KR102177812B1

KR102177812B1 - 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템

Info

Publication number: KR102177812B1
Application number: KR1020200107220A
Authority: KR
Inventors: 위광재; 심완섭; 김준성
Original assignee: 주식회사 지오스토리
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2020-11-11

Abstract

본 발명은 지하시설물 탐사시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기장을 이용하여 매설된 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 지하시설물탐사기, 지하시설물탐사기보다 상대적으로 높은 자기장을 이용하여 매설된 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 고출력탐사기 및 펄스를 방사한 후 지하시설물에 반사된 신호를 수신하여 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 지피알장비를 포함하는 것을 특징으로 하여, 지하시설물탐사기와 지피알장비 등 이기종 장비의 융합을 통하여 정확한 탐사가 가능한 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에 관한 것이다.

Description

하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템{SYSTEM FOR DETECTING UNDERGROUND FACILITIES BY PERFORMING HYBRID MULTI-EXPLORATION}

본 발명은 지하시설물 탐사시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매설된 지하시설물의 심도, 위치 또는 재질 등에 따라 정확한 탐사가 가능한 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에 관한 것이다.

일반적으로 산업 및 생활, 문화 수준의 향상 등 도시화가 급속하게 진행되면서 지중에는 상하수도관이나 가스관, 전기 및 통신선로, 난방관, 송유관 등과 같은 수많은 지하시설물들이 급증하였으며, 지중에 매설되는 지하시설물의 관로 종류 또한 다양하게 설치되어 사용하고 있다.

이러한 지하시설물들은 도시의 미관과 안전을 이유로 지하에 매설되고 있는데, 다양한 유형을 갖는 지하시설물의 보수 및 관리를 위해서는 지하시설물의 위치정보가 정확히 확인되어야 하고 기록에 의해 유지 관리가 효율적으로 이루어질 필요가 있다.

종래에는 지하시설물의 위치를 파악하기 위해서 다음과 같은 방법이 주로 사용되고 있다. 1) 표석을 지하시설물 직상부 중요 지점(곡관부, 횡단전후 등)에 설치한다. 2) 지하시설물 표지판을 지하시설물 직상부나 주변 도로 갓길에 설치한다. 3) 지하시설물 탐사기를 이용한다.

그러나 종래 표석을 사용하는 방법은 표석 간의 설치 간격이 너무 멀고 때때로 원래 위치에서 벗어나 있어 실효가 없을 수 있다는 단점이 있으며, 표지판에 의한 방법은 지하시설물의 정확한 위치에 가리키는 것이 아니라 주변에 지하시설물이 있음을 알리는 수준이라 매우 부정확하다는 단점이 있다.

지하시설물 탐사기를 사용하는 방법은 자기장을 이용하여 지하시설물의 매설 위치나 심도를 탐사할 수 있으므로 비교적 정확하고 간편하다는 장점이 있으나, 지하시설물(관로)의 심도가 3m 이상 고심도에 매설된 경우, 전기/통신 관로 등 주변 시설물에 의해 자기장 간섭이 발생한 경우, 대상 관로의 재질이 비금속인 경우 등에는 탐사가 어렵다는 단점이 있다.

이와 같이 고심도, 자기장 간섭, 비금속 재질 등 다양한 원인으로 지하시설물의 탐사가 불가능하거나 매우 어려운 경우를 불탐이라고 칭하며, 탐사된 지하시설물과 별도로 구분하여 관리하고 있다.

위의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대해 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지하시설물탐사기와 지피알장비 등 이기종 장비의 융합을 통하여 정확한 탐사가 가능한 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 완충부를 이용하여 주변의 진동이나 충격으로부터 지피알장비가 지나치게 흔들리는 것을 방지할 수 있으므로 정밀한 탐사가 가능한 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 자기장을 이용하여 매설된 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 지하시설물탐사기; 지하시설물탐사기보다 상대적으로 높은 자기장을 이용하여 매설된 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 고출력탐사기; 및 펄스를 방사한 후 지하시설물에 반사된 신호를 수신하여 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 지피알장비; 를 포함하고, 매설된 지하시설물의 심도가 3 m 이상인 경우, 지하시설물탐사기와 고출력탐사기가 함께 탐사 작업에 사용되고, 매설된 지하시설물에 자기장 간섭이 발생하거나 또는 지하시설물이 비금속 재질인 경우, 지하시설물탐사기와 지피알장비가 함께 탐사 작업에 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에서 상기 지피알장비는, 송수신 펄스를 발생시키고 수신된 신호를 저장하는 제어장치; 제어장치에서 발생한 펄스를 방사시키는 송신 안테나; 방사된 펄스가 매질을 통과한 후 매설된 지하시설물에서 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 수신 안테나; 제어장치에서 획득한 신호를 영상으로 구현하는 디스플레이부; 및 제어장치, 송신 안테나, 수신 안테나 및 디스플레이부가 탑재되는 카트; 를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에서 상기 카트는, 하부면에 다수의 바퀴가 설치되어 이동 가능하며 일측에 손잡이가 장착된 이동부; 이동부의 하부면에 장착되는 고정브라켓; 고정브라켓의 하부에 탈착 가능하도록 삽입되는 회전탈착부; 회전탈착부의 하부에 장착되는 완충부; 및 완충부의 하부에 장착되며 송신 안테나와 수신 안테나가 내장되는 탐사부; 를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에서 상기 완충부는, 회전탈착부의 하면에 결합되는 완충상판; 완충상판의 하부에 미리 정해진 간격을 두고 이격하여 배치되는 완충하판; 및 완충상판과 완충하판의 사이에 장착되어 상하방향으로 탄성복원력을 제공하는 완충탄성부; 를 포함하며, 상기 완충상판의 네 귀퉁이에는 ‘U’자형 홈을 형성하는 4개의 상판연장부가 하부를 향해 돌출 연장되고, 완충하판의 네 귀퉁이에는 ‘U’자형 홈을 형성하는 4개의 하판연장부가 상부를 향해 돌출 연장되며, 상판연장부는 하판연장부보다 상대적으로 내측에 배치되어 상판연장부와 하판연장부가 마주보는 부분에 소정의 공간이 형성되고, 상판연장부와 하판연장부가 형성하는 소정의 공간에는 좌우탄성부가 삽입되어 완충상판과 완충하판에 전후좌우 방향으로 탄성복원력을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에서 상기 회전탈착부는, 완충수단의 상부에 결합되며 경질 소재로 이루어지는 탈착몸체부; 및 탈착몸체부의 상부에 결합되며 신축성 있는 소재로 이루어지는 탈착체결부; 를 포함하며, 상기 탈착몸체부는, 완충상판의 상부에 결합되는 탈착하판; 탈착하판의 중앙부로부터 상부를 향해 길게 연장되는 탈착회전축; 및 탈착회전축의 상단에 장착되어 탈착회전축의 회전을 제어하는 회전제어부; 를 포함하고, 상기 탈착체결부는, 탈착하판의 상부에 결합되는 탈착상판; 탈착상판의 상부에 반구형으로 형성되며 탈착회전축을 감싸도록 배치되는 탈착신축부; 탈착신축부의 양측에 형성되며 탈착신축부가 오므라들거나 펼쳐질 수 있도록 외력을 가할 수 있는 탈착외력부; 탈착외력부의 측부에 돌출 형성되는 회전가이드부; 및 탈착신축부의 상부에 십(十)자 형태로 천공되는 탈착천공부; 를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에서 상기 회전제어부는, 탈착회전축의 상단에 결합되며 내부가 비어있는 회전제어몸체; 회전제어몸체의 내측 일단에 결합되는 제1스프링; 제1스프링의 단부에 결합되는 제1슬라이더; 제1슬라이더의 단부에 결합되며 회전제어몸체 외부로 노출되거나 회전제어몸체 내부에 수납될 수 있는 제1구체; 회전제어몸체의 내측 타단에 결합되는 제2스프링; 제2스프링의 단부에 결합되는 제2슬라이더; 및 제2슬라이더의 단부에 결합되며 회전제어몸체 외부로 노출되거나 회전제어몸체 내부에 수납될 수 있는 제2구체; 를 포함하고, 상기 제1슬라이더의 일측부에는 전류가 흐르면 자기화되는 전자석부가 장착되고, 제1슬라이더의 일측부와 마주보는 제2슬라이더의 일측부에는 자성체가 장착되며, 전자석부에 전류가 흐르면 제1슬라이더와 제2슬라이더가 접촉 고정되어 제1구체와 제2구체가 회전제어몸체의 외부에 노출된 상태에서 고정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템에서 상기 고정브라켓은, 이동부의 저면에 결합되며 회전탈착부의 탈착체결부가 삽입될 수 있도록 삽입공간이 형성된 고정몸체; 및 고정몸체의 내측 삽입공간의 상단에 배치되며 회전제어부가 회전 가능하도록 수용되는 회전수용부; 를 포함하며, 상기 삽입공간의 중앙부에는 그 둘레를 따라 가이드홈이 함몰 형성되어 회전가이드부가 수용될 수 있고, 회전수용부의 내측면에는 다수의 걸림홈이 함몰 형성되어 제1구체와 제2구체가 수용될 수 있는 것이 바람직하다.

위와 같은 구성을 가지는 본 발명은, 지하시설물의 매설 심도가 3m 이상 고심도의 경우, 자기장 탐사에서 사용하는 지하시설물탐사기와 함께 고출력 자기장을 통해 한계 탐사심도를 개선한 고출력탐사기를 융합 사용하여 지하시설물의 위치와 심도를 탐사하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자기장 간섭 또는 비금속 관로의 경우, 지하시설물탐사기와 지피알장비를 동시에 사용하여 탐사율 향상을 도모할 수 있으며, 불탐 구간의 탐사가 가능하다는 장점이 있다.

아울러, 본 발명은 비금속 관로의 경우에도 지하시설물탐사기의 송신기를 이용하여 지하시설물에 접지시켜 교류 자기장을 흘려보내 지피알장비로 전류가 흐르고 있는 해당 관로의 위치를 파악하는데 효과적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

나아가, 본 발명은 완충부를 이용하여 주변의 진동이나 충격으로부터 지피알장비가 지나치게 흔들리는 것을 방지할 수 있으므로 정밀한 탐사가 가능하여 작업의 정확성이 현저히 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템의 탐사 모습을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비의 각 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치의 각 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 카트의 개략적인 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 완충부의 전체적인 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 회전탈착부의 전체적인 모습을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 회전탈착부를 위에서 바라본 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전제어부의 내부 모습을 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고정브라켓의 모습을 도시한 종단면도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고정브라켓을 아래에서 바라본 모습을 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 바람막이부의 각 구성이 분해된 모습을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 바람막이부가 작동되는 모습을 예시적으로 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 지하시설물의 단면화상을 얻는 기본방법을 설명하기 위한 도면.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 이미지의 형상화 방법을 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용한 탐측결과를 설명하기 위한 도면.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 배관의 길이방향으로 탐측할 경우의 결과를 설명하기 위한 도면.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 매설깊이 측정원리를 설명하기 위한 도면.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 송수신 안테나의 공명 특성을 설명하기 위한 도면.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 수신신호의 파형도를 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템의 탐사 모습을 설명하기 위한 도면이다.

일반적으로 매설된 지하시설물(상수, 하수, 전기, 통신, 가스, 난방 등 관로)의 심도와 위치를 탐사하는 작업에는 주로 자기장 탐사 방법이 사용되어 매설된 위치(심도)를 파악하고 있다.

그러나 지하시설물(관로)의 위치가 3m 이상 고심도에 매설된 경우, 전기/통신 관로 등 주변 시설물의 자기장 간섭에 의한 경우, 대상 관로의 재질이 비금속인 경우에는 자기장 탐사 방법에 의한 탐사 작업에 어려움이 있고, 이를 불탐이라고 한다.

따라서, 본 발명은 이러한 불탐 관로의 탐사율 향상을 위해 지하시설물탐사기(A), 고출력탐사기(B) 및 지피알(Ground Penetrating Radar)장비(C) 등 이기종 탐사장비를 융합하여 하이브리드 멀티 탐사를 실시한다.

상기 지하시설물탐사기(A)는 자기장을 이용하여 매설된 상기 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하고, 고출력탐사기(B)는 지하시설물탐사기보다 상대적으로 높은 자기장을 이용하여 매설된 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하며, 지피알장비(C)는 펄스를 방사한 후 지하시설물에 반사된 신호를 수신하여 지하시설물의 심도와 위치를 탐사한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 매설된 지하시설물(관로)의 심도가 3 m 이상인 경우, 지하시설물탐사기(A)와 고출력 자장을 통해 한계 탐사심도를 개선한 고출력탐사기(B)가 함께 탐사 작업에 사용된다(방안 01).

매설된 지하시설물에 자기장 간섭이 발생하거나 또는 지하시설물이 비금속 재질인 경우, 지하시설물탐사기(A)와 지피알장비(B)가 함께 탐사 작업에 사용되어 탐사율 향상을 도모한다(방안 02).

본 발명의 실시예에서 지피알장비(B)는 목표 대상물과 주변 지표와의 전파 반사 특성의 차이와 전파 발사/도달 시간의 계산을 통해 위치를 파악하며, 관로 재질에 따른 각 주파수별 신호를 별도로 표출할 수 있으므로 전류가 흐르는 관로와 흐르지 않는 관로를 구분하여 위치탐사가 가능하다.

비금속 관로의 경우에도 지하시설물탐사기(A)의 송신기를 이용하여 지하시설물에 접지시켜 교류 자장을 흘려보내 지피알장비(B)로 전류가 흐르고 있는 해당 관로의 위치를 파악하는데 효과적으로 사용이 가능하다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비의 각 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어장치의 각 구성을 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비는 제어장치(100), 송신 안테나(200), 수신 안테나(300), 디스플레이부(400) 및 전원 공급부(500)를 포함하여 이루어진다.

상기 제어장치(100)는 시스템 전체를 제어하고, 수신 안테나(300)로부터 전송된 신호를 기록, 저장하여 실내에서의 자료처리를 위해 필요한 PC로 자료를 전송하는 역할을 담당한다. 특히, 제어장치(100)에서 신호가 기록되는 최초 시간, 아날로그(analog)신호인 수신신호의 디지털 샘플링 간격, 신호가 기록되는 전체시간범위, 스태킹(stacking)횟수 등 탐사에 필요한 여러 변수들을 결정하며, 결정된 변수에 적합한 송수신 펄스를 발생시켜 증폭시킨 후 송신 안테나(200)를 통해서 방사하며, 수신 안테나(300)를 통해 수신된 신호를 증폭시켜서 기록한다. 또한, 샘플링 간격 및 트레이스(trace) 당 샘플링 간격 및 개수를 결정한다.

상기 송신 및 수신 안테나(200, 300)는 GPR에서 가장 핵심이 되는 부분으로서 제어장치(100)에서 발생한 펄스를 방사시키며 매질을 통과한 후 매설물체에서 반사되어 돌아오는 신호를 받아들이는 장치로서, 탐사한계깊이를 맞춰서 선택한 방출주파수를 따라 다른 안테나를 사용한다.

상기 디스플레이부(400)는 획득한 펄스 자료를 영상으로 구현시키는 장치로서 처리된 데이터를 대상으로 고해상도의 화면을 다양한 구현 색상을 적용하여 보다 높은 분해능의 단면도를 나타낼 수 있다.

상기 제어장치(100)와 송신 및 수신 안테나(200, 300) 사이는 전송선(900)으로 연결되어 있다. 전송선(900)은 제어장치(100)와 송신 및 수신 안테나(200, 300) 사이의 자료 전송을 담당하는 부분으로 레이다파의 송신 및 반사파의 수신을 최저의 잡음(nose) 상태에서 전달하는 기능을 담당하여 동축케이블이나 광케이블을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 전원 공급부(500)는 전자파 펄스의 발생, 자료의 송수신을 위한 필요동력으로 양질의 펄스와 노이즈 발생을 줄이기 위하여 DC전원을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제어장치(100)는 펄스 발생기(130) 및 펄스 송신 회로(140)를 통하여 초광대역폭의 펄스를 발생시켜 이를 송신하는 송신수단, 상기 수신 안테나(300)로부터 입력된 신호를 증폭하는 수신 전치 증폭기(110), 상기 수신 전치 증폭기(110)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(120) 및 시스템 전체를 제어하고 원시 데이터를 수집하며 송신에서부터 수신까지의 전파소요시간이 측정되는 CPU(150)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 카트의 개략적인 모습을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 제어장치(100), 송신 안테나(200), 수신 안테나(300), 디스플레이부(400) 및 전원 공급부(500) 등은 바퀴(830)와 손잡이(820)가 장착된 이동부(1000)가 구비된 카트(800) 상에 적재되어 장비의 특성상 이동성이 좋아지므로 작업자의 피로도를 줄이게 된다.

송수신 안테나(200, 300)는 송수신 시그널(signal) 손실을 최소화하기 위하여 탐사부(810)에 설치되어 지표와 밀착하여 앞, 뒤로 부착함으로써 전자파가 공기 중으로 손실되지 않으며, 무게가 가벼워 작업성이 좋다.

또한, 전원 공급부(500)는 경량의 전지(battery)로 구동할 수 있으므로, 재충전이 가능하고, 전지교체가 쉽다. 작업자의 신속하고도 원활한 탐측을 돕기 위하여 기기의 정보를 표시할 수 있는 디스플레이부(400)는 CRT 모니터 또는 LCD패널로 이루어지고 야외의 직사광선 하에서도 충분한 판독이 될 수 있도록 고해상도와 높은 명암 대비율을 갖는다.

한편, 상기 탐사부(810)는 고정브라켓(1300), 회전탈착부(1200) 및 완충부(1100)를 매개로 이동부(1000)의 하부면에 설치된다. 상기 고정브라켓(1300)은 이동부(1000)의 하부면에 결합되고, 회전탈착부(1200)는 고정브라켓(1300)의 하부에 탈착 가능하도록 삽입되며, 완충부(1100)는 회전탈착부(1200)의 하부에 결합된다.

상기 탐사부(810)는 이러한 완충부(1100)의 하부에 장착되며, 송신 안테나(200)와 수신 안테나(300)가 내장되어 있다. 상기 완충부(1100), 회전탈착부(1200) 및 고정브라켓(1300)의 구체적인 구성은 아래에서 상세히 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 완충부의 전체적인 모습을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 완충부(1100)는 회전탈착부(1200)의 하면에 결합되는 완충상판(1110), 완충상판의 하부에 미리 정해진 간격을 두고 이격하여 배치되는 완충하판(1130) 및 완충상판과 완충하판의 사이에 장착되어 상하방향으로 탄성복원력을 제공하는 완충탄성부(1120)를 포함한다. 전술한 것처럼 상기 완충하판(1130)의 하면에는 탐사부(810)가 결합된다.

도시된 실시예에서 상기 완충상판(1110)과 완충하판(1130)은 사각 패널의 형태로 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 완충탄성부(1120) 역시 코일스프링 형태로 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 완충탄성부(1120)는 상하방향으로 탄성복원력을 제공하여 외부로부터 탐사부(810)에 가해지는 충격이나 진동을 감쇠시켜 주고, 이에 따라 탐지 작업의 정확도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 상기 완충상판(1110)의 네 귀퉁이에는 'U'자형 홈을 형성하는 4개의 상판연장부(1111)가 하부를 향해 돌출 연장되고, 완충하판(1130)의 네 귀퉁이에는 'U'자형 홈을 형성하는 4개의 하판연장부(1131)가 상부를 향해 돌출 연장된다.

즉, 상기 상판연장부(1111)와 하판연장부(1131)는 치아처럼 서로 마주보도록 돌출 형성되며, 상판연장부(1111)가 하판연장부(1131)보다 상대적으로 내측에 배치되어 상판연장부(1111)와 하판연장부(1131)가 마주보는 부분에 소정의 공간이 형성된다.

상기 상판연장부(1111)와 하판연장부(1131)가 형성하는 소정의 공간에는 좌우탄성부(1140)가 삽입된다. 좌우탄성부(1140)는 일측면이 상판연장부(1111)의 'U'자형 홈에 접촉되고 타측면이 하판연장부(1131)의 'U'자형 홈에 접촉되어 완충상판(1110)과 완충하판(1130)에 전후좌우 방향으로 탄성복원력을 제공한다.

다시 말하면, 상기 완충하판(1130) 및 그 하부에 결합된 탐사부(810)는 완충탄성부(1120)에 의해 상하방향 진동이 감쇠되고, 좌우탄성부(1140)에 의해 전후좌우 방향 진동이 감쇠된다.

4개의 상판연장부(1111) 중 완충상판(1110)의 일측부에 배치된 2개의 상판연장부(1111), 4개의 상판연장부(1111) 중 완충상판(1110)의 타측부에 배치된 나머지 2개의 상판연장부(1111) 사이는 각각 상판지지부(1112)를 통해 연결된다.

이러한 상판지지부(1112)와 완충하판(1130) 사이는 높이고정부(1150)를 통해 연결되고, 높이고정부(1150)가 조절됨에 따라 완충상판(1110)과 완충하판(1130) 사이의 이격 거리가 가변될 수 있다.

즉, 사용자는 탐사 작업을 수행할 노면의 상태, 각 부품의 무게 등을 고려하여 높이고정부(1150)를 조이거나 풀 수 있고, 이에 따라 완충상판(1110)과 완충하판(1130) 사이의 이격 거리가 가변되어 완충탄성부(1120)의 강성이 조절될 수 있다.

이때, 상기 완충상판(1110)의 하면과 하판연장부(1131)의 최상단 사이의 간격은 좌우탄성부(1140)의 길이보다 상대적으로 좁게 조절되는 것이 바람직하며, 이에 따라 좌우탄성부(1140)의 이탈이 방지된다.

상기 완충상판(1110) 및 완충하판(1130)은, 나노실리카 10~15 중량부, 액상 규산염 35~45중량부, Li계 첨가제 0.2~20중량부, 실란화합물 0.2~2.0중량부, 액상 실리콘 0.2~3.0중량부, 유기계 공중합체 30~54.2중량부 및 공업용수 0.2~3.0중량부로 이루어진 바인더 100중량부와; 유기계 섬유 2~10중량부, 무기계 섬유 15~20중량부, 무기필러 50~60중량부, 강도 보강제 13~20중량부 및 중공형 경량 첨가제 10~20중량부로 이루어진 재료 100중량부;를 배합한 혼합재료를 일정온도로 가열 후 경화하여 형성되는 패널을 이용하여 형성될 수 있다.

이와 같은 패널을 이용하면, KS L 3314에 의한 굽힘강도가 7.2~9.3N/mm², KS L 5105에 의한 압축강도 6.8~10.4N/mm²을 나타내게 되어 굽힘강도와 압축강도가 향상되어 쉽게 깨지지 않고 우수한 강성을 나타내므로, 견고히 지지할 수 있게 된다.

한편, 상기 완충탄성부(1120) 및 좌우탄성부(1140)는 경량합금 또는 고강도 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 완충탄성부(1120) 및 좌우탄성부(1140)는, 디카르복실산 화합물 및, 시클로헥산디올을 포함한 디히드록시 화합물을 1:0.8 당량비로 에스테르 결합반응 시킨 후, 상기 에스테르 결합반응의 생성물에 폴리카보네이트디올을 전체 중량대비 20 ~ 45 중량% 첨가하여 형성되는 조성물을 코팅할 수 있다.

위의 조성물로 코팅하게 되면, 내구성과 내스크레치성이 향상될 뿐만 아니라 무엇보다도 완충탄성부(1120) 및 좌우탄성부(1140)에 탄성 및 유연성을 더 부가하게 되므로, 외부로부터 전해오는 진동 감쇠에 더 효율적일 것이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 회전탈착부의 전체적인 모습을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 회전탈착부를 위에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 회전탈착부(1200)는 완충부(1100)의 상부에 결합되며 경질 소재로 이루어지는 탈착몸체부(1210) 및 탈착몸체부의 상부에 결합되며 신축성 있는 소재로 이루어지는 탈착체결부(1220)를 포함한다.

상기 탈착몸체부(1210)는 금속, 목재 등 하부에 결합된 완충부(1100)를 지탱하기에 충분한 강성을 지니는 경질 소재로 이루어지고, 탈착체결부(1220)는 실리콘 등 탄성이 있는 유연한 소재로 이루어진다.

본 발명은 이와 같이 탈착몸체부(1210)와 탈착체결부(1220)를 상이한 소재로 구성함으로써 탐사부(810)를 사용하지 않을 때에는 분리하여 보관하고, 사용할 때에는 부착하여 활용할 수 있도록 할 수 있다.

상기 탈착몸체부(1210)는 완충상판(1110)의 상부에 결합되는 탈착하판(1211), 탈착하판의 중앙부로부터 상부를 향해 길게 연장되는 탈착회전축(1212) 및 탈착회전축의 상단에 장착되어 탈착회전축의 회전을 제어하는 회전제어부(1230)를 포함한다.

이와 같이 탈착몸체부(1210)가 탈착회전축(1212)을 기준으로 회전 가능하므로 탐사부(810)의 각도를 자유롭게 조절할 수 있어 탐사 작업시 편의성이 크게 향상되는 효과가 있다. 이러한 회전은 사용자에 의해 수동으로 이루어지거나, 또는 모터, 기어 등 공지의 구성을 이용하여 자동으로 이루어질 수 있다.

상기 탈착체결부(1220)는 탈착하판(1211)의 상부에 결합되는 탈착상판(1221), 탈착상판의 상부에 반구형으로 형성되며 탈착회전축(1212)을 감싸도록 배치되는 탈착신축부(1222), 탈착신축부의 양측에 형성되며 탁착신축부가 오므라들거나 펼쳐질 수 있도록 외력을 가할 수 있는 탈착외력부(1223), 탈착외력부의 측부에 돌출 형성되는 회전가이드부(1224) 및 탈착신축부의 상부에 십(十)자 형태로 천공되는 탈착천공부(1225)를 포함한다.

사용자는 탄성이 있는 유연한 소재로 이루어진 탈착외력부(1223)를 잡고 탈착신축부의 중심방향을 향하여 힘을 가하여 탈착외력부(1223)가 탈착신축부(1222)의 외주면보다 상대적으로 중심방향을 향해 더 들어오도록 할 수 있고, 이때 탈착외력부의 측부에 돌출된 회전가이드부(1224)도 탈착외력부와 함께 탈착신축부(1222)의 외주면보다 상대적으로 중심방향을 향해 더 들어오면서 탈착몸체부(1210)를 후술되는 고정브라켓(1300)으로부터 분리할 수 있다.

탈착몸체부(1210)를 고정브라켓(1300)에 삽입할 때에는 위 과정을 반대로 수행하여 회전가이드부(1224)가 탈착신축부(1222) 안쪽으로 들어오도록 힘을 가한 상태에서 고정브라켓(1300)에 삽입하고, 탈착외력부(1223)를 놓아 회전가이드부(1224)가 돌출될 수 있도록 한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전제어부의 내부 모습을 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 회전제어부(1230)는 탈착회전축(1212)의 상단에 결합되며 내부가 비어있는 회전제어몸체(1231), 회전제어몸체의 내측 좌단에 결합되는 제1스프링(1232), 제1스프링의 단부에 결합되는 제1슬라이더(1233), 제1슬라이더의 단부에 결합되며 회전제어몸체 외부로 노출되거나 회전제어몸체 내부에 수납될 수 있는 제1구체(1234), 회전제어몸체의 내측 우단에 결합되는 제2스프링(1236), 제2스프링의 단부에 결합되는 제2슬라이더(1237) 및 제2슬라이더의 단부에 결합되며 회전제어몸체 외부로 노출되거나 회전제어몸체 내부에 수납될 수 있는 제2구체(1238)를 포함한다.

상기 제1스프링(1232)은 제1슬라이더(1233)를 우측으로 밀려는 탄성력을 제공하므로 제1구체(1234)는 별다른 외력이 가해지지 않는 한 회전제어몸체(1231) 외부로 일부 또는 전부가 노출되어 있다.

마찬가지로, 제2스프링(1236)은 제2슬라이더(1237)를 좌측으로 밀려는 탄성력을 제공하므로 제2구체(1238)는 별다른 외력이 가해지지 않는 한 회전제어몸체(1231) 외부로 일부 또는 전부가 노출되어 있다.

한편, 상기 제1슬라이더(1233)의 일측부에는 전류가 흐르면 자기화되는 전자석부(1235)가 장착되고, 제1슬라이더(1233)의 일측부와 마주보는 제2슬라이더(1237)의 일측부에는 자성체(1239)가 장착된다.

상기 전자석부(1235)에 전류가 흐르면 제1슬라이더(1233)와 제2슬라이더(1237)가 접촉 고정되므로 제1구체(1234)와 제2구체(1238)는 회전제어몸체(1231)의 외부에 노출된 상태에서 고정될 수 있다.

다시 말하면, 평상시 제1구체(1234)와 제2구체(1238)는 제1스프링(1232) 및 제2스프링(1236)에 의해 회전제어몸체(1231) 내부에 수납 또는 외부로 노출된 상태를 자유롭게 오갈 수 있으나, 전자석부(1235)에 전류가 흐르면 전자석부(1235)와 자성체(1239)가 붙은 상태에서 고정됨에 따라 제1슬라이더(1233)와 제2슬라이더(1237)가 하나의 막대처럼 단단해지고, 이에 따라 제1구체(1234)와 제2구체(1238)는 외부에 노출된 상태로 고정될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고정브라켓의 모습을 도시한 종단면도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고정브라켓을 아래에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 고정브라켓(1300)은 이동부(1000)의 하부에 결합되며 회전탈착부(1200)의 탈착체결부(1220)가 삽입될 수 있도록 삽입공간(1311)이 형성된 고정몸체(1310) 및 고정몸체의 내측 삽입공간의 상단에 배치되며 회전제어부(1230)가 회전 가능하도록 수용되는 회전수용부(1320)를 포함한다.

즉, 이동부(1000)의 하면에 고정브라켓(1300)이 결합되고, 이러한 고정브라켓(1300)에는 회전탈착부(1200)가 탈착 가능하면서 회전 가능하도록 체결되며, 회전탈착부(1200)의 하부에 완충부(1100)가 결합되고, 완충부(1100)의 하부에 탐사부(810)가 결합된다.

상기 삽입공간(1311)의 중앙부에는 그 둘레를 따라 가이드홈(1312)이 함몰 형성된다. 이러한 가이드홈(1312)에는 전술한 회전가이드부(1224)가 수용되고, 이에 따라 탈착몸체부(1210)는 고정브라켓(1300)으로부터 이탈되지 않으면서 일정한 궤도로 회전할 수 있다.

한편, 상기 회전수용부(1320)의 내측면에는 그 둘레를 따라 다수의 걸림홈(1321)이 함몰 형성된다. 이러한 걸림홈(1321)에는 제1구체(1234) 및 제2구체(1238)가 수용되어 일정한 고정력을 지닐 수 있다.

다시 말하면, 탈착몸체부(1210)가 회전함에 따라 탈착회전축(1212)이 회전되고, 그 상단의 회전제어부(1230) 역시 회전하게 되는데, 제1구체(1234) 및 제2구체(1238)가 걸림홈(1321)에 수용되어 있을 때에는 일시적으로 약간의 고정력을 지니고, 제1구체(1234) 및 제2구체(1238)가 걸림홈(1321)을 타고 넘어간 후 다시 다른 걸림홈(1321)에 수용될 때에는 '딸깍'하는 느낌과 함께 절도감을 형성하여 회전 여부를 명확하게 인지할 수 있다.

만약, 탐사부(810)의 각도 조절이 완료되어 더 이상 탈착몸체부(1210)를 회전시킬 필요가 없으면, 전자석부(1235)에 전류를 흘려 제1슬라이더(1233)와 제2슬라이더(1237)가 하나의 막대처럼 단단해지도록 하고, 이에 따라 제1구체(1234) 및 제2구체(1238)가 걸림홈(1321)에 수용된 상태에서 고정되므로 탈착몸체부(1210)는 더 이상 회전하지 않게 된다.

도시되어 있지는 않지만, 상기 전자석부(1235)는 일반적인 제어부, 배터리, 스위치 등과 전기적으로 연결되어 상황에 따라 전류가 흐르거나 또는 흐르지 않도록 작동할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 바람막이부의 각 구성이 분해된 모습을 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 바람막이부가 작동되는 모습을 예시적으로 도시한 단면도이다.

한편, 도 5에 도시된 것처럼 이동부(1000)의 하부면 일측에는 바람막이부(1500)가 설치되어 주변의 바람으로부터 탐사부(810)가 지나치게 흔들리는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로 상기 바람막이부(1500)는 내부가 비어있으며 하단에 진입홀(1531)이 천공된 바람케이스(1530), 바람케이스에 상하로 이동 가능하도록 설치되어 외부로 돌출되거나 내부에 수납될 수 있는 하부바람몸체(1510), 하부바람몸체의 전방면 상단에 돌출 형성되는 다수의 걸림턱(1511), 하부바람몸체의 전방에 배치되며 상하로 이동 가능하도록 설치되어 외부로 돌출되거나 내부에 수납될 수 있는 상부바람몸체(1520) 및 상부바람몸체의 후방면에 함몰 형성되며 다수의 걸림턱(1511)이 수용되는 다수의 레일(1521)을 포함한다.

상기 하부바람몸체(1510)의 단부는 바람회전모터(1540)에 연결되어 상부 또는 하부를 향해 회전할 수 있으며, 다수의 걸림턱(1511)은 다수의 레일(1521)에 수용되어 상하로 슬라이딩 될 수 있다.

도시된 것처럼 다수의 걸림턱(1511)은 'T'자 형태로 형성되어 레일(1521)로부터 이탈되지 않으며, 걸림턱(1511)이 레일(1521)의 최하단에 위치한 상태에서 하부바람몸체(1510)가 하부를 향해 더 이동되면 상부바람몸체(1520)는 걸림턱(1511)이 레일(1521)에 걸린 채로 하부바람몸체(1510)와 함께 하부를 향해 이동된다.

반대로, 하부바람몸체(1510)의 걸림턱(1511)이 레일(1521)의 최상단에 위치한 상태에서 하부바람몸체(1510)가 상부를 향해 더 이동되면 상부바람몸체(1520)는 하부바람몸체(1510)의 전방에 포개어 겹쳐진 상태로 수납된다.

본 발명은 이와 같이 하부바람몸체(1510)와 상부바람몸체(1520)를 나누어 구성하고, 하부바람몸체(1510)의 하향 이동에 따라 상부바람몸체(1520)도 하향 이동될 수 있도록 구성하여 적은 면적을 차지하면서도 동시에 바람 진입 방지 효과는 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명은 바람의 속도 등을 고려하여 하부바람몸체(1510)와 상부바람몸체(1520)가 펼쳐지는 정도를 자유자재로 조절할 수 있다.

한편, 상기 하부바람몸체(1510)에는 다수의 통기공(1512)이 횡방향으로 이격되어 배치되고, 다수의 통기공(1512) 사이사이에 다수의 공기홈(1513)이 이격 배치된다.

다수의 통기공(1512)은 종방향으로 긴 타원형으로 형성되며, 일부 바람이 하부바람몸체(1510)를 통과하여 후방으로 자연스럽게 흐를 수 있도록 함으로써, 강한 바람이 발생하였을 때 하부바람몸체(1510)가 부러지거나 과한 진동이 발생하여 이동부(1000)로 전달되는 것을 방지하는 효과가 있다.

다수의 공기홈(1513)은 가운데 부분이 낮고 양 단부가 높은 'V'자 형태로 형성되며, 종방향으로 이격 배치된 4개의 공기홈(1513)이 한 세트를 이룬다. 다수의 공기홈(1513)은 하부바람몸체(1510)에 부딪히는 바람을 통기공(1512) 방향으로 유도하여 흐르도록 한다.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 지하시설물의 단면화상을 얻는 기본방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 이미지의 형상화 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용한 탐측결과를 설명하기 위한 도면이고, 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 배관의 길이방향으로 탐측할 경우의 결과를 설명하기 위한 도면이며, 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 지피알장비를 이용하여 매설깊이 측정원리를 설명하기 위한 도면이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 탐측원리를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 송신 안테나(200)에서 방출된 전자파가 매질중으로 전파해 나가다가 어떤 물체에 부딪친 후 반사해 오는 파를 검출, 전자파의 비행시간과 전파속도로부터 물체와 송신기사이의 거리를 측정한다.

그러나 지하매질의 경우 레이더가 전파되는 공기보다 물리적으로 매우 불균질(non-homogeneous)하므로 레이더와 같이 정보를 쉽게 알아내기는 곤란하다. 즉, 물리적 불균질성으로 인해서 지하에서 반사되어 온 신호중에는 많은 잡음(noise)이 포함되어 판독하기가 쉽지 않다. 따라서, 탐사데이터는 적절한 처리를 거쳐야 한다.

도 14에서 (a)는 전자파의 송수신, (b)는 획득한 펄스자료를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 송신 안테나(radio transmitter; XMIT)와 수신기(receiver)가 한 쌍의 송수신 안테나(200, 300)를 이루면서 지상에서 접촉하게 된다. 송신기로부터 방출된 신호는 지중으로 짧은 거리를 침투한다. 지하에서 전파되는 신호(radio wave)는 주변 토양과 전기적 물성이 다른 어떤 물질과 부딪치면 반사하게 된다. 예를 들어, 매설배관이나 지하 공동(空洞; void)으로부터 신호가 반사된다. 지하의 물체로부터 반사된 신호(radio signal)는 도 14의 (b)와 같이 방출된 후 시간이 조금 경과한 후에 도착하게 된다.

도 15에 도시된 바와 같이, 탐측자가 쉽게 인식할 수 있도록 일반적으로 PC스크린과 같은 디스플레이부(400)에 매설물체로부터 반사된 펄스 에코(pulse echo)를 형상화시킨다. 레이더는 지상에서 도 15의 (a)와 같이 일정간격으로 이동하며(1→2→3), 이에 따라 도 15의 (b)에서처럼 새로운 에코(echo)가 이전 에코의 옆에 그려진다. 이 펄스패턴이 PC의 화면에 연속적으로 출력된다. 이와 같은 방법으로 충분한 양의 신호를 검출하면 작업자는 화면의 에코 패턴을 보고 지하에 매설된 물체가 있다고 인식할 수 있게 된다.

상기와 같은 탐측결과는 도 16의 오른쪽 그림(b)의 하단부 반사파(reflected pulse)를 연결하면 쌍곡선(hyperbola)의 형태로 나타난다. 도 16의 (a)에 도시된 바와 같이 지하에 배관이 매설된 경우, 배관을 가로질러 탐측하는 경우 매설물체가 송수신 안테나(200, 300)의 전면에 있을 경우 방출된 에코가 물체에 반사되어 돌아오는 데에는 어느 정도의 시간이 걸린다.

송수신 안테나(200, 300)가 물체에 접근함에 따라 이 시간은 점차 줄어들게 된다. 매설물체의 직상부에 안테나(200, 300)가 있을 경우 에코의 반사시간이 가장 짧다. 이후 매설물체를 지남에 따라 다시 반사파가 수신 안테나(300)에 도달하는 시간은 늘어난다. 이로 인해 '쌍곡선'이 나타난다. 숙달된 작업자라면 이것이 배관과 같은 작은 물체임을 알 수 있다. 매설구조물의 종류에 따라 다른 패턴이 나타난다. 예를 들어, 지하에 매설된 직육면체 저장탱크라면 반사파 곡선의 양끝이 아래로 내려가는 평평한 곡선으로 나타날 것이다.

그런데 배관의 길이방향으로 탐측을 한다면 그 결과는 도 17에 도시된 바와 같을 것이다. 즉, 송수신 안테나(200, 300)와 배관의 거리가 항상 같기 때문에 수신되는 반사파의 펄스를 이으면 직선으로 나타나게 된다. 문제는 다른 조건에서도 같은 결과가 나타난다는 점이다. 예를 들어 특히, 점토(clay)/암반(bedrock)층과 같이 지층이 나뉘는 지역을 탐측을 했다고 가정하면 두 지층의 경계부분에서도 탐측 결과는 도 17과 같은 직선으로 나타나므로 탐측결과 지하에 배관이 매설되어 있다고 말할 수 없게 된다. 따라서, 매설배관의 탐측시에는 배관을 가로질러 탐측해야 한다.

도 18에 도시된 바와 같이, 주변 토양에 관한 어느 정도의 정보를 가지고 있지 않다면 매설물의 매설깊이를 결정하는 것은 쉽지 않다. 원칙적으로 GPR시스템은 전자파 및 펄스의 방출/도달시간을 매우 정확하게 측정한다. 다시 말해서, 토양 중에서 전자파의 이동속도를 안다면, 도 18(b)의 송신파(directed pulse)와 수신파(reflected pulse) 사이의 시간을 알고 있으므로 매설깊이를 계산할 수 있다. 따라서, 이와 같은 과정을 내부적으로 거쳐서 PC에 나타나는 영상에 매설 깊이가 표시된다.

그러나 레이더 신호의 속도는 토양종류에 따라서 민감하게 변한다. 공기 중에서 레이다파는 297,600㎞/sec의 속도로 전파된다. 그러나 토양 중에서는 토양의 수분함량, 공극률 등에 따라 속도가 매우 민감하게 변한다. 따라서, 경험적으로 토양의 전기적 특성, 전기전도도 및 유전상수(dielectric constant)를 알고 있거나, 매설깊이를 알고 있는 매설물체가 있다면, GPR탐측으로 측정한 매설심도를 정확하게 보정할 수 있다. 따라서, GPR을 통해서 정확한 매설심도를 측정하기 위해서는 토양에 대한 정보가 필수적이다. 다음의 표 1은 일반적인 토양종류에 따른 전자파의 전파특성을 나타낸 것이다.

재료	유전상수	속도 (m/㎱)	감쇄계수 (㏈/m)
air	1	0.30	0
distilled water	80	0.033	0.002
fresh water	80	0.033	0.1
sea water	80	0.01	1000
dry sand	3~5	0.15	0.01
saturated snad	20~30	0.06	0.03~0.3
limestone	4~8	0.12	0.4~1
silt	5~30	0.09	1~100
clay	5~40	0.07	1~100
granite	4~6	0.13	0.01~1
dry salt	5~6	0.13	0.01~1
ice	3~4	0.16	0.01

한편, 탐측시 고려해야 할 사항으로, GPR탐사에서 가장 중요한 변수 중의 하나가 운용주파수 선정이다. 적절한 주파수 선정은 탐사의 성공여부를 좌우한다고 할 수 있다. 주파수 선정은 탐사 대상체를 명확히 정의함에 따라 이루어질 수 있다. 이것은 탐측에 앞서서 현장 탐사를 실행해야함을 의미한다. 주파수 선정시 고려해야 할 점은 현장의 지질상태, 표면장애물, 토양의 전기적 특성, 대상체의 매설깊이 등이다. 이중 주파수 선정에서 가장 중요한 인자는 탐측심도로서, 이는 고주파일수록 탐측심도가 낮아지는 반비례관계가 있기 때문이다. 따라서, 목표물의 심도 및 크기에 따라 주파수를 적절하게 선정해야 한다.

아래 표2에는 중심주파수에 따른 대략적인 탐측가능깊이를 나타내었다.

깊이(m)	중심주파수(㎒)
0.5	1,000
1.0	500
2.0	200
7.0	100
10.0	50
30.0	25
50.0	10

지하시설물의 매설심도탐측시에는 주로 225㎒의 중심주파수를 가진 안테나를 주로 사용하고 있으며, 여러 배관이 교차되는 지점 등에서 가스배관보다 매설심도가 낮은 타배관 등의 탐측을 위해서 400㎒의 안테나도 사용하고 있으나, 일반적인 가스배관의 매설심도가 대략 2m 정도이므로 본 발명에서는 중심주파수가 200㎒ 정도의 안테나를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 타임 윈도우(Time window)란 얼마만큼의 시간 동안 자료를 받을 것인가를 의미하는 것으로 이는 탐측대상물체의 매설심도와 관계가 있다. 즉, 전자파가 매설물체까지 전파되었다가 다시 되돌아오는 시간 이상의 충분한 시간 동안 데이터를 받아야 한다. 이는 토양 중의 전자파 전파속도와도 밀접한 관계가 있다. 따라서, 타임 윈도우 선택시에는 대상물체의 매설깊이뿐만 아니라 토양의 전기적 특성에 관한 정보를 알아야 한다.

샘플링 인터벌(Sampling interval)은 반사되어 돌아오는 파형을 얼마만큼의 시간 간격으로 수집할 것인가를 의미하는데, 일반적으로 사용하는 안테나의 중심주파수에 따라 그 값이 다르다. 상기의 두 가지 변수는 송수신 안테나(200, 300)의 종류에 따라서 가장 적합한 값들을 주파수에 따라 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 토양의 전기전도도가 높다면 전자파의 전파는 어려워진다. 일반적으로 전지전도도가 0.01Ω^-1·㎝^-1이상이면 GPR탐사가 어렵다고 본다. 따라서, 탐측전에 탐측할 지역의 전기적인 특성을 미리 파악, 또는 예측하는 것은 탐측결과의 질을 높이는데 필수적이다. 아래의 표 3에 전기 전도도에 따라 매질을 분류하였다.

탐사조건	전기전도도(σ) (Ω^-1·㎝^-1)	매질
좋 음	σ＜10^-7	공기, 건조한 화강암, 건조한 석회암, 콘크리트, 아스팔트
나쁘지 않음	10^-7＜σ＜10^-2	fresh water, 얼음, 눈, 모래, sit, 건조한 점토, 현무암
나 쁨	σ＞10^-2	젖은 점토, 젖은 현무암, 해수, 해빙

다음으로는 본 발명을 구성하는 각각의 구성요소들의 특징을 통하여 본 발명의 작용을 더욱 상세히 설명한다. GPR의 펄스 송신 회로(140)와 펄스 발생기(130)로 구성된 송신수단에서는 초광대역폭의 펄스가 발생된다. 따라서, 핵심적인 GPR 제작기술로서 반드시 초광대역폭의 펄스재현기술을 보유해야 한다. 이 펄스는 약 300㎰정도의 입상시간을 가지는 5㎱의 폭으로 이루어진 100볼트 이상의 규격을 만족하여야 한다. 이는 일반적으로 반도체부품의 규격을 나타내기 위하여 사용되는 테스트 규격에 기준하여 300㎸/㎲의 쓰루풋트에 해당하는 규격이다.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 송수신 안테나의 공명 특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 수신신호의 파형도를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 송수신용 안테나(200, 300)에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 일반적으로 고주파수(수 ㎓) 영역에서는 혼(나팔모양으로 생긴) 안테나, 또는 평면상의 어레이타입 안테나가 잘 사용된다. 그러나 본 발명에서 목표로 하고 있는 225㎒대역의 범위에서는 다이폴(dipole) 타입의 안테나를 적용한다.

다이폴 안테나는 낮은 지향성, 안테나 공명(RINGING), 불안정한 특성 임피던스, 불요 주파수 확산, 기구적인 대형화 등의 여러가지 문제점 등을 가지고 있으나, 저항성 종단장치의 사용에 의한 가격대 효과에 대한 안테나 공명의 감소, 여러 개의 반사기의 채택에 의한 안테나 지향성의 확대, 완충재의 적절한 사용에 의한 불요 주파수 확산의 감소 및 그 크기와 무게의 감소 등이 가능하다.

본 발명의 수신전치 증폭기(110)에 대하여 살펴보면, 먼저 수신된 반사파의 원형은 이론상 도 19와 같다. 그러나 실제로는 훨씬 복잡한 불필요한 주파수대역, 노이즈(noise), 에코(echo), 공명파, 이미지(image) 등의 목적 외 신호가 동시에 감지되는 것이 일반적이다. 따라서 적절한 대역필터를 사용하여 이들을 제거하고 수신신호 해석부에서 필요한 레벨까지 노이즈 없이 증폭해야만 원하는 정보를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 광대역고주파수증폭기 NE5205 통하여 필요에 따라 최고 90DB까지 증폭할 수 있는 수신 전치 증폭기(110)를 구현하였다.

또한, 수신 안테나(300)로부터 입력되어 수신 전치 증폭기(110)에서 증폭된 신호는 아날로그/디지털 변환용 A/D 컨버터(converter)(120)에서 디지털 신호로 변환되고, 이때 CPU(150)에서는 송신에서부터 수신까지의 전파소요시간이 측정된다. 이를 위해서는 매우 짧은 시간에 대한(나노초 또는 필요에 따라 피코초)의 측정기술을 필요로 하고 또한 고속의 디지털 스토리지 오실로스코프(storage oscilloscope)에 이용되는 기술을 필요로 한다.

또한, 본 발명에서는 별도의 수신신호 저장부(160)를 더 구비하여, CPU(150)에서 이용하기 위하여 수집된 원시데이터를 충분한 양의 스태틱(static)메모리에 저장하고, 필요에 의한 CPU(150)의 요구에 의해서 보내지며 고속으로 수집되어지는 원시데이터를 신속히 저장하도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 제어장치 110 : 수신 전치 증폭기 120 : A/D 컨버터
130 : 펄스 발생기 140 : 펄스 송신 회로 150 : CPU
160 : 수신신호 저장부 200 : 송신 안테나 300 : 수신 안테나
400 : 디스플레이부 500 : 전원공급부 800 : 카트
810 : 탐사부 820 : 손잡이 830 : 바퀴
900 : 전송선 1000 : 이동부 1100 : 완충부
1110 : 완충상판 1111 : 상판연장부 1112 : 상판지지부
1120 : 완충탄성부 1130 : 완충하판 1131 : 하판연장부
1140 : 좌우탄성부 1150 : 높이고정부 1200 : 회전탈착부
1210 : 탈착몸체부 1211 : 탈착하판 1212 : 탈착회전축
1220 : 탈착체결부 1221 : 탈착상판 1222 : 탈착신축부
1223 : 탈착외력부 1224 : 회전가이드부 1225 : 탈착천공부
1230 : 회전제어부 1231 : 회전제어몸체 1232 : 제1스프링
1233 : 제1슬라이더 1234 : 제1구체 1235 : 전자석부
1236 : 제2스프링 1237 : 제2슬라이더 1238 : 제2구체
1239 : 자성체 1300 : 고정브라켓 1310 : 고정몸체
1311 : 삽입공간 1312 : 가이드홈 1320 : 회전수용부
1321 : 걸림홈 1500 : 바람막이부 1510 : 하부바람몸체
1511 : 걸림턱 1512 : 통기공 1513 : 공기홈
1520 : 상부바람몸체 1521 : 레일 1530 : 바람케이스
1531 : 진입홀 1540 : 바람회전모터

Claims

자기장을 이용하여 매설된 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 지하시설물탐사기; 지하시설물탐사기보다 상대적으로 높은 자기장을 이용하여 매설된 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 고출력탐사기; 및 펄스를 방사한 후 지하시설물에 반사된 신호를 수신하여 지하시설물의 심도와 위치를 탐사하는 지피알장비; 를 포함하고,
매설된 지하시설물의 심도가 3 m 이상인 경우, 지하시설물탐사기와 고출력탐사기가 함께 탐사 작업에 사용되고, 매설된 지하시설물에 자기장 간섭이 발생하거나 또는 지하시설물이 비금속 재질인 경우, 지하시설물탐사기와 지피알장비가 함께 탐사 작업에 사용되며,
상기 지피알장비는,
송수신 펄스를 발생시키고 수신된 신호를 저장하는 제어장치; 제어장치에서 발생한 펄스를 방사시키는 송신 안테나; 방사된 펄스가 매질을 통과한 후 매설된 지하시설물에서 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 수신 안테나; 제어장치에서 획득한 신호를 영상으로 구현하는 디스플레이부; 및 제어장치, 송신 안테나, 수신 안테나 및 디스플레이부가 탑재되는 카트; 를 포함하되,
상기 카트는,
하부면에 다수의 바퀴가 설치되어 이동 가능하며 일측에 손잡이가 장착된 이동부; 이동부의 하부면에 장착되는 고정브라켓; 고정브라켓의 하부에 탈착 가능하도록 삽입되는 회전탈착부; 회전탈착부의 하부에 장착되는 완충부; 및 완충부의 하부에 장착되며 송신 안테나와 수신 안테나가 내장되는 탐사부; 를 포함하며,
상기 완충부는,
회전탈착부의 하면에 결합되는 완충상판; 완충상판의 하부에 미리 정해진 간격을 두고 이격하여 배치되는 완충하판; 및 완충상판과 완충하판의 사이에 장착되어 상하방향으로 탄성복원력을 제공하는 완충탄성부; 를 포함하며,
상기 완충상판의 네 귀퉁이에는 ‘U’자형 홈을 형성하는 4개의 상판연장부가 하부를 향해 돌출 연장되고, 완충하판의 네 귀퉁이에는 ‘U’자형 홈을 형성하는 4개의 하판연장부가 상부를 향해 돌출 연장되며, 상판연장부는 하판연장부보다 상대적으로 내측에 배치되어 상판연장부와 하판연장부가 마주보는 부분에 소정의 공간이 형성되고, 상판연장부와 하판연장부가 형성하는 소정의 공간에는 좌우탄성부가 삽입되어 완충상판과 완충하판에 전후좌우 방향으로 탄성복원력을 제공하며,
상기 회전탈착부는,
완충수단의 상부에 결합되며 경질 소재로 이루어지는 탈착몸체부; 및 탈착몸체부의 상부에 결합되며 신축성 있는 소재로 이루어지는 탈착체결부; 를 포함하며,
상기 탈착몸체부는, 완충상판의 상부에 결합되는 탈착하판; 탈착하판의 중앙부로부터 상부를 향해 길게 연장되는 탈착회전축; 및 탈착회전축의 상단에 장착되어 탈착회전축의 회전을 제어하는 회전제어부; 를 포함하고,
상기 탈착체결부는, 탈착하판의 상부에 결합되는 탈착상판; 탈착상판의 상부에 반구형으로 형성되며 탈착회전축을 감싸도록 배치되는 탈착신축부; 탈착신축부의 양측에 형성되며 탈착신축부가 오므라들거나 펼쳐질 수 있도록 외력을 가할 수 있는 탈착외력부; 탈착외력부의 측부에 돌출 형성되는 회전가이드부; 및 탈착신축부의 상부에 십(十)자 형태로 천공되는 탈착천공부; 를 포함하며,
상기 회전제어부는,
탈착회전축의 상단에 결합되며 내부가 비어있는 회전제어몸체; 회전제어몸체의 내측 일단에 결합되는 제1스프링; 제1스프링의 단부에 결합되는 제1슬라이더; 제1슬라이더의 단부에 결합되며 회전제어몸체 외부로 노출되거나 회전제어몸체 내부에 수납될 수 있는 제1구체; 회전제어몸체의 내측 타단에 결합되는 제2스프링; 제2스프링의 단부에 결합되는 제2슬라이더; 및 제2슬라이더의 단부에 결합되며 회전제어몸체 외부로 노출되거나 회전제어몸체 내부에 수납될 수 있는 제2구체; 를 포함하고,
상기 제1슬라이더의 일측부에는 전류가 흐르면 자기화되는 전자석부가 장착되고, 제1슬라이더의 일측부와 마주보는 제2슬라이더의 일측부에는 자성체가 장착되며, 전자석부에 전류가 흐르면 제1슬라이더와 제2슬라이더가 접촉 고정되어 제1구체와 제2구체가 회전제어몸체의 외부에 노출된 상태에서 고정되고,
상기 고정브라켓은,
이동부의 저면에 결합되며 회전탈착부의 탈착체결부가 삽입될 수 있도록 삽입공간이 형성된 고정몸체; 및 고정몸체의 내측 삽입공간의 상단에 배치되며 회전제어부가 회전 가능하도록 수용되는 회전수용부; 를 포함하며,
상기 삽입공간의 중앙부에는 그 둘레를 따라 가이드홈이 함몰 형성되어 회전가이드부가 수용될 수 있고, 회전수용부의 내측면에는 다수의 걸림홈이 함몰 형성되어 제1구체와 제2구체가 수용될 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 멀티 탐사를 실시하여 탐사율을 향상시킬 수 있는 지하시설물 탐사시스템.