Development of 6-DOF dynamic response measurement system for civil

KAIST 2017 대표 연구성과 10선LDV나 LVDT와 같은 변위 센서는 설치문제로 인해 해상 교량과 같은 대형 구조물에 적용하기 어렵다. 대신, GPS-RTK가 대형 구조물의 변위 계측에 사용되고 있으나, GPS-RTK는 수직변위 정확도가 1~5cm 로 낮고 고가이다. 본 연구에서는 정밀 3축 가속도계와 저가 GPS-RTK를 이단계 칼만필터로 융합하여 구조물 6자유도 변위, 속도, 가속도 및 각변위를 변위기준 2mm 이하의 오차와 100Hz 급의 샘플주파수로 정밀 계측 가능한 세계 최초/최고 수준 구조물 동적거동 모니터링 시스템을 개발했다. 이를 바탕으로 3건의 SCI 논문을 게재하였고, 3건의 특허(2건 등록완료 및 1건 등록 심사중) 및 3건의 기술이전(3억원) 성과를 달성하였다. 또한 영종대교, 이순신대교, 중국 Xihoumen교에서의 현장실험을 통해 제안기술의 우수성을 검증하였으며, 실제 본 기술은 인천국제공항고속도로 교량계측시스템 구축 사업의 일환으로 현재 영종대교에 설치 중이다. 또한, 건설신기술 인증 및 국외 특허출원을 통하여 국내외 시장개척 및 상용화를 추진 중에 있다. 본 기술은 구조물 안전진단에 핵심인 변위를 정밀하게 계측함으로써 사회기반시설 및 건설구조물 건전성 모니터링, 정밀시공, 내하력 평가의 정확성을 향상 시키고 검사의 신뢰성을 높일 수 있으며 구조물의 안전도를 제고할 수 있다.The displacement sensors such as LDV and LVDT have limited application in large-scale civil structures like cross-sea bridges due to its installation problems. Instead, GPS-RTK is widely applied to large civil engineering structures, but GPS-RTK is expensive and has low accuracy (1~5mm). A displacement measurement system was developed to measure 6DOF displacement, velocity, acceleration and angular displacement with 2mm of RMS error and 100Hz of sampling frequency by fusing the data obtained from a 3 axes accelerometer and a GPS-RTK through two-stage Kalman filter. Based on the research, 3 SCI papers were published, and 3 patents (2 pending, 1 in the process) and 3 technology transfers ($0.3 million completed) have been accomplished. Through field tests in Yeongjong Grand bridge, Yi Sun-sin bridge and Xihoumen bridge, the performance has been proved and the system is being installed at Yeongjong Grand bridge. Furthermore, the system will be commercialized in national and international market through new construction technology certification and oversea patent. The proposed system can improve the precision and reliability of structural health monitoring, precise construction and load carrying capacity evaluation.한국과학기술원 : 건설 및 환경공학

LASER SYSTEM FOR NONDESTRUCTIVE TESTING

본 발명은 비파괴검사를 위한 레이저 시스템에 관한 것으로서, 구조물에 부착되고 진동을 유발하는 가진부와, 구조물에 부착되고 진동을 감지하는 감지부와, 레이저신호를 생성하는 레이저발생부와, 레이저발생부에 일단부가 연결되고 가진부에 타단부가 연결되는 가진케이블부와, 가진케이블부와 연결되고 감지부와 연결되는 감지케이블부 및 감지케이블부와 연결되어 데이터를 취득하는 데이터취득부를 포함한다. 본 발명에 따른 비파괴검사를 위한 레이저 시스템은 레이저신호가 광섬유를 통해 전달됨으로써, 레이저신호의 감쇠와 왜곡이 방지되어 비파괴검사에 대한 신뢰도가 향상된다. 또한, 본 발명에 따른 비파괴검사를 위한 레이저 시스템은 복수개의 가진부와 감지부를 사용하여 구조물의 다양한 지점에 대한 검사가 가능하다

METHOD OF DETECTING DAMAGE AND DAMAGE DETECTION DEVICE PERFORMING THE SAME

레이저 빔을 타겟 스트럭처에 조사하고, 레이저 빔에 의해 생성되는 초음파 신호를 이용하여 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 손상 검출 장치의 손상 검출 방법은 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하고, 타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 블록 그룹들 중 손상된 영역을 포함하는 손상 블록 그룹을 검색하는 제1 스캐닝 동작을 수행하며, 손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행하고, 경계 손상 블록들에 기초하여 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출한다

Active Sensing Based Structural Health Monitoring for Flaw Detection in Composite Structures

Funding for this project was provided by the Department of Energy through the internal funding program at Los Alamos National Laboratory known as Laboratory Directed Research and Development (Damage Prognosis Solutions). The author is grateful for the supports and invaluable feedbacks given by the damage prognosis team at Los Alamos including Charles R. Farrar, Gyuhae Park, Amy N. Robertson, Jeannette R. Wait, and Nathan P. Limback, and he acknowledges Acellent Technologies, Inc. for providing technical support for their hardware system

Baseline-Free Crack Detection in Steel Structures using Lamb Waves and PZT Polarity

A new methodology of guided wave based nondestructive testing (NDT) is developed to detect crack damage in civil infrastructures such as steel bridges without using prior baseline data. In conventional guided wave based techniques, damage is often identified by comparing the “current” data obtained from a potentially damaged condition of a structure with the “past” baseline data collected at the pristine condition of the structure. However, it has been reported that this type of pattern comparison with the baseline data can lead to increased false alarms due to its susceptibility to varying operational and environmental conditions of the structure. To develop a more robust damage diagnosis technique, a new concept of NDT is conceived so that cracks can be detected without direct comparison with previously obtained baseline data. The proposed NDT technique utilizes the polarization characteristics of the piezoelectric wafers attached on the both sides of the thin metal structure. Crack formation creates Lamb wave mode conversion due to a sudden change in the thickness of the structure. Then, the proposed technique instantly detects the appearance of the crack by extracting this mode conversion from the measured Lamb waves even at the presence of changing operational and environmental conditions. Numerical and experimental results are presented to demonstrate the applicability of the proposed technique to crack detection.This work was supported by the National Science Foundation under grants CMS-0529208 and the Pennsylvania Infrastructure Technology Alliance (PITA), a partnership of Carnegie Mellon University, Lehigh University and the Commonwealth of Pennsylvania Department of Community and Economic Development. The authors like to acknowledge Dr. S. Liu for the NSF support and Prof. Gary K. Fedder for PITA support.

LDV나 LVDT와 같은 변위 센서는 설치문제로 인해 해상 교량과 같은 대형 구조물에 적용하기 어렵다. 대신, GPS-RTK가 대형 구조물의 변위 계측에 사용되고 있으나, GPS-RTK는 수직변위 정확도가 1~5cm 로 낮고 고가이다. 본 연구에서는 정밀 3축 가속도계와 저가 GPS-RTK를 이단계 칼만필터로 융합하여 구조물 6자유도 변위, 속도, 가속도 및 각변위를 변위기준 2mm 이하의 오차와 100Hz 급의 샘플주파수로 정밀 계측 가능한 세계 최초/최고 수준 구조물 동적거동 모니터링 시스템을 개발했다. 이를 바탕으로 3건의 SCI 논문을 게재하였고, 3건의 특허(2건 등록완료 및 1건 등록 심사중) 및 3건의 기술이전(3억원) 성과를 달성하였다. 또한 영종대교, 이순신대교, 중국 Xihoumen교에서의 현장실험을 통해 제안기술의 우수성을 검증하였으며, 실제 본 기술은 인천국제공항고속도로 교량계측시스템 구축 사업의 일환으로 현재 영종대교에 설치 중이다. 또한, 건설신기술 인증 및 국외 특허출원을 통하여 국내외 시장개척 및 상용화를 추진 중에 있다. 본 기술은 구조물 안전진단에 핵심인 변위를 정밀하게 계측함으로써 사회기반시설 및 건설구조물 건전성 모니터링, 정밀시공, 내하력 평가의 정확성을 향상 시키고 검사의 신뢰성을 높일 수 있으며 구조물의 안전도를 제고할 수 있다.

korHoon Sohn한국과학기술원 : 건설 및 환경공학

the configuration of high speed trains for vibration reduction

본 발명은 고속철도의 고속 주행 중에 발생하는 일정한 진동 주파수를 갖는 동적하중에 의해서 교량구조물에 가해지는 공명을 감쇠시킬 수 있는 고속열차 구성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 구체적인 해결 방법은 다수의 일반객차(10)로 연결된 고속열차(1)에 있어서, 일반 객차(10) 사이에 상기 일반 객차(10) 길이와 다른 길이(L'')를 갖는 진동 감쇠를 위한 객차(10'')를 임의의 위치에 적어도 하나 이상을 연결 구성하는 고속열차의 구성방법을 제공하고 ; 또한 상기 다수의 일반객차(10) 사이에, 일반객차(10)의 앞뒤바퀴 사이의 축거리(ℓ)와 다른 축거리(ℓ'')를 갖는 진동감쇠용 객차(10'')를 임의의 위치에 적어도 하나 이상 연결 설치하여 진동을 감쇠할 수 있는 고속열차 구성방법을 제공한다. 이러한 본 발명은 열차가 고속으로 주행할 때 동적 하중으로 인해 발생하는 교량구조물에 가해지는 공명을 감쇠시켜 쾌적한 고속주행이 가능하도록 하고, 교량 구조물의 내구성과 안전성을 확보할 수 있는 고속열차의 구성 방법 및 그 구조에 관한 것이다

Guided wave-based damage detection method using collocated PZTs

본 발명은, 전체적으로 일정한 두께를 가지는 판부재에 형성되며, 상기 판부재의 두께가 부분적으로 변경되는 형태의 손상부를 감지하기 위한 손상감지방법에 있어서, 상기 판부재의 일측면과 타측면에 제1압전센서와 제2압전센서가 서로 대응되도록 설치된 상태에서, 상기 제1압전센서와 제2압전센서를 가진시켜, 상기 판부재를 통해 전파되어지는 S모드 및 A모드의 램(Lamb)파를 발생시키는 가진단계와, 상기 제1압전센서와 제2압전센서에 의해서 발생된 상기 램파가 되돌아오는 것을 제1압전센서와 제2압전센서로 계측하기 위한 계측단계와, 상기 제1 및 제2압전센서로 계측된 계측신호로부터, 상기 램파에서 모드변이가 발생하였는지를 파악하여, 그 모드변이의 발생여부에 따라 상기 손상부의 유무를 판정하는 손상판정단계를 구비하는 것을 특징으로 한다