KR101718714B1

KR101718714B1 - 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치

Info

Publication number: KR101718714B1
Application number: KR1020150064030A
Authority: KR
Inventors: 조주현; 전철호
Original assignee: 조주현; 주식회사 서신엔지니어링
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-03-22
Also published as: KR20160131518A

Abstract

본 발명은 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 터널이나 사면, 전단면 등의 설치 장소에 경사센서가 내장된 복수개의 프로브를 설치하여 변위를 3차원 계측함은 물론 길이변위 측정수단을 통해 각 프로브간의 길이 변위까지 측정할 수 있어 정밀한 변위 계측이 가능하고, 또한 복수개의 프로브를 주름관 튜브로 연결하여 각 프로브간의 길이 변위시 신축되도록 구성함으로써 특정 프로브의 변위시에도 다른 프로브에 영향이 없어 더욱 정밀한 계측이 가능하고 각 프로브간에 각도 조절이 용이하며 프로브의 파손도 방지할 수 있는 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치에 관한 것이다.

Description

길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치{A three-dimensional displacement measuring device having a length displacement measuring}

일반적으로 토목 공사에서의 계측은 시공 단계에 있어서 위험요소 관리 및 예측을 통한 공사의 안정성을 확보하고, 계측 정보의 피드백(feedback)을 통한 최적설계를 가능하게 하여 경제적이고 합리적인 시공을 유도하며, 시공 완료 후에는 유지 보수 및 안전관리의 기준을 제시하여 구조물의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

통상 터널이나 사면, 전단면 등의 변위를 측정하기 위해 2차원 변위 계측장치가 사용되고 있으며, 일예로, 터널의 내공에 대해 2차원 단면의 변위를 측정하게 되며, 이처럼 2차원 단면의 변화된 모습을 계측할 수 있기 때문에 2차원 변위 계측장치가 설치된 설치 장소의 위험여부를 판단하는데 많은 도움이 되고 있다.

그러나, 상기 2차원 변위 계측장치는, 2차원 단면의 변위만 계측할 수 있기 때문에 변위 계측이 정밀하지 못한 문제가 있었다.

상기 문제를 해결하기 위해, 국내 특허공개번호 제10-2010-0096992호 "3차원 변위 측정장치"가 개시되어 있으며, 경사센서가 내장된 복수개의 프로브 파이프를 통해 X,Y,Z 3개축에 대한 3차원 변위 측정이 가능하며, 복수개의 프로브 파이프가 서로 유닛관절구조체를 통해 관절운동 가능하게 연결된 구조로 되어 있다.

그러나, 상기 종래기술은, 복수개의 프로브 파이프를 통해 3차원 변위 계측은 가능하나 각 프로브 파이프간에 길이 변위를 측정할 수 없기 때문에 계측 정밀도를 향상하는데 한계가 있었다.

또한, 각각의 프로브 파이프가 유닛관절구조체를 통해 직접 연결되어 있기 때문에 특정 프로브 파이프의 변위시 주변의 다른 프로브 파이프에 까지 영향을 미치게 되어 계측 정밀도가 떨어지는 문제가 있고, 프로브 파이프가 파손되는 문제도 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 터널이나 사면, 전단면 등의 설치 장소에 경사센서가 내장된 복수개의 프로브를 설치하여 변위를 3차원 계측함은 물론 길이변위 측정수단을 통해 각 프로브간의 길이 변위까지 측정할 수 있어 정밀한 변위 계측이 가능하고, 또한 복수개의 프로브를 주름관 튜브로 연결하여 각 프로브간의 길이 변위시 신축되도록 구성함으로써 특정 프로브의 변위시에도 다른 프로브에 영향이 없어 더욱 정밀한 계측이 가능하고 각 프로브간에 각도 조절이 용이하며 프로브의 파손도 방지할 수 있는 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 설치 장소의 변위를 계측하기 위한 3차원 변위 계측장치에 있어서, 서로 일정간격 이격되며 각각의 내부에 경사센서가 설치된 복수개의 프로브와, 상기 복수개의 프로브를 연결하는 연결수단과, 상기 복수개의 프로브에 설치되어 서로 이웃하는 프로브간의 길이 변위를 측정하는 길이변위 측정수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 터널이나 사면, 전단면 등의 설치 장소에 경사센서가 내장된 복수개의 프로브를 설치하여 변위를 3차원 계측함은 물론 길이변위 측정수단을 통해 각 프로브간의 길이 변위까지 측정할 수 있어 정밀한 변위 계측이 가능하다.

또한, 복수개의 프로브를 주름관 튜브로 연결하여 각 프로브간의 길이 변위시 신축되도록 구성함으로써, 특정 프로브의 변위시에도 다른 프로브에 영향이 없어 더욱 정밀한 계측이 가능하고 각 프로브간에 각도 조절이 용이하며 프로브의 파손도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치에서 복수개의 프로브를 연결하는 주름관 튜브가 일정각도로 구부러진 상태를 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 주름관 튜브가 직선 형태로 펴진 상태를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에서 복수개의 프로브와 주름관 튜브가 연결된 부위를 확대하여 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치가 터널에 설치된 경우를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치가 사면에 설치된 경우를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치(1)는, 크게 프로브(10)와, 연결수단(30)과, 길이변위 측정수단(40)을 포함하여 구성되며, 터널(61)이나 사면(62), 전단면 등에 설치되어 상기 설치 장소(60)의 변위를 계측하게 된다.

물론, 상기 설치 장소(60)로는 터널(61)이나 사면(62), 전단면 뿐만 아니라 연약지반이나 각종 구조물 등에 설치하여 변위를 계측할 수 있다.

상기 프로브(10)는, 원형 파이프 형태로 구성되어 서로 일정간격 이격되어 복수개 설치되며, 각각의 프로브(10) 내부에는 경사센서(20)가 고정 설치된다.

즉, 상기 복수개의 프로브(10)를 상기 설치 장소(60)에 고정 설치하여, 설치 장소(60)의 각 프로브(10)가 설치된 위치에 대해 X,Y,Z 3개축에 대한 3차원 변위를 측정하게 된다.

상기 경사센서(20)는, X,Y,Z 3개축에 대한 변위를 측정할 수 있는 센서로서 공지된 제품이므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 프로브(10)는 별도의 브라켓(50)을 통해 상기 설치 장소(60)에 고정된다. 즉, 상기 브라켓(50)의 일측은 상기 프로브(10)의 외주면을 감싸도록 결합되고, 타측은 상기 설치 장소(60)에 결합된다.

따라서, 상기 설치 장소(60)의 변위시 상기 프로브(10)가 함께 변위되게 되면서 변위를 계측하게 된다.

그리고, 상기 연결수단(30)은, 상기 복수개의 프로브(10)를 연결하는 구성으로서, 상기 복수개의 프로브(10)를 서로 일정간격 된 상태로 프로브(10)의 길이방향으로 연결하게 된다.

즉, 복수개의 프로브(10)에서 서로 이웃하는 프로브(10)의 마주하는 단부를 상기 연결수단(30)으로 연결하는 것이다.

상기 연결수단(30)은, 상기 복수개의 프로브(10)를 신축 가능하게 연결하는 주름관 튜브(31)로 이루어져, 상기 복수개 프로브(10)간의 길이 변위시 신축되게 된다.

이때, 상기 주름관 튜브(31)와 연결되는 상기 프로브(10)의 단부에는 주름관 튜브(31)가 결합될 수 있도록 커플러(35)가 결합된다.

즉, 상기 커플러(35)의 일측은 상기 프로브(10)의 단부에 삽입되어 결합되고, 타측은 상기 주름관 튜브(31)에 삽입되어 결합된다.

이처럼, 상기 복수개의 프로브(10)가 상기 주름관 튜브(31)를 통해 신축가능하게 연결됨으로써, 상기 설치 장소(60)의 지형이나 구조에 따라 상기 복수개의 프로브(10)를 설치하기가 용이하고, 각 프로브(10)간에 세밀한 각도 조절이 가능하고 각도 조절도 용이하다.

또한, 상기 복수개의 프로브(10)가 주름관 튜브(31)로 연결되기 때문에 각 프로브(10)간의 길이 변위시나 특정 프로브(10)의 변위시 상기 주름관 튜브(31)가 신축되기 때문에 다른 프로브(10)에 영향이 없어 더욱 정밀한 계측이 가능하다.

즉, 상기 복수개의 프로브(10)가 주름관 튜브(31)를 통해 서로 연결된 상태로 상기 설치 장소(60)에 고정 설치되는데, 이때 특정 프로브(10) 위치에서 변위가 발생하게 되면, 특정 프로브(10)의 위치가 바뀌게 되면서 특정 프로브(10)와 이웃하는 프로브(10)간의 길이 변위가 발생하게 되고, 상기 길이 변위 만큼 상기 주름관 튜브(31)가 신축되므로 다른 프로브(10)에 영향이 없게 되어 정밀한 계측이 가능하고, 프로브(10)의 파손도 방지할 수 있다.

그리고, 상기 길이변위 측정수단(40)은, 상기 복수개의 프로브(10)에 설치되어 서로 이웃하는 프로브(10)간의 길이 변위를 측정하게 된다.

상기 길이변위 측정수단(40)은, 복수개의 프로브(10)에서 서루 이웃하는 프로브(10)간의 길이 변위를 측정하는 길이측정 센서(40a)이다.

상기 길이측정 센서(40a)는, 일단부는 서로 이웃하는 프로브(10) 중 일측 프로브(10)에 고정되고 타단부는 타측 프로브(10)의 내부로 삽입되어 슬라이딩하는 센서와이어(41)와, 상기 타측 프로브(10)의 내부에 설치되어 상기 센서와이어(41) 타단부와 슬라이딩 가능하게 연결되며 상기 센서와이어(41) 타단부의 직선 슬라이딩에 의하여 저항값이 변화되는 슬라이드 가변저항(42)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 센서와이어(41)의 일단부는 상기 일측 프로브(10)의 단부에 결합된 커플러(35)에 고정되고, 타단부는 타측 프로브(10)의 커플러(35)를 관통하여 슬라이드 가변저항(42)과 연결된다.

따라서, 상기 길이측정 센서(40a)는, 상기 프로브(10)의 변위시 각 프로브(10)간의 길이 변위가 발생하게 되는데, 이때 상기 슬라이드 가변저항(42)의 변화되는 저항값을 통해 각 프로브(10)간의 길이 변위를 측정하게 된다.

한편, 상기 프로브(10)의 내부에는 상기 경사센서(20)와 길이측정 센서(40a)가 설치되는 기판(미도시)이 고정 설치된다.

그리고, 상기 각 프로브(10)의 내부에 설치된 경사센서(20)는, 상기 주름관 튜브(31)의 내부를 통과하는 센서케이블(25)에 의해 서로 연결된다.

이때, 상기 주름관 튜브(31)의 신축시, 상기 센서케이블(25)의 길이도 신축 가능한 구조로 구성하는 것이 바람직하다. 일예로 상기 센서케이블(25)의 길이를 상기 주름관 튜브(31)의 신축 가능한 최대길이 보다 길게 구성하거나 또는 센서케이블(25)을 길이 가변이 가능한 슬라이딩 구조로 구성 할 수도 있다.

또한, 상기 길이측정 센서(40a)의 센서와이어(41)는, 상기 주름관 튜브(31)의 내부를 통과하도록 설치된다. 즉, 상기 센서와이어(41)는 상기 주름관 튜브(31)의 내부를 통과하여 일단부는 일측 프로브(10)에 고정되고 타단부는 타측 프로브(10)의 내부로 삽입되어 슬라이딩하게 된다.
이처럼, 상기 주름관 튜브(31)의 내부를 통과하는 상기 센서케이블(25)과 센서와이어(41)는, 상기 프로브(10)의 위치 변위시 상기 주름관 튜브(31)와 함께 길이가 신축되거나 휘어지게 된다.

상기 복수개 프로브(10)의 경사센서(20)를 통해 계측된 값과, 상기 길이측정 센서(40a)를 통해 계측된 값은 상기 센서케이블(25)을 통해 데이터로거(70)로 전송된다.

상기 데이터로거(70)는 수집된 계측 값을 메모리에 저장하고 동시에 서버로 전송하여 각 프로브(10)의 변위를 분석 및 계측하게 된다.

도 4 및 도 5에서는 상기 데이터로거(70)를 일예로 도시한 것이며, 데이터로거(70)의 설치 위치나 장소는 다양하게 변경가능하다.

한편, 상기에서는 복수개 프로브(10)의 경사센서(20)를 센서케이블(25)로 연결한 경우를 설명하였지만, 무선으로 연결하는 것도 가능하다.

상기한 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치(1)는, 도 4와 같은 터널(61)에 설치할 경우에는, 터널(61)의 내공측에 브라켓(50)을 통해 고정 설치하게 되며, 이때 복수개의 프로브(10)는 주름관 튜브(31)를 통해 서로 일정각도씩 꺽이면서 설치되게 된다.

도 5와 같은 사면(62)에 설치할 경우에는, 상기 복수개의 프로브(10)를 직선 형태로 설치하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치(1)의 작용을 설명하기로 한다.

상기 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치(1)는, 터널(61)이나 사면(62), 전단면 뿐만 아니라 연약지반이나 각종 구조물 등에 설치하여 변위를 계측할 수 있으며, 편의상 터널(61)의 내공에 설치되는 경우를 일예로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 복수개의 프로브(10)는 상기 주름관 튜브(31)를 통해 신축가능하게 연결되며, 이때 터널(61) 내공의 크기에 따라 상기 주름관 튜브(31)를 통해 연결되는 상기 프로브(10)의 개수를 정하게 된다. 물론, 상기 프로브(10)의 내부에는 경사센서(20)와 길이측정 센서(40a)가 설치된다.

이후, 상기 터널(61)의 내공측에 브라켓(50)을 설치하게 되는데, 상기 프로브(10)의 개수에 맞게 브라켓(50)을 일정간격 이격하여 설치하게 된다.

상기 브라켓(50)이 설치되고 나면, 상기 브라켓(50)에 복수개의 프로브(10)를 결합한다.

이때, 복수개의 프로브(10)는 각각 상기 터널(61)의 내공을 따라 일정각도씩 꺽이면서 설치되는데, 상기 주름관 튜브(31)에 의해 각 프로브(10)의 각도 조절이 용이하다.

상기와 같이 터널(61) 내공에 복수개 프로브(10)의 설치가 완료되면, 상기 프로브(10)에 설치된 경사센서(20)를 통해 X,Y,Z 3개축에 대한 변위를 측정하게 되고, 상기 길이측정 센서(40a)를 통해 각 프로브(10)간의 길이 변위를 측정하게 되며, 이렇게 측정된 값은 데이터로거(70)를 거쳐 서버로 전송되어 터널(61) 내공의 변위를 관리하여 시공시 또는 시공완료후 안정성을 확보하게 된다.

1: 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치
10: 프로브 20: 경사센서
25: 센서케이블 30: 연결수단
31: 주름관 튜브 35: 커플러
40: 길이변위 측정수단 40a: 길이측정 센서
41: 센서와이어 42: 슬라이드 가변저항
50: 브라켓 60: 설치 장소
70: 데이터로거

Claims

설치 장소(60)의 변위를 계측하기 위한 3차원 변위 계측장치에 있어서,
서로 일정간격 이격되며 각각의 내부에 경사센서(20)가 설치된 복수개의 프로브(10)와,
상기 복수개의 프로브(10)를 연결하는 연결수단(30)과,
상기 복수개의 프로브(10)에 설치되어 서로 이웃하는 프로브(10)간의 길이 변위를 측정하는 길이변위 측정수단(40)을 포함하여 이루어지고,
상기 연결수단(30)은, 상기 복수개의 프로브(10)를 신축 가능하게 연결하는 주름관 튜브(31)로 이루어져, 상기 복수개 프로브(10)간의 길이 변위시 신축되며,
상기 길이변위 측정수단(40)은, 일단부는 서로 이웃하는 프로브(10) 중 일측 프로브(10)에 고정되고 타단부는 타측 프로브(10)의 내부로 삽입되어 슬라이딩하는 센서와이어(41)와, 상기 타측 프로브(10)의 내부에 설치되어 상기 센서와이어(41) 타단부와 슬라이딩 가능하게 연결되며 상기 센서와이어(41) 타단부의 직선 슬라이딩에 의하여 저항값이 변화되는 슬라이드 가변저항(42)으로 구성된 길이측정 센서(40a)로 이루어지고,
상기 각 프로브(10)의 내부에 설치된 경사센서(20)는, 상기 주름관 튜브(31)의 내부를 통과하는 센서케이블(25)에 의해 서로 연결되며,
상기 센서와이어(41)는, 상기 주름관 튜브(31)의 내부를 통과하도록 설치되고,
상기 센서케이블(25)은, 상기 주름관 튜브(31)의 신축 가능한 최대길이 보다 길게 구성되며,
상기 주름관 튜브(31)의 내부를 통과하는 상기 센서케이블(25)과 센서와이어(41)는, 상기 프로브(10)의 위치 변위시 상기 주름관 튜브(31)와 함께 길이가 신축되거나 휘어지는 것을 특징으로 하는 길이 변위 측정이 가능한 3차원 변위 계측장치.
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