KR101124272B1 - Geographical displacement sensing unit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지반변위 측정장치에 관한 것으로서, 지반에 수직으로 굴착된 경사관에 삽입되어 그 길이방향으로 이동 가능하며, 경사관 내면의 변위를 접촉식으로 감지하는 지반변위 측정장치로서, 경사관 내에서 그 길이방향으로 이동시 측정 타이밍마다 3차원 좌표 변위를 측정하는 센싱수단; 상기 측정 타이밍을 설정하는 타이밍설정수단; 상기 센싱수단에서 각 측정 타이밍마다 측정한 3차원 좌표 변위 데이터로부터 연속적인 상대 변위를 구하여, 지반변위량으로 연산하는 변위량연산수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며, 이동부가 경사관 내 이동 중에 측정 타이밍에 맞춰 실시간으로 3차원(또는 3축) 방향의 변위를 측정하기 때문에, 최소 측정 간격이나 기준점 등을 고려할 필요 없이 측정 과정이 이뤄지게 되어 기준점의 불일치 또는 천공수직도, 경사관 비틀림 등으로 발생했던 종래의 측정오차 문제를 해결해 준다. The present invention relates to a ground displacement measuring apparatus, which is inserted into an inclined tube excavated perpendicularly to the ground and is movable in its longitudinal direction, and is a ground displacement measuring apparatus that detects the displacement of the inner surface of the inclined tube in a contact manner. Sensing means for measuring a three-dimensional coordinate displacement for each measurement timing when moving in the longitudinal direction in the apparatus; Timing setting means for setting the measurement timing; Displacement amount calculation means for calculating a continuous relative displacement from three-dimensional coordinate displacement data measured at each measurement timing by the sensing means and calculating the ground displacement amount; The moving part measures the displacement in the three-dimensional (or three-axis) direction in real time in accordance with the measurement timing during the movement in the inclined tube, so that the measurement process without having to consider the minimum measurement interval or reference point, etc. This solves the conventional measurement error problem caused by the mismatch of the reference point or the perforated vertical degree, the inclination of the inclined tube.
지반변위, 측정 Ground displacement, measurement
Description
본 발명은 지반변위 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지반에 수직으로 굴착된 경사관에 삽입되어 그 길이방향으로 이동하면서 접촉식으로 지반 변위를 감지하되, 설정된 측정 타이밍에 맞춰 3차원 좌표 변위를 실시간으로 측정하도록 구성된 지반변위 측정장치에 관한 것이다. The present invention relates to a ground displacement measuring apparatus, and more particularly, is inserted into an inclined tube excavated perpendicularly to the ground and moved in the longitudinal direction to detect the ground displacement by contact, but three-dimensional coordinate displacement in accordance with the set measurement timing It relates to a ground displacement measuring device configured to measure in real time.
지하시설물의 시공을 위해서는 굴착이나 성토 시에 공동 현상 및 지하수위의 변위량 등 주변 영향으로 인한 지반의 변위(토립자의 수평경사량의 위치와 방향, 크기 등)를 측정하는 하는 것이 필수적이다. For the construction of underground facilities, it is essential to measure the displacement of the ground (location, direction, size, etc. of the horizontal slope of the soil) due to peripheral influences such as cavitation and groundwater displacement during excavation or filling.
예를 들어, 지하철 및 흙막이 공사의 굴착공사 등에 있어서, 토류벽 강성이나 토질에 따라 정도의 차이는 있지만 일반적으로 굴토된 방향으로 횡방향 변위가 발생하고, 이에 따른 지반침하현상이 유발되어 인접한 주요구조물 등에 심각한 피해를 발생시킬 수 있다. 이로 인해 시공자는 해당 지역 내에 경사관을 굴착하고, 시공과정 및 일정기간이 지난 후에 지반이완에 따른 경사관 내의 변위량을 측정하여 안전도를 예측하게 된다. For example, in the excavation work of subway and earthquake works, there is a difference in degree depending on the earth wall stiffness and soil quality, but in general, transverse displacement occurs in the excavated direction, and ground subsidence is caused, resulting in adjacent main structures. It can cause serious damage. For this reason, the contractor excavates the inclined tube in the area, and after the construction process and a certain period of time, by measuring the displacement amount in the inclined tube according to the ground relaxation to predict the safety.
이러한 지반변위 측정장치에는 경사감지를 위한 센싱수단을 경사관 내에 삽 입하여 이동식으로 계측하는 이동식과, 다수개의 센싱수단을 경사관 내에 측정 깊이별로 삽입 설치하여 계측하는 매설식이 있다. In the ground displacement measuring apparatus, there is a movable type for measuring a tilting sensor by inserting the sensing means into a tilting tube, and a buried type for inserting and measuring a plurality of sensing means for each measuring depth in the tilting tube.
이동식과 매설식은 각각의 장단점을 고려하여 선택적으로 사용된다. 예를 들어, 이동식은 측정 데이터의 정확성 면에서 매설식에 비해 한계가 있기는 하지만, 저렴한 비용으로 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있다. Mobile and buried are optionally used, taking into account their advantages and disadvantages. For example, the mobile type has limitations compared to the buried type in terms of the accuracy of the measurement data, but has the advantage of being able to measure at low cost.
도 1은 종래의 지반변위 측정장치의 일예를 나타낸 구성도이다. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional ground displacement measuring apparatus.
예시된 지반변위 측정장치는 이동식으로서, 지하에 굴착된 경사관(30)의 내주면을 따라 수직 이동되어 지반의 변위를 감지하는 이동부(20)와, 수직방향 이동을 위한 구동력을 제공하는 모터(10), 지상에 위치하여 이동부(20)에서 전송한 측정값을 이용하여 지반 변위를 연산하는 계측부(5)를 포함하여 구성된다. 이동부(20)는 프로브(probe)라고도 한다. Exemplary ground displacement measuring device is a movable, vertical movement along the inner circumferential surface of the
이동부(20)는 외측으로 돌출된 복수의 바퀴(22a,22b)를 구비하므로, 모터(10)의 구동시 경사관(30)의 내주면을 따라 접촉 상태를 만들면서 수직으로 승하강된다. Since the moving
이동부(20)는 경사관(30)을 따라 승하강 하는데, 지반이완에 의해 형성된 경사관(30)의 굴곡부(도면부호 A)를 통과할 때 수평 및 수직경사도를 자동 측정하여 이를 지상의 계측부(5)에 전송한다. 도면부호 F는 지반의 변위 방향을 나타낸다.The moving
계측부(5)는 이동부(20)로부터 수신된 수평 및 수직경사 감지신호를 이용하여 지반변위의 위치와 방향, 크기를 연산하여 디스플레이하고, 작업자는 이를 이용 하여 해당 지역 내의 지반상태를 확인할 수 있게 된다. The measuring unit 5 calculates and displays the position, direction, and size of the ground displacement by using the horizontal and vertical tilt detection signals received from the moving
예시된 이동부(20)에는 상측과 하측에 각각 한쌍의 바퀴(22a,22b)가 지지부(24)의 끝단에 각각 구비되어 있으며, 지지부(24)가 일정 경사각을 갖고 설치되므로 일측에서 타측으로 경사각을 갖고 설치된다. In the illustrated moving
도 2는 종래의 지반변위 측정장치의 측정예를 나타낸 사용상태도이다. 2 is a use state diagram showing a measurement example of a conventional ground displacement measuring apparatus.
도 1에 예시된 종래의 지반변위 측정장치에는 수평 및 수직 방향의 가속도 센서가 예를 들어, 50cm 간격으로 이동부(20) 내에 설치되어 50cm 간격으로 경사도를 측정하게 되는데, 각각의 측정 지점(A1,B1,C1,D1,E1)에서 원점 보정 등을 실시하고 이 데이터를 기반으로 지반변위량을 측정한다.In the conventional ground displacement measuring apparatus illustrated in FIG. 1, acceleration sensors in the horizontal and vertical directions are installed in the moving
그러나, 이러한 방식은 2축(x,y)의 경사도만 측정하여 전체적인 지반 변위를 탐지하는 방식으로서, 측정의 오차와 객관성이 떨어진다는 단점이 있다. However, this method is a method of detecting the overall ground displacement by measuring only the inclination of the two axes (x, y), there is a disadvantage that the measurement error and objectivity is inferior.
이동부(20)에서 상하 바퀴(22a,22b)간 거리가 예를 들어 50cm 이면 최소 측정간격이 50cm 가 되며, 실제 경사 측정은 다음과 같이 이뤄지게 된다. If the distance between the upper and
즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 이동부(20)를 A1->B1->C1->D1->E1 의 순서로 이동시키면서 각도의 변화를 측정하는데, A1 지점에서 측정을 한 후, 이동부(20)를 B1 지점으로 이동시키면 최초 측정시의 상부 바퀴(22a)의 위치에 두번째 측정시의 하부 바퀴(22b)가 오게 되어 그 점(기준점)을 기준으로 두번째 경사 측정이 이루어지게 되고, 이러한 과정을 반복하여 전체 경사관 내의 경사변위를 측정하게 된다. That is, as shown in (a) of FIG. 2, the change of the angle is measured while moving the
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 50cm 이상의 거리를 이동시키면서 경사를 측정하는 경우에는 기준점이 달라지게 되어, x,y 방향으로 매우 큰 측정오차가 발생할 수 있다. As shown in (b) of FIG. 2, when measuring the inclination while moving a distance of 50cm or more, the reference point is changed, a very large measurement error may occur in the x, y direction.
이와 같은 방식을 취하는 종래의 지반변위 측정장치는 다음과 같은 한계를 지닐 수 밖에 없었다. The conventional ground displacement measuring apparatus using this method had the following limitations.
1) 2축(x,y)의 경사도만 측정하며 이동부의 상하 바퀴 간격에 해당하는 최소 측정 간격(위 예에서는 50cm)을 갖고 있기 때문에, 그 이하의 곡률반경을 지니는 급격하고 미세한 경사의 측정은 불가능하다.1) Since only the inclination of the two axes (x, y) is measured and it has a minimum measurement interval (50 cm in the above example) corresponding to the distance between the upper and lower wheels of the moving part, the measurement of the sharp and minute inclination with the curvature radius of less than impossible.
2) 이동부의 길이가 일정 길이(위 예에서는 50cm) 이상의 값을 가져야 하므로 급격한 경사에는 이동부의 투입이 불가능하다.2) Since the length of the moving part must have a value equal to or more than a predetermined length (50 cm in the above example), it is impossible to insert the moving part on a sharp slope.
3) 최소 측정 간격에 맞추어 이동시키면서 경사도를 측정할 경우(도 2의 (a)), 기준점의 미세한 불일치로 인해 측정오차가 발생한다.3) When measuring the inclination while moving to the minimum measurement interval (Fig. 2 (a)), a measurement error occurs due to the minute mismatch of the reference point.
4) 최소 측정 간격 이상의 간격으로 이동시키면서 경사도를 측정할 경우(도 2의 (b)), 기준점의 불일치로 x,y 방향의 오차가 발생한다.4) In the case of measuring the inclination while moving at an interval greater than the minimum measurement interval (Fig. 2 (b)), the misalignment of the reference point causes errors in the x, y direction.
5) 각 측정 지점에서의 경사도만을 측정하여 변위량을 계산하므로, 천공수직도 혹은 경사관의 비틀림이 발생할 경우 상당한 측정오차가 발생한다.5) Since the displacement is calculated by measuring only the inclination at each measurement point, a significant measurement error occurs in the case of perforation verticality or torsion of the inclined pipe.
6) 실제 측정과정에 있어서 측정하는 사람과 방법에 따라 결과가 달라질 가능성이 높기 때문에 데이터의 객관성이 떨어지게 된다. 6) In the actual measurement process, the objectivity of the data decreases because the results are likely to vary depending on the measuring person and the method.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 지반에 수직으로 굴착된 경사관에 삽입되어 그 길이방향으로 이동하면서 접촉식으로 지반 변위를 감지하되, 설정된 측정 타이밍에 맞춰 3차원 좌표 변위를 실시간으로 측정하도록 구성된 지반변위 측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been made in view of the above problems, it is inserted into the inclined tube excavated perpendicular to the ground and moved in its longitudinal direction to detect the ground displacement by contact, but the three-dimensional coordinate displacement in accordance with the set measurement timing It is an object of the present invention to provide a ground displacement measuring device configured to measure in real time.
특히 본 발명은, 다양한 센서 조합을 이용하거나 복수의 측정 타이밍을 설정하여 측정 데이터에 대한 다양한 보정 처리가 이뤄지도록 하여, 측정 기준점의 불일치 또는 천공수직도, 경사관 비틀림 등으로 발생했던 종래의 측정오차 문제를 해결하는 지반변위 측정장치를 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다. In particular, the present invention, by using a variety of sensor combinations or by setting a plurality of measurement timings to perform a variety of correction processing for the measurement data, the conventional measurement error caused by mismatch of measurement reference point or puncture verticality, inclination of the inclined pipe It is another object to provide a ground displacement measuring device that solves the problem.
또한 본 발명은, 이동부의 길이를 종래에 비해 작게 제작할 수 있어, 종래 이동부의 상하 바퀴 간격 이하의 곡률반경을 지니는 급격하고 미세한 경사도 정밀하게 측정할 수 있으며, 급격한 경사에도 이동부의 투입이 가능한 지반변위 측정장치를 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다. In addition, the present invention can make the length of the moving portion smaller than the conventional, can accurately measure the sharp and minute inclination having a radius of curvature less than the vertical wheel spacing of the conventional moving portion, and the ground displacement that can be added to the moving portion even in a sharp slope It is another object to provide a measuring device.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지반변위 측정장치는, 지반에 수직으로 굴착된 경사관에 삽입되어 그 길이방향으로 이동 가능하며, 경사관 내면의 변위를 접촉식으로 감지하는 지반변위 측정장치로서, 경사관 내에서 그 길이방향으로 이동시 측정 타이밍마다 3차원 좌표 변위를 측정하는 센싱수단; 상기 측정 타이밍을 설정하는 타이밍설정수단; 상기 센싱수단에서 각 측정 타이밍마다 측정한 3차원 좌표 변위 데이터로부터 연속적인 상대 변위를 구하여, 지반변위량으로 연산하는 변위량연산수단; 을 포함하여 구성된다. The ground displacement measuring apparatus of the present invention for achieving the above object is inserted into the inclined tube vertically excavated to the ground is movable in the longitudinal direction, the ground displacement measurement to detect the displacement of the inner surface of the inclined tube by contact type An apparatus, comprising: sensing means for measuring a three-dimensional coordinate displacement at every measurement timing when moving in its longitudinal direction in an inclined tube; Timing setting means for setting the measurement timing; Displacement amount calculation means for calculating a continuous relative displacement from three-dimensional coordinate displacement data measured at each measurement timing by the sensing means and calculating the ground displacement amount; .
보다 바람직하게, 상기 센싱수단은 3축 쟈이로센서 또는 3축 가속도센서 중의 어느 하나로 구성된다. More preferably, the sensing means is composed of any one of a three-axis gyro sensor or a three-axis acceleration sensor.
본 발명의 또다른 관점에서, 상기 센싱수단은 2축 쟈이로센서 또는 2축 가속도센서 중의 어느 하나와 지반 수직방향 이동거리 측정센서의 조합으로 이뤄진다. In another aspect of the present invention, the sensing means consists of a combination of either a two-axis gyro sensor or two-axis acceleration sensor and the ground vertical movement distance measuring sensor.
보다 바람직하게, 상기 센싱수단은 상호 독립적인 측정방식을 갖는 복수의 센싱수단으로 구성되며, 상기 각 센싱수단이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 상호 비교하여 보정하는 기능을 구비한다. More preferably, the sensing means is composed of a plurality of sensing means having a mutually independent measuring method, and has a function of comparing and correcting the three-dimensional coordinate displacement data measured by each sensing means.
보다 바람직하게, 상기 3차원 좌표 변위 데이터의 상호 비교 및 보정은, 일측 센싱수단이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 기준으로, 타측 센싱수단이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터 중 기설정된 오차범위를 넘어서는 값을 나타낸 경우를 에러로 판단하여 처리하도록 구성된다. More preferably, the mutual comparison and correction of the three-dimensional coordinate displacement data, based on the three-dimensional coordinate displacement data measured by one side sensing means, exceeding a predetermined error range of the three-dimensional coordinate displacement data measured by the other sensing means. The case where the value is indicated is determined to be an error and is processed.
보다 바람직하게, 상기 복수의 센싱수단은 적어도 2개의 센서로 구성되며, 3축 쟈이로센서와 3축 가속도센서를 포함한다. More preferably, the plurality of sensing means includes at least two sensors, and includes a three-axis gyro sensor and a three-axis acceleration sensor.
본 발명의 또다른 관점에서, 상기 복수의 센싱수단은 적어도 2개의 센서 조합으로 구성되며, 상기 센서 조합은 2축 쟈이로센서와 지반 수직방향 이동거리 측정센서의 조합과 2축 가속도센서와 지반 수직방향 이동거리 측정센서의 조합을 포함한다. In another aspect of the invention, the plurality of sensing means is composed of at least two sensor combinations, the sensor combinations are a combination of a 2-axis gyro sensor and a ground vertical travel distance measurement sensor and a 2-axis acceleration sensor and ground vertical A combination of directional travel distance sensors.
보다 바람직하게 본 발명은, 지반 수직방향 이동거리 측정센서 또는 온도센서 중의 적어도 어느 하나를 보조 센싱수단으로 더 구비하여, 상기 센싱수단이 측 정한 3차원 좌표 변위 데이터를 보정하는 기능을 구비한다.More preferably, the present invention further includes at least one of a ground vertical movement distance measuring sensor and a temperature sensor as auxiliary sensing means, and has a function of correcting three-dimensional coordinate displacement data measured by the sensing means.
본 발명의 또다른 관점에서, 상기 타이밍설정수단은 상호 독립적인 복수의 주파수를 측정 타이밍으로 설정할 수 있도록 구비되어, 각 주파수별로 상기 센싱수단이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 상호 비교하여 보정하는 기능을 구비한다. In another aspect of the present invention, the timing setting means is provided to set a plurality of mutually independent frequencies as the measurement timing, the function of comparing and correcting the three-dimensional coordinate displacement data measured by the sensing means for each frequency It is provided.
본 발명의 또다른 관점에서, 상기 센싱수단은 복수의 센싱수단으로 구성되며, 상기 타이밍설정수단은 각 센싱수단별로 상호 독립적인 복수의 주파수를 측정 타이밍으로 설정할 수 있도록 구비되어, 상기 각 센싱수단이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 상호 비교하여 보정하는 기능을 구비한다. In another aspect of the present invention, the sensing means is composed of a plurality of sensing means, the timing setting means is provided to set a plurality of frequencies independent of each sensing means for each of the sensing means, each of the sensing means And a function of comparing and correcting the measured three-dimensional coordinate displacement data with each other.
보다 바람직하게, 상기 3차원 좌표 변위 데이터의 상호 비교 및 보정은, 하나의 주파수를 측정 타이밍으로 설정하여 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 기준으로, 또다른 주파수를 측정 타이밍으로 설정하여 측정한 3차원 좌표 변위 데이터 중 기설정된 오차범위를 넘어서는 값을 나타낸 경우를 에러로 판단하여 처리하도록 구성된다. More preferably, the mutual comparison and correction of the three-dimensional coordinate displacement data is based on the three-dimensional coordinate displacement data measured by setting one frequency as the measurement timing, and the three-dimensional measured by setting another frequency as the measurement timing. It is configured to determine and process a case in which a value exceeding a preset error range among coordinate displacement data is regarded as an error.
이와 같은 본 발명의 지반변위 측정장치는, 이동부가 경사관 내 이동 중에 측정 타이밍에 맞춰 실시간으로 3차원(또는 3축) 방향의 변위를 측정하기 때문에, 최소 측정 간격이나 기준점 등을 고려할 필요 없이 측정 과정이 이뤄지게 되어 기준점의 불일치 또는 천공수직도, 경사관 비틀림 등으로 발생했던 종래의 측정오차 문제를 해결해 준다. The ground displacement measuring apparatus of the present invention measures the displacement in the three-dimensional (or three-axis) direction in real time in accordance with the measurement timing during the movement in the inclined tube, so that the measurement without considering the minimum measurement interval or reference point, etc. This process solves the conventional measurement error problem caused by the mismatch of the reference point or the perforated vertical degree, the inclination of the inclined tube.
또한, 이동부의 길이를 종래에 비해 작게 제작할 수 있으므로, 이동부의 상 하 바퀴 간격 이하의 곡률반경을 지니는 급격하고 미세한 경사도 정밀하게 측정할 수 있으며, 급격한 경사에도 이동부의 투입이 가능한 장점이 있다. In addition, since the length of the moving part can be manufactured smaller than in the related art, the rapid and minute inclination having a radius of curvature of the upper and lower wheel intervals of the moving part can be accurately measured, and there is an advantage in that the moving part can be inserted even in a sharp inclination.
또한, 측정하는 사람과 방법에 따른 측정오차 문제도 해결하기 때문에, 데이터의 객관성과 정밀도를 향상시키는 장점을 제공한다.In addition, it solves the measurement error problem according to the person and the method of measurement, thereby providing the advantage of improving the objectivity and precision of the data.
또한, 다양한 센서 조합을 이용하거나 복수의 측정 타이밍을 설정하여 측정 데이터에 대한 다양한 보정 처리를 하므로, 측정오차를 최대한 줄이는 장점을 제공한다. In addition, since various correction processing is performed on the measurement data by using various sensor combinations or by setting a plurality of measurement timings, the measurement error is reduced as much as possible.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 지반변위 측정장치의 사용상태도, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도이다. 3a and 3b is a configuration diagram of a ground displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a state diagram of the ground displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 5a is an embodiment of the present invention This is an example of the operation flow chart of the ground displacement measuring device.
본 실시예의 지반변위 측정장치는 이동식으로서, 지하에 굴착된 경사관(500)의 내주면을 따라 수직 이동되어 지반의 변위를 감지하는 이동부(400)와, 지상에 위치하며 전선(또는 신호선, 300)을 통해 연결되어 이동부(400)에서 전송한 측정값을 이용하여 지반 변위를 연산하는 연산제어부(200)를 포함하여 구성된다. Ground displacement measuring apparatus of the present embodiment is a movable, vertical movement along the inner circumferential surface of the
이동부(400)는 프로브(probe)라고도 하며, 모터(410) 또는 이와 균등한 기능을 수행하는 공지의 구동수단에 의해 수직방향 이동을 하게 된다. 이러한 구동수단은 자동 또는 수동방식을 모두 포함한다. The moving
이동부(400)는 외측으로 돌출된 복수의 바퀴(410a,410b)를 구비하므로, 모 터(410)의 구동시 경사관(500)의 내주면을 따라 접촉 상태를 만들면서 수직으로 승하강된다. Since the moving
이러한 구조는 도 1 및 도 2를 통해 설명한 종래의 지반변위 측정장치와 유사한 구조로 볼 수도 있다. 즉, 본 실시예의 지반변위 측정장치는 지반에 수직으로 굴착된 경사관(500)에 삽입되어 그 길이방향(z방향)으로 이동 가능하며 경사관 내면의 변위를 접촉식으로 감지하기만 한다면, 접촉부(본 실시예에서는 바퀴 410a,410b에 해당)의 구조나 이동부(400)의 형상 등이 특별히 어느 한가지 구성으로 제한을 받는 것은 아니다. Such a structure may be viewed as a structure similar to the conventional ground displacement measuring apparatus described with reference to FIGS. 1 and 2. That is, the ground displacement measuring apparatus of the present embodiment is inserted into the
이동부(400) 내에는 센싱수단(110)이 설치된 센서부(100)가 구비되며, 센싱수단(110)은 이동부(400)가 경사관 내에서 그 길이방향으로 이동시 타이밍설정수단(210)에 의해 설정된 측정 타이밍마다 3차원 좌표 변위를 실시간으로 측정하게 된다. The moving
이러한 센싱수단(110)으로서 바람직하게는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술로 구현된 3축 쟈이로센서 또는 3축 가속도센서와 같은 관성센서가 사용된다. As the sensing means 110, an inertial sensor such as a three-axis gyro sensor or a three-axis acceleration sensor, which is preferably implemented by MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology, is used.
최근 MEMS 기술의 발달로 크기가 매우 작고 가격도 저렴한 쟈이로센서(각속도 센서) 및 가속도센서의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 최근 제품화된 가속도 센서는 체적이 약 ((2-3)mm)3정도 이하이며 매년 그 정밀도가 향상되는 추세이다. Recently, with the development of MEMS technology, development of gyro sensors (angular velocity sensors) and acceleration sensors, which are very small and inexpensive, is being actively conducted. Recently, accelerometers have a volume of about ((2-3) mm) 3 or less and their accuracy is increasing every year.
본 실시예의 MEMS 쟈이로센서로서는, 예를 들어 코리올리의 힘을 이용하는 공지의 진동형 쟈이로센서가 적용될 수 있으며, MEMS 가속도센서로서는, 예를 들어 질량체와 바네 등으로 구성된 공지의 정전용량형 가속도센서 또는 피에조(Piezo) 저항 변화를 이용한 가속도센서 등이 적용될 수 있다. As the MEMS gyro sensor of the present embodiment, for example, a well-known vibration type gyro sensor using the force of Coriolis can be applied. As the MEMS acceleration sensor, for example, a known capacitive acceleration sensor composed of a mass body and a banet or the like, or An acceleration sensor using a piezo resistance change may be applied.
본 실시예에서는 이렇게 MEMS 기술로 구현된 3축 쟈이로센서 또는 3축 가속도센서를 사용함으로써, 센서부(100)와 이동부(400)의 크기를 최대한 작게 구현하는 효과를 제공한다. In this embodiment, by using a three-axis gyro sensor or a three-axis acceleration sensor implemented by the MEMS technology, thereby providing the effect of implementing the size of the
기본적으로 어떤 물체의 움직임과 절대좌표의 변화를 독립적으로 측정하는 것은, 3축(x,y,z)의 각속도 또는 3축의 가속도를 검출하고 이를 적분처리 하는 방식으로 가능하다. Basically, it is possible to independently measure the movement of an object and the change in absolute coordinates by detecting the angular velocity of three axes (x, y, z) or acceleration of three axes and integrating them.
쟈이로센서 또는 가속도센서는 모두 움직임을 감지하기 위해 관성력을 이용하는 센서로서, 센서 내에 구비된 질량에 작용하는 관성력을 전자기적인 원리로 측정하고 이를 통해 각속도 또는 가속도값을 구하는 센서이다. 이렇게 구해진 각속도 또는 가속도값에 대해 운동방정식을 고려한 적분처리를 하게 되면 이동시의 좌표 변위를 구할 수 있게 된다. 예를 들어, 가속도값을 2번 적분처리하면 좌표 변위값이 구해진다.Gyro sensors or acceleration sensors are all sensors that use inertial force to detect movement. The gyro sensor or acceleration sensor measures the inertial force acting on the mass provided in the sensor based on the electromagnetic principle and obtains the angular velocity or acceleration value. Integrating the angular velocity or acceleration value in this way into consideration of the equations of motion results in obtaining the coordinate displacement during the movement. For example, the coordinate displacement value is obtained by integrating the acceleration value twice.
본 실시예에 따르면, 이동부(400)가 경사관 내에서 그 길이방향으로 이동시에 타이밍설정수단(210)에 의해 설정된 측정 타이밍마다 센싱수단(110)이 위와 같은 원리로서 3차원 좌표 변위를 실시간으로 측정하게 된다. According to the present embodiment, when the moving
이러한 센싱수단(110)은 가속도센서를 예로 들면, 1축 가속도센서 3개를 x,y,z 각 방향으로 90도 간격으로 조합하여 설치한 구조일 수도 있고, 2축 가속도센서와 1축 가속도센서의 조합 구조일 수도 있으며, 단일 패키징화된 하나의 3축 가속도센서일 수도 있다. 즉, 3축의 각속도 또는 가속도를 측정할 수만 있으면, 센싱수단(110)의 구조가 특별히 어느 한가지 구성으로 제한을 받는 것은 아니다. For example, the sensing means 110 may be a structure in which three single-axis acceleration sensors are installed by combining the three-axis acceleration sensors at 90 degree intervals in the x, y, and z directions, respectively, and the two-axis acceleration sensor and the single-axis acceleration sensor. It may be a combination structure of, or may be a single packaged three-axis acceleration sensor. That is, as long as the angular velocity or acceleration of the three axes can be measured, the structure of the sensing means 110 is not particularly limited to any one configuration.
또한, 측정 신호 처리에 있어서 통상적으로 사용되는 증폭회로 및 AD 컨버터(converter)가 센서부(100) 내에 구비될 수 있지만, 별도로 도면에 도시하지는 않았다. 증폭회로 및 AD 컨버터(converter)는 각각의 유닛으로 센서부(100) 내에 설치될 수도 있으며, 최근의 센서 모듈화 경향에 따라 쟈이로센서 또는 가속도센서 모듈 내에 일체화된 형태로 구비될 수도 있다.In addition, an amplifier circuit and an AD converter which are commonly used in measuring signal processing may be provided in the
이렇게 센싱수단(110)에서 측정한 3차원 좌표 변위 데이터는 전선(또는 신호선, 300)을 통해 지상에 위치한 연산제어부(200)로 전송되며, 연산제어부(200) 내에 구비된 변위량연산수단(220)에 의해 지반변위량으로 연산되어 작업자에게 디스플레이 된다. 이를 통해 작업자는 지반이완 또는 그 변위의 위치와 방향, 크기 등을 파악할 수 있게 된다. 이러한 전체 과정은 도 5a의 S520 내지 S560 단계로 이뤄진 작동흐름도를 통해 보다 상세하게 이해될 수 있다. The three-dimensional coordinate displacement data measured by the sensing means 110 is transmitted to the
보다 상세하게, 쟈이로센서 또는 가속도센서가 3차원 좌표 변위를 측정하는 과정은 다음과 같이 이해될 수 있다. More specifically, the process of measuring the three-dimensional coordinate displacement by the gyro sensor or the acceleration sensor can be understood as follows.
경사관(500) 내에서 이동부(400)의 출발 지점을 기준점으로 설정하고 이동부(400)를 승강(또는 하강)하게 되면, 설정된 주파수 시점마다 쟈이로센서 또는 가속도센서가 바로 직전 측정 시점에서의 이동부 위치를 기준으로 현 측정 시점의 이 동부의 상대 위치를 측정한다. 이러한 방식으로, 최초 출발 지점인 기준점에 대한 이동부(400)의 연속적인 상대 변위를 구하면, 최초 기준점 위치를 중심으로 경사관 내면의 전체 3차원 좌표 변위가 구해지게 된다. 이때, 이동부(400)의 이동속도는 고정 속도인 것이 바람직하지만, 이동 중에 속도가 바뀌어도 문제는 없다. When the starting point of the moving
3차원 좌표 변위 연산은 센서부(100) 내에서 직접 이뤄질 수도 있으며, 지상의 연산제어부(200)에서 이뤄질 수도 있다. The three-dimensional coordinate displacement calculation may be performed directly in the
즉, 이동부(400)내에 설치되는 센서부(100)를 SoC(System on Chip) 형태로 제작하고 3차원 좌표 변위 연산 모듈을 SoC(System on Chip) 내에 하나의 칩 형태로 제작하는 방식도 가능하고, 센서부(100)에는 쟈이로센서(또는 가속도센서)와 증폭회로, AD 컨버터만 설치하고 3차원 좌표 변위 연산은 지상의 연산제어부(200)에서 이뤄지도록 구성하는 것도 가능하다. In other words, the
연산제어부(200)에는 전원(230) 및 디스플레이부(도면 미도시) 등이 구비되며, 통상적인 계측장치에 구비되는 부가적 기능요소가 추가적으로 구비될 수 있다. The
또한, 타이밍 설정수단(210)은 연산제어부(200) 내에 설치되는 것으로 예시되었지만, 필요에 따라 센서부(100) 내에 설치될 수 있음은 물론이다. In addition, although the
타이밍설정수단(210)을 통해 설정되는 측정 타이밍은, 센싱수단(110)이 센싱 동작을 수행하는 측정 시간 간격을 의미하며, 주파수 개념으로 이해될 수 있다. The measurement timing set through the timing setting means 210 means a measurement time interval in which the sensing means 110 performs a sensing operation, and can be understood as a frequency concept.
예를 들어, 측정 타이밍을 주파수 개념으로 25Hz로 설정하게 되면, 1초당 센싱수단(110)이 25번의 센싱 동작을 수행하게 되며, 이동부(400)의 이동 중에 이러한 센싱 동작이 이뤄진다는 것은 결국 1초당 25번의 좌표 변위 측정이 이뤄진다는 것을 의미한다. For example, when the measurement timing is set to 25 Hz as the frequency concept, the sensing means 110 performs 25 sensing operations per second, and the sensing operation is performed during the movement of the moving
이렇게 주파수 방식으로 좌표 변위 측정을 하게 되므로, 본 발명에 따른 지반변위 측정장치는 종래와 달리 최소 측정 간격이나 기준점 등을 고려할 필요 없이 측정 과정이 실시간으로 연속적으로 이뤄지게 되어, 기준점의 불일치 또는 천공수직도, 경사관 비틀림 등으로 발생했던 종래의 측정오차 문제를 해결해 준다. Since the coordinate displacement measurement is performed in such a manner, the ground displacement measuring apparatus according to the present invention does not have to consider a minimum measurement interval or a reference point, unlike the conventional method, and the measurement process is continuously performed in real time. This solves the problem of conventional measurement errors caused by torsional torsion.
또한, MEMS 기술로 구현된 소형 센서를 사용하여 이동부(400)의 길이를 종래에 비해 작게 제작할 수 있으므로, 이동부(400)의 상하 바퀴(410a,410b) 간격 이하의 곡률반경을 지니는 급격하고 미세한 경사도 정밀하게 측정할 수 있으며, 급격한 경사에도 이동부의 투입이 가능한 장점을 제공한다. In addition, since the length of the moving
한편, 본 실시예에서는 MEMS 기술로 구현된 3축 쟈이로센서 또는 3축 가속도센서를 예시하지만, 이동부의 이동 과정 중에 측정 타이밍에 맞춰 3차원 좌표 변위에 대한 센싱 동작을 수행할 수 있는 센싱수단이라면, 예시된 것에 한정되지 않고 본 발명의 범주에 포함됨이 당연하다. 특히, 소형의 크기를 가진 것이라면 바람직하게 적용될 수 있다. On the other hand, the present embodiment illustrates a three-axis gyro sensor or three-axis acceleration sensor implemented by MEMS technology, but if the sensing means that can perform the sensing operation for the three-dimensional coordinate displacement in accordance with the measurement timing during the movement of the moving part Naturally, the present invention is not limited to the illustrated ones, but is included in the scope of the present invention. In particular, it can be preferably applied if it has a small size.
도 5b는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도이다. Figure 5b is a flow chart of the operation of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서, 센싱수단은 2축 쟈이로센서 또는 2축 가속도센서 중의 어느 하나와 지반 수직방향 이동거리 측정센서의 조합으로 이뤄진다. In this embodiment, the sensing means comprises a combination of either a two-axis gyro sensor or a two-axis acceleration sensor and a ground vertical movement distance measuring sensor.
앞의 실시예에서는 3차원 좌표 변위를 측정하기 위하여 3축 쟈이로센서 또는 3축 가속도센서를 사용하지만, 본 실시예에서는 x, y 2축 방향의 센싱을 하는 2축 쟈이로센서 또는 2축 가속도센서와 지반 수직방향(z 방향) 이동거리 측정센서를 조합하여 3차원 좌표 변위를 측정한다. In the previous embodiment, a three-axis gyroscope or a three-axis acceleration sensor is used to measure the three-dimensional coordinate displacement, but in this embodiment, a two-axis gyroscope or two-axis acceleration sensing in the x- and y-axis directions The three-dimensional coordinate displacement is measured by combining the sensor and the vertical distance (z direction) moving distance measuring sensor.
x, y 2축과 달리, z 축은 이동부(400)가 경사관을 따라 이동하는 방향이므로, 이동 경로 중에 물리적 장애 요인이 발생한 경우를 고려할 때 이동량을 직접 측정하는 지반 수직방향(z 방향) 이동거리 측정센서를 사용하는 것이 가속도 등의 관성 물리량을 측정하여 변위를 연산하는 방식보다 측정 신뢰도 면에서 양호할 수 있다. Unlike the x and y two axes, the z axis is a direction in which the moving
지반 수직방향(z방향) 이동거리 측정센서는 전선(300)의 이송량을 통해 이동부(400)의 이동량을 측정하는 공지의 센싱수단이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 다음과 같은 방식으로 지반 수직방향을 측정한다. Ground vertical direction (z direction) movement distance measuring sensor may be a known sensing means for measuring the movement amount of the moving
도 4를 참조하면, 이동부(400)와 연결된 전선(300)에 지반의 일지점에 고정 설치된 측정용 바퀴를 접촉시키게 되면, 전선(300)의 이동 시 측정용 바퀴는 전선(300)과의 접촉력에 의해 회전하게 된다. Referring to FIG. 4, when the measuring wheel is contacted with the
이때, 전선(300)의 바퀴 회전량을 측정하여 이를 전선(300)의 이동 거리로 환산하게 되면, 전선(300)에 연결된 이동부(400)의 z방향 이동거리의 절대값을 비교적 간단하게 측정할 수 있다. 측정용 바퀴는 도 4에 도시된 전선(300) 지지용 롤러(420)를 겸용하여 사용해도 되며, 전선(300)에 접촉 가능한 어떤 위치에 설치될 수 있다. 또한, 접촉식 또는 비접촉식 여부에 관계없이 전선(300)의 이동 거리를 측정할 수 있는 센싱 수단이라면 공지된 어떠한 방식의 것이 사용될 수 있음은 물론이다. At this time, when the amount of wheel rotation of the
도 1 내지 도 2에 예시된 종래의 지반변위 측정장치는 측정 간격으로 가다 서다를 반복하는 방식이므로, z방향의 오차가 필연적으로 발생하게 되어 z방향 이동거리를 인식하여 제어하는 과정이 복잡할 수 밖에 없었다. 그러나, 본 실시예에 의한 지반변위 측정장치는 일정 속도로 이동부(400)를 승하강시키는 방식이므로, 간단한 알고리즘을 통해서도 z방향의 위치 및 이동거리를 정확하게 측정할 수 있다. The conventional ground displacement measuring apparatus illustrated in FIGS. 1 and 2 repeats the stand-by-going measurement intervals, so that an error in the z direction is inevitably generated, and thus, a process of recognizing and controlling the moving distance in the z direction may be complicated. There was only. However, since the ground displacement measuring apparatus according to the present embodiment is a method of raising and lowering the moving
상기 구성에 따른 측정 과정은 도 5b의 S522 내지 S562 단계로 이뤄진 작동흐름도를 통해 보다 상세하게 이해될 수 있다. The measurement process according to the above configuration can be understood in more detail through the operation flow chart of the steps S522 to S562 of Figure 5b.
도면을 참조하여 본 발명의 또다른 실시예에 대하여 설명한다. Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도이다.6 is a block diagram of a ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 7 is a flow chart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예의 센싱수단은 상호 독립적인 측정방식을 갖는 복수의 센싱수단(112,114)으로 구성된다. 독립적인 측정방식이란 각 센싱수단이 서로 다른 물리적 측정원리를 사용한다는 의미로서, 예를 들어 복수의 센싱수단은 3축 쟈이로센서와 3축 가속도센서의 2개의 센서로 구성된다. The sensing means of this embodiment is composed of a plurality of sensing means (112, 114) having a mutually independent measurement method. Independent measurement means that each sensing means uses a different physical measurement principle, for example, the plurality of sensing means is composed of two sensors, a three-axis gyro sensor and a three-axis acceleration sensor.
쟈이로센서 또는 가속도센서 모두 움직임을 감지하기 위해 관성력을 이용하는 센서이다. 그러나, 쟈이로센서는 회전운동을 하는 질량에 작용하는 코리올리의 힘을 이용하여 각속도를 검출하는 방식인데 비해, 가속도센서는 직선운동을 하는 질량에 작용하는 힘을 측정하고 운동방정식을 이용하여 가속도를 검출하는 방식이 다. Both gyro and acceleration sensors use inertial forces to detect movement. However, the gyro sensor detects the angular velocity using the Coriolis force acting on the mass that rotates, whereas the acceleration sensor measures the force acting on the mass of linear movement and uses the equation of motion to measure the acceleration. It is a way of detection.
이러한 두가지 힘은 완전히 다른 물리량이기 때문에 쟈이로센서 및 가속도센서로 검출한 좌표 변위는 각각 완전히 독립적으로 검출되는 것이며, 각각의 좌표 변위를 서로 비교하여 보정하게 되면 한가지 센서로만 검출한 좌표 변위에 비해 상당히 높은 정확도를 얻을 수 있게 된다. Since these two forces are completely different physical quantities, the coordinate displacements detected by the gyro sensor and the acceleration sensor are detected completely independently of each other. Comparing and correcting each of the coordinate displacements significantly compares with the coordinate displacements detected by only one sensor. High accuracy can be obtained.
본 실시예에서는 변위량 연산수단(220)을 통해 상기 각 센싱수단이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 상호 비교하여 보정하는 기능이 이뤄진다. In this embodiment, the displacement amount calculating means 220 performs a function of comparing and correcting the three-dimensional coordinate displacement data measured by the sensing means.
이러한 3차원 좌표 변위 데이터의 상호 비교 및 보정은, 각 센싱수단의 측정값의 허용가능한 오차범위를 설정한 후, 일측 센싱수단(112)이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 기준으로, 타측 센싱수단(114)이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터 중 오차범위를 넘어서는 급격히 다른 값을 나타낸 경우를 에러로 판단하여 처리하는 과정을 통해 이뤄진다. 오차범위 이내의 각 센싱수단의 측정값들은 평균을 내어 결과값으로 채택한다. 각 센싱수단이 이러한 전체 과정은 도 7의 S710 내지 S730 단계로 이뤄진 작동흐름도를 통해 보다 상세하게 이해될 수 있다. The mutual comparison and correction of the three-dimensional coordinate displacement data, after setting the allowable error range of the measured value of each sensing means, based on the three-dimensional coordinate displacement data measured by one sensing means 112, the other sensing means The case in which the three-dimensional coordinate displacement data measured by (114) shows a radically different value beyond the error range is determined through an error process. The measured values of each sensing means within the margin of error are averaged and taken as the result. Each sensing means can be understood in more detail through the operation flow chart consisting of the steps S710 to S730 of FIG.
위와 같은 센싱수단(112,114)은 앞의 실시예와 마찬가지로 3축의 좌표 변위를 측정할 수만 있으면, 센싱수단의 구조가 특별히 어느 한가지 구성으로 제한을 받는 것은 아니다. 또한, 반드시 2개로 제한될 필요가 없으며 서로 다른 물리적 측정원리를 사용하기만 한다면 2개 이상으로 구비될 수도 있음은 당연하다. As described above, the sensing means 112 and 114 can measure the coordinate displacement of three axes as in the previous embodiment, and the structure of the sensing means is not particularly limited to any one configuration. In addition, it is not necessarily limited to two, it is natural that two or more may be provided as long as different physical measurement principles are used.
앞의 실시예와 유사한 구성 및 작동흐름에 대해서는 중복 설명을 생략한다. Duplicate description of the configuration and operation flow similar to the previous embodiment will be omitted.
도면을 참조하여 본 발명의 또다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도이다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 8 is a block diagram of a ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 9 is a flow chart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서는, 이동부(400)가 경사관 내에서 그 길이방향으로 이동시 타이밍설정수단(210)에 의해 설정된 측정 타이밍마다 3차원 좌표 변위를 실시간으로 측정하는 센싱수단(110)과 함께, 보조 센싱수단(150)이 더 구비된다. In this embodiment, the moving
보조 센싱수단(150)은 센싱수단(110)이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 보정하는 기능을 제공하며, 지반 수직방향(z방향) 이동거리 측정센서(154) 또는 온도센서(156) 중의 하나 또는 그 조합으로 구성된다. The auxiliary sensing means 150 provides a function of correcting the three-dimensional coordinate displacement data measured by the sensing means 110, one of the ground vertical direction (z direction) moving
예를 들어, 도 5a의 실시예의 경우, 센싱수단(110)이 3축 쟈이로센서 또는 3축 가속도센서로 이뤄지므로, 보조 센싱수단(150)은 지반 수직방향(z방향) 이동거리 측정센서(154) 또는 온도센서(156) 중의 하나 또는 그 조합으로 구성된다. For example, in the case of the embodiment of Figure 5a, since the sensing means 110 is made of a three-axis gyro sensor or three-axis acceleration sensor, the auxiliary sensing means 150 is a ground vertical direction (z direction) moving distance measuring sensor ( 154 or one or a combination of
바람직하게 보조 센싱수단(150)은 지반 수직방향(z방향) 이동거리 측정센서(154) 및 온도센서(156) 모두를 구비하는 것이 측정치의 정밀도를 높이는데 좋다.Preferably, the auxiliary sensing means 150 includes both the ground vertical direction (z direction) moving
도 5b의 실시예의 경우, 센싱수단(110)이 2축 쟈이로센서 또는 2축 가속도센서 중의 어느 하나와 지반 수직방향 이동거리 측정센서의 조합으로 이뤄지므로, 온도센서(156) 만을 보조 센싱수단(150)으로 구비하면 된다. In the case of the embodiment of Figure 5b, since the sensing means 110 is made of a combination of any one of the two-axis gyro sensor or two-axis acceleration sensor and the ground vertical movement distance measuring sensor, only the
이러한 구성에 따르면, 예를 들어 쟈이로센서 또는 가속도센서로 구성된 센싱수단(110)과 함께, 다양한 방식으로 측정값을 보정해주는 보조 센싱수단(150)을 통해 보다 정밀도 높은 측정치를 얻을 수 있게 된다. According to this configuration, for example, together with the sensing means 110 composed of a gyro sensor or an acceleration sensor, more accurate measurement values can be obtained through the auxiliary sensing means 150 for correcting the measurement values in various ways.
온도센서(156)는 측정 과정 중에 외부 온도 환경에 의해 발생될 수 있는 쟈이로센서 또는 가속도센서의 측정 오차를 보정해주는 기능을 한다. The
본 실시예에서 사용되는 쟈이로센서 또는 가속도센서는 예를 들어, 실리콘 웨이퍼나 각종 전극 또는 유전체박막을 이용한 다층박막 구조체로 형성된다. The gyro sensor or the acceleration sensor used in this embodiment is formed of, for example, a multilayer thin film structure using a silicon wafer or various electrodes or dielectric thin films.
이러한 다층박막 구조체에서 각 박막은 대부분 완전히 다른 입자 결정상수와 결정결함, 열팽창 특성을 지니기 때문에, 실온에서는 별 차이가 없지만 고온에서는 잔류응력이 발생하여 구조체에 변위가 발생하게 된다. 박막 구조체에서의 잔류응력의 발생 원인으로서는 결정결함 또는 결정상수 등 기본적인 결정입자의 차이에 의해 발생하는 잔류응력과, 온도 상승 시 열팽창 계수가 각 재료마다 다르기 때문에 발생하는 열잔류 응력 등이 있다. 특히, 온도 상승 시 발생하는 열잔류 응력은 온도에 따라 매우 큰 값(수백 GPa order)을 나타낼 수 있으므로, 쟈이로센서 또는 가속도센서의 온도 변화에 따른 오차값을 데이터화하고 온도센서(156)를 통해 측정된 온도값을 이용하여 오차를 보정하는 방식을 취하게 되면 측정값의 정밀도를 더욱 높일 수 있게 된다. In the multilayer thin film structure, since each thin film has almost completely different particle crystal constants, crystal defects, and thermal expansion characteristics, there is no difference at room temperature, but residual stress occurs at high temperatures, causing displacement of the structure. Residual stresses in the thin film structure include residual stresses caused by differences in basic crystal grains such as crystal defects or crystal constants, and thermal residual stresses generated because the coefficient of thermal expansion differs for each material during temperature rise. In particular, since the thermal residual stress generated when the temperature rises may represent a very large value (hundreds of GPa order) according to the temperature, the error value according to the temperature change of the gyro sensor or the acceleration sensor is dataged and the
이러한 전체 과정은 도 9의 S910 내지 S960 단계로 이뤄진 작동흐름도를 통해 보다 상세하게 이해될 수 있다. . This entire process can be understood in more detail through the operation flow chart consisting of the steps S910 to S960 of FIG. .
앞의 실시예와 유사한 구성 및 작동흐름에 대해서는 중복 설명을 생략한다. Duplicate description of the configuration and operation flow similar to the previous embodiment will be omitted.
도면을 참조하여 본 발명의 또다른 실시예에 대하여 설명한다. Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도이다. 10 is a block diagram of a ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 11 is a flow chart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서 타이밍설정수단(210)은 상호 독립적인 복수의 주파수를 측정 타이밍으로 설정할 수 있도록 구비되어, 복수의 이동 측정 과정별로 서로 다른 주파수값을 측정 타이밍으로 설정하고, 각 이동 측정 과정별로 센싱수단(112,114)이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 상호 비교하여 보정하는 기능을 구비한다. In the present embodiment, the timing setting means 210 is provided to set a plurality of independent frequencies as the measurement timing, set different frequency values as the measurement timings for each of the plurality of movement measuring processes, and sense each sensing measurement process. And means for comparing and correcting the three-dimensional coordinate displacement data measured by the means 112,114.
예를 들어, 이동부(400)를 복수회 이동시키면서 측정하되, 첫번째 이동 측정시에는 센싱수단(112,114)의 측정 타이밍을 25Hz로 설정하여 측정을 실시하고, 두 번째 이동 측정시에는 센싱수단(112,114)의 측정 타이밍을 100Hz로 설정하여 측정을 실시하여, 첫번째 측정시와 두번째 측정시의 3차원 좌표 변위를 상호 비교하여 보정하는 것이다. For example, the measurement is performed while moving the moving unit 400 a plurality of times, and the measurement is performed by setting the measurement timing of the sensing means 112 and 114 to 25 Hz during the first movement measurement, and the sensing means 112 and 114 during the second movement measurement. The measurement timing is set to 100 Hz, and the three-dimensional coordinate displacements of the first measurement and the second measurement are compared and corrected.
동일한 이동 속도를 유지한 상태에서 초당 25번 측정하는 경우와 초당 100번 측정하는 경우를 비교하면, 큰 곡률반경에서는 초당 25번 측정하는 것으로도 비교적 정확한 값을 얻을 수 있으며, 작은 곡률반경에서는 초당 100번 측정하는 정도의 높은 주파수를 사용할 때 더욱 정확한 값을 얻을 수 있다. Comparing 25 measurements per second with 100 measurements per second while maintaining the same movement speed, 25 measurements per second can be obtained with a large radius of curvature and 100 seconds per second with a small radius of curvature. More accurate values can be obtained when using a frequency that is high enough to measure twice.
곡률반경에 따라 연산 시 데이터의 신뢰도(신뢰도 계수 또는 가중치)를 조절하여 전체 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수도 있다. 예를 들면, 작은 곡률반경에서는 높은 주파수의 데이터에 높은 신뢰도를 부여하고, 그 반대의 경우에는 낮은 주파수의 데이터에 높은 신뢰도를 부여하여, 변위연산에 이러한 신뢰도를 반영하게 되면, 좀 더 정확한 연산이 가능하게 된다. Depending on the radius of curvature, the reliability of the data (reliability coefficient or weight) may be adjusted to improve the reliability of the entire data. For example, if a small curvature radius gives high reliability to high frequency data, and vice versa, high reliability to low frequency data and reflects this reliability in the displacement operation, a more accurate calculation It becomes possible.
이러한 연산과정을 좀 더 구체적으로 예시하면 다음과 같다. More specifically, the calculation process is as follows.
곡률반경의 고저(高低)를 결정하는 기준값을 설정한 후, 높은 주파수에서 얻은 데이터와 낮은 주파수에서 얻은 데이터(특정 지점의 좌표 변위값)를 각각 A, B라고 하면, 곡률반경을 반영한 측정 데이터의 평균값(a)은 다음과 같이 구해질 수 있다. After setting the reference value for determining the high and low radius of curvature, A and B data obtained at high frequency and low frequency (coordinate displacement of a specific point) are A and B, respectively. The average value a can be obtained as follows.
상기 식(1)에서, n은 데이터의 총 갯수이고, ρA, ρB는 각각 A, B 값의 신뢰도 계수를 나타내며, 이는 곡률반경을 반영하여 결정된다. In Equation (1), n is the total number of data, ρ A , ρ B represents the reliability coefficient of the A, B value, respectively, which is determined to reflect the radius of curvature.
예를 들면, A값이 110이고 B값이 90일 경우 평균값은 100이 되는데, 비교적 작은 곡률반경의 조건이라면, A값에 좀 더 높은 신뢰도를 반영하기 위해 ρA을 1.8, ρB을 0.2로 설정한다면 결과값은 108이 된다. 단, 신뢰도계수의 설정에 있어서는, 위의 식(2)의 조건을 만족하도록 한다. For example, if the value of A is 110 and the value of B is 90, the average value is 100. If the condition is a relatively small radius of curvature, ρ A is 1.8 and ρ B is 0.2 to reflect higher reliability in the A value. If set, the result is 108. However, in setting the reliability coefficient, the condition of the above expression (2) is satisfied.
위 예에서 A, B 값은 각각 다른 주파수로 설정된 상태에서 각각 측정된 특정 지점의 좌표 변위값으로서, 주파수 설정 상태에 따라 측정 지점이 실제로 일치하는 2개의 측정값을 직접 비교할 수도 있지만, 전체 측정 경로에 걸쳐 각 주파수별로 이산 데이터 형태로 얻어진 지반 변위값을 보간 연산을 통해 연속 데이터 형태로 구한 후, 작업자에 의해 설정된 소정의 지점별로 비교하는 방식을 취할 수도 있다. In the above example, the A and B values are the coordinate displacement values of the specific points measured at different frequencies, but the two measurement values where the measurement points are actually matched according to the frequency setting state can be directly compared. Ground displacement values obtained in discrete data form for each frequency over a range may be obtained in the form of continuous data through interpolation, and then compared for each predetermined point set by an operator.
경사관(500)의 경사변화는 측정 전에는 정확히 알 수 없으므로, 주파수를 달리하여 복수회 측정을 실시하고, 위와 같은 방식으로 측정값을 보정함에 따라 오차를 줄이고 정확도를 높일 수 있다. Since the inclination change of the
측정 타이밍으로 설정할 수 있는 주파수는 1-100Hz 의 범위가 바람직하며, 타이밍 설정수단(210)에 의해 전자적으로 제어 가능하다. The frequency that can be set as the measurement timing is preferably in the range of 1-100 Hz, and can be electronically controlled by the timing setting means 210.
3차원 좌표 변위 데이터의 상호 비교 및 보정은, 하나의 주파수를 측정 타이밍으로 설정하여 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 기준으로, 또다른 주파수를 측정 타이밍으로 설정하여 측정한 3차원 좌표 변위 데이터 중 기설정된 오차범위를 넘어서는 값을 나타낸 경우를 에러로 판단하여 처리하는 과정을 통해 이뤄진다. 이러한 전체 과정은 도 11의 S1010 내지 S1080 단계로 이뤄진 작동흐름도를 통해 보다 상세하게 이해될 수 있다. The mutual comparison and correction of the three-dimensional coordinate displacement data is based on the three-dimensional coordinate displacement data measured by setting one frequency as the measurement timing, and among the three-dimensional coordinate displacement data measured by setting another frequency as the measurement timing. This is done through the process of judging the case where the value is over the set error range as an error. This entire process can be understood in more detail through the operation flow chart consisting of the steps S1010 to S1080 of FIG.
한편, 본 실시예에 있어서도, 지반 수직방향 이동거리 측정센서(154) 또는 온도센서(156) 중의 적어도 어느 하나를 보조 센싱수단(150)으로 더 구비하여, 센싱수단(112,114)이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 보정하는 기능을 구비하도록 하여, 측정 정밀도를 더욱 높이는 효과를 얻을 수 있다. On the other hand, also in this embodiment, at least one of the ground vertical movement
앞의 실시예와 유사한 구성 및 작동흐름에 대해서는 중복 설명을 생략한다. Duplicate description of the configuration and operation flow similar to the previous embodiment will be omitted.
도면을 참조하여 본 발명의 또다른 실시예에 대하여 설명한다. Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도이 다. 12 is an operation flowchart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서 센싱수단은 복수의 센싱수단(112,114)으로 구성되며, 타이밍설정수단(210)은 각 센싱수단별로 상호 독립적인 복수의 주파수를 측정 타이밍으로 설정할 수 있도록 구비되어, 각 센싱수단(112,114)이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 상호 비교하여 보정하는 기능을 구비한다.In the present embodiment, the sensing means is composed of a plurality of sensing means (112, 114), the timing setting means 210 is provided to set a plurality of frequencies independent of each sensing means for each of the sensing means, each sensing means (112,114) ) Compares and corrects the three-dimensional coordinate displacement data measured by
예를 들어, 이동부(400)를 이동시키면서 측정하되, 제1센싱수단(112)의 측정 타이밍은 25Hz로 설정하고, 제2센싱수단(114)의 측정 타이밍은 100Hz로 설정하여 측정을 실시하고, 제1센싱수단(112)이 측정한 3차원 좌표 변위와 제2센싱수단(114)이 측정한 3차원 좌표 변위를 상호 비교하여 보정하는 것이다.For example, while measuring while moving the moving
이러한 방식에 따르면, 1회의 측정에도 앞의 실시예와 같은 복수의 주파수 측정 효과를 얻을 수 있게 된다. 제1센싱수단(112)과 제2센싱수단(114)은 반드시 동일한 종류의 센서를 사용할 필요는 없으며, 다른 종류의 센서를 사용할 수도 있다. According to this method, a plurality of frequency measuring effects as in the previous embodiment can be obtained even in one measurement. The first sensing means 112 and the second sensing means 114 do not necessarily use the same type of sensor, but may use other types of sensors.
이러한 3차원 좌표 변위 데이터의 상호 비교 및 보정은, 하나의 주파수를 측정 타이밍으로 설정하여 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 기준으로, 또다른 주파수를 측정 타이밍으로 설정하여 측정한 3차원 좌표 변위 데이터 중 기설정된 오차범위를 넘어서는 값을 나타낸 경우를 에러로 판단하여 처리하는 과정을 통해 이뤄진다. 이러한 전체 과정은 도 12의 S1210 내지 S1280 단계로 이뤄진 작동흐름도를 통해 보다 상세하게 이해될 수 있다. The mutual comparison and correction of the three-dimensional coordinate displacement data is based on the three-dimensional coordinate displacement data measured by setting one frequency as the measurement timing, and among the three-dimensional coordinate displacement data measured by setting another frequency as the measurement timing. The case in which a value exceeding a preset error range is determined as an error is made through a process of processing. This entire process can be understood in more detail through the operation flow chart consisting of the steps S1210 to S1280 of FIG.
한편, 본 실시예에 있어서도, 지반 수직방향 이동거리 측정센서(154) 또는 온도센서(156) 중의 적어도 어느 하나를 보조 센싱수단(150)으로 더 구비하여, 센싱수단(112,114)이 측정한 3차원 좌표 변위 데이터를 보정하는 기능을 구비하도록 하여, 측정 정밀도를 더욱 높이는 효과를 얻을 수 있다. On the other hand, also in this embodiment, at least one of the ground vertical movement
앞의 실시예와 유사한 구성 및 작동흐름에 대해서는 중복 설명을 생략한다. Duplicate description of the configuration and operation flow similar to the previous embodiment will be omitted.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.The present invention described above can be embodied in many different forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above embodiments are merely examples in all respects and should not be interpreted limitedly.
도 1은 종래의 지반변위 측정장치의 일예를 나타낸 구성도,1 is a configuration diagram showing an example of a conventional ground displacement measuring apparatus,
도 2는 종래의 지반변위 측정장치의 측정예를 나타낸 사용상태도, 2 is a use state diagram showing a measurement example of a conventional ground displacement measuring apparatus,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 3a and 3b is a block diagram of a ground displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 지반변위 측정장치의 사용상태도, 4 is a state diagram used in the ground displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도,Figure 5a is a flow chart of the operation of the ground displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 5b는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도,Figure 5b is a flow chart of the operation of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 6 is a block diagram of a ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도,7 is an operation flow chart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 8 is a block diagram of a ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도,9 is an operation flow chart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 구성도, 10 is a block diagram of a ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도, 11 is an operation flow chart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 지반변위 측정장치의 작동흐름도이다. 12 is an operation flowchart of the ground displacement measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100: 센서부100: sensor
110,112,114: 센싱수단110,112,114: sensing means
150: 보조 센싱수단150: auxiliary sensing means
154: 이동거리 측정센서154: travel distance measuring sensor
156: 온도센서 156: temperature sensor
200: 연산제어부200: operation control unit
210: 타이밍 설정수단210: timing setting means
220: 변위량 연산수단220: displacement amount calculation means
230: 전원230: power
300: 전선(또는 신호선)300: wire (or signal wire)
400: 이동부400: moving part
410a,410b: 바퀴410a, 410b: wheels
500: 경사관500: inclined tube
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GRNT | Written decision to grant | ||
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