KR101608009B1 - 자이로를 이용한 경사계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 경사계는 자이로센서를 이용한 경사계에 관한 것으로서 각운동이 아닌 직선운동을 감지하지 못하는 자이로의 단점을 보완하고자 자이로센서를 직선운동을 각운동으로 변환시키는 운동전달부재를 설치하는 구성으로 자이로센서에 의한 직선운동 및 각운동에 의한 변화를 동시에 감지토록 하는 자이로를 이용한 경사계에 관한 것이다.

Description

자이로를 이용한 경사계{inclinometer with gyro-sensor}

본 발명의 경사계는 자이로센서를 이용한 경사계에 관한 것으로서 각운동이 아닌 직선운동을 감지하지 못하는 자이로의 단점을 보완하고자 자이로센서를 직선운동을 각 운동으로 변환시키는 운동전달부재를 설치하는 구성으로 자이로센서에 의한 직선운동 및 각운동에 의한 변화를 동시에 감지토록 하는 자이로를 이용한 경사계에 관한 것이다.

일반적으로, 터널을 형성하기 위해서는 여러 가지 선행작업의 공법이 시행된다.

그리고, 상기와 같은 선행작업은 터널을 형성하고자 하는 곳의 지반 상태와 발파를 위하여 발파재를 삽입하기 위한 천공을 형성한다.

계속하여, 터널을 형성하고자 하는 자유전단면에 일정한 깊이로 천공을 시행하여 시료를 채취함으로써, 암반에 존재하는 절리의 발달 상태 및 풍화 상태 및, 파쇄대의 분포특성, 지하수의 유출 유무를 확인할 수 있는 것이다.

더하여, 터널 형성을 위한 발파를 순차로 진행하면서 터널의 침하등에 의한 거동을 측정하게 된다.

그리고, 터널의 완성후에도 매립되는 변위계등을 통하여 진동등에 의한 터널 변위를 측정하게 된다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제567810호에 터널의 형성시 선행침하량 측정방법의 기술이 제시되고 있다.

그러나, 상기와 같은 선행침하량 측정방법의 경우 터널 막장전방 선행침하를 측정하기 위한 측정 장치가 크기가 증가되어 측정장치의 장착이 힘들게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 경사측정이 가능한 특허 제784985호와 같은 센서결합체를 터널에 적용할 수 있으나 이와 같은 센서결합체는 도1에서와 같이, 구조물의 거동을 감지하는 부위로서 하기 부착구조물(200)의 연결구조(230)에 부착되고, 부착부위의 경사각도를 감지하는 경사계인 센서(100); 그리고, 모니터링 대상 구조물의 상호 연결부위에 설치되는 것으로서, 모니터링 대상 구조물의 상부구조체에 고정되는 상부구조(210), 하부구조체에 고정되는 하부구조(220), 그리고 상기 상, 하부구조에 각각 핀으로 연결되는 것으로서 실린더와 로드로 결합되어 그 길이가 신축할 수 있는 연결구조(230)를 포함하여 구성되는 부착구조물(200);을 포함하여 구성되는 것이다.

또한, 상기 센서(100)에는 신호증폭기(110)와 감지된 신호를 외부로 송출하기 위하여 축적하는 데이터수집기(300)가 더 구비된다.

그러나, 상기와 같은 센서결합체는, 테이터수집기(300)와 센서(100) 및 신호증폭기(110)가 일체로 구비되어 그 부피가 증가함으로써 터널의 내부에 설치시 암반면에서 돌출되어 장착이 불가능하게 되는 것이다.

또한, 상기 경사계인 센서(100)가 위치한 곳에서 직선운동 할 경우 그 값을 인식할 수 없어 정확한 측정이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 터널이나 구조물의 시공중 안전관리와 효율적인 시공방법에 의해 데이터를 획득함으로써 시공비를 절감할 수 있도록 하고, 굴착면이나 구조물 등의 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 하며, 발파나 지속적인 터널 변위를 측정할 수 있도록 하고, 간단한 구성으로 설치가 용이하면서 변위의 정확한 측정이 가능토록 하는 자이로를 이용한 경사계를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 공간이 형성되는 케이싱이 구비되고, 상기 케이싱의 내측에 일단이 연결되는 운동전달부재를 통하여 자이로센서가 공간상에 위치하여 진자 운동토록 설치되는 자이로를 이용한 경사계를 제공한다.

그리고, 본 발명의 운동전달부재는, 일정길이를 구비하면서 탄성을 갖는 스프링, 케이블등의 선재, 로뜨 등의 봉재 중에서 선택되는 어느 하나인 자이로를 이용한 경사계를 제공한다.

더하여, 본 발명의 운동전달부재는 양단부가 동일 수직선상에 위치하지 않는 미리 정해진 소정의 각도를 구비하는 자이로를 이용한 경사계를 제공한다.

계속하여, 본 발명의 케이싱은 굴착면에 고정수단을 통하여 연결되고, 상기 고정수단은 경화제 또는 앵커볼트 중에서 선택되는 자이로를 이용한 경사계를 제공한다.

또한, 본 발명의 운동전달부재는, 호형이나 일정각도를 갖는 선형중에서 선택되는 자이로를 이용한 경사계를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 구조물이나 터널시공중 안전관리와 효율적인 시공방법에 의해 데이터를 획득함으로써 시공비를 절감하고, 구조물이나 굴착면의 변위를 정확하게 측정하며, 발파에 의한 순간적인 변위나 지속적인 터널 변위를 측정하고, 간단한 구성으로 설치가 용이하면서 변위의 정확한 측정이 가능한 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 경사측정용 센서결합체의 사시도이다.
도2 및 도3은 각각 본 발명에 의한 경사계의 동작상태를 도시한 측면도이다.
도4는 본 발명에 따른 경사계의 거동을 도시한 측면도이다.
도6 및 도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사계를 도시한 측면도이다.

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

도2 및 도3은 각각 본 발명에 의한 경사계의 동작상태를 도시한 측면도이고, 도4는 본 발명에 따른 경사계의 거동을 도시한 측면도이며, 도6 및 도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사계를 도시한 측면도이다.

본 발명은, 터널(T) 굴착부의 굴착면(100) 또는 구조물(S)의 변위 측정면을 따라 복수의 경사계(200)를 일정간격으로 배치한다.

이때, 상기 경사계(200)는, 공간이 형성되는 케이싱(210)의 내측에 자이로센서(230)가 구비되는 구성으로 이루어 진다.

그리고, 상기 자이로센서(230)는, 케이싱(210)의 내측에 일단이 연결되는 운동전달부재(250)를 통하여 공간상에 위치하여 진자 운동토록 설치된다.

이때, 상기 운동전달부재(250)는, 일정길이를 구비하면서 탄성을 갖는 스프링, 케이블등의 선재, 로뜨 등의 봉재 중에서 선택되어 사용된다.

더하여, 상기 운동전달부재(250)는, 양단부가 동일 수직선상에 위치하지 않는 미리 정해진 소정의 각도를 구비하는 구성으로 이루어 진다.

이때, 상기 운동전달부재(250)는, 중심이 그리는 선이 전체적으로 호형이나 일정각도로 절곡되는 선형중에서 선택되어 사용된다.

계속하여, 상기 케이싱(210)은, 구조물이나 굴착면(100) 등에 고정수단(300)을 통하여 연결된다.

이때, 상기 고정수단(300)은, 경화제층(310) 또는 앵커볼트(330) 중에서 선택되어 사용된다.

또한, 상기 운동전달부재(250)는, 호형이나 일정각도를 갖는 선형중에서 선택되어 사용된다.

계속하여, 상기 경사계(200)는, 각각 고유id가 부여되는 컨트롤러(220)가 구비된다.

그리고, 상기 경사계(200)는 케이싱의 내측에 유,무선모듈(240)이 더 구비되어도 좋다.

또한, 상기 경사계(200)는, 구조물이나 굴착면등에 설치시 유무선에 의하여 측정데이터를 출력하는 리더아웃박스(400)와 연결된다.

그리고, 상기 리더아웃박스(400)는, 측정 데이터를 저장하거나 처리하는 데이터처리부(미도시)와 측정신호를 증폭시키는 신호증폭부(미도시) 및 측정데이터를 외부에 송출하는 출력부(미도시), 측정데이터를 필터링하는 필터(미도시), 측정데이터의 아나로그값을 디지털로 변환하는 A/D컨버터(=미도시), 측정센서등에 전원을 공급하는 전원공급부(미도시)가 일체로 구비된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도6에서 도시한 바와같이 본 발명은, 터널(T) 굴착부의 굴착면(100) 이나 구조물(S)에 복수의 경사계(200)를 일정간격으로 배치하여 굴착면이나 구조물의 거동을 측정하게 된다.

이때, 상기 경사계(200)는 자이로센서(230)가 공간이 형성되는 케이싱(210)의 내측에 연결되는 구성으로 케이싱(210)의 직선 운동시 케이싱을 중심으로 자이로센서(230)가 진자 운동 즉 각 운동토록 설치되어 자이로센서의 단점인 직선방향의 운동도 감지토록 한다.

즉, 본 발명의 자이로센서(230)는 굴착면(100)의 변위에 의한 각 운동은 물론 X,Y,Z축 방향의 직선운동시에도 자이로센서(230)가 진자운동토록 연결되는 운동전달부재(250)를 통하여 각 운동토록 되어 굴착면(100)의 변위를 정확하게 측정토록 한다.

이때, 상기 운동전달부재(250)는, 일정길이를 구비하면서 탄성을 갖는 스프링, 선재, 봉재 중에서 선택되고, 선재의 경우 일정 탄성을 갖도록 단선 또는 복선으로 이루어진 케이블등이고, 봉재의 경우 일정 탄성을 갖도록 하면서 중공상으로 형성된다.

즉, 상기 운동전달부재(250)는, 도4와 같이 수직방향의 움직임 및 수평방향의 움직임을 모두 감지할 수 있도록 경사지게 연결되어 수직 및 수평방향의 움직임도 각 운동으로 변화시켜 감지토록 한다.

더하여, 상기 운동전달부재(250)는, 양단부가 동일 수직선상에 위치하지 않는 미리 정해진 소정의 각도를 구비하면 진자 운동이 가능토록 되면서 그 각도에 따라 진폭이 더 크게 발생되어 변형량의 정확한 측정이 가능토록 된다.

또한, 상기 운동전달부재는, 중심이 그리는 선이 전체적으로 호형이나 일정각도로 절곡되는 선형중에서 선택되어도 동일한 효과의 구현이 가능토록 하고, 상기 선형의 경우 물결모양 즉 지그재그 형상으로 형성되어도 좋다.

그리고, 상기 고정수단(300)은 앵커볼트 또는 경화제층 중 선택되는 어느 하나 이상으로 굴착면의 시공작업이 용이하게 된다.

계속하여, 상기 경사계(200)는, 컨트롤러(220)에 각각의 고유id가 부여되면서 유무선모듈(240)에 통하여 측정데이터를 출력하는 리더아웃박스(400)와 연결되는 구성으로 각각의 거동측정계에서 측정되는 신호값의 정확한 전달이 가능토록 된다.

이때, 상기 경사계(200)는, 유,무선모듈을 사용할 경우 원격지에서의 측정도 가능토록 된다.

더하여, 상기 리더아웃박스(400)는, 데이터처리부와 신호증폭부 및 출력부 등이 일체로 구비되어 각 경사계(200)에서 측정된 데이터를 하나의 리더아웃박스(400)로서 처리한 후 출력토록 한다.

즉, 각 경사계(200)에서 보내지는 신호는 A/D컨버터를 통하여 아나로그 신호가 디지털로 변환되며, 상기 신호증폭부를 통하여 증폭된 후 필터에서 잡음이 제거되고, 데이터처리부에서 처리한 후데이터를 저장하며, 상기 데이터가 출력부를 통하여 자체 또는 외부로 송출토록 된다.

100...굴착면 200...경사계
210...케이싱 230...자이로센서
250...동력전달부재 330...앵커볼트
400...리더아웃박스

Claims (5)

1. 공간이 형성되는 케이싱의 내측에 일단이 연결되는 운동전달부재를 통하여 자이로센서가 공간상에 위치하여 케이싱의 운동을 케이싱을 중심으로 자이로센서의 진자 운동으로 변환시켜 변위를 감지토록 설치되고,
   상기 운동전달부재는, 일정길이를 구비하면서 탄성을 갖는 스프링으로 이루지고, 중심이 그리는 선이 전체적으로 호형상으로 이루어지면서 양단부가 동일 직선상에 위치하지 않는 미리 정해진 소정의 각도를 구비하도록 설치되는 자이로를 이용한 경사계.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 케이싱은, 굴착면에 고정수단을 통하여 연결되고,
   상기 고정수단은 경화제 또는 앵커볼트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자이로를 이용한 경사계.
5. 삭제

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