KR102232588B1 - 무동력 장력유지 구조와 광섬유센서를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사면에 이동점을 설치하고 와이어의 일단을 이동점에 연결하며 와이어의 타단에는 변위계를 설치하여, 이동점의 변위량을 실시간으로 무인 계측하여 사면의 상태를 감시하되, 전기 등과 같은 외부의 에너지 공급 없이 와이어에 지속적으로 장력을 부여함으로써 이동점이 이동하여 발생하는 변위량을 정확하게 계측할 수 있도록 하며, 변위계로서 광섬유센서를 이용한 변위계를 사용함으로써 계측의 신뢰성을 더욱 향상시킨 "무동력 장력유지 구조와 광섬유센서를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법"에 관한 것이다.

Description

무동력 장력유지 구조와 광섬유센서를 이용한 사면 감시 시스템 및 사면 감시 방법{Monitoring Method and System for Monitoring Slope}

본 발명은 사면(자연 경사면, 절개 경사면, 댐의 사면, 옹벽 사면 등)에 이동점을 설치하고 와이어의 일단을 이동점에 연결하며 와이어의 타단에는 변위계를 설치하여, 이동점의 변위량을 실시간으로 무인 계측하여 사면의 상태(슬라이딩 발생 상태, 붕괴 직전 상태 등)를 감시(monitoring)하는 기술로서, 구체적으로는 전기 등과 같은 외부의 에너지 공급 없이 와이어에 지속적으로 장력을 부여함으로써 이동점이 이동하여 발생하는 변위량을 정확하게 계측할 수 있도록 하며, 변위계로서 광섬유센서를 이용한 변위계를 사용함으로써 계측의 신뢰성을 더욱 향상시킨 "무동력 장력유지 구조와 광섬유센서를 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 설치된 이동점에 와이어를 연결하고 와이어에는 변위계를 설치하여, 이동점가 움직이면 그 이동량을 변위계로 측정함으로써 사면의 상태를 모니터링하는 방법이 이용되었다. 대한민국 등록특허 제10-1927807호에는 이러한 종래 기술의 일예가 개시되어 있다.

종래 기술에서 이동점에 연결된 와이어에는 장력을 부여하게 되는데, 와이어 자체의 릴렉세이션에 의해 장력이 손실되는 문제, 및 와이어 자체의 자중으로 인한 크리프 변형이 발생되고 이로 인하여 와이어가 처지는 문제가 단독으로 또는 복합적으로 발생할 수 있으며, 그에 따라 시간이 경과되면서 와이어가 점점 처지는 현상이 발생한다. 와이어가 처져 있는 상태에서는 사면의 붕괴 등으로 인하여 이동점이 이동하더라도, 이동점의 이동량 즉, 이동점의 변위가 와이어를 통해서 변위계에 제대로 전달되지 않기 때문에 이동점의 변위를 정확하게 계측할 수 없게 된다.

한편, 종래에는 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, 사면에 이동점을 설치하고 이동점에 와이어의 일단을 연결하며 와이어의 타단에는 변위계를 설치하여 이동점의 변위량을 실시간으로 무인 계측하되, 계측 초기에 와이어에 가해진 장력이 저감되지 않고 지속적으로 유지되도록 하여, 와이어가 처지는 현상(sag)을 방지함으로써 이동점이 이동하여 발생하는 변위량을 정확하게 계측하고 사면의 상태를 실시간으로 신뢰성 있게 모니터링 할 수 있는 할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명에서는 전기 등과 같은 외부의 에너지 공급 없이 와이어에 지속적으로 장력을 부여할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 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; 이동점에는 와이어가 연결되고, 와이어는 사면을 따라 상향 연장되며; 고정점에는 방향전환 롤러가 구비되고; 상향 연장된 와이어가 방향전환 롤러에 의해 연직하향으로 방향 전환된 후 중량체와 연결되며; 증량체의 아래에는 변위계가 연결 구비되어 있는 구성을 가지고 있어서, 중량체의 자중에 의해 와이어에 일정한 장력이 지속적으로 유지된 상태에서, 이동점에 변위가 발생하게 되면, 중량체가 연직방향으로 이동하게 되고 중량체의 이동량을 변위계로 계측함으로써 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 시스템이 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 사면을 모니터링하여 감시하는 방법으로서, 사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 이동점을 사면에 설치하고, 변위가 발생하지 않게 되는 사면의 상부에는 고정점을 설치하며; 이동점에는 와이어를 연결하고, 사면을 따라 와이어를 상향 연장시키며; 고정점에는 방향전환 롤러를 설치하고; 상향 연장된 와이어를 방향전환 롤러에 의해 연직하향으로 방향 전환시킨 후 중량체와 연결하며; 증량체의 아래에는 변위계를 연결 구비함으로써, 중량체의 자중에 의해 와이어에 일정한 장력이 지속적으로 유지된 상태에서, 이동점에 변위가 발생하게 되면, 중량체가 연직방향으로 이동하게 되고 중량체의 이동량을 변위계로 계측함으로써 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 방법이 제공된다.

본 발명의 시스템 및 방법에 있어서, 내부 중공을 가지는 통형상의 케이스가 구비되어, 중량체는 케이스의 내부 중공 내에서 연직하게 승하강할 수 있도록 케이스 내에 위치하는데; 케이스에는 중량체의 아래쪽에 중량체의 낙하를 방지하는 스톱퍼가 설치되어 있고; 스톱퍼에는 관통공이 형성되어 있고; 변위계는 스톱퍼의 아래쪽에서, 중량체로부터 연장되어 관통공을 관통해온 연장선에 결합되어 있는 구성을 가질 수 있으며, 더 나아가 방향전환 롤러의 전방에는, 진동을 흡수하여 저감하는 진동저감 패드가 구비되어 있고; 와이어는 진동저감 패드를 거쳐서 방향전환 롤러로 진행하는 구성을 가질 수 있다.

본 발명에서는 와이어의 단부에 중량체가 매달려 있으므로 별도의 동력 없이도 와이어에는 일정한 인장력이 항상 작용하게 되는 바, 와이어의 새그(sag) 발생을 방지할 수 있게 되며, 그에 따라 이동점의 이동 상태가 와이어를 통해서 변위계에 실시간으로 전달되어 이동점의 변위를 정확하게 계측할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 사면의 상태를 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서 중량체는 케이스 내에 위치하여, 케이스에 의해 보호된 상태에서 연직하게 움직이게 되는 바, 변위계(7)를 이용하여 변위를 측정함에 있어서 풍하중에 의한 영향을 방지할 수 있게 되어, 더욱 신뢰성 있고 정확한 변위 측정이 가능하게 되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 사면 감시 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 원 A로 표시된 케이스, 중량체 및 변위계 설치 부분에 대한 개략적인 확대 단면도이다.
도 3은 이동점에 변위가 발생하였을 때 본 발명의 사면 감시 시스템의 상황을 보여주는 개략도이다.

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.

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)에서는, 붕괴, 슬라이딩 등과 같은 변위를 모니터링해야 할 사면(200)에는 이동점(1)이 설치된다. 이동점(1)은 사면(200)에 고정 설치되어 사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 것으로서, 예를 들어 사면(200)에 세워지는 말뚝, 고정석(石) 등의 부재로 이루어질 수 있다. 고정점(2) 역시 말뚝, 고정석, 벽체 등과 같은 부재로 이루어질 수 있는 것으로서, 이동점(1)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 등과 같은 견고한 부재를 그 위치가 변화되지 않도록 평평한 부지에 견고하게 설치하여 고정점(2)으로 이용할 수 있다.

이동점(1)에는 와이어(3)가 연결되는데, 와이어(3)는 사면을 따라 상향으로 연장되어 경사지게 배치된다. 와이어(3)로는 부식이 발생하지 않는 스테인레스 강선을 이용할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 고정점(2)에는 경사지게 배치된 와이어(3)의 진행방향을 연직하게 변환시키는 방향전환 롤러(4)가 설치되어 있다. 따라서 경사지게 상향 진행한 와이어(3)는 방향전환 롤러(4)를 거치면서 수직 하향으로 진행하게 된다. 필요에 따라서는 방향전환 롤러(4)의 전방 즉, 와이어(3)가 방향전환 롤러(4)로 진입하기 전의 위치에는 진동저감 패드(41)를 설치할 수 있다. 이 경우 와이어(3)는 진동저감 패드(41)에 놓이거나 감싸진 후 방향전환 롤러(4)로 진입하게 된다. 이와 같이 진동저감 패드(41)가 설치되면 와이어(3)의 진동을 흡수하여 저감시킬 수 있게 되므로, 바람으로 인한 풍하중이 와이어(3)에 작용함으로 인하여 발생하는 변위측정의 오차를 크게 줄일 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

도 2에는 도 1의 원 A로 표시된 케이스, 중량체 및 변위계 설치 부분에 대한 개략적인 확대 단면 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 방향전환 롤러(4)를 거쳐서 수직 하향으로 진행한 와이어(3)의 단부에는 중력에 의해 연직하향으로 지속적인 힘을 가하는 중량체(5)가 결합되어 있다. 본 발명에서 중량체(5)는 내부 중공을 가지는 통형상의 케이스(6) 내에 위치한다. 즉, 케이스(6)에 의해 바람 등의 외부의 영향으로부터 중량체(5)가 보호되고 있는 것이다. 따라서 중량체(5)는 바람이나 기타 외부로부터의 영향을 받지 않은 상태로 케이스(6)의 내부 중공 내에서 안정적으로 연직하게 승하강할 수 있게 된다. 이와 같이 본 발명에서는 와이어(3)의 단부에 중량체(5)가 매달려 있으므로, 와이어(3)에는 중량체(5)에 의한 중력이 항시 작용하게 된다. 즉, 별도의 동력 없이도, 와이어(3)에는 일정한 인장력이 항상 작용하고 있는 것이다.

케이스(6) 내에서 중량체(5)의 아래쪽에는 관통공(60)이 형성된 스톱퍼(stopper)(61)가 형성되어 있다. 스톱퍼(61)는 케이스(6)의 내부 중공 단면의 전부 또는 일부를 가로막는 격벽 형태로 이루어질 수 있다. 중량체(5)의 아래에는 관통공(60)을 관통하여 아래로 연장되는 연장선(51)이 결합되어 있고 연장선(51)의 아래쪽에는 변위를 측정하는 변위계(7)가 결합되어 있다. 스톱퍼(61)는 불측의 상황으로 인하여 중량체(5)가 낙하하는 것을 방지하는 기능을 한다. 중량체(5)가 매달려 있는 와이어(3)가 불측의 상황으로 인하여 절단되더라도, 중량체(5)는 스톱퍼(61)에 가로막혀서 낙하되지 못하고 안전하게 케이스(6) 내에 위치하게 되는 것이다. 따라서 중량체(5)의 낙하로 인하여 변위계(7)가 손상되거나 또는 중량체(5)와 변위계(7)가 유실 내지 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 스톱퍼(61)는 그 위치가 가변되도록 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 케이스(6)의 내면에 판재가 끼워질 수 있는 오목홈을 연직방향으로 높이를 달리하여 설치하고, 스톱퍼(61)를 판재로 제작하여 원하는 위치의 오목홈에 끼우는 방식으로 스톱퍼(61)의 위치를 가변시키는 구성을 만들 수 있다. 그러나 이러한 판재와 오목홈의 구성은 예시일 뿐이며, 스톱퍼(61)의 위치를 가변시킬 수 있도록 스톱퍼(61)를 설치하는 구성은 다른 형태로 구현하여도 무방하다.

본 발명에서 변위계(7)는 광섬유센서 등과 같은 선형센서(Optical Sensor)를 이용한 "광섬유센서 변위계"로 이루어질 수 있다. 광섬유센서 변위계는 광섬유센서를 통해서 신축량(변형량/strain)을 측정함으로써 변위(displacement)를 측정할 수 있는 것으로서, 광섬유센서 변위계 자체는 이미 공지된 것인 바, 이에 대한 상세한 구성에 대한 설명은 생략한다. 도면에 예시된 것처럼 변위계(7) 역시 케이스(6)의 내부 공간에 위치하는 것이 외부로부터의 보호를 위하여 바람직하다. 도 2에서 부재번호 71은 변위계(7)에 연결된 신호선(71)을 나타낸다.

도 3에는 이동점(1)에 변위가 발생하였을 때 본 발명의 사면 감시 시스템(100)의 상황을 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도 3에서 점선은 이동점(1)에 변위가 발생하기 전의 상태를 나타낸다. 본 발명의 사면 감시 시스템(100)에서, 사면에 붕괴 등이 발생하게 되면 이동점(1)에는 사면의 하향을 항하는 변위가 발생하게 되어 와이어(3)에는 인장력이 작용하게 된다. 그에 따라 변위계(7)에 상승 변위가 발생하게 되고, 변위계(7)에서는 이러한 변위를 측정함으로써, 이동점(1)의 변위량(displacement)을 파악하고 사면의 상태를 모니터링할 수 있게 된다.

앞서 살펴본 것처럼, 본 발명에서는 와이어(3)의 단부에 중량체(5)가 매달려 있으므로, 별도의 동력 없이도 와이어(3)에는 일정한 인장력이 항상 작용하고 있다. 따라서 종래 기술의 문제점 즉, 시간이 경과되면서 와이어(3)가 점점 처지는 현상이 전혀 발생하지 않게 된다. 따라서 본 발명에서는 이동점(1)의 변위가 와이어(3)를 통해서 변위계에 정확하게 실시간으로 전달되며, 그에 따라 이동점(1)의 변위를 정확하게 계측할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서 중량체(5)는 케이스(6) 내에 위치하여, 케이스(6)에 의해 보호된 상태에서 연직하게 움직이게 된다. 따라서 변위계(7)를 이용하여 변위를 측정함에 있어서 풍하중에 의한 영향을 방지할 수 있게 되어, 더욱 신뢰성 있고 정확한 변위 측정이 가능하게 되는 장점이 있다.

한편, 본 발명에서는 변위계(7)로서 광섬유센서 변위계를 이용할 수 있는 바, 이와 같은 광섬유센서 변위계를 이용함으로써, 매우 우수한 장기 내구성을 가지게 되고 그에 따라 장기적인 계측에 있어서도 우수한 신뢰성을 지속할 수 있게 된다. 특히 광섬유센서 변위계는 복수개를 직렬로 연결할 수 있으므로, 사면의 복수개 위치에 각각 고정점 및 이동점을 설치하였을 때, 각각의 고정점에 설치된 광섬유센서 변위계를 직렬로 연결하여 계측할 수 있게 되며, 그에 따라 전체적인 구성이 간소화되고, 그에 따라 유지 관리가 매우 간소화되는 장점이 발휘된다. 특히, 광섬유센서 변위계는 전기 공급 없이 측정이 이루어지는 바, 전원장치가 사면 감시 현장에 구비될 필요가 없으며, 그만큼 전체적인 장치의 유지 관리에 있어서 유리한 잇점을 가지게 된다.

1: 이동점
2: 고정점
3: 와이어
4: 방향전환 롤러
5: 중량체
6: 케이스
7: 변위계
41: 진동저감 패드
51: 연장선
61: 스톱퍼
100: 사면 감시 시스템

Claims (6)

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;
   이동점에는 와이어가 연결되고, 와이어는 사면을 따라 상향 연장되며;
   고정점에는 방향전환 롤러가 구비되고;
   상향 연장된 와이어가 방향전환 롤러에 의해 연직하향으로 방향 전환된 후 중량체와 연결되며;
   증량체의 아래에는 변위계가 연결 구비되는데;
   내부 중공을 가지는 통형상의 케이스가 구비되어, 중량체는 케이스의 내부 중공 내에서 연직하게 승하강할 수 있도록 케이스 내에 위치하며;
   케이스에는 중량체의 아래쪽에 중량체의 낙하를 방지하는 스톱퍼가 설치되어 있고;
   스톱퍼에는 관통공이 형성되어 있으며;
   변위계는 스톱퍼의 아래쪽에서, 중량체로부터 연장되어 관통공을 관통해온 연장선에 결합되어 있는 구성을 가지고 있어서,
   중량체의 자중에 의해 와이어에 일정한 장력이 지속적으로 유지된 상태에서, 이동점에 변위가 발생하게 되면, 중량체가 연직방향으로 이동하게 되고 중량체의 이동량을 변위계로 계측함으로써 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   방향전환 롤러의 전방에는, 진동을 흡수하여 저감하는 진동저감 패드가 구비되어 있고;
   와이어는 진동저감 패드를 거쳐서 방향전환 롤러로 진행하는 것을 특징으로 하는 사면 감시 시스템.
   
4. 사면의 모니터링하여 감시하는 방법으로서,
   사면에 발생하는 변위에 따라 움직이게 되는 이동점을 사면에 설치하고, 변위가 발생하지 않게 되는 사면의 상부에는 고정점을 설치하며;
   이동점에는 와이어를 연결하고, 사면을 따라 와이어를 상향 연장시키며;
   고정점에는 방향전환 롤러를 설치하고;
   상향 연장된 와이어를 방향전환 롤러에 의해 연직하향으로 방향 전환시킨 후 중량체와 연결하며;
   증량체의 아래에는 변위계를 연결 구비하며;
   내부 중공을 가지는 통형상의 케이스를 구비하여, 중량체를 케이스의 내부 중공 내에서 연직하게 승하강할 수 있도록 케이스 내에 위치시키는데;
   케이스에는 중량체의 아래쪽에 중량체의 낙하를 방지하는 스톱퍼를 설치하며;
   스톱퍼에는 관통공이 형성되어 있고;
   변위계는 스톱퍼의 아래쪽에서 중량체로부터 연장되어 관통공을 관통해온 연장선에 결합하여 설치함으로써,
   중량체의 자중에 의해 와이어에 일정한 장력이 지속적으로 유지된 상태에서, 이동점에 변위가 발생하게 되면, 중량체가 연직방향으로 이동하게 되고 중량체의 이동량을 변위계로 계측함으로써 변위를 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 사면 감시 방법.
   
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   방향전환 롤러의 전방에는, 진동을 흡수하여 저감하는 진동저감 패드를 설치하고,
   와이어는 진동저감 패드를 거쳐서 방향전환 롤러로 진행시키는 것을 특징으로 하는 사면 감시 방법.

Images