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지하댐 지반 물성치 측정을 위한 유전율 측정 시스템 개발
A Development of Dielectric Measurement System for Detecting Physical Parameters of Ground in Subsurface Dam 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.14 no.4 = no.41, 2004년, pp.361 - 369  

김만일 (한국수자원공사 수자원연구원) ,  정교철 (안동대학교 지구환경과학과) ,  박창근 (관동대학교 토목공학과)

초록
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매질이 가지는 고유의 유전율 특성을 이용하여 체적함수비를 실시간으로 측정할 수 있는 유전율 측정장비인 Frequency Domain Reflectometry (FDR) system 및 측정 센서를 제안하였다. 특히 측정 센서의 형태는 7m, 10cm,15cm 길이로 각기 제작하여 유전율상수의 특성을 파악하였다. 본 장비의 유전율측정은 $0.1\~1.7GHz$의 고주파수 범위 내에서 발생된 전자파를 방향성결합기를 통과하여 매질에 설치된 측정센서에서 입사파와 반사파의 간섭현상을 이용함으로써 측정이 가능하다. 본 실내시험 연구에서 획득된 연구결과는 유전율상수의 변화로부터 체적함수비를 지속적으로 측정할 수 있는 점에서 비파괴 모니터링 기술로 구분할 수 있다. 체적함수비와 유전율상수의 관계에서 측정센서의 로드길이에 따른 측정오차는 다소 파악되나, 이들의 관계로부터 Topp et al.(1980) 교정곡선과 비교하여 표준사에 대한 1차원 관계식과 관계곡선을 유도할 수 있었다. 결론적으로 제안된 FDR system과 측정센서로부터 측정된 측정 결과들은 Topp et al.(1980) 교정곡선과 매우 흡사한 형태를 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The authors designed a new technique to measure dielectric constant of a soil media by Frequency Domain Reflectometry (FDR) system and its measurement sensor probe with different length such as 7m, 10cm and 15cm for estimating the variations of dielectric constant. Measurement of dielectric constant...

주제어

#측정센서   #유전율상수   #체적함수비  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히, 측정센서가 1선식으로 이루어져 있기 때문에 실내 및 야외에서 측정 센서의 설치가 용이할 뿐 아니라 다양한 방법으로 실시간 유전율상수의 측정이 충분히 가능할 것으로 생각된다. 그리고 이러한 유전율방법의 적용 분야 및 획득된 측정 결과로부터 지반환경의 공학적 측면에서 다양한 매체에 대한 정량적인 물리적 특성을 검토할 수 있다.
  • 이 연구에서는 측정센서의 측정부분인 1선식 로드의 길이를 7cm, 10cm, 15cm로 각기 제작하여 동일한 시험 조건하에서 적용하여 측정센서의 로드 길이에 따른 유전율상수의 변화를 검토하기 위해서이다. 또한, 다양한 시험조건에 따라 효과적인 측정 센서의 설치 및 운영에 따른 유전율상수의 정밀도를 파악하기 위함이다.
  • 이 연구에서 제안하는 유전율방법은 이러한 세 가지 형태의 물질들에 대한 유전율상수 변화로부터 지반 매질의 물리적 특성을 효율적으로 측정할 수 있는 유전율 측정장비인 Frequency Domain Reflectometry (FDR) system 및 그 측정센서에 대한 연구를 수행하였다.
  • 이 연구에서는 측정센서의 측정부분인 1선식 로드의 길이를 7cm, 10cm, 15cm로 각기 제작하여 동일한 시험 조건하에서 적용하여 측정센서의 로드 길이에 따른 유전율상수의 변화를 검토하기 위해서이다. 또한, 다양한 시험조건에 따라 효과적인 측정 센서의 설치 및 운영에 따른 유전율상수의 정밀도를 파악하기 위함이다.
  • 이러한 측정센서의 측정오차 및 운영상의 편의를 도모하기 위한 새로운 측정센서의 개발이 절실히 요구된다. 이에 본 연구에서는 고주파수인 0.1~1.7GHz 범위 내에서 발생된 전자파를 이용하여 유전율상수를 측정할 수 있는 측정 장비와 측정 센서를 연구 개발하여 효율적인 지반매질의 물성치를 파악할 수 있도록 고려하였다. 특히, 측정 주파수 범위가 저주파수에서 고주파수로 높아질수록 측정센서 주변에서 유전율상수 측정이 보다 정밀하게 이루어진다.
  • 이에 새로이 소개되는 본 측정시스템에 대한 측정 원리 및 장비 설명과 더불어 시험 적용성을 평가하기 위한 기초적 연구로서 이 연구를 수행하였다.
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참고문헌 (11)

  1. Ansoult, M., L.w. De Backer and M. Declercq, 1985, Statistical relationship between apparent dielectric constant and water content in porous media. Soil. Sci. Soc., 49, P 47-50 

  2. Chan，C.Y. and R.J. Knight, 1999, Determining water content and saturation from dielectric measurements in layered materials, Water Resources Research, 35(1), p 85-93 

  3. Drenvich, V.P., S.I. Siddiqui, J. Lovell and Q. Yi, 2001, Water content and density of soil in situ by the Purdue TDR method, Proceeding of the symposium TDR2001: Innovative Applications of TDR Technology, Northwestern University, Evanston, Illinois 

  4. Head, K.H , 1980, Manual of soil laboratory testing volume 1 soil classfication and compaction tests, Engineering Laboratory Equipment Limited, p 339 

  5. Huisman, J.A., C. Sperl, W. Bouten and J.M. Verstraten, 2001, Soil water content measurements at different scales: accuracy of time domain reflectometry and ground-penetrating radar, Journal of hydrology, 245, p48-58 

  6. Huisman, J.A., J.J.J.C. Snepvangers, W. Bouten and G.B.M. Heuvelink, 2002, Mapping spatial variation in surface soil water content: comparison of ground-penetrating radar and time domain reflectometry, Journal of hydrology, 269, p194-207 

  7. Jackson, S.H., 2003, Comparison of calculated and measured volumetric water content at four field sites, Agricultural water management, 58, p 209-222 

  8. Jacobsen, O.H. and Schjonning P., 1993, A laboratory calibration of time domain reflectometry for soil water measurement including efects of bulk density and texture, Journal of Hydrology, 151, p 147-157 

  9. Jones, S.B. and D. Or, 2001, Frequency-domain methods for extending TDR measurement range in saline soils, Proceeding of the symposium TDR2001: Innovative Applications of TDR Technology, Northwestern University, Evanston, Illinois 

  10. Noborio, K.,2001, Measurement of soil water content and electrical conductivity by time domain reflectometry: a review, Computers and electronics in agriculture, 31, p213-237 

  11. Topp, G.C., J.L. Davis and A.P. Annan, 1980, Electromagnetic determination of soil water content: Measurement in coaxial transmission lines, Water Resources Research, 16(3), p 574-582 

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