KR20000074484A - 다각형봉을 갖는 광변형센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다각형봉을 갖는 광변형센서에 관한 것으로서, 그 목적은 시설물의 변형정도에 따라 광섬유상에 측압과 벤딩현상이 동시에 발생되도록 하므로써, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 광섬유의 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등 시설물의 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서, 상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와, 상기 한 쌍의 고정부재에 슬라이드 되도록 설치된 다각형봉과, 상기 다각형봉의 외주면에 소정의 인장력을 받도록 나선형으로 설치되고, 양단이 상기 고정부재에 고정 설치된 광섬유로 이루어진 특징을 갖는다.

이상의 본 발명을 적용하게 되면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형 정도에 따라 발생되는 광섬유의 측압과, 다각형봉의 모서리부분에서 구부러지는 벤딩현상에 비례하는 광손실을 동시에 감지하므로써, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있으며, 상기 광섬유의 외표면에는 별도의 특수 피복층을 형성하지 않더라도 기존의 광섬유를 이용하여 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

다각형봉을 갖는 광변형센서{Optical sensor for measuring deformation of institution having polygon bar}

본 발명은 다각형봉을 갖는 광변형센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물, 터널, 교량, 댐 등의 시설물에 설치되어 시설물이 변형되는 정도를 측정하는 다각형봉을 갖는 광변형센서에 관한 것이다.

일반적으로 광변형센서는 지하철이나 저장터널 등의 지하시설물이나, 교량, 건물, 도로의 터널 등에 설치되어 시공단계나 완공 후 시설물 관리시에 지속적으로 시설물의 변형 정도를 측정하여 효과적으로 안전관리 할 수 있도록 하기 위한 계측장비이다.

도 1은 종래의 광변형센서를 도시한 사시도이고, 도 2는 종래의 광변형센서를 구성하는 광섬유의 가압상태를 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형 정도를 측정하고자 하는 위치에 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재(10)와, 중심에 위치된 광섬유를 중심으로 두 가닥의 광섬유가 각각 반대방향의 나선형으로 엇갈리게 꼬여져 상기 한 쌍의 고정부재(10)에 소정의 인장력을 받도록 설치된 3가닥의 광섬유(70)와, 상기 광섬유(70)의 일측단에 연결되어 설치된 광원(50)과, 상기 광섬유(70)의 타측단에 연결되어 설치된 손실측정기(60)로 이루어진다.

이때, 상기 3가닥의 광섬유(70)는 중심의 광섬유 외주면에 두 가닥의 광섬유를 서로 반대방향으로부터 나선형으로 엇갈리게 꼬아서 일정한 인장력이 발생되도록 고정부재(10)에 설치하게 된다.

이때, 상기 광섬유(70)는 도 2에서와 같이 중심에 굴절률이 높은 코어층(71)이 형성되고, 상기 코어층(71) 둘레면에는 코어층(71)에 비해 굴절률이 작은 클래드층(73)이 마련되며, 상기 클래드층(73) 외표면에는 소정 두께의 특수 코팅층(75)이 형성된다.

따라서, 상기 시설물에 크랙(crack)이나 부분적인 파단이 발생될 경우 상기 시설물에 설치된 고정부재(10)가 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되므로, 이러한 한 쌍의 고정부재(10)에 설치된 광섬유(70)상에는 시설물의 변형량에 대응되는 인장력이 발생된다.

이때, 상기 광섬유(70)는 3가닥이 나선형으로 꼬여져 서로 밀착되도록 설치되므로, 이러한 3가닥의 광섬유(70)가 서로 연접된 부분에는 상기 인장력에 대응되는 소정의 측압이 발생되고, 이러한 측압은 특수 코팅층(75)을 통해 그대로 내부의 클래드층(73)과 코어층(71)에 전달되어 클래드층(73)과 코어층(71)을 찌그러진 모양으로 변형시키거나, 밴딩에 의해 광원(50)으로부터 전송되는 광신호를 대응되는 양으로 누설되도록 하므로써, 원거리에 위치된 손실측정기(60)에 의해 시설물의 변형 정도를 측정할 수 있게 된다.

그러나, 상술한 광변형센서의 광섬유(70)상에는 인장력에 비례하여 발생되는 측압이 그대로 내부의 코어(71)와 클래드층(73)에 전달되어야 하므로, 상기 광섬유(70)가 기존 폴리머 재질의 피복층에 의해 코팅된 경우에는 상기 측압이 피복층에 의해 흡수되어 내부로 전달되지 않기 때문에 이러한 측압이 피복층에 의해 흡수되지 않고 그대로 내부의 클래드층(73)과 코어층(71)에 전달되도록 소정 두께의 특수 코팅층(75)으로 피복되어야 한다.

따라서, 상기 광섬유(70)의 특수 코팅층(75)을 형성하기 위해서는 기존의 광섬유 제조설비를 그대로 사용할 수 없으며, 별도의 특수 코팅설비를 구비하여야 하므로, 제조설비가 증가되고, 제조비용이 증가되는 단점이 있다.

또한, 상기 광섬유(70)의 피치가 부분적으로 다를 경우에는 인장력에 따른 측압이 구간에 따라 각기 다르게 나타날 수 있으므로, 시설물의 정확한 변형 정도를 측정하기 위한 정밀한 제작 및 설치상의 어려움이 있다.

또한, 상기 광변형센서는 3가닥의 광섬유(70)가 외부에 노출된 상태로 단지 우레탄계열의 튜브에 의해서만 보호되도록 설치되고, 상기 금속 피복층(75)이 160㎛의 비교적 얇은 두께로 코팅되므로, 외부의 강한 충격이든지 또는 장기간 작용되는 충격 등의 누적에 의해 광섬유(70)가 훼손되기 쉬우며, 장기간 사용할 때는 센서의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 광변형센서는 시설물에 비교적 큰 변형이 발생될 경우 중심에 위치된 광섬유의 탄성신율한계에 의해 그 측정 범위가 제한되는 문제점이 있다.

본 발명의 주된 목적은 광섬유를 다각형봉의 외주면에 나선형으로 감겨지도록 설치하여 시설물의 변형정도에 따른 광섬유의 측압과, 다각형봉의 모서리부분에서 광섬유가 구부러지는 벤딩각도에 비례하는 광손실을 동시에 감지하므로, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있도록 된 다각형봉을 갖는 광변형센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다각형봉에 나선형으로 감겨져 설치된 광섬유의 피치가 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하므로써, 시설물의 정확한 변형정도를 측정할 수 있도록 된 다각형봉을 갖는 광변형센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광섬유의 외표면에 별도의 특수 피복층을 형성하지 않더라도 기존의 광섬유를 이용하여 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있도록 된 다각형봉을 갖는 광변형센서를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 광변형센서를 도시한 사시도,

도 2는 종래의 광변형센서를 구성하는 광섬유의 가압상태를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 다각형봉을 갖는 광변형센서의 사시도,

도 4는 본 발명의 제 1실시예를 구성하는 다각형봉의 외주면에 광섬유가 설치된 모습을 도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 다각형봉을 갖는 광변형센서의 사시도,

도 6은 본 발명의 제 2실시예를 구성하는 다각형봉의 외주면에 광섬유가 설치된 모습을 도시한 단면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 고정부재 20 : 다각형봉

23 : 모서리부분 30 : 광섬유

40 : 가이드봉 43 : 삽입홈

50 : 광원 60 : 손실측정기

본 발명의 제 1실시예는 광섬유의 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등 시설물의 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서, 상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와, 상기 한 쌍의 고정부재에 슬라이드 되도록 설치된 다각형봉과, 상기 다각형봉의 외주면에 소정의 인장력을 받도록 나선형으로 설치되고, 양단이 상기 고정부재에 고정 설치된 광섬유로 이루어진 특징을 갖는다.

본 발명의 제 2실시예는 광섬유의 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등 시설물의 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서, 상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와, 상기 한 쌍의 고정부재에 슬라이드 되도록 설치되고, 외주면에는 일정 깊이를 갖는 나선형 삽입홈이 형성되되, 상기 삽입홈의 바닥면은 다각형 단면을 갖도록 이루어진 가이드봉과, 상기 가이드봉의 삽입홈에 감겨져 한 쌍의 고정부재에 고정 설치되어 소정의 인장력과 밴딩을 받도록 설치된 광섬유로 이루어진 특징을 갖는다. 이하, 본 발명 제 1실시예의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 다각형봉을 갖는 광변형센서의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제 1실시예를 구성하는 다각형봉의 외주면에 광섬유가 설치된 모습을 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형정도를 측정하고자 하는 소정 위치에 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재(10)와, 상기 한 쌍의 고정부재(10)에 슬라이드 되도록 설치된 다각형봉(20)과, 상기 다각형봉(20)의 외주면에 소정의 인장력을 받도록 나선형으로 감겨져 상기 고정부재(10)에 고정 설치된 광섬유(30)와, 상기 광섬유(30)의 일측단에 연결되어 설치된 광원(50)과, 상기 광섬유(30)의 타측단에 연결되어 설치된 손실측정기(60)로 이루어진다.

상기 다각형봉(20)은 일측 고정부재(10)에 고정 설치되고, 타측 고정부재(10)의 설치공(11)에 슬라이드 되도록 끼워져 설치된다. 이때, 상기 다각형봉(20)의 단면은 다양한 형태 즉, 별모양이나 육각형 또는 오각형 등으로 이루어질 수 있으며, 바람직한 실시예에서는 육각형의 단면을 갖도록 이루어진다.

상기 광섬유(30)는 다각형봉(20)의 외주면에 일정 피치의 나선형으로 감겨져 양측 고정부재(10)에 소정의 인장력을 받도록 고정 설치된다. 따라서, 상기 시설물이 변형되어 한 쌍의 고정부재(10)가 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되면, 이러한 고정부재(10)에 설치된 광섬유(30)상에는 상기 시설물의 변형정도에 비례하는 소정의 인장력이 발생되어 다각형봉(20)의 외주면에 밀착되도록 감겨지게 된다.

이상의 구성에 의한 본 발명의 작용예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

시설물에 크랙(crack) 또는 부분 파단이 발생될 경우 상기 고정부재(10)는 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되므로, 이러한 고정부재(10)에 고정된 광섬유(30)는 이에 대응되는 인장력을 받기 때문에 상기 다각형봉(20)의 모서리부분(23)에 인장력에 비례하는 힘으로 밀착되어 측압을 받는 동시에 소정의 각도로 벤딩된다.

따라서, 상기 광섬유(30)의 일측단에 연결된 광원(50)으로부터 전송되는 소정의 광신호는 광섬유(30)를 지나면서 상기 다각형봉(20)의 모서리부분(23)에서 발생되는 벤딩현상과 측압에 비례하는 광손실이 발생되고, 이러한 광손실량은 상기 광섬유(30)의 타측단에 연결된 광손실측정기(60)에 의해 감지되어 시설물의 변형정도를 정밀하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 상기 광변형센서는 시설물의 변형에 따른 측압과 벤딩현상이 동시에 감지되므로, 상기 광섬유(30)의 외표면에 별도의 특수 피복층을 형성하지 않고, 일반적인 광섬유 피복재인 폴리머재질의 피복재가 사용되더라도, 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

이때, 상기 광손실 측정기(60)는 소정 길이 연장된 광섬유(30)에 연결되어 상기 시설물로부터 상당거리 이격된 원거리에서 시설물의 정확한 변형량을 측정할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 제 2실시예의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 다각형봉을 갖는 광변형센서의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 2실시예를 구성하는 다각형봉의 외주면에 광섬유가 설치된 모습을 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 상기 광변형센서는 시설물의 변형정도를 측정하고자 하는 소정 위치에 일정 간격 이격되도록 고정 설치된 한 쌍의 고정부재(10)와, 상기 한 쌍의 고정부재(10)에 슬라이드 되도록 설치되고, 외주면에는 광섬유가 삽입되는 단면이 다각형인 나선형 삽입홈(43)이 형성된 가이드봉(40)과, 상기 삽입홈(43)을 통해 가이드봉(40)에 감겨져 소정의 인장력을 받도록 한 쌍의 고정부재(10)에 고정된 광섬유(30)와, 상기 광섬유(30)의 일측단에 연결되어 설치된 광원(50)과, 상기 광섬유(30)의 타측단에 연결되어 설치된 손실측정기(60)로 이루어진다.

상기 가이드봉(40)은 일측 고정부재(10)에 고정 설치되고, 타측 고정부재(10)의 설치공(11)에 슬라이드 되도록 끼워져 설치된다. 이때, 상기 가이드봉(40)의 외주면에는 나선형으로 꼬여진 소정의 삽입홈(43)이 형성되는 데, 상기 삽입홈(43)은 그 단면이 별모양이나 육각형 또는 오각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 바람직한 실시예에서는 육각형의 단면을 갖도록 이루어진다.

상기 광섬유(30)는 가이드봉(40)의 나선형 삽입홈(43)에 삽입되어 한 쌍의 고정부재(10)에 고정 설치된다. 따라서, 상기 시설물이 변형되어 한 쌍의 고정부재(10)가 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되면, 이러한 고정부재(10)에 설치된 광섬유(30)상에는 상기 시설물의 변형정도에 비례하는 인장력이 발생되어 삽입홈(43)의 다각형 바닥면에 밀착되면서, 바닥면의 모서리부분에서 소정 각도로 밴딩된다.

이상의 구성에 의한 본 발명의 작용예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면, 다음과 같다.

이를 참조하면, 시설물에 크랙(crack) 또는 부분 파단이 발생될 경우 상기 고정부재(10)는 서로 이격되는 방향으로 벌어지게 되므로, 이러한 고정부재(10)에 고정되어 설치된 광섬유(30)는 이에 대응되는 인장력을 받기 때문에 상기 가이드봉 삽입홈(43)의 바닥면에 밀착되면서 바닥면의 모서리부분(23)에 인장력에 비례하는 힘으로 밀착되어 측압을 받는 동시에 소정의 각도로 벤딩된다.

따라서, 상기 광섬유(30)의 일측단에 연결된 광원(50)으로부터 전송되는 소정의 광신호는 광섬유(30)를 지나면서 상기 삽입홈(43) 바닥면의 모서리부분(23)에서 발생되는 벤딩현상과 측압에 비례하는 광손실이 동시에 발생되고, 이러한 광손실량은 상기 광섬유(30)의 타측단에 연결된 광손실측정기(60)에 의해 감지되어 시설물의 변형정도를 정밀하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 상기 광변형센서는 시설물의 변형에 따른 측압과 벤딩현상이 동시에 감지되므로, 상기 광섬유(30)의 외표면에 별도의 특수 피복층을 형성하지 않고, 일반적인 광섬유 피복재인 폴리머재질의 피복재가 사용되더라도, 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

이때, 상기 광섬유(30)는 일정 피치를 갖는 가이드봉(40)의 삽입홈(43)에 끼워져 설치되므로, 광섬유(30)의 피치가 변동되지 않고 항상 일정하게 유지되므로, 정확한 변형량을 측정할 수 있게 된다.

상기 광손실 측정기(60)는 소정 길이 연장된 광섬유(30)에 연결되어 상기 시설물로부터 상당거리 이격된 원거리에서 시설물의 정확한 변형량을 측정할 수 있게 된다.

이상의 본 발명을 적용하게 되면, 상기 광변형센서는 일정 길이의 광섬유가 일정한 인장력으로 다각형봉의 외주면에 나선형으로 감겨지도록 설치되어 상기 시설물이 변형됨에 따라 상기 광섬유에는 측압에 비례하는 마이크로밴딩과, 다각형 봉의 모서리부분에서 광섬유가 구부러지는 벤딩각도에 비례하는 광손실을 동시에 감지하므로, 시설물의 정밀한 변형정도를 측정할 수 있다.

또한, 상기 광변형센서의 제 2실시예에서는 광섬유가 일정한 피치를 갖는 가이드봉의 삽입홈에 끼워져 설치되므로, 전구간에 걸쳐 일정한 피치를 갖게 되어 시설물의 정확한 변형정도를 측정할 수 있다.

상기 광변형센서는 광섬유의 외표면에 별도의 특수 피복층을 형성하지 않더라도 기존의 광섬유를 이용하여 시설물의 변형정도를 정확하게 측정할 수 있기 때문에 별도의 특수 코팅장비 등이 불필요하다.

Claims (2)

1. 광섬유의 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등 시설물의 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서,

   상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와;

   상기 한 쌍의 고정부재에 슬라이드 되도록 설치된 다각형봉과;

   상기 다각형봉의 외주면에 소정의 인장력을 받도록 나선형으로 감겨져 설치되고, 양단이 상기 고정부재에 고정 설치된 광섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 다각형봉을 갖는 광변형센서.
2. 광섬유의 일측단에 광원이 연결되고, 타측단에는 손실측정기가 연결되어 건물, 터널, 교량, 댐 등 시설물의 변형 정도를 측정하는 광변형센서에 있어서,

   상기 시설물의 소정 위치에 고정 설치되는 한 쌍의 고정부재와;

   상기 한 쌍의 고정부재에 슬라이드 되도록 설치되고, 외주면에는 일정 깊이를 갖는 나선형 삽입홈이 형성되되, 상기 삽입홈은 다각형 단면을 갖도록 이루어진 가이드봉과;

   상기 가이드봉의 삽입홈에 감겨져 한 쌍의 고정부재에 고정 설치되어 소정의 인장력과 밴딩을 받도록 설치된 광섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 다각형봉을 갖는 광변형센서.