KR20170112074A

KR20170112074A - 지중관로 내부 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20170112074A
Application number: KR1020160038604A
Authority: KR
Inventors: 이명수; 최삼순
Original assignee: 최삼순
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: KR101821652B1

Abstract

본 발명은 지중관로 내부를 따라 이동하면서 내경을 측정하기 위한 장치(100)에 관한 것으로서, 통형의 몸체(110)와; 상기 몸체(110)의 외측 둘레를 따라 대향되게 배치되며 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 가이드 날개(120,130)와; 상기 몸체(110)와 가이드 날개(120,130)의 사이에 지중관로의 내경 변화에 따라 기울기가 변화할 수 있도록 비스듬히 설치되어 지중관로의 내경 변화에 따른 기울기 변화를 측정하는 기울기 측정 센서(140,150)와; 상기 기울기 측정 센서(140,150)에서 측정되는 값을 이용하여 내경을 산출하는 내경 산출 보드(160,170)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 지중관로의 내부를 따라 이동하면서 지중관로의 내경을 측정하여 관로의 변형을 측정할 수 있다.

Description

지중관로 내부 측정장치 및 방법{The measurement system and method of underground conduit line}

본 발명은 지중관로 내부 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 지중관로 내부를 따라 이동하면서 관로 내경이나 곡률 반경, 이동 거리 등을 측정하는 지중관로 내부 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지중케이블 관로공사는 제반 규정에 의하여 도로를 굴착하고 합성수지 파형관(ELP전선관)을 매립한 후 관로 내부로 지중 전력케이블을 포설하여 시행한다.

그런데, 지중케이블의 절연체는 굴곡에 약하므로 굴곡이 심한 관로에 인위적으로 포설하면 절연이 파괴되어 사고를 발생할 수 있다. 따라서 매설 지중 관로의 곡률 및 내경이 허용 오차 안에 시공되었는지를 확인하여야 한다.

또한 관로 내부의 변형 및 이물질의 침투 상태도 확인하여야 안전한 케이블 포설작업을 시행할 수 있다. 따라서 지중관로 공사에서는 단장(30m)의 관로를 제외하고는 관로의 도통시험을 전수검사를 원칙으로 시행하고 있다.

그러나 현재 이러한 도통시험을 실시할 수 있는 전문 업체는 제한되어 있고,시험설비의 구입 또한 현실적으로 불가능한 상태이다.

종래 지중에 매설된 관로의 상태를 탐사 및 측정하는 관련 분야 특허 기술로서 지중관로를 직접 주행하면서 지중관로의 2차원 좌표 데이터를 경제적으로 정확하게 획득할 수 있고, 2차원 좌표데이터와 기측량 자료에 따라 지중관로의 위치를 3차원으로 디스플레이시킬 수 있는 지중관로 위치정보 획득 장치가 제공된다. 지중관로 위치정보 획득 장치는, 수평 방향으로 매설된 지중관로의 위치정보를 획득하는 장치에 있어서, 지중관로의 적어도 일측 벽면에 접촉하여 진행하고, 지중관로를 따라 주행하면서 주행거리에 대응하여 지중관로의 길이방향 거리를 측정하는 거리 측정부; 지중관로를 따라 주행하면서 지중관로의 2차원 기울기를 측정하는 센서 모듈; 본체 하부에 배치되어 지중관로를 따라 주행하는 주행부; 주행부가 지중관로를 따라 주행할 수 있도록 구동하는 구동부; 및 측정된 지중관로의 거리 및 2차원 기울기에 따른 2차원 좌표 데이터를 일정 주행길이별로 저장하고, 구동부의 구동을 제어하는 제어 모듈을 포함하며, 거리 측정부는 바퀴의 회전에 대응하여 지중관로의 거리를 측정하도록 특정 원둘레를 갖는 거리측정 바퀴인 것을 특징으로 하는 지중관로 위치정보 획득 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

또한, ⅰ) 지하매설물에 부착된 자기마커의 유형 및 상기 자기마커로부터 발생하는 자기장의 세기를 검출하기 위한 검출센서와 자기마커 사이의 거리에 따른 자속밀도의 기준값을 선정하여 마스터 프로세서에 저장하는 단계와, ⅱ) 상기 검출센서를 이용하여 탐사지역으로부터 발생하는 자속밀도의 실측값을 측정 및 저장하는 단계와, ⅲ) 상기 기준값 및 상기 실측값의 차가 상기 마스터 프로세서에 미리 입력된 제1오차값 이내인지 판단하는 단계 및 ⅳ) 상기 기준값 및 상기 실측값의 차가 상기 제1오차값 이내이면 탐사지역에 연자성체와는 구별되는 자기마커가 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다. 또한, 본 발명은 상기 단계 ⅳ)후에 ⅴ) 보정된 거리에 따른 자속밀도의 기준값을 계산하는 단계와, ⅵ) 상기 자기마커가 존재하는 것으로 판단되는 자속밀도의 상기 실측값과 보정된 거리에 따른 자속밀도 기준값의 차가 제2오차값 이내인지 판단하는 단계 및 ⅶ) 상기 단계 ⅵ)에서 상기 실측값과 상기 기준값의 차가 제2오차값 이내라고 판단되면 상기 기준값의 z값을 상기 자기마커가 존재하는 심도로 결정하는 단계를 포함하는 지하매설물 탐지기 및 이를 이용한 지하매설물 탐지방법이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).

국내등록특허 10-1041780호 국내등록특허 10-0947659호

본 발명은 지중관로의 내부를 따라 이동하면서 내경을 측정하여 관로의 변형을 측정하고, 지중관로의 곡률 반경을 3자원으로 측정하여 수직, 수평 곡률 반경 및 포설경로에 대한 3차원 공간좌표를 산출하며, 지중관로 내부를 따라 이동하면서 거리를 실측하여 지중관로 포설길이를 측정하고, 지표 평면에서 지중관로의 포설경로 위치를 정확하게 산출할 수 있는 지중관로 내부 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치는, 지중관로 내부를 따라 이동하면서 내경을 측정하기 위한 장치로서, 통형의 몸체와; 상기 몸체의 외측 둘레를 따라 대향되게 배치되며 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 가이드 날개와; 상기 몸체와 가이드 날개의 사이에 지중관로의 내경 변화에 따라 기울기가 변화할 수 있도록 비스듬히 설치되어 지중관로의 내경 변화에 따른 기울기 변화를 측정하는 기울기 측정 센서와; 상기 기울기 측정 센서에서 측정되는 값을 이용하여 내경을 산출하는 내경 산출 보드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 기울기 측정 센서는 위치 변위 센서로서 수평 기울기 측정 센서이고, 상기 내경 산출 보드는 상기 기울기 측정 센서의 측정값을 보정하기 위하여 장치의 자체 기울기를 측정할 수 있는 중력 가속도 센서를 구비할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치는, 지중관로 내부를 따라 이동하면서 곡률 반경을 측정하기 위한 장치로서, 통형의 몸체와; 상기 몸체의 외측 둘레를 따라 배치되며 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 가이드 날개와; 상기 몸체에 곡률 반경을 측정하기 위하여 설치되는 곡률 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 곡률 측정 센서는 센서 PCB 및 센서 PCB 상에 실장되는 3축 중력 가속도 센서를 구비하고, 상기 3축 중력 가속도 센서는 상기 가이드 날개에 대응되게 설치될 수 있다.

또한, 상기 몸체의 이동방향을 Y방향, 중력이 작용하는 방향을 Z방향, Y,Z 평면과 직교하는 방향을 X방향이라 가정할 때, 상기 3축 중력 가속도 센서의 X,Y 평면의 중심이 상기 가이드 날개의 X,Y축의 중심과 일치되고, 3축 중력 가속도 센서의 Z,Y 평면의 중심이 상기 가이드 날개의 Z,Y축의 중심과 일치되게 설치될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치는, 지중관로 내부를 따라 이동하면서 이동 거리를 측정하기 위한 장치로서, 통형의 몸체와; 상기 몸체의 외측 둘레를 따라 배치되며 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 가이드 날개와; 상기 가이드 날개에 이동 거리를 측정하기 위하여 설치되는 거리 측정 회전자와; 상기 거리 측정 회전자의 회전량에 따른 거리를 측정하는 거리 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 가이드 날개는 각각 1개 이상의 거리 측정 회전자를 구비하고, 상기 거리 측정 센서는 엔코더이고, 상기 거리 측정 센서를 통해 1개 이상의 거리 측정 회전자의 회전량에 따른 엔코더 출력을 연산하여 거리를 산출하는 거리 산출 보드를 더 구비할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지중관로 내부 측정방법은, 상기 지중관로 내부 측정정치에 의해 측정된 X, Y, Z축의 회전각과 상기 지중관로 내부 측정장치에서 측정된 이동 거리 변위량에 의해 일정 거리 간격으로 관로의 측정 시작점을 기준으로 상대 공간좌표(X, Y, Z)를 산출하여 곡률 반경을 산출하고, 관로의 포설경로 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 측정된 관로 공간죄표(X, Y, Z)에 의하여 관로의 측정 시작점을 기준으로 X, Y 평면 좌표에 의해서 지표상에서 지중관로 포설경로 위치를 표시하고, 이상개소의 위치를 관로 측정 시작점을 기준으로 X, Y 평면 좌표에 의해 직선거리 위치 및 방위각을 산출하고, 지중관로 포설경로를 따라 Z축의 변화량으로 시작점 기준 매설깊이를 산출할 수 있다.

본 발명에 따르면, 지중관로의 내부면에 밀착되어 이동하면서 지중관로의 내경을 측정하여 관로의 변형을 측정할 수 있고, 지중관로의 포설위치에 대한 3차원 공간좌표를 측정하여 수직, 수평 곡률 반경을 산출하고, 지중관로의 내부에서 포설경로를 따라 이동하며 실측하여 관로의 포설길이를 정확히 측정할 수 있으며, 3차원 공간좌표와 관로 포설길이의 측정을 통해 지중관로의 포설경로를 3차원으로 산출할 수 있다. 또한, 측정 데이터를 통해 지중케이블의 인입장력 및 측압을 산출할 수 있다. 결과적으로, 매설된 지중관로의 시공 상태를 3차원 입체적으로 확인하여 대처함으로써 시공 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치를 이용하여 내경을 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 사시도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치에서 중력 가속도 센서와 가이드 날개의 설치 관계를 나타내는 도면.
도 7,8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치에서 중력 가속도 센서의 측정 원리를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 사시도.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 거리 측정 회전자 및 거리 측정 센서의 상세도.
도 12는 본 발명에 따른 지중관로 내부 측정장치의 운용 개념도.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치가 3차원 곡률 반경을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명에 따라 지표면에서의 관로 위치 산출을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 사시도, 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 단면도, 도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치를 이용하여 내경을 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 지중관로 내부 측정장치 및 방법은 지중관로 내부를 따라 이동하면서 지중관로의 내경을 측정하여 관로의 변형을 측정하거나, 지중관로의 곡률 반경을 3자원으로 측정하여 수직, 수평 곡률 반경을 산출하거나, 지중관로 포설경로를 실측하여 관로 포설길이 및 포설경로 위치를 측정할 수 있도록 구성된 것을 그 기술적 요지로 한다.

도 1,2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치(100)는 지중관로 내부를 따라 이동하면서 내경을 측정하기 위한 장치로서, 크게 몸체(110), 가이드 날개(120,130), 기울기 측정 센서(140,150) 및 내경 산출 보드(160,170)를 포함하여 이루어진다.

상기 몸체(110)는 지중관로 내부를 따라 이동할 수 있도록 대략적으로 일정한 길이를 갖는 통형으로 되어 있다.

상기 가이드 날개(120,130)는 상기 몸체(110)의 외측 둘레를 따라 몸체(110)를 중심으로 대향되게 배치되는데, 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치된다. 즉, 후술하는 스프링(122,123,132,133)의 작용으로 전개 및 절첩 가능하도록 구성되어 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 것이다.

상기 기울기 측정 센서(140,150)는 지중관로의 내경 변화에 따라 기울기가 변화할 수 있도록 상기 몸체(110)와 가이드 날개(120,130)의 사이에 비스듬히 설치되어 지중관로의 내경 변화에 따른 기울기 변화를 측정한다. 즉, 지중관로 내경의 변화(증가/감소)에 따라 가이드 날개(120,130)가 몸체(110)의 중심에 가까워지거나 몸체(110)의 중심에서 멀어짐에 따라 변화하는 기울기를 측정하는 것이다. 이때, 상기 기울기 측정 센서(140,150)는 수평 기울기를 측정하는 위치 변위 센서로서 중력 가속도 센서일 수 있다.

상기 기울기 측정 센서(140,150)를 이용하여 4~6 포인트를 측정할 수 있다.

상기 내경 산출 보드(160,170)는 상기 기울기 측정 센서(140,150)에서 측정되는 값을 이용하여 내경을 산출한다. 이때, 상기 내경 산출 보드(160,170)는 상기 기울기 측정 센서(140,150)의 측정값을 보정하기 위하여 내부 측정장치(100)의 자체 기울기를 측정할 수 있는 중력 가속도 센서를 구비하는 것이 바람직하다.

참고적으로, 도면부호 '122','132'는 내경 증감에 따른 주 완충 스프링이고, '123','133'은 가이드 날개(120,130)에 기울기 측정 센서(140,150)를 밀착되게 하는 스프링으로서, 가이드 날개(120,130)와 기울기 측정 센서(140,150)를 적절히 탄성 지지한다.

도 3을 참조하여 지중관로의 내경(D)을 산출하는 원리를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 내경(D)을 구하는 식은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

(여기서, H : 2개의 기울기 측정 센서 사이의 기준 거리)

도 3에서 A의 길이는 고정되어 있고, θ1, θ2의 각도는 내경(D)에 따라 변화하게 된다.

본 발명에 따른 지중관로 내부 측정장치(100)가 지중관로 내부를 따라 이동할 때 내경(D)이 변화하게 되면 기울기 측정 센서(140,150)의 기울기가 변화하면서 θ1, θ2의 각도가 변화한다. 따라서, 기울기 측정 센서(140,150)에서 θ1, θ2의 각도 변화량을 측정하고, 내경 산출 보드(160,170)에서 수학식 2에 의해 내경(D)을 산출하게 된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 사시도, 도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 단면도, 도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치에서 중력 가속도 센서와 가이드 날개의 설치 관계를 나타내는 도면, 도 7,8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치에서 중력 가속도 센서의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 4,5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 본 발명에 따른 지중관로 내부 측정장치(200)는 지중관로 내부를 따라 이동하면서 곡률 반경을 3차원 절대각(중력각) 측정방식으로 측정하기 위한 장치로서, 크게 몸체(210), 가이드 날개(220,230) 및 곡률 측정 센서(240)를 포함하여 이루어진다. 참고적으로, 도면부호 '202', '212'는 가이드 날개(220,230)를 탄성 지지하는 완충 스프링이다.

상기 몸체(210)는 지중관로 내부를 따라 이동할 수 있도록 대략적으로 일정한 길이를 갖는 통형으로 되어 있다.

상기 가이드 날개(220,230)는 상기 몸체(210)의 외측 둘레를 따라 배치되는데, 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치된다.

상기 곡률 측정 센서(240)는 곡률 반경을 측정하기 위하여 상기 몸체(210)에 설치된다. 이때, 상기 곡률 측정 센서(240)는 센서 PCB(242) 및 센서 PCB(242) 상에 실장되는 X,Y,Z축으로 구성되는 3축 중력 가속도 센서(244)를 구비할 수 있다.

이때, 상기 중력 가속도 센서(244)는 가이드 날개(220,230)가 지중관로에 밀착하여 관로를 따라 이동할 때 지중관로 포설경로의 위치에 공간좌표(X,Y,Z) 위치를 측정하여 곡률 반지름 및 관로 포설경로 위치를 측정하기 위하여 상기 가이드 날개(220,230)에 대응되게 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 중력 가속도 센서(244)와 상기 가이드 날개(220,230)가 평행한 상태에서 중력 가속도 센서(244)의 중심과 가이드 날개(220,230)의 중심이 일치되도록 설치된다. 또한 상기 중력 가속도 센서(244)와 몸체(210)가 평행한 상태에서 중력 가속도 센서(244)의 중심과 몸체(210)의 중심이 일치되도록 설치된다.

다시 말해, 도 6에 도시한 바와 같이, 몸체(210)의 축방향인 이동방향을 Y방향, 중력이 작용하는 방향을 Z방향, Y,Z 평면과 직교하는 방향을 X방향이라고 가정할 때, 상기 3축 중력 가속도 센서(244)의 X,Y 평면의 중심이 상기 가이드 날개(22O,230)의 X,Y축의 중심과 일치되고, 3축 중력 가속도 센서(244)의 Z,Y 평면의 중심이 상기 가이드 날개(22O,230)의 Z,Y축의 중심과 일치되게 설치되는 것이다.

.지중관로를 따라 내부 측정장치(200)가 이동할 때, 도 7에 도시한 바와 같이, X, Y, Z축 방향으로 곡률에 의한 기울기가 발생하면 곡률 측정 센서(240)의 센서 PCB(242)가 기울어지면서 중력 가속도 센서(244)에 의해 측정되게 된다.

또한, 지중관로를 따라 내부 측정장치(200)가 이동할 때, 도 8에 도시한 바와 같이, X, Y, Z축을 중심으로 회전하게 되면 중력 가속도 센서(244)가 X, Y, Z축의 회전각을 측정하여 수학식 3에 의해 산출한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 사시도, 도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 단면도, 도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치의 거리 측정 회전자 및 거리 측정 센서의 상세도이다.

도 9~11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 본 발명에 따른 지중관로 내부 측정장치(300)는 지중관로 내부를 따라 이동하면서 이동 거리를 측정하여 관로포설 길이를 측정하기 위한 장치로서, 크게 몸체(310), 가이드 날개(320,330), 거리 측정 회전자(340,350), 거리 측정 센서(360,370) 및 거리 산출 보드(380)를 포함하여 이루어진다. 참고적으로, 도면부호 '312', '322'는 가이드 날개(320,330)를 탄성 지지하는 완충 스프링이다.

상기 몸체(310)는 지중관로 내부를 따라 이동할 수 있도록 대략적으로 일정한 길이를 갖는 통형으로 되어 있다.

상기 가이드 날개(320,330)는 상기 몸체(310)의 외측 둘레를 따라 배치되는데, 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치된다. 이때, 상기 가이드 날개(320,330)는 필요에 따라 각각 1개 이상의 거리 측정 회전자(340,350)를 구비할 수 있다.

상기 거리 측정 회전자(340,350)는 상기 가이드 날개(320,330)에 이동 거리를 측정하기 위하여 설치된다. 이때, 측정장치(300)가 지중관로를 따라 이동 시, 관로의 포설거리를 곡률을 포함하여 경로를 측정할 때 도 10에 도시한 바와 같이 주름관 형태의 관로(10)를 따라 이동 거리를 측정할 때 주름 굴곡에 의한 거리 오차를 없게 하기 위하여 측정 회전자의 형태로 설치될 수 있다.

상기 거리 측정 센서(360,370)는 일종의 엔코더로서 상기 거리 측정 회전자(340,350)의 회전량에 따른 거리를 측정한다.

상기 거리 산출 보드(380)는 상기 거리 측정 센서(360,370)를 통해 1개 이상의 거리 측정 회전자(340,350)의 회전량에 따른 엔코더 출력을 연산하여 거리를 산출한다. 부연하자면, 관로(10)와 거리 측정 회전자(340,350)의 슬립에 의한 오차를 줄이기 위하여 각각의 가이드 날개(320,330)마다 거리 측정 회전자(340,350)를 1개 이상 설치하여 거리 측정 센서(360,370)를 통해 회전량에 따른 엔코더 출력을 거리 산출 보드(380)에서 연산하여 이동거리를 실시간 측정하는 것이다.

또한, 관로(10)의 곡률이 발생하면 곡률 중심을 따라 안쪽 회전곡선 길이와 바깥 회전곡선 길이가 다르므로 3개 이상의 거리 측정 회전자(340,350) 및 거리 측정 센서(360,370)를 설치하여 관로 중심의 이동거리를 정확하게 산출할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 지중관로 내부 측정장치의 운용 개념도, 도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 지중관로 내부 측정장치가 3차원 곡률 반경을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면, 도 14는 본 발명에 따라 지표면에서의 관로 위치 산출을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 내경 촬영용 카메라를 구비한 지중관로 내부 측정장치(400)와 함께 지중관로 내부 측정장치(100,200,300)를 별도의 고리없이 측정장치 내부를 관통하는 통공에 케이블을 삽입하여 일렬, 즉 플렉시블한 마디 구조로 연결한 상태에서 관로(10)의 전방에서 로프 등으로 견인함으로써 운용할 수 있다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 곡률 반경 및 지중관로 위치를 산출하는 과정을 설명하기로 한다.

본 발명에서는 곡률 반경을 측정하는 지중관로 내부 측정장치(200)에 의해 측정된 X, Y, Z축의 회전각과 이동 거리를 측정하는 지중관로 내부 측정장치(300)에서 측정된 이동 거리 변위량에 의해 일정 거리 간격으로 관로의 측정 시작점을 기준으로 상대 공간좌표(X, Y, Z)를 산출하여 곡률 반경을 산출하고, 관로의 포설경로 위치를 산출할 수 있다.

1. 측정값

2. 3축 회전각과 이동거리 변위값에 의한 3차원 좌표 계산

(1) Y축 중심 회전

(2) Z축 중심 회전

(3) X축 중심 회전

(4) 3축 공간좌표 산출

(5) 총 이동거리

3. 위치 산출

·

에 의한 3차원 공간벡터를 산출하여 관로의 포설 경로를 표시한다.

·산출된 공간좌표를 이용하여 특정 위치(곡선위치, 내경 이상위치, 관로변형위치 등)를 지표상에서 직선거리를 확인할 수 있다.

· 또한 관로의 포설위치를 지표 평면에서 확인할 수 있다.

4. 3차원 곡률반경 산출

·측정장치(200)가 도 13에 도시한 세 위치(A,B,C)를 통과하며 3차원 절대각(중력각)을 측정하여

의 세 위치를 공간좌표를 산출한 후 다음 식에 의해서 a, b, c의 벡터길이를 산출한다.

·제2cos법칙을 이용하여

를 구하여

를 산출한다.

·다음 (식9)에 의하여 곡률 반지름 R을 구한다.

5. 수평, 수직 곡률반경 산출

·XY평면 좌표에 의한 수평 곡률을 산출한다.

위 (식10)에 의해 XY평면(수평) a,b,c를 산출하고 (식7)과 (식8)에 의해서

를 산출한다.

(식9)에 의하여 수평 곡률

를 산출한다.

·YZ평면 좌표에 의한 수직 곡률을 산출한다.

위 (식11)에 의해 YZ평면(수직) a,b,c를 산출하고 (식7)과 (식8)에 의해서

를 산출한다.

(식9)에 의하여 수평 곡률

를 산출한다.

한편, 본 발명에서는, 측정된 관로 공간죄표(X, Y, Z)에 의하여 관로(10)의 측정 시작점을 기준으로 X, Y 평면 좌표에 의해서 지표상에서 지중관로 포설경로 위치를 표시하고, 이상개소의 위치를 관로 측정 시작점을 기준으로 X, Y 평면 좌표에 의해 직선거리 위치 및 방위각을 산출하고, 지중관로 포설경로를 따라 Z축의 변화량으로 시작점 기준 매설깊이를 산출할 수 있다. 따라서, 도 14에 도시한 바와 같이, 지표면에서의 관로 위치를 산출할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 지중관로의 내경을 측정하여 관로의 변형을 측정할 수 있고, 지중관로의 곡률 반경을 3자원으로 측정하여 수직, 수평 곡률 반경을 산출할 수 있으며, 지중관로 포설경로를 실측하여 정확한 거리를 측정할 수 있다. 또한, 측정 데이터를 통해 지중케이블의 인입장력 및 측압을 산출할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 지중관로 내부 측정장치 및 방법를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100,200,300,400 : 측정장치
110,210,310 : 몸체
122,123,132,133 : 스프링
120,130,220,230,320,330 : 가이드 날개
140,150 : 기울기 측정 센서
160,170 : 내경 산출 보드
240 : 곡률 측정 센서
242 : 센서 PCB
244 : 중력 가속도 센서
340,350 : 거리 측정 회전자
360,370 : 거리 측정 센서
380 : 거리 산출 보드

Claims

지중관로 내부를 따라 이동하면서 내경을 측정하기 위한 장치(100)로서,
통형의 몸체(110)와;
상기 몸체(110)의 외측 둘레를 따라 대향되게 배치되며 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 가이드 날개(120,130)와;
상기 몸체(110)와 가이드 날개(120,130)의 사이에 지중관로의 내경 변화에 따라 기울기가 변화할 수 있도록 비스듬히 설치되어 지중관로의 내경 변화에 따른 기울기 변화를 측정하는 기울기 측정 센서(140,150)와;
상기 기울기 측정 센서(140,150)에서 측정되는 값을 이용하여 내경을 산출하는 내경 산출 보드(160,170)를 포함하는 지중관로 내부 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기울기 측정 센서(140,150)는 위치 변위 센서로서 수평 기울기 측정 센서이고,
상기 내경 산출 보드(160,170)는 상기 기울기 측정 센서(140,150)의 측정값을 보정하기 위하여 장치(100)의 자체 기울기를 측정할 수 있는 중력 가속도 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 지중관로 내부 측정장치.
지중관로 내부를 따라 이동하면서 곡률 반경을 측정하기 위한 장치(200)로서,
통형의 몸체(210)와;
상기 몸체(210)의 외측 둘레를 따라 배치되며 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 가이드 날개(220,230)와;
상기 몸체(210)에 곡률 반경을 측정하기 위하여 설치되는 곡률 측정 센서(240)를 포함하는 지중관로 내부 측정장치.
청구항 3에 있어서,
상기 곡률 측정 센서(240)는 센서 PCB(242) 및 센서 PCB(242) 상에 실장되는 3축 중력 가속도 센서(244)를 구비하고,
상기 3축 중력 가속도 센서(244)는 상기 가이드 날개(220,230)에 대응되게 설치되는 것을 특징으로 하는 지중관로 내부 측정장치.
청구항 4에 있어서,
몸체(210)의 이동방향을 Y방향, 중력이 작용하는 방향을 Z방향, Y,Z 평면과 직교하는 방향을 X방향이라 가정할 때, 상기 3축 중력 가속도 센서(244)의 X,Y 평면의 중심이 상기 가이드 날개(22O,230)의 X,Y축의 중심과 일치되고, 3축 중력 가속도 센서(244)의 Z,Y 평면의 중심이 상기 가이드 날개(22O,230)의 Z,Y축의 중심과 일치되게 설치되는 것을 특징으로 하는 지중관로 내부 측정장치.
지중관로 내부를 따라 이동하면서 이동 거리를 측정하기 위한 장치(300)로서,
통형의 몸체(310)와;
상기 몸체(310)의 외측 둘레를 따라 배치되며 지중관로 내부면에 밀착되어 이동할 수 있도록 설치되는 가이드 날개(320,330)와;
상기 가이드 날개(320,330)에 이동 거리를 측정하기 위하여 설치되는 거리 측정 회전자(340,350)와;
상기 거리 측정 회전자(340,350)의 회전량에 따른 거리를 측정하는 거리 측정 센서(360,370)를 포함하는 지중관로 내부 측정장치.
청구항 6에 있어서,
상기 가이드 날개(320,330)는 각각 1개 이상의 거리 측정 회전자(340,350)를 구비하고,
상기 거리 측정 센서(360,370)는 엔코더이고,
상기 거리 측정 센서(360,370)를 통해 1개 이상의 거리 측정 회전자(340,350)의 회전량에 따른 엔코더 출력을 연산하여 거리를 산출하는 거리 산출 보드(380)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 지중관로 내부 측정장치.
청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 지중관로 내부 측정정치(200)에 의해 측정된 X, Y, Z축의 회전각과 청구항 6 또는 7에 기재된 지중관로 내부 측정장치(300)에서 측정된 이동 거리 변위량에 의해 일정 거리 간격으로 관로의 측정 시작점을 기준으로 상대 공간좌표(X, Y, Z)를 산출하여 곡률 반경을 산출하고, 관로의 포설경로 위치를 산출하는 지중관로 내부 측정방법.
청구항 8에 있어서,
측정된 관로 공간죄표(X, Y, Z)에 의하여 관로의 측정 시작점을 기준으로 X, Y 평면 좌표에 의해서 지표상에서 지중관로 포설경로 위치를 표시하고, 이상개소의 위치를 관로 측정 시작점을 기준으로 X, Y 평면 좌표에 의해 직선거리 위치 및 방위각을 산출하고, 지중관로 포설경로를 따라 Z축의 변화량으로 시작점 기준 매설깊이를 산출하는 것을 특징으로 하는 지중관로 내부 측정방법.