• Smart Structures and Systems
• /
• 제12권3_4호
• /
• pp.363-379
• /
• 2013

Dynamic displacement of structures is an important index for in-service structural condition and behavior assessment, but accurate measurement of structural displacement for large-scale civil structures such as long-span bridges still remains as a challenging task. In this paper, a vision-based dynamic displacement measurement system with the use of digital image processing technology is developed, which is featured by its distinctive characteristics in non-contact, long-distance, and high-precision structural displacement measurement. The hardware of this system is mainly composed of a high-resolution industrial CCD (charge-coupled-device) digital camera and an extended-range zoom lens. Through continuously tracing and identifying a target on the structure, the structural displacement is derived through cross-correlation analysis between the predefined pattern and the captured digital images with the aid of a pattern matching algorithm. To validate the developed system, MTS tests of sinusoidal motions under different vibration frequencies and amplitudes and shaking table tests with different excitations (the El-Centro earthquake wave and a sinusoidal motion) are carried out. Additionally, in-situ verification experiments are performed to measure the mid-span vertical displacement of the suspension Tsing Ma Bridge in the operational condition and the cable-stayed Stonecutters Bridge during loading tests. The obtained results show that the developed system exhibits an excellent capability in real-time measurement of structural displacement and can serve as a good complement to the traditional sensors.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제22권2호
• /
• pp.133-137
• /
• 2018

Increasing interest in prognostics and health management has heightened the need for wireless sensor networks (WSN) with efficient power sources. Piezoelectric energy harvesters using Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) are one of the candidate power sources for WSNs as they efficiently convert mechanical vibration energy into electrical energy. These types of devices are resonated at a specific frequency, which has a significant impact on the amount of energy harvested, by external vibration. Hence, precise prediction of mechanical deformation including modal analysis of piezoelectric devices is crucial for estimating the energy generated under specific conditions. In this study, an experimental vibrational system capable of controlling a wide range of frequencies and accelerations was designed to generate mechanical vibration for piezoelectric energy harvesters. In conjunction with MATLAB, the system automatically finds the resonance frequency of harvesters. A small accelerometer and non-contact laser displacement sensor are employed to investigate the mechanical deformation of harvesters. Mechanical deformation under various frequencies and accelerations were investigated and analyzed based on data from two types of sensors. The results verify that the proposed system can be employed to carry out vibration experiments for piezoelectric harvesters and measurement of their mechanical deformation.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제27권2호
• /
• pp.58-66
• /
• 2023

이 연구에서는 진동법을 이용하여 케이블 장력을 추정하고 비접촉 방식으로 케이블의 변위 응답을 측정하기 위한 센서로 영상기반시스템을 적용하였다. 영상기반시스템에서 카메라는 대상 구조물과 카메라의 시야를 고려한 위치에 설치된다. 그러나 설치하려는 위치의 이미지에는 대상 구조물과 차량 등의 다른 구조물이 포함될 수 있어 구조물의 변위 응답 측정에 필요한 기준점을 인식하기 어려울 수 있다. 영상기반시스템의 설치 위치로 인해 차량이 포함된 왜곡된 이미지는 이미지 해석에서 부정확한 결과를 나타내므로 두 이미지 사이의 유사성을 산정하여 차량이 포함된 이미지를 제거하였다. 제안된 방법을 이용한 사장교 케이블의 장력을 측정하는 방법의 타당성을 확인하기 위해 공용 중인 사장교에서 진동법을 적용하여 장력을 측정하였다.

• 한국지진공학회논문집
• /
• 제13권3호
• /
• pp.11-19
• /
• 2009

최근 대형구조물의 유지관리에 대한 관심이 커지고 있으며 자연재해, 구조물의 노후 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 대형구조물의 수가 급증하고 있는 실정이다. 실제 사용하고 있는 구조물의 구조적 특성은 최초 설계 당시의 특성과 차이점을 보이는 것이 일반적이며 부재의 균열 및 구조물의 노후화 등으로 인한 강성저하에 의하여 구조물의 동특성에 변화가 나타날 수 있다. 구조물의 동특성의 변화를 관찰하면 손상의 위치를 파악할 수 있으며 정량적 평가 또한 가능하다. 교량, 건물 등 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 현재 구조용 동적계측기는 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 많은 케이블 작업을 필요로 하기 때문에 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 동적응답 계측을 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과 및 GPS를 이용하는 방법 등이 있으나 비경제적이기 때문에 교량구조물에 적용하기에 보편적이지 못하다. 그러나 영상 이미지를 이용하는 방법은 경제적이며 접근이 어려운 구조물의 진동 및 동특성 추출에 적합하다. 기존에 도 센서를 대신하여 카메라의 영상신호를 이용하는 연구가 수행되었으나 구조물에 부착된 target의 한 지점을 기록한 후 이미지 처리기법 을 이용하여 변위응답을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서 제안한 DIC(Digital Image Correlation)기법을 이용한 다중 변위응답 측정기법을 검증하기 위하여 실내모형실험을 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제30권3A호
• /
• pp.297-307
• /
• 2010

최근 토목, 건축 구조물의 유지관리 기술에 대한 관심이 커지고 있으며 구조물의 성능저하 및 노후화 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 구조물의 수가 급증하고 있는 실정이다. 그리고 구조물의 노후화 및 부재의 균열 등으로 인하여 강성이 저하되면 구조물의 동특성에 변화가 나타나게 되며 구조물의 실제 거동상태에서 동특성을 분석하여 손상부위와 손상정도를 정확히 판단하는 것은 중요한 문제이다. 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 기존의 동적계측기는 측정 센서와 장비를 연결하는 케이블 길이가 길어질 경우 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 힘들고 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 비경제적이다. 따라서 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 진동을 계측하기 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과, GPS를 이용하는 방법 및 영상처리기법 등이 대표적이다. 레이저의 도플러효과를 이용하는 방법은 정확도가 상대적으로 높지만 비경제적이며, GPS를 이용하는 방법은 장비가 고가이고 신호 자체의 오차와 데이터 취득속도의 제약이 있는 단점이 있다. 그러나 영상신호를 이용하는 방법은 간편하고 경제적이며 접근이 어려운 구조물의 진동 및 동특성 추출에 적합하다. 기존에도 센서를 대신하여 카메라의 영상신호를 이용하는 연구가 수행되기도 하였으나, 기존의 방법은 구조물에 부착된 표적의 한 지점을 기록한 후 영상처리기법을 이용하여 진동을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 영상처리기법을 이용하여 구조물의 다중 변위응답을 측정할 수 있는 방법의 타당성을 검증하기 위하여 진동대 실험 및 현장재하실험을 수행하였다.