KR100571294B1

KR100571294B1 - Angle measurement method using fiber optic sensor

Info

Publication number: KR100571294B1
Application number: KR1020040022979A
Authority: KR
Inventors: 이금석
Original assignee: 이금석
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2006-04-17
Anticipated expiration: 2024-04-02
Also published as: WO2005106389A1; KR20040035637A

Abstract

본 발명은 교량이나, 터널의 내공변위 등 토목구조물의 기울어짐 등을 정밀하게 측정하기 위한 광섬유센서 각도 측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 추에 두개의 하중분산용 고정 축을 만들어 그네와 같이 일정한 각도로 유지시켜 하중을 분산하도록 하며, 기울어짐 발생시 그 하중의 분산비가 그 각도에 비례해서 달라진다는데 착안을 하여 한쪽의 하중 분산용 고정 축에 광섬유센서를 설치하여 그 무게의 차를 읽어 내어 각도로 환산하는 것을 특징으로 광섬유센서를 이용한 각도측정 방법인 것이다. The present invention relates to an optical fiber sensor angle measuring device for accurately measuring the inclination of civil engineering structures, such as bridges, tunnel displacement, and the like, and more specifically, by making two load-distributing fixed shafts on one weight, Keep the load at a constant angle to distribute the load, and when the tilt occurs, the distribution ratio of the load changes in proportion to the angle. It is an angle measuring method using the optical fiber sensor, characterized in that converted to.

광섬유센서 각도계, 광섬유센서, FBGOptical fiber sensor goniometer, optical fiber sensor, FBG

Description

Angle measurement method using fiber optic sensor {Method of angle FBG}

도1은 본 발명의 일반적인 실시 예 1 is a general embodiment of the present invention

도2는 본 발명의 신호 증폭용 실시 예 Figure 2 is an embodiment for the signal amplification of the present invention

본 발명은 정밀한 변형을 계측하는데 이용되고 있는 광섬유센서의 우수한 특성을 이용하여 추의 분산된 무게의 비를 측정하고 각도로 환산하기위한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 개의 추에 두개의 고정 축을 연결하고, 추의 무게 중심이 각각의 고정 축과 어긋나게 고정판에 고정을 하고 한쪽 고정 축에는 광섬유센서를 설치하여, 고정판이 임의의 각도로 회전하면 추의 무게중심이 회전된 각도만큼 이동하고, 이때 두개의 고정 축에 걸리는 추의 무게 비도 그 회전된 각도에 비례해서 변한다. 이때 고정 축 한쪽에 설치된 광섬유센서가 그 무게를 감지하여 역으로 회전한 각을 환산 계측하는 것이다. 이때의 장점은 우수한 분해능을 갖는 광섬유센서의 특성으로 정밀한 각도 측정이 가능하고, 전자기파의 영향이 없어 운행 중인 지하철의 터널 내공변위를 실시간으로 계측할 수 있게 할 뿐만 아니라 고유한 파장 값을 가지고 있어 초기 대비 누적변형을 계측할 수 있는 획기적인 발명인 것이다. The present invention relates to a method for measuring the ratio of the distributed weight of a weight and converting it to an angle by using the excellent characteristics of an optical fiber sensor used to measure precise deformation. Connect the shaft, and fix the weight center of the weight to the fixing plate, and install the fiber optic sensor on one fixing shaft.If the fixing plate is rotated at any angle, the weight center of the weight moves by the rotated angle. At this time, the weight ratio of the weight on the two fixed shafts also changes in proportion to the rotated angle. At this time, the optical fiber sensor installed on one side of the fixed shaft detects the weight and converts the reverse rotation angle. At this time, the advantages of the optical fiber sensor with excellent resolution are precise angle measurement, and there is no influence of electromagnetic waves, so it is possible to measure the air gap in tunnel of a subway in operation in real time and has a unique wavelength value. It is a revolutionary invention that can measure contrast cumulative strain.

한편 종래에는 전기 저항식 게이지를 사용하여 계측 정밀도가 떨어지고, 지하철이 운행 중에는 전자기파의 영향으로 그 값을 신뢰할 수 없어 실시간 계측을 하지 못하고, 그 운행이 종료된 후에나 측정이 가능하였다. 그러나 지하 터널의 내공 변위는 지하철의 운행 속도와 그 하중에 상당한 물리적 영향을 받는다는 사실을 상기 할 때 지하철이 운행 중일 때 계측을 못한다는 것은 크나큰 문제점이 아닐 수 없다.On the other hand, conventionally, the measurement accuracy is reduced by using an electric resistance gauge, the value is unreliable due to the influence of electromagnetic waves during the operation of the subway, it is not possible to measure in real time, it was possible to measure after the end of the operation. However, it is a big problem to be unable to measure when the subway is operating, reminding that the displacement of the underground tunnel is significantly affected by the speed and load of the subway.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 발명은 지하철 운행에도 상관없이 언제라도 상시 계측이 가능하도록 전자기파의 영향이 전혀 없고 보다 정밀한 계측이 가능한 방법을 찾는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention aims to find a method capable of measuring more precisely without any influence of electromagnetic waves so that measurement can be performed at any time regardless of subway operation.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전자기파의 영향을 전혀 받지 않고 분해능이 우수한 소재인 광섬유센서를 이용한 각도측정 방법을 제공 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an angle measuring method using an optical fiber sensor which is a material having excellent resolution without being affected by electromagnetic waves.

하나의 고정판에 서로 일정거리 이상 떨어진 고정 축 두개를 만들고, 이 고정 축 한곳은 지지대를 고정시키고, 다른 한곳은 광섬유센서를 부착한다. 그리고 한 개의 추에 지지대와 광섬유센서가 추의 무게 중심이 두 고정 축 사이에 오도록 조절을 하여 추에 고정시키면 추의 무게가 지지대와 광섬유센서에 분산 되고 장력으로 작용한다. 이때 고정판이 회전하면 추의 무게 중심도 같이 회전하게 되어 지지대와 광섬유센서에 분산 되었던 추의 무게비가 회전한 각도에 비례하여 변하게 되고, 이때 광섬유센서에서 그 장력을 감지하여 각도로 환산할 수 있는 방법을 제공한다.
Two fixing shafts are separated from each other by a fixed distance in one fixing plate. One fixing shaft fixes the support, and the other attaches the fiber optic sensor. And if the weight and weight of the support are fixed to the weight by adjusting the center of gravity of the support and the optical fiber sensor between two fixed shafts, the weight of the weight is distributed to the support and the optical fiber sensor and acts as a tension. At this time, when the fixing plate rotates, the weight center of the weight is rotated as well, so that the weight ratio of the weight distributed to the support and the optical fiber sensor changes in proportion to the rotation angle. In this case, the fiber sensor can detect the tension and convert it to an angle. To provide.

첨부된 도1은 본 발명 광섬유센서를 이용한 각도측정 방법의 일반적인 설치 예이고, 도 2는 분해능을 높이기 위한 본 발명의 증폭용 실시 예이다. 1 is a general installation example of the angle measuring method using the optical fiber sensor of the present invention, Figure 2 is an embodiment for amplifying the present invention for increasing the resolution.

이하 도면 1을 바탕으로 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

본 발명은 토목구조물의 정밀한 각도계측을 위한 방법으로서, 하나의 고정판(10)에 서로 일정거리 이상 떨어진 고정 축(20)을 두개 만들고, 이 고정 축 한곳은 지지대(30)를 고정시키고, 다른 한곳은 광섬유센서(40)를 부착한다. 그리고 한 개의 추(50)에 지지대(20)와 광섬유센서(40)가 추의 무게 중심이 두 고정 축(20) 사이에 오도록 조절하여 추에 고정시키면 추(50)의 무게가 지지대(20)와 광섬유센서(40)에 분산 되고 장력으로 작용한다. 이때 토목구조물이 회전하면 고정판(10)도 토목구조물과 일체거동을 하여 회전하게 되고, 추(50)의 무게 중심은 지구의 중심을 향하기 때문에 추(50)는 반대로 회전하려고 하고, 이때 지지대(30)와 광섬유센서(40)에 분산 되었던 추의 무게비가 고정판(10)이 회전한 각도에 비례하여 변하게 되고, 이때 광섬유센서에서 그 장력을 감지하여 각도로 환산할 수 있는 방법을 제공한다. The present invention is a method for precise angle measurement of the civil engineering structure, making two fixed shafts 20 separated from each other by a predetermined distance on one fixed plate 10, one fixed shaft is fixed to the support 30, the other Attaches the optical fiber sensor 40. And when the support 20 and the optical fiber sensor 40 in one weight 50 is adjusted so that the center of gravity of the weight is between the two fixed shaft 20 and fixed to the weight, the weight of the weight 50 is the support 20 It is dispersed in the optical fiber sensor 40 and acts as a tension. At this time, when the civil structure is rotated, the fixed plate 10 also rotates in one piece with the civil structure, and the weight 50 of the weight 50 is directed toward the center of the earth, so the weight 50 tries to rotate in reverse, and the support 30 And the weight ratio of the weight dispersed in the optical fiber sensor 40 is changed in proportion to the rotation angle of the fixed plate 10, at this time provides a method that can be converted into an angle by detecting the tension in the optical fiber sensor.

도 2에 따른 신호 증폭용 실시 예를 설명하면, 한쪽의 고정 축(20)에 길이의 비가 다른 장력증폭용 회전축(60)을 설치하고, 긴 쪽에는 지지대(20)를 고정하고, 짧은 쪽에는 광섬유센서를 고정하면, 지렛대의 원리에 의해 그 길이의 비만큼 장력이 증폭되고, 그 결과 각도의 분해능이 높아지게 된다. Referring to the embodiment for signal amplification according to Figure 2, one of the fixed shaft 20 is provided with a tension amplification rotary shaft 60 of different length ratio, the long side is fixed to the support 20, the short side When the optical fiber sensor is fixed, the tension is amplified by the ratio of the lengths by the principle of the lever, and as a result, the resolution of the angle is increased.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 기존의 전기식 시스템의 단점인 전자기파의 영향을 완벽히 극복하여 그동안 불가능했던 운행 중인 지하철의 터널 내공 변위를 상시 계측할 수 있게 하고, 광섬유센서의 우수한 특성으로 인하여 그 정밀도 또한 높일 수 있으며, 한 가닥의 광섬유로 최대 20여개의 센서를 직렬 연결할 수 있어 기존의 전기식 시스템 보다 훨씬 적은 공간을 필요로 하며, 광섬유자체가 고유한 파장 값을 가지므로 토목구조물의 초기값 대비 누적 변형을 계측할 수 있는 장점이 있다.
As described above, the present invention completely overcomes the effects of electromagnetic waves, which are disadvantages of the existing electric system, and makes it possible to always measure the displacement of tunnel tunnels in the subway which has been impossible, and because of the excellent characteristics of the optical fiber sensor. Precision can also be increased, and up to 20 sensors can be connected in series with a single fiber, requiring much less space than conventional electrical systems, and since the fiber itself has a unique wavelength value, The advantage is that the cumulative strain can be measured.

Claims

An angle measuring method using an optical fiber sensor, comprising: making two fixed shafts on a fixed plate;

One end of the pair of fixed shafts connects a support, and the other end attaches an optical fiber sensor;

An angle measuring method using an optical fiber sensor, in which a support and an optical fiber sensor are attached to the weight so that a weight center of a weight of a predetermined weight is located between two fixed axes.

In the angle measuring method using an optical fiber sensor, a fixed amplification rotating shaft having a fixed ratio and a ratio of length to a fixed plate is installed on a fixed plate, and a support is connected to a rotating shaft having a large ratio of the fixed shaft and a length, respectively, and a weight center of weight of a certain mass. Connect each support to the weight so as to be located between the fixed shaft and the shaft for tension amplification. Attach one end of the fiber optic sensor to the tension amplifier shaft with a short ratio, and attach the other end to the fixing plate to increase the resolution. Angle measurement method used.