KR101821658B1 - 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템 및 이를 이용한 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 지중관로(2)를 따라 이동하며 적어도 2개 이상이 이동방향(3)을 따라서 직렬로 배열되는 몸체모듈(110) 및 두 개의 몸체모듈(110)사이에 구비됨으로써 두 개의 몸체모듈(110)이 각각 2차원회동할 수 있는 관절부(120)를 구비하는 측정센서부(100); 및 모니터링분석부(200);를 포함하며, 몸체모듈(110)은 이동방향(3)과 평행한 롤(roll)축(10)을 중심으로 하여 자유 회전함으로써 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하며 내부에 피치(pitch)각(21) 및 요(yaw) 회전각(31)을 포함하는 자세측정정보(113-1)를 생성하는 자세측정센서(113)를 구비한 롤(roll)수평유지회전부(111) 및 이동거리(112-1)를 측정하는 이동거리측정부(112)로 구성되어, 모니터링분석부(200)는 서로 다른 몸체모듈(110)에서 생성되는 자세측정정보(113-1)들과, 이동거리(112-1) 및, 자세측정센서(113)와 관절부(120) 사이의 이격거리(113-2)를 기반으로 하여 지중관로(2)의 수직 및 수평 곡률반경을 산출하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템에 관한 것이다.

Description

수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템 및 이를 이용한 측정방법{Measuring System and Method for Radious of Curvature of Underground Pipeline}

본 발명은 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롤축(10)-피치축(20)-요축(30)을 기준으로 각축의 회전각을 측정하는 3축 자이로 측정 시스템은, 지중관로(2)의 형상과 무관한 롤축(10)까지 측정하여 정보량이 많아지며, 고정된 기준면이 존재하지 않으면서 롤축(10)의 회전각 발생시 피치축(20)과 요축(30)의 회전각 측정에 오차를 발생시킴으로써 도통측정기의 이동에 따라 각 축의 회전각 측정값에 오차가 누적되어, 실제 지중관로(2)의 형상과 상이한 지중관로(2)의 형상정보를 산출하는 문제점을 해결하기 위한 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지중관로는 송, 배전 관로를 지중에 매설함으로써, 각종 사고와 같은 위험 상황 발생 요소가 현저히 줄어드는 긍정적인 장점 때문에, 신도시 설계 과정에서 함께 반영되며 기존 전력선의 지중화를 진행함으로써, 매년 수천Km에 달하는 지중 송, 배전선을 위한 지중관로 매설 수요가 증가하고 있다.

한편 지중관로를 매설한 후 상당기간이 지난후 관로에 송배전용 케이블을 입선하게 된다. 그러나, 자연적인 지반침하 현상이나 지면으로부터의 교통량등으로 인한 압력등으로 매설된 지중관로는 매설 직후부터 변형되기 시작한다.

따라서 지중관로 도통측정기를 이용하여 내부 직경과 곡률 반경 등을 비롯한 지중관로의 내부 상태를 확인하게 되며, 지중관로 도통 측정기에 장착되는 곡률 반경 측정기는 지상에서 확인할 수 없는 지중관로의 형태를 정확하게 측정하기 위한 것으로, 지하 지리정보를 구축하는데 필수적 장치이다.

한편, 지중관로 도통 측정기에 장착되는 종래의 곡률반경 측정기는 지중관로에 대하여 3차원 측정이 가능하도록 3축 자이로 센서를 사용하고 있다.

도 1a에는 종래의 지중관로 곡률반경 측정원리를 도시 하였으며, 도 1b에는 종래의 지중관로 곡률반경 측정방법에서의 오차발생 문제점을 도시하였다.

도 1a에 도시된 바와 같이 종래의 곡률반경 측정 원리는, 지중관로 도통측정기(10)의 이동방향(3)에 따라 롤축(roll axis, 10)과 피치축(pitch axis, 20) 및 요축(yaw axis, 30) 각각의 회전 각도를 측정하는 3축 자이로 센서를 사용함으로써, 지중관로의 형상을 수직, 수평 곡률 반경을 측정할 수 있다.

도 1a를 참조하면, 롤축(10)은 이동방향(3)과 동일한 동일한 방향의 축이기 때문에, 롤축(10)을 기준으로 하는 롤회전각도는 지중관로의 비틀림을 반영하는 것으로서, 일반인 지중관로가 원형이기 때문에, 측정의 필요성이 현저히 낮다.

그러나, 피치축(20)과 요축(30)을 기준으로 하는 회전 각도는 지중관로의 굴곡 형상을 반영한다.

도 1b를 참조하면, 롤축(10)을 중심으로 회전하는 롤회전각(11)이 발생하면, 요축(30)과 피치축(20)이 기울어짐으로써 요-틸트축과 피치-틸트축으로 변형된다.

한편, 자이로 또는 가속도 센서는 특정한 측정 오차를 가지면서 대상물의 자세 또는 이동 상태를 측정한다.

도 1b에서 확인할 수 있듯이, 롤회전각(11)이 발생할 때 그 측정값을 정확히 측정하고, 측정된 롤회전각(11)을 기반으로 하여 피치-틸트축 및 요-틸트축 각각의 회전각이 피치축(20) 및 요축(30)의 회전각으로 변환되어야 한다.

지중관로(2)의 형상은 수평면과 같은 고정된 면을 기준면으로 설정하고 지중관로(2)의 굴곡형상을 측정함으로써, 지중관로(2)의 정확한 형상정보를 확보할 수 있다.

그러나 도 1b에 도시된 바와 같이, 롤회전각(11)이 발생하면, 피치축(20) 및 요축(10)이 기울어지게 되는데, 전술한 바와 같이 모든 자이로 또는 가속도 센서는 특정한 측정오차를 가지므로 측정된 롤회전각(11)도 오차를 포함하게 된다.

즉, 피치축(30)과 피치-틸트축, 그리고 요축(30)과 요-틸트축 상호간의 각도 차이를 정확히 측정할 수 없게 되며, 피치축(30)과 피치-틸트축, 그리고 요축(30)과 요-틸트축 각각은 회전방향이 다르기 때문에, 앞서 설명한 바와 같은 수평면을 기준으로하는 지중관로(2)의 굴곡방향과 그 각도를 정확히 측정하지 못하는 문제가 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 종래의 지중관로 곡률반경측정 방법은, 롤축(10)-피치축(20)-요축(30)을 기준으로 각축의 회전각을 측정하는 3축 측정 시스템은, 지중관로(2)의 형상과 무관한 롤축(10)까지 측정하여 정보량이 많아지며, 고정된 기준면이 존재하지 않으면서 롤축(10)의 회전각 발생시 피치축(20)과 요축(30)의 회전각 측정에 오차를 발생시킴으로써 도통측정기의 이동에 따라 각 축의 회전각 측정값에 오차가 누적되어, 실제 지중관로(2)의 형상과 상이한 지중관로(2)의 형상정보를 산출하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개번호 제 10-2010-0096999 호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 롤(roll)회전에 따른 피치축(20)과 요축(30)의 기울어짐을 상쇄시키는 롤수평유지회전부(111) 및 수평방향을 기준으로 하는 중력기울기센서(21-1)를 이용함으로써, 롤(roll)회전에 따른 피치회전각(21) 및 요회전각(31)의 측정 오차를 최소화 할 수 있으며, 롤수평유지회전부(111) 및 중력기울기센서(21-1)를 이용한 수평감지 기능과, 지표면의 모든 물체에 작용되고 위치와 방향에 따른 함수인 전향력의 변화를 이용하여, 지중관로(2)가 수평 배열일 때 요회전각(31)을 진북(true north)를 포함하는 특정 방위각을 기준으로 초기화 할 수 있으며, 따라서 지중관로(2)의 수평 배열 방향을 감지함으로써, 피치회전각(21) 및 요회전각(31)을 모두 절대기준에 대비하여 나타낼 수 있으며, 그 오차를 최소화 할 수 있는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템 및 이를 이용한 측정방법을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로는, 지중관로(2)를 따라 이동하며 적어도 2개 이상이 이동방향(3)을 따라서 직렬로 배열되는 몸체모듈(110) 및 두 개의 몸체모듈(110)사이에 구비됨으로써 두 개의 몸체모듈(110)이 각각 2차원회동할 수 있는 관절부(120)를 구비하는 측정센서부(100); 및 모니터링분석부(200);를 포함하며, 몸체모듈(110)은 이동방향(3)과 평행한 롤(roll)축(10)을 중심으로 하여 자유 회전함으로써 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하며 내부에 피치(pitch)각(21) 및 요(yaw) 회전각(31)을 포함하는 자세측정정보(113-1)를 생성하는 자세측정센서(113)를 구비한 롤(roll)수평유지회전부(111) 및 이동거리(112-1)를 측정하는 이동거리측정부(112)로 구성되어, 모니터링분석부(200)는 서로 다른 몸체모듈(110)에서 생성되는 자세측정정보(113-1)들과, 이동거리(112-1) 및, 자세측정센서(113)와 관절부(120) 사이의 이격거리(113-2)를 기반으로 하여 지중관로(2)의 수직 및 수평 곡률반경을 산출하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템을 제공한다.

또한 일 실시예에서, 자세측정센서(113)는 피치(pitch) 축(20)을 중심으로 중력기울기를 측정하는 피치(pitch) 중력기울기센서(21-1)를 구비함으로써 피치(pitch) 회전각(21)을 측정하고, 피치회전각(21)이 0에 근사할때 요회전각(31)을 진북(true north)을 포함하는 특정한 방위각(azimuth)에 매칭하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템이 바람직하다.

또한 일 실시예에서, 몸체 모듈(110)은 그 중심에서부터 외측으로 확장됨으로써 지중관로(2)의 내벽에 밀착되어 몸체 모듈(110)과 지중관로 내벽의 유격을 최소화하는 확장밀착부(114)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템이 바람직하다.

또한 일 실시예에서, 모니터링분석부(200)는 자세측정정보(113-1)를 적분하여 누적자세측정정보(210-1) 및 몸체 모듈(100)의 초기자세정보(210-2)를 산출하는 자세정보모니터링유닛(210)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템이 가능하다.

또한 일 실시예에서, 관절부(120)는 내부에 스트레인게이지를 포함하는 선형센서(121)를 더 포함하여, 선형센서(212)는 인접하는 두 개의 몸체모듈(110)의 선형정보(121-1)를 생성하고, 자세정보모니터링유닛(210)은 누적자세측정정보(210-1) 및 선형정보(121-1)를 기반으로 하여 초기자세정보(210-2)를 산출하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템이 가능하다.

또한 일 실시예에서, 모니터링분석부(200)는 특정한 주기의 이동거리(112-1) 또는 특정한 주기의 측정시각(200-1)에 자세측정정보(113-1)와 누적자세측정정보(210-1) 및 초기자세정보(210-2)를 매칭하여 저장하는 저장유닛(220)를 더 구비하는 것을 특징을 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템이 바람직하다.

또한 일 실시예에서, 모니터링분석부(200)는, 두 개 이상의 서로 다른 몸체모듈(110)들로부터 각각 생성되어 이동거리(112-1)별 또는 측정시각(200-1)별로 구분되는 자세측정정보(113-1)와 누적자세측정정보(210-1) 및 초기자세정보(210-2)들의 평균값 또는 중간값 또는 최빈값을 포함하는 통계적 중심위치(230-1)를 산출하여 분석을 통하여 자세측정정보(113-1)를 보정하는 중심위치분석유닛(230)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템이 가능하다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 수단으로는, 작업자(1)는 적어도 2개 이상의 몸체모듈(110)이 직렬 배열되고, 두 개의 몸체모듈(110)사이에 구비됨으로써 두 개의 몸체모듈(110)이 각각 2차원회동할 수 있는 관절부(120)로 구성되어 지중관로(2)의 곡률반경을 측정하는 측정센서부(100)가 지중관로에 인입하는 단계; 측정센서부(100) 내부 또는 외부에 설치되는 측정센서이동부(300)가 측정센서부(100)를 지중관로(2)의 내부로 이동시키는 단계; 측정센서부(100)에 구비되는 롤(roll)수평유지회전부(111)가 측정센서부(100)의 이동방향(3)과 평행한 롤(roll)축(10)을 중심으로 하여 자유 회전함으로써 롤(roll)수평유지회전부(111)의 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하는 단계;롤(roll)수평유지회전부(111)내부에 구비되는 자세측정센서(113)가 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하는 상태에서 피치(pitch) 회전각(21) 및 요(yaw) 회전각(31)을 포함하는 자세측정정보(113-1)를 생성하는 단계; 자세측정센서(113)에 구비되어 피치(pitch) 축(20)을 중심으로 중력기울기를 측정하는 피치(pitch) 중력기울기센서(21-1)가 피치(pitch) 회전각(21)을 측정하는 단계; 몸체모듈(110)에 구비되는 이동거리측정부(112)가 몸체모듈(110)의 이동거리(112-1)를 측정하는 단계; 및 직렬로 연결되는 서로 다른 몸체모듈(110)에서 생성되는 자세측정정보(113-1) 와, 이동거리(112-1) 및, 자세측정센서(113)와 관절부(120) 사이의 이격거리(R)를 기반으로 하여 지중관로(1)의 수직 및 수평 곡률반경을 측정하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템을 이용한 측정방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 롤(roll)회전에 따른 피치축(20)과 요축(30)의 기울어짐을 상쇄시키는 롤수평유지회전부(111) 및 수평방향을 기준으로 하는 중력기울기센서(21-1)를 이용함으로써, 롤(roll)회전에 따른 피치회전각(21) 및 요회전각(31)의 측정 오차를 최소화 할 수 있으며, 롤수평유지회전부(111) 및 중력기울기센서(21-1)를 이용한 수평감지 기능과, 지표면의 모든 물체에 작용되고 위치와 방향에 따른 함수인 전향력의 변화를 이용하여, 지중관로(2)가 수평 배열일 때 요회전각(31)을 진북(true north)를 포함하는 특정 방위각을 기준으로 초기화 할 수 있으며, 따라서 지중관로(2)의 수평 배열 방향을 감지함으로써, 피치회전각(21) 및 요회전각(31)을 모두 절대기준에 대비하여 나타낼 수 있으며, 그 오차를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1a. 종래의 지중관로 곡률반경 측정원리.
도 1b. 종래의 지중관로 곡률반경 측정방법에서의 오차발생 문제점.
도 2. 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템에 적용되는 측정센서부의 측면도.
도 3. 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 측정원리를 도시한 개념도.
도 4a. 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 측정센서부가 곡률을 측정하는 작동 상태를 나타내는 평면도 또는 측면도.
도 4b 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 측정센서부에 구비된 확장밀착부의 동작 상태를 나타내는 측면도.
도 5. 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 작동 블럭도.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.\

( 제 1 ) 실시예의 구성

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템에 적용되는 측정센서부 측면도를 도시하였다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템에 적용되는 측정센서부(100)는, 몸체모듈(110)과 관절부(120)로 구성됨을 알 수 있다.

지중관로(2)를 따라 이동하는 몸체모듈(110)은 적어도 2개 이상이 이동방향(3)과 평행하게 직렬로 배열되며, 그 내부에 롤수평유지회전부(111)를 포함할 수 있으며, 서로 인접한 몸체모듈(110)은 2차원회동할 수 있는 관절부(120)로 연결될 수 있다.

롤수평유지회전부(111)는 이동방향(3)과 평행한 롤(roll)축(10)을 중심으로 하여 자유 회전함으로써 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하며, 그 내부에 피치(pitch) 회전각(21) 및 요(yaw)회전각(31)을 포함하는 자세측정정보(113-1, 미도시)를 및 생성하는 자세측정센서(113)를 구비할 수 있다.

자세측정센서(113)는 피치회전각(21)을 측정하는 피치회전각센서(21-0, 미도시)와 요회전각(31)을 측정하는 요회전각센서(31-0, 미도시)를 포함할 수 있다.

피치회전각센서(21-0)와 요회전각센서(31-0)는 각각 1축 자이로 일 수 있으며, 또한, 도 2를 참조하면, 몸체모듈(110)은 그 중심에서부터 외측으로 확장됨으로써 지중관로(2)의 내벽에 밀착됨으로써, 몸체모듈(110)과 지중관로(2) 내벽 사이의 유격을 최소화하는 확장밀착부(114)를 더 구비할 수 있다.

또한, 몸체모듈(110)은 이동거리(112-1, 미도시)를 측정하는 이동거리측정부(112, 미도시)를 더 포함할 수 있다.

롤수평유지회전부(111) 내부에 구비되는 자세측정센서(113)과 관절부(120) 사이의 이격거리(113-2)은 각각의 몸체모듈(110)에서 서로 다를 수 있다.

요축(30)을 회전 중심으로하고 요축(30)과 수직하는 회전면은 연직방향에 수직이며 수평면과 평행을 이루며, 피치축(20)을 회전 중심으로 하고 피치축(20)과 수직하는 회전면은 연직방향과 평행이며 수평면과 직교한다. 또한, 롤축(10)을 기준으로 자유 회전하는 롤수평유지회전부(111)는 그 내부에 롤회전각(11)을 측정할 수 있는 회전각 측정 센서를 더 구비할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 곡률반경 측정시스템의 자세측정센서(113)는 피치축(20)과 요축(30)을 회전중심으로 하는 1축자이로 센서를 구비함으로써, 피치회전각(21)과 요회전각(31)을 측정할 수 있다.

이때 중력기울기센서(21-1)를 피치회전각센서(21-0)로 이용함으로써 피치회전각(21)을 측정할 수 있다. 중력 기울기센서(21-1)는 중력에 의한 연직방향을 기준으로 하여 피치회전각(21)을 측정한다. 중력에 의한 연직방향은 지중관로(2)의 형상이나 위치에 상관없이 동일하므로, 중력기울기센서(21-1)를 이용하여 피치회전각(21) 측정하면, 측정된 피치회전각(21)의 측정오차가 누적되지 않는다.

또한 롤수평유지회전부(111)는 피치축(20)이 항상 수평을 유지함으로써, 롤수평유지회전부(111) 내부에 구비되는 중력기울기센서(21-1)에 의해 측정되는 피치회전각(21)은 지중관로(2)의 롤축(20)의 롤회전각(11)의 변화에 무관하다.

( 제 1 ) 실시예의 동작

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 측정원리를 도시한 개념도를 도시하였다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 롤수평유지회전부(111)의 요축과 피치축은 몸체모듈(110)의 롤회전각(11)과 무관하게 일정하다.

즉, 몸체모듈(110)이 롤축(10)을 기준으로 회전하는 경우에도, 롤수평유지회전부(111)의 요축은 수평면과 항상 수직이며, 피치축은 수평면과 항상 평행하다.

앞서 언급한 바와 같이 롤축(10)을 회전 중심으로 하는 롤회전각(11)은 몸체모듈(110)을 포함하는 측정센서부(100)가 도통하는 지중관로(2)의 3차원 형상과 직접적인 관련이 없으므로, 롤축(10)에 무관하게 동일한 피치축(20)이 정렬되는 롤수평유지회전부(111)를 적용하고 그 내부에 피치회전각(21) 및 요회전각(31)을 측정하는 자세측정센서(113)을 배치함으로써, 피치회전각(21) 및 요회전각(31)의 측정에서 롤회전각(11)에 의한 영향을 소멸시킨다.

또한, 중력기울기 센서를 적용한 피치중력기울기센서(21-1)를 피치각(21)측정에 사용함으로써, 피치회전각(21)은 지중관로(2)의 매설 장소 시간 및 지중관로(2)의 형상에 상관없이 항상 동일한 연직하방 또는 수평면이 그 기준이 되며, 따라서 긴 길이의 지중관로(2)를 도통하여 곡률반경을 연속적으로 측정할 때, 오차가 누적이 최소화될 수 없다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 지중관로 곡률반경 측정 시스템은 롤수평유지회전체(111)를 이용함으로써, 불필요한 롤회전각(11)을 사용하지 않을 수 있으며, 피치회전각(21) 및 요회전각(31) 측정의 오차를 최소화할 수 있으며, 측정도중 피치회전각(21)이 수평에 근사할 때, 피치축(20) 및 요축(30)을 보정하거나 초기화 할 수 있는 장점이 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 측정센서부가 곡률을 측정하는 작동 상태를 나타내는 측면도 또는 평면도이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 측정센서부(100)에 구비된 확장밀착부의 동작 상태를 나타내는 측면도이다.

도 4a를 참조하면, 측정센서부(100)가 지중관로(2)에 인입되어 이동하는 중에 굴곡된 지중관로(2)를 통과할때 몸체모듈(110-1, 110-2) 각각의 롤축(10-1, 10-2)는 꺽임각(113-3)을 이룰 수 있다.

도 4a에 도시된 지중관로(2)의 굴곡 방향이 요축(30)을 회전 중심으로 하는 경우에 꺽임각(113-3)은, 자세측정센서(113-1)에 구비된 요회전각센서(31-0)에서 측정되는 몸체모듈(110-1)의 요회전각(31)과 이격거리(113-2-1) 및 몸체모듈(110-1, 110-2)의 이동거리(112-1, 미도시)를 기반으로 하여 산출될 수 있다.

또한, 도 4a에 도시된 이격거리(113-2-1, 113-2-2)는 서로 상이할 수 있다. 일반적인 1축자이로 센서는 특정한 축을 중심으로 하는 각속도를 측정하는데, 회전중심이 되는 축으로부터의 이격 거리에 상관없이 각속도는 동일하다.

따라서 몸체모듈(110-1)의 회전 운동의 중심축이되는 골절부(120)와 요회전각센서(31-0)가 구비된 자세측정센서(113) 사이의 이격거리(113-2-1)에 무관하게 요회전각센서(31-0)의 측정값은 동일할 수 있다.

그러나, 특정한 분해능(resolving power) 또는 측정오차(error)를 갖는 요회전각센서(31-0)를 서로 다른 이격거리(113-2)에 위치시켜서 동일한 요회전각(31)을 측정하면, 이격거리(113-2)가 긴 경우에, 측정오차가 감소할 수 있다.

즉, 회전각과 회전시간은 이격거리(113-2)에 무관하기 때문에 이격거리(113-2)에 따른 회전각속도는 동일하지만, 회전반경에 따른 원호상 이동거리는 이격거리(113-2)에 비례하므로, 원호상 이동 속력은 이격거리(113-2)에 비례하여 증가한다.

그러므로 이격거리(113-2)가 짧으면, 낮은 이동속도를 세밀하게 감지하여야 하기 때문에, 요회전각센서(31-0)의 측정 정확도가 낮을 경우에는 이격거리(113-2)를 길게하여 자세측정센서(113)을 배치함으로써, 그 측정 오차를 최소화 할 수 있다.

또한, 롤수평유지회전부(111) 내부에 자세측정센서(113)가 구비되고, 앞서 설명한 바와 같이 롤수평유지회전부(111)는 롤축(10)을 회전중심으로 하여 무부하 자유회전할 수 있음으로써, 피치축(20)은 항상 수평면과 평행하게 배열될 수 있다.

따라서 몸체모듈(110)이 롤축(10)을 회전중심으로 하여 회전하더라도, 요회전각센서(31-0)는 항상 연직상하방과 평행 상태를 유지하면서 요회전각(31)을 측정할 수 있다.

도 4a에 도시된 굴곡 방향이 피치축(20)을 회전 중심으로 하는 경우에 꺽임각(113-3)은, 자세측정센서(113-1)에 구비된 피치회전각센서(21-0)에서 측정되는 몸체모듈(1101-1)의 피치회전각(31)과 이격거리(113-2-1) 및 몸체모듈(110-1, 110-2)의 이동거리(112-1, 미도시)를 기반으로 하여 산출될 수 있다.

피치회전각센서(21-0)의 측정 오차 및 롤수평유지회전부에 의한 피치회전각센서(21-0)의 수평유지 현상은, 전술한 요회전각센서(31-0)의 작동과 동일하므로 생략한다.

한편 피치회전각센서(21-0)는 통상적인 1축 자이로 센서와, 중력기울기센서(21-1)를 모두 이용할 수 있다. 특히 기울기 센서 또는 수평센서 또는 중력센서로 지칭될 수 있는 중력기울기센서(21-1)는, 몸체모듈(110)의 피치축(20)을 회전중심으로 하는 피치회전각(31)을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 절대기준이라고 할 수 있는 지구중력에 의한 수평면을 기준으로 하여 피치회전각(31)을 측정할 수 있다.

따라서, 이렇게 특정된 피치회전각(31)은 항상 절대기준인 수평면을 기준으로 하여 측정되기 때문에, 그 오차 범위가 항상 동일하다.

일반적인 각속도를 측정하는 1축자이로는, 각속도 측정의 절대 기준이 없으며, 항상 "현재 상태(방위)"를 기준으로한 상대방위 또는 회전갓은 측정할 수 있으나 방위각(azimuth)은 측정할 수 없다.

1축 자이로의 측정원리는, 회전하지 않는 t=0일때 정지상태에서 회전토크가 발생하면 t=0일의 정지상태를 "현재상태"로 간주하여 각속도를 측정함으로써 회전각을 측정할 수 있다. 이때 회전토크가 소멸하고 특정한 시간이 흐른 후 t=t의 임의의 시간의 정지상태가 t=0일때의 정지상태와 상이하더라도, 1축 자이로는 t=t일때의 정지상태를 다시 "현재상태"로 인식하여 각속도를 측정한다.

즉, 일반적인 1축 자이로는 정지관성과 운동관성의 차이을 이용하는 것으로서, 임의의 시각에 감지되는 정지상태를 모두 "현재상태"로 인식하고, 매 "현재상태"를 기준으로 하여 회전각을 측정하게 된다.

이와 같이, 1축 자이로는 방향에 대한 절대기준이 없기 때문에, "현재상태"를 인식한 시점부터 측정횟수가 증가함에 따라서, 측정오차가 누적되는 문제가 발생하며 이러한 문제를 최소화 하기 위해서는, 1축 자이로의 "현재 상태(방위)"를 절대적인 특정한 방위각에 대해 지속적으로 초기화 하는 것이다.

한편, 지표상의 모든 물체는 지구자전에 의해 발생하는 코리올리의 전향력(Coriolis Force)가 작용한다. 즉, 지구 자전에 의해 지표면의 모든 물체는 등속회전운동 상태에 있으며, 이러한 상태는 물체 위치와 이동방향의 함수임이 이미 알려져 있다.

따라서 전향력은 물체의 이동 방향과 위치에 따라 달라지게 되는데, 중력방향과 직각인 수평 방향으로의 운동 상태와 연직방향 운동 상태 및 수평면에서의 이동 방위에 따른 함수로 표시될 수 있다.

즉, 물체의 이동 방향이 수평면에 평행인지 아니면 연직방향인지를 구분할 수 있으며 물체의 이동 방향이 수평면에 평행인 상태에서 앞서 설명한 전향력을 이용하면 물체의 이동 방향을 진북(true north)을 기준으로 표시할 수 있다.

도 3 내지 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지중관로 곡률반경 측정시스템은, 롤축(10)을 회전중심으로 무부하 자유회전하는 롤수평유지회전부(111)를 구비함으로써, 롤회전각(11) 발생 상황으로부터 피치축(20) 및 요축(30)을 격리시킨다.

또한 피치회전각측정기(21-0)를 측정조건에 상관없이 지표상에서는 절대적 기준이 될 수 있는 중력기울기센서(21-1)를 이용함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 자세측정센서(113)는 지중관로(2)가 수평으로 배치되어있는지 또는 수평방향과 특정한 각도를 이루어 기울어져 있는지 감지할 수 있다.

만약, 피치회전각(21)이 0도로 측정된다면, 그 시점에서 몸체모듈(110)은 수평을 유지하고 있다는 것을 의미하며, 이때 몸체모듈(110)이 이동하면서 요회전각센서(31-0)에서 측정되는 전향력 성분을 측정하면, 몸체모듈(110)의 이동 방향에 대한 정보 산출이 가능해진다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템에서 중력기울기센서(21-1)을 이용하여 피치회전각(21)을 측정하게 되면, 롤(roll)회전에 따른 피치축(20) 및 요축(30)의 기울어짐을 상쇄시키는 롤수평유지회전부(111) 및 수평방향을 기준으로 하는 중력기울기센서(21-1)를 이용함으로써, 롤(roll)회전에 따른 피치회전각(21) 및 요회전각(31)의 측정 오차를 최소화 할 수 있다.

또한, 롤수평유지회전부(111) 및 중력기울기센서(21-1)를 이용한 수평감지 기능과, 지표면의 모든 물체에 작용되고 위치와 방향에 따른 함수인 전향력의 변화를 이용하여, 지중관로(2)가 수평 배열일 때 요회전각(31)을 진북(true north)를 포함하는 특정 방위각을 기준으로 초기화 할 수 있으며, 따라서 지중관로(2)의 수평 배열 방향을 감지함으로써, 피치회전각(21) 및 요회전각(31)을 모두 절대기준에 대비하여 나타낼 수 있으며, 그 오차를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

도 1a 내지 도 1b에서 설명한 바와 같이, 3축자이로를 이용하는 종래의 지중관로(2) 곡률반경 측정방법에서는, 지중관로(2)가 일반적으로 원형이며 도통측정기 내부에 별도의 수평유지 장치를 구비하지 않는 경우에, 도통측정기가 지중관로(2) 내부를 이동할 때 롤축(10)을 중심으로 하여 회전할 수 있다.

롤회전각(11)이 발생하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 피치축(20)과 요축(30)이 기울어진 피치-틸트축과 요축-틸트축으로 배열된다. 피치-틸트축과 요-틸트축 각각을 회전 중심으로 하는 토크 벡터와 피치축(20)과 요축(30) 각각을 회전 중심으로 하는 토크 벡터(torque vector)는 방향이 다르다.

따라서, 도통측정기 또는 측정센서부(100)가 특정한 방향으로 굴곡되는 지중관로(2)의 관통할 때, 피치-틸트축과 피치축(20)에서 측정되는 회전각은 서로 상이하며, 요-틸트축과 요축(30)에서 측정되는 회전각도 서로 상이하다.

결국, 롤축(10)에서 롤회전각(11)이 발생하면, 이로 인한 피치축의 기울어짐 정도를 정확히 보정해 주어야 한다.

그러나 3축자이로 시스템에서 각축은 각각의 허용오차 범위내에서 각속도를 측정하게 되는데, 롤회전각(11)에서도 오차가 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 절대적 기준이 없다.

그러므로, 지중관로(2)의 측정길이가 길어지고 롤회전각(11)이 연속적으로 발생하게되면, 그 오차가 누적되기 때문에, 피치-?K트축과 요-틸트축 각각을 피치축(20)과 요축(30)으로 보정하는 것은 불가능하며, 이러한 원인으로 인해서 3축 자이로 시스템을 이용한 종래의 곡률반경 측정기는, 현실적으로 적용되기 어려운 문제가 있었다.

절대적 방위각 기준을 사용하지 않은 1축 자이로를 이용한 자세 제어 방법에서, 측정되는 회전각 또는 상대방위각을 적분함으로써 최초 방위에 기준한 현재 방위를 산출할 수 수 있다.

그러나 앞서 설명한 바와 같이 3축 자이로 센서를 이용한 종래의 지중관로(2) 측정반경 측정 방법에서는, 롤축(10), 피치축(20), 요축(30)의 3축의 회전축이 도통측정기의 자세와 고정되어있다.

즉, 하나의 회전축에 측정 오차가 발생하면, 다른 회전축을 중심으로 한 회전각 측정에 오차가 누적되기 때문에, 지중관로의 특정 굴곡 지점에서의 곡률반경 측정은 가능할 수 있으나, 측정되는 지중관로(2)의 길이가 길어지면, 지중관로(2)의 배열 방위 측정에 오차가 누적되며, 모든 굴곡 구조의 굴곡 방향등을 포함하는 지중관로의 형상 정보는 큰 오차를 포함할 수 있다.

도 4b 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 측정센서부에 구비된 확장밀착부의 동작 상태를 나타내는 측면도.

도 4b를 참조하면, 몸체모듈(110)에 구비된 확장밀착부(114)는 다양한 내경을 갖는 지중관로(2)에서, 몸체모듈(110) 외경과 지중관로(2) 내경의 유격을 최소화 할 수 있도록 확장 수축 가능한 구조를 갖는다.

몸체모듈(110) 외경과 지중관로(2) 내경 사이에 유격이 형성되면, 선형이며 굴곡형상이 형성되지 않은 지중관로(2)에서도, 피치회전각(21) 및 요회전각(31)이 매우 빈번하고 불규칙하게 발생할 수 있다.

피치회전각센서(21-0) 및 요회전각센서(31-0)을 통하여 몸테모듈(110) 외경과 지중관로(2) 내경 사이에 유격에 의한 각각의 회전각을 측정할 수 있으나, 이러한 불규칙하고 빈번한 회전각 변화는, 센서 고유의 측정오차와 병합됨으로써, 측정 결과에 오차를 증가 시킬 수 있다.

확장밀착부(114)는 이와 같은 측정오차를 최소화 함으로써, 측정된 곡률 반경 측정정보의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템의 작동 블럭도를 도시 하였다.

도 5를 참조하면, 측정센서부(100)는 측정센서이동유닛(300)으로부터 이동동력을 상호 전달함으로써 지중관로(2)를 이동할 수 있음을 확인할 수 있다.

측정센서부(100)의 이동 거리(121-1)는 곡률반경을 산출하기 위해 필수적 요소일 뿐만 아니라, 자세측정정보(113)의 피치회전각(21) 및 요회전각(31)과 마찬가지로 정확한 측정이 필요한 요소이다.

측정센서부(100) 또는 몸체모듈(110)이 이동하기 위해서는 동력원과 이동에 필요한 장치를 구비할 수도 있으며, 측정센서부(100)외 분리된 측정성센서이동유닛(300)을 사용할 수 도 있다.

즉, 측정센서부(100) 및 측정센서이동유닛(300)에 권취기를 구비하고, 측정센서이동유닛(300)은 권취기를 구비하여, 각각의 권취기를 작동함에 따라서 측정센서부(100)의 전후 이동을 제어할 수 있다.

이동거리(113-1)측정 방법은, 권취되는 권치선으 이동에 따라서 회전하는 권취롤러를 측정센서부(100)에 구비하고 권취롤러의 회전수를 측정함으로써, 이동거리(113-1)를 측정할 수 있다.

하지만 권취선은 지중관로(2)의 굴곡지점에서 굴곡방향의 내측면에 접함으로써, 길이측정에 오차가 발생할 가능성이 있다. 또한 특히 굴곡지점에서 발생하는 길이 오차는 곡률반경 산출 결과에도 영향을 미칠 수 있다.

이동거리 측정 방법의 다른 하나는, 측정센서부(100)에 지중관로(2)의 내경에 밀착하여 측정센서부(100)의 이동에 따라 회전하는 이동바퀴를 구비하고, 이동바퀴의 회전수를 측정하는 이동바퀴 회전수 측정기를 장착할 수 있다.

실제 측정센서부(100)가 이동했을 때만 이동바퀴가 회전하며,특히 이동바퀴를 복수개 장착함으로써, 특히 지중관로(2)가 굴곡진 부분에서는 이동거리 측정의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면 곡률반경을 산출하는 모니터링 분석부(200)는 서로 다른 상기 몸체모듈(110)에서 생성되는 자세측정정보(113-1)들과, 이동거리(112-1) 및, 자세측정센서(113)와 관절부(120) 사이의 이격거리(113-2)를 기반으로 하여 지중관로(2)의 수직 및 수평 곡률반경을 산출하는 것을 확인할 수 있다.

변형 실시예의 동작

앞서 설명한 바와 같이 피치회전각센서(21-0) 및 요회전각센서(31-0)에 사용될 수 있는 일반적인 1축 자이로는 각속도 측정기로서 상대적인 회전각을 측정할 수 있으나, 방위각은 측정할 수 없다.

도 5를 참조하면, 이러한 문제를 해결하기 위하여 피치회전각(21) 및 요회전각(31)을 누적한 누적자세측정정보(210-1)를 생성함으로써 초기 자세 정보(210-2)를 생성할 수 있다. 이렇게 산출된 초기 자세 정보(210-2)를 기준으로 하여 피치회전각(21) 및 요회전각(31)을 정렬함으로써, 절대적 기준이 설정할 수 없는 1축 자이로의 측정 결과를 간접적으로 초기화 할 수 있다.

또한 앞서 설명한 바와 같이 중력기울기센서를 사용하게 되면, 피치회전각(21) 및 요회전각(31)을 각각 초기화 할 수 있다.

즉, 중력기울기센서(21-1)에서 측정된 기울기 값은 항상 연직하방 또는 중력 방향을 기준으로 함으로써, 초기 자세 정보를 산출할 필요 없이 항상 절대적 기울기를 산출할 수 있다.

또한 피치회전각(21)에서 수평 상태를 감지하고, 이때 지구 자전에 의한 전향력을 기반으로 하여, 요회전각센서(31-0)에서 측정된 요회전각(31)을 진북, 진남과 같은 방위각에 매칭함으로써, 마찬가지로 초기 자세 정보(210)에 상관없이, 지중관로(2)의 이동 방향을 확인할 수 있다.

또한, 인접하는 몸체모듈(110)과 그 사이에 위치하는 관절부(120)에 선형 센서를 설치하여 인접하는 서로 다른 몸체모듈(110)의 선형성을 측정할 수 있다. 인접하는 두 몸체모듈(110)의 선형성은 꺽임각(113-3)의 발생 시점을 확인함과 동시에, 측정센서부(100)가 지중관로(2)의 굴곡지점을 통과하는지 여부를 함으로써, 곡률반경 산출의 보조자료로 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10. 롤축 11. 롤회전각
20. 피치축 21. 피치회전각 21-0 피치회전각센서 21-1 중력기울기센서.
30. 요축 31. 요회전각 31-0. 요회전각센서
100. 측정센서부
110. 몸체모듈
111. 롤수평유지회전부
112. 이동거리측정부
112-1. 이동거리
113. 자세측정센서
113-1. 자세측정정보 113-2. 이격거리 113-3 꺽임각
114. 확장밀착부.
120. 관절부.
121. 선형센서
200. 모니터링 분석부.
210. 자세정보모니터링유닛
210-1. 누적자세측정정보 210-2. 초기자세정보
220. 저장유닛
230 중심위치분석유닛
300. 측정센서 이동유닛.

Claims (8)

1. 지중관로(2)를 따라 이동하며 적어도 2개 이상이 이동방향(3)을 따라서 직렬로 배열되는 몸체모듈(110) 및 두 개의 상기 몸체모듈(110)사이에 구비됨으로써 상기 두 개의 몸체모듈(110)이 각각 2차원회동할 수 있는 관절부(120)를 구비하는 측정센서부(100); 및
   모니터링분석부(200);를 포함하며,
   상기 몸체모듈(110)은 상기 이동방향(3)과 평행한 롤(roll)축(10)을 중심으로 하여 자유 회전함으로써 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하며 내부에 피치(pitch)회전각(21) 및 요(yaw) 회전각(31)을 포함하는 자세측정정보(113-1)를 생성하는 자세측정센서(113)를 구비한 롤(roll)수평유지회전부(111) 및 이동거리(112-1)를 측정하는 이동거리측정부(112)로 구성되어,
   상기 모니터링분석부(200)는 서로 다른 상기 몸체모듈(110)에서 생성되는 상기 자세측정정보(113-1)들과, 상기 이동거리(112-1) 및, 상기 자세측정센서(113)와 상기 관절부(120) 사이의 이격거리(113-2)를 기반으로 하여 상기 지중관로(2)의 수직 및 수평 곡률반경을 산출하며,
   상기 자세측정센서(113)는 피치(pitch) 축(20)을 중심으로 중력기울기를 측정하는 피치(pitch) 중력기울기센서(21-1)를 구비함으로써 상기 피치(pitch) 회전각(21)을 측정하고, 상기 피치회전각(21)이 0에 근사할 때 상기 요회전각(31)을 진북(true north)을 포함하는 특정한 방위각(azimuth)에 매칭하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템.
   
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3. 제1항에 있어서,
   상기 몸체 모듈(110)은 그 중심에서부터 외측으로 확장됨으로써 상기 지중관로(2)의 내벽에 밀착되어 상기 몸체 모듈(110)과 상기 지중관로 내벽의 유격을 최소화하는 확장밀착부(114)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 모니터링분석부(200)는 상기 자세측정정보(113-1)를 적분하여 누적자세측정정보(210-1) 및 상기 몸체 모듈(110)의 초기자세정보(210-2)를 산출하는 자세정보모니터링유닛(210)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 관절부(120)는 내부에 스트레인게이지를 포함하는 선형센서(121)를 더 포함하여,
   상기 선형센서(121)는 인접하는 두 개의 상기 몸체모듈(110)의 선형정보(121-1)를 생성하고,
   상기 자세정보모니터링유닛(210)은 상기 누적자세측정정보(210-1) 및 상기 선형정보(121-1)를 기반으로 하여 상기 초기자세정보(210-2)를 산출하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 모니터링분석부(200)는 특정한 주기의 상기 이동거리(112-1) 또는 특정한 주기의 측정시각(200-1)에 상기 자세측정정보(113-1)와 상기 누적자세측정정보(210-1) 및 상기 초기자세정보(210-2)를 매칭하여 저장하는 저장유닛(220)를 더 구비하는 것을 특징을 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 모니터링분석부(200)는, 상기 두 개 이상의 서로 다른 몸체모듈(110)들로부터 각각 생성되어 상기 이동거리(112-1)별 또는 상기 측정시각(200-1)별로 구분되는 상기 자세측정정보(113-1)와 상기 누적자세측정정보(210-1) 및 상기 초기자세정보(210-2)들의 평균값 또는 중간값 또는 최빈값을 포함하는 통계적 중심위치(230-1)를 산출하여 분석을 통하여 상기 자세측정정보(113-1)를 보정하는 중심위치분석유닛(230)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템.
8. 제1항에 따른 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템을 이용한 측정방법에 있어서,
   작업자(1)는 적어도 2개 이상의 몸체모듈(110)이 직렬 배열되고, 상기 두 개의 몸체모듈(110)사이에 구비됨으로써 상기 두 개의 몸체모듈(110)이 각각 2차원회동할 수 있는 관절부(120)로 구성되어 지중관로(2)의 곡률반경을 측정하는 측정센서부(100)가 상기 지중관로에 인입하는 단계;
   상기 측정센서부(100) 내부 또는 외부에 설치되는 측정센서이동부(300)가 상기 측정센서부(100)를 상기 지중관로(2)의 내부로 이동시키는 단계;
   상기 측정센서부(100)에 구비되는 롤(roll)수평유지회전부(111)가 상기 측정센서부(100)의 이동방향(3)과 평행한 롤(roll)축(10)을 중심으로 하여 자유 회전함으로써 상기 롤(roll)수평유지회전부(111)의 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하는 단계;
   상기 롤(roll)수평유지회전부(111)내부에 구비되는 자세측정센서(113)가 상기 피치(pitch)축(20)이 항상 수평을 유지하는 상태에서 피치(pitch) 회전각(21) 및 요(yaw) 회전각(31)을 포함하는 자세측정정보(113-1)를 생성하는 단계;
   상기 자세측정센서(113)에 구비되어 상기 피치(pitch) 축(20)을 중심으로 중력기울기를 측정하는 피치(pitch) 중력기울기센서(21-1)가 상기 피치(pitch) 회전각(21)을 측정하는 단계;
   상기 몸체모듈(110)에 구비되는 이동거리측정부(112)가 상기 몸체모듈(110)의 이동거리(112-1)를 측정하는 단계;
   직렬로 연결되는 서로 다른 상기 몸체모듈(110)에서 생성되는 상기 자세측정정보(113-1) 와, 상기 이동거리(112-1) 및, 상기 자세측정센서(113)와 상기 관절부(120) 사이의 이격거리(R)를 기반으로 하여 상기 지중관로(2)의 수직 및 수평 곡률반경을 측정하는 단계;
   상기 자세측정센서(113)에 구비되어 피치(pitch) 축(20)을 중심으로 중력기울기를 측정하는 피치(pitch) 중력기울기센서(21-1)가 상기 피치(pitch) 회전각(21)을 측정하는 단계; 및
   상기 피치회전각(21)이 0에 근사할때 상기 요회전각(31)을 진북(true north)을 포함하는 특정한 방위각(azimuth)에 매칭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평유지회전부 및 중력 기울기 센서를 이용한 지중관로 곡률반경 측정시스템을 이용한 측정방법.

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