KR101718411B1

KR101718411B1 - 지중 변형 계측 장치

Info

Publication number: KR101718411B1
Application number: KR1020160049044A
Authority: KR
Inventors: 이규완
Original assignee: (주)카이센
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-04-04

Abstract

본 발명은 광섬유를 이용하여 특히 지중의 기울어짐과 같은 거동 내지 변형에 대한 감시와 계측이 가능한 지중 변형 계측 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치는 파이프 형태로 이루어진 외측 경사계와, 상기 외측 경사계 내부에 설치되는 내측 경사계를 포함한다.
내측 경사계는 상측 부재와; 하측 부재와; 외력 인가시 제1 방향 또는 제2 방향으로 벤딩 가능하는 제1 벤딩부재와; 상기 제1 벤딩부재와 상호 평행하게 이격 배치되어 상기 외력 인가시 상기 제1 벤딩부재와 동일한 방향으로 벤딩되는 제2 벤딩부재와; 제1 구간은 상기 상측 부재 상에 연결되고, 제2 구간은 상기 하측 부재 상에 연결되어, 상기 제1 방향 벤딩시 인장이 유발되고, 상기 제2 방향 벤딩시 압축이 유발되는 제1 광섬유와; 제1' 구간은 상기 상측 부재 상에 연결되고, 제2' 구간은 상기 하측 부재 상에 연결되어, 상기 제1 방향 벤딩시 압축이 유발되고, 상기 제2 방향 벤딩시 인장이 유발되는 제2 광섬유; 및 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유에 각각 적어도 하나씩 형성되어 있는 광섬유 센서를 포함한다.

Description

지중 변형 계측 장치{UNDERGROUND DEFORMATION MEASURING APPARATUS}

본 발명은 경사계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광섬유를 이용하여 특히 지중의 기울어짐과 같은 거동 내지 변형에 대한 감시와 계측이 가능한 지중 변형 계측 장치에 관한 것이다.

일반적으로 지중의 변형은 미세지진과 폭우 등의 자연적인 원인으로 인하여 발생되거나 여러 건설 공사 등의 인위적인 원인을 통해 발생된다.

그런데 상기와 같은 원인으로 인하여 지중의 변화가 발생되면, 지중의 침하, 파단, 기울어짐 등으로 인하여 지중에 매몰된 각종 관 및 지중에 세워지는 각종 구조물이 붕괴되거나, 비탈면이 붕괴될 수도 있으며, 터널공사를 수행함에 있어 막장이 붕괴되는 등의 사고가 발생된다.

상기와 같은 붕괴를 막기 위하여 최근에는, 비탈면의 붕괴사고를 예측할 수 있는 장비들이 공지되어 사용중에 있으나, 평지면의 붕괴 및 터널 등의 붕괴를 예측할 수 있는 장비의 개발은 미흡한 게 현실이다.

그리고 상기 비탈면의 붕괴에 적용되는 장비로는, 지면에 박는 말뚝과 이를 와이어를 통해 상호 연결하여 와이어의 길이변화에 따라 비탈면의 붕괴조짐을 예측하는 장비가 알려져 있다.

그런데, 이와 같은 장비를 사용하여 비탈면을 계측할 경우에는 비탈면의 표면 붕괴의 예측은 가능하나 비탈면 내부의 지중 계측은 불가능하여 비탈면의 붕괴를 예측할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 파이프 내부에 다수 개의 전기식 센서 기반의 경사계를 커플러로 연결하여 일렬로 배치시킨 후 지중에 매설하는 방식이 제안되었다.

상기 경우 지중의 기울어짐, 침하 등과 같은 지중 변형의 계측이 가능한 장점이 있으나, 전기식 센서 기반의 경사계는 개당 가격이 고가이기 때문에, 하나의 파이프에 다수 개의 경사계가 구비되는 종래 지중 변형 계측 장치는 그 가격이 매우 비싼 단점이 있었다.

또한, 전기식 센서 기반의 경사계는 각각의 경사계 마다 케이블 인출이 필요하기 때문에, 다수 개의 경사계를 지중에 설치시, 케이블 처리, 사용 등이 번거롭고, 낙뢰 등에 의해 센서가 파손될 수 있는 단점이 있었다.

이를 해결하기 위해, 파이프에 광섬유 센서를 부착하는 방식이 제안되었으나, 종래 광섬유를 이용한 경사계는 지중 거동에 의해 파이프 자체의 휨 변형이 발생되는 경우에만 지중 변형의 계측이 가능하고, 만약 파이프의 휨 변형 없이 파이프 전체가 기울어지면 지중 변형의 계측이 불가능한 한계가 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 파이프 내부에서 시계 또는 반시계 방향으로 회전하는 진자를 구비하는 경사계를 설치하고, 이러한 진자는 베어링에 의해 지지대에 회전 가능하게 연결됨으로써, 파이프의 휨 변형 없이 파이프 전체가 기울어질 경우 중력 방향을 향하도록 회전하는 진자에 의해 경사 발생을 계측하는 장치가 제안되었다.

그러나 이런한 진자 방식의 경사계는 진자와 지지대를 연결하는 베어링에 유격 발생이 불가피하여 이로 인해 진자의 횡 방향 유동이 야기되었다. 그런데 이와 같은 진자의 횡 방향 유동은 지중 거동을 계측함에 있어서 노이즈로 작용하고, 이로 인해 측정 정밀도 내지 신뢰도가 저하될 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 경사도 변화에 대한 계측이 가능하면서도 더 나아가 지중 거동에 의한 파이프 자체의 휨 변형은 물론 파이프 전체의 기울어짐 변형과 같은 다양한 지중 변형을 정확히 측정할 수 있는 지중 변형 계측 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 장치 부품의 유격 등에 의한 노이즈 발생 요인을 제거하여 보다 정확하게 경사도를 계측할 수 있는 지중 변형 계측 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치는 파이프 형태로 이루어진 경사계(이하, '외측 경사계'라 칭함)와, 상기 외측 경사계 내부에 설치되는 또 다른 경사계(이하, '내측 경사계'라 칭함)를 포함한다.

내측 경사계는, 상측 부재와; 하측 부재와; 일단부는 상기 상측 부재에 연결되고, 타단부는 상기 하측 부재에 연결되며, 외력 인가시 제1 방향 또는 제2 방향으로 벤딩 가능하게 설치되는 제1 벤딩부재와; 일단부는 상기 상측 부재에 연결되고, 타단부는 상기 하측 부재에 연결되며, 상기 제1 벤딩부재와 상호 평행하게 이격 배치되어 상기 외력 인가시 상기 제1 벤딩부재와 동일한 방향으로 벤딩되는 제2 벤딩부재와; 상기 제1 벤딩부재와 상기 제2 벤딩부재의 전방에 이격 배치되고, 제1 구간은 상기 상측 부재 상에 연결되고, 제2 구간은 상기 하측 부재 상에 연결되어, 상기 제1 방향 벤딩시 인장이 유발되고, 상기 제2 방향 벤딩시 압축이 유발되는 제1 광섬유와; 상기 제1벤딩부재와 상기 제2 벤딩부재의 후방에 이격 배치되고, 제1' 구간은 상기 상측 부재 상에 연결되고, 제2' 구간은 상기 하측 부재 상에 연결되어, 상기 제1 방향 벤딩시 압축이 유발되고, 상기 제2 방향 벤딩시 인장이 유발되는 제2 광섬유; 및 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유에 각각 적어도 하나씩 형성되어 있는 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

외측 경사계는, 내측 경사계가 내부에 수용되는 중공의 관체와; 상기 관체 내면에 그 길이방향을 따라 장요홈 형태로 형성되는 가이드 레일과; 몸체 및 상기 몸체에 돌출 형성된 결합돌기를 포함하고, 상기 결합돌기가 상기 가이드 레일 상에서 활주 가능하게 결합되며, 상호 이격 배열되는 한 쌍의 지그와; 상기 결합돌기에 형성되는 볼트홈에 체결되어 상기 한 쌍의 지그가 상기 가이드 레일 상에 고정되는 위치와 상기 한 쌍의 지그 간의 이격 거리를 상기 가이드 레일 범위 내에서 조절하기 위한 조임볼트와; 일 영역은 어느 하나의 지그의 몸체 상에 고정되고, 타 영역은 다른 하나의 지그의 몸체 상에 고정되는 제3 광섬유; 및 상기 제3 광섬유에 형성되는 적어도 하나의 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치에 의하면, 관체의 변형뿐만 아니라 관체 자체의 변형이 없는 관체의 기울어짐도 측정 가능한 바 지중의 다양한 거동에 대한 감시 및 측정이 가능하고, 장치의 유격 등에 의한 노이즈 개입이 없어 보다 정확한 계측결과 및 데이터 신뢰도를 보장할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치에 의하면, 장치의 센싱 범위 및 이에 수반되는 사전 응력을 소정 범위 내에서 선택 조절할 수 있어, 하나의 계측 장치로 다양한 환경과 측정대상에 적합한 형태로 탄력적 설치 사용이 가능한 바, 장치의 운용폭 및 탄력성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내측 경사계의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 결합 사시도.
도 3은 도 2의 정면도.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 제1a 위치조절수단의 사시도.
도 6 (a)은 본 발명에 따른 제1 및 제2 고정구의 단면도이고, 도 6 (b)는 제1 및 제2 고정구에 제1 및 제2 광섬유가 연결된 모습을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 외측 경사계의 관체의 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 외측 경사계의 지그의 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 외측 경사계의 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 내측 경사계의 관체 내 설치 구조의 제1 실시예.
도 11은 본 발명에 따른 내측 경사계의 관체 내 설치 구조의 제2 실시예.
도 12는 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치의 사시도.
도 13(a)는 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치의 지중 매설 구조 및 휨 변형을 도시한 개략도.
도 13(b)는 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치의 지중 매설 구조 및 기울어짐 변형을 도시한 개략도.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치는 파이프 형태로 이루어진 경사계(이하, '외측 경사계'라 칭함)와, 상기 외측 경사계 내부에 고정되게 수용되는 또 다른 경사계(이하, '내측 경사계'라 칭함)를 포함한다.

이하에서는, 본 발명의 내측 경사계에 대하여 먼저 설명한 후, 이어서 외측 경사계에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 내측 경사계의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도이고, 도 4는 도 3의 측면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 내측 경사계는 상측 부재(10), 하측 부재(20), 제1 벤딩부재(30a), 제2 벤딩부재(30b), 제1 광섬유 (70a), 제2 광섬유(70b), 광섬유 센서(70a,70b)를 포함하고, 바람직하게는 제1a 위치조절 수단(40a,42a,44a,46a)과 제2a 위치조절수단(40b,42b,44b,46b)을 더 포함한다.

본 발명의 상측 부재(10)는 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)를 매개로 하측 부재(20)와 연결되어 이들과 함께 지반, 지중 등에 매설되거나 또는 교량, 건축물 등의 구조물 상에 설치되는 구성이다. 이하에서는 이와 같이 본 발명의 경사계가 매설 또는 설치되는 대상을 '측정대상'이라 통칭하기로 한다.

상측 부재(10)는 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 각 상단부와 연결되어 이를 지지할 수 있는 형태라면 그 형상은 특별히 한정할 필요는 없다. 참고로, 도 1 실시예의 경우 상측 부재(10)는 그 하면 상에 제2a 위치조절수단을 구비하는 직육면체형 부재로 구성하였으나, 이 외에 원기둥형, 다각뿔대형 등과 같이 측정대상에 따라 그에 적합한 형상으로 구성할 수 있다.

본 발명의 하측 부재(20)는 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 각 하단부와 연결되어 측정대상의 기울어짐 발생시 거동하여 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 휨 변형을 유발하기 위한 질량체 기능을 한다.

하측 부재(20)의 재질은 특별히 한정하지는 않으나, 측정대상의 경사도 범위와 제1/제2 벤딩부재(30a,30b)의 변형 특성 등을 고려할 경우 소재의 부피 대비 질량이 큰 금속 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

하측 부재(20)의 형상 역시 특별히 한정할 필요는 없다. 참고로, 도 1 실시예의 경우 하측 부재(20)는 직육면체형 부재로 구성하였으나, 이 외에 원기둥형, 다각뿔대형 등과 같이 측정대상에 따라 그에 적합한 형상으로 구성할 수 있다.

한편, 내측 경사계가 후술할 제1a' 위치조절수단을 더 포함할 경우, 하측 부재(20)에는 제1a' 위치조절수단의 조임볼트(44a')에 대응하는 볼트홈(22)이 더 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 벤딩부재(30a)의 일단부는 상측 부재(10)에 연결되고, 타단부는 하측 부재(20)에 연결되어, 외력 인가시 벤딩 가능하게 설치되는 구성이다.

여기서, 상기 '외력 인가'란 측정대상의 경사 발생시 상측 부재(10)에 대한 하측 부재(20)의 상대적 이동에 의해 제1 벤딩부재(30a)의 휨 변형을 일으키는 힘을 지칭한다.

제1 벤딩부재(30a)는 이와 같은 외력에 의해 제1 방향 또는 제2 방향으로만 벤딩 가능하도록 구성되는데, 이를 위해 제1 벤딩부재(30a)는 세로 방향으로 장축을 갖는 판체 형상으로 구성된다. 여기서 상기 '세로 방향'이란 하측 부재(20)에서 상측 부재(10)로 향하는 높이 방향을 지칭한다.

따라서, 제1 방향 벤딩은 제1 벤딩부재(30a)의 판체의 전면 방향 휨 변형을 의미하고, 제2 방향 벤딩은 후면 방향 휨 변형을 의미한다.

바람직하게는 제1 벤딩부재(30a)는 가요성의 금속 재질로 형성되고, 측정대상의 경사 발생시 전달되는 외력에 의해 벤딩 동작이 원활히 유발될 수 있는 두께와 형태로 구성되어야 한다.

본 발명의 제2 벤딩부재(30b)는 제1 벤딩부재(30a)와 동일하게 형성되는 구성으로서, 일단부는 상측 부재(10)에 연결되고, 타단부는 하측 부재(20)에 연결되며, 특히 외력 인가시 제1 벤딩부재(30a)와 동일한 방향으로 벤딩 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, "제1 벤딩부재(30a)와 동일한 방향으로 벤딩됨"이란 예컨대, 제1 외력(또는 제2 외력)이 인가되면, 제1 벤딩부재(30a)는 제1 방향(또는 제2 방향)으로 휨 변형이 발생되는데, 이 때, 제2 벤딩부재(30b) 역시 상기 제1 외력(또는 제2 외력)에 의해 제1 방향(또는 제2 방향)으로 휨 변형이 발생되는 것을 의미한다.

상기와 같은 제2 벤딩부재(30b)의 동작을 위하여, 제2 벤딩부재(30b)는 그 판체의 일면이 제1 벤딩부재(30a)의 판체의 일면과 동일한 평면에 포함되며 상호 평행하게 이격 배치된 구조로 구성되는 것이 바람직하다. 참고로, '상기 동일한 면'은 내측 경사계의 일 구성을 지칭하는 것이 아니라 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 설치 구조를 설명하기 위한 가상의 면을 의미한다.

본 발명의 제1 광섬유(70a)는 센서(73a)가 형성되어 센싱 기능을 수행할 수 있도록 구성된다. 이러한 센서(73a)는 FBG(Fiber Bragg Gratings) 방식의 광섬유 센서일 수 있으며, 상기 FBG 광섬유 센서는 광섬유에 특정 파장을 반사시키는 브래그 격자를 생성함으로써 구비된다.

브래그 격자 변형률 센서는 측정대상의 거동에 따른 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 휨 변형시 이에 따라 제1 광섬유(70a)에 가해지는 인장 또는 압축력에 의해 격자 간격의 변화가 유발될 수 있도록 구성된다.

이처럼 브래그 격자 간격의 변화 유발에 따라 반사되는 광의 파장이 달라지는 성질을 이용하여 반사광의 파장 변화량을 분석함으로써 해당 변형률을 측정할 수 있게 되고, 이에 따라 해당 측정대상의 경사도를 감시 및 계측할 수 있게 된다.

한편, 광섬유 센서(73a)는 하나의 제1 광섬유(70a)에 복수 개로 구비될 수 있으며, 이와 같이 광섬유 센서(73a)가 복수 개로 구비되면 다중 측정이 가능하게 되어 측정 정밀도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

제1 광섬유(70a)는 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 전방에 이격 배치되고, 일측 영역(이하, '제1 구간' 이라 함)은 상측 부재(10) 상에 연결 고정되고, 타측 영역(이하, '제2 구간'이라 함)은 하측 부재(20) 상에 연결 고정되어, 그 길이 방향이 내측 경사계의 높이 방향을 따라 배치된 구조를 갖는다.

본 발명의 제2 광섬유(70b)는 제1 광섬유(70a)와 동일하게 형성되는 구성으로서, 제1 광섬유(70a)와 마찬가지로 적어도 하나의 광섬유 센서(73b)가 형성되어 있다. 그리고, 제2 광섬유(70b)는 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 후방에 이격 배치되고, 일측 영역(이하, '제1' 구간' 이라 함)은 상측 부재(10) 상에 연결 고정되고, 타측 영역(이하, '제2' 구간'이라 함)은 하측 부재(20) 상에 연결 고정되어, 그 길이 방향이 내측 경사계의 높이 방향을 따라 배치된 구조를 갖는다.

여기서, 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 '전방'이란 제1 및 제2 벤딩부재(30a, 30b)의 판체의 전면과 후면을 기준으로 상기 전면 측 방향을 지칭하고, '후방'이란 '전방'의 반대 방향 즉, 상기 후면 측 방향을 지칭한다.

상기와 같은 구성에 의해, 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 제1 방향 벤딩시 제1 광섬유(70a)는 인장이 유발되고, 제2 광섬유(70b)는 압축이 유발된다. 반대로 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 제2 방향 벤딩시 제1 광섬유 (70a)는 압축이 유발되고, 제2 광섬유(70b)는 인장이 유발된다.

제1 광섬유(70a)의 제1 구간과 제2 구간은 고착제(81)를 통해 후술할 제1 고정구(40a)와 제1' 고정구(40a')의 일면 측에 각각 부착되고, 마찬가지로 제2 광섬유(70b)의 제1'구간과 제2' 구간 역시 고착제(81)를 통해 제2 고정구(40b)와 제2' 고정구(40b')의 타면 측에 부착됨으로써 이들 각각이 상측 부재(10) 상에 연결 고정된 상태를 이루게 된다.

고착제(81)는 에폭시수지를 포함한 수지계열 접착제를 사용하여 고착하고자 하는 부위에 도포한 후 경화시킴으로써 제1 광섬유(70a)와 제2 광섬유(70b)의 양단부를 각각 고정시킬 수 있다.

한편, 광섬유 고정수단으로서 고착제(81)를 예시하였으나, 피복테이프, 커플러 등을 추가로 더 구비함으로써 제1 광섬유(70a)와 제2 광섬유(70b)가 제1 고정구(40a) 상에 보다 견고하게 고정되도록 구성할 수도 있음은 물론이다.

이와 같은 제1 광섬유(70a)의 제1 구간과 제2 광섬유(70b)의 제1' 구간은 상측 부재(10) 상에 고정되는 위치를 조절할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 내측 경사계는 제1a 위치조절수단과 제2a 위치조절수단의 조작을 통해 내측 경사계의 측정범위 및 프리스트레인(pre-strain)량을 자유롭게 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 내측 경사계는 제2a 위치조절수단과 제2b 위치조절수단을 통해 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 휨 변형 범위를 조절할 수 있는데, 이러한 휨 변형 민감도를 변경하게 되면 이에 상응하여 제1 광섬유(70a)와 제2 광섬유(70b)의 사전응력(Pre-strain) 조정이 수반되어야 하고, 이러한 사전응력(Pre-strain)이 조정은 제1 구간과 제1' 구간이 고정되는 위치를 조절함으로써 구현된다.

도 5는 본 발명에 따른 제1a 위치조절수단의 사시도이고, 도 6 (a)은 본 발명에 따른 제1 및 제2 고정구의 단면도이고, 도 6 (b)는 제1 및 제2 고정구에 제1 및 제2 광섬유가 연결된 모습을 도시한 단면도이다.

도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1a 위치조절수단은 이와 같이 내측 경사계의 측정 범위를 변경하고자 할 경우 제1 광섬유(70a)의 제1 구간이 고정되는 위치를 조절하여 사전응력 (Pre-strain)을 조정할 수 있도록 기능하는 구성에 해당한다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1a 위치조절수단은 제1 고정구(40a), 제1 장홀(42a), 조임볼트(44a), 및 제1 활주방지홈(46a)을 포함한다.

제1 고정구(40a)는 제1 광섬유(70a)의 제1 구간이 고정되어 상기 제1 구간이 상측 부재(10) 상에 고정되는 위치를 결정하는 부재로서, 바람직하게는 양측면이 평평한 판형 부재로 구성된다.

제1 고정구(40a)는 조임볼트(44a)에 의해 상측 부재(10)의 일면 상에 고정되는 위치가 조절됨으로써, 제1 구간의 상측 부재(10) 상의 고정 위치를 조절할 수 있도록 구성된다.

제1 장홀(42a)은 제1 고정구(40a)의 세로 방향(즉, 내측 경사계의 높이방향)으로 장축을 갖도록 고정구에 관통 형성되고, 일정한 폭을 갖도록 구성되며, 상기 폭은 조임볼트(44a)의 적어도 나사산부(45a)의 외경 보다는 크고 머리부(46a)의 단면적 보다 작은 크기로 형성된다.

이러한 제1 장홀(42a)은 바람직하게는 한 쌍으로 구비되고, 한 쌍의 제1 장홀(42a)은 상호 평행하게 이격 배치된다.

본 발명의 조임볼트(44a)는 나사산부(45a)와 머리부(46a)로 구성되어, 상기 나사산부(45a)가 상측 부재(10)에 형성된 볼트홈(12)에 체결 가능하도록 구성된다.

참고로, 조임볼트(44a)의 나사산부(45a)란 봉형 부재의 외주면 상에 나사산이 형성되어 있는 부분을 지칭하고, 머리부(46a)란 나사산부(45a)의 종단에 형성되어 적어도 나사산부(45a)의 단면적보다 더 큰 단면적으로 이루어진 부분을 지칭한다.

조임볼트(44a)는 제1 장홀(42a)을 관통하여 상측 부재(10)에 체결됨으로써, 제1 고정구(40a)가 상측 부재(10)의 일면 상에 고정되는 위치를 결정하는 기능을 한다.

즉, 제1 장홀(42a)의 상단부를 조임볼트(44a)에 위치시킨 후 조임볼트(44a)를 체결하면, 머리부(46a)가 제1 고정구(40a)를 가압하여 제1 고정구(40a)는 상측 부재(10)의 제1 위치 상에 고정된다. 반대로, 제1 장홀(42a)의 하단부를 조임볼트 (44a)에 위치시킨 후 조임볼트(44a)를 체결하면, 머리부(46a)가 제1 고정구(40a)를 가압하여 제1 고정구(40a)는 상측 부재(10)의 상기 제1 위치보다 더 높은 위치에 고정된다.

상기와 같은 구성에 의해, 제1 고정구(40a)는 상측 부재(10)의 높이 방향을 따라 제1 장홀(42a)의 장축 범위(L1) 내에서 그 고정 위치의 조절이 가능해지고, 이에 의해 제1 광섬유(70a)의 제1 구간이 상측 부재(10) 상에 고정되는 위치를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 이와 같은 제1 구간의 고정 위치 조절을 통해, 제1 및 제2 벤딩부재 (30a,30b)의 휨 변형 범위의 변경에 상응하는 제1 광섬유(70a)의 사전응력(Pre-strain) 조정이 가능해진다.

한편, 제1 장홀(42a)을 한 쌍으로 구성할 경우, 조임볼트(44a) 역시 한 쌍으로 구비되어 각 조임볼트(44a)는 각 제1 장홀(42a)을 관통하여 상측 부재(10)에 체결된다.

본 발명의 제1 활주방지홈(46a)은 제1 고정구(40a)에 형성되어, 제1 벤딩부재(30a)의 휨 변형시 제1 광섬유(70a)를 매개로 가해지는 전단력에 의해 고착제 (81)가 제1 고정구(40a)로부터 수평 활주하거나 이로 인해 고착상태로부터 이탈되는 경우를 방지하는 기능을 한다.

바람직하게는 제1 활주방지홈(46a)은 한 쌍의 제1 장홀(42a) 사이에 오목한 요홈 구조로 형성되고, 그 내부에는 고착제(81)가 충진되도록 구성된다.

상기와 같은 구조에 의해, 제1 광섬유(70a)의 제1 구간은 고착제(81)에 의해 제1 고정구(40a) 상에 고정되고, 제1 구간을 고정하고 있는 고착제(81)는 제1 활주방지홈(46a)이 마치 전단키(shear key) 역할을 하게 되어 제1 광섬유(70a)의 특히 인장 과정에서 발생하는 전단력에 저항할 수 있게 된다.

한편, 제1 고정구(40a)에는 제1 광섬유(70a)의 제1 구간이 삽입 수용될 수 있는 안착홈(48a)이 더 형성될 수 있고, 상기 경우 안착홈(48a)은 제1 활주방지홈 (46a)과 연통되게 형성되며, 고착제(81)는 제1 활주방지홈(46a)과 안착홈(48a)을 포함하여 도포 및 충진된다.

본 발명의 제1b 위치조절수단은 내측 경사계의 측정 범위를 변경하고자 할 경우 제2 광섬유(70b)의 제1' 구간이 고정되는 위치를 조절하여 사전응력(Pre-strain)을 조정할 수 있도록 기능하는 구성에 해당한다.

제1b 위치조절수단은 제2 고정구(40b), 제2 장홀(42b), 조임볼트(44b), 및 제2 활주방지홈(46b)을 포함하고, 이들 각 구성은 제1a 위치조절수단의 제1 고정구(40a), 제1 장홀(42a), 조임볼트(44a), 및 제1 활주방지홈(46a)과 동일하며 다만 다음과 같은 차이점이 있다. 이하에서는 차이점에 대해서만 설명하도록 한다.

상측 부재(10)의 일면 상에 설치되는 제1a 위치조절수단에 대응하여, 제1b 위치조절수단은 상측 부재(10)의 타면 상에 설치된다. 여기서 상기 '상측 부재(10)의 타면'은 상기 '상측 부재(10)의 일면'의 반대면을 지칭한다.

따라서, 제2 광섬유(70b)의 제1' 구간이 고정되는 제2 고정구(40b)는 조임볼트(44b)에 의해 상측 부재(10)의 타면 상에 고정되는 위치가 조절됨으로써, 제1' 구간이 상측 부재(10) 상에 고정되는 위치를 조절할 수 있도록 구성된다.

환언하면, 제2 고정구(40b)는 상측 부재(10)의 높이 방향을 따라 제2 장홀(42b)의 장축 범위 내에서 그 고정 위치의 조절이 가능해지고, 이에 의해 제2 광섬유(70b)의 제1' 구간이 상측 부재(10)의 타면 상에 고정되는 위치를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 이와 같은 제1' 구간의 고정 위치 조절을 통해, 제1 및 제2 벤딩부재(30a,30b)의 휨 변형 범위의 변경에 상응하는 제2 광섬유(70b)의 사전응력 (Pre-strain) 조정이 가능해진다.

본 발명의 제2a 위치조절수단은 내측 경사계의 측정 범위를 변경하고자 할 경우, 특히 제1 벤딩부재(30a)의 휨 변형 범위를 조절하기 위한 구성이다.

바람직한 실시예에 따르면, 제2a 위치조절수단은 제1 고정대(50a), 제1 가압편(60a), 위치선택홀(32a) 및 조임볼트(64a)를 포함한다.

제1 고정대(50a)는 하측 부재(20)의 상면 상에 수직하게 돌출 형성되어 조임볼트(64a) 및 제1 가압편(60a)과 함께 제1 벤딩부재(30a)의 하단부를 하측 부재(20)에 연결 고정시키는 구성이다.

제1 고정대(50a)는 도 1과 같이 기둥 형상으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 적어도 제1 가압편(60a)과 대향하는 일면은 평평한 면으로 구성하는 것이 좋다.

제1 가압편(60a)은 제1 고정대(50a) 전방에 소정의 간격을 두고 배치되어 조임볼트(64a)에 의한 나사조임시 제1 벤딩부재(30a)의 일면을 가압함으로써, 제1 벤딩부재(30a)가 견고한 고정상태를 유지하고 측정대상의 경사 발생시 원활한 제1 벤딩부재(30a)의 휨 변형을 유발할 수 있도록 기능한다.

제1 가압편(60a)은 도 1과 같이 판체 형상으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 적어도 제1 고정대(50a)와 대향하는 일면은 평평한 면으로 구성하는 것이 좋다.

한편, 제1 벤딩부재(30a)에는 위치선택홀(32a)이 형성되어 있는데, 이는 제1 벤딩부재(30a)가 하측 부재(20)에 고정되는 위치를 선택하기 위한 구성이다.

일 실시예에 따르면, 위치선택홀(32a)은 제1 벤딩부재(30a)의 하단부에 그 길이 방향을 따라 하나씩 관통 형성된 다수 개의 통공으로 구성되거나, 또는 하나의 장홀 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 통공의 내경 또는 장홀의 폭은 조임볼트(64a)의 적어도 나사산부의 외경 보다 크고 머리부의 단면적 보다 작은 크기로 형성된다.

조임볼트(64a)는 제1 가압편(60a)을 관통하여 제1 고정대(50a)의 볼트홈(52a)에 체결됨으로써 제1 벤딩부재(30a)가 하측 부재(20)에 고정되는 위치를 결정하는 기능을 한다.

구체적으로, 제1 벤딩부재(30a)의 하단부를 제1 고정대(50a)와 제1 가압편(60a) 사이에 개재시킨 후 조임볼트(64a)를 체결하면, 조임볼트(64a)는 제1 가압편(60a)과 위치선택홀(32a)을 관통한 후 제1 고정대(50a)에 체결됨으로써, 제1 벤딩부재(30a)가 하측 부재(20)에 고정되는 위치가 결정된다.

예컨대, 조임볼트(64a)가 제1 벤딩부재(30a)의 최상단에 위치하는 위치선택홀(32a)을 관통하여 체결되면 제1 벤딩부재(30a)의 하단부는 제3 위치에 고정되고, 조임볼트(64a)가 제1 벤딩부재(30a)의 최하단에 위치하는 위치선택홀(32a)을 관통하여 체결되면 제1 벤딩부재(30a)의 하단부는 제3 위치보다 더 높은 위치(즉, 하측 부재(20)로부터 더 멀어지는 위치)에 고정된다.

상기와 같은 방식에 의해, 제1 벤딩부재(30a)가 하측 부재(20)에 고정되는 위치는 위치선택홀(32a) 범위 내에서 단계적으로 조절 가능하게 된다. 그리고, 이와 같은 제1 벤딩부재(30a)의 고정 위치 조절을 통해 제1 벤딩부재(30a)의 노출 길이를 조절할 수 있게 되며, 이러한 노출 길이 조절에 의해 제1 벤딩부재(30a)의 휨 변형 범위를 조정할 수 있게 된다.

참고로, 전술한 노출 길이 조절을 통해, 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재 (30b)의 노출 길이를 증대시키면 내측 경사계의 휨 변형 범위 및 이에 따른 센싱 측정범위를 높일 수 있게 된다. 반대로, 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 노출 길이를 감소시키면 내측 경사계의 휨 변형 범위 및 이에 따른 센싱 측정범위를 낮출 수 있게 된다.

여기서, 상기 '제1 벤딩부재(30a)의 노출 길이'란 도 2와 같이 하측 부재(20)의 제1 고정대(50a) 및 상측 부재(10)의 제1' 고정대에 접촉되지 않고 돌출되어 있는 영역, 즉 제1 고정대(50a)와 제1' 고정대 사이에서 외부로 노출되어 있는 영역의 높이 방향 장축 길이를 의미한다.

본 발명의 제2b 위치조절수단은 내측 경사계의 측정 범위를 변경하고자 할 경우 제2 벤딩부재(30b)의 휨 변형 범위를 조절하기 위한 구성이다.

제2b 위치조절수단은 제2 고정대(50b), 제2 가압편(60b), 위치선택홀(32b), 조임볼트(64b)를 포함하고, 이들 각 구성은 제2a 위치조절수단의 제1 고정대(50a), 제1 가압편(60a), 위치선택홀(32a) 및 조임볼트(64a)와 동일하며 다만 다음과 같은 차이점이 있다.

즉, 제2 고정대(50b)는 하측 부재(20)의 수직 상부로 돌출 형성되고, 제2 가압편(60b)은 제2 고정대(50b) 전방에 배치되고, 위치선택홀(32b)은 제2 벤딩부재 (30b)의 하단부에 그 길이 방향을 따라 다수 개의 통공 또는 하나의 장홀 형태로 형성되며, 조임볼트(64b)는 제2 가압편(60b)을 관통하여 제2 고정대(50b)의 볼트홈(52b)에 체결됨으로써 제2 벤딩부재(30b)가 하측 부재(20)에 고정되는 위치를 결정한다.

상기와 같은 구성에 의해, 제2b 위치조절수단은 제2a 위치조절수단과 동일한 방식으로, 제2 벤딩부재(30b)가 하측 부재(20)에 고정되는 위치를 위치선택홀(32b) 범위 내에서 단계적으로 조절 가능하게 된다. 그리고, 이와 같은 제2 벤딩부재(30b)의 고정 위치 조절을 통해 제2 벤딩부재(30b)의 노출 길이를 조절할 수 있게 되며, 이러한 노출 길이 조절에 의해 제2 벤딩부재(30b)의 휨 변형 범위를 조정할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 제1 가압편(60a)과 제2 가압편(60b)은 다음과 같이 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다. 즉, 제1 가압편(60a)과 제2 가압편(60b)은 상호 일체로 연결되어, 하측 부재(20)의 거동 발생시 상기 거동에 따른 외력이 제1 가압편(60a)과 제2 가압편(60b)을 매개로 제1 벤딩부재(30a)와 상기 제2 벤딩부재(30b)에 동시에 함께 전달될 수 있도록 구성된다.

도 1 실시예의 경우, 제1 가압편(60a)과 제2 가압편(60b)은 그 사이에 개재되는 막대 형상의 연결부재(62)를 통해 상호 연결되어, 제1 가압편(60a), 연결부재(62) 및 제2 가압편(60b)이 전체적으로 'U'자형 또는 'H'자형의 일체형 구조를 이루도록 구성하였다.

참고로, 본 발명의 내측 경사계는 벤딩부재가 한 쌍(즉, 제1 및 제2 벤딩부재)으로 구비되는 것을 특징으로 하는데, 이는 벤딩부재를 하나로 구성할 경우 발생할 수 있는 오작동 내지 계측실패를 방지하기 위함이다.

즉, 내측 경사계에 구비되는 벤딩부재는 그 특성상 전술한 제1 방향 또는 제2 방향으로만 휨 변형되어야 하는데, 벤딩부재를 하나로 구성하게 되면, 하측 부재(20)의 거동에 의해 제1 방향(또는 제2 방향)에 수직한 방향으로도 휨 변형이 발생할 수 있으며, 상기 경우 경사도를 정확히 측정할 수 없게 되는 문제점이 있다.

그러나, 본 발명에서 제안한 바와 같이 벤딩부재를 한 쌍으로 구성하고, 이들 한 쌍의 벤딩부재가 상호 평행하게 배치되도록 구성할 경우, 벤딩부재가 수직 방향 외력에 저항할 수 있게 되고, 이에 따라 수직 방향 휨 변형을 방지하여 내측 경사계의 오작동 내지 계측실패를 방지할 수 있게 된다.

더 나아가, 본 발명은 이와 같이 벤딩부재를 한 쌍(즉, 제1 및 제2 벤딩부재)으로 구성하더라도, 전술한 제1 가압편(60a)과 제2 가압편(60b) 구조에 의해 하측 부재(20)의 거동 발생에 따른 외력이 한 쌍의 벤딩부재에 동시에 함께 전달될 수 있게 되고, 이에 따라 내측 경사계의 측정 정밀도 및 신뢰도를 보장할 수 있게 된다.

확장 실시예로서, 본 발명에 따른 내측 경사계는 제1a' 위치조절수단과 제1b' 위치조절수단을 더 포함할 수 있다.

제1a' 위치조절수단은 제1 광섬유(70a)의 제2 구간이 하측 부재(20) 상에 고정되는 위치를 조절하는 구성으로서, 제1' 고정구(40a'), 제1' 장홀(42a'), 조임볼트(44a'), 제1' 활주방지홈(46a') 및 안착홈(48a')을 포함하며, 이들 각 구성은 제1a 위치조절수단의 제1 고정구(40a), 제1 장홀(42a), 조임볼트(44a'), 제1 활주방지홈(46a) 및 안착홈(48a)과 동일하며, 다만 제1' 고정구(40a')가 하측 부재(20)의 전면 상에 고정되는 것이 차이점이다.

상기와 같은 구성에 의해, 제1' 고정구(40a')는 하측 부재(20)의 높이 방향을 따라 제1' 장홀(42a')의 장축 범위(L2) 내에서 그 고정 위치의 조절이 가능해지고, 이에 의해 제1 광섬유(70a)의 제2 구간이 하측 부재(20) 상에 고정되는 위치를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 이와 같은 제2 구간의 고정 위치 조절을 통해, 제1 및 제2 벤딩부재 (30a,30b)의 휨 변형 범위의 변경에 상응하는 제1 광섬유(70a)의 사전응력 (Pre-strain) 조정이 가능해진다.

제1b' 위치조절수단은 제2 광섬유(70b)의 제2' 구간이 하측 부재(20) 상에 고정되는 위치를 조절하는 구성으로서, 제2' 고정구(40b'), 제2' 장홀(42b'), 조임볼트(44b'), 및 제2' 활주방지홈(46b')을 포함하며, 이들 각 구성은 제1b 위치조절수단의 제2 고정구(40b), 제2 장홀(42b), 조임볼트(44b), 및 제2 활주방지홈(46b)과 동일하며, 다만 제2' 고정구(40b')가 하측 부재(20)의 후면 상에 고정되는 것이 차이점이다.

상기와 같은 구성에 의해, 제2' 고정구(40b')는 하측 부재(20)의 높이 방향을 따라 제2' 장홀(42b') 범위 내에서 그 고정 위치의 조절이 가능해지고, 이에 의해 제2 광섬유(70b)의 제2' 구간이 하측 부재(20) 상에 고정되는 위치를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 이와 같은 제2 구간의 고정 위치 조절을 통해, 제1 및 제2 벤딩부재 (30a,30b)의 휨 변형 범위의 변경에 상응하는 제2 광섬유(70b)의 사전응력 (Pre-strain) 조정이 가능해진다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 내측 경사계를 구성함에 있어서 제1a' 위치조절수단과 제1b' 위치조절수단을 더 구비하면 다음과 같은 이점이 있다.

제1a 위치조절수단과 제1b 위치조절수단으로만 구성하게 되면, 프리스트레인 조절 범위 즉, 위치 조절 범위는 제1 장홀(42a)과 제2 장홀(42b)의 장축 길이(L1) 범위에 한정되나, 제1a' 위치조절수단과 제1b' 위치조절수단을 더 구비하면 내측 경사계의 프리스트레인 조절 범위를 제1' 장홀(42a')과 제2' 장홀(42b')의 장축 길이(L2) 범위까지 확장시킬 수 있게 된다.

한편, 제1a' 위치조절수단과 제1b' 위치조절수단을 생략 구성하면, 제1 광섬유(70a)의 제2 구간과 제2 광섬유(70b)의 제2' 구간은 하측 부재(20) 상에 확정적으로 고정되고, 상기 경우 하측 부재(20) 상에 결합된 판체 상에 고착제(81)를 이용하여 제2 구간과 제2' 구간을 고정시킬 수 있다.

또 다른 확장 실시예로서, 본 발명의 내측 경사계는 제2a 및 2b 위치조절수단과 동일하게 구성된 또 다른 한 쌍의 위치조절수단을 더 구비하고, 상기 또 다른 한 쌍의 위치조절수단은 상측 부재(10) 측에 연결되게 구성하여, 제1 벤딩부재 (30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 상단부에 형성된 위치선택홀(32a,32b)을 통해 상측 부재(10)에 고정되는 위치를 결정하도록 구성할 수 있다.

이와 같이 상측 부재(10) 측에 또 다른 한 쌍의 위치조절수단을 더 구비하게 되면, 제1 벤딩부재(30a)와 제2 벤딩부재(30b)의 노출 길이 즉, 휨 변형 범위의 조절 폭을 보다 증대시킬 수 있게 된다.

결국, 본 발명에 따른 내측 경사계에 의하면 이의 센싱 측정범위 및 이에 수반되는 사전 응력을 소정 범위 내에서 선택 조절할 수 있어, 하나의 장치로 보다 다양한 환경 및 측정대상에 탄력적으로 설치 사용 가능하게 되었다.

이하에서는, 본 발명의 외측 경사계에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명에 따른 외측 경사계의 관체의 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 외측 경사계의 지그의 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 외측 경사계의 사시도이다.

본 발명의 외측 경사계는 파이프 형태로 구성되어 내측 경사계(100)와 함께 측정대상의 거동에 따른 경사도 변화를 계측하는 장치이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 외측 경사계는 관체(80), 한 쌍의 지그(90), 제3 광섬유(71) 및 광섬유 센서(75)를 포함한다.

본 발명의 관체(80)는 중공의 파이프 형태로 구성되고, 내주면에는 가이드 레일(82)이 형성되어 있으며, 그 내부 중공에는 내측 경사계가 설치된다.

관체(80)는 측정대상의 거동에 연동하여 휨 변형 또는 기울어짐 등의 거동이 유발될 수 있는 재질로 형성되며, 바람직하게는 합성수지 또는 알루미늄 재질로 형성할 수 있다.

한편, 관체(80)를 다수 개로 구성할 경우, 광융착에 의해 각 관체(80)에 구비된 광섬유를 상호 연결함으로써 필요에 따라 그 길이를 확장시킬 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 관체(80)의 가이드 레일(82)은 관체(80)의 길이 방향을 따라 직선 구조로 연속되게 형성된 장요홈 형태로 구성되고, '∪' 자형 단면 구조 또는 '∨' 자형 단면 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 가이드 레일(82)은 적어도 2개 바람직하게는 4개로 구성할 수 있고, 이러한 복수 개의 가이드 레일(82)은 상호 일정하게 배격 배치되는 것이 좋다.

본 발명의 지그(90)는 제3 광섬유(71)를 관체(80) 내부에 설치 고정시키기 위한 부재로서, 특히 지그(90)는 가이드 레일(82)을 따라 이동 가능하고, 가이드 레일(82) 범위 내에서 그 고정 위치를 선택 가능하게 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 지그(90)는 몸체(91), 결합돌기(93) 및 조임볼트 (94)를 포함하여 구성된다. 몸체(91)는 제3 광섬유(71)의 일 영역을 고정시키기 위한 구성으로서, 그 일면(바람직하게는, 하면) 상에 형성된 결합돌기(93)를 통해 관체(80)의 내면 상에 설치 고정되고, 그 타면(바람직하게는, 상면) 상에 형성된 활주방지홈(97)과 안착홈(99)을 통해 제3 광섬유(71)를 고정시킨다.

지그(90)의 활주방지홈(97)은 관체(80)의 휨 변형시 가해지는 전단력에 의해 고착제(92)가 지그(90)로부터 수평 활주하거나 이로 인해 고착상태로부터 이탈되는 경우를 방지하기 위한 구성이다. 이러한 활주방지홈(97)은 전술한 제1a 위치조절수단의 제1 활주방지홈(46a)과 동일하게 구성될 수 있다.

지그(90)의 안착홈(99)은 제3 광섬유(71)의 일 영역이 삽입 수용될 수 있는 요홈 형태의 공간으로서 활주방지홈(97)과 연통되게 형성된다.

지그(90)의 결합돌기(93)는 몸체(91) 상에 형성되어 가이드 레일(82) 상에서 활주 가능하게 결합되는 구성이다. 바람직한 실시예에 따르면, 결합돌기(93)는 몸체(91)의 일면 상에 돌출된 돌기 형상으로 이루어지고, 가이드 레일(82) 내부에 삽입 끼움 가능한 폭과 높이로 형성된다. 참고로, 도 8 실시예의 경우 결합돌기(93)는 몸체(91)의 일면 상에 돌출되게 구비된 막대 형상으로 구성하였다.

그리고, 결합돌기(93)에는 조임볼트(94)와 체결되어 몸체(91)를 관체(80) 내부에 고정시키기 위한 볼트홈(95)이 형성되어 있다. 구체적으로, 지그(90)는 도 9와 같이 가이드 레일(82)을 따라 이동하는 결합돌기(93)를 가이드 레일(82) 상의 목적하는 지점에 위치시킨 후, 관체(80)를 관통하는 조임볼트(94)를 볼트홈(95)에 체결함으로써 관체(80)의 내면 상에 설치 고정된다.

상기와 같은 지그(90)는 한 쌍(이하, '제1 지그 및 제2 지그'라 칭함)으로 구비되어, 제1 지그와 제2 지그는 상호 간격을 두고 대향하는 구조로 동일한 가이드 레일(82) 상에 설치 고정된다. 그리고 한 쌍의 지그(90) 중 제1 지그에는 제3 광섬유(71)의 일 영역이 연결 고정되고, 제2 지그에는 제3 광섬유(71)의 타 영역이 연결 고정된다.

제3 광섬유(71)는 전술한 제1 광섬유(70a)와 동일한 구성으로서, 다만 한 쌍의 지그(90) 상에 그 일 영역과 타 영역이 각각 연결 고정되어 관체(80)의 휨 변형에 따른 경사 발생을 계측하도록 구성되는 것이 차이점이다.

제3 광섬유(71)에는 센서(75)가 형성되어 센싱 기능을 수행할 수 있도록 구성된다. 이러한 센서(75)는 FBG(Fiber Bragg Gratings) 방식의 광섬유 센서일 수 있으며, 상기 FBG 광섬유 센서는 광섬유에 특정 파장을 반사시키는 브래그 격자를 생성함으로써 구비된다.

브래그 격자 변형률 센서는 측정대상의 거동에 따른 관체(80)의 휨 변형시 이에 따라 제3 광섬유(71)에 가해지는 인장 또는 압축력에 의해 격자 간격의 변화가 유발될 수 있도록 구성된다.

한편, 제3 광섬유(71)에는 복수 개의 광섬유 센서(75)가 형성될 수도 있음은 물론이다.

제3 광섬유(71)의 일 영역과 타 영역은 고착제(92)를 통해 제1 지그와 제2 지그 상에 각각 부착 고정될 수 있다. 이 때, 고착제(92)는 몸체(91)에 형성된 활주방지홈과 안착홈을 포함하여 도포 및 충진된다.

고착제(92)는 에폭시수지를 포함한 수지계열 접착제를 사용하여 고착하고자 하는 부위에 도포한 후 경화시킴으로써 제3의 양단부를 각각 고정시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 지그(90)는 한 쌍이 짝을 이루며 설치되는데, 이러한 한 쌍의 지그(90)는 다수 개의 쌍으로 구비할 수 있음은 물론이다. 상기 경우, 가이드 레일(82) 역시 다수 개로 구비되어, 한 쌍의 지그(90)는 제1 가이드 레일 상에 설치 고정되고, 또 다른 한 쌍의 지그(90)는 제2 가이드 레일 상에 설치되는 방식으로 다수 개 쌍의 지그(90) 및 광섬유가 하나의 관체(80) 내부에 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 외측 경사계는 조임볼트(94)의 체결 위치 선택을 통해 가이드 레일(82) 범위 내에서 지그(90)의 고정 위치 선택이 가능한 바, 제1 지그와 제2 지그 간의 이격 거리 조절이 가능하고, 이에 따라 제1 지그와 제2 지그 사이에 연결되는 제3 광섬유(71)의 길이 즉, 센싱 범위 및 민감도의 조절이 가능하게 된다.

바람직한 실시예에 따르면, 조임볼트(94)의 체결 위치 선택은 관체(80)에 형성된 볼트공(83)에 의해 이루어진다. 구체적으로, 관체(80)의 길이 방향을 따라 다수 개의 볼트공(83)을 형성하여 볼트공의 선택을 통해 1차적으로 그 체결 위치를 선택할 수 있다. 그리고, 다수 개의 볼트공(83) 중 적어도 하나 이상의 볼트공(83a)은 장홀 형태로 형성하여, 볼트공(83a)의 장홀 범위 내에서 조임볼트(94)가 고정되는 위치를 결정하여 2차적으로 그 세부 체결 위치(즉, 프리스트레인량)를 선택하도록 구성할 수 있다.

센싱 범위는 인가되는 프리스트레인(pre-strain)량에 의해 결정되고, 센싱 민감도는 관체(80) 내부의 그 길이방향 중심축으로부터 제3 광섬유(91)의 이격 거리 조절을 통해 관체(80)의 벤딩 발생에 따른 민감도를 변경할 수 있다.

그리고, 상기 제3 광섬유(91)의 이격 거리 조절은 지그(90)의 높이 조절을 통해 달성 가능하며, 지그(90)의 높이 조절은 높이가 상이한 다수 종류의 지그(90)를 구비하여 다수 종류의 지그(90) 중 목적하는 높이에 해당하는 지그를 선택하여 이를 설치 사용하거나, 또는 지그(90)와 조임볼트(94)의 체결량 조절을 통해 조절하거나, 또는 지그(90)에 별도의 높이 조절 부재를 추가적으로 장착하는 방식을 통해 조절 가능하다.

도 10은 본 발명에 따른 내측 경사계의 관체 내 설치 구조의 제1 실시예이고, 도 11은 본 발명에 따른 내측 경사계의 관체 내 설치 구조의 제2 실시예이고, 도 12는 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치의 사시도이다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 내측 경사계(100)는 관체(80) 내부에 삽입 설치되는데, 바람직하게는 다수 개의 내측 경사계(100)가 관체(80)의 길이 방향을 따라 상호 이격 배열되게 구성할 수 있다.

일 실시예로서, 내측 경사계(100)는 도 10 실시예와 같이 내측 경사계(100)의 외면 상에 설치된 이동레일(110)을 통해 관체(80) 내부에 삽입 설치될 수 있다. 상기 경우, 이동레일(110)은 내측 경사계(100)에 연결 고정된 지지대(111)와 상기 지지대(111)의 일단부에 축회전 가능하게 결합된 휠(113)을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 이동레일(110)은 다수 개로 구비하여, 한 쌍의 이동레일은 내측 경사계(100)의 좌상측과 좌하측 상에 설치하고, 또 다른 한 쌍의 이동레일은 내측 경사계의 우상측과 우하측 상에 설치할 수 있다. 그리고, 각 이동레일(110)의 휠(113)은 전술한 가이드 레일(82) 상에서 이동 가능하게 구성된다.

상기 경우, 내측 경사계(100)를 관체(80) 내부에 삽입시, 이동레일(110)의 휠(113)은 그에 대응하는 가이드 레일(82)에 삽입되어 가이드 레일(82)의 안내를 받으며 축회전함으로써 내측 경사계(100)를 목적하는 지점에 손쉽게 위치시킬 수 있게 된다.

또 다른 실시예로서, 내측 경사계(100)는 도 11 실시예와 같이 별도의 지지체(120)를 통해 관체(80) 내부에 설치 고정할 수 있다. 상기 경우, 지지체(120)에는 볼트홈(121)이 형성되어 관체(80)를 관통하는 조임볼트(123)가 상기 볼트홈 (121)에 체결됨으로써 지지체(120)가 관체(80)의 내면 상에 고정되고, 이렇게 고정된 지지체(120)에 내측 경사계(100)를 결합 고정시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 구성에 의해, 본 발명의 지중 변형 계측 장치는 도 12와 같이 제3 광섬유(71)의 양단부를 고정하는 적어도 한 쌍의 지그(90)와, 일렬로 배열된 다수 개의 내측 경사계(100)가 관체(80) 내부에 함께 설치된 구조를 갖게 된다.

도 13(a)는 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치의 지중 매설 구조 및 휨 변형을 도시한 개략도이고, 도 13(b)는 본 발명에 따른 지중 변형 계측 장치의 지중 매설 구조 및 기울어짐 변형을 도시한 개략도이다.

먼저, 도 13(a)와 같이 지중(1) 거동에 의해 관체(80)에 휨 변형이 발생하게 되면, 관체(80) 내부에 설치되어 있는 제3 광섬유(71)에 의해 관체(80)의 변형률을 계측할 수 있게된다.

다음으로, 도 13(b)와 같이 지중(1) 거동에 의해 관체(80)의 기울어짐이 발생하게 되면, 관체(80) 내부에 설치되어 있는 내측 경사계(100)에 의해 해당 지중의 경사도를 계측할 수 있게 된다.

한편, 도 13의 예시는 한 개의 지중 변형 계측 장치가 지중(1)에 매설되어 있는 것으로 도시하였으나, 지중(1)을 구간별로 나누어 각 구간마다 지중 변형 계측 장치를 매설함으로써 지중 변형을 구간별로 계측할 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 지중 변형 계측 장치는 제1 방향 또는 제2 방향의 지중 변형(즉, 1축 경사)에 대하여만 반응하게 되는데, 내측 경사계(100)를 관체(80) 내부에 설치함에 있어서, 적어도 하나의 내측 경사계는 제1 및 제2 벤딩부재(30a,30b)가 제1 및 제2 방향으로 휨 변형하도록 배치하고, 또 다른 적어도 하나의 내측 경사계는 제1 및 제2 벤딩부재(30a,30b)가 제3 및 제4 방향으로 휨 변형하도록 교차 배치할 경우 2축 경사도 측정할 수 있다. 여기서, 상기 "제3 및 제4 방향"이란 제1 및 제2 방향에 수직한 방향을 지칭한다.

구체적인 실시예로서, 1m 관체 5개(80a,80b,80c,80d,80e)를 연속적으로 연결한다고 가정하면, 1번과 5번 관체(즉, 최상단 관체(80a)와 최하단 관체(80e))에는 내측 경사계(100)를 설치하고 2,3,4번 관체(80b,80c,80d)에는 외측 경사계만을 설치하여, 관체 전체가 기울어짐은 내측 경사계(100)로 측정하고, 관체의 벤딩에 의한 지중 경사는 외측 경사계로 측정하여, 다수 경사계를 연결하는 기존 방식에 비하여 시스템 단가를 낮추면서 전체적인 경사도뿐만 아니라, 벤딩에 의한 경사 또한 동시에 측정할 수 있다.

또한 상기에 언급한 바와 같이 1축 뿐만 아니라 2축으로 내측 경사계(100)를 교차 배치하여, 1축 경사뿐만 아니라 2축 경사 측정 센서로도 활용이 가능하다. 그리고 외측 경사계는 ?게 또는 길게 관체 내부에 설치 가능하기 때문에 관체의 국부적인 변형뿐만 아니라 전체 관체의 변형을 측정할 수 있도록 구성이 가능하다.

결국, 지중 거동 발생시 도 13(a)와 같이 관체(80) 자체의 변형이 발생한 경우만 지중 변형을 측정할 수 있고, 도 13(b)와 같이 관체(80) 자체의 변형 없이 관체(80) 전체가 기울어졌을 경우에는 지중 변형을 측정할 수 없었던 종래 계측 장치와 달리, 본 발명의 지중 변형 계측 장치는 관체(80) 자체의 변형뿐만 아니라 관체(80) 자체의 변형이 없는 관체(80)의 기울어짐도 측정할 수 있게 되었다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: 상측 부재 20: 하측 부재
30a: 제1 벤딩부재 30b: 제2 벤딩부재
32a,32b: 위치선택홀 40a: 제1 고정구
40a': 제1' 고정구 40b: 제2 고정구
40b': 제2' 고정구 42a: 제1 장홀
42a': 제1' 장홀 42b: 제2 장홀
42b': 제2' 장홀 44a,44a',44b,44b': 조임볼트
46a: 제1 활주방지홈 46a': 제1' 활주방지홈
46b: 제2 활주방지홈 46b': 제2' 활주방지홈
50a: 제1 고정대 50b: 제2 고정대
60a: 제1 가압편 60b: 제2 가압편
62: 연결부재 64a,64b: 조임볼트
70a: 제1 광섬유 70b: 제2 광섬유
71: 제3 광섬유 73a,73b,75: 광섬유 센서
81,92: 고착제 80: 관체
82: 가이드 레일 90: 지그
91: 몸체 93: 결합돌기

Claims

상측 부재와 하측 부재;
일단부는 상기 상측 부재에 연결되고, 타단부는 상기 하측 부재에 연결되며, 외력 인가시 제1 방향 또는 제2 방향으로 벤딩 가능하게 설치되는 제1 벤딩부재;
일단부는 상기 상측 부재에 연결되고, 타단부는 상기 하측 부재에 연결되며, 상기 제1 벤딩부재와 상호 평행하게 이격 배치되어 상기 외력 인가시 상기 제1 벤딩부재와 동일한 방향으로 벤딩되는 제2 벤딩부재;
상기 제1 벤딩부재와 상기 제2 벤딩부재의 전방에 이격 배치되고, 제1 구간은 상기 상측 부재 상에 연결되고, 제2 구간은 상기 하측 부재 상에 연결되어, 상기 제1 방향 벤딩시 인장이 유발되고, 상기 제2 방향 벤딩시 압축이 유발되는 제1 광섬유;
상기 제1벤딩부재와 상기 제2 벤딩부재의 후방에 이격 배치되고, 제1' 구간은 상기 상측 부재 상에 연결되고, 제2' 구간은 상기 하측 부재 상에 연결되어, 상기 제1 방향 벤딩시 압축이 유발되고, 상기 제2 방향 벤딩시 인장이 유발되는 제2 광섬유; 및
상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유에 각각 적어도 하나씩 형성되어 있는 광섬유 센서;
로 이루어진 내측 경사계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 광섬유의 제1 구간이 상기 상측 부재 상에 고정되는 위치를 조절하는 제1a 위치조절수단; 및 상기 제1 벤딩부재의 타단부가 상기 하측 부재에 고정되는 위치를 조절하는 제2a 위치조절수단;을 포함하고,
상기 제1a 위치조절수단은,
상기 제1 구간이 고정되어 상기 제1 구간이 상기 상측 부재 상에 고정되는 위치를 결정하는 제1 고정구;
상기 제1 고정구의 세로 방향을 따라 상호 평행하게 형성되는 한 쌍의 제1 장홀;
상기 제1 장홀을 관통하여 상기 상측 부재에 체결됨으로써, 상기 제1 고정구가 상기 상측 부재의 일면 상에 고정되는 위치를 상기 제1 장홀 범위 내에서 결정하는 조임볼트; 및
상기 한 쌍의 제1 장홀 사이의 상기 제1 고정구에 요홈 구조로 형성된 제1 활주방지홈을 포함하며,
상기 제1 광섬유의 제1 구간은,
적어도 상기 제1 활주방지홈을 포함하여 도포되는 고착제에 의해 상기 한 쌍의 제1 장홀 사이에 고착되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제2a 위치조절수단은,
상기 하측 부재의 수직 상부로 돌출 형성된 제1 고정대;
상기 제1 고정대 전방에 배치되는 제1 가압편;
상기 제1 벤딩부재의 일단부에 그 길이 방향을 따라 형성된 위치선택홀; 및
상기 제1 가압편을 관통하여 상기 제1 고정대에 체결되는 조임볼트를 포함하고,
상기 제1 벤딩부재의 일단부는,
상기 제1 고정대와 상기 제1 가압편 사이에 개재되고, 상기 조임볼트가 상기 제1 가압편과 상기 위치선택홀을 관통하여 상기 제1 고정대에 체결됨으로써, 상기 하측 부재 상에 고정되는 위치가 상기 위치선택홀 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제3 항에 있어서,
상기 제2 벤딩부재의 타단부가 상기 하측 부재에 고정되는 위치를 조절하는 제2b 위치조절수단;을 포함하고,
상기 제2b 위치조절수단은,
상기 하측 부재의 수직 상부로 돌출 형성된 제2 고정대;
상기 제2 고정대 전방에 배치되는 제2 가압편;
상기 제2 벤딩부재의 일단부에 그 길이 방향을 따라 형성된 위치선택홀; 및
상기 제2 가압편을 관통하여 상기 제2 고정대에 체결되는 조임볼트를 포함하고,
상기 제1 가압편과 상기 제2 가압편은 그 사이에 개재되는 연결부재를 통해 상호 일체형으로 연결되어, 상기 하측 부재의 거동 발생시 상기 거동에 따른 외력이 상기 제1 가압편과 상기 제2 가압편을 매개로 상기 제1 벤딩부재와 상기 제2 벤딩부재에 함께 전달되게 구성되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제2 광섬유의 제1' 구간이 상기 상측 부재 상에 고정되는 위치를 조절하는 제1b 위치조절수단을 더 포함하고,
상기 제1b 위치조절수단은,
상기 제1' 구간이 고정되어 상기 제1' 구간이 상기 상측 부재 상에 고정되는 위치를 결정하는 제2 고정구;
상기 제2 고정구의 세로 방향을 따라 상호 평행하게 형성되는 한 쌍의 제2 장홀;
상기 제2 장홀을 관통하여 상기 상측 부재에 체결됨으로써, 상기 제2 고정구가 상기 상측 부재의 타면 상에 고정되는 위치를 상기 제2 장홀 범위 내에서 결정하는 조임볼트; 및
상기 한 쌍의 제2 장홀 사이의 상기 제2 고정구에 요홈 구조로 형성된 제2 활주방지홈을 포함하며,
상기 제2 광섬유의 제1' 구간은,
적어도 상기 제2 활주방지홈을 포함하여 도포되는 고착제에 의해 상기 한 쌍의 제2 장홀 사이에 고착되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제1 항에 있어서,
상기 내측 경사계가 내부에 수용되는 중공의 관체;
상기 관체 내면에 그 길이방향을 따라 장요홈 형태로 형성되는 가이드 레일;
몸체 및 상기 몸체에 돌출 형성된 결합돌기를 포함하고, 상기 결합돌기가 상기 가이드 레일 상에서 활주 가능하게 결합되며, 상호 이격 배열되는 한 쌍의 지그;
상기 결합돌기에 형성되는 볼트홈에 체결되어 상기 한 쌍의 지그가 상기 가이드 레일 상에 고정되는 위치와 상기 한 쌍의 지그 간의 이격 거리를 상기 가이드 레일 범위 내에서 조절하기 위한 조임볼트;
일 영역은 어느 하나의 지그의 몸체 상에 고정되고, 타 영역은 다른 하나의 지그의 몸체 상에 고정되는 제3 광섬유; 및
상기 제3 광섬유에 형성되는 적어도 하나의 광섬유 센서;
로 이루어진 외측 경사계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제3 광섬유는, 상기 지그의 높이 조절을 통해 상기 관체 내부의 길이방향 중심축으로부터의 이격 거리 조절이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제6 항에 있어서,
상기 관체는 다수 개로 구비되고,
상기 내측 경사계는 상기 다수 개의 관체 중 적어도 어느 하나의 관체에 설치되고,
상기 한 쌍의 지그, 상기 제3 광섬유 및 상기 광섬유 센서는 상기 다수 개의 관체 중 또 다른 적어도 어느 하나의 관체에 설치되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제6 항에 있어서,
상기 결합돌기는 상기 가이드 레일에 삽입 끼움 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제6 항에 있어서,
상기 가이드 레일은 복수 개로 구비되어 상기 한 쌍의 지그는 복수 개소에 구비되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.
제6 항에 있어서,
상기 내측 경사계를 상기 관체 내부에 장착하기 위한 이동레일을 더 포함하고,
상기 이동레일은, 일단부가 상기 내측 경사계에 결합되는 복수 개의 지지대; 및 상기 복수 개의 지지대 각각에 축회전 가능하게 결합되는 휠을 포함하고,
상기 휠은 상기 가이드 레일을 따라 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 지중 변형 계측 장치.