KR100339634B1 - 광섬유를 이용한 계측 방법 및 이의 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유를 이용한 계측방법 및 이의 장치에 관한 것으로, 이는 관의 변형에 따라 투과되는 광의 변화를 나타내는 광섬유를 상기 관의 내부를 통과하는 유체와 접촉되지 않는 부위를 따라 관의 전장에 걸쳐 부착시키고, 상기 광섬유를 통과하는 광이 끝점에서 반사되도록 하여 이의 반사광으로 관의 변형량을 계측할 수 있도록 하며, 이의 장치는 관(1)의 내부를 통과하는 유체와 접촉되지 않는 부위를 따라 상기 관(1)의 전장에 걸쳐 부착되는 광섬유(2)와; 상기 광섬유(2)의 끝점에 형성되어 광섬유(2)를 통과한 조사광을 반사시키는 미러와; 상기 광섬유(2)의 시작점으로 광을 조사하는 광원발생기(3)와; 상기 미러에 의해서 반사된 광을 수광하여 이를 계측하는 계측기(4)로 구성됨으로써 관의 처짐 및 변형으로 상기 관의 누수점 및 균열점 등의 검출이 보다 신속하면서도 정확하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 그 검출된 지점의 관로만 교체 및 보수하면 되므로 관로의 교체 및 보수작업의 간편성 및 효율성을 한층 증대시킬 수 있는 이점이 있다. 또한 설치비용이 저렴하여 경제성을 보다 향상시킬 수 있음은 물론 기존에서와 같이 누수 및 균열점을 작업자가 일일이 땅을 굴착하면서 찾지 않아도 되므로 이로인한 작업의 번거로움 및 불편성과 이 공사로 인한 교통의 불편을 해소할 수 있는 효과가 있다. 그리고 이러한 계측 및 검출작업으로 누수 및 균열관의 즉각적인 교체 및 보수작업이 이루어지므로 누수로 인한 경제적 손실을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 갖게 된다.

Description

광섬유를 이용한 계측 방법 및 이의 장치{Measuring method and device with optical fiber}

본 발명은 땅에 매립된 관의 처짐 및 변형, 누수점, 균열점 등을 광섬유를 이용하여 정확하게 검출할 수 있도록 하여 누수 및 균열관의 교체 및 보수 작업이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 한 광섬유를 이용한 계측방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유체의 공급은 배관에 의해서 이루어지고, 그 유체의 종류에 따라 용도가 구분되는 것으로, 우리생활과 밀접한 관계를 갖는 것은 상.하수도관과 도시가스관이 있고, 이외에도 산업용관과 유해물질 공급관이 있다.

이러한 관로에 있어 가장 관건이 되는 것은 누수 및 균열로 인한 교체 및 보수작업으로서 외부로 노출된 상태에서는 육안에 의한 식별이 가능하지만 땅속에 매립된 경우에는 식별이 어려워 폭발과 같은 사고가 발생된 후에 비로소 그 지점을 확인할 수 있는 경우가 대부분이었다.

현재 우리나라 상수도의 누수율은 약30∼40%에 달하고 있고, 대부분 땅속에 매립되어 있기 때문에 그 누수점 및 균열점을 찾기 어렵다. 이에 따라 누수에 의한 경제적인 손실이 막대할 뿐만 아니라 대도시의 경우에는 누수 및 균열관 교체 및 보수를 위한 굴착작업으로 교통 혼란등의 불편을 초래하는 문제점이 있었다. 이와함께 하수도의 경우는 상수도와 같은 누수에 관한 자료가 전무한 상태일 뿐만 아니라 관로의 균열 및 파손으로 인해 하수가 지하 토양으로 유입될 경우, 지하수 및 토양의 오염으로 환경파괴를 유발시키는 문제점이 있었다.

그리고 도시가스관 및 산업용관 또는 유해물질 공급용관은 누출로 인한 경제적인 손실 뿐만 아니라 인명피해를 가져오는 치명적인 사고로 이어지므로 보다 세심한 주의가 요구되는데, 이들 관로가 외부로 노출되어 있는 경우는 육안 식별이 가능하나 지하에 매립된 경우는 육안 식별이 불가능하다. 또한 이같이 지하에 매설된 경우에는 토양으로부터 외력을 지속적으로 받게 되므로 외부로 노출된 경우보다 균열 및 누출사고의 위험이 더 높기 때문에 이에 대한 대책이 시급한 실정에 있다.

그러나 현실적으로 상기한 바와같은 매설관의 균열 및 누수점을 정확히 찾아낼 수 있는 방법 및 장치가 전무한 상태이며, 통상적인 센서를 이용하여 관로의 변형 및 파손 등을 계측할 경우에는 관로의 설치비보다 센서 구입에 따른 설치비용이 훨씬 많이 소요됨으로써 이의 적용이 불가능하다.

이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 창안된 것으로, 그 목적은 유체의 종류 및 용도에 관계없이 육안 식별없이도 관로의 처짐 및 변형, 누수 및 균열점, 파손점 등을 신속하면서도 정확하게 검출할 수 있도록 하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 관의 변형에 따라 투과되는 광의 변화를 나타내는 광섬유를 상기 관의 내부를 통과하는 유체와 접촉되지 않는 부위를 따라 관의 전장에 걸쳐 일체로 부착시키고, 상기 광섬유를 통과하는 광이 끝점에서 반사되도록 하여 이의 반사광으로 관의 변형량을 계측할 수 있도록 한 것을 특징으로 한 광섬유를 이용한 계측방법이 제공된다.

또한 관의 내부를 통과하는 유체와 접촉되지 않는 부위를 따라 상기 관의 전장에 걸쳐 일체로 부착되는 광섬유와; 상기 광섬유의 끝점에 형성되어 광섬유를 통과한 조사광을 반사시키는 미러와; 상기 광섬유의 시작점으로 광을 조사하는 광원발생기와; 상기 미러에 의해서 반사된 광을 수광하여 이를 계측하는 계측기로 구성된 것을 특징으로 한 광섬유를 이용한 계측장치가 제공된다.

그리고 상기 관의 외측면을 따라 전장에 걸쳐 나선형태의 홈을 형성하고, 그 홈에 광섬유를 매립하는 식이거나, 혹은 관 표면에 에폭시(Epoxy) 등으로 일체화시킨 것을 특징으로 하고, 상기 관의 외측면을 따라 광섬유를 지그재그식으로 권취하여 일체로 부착시켜서 된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 보인 예시도.

도 2는 본 발명에 의한 관의 구조를 보인 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 관의 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 변형-거리 선도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예를 보인 것으로서,

도 5a는 내경600mm의 관에 20mm의 피치로 광섬유가 권선된 상태를 보인 정면도.

도 5b는 내경500 또는 350mm의 관에 100mm의 피치로 광섬유가 권선된 상태를 보인 정면도.

*도면의주요부분에대한부호의설명

1:관(pipe) 1A:홈

2:광섬유 3:광원발생기

4:계측기 5:컨넥터

이하 본 발명에 의한 계측방법 및 이의 장치에 대한 구성을 첨부된 도면을 참조로 하여 실시예에 따라 상세히 설명한다.

본 발명은 광섬유를 이용하여 관로의 처짐 및 변형을 계측할 수 있도록 한 것으로, 이 광섬유는 통상에서와 같이 유리의 주성분인 실리카(SiO₂)로 구성되어 있어 전자기파의 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 작동 온도범위가 광범위하고, 그 직경이 250μm로 매우 작고 유연해 센서로써의 설계 및 구성이 용이하며, 높은 해상도와 다량의 정보수송 능력이 우수한 특성을 가지고 있다.

또한 상기 광섬유는 동일한 용량의 전파전달에 있어 타 케이블보다 가깝고 가격이 저렴할 뿐만 아니라 정확한 신호를 얻을 수 있다. 그리고 저자기 간섭에지장을 받지 않으며, 장기 계측시 문제점으로 대두되는 부식과 무관하고, 센서의 형태를 여러 측정 파라메터에 따라 형상을 자유롭게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

이같은 광섬유를 센서로 하여 계측기술에 적용하게 되면, 기존의 계측기술의 차원을 넘어 아래와 같은 기능을 보유할 수 있게 된다. 즉, 첫째, 다양한 계측량의 동시측정이 가능하다. 둘째, 신호잡음 등의 오차를 극소화시킬 수 있다. 셋째, 얻고자하는 파라메터의 실시간 처리가 가능하다. 넷째, 무선 구동 및 센서 네트워크를 구현할 수 있다. 다섯째, 케이블 무게의 최소화를 기할 수 있다. 여섯째, 다중 송신이 가능하다. 일곱째, 내마모성 및 내부식성의 보유로 장기계측이 가능하다. 여덟째, 센서형상의 조절이 가능하다.

본 발명에서는 상기와 같은 광섬유 센서로서 제작하기 위해 별도의 2차 가공을 하지 않고, 통상의 광섬유(Standard Optic Fiber)를 그대로 사용한다. 즉, 그 자체가 센서 역할을 하게 되는 것이다.

이러한 광섬유에 있어, 본 발명은 도 2에 도시된 바와같이 관(1)의 원주방향으로 전장에 걸쳐 광섬유(2)를 부착시키게 되는데, 이때 상기 관(1)의 내부를 통과하는 유체에 의한 영향을 최소화하기 위해 상기 유체와 접촉되지 않는 관(1)의 외측면에 엑포시(Epoxy)로 일체로 부착되거나 매설된다.

또한 상기 광섬유(2)는 그 부착 형태에 따라 다양한 계측값을 얻을 수 있는 것으로, 본 발명에서는 주로 관(1)의 외측면에 원주방향으로 나선형태의 홈(1A)이 형성되고, 그 홈(1A)을 따라 광섬유(2)를 권취하여 일체로 매설 및 부착시키게 된다. 또, 다른 실시예로서 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와같이 지그재그식으로 권취되어 부착될 수 있는 것으로, 관(1)의 내경이 600mm인 경우는 광섬유(2)가 20mm 간격의 피치로 권선되고, 관(1)의 내경이 500mm 또는 350mm인 경우는 광섬유(2)가 100mm 간격의 피치로 권선된다.

그리고 상기 광섬유(2)에 광을 조사하기 위해 광원발생기(3)가 구비되고, 광섬유(2)의 끝점에는 광섬유(2)를 통과한 광이 반사될 수 있도록 미러가 형성된다. 또, 상기 미러에 의해서 반사된 광을 수광하여 계측하는 계측기(4)가 구비된다.

이와같이 구성된 본 발명은 먼저, 광원발생기(3)를 작동시켜 관(1)의 전장에 걸쳐 부착된 광섬유(2)의 시작점으로 광을 조사한다. 이렇게 조사된 광은 광섬유(2)를 통과하면서 상기 광섬유(2)의 끝점에 도달하게 되고, 그 끝점에 도달된 광원은 상기 광섬유(2)의 끝점에 형성된 미러에 의해서 반사된다.

이에 따라 반사된 광원은 다시 광섬유(2)를 통과하여 계측기(4) 측으로 보내지고 상기 계측기(4)에서는 이를 수광하여 계측하게 되는 것으로, 이의 데이터는 도 4에 도시된 바와같이 나타난다.

이러한 방식으로 초기 배관시 초기값이 계측되어 설정되고, 유지 및 보수시에는 상기한 계측방법에 의한 측정값을 상기 초기값과 비교하여 이 차이로 관로의 처짐이나 누수점 그리고 균열점 등의 변형을 검출할 수 있게 되며, 이의 검출로 관로의 교체 시점과 교체량 및 교체지점을 판단할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 바와같이 관에 국한되지 않고, 변형 및 처짐등이 발생될 수 있는 각종 부재에 적용할 수도 있고, 특히 터널의 변형 및 처짐량을 수시로 계측하여 터널의 상태를 점검함으로써 붕괴에 따른 안전사고를 사전에 방지할 수도 있는 것이다.

상술한 바와같이 본 발명은 광섬유를 이용하여 관의 처짐 및 변형으로 상기 관의 누수점 및 균열점 등을 검출할 수 있도록 함으로써 이의 검출이 보다 신속하면서도 정확하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 그 검출된 지점의 관로만 교체 및 보수하면 되므로 관로의 교체 및 보수작업의 간편성 및 효율성을 한층 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 설치비용이 저렴하여 경제성을 보다 향상시킬 수 있음은 물론 기존에서와 같이 누수 및 균열점을 작업자가 일일이 땅을 굴착하면서 찾지 않아도 되므로 이로인한 작업의 번거로움 및 불편성과 이 공사로 인한 교통의 불편을 해소할 수 있는 효과가 있다.

그리고 이러한 계측 및 검출작업으로 누수 및 균열관의 즉각적인 교체 및 보수작업이 이루어지므로 누수로 인한 경제적 손실을 현저하게 줄일 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (4)

1. 관의 변형에 따라 투과되는 광의 변화를 나타내는 광섬유를 상기 관의 내부를 통과하는 유체와 접촉되지 않는 부위를 따라 관의 전장에 걸쳐 일체로 부착시키고, 상기 광섬유를 통과하는 광이 끝점에서 반사되도록 하여 이의 반사광으로 관의 변형량을 계측할 수 있도록 한 것을 특징으로 한 광섬유를 이용한 계측방법.
2. 관(1)의 내부를 통과하는 유체와 접촉되지 않는 부위를 따라 상기 관(1)의 전장에 걸쳐 일체로 부착되는 광섬유(2)와;

   상기 광섬유(2)의 끝점에 형성되어 광섬유(2)를 통과한 조사광을 반사시키는 미러와;

   상기 광섬유(2)의 시작점으로 광을 조사하는 광원발생기(3)와;

   상기 미러에 의해서 반사된 광을 수광하여 이를 계측하는 계측기(4)로 구성된 것을 특징으로 한 광섬유를 이용한 계측장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 관(1)의 외측면을 따라 원주방향으로 전장에 걸쳐 나선형태의 홈(1A)을 형성하고, 그 홈(1A)에 광섬유(2)를 매립하는 식으로 일체로 부착시켜서 된 것을 특징으로 한 광섬유를 이용한 계측장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 관(1)의 외측면을 따라 축방향으로 광섬유(2)를 지그재그식으로 권취하여 일체로 부착시켜서 된 것을 특징으로 한 광섬유를 이용한 계측장치.