• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.10-21
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• 2015

구조물 건전성 모니터링은 센서로부터 구조물의 응답을 수집하고 분석하여 구조물의 정확한 상태를 진단하는 기술이다. 최근 노후화된 구조물의 증가로 인하여, 지속가능한 사회 발전을 위해 더욱 발달된 구조물 건전성 모니터링 기술이 요구되고 있다. 최신 구조물 건전성 모니터링 기술 중 하나인 무선 스마트 센서와 센서 네트워크 기술은 기존의 유선 방식의 모니터링 시스템과 비교하여 더욱 효율적이며 경제적인 모니터링 시스템의 구축을 가능하게 하는 기술이다. 최근까지도 관련 연구자들은 스마트 센서의 성능 및 확장성 향상을 위하여 연구개발을 진행하고, 다양한 실내, 실외 실험을 통한 성능 테스트를 진행하였다. 본 논문에서는 최근 (2010년 이후를 중심으로)에 개발된 스마트 센서의 하드웨어, 소프트웨어, 그리고 응용 사례들을 정리함으로써, 구조물 건전성 모니터링을 위한 스마트 센서의 최신 연구동향에 대해 소개하고자 한다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.445-448
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• 2011

최근 재료 및 시공 기술의 지속적 발전으로 인하여, 사장교, 현수교 등 장대교량의 건설이 증가하고 있다. 이러한 장대교량들은 사회적 및 경제적인 중요성이 매우 크므로 교량 완공 후 유지관리 및 구조적 건전성을 모니터링하기 위하여 교량 각 주요 구조부재에 다양한 센서를 설치함으로써 교량모니터링시스템을 구축하여 외부하중에 의한 교량구조물의 거동을 감지, 수집, 분석하여 교량의 건전성을 파악하기 위하여 장대교량의 공용성과 안전성 확보에 많은 연구가 진행 되고 있으며 현재 국내외 다수의 장대교량들에는 다양한 센서로 이루어진 구조 건전성 모니터링 시스템이 설치, 운용되고 있다. 실제로 서해대교, 광안대교, 홍콩 TsingMa Bridge, 미국 Bill Emerson Memorial Bridge와 같은 실제 교량에도 적용된 바 있다. 하지만, 이상의 구조 건전성 모니터링 시스템 기술이 널리 활용되는 데는 여러 가지 장애물이 있는데, 그 중에서 가장 큰 것이 시스템을 구축하는 데 과다한 비용이 소요된다는 점이다. 예로 홍콩의 Tsing Ma 대교의 경우 350개의 센서를 설치하는데 약 8백만불이 넘는 금액이 들었으며(Farrar 등, 2004), Celeby(2002)의 보고에 의하면 각 센서의 채널 당 케이블의 설치 비용으로 약 5000불의 비용이 소모되고 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 불편함을 극복하기 위하여 무선 센서를 개발하고, 이를 한강 상 교량 중 올림픽대교에 적용, 사장교의 구조 건전성을 저비용 및 높은 편의성으로 모니터링 하기 위한 테스트베드를 구축하여 무선 계측 시스템의 정확성 및 적용성을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.658-661
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• 2010

본 논문에서는 교량의 볼트 체결부, 응력집중부 등 손상의 발생이 유력한 위치에 부착된 압전센서-무선 임피던스 센서노드를 통해 구조물의 건전성을 지속적으로 모니터링 하는 시스템을 소개하였다. 임피던스 기반 건전성 모니터링에 있어서 구조물에 발생하는 손상에 따라 민감하게 반응하는 주파수 성분이 달라지기 때문에, 이러한 주파수 영역을 자동으로 결정함과 동시에 손상에 관한 정보를 획득하기 위하여 인공신경망 기법을 적용하였다. 제안된 기법은 기존에 구축되어 있는 데이터베이스를 기반으로 구조물에 발생한 손상의 종류 및 손상의 정도를 판단하는 것을 목적으로 한다. 무선 임피던스 센서노드-인공신경망 기반 손상탐색 통합 시스템은 실제 강교량에서 발생한 볼트풀림, 균열 등 국부적인 손상의 진단을 위하여 적용되었으며, 그 유효성을 입증하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2010년도 정기 학술발표대회
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• pp.77.1-77.1
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• 2010

본 연구에서는 가속도기반 무선센서노드와 MEMS 가속도계 센서를 이용하여 철도교량의 구조건전성모니터링 기법들의 성능을 검토하였다. 이를 위해 다음과 같은 세 단계의 연구가 수행되었다. 첫째, 저가형 가속도기반 무선센서노드를 설계하였다. 둘째, 철도교량의 구조건전성모니터링을 위한 진동특성 및 건전성평가기법을 선정하였다. 마지막으로, 모형 강판형교에 대한 진동실험을 통해 개발된 가속도기반 무선센서노드의 성능을 평가하고 일련의 손상 시나리오를 대상으로 건전성평가 기법의 성능을 검토하였다. 시간영역 기법인 AR 모델과 주파수영역 기법인 파워스펙트럼 상관계수가 강판형교 구조손상 모니터링에 높은 정확도를 보였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.662-665
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• 2010

본 연구에서는 전역적-국부적 구조건전성 모니터링을 위한 무선센서노드로서 가속도 및 임피던스 응답신호의 계측이 가능한 다기능 무선센서노드를 개발하였다. 이를 위해 첫째, 가속도 및 임피던스 응답의 계측이 가능한 다기능 무선센서노드를 설계 및 제작하였다. 둘째, 다기능 무선센서노드의 성능검증을 위하여 트러스교 모형을 대상으로 진동실험을 수행하였다. 셋째, 다기능 무선센서노드로부터 취득된 가속도 및 임피던스 응답을 이용하여 트러스 구조물의 구조 건전성 모니터링을 통해 다기능 무선센서노드의 적용성을 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.615-632
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• 2008

교량 건전성 모니터링은 응답 데이터를 활용한 구조모델링기술, 신호분석, 정보처리 기술의 발전에 따라 손상추정 및 안전성평가와 함께 중요한 연구주제로 부각되었다. 교량 모니터링 시스템은 일반적으로 센서, 데이터 취득장비, 전송시스템 등과 같은 하드웨어와 신호처리, 손상추정, 전시 및 데이터 관리 등과 같은 소프트웨어로 구성된다. 본 논문에서는 교량의 건전도 모니터링을 위한 정보처리기술에 대한 연구 개발 활동을 정리하였다. 교량 건전성 모니터링의 과정에 대한 간단한 소개와 함께, 다양한 신호처리 및 손상추정 알고리즘을 포함한 정보처리기법에 대해서 소개하였다. 현 교량 건전성 모니터링 시스템에서의 주요 문제점과 향후 연구개발활동을 논의하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.352-355
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• 2010

본 논문에서는 내부 및 외부 긴장재로 보강된 PSC 거더의 가속도 응답 특성을 이용한 구조건전성 모니터링을 위해 실험 및 수치해석 결과를 비교 분석하는 연구를 수행하였다. 첫 번째로, 내부 및 외부 긴장재로 보강된 모형 PSC 거더를 제작하였다. 두 번째로, 모형 PSC 거더의 형상, 재료 및 경계조건과 긴장재의 배치를 고려하여 초기 유한요소모델을 설계하였다. 세 번째로, 다수의 내부 및 외부 긴장력 조건하의 모형 PSC 거더에 대한 동특성 추출 실험 및 수치해석을 수행하였다. 마지막으로, 실험결과와 수치해석 결과를 비교 분석하여 가속도 응답 특성을 이용한 내부 및 외부 긴장재로 보강된 PSC 거더의 구조건전성 모니터링에 대한 적용성을 검토하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.307-310
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• 2011

본 연구에서는 항만 구조물의 구조건전성 모니터링을 위한 Imote2 센서 플랫폼 기반의 스마트 무선센서의 적용성을 평가하였다. 이를 위해 먼저, 고민감도 MEMS 가속도계를 탑재한 Imote2 센서 플랫폼 기반스마트 무선센서를 설계하였다. 둘째, 스마트 무선센서노드의 독자적인 구조 상태 모니터링을 위한 내장소프트웨어를 설계하였다. 마지막으로, 모형 케이슨 구조물의 진동실험을 통해 개발된 스마트 무선센서의 성능을 검증하였다.

• 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.

• 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.