KR100430385B1 - 지하매설물 관리를 위해 자기마커를 이용하여지하매설물의 위치를 파악하는 지하매설물 탐지기 - Google Patents

지하매설물 관리를 위해 자기마커를 이용하여지하매설물의 위치를 파악하는 지하매설물 탐지기 Download PDF

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Abstract

영구자석으로 만들어지고 지하매설물에 부착시킨 자기마커로부터 발생되는 자기장을 탐지하여 지하매설물의 위치를 보다 정확하고 효과적으로 측정하기 위하여, 자기마커로부터 발생되는 자기장을 측정하는 두개의 플럭스게이트 센서와, 상기 두개의 센서의 출력을 디지털 믹싱을 통해 두 파형의 혼합된 주파수의 크기를 8 bit 병렬의 디지털 데이터로 출력하는 디지털 그래디오미터와, 상기 디지털데이터를 입력받아 그 크기를 아날로그 신호로 발생시키는 디지털-아날로그 변환기와, 상기 아날로그 신호를 청각이 느낄 수 있는 주파수대로 출력하는 전압제어발진기와, 이를 스피커를 통해 외부 음성으로 보낼 수 있도록 증폭하여 주는 음성증폭기를 포함하고; 상기 두개의 플럭스게이트 센서는 원형의 자계철심과, 상기 원형의 자계철심에 감겨져 있는 드라이브 코일과, 상기 드라이브 코일에 횡단으로 감겨져 있는 센스코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기이다.

Description

지하매설물 관리를 위해 자기마커를 이용하여 지하매설물의 위치를 파악하는 지하매설물 탐지기 {A magnetic locator for locating buried objects by using magnetic markers}
본 발명은 지하매설물에 부착시킨 영구자석으로 만들어진 자기마커로부터 발생되는 자기장을 탐지하여 지하매설물의 위치를 보다 정확하게 측정하기 위한 지하매설물 탐지기에 관한 것이다.
도시화가 급속하게 진행되면서 전기, 통신, 상하수도 등의 기반시설 확충을 위하여, 상하수도관, 도시가스 공급관, 전기 및 통신선로 등의 설치가 급증하고 있는 추세에 있다. 이러한 설비들은 미관이나 설비보호로 인해 대부분 지중에 매립되고 있다. 그러나 이러한 지하매설물의 위치나 깊이에 대한 정보가 잘 갖추어지지 않고 시각을 통해 그 위치나 상태를 파악하기 어렵기 때문에, 지하매설물의 유지관리에 어렵다. 또한, 새로운 지하매설물을 설치하거나 건축물을 시공할 때, 기존 지하매설물의 위치를 정확히 파악하기 위하여 시간 및 비용이 증가되고, 정확히 파악하지 못할 때는 공사중에 기존 지하매설물을 파괴하거나 이로인해 작업자의 안전에도 위험하게 된다.
종래에는 지하매설물의 위치를 파악하기 위하여, 지면 위에서 지하의 매설물을 탐지하기 위하여, 매질로서의 지반에 전자파나, 초음파, 초고주파 등을 전파시킨 후 매질 및 매설물을 통해 전파되어온 파장 변화를 탐지하는 방법들이 사용되었다. 그러나, 이러한 종래의 기술은 측량된 파장의 주파수의 분석에 의해 지하매설물의 위치를 파악하는 것이므로, 분석을 위해 푸리에 변환, 오차 보정, 기능진단테스트 등 복잡하고 난해한 알고리즘을 만들어 적용하여야 하고, 이러한 처리를 위해 고가의 장비가 필요하게 된다는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로는 지하매설물의 상층부에 자기코일을 설치하여, 지상의 탐지기가 자기를 유도하여 설치된 자기코일에서 발생되는 전류의 자기장을 파악하는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 이 기술은 추후 굴착 및 매설 시공을 할 때, 자기코일을 잘못 설치하면 위치 파악이 어렵거나 자기코일이 분실될 우려가 크다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 기존의 문제점을 해결하기 위해서 영구자석으로 만든 자기마커를 지하매설물에 부착시켜 시공하고, 이 자기마커에서 발생되는 자기장을 측정함으로써 지하매설물의 위치를 파악하는 지하매설물 탐지기를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 자기마커에서 발생되는 자기장을 탐지하여 그 크기를 디지털 데이터로 변환하여 숫자나 그래픽 등의 처리가 용이하도록 하여, 탐지 결과를 다양한 시각적 형태로 출력할 수 있고, 여러 가지 분석이 용이하게 하는 지하매설물 탐지장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 탐지결과를 디지털 데이터뿐만아니라, 음성의 아날로그 신호로도 안정적이고 정확하게 변환하여, 효율적이고 간편한 자기마커 탐지기를 제공함을 목적으로 한다.
도 1은 지하매설물에 설치된 지하매설물을 탐지하는 방법 설명도,
도 2는 본 발명의 지하매설물 탐지기의 전체적인 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스게이트 센서의 구조도,
도 4는 두개의 파형을 디지털방식으로 믹싱하는 디지털믹서의 구조도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 그래디오미터의 회로도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전압제어발진기의 구성도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전압제어발진기의 파형도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지하매설물 탐지기의 전체 회로도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스게이트 센서의 배열도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스게이트 센서의 출력부분 확대도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 지하매설물 탐지기 11 : 자기마커
12 : 플럭스게이트 센서 13 : 출력부
18 : 지하매설물 20 : 디지털 그래디오미터
22 : 마이크로 프로세서 24 : LCD 플레이어
25 : 디지털-아날로그 변환기 27 : 전압제어발진기
28 : 음성증폭기 30 : 스피커
31 : DC 전원 310 : 센스코일
320 : 드라이브 코일 330 : 원형의 자계철심
410 : 센서의 출력파형 420 : 쉬미트 트리거
430 : D 플리플랍 610, 611 : 비교기
620, 621 : 트랜지스터 630 : 적분기 커패시터
910 : 조정나사 950 : L-C 필터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 지하매설물 탐지기는,
자기마커로부터 발생되는 자기장을 측정하고, 축이 일직선 상에 있는 두개의 플럭스게이트 센서와,
상기 두개의 플럭스게이트 센서의 출력을 입력으로 하여 두 파형을 디지털 믹싱을 하여, 두 파형의 혼합된 주파수의 크기를 8 bit 병렬의 디지털 데이터로 출력하는 디지털 그래디오미터와,
상기 8 bit 디지털데이터를 입력받아 그 크기를 아날로그 신호로 발생시키는 디지털-아날로그 변환기와,
디지털-아날로그 변화기에서 발생된 아날로그 신호를 청각이 느낄 수 있는 주파수대로 출력하는 전압제어발진기와,
전압제어발진기의 출력을 스피커를 통해 외부 음성으로 보낼 수 있도록 증폭하여 주는 음성증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 지하매설물에 설치된 지하매설물을 탐지하는 방법을 도시한 것이다.
자기마커(11)는 수명이 영구적인 것으로 일정자력의 영구자석(페라이트)을 방수, 방습, 니켈도금, 우레탄 표막 코팅 처리 등을 하여 생산되고, 상하수도관, 도시가스 공급관, 전기 및 통신선로 등의 지하매설물(18)을 설치하는 공사시 이 시설물에 부착된다.
지하매설물 탐지기(10)를 이루는 지지봉(15) 속에 위치하는 2개의 플럭스게이트 센서(12)가 자장을 측정하는데, 각 플럭스게이트 센서(12)는 벡터 센서들이고, 각 센싱 축에 해당하는 평균적인 자장성분을 측정한다. 또한, 이들 플럭스게이트 센서(12)는 서로 측정된 자장의 극성이 반대가 되도록 서로 방향을 달리하여 위치하게 하여, 각 플럭스게이트 센서(12)에서 측정된 신호들을 합하면 지자장과 같이 두 센서에 공통으로 감지되는 성분들을 제거할 수 있으며 차액의 자장성분만 남는다. 자기마커(11)에 가까이 있는 플럭스게이트 센서(12)에서 측정된 자장은 멀리위치한 플럭스게이트 센서(12)에서 특정된 값보다 훨씬 큰 값을 갖는다. 따라서, 이들의 차액은 자기성분을 띠고 있는 자기마커(11)의 자장세기 정도를 나타내며 이렇게 만들어진 차액의 자장은 지하매설물 탐지기(10)에 내장된 스피커(13)나 LCD 플레이어(14)를 통하여 측정된 자장의 강약을 표현한다.
도 2는 본 발명의 지하매설물 탐지기의 전체적인 구성을 도시한 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 두개의 플럭스게이트 센서(12)는 지지봉(15)에 축이 일직선이 되도록 설치되어 있다. 각각의 플럭스게이트 센서(12)는 자기마커(11)에서 발생되는 자기장을 각자의 위치에서 측정하고, 측정된 자기장은 디지털 그래디오미터(20)로 입력시킨다.
디지털 그래디오미터(20)는 두개의 플럭스게이트 센서(12)로부터 입력된 자기장 파형을 디지털 믹싱을 한다. 즉, 입력된 두 신호의 주파수 차에 해당하는 주파수 신호를 만들어 주고, 두 파형의 혼합된 주파수의 크기를 8 bit 병렬의 디지털 데이터로 출력한다.
디지털 그래디오미터(20)로부터 출력된 디지털 데이터는 숫자나 그래프로 출력하기 위하여, 입력 인터페이스(21)를 통해 마이크로 프로세서(22)로 전달된다. 마이크로 프로세서(22)는 자기장의 세기에 해당하는 디지털 신호를 입력받아 자기마커(11)에서 발생하는 자기장의 세기를 계산하고, 이렇게 계산된 값은 LCD 플레이어(24)를 구동하기 위한 출력 인터페이스(23)를 통하여 LCD 플레이어(24)에 숫자나 그래프의 형식으로 표현된다.
또한, 마이크로 프로세서(22)에는 GPS 수신부(32)와 외부 시스템 연결부(33)와 연결되어 있다. GPS 수신부(32)는 GPS를 통해 지하매설물 탐지기(10)의 현재 위치를 수신받을 수 있다. 수신받은 위치정보는 마이크로 프로세서가 처리하여 기록저장한다. 외부 시스템 연결부(33)는 외부의 GIS 시스템과 무선 또는 유선으로 연결하여 현재 측정하는 지역의 매설정보를 조회한다. 마이크로 프로세서(22)는 디지털 그래디오미터(20)로부터 출력된 디지털 데이터를 참조하여, 만약 자기마커(11)가 매설된 것을 확인하면, GPS 수신부로부터 현재의 위치정보를 수신받고, 외부시스템 연결부(33)를 통해 외부의 GIS 시스템으로부터 현재의 위치에 해당하는 매설정보를 조회하여 수신받는다. 그리고, 마이크로 프로세서(22)는 매설정보와 위치를 비교하여 검색하여 지하매설물에 대한 매설정보를 확인하여 출력 인터페이스(23)를 통하여 LCD 플레이어(24)에 문자나 그래프의 형식으로 출력한다.
또한, 마이크로 프로세서(22)는 자기마커(11)의 유무에 상관없이 GPS 수신부(32)를 통해 수신된 현재 위치정보나 사용자가 검색하고자 하는 지하매설물의 정보를 수신받아, 이 정보만을 LCD 플레이어(24)에 문자나 그래프의 형식으로 출력할 수 있다.
또한, 디지털 그래디오미터(20)로부터 출력된 디지털 데이터는 그 크기에 상응하는 세기의 외부음성으로 출력하기 위하여, 디지털-아날로그 변환기(25)의 입력으로 보내진다. 디지털-아날로그 변환기(25)는 입력된 8 bit 디지털데이터를 그 크기대로 0 ~ 2.5 V의 범위의 아날로그 형태의 음성신호로 출력한다. 민감도 조절기(26)는 디지털-아날로그 변환기(25)의 문턱전압을 조절함으로서 신호의 민감도를 조절한다.
변환된 아날로그 신호는 전압제어발진기(27)에 처리되어 다시 사람의 청각이 들을 수 있는 주파수대로 출력되어, 음성증폭기(28)에 의해 증폭되어 스피커(30)를 통해 외부음성으로 출력된다. 즉, 신호 차의 크기를 표현하기 위하여 스피커(30)가 사용되고 이러한 스피커(30)를 구동하기 위하여 신호 차에 해당하는 발진 주파수를 만들어주는 전압제어 발진기(27)가 필요하고 이의 출력을 받아 스피커 구동에 필요한 음성 증폭기(28)가 필요하다. 음성 증폭기(28)에 연결된 볼륨 조절기(29)는 스피커(30)의 볼륨을 조절하기 위한 것이다.
또한, 도 1에서 보는 바와 같이, 플럭스게이트 센서(12)와 디지털 그래디오미터(20)는 한 개의 정전압원에 의해서 +5V의 전원이 공급되고, 디지털-아날로그 변환기(25)와 전압제어발진기(27)와 음성증폭기(28)에는 또 다른 정전압원에 의해서 구동이 된다. 이렇게 전압원을 분리하는 것은 정전압원의 변동으로 센서가 오동작하는 것을 막기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스게이트 센서(12)의 구조를 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 플럭스게이트 센서(12)는 드라이브 코일(320)에 의해서 주기적으로 포화되는 원형의 자계철심(330)과 코일 내부의 자장을 측정하는 센스 코일(310)로 구성이 된다. 드라이브 코일(320)은 원형의 자계철심(330)에 감겨져 있고, 센스코일(310)은 드라이브 코일(320)에 횡단으로 감겨져 있다.
보통의 경우 센스 코일(310)은 토로이드인 드라이브 코일(320)에 의해 발생되는 자장을 탐지하지 못하지만, 부가적인 외부의 자계가 가해진다면 드라이브 코일(320)의 히스테리시스에 의해 발생되는 순수한 자계가 센스 코일(310)에 의해 탐지된다. 이러한 특수한 구조로 외부의 자계에 대한 민감도는 센스 코일(310)의 방향에 관계하게 된다.
플럭스게이트 센서(12)의 측정 범위는 ±50 μT (±0.5) 이며 약 10nT ( 0.1mG )의 분해능을 갖는다. 따라서 플럭스게이트 센서(12)는 매우 작은 자장의 변화도 민감하게 탐지할 수 있다. 그러나 지하매설물 탐지기(10)에서는 서로 위치를 달리하는 두개의 플럭스게이트 센서(12)를 이용하여 각각 측정된 자장의 차이를 탐지하므로, 센서의 선형성은 그리 중요하지 않다. 플럭스게이트 센서(12)의 출력은 사용하기 쉬운 5V 구형파이며 이의 주파수는 플럭스게이트 센서(12)가 위치하는 곳의 자계 크기에 따라 변화하게 되며 보통 50 kHz 에서 120 kHz까지 ( 주기 T = 8.5us ~ 25us ) 변화한다.
도 4는 두개의 파형을 디지털방식으로 믹싱하는 디지털믹서의 구조를 도시한 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 지하매설물 탐지기(10)는 자기마커(11)의 존재유무를 알리는 신호를 발생시키기 위해 두개의 플럭스게이트 센서(12)에서 나오는 출력 주파수를 측정된 자장의 차이를 얻기 위하여 믹싱(Mixing)한다. 도 4는 이러한 기능을 수행하는 디지털 믹서(mixer)의 회로를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 그래디오미터(20)의 회로를 도시한 것이다.
디지털 그래디오미터(20)는 두개의 플럭스게이트 센서(12)의 출력을 입력으로 하여 상기에 설명한 디지털 믹싱(Digital Mixing)을 수행한다. 디지털 그래디오미터(20)에서 나오는 출력은 혼합된 주파수의 크기에 따라 변하는 8-bit 병렬 데이터 구조로 되어있다. 또한 sign bit를 나타내는 출력도 더 갖고 있다. 이는 두개의 플럭스게이트 센서(12) 중에서 어느 쪽 센서(12)의 자기장이 큰가를 나타낸다. 따라서 출력 "0" 은 두 센서가 같은 크기의 자장을 탐지하는 것을 뜻하고 최고치( "255")의 출력은 자장의 차이가 크다는 것을 의미한다. sign bit를 포함하여 9-bit의 출력을 이용하면 -255에서 +255의 출력을 얻을 수 있다.
도 5에 보는 바와 같이, pin 1 은 입력으로 한쪽이 high 또는 low일 때 두개의 다른 민감도를 제공한다. pin 1 으로 제어되는 두개의 민감도는 큰 자장의 변화의 범위를 제공하기 위해 사용된다. pin 2 는 출력으로 극성신호를 제공하며 따라서 부호가 있는 크기를 나타낼 수 있다. 이로 인해 9-bit의 출력을 효과적으로 정화하게 판독할 수 있다. pin 17, pin 18 은 플럭스게이트 센서(12)로부터 출력된 신호의 입력이고 5 V의 출력파형을 직접 받는다. pin 15, pin 16 은 수정 발진회로를 위한 것으로 플럭스게이트 센서(12)의 주기변화를 측정하는데 안정된 기준값을 제공한다. 나머지 pin 들은 대부분 디지털 출력 bit로 D0부터 D7까지이다. 이는 컴퓨터나 마이크로 프로세서(22) 등 외부 장비나 디지털 디스플레이(24) 또는 디지털-아날로그 변환기(30)의 입력으로 사용된다.
디지털 그래디오미터(20)는 수정 발진기 주파수에 따라 다르지만 스위치가 켜졌을 때부터 10초에서 20초 동안 자동적으로 조정( calibration )을 하면서, 지자장의 최대값과 최소값을 관측한다. 이때, 디지털 그래디오미터(20)를 남북방향으로 배열시키되 끝부분이 지자계의 경사각도 만큼 기울이게 하여 시행한다. 그리고, 스위치를 켜고 조정( calibration )시간(약 10초) 동안 디지털 그래디오미터(20)를 180°회전시킴으로서 센서에 대한 민감도와 제로옵셋을 결정하고 센서 차이에서 오는 에러를 보정하게 된다.
도 8은 상기에서 본 발명의 일실시예로 설명한 지하매설물 탐지기(10)의 회로를 전체적으로 도시한 것이다.
다음은 지하매설물 탐지기(10)의 중요한 구성요소인 전압제어발진기(27)의 실제 설계에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 이 상세한 설명을 보다 명확히 설명하기 위하여 도 6과 도 7 이외에도 도 8의 전압제어발진기(27)에 해당하는 도면도 참조하면서 설명을 하기로 한다.
도 6과 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전압제어발진기(27)의 구성과 회로상에 발생되는 파형을 도시한 것이다.
전압제어발진기(27) 직접회로로 된 일반 전압제어발진기를 사용할 수도 있지만 1 mA의 매우 낮은 전력에는 부적합하므로, 도 6에 도시한 바와 같은 간단하지만 효과적인 전압이중비교기( Voltage Dual Comparator ) 회로로 구성한다.
제1의 트랜지스터(620)는 출력증폭기에 삽입되어 전압제어발진기(27)의 귀환 저항( 총 1.6 K )을 통하여 피드백을 구성하고 적분기 커패시터(630)를 구동하기 위한 전압/전류 변환을 실행한다. 적분기 커패시터(630)는 감소하는 전압을 발생시키고 이 전압은 제2의 비교기(611)에 의해 감지되고, 도 6의 절점(A)의 감소전압이 음의 입력(B)의 기준 전압 이하로 낮아지면 제1의 비교기(610)의 출력(C)이 낮아져제2의 트랜지스터(621)가 켜지게 되고, 제2의 트랜지스터(621)는 적분기 커패시터(630)를 단락시키고 이는 절점(A)의 양의 입력의 전압을 Vcc 2로 만들게 하고, 이러한 과정을 계속 반복되게 된다. 제2의 비교기(611)은 도 6의 절점(A)에서의 발생되는 파형을 중간지점 크기(D)와 비교하여 근사적인 구형파(E)를 발생시킨다.
도 7은 위에서 기술된 여러 가지 파형을 나타낸다.
두개의 플럭스게이트 센서(12)가 균형이 되어 있을 때, 전압제어발진기(27)의 최소 출력전압은 0 (V) 이다. 이는 전압제어발진기(27)가 동작하지 않을 때의 값과 동일하다. 그러나, 실제로 두개의 플럭스게이트 센서(12)가 완전하게 균형이 되는 경우는 없기때문에, 전압제어발진기(27)는 어떤 임의의 낮은 주파수로 항상 동작하기 마련이다. 이런 현상은 지속적인 저음의 주파수가 사람의 귀에 들리게 함으로써, 조그마한 주파수 변화에도 민감해질 수 있기 때문에 바람직한 현상이다. 즉, 매우 낮은 변화율로 구동함으로 해서 사소한 변화를 감지할 수 있다. 일반적으로 5 ~ 10 Hz가 좋은 주파수이다. 이러한 범위는 분명히 청각이 느낄 수 있는 범위 (20Hz) 이하이다. 그러나 스피커 파형은 도 7의 (E)처럼 구형파로 존재하기 때문에 펄스에 존재하는 고주파 성분을 들을 수 있다. 이러한 결과로 얻은 전압제어발진기(27)의 주파수는 적분기 전류와 커패시터 값에 의존하는데 다음과 같은 관계를 가지게 된다.
여기서는 ramp voltage 의 변화량이고 I 는 VDAC/RDAC이다. 제1의 비교기(610)의 기준은 VDAC의 레벨이동으로부터 얻을 수 있고 따라서는 대략 (VCC-VDAC-0.7) 과 비슷하게 된다. 도 8의 저항 R6을 무시하면 주파수는
로 나타내게 되며 VDAC가 zero일 때 최소 주파수도 zero가 된다. 전압제어발진기(27)가 zero부터 1 LSB ( 0.0000001b, 또는 2.5V/256 )일 때, 5 Hz 정도의 매우 낮은 주파수를 얻을 수 있다.
즉, 커패시터 C=0.28㎌ 이다. 실제 설계를 위하여 C5=0.47㎌ 을 사용하면 LSB 주파수는 실제로 3 Hz가 된다. VDAC가 2.5 V의 값을 가질 때 최대주파수는
이다. 따라서 전압제어발진기(27)의 출력은 탐지되는 자장의 크기에 따라서 DC 에서부터 2 KHz 까지의 주파수 범위를 가지게 된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스게이트 센서의 배열을 도시한 것이다.
지하매설물 탐지기(10)의 성능을 극대화하는데 가장 어려운 부분은 두개의 플럭스게이트 센서(12)를 기계적으로 배열시키는 것이다. 플럭스게이트 센서(12)의 고정은 하나의 센서가 또 다른 센서의 축과 정확히 맞도록 배치시키는 것이다. 도 9에 보는 바와 같이, 먼저 하나의 플럭스게이트 센서(12)를 고정시키고 비자성체의 성질을 가지는 고정나사(910)로 또 다른 하나의 플럭스게이트 센서(12)를 고정시킨다. 이와 같은 방법으로 센서 기구물을 측정하는 동안 계속 돌려 보면서 일정한 측정값들이 유지되도록 고정나사(910)를 돌려가면서 두개의 플럭스게이트 센서(12)의 축을 맞추어 나간다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스게이트 센서(12)의 출력부분 확대도이다.
플럭스게이트 센서(12)를 지하매설물 탐지기(10)의 회로장치와 연결하기에앞서 도10과 같이 L-C 필터(950)를 이용하여 플럭스게이트 센서(12)의 출력을 필터링해준다. 이렇게 함으로써 센서의 출력 구형파로부터 노이즈가 없는 깨끗한 신호를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 상하수도관, 도시가스 공급관, 전기 및 통신선로 등의 지하매설물에 부착된 지하매설물을 탐지함으로써 지하매설물의 위치를 효과적이고 정확하게 파악할 수 있다. 그럼으로써, 지하매설물의 유지관리가 쉬어지고, 지하매설물의 불량 시공을 손쉽게 감리하는 것이 가능할뿐만아니라, 새로운 지하매설물을 설치하거나 건축물을 시공할 때, 기존의 지하매설물의 훼손이나 그로인한 작업자의 위험 등을 낮출 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 자기마커가 발생시키는 자계의 크기에 따라 작업자가 청취가 가능한 음성으로 출력되므로 손쉽게 탐지작업을 할 수 있으며, 특히, 자기마커가 없는 상태인 두개의 플럭스게이트 센서가 균형을 이루는 때에도 지속적인 저음의 주파수가 사람의 귀에 들리게 해서 작업자가 주파수 변화에도 민감해지게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 두개의 플럭스게이트 센서로 측정된 자장을 디지털회로를 통해 혼합하고 일정범위내의 디지털 데이터를 출력함으로써, 이 디지털 데이터를 상용의 마이크로 프로세서로 가공처리하여 숫자나 그래프 등 다양한 형태로 탐지된 결과를 출력하게 할 수 있다. 따라서, 탐지 작업자가 보다 용이하게 결과를 알 수있다. 그리고, 이 디지털 데이터는 다양한 형태의 출력이외에 측정된 자장의 특성을 분석할 수 있는 기초 데이터로 활용이 가능하다. 예를들면, 특정 자기마커가 매설된 위치나 자장의 세기에 의하여 어떤 측정값을 사전에 조사하여 비교함으로써, 보다 정확한 자기마커의 상태 및 위치를 알아내는데 이용이 가능하다. 이것은 GPS 및 GIS를 이용한 지하매설물 관리시스템에 지하매설물 탐지기를 연동시키는 것도 보다 용이하게 할 수 있다. 즉, 지하매설물 탐지기에 내장된 GPS 수신장치를 이용하여 현재 탐지된 위치를 정확히 기록하고 저장하고, GIS 시스템과 연동시켜 측정지역의 매설 정보를 조회하여 측정에 의해서 그려진 매설물 위치와 사전에 비교하고 검색할 수 있도록 하고, 이 결과를 자기탐지기에 부착된 PC나 PDA의 화면에 그려서 시각적으로 매설물의 위치를 파악하는 지하매설물 관리시스템과 손쉽게 연동할 수 있다.
또한, 본 발명은 상용의 칩들로 회로를 구성할 수 있게 하거나 두개의 플럭스게이트 센서를 축 위치조정을 고정나사로 용이하게 함으로써, 휴대와 사용이 간편하면서도 정확하고 효과적으로 지하매설물 탐지기를 제공하고 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 지하매설물(15)에 부착시킨 자기마커(11)로부터 발생되는 자기장을 측정하고, 축이 일직선 상에 있는 두개의 플럭스게이트 센서(12)와;
    상기 두개의 플럭스게이트 센서(12)의 출력을 입력으로, 두 신호의 주파수 차에 해당하는 주파수를 만들어 주는 디지털 회로로 구성되어, 두 파형의 혼합된 주파수의 크기를 8 bit 병렬의 디지털 데이터로 출력하는 디지털 그래디오미터(20)와;
    상기 8 bit 디지털데이터를 입력받아 그 크기를 아날로그 신호로 발생시키는 디지털-아날로그 변환기(25)와;
    상기 디지털-아날로그 변환기(25)에서 발생된 아날로그 신호를 청각이 느낄 수 있는 주파수대로 출력하는 전압제어발진기(27)와;
    상기 전압제어발진기(27)의 출력을 스피커(30)를 통해 외부 음성으로 보낼 수 있도록 증폭하여 주는 음성증폭기(28)를 포함하고,
    상기 두개의 플럭스게이트 센서(12)는 원형의 자계철심(330)과, 상기 원형의 자계철심(330)에 감겨져 있는 드라이브 코일(320)과, 상기 드라이브 코일(320)에 횡단으로 감겨져 있는 센스코일(310)을 포함하고, 외부에서 자계가 가해지면 토로이드의 히스테리시스에 의해 발생되는 순수한 자계가 상기 센스코일(310)에 의해 탐지되고, 상기 플럭스게이트 센서(12)의 측정범위는 ±50 μT (±50G)이며 약 10nT (0.1mG)의 분해능을 갖고, 플럭스게이트 센서(12)의 출력은 5 V 구형파이고 주파수의 범위는 50 kHz에서 120 kHz ( 주기 T = 8.5 us ~ 25 us )인 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기(10).
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 디지털 그래디오미터(20)는 스위치가 켜졌을 때부터 10초에서 20초 동안 자동적으로 조정( calibration )을 하면서, 지자장의 최대값과 최소값을 관측하고, 그래디오미터를 180°회전시킴으로서 센서에 대한 민감도와 제로옵셋을 결정하고 센서 차이에서 오는 에러를 보정하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기(10).
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 디지털-아날로그 변환기(25)는 입력된 디지털 신호를 0 ~ 2.5 V 의 범위의 아날로그 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기(10).
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 전압제어발진기(27)는 전압이중비교기( Voltage Dual Comparator )를 이용하고,
    제1,2의 비교기(610,611)과 제1,2의 트랜지스터(620,621)과 적분기 커패시터(630)을 포함하고,
    제1의 트랜지스터(620)는 출력증폭기에 삽입되어 귀환 저항을 통하여 피드백을 구성하고 적분기 커패시터(630)을 구동하기 위한 전압/전류 변환을 실행하고,
    적분기 커패시터(630)은 감소하는 전압을 발생시키고 이 전압은 제2의 비교기(611)에 의해 감지되고, 도 6의 절점(A)의 감소전압이 음의 입력(B)의 기준 전압 이하로 낮아지면 제1의 비교기(610)의 출력(C)이 낮아져 제2의 트랜지스터(621)가 켜지게 되고, 제2의 트랜지스터(621)는 적분기 커패시터(630)를 단락시키고 이는 절점(A)의 양의 입력의 전압을 Vcc 2로 만들게 하고, 이러한 과정을 계속 반복하게 하고,
    제2의 비교기(611)은 절점(A)에서의 발생되는 파형을 중간지점 크기(D)와 비교하여 근사적인 구형파(E)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기(10).
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 두개의 플럭스 게이트 센서(12)는 두개의 플럭스게이트 센서(12)를 같은 축에 정확히 맞추어 배열하도록, 제1의 플럭스게이트 센서(12)는 고정시키고 제2의 플럭스게이트 센서(12)는 비자성체의 성질을 가지는 나사로 고정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기(10).
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 플럭스 게이트 센서(12)는 플럭스게이트 센서(12)의 출력부분에 L-C 필터(950)를 설치하여 출력을 필터링을 하여 디지털 그래디어미터(20)에 입력시키는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기(10).
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 지하매설물 탐지기(10)는 디지털 그래디오미터(20)의 출력을 마이크로 프로세서에 입력하기 위한 인터페이스부(21)와
    인터페이스부에서 출력되는 신호를 처리하는 마이크로 프로세서부(22) 마이크로 프로세서에서 출력되는 데이터를 화상출력하기 위한 LCD 플레이어(24)와;
    GPS를 통해 현재의 위치를 수신하여 마이크로 프로세서로 입력하는 GPS 수신부(32)와;
    외부의 GIS 시스템으로부터 입력되는 GIS 정보를 무선 또는 유선으로 연결하는 외부 시스템 연결부(33)를 더 포함하며;
    상기 마이크로 프로세서는 디지털 그래디오미터(20)에서 출력되는 디지털 데이터를 입력받고 상기 GPS 수신부(32)로부터 수신된 위치를 기록저장하고 외부의 GIS시스템으로부터 측정지역의 매설정보를 조회하여, 상기 디지털 데이터를 숫자나 그래프로 출력하기 위하여 계산처리하거나 상기 수신된 위치와 매설정보를 비교하고 검색하여, 수신된 위치에 해당하는 매설정보를 LCD 플레이어(24)에 출력하는 마이크로 프로세서(22)인 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐지기(10).
  9. 삭제
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100602525B1 (ko) * 2004-12-20 2006-07-25 (주) 이우티이씨 다수개의 센서가 구비된 지하매설물 탐지기
KR101166887B1 (ko) * 2012-02-08 2012-07-23 주식회사 삼인공간정보 지하시설의 지도제작을 위한 지피에스 기반 측지측량 시스템
KR101325172B1 (ko) * 2013-07-26 2013-11-07 주식회사 삼안 신재생 에너지를 이용한 산업단지의 관리시스템
KR101353614B1 (ko) 2013-09-05 2014-01-23 네이버시스템(주) 지하시설물의 위치 파악을 위한 측지측량 시스템
CN108227016A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 清华大学 面向埋地日遗化武的专用磁通门探测器
CN108227017A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 清华大学 面向水域未爆弹的专用磁通门探测器
KR102142124B1 (ko) 2019-12-02 2020-08-06 (주)포미트 혼합현실 기반 매설정보 제공 시스템 및 방법
CN112147235A (zh) * 2020-10-23 2020-12-29 河北工业大学 一种用于管道导波混频检测的电磁超声激励装置
CN112327368A (zh) * 2020-10-29 2021-02-05 电子科技大学 一种超深金属管道埋深检测设备及其使用方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100602525B1 (ko) * 2004-12-20 2006-07-25 (주) 이우티이씨 다수개의 센서가 구비된 지하매설물 탐지기
CN100365438C (zh) * 2004-12-20 2008-01-30 利宇Tec株式会社 用于检测埋入的磁性物体的检测器
KR101166887B1 (ko) * 2012-02-08 2012-07-23 주식회사 삼인공간정보 지하시설의 지도제작을 위한 지피에스 기반 측지측량 시스템
KR101325172B1 (ko) * 2013-07-26 2013-11-07 주식회사 삼안 신재생 에너지를 이용한 산업단지의 관리시스템
KR101353614B1 (ko) 2013-09-05 2014-01-23 네이버시스템(주) 지하시설물의 위치 파악을 위한 측지측량 시스템
CN108227016A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 清华大学 面向埋地日遗化武的专用磁通门探测器
CN108227017A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 清华大学 面向水域未爆弹的专用磁通门探测器
KR102142124B1 (ko) 2019-12-02 2020-08-06 (주)포미트 혼합현실 기반 매설정보 제공 시스템 및 방법
CN112147235A (zh) * 2020-10-23 2020-12-29 河北工业大学 一种用于管道导波混频检测的电磁超声激励装置
CN112327368A (zh) * 2020-10-29 2021-02-05 电子科技大学 一种超深金属管道埋深检测设备及其使用方法

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