KR20110037313A - Inclinometer using fiber bragg grating sensor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A clinometer using a fiber bragg grating sensor is provided to enable gradient to be accurately measured at high precision since deformation rate according to gradient is measured using the fiber bragg grating sensor. CONSTITUTION: A clinometer using a fiber bragg grating sensor comprises optical fiber(10), circular frames(20), and a rotating pendulum(30). The optical fiber comprises a fiber bragg grating sensor for measuring deformation rate. The circular frames are arranged at a given interval. The optical fiber is wound on the circular frames in a tension state, and thus the circular frames maintain a free-strain state in the tension direction of the optical fiber. The rotating pendulum comprises a rotor(32). The rotating pendulum is able to rotate toward a vertical direction, in which gravity always is applied. One end of the rotating pendulum is coupled to two optical fibers, which are wound on the circular frames and are arranged side by side.

Description

광섬유 변형률 센서를 이용한 경사계{Inclinometer using Fiber Bragg Grating Sensor} Inclinometer using Fiber Bragg Grating Sensor

본 발명은 광섬유 변형률 센서를 이용한 경사계에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 사장교의 케이블을 지지하는 교량 주탑의 연직도 관리 등을 위해서 경사도를 측정하거나 기타 다양한 상황과 대상물에서 대한 경사면의 경사도를 정확하게 측정하기 위하여 사용될 수 있는 경사계에 관한 것으로서, 경사가 발생함에 따라 광섬유 변형률 센서에 인장 또는 압축 변형을 발생시켜 경사도를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 광섬유 변형률 센서를 이용한 경사계에 관한 것이다. The present invention relates to an inclinometer using an optical fiber strain sensor, and more specifically, to measure the inclination for the vertical degree management of the bridge pylon supporting the cable of the cable-stayed bridge, or to determine the slope of the inclined surface in various other situations and objects. The present invention relates to an inclinometer that can be used to accurately measure the inclination, and relates to an inclinometer using an optical fiber strain sensor that can accurately measure the inclination by generating a tensile or compressive strain in the optical fiber strain sensor as the inclination occurs.

사장교의 케이블을 지지하는 교량 주탑의 연직도 관리 등을 위해서는 경사도를 정확하게 측정하는 것이 매우 중요하다. 전자적인 장치를 이용하여 경사도를 측정하는 다양한 종류의 경사계가 존재하지만, 이러한 종래의 경사계는 그 정밀도에 있어서 만족스럽지 못하였다. 또한 종래의 경사계는 수평방향으로의 부피가 크기 때문에, 지중에 천공된 구멍에 설치하기가 어려웠으며, 따라서 지중 경사 등을 측정하는데 활용되지 못하는 한계가 있다. Accurate measurement of inclination is very important for the verticality management of the pylon of the bridge supporting the cable-stayed bridge. Although there are various kinds of inclinometers for measuring inclination using an electronic device, such conventional inclinometers are not satisfactory in their accuracy. In addition, since the conventional inclinometer has a large volume in the horizontal direction, it is difficult to install in a hole drilled in the ground, and thus there is a limit that cannot be used to measure the ground slope.

한편, 광섬유 기술이 발달함에 따라 변형의 발생에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서가 개발되어 있다. 이러한 광섬유 변형률 센서의 일예로는, 광섬유에 격자(grating)를 형성하고 광섬유에 유발된 변형에 의해 발생하게 되는 격자에서의 굴절 변화를 측정하여 변형률을 정확하게 측정하는 격자 광섬유 변형률 센서(Fiber Bragg Grating 광섬유 센서/ "FBG 센서"라고도 부름)가 있다. On the other hand, as the optical fiber technology is developed, an optical fiber strain sensor for measuring a strain by measuring a change in light caused by the occurrence of deformation has been developed. An example of such an optical fiber strain sensor is a grating fiber strain sensor (Fiber Bragg Grating fiber) that accurately measures the strain by forming a grating on the optical fiber and measuring the change in refraction in the grating caused by the strain induced in the optical fiber. Sensor / also called "FBG sensor".

그런데 이러한 광섬유 변형률 센서가, 구조물의 표면 등과 같은 모재에 부착되어 있지 아니하고 모재와 분리되어 있는 상태에서는 광섬유 변형률 센서에 압축 변형이 일어날 수 없으며, 결국 모재의 압축 변형은 측정할 수 없게 된다. 따라서 광섬유 변형률 센서가 모재에 부착되지 않고 모재와 분리되어 있는 상태에서 광섬유 변형률 센서를 이용하여 압축 변형을 측정하기 위해서는 광섬유 변형률 센서에 인장방향으로 프리스트레인(pre-strain)을 가한 상태로 고정시켜두어야 한다. 즉, 광섬유 변형률 센서에 미리 인장 변형을 가해 놓은 상태에서, 압축력이 가해지게 되면 인장 변형이 줄어들게 되므로 그에 따른 격자에서의 굴절 변화를 측정함으로써 압축에 의한 변형을 측정할 수 있게 되는 것이다. However, when the optical fiber strain sensor is not attached to the base material such as the surface of the structure and is separated from the base material, the compressive deformation cannot occur in the optical fiber strain sensor, and thus the compressive deformation of the base material cannot be measured. Therefore, in order to measure the compressive strain using the optical fiber strain sensor while the optical fiber strain sensor is not attached to the base material but separated from the base material, the optical strain sensor must be fixed in a state where a prestrain in the tensile direction is applied. do. That is, in the state in which the tensile strain is applied to the optical fiber strain sensor in advance, the tensile strain is reduced when the compressive force is applied, so that the deformation due to compression can be measured by measuring the change in the refraction in the grating.

이와 같이 모재에 부착되지 않고 모재와 분리되어 있는 상태의 광섬유 변형률 센서에 미리 인장 변형을 가해놓기 위해서는 광섬유 변형률 센서가 형성되어 있는 광섬유의 양단을 고정시켜야 하는데, 통상의 에폭시 등과 같은 접착제를 사용하여 광섬유의 양단을 고정시키는 경우, 오랜 시간이 경과되면 광섬유 양단의 고정 상태가 변하여 슬립이 발생될 수 있다. 이러한 광섬유 양단에서 슬립이 생기게 되면, 광섬유 변형률 센서에 의도하지 않은 변형이 발생하게 되고 결과적으로 광섬유 변형률 센서의 신뢰도를 저하시키게 된다. 이와 같이, 모재에 부착되지 않고 모재와 분리되어 있는 상태의 광섬유 변형률 센서에 미리 인장방향의 프리스트레인을 가해놓기 위해서 광섬유 변형률 센서가 형성되어 있는 광섬유의 양단을 고정시킬 때, 통상의 접착제를 이용하게 되면, 장기적으로는 광섬유 변형률 센서의 측정 신뢰도 저하 현상이 발생하게 되는 한계가 있는 것이다. In order to apply tensile strain in advance to the optical fiber strain sensor which is not attached to the base material but separated from the base material, both ends of the optical fiber on which the optical fiber strain sensor is formed must be fixed. When fixing both ends of the, when a long time elapses the fixed state of both ends of the optical fiber may be changed and slip may occur. If slip occurs at both ends of the optical fiber, unintentional deformation occurs in the optical fiber strain sensor, resulting in a decrease in the reliability of the optical fiber strain sensor. Thus, in order to fix the both ends of the optical fiber strain sensor is formed in order to apply the prestrain in the tensile direction in advance to the optical fiber strain sensor which is not attached to the base material and separated from the base material, use an ordinary adhesive. In the long term, there is a limit in which the measurement reliability deterioration phenomenon of the optical fiber strain sensor occurs.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 변형률의 측정 정밀도가 우수한 광섬유 변형률 센서를 이용하여 경사에 따른 변형률을 측정함으로써, 경사도를 정확하게 측정할 수 있는 광섬유 변형률 센서를 이용한 경사계를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to overcome the problems and disadvantages of the prior art as described above, specifically, by measuring the strain according to the inclination using an optical fiber strain sensor excellent in the measurement of the strain, the optical fiber that can accurately measure the inclination It is an object to provide an inclinometer using a strain sensor.

특히, 본 발명에서는, 모재에 부착되지 않고 모재와 분리되어 있는 상태의 광섬유 변형률 센서에 미리 인장방향의 프리스트레인을 가해놓기 위해서 광섬유 변형률 센서가 형성되어 있는 광섬유의 양단을 고정시킬 때 접착제를 이용하지 아니함으로써, 장기적인 접착제 자체의 변형으로 인한 슬립 때문에 광섬유 변형률 센서의 측정 정밀도가 낮아지게 되는 한계를 극복하고, 변형률을 높은 정밀도로 정확하게 측정하여 경사도를 측정의 정확도와 신뢰도를 높일 수 있는 새로운 구조의 광섬 유 변형률 센서를 이용한 경사계를 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, in the present invention, in order to apply the prestrain in the tensile direction in advance to the optical fiber strain sensor which is not attached to the base material and is separated from the base material, no adhesive is used to fix both ends of the optical fiber on which the optical fiber strain sensor is formed. By overcoming the limitation that the measurement accuracy of the optical fiber strain sensor is lowered due to the slip due to the long-term deformation of the adhesive itself, the optical fiber of the new structure that can measure the inclination by accurately measuring the strain with high accuracy can increase the accuracy and reliability of the measurement. An object of the present invention is to provide an inclinometer using a strain sensor.

또한 본 발명에서는 수평방향으로의 크기를 줄여서 지중의 구멍 등에 설치가 쉽도록 함으로서 지중 경사 등을 용이하게 측정할 수 있는 경사계를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide an inclinometer that can easily measure the ground slope by reducing the size in the horizontal direction to facilitate installation in the hole of the ground.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 경사각이 발생하였을 때 회전하게 되는 회전진자에 의해 광섬유 변형률 센서를 구비하고 있는 광섬유에 인장 변형 및 압축 변형을 유발하고, 상기 인장 변형 및 압축 변형을 광섬유 변형률 센서로 측정하여 경사도를 측정하게 되는 구성을 가지는 경사계가 제공된다. In the present invention, in order to achieve the above object, by causing the tensile strain and compression strain in the optical fiber having an optical fiber strain sensor by the rotating pendulum to rotate when the inclination angle occurs, the tensile strain and compression strain An inclinometer having a configuration in which the inclination is measured by a sensor is provided.

본 발명에 의하면, 변형률의 측정 정밀도가 우수한 광섬유 변형률 센서를 이용하여, 경사에 따른 변형률을 측정하므로 경사도를 높은 정밀도로 정확하게 측정할 수 있게 된다. According to the present invention, since the strain according to the inclination is measured using an optical fiber strain sensor having excellent strain measurement accuracy, the inclination can be accurately measured with high accuracy.

특히, 본 발명에 의하면, 모재에 부착되지 않고 모재와 분리되어 있는 상태로 광섬유 변형률 센서에 인장방향의 프리스트레인이 미리 가해지도록 광섬유를 배치할 때, 광섬유의 양단 고정 시 접착제를 이용하지 않게 되며, 오랜 시간 경과에 따른 접착제 자체의 변형 때문에 광섬유 변형률 센서의 측정 정밀도가 낮아지게 되는 현상이 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 된다. 따라서 변형률을 높은 정밀도로 정확하게 측정할 수 있게 되며, 경사도의 측정 결과에 대한 신뢰도가 높아지는 효과가 발휘된다. Particularly, according to the present invention, when the optical fiber is disposed so that the prestrain in the tensile direction is applied to the optical fiber strain sensor in a state of being separated from the base material without being attached to the base material, no adhesive is used when fixing both ends of the optical fiber. Due to the deformation of the adhesive itself over time, it is possible to prevent the phenomenon that the measurement accuracy of the optical fiber strain sensor is lowered. Therefore, the strain can be accurately measured with high precision, and the effect of increasing the reliability of the measurement result of the gradient is exerted.

또한 본 발명에 의하면, 수평방향으로의 크기가 작으므로, 지중의 구멍 등에 설치가 쉽게 되며, 그에 따라 지중 경사 등을 용이하게 측정할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. In addition, according to the present invention, since the size in the horizontal direction is small, it is easy to install in a hole in the ground and the like, thereby exhibiting the effect of being able to easily measure the ground slope and the like.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are described as one embodiment by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation are not limited.

우선 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 변형률 센서를 이용한 경사계(이하, "광섬유 경사계"라고 약칭한다)의 구성을 설명한다. First, a configuration of an inclinometer (hereinafter, abbreviated as "optical fiber inclinometer") using an optical fiber strain sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1 및 도 2에는 각각 본 발명의 광섬유 경사계의 개략적인 사시도와 측면도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에는 각각 경사가 발생하여 본 발명의 광섬유 경사계에 회전이 유발된 상태를 설명하기 위한 개략적인 설명도가 도시되어 있다. 1 and 2 show schematic perspective and side views, respectively, of the optical fiber inclinometer of the present invention. 3 and 4 are schematic explanatory diagrams for explaining a state in which a tilt occurs and rotation is caused in the optical fiber inclinometer of the present invention.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 광섬유 경사계는, 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(11)가 구비되어 있는 광섬유(10)와, 서로 이격되어 배치되어 있고 상기 광섬유(10)가 감겨져서 상기 광섬유(10)의 인장방향 프리스트레인 상태를 유지하게 되는 한 쌍의 원형 반력대(20)와, 경사가 발생하더라도 중력에 의해 항상 연직 방향을 향하도록 회전 가능하며 양측 광섬유(10)와 각각 결합되어 있어 회전에 따라 광섬유(10)에 인장 및 압축 변형률을 유발하는 회전진자(30)를 포함하여 구성된다. As shown in the figure, the optical fiber inclinometer according to the present invention is provided with an optical fiber 10 having an optical fiber strain sensor 11 for measuring a strain, and spaced apart from each other, and the optical fiber 10 is wound around the optical fiber A pair of circular reaction zones 20 to maintain the tensile direction of the pre-strain of (10), and even when the inclination occurs, it is rotatable to always be directed in the vertical direction by gravity, and is coupled to each of the two optical fibers (10) Rotating pendulum 30 is configured to induce tensile and compressive strain in the optical fiber 10 in accordance with the rotation.

구체적으로, 한 쌍의 원형 반력대(20)는 간격을 두고 이격된 상태로 위치한다. 상기 원형 반력대(20)의 고정 설치를 위해 설치판(21)을 구비하여, 상기 설치판(21)에 상기 한 쌍의 원형 반력대(20)를 이격되게 고정 설치할 수 있다. 상기 원형 반력대(20)는 회전되는 것이 아니다. Specifically, the pair of circular reaction table 20 is located in the spaced apart state. It is provided with a mounting plate 21 for the fixed installation of the circular reaction table 20, it can be fixed to install the pair of circular reaction table 20 to the mounting plate 21 spaced apart. The circular reaction table 20 is not rotated.

광섬유(10)는 상기 원형 반력대(20)를 감도록 설치된다. 예를 들어 긴 광섬유(10)가 도 1에서 위쪽에 위치하는 원형 반력대(20)의 외곽을 감은 후 아래쪽에 위치하는 원형 반력대(20)의 외곽을 감고, 다시 위쪽에 위치하는 원형 반력대(20)의 외곽을 감아서 하나로 연결된 상태로 광섬유(10)가 상기 2개의 원형 반력대(20)에 걸쳐서 설치되는 것이다. 이와 같이 광섬유(10)가 광섬유(10)에 미리 인장방향의 프리스트레인이 가해진 상태로 원형 반력대(20)에 감기게 되어 광섬유(10)와 원형 반력대(20) 사이는 슬립이 발생하지 않도록 고정된 상태가 된다. 즉, 광섬유(10)가 원형 반력대(20)에 감긴 상태에서는 양 부재 사이에 강한 마찰력이 발생하게 되어 서로 슬립되지 않도록 견고하게 고정된 상태를 유지하게 되는 것이다. 필요에 따라서는 마찰력 증진을 위한 표면 처리나 광섬유(100가 감겨 있는 원형 반력대(20)에 추가적인 접착제 처리를 할 수도 있다. 물론 광섬유(10)가 각각의 원형 반력대(20)를 복수회로 감아서 마찰력을 더 증진시킬 수도 있다. 기타 여러 가지 방법에 의해, 광섬유(10)가 원형 반력대(20)에 감겼을 때 광섬유(10)와 원형 반 력대(20) 사이를 슬립이 발생하지 않는 고정 상태로 만들 수 있다. 도 1에서 부재번호 12는 원형 반력대(20)에 감긴 광섬유(10)의 신호를 데이터측정장치(미도시)로 연결하기 위하여 필요에 따라 광섬유(10)의 단부에 구비되는 커넥터(12)이다. The optical fiber 10 is installed to wind the circular reaction table 20. For example, the long optical fiber 10 is wound around the circular reaction band 20 located in the upper side in Figure 1, and then wound the circular reaction band 20 located in the lower, the circular reaction band located again The optical fiber 10 is installed over the two circular reaction zones 20 in a state in which the outer periphery of the 20 is connected to one. In this way, the optical fiber 10 is wound on the circular reaction zone 20 in a state where the pre-strain in the tensile direction is applied to the optical fiber 10 in advance so that slip does not occur between the optical fiber 10 and the circular reaction zone 20. It becomes a fixed state. That is, in the state in which the optical fiber 10 is wound around the circular reaction zone 20, a strong friction force is generated between the two members so that the optical fiber 10 is firmly fixed so as not to slip to each other. If necessary, surface treatment may be performed to increase friction or additional adhesive treatment may be performed on the circular reaction zone 20 in which the optical fiber 100 is wound. Of course, the optical fiber 10 may wind each circular reaction zone 20 in a plurality of times. The frictional force may be further enhanced by various other methods, such that, when the optical fiber 10 is wound around the circular reaction zone 20, no slip occurs between the optical fiber 10 and the circular reaction zone 20. In Figure 1, the member number 12 is provided at the end of the optical fiber 10 as necessary to connect the signal of the optical fiber 10 wound around the circular reaction band 20 to a data measuring device (not shown) Connector 12.

이와 같이 본 발명에서는 원형 반력대(20) 사이에서 광섬유(10)가 모재에 직접 부착되지 않고 설치되어 있도록 하되, 광섬유(10)의 양단을 접착제를 이용하여 고정시키는 것이 아니라 원형 반력대(20)에 감는 기계적인 방식에 의해 고정하게 되므로, 접착제 사용으로 인한 장기적인 슬립 때문에 발생하게 되는 측정 결과의 오차를 근본적으로 차단할 수 있게 되는 효과가 있다. As described above, in the present invention, the optical fiber 10 is installed between the circular reaction bands 20 without being directly attached to the base material, but rather than fixing both ends of the optical fiber 10 by using an adhesive, the circular reaction band 20 is provided. Since the winding is fixed by a mechanical method, it is possible to fundamentally block the error of the measurement result caused by the long-term slip due to the use of the adhesive.

특히 앞서 설명한 것처럼 본 발명에서는 광섬유(10)가 원형 반력대(20)를 감아서 한 쌍을 이루어 나란하게 배치되어 있으므로, 상기 한 쌍의 광섬유(10)는 동일한 변형 상태 즉, 동일한 프리스트레스 인장력이 가해진 상태를 유지하게 된다. 즉, 원형 반력대(20)를 감는 작업만으로도 한 쌍의 광섬유(10)를 동일한 응력상태로 배치할 수 있게 되며, 이중으로 변형률을 측정할 수 있게 되는 장점이 있는 것이다. 상기 광섬유(10)에는 광섬유(10)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(11)가 구비되어 있다. 이러한 광섬유 변형률 센서(11)의 일예로는, 앞서 설명한 FBG 센서를 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 광섬유 변형률 센서(11)는 상기 한 쌍의 원형 반력대(20) 사이에 위치하게 되며, 광섬유 변형률 센서(11)는 한 쪽 광섬유(10)에만 설치될 수도 있지만 후술하는 것처럼 인장 변형률과 압축 변형률을 동시에 측정할 수 있도록 양쪽 광섬유(10) 모두에 광섬유 변형률 센서(11)가 구비되는 것이 바람직하다. 또한 광섬유 변형률 센서(11)는 하나의 광섬유(10)에 복수개로 즉, 원형 반력대(20) 사이에 위치하는 평행한 광섬유(10) 각각에 대해 복수개로 구비될 수 있으며, 이와 같이 광섬유 변형률 센서(11)가 복수개로 구비되면 다중 측정이 가능하게 되어 측정 정밀도 및 신뢰도가 향상된다.  In particular, as described above, since the optical fibers 10 are arranged side by side in a pair by winding the circular reaction band 20, the pair of optical fibers 10 is subjected to the same deformation state, that is, the same prestress tensile force is applied. State is maintained. That is, only by winding the circular reaction table 20, a pair of optical fibers 10 can be arranged in the same stress state, there is an advantage that the strain can be measured double. The optical fiber 10 is provided with an optical fiber strain sensor 11 for measuring the strain by measuring the change of light caused by the deformation of the optical fiber 10. As an example of the optical fiber strain sensor 11, the above-described FBG sensor can be used. In the present invention, the optical fiber strain sensor 11 is located between the pair of circular reaction zone 20, the optical fiber strain sensor 11 may be installed only on one optical fiber 10, but as described later tensile strain It is preferable that the optical fiber strain sensor 11 is provided in both optical fibers 10 so as to simultaneously measure the compressive strain. In addition, a plurality of optical fiber strain sensors 11 may be provided in a plurality of one optical fiber 10, that is, for each parallel optical fiber 10 located between the circular reaction zone 20, as described above, When a plurality of (11) are provided, multiple measurement is possible, and the measurement precision and reliability are improved.

한편, 상기 회전진자(30)는 회전축(31)에 의해 일측이 고정되어 있어, 회전이 가능하도록 구성되어 있는데, 타측에는 회전추(32)가 구비되어 있어 경사가 발생하더라도 상기 회전추(32)가 항상 중력이 작용하는 연직 방향을 향하도록 회전축(31)을 중심으로 회전하게 된다. 상기 회전진자(30)의 회전추(32) 반대쪽은 상기 광섬유(10)와 고정되어 있다. 즉, 도면에 예시된 것처럼, 설치판(21)에 회전축(31)을 형성하고 상기 회전진자(30)의 상부를 회전축(31)에 회전가능하게 결합하되, 상기 회전진자(30)가 원형 반력대(20)를 감고 있는 양쪽의 광섬유(10) 사이에 위치하도록 설치한다. 따라서 본 발명에 따른 경사계는 수평방향으로 넓은 구조를 가지는 것이 아니라 길이 방향 즉, 원형 반력대(20)의 이격된 방향의 길이를 가지도록 형성되고 그에 수직한 수평방향으로의 폭은 좁은 구조를 가지고 있으므로, 폭이 좁은 지중 구멍 등에 삽입하기가 용이하며 그에 따라 지중 경사를 측정하는데 매우 유용하다는 장점이 있다. On the other hand, the rotating pendulum 30 is fixed to one side by the rotation shaft 31, and is configured to be rotatable, but the other side is provided with a rotary weight 32, even if the inclination occurs the rotary weight 32 Rotates about the rotation axis 31 so as to face the vertical direction in which gravity always acts. The opposite side of the rotary pendulum 32 of the rotary pendulum 30 is fixed to the optical fiber 10. That is, as illustrated in the drawings, the rotating shaft 31 is formed on the mounting plate 21 and the upper portion of the rotating pendulum 30 is rotatably coupled to the rotating shaft 31, but the rotating pendulum 30 has a circular reaction force. It is installed so as to be located between the optical fibers 10 on both sides of the stand 20. Therefore, the inclinometer according to the present invention is not formed to have a wide structure in the horizontal direction but is formed to have a length in the longitudinal direction, that is, the space in the spaced apart direction of the circular reaction zone 20, and the width in the horizontal direction perpendicular thereto has a narrow structure Therefore, there is an advantage that it is easy to insert a narrow underground hole, etc., and thus very useful for measuring the ground slope.

상기 회전진자(30)의 상단부에는 양쪽 광섬유(10) 방향으로 가로지르는 결합대(33)를 설치하여, 상기 결합대(33)의 양단부가 양쪽 광섬유(10)와 각각 견고하게 일체로 고정되도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 결합대(33)의 양단부에 고리(도면에 도시되지 않음)를 설치하고 광섬유(10)가 상기 고리에 감기도록 하는 기계 적인 방식으로 일체 결합할 수도 있으며, 기타 여러 가지 공지의 방법으로 결합대(33)의 양단부와 양쪽 광섬유(10)를 일체 결합할 수도 있다.  The upper end of the rotating pendulum 30 is installed so that both ends of the coupling crosses in the direction of both optical fibers 10, so that both ends of the coupling stand 33 is firmly fixed to both optical fibers 10, respectively. can do. For example, a ring (not shown) may be provided at both ends of the coupling table 33 and may be integrally coupled in a mechanical manner such that the optical fiber 10 is wound around the ring, and various other known methods. As a result, both ends of the coupling table 33 and both optical fibers 10 may be integrally coupled to each other.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 경사계의 작동 원리를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 우선 도 3에 도시된 것처럼, 상기 한 쌍의 원형 반력대(20)와 광섬유(10)가 기울어지도록 경사가 발생되었을 때, 즉 경사가 발생하여 설치판(21)이 기울어지게 되었을 때, 회전진자(30)는 경사 발생에도 불구하고 중력 방향을 계속 유지하게 되므로 회전축(31)을 중심으로 회전하여 수직한 중력 방향 위치에 놓이게 된다. Referring to FIGS. 3 and 4, the principle of operation of the inclinometer according to the present invention having such a configuration will be described. First, as shown in FIG. 3, the pair of circular reaction bands 20 and the optical fiber 10 are tilted. When the inclination is generated, that is, when the inclination occurs when the mounting plate 21 is inclined, the rotating pendulum 30 is maintained about the gravity direction in spite of the inclination is generated so as to rotate around the rotation axis 31 It is placed in a vertical gravity position.

회전진자(30)의 결합대(33)와 원형 반력대(20)를 감고 있는 양측의 광섬유(10)는 서로 일체로 결합되어 있으므로, 회전진자(30)가 회전하면서 일측의 광섬유에는 도면에 기재한 것처럼 압축 변형이 유발되고 타측의 광섬유에는 인장 변형이 유발된다. 즉, 이미 인장방향으로 프리스트레인이 도입되어 있는 광섬유에 대해 경사 발생으로 인하여 회전진자(30)가 회전하면서 일측의 광섬유에는 인장방향의 프리스트레인을 줄이는 방향으로 변형이 유발되고 타측의 광섬유에는 인장방향의 프리스트레인을 늘리는 방향으로 변형이 유발되는 것이다. 도 4에 도시된 것처럼 반대 방향으로 경사가 발생하게 되면, 도 3의 경우와 반대로 일측의 광섬유에는 인장 변형이 유발되고 타측의 광섬유에는 압축 변형이 유발된다. Since the coupling stage 33 of the rotating pendulum 30 and the optical fibers 10 on both sides of the circular reaction stage 20 are integrally coupled to each other, the rotating pendulum 30 rotates and one side of the optical fiber is described in the drawing. As it did, compression strain is induced and tensile strain is induced in the other optical fiber. That is, as the rotating pendulum 30 rotates due to the inclination of the optical fiber in which the prestrain is already introduced in the tensile direction, deformation is caused in the direction of reducing the prestrain in the tensile direction in one optical fiber and in the tensile direction in the other optical fiber. The strain is induced in the direction of increasing the prestrain of. When the inclination occurs in the opposite direction as shown in Figure 4, in contrast to the case of Figure 3, the tensile strain is caused to the optical fiber on one side and the compression strain is induced to the other optical fiber.

이와 같이 경사 발생으로 인하여 광섬유(10)에 유발된 인장 변형 및 압축 변형을, 광섬유(10)에 구비된 광섬유 변형률 센서(11)를 통해 측정하고, 광섬유 변형률과 회전각도 간의 관계로부터 경사를 측정하게 된다. 구체적으로는 광섬유 변형 률 센서(11)에 의해 측정된 변형률과, 회전축(31)으로부터 광섬유까지의 거리 즉, 회전축(31)으로부터 결합대(33)와 광섬유가 결합된 위치까지의 거리의 관계에 의해 회전각도를 알게 되고, 이러한 회전각도에 의해 경사를 알게 된다. In this way, the tensile strain and the compressive strain induced in the optical fiber 10 due to the inclination is measured by the optical fiber strain sensor 11 provided in the optical fiber 10, and the tilt is measured from the relationship between the optical fiber strain and the rotation angle. do. Specifically, the relationship between the strain measured by the optical fiber strain sensor 11 and the distance from the rotation axis 31 to the optical fiber, that is, the distance from the rotation axis 31 to the position where the coupler 33 and the optical fiber are coupled to each other. The rotation angle is known, and the inclination is known by the rotation angle.

특히, 앞서 살펴본 것처럼, 광섬유(10)가 한 쌍의 원형 반력대(20)를 감아서 설치되므로 상기 한 쌍의 광섬유는 동일한 스트레인 상태를 가지고 있었으므로, 경사 발생으로 인한 하나의 경사각 발생에 의해, 동일한 크기를 가지지만 방향이 반대인(인장-압축) 변형이 동시에 유발되는 것이다. 따라서 2개의 측정결과를 이용하게 되므로 측정결과의 정밀도가 높다는 장점이 있으며, 온도에 의한 측정결과의 영향을 제거할 수 있게 되는 장점이 있다. In particular, as described above, since the optical fiber 10 is installed by winding a pair of circular reaction bands 20, the pair of optical fibers had the same strain state, and thus, by one inclination angle caused by the inclination, The same size but opposite direction (tensile-compression) deformation is caused simultaneously. Therefore, since two measurement results are used, there is an advantage that the accuracy of the measurement results is high, and there is an advantage that the influence of the measurement results by temperature can be eliminated.

필요에 따라서는 도 1에 도시된 것처럼 회전진자(30)의 양측으로는 회전제한장치(34)를 각각 설치할 수 있다. 상기 회전제한장치(34)는 회전진자(30)가 회전하는 범위를 제한하는 부재로서, 회전진자(30)가 과도하게 회전하여 광섬유 변형률 센서(11)에 과도한 변형 유발에 의한 충격이 가해지는 것을 방지하게 된다. 도면에 도시된 실시예에서는 상기 회전제한장치(34)가 설치판(21)에 부착되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 회전제한장치(34)의 설치 위치는 이에 한정되지 아니하며, 후술하는 케이스(50)의 측면에 상기 회전제한장치(34)가 설치될 수도 있다. If necessary, as shown in FIG. 1, both sides of the rotating pendulum 30 may be provided with a rotation limiting device 34, respectively. The rotation limiting device 34 is a member for limiting the range in which the rotating pendulum 30 rotates, and the rotating pendulum 30 is excessively rotated so that an impact due to excessive deformation is applied to the optical fiber strain sensor 11. Will be prevented. In the embodiment shown in the figure is shown that the rotation limiting device 34 is attached to the mounting plate 21, the installation position of the rotation limiting device 34 is not limited to this, the case 50 to be described later The rotation limiting device 34 may be installed on the side of the.

본 발명에서, 상기한 부재들을 내부에 담은 케이스(50)가 구비될 수 있는데, 설치판(21), 원형 반력대(11), 광섬유(10), 회전진자(30) 등의 경사계를 이루는 부재들이 상기 케이스(50)에 내부에 설치될 수 있다. 상기 케이스(50) 내부는 오일 등과 같이 점성을 가지는 액체를 채울 수 있다. 이와 같이 케이스(50) 내부에 액 체를 채우면, 회전진자(30)의 회전 속도를 저하시켜, 회전진자(30)의 움직임이 진동 등에 대해 민감하게 되는 것을 방지하여 진동 등에 의해 불필요하게 회전진자(30)가 영향을 받는 것을 방지할 수 있으며, 빠른 속도로 회전진자(30)가 움직여서 광섬유 변형률 센서(11)에 악영향을 주는 것을 방지하여 경사도 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다. In the present invention, a case 50 containing the above-described members may be provided, which forms an inclinometer such as an installation plate 21, a circular reaction table 11, an optical fiber 10, and a rotating pendulum 30. May be installed inside the case 50. The case 50 may be filled with a liquid having a viscosity such as oil. When the liquid is filled in the case 50 as described above, the rotational speed of the rotating pendulum 30 is lowered, thereby preventing the movement of the rotating pendulum 30 from being sensitive to vibration and the like. 30 may be prevented from being affected, and the rotation pendulum 30 may be moved at a high speed to prevent adverse effects on the optical fiber strain sensor 11, thereby improving accuracy of inclination measurement.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 광섬유 경사계의 개략적인 사시도와 측면도이다. 1 and 2 are schematic perspective and side views, respectively, of the optical fiber inclinometer of the present invention.

도 3 및 도 4는 각각 경사가 발생하여 본 발명의 광섬유 경사계에 회전이 유발된 상태를 설명하기 위한 개략적인 설명도이다. 3 and 4 are schematic explanatory diagrams for explaining a state in which the rotation is caused to the optical fiber inclinometer of the present invention due to the inclination occurs.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 경사계1: inclinometer

10 : 광섬유10: optical fiber

11 : 광섬유 변형률 센서11: fiber strain sensor

20 : 원형 반력대20: circular reaction table

30 : 회전진자30: rotating pendulum

Claims (6)

변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(11)가 구비되어 있는 광섬유(10); An optical fiber 10 having an optical fiber strain sensor 11 measuring a strain; 서로 이격되어 배치되어 있고 상기 광섬유(10)가 인장된 상태로 감겨져서 상기 광섬유(10)의 인장방향 프리스트레인 상태를 유지하게 되는 한 쌍의 원형 반력대(20); 및A pair of circular reaction zones 20 disposed spaced apart from each other and wound in the tensioned state to maintain the tensile prestrained state of the optical fiber 10; And 회전추(32)를 구비하고 있어 경사가 발생하더라도 항상 중력이 작용하는 연직 방향을 향하도록 회전 가능하며, 상기 원형 반력대(20)에 감겨져 나란하게 배치되는 2개의 광섬유(10)와 일단부가 각각 결합되어 있어 회전에 따라 상기 광섬유(10) 각각에 인장 변형률 및 압축 변형률을 유발하는 회전진자(30)를 포함하여, Rotating weight 32 is provided so that even when the inclination occurs, it is always rotatable to face in the vertical direction in which gravity acts, and the two optical fibers 10 and one end portion wound around the circular reaction table 20 and arranged side by side Including a rotating pendulum 30 is coupled to cause a tensile strain and a compressive strain in each of the optical fiber 10 in accordance with the rotation, 상기 광섬유 변형률 센서(11)에 의해 측정된 변형률을 이용하여 경사도를 측정하는 것을 특징으로 하는 경사계. Inclinometer, characterized in that for measuring the inclination using the strain measured by the optical fiber strain sensor (11). 제1항에 있어서, The method of claim 1, 한 쌍의 원형 반력대(20)는 설치판(21)에 간격을 두고 이격된 상태로 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 경사계. A pair of circular reaction table 20 is inclinometer, characterized in that the fixed installation spaced apart at intervals on the mounting plate (21). 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 회전진자(30)의 회전축(31)이 상기 설치판(21)에 설치되어 있되, 상기 회전진자(30)가 원형 반력대(20)를 감고 있는 양쪽의 광섬유(10) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 경사계. Rotating shaft 31 of the rotating pendulum 30 is installed on the mounting plate 21, the rotary pendulum 30 is located between the optical fiber 10 of both the winding the circular reaction table 20 Inclinometer characterized. 제2항 또는 제3항에 있어서, The method according to claim 2 or 3, 상기 회전진자(30)의 상단부에는 양쪽 광섬유(10) 방향으로 가로지르는 결합대(33)가 설치되어 있고, The upper end of the rotating pendulum 30 is provided with a coupling table 33 that crosses in both optical fiber 10 direction, 상기 결합대(33)의 양단부가 양쪽 광섬유(10)와 각각 일체로 고정되며, Both ends of the coupling table 33 is fixed to each of the both optical fibers 10 and integrally, 상기 광섬유 변형률 센서(11)는 양쪽 광섬유(10)에 각각 구비되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 경사계. Inclinometer characterized in that the optical fiber strain sensor (11) has a configuration that is provided in each of the optical fibers (10). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 회전진자(30)의 양측에는, 회전진자(30)가 회전하는 범위를 제한하는 회전제한장치(34)가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 경사계. Inclinometer, characterized in that each side of the rotating pendulum 30, the rotation limiting device 34 for limiting the range in which the rotating pendulum 30 rotates. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 광섬유(10), 원형 반력대(20), 회전진자(30) 및 설치판(21)이 내장되는 케이 스(50)를 더 구비하고 있으며, It further includes a case 50 in which the optical fiber 10, the circular reaction table 20, the rotating pendulum 30 and the mounting plate 21 are embedded. 상기 케이스(50) 내부에는 점성을 가지는 액체가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 경사계. Inclinometer, characterized in that the liquid having a viscosity is filled in the case (50).
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