KR20220141715A - 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치 - Google Patents

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Abstract

압력계를 이용한 지반 침하 측정장치에 관한 것으로, 지반의 침하 기준점과 측정하고자 하는 복수의 측정위치에 각각 지표면을 따라 설치되어 각 측정위치의 압력 변위를 측정하는 복수의 압력계, 상기 침하 기준점에 설치된 탱크에서 공급되는 액체를 내부에 충진시켜 각 압력계에 압력을 전달하는 압력 전달관 및 각 압력계와 광 케이블로 연결되고, 각 압력계에서 측정된 압력 변위를 높이 변위로 환산해서 지반의 침하량을 측정하는 측정단말을 포함하는 구성을 마련하여, 측정하고자 하는 지반에 복수의 압력계와 압력전달관을 설치하고, 압력전달관에 충진된 액체에서 각 압력계에 전달되는 압력의 변위를 측정해서 지반의 침하를 측정할 수 있다.

Description

압력계를 이용한 지반 침하 측정장치{GROUND SETTLEMENT MEASURING APPARATUS}
본 발명은 지반 침하 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력계를 이용해서 지반의 침하, 다리 등의 구조물의 처짐을 측정하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 지반 침하는 수준측량을 이용한 방법과 지표침하계를 이용한 방법을 이용해서 측정한다.
상기 수준측량을 이용한 지반 침하 측정방법은 현장 부근에 굴착의 영향이 미치지 않을 부동점을 설치하고, 그 점을 기준으로 측정하고자 하는 위치의 침하판에 지지된 로드의 선단을 레벨측량으로 측정하여 침하량을 측정한다. 이와 같이 수준측량을 이용한 측정방법은 수준측량을 실시하기 위한 설치비용이 저렴한 장점이 있으나, 오차의 정도가 크고, 로드를 따라서 측정지점을 계속적으로 이동해야 함에 따라 측정에 많은 시간이 소요되며, 차량이 통행하는 도로에서는 그 작업이 매우 위험한 단점이 있다.
상기 지표침하계를 이용한 지반 침하 측정방법은 측정하고자 하는 지점의 암반과 같은 부동층까지 천공하여 앵커를 장착하고 파이프를 부동층에 고정시킨 후, 침하측정 대상면에 침하판을 설치하여 부동층과 지표면의 길이차이, 즉 상대변위차이로 지표침하를 측정한다. 이와 같이 지표침하계를 이용한 측정방법은 앵커의 측정위치에 따라 지중의 변화도 측정할 수 있는 장점이 있으나, 파이프가 부동층의 깊이까지 매설되어야 하므로 장치 설치비가 많이 소요되고, 각 지점들간의 상대 측정이 어려운 단점이 있다.
한편, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 광섬유 격자센서를 이용해서 변위, 변형률 등의 물리량을 계측하는 장치 기술을 개시하여 출원해서 등록받은 바 있다.
상기 광섬유 격자센서는 격자가 형성된 광섬유에 물리적인 힘의 작용으로 인하여 변형이 생겼을 때 격자에서의 빛 굴절 변화가 유발되고, 이러한 굴절 변화를 측정하여 광섬유의 변형률을 측정함으로써, 광섬유가 고정되는 구조물의 변형률을 측정하여 구조물에 작용하는 하중 및 응력을 알 수 있다.
즉, 광섬유 격자센서는 광섬유 코어부의 굴절률을 일정한 주기로 변화시킨 것으로서, 특정 파장의 광만을 선택적으로 반사한다.
이러한 광섬유 격자센서는 고유한 파장 값을 가지며, 전자기파의 영향을 받지 않는 등 물리적인 특성이 매우 우수하여 기존의 전기식 게이지를 대체하고 있는 우수한 물리량 측정소자로서, 현재 그 활용범위가 급속도로 증가하고 있다.
그래서 광섬유 격자센서는 광섬유 내에서 굴절률이 높은 물질에서 낮은 물질로 빛이 진행될 때, 그 경계면에서 일정한 각도 내의 빛이 모두 반사되는 전반사의 원리를 이용해서 변형률, 각도, 가속도, 변위, 온도, 압력변위 등의 물리량을 감지하는 감지센서로 사용되고 있다.
대한민국 특허 등록번호 10-1057309호(2011년 8월 16일 공고) 대한민국 특허 등록번호 10-0992628호(2010년 11월 5일 공고)
따라서 광섬유 격자센서를 이용한 압력센서를 이용해서 지반 침하로 인한 압력의 변화를 측정하여 측정된 압력의 변화를 통해 지반 침하를 정밀하게 측정할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광섬유 격자센서를 이용한 압력계를 적용해서 지반 침하로 인한 압력의 변화를 측정하여 지반 침하를 측정하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압력계에서 측정된 압력 변위를 높이 변위로 환산해서 지반의 침하를 측정하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 평평한 지반뿐만 아니라, 경사면이나 도로, 교량 등의 침하를 측정할 수 있는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치는 지반의 침하 기준점과 측정하고자 하는 복수의 측정위치에 각각 지표면을 따라 설치되어 각 측정위치의 압력 변위를 측정하는 복수의 압력계, 상기 침하 기준점에 설치된 탱크에서 공급되는 액체를 내부에 충진시켜 각 압력계에 압력을 전달하는 압력 전달관 및 각 압력계와 광 케이블로 연결되고, 각 압력계에서 측정된 압력 변위를 높이 변위로 환산해서 지반의 침하량을 측정하는 측정단말을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치에 의하면, 측정하고자 하는 지반에 복수의 압력계와 압력 전달관을 설치하고, 압력 전달관에 충진된 액체에서 각 압력계에 전달되는 압력의 변위를 측정해서 지반의 침하를 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 광섬유 격자센서를 이용한 압력센서로 마련된 압력계를 이용해서 지반의 침하로 인한 압력의 변위를 측정하고, 측정된 압력 변위를 높이 변위로 환산해서 지반 침하를 정밀하게 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 각 압력계에서 타겟부재를 마련하고, 타겟부재를 이용해서 측량된 값과 각 압력계에서 측정된 지반의 침하량을 비교해서 각 압력계의 정상 동작 여부를 진단할 수도 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치의 블록 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 지반 침하 측정장치가 설치된 상태를 예시한 도면,
도 3은 광섬유 격자센서를 이용한 압력센서를 이용해서 압력변위를 측정하는 원리를 설명하는 도면,
도 4는 압력센서의 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정방법을 단계별로 설명하는 공정도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 지반 침하 측정장치가 설치된 상태를 예시한 도면이다.
이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.
본 실시 예에서는 평평한 지반의 침하를 측정하는 것으로 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 경사면이나 도로, 교량, 터널 등 다양한 형상의 지반이나 구조물의 침하를 측정하도록 변경될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 지반의 침하 기준점(11)과 측정하고자 하는 복수의 측정위치(12)에 각각 지표면(G)을 따라 설치되어 각 측정위치(12)의 압력 변위를 측정하는 복수의 압력계(20), 상기 침하 기준점(11)에 설치된 탱크(13)에서 공급된 액체를 내부에 충진시켜 각 압력계(20)에 압력을 전달하는 압력 전달관(30) 및 각 압력계(20)와 광 케이블(23)로 연결되고, 각 압력계(20)에서 측정된 압력 변위를 높이 변위로 환산해서 지반의 침하량을 측정하는 측정단말(40)을 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치(10)는 GPS 신호를 수신해서 침하 기준점(11)의 변위를 측정하는 GPS 수신기(50)를 더 포함할 수 있다.
침하 기준점(11)은 지반의 침하가 발생하지 않는 안정된 지반으로 설정되나, 전체 지형의 변화나 이동에 의해 침하 기준점(11)의 이동이나 침하가 발생할 수도 있다.
따라서 측정단말(40)은 GPS 수신기(50)를 이용해서 침하 기준점(11)의 X축, Y축, Z축 방향으로 발생한 변위를 산출하고, 산출된 침하 기준점(11)의 변위를 기준으로 각 측정위치(12)의 침하를 측정할 수 있다.
침하 기준점(11)에는 상기 액체가 저장되는 탱크(13)가 마련되고, 압력 전달관(30)은 탱크(13)와 각 압력계(20)를 순차적으로 연결해서 상기 액체를 전달하는 기능을 한다.
상기 액체는 점도가 낮은 물이나 실리콘 오일, 부동액, 알콜 등으로 마련될 수 있다.
탱크(13)는 각 압력계(20)로 상기 액체를 용이하게 전달할 수 있도록, 지표면(G)보다 높은 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
탱크(13)에는 외부의 대기와 유동하는 공기통로가 형성되고, 압력 전달관(30) 및 압력계(20)를 설치한 후, 상기 공기통로에는 탱크(13)의 내부 공기와 외부 공기를 차단하는 차단부재(14)가 연결될 수 있다.
밀폐된 탱크(13)에서는 외부의 온도, 압력 등에 의해 탱크(13) 내부의 압력 및 온도가 변화한다. 이로 인해, 탱크(13)에서 압력 전달관(30)을 통해 각 압력계(20)로 전달되는 유체의 압력이 변화함에 따라 측정된 압력값에 오차가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 본 발명은 지반 침하 측정장치를 설치하는 도중에는 탱크에 형성된 공기 통로를 통해 외부의 공기를 유입시켜 유체를 원활하게 이동시킬 수 있다.
그리고 본 발명은 설치 작업이 완료되면, 공기통로에 차단부재(14)를 설치해서 탱크 외부 공기와 내부 공기 사이의 유동을 차단한다.
차단부재(14)는 탱크(13) 내부의 압력 및 온도 변화 등에 따라 탱크(13) 내부의 공기를 임시 저장되도록 팽창되고, 저장된 공기를 다시 탱크(13)로 공급해서 탱크(13) 내부의 압력과 대기압의 평형을 유지하며, 내부에 저장된 유체의 증발을 억제하는 기능을 한다.
이와 함께, 차단부재(14)는 탱크(13) 외부의 수분이나 습기가 탱크(13) 내부로 유입되는 것을 차단해서, 탱크(13) 내부의 유체에 수분이나 습기가 혼합되는 것을 방지하는 기능을 한다.
이러한 차단부재(14)는 압력 변화에 따라 부피가 변화하도록 탄성을 갖는 고무 재질의 막이나 풍선, 통체 등으로 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 탱크에 차단부재를 연결해서 외부 온도, 압력 등의 환경 조건 변화에 따라 탱크 내부의 공기를 임시 저장해서 탱크 내부의 압력과 대기압의 평형을 유지하고, 외부의 수분이나 습기가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
이로 인해, 본 발명은 외부 환경 조건 변화로 인한 측정값의 오차 발생을 미연에 예방해서 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
압력 전달관(30)은 측정하고자 하는 지반에 대략 수평 상태로 설치될 수 있다.
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 압력 전달관(30)을 수직 상태로 설치해서 지반 하부의 층별 침하를 측정하도록 변경될 수도 있다.
그리고 본 발명은 지표면(G) 상에 존재하는 장애물을 회피하도록, 압력 전달관(30)을 좌우 방향으로 굴곡진 형상으로 설치하거나, 경사지게 설치하도록 변경될 수도 있다.
즉, 침하 기준점(11)과 복수의 측정위치(12)는 각각 지표면(G)을 따라 대략 수평으로 배치될 수 있다. 그러나 측정하고자 하는 지반은 위치에 따라 지표면(G)의 높이가 서로 다를 수 있으며, 교량(B)이나 터널 등이 설치될 수 있고, 지반의 침하 등으로 인해 지표면(G)의 높이가 변화할 수도 있다.
그래서 본 실시 예에서 침하 기준점(11)과 복수의 측정위치(12)는 최초 설치시에는 대략 수평으로 배치될 수 있으나, 설치 후 다양한 요인에 의해 수평 상태가 유지되지 못할 수도 있다.
이에 따라, 본 실시 예에서 각 압력계(20)에는 측량장치(도면 미도시)를 이용해서 측량 가능하도록, 타겟부재(24)가 설치될 수 있다.
타겟부재(24)는 각 압력계(20)의 일측, 예를 들어 상단에 대략 '十' 형상으로 형성될수 있다.
그래서 측정단말(40)은 타겟부재(24)를 이용해서 측량한 측량값과 각 압력계(20)에서 지반의 침하량을 측정한 결과를 비교하고, 비교 결과에 기초해서 각 압력계(20)의 정상 동작 여부를 진단할 수 있다.
이를 위해, 측정단말(40)은 각 압력계(20)의 최초 설치시 측량값을 메모리에 저장하고, 저장된 측량값과 각 압력계(20)에서 측정된 지반의 침하량을 비교할 수 있다.
압력 전달관(30)에는 내부에 존재하는 공기를 제거하기 위한 복수의 공기 빼기 밸브(31)가 서로 이격되어 설치될 수 있다.
즉, 지반 침하를 측정하고자 하는 압력 전달관(30)을 설치하는 과정에서 압력 전달관(30) 내부에 공기가 존재하는 경우에는 액체의 이동이 불가능해진다.
따라서 본 발명은 압력 전달관(30)에 복수의 공기 빼기 밸브(31)를 설치해서 액체를 쉽게 이동시켜 충진하고, 지반 침하 측정장치(10)를 설치한 후 외부에서 가해지는 충격이나 진동에 의해 압력 전달관(30) 내부에서 발생한 기포를 제거할 수도 있다.
복수의 압력계(20)는 침하 기준점(11)의 지표면에 설치되는 기준센서(21)와 각 측정위치(12)에 설치되는 복수의 측정센서(22)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 기준센서(21)와 각 측정센서(22)로 마련되는 압력센서의 구성을 상세하게 설명한다.
도 3은 광섬유 격자센서를 이용한 압력센서를 이용해서 압력변위를 측정하는 원리를 설명하는 도면이고, 도 4는 압력센서의 구성도이다.
도 3은 광섬유 격자센서를 이용한 압력센서의 작동 상태를 보인 것으로, 도 3의 (a)와 (b)에는 각각 압력 인가 전과 압력 인가 후 압력 변위가 발생된 상태가 도시되어 있다.
압력 인가 전에는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 압력센서(60)의 본체(61) 내부에 형성된 격막(62)은 수평 상태로 유지된다. 그래서 격막(62)에 연결된 광섬유(63)에는 어떠한 외력도 작용하지 않는다. 따라서, 광섬유(63)에 마련된 광섬유 격자센서(64)도 긴장, 수축 등의 영향을 받지 않는다. 이로 인해, 광섬유(63)의 일단을 통해 광섬유 격자센서(64)를 통해 이동하는 빛은 광섬유 격자센서(64) 내부에서 파장이 변화되지 않는다.
반면, 압력 인가 후에는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 본체(61) 내부의 격막(62)은 하부에서 인가되는 압력(P)에 의하여 상향으로 만곡된다. 이러한 격막(62)의 만곡에 따라, 격막(62)의 중앙부에서는 압력에 따른 수직 변위(이하 '압력 변위'라 함)(δ)가 발생한다. 이에 따라, 만곡된 격막(62)의 중앙부에 연결된 광섬유(63) 및 광섬유 격자센서(64)는 수축되는 축 방향으로의 외력을 받는다. 이로 인해, 광섬유 격자센서(64)는 파장의 변화를 일으키고, 이를 이용해서 압력센서(60)는 상기 압력 변위(δ)량을 측정할 수 있다.
이와 반대로, 격막(62) 하부에 압력(P)이 하향으로 발생하는 경우, 압력 변위(δ)가 하향으로 함몰되도록 형성되므로, 광섬유(63) 및 광섬유 격자센서(64)는 긴장되면서 전혀 다른 파장으로 변화를 일으킨다.
상세하게 설명하면, 압력센서(60)는 도 4에 도시된 바와 같이, 일단에 압력이 인가되는 압력 인가부(65)가 마련되는 본체(61), 압력 인가부(65)에 인가되는 압력에 따라 만곡 또는 함몰되도록 변형되는 격막(62), 인가된 압력에 따라 측정되는 변위를 전달하는 광섬유(63) 및 광섬유(63) 상에 마련되어 인가된 압력에 따라 이완, 긴장됨으로써 변위를 측정하는 광섬유 격자센서(64)를 포함할 수 있다.
그리고 압력센서(60)는 격막(62) 상에 광섬유(63)의 말단을 고정하는 단부측 광섬유고정부(66), 광섬유(63)의 입출력부가 고착제(14)로 견고히 고정되는 입출력측 광섬유고정부(67) 및 본체(61)와 입출력측 광섬유고정부(67)를 구속시켜 광섬유(63) 및 광섬유 격자센서(64)를 고정 지지하는 지지대(68)를 포함할 수 있다.
이러한 압력센서(60)는 광섬유(63)에 압력 변위를 측정하기 위한 광섬유 격자센서(64) 이외에, 별도의 온도보상용 광섬유격자센서(69)가 마련되어, 압력센서(60) 내부에서 온도변화에 따른 광섬유 격자센서(64) 내부의 굴절률 변화에 따른 파장의 변화량을 보상할 수 있다.
물론, 압력센서(60)는 온도보상용 광섬유격자센서(69)를 이용해서 압력센서 외부의 온도 변화에 따른 광섬유 격자센서(64) 내부의 굴절률 변화에 따른 파장의 변화량을 보상할 수 있다.
즉, 본 발명은 각 압력센서에 온도보상용 광섬유격자센서를 마련해서 압력센서 내부 및 외부의 온도 변화에 따른 광섬유 격자센서의 굴절률 변화에 따른 파장의 변화량을 보상함으로써, 지반의 침하량을 정밀하게 측정할 수 있다.
이와 함께, 압력센서(60)는 내부에 포함된 광섬유(63) 및 광섬유격자센서(64,69) 등을 보호하고 외부로부터 영향을 받게 하지 않도록, 외면에 케이스(70)를 결합하고, 케이스(70)의 상단에는 커버(71)가 결합되어 외부와 차폐될 수 있다.
여기서, 커버(71)에는 압력센서(60) 내부의 압력을 압력센서(60) 외부의 대기압과 동일하게 유지하도록, 공기가 이동하는 대기압 보상공(72)이 형성될 수 있다.
본 실시 예에서, 압력인가부(65)는 본체(61)의 하부에 마련되어 본체(61) 내부의 격막(62)이 작동하도록 압력을 인가받는다.
이와 같이, 압력센서(60)는 본체(61)의 하부에 압력인가부(65)를 마련해서 하측에서 인가되는 압력을 격막(62)에 전달해서 압력변위를 측정할 수 있다.
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4에 도시된 압력센서(60)를 상하 반전시켜 본체(61)와 압력인가부(65)를 압력센서(60)의 상단에 마련하도록 변경될 수도 있다.
따라서 압력센서(60)는 침하 기준점(11)와 각 측정위치(12)에 설치된 압력 전달관(30)의 상부나 하부에 모두 설치 가능하다.
또한, 본 발명은 도 4에 도시된 압력센서(60)의 구성으로 한정되는 것은 아니며, 본체(61)의 일측에 마련된 압력인가부(65)를 통해 전달되는 압력에 의해 변형되는 격막(62)과 광섬유(63) 및 광섬유 격자센서(64)를 다양한 구조로 설치해서 구성하도록 변경될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2에서, 측정단말(40)은 기준센서(21)에서 측정된 압력변위를 기준으로 각 측정센서(22)에서 측정된 압력변위의 차이를 산출하고, 산출된 압력 변위 차를 높이 변위를 변환해서 각 측정위치의 지반 침하 여부를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명은 압력 전달관(30)을 반드시 수평 상태로 설치해야 하는 것은 아니며, 설치되는 지반의 형상이나 높이, 간섭되는 구조물 등 주변 환경에 따라 압력 전달관(30)을 경사지게 설치하고, 각 측정센서(22)에 압력을 전달하는 액체의 수위를 조절해서 각 측정센서(22) 간의 높이 차로 인한 압력 변위를 상쇄하여 보상할 수 있다.
또한, 본 발명은 압력 전달관(30)과 압력계(20)을 설치한 후 지반의 침하로 인해 각 측정센서(22)에 압력을 전달하는 액체의 수위를 조절해서 압력 변위를 보상할 수도 있다.
예를 들어, 압력센서(20)를 이용해서 측정할 수 있는 한계 압력 변위가 1m로 설정된 상태에서, 측정센서(22)가 설치된 지반이 침하되어 상기 한계 압력 변위에 근접하는 경우, 본체(61) 내부에 액체를 공급해서 충진시킴으로써, 본체(61) 내부의 압력과 압력인가부(65)에 인가되는 압력을 서로 상쇄할 수 있다.
따라서 본 발명은 압력센서 내부에 액체를 충진시켜 내부 압력을 발생시킴으로써, 지반 침하로 인한 압력 변위를 상쇄시켜 측정 가능한 압력 변위를 조절할 수 있다.
다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력계를 이용한 지반 침하 측정방법을 단계별로 설명하는 공정도이다.
도 5의 S10단계에서 작업자는 지반 침하를 측정하고자 하는 지반에 압력계(20)와 압력 전달관(30)을 설치한다.
이때, 압력계(20)의 기준센서(21)는 안정된 지반으로 설정된 침하 기준점(11)에 설치되고, 복수의 측정위치(12)에는 복수의 측정센서(22)가 각각 지표면(G)을 따라 설치된다.
압력 전달관(30)은 침하 기준점(11)에 설치된 탱크(13)로부터 기준센서(21)와 각 측정센서(22)로 액체를 공급해서 압력을 전달한다.
따라서 기준센서(21)와 각 측정센서(22)는 압력인가부(65)를 통해 인가된 압력, 즉 지반의 침하로 인한 액체의 수위에 의해 발생하는 압력 변위를 측정할 수 있다.
한편, 작업자는 각 압력계(20)의 초기 설치시 각 압력계(20)에 마련된 타겟부재(24)를 이용해서 측량하고, 측정단말(40)은 측량값을 메모리에 저장할 수 있다(S12).
이어서, 작업자는 기준센서(21)와 각 측정센서(22)에 연결된 광 케이블(23)을 측정단말(40)에 연결한다(S14).
그러면 기준센서(21)와 각 측정센서(22)는 광섬유(63) 및 광섬유 격자센서(64)를 이용해서 지반의 변형, 즉 침하로 인해 액체의 수위에 변화에 의해 내부 압력이 변화하면서 본체(61) 내부에 설치된 격막(62)에 작용하는 압력 변위를 측정한다(S16). 측정단말(40)은 각 지점의 압력 변위를 광 케이블(23)을 통해 수광되는 빛의 파장 변화를 검사해서 측정할 수 있다.
S18단계에서 측정단말(40)은 측정된 각 지점의 압력 변위를 높이 변위로 환산하고, 환산된 높이 변위를 이용해서 각 지점의 지반 침하 여부를 판단한다(S20).
이때, 측정단말(40)은 기준센서(21)에서 감지된 압력변위와 GPS 수신기(50)를 통해 측정된 침하 기준점(11)의 변위를 기준으로 각각 측정지점의 지반 침하 여부를 판단할 수 있다.
한편, S22단계에서 작업자는 각 압력계(20)에 마련된 타겟부재(24)를 이용해서 재측량하고, 측정단말(40)은 메모리에 저장된 측량값 및 재측량값과 각 압력계(20)에서 측정된 지반의 참하량을 비교해서 각 압력계의 정상 동작 여부를 진단할 수 있다(S24).
상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 측정하고자 하는 지반에 복수의 압력계와 압력 전달관을 설치하고, 압력 전달관에 충진된 액체에서 각 압력계에 전달되는 압력의 변위를 측정해서 지반의 침하를 측정할 수 있다.
그리고 본 발명은 광섬유 격자센서를 이용한 압력센서로 마련된 압력계를 이용해서 지반의 침하로 인한 압력의 변위를 측정하고, 측정된 압력 변위를 높이 변위로 환산해서 지반 침하를 정밀하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 각 압력계에서 타겟부재를 마련하고, 타겟부재를 이용해서 측량된 값과 각 압력계에서 측정된 지반의 침하량을 비교해서 각 압력계의 정상 동작 여부를 진단할 수도 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 측정하고자 하는 지반에 복수의 압력계와 압력 전달관을 설치하고, 압력 전달관에 충진된 액체에서 각 압력계에 전달되는 압력의 변위를 측정해서 지반의 침하를 측정하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치 기술에 적용된다.
10: 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치
11: 침하 기준점 12: 복수의 측정위치
13: 탱크 14: 차단부재
20: 압력계 21: 기준센서
22: 측정센서 23: 광 케이블
24: 타겟부재
30: 압력 전달관 31: 공기 빼기 밸브
40: 측정단말 50: GPS 수신기
60: 압력센서 61: 본체
62: 격막 63: 광섬유
64: 광섬유 격자센서 65: 압력 인가부
66: 단부측 광섬유고정부 67: 입출력측 광섬유고정부
68: 지지대 69: 온도보상용 광섬유 격자센서
70: 케이스 71: 커버
72: 대기압 보상공
G: 지표면 B: 교량

Claims (8)

  1. 지반의 침하 기준점과 측정하고자 하는 복수의 측정위치에 각각 지표면을 따라 설치되어 각 측정위치의 압력 변위를 측정하는 복수의 압력계,
    상기 침하 기준점에 설치된 탱크에서 공급되는 액체를 내부에 충진시켜 각 압력계에 압력을 전달하는 압력 전달관 및
    각 압력계와 광 케이블로 연결되고, 각 압력계에서 측정된 압력 변위를 높이 변위로 환산해서 지반의 침하량을 측정하는 측정단말을 포함하며,
    상기 압력계는 측량 가능하도록, 타겟부재를 포함하고,
    상기 측정단말은 상기 타겟부재를 이용한 측량 결과와 상기 압력계에서 측정된 지반의 침하량을 비교해서 상기 압력계의 정상 동작 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 기반 침하 측정장치.　
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압력계는 상기 침하 기준점에 설치되는 기준센서와
    각 측정위치에 설치되는 복수의 측정센서를 포함하고,
    상기 기준센서와 각 측정센서는 각각 일단에 압력이 인가되는 압력 인가부가 마련되는 본체,
    상기 압력 인가부에 인가되는 압력에 따라 만곡 또는 함몰되도록 변형되는 격막,
    상기 격막에 연결되고 상기 격막에 인가된 압력에 따라 측정되는 변위를 전달하는 광섬유 및
    상기 광섬유 상에 마련되고, 인가된 압력에 따라 이완 또는 긴장되어 변위를 측정하는 광섬유 격자센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준센서와 각 측정센서는 각각 내부에 포함된 상기 광섬유 및 광섬유 격자센서를 보호하고 외부로부터 영향을 차단하도록, 외면에 케이스가 결합되며,
    상기 케이스의 일단에는 커버가 결합되며,
    상기 커버에는 각 압력센서 내부의 압력을 외부의 대기압과 동일하게 유지하도록, 공기가 이동하는 대기압 보상공이 형성되는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압력 전달관은 측정하고자 하는 지반을 따라 설치되고,
    상기 압력 전달관에는 복수의 공기 빼기 밸브가 서로 이격 설치되는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 압력 전달관은 설치되는 지반의 형상이나 높이, 주변 환경에 따라 경사지게 설치되고, 각 측정센서에 압력을 전달하는 액체의 수위를 조절해서 각 측정센서 간의 높이 차로 인한 압력 변위를 상쇄하여 보상하는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 압력 전달관은 상기 압력 전달관과 압력계가 설치된 상태에서, 각 측정센서에 압력을 전달하는 액체의 수위를 조절해서 각 측정센서의 내부 압력을 발생하여 지반 침하로 인한 압력 변위를 상쇄시켜 측정 가능한 압력 변위를 조절하는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탱크에는 외부의 대기와 유동하는 공기통로가 형성되고,
    상기 압력 전달관 및 압력계를 설치한 후, 상기 공기통로에는 탱크 내부 공기와 외부 공기를 차단하는 차단부재가 연결되며,
    상기 차단부재는 상기 탱크 내부의 압력 및 온도 변화에 따라 상기 탱크 내부의 공기를 임시 저장하도록 팽창되고, 저장된 공기를 다시 상기 탱크로 공급해서 상기 탱크 내부의 압력과 대기압의 평형을 유지하며, 상기 탱크 내부에 저장된 유체의 증발을 억제하고, 상기 탱크 외부의 수분이나 습기가 상기 탱크 내부로 유입되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    GPS 신호를 수신해서 상기 침하 기준점의 변위를 측정하는 GPS 수신기를 더 포함하고,
    상기 측정단말은 상기 GPS 수신기에 의해 상기 침하 기준점에서 발생한 변위를 산출하고, 산출된 상기 침하 기준점의 변위를 기준으로 각 측정위치의 침하를 측정하는 것을 특징으로 하는 압력계를 이용한 지반 침하 측정장치.
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