KR101013541B1 - 제거형 광섬유 센서 및 이를 이용한 계측방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심부에 관통공(120)이 형성되고, 측면에 길이방향으로 광섬유 장착부(110)가 형성된 본체(100); 광섬유 장착부(110)에 장착된 광섬유(200);를 포함하고, 광섬유(200)는 본체(100)의 후단으로부터 관통공(120)을 통해 본체(100)의 전단으로 인출가능하도록 장착된 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A) 및 이를 이용한 계측방법을 제시함으로써, 직접적으로 굴착영역을 계측하여 측정된 데이터의 신뢰성을 충분히 확보할 수 있도록 한다.
계측, 발파, 광섬유

Description

제거형 광섬유 센서 및 이를 이용한 계측방법{REMOVAL TYPE OPTICAL FIBER SENSOR AND MEASURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 토목 계측 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 터널과 같은 지반의 거동을 계측하기 위한 센서 및 이를 이용한 계측방법에 관한 것이다.
지반을 수평방향 또는 수직방향으로 천공하는 경우, 주변지반에 영향을 미치게 되는바, 천공 내부 영역의 안전을 위해서는 그 주변지반의 변위를 주기적으로 계측할 필요가 있다.
특히, 암반층을 굴착하여 터널을 시공하는 경우, 발파에 의한 천공방법이 주로 사용되는데, 이는 주변지반에 대단히 많은 영향을 미치므로, 그 변위의 계측 필요성이 더욱 증대된다.
도 1,2는 종래의 터널 굴착시 사용되는 계측방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 화살표 방향으로 발파에 의해 터널을 굴착하는 경우, 굴착영역(1)의 상부에 경사지게 센서(2)를 장착하고, 발파 전후의 지반 거동을 계측하는 방식을 취한다.
그런데, 실제에 있어서 발파에 의해 가장 많은 영향을 받는 부위는 발파 후 잔여 굴착영역(1)이므로, 이 부위에 대하여 직접적으로 계측하는 것이 필요하나, 종래에는 간접적으로 굴착영역(1)의 상부를 계측하는 방식을 사용하였는바, 측정된 데이터의 신뢰성이 부족하다는 점에서 문제로 지적되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 직접적으로 굴착영역을 계측하여 측정된 데이터의 신뢰성을 충분히 확보할 수 있도록 하는 제거형 광섬유 센서 및 이를 이용한 계측방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 심부에 관통공(120)이 형성되고, 측면에 길이방향으로 광섬유 장착부(110)가 형성된 본체(100); 상기 광섬유 장착부(110)에 장착된 광섬유(200);를 포함하고, 상기 광섬유(200)는 상기 본체(100)의 후단으로부터 상기 관통공(120)을 통해 상기 본체(100)의 전단으로 인출가능하도록 장착된 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A)를 제시한다.
상기 본체(100)는 지중에 매설되어 일체로 거동하도록, 탄성 및 복원력을 가진 합성수지 재질에 의해 형성된 것이 바람직하다.
상기 광섬유(200)의 외면을 둘러 광섬유 보호부(210)가 장착되고, 상기 광섬유 보호부(210)는 상기 광섬유 장착부(110)에 장착된 것이 바람직하다.
상기 광섬유(200)의 인출을 위한 여유분이 임시로 저장되도록, 상기 본체(100)의 후단에 설치된 광섬유 임시저장부(220); 상기 광섬유 임시저장부(220)에 저장된 광섬유(200)를 상기 관통공(120)을 통해 인출 또는 인입하기 위한 광섬유 출입수단(230);을 더 구비한 것이 바람직하다.
상기 광섬유 임시저장부(220)는 상기 광섬유(200)가 말린 상태로 저장되기 위한 광섬유 풀리(221)를 포함하고, 상기 광섬유 출입수단(230)은 상기 관통공(120)을 통해 상기 광섬유(200)를 인출할 수 있도록, 상기 광섬유(200)의 단부에 결합한 인출용 케이블(231); 상기 광섬유(200)가 말린 상태로 유지되도록, 상기 광섬유 풀리(221)에 장착된 탄성체;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광섬유 풀리(221)는 간격부재(222)에 의해 상기 본체(100)의 후단에 간격을 두고 설치된 것이 바람직하다.
상기 광섬유 출입수단(230)은 상기 광섬유(200) 및 인출용 케이블(231)이 장착됨과 아울러, 상기 관통공(120) 내부를 통해 슬라이딩 구동하도록 설치된 케이블 결합부재(232)를 더 구비한 것이 바람직하다.
상기 광섬유(200)의 인출을 위한 여유분을 보호하도록 내부에 광섬유(200) 저장영역이 형성됨과 아울러, 상기 본체(100)의 후단에 장착된 광섬유 보호캡(240)을 더 구비한 것이 바람직하다.
타 부위에 비해 절단이 용이하도록, 상기 본체(100)에는 소정 간격으로 절단부가 형성된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 상기 제거형 광섬유 센서(A)를 지중의 굴착영역(1)에 매설하는 단계; 상기 제거형 광섬유 센서(A)가 매설된 길이 방향으로 굴착영역(1)을 굴착하여, 지반 및 상기 제거형 광섬유 센서(A)의 일부를 제거하는 단계; 상기 본체(100)의 관통공(120)을 통해 상기 광섬유(200)를 인출하여 잔여 지반의 변위를 계측하는 단계;를 포함하는 제거형 광섬유 센서(A)를 이용한 계측방법을 제시한다.
본 발명은 직접적으로 굴착영역을 계측하여 측정된 데이터의 신뢰성을 충분히 확보할 수 있도록 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
광섬유(Optical Fiber)란, 빛의 굴절률이 내부는 높고 외부는 낮게 구성되어 섬유 내부에서 전반사 광학 현상이 일어나도록 형성된 직경 0.1㎜ 정도의 가는 섬유를 말한다.
위 현상을 이용하여 빛을 전송할 때 광손실을 줄이기 위하여 투명도가 고도로 높은 재료가 필요하며, 고순도의 석영이나 광학적 성질이 우수한 고분자재료를 사용한다.
구조는 보통 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중원기둥 모양을 하고 있다. 그 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복을 1∼2차례 입힌다.
보호 피복을 제외한 전체 크기는 지름 백∼수백μm(1μm은 1/1000mm)로 되고, 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 높게 되어 있어서, 빛이 코어 부분에 집속되어 잘 빠져나가지 않고 진행할 수 있게 되어 있다.
광섬유는 주로 통신 분야에 활용되고 있으나, 온도, 압력에 의해 광섬유가 신축하는 경우, 그 내부를 통과하는 빛의 간섭무늬 등을 검출하면 온도, 압력을 측 정할 수 있는 특성이 있는바, 이를 활용한 센서를 광섬유 센서라 한다.
최근, 건설 계측 분야에서도 이러한 광섬유 센서를 활용하고자 하는 시도가 다양하게 이루어지고 있으며, 상세하게는, 압력 변화에 의한 구조물의 변위(처짐, 변형) 계측, 온도 변화에 의한 누수 탐지 등이 그것이다.
본 발명과 같이, 본체(100)의 광섬유 장착부(110)에 상술한 바와 같은 특성을 갖는 광섬유 센싱부(200)를 장착하고, 이를 지중에 매설하는 경우, 외부로 노출된 광섬유의 단부에서 정확한 계측이 가능하므로, 지중 또는 구조물 내의 변형, 거동 등을 실시간으로 편리하고 정확하게 계측할 수 있다는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 제거형 광섬유 센서(A)는 기본적으로, 심부에 관통공(120)이 형성되고, 측면에 길이방향으로 광섬유 장착부(110)가 형성된 본체(100); 광섬유 장착부(110)에 장착된 광섬유(200);를 포함하고, 광섬유(200)는 본체(100)의 후단으로부터 관통공(120)을 통해 본체(100)의 전단으로 인출가능하도록 장착된 것을 특징으로 한다.
이러한 제거형 광섬유 센서(A)는 다음과 같은 계측방법에 적용될 수 있다.
제거형 광섬유 센서(A)를 지중의 굴착영역(1)에 매설한다(도 3).
제거형 광섬유 센서(A)가 매설된 길이 방향으로 굴착영역(1)을 발파 등에 의해 굴착하여, 지반 및 제거형 광섬유 센서(A)의 일부를 제거한 후, 본체(100)의 관통공(120)을 통해 광섬유(200)를 인출하여 잔여 지반의 변위를 계측한다(도 4).
즉, 종래의 방식에 의해서는 굴착영역(1)을 직접 계측하지 못하였으므로 측 정 데이터의 신뢰성을 확보할 수 없었으나, 본 발명에 의한 제거형 광섬유 센서 및 이를 이용한 계측방법은 위와 같은 방식에 의해 굴착영역(1)의 지반의 변위를 직접적으로 계측할 수 있도록 하므로, 측정된 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있다는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 의한 제거형 광섬유 센서(A)의 구조에 관한 구체적 실시예에 대하여 설명한다.
지반 변위의 확실한 계측을 위해서, 본체(100)는 지중에 매설되어 일체로 거동하도록, 탄성 및 복원력을 가진 합성수지 재질에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
발파 기타 충격에 의해 광섬유(200)가 손상되는 것을 방지하기 위해서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 광섬유(200)의 외면을 둘러 별도의 광섬유 보호부(210)가 장착되고, 그 광섬유 보호부(210)가 광섬유 장착부(110)에 장착된 구조를 취하는 것이 바람직하다.
본체(100)의 관통공(120)을 통한 광섬유(200)의 인출이 용이하게 이루어지도록 하기 위해서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 광섬유(200)의 인출을 위한 여유분이 임시로 저장되도록, 본체(100)의 후단에 설치된 광섬유 임시저장부(220); 광섬유 임시저장부(220)에 저장된 광섬유(200)를 관통공(120)을 통해 인출 또는 인입하기 위한 광섬유 출입수단(230);을 더 구비한 구조를 취하는 것이 바람직하다.
광섬유 임시저장부(220)는 광섬유(200)의 여유분이 임시로 저장될 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하나, 광섬유(200)의 엉김에 의한 손상을 방지하기 위해 서는 광섬유(200)가 둘둘 말린 상태로 저장되기 위한 광섬유 풀리(221)의 구조를 취하는 것이 바람직하다.
계측시에는 광섬유(200)가 관통공(120)을 통해 인출된 상태에 있을 것이 요구되지만, 발파시에는 광섬유(200)의 보호를 위하여 광섬유(200)가 관통공(120) 내부에 인입된 상태에 있는 것이 필요하다.
이를 위하여 광섬유 출입수단(230)은, 관통공(120)을 통해 광섬유(200)를 인출할 수 있도록, 광섬유(200)의 단부에 결합한 인출용 케이블(231); 광섬유(200)가 말린 상태로 유지되도록, 광섬유 풀리(221)에 장착된 탄성체(스프링 등);를 포함하는 구조를 취하는 것이 바람직하다.
이러한 구조를 취하는 경우, 계측시에는 인출용 케이블(231)을 전방으로 당김으로써 광섬유(200)를 쉽게 인출할 수 있고, 발파시에는 단지 인출용 케이블(231)을 놓는 동작에 의해 위 광섬유 풀리(221)에 장착된 탄성체의 작용으로 광섬유(200)가 다시 말린 상태로 복귀할 것이기 때문이다.
광섬유 풀리(221)가 위와 같은 작용을 원활하게 하기 위해서는, 간격부재(222)에 의해 본체(100)의 후단에 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.
광섬유(200)의 인출을 위한 인출용 케이블(231)에 광섬유(200)가 직접 결합한 구조를 취할 수도 있을 것이나, 도 7,8에 도시된 바와 같이, 광섬유(200) 및 인출용 케이블(231)이 장착됨과 아울러, 관통공(120) 내부를 통해 슬라이딩 구동하도록 별도의 케이블 결합부재(232)가 설치된 구조를 취하는 것이 광섬유(200)의 인출 및 인입 구동을 더욱 원활하게 할 수 있다는 측면에서 더 바람직하다.
광섬유(200)의 인출을 위한 여유분은 본체(100)의 후방(굴착영역의 지반 내부)에 위치하게 되는데, 이를 보호하기 위해서는 도 8 내지 10에 도시된 바와 같이, 내부에 광섬유(200) 저장영역이 형성된 보호캡(240)이 본체(100)의 후단에 장착되는 구조를 취하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제거형 광섬유 센서(A)의 본체(100)는 굴착영역(1)에 대한 발파시 지반과 함께 일부씩 제거되는데, 이러한 제거가 더욱 효율적으로 발생하도록 하기 위해서는, 타 부위에 비해 절단이 용이하도록 본체(100)에 소정 간격으로 절단부(관통공 등이 형성된 구조)가 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1,2는 종래의 계측방법을 설명하기 위한 구성도.
도 3 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 3,4는 본 발명에 의한 계측방법을 설명하기 위한 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 제거형 광섬유 센서의 제1실시예의 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 제거형 광섬유 센서의 제2실시예의 부분 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 제거형 광섬유 센서의 제3실시예의 전단부의 단면도.
도 8은 본 발명에 의한 제거형 광섬유 센서의 제3실시예의 후단부의 단면도.
도 9는 도 8에서 광섬유 보호캡의 결합상태의 단면도.
도 10은 도 9의 사시도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
A : 제거형 광섬유 센서 1 : 굴착영역
100 : 본체 110 : 광섬유 장착부
120 : 관통공 200 : 광섬유
210 : 광섬유 보호부 220 : 광섬유 임시저장부
221 : 광섬유 풀리 222 : 간격부재
230 : 광섬유 출입수단 231 : 인출용 케이블
232 : 케이블 결합부재 240 : 광섬유 보호캡

Claims (10)

  1. 심부에 관통공(120)이 형성되고, 측면에 길이방향으로 광섬유 장착부(110)가 형성된 본체(100);
    상기 광섬유 장착부(110)에 장착된 광섬유(200);를 포함하고,
    상기 광섬유(200)는 상기 본체(100)의 후단으로부터 상기 관통공(120)을 통해 상기 본체(100)의 전단으로 인출가능하도록 장착된 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체(100)는 지중에 매설되어 일체로 거동하도록, 탄성 및 복원력을 가진 합성수지 재질에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유(200)의 외면을 둘러 광섬유 보호부(210)가 장착되고, 상기 광섬유 보호부(210)는 상기 광섬유 장착부(110)에 장착된 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유(200)의 인출을 위한 여유분이 임시로 저장되도록, 상기 본체(100)의 후단에 설치된 광섬유 임시저장부(220);
    상기 광섬유 임시저장부(220)에 저장된 광섬유(200)를 상기 관통공(120)을 통해 인출 또는 인입하기 위한 광섬유 출입수단(230);을
    더 구비한 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광섬유 임시저장부(220)는 상기 광섬유(200)가 말린 상태로 저장되기 위한 광섬유 풀리(221)를 포함하고,
    상기 광섬유 출입수단(230)은
    상기 관통공(120)을 통해 상기 광섬유(200)를 인출할 수 있도록, 상기 광섬유(200)의 단부에 결합한 인출용 케이블(231);
    상기 광섬유(200)가 말린 상태로 유지되도록, 상기 광섬유 풀리(221)에 장착된 탄성체;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광섬유 풀리(221)는 간격부재(222)에 의해 상기 본체(100)의 후단에 간격을 두고 설치된 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광섬유 출입수단(230)은
    상기 광섬유(200) 및 인출용 케이블(231)이 장착됨과 아울러, 상기 관통공(120) 내부를 통해 슬라이딩 구동하도록 설치된 케이블 결합부재(232)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유(200)의 인출을 위한 여유분을 보호하도록 내부에 광섬유(200) 저장영역이 형성됨과 아울러, 상기 본체(100)의 후단에 장착된 광섬유 보호캡(240)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  9. 제1항에 있어서,
    타 부위에 비해 절단이 용이하도록, 상기 본체(100)에는 소정 간격으로 절단부가 형성된 것을 특징으로 하는 제거형 광섬유 센서(A).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제거형 광섬유 센서(A)를 지중의 굴착영역(1)에 매설하는 단계;
    상기 제거형 광섬유 센서(A)가 매설된 길이 방향으로 굴착영역(1)을 굴착하여, 지반 및 상기 제거형 광섬유 센서(A)의 일부를 제거하는 단계;
    상기 본체(100)의 관통공(120)을 통해 상기 광섬유(200)를 인출하여 잔여 지반의 변위를 계측하는 단계;를
    포함하는 제거형 광섬유 센서(A)를 이용한 계측방법.
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