R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515TBIP-C074137-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 고정점이 필요없는 변위 계측시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-06-02 ~ 2016-06-01 | |||||
| 연구책임자 | 전준창 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 81,000,000 원 기업 : 54,000,000 원 계 : 135,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 161,942,000 원 기업 : 107,962,000 원 계 : 269,904,000 원 |
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| 연구기관명 | 씨티씨(주) | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001371-01 | |||||
| ISBN | 없음 | |||||
| 주요 내용 |
본 신청기술은 속도계에 의해 측정된 신호를 분석하여 교량구조물의 변위를 계측하는 기술로서 다음과 같은 장점이 있다. o 절대고정점이 필요치 않으므로 교량의 하부조건(하천, 바다, 도로, 철도 등) 및 다리밑 공간의 크기에 관계없이 변위 계측이 가능 o 기존 센서(LVDT, 다이알 게이지)를 사용하는 것에 비해 교량구조물의 변위 계측이 용이하므로 계측작업의 효율성 향상 o 현재 기존 교량의 정밀안전진단시에는 진동가속도 및 변위를 각각 계측하여 교량에서 필요한 정보를 획득하고 있으나, 본 신청기술을 사용할 경우에 속도계만으로도 필요한 정보 획득 가능 본 신청기술은 속도계를 활용하여 새로운 변위 계측 알고리즘 및 시스템을 개발하는 것으로서 응용연구의 성격을 갖는다. 1차적인 적용대상 구조물은 교량이지만, 초고층건축물 및 철도궤도 등의 변위 계측에도 적용 가능하므로 본 신청기술의 적용범위는 광범위하다. [최종목표] 본 연구는 속도계를 이용하여 고정점이 필요없는 변위 계측기술을 개발하고, 이를 실교량의 변위 계측에 적용하는 것을 최종목표로 하고 있다. 개발 기술의 현장 적용을 위해 해석적인 방법으로 속도를 이용한 변위 추정 알고리즘에 관한 일련의 연구를 통해 요소기술 및 현장적용기술을 도출하고, 교량 변위 계측용 센서로서 요구되는 정확성 및 사용성 등 주요 항목에 대해서는 실내실험을 통해 품질을 검증하고자 한다. 또한, 전처리 및 후처리 기능을 갖는 사용자 중심의 변위 계측 전용프로그램 및 시스템을 개발함으로써 실용화 및 사업화를 실현하고자 한다. [연구내용 및 범위] 현재 국내에서는 「시설물의 안전관리에 관한 특별법」에 따라 1, 2종 시설물에 해당하는 교량에 대해 주기적으로 정밀안전진단을 실시하고 있다. 교량의 정밀안전진단을 위한 주요 계측항목은 변위를 비롯하여 변형률과 가속도 등이다. 교량의 변위는 여러 계측항목 중 구조물의 전체적인 상태를 직접적으로 나타낼 뿐만 아니라 구조계의 강성(stiffness)과 관련되므로 중요하게 취급된다. 그러나 여러 제약조건에 의해 현재 일반적으로 사용되는 센서를 이용한 변위 계측에 어려움이 있는 것이 현실이다. 일반적으로 교량구조물의 변위는 변위변환기(LVDT, Linear Variable Differential Transformer) 또는 다이알 게이지를 이용하여 측정하고 있으나, 이러한 방법들은 절대변위를 계측하기 위한 고정점이 필수적으로 요구된다. 따라서 다리밑 공간이 높은 교량 또는 하천이나 해상에 가설된 교량의 경우에는 고정점 설치에 과다한 비용이 소요되거나, 고정점 확보가 어려워 측정이 불가능한 경우도 빈번히 발생하여, 안전성 또는 내하력 평가시 중요한 변위에 대한 계측을 생략하기도 한다. 따라서 절대고정점을 사용하지 않고 변위를 계측할 수 있는 기술은 오래 전부터 실무에서 필요로 해 왔던 기술이다. 한편, GPS(Global Positioning System)는 앞서 기술한 방법과 달리 고정점 없이 변위 계측이 가능하지만, 정확도가 다소 낮고 동적변위 계측에 제약이 있다. 본 신청기술은 기존의 기술적 상황을 고려하여 절대고정점이 반드시 요구되는 변위계 기반의 계측방식이 아닌 조작이 용이한 속도계를 활용하여 변위를 계측하는 알고리즘 및 시스템을 개발하는 것이다. 본 연구의 성과물은 실교량의 변위 계측에 적용 가능하여야 하므로 다양한 해석 및 실험을 통해 품질이 검증되어야 변위 계측센서로서의 기능 및 역할을 확보할 수 있다. 따라서 본 연구의 최종 목표 달성을 위한 성과목표를 개발대상 성과물의 특성을 고려하여 다음과 같이 2가지로 구분하였다. o 성과목표 1 : 속도계를 이용한 변위 계측 알고리즘 개발 및 해석적 검증 o 성과목표 2 : 개발된 변위 계측 알고리즘의 실내실험적 검증 및 시작품 제작 각각의 성과목표에 대한 연구내용 및 범위는 다음과 같다. (1) 속도계를 이용한 변위 계측 알고리즘 개발 및 해석적 검증 o 신호처리기술 연구 - 주파수 영역과 시간 영역에서의 신호처리 특성 및 오차 분석 - 필터링 기법 연구 o 기본 알고리즘 구성 및 프로그램화 - 수치적분 기법 검토 - 초기조건 등 오차에 영향을 미치는 인자 추출 및 개선 - 기본 알고리즘의 프로그램화 o 주파수 대역별 속도신호의 보정기술 개발 - 속도계의 주파수 대역별 응답특성 분석 - 속도계 사양별 주파수 보정곡선 작성을 위한 실내실험 - 주파수 보정곡선의 적정성 검증 o 해석적 방법에 의해 교량의 동특성에 따른 개발기술의 적용성 검증 및 보완 - 교량의 동특성(고유진동수, 감쇠비)을 매개변수로 하여 해석대상 교량 선정 - 고유진동수 : 0.1～15Hz, 감쇠비 : 0.01～0.05 - 이동하중에 의한 시간이력해석으로부터 속도시간이력곡선 산정 - 해석적으로 얻어진 속도신호에 의한 변위 산정 - 오차 분석 및 알고리즘 보완 (2) 개발된 변위 계측 알고리즘의 실내실험적 검증 및 시작품 제작 o 모형실험체에 대한 개발기술의 적용성 검증 및 보완 - 고유진동수를 변수로 하여 모형실험체 제작(실험체 : 5EA) - 액츄에이터 및 충격가진에 의한 실내모형실험 - 결과 분석 및 알고리즘 보완 o 속도계를 이용한 변위 계측 전용 프로그램 및 시스템 개발 - 전, 후처리 기능을 갖는 사용자 중심의 프로그램 및 시스템 개발 - 프로그램 검증 및 보완 - 프로그램 매뉴얼 작성 |
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| 색인어 | 한글 | 변위 | 계측 | 고정점 | 속도계 | 교량 |
| 영문 | displacement | measurement | fixed reference point | geophone | bridge | |
| 최종보고서 | 최종보고서(고정점이 필요없는 변위 계측시스템 개발-씨티씨(주)).pdf | |||||