KR102020540B1 - 지중 침하 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편심된 위치에 감지봉이 결합된 감지봉 가이드를 채용함에 따라 지중 경사를 측정하기 위해 토목공사 현장에 사용되고 있는 하나의 측정관을 사용하여 지중 침하와 수위 침하 측정이 가능한 지중 침하 측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 지중 침하 측정장치는 지중에 매립되는 측정관; 상기 측정관의 외주에 설치된 적어도 하나의 침하검출소자; 지상에 설치되며 보빈에 줄자가 권선되어 있는 줄자드럼; 상기 침하검출소자를 센싱하기 위해 상기 측정관 내부로 투입되며 상단부가 줄자에 연결된 감지봉; 및 상기 감지봉을 중앙으로부터 편심된 위치에 고정 결합하여 상기 경사계관 내부로 투입될 때 감지봉의 하강을 안내하는 감지봉 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지중 침하 측정장치{Apparatus for Measuring Subsidence of Underground}

본 발명은 지중 침하 측정장치에 관한 것으로, 특히 편심된 위치에 감지봉이 결합된 감지봉 가이드를 채용함에 따라 지중 경사를 측정하기 위해 토목공사 현장에 사용되고 있는 하나의 대구경 측정관을 사용하여 지중 침하와 수위 침하 측정이 가능한 지중 침하 측정장치에 관한 것이다.

간척 매립지, 연약지반, 성토지 등은 10년 이상 경과되어 안정된 지반이 형성되기 전에는 시간의 경과에 따라 서서히 지중 침하가 발생하게 된다. 일반적으로 지중 침하는 지하 수위의 변화와 깊은 연관성이 있다.

따라서, 이러한 지중 침하가 예상되는 지역에 토목공사를 진행하는 경우는 지중 침하 측정과 동시에 지하 수위의 변화를 측정하도록 직경 30mm의 수위 측정관을 지하에 매립하고 수위계 겸용 지중 침하 측정장치를 이용하여 주기적으로 지중 침하의 측정과 지하 수위의 측정을 실시하고 있다.

한국 등록실용신안공보 제20-0320679호(특허문헌 1)에는 무선 리모콘을 이용한 수위 측정장치로서 토목 현장의 지하 수위를 측정하는 기술이 개시되어 있다. 상기 특허문헌 1에 개시된 무선 리모콘을 이용한 수위 측정장치는 하단부가 지중에 매립 설치된 수위 측정관 주위에 영구자석 침하판을 설치하고 감지부(감지봉)을 하강하면서 영구자석이 근접하면 도통상태로 설정되는 리드 스위치를 감지부(감지봉) 내부에 내장하여 감지부의 깊이 변화에 따라 지중 침하를 판단하고 감지부의 하단에 설치된 센서에 의해 지하수위의 깊이를 측정하는 기술이다.

상기 특허문헌 1의 수위 측정장치는 토목공사 현장에 적용될 때 영구자석 침하판 대신에 영구자석이 부분적으로 매설된 스파이더 마그네틱 링을 지중에 매설된 수위 측정관의 깊이에 따라 일정한 간격으로 다수개 설치하고 감지부(감지봉)를 수위 측정관 내부로 하강하여 감지봉이 영구자석을 감지하면 부저가 울리는 줄자의 깊이를 측정하여 지중 침하를 판단하고 있다.

토목공사 현장에는 30mm 수위 측정관과 60mm 경사계관을 각각 매립하고 30mm 수위 측정관에는 지하 수위 측정 겸용의 지중 침하 측정장치를 사용하여 지하 수위 측정과 지중 침하를 측정하며, 60mm 경사계관에는 지중 경사 변위측정장치를 사용하여 지중 경사 변위를 측정하고 있다.

이 경우, 공사비용 절감을 위해 30mm 수위 측정관을 사용하지 않고 60mm 경사계관 하나만을 매립한 후 지중 경사 변위측정장치를 사용하여 지중 경사 변위를 측정하면서 지하 수위 측정 겸용의 지중 침하 측정장치를 이용하여 지하 수위 측정과 지중 침하를 측정하려는 시도가 이루어지고 있으나, 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 스파이더 마그네틱 링(영구자석)의 세기가 작기 때문에 큰 직경의 경사계관을 사용하면 측정오차가 발생하거나 영구자석의 감지가 불가능하여 오동작이 발생할 수 있다.

둘째, 측정관의 직경을 크게 하고 감지부(감지봉)의 외경도 크게 하는 경우, 지반의 변위로 인하여 측정관에 변형이 발생하면, 줄자에 매달려서 하강하는 감지부(감지봉)은 변형이 발생된 부위에 걸려서 더이상 하강이 되지 못하여 사용이 불가능해질 수 있다.

셋째, 60mm 경사계관을 사용하기 위해 감지부(감지봉)의 외경을 크게 증가시키는 경우 감지봉 내부의 자기센싱소자와 스파이더 마그네틱 링(영구자석)의 영구자석 사이의 간격이 증가함에 따라 측정오차가 발생하거나 영구자석의 감지가 불가능하여 오동작이 발생할 수 있다.

넷째, 장기 계측시에 영구자석의 자화력 감소로 인하여 계측오차가 발생할 수 있으며, 영구자석을 이용하여 침하판을 형성하는 경우, 모양과 크기의 변형이 어려워 설계 자유도가 낮아진다.

한편, 종래의 지하 수위 측정 겸용의 지중 침하 측정장치는 30mm 수위 측정관을 사용하고 있어 이 수위 측정관을 이용하여 지중 경사 측정은 이루어질 수 없다. 지중 경사 측정장비는 60mm 경사계관을 사용하도록 설계되어 있기 때문이다.

: 한국 등록실용신안공보 제20-0320679호

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 별도의 지중 침하 측정용 소직경 측정관을 사용하지 않고 편심된 위치에 감지봉이 결합된 감지봉 가이드를 채용함에 따라 토목공사 현장에 사용되고 있는 하나의 대직경 측정관을 사용하여 지중 침하와 수위 침하 측정이 가능한 지중 침하 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 감지봉 가이드를 채용함에 따라 감지봉과 침하검출소자 사이의 근접된 간격이 일정한 거리를 유지할 수 있어 계측 오차를 줄일 수 있는 지중 침하 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 측정관의 직경에 따라 감지봉으로부터 얻어지는 침하검출소자에 대한 검출신호의 감도 조정이 가능하므로 현장별 정밀 계측이 가능한 지중 침하 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 감지봉에 금속탐지센서를 채용함에 따라 침하검출소자로서 영구자석 대신에 금속 소자를 사용할 수 있으며 감지봉 가이드를 채용하지 않고도 계측이 가능하고, 침하검출소자의 다양한 형상 변경과 장기 계측이 가능한 지중 침하 측정장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 지중 침하 측정장치는 지중에 매립되는 측정관; 상기 측정관의 외주에 설치된 적어도 하나의 침하검출소자; 지상에 설치되며 보빈에 줄자가 권선되어 있는 줄자드럼; 상기 침하검출소자를 센싱하기 위해 상기 측정관 내부로 투입되며 상단부가 줄자에 연결된 감지봉; 및 상기 감지봉을 중앙으로부터 편심된 위치에 고정 결합하여 상기 측정관 내부로 투입될 때 감지봉의 하강을 안내하는 감지봉 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 지중 침하 측정장치는 지중에 매립되는 하나의 측정관; 상기 측정관의 외주에 설치된 적어도 하나의 침하검출소자; 지상에 설치되며 보빈에 줄자가 권선되어 있는 줄자드럼; 및 상기 침하검출소자를 센싱하기 위해 상기 측정관 내부로 투입되며 상단부가 줄자에 연결된 감지봉;를 포함하며, 상기 감지봉은 금속탐지센서를 포함하며, 상기 침하검출소자는 금속재료로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 상기 감지봉 내부의 하측에 설치되어 측정관 내부로 침투한 지하수위를 감지하기 위한 수위센서;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 상기 감지봉이 상기 침하검출소자를 센싱할 때 부저나 발광표시장치 중 어느 하나를 작동시키는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 상기 측정관의 상부에 설치되어 줄자드럼으로부터 경사계관 내부로 투입되는 줄자의 길이 정보를 발생하여 제어부로 입력하는 길이측정부재; 및 상기 길이측정부재로부터 얻어진 줄자의 투입 깊이를 표시하기 위한 디스플레이;를 더 포함할 수 있다. 상기 길이측정부재는 엔코더 또는 포텐시오미터일 수 있다.

상기 감지봉은 자기센싱소자를 포함하며, 상기 침하검출소자는 적어도 하나의 영구자석을 포함할 수 있다.

상기 감지봉은 금속탐지센서를 포함하며, 상기 침하검출소자는 금속재료로 이루어질 경우, 상기 침하검출소자는 금속재료로 이루어진 링 형상 몸체 또는 중앙부에 관통구멍이 형성된 검출판으로 이루어질 수 있다.

상기 감지봉 가이드는 중앙으로부터 편심된 위치에 감지봉이 결합되는 결합구멍이 형성된 원판형 몸체를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 감지봉 가이드는 원판형 몸체의 외주에 한쌍의 롤러를 더 포함하며, 상기 한쌍의 롤러는 경사계관의 롤러홈에 삽입되어 승하강이 이루어질 수 있다.

또한, 상기 감지봉 가이드는 중앙으로부터 편심된 위치에 감지봉이 결합되는 결합구멍이 형성된 구형상 몸체를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 구형상 몸체의 상부면은 기계 가공이 용이하도록 면삭될 수 있다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 상기 감지봉으로부터 발생된 검출신호의 세기를 측정관의 직경의 크기에 따라 증폭률을 가변하여 증폭시키기 위한 측정감도 제어회로;를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 편심된 위치에 감지봉이 결합된 감지봉 가이드를 채용함에 따라 별도의 30mm 소직경의 수위 측정관을 사용하지 않고 지중 경사를 측정하기 위해 토목공사 현장에 사용되고 있는 대직경 측정관, 예를 들어, 60mm 경사계관을 사용하여 지중 침하의 정밀 측정이 가능하다.

또한, 본 발명에서는 감지봉 가이드를 채용함에 따라 감지봉과 침하검출소자 사이의 근접된 간격이 일정한 거리를 유지할 수 있어 계측 오차를 줄일 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 측정관의 직경에 따라 감지봉으로부터 얻어지는 침하검출소자에 대한 검출신호의 감도 조정이 가능하므로 현장별 정밀 계측이 가능하다.

또한, 본 발명에서는, 감지봉에 금속탐지센서를 채용함에 따라 침하검출소자로서 영구자석 대신에 금속 소자를 사용할 수 있으며 감지봉 가이드를 채용하지 않고도 계측이 가능하고, 침하검출소자의 다양한 형상 변경과 장기 계측이 가능하여 설계 자유도를 높일 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 측정봉을 굵게 하면 측정관의 변형시에 계측이 불가능한 종래의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 착탈식으로 종래의 장치에도 적용 가능하다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 지중 침하 측정과 함께 지하 수위 측정이 가능하다.

본 발명에서는 30mm 소직경의 수위 측정관을 사용하지 않고 대직경 측정관, 예를 들어, 60mm 경사계관 하나만을 매립한 후 지중 경사 변위측정장치를 사용하여 지중 경사 변위를 측정하면서 지하 수위 측정 겸용의 지중 침하 측정장치를 이용하여 지하 수위 측정과 지중 침하를 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 줄자를 이용한 지중 침하 측정장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 지중 침하 측정장치에 사용될 수 있는 경사계관의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 감지봉 가이드의 편심된 위치에 감지봉이 결합된 센서조립체를 나타내는 개략 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 침하검출소자의 다양한 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 감지봉 가이드의 다양한 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 원구형 감지봉 가이드를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 줄자 가이드를 나타내는 사시도 및 측정관에 결합된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 침하센서 감도조절회로를 나타내는 개략 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 발명의 지중 침하 측정장치는 예를 들어, 간척 매립지, 연약지반, 성토지 등의 지중 침하가 예상되는 지역에 토목공사를 진행하는 경우는 물론 댐, 도로, 지반공사 등의 토목 공사 현장에서 지하 수위를 측정하거나, 경사면 절개지, 지하철 공사 현장, 고층건물 신축용 지하 기초 공사 시에 측벽 등의 지중 경사(수평) 변위를 측정하도록 지중에 설치된 단일의 경사계관 또는 대직경 측정관을 이용하여 지중 침하 측정과 동시에 지하 수위를 측정하여 토목 현장의 안정상태를 점검하는 데 이용된다.

첨부된 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 줄자를 이용한 지중 침하 측정장치를 나타내는 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 지중 침하 측정장치에 사용될 수 있는 경사계관의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 감지봉 가이드의 편심된 위치에 감지봉이 결합된 센서조립체를 나타내는 개략 사시도이고, 도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 침하검출소자의 다양한 실시예를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 지중 침하 측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 지중 침하가 예상되는 지역에 토목공사를 진행할 때, 지중(1)에 매립된 하나의 대직경 측정관(11)을 이용하여 구현된다.

상기 대직경 측정관(11)은 50mm 내지 100mm의 직경을 사용할 수 있으며, 단위 길이의 관을 연결하여 20 내지 30m의 길이로 지중에 매설된다. 상기 대직경 측정관(11)은 예를 들어, 지중 경사 변위를 측정하기 위해 지중(1)에 설치되는 경사계관(11a)을 이용하여 구현될 수 있다.

상기 경사계관(11a)은 예를 들어, 60mm의 직경을 가지며, 도 2에 도시된 바와 같이 관의 내주면에 롤러홈(5a)이 4개 형성되어 있다. 상기 롤러홈(5a)은 도 5b에 도시된 바와 같이 가이드 몸체(31)의 외주에 한쌍의 롤러(34)가 구비된 감지봉 가이드(30a)를 사용할 때 흠들림 없이 경사계관(11) 내부를 승강 및 하강할 때 가이드하는 데 사용될 수 있다.

상기 경사계관(11a)의 롤러홈(5a)은 원래 지중 경사 변위측정장치에 사용되는 경사 센서의 외주에 형성된 롤러를 수용하기 위한 홈이다.

지중(1)에 설치된 측정관(11)에는 지중 깊이에 따라 미리 설정된 일정한 간격으로 측정관(11)의 주위를 둘러싸는 복수개의 침하검출소자(41a~41c)가 설치되어 있다.

상기 측정관(11)이 설치된 지상에는 예를 들어, 50 내지 100m 정도의 길이를 갖는 줄자(13)가 보빈에 권선되는 줄자드럼(10)이 설치되어 있다. 줄자(13)에는 4선의 신호선을 포함하고 있으며, 2선은 수위센서(21)와 연결하는 데 이용되고, 나머지 2선은 감지봉(20)과 연결하는 데 사용된다(도 8 참조).

줄자드럼(10)의 벽면에는 지중 침하 측정장치의 측정결과를 보여주는 디스플레이(29a), 부저(29b) 및 LED(20c)가 설치된 콘트롤 패널(29)이 배치되어 있다(도 8 참조).

본 발명에 따른 침하검출소자(40)는 도 4a에 도시된 바와 같이, 링 형상의 몸체(42)와, 몸체(42) 내부에 수직방향으로 형성된 관통홀 또는 요홈에 삽입된 복수개의 영구자석(43)과, 몸체(42)의 외주에 외측으로 뻗어 있는 복수개의 침하날개(44)를 포함하고 있다.

상기 침하검출소자(40)는 측정관(11)의 외주에 고정 설치되어 지중 침하가 발생할 때 지중(1)에 매입된 복수개의 침하날개(44)가 함께 침하가 이루어지게 되며, 사용자가 줄자(13)에 연결된 감지봉(20)을 측정관(11)의 내부로 하강시킬 때 침하검출소자(40; 41a~41c)가 검출되는 깊이의 변화를 보고 침하여부를 판단할 수 있다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 도 4a에 도시된 바와 같이 침하검출소자(40)가 영구자석(43)을 포함하고 있는 경우, 감지봉(20)에는 자기센싱소자(20a)가 내장되어 자기적 센싱에 의해 감지봉(20)이 침하검출소자(40)를 검출한다.

상기 침하검출소자(40)의 영구자석(43)을 자기적 센싱에 의해 검출하기 위한 자기센싱소자(20a)는 예를 들어, 리드 스위치(reed switch)나 홀(Hall) 센서를 사용할 수 있다.

그러나, 본 발명은 자기적 센싱에 의해 감지봉(20)이 침하검출소자(40)를 자기적으로 센싱하여 검출하는 방식 대신에 금속 탐지방식으로 검출하는 것도 가능하다.

이 경우, 감지봉(20)은 내부에 자기센싱소자(20a) 대신에 금속탐지센서를 내장하며, 침하검출소자(40a)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 링 형상 몸체(42)에 영구자석(43)을 내장하지 않고 단지 금속체로 이루어지는 것이면 어떤 소재나 측정관(11)의 외주에 설치될 수 있는 어떤 형상도 사용 가능하다.

링 형상 몸체(42)의 수평 면적이 넓게 구성하는 경우 별도의 침하날개를 생략하는 것도 가능하고, 도 4c에 도시된 바와 같이 중앙부에 관통구멍(45)이 형성된 검출판으로 이루어진 침하검출소자(40b)를 채용하는 것도 가능하다.

금속탐지센서는, 모든 금속은 전자파를 흡수하는 성질을 이용하여 금속을 센싱할 수 있으며, 주지된 금속탐지센서를 사용할 수 있다.

그 결과, 본 발명에서는 영구자석 대신에 금속재로 이루어진 침하검출소자를 사용하고 감지봉(20)에 금속탐지센서를 내장함에 따라 감지봉 가이드를 사용하지 않을지라도 쉽게 침하검출소자(40b,40c)를 검출할 수 있다.

즉, 감지봉(20)에 내장된 금속탐지센서는 자기센싱소자(20a)가 침하검출소자(40)를 자기적으로 센싱하여 검출할 수 있는 센싱 거리보다 더 멀리 떨어진 거리에서도 강력하게 금속재로 이루어진 침하검출소자를 검출할 수 있다.

또한, 감지봉(20)에 금속탐지센서를 사용하는 경우에도 금속탐지센서의 안정된 동작을 위해 상기 감지봉을 중앙으로부터 편심된 위치에 고정 결합시키는 감지봉 가이드를 사용할 수 있다.

또한, 금속탐지센서를 사용하는 경우 침하검출소자에 영구자석을 사용할 때 영구자석의 자화력 감소로 인하여 계측오차가 발생하는 문제를 제거할 수 있고 장기간 계측이 가능하고, 침하검출소자의 다양한 형상 변경이 가능하여 설계 자유도를 높일 수 있다.

이하에 도 3 및 도 5a 내지 도 5c를 참고하여 본 발명에 따른 센서조립체를 성명한다.

본 발명에 따른 센서조립체(100)는 도 1과 같이 줄자드럼(10)에 감겨진 줄자(13)의 하단부에 연결되어 측정관(11)을 따라 승하강이 이루어지며, 도 3과 같이 편심된 위치에 감지봉(20)이 결합되는 결합구멍(32)이 형성된 감지봉 가이드(30)와, 감지봉 가이드(30)의 결합구멍(32)에 결합된 감지봉(20)을 포함한다.

상기 감지봉 가이드(30)는 감지봉(20)이 편심된 위치에 배치되도록 결합구멍(32)이 원판형 몸체(31)의 중앙으로부터 편심된 위치에 형성되어 있으며, 그 결과 센서조립체(100)가 측정관(11)을 따라 하강이 이루어질 때, 감지봉(20)에 내장된 자기센싱소자(20a)는 침하검출소자(40)의 영구자석(43)과의 거리가 충분히 근접되어 있기 때문에 오동작 없이 검출이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 센서조립체(100)는 줄자드럼(10)으로부터 줄자(13)를 푸는 경우 측정관(11)을 따라 하강이 이루어질 때, 감지봉(20)이 편심된 위치를 유지하면서 하강이 이루어지도록 원판형의 감지봉 가이드(30)가 측정관(11)을 따라 하강한다.

이 경우, 감지봉 가이드(30a)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 원판형 몸체(31)의 외주에 한쌍의 롤러(34)가 형성된 구조를 가질 수 있다.

상기 감지봉 가이드(30a)에 감지봉(20)이 결합된 센서조립체를 도 2의 경사계관(11a)에 삽입하는 경우 감지봉 가이드(30a)의 한쌍의 롤러(34)는 경사계관(11a)의 롤러홈(5a)에 삽입되어 승하강이 이루어짐에 따라 흔들림 없이 안정된 승강 동작이 이루어질 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 감지봉 가이드(30b)는 도 5c, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 구형상 몸체(31a)를 이용하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 감지봉 가이드(30b)는 도 6b와 같이, 구형상 몸체(31a)의 상부면(31b)이 기계 가공이 용이하도록 면삭되어 있으며, 감지봉(20)이 결합되는 결합구멍(32)은 도 6a와 같이 중앙으로부터 편심된 위치에 배치되어 있다. 또한, 구형상 몸체(31a)의 측면에는 결합구멍(32)에 결합된 감지봉(20)을 고정시키기 위한 고정 볼트 또는 나사(33)가 결합되어 있다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 도 8에 도시된 바와 같이, 측정관(11)의 내부에 줄자(13)에 매달려서 지중 침하를 측정하도록 하강하는 감지봉(20)은 내부에 침하검출소자(40)를 검출하기 위한 자기센싱소자(20a)가 내장되어 있으며, 동시에 측정관(11)의 하부에 침투한 지하수의 수위를 측정하기 위한 수위센서(21)가 감지봉(20)의 하단부에 설치되어 있다.

그러나, 침하검출소자(40)가 영구자석(43)을 내장하는 대신에 단순히 금속 재료로 이루어진 경우 감지봉(20) 내부에는 자기센싱소자(20a) 대신에 금속 탐지센서가 내장된다.

감지봉(20) 내부의 하단부에 설치되는 수위센서(21)는 제어부(22)와 연결된 2개의 리드선으로 이루어지며, 수위 경계면에 2개의 리드선이 동시에 도달하면 물에 의해 도통상태(ON)로 설정된다.

상기 제어부(22)는 A/D 컨버터를 구비한 신호처리장치로 구성될 수 있으며, 메모리장치를 내장한 마이콤(micom)이나 별도의 메모리장치를 구비하는 마이크로프로세서(microprocessor), 프로그래밍 가능한 논리 소자나 어레이(programmable logic array), 마이크로컨트롤러, 신호 처리기, 또는 이들의 일부 또는 전부를 포함하는 조합일 수 있다.

제어부(22)는 수위센서(21)가 도통상태(ON)로 설정되면, 수위센서(21)가 수위 경계면에 도달한 것으로 인식하여, 부저(29b)를 울리면서 발광표시소자인 LED(29c)를 점등시킨다. 이에 따라 사용자는 줄자(13)의 눈금을 읽어서 지하수위를 측정한다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 감지봉(20)을 사용한 지중 침하 검사와 수위센서(21)를 사용한 지하수위(14)의 수위 침하 검사를 선택적으로 실시할 수 있다. 이를 위해 제어부(22)의 앞단에 기능 선택 스위치(도시되지 않음)를 구비하거나 또는 제어부(22)에 기능 선택 스위치의 기능을 소프트웨어적으로 구현함에 의해 콘트롤 패널(29)에 구비된 선택 스위치(도시되지 않음)를 이용하여 지중 침하 검사와 수위 침하 검사 중 하나를 선택하여 실시할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기한 수동방식으로 줄자(13)의 하강 깊이를 측정하는 대신에 자동방식으로 하강 깊이를 측정할 수 있다.

즉, 측정관(11)의 상단부에 설치되는 줄자 가이드(15)에 가이드 롤러(도시되지 않음)를 설치하고, 롤러 축에 길이측정부재(23)를 설치하면 줄자(13)가 측정관(11)을 따라 하강한 길이에 대한 길이 데이터를 제어부(22)가 디지털 값으로 얻을 수 있다. 이 경우, 길이측정부재(23)는 엔코더 또는 포텐시오미터 등을 사용하는 것도 물론 가능하다.

감지봉(20) 내부의 자기센싱소자(20a)는 측정관(11)의 직경에 따라 자기센싱소자(20a)와 침하검출소자(40)의 영구자석(43) 사이의 거리가 변하게 되어 자기센싱소자(20a)로부터 얻어지는 검출신호의 세기는 차이가 발생된다.

즉, 측정관(11)의 직경이 작은 경우는 검출신호의 세기가 커서 검출신호 출력을 줄여서 사용하고, 직경이 큰 경우는 검출신호의 세기가 미약하므로 검출신호 출력을 증폭하는 것이 필요하다.

본 발명에서는 자기센싱소자(20a)와 제어부(22) 사이에 검출신호의 세기(감도)를 조절하기 위한 측정감도 제어회로(28)를 구비하고 있다. 상기 측정감도 제어회로(28)는 OP 증폭기(연산 증폭기)(28a)의 출력단에 증폭률을 결정하는 저항으로 가변저항(28b)이 결선되어 구성되어 있다.

따라서, 소직경의 측정관(11)을 사용하는 경우는 검출신호의 세기가 크게 얻어지므로 검출신호 출력을 줄이도록 가변저항(28b)을 설정하고, 대직경의 측정관(11)을 사용하는 경우는 검출신호의 세기가 작게 얻어지므로 검출신호 출력을 증가시키도록 가변저항(28b)을 설정한다.

그 결과, 본 발명에서는 측정관(11)의 직경을 고려하여 측정감도 제어회로(28)의 검출신호 출력을 제어할 수 있어, 측정관(11)의 직경에 따른 지중 침하 측정장치의 감도의 조정이 가능하므로 현장별 정밀 계측이 가능하다.

상기 제어부(22)는 줄자드럼(10)의 벽면에 설치된 콘트롤 패널(29)에 구비되어 있으며, 제어부(22)의 출력에는 지중 침하 측정장치의 측정결과를 보여주는 디스플레이(29a), 부저(29b) 및 LED(20c)가 연결되어 있다.

이하에 본 발명에 따른 지중 침하 측정장치의 동작을 도 1 및 도 8을 참고하여 설명한다.

본 발명에 따른 지중 침하 측정장치는 도 1과 같이 지중 침하가 예상되는 지역에 토목공사를 진행할 때, 외주에 복수개의 침하검출소자(41a~41c)가 미리 설정된 일정한 간격으로 설치되어 있는 측정관(11)을 지중(1)에 먼저 설치한다.

측정관(11) 상부의 지상에는 줄자(13)가 보빈에 권선된 줄자드럼(10)을 고정 설치하고, 측정관(11)의 상단부에는 줄자 가이드(15)를 결합 설치한다.

상기 줄자 가이드(15)는 측정관(11)의 외경보다 더 큰 직경을 가지는 제1직경부(15b), 제1직경부(15b)의 하부에 측정관(11)의 외경에 대응하는 직경을 가지고 연장된 제2직경부(15c), 및 제2직경부(15c)의 하부에 측정관(11)의 내경에 대응하는 직경을 가지고 연장된 제3직경부(15d)를 가지도록 구성되고, 제1 내지 제3 직경부(15b~15d)의 일측에는 측정관(11) 내부로 투입되는 줄자(13)를 안정되게 안내하기 위한 가이드홈(15a)이 수직방향으로 형성되어 있다.

도 7a에 도시된 상기 줄자 가이드(15)는 측정관(11)의 내경에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 제1직경부(15b)의 하측에 제2직경부(15c)와 제3직경부(15d)를 가지는 것이 예시되어 있으나, 제1직경부(15b)의 하측에 제2직경부(15c)와 제3직경부(15d) 중 어느 하나만 형성되는 것도 가능하다.

그 후, 줄자드럼(10)으로부터 측정관(11) 내부로 하단부에 감지봉(20)이 연결되고 감지봉(20)이 감지봉 가이드(30)에 결합 고정된 센서조립체(100)를 측정관(11)에 삽입하여 하강시킨다.

이 경우, 감지봉(20)의 하단부는 감지봉 가이드(30)의 하부로 돌출되게 결합되며, 감지봉(20)의 하단부에는 수위 경계면, 즉 지하수위에 도달하는 것을 검출하기 위한 수위센서(21)가 내장되어 있다.

콘트롤 패널(29)에 구비된 선택 스위치(도시되지 않음)를 이용하여 지중 침하 검사와 수위 침하 검사 중 하나를 먼저 선택하여 실시한다. 이하의 설명에서는 먼저 선택 스위치(도시되지 않음)를 이용하여 지중 침하 검사를 선택한 경우를 설명한다.

센서조립체(100)가 측정관(11) 내부로 하강하여 제1침하검출소자(41a)에 도달하면, 감지봉(20) 내부의 자기센싱소자(20a)는 제1침하검출소자(41a)의 영구자석(43)을 자기적으로 검출하여 검출신호를 발생하며, 이 검출신호는 측정감도 제어회로(28)를 통과하면서 미리 설정된 증폭률로 증폭되어 제어부(22)에 입력된다.

본 발명에서는 감지봉(20)이 감지봉 가이드(30)에 중앙으로부터 편심된 위치에 배치되어 있어, 자기센싱소자(20a)는 제1침하검출소자(41a)의 영구자석(43)을 자기적으로 검출하는 데 충분하다.

또한, 제어부(22)는 제1침하검출소자(41a)에 대한 검출신호가 입력되면, 먼저 디스플레이(29a)에 "제1침하검출소자 검출" 문자를 표시하면서 부저(29b)와 LED(29c)를 점등시킨다.

이어서, 제어부(22)는 롤러 축에 설치된 길이측정부재(23)로부터 측정관(11)을 따라 하강한 줄자(13)의 길이에 대한 길이 데이터를 수신한 후, 길이 데이터(즉, 지중 깊이) 값을 메모리 장치에 저장과 동시에 디스플레이(29a)에 표시한다.

또한, 제어부(22)는 메모리장치에 종전에 측정한 제1침하검출소자(41a)에 대한 길이 데이터(즉, 지중 깊이) 값이 저장되어 있는 경우, 종전 측정값과 현재 측정값을 비교하여 현재의 길이 데이터(즉, 지중 깊이) 값이 증가한 경우, 디스플레이(29a)에 "침하발생" 문자표시와 함께 침하된 깊이 값을 표시한다.

이에 따라 사용자는 디스플레이(29a)에 표시된 디지털 표시값으로부터 쉽게 지중 침하 여부를 확인할 수 있다.

본 발명에서는 상기한 자동방식의 지중 침하를 판단하는 것 대신에 감지봉(20) 내부의 자기센싱소자(20a)가 제1침하검출소자(41a)의 영구자석(43)을 자기적으로 검출할 때, 제어부(22)는 감지봉(20)이 제1침하검출소자(41a)의 위치에 도달한 것으로 인식하여, 부저(29b)를 울리면서 발광표시소자인 LED(29c)를 점등시킨다. 이에 따라 사용자는 줄자(13)의 눈금을 읽어서 제1침하검출소자(41a)의 깊이 변화에 따라 지중 침하를 판단할 수 있다.

그 후, 사용자가 센서조립체(100)를 계속하여 측정관(11) 내부로 하강시켜서 제2침하검출소자(41b)와 제3침하검출소자(41c)에 도달할 때마다, 상기와 동일한 방식으로 제2침하검출소자(41b)와 제3침하검출소자(41c)의 침하 여부를 판단하여 그 결과를 디스플레이(29a)에 표시한다.

상기와 같이 자기센싱소자(20a)를 이용한 지중 침하 검사를 완료하면, 이어서 선택 스위치(도시되지 않음)를 이용하여 수위 침하 검사를 선택하여 수위 침하 검사를 실시한다.

수위 침하 검사를 위해 사용자가 도 1과 같이 센서조립체(100)를 계속하여 측정관(11) 내부로 하강시켜서 제3침하검출소자(41c)를 통과하는 경우, 감지봉(20)의 하단부는 지하수위(14)의 수위 경계면에 도달하게 된다.

감지봉(20)의 하단부가 지하수위(14)의 수위 경계면에 도달하면, 수위센서(21)는 도통상태(ON)로 설정된다. 지하수위(14)의 검출신호는 제어부(22)에서 인식하며, 이에 연동하여 메모리 장치에 저장과 동시에 디스플레이(29a)에 지하수위(14)의 검출을 표시한다.

제어부(22)는 메모리장치에 종전에 측정한 수위센서(21)에 대한 길이 데이터(즉, 지중 깊이) 값이 저장되어 있는 경우, 종전 측정값과 현재 측정값을 비교하여 디스플레이(29a)에 현재의 길이 데이터(즉, 지중 깊이) 값의 증가 또는 감소를 나타내면서 지하수위(14)의 값을 표시한다.

상기한 실시예에서 침하검출소자(40)가 영구자석(43)을 포함하는 경우는 감지봉(20)에 영구자석(43)을 검출하기 위한 자기센싱소자(20a)를 채용하나, 침하검출소자(40)가 단순히 금속 재료로 이루어진 경우 감지봉(20) 내부에는 금속탐지센서가 내장된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 지중 침하 측정장치에서는 복수의 침하검출소자(41a~41c)를 원하는 깊이의 지중(1)에 설치함에 따라 지중의 깊이별로 원하는 변위를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 편심된 위치에 감지봉(20)이 결합된 감지봉 가이드(30)를 채용함에 따라 별도의 30mm 소직경의 수위 측정관을 사용하지 않고 지중 경사를 측정하기 위해 토목공사 현장에 사용되고 있는 대직경 측정관, 예를 들어, 60mm 경사계관 하나만을 사용하여 지중 침하의 정밀 측정이 가능하고, 이를 이용하여 지중 경사도 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 감지봉 가이드를 채용함에 따라 감지봉과 침하검출소자 사이의 근접된 간격이 일정한 거리를 유지할 수 있어 계측 오차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 감지봉에 금속탐지센서를 채용함에 따라 침하검출소자로서 영구자석 대신에 금속링 또는 금속판 소자를 사용할 수 있으며 감지봉 가이드를 채용하지 않고도 계측이 가능하고, 침하검출소자의 다양한 형상 변경과 장기 계측이 가능하여 설계 자유도를 높일 수 있다.

본 발명은 편심된 위치에 감지봉이 결합된 감지봉 가이드를 채용함에 따라 지중 경사를 측정하기 위해 토목공사 현장에 사용되고 있는 하나의 경사계관을 사용하여 지중 침하 측정이 가능한 지중 침하 측정장치에 적용될 수 있다.

1: 지중 10: 줄자드럼
11: 측정관 11a: 경사계관
13: 줄자 100: 센서조립체
14: 지하수위 15: 줄자 가이드
20: 감지봉 20a: 자기센싱소자
21: 수위센서 22: 제어부
23: 길이측정부재 28: 측정감도 제어회로
29: 콘트롤 패널 29a: 디스플레이
29b: 부저 29c: LED
30~30b: 감지봉 가이드 40~40b,41a~41c: 침하검출소자
43: 영구자석 44: 침하날개

Claims (14)

1. 지중에 매립되는 하나의 측정관;
   상기 측정관의 외주에 설치된 적어도 하나의 침하검출소자;
   지상에 설치되며 보빈에 줄자가 권선되어 있는 줄자드럼;
   상기 침하검출소자를 센싱하기 위해 상기 측정관 내부로 투입되며 상단부가 줄자에 연결된 감지봉; 및
   상기 감지봉을 중앙으로부터 편심된 위치에 고정 결합하여 상기 측정관 내부로 투입될 때 감지봉의 하강을 안내하는 감지봉 가이드;를 포함하는 지중 침하 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 감지봉은 금속탐지센서를 포함하며, 상기 침하검출소자는 금속재료로 이루어진 지중 침하 측정장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 감지봉이 상기 침하검출소자를 센싱할 때 부저나 발광표시장치 중 어느 하나를 작동시키는 제어부;를 더 포함하는 지중 침하 측정장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 측정관의 상부에 설치되어 줄자드럼으로부터 측정관 내부로 투입되는 줄자의 길이 정보를 발생하여 제어부로 입력하는 길이측정부재; 및
   상기 길이측정부재로부터 얻어진 줄자의 투입 깊이를 표시하기 위한 디스플레이;를 더 포함하는 지중 침하 측정장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 감지봉은 자기센싱소자를 포함하며, 상기 침하검출소자는 적어도 하나의 영구자석을 포함하는 지중 침하 측정장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 침하검출소자는 금속재료로 이루어진 링 형상 몸체 또는 중앙부에 관통구멍이 형성된 검출판으로 이루어진 지중 침하 측정장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 감지봉 가이드는 중앙으로부터 편심된 위치에 감지봉이 결합되는 결합구멍이 형성된 원판형 몸체를 구비하는 지중 침하 측정장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 측정관은 내주면에 롤러홈을 구비한 경사계관으로 이루어지며,
   상기 감지봉 가이드는 경사계관의 롤러홈에 삽입되어 승하강이 이루어지도록 원판형 몸체의 외주에 형성된 한쌍의 롤러;를 더 포함하는 지중 침하 측정장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 감지봉 가이드는 중앙으로부터 편심된 위치에 감지봉이 결합되는 결합구멍이 형성된 구형상 몸체를 구비하는 지중 침하 측정장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 구형상 몸체의 상부면은 기계 가공이 용이하도록 면삭되어 있는 지중 침하 측정장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 감지봉으로부터 발생된 검출신호의 세기를 경사계관의 직경의 크기에 따라 증폭률을 가변하여 증폭시키기 위한 측정감도 제어회로;를 더 포함하는 지중 침하 측정장치.
12. 제4항에 있어서,
    상기 길이측정부재는 엔코더 또는 포텐시오미터인 지중 침하 측정장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 감지봉 내부의 하측에 설치되어 측정관 내부로 침투한 지하수위를 감지하기 위한 수위센서;를 더 포함하는 지중 침하 측정장치.
14. 삭제

Images