KR101291591B1 - 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법 - Google Patents
광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101291591B1 KR101291591B1 KR1020110127093A KR20110127093A KR101291591B1 KR 101291591 B1 KR101291591 B1 KR 101291591B1 KR 1020110127093 A KR1020110127093 A KR 1020110127093A KR 20110127093 A KR20110127093 A KR 20110127093A KR 101291591 B1 KR101291591 B1 KR 101291591B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical fiber
- concrete
- brillouin
- guide groove
- image
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 119
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 25
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 19
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 3
- 241001669679 Eleotris Species 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/167—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by projecting a pattern on the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/30—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. mechanical strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/38—Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
- G01N33/383—Concrete or cement
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/204—Multiple access
- H04B7/216—Code division or spread-spectrum multiple access [CDMA, SSMA]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/636—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited using an arrangement of pump beam and probe beam; using the measurement of optical non-linear properties
- G01N2021/638—Brillouin effect, e.g. stimulated Brillouin effect
Landscapes
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
본 발명은 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법에 관한 것으로; 콘크리트 도상에 매립된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수를 산출하는 도상감시수단과, 상기 도상감지수단에서 취득한 브릴루앙 주파수를 환산하여 도상의 온도 및 변형 데이터를 추출하는 정보분석수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템과, 그 감시 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 감시 대상 구간에 위치한 콘크리트 도상의 임의의 위치에서 발생한 변형의 위치와 크기를 감지할 수 있게 하므로, 지진 및 폭우 등 자연재해로 인해 발생할 수 있는 노반 유실 및 침하에 의한 궤도 변형을 측정하는데 사용되어 즉각적인 선로 유지보수에 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 감시 대상 구간에 위치한 콘크리트 도상의 임의의 위치에서 발생한 변형의 위치와 크기를 감지할 수 있게 하므로, 지진 및 폭우 등 자연재해로 인해 발생할 수 있는 노반 유실 및 침하에 의한 궤도 변형을 측정하는데 사용되어 즉각적인 선로 유지보수에 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용하여 감시대상 콘크리트 도상의 변형을 분포형으로 전 범위를 측정해 상시 감시하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도상은 레일과 침목이 받는 열차 무게를 노반에 골고루 분포시키는 역할을 한다. 흔히 도상은 자갈을 쌓아 부설하지만 최근에는 콘크리트를 주로 사용하여 부설된다.
콘크리트 도상은 강도가 높고 횡저항력이 적으므로 안정성이 높고, 시공 후 시공 당시의 선형을 계속 유지할 수 있으므로 보수작업에 소요인력이 절감되고 에너지비용 및 차량수선비가 감소하여 건설후 유지보수 비용이 감소한다. 또한, 콘크리트 도상은 자갈이 으깨져서 발생하는 먼지가 줄어들어 터널 내 분진발생이 저감되는 장점도 가지고 있다.
한편, 최근 잦아지고 있는 지진 및 하절기 폭우 등에 의하여 노반이 약해지고 침하가 발생하여 철도 궤도가 열차 하중을 지지하지 못하고 붕괴하여 열차 탈선 등을 일으킬 수 있으므로 이를 상시 감시하는 기술이 필요하다.
이에 도상에 전기식 변형율 게이지(strain gauge)나 처짐계 등과 같은 센서를 부착하여 각도, 기울기 변화, 토압 등을 측정하여 상시 감시하는 기술이 부분적으로 시행되고 있으나, 전자기적 간섭이나 열악한 측정 환경에 노출되면서 부식으로 인한 내구성 저하 등의 어려움으로 인해 상시 감시에 사용되기에는 현실적인 문제를 안고 있다.
또한, 특정 지점을 감시하기 위한 포인트 센서로서는 적합하지만, 특정 구간 전체를 감시하기는 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 전자기파에 영향을 받지 않고 장기간 구축되어 측정에 사용할 수 있으며, 크기가 작아 매립에 용이한 광섬유 센서가 상시 감시에는 유리하다.
이와 같은 광섬유 센서를 이용해 철도 노반을 감시하는 장치에 관하여 공개특허 제10-2009-0132273호가 제시된 바 있다. 이는 선로 궤도의 변형 감지 장치 및 이를 이용한 침하 측정시스템에 관한 것으로, 철도 노반에 광섬유 FBG(Fiber Bragg Grating) 변형률계가 삽입된 스마트 파이프를 설치하여 노반의 변형을 감지한다.
특히, FBG 변형률계가 부착되어 있는 스마트 파이프를 노반 하단부에 삽입하여, 이로부터 감지되는 변형율을 이용해 계측 결과 데이터를 생성하고, 생성된 계측 결과 데이터를 원격지로 무선 송신한다.
그런데, 상기 공개특허의 경우에는 스마트 파이프 내부에 FBG 변형율계가 부착되어 있는 지점에서의 변형 측정은 가능하므로, 특정 지점의 감시에는 사용될 수 있다. 하지만, 측정 구간이 늘어나 이 구간 전체를 상시 감시하기 위해서는 그 구간내에 FBG 센서와 데이터 처리 모듈의 갯수가 무수히 증가한다는 단점이 있다.
특히, 감시 장치를 설치 한 이후 스마트 파이프 내부의 센서가 끊어진 경우 이를 보수하기 위해서는 이미 설치된 레일, 침목, 도상을 모두 들어내야만 하므로 적용에 한계가 존재한다.
또한, 기존에 철도가 부설된 구간에 스마트 파이프를 매립하기 위해서는 이미 설치된 레일, 침목, 도상을 들어내고 노반에 설치하여야 하므로 적용이 곤란하다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 광섬유를 온도와 변형률의 변화량 측정에 이용하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용하여 감시구간 내에 있는 콘크리트 도상의 변형 분포를 실시간으로 진단하고 상시 감시하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 그와 같은 감시 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
콘크리트 도상에 매립된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수를 산출하는 도상감시수단과, 상기 도상감시수단에서 취득한 브릴루앙 주파수를 환산하여 도상의 온도 및 변형 데이터를 추출하는 정보분석수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템을 제공한다.
이때, 상기 도상감시수단은; 감시구간 내의 콘크리트 도상에 매립된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수를 산출하는 브릴루앙 산란 측정 로거와, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거에서 산출된 브릴루앙 주파수를 원격지에 위치한 상기 정보분석수단으로 전송하는 제1원격 통신 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 광섬유는 광섬유 끝단의 사출 튜브를 통해 콘크리트 도상으로부터 사출되어 브릴루앙 산란 측정 로거에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정보분석수단은; 상기 도상감시수단에서 송신된 콘크리트 도상의 브릴루앙 주파수를 수신하는 제2원격 통신 장치와, 상기 제2원격 통신 장치에서 수신된 브릴루앙 주파수를 환산하여 콘크리트 도상의 온도 및 변형 데이터로 환산하는 원격 모니터링 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 도상감시수단에서 브릴루앙 주파수는 3G, 와이브로, CDMA 망 중에 어느 하나의 방식으로 상기 정보분석수단에 전송하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 콘크리트 도상은 표면에 콘크리트를 타설시 콘크리트를 유도하기 위한 콘크리트 유도홈이 형성되고, 그 콘크리트 유도홈의 표면에는 광섬유가 고정하기 위한 광섬유 유도홈과, 광섬유가 위치하는 광섬유 유지관을 고정하기 위한 광섬유 유지관 유도홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광섬유는 하나의 루프(loop)를 이루며 절반은 도상의 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유도홈에 놓이고, 상기 광섬유의 나머지 절반은 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유지관 내에 놓이는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 콘크리트 도상의 상부에는 좌측 및 우측 고정 덮개가 구비되고, 상기 좌측 및 우측 고정 덮개 사이에는 철근 격자망이 일체로 연결되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고정 덮개의 아래에 위치하는 콘크리트 도상의 콘크리트 유도홈에는 콘크리트가 타설되어 철근 격자망까지 채워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은;
하나의 루프(loop)를 이루며 절반은 도상의 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유도홈에 놓이고, 상기 광섬유의 나머지 절반은 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유지관 내에 놓여진 상태에서 콘크리트가 타설되어 매립되는 광섬유에서 브릴루앙 산란광을 취득하여 브릴루앙 주파수를 추출하는 단계; 상기 광섬유 유지관 내에 놓여진 광섬유에서 취득한 브릴루앙 주파수를 온도로 환산하고, 도상에 노출되어 놓인 광섬유로부터 취득한 브릴루앙 주파수에서 온도에 의한 양을 제거하여 도상의 변형을 취득하여 도상의 온도 및 변형 데이터를 취득하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 방법도 제공한다.
본 발명에 따르면, 감시 대상 구간에 위치한 콘크리트 도상의 임의의 위치에서 발생한 변형의 위치와 크기를 감지할 수 있게 하므로, 지진 및 폭우 등 자연재해로 인해 발생할 수 있는 노반 유실 및 침하에 의한 궤도 변형을 측정하는데 사용되어 즉각적인 선로 유지보수에 사용될 수 있다.
또한, 광섬유 브릴루앙 산란 센서는 온도와 변형에 동시에 의존하지만 2개의 광섬유로 분리 측정하여 계절의 온도 변화에 상관없이 정확한 콘크리트 도상 변형 데이터를 취득할 수 있다.
아울러, 본 발명은 콘크리트 도상에 광섬유를 삽입하고 고정 덮개로 덮고 콘크리트를 타설 및 양생하므로 광섬유를 견고하게 도상에 고정하고 보호하는 장점도 있다.
도 1 철도 궤도의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도 콘크리트 도상의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유의 설치 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고정덮개를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도 콘크리트 도상의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유의 설치 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고정덮개를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.
먼저, 도 1에 의하면 철도 궤도는 레일(1)과 침목(2) 및 도상(10)으로 구성된다.
이와 같은 철도 궤도는 견고한 노반(20) 위에 도상(10)을 일정한 두께로 포설하고 그 위에 침목(2)을 일정 간격으로 부설하여 침목(2) 위에 두 줄의 레일(1)을 일정간격으로 평행하게 설치 체결한 것으로 노반(20)과 함께 열차 하중을 직접 지지하는 역할을 한다.
한편, 도 2 내지 도 5에 의하면, 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템은 광섬유를 온도와 변형률의 변화량 측정에 이용하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용하여 감시구간 내에 있는 도상(10)의 변형을 실시간으로 진단한다.
통상적으로 광섬유 센서는 전자기파에 영향을 받지 않고 장기간 구축되어 측정에 사용할 수 있으며, 크기가 작아 매립에 용이한 광섬유 센서가 상시 감시에는 유리하다.
특히, 본 발명에서 적용하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서는 광섬유(110) 내에 입사된 빛이 광섬유(110) 내를 통과할 때 발생하는 산란광 중에서 브릴루앙 산란광의 중심 주파수가 광섬유(110)에 작용하는 온도나 변형율의 변화에 대해 선형적으로 변화한다는 것을 이용하여 광섬유(110)를 온도와 변형률의 변화량 측정에 이용하는 센서이다.
이때, 광 시간 영역 분석법 또는 상관영역 분석법 등의 방법을 이용하여 광섬유의 길이에 따른 온도와 변형률을 측정할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템은 콘크리트 도상(10)에 매립된 광섬유(110)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수를 산출하는 도상감시수단(100)과, 상기 도상감지수단(100)에서 취득한 브릴루앙 주파수를 환산하여 도상(10)의 온도 및 변형 데이터를 추출하는 정보분석수단(200)으로 구성된다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 이하 상세히 설명한다.
먼저, 상기 도상감시수단(100)은 감시구간 내의 콘크리트 도상(10)에 매립된 광섬유(110)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수를 산출하는 브릴루앙 산란 측정 로거(120)와, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(120)에서 산출된 브릴루앙 주파수를 원격지에 위치한 상기 정보분석수단(200)으로 전송하는 제1원격 통신 장치(130)로 구성된다.
이때, 상기 정보분석수단(200)은 상기 도상감시수단(100)의 제1원격 통신 장치(130)에서 송신된 콘크리트 도상(10)의 브릴루앙 주파수를 수신하는 제2원격 통신 장치(210)와, 상기 제2원격 통신 장치(210)에서 수신된 브릴루앙 주파수를 환산하여 콘크리트 도상(10)의 온도 및 변형 데이터로 환산하는 원격 모니터링 컴퓨터(220)로 구성된다.
이때, 상기 제1 및 제2원격 통신 장치(130,210)는 3G, 와이브로, CDMA 망을 이용해 계측 현장의 정보를 송수신하고, 상기 원격 모니터링 컴퓨터(220)는 상기 도상감시수단(100)을 원격으로 제어한다.
한편, 측정 대상 콘크리트 도상(10)에 광섬유(110)가 매립되고 그 위에 고정 덮개(30,40)가 콘크리트 못(50)으로 콘크리트 도상(10)에 고정된다.
이때, 철근 격자망(60)을 통해 타설된 콘크리트(70)가 광섬유 위를 덮어 채우고 양생과정을 통해 경화된다. 상기 광섬유(110)는 광섬유 끝단의 사출 튜브(116)를 통해 콘크리트 도상(10)으로부터 사출되어 브릴루앙 산란 측정 로거(120)에 연결된다.
그리고 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(120)로부터 산출된 철도 도상(10)의 브릴루앙 주파수는 제1원격 통신 장치(130)를 통해 원격지에 위치한 정보분석수단(200)의 제2원격 통신 장치(210)로 수신되며 이는 원격 모니터링 컴퓨터(220)로 입력된다.
한편, 콘크리트 도상(10)은 그 표면에 콘크리트를 타설시에 콘크리트를 유도하기 위한 콘크리트 유도홈(12)이 형성되고, 그 콘크리트 유도홈(12)의 표면에는 광섬유(112)가 고정하기 위한 광섬유 유도홈(12a)과, 광섬유 유지관(118)을 고정하기 위한 광섬유 유지관 유도홈(12b)이 형성된다.
이와 같은 광섬유 유도홈(12a)에는 광섬유(112)가 안착되고, 광섬유 유지관 유도홈(12b)에는 광섬유 유지관(118)이 안착된다. 이때, 상기 광섬유 유지관(118)의 내경은 광섬유의 직경에 비해 크게 형성하여 광섬유 유지관(118) 내에서 광섬유(114)가 일정한 공기 간극을 갖고 위치하도록 한다.
한편, 상기 콘크리트 도상(10) 위에는 고정덮개(30,40)와 철근 격자망(60)이 구비된다. 이때, 상기 고정 덮개(30,40)는 표면에 다수의 콘크리트 못 유도 구멍(32,42)이 관통되게 형성되어 콘크리트 못(50)이 관통하여 콘크리트 도상(10)에 고정되며, 상기 철근 격자망(60)은 좌측과 우측에 위치하는 고정 덮개(30,40) 사이에 위치하며 콘크리트를 타설시 광섬유(110)가 삽입된 콘크리트 도상(10)으로 유입될 수 있도록 격자 형상으로 이루어진다.
이와 같이 콘크리트를 타설하면 철근 격자망(60)을 통과한 콘크리트는 콘크리트 유도홈(12)을 채우게 된다.
한편, 상기 좌우측 고정 덮개(30,40)는 철근 격자망(60)에 의해 일체로 연결되며, 고정 덮개(30,40)의 아래에 위치하는 콘크리트 도상(10)의 콘크리트 유도홈(12)에는 콘크리트가 타설되어 철근 격자망(60)까지 채우게 된다.
한편, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(120)와 연결되어 콘크리트 도상(10)에 놓인 광섬유(110)는 하나의 루프(loop)를 이루며 절반은 도상(10)의 콘크리트 유도홈(12)에 노출되도록 광섬유 유도홈(12a)에 놓이고, 상기 광섬유(110)의 나머지 절반은 콘크리트 유도홈(12)에 노출되는 광섬유 유지관(118)의 내부에 놓이게 된다.
따라서, 상기 광섬유 유지관(118) 내에 위치한 광섬유(114)는 콘크리트 도상(10)과의 직접적인 접촉이 없이 광섬유 유지관(118)과 공기 간극을 가지므로 도상(10)의 온도에만 영향을 받고 도상(10)의 변형에는 영향을 받지 않는다.
반면에 도상(10)의 콘크리트 유도홈(12)에 직접적으로 노출되어 놓인 광섬유(112)는 도상(10)의 변형과 온도에 동시에 영향을 받게 된다. 브릴루앙 산란 측정 로거(120)는 도상(10)에 노출되어 놓인 광섬유(112)와 광섬유 유지관(118) 내에 위치한 광섬유(114)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 각각 취득하고 이로부터 각각의 브릴루앙 주파수를 측정한다.
이에 따라 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(120)는 제1원격 통신 장치(130)를 통해 콘크리트 도상(10)의 브릴루앙 주파수를 송신하고 이는 제2원격 통신 장치(210)를 통해 원격 모니터링 컴퓨터(220)로 수신된다.
이에 따라 상기 원격 모니터링 컴퓨터(220)는 광섬유 유지관(118) 내에 위치한 광섬유(114)로부터 취득한 브릴루앙 주파수를 온도로 환산하고, 이를 이용하여 도상(10)에 노출되어 놓인 광섬유(112)로부터 취득한 브릴루앙 주파수에서 온도에 의한 양을 제거하여 도상(10)의 변형을 취득한다. 이로써 길이에 따른 온도 및 변형 데이터를 취득한다.
이하, 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 과정을 설명한다.
감시구간 내의 콘크리트 도상(10)에 매립된 광섬유(110)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하는 브릴루앙 산란 측정 로거(120)는 브릴루앙 주파수를 산출한다.
이와 같이 브릴루앙 산란 측정 로거(120)에서 산출된 브릴루앙 주파수는 제1원격 통신 장치(130)를 통해 정보분석수단(200)의 제2원격 통신 장치(210)로 수신되어 원격 모니터링 컴퓨터(220)에서 콘크리트 도상(10)의 온도 및 변형에 대한 분석이 이루어진다.
즉, 광섬유 유지관(118) 내에 위치한 광섬유(114)로부터 취득한 브릴루앙 주파수를 온도로 환산하고, 이를 이용하여 도상(10)에 노출되어 놓인 광섬유(112)로부터 취득한 브릴루앙 주파수에서 온도에 의한 양을 제거하여 도상(10)의 변형을 취득함으로서, 콘크리트 도상(10)의 온도 및 변형 데이터를 취득한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
1: 레일 2: 침목
10: 도상 20: 노반
30,40: 고정 덮개 60: 철근 격자망
100: 도상감시수단 110: 광섬유
118: 광섬유 유지관 120: 브릴루앙 산란 측정 로거
130: 제1원격 통신 장치 200: 정보분석수단
210: 제2원격 통신 장치 220: 원격 모니터링 컴퓨터
10: 도상 20: 노반
30,40: 고정 덮개 60: 철근 격자망
100: 도상감시수단 110: 광섬유
118: 광섬유 유지관 120: 브릴루앙 산란 측정 로거
130: 제1원격 통신 장치 200: 정보분석수단
210: 제2원격 통신 장치 220: 원격 모니터링 컴퓨터
Claims (10)
- 콘크리트 도상에 매립된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수를 산출하는 도상감시수단과, 상기 도상감시수단에서 취득한 브릴루앙 주파수를 환산하여 도상의 온도 및 변형 데이터를 추출하는 정보분석수단으로 구성되되,
상기 콘크리트 도상은 표면에 콘크리트를 타설시 콘크리트를 유도하기 위한 콘크리트 유도홈이 형성되고, 그 콘크리트 유도홈의 표면에는 광섬유를 고정하기 위한 광섬유 유도홈과, 광섬유가 위치하는 광섬유 유지관을 고정하기 위한 광섬유 유지관 유도홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 도상감시수단은;
감시구간 내의 콘크리트 도상에 매립된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수를 산출하는 브릴루앙 산란 측정 로거와, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거에서 산출된 브릴루앙 주파수를 원격지에 위치한 상기 정보분석수단으로 전송하는 제1원격 통신 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 광섬유는 광섬유 끝단의 사출 튜브를 통해 콘크리트 도상으로부터 사출되어 브릴루앙 산란 측정 로거에 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 정보분석수단은;
상기 도상감시수단에서 송신된 콘크리트 도상의 브릴루앙 주파수를 수신하는 제2원격 통신 장치와, 상기 제2원격 통신 장치에서 수신된 브릴루앙 주파수를 환산하여 콘크리트 도상의 온도 및 변형 데이터로 환산하는 원격 모니터링 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 도상감시수단에서 브릴루앙 주파수는 3G, 와이브로, CDMA 망 중에 어느 하나의 방식으로 상기 정보분석수단에 전송하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 광섬유는 하나의 루프(loop)를 이루며 절반은 도상의 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유도홈에 놓이고, 상기 광섬유의 나머지 절반은 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유지관 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 콘크리트 도상의 상부에는 좌측 및 우측 고정 덮개가 구비되고, 상기 좌측 및 우측 고정 덮개 사이에는 철근 격자망이 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 제 8항에 있어서,
상기 고정 덮개의 아래에 위치하는 콘크리트 도상의 콘크리트 유도홈에는 콘크리트가 타설되어 철근 격자망까지 채워지는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템.
- 하나의 루프(loop)를 이루며 절반은 도상의 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유도홈에 놓이고, 상기 광섬유의 나머지 절반은 콘크리트 유도홈에 노출되도록 광섬유 유지관 내에 놓여진 상태에서 콘크리트가 타설되어 매립되는 광섬유에서 브릴루앙 산란광을 취득하여 브릴루앙 주파수를 추출하는 단계;
상기 광섬유 유지관 내에 놓여진 광섬유에서 취득한 브릴루앙 주파수를 온도로 환산하고, 도상에 노출되어 놓인 광섬유로부터 취득한 브릴루앙 주파수에서 온도에 의한 양을 제거하여 도상의 변형을 취득하여 도상의 온도 및 변형 데이터를 취득하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110127093A KR101291591B1 (ko) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110127093A KR101291591B1 (ko) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130060824A KR20130060824A (ko) | 2013-06-10 |
| KR101291591B1 true KR101291591B1 (ko) | 2013-08-01 |
Family
ID=48859182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110127093A KR101291591B1 (ko) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101291591B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101703905B1 (ko) | 2015-12-28 | 2017-02-09 | 한국철도기술연구원 | 광섬유 센서 포설장치 |
| KR101815891B1 (ko) * | 2015-12-14 | 2018-01-09 | 한국철도기술연구원 | 실시간 궤도거동 모니터링이 가능한 멤스 일체형 프리캐스트 콘크리트 슬래브 패널 및 그 제조방법 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102133631B1 (ko) * | 2018-03-28 | 2020-07-13 | 박창진 | 철도 선로의 손상 평가 기능을 가지는 스마트 침목 |
| CN109297398A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-02-01 | 中国铁路沈阳局集团有限公司科学技术研究所 | 一种基于北斗定位技术的铁路路基冻胀监测和分析系统 |
| CN109781734A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-05-21 | 中国铁道科学研究院深圳研究设计院 | 一种基于光纤光栅技术的高铁路基脱空监测系统 |
| CN110646393B (zh) * | 2019-10-14 | 2022-03-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种测试泡沫混凝土膨胀应力和变形分布的装置与方法 |
| CN113804242A (zh) * | 2020-06-16 | 2021-12-17 | 中移(上海)信息通信科技有限公司 | 路面监测系统、传感器布设位置的确定方法以及装置 |
| CN112342877B (zh) * | 2020-10-29 | 2021-12-21 | 宁夏公路工程质量检测中心(有限公司) | 道路平整度检测方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007292503A (ja) | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ブリルアンスペクトル測定装置 |
| KR20090042012A (ko) * | 2007-10-25 | 2009-04-29 | 주식회사 세기엔지니어링 | 시설 구조물의 안전 감시 시스템 |
| KR20090132273A (ko) * | 2008-06-20 | 2009-12-30 | 한국철도기술연구원 | 선로 궤도의 변형 감지 장치 및 이를 이용한 침하 측정시스템 |
-
2011
- 2011-11-30 KR KR1020110127093A patent/KR101291591B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007292503A (ja) | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ブリルアンスペクトル測定装置 |
| KR20090042012A (ko) * | 2007-10-25 | 2009-04-29 | 주식회사 세기엔지니어링 | 시설 구조물의 안전 감시 시스템 |
| KR20090132273A (ko) * | 2008-06-20 | 2009-12-30 | 한국철도기술연구원 | 선로 궤도의 변형 감지 장치 및 이를 이용한 침하 측정시스템 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 논문.2005 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101815891B1 (ko) * | 2015-12-14 | 2018-01-09 | 한국철도기술연구원 | 실시간 궤도거동 모니터링이 가능한 멤스 일체형 프리캐스트 콘크리트 슬래브 패널 및 그 제조방법 |
| KR101703905B1 (ko) | 2015-12-28 | 2017-02-09 | 한국철도기술연구원 | 광섬유 센서 포설장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130060824A (ko) | 2013-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101291591B1 (ko) | 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법 | |
| Du et al. | A review of railway infrastructure monitoring using fiber optic sensors | |
| Gómez et al. | Structural Health Monitoring with Distributed Optical Fiber Sensors of tunnel lining affected by nearby construction activity | |
| CN102108657B (zh) | 光纤光栅传感无砟轨道结构状态监测方法及装置 | |
| Rajeev et al. | Distributed optical fibre sensors and their applications in pipeline monitoring | |
| Iten et al. | Landslide monitoring using a road-embedded optical fiber sensor | |
| Jing et al. | Smart railway sleepers-a review of recent developments, challenges, and future prospects | |
| RU2639602C2 (ru) | Мониторинг инфраструктуры транспортной сети | |
| CN108279037B (zh) | 一种地铁轨道结构实时监测系统的布置方法 | |
| Sasi et al. | A review on structural health monitoring of railroad track structures using fiber optic sensors | |
| CN104401360A (zh) | 基于多手段融合的铁路轨道系统安全实时监控方法及系统 | |
| CN103604384A (zh) | 船闸结构应变、应力分布式光纤监测方法及系统 | |
| CN108759702B (zh) | 一种用于分布式监测轨道板上拱的系统及监测方法 | |
| RU2681766C1 (ru) | Система мониторинга верхнего строения безбалластного и бесстыкового пути на мосту высокоскоростной магистрали | |
| Monsberger et al. | Large-scale distributed fiber optic sensing network for short and long-term integrity monitoring of tunnel linings | |
| Regier | Application of fibre optics on reinforced concrete structures to develop a structural health monitoring technique | |
| CN113898372A (zh) | 一种污水深隧的全生命周期健康监测系统 | |
| CN110455210B (zh) | 一种基于埋入式光纤的高铁隧道形位感测方法 | |
| Casas et al. | Management and safety of existing concrete structures via optical fiber distributed sensing | |
| JP3880765B2 (ja) | 地中用光ファイバーセンサー及びその光ファイバーセンサーシステム | |
| KR100986139B1 (ko) | 선로 궤도의 변형 감지 장치 | |
| CN110285769A (zh) | 一种用于分布式光纤应变传感的量程扩展装置 | |
| Zhang et al. | Distributed fiber optic sensors for tunnel monitoring: A state-of-the-art review | |
| KR101833836B1 (ko) | 레이저 거리측정에 의한 파형강판 암거 모니터링 시스템 및 그 방법 | |
| Nasrollahi et al. | Towards real-time condition monitoring of a transition zone in a railway structure using Fibre Bragg Grating sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160701 Year of fee payment: 4 |