KR101699438B1 - Apparatus for detecting local damage of a structure and method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for diagnosing a structure using a frequency selection structure and, more specifically, provides an apparatus and a method for diagnosing a structure using a frequency selection structure, wherein as a structure diagnosis unit transmits electromagnetic waves toward a surface to be diagnosed of a structure to which a frequency selection structure is attached, the apparatus receives the electromagnetic waves reflected by the frequency selection structure attached to the surface to be diagnosed. Moreover, a resonant frequency pre-stored with respect to a normal structure and another resonant frequency of the received resonant frequency are compared to determine whether a disorder occurs on a surface to be diagnosed in accordance with existence of a change in resonant frequency characteristics.

Description

주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치 및 방법{APPARATUS FOR DETECTING LOCAL DAMAGE OF A STRUCTURE AND METHOD THEREOF}[0001] DESCRIPTION [0002] APPARATUS FOR DETECTING LOCAL DAMAGE OF A STRUCTURE AND METHOD THEREOF [0003]

본 발명은 주파수 선택 구조(Frequency Selective Surface; FSS; 또는 주파수 선택 평면 구조라 함)를 이용한 구조물 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이미 공진 주파수를 알고 있는 주파수 선택 구조를 구조물의 진단 대상면에 부착하고 부착된 주파수 선택 구조를 통해 전자파를 송수신하여 공진 주파수의 변화 여부를 분석함으로써 구조물의 진단 대상면의 이상 유무를 진단하는, 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure diagnosis apparatus and method using a frequency selective structure (FSS) or a frequency selection plane structure, and more particularly, And more particularly, to a system and method for diagnosing a structure using a frequency selection structure, which diagnoses the abnormality of a diagnosis target surface of a structure by analyzing whether a resonance frequency is changed by transmitting and receiving electromagnetic waves through an attached frequency selection structure.

주파수 선택 평면 구조는 유전체 기판 상에 단위 셀로 이루어진 도체를 주기적으로 배열한 구조로서, 특정 주파수 대역에 대하여 전자기파를 통과 또는 차단시키는 공간 필터(spatial filter)이다.The frequency selective plane structure is a structure in which conductors constituted by unit cells are periodically arranged on a dielectric substrate, and is a spatial filter for passing or blocking electromagnetic waves for a specific frequency band.

일반적으로 주파수 선택 구조의 전자기적 특성은 기본 단위요소(단위 셀)의 형상과 크기, 배열 주기 및 배열 형상에 따라 달라지며, 개구면 타입의 주파수 선택 구조의 경우 특정 주파수 대역을 투과시키므로 유도성(inductive) 주파수 선택 구조라 하고, 패치 타입의 주파수 선택 구조는 특정 대역을 반사시키는 특성을 가지므로 용량성(capacitive) 주파수 선택 구조라고도 한다.In general, the electromagnetic characteristics of the frequency selective structure depend on the shape and size of the basic unit element (unit cell), the arrangement period, and the array configuration. In the case of the frequency selective structure of the opening surface type, inductive frequency selection structure, and the patch type frequency selection structure is also called a capacitive frequency selection structure because it has a characteristic of reflecting a specific band.

한편, 구조물 진단 시 현재 이용되고 있는 기법은 국부 손상 감지(Local-based Damage detection) 기법과 광역 손상 감지(Global-based Damage detection) 기법으로 나눌 수 있다.On the other hand, the techniques currently used in the diagnosis of structures can be classified into Local-based Damage detection and Global-based Damage detection.

국부 손상 감지 기법은 유한한 면적에 대한 조사를 통해 크랙, 휨 등의 손상을 감지하는 것으로 초음파 탐지와 열상 탐지 등의 비파괴 검사(NDT) 기법이 이용된다. 이러한 비파괴 검사 기법은 구조물 내 손상 등을 파악하기에 유용한 방법이나 운용자가 사전에 손상이 예상되는 영역에 대한 정보를 가지고 있어야 하며, 전체 구조물을 진단하기 위해서는 매우 많은 비용과 시간이 필요하다는 단점이 있다.The local damage detection technique uses NDT techniques such as ultrasonic detection and thermal detection to detect damages such as cracks and warps through a survey on a finite area. This non-destructive inspection method has a disadvantage in that it is very useful for understanding the damage in the structure or for the area where the operator is expected to be damaged in advance and it is very costly and time-consuming to diagnose the entire structure .

광역 손상 감지 기법은 스트레인 게이지(Strain gauge), 가속도계(accelerometer) 등의 센서들을 다수 사용하여 수집된 정보로 구조물의 손상 여부를 감지하는 기법이나, 각 센서들이 취합하는 정보가 제한적인 영역을 대상으로 하므로, 전체 구조물 진단을 위해서는 추가적으로 진동 계측 등 추가적인 시험이나 조사가 필요하다. 이러한 광역 손상 감지 기법은 주로 교각, 항공 구조물, 풍력 발전기 등의 진단에 사용된다. 스트레인 게이지, 가속도계 등의 센서들로부터 신호들을 모니터링하기 위해서는 구조물 표면에 센서들이 부착되어 있어야 하며, 무선 통신 등을 이용하여 모니터링 시스템에게 신호를 전달해야 하므로 전원 공급이 필요하다. 무선 통신을 이용하지 않을 경우에는 모니터링 시스템과 유선 통신을 위하여 하드웨어적인 연결이 필요하게 되어 설치의 번거로움이 있다.The wide area damage detection method is a technique to detect the damage of the structure using information gathered by using a lot of sensors such as a strain gauge and an accelerometer or a region where information gathered by each sensor is limited Therefore, additional tests or investigations such as vibration measurement are necessary for the diagnosis of the entire structure. Such a wide-area damage detection technique is mainly used for diagnosis of piers, aerial structures, wind turbines, and the like. In order to monitor signals from sensors such as strain gauges and accelerometers, sensors must be attached to the surface of the structure, and a power supply is required because signals must be transmitted to the monitoring system using wireless communication. When the wireless communication is not used, a hardware connection is required for the wired communication with the monitoring system, which is troublesome to install.

따라서, 구조물의 이상 유무를 용이하게 진단할 수 있는 새로운 기법이 요구된다.Therefore, a new technique that can easily diagnose the abnormality of the structure is required.

대한민국 등록특허공보 제10-1414520호 (2014. 06. 26 등록)Korean Registered Patent No. 10-1414520 (Registered on Apr. 26, 2014)

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 이미 공진 주파수를 알고 있는 주파수 선택 구조를 구조물의 진단 대상면에 부착하고 부착된 주파수 선택 구조를 통해 전자파를 송수신하여 공진 주파수의 변화 여부를 분석함으로써 구조물의 진단 대상면의 이상 유무를 진단하는, 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for attaching a frequency selective structure, which already knows a resonant frequency, to a diagnosis target surface of a structure, And diagnosing the abnormality of the diagnosis target surface of the structure by analyzing whether or not the resonance frequency is changed.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치는, 구조물의 진단 대상면에 부착되는 주파수 선택 구조; 및 전자파를 송신하여 상기 주파수 선택 구조에 의하여 반사되는 전자파를 수신하고 정상 상태의 상기 구조물에 대한 상기 주파수 선택 구조의 이미 알려진 공진 주파수와 상기 반사되어 수신된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성의 변화 유무에 따라 상기 진단 대상면에 이상 발생 여부를 판단하는 구조물 진단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a structure diagnosis apparatus using a frequency selection structure, including: a frequency selection structure attached to a surface of a structure to be diagnosed; And an electromagnetic wave receiver for receiving an electromagnetic wave reflected by the frequency selection structure and comparing the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave with the already known resonance frequency of the frequency selection structure for the structure in the steady state, And a structure diagnosis unit for determining whether or not an abnormality has occurred on the diagnosis target surface in accordance with the presence or absence of a change.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법은, 구조물의 진단 대상면에 주파수 선택 구조를 부착하는 제1 단계; 신호 송신부가 상기 부착된 주파수 선택 구조를 향하여 전자파를 송신하는 제2 단계; 신호 수신부가 상기 주파수 선택 구조에 의해 반사되는 전자파를 수신하는 제3 단계; 공진 주파수 분석부가 상기 반사된 전자파의 공진 주파수를 분석하는 제4 단계; 및 판단부가 상기 구조물이 정상 상태일 경우의 상기 주파수 선택 구조의 기저장된 공진 주파수와 상기 반사된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성의 변화 유무에 따라 상기 진단 대상면에 이상 발생 여부를 판단하는 제5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of diagnosing a structure using a frequency selection structure, the method comprising: a first step of attaching a frequency selection structure to a surface to be diagnosed of a structure; A second step in which a signal transmitter transmits an electromagnetic wave toward the attached frequency selective structure; A third step of a signal receiving unit receiving an electromagnetic wave reflected by the frequency selection structure; A fourth step of the resonance frequency analyzer analyzing the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave; And the judging unit compares the pre-stored resonance frequency of the frequency selection structure with the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave when the structure is in a steady state and judges whether or not an abnormality has occurred on the diagnosis target surface according to the presence or absence of a change in the resonance frequency characteristic And a fifth step.

기존의 비파괴 검사 기법은 구조물과의 근거리에서 구조물의 특정 영역에 대한 정보를 파악할 수 있는 반면, 본 발명에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법은 구조물과의 원거리에서도 구조물에 대한 손상 파악이 가능한 효과가 있다.While the conventional nondestructive inspection technique can obtain information on a specific area of a structure in a short distance from the structure, the method of diagnosing a structure using the frequency selection structure according to the present invention can detect damage to the structure even at a long distance from the structure .

본 발명에 따르면, 구조물의 진단 대상면에 부착되는 주파수 선택 구조의 경우 필름 형태의 유연한 구조이면서도 공진 주파수 특성을 이미 알고 있는 주파수 선택 구조이면 어느 것이나 사용될 수 있다.According to the present invention, in the case of the frequency selective structure attached to the surface of the structure to be diagnosed, any structure can be used as long as it has a film-like flexible structure and a resonance frequency characteristic already known.

본 발명은 구조물의 국부적인 진단 대상면에 유연한 형태의 주파수 선택 구조를 부착한 후 주파수 선택 구조를 향해 신호를 송신한 후 주파수 선택 구조에 의해 반사되는 신호의 공진 주파수를 분석함으로써 공진 주파수의 변화 유무에 의하여 진단 대상면의 이상 유무를 용이하게 검출할 수 있는 효과가 있다.A frequency selective structure is attached to a local diagnosis target surface of a structure, a signal is transmitted to a frequency selective structure, and a resonance frequency of a signal reflected by the frequency selective structure is analyzed. It is possible to easily detect the presence or absence of abnormality of the diagnosis target surface.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치의 블록 구성도
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 주파수 선택 구조의 구성도
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 주파수 선택 구조의 단위 셀의 상세 구성도
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법을 나타내는 흐름도
도 5는 본 발명의 실시 예에 의하여 주파수 선택 구조가 구조물의 진단 대상면에 부착된 경우 진단 대상면의 이상 유무에 따른 공진 주파수 특성 변화를 나타내는 그래프.1 is a block diagram of a structure diagnosis apparatus using a frequency selection structure according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram of a frequency selection structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed configuration diagram of a unit cell of a frequency selection structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a structure using a frequency selection structure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a change in resonant frequency characteristics according to whether or not an abnormality exists on a diagnosis target surface when a frequency selection structure is attached to a diagnosis target surface of a structure according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for diagnosing a structure using a frequency selection structure according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치의 블록 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치는, 구조물(10)의 진단 대상면에 부착되는 주파수 선택 구조(100), 및 전자파를 송신하여 상기 주파수 선택 구조(100)에 의하여 반사되는 전자파를 수신하고 정상 상태의 상기 구조물(10)에 대한 상기 주파수 선택 구조(100)의 이미 알려진 공진 주파수와 상기 수신된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성의 변화 유무에 따라 상기 진단 대상면에 이상 발생 여부를 판단하는 구조물 진단부(200)를 포함한다.1 is a block diagram of a structure diagnosis apparatus using a frequency selection structure according to an embodiment of the present invention. 1, a structure diagnosis apparatus using a frequency selection structure according to an embodiment of the present invention includes a frequency selection structure 100 attached to a surface to be diagnosed of a structure 10, Receiving the electromagnetic waves reflected by the frequency selecting structure 100 and comparing the resonance frequency of the received electromagnetic wave with a known resonance frequency of the frequency selecting structure 100 for the structure 10 in a steady state, And a structure diagnosis unit 200 for determining whether or not an abnormality has occurred on the diagnosis target surface according to the presence or absence of a change in the diagnosis target.

상기 구조물 진단부(200)는, 전자파를 송신하는 신호 송신부(210), 상기 진단 대상면에 부착된 상기 주파수 선택 구조(100)에 의하여 반사되는 전자파를 수신하는 신호 수신부(220), 상기 수신된 전자파의 공진 주파수를 분석하는 공진 주파수 분석부(230), 및 상기 진단 대상면이 정상 상태일 경우의 상기 주파수 선택 구조(100)의 이미 알려진 공진 주파수와 상기 수신된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성 변화가 있으면 상기 진단 대상면에 이상이 발생되었다고 판단하는 판단부(240)를 포함한다.The structure diagnosis unit 200 includes a signal transmission unit 210 for transmitting electromagnetic waves, a signal reception unit 220 for receiving electromagnetic waves reflected by the frequency selection structure 100 attached to the surface to be diagnosed, A resonance frequency analyzer 230 for analyzing a resonance frequency of the electromagnetic wave, and a resonance frequency analyzer 230 for comparing resonance frequencies of the received electromagnetic waves with known resonance frequencies of the frequency selection structure 100 when the diagnosis object surface is in a normal state, And a determination unit (240) that determines that an abnormality has occurred in the diagnosis target surface if there is a change in frequency characteristics.

또한, 상기 구조물 진단부(200)는, 정상 상태인 구조물(10)의 진단 대상면에 부착된 주파수 선택 구조(100)의 공진 주파수 특성을 저장하는 저장부(250), 상기 구조물 진단부(200)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(260)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(260)는 신호 송신부(210), 신호 수신부(220), 공진주파수 분석부(230), 판단부(240) 및 저장부(250)를 제어한다.The structure diagnosis unit 200 includes a storage unit 250 for storing the resonance frequency characteristics of the frequency selection structure 100 attached to the surface to be diagnosed of the steady state structure 10, And a control unit 260 for controlling the overall operation of the apparatus. The control unit 260 controls the signal transmission unit 210, the signal reception unit 220, the resonance frequency analysis unit 230, the determination unit 240, and the storage unit 250.

상기 주파수 선택 구조(100)는, 능동형 주파수 선택 구조 또는 수동형 주파수 선택 구조가 될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 의한 구조물 진단 장치에 이용되는 주파수 선택 구조는 동작 주파수 특성이 이미 알려져 있는 것이라면 어느 주파수 선택 구조이든 이용될 수 있다.The frequency selection structure 100 may be an active frequency selection structure or a passive frequency selection structure. The frequency selection structure used in the structure diagnosis apparatus according to the embodiment of the present invention may be any frequency selection structure as long as the operating frequency characteristic is already known.

능동형 주파수 선택 구조가 이용될 경우에는, 본 발명의 실시 예에 의한 구조물 진단부(200)는, 능동형 주파수 선택 구조의 동작 주파수 특성을 변경하여 다양한 주파수 대역의 전자파를 송수신함으로써 다양한 주파수 대역의 동작 주파수 특성의 변화 유무에 의하여 구조물의 진단 대상면의 이상 여부를 검출할 수도 있다.When the active frequency selection structure is used, the structure diagnosis unit 200 according to the embodiment of the present invention changes the operating frequency characteristics of the active frequency selection structure to transmit and receive electromagnetic waves of various frequency bands, The abnormality of the diagnosis target surface of the structure can be detected by the presence or absence of the characteristic change.

주파수 선택 구조(100)는 상기 구조물(10)의 진단 대상면을 소정 면적으로 감싸도록 배열 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 주파수 선택 구조(100)는 구조물의 국부면인 진단 대상면에 부착이 용이하고 정밀히 밀착되도록 필름 형태와 같이 유연성을 가진 유전체부를 구비하는 것이 바람직하다.The frequency selecting structure 100 is preferably formed in an array structure so as to surround the diagnosis target surface of the structure 10 with a predetermined area. In addition, the frequency selecting structure 100 preferably has a dielectric portion having flexibility such as a film shape so that the frequency selective structure 100 can be easily attached and closely adhered to the diagnosis target surface, which is a local surface of the structure.

상기 주파수 선택 구조(100)의 일 예로서, 도 2에 도시된 바와 같은 배열 구조로 형성된 주파수 선택 평면 구조가 이용될 수 있다. 도 2에 도시된 주파수 선택 구조(100)에 대해 상세히 설명하면, 유연성을 가진 유전체부(110), 및 상기 유전체부(110)에 의해 지지되며, 일정 폭을 갖는 사각 테두리 형상의 급전 및 접지를 위한 그리드(120a)와, 그 그리드(120a)에 의해 형성되는 내부에 주기적으로 배열된 단위 셀(120b)을 구비하는 도체부(120)를 포함한다. As an example of the frequency selection structure 100, a frequency selection plane structure formed in an arrangement structure as shown in FIG. 2 may be used. The frequency selection structure 100 shown in FIG. 2 will be described in detail. The frequency selective structure 100 shown in FIG. 2 includes a dielectric part 110 having flexibility and a rectangular parallelepiped feed and grounding part supported by the dielectric part 110, And a conductor unit 120 having a grid 120a and a unit cell 120b periodically arranged in the inside formed by the grid 120a.

상기 단위 셀(120b)은, 대면하는 한 쌍의 ㄷ자형 패턴(121), 상기 한 쌍의 ㄷ자형 패턴(121)의 양 단 사이에 각각 배치되며 바이어스 전압에 의하여 온 또는 오프 상태로 동작되어 상기 단위 셀(120b)의 전기적 길이를 가변시키는 핀 다이오드(122), 및 상기 단위 셀(120b)의 핀 다이오드(122)에 전원을 공급하기 위하여 상기 그리드(120a) 및 상기 단위 셀(120b) 간에, 그리고 상기 단위 셀(120b)들 간에 연결되는 인덕터(124)를 포함한다. 상기 단위 셀(120b)은, 한 쌍의 ㄷ자형 패턴(121)의 중심부에 상기 인덕터(124)를 좀더 용이하게 연결하기 위한 바이어스 라인부(123)를 더 포함한다.The unit cell 120b includes a pair of C-shaped patterns 121 facing each other and a pair of C-shaped patterns 121 disposed on both sides of the pair of C-shaped patterns 121. The unit cell 120b is turned on or off by a bias voltage, A pin diode 122 for varying the electrical length of the unit cell 120b and a power supply unit 120b for supplying power to the pin diode 122 of the unit cell 120b. And an inductor 124 connected between the unit cells 120b. The unit cell 120b further includes a bias line unit 123 for more easily connecting the inductor 124 to the center of the pair of C-shaped patterns 121. [

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법은, 구조물(10)의 진단 대상면에 주파수 선택 구조(100)를 부착하는 제1 단계(S10), 신호 송신부(210)가 상기 부착된 주파수 선택 구조(100)를 향하여 전자파를 송신하는 제2 단계(S20), 신호 수신부(220)가 상기 주파수 선택 구조(100)에 의해 반사된 전자파를 수신하는 제3 단계(S30), 공진 주파수 분석부(230)가 상기 반사된 전자파의 공진 주파수를 분석하는 제4 단계(S40), 및 판단부(240)가 상기 구조물(10)이 정상 상태일 경우의 상기 주파수 선택 구조(100)의 기저장된 공진 주파수와 상기 반사된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성의 변화 유무에 따라 상기 진단 대상면에 이상 발생 여부를 판단하는 제5 단계(S50)를 포함한다.4 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a structure using a frequency selection structure according to another embodiment of the present invention. 4, a method of diagnosing a structure using a frequency selective structure according to another embodiment of the present invention includes a first step S10 of attaching a frequency selective structure 100 to a diagnosis target surface of a structure 10, A second step S20 of the signal transmission unit 210 transmitting an electromagnetic wave toward the attached frequency selection structure 100 and a second reception step of receiving the electromagnetic wave reflected by the frequency selection structure 100 by the signal reception unit 220 A fourth step S40 of analyzing the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave by the resonance frequency analyzing unit 230 and a fourth step S40 of analyzing the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave when the determining unit 240 determines that the structure 10 is in a normal state A fifth step (S50) of comparing the pre-stored resonance frequency of the frequency selection structure (100) with the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave to determine whether or not an abnormality has occurred on the diagnosis target surface in accordance with the presence or absence of a change in the resonance frequency characteristic do.

이와 같은 본 발명의 일 실시 예에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치의 동작을 상세히 설명하기로 한다.The operation of the structure diagnosis apparatus using the frequency selection structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 제1 단계(S10)에서, 구조물(10)의 국부적인 진단 대상면, 일 예로, 교각의 연결 부분, 항공구조물의 연결 부분, 풍력 발전기의 연결 부분 등에 주파수 선택 구조(100)를 부착한다(S10). 주파수 선택 구조(100)는 공진 주파수 특성이 이미 알려진 주파수 선택 구조이면 어느 것이든 이용될 수 있다. 교각의 연결 부분, 항공구조물의 연결 부분, 풍력 발전기의 연결 부분 등은 스트레인(strain) 또는 크랙(crack)이 빈번하게 발생되거나 연결 부분이 늘어나기 쉽기 때문에 이를 진단하기 위함이다.First, in a first step S10, a frequency selective structure 100 is attached to a local diagnosis target surface of the structure 10, for example, a connecting portion of a bridge, a connecting portion of an airborne structure, a connecting portion of a wind turbine, (S10). The frequency selection structure 100 can be used as long as the resonance frequency characteristic is a known frequency selection structure. The connection part of the pier, the connecting part of the air structure, and the connecting part of the wind power generator are used for diagnosing this because strain or crack frequently occurs or the connecting part tends to be elongated.

구조물 진단부(200)는 주파수 선택 구조(100)의 공진 주파수 특성을 이미 저장해 두고 있으며, 또한 구조물(10)이 정상 상태일 경우 구조물(10)의 진단 대상면에 부착된 주파수 선택 구조(100)에 의한 공진 주파수 특성을 이미 저장부(250)에 저장해 두고 있다.The structure diagnosis unit 200 has already stored the resonance frequency characteristic of the frequency selection structure 100 and the frequency selection structure 100 attached to the diagnosis target surface of the structure 10 when the structure 10 is in a normal state, The resonance frequency characteristic of the resonance frequency is stored in the storage unit 250.

여기서는, 일 예로, 도 2 및 도 3에 도시된 주파수 선택 구조(100)를 구조물(10)의 진단 대상면에 부착하여 구조물(10)의 이상 발생을 검출하는 동작을 설명하기로 한다.Here, as an example, an operation of detecting the occurrence of an abnormality in the structure 10 by attaching the frequency selection structure 100 shown in Figs. 2 and 3 to the diagnosis target surface of the structure 10 will be described.

도 2 및 도 3에 도시된 주파수 선택 구조(100)는, 기판(유전체부)(110)의 유전율이 2.4로 설정되고, 기판의 높이(두께)가 5mm이며, 탄젠트 손실(Tangent Loss)이 0.02로 설정되어 형성된다. 이 탄젠트 손실 값이 작을수록 전파 중 손실이 적게 되는 것이다.The frequency selection structure 100 shown in Figs. 2 and 3 has a structure in which the dielectric constant of the substrate (dielectric portion) 110 is set to 2.4, the height (thickness) of the substrate is 5 mm and the tangent loss is 0.02 . The smaller the tangent loss value, the less the loss during radio wave.

또한 상기 주파수 선택 구조(100)는 일 예로 도 3에 도시된 바와 같이, P가 24mm, L1이 19mm, W1이 5mm, G가 1.8mm, W2가 3mm, H가 2mm, h가 5mm로 설계될 수 있다. 이와 같은 능동형 주파수 선택 구조(100)는 그리드(120a)로 둘러싸인 사각 형상 내부에 단위 셀(120b)이 10×10으로 배열되어 있다.3, the frequency selective structure 100 may have a structure in which P is 24 mm, L 1 is 19 mm, W 1 is 5 mm, G is 1.8 mm, W 2 is 3 mm, H is 2 mm, h is 5 mm . ≪ / RTI > In the active frequency selection structure 100, the unit cells 120b are arranged in a rectangular shape surrounded by the grid 120a in a size of 10x10.

아울러, 이와 같은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 주파수 선택 구조가 이용될 경우, 이와 같은 주파수 선택 구조는, 단위 셀(120b)의 핀 다이오드(122)가 온 상태(10V)일 경우 5.26GHz에서 투과 손실이 -27.6dB로써 대역저지필터로서 동작하며, 핀 다이오드(122)가 오프 상태(0V)일 경우 -2dB의 투과 손실이 있다. 이와 같은 주파수 선택 구조(100)는 WLAN(무선 근거리통신망)의 5GHz 대역 신호를 반사시킬 수 있다.2 and 3, when the pin diode 122 of the unit cell 120b is in the on state (10 V), the frequency selection structure of FIG. 2 and FIG. The transmission loss is -27.6dB and the transmission loss is -2dB when the PIN diode 122 is off (0V). Such a frequency selective structure 100 may reflect a 5 GHz band signal of a WLAN (Wireless Local Area Network).

구조물 진단부(200)는 주파수 선택 구조(100)의 공진 주파수 특성을 이미 저장해 두고 있으며, 또한 구조물(10)이 정상 상태일 경우 구조물(10)의 진단 대상면에 부착된 주파수 선택 구조(100)에 의한 공진 주파수 특성을 이미 저장부(250)에 저장해 두고 있다.The structure diagnosis unit 200 has already stored the resonance frequency characteristic of the frequency selection structure 100 and the frequency selection structure 100 attached to the diagnosis target surface of the structure 10 when the structure 10 is in a normal state, The resonance frequency characteristic of the resonance frequency is stored in the storage unit 250.

제2 단계(S20)에서, 신호 송신부(210)가 구조물(10)의 진단 대상면에 부착된 주파수 선택 구조(100)를 향하여 전자파를 송신한다.In the second step S20, the signal transmitting unit 210 transmits the electromagnetic wave toward the frequency selecting structure 100 attached to the diagnosis target surface of the structure 10. [

제3 단계(S30)에서, 신호 수신부(220)가 주파수 선택 구조(100)에 의해 반사된 전자파를 수신한다.In the third step S30, the signal receiving unit 220 receives the electromagnetic wave reflected by the frequency selecting structure 100. [

제4 단계(S40)에서, 공진 주파수 분석부(230)가 주파수 선택 구조(100)에 의해 반사된 전자파의 공진 주파수를 분석한다.In the fourth step S40, the resonance frequency analyzer 230 analyzes the resonance frequency of the electromagnetic wave reflected by the frequency selecting structure 100. [

제5 단계(S50)에서, 판단부(240)가 구조물이 정상 상태일 경우의 기저장된 공진 주파수와 상기 분석된 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성 변화의 유무에 따라 상기 진단 대상면에 이상 발생 여부를 판단한다.In the fifth step S50, the determination unit 240 compares the pre-stored resonance frequency when the structure is in a steady state with the analyzed resonance frequency, and determines whether the abnormality occurs in the diagnosis target surface .

즉, 판단부(240)는 정상 상태의 구조물(10)에 대한 주파수 선택 구조(100)의 공진 주파수를 저장부(250)로부터 판독하고, 진단 대상면에 부착된 주파수 선택 구조(100)에 의하여 반사된 전자파의 공진 주파수를 상기 판독된 공진 주파수와 비교한다. 크랙이 발생되는 등 이상이 발생되어 있는 진단 대상면에 부착된 주파수 선택 구조의 공진 주파수는, 정상적인 상태의 진단 대상면에 부착된 주파수 선택 구조의 공진 주파수에 비하여 주파수 이동이 발생할 수 있다.That is, the determination unit 240 reads out the resonance frequency of the frequency selection structure 100 for the steady-state structure 10 from the storage unit 250 and determines the frequency selection structure 100 based on the frequency selection structure 100 attached to the diagnosis target surface And compares the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave with the read resonance frequency. The resonance frequency of the frequency selection structure attached to the diagnosis target surface where an abnormality such as cracks occur may cause frequency shift as compared with the resonance frequency of the frequency selection structure attached to the diagnosis target surface in the normal state.

판단부(240)는 비교 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 반사된 전자파의 공진 주파수 특성 변화가 임계치 이상이면 상기 주파수 선택 구조(100)가 부착된 진단 대상면에 크랙 등이 발생되는 등 이상이 발생되었다고 판단한다.5, when the resonance frequency characteristic change of the reflected electromagnetic wave is equal to or higher than the threshold value, the determination unit 240 generates a crack or the like on the diagnosis target surface to which the frequency selection structure 100 is attached It is determined that an abnormality has occurred.

또 다른 예시로서, 판단부(240)는 상기 반사된 전자파의 공진 주파수 특성 변화의 정도에 따라 진단 대상면의 이상 발생 정도를 판단할 수도 있을 것이다.As another example, the determination unit 240 may determine the degree of abnormality of the diagnosis target surface in accordance with the degree of change in the resonance frequency characteristic of the reflected electromagnetic wave.

본 발명에 의한 주파수 선택 평면 구조를 이용한 구조물 진단 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The structure diagnosis method using the frequency selection plane structure according to the present invention can be implemented in a form of a program command which can be executed through various computer means and recorded in a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광매체 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magnetic-optical media such as floppy disks, and magnetic and optical media such as ROMs, And hardware devices specifically configured to store and execute program instructions.

프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include machine language code such as those generated by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. A hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to the particular embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 구조물 100: 주파수 선택 구조
110: 유전체부 120: 도체부
120a: 그리드 120b: 단위 셀
121: ㄷ자형 패턴 122: 핀 다이오드
123: 바이어스 라인부 124: 인덕터
200: 구조물 진단부 210: 신호 송신부
220: 신호 수신부 230: 공진주파수 분석부
240: 판단부 250: 저장부
260: 제어부 10: Structure 100: Frequency selective structure
110: dielectric portion 120: conductor portion
120a: grid 120b: unit cell
121: C-shaped pattern 122: pin diode
123: bias line section 124: inductor
200: Structure diagnosis part 210: Signal transmission part
220: Signal receiving section 230: Resonance frequency analyzing section
240: Judgment section 250:
260:

Claims (9)

구조물의 진단 대상면에 부착되는 주파수 선택 구조; 및
전자파를 송신하는 신호 송신부와, 상기 진단 대상면에 부착된 상기 주파수 선택 구조에 의하여 반사되는 전자파를 수신하는 신호 수신부와, 상기 수신된 전자파의 공진 주파수를 분석하는 공진 주파수 분석부; 및 상기 진단 대상면이 정상 상태일 경우의 상기 주파수 선택 구조의 이미 알려진 공진 주파수와 상기 수신된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성 변화가 있으면 상기 진단 대상면에 이상이 발생되었다고 판단하는 판단부를 포함하여 구성되어, 전자파를 송신하여 상기 주파수 선택 구조에 의하여 반사되는 전자파를 수신하고, 정상 상태의 상기 구조물에 대한 상기 주파수 선택 구조의 이미 알려진 공진 주파수와 반사되어 수신된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성의 변화 유무에 따라 상기 진단 대상면에 이상 발생 여부를 판단하는 구조물 진단부;를 포함하며,
상기 주파수 선택 구조는 유연성을 가진 유전체부; 및 상기 유전체부에 의해 지지되며, 일정 폭을 갖는 사각 테두리 형상의 급전 및 접지를 위한 그리드와, 그 그리드에 의해 형성되는 내부에 주기적으로 배열된 단위 셀을 구비하는 도체부;를 포함하며,
상기 단위 셀은, 대면하는 한 쌍의 ㄷ자형 패턴; 상기 한 쌍의 ㄷ자형 패턴의 양 단 사이에 각각 배치되며 바이어스 전압에 의하여 온 또는 오프 상태로 동작되어 상기 단위 셀의 전기적 길이를 가변시키는 핀 다이오드; 및 상기 단위 셀의 핀 다이오드에 전원을 공급하기 위하여 상기 그리드 및 상기 단위 셀 간에, 그리고 상기 단위 셀들 간에 연결되는 인덕터;를 포함하는 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치.
A frequency selection structure attached to a diagnostic surface of a structure; And
A resonance frequency analyzer for analyzing a resonance frequency of the received electromagnetic wave; a signal transmitter for transmitting electromagnetic waves; a signal receiver for receiving electromagnetic waves reflected by the frequency selection structure attached to the surface to be diagnosed; And a determination unit that determines that an abnormality has occurred in the diagnosis target surface when the resonance frequency characteristic is changed by comparing the resonance frequency of the received electromagnetic wave with an already known resonance frequency of the frequency selection structure when the diagnosis target surface is in a normal state And receives an electromagnetic wave reflected by the frequency selection structure, compares an already known resonance frequency of the frequency selection structure with respect to the structure in the steady state and a resonance frequency of the reflected electromagnetic wave And a structure diagnosis unit for determining whether or not an abnormality occurs in the diagnosis target surface in accordance with the presence or absence of a change in the resonant frequency characteristic,
The frequency selection structure may include a flexible dielectric portion; And a conductor portion supported by the dielectric portion and having a grid for feeding and grounding in the shape of a quadrangular rim having a constant width and unit cells periodically arranged inside the grid formed by the grid,
The unit cell includes a pair of C-shaped patterns facing each other; A pin diode disposed between both ends of the pair of C-shaped patterns and operated by an on or off state by a bias voltage to vary an electrical length of the unit cell; And an inductor connected between the grid and the unit cells and between the unit cells to supply power to the pin diode of the unit cell.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 주파수 선택 구조는,
능동형 주파수 선택 구조 또는 수동형 주파수 선택 구조를 포함하며,
상기 진단 대상면을 소정 면적으로 감싸도록 배열 구조로 형성되는, 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 장치.
2. The method of claim 1,
An active frequency selection structure or a passive frequency selection structure,
Wherein the diagnosis target surface is formed in an array structure so as to surround the diagnosis target surface with a predetermined area.
삭제delete 구조물의 진단 대상면에 주파수 선택 구조를 부착하는 제1 단계;
신호 송신부가 상기 부착된 주파수 선택 구조를 향하여 전자파를 송신하는 제2 단계;
신호 수신부가 상기 주파수 선택 구조에 의해 반사되는 전자파를 수신하는 제3 단계;
공진 주파수 분석부가 상기 반사된 전자파의 공진 주파수를 분석하는 제4 단계; 및
판단부가 상기 구조물이 정상 상태일 경우의 상기 주파수 선택 구조의 기저장된 공진 주파수와 상기 반사된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성의 변화 유무에 따라 상기 진단 대상면에 이상 발생 여부를 판단하는 제5 단계;를 포함하는, 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법.
A first step of attaching a frequency selection structure to a diagnosis target surface of the structure;
A second step in which a signal transmitter transmits an electromagnetic wave toward the attached frequency selective structure;
A third step of a signal receiving unit receiving an electromagnetic wave reflected by the frequency selection structure;
A fourth step of the resonance frequency analyzer analyzing the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave; And
Wherein the judging unit compares the pre-stored resonance frequency of the frequency selection structure with the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave when the structure is in a steady state and judges whether or not an abnormality has occurred on the diagnosis object surface in accordance with the presence or absence of a change in the resonance frequency characteristic 5. A method of diagnosing a structure using a frequency selective structure.
제5항에 있어서, 상기 제5 단계는,
판단부가 상기 기저장된 공진 주파수와 상기 반사된 전자파의 공진 주파수를 비교하여 공진 주파수 특성 변화가 임계치 이상이면 상기 구조물의 진단 대상면에 이상이 발생되었다고 판단하는 것을 포함하는, 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법.
6. The method according to claim 5,
Wherein the judging unit compares the pre-stored resonance frequency with the resonance frequency of the reflected electromagnetic wave to judge that an abnormality has occurred in the surface to be diagnosed of the structure when the change in the resonance frequency characteristic is equal to or more than the threshold, Way.
제5항에 있어서,
상기 구조물의 진단 대상면에 부착되는 상기 주파수 선택 구조는,
능동형 주파수 선택 구조 또는 수동형 주파수 선택 구조를 포함하며,
상기 진단 대상면을 소정 면적으로 감싸도록 배열 구조로 형성되는, 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the frequency selection structure attached to the diagnosis target surface of the structure comprises:
An active frequency selection structure or a passive frequency selection structure,
Wherein the diagnosis target surface is formed in an array structure so as to surround the diagnosis target surface with a predetermined area.
제5항에 있어서, 상기 주파수 선택 구조는,
유연성을 가진 유전체부; 및
상기 유전체부에 의해 지지되며, 일정 폭을 갖는 사각 테두리 형상의 급전 및 접지를 위한 그리드와, 그 그리드에 의해 형성되는 내부에 주기적으로 배열된 단위 셀을 구비하는 도체부;를 포함하며,
상기 단위 셀은,
대면하는 한 쌍의 ㄷ자형 패턴;
상기 한 쌍의 ㄷ자형 패턴의 양 단 사이에 각각 배치되며 바이어스 전압에 의하여 온 또는 오프 상태로 동작되어 상기 단위 셀의 전기적 길이를 가변시키는 핀 다이오드; 및
상기 단위 셀의 핀 다이오드에 전원을 공급하기 위하여 상기 그리드 및 상기 단위 셀 간에, 그리고 상기 단위 셀들 간에 연결되는 인덕터;를 포함하는, 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법.
6. The method of claim 5,
A flexible dielectric portion; And
And a conductor portion supported by the dielectric portion and including a grid for feeding and grounding in the shape of a quadrangular rim having a predetermined width and unit cells periodically arranged inside the grid formed by the grid,
The unit cell includes:
A pair of facing U-shaped patterns;
A pin diode disposed between both ends of the pair of C-shaped patterns and operated by an on or off state by a bias voltage to vary an electrical length of the unit cell; And
And an inductor connected between the grid and the unit cell and between the unit cells to supply power to the pin diode of the unit cell.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 주파수 선택 구조를 이용한 구조물 진단 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.9. A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing a computer to execute a method of diagnosing a structure using the frequency selection structure according to any one of claims 5 to 8.
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