KR19990071177A - 지하 매설물 탐지장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

목적: 본 발명은 굴삭기 등에 부착하여 지하 매설물을 탐지하는 데 사용되는 지하 매설물 탐지장치를 제공하고자 한다.

구성: 본 발명의 장치는 유전된 특정 주파수 및 파형의 입력신호에 의해 일정 자계를 형성하는 송신코일과, 상기 송신코일로부터 자기 유도되어 지반 매질을 통해 귀환된 출력신호를 수신하는 수신코일을 구비한 센서부와; 상기 송신코일에 인가하는 입력신호와 상기 수신코일에서 수신한 출력신호를 비교함으로써 검출된 파형, 진폭, 위상의 변화분을 디지틀 데이터화하여 지하 매설물을 판단하는 제어기로 구성된 것이 특징이다. 또한, 본 발명의 방법은 지반환경 별 매질과 매설물의 탐지데이터를 데이터 베이스화하여 기초데이터로 제어기 내의 메모리에 기억시킴으로써 지반환경에 부합되게 초기설정값을 세팅하는 과정과, 상기 기초데이터를 토대로 상기 센서부의 수신코일로부터 제어기에 도입된 측정데이터를 가공하여 처리하는 과정으로 매질 내 매설물 존재여부를 판단하는 알고리즘을 갖는 것을 특징이다.

효과: 자계를 이용하여 매설물을 탐지할 수 있으므로 초음파나 고주파를 사용하던 종래에 비해 감도 및 성능을 향상시킬 수 있고, 아울러 탐사시에 해당 지역에서 최초 입력된 지반 정보를 매설물 탐지에 필요한 기초적 데이터 베이스로 구축되므로 용이하게 제작될 수 있다는 이점이 있다.

Description

지하 매설물 탐지장치 및 그 방법

본 발명은 굴삭기 등에 부착하여 지하 매설물을 탐지하는 데 사용되는 장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 지하 매설물의 유무, 위치, 방향 및 깊이 등을 탐지하는 데 사용되는 지하 매설물 탐지장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 도시계획이나 주택공사 등, 특히 도심지의 지반을 공사하는 굴삭 작업에 있어서 지하에 매설된 도체관, 전력선, 통신선 혹은 가스관 등이 파손되지 않게 하여야 하는 점이 매우 중요하다.

종래에는 지표면 위에서 지하의 매설물, 특히 도체를 탐지하기 위해서, 매질로서의 지반에 전자파나, 초음파, 초고주파 등을 전파시킨 후 매질 및 매설물을 통해 전파되어온 파장 변화를 탐지함으로써 매설물을 판단하는 방법을 구현하는 지하 매설물 탐지장치가 사용되었다.

그러나, 전술한 종래의 방법을 구현하는 매설물 탐지장치는 측량된 파장의 주파수 분석 즉, 이득(gain)과 위상(phase) 변화폭을 감지하여 그 변화정도에 따라 매설물의 유무를 판단하는 것이므로, 그 정보의 처리에 있어서 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform) 또는 기능진단 테스트(diagnostic function test)를 수행하여야 하고, 매질에 따라 민감하게 변화되는 에라 보정을 위하여 복잡하고 난해한 알고리즘을 만들어 적용하여야 하고, 또한 이러한 처리를 위해 고가의 장비가 필요하게 된다는 문제점이 있었다.

전술한 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 종래에 비해 간단한 구성으로 양호한 성능을 발휘할 수 있으면서도 종래와 같이 복잡한 알고리즘이 필요치 않은 지하 매설물 탐지장치 및 그 방법을 제공하려는 목적이 있다.

도 1 은 본 발명의 장치를 보인 전체 구성도

도 2 는 본 발명을 구현하기 위한 센서부의 구성도

도 3 및 도 4 는 본 발명의 두 가지 실시예에 의한 파형도

도 5 는 본 발명을 구현하기 위한 하드웨어 구성도

도 6 은 본 발명에 의한 방법을 보인 흐름도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3-제어기 5-센서부

31-CPU 33-어드레스디코더

35-메모리 37-카운터

39-디스플레이 51-송신코일

53-수신코일

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치적 특징에 따르면, 유전(流電)된 특정 주파수 및 파형의 입력신호에 의해 일정 자계를 형성하는 송신코일과, 상기 송신코일로부터 자기 유도되어 지반 매질을 통해 귀환된 출력신호를 수신하는 수신코일을 구비한 센서부와; 상기 송신코일에 인가하는 입력신호와 상기 수신코일에서 수신한 출력신호를 비교함으로써 검출된 파형, 진폭, 위상의 변화분을 디지틀 데이터화하여 지하 매설물을 판단하는 제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 지하 매설물 탐지장치가 제공된다.

이때, 상기 제어기는 입력신호와 출력신호의 에지부분을 검출하여 필요부분에서 단위 카운팅함으로써 파형변화, 진폭변화, 위상변화에 대한 데이터를 획득하여 지하 매설물을 판단하도록 구성된 것이다.

아울러, 본 발명의 방법적 특징에 따르면, 센서부의 송신코일을 통해 특정 주파수 및 파형의 입력신호를 자기신호로 변환하여 지반으로 전파(傳播)한 다음, 매질과 매설물을 통해 귀환된 자기신호를 센서부의 수신코일로 유도받아 디지틀신호로 변환하여 데이터화한 후, 이 데이터를 제어기에서 처리함으로써 상기 송신코일의 입력신호에 대한 상기 수신코일의 출력신호의 변화분에 근거하여 지하 매질 내 매설물을 탐지하는 방법에 있어서, 지반환경 별 매질과 매설물의 탐지데이터를 데이터 베이스화하여 기초데이터로 제어기 내의 메모리에 기억시킴으로써 지반환경에 부합되게 초기설정값을 세팅하는 과정과, 상기 기초데이터를 토대로 상기 센서부의 수신코일로부터 제어기에 도입된 측정데이터를 가공하여 처리하는 과정으로 매질 내 매설물 존재여부를 판단하는 알고리즘을 갖는 것을 특징으로 하는 지하 매설물 탐지방법이 제공된다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 장치를 보인 전체 구성도이고, 도 2 는 본 발명을 구현하기 위한 센서부의 구성도이고, 도 3 및 도 4 는 본 발명의 두 가지 실시예에 의한 파형도이고, 도 5 는 본 발명을 구현하기 위한 하드웨어 구성도이며, 도 6 은 본 발명에 의한 방법을 보인 흐름도이다.

도 1 에 도시된 도면부호 3은 전체 시스템의 제어를 담당하는 제어기이고, 5는 상기 제어기(3)와 연계되어 매질을 향해 자계를 발생하고 귀환된 자계를 탐지하는 센서부이다.

상기 제어기(3)와 센서부(5)의 사이에는 제어기(3)의 신호를 아나로그신호로 변환하여 센서부(5)에서 자기신호를 발생하게 하는 제 1 변환회로(71)와, 센서부(5)로 유도된 귀환된 자기신호를 제어기(3)가 인식할 수 있는 데이터로 변환하는 제 2 변환회로(72)가 개재되는 유형으로 연결 구성되며, 크게 보아 이 두 변환회로(71,72)는 센서부(5) 혹은 제어기(3)에 포함시킬 수 있는 부분이다.

상기 센서부(5)는 도 2 에 도시된 바와같이, 유전된 특정 주파수 및 파형의 입력신호에 의해 일정 자계를 형성하는 송신코일(51)과, 상기 송신코일(51)로부터 자기 유도되어 지반 매질을 통해 귀환된 출력신호를 수신하는 수신코일(53)을 구비한다. 여기에서, 상기 입력신호 및 출력신호는 매질 및 매설물의 관점에서 보아 명칭을 부여한 것으로, 특히 출력신호는 이하에서 귀환신호로 명칭하기로 한다.

상기 제어기(3)는 상기 송신코일(51)에 인가하는 입력신호와 상기 수신코일(53)에서 수신한 귀환신호를 비교함으로써 검출된 파형, 진폭, 위상의 변화분을 디지틀 데이터화하여 지하 매설물을 판단하는 역할을 한다.

도 5 는 이러한 본 발명을 구현하는 제어기(3)의 하드웨어적 구성을 보여주고 있다. 즉, 중앙처리장치로서의 CPU(31)와, 매설물탐지 및 판단에 관련되어 필요한 기초데이터 및 시스템 오퍼레이팅 프로그램이 기록된 메모리(35)로서의 롬 및 램과, 상기 CPU(31)의 지정된 번지를 선택하여 메모리(35)를 액세스하는 어드레스디코더(33)와, 입력신호와 귀환신호의 차이에 해당하는 클럭수를 카운트하는 버퍼레지스터를 포함하는 카운터(37)와, 매설물 판정결과를 표시하는 버퍼레지스터를 포함하는 디스플레이(39)로 구성된다.

이상과 같이 자계를 이용하여 지하의 매설물을 탐지하도록 구성된 본 발명의 작동을 상세히 설명한다.

제어기(3)는 자계를 발생시키기 위해서 센서부(5)의 송신코일(51)로 보낸 방형파 입력신호와, 매질을 통해 센서부(5)의 수신코일(53)로 유도되어 제어기(3)로 보내진 귀환신호를 비교함으로써 파형변화, 위상차, 전압감쇄치의 데이터를 얻은 후, 이 데이터를 메모리(35)에 저장된 기초데이터에 근거하여 판단함으로써 매설물을 식별하게 된다.

도 3 및 도 4 에 도시된 실시예에서는 입력신호와 귀환신호의 에지부분을 검출하여 필요한 부분에서 차이폭이 발생한 동안에 동기되는 클럭수를 카운팅함으로써, 신호파형의 초기부분에서 얻어진 차이값 d1과 신호파형의 후단부분에서 얻어진 차이값 d2를 데이터로 얻어 데이터버스의 해당라인에 실어 CPU(31)로 로드하게 된다.

실제로, 도 3 에 도시된 실시예와 같이 딜레이된 귀환신호의 앞부분과 뒷부분의 딜레이값을 클럭수로 카운팅하여 데이터화하는 것이나, 도 4 에 도시된 실시예와 같이 귀환신호의 앞부분과 뒷부분의 감쇄 및 변화된 차이값을 클럭수로 카운팅하여 데이터화하는 것은, 매질 환경과 탐사하고자 하는 매설물의 차이에 기인하는 각각의 장단점이 있으므로, 매질 환경과 매설물에 따라 최적한 방법을 선택하도록 한다.

이러한 과정으로 작동되는 본 발명은 장치의 운용자가 지반의 실질적 탐사 작업을 시작하기 전에 탐사하고자 하는 지반 환경에 대한 종합적인 정보를 미리 세팅하여 기준값으로 설정해 놓은 후 탐사 작업을 시작하여야 한다. 이를 도 6 에 도시된 흐름을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 탐사하고자 하는 현재 지역의 탐사를 개시하기 전, 탐사하고자 하는 지반 환경 중에서 가장 표준적인 한 곳을 미리 탐사함으로써 얻은 데이터 d1, d2가 제어기(3)에서 세팅되게 하여 현재 지반의 매질 및 매설물에 대한 기준값을 마련한다(S1).

그 다음, 탐사지역의 소정 영역을 샘플링하여 센서부(5)의 위치를 이동시켜 가면서 탐사를 진행한다(S2). 이때, 도 3 의 d1,d2 값은 매설물의 존재유무에 따라 그 값이 변화하게 된다.

계속해서, 탐사지역을 탐사함에 있어서 데이터 d1,d2가 이전단계 S1의 기준값과 큰 폭으로 차이가 나면(S3), 최초 매질과 매설물의 종류별로 만들어 놓은 식별 데이터베이스로부터 현재 매설물이 어떤 것인지 식별할 수 있게 된다(S5).

한편, 본 발명은 전술한 바와 같이 제어기(3)가 센서부(5)로부터 획득된 데이터에 의해 확인할 수 있는 매설물의 존재 여부 및 그 크기 뿐 아니라, 매설된 깊이 및 방향 등을 판단할 수 있다. 이는 제어기(3)의 내장 메모리(35)에 데이터 베이스화되어 미리 기억된 매설물의 존재여부와 매설물의 크기, 매설된 방향 및 깊이에 따라 변화하는 당해의 기초데이터가 이용되며, 이러한 기초데이터와 획득 데이터 d2,d2를 제어기의 CPU(31)가 비교 판별하여 매설물을 식별함으로써 결과데이터를 디스플레이로 출력하여 관측하는 사람이 매설물에 대한 제반정보를 알 수 있게 하는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 지하 매설물 탐지장치는 초음파나 고주파에 비해 지반에 대해 투과율이 높은 자계를 이용하여 지반 내 매설물을 탐지할 수 있으므로 장치의 구조가 간단해지는 것은 물론 초음파나 고주파를 사용하던 종래에 비해 더욱 양호한 감도로 매설물을 탐지할 수 있고, 탐지를 처리하는 장치의 구조가 간단해짐에 따라 내구성이 향상됨과 아울러 굴삭기 등에 적용하여 장착하기 용이하게 된다.

더욱이, 본 발명의 방법에 의하면 종래와 같이 복잡한 알고리즘이 필요치 않고 탐사시에 해당 지역에서 최초 입력된 지반 정보를 매설물 탐지에 필요한 기초적 데이터 베이스로 구축하게 하는 간편한 알고리즘이 적용되므로 용이하게 제작될 수 있다는 이점이 있다.

한편, 본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 국한하지 않고 청구범위에 기재된 기술적 권리 내에서는 당업계의 통상적인 지식에 의하여 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

1. 유전된 특정 주파수 및 파형의 입력신호에 의해 일정 자계를 형성하는 송신코일과, 상기 송신코일로부터 자기 유도되어 지반 매질을 통해 귀환된 출력신호를 수신하는 수신코일을 구비한 센서부와; 상기 송신코일에 인가하는 입력신호와 상기 수신코일에서 수신한 출력신호를 비교함으로써 검출된 파형, 진폭, 위상의 변화분을 디지틀 데이터화하여 지하 매설물을 판단하는 제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 지하 매설물 탐지장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 입력신호와 출력신호의 에지부분을 검출하여 필요부분에서 단위 카운팅함으로써 파형변화, 진폭변화, 위상변화에 대한 데이터를 획득하여 지하 매설물을 판단하도록 된 것을 특징으로 하는 지하 매설물 탐지장치.
3. 센서부의 송신코일을 통해 특정 주파수 및 파형의 입력신호를 자기신호로 변환하여 지반으로 전파(傳播)한 다음, 매질과 매설물을 통해 귀환된 자기신호를 센서부의 수신코일로 유도받아 디지틀신호로 변환하여 데이터화한 후, 이 데이터를 제어기에서 처리함으로써 상기 송신코일의 입력신호에 대한 상기 수신코일의 출력신호의 변화분에 근거하여 지하 매질 내 매설물을 탐지하는 방법에 있어서, 지반환경 별 매질과 매설물의 탐지데이터를 데이터 베이스화하여 기초데이터로 제어기 내의 메모리에 기억시킴으로써 지반환경에 부합되게 초기설정값을 세팅하는 과정과, 상기 기초데이터를 토대로 상기 센서부의 수신코일로부터 제어기에 도입된 측정데이터를 가공하여 처리하는 과정으로 매질 내 매설물 존재여부를 판단하는 알고리즘을 갖는 것을 특징으로 하는 지하 매설물 탐지방법.