KR20010069842A - 전기식 동적 토압계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기적 동적 토압계에 관한 것으로, 상부의 하중을 하부로 전달하는 분력판과 하중에 의해 변형되는 로드셀을 케이스에 내장하여 토압을 측정하는 전기식 동적 토압계에 있어서, 상기 로드셀 하부에 수직터널과 전면터널을 좌우 대칭되게 형성하고, 상기 로드셀의 변형률을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 검출수단을 상기 수직터널과 전면터널의 일측에 각각 설치하는 것을 특징으로 하여 상기 검출수단에서 인가하는 전기적 신호를 판독장치로 분석하여 토압에 의해 발생하는 수직토압 및 전단토압을 동일지점에서 동시에 측정 할 수 있어 측정위치에 의해 발생하는 오차를 감소시킨다.

Description

전기식 동적 토압계{Soil Pressure Gauge of Strain Gauge Type}

본 발명은 토압계에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 동일지점의 수직 및전단 토압을 동시에 측정할 수 있는 전기적 동적 토압계에 관한 것이다.

일반적으로 토압계는 주변 지반의 하중으로 인한 토압의 변화를 측정하여 토류 구조체가 안정한지 여부를 판단하는 것으로 가시설물의 토압, 지중이나 기초건물의 하중, 댐의 토압 등을 계측할 수 있다.

토압은 주동토압과 수동토압으로 구분할 수 있는데 주동토압은 흙을 돌담이나 옹벽으로 지지하여 붕괴를 방지하는 경우에 작용하는 토압이며, 수동토압은 옹벽을 흙쪽으로 밀어붙였을 때, 미는 힘이 어느 한도 이상이 되면 흙이 위쪽으로 밀려 올라가는데 이 때 옹벽에 작용하는 토압이다.

토압은 지표면으로부터의 깊이에 비례해서 증가하므로 옹벽의 높이가 2배가 되면 작용하는 전토압(全土壓)은 4배가 되고, 비가 내려 흙이 물로 포화하면 토압 외에 수압이 작용하게 되어 옹벽을 넘어뜨리려는 힘이 급증하여 위험해진다.

그러므로 옹벽이나 돌담이 높으면 배수구(排水溝) 등의 시설에 유의하여야 하며, 토압을 산정하여 시설물의 안정성을 주기적으로 진단하여야 한다.

상기 토압을 측정하는 토압계는 측정방식에 따라 진동현식 방식(Vibrating-Wire type)과 전기식 방식(Strain Gauge type)으로 분류할 수 있으며, 상기 진동현식 방식은 재하부재에 하중이 작용하여 변형이 발생하면 재하부재에 연결된 인장철선의 인장력이 변화하므로 철선의 공진주파수가 변하며, 이때 달라진 주파수를 케이블을 통해 측정장치에서 하중으로 출력시킨다.

그러나, 상기 진동현식 방식은 인장철선의 하중이력으로 인해 하중-변위관계가 비선형으로 나타나므로 관계곡선의 사용에 주의를 요하며 특수한 보정설비를 필요로 한다.

상기 전기식 방식은 하중이 재하판에 작용하면 본체내의 재하부재에 발생한 미소 변위가 재하부재에 부착된 스트레인 게이지에 의해 감지되어 판독장치를 통해 하중으로 출력된다.

따라서, 상기 전기식 방식은 측정량의 물리적 또는 역학적 변화를 이에 상응하는 전기적 신호로 바꾸어 주는 스트레인 게이지를 사용하여 정밀하게 하중을 측정하므로 상기 진동현식 방식에 비해 하중-변위 관계가 선형으로 나타난다.

그러나, 상기 진동현식 방식과 전기식 방식은 수직하중 또는 수평하중을 택일적으로 선택하여 어느 한 방향의 하중만 측정할 수 있으므로 수직토압 또는 전단토압을 동시에 측정할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 수직하중 또는 수평하중을 동시에 측정하기 위해서는 두개의 토압기를 사용하여 측정하므로 두개의 토압기를 매설할 때 발생하는 이격거리에 의해 측정위치에 의해 오차가 발생한다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 스트레인 게이지를 이중으로 설치하여 토압에 의해 발생하는 수직토압 및 전단토압을 동일지점에서 동시에 측정함으로써 측정위치에 의한 오차를 감소시키기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 전기적 동적 토압계를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 전기적 동적 토압계를 도시한 단면도이다.

도 3a는 로드셀를 도시한 사시도이다.

도 3b는 로드셀를 도시한 평면도이다.

도 3c는 로드셀를 도시한 정면도이다.

도 4a는 본 발명의 전기적 동적 토압계를 수평으로 설치한 개념도이다.

도 4b는 본 발명의 전기적 동적 토압계를 수직으로 설치한 개념도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 전기식 동적 토압계 10 : 분력판

20 : 로드셀 21 : 수직터널

23 : 전면터널 30 : 케이스

a, b, c, d, e, f, g, h : 스트레인 게이지

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.

상부의 하중을 하부로 전달하는 분력판과 하중에 의해 변형되는 로드셀을 케이스에 내장하여 토압을 측정하는 전기식 동적 토압계에 있어서,

상기 로드셀 하부에 수직터널과 전면터널을 좌우 대칭되게 형성하고, 상기 수직터널과 전면터널의 일측에 상기 로드셀의 변형률을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 검출수단을 각각 설치하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전기적 동적 토압계를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 전기적 동적 토압계를 도시한 단면도이다.

도 3a는 로드셀를 도시한 사시도이다.

도 3b는 로드셀를 도시한 평면도이다.

도 3c는 로드셀를 도시한 정면도이다.

도 4a는 본 발명의 전기적 동적 토압계를 수평으로 설치한 개념도이다.

도 4b는 본 발명의 전기적 동적 토압계를 수직으로 설치한 개념도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 전기식 동적 토압계(100)는 분력판(10)과 로드셀(20)의 가장자리에 구멍을 뚫어 분력판(10)과 로드셀(20)을 고정시키고, 이 로드셀(20)의 저면을 케이스(30)의 하단에 견고하게 고정시키고, 상기 로들셀(20)의 변형률을 검출할 수 있는 검출부(a, b, c, d, e, f, g, h)를 상기 로드셀(20)에 설치한다.

상기 분력판(10)은 상부에서 작용하는 하중을 하부로 전달하는 것으로 그 형상은 사각형이며, 가장자리에는 체결구가 삽입될 수 있는 다수개의 삽입홀이 형성되어 있다.

상기 로드셀(20)은 도 3a 내지 도 3c와 같이 상기 분력판(10)이 고정될 수 있는 다수개의 나사홈(29)이 상단의 가장자리에 형성되어 있고, 상기 분력판(10)에서 전달되는 하중을 수직하중 및 수평하중으로 분별할 수 있는 1개 이상의 터널(21, 23)이 하단 좌우에 대칭적으로 형성되어 상기 분력판(10)에서 전달되는 하중에 의해 변형된다.

상기 터널(21, 23)은 사각형의 장홈이 수직으로 통공되어 있는 수직터널(21)과 상기 수직터널(21)과 일정간격으로 이격되고, 교차되게 사각형의 장홈이 수평으로 통공되어 있는 수직터널(23)로 이루어져 상기 로드셀(20)의 하단 좌우에 대칭적으로 형성되어 있다.

상기 검출부(a, b, c, d, e, f, g, h)는 상기 로드셀(20)의 수직터널(21)과 전면터널(23) 주변부에 설치되는 다수개의 스트레인 게이지로 이루어져 상기 수직터널(21)과 전면터널(23)의 변형률을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력한다.

예를들면, 한쌍의 스트레인 게이지(e, f, g, h)가 수직터널(21) 중앙의 좌우측면에 설치되고, 또 다른 한쌍의 스트레인 게이지(a, b, c, d)가 전면터널(23) 중앙의 좌우측면에 설치된다.

이때, 분력판(10)을 통해 하중이 로드셀(20)에 전달되면 수직터널(21)은 하중의 수직성분에 의한 변형 보다 하중의 수평성분에 의한 변형이 쉽게 이루어지므로 수직터널(21)에 설치되어 있는 한쌍의 스트레인 게이지(e, f, g, h)는 하중의 수평성분을 검출할 수 있다.

그러나, 전면터널(23)은 상기 수직터널(21)과 반대로 하중의 수평성분에 의한 변형 보다 하중의 수직성분에 의한 변형이 쉽게 이루어지므로 전면터널(23)에 설치되어 있는 한쌍의 스트레인 게이지(a, b, c, d)는 하중의 수직성분을 검출할 수 있다.

또한, 상기 수직터널(21)과 전면터널(23)에 설치되는 스트레인 게이지(a, b, c, d, e, f, g)의 결선은 동일하므로, 전면터널(23)에 설치되는 스트레인 게이지(a, b, c, d)의 결선을 도 3c를 참고로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전면터널(23)에 설치되는 총 4개의 스트레인 게이지(a, b, c, d) 중에서 제 1스트레인 게이지(b)와 제 2스트레인 게이지(b)는 좌측 전면터널에 서로 마주보게 설치되고, 제 3스트레인 게이지(c)와 제 4스트레인 게이지(d)는 우측 전면터널에 서로 마주보게 설치된다.

이후, 제 1신호선(1)는 제 1, 2, 3스트레인 게이지(a, b, c)를 직렬로 연결한 후 제 1스트레인 게이지(a)와 제 3스트레인 게이지(c) 사이에 연결되고, 제 2신호선(2)는 제 1, 2, 4스트레인 게이지(a, b, d)를 직렬로 연결한 후 제 2스트레인 게이지(b)와 제 4스트레인 게이지(d)사이에 연결된다.

또한, 제 3신호선(3)는 제 1, 3, 4스트레인 게이지(a, c, d)를 직렬로 연결한 후 제 3스트레인 게이지(c)와 제 1스트레인 게이지(a) 사이에 연결되고, 제 4신호(4)는 제 2, 3, 4스트레인 게이지(b, c, d)를 직렬로 연결한 후 제 4스트레인 게이지(d)와 제 2스트레인 게이지(b) 사이에 연결된다.

상기와 같이 전면터널(23)의 스트레인 게이지(a, b, c, d) 결선방법과 동일하게 수직터널(21)의 스트레인 게이지(e, f, g, h)의 결선이 이루어진다.

상기 케이스(30)는 외부의 습기, 이물질 등을 차단하여 상기 로드셀(20)과 검출부(30)의 기계적 손상, 침수손상 및 온도변화에 대한 안성성을 확보한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 전기식 동적 토압계의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4a 내지 도 4b와 같이 토압을 측정하고자 하는 장소에 본 발명의 토압계를 수직 또는 수평으로 매립하면, 토압 및 수압에 의한 하중이 토압계의 분력판(10)을 통해 로드셀(20)에 전달된다.

이때, 상기 로드셀(20)의 하부 좌우에 형성되어 있는 수직터널(21)과 전면터널(23)은 상기 분력판(10)을 통해 전달되는 하중에 의해 변형 되며, 상기 수직터널(21)의 상부 측면에 설치되어 있는 스트레인 게이지(e, f, g, h)는 하중의 수평성분을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 판독장치(미도시)에 출력한다.

또한, 상기 전면터널(23)의 전면 상부에 설치되어 있는 스트레인 게이지(a, b, c, d)는 하중의 수직성분을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 판독장치에 출력한다.

이후, 판독장치는 상기 수직터널(21)과 전면터널(23)에 설치되어 있는 스트레인 게이지(a, b, c, d, e, f, g, h)에서 출력되는 전기적 신호를 분석하여 수직토압 및 전면토압을 산출한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하중에 의해 변형되는 로드셀의 터널에 이중으로 설치되어 있는 스트레인 게이지에서 인가하는 전기적 신호를 판독장치로 분석하여 토압에 의해 발생하는 수직토압 및 전단토압을 동일지점에서 동시에 측정함으로써 측정위치에 의해 발생하는 오차를 감소시켜 토압의 정확한 계측을 가능하게 한다.

Claims (2)

1. 상부의 하중을 하부로 전달하는 분력판과 하중에 의해 변형되는 로드셀을 케이스에 내장하여 토압을 측정하는 전기식 동적 토압계에 있어서,

   상기 로드셀 하부에 수직터널과 전면터널을 좌우 대칭되게 형성하고, 상기 수직터널과 전면터널의 일측에 상기 로드셀의 변형률을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 검출수단을 각각 설치하는 것을 특징으로 하는 전기식 동적 토압계.
2. 제 1항에 있어서, 상기 검출수단는 다수개의 스트레인 게이지로 이루어지는 전기식 동적 토압계.