선박 및 해양기자재의 안전 진단을 위한 기존의 기술은 접 센서(point sensor)를 이용한 변형률 측정 기술이 대부분이라 할 수 있다. 본 논문은 기존의 기술보다 효율적으로 응용될 수 있는 광섬유 센서를 이용한 분포 개념의 온도 및 변형률 측정(DTSS: Distributed Temperature & Strain Sensing) 기술에 대해 소개하고 있다. 이 기술은 선체 응력 모니터링, 해양 구조물 안전진단, subsea flowline 모니터링, platform의 riser 안정성, umbilical 모니터링 등에 활용될 수 있다.
In this paper, the design of a novel 6-axis compliance device with force/torque sensing capability and the experiment results on force measurement are presented. Unlike the traditional control methods using a force/torque sensor with very limited compliance, the force control method employs a compliant device to provide sufficient compliance between an industrial robot and a rigid environment for more stable force control. The proposed compliance device is designed to have a diagonal stiffness matrix at the tip and uses strain gauge measurement which is robust to dust and oil. The measurement circuit is designed with low-cost IC chips however the force resolution is 0.04N.
This paper is concerned with the nonlinear hyperelastic problem fur the incompressible characteristics of the rubber. Tension sensor is a strain gage type load cell element for a fence intrusion detection system and consists of the sensing part and the rubber housing. The analysis includes an elastic analysis and a hyperelastic analysis of a tension sensor for the deformed shape and variation of the maximum strain on the sensing part with respect to the vertical load. Numerical results show that the hyperelastic model is stiffer and less deformed than the elastic model. Comparing with the experimental test data, we know the hyperelastic model is the better approximation than the elastic model.
초고층 건물의 안전성 및 사용성을 합리적으로 확보하고 유지하기 위해서 부재의 구조 반응 모니터링은 필요하다. 이러한 대형 건물의 건전도 모니터링은 최근 들어 많은 연구자들에 의해서 관심 되어지고 있지만 건물 특성상 계측 대상 부재가 많고 하중과 구조반응의 관계가 복잡하기 때문에 센싱 부재 선정의 어려움으로 그 적용에 한계가 있다. 본 논문에서는 부재의 변위기여도 및 변형에너지밀도를 기반으로 초고층 건물의 안전성 모니터링을 위한 구조반응 계측 부재 선정에 대한 연구를 수행하였다.
This paper describes the development of a Stewart platform-based robot force sensor with distinctive structure of ball joints. The number of ball joints is only a half of the similar style sensors, so it is possible to reduce size and weight of the sensor. The structure of ball joint is described and discussed. Furthermore, we use strain gauges, but not liner voltage differential transformers, as sensing elements, in order to reduce size and weight of the sensor. It is also proposed that beams are replaced with pipes as sensing elements of the sensor. The ball joints and sensing elements with pipes can effectively reduce the error of the sensor. A geometric analysis model is also proposed. The external force and its moment can be measured with this model. Moreover, the performance of this sensor was tested. The test results conducted to evaluate the sensing capability of the sensor is reported and discussed.
With the rapid development of the distributed strain sensing (DSS) technology, the strain becomes an alternative monitoring parameter to analyze slope stability conditions. Previous studies reveal that the horizontal strain measurements can be used to evaluate the deformation pattern and failure mechanism of soil slopes, but they fail to consider various influential factors. Regarding the horizontal strain as a key parameter, this study aims to investigate the stability condition of a locally loaded slope by adopting the variable-controlling method and conducting a strength reduction finite element analysis. The strain distributions and factors of safety in different conditions, such as slope ratio, soil strength parameters and loading locations, are investigated. The results demonstrate that the soil strain distribution is closely related to the slope stability condition. As the slope ratio increases, more tensile strains accumulate in the slope mass under surcharge loading. The cohesion and the friction angle of soil have exponential relationships with the strain parameters. They also display close relationships with the factors of safety. With an increasing distance from the slope edge to the loading position, the transition from slope instability to ultimate bearing capacity failure can be illustrated from the strain perspective.
Structural health monitoring is important for the safety of lives and asset management. In this study, numerical models were developed for the piezoresistive behavior of smart concrete based on finite element (FE) method. Finite element models were calibrated with experimental data collected from compression test. The compression test was performed on smart concrete cube specimens with 75 mm dimensions. Smart concrete was made of cement CEM II 42.5 R, silica fume, fine and coarse crushed limestone aggregates, brass fibers and plasticizer. During the compression test, electrical resistance change and compressive strain measurements were conducted simultaneously. Smart concrete had a strong linear relationship between strain and electrical resistance change due to its piezoresistive function. The piezoresistivity of the smart concrete was modeled by FE method. Twenty-noded solid brick elements were used to model the smart concrete specimens in the finite element platform of Ansys. The numerical results were determined for strain induced resistivity change. The electrical resistivity of simulated smart concrete decreased with applied strain, as found in experimental investigation. The numerical findings are in good agreement with the experimental results.
The conventional microelectromechanical system (MEMS) process has been used to fabricate sensors with high costs and high-volume productions. Emerging 3D printing can utilize various materials and quickly fabricate a product using low-cost equipment rather than traditional manufacturing processes. 3D printing also can produce the sensor using various materials and design its sensing structure with freely optimized shapes. Hence, 3D printing is expected to be a new technology that can produce sensors on-site and respond to on-demand demand by combining it with open platform technology. Therefore, this paper reviews three standard 3D printing technologies, such as Fused Deposition Modeling (FDM), Direct Ink Writing (DIW), and Digital Light Processing (DLP), which can apply to the sensor fabrication process. The review focuses on strain/load sensors having both sensing material features and structural features as well. NCPC (Nano Carbon Piezoresistive Composite) is also introduced as a promising 3D material due to its favorable sensing characteristics.
한국원자력연구원 내에 위치하는 방사성폐기물지하처분연구시설의 터널 내 벽면의 지반변위 및 온도 변화를 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 광섬유케이블(Optical Fiber Cable)의 Brillouin 산란현상을 이용하는 분포개념의 온도 및 변형율 측정기법(Distributed Temperature and Strain Sensor: DTSS)을 적용하는 기술이다. 2년여 동안 감시한 결과 터널 벽면 쇼크리트 표면에서 균열 등과 관련한 뚜렷한 벽면 변위 징후는 발견되지 않았다. 다만, 시간이 경과함에 따라 터널 내에서 지하수 누출 지점을 중심으로 벽면에서 변형의 누적 크기가 증대되어가는 경향을 보이나 그 크기는 미약하고 완만하게 진행함을 확인하였다. 계속적인 지하수에 의한 포화-습윤-건조 등의 현상이 반복되는 구간이나 포화상태에 있는 구간은 점진적으로 영향이 커질 것으로 예상된다. 광섬유센서케이블을 이용한 분포 개념의 측정 및 분석기술은 구조물의 특성에 따라 선택적 탄력적 적용이 가능하다. 변형률의 계측 범위는 $20{\mu}{\varepsilon}{\sim}28,000{\mu}{\varepsilon}$ 크기까지 변위 계측이 가능하다. 변형률의 해상도는 0.01mm로서 최소 매 1m 간격, 온도는 $0.01^{\circ}C$ 해상도를 가지고 최소 0.5m 간격으로 감시가 가능하다. 기존의 특정지점 계측방법(Point Sensing)과는 확연하게 차별된다. 현재까지 운영한 결과 본 감시시스템은 방사성폐기물 처분시설 등 공동과 사면의 장기감시시스템으로 적용 가능성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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