KR100712475B1 - Apparatus for mornitering a collapse of around the cutted ground - Google Patents

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KR100712475B1 KR1020050012169A KR20050012169A KR100712475B1 KR 100712475 B1 KR100712475 B1 KR 100712475B1 KR 1020050012169 A KR1020050012169 A KR 1020050012169A KR 20050012169 A KR20050012169 A KR 20050012169A KR 100712475 B1 KR100712475 B1 KR 100712475B1
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Abstract

본 발명은 절토사면 붕괴감시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cut slope collapse monitoring device.

본 발명에 따른 절토사면 붕괴감시장치는 주변온도 변화나 인장 강도 변화에 따라 산란광의 중심주파수가 변화하는 온도보상용 코아형 광섬유 센서 및 지반 거동감지용 광섬유 센서가 접착된 시트형 광섬유 센서와, 상기 시트형 광섬유 센서를 절토사면의 상부에 고정시키기 위한 상부 고정단과, 상기 시트형 광섬유 센서를 상기 절토사면의 하부에 고정시키는 하부 장착단과, 상기 시트형 광섬유 센서에서 소정의 간격을 두고 설치되어 상기 절토사면에서 지반의 거동이 발생하면 센서에 하중을 전달하는 다수의 지반 거동 전달뭉치와, 상기 절토사면의 붕괴시 인접 도로 및 철로등에 붕괴사항을 알리기 위한 경보장치와, 상기 시트형 광섬유 센서에 광을 공급하고 후방 산란광을 검출하며 상기 경보장치를 제어하는 광섬유 시간영역 해석시스템을 구비한다.Cut slope collapse monitoring device according to the present invention is a sheet-type optical fiber sensor and a sheet-type optical fiber sensor bonded to the temperature compensation core-type optical fiber sensor and the ground behavior-sensitive optical fiber sensor that changes the center frequency of the scattered light in accordance with the change of ambient temperature or tensile strength An upper fixing end for fixing the optical fiber sensor to an upper part of the cut slope, a lower mounting end for fixing the sheet-shaped optical fiber sensor to the lower part of the cut slope, and a predetermined distance from the sheet-type optical fiber sensor, When the behavior occurs, a plurality of ground behavior transmission bundles for transferring loads to the sensor, an alarm device for informing collapse of the cut slope to adjacent roads and railroads, and supplying light to the sheet-type optical fiber sensor and generating backscattered light. A fiber optic time domain analysis system for detecting and controlling the alarm device The.

Description

절토사면 붕괴감시장치{APPARATUS FOR MORNITERING A COLLAPSE OF AROUND THE CUTTED GROUND}Cut slope collapse monitoring device {APPARATUS FOR MORNITERING A COLLAPSE OF AROUND THE CUTTED GROUND}

도 1은 본 발명에 따른 절토사면 붕괴감시장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the cut slope collapse monitoring value according to the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시트형 광섬유 센서의 단면을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a cross section of the sheet-like optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 시간영역 해석시스템을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing an optical fiber time domain analysis system according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 브릴루앙 산란광을 나타내는 파형도이다.4A is a waveform diagram illustrating Brillouin scattered light.

도 4b는 4a의 파형도에서 중심 주파수가 천이된 브릴루앙 산란광을 나타내는 파형도이다.4B is a waveform diagram illustrating Brillouin scattered light having a shifted center frequency in the waveform diagram of FIG. 4A.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 절토사면 붕괴감시장치를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a cut slope collapse monitoring value according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상부 고정단을 나타내는 도면이다.6 is a view showing an upper fixed end according to an embodiment of the present invention.

도 7는 본 발명의 실시 예에 따른 하부 장착단을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a lower mounting end according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 지반 거동 전달뭉치를 나타내는 도면이다.8 is a view showing a ground behavior transfer bundle according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

10 : 시트형 광섬유 센서 20 : 상부 고정단10 sheet-like optical fiber sensor 20 upper fixed end

30 : 하부 장착단 40 : 지반 거동 전달뭉치30: lower mounting stage 40: ground behavior transfer bunch

50 : 광섬유 시간영역 해석시스템 60 : 전원부50: optical fiber time domain analysis system 60: power supply

70 : 경광등 80 : 관리실70: warning light 80: management room

12 : 온도 보상용 코아형 광섬유 센서
14 : 지반 거동감지용 광섬유 센서 15 : 보강재
16 : 보호재 18, 38 : 접착제
21, 31, 41 : 앙카 22, 32: 보호캡
24, 34 : 센서 부착용 지그 35 : 표준 장력계
37 : 연결고리 36 : 반력판
42 : 고정 외심 44 : 고정 내심
52 : 전원부 54 : 신호 검출부
56 : 신호 처리부12: Core type fiber optic sensor for temperature compensation
14 fiber optic sensor for ground behavior detection 15 reinforcement
16: protective material 18, 38: adhesive
21, 31, 41: anchor 22, 32: protective cap
24, 34: Jig for sensor attachment 35: Standard tension meter
37: linkage 36: reaction plate
42: fixed inner core 44: fixed inner
52: power supply unit 54: signal detection unit
56 signal processing unit

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본 발명은 절토사면의 붕괴감시장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for monitoring the collapse of a cut slope.

도로를 개설하거나 토목 공사등을 하다보면 노선의 방향에 따라 산지나 구릉의 활용도를 높이기 위해 인위적으로 자연 지반을 절취함으로써 절토 지역이 생기게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에 형성되는 절토사면은 안정화된 자연지반을 인위적으로 절취함으로써 응력해방으로 인해 지반의 이완현상이 일어나며 지질조건에 따라서 불안정요소를 내포하고 있다. 시간이 지나면서 강우, 동결융해, 풍화작용, 지진 등과 같은 외부작용에 의해 불안정요소는 가속화되고 결국 사면이 붕괴되는 경우까지 발생하게 된다. When opening roads or carrying out civil works, cut areas may be created by artificially cutting natural ground to increase the utilization of mountainous or hilly areas depending on the direction of the route. In this case, the cut slope formed by artificially cutting the stabilized natural ground causes loosening of the ground due to the release of stress, and contains unstable elements depending on the geological conditions. Over time, external factors such as rainfall, freeze-thawing, weathering, and earthquakes accelerate to instability and eventually cause the slope to collapse.

특히, 절토사면의 붕괴로 인한 사고는 인명피해 뿐만 아니라 피해복구에 따르는 경제적 손실 및 도로 단절에 따르는 2차적 손실까지 고려하면, 그 피해규모가 상당히 크므로 사고에 대한 대응책에 앞서 그에 대한 예방책이 강구되어야 하는 것이 절실한 실정이다. In particular, the accidents caused by the collapse of the cut slope are not only human injury but also economic loss following the damage recovery and secondary loss due to road disconnection, so the damage is quite large. Therefore, preventive measures should be taken before responding to the accident. It is an urgent need to be.

이렇게 절토사면의 붕괴에 대한 대책으로는 절토면의 토질이 토양층일 경우에는 붕괴 방지용 블록을 설치한 후에 뿌리의 생육이 왕성한 종류의 식물을 심어서 토사가 흘러내리는 것을 방지하거나, 절토면이 암석으로 되어 있을 경우에는 인위적으로 절취한 지면의 조각난 암석을 완전히 분리하고 도로에 접한 경계면에 추락하는 암석을 막아주는 보호 철책을 설치하고 있는 실정이다. As a countermeasure against the collapse of the cut slope, if the soil of the cut surface is a soil layer, after installing a block to prevent collapse, plant the kind of plants with the strong growth of roots to prevent the soil from flowing down or the cut surface is made of rock. In this case, there is a protective fence that completely separates the fragmented rock of the ground cut artificially and prevents the falling rock from the interface facing the road.

이와 같은 방법의 실시는 절토면에서 일어나는 붕괴가 약한 힘을 일으키거나 붕괴시 추락하는 토사의 양이 적을 경우에는 어느 정도의 효과를 볼 수 있지만 궁극적인 방지책이 될 수 없다. The implementation of this method may have some effect when the collapse of the cut surface causes weak force or the amount of soil to fall during collapse is not the ultimate preventive measure.

붕괴사고를 예방하기 위한 한 대안책으로, 절토사면에 와이어를 설치하고, 설치된 와이어에 강한 압력이 인가될 경우 와이어의 장력변화를 측정하여 붕괴에 대한 위험을 미리 감지할 수 있는 방법이 제안된 바 있다. 하지만, 강도를 위해 와이어를 금속으로 사용할 경우 전자파의 영향을 받을 수 있고, 내부식성이 약하며, 부피가 크게 된다는 단점이 있다. 또한, 와이어 자체가 외부 환경의 변화를 감지할 수 있는 센서가 아니어서 추가 센서가 다수 필요하고, 외부 환경의 변화가 일어나는 장소와 그 변화 정도를 정확하게 측정하기가 어렵다.As an alternative to prevent collapse, there has been proposed a method to install the wire on the cut slope and measure the tension change of the wire in case the strong pressure is applied to the installed wire to detect the risk of collapse in advance. . However, when the wire is used as a metal for strength, it may be affected by electromagnetic waves, has a weak corrosion resistance, and has a large volume. In addition, since the wire itself is not a sensor capable of detecting a change in the external environment, a number of additional sensors are required, and it is difficult to accurately measure a place where the change in the external environment occurs and the degree of change.

따라서, 본 발명의 목적은 절토사면 및 붕괴 위험지역의 지반에 대한 상황을 정확하게 항시 감시하고, 갑작스런 사고 발생시 신속한 대처를 할 수 있게 하는 절토사면 붕괴감시장치를 제공하는 데에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a cut slope collapse monitoring device that can accurately monitor the situation of the cut slope and the collapsed dangerous area at all times, and can promptly deal with a sudden accident.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 절토사면 붕괴감시장치는 주변온도 변화나 인장 강도 변화에 따라 산란광의 중심주파수가 변화하는 온도보상용 코아형 광섬유 센서 및 지반 거동감지용 광섬유 센서가 접착된 시트형 광섬유 센서와, 상기 시트형 광섬유 센서를 절토사면의 상부에 고정시키기 위한 상부 고정단과, 상기 시트형 광섬유 센서를 상기 절토사면의 하부에 고정시키는 하부 장착단과, 상기 시트형 광섬유 센서에서 소정의 간격을 두고 설치되어 상기 절토사면에서 지반의 거동이 발생하면 센서에 하중을 전달하는 지반 거동 전달뭉치와, 상기 절토사면의 붕괴시 인접 도로 및 철로등에 붕괴사항을 알리기 위한 경보장치와, 상기 시트형 광섬유 센서에 광을 공급하고 후방 산란광을 검출하며 상기 경보장치를 제어하는 광섬유 시간영역 해석시스템을 구비한다.In order to achieve the above object, the cut slope collapse monitoring device according to the present invention has a core type fiber optic sensor for temperature compensation and an optical fiber sensor for ground behavior detection, in which a center frequency of scattered light changes according to changes in ambient temperature or tensile strength. An optical fiber sensor, an upper fixing end for fixing the sheet-shaped optical fiber sensor to the upper part of the cut slope, a lower mounting end for fixing the sheet-type optical fiber sensor to the lower part of the cut slope, and a predetermined distance from the sheet-type optical fiber sensor When the ground behavior occurs on the cut slope, a ground behavior transfer bundle for transferring load to the sensor, and an alarm device for informing collapse of the cut slope to adjacent roads and railroad tracks when the cut slope collapses, and supplying light to the sheet-type optical fiber sensor. Optical fiber time to detect backscattered light and control the alarm A domain analysis system is provided.

지반 거동감지용 광섬유 센서는 상기 광섬유 센서 외부에 밀착하여 보호재를 피복한다. The ground motion sensing optical fiber sensor is in close contact with the outside of the optical fiber sensor and covers a protective material.

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상부 고정단은 상기 시트형 광섬유 센서를 부착하기 위한 지그와, 상기 지그와 연결되고 지반에 매설되어 상기 시트형 광섬유 센서단을 고정시키기 위한 앙카를 구비한다.The upper fixed end has a jig for attaching the sheet-shaped optical fiber sensor, and an anchor connected to the jig and embedded in the ground to fix the sheet-type optical fiber sensor end.

하부 장착단은 상기 시트형 광섬유 센서를 부착하기 위한 지그와, 상기 지그와 연결되어 상기 상부 고정단과 상기 하부 장착단 사이에 연결된 상기 시트형 광섬유 센서를 일정한 장력이 유지되도록 하는 표준 장력계와, 상기 표준 장력계와 연결되어 상기 상부 고정단의 지그와 상기 하부 장착단의 지그를 적정한 위치로 설정하는 반력판과, 상기 반력판에 연결되고 지반에 매설되어 상기 시트형 광섬유 센서단을 고정시키기 위한 앙카를 구비한다.The lower mounting end includes a jig for attaching the sheet-shaped optical fiber sensor, a standard tension meter connected to the jig to maintain a constant tension of the sheet-type optical fiber sensor connected between the upper fixed end and the lower mounting end, and the standard tension. A reaction force plate connected to the system to set the jig of the upper fixed end and the jig of the lower mounting end to an appropriate position, and an anchor connected to the reaction force plate and embedded in the ground to fix the sheet-like optical fiber sensor end. .

지반 거동 전달뭉치는 상기 시트형 광섬유 센서에 고정되어 상기 시트형 광섬유 센서에 하중을 전달하는 고정내심과, 상기 시트형 광섬유 센서가 통과할 수 있도록 홀이 형성된 고정외심과, 상기 고정외심과 연결되어 지반에 매설되는 앙카를 구비한다.The ground behavior transfer bundle is fixed to the sheet-shaped optical fiber sensor to transfer load to the sheet-type optical fiber sensor, a fixed outer core having a hole through which the sheet-shaped optical fiber sensor passes, and is connected to the fixed outer core and embedded in the ground Anchors are provided.

광섬유 시간영역 해석시스템은 상기 시트형 광섬유 센서에 펌핑 펄스광 및 프로브광을 공급하고, 상기 시트형 광섬유 센서로부터 후방 산란광을 수광하는 광원부와, 상기 광원부에 수광된 후방 산란광을 검출하는 신호 검출부와, 상기 신호 검출부에서 검출된 신호를 이용하여 절토사면의 변형 및 온도 변화를 측정하는 신호처리부를 구비한다.An optical fiber time domain analysis system supplies a pumping pulse light and a probe light to the sheet-like optical fiber sensor, receives a back-scattered light from the sheet-like optical fiber sensor, a signal detector for detecting the back-scattered light received from the light source, and the signal. A signal processor for measuring the deformation and temperature change of the cut slope using the signal detected by the detector.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

도 1은 본 발명에 따른 절토사면 붕괴감시장치 동작을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the operation of the cut slope collapse monitoring apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 절토사면 붕괴감시장치는 주변 온도 변화나 인장 강도 변화에 따라 산란광의 중심주파수가 변화하는 시트형 광섬유 센서(10)와, 상기 시트형 광섬유 센서에 광을 공급하고 후방 산란광을 검출하며, 경보장치를 제어하기 위한 신호를 인가하는 광섬유 시간영역 해석시스템(BOTDA: Brillouin Optical Time Domain Analyzer, 50), 상기 BOTDA 시스템에 전원을 공급하기 위한 전원부(60)와, 상기 시트형 광섬유 센서가 설치된 위치에서 붕괴가 발생할 경우 인접 도로나 철로에 붕괴상황을 알리기 위한 경보장치(70)를 구비한다. Referring to FIG. 1, the cut slope collapse monitoring device according to the present invention supplies a sheet-like optical fiber sensor 10 having a center frequency of scattered light according to a change in ambient temperature or a change in tensile strength, and supplies light to the sheet-like optical fiber sensor, and then An optical fiber time domain analysis system (BOTDA) for detecting scattered light and applying a signal for controlling an alarm device, a power supply unit 60 for supplying power to the BOTDA system, and the sheet optical fiber When the collapse occurs in the position where the sensor is installed is provided with an alarm device 70 for notifying the collapse situation on the adjacent road or railway.

그리고, 절토사면 붕괴감시장치는 관리실(80)에 의해 실시간으로 항시 모니터링 된다. Then, the cut slope collapse monitoring value is always monitored in real time by the management room (80).

절토사면 붕괴감시장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the cut slope collapse monitoring device is as follows.

절토사면 및 화재위험지역에는 온도변화를 측정하기 위한 온도 보상용 코아형 광섬유 센서(12) 및 지반 거동감지용 광섬유 센서(14)가 일체형으로 결합된 시트형 광섬유 센서(10)가 부착된다. In the cut slope and the fire hazard area, a sheet type optical fiber sensor 10 having a core type optical fiber sensor 12 for measuring temperature change and an optical fiber sensor 14 for detecting ground behavior is integrally attached.

광섬유 센서는 전기가 통하는 전도체가 포함되어 있지 않으므로 주변의 여러 장치에서 발생할 수 있는 전자파 장애에 의해 영향을 받지 않고, 전기적인 혼선의 영향도 없다.Fiber-optic sensors do not contain conducting conductors, so they are not affected by electromagnetic interference that can occur in many nearby devices, and there is no electrical crosstalk.

이러한 광섬유 센서는 간섭형, 파장형 및 산란형 센서 등이 있으며, 이 중 산란형 광섬유 센서는 다른 형태에 따라 구현하지 못하는 광섬유 내부를 진행하는 펄스 광을 이용하여 광섬유 외부에서 작용하는 물리량에 따라 변화하는 광섬유 내부의 후방 산란광을 측정함에 의하여 장거리 광섬유 전체의 분포 물리량을 측정하는 것이 가능하다. 이 중 브릴루앙 산란형 광섬유 센서는 외부에서 작용하는 변형률 및 온도 모두에 민감하게 반응하는 브릴루앙 주파수 천이 값에 따라 후방 산란광의 크기가 바뀌게 되어서 외부 물리량의 변화를 알 수 있다. Such optical fiber sensors include interference type, wavelength type, and scattering type sensors, among which scattering type optical fiber sensors change according to the physical quantity acting on the outside of the optical fiber by using pulsed light traveling inside the optical fiber which cannot be implemented according to other forms. By measuring backscattered light inside the optical fiber, it is possible to measure the distribution physical quantity of the entire long-distance optical fiber. Among these, the Brillouin scattering type optical fiber sensor changes the external physical quantity by changing the size of the backscattered light according to the Brillouin frequency shift value that reacts sensitively to both the strain and the temperature.

도 2을 참조하면, 시트형 광섬유 센서(10)는 보호재(16) 내부에 형성된 온도보상용 코아형 광섬유 센서(12)와 보강재(15) 내부에 형성된 지반 거동감지용 광섬유 센서(14)가 접착제(18)에 의해 부착되어 형성된다.Referring to FIG. 2, the sheet-shaped optical fiber sensor 10 includes a temperature compensation core-type optical fiber sensor 12 formed in the protective material 16 and a ground motion sensing optical fiber sensor 14 formed in the reinforcing material 15. 18) is attached and formed.

온도보상용 코아형 광섬유 센서(12)는 보호재(16) 내부에서 상기 보호재(16)와 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 상기 온도보상용 코아형 광섬유 센서(12)는 보호재(16)에 완전히 밀착되지 않고 내부공간을 형성하고 있기 때문에 온도 변화에 따라서 부피가 변화될 수 있고 이에 따라 반사광을 통해서 온도보상용 코아형 광섬유 센서(12) 주위의 온도를 파악할 수 있다.The core compensation optical fiber sensor 12 for temperature compensation is formed at a predetermined distance from the protective material 16 inside the protective material 16. Since the temperature compensation core-type optical fiber sensor 12 is not completely in contact with the protective material 16 and forms an internal space, the volume can be changed in accordance with temperature change, and accordingly, the core-type optical fiber sensor for temperature compensation through reflected light (12) The surrounding temperature can be grasped.

지반 거동감지용 광섬유 센서(14)는 보강재(15) 내부에서 접착제(18)에 의해 보강재(15)와 밀착되어 형성되어 있다. 거동감지용 광섬유 센서(14)는 보강재(15)에 완전히 밀착되어 있기 때문에 지반의 거동이 있을 경우 하중을 받은 센서가 인장이 늘어날 수 있고 이에 따라 반사광을 통해서 거동감지용 광섬유 센서(14)가 받는 하중이 변하는 것을 알 수 있다. 보강재(15)로는 탄소섬유시트, 유리섬유시트, 아라미드시트, S&P 탄소판 컴퍼지트 라멜라 150/2000 및 S&P 탄소판 커퍼지트 라멜라 200/2000 을 사용할 수 있다. 접착제(18)로는 S&P/OS 레진 PU를 사용할 수 있다. The ground motion sensing optical fiber sensor 14 is formed in close contact with the reinforcing material 15 by the adhesive 18 in the reinforcing material 15. Since the behavior-sensitive optical fiber sensor 14 is completely in close contact with the reinforcing material 15, when there is ground behavior, the sensor under load may increase in tension, and thus the optical fiber sensor 14 for motion detection through the reflected light receives. It can be seen that the load changes. As the reinforcing material 15, carbon fiber sheet, glass fiber sheet, aramid sheet, S & P carbon plate composite lamellar 150/2000 and S & P carbon plate composite lamellar 200/2000 can be used. S & P / OS resin PU can be used as the adhesive 18.

본 발명의 실시 예에서는 산불이나 지반의 붕괴를 감시하기 위하여 온도보상용 코아형 광섬유 센서(12)와 지반 거동감지용 광섬유 센서(14)를 함께 사용하였는데, 설치 장소와 목적에 따라서 둘 중 어느 하나만을 사용할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, the temperature compensation core-type optical fiber sensor 12 and the ground behavior detection optical fiber sensor 14 are used together to monitor the fire or ground collapse, according to the installation location and purpose, only one of the two You can also use

광섬유 센서(14)에 광을 공급하고 후방광을 수광하여 데이터를 분석하기 위한 BOTDA 시스템(50)은 도 3 에서와 같이 광원부(52), 신호검출부(54), 신호처리부(56)를 구비한다.The BOTDA system 50 for supplying light to the optical fiber sensor 14 and receiving back light to analyze data includes a light source 52, a signal detector 54, and a signal processor 56 as shown in FIG. 3. .

BOTDA 시스템(50)의 광원부(52)는 펌프광 및 프로브광을 시트형 광섬유 센서(10)에 전달한다. 광원부(52)는 레이저 다이오드로부터 광이 출사되면 출사된 광을 분기하게 되고, 분기된 광을 펌핑 펄스광 및 프로브광으로 변조한다. 광원부(52)는 이렇게 변조된 광을 증폭하여 증폭된 펌핑 펄스광 및 프로브광을 시트형 광섬유 센서(10)에 공급한다. 상기 시트형 광섬유 센서(10)는 펌핑 펄스광과 프로브광의 주파수 차이와 시트형 광섬유 센서(10)의 고유 브릴루앙 천이 주파수와의 차이에 따라 도 4a에 도시된 바와 같이 브릴루앙 산란을 일으키게 된다. 이 때 절토사면의 일부분에서 지반의 거동으로 하중의 변화나 온도변화가 발생하면 시트형 광섬유 센서(10)에서 발생되는 후방 산란광은 도 4b 에 나타나는 바와 같이 브릴루앙 산란 주파수의 중심 주파수가 변화하게 된다. 이를 통해, 지반의 거동이 발생하거나 온도 변화가 일어난 곳의 위치와 그 변화 정도를 파악할 수 있다. 시트형 광섬유 센서(10)에서 발생된 후방 산란광이 광원부(52)에 수광되면 신호 검출부(54)는 A/D(Analog-to-Digital)변환기를 이용하여 광원부로부터 수광된 후방 산란광을 일정주기로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하게 된다. 그리고 신호 처리부(56)는 설정된 기본 변수(평균화 횟수, 샘플링 횟수, 속도, 주파수 조사범위 및 단계 주파수등)에 따라 BOTDA 시스템의 전체 동작을 제어하며 신호 검출부(54)으로부터 일정 주기로 샘플링되어 디지털 처리된 후방 산란광에 대한 데이터를 수신하여 광섬유 센서의 길이와 브릴루앙 천이 주파수에 대한 신호를 출력하게 된다. 이때, 브릴루앙 천이 주파수는 최대 출력이 얻어지는 주파수이다. 신호 처리부(56)는 구해진 브릴루앙 천이 주파수에 의해 시트형 광섬유 센서의 변형률 및 온도 분포를 구하게 된다. 즉, 시트형 광섬유 센서가 부착된 절토사면의 지반 거동에 의한 변형률 및 온도분포를 구할 수 있게 된다. The light source unit 52 of the BOTDA system 50 transmits the pump light and the probe light to the sheet-like optical fiber sensor 10. The light source 52 splits the emitted light when light is emitted from the laser diode, and modulates the split light into pumping pulsed light and probe light. The light source unit 52 amplifies the modulated light and supplies the amplified pumping pulsed light and the probe light to the sheet-shaped optical fiber sensor 10. The sheet-like optical fiber sensor 10 causes the Brillouin scattering as shown in FIG. 4A according to the difference between the frequency difference between the pumping pulse light and the probe light and the intrinsic Brillouin transition frequency of the sheet-like optical fiber sensor 10. At this time, if a load change or a temperature change occurs due to the behavior of the ground at a part of the cut slope, the center frequency of the Brillouin scattering frequency of the back scattered light generated by the sheet-like optical fiber sensor 10 is changed. Through this, it is possible to determine the location of the ground behavior or the temperature change and the extent of the change. When the backscattered light generated by the sheet-shaped optical fiber sensor 10 is received by the light source unit 52, the signal detector 54 samples the backscattered light received from the light source unit at regular intervals using an analog-to-digital (A / D) converter. Convert to a digital signal. The signal processor 56 controls the overall operation of the BOTDA system according to the set basic variables (average number of times, sampling frequency, speed, frequency irradiation range, step frequency, etc.) and is sampled at a predetermined period from the signal detector 54 and digitally processed. By receiving data about the backscattered light, it outputs a signal about the length of the optical fiber sensor and the Brillouin transition frequency. At this time, the Brillouin transition frequency is a frequency at which the maximum output is obtained. The signal processor 56 obtains strain and temperature distribution of the sheet-like optical fiber sensor by the obtained Brillouin transition frequency. That is, the strain and the temperature distribution due to the ground behavior of the cut slope with the sheet-shaped optical fiber sensor can be obtained.

이렇게 실시간으로 측정된 절토사면이나 붕괴위험지역의 지반 상황은 관리실(80)을 통해 실시간으로 항시 모니터링하여 사후에 발생할 수 있는 붕괴사고나 화재를 미연에 방지 할 수 있다. 또한, 갑작스런 지반의 변동이나 화재발생시에는 사고장소의 근처에 있는 경보장치(70)에 경광등이나 기타 경고 수단을 통하여 알림으로써, 주변 통행하는 차량 및 인마의 통행을 제한할 수 있다. The ground condition of the cut slope or the collapse danger area measured in real time can be monitored at all times in real time through the management room 80 to prevent the collapse or fire that may occur afterwards. In addition, in case of sudden ground change or fire, the warning device 70 near the accident place may be notified through a warning light or other warning means, thereby limiting the traffic of vehicles and horses.

이와 같은 방법으로 실시되는 절토사면 붕괴감시장치의 구체적인 실시 예를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. A detailed embodiment of the cut slope collapse monitoring apparatus implemented in this manner will be described below with reference to FIG. 5.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 절토사면 붕괴감시장치는 시트형 광섬유 센서(10)를 절토사면이나 붕괴 위험지역의 상부에 고정시키기 위한 상부고정단(20), 상부고정단(20)에서 내려오는 광섬유 센서(10)를 하부에서 장착하기 위한 하부장착단(30), 시트형 광섬유 센서(10)에서 소정의 간격을 두고 설치되어, 지반에서 거동이 있을 경우 외부의 하중을 센서가 탐지할 수 있도록 구성된 지반 거동 전달뭉치(40), 절토사면에서 붕괴가 있을 경우 인근 도로나 철로에 경고를 하기 위한 경보장치(70), 시트형 광섬유 센서(10)에 광을 공급하고 후방 산란광을 검출하여 지반 거동현상을 파악하며 경보장치를 제어하는 광섬유 시간영역 해석시스템(BOTDA, 50) 및 상기 광섬유 시간영역 해석시스템(50)에 전원을 공급하기 위한 전원부(60)를 구비한다. Referring to FIG. 5, the cut slope collapse monitoring device according to the present invention is lowered from the upper fixing end 20 and the upper fixing end 20 to fix the sheet-shaped optical fiber sensor 10 to the upper part of the cut slope or the collapse danger area. It is installed at a predetermined interval from the lower mounting end 30, the sheet-like optical fiber sensor 10 for mounting the optical fiber sensor 10 from the bottom, so that the sensor can detect the external load when there is behavior in the ground The ground behavior transfer bundle 40, which is configured to provide a warning device 70 to warn nearby roads or railway lines when there is a collapse on the cut slope, and supply a light to the sheet-type optical fiber sensor 10 and detect backscattered light, And a power supply unit 60 for supplying power to the optical fiber time domain analysis system (BOTDA) 50 for controlling the alarm device.

상부 고정단(20)은 시트형 광섬유 센서(10)를 절토사면의 상부에 고정시킨다. The upper fixing end 20 fixes the sheet-shaped optical fiber sensor 10 to the upper part of the cut slope.

도 6를 참조하면, 상부고정단(20)은 시트형 광섬유 센서(10)가 부착되는 센서부착용 지그(24)와 상기 지그(24)와 일체화되고 지반에 매설되는 앙카(21)를 구비한다. 앙카(21)는 붕괴시 움직임이 없도록 원지반을 콘크리트 등으로 매립하여 지반 내부에 설치된다. 센서 부착용 지그(24)에 접착제를 사용하여 시트형 광섬유 센서(10)를 고정한다. 보호캡(22)은 센서 부착용 지그(24)의 표면을 덮고 있어 센서 부착용 지그(24)에 부착된 시트형 광섬유 센서(10)가 외부의 물리력에 의해 손상되는 것을 방지한다. Referring to FIG. 6, the upper fixing end 20 includes a sensor attachment jig 24 to which the sheet-shaped optical fiber sensor 10 is attached, and an anchor 21 integrated with the jig 24 and embedded in the ground. The anchor 21 is installed inside the ground by embedding the ground with concrete, so that there is no movement during collapse. The sheet-shaped optical fiber sensor 10 is fixed to the sensor attachment jig 24 using an adhesive agent. The protective cap 22 covers the surface of the sensor attachment jig 24 to prevent the sheet-shaped optical fiber sensor 10 attached to the sensor attachment jig 24 from being damaged by an external physical force.

상부 고정단(20)에 의해 절토사면의 상부에 고정된 시트형 광섬유 센서(10)는 절토사면을 관통하거나 외측에 밀착되어 절토사면의 하단까지 위치하고, 이렇게 하단까지 내려온 시트형 광섬유 센서(10)는 하부 장착단(30)에 의해 고정된다. Sheet-like optical fiber sensor 10 is fixed to the top of the cut slope by the upper fixing end 20 is penetrated through the cut slope or in close contact with the outside is located to the bottom of the cut slope, the sheet-like optical fiber sensor 10 is lowered to the bottom It is fixed by the mounting end 30.

도 7를 참조하면, 하부 장착단(30)은 시트형 광섬유 센서(10)가 부착되는 센서 부착용 지그(34), 센서 부착용 지그(34)에 연결된 표준장력계(35), 지중에 매설된 앙카(31), 앙카(31)와 표준장력계(35) 사이의 연결부에 형성된 반력판(36)을 구비한다. 앙카(31)는 지중에 콘크리트 등으로 매설하여 고정한다. 표준장력계(35)는 상부고정단(20)과 하부 장착단(30) 사이에 연결된 시트형 광섬유 센서(10)가 일정한 장력을 유지하도록 한다. 반력판(36)은 표준장력계(35)와 연결고리(37)를 통해 연결되어 상부고정단(20)으로부터 연결된 시트형 광섬유 센서(10)가 이상적인 각도와 형태를 유지하도록 하부 장착단(30)의 센서 부착용 지그(34)의 위치를 고정시킨다.Referring to FIG. 7, the lower mounting end 30 may include a sensor attachment jig 34 to which the sheet-shaped optical fiber sensor 10 is attached, a standard tension meter 35 connected to the sensor attachment jig 34, and an anchor embedded in the ground ( 31), a reaction force plate 36 formed at the connecting portion between the anchor 31 and the standard tension meter 35. The anchor 31 is embedded in the ground and fixed with concrete. The standard tension meter 35 allows the sheet-like optical fiber sensor 10 connected between the upper fixing end 20 and the lower mounting end 30 to maintain a constant tension. The reaction plate 36 is connected to the standard tension meter 35 and the connecting ring 37 so that the sheet-shaped optical fiber sensor 10 connected from the upper fixing end 20 maintains an ideal angle and shape. Fix the position of the sensor attachment jig 34.

이처럼 상부 고정단(20)과 하부 장착단(30)에 의해 절토사면에 설치된 시트형 광섬유 센서(10)상에는 소정의 간격을 두고, 지반의 거동이 있을 경우 시트형 광섬유 센서(10)에 하중을 전달하기 위한 지반 거동 전달뭉치(40)가 설치된다. As described above, the sheet-shaped optical fiber sensor 10 installed on the cut slope by the upper fixed end 20 and the lower mounting end 30 has a predetermined distance therebetween, and transfers a load to the sheet-shaped optical fiber sensor 10 when there is ground motion. Ground behavior transfer bundle 40 for is installed.

도 8을 참조하면, 지반 거동 전달뭉치(40)는 앙카(41)에 고정되고 시트형 광섬유 센서(10)가 통과하는 고정외심(42)과, 시트형 광섬유 센서(10)에 부착된 고정내심(44)을 구비한다.Referring to FIG. 8, the ground motion transfer bundle 40 is fixed to the anchor 41 and has a fixed outer core 42 through which the sheet-shaped optical fiber sensor 10 passes, and a fixed inner core 44 attached to the sheet-shaped optical fiber sensor 10. ).

앙카(41)는 지중에 콘크리트 등으로 매설하여 고정한다.The anchor 41 is embedded in the ground and fixed with concrete.

고정외심(42)의 내부에는 시트형 광섬유 센서(10)가 통과할 수 있는 홀이 형성된다.A hole through which the sheet-shaped optical fiber sensor 10 can pass is formed in the fixed outer core 42.

고정내심(44)은 지반에 거동이 있을 경우 시트형 광섬유 센서(10)로 하중을 전달한다.The fixed inner core 44 transmits the load to the sheet-shaped optical fiber sensor 10 when there is behavior in the ground.

이와 같이, 절토사면에 설치된 시트형 광섬유 센서(10)를 통하여 절토사면의 지반의 변형율이나 온도 변화를 BOTDA 시스템(50)을 통하여 측정하는 방법은 도 1 및 도 2에 대한 설명에서 자세히 기재하였는바 중복되는 내용의 설명은 생략하기로 한다.As described above, the method of measuring the strain or temperature change of the ground of the cut slope through the BOTDA system 50 through the sheet type optical fiber sensor 10 installed on the cut slope has been described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. Description of the contents will be omitted.

BOTDA 시스템(50)에 필요한 전원을 공급하기 위한 전원부(60)는 일반 전력공급장치를 사용할 수 있고, 태양열 전지를 사용할 수도 있다. 태양열 전지를 사용할 경우 일조량이 많을 때에 생산된 전력을 저장하기 위한 축전지를 추가로 구비하여, 태양열이 부족하여 전기를 생산하기 곤란한 경우 축전지의 에너지를 사용한다.The power supply unit 60 for supplying power required for the BOTDA system 50 may use a general power supply device, or may use a solar cell. In the case of using a solar cell, an additional storage battery is provided for storing electric power generated when the amount of sunshine is large. When the solar cell is insufficient to produce electricity, the energy of the storage battery is used.

경보장치(70)는 일반적으로 경광등을 사용할 수 있고 기타 어떠한 경보 장치가 사용될 수 있다. 갑작스런 지반의 변동이나 화재발생시에는 사고장소의 근처에 있는 경광등이나 기타 경고 수단을 통하여 알림으로써, 주변 통행하는 차량 및 인마의 통행을 제한할 수 있다. The alarm device 70 may generally use a warning light and any other alarm device may be used. In the event of sudden ground changes or fires, traffic warnings or other warning means in the vicinity of the accident site can be used to limit the traffic of nearby vehicles and horses.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 절토사면 붕괴감시장치에 의하면 절토사면이나 산악지형의 지반과 온도변화의 상황을 실시간으로 모니터링하면서 갑작스런 사고 발생시 경보장치를 통하여 주변에 경고를 할 수 있어서, 대형사고의 예방 및 사고 발생시 신속하게 대처할 수 있다.As described above, according to the cut slope collapse monitoring device according to the present invention can be alerted to the surroundings through the alarm device in the event of a sudden accident while monitoring the condition of the ground and temperature changes of the cut slope or mountainous terrain, a large accident Can prevent and quickly respond in the event of an accident.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (9)

절토사면상의 상부와 하부를 연결하여 배치되고 주변온도 변화나 인장 강도 변화에 따라 산란광의 중심주파수가 변화하는 온도보상용 코아형 광섬유 센서 및 지반 거동감지용 광섬유 센서가 접착된 시트형 광섬유 센서와;A sheet-like optical fiber sensor disposed between the upper and lower parts of the cut slope and bonded with a temperature compensation core optical fiber sensor and a ground motion detecting optical fiber sensor, the center frequency of the scattered light being changed according to a change in ambient temperature or tensile strength; 상기 시트형 광섬유 센서를 절토사면의 상부에 고정시키기 위한 상부 고정단과;An upper fixing end for fixing the sheet-shaped optical fiber sensor to an upper part of the cut slope; 상기 시트형 광섬유 센서를 상기 절토사면의 하부에 고정시키는 하부 장착단과; A lower mounting end fixing the sheet-shaped optical fiber sensor to the lower portion of the cut slope; 상기 시트형 광섬유 센서에서 소정의 간격을 두고 설치되어, 상기 절토사면에서 지반의 거동이 발생하면 센서에 하중을 전달하는 다수의 지반 거동 전달뭉치와;A plurality of ground behavior transfer bundles which are installed at predetermined intervals in the sheet-shaped optical fiber sensor and transmit loads to the sensor when ground behavior occurs at the cut slope; 상기 절토사면의 붕괴시 인접 도로 및 철로등에 붕괴사항을 알리기 위한 경보장치와;An alarm device for notifying collapsed matters to adjacent roads and railway lines when the cut slope collapses; 상기 시트형 광섬유 센서에 광을 공급하고 후방 산란광을 검출하며, 상기 후방 산란광의 중심주파수의 변화가 절토사면의 붕괴상태를 나타내는 수치이상이면 상기 경보장치에 제어신호를 인가하는 광섬유 시간영역 해석시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 절토사면 붕괴감시장치.An optical fiber time domain analysis system for supplying light to the sheet-like optical fiber sensor and detecting backscattered light, and applying a control signal to the alarm device if a change in the center frequency of the backscattered light is greater than or equal to a value indicating a state of collapse of the cut slope. Cut slope collapse monitoring device, characterized in that. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지반 거동감지용 광섬유 센서는 The ground fiber sensor for detecting ground behavior 상기 광이 도파되는 광섬유 센서와;An optical fiber sensor to which the light is guided; 상기 광섬유 센서 외부에 밀착하여 피복한 보강재를 포함하는 것을 특징으로 하는 절토사면 붕괴감시장치. Cut slope collapse monitoring device comprising a reinforcing material coated in close contact with the outside of the optical fiber sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 고정단은 상기 시트형 광섬유 센서를 부착하기 위한 지그와;The upper fixed end is a jig for attaching the sheet-like optical fiber sensor; 상기 지그와 연결되고 지반에 매설되어 상기 광섬유 센서단을 고정시키기 위한 앙카를 포함하는 것을 특징으로 하는 절토사면 붕괴감시장치.Cut slope collapse monitoring device comprising an anchor connected to the jig and embedded in the ground to secure the optical fiber sensor end. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 장착단은 상기 시트형 광섬유 센서를 부착하기 위한 지그와;The lower mounting end may include a jig for attaching the sheet-shaped optical fiber sensor; 상기 지그와 연결되어 상기 상부 고정단과 상기 하부 장착단 사이에 연결된 상기 시트형 광섬유 센서를 일정한 장력이 유지되도록 하는 표준 장력계와;A standard tension meter connected to the jig to maintain a constant tension of the sheet-like optical fiber sensor connected between the upper fixed end and the lower mounting end; 상기 표준 장력계와 연결되어 상기 상부 고정단의 지그와 상기 하부 장착단의 지그를 적정한 위치로 설정하는 반력판과;A reaction force plate connected to the standard tension meter to set the jig of the upper fixed end and the jig of the lower mounting end to an appropriate position; 상기 반력판에 연결되고 지반에 매설되어 상기 시트형 광섬유 센서단을 고정시키기 위한 앙카를 포함하는 것을 특징으로 하는 절토사면 붕괴감시장치. Cut slope collapse monitoring device comprising an anchor connected to the reaction plate and buried in the ground for fixing the sheet-like optical fiber sensor end. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지반 거동 전달뭉치는 상기 시트형 광섬유 센서에 고정되어 상기 시트형 광섬유 센서에 하중을 전달하는 고정내심과;The ground motion transfer bundle is fixed to the sheet-like optical fiber sensor to transmit a load to the sheet-like optical fiber sensor; 상기 시트형 광섬유 센서가 통과할 수 있도록 홀이 형성된 고정외심과;A fixed outer core having a hole formed therein to allow the sheet-type optical fiber sensor to pass therethrough; 상기 고정외심과 연결되어 지반에 매설되는 앙카를 포함하는 것을 특징으로 하는 절토사면 붕괴감시장치.Cut slope collapse monitoring device comprising an anchor buried in the ground connected to the fixed outer core. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광섬유 시간영역 해석시스템은 상기 시트형 광섬유 센서에 펌핑 펄스광 및 프로브광을 공급하고, 상기 시트형 광섬유 센서로부터 후방 산란광을 수광하는 광원부와;The optical fiber time domain analysis system includes: a light source unit supplying pumping pulsed light and probe light to the sheet-type optical fiber sensor and receiving backscattered light from the sheet-type optical fiber sensor; 상기 광원부에 수광된 후방 산란광을 검출하는 신호 검출부와;A signal detector for detecting backscattered light received by the light source; 상기 신호 검출부에서 검출된 신호를 이용하여 절토사면의 변형 및 온도 변화를 측정하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절토사면 붕괴감시장치.Cut slope collapse monitoring device comprising a signal processor for measuring the deformation and temperature change of the cut slope using the signal detected by the signal detector. 절토사면의 주변에 설치된 인장 강도나 온도변화를 감지하는 온도보상용 코아형 광섬유 센서 및 지반 거동감지용 광섬유 센서가 접착된 시트형 광섬유 센서에 광을 공급하는 단계와;Supplying light to a sheet type optical fiber sensor to which a core compensation optical fiber sensor for sensing a tensile strength or a temperature change installed around a cut slope and an optical fiber sensor for detecting ground behavior; 후방 산란광을 검출하여 상기 절토사면의 주변환경을 항시 감시하는 단계와;Detecting backscattered light at all times to monitor the surrounding environment of the cut slope; 상기 절토사면에서 붕괴가 있을 경우 주변에 경보를 알리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절토사면 붕괴감시방법.Cut slope collapse monitoring method comprising the step of informing the alarm when there is a collapse in the cut slope.
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