KR101635950B1 - 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치 - Google Patents

초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트의 표면과 이격되게 초음파 발신 트랜스듀서(transducer) 및 초음파 수신 트랜스듀서를 설치하여, 콘크리트의 표면을 타고 흐르는 표면파의 전파 속도를 산출하여 콘크리트의 강도를 판독할 수 있는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치는, 콘크리트의 일면에 설치되는 지지구조물과; 상기 지지구조물에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트 내에 초음파를 발생시키는 초음파 발신 트랜스듀서와; 상기 지지구조물에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트를 통해 전파되어 오는 초음파를 측정하는 초음파 수신 트랜스듀서와; 상기 초음파 수신 트랜스듀서의 검출 신호에 의해 콘크리트의 강도를 판독하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 제공한다.

Description

초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치{Apparatus and Method for Non-contact Measurement of Concrete Strength Ultrasonic Waves}
본 발명은 콘크리트의 강도를 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트의 표면과 이격되게 초음파 발신 트랜스듀서(transducer) 및 초음파 수신 트랜스듀서를 설치하여, 콘크리트의 표면을 타고 흐르는 표면파의 전파 속도를 산출하여 콘크리트의 강도를 판독할 수 있는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치에 관한 것이다.
콘크리트는 가장 일반적이며 보편화된 주요 건설·건축재료로 폭넓게 사용되고 있으며, 성능의 향상 및 안정적인 품질관리에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 콘크리트의 강도는 구조물의 안정성을 평가하는 기본적인 요소로서 소요의 설계 강도를 확보하고 균질성을 유지하는 것은 구조물 자체의 안정성을 확보하는데 필수적이며 기타 물성을 평가하는 데에 있어 기본적인 잣대가 된다.
콘크리트의 강도는 품질관리상 가장 중요하게 다루어지고 있으나, 품질관리는 주로 표준 양생한 재령 28일 강도를 기준으로 하고 있기 때문에 공사의 진행속도와 강도평가시기 사이에는 시간적 차이가 생기므로 이미 경화한 콘크리트의 품질시험 결과는 공사에 신속하게 반영할 수 없으며, 소요의 강도가 과부족일 경우 안전의 문제뿐만이 아니라 경제적·행정적 손실을 부담해야 하는 등 강도상의 문제가 발생할 때에는 처리가 곤란하게 된다.
콘크리트 양생에 따른 강도는 적산온도를 이용한 방법이나 슈미트 해머를 이용한 방법을 사용하여 추정할 수 있다. 그러나 이러한 강도 추정 기법은 임의의 지점에서 측정이 가능하며 콘크리트 구조물 내부 상태를 포괄적으로 반영하지 못하여 정확하고 신속하게 실시간으로 강도를 추정하기 어려운 문제점이 있다.
한편 콘크리트에 초음파를 방출하여 콘크리트의 표면을 타고 흐르는 표면파의 전파속도를 측정함으로써 콘크리트의 강도를 추정할 수 있다. 표면파의 전파속도와 콘크리트 강도 사이의 관계식을 통하여 콘크리트 강도발현을 추정하는 것으로 관련하여 다양한 장치가 개발되었다. 예를 들어 본 출원인에 의해 개발된 등록특허 제10-1195500호 및 등록특허 제10-1257304호에 개시된 표면파 속도측정을 이용한 콘크리트 강도 측정 장치가 있다.
그러나 종래의 초음파를 이용하는 콘크리트 강도 측정 장치는 초음파 발신 탐촉자와 초음파 수신 탐촉자가 모두 콘크리트의 표면에 접촉하여 표면파를 검출하는 구조로 이루어져 있다. 초음파 기반의 접촉식 콘크리트 진단 시스템을 이용하여 진단 결과의 정확성을 높이기 위해서는 접촉매질층(커플런트 층; couplant layer)의 영향을 제거하는 것이 매우 중요한데, 이를 위해 발신 탐촉자와 수신 탐촉자가 위치하는 곳의 추가 표면처리(예를 들어 그라인딩)가 필요하며, 커플런트 층을 얇게 도포하여 커플런트 층의 영향을 최소화해야 한다. 그러나 검사자가 임의로 커플런트 층의 두께를 조절할 수 없는데다 탄성계수, 전단계수 등 커플런트 물성치에 관한 정보가 기본적으로 제공되지 않기 때문에 결과에 대한 영향 분석이 어려우며 커플런트를 사용하는 한 진단 결과에 대한 커플런트의 영향은 피할 수 없다.
또한 추가 표면 처리로 인해 콘크리트의 강도 측정 전 셋업에 많은 시간이 소요되며, 전 진행 과정이 검사자에 의존적이므로 진단 결과의 변동성이 크고, 자동화가 어려워 스캐닝 시스템으로 발전시키기 어렵다는 한계가 있다.
등록특허 제10-1195500호(2012.10.23. 등록) 등록특허 제10-1257304호(2013.04.17. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 커플런트(couplant)를 사용하지 않고 비접촉 방식으로 표면파의 전파 속도를 검출하여 콘크리트의 강도를 측정함으로써 측정 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있는 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 추가적인 표면 처리를 필요로 하지 않아 짧은 시간에 많은 양의 신호를 계측할 수 있어 검사면을 고속으로 스캐닝(scanning) 할 수 있는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치는, 콘크리트의 일면에 설치되는 지지구조물과; 상기 지지구조물에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트 내에 초음파를 발생시키는 초음파 발신 트랜스듀서와; 상기 지지구조물에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트를 통해 전파되어 오는 초음파를 측정하는 초음파 수신 트랜스듀서와; 상기 초음파 수신 트랜스듀서의 검출 신호에 의해 콘크리트의 강도를 판독하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치는, 콘크리트의 표면에 지지되는 지주부를 구비한 메인프레임과, 끝단부가 상기 메인프레임의 지주부에 상하로 이동 가능하게 연결된 승강프레임과, 상기 승강프레임의 중앙부에 설치되는 제1마운트프레임과, 상기 승강프레임을 따라 수평 이동가능하게 설치되는 제2마운트프레임을 포함하는 지지구조물과; 상기 제2마운트프레임에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트 내에 초음파를 발생시키며, 상기 제1마운트프레임에 대해 회전 가능하게 설치된 초음파 발신 트랜스듀서와; 상기 제1마운트프레임에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트를 통해 전파되어 오는 초음파를 측정하며, 상기 제2마운트프레임에 대해 회전 가능하게 설치된 초음파 수신 트랜스듀서와; 상기 메인프레임에 고정되게 설치되어 상기 초음파 발신 트랜스듀서와 초음파 수신 트랜스듀서와 전기적으로 연결되며, 상기 초음파 수신 트랜스듀서의 검출 신호에 의해 콘크리트의 강도를 판독하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 커플런트(couplant)를 사용하지 않고 비접촉 방식으로 표면파의 전파 속도를 검출하여 콘크리트의 강도를 측정함으로써 측정 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있으며, 추가적인 표면 처리를 필요로 하지 않아 짧은 시간에 많은 양의 신호를 계측할 수 있어 검사면을 고속으로 스캐닝(scanning) 할 수 있고, 이로써 발신기와 수신기의 배열과 적절한 스캐닝 기법을 통하여 고해상도로 콘크리트 구조물 내부의 상태를 파악할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 위에서 본 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치의 일부분을 나타낸 도면이다.
도 5는 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 이용하여 측정한 콘크리트의 양생 기간에 따른 초음파 신호를 나타낸 도면이다.
도 6은 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치를 이용하여 획득한 콘크리트의 압축강도와 초음파 속도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치는, 콘크리트(C)의 일면에 설치되는 지지구조물과, 상기 지지구조물의 각 끝단부에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트 내에 초음파를 발생시키는 4개의 초음파 발신 트랜스듀서(50)와, 상기 지지구조물의 중앙에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트를 통해 전파되어 오는 초음파를 측정하는 1개의 초음파 수신 트랜스듀서(60)와, 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 검출 신호에 의해 콘크리트의 강도를 판독하는 제어기(70)를 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 지지구조물은 콘크리트(C)의 일면에 설치되는 지지구조물로서, 콘크리트(C)의 표면에 지지되는 지주부(11)를 구비한 메인프레임(10)과, 끝단부가 상기 메인프레임(10)의 지주부(11)에 상하방향(도면 상의 상하 방향으로, 메인프레임이 콘크리트의 측면에 설치되는 경우에는 측방향이 됨)로 이동 가능하게 연결된 승강프레임(20)과, 상기 승강프레임(20)의 중앙부에 설치되며 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)가 결합되는 제1마운트프레임(30)과, 상기 승강프레임(20)을 따라 수평 이동가능하게 설치되며 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 결합되는 4개의 제2마운트프레임(40)을 포함한다.
이 실시예에서 상기 메인프레임(10)은 대략 X자형으로 이루어지며, 메인프레임(10)의 각 끝단부에 상기 지주부(11)가 수직하게 연장되게 형성되어 있다. 상기 메인프레임(10)의 중앙부에는 상기 승강프레임(20)의 상하방향 이동을 위한 승강스크류(25)가 나선 결합되는 나사산이 형성된 홀(13)이 형성되어 있다. 상기 승강스크류(25)의 상단부에는 검사자가 손으로 잡고 조작하기 용이하도록 핸들(26)이 구비되어 있다.
상기 승강프레임(20)은 네 모서리 부분에 상기 지주부(11)를 따라 승강하는 승강가이드블록(23)을 구비한 사각틀 형태의 연결프레임부(22)와, 각 끝단부가 상기 승강가이드블록(23)에 결합되면서 연결프레임부(22)의 내측에 X자형으로 설치되는 원형봉 형태의 가이드프레임부(21)로 구성된다. 상기 승강가이드블록(23)에는 상기 지주부(11)에 대해 슬라이딩하는 부싱(미도시)이 설치될 수 있다.
상기 가이드프레임부(21)의 중앙부에는 상기 승강스크류(25)의 하단부와 결합되는 스크류고정판(24)이 설치되어, 검사자가 손으로 승강스크류(25)를 회전시키면 승강스크류(25)가 메인프레임(10)에 대해 상측 또는 하측으로 이동하게 되고, 이에 따라 스크류고정판(24) 및 이에 결합된 가이드프레임부(21)가 승강스크류(25)와 함께 상측 또는 하측으로 이동하게 된다.
이와 같이 상기 승강프레임(20)이 메인프레임(10)에 대해 상하로 이동함에 따라 콘크리트(C) 표면에 대한 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 이격 거리가 조절될 수 있게 된다.
상기 제1마운트프레임(30)은 상기 승강프레임(20)의 가이드프레임부(21) 중앙에 고정되게 설치된다. 상기 제1마운트프레임(30)의 하단부에는 제1회전블록(34)이 수평한 제1힌지축(33)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제1회전블록(34)의 하부에는 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)가 결합된다. 상기 제1힌지축(33)은 외면에 나사산이 형성된 스크류 구조로 되어 제1힌지축(33)을 제1마운트프레임(30)의 하단부에 대해 반시계방향으로 회전시켜 제1회전블록(34)을 느슨하게 한 상태에서 제1회전블록(34)을 회전시켜 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 각도를 원하는 각도로 조정하고, 각도 조정이 완료되면 제1힌지축(33)을 시계방향으로 회전시켜 조이면 제1회전블록(34)이 제1마운트프레임(30)에 대해 구속되어 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 각도가 조정된 상태를 유지하게 된다.
상기 제1마운트프레임(30)은 도면에 도시하지 않은 공지의 높이 조절 장치(예를 들어 카메라 삼각대에 적용된 높이 조절 장치)에 의해 상하로 상대 이동이 가능한 구조로 이루어져, 상기 승강프레임(20)에 의한 높이 조절 후 상측 또는 하측으로 이동하여 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 미세 높이 조정이 가능하다.
상기 제1회전블록(34)의 일측에는 상기 제1마운트프레임(30)에 대한 제1회전블록(34)의 회전 각도를 측정하기 위한 각도측정유닛이 설치된다. 이 실시예에서 상기 각도측정유닛은 각도를 나타내는 눈금이 새겨진 각도계(35)가 적용되었지만, 이외에도 경사계(tiltmeter)와 같은 MEMS 센서 등을 이용하여 각도를 측정할 수도 있다.
상기 제2마운트프레임(40)은 상기 승강프레임(20)의 가이드프레임부(21)를 따라 슬라이딩 가능하게 설치되어 초음파 수신 트랜스듀서(60)와 초음파 발신 트랜스듀서(50) 간의 거리(d)를 조절할 수 있게 되어 있다. 이를 위해 상기 제2마운트프레임(40)의 상단부에는 상기 승강프레임(20)의 가이드프레임부(21)를 따라 수평하게 이동하는 슬라이드블록(41)이 설치되며, 상기 슬라이드블록(41)에는 승강프레임(20)에 대해 슬라이드블록(41)을 구속 또는 해제하는 록킹스크류(42)가 설치된다. 상기 록킹스크류(42)는 끝단부가 가이드프레임부(21)의 외면에 접촉하거나 분리되면서 슬라이드블록(41)을 가이드프레임부(21)에 대해 구속하거나 이동 가능하게 한다.
따라서 상기 록킹스크류(42)를 손으로 돌려서 록킹스크류(42)의 끝단이 가이드프레임부(21)의 외면과 이격되도록 하면 슬라이드블록(41)이 가이드프레임부(21)를 따라 자유롭게 이동할 수 있게 되어 제2마운트프레임(40) 및 이에 결합된 초음파 발신 트랜스듀서(50)를 수평 이동할 수 있다. 그리고, 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 원하는 위치로 이동하여 초음파 발신 트랜스듀서(50)와 초음파 수신 트랜스듀서(60) 간의 거리가 원하는 대로 조정되면, 다시 록킹스크류(42)를 이전과 반대 방향으로 돌려 록킹스크류(42)의 끝단이 가이드프레임부(21)에 가압 접촉되도록 하면 슬라이드블록(41)이 고정되어 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 조정된 위치를 유지하게 된다.
상기 제2마운트프레임(40)의 하단부에는 제2회전블록(44)이 수평한 제2힌지축(43)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제2회전블록(44)의 하부에는 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 결합된다. 상기 제2힌지축(43) 역시 상기 제1힌지축(33)과 마찬가지로 스크류 구조로 되어 제2마운트프레임(40)에 대해 제2회전블록(44)을 구속하거나 해제하는 작용을 한다. 상기 제2회전블록(44)에도 상기 제2마운트프레임(40)에 대한 제2회전블록(44)의 회전 각도를 표시하는 각도측정유닛으로서 각도계(45)가 설치되어 있다.
상기 제2마운트프레임(40) 또한 제1마운트프레임(30)과 마찬가지로 도면에 도시하지 않은 공지의 높이 조절 장치에 의해 상하로 상대 이동이 가능한 구조로 이루어져, 상기 승강프레임(20)에 의한 높이 조절 후 상측 또는 하측으로 이동하여 초음파 발신 트랜스듀서(50)의 미세 높이 조정이 가능하다.
상기 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)는 각각 콘크리트(C)의 표면으로부터 일정 거리 이격되게 설치되어 비접촉식으로 콘크리트(C)에 초음파를 발생시키고, 콘크리트(C)를 통해 전파되어 오는 초음파를 측정하는 기능을 수행하도록 구성된다. 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50)는 전력손실이 적은 정전용량형으로 고에너지의 초음파를 발생시킨다. 이 실시예에서는 1개의 초음파 수신 트랜스듀서(60)와 4개의 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 구성되었지만, 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 수는 각각 1개씩만 구성될 수도 있으며, 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 수는 전술한 실시예에 한정되지 않는다.
상기 제어기(70)는 상기 지지구조물 중 메인프레임(10)에 고정되게 설치되며, 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50)와 초음파 수신 트랜스듀서(60)와 전기적으로 연결된다. 상기 제어기(70)는 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 검출 신호의 시간에 대한 함수 f(t)를 구하고, 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 검출 신호를 아래의 수학식 1 및 2를 통해 웨이블릿 변환(wavelet transform)시켜서 변환함수 W(b,a)의 최대값에 해당하는 시간으로 표면파 도달시간(t)을 구한 뒤, 초음파 발신 트랜스듀서(50)와 초음파 수신 트랜스듀서(60) 간의 거리(d)를 상기 구해진 시간(t)으로 나누어서 초음파 발신 트랜스듀서(50)에 의해 콘크리트(C)에 가해진 초음파에 포함되어 있는 표면파의 전파속도(V)를 산출하며, 표면파의 전파속도와 콘크리트 강도 간의 관계에 대해 구축되어 있는 데이터베이스로부터 상기 산출된 표면파의 전파속도(V)에 해당하는 콘크리트 강도를 판독한다(도 5 및 도 6 참조).
Figure 112015045853443-pat00001
Figure 112015045853443-pat00002
상기 수학식 1 및 2에서 a는 웨이블릿의 크기(스케일)를 결정하는 압축계수이고, b는 시간축으로의 이동에 관계되는 전이계수이다.
한편, 초음파가 매질을 따라 진행할 때 다른 매질과의 경계면에서 반사와 굴절이 발생하며, 파의 모드가 변화한다. 반사 및 굴절량은 두 매질 간의 역학적 특성 차이에 의해 결정되며, 음향 임피던스(acoustic impedance, Z) 차이가 가장 큰 영향을 미친다. 음향 임피던스는 매질의 밀도와 해당 매질에서의 압축파의 속도의 곱으로 나타나며, 매질 경계면에서 반사되는 파의 투과되는 파의 진폭을 결정하는 반사계수와 투과계수는 아래의 수학식 3 및 4로 정의된다.
Figure 112015045853443-pat00003
Figure 112015045853443-pat00004
여기서 Z1과 Z2는 인근 매질의 음향 임피던스이다. 아래의 표 1은 콘크리트, 공기, 압전체의 주요 물성치와 음향 임피던스를 보여준다. 각 매질의 음향 임피던스를 수학식 3과 4에 대입하면, 콘크리트와 공기 경계면에서의 반사계수는 0.999977 이고, 투과계수는 2.3 × 10-5 으로 매우 작다. 즉, 압전체에서 발생된 초음파의 매우 작은 양만이 공기층을 통해 콘크리트로 입사되고 대부분은 공기-콘크리트 경계면에서 반사된다.
물성치 콘크리트 공기 압전체 PZT-4
밀도(㎏/㎥) 2200-2500 1.225 7500
압축파 속도(m/s) 3800-4500 343 4820
음향 임피던스(MRayl) 8.36-11.3 0.00042 36.15
따라서 전술한 것과 같이 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)는 비접촉식으로 초음파를 발생시키고 초음파를 측정하므로 공기층에서의 초음파 손실을 최소화하기 위하여 콘크리트(C) 표면으로부터의 높이와 초음파 발신 트랜스듀서(50)의 입사각을 최적화해야 한다. 두 변수를 손쉽게 조절하고 최적의 조건에서 스캐닝하기 위해, 본 발명은 상기 메인프레임(10)에 대해 승강프레임(20)을 상하로 이동시킴으로써 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)가 콘크리트(C)의 표면과 이격된 거리를 조절할 수 있도록 하고, 각도계(35, 45)를 이용하여 제1회전블록(34) 및 제2회전블록(44)을 각각 제1마운트프레임(30) 및 제2마운트프레임(40)에 대해 미세하게 회전 가능하게 구성함으로써 초음파 발신 트랜스듀서(50)의 입사각을 조절할 수 있게 한다. 또한 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 설치된 제2마운트프레임(40)을 승강프레임(20)의 가이드프레임부(21)를 따라 수평 이동하여 초음파 발신 트랜스듀서(50)와 초음파 수신 트랜스듀서(60) 간의 거리를 용이하게 조절할 수 있다.
콘크리트 재료에서의 실험 결과, 각각의 초음파 발신 트랜스듀서(50)의 중앙부까지의 높이가 1㎝, 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 중앙부까지의 높이가 0.5㎝, 초음파 발신 트랜스듀서(50)의 초음파 입사각이 13.5°일 때 파 손실 및 잡음이 가장 적게 발생하였지만, 이 값은 매질의 물성에 따라 달라진다.
한편 본 발명의 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치는 콘크리트 구조물뿐만 아니라 다양한 고체상의 구조물의 강도를 측정하는 데에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 메인프레임 11 : 지주부
20 : 승강프레임 21 : 가이드프레임부
22 : 연결프레임부 23 : 승강가이드블록
25 : 승강스크류 26 : 핸들
30 : 제1마운트프레임 33 : 제1힌지축
34 : 제1회전블록 35 : 각도계
40 : 제2마운트프레임 41 : 슬라이드블록
42 : 록킹스크류 43 : 제2힌지축
44 : 제2회전블록 45 : 각도계
50 : 초음파 발신 트랜스듀서 60 : 초음파 수신 트랜스듀서
70 : 제어기

Claims (17)

  1. 콘크리트(C)의 일면에 설치되는 지지구조물과;
    상기 지지구조물에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트 내에 초음파를 발생시키는 초음파 발신 트랜스듀서(50)와;
    상기 지지구조물에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트를 통해 전파되어 오는 초음파를 측정하는 초음파 수신 트랜스듀서(60)와;
    상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 검출 신호에 의해 콘크리트의 강도를 판독하는 제어기(70);를 포함하며,
    상기 지지구조물은, 끝단부에 콘크리트(C)의 표면에 지지되는 지주부(11)를 구비한 메인프레임(10)과, 끝단부가 상기 메인프레임(10)의 지주부(11)에 상하로 이동 가능하게 연결된 승강프레임(20)과, 상기 승강프레임(20)에 설치되어 승강프레임(20)과 함께 상하로 이동하며 하단부에 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)가 결합되는 제1마운트프레임(30)과, 상기 승강프레임(20)에 제1마운트프레임(30)과 이격되게 설치되며 하단부에 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 결합되는 제2마운트프레임(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)는 지지구조물에 대해 상하로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)는 지지구조물에 대해 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 지지구조물에는 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50) 또는 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 회전 각도를 측정하는 각도측정유닛이 설치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50) 또는 초음파 수신 트랜스듀서(60)는 지지구조물에 대해 수평 이동 가능하게 설치되어 서로의 상대 거리 조절이 가능하게 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1마운트프레임(30)의 하단부에 제1회전블록(34)이 수평한 제1힌지축(33)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제1회전블록(34)의 하부에 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)가 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1회전블록(34)에 상기 제1마운트프레임(30)에 대한 제1회전블록(34)의 회전 각도를 측정하는 각도측정유닛이 설치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2마운트프레임(40)의 하단부에 제2회전블록(44)이 수평한 제2힌지축(43)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 상기 제2회전블록(44)의 하부에 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50)가 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2회전블록(44)에 상기 제2마운트프레임(40)에 대한 제2회전블록(44)의 회전 각도를 측정하는 각도측정유닛이 설치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1마운트프레임(30) 또는 제2마운트프레임(40)은 승강프레임(20)에 대해 수평 이동 가능하게 설치되어 초음파 발신 트랜스듀서(50)와 초음파 수신 트랜스듀서(60) 사이의 상대 거리가 조절 가능하게 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1마운트프레임(30) 또는 제2마운트프레임(40)의 상단부에는 상기 승강프레임(20)을 따라 수평하게 이동하는 슬라이드블록(41)이 설치되며, 상기 슬라이드블록(41)에는 승강프레임(20)에 대해 슬라이드블록(41)을 구속 또는 해제하는 록킹스크류(42)가 설치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 승강프레임(20)은 상기 메인프레임(10)의 중앙부에 나선 결합된 승강스크류(25)의 하단부에 결합되어 승강스크류(25)의 회전에 의해 상하로 이동되면서 콘크리트 표면에 대한 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 이격 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1마운트프레임(30) 및 제2마운트프레임(40)은 높이 조절 장치에 의해 상하로 이동이 가능하게 구성되어 상기 콘크리트 표면에 대한 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 이격 거리의 미세 조정이 가능하게 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제어기(70)는 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 검출 신호의 시간에 대한 함수 f(t)를 구하고, 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 검출 신호를 웨이블릿 변환(wavelet transform)시켜서 변환함수의 최대값에 해당하는 시간으로 표면파 도달시간(t)을 구한 뒤, 초음파 발신 트랜스듀서(50)와 초음파 수신 트랜스듀서(60) 간의 거리(d)를 상기 구해진 시간(t)으로 나누어서 초음파 발신 트랜스듀서(50)에 의해 콘크리트(C)에 가해진 초음파에 포함되어 있는 표면파의 전파속도(V)를 산출하며, 표면파의 전파속도와 콘크리트 강도 간의 관계에 대해 구축되어 있는 데이터베이스로부터 상기 산출된 표면파의 전파속도(V)에 해당하는 콘크리트 강도를 판독하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  16. 콘크리트의 표면에 지지되는 지주부(11)를 구비한 메인프레임(10)과, 끝단부가 상기 메인프레임(10)의 지주부(11)에 상하로 이동 가능하게 연결된 승강프레임(20)과, 상기 승강프레임(20)의 중앙부에 설치되는 제1마운트프레임(30)과, 상기 승강프레임(20)을 따라 설치되는 제2마운트프레임(40)을 포함하며, 제1마운트프레임(30) 또는 제2마운트프레임(40)은 제1마운트프레임(30)과 제2마운트프레임(40) 간의 거리 조정이 가능하도록 상기 승강프레임(20)을 따라 수평 이동가능하게 설치되는 지지구조물과;
    상기 제2마운트프레임(40)에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트 내에 초음파를 발생시키며, 상기 제1마운트프레임(30)에 대해 회전 가능하게 설치된 초음파 발신 트랜스듀서(50)와;
    상기 제1마운트프레임(30)에 콘크리트의 표면과 일정 거리 이격되게 설치되어 콘크리트를 통해 전파되어 오는 초음파를 측정하며, 상기 제2마운트프레임(40)에 대해 회전 가능하게 설치된 초음파 수신 트랜스듀서(60)와;
    상기 메인프레임(10)에 고정되게 설치되어 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50)와 초음파 수신 트랜스듀서(60)와 전기적으로 연결되며, 상기 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 검출 신호에 의해 콘크리트의 강도를 판독하는 제어기(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2마운트프레임(40) 및 제1마운트프레임(30)에는 상기 초음파 발신 트랜스듀서(50) 및 초음파 수신 트랜스듀서(60)의 회전 각도를 측정하는 각도측정유닛이 각각 설치된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비접촉식 콘크리트 강도 측정 장치.
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