KR101105743B1 - 자동 방향보정 기능 및 진동에 의한 노이즈 발생 방지 기능의 수직 속도감지기 및 이를 포함하는 시추공 진동측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는, 지반의 수직 진동 속도를 감지하는 수직 속도감지센서(31); 링부(321)와, 링부(321)와 수직 속도감지센서(31) 사이에서, 수직 속도감지센서(31)의 제1힌지관통선 상에 대향 배치되어, 수직 속도감지센서(31)를 제1힌지관통선을 중심으로 회전시키는 한 쌍의 제1 힌지부(322)를 가지는 수직방향 유지 구조체(32); 및 균형추(33)를 포함하고 있으며; 수직 속도감지센서(31) 및 균형추(33)에 작용하는 중력에 의하여, 수직 속도감지센서(31)의 종축이 항상 중력방향을 향하도록 수직 속도감지센서(31)의 방향을 자동으로 보정하게 되며; 수직 속도감지센서(31)에 제1구동 톱니부(410)가 구비되어 있고; 제1구동 톱니부(410)와 맞물려서 제1회전기어(411)가 구비되어 있으며; 제1회전기어(411)의 회전각도를 감지하는 제1각도센서(412)와, 제1회전기어(411)의 회전을 구속하는 제1브레이크 부재(413)가 설치되어 있어, 시추공에 삽입되어 지반으로부터 전달되는 진동을 측정함에 있어서, 시추공의 천공각도와 관계없이 항상 수직방향을 유지할 수 있도록 하는 자동방향보정 기능을 가지며 진동으로 인한 불필요한 움직임을 방지하여 감지신호에 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있는 수직 속도감지기와, 이러한 수직 속도감지기를 구비한 시추공 진동측정장치가 제공된다.

Description

자동 방향보정 기능 및 진동에 의한 노이즈 발생 방지 기능의 수직 속도감지기 및 이를 포함하는 시추공 진동측정장치{Vertical Geophone with Automatic Alignment Correction and Noise Control, and Borehole Apparatus having Vertical Geophone for Measuring Ground-bore Vibration}
본 발명은 시추공 진동측정장치와 이에 구비되는 수직 속도감지기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시추공에 삽입되어 지반으로부터 전달되는 진동을 측정함에 있어서, 시추공의 천공각도와 관계없이 항상 수직방향을 유지할 수 있도록 자동 방향보정 기능을 가지고 있으며, 진동으로 인한 불필요한 움직임을 방지하여 감지신호에 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있는 수직 속도감지기와, 이를 포함하는 시추공 진동측정장치에 관한 것이다.
최근 지하철을 포함한 철도 교통량 증가에 따라 열차진동으로 인한 선로연변의 피해가 지속적으로 가중되고 있다. 특히, 도심밀집지역에서 열차운행에 따른 철도터널의 진동은 지반을 매개로 인접지역으로 전달되는 공해요인이다.
이러한 공해요인을 제거하기 위해서는 열차 진동의 전파경로 및 증감정도를 파악하고 예측하는 것이 필요하고 이를 위해서는 신뢰성 있는 현장계측 데이터의 확보가 선행되어야 한다.
종래에는, 진동을 측정하고자 하는 지반에 시추공(borehole)을 형성하고, 내부에 수직 및 수평 속도감지센서가 구비된 시추공 진동측정장치를 시추공에 압입 설치하여 지반의 진동을 측정하였다.
그러나 종래의 시추공 진동측정장치의 경우 내부에 설치된 수직 및 수평 속도감지센서의 방향이 고정되도록 설치되기 때문에, 예를 들어 시추공이 경사지게 시공된 경우, 수직 및 수평 속도감지센서도 시추공이 경사진 만큼 동일하게 기울어져 정확한 수평 및 수직 속도를 측정할 수 없는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 시추공 진동측정장치가 지반에 압입된 후, 수직 속도감지기의 방향이 자동으로 수직하게 보정될 수 있고, 계측이 시작된 이후에는 수직 속도감지기의 방향 및 방위를 지속적으로 유지하여, 수직 속도감지기의 불필요한 움직임으로 인하여 감지 결과에 노이즈가 발생하게 되는 것을 방지할 수 있는 시추공 진동측정장치와, 그에 구비되는 수직 속도감지기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 지반에 형성된 시추공에 삽입되어 지반으로부터 전달되는 진동의 수직 성분을 감지하는 수직 속도감지기로서, 상기 지반 진동의 수직 성분 속도를 감지하는 수직 속도감지센서; 링부와, 상기 수직 속도감지센서의 종축 방향 무게중심선을 직교하여 관통하는 제1힌지관통선 상에서 대향 배치되어, 상기 링부의 내측면에 구비되어 수직 속도감지센서를 제1힌지관통선을 중심으로 회전시키는 한 쌍의 제1 힌지부를 가지는 수직방향 유지 구조체; 및 상기 수직 속도감지센서에 장착되어 상기 수직 속도감지센서의 방향 보정을 돕고 그 보정된 방향을 유지시키는 균형추를 포함하며; 수직 속도감지센서의 몸체 상면에는, 제1힌지관통선에 수직한 방향으로 연장된 볼록한 형태의 원호형 제1구동 톱니부가 구비되어 있고; 제1구동 톱니부의 상부에는, 제1구동 톱니부와 맞물려 있어, 상기 수직 속도감지센서가 회전함에 따라 반대방향으로 회전하게 되는 제1회전기어가 구비되어 있으며; 제1회전기어의 일측에는 제1회전기어가 회전하는 각도를 감지하는 제1각도센서가 결합되어 있고; 제1회전기어의 타측에는 모터에 의해 진퇴하여 제1회전기어의 타측에 접촉함으로써 제1회전기어의 회전을 구속하는 제1브레이크 부재가 설치되어 있어; 상기 수직 속도감지센서 및 상기 균형추에 작용하는 중력에 의하여, 상기 수직 속도감지센서의 종축이 항상 중력방향을 향하도록 상기 수직 속도감지센서의 방향을 자동으로 보정하게 되면서도, 상기 제1각도센서에 의해 수직 속도감지센서의 회전을 모니터링함과 동시에 제1브레이크 부재에 의해 제1회전기어의 움직임을 제한함으로써 불필요하게 수직 속도감지센서가 제1힌지관통선을 중심으로 회전하는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 수직 속도감지기가 제공된다.
상기한 본 발명의 수직 속도감지기에서, 상기 링부의 외측면에는 상기 한 쌍의 제1 힌지부를 연결하는 제1힌지관통선과 직교하는 제2힌지관통선 상에서, 상기 링부를 회전시킬 수 있는 또 다른 한 쌍의 제2 힌지부가 대향 배치되어 있으며; 상기 링부의 상면에는 상기 제1구동 톱니부와 수직하게 배치되는 제2구동 톱니부가 구비되어 있고; 상기 제2구동 톱니부의 상부에는, 제2구동 톱니부와 맞물려 있어, 상기 링부가 제2힌지관통선을 중심으로 회전함에 따라 반대방향으로 회전하게 되는 제2회전기어가 구비되어 있으며; 상기 제2회전기어의 일측에는 제2회전기어가 회전하는 각도를 감지하는 제2각도센서가 결합되어 있고; 상기 제2회전기어의 타측에는 모터에 의해 진퇴하여 제2회전기어의 타측에 접촉함으로써 제2회전기어의 회전을 구속하는 제2브레이크 부재가 설치되어; 상기 제2각도센서에 의해 링부의 회전 및 그에 따른 수직 속도감지센서의 회전을 모니터링함과 동시에 제2브레이크 부재에 의해 제2회전기어의 움직임을 제한함으로써 불필요한 수직 속도감지센서의 회전을 방지하게 되는 구성을 가질 수 있다.
또한 본 발명에서는 이러한 수직 속도감지기를 구비한 시추공 진동측정장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 시추공 진동측정장치는 시추공 내에 압입된 속도감지기의 방향을 시추공의 수직도(수직상태) 및 시추공 내에 설치된 진동측정장치의 경사도(경사상태)와 무관하게 항상 자동으로 수직하게 그 위치를 보정하여 더욱 정밀한 진동을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 시추공 진동측정장치가 지반에 경사지게 삽입 설치되어, 수직 속도감지센서가 수직이 되는 방향으로 회전하게 될 때, 그 회전 사실 및 회전 각도를 감지하여 모니터링 할 수 있게 된다.
더 나아가, 본 발명에서는 진동 측정 시험 이전에는 수직 속도감지센서의 방향보정을 위해 수직 속도감지센서의 움직임을 허용하되, 진동 측정 시험이 시작된 이후에는 진동 등으로 인하여 수직 속도감지센서가 불필요하게 흔들리게 되는 것을 효율적으로 방지하여 노이즈 발생을 예방할 수 있게 된다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명에 따른 시추공 진동측정장치에 구비될 수 있는 자동 방향보정 기능의 수직 속도감지기를 바라보는 방향을 달리하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 수직 속도감지기에서 편의상 다른 구성은 도시를 생략하고 수직 속도감지센서, 균형추, 링부 및 제1구동 톱니부만을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 형태를 이루기 위하여 수직 속도감지센서의 상부에 제1구동 톱니부가 결합됨과 동시에, 상기 제1구동 톱니부의 상부에, 제1회전기어와 제1각도센서와 제1브레이크 부재와 모터로 이루어진 제1방향 움직임 제어 조립체가 조립되는 상태를 보여주는 분해 사시도이다.
도 6은 도 5와 관련하여 수직 속도감지센서의 상부에 제1구동 톱니부가 결합되어 있고, 상기 제1구동 톱니부의 상부에는 제1회전기어와 제1각도센서와 제1브레이크 부재와 모터로 이루어진 제1방향 움직임 제어 조립체가 조립되어 있는 상태의 조립 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 수직 속도감지기에서, 편의상 다른 구성은 도시를 생략하고 수직 속도감지센서, 균형추, 링부, 제1 힌지부, 제1구동 톱니부, 및 링부에 결합되는 제2구동 톱니부, 그리고 제2회전기어와 제2각도센서와 제2브레이크 부재와 모터로 이루어진 제2방향 움직임 제어 조립체만을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 분해된 상태에서 각 부재들이 조립된 상태를 보여주는 조립 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시추공 진동측정장치의 외관 정면도이다.
도 10은 도 9의 외부 벽체가 제거된 시추공 진동측정장치의 정면도이다.
도 11은 도 10의 내부 벽체가 제거된 시추공 진동측정장치의 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 수직 속도감지기 및 이를 내부에 구비한 시추공 진동측정장치에 대하여 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 방향보정 기능의 수직 속도감지기(30)를 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수직 속도감지기(30)는, 시추공의 형성각도에 관계없이 항상 수직방향으로 배치되도록 그 방향을 자동적으로 보정할 수 있는 구성을 가지고 있다. 구체적으로, 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수직 속도감지기(30)는, 지반으로부터 전달되어 오는 수직 진동속도를 감지하는 통형상의 수직 속도감지센서(31)와, 서로 대향되는 위치에 형성되어 있는 2개의 힌지부를 관통하는 가상선을 중심으로 상기 수직 속도감지센서(31)를 회전시킬 수 있는 수직방향 유지 구조체(32)와, 상기 수직 속도감지센서(31)의 일단부에 결합되어 있는 균형추(33)를 포함한다.
수직 속도감지센서(31)의 몸체는 예를 들어 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 수직 속도감지센서(31)의 몸체 내부에는 진동 발생 시 원통 형상의 몸체 종축(중심축)과 평행한 방향의 진동 속도 성분을 측정할 수 있는 센서 소자가 내장되어 있다. 따라서 상기 수직 속도감지센서(31)는, 몸체의 중심축(종축)과 평행한 방향으로 지반으로부터 전달되어 오는 수직 진동의 속도를 감지하고 측정한다. 이러한 센서 소자 자체는 이미 공지된 것이므로 이에 대한 설명은 생략한다.
수직방향 유지 구조체(32)는, 상기 수직 속도감지센서(31)의 둘레를 소정 간격을 두면서 감싸는 링부(321)(소위, 짐벌(gimbal)), 및 상기 링부(321)의 내측면에서 수직 속도감지센서(31)와 링부(321) 사이에 배치되어 수직 속도감지센서(31)의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 제1 힌지부(322)를 포함하여 구성된다. 한 쌍의 제1 힌지부(322)는 수직 속도감지센서(31)의 종축 방향 무게중심 연장선을 직교하며 관통하는 가상의 직선(이하, "제1힌지관통선"이라고 약칭함)에서 서로 대향되어 배치된다.
도 4에는 도 1에 도시된 본 발명의 수직 속도감지기(30)에서 편의상 다른 구성은 도시를 생략하고 수직 속도감지센서(31), 균형추(33), 링부(321) 및 제1구동 톱니부(410)만을 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
상기 링부(321)는 제1 힌지부(322)를 통해서 수직 속도감지센서(31)가 회전가능도록 하는 부재인데, 도면에 도시된 실시예와 같이, 원형 띠 형태로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 링부(321)가 직접 수직 속도감지센서(31)의 몸체를 감싸는 대신에 수직 속도감지센서(31)의 외면에 구비된 볼록한 형태의 원호형 제1구동 톱니부(410)를 감싸고 있으며, 상기 제1 힌지부(322)는 상기 제1구동 톱니부(410)의 측면으로부터 돌출되어 구비된 회전축이 링부(321)의 내측면에 형성된 오목부 또는 구멍에 끼워져 회전가능하게 결합되는 구성으로 이루어질 수도 있다. 물론 링부(321)로부터 돌출되어 구비된 회전축이 상기 제1구동 톱니부(410)의 측면에 형성된 오목부 또는 구멍에 끼워져 회전가능하게 결합되는 구성으로 이루어질 수도 있다.
또한, 수직 속도감지센서(31)의 몸체 자체가 상기 링부(321)의 내부에 위치하고, 위와 같은 제1 힌지부(322)가 직접 수직 속도감지센서(31)의 몸체 측면과 링부(321)의 내측면에 형성될 수도 있다.
도 4에서 점선은 제1 힌지부(322)에 의하여 수직 속도감지센서(31)가 링부(321)에 대하여 제1힌지관통선을 중심으로 회전하는 상태를 보여주는데, 도 4에 도시된 것처럼, 수직 속도감지센서(31)는 제1 힌지부(322)에 의하여 제1힌지관통선을 중심으로 링부(321)에 대해 회전할 수 있도록 링부(321)와 결합되어 있으므로, 후술하는 것처럼 수직 속도감지기(30)가 지중에 위치할 때, 수직 속도감지센서(31)는 한 쌍의 제1 힌지부(322)를 관통하여 연결하는 가상 제1힌지관통선을 중심으로 회전하여 수직 속도감지센서(31)의 종축 방향이 중력 방향과 나란하게 되어 자동적으로 수직하게 되도록 그 위치가 보정된다.
한편, 상기 링부(321)의 외측면에는, 상기 제1힌지관통선과 직교하는 방향으로, 후술하는 시추공 진동측정장치(100)의 내부 벽체(20)에 대하여 상기 링부(321)를 회전시키는, 또 다른 한 쌍의 제2 힌지부(323)가 대향 배치된다. 즉, 상기 한 쌍의 제2 힌지부(323)를 서로 연결하는 가상의 직선(이하, "제2힌지관통선")은 상기 제1힌지관통선과 직교하는 방향에 위치하는 것이다.
따라서 후술하는 것처럼 본 발명에 따른 수직 속도감지기(30)가 시추공 진동측정장치(100)내에 구비되었을 때, 내부 벽체(20)와 링부(321)가 상기 제2 힌지부(323)에 의해 결합되어, 링부(321)가 제2 힌지부(323)를 중심으로 내부 벽체(20)에 대해 회전이 가능하게 된다. 즉, 링부(321)가 회전함에 따라 수직 속도감지센서(31) 역시 제2 힌지부(323)를 중심으로 내부 벽체(20)에 대해 회전할 수 있게 되는 것이다. 이와 같이, 수직 속도감지센서(31)는 제2힌지관통선을 중심으로 회전하여 수직 속도감지센서(31)의 방향을 보정함으로써, 결국 수직 속도감지센서(31)의 종축이, 시추공 진동측정장치(100)가 설치된 경사에 관계없이, 항상 중력방향과 평행하게 되며, 그에 따라 정확한 수직방향 진동성분을 측정할 수 있게 된다. 또한 상기 균형추(33)는 중량체로 이루어져 있어 상기 수직 속도감지센서(31)의 방향보정 및 유지를 돕게 된다.
본 발명에서는 진동 측정 과정에서 상기 수직 속도감지센서(31)의 구조적 특성에 따른 노이즈 방지를 위하여, 그리고 수직 속도감지센서(31)가 중력방향과 평행하게 배치되어 있는지의 여부를 모니터링하기 위하여, 본 발명에 따른 수직 속도감지기(30)에는 다음과 같이 상기 수직 속도감지센서(31)의 움직임을 제한하고 모니터링하는 구성이 더 구비되어 있다.
앞서 도 4와 관련하여 살펴본 것처럼, 상기 수직 속도감지센서(31)의 상부, 구체적으로는 수직 속도감지센서(31)의 몸체 상면에는, 볼록한 형태의 원호형 제1구동 톱니부(410)가 구비되어 있다. 상기 제1구동 톱니부(410)는 제1힌지관통선과 직교하는 방향으로 연장되어 배치된다. 도면에 도시된 실시예에서는 상기 제1구동 톱니부(410)가 링부(321) 내에 위치하고 링부(321)와 연결되는 제1 힌지부(322)가 상기 제1구동 톱니부(410)의 측면에 결합되어 있다.
도 5에는 도 4에 도시된 형태를 이루기 위하여 수직 속도감지센서(31)의 상부에 제1구동 톱니부(410)가 결합됨과 동시에, 상기 제1구동 톱니부(410)의 상부에, 제1회전기어(411)와 제1각도센서(412)와 제1브레이크 부재(413)와 모터(414)로 이루어진 제1방향 움직임 제어 조립체가 조립되는 상태를 보여주는 분해사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5와 관련하여 수직 속도감지센서(31)의 상부에 제1구동 톱니부(410)가 결합되어 있고, 상기 제1구동 톱니부(410)의 상부에는 제1회전기어(411)와 제1각도센서(412)와 제1브레이크 부재(413)와 모터(414)로 이루어진 제1방향 움직임 제어 조립체가 조립되어 있는 상태의 조립 사시도가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 것처럼, 상기 제1구동 톱니부(410)의 상부에는, 제1구동 톱니부(410)와 맞물리는 제1회전기어(411)가 구비되어 있다. 상기 수직 속도감지센서(31)가 제1힌지관통선을 중심으로 링부(321)에 대해 회전하게 되면, 제1구동 톱니부(410)와 맞물려 있는 제1회전기어(411)는 상기 수직 속도감지센서(41)가 제1힌지관통선을 중심으로 회전하는 방향과 반대방향으로 회전하게 된다.
상기 제1회전기어(411)의 일측에는 제1각도센서(412)가 결합되어 있으며, 상기 제1각도센서(412)는 제1회전기어(411)가 회전하는 각도를 감지하게 된다. 상기 제1각도 센서(412)는, 예를 들어 각도가 변할 때 내장된 저항이 변화됨으로써 각도를 감지하게 되는 가변저항체 방식으로 구성될 수 있다.
상기 제1회전기어(411)의 타측, 즉 제1각도 센서(412)가 결합된 측면의 반대 측면에는 제1브레이크 부재(413)가 설치되며 상기 제1브레이크 부재(413)는 그 후방에 결합된 모터(414)에 의해 제1회전기어(411) 방향으로 진퇴하게 된다. 즉, 모터(414)에 의해 제1브레이크 부재(413)가 제1회전기어(411) 방향으로 진출하여 제1회전기어(411)의 타측에 접촉하여 마찰하게 되고, 그에 따라 제1회전기어(411)는 회전 속도가 줄어들거나 또는 회전이 이루어지지 않고 고정되는 것이다. 물론 모터(414)에 의해 제1브레이크 부재(413)가 후퇴하면 제1회전기어(411)와 접촉되지 않게 되어 제1회전기어(411)는 자유롭게 회전할 수 있는 상태가 된다.
도면에 도시된 실시예에서는 상기 제1회전기어(411)와 제1각도센서(412)와 제1브레이크 부재(413)와 모터(414)로 이루어진 제1방향 움직임 제어 조립체가 링부(321)의 상부에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 제1방향 움직임 제어 조립체는 링부(321)에 설치되지 않고 별도의 고정부재에 의해 링부(321)와는 독립적으로 시추공 진동측정장치(100)의 내부 벽체(20)에 고정될 수도 있다.
한편, 도 7에 도시된 것처럼, 링부(321)의 상면에는 상기 제1구동 톱니부(410)와 수직하게 배치되는 제2구동 톱니부(510)가 설치되어 있고, 상기 제2구동 톱니부(510)의 움직임을 제한하고 모니터링하는 제2회전기어(511)와 제2각도센서(512)와 제2브레이크 부재(513)와 모터(514)로 이루어진 제2방향 움직임 제어 조립체가 설치된다.
도 7에는 본 발명에 따른 수직 속도감지기(30)에서, 편의상 다른 구성은 도시를 생략하고 수직 속도감지센서(31), 균형추(33), 링부(321), 제1 힌지부(322), 제1구동 톱니부(410), 및 링부(321)에 결합되는 제2구동 톱니부(510), 그리고 제2회전기어(511)와 제2각도센서(512)와 제2브레이크 부재(513)와 모터(514)로 이루어진 제2방향 움직임 제어 조립체만을 도시한 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 8에는 도 7의 분해된 상태에서 각 부재들이 조립된 상태를 보여주는 조립 사시도가 도시되어 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 제2구동 톱니부(510)는 볼록한 형태의 원호형을 이루면서 제1힌지관통선과 나란한 방향으로 연장되어 즉, 제1구동 톱니부(410)는 직교하는 위치에 배치되어 상기 링부(321)의 상면에 고정되어 설치되는 것이다.
상기 제2구동 톱니부(510)의 상부에는, 제2구동 톱니부(510)와 맞물리는 제2회전기어(511)가 구비되어 있다. 상기 링부(321)가 제2힌지관통선을 중심으로 회전하게 되면, 제2구동 톱니부(510)와 맞물려 있는 제2회전기어(511)는 상기 링부(321)가 회전하는 방향과 반대방향으로 회전하게 된다.
상기 제2회전기어(511)의 일측에는 제2각도센서(512)가 결합되어 있으며, 상기 제2각도센서(512)는 제2회전기어(511)가 회전하는 각도를 감지하게 된다. 상기 제5각도 센서(512) 역시 각도가 변할 때 내장된 저항이 변화됨으로써 각도를 감지하게 되는 가변저항체 방식으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2회전기어(511)의 타측, 즉 제2각도 센서(512)가 결합된 측면의 반대 측면에는 제2브레이크 부재(513)가 설치되며 상기 제5브레이크 부재(513)는 그 후방에 결합된 모터(514)에 의해 제2회전기어(511) 방향으로 진퇴하게 된다. 즉, 모터(514)에 의해 제2브레이크 부재(513)가 제2회전기어(511) 방향으로 진출하여 제2회전기어(511)의 타측에 접촉하여 마찰하게 되고, 그에 따라 제2회전기어(511)는 회전 속도가 줄어들거나 또는 회전이 이루어지지 않고 고정되는 것이다. 물론 모터(514)에 의해 제2브레이크 부재(513)가 후퇴하면 제2회전기어(511)와 접촉되지 않게 되어 제2회전기어(511)는 자유롭게 회전할 수 있는 상태가 되며, 따라서 상기 링부(321)는 제2힌지관통선을 중심으로 회전할 수 있는 상태가 된다.
도면에서 부재번호 416 및 417은 각각 시추공 진동측정장치(100)의 내부 벽체(20)에 끼워짐으로써, 위와 같은 회전기어(411, 511), 각도 센서(412, 512), 브레이크 부재(413, 513) 및 모터(414, 514)로 이루어진 조립체가 상기 시추공 진동측정장치(100)의 내부 벽체(20)에 고정 설치되도록 하는 고정부재(416, 417)이다.
위와 같은 구성을 가지게 되면, 우선 수직 속도감지센서(31)의 움직임을 모니터링할 수 있게 된다. 상기 시추공 진동측정장치(100)가 지반에 경사지게 삽입 설치되는 경우, 앞서 설명한 것처럼, 링부(321)는 내부 벽체(20)에 대해 제2힌지관통선을 중심으로 회전이 가능함과 동시에, 수직 속도감지센서(31)는 링부(321)에 대해 제1힌지관통선을 중심으로 회전이 가능하므로, 균형추(43)의 무게로 인하여 링부(321)는 제2 힌지부(323)를 중심으로 회전하고 수직 속도감지센서(31)의 몸체는 제1 힌지부(322)를 중심으로 회전하여 중력과 나란한 방향으로 움직이게 된다.
이 때, 링부(321)가 내부 벽체(20)에 대해 회전하게 되면, 그에 따라 제2구동 톱니부(510)와 맞물려 있는 제2회전기어(511)도 회전하게 되고, 이러한 제2회전기어(511)의 회전은 제2각도 센서(512)에 의해 측정되어 사용자가 링부(321)의 회전 즉, 수직 속도감지센서(31) 몸체의 제2힌지관통선을 중심으로 한 회전 사실 및 그 회전 각도를 알 수 있게 되는 것이다. 물론 시추공 진동측정장치(100)를 설치할 때뿐만 아니라, 기타 다른 상황에서 링부(321) 및 수직 속도감지센서(31)가 위와 같이 회전하게 되면, 이러한 회전 움직임은 상기한 바와 같이 제2구동 톱니부(510)와 제2회전기어(511)의 맞물림 구성에 의해 제2각도 센서(512)를 이용하여 감지할 수 있게 된다.
마찬가지로, 수직 속도감지센서(31)가 링부(321)에 대해 제1힌지관통선을 중심으로 회전하게 되면, 그에 따라 제1구동 톱니부(410)와 맞물려 있는 제1회전기어(411)도 회전하게 되고, 이러한 제1회전기어(411)의 회전은 제1각도 센서(412)에 의해 측정되어 사용자가 수직 속도감지센서(31) 몸체가 링부(321)에 대해 제1힌지관통선을 중심으로 회전하고 있다는 사실 및 그 회전 각도를 알 수 있게 되는 것이다. 앞서의 경우와 마찬가지로, 시추공 진동측정장치(100)를 설치할 때 뿐만 아니라, 기타 다른 상황에서 수직 속도감지센서(31)가 위와 같이 링부(321)에 대해 회전하게 되면, 이러한 수직 속도감지센서(31)의 회전 움직임은 상기한 바와 같이 제1구동 톱니부(410)와 제1회전기어(411)의 맞물림 구성에 의해 제1각도 센서(412)를 이용하여 감지할 수 있게 된다.
한편, 위와 같은 구성에 의하면, 진동 측정 시험 이전에는 상시 수직 속도감지센서(31)의 방향보정을 위해 제1 힌지부(322) 및 제2 힌지부(323)를 중심으로 한 회전을 허용하되, 진동 측정 시험이 시작된 이후에는 진동 등으로 인하여 수직 속도감지센서(31)가 불필요하게 회전하게 되는 흔들림을 효율적으로 방지하여 노이즈 발생을 예방할 수 있게 된다.
구체적으로, 수직 속도감지센서(31)가 중력에 대해 직각방향으로 배치된 상태가 되면, 모터(414, 514)에 의해 각각의 브레이크 부재(413, 513)가 회전기어(411, 511) 방향으로 진출하여 브레이크 부재(413, 513)가 회전기어(411, 511)의 타측에 접촉하여 회전기어(411, 511)의 회전을 방지함으로써, 각각의 구동 톱니부(410, 510)의 움직임을 방지하고 그에 따라 수직 속도감지센서(31)가 제1힌지관통선 및 제2힌지관통선을 중심으로 움직이지 않도록 고정시키게 되는 것이다. 이와 같이 수직 속도감지센서(31)가 고정되어 있는 상태에서는 시추공 진동측정장치(100)에 진동이 발생하더라도 수직 속도감지센서(31)는 흔들리지 않고 고정되어 있게 되며, 따라서 수직 속도감지센서(31)의 불필요한 흔들림으로 인한 노이즈 발생을 원천적으로 차단할 수 있게 된다. 물론 필요에 따라서는 제1힌지관통선을 중심으로 하는 회전은 허용하고 제2힌지관통선을 중심으로 하는 회전은 허용하지 않거나 그 반대가 되도록 조작할 수도 있다.
한편, 지반의 변형 등이 발생하더라도 수직 속도감지센서(31)가 항상 수직을 유지하도록 하기 위해서 시추공 진동측정장치(100)의 설치하고 수직 속도감지센서(31)가 수직으로 된 후에는, 상기 브레이크 부재(413, 513)를 후퇴시켜 회전기어(411, 511)와 접촉하지 않도록 할 수도 있다. 이러한 상태에서 진동 등이 작용하여 수직 속도감지센서(31)가 회전하게 되면, 각도 센서(412, 512)는 앞서 설명한 것과 같은 과정을 통해 이러한 수직 속도감지센서(31)의 회전을 감지하게 되고, 만일 이러한 진동으로 인한 수직 속도감지센서(31)의 회전이 측정에 유익하지 않은 것으로 판단되는 경우, 다시 브레이크 부재(413, 513)를 진출시켜 회전기어(412, 512)를 고정시킴으로써 불필요한 진동으로 인한 노이즈 발생을 차단할 수 있게 된다.
다음에서는 도 9 내지 도 11을 참고하여 본 발명에 따른 시추공 진동측정장치(100)를 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시추공 진동측정장치의 외관 정면도이고, 도 10은 도 9의 외부 벽체가 제거된 시추공 진동측정장치의 정면도이며, 도 11은 도 10의 내부 벽체가 제거된 시추공 진동측정장치의 정면도이다.
도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 시추공 진동측정장치(100)는 관 형상의 외부 벽체(10)와, 상기 외부 벽체(10)의 내부에 회전할 수 있게 설치되는 내부 벽체(20)와, 상기 내부 벽체(20)의 내부에 장착되어 지반의 진동을 감지하는 수직 속도감지기(30)를 포함한다.
상기 외부 벽체(10)는 시추공 진동측정장치(100)의 외형을 형성함과 동시에 일종의 보호관으로서 기능하여, 그 내부의 내부 벽체(20) 및 기타 속도감지기를 보호하게 된다. 도면에 도시된 실시예에서는 상기 외부 벽체(10)가 원통형으로 이루어진 것으로 예시되어 있다.
상기 내부 벽체(20)의 내부에는 앞서 설명한 본 발명에 따른 수직 속도감지기(30)가 구비된다. 구체적으로 상기 수직 속도감지기(30)의 링부(321)가 상기 내부 벽체(20)와 결합된다. 이 때, 앞서 설명한 것처럼, 링부(321)의 제2 힌지부(323)가 내부 벽체(20)와 결합됨으로써, 링부(321)는 내부 벽체(20) 내에서 제2힌지관통선을 중심으로 회전이 가능하게 구비된다.
한편, 내부 벽체(20)의 하부에는 제1 모터(21)가 설치되어 내부 벽체(20)를, 외부 벽체는 시추공 내부에 고정된 상태에서, 일 방향 또는 양 방향으로 회전시킬 수 있다.
내부 벽체(20)의 상부 및 하부 각각에는 시추공 진동측정장치(100)를 시추공에 삽입한 후 소정의 위치에 고정시킬 수 있는 압착부(50)가 설치된다. 이 압착부(50)는 제2 모터(51)와, 상기 제2 모터(51)에 연결되어 시추공의 내면을 향하여 외측으로 이동하는 링크 부재(52)와, 상기 링크 부재(52)의 단부에 연결되어 시추공의 내면을 직접 가압하는 압착판(53)을 포함한다.
압착판(53)은 외부 벽체(10)의 둘레를 따라 간격을 두고 복수 개로 설치될 수 있다. 일예로, 압착판(53)은 둘레를 따라 3개가 설치될 수 있으나, 그 개수는 증감될 수 있다. 또한, 압착판(53)의 외면에는 시추공의 내면과의 마찰을 증대시키기 위해, 복수 개의 돌기부(531)가 형성될 수 있다.
복수 개의 링크 부재(52)는 일예로, X형으로 힌지 결합될 수 있다. 이 경우, 제2 모터(51)가 회전하는 경우, X형 링크 부재(52)는 제2 구동 모터(51)와 연결된 구동 부재에 의해 각 힌지점을 기준으로 회동하면서 압착판(53)을 외측으로 이동시킨다. 본 발명에서 링크 부재(52)의 결합 방식은 다양하게 변형될 수 있다.
시추공 진동측정장치(100)가 시추공에 삽입된 후, 위와 같이 링크 부재(52)의 확장에 의해 상기 압착판(53)이 외측으로 이동되어 압착판(53)의 외면이 시추공 벽면에 밀착하여 가압하게 됨으로써 시추공 진동측정장치(100)가 시추공 내에 더 견고하게 고정된다.
또한 본 발명에 따른 시추공 진동측정장치(100)에는 진동의 수평 속도 감지 즉, 지반으로부터 전달되어 오는 수평 진동의 속도를 감지하고 측정하기 위하여 수평 속도감지기(40)를 추가로 구비할 수도 있는데, 이러한 수평 속도감지기(40)는 두 개가 서로 직교하는 방위로 배치되어 구비될 수도 있다.
100: 시추공 진동측정장치
30: 수직 속도감지기
31: 수직 속도감지센서
32: 수직 방향 유지 구조체

Claims (4)

  1. 지반에 형성된 시추공에 삽입되어 지반으로부터 전달되는 진동의 수직 성분을 감지하여 측정하는 수직 속도감지기(30)로서,
    상기 지반 진동의 수직 성분을 감지하는 수직 속도감지센서(31);
    링부(321)와, 상기 수직 속도감지센서(31)의 종축 방향 무게중심선을 직교하여 관통하는 제1힌지관통선 상에서 대향 배치되어, 상기 링부(321)의 내측면에 구비되어 수직 속도감지센서(31)를 제1힌지관통선을 중심으로 회전시키는 한 쌍의 제1 힌지부(322)를 가지는 수직방향 유지 구조체(32); 및
    상기 수직 속도감지센서(31)에 장착되어 상기 수직 속도감지센서(31)의 측정방향을 유지시키는 균형추(33)를 포함하고 있어;
    상기 수직 속도감지센서(31) 및 상기 균형추(33)에 작용하는 중력에 의하여, 상기 수직 속도감지센서(31)의 종축이 항상 중력방향을 향하도록 상기 수직 속도감지센서(31)의 방향을 자동으로 보정하게 되며;
    상기 수직 속도감지센서(31)의 몸체 상면에는, 제1힌지관통선에 수직한 방향으로 연장된 볼록한 형태의 원호형 제1구동 톱니부(410)가 구비되어 있고;
    상기 제1구동 톱니부(410)의 상부에는, 제1구동 톱니부(410)와 맞물려 있어, 상기 수직 속도감지센서(31)가 제1힌지관통선을 중심으로 회전함에 따라 반대방향으로 회전하게 되는 제1회전기어(411)가 구비되어 있으며;
    상기 제1회전기어(411)의 일측에는 제1회전기어(411)가 회전하는 각도를 감지하는 제1각도센서(412)가 결합되어 있고;
    상기 제1회전기어(411)의 타측에는 모터(414)에 의해 진퇴하여 제1회전기어(411)의 타측에 접촉함으로써 제1회전기어(411)의 회전을 구속하는 제1브레이크 부재(413)가 설치되어 있어;
    상기 제1각도센서(412)에 의해 수직 속도감지센서(31)의 회전을 모니터링함과 동시에 제1브레이크 부재(413)에 의해 제1회전기어(411)의 움직임을 제한함으로써 수직 속도감지센서(31)가 불필요하게 제1힌지관통선을 중심으로 회전하는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 수직 속도감지기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링부(321)의 외측면에는 상기 한 쌍의 제1 힌지부(322)를 연결하는 제1힌지관통선과 직교하는 제2힌지관통선 상에서, 상기 링부(321)를 회전시킬 수 있는 또 다른 한 쌍의 제2 힌지부(323)가 대향 배치되어 있으며;
    상기 링부(321)의 상면에는 상기 제1구동 톱니부(410)와 수직하게 배치되는 제2구동 톱니부(510)가 구비되어 있고;
    상기 제2구동 톱니부(510)의 상부에는, 제2구동 톱니부(510)와 맞물려 있어, 상기 링부(321)가 제2힌지관통선을 중심으로 회전함에 따라 반대방향으로 회전하게 되는 제2회전기어(511)가 구비되어 있으며;
    상기 제2회전기어(511)의 일측에는 제2회전기어(511)가 회전하는 각도를 감지하는 제2각도센서(512)가 결합되어 있고;
    상기 제2회전기어(511)의 타측에는 모터(514)에 의해 진퇴하여 제2회전기어(511)의 타측에 접촉함으로써 제2회전기어(511)의 회전을 구속하는 제2브레이크 부재(513)가 설치되어;
    상기 제2각도센서(512)에 의해 링부(321)의 회전 및 그에 따른 수직 속도감지센서(31)의 회전을 모니터링함과 동시에 제2브레이크 부재(513)에 의해 제2회전기어(511)의 움직임을 제한함으로써 불필요한 수직 속도감지센서(31)의 회전을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 수직 속도감지기.
  3. 지반에 형성된 시추공에 삽입되어 지반으로부터 전달되는 진동을 감지하는 시추공 진동측정장치(100)로서,
    상기 시추공에 삽입되어 시추공에 고정되는 외부 벽체(10);
    상기 외부 벽체(10) 내에 회전할 수 있게 설치되는 내부 벽체(20); 및
    상기 내부 벽체(20)에 설치되어 상기 지반으로부터 전달되는 진동의 수직 성분을 감지하여 측정하는 수직 속도감지기(30)를 구비하며;
    상기 수직 속도감지기(30)는,
    상기 지반 진동의 수직 성분을 감지하는 수직 속도감지센서(31);
    링부(321)와, 상기 수직 속도감지센서(31)의 종축 방향 무게중심선을 직교하여 관통하는 제1힌지관통선 상에서 대향 배치되어, 상기 링부(321)의 내측면에 구비되어 수직 속도감지센서(31)를 제1힌지관통선을 중심으로 회전시키는 한 쌍의 제1 힌지부(322)를 가지는 수직방향 유지 구조체(32); 및
    상기 수직 속도감지센서(31)에 장착되어 상기 수직 속도감지센서(31)의 측정방향을 유지시키는 균형추(33)를 포함하고 있으며;
    상기 수직 속도감지센서(31)의 몸체 상면에는, 제1힌지관통선에 수직한 방향으로 연장된 볼록한 형태의 원호형 제1구동 톱니부(410)가 구비되어 있고;
    상기 제1구동 톱니부(410)의 상부에는, 제1구동 톱니부(410)와 맞물려 있어, 상기 수직 속도감지센서(31)가 회전함에 따라 반대방향으로 회전하게 되는 제1회전기어(411)가 구비되어 있으며;
    상기 제1회전기어(411)의 일측에는 제1회전기어(411)가 회전하는 각도를 감지하는 제1각도센서(412)가 결합되어 있고;
    상기 제1회전기어(411)의 타측에는 모터(414)에 의해 진퇴하여 제1회전기어(411)의 타측에 접촉함으로써 제1회전기어(411)의 회전을 구속하는 제1브레이크 부재(413)가 설치되어 있어;
    상기 수직 속도감지센서(31) 및 상기 균형추(33)에 작용하는 중력에 의하여 상기 수직 속도감지센서(31)의 종축이 항상 중력방향을 향하도록 상기 수직 속도감지센서(31)의 방향을 자동으로 보정하면서도, 상기 제1각도센서(412)에 의해 수직 속도감지센서(31)의 제1힌지관통선을 중심으로 한 회전을 모니터링함과 동시에 제1브레이크 부재(413)에 의해 제1회전기어(411)의 불필요한 움직임을 제한함으로써 수직 속도감지센서(31)가 제1힌지관통선을 중심으로 회전하는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 시추공 진동측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수직 속도감지기(30)의 상기 링부(321)의 외측면에는 상기 한 쌍의 제1 힌지부(322)를 연결하는 제1힌지관통선과 직교하는 제2힌지관통선 상에서, 상기 링부(321)를 회전시킬 수 있는 또 다른 한 쌍의 제2 힌지부(323)가 대향 배치되어 있으며;
    상기 링부(321)의 상면에는 상기 제1구동 톱니부(410)와 수직하게 배치되는 제2구동 톱니부(510)가 구비되어 있고;
    상기 제2구동 톱니부(510)의 상부에는, 제2구동 톱니부(510)와 맞물려 있어, 상기 링부(321)가 제2힌지관통선을 중심으로 회전함에 따라 반대방향으로 회전하게 되는 제2회전기어(511)가 구비되어 있으며;
    상기 제2회전기어(511)의 일측에는 제2회전기어(511)가 회전하는 각도를 감지하는 제2각도센서(512)가 결합되어 있고;
    상기 제2회전기어(511)의 타측에는 모터(514)에 의해 진퇴하여 제2회전기어(511)의 타측에 접촉함으로써 제2회전기어(511)의 회전을 구속하는 제2브레이크 부재(513)가 설치되어;
    상기 제2각도센서(512)에 의해 링부(321)의 회전 및 그에 따른 수직 속도감지센서(31)의 회전을 모니터링함과 동시에 제2브레이크 부재(513)에 의해 제2회전기어(511)의 움직임을 제한함으로써 불필요한 수직 속도감지센서(31)의 회전을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 시추공 진동측정장치.
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