KR20220022545A - Device and method for measuring noncontact cracking of fiber reinforced structures - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소섬유 보강 콘크리트와 같은 섬유보강 구조물에 있어서, 섬유보강 구조물의 균열 순간을 측정할 수 있는 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact crack measuring apparatus and method of a fiber-reinforced structure capable of measuring the moment of cracking of a fiber-reinforced structure in a fiber-reinforced structure such as carbon fiber reinforced concrete.
일반적인 구조물을 받치는 하중, 진동, 기후 등의 영향에 의해 구조물에 균열이 발생하고, 그 균열 진행에 따라 구조물의 안전성에 문제를 야기시킬 수 있다. 따라서 구조물을 구성하는 구성품들을 제작 시, 미리 강도 시험을 통한 구조물에 지지 가능한 임계 하중과 진동 등에 관한 사양을 미리 측정을 통해 인지하고 있어야 하며, 임계 하중의 정확한 측정은 구조물의 안전성 확보에 매우 중요한 역할을 한다.Cracks occur in structures under the influence of loads, vibrations, and climate that support general structures, and the progress of the cracks may cause problems in the safety of structures. Therefore, when manufacturing the components constituting a structure, it is necessary to know the specifications regarding the critical load and vibration that can be supported by the structure through a strength test in advance, and accurate measurement of the critical load plays a very important role in securing the safety of the structure. do
임계 하중의 증대를 위해 이들 구성품 중 콘크리트로 제작된 것의 경우에는 탄소섬유, 철심 등 여러가지 보강제를 사용하여 그들의 임계 강도를 강화시키고 있다. 그러나, 지금까지 이들 보강 구조물의 임계 강도를 정확히 측정할 수 있는 측정법이 존재하지 않는 실정이었다.To increase the critical load, in the case of those made of concrete among these components, various reinforcing agents such as carbon fiber and iron core are used to strengthen their critical strength. However, there has been no measurement method capable of accurately measuring the critical strength of these reinforcing structures so far.
본 발명자는 적외선 열 화상을 이용한 보강 구조물의 온도 구배 측정으로부터 보강 구조물의 임계 강도의 정확한 측정이 가능함을 실험을 통해 도출하였으며, 이로부터 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have derived through experiments that the critical strength of the reinforcing structure can be accurately measured from the measurement of the temperature gradient of the reinforcing structure using infrared thermal imaging, thereby completing the present invention.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 섬유보강 구조물의 열화상을 기초로 시간에 대한 표면 온도 변화율을 산출하고, 이를 통해 구조물의 균열 발생 순간, 즉 구조물의 임계 강도를 높은 정밀도로 검출하며, 균열 발생 시각과 균열 발생 경로를 예측할 수 있는 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치 및 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention calculates the surface temperature change rate with time based on the thermal image of the fiber-reinforced structure, and through this, the moment of crack occurrence of the structure, that is, the critical strength of the structure An object of the present invention is to provide a non-contact crack measurement device and method of a fiber-reinforced structure that can detect cracks with high precision and predict the time and path of crack occurrence.
본 발명의 일 예에 따른 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 장치는, 섬유보강 구조물의 열화상을 획득하는 열화상 획득부; 상기 열화상 획득부로부터 전달받은 상기 열화상에 기초하여, 상기 구조물의 적어도 일 지점인 표적영역에서의 표면 온도를 시간별로 생성하는 표면 온도 생성부; 상기 표면 온도 생성부로부터 전달받은 상기 표면 온도에 기초하여, 상기 표적영역에서의 시간에 대한 표면 온도 변화율을 산출하는 표면 온도 변화율 산출부; 및 상기 표면 온도 변화율 산출부로부터 전달받은 상기 표면 온도 변화율에 기초하여, 상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 판단부;를 포함한다.A non-contact cracking apparatus for a fiber-reinforced structure according to an embodiment of the present invention includes: a thermal image acquisition unit configured to acquire a thermal image of the fiber-reinforced structure; a surface temperature generator for generating a surface temperature in a target area that is at least one point of the structure for each time based on the thermal image received from the thermal image acquisition unit; a surface temperature change rate calculating unit for calculating a surface temperature change rate with respect to time in the target area based on the surface temperature received from the surface temperature generating unit; and a determination unit configured to determine whether the structure is cracked based on the surface temperature change rate received from the surface temperature change rate calculator.
상기 판단부는, 상기 표면 온도 변화율이 기설정된 균열 기준값을 초과하면, 상기 구조물의 표적영역 근방에 균열이 발생할 것이라고 판단할 수 있다.The determination unit may determine that, when the surface temperature change rate exceeds a predetermined crack reference value, a crack will occur in the vicinity of the target area of the structure.
상기 판단부는, 상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 기준값을 초과하면, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 표면 온도 변화율에 기초하여, 상기 구조물의 균열 발생 시각을 예측할 수 있다.The determination unit, when the surface temperature change rate exceeds the crack reference value, may predict the crack occurrence time of the structure based on the surface temperature change rate at the time point exceeding the crack reference value.
상기 판단부는, 상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 기준값을 초과하면, 상기 열화상 획득부로부터 전달받은 열화상 중, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상에 기초하여 상기 구조물의 균열 경로를 예측하거나, 또는 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상 및 상기 균열 기준값을 초과한 시점의 이전 시점에서의 열화상 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 구조물의 균열 경로를 예측할 수 있다.When the rate of change of the surface temperature exceeds the crack reference value, the determination unit predicts a crack path of the structure based on a thermal image at a time point exceeding the crack reference value among the thermal images received from the thermal image acquisition unit, or , or the crack path of the structure may be predicted based on at least one of a thermal image at a time point exceeding the crack reference value and a thermal image at a time point previous to a time point exceeding the crack reference value.
상기 표면 온도 생성부는, 상기 구조물 전체 영역의 표면 온도 분포를 기초로, 상기 구조물 전체 영역 중 일정 영역의 표면 온도가 주변 영역의 표면 온도에 비해 기설정된 온도 대조값 이상이면, 상기 일정 영역을 상기 표적영역으로 설정할 수 있다.The surface temperature generator, based on the surface temperature distribution of the entire area of the structure, sets the predetermined area to the target if the surface temperature of a certain area of the structure is greater than or equal to a preset temperature control value compared to the surface temperature of the surrounding area area can be set.
상기 섬유보강 구조물은 탄소섬유 보강 콘크리트이고, 상기 탄소섬유 첨가량은 1.0% 내지 2.0%일 수 있다(여기서, 탄소섬유 첨가량은 콘크리트 총 부피에서 탄소섬유 부피의 백분율임).The fiber-reinforced structure is carbon fiber-reinforced concrete, and the carbon fiber addition amount may be 1.0% to 2.0% (herein, the carbon fiber addition amount is a percentage of the carbon fiber volume in the total volume of concrete).
본 발명의 다른 예에 따른 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법은, 섬유보강 구조물의 열화상을 획득하는 단계; 상기 열화상에 기초하여, 상기 구조물의 적어도 일 지점인 표적영역에서의 표면 온도를 시간별로 생성하는 단계; 상기 표면 온도에 기초하여, 상기 표적영역에서의 시간에 대한 표면 온도 변화율을 산출하는 단계;및 상기 표면 온도 변화율에 기초하여 상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for measuring non-contact cracking of a fiber-reinforced structure according to another example of the present invention includes: acquiring a thermal image of the fiber-reinforced structure; generating, for each time, a surface temperature in a target area, which is at least one point of the structure, based on the thermal image; Calculating a surface temperature change rate with respect to time in the target area based on the surface temperature; and determining whether the structure is cracked based on the surface temperature change rate.
상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계는, 상기 표면 온도 변화율이 기설정된 균열 기준값을 초과하면, 상기 구조물의 표적영역 근방에 균열이 발생할 것이라고 판단할 수 있다.In the step of determining whether the structure is cracked, when the surface temperature change rate exceeds a predetermined crack reference value, it may be determined that a crack will occur in the vicinity of the target area of the structure.
상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계는, 상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 예측 기준값을 초과하면, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 표면 온도 변화율에 기초하여, 상기 구조물의 균열 발생 시각을 예측할 수 있다.In the step of determining whether the structure is cracked, when the surface temperature change rate exceeds the crack prediction reference value, the crack occurrence time of the structure can be predicted based on the surface temperature change rate at the time point exceeding the crack reference value. .
상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계는, 상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 기준값을 초과하면, 상기 열화상 획득부로부터 전달받은 열화상 중, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상에 기초하여 상기 구조물의 균열 경로를 예측하거나, 또는 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상 및 상기 균열 기준값을 초과한 시점의 이전 시점에서의 열화상 중 적어도 하나 이상에 기초하여, 상기 구조물의 균열 경로를 예측할 수 있다.The step of determining whether the structure is cracked may include, if the surface temperature change rate exceeds the cracking reference value, based on the thermal image received from the thermal image acquisition unit at a time point exceeding the cracking reference value, Predict the crack path of the structure, or predict the crack path of the structure based on at least one of a thermal image at a time point exceeding the crack reference value and a thermal image at a time point previous to a time point exceeding the crack threshold value can
상기 표면 온도를 시간별로 생성하는 단계는, 상기 구조물 전체 영역의 표면 온도 분포를 기초로, 상기 구조물 전체 영역 중 일정 영역의 표면 온도가 주변 영역의 표면 온도에 비해 기설정된 온도 대조값 이상이면, 상기 일정 영역을 상기 표적영역으로 설정할 수 있다.In the step of generating the surface temperature for each time, based on the surface temperature distribution of the entire area of the structure, if the surface temperature of a certain area of the entire area of the structure is greater than or equal to a preset temperature control value compared to the surface temperature of the surrounding area, the A certain area may be set as the target area.
상기 섬유보강 구조물은 탄소섬유 보강 콘크리트이고, 상기 탄소섬유 첨가량은 1.0% 내지 2.0%일 수 있다(여기서, 탄소섬유 첨가량은 콘크리트 총 부피에서 탄소섬유 부피의 백분율임).The fiber-reinforced structure is carbon fiber-reinforced concrete, and the carbon fiber addition amount may be 1.0% to 2.0% (herein, the carbon fiber addition amount is a percentage of the carbon fiber volume in the total volume of concrete).
본 발명에 의하면 균열이 시작되는 순간을 정확하게 파악할 수 있고, 나아가 균열 발생 시각 및 균열 발생 경로를 예측할 수 있게 됨에 따라, 구조물에 균열이 발생하였는지 여부와, 육안상으로는 확인하기 힘든 미세한 균열 또는 직접 관찰하기 힘든 곳에서의 구조물의 균열 여부, 균열 발생 시각 및 균열 경로를 파악할 수 있다.According to the present invention, it is possible to accurately grasp the moment at which a crack starts, and furthermore, it is possible to predict the crack occurrence time and crack generation path, so that it is possible to determine whether a crack has occurred in the structure, and to observe a fine crack that is difficult to visually confirm or directly observe. It is possible to determine whether the structure is cracked in a difficult place, the time of crack occurrence, and the crack path.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 열화상 프레임의 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 열화상의 표적영역을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 구조물의 표적영역에서의 시간별 표면 온도 그래프와 표면온도 변화율을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법의 흐름을 나타낸다.
도 6 내지 도 13은 본 발명에 대한 실험예에 관한 것으로, 도 6은 실험 장치를 나타내고, 도 7은 각 샘플 벽돌의 열화상 프레임별 표면 온도 분포를 나타내고, 도 8은 시간에 대한 UTM 힘의 크기를 나타내고, 도 9는 시간에 대한 UTM의 힘의 크기와 샘플 벽돌의 각 지점에서의 표면 온도 변화를 나타내고, 도 10은 각 샘플 벽돌의 균열 갭 크기에 대한 균열 과정 시간을 나타내고, 도 11은 각 샘플 벽돌에서의 균열 경로에 대한 일반 이미지와 열화상 이미지를 나타내고, 도 12는 각 샘플 벽돌에서의 시간에 대한 표면 온도와 표면 온도 변화율을 나타내며, 도 13은 본 실험을 통한 결과를 표로 정리한 것을 나타낸다.1 shows the configuration of a non-contact crack measuring apparatus of a fiber-reinforced structure according to an embodiment of the present invention.
2 shows an example of a thermal image frame according to an example of the present invention.
3 shows a target region of a thermal image according to an embodiment of the present invention.
4 shows a surface temperature graph and surface temperature change rate over time in a target area of a structure according to an example of the present invention.
5 shows a flow of a method for measuring a non-contact crack of a fiber-reinforced structure according to another example of the present invention.
6 to 13 relate to an experimental example for the present invention, FIG. 6 shows the experimental apparatus, FIG. 7 shows the surface temperature distribution for each thermal image frame of each sample brick, and FIG. 8 shows the UTM force versus time 9 shows the magnitude of the UTM force versus time and the surface temperature change at each point of the sample bricks, FIG. 10 shows the cracking process time for the crack gap size of each sample brick, and FIG. A general image and a thermal image of the crack path in each sample brick are shown, FIG. 12 shows the surface temperature and the surface temperature change rate with time in each sample brick, and FIG. 13 is a table summarizing the results of this experiment. indicates that
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 구체적인 설명에 앞서, 섬유보강 구조물과, 섬유보강 구조물에서 열이 방출되는 원리와, 구조물의 균열 발생 과정에 대하여 설명하기로 한다.Prior to the detailed description of the present invention, a fiber-reinforced structure, a principle of heat dissipation from the fiber-reinforced structure, and a crack generation process in the structure will be described.
섬유보강 구조물이란, 구조물을 형성하는 재료 중에 섬유를 혼입 또는 복합한 것으로, 섬유보강 구조물은 예를 들어 탄소섬유 보강 콘크리트이거나, 강섬유 보강 콘크리트일 수 있다.The fiber-reinforced structure is a mixture or composite of fibers in the material forming the structure, and the fiber-reinforced structure may be, for example, carbon fiber reinforced concrete or steel fiber reinforced concrete.
탄소섬유 보강 콘크리트를 예로 들어 설명하면, 탄소섬유 보강 콘크리트는 시멘트, 모래, 물이 일정 비율로 혼합된 모르타르에, 일정 길이로 절단된 탄소섬유 또는 탄소섬유 다발을 더 혼합하여 형성될 수 있다. 탄소섬유는 콘크리트 전체 부피에서 탄소섬유의 부피가 0.5% 내지 2.5%를 만족하도록 혼합될 수 있으며, 이와 같이 형성된 콘크리트 내부에는 탄소섬유가 비균질적으로 산재되어 있게 된다. 탄소섬유는 모르타르에 비해 인장강도가 높아, 탄소섬유가 보강된 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 굽힘 강도가 크다는 특징이 있다.Taking carbon fiber reinforced concrete as an example, carbon fiber reinforced concrete may be formed by further mixing carbon fibers or carbon fiber bundles cut to a predetermined length in a mortar in which cement, sand, and water are mixed in a predetermined ratio. Carbon fibers may be mixed so that the volume of carbon fibers in the total volume of concrete satisfies 0.5% to 2.5%, and carbon fibers are non-homogeneously dispersed in the concrete thus formed. Carbon fiber has a higher tensile strength than mortar, and carbon fiber reinforced concrete has a greater flexural strength than general concrete.
섬유보강 구조물에서 열이 방출되는 원리는 다음과 같다. 구조물에 외력이 인가되어 구조물이 가압되면 구조물에 응력이 발생한다. 응력은 단위면적당 힘으로 정의되므로, 단위부피당 에너지와 동일하고, 에너지에 대한 물체의 온도는 에너지에 대한 물체의 질량과 비열에 반비례하므로, 물체의 응력은 온도로 변형된다. 즉, 구조물이 외력에 의해 가압되면 구조물에서 열이 방출된다.The principle of heat dissipation in the fiber-reinforced structure is as follows. When an external force is applied to the structure and the structure is pressurized, stress is generated in the structure. Since stress is defined as force per unit area, it is equal to energy per unit volume. That is, when the structure is pressed by an external force, heat is released from the structure.
구조물의 균열 발생 과정은 다음과 같다. 구조물이 가압되면 구조물에서 열이 방출되어 구조물의 온도가 상승하게 되고, 섬유(예를 들어, 탄소섬유)는 구조물 형성 재료(예를 들어, 모르타르)에 비해 인장 강도가 높다. 한편, 구조물의 상부에서 하부로 외력이 작용하여 구조물이 가압되면, 구조물의 상부에 비해 하부에 더 큰 응력이 발생하게 되어 구조물의 하부에서부터 균열이 발생하여 상부로 균열 경로가 형성된다. 이때, 구조물의 하부에서 균열이 발생되는 순간을 살펴보면, 구조물의 하부에는 섬유가 산재되어 있고, 섬유는 구조물 형성 재료에 비해 인장 강도가 높으므로, 균열 발생 경로에서 구조물 형성 재료가 아닌 섬유에 응력 집중이 일어나게 되고, 이에 따라, 섬유에서 상대적으로 높은 열이 방출된다. 섬유에 응력 집중이 일어나는 것은 섬유가 구조물에 균열이 일어나는 것에 저항하고 있는 것으로서, 이때 구조물에 계속적으로 외력이 작용하여 섬유의 항복 강도가 초과되는 순간 구조물에 균열이 발생하게 되는 것이다.The crack generation process of the structure is as follows. When the structure is pressurized, heat is released from the structure and the temperature of the structure rises, and fibers (eg, carbon fibers) have a higher tensile strength than the structure-forming materials (eg, mortar). On the other hand, when an external force acts from the upper part of the structure to the lower part to pressurize the structure, a greater stress is generated in the lower part than in the upper part of the structure, and cracks occur from the lower part of the structure to form a crack path to the upper part. At this time, looking at the moment when cracks occur in the lower part of the structure, fibers are interspersed in the lower part of the structure, and since the fibers have higher tensile strength compared to the structure forming material, stress is concentrated on the fibers, not the structure forming material, in the crack generation path. This occurs, and thus a relatively high heat is released from the fibers. The stress concentration in the fiber means that the fiber is resisting cracking in the structure. At this time, an external force is continuously applied to the structure and cracks occur in the structure when the yield strength of the fiber is exceeded.
여기서, 구조물에 균열이 발생하는 순간 또는 그 근처에서 섬유의 응력 집중으로 인한 온도 상승이 급격히 나타나게 되고, 이와 같은 섬유의 급격한 온도 상승 현상을 이용하면 구조물에 균열이 발생하여 시작되는 순간, 즉 구조물에 균열이 발생할 것을 예측할 수 있다.Here, the temperature rise due to the stress concentration of the fiber appears rapidly at or near the moment when the crack occurs in the structure. cracks can be predicted.
본 발명은 이러한 섬유보강 구조물에서 섬유에 발생되는 응력 집중 현상을 이용하여, 섬유보강 구조물에 대하여 비접촉 방식으로 구조물의 균열 존재를 측정할 수 있는 장치와 방법에 대한 것으로, 이하에서는 위에서 설명한 바와 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다.The present invention relates to an apparatus and method capable of measuring the presence of cracks in a structure in a non-contact manner with respect to a fiber-reinforced structure by using the stress concentration phenomenon generated in the fibers in such a fiber-reinforced structure. The present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치의 구성을 나타내고, 도 2는 열화상 프레임의 일 예를 나타내고, 도 3은 열화상의 표적영역을 나타내며, 도 4는 구조물의 표적영역에서의 시간별 표면 온도 그래프와 표면온도 변화율을 나타낸다.1 shows the configuration of a non-contact crack measuring apparatus of a fiber-reinforced structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows an example of a thermal image frame, FIG. 3 shows a target area of a thermal image, and FIG. It shows the surface temperature graph and the surface temperature change rate by time in the target area.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 장치(10)는 열화상 획득부(100), 표면 온도 생성부(200), 표면 온도 변화율 산출부(300), 및 판단부(400)를 포함한다.1 , the
열화상 획득부(100)는 구조물(2)의 열화상을 획득한다. 구조물(2)의 열화상은 구조물에서 방사되는 적외선 측정에 의해 얻어진 표면의 온도분포를 흑백 또는 전색으로 나타낸 화상(image)을 의미하며, 열화상 카메라(3)를 이용하여 구조물을 촬상하여 열화상을 얻을 수 있다. 열화상 카메라(3)는 연속적인 열화상 프레임 형태로 영상을 촬영할 수 있으며, 예를 들어 30 프레임/초의 속도(30Hz)로 영상을 촬영할 수 있다.The thermal
열화상 획득부(100)는 열화상 카메라(3)로부터 열화상을 제공받아 열화상을 획득할 수 있다. 이때, 열화상 카메라(3)로부터 제공받는 열화상은 시간당 프레임 형태의 정보일 수 있고, 열화상 획득부는 각각의 프레임에 시간 경과에 대응하도록 프레임 번호를 할당하여 정보화 할 수 있다. 도 2는 열화상 프레임의 일 예로서, 좌측의 숫자는 프레임 번호이고, 우측의 숫자는 온도 분포의 색상별 온도이며, 프레임 번호의 증가에 따라 시간 변화를 알 수 있다.The thermal
표면 온도 생성부(200)는 열화상 획득부(100)로부터 열화상에 대한 정보를 전달받고, 전달받은 열화상 정보에 기초하여 구조물(2)의 적어도 일 지점인 표적영역(P)에서의 표면 온도를 시간별로 생성한다.The surface
표적영역(P)이란 열화상에서 표시되는 구조물(2) 표면의 적어도 일 지점을 의미하는 것으로, 일 지점은 열화상, 즉 열화상 프레임에서 1개 이상의 픽셀일 수 있고, 표적영역은 1개 이상일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 흰 점으로 표시한 바와 같이, 표적영역(P)은 제1 표적영역(P1)과 제2 표적영역(P2) 두 개일 수 있으며, 각 표적영역(P1, P2)은 열화상 프레임에서 3개의 픽셀에 해당하는 것일 수 있다. 여기서, 표적영역(P)은 사용자에 의해 지정되거나, 또는 후술하는 바와 같이 표면 온도 생성부(200)에 의해 설정될 수 있다. 표적영역(P)에서의 시간별 표면 온도에 대한 정보는 도 4에 도시된 것과 같이 표면 온도 생성부(200)에 의해 그래프 형태로 생성될 수 있다.The target area P means at least one point on the surface of the
표면 온도 변화율 산출부(300)는 표면 온도 생성부(200)로부터 표면 온도 정보를 전달받고, 전달받은 표면 온도 정보에 기초하여 각 시점에서의 표적영역에서의 시간에 대한 표면 온도 변화율을 산출한다. 시간에 대한 표면 온도 변화율은 예를 들어, 연속되는 두 프레임 간 표적영역(P)에서의 표면 온도 차를 두 프레임 사이의 시간간격으로 나누어 산출될 수 있고, 이는 도 4의 그래프에서 기울기를 의미할 수 있다. 도 4와 같이, 표면 온도 변화율 산출부(300)는 시간별 표면 온도 정보를 분석하여, 71.8초를 기준으로, 바로 이전 시점의 변화율은 0.0432이고, 71.8초에서의 변화율은 0.1871임을 산출할 수 있다.The surface temperature
판단부(400)는 산출부(300)로부터 표면 온도 변화율에 대한 정보를 전달받고, 전달받은 표면 온도 변화율에 기초하여 구조물(2)의 균열 여부를 판단한다.The
보다 구체적으로, 표면 온도 변화율이 기설정된 균열 기준값을 초과하면, 판단부(400)는 구조물(2)의 표적영역(P) 근방에 균열이 발생할 것이라고 판단할 수 있다.More specifically, when the surface temperature change rate exceeds a predetermined crack reference value, the
앞에서 설명한 바와 같이, 외력에 의해 구조물(2)이 가압되면 구조물(2)의 온도가 상승하게 되고, 이때 섬유는 구조물 형성 재료에 비해 인장 강도가 높아 균열 발생 예상 지점, 즉 표적영역(P)에 분포해 있는 섬유에 응력 집중이 일어나게 되어 섬유로부터 높은 열이 방출되게 된다. 이러한 높은 열을 방출하는 섬유에 의해, 열화상을 기초로 구조물(2)의 표적영역(P)에서의 표면 온도를 추적할 수 있고, 이때 표면 온도 변화율이 급격히 증가하게 되는 순간이 해당 표적영역(P) 근방에서 균열이 시작되는 순간에 해당하게 된다. 이에 따라, 판단부(400)는, 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과하면, 구조물(2)의 표적영역(P) 근방에 균열이 발생할 것이라고 판단할 수 있다. As described above, when the
여기서 균열 기준값은, 구조물(2)에 포함된 섬유의 양, 종류, 길이, 구조물 형성 재료의 종류, 및/또는 외력의 크기 등을 변수로 하거나, 현 시점 바로 이전 시점에서의 표면 온도 변화율을 변수로 하거나, 또는 현 시점 이전까지의 표면 온도 변화율에 대한 평균을 변수로 할 수 있으며, 상술한 변수들을 이용한 균열 기준값 내지는 기준값을 판단하는 알고리즘이 판단부(400)에 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어, 표면 온도 변화율에 대한 평균을 변수로 하는 경우, 현 시점에서의 표면 온도 변화율이 이전 시점까지의 평균 표면 온도 변화율 대비 10% 초과하면, 현 시점에서의 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과한 것으로 볼 수 있다.Here, the crack reference value is the amount, type, length, type of structure-forming material, and/or the magnitude of external force included in the
나아가, 판단부(400)는 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과한 시점에서의 표면 온도 변화율에 기초하여 구조물(2)의 균열 발생 시각을 예측할 수 있다. 즉, 구조물 형성 재료에 비해 섬유의 인장 강도가 높아 섬유에 응력 집중이 발생하게 되는 것은 섬유가 구조물에 균열이 일어나는 것에 저항하고 있다는 것으로서, 이때 구조물(2)에 계속적으로 외력이 작용하여 섬유의 항복 강도가 초과되는 순간 구조물에 균열이 발생하게 된다. 그리고, 섬유의 항복 강도가 초과되는 순간 또는 바로 근처에서 섬유의 응력 집중이 더욱 집중되어 섬유로부터 많은 열이 방출됨에 따라, 구조물(2)의 표면 온도 변화율이 급격히 증가하게 되고, 이때 외력의 크기에 비례하여 구조물(2)의 표면 온도 변화율이 증가되게 되므로, 이에 기초하여 구조물(2)의 균열 발생 시각을 예측할 수 있다. 예를 들어, 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과한 시점에서의 표면 온도 변화율이 이전 시점에서의 표면 온도 변화율 대비 10% 큰 경우, 약 2초 뒤에 실제 균열이 발생할 것으로 예측할 수 있고, 20% 큰 경우, 약 1.5초 뒤에 실제 균열이 발생할 것으로 예측할 수 있으며, 이와 같은 예측 방법에 관한 알고리즘이 판단부(400)에 저장되어 있을 수 있다.Furthermore, the
또한, 판단부(400)는, 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과하면, 열화상 획득부(100)로부터 전달받은 열화상 중, 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상에 기초하여 구조물(2)의 균열 경로를 예측하거나, 또는 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상 및 균열 기준값을 초과한 시점의 이전 시점에서의 열화상 중 적어도 하나 이상에 기초하여, 구조물(2)의 균열 경로를 예측할 수 있다.In addition, the
외력에 대한 구조물의 응력은 섬유에 집중되므로, 섬유의 온도가 구조물 형성 재료에 비해 높고, 따라서 균열 경로의 섬유의 온도가 주변에 비해 높다. 이때, 표적영역(P), 예를 들어 구조물(2)의 상부에서 하부로 압력이 가해진다 할 때, 구조물(2) 하부의 일 영역을 표적영역(P)으로 설정하여 표적영역(P)의 표면 온도 변화율을 감시하여 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과하게 되면 균열이 시작되고, 균열 경로는 구조물(2) 하부에서 상부 방향으로 진행되되, 열화상에서 온도 분포가 주변에 비해 높은 영역을 따라 진행된다.Since the stress of the structure to the external force is concentrated on the fibers, the temperature of the fibers is higher than that of the material forming the structure, and therefore the temperature of the fibers in the cracking path is higher than that of the surroundings. At this time, when pressure is applied from the top to the bottom of the target area P, for example, the
이와 같이, 판단부(400)는, 실제 균열이 발생하여 균열 경로가 생성되기 이전에, 열화상을 분석하여 균열 경로를 예측할 수 있고, 이를 위해 판단부(400)는 열화상 획득부(100)로부터 시간별 프레임 정보를 전달받아, 각 시점에서의 열화상 프레임을 판단 자료로 이용하여 균열 경로를 예측할 수 있으며, 이때, 구조물(2)의 표면 온도가 상대적으로 높은 지점을 따라 균열 경로를 예측하는 알고리즘이 판단부(400)에 저장되어 있을 수 있다.In this way, the
보다 구체적으로, 판단부(400)는 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상과, 이전 시점에서의 열화상들 중 적어도 하나 이상의 열화상에 기초하여, 균열 경로 예측 알고리즘에 의해 균열 경로를 예측할 수 있다. 이때, 시간적으로 균열 기준값을 초과한 시점으로부터 가까운 열화상을 분석하는 것이 보다 정확하게 예측이 가능하므로, 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상을 포함하고, 이로부터 가까운 시점에서의 열화상을 적어도 하나 이상 포함하여 이를 기초로 균열 경로를 예측하는 것이 바람직하다.More specifically, the
한편, 표적영역(P)과 관련하여, 표면 온도 생성부(200)는 열화상 획득부(100)로부터 전달받은 열화상에 기초하여 구조물(2) 전체 영역의 표면 온도 분포를 기초로, 구조물 전체 영역 중 일정 영역의 표면 온도가 해당 일정 영역 주변의 다른 영역의 표면 온도에 비해 기설정된 온도 대조값 이상이면 일정 영역을 표적영역으로 설정할 수 있다.On the other hand, with respect to the target region P, the surface
즉, 일정 영역의 온도가 다른 영역의 온도에 비해 온도 대조값 이상이면, 해당 일정 영역에서 높은 확률로 균열이 발생할 것이라 예측할 수 있으므로, 이를 표적영역(P)으로 하여 집중적으로 분석함에 따라, 전체 영역을 기초로 정보를 분석하는 것에 비해 계산이 간편하고 보다 정밀한 분석이 가능해질 수 있다. 여기서 온도 대조값은 예를 들어 0.5도씨와 같은 절대 온도 차이일 수 있고, 이러한 대조값은 표면 온도 생성부(200)에 저장되어 있을 수 있다.That is, if the temperature of a certain area is higher than the temperature control value compared to the temperature of other areas, it can be predicted that cracks will occur with a high probability in the certain area. Compared to analyzing information based on Here, the temperature control value may be, for example, an absolute temperature difference such as 0.5°C, and this control value may be stored in the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 섬유보강 구조물(2)에 있어서, 구조물(2)의 열화상을 기초로 표면 온도 변화율을 산출하고, 이로부터 표면 온도 변화율의 급격한 변화가 일어나는 시점을 검출하여 구조물(2)의 균열이 발생할 것을 판단하는 것으로서, 본 발명에 의하면 균열이 시작되는 순간을 정확하게 파악할 수 있고, 이로부터 균열 발생 시각 및 균열 발생 경로를 예측할 수 있게 됨에 따라 구조물에 균열이 존재하는지 여부와, 육안상으로는 확인하기 힘든 미세한 균열, 구조물 내부에서 발생되는 균열, 또는 직접 관찰하기 힘든 곳에서의 구조물의 건전도를 파악할 수 있다.As described above, in the present invention, in the fiber-reinforced
또한, 본 발명에 의해 예측된 균열 발생 시각과 균열 경로를 토대로 하여, 실제 균열이 발생한 시각과 실제 균열 경로를 비교할 수 있게 됨에 따라, 실제 균열이 발생하였는지 여부, 균열이 발생한 시각 및 균열 경로에 대한 높은 신뢰도의 추정이 가능해질 수 있다.In addition, based on the crack occurrence time and crack path predicted by the present invention, it is possible to compare the actual crack occurrence time and the actual crack path, so whether an actual crack has occurred, the crack occurred time and the crack path High-reliability estimation may be possible.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법(S10)에 대하여 설명하기로 한다. 앞서 본 장치(10)에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략한다.Hereinafter, a method ( S10 ) for measuring a non-contact crack of a fiber-reinforced structure according to another embodiment of the present invention will be described. The content overlapping with the content previously described in the
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 섬유보강 구조물의 비접촉 균을 측정 방법의 흐름을 나타내는 것으로, 도시된 바와 같이, 본 방법(20)은, 열화상 획득부(100)에 의해, 섬유보강 구조물의 열화상을 획득하는 단계(S100); 표면 온도 생성부(200)에 의해, 열화상에 기초하여, 구조물의 적어도 일 지점인 표적영역에서의 표면 온도를 시간별로 생성하는 단계(S200); 표면 온도 변화율 산출부(300)에 의해, 표면 온도에 기초하여, 표적영역에서의 시간에 대한 표면 온도 변화율을 산출하는 단계(S300); 및 판단부(400)에 의해, 표면 온도 변화율에 기초하여 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계(S400);를 포함한다.5 shows the flow of a method for measuring non-contact bacteria of a fiber-reinforced structure according to an embodiment of the present invention. As shown, the
여기서, 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계(S400)는, 표면 온도 변화율이 기설정된 균열 기준값을 초과하면, 상기 구조물의 표적영역 근방에 균열이 발생할 것이라고 판단할 수 있다.Here, in the step of determining whether the structure is cracked ( S400 ), if the surface temperature change rate exceeds a predetermined crack reference value, it may be determined that cracks will occur in the vicinity of the target area of the structure.
이때, 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계(S400)는, 표면 온도 변화율이 상기 균열 예측 기준값을 초과하면, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 표면 온도 변화율에 기초하여, 상기 구조물의 균열 발생 시각을 예측할 수 있다.At this time, the step of determining whether the structure is cracked (S400), if the surface temperature change rate exceeds the crack prediction reference value, based on the surface temperature change rate at the time point exceeding the crack reference value, the crack occurrence time of the structure predictable.
또한, 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계(S400)는, 표면 온도 변화율이 균열 기준값을 초과하면, 열화상 획득부로부터 전달받은 열화상 중, 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상에 기초하여 구조물의 균열 경로를 예측하거나, 또는 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상 및 균열 기준값을 초과한 시점의 이전 시점에서의 열화상 중 적어도 하나 이상에 기초하여, 구조물의 균열 경로를 예측할 수 있다.In addition, in the step of determining whether the structure is cracked (S400), if the surface temperature change rate exceeds the crack reference value, among the thermal images received from the thermal image acquisition unit, the structure based on the thermal image at the time point exceeding the crack reference value The crack path of the structure may be predicted, or the crack path of the structure may be predicted based on at least one of a thermal image at a time point exceeding the crack reference value and a thermal image at a time point prior to a time point exceeding the crack threshold value.
한편, 표면 온도를 시간별로 생성하는 단계(S200)는, 열화상에 기초하여 구조물 전체 영역의 표면 온도 분포를 기초로, 상기 구조물 전체 영역 중 일정 영역의 표면 온도가 주변 영역의 표면 온도에 비해 기설정된 온도 대조값 이상이면, 일정 영역을 표적영역으로 설정할 수 있다.On the other hand, the step of generating the surface temperature for each time ( S200 ) is based on the surface temperature distribution of the entire area of the structure based on the thermal image, wherein the surface temperature of a certain area of the entire area of the structure is lower than the surface temperature of the surrounding area. If the temperature is greater than or equal to the set temperature control value, a certain area may be set as the target area.
이하에서는, 실험예를 통해 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to an experimental example.
도 6은 실험 장치와, 일반 카메라 및 열화상 카메라로부터 획득된 이미지를 나타낸다. 실험 장치는 UTM(Universal Testing Machine), 콘크리트 벽돌 샘플, 일반 카메라(Panchromatic Camera)와 열화상 카메라(Thermal Camera)로 구성된다.6 shows an experimental apparatus, and images obtained from a general camera and a thermal imaging camera. The experimental equipment consists of a Universal Testing Machine (UTM), a concrete brick sample, a Panchromatic Camera and a Thermal Camera.
콘크리트 벽돌 샘플은 시멘트, 모래, 물이 혼합된 모르타르에, 6mm 길이로 절단된 섬유 다발이 혼합되어 형성될 수 있으며, 각 별돌의 섬유 혼합량은 콘크리트 전체 부피에서 섬유 부피가 0.5%, 1.0%, 1.5% 및 2.0%가 되도록 섬유를 혼합할 수 있다. 이들 각 벽돌 샘플은 섬유 혼합량을 나타내도록 각각 CF 0.5, CF 1.0, CF 1.5, CF 2.0와 같이 구분될 수 있고, 나아가 CF 0.5-1, CF 0.5-2와 같이 섬유 혼합량이 동일한 벽돌 샘플들이 서로 구분되도록 명명될 있다. 한편, 섬유 혼합량이 너무 높으면 섬유 다발의 과도한 응집으로 인해 벽돌의 강도가 오히려 감소될 수 있으므로, 섬유 혼합량을 1.0% 내지 2.0%로 형성하는 것이 바람직하다.A concrete brick sample can be formed by mixing fiber bundles cut to a length of 6 mm in a mortar mixed with cement, sand, and water. % and 2.0%, the fibers can be mixed. Each of these brick samples can be divided into CF 0.5, CF 1.0, CF 1.5, and CF 2.0 to indicate the fiber mixing amount, and further, brick samples with the same fiber mixing amount such as CF 0.5-1 and CF 0.5-2 are distinguished from each other. can be named so. On the other hand, if the fiber mixing amount is too high, the strength of the brick may be rather reduced due to excessive agglomeration of the fiber bundles.
UTM에 벽돌 샘플을 올려두고, 벽돌 상부를 가압하여 벽돌의 균열 순간을 일반 카메라와 적외선 카메라로 관찰하고, 적외선 카메라로 촬상한 벽돌의 열화상을 이용하여 표면 온도 변화율을 산출하여, 표면 온도 변화율이 급격히 변하는 순간을 기준으로 UTM에 작용하는 반발력이 급격히 변하는 순간과, 일반 카메라를 이용한 벽돌의 실제 균열이 발생하는 순간을 비교한다.A brick sample is placed on the UTM, the top of the brick is pressed, the moment of cracking of the brick is observed with a general camera and an infrared camera, and the surface temperature change rate is calculated using the thermal image of the brick captured with the infrared camera, Based on the moment of sudden change, the moment when the repulsive force acting on the UTM changes rapidly and the moment when the actual crack of the brick occurs using a general camera is compared.
도 7은 각 벽돌 샘플의 시간 변화에 따른 온도 변화를 나타내며, 각 벽돌 샘플의 열화상을 프레임 순으로 나열하여 온도 변화를 파악할 수 있다. 도면에서 특히 CF 1.0-1, CF 1.5-2 및 CF 2.0-2의 벽돌 샘플에서 균열 경로를 따라 온도 변화가 뚜렷하며, 프레임 번호가 증가함에 따라 온도가 상승한다. 이는 균열 경로를 따라 탄소섬유 다발이 더 많은 인장력을 받고 있음을 나타내며, 결과적으로 균열 경로의 탄소섬유 다발의 온도는 주변의 온도보다 높아짐을 알 수 있다.7 shows the temperature change according to time change of each brick sample, and the temperature change can be grasped by arranging the thermal images of each brick sample in frame order. In the figure, the temperature change is evident along the crack path, especially in the brick samples of CF 1.0-1, CF 1.5-2 and CF 2.0-2, and the temperature rises with increasing frame number. This indicates that the carbon fiber bundles along the crack path are under more tensile force, and as a result, it can be seen that the temperature of the carbon fiber bundles along the crack path becomes higher than the ambient temperature.
또한, CF 1.5-2 벽돌 샘플의 2300번째 프레임에서 균열 경로가 명확하게 식별되며, 이 프레임 번호는 77초에 해당된다. 일반 카메라에 의해 추정된 균열 발생 시간이 78초이기 때문에, 균열 경로는 실제 균열이 시작되기 최소 1초 전에 추정될 수 있고, 이는 열 화상으로 균열 형성 과정을 시각화 할 수 있음을 의미한다.In addition, the crack path is clearly identified in the 2300th frame of the CF 1.5-2 brick sample, which corresponds to a frame number of 77 s. Since the crack initiation time estimated by the general camera is 78 seconds, the crack path can be estimated at least 1 second before the actual crack initiation, which means that the crack formation process can be visualized with thermal images.
UTM에 의해 가해진 힘으로 인한 벽돌의 온도 증가를 보다 구체적으로 측정하기 위해, 벽돌 표면을 8개의 40mm × 40mm 영역으로 나눈 다음 UTM의 작동 시간 동안 각 영역의 중심점과, 이에 더하여 수평선 두개와 수직선 두개가 만나는 점을 더 포함하여 온도 변화를 측정하였다. 여기서 각 점은 열화상 프레임에서 3개의 픽셀에 해당한다.In order to more specifically measure the increase in temperature of the bricks due to the force applied by the UTM, the brick surface was divided into eight 40 mm × 40 mm regions, and then during the operation time of the UTM, the center point of each region, plus two horizontal and two vertical lines, were The temperature change was measured by further including the meeting point. Here, each point corresponds to three pixels in the thermal image frame.
도 8은 UTM에 의해 가해지는 힘을 3kN/min 속도로 설정하고, 각 벽돌 샘플에 가해지는 UTM의 힘의 시간 변화를 그래프로 나타낸 것으로, 각 벽돌 샘플에 대한 UTM의 최대 힘의 크기는 각 별돌의 굽힘 강도를 나타내는 것으로 볼 수 있다. 8 is a graph showing the time change of the UTM force applied to each brick sample by setting the force applied by the UTM at a rate of 3 kN/min, and the magnitude of the maximum force of the UTM for each brick sample is It can be seen that the bending strength of
UTM의 힘은 벽돌 표면을 균일하게 가열하여 모든 점의 온도를 동일하게 증가 시키지만, 각 점의 온도는 다른 점과 다르며, 특히 탄소 다발 응집 영역의 온도는 다른 점의 온도보다 훨씬 높다. The power of UTM heats the brick surface uniformly, increasing the temperature of all points equally, but the temperature of each point is different from the other points, especially the temperature of the carbon bundle agglomeration region is much higher than the temperature of the other points.
도 9는 상술한 벽돌 표면의 8개 영역의 중심점과 4개의 교차점의 온도 변화와 UTM 힘의 시간 변화를 같이 나타내는 것으로, 도시된 바와 같이 각 벽돌 샘플에서 각 지점의 온도 증가 추세는 다른 지점의 온도 증가 추세와 매우 유사하고, 이는 UTM의 힘이 벽돌 표면을 균일하게 가열하여 모든 점의 온도를 동일하게 증가시킴을 의미한다. 다만, 모든 점의 온도 증가 추세는 동일하지만, 각 점의 온도는 다른 점과 다르며, 탄소섬유가 응집된 점의 온도는 다른 점에 비해 훨씬 높은 것을 알 수 있다. 이는 탄소섬유에 응력 집중이 일어난다는 것을 의미한다.9 is a graph showing the temperature change and the time change of the UTM force at the center point and the four intersection points of the eight regions of the brick surface described above. It is very similar to the increasing trend, which means that the force of UTM heats the brick surface uniformly, increasing the temperature at all points equally. However, although the temperature increase trend of all points is the same, the temperature of each point is different from other points, and it can be seen that the temperature of the point where carbon fibers are aggregated is much higher than that of other points. This means that stress concentration occurs in the carbon fiber.
도 10은 각 벽돌 샘플의 균열 갭 크기와 균열 발생 시간을 나타내는 그래프로, 도시된 바와 같이 벽돌이 파손되면 벽돌의 저항이 크게 줄어들기 때문에 UTM의 힘이 빠르게 떨어짐을 알 수 있다. 상술한 온도 변화, 시간, UTM 힘에 대한 실험 결과는 후술할 도 13의 표에 정리되어 있다.10 is a graph showing the crack gap size and crack initiation time of each brick sample, and as shown in the figure, when the brick is broken, the resistance of the brick is greatly reduced, so it can be seen that the strength of the UTM drops rapidly. The experimental results for the above-described temperature change, time, and UTM force are summarized in the table of FIG. 13 to be described later.
도 11은 UTM의 힘이 거의 사라질 때 균열이 시작되는 순간(왼쪽)과 균열 갭이 커질 때(오른쪽)의 일반 이미지와 열화상에서의 균열을 비교한 것으로, 이를 비교하면, 실제 균열 경로는 섬유 다발 아래에서 나타나는 것을 알 수 있고, 벽돌이 완전히 파손되어 섬유 다발이 콘크리트 부분에서 완전히 분리되면 실제 벽돌에서 균열이 나타나는 것을 알 수 있다. CF 1.5-1를 통해 알 수 있는 바와 같이, 섬유 다발 및 그 주변 영역의 온도는 균열 시작 시 적색을 띠지만 균열 갭이 커질 때, 즉 균열이 진행될 때 응력 집중으로 인해 적색-백색으로 변하고, 주변이 노란색으로 변함을 알 수 있다. 이를 통해, 균열 경로를 따라 벽돌 샘플에 섬유 다발의 존재가 있음을 명확히 알 수 있고, 실제 균열이 나타나는 것보다 일찍 균열 경로를 예측할 수 있다.11 is a comparison of cracks in the thermal image with the normal image at the moment the crack starts when the UTM force is almost gone (left) and when the crack gap becomes large (right). It can be seen from below, and when the brick is completely broken and the fiber bundle is completely separated from the concrete part, it can be seen that cracks appear in the actual brick. As can be seen from CF 1.5-1, the temperature of the fiber bundle and its surrounding region takes on a red color at the initiation of cracking, but changes to red-white due to stress concentration when the crack gap becomes large, that is, as the crack progresses, and the surrounding You can see this change to yellow. This clearly shows the presence of fiber bundles in the brick samples along the crack path, and predicts the crack path before the actual crack appears.
도 12는 도 11에서의 두 개의 흰 점으로 지정된 지점의 시간 변화 별 온도 분포와, 시간 변화에 대한 온도 변화율을 나타낸다. CF 2.0-2를 예로 들면, 71.8초를 기점으로, 이전 시점의 온도 변화율은 0.0432이고, 71.8초 시점, 또는 바로 그 이후 시점에서는 온도 변화율이 0.1871임을 알 수 있으며, 이와 같이 온도 변화율이 급격히 변하는 순간, 벽돌에서 균열이 발생하는 것을 알 수 있다.12 shows a temperature distribution for each time change of a point designated by two white dots in FIG. 11 and a temperature change rate with respect to time change. Taking CF 2.0-2 as an example, it can be seen that the rate of change of temperature at 71.8 seconds is 0.0432 at the previous time point, and 0.1871 at the time point of 71.8 seconds or immediately thereafter. , it can be seen that cracks occur in the bricks.
도 13은 상술한 실험 결과를 표로 정리한 것으로, 표와 같이, UTM의 힘이 급격히 감소하는 peak time과, 일반 카메라로 촬영하여 실제 균열이 일어나는 시점과, 열화상 카메라로 촬상한 열화상에서 온도 변화율이 급격히 증가하는 순간의 시점이 거의 일치하는 것을 볼 수 있다. 일 예로, CF 1.0-1을 살펴보면, UTM의 peak time은 87.0초이고, 일반 카메라로 관찰한 실제 균열 발생 시점은 87.0초이며, 열화상에 기초한 급격한 온도 변화가 관찰된 시점은 86.2초이다.13 is a table summarizing the above experimental results. As shown in the table, the peak time at which the force of the UTM rapidly decreases, the actual cracking time taken with a general camera, and the temperature change rate in the thermal image captured by the thermal imager It can be seen that the time points of these rapidly increasing moments almost coincide. As an example, looking at CF 1.0-1, the peak time of UTM is 87.0 seconds, the actual crack occurrence time observed with a general camera is 87.0 seconds, and the time point at which a rapid temperature change based on the thermal image is observed is 86.2 seconds.
여기에서, 일반 카메라와 적외선 카메라 간 조작자 사이의 셔터 시간 차이는 대략 2초임을 감안하여 결과를 살펴보면, 열화상을 통해 온도 변화율이 급격히 증가하는 순간으로부터 곧 실제 균열이 발생함을 알 수 있고, 이 순간은 UTM의 힘이 급격히 감소하는 순간과 일치하므로, 결과적으로 이 실험을 통해 탄소섬유에 응력 집중이 일어나고, 탄소섬유의 항복 강도 근처에서 탄소섬유에서 발생하는 열이 급격히 증가하게 되며, 이에 따라 탄소섬유의 온도 변화율이 급변하는 시점으로부터 벽돌의 실제 균열이 시작되는 것임을 알 수 있다. 나아가, 본 실험은 탄소섬유 보강 콘크리트를 벽돌 샘플로 하여 실험하였으나, 강섬유 보강 콘크리트에 및 다른 복합재 콘크리트에서도 동일한 결과를 얻을 수 있을 것으로 예측된다.Here, looking at the results considering that the shutter time difference between the operator of the general camera and the infrared camera is approximately 2 seconds, it can be seen that the actual crack occurs immediately from the moment when the rate of temperature change rapidly increases through the thermal image. Since the moment coincides with the moment when the force of the UTM is rapidly reduced, as a result, stress concentration occurs in the carbon fiber through this experiment, and the heat generated in the carbon fiber near the yield strength of the carbon fiber increases rapidly, and accordingly, the carbon fiber It can be seen that the actual cracking of the brick starts from the point when the temperature change rate of the fiber changes rapidly. Furthermore, this experiment was conducted using carbon fiber reinforced concrete as a brick sample, but it is expected that the same results can be obtained for steel fiber reinforced concrete and other composite concretes.
이와 같은 실험 결과를 토대로, 본 발명은 탄소섬유 보강 콘크리트, 즉 섬유보강 구조물의 열화상에 기초한 온도 변화율을 이용하여, 구조물의 균열 발생 여부, 및 이로부터 실제 균열이 발생되는 균열 발생 시각, 나아가 실제 균열 경로까지 예측 또는 추정할 수 있다.Based on these experimental results, the present invention uses the rate of change of temperature based on the thermal image of carbon fiber reinforced concrete, that is, a fiber reinforced structure, to determine whether cracks in the structure occur, and the time at which cracks actually occur therefrom, furthermore, the actual Even the crack path can be predicted or estimated.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art to which the present invention pertains. possible. Accordingly, the technical spirit of the present invention should be understood only by the claims, and all equivalents or equivalent modifications thereof will fall within the scope of the technical spirit of the present invention.
2: 섬유보강 구조물
3: 열화상 카메라
10: 본 장치
100: 열화상 획득부
200: 표면 온도 생성부
300: 표면 온도 변화율 산출부
400: 판단부
S10: 본 방법
S100: 열화상 획득 단계
S200: 시간별 표면 온도 생성 단계
S300: 표면 온도 변화율 산출 단계
S400: 구조물 균열 여부 판단 단계2: Fiber-reinforced structure
3: Thermal imaging camera
10: this device
100: thermal image acquisition unit
200: surface temperature generator
300: surface temperature change rate calculator
400: judgment unit
S10: this method
S100: Thermal image acquisition stage
S200: Hourly surface temperature generation step
S300: surface temperature change rate calculation step
S400: Determination of whether the structure is cracked
Claims (12)
상기 열화상 획득부로부터 전달받은 상기 열화상에 기초하여, 상기 구조물의 적어도 일 지점인 표적영역에서의 표면 온도를 시간별로 생성하는 표면 온도 생성부;
상기 표면 온도 생성부로부터 전달받은 상기 표면 온도에 기초하여, 상기 표적영역에서의 시간에 대한 표면 온도 변화율을 산출하는 표면 온도 변화율 산출부; 및
상기 표면 온도 변화율 산출부로부터 전달받은 상기 표면 온도 변화율에 기초하여, 상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 판단부;를 포함하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치.
a thermal image acquisition unit for acquiring a thermal image of the fiber-reinforced structure;
a surface temperature generator for generating a surface temperature in a target area that is at least one point of the structure for each time based on the thermal image received from the thermal image acquisition unit;
a surface temperature change rate calculation unit for calculating a surface temperature change rate with respect to time in the target region based on the surface temperature received from the surface temperature generating unit; and
Based on the surface temperature change rate received from the surface temperature change rate calculation unit, a determination unit that determines whether the structure is cracked; including,
Non-contact crack measurement device for fiber-reinforced structures.
상기 판단부는,
상기 표면 온도 변화율이 기설정된 균열 기준값을 초과하면, 상기 구조물의 표적영역 근방에 균열이 발생할 것이라고 판단하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치.
According to claim 1,
The judging unit,
When the surface temperature change rate exceeds a predetermined crack reference value, it is characterized in that it is determined that cracks will occur in the vicinity of the target area of the structure,
Non-contact crack measurement device for fiber-reinforced structures.
상기 판단부는,
상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 기준값을 초과하면, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 표면 온도 변화율에 기초하여, 상기 구조물의 균열 발생 시각을 예측하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The judging unit,
When the surface temperature change rate exceeds the crack reference value, the crack occurrence time of the structure is predicted based on the surface temperature change rate at the time point exceeding the crack reference value,
Non-contact crack measurement device for fiber-reinforced structures.
상기 판단부는,
상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 기준값을 초과하면, 상기 열화상 획득부로부터 전달받은 열화상 중, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상에 기초하여 상기 구조물의 균열 경로를 예측하거나, 또는 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상 및 상기 균열 기준값을 초과한 시점의 이전 시점에서의 열화상 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 구조물의 균열 경로를 예측하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The judging unit,
When the surface temperature change rate exceeds the crack reference value, the crack path of the structure is predicted based on the thermal image at a time point exceeding the crack reference value among the thermal images received from the thermal image acquisition unit, or the crack Predicting the crack path of the structure based on at least one of a thermal image at a time point exceeding a reference value and a thermal image at a time point prior to a time point exceeding the crack reference value,
Non-contact crack measurement device for fiber-reinforced structures.
상기 표면 온도 생성부는,
상기 구조물 전체 영역의 표면 온도 분포를 기초로, 상기 구조물 전체 영역 중 일정 영역의 표면 온도가 주변 영역의 표면 온도에 비해 기설정된 온도 대조값 이상이면, 상기 일정 영역을 상기 표적영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치.
According to claim 1,
The surface temperature generator,
Based on the surface temperature distribution of the entire area of the structure, if the surface temperature of a certain area of the entire structure area is greater than or equal to a preset temperature control value compared to the surface temperature of the surrounding area, setting the predetermined area as the target area to do,
Non-contact crack measurement device for fiber-reinforced structures.
상기 섬유보강 구조물은 탄소섬유 보강 콘크리트이고,
상기 탄소섬유 첨가량은 1.0% 내지 2.0%인 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 장치.
(여기서, 탄소섬유 첨가량은 콘크리트 총 부피에서 탄소섬유 부피의 백분율임)
According to claim 1,
The fiber-reinforced structure is carbon fiber-reinforced concrete,
The carbon fiber addition amount is characterized in that 1.0% to 2.0%,
Non-contact crack measurement device for fiber-reinforced structures.
(Here, the amount of carbon fiber added is the percentage of the volume of carbon fiber in the total volume of concrete)
상기 열화상에 기초하여, 상기 구조물의 적어도 일 지점인 표적영역에서의 표면 온도를 시간별로 생성하는 단계;
상기 표면 온도에 기초하여, 상기 표적영역에서의 시간에 대한 표면 온도 변화율을 산출하는 단계;및
상기 표면 온도 변화율에 기초하여 상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계;를 포함하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법.
acquiring a thermal image of the fiber-reinforced structure;
generating, for each time, a surface temperature in a target area, which is at least one point of the structure, based on the thermal image;
Calculating a surface temperature change rate with respect to time in the target area based on the surface temperature; And
Determining whether the structure is cracked based on the surface temperature change rate; Containing,
A method for measuring non-contact cracks in fiber-reinforced structures.
상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계는,
상기 표면 온도 변화율이 기설정된 균열 기준값을 초과하면, 상기 구조물의 표적영역 근방에 균열이 발생할 것이라고 판단하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법.
8. The method of claim 7,
The step of determining whether the structure is cracked,
When the surface temperature change rate exceeds a predetermined crack reference value, it is characterized in that it is determined that cracks will occur in the vicinity of the target area of the structure,
A method for measuring non-contact cracks in fiber-reinforced structures.
상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계는,
상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 예측 기준값을 초과하면, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 표면 온도 변화율에 기초하여, 상기 구조물의 균열 발생 시각을 예측하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법.
9. The method of claim 8,
The step of determining whether the structure is cracked,
When the surface temperature change rate exceeds the crack prediction reference value, the crack occurrence time of the structure is predicted based on the surface temperature change rate at the time point exceeding the crack reference value,
A method for measuring non-contact cracks in fiber-reinforced structures.
상기 구조물의 균열 여부를 판단하는 단계는,
상기 표면 온도 변화율이 상기 균열 기준값을 초과하면, 상기 열화상 획득부로부터 전달받은 열화상 중, 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상에 기초하여 상기 구조물의 균열 경로를 예측하거나, 또는 상기 균열 기준값을 초과한 시점에서의 열화상 및 상기 균열 기준값을 초과한 시점의 이전 시점에서의 열화상 중 적어도 하나 이상에 기초하여, 상기 구조물의 균열 경로를 예측하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법.
8. The method of claim 7,
The step of determining whether the structure is cracked,
When the surface temperature change rate exceeds the crack reference value, the crack path of the structure is predicted based on the thermal image at a time point exceeding the crack reference value among the thermal images received from the thermal image acquisition unit, or the crack Predicting the crack path of the structure based on at least one of a thermal image at a time point exceeding a reference value and a thermal image at a time point prior to a time point exceeding the crack reference value,
A method for measuring non-contact cracks in fiber-reinforced structures.
상기 표면 온도를 시간별로 생성하는 단계는,
상기 구조물 전체 영역의 표면 온도 분포를 기초로, 상기 구조물 전체 영역 중 일정 영역의 표면 온도가 주변 영역의 표면 온도에 비해 기설정된 온도 대조값 이상이면, 상기 일정 영역을 상기 표적영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법.
8. The method of claim 7,
The step of generating the surface temperature by time,
Based on the surface temperature distribution of the entire area of the structure, if the surface temperature of a certain area of the entire structure area is greater than or equal to a preset temperature control value compared to the surface temperature of the surrounding area, setting the predetermined area as the target area to do,
A method for measuring non-contact cracks in fiber-reinforced structures.
상기 섬유보강 구조물은 탄소섬유 보강 콘크리트이고,
상기 탄소섬유 첨가량은 1.0% 내지 2.0%인 것을 특징으로 하는,
섬유보강 구조물의 비접촉 균열 측정 방법.
(여기서, 탄소섬유 첨가량은 콘크리트 총 부피에서 탄소섬유 부피의 백분율임)
8. The method of claim 7,
The fiber-reinforced structure is carbon fiber-reinforced concrete,
The carbon fiber addition amount is characterized in that 1.0% to 2.0%,
A method for measuring non-contact cracks in fiber-reinforced structures.
(Here, the amount of carbon fiber added is the percentage of the volume of carbon fiber in the total volume of concrete)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002071605A (en) * | 2000-08-29 | 2002-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and device for non-destructive inspection, and data determination device |
| JP2009236863A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | Defect inspection method and device therefor |
| KR20150069053A (en) | 2013-12-12 | 2015-06-23 | 한국표준과학연구원 | System and method for evaluating material characteristics using infrared thermography device |
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- 2020-08-19 KR KR1020200103613A patent/KR102442877B1/en active IP Right Grant
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| KR20150069053A (en) | 2013-12-12 | 2015-06-23 | 한국표준과학연구원 | System and method for evaluating material characteristics using infrared thermography device |
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