KR20100069883A - 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템 - Google Patents

레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템 Download PDF

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KR20100069883A
KR20100069883A KR1020080128429A KR20080128429A KR20100069883A KR 20100069883 A KR20100069883 A KR 20100069883A KR 1020080128429 A KR1020080128429 A KR 1020080128429A KR 20080128429 A KR20080128429 A KR 20080128429A KR 20100069883 A KR20100069883 A KR 20100069883A
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laser
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함태규
조삼덕
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한국건설기술연구원
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Abstract

실내 실험용 모형 토조 상부에 변위센서 이송부를 설치하고, 레이저 변위센서를 연결시킴으로써, 하중재하에 따른 표층 변위를 연속적으로 측정 및 분석할 수 있고, 연약지반의 지지력 개량 효과에 미치는 영향인자를 정확히 분석하여 연약지반 현장에서 발생할 수 있는 중기의 전도 사고를 미연에 방지할 수 있는, 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템이 제공된다. 연약지반 표층거동 분석 시스템은, 연약지반 상에 형성된 보강재의 거동 특성을 분석하기 위해서 하중재하로 인한 연약지반 또는 보강재의 변위를 측정하는 연약지반 표층거동 분석 시스템에 있어서, 연약지반 및 보강재가 형성되고, 하중재하가 완료된 모형 토조; 모형 토조 상에 형성된 연약지반의 표층거동을 연속적으로 감지하여 아날로그 표층거동 신호를 생성하는 레이저 변위센서; 모형 토조 상부에 설치되고, 레이저 변위센서를 모형 토조 상에서 왕복 이송시키는 변위센서 이송부; 레이저 변위센서로부터 연속적으로 감지되는 표층거동 데이터를 수집하는 데이터 로거; 및 레이저 변위센서 및 변위센서 이송부의 구동을 제어하며, 데이터 로거로부터 수집된 표층거동 데이터에 따라 연약지반 표층거동을 분석하는 분석 및 제어부를 포함한다.
표층거동, 레이저 변위센서, 연약지반, 거동 특성, 변위센서 이송부

Description

레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템 {System for analyzing weal ground motions using laser displacement sensor}
본 발명은 연약지반 표층거동 분석 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 레이저 변위센서를 이용함으로써 실내 실험용 모형 토조 상에 형성된 연약지반 또는 보강재의 표층 거동을 연속적으로 실시간 분석하는 연약지반 표층거동 분석 시스템에 관한 것이다.
연약지반은 건축물의 기초로서 충분한 지지력이 없는 지반을 말하는데, 예를 들면, 낮은 평야지대, 삼각주, 골짜기 등을 형성하는 새로운 충적지에 많이 존재한다. 연약지반의 구성 토층은 부드럽고 압축성이 큰 점토, 실트, 이탄 등이다. 이와 같은 지반에 직접 건조물을 지으면 지반이 파괴되거나 큰 압밀침하가 생긴다. 그래서 중요한 구조물의 기초는 말뚝이나 케이슨 등으로 하층의 견고한 지반에 지지시킨다.
보강재가 형성된 연약지반 또는 초연약지반의 표층 거동을 분석하기 위한 실내 모형실험에 있어서, 하중재하로 인한 변위 측정은 매우 중요한데, 이를 위하여 일반적으로 자기저항식 변위계(LVDT)를 이용하고 있다. 여기서, LVDT는 전자기 차 폐와 계측 대상의 구조적 형태에 적절히 적용함에 따라 환경 변화에 대한 영향을 적게 받으면서 특성이 우수한 트랜스듀서(transducer)로 사용할 수 있고, 이러한 형태의 트랜스듀서는 변위 측정을 기본으로 하고 있으므로, 산업분야, 대학 및 연구실 등에서 대단히 폭 넓게 사용되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 LVDT 센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 LVDT 센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템은, 모형 토조(10), LVDT 센서(20), 데이터 로거(30) 및 분석 및 제어부(40)를 포함할 수 있다. 모형 토조(10)는 연약지반(11) 상에 보강재(12)가 형성되고, 이러한 연약지반(11) 상에 하중재하(13)가 가해진다.
종래의 기술에 따른 LVDT 센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템의 경우, 다수의 LVDT 센서(20a, 20b, 20c)를 이용하여 연약지반의 표층거동을 분석한다.
구체적으로, 분석 및 제어부(40)의 구동 제어명령에 따라 구동부가 구동되고, 이에 의해 철심이 직선운동을 하게 되는데, 이때, 상기 LVDT 센서(20)는 내부의 코일들을 통해 그 철심의 변위를 검출하게 된다. 상기 LVDT 센서(20)에 의한 아날로그의 변위검출신호가 데이터 로거(30)의 A/D 변환기를 통해 디지털 신호로 변환되고, 상기 분석 및 제어부(40)는 상기 데이터 로거(30)의 출력 신호를 분석함으로써, 상기 연약지반의 표층거동을 분석하게 된다.
한편, 자기적 원리를 이용한 자기 센서(magnetic sensor)는 자기를 전기로 변환하는 소자(element)로서, 기계적 변위가 1차측 코일과 2차측 코일 사이에서 발생하는 자속의 변화, 즉, 상호 인덕턴스를 변화시키는 트랜스듀서(transducer)로서, 이러한 형태에 속하는 트랜스듀서를 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)라고 부른다.
LVDT는 선형 거리 차이를 측정하는 전기적 변환기 형태를 말하는데 3개의 솔레노이드 코일이 튜브 주변에 위치하고 있다. 가운데 코일이 주된 것이고 나머지가 두 개가 바깥에 위치하고 있다. 이때, 실린더 형태의 자석 코어가 튜브 중심을 따라 이동하여 측정 대상의 위치값을 알려준다. 따라서 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주는 LVDT는 코어(core or armature)의 이동에 의해 1차 코일에서 2차 코일에 유도되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 트랜스듀서(transducer)로서 기계적, 전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 코어의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생하는데 이 출력의 양에 따라서 밸브(Valve)의 위치(Position)를 제어한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 LVDT 센서의 부분 절개 사시도 및 회로도이다.
종래의 기술에 따른 LVDT 센서(20)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 원통형 하우징 바디(21) 내에 대칭적인 구조로 하나의 1차코일(22)과 2개의 2차코일(23, 24)이 설치되어 있다. 상기 두 개의 2차코일(23, 24)은 직렬 역극성으로 연결되며, 이러한 코일들(22, 23, 24) 통로 사이로 강자성체의 철심(25)이 직선운동을 할 때 발생되는 신호를 이용하면 변위 계측이 가능하게 된다.
그러나 종래의 기술에 따른 LVDT(20)를 이용한 측정 결과는 연속적이지 않기 때문에, 표층 거동의 정확도를 높이기 위해서는 보다 많은 LVDT(20)를 설치해야 하며, 이로 인해 LVDT(20) 설치에 많은 시간 및 비용을 소비하게 된다는 문제점이 있다. 이에 따라 설치가 간편하고 연속적인 거동 분석이 가능한 표층거동 분석 시스템에 대한 필요성이 제기되고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실내 모형 실험용 토조 상부에 변위센서 이송부를 설치하고, 레이저 변위센서를 유기적으로 연결시킴으로써, 하중재하에 따른 표층 변위를 연속적으로 측정 및 분석할 수 있는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 하중재하에 따른 표층 변위를 연속적으로 측정함으로써, 연약지반의 지지력 개량 효과에 미치는 영향인자를 정확히 분석하고, 연약지반 현장에서 발생할 수 있는 중기의 전도 사고를 미연에 방지할 수 있는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 레이저 변위센서를 이용하여 연약지반 표층의 거동 분석을 연속적으로 측정하고 이를 분석함으로써, 건축 구조물 설계에 필요한 정확한 설계정수를 제시할 수 있는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템은, 연약지반 상에 형성된 보강재의 거동 특성을 분석하기 위해서 하중재하로 인한 연약지반 또는 보강재의 변위를 측정하는 연약지반 표층거동 분석 시스템에 있어서, 연약지반 및 보강재가 형성되고, 하중재하가 완료된 모형 토조; 상기 모형 토조 상에 형성된 연약지반의 표층거동을 연속적으로 감지하여 아날로그 표층거동 신호를 생성하는 레이저 변위센서; 상기 모형 토조 상부에 설치되고, 상기 레이저 변위센서를 상기 모형 토조 상에서 왕복 이송시키는 변위센서 이송부; 상기 레이저 변위센서로부터 연속적으로 감지되는 표층거동 데이터를 수집하는 데이터 로거; 및 상기 레이저 변위센서 및 상기 변위센서 이송부의 구동을 제어하며, 상기 데이터 로거로부터 수집된 표층거동 데이터에 따라 상기 연약지반 표층거동을 분석하는 분석 및 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 레이저 변위센서는 상기 변위센서 이송부에 장착되고, 상기 변위센서 이송부의 구동에 따라 상기 모형 토조 상에서 왕복 이송하면서 상기 하중재하로 인한 연약지반 또는 보강재의 변위를 연속적으로 감지할 수 있다.
여기서, 상기 레이저 변위센서는 레이저빔 소스 및 레이저빔 수광부로 이루어지며, 상기 레이저 변위센서는 상기 모형 토조 내에 형성된 연약지반 또는 보강재 상에서 왕복 이송되면서 레이저빔을 연속적으로 발사하고, 상기 연약지반 또는 보강재로부터 반사되는 레이저빔을 연속적으로 수광하여 상기 연약지반 또는 보강재의 거동을 감지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 변위센서 이송부는, 상기 모형 토조의 양 측면 상부에 고정되는 지지대; 상기 지지대 상에 수평으로 연결되고, 상기 레이저 변위센서가 장착되는 수평 바(Bar); 및 상기 분석 및 제어부로부터 제공되는 구동신호에 의해 상기 레이저 변위센서를 상기 수평 바를 따라 왕복 이송시키는 구동부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 로거는 상기 모형 토조로부터 원격 설치되어 상기 레이저 변위센서로부터 연속적으로 감지되는 아날로그 표층거동 신호를 디지털 표층거동 데이터로 변환하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 분석 및 제어부는 클라이언트 PC 상에 구현되며, 상기 클라이언트 PC는 상기 데이터 로거에 의해 변환된 디지털 표층거동 데이터에 따라 상기 연약지반 또는 보강재의 표층거동을 모니터링하여 분석하는 프로그램을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 실내 모형 실험용 토조 상부에 변위센서 이송부를 설치하고, 레이저 변위센서를 유기적으로 연결시킴으로써, 하중재하에 따른 표층 변위를 연속적으로 측정 및 분석할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하중재하에 따른 표층 변위를 연속적으로 측정함으로써, 연약지반의 지지력 개량 효과에 미치는 영향인자를 정확히 분석하고, 연약지반 현장에서 발생할 수 있는 중기의 전도 사고를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 변위센서를 이용하여 연약지반 표층의 거동 분석을 연속적으로 측정하고 이를 분석함으로써, 건축 구조물 설계에 필요한 정확한 설계정수를 제시할 수 있다.
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 붙였다.
본 발명의 실시예로서, 레이저 변위센서 및 변위센서 이송부를 이용하여, 하중재하에 따른 연약지반의 표층 변위를 연속적으로 측정함으로써, 연약지반의 지지력 개량 효과에 미치는 영향인자를 정확히 분석하고, 건축 구조물 설계에 필요한 정확한 설계정수를 제시할 수 있는 연약지반 표층거동 분석 시스템이 제공된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템의 블록구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템(100)은, 모형 토조(110), 레이저 변위센서(120), 변위센서 이송부(130), 데이터 로거(140) 및 분석 및 제어부(150)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템(100)은 연약지반 상에 형성된 보강재의 거동 특성을 분석하기 위해서 하중재하로 인한 연약지반 또는 보강재의 변위를 측정하기 위한 것으로, 실내 실험용 모형 토조(110) 상부에 변위센서 이송부(130)를 설치하고, 레이저 변위센서(120)를 변위센서 이송부(130)에 장착한 후, 하중재하를 완료하며, 상기 레이저 변위센 서(120)를 왕복 이송시키면서 표층 거동을 분석 및 평가하게 된다.
모형 토조(110)는 연약지반/초연약지반(111) 및 보강재(120)가 형성되고, 하중재하(113)가 완료된 상태이다.
레이저 변위센서(120)는 상기 모형 토조(110) 상에 형성된 연약지반(112)의 표층거동을 연속적으로 감지하여 아날로그 표층거동 신호를 생성한다. 상기 레이저 변위센서(120)는 상기 변위센서 이송부(130)에 장착되고, 상기 변위센서 이송부(130)의 구동에 따라 상기 모형 토조(110) 상에서 왕복 이송하면서 상기 하중재하(113)로 인한 연약지반(111) 또는 보강재(112)의 변위를 연속적으로 감지할 수 있다.
또한, 상기 레이저 변위센서(120)는 레이저빔 소스 및 레이저빔 수광부로 이루어지며, 상기 모형 토조(110) 내에 형성된 연약지반(111) 또는 보강재(112) 상에서 왕복 이송되면서 레이저빔을 연속적으로 발사하고, 상기 연약지반(111) 또는 보강재(112)로부터 반사되는 레이저빔을 연속적으로 수광하여 상기 연약지반(111) 또는 보강재(112)의 거동을 감지하게 된다.
변위센서 이송부(130)는 상기 모형 토조(110) 상부에 설치되고, 상기 레이저 변위센서(120)를 상기 모형 토조(110) 상에서 왕복 이송시킨다.
데이터 로거(140) 상기 레이저 변위센서로부터 연속적으로 감지되는 표층거동 데이터를 수집하는 역할을 하며, 즉, 데이터 로거(140)는 근거리 또는 원거리 시스템으로부터 실시간으로 표층 거동 데이터를 실시간 또는 일정 주기로 데이터를 취득하게 된다. 구체적으로, 상기 데이터 로거(140)는 상기 모형 토조(110)로부터 원격 설치되어 상기 레이저 변위센서(120)로부터 연속적으로 감지되는 아날로그 표층거동 신호를 디지털 표층거동 데이터로 변환하여, 분석 및 제어부(150)로 전달한다.
분석 및 제어부(150)는 상기 레이저 변위센서(120) 및 상기 변위센서 이송부(130)의 구동을 제어하며, 상기 데이터 로거(140)로부터 수집된 표층거동 데이터에 따라 상기 연약지반(111)의 표층거동을 분석한다. 상기 분석 및 제어부(150)는 예를 들면, 클라이언트 PC 상에 구현되며, 상기 클라이언트 PC는 상기 데이터 로거에 의해 변환된 디지털 표층거동 데이터에 따라 상기 연약지반 또는 보강재의 표층거동을 모니터링하여 분석하는 프로그램을 구비할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템(100)은, 레이저 변위센서(120)를 이용한 연약지반의 표층거동 특성을 분석하는 시스템으로서, 연약지반/초연약지반 표층처리 공법 분석을 위한 실내 실험용 모형 토조(110) 상부에 변위센서 이송부(130)를 설치하고, 상기 레이저 변위센서(120)를 유기적으로 연결시킴으로써 하중재하(113)에 따른 연약지반(111)의 표층 변위를 연속적으로 측정 분석할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서(120)는 이동하거나 위치 변화하는 측정 대상물체(111)를 향하여 레이저빔을 발사하고, 반사되어 돌아오는 레이저 빔의 수광 위치의 변화를 계산함으로써, 측정 대상물체(111)의 이 동거리나 위치 변화를 측정하는 장치이다. 따라서 레이저 변위센서는 레이저빔을 발사하는 레이저빔 소스(121)와 반사된 레이저빔을 수신하는 레이저빔 수광부(122)를 구비한다.
레이저 변위센서(120)는 측정 대상물체(111)와 소정 거리 이격하여 발사하여야 하는데 이 거리를 기준거리라고 한다. 상기 레이저 변위센서(120)는 이 기준거리를 중심으로 전후방 일정 범위 내에서 측정 대상물체의 위치 변화량을 측정할 수 있는데 이 범위를 측정 범위라고 한다.
레이저빔 소스(121)는 측정 대상물체(111)를 향하여 레이저빔을 발사하고, 발사된 레이저빔은 측정 대상물체(111)에 의해 반사되어 레이저빔 수광부(122)에 도달한다. 상기 레이저 변위센서의 기준거리를 d1이라고 가정했을 때, 레이저빔의 경로는 L1 및 L2가 된다.
예를 들면, 측정 대상물체(111)가 거리 D만큼 후방으로 이동한 경우, 레이저빔 L1 및 L2가 되고, 레이저빔 수광부(122)에 의해 수광되는 위치, d3은 W1에서 W(수평방향)로 이동된다. 이러한 수광 위치의 변화에 따라 측정 대상물체(111)의 이동거리 D가 계산될 수 있다. 이때, 이동거리 D가 계산되는 과정은 아래 수학식 1 내지 수학식 4와 같다.
Figure 112008086651558-PAT00001
Figure 112008086651558-PAT00002
Figure 112008086651558-PAT00003
Figure 112008086651558-PAT00004
따라서 수학식 1 내지 수학식 3을 이동거리(D)에 관해서 풀면, 다음의 수학식 4와 같이 구해진다.
Figure 112008086651558-PAT00005
여기서, X는 레이저빔수광부(122)에서 측정한 수광위치의 변동값이고,
Figure 112008086651558-PAT00006
은 레이저 변위센서(120)의 설계 변수로서, 측정 대상물체(111)에 레이저빔이 입사되는 각도를 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서(120)는 정반사형 레이저 변위센서 또는 측반사형 레이저 변위센서일 수 있다. 특히, 입사각
Figure 112008086651558-PAT00007
이 90도인 정반사형 레이저 변위센서는 그 측정 거리가 매우 짧기 때문에 측반사형 레이저 변위센서를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 표층거동 분석 시스템이 실험용 모형 토조에 적용된 것을 예시하는 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서 및 변위센서 이송부가 실제로 설치된 것을 예시하는 사진이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 표층거동 분석 시스템에서, 모형 토조(110)는 예를 들면, 길이가 200㎝이고 높이가 100㎝로 구현되며, 연약지반(111)은 예를 들면 점성토일 수 있으며, 80㎝의 높이만큼 형성될 수 있다. 보강재(112)는 상기 연약지반(111) 상에 설치되며, 예를 들면 10㎝ 간격으로 설치될 수 있다. 상기 모형 토조(110)의 크기 및 규격은 임의적으로 달라질 수 있다.
변위센서 이송부(130)는 지지대, 수평 바 및 구동부로 구성될 수 있고, 상기 모형 토조(110) 상부에 설치되고, 상기 레이저 변위센서(120)를 상기 모형 토조(110) 상에서 왕복 이송시킨다.
도 6을 참조하면, 변위센서 이송부(130)는 지지대, 수평 바 및 구동부로 구성될 수 있으며, 변위센서 이송부(130)의 지지대는 상기 모형 토조(110)의 양 측면 상부에 고정되고, 변위센서 이송부(130)의 수평 바는 상기 지지대 상에 수평으로 연결되고, 상기 레이저 변위센서(120)가 장착되어 수평으로 왕복 이송되게 한다, 변위센서 이송부(130)의 구동부는 상기 분석 및 제어부(150)로부터 제공되는 구동신호에 의해 상기 레이저 변위센서(120)를 상기 수평 바를 따라 왕복 이송시키는 역할을 한다. 상기 변위센서 이송부(130)는 지지대, 수평 바 및 구동부로 구성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
다시 도 5를 참조하면, 레이저 변위센서(120)는 상기 모형 토조(110) 내에 형성된 연약지반(111) 또는 보강재(112) 상에서 왕복 이송되면서 레이저빔을 연속 적으로 발사하고, 상기 연약지반(111) 또는 보강재(112)로부터 반사되는 레이저빔을 연속적으로 수광하여 상기 연약지반 또는 보강재의 거동을 감지하게 된다.
또한, 데이터 로거(140)는 상기 모형 토조(110)로부터 원격 설치되어 상기 레이저 변위센서(120)로부터 연속적으로 감지되는 아날로그 표층거동 신호를 디지털 표층거동 데이터로 변환하며, 상기 분석 및 제어부(150)는 클라이언트 PC 상에 구현되며, 상기 클라이언트 PC는 분석 프로그램을 구비함으로써, 상기 데이터 로거(140)에 의해 변환된 디지털 표층거동 데이터에 따라 상기 연약지반(111) 또는 보강재(112)의 표층거동을 모니터링하여 분석하게 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용하여 연약지반 표층의 변위 특성을 측정한 결과를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템과 종래의 기술에 따른 다수의 LVDT를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템의 측정 결과를 비교하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 도면부호 A는 10㎏의 하중재하에 대해서 종래의 기술에 따른 다수의 LVDT를 이용하여 표층거동을 측정한 것을 나타내며, 도면부호 B는 60㎏의 하중재하에 대해서 종래의 기술에 따른 다수의 LVDT를 이용하여 표층거동을 측정한 것을 나타낸다.
또한, 도면부호 C는 10㎏의 하중재하에 대해서 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용하여 표층거동을 측정한 것을 나타내며, 도면부호 D는 60㎏의 하중재하에 대해서 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용하여 표층거동을 측정한 것을 나타내고 있다. 즉, 하중재하가 커질수록, 큰 폭의 표층 거동이 발생하게 되며, 종래의 기술에 따른 LVDT를 이용할 경우, 다수의 LVDT를 사용하는 것에 비해, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템은, 1개의 레이저 변위센서 및 변위센서 이송부를 사용함으로써, 연속적으로 연약지반 표층거동을 실시간 분석할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템은, 연약지반의 지지력 개량 효과에 미치는 영향인자를 정확히 분석할 수 있도록 레이저 변위센서를 이용하여 하중재하에 따른 표층 변위를 연속적으로 측정하고 이를 분석할 수 있다.
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 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
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.
도 1은 종래의 기술에 따른 LVDT 센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 LVDT 센서의 부분 절개 사시도 및 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템의 블록구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 표층거동 분석 시스템이 실험용 모형 토조에 적용된 것을 예시하는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서 및 변위센서 이송부가 실제로 설치된 것을 예시하는 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 변위센서를 이용하여 연약지반 표층의 변위 특성을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
* 도면부호의 간단한 설명 *
100: 표층거동 분석 시스템
110: 실험용 모형 토조 111: 연약지반
112: 보강재 113: 하중재하
120: 레이저 변위센서 121: 레이저빔 소스
122: 레이저빔 수광부 130: 변위센서 이송부
140: 데이터 로거(Data loger) 150: 분석 및 제어부(PC)

Claims (6)

  1. 연약지반 상에 형성된 보강재의 거동 특성을 분석하기 위해서 하중재하로 인한 연약지반 또는 보강재의 변위를 측정하는 연약지반 표층거동 분석 시스템에 있어서,
    연약지반 및 보강재가 형성되고, 하중재하가 완료된 모형 토조;
    상기 모형 토조 상에 형성된 연약지반의 표층거동을 연속적으로 감지하여 아날로그 표층거동 신호를 생성하는 레이저 변위센서;
    상기 모형 토조 상부에 설치되고, 상기 레이저 변위센서를 상기 모형 토조 상에서 왕복 이송시키는 변위센서 이송부;
    상기 레이저 변위센서로부터 연속적으로 감지되는 표층거동 데이터를 수집하는 데이터 로거; 및
    상기 레이저 변위센서 및 상기 변위센서 이송부의 구동을 제어하며, 상기 데이터 로거로부터 수집된 표층거동 데이터에 따라 상기 연약지반 표층거동을 분석하는 분석 및 제어부
    를 포함하는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 변위센서는 상기 변위센서 이송부에 장착되고, 상기 변위센서 이송부의 구동에 따라 상기 모형 토조 상에서 왕복 이송하면서 상기 하중재하로 인 한 연약지반 또는 보강재의 변위를 연속적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 변위센서는 레이저빔 소스 및 레이저빔 수광부로 이루어지며,
    상기 레이저 변위센서는 상기 모형 토조 내에 형성된 연약지반 또는 보강재 상에서 왕복 이송되면서 레이저빔을 연속적으로 발사하고, 상기 연약지반 또는 보강재로부터 반사되는 레이저빔을 연속적으로 수광하여 상기 연약지반 또는 보강재의 거동을 감지하는 것을 특징으로 하는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변위센서 이송부는,
    상기 모형 토조의 양 측면 상부에 고정되는 지지대;
    상기 지지대 상에 수평으로 연결되고, 상기 레이저 변위센서가 장착되는 수평 바(Bar); 및
    상기 분석 및 제어부로부터 제공되는 구동신호에 의해 상기 레이저 변위센서를 상기 수평 바를 따라 왕복 이송시키는 구동부
    를 포함하는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 로거는 상기 모형 토조로부터 원격 설치되어 상기 레이저 변위센서로부터 연속적으로 감지되는 아날로그 표층거동 신호를 디지털 표층거동 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분석 및 제어부는 클라이언트 PC 상에 구현되며, 상기 클라이언트 PC는 상기 데이터 로거에 의해 변환된 디지털 표층거동 데이터에 따라 상기 연약지반 또는 보강재의 표층거동을 모니터링하여 분석하는 프로그램을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 변위센서를 이용한 연약지반 표층거동 분석 시스템.
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