KR200278570Y1 - 압력센서를 이용한 길이변형 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 댐 또는 터널등 지중에 매설되어 주위 지각의 길이변형을 측정하기 위해 압력센서를 이용하여 길이변형을 측정하는 측정 장치에 대한 것이다.

본 고안에 의한 길이변형 측정 장치는 댐 또는 터널등 지중에 매설되어 주위 지각의 길이변형을 측정하기 위해 압력센서를 이용하여 길이변형을 측정하는 장치에 있어서, 외부 환경의 변화에 의해 주위 지각의 상대적 위치가 변형됨으로서 지각에 가해지는 압력에 따라 측정장치의 안쪽 방향으로 눌려져 외부로 돌출된 길이가 줄어듦으로서 스프링을 압축시키는 가변축과, 상기 가변축의 직선 변위량을 압력의 힘으로 변환하는 스프링과, 상기 스프링에 의한 압력의 힘을 압력 센서에 전달하기 위한 힘 전달부와, 상기 전달받은 압력의 세기를 감지한 후 압력센서의 특성에 맞는 계측 가능한 단위의 크기로 전환하여 출력하는 압력 센서와, 상기 압력센서를 통해 전환 출력된 계측 단위의 압력 크기를 사용자가 읽기 쉽게 길이 단위의 크기로 변환하는 데이터 변환부와, 상기 변환된 데이터를 외부의 모니터로 출력하기 위한 케이블과, 지중에 존재하는 수분의 침투를 방지하기 위해 1차적으로 상기 가변축의 일부와 상기 케이블을 제외한 모든 부분이 내부에 포함되는 몰딩 구조의 케이스부로서, 수분의 침투를 2차적으로 방지하기 위해 케이블 또는 가변축과 연결되는 상기 케이스부의 양 끝단을 포함한 케이스 내부에 오-링(O-ring) 구조를 갖는 것을 특징으로하는 케이스부를 포함하여 구성된다.

본 고안에 적용되는 압력센서로는 진동현식 압력센서 또는 전기저항식 압력센서가 가능하다.

Description

압력센서를 이용한 길이변형 측정 장치 {An apparatus for measuring of distance deformation by using a pressure sensor}

본 고안은 댐 또는 터널등 지중에 매설하여 주위 지각의 길이변형을 측정하는 길이변형 측정장치에 관한 것이다. 특히 본 고안에서는 기존의 압력센서를 길이변형 측정장치에 적용하면서 완전한 방수구조를 갖도록 한 것이 특징이다.

댐 또는 터널등 지중에 매설하여 주위 지각의 길이변형을 측정하는 종래의 길이변형 측정장치는 완전한 방수가 되지 않아 많은 문제점을 야기하였다.

즉, 시간이 경과됨에 따라 측정장치 내부에 습기가 침투함으로서, 스프링에 현이 직접 연결된 구조를 갖는 종래의 진동현식 측정장치인 경우 현 자체에 녹이나고 인장강도가 달라지므로 측정값에 대한 신뢰성이 떨어지게된다. 또한 부식에 의해 장시간 사용할 수 없음에도 불구하고 일단 부식되어 측정장치로서의 기능을 상실하게 되어도 댐 또는 터널등 지중에 매설된 관계로 새로운 측정장치로 교체하는 것이 사실상 불가능 하였다.

또한 종래의 진동현식 길이변형 측정장치에서는 현과 스프링의 연결부위가 진동에 의한 영향으로 측정 주파수값이 달라지고 온도의 변화에 민감한 단점이 있었다.

본 고안에서는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 기존의 압력센서를 길이변형 센서의 일 구성요소로 채택하고, 방수기능을 강화한 구조를 갖는 길이변형 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 고안에 의한 길이변형 측정 장치의 일 실시예로서 진동현식 압력센서를 적용한 경우의 단면 구성도이다.

도 2 는 도 1 의 경우에 있어 길이변형 측정 장치의 외형 구성도이다.

상기 목적을 달성하기 위해 창안된 본 고안에 의한 길이변형을 측정장치는 다음과 같이 구성된다.

즉, 댐 또는 터널등 지중에 매설되어 주위 지각의 길이변형을 측정하기 위해 압력센서를 이용하여 길이변형을 측정하는 장치에 있어서,

외부 환경의 변화에 의해 주위 지각의 상대적 위치가 변형됨으로서 지각에 가해지는 압력에 따라 측정장치의 안쪽 방향으로 눌려져 외부로 돌출된 길이가 줄어듦으로서 스프링을 압축시키는 가변축과,

상기 가변축의 직선 변위량을 압력의 힘으로 변환하는 스프링과,

상기 스프링에 의한 압력의 힘을 압력 센서에 전달하기 위한 힘 전달부와,

상기 전달받은 압력의 세기를 감지한 후 압력센서의 특성에 맞는 계측 가능한 단위의 크기로 전환하여 출력하는 압력 센서와,

상기 압력센서를 통해 전환 출력된 계측 단위의 압력 크기를 사용자가 읽기 쉽게 길이 단위의 크기로 변환하는 데이터 변환부와,

상기 변환된 데이터를 외부의 모니터로 출력하기 위한 케이블과,

지중에 존재하는 수분의 침투를 방지하기 위해 1차적으로 상기 가변축의 일부와 상기 케이블을 제외한 모든 부분이 내부에 포함되는 몰딩 구조의 케이스부로서, 수분의 침투를 2차적으로 방지하기 위해 케이블 또는 가변축과 연결되는 상기 케이스부의 양 끝단을 포함한 케이스 내부에 오-링(O-ring) 구조를 갖는 것을 특징으로하는 케이스부를 포함하여 구성된다.

이때 상기 압력센서는,

압축된 스프링의 복원력이 압력 센서의 한쪽 끝단에 위치한 다이아프램에 전달되면 상기 다이아프램에 팽팽하게 연결된 현의 인장력 변화로 인해 현이 진동을 하게되고, 이때의 진동 주파수 변화를 유도 자기장에 의한 교류전압의 변화로 변환하여 측정하는 진동현식 압력센서이거나, 또는

압축된 스프링의 복원력이 압력 센서의 얇은 판에 전달되면 상기 판이 휘어지고, 이때의 전기저항 변화를 전압값으로 변환하여 측정하는 전기저항식 압력센서인 것이 바람직하다.

이때 상기 진동현식 압력센서는 외부 충격으로부터 보호하고 외부의 온도변화와 습기로부터 현의 변형을 방지하기 위해 전단의 다이아프램부와 현이 놓이는 진공부와 코일 및 영구자석부와 후단의 현고정부가 서로 진공용접된 구조를 가지는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 의한 길이변형 측정 장치의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 1 은 본 고안에 의한 길이변형 측정 장치의 일 실시예로서 진동현식 압력센서를 적용한 경우의 단면 구성도이다.

도 2 는 도 1 의 경우에 있어 길이변형 측정 장치의 외형 구성도이다.

먼저, 도 1 을 참조하여 설명하면, 외부 환경의 변화에 의해 주위 지각의 상대 위치가 변형됨으로서 지각에 가해지는 압력을 상기 길이변형 측정장치의 한쪽 끝단에 연결된 길이 가변 축(도면상에는 변위로드와 변위 전달부로 표시)을 통해 스프링으로 전달되면 스프링이 압축된다.

이때 압축된 스프링은 원위치로 복원되면서 스프링의 복원력이 압력 센서의 한쪽 끝단에 위치한 다이아프램에 전달되면 다이아프램에 팽팽하게 연결된 현의 인장력 변화로 인해 현이 진동을 하게되고, 이때의 진동 주파수 변화를 유도 자기장에 의한 교류전압의 변화로 변환하여 측정한다. 상기 교류전압의 변화로 변환하는 것은 진동현식 압력센서의 특성에 맞도록 계측 가능한 단위의 크기로 전환하는 단계에 속한다.

상기 교류전압의 변화로 전환된 계측 단위의 크기를 사용자가 읽기 쉬운 단위(예를 들어 막대 도표의 길이)의 크기로 변환하여 케이블을 통해 외부의 모니터로 전송한다.

한편, 상기 압력센서가 얇은 판으로 이루어진 전기저항식 압력센서이면 압축된 스프링의 복원력이 압력 센서의 판에 전달되면서 판이 휘어지고, 이때의 전기저항 변화를 전압으로 변환하여 측정하게 된다.

도 2 를 통해 본 고안에 의한 길이 변형 측정장치를 각 구성요소별로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면부호 '가'는 케이블 그랜드부로서, 시그널 케이블(출력선)을 고정하고 보호하며 일차 방수 역할을 한다.

다음으로, 도면부호 '나'는 케이블 그랜드 하우징으로서, 케이블 그랜드를 연결하는 치부이며 진동현식 변위계 보호관과 연결된다. 케이블 그랜드 하우징은 수나사와 암나사 처리가 되어있으며 1차 방수역할을 할 수 있도록 오-링(O-ring) 처리가 되어있다.

도면부호 '다'는 진동현식 변위계 보호관으로, 내부에 설치될 부품의 고정부 기능을 하며, 보호관 내경을 부품이 설치될 위치마다 달리하여 조립이 쉽도록 설계된다.

도면부호 '라'는 스프링으로, 실 변위를 힘으로 변환하는 기능을 하며 탄성을 유지하도록 설계되어있다.

도면부호 '마'와 '바'는 로드로서, 스프링에 실 변위를 직선으로 전달한다.

도면부호 '사'는 신호선 방수마개로서, 신호선을 통과시키면서 방수역할을 하는 방수핀을 구비하고있다.

도면부호 '아'는 현 고정부 및 측정코일 치부대로서, 평상시 현을 진공 공간내에서 인장된 상태로 유지시키다가 0.2t 정도 두께의 다이아프램의 변형에 따라 현의 인장강도가 달라진다.

도면부호 '자'는 힘 전달용 로드로서, 스프링의 힘을 다이프램에 전달하는 기능을 한다.

도면부호 '차'는 로드 가이드로서, 로드가 직선으로 이동될 수 있도록 한다. 로드 가이드 하우징은 수나사 처리가 되어있으며, 1차 방수역할을 할 수 있도록 오링처리 되어있다.

본 고안에 의한 길이변형 측정장치는 완전한 방수구조를 가짐으로서 센서의 신뢰성이 향상되며 장시간 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또한 길이변형 측정장치에 압력센서를 일 구성요소로 채택함으로서 온도변화에 따른 측정오차를 줄일수 있어 센서의 신뢰성 및 안정성, 재현성 등을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 댐 또는 터널등 지중에 매설되어 주위 지각의 길이변형을 측정하기 위해 압력센서를 이용하여 길이변형을 측정하는 장치에 있어서,

   외부 환경의 변화에 의해 주위 지각의 상대적 위치가 변형됨으로서 지각에 가해지는 압력에 따라 측정장치의 안쪽 방향으로 눌려져 외부로 돌출된 길이가 줄어듦으로서 스프링을 압축시키는 가변축;과

   상기 가변축의 직선 변위량을 압력의 힘으로 변환하는 스프링;

   상기 스프링에 의한 압력의 힘을 압력 센서에 전달하기 위한 힘 전달부;

   상기 전달받은 압력의 세기를 감지한 후 압력센서의 특성에 맞는 계측 가능한 단위의 크기로 전환하여 출력하는 압력 센서;

   상기 압력센서를 통해 전환 출력된 계측 단위의 압력 크기를 사용자가 읽기 쉽게 길이 단위의 크기로 변환하는 데이터 변환부;

   상기 변환된 데이터를 외부의 모니터로 출력하기 위한 케이블;

   지중에 존재하는 수분의 침투를 방지하기 위해 1차적으로 상기 가변축의 일부와 상기 케이블을 제외한 모든 부분이 내부에 포함되는 몰딩 구조의 케이스부로서, 수분의 침투를 2차적으로 방지하기 위해 케이블 또는 가변축과 연결되는 상기 케이스부의 양 끝단을 포함한 케이스 내부에 오-링(O-ring) 구조를 갖는 것을 특징으로하는 케이스부를 포함하여 구성되는, 압력센서를 이용한 길이변형 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력센서는,

   외부 충격으로부터 보호하고 외부의 온도변화와 습기로부터 현의 변형을 방지하기 위해 전단의 다이아프램부와 현이 놓이는 진공부와 코일 및 영구자석부와 후단의 현고정부가 서로 진공용접된 구조를 가지며,

   압축된 스프링의 복원력이 압력 센서의 한쪽 끝단에 위치한 다이아프램에 전달되면 상기 다이아프램에 팽팽하게 연결된 현의 인장력 변화로 인해 현이 진동을 하게되고, 이때의 진동 주파수 변화를 유도 자기장에 의한 교류전압의 변화로 변환하여 측정하는 진동현식 압력센서인 것을 특징으로 하는, 압력센서를 이용한 길이변형 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 압력센서는,

   압축된 스프링의 복원력이 압력 센서의 얇은 판에 전달되면 상기 판이 휘어지고, 이때의 전기저항 변화를 전압값으로 변환하여 측정하는 전기저항식 압력센서인 것을 특징으로 하는, 압력센서를 이용한 길이변형 측정 장치.