Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing (비파괴검사학회지)

The Korean Society for Nondestructive Testing (한국비파괴검사학회)
권호 표지

Elasto-Magnetic Sensor-Based Local Cross-Sectional Damage Detection for Steel Cables

Elasto-Magnetic 센서를 이용한 강재 케이블 국부 단면 감소 손상 탐지

  • Kim, Ju-Won (Department of Civil and Environmental Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Nam, Min-Jun (Department of Civil and Environmental Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Park, Seung-Hee (Department of Civil and Environmental Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Lee, Jong-Jae
  • 김주원 (성균관대학교 u-City 공학과) ;
  • 남민준 (성균관대학교 u-City 공학과) ;
  • 박승희 (성균관대학교 u-City 공학과) ;
  • 이종재 (세종대학교 토목환경공학과)
  • Received : 2011.06.21
  • Accepted : 2011.08.03
  • Published : 2011.08.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The Elasto-magnetic sensor is applied to detect the local cross-sectional loss of steel cables in this study while it was originally developed for measuring the tensile force in the previous works. To verify the feasibility of the proposed damage detection technique, steel bars which have 4-different diameters were fabricated and the output voltage value was measured at each diameter by the E/M sensor. Optimal input voltage and working point are chosen so that the linearity and resolution of results can ensure through repeated experiments, and then the E/M sensor was measured the output voltage values at the damage points of steel bar specimen that was applied the 4 types of damage condition based on the selected optimal experimental condition. This proposed approach can be an effective tool for steel cable health monitoring.

강재 케이블 부재는 부식, 파탄 등으로 인한 단면손실이 발생할 수 있고, 이로 인한 손상부의 응력 집중으로 인해 시설물 전체의 붕괴로 이어질 수 있는 위험성을 가진다. 따라서 조기에 단면손실을 찾아 사고를 미연에 방지할 수 있는 강재 케이블 비파괴검사 기술이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 E/M 센서를 이용한 강재 케이블 모니터링 기술을 제안하고자 한다. E/M 센서(elasto-magnetic sensor)는 본래 케이블의 장력측정을 위해 개발되었지만 본 연구에서는 강재의 국부 단면손상 검색을 위해 적용하였다. 제안된 기술의 실험적 검증을 위해 E/M 센서를 이용하여 4가지의 다른 직경을 가지는 강봉시편을 자화시켜 출력전압을 계측하였고, 그 결과 강봉의 직경이 감소함에 따라 출력전압이 감소함을 보였다. 반복실험을 통해 해상도 및 선형성이 확보되는 최적의 입력전압과 워킹포인트를 선정하였고, 선정된 조건에서 다양한 국부적인 손상이 주어진 강봉시편에서 출력전압을 계측한 결과 손상의 깊이 및 너비가 커짐에 따라 출력전압의 감소가 커짐을 확인하였다. 본 실험을 통해 제안된 E/M 센서를 이용한 강재 케이블 모니터링 기술의 적용가능성을 확인할 수 있었다.

Keywords

References

  1. 조승현, 박재하, 권휴상, 안봉영, 이승석, "판형 구조물 유도초음파 검사를 위한 SH파 자기변형 트랜스듀서 모듈 개발", 비파괴검사학회지, Vol. 29, No.2, pp. 122-129 (2009)
  2. 박승희, 윤정방 and D. J. Inman, "Remote impedance-based loose bolt inspection using a radio-frequency active sensing node", 비파괴검사학회지, Vol. 27, No.3, pp. 2337-2348 (2007)
  3. S. Park, C. Lee and H. Sohn, "Reference-free crack detection using transfer impedances," Journal of Sounds and Vibration, Vol. 329, pp. 2337-2348 (2010) https://doi.org/10.1016/j.jsv.2009.04.010
  4. S. Park and S. K. Park, "Quantitative corrosion monitoring using wireless electromechanical impedance measurements," Research in Nondestructive Evaluation, Vol. 21, pp. 184-192 (2010) https://doi.org/10.1080/09349847.2010.493991
  5. S. Park, J. W. Kim, C. Lee and S. K. Park, "Impedance-based wireless debonding condition monitoring of CFRP laminated concrete structures," NDT&E International, Vol. 44, pp. 232-238 (2011) https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2010.10.006
  6. A. Canova and B. Vusini, "Magnetic analysis of non-destructive testing detectors for ferromagnetic ropes," The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, Vol. 27, No. 4, pp. 868-878 (2008)
  7. C. Jomdecha and A. Prateepasen, "Design of modified electromagnetic main-flux for steel wire rope inspection," NDT&E International, Vol. 42, pp. 77-83 (2009) https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2007.10.006
  8. M. L. Wang, G. Lloyd and O. Hovorka, Development of a remote coil magneto-elastic stress sensor for steel cables, Proc. of SPIE 8th Annual International Symposium on Smart Structures and Material, Newport Beach, CA, USA, Vol. 4337, pp. 122-128 (2001)
  9. S. Sumitro, A. Jarosevic and L. Wang, Elasto-magnetic sensor utilization on steel cable stress measurement, Proceedings of the 1st FIB Congress, Osaka, Japan, pp. 79-86 (2002)
  10. 박혜원, 안봉영, 이승석, 김종우, "대형교량 케이블 장력 측정을 위한 자기센서 개발", 비파괴검사학회지, Vol. 27, No. 4, pp. 339-344 (2007)
  11. M. L. Wang, G. Wang and Y. Zhao, "Application of EM stress sensors in large steel cables, Sensing issues in civil structural health monitoring," Springer, Dordrecht, Netherlands, pp. 145-154 (2005)
  12. J. P. Joule, "On a new class of magnetic forces," Annals of Electricity Magnetism and Chemistry, Vol. 8, pp. 219-224 (1842)
  13. P. E. Mix, Introduction to Nondestructive Testing, John Wiley & Sons Inc., Hoboken, NJ (1987)
  14. M. J Stablik and D. Jiles, "Coupled magnetoelastic theory magnetic and magnetostrictive hysteresis," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 29, No. 4, pp. 2113-2123 (1993) https://doi.org/10.1109/20.221036
  15. D. C. Jiles and C. C. H. Lo, "The role of new materials in the development of magnetic sensors and actuators," Sensors and Actuators, Vol. 106, pp. 3-7 (2003) https://doi.org/10.1016/S0924-4247(03)00255-3
  16. M. L. Wang, Z. Chen, S. S. Koontz and G. D. Lloyd, Magneto-elastic permeability measurement for stress monitoring, Proc. of SPIE 7th Annual Symposium on Smart Structures and Materials, Newport Beach, CA, USA, Vol. 3995, pp. 492-500 (2000)
  17. 김주원, 박승희, 이종재, 임진석, "E/M 센서를 이용한 케이블 단면 손실 모니터링", 한국방재학회 정기학술대회, Vol. 11 pp. 136-142 (2011)