대규모 구조 동역학 및 SHM의 비접촉 원격 측정을 향하여
교량 처짐 및 진동의 정확한 모니터링은 구조 성능, 피로 거동 및 장기적인 안전을 이해하는 데 필수적입니다. 변형률 게이지, 가속도계 및 변위 변환기와 같은 기존 방법은 국부적인 정보를 제공하지만, 접촉 설치, 표면 준비가 필요하며 종종 교통을 방해합니다.
오마티디아 라이다는 비접촉 교량 모니터링을 Q-시리즈 레이저 도플러 진동계를 통해 발전시키고 있습니다. 이 시스템은 다채널 코히어런트 감지 및 고급 광자 집적 기술을 결합하여 안전하고 원격인 위치에서 전체 교량 경간에 걸쳐 진동 및 변위의 동시 3D 측정을 가능하게 합니다.
오마티디아의 Q-시리즈 레이저 도플러 진동계로 교량 처짐을 모니터링함으로써, 엔지니어들은 이제 작업 중단 없이 현장 규모에서 정밀한 간섭 측정값을 얻을 수 있습니다.
기술적 통찰: 광학 코히어런스에서 구조 동역학까지
이 시스템의 핵심은 주파수 스윕 소스를 통해 절대 거리와 도플러 속도를 측정하는 레이저 기반 기술인 주파수 변조 연속파(FMCW) 간섭계입니다.
대규모 병렬 광자 집적 회로(PIC)를 사용하여 Q-시리즈 센서는 128개의 광학 채널을 실시간으로 분석합니다. 각 채널은 간섭계 거리 측정 및 진동 측정을 동시에 수행합니다.
이러한 아키텍처를 통해 시스템은 다음을 제공합니다:
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50미터 이상의 범위에서 서브 밀리미터 변위 분해능
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코히어런트 위상 안정성을 갖춘 수백 개의 지점 동시 측정
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모달 및 과도 응답 분석에 적합한 다중 킬로헤르츠 샘플링 속도
이러한 기능 덕분에 Q-시리즈 레이저 도플러 진동계는 연속 또는 하중 테스트 교량 처짐 모니터링에 이상적입니다.
현장 테스트: 다경간 도로 교량의 처짐 측정
최근 현장 테스트에서 저희는 스페인 트레스 칸토스(Tres Cantos)의 칼레 데 라 이에르바부에나(Calle de la Hierbabuena)에 있는 다경간 도로 교량 아래에 Q1s FMCW 레이저 도플러 진동계를 배치했습니다 (그림 1).
삼각대에 장착된 센서 헤드, 컴퓨터, 배터리만을 사용하여 몇 분 안에 설치가 완료되었습니다. 128개의 레이저 채널은 실시간 교통량 중 처짐 프로파일을 기록하기 위해 교량 상판의 축을 따라 정렬되었습니다.
Google 지도 보기(왼쪽) 및 교량 이미지(오른쪽). Ommatidia의 Q-시리즈 레이저 도플러 진동계를 사용한 교량 처짐 모니터링 설정.
데이터 수집을 간소화하기 위해 Ommatidia는 실시간 교량 처짐 모니터링을 위해 설계된 소프트웨어 제품군인 Deflection Guard™를 개발했습니다. 이 소프트웨어는 최대 정확도를 위해 레이저 레이더(거리) 및 레이저 도플러 속도 측정(속도) 모드를 결합합니다. Deflection Guard™ 작동 방식: 사용자는 Q1s 장치에서 교량 기둥까지의 거리와 삼각대 높이를 입력합니다. 측정은 50ms마다 수행되며, 나중에 전체 데이터 또는 비디오 재구성을 가능하게 합니다. 첫 번째 스캔은 각 측정 지점의 절대 거리 및 높이에 대한 기준선을 정의합니다. 시스템은 그 다음 속도 측정 모드로 전환되며, 이 모드는 10 nm/s까지의 속도와 피코미터 범위의 변위를 감지할 수 있습니다. 교량 처짐은 작업자를 위험에 빠뜨리지 않고 안전하고 원격으로 몇 분 안에 측정할 수 있습니다.실시간 모니터링을 위한 Deflection Guard™ 소프트웨어
측정 구성. 점선 녹색 선은 시각적 안내선입니다. Ommatidia의 Q-시리즈 레이저 도플러 진동계를 사용한 교량 처짐 모니터링 설정.
결과: 실시간 교량 처짐 및 진동 데이터
실시간 교통량 테스트 중, Deflection Guard™는 트럭이 위를 지나갈 때 교량의 처짐 프로파일을 포착했습니다.
기록된 최대 수직 처짐은 약 0.3 mm였습니다.
40 kHz로 획득된 동적 데이터는 상세한 모달 및 과도 진동 분석도 가능하게 합니다.
무부하 및 부하 상태의 교량을 보여주는 Deflection Guard™ 인터페이스.
트럭 통과 전후의 교량 처짐을 표시하는 소프트웨어 인터페이스.
하중 테스트에서 디지털 트윈 개발까지
수집된 데이터 세트는 교량의 디지털 트윈의 기반을 형성합니다.
이 데이터를 처리함으로써 엔지니어는 모달 매개변수, 주파수 응답 함수, 감쇠 또는 강성 지표를 추출할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 이 정보는 구조적 변화를 시각화하고 육안으로 손상이 발생하기 훨씬 전에 열화를 조기에 감지할 수 있도록 합니다.
최근 개발 사항은 다음과 같습니다:
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대형 또는 다경간 교량을 위한 다중 장치 동기화
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장기 SHM을 위한 연속 무인 모니터링
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실시간 통찰력을 위한 자동화된 데이터 융합 및 대시보드 통합
확장 가능한 구조 건전성 모니터링을 향하여
이 연구는 비접촉 광학 진동 측정이 기존 교량 계측을 보완하거나 대체할 수 있음을 보여줍니다.
센서 설치의 필요성을 없앰으로써 Q-시리즈 레이저 도플러 진동계는 신속한 배치, 최소한의 유지보수, 지속적인 커버리지를 가능하게 하여 현대 인프라 관리에 이상적입니다.
구조 동역학 연구자에게는 모델을 검증하고 모달 상호작용을 분석하는 새로운 방법을 제공합니다.
토목 및 교량 엔지니어에게는 유지보수 계획, 수명 연장 분석, 사후 평가를 위한 효율적이고 현장 준비가 된 도구를 제공합니다.
Ommatidia LiDAR가 철도 및 고속도로 모니터링으로 확장함에 따라, Q-시리즈는 더 빠른 이상 감지, 더 안전한 검사 및 더 스마트한 자산 관리를 통해 광학 구조 건전성 모니터링(SHM)을 계속해서 재정의하고 있습니다.
Ommatidia LiDAR 소개
오마티디아 라이다 S.L.은 광자 집적 회로로 구동되는 고급 FMCW 라이다 시스템을 설계 및 제조합니다.
이 회사의 Q-시리즈 레이저 레이더 플랫폼은 산업 검사, 항공우주 계측, 토목 인프라 모니터링을 위한 고정밀 측정 및 확장 가능한 아키텍처를 제공합니다.
