TDR을 이용한 사질토양에서의 중금속 이동 추정

김동주,백두성,박민수 한국지하수토양환경학회 1999 지하수토양환경 Vol.4 No.1

최근 들어, 다공질 매질에서의 KCl 같은 보존성 용질의 운송계수를 결정하는데 TDR이 성공적으로 사용되고 있다. 본 연구는 TDR 기법이 사질 토양에서 중금속 이온의 운명과 시간에 따른 농도 분포를 측정하는데 적용가능한지를 알아보기 위하여 수행되었다. 실험실에서 파과곡선 조건의 주상실험을 수행하여 사질토양에서 침출수와 잔존수의 ZnCl_2 농도를 측정하였다. 정상류 상태에서 추적자인 ZnCl_2(10g/L)를 토양시료 상부에 순간주입한 후, 시간별로 토양시료 상부로부터 각각 10cm와 20cm 깊이에서 수평으로 설치된 TDR 탐침을 이용하여 저항을, EC-meter를 이용하여 침출수의 전기전도도를 측정하였고, 침출수의 Zn 이온의 농도는 ICP-AES를 이용하여 분석하였다. TDR과 침출수로부터 구한 농도측정 방법이 다르기 때문에, ICP-AES로부터 구한 농도와 토양시료 상부로부터 10 cm에서 TDR로 측정된 잔존수 농도로부터 구한 운송파라미터를 감쇄상수를 고려한 CDE 모델에 적용하여 구한 침출수 농도와 비교하였다. 실험결과에 의하면, 잔존수의 첨두농도는 EC-meter로 측정된 침출수의 것보다 더 빨리 그리고 더 높게 나타나 사질 토양이 균질한 것으로 나타났다. TDR로 구한 운송 파라미터로부터 추정된 ZnCl_2의 농도와 ICP-AES로 측정된 농도는 상당히 일치했다. 이것은 주어진 토양에서 감쇄상수를 얻기만 하면 TDR 기법이 특정깊이에서의 중금속의 침출수 농도를 측정하는데에도 적용가능하다는 것을 의미한다. Recently, transport parameters of conservative solutes such as KCl in a porous medium have been successfully determined using time domain reflectometry (TDR). This study was initiated to investigate the applicability of TDR technique to monitoring the fate of a heavy metal ion in a sandy soil and the distribution of its concentration along travel distance with time. A column test was conducted in a laboratory that consists of monitoring both resident and flux concentrations of ZnCl_2 in a sandy soil under a breakthrough condition. A tracer of ZnCl_2 (10g/L) was injected onto the top surface of the sample as pulse type as soon as a steady-state condition was achieved. Time-series measurements of resistance and electrical conductivity were performed at 10 cm and 20 cm of distances from the inlet boundary by horizontal-positioning of parallel TDR metallic rods and using an EC-meter for the effluent exiting the bottom boundary respectively. In addition, Zn ions of the effluent were analyzed by ICP-AES. Since the mode and position of concentration detected by TDR and effluent were different, comparison between ICP analysis and TDR-detected concentration was made by predicting flux concentration using CDE model accommodating a decay constant with the transport parameters obtained from the resident concentrations. The experimental results showed that the resident concentration resulted in earlier and higher peak than the flux concentration obtained by EC-meter. implying the homogeneity of the packed sandy soil. A close agreement was found between the predicted from the transport parameters obtained by TDR and the measured ZnCl_2 concentration. This indicates that TDR technique can also be applied to monitoring heavy metal concentrations in the soil once that a decay constant is obtained for a given soil.

실내모형실험을 통한 TDR 함수량계의 현장 함수비 보정

신은철(Eun Chul Shin),류병현(Byung Hyun Ryu),박정준(Jeong Jun Park) 한국지반신소재학회 2013 한국지반신소재학회 논문집 Vol.12 No.2

지하매설구조물인 상수도관 주변 지반의 간극수 동결로 상수도관의 변형에 영향을 미칠 수 있다. 이에 최근에는 현장 계측을 통한 포장 하부구조체의 함수비를 주기적으로 측정하기 위해서 미국 Campbell사의 TDR(time domain reflectometry) CS616 함수량계와 독일의 IMKO사 제품의 TRIME FM를 이용한 수동 함수량계 TRIME P3, T3 Probe를 사용하고 있다. 일반적으로 TDR 함수량계와 TRIME 수동 함수량계는 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의해 오차가 유발될 수 있기 때문에, 현장의 시료를 사용하여 TDR 함수량계의 실내보정실험을 반드시 수행해야 한다. 즉, TDR함수량계의 매뉴얼에서는 일반적인 흙의 보정방정식을 제안하고 있지만 현장 적용시에는 반드시 보정실험을 수행하도록 권고하고 있다. 본 연구에서는 상수관 등 지하매설구조물의 주변의 다양한 채움재료를 사용하여 실내 보정 실험을 수행하였으며, 이 결과로부터 TDR함수량계인 CS616, TRIME-T3, TRIME-P3의 보정모델식을 제안하였으며, 보정식에 대한 현장검증을 수행하였다. Water content of subgrade soil in water supply systems has a large effect on performance. Many researchers lately make use of time-domain reflectometry (TDR) probes to measure the soil water content of subgrade soil from monitoring. The laboratory calibration test of TDR probe should be performed with soil field, because TDR probe can cause an error by type, gradation, density, and temperature of soil. This study shows the laboratory calibration test using TDR CS616, TDR-P3, TDR-T3. The calibration equations of TDR were then proposed. It was confirmed from the study that the data of TDR probe monitored in field could be used to estimate the freezing, unfrozen water content, and matric suction of soil.

TDR센서를 이용한 터널 지보재의 모형 실험과 거동해석

박민철(Park Min-Cheol),한희수(Han Heui-Soo),조재호(Cho Jae-Ho),양남용(Yang Nam-Young) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.9

본 연구에서는 터널 지보재의 거동을 전기펄스를 이용한 계측 시스템인 TDR센서를 이용하여 파악하고자 하였다. 터널지보재의 거동을 파악하기 위해 먼저 구리테이프를 TDR센서의 계측재료로 이용하여 터널 지보재에 설치하기 위한 제작기법에 대해 연구하였다. 그 결과 구리테이프의 상부에 유리테이프, 하부에 스티로폼+전자파 차단시트를 설치했을 때 TDR센서의 민감도가 적절했고 노이즈 발생량도 적었다. PVC파이프 터널모형단면을 통해 단면의 강성과 지점 조건에 따라 데이터의 형태가 어떠한 경향을 나타내는 지 확인할 수 있었다. 이는 실제 현장에 구리테이프를 이용하여 터널 지보재의 거동을 정확히 파악하기 위해서는 지보재의 강성과 지점 조건을 현장과 동일하게 하여야 함을 알 수 있었다. TDR데이터와 유한요소해석과의 비교를 통해 TDR센서를 이용하여 터널의 거동을 파악할 수 있음을 알 수 있다. TDR데이터를 통해 지보재의 변형을 정성적으로 파악할 수 있고, 응력과 변형률 관계를 통해 지보재의 부재력까지 파악할 수 있을 것으로 기대된다. This paper is to analyze the behaviors of tunnel support by TDR(Time Domain Reflectometry) sensor using electrical pulse. To analysis the behaviors of tunnel support, Copper tape as sensing materials was studied for on-site installation. Copper tape to the top of the glass tape, foam tape, and shielding the lower part was used electromagnetic shield sheet. For a high sensitivity to load and fill out the measurement noise emissions has been developed for the production of materials. This sensing material through the tunnel model tests for the change by surcharge load in TDR data were analyzed. Varing stiffness and support of conditions were determined the change of TDR data through PVC pipe tunnel section model tests. By comparing TDR data and finite element analysis, the behaviors of the tunnel support materials were analyzed qualitatively.

나노-TDR센서를 이용한 토목구조물 모니터링 시스템

한희수 한국구조물진단유지관리공학회 2009 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.13 No.5

이 논문은 나노물질이 결합된 시간반사영역기(TDR)의 보의 변형에 관한 실험자료와 기존 구조 해석기법에 따른 변형간의 상관관계를 평가하기 위한 것이다. TDR의 동축케이블에 일정한 간격마다 나노물질(BaTiO3 powders and silver mixture)을 결합하여 토목구조물에 설치할 수 있도록 하였다. 실험결과,나노물질은 보에 설치된 동축케이블의 정확한 위치정보를 알려주었으며, TDR센서시스템과 Fourier series를 활용하여 필터링 된 실험 자료는 보의 변형을 정확하게 알려주었다. 그러므로, 나노-TDR시스템과 Fourier filter를 활용하여 보의 변형에 관한 정확한 모니터링이 가능하였으며, 변형에 관한 보다 나은 해석이 가능하다는 점에서 기존의 TDR센서 혹은 광섬유 센서보다 진보한 시스템이라 할 수 있다. This study presents reasonable relationships to estimate the deformation based on beam mechanism analysis and TDR(Time Domain Reflectometry) data. To declare the length points of co-axial cable installed in civil structure, Nano material (BaTiO3 powders and silver mixture) is used on co-axial cables. From the laboratory test, nano material could make the correct information about attached cable points on beam, and TDR sensor system and Fourier series (data filter) found out the deformation of beam. Therefore it is concluded that the correct deformed information of beam were acquired by Nano-TDR and Fourier filter, they are much more effective to apply at health monitoring system in civil structure compared to conventional TDR or Fiber Optic Sensor (FOS) systems.

Flat TDR 시스템을 이용한 지반의 물리적 특성 및 전단파속도 예측

정찬욱,김대현 대한지질공학회 2022 지질공학 Vol.32 No.1

In this study, the shear wave velocity of the ground was measured using Flat TDR, and the precision analysis of the measured value and the verification of field applicability were performed. The shear wave velocity measurement value was derived in the field using the piezo-stack combined in the Flat TDR. analyzed. As a result of the experiment, the average value of the change in shear wave speed at the time of grout material injection was 10.15 m/s at the beginning of age, and the average value of the change in shear wave speed after the 7th to 14th days was 65.99 m/s, showing a tendency to increase with age. Also, it was found that dry density and shear wave speed increased as the water content increased on the dry side, and that the dry density and shear wave rate decreased as the water content increased on the wet side as the water content increased. The shear modulus value derived from the field test was confirmed to be a minimum of 17.36 MPa and a maximum of 28.13 MPa, confirming a measurement value similar to the reference value. Through this, it can be seen that the measured value of the shear modulus using Flat TDR is reliable data, and it can be determined that the compaction management of the site can be effectively managed in the future. 본 연구에서는 Flat TDR을 이용하여 지반의 전단파속도를 측정하였고 측정값의 정밀도 분석 및 현장적용성에 대한 검증을 수행하였다. Flat TDR 내 결합되어 있는 Piezo-stack을 이용하여 현장에서의 전단파속도 측정값을 도출하였고, 도출한 값의 검증을 위해서 들밀도시험, 동적콘관입시험(DCPT), 문헌조사 등을 적용하여 비교 ‧ 분석하였다. 실험결과 그라우트재 주입시 재령 초기 전단파속도 변화의 평균값은 10.15 m/s이며, 7~14일차 이후의 전단파속도 변화의 평균값은 65.99 m/s로 재령일 증가하는 경향을 보였다. 또한 OMC를 기준으로 건조 측에서는 함수비가 증가할수록 건조밀도와 전단파속도가 증가하고, 습윤 측에서는 함수비가 증가할수록 건조밀도와 전단파속도가 감소하는 것을 알 수 있었다. 현장시험 결과 도출된 전단탄성계수 값이 최소 17.36 MPa에서 최대 28.13 MPa로 확인되어 참고문헌 값과 유사한 측정값을 확인하였다. 이를 통해 Flat TDR을 이용한 전단탄성계수의 측정값이 신뢰성이 있는 데이터임을 알 수 있고, 추후 현장 지반의 다짐관리를 효과적으로 할 수 있음을 판단할 수 있다.

Flat TDR과 Purdue TDR의 비교실험

이익효 ( Ik-hyo Lee ),김완민 ( Wan-min Kim ),김대현 ( Daehyeon Kim ) 조선대학교 공학기술연구원 2016 공학기술논문지 Vol.9 No.4

In order to improve a typical type of TDR (Time Domain Reflectometry) that requires soil disturbance for compaction control, we developed a Flat type TDR Probe. A laboratory experiment was conducted on two sandy soils to assess the applicability of the Flat TDR system. The reliability of measured values with the Flat TDR was evaluated by comparing the moisture content and dry density of soil with those of Purdue TDR. Based on the comparison of the values, it turns out that the flat type TDR can be used as an alternative to measure the dry density and water content of soil.

제방 누수 모니터링을 위한 이동식 TDR 센서의 적용성 평가

조진우(Jinwoo Cho),최봉혁(Bong-hyuck Choi),조원범(Won-beom Cho),김진만(Jin-man Kim) 한국지반신소재학회 2014 한국지반신소재학회 논문집 Vol.13 No.3

하천제방 누수측정 방법은 전기비저항탐사 및 GPR탐사 등이 사용되고 있으며, 하천설계기준에 의하면 제방의 누수 시 시추를 통한 제체재료의 투수계수를 측정하는 방법을 사용하고 있지만 전자의 경우 정확한 누수위치와 제체의 포화정도를 알 수 없으며, 후자의 경우 누수가 발생한 뒤 시추를 통한 조사방법으로 사전에 예측할 수 없다는 단점이 있다. 한편, 이동식 TDR 센서는 2000년 이후 개발된 첨단화된 TDR기법으로서 관측공을 따라 측정센서를 연속적으로 유전상수를 측정함으로써, 기존 TDR기법과 달리 제방 깊이별 유전상수를 측정할 수 있는 효율적인 기법이다. 본 논문에서는 이동식 TDR(Time Domain Reflectometry)센서를 이용하여 제방누수 모니터링시스템의 성능을 평가하고자, 하상재료(모래) 및 제체재료(화강풍화토)의 다양한 비교실험을 수행하였다. 그 결과, 이동식 TDR시스템은 건조단위중량에 비해 함수비가 3배 이상 민감하게 반응하며, 이동식 TDR 센서를 사용하여 측정된 유전상수값은 지반의 함수비, 밀도와 일정한 상관관계를 나타내고 있음을 확인하였으며, 제방 누수탐사에 관한 기초자료로서 활용 할 수 있을 것으로 판단된다. Several types of methods such as resistivity survey, ground penetration radar, etc are used for detection of levee leakage and according to the river design guidelines detection of levee leakage is performed by measuring the hydraulic conductivity of levee soil. But, the former can not verify the leakage point and degree of saturation, the latter is an after treatment method. Movable sensor, which is a high-tech TDR system developed since 2000, can obtain directly the dielectric constant profile covering the whole depth of levee. In this study, laboratory and field model experiments were carried out using movable TDR sensor in order to evaluate the applicability as detection system of levee leakage, As the result, movable TDR system has proven to be 3 times more sensitive to water contents than dry unit weight, and the results conclude that the dielectric constant, water contents and density of the ground proved to have a correlation among them, and the dielectric constant is expected to be a basic data on detection of levee leakage.

TDR기법을 이용한 사면전단거동 측정을 위한 연구

유지형,이승원,김대성 청운대학교 건설환경연구소 2011 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.6 No.2

TDR(Time Domain Reflectometry) is a method of locating the depth to a shear plane or zone in a landslide. TDR uses an electronic voltage pulse that is reflected like radar from a damaged location in a coaxial cable. To monitor slope movement, coaxial cables are grouted in boreholes and interrogated using a cable tester. Characteristic cable signatures can be stored and compared over time for changes, indicating slope movement. In this study, there were conducted two types experiments for analysis of TDR signal. The first type is shear experiment which is obtain relationship of shear displacements and TDR signals. The other one is crimp experiment which is obtain relationship of coaxial cable crimp depth and TDR signals. As the results, it is found that relationship of shear displacements and the TDR signals is polynomial. Also coaxial cable crimp depth and TDR signals were linearly decreasing as the coaxial cable is increasing. And growing the deep of crimp, Increase decline rate of reflection signal is increasing by coaxial cable length. Because loss is growing by the pulse energy. 본 논문에서는 동축케이블과 TDR(Time Domain Reflectometry : 시간영역반사법) 기법을 이용하여 실내실험을 통하여 전단변위에 따른 반사 신호의 변화를 분석하여 전단변위와 반사 신호의 상관관계를 도출하였으며, 크림프(crimp) 실험을 통하여 크림프의 깊이에 따른 동축케이블 길이와 반사 신호의 상관관계를 도출하였다. 전단변위에 따라 반사 신호의 변화가 가장 큰 지점의 값에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 전단변위에 대한 반사 신호가 2차 다항식의 관계를 가짐을 알 수 있었다. 또한 크림프 깊이에 따른 케이블 길이와 반사 신호와의 상관관계는 선형적인 관계를 나타내고 있으며, 크림프의 깊이가 커질수록 케이블의 길이에 대한 반사 신호의 감소폭이 증가함을 알 수 있었는데, 이는 크림프를 지나는 동안 펄스 에너지의 손실이 증가한다는 것을 나타내며, 크림프의 깊이가 깊을수록 펄스 에너지의 손실이 더 증가한다는 연구결과를 도출할 수 있었다.

시간영역반사계를 이용한 해수배관시스템의 누수 탐지용 센서 개발 연구

황현규,신동호,김헌희,이정형 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.6

Time domain reflectometry (TDR) is a diagnostic technique to evaluate the physical integrity of cable and finds application in leak detection and localization of piping system. In this study, a cable-shaped leak detection sensor was proposed using the TDR technique for monitoring leakage detection of ship’s engine room seawater piping system. The cable sensor was developed using a twisted pair arrangement and wound by an absorbent material. The availability and performance of the sensor for leak detection and localization were evaluated on a lab-scale pipeline set up. The developed sensor was installed onto the pipes and flanges of the lab-scale set up and various TDR waveforms were acquired and analyzed according to the different variables including the number of twists and sheath thickness. The result indicated that the twisted cable sensor was able to produce clear and smooth signal as compared to the TDR sensor with a parallel arrangement. The optimal number of twist was determined to be above 10 per the unit length. The optimal diameter of sheath thickness that results in the desired sensitivity was determined to be ranging from 80% up to 120% of the diameter of the conductor. The linear regression analysis for estimation of leak localization was carried out to estimate the location of the leakage, and the result was a determination coefficient of 0.9998, indicating a positive relationship with the actual leakage point. The proposed TDR based leak detection method appears to be an effective method for monitoring leakage of ship’s seawater piping system. 시간영역반사계(TDR)는 케이블의 물리적 결함을 검사하는 기법이며 누수 탐지 분야로의 응용영역을 확대하고 있다. 본 연구는 시간영역반사계 기법을 활용하여 선박 기관실 해수 배관의 누설 감지용 케이블형 센서를 개발하였다. 케이블 센서의 형상은 꼬임형상과 흡습부재를 이용하여 제작하였으며 개발된 센서의 누수 감지 여부와 위치 탐지 가능성을 확인하였다. 개발된 센서는 실제 배관 시험 장치에 부착하여 평가하였으며 해수 누설에 따른 다양한 TDR 신호를 취득하였다. 센서는 꼬임횟수, 피복 두께를 변수로 하여 제작하였으며 TDR 신호에 미치는 효과를 분석하였다. 실험 결과, 꼬임형 센서는 평행한 띠 형상의 센서에 비해 평활한 신호 취득이 가능하였으며 최적 꼬임 횟수는 단위길이 당 10회 이상인 것으로 나타났다. 절연 피복두께의 경우 적정 민감도 확보가 가능한 절연 피복부재의 두께는 도선 직경의 80%~120%로 확인되었다. 누수 위치 추정을 위해 회귀분석 실시 결과, 결정계수는 0.9998로 실제 누설 위치와 높은 상관관계를 나타내었다. 결과적으로 제안된 TDR 기반의 누수 감지용 꼬임형 센서는 해수 배관 시스템의 누수 감시 센서로의 충분한 적용성을 확인하였다.

온도차 비율(TDR)에 의한 벽체 모서리의 열성능 현장평가에 관한 연구

강재식,손장열 한국건축설비학회 1998 건축 설비 Vol.1 No.3

건물에서 열적으로 가장 취약한 부위는 외기에 직접 면한 모서리 부위다. 모서리는 벽체 자체의 단열성능이 우수하고 단열 설계가 양호한 경우에도 다른 부위에 비해 전열손실이 상대적으로 크게 발생한다. 지금까지 연구에서는 시뮬레이션 프로그램을 위주로 하여 모서리 부위에 대한 열성능 평가를 실시하였다. 그러나 해석에 의한 평가는 실제 건물에서 열적 결함에 따른 열교 및 결로발생 등의 특성과 현장 조건을 충분히 반영하기가 곤란하며, 아울러 프로그램의 운전과 해석결과에 대한 판정에 있어서도 전문적인 지식이 요구되기에 이를 현장에서 바로 활용하는 것은 매우 어려운 실정이다. 또한 현장 시험의 경우도 시험오차가 현장조건에 따라 크게 발생하기 때문에 아직까지 이에 대한 공인된 평가법은 없다. 이에 본 연구에서는 벽체 모서리 부위의 단열성능과 결로 발생에 대한 적정성 여부를 평가하는 방법으로써 모서리 부위의 표면온도와 실내·외 온도사이의 상호 관계로부터 각 요소의 온도차 비율(TDR: Temperature Difference Ratio)에 따라 모서리 부위의 단열성능을 현장에서 실용적으로 평가할 수 있는 현장 평가법을 제안하였다. 또한 현장 시험의 경우 필연적으로 발생하는 외기 기상조건에 따른 시험오차와 측정치의 변동폭을 줄이고, 계절이나 현장 조건에 따른 시험 조건을 동일하게 만족시키기 위하여 외피 가열 방식을 채택하였다. 현장 실험결과, 가열방식에 의한 TDR 평가법은 현장실험에 따른 오차 요인을 효과적으로 제거하는 것으로 나타났다. 한편, 실험과 병행하여 3차원 열해석 시뮬레이션을 실시하여 모서리 공법별 TDR의 산정 사례와 단열재의 추가 시공에 따른 열성능의 향상 절도를 검토하였다. 분석결과, 건물외피의 열성능을 향상시키고 결로 발생의 확률을 줄이기 위해서는 단순히 부위별로 단열재를 추가 설치하는 것이 오히려 결로의 발생 확율을 높일 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 벽체 내단열과 천정 및 바닥단열을 동시에 고려하거나 외단열 공법을 적용하는 것이 결로발생을 줄이고 실제 열성능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 이상의 연구결과, 가열방식에 의하여 단열성능 및 결로발생을 지표화한 TDR에 의한 모서리의 열성능 평가법은 모서리의 현장 열성능 평가와 결로발생의 확률을 객관적으로 도출할 수 있으며, 이를 통해 효과적으로 단열보강 공법의 기술적인 자료 도출과 건물 에너지절약 및 건물 하자요인의 가장 큰 요소인 결로발생을 방지할 수 있을 것으로 기대된다. This study is aims to develop the evaluation method for in-situ thermal performance of building edges which are vulnerable in thermal property. The TDR (Temperature Difference Ratio) method is defined as the ratio of temperature difference between the edge surface and ambient air in steady-state condition and is figured from 0 to 1 according to the thermal performance of edges. The TDR value can be available to predict condensation on the edge with ambient air humidity and is obtained from the result of surface temperature analysis by general computer simulation program. Also it presents database which can be used to predict thermal performance of various edge differed by insulation. When the measuring in-situ value is used, heating device is necessary to condition the stead state. In this study, in-situ evaluation method is provided as objective and practical method of thermal testing. And it is expected that the method can contribute to the improvement of thermal performance of exterior envelopes.