KR20140128508A

KR20140128508A - 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템

Info

Publication number: KR20140128508A
Application number: KR20130046427A
Authority: KR
Inventors: 노희종; 이승훈
Original assignee: (주)대동계측
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-11-06

Abstract

본 발명은 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토목 공사로 인하여 공사 현장에서 생기는 절개지 또는 가파른 경사로 안전을 위협하는 경사지에 설치된 광섬유가 지면이 변형에 따라 물리적인 변화에 영향을 크게 받는 특징을 이용한 광섬유 센서를 부착하여 사전에 절개지 등의 상태를 파악하고 재난사고를 미연에 방지하며 붕괴를 예방함으로서 귀중한 인명과 재산 또는 시설물 등의 피해를 줄일 수 있도록 한 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 사면의 감시 영역내에 광센서(1)가 내설된 케이스(2)가 사면에 고정된 기둥(3)에 고정되고 광섬유(4)가 내포된 광케이블(5)이 길이방향으로 길게 기둥(3) 사이을 연결시켜 구성된 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 있어서, 상기의 광센서(1)가 원형으로 감겨져 케이스(2) 내부에 설치되어 LD시트템이 구성되고, 여기서, 케이스(2)에 내설되는 광센서(1)는 광결합기(6)가 LED구동장치(7), FBG(8), FP(9)와 연결되고 FP(9)는 전압조절기, PD(10)와 연결되며 전압조절기(11)는 PD(10)와 연결된 증폭기(12), 비교기(13), CPU(14)와 연결되며 CPU(14)는 LED구동장치(7)와 FP(9)로 연결되어 FBG 시스템이 구성되고, 펄스발생기 (15)가 LD(16)에 연결되고 LD(14)는 광전변환부(15)와 연결된 광전결합기(18)와 연결되고 광전변환부(17)는 증폭기(19) A/D변환부(20) 신호처리부(21)로 차례로 연결되고 신호처리부(21)는 펄스발생기(15)에 연결되어 R-OTDR 시스템이 구성된 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템이 제공된다.

Description

광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템{The prevention system of collapse steeped slope}

본 발명은 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토목 공사로 인하여 공사 현장에서 생기는 절개지 또는 가파른 경사로 안전을 위협하는 경사지에 설치된 광섬유가 지면이 변형에 따라 물리적인 변화에 영향을 크게 받는 특징을 이용한 광섬유 센서를 부착하여 사전에 절개지 등의 상태를 파악하고 재난사고를 미연에 방지하며 붕괴를 예방함으로서 귀중한 인명과 재산 또는 시설물 등의 피해를 줄일 수 있도록 한 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 도로 건설로 인한 절개지나 가파른 경사지에 위치한 시설물의 경우 주위 환경의 조금한 변화에도 크게 영향을 받아 산사태 또는 붕괴가 일어나기 쉬우므로 매년 장마철이 다가오면 폭우 등으로 인하여 발생한 산사태로 많은 인명피해와 재산적 손실이 발생되고 있으며, 간혈적으로 발생되는 지진의 위험에서 벗어날 수 없는 것이 주지의 사실이다.

그래서, 종래에는 절개지 또는 경사면의 붕괴를 방지하기위하여 붕괴 방지 빔을 절개지 또는 경사면에 삽입하고 콘크리트로 옹벽을 축조하는 것으로 붕괴를 막아왔었다.

그러나 상기의 방법은 절개지 등은 매년 변화는 환경과 주위의 갑작스런 큰 충격에 대해 변화되어가는 상황을 미연에 알지 못하여 재난을 사전에 예방하고 붕괴을 미연에 막지 못하는 폐단이 있었다.

본 발명은 목적은 상기한 바와 같은 종래의 폐단을 해소하고자 한 데 있는 것으로, 굴절율이 서로 다른 두 매질(코어와 클래드) 경계에서 일어나는 빛의 전반사를 이용하여 빛을 전송시키는 광섬유가 굽혀짐, 변화되는 온도, 압력 그리고 쉬프트되는 주파수 밴드와 같은 물리적인 변화에 크게 영향을 받는 이들 특성을 이용하여 상기의 물리적 변화를 감지하는 광섬유 센서를 광섬유 사이사이 설치하여서 절개지 등의 지면이 조그만 변화하여도 변화 상태를 미연에 파악하여 많은 인명피해와 재산손실를 가져오는 사고를 사전에 예방하고 붕괴를 막을 수 있는 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템를 제공하는데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 사면의 감시 영역내에 광센서(1)가 내설된 케이스(2)가 사면에 고정된 기둥(3)에 고정되고 광섬유(4)가 내포된 광케이블(5)이 길이방향으로 길게 기둥(3)사이을 연결시켜 구성된 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 있어서, 상기의 광센서(1)가 원형으로 감겨져 케이스(2) 내부에 설치되어 LD시트템이 구성된 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 케이스(2)에 내설되는 광센서(1)가 광결합기(6)가 LED구동장치(7), FBG(8), FP(9)와 연결되고 FP(9)는 전압조절기, PD(10)와 연결되며 전압조절기(11)는 PD(10)와 연결된 증폭기(12), 비교기(13), CPU(14)와 연결되며 CPU(14)는 LED구동장치(7)와 FP(9)로 연결되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 케이스(2)에 내설되는 광센서(1)가 펄스발생기 (15)가 LD(16)에 연결되고 LD(14)는 광전변환부(15)와 연결된 결합기(18)와 연결되고 광전변환부(17)는 증폭기(19) A/D변환부(20) 신호처리부(21)로 차례로 연결되고 신호처리부(21)는 펄스발생기(15)에 연결된 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 손실이 적고 전기자기장의 영향을 받지 않지만 광섬유를 구부릴시 나타나는 굽힘 손실, 스트레인 온도 밴드와 같은 물리적인 변화, 그리고 광섬유 내부의 광산란 및 Dopple 효과를 이용한 센서를 부착하여 사면의 조그만 이상징후에도 정확한 측정 자료를 출력할 수 있으므로서 사전에 예방조치와 안전장치가 취해질 수 있고 귀중한 인명과 재산 피해을 막을 수 있는 등의 다양한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 LD시스템의 설치 사시도
도 2는 본 발명의 LD시스템 감쇄 현상을 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 FBG시스템 구성도
도 4는 본 발명의 OTDR시스템 구성도

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명을 첨부도면의 실시예에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

사면의 감시 영역내에 광센서(1)가 내설된 케이스(2)가 사면에 고정된 기둥(3)에 고정되고 광섬유(4)가 내포된 광케이블(5)이 길이방향으로 길게 기둥(3)사이을 연결시켜 구성된 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 있어서, 상기의 광센서(1)가 원형으로 감겨져 케이스(2) 내부에 설치되어 LD시트템이 구성된다.

여기서, 케이스(2)에 내설되는 광센서(1)는 도 3과 같이 광결합기(6)가 LED구동장치(7), FBG(8), FP(9)와 연결되고 FP(9)는 전압조절기, PD(10)와 연결되며 전압조절기(11)는 PD(10)와 연결된 증폭기(12), 비교기(13), CPU(14)와 연결되며 CPU(14)는 LED구동장치(7)와 FP(9)로 연결되어 FBG 시스템이 구성되고, 펄스발생기(15)가 LD(16)에 연결되고 LD(14)는 광전변환부(15)와 연결된 광전결합기(18)와 연결되고 광전변환부(17)는 증폭기(19) A/D변환부(20) 신호처리부(21)로 차례로 연결되고 신호처리부(21)는 펄스발생기(15)에 연결되어 R-OTDR 시스템이 구성된다.

도면중 미설명 부호 22는 코어이고, 23은 클래드이며, 24는 빛의 일부이고, 25는 다른 빛의 일부이다.

LD 시스템은 사면붕괴 및 낙석 발생 감지시스템으로써 Sliding, Rock Rolling 등 대변형 발생 여부를 감지할 수 있으며 사면 영역에 배열된 광섬유(4)를 Bending하여서 발생되는 광감쇄 및 손실특성을 이용한 것이다. 도 2와 같이 코어(22)와 클래드(23)로 형성되어 굽혀진 광섬유(4)에 빛을 입사시키면 빛의 일부(24)는 경계면에서 반사되어 코어(22) 내를 진행하지만 다른 빛의 일부(25)는 클래드(23)를 투과하여 손실하게 된다. 그리고 광섬유(4)는 사면의 움직임에 잘 굽 혀짐으로해서 광섬유(4)를 통과하는 광 강도의 감소로 해서 사면의 움직임을 측정할 수 있다.

FBG 시스템은 도 3과 같이 구성되고 LED구동장치(7)에 의해 LED에 전류가 흐르면 LED는 전류에 비례하는 빛을 광섬유(4)를 통해 전송하고 광결합기(6)를 거쳐 FBG(8) 센서의 특성에 따라 특정 파장의 빛만을 반사시키고 나머지 빛은 그대로 투과하며 FBG(8) 센서로부터 반사된 빛은 광결합기(6)를 통하여 FP{Fabry perot} (9) 필터에 이르게 되고 압력에 의해 FBG(8)센서에서 반사되어 돌아온 빛은 중심파장이 변화하므로 FP(9) 필터의 전압 조절기(11)를 조절 스켄하여 변화한 파장의 값을 검출하고 필터를 통과한 빛은 PD{Photo dioie}(10)에 의해 광전 변환되어 증폭된 후 동기 검파기에서 검파되어 증폭기(12)를 거치게 되며 적분기의 출력신호는 다시 비 교기(13)를 통하여 CPU(14) 도달한다.

그리고 FBG(8)는 게르마늄이 첨가된 광섬유 코어에 자외선 영역의 레이저를 조사하면 주기적인 굴절률 변화를 갖는 격자가 생성되며 이를 광섬유 격자 소자라 하고 광섬유 코어에 새겨진 격자의 주기에 의해 특정 파장의 빛을 반사시킨다.

OTDR 시스템은 도 4과 같이 구성되며 Micro Bending의 감지를 위해 신호주기와 펄스 길이에 따라 LD{Laser Diode}(16)에게 펄스신호를 발생시켜주는 펄스 발생장치 전기적인 펄스신호에 따라 실험대상의 Fiber에 강한 펄스광을 제공하는 LD 수신된 광 신호를 전기적으로 바꿔주는 광전변환부(17)에 출력되는 미약한 전률를 증폭해주는 증폭기(19)가 증폭된 아날로그 신호를 니지털데이터로 바꾸어 주는 A/D변환부(20) 변환된 디지탈데이터를 가공하여 분석하기 편리한 형태로 표현해주는 신 호처리부(21)로 구성되어 있다.

그리고 광섬유는 손실이 적고 전기자기장의 영향을 받지 않아서 통신매체로서 현재 사옹되고 있으나, 광섬유는 스트레인 온도 밴드와 같은 물리적인 변화에 영향을 크게 받는 특징을 가지고 있어 Micro bend의 크기와 위치를 측정할 수 있는 센서를 부착하여 사면붕괴위험감시 콘크리트 Crack감시 등에 적용이 되는 R-OTDR 시스템이 되고, 광섬유 내부의 광 산란과 Doppler 효과에 의한 주파수 측정으로 변위량과 발생위치를 확인할 수 있는 센서를 부착하여서 정밀한 계측이 필요한 곳에서는 사용하기가 어렵지만 오랜 시간에 걸쳐 많은 변위가 발생하는 곳에 사용하기가 적합한 B-OTDR계측기이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 광센서 2: 케이스 3: 기둥
4: 광섬유 5: 광케이블 6: 광결합기
7: LED구동장치 8: FBG 9: FP
10: PD 11: 전압조절기 12: 증폭기
13: 비교기 14: CPU 15: 펄스발생기
16: LD 17: 광전변환부 18: 광전결합기
19: 증폭기 20: A/D변환부 21: 신호처리부

Claims

사면의 감시 영역내에 광센서(1)가 내설된 케이스(2)가 사면에 고정된 기둥(3)에 고정되고 광섬유(4)가 내포된 광케이블(5)이 길이방향으로 길게 기둥(3)사이을 연결시켜 구성된 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템에 있어서, 상기의 광센서(1)가 원형으로 감겨져 케이스(2) 내부에 설치되어 LD시트템이 구성된 것을 특징으로하는 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템.
제 1항에 있어서, 케이스(2)에 내설되는 광센서(1)가 광결합기(6)가 LED구동장치(7), FBG(8), FP(9)와 연결되고 FP(9)는 전압조절기, PD(10)와 연결되며 전압조절기(11)는 PD(10)와 연결된 증폭기(12), 비교기(13), CPU(14)와 연결되며 CPU(14)는 LED구동장치(7)와 FP(9)로 연결된 것을 특징으로하는 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템.
제 1항에 있어서, 케이스(2)에 내설되는 광센서(1)가 펄스발생기 (15)가 LD(16)에 연결되고 LD(14)는 광전변환부(15)와 연결된 결합기(18)와 연결되고 광전변환부(17)는 증폭기(19) A/D변환부(20) 신호처리부(21)로 차례로 연결되고 신호처리부(21)는 펄스발생기(15)에 연결된 것을 특징으로하는 광섬유를 이용한 사면붕괴 방지시스템.