KR20140005303U - 계측센서 및 이를 이용한 계측 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 하나의 하우징 내측에 원주방향을 따라 센서블록과 이에 연결되는 케이블로 이루어지는 복수의 센서유니트가 각각 배치되고, 상기 센서유니트는 센서블럭과 케이블이 하우징에 각각 연결되면서 상기 센서블럭에 상이한 길이의 케이블이 연결되고, 상기 센서블럭에는 리더기와 유선 또는 무선통신이 가능토록 통신수단이 연결되는 구성으로 변형이 작용하는 방향과 변형량을 측정할 수 있도록 하는 계측센서 및 이를 이용한 계측 시스템에 관한 것이다.

Description

계측센서 및 이를 이용한 계측 시스템{a sensors and measuring system using sensors}

본 고안은 하나의 하우징 내측에 원주방향을 따라 센서블록과 이에 연결되는 케이블로 이루어지는 복수의 센서유니트가 각각 배치되고, 상기 센서유니트는 센서블럭과 케이블이 하우징에 각각 연결되면서 상기 센서블럭에 상이한 길이의 케이블이 연결되고, 상기 센서블럭에는 리더기와 유선 또는 무선통신이 가능토록 통신수단이 연결되는 구성으로 변형이 작용하는 방향과 변형량을 측정할 수 있도록 하는 계측센서 및 이를 이용한 계측 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 터널 등을 굴착하거나 기타 대형 토목공사 현장에서는 공사를 하고자 하는 곳의 각 지형마다 지반이나 암반의 구성 상태와 토질조건들이 차이를 나타내기 때문에, 토목공사를 하고자 하는 곳의 기초암반이나 지반 등의 구성 상태와 거동상태를 사전에 정확히 조사하고 이를 토대로 토목공사의 설계와 시공계획을 기획하게 되는데, 이때 사용되는 계측기의 정확도는 토목공사에 상당한 영향을 미치게된다.

이와같은 계측에는 진동현식 변위계등이 사용되며, 상기 변위계는 하우징의 외면과 변위봉의 끝단에 토목이나 건축구조물의 외벽면에 고정 설치할 수 있는 하우징홀더와 변위봉홀더를 각각 형성한 후 건축물이나 토목구조물의 크랙이 진행되고 있는 양측에 고정 설치하여 균열측정을 수행하고, 상기 변위계는 외부 환경의 변화에 따른 힘이 변위봉을 통하여 진동현에 전달되어 측정되는 것이다.

이와같은 기술과 관련되어 본 고안의 출원인이 특허 제1149817호에 변위량 측정장치를 제안하였으며 그 구성은 도1에서와 같이, 측정지역에 각각 고정되는 일정길이의 케이블(100)과 센서블럭(200)의 연결구조로 이루어 지며, 상기 센서블럭(200)은 그 내측에 케이블(100)과 연결되는 피스톤 (210)및 상기 피스톤(210)과 센서블럭(200) 사이에 연결되는 센서유니트(250)의 조립구조로 이루어 지고, 상기 케이블(100)은 일단에 장력감지유니트(140)를 개재하여 연결된다.

그리고, 상기 피스톤(210)은 그 둘레에 실링부재(215)가 더 구비되면서 센서블럭(200)의 일측으로 스프링을 개재하여 탄성적으로 노출되는 연결바(217)가 일체로 연결되고, 상기 센서블럭(200)에는 RF송수신유니트 또는 신호케이블(350)이 연결되는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 변위량 측정센서는, 각각의 변위계가 분리설치되는 구성으로 이를 연결하기 위한 구조가 복잡하게 되며, 지표에 고정되는 하나의 변위계에 의해서만 측정이 이루어져 지중에서의 계측이 힘들게 되고, 변위의 방향 측정이 불가능하게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 고안의 목적은, 변형이 작용하는 방향과 변형량을 측정할 수 있어 응력이 작용하는 위치와 크기를 정확하게 알 수 있도록 하고, 구조를 단순화 시켜 설치 및 제작이 용이하게 이루어 질 수 있도록 하며, 지중 또는 구조물의 변형 및 기타 거동을 정확하고 편리하게 계측할 수 있도록 하고, 원격지에서 원하는 위치의 변형을 측정할 수 있도록 하며, 변형의 방향을 세분화 시켜 측정토록 하는 계측센서 및 이를 이용한 계측 시스템을 제공하는데 있다.

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여, 하나의 하우징 내측에 원주방향을 따라 센서블록과 이에 연결되는 케이블로 이루어지는 복수의 센서유니트가 각각 배치되고, 상기 센서유니트는 센서블럭과 케이블이 하우징에 각각 연결되면서 상기 센서블럭에 상이한 길이의 케이블이 연결되고, 상기 센서블럭에는 리더기와 유선 또는 무선통신이 가능토록 통신수단이 연결되는 계측센서를 제공한다.

또한, 본 고안은 하나 이상의 계측센서가 연결수단을 구비하는 커플링을 통하여 연결되어 하나의 단위계측기를 형성하고, 상기 단위계측기가 측정위치에 복수개 설치되어 하나의 리더기에 연결되는 계측센서를 이용한 계측 시스템을 제공한다.

더하여, 본 고안의 센서블럭은, 고유ID가 부여되며, 상기 통신수단은 마이콤과 통신모듈의 조합으로 이루어지고, 상기 통신모듈은 RFID, 블루투스중에서 선택되는 무선통신모듈 또는 유선에 의한 통신이 가능토록 설치되는 시리얼포트중에서 선택되는 계측센서를 제공한다.

또한, 본 고안은 리더기는 중계기의 역활을 수행토록 하면서 원격지에서 조정이 가능토록 설치되는 계측센서를 제공한다.

이상과 같이 본 고안에 의하면, 응력이 작용하는 위치와 크기를 정확하게 알 수 있고, 구조를 단순화 시켜 설치 및 제작이 용이하며, 지중 또는 구조물의 변형 및 기타 거동을 정확하고 편리하게 계측하고, 원격지에서 원하는 위치의 변형을 측정하며, 변형의 방향을 세분화 시켜 측정하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 변위량 측정센서를 도시한 측면도이다.
도2는 본 고안의 변위량 측정장치를 이용한 계측시스템의 설치상태도이다.
도3은 본 고안에 따른 변위량 측정장치를 도시한 사시도이다.
도4는 본 고안에 따른 변위량 측정장치를 도시한 측면도이다.
도5는 본 고안에 따른 변위량 측정장치의 연결상태를 도시한 측면도이다.
도6은 본 고안의 변위량 측정장치를 이용한 계측시스템을 도시한 블럭도이다.
도7 및 도8은 본 고안의 다른 실시예에 따른 계측장치를 도시한 측면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 고안의 변위량 측정장치를 이용한 계측시스템의 설치상태도이고, 도3은 본 고안에 따른 변위량 측정장치를 도시한 사시도이며, 도4는 본 고안에 따른 변위량 측정장치를 도시한 측면도이고, 도5는 본 고안에 따른 변위량 측정장치의 연결상태를 도시한 측면도이며, 도6은 본 고안의 변위량 측정장치를 이용한 계측시스템을 도시한 블럭도이고, 도7 및 도8은 본 고안의 다른 실시예에 따른 계측장치를 도시한 측면도이다.

본 고안의 계측센서(S)는, 하나의 하우징(10) 내측에 원주방향을 따라 센서블록(21)과 이에 연결되는 케이블(23)로 이루어지는 하나 이상의 센서유니트(20)가 각각 배치되는 구성으로 이루어 진다.

상기 하우징(10)은, 단면이 원형 또는 다각형을 갖는 하우징, 원형 또는 다각형 이면서 내장되는 케이블 또는 센서블럭의 외측을 충진재에 의해 충진토록 설치되는 하우징, 단면이 원형 또는 다각형을 갖는 튜브중에서 선택된다.

이때, 상기 센서유니트(20)는, 센서블럭(21)과 이에 연결되는 케이블(23)이 하우징(10)의 내측에 각각 연결될 때 각 센서블럭에 연결되는 케이블(23)은 상이한 길이를 갖도록 된다.

또한, 상기 센서유니트(20)는, 센서블럭(21)과 이에 연결되는 케이블(23)이 하우징(10)의 내측에 각각 연결될 때 각 센서블럭에 연결되는 케이블(23)은 하우징(10)의 길이에 대응토록 형성되어도 된다.

이때, 상기 센서유니트(20)는, 하우징(10)의 내측에서 하나가 설치되거나 복수개가 수평방향에서 일정간격 이격되어 설치된다.

더하여, 상기 케이블(23)은, 일정 직경을 갖는 롯드(rod)로 대체하여도 좋다.

그리고, 상기 케이블(23)은, 스프링등으로 이루어진 감쇄유니트(25)를 통하여 센서블럭(21)에 연결되어도 좋다.

또한, 상기 센서블럭(21)은, 진동현식 센서를 사용한다.

더하여, 본 고안의 계측센서(S)는, 하우징(10)의 내측에 통신수단(30)이 구비된다.

그리고, 상기 통신수단(30)은, 각 센서블럭별 고유ID가 부여되는 마이콤(31)과 통신모듈(33)의 조합으로 이루어진다.

이때, 상기 통신모듈(33)은, RFID, 블루투스중에서 선택되는 근거리 무선통신모듈 또는 유선(L)에 의한 통신이 가능토록 설치되는 시리얼포트중에서 선택되어 사용된다.

한편, 상기 계측센서(S)는, 리더기(50)와 유선 또는 무선에 의해 연결된다.

또한, 본 고안의 계측센서(S)는, 하나 이상이 나사부등의 연결수단을 구비하는 커플링(70)을 통하여 연결되어 일정 길이를 갖는 하나의 단위계측기(미도시)를 형성한다.

이때, 상기 리더기(50)는, 중계기의 역활을 수행토록 하면서 원격지에서 조정이 가능토록 설치된다.

그리고, 상기 리더기(50)는, 계측센서를 관리 및 제어하는 관리서버(51)와 측정데이터를 저장하는 데이터베이스(53) 및 유,무선통신망(55)이 구비된다.

상기 계측센서는, 상기 센서블럭(21)를 통해 수집된 각종 감시정보를 통해 다양한 형태의 측정정보를 생성하는 것으로, 수치 또는 그래프 형태의 시각적 정보를 생성토록 설치된다.

그리고, 상기 관리서버는, 경고 및 위험 발생시에는 스피커 및 경광등을 통한 청각적, 시각적 형태의 경고 정보를 발생시키도록 설치된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 고안의 동작을 설명한다.

도2 내지 도8에서 도시한 바와같이 본 고안은, 계측센서(S)는 하나의 하우징(10) 내측에 원주방향을 따라 고정되는 센서블록(21)과 이에 연결되는 케이블(23)로 이루어지는 복수의 센서유니트(20)가 각각 배치되어 하우징(10)가 임의의 방향으로 변형될 때 그 변형위치에 근접하는 센서유니트(20)가 최대의 변위값을 형성하여 변위의 발생방향을 알 수 있게 된다.

이때, 상기 센서유니트(20)는, 센서블럭(21)과 이에 연결되는 케이블(23)이 하우징(10)의 내측에 각각 연결될 때 각 센서블럭에 연결되는 케이블(23)은 상이한 길이를 갖도록 되어 일정한 길이를 갖는 계측센서(S)에서 변위가 발생되는 위치의 센서유니트(20) 만이 동작토록 되어 지중이나 구조물에 설치시 변위의 발생방향 및 위치를 감지토록 한다.

더하여, 상기 케이블(23)은, 일정 직경을 갖는 롯드(rod)로 대체하여도 동일한 효과를 구현하게 된다.

그리고, 상기 케이블(23)은, 스프링등으로 이루어진 감쇄유니트(25)를 통하여 센서블럭(21)에 연결되면 케이블등에 전달되는 변위값이 감쇄유니트를 통하여 센서블럭에 전달되므로서 센서블럭의 파손을 방지토록 한다.

한편, 상기 센서유니트(20)는, 센서블럭(21)과 이에 연결되는 케이블(23)이 하우징(10)의 내측에 각각 연결될 때 각 센서블럭에 연결되는 케이블(23)은 하우징(10)의 길이에 대응토록 형성되어 하우징(10)을 측정지역에 설치시 측정지역의 변형에 의해 하우징이 변화하면서 변위량을 계측토록 한다.

이때, 상기 센서유니트(20)는, 하우징(10)의 내측에서 하나가 복수개가 일정간격 이격되어 설치되면 길이방향의 변형은 물론 폭 방향에서도 설치간격에 따른 측정량의 미세변화를 통하여 폭방향을 향하는 변위방향 측정이 가능토록 된다.

더하여, 본 고안의 계측센서(S)는, 하우징(10)의 내측에 통신수단(30)이 구비되어 센서블럭(21)에 의한 변위의 측정값을 외부의 리더기(50)에 전달하도록 한다.

이때, 상기 통신수단(30)은, 각 센서블럭(21)별로 구분토록 고유ID가 부여되는 마이콤(31)과 측정신호를 외부에 전달하는 통신모듈(33)의 조합으로 이루어져 전달하는 각 신호를 구별하여 전달토록 한다.

더하여, 상기 통신모듈(33)은, RFID, 블루투스중에서 선택되는 무선통신모듈 또는 유선(L)에 의한 통신이 가능토록 설치되는 시리얼포트중에서 선택되는 구성으로 유선 또는 무선신호를 통하여 계측된 값을 리더기에 전달토록 한다.

또한, 본 고안의 계측센서(S)는, 하나 이상이 나사부등의 연결수단을 구비하는 커플링(70)을 통하여 연결되어 일정 길이를 갖는 하나의 단위계측기(LS)를 형성한다.

이때, 상기 리더기(50)는, 중계기의 역활을 수행토록 하면서 원격지에서 조정이 가능토록 설치된다.

그리고, 상기 리더기(50)는, 각각의 계측센서(S)를 관리 및 제어하는 관리서버(51)와 각 계측센서에 의한 측정데이터를 저장하는 데이터베이스(53) 및 측정 값등의 신호를 원격지등에 송,수신하는 유,무선통신망(55)이 구비된다.

상기 계측센서는, 상기 센서블럭(21)를 통해 수집된 각종 감시정보를 통해 다양한 형태의 측정정보를 생성하는 것으로, 수치 또는 그래프 형태의 시각적 정보를 생성토록 설치된다.

그리고, 상기 관리서버(51)는, 센서블럭의 이상에 따른 경고 및 위험 발생시에는 스피커 및 경광등을 통한 청각적, 시각적 형태의 경고 정보를 발생시키도록 설치된다.

한편, 상기 유,무선통신망은, 센서블럭(21)로부터 전달받은 신호값에 따라 다양한 형태의 측정정보를 생성하는 최소 하나 이상의 계측센서(S)에서 전달되는 각각의 신호는 이에 연결되는 리더기(50)의 관리서버(51)를 통하여 제어 및 관리토록 된다.

이때, 상기 계측센서(S)와 리더기(50)사이는 통신수단(30)을 통하여 유선 또는 무선으로 연결되어 각 계측센서(S)의 측정값을 하나의 리더기(50)를 통하여 확인토록 한다.

그리고, 상기 리더기(50)는 측정값을 관리서버(51)의 데이터베이스(53)를 통하여 저장하거나 유,무선통신망을 통하여 원격지에 위치한 사용자에게 송신토록 한다.

이때, 상기 사용자는 원격지에서 각 계측센서(S)에 제어신호의 공급이 가능토록 된다.

즉, 상기 계측센서(S)의 계측값은 리더기(50)로 표시될 때 유,무선통신망(55)을 통하여 원격지의 관리자와 실시간 확인이 가능토록 된다.

그리고, 상기 관리서버(51)는 다수의 계측센서(S) 및 커플링(70)을 통하여 연결되는 단위계측기(LS)를 통합 관리하는 것으로, 각각의 계측정보 및 동작 제어신호를 동시에 전달한다.

이때, 상기 관리서버(51)는 데이터베이스(53)를 통하여 다수의 계측센서(S)에 대한 사용여부 및 장애여부 등의 상태정보 및 감시된 계측정보를 저장토록 한다.

그리고, 상기 유,무선통신망(55)은, 원격지에서 관리자가 단말기를 통하여 제어신호를 전달하면 관리서버(51)를 통해 선택된 계측센서(S)로부터 각종 계측정보를 수신하여 확인하거나, 계측센서(S)의 설정값을 변경하기 위한 제어신호를 송출하는 것으로, 데이터 입출력이 가능한 통상적인 컴퓨터 단말장치 및 PDA, 휴대전화 등의 각종 모바일장치를 포함한다.

이때, 상기 유무선통신망(55)은 관리자(80)와 관리서버(51) 상호간의 데이터 송수신이 가능하도록 각종 통신환경을 제공하는 것으로, 유무선 인터넷통신망 및 이동통신망 등의 각종 공지된 유무선 통신망이 적용될 수 있다.

또한, 유무선 인터넷 환경을 통해 원격지에서 접속한 관리자(80)는 웹상에서 계측센서(S)의 계측정보를 모니터링 할 수 있는 것이다.

10...하우징 21...센서블럭
23...케이블 25...감쇄유니트
33...통신모듈 50...리더기
51...관리서버 70...커플링

Claims (4)

1. 하우징 내측에 원주방향을 따라 고유 ID가 부여되는 센서블록과 이에 연결되는 케이블로 이루어지는 복수의 센서유니트가 각각 배치되고,
   상기 센서유니트는 센서블럭과 케이블이 하우징에 각각 고정되면서 각각의 센서블럭에는 상이한 길이의 케이블이 연결되고,
   상기 센서유니트는 리더기와 유선 또는 무선통신이 가능토록 마이콤과 통신모듈의 조합으로 이루어진 통신수단이 구비되고,
   상기 통신모듈은, RFID, 블루투스중에서 선택되는 무선통신모듈 또는 유선에 의한 통신이 가능토록 설치되는 시리얼포트중에서 선택되고,
   상기 계측센서는, 센서유니트를 구비하는 하우징이 연결수단을 구비하는 커플링을 통하여 하나 이상이 연결되고,
   상기 케이블은, 스프링으로 이루어진 감쇄유니트가 더 연결되는 구성으로 이루어진 계측센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징은, 단면이 원형 또는 다각형을 갖는 하우징, 원형 또는 다각형 이면서 내장되는 케이블 또는 센서블럭의 외측을 충진재에 의해 충진토록 설치되는 하우징, 단면이 원형 또는 다각형을 갖는 튜브중에서 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 계측센서
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항으로 이루어진 계측센서가 연결수단을 구비하는 커플링을 통하여 연결되어 하나의 단위계측기를 형성하고,
   상기 단위계측기가 측정위치에 복수개 설치되어 하나의 리더기에 연결되며,
   상기 리더기는 현장출력 또는 원격지와 통신이 가능토록 설치되고,
   상기 리더기는 중계기의 역활을 수행토록 설치되고,
   상기 리더기는, 계측센서를 관리 및 제어하는 관리서버와 측정데이터를 저장하는 데이터베이스 및 데이터를 관리자에게 송수신하는 유,무선통신망이 구비되는 구성으로 각종 감시정보를 원격지에 송신토록 하는 계측센서를 이용한 계측 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 관리서버는, 경고 및 위험 발생시에는 스피커 및 경광등을 통한 청각적, 시각적 형태의 경고 정보를 발생시키도록 설치되는 것을 특징으로 하는 계측센서를 이용한 계측 시스템.

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