• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.148-154
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• 2015

구조건전성 모니터링은 구조물에 발생된 손상을 조기에 감지 및 적절한 유지보수를 통해 재정적 혹은 인명 피해를 방지하기 위해 실시된다. 대부분의 능동센싱 기반 구조건전성 모니터링에서는 많은 수의 압전체(piezoelectric transducer) 센서와 구동기(actuator)를 필요로 한다. 구조건전성 모니터링 시 사용된 압전센서에 결합이 존재하는 경우, 구조물의 상태진단에 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 신뢰성 있는 구조건전성 모니터링 결과를 위해 임피던스 기반 센서 자가 진단법을 사용하여 다수 센서의 결함을 탐지하였다. 또한 사용된 접착제와 센서의 정보가 충분치 못한 경우, 사용된 센서로부터 측정된 데이터만을 토대로 센서결함 진단을 위한 알고리즘을 소개하였다. 알고리즘이 적용 가능한 온도 범위를 실험적으로 분석함으로써 개발된 기법이 실제 환경에서 응용이 가능함을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.113-119
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• 2020

사물인터넷 기반의 센서네트워크는 저렴한 비용으로 효율적으로 교량 등의 시설물 유지관리에 적용할 수 있는 한 방안이다. 본 연구에서는 사물인터넷 통신의 하나인, LoRa LPWAN 기반으로 교량 구조건전성모니터링을 위한 시스템을 개발하기 위해서 케이블 장력 모니터링을 위한 센서보드, 기존 계측 센서들과 함께 센서네트워크를 구축하기 위한 DAQ 보드, 데이터들 처리하고 LoRa 통신을 위한 스마트센서노드를 설계 및 제작하였으며 모니터링을 위한 센서네트워크를 구축하였다. 또한 본 시스템의 성능검증을 위해 영광대교에 Test Bed를 구축하여 교량 구조건전성 모니터링을 위한 센서네트워크에 적용가능성 여부를 살펴보았다. Test Bed 검증 결과 LoRa LPWAN 기반 센서네트워크는 데이터 전송률, 정확도, 경제성면에서 교량 구조 건전성 모니터링의 기술 중에 하나로 적용될 수 있으며, 향후 교량구조물 뿐만 아니라 다양한 공공기반 시설물에 유지관리를 위한 시스템으로 보급될 수 있기를 기대한다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.847-860
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• 2022

연구목적: 본 논문은 자가발전기반을 통한 항만구조물의 건전성 모니터링 시스템 개발에 대한 기초연구이다. 연구방법: 자가발전 시스템 개발 및 해수용 광섬유(FBG)센서 개발로 항만구조물 건전성 모니터링 시스템 구축에 대한 기초연구 데이터를 제공한다. 연구결과: 일조량 시뮬레이션 분석을 통해 국내환경에서 4-5시간의 일조량 확보가 가능하며, 이를 통해 해수적용이 가능한 광섬유센서의 Raw 데이터를 수집하는 광분배기(인트로게이터), 수집된 데이터를 연산하는 MCU와 무선 통신기능이 탑재된 IoT 모듈, 모니터링 서버부로 송신하는 Gateway로 구성된 장치에 대한 전원공급이 가능한 시스템을 구축하였다. 결론: 광섬유(FBG)센서를 통한 항만구조물의 직접적인 거동에 대한 센싱 모니터링 구축과 이를 위한 자가발전시스템 적용의 가능성을 확인하였다.

• 한국방재학회지
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• 제11권1호
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• pp.95-98
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• 2011

최근 국내에서 사회기반시설물에 대한 안전관리 네트워크 통합시스템 구축을 위한 국가핵심과제가 진행되고 있다. 본 연구에서는, 위 과제의 일환으로 진행 중인 철도교량의 구조건전성 모니터링 시스템 구축 및 운용에 대하여 기술하였다. 효율적인 철도교량 모니터링 시스템 구축을 위하여 다양한 종류의 스마트센서가 적용되었으며, 웹 기반의 네트워킹을 통해 외부에서 모니터링 시스템을 원격으로 접속, 제어 할 수 있도록 하였다. 철도교량의 국부 손상을 모니터링 하기 위해 압전센서를 활용한 무선 임피던스 노드를 적용하였고, 구조물 전체의 거동 분석을 위하여 가속도 센서 및 광섬유 센서를 적용하였다. 구조물의 장기 계측을 통한 철도 주행 및 외부 환경에 따른 거동 분석을 수행하였으며, 손상 평가를 위한 신호처리 알고리즘이 적용되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.92-92
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• 2011

최근 건설기술의 발전과 함께 강재 케이블을 이용하는 시설물의 시공이 점점 증가하는 추세이다. 특히 현수교, 사장교와 같은 초장대 교량에 사용되는 케이블은 주거더 및 상판에 의한 하중의 대부분을 지지하는 핵심부재이다. 하지만 이러한 케이블 부재는 부식, 파단 등으로 인한 단면손실이 발생할 수 있고, 이로 인한 손상부의 응력집중으로 인해 시설물 전체의 붕괴로 이어질 수 있는 위험성을 가진다. 따라서 조기에 단면손실을 찾아 사고를 미연에 방지할 수 있는 강재 케이블 비파괴 검사 기술기반의 건전성 모니터링이 필수적이다. 이러한 효율적인 건전성 모니터링을 위해 스마트 센서를 활용한 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 그중 대표적인 스마트 센서중 하나인 마그네틱 센서는 높은 신뢰도와 어디에나 적용 가능한 재현성 때문에 구조물 건전성 평가에 적용하기 유용한 기술로 그 적용범위가 선박, 항공등으로 점점 넓어지고 있는 추세이다. 마그네틱 센서는 그 적용대상에 따라 다양한 마그네틱 특성을 활용할 수 있는데, 최근에는 투자율 계측을 통해 케이블의 장력 측정이 가능한 Elasto-Magnetic 센서(E/M 센서)가 개발되었고 그 활용성에 대한 연구가 이뤄지고 있다. 이에 본 연구에서는 E/M 센서를 이용한 강재 케이블 모니터링 기술을 제안하고자 한다. E/M 센서는 본래 케이블의 장력측정을 위해 개발되었지만 본 연구에서는 강재 케이블 부재의 단면손실 검색을 위해 적용하였다. 제안된 기술의 실험적 검증을 위해 E/M 센서를 이용하여 4가지의 다른 직경을 가지는 강봉시편을 E/M 센서헤드의 1차 코일을 통해 자화시키고, 각각의 직경에서 출력전압을 2차 코일을 이용하여 계측하였다. 그 결과 강봉의 직경이 감소함에 따라 출력 전압이 감소함을 보였다. 반복실험을 통해 해상도 및 선형성이 확보되는 최적의 입력전압과 출력전압의 워킹포인트를 선정하였고, 선정된 조건에서 강봉시편을 일정 간격으로 스캔한 결과 단면감소에 따른 선형적인 출력전압 감소와 동시에 단면 변화 지점에서는 추세선에서 크게 벗어난 출력전압 계측값을 나타내었다. 본 실험을 통해 제안된 E/M 센서를 이용한 강재 케이블 모니터링 기술의 유용성 및 적용가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.221-230
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• 2016

최근 교량의 장수명화와 이용자의 안전을 보장하기 위한 첨단IT기술을 이용한 유지관리 기법이 세계적으로 각광을 받고 있다. 이에 본 논문에서는 무선계측센서를 이용하여 교량의 정적 동적 데이터를 취득 및 분석하여 교량의 거동상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 지능형 교량 구조 건전성 모니터링시스템을 개발하였다. 본 논문에서 개발한 모니터링 시스템은 교량의 주요 부재의 거동을 계측하기 위한 센서 및 계측데이터 전송을 위한 무선송수신시스템, 전체 시스템 관리를 위한 운영프로그램 및 데이터베이스로 구성되어 있다. 개발한 무선계측센서 기반의 모니터링 시스템의 성능검증을 위해 올림픽대교에 5종의 무선계측센서를 설치하였으며, 센서의 전원은 태양광 발전장치를 설치하여 자가 전원공급이 가능하도록 하였다. 성능검증을 위한 데이터는 시스템 구축완료 후 일주일간의 데이터를 활용하여, 유선시스템으로부터 취득된 데이터와 비교 분석하였으며, 이를 통행 지능형 구조 건전성 모니터링 시스템의 성능 및 실 교량 적용성을 검증하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.678-681
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• 2010

최근 건설 기술의 비약적인 발전으로, 국내외적으로 장대교량의 건설이 증가하고 있다. 이러한 장대교량들은 지속적인 안전성 관리가 필요하며 현재 국내 다수의 장대교량들에는 다양한 센서로 이루어진 구조건전성 모니터링 시스템이 설치, 운용되고 있다. 장대교량과 같은 대형 구조물의 물리적 상태를 정확하게 파악하기 위해서는 다수의 센서배치가 필요로 하지만, 이는 센서 자체의 비용뿐만 아니라 센서와 데이터 서버를 연결하는 케이블의 설치비용으로 인하여 상당히 제약을 받을 수 밖에 없다. 실례로 홍콩의 Tsing Ma 대교의 경우 350개의 센서를 설치하는데 약 8 백만불이 넘는 금액이 들었으며(Farrar 등, 2004), Celeby(2002)의 보고에 의하면 각 센서의 채널 당 케이블의 설치비용으로 약 5000불의 비용이 소모되고 있다. 본 연구에서는 이러한 센서와 이러한 불편함을 극복하기 위하여 자체 연산기능을 가지고 있는 스마트 무선 센서를 개발하고, 이를 해남과 진도를 잇는 연육교인 제 2 진도대교에 적용, 사장교의 구조 건전성을 저비용 및 높은 편의성으로 모니터링 하기 위한 테스트베드를 구축하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.217-220
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• 2009

고층 건물에 대한 구조 안전성 모니터링은 건물 특성상 계측 대상 부재가 많고 하중과 구조반응의 관계가 복잡하기 때문에 센싱 위치 선정의 어려움으로 그 적용에 한계가 있다. 본 논문에서는 고층 건물의 구조 건전도 모니터링을 위한 구조반응 계측위치를 선정하기 위해서 에너지 이론에 근거한 부재의 변위기여도 및 변형에너지밀도 개념을 도입하였다. 보, 기둥, 코어 전단벽, 그리고 아웃리거로 구성된 고층 건물을 대상으로 풍하중에 대한 부재 종류별 부재의 변위기여도 및 변형에너지밀도를 확인하고 전체 구조물의 거동과의 관계를 분석하여 고층 건물의 구조 건전도 모니터링을 위한 센싱 위치를 예상해보았다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.32-35
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• 2011

전기역학적 임피던스(electromechanical impedance)를 이용한 구조물 건전성 모니터링(structural health monitoring; SHM) 기술은 구조물의 주요 부재에 압전센서를 부착하여 이로부터 획득한 임피던스 신호의 변화를 관찰함으로써 구조물의 국부적 상태를 실시간으로 진단하는 것이다. 임피던스는 손상뿐만 아니라 외부 온도에도 민감하게 반응하기 때문에 구조물 진단 결과에 상당한 오차를 유발할 수 있으므로 이에 대한 보상을 수행해야 한다. 따라서 본 논문에서는 온도변화가 임피던스 기반 진단 결과에 미치는 영향을 PZT 센서를 사용하여 실험적으로 연구하였다. 리액턴스(reactance)의 주성분 분석(Principal Component Analysis; PCA)을 통해 도출된 첫번째 주성분과 저항(resistance)으로부터 계산된 손상지수 사이의 관계를 분석함으로써, 온도변화에 의해 구별되지 않았던 손상을 보다 확연하게 구별 할 수 있음을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.26-33
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• 2011

본 연구에서는 항만구조물의 구조건전성 모니터링을 위한 Imote2 센서 플랫폼 기반의 고민감도 스마트 무선센서를 개발하였다. 이를 위해 첫째, 고성능 Imote2 센서 플랫폼을 기반으로 하고, 고민감도 MEMS 가속도계를 탑재한 스마트 무선센서를 설계하였다. 둘째, 스마트 무선센서가 독자적으로 모니터링을 수행할 수 있도록 하는 내장 소프트웨어를 설계하였다. 마지막으로, 개발된 스마트 무선센서의 성능을 모형 케이슨 구조물에서의 실험을 통해 검증하였다.