KR20110037314A - 광섬유 변형률 센서를 이용한 수위식 광섬유 변위계 및 이를 이용한 구조물의 변위 측정방법 - Google Patents
광섬유 변형률 센서를 이용한 수위식 광섬유 변위계 및 이를 이용한 구조물의 변위 측정방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 복수개의 수위변화조에 대해 수위변화조의 수직 위치 변화에 따른 상대적인 유체 수위 변화를 광섬유 변형률 센서로 측정하여 구조물의 수직 변위량을 측정하도록 구성한 광섬유 변형률 센서를 이용한 변위계에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 구조물의 수직 변위량을 측정하는 수위식 변위계(1)로서, 설치 지점에서의 구조물의 수직 변위에 따라 유체의 수위 변화하는 복수개의 수위변화조를 포함하되, 상기 복수개의 수위변화조는 기준점 수위변화조(S1)와, 수직 변위량을 측정하고자 하는 위치에 놓이는 일반 수위변화조(S2, S3)로 구분되며; 상기 수위변화조(S1, S2, S3)에는 각각 캔틸레버 부재(11)와, 광섬유(13)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 광섬유(13)의 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(12)를 구비한 광섬유(13)와, 유체 수위 변화에 따라 승하강하여 상기 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형을 유발하는 승하강부재(14)를 포함하여 구성된 수위측정기(10)가 구비되어 있어; 수직 변위에 의해 일반 수위변화조(S2, S3) 내부의 유체 수위가 변화하게 되면 승하강부재(14)의 승하강에 의해 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형이 유발되고, 그에 따른 광섬유(13)의 변형량을 광섬유 변형률 센서(12)에 의해 측정하여 수위변화조(S2, S3)의 수위 변화량을 측정하여 구조물 수직 변위량을 측정하는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계가 제공된다.
Description
본 발명은 광섬유 변형률 센서를 이용한 수위식(水位式) 광섬유 변위계 및 이를 이용한 구조물의 변위 측정방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 복수개의 수위변화조에 대해 수위변화조의 수직 위치 변화에 따른 상대적인 유체 수위 변화를 측정하여 구조물의 수직 변위량을 측정하되, 수위변화조 내의 수위 변화 측정에 광섬유 변형률 센서를 이용하도록 구성한 광섬유 변형률 센서를 이용한 수위식 광섬유 변위계 및 이를 이용한 구조물의 변위 측정방법에 관한 것이다.
교량의 상판이나 거더 등과 같은 구조물에 있어서, 변위를 정확하게 측정하는 것은 매우 중요하다. 변위를 측정하는 다양한 종류의 변위계가 존재하지만, 이러한 종래의 변위계는 그 정밀도에 있어서 만족스럽지 못하였다.
한편, 광섬유 기술이 발달함에 따라 변형의 발생에 의해 유발되는 빛의 변화 를 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. 이러한 광섬유 변형률 센서는 빛을 이용하기 때문에 그 측정 정확도가 매우 높은 것으로 알려져 있다.
본 발명은 종래의 변위계보다 더 높은 정밀도를 가지는 변위계를 제공하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 변형률의 측정 정밀도가 우수한 광섬유 변형률 센서를 거더 등과 같은 구조물의 변위 측정에 이용함으로써, 구조물의 변위를 정확하게 측정할 수 있는 광섬유 변형률 센서를 이용한 수위식 광섬유 변위계 및 이를 이용한 구조물의 변위 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 복수개의 수위변화조 내에 각각 광섬유 변형률 센서를 구비하고 있으며 수위의 상승 또는 하강에 의해 광섬유에 인장 변형 또는 압축 변형이 유발되는 광섬유를 배치하여, 수위 변화에 따른 광섬유의 인장 변형 또는 압축 변형을 광섬유 변형률 센서로 측정하여 수위 변 화를 측정한 후, 복수개의 수위변화조 간의 수위 변화를 이용하여 수위변화조 설치 위치에서의 상대적인 변위량을 정확하게 측정하게 되는 구성을 가지는 수위식 광섬유 변위계 및 이를 이용한 구조물의 변위 측정방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 구조물의 변위량 측정에 측정 정밀도가 높은 광섬유 변형률 센서를 이용하게 되므로, 변위량 측정 결과의 정밀도가 향상되는 효과가 발휘된다.
특히, 광섬유 변형률 센서는 하나의 광섬유에 복수개가 설치되어 있으므로, 수위 변화에 의한 변형률을 측정할 때 복수개의 광섬유 변형률 센서를 동시에 이용할 수 있으므로, 그 만큼 정밀도가 향상되는 효과가 발휘된다.
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.
우선 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 변형률 센서를 이용한 수위식 변위계(1)(이하, "광섬유 변위계"라고 약칭한다)의 구성을 설명한다.
도 1 및 도 2에는 복수개의 수위변화조로 이루어진 본 발명에 따른 광섬유 변위계(1)가 변위 측정 대상 구조물 위에 설치된 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도면에서 변위 측정 대상 구조물의 일예로서 보가 단순보 형태로 간략화되어 도시되어 있으며, 수위변화조의 설치 위치에 따라, 변위가 발생하지 않는 지점(도면에서는 보의 양단 지점)에 설치되는 수위변화조(기준점 수위변화조)를 부재번호 S1이라고 표시하였으며, 기타 변위를 측정할 지점에 놓이는 수위변화조를 각각 지점으로부터 순서대로 부재번호 S2, S3라고 표시하였다.
본 발명에 따른 광섬유 변위계(1)는, 유체가 담겨져 있고 유체 수위 변화를 측정하는 광섬유 변형률 센서가 구비되어 있는 복수개의 수위변화조(水位變化槽)를 포함하여 구성된다. 앞서 도 1 및 도 2에 대한 간략한 설명에서 언급하였듯이, 복수개의 수위변화조는, 그 설치 위치에 따라 변위가 발생하지 아니하여 측정의 기준점이 되는 위치에 놓이는 기준점 수위변화조(S1)와, 기타 변위량을 측정하고자 하는 위치에 놓이는 일반 수위변화조(S2, S3)로 구분된다. 그러나 상기 기준점 수위변화조(S1)와 일반 수위변화조(S2, S3)는 단지 설치 위치에 의한 구분일 뿐이며, 구성에 대한 아래의 설명은 각각의 수위변화조 모두에게 적용된다.
우선 이와 같이 복수개의 수위변화조로 구성된 본 발명에 따른 광섬유 변위계(1)의 변위량 측정 원리를, 단순보를 예시하고 있는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 본 발명에 있어서 상기 복수개의 수위변화조(S1, S2)에는 유체가 담겨있으며, 연통관에 의해 각각의 수위변화조(S1, S2, S3)는 유체가 소통하도록 서로 연통되어 있다. 따라서 복수개의 수위변화조(S1, S2, S3)가 모두 동일한 높이에 위 치하고 있다면 수위변화조(S1, S2, S3) 내의 유체 수위는 해수면을 기준으로 모두 동일하다. 즉, 예를 들어 변위량 측정대상 구조물이 도 1에 도시된 것처럼 수평한 단순보라면, 단순보 위에 놓인 복수개의 수위변화조(S1, S2, S3)는 그 내부의 유체 수위가 모두 동일한 것이다. 단순보에 휨변형에 의한 수직 변위가 발생하게 되면, 도 2에 도시된 것처럼 지점에서는 수직 변위가 발생하지 않으므로, 기준점 수위변화조(S1)는 설치되어 있는 위치가 변하지 않겠지만, 나머지 수위변화조(S2, S3)의 위치는 단순보에 수직 변위가 발생된 만큼 그 수직 위치가 변할 것이고, 그에 따라 수위변화조(S2, S3) 내부의 유체 수위가 변하게 된다. 즉, 연통관에 의해 각각의 수위변화조(S1, S2, S3)의 유체가 서로 연통되어 있으므로, 구조물의 변위에 의해 수위변화조(S2, S3) 자체가 상승 또는 하강함에 따라 그 내부의 유체 수위도 변하게 되는 것이다.
이와 같이 측정대상 구조물에 발생된 변위에 따라 수위변화조(S2, S3)의 수직 위치가 변화하게 되면, 그에 따른 유체 수위 변화량을 측정함으로써 해당 지점에서 측정대상 구조물의 상대적인 수직 변위량을 알 수 있게 된다.
위에서는 시작단계에서 복수개의 수위변화조(S1, S2, S3)가 모두 동일한 높이에 위치하고 있어 수위변화조(S1, S2, S3) 내의 유체 수위는 모두 동일한 것으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 광섬유 변위계(1)로 변위량을 측정함에 있어서, 위와 같은 조건에 있어야 하는 것은 아니다. 즉, 변위량을 측정하는 시점의 이전 단계인 시작단계에서, 복수개의 수위변화조(S1, S2, S3)는 서로 다른 높이에 위치하여 수위변화조(S1, S2, S3) 내에서의 유체 수위가 서로 달라도 무방한 것이다. 예 를 들어, 도 2에 도시된 상태가 시작단계가 되고 후속하여 또다른 형태의 휨변형이 발생한 상태에 대해 변위량을 측정할 수도 있는 것이다. 왜냐하면, 앞서 설명하였듯이 본 발명에서는 각각의 수위변화조(S2, S3)에서의 수위변화량에 기초하여 해당 위치에서 구조물의 상대적인 수직 변위량을 측정하기 때문이다.
본 발명에서 각각의 수위변화조(S1, S2, S3)에서의 내부 수위 변화는 광섬유 변형률 센서를 구비한 수위측정기(10)에 의하여 측정한다.
도 3에는 수위변화조의 내부에 구비되어 내부의 수위 변화를 측정하는 수위측정기(10)를 구성하는 캔틸레버 부재(11)의 일예에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 4 및 도 5에는 각각 수위측정기(10)가 설치된 상태의 수위변화조 내부를 보여주는 개략적인 수위변화조 내부의 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 상태보다 유체 수위가 상승하여 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형이 발생한 상태를 보여준다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 수위측정기(10)는, 수위 변화에 의해 휨 변형이 발생하는 캔틸레버 부재(11)와, 상기 캔틸레버 부재(11)에 배치되어 있으며 광섬유 변형률 센서(12)를 구비한 광섬유(13)와, 유체 수위 변화에 따라 상기 캔틸레버 부재(11)를 절곡시켜 휨 변형을 유발하는 승하강부재(14)를 포함하여 구성된다.
상기 캔틸레버 부재(11)는 합성수지, 강재 등과 같이 탄성을 가지고 있는 재료로 만들어진 막대부재로 이루어져 있으며, 일단부가 수위변화조에 일체로 고정되어 수위변화조 내부의 유체 수면을 마주보도록 연장되어 설치된다.
광섬유(13)에는, 광섬유(13)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 광섬유에 발생하는 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(12)가 구비되어 있다. 이러한 광섬유 변형률 센서(12)의 일예로는 앞서 설명한 FBG 센서를 사용할 수 있다. 상기 광섬유(13)는 도면에 도시된 것처럼 광섬유 변형률 센서(12)가 상기 캔틸레버 부재(11)의 상면에 위치하도록 캔틸레버 부재(11)에 고정 설치될 수 있는데, 상기 광섬유 변형률 센서(12)의 위치는 이에 한정되지 아니하며, 캔틸레버 부재(11)의 하면에 위치할 수도 있다. 특히, 광섬유 변형률 센서(12)를 캔틸레버 부재(11)의 상,하면 모두에 설치하게 되면, 광섬유(13)의 변형률을 이중으로 측정할 수 있으므로, 측정된 결과의 신뢰도가 향상되고 온도 변화에 의해 광섬유(13)에 변형이 유발되더라도, 상,하면 모두에 광섬유 변형률 센서(12)가 설치되어 있으므로, 온도에 따른 변형에 대한 보상이 이루어지게 되어 광섬유 변형률 센서(12)의 높은 측정 정확도를 계속 유지할 수 있게 되는 장점이 있다.
또한 상기 광섬유 변형률 센서(12)는 하나의 광섬유(13)에 복수개로 배치되어 구비될 수 있으므로, 본 발명에서는 복수개의 광섬유 변형률 센서(12)가 구비된 광섬유(13)를 캔틸레버 부재(11)에 설치함으로써, 복수개의 광섬유 변형률 센서(12)에 의한 변형률의 다중 측정을 통해 측정 정확도를 높일 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
한편, 도면에 도시된 것처럼 캔틸레버 부재(11)는 고정되는 단부로부터 자유단부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 캔틸레버 부재(11)가 테이퍼진 형상을 가지게 되면, 승하강부재(14)의 승하강에 의해 자유단부에 수직한 방향의 힘이 작용할 때, 하중 작용점이 자유단부의 작은 면적에 집중되므로, 하중 작용점의 넓은 분포로 인하여 캔틸레버 부재(11)에 비틂(torsion)이 발생할 수 있는 가능성을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 본 발명에 있어서 캔틸레버 부재(11)의 형상은 반드시 위와 같은 테이퍼진 형상에 한정되는 것은 아니다.
승하강부재(14)는 수위변화조 내에서 유체 수위에 따라 승하강하는데, 유체 수위의 상승시에는 상기 캔틸레버 부재(11)에 상승력을 가하고 유체 수위의 하강시에는 상기 캔틸레버 부재(11)에 하강력을 가하여 유체 수위 변화에 따라 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형을 발생시키는 구성요소이다. 도면에 도시된 실시예에서 상기 승하강부재(14)는, 유체에 부유하는 부표(141)와, 일단은 상기 캔틸레버 부재(11)에 자유단 단부에 연결되고 타단은 상기 부표(141)에 연결되어 있는 가력부재(142)를 포함하여 구성되어 있다. 따라서 유체 수위의 변화에 의해 부표(141)가 승하강함에 따라 상기 가력부재(142)가 움직여서 캔틸레버 부재(11)의 단부에 힘을 가하여 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형을 유발하게 된다.
도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서는, 상기 캔틸레버 부재(11)는 수위변화조 내부의 유체 수면 위에서 수면을 마주보도록 연장되어 설치되어 있어, 수위변화조 내부의 유체 수위가 상승하게 되면 그에 따라 부표(141)도 상승하게 되고 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)를 가압하여 휨 변형을 유발하게 되고, 반대로 유체 수위가 하강하게 되면 부표(141)가 하강하여 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)의 단부를 아래로 당기게 되어 휨 변형을 유발하게 된다.
본 발명에서 상기 가력부재(142)는 막대부재와 같은 강체로 이루어질 수도 있지만, 도면에 예시된 것처럼 탄성 스프링으로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 필요에 따라서는 가력부재(142)를 이루는 탄성 스프링의 신축시 이를 수직운동으로 가이드하기 위하여 상기 탄성 스프링을 감싸는 가이드부재(143)가 승하강부재(14)에 더 구비될 수도 있다. 도면에서 부재번호 144는 상기 가이드부재(143)를 고정하기 위하여 수위변화조 내부에 설치되는 설치프레임(144)이다. 가력부재(142)가 강체로 이루어진 경우에는, 구조물에 발생하는 상대적으로 큰 변위량을 측정하려면 캔틸레버 부재(11)의 길이가 길어야 한다. 그런데 위와 같이 가력부재(142)가 탄성 스프링으로 구성되는 경우에는, 구조물에 상대적으로 큰 변위량이 발생하여 수위 변화가 크더라도, 그로 인하여 캔틸레버 부재(11)에 전달되는 변위량은 탄성 스프링에 의해 줄어들게 되므로, 상대적으로 작은 길이를 가진 캔틸레버 부재(11)를 이용해도 무방하게 된다. 즉, 상대적으로 작은 길이를 가진 캔틸레버 부재(11)를 이용하여 구조물의 큰 변위량을 측정할 수 있게 되는 효과가 발휘되는 것이다. 이와 같이 작은 길이의 캔틸레버 부재(11)를 이용하게 되면, 수위변화조의 크기도 줄일 수 있게 되어 전체적으로 변위계(1)의 크기를 줄일 수 있게 되는 장점이 있다.
다음에서는 가력부재(142)가 탄성 스프링으로 이루어진 경우, 유체 수위 변화를 측정하여 구조물의 변위를 측정하는 본 발명에 따른 변위 측정방법의 구체적인 구성을 도 4 및 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
우선 도 4에 도시된 실시예와 같이, 설치프레임(144)에 고정된 가이드부재(143)(도면에 도시된 실시예에서는 통형상으로 이루어짐) 내에 가력부재(142)로서 탄성 스프링을 배치하고, 상기 탄성 스프링의 일단은 캔틸레버 부재(11)의 자유 단과 연결되고 타단은 유체 위에 부유하는 부표(141)에 연결되도록 승하강부재(14)를 설치하고 상기 캔틸레버 부재(11)의 고정단을 수위변화조에 고정 설치한 상태로 만든다.
상기 수위변화조가 도 1에 도시된 것과 같은 일반 수위변화조(S2, S3)에 해당하여 상기 수위변화조가 위치한 부분에서, 도 2에 도시된 것처럼 구조물에 하향 변위가 발생하게 되면, 도 5에 도시된 것처럼 수위변화조 내부의 유체 수위는 상승하게 된다. 그에 따라 탄성 스프링으로 이루어진 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)의 자유단에 상승력을 가하게 되고, 그에 따라 캔틸레버 부재(11)에는 정모멘트에 의한 휨 변형이 발생하게 된다. 반대로 구조물에 상향 변위가 발생하여 유체 수위가 하강하게 되면 부표(141)가 하강하면서 일정 범위에서 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)의 단부를 아래로 당기게 되어 캔틸레버 부재(11)에 부모멘트에 의한 휨 변형을 유발하게 된다.
이러한 캔틸레버 부재(11)의 휨 변형은 결국 캔틸레버 부재(11)에 배치된 광섬유(13)의 변형이 되고, 광섬유(13)에 유발된 변형량을 광섬유 변형률 센서(12)에 의해 측정함으로써, 결과적으로 수위변화조 내부의 유체 수위 변화를 측정하게 된다. 이러한 수위변화조 내부의 유체 수위 변화는 결국 해당 수위변화조 설치 위치에서의 구조물에 발생된 변위에 의해 유발된 것이므로, 측정된 수위변화조 내부의 유체 수위 변화량을 통해 해당 수위변화조 설치 위치에서의 구조물 변위량을 알 수 있게 된다.
한편, 위에서 살펴본 본 발명의 실시예에서는 상기 캔틸레버 부재(11)와 가 력부재(142)가 유체의 수면 위에 설치되어 있지만, 캔틸레버 부재(11)와 가력부재(142)가 유체의 수면 아래에 잠겨있도록 구성될 수도 있다.
도 6 및 도 7은 각각 캔틸레버 부재(11)와 가력부재(142)가 유체의 수면 아래에 잠겨있도록 구성된 본 발명의 실시예에 대한 수위변화조 내부를 보여주는 개략적인 수위변화조 내부의 단면도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 실시예에서는, 일단부가 수위변화조에 일체로 고정되어 수위변화조 내부로 연장되어 있는 캔틸레버 부재(11)는 수중에 잠겨서 설치되어 있다. 부표(141)는 수면에 부유하고 있으며, 가력부재(142)로서 탄성 스프링이 부표(141)와 캔틸레버 부재(11)의 자유단부를 연결하고 있다.
이러한 실시예의 기타 구성 및 작동은 앞서 살펴본 도 4 및 도 5의 실시예와 동일한데, 예를 들면 도 2에 도시된 상태와 같이 구조물에 하향 변위가 발생하여 도 7에 도시된 것처럼 수위변화조 내부의 유체 수위는 상승하게 되면, 탄성 스프링으로 이루어진 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)의 자유단에 상승력을 가하게 되고, 그에 따라 캔틸레버 부재(11)에는 정모멘트에 의한 휨 변형이 발생하게 되어, 광섬유(13)의 변형, 광섬유(13) 변형량의 광섬유 변형률 센서(12)에 의한 측정, 수위변화조 내부의 유체 수위 변화 측정 및 구조물 변위량의 측정이 이루어지게 된다. 반대로 구조물에 상향 변위가 발생하여 유체 수위가 하강하게 되면 부표(141)가 하강하면서 일정 범위에서 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)의 단부를 아래로 밀어서 캔틸레버 부재(11)에 부모멘트에 의한 휨 변형을 유발하게 된다. 기타 도 6 및 도 7에 도시된 실시예에서도 앞서 살펴본 실시예와 마찬가지로 설치프레 임(144)과 가이드부재(143)가 구비된다.
위에서 살펴본 것처럼, 본 발명에서는 정밀도가 높은 광섬유 변형률 센서(12)를 이용하여 수위변화조에서의 유체 수위 변화를 측정하고, 이를 근거로 해당 수위변화조 설치 위치에서의 구조물 변위량을 측정하게 되므로, 측정된 변위량의 신뢰도가 높다는 효과를 발휘하게 된다.
이러한 구성의 본 발명에 따른 변위계(1)는 장대교량의 주탑 시공시 연직도 관리나 교량의 캠버 관리 등에 매우 유용하게 사용할 수 있는데, 예를 들어 박스 거더 교량의 박스 내부에 복수개의 일반 수위변화조(S2, S3)를 간격을 두고 교축 방향으로 배치하고 기준 수위변화조(S1)는 교각 위치에 배치하여, 앞서 설명한 원리에 의해 박스 거더 교량에 변위를 용이하게 그리고 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 변위 측정방법의 일예로서, 각각 복수개의 수위변화조로 이루어진 본 발명에 따른 광섬유 변위계가 본 발명의 측정방법에 따라 변위 측정 대상 구조물 위에 설치된 상태를 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 변위계에서 수위변화조의 내부에 구비되어 내부의 수위 변화를 측정하는 수위측정기를 구성하는 캔틸레버 부재의 일예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 변위계에서 수위측정기가 설치된 상태의 수위변화조 내부를 보여주는 개략적인 수위변화조 내부의 단면도이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 변위계에서 수위측정기가 설치된 상태의 수위변화조 내부를 보여주는 개략적인 수위변화조 내부의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 변위계
11 : 캔틸레버 부재
12 : 광섬유 변형률 센서
13 : 광섬유
Claims (9)
- 구조물의 수직 변위량을 측정하는 수위식 변위계(1)로서,유체가 담겨져 있고 연통관에 의해 유체가 서로 소통하도록 연통되어 있으며 설치 지점에서의 구조물의 수직 변위에 따라 유체의 수위 변화하는 복수개의 수위변화조(水位變化槽)를 포함하되, 상기 복수개의 수위변화조는, 측정 대상 구조물에서의 설치위치에 따라, 변위가 발생하지 아니하여 측정의 기준점이 되는 위치에 놓이는 기준점 수위변화조(S1)와, 수직 변위량을 측정하고자 하는 위치에 놓이는 일반 수위변화조(S2, S3)로 구분되며;상기 수위변화조(S1, S2, S3)에는 각각, 일단부가 수위변화조에 일체로 고정되어 수위변화조 내부로 연장되어 있는 캔틸레버 부재(11)와, 상기 캔틸레버 부재(11)에 배치되어 있으며 광섬유(13)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 광섬유(13)의 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(12)를 구비한 광섬유(13)와, 유체 수위 변화에 따라 승하강하여 상기 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형을 유발하는 승하강부재(14)를 포함하여 구성된 수위측정기(10)가 구비되어 있어;구조물에 발생된 수직 변위에 의해 일반 수위변화조(S2, S3) 내부의 유체 수위가 변화하게 되면 승하강부재(14)의 승하강에 의해 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형이 유발되고, 그에 따라 광섬유(13)에 변형이 발생하게 되어, 광섬유 변형률 센서(12)에 의해 광섬유(13)의 변형량을 측정함으로써, 수위변화조(S2, S3)의 수위 변화량을 측정하여 해당 위치에서의 구조물 수직 변위량을 측정하는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계.
- 제1항에 있어서,캔틸레버 부재(11)는 유체 수면 위에 설치되고,승하강부재(14)는, 유체에 부유하는 부표(141)와, 일단은 상기 캔틸레버 부재(11)에 자유단에 연결되고 타단은 상기 부표(141)에 연결되어 있는 가력부재(142)를 포함하여 구성되어,수위변화조 내부의 유체 수위 변화에 따라 부표(141)가 승하강하여 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)를 가압하여 휨 변형을 유발하게 되는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계.
- 제1항에 있어서,캔틸레버 부재(11)는 유체에 잠긴 상태로 설치되고,승하강부재(14)는, 유체에 부유하는 부표(141)와, 일단은 상기 캔틸레버 부재(11)에 자유단에 연결되고 타단은 상기 부표(141)에 연결되어 있는 가력부재(142)를 포함하여 구성되어,수위변화조 내부의 유체 수위 변화에 따라 부표(141)가 승하강하여 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)를 가압하여 휨 변형을 유발하게 되는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,광섬유 변형률 센서(12)는 캔틸레버 부재(11)의 상면과 하면 모두에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 승하강부재(14)에서, 상기 가력부재(142)는 탄성 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계.
- 제5항에 있어서,상기 승하강부재(14)에는 가력부재(142)를 이루는 탄성 스프링의 신축시 이를 수직운동으로 가이드하기 위하여 상기 탄성 스프링을 감싸는 가이드부재(143)가 승하강부재(14)에 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 캔틸레버 부재(11)는, 고정되는 단부로부터 자유단부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 수위식 광섬유 변위계.
- 구조물의 수직 변위량을 측정하는 방법으로서,유체가 담겨져 있고 연통관에 의해 유체가 서로 소통하도록 연통되어 있으며 설치 지점에서의 구조물의 수직 변위에 따라 유체의 수위 변화하는 복수개의 수위변화조(水位變化槽)를 포함하되, 상기 각각의 수위변화조에는, 일단부가 수위변화조에 일체로 고정되어 수위변화조 내부로 연장되어 있는 캔틸레버 부재(11)와, 상기 캔틸레버 부재(11)에 배치되어 있으며 광섬유(13)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 광섬유(13)의 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(12)를 구비한 광섬유(13)와, 유체 수위 변화에 따라 승하강하여 상기 캔틸레버 부재(11)에 휨 변형을 유발하는 승하강부재(14)를 포함하여 구성된 수위측정기(10)가 구비되어 있는 구조를 가지고 있는 광섬유 변위계를 이용하여 구조물의 변위를 측정하는데;상기 복수개의 수위변화조를 기준점 수위변화조(S1)와, 일반 수위변화조(S2, S3)로 구분하여, 구조물의 수직 변위가 발생하지 아니하여 측정의 기준점이 되는 위치에 기준점 수위변화조(S1)를 배치하고, 수직 변위량을 측정하고자 하는 위치에는 일반 수위변화조(S2, S3)를 배치하여;구조물에 발생된 수직 변위에 의해 일반 수위변화조(S2, S3) 내부의 유체 수위가 변화하게 되면 승하강부재(14)의 승하강에 의해 캔틸레버 부재(11)에 휨 변 형이 유발되고, 그에 따라 광섬유(13)에 변형이 발생하게 되어, 광섬유 변형률 센서(12)에 의해 광섬유(13)의 변형량을 측정함으로써, 수위변화조(S2, S3)의 수위 변화량을 측정하여 해당 위치에서의 구조물 수직 변위량을 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 변위계를 이용한 구조물의 변위 측정방법.
- 제8항에 있어서,상기 광섬유 변위계에서, 상기 승하강부재(14)는, 유체에 부유하는 부표(141)와, 일단은 상기 캔틸레버 부재(11)에 자유단에 연결되고 타단은 상기 부표(141)에 연결되어 있는 가력부재(142)를 포함하여 구성되어, 수위변화조 내부의 수위변화조 내부의 유체 수위 변화에 따라 부표(141)가 승하강하여 가력부재(142)가 캔틸레버 부재(11)를 가압하여 휨 변형을 유발하게 되는 것을 특징으로 하는 광섬유 변위계를 이용한 구조물의 변위 측정방법.
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