KR20120013088A

KR20120013088A - 변위 측정장치 및 이를 이용한 변위 측정시스템

Info

Publication number: KR20120013088A
Application number: KR1020100075259A
Authority: KR
Inventors: 김포령
Original assignee: (주)바이텍코리아
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-14
Also published as: KR101266159B1

Abstract

본 발명은 측정의 대상이 되는 모체(10)에 결합하는 받침부(110); 타단이 받침부(110)에 결합하는 막대부재(120);를 포함하고, 받침부(110a) 및 막대부재(120a)를 구비한 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단의 변위를 측정하도록, 받침부(110)에 변위 측정부(130)가 설치되며, 받침부(110) 및 변위 측정부(130)는 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단과 고정되지 않음으로써 상호 자유로운 거동이 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 변위 측정장치(100)를 제시한다.
따라서 처짐의 문제가 없어 대규모 구조물이나 곡선구간에도 적용이 가능하고, 측정값이 각도가 아닌 변위량으로 나타나므로 정밀도가 우수하며, 용이한 계산에 의해 측정값을 산출할 수 있도록 한다.

Description

변위 측정장치 및 이를 이용한 변위 측정시스템{MEASURING APPARATUS FOR DISPLACEMENT AND MEASURING SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 토목, 건축을 포함하는 건설 계측분야에 관한 것으로서, 상세하게는 변위 측정시스템에 관한 것이다.

터널, 장대교량, 철도 등과 같은 건설 구조물은 장,단기간에 걸쳐 자연적, 인위적 변위가 발생하고, 그 변위가 구조물의 안정성 및 이용자들의 안전에 많은 영향을 미치는 것이므로, 장,단기간에 걸친 변위를 측정하기 위한 시스템이 필요하다.

도 1은 종래의 일반적인 변위 측정시스템의 개요를 도시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 변위 측정시스템은 측정의 대상이 되는 모체(1)에 다수의 지지부(2)를 설치하고, 이들 지지부(2) 사이를 연결부재(3)에 의해 연결한 후, 각 연결부재(3)마다 각도센서(tilt-meter) 및 길이변위 센서(4)를 설치하고, 모체(1)의 변형에 따라 발생하는 연결부재(3) 상호의 변위를 각도센서 및 길이변위센서(4)에 의해 측정되는 각도와 길이 변화에 의해 계산하는 방식을 취하였다.

도 2는 종래의 또 다른 변위 측정시스템의 개요를 도시한 구성도이다.

이는 터널의 최초 내공과 동일한 형상으로 라이닝 벽(30)에 설치되는 기준틀 부재(20)와, 상기 기준틀 부재(20)가 터널의 라이닝 벽(30)에 평행하여 자립하도록 지원하기 위한 새들 플레이트(saddle plate)(40)와, 상기 기준틀 부재(20)를 터널의 바닥 또는 벽면에 고정하기 위한 앵커 플레이트(anchor plate)(50)와, 터널 내공의 변위를 감지하는 길이변형 센서가 구비되고 상기 라이닝 벽(30)에 부착 설치되는 계측기(60)와, 상기 길이변형 센서의 케이블과 연결되어 신호를 자동적으로 기록하는 데이터 이력 기록기(data logger)로 이루어진다.

이와 같은 2차원 터널 변형 자동계측장치는 해당 구조물의 단면형상과 닮은 기준틀 부재(20)를 설치하고, 2차원 변형을 감지할 수 있는 계측기(60)들을 관측대상 지점에 설치하여 터널의 단면 형상변위에 따른 관측대상 지점의 변화량을 측정한 후 이를 사전에 확인했던 각각의 관측대상 지점의 좌표 값과 비교함으로써 터널의 단면형상 변화를 파악할 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 측정시스템은 다음과 같은 문제를 안고 있었다.

첫째, 측정값이 "각도와 길이의 변화"로 나타나며 이들의 변화를 조합하여 구조물 전체의 변위를 유추하는 과정에서 복잡한 삼각함수를 사용해야 하는데, 사용하는 센서(특히, 각도센서)의 정밀도에 한계가 있어 정확한 변위를 감지하는데 문제가 발생할 수 있다.

즉, 예컨대 ±0.0025°[9 arc seconds]의 분해능과 ±0.00611°[22 arc seconds]의 반복정밀도를 보유한 정밀 각도센서일지라도 분해능 수치 정도의 센서 변화량과 반복 정밀도 정도의 센서 변화량에 의하여 1m 거리 범위 내에서 최소 약 0.044mm ~ 최대 약 0.107mm까지의 변화량이 반복적으로 검출될 수 있다는 것이다.

(계산 공식 : 변화량 = sin[θ] × 1,000mm)

둘째, 구조물의 변위를 산출하기 위해서 임의로 계산의 시작점을 좌측 또는 우측의 어느 한쪽으로 결정한 후 전체 구조물의 변위를 유추하게 되는데, 시작점을 반대쪽으로 변환하여 구조물의 변위를 유추할 경우 당초 결과와 일치하지 않을 수 있다는 문제가 있다.

즉, 좌측 기준으로의 구조물 변위와 우측 기준으로의 구조물 변위가 동일한 결과를 나타내지 못한다는 것이다.

셋째, 위 두 번째 종래기술에서 설명한 바와 같은 별도의 기준틀 부재(20)를 사용하는 경우, 측정대상인 모체가 터널과 같은 대규모 구조물이면 그 기준틀 부재(20) 자체의 처짐으로 인하여 정확한 측정이 이루어지지 않는다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 처짐의 문제가 없어 대규모 구조물이나 곡선구간에도 적용이 가능하고, 측정값이 각도가 아닌 변화량으로 나타나므로 정밀도가 우수하며, 간단한 계산에 의해 변화량을 산출할 수 있도록 하는 변위 측정장치 및 이를 이용한 변위 측정시스템을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 측정의 대상이 되는 모체(10)에 결합하는 받침부(110); 타단이 상기 받침부(110)에 결합하는 막대부재(120);를 포함하고, 상기 받침부(110a) 및 막대부재(120a)를 구비한 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단의 변위를 측정하도록, 상기 받침부(110)에 변위 측정부(130)가 설치되며, 상기 받침부(110) 및 변위 측정부(130)는 상기 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단과 고정되지 않음으로써 상호 자유로운 거동이 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 변위 측정장치(100)를 제시한다.

상기 막대부재(120)의 일단이 상기 타 변위 측정장치(100a)의 받침부(110a)와 간격을 유지하도록, 상기 막대부재(120)의 타단과 상기 받침부(110)의 사이에 설치된 간격유지부재(111)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 변위 측정부(130)는 상기 받침부(110)를 기준으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 좌우방향 변위를 측정하도록 설치된 좌우방향 변위 측정부(131)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 변위 측정부(130)는 상기 받침부(110)를 기준으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 전후방향 변위를 측정하도록 설치된 전후방향 변위 측정부(132)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 변위 측정부(130)는 상기 받침부(110)를 기준으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 상하방향 변위를 측정하도록 설치된 상하방향 변위 측정부(133)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 변위 측정장치(100) 다수의 조합에 의해 형성된 변위 측정시스템을 함께 제시한다.

다수의 상기 변위 측정장치(100)는 다수의 상기 막대부재(120)가 선형을 형성하도록 상기 모체(10)에 설치된 것이 바람직하다.

본 발명은 처짐의 문제가 없어 대규모 구조물이나 곡선구간에도 적용이 가능하고, 측정값이 각도가 아닌 변화량으로 나타나므로 정밀도가 우수하며, 간단한 계산에 의해 변화량을 산출할 수 있도록 하는 변위 측정장치 및 이를 이용한 변위 측정시스템을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 변위 측정시스템의 구성도.
도 2는 종래의 또 다른 변위 측정시스템의 구성도.
도 3 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 3은 변위 측정장치의 일실시예의 사시도.
도 4는 변위 측정장치의 일실시예의 제1 사용상태도.
도 5는 변위 측정장치의 일실시예의 제2 사용상태도.
도 6은 변위 측정시스템의 일실시예의 사용상태도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 3 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 변위 측정시스템은 다수의 변위 측정장치(100)의 조합에 의해 형성된다.

여기서, 변위 측정장치(100)는 기본적으로, 측정의 대상이 되는 모체(10)에 결합하는 받침부(110); 타단이 받침부(110)에 결합하는 막대부재(120);를 포함하고, 상기 받침부(110a) 및 막대부재(120a)를 구비한 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단의 변위를 측정하도록, 받침부(110)에 변위 측정부(130)가 설치된 것을 특징으로 한다.

즉, 각 변위 측정장치(100)들은 모두 받침부(110), 막대부재(120), 변위 측정부(130)를 구비한 구성을 취하며, 하나의 변위 측정장치(100)의 변위 측정부(130)가 인접하여 설치되는 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단의 변위를 측정하도록 설치된 것이다(도 3).

여기서, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단은 이를 측정하는 변위 측정장치(100)의 변위 측정부(130)와 고정되지 않고, 상호 자유로운 거동이 가능한 상태에서 타 변위 측정장치(100a)의 받침부(110a)의 거동(모체(10)의 거동에 의한)에 따른 막대부재(120a)의 변위를 측정하게 된다.

따라서 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻도록 한다.

첫째, 시스템을 구성하는 각각의 측정장치(100)들이 서로 결합(고정)하지 않는 구성을 취하므로, 처짐의 문제가 없을 정도의 길이로 막대부재(120)를 장착하면 되는바, 측정구간이 큰 대규모의 구조물이나 곡선구간에도 적용이 충분히 가능하다.

둘째, 측정값이 "변위(길이변화)"로 나타나므로, 종래와 같이 구조물 전체의 변위를 계산하기 위하여 복잡한 삼각함수를 사용할 필요가 없어, 높은 정밀도를 기대할 수 있다.

셋째, 특정 부위의 변위를 산출하고자 하는 경우(모체의 특정 부위에만 큰 거동이 발생한 경우), 그 부위에 해당하는 측정장치(100)의 변위만을 측정하면 되는바, 측정값의 산출이 간편하다.

받침부(110)는 모체(10)의 거동을 막대부재(120)에 전달하는 역할을 하므로, 앵커 등에 의해 모체(10)에 대하여 견고히 고정되는 것이 필요하다.

막대부재(120)는 받침부(110)에 직접 결합한 구성을 취할 수도 있으나, 막대부재(120)의 일단이 타 변위 측정장치(100a)의 받침부(110a)와 쉽게 간격을 유지하도록(상호 고정되거나 저촉되지 않고 자유로운 거동이 가능하도록) 하기 위해서는, 막대부재(120)의 타단과 받침부(110)의 사이에 간격유지부재(111)를 설치한 구성을 취하는 것이 바람직하다.

변위 측정부(130)는 인접하여 설치되는 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단의 변위를 측정하도록 설치되는 것으로서, 그 막대부재(120a)의 자유로운 거동이 허용되는 상태에서의 변위를 측정할 수 있는 구조이면, 탐침 방식(다이얼 게이지 등), 레이저 빔 방식 기타 어떠한 구성을 취하더라도 관계없다.

구체적으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)는 그 받침부(110a)가 설치된 모체(10)의 거동에 따라 전후방향, 좌우방향, 상하방향의 변위를 나타내게 된다(도 4, 도 5).

이러한 막대부재(120a)의 3방향 변위를 측정하기 위해서는, 변위 측정부(130)가 다음과 같은 구성을 취하는 것이 바람직하다.

즉, 받침부(110)를 기준으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 좌우방향 변위를 측정하도록 좌우방향 변위 측정부(131)가 설치되고, 막대부재(120a)의 전후방향 변위를 측정하도록 전후방향 변위 측정부(132)가 설치되며, 막대부재(120a)의 상하방향 변위를 측정하도록 상하방향 변위 측정부(133)가 설치된 구성이 그것이다.

이러한 좌우방향 변위 측정부(131), 전후방향 변위 측정부(132), 상하방향 변위 측정부(133)들은 각 측정부의 측정목표가 되는 막대부재(120a)의 변위를 측정하기 좋은 위치에 탐침, 레이저 빔이 적용될 수 있도록, 받침부(130)에 설치된 별도의 지지부재 등에 의해 지지되는 구성을 취하면 된다(도 3).

이러한 다수의 변위 측정장치(100)는 다수의 막대부재(120)가 선형을 형성하도록 모체(10)에 설치되는 경우, 지하철, 철도, 도로, 빌딩, 교량과 같은 대규모 구조물의 변위(침하, 측방유동, 처짐, 내공변위 등)를 효율적으로 측정할 수 있다(도 6).

따라서 지하철, 철도, 지하차도 등의 종단면 및 횡단면, 건축물의 골조, 보 및 슬래브, 각종 터널의 종단면 및 횡단면에 대한 침하, 처짐, 기울음 등의 계측에 효과적으로 사용될 수 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

10 : 모체 100,100a : 변위 측정장치
110,110a : 받침부 111 : 간격유지부재
120,120a : 막대부재 130 : 변위 측정부
131 : 좌우방향 변위 측정부 132 : 전후방향 변위 측정부
133 : 상하방향 변위 측정부

Claims

측정의 대상이 되는 모체(10)에 결합하는 받침부(110);
타단이 상기 받침부(110)에 결합하는 막대부재(120);를 포함하고,
상기 받침부(110a) 및 막대부재(120a)를 구비한 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단의 변위를 측정하도록, 상기 받침부(110)에 변위 측정부(130)가 설치되며,
상기 받침부(110) 및 변위 측정부(130)는 상기 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 일단과 고정되지 않음으로써 상호 자유로운 거동이 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 변위 측정장치(100).
제1항에 있어서,
상기 막대부재(120)의 일단이 상기 타 변위 측정장치(100a)의 받침부(110a)와 간격을 유지하도록, 상기 막대부재(120)의 타단과 상기 받침부(110)의 사이에 설치된 간격유지부재(111)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정장치(100).
제1항에 있어서,
상기 변위 측정부(130)는
상기 받침부(110)를 기준으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 좌우방향 변위를 측정하도록 설치된 좌우방향 변위 측정부(131)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정장치(100).
제1항에 있어서,
상기 변위 측정부(130)는
상기 받침부(110)를 기준으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 전후방향 변위를 측정하도록 설치된 전후방향 변위 측정부(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정장치(100).
제1항에 있어서,
상기 변위 측정부(130)는
상기 받침부(110)를 기준으로, 타 변위 측정장치(100a)의 막대부재(120a)의 상하방향 변위를 측정하도록 설치된 상하방향 변위 측정부(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정장치(100).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 변위 측정장치(100) 다수의 조합에 의해 형성된 변위 측정시스템.
제6항에 있어서,
다수의 상기 변위 측정장치(100)는 다수의 상기 막대부재(120)가 선형을 형성하도록 상기 모체(10)에 설치된 것을 특징으로 하는 변위 측정시스템.