무선 센서는 교량 모니터링의 새로운 가능성을 열어줍니다.

Drexel 대학 공과대학의 연구원들은 교량 변형을 지속적으로 모니터링하고 교량 성능이 크게 저하될 때 당국에 경고하는 데 사용할 수 있는 태양열 전력 무선 센서 시스템을 개발했습니다. 미국 토목공학회에 따르면 전국 46,000개 이상의 교량이 상태가 좋지 않은 것으로 간주되는 가운데 이와 같은 시스템은 중요한 안전 조치일 뿐만 아니라 수리 및 유지 관리 노력을 분류하는 데 도움이 될 수 있습니다.

교량 변형을 측정하고 광전지 전력으로 지속적으로 작동하는 이 시스템은 Drexel College of Engineering 연구원 Ivan Bartoli, PhD, Mustafa Furkan이 작성한 논문을 통해 IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics 최신판에서 공개되었습니다. , PhD, Fei Lu, PhD 및 대학 박사 과정 학생 Yao Wang.

공과대학에서 지능형 인프라 연합을 이끌고 있는 Bartoli는 "미국의 노후화된 인프라만큼 중요한 자산을 연중무휴 24시간 감시할 수 있는 방법이 필요합니다."라고 말했습니다. "이것은 재난적이고 종종 비극적인 실패를 예방하는 것뿐만 아니라 어떤 교량이 유지 관리 및 교체에 우선순위를 두어야 하는지 이해하여 인프라의 보존과 개선에 효율적이고 지속 가능하게 접근할 수 있도록 긴급하게 필요합니다."

미국의 617,000개 교량 중 40% 이상이 50년 이상 된 교량입니다. 이 대학의 토목, 건축 및 환경 공학과 교수인 Bartoli에 따르면 내구성이 뛰어나도록 제작되었지만 2년마다 정기적으로 검사를 받아야 합니다. 현재 관행은 육안 검사를 실시하고 드물게 "문제가 있는 구조물"로 간주되는 교량만 모니터링하는 것이라고 그는 말했습니다.

그러나 ASCE의 "미국 인프라 보고서 카드"에 따르면 주의가 필요한 교량의 수가 늘어나고 있습니다. Drexel과 같은 시스템은 연방 기관과 조사관이 문제를 해결하고 새로운 교량 건설에 따른 전반적인 조사 필요성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

무선 변위 센서는 태양광 전지, 변위 전위차계라고 하는 변형 측정 장치 및 모니터링 인터페이스 트랜시버로 구성됩니다. 세 개 모두 교량에 장착되어 교통량이 교량을 통과할 때 변형을 지속적으로 측정하고 해당 정보를 원격 모니터링 스테이션으로 전송합니다.

변위 전위차계는 교량의 대들보에 장착되는 작고 견고하며 가벼운 장치입니다. 차량이 지나갈 때 교량이 일시적으로 변형됨에 따라 대들보의 변위 또는 움직임을 측정합니다. 이러한 변형 패턴의 변화는 구조적 문제의 초기 지표가 될 수 있습니다.

시스템은 태양광 전지와 백업 배터리에서 전력을 끌어오기 때문에 배선 없이 여러 개의 전위차계를 브리지에 장착할 수 있습니다. 이 시스템은 특히 가속도, 기울기, 변위 등 교량의 움직임을 모니터링하는 다양한 센서를 수용할 수 있습니다. 여러 유형의 센서를 시스템에 통합하면 교량 상태에 대한 더 완전한 그림을 제공할 수 있습니다.

Bartoli는 "이 시스템의 가장 큰 장점은 비싸고 손상될 수 있으며 설치 중 주의가 필요하고 감지 시스템의 전체 비용을 증가시키는 수백 피트, 때로는 수천 피트의 케이블을 제거한다는 것"이라고 말했습니다. "또 다른 장점은 하나의 무선 플랫폼을 사용하여 변위뿐만 아니라 가속도계, 경사계, 스트레인 게이지 등 다양한 유형의 센서를 동시에 읽을 수 있다는 것입니다."

Drexel 전기 및 컴퓨터 공학과의 전기 엔지니어 팀은 시스템의 전원 공급 장치를 설계하고 모든 기후에서 내구성과 내구성을 최적화했습니다. 여기에는 21.8 x 35cm 크기의 10와트 광전지와 수집한 에너지를 저장하고 분배하는 대용량 14.8볼트 리튬 이온 배터리가 포함되어 있습니다. 그들은 가장 까다로운 기상 조건에서도 계속 전력을 공급할 수 있는지 확인하기 위해 펜실베니아의 한 겨울에 실험실과 야외에서 테스트했습니다.