KR100888320B1 - Iternal valve leak diagnosis apparatus and method the same - Google Patents

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KR100888320B1
KR100888320B1 KR1020070097929A KR20070097929A KR100888320B1 KR 100888320 B1 KR100888320 B1 KR 100888320B1 KR 1020070097929 A KR1020070097929 A KR 1020070097929A KR 20070097929 A KR20070097929 A KR 20070097929A KR 100888320 B1 KR100888320 B1 KR 100888320B1
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이상국
박성근
이선기
이도환
정선철
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한국전력공사
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Abstract

An internal valve leak diagnosis apparatus and a method thereof are provided to determine leakage inside a valve regardless of various noises generated in surroundings by setting up an ultrasonic acoustic emission sensor in the valve. An acoustic emission sensor(110) is installed at a valve. An acoustic signal gathering unit(100) measures an acoustic signal level which is the duration or the mean value of an event by amplifying the signal detected with the acoustic emission sensor and comparing the specific signal with a set value. An interpreting display part(200) converts the acoustic signal, selected among original signals inputted from the acoustic signal gathering unit with frequency-discriminating, into a digital signal and indicates the digital signal.

Description

밸브 내부 누설 진단 장치 및 방법 {Iternal valve leak diagnosis apparatus and method the same}{Internal valve leak diagnosis apparatus and method the same}

본 발명은 밸브 내부 누설 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸브 주위에 주변잡음이 존재하는 상태에서 초음파 음향 방출 센서를 이용하여 밸브 내부에서 발생하는 미소한 유체의 누설상태를 판단할 수 있는 밸브 내부 누설 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing a leak in a valve, and more particularly, to detect a leak state of a microfluid generated inside a valve using an ultrasonic acoustic emission sensor in a state in which ambient noise exists around the valve. The present invention relates to an apparatus and a method for diagnosing a leak in a valve.

일반적으로 발전소 및 화학 플랜트 등 산업설비에는 수많은 밸브가 사용되고 있으며 이러한 밸브에서 누설이 발생되면, 막대한 에너지 손실되고 설비의 냉각기능을 상실하거나 유독물질 및 방사성 물질이 방출되는 등 산업설비 운전에 엄청난 손실과 사고를 초래하게 된다. 이러한 밸브의 내부 누설을 진단하기 위하여 종래에는 유량 레벨감소, 압력계를 이용한 입출구 압력차, 온도 및 습도 측정법 등을 사용하고 있다.In general, a large number of valves are used in industrial facilities such as power plants and chemical plants, and leakages from these valves can cause enormous losses in the operation of industrial facilities, including enormous energy loss, loss of cooling of facilities, and release of toxic and radioactive materials. It will cause an accident. In order to diagnose the internal leakage of such a valve, conventionally, a flow level reduction, an inlet / outlet pressure difference using a pressure gauge, a temperature and humidity measurement method, and the like are used.

그러나 상술한 종래 밸브의 내부 누설 진단 방법들은 진단 절차가 복잡하며 간접적인 측정으로 인해 측정 정밀도면에서 신뢰하기 어려우므로 개선이 필요한 실정이다.However, the above-described conventional method for diagnosing internal leakage of a valve is in need of improvement because the diagnosis procedure is complicated and it is difficult to trust in terms of measurement accuracy due to indirect measurement.

실제 산업설비에는 다양한 종류와 수량의 밸브들로 구성되어 있어 진단이 신속해야 하며 미소한 양의 누설까지도 진단이 가능해야 한다. 따라서 종래에는 측정방법에 있어서 진단이 신속하고 진단결과의 신뢰도가 높으며 정밀진단이 가능한 고감도의 음향센서를 이용한 음향방출 비파괴검사법이 광범위하게 사용되고 있다. Actual industrial facilities consist of valves of various types and quantities, so the diagnosis must be quick and even a small amount of leakage can be diagnosed. Therefore, conventionally, in the measurement method, the acoustic emission nondestructive testing method using a high sensitivity acoustic sensor capable of rapid diagnosis, high reliability of the diagnosis result, and precise diagnosis is widely used.

그러나 발전소 및 화학플랜트 등 많은 산업현장에서 사용되는 밸브에 있어서 대부분의 밸브들은 안전사고 및 에너지절감 등의 측면에서 다량의 유체누설이 발생하기 이전 단계인 미량의 유체누설이 발생하는 상태를 진단하는 것이 요구되고 있다. However, in the valves used in many industrial sites such as power plants and chemical plants, most of the valves are to diagnose a state where a small amount of fluid leakage occurs before a large amount of fluid leakage occurs in terms of safety accidents and energy saving. It is required.

그런데 이러한 음향센서를 이용한 음향방출 비파괴검사법은 주위 설비에서 발생하는 일정한 또는 변동하는 크기의 주변 잡음(background noise:BGN)이 항상 존재하고 있어 검출되는 음향신호의 크기(level)와의 비교 및 혼합된 검출음으로부터 고유한 밸브 누설음의 신호분리 절차가 요구되고 있다. 즉, 밸브 입출구간의 차압이 크고 누설량이 많은 경우는 누설시의 음향신호가 주변잡음 보다 훨씬 크므로 이들 간의 식별이 용이하지만, 차압이 작고 누설량이 적은 경우는 음향신호에 이들 주변잡음이 혼입됨으로써 누설발생에 따른 고유한 음향신호를 정확히 식별하기가 어렵다. 따라서, 미량의 유체누설이 발생하는 상태에서 주변잡음의 혼입에 관계없이 밸브내부 누설음을 정확하게 분리 및 검출하기 위한 방법이 요청되고 있는 실정이다.However, in the acoustic emission nondestructive testing method using the acoustic sensor, there is always a background noise (BGN) of constant or fluctuating magnitude generated from the surrounding equipment, so that it is compared with the level of the detected acoustic signal and mixed detection There is a need for a signal separation procedure for inherent valve leakage. That is, when the differential pressure between the valve inlet and outlet is large and the amount of leakage is large, the acoustic signal at the time of leakage is much larger than the ambient noise, so it is easy to identify them.However, when the differential pressure is small and the amount of leakage is small, the ambient noise is mixed by the acoustic signal It is difficult to accurately identify the unique sound signal according to the occurrence. Therefore, there is a demand for a method for accurately separating and detecting a leakage sound inside a valve regardless of mixing ambient noise in a state where a small amount of fluid leakage occurs.

본 발명의 목적은 실제 밸브 내부에서 발생하는 미량의 유체 누설상태 및 발전소 등의 현장과 유사한 주변잡음을 모의로 부여하여 미량의 유체가 누설되더라도 주변잡음에 관계없이 고유한 누설음을 식별하도록 한 음향센서를 이용한 음향방출 비파괴검사법의 일종인 밸브 내부누설 진단 방법 및 장치를 제공함에 있다.The purpose of the present invention is to simulate a small amount of fluid leakage occurring inside an actual valve and to simulate ambient noise similar to a site such as a power plant, so that even if a small amount of fluid leaks, a unique sound is identified regardless of ambient noise. The present invention provides a method and apparatus for diagnosing internal leakage of a valve, which is a kind of acoustic emission nondestructive testing method using a sensor.

본 발명에 따른 밸브 내부 누설 진단 장치는 밸브에 설치되는 음향센서와; 상기 음향센서에 의해 검출된 신호를 증폭하여 특정 발생신호인 이벤트의 지속시간이나 평균값인 음향신호 레벨을 측정하는 음향신호 수집부와; 상기 음향신호 수집부에서 주파수 분별한 원신호를 입력받아 이들 중 선택되는 음향신호를 A/D 변환을 행함과 동시에 이들을 해석하여 표시하고 필요한 경보를 출력하는 해석표시부;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.Leak diagnosis apparatus inside the valve according to the present invention and the acoustic sensor is installed in the valve; An acoustic signal collector which amplifies the signal detected by the acoustic sensor and measures an acoustic signal level which is a duration or an average value of an event which is a specific occurrence signal; And an analysis display unit for receiving the original signals classified by the sound signal collecting unit and performing the A / D conversion of the selected sound signals, analyzing and displaying them, and outputting the necessary alarms. .

상기 음향신호 수집부는 상기 음향센서에서 입력된 음향신호중 설정된 주파수 신호만을 통과시키는 전치증폭기와, 상기 전치증폭기로부터 입력된 신호를 설정된 신호크기의 문턱값과 비교하여 이벤트의 음향신호레벨, 지속시간 및 도달시간을 구하는 로칼 프로세스를 포함하는 것이 바람직하다.The sound signal collecting unit compares a preamplifier for passing only a set frequency signal among the sound signals input from the sound sensor, and compares a signal input from the preamplifier with a threshold value of a set signal size to the sound signal level, duration, and arrival of the event. It is desirable to include a local process that finds time.

이때, 상기 음향센서는 상기 밸브에서 밸브의 주변 및 배관에 이격설치되어 부착된 제1 음향센서와 제2 음향센서로 구성된 것이 바람직하다.In this case, the acoustic sensor is preferably composed of a first acoustic sensor and a second acoustic sensor attached to the valve and spaced apart from the valve in the valve.

상기 전치증폭기는 20 kHz 이상의 주파수 신호만을 통과시키는 하이패스 필터가 내장되고, 상기 로칼 프로세스는 상기 전치증폭기에 24V의 전원을 공급하는 전원공급부가 구비된 것이 바람직하다.Preferably, the preamplifier includes a high pass filter through which only a frequency signal of 20 kHz or more is passed, and the local process includes a power supply unit supplying 24 V of power to the preamplifier.

또한, 상기 해석표시부는 다채널을 동시에 신호송신하여 다채널중에서 선택된 채널만을 마스터 컨트롤러에 의해 제어하는 다중송신기와, 상기 다중송신기에 의해 선택수신된 음향신호를 A/D변환하는 A/D 변환기와, 상기 A/D 변환기 및 상기 음향신호 수집부로부터 데이터를 수집하고 해석하는 마스터 컨트롤러와, 상기 음향신호 수집부로부터 출력된 음향신호의 레벨을 기록하는 아날로그 레코더와, 상기 마스터 컨트롤러에 의해 해석된 결과가 사전에 설정된 조건을 초과하는 경우에 경보를 발생시키는 경보발생기를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the analysis display unit transmits the multiple channels at the same time to control only the selected channel among the multi-channel by the master controller, an A / D converter for A / D conversion of the acoustic signal selectively received by the multi-transmitter and And a master controller for collecting and analyzing data from the A / D converter and the sound signal collecting unit, an analog recorder for recording the level of the sound signal output from the sound signal collecting unit, and a result analyzed by the master controller. It is preferable to include an alarm generator for generating an alarm when is exceeded a preset condition.

본 발명에 따른 밸브 내부 누설 진단 방법은 음향신호의 문턱값 및 측정시간 초기 조건을 설정하는 단계; 상기 음향신호의 음향레벨 및 지속시간을 측정하는 단계; 측정시간과 지속시간을 비교하는 단계; 음향신호의 상관해석을 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, there is provided a method of diagnosing a leak in a valve, the method comprising: setting a threshold value of an acoustic signal and an initial condition of a measurement time; Measuring a sound level and a duration of the sound signal; Comparing the measurement time with the duration; And performing correlation analysis of the acoustic signal.

이때, 상기 음향신호의 상관해석을 실시한 결과가 음향도달 시간차(L/C)의 범위 이내에 있는 경우에 경보를 발생하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to generate an alarm when the result of performing the correlation analysis of the acoustic signal is within the range of the sound arrival time difference L / C.

본 발명에 의하면 주변 설비에서 발생하는 다양한 잡음에 관계없이 밸브 내부의 누설 여부를 조기에 진단하여 안전사고의 방지하는 효과가 있다.According to the present invention, regardless of various noises generated from the surrounding equipment, there is an effect of early diagnosis of leakage of the inside of the valve to prevent safety accidents.

따라서 설비에서 누설불량으로 인해 초래될 수 있는 막대한 에너지를 절감할 수 있고, 산업설비의 안정적인 운용이 가능해지는 이점이 있다.Therefore, it is possible to reduce the enormous energy that can be caused by the leakage failure in the installation, there is an advantage that the stable operation of the industrial equipment is possible.

도 1은 본 발명에 적용되는 음향신호 측정을 위한 주변잡음 가진(加振) 및 밸브 내부누설 모의시험장치 구성도이다.Figure 1 is a block diagram of the simulation apparatus for the ambient noise excitation and valve internal leakage for measuring the acoustic signal applied to the present invention.

누설음에 의한 음향신호가 음향센서의 고유한 주파수특성에 의존하게 되므로, 본 모의시험에서는 공진주파수가 70 ㎑의 음향센서(S1)(S2)를 사용하고 신호분석은 최대주파수 100 ㎑까지의 범위로 분석한다. Since the acoustic signal caused by the leaked sound depends on the inherent frequency characteristic of the acoustic sensor, in this simulation, the acoustic sensor (S1) (S2) with a resonance frequency of 70 Hz is used, and the signal analysis ranges up to 100 Hz. Analyze with

밸브(10)는 2인치 크기의 게이트밸브(gate valve)를 사용하며 내부 유동유체는 질소가스 유량제어밸와 플랜지에 의해 질소가스를 공급한다. The valve 10 uses a 2-inch gate valve and the internal fluid supplies nitrogen gas by means of a nitrogen gas flow control valve and a flange.

질소가스는 증기와 누설음 특성이 거의 동일하며 물의 경우보다 경험상 취급이 용이하다.Nitrogen gas has almost the same sound leakage characteristics as steam and is easier to handle than water.

밸브의 누설상태는 밸브 시트면에 두께 약 0.05 ㎜, 폭 4.3 ㎜의 알루미늄 테이프를 붙여 밸브를 완전히 밀폐시켜 발생하는 틈 모양(slit)의 간극에서 미량의 유체누설이 발생하도록 하였다.The leaky state of the valve was made by attaching an aluminum tape of about 0.05 mm in thickness and 4.3 mm in width to the valve seat surface so that a small amount of fluid leakage occurred in a gap between the valves and the slits.

유체의 누설량은 밸브 차압으로 변화시키며 밸브 출구측의 압력은 대기압이 되도록 한다. 실험은 밸브에 차압을 만들어 누설을 발생시키며 밸브 주변 및 배관에 부착된 제1 음향센서(S1)와 제2 음향센서(S2)에 의해 신호측정을 수행한다. 제1 음향센서(S1)는 밸브몸체(11)의 중심선에서 0.5 m 떨어진 위치에 설치하며, 제2 음향센서(S2)는 제1 음향센서(S1)에서 1m 떨어진 위치에 설치함으로써, 일정한 간격을 유지하도록 한다. The leakage of the fluid is changed to the valve differential pressure, and the pressure at the valve outlet is made to atmospheric pressure. In the experiment, a differential pressure is generated in the valve to generate a leak, and signal measurement is performed by the first acoustic sensor S1 and the second acoustic sensor S2 attached to the valve periphery and the pipe. The first acoustic sensor S1 is installed at a position 0.5 m away from the center line of the valve body 11, and the second acoustic sensor S2 is installed at a position 1 m away from the first acoustic sensor S1, thereby providing a constant interval. Keep it.

신호의 간격은 주변잡음은 적당한 레벨(크기)을 유지하기 위하여 전치증폭기에 화이트 노이즈를 주어 이들을 주변잡음 레벨로 모의하며, 이때 화이트 노이즈는 각 채널에 서로 상관성 없는 주변잡음 신호를 주어 수행하도록 한다.In order to maintain a proper level (amplitude) of the ambient noise, the pre-amplifier gives white noise to the preamplifier and simulates them as the ambient noise level. In this case, the white noise is performed by giving an independent noise signal to each channel.

도 2는 본 발명에 적용되는 음향신호를 직접 측정하여 지속시간 측정 및 신호간의 상관 해석을 수행하기 위한 음향신호 지속시간 측정 및 상관해석 장치의 블록도이다.2 is a block diagram of a sound signal duration measurement and correlation analysis device for directly measuring a sound signal applied to the present invention and performing correlation measurement between signals.

본 발명의 실시예는 16 채널로 구성되며, 밸브 1개에 음향센서 2개가 부착되므로 동시에 8개의 밸브를 측정할 수 있는 조건으로 설계하였다. The embodiment of the present invention is composed of 16 channels, and two acoustic sensors are attached to one valve, so that eight valves can be measured at the same time.

본 발명의 실시예는 음향신호 수집부(AE data acquisition part)(100) 및 해석표시부(analysis& display part)(200)로 크게 구분할 수 있다. Embodiments of the present invention can be broadly divided into an AE data acquisition part 100 and an analysis & display part 200.

음향신호 수집부(100)는 음향센서(110), 전치증폭기(120), 로칼 프로세스(130)로 구성되며, 해석표시부(200)는 다중송신기(multi-plexor)(210), 고속 A/D 변환기(220), 마스터 컨트롤러(230), 아날로그 레코더(240) 및 경보발생기 (250)로 구성한다. The acoustic signal collecting unit 100 includes an acoustic sensor 110, a preamplifier 120, a local process 130, and the analysis display unit 200 includes a multi-plexer 210 and a high-speed A / D. The converter 220, the master controller 230, the analog recorder 240 and the alarm generator 250 is configured.

음향신호 수집부(100)는 16채널의 음향센서에 의해 검출된 신호를 증폭하여 이벤트(event; 특정 발생신호)의 지속시간이나 평균값(음향신호 레벨) 등을 측정하여, 이들 결과를 해석표시부(200)로 보냄으로써 결과를 출력하도록 한다. The acoustic signal collecting unit 100 amplifies the signal detected by the 16-channel acoustic sensor, measures the duration of the event (specific occurrence signal), the average value (sound signal level), and the like, and analyzes these results. 200) to output the result.

상기 음향센서(110)는 음향신호를 전기신호로 변환한다. 음향 변환소자에는 티탄지르콘산연자기(PZT) 계열 재료를 사용하고, 최고 사용온도는 약 175 ℃이다. The acoustic sensor 110 converts the acoustic signal into an electrical signal. Titanium zirconate soft magnetic (PZT) series materials are used for the acoustic transducer, and the maximum operating temperature is about 175 캜.

상기 전치증폭기(120)은 음향센서(110)의 출력을 증폭하고, 장거리 전파가 가능하도록 저 임피던스(impedance)로 변환하여 로칼 프로세스(130)로 보낸다. The preamplifier 120 amplifies the output of the acoustic sensor 110, converts it to a low impedance (impedance) to enable long-range propagation, and sends it to the local process 130.

상기 전치전폭기(120)와 로컬 프로세스(130) 사이는 약 300m 이내의 간격이 적합하다. 또한, 저 주파수 영역의 잡음을 제거하기 위해서는 발전소 등 플랜트 주 변잡음 레벨인 약 20 ㎑보다 높은 주파수 신호만을 수신하도록 하이패스 필터(high pass filter)를 내장하며 전치증폭기(120)의 전원은 로칼 프로세스(130)에 의해 공급되도록 한다. An interval of about 300 m is suitable between the preamplifier 120 and the local process 130. In addition, in order to remove noise in the low frequency region, a high pass filter is built in to receive only a frequency signal higher than about 20 kHz, which is the main noise level of a plant such as a power plant, and the power of the preamplifier 120 is a local process. To be supplied by 130.

상기 로칼 프로세스(130)는 전치증폭기(120)로부터 신호를 필터에 의해 주파수 변별함으로서 대수 또는 선형 증폭하여 사전에 설정한 신호크기의 문턱값(threshold value)과 비교하여 이벤트의 지속시간을 구하고 평균값을 계산하는 등의 처리를 행한다. 이와 같이 얻어진 평균값, 피크값 및 지속시간 등의 결과는 디스플레이장치 또는 출력장치로 출력된다. 그리고 상기 전치증폭기(120)로 24V의 전원을 공급하는 전원공급부가 구비된다. The local process 130 obtains the duration of an event by comparing the threshold value of a predetermined signal size by algebraically or linearly amplifying the signal from the preamplifier 120 by a frequency discrimination by a filter. Processing such as calculation is performed. The result of the average value, peak value, and duration obtained as described above is output to the display apparatus or the output apparatus. A power supply unit for supplying power of 24V to the preamplifier 120 is provided.

해석표시부(200)는 상기 로칼 프로세스(130)의 필터로 주파수 분별한 원신호(原信號,acquisition data)를 입력받아, 이들 중 2개 채널의 음향신호를 선택하고 A/D 변환(analog to digital conversion)을 행함과 동시에 로칼 프로세스(130) 및 A/D 변환기(220)로부터 데이터를 받아 이들을 해석하여 표시하고 또한 필요한 경보를 출력한다.The analysis display unit 200 receives the original signal (acquisition data) classified by the frequency of the filter of the local process 130, selects the acoustic signal of two channels among them, and performs A / D conversion (analog to digital). Simultaneously with the conversion, data are received from the local process 130 and the A / D converter 220, and the data are interpreted and displayed, and a necessary alarm is output.

상기 다중송신기(multi-plexor)(210)는 16 채널까지의 다채널로 동시에 신호 송신이 가능하며 16채널의 입력 중에 선택된 2채널을 마스터 컨트롤러(230)에 의한 제어로 선택된다. The multi-plexer 210 can transmit signals simultaneously to multiple channels of up to 16 channels, and two channels selected from the 16 channels of input are selected by the control of the master controller 230.

상기 고속 A/D 변환기(220)는 다중송신기(210)에 의해 선택, 수신된 신호를 고속 A/D 변환하여 마스터 컨트롤러(230)에 전송한다. The high speed A / D converter 220 converts a signal selected and received by the multi transmitter 210 to high speed A / D and transmits the signal to the master controller 230.

상기 마스터 컨트롤러(230)는 장치 전체의 동작을 제어하는 중앙처리장치로, 로컬 프로세스(130) 및 A/D 변환기(220)로부터 데이터를 수집(acquisition)하고 해석하여 그 결과가 사전에 설정한 조건을 초과한 경우에 경보발생기(250)에서 경보를 발하도록 한다. The master controller 230 is a central processing unit that controls the operation of the entire apparatus. The master controller 230 collects and analyzes data from the local process 130 and the A / D converter 220, and the result is set in advance. In case of exceeding the alarm generator 250 to emit an alarm.

상기 아날로그 레코더(240)는 로컬 프로세스(130)로부터 출력된 음향신호의 레벨(BGN포함)을 기록한다.The analog recorder 240 records the level (including BGN) of the sound signal output from the local process 130.

도 3a 내지 도 도 3f는 본 발명에 적용되는 음향신호 지속시간 측정 및 상관해석에 의한 밸브누설 진단방법에 관한 설명을 실시하기 위한 흐름도 및 그래프이다.3A to 3F are flowcharts and graphs for explaining a method of diagnosing a valve leakage by measuring a sound signal duration and a correlation analysis applied to the present invention.

음향센서(110)중 제1 음향센서(S1)는 밸브 디스크에 가장 근접한 밸브몸체(11)의 외부에, 그리고 제2 음향센서(S2)는 제1 음향센서(S1)로부터 간격 L이 0.5~1.0 m 정도가 되도록 부착한다. 양 센서(S1)(S2)에서 얻은 음향신호는 전치증폭기(pre-amplifier)(120)와 LOG(logarithm) 증폭기에 의해 증폭한 후, 검파하여 평균값인 음향신호 레벨을 구함과 함께 미리 설정해둔 문턱값(threshold level)을 초과한 이벤트의 지속시간을 측정한다. 이들의 측정 결과는 사전에 설정한 측정시간마다 누설판정부(제어부)에 출력되어, 이상의 유무 판정을 행한다. Among the acoustic sensors 110, the first acoustic sensor S1 is located outside the valve body 11 closest to the valve disc, and the second acoustic sensor S2 is 0.5 to a distance L from the first acoustic sensor S1. Attach so that it is about 1.0 m. Acoustic signals obtained from both sensors S1 and S2 are amplified by a pre-amplifier 120 and a LOG (logarithm) amplifier. Measure the duration of the event above the threshold level. These measurement results are output to the leak determination unit (control unit) at every preset measurement time, and the presence or absence of abnormality is determined.

음향신호 상관해석에 의한 밸브누설 진단방법은 먼저 문턱값(threshold level) 및 측정시간 등의 측정에 필요한 초기조건을 설정한다. In the method of diagnosing valve leakage by acoustic signal correlation analysis, first, an initial condition necessary for measurement such as a threshold level and a measurement time is set.

그 다음으로 측정된 음향신호 이벤트의 음향레벨과 지속시간을 측정한다. The sound level and duration of the measured sound signal event are then measured.

이벤트의 지속시간의 측정은 도 3c와 도 3d에 나타낸 것과 같이, 측정시간 To의 사이에 신호레벨이 문턱값을 초과한 시간의 합계를 구하는 것이다. 신호에 이상이 없는 경우는 도 3c의 신호파형과 같이 To〉D1+D2+ㆍㆍㆍㆍ+Dn으로 되나, 이상이 있는 경우는 도 3d와 같이 To시간 사이에 신호레벨이 문턱값을 모두 초과하여 To = D가 된다. The measurement of the duration of the event is to calculate the sum of the times when the signal level exceeds the threshold between the measurement times To, as shown in Figs. 3C and 3D. If there is no abnormality in the signal, it becomes To> D1 + D2 + .. + Dn as in the signal waveform of FIG. 3C. However, if there is an abnormality, the signal level exceeds all thresholds between To times as shown in FIG. 3D. To = D

이와 같은 방법을 사용함으로써 주변잡음에 상관없이 밸브누설 측정이 가능하다. 따라서, 측정시간과 지속시간과의 비교하여, To〉D1+D2+ㆍㆍㆍㆍ+Dn의 경우에는 이상이 없는 것으로 판정하여 정상상태의 측정을 반복한다. 그러나, To=D가 된 경우는 어떤 이상이 있는지를 알 수가 없으므로 제1 음향센서(S1)와 제2 음향센서(S2)의 음향신호 상관해석을 행한다. By using this method, it is possible to measure valve leakage regardless of ambient noise. Therefore, in comparison with the measurement time and the duration, in the case of To > D1 + D2 + ... Dn, it is determined that there is no abnormality, and the steady state measurement is repeated. However, when To = D, it is impossible to know what abnormality is. Therefore, the acoustic signal correlation analysis of the first acoustic sensor S1 and the second acoustic sensor S2 is performed.

그리고, 양 신호의 신호도달시간차(arrival time)를 측정한 후, 도 3e와 도 3f의 파형을 관찰하여 양 센서(S1)(S2)간의 간격 L과 센서에서 수신되는 음향신호의 음속(sound velocity) C간의 비(比)인 L/C 즉, 발생음향신호가 양 센서에 도달하는 신호 도달시간차를 구하여 먼저 설정한 일정 시간내에 구한 L/C 값에서 이벤트의 발생유무를 파악하여 누설 유무를 조사한다. After measuring the signal arrival time difference between the two signals, the waveforms of FIGS. 3E and 3F are observed, and the sound velocity of the sound signal received from the sensor and the interval L between the two sensors S1 and S2. ) L / C, which is a ratio between C, that is, the time difference between the signal arrival times at which the generated acoustic signals reach both sensors, and the presence or absence of an event from the L / C values obtained within a predetermined time period are investigated. do.

즉, 설정한 시간 내에 신호도달 시간차 L/C에서 이벤트가 나타나면 비정상으로 밸브에서 누설에 따른 음향발생원(acoustic source)이 있는 것으로 판정하고, 설정한 시간내에 신호도달시간차 L/C에서 이벤트가 나타나지 않으면 정상으로 밸브에서 누설에 따른 음향발생원(acoustic source)이 없는 것으로 판정한다. 이때 정상인 경우에도 정상상태의 측정 명령군(routine)으로 되돌아가서 상기의 순서로 판단수행을 반복한다.That is, if an event occurs in the signal arrival time difference L / C within the set time, it is determined that there is an acoustic source due to leakage from the valve abnormally, and if an event does not appear in the signal arrival time difference L / C within the set time. Normally, it is determined that there is no acoustic source due to leakage from the valve. At this time, even if it is normal, the process returns to the measurement command group in the normal state and repeats the judgment in the above order.

본 발명은 음향레벨, 이벤트의 지속시간 및 신호도달 시간차 상관해석의 3가지 측정요소를 사용하여, 이벤트의 지속시간 및 상관해석의 2중 체크를 행하여 누설판정을 수행함과 동시에 음향신호 레벨에 의해 누설정도를 최종 확인할 수 있다.The present invention uses the three measurement elements of the correlation analysis of the acoustic level, the event duration, and the signal delivery time difference, and performs the double check of the duration and correlation analysis of the event to perform leakage determination and leakage by the acoustic signal level. You can finally check the degree.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 적용되는 음향신호 지속시간 측정방법 설명도이다. 4A and 4B are explanatory views of a sound signal duration measuring method applied to the present invention.

도 2를 참조하면, 측정이 시작된 후에 로컬프로세스(130)에서 측정된 음향신호 이벤트의 지속시간 D와 음향신호 레벨은 측정시간의 총합 To 마다 마스터 컨트롤러(230)에 취득된다. 이때, 마스터 컨트롤러(230)에 보내어진 지속시간은 To 시간중에 음향신호의 원신호(Origin Signal)를 수신하여 음향신호가 문턱값을 초과한 시간 D1,D2.......Dn의 총합(③+④+⑤ 또는 ⑩)으로 되어 있다. 신호에 이상이 없는 경우는 도 4a의 신호파형과 같이 To〉D1+D2+ㆍㆍㆍㆍ+Dn으로 되나, 이상이 있는 경우는 도 4b와 같이 To 시간 사이에 신호레벨이 문턱값을 모두 초과하여 To = D가 된다. Referring to FIG. 2, the duration D and the sound signal level of the sound signal event measured in the local process 130 after the measurement is started are acquired by the master controller 230 for the total To of the measurement time. At this time, the duration sent to the master controller 230 is the sum of the time D1, D2 ....... Dn when the original signal of the acoustic signal is received during the To time and the acoustic signal exceeds the threshold. (③ + ④ + ⑤ or ⑩). If there is no abnormality in the signal, as in the signal waveform of FIG. 4A, To> D1 + D2 + ..... + Dn. However, if there is an abnormality, as shown in FIG. To = D

지속시간과 음향신호 레벨의 값은 마스터 컨트롤러(230)의 진단화면상에 표시된다. 지속시간이 측정시간 To와 같아지면 해당 채널에 어떠한 이상이 존재하는 것으로 볼 수 있다. 또한, 지속시간에 이상이 없는 경우에는 발전소 등 산업플랜트 현장 운전조건에 변화가 있는지의 여부를 체크하여 변화가 있는 경우에는 각 문턱값을 재설정한 후, 지속시간 및 음향신호 레벨의 측정을 반복한다.The duration and the value of the sound signal level are displayed on the diagnostic screen of the master controller 230. If the duration is equal to the measurement time To, it can be regarded that there is any abnormality in the corresponding channel. If there is no abnormality in the duration, check whether there is a change in the operating conditions of industrial plants such as power plants, and if there is a change, reset each threshold value and repeat the measurement of the duration and sound signal level. .

도 5는 본 발명에 따른 음향신호 상관해석 원리도이다. 5 is a principle diagram of acoustic signal correlation analysis according to the present invention.

본 발명에 이용된 상관해석의 측정원리는 다음과 같이 간단히 나타낼 수 있다. 밸브에 2개의 음향센서인 음향센서 S1와 S2를 간격 L만큼 떨어져 설치할 때, 음원(音原)으로부터 수신되는 음향신호의 출력은 각각 아래의 (1)식과 (2)식으로 나타낼 수 있다.The measuring principle of the correlation analysis used in the present invention can be simply expressed as follows. When the acoustic sensors S1 and S2, which are two acoustic sensors, are installed in the valve at an interval L, the output of the acoustic signals received from the sound source can be represented by the following equations (1) and (2), respectively.

V1(t)=x(t)+n1(t) (1)V1 (t) = x (t) + n1 (t) (1)

V2(t)=αx(t-τ1)+n2(t) (2)V2 (t) = αx (t-τ1) + n2 (t) (2)

여기서, Vi(t) : 음향센서 Si에서 받은 신호Where Vi (t) is the signal received from the acoustic sensor Si

x(t) : 음원으로부터의 신호x (t): signal from sound source

ni(t) : 음향센서 Si가 받은 x(t)이외의 외란ni (t): disturbance other than x (t) received by acoustic sensor Si

α : 음향센서 S1, S2간의 신호 x(t)의 감쇠계수α: Attenuation coefficient of signal x (t) between acoustic sensors S1, S2

t : 시간t: time

τ1 : 음향센서 S1, S2간의 신호도달시간차(=L/C)τ1: Signal arrival time difference between acoustic sensors S1 and S2 (= L / C)

C : 음속C: sound speed

지금, x(t), n1(t), n2(t)는 상호 무상관(無相關)인 것으로 2개의 음향센서 출력의 상관을 취하면 아래의 (3)식으로 나타낼 수 있다.Now, x (t), n1 (t), and n2 (t) are mutually uncorrelated and can be expressed by the following expression (3) if the two acoustic sensor outputs are correlated.

Figure 112007070028615-pat00001
Figure 112007070028615-pat00001

여기서, C12(τ) : V1(t), V2(t)의 상호 상관함수Here, C 12 (τ): cross correlation function of V1 (t), V2 (t)

τ : 임의시간 지연τ: random time delay

여기서, 음원이 밸브에 있으면, x(t) 및 αx(t-τ1)는 상호 상관이 있는 것으로 2개의 음향센서 출력의 상호상관계수 C12(τ)/[C12]max는 τ1 = L/C에 있어서 최대로 된다. 즉, 음향센서의 간격 L이 결정되어 있고 또한 밸브가 음원의 경우에는 음향 도달시간 τ1 만큼 지연된 시간에 상관계수가 최대로 된다. 또한, 상관계수가 최대가 되는 시간 τ1 은 밸브의 접속된 배관을 음향이 전파하는 방향에 따라 다르며, 음향의 전파방향이 S1→S2(이를 정방향으로 한다)일 때만, 도면과 같은 위치에서 최대값이 나타나도록 한다. 이것에 의해 역방향으로부터의 음향은 주변잡음으로 제거할 수 있다.Here, if the sound source is in the valve, x (t) and αx (t-τ1) are correlated and the correlation coefficient C 12 (τ) / [C 12 ] max of the outputs of the two acoustic sensors is τ1 = L / It is the maximum in C. That is, in the case where the distance L of the acoustic sensor is determined and the valve is a sound source, the correlation coefficient becomes maximum at a time delayed by the acoustic arrival time tau 1. The time τ1 at which the correlation coefficient is maximized depends on the direction in which sound propagates through the pipe connected to the valve, and the maximum value at the position as shown in the drawing only when the propagation direction of the sound is S1-> To appear. As a result, the sound from the reverse direction can be removed by the ambient noise.

도 6은 본 발명에 따른 지속시간 및 누설음 레벨 측정시의 진단 화면 예시도(例示圖)이다.6 is a diagram illustrating an example of a diagnosis screen at the time of measuring a duration and a leakage sound level according to the present invention.

도면에서 ①의 부분은 진단채널(CH), 음향신호 레벨(BGN), 문턱값(REF), 지속시간(D)을 나타내는 영역을 나타내며, ②의 부분은 공급전압(VOLT), 음향신호 측정시간(To) 및 현재시간(REAL TIME)을 나타내는 영역이다. ③의 부분은 사용하지 않는 진단채널을 표시한다. 누설음이 존재하지 않는 상태에서는 음향신호 레벨(BGN)은 49㏈로써 문턱값 55㏈보다 6 dB 낮은 값이며, 지속시간도 0을 나타내고 있다. In the drawing, part 1 indicates an area representing the diagnostic channel CH, sound signal level BGN, threshold REF, and duration D, and part 2 indicates supply voltage VOLT and sound signal measurement time. It is an area indicating (To) and the current time (REAL TIME). The part of ③ indicates unused diagnostic channel. In the state where there is no leakage sound, the acoustic signal level BGN is 49 dB, which is 6 dB lower than the threshold 55 dB, and the duration is also 0.

이와 같은 상태로부터 가스를 밸브 내부에서 누설시키면 누설음 레벨이 문턱 값을 초과하여, 이벤트의 지속시간 D가 측정시간 To=60sec로 같아지며 지속시간에 이상이 있는 상태가 된다. 따라서 이상이 발생한 채널이 점멸표시로 변하고, 처리는 상호 상관해석으로 이동하게 한다. When the gas is leaked from the inside of the valve in such a state, the leakage sound level exceeds the threshold value, the duration D of the event is equal to the measurement time To = 60 sec, and the state is abnormal. Therefore, the channel with the abnormality turns to the blinking display, and the processing moves to the cross correlation analysis.

도 7은 본 발명에 따른 상관해석에 의해 밸브누설이 있을 경우의 진단화면을 표시하는 예시도이다. 7 is an exemplary view showing a diagnosis screen when there is a valve leakage by correlation analysis according to the present invention.

도면에서 왼쪽 부분은 상관해석의 결과를 나타내는 음향신호 파형이며, 오른쪽 부분은 진단채널(CH), 음향신호 레벨(BGN), 문턱값(REF), 지속시간(D)을 나타내는 영역을 나타내며, 하단 왼쪽 부분은 음향신호 도달시간(L/C), 측정시간 (To) 및 측정 현장의 공급전압(A/D)을 표시한다. In the figure, the left part is an acoustic signal waveform indicating the result of the correlation analysis, and the right part is an area indicating the diagnostic channel CH, the acoustic signal level BGN, the threshold value REF, and the duration D. The left part shows the acoustic signal arrival time (L / C), measurement time (To) and supply voltage (A / D) of the measurement site.

채널 1(CH1) 및 채널 2(CH2)간의 상호 상관계수가 계산되도록 하고, 음향도달 시간차(L/C)가 사전에 설정해둔 값(0.26~0.36msec)과 비교하여 그 값의 범위 내에 들어가는지를 확인한다. 진단화면에서 음향도달 시간차가 0.33 msec로서 사전에 설정한 음향도달 시간차 범위내에 있으므로 밸브누설이 발생한 경우를 보여준다. 각각의 음향센서는 밸브 누설음을 검출한 것으로 판단하여 경보부저를 울리고, 이상 채널의 필요정보가 마스터컨트롤러의 기억장치에 저장되도록 한다.The cross-correlation coefficient between channel 1 (CH1) and channel 2 (CH2) is calculated, and whether the acoustic arrival time difference (L / C) is within the range of that value compared with a preset value (0.26 to 0.36 msec). Check it. The diagnosis screen shows the case of valve leakage because the sound arrival time difference is 0.33 msec and falls within the preset sound arrival time difference range. Each acoustic sensor determines that a valve leakage sound has been detected and sounds an alarm buzzer so that the necessary information of the abnormal channel is stored in the memory of the master controller.

도 8은 본 발명에 따른 상관해석에 의해 밸브누설이 없을 경우의 진단화면을 표시하는 예시도이다. 8 is an exemplary view showing a diagnosis screen when there is no valve leakage by correlation analysis according to the present invention.

도면에 표시형태는 도 7과 동일하다. 다만, 도 8은 각각의 음향센서가 밸브 내부누설음 이외의 서로 무관한 음향을 검출한 경우의 예로서, 각각의 채널에 서로 무관한 화이트 노이즈를 발생시킨 결과를 나타낸다. 이 경우 상관계수에는 명확한 피크(최대크기의 신호레벨값)를 나타내지 않고, 음향 도달시간차(L/C)도 사전에 설정한 범위내(0.26~0.36msec)에 들어가지 않는다. 따라서 도 8의 경우에는 음향신호 레벨(BGN)이 문턱값을 초과하지만 음원은 밸브 이외에 존재하고 있는 것을 보여준다.The display form of the figure is the same as that of FIG. However, FIG. 8 is an example in which each acoustic sensor detects mutually unrelated sounds other than the valve internal leakage sound, and shows a result of generating white noise unrelated to each channel. In this case, the correlation coefficient does not show a clear peak (signal value of maximum magnitude), and the sound arrival time difference L / C does not fall within a preset range (0.26 to 0.36 msec). Therefore, in the case of FIG. 8, the sound signal level BGN exceeds the threshold but the sound source exists outside the valve.

상술한 바의 실시예와 같이, 본 발명은 밸브 주위에 주변잡음이 존재하는 상태에서 초음파음향방출(音響放出: acoustic emission) 센서(sensor)를 이용하여 밸브 내부에서 발생하는 미소한 유체의 누설상태를 판단할 수 있는 장치 및 방법으로서, 검출된 음향신호의 레벨(acousticemission signal level)과 지속시간(durationtime) 및 신호도달 시간차(arrival time)의 세 가지 측정 요소에 대한 측정 및 해석을 통하여 밸브 주위에 존재하는 주변잡음에 관계없이 밸브 내부에서의 누설여부를 정확히 판단할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.As in the above-described embodiment, the present invention uses a ultrasonic acoustic emission sensor in the presence of ambient noise around the valve, the leakage state of the minute fluid generated inside the valve Apparatus and method for determining the circumference of the valve through the measurement and interpretation of three measurement elements: the acoustic signal level, the duration and the time of arrival of the signal. Provided are an apparatus and a method for accurately determining whether a leak is present in a valve regardless of ambient noise present.

도 1은 본 발명에 적용된 밸브 내부누설 모의시험장치의 구성도.1 is a block diagram of a valve internal leakage simulation apparatus applied to the present invention.

도 2는 본 발명에 적용된 음향신호 지속시간 측정 및 상관 해석 장치의 블록도.Figure 2 is a block diagram of the acoustic signal duration measurement and correlation analysis device applied to the present invention.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 적용된 음향신호 지속시간 측정 및 상관해석에 의한 밸브 누설 진단 방법의 흐름도 및 그래프.3a to 3f is a flow chart and graph of the valve leakage diagnosis method by measuring the acoustic signal duration and correlation analysis applied to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 적용된 음향신호 지속시간 측정방법의 설명도.4A and 4B are explanatory views of a sound signal duration measuring method applied to the present invention.

도 5는 본 발명에 적용된 음향신호 상관해석 원리도.5 is a sound signal correlation analysis principle applied to the present invention.

도 6은 본 발명에 적용된 지속시간 및 누설음 레벨 측정시의 진단화면 예시도.Figure 6 is an illustration of a diagnostic screen at the time of measuring the duration and leakage sound level applied to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 상관해석에 의해 밸브누설이 있는 경우의 진단화면 예시도.7 is a diagram illustrating a diagnosis screen when there is a valve leakage by correlation analysis according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 상관해석에 의해 밸브누설이 없는 경우의 진단화면 예시도.Figure 8 is an illustration of a diagnostic screen when there is no valve leakage by the correlation analysis according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 ; 밸브 11 ; 밸브몸체10; Valve 11; Valve body

100 ; 음향신호 수집부 110,S1,S2 ; 음향센서100; Sound signal collectors 110, S1, and S2; Acoustic sensor

120 ; 전치증폭기 130 ; 로칼프로세스120; Preamplifier 130; Local Process

200 ; 해석표시부 210 ; 다중송신기200; Analysis display section 210; Multi transmitter

220 ; A/D 변환기 230 ; 마스터 컨트롤러220; A / D converter 230; Master controller

240 ; 아날로그 레코더 250 ; 경보발생기240; Analog recorder 250; Alarm generator

Claims (8)

밸브에 설치되는 음향센서와;An acoustic sensor installed in the valve; 상기 음향센서에 의해 검출된 신호를 증폭하여 특정 발생신호인 이벤트의 지속시간이나 평균값인 음향신호 레벨을 측정하는 음향신호 수집부와;An acoustic signal collector which amplifies the signal detected by the acoustic sensor and measures an acoustic signal level which is a duration or an average value of an event which is a specific occurrence signal; 상기 음향신호 수집부에서 주파수 분별한 원신호를 입력받아 이들 중 선택되는 음향신호를 A/D 변환을 행함과 동시에 이들을 해석하여 표시하고 필요한 경보를 출력하는 해석표시부;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 밸브 내부 누설 진단 장치.And an analysis display unit which receives the original signals classified by the sound signal collection unit, performs an A / D conversion on the selected ones, analyzes them, displays them, and outputs the necessary alarms. Valve internal leak diagnosis device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 음향신호 수집부는 The sound signal collecting unit 상기 음향센서에서 입력된 음향신호중 설정된 주파수 신호만을 통과시키는 전치증폭기와, 상기 전치증폭기로부터 입력된 신호를 설정된 신호크기의 문턱값과 비교하여 이벤트의 음향신호레벨, 지속시간 및 도달시간을 구하는 로칼 프로세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 내부 누설 진단 장치.A pre-amplifier for passing only a set frequency signal among the sound signals input from the sound sensor, and a local process for comparing the signal input from the pre-amplifier with a threshold value of a set signal size to obtain an acoustic signal level, duration and arrival time of the event Valve internal leakage diagnostic apparatus comprising a. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 음향센서는 상기 밸브에서 밸브의 주변 및 배관에 이격설치되어 부착된 제1 음향센서와 제2 음향센서로 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 내부 누설 진단 장치.The acoustic sensor is a valve leakage diagnosis device, characterized in that consisting of the first acoustic sensor and the second acoustic sensor attached to the valve and spaced around the valve in the valve. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전치증폭기는 20 kHz 이상의 주파수 신호만을 통과시키는 하이패스 필터가 내장된 것을 특징으로 하는 밸브 내부 누설 진단 장치.The preamplifier has a built-in high-pass filter for passing only a frequency signal of 20 kHz or more leakage diagnostic device. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 로칼 프로세스는 상기 전치증폭기에 24V의 전원을 공급하는 전원공급부가 구비된 것을 특징으로 하는 밸브 내부 누설 진단 장치.And the local process is provided with a power supply for supplying 24V power to the preamplifier. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 해석표시부는 The analysis display unit 다채널을 동시에 신호송신하여 다채널중에서 선택된 채널만을 마스터 컨트롤러에 의해 제어하는 다중송신기와, 상기 다중송신기에 의해 선택수신된 음향신호를 A/D변환하는 A/D 변환기와, 상기 A/D 변환기 및 상기 음향수신 수집부로부터 데이터를 수집하고 해석하는 마스터 컨트롤러와, 상기 음향수신 수집부로부터 출력된 음향신호의 레벨을 기록하는 아날로그 레코더와, 상기 마스터 컨트롤러에 의해 해석된 결과가 사전에 설정된 조건을 초과하는 경우에 경보를 발생시키는 경보발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 내부 누설 진단 장치.A multi-transmitter which transmits multiple channels simultaneously and controls only a selected channel among the multi-channels by a master controller, an A / D converter for A / D converting an acoustic signal selectively received by the multi-transmitter, and the A / D converter And a master controller for collecting and analyzing data from the sound receiving collection unit, an analog recorder for recording the level of the sound signal output from the sound receiving collecting unit, and a condition for which a result analyzed by the master controller is preset. And an alarm generator for generating an alarm if exceeded. 음향신호의 문턱값 및 측정시간 초기 조건을 설정하는 단계;Setting a threshold and a measurement time initial condition of the acoustic signal; 상기 음향신호의 음향레벨 및 지속시간을 측정하는 단계;Measuring a sound level and a duration of the sound signal; 측정시간과 지속시간을 비교하는 단계:Steps to compare the measurement time and duration: 음향신호의 상관해석을 실시하는 단계;를 포함하는 밸브 내부 누설 진단 방법.And performing correlation analysis of the acoustic signal. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 음향신호의 상관해석을 실시한 결과가 음향도달 시간차(L/C)의 범위 이내에 있는 경우에 경보를 발생하는 것을 특징으로 하는 밸브 내부 누설 진단 방법.And an alarm is generated when the result of performing the correlation analysis of the acoustic signal is within the range of the acoustic arrival time difference (L / C).
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