무선으로 송출시키는 통신 장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결체는, 상기 가진추가 상기 모터의 정방향 회전에 의해 상기 표면을 타격한 이후 그 모터에 역방향 회전을 위한 제어신호가 인가된다 하더라도 일정시간 동안 표면타격상태가 유지될 수 있도록, 휨 변형이 가능한 탄성을 가진 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가진 프레임은, 상기 모터보다 큰 중량을 가지는 것을 특징으로 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가진 프레임과 센서 유닛의 플랫폼을 연결시키는 연결부위에 설치되는 방진부재;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 각 비접촉 센서는, 마이크로폰 센서인 것을 특징으로 하는 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템.

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