KR102199951B1 - 광섬유센서 내장형 frp 센서복합체를 구비한 변형측정기, 이를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법 - Google Patents

광섬유센서 내장형 frp 센서복합체를 구비한 변형측정기, 이를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사면에 고정점과 이동점을 각각 설치하고, 고정점과 이동점 사이를 와이어로 연결하며, 광섬유센서가 내장되어 있는 FRP 센서복합체와 이를 설치하기 위한 지그부재를 포함하도록 구성된 변형측정기를 와이어에 설치함으로써, 이동점의 변위로 인한 인장력 때문에 발생하는 FRP 센서복합체의 변형량을 측정함으로써, 이동점의 변위를 실시간으로 무인 계측하여 사면의 상태를 감시하는 광섬유센서 내장형 FRP 센서복합체를 구비한 변형측정기, 이를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법에 관한 것이다.

Description

광섬유센서 내장형 FRP 센서복합체를 구비한 변형측정기, 이를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법{Displacement Measuring Apparatus for Slope, and Monitoring Method and System for Monitoring Slope using such Displacement Measuring Apparatus}
본 발명은 사면(자연 경사면, 절개 경사면, 댐의 사면, 옹벽 사면 등)에 고정점과 이동점을 각각 설치하고, 고정점과 이동점 사이를 와이어로 연결하며 이동점의 변위를 측정할 수 있는 변형측정기를 와이어에 설치함으로써 이동점의 변위량을 실시간으로 무인 계측하여 사면의 상태(슬라이딩 발생 상태, 붕괴 직전 상태 등)를 감시(monitoring)하는 기술로서, 구체적으로는 변형측정기를 광섬유센서가 내장되어 있는 FRP 센서복합체와 그 양단에 고정설치되는 지그부재를 포함하도록 구성함으로써, 광섬유센서에 의해 정밀한 변형측정이 가능하면서도 변형측정기의 파손을 최소화시키고 변형측정기의 유지 관리 효율성을 증대시키며, 이러한 변형측정기를 이용하여 이동점의 변위량을 실시간으로 신뢰성있게 측정함으로써 사면의 상태를 효율적으로 모니터링할 수 있게 되는 "광섬유센서 내장형 FRP 센서복합체를 구비한 변형측정기, 이를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법"에 관한 것이다.
자연적인 경사면이나 절개지의 경사면 등과 같은 사면(斜面)의 상태를 감시함에 있어서, 종래에는 사면에 서로 이격되게 설치된 고정점과 이동점 사이에 와이어를 설치하고 와이어에는 변위계를 설치하여 이동점의 변위량 및 사면의 상태를 모니터링하는 방법이 이용되었다. 대한민국 등록특허 제10-1927807호에는 이러한 종래 기술의 일예가 개시되어 있다.
종래 기술에서는 변위계로서 전기저항식 게이지를 사용하게 되는데, 전기저항식 게이지의 경우에는 내구성이 낮기 때문에 장기적인 계측에 있어서는 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다. 특히 전기저항식 게이지의 경우에는, 각각의 게이지마다 데이터 전송을 위한 계측 연결선이 필요하다. 따라서 이동점과 와이어가 복수개로 설치되어 전기저항식 게이지도 복수개 구비되는 경우에는 복수개의 전기저항식 게이지 각각과 연결된 계측 연결선의 개수도 상당히 증가하게 되고, 상당히 많은 수의 계측 연결선이 모두 데이터 로거에 연결되어야 하는 바, 데이터 로거와 각각의 전기저항식 게이지 간의 연결 구성이 복잡해지고 유지 관리가 더욱 어렵게 되는 문제가 발생한다. 또한 전기저항식 게이지의 경우, 그 속성상 전기가 공급되어야 하는 바, 전기저항식 게이지에 전기를 공급하기 위한 전원장치가 사면 감시 현장에 구비되어야 하고, 그에 따라 전체적인 장치의 유지 관리가 번거롭게 되는 단점이 있다.
더 나아가, 야지(野地)에 위치한 사면의 경우에는 야생동물의 출몰이 빈번한데, 전기저항식 게이지는 야생동물에 의해 쉽게 손상될 수 있고, 그에 따라 사면 감시 기능을 제대로 발휘하기 어렵게 되는 문제점도 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1927807호(2019. 01. 25. 공고).
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 이격되게 설치된 고정점과 이동점 사이를 와이어로 연결하고 와이어에는 변형측정기를 설치하여, 이동점의 변위 때문에 발생하는 인장력으로 인한 변형을 변형측정기로 측정하되, 광섬유센서가 내장되어 있는 FRP 센서복합체를 변형측정기에 사용함으로써, 종래 기술의 문제점을 해결한 상태로 이동점의 변위량을 실시간으로 무인 계측하여 사면의 상태를 정확하게 그리고 오랜 기간 동안 감시할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명에서는 광섬유센서가 내장되어 있는 FRP 센서복합체를 변형측정기에 사용함에 있어서, 외력에 의해 야기되는 변형이 FRP 센서복합체에 정확히 반영되도록 구성함으로써, 변형량(변형률)을 신뢰성있고 정확하게 측정할 수 있는 변형측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 사면의 모니터링을 위하여 사면에 설치된 이동점의 이동으로 인한 변형량을 측정하여 이동점의 변위를 측정하게 되는 변형측정기로서, 선형센서(광섬유센서)가 단면 중심에 매립 배치되어 있는 구조를 가지도록 FRP에 의해 선재 형태를 가지도록 제작된 FRP 광섬유센서 복합체; 및 FRP 광섬유센서 복합체의 양단에 각각 결합되는 지그부재를 포함하는데, 지그부재는, 중앙에 관통공이 형성되어 있는 지그판과, FRP 광섬유센서 복합체의 외측을 물은 채로 일단이 관통공에 끼워져서 FRP 광섬유센서 복합체의 단부를 지그부재에 고정시키는 지그쐐기를 포함하여 구성되며; FRP 광섬유센서 복합체의 일측 단부에 결합된 지그부재는 고정점에 연결되고, FRP 광섬유센서 복합체의 타측 단부에 결합된 지그부재는 고정점은, 이동점과 연결된 와이어에 타측이 연결되며; 이동점의 변위로 인하여 발생하는 인장력은 와이어를 통해서 지그부재에 전달되어 양측 지그판 사이의 FRP 광섬유센서 복합체의 변형을 유발하고, 광섬유센서를 통해서 FRP 광섬유센서 복합체의 변형량을 계측함으로써, 이동점의 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 변형측정기가 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 사면의 모니터링하여 감시하기 위한 시스템으로서, 사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 이동점이 사면에 설치되고, 사면의 변위 발생과 무관하게 변위가 발생하지 않게 되는 사면의 상부에는 고정점이 설치되고; 고정점에는 변형측정기가 연결 설치하고, 이동점에는 와이어가 연결된 후, 와이어가 변형측정기에 연결되는데; 변형측정기는 상기한 본 발명의 변형측정기이며; 이동점의 변위로 인하여 발생하는 인장력으로 인하여 변형측정기에 구비된 FRP 광섬유센서 복합체에 유발된 변형량을 FRP 광섬유센서 복합체의 광섬유센서를 통해서 계측함으로써, 이동점의 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 시스템이 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 사면의 모니터링하여 감시하는 방법으로서, 사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 이동점을 사면에 설치하고, 사면의 변위 발생과 무관하게 변위가 발생하지 않게 되는 사면의 상부에는 고정점을 설치하며; 고정점에는 변형측정기를 연결 설치하고, 이동점에는 와이어를 연결하며 와이어는 변형측정기에 연결하는데; 변형측정기는 상기한 본 발명의 변형측정기이며; 이동점의 변위로 인하여 발생하는 인장력으로 인하여 변형측정기에 구비된 FRP 광섬유센서 복합체에 유발된 변형량을 FRP 광섬유센서 복합체의 광섬유센서를 통해서 계측함으로써, 이동점의 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 방법이 제공된다.
본 발명에 의한 변형측정기는 FRP 광섬유센서 복합체와 지그부재를 포함하며, 외력이 FRP 광섬유센서 복합체에 작용하여 FRP 광섬유센서 복합체에 변형을 유발하게 하는 구성을 가지고 있어서, 외력에 의해 발생하는 변형량을 정확하고 신뢰성있게 실시간으로 측정할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명에서는 사면의 감시를 위하여 이동점과 고정점 사이에 설치되는 와이어에 상기한 본 발명의 변형측정기를 설치하고, 이동점에 발생하는 사면의 변위로 인한 인장력이 FRP 광섬유센서 복합체의 길이방향으로 그대로 전달될 수 있게 하며 FRP 광섬유센서 복합체를 통해서 인장력으로 인한 변형량을 측정하여, 이를 통해서 이동점의 변위량을 신뢰성있고 정확하게 파악함으로써 사면의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
도 1은 본 발명에 따른 사면 감시 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 변형측정기가 설치되어 있는 도 1의 A부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 변형측정기의 설치 형태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 4는 제1지그부재의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 제2지그부재의 개략적인 분해 사시도이다.
도 6은 제2지그부재의 분해 상태를 단면도로 표현한 도 5의 화살표 B-B에 따른 개략적인 횡방향 단면도이다.
도 7은 제2지그부재의 조립 상태를 단면도로 표현한 도 6에 대응되는 개략적인 횡방향 단면도이다.
도 8은 이동점에 변위가 발생하였을 때 본 발명의 사면 감시 시스템 상황을 보여주는 개략도이다.
도 9는 이동점의 변위 발생으로 인하여 본 발명의 변형측정기에 인장력이 작용하는 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 확대도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 특히, 아래에서는 본 발명의 변형측정기(1)를 설명함에 있어서 사면 감시 시스템에 적용되는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 변형측정기(1)의 용도는 이에 한정되지 않으며, 변형측정기(1) 양단에 인장력이 작용하여 발생하는 변형량을 측정하는 경우라면 범용적으로 사용될 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 사면 감시 시스템(100)의 구성을 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도면에 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 사면 감지 시스템(100)은, 사면의 상부에 위치하여 사면의 붕괴, 슬라이딩 등의 사면 변위가 발생하지 않는 지점에 고정 설치되는 고정점(201), 붕괴, 슬라이딩 등의 변위를 모니터링해야 할 사면에 설치되는 이동점(202), 일단이 이동점(202)에 결합되어 있는 와이어(3), 및 일측은 고정점(201)에 결합되고 타측은 와이어(3)의 타단과 결합되도록 설치되어 이동점(202)에 변위가 발생하였을 때 와이어(3)를 통해서 작용하는 인장력으로 인한 변형을 측정하는 변형측정기(1)를 포함하여 구성된다. 변형측정기(1)의 보호를 위하여, 변형측정기(1)가 내부 공간에 위치하게 되는 함체(函體)(2)가 더 구비될 수 있다.
위와 같은 본 발명에 따른 사면 감지 시스템(100)의 구성을 좀더 구체적으로 설명하면, 우선 붕괴, 슬라이딩 등과 같은 사면의 변위를 모니터링해야 할 사면에는 이동점(202)이 설치된다. 이동점(202)은 사면에 고정 설치되어 사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 것으로서, 예를 들어 사면에 세워지는 말뚝, 고정석(石) 등의 부재로 이루어질 수 있다. 고정점(201) 역시 말뚝, 고정석 등의 부재로 이루어질 수 있는 것으로서, 이동점(202)보다 더 높은 위치에서 변위가 발생하지 않을 지점 즉, 붕괴, 슬라이딩 등과 같은 사면의 변위가 발생하지 않게 되는 사면의 상부에 견고하게 고정 설치된다. 도면에 예시된 것처럼, 사면의 상부에 평평한 부지를 형성하고 평평한 부지에 말뚝, 고정석, 벽체 등과 같은 견고한 부재를 그 위치가 변화되지 않도록 평평한 부지에 견고하게 설치하여 고정점(201)으로 이용할 수 있다.
고정점(201)에는 변형측정기(1)를 연결설치하고, 이동점(202)에는 와이어(3)를 연결하며 와이어(3)를 변형측정기(1)에 연결한다. 와이어(3)의 일단은 이동점(202)에 결합되며, 와이어(3)는 고정점(201)을 향하여 연장되어 와이어(3)의 타단이 변형측정기(1)에 결합되는 것이다. 따라서 변형측정기(1)의 일측은 고정점(201)에 결합되고 타측은 와이어(3)의 타단과 결합된다. 도면에 예시된 것처럼 고정점(201)과 변형측정기(1)가 사면의 상부에 형성된 평평한 부지에 위치하는 경우, 와이어(3)를 통해서 변형측정기(1)에 작용하는 힘(인장력)의 방향이 수평하게 되게 만들기 위하여, 경사져 있는 와이어(3)의 진행방향을 수평하게 변환시키는 변환롤러(4)가 구비될 수도 있다. 이 경우, 와이어(3)는 이동점(202)으로부터 연장되어서 경사지게 진행하다가 변환롤러(4)를 거치면서 수평하게 방향 전환되어 변형측정기(1)와 결합하게 되고, 그에 따라 변형측정기(1)에는 수평방향으로의 힘이 작용하게 된다. 즉, 후술하는 것처럼 변형측정기(1)에 구비된 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 길이 방향으로의 힘이 작용하게 되는 것이다.
필요에 따라서는 고정점(201)에서 이동점(202)의 방향으로는 내부 공간을 가지는 함체(2)가 구비될 수 있으며, 함체(2)의 내부 공간에 변형측정기(1)가 위치함으로써, 변형측정기(1)가 우수(雨水) 등의 외부 환경으로부터 안전하게 보호될 수 있다.
도 2에는 본 발명의 변형측정기(1)가 설치되어 있는 도 1의 A부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명에 따른 변형측정기(1)의 설치 형태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 3은 실질적으로 도 2에 도시된 것을 사시도 형태로 표현한 것이라고 볼 수 있다.
본 발명의 변형측정기(1)에는 FRP 광섬유센서 복합체(10)가 구비되어 있다. FRP 광섬유센서 복합체(10)는, 광섬유센서 등과 같은 선형센서(Optical Sensor)가 단면 중심에 매립 배치되어 있는 구조를 가지도록 섬유보강복합소재(Fiber Reinforced Polymer/이하, "FRP"라고 기재함)에 의해 선재(線材) 형태를 가지도록 제작된 것이다. FRP 광섬유 복합체(10)의 양단에 힘이 작용하여 FRP 광섬유센서 복합체(10) 자체에 신축이 발생하게 되면, 내장되어 있는 광섬유센서를 통해서 신축량(변형량/strain)을 정확하게 측정할 수 있게 된다. FRP 광섬유센서 복합체(10) 자체는, 대한민국 등록특허 제10-1406036호 등을 통해서 공지된 것인 바, 이에 대한 상세한 구성에 대한 설명은 생략한다. 아울러, 편의상 본 명세서 전체에서 "광섬유센서"는 선형센서(Optical Sensor)를 의미하는 용어로 사용되었다.
길게 연장된 봉이나 막대 등의 선재 형태로 이루어진 이러한 FRP 광섬유센서 복합체(10)에서 중요한 점은, 길이방향의 양단에 작용하는 힘이 정확하게 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 중심에 전달되어 가해져야 한다는 점이다. 이를 위하여 본 발명의 변형측정기(1)에는 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 양단에 각각 결합되는 지그부재가 구비되어 있다. 청구범위를 포함한 본 명세서의 전반에 걸쳐 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 양단에 각각 결합되는 지그부재를 통칭할 때에는 "지그부재"라고 기재하지만, 양단의 것을 각각 구분하여 기재할 경우에는, 편의상 "제1지그부재(11a)"와 "제2지그부재(11b)"로 구분하여 기재한다. 본 발명의 변형측정기(1)가 고정점(201)과 이동점(202) 사이에 설치되어 사면의 모니터링에 이용되는 경우, 고정점(201) 방향의 단부에 결합되는 지그부재는 제1지그부재(11a)가 되며, 이동점(202) 방향의 단부에 결합되는 지그부재는 제2지그부재(11b)가 된다. 제1지그부재(11a)와 제2지그부재(11b)는 동일한 구성을 가지고 있으면서 단지 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 길이방향으로 서로 거울 대칭 관계로 설치되는 것인 바, 아래의 설명에서는 하나의 지그부재에 대해서만 그 상세 구성을 설명한다.
도 4에는 제1지그부재(11a)의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 제2지그부재(11b)의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 6에는 제2지그부재(11b)의 분해 상태를 단면도로 표현한 도 5의 화살표 B-B에 따른 개략적인 횡방향 단면도가 도시되어 있고, 도 7에는 제2지그부재(11b)의 조립 상태를 단면도로 표현한 도 6에 대응되는 개략적인 횡방향 단면도가 도시되어 있다. 도면에서 부재번호 15는 FRP 광섬유센서 복합체(10)에 내장된 광섬유센서의 광섬유가 외측으로 연장된 부분 즉, 광섬유 연장부분(15)을 의미한다.
도면에 도시된 것처럼 지그부재는 두께를 가지며 중앙에 관통공(120)이 형성되어 있는 지그판(12)을 구비하고 있다. FRP 광섬유센서 복합체(10)의 단부는 지그판(12)의 관통공(120)을 관통하여 지그판(12)의 외측으로 돌출된다, 지그판(12)의 외측으로 돌출된 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 단부에는 지그쐐기(13)가 물려서 결합되고, 지그쐐기(13)의 단부가 관통공(120)에 끼워지게 됨으로써, FRP 광섬유센서 복합체(10)의 단부가 지그판(12)과 견고하게 일체화된다.
지그쐐기(13)는 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 외측을 감싸는 형태의 부재이다. 지그쐐기(13)는 FRP 광섬유센서 복합체(10)가 연장되는 길이방향으로, 지그판(12)의 관통공(120)에 끼워지는 끼움부(130)와, 외면에 결속부재가 체결되는 체결부(131)로 구분된다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 지그쐐기(13)는 상,하의 2개로 분할된 부재로 이루어져 있으며, 2개의 분할된 부재가 상,하로 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 감싸서 마주 접하게 되는 구성을 가지고 있다. 지그쐐기(13)는 2개 이상의 복수개로 분할될 수도 있다. 지그쐐기(13)를 이루는 분할 부재가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 감싸서 마주 접한 후에는 체결부(131)에 결속부재가 체결됨으로써, 분할부재가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 강하게 가압하게 되어 지그쐐기(13)가 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 단부에 견고하게 조립 결합된다. 체결부(131)의 내면에는 FRP 광섬유센서 복합체(10)가 놓이게 되는 오목부가 형성되어 있는데, 도면에서는 생략되어 있지만 필요에 따라서는 오목부의 내면에는 FRP 광섬유센서 복합체(10)와의 마찰을 증가시키기 위한 돌기가 형성되어 있거나 또는 오목부의 내면이 거친 면 처리가 될 수 있다.
도면에 도시된 실시예의 경우 체결부(131)의 외면에는 나사부가 형성되어 있으며 결속부재는 너트(14)로 이루어져서, 너트(14)가 체결부(131)의 나사부에 나사결합됨으로써, 지그쐐기(13)를 이루는 분할 부재가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 감싸서 강하게 가압하는 구성을 가지고 있다. 체결부(131)는 외측으로 갈수록 즉, 지그판(12)으로부터 멀어질수록 그 단면이 점점 작아지도록 테이퍼진 형태를 가질 수도 있는데, 이 경우, 너트(14)로 나사 체결하여 너트(14)가 지그판(12)에 가까워질수록 지그쐐기(13)의 분할부재가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 더욱 더 강하게 가압하여 지그쐐기(13)가 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 단부에 더욱 견고하게 조립 결합되는 효과가 발휘된다.
한편, 지그쐐기(13)의 끼움부(130)는, 체결부(131)에서 지그판(12)을 향하여 돌출된 형태로 구비되어 지그판(12)의 관통공(120)에 끼워지게 된다. 끼움부(130)의 단면 크기는 체결부(131)보다 작으며, 체결부(131)의 단면 크기는 관통공(120)보다 더 크다. 지그판(12)에 형성된 관통공(120)의 형상과 크기는 지그쐐기(13)의 끼움부(130) 형상과 크기에 대응되는 것이 바람직하다. 특히, 도 7에서 도시된 것처럼, 지그판(12)에 형성된 관통공(120)의 형상은 외측으로 갈수록 그 단면 크기가 점점 커지도록 테이퍼진 형태를 가지는 것도 바람직하다. 이 경우, 지그쐐기(13)의 끼움부(130)는 관통공(120)의 형상에 대응되도록 지그판(12)을 향하여 가면서 단면 크기가 작아지도록 테이퍼진 형태를 가진다. 이와 같이 관통공(120)과 끼움부(130)가 서로 대응되는 형태로 테이퍼진 형상을 가지는 경우, 지그쐐기(13)를 이루는 분할부재가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 감싸서 물은 상태로 끼움부(130)가 관통공(120)에 끼워질 때, 끼움부(130)가 관통공(120)에 점점 더 깊게 끼워질수록 지그쐐기(13)의 분할 부재가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 더욱 더 강하게 가압하여 지그쐐기(13)가 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 단부에 더욱 견고하게 조립 결합되는 효과가 발휘된다. 지그쐐기(13)를 지그판(12)의 관통공(120)으로부터 빼내어서 지그쐐기(13)가 더 이상 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 감싸지 않게 만들게 되면 FRP 광섬유센서 복합체(10)와 지그부재를 분리시킬 수 있게 된다.
FRP 광섬유센서 복합체(10)를 구비하여 상기한 구성을 가지는 본 발명의 변형측정기(1)에서는, 제1, 2지그부재(11a, 11b) 사이를 벌어지게 하는 방향으로 인장력이 작용하게 되면, 이러한 인장력은 그대로 정확하게 FRP 광섬유센서 복합체(10)에 전달되어 FRP 광섬유센서 복합체(10)에 인장 변형이 유발되는 바, 광섬유센서를 통해서 FRP 광섬유센서 복합체(10) 전체의 인장 변형량을 측정함으로써, 작용 인장력에 따른 변형량을 측정하게 된다. 좀더 구체적으로 살펴보면, 제1, 2지그부재(11a, 11b) 사이를 벌어지도록 하는 방향으로의 인장력은 지그판(12)을 외측으로 당기도록 작용하게 된다. 제1, 2지그부재(11a, 11b) 각각에서는 지그쐐기(13)가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 물은 채로 끼움부(130)가 관통공(120)에 끼워져 있고 체결부(131)의 단면 크기는 관통공(120)보다 더 크므로, 지그판(12)을 외측으로 당기도록 작용하는 힘은 체결부(131)에도 인장력으로 작용하게 된다. 그런데 체결부(131)에는 너트(4)가 체결되어 있고 체결부(131)가 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 강하게 물어서 FRP 광섬유센서 복합체(10)와 지그부재가 견고하게 일체화되어 있으므로, 체결부(131)에 작용하는 인장력은 그대로 FRP 광섬유센서 복합체(10)에 인장력으로 전달되고, FRP 광섬유센서 복합체(10)에는 변형이 발생하게 된다. FRP 광섬유센서 복합체(10)에 내장된 광섬유센서를 통해서 FRP 광섬유센서 복합체(10)에 발생한 변형량 즉, 제1,2지그부재 사이에 발생하는 인장력에 의한 변형량을 측정하게 되는 것이다. 이와 같이 본 발명에서는 광섬유센서를 이용하여 인장력에 의한 변형량을 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에서는 사면의 이동점(202)에 발생하는 변위를 측정함에 있어서, 위와 같은 본 발명의 변형측정기(1)를 사용한다. 이를 위해서 변형측정기(1)는 고정점(201)과 와이어(3) 사이에 설치되는데, 앞서 언급한 것처럼 고정점(201)에는 변형측정기(1)를 연결설치하고, 이동점(202)에는 와이어(3)를 연결하며 와이어(3)를 변형측정기(1)에 연결하게 된다. 와이어(3)에 의해 작용하는 인장력이 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 길이방향으로 작용할 수 있도록, 변형측정기(1)에서 지그부재 각각의 지그판(12) 외측에서 복수개의 위치에는 연결선(16)이 결합되어 있고, 연결선(16)의 타단은 각각 모아져서 와이어(3) 및 고정점(201)에 연결된다. 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 일단이 이동점(202)에 결합되어 있는 와이어(3)는 고정점(201)을 향하여 진행해서 그 타단이 제2지그부재(11b)에 결합되는데, 와이어(3)에 의해 작용하는 인장력이 편심 없이 정확하게 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 중앙 즉, 광섬유센서가 배치된 위치에서 길이방향으로 작용할 수 있도록, 지그판(12)에는 복수개의 위치에 고리를 설치하고, 복수개의 연결선(16)을 이용하여 와이어(3)의 타단과 각각의 고리를 연결하는 형태로 와이어(3)의 타단을 제2지그부재(11b)에 결합할 수 있다. 물론 와이어(3)를 변형측정기(1)의 일측 지그부재에 연결하는 방법은 위에 한정되지 않으며 또다른 방법을 이용할 수도 있다.
제1지그부재(11a)와 고정점(201) 사이의 결합을 위해서도 연결선(16)을 이용할 수 있는데, 제1지그부재(11a)의 지그판(12)에도 복수개의 위치에 고리를 설치하고, 복수개의 연결선(16)을 각각을 고리에 연결하고 복수개의 연결선(16)의 타단을 하나의 선으로 모아서 고정점(201)에 연결하는 구성을 통해서, 와이어(3)에 의해 작용하는 인장력이 편심 없이 정확하게 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 길이방향으로 작용할 수 있도록 할 수 있다. 특히, 이와 같은 연결선(16)을 이용한 연결 구성에서는, 와이어(3)에 작용하는 인장력의 방향이 변화되더라도 인장력이 FRP 광섬유센서 복합체(10)에는 항상 길이방향으로 작용하게 되므로, 항시 정확한 변형량(strain)의 측정이 가능하게 되는 장점이 발휘된다. 변형측정기(1)의 타측 지그부재와 고정점을 연결하는 방법 역시 위에 한정되지 않으며 또다른 방법을 이용할 수도 있다.
본 발명에서는 지그부재가 위와 같은 구성을 통해서 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 양단에 견고하게 결합된다. 즉, 위와 같은 지그부재의 구성을 통해서, 이동점(202)에 발생하는 변위로 인한 인장력이 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 길이방향으로 그대로 전달될 수 있는 것이다. 따라서 본 발명에서는 FRP 광섬유센서 복합체(10)를 통해서 인장력으로 인한 변형량을 측정하고, 이를 통해서 이동점(202)의 변위량을 신뢰성있고 정확하게 파악함으로써 사면의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다. 도 8에는 이동점(202)에 변위가 발생하였을 때 본 발명의 사면 감시 시스템(100) 상황을 보여주는 개략도가 도시되어 있고, 도 9에는 이동점의 변위 발생으로 인하여 본 발명의 변형측정기에 인장력이 작용하는 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 8에서 점선은 이동점(202)에 변위가 발생하기 전의 상태를 도시한 것이다.
사면에 붕괴 등이 발생하게 되면 이동점(202)에는 사면의 하향을 항하는 변위가 발생하게 되고, 그에 따라 와이어(3)에는 인장력이 작용하게 되고, 본 발명의 변형측정기(1)에는 제1, 2지그부재(11a, 11b) 사이를 벌어지도록 하는 방향으로 인장력이 작용하게 된다. 변형측정기(1)에서는 앞서 설명한 과정에 의해 제1,2지그부재 사이에 발생하는 인장력에 의한 변형량을 측정하게 되는데, 변형측정기(1)에서 측정된 변형량을 기반으로 이동점(202)의 변위량(displacement)을 산출하여 파악하고 사면의 상태를 모니터링할 수 있게 된다.
위에서 설명한 본 발명에 따른 사면 감시 시스템(100) 및 이를 이용하여 사면을 감시하는 방법에서는, FRP 광섬유센서 복합체(10)를 구비하여 변형량을 측정하는 변형측정기를 이용함으로써 종래 기술에서 발생하였던 여러 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명의 변형측정기에 구비된 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 경우, 광섬유센서가 노출된 것이 아니라 FRP에 매립된 상태이므로 광섬유센서의 손상이 없으며, 따라서 FRP 광섬유센서 복합체(10)는 종래 기술에서 이용하는 전기저항식 게이지에 비하여 매우 우수한 장기 내구성을 발휘하게 되고, 그에 따라 장기적인 계측에 있어서도 우수한 신뢰성을 지속할 수 있으며, FRP 광섬유센서 복합체(10)는 복수개를 직렬로 연결할 수 있으므로, 각각의 전기저항식 게이지마다 연결하였던 데이터 전송 및 전기공급을 위한 계측 연결선이 필요 없게 되므로, 전체적인 구성이 간소화되고, 그에 따라 유지 관리가 매우 간소화되는 장점이 발휘된다.
또한 FRP 광섬유센서 복합체(10)의 경우, 전기 공급 없이 변형률 측정이 이루어지는 바, 전원장치가 사면 감시 현장에 구비될 필요가 없으며, 그만큼 전체적인 장치의 유지 관리에 있어서 유리한 잇점을 가지게 된다. 특히 FRP 광섬유센서 복합체(10)는 직렬연결이 가능한 바, 복수개의 변형측정기(1)를 직렬로 연결하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.
더 나아가, 함체를 설치하는 경우, 복수개의 변형측정기(1)를 하나의 함체 내에 배치시킬 수 있어서, 복수개의 변형측정기(1)를 동시에 안정하게 보호할 수 있으며, 특히 야지(野地)에 위치한 사면의 경우에도 야생동물 등으로 인한 손상을 방지할 수 있게 되어 사면 감시 기능을 항시 지속적으로 발휘할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.
1: 변형측정기
2: 함체
3: 와이어
10: FRP 광섬유센서 복합체
12: 지그판
13: 지그쐐기
14: 너트
16: 연결선
120: 관통공
130: 끼움부
131: 체결부
11a: 제1지그부재
11b: 제2지그부재
201: 고정점
202: 이동점
100: 사면 감시 시스템

Claims (7)

  1. 사면의 모니터링하여 감시하기 위한 시스템으로서,
    사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 이동점이 사면에 설치되고, 사면의 변위 발생과 무관하게 변위가 발생하지 않게 되는 사면의 상부에는 고정점이 설치되고;
    고정점에는 변형측정기가 연결 설치되고, 이동점에는 와이어가 연결되며, 와이어는 변형측정기에 연결되는데;
    변형측정기는, 광섬유센서가 단면 중심에 매립 배치되어 있는 구조를 가지도록 FRP에 의해 선재 형태를 가지도록 제작된 FRP 광섬유센서 복합체, 및 FRP 광섬유센서 복합체의 양단에 각각 결합되는 지그부재를 포함하는데, 각각의 지그부재는, 중앙에 관통공이 형성되어 있는 지그판과, FRP 광섬유센서 복합체의 외측을 물은 채로 일단이 관통공에 끼워져서 FRP 광섬유센서 복합체의 단부를 지그부재에 고정시키는 지그쐐기를 포함하여 구성되어;
    FRP 광섬유센서 복합체의 단부에 결합된 지그부재는 각각 고정점, 및 이동점과 연결된 와이어와 연결되며;
    이동점의 변위로 인한 인장력은 와이어를 통해서 지그부재에 전달되어 FRP 광섬유센서 복합체의 길이방향 변형을 유발하고, 광섬유센서를 통해서 FRP 광섬유센서 복합체의 변형량을 계측함으로써, 이동점의 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    와이어에 의해 작용하는 인장력이 FRP 광섬유센서 복합체의 길이방향 힘으로 작용할 수 있도록, 지그부재 각각의 지그판 외측에서 복수개의 위치에는 연결선이 결합되어 있고, 연결선의 타단은 각각 모아져서 와이어 및 고정점에 연결되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 사면 감시 시스템.
  3. 사면을 모니터링하여 감시하는 방법으로서,
    사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 이동점을 사면에 설치하고, 변위가 발생하지 않게 되는 사면의 상부에는 고정점을 설치하며;
    고정점에는 변형측정기를 연결설치하고 이동점에는 와이어를 연결하며 와이어는 변형측정기에 연결하는데, 변형측정기는 광섬유센서가 단면 중심에 매립 배치되어 있는 구조를 가지도록 FRP에 의해 선재 형태를 가지도록 제작된 FRP 광섬유센서 복합체, 및 FRP 광섬유센서 복합체의 양단에 각각 결합되는 지그부재를 포함하며, 각각의 지그부재는, 중앙에 관통공이 형성되어 있는 지그판과, FRP 광섬유센서 복합체의 외측을 물은 채로 일단이 관통공에 끼워져서 FRP 광섬유센서 복합체의 단부를 지그부재에 고정시키는 지그쐐기를 포함하여 구성되며;
    FRP 광섬유센서 복합체의 단부에 결합된 지그부재를 각각 고정점, 및 이동점과 연결된 와이어와 연결시켜서, 이동점의 변위로 인한 인장력이 와이어를 통해서 지그부재에 전달되어 FRP 광섬유센서 복합체의 길이방향 변형을 유발하고, 광섬유센서를 통해서 FRP 광섬유센서 복합체의 변형량을 계측함으로써 이동점의 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 방법.
  4. 삭제
  5. 광섬유센서가 단면 중심에 매립 배치되어 있는 구조를 가지도록 FRP에 의해 선재 형태를 가지도록 제작된 FRP 광섬유센서 복합체, 및 FRP 광섬유센서 복합체의 양단에 각각 결합되는 지그부재를 포함하는데,
    각각의 지그부재는, 중앙에 관통공이 형성되어 있는 지그판과, FRP 광섬유센서 복합체의 외측을 물은 채로 일단이 관통공에 끼워져서 FRP 광섬유센서 복합체의 단부를 지그부재에 고정시키는 지그쐐기를 포함하며;
    지그쐐기는 지그판의 관통공에 끼워지는 끼움부와, 외면에 결속부재가 체결되는 체결부로 구분되며;
    지그쐐기는 복수개의 분할부재로 이루어져서, 체결부에 결속부재가 체결되고 분할부재가 FRP 광섬유센서 복합체를 감싸서 마주 접하여 FRP 광섬유센서 복합체를 가압하여 물은 채로, 끼움부가 관통공에 끼워져서, FRP 광섬유센서 복합체의 양단에 각각에 지그부재가 일체로 조립 결합되는 구성을 가지고 있어서,
    지그판 사이를 벌리도록 인장력이 지그판에 작용하면, 인장력에 의해 FRP 광섬유센서 복합체의 길이방향 변형이 유발되고, 광섬유센서를 통해서 FRP 광섬유센서 복합체의 변형량을 계측함으로써 인장력에 따른 변형량을 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 변형측정기.
  6. 제5항에 있어서,
    체결부는 외측으로 갈수록 단면이 점점 작아지도록 테이퍼진 형태를 가지며, 체결부의 외면에는 나사부가 형성되어 있고;
    결속부재는 체결부의 나사부와 나사 결합되는 너트로 이루어져서, 너트가 체결부에 나사 결합되어 지그판에 접근할수록 지그쐐기의 분할부재가 FRP 광섬유센서 복합체를 더욱 강하게 가압하여 지그쐐기가 FRP 광섬유센서 복합체의 단부를 더욱 견고하게 물게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 변형측정기.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    지그판의 관통공은 지그판의 외측으로 갈수록 그 단면 크기가 점점 커지도록 테이퍼진 형태를 가지며;
    지그쐐기의 끼움부는 관통공의 형상에 대응되도록 지그판을 향하여 가면서 단면 크기가 작아지도록 테이퍼진 형태를 가지고 있어서;
    끼움부가 관통공에 더욱 깊게 끼워질수록 지그쐐기의 분할부재가 FRP 광섬유센서 복합체를 더욱 강하게 가압하여 지그쐐기가 FRP 광섬유센서 복합체의 단부를 더욱 견고하게 물게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 변형측정기.
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