KR101154587B1 - pipe structure monitoring system using piezoelectric sensors based on impedance and guided wave - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배관구조물의 손상 여부를 실시간 측정할 수 있는 배관구조물의 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히 배관구조물에 부착된 압전센서를 이용하여 배관구조물의 임피던스 변화를 측정하고, 배관구조물에 부착된 두 개의 압전센서를 이용하여 배관구조물의 유도초음파 응답 신호의 변화를 측정한 후, 배관구조물의 정상 상태에서의 임피던스 값 범위 및 유도초음파 응답 신호 값 범위와 비교함으로써, 배관구조물의 손상 여부를 실시간으로 용이하게 모니터링을 할 수 있는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명인 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템을 이루는 구성수단은,배관구조물의 국부에 고정 부착된 제1 압전센서를 가진하여 출력되는 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물의 임피던스 값을 측정하는 임피던스 측정장치, 상기 배관구조물에 상호 이격되어 고정 부착된 제2 및 제3 압전센서 중, 상기 제2 압전센서를 가진하여 상기 배관구조물에 초음파 신호를 유도하고, 상기 제3 압전센서를 통하여 감지된 유도초음파 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물의 유도초음파 응답신호를 측정하는 유도초음파 측정장치, 상기 임피던스 측정장치와 상기 유도초음파 측정장치로부터 상기 배관구조물의 임피던스 값 및 유도초음파 응답신호를 입력받아 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 모니터링하는 모니터링 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a piping system monitoring system that can measure the damage of the piping structure in real time, in particular, by measuring the impedance change of the piping structure using a piezoelectric sensor attached to the piping structure, two attached to the piping structure After measuring the change in the induced ultrasonic response signal of the pipe structure using a piezoelectric sensor, it is easy to check whether the pipe structure is damaged in real time by comparing the impedance value range and the induced ultrasonic response signal value range in the steady state of the pipe structure. The present invention relates to a pipe structure monitoring system based on impedance and ultrasonic waves using piezoelectric sensors.
The constituent means of the pipe structure monitoring system based on the impedance and the ultrasonic wave using the piezoelectric sensor of the present invention, the impedance value of the pipe structure by using a response signal outputted with a first piezoelectric sensor fixedly attached to the local portion of the pipe structure Impedance measuring device for measuring a, of the second and third piezoelectric sensors fixedly spaced apart from each other attached to the piping structure, the second piezoelectric sensor with an ultrasonic signal to the pipe structure, and the third piezoelectric sensor An induced ultrasonic wave measuring device for measuring the induced ultrasonic wave response signal of the pipe structure using the induced ultrasonic wave response signal sensed through the input, the impedance value and the induced ultrasonic wave response signal of the pipe structure from the impedance measuring device and the guided ultrasonic wave measuring device. To monitor the normal condition of the piping structure Characterized in that it comprises a ring device.

Description

압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템{pipe structure monitoring system using piezoelectric sensors based on impedance and guided wave}Pipe structure monitoring system using piezoelectric sensors based on impedance and guided wave}

본 발명은 배관구조물의 손상 여부를 실시간 측정할 수 있는 배관구조물의 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히 배관구조물에 부착된 압전센서를 이용하여 배관구조물의 임피던스 변화를 측정하고, 배관구조물에 부착된 두 개의 압전센서를 이용하여 배관구조물의 유도초음파 응답 신호의 변화를 측정한 후, 배관구조물의 정상 상태에서의 임피던스 값 범위 및 유도초음파 응답 신호 값 범위와 비교함으로써, 배관구조물의 손상 여부를 실시간으로 용이하게 모니터링을 할 수 있는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a piping system monitoring system that can measure the damage of the piping structure in real time, in particular, by measuring the impedance change of the piping structure using a piezoelectric sensor attached to the piping structure, two attached to the piping structure After measuring the change in the induced ultrasonic response signal of the pipe structure using a piezoelectric sensor, it is easy to check whether the pipe structure is damaged in real time by comparing the impedance value range and the induced ultrasonic response signal value range in the steady state of the pipe structure. The present invention relates to a pipe structure monitoring system based on impedance and ultrasonic waves using piezoelectric sensors.

지하시설물에서 가스관, 수도관 등을 포함하는 배관구조물은 국가 주요 자원의 수송망을 책임지는 핵심적인 기능을 수행하는 시설물이다. 하지만 우리나라에서 건설된 수많은 배관구조물이 점차 노후화되고 있는 추세이며, 대부분 도심에 집중적으로 건설되어 있기 때문에, 부식, 균열, 조인트 풀림 등의 손상으로 인한 누출사고 발생 시 막대한 사회/경제적 손실을 초래할 우려가 있다.Piping structures, including gas pipes, water pipes, etc., in underground facilities, are facilities that perform a core function of transporting the nation's major resources. However, the number of piping structures constructed in Korea is gradually becoming aging, and since most of them are built in the city center, there is a concern that a huge socio / economic loss may occur in case of leakage accidents caused by corrosion, cracking, joint loosening, etc. have.

하지만 이들은 지하에 배관구조로 복잡하게 연결되어 있어 유지, 관리, 보수가 쉽지 않아 사회적 자원 낭비와 더불어 안전에 심각한 영향을 미치고 있다However, because they are complicatedly connected by underground pipe structure, they are not easy to maintain, manage, and repair, which has a serious impact on safety as well as waste of social resources.

이들의 효과적 유지관리를 위해서는 정기 점검 및 정밀 비파괴 안전진단이 필수적이나, 이들은 비용도 비싸며 크고 무거운 검사 장비를 접근이 쉽지 않은 현장에 직접 들고가 오프라인으로 진행하여 비용 및 시간 면에서 비효율적이므로 배관구조물의 안전성을 충분히 보장할 수 없다.Regular maintenance and precise non-destructive safety diagnosis are essential for their effective maintenance, but they are expensive and time-consuming to carry out the large and heavy inspection equipment directly to the inaccessible site and go offline, which is inefficient in terms of cost and time. Safety cannot be guaranteed sufficiently.

따라서, 배관의 사용성과 구조적 건전성을 확보하기 위해서는 운용 중 성능 및 건전성을 평가하는 첨단 구조 건전성 모니터링 및 비파괴 검사기술에 대한 연구가 필요한 실정이나, 현재까지 구체적인 대안이 제시되지 못하고 있어 문제점으로 남아 있는 상태이다.
Therefore, in order to secure the usability and structural soundness of pipes, research on advanced structural health monitoring and non-destructive inspection technology that evaluates performance and soundness during operation is required, but until now, no specific alternatives have been proposed. to be.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 배관구조물에 부착된 압전센서를 이용하여 배관구조물의 임피던스 변화를 측정하고, 배관구조물에 부착된 두 개의 압전센서를 이용하여 배관구조물의 유도초음파 응답 신호의 변화를 측정한 후, 배관구조물의 정상 상태에서의 임피던스 값 범위 및 유도초음파 응답 신호 값 범위와 비교함으로써, 배관구조물의 손상 여부를 실시간으로 용이하게 모니터링을 할 수 있는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, by measuring the impedance change of the piping structure using a piezoelectric sensor attached to the piping structure, pipe using two piezoelectric sensors attached to the piping structure After measuring the change of the induced ultrasonic response signal of the structure, the piezoelectric signal can be easily monitored in real time for damage in the piping structure by comparing the range of impedance value and the range of the induced ultrasonic response signal value at the steady state of the piping structure. An object of the present invention is to provide a pipe structure monitoring system based on impedance and ultrasonic wave using a sensor.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템을 이루는 구성수단은,배관구조물의 국부에 고정 부착된 제1 압전센서를 가진하여 출력되는 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물의 임피던스 값을 측정하는 임피던스 측정장치, 상기 배관구조물에 상호 이격되어 고정 부착된 제2 및 제3 압전센서 중, 상기 제2 압전센서를 가진하여 상기 배관구조물에 초음파 신호를 유도하고, 상기 제3 압전센서를 통하여 감지된 유도초음파 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물의 유도초음파 응답신호를 측정하는 유도초음파 측정장치, 상기 임피던스 측정장치와 상기 유도초음파 측정장치로부터 상기 배관구조물의 임피던스 값 및 유도초음파 응답신호를 입력받아 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 모니터링하는 모니터링 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the constituent means of the pipe structure monitoring system based on the impedance and the ultrasonic wave using the piezoelectric sensor of the present invention, the response is outputted by having a first piezoelectric sensor fixedly attached to the local portion of the pipe structure Impedance measuring device for measuring the impedance value of the pipe structure by using a signal, Among the second and third piezoelectric sensors fixedly spaced apart from each other attached to the pipe structure, the second piezoelectric sensor with an ultrasonic signal to the pipe structure And an induced ultrasonic wave measuring device for measuring the induced ultrasonic wave response signal of the pipe structure by using the induced ultrasonic wave response signal detected by the third piezoelectric sensor, the pipe structure from the impedance measuring device and the ultrasonic wave measuring device. The pipe port receives the impedance value and the induced ultrasonic response signal of It characterized by comprising an monitoring device for monitoring whether or not the steady state water.

또한, 상기 임피던스 측정장치는, 상기 배관구조물의 국부에 고정 부착되는 제1 압전센서에 사전 설정된 주파수 대역의 입력신호를 인가하는 제1 신호발생기와, 상기 입력 신호에 의하여 가진되는 상기 제1 압전센서로부터 출력되는 응답 신호를 입력받아 상기 배관구조물의 임피던스를 연속적으로 계산하여 상기 모니터링 장치에 전송하는 임피던스 계산기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The impedance measuring device may further include a first signal generator configured to apply an input signal having a predetermined frequency band to a first piezoelectric sensor fixedly attached to a local portion of the pipe structure, and the first piezoelectric sensor provided by the input signal. And an impedance calculator configured to receive the response signal output from the pipe and continuously calculate the impedance of the pipe structure and transmit the impedance to the monitoring device.

또한, 상기 제1 신호발생기에 의해서 인가되는 상기 입력신호는 상기 배관구조물의 공진주파수가 포함되는 주파수 대역의 신호인 것을 특징으로 한다.In addition, the input signal applied by the first signal generator is characterized in that the signal of the frequency band including the resonance frequency of the pipe structure.

또한, 상기 임피던스 계산기는, 상기 제1 압전센서의 출력 라인에 연결되는 커패시터를 포함하되,

Figure 112010028239100-pat00001
에 의하여 상기 배관구조물의 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the impedance calculator includes a capacitor connected to the output line of the first piezoelectric sensor,
Figure 112010028239100-pat00001
By measuring the impedance of the pipe structure.

여기서, Z(jw)는 배관구조물의 임피던스이고, Vi(jw)는 입력신호의 전압이고, Vo(jw)는 상기 커패시터 양단에 걸리는 전압이며, Cr은 상기 커패시터의 커패시턴스 값임.Here, Z (jw) is the impedance of the pipe structure, V i (jw) is the voltage of the input signal, V o (jw) is the voltage across the capacitor, C r is the capacitance value of the capacitor.

또한, 상기 모니터링 장치는, 상기 임피던스 계산기로부터 연속적으로 계산되어 전송되는 임피던스를 이용하여 상기 배관구조물의 공진주파수 대역에서의 임피던스 값을 추출하는 비교 임피던스 추출부와, 상기 유도초음파 측정장치로부터 입력되는 유도초음파 응답신호에 대한 RMS 값을 추출하는 RMS 추출부와, 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 판정하는 기준 범위에 해당하는 상기 배관구조물의 기준 임피던스 범위 값과 기준 RMS 범위 값을 저장하고 있는 기준값 저장부와, 상기 기준 임피던스 범위 값과 상기 비교 임피던스 추출부에서 추출된 임피던스 값을 비교하고, 상기 기준 RMS 범위 값과 상기 RMS 추출부에 추출된 RMS 값을 비교하여 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 결정하는 정상상태 판단부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The monitoring device may further include a comparison impedance extracting unit extracting an impedance value in a resonant frequency band of the pipe structure using an impedance continuously calculated and transmitted from the impedance calculator, and an induction input from the induction ultrasonic measuring device. An RMS extracting unit for extracting an RMS value of an ultrasonic response signal, and a reference value storing unit storing a reference impedance range value and a reference RMS range value of the pipe structure corresponding to a reference range for determining whether the pipe structure is in a normal state And comparing the reference impedance range value with the impedance value extracted from the comparison impedance extracting unit, and comparing the reference RMS range value with the RMS value extracted from the RMS extracting unit to determine whether the pipe structure is in a normal state. Characterized in that it comprises a steady state determination unit.

또한, 상기 정상상태 판단부는 상기 임피던스 추출부에서 추출된 임피던스 값이 상기 기준 임피던스 범위 값에 포함되고 상기 RMS 추출부에서 추출된 RMS 값이 상기 기준 RMS 범위 값에 포함되는 경우에만 상기 배관구조물이 정상 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the steady state determination unit is the pipe structure is normal only when the impedance value extracted from the impedance extractor is included in the reference impedance range value and the RMS value extracted from the RMS extractor is included in the reference RMS range value. And judging from the state.

상기와 같은 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템에 의하면, 배관구조물에 부착된 압전센서를 이용하여 배관구조물의 임피던스 변화를 측정하고, 배관구조물에 부착된 두 개의 압전센서를 이용하여 배관구조물의 유도초음파 응답 신호의 변화를 측정한 후, 배관구조물의 정상 상태에서의 임피던스 값 범위 및 유도초음파 응답 신호 값 범위와 비교할 수 있기 때문에, 배관구조물의 손상 여부를 실시간으로 용이하게 모니터링을 할 수 있는 장점이 있다.
According to the pipe structure monitoring system based on the impedance and ultrasonic wave using the piezoelectric sensor of the present invention having the above problems and solving means, by measuring the impedance change of the pipe structure using a piezoelectric sensor attached to the pipe structure, After measuring the change of the induced ultrasonic response signal of the pipe structure using two piezoelectric sensors attached, the pipe structure damage can be compared with the range of the impedance value and the induced ultrasonic response signal value at the steady state of the pipe structure. Whether there is an advantage that can be easily monitored in real time.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 임피던스 측정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 유도초음파 측정장치의 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a pipe structure monitoring system based on impedance and ultrasonic wave using a piezoelectric sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an impedance measuring apparatus applied to the present invention.
3 is a block diagram of an apparatus for measuring ultrasonic waves applied to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the impedance and guided ultrasound-based piping structure monitoring system using a piezoelectric sensor of the present invention having the above problems, solutions and effects.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템에 관한 전체 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a pipe structure monitoring system based on impedance and ultrasonic wave using a piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템은 배관구조물(10)의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정장치(100), 배관구조물(10)의 유도초음파 응답 신호를 측정하는 유도초음파 측정장치(200) 및 상기 임피던스 측정장치(100)로부터 입력되는 배관구조물의 임피던스 및 상기 유도초음파 측정장치(200)로부터 입력되는 유도초음파 응답신호의 변화를 고려하여 상기 배관구조물의 손상 여부를 모니터링하는 모니터링장치(300)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the pipe structure monitoring system based on impedance and ultrasonic wave using a piezoelectric sensor according to the present invention includes an impedance measuring device 100 and a pipe structure 10 for measuring impedance of a pipe structure 10. In consideration of the induced ultrasonic wave measuring device 200 for measuring the induced ultrasonic wave response signal and the impedance of the pipe structure input from the impedance measuring device 100 and the induced ultrasonic wave response signal input from the induced ultrasonic wave measuring device 200. It comprises a monitoring device 300 for monitoring the damage of the piping structure.

상기 임피던스 측정장치(100)는 상기 배관구조물(10)에 고정 부착되는 제1 압전센서(20)를 포함하여 구성된다. 상기 임피던스 측정장치(100)는 상기 배관구조물(10)에 고정 부착되는 상기 제1 압전센서(20)를 이용하여 상기 배관구조물(10)의 임피던스를 측정한다.The impedance measuring apparatus 100 includes a first piezoelectric sensor 20 fixedly attached to the pipe structure 10. The impedance measuring apparatus 100 measures the impedance of the piping structure 10 by using the first piezoelectric sensor 20 fixedly attached to the piping structure 10.

즉, 상기 임피던스 측정장치(100)는 상기 배관구조물(10)의 국부에 고정 부착되는 상기 제1 압전센서(20)를 가진하여 출력되는 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물(10)의 임피던스 값을 측정한다.That is, the impedance measuring apparatus 100 measures the impedance value of the piping structure 10 by using the response signal outputted with the first piezoelectric sensor 20 fixedly attached to the local part of the piping structure 10. Measure

상기 배관구조물(10)은 본 발명에서의 손상 여부 모니터링을 위한 대상체이다. 즉, 상기 배관구조물(10)은 가스관, 수도관 등을 포함하는 지하시설물이다. 이 배관구조물(10)은 효과적인 유지관리를 위하여 안전성과 건전성을 실시간으로 측정할 필요가 있다.The piping structure 10 is an object for monitoring the damage in the present invention. That is, the piping structure 10 is an underground facility including a gas pipe, a water pipe, and the like. The piping structure 10 needs to measure safety and soundness in real time for effective maintenance.

상기 배관구조물(10)은 특정 주파수에서 공진하는 특성을 가진다. 따라서 상기 배관구조물(10)을 공진시킬 수 있는 공진주파수를 포함하는 주파수 대역의 신호를 이용하여 상기 배관구조물을 진동시킨다.The piping structure 10 has a characteristic of resonating at a specific frequency. Therefore, the pipe structure is vibrated using a signal in a frequency band including a resonance frequency capable of resonating the pipe structure 10.

상기 제1 압전 센서(20)는 상기 배관구조물(10)에 고정 부착되어, 상기 배관구조물의 진동에 따른 응답 신호를 출력하는 구성요소이다. 이 제1 압전 센서(20)는 상기 배관구조물(10)에 순간 접착제나 또는 에폭시를 통하여 단단히 고정 설치된다. The first piezoelectric sensor 20 is a component that is fixedly attached to the pipe structure 10 and outputs a response signal according to the vibration of the pipe structure. The first piezoelectric sensor 20 is firmly fixed to the pipe structure 10 through an instant adhesive or an epoxy.

상기 제1 압전 센서(20)가 상기 배관구조물(10)에 고정 부착되지 않는다면, 상기 제1 압전센서(20)에서 출력되는 임피던스 값이 상기 배관구조물(10)의 임피던스 값이 아니라 상기 제1 압전 센서 자체의 임피던스 값만 출력되기 때문에 상기 배관구조물의 임피던스 값을 측정해야 하는 본 발명의 목적과 부합되지 않는다. 따라서, 상기 제1 압전 센서(20)를 상기 배관구조물(10)에 고정 부착하는 것이다.If the first piezoelectric sensor 20 is not fixedly attached to the pipe structure 10, the impedance value output from the first piezoelectric sensor 20 is not the impedance value of the pipe structure 10 but the first piezoelectric body. Since only the impedance value of the sensor itself is output, it does not meet the purpose of the present invention, which requires measuring the impedance value of the pipe structure. Therefore, the first piezoelectric sensor 20 is fixedly attached to the piping structure 10.

더 구체적으로 설명하면, 상기 제1 압전 센서(20)가 상기 배관구조물(10)에 고정 부착되어, 상기 제1 압전센서(20)의 가진에 의하여, 상기 배관구조물이 진동을 발생하고, 이 진동에 반응하여 상기 제1 압전 센서(20)가 응답 신호를 출력해야 한다. In more detail, the first piezoelectric sensor 20 is fixedly attached to the pipe structure 10, and the pipe structure generates vibration due to the excitation of the first piezoelectric sensor 20. In response, the first piezoelectric sensor 20 should output a response signal.

상기 제1 압전 센서(20)가 상기 배관구조물(10)을 진동시키기 위해서는 가진되어야 한다(진동이 가해져야 한다). 상기 제1 압전 센서(20)의 가진은 상기 임피던스 측정장치(100)에 포함되는 구성요소인 제1 신호발생기(30)에서 생성한 입력 신호에 의하여 이루어진다.The first piezoelectric sensor 20 must be excited (vibration must be applied) in order to vibrate the pipe structure 10. The excitation of the first piezoelectric sensor 20 is made by an input signal generated by the first signal generator 30 which is a component included in the impedance measuring apparatus 100.

상기 제1 신호발생기(30)는 상기 제1 압전 센서(20)에 사전 설정된 주파수 대역의 입력 신호를 인가하여 가진한다. 상기 입력 신호는 일정한 범위의 크기를 가지는 교류 전압 신호로서, 상기 배관구조물(10)의 공진주파수를 포함하는 일정 범위의 주파수대역을 가지는 신호이다. The first signal generator 30 applies and excites an input signal of a preset frequency band to the first piezoelectric sensor 20. The input signal is an AC voltage signal having a predetermined range of magnitudes and is a signal having a predetermined range of frequency bands including the resonance frequency of the pipe structure 10.

따라서, 상기 제1 신호발생기(30)는 사전에 설정된 주파수 대역에 포함되는 주파수를 가변하면서 연속적으로 입력신호를 생성하여 상기 압전 센서(20)를 진동시킨다. 다만, 상기 제1 신호발생기(30)에 의하여 인가되는 상기 입력신호는 상기 배관구조물(10)의 공진주파수가 포함되는 주파수 대역의 신호이다.Accordingly, the first signal generator 30 vibrates the piezoelectric sensor 20 by continuously generating an input signal while varying a frequency included in a preset frequency band. However, the input signal applied by the first signal generator 30 is a signal of a frequency band including the resonance frequency of the pipe structure 10.

상기 제1 신호발생기(30)는 소정의 프로그램을 통하여 만든 임의 파형을 아날로그 시그널 형태로 변환시켜 입력신호를 인가해주는 구성요소이다. 따라서 원하는 형태의 신호를 생성시킬 수 있으며 주파수 대역 또한 연속적으로 생성이 가능하다. The first signal generator 30 is an element that converts an arbitrary waveform made through a predetermined program into an analog signal form and applies an input signal. Therefore, it is possible to generate a signal of a desired shape, and the frequency band can also be generated continuously.

만약 주파수 해상도(Frequency Resolution)를 1Hz로 하고 500Hz에서 600Hz 사이의 주파수 대역의 입력신호를 생성한다면, 상기 제1 신호발생기(30)는 500Hz, 501Hz, 502Hz, ... , 598Hz, 599Hz, 600Hz의 주파수 신호를 연속적으로 생성하여 상기 제1 압전 센서(20)에 인가한다.If the frequency resolution (Frequency Resolution) to 1Hz and generates an input signal of the frequency band between 500Hz and 600Hz, the first signal generator 30 is 500Hz, 501Hz, 502Hz, ..., 598Hz, 599Hz, 600Hz A frequency signal is continuously generated and applied to the first piezoelectric sensor 20.

상기 주파수 대역은 사전에 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 신호발생기(30)는 주파수 대역의 최소 주파수와 최대 주파수를 입력받는 기능이 있고, 상기 주파수 대역을 입력받으면, 최소 주파수를 가지는 파형 신호부터 시작하여 주파수 해상도(Frequency Resolution)에 따라 주파수를 증가시키면서 최대 주파수를 가지는 파형 신호까지 생성한다. The frequency band may be set in advance. For example, the first signal generator 30 has a function of receiving a minimum frequency and a maximum frequency of a frequency band, and when receiving the frequency band, starting with a waveform signal having a minimum frequency, a frequency resolution is obtained. As the frequency is increased, the waveform signal having the maximum frequency is generated.

상기 제1 신호발생기(30)로부터 일정 주파수 대역의 입력 신호를 인가받은 상기 제1 압전 센서(20)는 진동을 통해 정지파 형태의 파동을 만들어 내고, 이 정지파 형태의 파동을 상기 배관구조물(10)에 가하게 된다. 즉, 상기 제1 압전 센서(20)는 상기 배관구조물에 대하여 액츄에이터(actuator) 역할을 한다.The first piezoelectric sensor 20 receiving an input signal of a predetermined frequency band from the first signal generator 30 generates a wave in the form of a stationary wave through vibration, and converts the wave in the form of the stationary wave into the pipe structure ( 10). That is, the first piezoelectric sensor 20 acts as an actuator with respect to the piping structure.

상기 제1 압전 센서(20)가 상기 배관구조물(10)에 대하여 파동을 가하게 되면, 상기 배관구조물(10)은 미세한 진동을 발생할 것이고, 이 진동에 대하여 상기 제1 압전 센서(20)는 반응하여 응답 신호를 출력한다. 즉, 상기 제1 압전 센서(20)는 상기 배관구조물(10)에 가해지는 정지파 형태의 파동 신호에 대한 파동 응답을 측정하여 출력한다. 따라서, 상기 제1 압전 센서(20)는 엑츄에이터 역할 및 센서 역할을 동시에 수행한다고 할 수 있다.When the first piezoelectric sensor 20 imparts a wave with respect to the pipe structure 10, the pipe structure 10 will generate a fine vibration, the first piezoelectric sensor 20 reacts to this vibration Output the response signal. That is, the first piezoelectric sensor 20 measures and outputs a wave response to the wave signal in the form of a stationary wave applied to the piping structure 10. Therefore, the first piezoelectric sensor 20 may be said to simultaneously perform an actuator role and a sensor role.

상기 입력 신호에 의하여 가진되는 상기 제1 압전 센서(20)로부터 출력되는 상기 응답 신호는 상기 임피던스 측정장치(100)에 포함되는 구성요소인 임피던스 계산기(40)에 입력된다. 상기 임피던스 계산기(40)는 상기 입력 신호에 의하여 가진되는 상기 제1 압전 센서(20)로부터 출력되는 상기 응답 신호를 입력받아 상기 배관구조물(10)의 임피던스를 연속적으로 측정한다.The response signal output from the first piezoelectric sensor 20 excited by the input signal is input to an impedance calculator 40 which is a component included in the impedance measuring apparatus 100. The impedance calculator 40 receives the response signal output from the first piezoelectric sensor 20 excited by the input signal and continuously measures the impedance of the pipe structure 10.

상기 신호발생기(30)가 생성하는 입력신호는 상기 배관구조물(10)의 공진주파수를 포함하는 주파수 대역 신호로서, 주파수가 연속적으로 가변되면서 상기 제1 압전센서(20)에 인가되기 때문에, 상기 입력신호의 주파수 변화에 따라서, 상기 제1 압전 센서(20)의 가진 주파수, 상기 제1 압전 센서(20)가 상기 배관구조물(10)에 가하는 파동 주파수, 상기 제1 압전 센서(20)가 출력하는 파동에 대한 응답신호의 주파수는 모두 변화될 것이고, 결국 상기 임피던스 계산기(40)에서 측정하는 상기 배관구조물(10)의 임피던스 값도 연속적으로 변화되어 측정된다.The input signal generated by the signal generator 30 is a frequency band signal including the resonant frequency of the pipe structure 10. Since the frequency is continuously changed, the input signal is applied to the first piezoelectric sensor 20. According to the frequency change of the signal, the excitation frequency of the first piezoelectric sensor 20, the wave frequency applied by the first piezoelectric sensor 20 to the piping structure 10, the first piezoelectric sensor 20 outputs The frequency of the response signal to the wave will all be changed, and eventually the impedance value of the piping structure 10 measured by the impedance calculator 40 is also continuously measured.

다만, 반드시 상기 입력신호는 상기 배관구조물의 공진주파수 대역을 포함하고 있기 때문에, 상기 배관구조물(10)은 상기 입력신호에 의한 상기 제1 압전센서(20)의 가진에 따라 공진하고, 상기 제1 압전센서(20)는 상기 배관구조물(10)의 공진에 따른 응답신호를 감지하여 상기 임피던스 계산기(40)에 출력하며, 상기 임피던스 계산기(40)는 상기 배관구조물(10)의 공진주파수에 해당하는 임피던스를 포함하여 연속적으로 임피던스를 측정한다.However, since the input signal necessarily includes the resonant frequency band of the pipe structure, the pipe structure 10 resonates according to the excitation of the first piezoelectric sensor 20 by the input signal. The piezoelectric sensor 20 detects a response signal according to the resonance of the pipe structure 10 and outputs the response signal to the impedance calculator 40, and the impedance calculator 40 corresponds to the resonance frequency of the pipe structure 10. Measure impedance continuously, including impedance.

상기 임피던스 계산기(40)가 상기 배관구조물(10)의 임피던스를 측정하는 과정을 설명하기 위하여, 도 2를 참조한다.In order to explain a process of measuring the impedance of the pipe structure 10 by the impedance calculator 40, reference is made to FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배관구조물(10)에 제1 압전 센서(20)가 고정 부착되어 있고, 상기 제1 압전 센서(20)에 제1 신호발생기(30)가 상기 배관구조물(10)의 공진주파수를 포함하는 주파수 대역의 입력 신호를 인가한다. 그리고, 상기 입력 신호에 따라 진동되는 상기 제1 압전 센서(20)가 상기 배관구조물(10)에 대하여 반응한 응답 신호를 상기 임피던스 계산기(40)에 출력한다.As shown in FIG. 2, a first piezoelectric sensor 20 is fixedly attached to the piping structure 10, and a first signal generator 30 is attached to the piping structure 10. The input signal of the frequency band including the resonant frequency of) is applied. In addition, the first piezoelectric sensor 20 vibrating according to the input signal outputs a response signal reacted to the pipe structure 10 to the impedance calculator 40.

상기 임피던스 계산기(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 압전 센서(20)의 출력 라인에 연결되는 커패시터(Cr)를 포함하고 있다. 한편, 상기 제1 신호발생기(30), 상기 배관구조물(10)에 고정 부착되는 제1 압전 센서(20) 및 상기 임피던스 계산기(40)는 하나의 폐회로를 구성한다.The impedance calculator 40 includes a capacitor Cr connected to the output line of the first piezoelectric sensor 20, as shown in FIG. Meanwhile, the first piezoelectric sensor 20 and the impedance calculator 40 fixedly attached to the first signal generator 30, the piping structure 10 constitute one closed circuit.

이와 같은 구성에서, 상기 임피던스 계산기(40)는 상기 제1 신호발생기(30)에서 인가하는 입력 신호(입력 전압 Vi)와 상기 커패시터(Cr)의 양단에 걸리는 출력 전압(Vo) 및 상기 커패시터(Cr)의 캐패시턴스 값을 이용하여 상기 배관구조물(10)의 임피던스를 연속적으로 측정한다.In such a configuration, the impedance calculator 40 includes an input signal (input voltage Vi) applied by the first signal generator 30, an output voltage Vo applied across the capacitor Cr, and the capacitor Cr. The impedance of the pipe structure 10 is continuously measured using the capacitance value of).

구체적으로, 상기 배관구조물(10)의 임피던스는 아래 (수식 1)과 같이 입력 전압(Vi)과 출력 전압(Vo), 그리고 커패시터(Cr)의 캐패시턴스 값을 통해 어드미턴스(Admittance(Ycp)) 값을 먼저 계산하고, 계산된 어드미턴스(Admittance) 값을 역수를 취하여 임피던스 값을 계산한다.In detail, the impedance of the pipe structure 10 may be determined based on the capacitance value of the input voltage Vi, the output voltage Vo, and the capacitor Cr as shown in Equation 1 below. First, the impedance value is calculated by taking the inverse of the calculated Admittance value.

Figure 112010028239100-pat00002
(수식 1)
Figure 112010028239100-pat00002
(Equation 1)

여기서, Ycp(jw)는 배관구조물의 어드미턴스이고, Vi(jw)는 입력신호의 전압이고, Vo(jw)는 상기 커패시터 양단에 걸리는 전압이며, Cr은 상기 커패시터의 커패시턴스 값이다.Here, Ycp (jw) is the admittance of the piping structure, V i (jw) is the voltage of the input signal, V o (jw) is the voltage across the capacitor, C r is the capacitance value of the capacitor.

결국, 상기 임피던스 계산기(40)는 상기 어드미턴스를 계산하는 (수식 1)의 역수에 해당하는 아래 (수식 2)에 의하여 상기 배관구조물(10)의 임피던스를 계산하여 측정한다.As a result, the impedance calculator 40 calculates and measures the impedance of the pipe structure 10 according to Equation 2 below, which corresponds to the inverse of Equation 1, which calculates the admittance.

Figure 112010028239100-pat00003
(수식 2)
Figure 112010028239100-pat00003
(Equation 2)

여기서, Z(jw)는 배관구조물의 임피던스이고, Vi(jw)는 입력신호의 전압이고, Vo(jw)는 상기 커패시터 양단에 걸리는 전압이며, Cr은 상기 커패시터의 커패시턴스 값이다.Here, Z (jw) is the impedance of the pipe structure, V i (jw) is the voltage of the input signal, V o (jw) is the voltage across the capacitor, C r is the capacitance value of the capacitor.

상기와 같은 수식에 의하여 상기 임피던스 계산기(40)가 상기 배관구조물(10)의 임피던스를 연속적으로 측정하기 위해서는 상기 입력 신호에 해당하는 전압 신호를 사전에 알고 있거나 측정할 수 있는 수단(기능)을 구비해야 하고, 상기 커패시터의 양단에 걸리는 출력 전압을 측정할 수 있는 수단(기능)을 구비해야 하며, 상기 커패시터의 커패시턴스를 사전에 알고 있어야 한다. In order to measure the impedance of the pipe structure 10 continuously by the impedance calculator 40 according to the above formula, a means (function) capable of knowing or measuring a voltage signal corresponding to the input signal in advance is provided. It must be provided with means (functions) capable of measuring the output voltage across the capacitor, and it is necessary to know in advance the capacitance of the capacitor.

한편, 정확하고 신뢰성 있는 측정을 위하여 상기 커패시터의 커패시턴스 값은 상기 제1 압전 센서의 커패시턴스 값과 동일하거나 근사한 값을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 임피던스 계산기(40)는 상기 입력 신호의 변화하는 각각의 주파수에 따라 다른 값을 가지는 각각의 임피던스 값을 측정한다. 다만, 상기 임피던스 계산기(10)가 계산하여 측정하는 임피던스 값에는 상기 배관구조물(10)의 공진주파수에 해당하는 임피던스 값이 반드시 포함되어 있다.On the other hand, for accurate and reliable measurement, the capacitance value of the capacitor is preferably equal to or close to the capacitance value of the first piezoelectric sensor. In addition, the impedance calculator 40 measures each impedance value having a different value according to each varying frequency of the input signal. However, an impedance value corresponding to the resonance frequency of the pipe structure 10 is necessarily included in the impedance value calculated and measured by the impedance calculator 10.

상기와 같은 동작에 따라 상기 임피던스 계산기(40)에 의하여 연속적으로 측정된 임피던스는 상기 모니터링 장치(300)로 전송된다. 상기 임피던스 계산기(40)를 포함하는 상기 임피던스 측정장치(100)와 상기 모니터링 장치(300)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.According to the operation as described above, the impedance continuously measured by the impedance calculator 40 is transmitted to the monitoring device 300. The impedance measuring device 100 including the impedance calculator 40 and the monitoring device 300 may be connected by wire or wirelessly.

즉, 상기 임피던스 측정장치(100)와 상기 모니터링 장치(300)는 유선으로 연결될 수도 있지만, 원격에서 모니터링하는 경우에 유용하게 적용될 수 있는 무선으로 연결될 수도 있다. 무선으로 연결되는 경우, 상기 임피던스 측정장치(100)는 센서 노드에 해당될 수 있고, 상기 센서 노드에서 측정된 임피던스는 무선으로 연결되는 무선 수신기가 구비된 상기 모니터링 장치(300)에 전송된다.That is, the impedance measuring apparatus 100 and the monitoring apparatus 300 may be connected by wire, but may also be wirelessly connected which may be usefully applied when monitoring from a remote location. When connected wirelessly, the impedance measuring apparatus 100 may correspond to a sensor node, and the impedance measured at the sensor node is transmitted to the monitoring apparatus 300 equipped with a wireless receiver connected wirelessly.

상기 임피던스 측정장치(100)와 유선 또는 무선으로 연결되어 있는 상기 모니터링 장치(300)는 상기 임피던스 계산기(40)에서 측정된 임피던스를 입력받아 상기 배관구조물(10)의 공진시 임피던스 값을 추출하여 상기 배관구조물의 손상 여부를 판단한다. 이에 대해서는 후술하겠다.The monitoring device 300, which is connected to the impedance measuring device 100 by wire or wirelessly, receives the impedance measured by the impedance calculator 40 and extracts an impedance value when the pipe structure 10 is resonated. Determine whether the piping structure is damaged. This will be described later.

이와 같이 상기 임피던스 측정장치(100)는 상기 배관구조물(10)의 국부에 고정 부착되는 제1 압전센서(20)에 사전 설정된 주파수 대역의 입력신호를 인가하는 제1 신호발생기(30)와, 상기 입력 신호에 의하여 가진되는 상기 제1 압전센서(20)로부터 출력되는 응답 신호를 입력받아 상기 배관구조물의 임피던스를 연속적으로 계산하여 상기 모니터링 장치(300)에 전송하는 임피던스 계산기(40)를 포함하여 구성되어, 상기 모니터링 장치(300)가 상기 배관구조물(10)의 임피던스 변화를 확인하여 상기 배관구조물의 손상 여부를 판단할 수 있도록 한다.As described above, the impedance measuring apparatus 100 includes a first signal generator 30 for applying an input signal of a preset frequency band to the first piezoelectric sensor 20 fixedly attached to the local portion of the pipe structure 10, and It comprises an impedance calculator 40 for receiving the response signal output from the first piezoelectric sensor 20 by the input signal and continuously calculates the impedance of the pipe structure and transmits it to the monitoring device 300 As a result, the monitoring device 300 may determine whether the piping structure is damaged by checking the impedance change of the piping structure 10.

한편, 상기 모니터링 장치(300)가 상기 배관구조물(10)의 손상 여부를 모니터링할 수 있도록 상기 배관구조물(10)의 임피던스 값들을 제공하는 상기 임피던스 측정장치(100)와 별도로 유도초음파 측정장치(200)가 본 발명인 배관구조물 모니터링 시스템에 구비된다.Meanwhile, the induction ultrasonic measuring device 200 is separately from the impedance measuring device 100 which provides the impedance values of the piping structure 10 so that the monitoring device 300 can monitor whether the piping structure 10 is damaged. ) Is provided in the piping structure monitoring system of the present invention.

상기 유도초음파 측정장치(200)는 상기 임피던스 측정장치(100)와 달리 두 개의 압전센서를 이용한다. 즉, 상기 유도초음파 측정장치(200)는 액츄에이터 역할을 수행하는 제2 압전센서(110)와 센서 역할을 수행하는 제3 압전센서(120)를 포함하여 구성된다.The guided ultrasonic wave measuring device 200 uses two piezoelectric sensors, unlike the impedance measuring device 100. That is, the guided ultrasonic wave measuring apparatus 200 includes a second piezoelectric sensor 110 serving as an actuator and a third piezoelectric sensor 120 serving as a sensor.

상기 제2 압전센서(110)와 제3 압전센서(120)는 상기 배관구조물(10)에 서로 소정 간격 이격되어 고정 부착된다. 그리고, 상기 제2 압전센서(110)는 상기 배관구조물(10)에 유도초음파를 발생시키기 위하여 상기 배관구조물(10)을 가진시키고, 상기 제3 압전센서(120)는 상기 배관구조물(10)을 통하여 전달되는 상기 유도초음파 신호를 감지한다.The second piezoelectric sensor 110 and the third piezoelectric sensor 120 are fixedly spaced apart from each other by a predetermined interval on the piping structure 10. In addition, the second piezoelectric sensor 110 has the piping structure 10 so as to generate an induced ultrasonic wave in the piping structure 10, and the third piezoelectric sensor 120 is connected to the piping structure 10. Detects the induced ultrasonic signal transmitted through.

상기와 같이, 액츄에이터 역할을 수행하는 제2 압전센서(110) 및 센서 역할을 수행하는 제3 압전센서(120)를 이용하여 상기 유도초음파 측정장치(200)는 상기 배관구조물(10)의 유도초음파 응답 신호를 측정한다.As described above, the induction ultrasonic measurement device 200 by using the second piezoelectric sensor 110 to act as an actuator and the third piezoelectric sensor 120 to serve as the sensor, the induced ultrasonic wave of the piping structure (10). Measure the response signal.

즉, 상기 유도초음파 측정장치(200)는 상기 배관구조물(10)에 상호 이격되어 고정 부착된 제2 및 제3 압전센서(110, 120) 중, 상기 제2 압전센서(110)를 가진하여 상기 배관구조물(10)에 초음파 신호를 유도하고, 상기 제3 압전센서(120)를 통하여 감지된 유도초음파 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물(10)의 유도초음파 응답신호를 측정한다.That is, the induction ultrasonic wave measuring apparatus 200 is provided with the second piezoelectric sensor 110 among the second and third piezoelectric sensors 110 and 120 spaced apart from and fixed to the pipe structure 10. The ultrasonic signal is induced to the pipe structure 10, and the induced ultrasonic response signal of the pipe structure 10 is measured using the induced ultrasonic response signal detected by the third piezoelectric sensor 120.

상기 유도초음파 측정장치(200)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 압전센서(110), 제3 압전센서(120), 제2 신호발생기(130) 및 출력신호 측정기(140)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIGS. 1 and 3, the induced ultrasonic wave measuring apparatus 200 includes a second piezoelectric sensor 110, a third piezoelectric sensor 120, a second signal generator 130, and an output signal measuring unit 140. It is made, including.

상기 제2 신호발생기(130)는 상기 제2 압전센서(110)에 소정의 주파수 신호를 인가하기 위하여 입력신호를 발생한다. 상기 제2 신호발생기(130)가 발생하여 상기 제2 압전센서(110)에 인가하는 입력신호는 상기 임피던스 측정장치(100)에 포함되는 제1 신호발생기(30)와 달리 상기 배관구조물의 공진주파수를 반드시 포함할 필요는 없다.The second signal generator 130 generates an input signal to apply a predetermined frequency signal to the second piezoelectric sensor 110. The input signal generated by the second signal generator 130 and applied to the second piezoelectric sensor 110 is different from the first signal generator 30 included in the impedance measuring apparatus 100, and thus the resonance frequency of the piping structure. It is not necessary to include the.

상기 임피던스 측정장치(200)는 상기 배관구조물(10)의 공진주파수에 대한 임피던스 값을 측정해야 하기 때문에, 상기 제1 신호발생기(30)는 상기 배관구조물(10)의 공진주파수 대역을 포함해야 하지만, 상기 유도초음파 측정장치(200)는 상기 배관구조물(10)의 유도초음파 응답신호를 측정할 수 있으면 그만이기 때문에, 상기 제2 압전센서(110)가 상기 배관구조물(10)에 진동을 가할 수 있는 입력신호만 상기 제2 신호발생기(130)로부터 인가받으면 된다.Since the impedance measuring apparatus 200 should measure the impedance value with respect to the resonance frequency of the piping structure 10, the first signal generator 30 should include the resonance frequency band of the piping structure 10, The second piezoelectric sensor 110 may apply vibration to the pipe structure 10 because the guide ultrasonic wave measuring device 200 can stop measuring the induced ultrasound response signal of the pipe structure 10. Only the input signal is required to be applied from the second signal generator 130.

상기 제2 압전센서(110)는 상기 제2 신호발생기(130)에서 인가된 입력신호에 의하여 가진된다. 그러면, 상기 제2 압전센서(110)에 의하여 상기 배관구조물(10)에 초음파가 유도된다. 이 유도초음파는 상기 배관구조물(10)을 따라 이동한다.The second piezoelectric sensor 110 is excited by an input signal applied from the second signal generator 130. Then, the ultrasonic wave is guided to the pipe structure 10 by the second piezoelectric sensor 110. This guided ultrasonic wave travels along the pipe structure 10.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배관구조물(10)의 특정지점에 고정부착되는 제2 압전센서(110)에 의하여 상기 배관구조물(10)에 초음파가 유도되면, 이 유도 초음파(도 3에서 화살표로 표시된 신호) 신호는 상기 배관구조물(10)을 따라 이동하여 상기 배관구조물(10)의 다른 지점에 고정 부착되는 제3 압전센서(120)에 의하여 감지된다.That is, as shown in FIG. 3, when the ultrasonic wave is guided to the pipe structure 10 by the second piezoelectric sensor 110 fixedly attached to a specific point of the pipe structure 10, the guide ultrasonic wave (FIG. 3). The signal indicated by the arrow in the) signal is sensed by the third piezoelectric sensor 120 that moves along the pipe structure 10 and is fixedly attached to another point of the pipe structure (10).

상기 제2 압전센서(110)에 의하여 유도된 초음파 신호는 상기 배관구조물(10)을 따라 이동하면서 손상된 부분(13)를 통과하면, 주파수 및 크기가 변화된다. 즉, 상기 제2 압전센서(100)에 의하여 동일한 초음파 신호가 유도된다고 할지라도, 상기 배관구조물(10)의 손상 유무에 따라 상기 제3 압전센서(120)에 의하여 감지되는 유도초음파 신호는 달라진다.When the ultrasonic signal induced by the second piezoelectric sensor 110 passes along the damaged portion 13 while moving along the pipe structure 10, the frequency and magnitude are changed. That is, even though the same ultrasonic signal is induced by the second piezoelectric sensor 100, the induced ultrasonic signal detected by the third piezoelectric sensor 120 varies depending on whether the piping structure 10 is damaged.

상기 제3 압전센서(120)에 의하여 감지된 상기 배관구조물(10)의 유도초음파 응답신호는 상기 유도초음파 측정장치(200)에 포함되는 구성요소인 출력신호 측정기(140)에 의하여 측정된다.The induced ultrasonic response signal of the pipe structure 10 detected by the third piezoelectric sensor 120 is measured by an output signal measuring unit 140 which is a component included in the induced ultrasonic measuring apparatus 200.

상기 출력신호 측정기(140)에 의하여 측정된 상기 배관구조물(10)의 유도초음파 응답신호는 상기 모니터링 장치(300)에 전송된다. 그러면, 상기 모니터링 장치(300)는 상기 유도초음파 측정장치(200)의 출력신호 측정기(140)로부터 입력받은 유도초음파 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물(10)의 손상 여부를 모니터링한다.The induced ultrasonic response signal of the pipe structure 10 measured by the output signal measuring unit 140 is transmitted to the monitoring device 300. Then, the monitoring device 300 monitors whether the pipe structure 10 is damaged by using the induced ultrasonic response signal received from the output signal measuring unit 140 of the induced ultrasonic wave measuring apparatus 200.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기 임피던스 측정장치(100)는 상기 배관구조물(10)의 임피던스 값들을 계산 측정하여 상기 모니터링 장치(300)에 전송하고, 상기 유도초음파 측정장치(200)는 상기 배관구조물의 유도초음파 응답신호를 측정하여 상기 모니터링 장치(300)에 전송한다.As described above, the impedance measuring apparatus 100 calculates and measures impedance values of the piping structure 10 and transmits the measured values to the monitoring apparatus 300, and the induced ultrasonic measuring apparatus 200 of the piping structure The induced ultrasonic response signal is measured and transmitted to the monitoring device 300.

그러면, 상기 모니터링 장치(300)는 상기 임피던스 측정장치(100)와 상기 유도초음파 측정장치(200)로부터 상기 배관구조물(10)의 임피던스 값 및 유도초음파 응답신호를 입력받아 상기 배관구조물(10)의 정상 상태 여부를 모니터링한다.Then, the monitoring device 300 receives the impedance value and the induced ultrasonic response signal of the pipe structure 10 from the impedance measuring device 100 and the guided ultrasonic measuring device 200 of the pipe structure 10 Monitor for normal status.

상기 모니터링 장치(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 비교 임피던스 추출부(310), RMS 추출부(320), 정상상태 판단부(330) 및 기준값 저장부(340)를 포함하여 구성된다.As illustrated in FIG. 1, the monitoring apparatus 300 includes a comparison impedance extractor 310, an RMS extractor 320, a steady state determiner 330, and a reference value storage 340.

상기 기준값 저장부(340)는 상기 배관구조물(10)의 정상 상태 여부를 판정하는 기준 범위에 해당하는 상기 배관구조물의 기준 임피던스 범위 값과 기준 RMS 범위 값을 저장하고 있다.The reference value storage unit 340 stores a reference impedance range value and a reference RMS range value of the pipe structure corresponding to the reference range for determining whether the pipe structure 10 is in a normal state.

상기 배관구조물의 기준 임피던스 범위 값은 상기 배관구조물(10)이 손상된 상태에 있다고 볼 수 없고 정상 상태에 있다고 볼 수 있는 임피던스 범위의 값이다. 따라서, 상기 배관구조물의 공진시 계산 측정된 상기 배관구조물의 임피던스 값이 상기 기준 임피던스 범위 값에 포함되면, 상기 배관구조물은 아직 손상되지 않고 정상 상태에 있는 것으로 판정할 수 있고, 상기 기준 임피던스 범위 값을 벗어나면 상기 배관구조물은 손상된 상태인 것으로 판정될 수 있다.The reference impedance range value of the pipe structure is a value of the impedance range which may not be considered to be in a damaged state but may be regarded as in a normal state. Therefore, when the impedance value of the pipe structure calculated and measured at resonance of the pipe structure is included in the reference impedance range value, the pipe structure may be determined to be in a normal state without being damaged, and the reference impedance range value If outside the pipe structure can be determined to be damaged.

예를 들어, 상기 배관구조물의 기준 임피던스 범위 값이 100 ~ 200이고, 상기 배관구조물의 공진시 계산되어 측정된 임피던스 값이 150이면 상기 배관구조물은 아직 정상 상태에 있는 것으로 판정할 수 있고, 90 또는 210의 임피던스 값이 계산 측정되면 상기 배관구조물은 손상된 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다.For example, if the reference impedance range value of the pipe structure is 100 to 200 and the impedance value calculated and measured at the resonance of the pipe structure is 150, the pipe structure may be determined to be in a normal state. When the impedance value of 210 is calculated and measured, the pipe structure may be determined to be in a damaged state.

한편, 상기 배관구조물의 기준 RMS 범위 값은 상기 배관구조물(10)이 손상된 상태에 있다고 볼 수 없고 아직 정상상태에 있다고 볼 수 있는 유도초음파 응답신호의 RMS 범위의 값이다. 따라서, 상기 배관구조물에 유도된 유도초음파 신호에 대한 응답신호의 RMS 값이 상기 기준 RMS 범위 값에 포함되면, 상기 배관구조물은 아직 손상되지 않고 정상 상태에 있는 것으로 판정할 수 있고, 상기 기준 RMS 범위 값을 벗어나면 상기 배관구조물은 손상된 상태인 것으로 판정될 수 있다.On the other hand, the reference RMS range value of the pipe structure is the value of the RMS range of the induced ultrasonic response signal that can be seen that the pipe structure 10 is not in a damaged state and still in a normal state. Therefore, if the RMS value of the response signal to the guided ultrasonic signal induced in the pipe structure is included in the reference RMS range value, it can be determined that the pipe structure is still intact and in the normal state, the reference RMS range If outside the value, the piping structure may be determined to be in a damaged state.

상기 기준 RMS 범위 값은 상기 제2 압전센서(110)에 인가되는 입력신호에 의하여 달라진다. 따라서, 상기 모니터링 장치(300)는 상기 제2 신호발생기(130)에서 발생한 입력신호와 상기 기준 RMS 범위 값을 매칭시켜 저장하는 것이 바람직하다.The reference RMS range value depends on an input signal applied to the second piezoelectric sensor 110. Therefore, the monitoring device 300 preferably matches and stores the input signal generated by the second signal generator 130 and the reference RMS range value.

즉, 상기 모니터링 장치(300)는 특정 파형을 가지는 입력신호 A와 이 입력신호 A와 대응되는 기준 RMS 범위 값(제1 기준 값)을 매칭시켜 저장하고, 상기 특정파형과 다른 파형을 가지는 입력신호 B와 이 입력신호 B에 대응되는 기준 RMS 범위 값(제 2 기준 값)을 매칭시켜 저장한다.That is, the monitoring device 300 matches and stores an input signal A having a specific waveform and a reference RMS range value (first reference value) corresponding to the input signal A, and stores an input signal having a waveform different from the specific waveform. B and a reference RMS range value (second reference value) corresponding to the input signal B are matched and stored.

따라서, 상기 특정 파형을 가지는 입력신호 A를 상기 제2 압전센서(110)에 인가하여, 최종적으로 측정된 유도초음파 응답신호의 RMS 값은 상기 제1 기준 값과 대비된다. 반대로, 상기 제2 압전센서(110)에 상기 특정 파형과 다른 파형을 가지는 입력신호 B가 인가되었다면, 측정된 유도초음파 응답신호의 RMS 값은 상기 제2 기준 값과 대비되어 상기 배관구조물(10)의 손상 여부가 판단될 수 있다.Therefore, by applying the input signal A having the specific waveform to the second piezoelectric sensor 110, the RMS value of the induced ultrasonic response signal finally measured is compared with the first reference value. On the contrary, if the input signal B having a waveform different from the specific waveform is applied to the second piezoelectric sensor 110, the measured RMS value of the induced ultrasonic response signal is compared with the second reference value and thus the pipe structure 10 is applied. May be judged to be impaired.

상기 기준 임피던스 범위 값과 기준 RMS 범위 값은 모니터링 대상인 배관구조물(10)의 손상 여부를 판정하기 위한 기준 범위 값이기 때문에, 손상 여부를 결정할 수 있을 정도의 신뢰성 있는 범위 값이어야 한다. Since the reference impedance range value and the reference RMS range value are reference range values for determining whether the piping structure 10 to be monitored is damaged, the reference impedance range value and the reference RMS range value should be reliable range values sufficient to determine whether or not there is damage.

따라서, 상기 기준 임피던스 범위 값과 기준 RMS 범위 값은 손상되지 않고 정상상태로 볼 수 있는 배관구조물(10)에 대하여 여러 번 본 발명인 배관구조물의 모니터링 시스템을 적용하여 측정된 배관구조물의 공진시 임피던스 값 및 유도초음파 응답신호의 RMS 값들을 이용하여 결정된 값들이다.Accordingly, the reference impedance range value and the reference RMS range value are not damaged and the impedance value at the resonance of the piping structure measured by applying the monitoring system of the piping structure of the present invention several times with respect to the piping structure 10 which can be seen in a normal state. And RMS values of the induced ultrasonic response signal.

상기 모니터링 장치(300)의 구성요소인 비교 임피던스 추출부(310)는 상기 임피던스 측정장치(100)의 구성요소인 임피던스 계산기(40)로부터 연속적으로 계산되어 전송되는 임피던스를 이용하여 상기 배관구조물(10)의 공진주파수 대역에서의 임피던스 값을 추출한다.The comparative impedance extracting unit 310, which is a component of the monitoring device 300, uses the impedance that is continuously calculated and transmitted from the impedance calculator 40, which is a component of the impedance measuring apparatus 100. Extract the impedance value in the resonance frequency band of.

즉, 상기 비교 임피던스 추출부(310)는 상기 임피던스 계산기(40)로부터 입력되는 임피던스 값들 중에, 상기 배관 구조물(10)이 공진되는 공진주파수 대역에 해당하는 임피던스 값을 추출한다. 상기 비교 임피던스 추출부(310)에 의하여 추출된 임피던스 값은 상기 기준값 저장부(340)에 저장된 기준 임피던스 범위 값과 비교된다.That is, the comparison impedance extracting unit 310 extracts an impedance value corresponding to a resonance frequency band in which the pipe structure 10 is resonant among the impedance values input from the impedance calculator 40. The impedance value extracted by the comparison impedance extractor 310 is compared with a reference impedance range value stored in the reference value storage 340.

또한, 상기 모니터링 장치(300)의 구성요소인 RMS 추출부(320)는 상기 유도초음파 측정장치(200)로부터 입력되는 유도초음파 응답신호에 대한 RMS 값을 추출한다. 구체적으로, 상기 RMS 추출부(320)는 상기 유도초음파 측정장치(200)에 포함되는 출력신호 측정기(140)가 측정한 상기 배관구조물(10)의 유도초음파 응답신호에 대한 RMS 값을 계산하여 추출한다.In addition, the RMS extracting unit 320, which is a component of the monitoring device 300, extracts an RMS value of the induced ultrasonic response signal input from the induced ultrasonic wave measuring apparatus 200. In detail, the RMS extracting unit 320 calculates and extracts an RMS value of the induced ultrasonic response signal of the pipe structure 10 measured by the output signal measuring unit 140 included in the induced ultrasonic wave measuring apparatus 200. do.

상기 비교 임피던스 추출부(310)에서 추출된 상기 배관구조물의 임피던스 값과 상기 RMS 추출부에서 추출된 상기 배관구조물의 유도초음파 응답신호의 RMS 값은 상기 모니터링 장치(300)에 포함되는 구성요소인 정상상태 판단부(330)에 입력된다.The impedance value of the pipe structure extracted from the comparison impedance extracting unit 310 and the RMS value of the induced ultrasonic response signal of the pipe structure extracted from the RMS extracting unit are normal components which are included in the monitoring device 300. It is input to the state determination unit 330.

그러면, 상기 정상상태 판단부(330)는 상기 기준값 저장부(340)에 저장되어 있는 상기 기준 임피던스 범위 값과 상기 비교 임피던스 추출부(310)에서 추출된 임피던스 값을 비교하고, 상기 기준값 저장부(340)에 저장되어 있는 상기 기준 RMS 범위 값과 상기 RMS 추출부에 추출된 RMS 값을 비교하여 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 결정한다.Then, the steady state determination unit 330 compares the reference impedance range value stored in the reference value storage unit 340 with the impedance value extracted by the comparison impedance extraction unit 310, and stores the reference value storage unit ( The reference RMS range value stored in 340 and the RMS value extracted from the RMS extracting unit are compared to determine whether the pipe structure is in a normal state.

구체적으로, 상기 정상상태 판단부(330)는 상기 비교 임피던스 추출부(310)에서 추출된 임피던스 값이 상기 기준값 저장부(340)에 저장되어 있는 기준 임피던스 범위 값에 포함되고 상기 RMS 추출부에서 추출된 RMS 값이 상기 기준값 저장부(310)에 저장되어 있는 기준 RMS 범위 값에 포함되는 경우에만 상기 배관구조물이 정상 상태에 있는 것으로 판단한다.Specifically, the steady state determination unit 330 includes the impedance value extracted by the comparison impedance extraction unit 310 is included in the reference impedance range value stored in the reference value storage unit 340 and extracted by the RMS extraction unit. The pipe structure is determined to be in the normal state only when the RMS value is included in the reference RMS range value stored in the reference value storage unit 310.

따라서, 상기 비교 임피던스 추출부(310)에서 추출된 상기 배관구조물의 임피던스 값이 상기 기준 임피던스 범위 값에 포함되지 않고 벗어나는 경우이거나, 또는 상기 RMS 추출부에서 추출된 상기 배관구조물의 유도초음파 응답신호의 RMS 값이 상기 기준값 저장부(310)에 저장되어 있는 기준 RMS 범위 값에 포함되지 않고 벗어나는 경우에는 상기 모니터링 대상인 배관 구조물은 손상 상태에 있는 것으로 판정한다.
Accordingly, the impedance value of the pipe structure extracted by the comparison impedance extractor 310 is not included in the reference impedance range value, or is out of the reference impedance range, or the induced ultrasonic response signal of the pipe structure extracted by the RMS extractor. If the RMS value is not included in the reference RMS range value stored in the reference value storing unit 310, the RMS structure is determined to be in a damaged state.

10 : 배관구조물 11 : 볼트
13 : 손상 부분 20 : 제1 압전센서
30 : 제1 신호발생기 40 : 임피던스 계산기
50 : 커패시터 100 : 임피던스 측정장치
110 : 제2 압전센서 120 : 제3 압전센서
130 : 제2 신호발생기 140 : 출력신호 측정기
200 : 유도초음파 측정장치 300 : 모니터링 장치
310 : 비교 임피던스 추출부 320 : RMS 추출부
330 : 정상상태 판단부 340 : 기준값 저장부10: piping structure 11: bolt
13: damaged part 20: first piezoelectric sensor
30: first signal generator 40: impedance calculator
50: capacitor 100: impedance measuring device
110: second piezoelectric sensor 120: third piezoelectric sensor
130: second signal generator 140: output signal measuring instrument
200: guided ultrasonic measurement device 300: monitoring device
310: comparative impedance extraction unit 320: RMS extraction unit
330: steady state determination unit 340: reference value storage unit

Claims (6)

배관구조물의 국부에 고정 부착된 제1 압전센서를 가진하여 출력되는 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물의 임피던스 값을 측정하는 임피던스 측정장치;
상기 배관구조물에 상호 이격되어 고정 부착된 제2 및 제3 압전센서 중, 상기 제2 압전센서를 가진하여 상기 배관구조물에 초음파 신호를 유도하고, 상기 제3 압전센서를 통하여 감지된 유도초음파 응답신호를 이용하여 상기 배관구조물의 유도초음파 응답신호를 측정하는 유도초음파 측정장치;
상기 임피던스 측정장치와 상기 유도초음파 측정장치로부터 상기 배관구조물의 임피던스 값 및 유도초음파 응답신호를 입력받아 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 모니터링하는 모니터링 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템.
An impedance measuring device for measuring an impedance value of the piping structure by using a response signal outputted with a first piezoelectric sensor fixedly attached to a local portion of the piping structure;
Among the second and third piezoelectric sensors fixedly spaced apart from each other on the piping structure, the second piezoelectric sensor includes an ultrasonic signal to the piping structure with the second piezoelectric sensor, and the induced ultrasonic response signal detected by the third piezoelectric sensor. A guided ultrasonic wave measuring device for measuring a guided ultrasonic wave response signal of the pipe structure by using;
Impedance using a piezoelectric sensor characterized in that it comprises a monitoring device for monitoring the steady state of the pipe structure receiving the impedance value of the pipe structure and the induced ultrasonic response signal from the impedance measuring device and the guided ultrasonic measuring device Piping structure monitoring system based on the ultrasonic wave.
청구항 1에 있어서, 상기 임피던스 측정장치는,
상기 배관구조물의 국부에 고정 부착되는 제1 압전센서에 사전 설정된 주파수 대역의 입력신호를 인가하는 제1 신호발생기와, 상기 입력 신호에 의하여 가진되는 상기 제1 압전센서로부터 출력되는 응답 신호를 입력받아 상기 배관구조물의 임피던스를 연속적으로 계산하여 상기 모니터링 장치에 전송하는 임피던스 계산기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템.
The method of claim 1, wherein the impedance measuring device,
A first signal generator applying an input signal of a predetermined frequency band to a first piezoelectric sensor fixedly attached to a local portion of the pipe structure, and receiving a response signal output from the first piezoelectric sensor excited by the input signal; Impedance and induction ultrasonic based piping structure monitoring system using a piezoelectric sensor characterized in that it comprises a impedance calculator for continuously calculating the impedance of the piping structure and transmits to the monitoring device.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 신호발생기에 의해서 인가되는 상기 입력신호는 상기 배관구조물의 공진주파수가 포함되는 주파수 대역의 신호인 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템.
The method according to claim 2,
The input signal applied by the first signal generator is a pipe structure monitoring system based on impedance and induction ultrasonic waves using a piezoelectric sensor, characterized in that the signal of the frequency band including the resonance frequency of the pipe structure.
청구항 2에 있어서, 상기 임피던스 계산기는,
상기 제1 압전센서의 출력 라인에 연결되는 커패시터를 포함하되,
Figure 112010028239100-pat00004
에 의하여 상기 배관구조물의 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템.
여기서, Z(jw)는 배관구조물의 임피던스이고, Vi(jw)는 입력신호의 전압이고, Vo(jw)는 상기 커패시터 양단에 걸리는 전압이며, Cr은 상기 커패시터의 커패시턴스 값임.
The method of claim 2, wherein the impedance calculator,
Including a capacitor connected to the output line of the first piezoelectric sensor,
Figure 112010028239100-pat00004
Impedance and ultrasonic wave-based piping structure monitoring system using a piezoelectric sensor characterized in that for measuring the impedance of the piping structure by.
Here, Z (jw) is the impedance of the pipe structure, V i (jw) is the voltage of the input signal, V o (jw) is the voltage across the capacitor, C r is the capacitance value of the capacitor.
청구항 3에 있어서, 상기 모니터링 장치는,
상기 임피던스 계산기로부터 연속적으로 계산되어 전송되는 임피던스를 이용하여 상기 배관구조물의 공진주파수 대역에서의 임피던스 값을 추출하는 비교 임피던스 추출부와, 상기 유도초음파 측정장치로부터 입력되는 유도초음파 응답신호에 대한 RMS 값을 추출하는 RMS 추출부와, 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 판정하는 기준 범위에 해당하는 상기 배관구조물의 기준 임피던스 범위 값과 기준 RMS 범위 값을 저장하고 있는 기준값 저장부와, 상기 기준 임피던스 범위 값과 상기 비교 임피던스 추출부에서 추출된 임피던스 값을 비교하고, 상기 기준 RMS 범위 값과 상기 RMS 추출부에 추출된 RMS 값을 비교하여 상기 배관구조물의 정상 상태 여부를 결정하는 정상상태 판단부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템.
The method according to claim 3, The monitoring device,
A comparative impedance extracting unit for extracting an impedance value in a resonant frequency band of the pipe structure using an impedance continuously calculated and transmitted from the impedance calculator, and an RMS value of the induced ultrasonic response signal input from the inductive ultrasonic measuring apparatus; An RMS extracting unit for extracting a reference value, a reference value storing unit storing a reference impedance range value and a reference RMS range value of the pipe structure corresponding to a reference range for determining whether the pipe structure is in a normal state, and the reference impedance range value And a steady state determination unit which compares the impedance value extracted by the comparison impedance extracting unit, and compares the reference RMS range value with the RMS value extracted by the RMS extracting unit to determine whether the pipe structure is in a normal state. Impedance using a piezoelectric sensor, characterized in that Docho acoustic pipe structure based monitoring system.
청구항 5에 있어서,
상기 정상상태 판단부는 상기 임피던스 추출부에서 추출된 임피던스 값이 상기 기준 임피던스 범위 값에 포함되고 상기 RMS 추출부에서 추출된 RMS 값이 상기 기준 RMS 범위 값에 포함되는 경우에만 상기 배관구조물이 정상 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 압전센서를 이용한 임피던스 및 유도초음파 기반의 배관구조물 모니터링 시스템.
The method according to claim 5,
The steady state determination unit may be in a normal state only when the impedance value extracted from the impedance extractor is included in the reference impedance range value and the RMS value extracted from the RMS extractor is included in the reference RMS range value. Piping structure monitoring system based on impedance and ultrasonic wave using a piezoelectric sensor characterized in that it is determined to be.
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