KR20050086053A

KR20050086053A - 광섬유센서를 이용한 방향성을 갖는 토목구조물의 변위측정방법

Info

Publication number: KR20050086053A
Application number: KR1020040012382A
Authority: KR
Inventors: 이금석
Original assignee: 이금석
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-08-30

Abstract

본 발명은 토목 구조물의 변위 측정 방법에 관한 것으로, 한 쌍의 광섬유센서를 토목구조물의 내측과 외측 또는 내부 양 가장자리에 평행하게 삽입하고, 두 센서의 변위 차를 계산하여 터널의 내공변위, 다리의 처짐, 기둥 보의 기울어짐 등을 시공초기부터 정밀하게 계측하기 위한 방법을 제공하고자 한다. 즉 토목구조물의 단면 내부 양쪽 끝에 한 쌍의 광섬유센서를 평행하게 삽입하여 미세 길이 변화를 감지 그 차이를 계산하면 구조물의 처짐, 기울어짐 찌그러짐 등을 정밀하고 간편하게 시공 초기부터 계측할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

Description

광섬유센서를 이용한 방향성을 갖는 토목구조물의 변위측정방법{METHOD OF DIRECTED DISPLACEMENT FOR CONSTRUCTION USE OF OPTICAL FIBER SENSOR}

본 발명은 방향성을 갖는 토목구조물의 변위 측정을 위한 센서시스템에 관한 것으로 터널의 내공변위 측정과 교량의 처짐, 교각의 기울어짐 등을 측정하는데 있어서 그 단면상에서 한 지점의 길이 방향의 변화만을 측정하는 경우, 토목구조물의 변형특성상 초기대비 변형된 후 변형된 방향성을 알 수가 없기 때문에 터널의 수축 또는 팽창유무, 교량의 처짐 정도, 교각의 기울은 정도와 방향 등을 알기 전에는 토목구조물의 정밀한 변형정도를 계측하기 힘들다. 따라서 기존의 센서를 이용한 터널 내공변위와 전단침하 측정용 센서들은 터널의 라이닝을 관통하여 길이변화측정센서를 매립하여 팽창 또는 수축여부를 판단하거나 내공변위를 측정하기 위한 변위센서와 각도센서를 사용하여 길이 변화량과 각도 변화량을 측정한 후, 두 개의 측정결과를 조합하여 내공변위로 환산하는 방식을 사용한다. 이중 후자의 방법을 이용한 기존 방식의 센서시스템은 길이변화와 각도의 두 가지 값을 측정하기 때문에, 두 가지 센서의 서로 다른 측정 정밀도에 의해서 내공변위의 정확성이 좌우되며, 두 가지 센서 시스템을 사용하기 때문에 데이터 수집 장치가 복잡해지므로 그 측정비용이 상대적으로 높게 책정되었다. 즉, 상용화된 기존의 터널내공변위 측정 장치는 길이변화만을 측정하여 라이닝의 팽창 또는 수축여부를 알 수 없었거나, 개선된 시스템의 경우에도 각도를 추가로 측정하여야하는 번거로운 시스템을 사용하였는데 이 시스템의 경우에도 센서정확도는 길이의 경우 1/100mm, 각도의 1/100도를 주로 사용하므로 미세변형의 측정에는 다소 문제가 있었다. 또한 교량의 경우 교량 처짐 측정기를 사용하나 비용이 비싸고 외부환경에 영향을 많이 받아 정밀계측이 어렵고 상시 계측 또한 힘들다. 그리고 위의 방법들은 시공 중에는 사용할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 길이 변화 센서로 월등한 계측정밀도를 갖고 있는 광섬유 FBG센서를 사용하며 측정하고자 하는 단면의 양 가장자리에 한 쌍의 광섬유센서를 평행하게 설치, 측정하여 그 방향을 포함한 변위를 계산하는 방식이다. 한 쌍의 길이 변화 센서는 평행한 두 변을 이루게 되며, 그 평행하게 떨어진 간격을 알고, 토목구조물의 두께를 알면, 토목구조물 내측과 외측 또는 양 표면의 변위를 알 수 있다. 그 변위에 따른 차를 계산하면 기울어짐 정도를 정확하게 계산할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 토목구조물의 방향성을 갖는 변위측정을 함에 있어서, 시공 초기에 한 쌍의 광섬유 FBG센서를 측정하고자 하는 단면에 평행하게 설치하여 길이변화를 측정하면, 그 변형과 방향을 정밀하게 계측할 수 있는 방법을 제공 하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 토목구조물의 변형 후 2차원 상대좌표를 정확히 측정함으로써 토목구조물의 변형 후 단면변화를 도식적으로 제공할 수 있어 관리자가 별도의 계산 또는 데이터 처리를 하지 않고도 터널의 효율적인 유지관리가 가능한 계측방법 및 센서시스템을 제공 할 수 있고, 위의 설치 방법에 다른 한 쌍의 광섬유 FBG센서를 기존의 설치된 센서에 열십자(＋) 형태로 설치하면 3차원의 변형 값을 얻을 수 있다.

본 발명에서 토목구조물의 내부 또는 외부에 한 쌍의 광섬유 FBG센서를 평행하게 설치하고, 그 변형을 측정하면 토목구조물의 방향성을 가진 변형을 정확하게 계측할 수 있다. 구체적으로 본 발명은 시공 전이나 시공 후 토목구조물의 측정하고자 하는 단면의 외측 양면 또는 내부의 양 가장자리에 한 쌍의 광섬유 FBG센서를 평행하게 설치한 후 그 사이의 거리를 인지하고, 양 센서에서 감지된 변형율의 크기를 비교 하면 정확히 그 변형의 정도를 계산할 수 있다. 예를 들어 두 센서의 변형율이 같을 경우 휨 없이 길이 방향으로만 변형을 일으킨 것이고, 왼쪽 센서의 변위가 큰 경우 그 크기의 비만큼 오른쪽으로 휨이 발생한 경우이고, 반대로 오른쪽 센서의 변위가 큰 경우 그 크기의 비만큼 왼쪽으로 휨이 발생한 경우라는 것을 쉽게 계측 할 수 있도록 하는 방법인 것이다.

본 발명의 다른 일측 면에 따르면 평행한 두변의 길이를 1/1000mm이상의 정확도를 가지는 광섬유 FBG센서를 통해 측정하므로 구조물 단면의 팽창 또는 수축에 의한 길이 변화와 이에 따른 상대변위를 구함으로써 시스템 내에서 매우 정확한 토목구조물의 방향성을 갖는 변위를 실시간으로 제공할 수 있다.

상술한 본 발명의 방향성을 갖는 토목구조물의 변위 측정 방법에 따르면, 토목 구조물의 외부나 내부에 평행하게 설치된 한 쌍의 광섬유 FBG 센서패키지를 통해 토목 구조물의 내부에, 어떤 외부압력 등에 의하여 콘크리트 수축, 팽창거동이 발생하는 상태에서도 구조물의 정확한 2차원 내지는 3차원의 변형을 알 수 있는 방향성을 가진 변위측정 방법 제공할 수 있고, 특히 시공 중에도 변형을 감지 할 수 있어 산업재해를 미연에 방지 할 뿐만 아니라 부실시공 또한 미연에 방지 할 수 있는 아주 유익한 발명 인 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 측정방법을 구조물의 콘크리트 타설 전에 매설하여 실시한 한 예.

도 2는 콘크리트 타설 전 내부에 하나를 매설하고, 시공 후 나머지 하나를 외부에 부착한 예.

도 3은 완공된 토목구조물의 외부에 부착한 예.

Claims

방향성을 갖는 토목구조물의 변형을 측정하는 방법에 있어서, 한 쌍의 광섬유 FBG 센서를 구조물의 내부 또는 외측과 내부, 외측의 양면에 평행하게 설치하여 방향성을 가진 변형을 2차원으로 계측할 수 있게 하는 방법
제 1항에 있어서, 평행하게 설치된 한 쌍의 광섬유 FBG 센서에 수직으로 한 쌍의 광섬유 FBG 센서를 더 설치하여 그 변형을 3차원으로 계측할 수 있게 하는 방법