JUNG YONG-BOK (KR)
PARK EUI-SUB (KR)
PARK CHAN (KR)
SHIN JUNG-HO (KR)
CHEON DAE-SUNG (KR)
JUNG YONG-BOK (KR)
PARK EUI-SUB (KR)
PARK CHAN (KR)
SHIN JUNG-HO (KR)
| WO1989012528A1 | ||||
| WO1989005199A1 |
| EP1484607A1 | ||||
| JPH0862337A |
권오식 (KR)
| 지반구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 끼워져 고정되는 미소파괴음 센서 구비 계측장치에 있어서, 미소파괴음 신호(AE 신호)의 급격한 감쇄를 방지하기 위한 금속 재질의 내측 가이드; 상기 내측 가이드에 부착되는 적어도 하나의 미소파괴음 센서; 상기 내측 가이드 및 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서를 감싸며 상기 내측 가이드 외부에 부착되고 지반 구조물의 거동에 의한 손상발생시 지반조건에 관계없이 상기 지반 구조물의 거동에 대응하는 일관된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생하도록 균질한 취성 재질로 이루어지는 외측 가이드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치. |
| 제1항에 있어서, 상기 외측 가이드는 취성도 8 이상의 취성 재질인 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치. |
| 제1항에 있어서, 상기 외측 가이드는 시멘트 재질인 것을 특징으로 미소파괴음 센서 구비 계측장치. |
| 제3항에 있어서, 상기 외측 가이드는 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서가 부착된 내측 가이드가 시추공에 삽착된 후 시멘트가 주입됨으로써 형성되는 그라우팅재인 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치. |
| 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서는 탄성파의 전파가 원활하게 이루어지도록 하는 접착제인 커플런트(couplant)에 의해 상기 내측 가이드에 부착되는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치. |
| 적어도 하나의 미소파괴음 센서가 부착되며 미소파괴음 신호(AE 신호)의 급격한 감쇄를 방지하기 위한 금속 재질의 내측 가이드가 지반 구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 끼워지되, 지상으로부터의 충격파가 상기 내측 가이드에 전달되는 것을 방지하는 감쇄물질이 충진되도록 시추공(borehole)의 입구쪽에 위치하는 외측단이 시추공(borehole)의 입구로부터 소정거리 이상 인입되어 설치되는 내측 가이드 설치단계; 상기 내측 가이드 외부에 부착되어 지반 구조물의 거동에 의한 손상발생시 지반조건에 관계없이 상기 지반 구조물의 거동에 대응하는 일관된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생하도록 상기 내측 가이드와 시추공(borehole) 사이의 빈 공간에 시멘트를 그라우팅하되, 시멘트가 적어도 상기 내측 가이드의 상단부까지 그라우팅되는 그라우팅단계; 시멘트 상단부로부터 시추공(borehole)의 입구까지 감쇄물질을 충진하는 감쇄물질 충진단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 설치 방법. |
| 제6항에 있어서, 상기 내측 가이드 설치단계는 상기 내측 가이드의 외측단에 연결되는 비금속 재질의 끈을 풀어줌으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 설치 방법. |
| 제7항에 있어서, 상기 내측 가이드 설치단계는 상기 미소파괴음 센서가 지반 구조물의 파괴 예상면을 사이에 두고 일측 및 타측 영역에 각각 적어도 하나씩 위치하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 설치 방법. |
| 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감쇄물질은 모래인 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 설치 방법. |
| 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 미소파괴음 센서 구비 계측장치를 포함하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트로서, 상기 각각의 미소파괴음 센서에 전원을 공급하고, 상기 각각의 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호를 전달받아 계측, 저장, 처리하기 위하여 상기 각각의 미소파괴음 센서에 연결되는 미소파괴음 컨트롤러; 상기 미소파괴음 컨트롤러에 전원을 공급하기 위한 외부 전원공급장치; 상기 미소파괴음 컨트롤러에 연결되는 분석용 컴퓨터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트. |
| 제10항에 있어서, 상기 미소파괴음 컨트롤러는 상기 각각의 미소파괴음 센서에 전원을 공급하고, 상기 각각의 미소파괴음 센서로부터 신호를 전달받기 위한 시그널 컨디셔너를 포함하되, 상기 시그널 컨디셔너는, 상기 각각의 미소파괴음 센서에 대한 전원 인가시 발생하는 전원 노이즈를 제거하기 위하여 노이즈 필터 회로; 상기 각각의 미소파괴음 센서에 대한 전압강하와 저누화(crosstalk)를 방지하기 위한 일렬의 저항, 콘덴서, 및 레귤레이터(regulator); 를 구비하는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트. |
본 발명은 미소파괴음 센서 구비 계측장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지반구조물을 손상시키는 동일한 사건에 대하여 지반구조물의 지반조건이나 형상에 관계없이 미소파괴음 센서에 동일한 미소파괴음 신호가 감지되어 신뢰성 있는 미소파괴음 신호를 수집할 수 있는 미소파괴음 센서 구비 계측장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 미소파괴음 센서 구비 계측장치의 설치 방법 및 상기한 미소파괴음 센서 구비 계측장치를 포함하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트에 관한 것이기도 하다.
본 발명은 암반공학 및 지반공학분야에 해당하는 기술로서, 지반구조물의 손상에 따라 발생하는 미소파괴음을 이용하여 지반구조물의 파괴징후를 파악하고 파괴예측에 대한 관리기준을 제시하는 계측기술이다. 이는 종래의 변위나 응력 측정 대신 미소파괴음을 이용한 계측기술에 관한 것이다. 미소파괴음이란 AE(Acoustic emission)와 MS(Microseismic)이벤트를 포함한다. 이하 동일하다.
미소파괴음은 재료의 손상과 관련된 갑작스런 변형에너지가 방출할 때 발생하는 탄성파로서 일반적으로 대규모 파괴에 앞서 미소파괴음 발생이 급격히 증가하는 경향을 보인다. 현재 지반구조물의 파괴 예측에 사용되는 일반적인 기술이나 장비는 지중변위계, 지중경사계 또는 GPS를 이용한 변위측정법, 간극수압계를 이용한 지하수위 변동의 측정법, 하중계를 이용한 응력 측정법이 있다. 지반구조물의 파괴까지의 변형이 작아 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 변위계측이나 응력계측으로는 그 전조 현상을 파악하기 어려운 현실이다. 그러나 이와 같은 파괴에 있어서도 붕괴될 때 그 내부에 있어 미소한 변형과 함께 균열이 발생하고 이들 균열이 성장, 결합하면서 최종적으로 파괴가 발생하기 때문에, 미소변화를 검출할 수 있다면 파괴의 전조 현상을 파악하는 것이 가능하다. 즉, 재료는 최종적인 파괴에 이르기 이전에 내부에서 미소크기의 파괴가 진행되고 이러한 미소크기의 파괴는 변위나 응력으로 검출하기 어렵지만 미소파괴음을 통해 검출이 가능하다.
종래 미소파괴음을 이용한 계측장치로는 지반구조물에 시추공(borehole)을 형성하고 시추공에 그라우팅재와 함께 정해진 위치에 다수의 미소파괴음 센서를 위치시켜 지반구조물에서 발생시키는 미소파괴음을 계측하는 장치가 있었다. 종래의 미소파괴음을 이용한 계측장치는 그라우팅재로서 지반구조물을 구성하는 재료와 유사한 역학적 성질을 갖는 재료를 사용하였다. 그러나, 지반구조물은 다양한 암반이나 토사로 이루어져 이와 동일한 재료를 사용하기 어려운 문제점이 있었으며, 미소파괴음의 감쇄특성으로 인해 다수의 미소파괴음 센서를 사용해야만 했다.
즉, 지반구조물은 다양한 암반이나 토사로 이루어지며, 이들은 종류와 조건 등에 의해 각기 다른 역학적, 공학적 특성을 갖는다. 따라서 지반이 동일한 손상을 받을 때 발생하는 미소파괴음은 지반구조물에 따라 다르게 된다. 미소파괴음 신호를 센싱하는 미소파괴음 센서가 하나의 동일한 지반 손상을 일으키는 사건에 대하여 지반을 구성하는 구성물에 따라 서로 다른 미소파괴음 신호를 센싱하게 되면 지반구조물의 파괴를 일관성 있게 예측할 수 없는 문제점이 발생한다.
본 발명은 지반구조물의 지반조건이나 형상에 영향을 받지 않으면서 파괴면에서 발생하는 신뢰성 있는 미소파괴음 신호를 수집할 수 있는 미소파괴음 센서 구비 계측장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 미소파괴음 신호를 미소파괴음 센서에 안내하는 전달매체 역할을 하는 웨이브 가이드 내에 미소파괴음 신호의 감쇄를 줄일 수 있는 미소파괴음 센서 구비 계측장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 지반구조물의 손상이 아닌 지상으로부터의 충격에 의한 미소파괴음 신호가 미소파괴음 센서에 감지되는 것을 방지할 수 있는 미소파괴음 센서 구비 계측장치의 설치 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 새로운 방식의 회로도를 적용함으로써 미소파괴음 센서에 대한 전원 인가시 발생하는 전원 노이즈 및 각각의 미소파괴음 센서에 대한 전압강하와 누화(crosstalk)를 방지할 수 있는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트를 제공하고자 한다. 미소파괴음은 AE와 MS이벤트를 통칭하는 개념이며, 미소파괴음 센서로는 압전센서와 고감도 가속도계를 사용하는데, 본 발명은 미소파괴음 센서로서 고감도 가속도계를 이용한 경우 새로운 방식의 회로도를 적용한 것이다.
본 발명은 지반구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 끼워져 고정되는 미소파괴음 센서 구비 계측장치에 있어서, 미소파괴음 신호(AE 신호)의 급격한 감쇄를 방지하기 위한 금속 재질의 내측 가이드; 상기 내측 가이드에 부착되는 적어도 하나의 미소파괴음 센서; 상기 내측 가이드 및 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서를 감싸며 상기 내측 가이드 외부에 부착되고 지반 구조물의 거동인 이벤트에 의한 손상발생시 지반조건에 관계없이 상기 이벤트에 대응하는 일관된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생하도록 균질한 취성 재질로 이루어지는 외측 가이드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 외측 가이드는 취성도 8 이상의 취성 재질일 수 있고, 상기 외측 가이드는 시멘트 재질일 수 있고, 상기 외측 가이드는 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서가 부착된 내측 가이드가 시추공에 삽착된 후 시멘트가 주입됨으로써 형성되는 그라우팅재일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 적어도 하나의 미소파괴음 센서는 탄성파의 전파가 원활하게 이루어지도록 하는 접착제인 커플런트(couplant)에 의해 상기 내측 가이드에 부착될 수 있다.
본 발명은 적어도 하나의 미소파괴음 센서가 부착되며 미소파괴음 신호(AE 신호)의 급격한 감쇄를 방지하기 위한 금속 재질의 내측 가이드가 지반 구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 끼워지되, 지상으로부터의 충격파가 상기 내측 가이드에 전달되는 것을 방지하는 감쇄물질이 충진되도록 시추공(borehole)의 입구쪽에 위치하는 외측단이 시추공(borehole)의 입구로부터 소정거리 이상 인입되어 설치되는 내측 가이드 설치단계; 상기 내측 가이드 외부에 부착되어 지반 구조물의 거동인 이벤트에 의한 손상발생시 지반조건에 관계없이 상기 이벤트에 대응하는 일관된 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생하도록 상기 내측 가이드와 시추공(borehole) 사이의 빈 공간에 시멘트를 그라우팅하되, 시멘트가 적어도 상기 내측 가이드의 상단부까지 그라우팅되는 그라우팅단계; 시멘트 상단부로부터 시추공(borehole)의 입구까지 감쇄물질을 충진하는 감쇄물질 충진단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 설치 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 내측 가이드 설치단계는 상기 내측 가이드의 외측단에 연결되는 비금속 재질의 끈을 풀어줌으로써 수행될 수 있고, 상기 내측 가이드 설치단계는 상기 미소파괴음 센서가 지반 구조물의 파괴 예상면을 사이에 두고 일측 및 타측 영역에 각각 적어도 하나씩 위치하도록 수행될 수 있는데, 상기 감쇄물질은 모래일 수 있다.
본 발명은 상기 어느 하나의 미소파괴음 센서 구비 계측장치를 포함하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트로서, 상기 각각의 미소파괴음 센서에 전원을 공급하고, 상기 각각의 미소파괴음 센서에 의하여 수집된 미소파괴음 신호를 전달받아 계측, 저장, 처리하기 위하여 상기 각각의 미소파괴음 센서에 연결되는 미소파괴음 컨트롤러; 상기 미소파괴음 컨트롤러에 전원을 공급하기 위한 외부 전원공급장치; 상기 미소파괴음 컨트롤러에 연결되는 분석용 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 미소파괴음 컨트롤러는 상기 각각의 미소파괴음 센서에 전원을 공급하고, 상기 각각의 미소파괴음 센서로부터 신호를 전달받기 위한 시그널 컨디셔너를 포함하되, 상기 시그널 컨디셔너는, 상기 각각의 미소파괴음 센서에 대한 전원 인가시 발생하는 전원 노이즈를 제거하기 위하여 노이즈 필터 회로; 상기 각각의 미소파괴음 센서에 대한 전압강하와 저누화(crosstalk)를 방지하기 위한 일렬의 저항, 콘덴서, 및 레귤레이터(regulator);를 구비할 수 있다.
본 발명은 웨이브 가이드를 외측 가이드와 내측 가이드로 구분하고, 외측 가이드를 취성재질로 함으로써 지반구조물을 손상시키는 하나의 사건이 발생한 경우 지반구조물의 지반조건이나 형상에 관계없이 외측 가이드가 동일한 정도로 손상되어 미소파괴음 센서에 동일한 미소파괴음 신호를 감지시키게 되어 신뢰성 있는 미소파괴음 신호를 수집할 수 있으므로, 이의 분석을 통하여 지반구조물의 파괴를 일반성 있고 정확성 있게 예측할 수 있다.
본 발명은 웨이브 가이드를 외측 가이드와 내측 가이드로 구분하고, 내측 가이드로서 금속재질을 사용함으로써, 웨이브 가이드내에 미소파괴음 신호의 감쇄를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 파괴 예상면을 관통하는 시추공의 입구로부터 소정 깊이까지 감쇄물질을 충진시킴으로써, 지상으로부터의 충격에 의한 미소파괴음 신호가 미소파괴음 센서에 감지되는 것이 방지되는 효과가 있다.
본 발명은 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 시그널 컨디셔너에 새로운 방식의 회로도를 적용함으로써 미소파괴음 센서에 대한 전원 인가시 발생하는 전원 노이즈 및 각각의 미소파괴음 센서에 대한 전압강하와 누화(crosstalk)를 방지하는 장점이 있다.
도1은 실시예1의 사시도.
도2는 실시예1의 내측 가이드의 사시도.
도3은 실시예2의 흐름도.
도4는 실시예2 내측 가이드 설치단계의 상태도.
도5는 실시예2의 그라우팅 단계의 상태도.
도6은 실시예2의 감쇄물질 충진단계의 상태도.
도7은 실시예3의 개략적 구성도.
도8은 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 일반적인 회로도.
도9는 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 종래의 회로도.
도10은 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 실시예3의 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110:내측 가이드
121:제1 미소파괴음 센서 122:제2 미소파괴음 센서
130:외측 가이드 140:끈
150:감쇄물질
210:미소파괴음 컨트롤러 212:시그널 컨디셔너
214:자료 계측 보드 216:모니터링 컴퓨터
220:외부 전원공급장치 230:송신모듈
240:수신모듈 250:분석용 컴퓨터
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예1
실시예1은 본 발명에 따른 미소파괴음 센서 구비 계측장치에 관한 것이다. 도1은 실시예1의 사시도를, 도2는 실시예1의 내측 가이드의 사시도를 나타낸다.
도1 및 도2를 참조하면 실시예1은 내측 가이드(110), 미소파괴음 센서(121, 122), 외측 가이드(130)를 가진다.
도2를 참조하면 내측 가이드(110)는 일자형의 원기둥형일 수 있다. 내측 가이드(110)는 탄성파의 감쇄가 거의 일어나지 않도록 금속재질로 형성된다.
도2를 참조하면 내측 가이드(110)에는 적어도 하나의 미소파괴음 센서가 부착되는데, 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 부착될 수 있다. 미소파괴음이란 AE(Acoustic emission)와 MS(Microseismic)이벤트를 통칭하는 개념이다. 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)는 탄성파의 전파가 원활하게 이루어질 수 있도록 커플런트(couplant) 접착제에 의해 내측 가이드(110)에 부착된다. 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)는 내측 가이드(110)의 길이 방향으로 상호 이격되어 부착된다. 이는 실시예1이 지반구조물의 파괴 예상면을 관통하는 시추공(borehole)에 끼워진 경우 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 지반구조물의 파괴 예상면을 경계로 서로 다른 영역에 위치할 수 있도록 하기 위한 것이다. 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)는 압전센서 또는 고감도 가속도계이다. 사면에서의 미끄러짐이나 인장균열 등으로 인해 발생되는 파괴면은 전산해석과 같은 사전해석을 통해 예측할 수 있으며, 이를 파괴 예상면이라 한다.
도1을 참조하면 내측 가이드(110) 외면에는 외측 가이드(130)가 부착된다. 외측 가이드(130)는 내측 가이드(110) 뿐만 아니라 내측 가이드(110)에 부착된 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)를 감싸며 부착된다. 외측 가이드(130)는 균질의 취성 재질로 형성된다. 외측 가이드(130)는 지반구조물로부터 충격을 받는 경우 쉽게 깨질 수 있도록 취성도 8 이상의 재질을 사용할 수 있다. 또한, 균질의 재질을 사용함으로써 외측 가이드(130)가 손상을 받을 때 발생하는 미소파괴음 신호는 손상이 발생하는 위치에 관계없이 동일하게 된다. 시멘트는 이러한 조건을 갖추고 있고, 또한 금속 재질의 내측 가이드(110) 외면에 부착시키기 용이하므로 외측 가이드(130)는 시멘트 재질로 형성될 수 있다.
외측 가이드(130)를 시멘트 재질로 하는 경우 외측 가이드(130)는 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 부착된 내측 가이드(110)가 시추공에 삽착된 후 시멘트가 주입됨으로써 형성되는 그라우팅재일 수 있다.
지반구조물을 구성하는 지반은 다양한 암반이나 토사로 이루어지는데, 이들 지반이 손상을 받을 때 발생하는 미소파괴음 신호는 동일하지 않다. 그러나 시추공에 그라우팅재가 끼워져 있는 경우, 지반구조물의 특정한 거동이나 파괴 발생시 이에 대응하여 그라우팅재에 특정한 손상이 발생하게 되고, 그라우팅재의 특정한 손상에서 발생하는 미소파괴음 신호는 동일하다고 볼 수 있다. 즉, 지반구조물의 파괴면 일부가 균일한 그라우팅채로 치환되고, 이 균일한 그라우팅재의 특정한 손상으로 인한 미소파괴음 신호는 동일하게 되는 것이다. 한편, 지반구조물의 특정한 거동에 대응하여 외측 가이드(130)가 발생시킨 특정한 미소파괴음 신호(AE 신호)는 내측 가이드(110)에 도달하게 된다. 즉, 실시예1의 경우 내측 가이드(110)에는 지반 구조물이 발생시킨 미소파괴음 신호(AE 신호)가 아니라, 지반구조물의 특정한 거동에 대응하여 외측 가이드(130)가 발생시킨 특정한 미소파괴음 신호(AE 신호)가 도달하게 된다.
상기한 바와 같이 실시예1은 취성 재질의 외측 가이드(130)가 지반 구조물의 거동에 의해 가해진 힘에 의하여 특정한 손상을 받음으로써, 지반 구조물의 거동에 의하여 가해진 힘에 대응하여 지반조건에 관계없이 특정한 미소파괴음 신호(AE 신호)를 발생시키게 된다. 따라서, 실시예1은 지반구조물에 손상을 일으키는 일련의 사건에 의한 지반구조물의 손상정도와 파괴여부를 일반성과 정확성을 갖고 예측할 수 있다. 즉, 시추공에 끼워진 미소파괴음 센서 구비 계측장치와 동일한 장치에 대하여 실내 시험을 통하여 압축, 인장 또는 전단 시험 등을 행하고, 이로부터 획득한 미소파괴음 신호에 의한 데이터 그 자체를 현장조건에 따른 보정이나 변화없이 지반 구조물의 손상정도나 파괴발생가능성을 예측하는 기준으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
실시예2
실시예2는 본 발명에 따른 미소파괴음 센서 구비 계측장치 설치 방법에 관한 것이다. 도3은 실시예2의 흐름도를, 도4는 실시예2 내측 가이드 설치단계의 상태도를, 도5는 실시예2의 그라우팅 단계의 상태도를, 도6은 실시예2의 감쇄물질 충진단계의 상태도를 나타낸다.
도3을 참조하면 실시예2는 내측 가이드 설치 단계(S10), 그라우팅 단계(S20), 감쇄물질 충진 단계(S30)를 가진다.
도4를 참조하면 가이드 설치 단계(S10)에서는 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 부착된 내측 가이드(110)가 지반구조물에 형성된 시추공(BH)에 인입된다. 시추공(BH)은 지반구조물의 파괴 예상면(P)을 관통하도록 형성된다.
도4를 참조하면 내측 가이드(110) 중 시추공(BH)의 입구쪽에 위치하는 단부를 외측단이라 할 때, 내측 가이드(110)는 외측단에 연결되는 비금속 재질의 끈(140)을 서서히 풀어줌으로써 시추공(BH)에 인입된다. 끈(140)을 비금속 재질로 하는 것은 지상으로부터의 충격으로 인한 미소파괴음 신호가 내측 가이드(110)를 통하여 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)에 감지되는 것을 방지하기 위한 것이다.
도4를 참조하면 내측 가이드(110)는 외측단이 시추공(BH)의 입구로부터 소정거리 이상 인입되어 설치된다. 따라서 내측 가이드(110)의 외측단과 시추공(BH) 입구 사이에는 소정의 공간이 형성된다. 이는 상기 소정의 공간에 감쇄물질을 충진함으로써 지상으로부터의 충격파가 내측 가이드(110)에 전달되는 것을 방지하기 위한 것이다.
도4를 참조하면 내측 가이드(110)는 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)가 지반구조물의 파괴 예상면(P)을 사이에 두고 서로 다른 영역에 위치하도록 인입된다. 이를테면 제1 미소파괴음 센서(121)는 파괴 예상면(P)의 상측에 위치하고, 제2 미소파괴음 센서(122)는 파괴 예상면(P)의 하측에 위치하도록 인입된다.
도5를 참조하면 그라우팅 단계(S20)에서는 내측 가이드(110)의 외부에 외측 가이드(130)가 부착된다. 외측 가이드(130)는 내측 가이드(110)와 시추공(borehole) 사이의 빈 공간에 시멘트를 그라우팅함으로써 형성되는데, 시멘트는 적어도 내측 가이드(110)의 상단부까지 그라우팅된다.
도6을 참조하면 감쇄물질 충진 단계(S30)에서는 외측 가이드(130) 상단부로부터 시추공(borehole)의 입구까지 감쇄물질(150)이 충진된다. 감쇄물질(150)은 지상으로부터의 충격으로 인한 AE가 내측 가이드(110)를 통하여 제1 미소파괴음 센서(121) 및 제2 미소파괴음 센서(122)에 감지되는 것을 방지하기 위한 것이다. 감쇄물질(150)은 모래일 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 제1 미소파괴음 센서(121)에는 제1 신호라인이 연결되고, 제2 미소파괴음 센서(122)에는 제2 신호라인이 연결되는데, 이들 신호라인은 시추공(borehole)의 입구를 통하여 외부와 연결된다.
실시예3
실시예3은 본 발명에 따른 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트에 관한 것이다. 도7은 실시예3의 개략적 구성도를, 도8은 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 일반적인 회로도를, 도9는 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 종래의 회로도를, 도10은 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 실시예3의 회로도를 나타낸다.
실시예3은 미소파괴음 센서 구비 계측장치 세트로서, 실시예1의 미소파괴음 센서 구비 계측장치를 일 구성요소로서 포함한다.
도7을 참조하면 실시예3은 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210), 외부 전원공급장치(220), 송신모듈(230), 수신모듈(240), 분석용 컴퓨터(250)를 포함한다.
도7을 참조하면 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)는 실시예1의 >계측장치의 미소파괴음 센서(121, 122)에 각각 연결된다. 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)는 실시예1의 계측장치의 미소파괴음 센서(121, 122)에 전원을 공급하고, 미소파괴음 센서(121, 122)에 의하여 수집된 미소파괴음 신호를 전달받아 계측, 저장, 처리하기 위한 것이다.
도7을 참조하면 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)는 시그널 컨디셔너(212), 자료 계측 보드(214), 모니터링 컴퓨터(216)를 포함한다.
시그널 컨디셔너(212)는 각각의 미소파괴음 센서(121, 122)에 전원을 공급하고, 각각의 미소파괴음 센서(121, 122)로부터 신호를 전달받기 위한 것이다.
미소파괴음 센서로는 압전센서와 고감도 가속도계를 이용하는데, 실시예3은 미소파괴음 센서로서 고감도 가속도계를 이용한 것에 관한 것이다. 외부로부터 고감도 가속도계인 미소파괴음 센서(121, 122)에 전원을 공급하는 방식은 도8에 도시된 방식으로 이루어져야 한다. 미소파괴음 센서(121, 122)는 감도가 30V/g로 매우 높기 때문에 전원의 노이즈에 매우 취약한 문제점이 있다. 외부 전원공급장치(220)로부터 공급되는 전원의 노이즈를 최저로 줄이는 것이 요구된다.
도9에는 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 이용하여 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 종래의 회로도가 도시되어 있다. 도9에 도시된 바와 같이 200 옴의 저항을 거쳐 미소파괴음 센서에 전원을 인가해 주면 미소파괴음 센서는 정상적으로 구동된다. 그러나 도9와 같은 방식으로 전원을 인가하게 되면 미소파괴음 센서의 신호에 전원 노이즈가 많이 발생하게 되며, 사용하는 환경에 따라 전원 노이즈는 40mV까지 발생하게 된다. 또한 다채널을 사용하였을 경우 한 채널에 신호가 크게 들어오면 다른 채널에서 그 신호의 영향을 받게 된다. 이것을 누화(漏話)(Crosstalk)라고 하는데 SMPS를 사용할 경우에는 이러한 누화(漏話)(Crosstalk)가 심하게 발생하는 문제가 있다.
도10에는 미소파괴음 센서에 전원을 인가하는 실시예3의 회로도가 도시되어 있다. 도10을 참조하면 시그널 컨디셔너(212)에 적용되는 회로도는 각각의 미소파괴음 센서(121, 122)에 대한 전원 인가시 발생하는 전원 노이즈를 제거하기 위하여 노이즈 필터 회로, 각각의 미소파괴음 센서(121, 122)에 대한 전압강하와 누화(crosstalk)를 방지하기 위한 일렬의 저항, 콘덴서, 및 레귤레이터(regulator)를 포함한다.
즉, 시그널 컨디셔너(212)는 변압기에 정류 회로와 평활회로(적분회로)를 사용하여 전원의 리플을 제거하였다. 이 전원을 각각의 미소파괴음 센서(121, 122)에 인가하게 되는데 먼저 노이즈를 제거하기 위해 노이즈 필터 회로를 사용하였고, 전압 강하와 누화(Crosstalk)를 방지하기 위하여 일렬의 저항과 콘덴서 그리고 레귤레이터(Regulator)를 사용하였다.
이 회로를 적용함으로써 노이즈 레벨은 5mV이하로 줄어들게 되고, 누화(Crosstalk) 또한 동일 수준에서 거의 확인되지 않는 수준으로 줄어들게 된다.
도7을 참조하면 외부 전원공급장치(220)는 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)에 전원을 공급하기 위하여 배터리(221) 및 태양전지판(223)을 포함할 수 있다. 한편, 외부 전원공급장치(220)는 정전 대비용 보조전원장치인 UPS를 포함할 수 있다.
자료 계측 보드(214)는 시그널 컨디셔너(212)를 통하여 전달된 미소파괴음 신호를 계측, 저장, 처리하기 위한 장치이다.
모니터링 컴퓨터(216)에는 모니터 및 경고알람장치가 구비된다. 경고알람장치는 지반구조물 파괴 예측시 경고를 하기 위한 것이다.
도7을 참조하면 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)에는 송신모듈(230)이 연결된다. 송신모듈(230)은 수신모듈(240)에 무선으로 연결될 수 있고, 수신모듈(240)은 분석용 컴퓨터(250)에 연결된다. 분석용 컴퓨터(250)는 미소파괴음 컨트롤러(AE/MS controller)(210)로부터 전달받은 미소파괴음 신호로부터 지반구조물의 손상 정도를 나타내는 다수의 파라미터를 도출하고, 이러한 파라미터로부터 지반구조물의 파괴를 예측한다.
본 발명은 웨이브 가이드를 외측 가이드와 내측 가이드로 구분하고, 외측 가이드를 취성재질로 함으로써 구조물을 손상시키는 하나의 사건이 발생한 경우 구조물의 조건이나 형상에 관계없이 외측 가이드가 동일한 정도로 손상되어 미소파괴음 센서에 동일한 미소파괴음 신호를 감지시키게 되어 신뢰성 있는 미소파괴음 신호를 수집할 수 있으므로, 이의 분석을 통하여 지반구조물의 파괴를 일반성 있고 정확성 있게 예측할 수 있다. 따라서, 본 발명은 지반 구조물 외에 터널, 교량 등을 포함한 구조물의 내부 결함 및 손상도 평가 등에 널리 이용될 수 있다.