KR20210068675A - System for monitoring damage of vibration-based structure using drone and removable permanent magnet, and method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 탈부착 가능한 영구자석과 무인비행체인 드론(Drone)을 통해 압전센서를 교량이나 빌딩과 같은 구조물에 탈부착하고, 하나의 압전센서를 이용하여 진동 기반의 비파괴검사를 수행하는, 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone, and more specifically, a piezoelectric sensor to a structure such as a bridge or a building through a detachable permanent magnet and an unmanned aerial vehicle (Drone). It relates to a vibration-based structure damage detection system and method using detachable permanent magnets and drones that are detachable and perform vibration-based non-destructive inspection using a single piezoelectric sensor.
산업사회로 발전하는 과정에서 건설된 대형 구조물과 시설물들은 설계 및 시공 과정에서의 결함 또는 설계 당시에 고려하지 못하였던 각종 요인으로 인하여 구조 손상이 발생되며, 이러한 구조물들의 사용 기간이 경과함에 따라 점차 노후화됨으로써 그 안전성이 크게 위협을 받고 있다. 예를 들면, 심각한 정도의 구조 손상이 발생한 구조물의 경우, 설계 당시에 계획되었던 설계 사용연한에 크게 못 미칠 정도로 사용연한의 단축을 초래하는 경우도 빈번히 발생하고 있다.Large structures and facilities built in the process of developing into an industrial society suffer structural damage due to defects in the design and construction process or various factors that were not considered at the time of design, and these structures gradually deteriorate as the period of use elapses. Its safety is greatly threatened. For example, in the case of a structure that has suffered serious structural damage, there are frequent cases in which the service life is shortened to the extent that it is far short of the design service life planned at the time of design.
이에 따라, 건축 구조물의 장기적인 안전성 및 작동성을 확보하기 위한 노력이 절실히 요구되고 있다. 특히, 건물, 교량, 댐 등과 같은 대형 구조물은 각종 운영 하중, 외부 물체에 의한 충격, 지진, 풍하중, 파랑 하중, 부식 등에 지속적으로 노출되어 있기 때문에 이들로부터 구조물의 안전을 확보하는 문제는 경제적 및 사회적으로 지대한 관심의 현안이 되고 있다. 이러한 대형 구조물들의 정확한 안전 진단을 위해서는 적절한 실험 계측을 통한 구조물 거동의 모니터링, 구조물 손상을 역학적으로 분석하는 기술 및 구조물 손상을 모델화하는 해석 기술을 통한 진단 기술이 요구된다.Accordingly, there is an urgent need for efforts to secure long-term safety and operability of the building structure. In particular, since large structures such as buildings, bridges, and dams are continuously exposed to various operating loads, impacts from external objects, earthquakes, wind loads, wave loads, and corrosion, the problem of securing the safety of structures from them is economic and social. has become a topic of great interest. For accurate safety diagnosis of such large structures, monitoring of structure behavior through appropriate experimental measurement, a technique to dynamically analyze structural damage, and an analysis technique to model structural damage are required.
이러한 대형 구조물의 손상을 발견하기 위해 사용되고 있는 기술은 재료적인 비파괴검사법과 더불어 정변위 측정법 및 진동 특성 측정법 등이 사용되고 있다. 예를 들면, 이들 중에서 정변위 측정 및 진동 특성치를 이용한 구조물의 손상 추정 방법은 통상적으로 구조식별 기법(System Identification: SID)이라 한다. 이러한 구조식별 기법(SID)은 구조계의 거동을 실측하고, 이를 구조 해석적으로 모델화하여 구조물 특성치를 추정하는 방법이다.Techniques used to detect damage to such large structures include, in addition to material non-destructive testing, positive displacement measurement and vibration characteristic measurement. For example, among them, a method of estimating damage to a structure using positive displacement measurement and vibration characteristics is commonly referred to as a system identification technique (SID). The structural identification technique (SID) is a method of estimating structural characteristics by measuring the behavior of a structural system and modeling it structurally analytically.
전술한 바와 같이, 구조물의 비정상 거동 평가를 위한 비파괴검사 기술은 기계, 항공, 조선, 건설 등의 산업 전반에 걸쳐 활용도가 매우 높은 첨단 기술이다. 특히, 초장대 교량, 초고층 빌딩과 같은 대형 사회기반시설물의 경우, 비정상 거동은 손상을 유발하고, 이것은 곧 막대한 경제적 피해 및 심각한 인명 피해를 유발하므로, 무결점 거동 평가의 운용이 필수적이다.As described above, the non-destructive testing technology for evaluating the abnormal behavior of structures is a high-tech technology with very high utilization throughout industries such as machinery, aviation, shipbuilding, and construction. In particular, in the case of large-scale infrastructure such as super-long bridges and skyscrapers, abnormal behavior causes damage, which in turn causes enormous economic damage and serious damage to human life, so the operation of zero-defect behavior evaluation is essential.
이에 따라, 주요 사회기반시설물에 대한 주기적인 안전점검이 이루어지고 있으나, 주로 점검자에 의해 접근 가능한 지점에 대한 육안검사 수준에 머무르고 있으며, 또한, 점검에 필요한 인력과 자원의 부족 및 접근이 불가능한 시설물에 대한 점검의 어려움 등으로 인하여 점검주기가 제한되는 것이 현실이다. 또한, 종래의 기술에 따른 비파괴 진단 방식의 문제점을 보완하기 위하여 국부적 계측 시스템을 통하여 취약부재의 국부 손상을 조기에 포착해 낼 수 있는 알고리즘 기술 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, although periodic safety inspections of major infrastructure are being conducted, they are mainly limited to the level of visual inspection of points accessible by inspectors. The reality is that the inspection period is limited due to the difficulty of inspection. In addition, in order to compensate for the problems of the non-destructive diagnosis method according to the prior art, there is a need to develop an algorithm technology capable of early detection of local damage to a vulnerable member through a local measurement system.
한편, 국내의 경우, 노후화된 특수교량 숫자가 급격하게 증가하면서 정기점검 횟수도 증가하고 있는데, 이러한 점검의 상당한 부분이 육안으로 진행되고 있다.Meanwhile, in Korea, as the number of aged special bridges is rapidly increasing, the number of regular inspections is also increasing, and a significant part of these inspections is being conducted visually.
따라서 무인비행체인 드론과 영상처리 기법을 활용하여 육안 검사를 대체할 수 있는 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 구조물의 미세한 균열 또는 내부 손상 여부를 파악하기에는 불가능한 실정이다. 따라서 예를 들면, 드론으로 대상 구조물을 조기에 진단할 수 있는 기법이 필요한 실정이다.Therefore, studies that can replace the visual inspection using drones and image processing techniques are being actively conducted, but it is impossible to determine whether there are microscopic cracks or internal damage in the structure. Therefore, for example, there is a need for a technique capable of early diagnosis of a target structure using a drone.
도 1은 종래의 기술에 따른 구조물 손상 감지를 위해 다수의 센서가 부착된 구조물을 예시하는 도면이다.1 is a view illustrating a structure to which a plurality of sensors are attached for detecting structure damage according to the prior art.
종래의 기술에 따른 구조물로서, 통상적인 현수교 구조물(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 강재 또는 철근 콘크리트 구조의 주탑(11), 상기 주탑(11)에 매달린 케이블(12), 장대교량의 상판 또는 거더(13), 상기 거더(13)를 지지하는 교각(14), 상기 케이블(12)에 매달려 케이블의 장력을 대지 방향으로 이끄는 행거(15) 및 상기 케이블(12)의 일측을 지면에 고정시키는 앵커리지 등을 포함하여 구성되며, 현수교 구조물(10)에 다수의 센서(16)를 부착하여 손상을 감지한다. 이때, 상기 현수교 구조물(10)에 다수의 센서(16)를 부착하여 손상을 감지하기 때문에 비용이 증가하게 된다.As a structure according to the prior art, a typical
한편, 도 2는 종래의 기술에 따른 구조물 손상 감지를 위해 다수의 압전센서가 매립된 구조물을 예시하는 도면이다.Meanwhile, FIG. 2 is a diagram illustrating a structure in which a plurality of piezoelectric sensors are embedded for detecting structure damage according to the related art.
비파괴검사 중에서 전기기계적 임피던스(Electromechanical impedance) 기법은 높은 주파수 영역을 사용함으로써 미세한 균열을 감지하기에 적합하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 압전센서(21)를 영구적으로 구조물(20)에 부착해야 되며, 특히, 콘크리트나 복합재료에서 손상감지 민감도를 높이기 위하여 압전센서(21)와 구조물(20) 사이에 금속 재질을 부착할 수 있다.Among the non-destructive tests, the electromechanical impedance technique is suitable for detecting fine cracks by using a high frequency region, but as shown in FIG. 2 , the
따라서 전기기계적 임피던스 기법을 위한 압전센서(21)를 대형 구조물(20)에 적용할 시 수백 개의 압전센서(21)가 부착 또는 매립되어야 되며, 이것은 유지관리 비용을 높일 수 있다는 문제점이 있다.Therefore, when applying the
전술한 바와 같이, 고주파수 진동 기반 구조물 모니터링 기법은 미세한 손상을 찾는데 유리하지만, 이때, 센서가 구조물에 사전에 부착되거나 매립되어 있어야 되며, 특히, 면적이 큰 대형구조물의 경우, 수백여 개의 센서가 필요하므로 비용이 증가함에 따라 적합하지 않다.As described above, the high-frequency vibration-based structure monitoring technique is advantageous in finding minute damage, but at this time, the sensor must be attached or embedded in the structure in advance. Therefore, it is not suitable as the cost increases.
따라서 수백여 개의 센서를 설치하여 구조물을 모니터링 하는 것보다, 효율적인 점검을 위해 하나의 탈부착 가능한 센서로 점검하는 비파괴검사 기술이 필요한 실정이다.Therefore, rather than installing hundreds of sensors to monitor a structure, a non-destructive inspection technology that checks with a single detachable sensor for efficient inspection is required.
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1718310호에는 "드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하며, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.On the other hand, as a prior art for solving the above problems, the Republic of Korea Patent No. 10-1718310, which was applied for and registered as a patent by the applicant of the present invention, "a system for detecting damage to a vibration-based structure using a drone and a method therefor" BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention of the nomenclature is disclosed and described with reference to FIGS. 3 and 4, which is incorporated herein by reference and form a part of the present invention.
도 3은 종래의 기술에 따른 손상 감지를 위해 드론을 활용하여 하나의 센서를 탈부착하는 구조물을 예시하는 도면이고, 도 4는 종래의 기술에 따른 손상 감지를 위해 하나의 압전센서를 탈부착하는 구조물을 예시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a structure for attaching and detaching one sensor using a drone for damage detection according to the prior art, and FIG. 4 is a structure for attaching and detaching one piezoelectric sensor for damage detection according to the prior art. It is an illustrative drawing.
종래의 기술에 따른 손상 감지를 위해 드론을 활용하여 하나의 센서를 탈부착하는 구조물은, 도 5에 도시된 바와 같이, 통상적인 현수교 구조물(200)에 적용될 수 있고, 구체적으로, 강재 또는 철근 콘크리트 구조의 주탑(210), 상기 주탑(210)에 매달린 케이블(220), 장대교량의 상판 또는 거더(230), 상기 거더(230)를 지지하는 교각(240), 상기 케이블(220)에 매달려 케이블의 장력을 대지 방향으로 이끄는 행거(250) 및 상기 케이블(220)의 일측을 지면에 고정시키는 앵커리지 등을 포함하여 구성되며, 현수교 구조물(200)에 다수의 센서를 직접 부착하지 않고, 카메라(120)가 장착된 드론(110)을 사용하여 구조물(200)의 소정 위치까지 비행한 후, 상기 드론(110)에 탑재된 센서부착 유닛(130)을 구동시켜 탈부착 센서모듈(140)을 상기 구조물의 소정 위치에 임시 부착하고, 단지 하나의 탈부착 센서모듈(140)을 반복적으로 사용하여 상기 구조물(200)의 손상을 감지한다.A structure for attaching and detaching one sensor using a drone for damage detection according to the prior art may be applied to a conventional
이에 따라 전술한 바와 같이 다수의 센서를 사용하여 상기 구조물의 손상을 감지하는 것이 아니고, 단지 하나의 탈부착 센서모듈(140)을 반복적으로 사용하여 상기 구조물(200)의 손상을 감지함으로써 센서 설치비용을 감소시킬 수 있다.Accordingly, as described above, the sensor installation cost is reduced by detecting damage to the
종래의 기술에 따른 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서, 탈부착 센서모듈(140)은 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물(200)의 센서부착 위치(260)에서 계측한 후, 상기 드론(110)에 의해 상기 구조물(200)의 다음 센서부착 위치(260)로 이동하여 상기 구조물(200)을 추가로 계측하게 된다. 이후, 상기 드론(110)을 사용하여 상기 구조물(200)의 계측이 모두 완료되면, 상기 드론(110)을 복귀시킨다.In the vibration-based structure damage detection system using a drone according to the prior art, the
하지만, 종래의 기술에 따른 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템의 경우, 드론(110)에 탑재된 센서부착 유닛(130)을 구동시켜 탈부착 센서모듈(140)을 구조물(200)의 센서 부착 위치에 임시로 부착한 후 탈착하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다. 예를 들면, 구조물(200)의 센서 부착 위치가 수직 벽면인 경우, 탈부착 센서모듈(140)을 부착하여 측정하기 위해서는 드론(110)이 계속 비행 상태를 유지해야 하며, 이때, 드론(110)으로 인한 진동이 발생함에 따라 측정결과가 정확하지 않다는 문제점이 있다.However, in the case of a vibration-based structure damage detection system using a drone according to the prior art, the
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 탈부착 가능한 영구자석과 무인비행체인 드론을 통해 압전센서를 교량이나 빌딩과 같은 구조물에 탈부착하고, 하나의 압전센서를 이용하여 진동 기반의 비파괴검사를 수행함으로써 구조물을 효율적으로 점검할 수 있는, 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical task of the present invention to solve the above problems is to attach and detach a piezoelectric sensor to a structure such as a bridge or a building through a detachable permanent magnet and an unmanned aerial vehicle drone, and use a single piezoelectric sensor to generate vibration-based An object of the present invention is to provide a vibration-based structure damage detection system and method using detachable permanent magnets and drones that can efficiently inspect structures by performing non-destructive testing.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 여러 개의 압전센서를 영구적으로 구조물에 부착하지 않고, 탈부착 가능한 영구자석과 드론을 활용하여 하나의 압전센서를 구조물에 임시로 부착하여 여러 영역을 순차적으로 감지할 수 있는, 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical task to be achieved by the present invention is to sequentially detect several areas by temporarily attaching one piezoelectric sensor to the structure by using a detachable permanent magnet and a drone without permanently attaching several piezoelectric sensors to the structure. An object of the present invention is to provide a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone and a method therefor.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고주파수 진동 기반 모니터링 기법인 전기기계적 임피던스 기법에 따라 확률신경회로망 방식으로 신호처리 및 주파수별 임피던스에 대응하는 구조물 손상 여부를 분석하고 판단할 수 있는, 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical task to be achieved by the present invention is that it is possible to analyze and determine whether a structure is damaged corresponding to the signal processing and frequency-specific impedance in a stochastic neural network method according to the electromechanical impedance technique, which is a high-frequency vibration-based monitoring technique. An object of the present invention is to provide a vibration-based structure damage detection system and method using permanent magnets and drones.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템은, 무인 비행체로서, 하나의 압전센서를 구조물의 구조물용 영구자석 위치에 부착하기 위해서 상기 구조물에 접근하도록 비행하는 드론; 상기 드론을 무선으로 원격 조종하는 드론 조종기; 상기 구조물의 손상을 감지하기 위한 센서로서, 상기 구조물의 구조물용 영구자석 위치에 부착되어 상기 구조물을 계측한 후, 상기 구조물로부터 탈착되는 하나의 압전센서; 상부에 상기 압전센서가 안착되고, 하부는 상기 구조물용 영구자석에 부착되는 센서용 영구자석; 상기 드론에 설치되어 상기 드론 조종기에 의해 원격 제어되고, 상기 압전센서를 상기 구조물에 부착 또는 탈착시키기 위한 센서부착 유닛; 및 상기 압전센서로부터 계측된 계측값에 따라 상기 구조물의 손상 여부를 판단하는 구조물 손상 판단부를 포함하되, 상기 압전센서는 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물의 구조물용 영구자석 위치에서 계측한 후, 상기 드론에 의해 상기 구조물의 다음 구조물용 영구자석 위치로 이동하여 상기 구조물을 추가로 계측하며, 상기 구조물의 구조물용 영구자석 위치를 촬영하도록 드론에 장착되는 카메라; 및 상기 드론 조종기에 연결되고, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 표시하는 드론 모니터를 포함하되, 상기 드론은, 드론 조종기로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상신호를 상기 드론 조종기로 전송하는 무선통신모듈; 상기 무선통신모듈을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛을 제어하고, 상기 카메라의 구동을 제어하고, 상기 카메라로부터 촬영된 데이터를 상기 무선통신모듈을 통해 상기 드론 조종기로 전송하는 것을 제어하는 제어부; 상기 카메라에 의해 촬영된 데이터 및 압전세서에 의해 계측된 데이터를 저장하는 메모리; 상기 드론 조종기로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 드론을 비행시키도록 상기 제어부의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛; 및 상기 무선통신모듈, 제어부, 메모리 및 비행 유닛에 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 구성된다.As a means for achieving the above-described technical problem, the vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to the present invention is an unmanned aerial vehicle, and one piezoelectric sensor is attached to the permanent magnet position for the structure of the structure. a drone that flies to approach the structure in order to do so; a drone manipulator for remotely controlling the drone wirelessly; A sensor for detecting damage to the structure, comprising: one piezoelectric sensor attached to a position of a permanent magnet for a structure of the structure, measuring the structure, and then detached from the structure; The piezoelectric sensor is seated on the upper part, the lower part is a permanent magnet for the sensor attached to the permanent magnet for the structure; a sensor attachment unit installed in the drone and remotely controlled by the drone manipulator to attach or detach the piezoelectric sensor to the structure; and a structure damage determination unit for determining whether the structure is damaged according to the measured value measured from the piezoelectric sensor, wherein the piezoelectric sensor is a vibration-based non-destructive inspection method after measuring at the position of a permanent magnet for the structure of the structure, a camera mounted on the drone to move to the position of the permanent magnet for the next structure of the structure by the drone, further measure the structure, and photograph the position of the permanent magnet for the structure of the structure; and a drone monitor connected to the drone manipulator and displaying an image captured by the camera, wherein the drone receives a remote control signal from the drone manipulator and transmits the image signal captured by the camera to the drone manipulator a wireless communication module for transmitting to; A control unit for controlling the flight unit according to the remote control signal received through the wireless communication module, controlling the operation of the camera, and controlling transmission of the data photographed from the camera to the drone controller through the wireless communication module ; a memory for storing data photographed by the camera and data measured by the piezoelectric sensor; a flight unit driven under the control of the controller to fly the drone according to the remote control signal transmitted to the drone controller; and a battery for supplying power to the wireless communication module, the control unit, the memory and the flight unit.
여기서, 상기 구조물용 영구자석은 둥근 홈이 형성된 영구자석이고, 상기 센서용 영구자석은 상기 구조물용 영구자석의 둥근 홈에 밀착되도록 형성된 영구자석인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the permanent magnet for the structure is a permanent magnet having a round groove, and the permanent magnet for the sensor is a permanent magnet formed to be in close contact with the round groove of the permanent magnet for the structure.
여기서, 상기 압전센서는 15㎜ x 10㎜의 직사각형 압전센서로서, 상기 센서용 영구자석의 상부에 안착될 수 있다.Here, the piezoelectric sensor is a rectangular piezoelectric sensor of 15 mm x 10 mm, and may be seated on the permanent magnet for the sensor.
여기서, 상기 구조물용 영구자석에 상기 센서용 영구자석을 안전하게 부착할 수 있도록 상기 센서부착 유닛 및 상기 압전센서 사이에 탄성스프링 또는 고무와 같은 탄성재료를 통해 탄성적으로 결합시킬 수 있다.Here, it may be elastically coupled between the sensor attachment unit and the piezoelectric sensor through an elastic material such as an elastic spring or rubber so that the permanent magnet for the sensor can be safely attached to the permanent magnet for the structure.
여기서, 상기 압전센서는 상기 구조물의 구조물용 영구자석 위치 각각에서 탈부착을 반복하여 상기 구조물을 계측하는 것을 특징으로 한다.Here, the piezoelectric sensor is characterized in that the structure is measured by repeating attachment and detachment at each position of the permanent magnet for the structure of the structure.
여기서, 상기 배터리는 상기 센서부착 유닛 및 상기 압전센서에 전원을 공급할 수 있다.Here, the battery may supply power to the sensor attachment unit and the piezoelectric sensor.
여기서, 상기 구조물 손상 판단부는 상기 구조물로부터 계측된 데이터에 기반하여 확률신경회로망 방식으로 신호처리 및 주파수별 임피던스에 대응하는 구조물 손상 여부를 분석하고 판단할 수 있다.Here, the structure damage determination unit may analyze and determine whether the structure is damaged corresponding to the signal processing and impedance for each frequency in a probabilistic neural network method based on the data measured from the structure.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법은, a) 드론 조종기를 사용하여 구조물에 매립된 구조물용 영구자석 위치까지 드론을 비행시키는 단계; b) 상기 드론에 장착된 카메라를 사용하여 상기 구조물에 매립된 구조물용 영구자석 위치를 촬영하는 단계; c) 상기 드론 조종기에 연결된 드론 모니터 화면을 통해 상기 드론에 장착된 센서부착 유닛을 구동시키는 단계; d) 상기 센서부착 유닛 단부의 하나의 압전세서와 결합된 센서용 영구자석을 상기 구조물에 매립된 구조물용 영구자석 상에 임시로 부착시키는 단계; e) 상기 구조물에 임시 부착된 압전센서가 상기 구조물을 진동-기반으로 계측하여 계측 데이터를 전송하는 단계; f) 계측이 왼료되면, 상기 압전센서와 결합된 센서용 영구자석을 상기 구조물용 영구자석으로부터 탈착시키는 단계; g) 상기 구조물의 추가 계측이 필요한지 판단하는 단계; 및 h) 상기 구조물로부터 계측된 데이터에 기반하여 주파수별 임피던스에 대응하는 상기 구조물의 손상 여부를 분석 및 판단하는 단계를 포함하되, 상기 압전센서는 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물의 구조물용 영구자석 위치에서 계측한 후, 상기 드론에 의해 상기 구조물의 다음 구조물용 영구자석 위치로 이동하여 상기 구조물을 추가로 계측하는 것을 특징으로 하며, 상기 b) 단계에서, 상기 드론에 장착된 카메라를 사용하여 상기 구조물의 구조물용 영구자석 위치를 촬영하고, 상기 드론 조종기에 연결된 드론 모니터 화면을 통해 상기 드론에 장착된 센서부착 유닛을 구동하며, 상기 드론은, 상기 드론 조종기로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 카메라에 의해 촬영된 영상신호를 상기 드론 조종기로 전송하는 무선통신모듈; 상기 무선통신모듈을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛을 제어하고, 상기 카메라의 구동을 제어하고, 상기 카메라로부터 촬영된 데이터를 상기 무선통신모듈을 통해 상기 드론 조종기로 전송하는 것을 제어하는 제어부; 상기 카메라에 의해 촬영된 데이터 및 압전센서에 의해 계측된 데이터를 저장하는 메모리; 상기 드론 조종기로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 드론을 비행시키도록 상기 제어부의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛; 및 상기 무선통신모듈, 제어부, 메모리 및 비행 유닛에 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 이루어진다.On the other hand, as another means for achieving the above-described technical problem, the vibration-based structure damage detection method using a detachable permanent magnet and a drone according to the present invention is a) a permanent magnet for a structure embedded in a structure using a drone manipulator flying the drone to the location; b) photographing the position of a permanent magnet for a structure embedded in the structure using a camera mounted on the drone; c) driving a sensor attachment unit mounted on the drone through a drone monitor screen connected to the drone controller; d) temporarily attaching a permanent magnet for a sensor coupled to one piezoelectric sensor at an end of the sensor attachment unit on a permanent magnet for a structure embedded in the structure; e) a piezoelectric sensor temporarily attached to the structure measuring the structure based on vibration and transmitting measurement data; f) when the measurement is completed, the step of detaching the permanent magnet for the sensor coupled to the piezoelectric sensor from the permanent magnet for the structure; g) determining whether additional metrology of the structure is necessary; and h) analyzing and judging whether the structure is damaged corresponding to the impedance for each frequency based on the data measured from the structure, wherein the piezoelectric sensor is a vibration-based non-destructive testing method for the structure of the structure. After measuring at the magnet position, it is characterized in that the structure is further measured by moving to the position of the permanent magnet for the next structure of the structure by the drone, and in step b), using a camera mounted on the drone The position of the permanent magnet for the structure of the structure is photographed, and a sensor attachment unit mounted on the drone is driven through a drone monitor screen connected to the drone manipulator, and the drone receives a remote control signal from the drone manipulator, a wireless communication module for transmitting an image signal photographed by a camera to the drone controller; A control unit for controlling the flight unit according to the remote control signal received through the wireless communication module, controlling the operation of the camera, and controlling transmission of the data photographed from the camera to the drone controller through the wireless communication module ; a memory for storing data captured by the camera and data measured by the piezoelectric sensor; a flight unit driven under the control of the controller to fly the drone according to the remote control signal transmitted to the drone controller; and a battery for supplying power to the wireless communication module, the control unit, the memory, and the flight unit.
본 발명에 따르면, 탈부착 가능한 영구자석과 무인비행체인 드론을 통해 압전센서를 교량이나 빌딩과 같은 구조물에 탈부착하고, 하나의 압전센서를 이용하여 진동 기반의 비파괴검사를 수행함으로써 구조물을 효율적으로 점검할 수 있다.According to the present invention, a piezoelectric sensor is attached to and detached from a structure such as a bridge or a building through a detachable permanent magnet and an unmanned aerial vehicle drone, and a vibration-based non-destructive inspection is performed using a single piezoelectric sensor to efficiently inspect the structure. can
본 발명에 따르면, 여러 개의 압전센서를 영구적으로 구조물에 부착하지 않고, 탈부착 가능한 영구자석과 드론을 활용하여 하나의 압전센서를 구조물에 임시로 부착하여 여러 영역을 순차적으로 감지할 수 있다. 이에 따라 소형 및 대형 구조물의 크기에 따른 센서 및 계측장비 필요 개수 영향이 없으며, 단지 하나의 압전센서가 장착된 드론으로 구조물의 모니터링이 가능해진다.According to the present invention, instead of permanently attaching several piezoelectric sensors to a structure, using a detachable permanent magnet and a drone, one piezoelectric sensor can be temporarily attached to a structure to sequentially detect several areas. Accordingly, there is no effect on the number of sensors and measuring equipment required depending on the size of small and large structures, and monitoring of structures is possible with a drone equipped with only one piezoelectric sensor.
본 발명에 따르면, 고주파수 진동 기반 모니터링 기법인 전기기계적 임피던스 기법에 따라 확률신경회로망(Probabilistic Neural Network) 방식으로 신호처리 및 주파수별 임피던스에 대응하는 구조물 손상 여부를 분석하고 판단할 수 있다.According to the present invention, according to the electromechanical impedance technique, which is a high-frequency vibration-based monitoring technique, it is possible to analyze and determine whether a structure is damaged in response to signal processing and impedance by frequency using a probabilistic neural network method.
도 1은 종래의 기술에 따른 구조물 손상 감지를 위해 다수의 센서가 부착된 구조물을 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 구조물 손상 감지를 위해 다수의 압전센서가 매립된 구조물을 예시하는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 손상 감지를 위해 드론을 활용하여 하나의 센서를 탈부착하는 구조물을 예시하는 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 손상 감지를 위해 하나의 압전센서를 탈부착하는 구조물을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 손상 감지를 위해 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용하는 구조물을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 하나의 압전센서를 사용하여 구조물을 계측하는 것을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 센서용 영구자석과 구조물용 영구자석의 탈부착 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 드론의 구체적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 드론 및 드론 조종기를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 탄성스프링을 통해 센서부착 유닛의 단부에 결합되는 압전센서와 센서용 영구자석을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 압전센서에 의해 측정되는 주파수별 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법의 동작흐름도이다.1 is a view illustrating a structure to which a plurality of sensors are attached for detecting structure damage according to the prior art.
FIG. 2 is a diagram illustrating a structure in which a plurality of piezoelectric sensors are embedded in order to detect damage to a structure according to the related art.
3 is a diagram illustrating a structure in which one sensor is attached and detached by using a drone for damage detection according to the related art.
4 is a view illustrating a structure for attaching and detaching one piezoelectric sensor for damage detection according to the prior art.
5 is a diagram illustrating a structure using a detachable permanent magnet and a drone for damage detection according to an embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating measuring a structure using a single piezoelectric sensor in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for specifically explaining a process of attaching and detaching a permanent magnet for a sensor and a permanent magnet for a structure in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
9 is a detailed configuration diagram of a drone in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a drone and a drone manipulator in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a piezoelectric sensor and a permanent magnet for a sensor coupled to an end of a sensor attachment unit through an elastic spring in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating impedance characteristics for each frequency measured by a piezoelectric sensor in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
13 is an operation flowchart of a method for detecting damage to a vibration-based structure using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.
[탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템(100)][Vibration-based structure
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 손상 감지를 위해 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용하는 구조물을 예시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a structure using a detachable permanent magnet and a drone for damage detection according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 통상적인 현수교 구조물(200)에 적용될 수 있고, 구체적으로, 강재 또는 철근 콘크리트 구조의 주탑(210), 상기 주탑(210)에 매달린 케이블(220), 장대교량의 상판 또는 거더(230), 상기 거더(230)를 지지하는 교각(240), 상기 케이블(220)에 매달려 케이블의 장력을 대지 방향으로 이끄는 행거(250) 및 상기 케이블(220)의 일측을 지면에 고정시키는 앵커리지 등을 포함하여 구성된다.A vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention may be applied to a conventional
이때, 현수교 구조물(200)에 다수의 센서를 직접 부착하지 않고, 카메라(120)가 장착된 드론(110)을 사용하여 구조물(200)의 소정 위치인 구조물용 영구자석(310) 위치까지 비행한 후, 상기 드론(110)에 탑재된 센서부착 유닛(130)을 구동시켜 압전센서(140)를 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310)에 임시 부착하고, 단지 하나의 압전센서(140)를 반복적으로 사용하여 상기 구조물(200)의 손상을 감지한다.At this time, without directly attaching a plurality of sensors to the
이에 따라 전술한 바와 같이 다수의 센서를 사용하여 상기 구조물의 손상을 감지하는 것이 아니고, 단지 하나의 압전센서(140)를 반복적으로 사용하여 상기 구조물(200)의 손상을 감지함으로써 압전센서 설치비용을 감소시킬 수 있다.Accordingly, as described above, the cost of installing a piezoelectric sensor is reduced by detecting damage to the
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 하나의 압전센서를 사용하여 구조물을 계측하는 것을 예시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 센서용 영구자석과 구조물용 영구자석의 탈부착 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 7의 a)는 센서용 영구자석을 구조물용 영구자석에 부착하는 것을 나타내며, 도 7의 b)는 센서용 영구자석이 구조물용 영구자석에 부착된 상태에서 압전센서가 구조물을 계측하는 것을 나타내며, 도 7의 c)는 계측이 완료된 후 센서용 영구자석을 구조물용 영구자석으로부터 탈착하는 것을 각각 나타낸다.On the other hand, FIG. 6 is a view illustrating measuring a structure using a single piezoelectric sensor in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is the present invention As a view for specifically explaining the process of attaching and detaching a permanent magnet for a sensor and a permanent magnet for a structure in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention, a) of FIG. It shows that the permanent magnet is attached to the permanent magnet for a structure, and b) of FIG. 7 shows that the piezoelectric sensor measures the structure while the permanent magnet for the sensor is attached to the permanent magnet for the structure, and c) of FIG. After this is completed, it represents the detachment of the permanent magnet for the sensor from the permanent magnet for the structure, respectively.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용하는 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서, 압전센서(140)는 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310a) 위치에서 계측한 후, 상기 드론(110)에 의해 상기 구조물(200)의 다음 구조물용 영구자석(310b) 위치로 이동하여 상기 구조물(200)을 추가로 계측하게 된다. 이후, 상기 드론(110)을 사용하여 상기 구조물(200)의 계측이 모두 완료되면, 상기 드론(110)을 복귀시킨다.6, in the vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention, the
도 7의 a) 내지 c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서, 구조물(200)에 부착된 압전센서(140)는 상기 구조물(200)과 동시에 가진하기 때문에 상기 압전센서(140)는 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에 반드시 부착되어야 한다. 이때, 상기 압전센서(140)가 상기 구조물(200)로부터 탈착되어 분리되면, 상기 구조물(200)의 계측이 불가능하므로, 드론(110)을 사용하여 상기 압전센서(140)를 상기 구조물(200)에 임시 부착하여 계측한다.7 a) to c), in the vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에 적용되는 임피던스 기법은 고주파수 영역을 사용하는 기법으로서, 상기 압전센서(140)를 적용하여도 임피던스가 변화되고, 이러한 임피던스의 변화는 상기 구조물(200)의 손상으로 인한 계측신호의 변화와 유사하므로, 도 8의 a)에 도시된 바와 같이, 탈부착을 반복하여 구조물(200)을 계측하고, 이를 구분하기 위해서 인공지능 기법인 확률신경망(Probabilistic Neural Network) 방식을 사용하여 상기 구조물(200)의 손상 여부를 파악한다.In addition, the impedance technique applied to the vibration-based structure damage detection system using a drone according to an embodiment of the present invention is a technique using a high-frequency region, and the impedance is changed even when the
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템의 구성도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 드론의 구체적인 구성도이다.Meanwhile, FIG. 8 is a configuration diagram of a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a detachable permanent magnet and drone according to an embodiment of the present invention. It is a detailed configuration diagram of a drone in a vibration-based structure damage detection system.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템(100)은, 드론(110), 카메라(120), 센서부착 유닛(130), 압전센서(140), 드론 조종기(150), 드론 모니터(160), 구조물 손상 판단부(170) 및 센서용 영구자석(320)를 포함한다.8, the vibration-based structure
드론(110)은 무인 비행체로서, 하나의 압전센서(140)를 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에 부착하기 위해서 상기 구조물(200)에 접근하도록 비행한다.The
카메라(120)는 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치를 촬영하도록 상기 드론(110)에 장착된다. 여기서, 상기 카메라(120)를 사용하여 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치를 촬영하는 이유는 압전센서(140)를 구조물용 영구자석(310) 위치에 드론 조종기(150)를 조종하여 정확하게 부착하기 위한 것이다.The
센서부착 유닛(130)은 상기 드론(110)에 설치되어 상기 드론 조종기(150)에 의해 원격 제어되고, 상기 압전센서(140)를 상기 구조물(200)에 부착 또는 탈착시킨다. 여기서, 상기 센서부착 유닛(130)은, 상기 드론(110)에 장착되고, 상기 드론 조종기(150)에 의해 원격 제어된다.The
압전센서(140)는 단지 하나가 구비되고, 상기 구조물(200)의 손상을 감지하기 위한 센서로서, 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에 부착되어 상기 구조물(200)을 계측한 후, 상기 구조물(200)로부터 탈착된다. 예를 들면, 상기 압전센서(140)는 15㎜ x 10㎜의 직사각형 압전센서로서, 센서용 영구자석(320)의 상부에 안착된다.Only one
센서용 영구자석(320)은 상부에 압전센서(140)가 안착되고, 하부는 상기 구조물용 영구자석(310)에 부착되며, 이때, 상기 구조물용 영구자석(310)은 둥근 홈이 형성된 영구자석이고, 상기 센서용 영구자석(320)은 상기 구조물용 영구자석(310)의 둥근 홈에 밀착되도록 형성된 영구자석인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 센서용 영구자석(320)은 안정적으로 상기 구조물용 영구자석(310)에 부착될 수 있다.The
이때, 상기 압전센서(140)는 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치 각각에서 탈부착을 반복하여 상기 구조물(200)을 계측할 수 있다. 구체적으로, 상기 압전센서(140)는 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에서 계측한 후, 상기 드론(110)에 의해 상기 구조물(200)의 다음 구조물용 영구자석(310) 위치로 이동하여 상기 구조물(200)을 추가로 계측하게 된다.At this time, the
드론 조종기(150)는 상기 드론(110)을 무선으로 원격 조종하며, 드론 모니터(160)는 상기 드론 조종기(150)에 연결되고, 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 영상을 표시한다. 즉, 드론 조종자가 상기 드론 모니터(160)에 표시되는 촬영 영상인 구조물용 영구자석(310) 위치를 확인하면서 상기 압전센서(140)를 상기 구조물의 구조물용 영구자석(310) 위치에 정확하고 안전하게 임시로 부착시킬 수 있다.The
구조물 손상 판단부(170)는 상기 압전센서(140)로부터 계측된 계측값에 따라 상기 구조물(200)의 손상 여부를 판단한다. 여기서, 상기 구조물 손상 판단부(170)는 상기 구조물(200)로부터 계측된 데이터에 기반하여 확률신경회로망(Probabilistic Neural Network) 방식으로 신호처리 및 주파수별 임피던스에 대응하는 구조물(200) 손상 여부를 분석하고 판단한다.The structure
구체적으로, 상기 드론(110)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113), 비행유닛(114) 및 배터리(115)를 포함할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 9 , the
상기 드론(110)의 무선통신모듈(111)은 상기 드론 조종기(150)로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 영상신호를 상기 드론 조종기(150)로 전송한다.The
상기 드론(110)의 제어부(112)는 예를 들면, MCU(Micro Controller Unit)로 구현되며, 상기 무선통신모듈(111)을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 상기 비행 유닛(114)을 제어하고, 상기 카메라(120)의 구동을 제어하고, 상기 카메라(120)로부터 촬영된 데이터를 상기 무선통신모듈(111)을 통해 상기 드론 조종기(150)로 전송하는 것을 제어한다.The
상기 드론(110)의 메모리(113)는 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 데이터 및 압전센서(140)에서 계측되 데이터를 저장한다.The
상기 드론(110)의 비행 유닛(114)은 상기 드론 조종기(150)로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 드론(110)을 비행시키도록 상기 제어부(112)의 제어에 따라 구동된다.The
상기 드론(110)의 배터리(115)는 상기 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113) 및 비행 유닛(114)에 전원을 공급하며, 또한, 상기 배터리(115)는 상기 센서부착 유닛(130) 및 상기 압전센서(140)에 전원을 공급한다.The
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 드론 및 드론 조종기를 예시하는 도면이다.Meanwhile, FIG. 10 is a diagram illustrating a drone and a drone manipulator in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템(100)에서, 드론(110)은, 도 10의 a)에 도시된 바와 같이, 카메라(120), 센서부착 유닛(130), 압전센서(140) 및 센서용 영구자석(320)이 탑재된다.In the vibration-based structure
구체적으로, 상기 드론(110)은, 복수개의 프로펠러 모터에 의하여 구동되는 프로펠러를 구비한 드론본체 및 드론본체의 하부에 결합되는 짐벌을 포함하며, 상기 카메라(120)는 상기 짐벌에 장착되어 상기 짐벌에 의하여 수평을 유지한다.Specifically, the
예를 들면, 상기 짐벌은 드론본체의 하부에 결합되는 지지대; 상기 지지대에 롤링동작 가능하게 지지되는 롤링 동작부; 상기 롤링동작부에 피칭동작 가능하게 지지되는 피칭동작부; 및 상기 피칭동작부에 결합되어 카메라가 장착되는 카메라 장착부로 구성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 여기서, 상기 롤링동작부와 피칭동작부는 각각 수평센서(미도시)에 의하여 감지된 수평도에 따라 구동되는 롤링모터와 피칭모터에 의하여 롤링 및 피칭동작하여 카메라 장착부에 장착된 카메라가 수평을 유지하도록 구성된다.For example, the gimbal includes a support coupled to the lower portion of the drone body; a rolling operation part supported by the support so as to be capable of a rolling operation; a pitching operation part supported by the rolling operation part to be capable of a pitching operation; and a camera mounting unit coupled to the pitching operation unit to mount a camera, but is not limited thereto. Here, the rolling operation unit and the pitching operation unit perform rolling and pitching operations by a rolling motor and a pitching motor driven according to the level sensed by a horizontal sensor (not shown), respectively, so that the camera mounted on the camera mounting unit remains horizontal. is composed
센서부착 유닛(130)은 드론 조종기(150)에 의해 원격 제어되어, 상기 압전센서(140)를 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에 임시 부착시키며, 상기 압전센서(140)는 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에 임시 부착되어 상기 구조물(200)을 계측하고, 상기 드론(110)의 비행에 의해 상기 구조물(200)의 다음 구조물용 영구자석(310) 위치로 이동되어 상기 구조물(200)을 계측하게 된다.The
또한, 드론 조종기(150)는, 도 10의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 드론(110)을 무선으로 원격 조종하며, 드론 모니터(160)는 상기 드론 조종기(150)에 연결되고, 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 영상을 표시한다. 이에 따라, 드론 조종자가 상기 드론 모니터(160)에 표시되는 촬영 영상인 구조물용 영구자석(310) 위치를 확인하면서 상기 압전센서(140)를 상기 구조물의 구조물용 영구자석(310) 위치에 정확하고 안전하게 임시로 부착시킬 수 있다.In addition, the
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 탄성스프링을 통해 센서부착 유닛의 단부에 결합되는 압전센서와 센서용 영구자석을 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 11 is a view showing a piezoelectric sensor and a permanent magnet for a sensor coupled to the end of a sensor attachment unit through an elastic spring in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention to be.
본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템(100)에서, 센서부착 유닛(130) 단부의 압전센서(140)는 탄성스프링(330) 또는 고무와 같은 탄성재료 등을 통해 탄성적으로 결합시킴으로써, 상기 구조물용 영구자석(310)에 상기 센서용 영구자석(320)을 안전하게 부착할 수 있다.In the vibration-based structure
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서 압전센서에 의해 측정되는 주파수별 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 12 is a diagram illustrating impedance characteristics for each frequency measured by a piezoelectric sensor in a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템에서, 드론(110)에 설치되어 있는 압전센서(140)를 사용하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 구조물(200)의 표면에 임시 부착하여 주파수별 임피던스를 측정하고, 본 발명의 실시예에 따른 신호처리 기법인 확률신경망 방식을 사용하여 상기 구조물(200)의 손상 여부를 판단할 수 있다.In the vibration-based structure damage detection system using a drone according to an embodiment of the present invention, using the
[탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법][Method for detecting damage to vibration-based structures using detachable permanent magnets and drones]
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법의 동작흐름도이다.13 is an operation flowchart of a method for detecting damage to a vibration-based structure using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법은, 먼저, 드론 조종기(150)를 사용하여 구조물(200)에 매립된 구조물용 영구자석(310) 위치까지 드론(110)을 비행시킨다(S110).Referring to FIG. 13 , in the method for detecting damage to a vibration-based structure using a detachable permanent magnet and a drone according to an embodiment of the present invention, first, a permanent structure for a structure embedded in a
다음으로, 상기 드론(110)에 장착된 카메라(120)를 사용하여 상기 구조물(200)에 매립된 구조물용 영구자석(310) 위치를 촬영한다(S120).Next, the position of the
다음으로, 상기 드론 조종기(150)에 연결된 드론 모니터(160) 화면을 통해 상기 드론(110)에 장착된 센서부착 유닛(130)을 구동시킨다(S130).Next, the
다음으로, 상기 센서부착 유닛(130) 단부의 하나의 압전세서(140)와 결합된 센서용 영구자석(320)을 상기 구조물(200)에 매립된 구조물용 영구자석(310) 상에 임시로 부착시킨다(S140).Next, a
다음으로, 상기 구조물(200)에 임시 부착된 압전센서(140)가 상기 구조물(200)을 진동-기반으로 계측하여 계측 데이터를 전송한다(S150).Next, the
다음으로, 계측이 왼료되면, 상기 압전센서(140)와 결합된 센서용 영구자석(310)을 상기 구조물용 영구자석(320)으로부터 탈착시킨다(S160). 이때, 상기 압전센서(140)는 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310)에서 계측한 후, 상기 드론(110)에 의해 상기 구조물(200)의 다음 구조물용 영구자석(310)로 이동하여 상기 구조물(200)을 추가로 계측할 수 있다. 또한, 상기 압전센서(140)는 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치 각각에서 탈부착을 반복하여 상기 구조물(200)을 계측할 수 있다.Next, when the measurement is left, the
다음으로, 상기 구조물(200)의 추가 계측이 필요한지 판단하고(S170), 상기 구조물(200)의 추가 계측이 필요하면 전술한 S110 내지 S160 단계를 반복하여 수행한다.Next, it is determined whether additional measurement of the
다음으로, 상기 구조물(200)로부터 계측된 데이터에 기반하여 주파수별 임피던스에 대응하는 상기 구조물(200)의 손상 여부를 분석 및 판단한다(S180). 즉, 상기 구조물(200)로부터 계측된 데이터에 기반하여 확률신경회로망 방식으로 신호처리를 수행하고, 주파수별 임피던스에 대응하는 상기 구조물(200)의 손상 여부를 분석 및 판단한다. 후속적으로, 상기 드론(110)을 사용하여 상기 구조물(200)의 계측이 모두 완료되면, 상기 드론(110)을 복귀시킨다.Next, based on the data measured from the
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 탈부착 가능한 영구자석과 무인비행체인 드론을 통해 압전센서를 교량이나 빌딩과 같은 구조물에 탈부착하고, 하나의 압전센서를 이용하여 진동 기반의 비파괴검사를 수행함으로써 구조물을 효율적으로 점검할 수 있고, 또한, 여러 개의 압전센서를 영구적으로 구조물에 부착하지 않고, 탈부착 가능한 영구자석과 드론을 활용하여 하나의 압전센서를 구조물에 임시로 부착하여 여러 영역을 순차적으로 감지함에 따라 소형 및 대형 구조물의 크기에 따른 센서 및 계측장비 필요 개수 영향이 없으며, 단지 하나의 압전센서가 장착된 드론으로 구조물의 모니터링이 가능해지진다.After all, according to an embodiment of the present invention, a piezoelectric sensor is attached to and detached from a structure such as a bridge or a building through a detachable permanent magnet and an unmanned aerial vehicle drone, and a vibration-based non-destructive inspection is performed using a single piezoelectric sensor. In addition, instead of permanently attaching multiple piezoelectric sensors to the structure, using a detachable permanent magnet and drone, one piezoelectric sensor is temporarily attached to the structure to sequentially detect multiple areas. Accordingly, there is no effect on the number of sensors and measuring equipment required depending on the size of small and large structures, and monitoring of structures becomes possible with a drone equipped with only one piezoelectric sensor.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 고주파수 진동 기반 모니터링 기법인 전기기계적 임피던스 기법에 따라 확률신경회로망(Probabilistic Neural Network) 방식으로 신호처리 및 주파수별 임피던스에 대응하는 구조물 손상 여부를 분석하고 판단할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, according to the electromechanical impedance technique, which is a high-frequency vibration-based monitoring technique, it is possible to analyze and determine whether a structure is damaged in response to signal processing and impedance by frequency in a Probabilistic Neural Network method. have.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.
100: 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템
200: 구조물
110: 드론(무인 비행체)
120: 카메라
130: 센서부착 유닛
140: 압전센서
150: 드론 조종기
160: 드론 모니터
170: 구조물 손상 판단부
111: 무선통신모듈
112: 제어부(MCU)
113: 메모리
114: 비행 유닛
115: 배터리
310: 구조물용 영구자석
320: 센서용 영구자석
330: 탄성 스프링100: vibration-based structure damage detection system 200: structure
110: drone (unmanned aerial vehicle) 120: camera
130: sensor attachment unit 140: piezoelectric sensor
150: drone controller 160: drone monitor
170: structure damage determination unit 111: wireless communication module
112: control unit (MCU) 113: memory
114: flying unit 115: battery
310: permanent magnet for structure 320: permanent magnet for sensor
330: elastic spring
Claims (14)
상기 드론(110)을 무선으로 원격 조종하는 드론 조종기(150);
상기 구조물(200)의 손상을 감지하기 위한 센서로서, 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에 부착되어 상기 구조물(200)을 계측한 후, 상기 구조물(200)로부터 탈착되는 하나의 압전센서(140);
상부에 상기 압전센서(140)가 안착되고, 하부는 상기 구조물용 영구자석(310)에 부착되는 센서용 영구자석(320);
상기 드론(110)에 설치되어 상기 드론 조종기(150)에 의해 원격 제어되고, 상기 압전센서(140)를 상기 구조물(200)에 부착 또는 탈착시키기 위한 센서부착 유닛(130); 및
상기 압전센서(140)로부터 계측된 계측값에 따라 상기 구조물(200)의 손상 여부를 판단하는 구조물 손상 판단부(170)를 포함하되,
상기 압전센서(140)는 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에서 계측한 후, 상기 드론(110)에 의해 상기 구조물(200)의 다음 구조물용 영구자석(310) 위치로 이동하여 상기 구조물(200)을 추가로 계측하며,
상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치를 촬영하도록 드론(110)에 장착되는 카메라(120); 및 상기 드론 조종기(150)에 연결되고, 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 영상을 표시하는 드론 모니터(160)를 포함하되, 상기 드론(110)은, 드론 조종기(150)로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 영상신호를 상기 드론 조종기(150)로 전송하는 무선통신모듈(111); 상기 무선통신모듈(111)을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛(114)을 제어하고, 상기 카메라(120)의 구동을 제어하고, 상기 카메라(120)로부터 촬영된 데이터를 상기 무선통신모듈(111)을 통해 상기 드론 조종기(150)로 전송하는 것을 제어하는 제어부(112); 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 데이터 및 압전세서(140)에 의해 계측된 데이터를 저장하는 메모리(113); 상기 드론 조종기(150)로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 드론(110)을 비행시키도록 상기 제어부(112)의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛(114); 및 상기 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113) 및 비행 유닛(114)에 전원을 공급하는 배터리(115)를 포함하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템.As an unmanned aerial vehicle, a drone 110 flying to approach the structure 200 in order to attach one piezoelectric sensor 140 to the structure permanent magnet 310 position of the structure 200;
a drone manipulator 150 for remotely controlling the drone 110 wirelessly;
As a sensor for detecting damage to the structure 200 , it is attached to a position of a permanent magnet 310 for a structure of the structure 200 , measures the structure 200 , and then detaches from the structure 200 . of the piezoelectric sensor 140;
The piezoelectric sensor 140 is seated on the upper part, the lower part is a permanent magnet 320 for a sensor attached to the permanent magnet 310 for the structure;
a sensor attachment unit 130 installed in the drone 110 and remotely controlled by the drone manipulator 150 to attach or detach the piezoelectric sensor 140 to the structure 200; and
and a structure damage determination unit 170 that determines whether the structure 200 is damaged according to the measured value measured from the piezoelectric sensor 140,
The piezoelectric sensor 140 measures the position of the permanent magnet 310 for the structure of the structure 200 in a vibration-based non-destructive inspection method, and then uses the drone 110 for the permanent magnet for the next structure of the structure 200 . The structure 200 is further measured by moving to the position of the magnet 310,
a camera 120 mounted on the drone 110 to photograph the position of the permanent magnet 310 for the structure of the structure 200; and a drone monitor 160 connected to the drone controller 150 and displaying an image captured by the camera 120 , wherein the drone 110 receives a remote control signal from the drone controller 150 . a wireless communication module 111 for receiving and transmitting the image signal photographed by the camera 120 to the drone controller 150; Controls the flight unit 114 according to the remote control signal received through the wireless communication module 111, controls the driving of the camera 120, and transmits the data photographed from the camera 120 to the wireless communication module a control unit 112 for controlling transmission to the drone controller 150 through (111); a memory 113 for storing data photographed by the camera 120 and data measured by the piezoelectric sensor 140; a flight unit 114 driven under the control of the controller 112 to fly the drone 110 according to a remote control signal transmitted to the drone controller 150; and a detachable permanent magnet including a battery 115 for supplying power to the wireless communication module 111, the control unit 112, the memory 113 and the flight unit 114, and vibration-based structure damage detection using a drone system.
상기 구조물용 영구자석(310)은 둥근 홈이 형성된 영구자석이고, 상기 센서용 영구자석(320)은 상기 구조물용 영구자석(310)의 둥근 홈에 밀착되도록 형성된 영구자석인 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템.According to claim 1,
The permanent magnet for the structure 310 is a permanent magnet with a round groove, and the permanent magnet 320 for the sensor is a permanent magnet formed to be in close contact with the round groove of the permanent magnet 310 for the structure. Vibration-based structure damage detection system using permanent magnets and drones.
상기 압전센서(140)는 15㎜ x 10㎜의 직사각형 압전센서로서, 상기 센서용 영구자석(320)의 상부에 안착되는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템.According to claim 1,
The piezoelectric sensor 140 is a 15 mm x 10 mm rectangular piezoelectric sensor, and a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and drone, characterized in that it is seated on the upper part of the permanent magnet 320 for the sensor. .
상기 구조물용 영구자석(310)에 상기 센서용 영구자석(320)을 안전하게 부착할 수 있도록 상기 센서부착 유닛(130) 및 상기 압전센서(140) 사이에 탄성스프링(330) 또는 고무와 같은 탄성재료를 통해 탄성적으로 결합시킨 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템.According to claim 1,
An elastic material such as an elastic spring 330 or rubber between the sensor attachment unit 130 and the piezoelectric sensor 140 so that the sensor permanent magnet 320 can be safely attached to the structure permanent magnet 310 . Vibration-based structure damage detection system using detachable permanent magnets and drones, characterized in that they are elastically combined through
상기 압전센서(140)는 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치 각각에서 탈부착을 반복하여 상기 구조물(200)을 계측하는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템.According to claim 1,
The piezoelectric sensor 140 is a detachable permanent magnet, characterized in that the structure 200 is measured by repeating attachment and detachment at each position of the permanent magnet 310 for the structure. Structure damage detection system.
상기 배터리(115)는 상기 센서부착 유닛(130) 및 상기 압전센서(140)에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템.According to claim 1,
The battery 115 is a vibration-based structure damage detection system using a detachable permanent magnet and drone, characterized in that it supplies power to the sensor attachment unit 130 and the piezoelectric sensor 140 .
상기 구조물 손상 판단부(170)는 상기 구조물(200)로부터 계측된 데이터에 기반하여 확률신경회로망(Probabilistic Neural Network) 방식으로 신호처리 및 주파수별 임피던스에 대응하는 구조물(200) 손상 여부를 분석하고 판단하는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 시스템.According to claim 1,
The structure damage determination unit 170 analyzes and determines whether the structure 200 is damaged in signal processing and frequency-dependent impedance based on the data measured from the structure 200 in a Probabilistic Neural Network method. Vibration-based structure damage detection system using detachable permanent magnets and drones, characterized in that
b) 상기 드론(110)에 장착된 카메라(120)를 사용하여 상기 구조물(200)에 매립된 구조물용 영구자석(310) 위치를 촬영하는 단계;
c) 상기 드론 조종기(150)에 연결된 드론 모니터(160) 화면을 통해 상기 드론(110)에 장착된 센서부착 유닛(130)을 구동시키는 단계;
d) 상기 센서부착 유닛(130) 단부의 하나의 압전세서(140)와 결합된 센서용 영구자석(320)을 상기 구조물(200)에 매립된 구조물용 영구자석(310) 상에 임시로 부착시키는 단계;
e) 상기 구조물(200)에 임시 부착된 압전센서(140)가 상기 구조물(200)을 진동-기반으로 계측하여 계측 데이터를 전송하는 단계;
f) 계측이 왼료되면, 상기 압전센서(140)와 결합된 센서용 영구자석(310)을 상기 구조물용 영구자석(320)으로부터 탈착시키는 단계;
g) 상기 구조물(200)의 추가 계측이 필요한지 판단하는 단계; 및
h) 상기 구조물(200)로부터 계측된 데이터에 기반하여 주파수별 임피던스에 대응하는 상기 구조물(200)의 손상 여부를 분석 및 판단하는 단계를 포함하되,
상기 압전센서(140)는 진동-기반 비파괴검사 방식으로 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치에서 계측한 후, 상기 드론(110)에 의해 상기 구조물(200)의 다음 구조물용 영구자석(310) 위치로 이동하여 상기 구조물(200)을 추가로 계측하는 것을 특징으로 하며,
상기 b) 단계에서, 상기 드론(110)에 장착된 카메라(120)를 사용하여 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치를 촬영하고, 상기 드론 조종기(150)에 연결된 드론 모니터(160) 화면을 통해 상기 드론(110)에 장착된 센서부착 유닛(130)을 구동하며,
상기 드론(110)은, 상기 드론 조종기(150)로부터 원격 제어신호를 수신하고, 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 영상신호를 상기 드론 조종기(150)로 전송하는 무선통신모듈(111); 상기 무선통신모듈(111)을 통해 수신된 원격 제어신호에 따라 비행 유닛(114)을 제어하고, 상기 카메라(120)의 구동을 제어하고, 상기 카메라(120)로부터 촬영된 데이터를 상기 무선통신모듈(111)을 통해 상기 드론 조종기(150)로 전송하는 것을 제어하는 제어부(112); 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 데이터 및 압전센서(140)에 의해 계측된 데이터를 저장하는 메모리(113); 상기 드론 조종기(150)로 전송된 원격 제어신호에 따라 상기 드론(110)을 비행시키도록 상기 제어부(112)의 제어에 따라 구동되는 비행 유닛(114); 및 상기 무선통신모듈(111), 제어부(112), 메모리(113) 및 비행 유닛(114)에 전원을 공급하는 배터리(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법.a) using the drone manipulator 150 to fly the drone 110 to the position of the permanent magnet 310 for the structure embedded in the structure 200;
b) photographing the position of the permanent magnet 310 for the structure embedded in the structure 200 using the camera 120 mounted on the drone 110;
c) driving the sensor attachment unit 130 mounted on the drone 110 through the screen of the drone monitor 160 connected to the drone controller 150 ;
d) Temporarily attaching a permanent magnet 320 for a sensor coupled to one piezoelectric sensor 140 at the end of the sensor attachment unit 130 to a permanent magnet 310 for a structure embedded in the structure 200 step;
e) the piezoelectric sensor 140 temporarily attached to the structure 200 measures the structure 200 based on vibration and transmits measurement data;
f) when the measurement is left, the step of detaching the permanent magnet 310 for the sensor coupled with the piezoelectric sensor 140 from the permanent magnet 320 for the structure;
g) determining whether additional measurement of the structure 200 is necessary; and
h) analyzing and determining whether damage to the structure 200 corresponding to the impedance for each frequency based on the data measured from the structure 200,
The piezoelectric sensor 140 measures the position of the permanent magnet 310 for the structure of the structure 200 in a vibration-based non-destructive inspection method, and then uses the drone 110 for the permanent magnet for the next structure of the structure 200 . It is characterized in that the structure 200 is further measured by moving to the position of the magnet 310,
In step b), the position of the permanent magnet 310 for the structure of the structure 200 is photographed using the camera 120 mounted on the drone 110, and the drone monitor connected to the drone manipulator 150 ( 160) driving the sensor attachment unit 130 mounted on the drone 110 through the screen,
The drone 110 includes a wireless communication module 111 that receives a remote control signal from the drone controller 150 and transmits an image signal captured by the camera 120 to the drone controller 150 ; Controls the flight unit 114 according to the remote control signal received through the wireless communication module 111, controls the driving of the camera 120, and transmits the data photographed from the camera 120 to the wireless communication module a control unit 112 for controlling transmission to the drone controller 150 through (111); a memory 113 for storing data photographed by the camera 120 and data measured by the piezoelectric sensor 140; a flight unit 114 driven under the control of the controller 112 to fly the drone 110 according to a remote control signal transmitted to the drone controller 150; and a detachable permanent magnet comprising a battery 115 for supplying power to the wireless communication module 111, the control unit 112, the memory 113, and the flight unit 114. Vibration using a drone Methods for detecting infrastructure damage.
상기 구조물용 영구자석(310)은 둥근 홈이 형성된 영구자석이고, 상기 센서용 영구자석(320)은 상기 구조물용 영구자석(310)의 둥근 홈에 밀착되도록 형성된 영구자석인 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법.9. The method of claim 8,
The permanent magnet for the structure 310 is a permanent magnet with a round groove, and the permanent magnet 320 for the sensor is a permanent magnet formed to be in close contact with the round groove of the permanent magnet 310 for the structure. Vibration-based structural damage detection method using permanent magnets and drones.
상기 압전센서(140)는 15㎜ x 10㎜의 직사각형 압전센서로서, 상기 센서용 영구자석(320)의 상부에 안착되는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법.9. The method of claim 8,
The piezoelectric sensor 140 is a 15 mm x 10 mm rectangular piezoelectric sensor, and a method for detecting damage to a vibration-based structure using a detachable permanent magnet and a drone, characterized in that it is seated on an upper portion of the permanent magnet 320 for the sensor. .
상기 구조물용 영구자석(310)에 상기 센서용 영구자석(320)을 안전하게 부착할 수 있도록 상기 센서부착 유닛(130) 및 상기 압전센서(140) 사이에 탄성스프링(330) 또는 고무와 같은 탄성재료를 통해 탄성적으로 결합시킨 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법.9. The method of claim 8,
An elastic material such as an elastic spring 330 or rubber between the sensor attachment unit 130 and the piezoelectric sensor 140 so that the sensor permanent magnet 320 can be safely attached to the structure permanent magnet 310 . A method for detecting damage to a vibration-based structure using a detachable permanent magnet and drone, characterized in that it is elastically coupled through the
상기 e) 단계에서 상기 구조물(200)의 추가 계측이 필요한 경우, 상기 a) 내지 d) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법.9. The method of claim 8,
If additional measurement of the structure 200 is required in step e), a method for detecting damage to a vibration-based structure using a detachable permanent magnet and drone, characterized in that the steps a) to d) are repeatedly performed.
상기 압전센서(140)는 상기 구조물(200)의 구조물용 영구자석(310) 위치 각각에서 탈부착을 반복하여 상기 구조물(200)을 계측하는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법.9. The method of claim 8,
The piezoelectric sensor 140 is a detachable permanent magnet, characterized in that the structure 200 is measured by repeating attachment and detachment at each position of the permanent magnet 310 for the structure. Methods for detecting structural damage.
상기 f) 단계에서 상기 구조물(200)로부터 계측된 데이터에 기반하여 확률신경회로망(Probabilistic Neural Network) 방식으로 신호처리 및 주파수별 임피던스에 대응하는 상기 구조물(200)의 손상 여부를 분석 및 판단하는 것을 특징으로 하는 탈부착 가능한 영구자석 및 드론을 활용한 진동 기반 구조물 손상 감지 방법.9. The method of claim 8,
Analyze and determine whether the structure 200 is damaged in response to signal processing and impedance for each frequency in a Probabilistic Neural Network method based on the data measured from the structure 200 in step f) Vibration-based structure damage detection method using detachable permanent magnets and drones.
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