일반기술

초소형 지표 토양 경사계

본 기술은 토목공사 등으로 발생하는 지반의 절개면 및 축대 등의 토목구조물의 붕괴를 사전에 감지하여 위험요인 발생시에 대한 경보 및 안전관리가 가능하게 하는 토양 경사계(inclinometer)에 관한 내용으로 기존의 진동현식 장치에 비하여 초소형으로 구성이 가능하고 사용상 편의성 및 저가격으로 생산이 가능한 MEMS 구조를 지니는 토양경사측정 센서 및 구동/신호처리 회로에 관한 내용이다토목공사시에 필연적으로 발생하는 절개면 및 옹벽, 축대 등의 구조물은 기존의 토양구조가 지니는 안정된 경사구조를 변경한 상태를 지니므로 토압의 변화, 단층 발생, 우수의 유입 등으로 인한 토양 수분 함습도의 변동 등으로 인하여 경사가 변경되고 극단적인 경우 붕괴되는 위헙성을 지니고 있다. 이러한 경사면의 관리를 위하여 일반적으로 사용되는 방법은 파이프 형태의 관속에 일정한 진동수로 진동하는 현(wire)을 내장한 방식의 진동현식 경사계를 사용하여 토양에 수직으로 삽입하거나 수평으로 설치 한 후 경사의 변동에 따른 파이프의 기울기의 변동량을 검출하는 방식의 센서를 사용하고 있다. 이와 같은 구조의 검출장치는 그 크기가 크고(길이 1m 이상) 운용시 토양에 설치하는 과정 및 추후 회수과정이 복잡하며 고가로 구성되는 단점을 지니고 있다. 실제 대형 토목공사의 경우 상당한 량의 설치형 경사계사 사용되며 이로 인하여 경사계 설치 및 운용의 비용이 증가하는 문제를 가지고 있다. 또한 각각의 경사계는 유선으로 연결되거나 특정한 data logger를 통하여 전달되는 구조를 지니므로 측정장치의 수가 많은 경우 data의 실시간 처리에 상당한 어려움을 지니게 된다. 본 기술에서는 MEMS 구조를 이용한 토양경사용 측정센서의 경우 기존의 파이프형에 비하여 초소형으로 구성되는 장점을 지니며 특히 구동 및 신호처리과정이 하나의 센서구조 안에서 처리가 가능하다. 특히 검출 data를 내장돤 무선 data 전송장치를 통하여 원격으로 측정이 가능하도록 하여 운용상의 편의성을 고려 하였으며 구동 전원을 내장하여 무전원 구동이 가능한 상태로 구현하여 센서부분이 검출용 측정장치와 완전히 독립되도록 하였으며 결과적으로 측정위치에 부착하는 것으로 설치 및 운용이 완료되도록 하였다.