KR100578527B1 - 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물과 모래, 자갈, 흙 등이 함께 흐르는 관 내부의 수직 밀도를 측정함으로서, 이들의 비율과 혼합물의 흐름을 역학적으로 파악할 수 있도록 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치에 관한 것이다. 이를 위해, 관의 일측에 구비되어 관을 향해 방사선을 조사하는 선원; 관의 반대측에 구비되어 관을 통과한 방사선을 감지하는 디텍터; 일단에 선원이 고정되고, 타단에 디텍터가 고정되는 ∩-자형 수직 프레임; 관의 외경에 착탈 가능하게 결합되는 한쌍의 클램프; 클램프의 상면에서 클램프에 고정되는 고정판; 일단이 고정판에 고정되고, 관의 축선방향으로 배치되는 아암; 아암의 타단에 힌지에 의해 회전 가능하게 연결되는 원판; 및 일단이 원판에 고정되고, 회전운동에 의해 수직프레임을 관에 대해 상대적으로 상하 이동 가능하게 하는 리드스크류(20);가 제공된다.

관, 밀도, 수직, 방사선, 디텍터, 클램프, 아암, 리드스크류, 힌지

Description

관 내부의 수직 밀도분포 측정장치{A vertical density measurement device of a pipe inside}

도 1은 본 발명에 따른 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치의 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 측정장치가 관에 설치되었을 때의 평면도,

도 3은 도 1에 도시된 클램프(32, 34)의 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

5 : 핸들, 10 : 측정장치,

12 : 수직프레임, 14 : 제 1 수평프레임,

16 : 제 2 수평프레임, 20 : 리드스크류,

22 : 원판, 24 : 아암,

30 : 고정판, 32, 34 : 클램프,

38 : 볼트, 40 : 관,

44 : 혼합물(물+모래), 46 : 곡관,

50 : 선원, 52 : 디텍터,

55 : 힌지, 57 : 방사선,

60 : 서보모터, 62 : A/D 변환기,

64 : 컴퓨터(64).

본 발명은 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 물과 모래, 자갈, 흙 등이 함께 흐르는 관 내부의 수직 밀도를 측정함으로서, 이들의 비율과 혼합물의 흐름을 역학적으로 파악할 수 있도록 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오수, 배수관의 내부에는 물과 함께, 흙, 모래, 자갈, 기타 불순물들이 함께 혼합하여 흐른다. 그런데, 혼합물의 유속이 느릴 경우에는 침전이 발생하여 단면적이 좁아지고 이로 인해 관 내벽에 가해지는 저항이 증가하게 된다. 그리고, 심한 경우에는 관이 막히는 경우가 발생할 수도 있기 때문에 관 내부에서 혼합물의 유동상태를 파악해야할 필요성이 크다.

이를 위해, 종래에는 관 내부의 평균 밀도값을 측정하는 방법을 사용하였다. 즉, 수평으로 놓인 관에 대해 45도 방향으로 방사선을 조사한 뒤, 투과되어 검출되는 값을 이용하여 혼합물 밀도의 단면적 평균값을 추론하였다. 즉, 관의 길이방향에 대한 평균값의 변화를 측정하여 내부 변화상태를 유추하는 방식이었다. 그러나, 이러한 평균값은 대략적인 관 내부의 상태를 알아내기에 간단한 방법이었으나, 단면적에 대한 평균값이기 때문에 단면적의 어느 부분에서 침전이나 막힘이 발생하였는지 또는 어느 정도나 막힘이 진행되었는지 그리고, 막힘을 유발하는 물질의 종류 가 무엇인지를 정확히 알 수 없었다. 따라서, 점차 더욱 정확한 관 내부상태(또는 밀도의 분포)를 알아내고자 하는 연구가 진행되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1 목적은 물과 흙, 모래, 자갈 등의 혼합물이 흐르는 관 내부에서 수직방향의 밀도분포를 측정할 수 있는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 직선 형태의 관뿐만 아니라 구부러진 곡관에 대해서도 연속적으로 밀도분포를 측정할 수 있는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은, 측정된 밀도값을 컴퓨터 등에 표시하고, 이에 기초하여 농도를 환산하고, 환산된 농도로부터 단위면적당 물과 흙의 비율을 추론하여 혼합물의 흐름을 역학적으로 파악할 수 있도록 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 관(40)의 일측에 구비되어 관(40)을 향해 방사선(57)을 조사하는 선원(50);

관(40)의 반대측에 구비되어 관(40)을 통과한 방사선(57)을 감지하는 디텍터(52);

일단에 선원(50)이 고정되고, 타단에 디텍터(52)가 고정되는 ∩-자형 수직 프레임(12);

관(40)의 외경에 착탈 가능하게 결합되는 한쌍의 클램프(32, 34);

클램프(32, 34)의 상면에서 상기 클램프(32, 34)에 고정되는 고정판(30);

일단이 고정판(30)에 고정되고, 관(40)의 축선방향으로 배치되는 아암(24);

아암(24)의 타단에 힌지(55)에 의해 회전 가능하게 연결되는 원판(22); 및

일단이 원판(22)에 고정되고, 회전운동에 의해 수직프레임(12)을 관(40)에 대해 상대적으로 상하 이동 가능하게 하는 리드스크류(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 선원(50)은 세슘 137을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 디텍터(52)의 검출신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(62); 및

상기 A/D 변환기에 의해 변환된 디지털 신호를 그래프 또는 숫자로 표시하기 위한 표시장치(64)를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 수직 프레임(12)에 설치되어 상기 리드스크류(20)를 회전시킬 수 있는 서보모터(60) 또는 스태핑 모터를 더 포함하는 것을 가장 바람직하다.

또한, 한쌍의 클램프(32, 34)는 볼트(38)에 의해 고정되는 것도 가능하다.

수직프레임(12)의 내부에는 소정 간격으로 이격된 채 상기 수직프레임(12)에 고정된 제 1, 2 수평프레임(14, 16)을 더 포함하고, 리드스크류(20)는 제 1, 2 수평프레임(14, 16)에 맞물리는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 다른 목적들, 분명한 장점들 및 신규한 특징들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면들에 따른 바람직한 실시예들로 부터 더욱 분명해 질것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치의 구성에 대 해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 측정장치가 관에 설치되었을 때의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 클램프(32, 34)의 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구성은 크게, 방사선 선원(50)과 디텍터(52) 및 이들을 지지하기 위한 프레임(12, 14, 16) 그리고, 수직 방향의 이송을 위한 리드스크류(20) 등을 들 수 있다.

수직프레임(12)은 "∩"자 형상이며, 하단의 양 끝에 선원(50)과 디텍터(52)가 각각 설치되어 있고, 그 사이로 관(40)이 배치되도록 구성된다. 제 1 수평프레임(14)은 수직프레임(12)중 대략 상단에 위치하며, 양끝단이 수직 프레임(12)에 용접 등을 통해 단단히 고정된다. 제 2 수평프레임(16) 역시 수직 프레임(12)중 대략 하단에 위치하며, 양끝단이 수직프레임(12)에 용접 등을 통해 단단히 고정된다. 이와 같이 소정간격을 두고 양단이 수직프레임(12)에 연결된 제 1, 2 수평프레임(14, 16)에는 그 중심영역에 공통적으로 리드스크류(20)가 회전 가능하게 맞물려 있다.

리드스크류(20)는 회전에 의해 상하로 이송 가능하며, 리드스크류의 수평위치가 고정된 경우에는 상대적으로 프레임(12, 14, 16)을 상하로 이송시키게 된다. 이러한 리드스크류(20)의 하단은 원판(22)의 중심과 힌지(55)로 연결되어 있다. 즉, 힌지(55) 연결을 통해 리드스크류(20)에 대해 원판(22)이 자유롭게 회전 가능하도록 구성된다.

또한, 원판(22)의 하면에는 소정길이의 아암(24)의 일단이 연결되어 있다. 이러한 아암(24)은 관(40)의 축선방향으로 배열되며, 타단이 고정판(30)의 상면 중심영역에 고정되도록 구성된다. 고정판(30)은 대략 사각 형상이며, 상면에는 아암(24)이 설치되고, 하면에는 볼트를 통해 한쌍의 클램프(32, 34)가 고정된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 한쌍의 클램프(32, 34)는 내면이 관(40)의 외면에 밀착될 수 있도록 곡면을 형성하고, 상호 맞물릴 수 있도록 반으로 나누어진 형상으로 구성된다. 이러한 클램프(32, 34)의 하단은 볼트(38)를 이용하여 관(40)의 외면에 단단히 밀착 고정되도록 구성된다.

선원(50)은 내부에 세슘 137과 같은 방사능 물질이 포함되어 있으며, 디텍터(52)를 향해 방사선을 조사하도록 설치된다. 그리고, 디텍터(52)는 입사되는 방사선을 전기 신호로 변환하여 출력하는 구성을 갖는다.

이하에서는 본 발명에 따른 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치의 동작에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 측정이 요구된 영역에 클램프(32, 34)를 고정한다. 그 다음, 볼트 등을 통해 고정판(30)을 고정한 다음, 아암(24)과 프레임(12)을 연결하여 설치를 마친다.

선원(50)에서 투사되는 방사선(57)은 관(40)을 통과한 뒤, 디텍터(52)로 입사되어 전기신호로 변환하게 된다. 이렇게 변환된 전기신호는 별도의 A/D 변환기(62)를 거쳐 디지털 신호로 변환되고, 컴퓨터(64) 등에 입력되어 저장되고, 모니터를 통해 그래프로 표시되거나, 숫자로 표시된다.

검출이 끝난 다음에는 리드스크류(20)를 한바퀴 돌려 관(40)에 대해 상대적 으로 프레임(12)을 내린다. 그리고, 다시 상기와 같은 측정동작을 반복한다. 따라서, 관(40)에 대해 필요한 해상도로 검출이 가능하게 된다. 예를 들어, 굵은 관(40)인 경우에는 수직방향으로 20단계 내지 50단계의 검출을 반복하여 상세한 데이터를 얻을 수 있다.

특히 도 2에 도시된 바와 같이, 곡관(46)을 측정하고자 할 경우에는 힌지(55)를 조금 회전시킨 상태에서 상기와 같은 측정동작을 실행하면 된다. 측정이 완료되면, 힌지(55)를 중심으로 프레임(12)을 조금 더 회전시킨 다음 다시 상기와 같은 측정동작을 반복한다. 즉, 곡관(46)을 따라 선회하면서 상하로 측정을 하면 곡관(46) 영역의 상세한 데이터를 얻을 수 있게 된다.

이와 같이 얻어진 데이터를 기초로 하여 관내부의 농도를 환산하고, 환산된 농도로부터 단위면적당 물과 흙의 비율을 추론하여 혼합물의 흐름을 역학적으로 파악할 수 있다. 즉, 수직방향의 속도분포도 알 수 있는 것이다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 사람의 손으로 핸들(5)을 돌리던 것을 컴퓨터(64)에 의해 제어되는 서보모터(60)를 이용하여 일정각도만큼씩 회전시킬 수 있다. 이 때, 선원(50) 역시 컴퓨터(64)에 의해 동작에 제어되도록 구성할 수 있다.

비록, 본 발명에서는 1개의 서보모터를 사용하여 프레임을 상하로 자동 이송하도록 구성하였으나, 별도의 서보모터를 원판(22)에 설치하여 곡관(46)에서의 회전도 컴퓨터(64)에 의해 제어되도록 구성할 수 있음은 물론이다.

그리고, 본 발명에서는 프레임의 상하 이송을 위하여 리드스크류를 사용하였 으나, 반드시 이에 국한될 필요는 없고, 리니어 모터 등 상하 직선운동이 가능한 어떠한 구성요소라도 대체가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치에 의하면, 물과 흙, 모래, 자갈 등의 혼합물이 흐르는 관 내부에서 수직방향의 밀도분포를 정밀하고 간편하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 직선 형태의 관뿐만 아니라 구부러진 곡관에 대해서도 연속적으로 밀도분포를 측정할 수 있다. 이는 특히, 곡관에서의 유동이 문제되는 곳에서 특히 유용하게 적용할 수 있다.

그리고, 측정된 밀도값을 컴퓨터 등에 표시하고, 이에 기초하여 농도를 환산하고, 환산된 농도로부터 단위면적당 물과 흙의 비율을 추론하여 혼합물의 흐름을 역학적으로 파악할 수 있다.

본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시례와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (6)

1. 관(40)의 일측에 구비되어 관(40)을 향해 방사선(57)을 조사하는 선원(50);

   상기 관(40)의 반대측에 구비되어 관(40)을 통과한 방사선(57)을 감지하는 디텍터(52);

   일단에 상기 선원(50)이 고정되고, 타단에 상기 디텍터(52)가 고정되는 ∩-자형 수직 프레임(12);

   상기 관(40)의 외경에 착탈 가능하게 결합되는 한쌍의 클램프(32, 34);

   상기 클램프(32, 34)의 상면에서 상기 클램프(32, 34)에 고정되는 고정판(30);

   일단이 상기 고정판(30)에 고정되고, 상기 관(40)의 축선방향으로 배치되는 아암(24);

   상기 아암(24)의 타단에 힌지(55)에 의해 회전 가능하게 연결되는 원판(22); 및

   일단이 상기 원판(22)에 고정되고, 회전운동에 의해 상기 수직 프레임(12)을 관(40)에 대해 상대적으로 상하 이동 가능하게 하는 리드스크류(20);

   상기 수직 프레임(12)에 설치되어 상기 리드스크류(20)를 회전시킬 수 있는 서보모터(60);

   상기 디텍터(52)의 검출신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(62); 및

   상기 A/D 변환기에 의해 변환된 디지털 신호를 그래프 또는 숫자로 표시하기 위한 표시장치(64);를 포함하는 것을 특징으로 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 선원(50)은 세슘 137을 포함하는 것을 특징으로 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 한쌍의 클램프(32, 34)는 볼트(38)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 수직프레임(12)의 내부에는 소정 간격으로 이격된 채 상기 수직프레임(12)에 고정된 제 1, 2 수평프레임(14, 16)을 더 포함하고,

   상기 리드스크류(20)는 상기 제 1, 2 수평프레임(14, 16)에 맞물리는 것을 특징으로 하는 관 내부의 수직 밀도분포 측정장치.

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