KR19990024134A

KR19990024134A - 초소형 진동현식 변위계

Info

Publication number: KR19990024134A
Application number: KR1019980054145A
Authority: KR
Inventors: 김균식
Original assignee: 김균식; 주식회사 에이스인스트루먼트
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 1999-03-25
Also published as: KR100529840B1

Abstract

본 발명은 토목공사시 현장의 지반 침하나 암반의 이동사항 등의 주변환경 변형 상태를 정확하고 정밀하게 측정하기위하여 사용되는 지중변위계(ROD EXTENSOMETER)나, 건축물 또는 토목시공물의 균열 진행상태를 측정하는 균열측정계(CRACKMETER), 기타 지반이나 구조물 등의 변위측정을 하기위한 계측기에 사용하는 변위계를 스프링과 결합된 진동현으로 구성한 초소형 진동현식 변위계(MINIATURE VIBRATING WIRE DISPLACEMENT GAGE)에 관한 것으로, 트랜스포머의 코일부에 펄스를 인가하여 진동현을 자화시켜 공진주파수를 출력하게 한 후 진동현의 장력변화에 의한 공진주파수의 변화를 출력장치로 계측하여 변형률 또는 힘의 단위로 산출하도록 함에 있어서, 상기 진동현에 코일스프링을 결합하여 진동현의 길이가 짧으면서도 변위량을 극대화 하여 전체적인 크기를 최소화 함으로서 토목공사에 사용되는 모든 계측기에 호환성 있게 사용할수 있는 변위계를 제공함에 그 목적이 있다.

Description

초소형 진동현식 변위계

본 발명은 토목공사시 현장의 지반 침하나 암반의 이동사항 등의 주변환경 변형 상태를 정확하고 정밀하게 측정하기위하여 사용되는 지중변위계(ROD EXTENSOMETER)나, 건축물 또는 토목시공물의 균열 진행상태를 측정하는 균열측정계(CRACKMETER), 기타 지반이나 구조물 등의 변위측정을 하기위한 계측기에 사용하는 변위계를 스프링과 결합된 진동현으로 구성한 초소형 진동현식 변위계(MINIATURE VIBRATING WIRE DISPLACEMENT GAGE)에 관한 것이다.

일반적으로 터널 등을 굴착하거나 기타 대형 토목공사 현장에서는 공사를 하고자 하는 곳의 각 지형마다 지반이나 암반의 구성 상태와 토질조건들이 차이를 나타내기 때문에, 토목공사를 하고자 하는 곳의 기초암반이나 지반 등의 구성 상태와 거동상태를 사전에 정확히 조사하고 이를 토대로 토목공사의 설계와 시공계획을 기획 하게 되는데, 이때 사용되는 계측기의 정확도는 토목공사에 상당한 영향을 미치게된다.

따라서 지금까지 개발되어 사용되어지는 계측기는, 도1에서와 같이 변위가 예상되는 양지점에 설치할수 있는 결합공(1a)이 형성되고 그 내측으로 눈금자(1b)를 형성한 게이지(1)로 구성되어, 상기 양단에 형성된 결합공(1a)을 이용하여 변위가 예상되는 지점에 게이지(1)를 설치하여서 눈금자(1b)의 접점부위의 이동을 계측하거나 버니아켈리퍼스 등의 또다른 측정자를 이용하여 눈금자(1b)의 변형상태를 계측하였다.

그러나 이와같은 구성은 제작과 설치는 쉬우나 계측에 많은 숙련을 필요로 하는 것은 물론 계측자의 숙련도와 주관에 따른 계측오차가 심하게 차이나는 등 계측기로서의 그기능을 다하지 못하여 현재는 거의 사용하지 않고 있다.

여기서 발전한 것으로 도2에서와 같이 하우징(10) 내주면 일측에 피막저항체(10a)를 길게 형성하고 상기 하우징(10)의 내주면에 안내되어 이동하는 가이드램(20)에 상기 피막저항체(10a)를 따라 이동하는 단자(20a)를 일체로 형성하며, 상기 가이드램(20) 에는 변위봉(30)를 일체로 형성하여 그 선단이 하우징(10)의 외부로 돌출되게 형성한 전기식 출력장치를 이용한 전기식 변위센서가 개발되어 누구나 측정이 용이하도록 한 것이 있으나, 이 또한 슬라이더형 전기식 포텐티오(POTENTIO)센서를 사용 하므로서 케이블 선로저항과 습기 등의 주변환경에 따른 영향에 민감하여 정확한 측정값을 얻어내는데 많은 문제가 있었을 뿐만아니라 장거리 측정과 영구측정에 많은 문제점이 있었고, 특히 포텐티오센서센서와 전기적인 신호를 일어키는 변위봉이 인장이나 압축측으로 너무 여유가 없어서 지반이나 암반의 거동이 활발하여 많은변형이 발생하때는 고장을 일으켜서 제구실을 못하게 되는 등 많은 문제점이 있었다.

따라서 지금까지는 측정으로 얻어진 자료를 근거로 설계 하였을 때 추정한 값과 공사현장에서 실제로 측정한 값이 상당한 차이를 보이기 때문에 설계된 내용대로 시공하였을 경우, 터널작업 도중이나 시공이 완료된 후에 터널주위를 둘러싸고 있는 주변요인인 암반과 지반의 거동으로 일부 지반이 무너지거나 터널전체가 붕괴되는등의 예상치 못했던 대형 안전사고의 위험이 발생할 우려가 있었다.

본 발명은 상기한 지금까지의 문제점을 감안하여 트랜스포머의 코일부에 펄스를 인가하여 진동현을 자화시켜 공진주파수를 출력하게 한 후 진동현의 장력변화에 의한 공진주파수의 변화를 출력장치로 계측하여 변형률 또는 힘의 단위로 산출하도록 함에 있어서, 상기 진동현에 코일스프링을 결합하여 진동현의 길이가 짧으면서도 변위량을 극대화 하여 전체적인 크기를 최소화 함으로서 토목공사에 사용되는 모든 계측기에 호환성 있게 사용할수 있는 변위계를 제공함에 그 목적이 있다.

도1 은 종래 눈금자를 이용한 수동식 변위계의 구성도.

도2 는 종래 저항을 이용한 변위계의 구성도.

도3 은 본 발명의 구성 상태도.

도4 는 본 발명을 다른 실시상태 예시도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 하우징 15 : 하우징홀더

20 : 가이드램 25 : 와이어홀더.

30 : 변위봉 35 : 변위봉홀더

50 : 진동현 60 : 코일스프링

70 : 트랜스포머 80 : 시그날케이블

90 : 캐피시트

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각종 토목공사 현장에서 지반이나 암반의 거동 상태를 측정하기 위한 계측기에 사용되는 변위계를 구성함에 있어서, 중공의 하우징 내부에 와이어나 얇은 박판으로된 진동현을 내설하여 그 일측 단부를 상기 하우징에 고정하고 나머지 단부는 하우징 내주면에 안내되는 가이드램에 결합된 와이어 홀더에 결합하며, 상기 진동현이 결합된 가이드램에 코일스프링을 결합하여 이를 다시 하우징 외부와 연결되는 변위봉과 연결하여서 변위봉에 가해지는 외부의 힘이 스프링을 통하여 진동현에 전달 되도록 한 다음, 상기 진동현의 장력에 따른 진동계수를 읽어내는 트랜스포머를 자유상태의 진동현 외부 일측에 설치 하여 외부의 공지된 자동계측시스템 등의 출력장치(도시하지않음)과 연결하되, 상기 트랜스포머를 온도보상용 온도센서와 낙뢰나 노이즈로 부터 트랜스포머를 보호해 주는 캐피시트를 구성하며, 하우징 내부를 기밀성이 유지되도록 구성하거나, 상기 하우징의 외면과 변위봉의 끝단에 토목이나 건축구조물의 외벽면에 고정 설치할 수 있는 하우징홀더와 변위봉홀더를 각각 형성하고, 상기 하우징홀더와 변위봉홀더를 건축물이나 토목구조물의 크랙이 진행되고 있는 양측에 고정 설치하여 균열측정계로 직접 사용하도록 하였다.

이와같은 본 발명의구성을 첨부도면에 의거 상세히 설명하면, 도3에 도시한 바와 같이중공의 하우징(10) 내부에 와이어나 얇은 박판으로된 진동현(50)을 내설하여 그 일측 단부를 상기 하우징(10)에 고정하고 나머지 단부는 하우징 내주면에 안내되는 가이드램(20)에 결합된 와이어 홀더(25)에 결합하며, 상기 진동현(50)이 결합된 가이드램(20)에 코일스프링(60)을 결합하여 이를 다시 하우징(10) 외부와 연결되는 변위봉(30)과 연결하여서 변위봉(30)에 가해지는 외부의 힘이 코일스프링(60)을 통하여 진동현(50)에 전달 되도록 한 다음, 상기 진동현(50)의 긴체 정도에 따른 진동계수를 읽어내는 트랜스포머(70)를 자유상태의 진동현(50) 외부 일측에 설치하되, 상기 트랜스포머(70)는 온도보상용 온도센서와 낙뢰나 노이즈로 부터 캐피시트(90)를 구성하여서 외부의 자동계측시스템 등의 출력장치(도시하지않음)과 시그날케이블(80)로 연결하며, 하우징(10) 내부를 기밀성이 유지되도록 구성하였다.

이와같은 구성으로된 본 발명의 변위계는 도4에서와 같이 그 하우징(10)의 외면과 변위봉(30)의 끝단에 토목이나 건축구조물의 외벽면에 고정 설치할 수 있는 하우징홀더(15)와 변위봉홀더(35)를 각각 형성하고, 상기 하우징홀더(15)와 변위봉홀더(35)를 건축물이나 토목구조물의 크랙이 진행되고 있는 양측에 고정 설치하여 균열측정계로 직접 사용할수도 있다.

상기한 본 발명은 외부 환경의 변화에 따른 힘이 변위봉(30)을 통하여 진동현(50)에 전달됨에 있어서 코일스프링(60)을 통하여 전달됨으로 직접적인 충격이 진동현(50)에 그대로 전달되지 않고 상당한 힘이 코일스프링(60)에서 흡수되며, 변위봉(30)의 변위거리의 상당량을 코일스프링(60)에서 흡수하고 잔여 변위량을 진동현(50)에 전달하게 된다.

상기한 본 발명의 초소형 진동식 변위계는 진동현(50)과 코일스프링(60), 변위봉(30)로 구성되어 있으므로서 전체의 크기를 최소화할 수 있다.

이와같은 진동식 변위계를 이용하여 건물의 균열 진행상태를 측정하고자 할 때는 도5에서와같이 진동현(50)을 보호하고 있는 하우징(10)과 변위봉(30)를 측정하고자 하는 구조물이나 기타 계측기에 설치하여 토목공사현장에 설치 고정시키고 트랜스포머(70)에서 출력되는 진동현(50)의 공진주파수의 초기 출력값을 읽어 둔다.

상기한 상태에서 건물의 균열이 진행되어 변위가 일어나면 변위봉(30)의 변위치가 코일스프링(60)을 거쳐서 진동현(50)으로 전이되며 전이된 변위는 진동현(50)의 장력을 변화시켜 변화된 공진주파수를 출력하게 되고 이와같이 변화된 공진주파수의 출력을 트랜스포머(70)를 통하여 출력하면 변위전의 계측값과 변위후의 계측값을 AF²+ BF + C - TCO(Tc-Ti) 식으로 계산하여 그 차이값을 구하면 된다.

여기서 A,B,C는 교정계수이며, F는 주파수, Tco는 온도계수, Ti는 초기온도, Tc는 현재온도 이다.

상기와 같이 본 발명은 종래의 변위봉의 변위에 따른 축력측정장치 에서 측정시 측정자의 숙련도에 따라 축력변위량 측정의 정밀도와 정확도가 결여되어 정확한 변위량을 감지할 수 없는 등 측정이 불확실한 것을 진동현의 주파수로 발명함으로서, 토목공사 현장의 암반이나 지반의 거동을 측정자의 숙련도에 관계없이 정확하게 측정하도록 함은 물론, 코일 스프링을 이용하여 진동현 자체의 변위한계를 보정 함으로서 변위계를 소형화 함으로서 좁은 공간에서도 용이하게 사용할수 있도록 하였으며, 계측의 정밀도와 분해기능이 높고 외부환경 요인을 보정할수 있으며, 선로의 저항 영향이 거의 없으므로 장거리 계측과 영구계측, 자동화 계측이 용이할 뿐만 아니라 낙뢰나 온도변화 노이즈 등을 보상하는 캐피시트를 구성하여 측정값이 매우 정확하여 토목 또는 건축공사 에서 사용하는 계측기에 유용하게 사용할 수 있는 신규한 발명이다.

Claims

중공의 하우징(10) 내부에 와이어나 얇은 박판으로된 진동현(50)을 내설하여 그 일측 단부를 상기 하우징(10)에 고정하고 나머지 단부는 하우징(10) 내주면에 안내되는 가이드램(20)에 결합된 와이어 홀더(25)에 결합하며, 상기 진동현(50)이 결합된 가이드램(20)에 코일스프링(60)을 결합하여 이를 다시 하우징(10) 외부와 연결되는 변위봉(30)과 연결하여서 변위봉(30)에 가해지는 외부의 힘이 스프링(60)을 통하여 진동현(50)에 전달 되도록 한 다음, 상기 진동현(50)의 장력에 따른 진동계수를 읽어내는 트랜스포머(70)를 자유상태의 진동현(50) 외부 일측에 설치 하여 외부의 공지된 자동계측시스템 등의 출력장치(도시하지않음)과 연결하되, 상기 트랜스포머(70)를 온도보상용 온도센서와 낙뢰나 노이즈로 부터 트랜스포머(70)를 보호해 주는 캐피시트(90)를 구성하며, 하우징(10) 내부를 기밀성이 유지되도록 구성함을 특징으로 하는 초소형 진동현식 변위계(MINIATURE VIBRATING WIRE DISPLACEMENT GAGE).
제1항에 있어서,

상기 하우징(10)의 외면과 변위봉(30)의 끝단에 토목이나 건축구조물의 외벽면에 고정 설치할 수 있는 하우징홀더(15)와 변위봉홀더(35)를 각각 형성하고, 상기 하우징홀더(15)와 변위봉홀더(35)를 건축물이나 토목구조물의 크랙이 진행되고 있는 양측에 고정 설치하여 균열측정계로 직접 사용하도록 함을 특징으로 하는 초소형 진동현식 변위계(MINIATURE VIBRATING WIRE DISPLACEMENT GAGE).