KR100301775B1 - 광변형센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광변형센서에 관한 것으로서, 그 목적은 광섬유를 나선형으로 꼬아서 배치하기 위한 별도의 스트렌딩 장비가 불필요하고, 시설물에 비교적 작은 변형이 발생될 경우에도 정확하게 측정할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등의 시설물 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서, 상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와, 상기 한 쌍의 고정부재에 소정의 장력을 받도록 고정 설치되고, 내주면에는 적어도 하나의 가압돌기가 마련되어 상기 시설물이 변형됨에 따라 길이방향 및 반경방향으로 연신되는 피복부재와, 상기 피복부재의 가압돌기에 의해 소정의 압력으로 눌려지도록 피복부재의 내주면에 끼워져 설치되거나 피복부재에 의해 피복된 광섬유심선으로 이루어진 특징을 갖는다.

이상의 본 발명을 적용하게 되면, 상기 광변형센서는 광섬유심선의 둘레면에 가압돌기를 갖는 비교적 탄성영률이 높은 피복부재를 형성하므로써, 광심선 보호는 물론 변형에 대한 측정감도가 뛰어나며, 광섬유를 나선형으로 꼬아서 설치할 필요가 없기 때문에 별도의 나선형 스트랜딩장비가 불필요하다.

Description

광변형센서{Optical sensor for measuring deformation of institution}

본 발명은 광변형센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물, 터널, 교량,댐 등의 시설물에 설치되어 시설물이 변형되는 정도를 측정하는 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, 상기 한 쌍의 고정부재(10)에 소정의 인장력을 받도록 나선형으로 꼬여져 설치된 3가닥의 광섬유(60)와, 상기 광섬유(60)의 일측단에 연결되어 설치된 광원(40)과, 상기 광섬유(60)의 타측단에 연결되어 설치된 손실측정기(50)로 이루어진다.

이때, 상기 3가닥의 광섬유(60)는 중심의 광섬유 외주면에 두 가닥의 광섬유가 서로 반대방향으로부터 나선형으로 꼬여져 일정한 인장력이 발생되도록 고정부재(10)에 설치된다.

이때, 상기 광섬유(60)는 도 2에서와 같이 중심에 굴절률이 높은 코어층(61)이 형성되고, 상기 코어층(61) 둘레면에는 코어층(61)에 비해 굴절률이 작은 클래드층(63)이 마련되며, 상기 클래드층(63) 외표면에는 소정 두께의 특수 코팅층(65)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(60)상에는 시설물의 변형량에 대응되는 인장력이 발생된다.

이때, 상기 광섬유(60)는 3가닥이 나선형으로 꼬여져 서로 밀착되도록 설치되므로, 이러한 3가닥의 광섬유(60)가 서로 연접된 부분에는 상기 인장력에 대응되는 소정의 측압이 발생되고, 이러한 측압은 특수 코팅층(65)을 통해 그대로 내부의 클래드층(63)과 코어층(61)에 전달되어 클래드층(63)과 코어층(61)을 찌그러진 모양으로 변형시켜 광원(40)으로부터 전송되는 광신호를 대응되는 양으로 누설되도록 하므로써, 원거리에 위치된 손실측정기(50)에 의해 시설물의 변형 정도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

그러나, 상술한 광변형센서의 광섬유(60)상에는 인장력에 비례하여 발생되는 측압이 그대로 내부의 코어(61)와 클래드층(63)에 전달되어야 하므로, 상기 광섬유(60)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(63)과 코어층(61)에 전달되도록 소정 두께의 금속으로된 특수 코팅층(65)으로 피복되어야 한다.

따라서, 상기 광섬유(60)의 특수 코팅층(65)을 형성하기 위해서는 기존의 광섬유 제조설비를 그대로 사용할 수 없으며, 별도의 특수 코팅설비를 구비하여야 하므로, 제조설비가 증가되고, 제조비용이 증가되는 단점이 있다.

또한, 상기 광변형센서를 통해 시설물의 정확한 변형정도를 측정하기 위해서는 3가닥의 광섬유(60)가 일정한 피치의 나선형으로 꼬여져 설치되어야 하므로, 고가인 나선형 스트렌딩((stranding)설비가 필요하게 된다.

또한, 상기 광변형센서는 3가닥의 광섬유(60)가 외부에 노출된 상태로 설치되고, 상기 특수 피복층(65)이 165㎛의 비교적 얇은 두께로 코팅되므로, 광섬유(60)가 훼손되기 쉬우며, 장기간 사용할 때는 센서의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 주된 목적은 광섬유를 나선형으로 꼬아서 배치하기 위한 별도의 스트렌딩 설비가 불필요할 뿐만 아니라 광섬유를 소정 두께의 피복층으로 보호하는 구조를 형성하므로써, 장기적인 신뢰성이 우수한 광변형센서를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 광섬유 심선 둘레면에 내부의 광섬유 심선을 가압하는 가압돌기가 마련된 피복부재를 형성하므로써, 시설물에 비교적 작은 변형이 발생될 경우에도 측정 감도가 우수한 광변형센서를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 광변형센서를 도시한 사시도,

도 2는 종래의 광변형센서를 구성하는 광섬유의 가압상태를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 광변형센서의 사시도,

도 4는 본 발명을 구성하는 광섬유의 변형예를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명을 구성하는 광섬유의 가압상태를 도시한 단면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 고정부재 20 : 광섬유

21 : 피복부재 23 : 가압돌기

25 : 광섬유심선 27 : 코어층

28 : 클래드층 29 : 코팅층

30 : 광섬유 40 : 광원

50 : 손실측정기

본 발명은 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등의 시설물 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서, 상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와, 상기 한 쌍의 고정부재에 소정의 장력을 받도록 고정 설치되고, 내주면에는 적어도 하나의 가압돌기가 마련되어 상기 시설물이 변형됨에 따라 길이방향 및 반경방향으로 연신되는 피복부재와, 상기 피복부재의 가압돌기에 의해 소정의 압력으로 눌려지도록 피복부재의 내부에 끼워져 설치되거나 상기 피복부재에 의해 소정의 두께로 피복된 광섬유심선으로 이루어진 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 피복부재의 가압돌기는 내주면을 따라 그 단면이 비대칭형으로 연장 형성되거나, 나선형으로 내주면을 따라 연장 형성된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 피복부재는 비교적 탄성영률이 큰 폴리머재질로 이루어진 특징을 갖는다.

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

도 3은 본 발명에 따른 광변형센서의 사시도이고, 도 4는 본 발명을 구성하는 광섬유의 변형예를 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형정도를 측정하고자 하는 소정 위치에 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재(10)와, 상기 한 쌍의 고정부재(10)에 소정의 인장력을 받도록 고정 설치된 광섬유(20)와, 상기 광섬유(20)의 일측단에 연결되어 설치된 광원(40)과, 상기 광섬유(20)의 타측단에 연결되어 설치된 손실측정기(50)로 이루어진다.

이때, 상기 광섬유(20)는 그 중심부에 굴절률이 높은 코어층(27)과, 상기 코어층(27) 외주면에는 코어층(27)보다 굴절률이 낮은 클래드층(28)과, 상기 클래드층(28) 위에 UV 코팅층(29)이 형성된 광섬유심선(25)이 마련되며, 상기 광섬유심선(25)의 외주면에는 비교적 탄성영률이 큰 폴리머재질의 피복부재(21)로피복되어 상기 한 쌍의 고정부재(10)에 고정 설치된다.

이때, 상기 피복부재(21)의 내주면에는 광섬유심선(25)의 외주면에 소정의 탄성력으로 밀착되는 단면이 삼각형인 다수개의 가압돌기(23)가 마련되는 데, 상기 가압돌기(23)는 광섬유(20)의 길이방향을 따라 소정 피치의 나선형으로 내주면을 따라 연장 형성되거나, 도 4에서와 같이 비대칭형으로 길이방향을 따라 연장 형성된다.

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

도 3은 본 발명에 따른 광변형센서의 사시도이고, 도 5는 본 발명을 구성하는 광섬유의 가압상태를 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 상기 시설물에 크랙(crack) 또는 부분 파단이 발생될 경우 상기 고정부재(10)는 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되므로, 이러한 고정부재(10)에 고정되어 설치된 광섬유(20)는 이에 대응되는 인장력을 받게된다.

따라서, 상기 광섬유(20)는 길이방향으로 늘어남과 동시에 그 단면이 중심방향으로 수축되는 피복부재(21)의 가압돌기(23)가 중심부의 광섬유심선(25)을 반경방향으로 가압하여 코어층(27)과 클래드층(28)을 찌그러진 모양이 되도록 한다.

따라서, 상기 광섬유(20)의 일측단에 연결된 광원(40)으로부터 전송되는 소정의 광신호가 광섬유(20)를 지나면서 측압에 비례하는 광손실이 발생되고, 이렇게 손실된 광신호를 광섬유(20)의 타측단에 연결된 광손실측정기(50)에 의해 감지되어 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

이때, 상기 광손실 측정기는 소정 길이 연장된 광섬유(30)에 연결되어 상기 시설물로부터 상당거리 이격된 원거리에서 시설물의 정확한 변형량을 측정할 수 있게 된다.

이상의 본 발명을 적용하게 되면, 상기 광변형센서는 광섬유심선의 둘레면에 비교적 탄성영률이 큰 폴리머 재질의 피복부재가 형성되어 외부의 충격에 의해 광변형센서가 훼손되는 것을 방지할 수 있으므로, 장기간 사용하더라도 센서의 신뢰성이 유지된다.

상기 광변형센서는 피복부재 내주면상에 광섬유심선을 가압하는 가압돌기가 마련되어 시설물 변형에 따른 측정 감도가 우수하다.

또한, 상기 광변형센서를 구성하는 광섬유는 나선형으로 꼬여져 설치될 필요가 없기 때문에 별도의 나선형 스트랜딩장비가 불필요하므로, 제조설비가 단순화 된다.

Claims (3)

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

   상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와;

   상기 한 쌍의 고정부재에 소정의 장력을 받도록 고정 설치되고, 내주면에는 적어도 하나의 가압돌기가 마련되어 상기 시설물이 변형됨에 따라 길이방향 및 반경방향으로 연신되는 피복부재와;

   상기 피복부재의 가압돌기에 의해 소정의 압력으로 눌려지도록 피복부재의 내부에 끼워져 설치되거나 상기 피복부재에 의해 소정의 두께로 피복된 광섬유심선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광변형센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 피복부재의 가압돌기는 내주면을 따라 그 단면이 비대칭형으로 연장 형성되거나, 나선형으로 내주면을 따라 연장 형성된 것을 특징으로 하는 광변형센서.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 피복부재는 비교적 탄성영률이 큰 폴리머재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광변형센서.