KR101043354B1 - 측정지역의 변위차 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 측정지역의 변위차 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

이는 특히, 측정지역의 변위차를 측정토록 센서가 구비되고,

상기 센서는 케이싱의 적어도 한방향 이상에서 풀려지거나 감겨지도록 설치되면서 일방향으로 자동권취토록 설치되도록 하나 이상의 와이어가 설치되고, 상기 와이어는 이에 대응되어 와이어를 권취토록 케이싱에 설치되는 하나 이상의 권취휠에 권취되며, 상기 와이어의 이동에 따라 풀려지거나 감겨지는 량을 측정토록 케이싱의 내측에 이동량감지유니트가 구비되는 구성으로 이루어 진다.

이에 따라서, 원격지에서 측정 지역의 역학적 변화 특성을 실시간으로 체크할 수 있도록 하는 것이다.

컨트롤유니트, RF유니트, 권취휠, 이동량감지유니트

Description

측정지역의 변위차 측정장치 및 방법{A measuring device for displacement the measuring district and a measuring method for displacement}

본 발명은 케이싱의 적어도 한방향 이상에서 풀려지거나 감겨지도록 하면서 일방향으로 자동권취토록 설치되는 와이어 및 상기 와이어의 이동에 따라 풀려지거나 감겨지는 량을 측정토록 설치되는 이동량감지유니트를 포함하는 구성으로 측정지역의 변위차를 측정하도록 하는 측정지역의 변위차 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 터널 내공변위계측이란 터널의 라이닝 단면이 초기 계측된 단면에서 얼마나 변화되었는지를 계측하는 것으로 터널의 위험여부를 판단하는 중요한 자료가 된다.

그리고, 상기 내공변위계측은, 라이닝 단면을 따라 원호에 다수의 계측센서를 일렬로 나열하여 개개의 센서들을 측정함으로써 이루어지며, 상기 초기 계측값이란 계측센서 설치 종료 후 계측센서들이 안정되었을 때 이루어지는 최초 계측 값을 말한다.

또한, 최초 계측 시 동시에 광파기 등 측량기기를 사용하여 해당 단면을 측 량하여 초기 단면의 모습을 구한다.

즉, 최초 계측 값과 초기단면의 모습을 맵핑(mapping)한다.

이 과정에 의하여 향후 계측 값의 변위는 터널 내공 단면의 변위로 환산이 가능해진다.

우리나라 터널 내공변위 측정은 상당수 수동 계측에 의존하고 있으나 향후 자동계측 시스템을 이용한 계측이 보편화 될 것으로 생각되며, 특히 2차원 측정이 주가 될 것이다.

이와같은 기술과 관련되어 등록특허 제7343920호에 2차원 터널변형 자동계측장치가 개시되어 있으며 그 구성은 도1a,b에서와 같이, 터널의 최초 내공과 동일한 형상으로 라이닝 벽(30)에 설치되는 기준틀 부재(20)와, 상기 기준틀 부재(20)가 터널의 라이닝 벽(30)에 평행하여 자립하도록 지원하기 위한 새들 플레이트(saddle plate)(40)와, 상기 기준틀 부재(20)를 터널의 바닥 또는 벽면에 고정하기 위한 앵커 플레이트(anchor plate)(50)와, 터널 내공의 변위를 감지하는 길이변형 센서가 구비되고 상기 라이닝 벽(30)에 부착 설치되는 계측기(60)와, 상기 길이변형 센서의 케이블과 연결되어 신호를 자동적으로 기록하는 데이터 이력 기록기(data logger)(도시 안함)로 이루어진다.

상기 기준틀 부재(20)는 소정 길이를 갖는 관(pipe)을 다수 결합시켜 이루어지는 것으로, 상기 라이닝 벽(30)으로부터 일정간격으로 떨어진 위치에 고정되어 터널의 최초 내공과 동일한 형상으로 설치되는 것이다.

상기와 같은 계측장치는, 해당 구조물의 단면형상과 닮은 기준틀 부재(20)를 설치하고, 2차원 변형을 감지할 수 있는 계측기(60)들을 관측대상 지점에 설치하여 터널의 단면 형상변위에 따른 관측대상 지점의 변화량을 측정한 후 이를 사전에 확인했던 각각의 관측대상 지점의 좌표 값과 비교함으로써 터널의 단면형상 변화를 파악할 수 있도록 하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 장비는 비용이 고가인 단점이 있으며, 탄성파를 이용함으로써 주변의 전파에 의한 간섭으로 정확한 측정이 힘들게 되고, 측정을 위한 설치 및 철거가 힘들게 되는 문제점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 원격지에서 측정 지역의 역학적 변화 특성을 실시간으로 체크할 수 있도록 하고, 현장에서 측정 지역의 역학적 변화 특성을 측정하여 파악할 수 있도록 하며, 측정 지역의 과다한 역학적 변화시 경보신호를 출력하여 이에 따른 안전사고 발생을 미연에 방지할 수 있도록 하고, 간단한 구성으로 설치 및 철거가 용이하게 이루어질수 있도록 하며, 주변 전파등에 의한 간섭이 방지되어 정확한 측정이 가능할 수 있도록 하는 측정지역의 변위차 측정장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 측정지역의 변위차를 측정토록 센서가 구비되고,

상기 센서는 케이싱의 적어도 한방향 이상에서 풀려지거나 감겨지도록 설치되면서 일방향으로 자동권취토록 설치되도록 하나 이상의 와이어가 설치되고, 상기 와이어는 이에 대응되어 와이어를 권취토록 케이싱에 설치되는 하나 이상의 권취휠에 권취되며, 상기 와이어의 이동에 따라 풀려지거나 감겨지는 량을 측정토록 케이싱의 내측에 이동량감지유니트가 구비되는 구성으로 이루어 진 측정지역의 변위차 측정장치를 제공한다.

본 발명의 이동량감지유니트는, 엔코더 또는 타코메타중에서 선택되는 거리감지센서이며, 상기 이동량감지유니트는 컨트롤유니트가 더 연결되어 상기 감지센 서가 정방향의 회전시 수축을 역방향의 회전시 팽창을 나타내도록 설치되고, 측정시간을 입력할 때 이동량감지유니트가 동작토록 하거나, 일정길이로 풀어지는 와이어가 정지한 후 일정시간이 경과되면 이동량 감지유니트가 동작토록 설치되는 구성으로 이루어진 측정지역의 변위차 측정장치를 제공한다.

또한 본 발명의 케이싱에는 이동량을 외부에 표시하는 출력유니트가 더 구비되며, 상기 출력량을 외부에 무선으로 전달토록 컨트롤유니트에 RF유니트가 더 연결되고, 상기 컨트롤유니트는 타이머가 구비되어 주기적으로 측정값을 외부에 전달토록 설치되는 측정지역의 변위차 측정장치를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 원격지에서 측정 지역의 역학적 변화 특성을 실시간으로 체크하고, 현장에서 측정 지역의 역학적 변화 특성을 측정하여 파악하며, 측정 지역의 과다한 역학적 변화시 경보신호를 출력하여 이에 따른 안전하고 발생을 미연에 방지하고, 간단한 구성으로 설치 및 철거가 용이하며, 주변 전파등에 의한 간섭이 방지되어 정확한 측정이 가능한 효과가 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 측정지역의 변위차 측정장치의 설치상태를 도시한 사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정장치를 도시한 사시도이며, 도4a,b는 각각 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정장치를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정장치의 제어부를 도시한 블럭도이며, 도6은 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정방법을 도시한 순서도이고, 도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위차 측정장치를 통한 측정상태를 도시한 단면도이다.

본 발명의 센서(T)는, 케이싱(100)의 내측에 어느 한방향 이상으로 풀려지거나 감겨지도록 하면서 권취휠(230)에 의해 일방향으로 자동권취토록 되는 와이어(200)가 구비된다.

이때, 상기 와이어(200)의 단부에는 측정지역에 고정하는 고리(210)가 연결된다.

더하여, 상기 권취휠(230)은, 와이어(200)에 대응토록 각각 설치된다.

그리고, 상기 권취휠(230)에 감겨지는 와이어(200)의 이동량을 측정토록 이동량감지유니트(400)가 설치된다.

이때, 상기 이동량감지유니트(400)는, 와이어의 이동에 따라 회전되면서 와이어의 풀려지거나 감겨지는 거리를 측정토록 설치된다.

그리고, 상기 이동량감지유니트(400)는, 회전하면서 와이어의 이동에 의한 직선변위를 측정하는 엔코더 또는 타코메타중에서 선택되는 거리감지센서이다.

또한, 상기 와이어(200)는, 이동량감지유니트(400)를 회전시키도록 하는 구동휠(270)에 마찰되며, 상기 구동휠(270)의 대향하는 면에는 가변수단(255)을 통하여 그 변위가 조절되는 가이드휠(250)이 구비되어 마찰된다.

더하여, 상기 가변수단(255)은, 케이싱(100)에 구비되는 노브(미도시)의 압 입시 가이드휠(250)의 마찰력이 제거되면서 와이어의 반대방향 이동시 마찰력을 증가토록 되는 슬롯(미도시)이 가이드휠에 일체로 구비되는 구성으로 이루어 진다.

한편, 상기 이동감지유니트(400)는, 컨트롤유니트(410)에 연결된다.

그리고, 상기 컨트롤유니트(410)는, 정방향의 회전시 측정지역(E)의 수축을 역방향의 회전시 팽창 정도를 나타내도록 하고, 타이머(미도시)가 구비되어 측정시간을 입력할 때 이동량감지유니트가 동작토록 하거나, 일정길이로 풀려지는 와이어가 정지한 후 일정시간이 경과되면 이동량 감지유니트가 동작토록 설치된다.

또한, 상기 케이싱(100)에는 이동량을 표시하는 출력유니트(110)와 이상신호를 출력하는 알람유니트(130)가 더 구비된다.

그리고, 상기 변위량을 외부의 표시장치(300)에 무선으로 전달토록 컨트롤유니트(410)와 연동하면서 RF송수신기등과 같이 무선신호에 의해 측정값을 전달하는 신호전달유니트(미도시)가 더 연결된다.

더하여, 상기 컨트롤유니트에는 외부의 표시장치(300)와 유선으로 연결되는 포트(415)가 더 구비되는 구성으로 이루어 진다.

한편, 상기 센서(T)는, 와이어(200)의 단부에 수분을 감지하는 수분감지센서, 자력을 감지하는 자력센서, 전기저항을 감지하는 저항센서중에서 선택되는 어느 하나 이상이 설치되는 멀티센서블럭(500)이 더 연결되며,

상기 멀티센서블럭(500)에는 무선으로 측정신호를 전달토록 보조신호전달유니트(미도시)가 구비되는 구성으로 이루어진다.

상기 멀티센서블럭(500)은, 측정지역(E)에 삽입되는 관체(미도시)의 내경이 나 외경측에서 상이한 전기저항이나 자력을 발생시키도록 설치되는 복수의 신호발생체(510)에 대응토록 설치되는 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도7에서 도시한 바와같이, 센서(T)에 적어도 일방향으로 돌출되는 와이어(200)를 인출하여 측정지역(E)에 각각 고정한다.

이때, 상기 센서(T)의 케이싱(100)에 설치되는 출력유니트(110)에 터치스위치 형상으로 구비되거나 케이싱(100)에 돌출토록 설치되는 스위치(미도시)를 조작하여 센서(T)에 동작신호를 입력한다.

계속하여, 상기 스위치의 조작시 상기 컨트롤유니트(410)는, 이동량감지유니트(400)에 전원을 공급하여 현재 상태의 와이어(200) 인출 및 권취에 따른 변위량을 측정하게 된다.

이때, 상기 컨트롤유니트(410)는, 타이머와 연동되는 구성으로 상기 와이어(200)의 인출시 이동량감지유니트(400)의 동작신호를 입력하면서 이때의 변위값을 기준값으로 인식하게 되고, 일정시간이 경과한 후의 값을 측정값으로 인식하도록 프로그램이 미리 입력된다.

또한, 상기 컨트롤유니트(410)는 와이어가 권취휠(230)에 완전히 감겨진 상태를 기준값으로 측정하여도 된다.

더하여, 상기 와이어(200)는, 그 인출은 용이하게 되거나 인출이 완료된 후 권취휠(410)에 작용하는 탄성력이 의해 자동적으로 감져지도록 되나 상기 케이싱(100)의 일측에 구비되는 가변수단(255)에 의해 와이어(200)의 인입이 방지토록 된다.

즉, 상기 케이싱(100)에 구비되는 노브의 압입시 가이드휠의 마찰력이 제거되면서 와이어의 반대방향 이동시 가이드휠(250)에 구비되는 슬롯(미도시)에 의해 마찰력을 증가토록 된다.

그리고, 상기 이동량감지유니트(400)는, 와이어의 이동에 따라 회전되면서 와이어의 풀려지거나 감겨지는 거리를 측정토록 설치되는 것으로서 거리를 측정하는 엔코더나 타코메타중에서 선택되는 거리감지센서중에서 선택되어 사용된다.

즉, 상기 와이어(200)에 마찰되는 구동휠(270)의 회전시 동시에 회전되면서 그 회전량을 거리로 변환시켜 와이어의 이동에 따른 측정지역(E)의 수축 또는 이완을 감지하게 된다.

그리고, 상기 컨트롤유니트(410)는, 정방향의 회전시 측정지역(E)의 수축을 역방향의 회전시 팽창을 나타내도록 하고, 타이머(미도시)가 구비되어 측정시간을 입력할 때 이동량감지유니트가 동작토록 하거나, 일정길이로 풀려지는 와이어가 정지한 후 일정시간이 경과되면 이동량 감지유니트가 동작토록 설치된다.

또한, 상기 케이싱(100)에는 이동량을 표시하는 출력유니트(110)와 이상신호를 출력하는 알람유니트(130)가 더 구비되어 현장에서의 측정값을 알수 있도록 하면서 변위값의 과대한 변화시 경보신호를 출력하게 된다.

그리고, 상기 변위량을 외부의 표시장치(300)에 무선으로 전달토록 컨트롤유니트(410)와 연동하는 신호전달유니트(미도시)가 구비되어 원격지에 변위값의 전달이 가능토록 된다.

더하여, 상기 컨트롤유니트에는 외부의 표시장치(300)와 유선으로 연결되는 포트(415)가 더 구비되어 현장에서 표시장치(300)를 통한 출력이 가능토록 된다.

또한, 상기 센서(T)는, 적어도 한방향 이상으로 변위량을 측정하는 와이어(200)가 인출되는 구성으로 하나의 센서(T)를 기준으로 다양한 방향에서의 수축 및 인장에 따른 변위값의 측정이 가능토록 된다.

한편, 상기 센서(T)는, 와이어(200)의 단부에 수분을 감지하는 수분감지센서, 자력을 감지하는 자력센서, 전기저항을 감지하는 저항센서중에서 선택되는 어느 하나 이상이 설치되는 멀티센서블럭(500)이 더 연결되어 수직방향으로 삽입시 굴착부에서 수분의 차오르는 정도등을 쉽게 할 수 있도록 된다.

이때, 상기 멀티센서블럭(500)에는 무선으로 측정신호를 전달토록 보조신호전달유니트가 구비되어 무선으로 측정상태를 쉽게 파악할 수 있게 된다.

그리고, 수분을 감지하는 수분감지센서, 자력을 감지하는 자력센서, 전기저항을 감지하는 저항센서중에서 선택되는 어느 하나 이상이 설치되는 멀티센서블럭(500)이 상이한 전기저항이나 자력을 발생시키는 복수의 신호발생체(510)가 장착되는 파이프에 삽입되면 파이프의 굽힘 정도에 따라 그 저항이나 자속이 변화되어 측정지역의 변화를 알 수 있도록 되는 것이다.

도1a,b는 각각 종래의 터널변형 자동계측장치를 도시한 사시도 및 요부 동작상태도이다.

도2는 본 발명에 측정지역의 변위차 측정장치의 설치상태를 도시한 사시도이다.

도3은 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정장치를 도시한 사시도이다.

도4a,b는 각각 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정장치를 도시한 단면도이다.

도5는 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정장치의 제어부를 도시한 블럭도이다.

도6은 본 발명에 따른 측정지역의 변위차 측정방법을 도시한 순서도이다.

도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위차 측정장치를 통한 측정상태를 도시한 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100...센서 200...와이어

230...권취휠 270...구동휠

400...이동량감지유니트 410...컨트롤유니트

415...포트

Claims (10)

1. 측정지역의 변위차를 측정토록 센서가 구비되고,

   상기 센서(T)는,

   케이싱(100)의 내측에 어느 한방향 이상으로 풀려지거나 감겨지도록 하면서 권취휠(230)에 의해 자동권취토록 되는 와이어(200)가 구비되고, 상기 권취휠(230)에 감겨지거나 풀려지는 와이어(200)의 이동량을 측정토록 이동량감지유니트(400)가 케이싱의 내측에 설치되고,

   상기 와이어(200)는, 이동량감지유니트(400)를 회전시키도록 하는 구동휠(270)에 일측이 마찰되며, 상기 와이어의 타측이 구동휠(270)의 대향하는 면에는 가변수단(255)을 통하여 그 변위가 조절되는 가이드휠(250)에 마찰되며,

   상기 가변수단(255)은, 케이싱(100)에 구비되는 노브의 압입시 가이드휠의 마찰력이 제거되면서 와이어의 반대방향 이동시 마찰력을 증가토록 되는 슬롯이 가이드휠에 구비되는 구성으로 이루어진 측정지역의 변위차 측정장치
2. 제1항에 있어서, 상기 이동량감지유니트(400)는, 와이어의 이동에 따라 회전되면서 와이어의 풀려지거나 감겨지는 거리를 측정토록 설치되고,

   와이어의 이동거리를 측정하는 엔코더 또는 타코메타중에서 선택되는 거리감지센서인 것을 특징으로 하는 측정지역의 변위차 측정장치
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 이동감지유니트(400)는, 컨트롤유니트(410)에 연결되며,

   상기 컨트롤유니트(410)는, 케이싱(100)의 일측에 설치되는 출력유니트(110)와 이상신호를 출력하는 알람유니트(130)가 더 구비연결되며, 변위량을 외부의 표시장치(300)에 무선으로 전달토록 신호전달유니트가 연결되는 것을 특징으로 하는 측정지역의 변위차 측정장치
6. 제1항에 있어서, 상기 케이싱(110)은, 컨트롤유니트에 연결되면서 외부의 표시장치(300)와 유선으로 연결되는 포트(415)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 측정지역의 변위차 측정장치
7. 제1항에 있어서, 상기 센서(T)는, 와이어(200)의 단부에 수분을 감지하는 수분감지센서, 자력을 감지하는 자력센서, 전기저항을 감지하는 저항센서중에서 선택되는 어느 하나 이상이 설치되는 멀티센서블럭(500)이 더 연결되며,

   상기 멀티센서블럭(500)은, 무선으로 측정신호를 전달토록 보조신호전달유니트가 구비되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 측정지역의 변위차 측정장치
8. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항으로 이루어진 센서(T)에 연결되는 와이어(200)의 단부에 수분을 감지하는 수분감지센서, 자력을 감지하는 자력센서, 전기저항을 감지하는 저항센서중에서 선택되는 어느 하나 이상이 설치되는 멀티센서블럭(500)이 더 연결되며,

   상기 멀티센서블럭(500)에는 무선으로 측정신호를 전달토록 보조신호전달유니트가 구비되고,

   상기 멀티센서블럭(500)은, 측정지역에 매립되는 파이프의 내경이나 외경측에서 상이한 전기저항이나 자력을 발생시키는 복수의 신호발생체(510)에 대응되어 동작토록 설치되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 측정지역의 변위차 측정장치
9. 제8항으로 이루어진 센서의 이동량감지유니트가 와이어의 정방향 회전시 측정지역(E)의 수축을,

   와이어의 역방향의 회전시 측정지역의 팽창을 나타내도록 하는 구성으로 이루어진 측정지역의 변위차 측정방법
10. 제9항에 있어서, 상기 센서는, 타이머가 구비되어 일정길이로 풀려지는 와이어가 정지한 후 일정시간이 경과되면 이동량 감지유니트가 동작토록 설치되는 것을 특징으로 하는 측정지역의 변위차 측정방법

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