KR101629279B1 - 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치, 및 프로브 - Google Patents

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Abstract

지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치, 및 프로브가 개시된다. 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치는, 프로브 연결부, 케이블 연결부, 저장부, 전원 공급부, 자계 발생부, 회전수 산출부, 및 프로브 위치 산출부를 포함한다. 프로브 연결부는 지반의 변위를 측정하기 위한 변위 측정 센서가 설치된 프로브와 연결되고, 케이블 연결부는 경사계관 내에서 프로브를 이동시키기 위한 케이블과 연결되고, 저장부는 변위 측정 센서에서 측정된 측정값을 저장하고, 전원 공급부는 변위 측정 센서로 전원을 공급하고, 자계 발생부는 경사계관 내면과 접하여 회전하며 이동하는 회전체의 일부 영역에 형성되어 회전체의 회전에 따라 회전하며 자계를 발생하고, 회전수 산출부는 발생된 자계를 측정하여 회전체의 회전수를 산출하며, 프로브 위치 산출부는 산출된 회전수를 이용하여 프로브의 위치를 산출한다.

Description

지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치, 및 프로브{APPARATUS FOR MESURING PROBE LOCATION, AND PROBE FOR INCLINOMETER}
본 발명은 건축 및 토목 공사용 계측기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지중에 삽입되어 지반의 변위량을 측정하는 지중 경사계에 관한 것이다.
지중 경사계(inclinometer)는 굴착 및 성토시 공동 현상 및 지하 수위의 변위량 등 기타 영향으로 인한 토립자의 수평 또는 수직 변위량의 위치와 방향, 크기 및 속도를 계측하여 설계상의 예상 변위량과 비교 검토함으로써 지반 이완 영역 및 가시설 구조물의 안전도를 판단하기 위해 사용하는 계측기이다.
지중 경사계는 주로 지하철이나 흙막이 공사 등의 굴착 공사시의 변위 측정, 교각 및 교대의 변형 측정, 사면의 예상 활동면 측정, 터널, 수직 갱, 댐, 기타 각종 제방 등의 변위 측정에 사용된다.
도 1은 종래의 지중 경사계의 사용 상태를 도시한 도면이다.
일반적인 지중 경사 측정 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 지중공에 경사계 프로브(11)를 삽입하고 그 측정 케이블(14)을 끌어올리면서 심도별로 기울기를 측정한다.
프로브(11)에는 변위 센서(12), 및 스프링 휠(13)이 설치되어 있으며, 케이블(14)에는 프로브(11)와 연결하기 위한 연결부(15)가 설치되어 있다. 프로브(11)는 케이블(14)에 의해 이동하며, 케이블(14)은 사람 또는 기계의 힘에 의해 드럼(16)에 감기거나 풀리는 형식으로 길이를 조정함으로써, 프로브(11)의 위치를 변화시킨다.
케이블(14) 내부에는 전원과 데이터가 이동할 수 있는 배선이 설치되어, 외부에서 프로브(11)로 전원을 공급하고 외부의 출력 장치(17)로 측정된 데이터를 전송한다.
지중 경사계의 사용을 위해 케이블(14)은 케이블 지지 장치(18)에 의해 지지되어 드럼(16)에 감기거나 풀리는 동작을 반복적으로 수행하게 된다.
이러한 반복적인 동작에 의해 케이블(14)은 파손될 수 있는데, 종래의 케이블(14)은 내부에 배선이 설치되므로 케이블(14)의 파손이 더욱 용이하고, 케이블의 비용이 비싸 교체에 비용이 증가하며, 내부 배선으로 인한 케이블(14) 중량의 증가 때문에 프로브(11)의 이동에 보다 많은 에너지가 소비된다.
또한, 일단 케이블(14)이 파손되는 경우 쉽게 교체할 수 없어 시간이나 비용의 증가가 상당하며, 케이블의 길이에 의해 프로브(11)의 위치를 조절하기 때문에 정확한 프로브(11) 위치의 조절이 어려워지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 가볍고 저렴하면서도 케이블의 파손이 어려운 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치, 및 프로브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 케이블에 관계없이 정확한 프로브 위치를 측정할 수 있도록 해주는 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치, 및 프로브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 태양에 따른 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치는, 프로브 연결부, 케이블 연결부, 전원 공급부, 저장부, 자계 발생부, 회전수 산출부, 및 프로브 위치 산출부를 포함한다.
프로브 연결부는 지반의 변위를 측정하기 위한 변위 측정 센서가 설치된 프로브와 연결되고, 케이블 연결부는 경사계관 내에서 프로브를 이동시키기 위한 케이블과 연결되고, 저장부는 변위 측정 센서에서 측정된 측정값을 저장하고, 전원 공급부는 변위 측정 센서에 전원을 공급하고, 자계 발생부는 경사계관 내면과 접하여 회전하며 이동하는 회전체, 회전체의 일부 영역에 형성되어 회전체의 회전에 따라 회전하며 자계를 발생하고, 회전수 산출부는 발생된 자계를 측정하여 회전체의 회전수를 산출하며, 프로브 위치 산출부는 산출된 회전수를 이용하여 프로브의 위치를 산출한다.
이러한 구성에 의하면, 프로브 위치를 조정하는 케이블에서 내부 배선을 제거할 수 있게 되므로 케이블을 보다 가볍고 저렴하면서도 파손이 어렵도록 제작할 수 있게 된다. 또한, 케이블에 관계없이 정확한 프로브의 위치를 측정할 수 있게 되므로, 케이블의 변형이나 교체시에도 정확하게 지반의 변위를 측정할 수 있게 된다. 또한, 복잡한 구조 변경 없이도 기존의 프로브를 활용하여 본 발명을 구현할 수 있게 된다.
이때, 자계 발생부는 회전체의 회전축에 대해 회전체의 회전 방향으로 비대칭인 복수의 영역에 각각 형성될 수 있다. 특히, 회전체의 회전축에 대해 회전체의 회전 방향에 따라 서로간의 거리가 달라지는 두 영역에 각각 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 간단한 구조로도 회전체의 회전 방향을 파악할 수 있어 프로브의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다.
또한, 측정값을 무선 송신하는 무선 송신부를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 지반 변위를 외부에서도 실시간으로 파악할 수 있게 된다.
이때, 프로브 위치 산출부는 서로 다른 복수의 회전체에 대해 산출된 복수의 회전체 회전수로부터 프로브 위치를 산출할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 하나의 회전체에서 발생할 수 있는 여러 가지 돌발 오차 요인을 용이하게 보정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제 2 태양에 따른 지중 경사계용 프로브는, 지반의 변위를 측정하기 위한 변위 측정부, 변위 측정부에 전원을 공급하는 전원 공급부, 변위 측정부에서 측정된 측정값을 저장하는 저장부, 경사계관 내면과 접하여 회전하며 이동하는 회전체, 회전체의 일부 영역에 형성되어 회전체의 회전에 따라 회전하며 자계를 발생하는 자계 발생부, 자계를 측정하여 회전체의 회전수를 산출하는 회전수 산출부, 및 회전수를 이용하여 변위 측정부의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 프로브 위치를 조정하는 케이블에서 내부 배선을 제거할 수 있게 되므로 케이블을 보다 가볍고 저렴하면서도 파손이 어렵도록 제작할 수 있게 된다.
또한, 케이블에 관계없이 정확한 프로브의 위치를 측정할 수 있게 되므로, 케이블의 변형이나 교체시에도 정확하게 지반의 변위를 측정할 수 있게 된다.
또한, 복잡한 구조 변경 없이도 기존의 프로브를 활용하여 본 발명을 구현할 수 있게 된다.
또한, 간단한 구조로도 회전체의 회전 방향을 파악할 수 있어 프로브의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다.
또한, 지반 변위를 외부에서도 실시간으로 파악할 수 있게 된다.
또한, 하나의 회전체에서 발생할 수 있는 여러 가지 돌발 오차 요인을 용이하게 보정할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 지중 경사계의 사용 상태도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치개략적인 도면.
도 3은 도 2의 회전체, 및 자계 발생부의 개략적인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 경사계용 프로브의 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2에서 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치(150)는, 프로브 연결부(151), 케이블 연결부(152), 저장부(153), 무선 송신부(154), 회전체(155), 자계 발생부(156), 회전수 산출부(157), 및 프로브 위치 산출부(158), 전원 공급부(159)를 포함한다.
프로브 연결부(151)는 지반의 변위를 측정하기 위한 변위 측정 센서가 설치된 프로브와 연결되고, 케이블 연결부(152)는 경사계관 내에서 프로브를 이동시키기 위한 케이블과 연결된다.
이때, 프로브 연결부(151)는 기계적, 및 전기적으로 종래의 지중 경사계용 프로브와 연결되는 케이블과 동일한 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우 종래의 지중 경사계용 프로브를 그대로 사용할 수 있게 된다.
케이블 연결부(152)는 종래 내부 배선이 포함되지 않은 새로운 형태의 케이블과 연결될 수 있도록 형성되며, 다양한 형태의 케이블과 결합할 수 있도록 구현되는 것이 바람직할 것이다.
저장부(153)는 변위 측정 센서에서 측정된 측정값을 저장하고, 전원 공급부(159)는 변위 측정 센서에 전원을 공급한다. 저장부(153)가 프로브 내의 변위 측정 센서로부터 전송된 측정값들을 저장하고, 전원 공급부(159)에서 전원을 공급함으로써 별도의 외부 저장 장치로 측정값을 전송하거나 변위 측정 센서의 동작을 위해 필요한 내부 배선을 케이블에서 제거할 수 있게 된다.
무선 송신부(154)는 저장부(153)에 저장된 측정값을 무선 송신한다. 이러한 구성에 의하면, 지반 변위를 외부에서도 실시간으로 파악할 수 있게 된다. 무선 송신부(154)는 필요에 따라 다양한 무선 통신 형태로 구현될 수 있으며, 구현 형태에 따라 사용자는 자신의 이동 통신 단말 등을 이용하여 실시간으로 지반 변위를 파악할 수 있게 된다.
무선 송신부(154)와 함께 무선 수신부(미도시)도 포함될 수 있으며, 이 경우, 외부에서 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치로 제어 명령을 전송하도록 구현될 수도 있을 것이다.
회전체(155)는 경사계관 내면과 접하여 회전하며 이동한다. 이때, 회전체(155)는 프로브에 설치된 스프링 휠 등으로 구현될 수 있다.
자계 발생부(156)는 회전체(155)의 일부 영역에 형성되어 회전체(155)의 회전에 따라 회전하며 자계를 발생한다. 이때, 자계 발생부(156)는 회전체(155)의 회전축에 대해 회전체(155)의 회전 방향으로 비대칭인 복수의 영역에 각각 형성될 수 있다.
특히, 회전체(155)의 회전축에 대해 회전체(155)의 회전 방향에 따라 서로간의 거리가 달라지는 두 영역에 각각 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 간단한 구조로도 회전체의 회전 방향을 파악할 수 있어 프로브의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다.
도 3은 도 2의 회전체, 및 회전체 내부에 형성된 자계 발생부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에서 회전체(155) 이외의 지역에 두 개의 자계 발생 영역이 형성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 회전체(155)에 별도의 전원이나 통신 장치를 설치할 필요가 없기 때문에 간단한 구성으로도 바퀴의 회전을 인식할 수 있게 된다.
특히, 두 자계 발생 영역(156-1, 156-2)이 회전 방향에 따라 거리가 달라지도록 형성된 것을 확인할 수 있다. 즉, 거리 A와 거리 B는 동일하지 않다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 두 자계 발생 영역(156-1, 156-2)에서 각각 발생한 자계의 검출 시차만으로도 회전체(155)의 회전 방향을 파악할 수 있게 된다.
회전수 산출부(157)는 발생된 자계를 측정하여 회전체(155)의 회전수를 산출한다. 회전수 산출부(157)는 회전체(155)의 회전에 의해 주기적으로 변화하는 자계의 강도 변화에 의해 회전체(155)의 회전을 파악할 수 있고, 변화 주기의 반복 횟수를 회전체(155)의 회전수로 판단할 수 있다.
회전체(155)의 회전량은 이와 같이 간접적으로도 측정할 수 있지만, 회전체 내부 또는 외부에 설치되는 인코더 등을 이용하여 직접 측정도 가능하며, 이 경우 회전체(155)의 회전각 변위를 측정함으로써 회전체의 회전량을 측정할 수 있다.
프로브 위치 산출부(158)는 산출된 회전수를 이용하여 프로브의 위치를 산출한다. 이때, 프로브 위치 산출부(158)는 서로 다른 복수의 회전체에 대해 산출된 복수의 회전체 회전수로부터 프로브 위치를 산출할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 하나의 회전체에서 발생할 수 있는 여러 가지 돌발 오차 요인을 용이하게 보정할 수 있게 된다.
프로브의 위치는 미리 설정된 지점을 기준으로 현재의 위치를 회전체(155)의 회전수를 이용하여 산출할 수 있으며, 복수의 회전체(155)에 대해 회전수를 각각 측정하는 경우 일부 회전체에서 슬립 등의 돌발 오차 상황이 발생하는 경우에도 다른 회전체에서 측정된 회전수를 이용하여 이를 인식하고 정확한 측정을 수행할 수 있게 된다.
프로브 위치 측정 장치(150)의 구성은 프로브에 내부에 포함되어 일체로 형성되도록 구현될 수도 있다. 이 경우 별도의 프로브 연결부(151)는 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 경사계용 프로브의 개략적인 도면이다.
도 4에서 도 2에 도시된 프로브 연결부는 나타나 있지 않은 것을 확인할 수 있으며, 저장부(253), 무선 송신부(254), 및 전원 공급부(259)가 변위 측정부(220)와 함께 프로브(200)내에 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4에서, 자계 발생부(256)는 프로브(200) 자체의 스프링 휠(255)에 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
150: 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치
151, 251: 프로브 연결부
152, 252: 케이블 연결부
153, 253: 저장부
154, 254: 무선 송신부
155, 255: 회전체
156, 256: 자계 발생부
157, 257: 회전수 산출부
158, 258: 프로브 위치 산출부
159, 259: 전원 공급부
200: 지중 경사계용 프로브
220: 변위 측정부

Claims (14)

  1. 지반의 변위를 측정하기 위한 변위 측정 센서가 설치된 프로브와 연결되는 프로브 연결부;
    경사계관 내에서 상기 프로브를 이동시키기 위한 케이블과 연결되는 케이블 연결부;
    상기 프로브에 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 변위 측정 센서에서 측정된 측정값을 저장하는 저장부;
    상기 경사계관 내면과 접하여 회전하며 이동하는 회전체;
    상기 회전체의 회전량을 측정하는 회전량 측정부; 및
    상기 회전체의 회전량 정보를 이용하여 상기 프로브의 위치를 산출하는 프로브 위치 산출부를 포함하는 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치로서,
    상기 회전량 측정부는,
    상기 회전체의 일부 영역에 형성되어 상기 회전체의 회전에 따라 회전하며 자계를 발생하는 자계 발생부; 및
    상기 자계를 측정하여 상기 회전체의 회전수 및 회전 방향을 산출하는 회전수 산출부를 포함하고,
    상기 자계 발생부는 상기 회전체의 회전축에 대해 상기 회전체의 회전 방향으로 비대칭인 복수의 영역에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자계 발생부는 상기 회전체의 회전축에 대해 상기 회전체의 회전 방향에 따라 서로간의 거리가 달라지는 두 영역에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 측정값을 무선 송신하는 무선 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 프로브 위치 산출부는 서로 다른 복수의 회전체에 대해 산출된 복수의 회전체 회전수로부터 상기 프로브 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 회전량 측정부는,
    상기 회전체의 회전각 변위를 측정하여 상기 회전체의 회전량을 측정하는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브 위치 측정 장치.
  8. 지반의 변위를 측정하기 위한 변위 측정부;
    상기 변위 측정부에 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 변위 측정부에서 측정된 측정값을 저장하는 저장부;
    경사계관 내면과 접하여 회전하며 이동하는 회전체;
    상기 회전체의 회전량을 측정하는 회전량 측정부; 및
    상기 회전체의 회전량 정보를 이용하여 상기 변위 측정부의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함하는 지중 경사계용 프로브로서,
    상기 회전량 측정부는,
    상기 회전체의 일부 영역에 형성되어 상기 회전체의 회전에 따라 회전하며 자계를 발생하는 자계 발생부; 및
    상기 자계를 측정하여 상기 회전체의 회전수 및 회전 방향을 산출하는 회전수 산출부를 포함하고,
    상기 자계 발생부는 상기 회전체의 회전축에 대해 상기 회전체의 회전 방향으로 비대칭인 복수의 영역에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 자계 발생부는 상기 회전체의 회전축에 대해 상기 회전체의 회전 방향에 따라 서로간의 거리가 달라지는 두 영역에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 변위 측정부의 측정값을 무선 송신하는 무선 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 위치 산출부는 서로 다른 복수의 회전체에 대해 산출된 복수의 회전체 회전수로부터 상기 변위 측정부의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 회전량 측정부는,
    상기 회전체의 회전각 변위를 측정하여 상기 회전체의 회전량을 측정하는 것을 특징으로 하는 지중 경사계용 프로브.
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