KR20110033551A - Ｐｓｄ와 광섬유를 이용한 전자수준기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기에 관한 것으로, 1차 전자수준기 또는 2차 전자수준기로 사용할 수 있어 다수개의 전자수준기를 사용할 필요가 없어 합리적으로 사용할 수 있으며, 광섬유의 길이를 조절할 수 있기 때문에 간편하게 수준기의 분해능과 측정영역을 조정할 수 있고, PSD 보정용 스테이지를 이용하여 PSD의 위치를 미세조정하여 초기 제작 오차를 줄일 수 있으며, 사용자의 의도에 맞게 특수한 지점을 원점으로 세팅할 수 있는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기에 관한 것이다.

Description

ＰＳＤ와 광섬유를 이용한 전자수준기{INCLINOMETER WITH PSD AND OPTICAL FIBER}
본 발명은 전자수준기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기에 관한 것이다.
수준기란 고밀도 물질 속의 저밀도 물질이 부력을 갖고 위로 상승하려는 특성과 저밀도 물질이 고밀도 물질 속에서 안정화되기 위해서는 부력이 전 방향으로 평형을 이루어져야 하는 원리를 이용하여 고안되고 발전된 계측기이다.
사용초기에는 건설현장과 토목공사장등에서 건축물의 수평을 확인하기 위하여 주로 사용되었다. 더불어 자동차와 배와 같이 동적 기구의 자세제어 및 건물, 교량의 처짐량 감시 등 시스템의 감시와 제어를 위한 도구로서 그 사용범위가 확대되고 있다.
수준기는 아날로그 방식의 기포관수준기와 다양한 전자장비와 원리를 활용한 전자수준기로 구분된다.
건설과 토목현장, 장비의 설치등에 흔히 사용되는 아날로그 방식의 수준기는 수준기의 고안 원리를 사용한 대표적인 수준기로서 기름속에 있는 공기 기포의 위치에 따라 수평의 맞고 틀림을 판독하게 되며, 일반적으로 2내지 3개의 수준기를 조합하여 사용한다.
상기 아날로그 방식의 수준기는 비교적 저렴하고 빠른 측정이 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 사람의 눈에 의존한 측정을 함으로서 정밀한 측정이 어려우며, 정확한 수평도를 얻기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 또한 디지털 신호로의 변환이 어려워 수준기의 사용범위를 넓히기는 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 아날로그방식 수준기의 단점을 보완하기 위해, 다양한 측정 알고리즘을 활용한 전자 수준기가 제안되었다. 기포관수준기의 기포에 레이져를 주사하여 기포에 의한 굴절량을 측정하는 방법, 진자에 레이져를 주사하여 반사각의 변화를 검출하는 방식의 전자수준기가 대표적이며, 스트레인게이지 및 LVDT를 사용하는 등 다양한 측정 알고리즘이 전자식 수준기의 개발을 위해 고안되었다.
하지만, 이러한 전자수준기는 그 검출방법이 복잡하여 많은 오차 발생 요인을 가지고 있어 정밀한 측정이 어려우며, 적용방법의 특성에 따라 다양한 문제점을 내포하고 있다.
또한 전자수준기의 가격은 기포관수준기의 10000배 수준으로 비싼데, 이러한 전자수준기를 이용하여 평면의 평면도를 측정하게 되면 두 개 이상의 전자수준기를 사용해야함으로 인해 금전적인 문제점을 야기할 수 있으며, 두 개 이상의 계측장비를 사용함으로 인하여 다른 오차가 유입될 가능성을 가지고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 레이져 다이오드와 레이져 다이오드의 휘어짐을 반영하는 광섬유 및 무게 추와 위치검출소자인 PSD를 활용한 전자수준기를 제공하는 것을 과제로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기는, 전자수준기를 보호하며, 양측이 개구된 직육면체형상의 하우징과, 상기 하우징 상판에 관통되도록 형성되는 레이져 다이오드 홀더와 상기 레이져 다이오드 홀더에 설치된 레이져 다이오드와 상기 레이져 다이오드 홀더 하단에 고정 설치된 레이져 유도용 광섬유와 상기 레이져 유도용 광섬유에 결합되되, 기울기에 따라 X 및 Y방향의 위치가 변하는 무게 추와 상기 하우징 하판 상단에 위치한 PSD 보정용 스테이지와 상기 PSD 보정용 스테이지 상단에 위치하여 상기 무게 추의 처짐량을 검출하는 PSD를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 PSD에는 전자적 회로가 연결되어 그 값이 모니터에 표시되는 것을 특징으로 하며,
상기 레이져 다이오드 홀더는 나사산을 사용하여 상기 하우징 상판에 관통되도록 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 레이져 다이오드 홀더의 나사산의 회전수를 조절하여, 상기 레이져 유 도용 광섬유와 PSD사이의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하며,
PSD 보정용 스테이지로 특수한 지점을 원점으로 세팅가능한 것을 특징으로 하는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 1차축용 PSD 또는 2차축용 PSD를 사용함으로써, 1차 전자수준기 또는 2차 전자수준기로 사용할 수 있어 다수개의 전자수준기를 사용할 필요가 없어 합리적으로 사용할 수 있다.
둘째, 상기 하우징의 측면의 높이를 조절 또는 레이져 다이오드 홀더의 높이 조절을 통하여 광섬유의 길이를 조절할 수 있기 때문에 간편하게 수준기의 분해능과 측정영역을 조정할 수 있다.
셋째, PSD 보정용 스테이지를 이용하여 PSD의 위치를 미세조정하여 초기 제작 오차를 줄일 수 있고, 사용자의 의도에 맞게 특수한 지점을 원점으로 세팅할 수 있다.
이상에서의 서술은 특정의 실시 예와 관련한 것으로, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있 을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자수준기를 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 광섬유와 무게 추를 포함한 변형부와 레이져와 위치검출소자인 PSD를 포함한 검출부를 포함한다.
또한, 수준기의 보정을 위한 스테이지부를 더욱 포함한다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 전자수준기의 측면도와 정면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자수준기는 전자수준기를 보호하기 위해 양측이 개구된 직육면체형상의 하우징(110)과 상기 하우징 상판에 관통되도록 형성되는 레이져 다이오드 홀더(130) 및 레이져 다이오드 홀더에 설치된 레이져 다이오드(120)와 상기 레이져 다이오드 홀더(130) 하단에 고정된 레이져 유도용 광섬유(140)와 상기 레이져 유도용 광섬유(140)에 결합되어 기울기에 따라 X 및 Y방향의 위치가 변하는 무게 추(150)와 상기 하우징 하판 상단에 위치한 PSD 보정용 스테이지(170) 및 상기 PSD 보정용 스테이지 상단에 위치하여 상기 무게 추의 처짐량을 검출하는 PSD(160)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하우징(110)은 직육면체 형상이되, 양측이 개구되도록 형성된다.
또한 상기 레이져 다이오드 홀더(130)는, 가공된 나사산을 사용하여 상기 하우징(110) 상판에 관통되도록 형성되며, 레이져 다이오드(120)를 장착하고 외부 잡광이 유입되어 출력 신호에 노이즈가 유입되는 것을 차단해 주는 역할을 한다.
상기 레이져 다이오드 홀더(130) 하단에는 레이져 유도용 광섬유(140) 및 상기 레이져 유도용 광섬유에 결합되어 기울기에 따라 X 및 Y방향의 위치가 변하는 무게 추(150)가 설치된다. 상기 레이져 유도용 광섬유(140)는 레이져 검출 신호를 유도하며, 기울어짐에 따라 치우쳐진 무게 추(150)에 의하여 중력 방향으로 휘어지는 특성을 가진다.
상기 하우징 하판 위에 PSD 보정용 스테이지(170)를 설치하고, 상기 PSD 보정용 스테이지 상단에 형성되며 상기 무게 추의 처짐량을 검출하는 PSD(160)를 설치한다. 상기 PSD(160)는 레이져에 반응하는 검출용 센서로 레이져가 닿은 부분을 2차원의 좌표로 나타내준다. 이를 위하여 상기 PSD는 케이블 및 컴퓨터와 연결되어 그 값을 표시할 수 있는 관련회로를 포함한다.
또한 상기 PSD 보정용 스테이지(170)는 상기 PSD의 위치를 미세조정 가능하도록 하여, 전자수준기 초기 제작 오차를 보정할 수 있고 사용자의 의도에 맞게 특수한 지점을 원점으로 세팅할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기울어짐이 발생하지 않은 초기상태에서 레이져 다이오드(120)를 통해 생성된 레이져 빔이 광섬유(140)를 통해 하단에 위치한 PSD(160)를 통과하며 PSD의 출력신호는 2차원의 좌표(X,Y)를 나타내게 된다. 따라서, 수평을 유지하고 있는 초기상태에는 (0,0) 좌표를 가리키게 된다.
이후, 기울어짐이 발생하게 되면 무게 추(150)는 기울어지고 상기 무게 추에 의해 광섬유도 중력방향으로 휘게 된다. 따라서, 레이져 빔이 광섬유(140)를 통해 유도되어 PSD(160)의 다른 지점을 가리키고, 좌표값은 (X,Y) 값을 가리키게 된다.
상기 PSD(160)의 출력신호는 (X,Y)의 2차원 좌표로 나타나며, 상기 PSD와 연결된 검출용 컴퓨터는 이 좌표값을 삼각함수를 이용하여 기울어짐 각으로 역산하여 사용자에게 알려주게 된다.
본 발명에 따른 전자수준기(100)는 상기 하우징(110)과 레이져 다이오드 홀더(130)의 높이 조절로 광섬유(140)의 길이를 조절할 수 있기 때문에 간단하게 수준기의 분해능과 측정범위를 조정할 수 있고, PSD보정용 스테이지(170)를 이용하여 PSD(160)의 위치를 미세 조정할 수 있다.
즉, 상기 레이져 다이오드 홀더(130)의 나사산의 회전수를 조절하여 광섬유(140)의 끝단과 PSD(160) 사이의 거리 조절이 가능하고, 상기 PSD 보정용 스테이지(170)를 이동시킴으로써 PSD(160)의 위치를 미세하게 조정하여 수준기 초기제작시 발생한 오차를 줄일 수 있으며 사용자의 의도에 맞게 특수한 지점을 원점으로 세팅할 수 있다는 점에서 기술적 특징이 있다.
또한, 본 발명의 전자수준기 사용되는 PSD에 따라 1차원 또는 2차원의 전자수준기로서의 역할이 가능하다는 점이다. 즉, PSD가 1축용이면 1차원 전자수준기로, 2축용이면 2차원 전자수준기로 사용할 수 있기 때문에 다수개의 전자수준기를 사용할 필요가 없어 합리적으로 사용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고층건물에 사용되는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기에 사용된 기술적 효과가 매우 크다는 점에서 본 발명의 기술적 특징은 명확하다 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전자수준기의 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 전자수준기의 정면도.
*도면 부호*
100 : 전자수준기 110 : 하우징 130 : 레이져 다이오드 홀더
120 : 레이져 다이오드 140 : 광섬유 150 : 무게 추
160 : PSD 170 : PSD 보정용 스테이지

Claims (4)

  1. 광섬유와 광섬유에 결합된 무게 추를 포함하는 변형부와
    레이저 다이오드와 PSD를 포함하는 검출부를 포함하는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 전자수준기의 보정을 위한 스테이지부를 더욱 포함하는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기.
  3. 청구항 1항에 있어서,
    전자수준기는,
    전자수준기를 보호하기 위해 형성되는 양측이 개구된 직육면체형상의 하우징(110)과
    상기 하우징 상판에 관통되며 가공된 나사산을 이용하여 결합되는 레이져 다이오드 홀더와
    상기 레이져 다이오드 홀더에 설치된 레이져 다이오드와
    상기 레이져 다이오드 홀더 하단에 고정 설치된 레이져 유도용 광섬유와
    상기 레이져 유도용 광섬유에 결합되되, 기울기에 따라 X 및 Y방향의 위치가 변하는 무게 추와
    상기 하우징 하판 상단에 위치한 PSD 보정용 스테이지와
    상기 PSD 보정용 스테이지 상단에 위치하여 상기 무게 추의 처짐량을 검출하는 PSD를 포함하는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기.
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 레이져 다이오드 홀더의 나사산의 회전수를 조절하여, 상기 레이져 유도용 광섬유와 PSD사이의 길이를 조절하는 PSD와 광섬유를 이용한 전자수준기.
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