KR101027388B1 - Displacement sensor apparatus and displacement measuring method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변위 측정용 센서 및 변위 측정 방법에 관한 것으로서, 본 발명에서는 교량 등 구조물의 변위를 측정하는 변위 측정용 센서에 있어서, 변위 와이어와, 변위 와이어를 감고 있으며 상기 변위 와이어의 길이 변화에 따라 회전하는 롤부와, 변위 와이어의 길이가 변함에 따라 변화되는 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환시키는 직선 운동 변환부와, 일 단은 상기 직선 운동 변환부에 고정되어 직선 운동 변환부가 직선 운동을 함에 따라 움직이고 타 단은 고정 설치되는 캔티레버 및 캔티레버에 설치되어 캔티레버의 휨 정도를 센싱하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서가 제공된다.The present invention relates to a displacement measuring sensor and a displacement measuring method. In the present invention, in the displacement measuring sensor for measuring the displacement of a structure such as a bridge, the displacement wire and the displacement wire are wound and according to the change in the length of the displacement wire. The rotating roll unit, the linear motion converting unit for converting the rotational amount of the rolling unit which changes as the length of the displacement wire changes into linear momentum, and one end is fixed to the linear motion converting unit so that the linear motion converting unit performs linear motion According to the present invention, a displacement measuring sensor is provided, comprising a cantilever fixed to the other end and a fixed Bragg grating (FBG) optical fiber sensor configured to sense the bending degree of the cantilever.

변위 센서; 변위 측정 방법; 와이어 Displacement sensor; Displacement measuring method; wire

Description

변위 측정용 센서 및 변위 측정 방법{DISPLACEMENT SENSOR APPARATUS AND DISPLACEMENT MEASURING METHOD}Displacement measuring sensor and displacement measuring method {DISPLACEMENT SENSOR APPARATUS AND DISPLACEMENT MEASURING METHOD}

본 발명은 변위 측정용 센서 및 변위 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 변위 와이어의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하고, 직선 방향의 변화량을 FBG 광섬유 센서를 이용하여 측정하는 변위 측정용 센서 및 변위 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a displacement measuring sensor and a displacement measuring method, and more particularly, a displacement measuring sensor and a displacement measuring a change in a linear direction by converting a rotational movement of a displacement wire into a linear motion. It relates to a measuring method.

교량, 사면, 터널 등 주요 구조물의 변위는 구조계의 상태를 평가하기 위하여 매우 중요한 측정항목이다. 구조물의 변위를 측정하기 위하여 변위 센서를 사용하는데 도 1과 도 2는 종래의 전기저항식 변형률 게이지와 광섬유 변형률 센서를 이용한 변위 센서의 예를 나타낸 것이다. 일반적으로 종래 변위계는 도 1 및 도 2와 같이 경사면을 가지는 단면 변화 부재(22)와 전기저항식 변형률 게이지(11)가 부착된 리세스를 가지는 캔틸레버 휨부재(21)로 구성된다.Displacement of major structures such as bridges, slopes and tunnels is a very important measure for evaluating the structural condition. A displacement sensor is used to measure the displacement of a structure. FIGS. 1 and 2 show examples of a displacement sensor using a conventional electrical resistance strain gauge and an optical fiber strain sensor. In general, the conventional displacement meter is composed of a cantilever bending member 21 having a recess to which the electric resistance strain gauge 11 is attached and a cross-sectional change member 22 having an inclined surface as shown in FIGS. 1 and 2.

도 1 및 도 2에 도시된 종래 변위 센서는 도 3에서 나타낸 바와같이 캔틸레버 휨부재(21)에 설치된 회전 롤러(3)에 의하여 항상 일정한 거리(L)를 확보하는 캔틸레버에, 경사면을 가지는 단면변화 부재(22)에 의하여 캔틸레버에 작용하는 하중 또는 변위가 선형적으로 변화되어 이를 고정단 인근에 설치된 변형률 센서에 의하여 측정함으로써 가해진 변위를 측정하는 방식이다.The conventional displacement sensor shown in Figs. 1 and 2 has a cross-sectional change having an inclined surface in the cantilever which always secures a constant distance L by the rotating roller 3 installed in the cantilever bending member 21 as shown in Fig. 3. The load or displacement acting on the cantilever by the member 22 is linearly changed, and the displacement is applied by measuring the strain by a strain sensor installed near the fixed end.

교량 등 구조물의 변위 측정을 위하여 종래에는 전기저항식 변형률 게이지를 많이 사용하였으나, 전기저항식 변형률 게이지(11)는 케이블의 길이에 따라서 노이즈가 증가되는 단점이 있어, 대형 구조물의 변위 측정시 많은 단점을 내포하고 있으며, 장기계측시 자기열 효과에 의하여 센싱부가 부식되는 등 장기적인 내구성에 적지 않은 문제점이 있었다. 또한, 하나의 센서마다 각각 수십에서 수백 미터의 케이블 포설이 필요하기 때문에 많은 인력이 필요할 뿐만 아니라, 획득된 신호의 품질도 양호하지 못한 단점이 있었다. 또한 이러한 방식의 센서는 단범위의 측정에는 적용할 수 있으나, 범위가 넓은 경우(예: 100mm 이상)에는 측정센서로 제작하거나 측정하기 어렵다는 단점이 있었다.Conventional resistance strain gauges have been used for measuring displacement of structures such as bridges, but electrical resistance strain gauges 11 have the disadvantage of increasing noise depending on the length of the cable. In the long-term measurement, there was a problem in the long-term durability, such as corrosion of the sensing unit due to the self-heating effect. In addition, since each cable requires tens to hundreds of meters of cable, each manpower is required, and the quality of the acquired signal is not good. In addition, this type of sensor can be applied to a short range of measurement, but in the case of a wide range (eg 100mm or more) has a disadvantage in that it is difficult to manufacture or measure with a measuring sensor.

이러한 단점을 극복하기 위하여 최근에는 교량과 같은 산업기간 시설물의 장기계측시 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유센서를 적용하는 사례가 점점 늘어가고 있는 것이 사실이다. FBG 광섬유센서는 광케이블에 특정 파장을 반사시키는 브래그 격자를 생성시켜 인장-압축 또는 온도변화에 따라서 반사되는 파장이 달라지기 때문에, 초기 파장에서 변화된 반사 파장의 변화량을 인장-압축 또는 온도로 환산함으로써 센서로서 활용하는 것으로, 하나의 케이블에 파장이 다른 여러 개의 센서를 동시에 설치할 수 있어 멀티플렉싱이 가능하다. 또한 빛을 소스로 사용하기 때문에 케이블 길이가 길어진다 하더라도 신호에 노이즈 및 왜곡이 발생되지 않으며, 수십 km까지 증폭기 없이 신호를 전달할 수 있는 장점이 있다. 나아가 전자기파에 영향이 거의 없으며, 유리 재질이기 때문에 습기 등에 의한 부식의 영향이 거의 없어 장기적인 내구성이 매우 뛰어난 센서로 알려져 있다.In order to overcome this drawback, it is a fact that the recent application of FBG (Fiber Bragg Grating) fiber optic sensor is increasing in the long-term measurement of industrial infrastructure facilities such as bridges. The FBG fiber optic sensor creates a Bragg grating that reflects a specific wavelength on the optical cable, so that the reflected wavelength varies depending on the tension-compression or temperature change. Therefore, the FBG fiber optic sensor converts the amount of change in the reflected wavelength from the initial wavelength into the tension-compression or temperature. In this case, multiple sensors with different wavelengths can be installed on one cable at the same time. In addition, the use of light as a source, even if the cable length is long, there is no noise and distortion in the signal, it can be delivered without the amplifier up to several tens of kilometers. Furthermore, since it has little influence on electromagnetic waves and is made of glass, it is known as a sensor having excellent long-term durability because it is hardly affected by corrosion due to moisture.

FBG 광섬유 변위계도 전기저항식 변위계와 마찬가지로 경사면을 가지는 단면변화 부재(22)와 광섬유 변형률 센서(1)가 부착된 리세스를 가지는 캔틸레버 휨부재(21)에 의하여 구성이 가능하다. 그러나 FBG 광섬유 변형률 센서는 온도에 대하여 변동이 발생되는데, 이러한 FBG 변위계는 캔틸레버 휨부재(21)의 한쪽 리세스에만 광섬유 변형률 센서(1)를 부착하기 때문에, 온도 보상을 위하여 추가적인 온도계를 설치하여야 하는 단점이 있었다.The FBG optical fiber displacement meter can also be constituted by the cantilever bending member 21 having a recess with the end face change member 22 having an inclined surface and a recess to which the optical fiber strain sensor 1 is attached, similarly to the electric resistance displacement meter. However, the FBG optical fiber strain sensor fluctuates with temperature. Since the FBG displacement meter attaches the optical fiber strain sensor 1 to only one recess of the cantilever bending member 21, an additional thermometer must be installed for temperature compensation. There was a downside.

또한 경사면을 가지는 단면 변화 부재(22)는 가공시 매우 정밀한 작업이 요구되어 가격이 고가이고, 측정하고자 하는 변위의 범위가 다른 센서를 제작하기 위해서는 또 다시 별도로 고가의 경사면을 가지는 단면변화 부재(22)를 따로 제작하여야 하는 번거로움이 있었다. 그리고 이러한 경사부재를 가지는 변위계는 장범위 변위계측을 위하여 센서 기구부가 매우 커져야 하는 단점이 있었다.In addition, the cross-sectional change member 22 having an inclined surface is very expensive in processing, so that the price is expensive, and in order to manufacture a sensor having a different range of displacement to be measured, the cross-sectional change member 22 having an inclined surface is additionally expensive. ) Was a hassle to produce separately. And the displacement meter having such a tilting member has a disadvantage that the sensor mechanism must be very large for long range displacement measurement.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 제조 비용이 높고 높은 정밀도를 요하는 단면 변화 부재를 필요로 하는 종래 변위 센서와 달리 높은 정밀도를 요하지 않으면서도 구조가 간단하며, 모든 범위에서 측정이 가능한 변위 측정용 센서 및 변위 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, unlike the conventional displacement sensor that requires a high-precision, high-precision cross-section member, the structure is simple and does not require high precision, and measurement in all ranges It is an object to provide a displacement measuring sensor and a displacement measuring method.

본 발명의 또 다른 목적은 적은 부피를 갖는 센서 기구부를 가지며, 별도의 온도계를 설치할 필요가 없는 변위 측정용 센서 및 변위 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.A further object of the present invention is to provide a displacement measuring sensor and a displacement measuring method which have a sensor mechanism having a small volume and do not need to install a separate thermometer.

본 발명의 상기 목적은 변위 와이어와, 변위 와이어를 감고 있으며 상기 변위 와이어의 길이 변화에 따라 회전하는 롤부와, 변위 와이어의 길이가 변함에 따라 변화되는 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환시키는 직선 운동 변환부와, 일 단은 상기 직선 운동 변환부에 고정되고 타 단은 하우징에 고정 설치되는 캔티레버 및 캔티레버에 설치되어 캔티레버의 휨 정도를 센싱하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서에 의해서 달성 가능하다.The object of the present invention is a linear motion for converting the displacement wire, the roll portion which is wound around the displacement wire and rotates according to the change of the length of the displacement wire, and the rotational amount of the roll portion that changes as the length of the displacement wire is changed into linear momentum. And a conversion unit and a fiber bragg grating (FBG) optical fiber sensor, one end of which is fixed to the linear motion conversion unit and the other end of which is mounted to the cantilever and the cantilever and senses the bending degree of the cantilever. Can be achieved by a displacement measuring sensor.

본 발명의 상기 목적은 변위 와이어와, 상기 변위 와이어를 감고 있으며 상기 변위 와이어의 길이 변화에 따라 회전하며 지지대에 회전 가능하도록 고정되는 중심축을 갖는 롤부와, 지지대에 고정 설치되며 롤부의 풀림을 원상 회복시켜 주기 위한 텐션을 제공하는 텐션 장치와, 변위 와이어의 길이가 변함에 따라 변화되는 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환시키는 직선 운동 변환부와, 일 단은 직선 운동 변환부에 고정되고 타 단은 하우징에 고정 설치되는 캔티레버 및 캔티레버에 설치되어 캔티레버의 휨 정도를 센싱하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서에 의해서도 달성 가능하다.The object of the present invention is a rolled wire having a displacement wire, a roll having a central axis which is wound around the displacement wire and rotates in accordance with the change in the length of the displacement wire and is fixed to the support, and is fixed to the support and recovers the unwinding of the roll. A tensioning device for providing a tension for providing a tensioning device, a linear motion converting part for converting the rotational amount of the roll part changed into a linear momentum as the length of the displacement wire changes, and one end is fixed to the linear motion converting part and the other end is It can also be achieved by a displacement measuring sensor comprising a cantilever fixed to the housing and a fiber bragg grating (FBG) optical fiber sensor mounted on the cantilever and sensing the bending degree of the cantilever.

본 발명의 또 다른 목적은 변위를 측정하는 방법으로서, 원상 회복하려는 텐션을 갖는 롤부에 감겨진 변위 와이어의 일 단을 변위를 측정하고자 하는 대상물에 설치하는 제 1단계와, 대상물의 위치가 변함에 따라 변위 와이어의 길이가 변화되고, 이러한 변위 와이어의 길이 변화에 따른 상기 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환하는 제 2단계와, FBG 센서를 이용하여 상기 직선 운동의 변화량을 측정하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위를 측정하는 방법에 의해서 달성 가능하다.Still another object of the present invention is a method for measuring displacement, comprising: a first step of installing one end of a displacement wire wound on a roll part having a tension to be restored to an object to measure displacement; The second step of changing the length of the displacement wire according to the change of the length of the displacement wire, the second step of converting the rotational amount of the roll portion to the linear momentum, and the third step of measuring the change amount of the linear motion using the FBG sensor It can achieve by the method of measuring the displacement characterized by including.

본 발명에 따른 변위 측정용 센서에 의해서 별도의 온도계 설치가 필요없이 온도변화에 의한 보상이 가능하고, 와이어에 가해지는 장범위 변위를 회전운동에서 직선왕복 운동으로 변환한 후 캔틸레버 휨부재에 가해지는 변형률을 측정함으로써 모든 범위의 변위 측정이 가능한 변위계를 제공할 수 있는 특징이 있다.Displacement measurement sensor according to the present invention can be compensated by the temperature change without the need for a separate thermometer, and the long-range displacement applied to the wire is applied to the cantilever bending member after converting the long-range displacement from the rotational movement to the linear reciprocating motion By measuring the strain, it is possible to provide a displacement meter capable of measuring a full range of displacements.

또한 본 발명에 따른 변위 센서는 높은 정밀도를 요하지 않으므로 적은 비용 으로 제조가 가능한 특징이 있으며, FBG 센서를 사용하여 적은 부피를 갖는 센서 기구부를 갖는 특징이 있어 취급 및 설치가 용이한 특징이 있다.In addition, the displacement sensor according to the present invention has a feature that can be manufactured at a low cost because it does not require high precision, and has a feature that has a sensor mechanism having a small volume by using the FBG sensor, it is easy to handle and install.

예를 들어 대상 구조물과의 측정하여야 되는 장범위가 100cm라고 가정할 경우 종래 장범위 변위 센서는 경사면을 가지는 단면변화 부재를 사용하여야 하므로 부피가 커지는 반면 본 발명에 따른 장범위 변위 센서는 변위 와이어를 제외한 나머지 구성 부품이 적은 부피를 차지하여 협소한 공간에도 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.For example, assuming that the long range to be measured with the target structure is 100 cm, the conventional long range displacement sensor has to use a cross-sectional change member having an inclined surface, so that the volume increases, whereas the long range displacement sensor according to the present invention uses a displacement wire. Except the remaining components occupy a small volume, there is an advantage that can be easily applied to the narrow space.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시례에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the advantages, features and preferred embodiments of the present invention.

본 발명에 따른 변위 측정용 센서는 변위 와이어, 변위 와이어를 감고 있는 롤부, 롤부가 회전함에 따라 회전하는 중심축, 회전된 롤부를 원상 회복시키기 위한 탄성을 제공하는 탄성 장치, 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환하는 직선 운동 변환부, 일 단은 직선 운동 변환부에 고정되어 직선 운동 변환부의 움직임에 따라 틸트되고 타 단은 고정설치되는 캔티레버, 캔티레버에 설치되어 캔티레버의 틸트량을 센싱하는 FBG 광섬유 센서를 포함한다.Displacement measurement sensor according to the present invention is a displacement wire, a roll unit wound around the displacement wire, a central axis that rotates as the roll portion rotates, an elastic device that provides elasticity for restoring the rotated roll portion, the amount of rotation of the roll portion straight Linear motion converter converting into momentum, one end is fixed to linear motion converter and tilted according to the movement of linear motion converter, and the other end is installed on cantilever and cantilever to detect tilt amount of cantilever. It includes.

도 4는 본 발명에 따른 변위 측정용 센서의 내부 구성도이다. 하우징(50)에 는 관통홀(51)이 형성되어 하우징 외부로는 변위 와이어(7)가 노출되게 된다. 변위 와이어(7)는 롤부(8)에 감겨 있고, 롤부(8)의 중심 하단부에는 롤부(8)를 따라 회전하며 지지대(30)를 관통하여 회전하도록 고정되는 중심축(20)이 구비된다. 중심축(20)의 일 단은 롤부(8) 하단에 고정되고 타 단은 지지대(30)를 관통하여 반대편에 노출되고, 노출된 부위의 적어도 일부에는 나사산이 형성된다.4 is an internal configuration diagram of a displacement measuring sensor according to the present invention. The through hole 51 is formed in the housing 50 so that the displacement wire 7 is exposed to the outside of the housing. The displacement wire 7 is wound around the roll portion 8, and the central lower end of the roll portion 8 is provided with a central axis 20 which is fixed to rotate along the roll portion 8 and to rotate through the support 30. One end of the central shaft 20 is fixed to the lower end of the roll portion 8 and the other end penetrates the support 30 and is exposed to the opposite side, and at least a part of the exposed portion is formed with a thread.

변위 와이어(7)를 외부로 잡아당기면 롤부(8)가 회전하게 되는데 탄성 장치는 회전된 롤부(8)를 원상태로 복귀시키는 회전력을 제공하는 장치이다. 탄성 장치는 지지대(30)와 롤부(8) 사이 공간의 중심축(20)에 고정되어 롤부(8)와 함께 회전되는 1차 회전축(6)과, 1차 회전축(6)과 이웃하여 설치되는 제 2차 회전축(5)과, 제 1차 회전축(6)과 제 2차 회전축(5) 사이에 감겨지는 태엽 스프링(4)으로 구성된다. 변위 와이어(7)를 외부로 잡아당기면 롤부(8)가 회전되고, 또한 롤부(8)의 중심축(20)이 회전하면서 제 1차 회전축(6)이 함께 회전된다. 이때 제 2차 회전축(5)에 감겨있던 스프링이 풀어지게 되므로, 스프링은 풀어진 상태에서 다시 원상태의 감겨진 상태로 복구하려는 탄성력이 작용되어 변위 와이어(7)에 일정한 탄성을 가하면서 팽팽하게 유지시키게 된다.Pulling out the displacement wire 7 causes the roll portion 8 to rotate, and the elastic device is a device that provides a rotational force to return the rolled portion 8 to its original state. The elastic device is installed adjacent to the primary axis of rotation (6) and the primary axis of rotation (6) is fixed to the central axis 20 of the space between the support 30 and the roll portion 8 and rotates together with the roll (8) It consists of the 2nd rotary shaft 5 and the spring 4 wound around the 1st rotary shaft 6 and the 2nd rotary shaft 5. When the displacement wire 7 is pulled out, the roll part 8 is rotated, and the primary axis of rotation 6 is rotated together while the central axis 20 of the roll part 8 is rotated. At this time, since the spring wound on the second rotary shaft 5 is released, the spring is applied to restore the original state from the released state to the wound state so that the spring is applied to maintain the tension while applying a constant elasticity to the displacement wire 7. do.

한편, 롤부(8)의 중심축(20)의 타 단은 지지대(30)에 형성되는 관통홀에 삽입되어 지지대(30)를 기준으로 롤부(8)와 반대편에 위치하게 되며, 표면에는 나사산이 형성되는 구조를 갖는다. 중심축(20) 타 단에 형성된 나사산을 따라 도 4를 기준으로 좌우 방향으로 직선 이동하는 왕복 이동대(10)를 설치함으로써 롤부(8)의 회전 운동량은 왕복 이동대(10)의 직선 운동량으로 변환되게 된다.On the other hand, the other end of the central shaft 20 of the roll portion 8 is inserted into the through hole formed in the support 30 to be located on the opposite side of the roll portion 8 relative to the support 30, the thread is on the surface It has a structure that is formed. By installing the reciprocating platform 10 which moves linearly in the horizontal direction along the thread formed at the other end of the central axis 20, the rotational movement amount of the roll unit 8 is the linear momentum of the reciprocating platform 10. Will be converted.

왕복 이동대(10)에는 세 개의 관통홀(10-1, 10-2)이 구비되는 데 중심부에 형성되는 관통홀(10-2) 내부에는 중심축(20) 타 단에 형성된 나사산을 따라 도 4를 기준으로 좌우 방향으로 이동하도록 중심축(20) 타 단에 형성된 나사산에 대응되는 나사산이 형성된다. 왕복 이동대(10)에 형성되는 나머지 두 개의 관통홀(10-1)에는 지지대(30) 일 면으로부터 중심축(20)과 평행한 방향으로 설치되는 가이드바(20-1)가 끼워져서 중심축(20) 타 단에 형성된 나사산을 따라 왕복 이동대(10)가 이동할 때 가이드하는 기능을 담당하게 된다. 물론 가이드바(20-1)의 표면과 관통홀(10-1)의 내면에는 나사산이 별도로 형성되지 않는 구조를 갖는다. 또한 왕복 이동대(10)에는 캔티레버(2)를 안착시키기 위한 돌출부(10-4)가 더 구비되도록 하였다.The reciprocating platform 10 is provided with three through holes 10-1 and 10-2. A thread corresponding to the thread formed at the other end of the central axis 20 is formed to move in the left and right direction with respect to 4. The guide bar 20-1 installed in the direction parallel to the central axis 20 from one surface of the support 30 is fitted into the remaining two through holes 10-1 formed in the reciprocating base 10. It is responsible for the function of guiding when the reciprocating platform 10 is moved along the thread formed on the other end of the shaft (20). Of course, the surface of the guide bar 20-1 and the inner surface of the through-hole 10-1 has a structure in which no thread is formed separately. In addition, the reciprocating platform 10 is further provided with a protrusion 10-4 for seating the cantilever (2).

캔티레버(2)의 일 단은 왕복 이동대(10)의 돌출부(10-4)에 부착되고, 타 단은 하우징(50)에 부착되는 캔티레버 고정대(3)에 부착 고정된다. 캔티레버 고정대(3)에 부착된 캔티레버(2) 타 단은 변위 와이어(7)의 움직임에 무관하게 고정되는 반면, 왕복 이동대(10)에 부착된 캔티레버(2)의 일 단은 도 4를 기준으로 좌우로 직선 운동을 하게 된다. 이러한 직선 운동에 따라 캔티레버(2)의 타 단 부위에서는 굽힘 현상이 발생하게 된다. 굽힘이 발생되는 캔티레버(2)의 양 면에 FBG 광섬유 센서(1)를 부착하고, FBG 광섬유 센서(1)와 연결된 도선(미도시)을 이용하여 주파수 변화를 외부로 전달하게 된다. One end of the cantilever 2 is attached to the protrusion 10-4 of the reciprocating movable table 10, and the other end of the cantilever 2 is attached to and fixed to the cantilever holder 3 attached to the housing 50. The other end of the cantilever (2) attached to the cantilever holder (3) is fixed regardless of the movement of the displacement wire (7), while one end of the cantilever (2) attached to the reciprocating platform (10) is based on FIG. Will make a linear movement from side to side. According to the linear motion, the bending phenomenon occurs at the other end of the cantilever 2. The FBG optical fiber sensor 1 is attached to both sides of the cantilever 2 where the bending occurs, and the frequency change is transmitted to the outside using a conductive wire (not shown) connected to the FBG optical fiber sensor 1.

캔티레버(2) 양 면에 FBG 광섬유 센서(1)를 부착함으로써 온도 변화에 대해서는 동시에 동일한 반응을 하게 되고, 비틀림(굽힘) 발생시에는 절대 물리량은 동일하나 압축 또는 인장으로 부호가 반대인 물리량 변화를 야기시킴으로써 수학식 1에 의하여 온도에 의한 영향을 제거할 수 있는 자가 온도 보상이 가능하게 된다.By attaching the FBG fiber optic sensor 1 to both sides of the cantilever 2, the same reaction is simultaneously made to the temperature change, and when the torsion (bending) occurs, the absolute physical quantity is the same but a change in the physical quantity with the opposite sign is caused by compression or tension. By doing so, the self temperature compensation that can eliminate the influence of temperature by Equation 1 is possible.

Figure 112008083580196-pat00001
Figure 112008083580196-pat00001

이하 본 발명에 따른 변위 측정용 센서의 동작에 대해 설명하기로 한다. 변위 측정용 센서의 관통홀(51)로 돌출된 변위 와이어(7)를 잡아당겨 변위를 측정하고자 하는 대상물에 설치한다. 이때 롤부(8)와 제 1차 회전축(6)이 회전하고 제 2차 회전축(5)에 감겨있던 태엽 스프링(4)이 제 1차 회전축(6)에 감기게 된다. 따라서 태엽 스프링(4)은 원상태로 복귀하려는 탄성력이 생기게 되고, 이러한 탄성력이 변위 와이어(7)에 일정한 압력을 가하게 되어, 변위 와이어(7)는 일정한 탄성력을 유지하면서 대상물과 연결되게 된다.Hereinafter, the operation of the displacement measuring sensor according to the present invention will be described. Pull the displacement wire 7 protruding into the through-hole 51 of the displacement measuring sensor is installed on the object to measure the displacement. At this time, the roll unit 8 and the primary rotary shaft 6 rotate, and the spring spring 4 wound around the secondary rotary shaft 5 is wound around the primary rotary shaft 6. Therefore, the spring spring 4 has an elastic force to return to its original state, and this elastic force exerts a constant pressure on the displacement wire 7, so that the displacement wire 7 is connected to the object while maintaining a constant elastic force.

이러한 안정된 상태를 유지하다가 대상물이 움직이면 변위 와이어(7)의 길이가 늘어나거나 줄어들게 된다. 변위 와이어(7)의 길이 변화는 롤부(8)의 중심축(20)을 회전시키게 되고, 중심축(20)의 회전으로 인해 중심축(20)의 타 단부에 형성된 나사산을 따라 왕복 이동대(10)가 직선 운동(변위 와이어의 길이가 늘어날 경우는 도 4의 경우 좌측으로 이동)을 하게 된다. 도 5는 변위 와이어(7)의 길이가 Δx 만큼 늘어난 경우 본 발명에 따른 변위 측정용 센서의 상태를 보여주는 상 태도이다. 왕복 이동대(10)의 직선 운동에 의해 왕복 이동대(10) 부착된 캔티레버(2)의 일 단이 이동함으로써 캔티레버(2)의 타 단에서는 굽힘이 발생하게 된다. 이러한 굽힘이 FBG 광섬유 센서(1)에 전달되고 도선을 통해 외부로 변위 와이어(7)의 길이 변화량을 전달할 수 있게 되는 것이다.While maintaining the stable state while the object moves the length of the displacement wire (7) is increased or shortened. The change in the length of the displacement wire 7 rotates the central axis 20 of the roll part 8, and due to the rotation of the central axis 20, the reciprocating base along the thread formed at the other end of the central axis 20 ( 10) is a linear movement (if the length of the displacement wire is increased to the left in the case of Figure 4). 5 is a phase attitude showing the state of the displacement measuring sensor according to the present invention when the length of the displacement wire 7 is increased by Δx. As one end of the cantilever 2 attached to the reciprocating platform 10 is moved by the linear movement of the reciprocating platform 10, bending occurs at the other end of the cantilever 2. This bending is transmitted to the FBG optical fiber sensor 1 and it is possible to transmit the change in the length of the displacement wire 7 to the outside through the lead.

즉, 본 발명에 따른 단범위 또는 장범위 변위를 측정하는 방법은 원상 회복하려는 텐션을 갖는 롤부에 감겨진 변위 와이어의 일 단을 변위를 측정하고자 하는 대상물에 설치하는 제 1단계와, 대상물의 위치가 변함에 따라 변위 와이어의 길이가 변화되고, 이러한 변위 와이어의 길이 변화에 따른 상기 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환하는 제 2단계와, FBG 센서를 이용하여 상기 직선 운동의 변화량을 측정하는 제 3단계에 의해 달성된다.That is, the method for measuring the short-range or long-range displacement according to the present invention comprises the first step of installing one end of the displacement wire wound on the roll portion having the tension to restore the original to the object to measure the displacement, and the position of the object The length of the displacement wire is changed as is changed, and the second step of converting the rotational amount of the roll portion in accordance with the change of the length of the displacement wire into a linear momentum, and the second measuring the change amount of the linear motion by using an FBG sensor This is accomplished by three steps.

본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해 되어져야 한다.While preferred embodiments of the present invention have been described using specific terms, such descriptions are for illustrative purposes only, and it is understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the following claims. You must lose.

도 1 및 도 2는 종래의 전기저항식 변형률 게이지와 광섬유 변형률 센서를 이용한 변위 센서의 예.1 and 2 are examples of a displacement sensor using a conventional electrical resistance strain gauge and an optical fiber strain sensor.

도 3은 도 1 및 도 2는 종래 광섬유 변형률 센서의 작동 원리를 설명하는 설명도.3 and 2 are explanatory views for explaining the principle of operation of the conventional optical fiber strain sensor.

도 4는 본 발명에 따른 변위 측정용 센서의 내부 구성도.4 is an internal configuration diagram of a displacement measuring sensor according to the present invention.

도 5는 변위 와이어(7)의 길이가 Δx 만큼 늘어난 경우 본 발명에 따른 변위 측정용 센서의 상태를 보여주는 상태도.5 is a state diagram showing a state of the displacement measuring sensor according to the present invention when the length of the displacement wire 7 is increased by Δx.

***** 도면상의 주요 기호에 대한 간략한 설명 ********** Brief description of the main symbols on the drawing *****

1: FBG 광섬유 센서 2: 캔티레버1: FBG fiber optic sensor 2: cantilever

3: 회전 롤러 4: 태엽 스프링3: rotary roller 4: spring

5: 제 2차 회전 롤러 6: 제 1차 회전 롤러5: secondary rotating roller 6: primary rotating roller

7: 변위 와이어 8: 롤부7: displacement wire 8: roll part

11: 전기저항식 변형률 게이지 20: 중심축11: electrical resistance strain gauge 20: central axis

21: 캔틸레버 휨부재 22: 단면 변화 부재21: cantilever bending member 22: cross section change member

30: 지지대 50: 하우징30: support 50: housing

Claims (9)

교량, 터널, 사면 등 주요 구조물의 변위를 측정하는 변위 측정용 센서에 있어서,In the displacement measuring sensor for measuring the displacement of the main structure, such as bridges, tunnels, slopes, 변위 와이어;Displacement wire; 상기 변위 와이어를 감고 있으며 상기 변위 와이어의 길이 변화에 따라 회전하는 롤부;A roll unit wound around the displacement wire and rotating according to a change in length of the displacement wire; 상기 변위 와이어의 길이가 변함에 따라 변화되는 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환시키는 직선 운동 변환부;A linear motion converting unit converting the rotational amount of the roll unit, which changes as the length of the displacement wire changes, into a linear momentum; 일 단은 상기 직선 운동 변환부에 고정되어 직선 운동 변환부가 직선 운동을 함에 따라 움직이고 타 단은 고정 설치되는 캔티레버; 및A cantilever having one end fixed to the linear motion converter and moving as the linear motion converter performs linear motion, and the other end fixedly installed; And 상기 캔티레버에 설치되어 캔티레버의 휨 정도를 센싱하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.And a FBG (Fiber Bragg Grating) optical fiber sensor installed at the cantilever to sense the bending degree of the cantilever. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 FBG 광섬유 센서는 상기 캔티레버의 양 편에 하나씩 설치되는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.The FBG optical fiber sensor is a displacement measuring sensor, characterized in that installed on each side of the cantilever one by one. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 롤부는 상기 변위 와이어의 길이 변화에 따라 회전 가능하도록 지지대에 고정되는 중심축을 구비하고, 중심축의 일 단에는 롤부가 부착되고 타 단에는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.The roll part has a central axis fixed to the support so as to be rotatable in accordance with the change in the length of the displacement wire, the end of the central axis is attached to the roll and the other end of the sensor for displacement measurement, characterized in that the thread is formed. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 나사산을 따라 상하로 움직이는 왕복 이동대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.Displacement measuring sensor further comprises a reciprocating movable table moving up and down along the thread. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 지지대에는 상기 중심축과 평행하게 설치되는 가이드바를 구비하고, 상기 왕복 이동대에는 중심부에는 상기 나사산을 따라 움직이는 제 1홀이 형성되고, 상기 중심부 외측으로는 상기 가이드바를 따라 움직이기 위한 제 2홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.The support is provided with a guide bar installed in parallel with the central axis, the reciprocating platform is formed in the center of the first hole to move along the screw thread, the second hole for moving along the guide bar outside the center Displacement measurement sensor, characterized in that formed. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 변위 와이어를 잡아 당겼을 때 상기 롤부가 회전하는데 회전된 롤부를 원위치시키려고 하는 탄성을 제공하는 탄성 장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.And a resilient device for providing resiliency for repositioning the rolled portion to which the rolled portion rotates when the displacement wire is pulled out. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 탄성 장치는 태엽 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.The elastic device is a displacement measuring sensor, characterized in that it comprises a spring. 교량, 터널, 사면 등 주요 구조물의 변위를 측정하는 방법으로서,As a method of measuring the displacement of major structures such as bridges, tunnels, slopes, 원상 회복하려는 텐션을 갖는 롤부에 감겨진 변위 와이어의 일 단을 변위를 측정하고자 하는 대상물에 설치하는 제 1단계;A first step of installing one end of the displacement wire wound around the roll part having the tension to be restored to the object to be measured for displacement; 상기 대상물의 위치가 변함에 따라 변위 와이어의 길이가 변화되고, 이러한 변위 와이어의 길이 변화에 따른 상기 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환하는 제 2단계; 및A second step of changing the length of the displacement wire as the position of the object changes, and converting the rotational amount of the roll part into a linear momentum according to the change of the length of the displacement wire; And FBG 센서를 이용하여 상기 직선 운동의 변화량을 측정하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위를 측정하는 방법.And measuring a change amount of the linear motion by using an FBG sensor. 교량, 터널, 사면 등 주요 구조물의 변위를 측정하는 변위 측정용 센서에 있어서,In the displacement measuring sensor for measuring the displacement of the main structure, such as bridges, tunnels, slopes, 변위 와이어;Displacement wire; 상기 변위 와이어를 감고 있으며 상기 변위 와이어의 길이 변화에 따라 회전하며 지지대에 회전 가능하도록 고정되는 중심축을 갖는 롤부;A roll unit wound around the displacement wire and having a central axis that is rotated according to a change in the length of the displacement wire and fixed to the support; 지지대에 고정 설치되며 상기 롤부의 풀림을 원상 회복시켜 주기 위한 탄성을 제공하는 탄성 장치;An elastic device fixed to the support and providing elasticity for restoring the unwinding of the roll unit; 상기 변위 와이어의 길이가 변함에 따라 변화되는 롤부의 회전량을 직선 운동량으로 변환시키는 직선 운동 변환부;A linear motion converting unit converting the rotational amount of the roll unit, which changes as the length of the displacement wire changes, into a linear momentum; 일 단은 상기 직선 운동 변환부에 고정되고 타 단은 하우징에 고정 설치되는 캔티레버; 및A cantilever having one end fixed to the linear motion converting unit and the other end fixed to the housing; And 상기 캔티레버에 설치되어 캔티레버의 휨 정도를 센싱하는 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정용 센서.And a FBG (Fiber Bragg Grating) optical fiber sensor installed at the cantilever to sense the bending degree of the cantilever.
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