KR102285803B1 - Optical fiber sensor cable system for measuring 3 components vibration of seismic profiling - Google Patents

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Abstract

본 발명은 관측공에 광섬유 센서 케이블을 설치하여 지중의 진동을 측정 및 분석하기 위한 탄성파 탐사 시스템에 대한 것이다. 특히 본 발명은 4개의 광섬유를 서로 직교하게 배치하여, 각 광섬유로부터 얻어진 신호를 분석함으로써, 진동의 방향성을 측정할 수 있는 기반을 제공한다. 본 발명에서는 4개의 광섬유 센서를 관측공에 90도 각도 간격으로 배치하고, 이들을 각각 공벽에 밀착시킬 수 있는 구성을 제공한다. The present invention relates to a seismic wave exploration system for measuring and analyzing underground vibrations by installing a fiber optic sensor cable in an observation hole. In particular, the present invention provides a basis for measuring the directionality of vibration by arranging four optical fibers orthogonally to each other and analyzing a signal obtained from each optical fiber. In the present invention, four optical fiber sensors are arranged at 90 degree angular intervals in the observation hole, and each of them provides a configuration that can be closely attached to the wall of the hole.

Description

3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템{OPTICAL FIBER SENSOR CABLE SYSTEM FOR MEASURING 3 COMPONENTS VIBRATION OF SEISMIC PROFILING} OPTICAL FIBER SENSOR CABLE SYSTEM FOR MEASURING 3 COMPONENTS VIBRATION OF SEISMIC PROFILING

본 발명은 지반의 구조, 물성, 매장물의 탐지에 사용되는 물리탐사방법 중 탄성파 탐사에 관한 것으로서, 특히 광섬유 센서 케이블을 이용한 탄성파 탐사기술에 관한 것이다. The present invention relates to seismic exploration among physical exploration methods used to detect the structure, properties, and deposits of the ground, and more particularly, to seismic exploration technology using an optical fiber sensor cable.

탄성파 탐사는 육상 또는 해상에서 인위적으로 발생시킨 탄성파가 지하 지층에서 반사되거나 또는 굴절되어 되돌아오는 신호를 수신기로 기록하여, 지하 지질구조나 암석의 물리적 특성을 규명하는 탐사를 말한다. 지하에 매장되어 있는 석유, 가스, 광물 자원을 탐사하는데 사용되거나, 지하에 매설된 케이블 등을 탐사하는 엔지니어링 목적으로 사용되기도 한다.Seismic exploration is an exploration that investigates the physical characteristics of underground geological structures or rocks by recording the signals that are reflected or refracted from the underground strata of seismic waves artificially generated on land or at sea. It is used to explore oil, gas, and mineral resources buried underground, or used for engineering purposes to explore cables buried underground.

도 1은 해상 탄성파 탐사 및 육상 탄성파 탐사(a)와 시추공을 이용한 수직 탄성파 탐사(b)를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining offshore seismic exploration and land seismic exploration (a), and vertical seismic exploration using a borehole (b).

도 1을 참고하면, 기존의 탄성파 탐사는 수신기, 즉 지오폰(geophone) 또는 하이드로폰(hydrophone)을 지반 또는 해수면에 일렬로 또는 매트릭스 형태로 삽입설치하고, 특정 지점에서 인위적으로 진동(source)을 발생시켜 지오폰이나 하이드로폰으로 수신되는 신호를 분석하여 탐사를 수행하였다. Referring to FIG. 1, in the conventional seismic survey, a receiver, that is, a geophone or a hydrophone, is inserted and installed in a line or matrix form on the ground or sea level, and artificially vibrates at a specific point. The search was performed by analyzing the signal received by the geophone or hydrophone.

최근에는 지오폰이나 하이드로폰을 대신하여 광섬유를 수신기로 수직 탄성파 탐사에 이용하는 방법이 제시되고 있다. 광섬유를 이용한 자료획득 시스템 구조가 도 2에 도시되어 있다. Recently, a method of using an optical fiber as a receiver for vertical seismic exploration has been proposed instead of a geophone or a hydrophone. The structure of a data acquisition system using an optical fiber is shown in FIG. 2 .

도 2를 참고하면, 광섬유 센서를 이용한 수직 탄성파 탐사에서는 광섬유를 지반에 밀착되게 설치하고, 광원-광변조기-서큘레이터를 통해 광신호(레이저)를 송출한다. 광신호는 광섬유를 따라 순방향으로 진행하지만, 광이 지나가는 광섬유의 각 지점(연속적)에서는 광의 산란에 의하여 거꾸로 반사되어 돌아오는 반사신호가 존재한다. 즉 광섬유를 전파하던 광은 광섬유 내 분자와 충돌하면서 산란이 일어나 역방향으로 반사신호를 발생시키는 것이다. Referring to FIG. 2 , in the vertical seismic survey using an optical fiber sensor, an optical fiber is installed in close contact with the ground, and an optical signal (laser) is transmitted through a light source, an optical modulator, and a circulator. The optical signal travels in the forward direction along the optical fiber, but at each point (continuous) of the optical fiber through which the light passes, there is a reflected signal that is reflected backwards by the scattering of the light and returns. That is, the light propagating in the optical fiber collides with the molecules in the optical fiber and is scattered to generate a reflected signal in the reverse direction.

서큘레이터에서는 되돌아오는 반사신호(역산란광)를 광검출기 쪽으로 가이드한다. 아날로그 형태의 반사신호는 디지털 신호로 변환되어 프로세서에서 분석하게 된다. The circulator guides the returned reflected signal (backscattered light) toward the photodetector. The reflected signal in analog form is converted into a digital signal and analyzed by the processor.

정상상태에서는 반사신호가 일정한 패턴을 보이는데, 외부에서 탄성파를 인가하면 지하에서 반사 또는 굴절된 탄성파가 광섬유에 작용하여, 산란(레일리 산란 등)의 크기, 진동수 및 위상이 변화하므로 반사신호는 정상상태와는 다른 패턴을 보이게 된다. 즉, 탄성파의 인가에 의하여 반사신호의 패턴이 다르게 나타난다. 이렇게 탄성파의 존재, 탄성파의 진폭, 진동수 등에 따라 반사신호의 패턴이 다르게 나타나는 점을 이용하여 지진을 확인하거나, 지반의 구조를 해석할 수 있다. In the steady state, the reflected signal shows a certain pattern. When an acoustic wave is applied from the outside, the reflected or refracted acoustic wave acts on the optical fiber and the size, frequency, and phase of scattering (Rayleigh scattering, etc.) change, so the reflected signal is in a steady state. will show a different pattern. That is, the pattern of the reflected signal appears differently depending on the application of the elastic wave. In this way, earthquakes can be identified or the structure of the ground can be analyzed by using the fact that patterns of reflected signals appear differently depending on the presence of seismic waves, amplitudes, and frequencies of seismic waves.

기존의 지오폰이나 하이드로폰을 이용한 탄성파 탐사에서는 도 1에 도시된 바와 같이 수신기를 일정 간격으로 배치(multi-poiny array)하여 수신기가 있는 지점에서만 굴절파, 반사파를 수신할 수 있었지만, 광섬유 센서를 이용하면 광섬유의 모든 지점(distributed)에서 반사신호를 얻을 수 있다. 즉 지오폰이나 하이드로폰들이 연속적으로 배치되어 있는 것과 동일한 효과가 발생한다. 광섬유 센서는 최소 0.25m 단위로 공간분해능을 가지는 바 기존에 단속적으로 배치되던 지오폰이나 하이드로폰에 비하여 고밀도의 탐사결과를 획득할 수 있다. In conventional seismic exploration using geophones or hydrophones, as shown in FIG. 1, refracted and reflected waves can be received only at the point where the receiver is by arranging the receiver at regular intervals (multi-poiny array). If used, the reflected signal can be obtained at all distributed points of the optical fiber. That is, the same effect as when geophones or hydrophones are continuously arranged occurs. Since the optical fiber sensor has a spatial resolution of at least 0.25 m, it can acquire high-density exploration results compared to geophones and hydrophones that have been intermittently deployed.

또한 광섬유 센서는 전자기적 간섭에 영향을 받지 않으므로 기존의 코일 및 전자기 유도 방식의 지오폰에 비해 전기적 잡음으로부터 자유롭다. 또한 광을 이용함에 따라 최대 50km(1kHz sample/S)까지 광역 스케일에 신호 수집이 가능해 기존의 탄성파 탐사에 비하여 경제적이며 효율적이다. In addition, since the optical fiber sensor is not affected by electromagnetic interference, it is free from electrical noise compared to the existing coil and electromagnetic induction geophones. In addition, by using light, it is possible to collect signals on a wide scale up to 50 km (1 kHz sample/S), which is more economical and efficient than conventional seismic exploration.

한편, 종래의 탄성파 탐사에서는 도 3에 도시된 바와 같은 3성분 지오폰을 사용하여 진동의 여부는 물론 진동의 방향성까지 측정할 수 있다. 3성분 진동측정은 탄성파 탐사에서 매우 중요하다. 즉 3성분 측정을 통해 지층 내 한 지점에서의 실체적 탄성파(P-/S-파) 거동을 입체적으로 파악함으로써, 지층의 암석학적 특성, 암상 및 파쇄대의 이방성, 유체포화도의 영향을 보다 정밀하게 분석할 수 있기 때문이다. 또한 지진을 기록하고 분석함으로써 지진의 규모와 단층면해(focal mechanism) 규명, 진원 결정을 위해서는 P-파, S-파 및 코다(coda)의 3성분 측정이 필수적이다. Meanwhile, in the conventional seismic survey, not only the presence of vibration but also the directionality of vibration can be measured using a three-component geophone as shown in FIG. 3 . Three-component vibration measurement is very important in seismic exploration. In other words, by three-dimensionally grasping the actual seismic wave (P-/S-wave) behavior at a point in the strata through three-component measurement, the lithological characteristics of the strata, the anisotropy of the rock phase and fracture zone, and the influence of fluid saturation can be more precisely analyzed. Because it can be analyzed. In addition, by recording and analyzing earthquakes, it is essential to measure the three components of P-wave, S-wave, and coda in order to determine the magnitude, focal mechanism, and seismicity of an earthquake.

이에 광섬유 센서를 이용한 분포형 센싱 시스템에서도 방향성 탐사에 대한 연구가 진행되고 있다. 도 3에 도시된 육상 지오폰의 경우 3개의 방향에 일치시켜서 코일을 설치하여 진동의 방향성을 측정할 수 있지만, 광섬유 센서는 광케이블이 길게 배치되는 형태이므로, 3성분(X축, Y축, Z축) 진동을 별도로 측정하는 것이 구조적으로 용이하지 않다는 문제점이 있다. Accordingly, research on directional exploration is being conducted in distributed sensing systems using optical fiber sensors. In the case of the land geophone shown in FIG. 3, the directionality of vibration can be measured by installing a coil to match the three directions, but since the optical fiber sensor has a long optical cable, three components (X-axis, Y-axis, Z Axial) There is a problem in that it is structurally not easy to measure the vibration separately.

이러한 어려움으로 인해, 현재 광섬유 센서를 이용한 3성분 진동 측정에 대한 기술적 개념만 도출된 상태이며, 상용화는 이루어지지 않았다. Due to these difficulties, only a technical concept for three-component vibration measurement using an optical fiber sensor has been derived, and commercialization has not been made.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 광섬유를 이용한 분포형 센서를 통해 진동을 측정할 뿐만 아니라, 진동의 방향성까지 측정 가능한 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센싱 케이블 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide an optical fiber sensing cable system for measuring a three-component vibration that can not only measure vibration through a distributed sensor using an optical fiber, but also measure the direction of vibration in order to solve the above problems.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be further considered within the range that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 케이블 시스템은, 관측공에 삽입되는 케이싱; 광섬유 센서 케이블이 외측에 장착되며, 관측공의 공벽에 밀착되는 제1위치와 공벽에서 이격된 제2위치 사이에서 이동가능하며 상기 케이싱에 90° 각도 간격으로 복수 개 설치되는 클램퍼를 포함하는 클램핑부; 상기 클램핑부를 상기 제1위치 및 제2위치 사에서 이동시키는 확장구동부; 상기 케이싱을 회전시키기 위한 회전구동부; 및 상기 케이싱의 설치방위를 측정하는 센서;를 포함하는 측정모듈을 구비하는 것에 특징이 있다. An optical fiber cable system for measuring three-component vibration according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a casing inserted into an observation hole; A clamping unit having a fiber optic sensor cable mounted on the outside, movable between a first position in close contact with the cavity wall of the observation hole and a second position spaced apart from the cavity wall, and including a plurality of clampers installed at intervals of 90° to the casing; an expansion driving unit for moving the clamping unit between the first position and the second position; a rotation driving unit for rotating the casing; and a sensor for measuring the installation orientation of the casing;

본 발명에 따르면, 상기 클램핑부는 90° 각도 간격으로 A클램퍼, B클램퍼, C클램퍼로 3개 배치되며, 상기 A클램퍼와 B클램퍼에 장착된 광섬유 센서케이블에 의하여 수평면에서 Y축 진동을 측정하며, 상기 B클램퍼와 C클램퍼에 부착된 광섬유 센서 케이블에 의해 수평면에서의 X축 진동을 측정한다. According to the present invention, three clamping parts are arranged at 90° angular intervals as A clamper, B clamper, and C clamper, and the Y-axis vibration is measured in the horizontal plane by the optical fiber sensor cable mounted on the A clamper and B clamper, The X-axis vibration in the horizontal plane is measured by the optical fiber sensor cable attached to the B clamper and the C clamper.

또한, 상기 클램핑부는 D클램퍼를 더 구비하며, 상기 D클램퍼에 장착된 광섬유 센서 케이블에 의하여 상기 X축 및 Y축과 직교하는 Z축의 진동을 측정할 수 있다. In addition, the clamping unit further includes a D clamper, and can measure the vibration of the Z axis orthogonal to the X axis and the Y axis by means of an optical fiber sensor cable mounted on the D clamper.

본 발명의 일 예에서, 상기 A클램퍼 및 C클램퍼는 상기 B클램퍼 및 D클램퍼와 서로 다른 높이 또는 동일 평면상에 배치될 수 있다. In an example of the present invention, the A clamper and the C clamper may be disposed at different heights or on the same plane as the B clamper and the D clamper.

본 발명의 일 예에서, 상기 확장구동부는 상기 케이싱 내에 설치되는 모터와, 상기 모터에 의하여 상하로 이동하는 승강축과, 일단은 상기 케이싱 내에 고정된 위치에서 제자리 회동가능하게 결합되며 타단은 상기 클램퍼의 상부에 슬라이딩 및 회동가능하게 결합되는 제1링크부재와, 일단은 상기 승강축에 회동가능하게 결합되어 상기 승강축과 함께 이동가능하며 상기 제1링크의 일단이 고정된 위치보다 상측에 배치되며, 타단은 상기 클램퍼의 하부에 회동가능하게 결합되는 제2링크부재를 구비하여, 상기 승강축이 하강시 제1링크부재와 제2링크부재가 벌어지면서 상기 클램퍼를 관측공의 공벽을 향해 수평하게 이동시킨다. In an example of the present invention, the expansion driving unit is coupled to a motor installed in the casing, a lifting shaft moving up and down by the motor, and one end is rotatably coupled to a position fixed in the casing, and the other end is the clamper. a first link member slidably and rotatably coupled to the upper portion of the , the other end is provided with a second link member rotatably coupled to the lower portion of the clamper, and when the elevating shaft descends, the first link member and the second link member are spread apart to move the clamper horizontally toward the hole wall of the observation hole. make it

본 발명의 일 예에서, 상기 회전구동부는 상기 케이싱을 정방향 및 역방향의 양방향으로 회전시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 회전구동부는 상기 복수의 클램퍼 중 적어도 어느 하나에 설치되어 공기를 분사하는 노즐을 사용할 수 있다. In an example of the present invention, the rotation driving unit may rotate the casing in both directions in a forward direction and a reverse direction. More specifically, the rotary driving unit may use a nozzle installed in at least one of the plurality of clampers to spray air.

특히, 상기 클램핑부는 수평면에서 X축 상의 양측에 배되는 A클램퍼 및 C클램퍼와, 수평면에서 Y축 상의 양측에 배치되는 B클램퍼 및 D클램퍼를 구비하며, 상기 에어노즐은 상기 A클램퍼 및 C클램퍼 중 적어도 하나에 설치되어 정방향으로 회전력을 인가하며, 상기 B클램퍼 및 D클램퍼 중 적어도 하나에 설치되어 역방향으로 회전력을 인가할 수 있다. In particular, the clamping part includes A clampers and C clampers that are arranged on both sides of the X axis in a horizontal plane, and B clampers and D clampers that are arranged on both sides on the Y axis in a horizontal plane, and the air nozzle is one of the A clamper and the C clamper. It may be installed in at least one to apply a rotational force in a forward direction, and may be installed in at least one of the B clamper and the D clamper to apply a rotational force in a reverse direction.

본 발명의 일 예에서, 상기 센서는 지자계 센서를 사용하여 케이싱이 설치되는 방위를 측정할 수 있다. In an example of the present invention, the sensor may measure the orientation in which the casing is installed using a geomagnetic sensor.

본 발명의 일 예에서, 상기 측정모듈은 관측공의 깊이방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 설치된다. In an example of the present invention, a plurality of measurement modules are installed to be spaced apart from each other along the depth direction of the observation hole.

본 발명은 진동의 방향성을 측정하기 위한 광섬유 센서 케이블 시스템(100)을 제공한다. 4개의 광섬유를 서로 직교하게 배치하여 각 광섬유로부터 획득한 신호를 벡터 조합하여 진동의 방향성을 측정할 수 있다. 광섬유를 이용한 분포형 센싱 시스템에서 진동의 방향성 측정은 해당 기술분야에서 해결해야할 난제로 남아 있으며, 본 발명에서는 이를 해결할 수 있는 기반을 제공한다는데 큰 의미가 있다. The present invention provides an optical fiber sensor cable system 100 for measuring the directionality of vibration. By arranging four optical fibers orthogonally to each other, the directionality of vibration can be measured by vector combination of signals obtained from each optical fiber. The measurement of the directionality of vibration in a distributed sensing system using an optical fiber remains a problem to be solved in the related art, and the present invention has great significance in providing a basis for solving this problem.

더불어 본 발명에서는 4개의 광섬유를 관측공의 공벽에 매우 간단하게 밀착시킬 수 있는 기계적 구성을 제공함으로써 광섬유를 이용한 분포형 센싱 시스템에서 얻어진 신호의 노이즈를 제거하고 신뢰성을 확보할 수 있다는 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of removing noise from signals obtained in a distributed sensing system using optical fibers and ensuring reliability by providing a mechanical configuration that can attach four optical fibers to the hollow wall of the observation hole very simply.

또한 본 발명에서는 광섬유의 설치 및 철거가 매우 용이하여 분포형 센싱 시스템의 기술적 활용이 더욱 활성화될 수 있다는 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage that the installation and removal of the optical fiber is very easy, so that the technical utilization of the distributed sensing system can be further activated.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned herein, it is added that the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 탄성파 탐사의 원리를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 2는 광섬유 센서를 이용한 탄성파 자료획득 시스템의 구성(구조)를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 3은 방향성 탐사를 위한 종래의 3성분 지오폰의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템이 관측공에 설치된 상태의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 광섬유 센서 케이블 시스템의 주요 부분인 측정모듈의 개략적 확대 단면도이다.
도 6은 도 5의 상태에서 측정모듈이 관측공벽에 밀착된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 확장구동부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 도 5의 A-A선 개략적 단면도이다.
도 9는 도 6의 B-B선 개략적 단면도이다.
도 10은 측정모듈의 회전구동을 설명하기 위한 개략적 횡단면도이다.
도 11 및 도 12는 광섬유 센서의 조합에 의해 진동의 방향성을 설명하기 위한 도면이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
1 is a schematic diagram for explaining the principle of seismic exploration.
2 is a schematic diagram for explaining the configuration (structure) of an acoustic wave data acquisition system using an optical fiber sensor.
3 is a photograph of a conventional three-component geophone for directional exploration.
4 is a cross-sectional view of a state in which an optical fiber sensor cable system for three-component vibration measurement is installed in an observation hole according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic enlarged cross-sectional view of a measurement module, which is a main part of the optical fiber sensor cable system shown in FIG. 4 .
6 is a view showing a state in which the measurement module is in close contact with the observation hole wall in the state of FIG. 5 .
7 is a perspective view for explaining the expansion driving unit.
8 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5 .
9 is a schematic cross-sectional view taken along line BB of FIG. 6 .
10 is a schematic cross-sectional view for explaining the rotational driving of the measurement module.
11 and 12 are diagrams for explaining the directionality of vibration by a combination of optical fiber sensors.
※ It is revealed that the accompanying drawings are exemplified as a reference for understanding the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명은 탄성파 탐사를 위한 광섬유 센서 케이블 시스템에 관한 것이다. 특히 지반을 천공하여 형성된 관측공 또는 시추공에 광섬유를 삽입하여 센서로 활용하는 시스템에 관한 것이다. 인위적으로 진동을 발생시켜 지반구조를 조사하는 좁은 의미의 탄성파 탐사는 물론, 지진 등 지중 진동을 관측하는데 사용하기 위한 것디다. The present invention relates to an optical fiber sensor cable system for seismic exploration. In particular, it relates to a system using an optical fiber as a sensor by inserting an optical fiber into an observation hole or a borehole formed by drilling the ground. It is intended to be used not only for seismic exploration in a narrow sense, which investigates the ground structure by generating vibrations artificially, but also for observing ground vibrations such as earthquakes.

광섬유 센서를 이용한 탄성파 탐사는 현재 연구개발 초기 단계에 있으며, 정확성과 효율성을 높이기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. Seismic exploration using optical fiber sensors is currently in the early stages of research and development, and various attempts are being made to increase accuracy and efficiency.

본 발명에서는 특히 광섬유 센싱에 의하여 진동의 방향성을 측정하는 것에 착안하였으며, 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템을 개발하기에 이르렀다. In particular, the present invention focused on measuring the directionality of vibration by optical fiber sensing, and led to the development of an optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration.

또한 광섬유 센서 케이블 시스템에서는 광섬유를 관측공의 공벽에 밀착시키는 것이 매우 중요하다. 관측공을 만들 때는 일반적으로 그 내벽에 시멘팅을 하게 되는데, 광섬유 센서 케이블은 시멘팅 내에 매설되는 것이 유리하다. 처음부터 광섬유 센서 시스템을 이용하고자 계획한 경우라면 당연히 위와 같은 방법을 취하겠지만, 이미 완성된 관측공에 광섬유 센서 케이블 시스템을 적용하기 위해서는 별도의 장착구조가 요청된다. In addition, in the optical fiber sensor cable system, it is very important to attach the optical fiber to the hollow wall of the observation hole. When making an observation hole, cementing is generally performed on the inner wall, and it is advantageous for the optical fiber sensor cable to be buried in the cementing. Of course, if it is planned to use the optical fiber sensor system from the beginning, the above method will be taken. However, in order to apply the optical fiber sensor cable system to the already completed observation hole, a separate mounting structure is required.

별도의 장착구조가 없이 광섬유 센서 케이블을 관측공에 삽입하는 경우에는 다양한 잡음으로 인하여 측정의 정확성을 담보할 수 없기 때문이다. 예컨대, 탄성파 소스를 활용해 진동을 발생시킨 경우, 광섬유 센서에서는 지하의 지층이나 구조물에 의하여 반사된 반사파나, 굴절파를 수신하여 분석을 수행한다. 그러나 탄성파 소스에 의하여 지표가 흔들리면 지면파에 의해 광섬유 센서 케이블이 같이 흔들려서, 이른바 케이블파가 발생하게 되며, 이는 관심대상이 되는 반사파 또는 굴절파 보다 그 크기가 커 잡음으로 작용하여 얻고자 하는 신호의 측정이 어렵다. This is because, when the optical fiber sensor cable is inserted into the observation hole without a separate mounting structure, the accuracy of measurement cannot be guaranteed due to various noises. For example, when vibration is generated using an elastic wave source, the optical fiber sensor receives reflected or refracted waves reflected by underground strata or structures and performs analysis. However, when the ground surface is shaken by the seismic source, the fiber optic sensor cable is shaken by the ground wave, and so-called cable wave is generated. It is difficult to measure.

위와 같은 케이블 웨이브나 워터 웨이브를 배제하기 위해서는 센서 케이블을 관측공의 내벽에 밀착시키는 것이 유리하다. In order to exclude the above cable wave or water wave, it is advantageous to attach the sensor cable to the inner wall of the observation hole.

본 발명에서는 3성분 진동 측정을 위한 독특한 구조의 광섬유 센서 케이블을 기완성된 관측공의 공벽에 밀착시킬 수 있는 시스템을 제공함으로써, 광섬유를 이용한 탄성파 탐사의 정확성을 향상시키고자 한다.An object of the present invention is to improve the accuracy of seismic exploration using optical fibers by providing a system capable of attaching a fiber optic sensor cable having a unique structure for three-component vibration measurement to the pore wall of a completed observation hole.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.However, in the description of the present invention, if it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured as it is obvious to those skilled in the art with respect to related known functions, the detailed description will be omitted.

도 4는 본 발명의 일 예에 따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템이 관측공에 설치된 상태의 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 광섬유 센서 케이블 시스템의 주요 부분인 측정모듈의 개략적 확대 단면도이고, 도 6은 도 5의 상태에서 측정모듈이 관측공벽에 밀착된 상태를 나타낸 도면이다. 4 is a cross-sectional view of a state in which an optical fiber sensor cable system for three-component vibration measurement is installed in an observation hole according to an example of the present invention, and FIG. 5 is a schematic enlargement of a measurement module, which is a main part of the optical fiber sensor cable system shown in FIG. It is a cross-sectional view, and FIG. 6 is a view showing a state in which the measurement module is in close contact with the observation hole wall in the state of FIG. 5 .

도면을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템(100, 이하 '광섬유 센서 케이블 시스템'이라 함)은 복수의 측정모듈(90)을 구비한다. 복수의 측정모듈(90)은 관측공(h)의 높이 방향을 따라 서로 이격되어 배치된다. 측정모듈(90)들은 로프(미도시)에 의하여 상호 연결될 수 있으며, 본 예에서와 같이 복수의 에어공급라인(1,2,3)에 의하여 연결될 수도 있다. 3개의 에어공급라인(1,2,3)은 모든 측정모듈(90)을 통과하며 압축공기를 제공한다. 각 에어공급라인에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 하다. Referring to the drawings, the optical fiber sensor cable system 100 (hereinafter referred to as an 'optical fiber sensor cable system') for measuring three-component vibration according to an embodiment of the present invention includes a plurality of measurement modules 90 . A plurality of measurement modules 90 are arranged to be spaced apart from each other along the height direction of the observation hole (h). The measurement modules 90 may be interconnected by a rope (not shown), and may be connected by a plurality of air supply lines (1,2,3) as in this example. The three air supply lines (1,2,3) pass through all the measurement modules (90) and provide compressed air. Each air supply line will be described later.

광섬유 센서 케이블(4)은 길게 형성되어 복수의 측정모듈(90)의 외측에 장착된다. 본 예에서는 4개의 광섬유 센서가 측정모듈의 중심을 기준으로 90° 간격으로 설치된다. 보다 구체적으로 설명하면, 각 측정모듈(90)의 외측면에는 90° 간격으로 복수의 클램퍼(21,22,23,24)가 설치되는데, 각 클램퍼에 광섬유 센서 케이블(4)이 장착되는 구조이다. The optical fiber sensor cable 4 is formed to be long and is mounted on the outside of the plurality of measurement modules 90 . In this example, four optical fiber sensors are installed at intervals of 90° with respect to the center of the measurement module. More specifically, a plurality of clampers 21 , 22 , 23 , 24 are installed at intervals of 90° on the outer surface of each measurement module 90 , and the optical fiber sensor cable 4 is mounted to each clamper. .

측정모듈(90)은 케이싱, 클램핑부, 확장구동부, 회전구동부 및 센서를 구비한다. The measurement module 90 includes a casing, a clamping part, an expansion driving part, a rotation driving part, and a sensor.

케이싱(10)은 대략 원통형으로 길게 형성되어, 후술하는 요소들이 장착되는 공간을 제공한다. 에어공급라인(1,2,3)들은 각 측정모듈(90)의 케이싱(10)을 관통하며 케이싱들을 상호 연결한다. 본 예에서, 케이싱(10)의 중앙 양측에는 관통부가 형성되며, 하부의 양측에도 각각 관통부가 형성된다. 4개의 관통부는 위에서 보았을 때 90도 각도 간격으로 수직하게 배치된다. The casing 10 is formed to have an elongated substantially cylindrical shape, and provides a space in which elements to be described later are mounted. The air supply lines (1,2,3) pass through the casing 10 of each measurement module 90 and interconnect the casings. In this example, penetrating portions are formed on both sides of the center of the casing 10 , and through portions are formed on both sides of the lower portion, respectively. The four penetrations are vertically arranged at an angle of 90 degrees when viewed from above.

클램핑부는 4개의 상호 90도 각도 간격으로 배치된 클램퍼로 이루어지는데, 클램퍼는 3개만 배치될 수도 있지만, 본 예에서는 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이 4개의 클램퍼, 즉 A클램퍼(21) B클램퍼(23), C클램퍼(22) 및 D클램퍼(24)를 구비한다. The clamping part consists of four clampers arranged at an angle of 90 degrees to each other. Although only three clampers may be arranged, in this example, as shown in FIGS. 5 and 8, four clampers, namely A clampers 21, B A clamper 23 , a C clamper 22 , and a D clamper 24 are provided.

클램퍼(21~24)는 상하로 길게 형성된 바(bar) 형상으로, 케이싱(10)의 각 관통부에 설치되는데, 후술하는 확장구동부에 의하여 관측공(h)의 공벽(w)에 밀착되는 제1위치와, 공벽으로부터 이격되어 있는 제2위치 사이에서 수평면 상에서 위치이동 가능하다. 본 예에서 A클램퍼(21)와 C클램퍼(22)가 케이싱(10)의 중앙의 동일 평면상에 배치되며, B클램퍼(23)와 D클램퍼(24)는 케이싱(10)의 하부의 동일 평면 상에 배치된다. 앞에서도 설명하였지만, 각 클램퍼(21~24)의 외측면에는 광섬유 센서 케이블(4)이 장착되어 있다. 클램퍼는 제1위치로 이동하여 광섬유 센서 케이블(4)을 관측공(h)의 공벽(w)에 가압, 밀착시키는 기능을 한다. The clampers 21 to 24 are vertically elongated in the shape of a bar, which is installed in each through-portion of the casing 10, and the first to be in close contact with the wall w of the observation hole h by an expansion driving part to be described later. The position is movable on a horizontal plane between the position and the second position spaced apart from the hollow wall. In this example, the A clamper 21 and the C clamper 22 are arranged on the same plane at the center of the casing 10 , and the B clamper 23 and the D clamper 24 are on the same plane at the bottom of the casing 10 . placed on top As previously described, the optical fiber sensor cable 4 is mounted on the outer surface of each clamper 21 to 24 . The clamper moves to the first position to press and close the optical fiber sensor cable 4 to the wall w of the observation hole h.

확장구동부는 클램퍼(21~24)를 제1위치와 제2위치 사이에서 이동할 수 있도록 구동력을 제공하기 위한 것이다. The expansion driving unit is for providing a driving force to move the clampers 21 to 24 between the first position and the second position.

확장구동부는 모터(31)를 구비한다. 모터(31)는 케이싱(10) 내부에 설치된다. 본 예에서 모터(31)는 압축공기에 의하여 구동되는 에어모터로서 2개의 에어공급라인(2,3)과 연결된다. 일측의 에어공급라인(2)을 통해 압축공기가 공급되면 모터는 정방향으로 회전되면서 타측의 에어공급라인(3)을 통해 공기를 배출한다. 에어공급라인(2,3)을 역으로 기능시키면 역방향으로 회전한다. 모터(31)에 연결된 승강축(32)은 모터의 회전방향에 따라 상승 및 하강한다. The expansion drive unit includes a motor (31). The motor 31 is installed inside the casing 10 . In this example, the motor 31 is an air motor driven by compressed air and is connected to two air supply lines 2 and 3 . When compressed air is supplied through the air supply line 2 on one side, the motor rotates in the forward direction and discharges the air through the air supply line 3 on the other side. If the air supply line (2, 3) is to function in the reverse direction, it rotates in the reverse direction. The lifting shaft 32 connected to the motor 31 rises and descends according to the rotation direction of the motor.

제1링크부재(41)는 바 형태로 길게 형성되어, 일단부(33)는 케이싱 내 특정 지점에서 위치고정된 상태로 회동가능하게 결합되며, 타단부는 클램퍼(21~24)의 높이방향을 따라 슬라이딩 및 회동가능하게 결합된다. The first link member 41 is formed to be long in the form of a bar, and one end 33 is rotatably coupled to a fixed position at a specific point in the casing, and the other end is in the height direction of the clampers 21 to 24. It is coupled slidably and rotatably accordingly.

도 7을 참고하면, 본 예에서는 승강축(32)을 따라 고정축(39)이 마련되는데, 이 고정축(39)은 승강축(32)과 나란히 배치되되 위치는 이동되지 않는다. 본 예에서 제1링크부재(41)의 일단은 고정축(39)에 회동가능하게 결합된다. 물론 고정축(39)은 필수적인 구성은 아니고, 제1링크부재(41)의 일단은 케이싱의 어느 곳에라도 위치고정된 상태로 회동가능하게 결합되면 된다. Referring to FIG. 7 , in this example, a fixed shaft 39 is provided along the lifting shaft 32 , and the fixed shaft 39 is arranged side by side with the lifting shaft 32 , but the position is not moved. In this example, one end of the first link member 41 is rotatably coupled to the fixed shaft 39 . Of course, the fixed shaft 39 is not an essential configuration, and one end of the first link member 41 may be rotatably coupled to any part of the casing in a fixed position.

제1링크부재(41)의 타단에는 예컨대 롤러(42)가 결합되며, 클램퍼(21~24)의 측면에는 가이드홈부(미도시)가 마련되어, 롤러(42)가 가이드홈부에 끼워져 회동 및 슬라이딩 가능하다. For example, a roller 42 is coupled to the other end of the first link member 41, and a guide groove (not shown) is provided on the side of the clampers 21 to 24, and the roller 42 is inserted into the guide groove to rotate and slide. do.

제2링크부재(51)는 제1링크부재(41)와 반대방향으로, 즉 도 5에 도시된 바와 같이 상호 X자 형태로 배치된다. 제2링크부재(51)의 일단부(53)는 승강축(32)에 회동가능하게 결합된다. 승강축(32)의 승강시 함께 상하방향으로 이동한다. 제2링크부재(51)의 타단부(52)는 클램퍼(21~24)에서 회동가능하지만 위치고정된다. The second link member 51 is disposed in the opposite direction to the first link member 41, that is, mutually X-shaped as shown in FIG. One end 53 of the second link member 51 is rotatably coupled to the lifting shaft 32 . When the lifting shaft 32 is lifted, it moves in the vertical direction together. The other end 52 of the second link member 51 is rotatable in the clampers 21 to 24, but the position is fixed.

도 5는 클램퍼(21~24)가 제2위치, 측 초기상태를 도시한 것이다. 도 6에서 점선은 제2위치에 있는 상태를, 실선은 제1위치에 있는 상태를 나타낸 것이다. 5 is a view showing the initial state of the second position, side of the clampers (21 to 24). In FIG. 6 , a dotted line indicates a state in the second position, and a solid line indicates a state in the first position.

제2위치에서 클램퍼(21~24)는 케이싱(10)에 삽입되어 있다. 이 상태에서 모터(31)가 일방향으로 회전하면 승강축(32)이 하강하면서, 제2링크부재(51)의 일단부가 함께 하강한다. 그러나 제2링크부재(51)의 타단부는 위치고정되어 있으므로, 제2링크부재(51)는 클램퍼(21~24)를 수평면 상에서 제1위치로 밀어낸다. 제1위치는 클램퍼(21~24)가 공벽(w)에 밀착되는 위치이다. 클램퍼(21~24)의 외측에 장착된 광섬유 센서 케이블(4)은 클램퍼와 공벽(w) 사이에서 가압되어 공벽(w)에 밀착된다. In the second position, the clampers 21 to 24 are inserted into the casing 10 . In this state, when the motor 31 rotates in one direction, the lifting shaft 32 descends, and one end of the second link member 51 descends together. However, since the other end of the second link member 51 is fixed in position, the second link member 51 pushes the clampers 21 to 24 to the first position on the horizontal plane. The first position is a position where the clampers 21 to 24 are in close contact with the hollow wall w. The optical fiber sensor cable 4 mounted on the outside of the clampers 21 to 24 is pressed between the clamper and the hollow wall w to be in close contact with the hollow wall w.

제1링크부재(41)도 마찬가지로 작용한다. 클램퍼(21~24)가 외측으로 밀리면 제1링크부재(41)의 일단부(33)는 고정되어 있으므로, 타단부의 롤러(42)는 클램퍼(21~24)의 측면을 따라 하강하게 된다. The first link member 41 works similarly. When the clampers 21 to 24 are pushed outward, one end 33 of the first link member 41 is fixed, so the roller 42 at the other end descends along the side surfaces of the clampers 21 to 24 .

제1링크부재(41)와 제2링크부재(51)가 X자 형태로 배치되어 클램퍼(21~24)의 상측과 하측을 각각 지지하고 있는 바, 클램퍼는 안정적으로 수평면 상에서 이동할 수 있다. The first link member 41 and the second link member 51 are arranged in an X-shape to support the upper and lower sides of the clampers 21 to 24, respectively, so that the clamper can stably move on a horizontal plane.

본 예에서는 A클램퍼(21)와 C클램퍼(22)가 케이싱의 중앙부에 동일 높이에 배치되며, B클램퍼(23)와 D클램퍼(24)가 케이싱의 하부에 동일 높이에 배치된다. 모터(31)는 하나만 설치되며, 승강축(32)은 B클램퍼(23)와 D클램퍼(24)까지 연장된다. 제1링크부재(41)와 제2링크부재(51)는 B클램퍼(23)와 D클램퍼(24)에도 각각 설치되되, A클램퍼(21) 및 C클램퍼(22)에 설치된 것과 직교하게 배치되는 것에만 차이가 있다. 동일한 구성이므로 설명은 생략한다. In this example, the A clamper 21 and the C clamper 22 are arranged at the same height in the central portion of the casing, and the B clamper 23 and the D clamper 24 are arranged at the same height in the lower portion of the casing. Only one motor 31 is installed, and the lifting shaft 32 extends to the B clamper 23 and the D clamper 24 . The first link member 41 and the second link member 51 are respectively installed in the B clamper 23 and the D clamper 24, and are disposed orthogonally to those installed in the A clamper 21 and the C clamper 22. The only difference is that Since the configuration is the same, a description thereof will be omitted.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 4개의 클램퍼에 의하여 광섬유 센서를 90도 각도 간격으로 배치시켜 관측공의 공벽에 견고하게 밀착시킬 수 있다. As described above, in the present invention, the optical fiber sensors are arranged at an angle of 90 degrees by means of four clampers so that they can be firmly attached to the hole wall of the observation hole.

한편, 본 발명은 3성분 진동을 측정하기 위한 것이기 때문에, 광섬유가 설치되는 방위가 매우 중요하다. 클램퍼가 90도 각도 간격으로 직교하게 배치되는데, 전체적인 방향을 결정해야 한다. 예컨대 동서남북 방향으로 배치한다. On the other hand, since the present invention is for measuring three-component vibration, the orientation in which the optical fiber is installed is very important. The clampers are arranged orthogonally at 90 degree angular intervals, and the overall orientation must be determined. For example, it is placed in the direction of east, west, south, and north.

이를 위해서는 측정모듈(90)들이 개별적으로 회전 구동되어야 한다. 측정모듈들은 서로 멀리 떨어져 있고 유연한 소재의 로프나 에어공급라인에 의해서만 연결되어 있으며, 관측공 내부는 주로 지하수가 채워져 있는 경우가 많다. 따라서 측정모듈(90)들의 방향을 개별적으로 맞추어서 전체적으로 모든 측정모듈의 클램퍼들이 동서남북 방향으로 정확하게 배치시켜야 한다. To this end, the measurement modules 90 must be individually rotationally driven. The measuring modules are far apart from each other and are only connected by a flexible rope or air supply line, and the inside of the observation hole is often filled with groundwater. Therefore, by individually aligning the directions of the measurement modules 90 , the clampers of all the measurement modules must be accurately arranged in the east, west, south, and north directions.

본 발명에서는 이를 위하여 측정모듈(90) 별로 회전구동부를 구비한다. 회전구동부는 케이싱(10)을 전체적으로 회전시키는 기능을 한다. In the present invention, for this purpose, a rotation driving unit is provided for each measurement module 90 . The rotation driving unit functions to rotate the casing 10 as a whole.

먼저 회전구동부는 케이싱(10)의 방위를 측정하도록 센서, 본 예에서는 지자계센서(82)를 구비한다. 지자계센서(82)는 방수케이스(38) 내에 배치되며, 배터리(81)로부터 전원을 공급받는다. 지자계센서(82)에 의하여 측정되는 방위각에 의하여 직교하게 배치된 클램퍼들의 방위를 정확하게 알 수 있다. 방향제어모듈(83) 역시 방수케이스(38) 내에 설치되며 배터리(81)로부터 전원을 공급받는다. 방향제어모듈(83)은 에어공급라인(1)으로부터 압축공기를 공급받거나, 또는 자체에 탱크를 구비하여 공기를 압축시킬 수 있다. 압축공기는 2개의 에어라인(84,85)으로 분기되어, 하나의 에어라인(84)은 A클램퍼(21) 및 C클램퍼(22)용 노즐(61,62)로 공급되고, 다른 하나의 에어라인(85)은 B클램퍼(23) 및 D클램퍼(24)용 노즐(71,72)로 공급된다. 즉, 각 에어라인(84,85)은 다시 분기되어 각각 노즐(61,62,71,72)로 공급된다. First, the rotation driving unit includes a sensor, in this example, a geomagnetic sensor 82 to measure the orientation of the casing 10 . The earth magnetic field sensor 82 is disposed in the waterproof case 38 and receives power from the battery 81 . According to the azimuth measured by the earth magnetic field sensor 82, the orientation of the clampers arranged orthogonally can be accurately known. The direction control module 83 is also installed in the waterproof case 38 and receives power from the battery 81 . The direction control module 83 may receive compressed air from the air supply line 1 or may have a tank in itself to compress the air. The compressed air is branched into two air lines 84 and 85, and one air line 84 is supplied to the nozzles 61 and 62 for the A clamper 21 and the C clamper 22, and the other air Line 85 is fed to nozzles 71 and 72 for B clamper 23 and D clamper 24 . That is, each of the air lines 84 and 85 is again branched and supplied to the nozzles 61, 62, 71 and 72, respectively.

도 8 내지 도 10을 참고한다. Reference is made to FIGS. 8 to 10 .

도면을 참고하면, 4개의 클램퍼(21~24)에는 각각 노즐(61,62,71,72)이 장착된다. A클램퍼(21) 및 C클램퍼(22)에는 노즐(61,62)의 설치방향이 A클램퍼(21)와 C클램퍼(22)를 각각 시계방향으로 회전되도록 설치된다. 이들은 링크부재에 의하여 상호 연결되어 있으므로 1개만 설치되어도 된다. 그리고 B클램퍼(23)와 D클램퍼(24)에 설치된 노즐(71,72)은 반시계방향으로 회전하도록 설치된다. 이들 역시 하나만 설치되면 된다. 중요한 점은 시계방향과 반시계방향으로 클램퍼(21,22,23,24)를 회전시킬 수 있어야 한다는 점이다. 4개의 클램퍼는 승강축(32)에 의하여 모두 연결되어 있으므로, 어느 한 방향으로만 회전(360도)시킬 수 있으면 방위를 맞추는데는 문제가 없다고 생각할 수 있다. 본 발명에서 이러한 구성을 배제하지는 않지만, 광섬유 센서 케이블(4)이 꼬이게 되므로 바람직하지 않다. 즉 반시계방향으로 30도를 회전시켜야 하는데, 시계방향으로만 회전이 가능하면 330도를 회전시켜야 하므로 광섬유 센서 케이블이 꼬이게 된다. 이에 본 예에서는 시계방향 및 반시계방향으로 클램퍼를 회전시킬 수 있는 구성을 포함하는 것이 바람직하다. Referring to the drawings, the four clampers 21 to 24 are equipped with nozzles 61 , 62 , 71 , 72 , respectively. The A clamper 21 and the C clamper 22 are installed so that the installation direction of the nozzles 61 and 62 rotates the A clamper 21 and the C clamper 22 clockwise, respectively. Since these are interconnected by a link member, only one may be provided. And the nozzles 71 and 72 installed in the B clamper 23 and the D clamper 24 are installed to rotate counterclockwise. Only one of these needs to be installed. The important point is that it must be possible to rotate the clampers 21, 22, 23, 24 in both clockwise and counterclockwise directions. Since the four clampers are all connected by the lifting shaft 32, it can be considered that there is no problem in aligning the orientation if it can be rotated (360 degrees) in only one direction. Although this configuration is not excluded from the present invention, it is not preferable because the optical fiber sensor cable 4 is twisted. That is, it must be rotated 30 degrees counterclockwise, but if it can only be rotated clockwise, it must be rotated 330 degrees, so that the optical fiber sensor cable is twisted. Accordingly, in this example, it is preferable to include a configuration capable of rotating the clamper in the clockwise and counterclockwise directions.

방향제어모듈(83)에서는 밸브를 이용하여 공기가공급되는 에어라인(84,85)을 선택함으로써 시계방향 및 반시계방향으로 클램퍼들을 회전시킬 수 있다. 방향제어모듈(83)에서는 지자계센서(82)에 의하여 측정된 방위각을 송신받아 에어라인을 가동시켜 클램퍼를 정위치에 배치시킬 수 있다. The direction control module 83 may rotate the clampers clockwise and counterclockwise by selecting the air lines 84 and 85 to which air is supplied using a valve. The direction control module 83 may receive the azimuth measured by the earth magnetic field sensor 82 and operate the air line to place the clamper in the correct position.

상기한 구성으로 이루어진 광섬유 센서 케이블 시스템(100)을 이용하면, 4개의 광섬유 센서에서 얻어진 신호를 분석하여 진동의 방향성을 파악할 수 있다. 즉, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, A클램퍼(21)와 B클램퍼(23)에 장착된 광섬유 센서 케이블(4)의 신호를 조합하여, 수평면에서 Y축 진동을 파악한다. 그리고 B클램퍼(23)와 C클램퍼(22)에 부착된 광섬유 센서 케이블(4)에 의해 측정된 신호를 이용하여 수평면에서의 X축 진동을 파악할 수 있다. 또한 D클램퍼(24)는 단독으로 Z축의 진동을 측정한다. If the optical fiber sensor cable system 100 having the above configuration is used, the direction of vibration can be grasped by analyzing the signals obtained from the four optical fiber sensors. That is, as shown in FIGS. 11 and 12 , by combining the signals of the optical fiber sensor cable 4 mounted on the A clamper 21 and the B clamper 23 , the Y-axis vibration is detected in the horizontal plane. And, using the signal measured by the optical fiber sensor cable 4 attached to the B clamper 23 and the C clamper 22, it is possible to grasp the X-axis vibration in the horizontal plane. In addition, the D clamper 24 independently measures the vibration of the Z-axis.

도 12에 나타낸 바와 같이, 각 클램퍼에 장착된 광섬유 센서로부터 얻어진 광신호를 2개의 신호로 광분할하고, 분할된 신호들을 서로 다시 조합하여, X축, Y축, XY축 및 Z축의 진동을 측정한다. As shown in Fig. 12, the optical signal obtained from the optical fiber sensor mounted on each clamper is divided into two signals, and the divided signals are combined again to measure the vibrations of the X-axis, Y-axis, XY-axis and Z-axis. do.

본 발명은 위와 같은 광신호를 획득하기 위한 장치에 대한 것이므로, 3성분 진동 측정의 구체적인 방법에 대해서는 생략하기로 한다.Since the present invention relates to an apparatus for acquiring the optical signal as described above, a detailed method of measuring the three-component vibration will be omitted.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 진동의 방향성을 측정하기 위한 광섬유 센서 케이블 시스템(100)을 제공한다. 4개의 광섬유를 서로 직교하게 배치하여 각 광섬유로부터 획득한 신호를 벡터 조합하여 진동의 방향성을 측정할 수 있다. 광섬유를 이용한 분포형 센싱 시스템에서 진동의 방향성 측정은 해당 기술분야에서 해결해야할 난제로 남아 있으며, 본 발명에서는 이를 해결할 수 있는 기반을 제공한다는데 큰 의미가 있다. As described above, the present invention provides an optical fiber sensor cable system 100 for measuring the directionality of vibration. By arranging four optical fibers orthogonally to each other, the directionality of vibration can be measured by vector combination of signals obtained from each optical fiber. The measurement of the directionality of vibration in a distributed sensing system using an optical fiber remains a problem to be solved in the related art, and the present invention has great significance in providing a basis for solving this problem.

더불어 본 발명에서는 4개의 광섬유를 관측공의 공벽에 매우 간단하게 밀착시킬 수 있는 기계적 구성을 제공함으로써 광섬유를 이용한 분포형 센싱 시스템에서 얻어진 신호의 노이즈를 제거하고 신뢰성을 확보할 수 있다는 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of removing noise from signals obtained in a distributed sensing system using optical fibers and ensuring reliability by providing a mechanical configuration that can attach four optical fibers to the hollow wall of the observation hole very simply.

또한 본 발명에서는 광섬유의 설치 및 철거가 매우 용이하여 분포형 센싱 시스템의 기술적 활용이 더욱 활성화될 수 있다는 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage that the installation and removal of the optical fiber is very easy, so that the technical utilization of the distributed sensing system can be further activated.

미설명한 참조부호 g는 지반이다. The unexplained reference symbol g is the ground.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한번 첨언한다.The protection scope of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.

100 …3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템
10 …케이싱, 21,22,23,24 …클램퍼
31 …에어모터, 32 …승강축
41 …제1링크부재, 51 …제2링크부재
61,62 …노즐, 71,72 …노즐
81 …배터리, 82 …지자계센서
83 …방향제어모듈, 84,85 …에어라인
90 … 측정모듈 1,2,3 …에어공급라인
4. 광섬유 센서 케이블, g …지반
h …관측공, w …공벽
100 … Fiber optic sensor cable system for three-component vibration measurement
10 … Casing, 21, 22, 23, 24 … clamper
31 … Air motor, 32 … lift shaft
41 … A first link member, 51 . second link member
61,62 … Nozzle, 71, 72 ... Nozzle
81 … battery, 82 … geomagnetic sensor
83 … Direction control module, 84, 85 … airline
90 … Measuring module 1,2,3 … air supply line
4. Fiber optic sensor cable, g … ground
h … Observer, w … wall

Claims (10)

관측공에 삽입되는 케이싱;
광섬유 센서 케이블이 외측에 장착되며, 관측공의 공벽에 밀착되는 제1위치와 공벽에서 이격된 제2위치 사이에서 이동가능하며 상기 케이싱에 90° 각도 간격으로 복수 개 설치되는 클램퍼를 포함하는 클램핑부;
상기 클램핑부를 상기 제1위치 및 제2위치 사이에서 이동시키는 확장구동부;
상기 케이싱을 회전시키기 위한 회전구동부; 및
상기 케이싱의 설치방위를 측정하는 센서;를 포함하는 측정모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
a casing inserted into the observation hole;
A clamping unit having a fiber optic sensor cable mounted on the outside, movable between a first position in close contact with the cavity wall of the observation hole and a second position spaced apart from the cavity wall, and including a plurality of clampers installed at intervals of 90° to the casing;
an expansion driving unit for moving the clamping unit between the first position and the second position;
a rotation driving unit for rotating the casing; and
An optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration, characterized in that it comprises a measuring module comprising; a sensor for measuring the installation orientation of the casing.
제1항에 있어서,
상기 클램핑부는 90° 각도 간격으로 A클램퍼, B클램퍼, C클램퍼로 3개 배치되며,
상기 A클램퍼와 B클램퍼에 장착된 광섬유 센서케이블에 의하여 수평면에서 Y축 진동을 측정하며, 상기 B클램퍼와 C클램퍼에 부착된 광섬유 센서 케이블에 의해 수평면에서의 X축 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
According to claim 1,
Three clamping parts are arranged at 90° angular intervals as A clamper, B clamper, and C clamper,
The Y-axis vibration is measured in the horizontal plane by the optical fiber sensor cable mounted on the A clamper and the B clamper, and the X-axis vibration is measured in the horizontal plane by the optical fiber sensor cable attached to the B clamper and the C clamper. Fiber optic sensor cable system for three-component vibration measurement.
제2항에 있어서,
상기 클램핑부는 D클램퍼를 더 구비하며,
상기 D클램퍼에 장착된 광섬유 센서 케이블에 의하여 상기 X축 및 Y축과 직교하는 Z축의 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
3. The method of claim 2,
The clamping unit further includes a D clamper,
An optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration, characterized in that the vibration of the Z-axis orthogonal to the X-axis and the Y-axis is measured by the optical fiber sensor cable mounted on the D-clamper.
제3항에 있어서,
상기 A클램퍼 및 C클램퍼는 상기 B클램퍼 및 D클램퍼와 서로 다른 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
4. The method of claim 3,
The optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration, characterized in that the A clamper and the C clamper are disposed at different heights from the B clamper and the D clamper.
제1항에 있어서,
상기 확장구동부는,
상기 케이싱 내에 설치되는 모터와,
상기 모터에 의하여 상하로 이동하는 승강축과,
일단은 상기 케이싱 내에 고정된 위치에서 제자리 회동가능하게 결합되며 타단은 상기 클램퍼의 상부에 슬라이딩 및 회동가능하게 결합되는 제1링크부재와,
일단은 상기 승강축에 회동가능하게 결합되어 상기 승강축과 함께 이동가능하며 상기 제1링크의 일단이 고정된 위치보다 상측에 배치되며, 타단은 상기 클램퍼의 하부에 회동가능하게 결합되는 제2링크부재를 구비하여,
상기 승강축이 하강시 제1링크부재와 제2링크부재가 벌어지면서 상기 클램퍼를 관측공의 공벽을 향해 수평하게 이동시키는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
According to claim 1,
The expansion drive unit,
a motor installed in the casing;
an elevating shaft moving up and down by the motor;
a first link member having one end rotatably coupled in place at a fixed position in the casing and the other end slidably and rotatably coupled to the upper portion of the clamper;
One end is rotatably coupled to the lifting shaft and movable together with the lifting shaft, one end of the first link is disposed above a fixed position, and the other end is a second link rotatably coupled to the lower portion of the clamper. provided with an element,
An optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration, characterized in that when the lifting shaft descends, the first link member and the second link member are spread apart to horizontally move the clamper toward the hollow wall of the observation hole.
제1항에 있어서,
상기 회전구동부는 상기 케이싱을 정방향 및 역방향의 양방향으로 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
According to claim 1,
The optical fiber sensor cable system for three-component vibration measurement, characterized in that the rotation driving unit can rotate the casing in both forward and reverse directions.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 회전구동부는,
상기 복수의 클램퍼 중 적어도 어느 하나에 설치되어 공기를 분사하는 노즐인 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
7. The method of claim 1 or 6,
The rotary drive unit,
An optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration, characterized in that the nozzle is installed in at least one of the plurality of clampers and sprays air.
제7항에 있어서,
상기 클램핑부는 수평면에서 X축 상의 양측에 배치되는 B클램퍼 및 C클램퍼와, 수평면에서 Y축 상의 양측에 배치되는 A클램퍼 및 B클램퍼를 구비하며,
상기 노즐은 상기 A클램퍼 및 C클램퍼 중 적어도 하나에 설치되어 정방향으로 회전력을 인가하며, 상기 B클램퍼 및 D클램퍼 중 적어도 하나에 설치되어 역방향으로 회전력을 인가하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
8. The method of claim 7,
The clamping unit includes B clampers and C clampers disposed on both sides on the X axis in a horizontal plane, and A clampers and B clampers disposed on both sides on the Y axis in a horizontal plane,
The nozzle is installed in at least one of the A clamper and the C clamper to apply a rotational force in the forward direction, and is installed in at least one of the B clamper and the D clamper to apply the rotational force in the reverse direction. Fiber optic sensor cable system.
제1항에 있어서,
상기 센서는 지자계 센서인 것을 특징으로 하는 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
According to claim 1,
The sensor is an optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration, characterized in that it is a geomagnetic sensor.
제1항에 있어서,
상기 측정모듈은 관측공의 깊이방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템.
According to claim 1,
The optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration, characterized in that the measurement module is installed in a plurality of spaced apart from each other along the depth direction of the observation hole.
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