KR20090112352A - 구조물 변위 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

구조물 변위 측정 시스템이 개시된다. 가속도계를 이용하여 구조물의 변위를 측정하기 위한 구조물 변위 측정 시스템은 변위 측정부 및 시간 검출부를 포함한다. 변위 측정부는 구조물 상에서 소정의 측정 지점의 변위를 측정하고, 시간 검출부는 변위를 측정하는 순간의 시간을 검출한다. 이러한 구성으로, 구조물의 변위로 인한 피로 현상의 진행을 감지할 수 있고, 구조물의 붕괴 가능 시간을 예측하여 붕괴에 대한 대비책 및 구조물의 보수, 보강 대책의 설립으로 인명과 경제적 손실을 방지할 수 있다.
가속도계, 변위, 구조물

Description

구조물 변위 측정 시스템{System for measuring structure displacement}
본 발명은 계측 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가속도계를 이용하여 구조물의 변위를 측정하기 위한 구조물 변위 측정 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 고층 건물의 건설이 확산되고 있으며, 자연재해 및 건물의 노후 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 구조물의 수 또한 급증하고 있는 실정이다.
그러므로 구조물의 상태를 미리 파악하고 그 대비책 및 보수, 보강 대책을 강구하여 인명과 경제적 손실을 방지하기 위하여 구조물의 현재 상태를 측정하는 것은 매우 중요한 문제이다.
특히, 성능이 저하된 구조물, 오래전에 건설된 구조물 등의 안전성 여부는 매우 불안하기에 대형 참사를 유발할 수 있다. 이러한 구조물의 상태가 변화하거나 파손이 일어나는 것은 피로 현상의 누적이 주요 원인이 된다.
예를 들면, 아파트, 빌딩 등의 건물은 건물이 받는 바람의 풍향 및 풍속이 건물의 부위마다 다르기 때문에 이로 인한 피로 현상이 누적될 수 있고, 교량은 이동하는 차량의 속력, 차량의 무게에 따라 교량의 부위마다 달라지는 진동에 의해 피로 현상이 누적될 수 있으며, 선박은 파도의 높이와 방향 및 힘의 영향을 선박의 부위마다 다르게 받아서 피로 현상이 누적될 수 있다.
현재 이용되고 있는 구조물의 상태를 파악하는 대부분의 시스템 중에서, 실시간으로 구조물의 정확한 변위를 측정하여 피로 현상에 의한 구조물의 변형이나 붕괴 조짐을 신속하게 발견할 수 있는 시스템은 실질적으로 없는 실정이다.
더불어, 변위 측정시 정확한 시간 데이터를 용이하게 얻을 수 있는 시스템 또한 없으므로, 구조물의 붕괴 가능 시간을 예측하는 등의 변위 데이터만으로는 알 수 없는 정보를 획득할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 구조물의 변위로 인한 피로 현상의 진행을 감지할 수 있고, 구조물의 붕괴 가능 시간을 예측하여 붕괴에 대한 대비책 및 구조물의 보수, 보강 대책의 설립으로 인명과 경제적 손실을 방지하기 위한 구조물 변위 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 구조물 변위 측정 시스템은, 변위 측정부 및 시간 검출부를 포함한다.
변위 측정부는 구조물 상에서 소정의 측정 지점의 변위를 측정하고, 시간 검출부는 변위를 측정하는 순간의 시간을 검출한다.
이러한 구성으로, 구조물의 변위로 인한 피로 현상의 진행을 감지할 수 있고, 구조물의 붕괴 가능 시간을 예측하여 붕괴에 대한 대비책 및 구조물의 보수, 보강 대책의 설립으로 인명과 경제적 손실을 방지할 수 있다.
또한, 시간 검출부는 GPS 장치를 이용하여 측정 시간을 검출할 수 있다. GPS 장치는 인공위성으로부터 정확한 시간에 대응하는 신호를 전송받으므로, 구조물의 변위를 측정하는 순간의 정확한 시간을 검출할 수 있다.
변위 측정부는 가속도계를 이용하여 구조물의 변위를 측정할 수 있다. 가속도계는 변위를 측정할 수 있는 다른 센서들보다 작은 크기임에도 불구하고 매우 견 고하고, 동작 측정가능 주파수 범위가 넓고(거의 0Hz에서 100KHz이상), 작은 진동도 예민하게 측정할 수 있으며, 또한 충격에도 강해서 장기간 동안 특성이 변하지 않는다.
그러므로 구조물의 미세한 변형까지도 정밀하게 측정 가능하고, 잔고장 없이 구조물 변위 시스템을 장기간 동안 사용할 수 있다.
또한, 변위 측정부는 구조물에서 서로 이격된 복수의 위치에서 측정할 수 있다. 이로 인해, 구조물 상에서 다수의 지점에 변위 측정부를 설치하여 각 설치 지점별로 변위를 측정할 수 있고, 이러한 측정 결과를 토대로 구조물에서 붕괴가 일어날 가능성이 큰 부분을 찾아내어 집중적으로 관리할 수 있으며, 구조물을 전체적으로 관리하여 통합적이고 다양한 정보를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구조물 변위 측정 시스템은 데이터 저장부와 데이터 처리부를 더 포함할 수 있다.
데이터 저장부는 측정된 구조물의 변위, 및 검출된 측정 시간을 저장하여 외부로 전송할 수 있고, 데이터 처리부는 데이터 저장부로부터 데이터를 수신하고, 데이터를 미리 설정된 기준 데이터 값과 비교분석하여 구조물의 안전성을 파악할 수 있도록 할 수 있다.
이러한 구성으로, 측정한 데이터를 체계적으로 관리하여 통계치를 산출할 수 있고, 실시간으로 측정 결과 및 통계치의 산출 결과를 확인할 수 있으므로 구조물의 변위 발생을 빠르게 감지해낼 수 있다.
본 발명에 의해 구조물 상에서 다수의 지점에 변위 측정부를 설치하여 구조물의 변위에 의해 피로 현상의 진행을 감지할 수 있고, 통합적인 다양한 정보를 얻을 수 있다.
또한, 구조물의 변위를 측정하는 순간의 정확한 시간을 검출할 수 있으므로 구조물의 붕괴 가능 시간을 예측할 수 있고, 구조물의 미세한 변형까지도 정밀하고 빠르게 감지하여 붕괴에 대한 대비책 및 구조물의 보수, 보강 대책의 설립으로 인명과 경제적 손실을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 발명의 이해를 보다 명확하게 하기 위해 동일한 구성요소에 대해서는 상이한 도면에서도 동일한 부호를 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구조물 변위 측정 시스템(100)을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 구조물 변위 측정 시스템(100)은 변위 측정부(110), 시간 검출부(120), 데이터 저장부(130) 및 데이터 처리부(140)로 구성된다.
변위 측정부(110)는 구조물 상에서 소정의 측정 지점의 변위를 측정하는데, 가속도계를 이용하여 구조물의 변위를 측정할 수 있다. 가속도계는 변위를 측정할 수 있는 다른 센서들보다 작은 크기임에도 불구하고 매우 견고하고, 동작 측정가능 주파수 범위가 넓고(거의 0Hz에서 100Khz이상), 작은 진동도 예민하게 측정할 수 있으며, 또한 충격에도 강해서 장기간 동안 특성이 변하지 않는다. 그러므로 구조물의 미세한 변형까지도 정밀하게 측정 가능하고, 잔고장 없이 구조물 변위 시스템 을 장기간 동안 사용할 수 있다.
이러한 가속도계 중에서도 특히, 3축 가속도계는 단일 센서를 이용하여 x, y, z 3축의 가속도를 동시에 측정할 수 있다. 이로 인해, 동일 지점에서 발생하는 3차원 진동을 동시에 측정할 필요가 있는 경우에 3축 가속도계를 사용하여, 데이터 측정 시간을 단축하는 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 변위 측정부(110)는 구조물에서 서로 이격된 복수의 위치에서 측정할 수 있다. 이로 인해, 구조물 상에서 다수의 지점에 변위 측정부(110)를 설치하여 각 설치 지점별로 변위를 측정할 수 있고, 이러한 측정 결과를 토대로 구조물에서 붕괴가 일어날 가능성이 큰 부분을 찾아내어 집중적으로 관리할 수 있으며, 구조물을 전체적으로 관리하여 통합적이고 다양한 정보를 얻을 수 있다.
시간 검출부(120)는 변위를 측정하는 순간의 시간을 검출하는데, 이로 인해 변위 측정부(110)와 연결되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 시간 검출부(120)는 GPS 장치를 이용하여 측정 시간을 검출할 수 있다. GPS는 Global Positioning System의 약자로 인공 위성을 이용하여 위치, 속도 및 시간 측정 서비스를 제공하는 시스템이다. GPS는 3차원 위치, 고도 및 시간의 정확한 측정을 할 수 있고, 24시간 연속적으로 서비스를 제공할 수 있으며, 기상조건, 간섭 및 방해에 강하고 전 세계적인 공통 좌표계를 사용한다는 특징이 있다.
그러므로 GPS 장치를 이용할 경우, 인공 위성으로부터 정확한 시간에 대응하는 신호를 전송받아 구조물의 변위를 측정하는 순간의 정확한 시간을 검출할 수 있게 되므로, 구조물의 붕괴 가능 시간을 예측하여 붕괴에 대한 대비책 및 구조물의 보수, 보강 대책의 설립으로 인명과 경제적 손실을 방지할 수 있다.
시간 검출부(120)에는 GPS장치 이외에 정확한 시간을 측정할 수 있는 어떠한 장치가 이용되어도 무방할 것이다.
또한, 시간 검출부(120)에 변위를 측정할 순간을 미리 설정하여 동시에 변위 측정부(110)가 동작할 수 있도록 할 수도 있다. 이 경우, 설정 시간이 일정하다면, 시간에 따른 데이터 변화를 좀 더 쉽게 확인할 수 있을 것이다.
데이터 저장부(130)는 측정된 구조물의 변위 및 검출된 측정 시간을 저장하여 외부로 전송할 수 있으므로, 측정한 데이터를 체계적으로 관리하여 통계치를 산출할 수 있다.
도 1에는 하나의 데이터 저장부(130)에 다수의 시간 검출부(120) 및 변위 측정부(110)로부터 측정된 데이터를 저장하는 것으로 도시하였지만, 데이터 저장부(130)를 시간 검출부(120) 및 변위 측정부(110)와 그룹화하여 다수의 데이터 저장부(130)로 구성하여도 무방할 것이다.
데이터 처리부(140)는 데이터 저장부(130)로부터 유선 또는 무선으로 데이터를 수신하고, 데이터를 미리 설정된 기준 데이터 값과 비교분석하여 구조물의 안전성을 파악할 수 있도록 할 수 있다. 이로 인해, 실시간으로 측정 결과 및 통계치의 산출 결과를 확인할 수 있으므로 구조물의 변위 발생을 빠르게 감지해낼 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 구조물 변위 측정 시스템(100)이 고층 건물에 적용되어 변위 데이터를 획득하는 실시 예를 도시한 도면이다.
도 1에 언급한 바와 같이, 도 2에서는 데이터 저장부(130)를 시간 검출 부(120) 및 변위 측정부(110)와 그룹화하여 다수의 데이터 저장부(130)로 구성하였으며, 또한, 후술할 설명의 편의성을 위해 변위 측정부(110), 시간 검출부(120) 및 데이터 저장부(130)를 하나의 그룹으로 묶어 변위 측정 장치라 칭하기로 한다.
고층 건물의 경우는 풍속과 풍향의 영향으로 피로가 누적되어 변형이 일어나는 경우가 많다. 도시한 바와 같이 건물의 상부에는 동풍이 불고, 건물의 중앙부에는 서풍이 반복해서 불 경우, 비틀림이 발생하여 피로가 누적된다. 이러한 바람은 수시로 변동하기 때문에 건물 전체의 변위를 측정하기 위해 총 6개의 변위 측정 장치를 적용하였다.
각 변위 측정 장치가 위치한 지점에서 측정되어 저장된 변위 데이터는 데이터 처리부(140)로 전송되고, 데이터 처리부(140)에서 미리 설정된 기준 데이터 값과 비교분석하여 구조물의 안전성을 파악할 수 있다.
시간 검출부(120)는 다수의 변위 측정부(110) 및 다수의 데이터 저장부(130)와 공동으로 사용할 수 있으며, 지하에 설치된 변위 측정 장치(6)와 지상에 설치된 변위 측정 장치(5)와 같이, 하나의 시간 검출부(120)를 공동으로 사용하게 할 수 있으므로 GPS 신호 수신이 어려운 지하에 위치한 구조물의 변위 또한 용이하게 측정할 수 있다.
도 2에서는 고층 건물에 구조물 변위 측정 시스템(100)이 적용된 예시만을 도시하였지만, 구조물 변위 측정 시스템(100)은 교량이나, 선박 등 다양한 구조물에 적용되어 변위를 측정할 수 있을 것이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 구조물 변위 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 구조물 변위 측정 시스템이 고층 건물에 적용되어 데이터를 획득하는 실시 예를 도시한 도면.

Claims (6)

  1. 구조물 상에서 소정의 측정 지점의 변위를 측정하는 변위 측정부; 및
    상기 변위를 측정하는 순간의 시간을 검출하는 시간 검출부; 를 포함하는 구조물 변위 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시간 검출부는,
    GPS 장치를 이용하여 상기 측정 시간을 검출하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 변위 측정부는,
    가속도계를 이용하여 상기 구조물의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 변위 측정부는,
    상기 구조물에서 서로 이격된 복수의 위치에서 측정하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측정된 구조물의 변위, 및 상기 검출된 측정 시간을 저장하여 외부로 전송하는 데이터 저장부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 데이터 저장부로부터 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 미리 설정된 기준 데이터 값과 비교분석하여 상기 구조물의 안전성을 파악할 수 있도록 하는 데이터 처리부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
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