KR101225752B1 - 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템이 개시된다. 본 발명은 매설 배관에 서로 이격되어 설치된 자성체에서 발생하는 제1 신호와 제2 신호를 감지하고 이들 신호간의 이격된 거리를 계산하고, 계산된 거리에 해당하는 깊이 데이터를 메모리부에서 판독하여 표시부에 매설된 배관의 위치와 깊이를 표시하도록 구성함으로써, 매설된 배관의 위치와 깊이를 정확하게 측정할 수 있으며, 무전원의 자기장을 이용하므로, 소음이나 진동, 습도 등의 실험조건에 크게 영향을 받지 않으며 구현이 간단하다는 효과가 있다.

Description

배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템{DETECTING SYSTEM FOR UNDERGROUND PIPES USING MAGNETIC FIELD}

본 발명은 지하에 매설된 배관 위치를 측정하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 매설 배관에 서로 이격되어 설치된 자성체에서 발생하는 자기장을 이용하여 매설 배관의 위치 및 깊이를 정확하게 측정할 수 있는 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템에 관한 것이다.

산업화와 도시화로 인해 단위 면적당 거주 인구가 늘어나고 각종 시설물의 수용가 증가하여 공간의 밀집도가 높아짐에 따라 시설물의 밀집으로 인한 불편을 방지하고 지상의 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 하기 위해 상하수도, 전기, 통신, 가스, 난방 등의 기반시설을 지하에 매설하게 되었다.

하지만, 지하에 매설된 시설물은 그 위치와 상태를 시각적으로 확인할 수 없으므로 유지보수가 어렵고 또한 각종 도로굴착공사로 인해 쉽게 파손되어 사고를 유발할 수 있는 잠재적인 위험을 내포하고 있다.

따라서, 도시기반시설의 효율적이고 안전한 관리를 위해서는 지하시설물의 위치 파악이 필수적일 수밖에 없다.

지하시설물의 위치를 파악하기 위해서 초기에는 지하시설물에 대한 탐사장비가 없었으므로 직접 땅을 굴착하여 시설물을 확인하고 도면을 작성하여 위치를 확인하는 방법이 일반적으로 사용되었지만 기술이 발전함에 따라 땅을 굴착하지 않고서도 지하시설물의 위치를 탐지할 수 있는 탐사방법들이 개발되어 사용되고 있다.

현재까지 주로 사용되고 있는 지하시설물 탐지방법으로는 지중레이더 탐사법(Ground penetration radar method), 전자유도 탐사법, 음파 탐사법 등이 있다.

이들 가운데 지중레이더 탐사법은 전자기파가 반사되는 성질을 이용하여 지중의 각종 현상을 밝히는 방법이다. 그러나 지하 매질은 공기보다 물리적으로 매우 불균일하므로 반사체의 형태와 위치가 매우 복잡하다. 따라서 지하에서 반사되어 온 신호들이 많은 잡음을 포함하고 있으므로 정확한 지하 매설 배관을 탐지하는 데 어려움이 있다.

또한, 전자유도 탐사법은 전도체에 전기가 흐르면 도체 주변에 자장이 형성되는 원리를 이용하는 방법이다. 전자유도 탐사법은 매설 배관이 비금속 관로나 공 관로인 경우에도 소형 발진기인 탐침을 이용하여 탐사할 수 있으므로 현재 가장 많이 사용되는 방법 가운데 하나이다. 그러나 일반적 탐사기 성능을 고려할 때 배관 매설의 깊이가 3m를 초과하면 사용하기 어렵다. 또한, 고압선, 가드 레일, 울타리 등 전자파 장애가 있는 지역에서는 사용에 어려움이 있으며, 시설물이 비금속 배관인 경우, 동일선상에 배관이 겹쳐있는 경우 등에서는 사용이 적합하지 않고 사용시 고전류를 필요로 하는 문제가 있다.

그리고 음파 탐사법은 물로 가득 찬 관로에 음파신호를 보내고 탐지기로 배관에 흐르는 음파신호를 측정하여 매설된 관의 위치를 탐지하는 방법이다. 그러나 음파 탐사법은 관로에 물이 가득 차 있는 경우에만 사용이 가능하고 매설 깊이는 측정하기 어렵다는 한계가 있다.

이러한 종래의 지하시설물 탐지방법 중 일례가 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 등록특허 10-0369401호(명칭: 자기장을 이용한 매설 배관 위치 측정 시스템)의 대표도면으로, 매설 배관의 위치측정시스템은 매설 배관에 부착되어 주위에 일정 크기 이상의 자기장을 형성시키는 자성체(11)를 지하에 구비하게 된다. 또한, 지상에는 자성체(11)에서 발생된 자기장을 전기신호로 변환해주는 전류 자기 센서(12)와 전류 자기 센서에서 자기장이 전기신호로 변환되어 전달된 신호를 증폭 및 필터링 해주는 신호 처리 회로(13)와 신호처리된 신호를 분석하여 매설 배관의 위치를 계산하는 계산부(14)인 컴퓨터가 구비된다.

자성체는 일종의 영구자석이다. 재질은 금속이나 비금속, 경우에 따라서는 자성물질을 포함하는 합성수지를 사용할 수도 있다. 전류 자기 센서로 흔히 자장계(magnetometer)를 사용할 수 있다. 자장계는 권선형 코일에 전류계 혹은 전압계와 같은 측정장치를 연결하고, 코일을 회전시키거나 기타 운동시켜 코일을 지나는 자속을 변화시키는 원리를 이용한 것이다.

자성체의 자기장이 강할수록 위치의 탐지가 용이할 것이나 큰 자기장을 형성하는 것은 비용이 관계되는 문제이므로 대개 자성체에 의해 형성되는 자기장은 미약한 경우가 많다. 따라서 자장계에서 발생되는 전기신호도 미약하기 쉽고, 이 미약한 신호를 증폭하고 주변의 잡음신호의 영향을 받지 않고 구분될 수 있도록 하는 것이 신호 처리 장치가 된다. 신호 처리 장치는 주로 미약한 신호를 처리하기 좋도록 증폭시키는 증폭회로와 원하는 영역이나 패턴의 신호만을 선별하는 필터링 회로를 위주로 구성된다.

이러한 자성체로 인하여 매설 배관이 위치해 있는 부분에서는 항상 특유의 자기장이 형성되며 자기 측정용 전류 자기 센서를 이용함으로써 이를 검출하여 매설 배관의 위치를 탐지할 수 있는 기술이다.

그러한 이러한 기술은 대략적인 배관의 매설된 위치를 추정은 할 수 있으나, 그 매설된 위치와 깊이를 정확히 파악하기는 어렵다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 주위 환경의 진동, 소음, 습기 등의 영향을 받지 않고, 별도의 전원을 필요로 하지 않는 자기장을 이용하여 매설배관의 위치와 깊이를 정확하게 측정할 수 있는 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 토양에 매설된 배관의 상부에 서로 이격되어 설치되며 위치측정을 위한 자기장을 형성하는 자성체, 지표면에 전달된 상기 이격된 자성체의 제1 자기장 및 제2 자기장을 수신하는 자기 안테나, 상기 자기 안테나에서 이격되어 수신된 제1 신호와 제2 신호 중 노이즈를 제거하는 필터부, 상기 노이즈가 제거된 제1 신호와 제2 신호를 증폭하는 신호증폭부, 상기 이격된 신호 간의 거리에 따른 깊이 정보를 저장하는 메모리부, 상기 신호증폭부에서 증폭된 이격된 신호와 상기 메모리부의 신호를 비교분석하여 처리하는 데이터처리부, 상기 데이터 처리부에서 처리된 신호를 표시하는 표시부, 및 상기 각부에 동작 전원을 공급해주는 전원공급부로 이루어진 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템은, 상기 데이터처리부는 상기 신호증폭부에서 증폭되어 수신된 제1 신호와 제2 신호간의 이격된 거리를 계산하고, 계산된 거리에 해당하는 데이터를 상기 메모리부에서 판독하여 상기 표시부에 매설된 배관의 깊이를 표시하도록 하도록 구성함으로써 달성될 수 있다.

또한, 상기 자성체는 서로 반대 방향의 극성으로 배관의 상부에 이격되어 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템에 의하면, 매설된 배관에 설치된 2개의 자성체를 이용하여 배관의 위치와 깊이를 정확하게 측정할 수 있으며, 무전원의 자기장을 이용하므로, 소음이나 진동, 습도 등의 실험조건에 크게 영향을 받지 않으며 구현이 간단하다는 효과가 있다.

도 1은 종래의 자기장을 이용한 매설배관 위치측정시스템을 개략적으로 표현하는 구성도,
도 2는 본 발명의 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템을 도시한 구성도,
그리고,
도 3은 자성체의 배열에 따른 배관 정보의 예를 보여주는 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템을 도시한 구성도로서, 도시된 바와 같이, 토양에 매설된 배관의 위치측정시스템은 매설 배관(110)에 서로 이격되어 부착되어 주위에 일정 크기 이상의 자기장을 형성시키는 자성체(120a, 120b)를 지하에 구비하고 자성체(120a,120b)로부터 자기장을 수신하여 전류, 전압으로 변환시키는 자기 안테나(130)와 미약한 전기신호에서 주변의 잡음신호의 영향을 받지 않고 구분될 수 있도록 신호처리하는 필터부(140)와 상기 수신된 신호를 증폭하는 신호증폭기(150)와 신호증폭된 신호를 분석하여 매설 배관의 위치와 깊이를 계산하는 데이터처리부(160)와 상기 이격된 신호간의 거리에 따른 깊이 정보를 저장하는 메모리부(180)와 상기 데이터 처리부(160)에서 처리된 신호를 표시하는 표시부(190) 및 상기 각부에 동작 전원을 공급해주는 전원공급부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.

자성체(120a, 120b)는 이격된 거리에 따라 차후에 매설된 깊이를 계산할 수 있도록 매설되는 깊이에 따라 이격거리를 달리하여 구성한다.

본 발명에 사용되는 자성체는 일종의 영구자석으로, 재질은 금속이나 비금속, 경우에 따라서는 자성물질을 포함하는 합성수지를 사용할 수도 있다. 전류 자기 센서로 흔히 자장계(magnetometer)를 사용할 수 있다. 자장계는 권선형 코일에 전류계 혹은 전압계와 같은 측정장치를 연결하고, 코일을 회전시키거나 기타 운동시켜 코일을 지나는 자속을 변화시키는 원리를 이용한 것이다.

이하에서 사용되는 용어는 다음과 같이 구별하여 사용하도록 한다.

"제 1 자기장"이란 지하에 매설된 제1 자성체에서 발생되는 자기장을 말하며, "제 2 자기장"이란 지하에 매설된 제2 자성체에서 발생되는 자기장을, "제 1 신호"는 제1 자성체에서 발생된 제1 자기장을 자기 안테나에서 수신한 상태의 신호를 말하며, "제 2 신호"란 제2 자성체에서 발생된 제2 자기장을 자기 안테나에서 수신한 상태의 신호를 말한다.

또한, 자성체(120a, 120b)는 매설되는 것이므로 자성 물질은 자기장에 영향을 주지 않으며 주위 환경에 견디는 케이스에 넣어지거나 자체가 환경에 의해 부식되지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 매설 배관의 상부에 서로 이격되어 설치되는 자성체(120a,120b)는 배관이 매설된 지표면을 자기 안테나(130)가 일정속도로 이동하게 되면 이격된 자성체(120a, 120b)의 자계방향에 따라 자기안테나에 교번하는 전압, 전류가 유기되고 이 신호로부터 지하매설물의 위치와 깊이 정보를 파악할 수 있도록 구성된다.

도 3의 자성체의 배열에 따른 배관 정보의 예를 보여주는 도면을 참고하면, 자성체(120a,120b)는 수k gauss 정도의 페라이트계 영구자석으로서 소정 크기의 자석을 서로 이격하여 설치한다.

본 발명에 있어서, 자기장은 N 극에서 발생되어 S 극으로 수렴하는 방향성을 갖고 있으므로, 자기장의 방향이 지표방향인 경우는 이진코드(디지털)의 on(1)로 인식하며 그 반대 방향인 경우는 off(0)로 인식하게 된다. 자기장의 이러한 성질을 이용하여, 영구자석의 극성의 방향을 다르게 배치하여 서로 다르게 인식된 자기장간의 위치(x)를 파악할 수 있도록 거리 정보를 상술한 영구자석을 서로 이격시켜 구성하여 지하에 매설된 배관에 부착하여 매설함으로써 달성할 수 있게 한다.

이렇게 지하에 매설된 자성체의 지표면을 자기안테나(130)가 등속도로 이송시킴으로써 자기안테나(130)에 유기되는 전압, 또는 전류에서 필터부(140)에서 불필요한 노이즈를 제거하고 신호증폭기(150)에 인가되며, 신호증폭기(150)에서 증폭된 신호는 데이터 처리부(160)에 입력되고 데이터 처리부(160)는 자성체의 거리에 따라 미리 설정하여 입력된 깊이정보를 저장하는 메모리부(180)의 신호와 데이터 처리부(160)에서 처리된 신호에서 자성체의 이격거리(x)를 계산하고 이에 해당하는 깊이 정보를 메모리부(180)에서 판독하여 위치와 깊이정보를 표시부(190)에 표시하도록 구성된다.

대개 자성체에 의해 형성되는 자기장은 미약한 경우가 많다. 따라서 자장계에서 발생되는 전기신호도 미약하기 쉽고, 이 미약한 신호에 포함된 잡음 신호를 제거하고 증폭하여 주변 신호의 영향을 받지 않고 구분될 수 있도록 하는 것이 필터부(140)와 신호증폭부(150)이다.

데이터 처리부(160)는 입력된 증폭 신호를 변환하여 이격된 제1 자성체(120a)와 제2 자성체(120b)간의 거리(x)를 계산하는 데 두 신호 간의 거리는 자기장의 방향이 바뀌는 즉 두 신호간의 거리를 계산한다.

상술한 바와 같이 지표방향의 신호인지 반대 방향의 신호인지를 인식하여 두 신호간의 거리를 계산하는 것이다.

즉, 자성체(120a, 120b)는 서로 이격되어 반대 방향으로 배치함으로써 이들 간의 거리를 측정하는 것으로 설정된다.

메모리부(180)에는 두 자성체(120a,120b)간의 거리에 따른 깊이정보를 저장해둔다.

자성체의 방향성을 고려하여 기본적으로 5cm이상 떨어진 것으로 설정하고 두 자성체 간의 거리가 5cm로 판단되면 대략 깊이정보는 1m로, 6cm인 경우는 1.5m 등과 같이 거리 정보에 따른 적절한 깊이정보를 저장해두는 것이다.

이후, 이격된 두 자성체 간의 거리가 계산되면, 데이터 처리부(160)는 메모리부(180)에 저장되어 있는 두 자성체 간의 거리별 깊이정보를 판독하여 표시부(190)에 배관의 매설된 위치와 깊이 정보를 표시하게 되는 것이다.

상술한 구성을 통해 본 발명의 실시 예에서는 자성체로 인하여 매설 배관이 위치해 있는 부분에서는 항상 특유의 자기장이 형성되며 자기 안테나를 이용함으로써 그 위치를 검출하고, 자성체 간의 이격된 거리에 따라 매설 배관의 깊이를 탐지할 수 있는 것이다.

또한, 지하매설물 관리자는 표시부(190)에 표시되는 지하매설물에 대한 정보를 파악하여 매설물관리에 활용하고 또한 주변 지형지물 등의 주변지역정보 데이터와 상기 지하매설물 정보를 그래픽 처리 등으로 효율적으로 매설물 관리를 할 수 있는 것이다.

특히 기존에 이들 시설을 관리하기 위해서는 직접 땅을 파고 센서를 설치하는 등의 과정이 필요했지만 새로운 시스템은 센서에서 보내온 정보로 관리가 가능하기 때문에 지중 시설물들에 대한 관리비용을 30%에서 50% 이상 절감해 줄 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

110 : 배관 120a,120b : 자성체
130 : 자기안테나 140 : 필터부
150 : 신호증폭부 160 : 데이터처리부
170 : 전원공급부 180 : 메모리부
190 : 표시부

Claims (1)

1. 토양의 주위환경에 의하여 부식되지 않는 케이스에 넣어져서 매설된 배관의 상부에 매설깊이에 따라 이격되어 설치되며 위치측정을 위한 자기장을 형성하고 수 킬로 가우스(K gauss) 범위의 페라이트계 영구자석으로 이루어지는 다수의 자성체;
   상기 배관이 매설된 지표면을 일정속도로 이동하여 이격 설치된 상기 자성체로부터 전달되며 극성의 방향에 따라 교번하여 전압, 전류로 유기되는 자기장 신호들을 수신하는 자기 안테나;
   상기 자기 안테나에 접속하고 상기 자기 안테나가 수신하여 입력시킨 자기장 신호들로부터 주변의 노이즈 신호를 제거하는 필터부;
   상기 필터부에 접속하며 상기 노이즈가 제거된 자기장 신호들을 입력하여 증폭하는 신호증폭부;
   상기 자성체에 의하여 자기장이 바뀌는 자기장 신호들 간의 거리에 따른 깊이 정보를 미리 설정하여 저장하는 메모리부;
   상기 신호증폭부와 상기 메모리부에 접속하고 상기 신호증폭부에서 증폭되어 수신된 자기장 신호들로부터 자성체들의 이격거리를 계산하며 상기 메모리부에 저장된 거리에 따른 깊이 정보와 비교분석 처리하여 해당 깊이 정보를 판독하는 데이터처리부;
   상기 데이터처리부에 접속하고 상기 데이터 처리부에서 처리된 신호를 표시하는 표시부; 및
   상기 각부에 동작 전원을 공급해주는 전원공급부; 로 이루어진 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템에 있어서,
   상기 데이터처리부는
   상기 신호증폭부에서 증폭되어 수신된 자기장 신호들 간의 이격된 거리를 계산하고, 계산된 거리에 해당하는 데이터를 상기 메모리부에서 비교분석으로 판독하여 상기 표시부에 매설된 배관의 깊이를 표시하며,
   상기 다수의 자성체는
   각각 인접된 자성체와 반대 방향의 극성으로 배관의 상부에 5 센티미터(cm) 이상 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 배관의 매설위치 확인용 자기장 측정 시스템.
   

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