KR101927807B1 - 2차원 사면 변형 감시장치 - Google Patents

2차원 사면 변형 감시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101927807B1
KR101927807B1 KR1020180072214A KR20180072214A KR101927807B1 KR 101927807 B1 KR101927807 B1 KR 101927807B1 KR 1020180072214 A KR1020180072214 A KR 1020180072214A KR 20180072214 A KR20180072214 A KR 20180072214A KR 101927807 B1 KR101927807 B1 KR 101927807B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
tension wire
tension
displacement
optical
Prior art date
Application number
KR1020180072214A
Other languages
English (en)
Inventor
배일호
배윤
배현명
배영윤
Original Assignee
배일호
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 배일호 filed Critical 배일호
Priority to KR1020180072214A priority Critical patent/KR101927807B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101927807B1 publication Critical patent/KR101927807B1/ko

Links

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
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/20—Securing of slopes or inclines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D1/00—Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application
    • G01D1/18—Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application with arrangements for signalling that a predetermined value of an unspecified parameter has been exceeded
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 2차원 사면 변형 감시장치에 관한 것으로, 감시 대상면에 하나의 라인을 이루면서 지그재그로 배열되는 텐션 와이어와, 상기 텐션 와이어의 길이 방향측 양단에 연결되어 설정된 인장력을 작용시키며, 상기 텐션 와이어의 장력 변화에 따른 변위를 감지하는 감지유닛 및, 상기 감지유닛으로부터 전달되는 변위 감지신호를 이용해 상기 감지 대상면의 변위값을 산출하는 측정유닛을 포함한다.

Description

2차원 사면 변형 감시장치{2-D AVALANCHE DETECTION APPARATUS}
본 발명은 2차원 사면 변형 감시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감시 대상면(절개사면, 댐, 옹벽 등)의 미세변형을 실시간으로 무인 계측할 수 있고, 위험 상황 발생시 자동으로 경보할 수 있어, 평상시 사면의 안정성을 편리하게 점검할 수 있으며, 비상시 즉각 대응하여 피해를 최소화할 수 있는 2차원 사면 변형 감시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 절개사면, 댐, 옹벽 등과 같은 거대 사면은 우천시 혹은 해빙기 언제 붕괴될 지, 낙석이 발생할지 그 불안감을 충분히 해소할 만한 마땅한 수단이 없는 실정이다.
종래에는, 위험 지점에 기계식 변위계/경사계를 설치한 후 관리자가 수시로 설치 현장에 나가서 그 눈금을 읽는 방식을 사용한다.
즉, 종래에는 이와 같은 매뉴얼 점검방식에 의존하다가 그 불편함을 개선하기 위하여 스트레인 게이지, GPS, 전기식 경사계, 가속도계 혹은 CCTV 카메라(camera) 등을 설치하고, 무선통신 네트워크를 구축하여 상황실에서 관측하는 방식 등을 사용한다.
이처럼, 종래에는 전기식 상시 계측방식으로 전환하는 추세에 있으나, 설치 가능한 계측점의 수효가 제한적이고, 현장에서의 전원공급 문제가 있으며, 낙뢰, 우천, 강설, 혹한 등과 같은 악천후 상황과 잡목 등이 있는 주변환경과 차폐지형의 영향으로 오작동이 발생하거나 사용이 제한되었다.
특히, GPS 방식의 경우 타 방식에 비하여 넓은 면적의 사면을 편리하게 감시할 수 있는 장점은 있으나, 오차가 수 m에 달하므로 안정성을 확인하기 위하여 요구되는 미세변형(약 1mm)을 탐지하기에는 크게 미흡하므로, 실제 거대 산사태 등이 발행하는 싯점이 아닌 평상시 미세 변형을 감시하는데 어려움이 있었다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0943166호(등록일: 2010년 02월 11일)에서 절토 사면 내 암반의 과다한 거동을 계측하기 위한 광섬유 변위계 및 이를 이용한 사면 안전 감시 시스템이 개시되었다.
선행 문헌에서 대략 1m 정도로 짧은 구간마다 텐션 와이어(Tension Wire)와 광섬유변위센서로 감지단위구간을 설정하고 연속적인 선형으로, 즉 1차원으로 배치해야 되므로, 텐션 와이어를 2차원을 배치하는 본 발명과는 그 구성에서 근본적으로 차이가 있고 효과에서도 본 발명에 미치지는 못한다.
예로서 10m x 10m 크기의 사면면적을 감시하기 위해서는 선행 문헌에서는 광케이블 100m, 광섬유변위센서 100개가 소요되나 본 발명의 사면 변형 감시장치를 사용시에는 광케이블 10m, 광섬유변위센서 1개만 소요되는 것으로 추산되어 그 개선 효과가 막대함을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 감시 대상면에 설치된 텐션 와이어와 광케이블을 이용한 감지유닛을 이용해 감시 대상면의 변위를 감지함으로써, 감시 대상면의 면적과 형태 등에 크게 구애 받지 않고 설치할 수 있고, 악천후나 주변환경과 지형적인 제약 없이 미세한 변형(약 1mm)을 원격지에서 실시간으로 모니터링할 수 있어 종래의 각종 사면계측방식의 한계를 극복할 수 있으며, 거대 사면의 안정성을 편리하게 파악하고 비상 상황 발생시 즉각적인 대응이 가능하게 하는 2차원 사면 변형 감시장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치는, 감시 대상면에 하나의 라인을 이루면서 지그재그로 배열되는 텐션 와이어와, 상기 텐션 와이어의 길이 방향측 양단에 연결되어 설정된 인장력을 작용시키며, 상기 텐션 와이어의 장력 변화에 따른 변위를 감지하는 감지유닛 및, 상기 감지유닛으로부터 전달되는 변위 감지신호를 이용해 상기 감지 대상면의 변위값을 산출하는 측정유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 텐션 와이어는 지그재그로 방향이 전환되는 절곡점에 위치한 고정핀에 의해 지지되며, 상기 고정핀은 하단이 상기 감시 대상면에 결합되고, 상단이 상기 텐션 와이어를 측방으로 지지하여 상기 텐션 와이어의 장력을 유지시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정핀의 외부에는 폭 방향으로 회전 가능한 회전부재가 더 결합되며, 상기 회전부재는 상기 텐션 와이어가 이동하는 방향으로 회전 가능하게 지지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 텐션 와이어의 길이 방향측 양단은 설정된 기준선을 기준으로 상기 감시 대상면의 양 방향에서 상기 감지유닛의 양 방향에 각각 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 감지유닛은 양단이 상기 텐션 와이어의 길이 방향측 양단과 각각 연결되어 인장력을 작용시키는 탄성체와, 길이 방향측 양단이 상기 탄성체의 양단에 각각 결합되고, 길이 상에는 상기 탄성체의 길이 변화에 따라 굽힘 반경이 가변되도록 링형상부가 형성되는 광케이블 및, 상기 광케이블과 상기 측정유닛을 연결하는 광전송부가 구비되며, 상기 측정유닛은 상기 링형상부의 굽힘 반경에 따른 굽힘 광 손실값을 측정하며, 측정된 상기 굽힘 광 손실값이 기준범위를 초과하는지 여부를 파악하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 측정유닛은 제어부와, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 광원과, 상기 광전송부와 상기 광원을 연결시키는 광출입부와, 상기 광출입부와 상기 제어부에 각각 연결되며, 상기 광케이블로부터 반송되어 상기 광전송부를 통해 반송 광이 전달되는 광검출부 및, 상기 광검출부와 연결되는 연산부를 포함하며, 상기 광검출부는 상기 반송 광의 굽힘 광 손실값을 검출하고, 상기 연산부는 검출된 상기 굽힘 광 손실값을 이용해 변위값을 산출하는 것이 바람직하다.
본 발명은 감시 대상면에 설치된 텐션 와이어와 광케이블을 이용한 감지유닛에 의하여 감시 대상면의 변위를 감지함으로써, 감시 대상면의 면적과 형태 등에 크게 구애 받지 않고 설치할 수 있고, 악천후나 주변환경과 지형적인 제약 없이 미세한 변형(약 1mm)을 원격지에서 실시간으로 모니터링할 수 있어 종래의 각종 사면계측방식의 한계를 극복할 수 있으며, 거대 사면의 안정성을 편리하게 파악하고 비상 상황 발생시 즉각적인 대응이 가능한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치의 초기 설치 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치에서 감시 대상면에 고정된 1개의 고정핀이 하부로 이동된 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치에서 측정유닛의 구성들을 보여주기 위한 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치에서 감지유닛의 구성들을 상세히 보여주기 위한 요부 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치의 굽힘 반경과 광 손실 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치는 텐션 와이어(tension wire, 100)와, 감지유닛(200) 및, 측정유닛(300)을 포함한다.
먼저, 상기 텐션 와이어(100)는 감시 대상면(경사면, 절개사면, 댐, 옹벽 등, 10)의 변형에 의해 장력이 가변되는 것으로, 상기 텐션 와이어(100)는 감시 대상면(10)에 소정 장력을 유지하면서 설치된다.
여기서, 상기 텐션 와이어(100)는 일정 탄성과 강도를 갖는 스테인레스(stainless) 와이어 등을 사용할 수 있으며, 상기 텐션 와이어(100)는 1mm 정도의 직경을 가질 수 있다.
이와 같은 상기 텐션 와이어(100)는, 감시 대상면(10)의 표면을 덮을 수 있는 형태로 배열되는데, 상기 텐션 와이어(100)는 하나의 라인을 이루면서 감시 대상면에 지그재그로 배열될 수 있다.
여기서, 상기 텐션 와이어(100)는 하나의 라인으로 연장되며, 상기 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단은 후술 될 감지유닛(200)에 연결된다.
그리고, 상기 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단은 도 1 내지 3에서처럼 설정된 기준선을 기준으로 감시 대상면(10)의 양 방향에서 후술 될 감지유닛(200)의 양 방향에 각각 연결될 수 있다.
또한, 상기 텐션 와이어(100)는 지그재그로 방향이 전환되는 절곡점에 위치한 고정핀(110)에 의해 지지되며, 이때 상기 고정핀(110)은 감지 대상면(10)에 고정적으로 설치된다.
여기서, 상기 고정핀(110)은 금속 등의 소재를 이용해 일정 길이로 제작할 수 있고, 상기 고정핀(110)의 길이 방향측 하단이 감시 대상면(10)에 삽입된 상태로 결합될 수 있다.
이때, 상기 고정핀(110)의 길이 방향측 상단이 텐션 와이어(100)를 지지하는데, 상기 텐션 와이어(100)는 고정핀(110)의 지지력에 의해 일정 장력을 인가한다.
그리고, 상기 고정핀(110)의 측면은 상기 텐션 와이어(100)의 측면을 곡선 형태로 지지하기 위해 일정 곡률(원 등)을 갖는데, 예를 들어 상기 고정핀(110)의 길이 방향측 단면은 원 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 고정핀(110)은 텐션 와이어(100)가 지그재그로 절곡되는 횟수만큼의 개수로 적용되며, 상기 고정핀(110)의 위치 결정에 의해 텐션 와어어(100)의 절곡되는 위치가 결정된다.
예를 들면, 텐션 와이어(100)는 도 1 내지 3에서처럼 감시 대상면(10)의 일정 기준선을 기준으로 좌우 방향에 대응되게 지그재그로 배열시킬 수 있다.
이때, 고정핀(110)들은 상하좌우 방향에 엇갈리게 배열되어 텐션 와이어(100)가 지그재그로 절곡되면서 격자 형태를 갖도록 할 수 있다.
그리고, 상기 고정핀(110)들은 상하좌우 방향을 따라 다수를 일렬로 배열할 수 있고, 상기 고정핀(110)들의 수직한 중심을 상호 연결시키는 경우, 상하좌우로 반복되도록 사각 형상의 가상적인 격자 무늬가 형성될 수 있다.
즉, 상기 텐션 와이어(100)는 감시 대상면(10)에 고정된 고정핀(110)에 지지된 상태로 경사지게 방향이 전환되면서 지그재그로 연장될 수 있다.
물론, 상기 고정핀(110)들의 위치와 개수 및 텐션 와이어(100)의 절곡된 형상 및 각도 등은 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
이와 같이, 상기 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단은 일정 기준선을 기준으로 좌우 방향에 위치될 수 있으며, 상기 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단이 후술 될 감지유닛(200)에 각각 연결될 수 있다.
이 상태에서, 상기 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단에 감지유닛(200)의 인장력이 전달되며, 이때 상기 텐션 와이어(100)는 설정된 장력을 유지하게 된다.
한편, 고정핀(110)의 외부에는 폭 방향으로 회전 가능한 회전부재(111)가 더 결합될 수 있는데, 상기 회전부재(111)는 텐션 와이어(100)가 방향이 전환되도록 회전 가능하게 지지한다.
여기서, 상기 고정핀(110)의 측면은 원주를 형성할 수 있고, 회전부재(111)는 내부에 중공이 형성된 링 또는 원통 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 상기 회전부재(111)는, 텐션 와이어(100)가 장력 변화에 의해 길이 방향으로 이동하는 경우, 텐션 와이어(100)를 지지하는 상태로 함께 회전되므로 텐션 와이어(100)와 고정핀(110) 간의 마찰력을 줄여줄 수 있다.
또한, 상기 고정핀(110)과 접하는 텐션 와이어(100)의 일부분이 마찰력에 의해 손상되거나 끊어지는 것을 방지할 수도 있다.
즉, 상기 고정핀(110)의 지지력에 의해 텐션 와이어(100)가 일정 장력을 유지할 수 있고, 회전부재(111)의 회전을 통해 텐션 와이어(100)를 원활히 이동시킬 수 있다.
예를 들어, 경사면에서 산사태 발생시 경사면의 흙 등이 하부로 쏠리게 되는데, 이처럼 흙 등이 하부로 쏠리는 정도에 따라 텐션 와이어(100)가 길이 방향으로 수축 이동하게 된다.
이때, 상기 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단이 수축함에 따라 후술 될 감지유닛(200)이 연동하게 되고, 이때 연동된 정도에 따라 감시 대상면(10)의 변위값을 알아낼 수 있다.
위에서 언급한 감지유닛(200)은, 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단에 연결되어 설정된 인장력을 작용시키며, 상기 텐션 와이어(100)의 장력 변화에 따른 변위를 감지한다.
이를 위한 상기 감지유닛(200)은, 도 2 내지 3에서처럼 탄성체(210)와, 광케이블(220) 및, 광전송부(230)로 구성될 수 있다.
상기 탄성체(210)는, 양단이 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단과 각각 연결되어 인장력을 작용시키며, 상기 텐션 와이어(100)의 장력 변화에 따라 길이가 가변된다.
여기서, 상기 탄성체(210)는 인장력을 작용시킬 수 있는 코일 스프링 형태를 사용할 수 있으나, 상기 탄성체(100)의 형상 및 종류는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
상기 탄성체(210)를 코일 스프링(coil spring) 형태로 적용하는 경우, 상기 탄성체(200)의 길이 방향측 양단은 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단에 각각 연결된다.
여기서, 상기 탄성체(210)는 길이 방향이 측방을 향하도록 수평하게 설치될 수 있고, 상기 탄성체(210)는 설치면으로부터 일정 높이에 위치시킬 수 있다.
즉, 상기 탄성체(210)의 양단이 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단에 각각 연결되므로, 텐션 와이어(100)의 지그재그 형상으로 일정 장력을 유지하면서 감시 대상면(10)에 위치될 수 있다.
광케이블(optical cable, 220)은, 일정 길이를 갖는데, 상기 광케이블(220)의 길이 방향측 양단이 탄성체(210)의 양단에 각각 결합되며, 상기 광케이블(310)은 광섬유(optical fiber)를 이용한다.
여기서, 상기 광케이블(220)의 길이 상에는 탄성체(210)의 길이 변화에 따라 굽힘 반경이 가변되도록 링형상부(221)가 형성된다.
그리고, 상기 광케이블(220)은 탄성체(210)의 상부에 수평하게 배치된 것으로 도시 하였으나, 상기 광케이블(220)을 탄성체(210)의 하부에 수평하게 배치시킬 수도 있다.
링형상부(221)는, 광케이블(220)의 길이 방향측 양단의 사이에 형성되는 것으로, 상기 링형상부(221)의 양단은 상호 반대되는 상하 방향으로 밴딩되어 광케이블(220)의 길이 방향측 양단으로 연결된다.
여기서, 상기 링형상부(221)는 광케이블(220)의 일부분을 원 등의 형태로 밴딩시킨 것으로, 상기 광케이블(220)의 상단과 하단의 간격이 가변할 때 굽힘 반경이 가변된다.
이를 위해, 상기 링형상부(221)는 탄성체(210)의 길이 변화와 일치하게 그 굽힘 반경이 변할 수 있도록 소정의 자체 탄성을 갖는다.
그리고, 상기 링형상부(221)와 광케이블(220)의 외부에는 케블러(Kevlar) 보강재 등이 피복(약 3mm)될 수 있다.
또한, 상기 링형상부(221)는 전술한 탄성체(210)의 일측에 결합되는데, 도 2 내지 4에서처럼 링형상부(221)의 하단과 탄성체(210)의 대응되는 상단은 가이드부재(260)에 의해 함께 결합될 수 있다.
상기 가이드부재(260)는, 광케이블(220)을 좌우로 슬라이딩 가능하게 지지하기 위한 것으로, 상기 가이드부재(260)에는 광케이블(220)이 관통 결합될 수 있도록 결합홀이 측방 즉, 광케이블(220)의 이동 방향으로 관통 형성될 수 있다.
이때, 링형상부(221)의 양단 부분은 가이드부재(260)의 결합홀을 통해 양측으로 엇갈리게 관통되어 광케이블(220)의 양단으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 광케이블(220)의 길이 방향측 양단이 탄성체(210)의 양단에 각각 결합되는데, 상기 광케이블(220)의 길이 방향측 양단은 도 4에서처럼 별도의 결합부재(250)에 의해 탄성체(210)의 양단과 함께 측방으로 연동될 수 있다.
이와 같은 링형상부(221)는, 광케이블(220)의 길이 방향측 양단이 상호 반대되는 방향으로 이동됨에 따라 굽힘 반경이 변경되므로, 후술 될 측정유닛(300)은 텐션 와이어(100)의 장력 변위값을 산출할 수 있다.
예를 들어, 산사태 등에 의해 텐션 와이어(100)의 장력이 작아지는 경우, 도 2와 4에서처럼 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단이 탄성체(210) 방향으로 이동된다.
이와 동시에, 상기 탄성체(210)의 길이가 자체 탄성력에 의해 길이가 축소되고, 상기 탄성체(210)의 양단에 결합된 광케이블(220)의 길이 방향측 양단이 링형상부(221) 방향으로 이동된다.
이때, 상기 광케이블(220)의 길이 축소와 동시에 링형상부(221)의 직경이 증가하게 되며, 상기 링형상부(221)의 굽힘 반경 변화를 이용해 후술 될 측정유닛(300)이 감시 대상면의 변위값을 산출한다.
반면, 텐션 와이어(100)의 장력이 커지는 경우, 미도시 하였으나 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단이 탄성체(210)와 반대되는 방향으로 이동된다.
이와 동시에, 상기 탄성체(210)의 길이가 증가하고, 상기 탄성체(210)의 양단에 결합된 광케이블(220)의 길이 방향측 양단이 링형상부(221)와 반대되는 방향으로 이동된다.
이때, 상기 광케이블(220)의 길이 증가와 동시에 링형상부(221)의 직경이 감소하게 되며, 상기 링형상부(221)의 굽힘 반경 변화를 이용해 후술 될 측정유닛(300)이 감시 대상면의 변위값을 산출한다.
이와 같은 상기 광케이블(220)은, 후술 될 광전송부(230)에 의해 최대 260km 정도의 거리에 위치된 후술 될 측정유닛(300)과 연결될 수 있다.
한편, 감지유닛(200)에는 탄성체(210)와 광케이블(220)이 위치되도록 내부에 설치공간(241)이 형성되는 케이스(240)가 더 구비될 수 있다.
상기 케이스(240)는, 설치면에 수평하게 고정될 수 있으며, 상기 케이스(240)의 양측에는 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단이 통과되어 탄성체(210)의 양단에 각각 결합되도록 와이어 관통홀(242)이 수평하게 관통 형성될 수 있다.
상기 와이어 관통홀(242)은, 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단을 통과시키는 기능 이외에, 상기 텐션 와이어(100)의 길이 방향측 양단을 흔들림 없이 가이드하는 기능을 갖는다.
또한, 케이스(240)의 양측에는 광케이블(220)의 길이 방향측 양단이 삽입되도록 케이블 관통홀(243)이 외부로 수평하게 관통할 수 있다.
상기 케이블 관통홀(243)은, 도 4에서처럼 광케이블(220)의 길이 방향측 양단이 수평하게 외부로 통과시키는 기능 이외에, 상기 광케이블(220)의 길이 방향측 양단을 흔들림 없이 가이드하는 기능을 갖는다.
광전송부(230)는, 광케이블(220)과 후술 될 측정유닛(300)의 광출입부(330)를 연결시켜 광원(320)의 광을 이동시키기 위한 것으로, 상기 광전송부(230)는 광케이블(220)과 동일한 구조를 가질 수 있다.
여기서, 상기 광전송부(230)는 설치조건 및 사용 환경에 따라 케블러 보강재, 강철선, 폴리우레탄 피복재 등으로 추가 보강된 구조를 가질 수도 있다.
측정유닛(300)은, 감지유닛(200)으로부터 전달되는 변위 감지신호를 이용해 감시 대상면(10)의 변위값을 산출하는 것으로, 상기 측정유닛(300)은 링형상부(221)의 굽힘 반경에 따른 굽힘 광 손실값을 측정한다.
이후, 상기 측정유닛(300)은 측정된 굽힘 광 손실값이 기준범위를 초과하는지 여부를 파악할 수 있다.
이와 같은 상기 측정유닛(300)은, 광전송부(230)에 의해 원격지(약 수100km)에 설치되는 것으로, 상기 측정유닛(300)은 측정된 감시 대상면의 변위값을 이용해 링 형상부(310)의 반경에 대한 변화량을 산출한다.
이후, 상기 측정유닛(300)은 링형상부(221)의 반경의 변화량에 따른 탄성체(210)의 길이 변화량을 산출함으로써, 상기 탄성체(210)의 길이 변화량에 따른 감시 대상면(10)의 변위값을 산출한다.
더 상세히 설명하면, 상기 측정유닛은, 제어부(310)와, 광원(320)과, 광출입부(330)와, 광검출부(340) 및, 연산부(350)로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 측정유닛(300)에는 비상 신호를 출력하기 위한 비상출력부(360)와, 작업자에게 각종 정보를 보여주기 위한 표시부(370)가 선택적으로 적용될 수 있다.
또한, 상기 측정유닛(300)에는 전술한 광케이블(220)과 연결되어 광을 이동시키기 위한 광전송부(230)가 연결될 수 있다.
상기한 구성들 중, 제어부(310)는 측정유닛(300)의 각 구성들에 대한 동작을 제어하기 위한 것으로, 상기 제어부(310)의 제어 신호에 의해 광원(420)이 동작한다.
상기 광원(320)은, 제어부(310)의 제어 신호에 의해 일정 파장을 갖는 광(光)을 발생시키고, 이때 발생된 광은 광출입부(330)와 광전송부(230)를 거쳐 광케이블(220)과 이에 형성된 링형상부(221)로 전달된다.
이후, 상기 광케이블(220)로부터 반송된 반송 광은 상기 광전송부(230)를 거쳐 광출입부(330)로 되돌아오며, 이때 되돌아온 반송 광은 광출입부(330)를 통해 광검출부(340)로 전달된다.
상기 광검출부(340)는, 반송 광을 이용해 링형상부(221)의 굽힘 광 손실값을 검출하며, 연산부(350)는 광검출부(340)에서 검출된 굽힘 광 손실값을 이용해 감시 대상면(10)의 변위값을 산출하여 표시부(370)로 전달한다.
이하, 상기 연산부(350)의 연산 과정에 감시 대상면의 변위값과 감지유닛(200)을 통하여 측정한 변위값의 관계식을 설명하면 다음과 같다.
도 2와 4에 도시한 바와 같이, 텐션 와이어(100)가 초기 상태(무 변위 상태)로부터 산사태 등에 의해 "h"만큼 아래로 이동하는 경우, 감지유닛(200)에서 감지한 변위 "d"와 이동한 길이 "h"는 다음과 같이 수식 1의 관계가 있다.
수식 1:
Figure 112018061629838-pat00001
여기서, "H"는 도 1 내지 3에서처럼 텐션 와이어(100)의 상하 격자 길이이고, "W"는 텐션 와이어(100)의 좌우 격자 길이를 각각 의미한다.
또한, 탄성체(210)와 결합된 링형상부(311)의 굽힘 광 손실값 "L"과 굽힘반경 "R"은 다음과 같이 수식 2의 관계가 있다.
수식 2:
Figure 112018061629838-pat00002
상기 수식 1에서 "
Figure 112018061629838-pat00003
"와 "
Figure 112018061629838-pat00004
"는 링형상부(2211)의 굽힘 광 손실값과 무관한 광케이블(220)의 특성에 관계된 상수이다.
또한, 수식 2와 감지유닛(200)에서 감지한 변위 "d"와 굽힘 반경 간의 관계식
Figure 112018061629838-pat00005
을 연산하면 다음과 같이 수식 3을 얻는다.
수식 3:
Figure 112018061629838-pat00006
여기서, "
Figure 112018061629838-pat00007
"와 "
Figure 112018061629838-pat00008
"는 초기 굽힘 반경과 초기 광 손실을 각각 나타낸다.
수식 1에 수식 3을 대입하면, 궁극적으로 원하는 굽힘 광 손실 "L"과 감시 대상면(10)의 변위 "h"와의 수식 4를 얻는다.
수식 4:
Figure 112018061629838-pat00009
이후, 운영자는 표시부(370)의 화면을 통해 각종 측정 정보와 감시 대상면(10)의 변위값 등을 육안으로 확인할 수 있으며, 상기 감시 대상면(10)의 변위값이 제어부(310)에 기설정된 기준범위를 초과하는 경우, 비상출력부(360)가 비상 신호(경고등, 경고음 등)를 외부로 출력할 수 있다.
이와 같이, 고정핀(110) 1개가 하부로 변위를 일으킬 때 사면변위를 산출하는 방법을 설명하였으며, 실제 고정핀(110) 1개가 아닌 더 많은 개수가 변위를 이르킬 때 감시 대상면(10)의 변위를 정확하게 측정하는 것은 불가능하지만, 그 심각 정도는 충분히 파악할 수 있다.
고정핀(110)이 1개인 경우, 감시 대상면(10)의 최대 변위 "
Figure 112018061629838-pat00010
"는 다음과 같이 수식 5로 표현된다.
수식 5:
Figure 112018061629838-pat00011
수식 5를 이용해서 실제 측정된 감시 대상면(10)의 변위 "h"가 종 방향 격자의 길이 "H"의 몇 배에 해당하는 지를 계산하여, 몇 개의 고정핀(110)에 변위가 발생하였는지를 가늠할 수 있으므로, 실제 변위 발생 면적의 규모를 추산할 수 있다.
또한, 위험한 산사태 등 거대 사면변위는 처음부터 갑자기 돌발하는 것이 아니라 평시 미세한 변위가 우천 등으로 지반이 약해졌을 때 자라는 것으로 볼 수 있어, 본 발명의 2차원 사면 변형 감시장치를 평상시부터 상시 운영하는 경우, 초기 미세한 변위의 출현 시점부터 성장과정을 실시간 파악할 수 있다.
향후, 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치가 실용화하여 현장 운영 데이타가 충분히 축적될 경우, 이와 관측된 미세변위의 성장과정 양태를 비교하여 산사태 예보도 가능할 수 있을 것이다.
한편, 측정유닛(300)에는 통신부(미도시)가 더 연결될 수 있는데, 상기 통신부는 측정된 정보와 변위값을 유무선통신방식에 의해 원격지의 서버로 전송할 수 있다.
즉, 본 발명은 텐션 와이어(100)과 감지유닛(200)이 감지한 감시 대상면의 변위를 원격지에서 실시간으로 획득함으로써, 원격지에서 실시간으로 모니터링(무인 또는 유인 감지)할 수 있어 비상 상황 발생시 즉각적인 대응이 가능하다.
결과적으로, 본 발명은 감시 대상면(10)에 설치된 텐션 와이어(100)와 광케이블(220)을 이용한 감지유닛(200)을 이용해 감시 대상면(10)의 변위값을 실시간으로 감지함으로써, 감시 대상면(10)의 면적과 형태 등에 크게 구애 받지 않고 설치할 수 있다.
또한, 본 발명은 악천후나 주변환경과 지형적인 제약 없이 미세한 변형(약 1mm)을 원격지에서 실시간으로 모니터링할 수 있어 종래의 전기식 사면계측방식의 한계를 극복할 수 있으며, 거대 사면의 안정성을 편리하게 파악하고 비상 상황 발생시 즉각적인 대응이 가능하다.
지금까지 본 발명에 따른 2차원 사면 변형 감시장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 경사면 100: 텐션 와이어
110: 고정핀 200: 감지유닛
210: 탄성체 220: 광케이블
221: 링형상부 230: 광전송부
240: 케이스 241: 설치공간
242: 와이어 관통홀 243: 케이블 관통홀
250: 결합부재 260: 가이드부재
300: 측정유닛 310: 제어부
320: 광원 330: 광출입부
340: 광검출부 350: 연산부
360: 비상출력부 370: 표시부

Claims (6)

  1. 감시 대상면에 하나의 라인을 이루면서 지그재그로 배열되는 텐션 와이어;
    상기 텐션 와이어의 길이 방향측 양단에 연결되어 설정된 인장력을 작용시키며, 상기 텐션 와이어의 장력 변화에 따른 변위를 감지하는 감지유닛; 및
    상기 감지유닛으로부터 전달되는 변위 감지신호를 이용해 상기 감시 대상면의 변위값을 산출하는 측정유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 사면 변형 감시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 텐션 와이어는,
    지그재그로 방향이 전환되는 절곡점에 위치한 고정핀에 의해 지지되며,
    상기 고정핀은,
    하단이 상기 감시 대상면에 결합되고, 상단이 상기 텐션 와이어를 측방으로 지지하여 상기 텐션 와이어의 장력을 유지시키는 것을 특징으로 하는 2차원 사면 변형 감시장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고정핀의 외부에는,
    폭 방향으로 회전 가능한 회전부재가 더 결합되며,
    상기 회전부재는,
    상기 텐션 와이어가 이동하는 방향으로 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 2차원 사면 변형 감시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 텐션 와이어의 길이 방향측 양단은,
    설정된 기준선을 기준으로 상기 감시 대상면의 양 방향에서 상기 감지유닛의 양 방향에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 2차원 사면 변형 감시장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지유닛은,
    양단이 상기 텐션 와이어의 길이 방향측 양단과 각각 연결되어 인장력을 작용시키는 탄성체와, 길이 방향측 양단이 상기 탄성체의 양단에 각각 결합되고, 길이 상에는 상기 탄성체의 길이 변화에 따라 굽힘 반경이 가변되도록 링형상부가 형성되는 광케이블 및, 상기 광케이블과 상기 측정유닛을 연결하는 광전송부가 구비되며,
    상기 측정유닛은,
    상기 링형상부의 굽힘 반경에 따른 굽힘 광 손실값을 측정하며, 측정된 상기 굽힘 광 손실값이 기준범위를 초과하는지 여부를 산출하는 것을 특징으로 하는 2차원 사면 변형 감시장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 측정유닛은,
    제어부와, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 광원과, 상기 광전송부와 상기 광원을 연결시키는 광출입부와, 상기 광출입부와 상기 제어부에 각각 연결되며, 상기 광케이블로부터 반송되어 상기 광전송부를 통해 반송 광이 전달되는 광검출부 및, 상기 광검출부와 연결되는 연산부를 포함하며,
    상기 광검출부는,
    상기 반송 광의 굽힘 광 손실값을 검출하고, 상기 연산부는 검출된 상기 굽힘 광 손실값을 이용해 변위값을 산출하는 것을 특징으로 하는 2차원 사면 변형 감시장치.
KR1020180072214A 2018-06-22 2018-06-22 2차원 사면 변형 감시장치 KR101927807B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180072214A KR101927807B1 (ko) 2018-06-22 2018-06-22 2차원 사면 변형 감시장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180072214A KR101927807B1 (ko) 2018-06-22 2018-06-22 2차원 사면 변형 감시장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101927807B1 true KR101927807B1 (ko) 2019-01-25

Family

ID=65280364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180072214A KR101927807B1 (ko) 2018-06-22 2018-06-22 2차원 사면 변형 감시장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101927807B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102199951B1 (ko) 2019-11-25 2021-01-11 한국건설기술연구원 광섬유센서 내장형 frp 센서복합체를 구비한 변형측정기, 이를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법
KR102232588B1 (ko) 2019-12-19 2021-03-29 한국건설기술연구원 무동력 장력유지 구조와 광섬유센서를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법
KR102316171B1 (ko) * 2020-08-04 2021-10-22 주식회사예당엔지니어링 앵커 보강 사면의 안전성 모니터링 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09170938A (ja) * 1995-12-20 1997-06-30 Koutoku:Kk コンクリ−ト・モルタル法面におけるクラックモニタ−方法及びその装置
JP2008224635A (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 Tobishima Corp 光ファイバケーブルセンサ計測装置用固定治具
KR20090104563A (ko) * 2008-03-31 2009-10-06 한국시설안전공단 광섬유 변위계 및 이를 이용한 사면 안전 감시 시스템
KR20110092882A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 (주)지엠지 낙석 경고 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09170938A (ja) * 1995-12-20 1997-06-30 Koutoku:Kk コンクリ−ト・モルタル法面におけるクラックモニタ−方法及びその装置
JP2008224635A (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 Tobishima Corp 光ファイバケーブルセンサ計測装置用固定治具
KR20090104563A (ko) * 2008-03-31 2009-10-06 한국시설안전공단 광섬유 변위계 및 이를 이용한 사면 안전 감시 시스템
KR20110092882A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 (주)지엠지 낙석 경고 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102199951B1 (ko) 2019-11-25 2021-01-11 한국건설기술연구원 광섬유센서 내장형 frp 센서복합체를 구비한 변형측정기, 이를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법
KR102232588B1 (ko) 2019-12-19 2021-03-29 한국건설기술연구원 무동력 장력유지 구조와 광섬유센서를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법
KR102316171B1 (ko) * 2020-08-04 2021-10-22 주식회사예당엔지니어링 앵커 보강 사면의 안전성 모니터링 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101927807B1 (ko) 2차원 사면 변형 감시장치
JP6773603B2 (ja) 斜面崩壊早期警報システム
KR100943166B1 (ko) 광섬유 변위계 및 이를 이용한 사면 안전 감시 시스템
KR101457649B1 (ko) 비탈면 붕괴 사전 감지시스템
JP2020186911A (ja) 下水道モニタリングシステム及びその施工方法
CN108020167A (zh) 一种基于光纤光栅的固定式测斜仪器
WO2021240338A1 (en) Avalanche and landslides prevention monitoring system with fbg sensors
US20230219746A1 (en) Storage tank monitoring apparatus and methods
CN101283384A (zh) 使用光纤布拉格光栅传感器探测入侵的装置和方法
US6142406A (en) Method and system for controlling a coiled tubing arch
US10774492B2 (en) Embankment monitoring system
JP6750915B1 (ja) 斜面変位量測定システム
JP2013044739A (ja) 傾斜変化測定センサネットワーク装置及び傾斜変化測定センサネットワークシステム
KR101584963B1 (ko) Ｇｐｓ를 사용한 경사면의 붕괴 조짐을 예측하는 장치 및 방법
JP2000292216A (ja) 光ファイバセンサ
JP2001304822A (ja) 光ファイバセンサおよび監視システム
CN111637929A (zh) 一种罐体监测装置、监测系统及监测方法
EP0278143B1 (en) Structural monitoring system using fiber optics
Karthik et al. Review on low-cost wireless communication systems for slope stability monitoring in opencast mines
CN207675135U (zh) 一种基于光纤光栅的固定式测斜仪器
JP3819289B2 (ja) 監視装置
JP5599349B2 (ja) 地盤監視システム
KR101489482B1 (ko) 전기시설물의 경사도 산출장치
JP6792982B2 (ja) 移動量計測システム及び変位計
JP2514536B2 (ja) 地形変位検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant