KR200305156Y1 - 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 터널의 내공 변위 측정장치에 관한 것으로, 특히 길이 변이 측정을 위한 리니어 저항과 각도 측정을 위한 자기 저항 소자를 조합한 2차원 터널 내공 측정 센서 기구장치에 관한 것이다.

본 고안은 하나의 바(bar)에 그 내측 길이 변이 측정 센서를 내장하고 그 외측으로 각도 변위 측정 센서를 구비한 내공계측 센서 기구장치를 설치함에 있어서, 광파를 이용하여 내공계측 센서 기구장치의 각 연결 절점의 좌표를 확정하고, 확정된 각 연결 절점의 좌표값으로부터 각도센서와 길이 센서의 초기 값을 설정(setting)할 수 있도록 광파측정수단을 구성하며, 길이 측정을 위한 별도의 길이 측정수단에 대한 보조 링크 수단을 구성하여 각 센서의 초기 값을 설정하기 위한 내공계측 센서기구장치의 각 연결 절점의 좌표에 대한 비교 좌표를 제공할 수 있도록 하는 2차원 내공계측 센서 기구장치를 제안하고자 한다.

Description

2차원 터널 내공 측정 센서기구장치{2 dimension tunnel inner wall mutation measurement sensor organizations}

본 고안은 터널의 내공 변위 측정장치에 관한 것으로, 특히 길이 변이 측정을 위한 리니어 저항과 각도 측정을 위한 자기 저항 소자를 조합한 2차원 터널 내공 측정 센서 기구장치에 관한 것이다.

2차원 영역에서 한 점의 위치 변화는 두 개의 변수를 가지고 나타낼 수 있다. 기존의 광케이블 시스템이나 전기 저항 시스템에서는 내공변위 계측이 1차원으로 터널의 2차원 단면의 변화된 모습을 알 수 없었으나 2차원 내공계측 시스템인 BCS(Basset Convergency System)는 2차원 단면의 변화된 모습을 알 수 있기 때문에 터널의 위험여부를 판단하는데 많은 도움이 되고 있다.

터널 구간 중 구조적으로 취약한 지점 중 터널 종단방향에 수직인 단면을 터널 내공변위 계측단면으로 한다.

이 단면은 두 개의 층과 원 지반으로 구성되며 원 지반과 접하는 측이 쇼크리트 층이고 터널 내부와 접하는 측이 라이닝 층이다.

터널 내공 변위 계측이란 라이닝 단면이 초기 계측된 단면에서 얼마나 변화되었는지를 계측하는 것으로 터널의 위험 여부를 판단하는 중요한 자료가 된다.

내공 변위계측을 측정함에 있어서, 이때 초기 계측된 값이란 계측 센서 설치종료 후 계측센서들이 안정되었을 때 이루어지는 최초 계측 값을 말한다.

또한 최초 계측 시 동시에 광파기 등 측량 기기를 사용하여 해당 단면을 측량하여 초기 단면의 모습을 구한다.

즉 최초 계측 값과 초기 단면의 모습을 맵핑시킨다. 이 과정에 의하여 향후 계측 값의 변이는 터널 내공 단면의 변위로 환산이 가능해 진다.

터널 내공 변위 측정은 상당 수 수동 계측에 의존하고 있으나 향후 자동 계측 시스템을 이용한 계측이 보편화 될 것으로 생각되며 특히 2차원 측정이 주가 될 것이다.

2차원 터널 내공 변위 계측은 BCS 방식으로 널리 알려져 있다.

도 1은 이와 같은 BCS의 터널 내공 측정 센서기구장치의 설치상태를 보인 도면이며, 그 관절부위를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 긴 길이의 바(bar)(1)와 짧은 길이의 바(2)가 고정볼트(5)에 의해 연결 고정되며 회전 가능한 관절구조를 가지며, 각 바(1,2)에는 각도센서(3,4)가 한쌍으로 부착되어 있는 구조로 이루어진다.

이와 같은 BCS 시스템의 센서기구장치는, 고정볼트(8,9)에 의해 고정 브라켓트(braket)(7)가 터널 라이닝 벽(10)에 설치되며, 이 고정 브라켓트(7)에 각 센서 기구장치가 긴 바(1)와 짧은 바(2)의 순으로 라이닝 벽(10)면을 따라 나열하여 고정볼트(6)에 의해 연결 고정된다.

여기서 두 개의 각도센서(3,4)로 2차원 평면상의 한 점의 위치 변화를 나타낼 수 있다.

각 점의 상대적인 위치 변화를 자동 계측 장비를 사용하여 계측을 하게 되며 이 상대적인 변이를 연산을 통하여 절대 변이로 변환 하므로써 초기 단면 대비 변화된 단면을 그릴 수 있게 된다.

즉, BCS는 긴 바(1)와 짧은 바(2)에 각각 각도센서(3,4)를 부착하여 2개의 각도로 라이닝 변화의 좌표를 표현하도록 하는 것이다.

그러나 이와 같은 BCS는 구조가 복잡하고 꺽임 관절의 유격이나 돌출부위가 있어 터널 내공의 변화를 계측할 때에는 계속되는 열차의 운행으로 인한 풍력과 진동 등으로부터 안정된 계측을 수행하기가 어렵고 계측 결과에 대한 재 계산을 필요로 한다.

상기에서와 같이 돌출부위가 커지면 우선 터널의 유효 체적을 줄이는 결과를 가져오고 돌출 부위의 회전 모먼트가 커지게 되어 본래 계측하고자 하는 방향에서 벗어나는 오차를 발생시킨다.

또한 긴 바와 짧은 바의 꺽임 관절 부위의 유격은 각도 측정의 오차로 작용하며 이는 직선 운동 유격에 비하여 훨씬 크다.

재 계산의 문제는 복잡한 삼각함수 계산 뿐만 아니라 대부분의 계측 시스템의 변환공식이 2차 함수의 형태를 가지므로 각도 변환에 따른 삼각 함수 계산을 2차 함수로 근사시킬 때 발생하는 오차 문제를 안고 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본원 출원인은 1999년 특허출원 제 8953호를 통해 꺽임 관절을 없앰으로서 터널의 유효면적을 넓히고 길이 변이 측정 센서기구장치를 사용하므로써 계산을 단순화시키고 근사오차를 줄인 2차원 터널 내공측정 센서기구장치를 제안한바 있다.

2차원 터널 내공측정센서 기구장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 길이 변화를 측정하기 위한 길이변이 측정센서 장치가 내장된 실린더(20)와, 상기 실린더(20)의 한 부분에 부착되어 각도 변화를 측정하기 위한 각도 변위 측정 센서장치(30)와, 실린더(20)의 일 측 선단에 부착되어 길이 변이에 따라 왕복 운동하는 피스톤(40)과, 상기 피스톤(40)이 설치된 실린더(20)의 타 측 선단에 고정되는 피스톤(50)과 내공측정 센서기구장치를 라이닝 벽(100)에 설치 고정하기 위한 고정 브라켓트(60)로 구성되며,

상기 피스톤(40) 및 피스톤(50)의 선단에는 연결될 내공측정 센서기구장치와 연결하기 위한 고정홀(41, 51)이 형성되며, 상기 고정 브라켓트(60)에는 라이닝 벽(100)에 고정볼트(70,80)로 고정하기 위한 고정홀(61,62)과, 연결될 다른 내공측정 센서기구장치의 피스톤(40,50)에 형성된 고정홀(41,51)과의 연결을 위한 고정홀(63)이 구성된다.

상기 고정홀(41,51)과 고정홀(63)의 연결은 고정볼트(90)에 의해 이루어진다.

이와 같은 내공 측정 센서기구장치는 길이 변이 측정센서장치가 내장된 실린더(20)의 양 선단에 피스톤(40,50)이 구성되며, 피스톤(50)은 실린더(20)에 고정되어 있고, 그 타측 선단에 구성된 피스톤(40)은 길이 변화에 따라 왕복운동을 하게 된다.

실린더(20)에는 각도 변위 측정 센서장치(30)가 부착된다.

상기 길이 변이 측정 센서장치와 각도 변위 측정 센서장치(30)의 센싱값들은, 이들 값으로부터 내공계측 연산과정을 수행하는 시스템으로 전달된다.

도 3은 상기의 내공측정 센서기구장치의 설치상태를 보인 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고정 브라켓트(60)가 고정볼트(70,80)에 의해 라이닝 벽(100)에 설치고정 되고, 고정브라켓트(60)에 형성된 고정홀(63)을 통해 내공측정 센서기구장치와 또 다른 내공측정 센서기구장치가 연결 고정된다.

이때 실린더(20)의 양측 선단에 구성되는 피스톤(40,50)의 고정홀(41,51)과 고정 브라켓트(60)에 고정볼트(90)를 끼워 고정하게 되는 바, 길이 변화에 따라 왕복 운동하는 피스톤(40)은 연결될 내공측정 센서기구장치의 고정된 피스톤(50')과 연결되며, 고정된 피스톤(50)은 또 다른 내공측정 센서기구장치의 길이 변화에 따라 왕복운동하는 피스톤(40')과 연결되면서 라이닝 벽(100)을 따라 나열하여 설치된다.

이와 같이 나열되는 내공측정 센서기구장치는 피스톤(40)의 운동하는 거리에 따라 그 내부에 구성된 리니어(linear) 길이 변이 측정센서장치를 통해 길이 변화를 측정하게 되며, 외부에 부착된 각도 변위 각도센서장치(30)에 의해 각도 변화를 측정하게 된다.

각 점의 기준 계측 값(설치시 측정했던 초기 계측값)과의 상대적인 변이 즉, 두 센서를 통하여 측정한 길이와 각도를 자동 계측 장치를 사용하여 계측을 하게 되며 이 상대적인 변이를 연산을 통하여 절대 변이로 바꿈으로써 초기 단면 대비변이 단면을 그려 터널 내공을 측정하게 된다.

즉 한 개의 바에 각도센서와 길이변위 센서에 의해 각도 및 길이 변위를 동시에 측정하고, 이 측정값을 삼각함수를 이용하여 2차원 좌표를 변환하여 내공변위를 본다.

도 4a~4c는 상기 고정 브라켓트의 평면, 정면, 측면에서의 단면도를 나타낸다.

한 개의 바를 이용하여 각도와 길이만을 가지고 좌표를 표시할 수 있도록 하는 본원 출원인의 선출원 등록된 터널 내공계측 센서장치는 종래 관절을 포함하는 두 개의 바에 각각 장착된 각도센서에 의한 2개의 각도로 라이닝 변화의 좌표를 표현하는 BCS 시스템에 적용된 내공측정 센서기구장치에 있어서 발생될 수 있는 열차나 자동차의 진동으로 인한 좌표값의 불안요소를 해소하였다.

터널의 내공계측에 있어서, 각도와 길이의 변이는 아주 작은 값으로 변화하게 되는 바, 그 만큼 상기에서와 같이 각도와 길이의 변이만을 가지고 터널 내공을 계측하는 시스템에 있어서는 그 변이를 측정하기 위한 기준값으로 작용하는 각 센서의 초기 값이 중요하다.

본 고안에서는 내공계측 센서 기구장치를 설치함에 있어서, 광파를 이용하여 내공계측 센서 기구장치의 각 연결 절점의 좌표를 확정하고, 확정된 각 연결 절점의 좌표값으로부터 각도센서와 길이 센서의 초기 값을 설정(setting)할 수 있도록 광파측정수단을 구성하도록 하는 2차원 내공계측 센서기구장치를 제안하고자 한다.

또한 길이 측정을 위한 별도의 길이 측정수단에 대한 보조 링크 수단을 구성하여 각 센서의 초기 값을 설정하기 위한 내공계측 센서기구장치의 각 연결 절점의 좌표에 대한 비교 좌표를 제공할 수 있도록 하는 2차원 내공계측 센서 기구장치를 제안하고자 한다.

도 1은 종래 BCS 시스템의 센서기구장치의 설치 상태를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 종래 개선된 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치의 구조를 보인 도면.

도 3은 종래 개선된 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치가 설치상태를 개략적으로 나타낸 도면.

도 4a~도 4c는 종래 개선된 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치에 있어 고정 브라켓트의 구조를 보인 평면도, 정면도, 측면도.

도 5는 본 고안 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치의 구조를 보인 사시도.(두개의 센서 바가 연결된 상태를 보인 도면)

도 6은 본 고안에 있어서, 센서 바가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면.

도 7은 본 고안에 있어서, 길이 변이 측정 센서장치의 내부 구조를 보인 도면.

도 8a, 도 8b는 각도 변위 측정 센서장치의 구조를 보인 도면으로서, 도 8a는 정면상태에서의 내부 구조를 보인 도면, 도 8b는 그 측면에서의 구조를 보인 본 도면.

본 고안의 구성은,

길이 변화를 측정하기 위한 길이 변이 측정센서 장치가 내장된 실린더를 포함하는 센서 바(bar)와, 상기 센서 바의 한 부분에 부착되어 각도 변화를 측정하기 위한 각도 변위 측정 센서장치와, 상기 센서 바의 일 측 선단에는 길이 변이에 따라 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤이 설치된 센서 바의 타 측 선단에 고정되는 고정 피스톤과, 상기 센서 바를 고정시키기 위한 고정수단과, 다른 센서 바와의 연결을 위해 상기 피스톤의 선단에 구성되는 연결결합수단과, 다른 센서 바와의 결합 절점축에 설치되어 각 센서 바가 순차적으로 연결됨에 있어서 초기 설치시 각 센서 바의 연결 결합 절점의 좌표를 구하기 위한 광파측정수단과, 다른 센서 바와의 결합 절점에 설치되어 각 센서 바가 순차적으로 연결됨에 있어서, 초기 설치시 각 센서 바의 연결 결합점의 좌표를 구함에 있어 비교 좌표로 이용할 수 있도록 길이 측정이 가능하도록 하는 보조 링크수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 특징으로 하는 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 고안 2차원 터널 내공 측정 센서 기구장치의 구성을 보이기 위한두 개의 센서 바가 연결된 상태에서의 사시도를 나타낸다.

도 5에 도시된 바와 같이,

본 고안의 구성은 길이 변화를 측정하기 위한 길이 변이 측정센서 장치가 내장된 센서 바(200)와, 센서 바(200)에 부착되어 각도 변위를 측정하기 위한 측정하기 위한 각도 변위 측정 센서 장치(300)와, 센서 바(200)의 일 측 선단에 구성되며 길이 변이에 따라 왕복 운동하는 피스톤(210)과, 피스톤(210)이 구성되는 센서 바(200)의 그 타 측으로 설치되며 연결 축으로 작용하는 고정 피스톤(220)과, 상기 센서 바(200)를 터널 내벽면의 설치될 위치에 고정시키는 고정 브라켓트(400)와, 다른 센서 바(200')와의 연결을 위해 상기 피스톤(210)과 고정 피스톤(220)의 선단에 구성되는 결합구멍(211, 221)과, 다른 센서 바(200')와의 연결 절점인 결합구멍(211,221)에 결합되어 센서 바(200,200')간의 연결 절점의 위치를 광파에 의해 측정가능하도록 하는 광파측정수단인 광파타켓(500)과, 다른 센서 바(200')와의 연결 절점인 결합구멍(211,221)에 결합되어 센서 바(200,200')간의 연결 절점의 위치를 확인가능하도록 하는 길이 측정 보조 링크 수단인 내공핀(600)을 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 특징으로 하는 본 고안은 센서 바(200)를 터널 내벽면에 순차적으로 연결하여 터널 내공 변위를 측정함에 있어, 광파타겟(500)을 구성하여 광파측정을 통해 각 센서 바(200)의 연결 절점축의 좌표값으로부터 각도 변위 측정 센서장치(300) 및 길이 변이 측정 센서 장치의 초기 값 설정(setting)하도록 함을 특징으로 하며, 또한 길이 측정 보조 링크수단으로 내공핀(600)을 구성하여 상기한연결 절점의 좌표 값을 설정함에 있어, 비교 좌표값을 제공할 수 있도록 하여 센서장치의 누적오차를 최소화할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

도 6는 본 고안에 있어서, 라이닝 벽(100)에 설치되는 상태를 개략적으로 나타내 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 라이닝 벽(100)에 고정 브라켓트(400)가 볼트에 의해 설치되고, 고정 브라켓트(400)의 중앙에 돌출된 결합부(410)에 형성된 결합구멍을 통해 센서 바(200)와 센서 바(200')가 볼트에 의해 결합된다.

이때 센서 바(200)와 센서 바(200')의 결합은 피스톤(210)과 센서 바(200')의 고정 피스톤(220')의 방식으로 순차적인 결합이 이루어진다.

또한 이와 함께 결합부(410)에는 광파타겟(400)과 내공핀(600)이 함께 결합되며, 내공핀(600)은 베어링을 내장하여 결합부(410)의 결합구멍내에서 결합축인 볼트로부터 회전가능한 구조로 이루어져 자유로운 방향으로부터 길이 측정 링크로 작용될 수 있도록 한다.

상기 센서 바(200)의 외면에는 각도변위 측정 센서장치(300)가 부착되어 있다.

도 7은 본 고안에 있어서, 길이 변이 측정 센서장치의 내부 구조를 보인 단면도로서, 도 7을 참조하여 그 구조를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

센서 바(200)의 내부에 터널 내공 변형에 따라 움직이는 피스톤(210)은 리니어 저항 피스톤(230)에 연결되고, 리니어 저항 피스톤(230)은 리니어 저항 실린더(240)와 일렬로 연결되어 있으며, 리니어 저항 실린더(240)는 원통파이프(250)에 의해 지지되고 고정핀(260)에 의해 고정되며, 리니어 저항 피스톤(230)과 피스톤(210) 또한 고정핀(260)에 의해 고정된다.

피스톤(210)의 타측에 구성되는 고정 피스톤(220)은 고정핀(260)에 의해 센서 바(200)에 고정되며 센서 바(200)를 지지하는 역할을 한다.

피스톤(210)은 리니어 베어링(270,280)에 의해 지지되며, 고정 브라켓트(400)에 결합되는 피스톤(210)과 고정피스톤(220)의 결합구멍(211,222) 사이의 길이 변화에 따라 피스톤(210)이 좌우로 움직이게 된다.

이때 리니어 저항 피스톤(230)은 고정핀(260)으로 피스톤(210)과 연결되어 있기 때문에 피스톤(210)과 똑같은 변이만큼 움직이게 되어 결과적으로 저항 값의 변화로 움직임이 나타나게 된다.

이 저항 값은 직선성과 분해능이 우수하기 때문에 미소한 변이도 간단한 1차 함수를 사용하여 길이 단위로 쉽게 나타낼 수 있다.

피스톤(210)의 스트록(stroke)제한 장치(290)는 피스톤(210)의 최대 스트록을 제한하기 위한 장치로서 터널 내공 측정 시스템 설치시 중간위치에 있게 되며 설치 후 두 지점의 길이 변화에 따라 움직이게 된다. 스트록을 제한 하는 이유는 리니어 저항을 보호하고 설치 시 도움이 되기 때문이다.

도 8a,8b는 본 고안에 있어서, 각도 변위 측정 센서 장치(300)의 평면도와 측면도를 나타낸 것이다.

각도 변위 센서 장치(300)는 각도 측정 자기저항 각도 센서(310)와, 센서 케이스(320,330) 및 센서를 길이 변이 측정장치에 결합하기 위한 부착 구멍(341)이있는 각도 센서 부착장치(340)로 구성된다.

분리된 두 개의 센서케이스(320,330)는 두 개의 케이스 고정볼트(350,360)를 사용하여 고정되며, 회전축 고정볼트(370)를 축으로 하여 회전하게 된다.

센서 부착 터널 라이닝 단면은 원을 그리게 되며 각도 센서를 부착하는 위치에 따라 센서의 초기 각도가 다르게 나타난다.

이 초기 각도를 0으로 만들어 주기 위해서 센서 케이스(320,330)를 회전시켜 측정각도가 0이 되는 위치에서 회전축 고정볼트(360)로 회전하지 않게 고정한다.

대부분의 각도센서는 ±10°각도를 측정하기 때문에 초기 측정 각도를 0으로 조정하는 것은 아주 중요하다.

이와 같이 그 내부 길이 변이 측정 장치 및 각도 변위 측정 센서장치(300)의 구성을 통해 내공 변위 계측시 변화되는 각도와 길이를 통해 내공변위를 측정하게 되는 것으로, 설치되는 각 센서 바(200)의 연결 절점에 대한 초기 설정값에 따라 그 변화되는 값의 신뢰성이 결정된다.

센서 바(200)가 상기에서와 같이 고정 브라켓트(400)를 통해 터널 라이닝 벽(100)에 설치되고, 각 센서 바(200)를 연결하여 설치가 완료되면 내공 변위를 측정하기 위한 기준값으로 작용하는 길이 변이 측정 센서장치 및 각도 변위 측정 센서장치(300)의 초기 설정값을 구하게 된다.

본 고안에서는 광파측정을 통해 각 센서 바(200)의 연결 절점에 대한 좌표 값을 구하여, 길이 변이 측정 센서장치 및 각도 변위 측정 센서 장치(300)의 초기 설정값을 구하게 되는 바,

초기 센서장치의 설정 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 터널 내부 소정의 정해진 위치로부터 각 센서 바(200)간의 연결 절점축에 결합된 광파타겟(500)에 레이저와 같은 광원을 발사하여 그 거리를 산출하는 광파 측정을 통해 각 연결 절점의 좌표를 구한다.

이때, 길이 측정수단인 익스텐션 메터(extension meter)와 같은 장치를 이용하여 센서 바(200)의 연결 절점 축에 설치된 내공핀(600)에 걸어 소정의 정해진 위치로부터 각 연결 절점까지의 거리를 측정하여 상기 광파측정을 통해 구해진 각 연결 절점의 좌표값에 대한 비교 좌표를 구한다.

이와 같이 구해진 각 좌표에 의해 좌표 값 Xn, Yn을 구하고, 다음의 수학식 1에 의해 각도(θ)값과 센서 바(200)의 길이(l;엘) 값을 구한다.

각도 θ와 길이 l(엘) 값이 구해지면, 다음의 수학식 2와 같이 변이된다.

여기서, l'=l+Δl, θ'=θ+Δθ이다.

이후, 측정용 인디케이터(indicator)로 각도 및 길이 센서의 값을 설정하고, 시스템을 동작시켜 길이 변이 측정 센서장치와 각도 변위 측정 센서장치(300)로부터 입력되는 값을 읽어들이면 맨 첫마디에 위치하는 센서 바(200)와 마지막 위치하는 센서 바(200)가 연결되는 연결 절점의 측정 좌표가 일치하지 않고 센서의 정밀도 또는 제반여건에 따라 적은 양의 편차가 발생하게 된다. 이는 설치되는 센서 바(200)의 개수에 따라 달라진다.

첫 마디의 센서 바(200)와 마지막 마디의 센서 바(200')가 폐합되어 있을 경우 첫 마디의 센서 바(200)의 시점 좌표 X₀, Y₀와 종점 좌표 X_n, Y_n는 일치해야 하나 다수의 센서 바(200)가 연결됨에 따른 누적오차에 의해 편차 ΔX, ΔY 가 발생하게 되며, 따라서 센서 바(200)의 설치 개수가 늘어나면 날수록 누적오차가 증가하게 되므로, 편차가 달라지게 되는 것이다.

상기의 수학식 1에 의해 구해진 각도 θ와 시스템 동작 후 얻어지는 Δθ를 이용하여 편차 ΔX, ΔY를 구하여 좌표를 얻는다.

이와 같이 발생된 발생된 편차 ΔX, ΔY의 보정 방법은 다음과 같다.

첫째, 첫 마디에 위치하는 센서 바(200)와 마지막 위치하는 센서 바(200)가 연결되는 폐합인 경우와, 둘째 지하철 터널에서와 같이 인버트 콘크리트가 시공되었을 경우 헌치 부위의 시점과 종점은 좌표가 변하지 않는다는 가정하에 보정하는 방법이 있다.

첫째 , 폐합되었을 경우에는 시점 좌표인 X₀, Y₀로부터 ΔX, ΔY 만큼 편차가 발생하였다면 보정방법은 절점 간의 절대거리 ΣX를 구하고, 각 절점 간의 거리 X_0-1, X_1-2값을 절대 ΣX 값으로 나눈값을 편차가 생기는 방향으로 부호를 사용하여 보정하면 된다.

즉 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

수학식 3에서와 같이 계산하여 + 방향의 편차는 반대 부호인 - 부호를 사용하여 감해주고, - 좌표축의 편차는 + 부호를 사용하여 가산하여 보정한다.

이러한 연산 과정은 시스템에서 자동 보정 프로그램에 의해 수행된다.

둘째 폐합되지 않았을 경우 최종 Xn, Yn 좌표로부터 누적된 ΔX, ΔY 편차를 구하고, 상기 방식에 의해 보정한다.

이와 같이 시점의 센서 바로부터 누적오차가 발생하게 되므로, 이를 최소화기 위하여 광파측정을 통해 연결 절점의 초기 좌표를 설정하도록 하며, 더 정밀한 설정을 위해 필요에 따라 내공핀에 익스텐션 메터를 연결하여 길이를 측정하도록 하므로써, 더욱 오차를 최소화할 수 있는 내공 변위 계측 센서 기구장치를 제공할 수 있다.

이와 같은 본 고안 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치를 적용하면, 고정된 절점 및 설치 점유공간이 적어 열차에 의한 풍압 및 진동의 영향을 받지 않으면서도 보다 정밀한 내공 계측이 가능한 2차원 터널 내공 측정 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 길이 변화를 측정하기 위한 길이 변이 측정센서 장치가 내장된 실린더를 포함하는 센서 바(bar)와, 상기 센서 바의 한 부분에 부착되어 각도 변화를 측정하기 위한 각도 변위 측정 센서장치와, 상기 센서 바의 일 측 선단에는 길이 변이에 따라 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤이 설치된 센서 바의 타 측 선단에 고정되는 고정 피스톤과, 상기 피스톤과 연결될 또 다른 센서바의 고정 피스톤을 연결하는 결합부를 포함하여 연결된 센서 바를 터널 내벽면에 고정시키는 고정수단과, 다른 센서 바와의 연결을 위해 상기 피스톤의 선단에 구성되는 연결결합수단과, 다른 센서 바와의 결합 절점축에 설치되어 각 센서 바가 순차적으로 연결됨에 있어서 초기 설치시 각 센서 바의 연결 결합 절점의 좌표를 구하기 위한 광파측정타겟을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치.
2. 제 1항에 있어서, 다른 센서 바와의 결합 절점에 설치되어 각 센서 바가 순차적으로 연결됨에 있어서, 초기 설치시 각 센서 바의 연결 결합점의 좌표를 구함에 있어 비교 좌표로 이용할 수 있도록 길이 측정이 가능하도록 하는 보조 링크수단을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 보조 링크 수단은 센서 바와 센서 바의 결합 절점축에 결합되며, 그 절점 결합축과 결합되는 부위에 베어링을 내장하여 회전가능한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 2차원 터널 내공 측정 센서기구장치.