KR101896915B1 - 텐던 긴장력 모니터링용 센서와 이를 이용한 텐던의 긴장력 진단 시스템 - Google Patents

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Abstract

와전류 센서 장치는 코일부와 케이싱을 포함한다. 코일부는, 제1 자기장을 발생시키기 위한 여자 코일과, 제1 자기장에 의해 타겟 구조물에 유도된 와전류가 발생시키는 제2 자기장과 상기 제1 자기장의 합성 자기장에 상응하는 전기신호를 검출하는 센싱 코일을 포함한다. 케이싱은 상기 코일부를 내부에 수용하면서 둘러싸서 외부와 차단한다. 케이싱의 내부에 수납 고정되어 케이싱과 코일부를 타겟 구조물에 자력으로 고정시키기 위한 자력부를 더 포함할 수 있다. 긴장력에 기초하여 변동하는 응력을 제공하는 텐던의 긴장력을 텐던과 앵커헤드 사이에 압입되어 텐던의 응력에 따라 자기투자율이 변하는 적어도 하나의 쐐기의 표면에 와전류 센서가 설치된다. 긴장력 모니터링부는 와전류 센서에 여자 신호를 제공하는 한편, 와전류 센서가 검출한 전기신호를 이용하여 텐던의 긴장력에 관한 정보를 산출한다. 산출된 긴장력이 허용 임계값 이하로 떨어지면 위험 경보를 자동으로 발한다. 검사차량에서 자기유도방식으로 긴장력 모니터링부로 구동 전력을 제공하고 그 긴장력 모니터링부로부터 와전류 센서가 계측한 텐던 긴장력 정보를 수집할 수 있다.

Description

텐던 긴장력 모니터링용 센서와 이를 이용한 텐던의 긴장력 진단 시스템 {SENSOR FOR MONITORING TENDON FORCE, AND SYSTEM FOR ANALYZING TENDON FORCE USING THE SAME}
본 발명은 구조물 안전 진단에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 텐던을 설치한 구조물에서 그 텐던의 긴장력을 모니터링 하여 구조물의 안전을 진단하는 기술에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제어부는 산출된 긴장력의 크기가 허용 임계값 이하로 떨어지면 위험 경보를 발하는 기능을 포함할 수 있다.
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.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 미리 정해진 주파수의 개수는 복수 개일 수 있다.
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.
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.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 가동체는 차량이고, 상기 구조물은 상기 차량이 다닐 수 있는 도로와 교량 중 적어도 어느 한 가지일 수 있다.
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.
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.
또한, 본 발명은 텐던의 긴장력이 허용 임계점 이하로 저하되면 위험 경보를 자동으로 발생시키므로써 구조물의 안전 관리를 용이하게 할 수 있는 장점도 있다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서의 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서의 코일부의 평단면도이고, (b)는 절단선 A-A'에서의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서가 앵커헤드의 쐐기 표면에 설치된 상태를 나타낸다.
도 4는 도 3에서 절단선 B-B'를 따라서 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 와전류 센서를 이용하여 PT 텐던의 긴장력을 모니터링하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 PT 텐던의 긴장력 모니터링 시스템의 긴장력 측정 절차를 나타내는 순서도이다.
도 7의 (a)와 (b)는 도 5에 도시된 텐던 긴장력 모니터링 시스템이 산출하는 텐던의 손상 지수를 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 9는 초기 긴장력 조건에서 계측한 와전류 그래프의 예를 나타낸다.
도 10은 변경된 긴장력 조건에서 계측한 와전류 그래프의 예를 나타낸다.
도 11은 초기 긴장력과 변경된 긴장력 간의 차이를 이용하여 가설 검증을 수행하기 위한 그래프의 예를 나타낸다.
도 12는 손상지수 기준 온라인 모니터링을 통해 PT 텐던 긴장력 저하 여부를 자동 판정하기 위한 그래프의 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FPCB형 와전류 센서의 코일 배치를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 FPCB형 와전류 센서가 앵커헤드의 쐐기 표면에 설치된 상태의 단면도이다.
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.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 와전류 센서를 채용한 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템의 개략적인 개념도를 도시한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 5는 원통형 와전류 센서(200)를 이용하여 PT 텐던(310)의 긴장력을 모니터링하기 위한 시스템(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.
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(330)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.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 PT 텐던(310)의 긴장력 모니터링 시스템(100)의 긴장력 측정 절차를 나타내는 순서도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
다음으로, 도 7은 텐던 긴장력 모니터링 시스템(100)이 산출하는 텐던(310)의 손상 지수를 설명하기 위한 도면이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Figure 112016117512536-pat00001
여기서,
Figure 112016117512536-pat00002
는 초기 하중(긴장력) 조건에서의 n개의 디지털 전기신호(DVS)의 분산값,
Figure 112016117512536-pat00003
은 동일 하중 조건에서 계측 횟수,
Figure 112016117512536-pat00004
는 초기 하중(X) 조건에서
Figure 112016117512536-pat00005
번째 계측 데이터(디지털 전기신호), 그리고
Figure 112016117512536-pat00006
는 초기 하중(X) 조건에서 계측 데이터(디지털 전기신호)의 평균값을 각각 나타낸다.
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 n 회 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.
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.
Figure 112016117512536-pat00007
여기서,
Figure 112016117512536-pat00008
은 시간 t=T1에서의 하중(긴장력) 조건에서의 n개의 디지털 전기신호(DVS)의 분산값,
Figure 112016117512536-pat00009
은 동일 하중 조건에서 계측 횟수,
Figure 112016117512536-pat00010
는 변경된 하중(긴장력)(Y) 조건에서
Figure 112016117512536-pat00011
번째 계측 데이터(디지털 전기신호),
Figure 112016117512536-pat00012
는 초기 하중(X) 조건에서 계측 데이터(디지털 전기신호)의 평균값을 각각 나타낸다.
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).
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.
Figure 112016117512536-pat00013
여기서
Figure 112016117512536-pat00014
는 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).
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).
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 112016117512536-pat00015
)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(310)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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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).
계측한 신호를 디지털화 하고, 그 디지털 계측 데이터를 기초로 하여 앞에서 설명한 긴장력 저하 자동 경보 알고리즘을 적용하여 긴장력을 산출한다(S340).
산출된 텐던(310)의 긴장력 데이터를 2차측 코일(654)을 통하여 검사 차량(610)에 탑재된 1차측 코일에 자기유도 방식으로 전달한다 (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.
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.
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.
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.
100: 텐던 긴장력 모니터링 시스템 150: 파형 발생기
200: 원통형 와전류 센서 210: 코일부
220, 1220: 여자 코일 240, 1240: 센싱 코일
250, 250a, 250b: 영구자석 255a, 255b: 탄성부재
260: 외부 케이싱 310: 텐던
330, 330a, 330b: 쐐기 370: 앵커 헤드
400: 디지타이저 500: 제어부
600: 텐던 긴장력 모니터링용 무선 센서노드 시스템
620: 무선 송전 및 데이터 수신부 650: 전력 및 데이터 무선 전달부
660: 무선 수전 및 데이터 제공부 664: 센서 배터리부
670: 센서 노드 1200: FPCB형 와전류 센서
1250: 신축성 연결부재 1300: 원형형 FPCB형 와전류 센서

Claims (15)

  1. 긴장력에 기초하여 변동하는 응력을 제공하는 텐던(tendon)과 앵커헤드 사이에 압입되어 상기 텐던을 견고하게 붙잡아 상기 앵커헤드에 정착시키고, 상기 텐던의 응력의 크기 변화에 따라 자기투자율이 변하는 적어도 하나의 쐐기;
    상기 적어도 하나의 쐐기의 표면에 설치되며, 인가되는 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 포함하며, 상기 센싱 코일을 통과하는 상기 제1 자기장의 방향과 상기 제2 자기장의 방향은 서로 반대인 코일부; 및 상기 코일부를 내부에 수용하면서 둘러싸고, 자계 차폐능력이 있는 재질로 만들어져 외부로부터 자기장이 상기 코일부로 유입되는 것을 차단하는 케이싱을 포함하는 와전류 센서; 및
    상기 여자 코일에 상기 여자 신호를 제공하는 한편, 상기 센싱 코일이 검출한 전기신호를 이용하여 상기 텐던의 긴장력에 관한 정보를 산출하는 긴장력 모니터링부를 구비하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 쐐기에 자력으로 고정시키기 위한 자력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템.
  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 텐던 긴장력 진단 시스템.
  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 텐던 긴장력 진단 시스템.
  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 텐던 긴장력 진단 시스템.
  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 텐던 긴장력 진단 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 케이싱의 내부에 수납 고정되어 상기 케이싱과 상기 코일부를 상기 쐐기에 자력으로 고정시키기 위한 자력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 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.
  10. 삭제
  11. 제1항에 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.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는 산출된 긴장력의 크기가 허용 임계값 이하로 떨어지면 위험 경보를 발하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 긴장력 모니터링부는 상기 전기신호 중 제1 시간 구간 동안 획득한 제1 전기신호 및 상기 전기신호 중 제2 시간 구간 동안 획득한 제2 전기 신호를 비교하여 상기 텐던의 손상 지수를 결정하는 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템.
  14. 제1항에 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.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가동체는 차량이고, 상기 구조물은 상기 차량이 다닐 수 있는 도로 및/또는 교량인 것을 특징으로 하는 텐던 긴장력 진단 시스템.
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