KR20160095293A - 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템 - Google Patents

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KR20160095293A
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박준기
봉태근
권성원
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주식회사 하이드로넷
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템에 있어서, 지하수 관정의 상부에 배치되고, 상기 관정 내에 삽입되는 케이블을 감거나 푸는 윈치; 및 상기 케이블의 단부에 부착되며, 탄성파를 발생시키는 제1 탄성파 발신기 및 탄성파를 수신하는 제1 탄성파 수신기를 포함하는 제1 센서 어셈블리;를 포함하고, 상기 제1 센서 어셈블리가 상기 윈치에 의해 상기 관정 내에서 상승 또는 하강할 때 케이블의 소정 길이 간격마다 정지하고, 이 정지 상태에서, 상기 제1 탄성파 발신기가 탄성파를 발신하고 상기 제1 탄성파 수신기가 이 발신된 탄성파의 반사파 및/또는 굴절파를 수신하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 제공한다.

Description

싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템 {System for monitoring groundwater with function of detecting sinkhole}
본 발명은 지하수 탐지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 싱크홀 탐지 기능을 함께 갖는 지하수 탐지 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 지표면에 싱크홀이 종종 발생하여 사회적 관심이 집중되고 있다. 싱크홀은 지하 암석이 용해되거나 동굴이 붕괴되어 생긴 움푹 패인 웅덩이를 의미하는데, 우리 주변에서 나타날 수 있는 싱크홀은 일반적으로 지하수와 관계 깊은 경우도 있다. 예를 들어 지하수가 빠져나가고 지하수의 수위가 낮아져서 지반이 주저앉아 싱크홀이 발생하기도 한다.
이러한 싱크홀을 탐지하는 방법으로서 종래에 탄성파 탐사 방법이 많이 사용된다. 탄성파 탐사란 인위적으로 발생시킨 탄성파가 지하 지층에서 반사되거나 굴절되어 되돌아 오는 것을 수신하고 이로부터 지하의 지층 구조나 물리적 특성을 탐사하는 방법이다.
탄성파 탐사는 지표에 발진기와 수신기를 각각 설치하여 지하정보를 조사하는 지표 탐사법과, 지면으로부터 일정 깊이 굴착한 시추공에 탄성파 발진기와 수신기를 각각 설치하여 시추공간의 지하정보를 영상화하는 시추공간 탄성파 탐사("탄성파 토모그래피(tomography) 탐사" 라고도 함)로 구분될 수 있다. 이와 관련하여 도1은 종래의 시추공간 탄성파 탐사법을 예시하고 있다.
도1에 도시한 바와 같이 시추공간 탄성파 토모그래피 탐사는 일정 거리 이격된 양측에 지면으로부터 일정 깊이의 시추공(4,5)을 각각 굴착하고, 하나의 시추공(4)에는 탄성파 발생원으로서 다수개의 탄성파 발신기(6)를 케이블(3)에 연결하여 일정 깊이마다 설치한다. 다른 하나의 시추공(5)에는 탄성파를 수신하는 수신기(7)를 케이블(3)에 연결하여 일정 깊이마다 설치한다.
그 후 제어장치(1)에 의해 하나의 발신기(6)에서 발생된 탄성파가 시추공간의 지하매질을 통과하여 다른 한쪽의 시추공(5) 내에 배치된 수신기(7)에 도달되는 시간을 측정하여 기록 장치(2)에 기록하고, 이러한 동작을 모든 탄성파 발신기(6)에 대해 차례로 반복하여, 이렇게 기록된 데이터를 계산하여 두 개의 시추공(4,5) 사이의 지하 매질을 영상화하고 분석하여 연약지반(9)과 같은 싱크홀 추정 영역을 탐지한다.
이러한 종래기술은 적어도 2개 이상의 시추공을 굴착해야 하고 일정 높이마다(예컨대 1미터 마다) 탄성파 발신기 또는 탄성파 수신기를 설치해야 하는데 각 발신기 또는 수신기 가격이 상당히 비싸며 도1과 같이 다수개의 발신기 세트와 수신기 세트를 포함한 전체 시스템을 구현하려면 수천만원 이상의 비용이 소요된다. 또한 해상도를 높이기 위해서는 더욱 더 많은 센서를 촘촘하게 배치해야 해서 비용은 그만큼 증가하게 된다. 따라서 비용절약을 위해 발신기/수신기 세트를 한 곳에 고정 설치하지 않고 이동식으로 설치하기도 한다. 예컨대 도1과 같이 발신기 세트와 수신기 세트를 두 개의 시추공에 각각 설치하여 측정한 후 발신기 세트 또는 수신기 세트를 또 다른 시추공으로 이동하여 설치하여 측정하는 식으로 운용하기도 한다. 이러한 운영방식은 설치, 회수 등의 운영비용이 발생하고 문제가 있는 곳의 탐사는 가능하나 고정식으로 항상 검침하는 것이 아니므로 문제를 사전에 인지하는 데는 한계가 있다. 그리고 보통 노이즈가 적은 심야시간대의 작업은 작업자들의 피로도나 비용상승의 문제와 직결되어 있다.
이와 같이 종래기술의 싱크홀 탐지 방법은 시스템 운용비용이 많이 요구되고 한 군데에서 장기 모니터링을 하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제2000-0002811호 (2000년 1월 15일 공개)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지하수 관측을 위해 시추하는 관정을 그대로 이용함으로써 싱크홀 탐지 비용을 절약할 수 있는 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 센서 어셈블리가 탄성파 발신기와 수신기를 모두 포함하도록 구성함으로써 하나의 관정에서 주변 지중의 싱크홀을 탐지할 수 있는 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 위의 실시예의 관정을 여러 개 설치하여 자신의 탄성파 발신기에서 발생한 탄성파의 반사파 뿐만 아니라 다른 관정의 발신기의 탄성파를 수신함으로써 좀 더 많은 데이터를 확보하여 탐사 범위 및 해상도를 높인 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 윈치를 이용하여 센서를 승강하면서 탐지함으로써 센서를 하나만 사용하더라도 다수개의 센서를 사용하는 것과 동일한 탐지 효과를 내면서 비용을 대폭 저감할 수 있는 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 지향성 수신기로 구성된 탄성파 수신기를 사용함으로써 보다 정밀한 싱크홀 탐사를 할 수 있는 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템에 있어서, 지하수 관정의 상부에 배치되고, 상기 관정 내에 삽입되는 케이블을 감거나 푸는 윈치; 및 상기 케이블의 단부에 부착되며, 탄성파를 발생시키는 제1 탄성파 발신기 및 탄성파를 수신하는 제1 탄성파 수신기를 포함하는 제1 센서 어셈블리;를 포함하고, 상기 제1 센서 어셈블리가 상기 윈치에 의해 상기 관정 내에서 상승 또는 하강할 때 케이블의 소정 길이 간격마다 정지하고, 이 정지 상태에서, 상기 제1 탄성파 발신기가 탄성파를 발신하고 상기 제1 탄성파 수신기가 이 발신된 탄성파의 반사파 및/또는 굴절파를 수신하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 지하수 관측을 위해 시추하는 관정을 그대로 이용할 수 있으므로 싱크홀 탐지 비용을 절약할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 하나의 센서 어셈블리가 탄성파 발신기와 수신기를 모두 포함하도록 구성하여, 두 개의 관정을 이용하지 않고 하나의 관정에서 주변 지중의 싱크홀을 탐지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 위의 실시예의 관정을 여러 개 설치하여 자신의 탄성파 발신기에서 발생한 탄성파의 반사파 뿐만 아니라 다른 관정의 발신기의 탄성파를 수신함으로써 좀 더 많은 데이터를 확보하여 탐사 범위 및 해상도를 높이는 것이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 윈치를 이용하여 센서를 승강하면서 탐지하기 때문에 센서를 하나만 사용하더라도 다수개의 센서를 사용하는 것과 동일한 탐지 효과를 내면서 비용을 대폭 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 복수개의 지향성 수신기로 구성된 탄성파 수신기를 사용함으로써 보다 정밀한 싱크홀 탐사를 할 수 있는 이점이 있다.
도1은 종래의 싱크홀 탐지 방법을 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 설명하기 위한 도면,
도3은 일 실시예에 따른 관정의 단면도,
도4는 일 실시예에 따른 센서 어셈블리의 사시도,
도5는 일 실시예에 따른 관정에 센서 어셈블리가 투입된 모습을 설명하기 위한 도면,
도6은 일 실시예에 따른 센서 어셈블리를 설명하기 위한 블록도,
도7은 일 실시예에 따른 센서 어셈블리의 구조를 나타내는 도면,
도8 내지 도10은 대안적 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 설명하기 위한 도면,
도11은 복수개의 관정이 설치된 실시예를 설명하기 위한 도면,
도12는 일 실시예에 따른 윈치의 사시도,
도13은 일 실시예에 따른 윈치의 일부를 다른 각도에서 바라본 사시도,
도14는 일 실시예에 따른 드럼의 형상을 설명하기 위한 도면,
도15는 드럼이 제거된 상태의 일 실시예에 따른 윈치의 사시도,
도16은 드럼이 제거된 상태의 일 실시예에 따른 윈치의 일부의 사시도,
도17은 일 실시예에 따른 윈치의 일부의 단면도
도18은 일 실시예에 따른 케이블의 단면도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "위" (또는 "아래", "오른쪽", 또는 "왼쪽")에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 반드시 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않으며, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 상대적 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 관정(20)의 상부에 배치된 윈치(100), 복수개의 센서를 포함하는 센서 어셈블리(30), 및 일단이 윈치(100)에 감겨있고 타단이 센서 어셈블리(30)에 결합된 케이블(40)을 포함한다.
관정(20)은 지하수 관측을 위한 지하수용 관정이고, 지표면에 수직으로 형성되어 있으며, 관정(20) 내에 소정 높이까지 지하수가 존재하고 있다고 가정한다.
일 실시예에서 관정(20)의 상부에서 땅속이나 지표면 부근에 윈치(100)를 포함하는 박스(10)가 설치된다. 윈치(100)는 관정(20) 내에 삽입되는 케이블(40)을 감거나 푸는 역할을 한다. 박스(10)의 하부면에 케이블(40)이 통과할 수 있도록 관통구가 형성되어 있고, 윈치(100)의 하부로부터 권출되는 케이블(40)이 이 관통구를 통과하여 관정(20) 아래로 내려갈 수 있다.
센서 어셈블리(30)는 케이블(40)의 아래쪽 단부에 결합되어 매달린 채로 관정(20)의 측면에 형성된 가이드 홈에 안내되며 상하로 움직일 수 있다. 이와 관련하여 도3은 일 실시예에 따른 관정의 단면도를 나타내고 도4는 센서 어셈블리의 예시적인 외관을 나타낸다.
도3을 참조하면, 관정(20)의 내부에 가이드홈(21)이 형성된다. 도시한 실시예에서, 관정(20)의 내측면에 관정의 중심 방향으로 한 쌍의 돌출부(211,213)가 서로 소정길이 이격되어 형성됨으로써 가이드홈(21)이 만들어진다. 가이드홈(21)은 관정(20)의 길이방향을 따라 수직으로 형성된다.
가이드홈(21)은 관정의 내측면에 일정 간격으로 복수개 형성될 수 있다. 도시한 실시예에서 가이드홈(21)과 가이드홈(23)이 서로 마주보는 위치에 형성되고 가이드홈(22)과 가이드홈(24)이 서로 마주보는 위치에 형성된다. 대안적 실시예에서, 가이드홈(22,24)이 생략되어도 무방하다.
도4를 참조하면, 센서 어셈블리(30)는 케이블(40)에 결합되는 본체(301), 및 이 본체(301)의 상부와 하부에서 각각 돌출되는 복수개의 지지부(306), 및 이 지지부(306)에 각각 부착되는 바퀴(305)를 포함한다. 각각의 바퀴(305)는 바퀴(305)의 축에 결합된 연결부재(307)를 통해 지지부(306)에 부착된다. 연결부재(307)는 지지부(306)에 회전가능하게 부착되며 스프링(309)이 바퀴(305)를 관정의 가이드홈에 밀착되도록 한다.
도시한 실시예에서 센서 어셈블리(30)에 4개의 바퀴(305)가 부착된다. 2개의 바퀴는 센서 어셈블리(30)의 상부에서 서로 마주보며 배치되고 나머지 2개의 바퀴는 센서 어셈블리(30)의 하부에서 서로 마주보며 배치된다. 이러한 구성에 따라, 도5에 도시한 것처럼 센서 어셈블리(30)가 관정(20) 내에 삽입되었을 때, 센서 어셈블리(30) 상부의 2개의 바퀴(305)의 각각이 관정(20)의 가이드홈(21,23)에 각각 맞물려서 안착된다. 또한 도면에 도시하지 않았지만 센서 어셈블리(30) 하부의 2개의 바퀴도 각각 관정의 가이드홈(21,23)에 맞물려서 안착된다.
이러한 구성에 따르면, 센서 어셈블리(30)가 가이드홈(21,23)에 의해 안내되며 관정(20) 내부에서 상하로 이동하기 때문에 센서 어셈블리(30)가 임의로 회전하거나 관정(20)의 내측면에 부딪히는 것을 방지한다. 또한 관정(20)이 기울어진 경우, 관정의 기울기가 센서 어셈블리(30)에 그대로 전달되기 때문에, 센서 어셈블리(30)가 경사도 측정 센서를 포함하고 있는 경우 이 경사도 측정 센서가 센서 어셈블리(30)의 기울기를 그대로 측정하면 관정(20)의 기울기를 곧바로 알 수 있는 이점이 있다.
도6은 센서 어셈블리(30)의 예시적은 내부 구성을 블록도로 나타낸다. 센서 어셈블리(30)는 지하수 관측을 위한 센서 및 싱크홀 탐지를 위한 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
지하수 관측용 센서는, 예컨대 지하수의 수온 측정 센서(32), 지하수의 전기전도도 측정 센서(33), 및 지하수의 수위 측정 센서(35) 중 하나를 포함할 수 있다. 또한 센서 어셈블리(30)가 관정(20)이 경사지게 형성되었는지를 판단하기 위한 경사도 측정 센서(34)를 더 포함할 수 있으며, 그 외에도 구체적 실시 형태나 필요에 따라 다양한 종류의 센서가 센서 어셈블리(30)에 포함될 수 있다.
지하수의 수위가 갑자기 낮아지거나 지하수의 수온이나 전기전도도 등 지하수의 특성이 갑자기 변하면 지하수 체계에 문제가 발생하였다고 추정할 수 있으며, 특히 지하수위의 급격한 하락은 싱크홀 발생 가능성을 높일 수 있다. 그러므로 상술한 지하수 관측용 센서에서 수집한 데이터들은 지하수 관측 그 자체 용도로도 사용되지만 싱크홀 탐지를 위한 원천 데이터로서도 사용될 수 있다.
싱크홀 탐지용 센서는, 예를 들어 탄성파를 발생하는 탄성파 발신기(31) 및 탄성파를 수신하는 탄성파 수신기(36)를 포함할 수 있다. 탄성파 발신기(31)로서 예컨대 에어건(air gun)을 사용하거나 해머(hammer)를 타격하여 탄성파를 발생시킬 수 있다. 대안적 실시예에서 다른 방식의 음파 발생수단을 사용할 수도 있다.
탄성파 수신기(36)는 탄성파 발신기(31)에서 발신된 탄성파가 지중에서 반사되거나 굴절되어 되돌아오는 탄성파(즉, 반사파 또는 굴절파)를 수신한다. 탄성파는 지중의 매질이 변하는 영역을 만나면 반사하거나 굴절될 수 있으며 이 때 탄성파의 진폭 또는 위상 등이 변하거나 파형이 왜곡되어 반사파 또는 굴절파로서 탄성파 수신기(36)로 되돌아오게 된다. 탄성파 수신기(36)로서는 예컨대 지오폰(geophone)을 사용할 수 있다.
일 실시예에서 탄성파 수신기(36)는 한 개의 무지향성(omni-directional) 탄성파 수신기로 구성될 수 있다. 대안적으로, 싱크홀 탐사의 해상도를 높이기 위해 복수개의 지향성(directional) 수신기를 사용할 수도 있다.
이와 관련하여 도7은 탄성파 수신기(36)를 복수개의 지향성 수신기로 구성하는 예시적인 구성을 나타낸다. 설명의 편의를 위해 도7에서는 바퀴(305), 지지부(306), 및 연결부재(307)의 도시를 생략하였다.
도7의 실시예에서 탄성파 수신기(36)는 6개의 지향성 수신기(361~366)를 포함한다. 각각의 지향성 수신기(361~366)는 수신기의 전방과 후방에서 탄성파를 수신할 수 있고, 도시한 것처럼 6개의 지향성 수신기(361~366)를 각각 수신 방향을 30도씩 틀어서 수직으로 배열하여 전체적으로 나선계단 혹은 꽈배기 형태로 구성한다. 탄성파 수신기(36)는 센서 어셈블리(30)의 본체(301)에 별도의 수신기 케이스(302) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서 탄성파 수신기의 케이스(302)는 필요에 따라 본체(301)에서 착탈될 수 있다.
이와 같이 탄성파 수신기(36)를 복수개의 지향성 수신기로 구성하면 수신되는 탄성파의 방향을 알 수 있으므로 해상도가 향상된 싱크홀 탐사가 가능하다.
다시 도2를 참조하면, 센서 어셈블리(30)의 각종 센서들, 즉 수온 측정 센서(32), 전기전도도 측정 센서(33), 경사도 측정 센서(34), 수위 측정 센서(35), 및 탄성파 수신기(36)가 수신한 각종 수신신호들은 케이블(40) 내의 전선을 통해 윈치(100)쪽으로 전달되어, 윈치(100) 내부 또는 외부에 설치된 제어장치나 데이터 수집장치로 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 어셈블리(30)는 윈치(100)에 의해 상승 또는 하강할 때, 이 길이 간격(d)마다 정지하며, 이 정지 상태에서 탄성파 발신기(31)가 탄성파를 발신하고 그 후 탄성파 수신기(36)가 이 발신된 탄성파의 반사파 및/또는 굴절파를 수신한다. 예컨대 센서 어셈블리(30)가 상승하는 동작을 할 경우, 도2의 상태, 즉 제1 레벨(L1)의 깊이에서 탄성파를 발신하고 그 반사파 또는 굴절파를 수신하고, 그 후 길이 간격(d)만큼 상승하여 제2 레벨(L2)로 올라간다. 제2 레벨(L2)에서 센서 어셈블리(30)는 탄성파를 발신하고 그 반사파 또는 굴절파를 수신한다.
그 후 다시 길이 간격(d)만큼 상승하여 제3 레벨(L3)로 올라가서 탄성파의 발신 및 수신 동작을 하며, 이런 식으로 전체 탐지 구간(즉, 도2의 예에서는 제1 레벨(L1)에서 제7 레벨(L7)까지)에 걸쳐 소정 길이 간격(d)마다 정지하여 탄성파의 발신과 수신 동작을 반복한다. 따라서 본 발명에 따르면 윈치를 이용하여 센서 어셈블리를 상승 또는 하강시키며 일정 깊이마다 정지하여 탄성파를 발신하고 탄성파를 수신함으로써 싱크홀 탐지를 위한 데이터를 일정 깊이마다 수집할 수 있으므로, 각 깊이마다 센서를 설치해야 했던 종래기술과 비교하여 본 발명은 하나의 센서 어셈블리만 사용하면 되므로 훨씬 간단한 구성과 저렴한 비용으로 더 효율적인 싱크홀 탐지를 할 수 있다.
또한 이 때 바람직하게는 케이블(40)의 전체 길이를 대략 20미터 내지 30미터로 한정하고, 케이블(40)을 윈치(100)에 감을 때 케이블(40)이 윈치(100)의 드럼에 한 층으로만 감기도록 한다. 일반적으로 싱크홀은 지표면에서부터 대략 20 내지 30미터 내에 존재하기 때문에, 이와 같이 케이블의 길이를 최대 30미터로 한정하여도 싱크홀 탐지에 문제가 없다. 반면, 케이블(40)의 길이가 너무 길면 케이블이 윈치(100)의 드럼에 감길 때 케이블이 여러 층으로 포개지면서 감기게 되는데, 이럴 경우 케이블이 서로 엉키는 문제가 발생하고 케이블이 지속적으로 감기고 풀리는 동작을 반복함에 따라 케이블의 피복이 늘어나거나 변형되어 케이블을 더 이상 사용할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 케이블의 길이를 20미터 내지 30미터로 제한하여, 윈치(100)의 드럼에 감길 때 케이블이 서로 포개지거나 엉키지 않으면서 한 층으로만 감기도록 구성하여 케이블의 내구성을 높임과 동시에, 싱크홀이 발견되는 최대 30미터 이내까지의 지중을 탐사할 수 있도록 함으로써, 싱크홀 탐사를 위한 가장 효율적인 조합, 즉 하나의 센서 어셈블리만 사용하되 윈치를 이용하여 센서 어셈블리를 승강하면서 센싱하고, 케이블의 길이를 30미터 이하로 제한하고 케이블이 한 층으로만 드럼에 감기도록 하는 구성의 조합을 이루었다.
한편 지하수 관측용 센서(즉 수온 측정 센서(32), 전기전도도 측정 센서(33), 경사도 센서(34), 수위 측정 센서(35) 등)는 위와 같은 센서 어셈블리(30)의 정지 및 탄성파 발신/수신 동작과 연동하여 동작할 수도 있고 이와 무관하게 동작할 수도 있다. 예컨대, 센서 어셈블리(30)가 일정 레벨(L1, L2,..., L7)마다 정지하였을 때, 탄성파의 발신/수신 동작과 동시에 또는 순차적으로, 지하수 관측용 센서(32,33,34,35)가 센싱 동작을 수행할 수 있다. 다른 예로서, 지하수 관측용 센서들은 센서 어셈블리(30)의 이러한 정지 및 탄성파 발신/수신 동작과 무관하게, 기설정된 일정 시간 주기마다 또는 일정 높이마다(즉, 상기 레벨(L1, L2,..., L7)과 무관한 임의의 일정 높이마다) 센싱 동작을 수행할 수 있다.
도8은 대안적 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 나타낸다. 도2와 비교할 때 도8의 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 두 개의 센서 어셈블리, 즉 제1 센서 어셈블리(30-1)와 제2 센서 어셈블리(30-2)를 포함한다. 제1 센서 어셈블리(30-1)와 제2 센서 어셈블리(30-2)는 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있으나, 대안적 실시예에서, 센서 어셈블리(30-1,30-2)의 각각을 구성하는 센서의 종류나 형상이 달라도 무방하다.
도8의 실시예에서, 제1 센서 어셈블리(30-1)는 도2의 실시예와 마찬가지로 케이블(40)의 아래쪽 단부에 부착되고, 제2 센서 어셈블리(30-2)는 케이블(40)의 길이의 중간 지점(즉, 도6에서 제4 레벨(L4) 지점)에 부착된다.
이와 같이 두 개의 센서 어셈블리(30-1,30-2)를 일정 간격 이격시켜 구성하면 하나의 센서 어셈블리가 이동하는 거리가 절반으로 줄어든다. 즉 도8의 예에서, 윈치(100)를 작동하여 케이블(40)을 소정 길이 간격(d)만큼 상승시키면 제1 센서 어셈블리(30-1)는 제2 레벨(L2)에 위치하고 제2 센서 어셈블리(30-2)는 제5 레벨(L5)에 위치하게 되고, 이 상태에서 제1 센서 어셈블리(30-1)와 제2 센서 어셈블리(30-2)의 각각의 탄성파 발신기(31)에서 탄성파를 각각 순차적으로 발신하고 각각의 탄성파 수신기(36)가 이들 탄성파의 반사파 및/또는 굴절파를 수신하게 된다. 이와 같이 도8에서 제1 센서 어셈블리(30-1)는 일정 길이 간격(d)으로 상승 또는 하강하되 전체 케이블의 아래쪽 절반 길이만을 커버하고 제2 센서 어셈블리(30-2)는 케이블의 위쪽 절반 길이만 커버하면 되므로 싱크홀 탐지 시간이 줄어드는 이점이 있다.
한편 도8의 실시예에서는 케이블(40)의 중간에 하나의 센서 어셈블리(30-2)를 추가한 경우를 예로 들었지만, 대안적 실시예에서 예컨대 케이블(40)의 길이를 3등분하여 길이의 1/3 지점과 2/3 지점에 각각 센서 어셈블리를 추가할 수도 있다. 즉 이러한 경우를 일반화하면, 제1 센서 어셈블리(30-1)는 케이블(40)의 가장 아래쪽 단부에 설치하고, 제2 센서 어셈블리(30-2)에 대해서는, 케이블(40)을 n등분 하였을 때(단, n은 2 이상의 정수), 케이블의 길이의 1/n 되는 지점마다 제2 센서 어셈블리(30-2)를 각각 부착하면 된다. 이에 따라 하나의 센서 어셈블리는 전체 케이블 길이의 1/n의 길이만큼만 커버하면 된다. 이 때 복수개의 센서 어셈블리(30)는 모두 동일한 구성을 할 수도 있고, 각 센서 어셈블리가 포함하는 센서의 종류나 형상이 달라도 무방하다.
도9는 또 다른 대안적 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 나타낸다. 도8과 비교할 때 도9의 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템 역시 두 개의 센서 어셈블리, 즉 제1 센서 어셈블리(30-1)와 제2 센서 어셈블리(30-2)를 포함하되, 제2 센서 어셈블리(30-2)가 케이블(40) 전체 길이의 중간에 위치하지 않고, 제1 센서 어셈블리(30-1)에서 상방향으로 소정 길이 간격(d)만큼 이격된 위치에서 케이블(40)에 부착된다. 제1 어셈블리(30-1)와 제2 센서 어셈블리(30-2)는 동일한 구성 및 형상을 가질 수도 있고, 대안적 실시예에서, 센서 어셈블리(30-1,30-2)의 각각을 구성하는 센서의 종류나 형상이 다를 수도 있다.
도9와 같이 2개의 센서 어셈블리(30-1,30-2)를 배치한 경우, 윈치(100)가 케이블(40)을 한번에 소정 길이 간격(d)의 2배만큼 상승시키면, 제1 센서 어셈블리(30-1)는 제3 레벨(L3)까지 상승하고 제2 센서 어셈블리(30-2)는 제4 레벨(L4)까지 상승하게 되고, 이 상태에서 제1 센서 어셈블리(30-1)와 제2 센서 어셈블리(30-2)가 탄성파 발신/수신 동작을 수행한다. 이와 같이 케이블(40)을 한번에 상승 또는 하강시키는 거리를 소정 길이 간격(d)의 배수만큼 늘릴 수 있으므로 싱크홀 탐지 시간이 줄어드는 이점이 있다.
도9의 실시예에서는 제1 센서 어셈블리(30-1)의 위쪽에 하나의 센서 어셈블리(30-2)만 추가한 경우를 예로 들었지만, 대안적 실시예에서 여러 개의 센서 어셈블리(30)를 일정 길이 간격(d)마다 설치할 수 있다. 즉 이러한 경우를 일반화하면, 제1 센서 어셈블리(30-1)는 케이블(40)의 가장 아래쪽 단부에 설치하고, 제2 센서 어셈블리(30-2)에 대해서는, n개의 제2 센서 어셈블리(30-2)를 케이블(40)의 단부로부터 케이블 상부 방향으로 소정 길이 간격(d)마다 하나씩 부착하며, 이 때 n은 1이상 L/2 이하의 정수이고 L은 케이블의 전체 길이이다.
이러한 구성에 따라, 제1 및 제2 센서 어셈블리(30-1,30-2)는 윈치(100)에 의해 관정 내에서 승강할 때 한번에 소정 길이 간격(d)의 (n+1)배 거리씩 상승 또는 하강하면서 탄성파 발신/수신 동작을 수행할 수 있다. 복수개의 제1 및 제2 센서 어셈블리(30-1,30-2)들은 모두 동일한 구성을 할 수도 있고 각 센서 어셈블리가 포함하는 센서의 종류나 형상이 달라도 무방하다.
도8 및 도9를 참조하여 설명한 대안적 실시예에서 케이블(40)의 전체 길이는 예컨대 20미터 내지 30미터 사이의 길이를 가진다. 즉 도8과 도9의 실시예는 케이블(40)의 전체 길이가 도2에서의 케이블(40)의 길이와 동일한 경우에도 하나 이상의 센서 어셈블리를 추가 설치함으로써 싱크홀 탐지 시간을 줄일 수 있는 실시예에 관한 것이다.
이하에서는 도10을 참조하여 케이블(40)의 길이가 도2에서의 케이블의 길이(예컨대 20 내지 30미터)보다 더 길어지는 경우에 대한 실시예를 설명하기로 한다.
도10은 또 다른 대안적 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 나타내며, 도2와 비교할 때 도8의 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 제1 센서 어셈블리(30-1)의 아래쪽에 추가의 제2 센서 어셈블리(30-2)를 더 포함한다. 제1 센서 어셈블리(30-1)는 도2에서와 마찬가지로 지표면에서 제1 레벨(L1)까지의 대략 20~30미터의 관정 깊이를 커버하고, 제2 센서 어셈블리(30-2)는 그 아래쪽의 제1 레벨(M1)에서 제6 레벨(M7)까지의 대략 20~30미터의 깊이를 커버한다. 제1 센서 어셈블리(30-1)와 제2 센서 어셈블리(30-2)는 동일한 구성 및 형상을 가질 수도 있고, 대안적 실시예에서, 센서 어셈블리(30-1,30-2)의 각각을 구성하는 센서의 종류나 형상이 다를 수도 있다.
이와 같이 관정의 깊이가 깊은 경우 제1 센서 어셈블리(30-1) 아래쪽에 케이블(40)을 더 연장하여 제2 센서 케이블(30-2)을 설치하면, 제1 센서 어셈블리(30-1)가 위쪽의 깊이 레벨(L1~L7) 범위에서 승강하며 탄성파의 발신/수신을 수행하는 동안 제2 센서 어셈블리(30-2)가 아래쪽의 깊이 레벨(M1~M7) 사이를 승강하며 탄성파의 발신/수신을 수행하기 때문에, 관정 길이가 20 내지 30미터인 경우(즉 도2의 경우)와 동일하거나 비슷한 시간 내에 싱크홀 탐지를 수행하면서, 같은 윈치를 사용하여 30미터를 오르내리며 탐사하는 경우 탐사 깊이는 두 배로 늘릴 수 있다. 이런 식으로 센서 어셈블리(30-2) 아래쪽에 센서 어셈블리를 추가하면 탐사 깊이도 추가로 더 늘릴 수도 있다.
일 실시예에서 본 발명의 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 복수개의 관정에 각각 배치하여 싱크홀을 탐사할 수도 있다. 이와 관련하여 도11은 복수개의 관정의 각각 에 센서 어셈블리(300-1 내지 300-7)가 하나씩 배치된 구성을 위에서 바라본 모습이다. 각 관정마다 하나씩 센서 어셈블리가 있다고 가정하며, 제1 센서 어셈블리(300-1)를 중심으로 R 거리만큼 이격되어 나머지 센서 어셈블리(300-2 내지 300-7)가 배치되어 있다. 도면에서는 총 7개의 관정이 존재하고 각 관정에 센서 어셈블리가 설치되었다고 가정하였지만, 더 많은 관정이 이와 같이 일정한 거리씩 이격되어 형성될 수 있다.
도면을 참조하면, 예컨대 제1 센서 어셈블리(300-1)는 자신의 탄성파 발신기(31)에서 탄성파(E.W)를 발신하여 이로부터 되돌아오는 반사파를 자신의 탄성파 수신기(36)로 수신할 수 있다. 또한 제1 센서 어셈블리(300-1)는 주위의 센서 어셈블리(300-2 내지 300-7)의 탄성파 발신기에서 발신한 탄성파를 수신할 수도 있다. 예컨대 도시한 것처럼 제1 센서 어셈블리(300-1)가 제3 센서 어셈블리(300-3)나 제4 센서 어셈블리(300-4)에서 발신한 탄성파(E.W)를 수신할 수 있다. 이 때 예컨대 제1 센서 어셈블리(300-1)와 제3 센서 어셈블리(300-3) 사이에 싱크홀과 같은 연약지반(S)이 존재하는 경우, 제3 센서 어셈블리(300-3)에서 발신된 탄성파가 굴절하여 제1 센서 어셈블리(300-1)에 도달할 것이므로, 이 때의 도달 시간과 도달하는 방향 등을 고려하여 연약지반(S)을 더 정확히 탐사할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템을 복수개의 관정에 여러개 설치하여 자신의 탄성파 발신기에서 발생한 탄성파의 반사파 뿐만 아니라 다른 관정의 발신기의 탄성파를 수신함으로써 좀 더 많은 데이터를 확보할 수 있고 탐사 범위 및 해상도를 높일 수 있다.
이하에서는 도12 내지 도17을 참조하여 본 발명의 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템에 사용되기에 적합한 윈치(100)의 예시적 구성을 설명하기로 한다.
도12는 일 실시예에 따른 윈치의 사시도이고, 도13은 일 실시예에 따른 윈치의 일부를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 윈치(100)는 케이블을 권취하는 드럼 어셈블리, 이 드럼 어셈블리를 지지하는 프레임, 및 드럼의 일 측면에 인접하여 배치된 도르래, 및 이 도르래를 승강시키는 도르래 지지부를 포함한다.
일 실시예에서 드럼 어셈블리는 드럼(110), 및 이 드럼(110)의 상부와 하부로부터 각각 돌출된 회전축을 포함한다. 드럼(110)은 케이블(40)을 권취(winding)하거나 권출(unwinding)하는 원통 형상의 부재이며, 드럼(110)에 감기는 케이블(40)이 안착되도록 드럼(110) 표면에 홈이 형성되어 있다.
이와 관련하여 도14는 일 실시예에 따른 드럼의 측면도이다. 도14를 참조하면, 드럼 어셈블리는 드럼(110)의 상부와 하부에 각각 부착된 상부 플랜지부(115) 및 하부 플랜지부(116)를 포함하며, 드럼(110)의 표면에는 홈(118)이 형성되어 있다. 홈(118)은 드럼(110)의 상부에서 하부까지 드럼(110)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 있다. 즉 홈(118)이 드럼(110)의 외주면을 나선형으로 둘러싸며 드럼(110)의 표면에 형성된다. 이 때 도14에 도시하였듯이 각각의 홈(118)의 높이(h)를 1피치라고 부르기로 한다.
일 실시예에서 홈(118)의 높이(h)는, 하나의 홈(118) 당 하나의 케이블(40)이 안착될 정도의 높이를 가진다. 즉 홈(118)의 1피치 길이는 적어도 케이블(40)의 직경과 동일하거나 그보다 큰 것이 바람직하다.
드럼(110)의 크기는 구체적 실시 형태에 따라, 예컨대 사용될 케이블의 길이에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 드럼(110)은 직경이 20cm, 높이가 25cm이면 대략 30m의 케이블(40)을 서로 포개짐 없이 드럼(110)에 한 층으로 감을 수 있으며, 따라서 도1 내지 도11을 참조하여 상술한 지하수 관측 시스템에 사용되기에 적합하다.
도시한 실시예에서 드럼의 회전축은 드럼(110)의 상부 플랜지부(115)에서 위쪽으로 돌출된 상부 회전축(도17의 111) 및 드럼(110)의 하부 플랜지부(116)에서 아래쪽으로 돌출된 하부 회전축(112)을 포함한다. 일 실시예에서 상부 및 하부 회전축(111,112)이 드럼(110) 내부를 관통하여 일체로 연결된 부재일 수도 있고 서로 연결되지 않은 각기 별개의 부재일 수도 있다.
다시 도12를 참조하면, 드럼 어셈블리를 지지하는 윈치의 프레임은 드럼 어셈블리 상부의 상부 프레임(101) 및 하부의 하부 프레임(103)을 포함할 수 있다. 상부 프레임(101)은 드럼 어셈블리의 상부 회전축(111)을 회전가능하게 지지하며, 하부 프레임(103)은 드럼 어셈블리의 하부 회전축(112)을 회전가능하게 지지한다. 상부 프레임(101)과 하부 프레임(103)은 복수개의 지지축(107)에 의해 이격되어 지지된다.
윈치(100)는 드럼 어셈블리에 인접하여 드럼의 회전축(111,112)에 평행하게 배치된 적어도 하나의 가이드 바(140)를 포함한다. 도면에는 2개의 가이드 바(140)를 도시하였지만 가이드 바(140)의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 가이드 바(140)는 상부 프레임(101)과 하부 프레임(103)에 의해 회전가능하게 지지되며, 적어도 하나의 가이드 바(140)의 표면에는 나사산이 형성되어 있다.
일 실시예에서 드럼의 일 측면에 인접하여 하나 이상의 도르래(130)가 배치된다. 도르래(130)는 드럼(110)에 감기거나 드럼(110)에서 풀리는 케이블(40)을 지지하여 인출입시키고 또한 케이블(40)의 방향을 수직 방향으로 전환하여 케이블(40)이 관정(20) 내로 수직으로 오르내릴 수 있도록 한다.
도르래(130)는 도르래 지지부(133)에 의해 회전가능하게 결합되어 지지된다. 도르래 지지부(133)는, 적어도 하나의 가이드 바(140)의 나사산에 맞물려 결합되어 이 가이드 바(140)를 따라 슬라이딩되는 너트(135)를 포함한다. 도르래 지지부(133)와 너트(135)는 일체로 형성될 수도 있고 각기 별개로 제조되어 결합될 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 가이드 바(140)가 회전함에 따라 도르래 지지부(133)가 상하로 이동 할 수 있다.
일 실시예에서 윈치(100)는 드럼(110)과 가이드 바(140)를 구동하기 위한 구동모터(150), 이 구동모터(150)를 제어하는 제어장치(160), 및 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 전달하는 구동력 전달부재를 더 포함한다.
구동모터(150)는 제어장치(160)로부터의 제어신호에 따라 정방향 또는 역방향으로 회전가능한 DC 모터 또는 AC 모터 등 임의의 모터일 수 있다. 도시한 실시예에서 구동모터(150)는 상부 프레임(101)의 일 면에 부착되어 있다. 그러나 실시 형태에 따라 구동모터(150)의 배치 구조가 변경될 수 있음은 물론이다.
도시한 실시예에서 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 전달하는 구동력 전달부재는 구동풀리(151), 제1 종동풀리(113), 제2 종동풀리(141), 및 구동벨트(153)를 포함할 수 있다.
구동풀리(151)는 구동모터(150)와 결합되어 있고, 제1 종동풀리(113)는 드럼(110)의 회전축(111)에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있고, 제2 종동풀리(141)는 하나 이상의 가이드 바(140)의 회전축에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있다. 구동벨트(153)는 구동풀리(151), 제1 종동풀리(113), 및 제2 종동풀리(141)를 연결하는 폐경로로 구성되어, 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 동시에 전달할 수 있다.
도시한 실시예에서는 구동모터(150)가 드럼(110)과 가이드 바(140)에 동시에 구동력을 전달하도록 구성되지만, 대안적 실시예에서, 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)에 전달하는 제1 구동력 전달부재 및 드럼(110)의 구동력을 적어도 하나의 가이드 바(140)에 전달하는 제2 구동력 전달부재를 각기 별개로 구현할 수도 있다.
또 다른 대안적 실시예에서, 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)에 전달하는 제1 구동력 전달부재 및 구동모터(150)의 구동력을 적어도 하나의 가이드 바(140)에 전달하는 제2 구동력 전달부재를 각기 별개로 구현할 수도 있다.
제어장치(160)는 구동모터(150)의 동작을 제어한다. 즉 도1 내지 도10에서 설명한 것과 같이, 센서 어셈블리(30)가 일정 길이 간격(d)만큼 상승 또는 하강한 뒤 정지하는 동작을 반복할 수 있도록 구동모터(150)를 제어할 수 있다.
또한 대안적으로, 제어장치(160)는 탄성파 발신기(31)의 동작도 함께 제어할 수 있다. 예컨대 센서 어셈블리(160)가 임의의 깊이 레벨에 정지하였을 때, 제어장치(160)가 탄성파 발신기(31)에 제어신호를 보내어 탄성파를 발신하게 할 수도 있다. 대안적으로, 탄성파 발신기(31)의 동작은 도면에 도시하지 않은 별개의 제어수단에 의해 제어되어 동작할 수도 있다.
한편 도12에 도시한 실시예에서는 두 개의 가이드 바(140)를 도시하였고 두 개의 가이드 바(140) 모두에 나사산이 형성되어 있다. 즉 두 개의 가이드 바(140)가 모두 회전함으로써 도르래 지지부(133)를 승강할 수 있으며, 이를 위해, 구동벨트(153)에 의해 결합된 한쪽 가이드 바에서 다른쪽 가이드 바로 구동력을 전달하기 위해, 두 개의 가이드 바(140) 사이에 별도의 구동력 전달수단이 결합될 수 있다. 도시한 실시예의 경우, 각각의 가이드 바(140)의 단부에 가이드바 풀리(142)를 포함하고, 이 가이드바 풀리(142)가 가이드바 벨트(143)에 의해 결합됨으로써, 두 개의 가이드 바(140)가 동시에 동일 방향 및 동일 속도로 회전할 수 있게 되고, 가이드 바(140)의 회전에 의해 도르래 지지부(133)가 승강할 수 있다.
이 때 바람직한 실시예에 따르면, 드럼(110)이 1회전 할 때 도르래 지지부(133)가 드럼(11)의 홈(118)의 1피치의 높이만큼 상승 또는 하강하도록 제1 종동폴리(113)와 제2 종동풀리(141)의 기어비 및/또는 가이드 바(140)의 나사산의 간격이 조절되어 있다.
이러한 구성에서, 구동모터(150)가 제1 방향으로 회전함에 따라 드럼(110)이 케이블(40)을 감는 방향으로 회전하고, 이와 동시에 가이드 바(140)가 회전하여 도르래 지지부(133)를 드럼(110)의 1회전당 홈(118)의 1피치 만큼 상승시킨다. 또한 구동모터(150)가 제1 방향의 반대 방향으로 회전하면 드럼(110)이 케이블(40)을 푸는 방향으로 회전하고, 이와 동시에 도르래 지지부(133)가 드럼(110)의 1회전당 홈(118)의 1피치 만큼 하강한다.
그러므로, 케이블(40)이 현재 감기거나 풀리는 홈(118)에 항상 수평한 상태에서 감기거나 풀리기 때문에 케이블(40)이 홈(118)에 정확히 안착될 수 있고 케이블(40)이 서로 포개져서 감기는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도시한 실시예에서는 구동풀리, 종동풀리, 및 구동벨트를 통해 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 전달하는 구성을 개시하였지만, 대안적 실시예에서, 풀리와 벨트 대신 예컨대 기어박스 등과 같이 다른 구동력 전달 방식을 사용할 수도 있다. 기어박스를 사용할 경우, 구동모터(150)의 회전축과 드럼(110)의 회전축 사이에 하나 이상의 기어의 조합을 갖는 기어박스가 사용될 수 있고, 구동모터(150) 또는 드럼(110)의 회전축과 가이드 바(140)의 회전축 사이에도 기어박스가 사용될 수 있다.
또한 도시한 실시예에서는 두 개의 가이드 바(140)가 사용되고 각 가이드 바에 나사산이 형성되어 있지만, 대안적 실시예에서, 가이드 바(140)가 하나 또는 3개 이상 사용되어도 무방하고, 그 중 적어도 하나의 가이드 바(140)에만 나사산이 형성되어 있어도 무방하다.
이하에서 도15 내지 도17을 참조하여 드럼 어셈블리의 예시적 구성을 설명하기로 한다. 도15는 드럼이 제거된 상태의 일 실시예에 따른 윈치의 사시도이고, 도16은 드럼이 제거된 상태의 일 실시예에 따른 윈치의 일부의 사시도이고, 도17은 일 실시예에 따른 윈치의 일부의 단면 사시도이다.
도면을 참조하면, 드럼 어셈블리는 드럼(110), 드럼(110)의 상부와 하부에 각각 부착된 상부 플랜지부(115) 및 하부 플랜지부(116), 상부 플랜지부(115)의 중심에서 외부로 돌출된 상부 회전축(111), 및 하부 플랜지부(116)의 중심에서 외부로 돌출된 하부 회전축(112)을 포함한다.
일 실시예에서 상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)의 각각은 대략 원판 형상이며 드럼(110)의 직경보다 큰 직경을 가진다. 바람직하게는 상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)의 직경이 동일하다. 상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)의 반경과 드럼(110)의 반경의 차이는 케이블(40)의 직경 보다는 작으며, 케이블(40)이 드럼(110)에서 이탈하지 않도록 방지하는 것이 바람직하다.
상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)는 드럼(110)에 의해 이격되어 있으며, 두 플랜지부(115,116) 사이에 배치된 적어도 하나의 샤프트(117)에 의해 지지된다. 샤프트(117)의 일측은 상부 플랜지부(115)에 결합되고 타측은 하부 플랜지부(116)에 결합되어 상부 및 하부 플랜지부(115,116)를 이격시키며 지지한다. 그리고 원통 형상의 드럼(110)은 상부 및 하부 플랜지부(115,116) 사이에서 샤프트(117)를 둘러싸면서 결합되어 있다.
도15와 도16을 참조하면, 일 실시예에서 드럼 어셈블리는 케이블을 지지하는 케이블 그립(121)을 더 포함한다. 도시한 실시예에서 상부와 하부 플랜지부(115,116) 사이에 3개의 샤프트(117)가 서로 이격되어 설치되어 있고, 케이블 그립(121)은 케이블을 감싸며 케이블의 경로를 안내하고 케이블(40) 및 센서(30)의 하중을 지지하기 위해, 3개의 샤프트(117) 중 하나의 샤프트의 하부 플랜지부(116)에 인접한 단부쪽에 결합되어 있다.
케이블 그립(121)의 한쪽 단부는 대략 갈고리 형태로 되어 있어서 샤프트(117)에 체결될 수 있고, 이에 따라, 케이블 그립(121)은 상부 플랜지부(115)에서부터 하나의 샤프트(117)에 가이드되어 내려온 케이블(40)을 다른 하나의 샤프트(117)쪽으로 가이드함과 동시에, 케이블(40)에 가해지는 장력(즉, 케이블 단부에 부착된 센서(30) 및 자중에 의한 장력)을 분산시키는 역할을 한다.
이러한 구성에 따라, 케이블(40)의 한쪽 단부가, 드럼(110)의 하부 플랜지부(116)에 인접한 부위에 형성된 관통구(도10의 119)를 통해 드럼 내부로 인입되어, 샤프트(117), 드럼(110)의 내주면, 및 하부 플랜지부(116)의 내측면에 의해 형성된 경로 및 케이블 그립(121)과 이 케이블 그립(121)의 단부가 체결된 샤프트(117)를 따르는 경로를 따라 상부로 올라가서 상부 플랜지부(115)의 상부 회전축(111)에 고정된 슬립링(125)과 결합한다.
도17을 참조하면, 상부 회전축(111)은 내부의 중심축에 관통구가 형성되어 있고, 회전축(111) 상단에 슬립링(125)이 결합되어 있다. 슬립링(125)은 회전체와 고정체 사이의 전기적 신호 전달을 가능하게 하는 부재로서, 슬립링(125)의 하부는 상부 회전축(111)에 결합되고 슬립링(125)의 상부는 슬립링 브라켓을 통해 윈치(100)의 상부 프레임(101)에 결합되어 있다. 슬립링(125)의 상부에는 윈치(100) 외부와 연결되는 외부 케이블(41)이 전기적으로 연결되어 있다.
한편 도17의 실시예에서 윈치의 상부 프레임(101)과 하부 프레임(103)을 지지하며 연결하는 지지축(107)은 고정축(108)과 이를 둘러싸며 자유롭게 회전할 수 있도록 부착된 회전 파이프(109)를 포함한다.
고정축(108)은 일측이 상부 프레임(101)에 결합되고 타측이 하부 프레임(103)에 결합되어 상부 및 하부 프레임(101,103) 사이를 이격시키며 지지한다. 회전 파이프(109)는 고정축(108)의 적어도 일부분을 둘러싸며 고정축(108)을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 결합된 원통형 형상을 가진다. 일 실시예에서 고정축(108)은 금속 재질로 구성되고 회전 파이프(109)는 예컨대 플라스틱으로 구성될 수 있다.
또한 도17에 도시한 바와 같이, 드럼 어셈블리의 상부 및 하부 플랜지부(115,116)의 직경이 드럼(110)의 직경보다 크기 때문에 플랜지부(115,116)의 외주면이 드럼(110) 보다 방사상 외측으로 약간 더 돌출되어 있어 케이블이 드럼(110)에서 이탈하는 것을 방지한다. 이 때 제1 및 제2 플랜지부(115,116)의 반경과 드럼(110)의 반경의 차이가 케이블(40)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
그리고 바람직하게는, 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 간격이 케이블(40)의 직경 정도인 것이 바람직하다. 예컨대, 유격을 감안하여, 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 간격이 케이블(40)의 직경과 동일하거나 이 직경에 ±10% 오차 내의 값을 가질 수 있다.
이와 같이 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 간격을 유지함으로써, 케이블(40)이 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 틈을 통해 감기게 될 때 케이블(40)이 벌어져서 드럼의 홈(118)에서 이탈하는 것을 방지함으로써 케이블이 서로 포개져서 감기는 것을 방지하고 케이블(40)이 하나의 홈(118)에 하나씩 안착될 수 있도록 한다. 또한 이 때 드럼(110)에 감겨있는 케이블(40)과 접촉해 있는 회전 파이프(109)도 고정축(108)을 중심으로 회전할 수 있으므로, 케이블(40)과 지지축(107)이 서로 접하면서도 케이블이 지지축(107)과의 마찰에 의해 방해받지 않고 드럼에 감길 수 있다.
도18은 본 발명의 윈치(100)에 사용될 수 있는 케이블의 단면도로서, 일 예로서 우레탄 케이블을 예시적인 구조를 도시하였다.
도면을 참조하면, 케이블(40)은 케이블 중심에 위치하는 튜브(41), 케이블의 외측을 구성하는 피복(44), 그리고 튜브(41)와 피복(44) 사이에 배치되는 복수개의 전선(42)을 포함한다. 필요에 따라 복수개의 전선(42)과 피복(44) 사이에 차폐 테이프(43)가 배치되기도 한다. 피복(44)은 우레탄 재질로 만들어지며, 내구성 및 인장강도의 향상을 위해 도시한 것처럼 우레탄 피복(44) 내에 케블라(45)가 일정 간격마다 함침되어 있다.
케블라(45)가 없는 일반적인 우레탄 케이블의 경우, 인장강도가 약할 뿐만 아니라 케이블을 당길 때 우레탄 피복만 늘어나서 케이블 표면이 쭈글쭈글해지고 약해지는 현상이 생긴다. 인장강도를 높이기 위해 보통 케블라 등 보강재를 우레탄 피복 안쪽에 복수개의 전선등과 같이 배치를 하는 경우도 있는데 이러한 경우에도 인장강도는 어느 정도 보강이 되나 특히 케이블이 길어질 경우 자중에 의해 피복이 늘어지거나 보강재가 있어도 케이블을 당길 때 우레탄 피복만 늘어나서 케이블 표면이 쭈글쭈글해지고 약해지는 현상이 생긴다. 이와 같이 케블라 등의 보강재가 없거나 있더라도 우레탄 피복 내측에 다른 전선등과 같이 배치되어 있는 경우는 특히 윈치(100)를 사용하여 감거나 풀기를 반복하는 경우 이러한 현상이 더욱 심해지게 되는데, 도시한 것처럼 우레탄 피복(44)에 케블라(45)를 함침하여 일체로 만듦으로써 케이블의 장력을 보강하고 피복의 미끄러짐을 방지할 수 있어 이러한 문제를 해결할 수 있다.
이상과 같이 도면을 참조하여 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템의 예시적 구성을 설명하였으며, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 아래와 같은 기술적 특징 내지 효과를 적어도 하나 이상 포함하며, 아래에 기재한 것 외의 다른 기술적 특징 내지 효과도 더 포함할 수 있다.
첫째, 일 실시예에 따른 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 지하수 관측을 위해 시추하는 관정을 그대로 이용할 수 있으므로 싱크홀 탐지 비용을 절약할 수 있다.
본 발명의 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템은 지하수용 관정에서 지하수 관측을 하면서 싱크홀 탐지를 추가로 더 수행할 수 있으며, 지하수의 수위나 온도, 관정의 경사도 등과 같은 지하수 관측용 데이터를 싱크홀 분석을 위한 자료로도 활용할 수 있으므로, 싱크홀 탐지를 보다 효율적으로 할 수 있다.
둘째, 센서 어셈블리(30)가 탄성파 발신기와 수신기를 모두 포함하도록 구성하여, 두 개의 관정을 이용하지 않고 하나의 관정에서 주변 지중의 싱크홀을 탐지할 수 있다. 즉 도1의 종래기술에서는 탄성파 발신용 시추공(4)과 탄성파 수신용 시추공(5)을 시추하여야 했고, 탐지 영역도 두 시추공(4,5) 사이의 영역으로 제한되지만, 예컨대 도2에 도시한 본 발명에서는 하나의 관정(20)만 시추하면 되고 이 관정(20)의 360도 주위 영역에 걸쳐 싱크홀을 탐지할 수 있다.
셋째, 윈치를 이용하여 센서를 승강하면서 탐지하기 때문에 센서를 하나만 사용하더라도 다수개의 센서를 사용하는 것과 동일한 탐지 효과를 내면서 비용을 대폭 저감할 수 있다.
도1의 종래기술의 경우 하나의 탄성파 수신기(7) 모듈의 가격이 최소한 200만원 가량 하며, 일반적으로 하나의 케이블(3)에 보통 12개 혹은 24개의 탄성파 수신기(7)를 설치할 경우 전체 가격이 4000만원 내지 6000만원 정도로 상당히 높은 비용이 필요하다. 그러나 본 발명은 하나의 센서 어셈블리만 사용해도 되므로 종래기술 대비 시스템 구성 비용을 획기적으로 절약할 수 있다.
넷째, 복수개의 지향성 수신기로 구성된 탄성파 수신기를 사용함으로써 보다 정밀한 싱크홀 탐사를 할 수 있다. 위와 같이 종래에는 많은 수의 탄성파 수신기(7)를 사용해야 했으므로 각각의 탄성파 수신기(7)를 복수개의 지향성 수신기로 구성하는 것은 비용측면에서 상당한 부담이 되어 현실적으로 불가능하였으나 본 발명에서는 하나의 센서 어셈블리만 사용하므로 탄성파 수신기를 다수개의 지향성 수신기로 구성하는 것이 비용측면에서 문제되지 않는다. 따라서 결과적으로 종래대비 더 저렴한 비용으로 더 높은 해상도의 싱크홀 탐사를 수행할 수 있다.
한편 위와 같은 본 발명의 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템에 적합한 윈치(100)는 종래의 윈치와 대비하여 다음과 같은 기술적 효과를 추가로 더 가질 수 있다.
첫째, 드럼(110)과 도르래(130)의 움직임을 연동시킴으로써 케이블(40)이 드럼의 홈(118)에 하나씩 안착하여 감기는 것을 확실히 보장하며 케이블이 포개져서 감기는 것을 방지할 수 있다.
둘째, 드럼(110)의 1회전마다 도르래 지지부(130)가 드럼 홈(118)의 한 피치씩 움직이도록 하여 케이블을 한 피치씩 이동시키면서 드럼의 홈(118)에 한층만 감기게 함으로써 윈치 구조를 간단하게 하고 케이블이 포개지거나 엉킴을 방지할 수 있다.
셋째, 케이블이 드럼(110)의 표면과 지지축(107) 사이의 간격을 통해 드럼의 홈(118)에 감기며 이 때 이 간격이 케이블 직경의 2배보다 작도록 설계하였으므로 케이블이 포개지면서 감기는 것을 한층 더 방지할 수 있다.
넷째, 하나의 샤프트(117)에 케이블 그립(121)을 체결하여 케이블(40)이 장력을 받더라도 장력을 분산시키고 케이블(40)의 단부가 상부 회전축(111)에 부착된 슬립링 하부에 견고히 결합될 수 있도록 하여 케이블(40)과 외부 케이블(41)의 전기적 접속을 신뢰성 있게 유지할 수 있다.
다섯째, 기존의 윈치에 적절하지 않은 우레탄 케이블도 본 발명에 따른 윈치에 사용할 수 있는 이점이 있다.
우레탄 케이블은 다른 종류의 케이블(예컨대 스테인레스 와이어 케이블 및 테프론 케이블)에 비해 저렴한 장점이 있지만, 내구성이 약하여 드럼에 감겼다가 풀리는 동작이 반복되면 우레탄 피복이 늘어서 케이블에 주름이 생기고 변형이 일어나게 된다. 따라서 종래에는 윈치용 케이블로서 내구성이 강한 스테인레스 와이어 케이블이 가장 적당하지만 스테인레스 와이어 케이블은 가격이 상당히 비싸고 케이블 단부에서 전선을 뽑아내어 다른 장치와 전기적 접속을 연결하는 작업이 상당히 어려운 단점이 있었다. 또한 테프론 피복 케이블은 절연성이 우수하나 가격이 비싸고 잘 긁히며 특성이 딱딱하여 윈치용으로 사용하기에는 어려움이 있다.
그러나 본 발명에 따른 윈치에서는 드럼(110)과 도르래(130)의 움직임을 연동하고 드럼(110)과 지지축(107) 사이의 제한된 틈을 통해 케이블이 감기도록 함으로써 케이블이 포개지지 않고 드럼의 홈(118)에 하나씩 케이블이 안착되어 감기는 것을 보장하기 때문에, 기존의 우레탄 케이블을 사용하더라도 위와 같은 문제가 발생하지 않는다.
또한 일반적인 윈치의 경우 케이블을 가이드 없이 감거나 풀어서 케이블이 얽히기 쉽고 2층 이상 왕복으로 감을 수 있는 가이드를 적용하는 경우에도 케이블을 감거나 풀 때 한 방향으로 회전하는 동안 가이드를 왕복시켜야 되어서 구조가 복잡해지고 비용이 많이 들며 2층 이상에서는 우레탄 피복의 점성에 의해서 더욱 더 겹쳐져서 감기는 문제가 있다. 일 실시예에 따른 윈치의 경우 케이블을 한 층만 감거나 풀기 때문에 감거나 풀 때 한 방향으로만 가이드가 움직임으로써 구조가 간단해져서 제작비용이 절감되고 고장의 요소가 감소하며 케이블이 겹쳐지는 일이 없는 효과를 가진다.
이렇게 일반적인 우레탄 케이블도 사용 가능하도록 한 윈치 구조에 더하여 케이블이 길어짐에 따른 자중에 의하여 또는 윈치를 사용하여 자주 감거나 풀 경우 생길 수 있는 우레탄 케이블의 표면이 늘어나서 약해지거나 쭈글쭈글해지는 현상을 방지하기 위하여 우레탄과 케블라 섬유를 함침하여 만든 우레탄 케이블의 구조는 이 시스템의 안정성을 더욱 높일 수 있는 효과를 가진다.
이상과 같이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 박스
20: 관정
30: 센서 어셈블리
40: 케이블
100: 윈치
110: 드럼
130: 도르래
140: 가이드 바
150: 구동모터
160: 제어장치

Claims (19)

  1. 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템에 있어서,
    지하수 관정의 상부에 배치되고, 상기 관정 내에 삽입되는 케이블을 감거나 푸는 윈치; 및
    상기 케이블의 단부에 부착되며, 탄성파를 발생시키는 제1 탄성파 발신기 및 탄성파를 수신하는 제1 탄성파 수신기를 포함하는 제1 센서 어셈블리;를 포함하고,
    상기 제1 센서 어셈블리가 상기 윈치에 의해 상기 관정 내에서 상승 또는 하강할 때 케이블의 소정 길이 간격마다 정지하고, 이 정지 상태에서, 상기 제1 탄성파 발신기가 탄성파를 발신하고 상기 제1 탄성파 수신기가 이 발신된 탄성파의 반사파 및/또는 굴절파를 수신하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 센서 어셈블리가, 지하수의 수온, 전기 전도도, 수위, 및 관정의 경사도 중 적어도 하나를 측정하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 수신기는, 상기 지하수 관정에서 소정 거리 이격되어 형성된 다른 지하수 관정 내에 설치된 탄성파 발신기에서 생성되는 탄성파를 수신할 수 있는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성파 수신기가, 수평 방향에 대해 소정 각도씩 쉬프트되어 서로 다른 방향을 향하도록 배열된 복수개의 지향성 탄성파 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 관정은 관정의 내측면에 수직방향으로 형성된 복수개의 가이드홈을 포함하고,
    상기 제1 센서 어셈블리는 어셈블리 본체의 상부와 하부에 각각 하나 이상씩 부착된 복수개의 바퀴를 더 포함하고,
    상기 바퀴들의 각각이 상기 관정의 가이드홈에 안착된 상태에서 상기 제1 센서 어셈블리가 상기 관정 내에서 상하로 이동가능한 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이블을 n등분하였을 때(단, n은 2 이상의 정수) 케이블의 길이의 1/n 마다 상기 케이블에 각각 부착되며, 탄성파를 발생시키는 제2 탄성파 발신기 및 탄성파를 수신하는 제2 탄성파 수신기를 포함하는, 적어도 하나의 제2 센서 어셈블리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서 어셈블리의 각각이 상기 윈치에 의해 상기 관정 내에서 상승 또는 하강할 때 케이블의 소정 길이 간격마다 정지하고, 이 정지 상태에서, 상기 제1 및 제2 탄성파 발신기가 각각 순차적으로 탄성파를 발신하고, 상기 제1 및 제2 탄성파 수신기가 이 발신된 탄성파의 반사파 및/또는 굴절파를 수신하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  8. 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템에 있어서,
    지하수 관정의 상부에 배치되고, 상기 관정 내에 삽입되는 케이블을 감거나 푸는 윈치;
    상기 케이블의 단부에 부착되며, 탄성파를 발생시키는 제1 탄성파 발신기 및 탄성파를 수신하는 제1 탄성파 수신기를 포함하는 제1 센서 어셈블리; 및
    상기 케이블의 단부로부터 케이블 상부 방향으로 소정 길이마다 상기 케이블에 각각 부착되며, 제2 탄성파 발신기 및 탄성파를 수신하는 제2 탄성파 수신기를 포함하는, n개(단, n은 1이상 L/2 이하의 정수이고 L은 케이블의 전체 길이)의 제2 센서 어셈블리;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 센서 어셈블리가 상기 윈치에 의해 상기 관정 내에서 상승 또는 하강할 때 상기 소정 길이의 (n+1)배 간격마다 정지하고, 이 정지 상태에서, 상기 제1 및 제2 탄성파 발신기가 각각 순차적으로 탄성파를 발신하고, 상기 제1 및 제2 탄성파 수신기가 이 발신된 탄성파의 반사파 및/또는 굴절파를 수신하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 센서 어셈블리 및 제2 센서 어셈블리 중 적어도 하나의 센서 어셈블리가, 지하수의 수온, 전기 전도도, 수위, 및 관정의 경사도 중 적어도 하나를 측정하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 탄성파 수신기의 각각은, 상기 지하수 관정에서 소정 거리 이격되어 형성된 다른 지하수 관정 내에 설치된 탄성파 발신기에서 생성되는 탄성파를 수신할 수 있는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 탄성파 수신기의 각각이, 수평 방향에 대해 소정 각도씩 쉬프트되어 서로 다른 방향을 향하도록 배열된 복수개의 지향성 탄성파 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 관정은 관정의 내측면에 수직방향으로 형성된 복수개의 가이드홈을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 센서 어셈블리의 각각이, 어셈블리 본체의 상부와 하부에 각각 하나 이상씩 부착된 복수개의 바퀴를 더 포함하고,
    상기 바퀴들의 각각이 상기 관정의 가이드홈에 안착된 상태에서 상기 제1 및 제2 센서 어셈블리가 각각 상기 관정 내에서 상하로 이동가능한 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  13. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 윈치가,
    상기 케이블을 권취하는 원통형의 드럼 및 이 드럼의 회전축을 포함하는 드럼 어셈블리;
    상기 드럼 어셈블리에 인접하여 상기 드럼의 회전축에 평행하게 배치된 적어도 하나의 가이드 바;
    상기 드럼에 감기거나 풀리는 케이블을 외주면에 지지하여 인출입시키는 도르래; 및
    상기 도르래를 지지하고 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 도르래 지지부;를 포함하고,
    상기 드럼은 상기 드럼에 감기는 케이블이 안착되도록 드럼 표면에 형성된 홈을 포함하고, 상기 드럼 어셈블리가 1회전 할 때 상기 도르래 지지부가 상기 가이드 바를 따라 상기 홈의 1피치의 거리를 이동하며,
    상기 윈치는 상기 드럼에 케이블을 감을 때 케이블을 상기 드럼의 홈에 한 층만 감는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가이드 바의 표면에 나사산이 형성되고,
    상기 도르래 지지부(133)는, 상기 가이드 바의 나사산에 맞물려 결합되어 상기 가이드 바를 따라 슬라이딩 가능한 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 윈치가,
    구동모터;
    상기 구동모터의 구동력을 상기 드럼 어셈블리에 전달하는 제1 구동력 전달부재; 및
    상기 드럼 어셈블리의 구동력을 상기 적어도 하나의 가이드 바에 전달하는 제2 구동력 전달부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 윈치가,
    상기 드럼 어셈블리의 일측 단부에서 상기 드럼의 회전축을 지지하는 제1 프레임;
    상기 드럼 어셈블리의 타측 단부에서 상기 드럼의 회전축을 지지하는 제2 프레임; 및
    일측이 상기 제1 프레임에 결합되고 타측이 상기 제2 프레임에 결합되어 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이를 이격시키며 지지하는 적어도 하나의 고정축;을 더 포함하고,
    상기 고정축은, 상기 고정축의 적어도 일부분을 둘러싸며 상기 고정축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 결합된 원통형의 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 드럼 어셈블리가,
    상기 드럼의 일측 단부에 결합되고 상기 드럼의 직경보다 큰 직경의 외주면을 갖는 제1 플랜지부; 및
    상기 드럼의 타측 단부에 결합되고 상기 제1 플랜지부와 동일한 직경의 외주면을 갖는 제2 플랜지부;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 플랜지부의 반경과 상기 드럼의 반경의 차이가 상기 케이블의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 드럼의 표면과 상기 원통형의 파이프 사이의 간격이 상기 케이블의 직경과 동일하거나 이 직경에 ±10% 오차 내의 값을 가짐으로써, 케이블이 상기 드럼의 홈에서 이탈하거나 케이블끼리 서로 겹쳐지거나 엉키는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 케이블은 케이블의 외측을 구성하는 우레탄 피복을 포함하고, 상기 우레탄 피복 내에 일정 간격마다 케블라가 함침되어 있는 것을 특징으로 하는, 싱크홀 탐지 기능을 갖는 지하수 관측 시스템.
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