KR101225699B1 - An angle sensor for measuring convergence using fiber bragg grating sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광섬유격자센서를 이용한 변위 계측장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정밀한 변형을 계측하는 광섬유격자센서를 사용하여 기울어짐이나 진동발생시 광섬유격자센서의 변형을 측정하는데 있어서, 본체의 외부에서도 매우 간단히 진폭조절구를 조정하여 이동시에 중량부재가 덜렁거림없이 구속하여 이동시킬 수 있도록 하여 광섬유가 끊어지는 것을 방지하고 현장에서도 매우 간단히 진폭을 제한할 수 있도록 하며, 내부에 점도 변화가 없는 유체를 채워넣어 보다 정밀한 변형을 계측할 수 있도록 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위 계측장치에 관한 것이다.The present invention relates to a displacement measuring apparatus using an optical fiber grating sensor, and more particularly, to measure the deformation of an optical fiber grating sensor at an inclination or vibration by using an optical fiber grating sensor that measures precise deformation. By simply adjusting the amplitude adjuster, the weight member can be restrained without moving when moving so that the optical fiber is not broken and the amplitude can be limited very simply in the field. It relates to a displacement measuring device using an optical fiber grating sensor that can be measured more precise deformation.

Description

광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서 { AN ANGLE SENSOR FOR MEASURING CONVERGENCE USING FIBER BRAGG GRATING SENSOR }ANGLE SENSOR FOR MEASURING CONVERGENCE USING FIBER BRAGG GRATING SENSOR}

본 발명은 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정밀한 변형을 계측하는 광섬유격자센서를 사용하여 기울어짐이나 진동발생시 광섬유격자센서의 변형을 측정하는데 있어서, 본체의 외부에서도 매우 간단히 진폭조절구를 조정하여 이동시에 중량부재가 덜렁거림없이 구속하여 이동시킬 수 있도록 하여 광섬유가 끊어지는 것을 방지하고 현장에서도 매우 간단히 진폭을 제한할 수 있도록 하며, 특히 진동이 심한 곳에 계측장치를 설치하는 경우 내부에 점도 변화가 없는 유체를 채워넣어 보다 정밀한 변형을 계측할 수 있도록 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서에 관한 것이다.
The present invention relates to an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor, and more particularly, to measure the deformation of an optical fiber grating sensor at an inclination or vibration by using an optical fiber grating sensor that measures precise deformation. The amplitude adjustment port is very simple to adjust so that the weight member can be restrained without moving when moving so that the optical fiber is not broken and the amplitude can be limited very easily even in the field. In the case of the installation, the present invention relates to an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor to fill a fluid having no viscosity change therein so that a more accurate deformation can be measured.

일반적으로 지하철이 운행되는 터널은 지상에서 발생되는 충격 또는 지하철의 운행시 발생되는 진동 및 소음에 의해 변형이 발생될 우려가 있으므로, 주기적으로 터널의 변위를 측정하여야 할 필요가 있다.In general, the tunnel in which the subway is operated may be deformed by the impact generated from the ground or the vibration and noise generated when the subway is operated. Therefore, it is necessary to periodically measure the displacement of the tunnel.

즉, 터널의 변위 측정은 터널 내부 단면의 거동을 측정하여 터널의 안정성 여부를 판단하는 것이며, 주로 터널의 기울어짐이나 소음 진동에 의한 중력가속도 측정이 해당된다.That is, the displacement measurement of the tunnel is to determine the stability of the tunnel by measuring the behavior of the cross section of the tunnel, and mainly corresponds to the acceleration of gravity due to the inclination of the tunnel or the vibration of noise.

종래에는 전기 저항식 게이지를 사용하여 터널의 변위를 측정하였으나, 계측 정밀도가 떨어지고, 특히 지하철이 운행 중에는 전자기파의 영향으로 그 값을 신뢰할 수 없어 실시간 계측을 하지 못하고, 지하철의 운행이 종료된 후에나 측정이 가능하였다.Conventionally, the displacement of the tunnel is measured by using an electric resistance gauge, but the measurement accuracy is low, especially when the subway is in operation, its value is unreliable due to the influence of electromagnetic waves, so real-time measurement is not possible, and only after the operation of the subway is finished. This was possible.

그러나, 터널의 변위는 지하철의 운행 속도와 그 하중에 상당한 물리적 영향을 받는다는 사실을 상기할 때 지하철이 운행중일 때 계측을 못한다는 것은 매우 큰 문제점이 아닐 수 없다.
However, recalling that the displacement of the tunnel is significantly physically affected by the speed and the load of the subway, it is a very big problem that it cannot be measured while the subway is running.

본 특허출원인의 등록특허 중 등록특허 제10-0835850호를 보면, 피측정대상물의 기울어짐 및 가속도 등을 정밀하게 측정할 수 있도록 추의 흔들림에 따라 지지대가 회동하여 광섬유의 인장력을 측정할 수 있도록 하는 구성 및 작용을 가지고 있다. 그러나, 이러한 추의 흔들림으로 인한 지지대의 회동은 내부에서 약간의 흔들림이 있는 경우에도 관성에 의해 흔들림이 멈추지 않고 진자운동을 하게 되므로 광섬유에 일정한 인장력을 주기 어렵고, 정밀하고 정확한 측정을 하기 어렵게 된다.
In the registered patent No. 10-0835850 of the applicant of the present patent, the support is rotated in accordance with the shaking of the weight to accurately measure the tilt and acceleration of the object to be measured so that the tensile force of the optical fiber can be measured. Has a structure and action. However, the rotation of the support due to the shaking of the weight is hard to give a constant tensile force to the optical fiber, it is difficult to make precise and accurate measurement because the pendulum movement does not stop by the inertia even if there is a slight shaking in the interior.

도 1은 상기 본 출원인의 등록특허 제10-0835850호의 일 실시예를 도시한 것이다. 당해 종래기술에 따른 각도센서(A)는 본체(60) 내부에 회전체(20)와 고정체(21)에 고착되어 감겨있는 광섬유(11)가 본체의 외부로 나오면서 형성된 광단자를 통해 광섬유(11) 사이에 연결된 광섬유격자센서(10)의 천이된 파장값을 외부 출력단자(13)로 전달하게 된다.1 illustrates an embodiment of the applicant's registered patent No. 10-0835850. The angle sensor A according to the related art is an optical fiber 11 through an optical terminal formed while the optical fiber 11 is fixed to the rotating body 20 and the fixed body 21 wound inside the main body 60 coming out of the main body 60 Transmitted wavelength value of the optical fiber grid sensor 10 connected between the external output terminal (13).

그리고, 중량부재인 추(40)가 지지대(41)를 통해 회전체(20)에 일체로 연결되어 회전체(20)가 회전축(20a)에서 베어링에 의한 회전을 하게 되는 경우 회전체(20)와 고정체(21)에 일체로 고착된 광섬유(11)에 의해 그 사이의 광섬유격자센서(10)는 인장응력 내지는 압축응력을 받게 된다. And, when the weight member 40 is integrally connected to the rotating body 20 through the support 41, the rotating body 20 is rotated by the bearing on the rotating shaft 20a, the rotating body 20 And the optical fiber lattice sensor 10 between them by the optical fiber 11 fixed to the fixture 21 is subjected to tensile or compressive stress.

상기 회전체(20)와 고착제(21) 사이에 마련된 광섬유격자센센서(10)의 파장 변이는 각도센서(A)의 전체적인 기울임이 발생되는 경우 내부에 형성된 회전체(20)가 베어링 회전하면서 지지대(41)와 추(40)의 기울어짐에 따라 발생된다. 이렇게 발생된 광섬유격자센서(10)의 파장 변이를 측정함으로써 계측장치(10)의 기울어진 변형정도를 정밀하게 측정하게 되는 것이다. The wavelength shift of the optical fiber lattice sensor 10 provided between the rotating body 20 and the fixing agent 21 is supported by the rotating body 20 formed therein while the overall tilt of the angle sensor A occurs. It is generated by the inclination of the 41 and the weight 40. By measuring the wavelength shift of the optical fiber grating sensor 10 generated in this way it is to accurately measure the degree of inclination deformation of the measuring device 10.

여기서, 상기 추(40)가 기울어지는 경우 진자운동을 하게 되는데, 진폭을 제한하거나 추를 구속하기 위하여 변위조절장치(50)가 추의 양측에 구비된다. 이는 본체(60) 내부에 설치되므로 초기에 계측장치(A)를 제작하는 경우 미리 그 내부에서 변위를 조절할 수 있도록 설정되도록 한다.Here, when the weight 40 is inclined, the pendulum moves, and the displacement adjusting device 50 is provided at both sides of the weight to limit the amplitude or to restrain the weight. Since it is installed inside the main body 60, when the measurement device (A) is initially produced, it is set to be able to adjust the displacement in advance therein.

이러한 상기 변위조절장치(50)는 계측장치(A)를 현장으로 이동시키는 경우 추의 덜렁거림을 방지하여 광섬유격자센서(10)가 파손되는 것을 막기 위하여 변위조절장치(50)를 추의 양측에 압박 고정하여 추(40)를 고정시키게 된다. 그리고, 현장에서 설치하는 경우 당해 변위조절장치(50)를 푼다. 이때, 추가 진자운동시에 일정 진폭을 가질 수 있을 정도로 변위조절장치(50)를 적절하게 풀면 된다.
The displacement control device 50 is a displacement control device 50 on both sides of the weight in order to prevent the fiber optic lattice sensor 10 is damaged by preventing the rattling of the weight when moving the measuring device (A) to the site. By pressing fixed to the weight 40 is fixed. And, in the case of installation in the field unwind the displacement control device (50). At this time, the displacement adjusting device 50 may be appropriately solved to have a certain amplitude during the additional pendulum movement.

그러나, 이러한 도 1의 계측장치(A)에서는 상기 변위조절장치(50)를 이용하여 추(40)의 양측을 압박고정하여 구속하거나, 푸는 과정이 모두 본체(60) 내부에서 실시할 수 밖에 없으므로 현장에서 설치하는 경우 다시 본체(60)를 열고 변위조절장치(50)를 풀어야 하는 수고를 하여야 하며 추의 진폭 조절을 위해 다시 초기 설정값을 고려하여야 한다.
However, in the measuring device (A) of FIG. 1, since both sides of the weight 40 are fixed and restrained by using the displacement adjusting device 50, or the unwinding process can only be performed inside the main body 60. In the case of installation in the field, the main body 60 should be opened again and the displacement adjusting device 50 should be untied and the initial set value should be considered again for the amplitude adjustment of the weight.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 변위계측용 각도센서를 현장으로 이동시에 본체 외부에서도 진폭조절구를 조정함으로써 진폭제한고정구 및 진폭조절구를 통해 진자운동을 하는 중량부재를 구속할 수 있도록 하고, 현장에서 설치시에도 본체 외부에서 간단히 진폭조절구를 조정함으로써 중량부재의 구속을 풀어주고, 진폭을 제한할 수 있도록 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the pendulum motion through the amplitude limiting fixture and the amplitude control by adjusting the amplitude adjustment knob from the outside of the main body when moving the displacement measuring angle sensor of the present invention to the field The angle for displacement measurement using the optical fiber grating sensor to restrain the weight member by limiting the weight member by simply adjusting the amplitude adjuster outside the main body even when installing in the field. To provide a sensor.

본 발명의 또 다른 목적은, 본체 내부에 유체를 포함하여 유체의 저항력을 이용하여 지중변위의 계측을 위한 장치에 포함된 중량부재가 관성에 의해 진자운동을 하며 흔들거리지 않도록 하여 좀더 정밀한 변위계측이 가능하도록 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to include a fluid inside the main body by using the resistance of the fluid, the weight member included in the device for the measurement of ground displacement is pendulum movement by inertia, so as not to shake more precise displacement measurement The present invention provides an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor.

본 발명의 또 다른 목적은, 변위측정용 광섬유격자센서가 온도 영향에 따라 굴절률 변화 및 파장 변화가 발생되는데 이를 보정해 주기 위하여 온도보상용 광섬유격자센서를 추가로 포함하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention, the displacement measuring optical fiber grating sensor is a change in refractive index and wavelength change according to the temperature effect to measure this displacement measurement using the optical fiber grating sensor further comprises a temperature compensation optical fiber grating sensor It is to provide an angle sensor for.

본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 것이며, 하기와 같은 구성을 포함한다.The present invention will be implemented by the embodiment having the following configuration in order to achieve the above object, and includes the following configuration.

상기한 본 발명의 목적은, 피측정대상물에 설치되어 케이스를 이루는 본체; 상기 본체의 내부 전면에 고정되게 설치된 고정체; 상기 고정체와 소정 거리로 이격되어 수평되게 설치되며, 베어링 결합에 의해 회전이 가능하게 상기 본체 내에 설치된 회전체; 상기 고정체와 회전체의 상부 외측면에 긴장 상태를 유지하도록 수평으로 접착 연결된 광섬유; 상기 고정체와 회전체 사이의 광섬유 상에 설치되는 광섬유격자센서; 상기 회전체의 하부와 소정 길이의 지지대에 의해 연결되어 수직상태로 설치되어 추의 역할을 하는 중량부재;를 포함하고, 상기 지지대의 일측에서 중량부재의 진폭을 제한하거나 움직임을 구속하여 중량부재의 진자운동시 광섬유격자센서의 파손을 방지하는 진폭제한고정구; 및 상기 지지대의 타측에서 중량부재의 진폭을 제한하거나 움직임을 구속하여 운반시 중량부재의 움직임을 구속하거나, 진자운동시 과도한 진폭으로 인한 광섬유격자센서의 파손을 방지하는 진폭조절구;를 포함하여 피측정대상물에 설치되어 변형에 의한 각도 변형 값을 측정할 수 있도록 하고, 상기 진폭제한고정구 및 진폭조절구를 통해 이동 시에도 중량부재의 건들거림이 없도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서에 의해 달성될 수 있다.
The above object of the present invention, the main body is installed on the object to be measured to form a case; A fixed body fixed to the inner front of the main body; A rotating body spaced apart from the fixed body by a predetermined distance and installed in the main body to be rotatable by a bearing coupling; An optical fiber bonded horizontally to maintain a tension state on the upper outer surface of the fixed body and the rotating body; An optical fiber grating sensor installed on an optical fiber between the fixed body and the rotating body; A weight member connected to a lower part of the rotating body by a support of a predetermined length and installed in a vertical state to serve as a weight, and limiting the amplitude of the weight member or restraining the movement of the weight member on one side of the support. Amplitude Limiting Fixture to Prevent Breakage of Optical Fiber Grating Sensor During Pendulum Motion; And an amplitude adjusting tool for restraining the movement of the weight member during transportation by restricting the amplitude of the weight member or restraining the movement of the weight member on the other side of the support, or preventing the damage of the optical fiber grating sensor due to excessive amplitude during the pendulum movement. Displacement measurement using an optical fiber grating sensor, which is installed on the measurement object to measure the angular deformation value due to deformation, and so that the weight member does not touch even when moving through the amplitude limiting fixture and the amplitude adjusting tool. It can be achieved by the angle sensor for.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 진폭제한고정구는 본체의 내부에서 본체에 고정된 구조로 형성되며, 상기 진폭조절구는 상기 본체의 외부에서 조절 가능한 변위조절장치에 의해 수평으로 변위가 조절 가능도록 한다. According to another embodiment of the present invention, the amplitude limiting fixture is formed in a structure fixed to the body in the interior of the body, the amplitude adjustment sphere so that the displacement can be adjusted horizontally by the displacement control device adjustable from the outside of the body do.

또한, 상기 변위조절장치는 본체에 형성된 관통공으로 내부로 삽입되고, 진폭조절구의 암나사에 내입되는 수나사로 형성되어 상기 진폭조절구와 나사결합을 하고, 변위조절장치를 본체의 외부에서 회전시킴에 따라 진폭조절구가 수평으로 조절 가능하도록 한다.
In addition, the displacement adjusting device is inserted into the through-hole formed in the main body, and is formed of a male screw inserted into the female screw of the amplitude adjusting opening to screw the amplitude adjusting opening, and rotate the displacement adjusting device from the outside of the main body amplitude Make sure the adjuster is adjustable horizontally.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 진폭조절구가 안착되고 수평 이동시 이탈을 방지하는 걸림부를 포함할 수 있고, 상기 변위조절장치는 상기 본체 관통공의 내측에서 변위조절장치의 외주면에 일체로 형성되어 변위조절장치가 구속되는 스토퍼를 포함할 수 있으며, 상기 중량부재의 일측에 위치하고, 상기 본체에 형성된 나사공을 통해 스크류 체결되는 지지볼트를 추가로 포함할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, the present invention may include a locking portion for preventing the separation when the amplitude adjustment port is seated and horizontal movement, the displacement control device is the outer peripheral surface of the displacement control device inside the body through hole It may include a stopper formed integrally with the displacement adjusting device is restrained, and may further include a support bolt which is located on one side of the weight member, screwed through a screw hole formed in the body.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 중량부재의 진자운동시 건들거림을 방지하여 정확한 각도변위 측정이 가능하도록 유체가 채워져 있는데, 당해 유체는 온도변화에 따라 점도변화가 없고, 화학적으로 안정적인 실리콘오일인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 관통공에서 내,외부를 밀폐될 수 있도록 하는 고무패킹을 포함되는데, 관통공에서 본체의 내부 및 외부에 각각 설치될 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, the present invention is filled with a fluid to enable accurate angular displacement measurement by preventing the pendulum movement of the weight member, the fluid does not change the viscosity according to temperature changes, chemical It is characterized in that the stable silicon oil. In addition, it includes a rubber packing to seal the inside, the outside in the through hole, it may be installed in the inside and outside of the body in the through hole, respectively.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 변위측정용으로 사용되는 광섬유격자센서의 온도 영향에 따른 굴절률 변화 및 파장 변화를 보정해 주는 온도보상용 광섬유격자센서를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 온도보상용 광섬유격자센서는 회전체와 광단자 사이에 또는 고정체와 광단자 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.
According to another embodiment of the present invention, the present invention may further include a temperature compensation optical fiber grating sensor for correcting the refractive index change and wavelength change according to the temperature effect of the optical fiber grating sensor used for displacement measurement, The temperature compensation optical fiber grating sensor is characterized in that it is installed between the rotating body and the optical terminal or between the fixed body and the optical terminal.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전술한 과제 해결 수단 및 후술할 구성과 결합, 작동관계에 의해서 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can achieve the following effects according to the above-described problem solving means and the construction and operation to be described later.

이상에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 변위계측용 장치를 현장에 이동시키는 경우 본체 외부에서 진폭조절구를 통해 매우 간단히 중량부재를 구속시켜 광섬유격자센서가 파손되지 않도록 하고, 현장에서 설치시에도 본체를 열지 않고도 매우 간단하게 상기 진폭조절구를 풀어줌으로써 중량부재의 구속을 풀어주고 진폭을 제한시킬 수 있도록 한다.As described above, the present invention, when the displacement measuring device is moved to the field, the weight member is very simply constrained by the amplitude adjusting opening outside the main body so that the optical fiber grating sensor is not broken, and the main body even when installed in the field It is very simple to loosen the amplitude adjustment opening without opening the weight member so that the restraint of the weight member and the amplitude can be limited.

본 발명은, 또한 본체 내부에 유체를 포함하여 유체의 저항력을 이용하여 지중변위의 계측을 위한 장치에 포함된 중량부재가 관성에 의해 진자운동을 하며 흔들거리지 않도록 하여 좀더 정밀한 변위계측이 가능하도록 하며, 온도보상용 광섬유격자센서를 통해 변위측정용 광섬유격자센서가 온도 영향에 따라 굴절률 변화 및 파장 변화를 보정해 줄 수 있다.
The present invention also provides a more precise displacement measurement by including a fluid in the body to prevent the weight member included in the device for the measurement of ground displacement using the resistance of the fluid to pendulum movement and instability by the inertia In addition, through the temperature compensation fiber grating sensor, the displacement grating fiber gage sensor can compensate for the refractive index change and the wavelength change according to the temperature effect.

도 1은 종래기술에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위 계측장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서의 작동을 도시한 내부 사시도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 도시한 도면.1 is a view showing a displacement measuring device using an optical fiber grating sensor according to the prior art.
2 is a view showing an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor according to the present invention.
3 is a view showing an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is an internal perspective view showing the operation of the displacement measurement angle sensor using an optical fiber grating sensor of the present invention.
5 is a view showing an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor according to the present invention will be described in detail.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately define the concept of the term to describe its invention in the best way The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서의 작동을 도시한 내부 사시도이다.
2 is a view illustrating an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor according to the present invention, and FIG. 3 is a view showing an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor according to another embodiment of the present invention. Figure 4 is an internal perspective view showing the operation of the displacement measurement angle sensor using the optical fiber grating sensor of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 광섬유격자센서를 이용한 내공변위 계측장치(B)는, 터널 벽면과 같은 피측정대상물에 설치되어 변형에 의한 각도의 변형값을 측정하기 위한 것으로, 피측정대상물에 설치되어 케이스를 이루는 본체(600); 상기 본체의 내부 전면에 고정되게 설치된 고정체(210); 상기 고정체와 소정 거리로 이격되어 수평되게 설치되며, 베어링 결합에 의해 회전이 가능하게 상기 본체 내에 설치된 회전체(200); 상기 고정체와 회전체의 상부 외측면에 긴장 상태를 유지하도록 수평으로 접착 연결된 광섬유(110); 상기 고정체와 회전체 사이의 광섬유 상에 설치되는 광섬유격자센서(100); 상기 회전체의 하부와 소정 길이의 지지대(410)에 의해 연결되어 수직상태로 설치되어 추의 역할을 하는 중량부재(400);를 포함하고, 상기 지지대의 일측에서 중량부재의 진폭을 제한하거나 움직임을 구속하여 중량부재의 진자운동시 광섬유격자센서의 파손을 방지하는 진폭제한고정구(310); 및 상기 지지대의 타측에서 중량부재의 진폭을 제한하거나 움직임을 구속하여 운반시 중량부재의 움직임을 구속하거나, 진자운동시 과도한 진폭으로 인한 광섬유격자센서의 파손을 방지하는 진폭조절구(330);를 포함하여 피측정대상물에 설치되어 변형에 의한 각도 변형 값을 측정할 수 있도록 하고, 상기 진폭제한고정구 및 진폭조절구를 통해 이동 시에도 중량부재의 건들거림이 없도록 한다.
Referring to FIG. 2, the air deflection measuring apparatus B using the optical fiber grating sensor according to the first embodiment of the present invention is installed on an object to be measured, such as a tunnel wall, to measure a deformation value of an angle due to deformation. A main body 600 installed on the object to be measured to form a case; A fixed body 210 fixedly installed on an inner front surface of the main body; A rotating body 200 spaced apart from the fixed body by a predetermined distance and installed in the main body to be rotatable by a bearing coupling; An optical fiber 110 adhesively connected horizontally to maintain a tension state on an upper outer surface of the fixed body and the rotating body; An optical fiber grating sensor 100 installed on the optical fiber between the fixed body and the rotating body; A weight member 400 connected to a lower portion of the rotating body by a support 410 having a predetermined length and installed in a vertical state to serve as a weight, and limit or move an amplitude of the weight member at one side of the support. An amplitude limiting fixture 310 to restrain the pendulum movement of the weight member to prevent breakage of the optical fiber grating sensor; And an amplitude adjuster 330 for restraining the movement of the weight member during transportation by limiting the amplitude or restraining the movement of the weight member on the other side of the support, or preventing the damage of the optical fiber grating sensor due to excessive amplitude during the pendulum movement. It is installed on the object to be measured so as to measure the angular strain value due to deformation, and to prevent the weight member from touching even when moving through the amplitude limiting fixture and the amplitude control.

상기 본체(600)는, 통상적으로 장방형의 판상이거나 내측에 수용부를 갖는 함체로 형성되며, 도면에는 도시되어 있지 않지만 외측에 수평계 및 수직계가 설치되어 본 발명의 각도센서가 설치될 때 수직, 수평을 맞출 수 있도록 한다. 그 재질은 외력에도 강하게 버틸 수 있고, 큰 온도변화에 의해 변형되거나 파손되지 않는 강성이 큰 플라스틱이나 강한 철로 제작될 수 있다.
The main body 600 is generally formed in a rectangular plate shape or a housing having an accommodating portion therein, and is not shown in the figure, but the horizontal and vertical systems are installed outside the vertical and horizontal when the angle sensor of the present invention is installed. Make sure that The material can withstand strong external forces, and can be made of rigid plastics or strong irons that are not deformed or damaged by large temperature changes.

상기 회전체(200)는, 원형의 휠을 사용함이 바람직하며, 본체(600)의 내부에 형성된 축(200a)과 베어링(200b)으로 결합됨으로써 마찰력을 최소화하면서 추의 기능을 하는 중량부재(400)의 진자운동이 가능하도록 한다. The rotating body 200, it is preferable to use a circular wheel, the weight member 400 to function as a weight while minimizing the friction force by being coupled to the shaft 200a and the bearing 200b formed inside the main body 600 To allow pendulum movement.

상기 고정체(210)는, 상기 회전체(200)와 수평으로 소정간격 이격되어 설치되며, 바람직하게는 원형의 단면을 가지는데 본체(600)에 일체로 고정된다.
The fixing body 210 is installed to be spaced apart from the rotating body 200 by a predetermined interval, and preferably has a circular cross section and is integrally fixed to the main body 600.

상기 광섬유(110)는, 도 2에서 보는 바와 같이 광섬유격자센서(100)에서 측정된 파장의 변이를 광단자(130)를 통해 출력시키는데, 통상적인 광섬유가 사용될 수 있으며, 상기 회전체(200) 및 고정체(210)에 감기는데 외주면의 광섬유고착고정부(203, 213)에서 고착제에 의해 일체로 고정된다. As shown in FIG. 2, the optical fiber 110 outputs the variation of the wavelength measured by the optical fiber grating sensor 100 through the optical terminal 130, and a conventional optical fiber may be used, and the rotating body 200 and It is wound around the fixing body 210 and fixed integrally by the fixing agent in the optical fiber fixing fixing parts 203 and 213 on the outer circumferential surface thereof.

대체로 이러한 광섬유(110)는 단위면적당 인장력이 매우 높은 반면, 지름이 125㎛로 매우 작기 때문에 외부의 충격에 쉽게 파단될 수 있어 회전체 및 고정체의 광섬유고착고정부(203, 213)에 부착시에는 매우 섬세한 작업이 요구된다.
In general, the optical fiber 110 has a very high tensile force per unit area, but because the diameter is very small (125 μm), the optical fiber 110 can be easily broken due to external impact, so that the optical fiber is fixed to the optical fiber fixing fixing parts 203 and 213 of the rotating body and the fixed body. Very delicate work is required.

상기 광섬유격자센서(100)는, 파이버 브랙 그레이팅（Fiber Bragg Grating; FBG)이라고도 불리며, 광파이버의 코어부의 굴절율을 일정한 주기로 변화시킨 것으로서, 특정 파장(Bragg파장: 브랙 파장이라고 함)의 광만을 선택적으로 반사한다. 또한, 이러한 광섬유격자센서(100)는 고유한 파장 값을 가지며, 전자기파의 영향을 거의 받지 않는 등 물리적인 특성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 이에 상기 광섬유격자센서(100)는 고정체(210)와 회전체(200)에 감긴 광섬유(110)에서 고정체와 회전체 사이의 광섬유(110) 상에 설치되도록 한다.The optical fiber grating sensor 100, Fiber Bragg Grating (Fiber Bragg Grating; Also referred to as FBG), the refractive index of the core portion of the optical fiber is changed at regular intervals, and selectively reflects only light having a specific wavelength (Bragg wavelength: referred to as Bragg wavelength). In addition, such an optical fiber lattice sensor 100 has a unique wavelength value, and is known to have excellent physical properties such as being hardly affected by electromagnetic waves. Accordingly, the optical fiber grating sensor 100 is installed on the optical fiber 110 between the fixed body and the rotating body in the optical fiber 110 wound around the fixed body 210 and the rotating body 200.

이에 상기 고정체(210)와 회전체(200)의 외주면을 연결하도록 설치된 광섬유(110) 상에 광섬유격자센서(100)를 설치할 때에는 적당한 인장력을 갖도록 팽팽하게 당겨져 긴장된 상태로 설치함으로써 보다 정확한 값을 측정할 수 있도록 한다.
Therefore, when installing the optical fiber grid sensor 100 on the optical fiber 110 is installed to connect the outer peripheral surface of the fixed body 210 and the rotating body 200 is installed in a tensioned state to be pulled to have a proper tension more accurate value Allow me to measure.

상기 중량부재(400)는, 도 2에서 보는 바와 같이 가로로 긴 형상의 중량을 가진 부재로 형성되는데, 통상적으로 지지대(410)를 통해 회전체(200)에 일체로 연결된다. 이에 따라 상기 중량부재(400)는 본체(600)가 기울어지는 경우 중력에 의하여 본체 내부에서 상대적으로 기울어지도록 작동하는데, 이렇게 기울어짐에 따라 회전체 및 고정체 사이에서 긴장한 상태로 고착 설치된 광섬유격자센서(100)에 인장력 내지 압축력을 가하게 된다. 이렇게 인장력 내지 압축력이 가해진 광섬유격자센서(100)는 파장의 변이를 일으키며 당해 파장 천이를 측정함으로써 계측장치가 어느정도 기울어졌는지 측정하는 각도센서의 기능을 하게 된다.The weight member 400, as shown in Figure 2 is formed of a member having a weight having a horizontally long shape, it is typically connected integrally to the rotating body 200 through the support 410. Accordingly, the weight member 400 operates to be inclined relatively inside the body by gravity when the main body 600 is inclined. As the inclination is inclined, the optical fiber grating sensor is fixedly fixed between the rotating body and the fixed body. Tensile to compressive forces are applied to the 100. The optical fiber grating sensor 100 is applied to the tensile force or compressive force in this way to cause a change in the wavelength and to function as an angle sensor for measuring how much the measurement device is tilted by measuring the wavelength transition.

상기 지지대(410)는, 회전체와 중량부재에 일체로 연결시키는 긴 바(bar)의 형태로 이루어지는데, 상기 지지대(410)를 구속하거나 회전폭을 제한함으로써 중량부재(400)의 진자운동을 제어하게 된다.The support 410 is formed in the form of a long bar that is integrally connected to the rotating body and the weight member, by restraining the pendulum 410 or by limiting the width of the pendulum movement of the weight member 400 To control.

상기 중량부재(400)는, 하기에서 설명하는 본 발명의 또 다른 실시예에서 보는 것처럼 본체 내부에 유체가 채워지는 경우 유체에 화학적 변화를 일으키지 아니하면서 적정한 중량을 가지는 황동 재질로 형성되도록 함이 바람직할 것이다.
The weight member 400 is preferably formed of a brass material having an appropriate weight without causing a chemical change in the fluid when the fluid is filled in the body as shown in another embodiment of the present invention described below something to do.

상기 지지대(410)의 양측에는 중량부재(400)의 진폭을 제한하거나 운반시 파손을 방지하기 위해 중량부재(400)의 움직임을 구속시켜 정지시키기 위한 진폭제한고정구(310) 및 진폭조절구(330)가 설치된다.
Both sides of the support 410 to limit the amplitude of the weight member 400 or to restrict the movement of the weight member 400 in order to prevent the breakage during transportation, the amplitude limiting fixture 310 and the amplitude control 330 ) Is installed.

상기 진폭제한고정구(310)는, 본체의 내부에서 본체에 고정된 구조로 형성되며, 도 2에서 보는 바와 같이 지지대의 우측에서 지지대가 기울어진 상태에서 닿을 수 있는 위치에 설치된다. The amplitude limiting fixture 310 is formed in a structure fixed to the body in the interior of the body, as shown in Figure 2 is installed in a position that can be reached in the inclined state of the support on the right side of the support.

이와는 반대로 상기 진폭조절구(330)는 지지대의 좌측에 수평으로 이동 가능하게 설치되는데, 본 발명에서 상기 본체의 외부에서 조절 가능한 변위조절장치(320)에 의해 수평으로 변위가 조절 가능하도록 하여, 도 2에서 보는 것처럼 당해 진폭조절구를 수평 조절함으로써 중량부재(400)의 좌우 기울어짐의 폭을 조절하게 된다. 또한, 상기 진폭조절구(330)를 우측으로 이동하도록 조절하여 지지대(410)가 진폭제한고정구(310) 사이에 구속되도록 함으로써 본 발명의 계측장치(B)를 이동하는 경우 중량부재(400)의 건들거림을 방지하고, 광섬유격자센서(100)의 파손을 예방할 수 있게 된다.
On the contrary, the amplitude adjustment port 330 is installed to be movable horizontally on the left side of the support, so that the displacement is adjustable horizontally by the displacement control device 320 adjustable from the outside of the main body in the present invention, FIG. As shown in 2, by adjusting the amplitude adjusting device, the width of the left and right tilts of the weight member 400 is adjusted. In addition, by adjusting the amplitude adjusting port 330 to move to the right side so that the support 410 is constrained between the amplitude limiting fixture 310 to move the measurement device (B) of the present invention of the weight member 400 It is possible to prevent the touch, and to prevent damage to the optical fiber grating sensor 100.

본 발명은 상기 진폭조절구(330)의 작동을 위해서 변위조절장치(320), 걸림부(340), 스토퍼(350) 및 본체에 형성되는 관통공(610)을 포함하는데, 이하에서 상세히 설명하도록 한다.
The present invention includes a through hole 610 formed in the displacement adjusting device 320, the locking portion 340, the stopper 350 and the main body for the operation of the amplitude adjustment port 330, to be described in detail below. do.

먼저 본 발명의 각도센서(B)를 제작한 후 현장에 이동하는 경우에는 진동 및 흔들거림이 발생하여 중량부재(400)가 베어링(200b)에 연결된 지지대(410)를 통해 건들거리게 되는데, 이로써 광섬유격자센서(100)가 파손되거나 변형이 발생할 수 있게 된다. 이를 방지하기 위해 이동시에는 상기 지지대(410) 및 중량부재(400)를 구속시킬 필요가 있는데, 도 2에서처럼 진폭조절구(330)를 우측으로 밀어 진폭제한고정구(310)에 맞닿게 함으로써 건들거림을 방지한다. First, when the angle sensor (B) of the present invention is manufactured and then moved in the field, vibration and shaking are generated so that the weight member 400 is rattled through the support 410 connected to the bearing 200b. The grid sensor 100 may be broken or deformation may occur. In order to prevent this, it is necessary to restrain the support 410 and the weight member 400 during the movement. As shown in FIG. 2, the amplitude adjusting device 330 is pushed to the right to make the touch with the amplitude limiting stop 310. prevent.

이렇게 지지대 및 중량부재가 구속된 상태에서 현장 이동된 후 현장에서 당해 계측장치(B)를 설치한 후 상기 진폭조절구(330)를 우측으로 이동시켜 중량부재 및 지지대가 중력으로부터 자유롭게 기울어질 수 있도록 한다.
After moving the field in the state in which the support and the weight member are constrained in this way, after installing the measuring device B in the field, the amplitude adjusting port 330 is moved to the right so that the weight member and the support can be tilted free from gravity. do.

설치된 각도센서(B) 본체 내부에서 자유로운 진자운동이 가능하게 된 지지대 및 중량부재의 작동을 살펴보면, 설치된 본체(600)가 부착되어 있는 피측정대상물이 기울게 되는 경우, 본체(600)도 피측정대상물과 일체로 거동하여 기울어지게 되며, 중량부재(400)는 지구의 중심을 향하기 때문에 본체(600)에 대해 역방향으로 회전하게 된다.Looking at the operation of the support and the weight member that allows the free pendulum movement in the installed angle sensor (B) main body, when the measured object to which the installed main body 600 is attached, the main body 600 is also measured It is inclined to be integrated with the weight, and the weight member 400 is rotated in the reverse direction with respect to the main body 600 because it faces the center of the earth.

이때, 중량부재(400)와 지지대(410)로 연결된 회전체(200)가 회전하게 되므로, 광섬유(110)를 인장시키거나 수축시키게 되고, 이때의 변위를 광섬유격자센서(100)가 감지하게 된다.At this time, since the rotating body 200 connected by the weight member 400 and the support 410 is rotated, the optical fiber 110 is tensioned or contracted, and the displacement of the optical fiber grating sensor 100 is sensed. .

따라서, 본체(600)의 회전 각도에 비례하여 중량부재(400)에 의해 발생되는 회전력의 크기가 비례적으로 변화하므로, 광섬유격자센서(100)에서 그 변위를 감지하여 각도로 환산할 수 있게 된다.Therefore, since the magnitude of the rotational force generated by the weight member 400 changes in proportion to the rotation angle of the main body 600, the optical fiber grid sensor 100 can detect the displacement and convert the angle into an angle. .

또한, 지지대(410)의 좌측면에 설치된 진폭조절구(330)를 수평으로 이동시킴으로써, 중량부재(400)의 진폭을 제한한다.In addition, by horizontally moving the amplitude adjustment port 330 provided on the left side of the support 410, the amplitude of the weight member 400 is limited.

따라서, 중량부재(400)가 필요 이상으로 변위가 발생되는 것을 미연에 방지함으로써 광섬유격자센서(100)의 내구성 저하를 방지하며, 이동시에는 진폭조절구(330)를 더욱 우측으로 이동시켜 지지대(410)를 진폭제한고정구(310)에 밀착시킴으로써 중량부재(400)를 고정시켜 광섬유격자센서(100)의 파손을 방지한다.
Therefore, the weight member 400 prevents the occurrence of displacement more than necessary in advance to prevent degradation of the durability of the optical fiber grating sensor 100, and during the movement to move the amplitude control opening 330 to the right to further support 410 ) Is fixed to the amplitude limiting fixture 310 to fix the weight member 400 to prevent breakage of the optical fiber grating sensor 100.

이와 같은 진폭조절구(330)는 변위조절장치(320)에 의해 수평으로 좌우 이동할 수 있는데, 변위조절장치(320)는 도 4에서 보는 것처럼 본체에 형성된 관통공(610)을 통해 내부로 삽입되고, 진폭조절구에 형성된 암나사(333)에 내입되는 수나사로 형성되어 상기 진폭조절구와 나사결합을 한다.
Such an amplitude adjusting device 330 can be horizontally moved horizontally by the displacement adjusting device 320, the displacement adjusting device 320 is inserted into the inside through the through hole 610 formed in the body as shown in FIG. , Is formed of a male screw inserted into the female screw 333 formed in the amplitude adjustment port to be screwed with the amplitude control port.

상기 변위조절장치(320)는, 상기 본체의 관통공(610)을 통해 내입되는 볼트 머리를 가지는 수나사로 형성되는 것이 바람직한데, 상기 관통공에서는 나사결합되는 것이 아니라 그대로 관통되는 구조로 형성된다. 즉, 상기 관통공(610)에 변위조절장치(320)는 나사결합되는 것이 아니다. 관통공에 변위조절장치의 볼트머리 쪽이 헛바퀴 돌도록 결합되어 변위조절장치를 회전시킴에 따라 관통공에서는 변위조절장치가 수평이동하지 않게 되고, 끝단에 나사결합된 진폭조절구(330)만이 수평으로 이동할 수 있게 되는 것이다. The displacement control device 320 is preferably formed of a male screw having a bolt head that is inserted through the through hole 610 of the main body. That is, the displacement adjusting device 320 is not screwed into the through hole 610. As the bolt head of the displacement adjusting device is rotated in the through hole to rotate the displacement adjusting device, the displacement adjusting device does not move horizontally in the through hole, and only the amplitude adjusting opening 330 screwed to the end is horizontal. You will be able to move to.

이렇게 형성된 변위조절장치(320)를 본체 외부에서 회전을 통해 조이거나 풀게 되면 끝단에 나사결합된 진폭조절구(330)가 수평으로 좌우 평행이동 조절된다.
When the displacement adjusting device 320 thus formed is tightened or loosened through rotation outside the main body, the amplitude adjusting port 330 screwed to the end is horizontally adjusted horizontally.

이렇게 형성된 변위조절장치(320)는 상기 본체 관통공의 내측에서 빠지지 않도록 하여 변위조절장치가 구속되는 스토퍼(350);를 포함하고, 변위조절장치에 형성된 볼트머리와 스토퍼 사이의 이격은 본체의 케이스 두께와 상응하도록 함이 바람직하다. 이와 같이 볼트머리와 스토퍼가 본체의 관통공 양면에 밀착됨으로써 헛바퀴돌게 되더라도 변위조절장치를 회전시키더라도 수평으로 이동하지 않도록 하는 기능을 수행한다.
The displacement adjusting device 320 formed as described above includes a stopper 350 to which the displacement adjusting device is restrained so as not to fall out of the inside of the main body through-hole. The space between the bolt head and the stopper formed in the displacement adjusting device is a case of the main body. It is preferable to correspond with the thickness. As such, the bolt head and the stopper adhere to both sides of the through-hole of the main body so that the bolt head and the stopper do not move horizontally even if the displacement adjusting device is rotated.

또한, 본 발명은 상기 진폭조절구(330)가 안착되고, 좌측으로 수평 이동시 이탈을 방지하는 걸림부(340);를 포함할 수 있다. 당해 걸림부(340)는 도 2에서 보는 것처럼 진폭조절구(330)가 안착되어 수평으로 슬라이딩될 수 있도록 하며, 좌측으로 수평 이동하는 경우 과도하게 이동하는 것을 방지하여 중량부재의 진폭을 제한할 수 있도록 한다.
In addition, the present invention may include a; engaging portion 340 to prevent the departure when the amplitude adjustment port 330 is mounted, the horizontal movement to the left. The latching portion 340 allows the amplitude adjustment opening 330 to be seated and slid horizontally as shown in FIG. 2, and when the horizontal movement to the left side is prevented from excessive movement, the amplitude of the weight member can be limited. Make sure

이와는 별도로, 본 발명은 상기 중량부재(400)의 일측에 위치하고, 상기 본체에 형성된 나사공(620)을 통해 스크류 체결되는 지지볼트(500);를 추가로 포함하여 상기 중량부재의 진자운동시 진폭을 제한하여 광섬유격자센서의 파손을 방지할 수 있다. 상기 지지볼트(500)는 도 2에서 보는 것처럼 중량부재의 일측이 맞닿을 수 있는 위치에 형성되며, 본체(600)의 외부에서 사용자가 조작이 가능하도록 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 지지볼트(500)를 본체 외부 측면에서 조이거나 풀게 됨으로써 중량부재(400)가 맞닿을 수 있는 위치를 조절하게 되고 이로써 진폭을 제한할 수 있게 된다.
Separately, the present invention is located on one side of the weight member 400, the support bolt 500 is screwed through the screw hole 620 formed in the main body; further comprising the amplitude during the pendulum movement of the weight member It is possible to prevent damage of the fiber optic lattice sensor by limiting The support bolt 500 is formed in a position where one side of the weight member can contact as shown in Figure 2, it is preferably installed to enable the user to operate from the outside of the main body 600. That is, by tightening or releasing the support bolt 500 from the outer side of the main body to adjust the position where the weight member 400 abuts, thereby limiting the amplitude.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 3에서 보는 바와 같이 상기 중량부재(400)가 기울어질 때 관성에 의한 건들거림을 방지하여 정확한 각도변위 측정이 가능하도록 유체(F);가 채워져 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 유체의 저항력을 이용하여 각도센서(B)의 기울어짐이 발생하는 경우 중량부재(400)가 관성에 의해 진자운동이 발생하는 것을 방지할 수 있어 좀더 미세하고 정교한 각도의 측정을 가능하게 한다.According to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, the fluid (F); is filled so that accurate angular displacement measurement by preventing the touch by the inertia when the weight member 400 is tilted It features. That is, when the inclination of the angle sensor (B) occurs by using the resistance of the fluid, the weight member 400 can prevent the pendulum movement from occurring due to inertia, thereby enabling a finer and more precise angle measurement. .

상기 유체(F)는 도 3에서 보는 것처럼, 본체(600)의 내부에 가득 채워지는 것이 아니라 중량부재(600)가 기울어져 건들거리는 것을 방지할 수 있을 정도로 채워지는 것이 바람직하다. 즉, 중력에 의해 회전하는 중량부재(600) 및 지지대(410)까지만 채워지도 회전체(200) 및 광섬유격자센서(100)가 위치하는 부분에는 채워지지 않도록 함이 바람직하다. As shown in FIG. 3, the fluid F is not filled to the inside of the main body 600, but is preferably filled to the extent that the weight member 600 can be tilted and prevented from being touched. That is, it is preferable not to fill the portion where the rotor 200 and the optical fiber grating sensor 100 are located even if only the weight member 600 and the support 410 are rotated by gravity.

특히 본 발명의 각도센서는 지하철 내부나 토목공사 현장에 설치되는데, 진동이 매우 심한 곳이므로 유체(F)를 채워넣어 유체의 저항력으로 진동에 따른 중량부재의 건들거림을 방지할 수 있게 된다.In particular, the angle sensor of the present invention is installed in the subway or civil engineering site, because the vibration is very severe place to fill the fluid (F) to prevent the touch of the weight member due to the vibration resistance of the fluid.

이와 같이, 내부에 유체(F)가 채워져 있는 경우, 내부에서 유체가 유출되지 않도록 본체의 내외부가 밀폐되어야 하는데, 상기 변위조절장치(320)가 본체 내부로 내입되는 관통공(610)은 고무패킹(360a, 360b)으로 본체의 내,외부를 밀폐시켜 유체의 유출을 방지하도록 하여야 한다. 여기서 상기 고무패킹은 관통공(610)에서 본체의 내부 및 외부에 각각 설치(360a, 360b)될 수 있다.As such, when the fluid F is filled in, the inside and the outside of the main body should be sealed so that the fluid does not flow out from the inside. The through hole 610 through which the displacement control device 320 is inserted into the main body is rubber-packed. (360a, 360b) to seal the inside and outside of the body to prevent the leakage of fluid. In this case, the rubber packing may be installed 360a and 360b inside and outside the body in the through hole 610, respectively.

상기 유체(F)는, 온도변화에 따라 점도변화가 없고, 화학적으로 안정적인 실리콘오일로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 온도변화에 따라 낮은 온도에서 얼지 않도록 하고 높은 온도에서도 끓지 않도록 하여 화학적으로도 안정적이며, 온도변화가 있는 경우에도 일정한 점도를 유지하는 유체를 채워 넣는데, 충격완화에 탁월한 효과를 가지는 실리콘 오일로 채우는 것이 바람직하다. (보통 실리콘오일의 점도는 1000 정도로 유지하는 것이 가장 적당하다.) The fluid (F) is preferably formed of silicon oil which is chemically stable without a viscosity change according to temperature change. In other words, it does not freeze at low temperatures and does not boil at high temperatures due to temperature changes, and it is chemically stable and fills a fluid that maintains a constant viscosity even when there is a temperature change. It is preferable to fill. (Usually it is best to keep the viscosity of the silicone oil at around 1000.)

이에 따라 상기 중량부재(400)는, 내부에 포함된 유체에 화학 변화를 일으키지 아니하고, 적정한 중량을 가지는 황동 재질로 형성함이 바람직하다.
Accordingly, the weight member 400 is preferably formed of a brass material having an appropriate weight, without causing a chemical change in the fluid contained therein.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 변위측정용으로 사용되는 광섬유격자센서의 온도 영향에 따른 굴절률 변화 및 파장 변화를 보정해 주는 온도보상용 광섬유격자센서(800);를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 온도보상용 광섬유격자센서(800)는 회전체와 광단자 사이에 또는 고정체와 광단자 사이에 설치되는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 5, the temperature compensation optical fiber grating sensor 800 for correcting the refractive index change and wavelength change according to the temperature effect of the optical fiber grating sensor used for displacement measurement May further include; The temperature compensation optical fiber grating sensor 800 is preferably installed between the rotating body and the optical terminal or between the stationary body and the optical terminal.

또한 더 나아가 본체(600)에 온도보상용 광섬유격자센서(800)를 설치하여, 온도에 따른 본체(600) 변형을 감지하여, 측정값을 보정해 주면 좀더 정밀한 계측이 가능해 질 수 있다.
In addition, by installing the temperature compensation optical fiber lattice sensor 800 in the main body 600, by detecting the deformation of the main body 600 according to the temperature, by correcting the measurement value can be more accurate measurement.

전술한 본 발명에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서(B)를 이용한 계측방법을 설명하면 다음과 같다.The measurement method using the displacement measuring angle sensor (B) using the optical fiber grating sensor according to the present invention described above is as follows.

먼저 광섬유격자센서(100)의 파장변위량을 측정하여 이를 기준값으로 설정하고, 다음 본체(600)를 터널 벽면과 같은 피측정대상물에 설치한다. 그리고, 지반의 변동에 의해 피측정대상물의 기울어짐에 연동되어 중량부재(400)가 회전함으로써 광섬유격자센서(100)의 인장 및 수축에 따른 파장변위값을 측정한다. 이와 같이 측정된 파장 변위값을 수식에 대입하여 설치된 계측장치의 각도변위를 구하는 된다.
First, the wavelength displacement of the optical fiber grating sensor 100 is measured and set as a reference value, and then the main body 600 is installed on an object to be measured, such as a tunnel wall. In addition, the weight member 400 rotates in conjunction with the inclination of the object to be measured by the ground variation, thereby measuring the wavelength displacement value according to the tension and contraction of the optical fiber grating sensor 100. The angle displacement of the installed measuring device is obtained by substituting the measured wavelength displacement value into the equation.

여기서, 파장 변위값을 대입하여 설치된 계측장치의 각도변위를 구하는 수식은, Here, the equation for calculating the angular displacement of the measuring device installed by substituting the wavelength displacement value is

[수학식 1][Equation 1]

y = K·x + by = Kx + b

y : 각도변위 x : 파장변위값 K : 계수 b : 상수이며, 상기 [수식 1]을 통해 각도변위를 구하게 된다. 도 2을 참조하면, 상기 [수식 1]의 계수(K)는 축(200a)의 중심부터 중량부재(400)의 무게중심까지의 거리(L)과 축(200a)의 중심과 광섬유(110)의 접점까지의 거리(ℓ)의 비율에 따라 변동된다. 또한, 상기 [수식 1]의 계수(K)는 중량부재(400)의 무게에 따라 변동된다.
y: angular displacement x: wavelength displacement value K: coefficient b: constant, the angular displacement is obtained through Equation 1 above. Referring to FIG. 2, the coefficient K of Equation 1 is the distance L from the center of the shaft 200a to the center of gravity of the weight member 400, the center of the shaft 200a, and the optical fiber 110. It varies depending on the ratio of the distance (l) to the contact of. In addition, the coefficient K of [Equation 1] is varied according to the weight of the weight member 400.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서를 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
The above-described embodiments are preferred to enable a person having ordinary knowledge in the art to which the present invention pertains (hereinafter referred to as a person skilled in the art) to easily perform a displacement measurement angle sensor using an optical fiber grating sensor according to the present invention. The embodiment is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and thus, the scope of the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, substitutions, and alterations can be made hereto without departing from the spirit of the present invention, and it is obvious that those parts easily changeable by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 주요 설명 *
A : 종래발명
10 : 광섬유격자센서 11 : 광섬유
13 : 광단자 20: 회전체
20a: 축 21: 고정체
40 : 추 41 : 지지대
50 : 변위조절부 60 : 본체
B : 본 발명
100 : 광섬유격자센서 110 : 광섬유
130 : 광단자 200 : 회전체
200a : 축 200b : 베어링
203 : 광섬유고착고정부 210 : 고정체
213 : 광섬유고착고정부 310 : 진폭제한고정구
320 : 변위조절장치 330 : 진폭조절구
333 : 변위조절나사공 340 : 걸림부
350 : 스토퍼 360a, 360b : 고무패킹
400 : 중량부재 410 : 지지대
500 : 지지볼트 600 : 본체
610 : 관통공 620 : 나사공
800 : 온도보상용 광섬유격자센서 F : 유체Major description of the main parts of the drawing
A: Conventional Invention
10: optical fiber grating sensor 11: optical fiber
13: optical terminal 20: rotating body
20a: shaft 21: fixed body
40: weight 41: support
50: displacement control unit 60: main body
B: present invention
100: optical fiber lattice sensor 110: optical fiber
130: optical terminal 200: rotating body
200a: shaft 200b: bearing
203: fiber fixing fixing 210: fixed body
213: fixation fixing fiber 310: amplitude limiting fixture
320: displacement control device 330: amplitude control port
333: displacement adjusting screw hole 340: engaging portion
350: stopper 360a, 360b: rubber packing
400: weight member 410: support
500: support bolt 600: main body
610: through hole 620: screw hole
800: Optical fiber grid sensor for temperature compensation F: Fluid

Claims (13)

피측정대상물에 설치되어 케이스를 이루는 본체;
상기 본체의 내부 전면에 고정되게 설치된 고정체;
상기 고정체와 소정 거리로 이격되어 설치되며, 베어링 결합에 의해 회전이 가능하게 상기 본체 내에 설치된 회전체;
상기 고정체와 회전체의 외주면에 긴장 상태를 유지하도록 접착 연결된 광섬유;
상기 고정체와 회전체 사이의 광섬유 상에 설치되는 광섬유격자센서;
상기 회전체의 하부와 소정 길이의 지지대에 의해 연결되어 수직상태로 설치되어 추의 역할을 하는 중량부재;를 포함하고,
상기 지지대의 일측에서 중량부재의 진폭을 제한하거나 움직임을 구속하여 중량부재의 진자운동시 광섬유격자센서의 파손을 방지하는 진폭제한고정구; 및
상기 지지대의 타측에서 중량부재의 진폭을 조절하여, 운반시 중량부재의 움직임을 구속하거나, 중량부재가 기울어지는 경우 과도한 진폭으로 인해 광섬유격자센서가 파손되는 것을 방지하는 진폭조절구;를 포함하여 피측정대상물에 설치되어 변형에 의한 각도 변형 값을 측정할 수 있도록 하고, 상기 진폭제한고정구 및 진폭조절구를 통해 이동 시에도 중량부재의 건들거림이 없도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
A main body installed on the object to be measured to form a case;
A fixed body fixed to the inner front of the main body;
A rotating body spaced apart from the fixed body by a predetermined distance and installed in the main body to be rotatable by a bearing coupling;
An optical fiber adhesively connected to an outer circumferential surface of the fixed body and the rotating body to maintain a tension state;
An optical fiber grating sensor installed on an optical fiber between the fixed body and the rotating body;
And a weight member connected to a lower portion of the rotating body by a support of a predetermined length and installed in a vertical state to serve as a weight.
An amplitude limiting fixture for limiting the amplitude of the weight member at one side of the support or restraining movement to prevent breakage of the optical fiber grating sensor during pendulum movement of the weight member; And
And an amplitude adjusting tool for controlling the amplitude of the weight member on the other side of the support to restrain the movement of the weight member during transportation or to prevent the optical fiber grid sensor from being damaged due to excessive amplitude when the weight member is tilted. Displacement measurement using an optical fiber grating sensor, which is installed on the measurement object to measure the angular deformation value due to deformation, and so that the weight member does not touch even when moving through the amplitude limiting fixture and the amplitude adjusting tool. Angle sensor.
제 1 항에 있어서;
상기 진폭제한고정구는, 본체의 내부에서 본체에 고정된 구조로 형성되며,
상기 진폭조절구는, 상기 본체의 외부에서 조절 가능한 변위조절장치에 의해 수평으로 변위가 조절가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 1, further comprising:
The amplitude limiting fixture is formed in a structure fixed to the body inside the body,
The amplitude adjustment opening, the displacement sensor angle sensor for using the optical fiber grating sensor, characterized in that the horizontal displacement is adjustable by a displacement control device that is adjustable from the outside of the main body.
제 2 항에 있어서,
상기 변위조절장치는 본체에 형성된 관통공을 통해 내부로 삽입되고, 진폭조절구의 암나사에 내입되는 수나사로 형성되어 상기 진폭조절구와 나사결합을 하고,
변위조절장치를 본체의 외부에서 회전시킴에 따라 진폭조절구가 수평으로 조절 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 2,
The displacement control device is inserted into the inside through the through hole formed in the main body, is formed of a male screw inserted into the female screw of the amplitude adjustment port is screwed with the amplitude adjustment port,
An angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor, characterized in that the amplitude control opening is adjustable horizontally by rotating the displacement control device outside the body.
제 3 항에 있어서,
상기 진폭조절구가 안착되고, 수평 이동시 이탈을 방지하는 걸림부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 3, wherein
The angle adjustment device for displacement measurement using the optical fiber grating sensor, characterized in that the;
제 4 항에 있어서,
상기 변위조절장치는,
상기 본체 관통공의 내측에서 변위조절장치의 외주면에 일체로 형성되어 변위조절장치가 구속되는 스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 4, wherein
The displacement control device,
And a stopper formed integrally with the outer circumferential surface of the displacement adjusting device in the inner side of the main body through-hole to which the displacement adjusting device is restrained.
제 1 항에 있어서,
상기 중량부재의 일측에 위치하고, 상기 본체에 형성된 나사공을 통해 스크류 체결되는 지지볼트;를 추가로 포함하여 상기 중량부재의 진자운동시 진폭을 제한하여 광섬유격자센서의 파손을 방지하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 1,
Located at one side of the weight member, the support bolt is screwed through the screw hole formed in the main body; further comprising an optical fiber grating sensor to limit the amplitude during the pendulum movement of the weight member to prevent damage of the optical fiber grating sensor Angle sensor for displacement measurement.
제 1 항에 있어서,
상기 본체는 중량부재가 기울어질 때 관성에 의한 건들거림을 방지하여 정확한 각도변위 측정이 가능하도록 유체;가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 1,
The main body is a displacement sensor using the optical fiber grating sensor, characterized in that the fluid; is filled; to prevent the touch caused by inertia when the weight member is tilted to enable accurate angular displacement measurement.
제 7 항에 있어서,
상기 본체는 변위조절장치가 본체 내부로 내입되는 관통공 상에 고무패킹으로 내,외부를 밀폐시켜 유체의 유출을 방지하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 7, wherein
The main body is an angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor, characterized in that to prevent the outflow of the fluid by sealing the inside and the outside with a rubber packing on the through hole in which the displacement control device is inserted into the main body.
제 8 항에 있어서,
상기 고무패킹은,
관통공에서 본체의 내부 및 외부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 8,
The rubber packing,
Displacement measurement angle sensor using an optical fiber grating sensor, characterized in that installed in the through hole and the inside of the main body, respectively.
제 7 항에 있어서,
상기 유체는,
온도변화에 따라 점도변화가 없고, 화학적으로 안정적인 실리콘오일인 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 7, wherein
The fluid is,
Displacement measurement angle sensor using an optical fiber grating sensor, characterized in that the silicone oil is chemically stable without changing the viscosity with temperature changes.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
변위측정용으로 사용되는 광섬유격자센서의 온도 영향에 따른 굴절률 변화 및 파장 변화를 보정해 주는 온도보상용 광섬유격자센서;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
An angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor, further comprising; a temperature compensation optical fiber grating sensor for correcting a refractive index change and a wavelength change according to a temperature effect of an optical fiber grating sensor used for displacement measurement.
제 11 항에 있어서,
상기 온도보상용 광섬유격자센서는 회전체와 광단자 사이에 또는 고정체와 광단자 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.
The method of claim 11,
The temperature compensation optical fiber grating sensor is an angle sensor for displacement measurement using the optical fiber grating sensor, characterized in that installed between the rotating body and the optical terminal or between the fixed body and the optical terminal.
제 7 항에 있어서,
상기 중량부재는,
내부에 포함된 유체에 화학 변화를 일으키지 아니하고, 적정한 중량을 가지는 황동 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서를 이용한 변위계측용 각도센서.The method of claim 7, wherein
The weight member,
An angle sensor for displacement measurement using an optical fiber grating sensor, which is formed of a brass material having an appropriate weight without causing chemical change in the fluid contained therein.
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