표제지
국문요약
Abstract
목차
제1장 서론 15
1.1. 연구 배경 15
1.2. 연구의 범위 및 방법 18
1) 변형 측정 및 시각화 관련 연구 분석 18
2) 초음파 센서를 활용한 변형 측정 시스템 18
3) 변형 측정 시스템 적용 실험 18
제2장 선행 연구 분석 20
2.1. 건설산업에서의 센서 관련 동향 20
2.2. 구조물 변형 측정 장치 분석 23
2.3. 구조물 변형 시각화 연구 분석 27
제3장 초음파 센서 변형 측정 시스템 35
3.1. 초음파 거리 측정 센서 35
3.2. 변형 측정 프로세스 44
3.3. 변형 시각화 프로세스 58
3.3.1. 유한요소법 58
3.3.2. 변형률 도출 및 시각화 알고리즘 구현 64
3.4. 초음파 센서 노이즈 필터 연구 67
3.4.1. 필터 이론 및 종류 67
3.4.2. 필터 적용 실험 72
제4장 초음파 센서 시스템 적용 실험 84
4.1. 구조 실험 계획 84
4.2. 실험 결과 분석 및 시각화 90
제5장 결론 및 향후 과제 104
참고문헌 108
표 2.1. 변형 측정 센서 특징 비교 32
표 3.1. 초음파 센서 재원 37
표 3.2. UNO R3 보드 제원 41
표 3.3. MATLAB 프로그램 내 아두이노 컨트롤러 보드 연결 명령어 45
표 3.4. 정방형 배열에서의 모듈 좌표 50
표 3.5. 초음파 센서 측정 데이터 오차 76
표 3.6. LVDT 데이터에 대한 초음파 센서 측정 데이터 오차 80
표 3.7. LVDT/DATA 비교 데이터 82
표 4.1. 실험체 치수 및 물성치 85
표 4.2. 균열자와 센서 사이 변위로 계산한 균열 폭 96
그림 1.1. 노후 건축물 현황 15
그림 1.2. 연구의 방법 및 절차 19
그림 2.1. 스마트 건설기술 로드맵 21
그림 2.2. 스마트 건설 활성화 방안 22
그림 2.3. LVDT 구성요소 24
그림 2.4. LVDT 측정원리 24
그림 2.5. 변형률 게이지 구성요소 26
그림 2.6. 변형률 게이지 측정원리 26
그림 2.7. DIC 측정원리(SSD) 28
그림 2.8. DIC 시각화 예시 29
그림 2.9. 측정 시스템의 정방향 형태 배열 예시 33
그림 3.1. 음향 주파수 36
그림 3.2. 초음파 거리 측정 센서 36
그림 3.3. 초음파 센서 측정 원리 39
그림 3.4. 마이크로컨트롤러 보드 40
그림 3.5. 2방향 초음파 센서 모듈 42
그림 3.6. 초음파 센서 모듈의 정방향 배열 예시 43
그림 3.7. 초음파 센서 연결 알고리즘 45
그림 3.8. 초음파 센서 거리 측정 명령어 46
그림 3.9. 초음파 센서 측정 결과 그래프 47
그림 3.10. 정방향 배열에서의 센서 모듈 측정 변위 49
그림 3.11. 초음파 센서 모듈 정방향 배열 배치 52
그림 3.12. MATLAB 내 실시간 좌표 도출 그래프 52
그림 3.13. 변형 측정 프로세스 54
그림 3.14. 모듈 사이 변위, 변형률 도출 56
그림 3.15. 프로그램 내 변위, 변형률 도출 GUI 실행 57
그림 3.16. 국부 좌표계에서의 사각형 요소 59
그림 3.17. 프로그램 내 절점 변형률 도출 64
그림 3.18. 프로그램 내 변형 시각화 그래프 도출 65
그림 3.19. 초음파 센서를 활용한 측정 프로세스 66
그림 3.20. 이동평균 필터 원리 68
그림 3.21. 중앙값 필터 원리 69
그림 3.22. 칼만 필터 원리 70
그림 3.23. HC-SR04 센서 칼만 필터 적용 과정 72
그림 3.24. MATLAB을 사용한 필터 적용 코드 74
그림 3.25. MATLAB을 사용한 필터 적용 그래프 76
그림 3.26. LVDT 비교 측정 실험 77
그림 3.27. LVDT 결과 그래프 78
그림 3.28. LVDT 데이터와 초음파 센서 데이터 비교 그래프 80
그림 3.29. LVDT/DATA 비교 그래프 81
그림 4.1. 실험체 배근 및 단면 상세 85
그림 4.2. 실험체에 적용된 정방향 배열 87
그림 4.3. 실험체 센서 모듈 배치 레이아웃 87
그림 4.4. 실험체에 부착된 모듈 및 PC 88
그림 4.5. 실험체에 부착된 센서 모듈의 실시간 좌표 모니터링 89
그림 4.6. 실험체 균열 양상 90
그림 4.7. 센서 모듈 사이의 변위 그래프 94
그림 4.8. 균열 자를 사용한 실험체 균열 측정 95
그림 4.9. 균열 폭 비교 그래프 96
그림 4.10. 외부 데이터를 활용한 실험체 그래프 98
그림 4.11. 실험체 측정 영역 요소 형성 99
그림 4.12. 실험체 변형 시각화 그래프 101
그림 4.13. 실험체 스케일에 맞게 조정된 시각화 그래프 103