본 연구는 토사사면의 거동을 파악하기 위한 광섬유 기반의 단락감지 센서를 개발하고 센서와 계측시스템을 시범구축 현장에 적용하여 성능 및 활용성을 검증하는데 목적이 있다. 지반 거동감 지 광섬유 케이블 단락감지 계측 센서는 주로 토사사면에 설치되어 지반 표층부의 거동을 측정할 수 있는 장치이다. 토사사면의 경우 지표 지반이 시간 경과에 따라서 점진적으로 거동하는 특성이 있으므로 정밀도는 다소 떨어지지만 광역적인 구간의 지반 거동을 효과적으로 감지할 수 있는 계 측시스템이 적합할 것으로 판단하여 광섬유 케이블 단락감지 계측 센서를 개발하였다.
광섬유 케이블 단락감지 센서는 광섬유 케이블이 힘을 받으면 곡률반경이 변화하여 데이터로거 에서 보내지는 초기 광원 값이 감소하는 원리를 이용하였다. 광원의 감소 값을 변위값으로 환산하 면 토사사면의 지표면 두 측점간의 상대적인 변위 발생정도를 파악할 수 있다.
그림 1. 단락감지 센서 모식도 그림 2. 단락감지 센서 현장설치 모습
다채널 광섬유 케이블 단락감지 시스템은 사면의 거동을 측정하기 위해 단락감지 센서가 설치
된 사면 인근 현장에 직접 설치하며, 여러 사면의 단락감지 센서의 측정치를 연속 무인 측정 후
그 기록을 전산처리하여 변위를 저장하고, 전송하는 역할을 한다. 데이터로거는 광섬유 케이블을
통과하는 광량을 측정할 수 있으며, 원격제어가 가능하다. 시스템의 정상적인 작동온도는 - 20 ℃
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KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea
- 222 -
~ + 60 ℃ 범위이며, LD 광원과 PD, 수신된 데이터를 처리할 수 있는 신호처리(DSP) 모듈로 이루 어진 다채널 광섬유 케이블 단락감지 Data Logger와 이 Data Logger의 제어 및 운영을 위한 유 닛(PC)으로 구성된다.
그림 3. 광섬유 케이블 단락감지 센서시스템 구성도
국토해양부 홍천국도유지사무소 관내 국도 46호선 배후령 구간에 위치하는 절토사면 계곡부 2 개소에 단락감지 시스템을 시범 설치하였다. 자체 제작한 계측센서 계곡부 토사 구간에 횡방향으 로 설치하였으며, 각각의 센서를 통과한 광섬유 케이블을 사면 하단부에 설치된 운용 시스템과 연 결하였다. 본 시스템은 현장에 무선 CDMA 통신방식을 이용하여 네트워크 환경이 구축되어 있으 며, 현장에서 저장되는 계측 데이터는 지정된 시간 간격으로 통합운영 센터의 데이터베이스 서버 에 자동으로 전송되어 저장된다. 또한 현장에서 관리기준치 이상의 이상거동이 측정되면 자동으 로 이벤트 상황이 해당 시설물 관리 담당자에게 전달되도록 정보공유 시스템이 구축되어 있다.
본 연구는 지난 2006년도에 시작된 국토해양부 건설교통 국가R&D 과제에 의해서 추진되었다.
2008년도에 1단계 시제품이 개발되어 시범구축을 통하여 센서 및 시스템을 검증하였고, 그 결과
파악된 문제점들을 개선하여 지난 2010년에 개선된 방식의 센서와 시스템을 시범 설치하여 적용
성을 확인하고 있다. 사면계측 센서 장치 및 운영 시스템의 개발은 장기간에 걸쳐 지속적인 개선
