WO2018101626A1 - Sensor for monitoring tendon tensile strength and tendon tensile strength diagnosis system using same - Google Patents

Sensor for monitoring tendon tensile strength and tendon tensile strength diagnosis system using same Download PDF

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WO2018101626A1
WO2018101626A1 PCT/KR2017/012513 KR2017012513W WO2018101626A1 WO 2018101626 A1 WO2018101626 A1 WO 2018101626A1 KR 2017012513 W KR2017012513 W KR 2017012513W WO 2018101626 A1 WO2018101626 A1 WO 2018101626A1
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eddy current
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tension
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손훈
이준
김지민
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한국과학기술원
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    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • GPHYSICS
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0047Housings or packaging of magnetic sensors ; Holders

Definitions

  • the present invention relates to a structural safety diagnosis, and more particularly, to a technology for diagnosing safety of a structure by monitoring a tension force of the tendon in a structure in which a tendon is installed.
  • the eddy current sensor device includes a coil portion and a casing.
  • the coil unit is configured to sense an excitation coil for generating a first magnetic field, an electrical signal corresponding to a second magnetic field generated by an eddy current induced by a first magnetic field in a target structure and a composite magnetic field of the first magnetic field. It includes a coil.
  • the casing surrounds the coil part while receiving the inside, and is made of a material having a magnetic shielding ability to block a magnetic field from flowing into the coil part from the outside.
  • the eddy current sensor is installed on the surface of the at least one wedge, the excitation coil for generating a first magnetic field based on the excitation signal, and the eddy current generated by the eddy current induced in the at least one wedge by the first magnetic field
  • a coil unit including a second magnetic field and a sensing coil configured to detect an electrical signal corresponding to the synthesized magnetic field of the first magnetic field;
  • the tension force monitoring unit provides the excitation signal to the eddy current sensor, and calculates information on the tension force of the tendon using the electrical signal detected by the eddy current sensor.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

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Abstract

An eddy current sensor device includes a coil part and a casing. The coil part includes: an excitation coil for generating a first magnetic field; and a sensing coil for detecting an electrical signal corresponding to a second magnetic field generated by an eddy current induced into a target structure by a first magnetic field, and to a synthetized magnetic field of the first magnetic field. The casing encompasses the coil part and blocks the same from the outside while accommodating the same therein. A magnetic part, which is accommodated and fixed inside the casing in order to fix the casing and the coil part to the target structure by magnetic force, can be further included. An eddy current sensor for the tensile strength of a tendon for providing stress changing on the basis of the tensile strength is provided on the surface of at least one wedge, which is press-fitted between the tendon and an anchor head such that a magnetic permeability thereof changes according to the stress of the tendon. A tensile strength monitoring part provides an excitation signal to the eddy current sensor, and calculates information on the tensile strength of the tendon by using the electrical signal detected by the eddy current sensor. If the calculated tensile strength drops below an allowable threshold value, a danger alert is automatically issued. In a test vehicle, driving power is provided to the tensile strength monitoring part in a magnetic induction manner, and tendon tensile strength information measured by the eddy current sensor can be collected from the tensile strength monitoring part.

Description

텐던 긴장력 모니터링용 센서와 이를 이용한 텐던의 긴장력 진단 시스템 Tendon tension monitoring sensor and Tendon's tension diagnosis system
본 발명은 구조물 안전 진단에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 텐던을 설치한 구조물에서 그 텐던의 긴장력을 모니터링 하여 구조물의 안전을 진단하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a structural safety diagnosis, and more particularly, to a technology for diagnosing safety of a structure by monitoring a tension force of the tendon in a structure in which a tendon is installed.
포스트 텐셔닝 (Post-tensioning, PT) 공법은 콘크리트 교량 및 고층빌딩의 설계에 널리 활용되고 있는 대표적 공법으로서, 텐던 다발로 구성된 텐던(tendon)을 활용하여 구조물에 프리 스트레스(pre-stress)를 가하여 구조물의 강도를 증가시킨다. 이 공법의 주요 부재로 활용되는 텐던은 그의 긴장력이 시간의 경과에 따라 점차 완화된다. 구조물에 대한 긴장력 완화로 인해, 그 구조물의 안전성이 위협받을 수 있다. 이런 문제를 예방하기 위해 PT 텐던 긴장력을 정확하게 모니터링하고 긴장력 약화에 따른 구조물의 손상을 예방하기 위한 기술의 개발이 필요하다.Post-tensioning (PT) is a widely used method for the design of concrete bridges and high-rise buildings. It uses pre-stress to the structure by using tendons made of tendons. Increase the strength of the structure. Tendon, a major member of the process, gradually relaxes his tension over time. Due to the relaxation of tension on the structure, the safety of the structure can be threatened. In order to prevent this problem, it is necessary to accurately monitor the PT tendon tension and to develop a technique for preventing damage to the structure due to the weakening of the tension.
구조물에 장착된 PT텐던의 긴장력을 정확하게 측정하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 긴장력 완화 모니터링을 위한 대표적인 기술로는 전자기 센서, 광섬유 센서, 또는 신장률 센서 등을 활용하는 기법들이 제안된 바 있다. 전자기 센서를 이용한 기법은 원통 형태의 전자기 센서의 중앙에 텐던을 통과시키는 형태로 설치한다. 충분한 계측해상도 확보를 위하여 강력한 자기장을 생성하여 텐던을 자화시킨다. 이때, 텐던을 자화시키기 위하여 순간적으로 수백 와트 수준의 전력이 요구되므로 크기가 크고, 실제 토목구조물 시공현장에서 사용하기에는 실용성 측면에서 한계가 있다. 광섬유 센서 이용한 기법은 광섬유가 삽입된 새로운 형태의 텐던을 제작하여 시공에 적용한다. 광섬유 센서는 상당히 고가의 센서로서, 수~수십 km에 달하는 교량을 시공하려면 상당히 긴 광섬유를 사용해야 하므로, 초기 설치비용이 많이 든다. 신장률 센서를 이용한 기법은 신장률 센서를 앵커헤드에 전체적으로 부착하여 텐던의 긴장력을 앵커헤드의 신장률 상태를 이용하여 간접적으로 측정하는 방식이다. 텐던의 긴장력 저하 모니터링보다 텐던 절단과 같은 극단적인 하중 변화에 대한 모니터링을 할 수 있다는 단점이 있다. 또한 신장률 센서의 개당 가격은 적으나, 다중 텐던 측정 시에는 소요되는 센서 개수가 많아 관리 및 모니터링 데이터 처리에 신경을 기울여야 한다. Various studies have been conducted to accurately measure the tension of PT tendons mounted on structures. As a representative technique for monitoring tension relaxation, techniques using an electromagnetic sensor, a fiber optic sensor, or an elongation sensor have been proposed. The technique using the electromagnetic sensor is installed in the form of passing the tendon in the center of the cylindrical electromagnetic sensor. Magnetize the tendon by generating a strong magnetic field to ensure sufficient measurement resolution. At this time, since the power of several hundred watts is required instantaneously to magnetize the tendon, the size is large, and there is a limit in terms of practicality for use in actual civil construction sites. The fiber optic sensor technique is applied to the construction of a new type of tendon in which an optical fiber is inserted. Fiber optic sensors are quite expensive and require very long fiber optics to build bridges ranging from several to tens of kilometers, resulting in high initial installation costs. The technique using the elongation sensor is a method in which the elongation sensor is attached to the anchor head as a whole to indirectly measure the tension force of the tendon using the elongation state of the anchor head. The disadvantage is that it can monitor extreme load changes such as tendon cutting rather than tendon tension monitoring. In addition, although the price per unit of elongation sensor is small, the number of sensors required for multi-tendon measurement requires attention to processing management and monitoring data.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 PT 텐던 정착부의 쐐기에 용이하게 설치할 수 있고, 그 쐐기에 와전류를 유발시켜 그 와전류의 크기 변화를 계측함으로써 PT 텐던의 긴장력 완화 정도를 모니터링할 수 있고, 외부의 자기장의 영향을 차단하여 계측 정확도를 높일 수 있는 와전류 센서장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention for solving the above problems can be easily installed in the wedge of the PT tendon fixing unit, to monitor the degree of tension relaxation of the PT tendon by measuring the change in the magnitude of the eddy current by causing an eddy current in the wedge It is possible to provide an eddy current sensor device that can increase the measurement accuracy by blocking the influence of an external magnetic field.
본 발명의 다른 목적은 상기 와전류 센서장치를 이용하여 텐던의 긴장력을 모니터링 하다가 그 크기가 허용 임계치 이하로 떨어지면 자동으로 경보할 수 있는 구조물의 텐던의 긴장력 진단을 위한 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a system for diagnosing the tension force of the tendon of the structure which can automatically alarm when the magnitude of the tendon falls below the allowable threshold while monitoring the tension force using the eddy current sensor device.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 와전류 센서장치를 이용하여 텐던의 긴장력을 계측하고, 와전류 센서장치의 구동에 필요한 전력과 와전류 센서장치가 계측한 텐던 긴장력에 관한 정보를 자기유도방식으로 제공 및 수집할 수 있는 텐던의 긴장력 진단시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to measure the tension force of the tendon using the eddy current sensor device, and to provide and collect information about the power required for driving the eddy current sensor device and the tendon tension force measured by the eddy current sensor device in a magnetic induction manner. Tendon's tension diagnosis system can be provided.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 와전류 센서 장치는 코일부와 케이싱을 포함한다. 상기 코일부는, 제1 자기장을 발생시키기 위한 여자 코일과, 상기 제1 자기장에 의해 타겟 구조물에 유도된 와전류가 발생시키는 제2 자기장과 상기 제1 자기장의 합성 자기장에 상응하는 전기신호를 검출하는 센싱 코일을 포함한다. 상기 케이싱은 상기 코일부를 내부에 수용하면서 둘러싸고, 자계 차폐능력이 있는 재질로 만들어져 외부로부터 자기장이 상기 코일부로 유입되는 것을 차단한다. In order to achieve the above object of the present invention, the eddy current sensor device according to the embodiments of the present invention includes a coil portion and a casing. The coil unit is configured to sense an excitation coil for generating a first magnetic field, an electrical signal corresponding to a second magnetic field generated by an eddy current induced by a first magnetic field in a target structure and a composite magnetic field of the first magnetic field. It includes a coil. The casing surrounds the coil part while receiving the inside, and is made of a material having a magnetic shielding ability to block a magnetic field from flowing into the coil part from the outside.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 와전류 센서 장치는 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 타겟 구조물에 자력으로 고정시키면서 와전류 센서의 민감도를 향상시키기 위한 자력부를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the eddy current sensor device may further include a magnetic force for receiving and fixing the inside of the casing to improve the sensitivity of the eddy current sensor while magnetically fixing the casing and the coil to the target structure. .
예시적인 실시예에 있어서, 상기 코일부는 상기 센싱 코일이 상기 여자 코일 안에 내삽 되어 상기 센싱 코일과 상기 여자 코일이 이중 원통형을 이루는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the coil unit may be interpolated into the excitation coil to form a double cylinder of the sensing coil and the excitation coil.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 와전류 센서 장치는 상기 여자 코일과 상기 센싱 코일의 결합체를 감싸고 상기 여자 코일과 상기 센싱 코일에 각각 연결되는 컨넥터들이 마련된 코일 케이스를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the eddy current sensor device may further include a coil case surrounding connectors of the excitation coil and the sensing coil and provided with connectors connected to the excitation coil and the sensing coil, respectively.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 코일부는 소정 모양의 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)을 매개로 상기 센싱 코일과 상기 여자 코일이 2층 구조로 배치된 형태인 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the coil unit may have a shape in which the sensing coil and the excitation coil are arranged in a two-layer structure via a flexible printed circuit board (FPCB) having a predetermined shape.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 코일부는 복수 개의 FPCB형 코일부와, 상기 복수 개의 FPCB형 코일부 사이에 배치되어 상기 복수 개의 FPCB형 코일부가 폐루프를 형성하도록 연결시켜주는 신축성 연결부재를 포함하며, 상기 FPCB형 코일부는 소정 모양의 연성 인쇄회로기판(FPCB)을 매개로 상기 센싱 코일과 상기 여자 코일이 2층 구조로 배치된 구조일 수 있다.In an exemplary embodiment, the coil portion includes a plurality of FPCB-type coil portion, and a flexible connection member disposed between the plurality of FPCB-type coil portion to connect the plurality of FPCB-type coil portion to form a closed loop, The FPCB type coil unit may have a structure in which the sensing coil and the excitation coil are arranged in a two-layer structure via a flexible printed circuit board (FPCB) having a predetermined shape.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 와전류 센서 장치는 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 타겟 구조물에 자력으로 고정시키면서 와전류 센서의 민감도를 향상시키기 위한 자력부를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the eddy current sensor device may further include a magnetic force for receiving and fixing the inside of the casing to improve the sensitivity of the eddy current sensor while magnetically fixing the casing and the coil to the target structure. .
예시적인 실시예에 있어서, 상기 코일부는 복수 개이며, 상기 자력부도 상기 코일부와 같이 복수 개이며 상기 코일부마다 하나씩 설치될 수 있다. 또한, 상기 와전류 센서 장치는 상기 복수 개의 자력부를 상기 케이싱의 내부에 고정시켜주면서 각 영구 자석에 탄성력을 제공하여 각 코일부를 상기 타겟 구조물 쪽으로 밀어붙여 고정되도록 지지해주는 복수 개의 탄성부재를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, a plurality of coil parts may be provided, and a plurality of magnetic force parts may be provided, such as the coil part, and one coil may be provided for each coil part. The eddy current sensor device may further include a plurality of elastic members that support the coils by being fixed to the target structure by providing elastic force to each permanent magnet while fixing the plurality of magnetic forces inside the casing. Can be.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 텐던 긴장력 진단 시스템은 긴장력에 기초하여 변동하는 응력을 제공하는 텐던(tendon)의 긴장력을 상기 텐던과 앵커헤드 사이에 압입되어 상기 텐던의 응력에 따라 자기투자율이 변하는 적어도 하나의 쐐기를 통해 모니터링하기 위한 것이다. 상기 텐던 긴장력 진단 시스템은 와전류 센서와 긴장력 모니터링부를 포함한다. 상기 와전류 센서는 상기 적어도 하나의 쐐기의 표면에 설치되며, 여자 신호에 기초하여 제1 자기장을 발생시키기 위한 여자 코일과, 상기 제1 자기장에 의해 상기 적어도 하나의 쐐기에 유도된 와전류가 발생시키는 제2 자기장과 상기 제1 자기장의 합성 자기장에 상응하는 전기신호를 검출하는 센싱 코일을 포함하는 코일부; 및 상기 코일부를 내부에 수용하면서 둘러싸고, 자계 차폐능력이 있는 재질로 만들어져 외부로부터 자기장이 상기 코일부로 유입되는 것을 차단하는 케이싱을 포함한다. 상기 긴장력 모니터링부는 상기 와전류 센서에 상기 여자 신호를 제공하는 한편, 상기 와전류 센서가 검출한 전기신호를 이용하여 상기 텐던의 긴장력에 관한 정보를 산출한다. In order to achieve the above object of the present invention, the tendon tension force diagnosis system according to the embodiments of the present invention indents the tendon force of the tendon (tendon) between the tendon and the anchor head to provide a variable stress based on the tension force And to monitor through at least one wedge whose magnetic permeability changes with the stress of the tendon. The tendon tension diagnosis system includes an eddy current sensor and a tension monitoring unit. The eddy current sensor is installed on the surface of the at least one wedge, the excitation coil for generating a first magnetic field based on the excitation signal, and the eddy current generated by the eddy current induced in the at least one wedge by the first magnetic field A coil unit including a second magnetic field and a sensing coil configured to detect an electrical signal corresponding to the synthesized magnetic field of the first magnetic field; And a casing surrounding the coil part while being accommodated therein and made of a material having a magnetic shielding ability to block a magnetic field from flowing into the coil part from the outside. The tension force monitoring unit provides the excitation signal to the eddy current sensor, and calculates information on the tension force of the tendon using the electrical signal detected by the eddy current sensor.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 긴장력 모니터링부는 (i) 초기 긴장력 조건에서 상기 와전류 센서를 통해 n 회의 상기 전기신호의 계측을 수행하여 제1 분산값 (σ0)을 계산하고, (ii) 시간의 경과에 따라 상기 텐던의 긴장력이 변화된 상태에서도 상기 와전류 센서를 통해 동일하게 n 회의 상기 전기신호의 계측을 수행하여 제2 분산값(σ1)을 계산하며, (iii) 계산된 제1 분산값(σ0)과 제2 분산값(σ1)을 확률 통계적 분석을 통해 손상지수를 산출하고, (iv) 산출된 손상지수가 허용 임계값을 초과하는 경우에는 자동적으로 위험 경보를 발생시키는 알고리즘이 구현된 프로그램을 수행하는 기능을 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the tension monitoring unit (i) performs a measurement of the electrical signal n times through the eddy current sensor under an initial tension condition to calculate a first dispersion value (σ 0 ), and (ii) Even when the tension force of the tendon is changed as the elapsed time, the second dispersion value σ 1 is calculated by performing the same measurement of the electrical signal n times through the eddy current sensor, and (iii) the calculated first dispersion value ( Implement an algorithm that calculates the damage index through probability statistical analysis of σ 0 ) and the second variance value (σ 1 ), and (iv) automatically generates a risk alert when the calculated damage index exceeds the acceptable threshold. It can have a function to execute a programmed program.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 텐던 긴장력 진단 시스템은 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 적어도 하나의 쐐기의 표면에 자력으로 고정시키면서 상기 와전류 센서의 민감도를 향상시키기 위한 자력부를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the tendon tension diagnosis system is received and fixed inside the casing to magnetically enhance the sensitivity of the eddy current sensor while magnetically fixing the casing and the coil to a surface of the at least one wedge. It may further include wealth.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 긴장력 모니터링부는, 송신 제어 신호에 기초하여 미리 정해진 주파수를 갖는 상기 여자 신호를 제공하는 파형 발생기; 상기 제2 자기장에 상응하는 전기 신호를 디지털화하여 디지털 전기 신호를 제공하는 디지타이저; 및 상기 파형 발생기에 상기 송신 제어 신호를 제공하고, 상기 디지타이저로부터 상기 디지털 전기 신호를 제공받아 상기 텐던의 긴장력을 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the tension monitoring unit includes: a waveform generator for providing the excitation signal having a predetermined frequency based on a transmission control signal; A digitizer for digitizing the electrical signal corresponding to the second magnetic field to provide a digital electrical signal; And a controller configured to provide the transmission control signal to the waveform generator and to receive the digital electrical signal from the digitizer to calculate the tension force of the tendon.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제어부는 산출된 긴장력의 크기가 허용 임계값 이하로 떨어지면 위험 경보를 발하는 기능을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the control unit may include a function of alerting a danger when the magnitude of the calculated tension falls below an acceptable threshold.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제어부는 수신 제어 신호를 상기 디지타이저에 제공하여 상기 디지털 전기신호를 제공받음으로써 상기 송신 제어 신호 및 상기 수신 제어 신호를 상기 파형 발생기 및 상기 디지타이저 사이의 동기화를 위하여 사용할 수 있다. In an exemplary embodiment, the control unit may use the transmission control signal and the reception control signal for synchronization between the waveform generator and the digitizer by providing a reception control signal to the digitizer to receive the digital electrical signal. have.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 미리 정해진 주파수의 개수는 복수 개일 수 있다. In an exemplary embodiment, the number of the predetermined frequencies may be plural.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 긴장력 모니터링부는 상기 디지털 전기신호 중 제1 시간 구간 동안 획득한 제1 디지털 전기신호 및 상기 디지털 전기신호 중 제2 시간 구간 동안 획득한 제2 디지털 전기 신호를 비교하여 상기 텐던의 손상 지수를 결정하는 것일 수 있다. In an exemplary embodiment, the tension monitoring unit compares the first digital electrical signal acquired during the first time interval of the digital electrical signal with the second digital electrical signal acquired during the second time interval of the digital electrical signal. It may be to determine the tendon damage index.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 텐던 긴장력 진단 시스템은 가동체에 설치되는 1차측 코일과, 상기 와전류 센서가 설치된 구조물에 설치되고 상기 1차측 코일과 자기유도방식으로 결합되고 상기 긴장력 모니터링부와 연결되는 2차측 코일을 포함하는 전력 및 데이터 무선 전달부; 및 상기 가동체에 설치되며, 상기 1차측 코일에 연결되어 상기 전력 및 데이터 무선 전달부를 통해, 상기 와전류 센서와 상기 긴장력 모니터링부의 구동에 필요한 전력을 자기유도방식으로 제공하고 상기 긴장력 모니터링부로부터 상기 텐던의 긴장력에 관한 정보를 자기유도방식으로 수집하는 무선 송전 및 데이터 수신부를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the tendon tension diagnosis system is coupled to the primary force coil installed in the movable body, the structure in which the eddy current sensor is installed, the primary coil coupled to the primary coil and inductively coupled to the tension monitoring unit A power and data radio transmitter including a secondary coil; And installed in the movable body and connected to the primary side coil to provide power necessary for driving the eddy current sensor and the tension monitoring unit through the power and data wireless transmission unit in a magnetic induction manner and from the tension monitoring unit. The wireless transmission and data receiving unit for collecting information about the tension of the magnetic induction method may further include.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 가동체는 차량이고, 상기 구조물은 상기 차량이 다닐 수 있는 도로와 교량 중 적어도 어느 한 가지일 수 있다.In an exemplary embodiment, the movable body is a vehicle, and the structure may be at least one of roads and bridges that the vehicle can carry.
본 발명의 실시예들에 따른 텐던 긴장력 모니터링 시스템은 자력을 이용하여 와전류 센서를 쐐기 표면에 부착시키므로 설치 방법이 매우 간단하다. 또한, 자력을 제공하는 자력부에 의해 쐐기 표면에서 와전류를 효율적으로 발생시킬 수 있어 센서의 민감도를 향상시킬 수 있다. The tendon tension monitoring system according to the embodiments of the present invention uses a magnetic force to attach the eddy current sensor to the wedge surface, so the installation method is very simple. In addition, the magnetic force providing magnetic force can efficiently generate the eddy current at the wedge surface can improve the sensitivity of the sensor.
자계 차폐 기능이 우수한 케이싱을 사용하여 와전류 센서의 코일부를 감쌈으로써, 외부의 자기적 요인의 차단을 통해 센서 정밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 코일부를 외부로부터 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있다. By using the casing with excellent magnetic shielding function to wrap the coil part of the eddy current sensor, not only can the sensor accuracy be improved by blocking external magnetic factors, but also there is an advantage that the coil part can be safely protected from the outside.
또한, 본 발명은 텐던의 긴장력이 허용 임계점 이하로 저하되면 위험 경보를 자동으로 발생시키므로써 구조물의 안전 관리를 용이하게 할 수 있는 장점도 있다. In addition, the present invention has the advantage that it is possible to facilitate the safety management of the structure by automatically generating a danger alarm when the tension force of the tendon falls below the acceptable threshold.
본 발명은 와전류 센서에 대한 구동 전력의 공급과 와전류 센서로부터의 데이터 수집을 검사차량을 이용하여 자기유도방식에 의해 무선으로 할 수 있으므로, 텐던 긴장력 모니터링 시스템을 단순화 시킬 수 있어 초기 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 그 시스템의 유지보수 비용도 절감할 수 있고, 데이터 수집이 간편하다는 장점도 제공할 수 있다.The present invention can provide the driving power to the eddy current sensor and the data collection from the eddy current sensor wirelessly by the magnetic induction method using the inspection vehicle, it is possible to simplify the tendon tension monitoring system to reduce the initial cost In addition, it can reduce the maintenance costs of the system and provide the advantage of easy data collection.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서의 구성을 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a cylindrical eddy current sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서의 코일부의 평단면도이고, (b)는 절단선 A-A'에서의 단면도를 나타낸다.FIG. 2A is a plan sectional view of a coil portion of a cylindrical eddy current sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view taken along a cutting line A-A '.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서가 앵커헤드의 쐐기 표면에 설치된 상태를 나타낸다. Figure 3 shows a state in which the cylindrical eddy current sensor according to an embodiment of the present invention is installed on the wedge surface of the anchor head.
도 4는 도 3에서 절단선 B-B'를 따라서 본 단면도이다. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서를 이용하여 PT 텐던의 긴장력을 모니터링하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. Figure 5 is a block diagram showing the configuration of a system for monitoring the tension force of the PT tendon using a cylindrical eddy current sensor according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 PT 텐던의 긴장력 모니터링 시스템의 긴장력 측정 절차를 나타내는 순서도이다. Figure 6 is a flow chart illustrating a tension force measurement procedure of the PT tendon tension force monitoring system according to embodiments of the present invention.
도 7의 (a)와 (b)는 도 5에 도시된 텐던 긴장력 모니터링 시스템이 산출하는 텐던의 손상 지수를 설명하기 위한 도면이다. 7 (a) and 7 (b) are diagrams for explaining the damage index of tendons calculated by the tendon tension monitoring system shown in FIG.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 PT 텐던의 긴장력 모니터링 시스템에서 측정된 PT텐던의 긴장력 모니터링 데이터 처리를 통해 손상지수를 산출하고, 긴장력 완화에 따른 위험을 자동 경보하는 알고리즘을 나타내는 순서도이다. FIG. 8 is a flowchart illustrating an algorithm for calculating a damage index and processing an automatic warning of a risk due to tension relaxation by processing PT tension force tension monitoring data measured in a PT tension force monitoring system according to embodiments of the present invention.
도 9는 초기 긴장력 조건에서 계측한 와전류 그래프의 예를 나타낸다.9 shows an example of an eddy current graph measured under an initial tension force condition.
도 10은 변경된 긴장력 조건에서 계측한 와전류 그래프의 예를 나타낸다.10 shows an example of an eddy current graph measured under changed tension conditions.
도 11은 초기 긴장력과 변경된 긴장력 간의 차이를 이용하여 가설 검증을 수행하기 위한 그래프의 예를 나타낸다.11 shows an example of a graph for performing hypothesis testing using the difference between the initial tension force and the changed tension force.
도 12는 손상지수 기준 온라인 모니터링을 통해 PT 텐던 긴장력 저하 여부를 자동 판정하기 위한 그래프의 예를 나타낸다.12 shows an example of a graph for automatically determining whether PT tendon tension is lowered through damage index-based online monitoring.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FPCB형 와전류 센서의 코일 배치를 나타낸다.13 illustrates a coil arrangement of an FPCB type eddy current sensor according to another embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 FPCB형 와전류 센서가 앵커헤드의 쐐기 표면에 설치된 상태의 단면도이다.14 is a cross-sectional view of the FPCB type eddy current sensor according to an embodiment of the present invention installed on the wedge surface of the anchor head.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 것으로서, 도 13에 도시된 FPCB형 와전류 센서 3개를 신축성 연결부재를 매개로 원형 폐루프 모양으로 연결한 FPCB형 와전류 센서용 코일부의 평면도이다.FIG. 15 is a plan view illustrating a coil unit for an FPCB type eddy current sensor, in which three FPCB type eddy current sensors shown in FIG. 13 are connected in a circular closed loop shape through a flexible connecting member.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 와전류 센서를 채용한 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템의 개략적인 개념도를 도시한다. 16 is a schematic conceptual diagram of a wireless sensor node system for tendon tension monitoring employing an eddy current sensor according to an embodiment of the present invention.
도 17은 도 16에 도시된 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템을 이용하여 센서 노드에 대한 무선 전력 공급 및 센서 노드가 검출한 데이터의 무선 획득 과정을 나타낸 흐름도이다. 17 is a flowchart illustrating a wireless power supply to a sensor node and wireless acquisition of data detected by the sensor node using the tendon tension monitoring wireless sensor node system shown in FIG. 16.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments of the present invention, embodiments of the present invention may be implemented in various forms and It should not be construed as limited to the embodiments described in.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between," or "neighboring to," and "directly neighboring to" should be interpreted as well.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions of the same elements are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서(200)의 구성을 나타내는 분해사시도이다. 도 2의 (a)와 (b)는 도 1에 도시된 원통형 와전류 센서(200)의 코일부(210)의 평단면도와 측단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 원통형 와전류 센서(200)가 앵커헤드(370)의 쐐기(330) 표면에 설치된 상태를 나타내는데, 와전류 센서(200)의 내부가 보이도록 케이싱(260)의 일부가 절개된 상태를 도시한다. 도 4는 도 3에서 절단선 B-B'를 따라서 본 단면도이다. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a cylindrical eddy current sensor 200 according to an embodiment of the present invention. 2 (a) and 2 (b) are a planar cross-sectional view and a side cross-sectional view of the coil unit 210 of the cylindrical eddy current sensor 200 shown in FIG. 1. 3 illustrates a state in which the cylindrical eddy current sensor 200 illustrated in FIG. 1 is installed on the surface of the wedge 330 of the anchor head 370, and a part of the casing 260 is cut away so that the inside of the eddy current sensor 200 is visible. Shows the state. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3.
도 1과 도 2를 참조하면, 원통형 와전류 센서(200)는 코일부(210)를 포함한다. 실시예에 따르면, 코일부(210)는 전도성 도선이 원통형으로 권선된 여자 코일(excitation coil)(220)과, 전도성 도선이 원통형으로 권선된 센싱 코일(sensing coil)(240)을 포함한다. 센싱 코일(240)의 외경은 여자 코일(220)의 내경보다 작고, 내경은 모니터링 대상 텐던(310)의 지름보다 크다. 센싱 코일(240)이 여자 코일(220) 안에 내삽되어 이 두 코일(220, 240)은 이중 원통형으로 결합될 수 있다. 센싱 코일(240)과 여자 코일(220)은 예컨대 접착제로 접합될 수 있다. 여자 코일(220)과 센싱 코일(240)의 이중 원통형 결합체는 코일 케이스(215)로 감싸서 원통형 코일부(210)를 구성할 수 있다. 코일 케이스(215)에는 컨넥터(217)들이 마련될 수 있다. 컨넥터(217)는 여자 신호(excitation signal: ES)를 와전류 센서(200)에 제공하고, 전압 신호(VS)를 와전류 센서(200)로부터 전달받기 위해서 사용될 수 있다(이에 관해서는 후술함). 이렇게 센서(200)의 센싱 코일(240)이 안쪽에 배치되어 효율적으로 자기장 변화를 모니터링할 수 있다. 여자 코일(220)은 외측에서 자기장을 형성할 수 있다. 1 and 2, the cylindrical eddy current sensor 200 includes a coil unit 210. According to the embodiment, the coil unit 210 includes an excitation coil 220 in which the conductive wire is wound in a cylindrical shape, and a sensing coil 240 in which the conductive wire is wound in a cylindrical shape. The outer diameter of the sensing coil 240 is smaller than the inner diameter of the exciting coil 220, and the inner diameter is larger than the diameter of the tendon 310 to be monitored. The sensing coil 240 is interpolated in the excitation coil 220 such that the two coils 220 and 240 may be combined in a double cylindrical shape. The sensing coil 240 and the exciting coil 220 may be bonded with an adhesive, for example. The double cylindrical combination of the excitation coil 220 and the sensing coil 240 may be wrapped in the coil case 215 to form a cylindrical coil unit 210. Connectors 217 may be provided in the coil case 215. The connector 217 may be used to provide an excitation signal ES to the eddy current sensor 200 and to receive the voltage signal VS from the eddy current sensor 200 (to be described later). In this way, the sensing coil 240 of the sensor 200 may be disposed inside to efficiently monitor the magnetic field change. The exciting coil 220 may form a magnetic field on the outside.
실시예에 따르면, 원통형 와전류 센서(200)는 코일부(210)를 내부에 수용하면서 감싸서 외부와 차단하는 케이싱(260)을 포함할 수 있다. 외부로부터 자기장이 내부의 코일부(210)로 유입되는 것을 차단하기 위해, 케이싱(260)은 높은 투자율을 가져 자계 차폐능력이 좋은 소재로 만든 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 케이싱(260)은 강자성체나 페리자성체, 퍼멀로이, 센다스트, 페라이트 등의 합금 등으로 만들 수 있다. 케이싱(260)은 코일부(210)를 내부에 수용할 수 있는 원통형일 수 있다. 그 원통형 케이싱(260)의 축방향 상면은 개방되고, 하면은 텐던(310)이 관통할 수 있는 개공이 형성된 막힌 면일 수 있다. According to the exemplary embodiment, the cylindrical eddy current sensor 200 may include a casing 260 that encloses the coil part 210 while receiving the inside thereof and blocks the outside. In order to block the magnetic field from flowing into the coil unit 210 from the outside, the casing 260 is preferably made of a material having a good magnetic permeability having a high magnetic permeability. For example, the casing 260 may be made of an alloy such as ferromagnetic or ferrimagnetic, permalloy, sendast, ferrite, or the like. The casing 260 may be cylindrical to accommodate the coil unit 210 therein. The axial upper surface of the cylindrical casing 260 is open, and the lower surface may be a closed surface with openings through which the tendon 310 can pass.
와전류 센서(200)를 긴장력 모니터링 대상인 구조물(이하, '타겟 구조물'이라 함)(300)에 고정되게 설치하기 위해 접착제를 사용할 수 있다. 다만, 접착제를 사용하는 경우, 접착제에 따라 모니터링 결과가 변할 수 있다. 접착제의 종류, 접착 두께, 접착 위치에 따라 와전류 센서(200)의 민감도에 영향을 주어 모니터링 결과의 신뢰도가 낮아질 수 있다. 접착제의 이런 단점을 해소하기 위해, 자력을 이용하여 와전류 센서(200)를 타겟 구조물(300)에 고착시킬 수 있다. An adhesive may be used to fix the eddy current sensor 200 to a structure (hereinafter, referred to as a “target structure”) 300 that is a tension monitoring target. However, when the adhesive is used, the monitoring result may change depending on the adhesive. Depending on the type of adhesive, the thickness of the adhesive, the position of the adhesive affects the sensitivity of the eddy current sensor 200 may reduce the reliability of the monitoring results. To alleviate this drawback of the adhesive, magnetic force can be used to secure the eddy current sensor 200 to the target structure 300.
실시예에 따르면, 원통형 와전류 센서(200)는 자력부를 더 포함할 수 있다. 자력부는 예컨대 영구자석(250)으로 구현할 수 있다. 영구자석(250)은 내경이 코일부(210)의 외경보다 작고 텐던(310)보다는 크고, 외경은 케이싱(260)의 내경보다 작은 도우넛형일 수 있다. 영구자석(250)은 케이싱(260)의 내부에 수납되어 케이싱(260)에 고착될 수 있다. 영구자석(250)은 케이싱(260)에 예컨대 접착제로 고정되거나, 케이싱(260)에 압입 고정될 수도 있다. 케이싱(260)은 영구자석(250)이 압입 고정되는 부분과 나머지 부분으로 구분되고, 그 두 부분이 예컨대 나사결합 등의 방법으로 결합될 수도 있다. 영구자석(250)의 타겟 구조물(300)에 대한 자력에 의해 와전류 센서(200)가 타겟 구조물(300)에 고착될 수 있다. According to an embodiment, the cylindrical eddy current sensor 200 may further include a magnetic force unit. The magnetic part may be embodied as, for example, the permanent magnet 250. The permanent magnet 250 may have a donut shape having an inner diameter smaller than the outer diameter of the coil part 210 and larger than the tendon 310, and the outer diameter smaller than the inner diameter of the casing 260. The permanent magnet 250 may be accommodated in the casing 260 and fixed to the casing 260. The permanent magnet 250 may be fixed to the casing 260 with an adhesive, for example, or may be press-fitted to the casing 260. The casing 260 is divided into a part to which the permanent magnet 250 is press-fitted and the remaining part, and the two parts may be combined by, for example, screwing. The eddy current sensor 200 may be fixed to the target structure 300 by the magnetic force of the target structure 300 of the permanent magnet 250.
타겟 구조물(300)은 텐던(310)(tendon) 및 쐐기(330)(wedge)를 포함할 수 있다. 텐턴(310)은 앵커 헤드(370)를 관통하고, 하나 이상의 쐐기(330)를 앵커 헤드(370)와 텐던(310) 사이에 압입될 수 있다. 텐던(310)은 쐐기(330)에 붙잡혀 앵커 헤드(370)에 정착될 수 있다. 구체적으로, 앵커 헤드(370)의 내부에는 쐐기 삽입공(372)이 형성될 수 있다. 쐐기 삽입공(372)은 테이퍼드 원형 개구이다. 즉, 쐐기 삽입공(372)은 양(+)의 제1 방향(D1)으로 가면서 지름이 점진적으로 감소하는 원형 개구이다. 텐던(310)이 한 개 이상의 쐐기(330)들과 견고하게 결합된 상태로 앵커 헤드(370)의 테이퍼드 쐐기 삽입공(372)에 삽입된다. 즉, 텐던(310)과 앵커 헤드(370)의 쐐기 삽입공(372) 사이에 한 개 이상의 쐐기(330)들이 박힐 수 있다. 텐던(310)은 제1 방향(D1)으로의 슬립이 생기지 않도록 쐐기(330)들에 의해 매우 견고하게 붙잡히게 된다. 텐던(310)은 쐐기(330)를 통해 앵커 헤드(370)에 견고하게 고정될 수 있다. 영구 자석(250)을 도입하는 경우, 쐐기(330)들은 영구 자석(250)과의 결합력이 큰 재질로 만들 수 있다. 쐐기(330)들은 예를 들어 강자성체로 만들 수 있다. The target structure 300 may include tendons 310 and wedges 330. Tenton 310 may penetrate anchor head 370 and press one or more wedges 330 between anchor head 370 and tendon 310. The tendon 310 may be caught by the wedge 330 and fixed to the anchor head 370. Specifically, a wedge insertion hole 372 may be formed in the anchor head 370. The wedge insertion hole 372 is a tapered circular opening. That is, the wedge insertion hole 372 is a circular opening gradually decreasing in diameter while going in the positive first direction D1. The tendon 310 is inserted into the tapered wedge insertion hole 372 of the anchor head 370 while being firmly coupled to one or more wedges 330. That is, one or more wedges 330 may be embedded between the tendon 310 and the wedge insertion hole 372 of the anchor head 370. The tendon 310 is held very firmly by the wedges 330 so that slip in the first direction D1 does not occur. The tendon 310 may be firmly fixed to the anchor head 370 through the wedge 330. In the case of introducing the permanent magnet 250, the wedges 330 may be made of a material having a large bonding force with the permanent magnet 250. The wedges 330 can be made of ferromagnetic material, for example.
원통형 와전류 센서(200)는 실제 설치 시, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 영구자석(250)은 케이싱(260)의 내부 바닥에 고착되고, 그 영구자석(250) 위에 코일부(210)가 배치될 수 있다. 원통형 와전류 센서(200)는 코일부(210), 영구자석(250) 및 케이싱(260)이 텐던(310)에 외삽된 채 쐐기(330)들의 표면에 설치될 수 있다. 케이싱(260)에 고정 장착된 영구자석(250)이 쐐기(330)들 위에 위치하면서 그 쐐기(330)들과의 인력에 의해 와전류 센서(200)는 쐐기(330)들 표면에 고정될 수 있다. 도면에는 3개의 쐐기(330)가 설치된 것으로 도시되어 있는데, 이는 예시적인 것이며 쐐기(330)의 개수는 2개 또는 4개 이상이 될 수도 있다. 이런 설치 상태에서는 코일부(210)가 쐐기(330)의 표면과 평행을 이루어 코일부(210)의 중심축의 방향은 쐐기(330) 표면에 대한 법선방향과 같을 수 있다. 케이싱(260)은 쐐기(330)들을 모두 덮을 수 있는 크기로 만들 수 있다.When the cylindrical eddy current sensor 200 is actually installed, as shown in FIGS. 3 and 4, the permanent magnet 250 is fixed to the inner bottom of the casing 260, and the coil part 210 is disposed on the permanent magnet 250. Can be arranged. The cylindrical eddy current sensor 200 may be installed on the surface of the wedges 330 while the coil unit 210, the permanent magnet 250, and the casing 260 are extrapolated to the tendon 310. The permanent magnet 250 fixedly mounted to the casing 260 is positioned on the wedges 330 and the eddy current sensor 200 may be fixed to the wedge 330 surfaces by the attraction force with the wedges 330. . The figure shows that three wedges 330 are installed, which is exemplary and the number of wedges 330 may be two or four or more. In this installation state, the coil unit 210 may be parallel to the surface of the wedge 330 so that the direction of the central axis of the coil unit 210 may be the same as the normal direction with respect to the surface of the wedge 330. The casing 260 may be sized to cover all of the wedges 330.
이처럼 원통형 와전류 센서(200)는 텐던(310)에 외삽됨과 동시에, 그 텐던(310)의 긴장력의 크기와 비례하여 그 응력이 증가하는 앵커 헤드(370)의 쐐기(330)들의 표면에 설치되어, 여자 코일(220)에서 생성되는 제1 자기장(B1)에 따라 쐐기(330)들의 표면에 와전류를 생성하고, 그 와전류에 기초하여 생성되는 제2 자기장(B2)을 센싱 코일(240)이 검출함으로써 텐던(310)의 긴장력의 크기를 검출할 수 있다.As such, the cylindrical eddy current sensor 200 is installed on the surface of the wedges 330 of the anchor head 370 which is extrapolated to the tendon 310 and at the same time the stress increases in proportion to the magnitude of the tension force of the tendon 310. By generating eddy currents on the surfaces of the wedges 330 according to the first magnetic field B1 generated by the excitation coil 220, the sensing coil 240 detects the second magnetic field B2 generated based on the eddy currents. The magnitude of the tension of tendon 310 can be detected.
도 5는 원통형 와전류 센서(200)를 이용하여 PT 텐던(310)의 긴장력을 모니터링하기 위한 시스템(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 5 is a block diagram illustrating the configuration of a system 100 for monitoring the tension of PT tendon 310 using a cylindrical eddy current sensor 200.
도 5를 참조하면, 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)은 파형 발생기(150), 와전류 센서(200), 긴장력 모니터링 대상인 구조물(이하, '타겟 구조물'이라 함)(300), 디지타이저(400), 그리고 제어부(500)를 포함한다. 와전류 센서(200)는 인가되는 여자 신호(ES)에 기초하여 타겟 구조물(300) 쪽으로 제1 자기장(B1)을 발생시켜 타겟 구조물(300)의 쐐기(300)들 표면에 와전류(EC)를 유도하고, 그 와전류(EC)에 의해 생기는 제2 자기장(B2)에 상응하는 전기신호(VS)를 검출한다. 파형 발행기(150)는 송신 제어신호(TCS)에 기초하여 미리 정해진 주파수를 갖는 여자 신호(ES)를 와전류 센서(200)에 제공한다. 디지타이저(400)는 와전류 센서(200)가 검출하는 제2 자기장(B2)에 상응하는 전기신호(VS)를 디지털화 하여 디지털 전기신호(DVS)를 제공한다. 제어부(500)는 송신 제어신호(TCS)를 파형발생기(150)에 제공하여 제1 자기장(B1)이 발생되도록 함과 더불어, 수신 제어신호(RCS)를 디지타이저(400)에 제공하여 디지타이저(400)로부터 디지털 전기신호(DVS)를 제공받는다.Referring to FIG. 5, the tendon tension monitoring system 100 includes a waveform generator 150, an eddy current sensor 200, a structure (hereinafter referred to as a “target structure”) 300, a digitizer 400, and a target to be monitored for tension. The control unit 500 is included. The eddy current sensor 200 generates the first magnetic field B1 toward the target structure 300 based on the applied excitation signal ES to induce the eddy current EC on the surfaces of the wedges 300 of the target structure 300. Then, the electrical signal VS corresponding to the second magnetic field B2 generated by the eddy current EC is detected. The waveform issuer 150 provides the eddy current sensor 200 with an excitation signal ES having a predetermined frequency based on the transmission control signal TCS. The digitizer 400 digitizes the electric signal VS corresponding to the second magnetic field B2 detected by the eddy current sensor 200 to provide a digital electric signal DVS. The control unit 500 provides the transmission control signal TCS to the waveform generator 150 to generate the first magnetic field B1, and provides the reception control signal RCS to the digitizer 400 to provide the digitizer 400. The digital electrical signal DVS.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 PT 텐던(310)의 긴장력 모니터링 시스템(100)의 긴장력 측정 절차를 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a tension force measurement procedure of the tension force monitoring system 100 of the PT tendon 310 according to embodiments of the present invention.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 제어부(500)는 파형 발생기(150)에 송신 제어 신호(TCS)를 제공한다(S100). 파형 발생기(150)는 송신 제어 신호(TCS)에 기초하여 미리 정해진 주파수를 갖는 여자 신호(ES)를 와전류 센서(200)에 제공한다(S110). 송신 제어 신호(TCS)에 따라 여자 신호(ES)의 크기 및 여자 신호(ES)의 주파수가 변동될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 미리 정해진 주파수의 개수는 복수 개일 수 있다. 예를 들어, 송신 제어 신호(TCS)에 따라 여자 신호(ES)의 주파수가 결정될 수 있다. 여자 신호(ES)의 주파수 범위는 10Hz부터 1MHz까지 일 수 있다. 복수 개의 주파수를 사용하는 경우, 긴장력 모니터링 시스템(100)은 보다 다양한 디지털 전압 신호(DVS)를 획득할 수 있다. 긴장력 모니터링 시스템(100)이 보다 다양한 디지털 전압 신호(DVS)를 획득하는 경우, 보다 정확한 타겟 구조물(300)의 안전을 진단할 수 있다. 여자 신호(ES)는 교류 전류 신호일 수 있다. 1 to 6, the controller 500 provides the waveform generator 150 with a transmission control signal TCS (S100). The waveform generator 150 provides the excitation signal ES having a predetermined frequency to the eddy current sensor 200 based on the transmission control signal TCS (S110). The magnitude of the excitation signal ES and the frequency of the excitation signal ES may vary according to the transmission control signal TCS. In an exemplary embodiment, the number of predetermined frequencies may be plural. For example, the frequency of the excitation signal ES may be determined according to the transmission control signal TCS. The frequency range of the excitation signal ES may be from 10 Hz to 1 MHz. When using a plurality of frequencies, the tension monitoring system 100 may acquire more various digital voltage signals DVS. When the tension monitoring system 100 acquires more various digital voltage signals DVS, the safety of the target structure 300 can be diagnosed more accurately. The excitation signal ES may be an alternating current signal.
와전류 센서(200)는 여자 신호(ES)에 기초하여 제1 자기장(B1)을 제공한다(S120). 여자 신호(ES)는 센서(200)에 포함되는 여자 코일(220)에 전달될 수 있다. 이에 의해, 여자 코일(220)에 교류 전류가 흘러 센서(200) 주위에 제1 자기장(B1)이 발생될 수 있다. 제1 자기장(B1)은 도 5에 도시된 것처럼 쐐기(330)들의 표면으로 향하는 제1 방향(D1)을 따라 형성될 수 있다. The eddy current sensor 200 provides the first magnetic field B1 based on the excitation signal ES (S120). The excitation signal ES may be transmitted to the excitation coil 220 included in the sensor 200. As a result, an alternating current flows through the exciting coil 220 to generate a first magnetic field B1 around the sensor 200. The first magnetic field B1 may be formed along the first direction D1 toward the surface of the wedges 330 as shown in FIG. 5.
타겟 구조물(300)의 쐐기(330)에 제1 자기장(B1)이 인가됨에 따라 쐐기(330)의 표면에는 와전류(EC)가 유도된다. 그 와전류(EC)에 의해 제2 자기장(B2)이 생성되어 센서(200)에 제공된다(S130). 그 제2 자기장(B2)은 센서(200)의 코일(220, 240)과 쇄교하면서 전압 성분을 유도한다. 제1 자기장(B1)과, 쐐기(330) 표면에 유도된 와전류(EC)로 인해 발생된 제2 자기장(B2)이 센싱코일(240)과 쇄교한다. 센싱코일(240)에는 이 두 자기장이 합성되어 변화된 자기장에 상응하는 전압신호(VS)가 유도된다. As the first magnetic field B1 is applied to the wedge 330 of the target structure 300, an eddy current EC is induced on the surface of the wedge 330. The second magnetic field B2 is generated by the eddy current EC and is provided to the sensor 200 (S130). The second magnetic field B2 induces a voltage component while linking with the coils 220 and 240 of the sensor 200. The first magnetic field B1 and the second magnetic field B2 generated due to the eddy current EC induced on the surface of the wedge 330 bridge with the sensing coil 240. The two coils are combined with the sensing coil 240 to derive a voltage signal VS corresponding to the changed magnetic field.
구체적으로, 원통형 와전류 센서(200)로부터 생성되는 제1 자기장(B1)에 의해 타겟 구조물(300)의 쐐기(330)에 자기장이 변화할 수 있다. 제1 자기장(B1)에 의해 타겟 구조물(300)에 자기장이 변화하는 경우, 타겟 구조물(300)의 쐐기(330) 표면에 소용돌이 모양의 와전류(EC)가 발생할 수 있다. 와전류(EC)는 제2 방향(D2)을 따라 발생될 수 있다. 쐐기(330) 표면에 발생한 소용돌이 모양의 와전류(EC)에 의해 센서(200)로 향하는 제2 자기장(B2)이 발생할 수 있다. 그 제2 자기장(B2)은 센서(200)의 센싱 코일(240)에 인가될 수 있다. 제2 자기장(B2)의 자속 방향(-D1)은 제1 자기장(B1)의 자속 방향(D1)과는 정반대일 수 있다. 결국, 센싱 코일(240)에는 제1 자기장(B1)과 제2 자기장(B2)이 인가되고, 이 두 자기장의 합성 자기장의 변화에 상응하는 전압 신호(VS)가 유도될 수 있다. 와전류(EC)의 세기에 기초하여 전압 신호(VS)의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 와전류(EC)의 세기가 증가함에 따라 전압 신호(VS)의 크기는 증가하고, 와전류(EC)의 세기가 감소함에 따라 전압 신호(VS)의 크기는 감소할 수 있다.In detail, the magnetic field may change in the wedge 330 of the target structure 300 by the first magnetic field B1 generated from the cylindrical eddy current sensor 200. When the magnetic field is changed in the target structure 300 by the first magnetic field B1, a swirl eddy current EC may occur on the surface of the wedge 330 of the target structure 300. The eddy current EC may be generated along the second direction D2. The second magnetic field B2 directed to the sensor 200 may be generated by the swirl eddy current EC generated on the surface of the wedge 330. The second magnetic field B2 may be applied to the sensing coil 240 of the sensor 200. The magnetic flux direction -D1 of the second magnetic field B2 may be opposite to the magnetic flux direction D1 of the first magnetic field B1. As a result, a first magnetic field B1 and a second magnetic field B2 are applied to the sensing coil 240, and a voltage signal VS corresponding to a change in the combined magnetic field of the two magnetic fields may be induced. The magnitude of the voltage signal VS may be determined based on the strength of the eddy current EC. For example, the magnitude of the voltage signal VS may increase as the intensity of the eddy current EC increases, and the magnitude of the voltage signal VS may decrease as the intensity of the eddy current EC decreases.
디지타이저(400)는 제2 자기장(B2)에 상응하는 전압 신호(VS)를 디지털화하여 디지털 전압 신호(DVS)를 제공한다(S140). 예를 들어, 제2 자기장(B2)에 상응하는 전압 신호(VS)는 아날로그 신호일 수 있다. 디지타이저(400)는 아날로그 신호에 해당하는 전압 신호(VS)를 디지털 전압신호(DVS)로 변환한다. The digitizer 400 digitizes the voltage signal VS corresponding to the second magnetic field B2 and provides a digital voltage signal DVS (S140). For example, the voltage signal VS corresponding to the second magnetic field B2 may be an analog signal. The digitizer 400 converts the voltage signal VS corresponding to the analog signal into the digital voltage signal DVS.
제어부(500)는 디지털 전압신호(DVS)를 제공받기 위해 디지타이저(400)에 수신 제어 신호(RCS)를 제공한다. 디지타이저(400)는 제어부(500)로부터 제공되는 수신 제어 신호(RCS)에 기초하여 제2 자기장(B2)에 상응하는 전압 신호(VS)를 디지털화한 디지털 전압 신호(DVS)를 제어부(500)에 제공한다. 예를 들어, 제어부(500)가 제공하는 송신 제어 신호(TCS) 및 수신 제어 신호(RCS)는 긴장력 모니터링 시스템(100)에 포함되는 파형 발생기(150) 및 디지타이저(400) 사이의 동기화를 위하여 사용될 수 있다. The controller 500 provides the reception control signal RCS to the digitizer 400 to receive the digital voltage signal DVS. The digitizer 400 transmits a digital voltage signal DVS obtained by digitizing the voltage signal VS corresponding to the second magnetic field B2 to the controller 500 based on the reception control signal RCS provided from the controller 500. to provide. For example, the transmission control signal TCS and the reception control signal RCS provided by the control unit 500 may be used for synchronization between the waveform generator 150 and the digitizer 400 included in the tension monitoring system 100. Can be.
이처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)은 제어부(500)가 와전류 센서(200)로 하여금 제1 자기장(B1)을 생성하여 타겟 구조물(300)의 쐐기(330) 표면에 제공하게 함으로써 그 쐐기(330) 표면에 와전류(EC)를 발생시키고, 또한 그 와전류(EC)에 의해 생성되는 제2 자기장(B2)에 기초하여 유도되는 전기신호를 와전류 센서(200)가 검출하고 그 검출신호를 디지털화 제공받음으로써 텐던(310)의 긴장력 변화를 모니터링할 수 있다.As such, the tendon tension monitoring system 100 according to the embodiments of the present invention may allow the controller 500 to generate an first magnetic field B1 by causing the eddy current sensor 200 to surface the wedge 330 of the target structure 300. The eddy current sensor 200 generates an eddy current EC on the surface of the wedge 330 and detects an electric signal induced based on the second magnetic field B2 generated by the eddy current EC. The change in the tension force of the tendon 310 can be monitored by receiving the digitized detection signal.
텐던(310)은 긴장력(TF)에 따라서 변동하는 응력(SF)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 텐던(310)의 긴장력(TF)은 제1 방향(D1)을 따라 형성될 수 있고, 텐던(310)의 응력(SF)은 제2 방향(D2)을 따라 형성될 수 있다. 시간이 경과함에 따라 타겟 구조물(300)을 지탱시켜주는 텐던(310)의 긴장력(TF)은 감소할 수 있다. 시간이 경과함에 따라 텐던(310)의 긴장력(TF)이 감소하는 경우, 타겟 구조물(300)의 안전에 문제가 발생할 수 있다. 시간이 경과함에 따라 텐던(310)의 긴장력(TF)은 감소하는 경우, 텐던(310)의 응력(SF)도 감소할 수 있다.  The tendon 310 may provide a stress SF that varies with the tension force TF. For example, the tension force TF of the tendon 310 may be formed along the first direction D1, and the stress SF of the tendon 310 may be formed along the second direction D2. As time passes, the tension force TF of the tendon 310 supporting the target structure 300 may decrease. When the tension force TF of the tendon 310 decreases with time, a problem may arise in the safety of the target structure 300. When the tension force TF of the tendon 310 decreases with time, the stress SF of the tendon 310 may also decrease.
텐던(310)에 긴장력이 가해지면, 그 텐던(310)과 접하는 쐐기(330) 부분에서 응력 집중이 발생한다. 쐐기(330)는 응력(SF)에 따라 변동하는 자기투자율에 기초하여 와전류(EC) 및 제2 자기장(B2)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 쐐기(330)는 도 3과 4에 도시된 것처럼 텐던(310)의 주위를 둘러쌀 수 있다. 쐐기(330)는 강자성체로 구성될 수 있다. 쐐기(330)는 응력(SF)에 따라 그것의 자기투자율이 변동할 수 있다. 응력(SF)이 감소함에 따라 상기 자기투자율은 감소할 수 있고, 응력(SF)이 증가함에 따라 자기투자율은 증가할 수 있다. When tension is applied to the tendon 310, stress concentration occurs at the portion of the wedge 330 in contact with the tendon 310. The wedge 330 may generate the eddy current EC and the second magnetic field B2 based on the magnetic permeability that varies with the stress SF. For example, the wedge 330 may surround the tendon 310 as shown in FIGS. 3 and 4. The wedge 330 may be made of a ferromagnetic material. The wedge 330 may vary its magnetic permeability according to the stress SF. As the stress SF decreases, the magnetic permeability may decrease, and as the stress SF increases, the magnetic permeability may increase.
예시적인 실시예에 있어서, 쐐기(330)의 자기투자율이 변함에 따라 와전류(EC)의 세기 또한 변동할 수 있다. 예를 들어, 응력(SF)이 증가함에 따라 쐐기(330)의 자기투자율이 증가할 수 있고, 그 경우 제1 자기장(B1)에 의해 쐐기(330) 표면에 발생하는 와전류(EC)의 세기는 증가할 수 있다. 또한, 응력(SF)이 감소함에 따라 쐐기(330)의 자기투자율이 감소할 수 있고, 그 경우 쐐기(330)의 표면에 발생하는 와전류(EC)의 세기는 감소할 수 있다.In an exemplary embodiment, the intensity of the eddy current EC may also change as the magnetic permeability of the wedge 330 changes. For example, as the stress SF increases, the magnetic permeability of the wedge 330 may increase, in which case the intensity of the eddy current EC generated on the surface of the wedge 330 by the first magnetic field B1 may be Can increase. In addition, as the stress SF decreases, the magnetic permeability of the wedge 330 may decrease, and in this case, the intensity of the eddy current EC generated on the surface of the wedge 330 may decrease.
예시적인 실시예에 있어서, 쐐기(330)의 표면에 발생하는 와전류(EC)의 세기에 기초하여 제2 자기장(B2)의 세기가 변동할 수 있다. 예를 들어, 와전류(EC)의 세기가 증가함에 따라 제2 자기장(B2)의 세기는 증가할 수 있고, 와전류(EC)의 세기가 감소함에 따라 제2 자기장(B2)의 세기는 감소할 수 있다. In an exemplary embodiment, the intensity of the second magnetic field B2 may vary based on the intensity of the eddy current EC occurring on the surface of the wedge 330. For example, the intensity of the second magnetic field B2 may increase as the intensity of the eddy current EC increases, and the intensity of the second magnetic field B2 may decrease as the intensity of the eddy current EC decreases. have.
다음으로, 도 7은 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)이 산출하는 텐던(310)의 손상 지수를 설명하기 위한 도면이다. Next, FIG. 7 is a diagram for explaining the damage index of the tendon 310 calculated by the tendon tension monitoring system 100.
예시적인 실시예에 있어서, 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)은 디지털 전압 신호(DVS) 중 제1 시간 구간(TI1) 동안 획득한 제1 디지털 전압 신호(DVS1) 및 디지털 전압 신호(DVS) 중 제2 시간 구간(TI2) 동안 획득한 제2 디지털 전압 신호(DVS2)를 비교하여 타겟 구조물(300)의 손상 지수(DI)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 구간(TI1)은 제1 시간(T1)부터 제2 시간(T2)까지 일 수 있다. 또한, 제2 시간 구간(TI2)은 제3 시간(T3)부터 제4 시간(T4)까지 일 수 있다. 제1 시간 구간(TI1) 동안 디지타이저(400)는 제1 디지털 전압 신호(DVS1)를 제공할 수 있다. 또한, 제2 시간 구간(TI2) 동안 디지타이저(400)는 제2 디지털 전압 신호(DVS2)를 제공할 수 있다. In an exemplary embodiment, the tendon tension monitoring system 100 may include a first digital voltage signal DVS1 and a second one of the digital voltage signal DVS acquired during the first time interval TI1 of the digital voltage signal DVS. The damage index DI of the target structure 300 may be determined by comparing the second digital voltage signal DVS2 acquired during the time interval TI2. For example, the first time interval TI1 may be from the first time T1 to the second time T2. In addition, the second time interval TI2 may be from the third time T3 to the fourth time T4. During the first time period TI1, the digitizer 400 may provide the first digital voltage signal DVS1. In addition, the digitizer 400 may provide the second digital voltage signal DVS2 during the second time period TI2.
시간이 경과함에 따라 텐던(310)의 긴장력(TF)은 감소할 수 있다. 시간이 경과함에 따라 텐던(310)의 긴장력(TF)이 감소하는 경우, 타겟 구조물(300)의 안전에 문제가 발생할 수 있다. 타겟 구조물(300)의 안전을 진단하기 위하여 제1 시간 구간(TI1) 동안 획득한 제1 디지털 전압 신호(DVS1) 및 제2 시간 구간(TI2) 동안 획득한 제2 디지털 전압 신호(DVS2)를 비교할 수 있다. 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)은 제1 디지털 전압 신호(DVS1) 및 제2 디지털 전압 신호(DVS2)를 비교하여 타겟 구조물(300)의 손상 지수(DI)를 결정할 수 있다. 타겟 구조물(300)의 손상 지수(DI)에 기초하여 타겟 구조물(300)의 안전을 진단할 수 있다. 타겟 구조물(300)의 손상 지수(DI)가 증가하는 경우, 타겟 구조물(300)의 안전에 문제가 발생할 수 있다. As time passes, the tension force TF of the tendon 310 may decrease. When the tension force TF of the tendon 310 decreases with time, a problem may arise in the safety of the target structure 300. In order to diagnose the safety of the target structure 300, the first digital voltage signal DVS1 acquired during the first time interval TI1 and the second digital voltage signal DVS2 acquired during the second time interval TI2 may be compared. Can be. The tendon tension monitoring system 100 may determine the damage index DI of the target structure 300 by comparing the first digital voltage signal DVS1 and the second digital voltage signal DVS2. The safety of the target structure 300 may be diagnosed based on the damage index DI of the target structure 300. When the damage index DI of the target structure 300 increases, a problem may occur in the safety of the target structure 300.
예시적인 실시예에 있어서, 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)은 제1 디지털 전압 신호(DVS1)의 분산 값 및 제2 디지털 전압 신호(DVS2)의 분산 값에 기초하여 타겟 구조물(300)의 손상 지수(Damage Index: DI)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 디지털 전압 신호(DVS1) 및 제2 디지털 전압 신호(DVS2)의 차의 분산값이 증가함에 따라 타겟 구조물(300)의 손상 지수(DI)는 증가할 수 있다. In an exemplary embodiment, the tendon tension monitoring system 100 may determine the damage index of the target structure 300 based on the dispersion value of the first digital voltage signal DVS1 and the dispersion value of the second digital voltage signal DVS2. Damage Index (DI) can be determined. For example, as the dispersion value of the difference between the first digital voltage signal DVS1 and the second digital voltage signal DVS2 increases, the damage index DI of the target structure 300 may increase.
이와 같은 손상지수 산출 원리를 실제로 적용하여 텐던(310)의 긴장력 완화가 검출될 때 자동으로 그 위험을 경보할 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 PT 텐던의 긴장력 모니터링 시스템(100)에서 측정된 PT 텐던(310)의 긴장력 모니터링 데이터 처리를 통해 손상지수를 산출하고, 긴장력 완화에 따른 위험을 자동 경보하는 알고리즘을 나타내는 순서도이다. By applying such a damage index calculation principle in practice, when the tension relaxation of the tendon 310 is detected, the risk can be automatically alerted. FIG. 8 illustrates a damage index through processing tension monitoring data of PT tendon 310 measured in the tension monitoring system 100 of PT tendon according to the embodiments of the present invention, and automatically alarms a risk due to tension relaxation. A flowchart showing the algorithm.
와전류 센서(200)로 계측된 텐던(310)의 긴장력 데이터를 활용하여 현재 상태의 텐던(310)의 긴장력 저하를 자동 판정할 수 있다. 이를 위한 알고리즘은 프로그램으로 구현되어 제어부(500)에 의해 실행될 수 있다. 이 알고리즘의 세부 내용은 다음과 같다. By using the tension data of the tendon 310 measured by the eddy current sensor 200, it is possible to automatically determine the decrease in the tension of the tendon 310 in the current state. An algorithm for this may be implemented as a program and executed by the controller 500. Details of this algorithm are as follows:
먼저, 초기(t=0) 긴장력 조건에서 n 회의 신호 계측을 수행한다(S200). 도 9는 초기(t=0) 긴장력 조건에서 n회 계측한 와전류 그래프 즉, 텐던(310)의 긴장력 신호(즉, 디지털 전기신호)의 그래프의 예를 나타낸다. n 회의 신호 계측은 도 6에서 설명한 절차 즉, 단계 S100부터 단계 S150까지의 절차를 n 회 수행하는 것을 통해 이루어질 수 있다. 긴장력이 동일하게 유지된 상태에서 연속적으로 계측된 신호들 사이의 차이는 일반적인 노이즈로 가정할 수 있다. 여기서 초기(t=0)라는 의미는 텐던(310)을 대상 구조물(300)에 설치한 직후를 의미할 수 있지만, 한편으로는 텐던(310)이 설치되고 나서 시간이 경과한 어떤 특정 시점을 기준시점으로 삼고자 할 때 그 기준시점이 초기(t=0)일 수도 있다. First, signal measurement is performed n times in the initial (t = 0) tension condition (S200). 9 shows an example of a graph of an eddy current graph measured n times under an initial (t = 0) tension condition, that is, a graph of a tension signal (ie, a digital electric signal) of tendon 310. Signal measurement of n times may be performed by performing the procedure described with reference to FIG. 6, that is, the procedure from step S100 to step S150 n times. It can be assumed that the difference between successively measured signals while the tension is kept the same is general noise. Here, the initial (t = 0) may mean immediately after the tendon 310 is installed in the target structure 300, but on the other hand, a specific time point has passed since the tendon 310 was installed. The reference time point may be the initial time (t = 0) when the view point is used.
단계 S200에서 수행한 n회의 신호 계측을 통해 얻어지는 n개의 초기 계측 신호 즉, n개의 초기 디지털 전기신호(DVS)들에 대하여 분산값(σ0)을 산출한다(S210). n개의 초기 디지털 전기신호(DVS)들의 분산값 (σ0)은 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다. A variance value σ 0 is calculated for n initial measurement signals, i.e., n initial digital electrical signals DVS, obtained through n signal measurements performed in step S200 (S210). The variance value σ 0 of the n initial digital electrical signals DVS may be calculated using Equation 1.
Figure PCTKR2017012513-appb-M000001
Figure PCTKR2017012513-appb-M000001
여기서, σ0는 초기 하중(긴장력) 조건에서의 n개의 디지털 전기신호(DVS)의 분산값, n은 동일 하중 조건에서 계측 횟수, Xi(t)는 초기 하중(X) 조건에서 i번째 계측 데이터(디지털 전기신호), 그리고
Figure PCTKR2017012513-appb-I000001
는 초기 하중(X) 조건에서 계측 데이터(디지털 전기신호)의 평균값을 각각 나타낸다.
Where σ 0 is the variance of the n digital electrical signals DVS under the initial load (tension), n is the number of measurements under the same load conditions, and X i (t) is the i-th measurement under the initial load (X) conditions Data (digital electrical signals), and
Figure PCTKR2017012513-appb-I000001
Denotes the average value of the measurement data (digital electric signal) under the initial load (X) conditions, respectively.
다음으로, 초기(t=0)의 신호 계측 후 소정의 시간이 경과한 시점(t=T1)에서의 긴장력 조건에서 다시 텐던(310)의 긴장력을 n회 계측한다(S220). 도 10은 시간 t=T1에서의 변경된 긴장력 조건에서 계측한 와전류 그래프 즉, 텐던(310)의 긴장력 신호(즉, 디지털 전기신호)의 예를 나타낸다. 시간 t=T1에서의 긴장력 계측은 초기(t=0)에서의 긴장력 계측과정과 동일하게 수행한다. 즉, 단계 S100부터 단계 S150까지의 절차를 n회 수행하는 것을 통해 시간 t=T1에서의 긴장력 계측 신호(n개의 디지털 전기신호(DVS))를 얻을 수 있다. 시간 t=T1에서는 텐던(310)의 긴장력이 변화된 상태일 수 있다. Next, the tension force of the tendon 310 is measured n times again under the tension force condition at a time point t = T1 after a predetermined time elapses after the initial signal measurement (t = 0) (S220). FIG. 10 shows an example of an eddy current graph measured under a changed tension force condition at time t = T1, that is, a tension force signal (ie, a digital electric signal) of tendon 310. The tension measurement at time t = T1 is performed in the same manner as the tension measurement at the initial stage (t = 0). That is, by performing the procedure from step S100 to step S150 n times, it is possible to obtain a tension force measurement signal (n digital electrical signals DVS) at time t = T1. At time t = T1, the tension force of tendon 310 may be changed.
그런 다음, 초기 긴장력 조건에서의 계측 데이터의 평균값을 이용하여 시간 t=T1에서 수행한 n회의 신호 계측을 통해 얻어지는 n개의 계측 신호 즉, n개의 디지털 전기신호(DVS)들에 대하여 분산값을 산출한다(S230). 시간 t=T1에서 n개의 디지털 전기신호(DVS)들의 분산값 (σ1)은 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다. 시간 t=T1에서 n개의 디지털 전기신호(DVS)들은 변경된 긴장력 조건에서의 텐던(310)의 긴장력을 나타낸다.Then, a variance value is calculated for n measurement signals, i.e., n digital electrical signals (DVS), obtained by measuring n signals performed at time t = T1 using the average value of the measurement data under the initial tension force condition. (S230). The variance value σ 1 of the n digital electrical signals DVS at time t = T1 may be calculated using Equation 2. The n digital electrical signals DVS at time t = T1 represent the tension force of tendon 310 at the changed tension condition.
Figure PCTKR2017012513-appb-M000002
Figure PCTKR2017012513-appb-M000002
여기서, σ1은 시간 t=T1에서의 하중(긴장력) 조건에서의 n개의 디지털 전기신호(DVS)의 분산값, n은 동일 하중 조건에서 계측 횟수, Yi(t)는 변경된 하중(긴장력)(Y) 조건에서 i번째 계측 데이터(디지털 전기신호),
Figure PCTKR2017012513-appb-I000002
는 초기 하중(X) 조건에서 계측 데이터(디지털 전기신호)의 평균값을 각각 나타낸다.
Where σ 1 is the variance of the n digital electrical signals DVS under load (tension) conditions at time t = T1, n is the number of measurements under the same load conditions, and Y i (t) is the changed load (tension) I measurement data (digital electrical signal) under (Y)
Figure PCTKR2017012513-appb-I000002
Denotes the average value of the measurement data (digital electric signal) under the initial load (X) conditions, respectively.
다음으로, 초기 즉, 시간 t=0에서 구한 n개의 디지털 전기신호(DVS)들의 초기 분산값(σ0)과 시간 경과 후 t=T1에서 구한 변화된 하중(긴장력) 조건에서 구한 n개의 디지털 전기신호(DVS)들의 분산값 (σ1)에 기초하여 손상지수(DI1)를 산출한다(S240).Next, the initial dispersion value (σ 0 ) of the n digital electrical signals DVS obtained at the time t = 0, and the n digital electrical signals obtained under the changed load (tension) condition obtained at t = T1 after the elapse of time. The damage index DI 1 is calculated based on the variance value σ 1 of the DVSs (S240).
도 11은 초기 긴장력과 변경된 긴장력 간의 차이를 이용하여 가설 검증을 수행하기 위한 그래프를 예시한다. 도 12는 손상지수 기준 온라인 모니터링을 통해 PT 텐던 긴장력 저하 여부를 자동 판정하기 위한 그래프의 예를 나타낸다. 이 두 도면을 참조하면서 설명하면, 초기(t=0)의 텐던(310)의 긴장력과 비교하여 시간 t=T1에서의 텐던(310)의 긴장력의 변화가 심각한 수준이 아니라면, 앞의 과정에서 계산된 두 분산값 σ0와 σ1은 동일한 수준을 가져야 한다는 가설을 세울 수 있다. 이런 가설을 세운 상태에서, 이를 검증하는 확률적/통계적 분석을 수행할 수 있다. 이 분석을 수행함에 있어서, 아래 수학식 3에 나타낸 바와 같은 손상지수(DI)를 활용할 수 있다. 11 illustrates a graph for performing hypothesis testing using the difference between an initial tension force and a modified tension force. 12 shows an example of a graph for automatically determining whether PT tendon tension is lowered through damage index-based online monitoring. When referring to these two figures, if the change in the tension force of tendon 310 at time t = T1 compared to the tension force of tendon 310 at the initial (t = 0) is not a serious level, it is calculated in the previous process. It can be hypothesized that the two variances, σ 0 and σ 1 , should have the same level. With this hypothesis in place, we can perform probabilistic / statistical analysis to verify this. In performing this analysis, the damage index (DI) as shown in Equation 3 below may be utilized.
Figure PCTKR2017012513-appb-M000003
Figure PCTKR2017012513-appb-M000003
여기서 X2 stat는 손상지수(DI1)를 나타낸다. 손상지수(DI1)를 산출하고 나면, 그 산출된 손상지수(DI1)를 기반으로 하여 텐던(310)의 긴장력 완화 정도를 모니터링 한다. 예를 들어 산출된 손상지수(DI1)가 미리 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 체크하는 것을 통해 긴장력 완화를 모니터링할 수 있다(S250). Where X 2 stat represents the damage index (DI 1 ). After calculating a damage index (DI 1), on the basis of the calculated damage index (DI 1) and monitors the tensile force relaxation degree of the tendon 310. The For example, the tension reduction may be monitored by checking whether the calculated damage index DI 1 exceeds a preset threshold (S250).
단계 S250에서 산출된 손상지수(DI1)가 미리 설정된 임계값을 초과하는 상황이 발생하면, 타겟 구조물(300)의 안전이 위험한 상태에 있음을 의미한다. 그런 경우가 발생하면, 자동적으로 '위험' 경고를 생성하여 구조물 관리자 및/또는 사용자에게 통지되도록 한다(S260). When the damage index DI 1 calculated in step S250 exceeds a preset threshold value, it means that the safety of the target structure 300 is in a dangerous state. If such a case occurs, automatically generate a 'danger' warning to be notified to the structure manager and / or user (S260).
단계 S250에서 산출된 손상지수(DI1)가 미리 설정된 임계값을 초과하지 않은 것으로 판단되면, 그로부터 소정 시간이 경과한 시점(t=T2)에 단계 S220, S230, S240을 반복 수행한다. 즉, 시간 t=T2에서 텐던(310)의 긴장력을 나타내는 디지털 전기신호(DVC)를 n회 계측하고, 초기 계측신호들의 평균값(
Figure PCTKR2017012513-appb-I000003
)을 이용하여 그 계측된 신호들의 분산값(σ1)을 계산한 다음, 미리 구한 상기 초기 분산값(σ0)과 현재 구한 분산값(σ1)에 기초하여 시간 t=T2에서의 텐던(31
If it is determined that the damage index DI 1 calculated in step S250 does not exceed a preset threshold, steps S220, S230, and S240 are repeatedly performed at a time point t = T2 after that. That is, the digital electrical signal (DVC) indicating the tension force of the tendon 310 is measured n times at time t = T2, and the average value of the initial measurement signals (
Figure PCTKR2017012513-appb-I000003
) Is then used to calculate the variance value (σ 1 ) of the measured signals, and then the tendon at time t = T2 based on the previously obtained initial dispersion value (σ 0 ) and the presently obtained dispersion value (σ 1 ). 31
0)의 손상지수(DI1)를 산출한다. 그런 다음, 다시 단계 S250을 수행하여, 그 산출된 손상지수(DI1)가 임계값을 초과하였는지 여부를 체크하는 것을 반복한다. 이런 과정을 통해, 텐던(310)의 긴장력 완화를 지속적으로 모니터링할 수 있다.Calculate the damage index DI 1 of 0). Then, step S250 is again performed to check whether the calculated damage index DI 1 has exceeded the threshold. Through this process, it is possible to continuously monitor the tension relaxation of the tendon (310).
다음으로, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)형 와전류 센서(1200)의 코일 배치를 나타낸다. 도 14는 도 본 발명의 실시예에 따른 FPCB형 와전류 센서(1200)가 앵커 헤드(360)의 쐐기 표면에 설치된 상태의 단면도이다.Next, FIG. 13 illustrates a coil arrangement of a flexible printed circuit board (FPCB) type eddy current sensor 1200 according to another embodiment of the present invention. 14 is a cross-sectional view of the FPCB type eddy current sensor 1200 according to the embodiment of the present invention installed on the wedge surface of the anchor head 360.
FPCB형 와전류 센서(1200)는, 원통형 와전류 센서(200)처럼, 코일부와, 이를 감싸서 외부 자기장이 코일부에 유입되는 것을 차폐하기 위한 케이싱(260)을 포함할 수 있다. FPCB형 와전류 센서(1200)는 또한 자력부를 더 포함할 수 있다. 자력부는 예컨대 영구자석으로 구현될 수 있다.The FPCB type eddy current sensor 1200, like the cylindrical eddy current sensor 200, may include a coil part and a casing 260 to surround the coil part and shield the external magnetic field from flowing into the coil part. The FPCB type eddy current sensor 1200 may further include a magnetic force part. The magnetic part may be implemented by, for example, a permanent magnet.
FPCB형 와전류 센서(1200)는 적어도 하나의 코일부를 포함할 수 있다. 코일부는 계측 대상물인 쐐기마다 하나씩 설치할 수 있다. 쐐기(330a, 330b, ...)가 복수 개인 경우, 코일부(1210a, 1210b, ..)도 복수 개 일 수 있다. 각 코일부(1210)의 구성이나 디자인은 동일할 수 있다. FPCB형 와전류 센서(1200)는 복수 개의 영구 자석(250a, 250b, ..)을 포함할 수 있다. 복수 개의 쐐기(330a, 330b, ...) 각각에 하나의 코일부(1210)와 하나의 영구 자석이 설치될 수 있다. The FPCB type eddy current sensor 1200 may include at least one coil unit. One coil part can be provided for every wedge which is a measurement object. When there are a plurality of wedges 330a, 330b, ..., a plurality of coil parts 1210a, 1210b, ... may also be provided. The configuration or design of each coil unit 1210 may be the same. The FPCB type eddy current sensor 1200 may include a plurality of permanent magnets 250a, 250b,... One coil unit 1210 and one permanent magnet may be installed in each of the plurality of wedges 330a, 330b,...
FPCB형 와전류 센서(1200)는 또한 복수 개의 영구 자석(250a, 250b, ...)을 케이싱(260)의 내부에(예컨대 바닥에) 고정시켜주면서 각 영구 자석(250a, 250b, ..)에 제1 방향(D1)으로 탄성력을 제공하여 각 코일부(1210a, 1210b, ..)를 쐐기(330a, 330b, ...) 쪽으로 압박하여 고정되어 있도록 지지하는 복수 개의 탄성부재(255a, 255b, ..)를 더 포함할 수 있다. 각 탄성부재(255a, 255b, ..)는 일측이 케이싱(260)의 바닥에 고정되고 타측이 영구자석(250a, 250b, ..)의 일측에 고정되어, 케이싱(260)의 바닥과 영구자석의 저면 간의 간격을 탄력적으로 조절할 수 있다.The FPCB type eddy current sensor 1200 also secures a plurality of permanent magnets 250a, 250b,... To each of the permanent magnets 250a, 250b,... A plurality of elastic members 255a, 255b, which provide elastic force in the first direction D1 to support the coil parts 1210a, 1210b, .. by pressing them toward the wedges 330a, 330b, ... ..) may further include. Each elastic member 255a, 255b, .... one side is fixed to the bottom of the casing 260 and the other side is fixed to one side of the permanent magnets (250a, 250b, ...), the bottom and the permanent magnet of the casing 260 The gap between the bottom of the can be adjusted elastically.
FPCB형 와전류 센서(1200)에서 케이싱(260)의 구성과 역할 즉, 코일부(1210)를 내부에 수용하여 외부 자기장이 코일부(1210)로 유입되는 것을 차단하도록 된 것은 앞에서 설명한 원통형 와전류 센서(200)의 그것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 그에 관한 설명을 생략한다. The configuration and role of the casing 260 in the FPCB type eddy current sensor 1200, that is, the coil part 1210 is accommodated therein so as to block an external magnetic field from flowing into the coil part 1210, the cylindrical eddy current sensor described above ( Since it is substantially the same as that of 200, the description thereof is omitted here.
각 영구 자석(250a, 250b,..)은 코일부(1210)를 덮어 눌러줄 수 있는 크기와 모양을 가질 수 있다. 예컨대 각 영구 자석(250a, 250b,..)은 코일부(1210)와 닮은꼴 모양일 수 있다. 각 영구 자석(250a, 250b,..)의 역할은 앞에서 설명한 원통형 와전류 센서(200)의 그것과 실질적으로 동일하다. Each of the permanent magnets 250a, 250b,... May have a size and a shape capable of covering the coil part 1210. For example, each of the permanent magnets 250a, 250b,... May be shaped like the coil part 1210. The role of each permanent magnet 250a, 250b, ... is substantially the same as that of the cylindrical eddy current sensor 200 described above.
FPCB형 와전류 센서(1200)는 원통형 와전류 센서(200)와 비교할 때 코일부(1210)의 구성은 다르다. 코일부(1210)는 FPCB(1230)와, 이 FPCB(1230)에 2층 구조로 적층된 여자 코일(1220)과 센싱 코일(1240)을 포함한다. 예를 들어, 바람직하게는 소정 모양의 FPCB(1230) 내부에 센싱 코일(1240)이 1층에, 여자 코일(1220)이 2층에 각각 배치되어, 두 코일(1220, 1240)이 FPCB(1230)를 매개로 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 센싱 코일(1240)이 쐐기(330a, 330b, ..)의 표면과 더 가까이 위치할 수 있는 1층에 배치되면 좀 더 정확한 계측을 할 수 있다. 물론 센싱 코일(1240)이 2층에, 여자 코일(1220)이 1층에 각각 배치될 수도 있다. 여자 코일(1220)과 센싱 코일(1240)은 전도성이 좋은 금속으로 구성될 수 있다. 코일부(1210)의 FPCB(1230)는 연성 재질로 만들어질 수 있다. 코일부(1210)를 연성 재질로 얇게 만들면 취급이 쉽고, 쐐기 표면에 직접 부착 가능한 형태로 제작할 수 있다. FPCB형 와전류 센서(1200)의 코일부(1210)는 쐐기의 표면에 부착 가능한 크기로 디자인 될 수 있다. 코일부(1210)는 예컨대 쐐기와 닮은꼴 모양인 원호형 띠모양으로 디자인될 수 있다. The FPCB type eddy current sensor 1200 has a different configuration than that of the cylindrical eddy current sensor 200. The coil unit 1210 includes an FPCB 1230, an excitation coil 1220 and a sensing coil 1240 stacked in a two-layer structure on the FPCB 1230. For example, the sensing coil 1240 is preferably disposed on one layer and the excitation coil 1220 is disposed on two layers, respectively, within the FPCB 1230 having a predetermined shape, and the two coils 1220 and 1240 are arranged on the FPCB 1230. It can be configured in the form of a united through. When the sensing coil 1240 is disposed on the first floor which may be located closer to the surface of the wedges 330a, 330b,..., More accurate measurement may be performed. Of course, the sensing coil 1240 may be disposed on two layers, and the excitation coil 1220 may be disposed on one layer, respectively. The excitation coil 1220 and the sensing coil 1240 may be made of a metal having good conductivity. The FPCB 1230 of the coil unit 1210 may be made of a flexible material. If the coil part 1210 is made thin in a flexible material, it is easy to handle and can be manufactured in the form which can be directly attached to the wedge surface. The coil part 1210 of the FPCB type eddy current sensor 1200 may be designed to be sized to attach to the surface of the wedge. The coil portion 1210 may be designed in the shape of an arc-shaped band, for example shaped like a wedge.
앵커 헤드(370)와 텐던(310) 사이의 쐐기 삽입공(372)에 삽입되는 쐐기가 복수 개일 수 있다. 도 14에 예시되어 있듯이 설치상태에 따라서는 복수 개의 쐐기(330a, 330b, ..)들의 표면 높이가 서로 다를 수 있다. 복수 개의 쐐기(330a, 330b, ..)들의 표면 높이가 서로 다른 경우, 원통형 와전류 센서(200)를 설치하면 원통형 와전류 센서(200)의 코일부(210)는 그 복수 개의 쐐기(330a, 330b,...)들 중 일부와는 직접 맞닿지 못하고 틈이 생길 수 있다. 이 경우, 와전류 센서(1200)의 쐐기(330a, 330b, ..)들에 대한 접합력이나 계측 신호의 정확도 측면에서 불리할 수 있다. 원통형 와전류 센서(200)는 복수 개의 쐐기(330a, 330b, ..)들의 표면 높이가 균일한 경우에 설치하는 것이 더 적합할 수 있다. 복수 개의 쐐기(330a, 330b, ..)들의 표면 높이가 서로 다른 경우에는 각 쐐기마다 하나씩 설치할 수 있는 FPCB형 코일부(1210)가 더 적합할 수 있다. There may be a plurality of wedges inserted into the wedge insertion holes 372 between the anchor head 370 and the tendon 310. As illustrated in FIG. 14, the surface heights of the plurality of wedges 330a, 330b,... If the surface height of the plurality of wedges (330a, 330b, ...) is different, when the cylindrical eddy current sensor 200 is installed, the coil portion 210 of the cylindrical eddy current sensor 200 is the plurality of wedges (330a, 330b, Some of them may not be in direct contact with each other and may create gaps. In this case, it may be disadvantageous in terms of the bonding force to the wedges (330a, 330b, ...) of the eddy current sensor 1200 or the accuracy of the measurement signal. The cylindrical eddy current sensor 200 may be more suitable to be installed when the surface height of the plurality of wedges (330a, 330b, ...) is uniform. When the surface heights of the plurality of wedges 330a, 330b,... Are different from each other, the FPCB-type coil part 1210 that can be installed one for each wedge may be more suitable.
도 14를 참조하면, 복수 개의 쐐기(330a, 330b, ..)들의 각 표면에는 복수 개의 코일부(1210a, 1210b, ..)가 하나씩 설치될 수 있다. 각 코일부(1210a, 1210b, ..)와 케이싱(260)의 바닥면 사이에는 탄성부재(255a, 255b, ..)와 영구자석(250a, 250b,..)이 개재되어 있다. 탄성부재(255a, 255b, ..)가 제1방향(D1)으로 제공하는 탄성력에 의해 각 영구자석(250a, 250b,..)은 각 코일부(1210a, 1210b, ..)의 한쪽 면에 접하여 쐐기(330a, 330b, ..)의 표면 쪽으로 밀어붙인다. 이에 의해 각 코일부(1210a, 1210b, ..)가 쐐기(330a, 330b, ..)의 표면에 부착될 수 있다. 또한, 그 상태에서 영구자석(250a, 250b,..)과 쐐기(330a, 330b, ..) 간에는 인력이 작용한다. 이에 의해, FPCB형 와전류 센서(1200) 전체가 쐐기(330a, 330b, ..)들의 표면에 고정된 상태를 유지할 수 있다.Referring to FIG. 14, a plurality of coil parts 1210a, 1210b,... May be installed on each surface of the plurality of wedges 330a, 330b,... Between the coil parts 1210a, 1210b,... And the bottom surface of the casing 260, elastic members 255a, 255b,... And permanent magnets 250a, 250b,... Each of the permanent magnets 250a, 250b, .. is provided on one side of each coil part 1210a, 1210b, ... by the elastic force provided by the elastic members 255a, 255b, .. in the first direction D1. Contact with the surface of the wedge (330a, 330b, ...). As a result, each of the coil parts 1210a, 1210b,... Can be attached to the surface of the wedges 330a, 330b,... In addition, the attraction force between the permanent magnet (250a, 250b, ...) and the wedge (330a, 330b, ...) in the state. As a result, the entire FPCB type eddy current sensor 1200 may be fixed to the surfaces of the wedges 330a, 330b...
도 5에 도시된 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)을 구성함에 있어서, FPCB형 와전류 센서(1200)는 앞서 설명한 원통형 와전류 센서(200)를 대신하여 사용될 수 있다. FPCB형 와전류 센서(1200)를 사용하여 구성된 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)의 작동 원리는 원통형 와전류 센서(200)를 사용한 경우와 동일하므로, 중복을 피하기 위해 여기서는 그에 관한 설명을 생략하기로 한다.In constructing the tendon tension monitoring system 100 shown in FIG. 5, the FPCB type eddy current sensor 1200 may be used in place of the cylindrical eddy current sensor 200 described above. Since the operation principle of the tendon tension monitoring system 100 configured using the FPCB type eddy current sensor 1200 is the same as the case of using the cylindrical eddy current sensor 200, a description thereof will be omitted here to avoid duplication.
한편, 원통형 와전류 센서(200)나 FPCB형 와전류 센서(1200)에 있어서, 접착제를 사용하여 코일부(210) 또는 (1210a, 1210b, ..)을 쐐기들 (330) 또는 (330a, 330b, ..)의 표면에 고정시킬 수도 있을 것이다. 하지만, 접착제의 종류, 접착 두께, 접착 위치에 따라 와전류 센서 (200) 또는 (1200)의 민감도에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 접착제를 사용하게 되면 접착제에 따라 텐던(310)의 긴장력 모니터링 결과가 변할 수 있어, 모니터링 결과의 신뢰도가 낮아질 수 있다. 본 발명은 이런 문제를 해결하기 위한 방안으로, 자력부를 사용한다. 그 자력부는 예컨대 영구 자석(250) 또는 (250a, 250b, ..)을 사용한다. 즉, 접착제 대신 영구 자석(250) 또는 (250a, 250b, ,..)의 자력을 이용하여 코일부(210) 또는 (1210a, 1210b, ..)를 쐐기(330a, 330b,...)들의 표면에 고정되도록 한다. 영구자석(250) 또는 (250a, 250b, ,..)의 자력으로 와전류 센서(200) 또는 (1200)의 코일부(210) 또는 (1210a, 1210b, ..)가 각 쐐기(330a, 330b, ..)의 표면에 직접 부착하는 방식은 와전류 센서의 설치 작업을 단순화시켜주어 편리하다. On the other hand, in the cylindrical eddy current sensor 200 or FPCB type eddy current sensor 1200, the coil portion 210 or 1210a, 1210b, ... using the adhesive to the wedge 330 or (330a, 330b,. It can also be fixed to the surface of. However, the sensitivity of the eddy current sensor 200 or 1200 may be adversely affected depending on the type of adhesive, the thickness of the adhesive, and the position of the adhesive. When the adhesive is used, the tension monitoring result of the tendon 310 may be changed according to the adhesive, and thus the reliability of the monitoring result may be lowered. The present invention uses a magnetic force as a way to solve this problem. The magnetic portion uses, for example, permanent magnet 250 or (250a, 250b, ...). That is, the coil portion 210 or 1210a, 1210b, ... by using the magnetic force of the permanent magnet 250 or (250a, 250b, ...) instead of the adhesive of the wedges (330a, 330b, ...) Make sure it's fixed to the surface. The coil portion 210 or 1210a, 1210b, .. of the eddy current sensor 200 or 1200 may generate wedges 330a, 330b, Direct attachment to the surface of ..) simplifies the installation of the eddy current sensor.
예시적인 실시예에 따르면, 도 13에 도시된 복수 개의 FPCB형 코일부(1210)는 신축성 연결부재(1250)를 매개로 하여 일체로 연결될 수 있다. 그 연결형 FPCB형 코일부는 원형, 타원형, 다각형, 또는 이와 유사한 형태의 폐루프형으로 구성될 수 있다. 예컨대 복수 개의 FPCB형 코일부(1210)의 사이마다 신축성 연결부재(1250)를 배치하여 서로 연결하여 원형의 FPCB형 코일부(1300)를 구성한 예가 도 15에 도시되어 있다. 다만, 도 15는 3개의 FPCB형 코일부(1210)를 연결한 것을 예시적으로 도시한 것인데, 연결하는 FPCB형 와전류 센서(1210)의 개수는 반드시 3개일 필요는 없고, 2개 또는 4개 이상일 수도 있다. 쐐기의 표면마다 하나씩 배치하는 것이 바람직하므로, 쐐기의 개수에 대응하는 개수의 FPCB형 코일부(1210)를 연결하여 원형의 FPCB형 코일부(1300)를 구성하는 것이 바람직할 것이다. According to an exemplary embodiment, the plurality of FPCB type coil units 1210 illustrated in FIG. 13 may be integrally connected through the flexible connecting member 1250. The connected FPCB type coil part may be configured as a closed loop of a circular, elliptical, polygonal, or similar form. For example, an example in which the flexible connection member 1250 is disposed between the plurality of FPCB type coil units 1210 and connected to each other to form a circular FPCB type coil unit 1300 is illustrated in FIG. 15. However, FIG. 15 exemplarily shows that three FPCB-type coil units 1210 are connected. The number of FPCB-type eddy current sensors 1210 to connect may not necessarily be three, but may be two or four or more. It may be. Since it is preferable to arrange one for each surface of the wedge, it may be desirable to configure the circular FPCB type coil part 1300 by connecting the FPCB type coil part 1210 corresponding to the number of wedges.
원형의 FPCB형 코일부(1300)는 복수 개의 FPCB형 코일부(1210)들이 신축성이 좋은 연결부재(1250)로 서로 연결되어 있으므로, 쐐기(330a, 330b, ..)들의 표면 높이의 차이에 제약받지 않고 간편하게 설치할 수 있다. 표면 높이가 다른 쐐기(330a, 330b, ..)들의 표면에 복수 개의 FPCB형 코일부(1210)들이 하나씩 일 대 일로 배치되는 경우를 고려할 때, 복수 개의 FPCB형 코일부(1210)들의 높이는 서로 다르지만 그 높이 차이는 신축성 연결부재(1250)들이 완충시켜줄 수 있다. 복수 개의 FPCB형 코일부(1210)들이 일체로 연결되어 있으므로 한꺼번에 설치할 수 있어 취급과 설치가 간편한 장점이 있다. Since the circular FPCB type coil part 1300 is connected to each other by a flexible connecting member 1250, the plurality of FPCB type coil parts 1210 are limited to the difference in the surface height of the wedges 330a, 330b,... Can be installed easily without receiving. Considering the case where the plurality of FPCB-type coil parts 1210 are arranged one by one on the surfaces of the wedges 330a, 330b, .. having different surface heights, the heights of the plurality of FPCB-type coil parts 1210 are different from each other. The height difference may cushion the flexible connecting members 1250. Since a plurality of FPCB-type coil units 1210 are integrally connected, they can be installed at a time, so there is an advantage of easy handling and installation.
이 원형의 FPCB형 코일부(1300)의 설치는 앞에서 설명한 것과 실질적으로 동일하게 할 수 있다. 즉, 영구자석(250a, 250b, ..)도 개별 FPCB형 코일부(1210)마다 그 위에 하나씩 설치될 수 있다. 또한, 복수 개의 탄성부재(255a, 255b, ..)가 영구자석(250)과 케이싱(260)의 바닥면 사이에 배치될 수 있다. 그 복수 개의 탄성부재(255a, 255b, ..)는 그 복수 개의 영구자석(250a, 250b, ..)을 케이싱의 내부에 고정시켜주면서 각 영구자석(250a, 250b, ..)에 탄성력을 제공하여 개별 FPCB형 코일부(1210)를 쐐기들(330a, 330b, ..)의 표면 쪽으로 밀어붙여 고정되도록 지지해준다. The circular FPCB coil unit 1300 may be installed in substantially the same manner as described above. That is, permanent magnets 250a, 250b,... May also be installed on each individual FPCB type coil unit 1210. In addition, the plurality of elastic members 255a, 255b,... May be disposed between the permanent magnet 250 and the bottom surface of the casing 260. The plurality of elastic members (255a, 255b, ...) provides elastic force to each permanent magnet (250a, 250b, ...) while fixing the plurality of permanent magnets (250a, 250b, ...) inside the casing The individual FPCB type coil unit 1210 is supported by being pushed to the surface of the wedges (330a, 330b, ...) to be fixed.
다음으로, 본 발명에 따른 텐던 긴장력 저하 모니터링용 무선 센서노드 시스템에 관하여 설명한다. PT 텐던 시스템의 경우, 대부분 콘크리트에 매립되는 구조로서 정착부에 쉽게 접근이 불가능하다. 따라서 정착부에 시공되는 센서 및 센서노드의 경우 콘크리트에 매립된 상태로 긴장력 모니터링을 하게 된다. 센서노드에 전력을 공급하는 방법으로 기존에는 배터리를 사용하거나, 유선으로 전력을 공급하였으며, 데이터 획득 시에는 센서노드에 직접 접근하거나 유선 데이터 전송 등의 방법을 사용하게 된다. 기존 방법을 사용하여 전력 및 데이터 전송 시, 배터리 교체 및 전력/데이터 유선 시스템 유지보수 등의 문제가 발생하게 되어 센서의 유지보수 비용이 증가하게 된다. Next, a wireless sensor node system for monitoring tendon drop force reduction according to the present invention will be described. In the case of PT tendon systems, most of them are embedded in concrete and are not easily accessible. Therefore, in the case of the sensor and the sensor node installed in the fixing unit is to monitor the tension force embedded in the concrete. As a method of supplying power to a sensor node, a battery is used or power is supplied by wire, and data acquisition is performed by directly accessing a sensor node or by using a wired data transmission method. Using existing methods, power and data transfers can lead to problems such as battery replacement and power / data wired system maintenance, increasing the maintenance costs of the sensor.
이런 문제를 해결하기 위하여 '콘크리트 무선 전력 및 데이터 전송 기술'을 적용하여 센서노드의 전력 공급 및 데이터 획득 시에 센서노드에 직접적인 접근 없이 콘크리트 바닥판 상부에서 전력 송신 및 데이터 수신이 가능한 시스템이 필요하다. 이 시스템의 실시예로서, 도 16은 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템(600)의 개략적인 개념도를 도시한다. In order to solve this problem, there is a need for a system that can transmit power and receive data on the concrete deck without direct access to the sensor node by applying concrete wireless power and data transmission technology. . As an embodiment of this system, FIG. 16 shows a schematic conceptual diagram of a wireless sensor node system 600 for tendon tension monitoring.
도 16을 참조하면, 이 시스템(600)은 크게 무선전력 및 데이터 전송부와 PT텐던 긴장력 저하 모니터링용 센서노드를 결합한 구성을 갖는다. 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템(600)은, 통신 모듈과 전력선 없이, 한 쌍의 코일을 통해 교량용 센서에 대한 전력을 무선 송전하는 동시에, 2차 측 부하 변동에 의한 1차 측 전압 변동을 이용하여 데이터를 무선으로 전송할 수 있다. Referring to FIG. 16, the system 600 has a configuration in which a wireless power and data transmission unit and a PT node's tension drop monitoring sensor node are largely combined. The tendon tension monitoring wireless sensor node system 600 wirelessly transmits power to the bridge sensor through a pair of coils without a communication module and a power line, and simultaneously changes the primary side voltage caused by the secondary side load variation. Data can be transmitted wirelessly.
구체적으로, 본 발명에 따른 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템(600)은 무선 송전 및 데이터 수신부(620), 무선 수전 및 데이터 제공부(660), 그리고 전력 및 데이터 무선 전달부(650)를 포함할 수 있다. 센서 배터리(664)에 대한 무선 충전과 센서노드(670)가 생성한 데이터의 무선 전송은 동일한 공진기를 이용할 수 있다. 그 공진기는 전력 및 데이터 무선 전달부(650)로 구현할 수 있다. 여기서, 센서노드(670)는 예컨대 스마트 교량 구현을 위해 교량(615)에 삽입된 텐던(310)의 긴장력을 측정하기 위한 와전류 센서(200, 또는 1200)를 포함하는 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)을 포함할 수 있다. 센서노드(670)는 또는 그 밖에 예컨대 스마트 교량 구현을 위해 교량(615)의 상태를 측정하기 위한 다른 센서 예를 들어 온도센서를 포함할 수도 있다.Specifically, the wireless sensor node system 600 for tendon tension monitoring according to the present invention includes a wireless power transmission and data receiving unit 620, a wireless power receiving and data providing unit 660, and a power and data wireless transmission unit 650. can do. Wireless charging of the sensor battery 664 and wireless transmission of data generated by the sensor node 670 may use the same resonator. The resonator may be implemented by the power and data wireless transmission unit 650. Here, the sensor node 670 is a tendon tension monitoring system 100 including an eddy current sensor 200, or 1200 for measuring the tension of the tendon 310 inserted into the bridge 615, for example to implement a smart bridge. It may include. The sensor node 670 may also include other sensors, such as temperature sensors, for measuring the condition of the bridge 615, such as for example for smart bridge implementations.
전력 및 데이터 무선 전달부(650)는 예컨대 차량(610)과 같은 가동체(이하에서는 차량(610)을 예로 하여 설명함)에 설치되는 1차 측 코일(652)과 예컨대 도로나 교량(615)과 같은 고정된 구조물(이하에서는 교량(615)을 예로 하여 설명함)에 설치되는 2차 측 코일(654)을 포함한다. 이 전력 및 데이터 무선 전달부(650)는 차량(610)의 이동으로 1차 측 코일(652)이 2차 측 코일(654) 위에 위치할 때(즉, 서로 자속 쇄교에 의해 자기 유도가 가능한 상태에 있을 때) 1차 측 코일(652)과 2차 측 코일(654) 간에 상호 자기유도방식으로 어느 일측에서 타측으로 전기에너지를 전달할 수 있다. The power and data radio transmitter 650 is, for example, a primary side coil 652 installed on a movable body such as the vehicle 610 (hereinafter described with the vehicle 610 as an example) and for example, a road or a bridge 615. It includes a secondary side coil 654 which is installed in a fixed structure (hereinafter described as an example of the bridge 615). The power and data radio transmitter 650 is capable of magnetic induction when the primary side coil 652 is positioned above the secondary side coil 654 due to the movement of the vehicle 610 (ie, magnetic flux linkage with each other). ), It is possible to transfer electrical energy from one side to the other in a mutual magnetic induction method between the primary side coil 652 and the secondary side coil 654.
무선 송전 및 데이터 수신부(620)는 차량(610)에 설치되어 차량과 함께 이동할 수 있다. 또한, 전력 및 데이터 무선 전달부(650)의 1차 측 코일(652)에 연결될 수 있다. The wireless power transmission and data receiver 620 may be installed in the vehicle 610 to move with the vehicle. It may also be coupled to the primary side coil 652 of the power and data wireless transfer unit 650.
무선 수전 및 데이터 제공부(660)는 예컨대 교량(615)과 같은 구조물의 텐던(310)이나 그 주변에 설치될 수 있다. 또한, 전력 및 데이터 무선 전달부(650)의 2차 측 코일(654)에 연결된다.The wireless faucet and data provider 660 may be installed at or near tendon 310 of a structure, such as a bridge 615, for example. It is also connected to the secondary side coil 654 of the power and data radio transmitter 650.
도 17은 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템(600)을 이용하여 센서 노드(670)에 대한 무선 전력 전송 및 센서 노드(670)가 검출한 데이터의 무선 수신 과정을 나타낸 흐름도이다. 시스템(600)에서, 센서노드(670)에 대한 무선 전력전송을 위해서, 무선 송전 및 데이터 수신부(620)에서 전력을 무선 송출하여 그 전력이 교량용 콘크리트를 통과하여 센서노드(670)가 위치한 무선 수전 및 데이터 제공부(660)에 공급된다. 이와 동시에, 그 센서노드(670)가 검출한 데이터를 무선 송전 및 데이터 수신부(620)로 전달하기 위해서, 교량(615)의 물리적 정보를 디지털 신호로 변환한 후 그 변환된 디지털 신호에 기초하여 무선 수전 및 데이터 제공부(660)의 부하의 크기를 가변시킨다. 무선 송전 및 데이터 수신부(620)는 그 부하의 크게 변동에 따라 1차 측에 나타나는 순환전류 또는 그에 대응하는 물리량을 검출하는 것을 통해 센서(670)가 검출한 데이터를 복구한다. 이와 같은 교량 센서노드(670)에 대한 무선 충전 및 데이터 수집은 송전 및 데이터 수신부(620)가 장착된 검사용 차량(610)을 통해서 수행될 수 있다. FIG. 17 is a flowchart illustrating wireless power transmission to the sensor node 670 and wireless reception of data detected by the sensor node 670 using the tendon tension monitoring wireless sensor node system 600. In the system 600, for wireless power transmission to the sensor node 670, the wireless transmission and data receiver 620 transmits power wirelessly so that the power passes through the concrete for the bridge so that the sensor node 670 is located. The power supply and the data provider 660 are supplied. At the same time, in order to transfer the data detected by the sensor node 670 to the wireless power transmission and data receiving unit 620, the physical information of the bridge 615 is converted into a digital signal and then wirelessly based on the converted digital signal. The magnitude of the load of the power receiving and data providing unit 660 is varied. The wireless power transmission and data receiving unit 620 recovers the data detected by the sensor 670 by detecting a circulating current appearing on the primary side or a physical quantity corresponding thereto according to a large change in the load. The wireless charging and data collection of the bridge sensor node 670 may be performed through the inspection vehicle 610 equipped with the power transmission and data receiver 620.
좀 더 구체적으로 설명하면, 검사차량(610)에 탑재된 무선 송전 및 데이터 수신부(620)에서 자기유도 기반으로 제작된 1차측 코일(652)에 전력을 공급한다(S300). 이를 위해, 차량(610)에 탑재된 전력 및 데이터 무선 전달부(650)의 1차 측 코일(652)이 교량(615)에 설치된 2차 측 코일(654) 위에 위치하도록 접근한다. 공급된 전력에 의해 1차측 코일(652)에 교류 전류가 흘러 주변에 자기장이 형성된다. 그 자기장은 2차측 코일(654)과 쇄교한다. 전력 공급원은 검사차량(610)용 배터리 또는 별도의 배터리를 사용할 수 있다.In more detail, the wireless power transmission and data receiver 620 mounted on the inspection vehicle 610 supplies power to the primary coil 652 manufactured based on magnetic induction (S300). To this end, the primary side coil 652 of the power and data wireless transmission unit 650 mounted in the vehicle 610 approaches so as to be positioned on the secondary side coil 654 installed in the bridge 615. An alternating current flows through the primary coil 652 by the supplied electric power, and a magnetic field is formed around the primary coil. The magnetic field is bridged with the secondary coil 654. The power supply may use a battery for the test vehicle 610 or a separate battery.
교량과 같은 구조물(615)에 설치된 2차측 코일(654)은 1차측 코일(652)과 자기유도 기반으로 결합되어 있다. 그러므로 교류 전류를 1차 측 코일(652)에 흘리면, 2차 측 코일(654)이 1차 측 코일(652)이 상호 자기 유도 관계로 결합되어 있으므로, 2차 측 코일(654)에 전류가 유도된다. 이를 통해 2차측 코일(654)은 1차측 코일(652)로부터 전력 수신을 하고 수신된 전력을 텐던 긴장력 모니터링용 센서노드(670)에 공급한다(S310). 유도된 교류 전류는 정류처리를 거치면서 직류 전류로 변환될 수 있다. 그 직류 전류는 센서 배터리부(664)에 흘러들어가서 충전될 수 있다. The secondary coil 654 installed in the structure 615 such as a bridge is coupled to the primary coil 652 on a magnetic induction basis. Therefore, when an alternating current flows to the primary side coil 652, the secondary side coil 654 is coupled to the secondary side coil 654 because the primary side coil 652 is coupled in a mutual magnetic induction relationship. do. Through this, the secondary coil 654 receives power from the primary coil 652 and supplies the received power to the tendon tension monitoring sensor node 670 (S310). The induced alternating current can be converted to direct current while undergoing rectification. The direct current may flow into the sensor battery unit 664 and be charged.
센서노드(670)에 전력이 공급되는 동안 센서노드(670)가 앞에서 설명한 텐던(310)의 긴장력을 측정하는 동작을 수행할 수 있다. 즉, 센서노드(670)에 연결된 와전류 센서(200 또는 1200)에서는 여자 코일(220 또는 1220)에 전류를 흘려 일정한 제1 자기장(B1)을 생성하여 쐐기(330)들의 표면에 와전류를 형성한다(S320). While power is supplied to the sensor node 670, the sensor node 670 may perform an operation of measuring the tension force of the tendon 310 described above. That is, in the eddy current sensor 200 or 1200 connected to the sensor node 670, an eddy current is generated on the surfaces of the wedges 330 by generating a constant first magnetic field B1 by flowing a current through the excitation coil 220 or 1220 ( S320).
형성된 와전류에서 발생된 2차 자기장(B2)의 영향으로 와전류 센서(200)에서의 자기장이 변하게 되며 이를 센싱 코일(240 또는 1240)을 통해 계측한다(S330). The magnetic field in the eddy current sensor 200 changes due to the influence of the secondary magnetic field B2 generated in the formed eddy current, and is measured through the sensing coil 240 or 1240 (S330).
계측한 신호를 디지털화 하고, 그 디지털 계측 데이터를 기초로 하여 앞에서 설명한 긴장력 저하 자동 경보 알고리즘을 적용하여 긴장력을 산출한다(S340). The measured signal is digitized, and the tension force is calculated by applying the above-mentioned tension force automatic alarm algorithm based on the digital measurement data (S340).
산출된 텐던(310)의 긴장력 데이터를 2차측 코일(654)을 통하여 검사 차량(610)에 탑재된 1차측 코일에 자기유도 방식으로 전달한다 (S350). The calculated tension data of the tendon 310 is transferred to the primary coil mounted in the inspection vehicle 610 through the secondary coil 654 in a magnetic induction manner (S350).
이런 과정을 통해 검사 차량(610)으로 수집된 계측 데이터를 이용하여 텐던(310)의 긴장력 저하 내지 손상 정도를 판단할 수 있다(S360). 텐던(310)의 긴장력 저하에 관한 판단 결과는 전문가에 전달되어 적절한 후속 조치를 취할 수 있게 된다. Through this process, it is possible to determine the lowering force or damage of the tendon 310 by using the measurement data collected by the inspection vehicle 610 (S360). The determination result of the lowering of the tension force of the tendon 310 is transmitted to the expert to take appropriate follow-up.
무선 전력 전송 방식은 커플링 계수가 낮아질수록 1차 측 코일(652)에서 2차 측 코일(654)로 전송되지 않는 순환 전류가 크고, 이는 큰 도통 손실과 낮은 전송 효율을 초래한다. 그 때문에 1차 측 코일(652)에 흐르는 순환 전류의 크기를 감소시키기 위해, 입력 임피던스의 무효 전력 부분을 가능한 한 작게 설계하는 것이 바람직하다. 이를 통해, LC공진 현상이 일어날 수 있게 함으로써, 무효 전력 부분을 제거할 수 있다. 또한, 부하에 따라 1차 측 코일(652)에 요구되는 전류가 변하여 상대적으로 도통 손실을 최소화 할 수 있는 직렬-직렬 보상의 공진기 구조를 이용할 수 있다. 실제 테스트에 의하면, 예컨대 계측 데이터 획득 및 처리에 소요되는 총 전력은 약 10와트이며, 데이터 획득까지 소요되는 시간은 약 10초 정도이다. In the wireless power transmission scheme, the lower the coupling coefficient, the larger the circulating current that is not transmitted from the primary side coil 652 to the secondary side coil 654, which results in large conduction loss and low transmission efficiency. Therefore, in order to reduce the magnitude of the circulating current flowing through the primary side coil 652, it is desirable to design the reactive power portion of the input impedance as small as possible. This makes it possible to eliminate the reactive power portion by allowing LC resonance to occur. In addition, it is possible to use a series-series compensation resonator structure in which the current required for the primary side coil 652 varies according to the load, thereby minimizing the conduction loss relatively. In actual testing, for example, the total power required to acquire and process measurement data is about 10 watts and the time to acquire data is about 10 seconds.
본 발명의 실시예들에 따른 구조물 진단 시스템은 센서로부터 생성되는 제1 자기장에 따라 타겟 구조물에 와전류를 생성하고, 와전류에 기초하여 생성되는 제2 자기장을 센서에 제공함으로써 성능을 향상시킬 수 있어 다양한 구조물 진단 장치에 적용될 수 있다. Structure diagnosis system according to embodiments of the present invention can improve the performance by generating an eddy current in the target structure according to the first magnetic field generated from the sensor, and providing the sensor with a second magnetic field generated based on the eddy current It can be applied to the structure diagnosis apparatus.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.While the invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will be able to make various modifications and changes to the invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. I will understand.

Claims (15)

  1. 제1 자기장을 발생시키기 위한 여자 코일과, 상기 제1 자기장에 의해 타겟 구조물에 유도된 와전류가 발생시키는 제2 자기장과 상기 제1 자기장의 합성 자기장에 상응하는 전기신호를 검출하는 센싱 코일을 포함하는 코일부; 및An excitation coil for generating a first magnetic field, and a sensing coil for detecting an electrical signal corresponding to the second magnetic field generated by the eddy current induced by the first magnetic field in the target structure and the composite magnetic field of the first magnetic field. Coil part; And
    상기 코일부를 내부에 수용하면서 둘러싸고, 자계 차폐능력이 있는 재질로 만들어져 외부로부터 자기장이 상기 코일부로 유입되는 것을 차단하는 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서 장치.And surrounding the housing while accommodating the coil unit and having a magnetic shielding capability to block a magnetic field from entering the coil unit from the outside.
  2. 제1항에 있어서, 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 타겟 구조물에 자력으로 고정시키기 위한 자력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서 장치.The eddy current sensor device of claim 1, further comprising: a magnetic force unit accommodating and fixed in the casing to magnetically fix the casing and the coil unit to the target structure.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코일부는 상기 센싱 코일이 상기 여자 코일 안에 내삽되어 상기 센싱 코일과 상기 여자 코일이 이중 원통형을 이루는 것을 특징으로 하는 와전류 센서 장치.The eddy current sensor device of claim 1, wherein the coil part is interpolated into the excitation coil so that the sensing coil and the excitation coil have a double cylindrical shape.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 여자 코일과 상기 센싱 코일의 결합체를 감싸고 상기 여자 코일과 상기 센싱 코일에 각각 연결되는 컨넥터들이 마련된 코일 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서 장치.The eddy current sensor device of claim 1 or 2, further comprising a coil case surrounding the combination of the excitation coil and the sensing coil and provided with connectors connected to the excitation coil and the sensing coil, respectively.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코일부는 소정 모양의 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)을 매개로 상기 센싱 코일과 상기 여자 코일이 2층 구조로 배치된 FPCB형 코일부인 것을 특징으로 하는 와전류 센서 장치.The eddy current of claim 1, wherein the coil part is an FPCB type coil part in which the sensing coil and the excitation coil are arranged in a two-layer structure via a flexible printed circuit board (FPCB) having a predetermined shape. Sensor device.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코일부는 복수 개의 FPCB형 코일부와, 상기 복수 개의 FPCB형 코일부 사이에 배치되어 상기 복수 개의 FPCB형 코일부가 폐루프를 형성하도록 연결시켜주는 신축성 연결부재를 포함하며, 상기 FPCB형 코일부는 소정 모양의 연성 인쇄회로기판(FPCB)을 매개로 상기 센싱 코일과 상기 여자 코일이 2층 구조로 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 와전류 센서 장치.The coil unit of claim 1, wherein the coil unit includes a plurality of FPCB coil units and an elastic connecting member disposed between the plurality of FPCB coil units to connect the plurality of FPCB coil units to form a closed loop. The FPCB type coil unit is an eddy current sensor device, characterized in that the sensing coil and the excitation coil is arranged in a two-layer structure via a flexible printed circuit board (FPCB) of a predetermined shape.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 타겟 구조물에 자력으로 고정시키기 위한 자력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서 장치.7. The eddy current sensor device according to claim 5 or 6, further comprising a magnetic force unit accommodating and fixed to the inside of the casing to magnetically fix the casing and the coil unit to the target structure.
  8. 긴장력에 기초하여 변동하는 응력을 제공하는 텐던(tendon)의 긴장력을 상기 텐던과 앵커헤드 사이에 압입되어 상기 텐던의 응력에 따라 자기투자율이 변하는 적어도 하나의 쐐기를 통해 모니터링하기 위한 것으로서,For monitoring a tension force of a tendon that provides a fluctuating stress based on the tension force through at least one wedge that is press-fitted between the tendon and the anchor head to vary the magnetic permeability according to the stress of the tendon,
    상기 적어도 하나의 쐐기의 표면에 설치되며, 여자 신호에 기초하여 제1 자기장을 발생시키기 위한 여자 코일과, 상기 제1 자기장에 의해 상기 적어도 하나의 쐐기에 유도된 와전류가 발생시키는 제2 자기장과 상기 제1 자기장의 합성 자기장에 상응하는 전기신호를 검출하는 센싱 코일을 포함하는 코일부; 및 상기 코일부를 내부에 수용하면서 둘러싸고, 자계 차폐능력이 있는 재질로 만들어져 외부로부터 자기장이 상기 코일부로 유입되는 것을 차단하는 케이싱을 포함하는 와전류 센서; 및An excitation coil provided on a surface of the at least one wedge, the excitation coil for generating a first magnetic field based on an excitation signal, and a second magnetic field generated by an eddy current induced in the at least one wedge by the first magnetic field; A coil unit including a sensing coil detecting an electrical signal corresponding to the synthesized magnetic field of the first magnetic field; And an eddy current sensor surrounding and enclosing the coil unit therein, the casing being made of a material having a magnetic shielding capability to block a magnetic field from entering the coil unit from the outside. And
    상기 와전류 센서에 상기 여자 신호를 제공하는 한편, 상기 와전류 센서가 검출한 전기신호를 이용하여 상기 텐던의 긴장력에 관한 정보를 산출하는 긴장력 모니터링부를 구비하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. And a tension force monitoring unit for providing the excitation signal to the eddy current sensor and calculating information on the tension force of the tendon using the electrical signal detected by the eddy current sensor.
  9. 제8항에 있어서, 상기 긴장력 모니터링부는 (i) 초기 긴장력 조건에서 상기 와전류 센서를 통해 n 회의 상기 전기신호의 계측을 수행하여 제1 분산값 (σ0)을 계산하고, (ii) 시간의 경과에 따라 상기 텐던의 긴장력이 변화된 상태에서도 상기 와전류 센서를 통해 동일하게 n 회의 상기 전기신호의 계측을 수행하여 제2 분산값(σ1)을 계산하며, (iii) 계산된 제1 분산값(σ0)과 제2 분산값(σ1)을 확률 통계적 분석을 통해 손상지수를 산출하고, (iv) 산출된 손상지수가 허용 임계값을 초과하는 경우에는 자동적으로 위험 경보를 발생시키는 알고리즘이 구현된 프로그램을 수행하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. The method of claim 8, wherein the tension monitoring unit (i) performs the measurement of the electrical signal n times through the eddy current sensor in the initial tension force conditions to calculate a first dispersion value (σ 0 ), (ii) the passage of time The second dispersion value (σ 1 ) is calculated by performing the same measurement of the electrical signal n times through the eddy current sensor even when the tension force of the tendon is changed, and (iii) the calculated first dispersion value (σ). 0 ) and the second variance value (σ 1 ) are calculated by probability statistical analysis, and (iv) an algorithm is generated that automatically generates a risk alarm when the calculated damage index exceeds the acceptable threshold. A tendon tension diagnosis system, characterized in that it has a function of executing a program.
  10. 제8항에 있어서, 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 적어도 하나의 쐐기의 표면에 자력으로 고정시키기 위한 자력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. 9. The tendon tension diagnosis system according to claim 8, further comprising a magnetic force unit accommodating and fixed inside the casing to magnetically fix the casing and the coil unit to a surface of the at least one wedge.
  11. 제8항에 있어서, 상기 긴장력 모니터링부는, 송신 제어 신호에 기초하여 미리 정해진 주파수를 갖는 상기 여자 신호를 제공하는 파형 발생기; 상기 제2 자기장에 상응하는 전기 신호를 디지털화하여 디지털 전기 신호를 제공하는 디지타이저; 및 상기 파형 발생기에 상기 송신 제어 신호를 제공하고, 상기 디지타이저로부터 상기 디지털 전기 신호를 제공받아 상기 텐던의 긴장력을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. The apparatus of claim 8, wherein the tension monitoring unit comprises: a waveform generator configured to provide the excitation signal having a predetermined frequency based on a transmission control signal; A digitizer for digitizing the electrical signal corresponding to the second magnetic field to provide a digital electrical signal; And a control unit providing the transmission control signal to the waveform generator and receiving the digital electrical signal from the digitizer to calculate the tension force of the tendon.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는 산출된 긴장력의 크기가 허용 임계값 이하로 떨어지면 위험 경보를 발하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. 12. The tendon tension diagnosis system according to claim 11, wherein the control unit has a function of alerting a danger when the magnitude of the calculated tension force falls below an allowable threshold value.
  13. 제8항에 있어서, 상기 긴장력 모니터링부는 상기 디지털 전기신호 중 제1 시간 구간 동안 획득한 제1 디지털 전기신호 및 상기 디지털 전기신호 중 제2 시간 구간 동안 획득한 제2 디지털 전기 신호를 비교하여 상기 텐던의 손상 지수를 결정하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. The tendon force monitoring device of claim 8, wherein the tension monitoring unit compares the first digital electrical signal acquired during the first time interval of the digital electrical signal with the second digital electrical signal acquired during the second time interval of the digital electrical signal. Tendon tension diagnosis system, characterized in that for determining the damage index of.
  14. 제8항에 있어서, 가동체에 설치되는 1차측 코일과, 상기 와전류 센서가 설치된 구조물에 설치되고 상기 1차측 코일과 자기유도방식으로 결합되고 상기 긴장력 모니터링부와 연결되는 2차측 코일을 포함하는 전력 및 데이터 무선 전달부; 및 상기 가동체에 설치되며, 상기 1차측 코일에 연결되어 상기 전력 및 데이터 무선 전달부를 통해, 상기 와전류 센서와 상기 긴장력 모니터링부의 구동에 필요한 전력을 자기유도방식으로 제공하고 상기 긴장력 모니터링부로부터 상기 텐던의 긴장력에 관한 정보를 자기유도방식으로 수집하는 무선 송전 및 데이터 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. The electric power of claim 8, further comprising a primary coil installed in the movable body, and a secondary coil installed in the structure in which the eddy current sensor is installed, coupled to the primary coil in a magnetic induction manner, and connected to the tension monitoring unit. And a data radio transmission unit; And installed in the movable body and connected to the primary side coil to provide power necessary for driving the eddy current sensor and the tension monitoring unit through the power and data wireless transmission unit in a magnetic induction manner and from the tension monitoring unit. Tendon tension diagnosis system, characterized in that it further comprises a wireless transmission and data receiving unit for collecting information about the tension of the magnetic induction method.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가동체는 차량이고, 상기 구조물은 상기 차량이 다닐 수 있는 도로 및/또는 교량인 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템. 15. A tendon tension diagnosis system according to claim 14, wherein the movable body is a vehicle and the structure is a road and / or a bridge that the vehicle can carry.
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