KR100301774B1 - 다각형 도르래를 갖는 광변형센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다각형 도르래를 갖는 광변형센서에 관한 것으로서, 그 목적은 시설물의 변형정도에 따라 광섬유상에 측압과 벤딩현상이 동시에 발생되도록 하므로써, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 시설물의 소정 위치에 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재와, 상기 한 쌍의 고정부재 사이에 설치된 소정 형상의 튜브와, 상기 튜브 내에 슬라이드되도록 삽입된 적어도 하나의 다각형 도르래와, 상기 다각형 도르래의 외주면에 감겨져 상기 한 쌍의 고정부재에 인장력을 받도록 고정 설치된 광섬유로 이루어진 특징을 갖는다.

이상의 본 발명을 적용하게 되면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형 정도에 따라 발생되는 광섬유의 측압과, 다각형 도르래의 모서리에서 구부러지는 벤딩각도에 비례하는 광손실을 동시에 감지하므로, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있으며, 상기 광섬유의 외표면에는 별도의 특수 피복층을 형성하지 않더라도 기존의 광섬유를 이용하여 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있으며, 상기 광섬유는 외부의 튜브와 내부의 가이드관에 삽입되어 설치되므로, 외부의 충격 등에 의해 쉽게 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

Description

다각형 도르래를 갖는 광변형센서{Optical sensor for measuring deformation of institution having polygon type pulley}

본 발명은 다각형 도르래를 갖는 광변형센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물, 터널, 교량, 댐 등의 시설물에 설치되어 시설물이 변형되는 정도를 측정하는 다각형 도르래를 갖는 광변형센서에 관한 것이다.

일반적으로 광변형센서는 지하철이나 저장터널 등의 지하시설물이나, 교량, 건물, 도로의 터널 등에 설치되어 시공단계나 완공 후 시설물 관리시에 지속적으로 시설물의 변형 정도를 측정하여 효과적으로 안전관리 할 수 있도록 하기 위한 계측장비이다.

도 1은 종래의 광변형센서를 도시한 사시도이고, 도 2는 종래의 광변형센서를 구성하는 광섬유의 가압상태를 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형 정도를 측정하고자 하는 위치에 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재(10)와, 중앙의 광섬유를 축으로 두 가닥의 광섬유가 각각 반대방향의 나선형으로 엇갈려 한 쌍의 고정부재(10)에 소정의 인장력을 받도록 고정 설치된 광섬유(70)와, 상기 광섬유(70)의 일측단에 연결되어 설치된 광원(50)과, 상기 광섬유(70)의 타측단에 연결되어 설치된 손실측정기(60)로 이루어진다.

이때, 상기 광섬유(70)는 도 2에서와 같이 중심에 굴절률이 높은 코어층(71)이 형성되고, 상기 코어층(71) 둘레면에는 코어층(71)에 비해 굴절률이 작은 클래드층(73)이 마련되며, 상기 클래드층(73) 외표면에는 소정 두께의 코팅층(75)이 형성된다.

따라서, 상기 시설물에 크랙(crack)이나 부분적인 파단이 발생될 경우 상기 시설물에 설치된 고정부재(10)가 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되므로, 이러한 한 쌍의 고정부재(10)에 설치된 광섬유(70)상에는 시설물의 변형량에 대응되는 인장력이 발생된다.

이때, 상기 광섬유(70)는 3가닥이 나선형으로 꼬여져 서로 밀착되도록 설치되므로, 이러한 3가닥의 광섬유(70)가 서로 연접된 부분에는 상기 인장력에 대응되는 소정의 측압이 발생되고, 이러한 측압은 코팅층(75)을 통해 그대로 내부의 클래드층(73)과 코어층(71)에 전달되어 클래드층(73)과 코어층(71)을 찌그러진 모양으로 변형시키거나 벤딩을 유발시켜 광원(50)으로부터 전송되는 광신호를 대응되는 양으로 누설되도록 하므로써, 원거리에 위치된 손실측정기(60)에 의해 시설물의 변형 정도를 측정할 수 있게 된다.

그러나, 상술한 광변형센서의 광섬유(70)상에는 인장력에 비례하여 발생되는 측압이 그대로 내부의 코어(71)와 클래드층(73)에 전달되어야 하므로, 상기 광섬유(70)가 기존 폴리머 재질의 피복층에 의해 코팅된 경우에는 상기 측압이 피복층에 의해 흡수되어 내부로 전달되지 않기 때문에 이러한 측압이 피복층에 의해 흡수되지 않고 그대로 내부의 클래드층(73)과 코어층(71)에 전달되도록 소정 두께의 특수 코팅층(75)으로 피복되어야 한다.

따라서, 상기 광섬유(70)의 특수 코팅층(75)을 형성하기 위해서는 기존의 광섬유 제조설비를 그대로 사용할 수 없으며, 별도의 특수 코팅설비를 구비하여야 하므로, 제조설비가 증가되고, 제조비용이 증가되는 단점이 있다.

또한, 상기 광변형센서는 3가닥의 광섬유(70)를 서로 반대방향의 나선형으로 꼬아서 설치하기 위한 별도의 나선형 스트랜딩(stranding)장비가 필요하므로 제조설비가 증가되며, 상기 광섬유(70)의 피치가 부분적으로 다를 경우에는 인장력에 따른 측압이 구간에 따라 각기 다르게 나타날 수 있으므로, 시설물의 정확한 변형 정도를 측정하기 위한 설치 및 구성상의 어려운 단점이 있다.

또한, 상기 광변형센서는 3가닥의 광섬유(70)가 외부에 노출된 상태로 설치되고, 상기 특수 피복층(75)이 160㎛의 비교적 얇은 두께로 코팅되므로, 광섬유(70)가 훼손되기 쉬우며, 장기간 사용할 때는 센서의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 광변형센서는 시설물에 비교적 큰 변형이 발생될 경우 중심축에 위치된 광섬유의 탄성신율한계에 의해 그 측정 범위가 제한되는 문제점이 있다.

본 발명의 주된 목적은 광섬유를 다각형 도르래에 감겨지도록 설치하여 시설물의 변형정도에 따른 광섬유의 측압과, 다각형 도르래의 모서리에서 광섬유가 구부러지는 벤딩각도에 비례하는 광손실을 동시에 감지하므로써, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있도록 된 다각형 도르래를 갖는 광변형센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광섬유의 외표면에 별도의 특수 피복층을 형성하지 않더라도 기존의 광섬유를 이용하여 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있도록 된 다각형 도르래를 갖는 광변형센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광변형센서를 구성하는 광섬유를 다각형 도르래에 감아서 설치하기 때문에 별도로 광섬유를 나선형으로 꼬아서 설치하기 위한 스트랜딩(stranding)장비가 불필요한 다각형 도르래를 갖는 광변형센서를 제공하는 것이다.

또한, 상기 광변형센서를 구성하는 광섬유가 소정의 튜브와 가이드관 내에 삽입되도록 설치되어 쉽게 훼손되지 않고, 장기간 사용하더라도 센서의 신뢰성이 유지될 수 있는 다각형 도르래를 갖는 광변형센서를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 광변형센서를 도시한 사시도,

도 2는 종래의 광변형센서를 구성하는 광섬유의 가압상태를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 다각형 도르래를 갖는 광변형센서의 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 다각형 도르래를 갖는 광변형센서의 변형예를 도시한 사시도,

도 5는 본 발명을 구성하는 다각형 도르래에 광섬유가 설치된 모습을 도시한 단면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 고정부재 11 : 슬라이드공

20 : 광섬유 30 : 외부튜브

33 : 가이드관 35 : 받침대

40 : 다각형 도르래 42 : 권취부

50 : 광원 60 : 손실측정기

본 발명은 광섬유의 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등의 시설물 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서, 상기 시설물의 소정 위치에 상호 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재와, 상기 한 쌍의 고정부재 사이에 설치된 튜브와, 상기 튜브 내에 슬라이드되도록 삽입된 적어도 하나의 다각형 도르래와, 상기 다각형 도르래의 외주면에 감겨져 상기 한 쌍의 고정부재에 인장력을 받도록 고정 설치된 광섬유로 이루어진 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 튜브는 한 쌍의 고정부재에 슬라이드되도록 설치된 받침대에 얹혀져 설치된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 다각형 도르래는 외부튜브 내에 삽입된 가이드관에 슬라이드되도록 설치된 특징을 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 다각형 도르래를 갖는 광변형센서의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다각형 도르래를 갖는 광변형센서의 변형예를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명을 구성하는 다각형 도르래에 광섬유가 설치된 모습을 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형 정도를 측정하고자 하는 소정 위치에 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재(10)와, 상기 한 쌍의 고정부재(10) 사이에 설치된 외부튜브(30)와, 상기 외부튜브 내에 설치된 가이드관(33)과, 상기 가이드관(33) 내부에 슬라이드되도록 설치된 다각형 도르래(40)와, 상기 다각형 도르래(40)의 외주면에 소정의 인장력을 받도록 감겨져 한 쌍의 고정부재(10)에 고정 설치된 광섬유(20)와, 상기 광섬유(20)의 일측단에 연결되어 설치된 광원(50)과, 상기 광섬유(20)의 타측단에 연결되어 설치된 손실측정기(60)로 이루어진다.

상기 한 쌍의 고정부재(10)는 시설물의 변형 정도를 측정하고자 위치에 고정 설치되는 데, 일측 고정부재(10)에는 후술할 받침대(35)가 고정 설치되는 설치홈과, 상기 광원(50)과 손실측정기(60)로부터 연장된 광섬유(20)가 고정 설치되는 관통공(15)이 마련되며, 타측 고정부재(10)에는 후술할 받침대(35)가 슬라이드되도록 설치되는 횡방향으로 관통된 슬라이드공(11)과, 상기 광원(50)과 손실측정기(60)로부터 연장된 광섬유(20)가 통과되어 고정되는 고정홈(13)이 마련된다.

상기 외부의 튜브(30)는 우레탄 소재로 제조되어 상기 한 쌍의 고정부재(10)에 설치된 받침대(35)상에 얹혀지게 되며, 상기 가이드관(33)은 후술할 다각형 도르래(40)가 자유롭게 슬라이드되도록 마찰력이 작고, 비교적 견고한 소재로 제조되어 상기 외부튜브(30) 내에 몇 개로 분할되어 삽입되기도 하고, 하나로 길게 연장되어 삽입되기도 한다.

상기 다각형 도르래(40)는 양측 플랜지(41) 사이에 다각형 권취부(42)가 마련되어 상기 가이드관(33) 내에서 횡방향으로 슬라이드되도록 세워져 설치되며, 이러한 다각형 도르래(40)의 권취부(42)에는 상기 광섬유(20)가 감겨져 양측의 고정부재(10)에 고정 설치되도록 이루어진다.

상기 광섬유(20)는 그 중심부가 일측 고정부재(10)의 고정홈(13)을 통과하여 고정 설치된 상태에서 가이드관(33)에 설치된 다각형 도르래(40)의 권취부(42)에 감겨져 타측 고정부재(10)의 관통공(15)에 고정 설치된다. 이러한 광섬유(20)의 양측단은 일정 길이 더 연장되어 일측단에는 상기 광원(50)이 연결되고, 타측단에는 손실측정기(60)가 연결된다.

이때, 광원과 연결된 (50)광섬유(20)는 일측 고정부재의 관통공(15)을 통과하도록 고정된 상태에서 상기 도르래(40)에 감겨져 반대편 고정부재의 고정홈(13)을 통과하도록 고정 설치되어 손실측정기(60)에 연결될 수도 있으며, 일측 고정부재의 관통공(15)을 통과하도록 고정된 상태에서 상기 도르래(40)에 감겨져 반대편 고정부재의 고정홈(13)에 감겨져 설치된 후 다시 도르래(40)에 감겨져 최초 고정부재의 관통공(15)을 통과하도록 고정 설치되어 손실측정기(60)에 연결되기도 한다.

따라서, 상기 시설물이 변형되어 한 쌍의 고정부재(10)가 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되면, 이러한 고정부재(10)에 고정 설치된 광섬유(20)상에는 상기 시설물의 변형정도에 비례하는 소정의 인장력이 발생되어 다각형 도르래(40)에 밀착되도록 감겨지게 된다.

이상의 구성에 의한 본 발명의 작용예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

시설물에 크랙(crack) 또는 부분적인 파단이 발생될 경우 상기 한 쌍의 고정부재(10)는 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되므로, 이러한 고정부재(10)에 고정 설치된 광섬유(20)는 이에 대응되는 인장력을 받기 때문에 상기 다각형 도르래(40)의 권취부 모서리(43)에 인장력에 비례하는 힘으로 밀착되어 측압을 받는 동시에 소정의 각도로 벤딩된다.

따라서, 상기 광섬유(20)의 일측단에 연결된 광원(50)으로부터 전송되는 소정의 광신호는 광섬유(20)를 지나면서 상기 다각형 도르래(40)의 모서리(43)에서 발생되는 벤딩현상과 측압에 비례하는 광손실이 발생되고, 이러한 광손실량은 상기 광섬유(20)의 타측단에 연결된 손실측정기(60)에 의해 감지되어 시설물의 변형정도를 정밀하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 상기 광변형센서는 시설물의 변형에 따른 측압과 벤딩현상이 동시에 감지되므로, 상기 광섬유(20)의 외표면에 별도의 특수 피복층이 형성되지 않은 일반적인 광섬유를 사용하더라도, 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

이때, 상기 손실측정기(60)는 소정 길이 연장된 광섬유(20)에 연결되어 상기 시설물로부터 상당거리 이격된 원거리에서 시설물의 정확한 변형량을 측정할 수 있게 된다.

이상의 본 발명을 적용하게 되면, 상기 광변형센서는 다각형 도르래에 감겨진 광섬유상에 시설물의 변형량에 비례하는 인장력이 발생되면, 상기 광섬유가 다각형 도르래에 밀착되도록 감겨지면서 밀착력에 따른 마이크로밴딩과, 다각형 도르래의 모서리 부분에서 광섬유가 구부러지는 벤딩각도에 비례하는 광손실을 동시에 감지하므로써, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있다.

또한, 상기 광변형센서는 광섬유의 외표면에 별도의 특수 피복층을 형성하지 않더라도 기존의 광섬유를 이용하여 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있기 때문에 별도의 특수 코팅장비 등이 불필요하다.

상기 광변형센서는 광섬유가 다각형 도르래에 감겨져 양측 고정부재에 고정 설치되기만 하면 되므로, 광섬유를 나선형으로 배치하기 위한 별도의 스트랜딩 장비가 불필요하다.

상기 광변형센서를 구성하는 광섬유는 소정의 튜브 내에 설치되므로, 외부의 파쇄암석 등의 충격에 의해 쉽게 훼손되지 않고, 장기간 사용하더라도 센서의 신뢰성을 유지할 수 있다.

Claims (3)

1. 광섬유의 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등의 시설물 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서,

   상기 시설물의 소정 위치에 상호 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재와;

   상기 한 쌍의 고정부재 사이에 설치된 튜브와;

   상기 튜브 내에 슬라이드되도록 삽입된 적어도 하나의 다각형 도르래와;

   상기 다각형 도르래의 외주면에 감겨져 상기 한 쌍의 고정부재에 인장력을 받도록 고정 설치된 광섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 다각형 도르래를 갖는 광변형센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 튜브는 한 쌍의 고정부재에 슬라이드되도록 설치된 받침대에 얹혀져 설치된 것을 특징으로 하는 다각형 도르래를 갖는 광변형센서.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 다각형 도르래는 외부튜브에 삽입된 가이드관 내부에 슬라이드되도록 설치된 것을 특징으로 하는 다각형 도르래를 갖는 광변형센서.