KR101381469B1 - A Method for Reducing Mechanical Noise of Cross-Correlation Method for Leak Detection of a Buried Pipe - Google Patents

A Method for Reducing Mechanical Noise of Cross-Correlation Method for Leak Detection of a Buried Pipe Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법은, 탐촉자에 의해 누설 진동파 신호를 획득하는, 신호 획득 단계; 누설 진동파 신호를 주파수 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호로 변환한 후 배관 주변의 회전체들에 의해 발생 가능한 잡음 성분을 제거함으로써 보정 누설 진동파 신호를 생성하는, 잡음 제거 단계;및 보정 누설 진동파 신호를 다시 시간 영역에서 표현되는 보정 누설 진동파 신호로 변환하는, 재변환 단계;를 포함하며, 재변환 단계 후 상호상관함수기법(Cross-Correlation Function Method)을 통해 배관의 누설 위치를 추정할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 가령 배관에서의 누설 위치를 추정 시에 주변 잡음이 큰 경우에도 주변 회전체에 기인한 주기적인 잡음 성분 제거함으로써 배관의 누설 위치를 정확하게 추정할 수 있다.The mechanical noise removing method for improving the accuracy of the buried pipe leakage detection cross-correlation function according to an embodiment of the present invention, the signal acquisition step of obtaining a leakage vibration wave signal by the probe; A noise removing step of converting the leaky vibration wave signal into a leaky vibration wave signal expressed in the frequency domain and generating a corrected leak vibration wave signal by removing a noise component that may be generated by the rotating bodies around the pipe; And a reconversion step of converting the wave signal into a corrected leakage oscillation wave signal represented in the time domain. After the reconversion step, the leakage position of the pipe may be estimated through a cross-correlation function method. Can be. According to the embodiment of the present invention, even when the leakage noise in the pipe is estimated, even when the ambient noise is large, the leakage position of the pipe can be accurately estimated by removing the periodic noise component caused by the peripheral rotor.

Description

매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법{A Method for Reducing Mechanical Noise of Cross-Correlation Method for Leak Detection of a Buried Pipe}A method for reducing mechanical noise of cross-correlation method for leak detection of a buried pipe

매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 배관에서의 누설 위치를 추정 시에 배관 주변의 회전체 기계 잡음이 큰 경우에도 주변 회전체에서 기인한 주기적인 잡음 성분을 제거함으로써 배관의 누설 위치를 정확하게 추정할 수 있는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법이 개시된다.
Disclosed is a method for removing mechanical noise to improve the accuracy of a cross-correlation function for buried pipe leakage detection. More specifically, the buried pipe that can accurately estimate the leak location of the pipe by removing the periodic noise component caused by the surrounding rotor even when the rotor mechanical noise around the pipe is large when estimating the leak location in the pipe. Disclosed is a mechanical noise reduction method for improving the accuracy of a leak detection cross-correlation function technique.

최근 들어, 발전소 및 플랜트의 장기간 운전에 따라, 초기 건설 시 지하에 매설된 소화수관, 용수관 및 외부로부터 유입된 송유관 등에서 장기간의 부식으로 인한 누설이 발생하고 있으며, 이에 경제적인 손실 및 환경 오염 문제가 유발되고 있다.Recently, due to long-term operation of power plants and plants, leaks due to long-term corrosion have occurred in the digestive water pipes, water pipes, and oil pipes introduced from the basement during the initial construction, and thus economic loss and environmental pollution problems. Is being triggered.

실제, 미국 전력연구원(Electric Power Research Institute)은 매설배관의 관리문제와 관련된 의제를 도출한 바 있으며, 매설배관 건전성 그룹을 만들고 누설을 평가하는 기술 개발에 대한 지원을 계획 중에 있다.In fact, the US Electric Power Research Institute has developed an agenda related to the management of buried pipelines and plans to support the development of technologies to create buried pipeline soundness groups and to assess leakage.

또한, 현재 국내 연구소 및 대학에서도 매설배관의 누설을 탐지하기 위한 기법을 연구하고 있으나 아직 상용화 단계까지는 연구개발이 수행되지 못하였으며, 주로 상호상관함수(Cross-Correlation Function) 기법을 이용한 외산 장비가 주로 상수도 매설배관의 누설 탐지에 활용되고 있는 실정이다.In addition, domestic research institutes and universities are currently studying techniques for detecting leaks in buried pipelines, but the research and development has not been carried out until the commercialization stage, and foreign equipment mainly using the cross-correlation function technique is mainly used. The situation is being used to detect leaks in the water supply buried pipe.

그러나 발전소와 같이 매설배관 주변에 진동 및 소음을 발생시키는 기기들이 장착되어 있는 경우 주변 잡음이 상호상관함수에 의한 누설 탐지의 분석 결과에 영향을 끼칠 수 있다.However, when there are devices that generate vibration and noise around buried pipelines such as power plants, the ambient noise may affect the analysis results of leak detection by cross-correlation function.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 배관 누설 추정 장치가 배관에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2a 내지 도 2c는 잡음의 정도에 따른 상호상관함수를 도시한 그래프들이다.1 is a view schematically showing a state in which a pipe leakage estimating apparatus is mounted on a pipe according to a conventional embodiment, and FIGS. 2A to 2C are graphs showing a cross-correlation function according to a degree of noise.

도 1을 참조하면, 종래의 일 실시예에 따른 배관 누설 추정 장치의 경우, 누설이 추정되는 배관(1)의 양단에 설치되는 한 쌍의 탐촉자(10, 20)를 포함할 수 있으며, 이러한 탐촉자(10, 20)를 이용하여 누설 위치(P)로부터 양단으로 전파되는 누설 진동파 신호(s1(t), s2(t))를 계측한 후 상호상관함수를 분석하여 누설 위치(P)를 추정할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the case of a pipe leakage estimating apparatus according to a conventional embodiment, the probe may include a pair of transducers 10 and 20 installed at both ends of the pipe 1 in which leakage is estimated. Using (10, 20), measure the leakage vibration wave signals s 1 (t) and s 2 (t) propagating from the leakage position P to both ends, and then analyze the cross-correlation function to find the leakage position (P). Can be estimated.

도 1에서 d1 및 d2는

Figure 112013075993506-pat00001
,
Figure 112013075993506-pat00002
로 정의될 수 있고, τd는 배관(1) 양단 탐촉자(10, 20) 위치에서의 누설 진동파 신호(s1(t), s2(t))의 도달 시간차(t1-t2)를 나타내며, c는 누설에 의해 발생한 누설 진동파 신호(s1(t), s2(t))의 배관에서의 전파속도를 나타낸다. 이 때, 상호상관함수는 다음의 식으로 나타낼 수 있다.In Figure 1 d 1 and d 2 is
Figure 112013075993506-pat00001
,
Figure 112013075993506-pat00002
Can be defined by, τ d is the pipe (1) reaches the time difference of the leakage oscillation wave signal (s 1 (t), s 2 (t)) at both ends of transducer (10, 20) position (t 1 -t 2) C denotes the propagation velocity in the pipe of the leaked vibration wave signals s 1 (t) and s 2 (t) generated by the leak. In this case, the cross-correlation function can be expressed by the following equation.

Figure 112013075993506-pat00003
......식
Figure 112013075993506-pat00003
......expression

여기서, 누설이 발생되는 경우 배관(1)의 누설 위치(P)에서 발생하는 누설 진동파 신호(s1(t), s2(t))는 배관(1)의 양단으로 전파되며, 상호상관함수기법을 통해 배관(1)의 양단에 설치되는 탐촉자(10, 20)에 도달하는 누설 진동파 신호(s1(t), s2(t))의 도달 시간차(τd : 시간 지연)가 배관(1) 양단의 탐촉자(10, 20)와 누설 위치(P)까지의 거리에 따라 달라지는 현상을 이용하여 누설을 추정할 수 있다.Here, when leakage occurs, the leakage vibration wave signals s 1 (t) and s 2 (t) generated at the leakage position P of the pipe 1 are propagated to both ends of the pipe 1, and cross-correlate. The time difference of arrival (τ d : time delay) of the leaked vibration wave signals s 1 (t) and s 2 (t) reaching the transducers 10 and 20 installed at both ends of the pipe 1 by a water-based technique Leakage can be estimated using the phenomenon which varies according to the distance between the transducers 10 and 20 and the leakage position P of the both ends of the piping 1.

그런데, 이러한 방법은 주변 소음이 작은 환경에서는 누설 위치(P)를 추정할 수 있으나, 배경 소음이 큰 경우 누설 위치(P) 추정이 어려운 한계가 있다. 예를 들면, 발전소의 경우 지하에 매설된 배관(1)의 주변에는 펌프, 전동기 냉각팬 등의 기계가 발전소의 운전 기간 동안 정지 기간 없이 연속적으로 운행되는 경우가 대부분인데, 발전소 운전 기간 중 누설 탐지를 위하여 주변에서 운전되는 기계류를 정지시키는 것은 용이하지 않다.By the way, this method can estimate the leakage position (P) in a low ambient noise environment, but when the background noise is large, it is difficult to estimate the leakage position (P). For example, in the case of a power plant, a machine such as a pump or a motor cooling fan is continuously operated around the pipe 1 buried underground, without any downtime during the operation of the power plant. It is not easy to stop the machinery running around.

따라서, 발전소에서의 누설 탐지는 일반적으로 배관(1) 주변의 기계류가 운전되는 상태에서 수행될 수밖에 없는데, 종래의 방법으로는 배관(1)의 양단에 설치된 탐촉자(10, 20)에서 계측되는 신호로부터 배관의 누설에 의한 진동 성분(s1(t), s2(t))과 기계 진동 성분을 구분하기가 쉽지 않았으며, 따라서 누설 위치(P) 추정의 신뢰성이 저하될 우려가 있다.Therefore, the leak detection in the power plant generally can only be performed while the machinery around the pipe 1 is operated. In the conventional method, signals measured by the transducers 10 and 20 installed at both ends of the pipe 1 are measured. It is not easy to distinguish the vibration components s 1 (t) and s 2 (t) from the mechanical vibration components due to leakage of the pipe from the pipes, so that the reliability of the leakage position P estimation may be deteriorated.

즉, 도 2a 내지 도 2c의 그래프를 통해 알 수 있는 것처럼, 기계 잡음이 없는 경우 상호상관함수기법을 이용하여 누설 위치를 정확하게 파악할 수 있으나, 기계 잡음이 있는 경우, 즉 주변 잡음에 대한 누설 진동파 신호의 비를 나타내는 지표인 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 1.5인 경우 누설 위치 추정이 다소 어려워지고, 아울러 더 큰 기계 잡음이 있는 경우, 예를 들면 신호대 잡음비가 1.0인 경우 누설 위치 추정이 거의 어려워짐을 알 수 있다.That is, as can be seen through the graphs of FIGS. 2A to 2C, when there is no mechanical noise, the leakage position can be accurately determined by using a cross-correlation function. However, when there is a mechanical noise, that is, a leakage vibration wave for ambient noise. The signal to noise ratio (SNR), an indicator of the ratio of the signals, is 1.5, which makes the leak position estimation somewhat more difficult, and also, when there is greater mechanical noise, for example, the signal-to-noise ratio is 1.0, This can be seen to be almost difficult.

이에, 예를 들면 배관(1) 주변에 있는 회전체의 기계 잡음이 큰 경우에도 주변 회전체에서 기인한 주기적인 잡음 성분을 제거함으로써 누설 위치(P)를 정확하게 추정할 수 있는 새로운 방법의 개발이 요구되는 실정이다.
Thus, for example, even when the mechanical noise of the rotating body around the pipe 1 is large, the development of a new method for accurately estimating the leakage position P by removing the periodic noise component caused by the surrounding rotating body has been proposed. It is required.

본 발명의 실시예에 따른 목적은, 가령 배관에서의 누설 위치를 추정 시에 주변 잡음이 큰 경우에도 주변 회전체에 기인한 주기적인 잡음 성분을 제거함으로써 배관의 누설 위치를 정확하게 추정할 수 있는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment of the present invention is to buried a pipe which can accurately estimate a leak location of a pipe by removing a periodic noise component caused by a peripheral rotor even when the ambient noise is large when estimating a leak location in a pipe. To provide a mechanical noise reduction method for improving the accuracy of the cross-correlation function for pipe leakage detection.

또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 상호스펙트럼의 위상 정보를 이용하여 시간 지연을 추정함으로써 배관의 누설 위치를 정확하게 추정할 수 있는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법을 제공하는 것이다.
In addition, another object according to an embodiment of the present invention is to mutually improve the accuracy of the cross-correlation function for the buried pipe leakage detection that can accurately estimate the leak position of the pipe by estimating the time delay using the phase information of the cross-spectrum It is to provide a time delay estimation method using spectral phase information.

본 발명의 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법은, 배관의 외주면에 배치된 탐촉자를 이용하여 검출된 누설 진동파 신호로부터 배관의 누설을 추정하는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법으로서, 상기 탐촉자에 의해 상기 누설 진동파 신호를 획득하는, 신호 획득 단계; 상기 누설 진동파 신호를 주파수 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호로 변환한 후 상기 배관 주변의 회전체들에 의해 발생 가능한 잡음 성분을 제거함으로써 보정 누설 진동파 신호를 생성하는, 잡음 제거 단계; 및 상기 보정 누설 진동파 신호를 다시 시간 영역에서 표현되는 보정 누설 진동파 신호로 변환하는, 재변환 단계;를 포함하며, 상기 재변환 단계 후 상호상관함수기법(Cross-Correlation Function Method)을 통해 상기 배관의 누설 위치를 추정함으로써, 가령 배관에서의 누설 위치를 추정 시에 주변 잡음이 큰 경우에도 주변 회전체에 기인한 주기적인 잡음 성분을 제거함으로써 배관의 누설 위치를 정확하게 추정할 수 있다.Mechanical noise removing method for improving the accuracy of the cross-correlation function method for buried pipe leakage detection according to an embodiment of the present invention, estimating the leakage of the pipe from the leakage vibration wave signal detected using a probe disposed on the outer peripheral surface of the pipe CLAIMS 1. A method for removing mechanical noise for improving accuracy of a buried pipe leakage detection cross-correlation function method, the method comprising: acquiring the leaked vibration wave signal by the probe; Generating a corrected leakage vibration wave signal by converting the leakage vibration wave signal into a leakage vibration wave signal expressed in a frequency domain and then removing a noise component that may be generated by the rotating bodies around the pipe; And a reconversion step of converting the corrected leakage vibration wave signal into a corrected leakage vibration wave signal represented in a time domain. The reconversion step includes a cross-correlation function method after the reconversion step. By estimating the leakage position of the pipe, even if the ambient noise is large when estimating the leakage position in the pipe, the leakage position of the pipe can be accurately estimated by removing the periodic noise component caused by the peripheral rotor.

여기서, 상기 탐촉자는 한 쌍 마련되어 상기 배관의 누설 위치의 양측에서 착탈 가능하게 장착되며, 상기 재변환 단계 시 시간 영역에서 표현되는 상기 보정 누설 진동파 신호를 통해 상호상관함수를 구함으로써 시간 지연을 구하며, 측정된 상기 시간 지연은 다음의 식에 대입됨으로써 상기 배관의 누설 위치를 추정할 수 있다.Here, the transducers are provided in pairs to be detachably mounted at both sides of the leaked position of the pipe, and the time delay is obtained by obtaining a cross-correlation function through the corrected leakage vibration wave signals expressed in the time domain during the reconversion step. The estimated time delay may be substituted into the following equation to estimate the leak position of the pipe.

Figure 112013075993506-pat00004
......식
Figure 112013075993506-pat00004
......expression

Figure 112013075993506-pat00005
,
Figure 112013075993506-pat00006
......식
Figure 112013075993506-pat00005
,
Figure 112013075993506-pat00006
......expression

(여기서, d1은 누설 위치로부터 하나의 탐촉자와의 거리, d2 는 누설 위치로부터 다른 하나의 탐촉자와의 거리, D는 탐촉자들 사이 거리, c는 누설 진동파의 배관에서의 전파속도임)(Where d 1 is the distance from one leak position to one transducer, d 2 is the distance from leak position to the other transducer, D is the distance between the transducers, c is the propagation speed in the pipe of the leaking vibration wave)

상기 잡음 제거 단계에서 주파수 영역에서 표현되도록 변환된 상기 누설 진동파 신호 중 미리 설정된 설정치(threshold)보다 큰 기계 잡음의 피크 성분을 제거함으로써 상기 보정 누설 진동파 신호를 생성할 수 있다.The corrected leakage vibration wave signal may be generated by removing a peak component of mechanical noise that is greater than a predetermined threshold among the leakage vibration wave signals converted to be expressed in the frequency domain in the noise removing step.

상기 잡음 제거 단계에서, 시간 영역에서 표현되는 상기 누설 진동파 신호를 주파수 영역에서 표현되는 상기 누설 진동파 신호로 변환하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)가 적용될 수 있다.In the noise removing step, a fast fourier transform (FFT) may be applied to convert the leakage vibration wave signal expressed in the time domain into the leakage vibration wave signal expressed in the frequency domain.

상기 재변환 단계에서, 주파수 영역에서 표현되는 상기 보정 누설 진동파 신호를 시간 영역에서 표현되는 상기 보정 누설 진동파 신호로 변환하기 위해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)가 적용될 수 있다.In the re-conversion step, an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) may be applied to convert the corrected leakage oscillation wave signal expressed in the frequency domain into the corrected leakage oscillation wave signal represented in the time domain.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법은, 배관의 외주면에 배치된 탐촉자를 이용하여 검출된 누설 진동파 신호로부터 배관의 누설을 추정하는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법으로서, 상기 배관의 탐촉자들로부터 계측된 누설 진동파 신호를 주파수 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호로 각각 변환한 후 변환된 누설 진동파 신호를 통해 상호스펙트럼을 구하는, 상호스펙트럼 획득 단계; 상기 상호스펙트럼을 통해 위상(phase)을 구한 후 위상의 기울기를 구하는, 위상 기울기 획득 단계; 및 상기 위상의 기울기를 통해 상기 탐촉자들로 전파되는 시간 지연을 구한 후 이러한 시간지연 정보를 이용하여 보정된 위상데이터를 생성하고, 이에 대한 역푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform)을 수행함으로써 상호상관함수를 구하고 상기 상호상관함수를 통해 상기 배관의 누설 위치를 추정하는, 누설 위치 추정 단계;를 포함할 수 있으며, 상호스펙트럼의 위상 정보를 이용하여 시간 지연을 추정할 수 있다.On the other hand, the mechanical noise removal method for improving the accuracy of the cross-correlation function method for the buried pipe leakage detection according to an embodiment of the present invention, the leakage of the pipe from the leaked vibration wave signal detected using a probe disposed on the outer peripheral surface of the pipe A time delay estimation method using cross-spectrum phase information for improving the accuracy of the estimated cross-correlation function for buried pipe leakage. A leaky vibration wave signal expressed in a frequency domain from a leaked vibration wave signal measured from the probes of the pipe. An interspectrum acquiring step of obtaining an interspectrum through each of the converted leakage vibration wave signals after converting the signal into each other; Obtaining a phase slope by obtaining a phase through the interspectrum and then obtaining a slope of the phase; And obtaining the time delay propagated to the transducers through the slope of the phase, generating the corrected phase data using the time delay information, and performing an Inverse Fast Fourier Transform on the cross-correlation function. Obtaining and estimating the leakage position of the pipe through the cross-correlation function, the leakage position estimating step; may include a time delay using the phase information of the cross-spectrum.

상기 상호스펙트럼 획득 단계 시, FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수 영역에서 표현되는 상기 누설 진동파 신호를 구한 후 다음의 식에 의해 상기 상호스펙트럼을 획득할 수 있다.In the interspectrum acquisition step, the leakage spectrum wave signal expressed in the frequency domain through the fast fourier transform (FFT) may be obtained, and then the interspectrum may be obtained by the following equation.

Figure 112013075993506-pat00007
......식
Figure 112013075993506-pat00007
......expression

(여기서 *는 공액복소수를 나타냄)(Where * represents a conjugate complex)

상기 상호스펙트럼은 크기 및 위상의 곱으로 표현되며,The interspectrum is expressed as a product of magnitude and phase,

Figure 112013075993506-pat00008
Figure 112013075993506-pat00008

(여기서,

Figure 112013075993506-pat00009
는 위상을 나타냄)(here,
Figure 112013075993506-pat00009
Indicates phase)

Figure 112013075993506-pat00010
식
Figure 112013075993506-pat00010
expression

상기 위상 기울기 획득 단계 시, 획득된 상기 위상은 상기 누설 진동파 신호가 상기 탐촉자로 전파되는 시간 지연 정보와 주변의 회전체에 의해 발생되는 기계 잡음 성분을 나타내며, 상기 상호스펙트럼의 위상을 커브피팅(curve fitting)함으로써 상기 누설 진동파 신호가 상기 탐촉자로 전파되는 시간 지연을 구할 수 있다.In the phase slope acquiring step, the acquired phase represents time delay information for propagating the leaky vibration wave signal to the probe and mechanical noise component generated by a rotating body around the curve, and curve fitting of the phase of the interspectrum curve fitting) to obtain a time delay at which the leaked vibration wave signal propagates to the probe.

상기 누설 위치 추정 단계 시, 상기 시간지연 정보를 이용하여 보정된 위상데이터(

Figure 112013075993506-pat00011
)를 생성하고, 이에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상기 시간 지연에 대한 상호상관함수를 구하며, 상기 상호상관함수를 통해 상기 배관의 누설 위치를 추정할 수 있다.
In the leak position estimation step, phase data corrected using the time delay information (
Figure 112013075993506-pat00011
), Obtain the cross-correlation function for the time delay through the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), and the leakage position of the pipe can be estimated through the cross-correlation function.

본 발명의 실시예에 따르면, 가령 배관에서의 누설 위치를 추정 시에 주변 잡음이 큰 경우에도 주변 회전체에 기인한 잡음의 성분을 제거함으로써 배관의 누설 위치를 정확하게 추정할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, even when the leakage noise in the pipe is estimated, even if the ambient noise is large, the leakage position of the pipe can be accurately estimated by removing components of the noise caused by the peripheral rotor.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 상호스펙트럼의 위상 정보를 이용하여 시간 지연을 추정함으로써 배관의 누설 위치를 정확하게 추정할 수 있다.
In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to accurately estimate the leak position of the pipe by estimating the time delay using the phase information of the interspectral.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 배관 누설 추정 장치가 배관에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 잡음의 정도에 따른 상호상관함수를 도시한 그래프들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 누설 추정 장치가 배관에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6a는 기계 잡음 제거 전 시간 지연에 따른 상호상관함수의 변화 그래프를 도시한 그래프이고, 도 6b는 기계 잡음 제거 후 시간 지연에 따른 상호상관함수의 변화 그래프를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 방법을 통해 상호상관함수를 구하는 과정을 표현한 그래프이다.
1 is a view schematically showing a state in which a pipe leakage estimating apparatus is mounted on a pipe according to a conventional embodiment.
2A to 2C are graphs showing cross-correlation functions according to the degree of noise.
3 is a flowchart of a method for removing mechanical noise for improving accuracy of a buried pipe leakage detection cross-correlation function according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a state in which a pipe leakage estimating apparatus is mounted on a pipe according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic representation of the method of FIG.
6A is a graph illustrating a change graph of the cross-correlation function according to the time delay before removing the mechanical noise, and FIG. 6B is a graph illustrating a change graph of the cross-correlation function according to the time delay after removing the mechanical noise.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a time delay estimation method using cross-spectrum phase information for improving accuracy of a buried pipe leakage detection cross-correlation function according to another embodiment of the present invention.
8A through 8C are graphs illustrating a process of obtaining a cross-correlation function through the method illustrated in FIG. 7.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following description is one of many aspects of the claimed invention and the following description forms part of a detailed description of the present invention.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail for the sake of clarity and conciseness.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 누설 추정 장치가 배관에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 도 3의 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a flowchart of a mechanical noise removing method for improving the accuracy of the buried pipe leakage detection cross-correlation function according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a pipe leakage estimating apparatus according to an embodiment of the present invention FIG. 5 is a view schematically showing a state mounted on the cover, and FIG. 5 is a view schematically showing the method of FIG.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법은, 배관(101)의 외주면에 이격되게 배치되는 한 쌍의 탐촉자(110, 120)를 이용하여 검출된 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))로부터 배관(101)의 누설을 추정하는 방법에 관한 것으로서, 먼저 이러한 방법이 적용되는 배관 누설 추정 장치에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.As shown in Figure 3, the mechanical noise removal method for improving the accuracy of the cross-correlation function method for the buried pipe leakage detection according to an embodiment of the present invention, a pair of transducers spaced apart from the outer peripheral surface of the pipe 101 The method relates to estimating the leakage of the pipe 101 from the leaked vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) detected using (110, 120). The estimation apparatus will be briefly described.

본 실시예의 배관 누설 추정 장치는, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 추정되는 누설 위치(P)의 양측에 위치하도록 배관(101)의 외주면에 착탈 가능하게 결합되는 한 쌍의 탐촉자(110, 120)를 포함할 수 있으며, 이러한 탐촉자(110, 120)에 의해 감지된 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 토대로 배관(101)의 누설을 추정할 수 있다. 여기서, 배관 누설 추정 장치는 상호상관함수(Cross-Correlation Function)를 이용하여 배관(101)의 누설을 추정할 수 있는데, 이에 대해서는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법의 설명 시 상술하기로 한다.As shown in FIG. 4, the pipe leakage estimating apparatus of the present embodiment includes a pair of probes 110 detachably coupled to the outer circumferential surface of the pipe 101 so as to be located at both sides of the estimated leak position P. 120 may be included, and leakage of the pipe 101 may be estimated based on the leaked vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) detected by the transducers 110 and 120. Here, the pipe leakage estimating apparatus can estimate the leakage of the pipe 101 by using a cross-correlation function, which is to remove mechanical noise to improve the accuracy of the cross-correlation function for buried pipe leak detection. The method will be described in detail later.

탐촉자(110, 120)는, 도 4에 도시된 것처럼, 추정되는 누설 위치(P)의 양측에 위치하도록 장착되어 누설 위치(P) 및 회전체(105)로부터 전파되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 감지한다. 이 때, 누설 위치(P) 파악을 위해 초음파 신호가 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The transducers 110 and 120 are mounted to be located at both sides of the estimated leak position P, as shown in FIG. 4, and leak vibration wave signals x 1 propagated from the leak position P and the rotor 105. (t), x 2 (t)) In this case, an ultrasonic signal may be applied to identify the leakage position P, but is not limited thereto.

본 실시예의 배관 누설 추정 장치는, 탐촉자(110, 120)에 의해 감지된 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))에 기초하여 누설 위치(P)를 추정하기 위해서, 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))로부터 주변 잡음(n1(t), n2(t))에 해당하는 잡음 신호를 제거할 수 있다. The pipe leakage estimating apparatus of this embodiment leaks in order to estimate the leak position P based on the leak vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) detected by the transducers 110 and 120. The noise signals corresponding to the ambient noises n 1 (t) and n 2 (t) may be removed from the vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t).

부연 설명하면, 도 4에 도시된 것처럼, 하나의 탐촉자(110)에 누설 위치(P)로부터 누설 신호(s1(t))가 도달될 수 있고, 또한 회전체(105)로부터 기계 잡음 신호(n1(t))가 도달될 수 있다. 마찬가지로 다른 하나의 탐촉자(120)에 누설 위치(P)로부터 누설 신호(s2(t))가 도달될 수 있고, 또한 회전체(105)로부터 기계 잡음 신호(n2(t))가 도달될 수 있다. 즉, 탐촉자(110, 120)들에 누설 신호(s1(t), s2(t)) 및 기계 잡음 신호(n1(t), n2(t))가 혼합된 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))가 도달될 수 있다. 이는 다음의 식으로 나타낼 수 있다.In detail, as shown in FIG. 4, a leak signal s 1 (t) may be reached from the leak position P at one transducer 110, and a mechanical noise signal () may be received from the rotor 105. n 1 (t)) can be reached. Likewise, the leak signal s 2 (t) can be reached from the leak position P to the other transducer 120, and the mechanical noise signal n 2 (t) can also be reached from the rotor 105. Can be. That is, the leakage vibration wave signal in which the leak signals s 1 (t) and s 2 (t) and the mechanical noise signals n 1 (t) and n 2 (t) are mixed with the transducers 110 and 120 ( x 1 (t), x 2 (t)) can be reached. This can be expressed by the following equation.

Figure 112013075993506-pat00012
,
Figure 112013075993506-pat00013
Figure 112013075993506-pat00012
,
Figure 112013075993506-pat00013

그런데, 본 실시예에서는 배관(101)에서의 누설 위치(P)를 추정 시에 주변 회전체(105)에 기인한 주기적인 잡음 성분(n1(t), n2(t))을 제거함으로써 배관(101)의 누설 위치(P)를 정확하게 추정할 수 있는 것이다.By the way, in this embodiment, by removing the periodic noise components n 1 (t) and n 2 (t) attributable to the peripheral rotor 105 at the time of estimating the leakage position P in the pipe 101. It is possible to accurately estimate the leakage position P of the pipe 101.

한편, 이하에서는 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.On the other hand, with reference to Figure 3, it will be described in detail with respect to the mechanical noise removal method for improving the accuracy of the cross-correlation function method for buried pipe leakage detection according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법은, 도 3 및 도 5에 도시된 것처럼, 전술한 한 쌍의 탐촉자(110, 120)에 의해 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 획득하는 신호 획득 단계(S100)와, 시간 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 주파수 영역에서의 신호(X1(f), X2(f))로 변환한 후 배관(101) 주변에 장착 가능한 회전체(105)들에 의해 발생되는 주변 잡음(기계 잡음 신호) 성분(n1(f), n2(f))을 제거함으로써 보정 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))를 생성하는 잡음 제거 단계(S200)와, 보정 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))를 다시 시간 영역에서 표현되는 신호로 변환하는 재변환 단계(S300)를 포함할 수 있다.The mechanical noise removal method for improving the accuracy of the buried pipe leakage detection cross-correlation function of the present embodiment, as shown in Figures 3 and 5, by the above-described pair of transducers (110, 120) A signal acquisition step (S100) of obtaining (x 1 (t), x 2 (t)) and a leaky vibration wave signal (x 1 (t), x 2 (t)) expressed in the time domain are performed in the frequency domain. Ambient noise (mechanical noise signal) component (n 1 (f) generated by the rotating bodies 105 which can be mounted around the pipe 101 after being converted into the signals X 1 (f) and X 2 (f) ), n calibrated leak vibration wave signal (X 1 (f), X 2 (f)) for generating noise suppression method comprising: (S200), and a calibrated leak vibration wave signal (X 1 (f by removing 2 (f)) ), And may further include a reconversion step (S300) for converting X 2 (f)) back into a signal expressed in the time domain.

먼저, 본 실시예의 신호 획득 단계(S100)는, 탐촉자(110, 120)에 의해 누설 위치(P)로부터 전파되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 획득하는 단계로서, 이러한 단계에서 획득되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))는 시간 영역에서 표현될 수 있다.First, the signal acquisition step (S100) of the present embodiment, the leakage vibration wave signals (x 1 (t), x 2 (t)) propagated from the leaking position (P) by the transducer (110, 120) As an example, the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) obtained in this step may be represented in the time domain.

그런데, 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))가 시간 영역(time domain)에서 표현되는 경우, 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))에 포함된 기계 잡음 신호(n1(t), n2(t))를 분리하기가 어려운 단점이 있다. 즉, 전술한 것처럼, 배관(101)의 주변에는 회전체(105)가 장착되고 이로부터 큰 기계 잡음 신호(n1(t), n2(t))가 발생될 수 있는데, 시간 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))의 경우 기계 잡음 신호(n1(t), n2(t))를 분리하기가 어려워 정확한 누설 위치(P)를 판별할 수 없게 한다.However, when the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) are represented in the time domain, they are included in the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t). There is a disadvantage in that it is difficult to separate the mechanical noise signals n 1 (t) and n 2 (t). That is, as described above, the rotary body 105 is mounted around the pipe 101, from which a large mechanical noise signal n 1 (t), n 2 (t) can be generated, which is represented in the time domain. In the case of the leaked vibration wave signals (x 1 (t), x 2 (t)), it is difficult to separate the mechanical noise signals (n 1 (t) and n 2 (t)) to determine the exact leak position (P). I can not.

부연 설명하면, 회전체(105)에서 발생되는 기계 잡음 신호(n1(t), n2(t))는 깃통과주파수(BPF, Blade Passing Frequency) 성분 및 이의 배수 성분으로 이루어진 주기적인 신호(periodic signal)이므로, 주파수 영역에서는 피크 성분들로 표현된다. 반면에 배관(101)의 누설에 의해 발생되는 누설 진동파 신호는 랜덤 신호(random signal)의 특성을 갖기 때문에 주파수 영역에서는 평탄한 주파수 성분으로 표현된다. 따라서 시간 영역에서 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))로부터 기계 잡음 신호(n1(t), n2(t))를 분리하기가 어려운 것이다.In other words, the mechanical noise signals (n 1 (t), n 2 (t)) generated in the rotating body 105 is a periodic signal consisting of a blade passing frequency (BPF) component and its multiple components ( periodic signal), so it is represented by peak components in the frequency domain. On the other hand, since the leakage vibration wave signal generated by the leakage of the pipe 101 has a characteristic of a random signal, it is represented by a flat frequency component in the frequency domain. Therefore, it is difficult to separate the mechanical noise signals n 1 (t) and n 2 (t) from the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) in the time domain.

이를 해결하기 위해, 본 실시예의 잡음 제거 단계(S200)에서는, 시간 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 주파수 영역으로 변환한 후 미리 설정된 설정치(threshold)보다 큰 값을 갖는 기계 잡음 신호(n1(f), n2(f))를 주파수 영역의 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))로부터 제거할 수 있다. 다시 말해, 시간 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 주파수 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))로 변환한 후 변환된 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))로부터 설정된 크기 이상의 피크 성분을 제거함으로써 보정 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))를 생성할 수 있는 것이다. 이러한 주파수영역에서의 기계잡음 피크 성분의 제거는 피크가 발생한 주파수대역을 선택적으로 차단시키는 주파수대역제거필터(notch filter)를 이용하여서도 구현이 가능하다. 부연 설명하면, 본 실시예의 잡음 제거 단계(S200)에서 시간 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 주파수 영역의 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))로 변환하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)가 실행되는 컴퓨터 수단(미도시)이 적용될 수 있다. 다만, 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 주파수 영역의 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))로 바꾸기 위한 수단이 이에 한정되는 것은 아니다.In order to solve this problem, in the noise removing step S200 of the present exemplary embodiment, a predetermined threshold value is converted after converting the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) represented in the time domain into the frequency domain. The mechanical noise signals n 1 (f), n 2 (f) having a value greater than) can be removed from the leakage vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f) in the frequency domain. In other words, the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) expressed in the time domain are converted into the leakage vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f) represented in the frequency domain. After that, the corrected leakage vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f) are generated by removing peak components having a predetermined magnitude or more from the converted leakage vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f). You can do it. The removal of the mechanical noise peak component in the frequency domain can be implemented using a notch filter that selectively blocks the frequency band where the peak occurs. In detail, the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) expressed in the time domain in the noise removing step S200 of the present embodiment are the leakage vibration wave signals X 1 (f) in the frequency domain. , Computer means (not shown) in which FFT (Fast Fourier Transform) is executed may be applied to convert to X 2 (f). However, the means for converting the leaky vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) into the leaky vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f) in the frequency domain is not limited thereto. .

한편, 본 실시예의 재변환 단계(S300)는, 기계 잡음 신호(n1(f), n2(f))가 제거된 보정 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))를 주파수 영역으로부터 다시 시간 영역에서 표현되는 보정 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))로 재변환하는 단계로서, 이러한 재변환 단계(S300)에 의해서 보정 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 상호상관함수에 적용할 수 있다.On the other hand, the reconversion step (S300) of the present embodiment, the correction leakage vibration wave signal (X 1 (f), X 2 (f)) from which the mechanical noise signals (n 1 (f), n 2 (f)) has been removed Is reconverted from the frequency domain back to the corrected leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) represented in the time domain, and by this reconversion step S300, the corrected leakage vibration wave signals ( x 1 (t), x 2 (t)) can be applied to the cross-correlation function.

이 때, 주파수 영역 표현되는 보정 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))를 시간 영역에서 표현되는 보정 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))로 변환하기 위해, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)가 실행되는 컴퓨터 수단이 적용될 수 있다, 다만, 보정 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))를 시간 영역에서 표현되는 보정 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))로 변환하기 위한 수단이 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the corrected leakage vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f) expressed in the frequency domain are converted into the corrected leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) expressed in the time domain. In order to transform, computer means in which an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) is performed may be applied, provided that the corrected leakage vibration signals X 1 (f) and X 2 (f) are represented in the time domain. Means for converting the wave signals x 1 (t) and x 2 (t) are not limited thereto.

한편, 재변환 단계(S300) 시 재변환된 보정 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 통해 상호상관함수를 구함으로써 시간 지연(τd)을 구할 수 있으며, 시간 지연(τd)을 통해 배관(P)의 누설 위치(P)를 추정할 수 있다. 이 때 다음의 식이 적용된다.Meanwhile, the time delay τ d can be obtained by obtaining a cross-correlation function through the reconstructed corrected leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) during the reconversion step (S300). The leakage position P of the pipe P may be estimated through the delay τ d . At this time, the following equation is applied.

Figure 112013075993506-pat00014
……식
Figure 112013075993506-pat00014
... ... expression

Figure 112013075993506-pat00015
,
Figure 112013075993506-pat00016
......식
Figure 112013075993506-pat00015
,
Figure 112013075993506-pat00016
......expression

여기서, d1은 누설 위치(P)로부터 하나의 탐촉자(110)와의 거리, d2 는 누설 위치(P)로부터 다른 하나의 탐촉자(120)와의 거리, D는 탐촉자(110, 120)들 사이 거리, c는 누설 진동파 신호의 배관(101)에서의 전파속도이다.Here, d 1 is the distance from the leaked position (P) to one transducer 110, d 2 is the distance from the leaked position (P) to another transducer 120, D is the distance between the transducers (110, 120) , c is a propagation speed in the pipe 101 of the leaked vibration wave signal.

다시 말해, 기계 잡음 신호(n1(t), n2(t))가 제거된 시간 영역의 보정 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 구한 후 이를 통해 상호상관함수를 구함으로써 시간 지연(τd)을 구할 수 있고, 구한 시간 지연(τd)을 통해서 정확한 배관(101)의 누설 위치(P)를 추정할 수 있는 것이다.In other words, the corrected leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) in the time domain from which the mechanical noise signals n 1 (t) and n 2 (t) are removed are obtained and then correlated. By calculating the function, the time delay τ d can be obtained, and the leaked position P of the pipe 101 can be estimated accurately through the obtained time delay τ d .

한편, 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 기계 잡음 제거 방법에 의해 잡음 제거가 이루어진 경우 누설 위치 추정의 정확성에 대해 비교 도면을 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, hereinafter, when the noise is removed by the mechanical noise removal method for improving the accuracy of the buried pipe leakage detection cross-correlation function according to an embodiment of the present invention with reference to the comparison of the accuracy of the leakage position estimation Let's explain.

도 6a는 기계 잡음 제거 전 시간 지연에 따른 상호상관함수의 변화 그래프를 도시한 그래프이고, 도 6b는 기계 잡음 제거 후 시간 지연에 따른 상호상관함수의 변화 그래프를 도시한 그래프이다.6A is a graph illustrating a change graph of the cross-correlation function according to the time delay before removing the mechanical noise, and FIG. 6B is a graph illustrating a change graph of the cross-correlation function according to the time delay after removing the mechanical noise.

이들 도면에 도시된 것처럼, 잡음의 제거가 이루어지지 않는 경우(도 6a의 경우) 시간 지연(x축)에 따른 상호상관함수(y축)의 값이 누설 위치(P)를 파악하지 못할 정도로 불규칙하게 형성되나, 잡음의 제거가 이루어진 경우(도 6b의 경우) 누설 위치(P)를 정확하게 파악할 수 있다. As shown in these figures, when the noise is not removed (in the case of FIG. 6A), the value of the cross-correlation function (y-axis) according to the time delay (x-axis) is irregular so that the leak position P cannot be detected. However, the leakage position P can be accurately known when the noise is removed (FIG. 6B).

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가령 배관(101)에서의 누설 위치(P)를 추정 시에 주변 회전체(105)에 의한 잡음이 큰 경우에도 주변 잡음을 제거함으로써 배관(101)의 누설 위치(P)를 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, even when the leakage position P in the pipe 101 is estimated, even when the noise caused by the peripheral rotor 105 is large, the pipe 101 is removed by removing the ambient noise. There is an advantage that can accurately estimate the leakage position (P) of.

한편, 이하에서는, 도면을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법에 대해 설명하되, 전술한 일 실시예의 방법과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.On the other hand, with reference to the drawings, a time delay estimation method using the cross-spectrum phase information for improving the accuracy of the buried pipe leakage detection cross-correlation function according to another embodiment of the present invention will be described, Descriptions of parts substantially the same as those of the embodiment will be omitted.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 방법을 통해 상호상관함수를 구하는 과정을 표현한 그래프이다. FIG. 7 is a view schematically illustrating a time delay estimation method using cross-spectrum phase information for improving accuracy of a buried pipe leakage detection cross-correlation function according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 8A to 8C are FIGS. This graph shows the process of obtaining the cross-correlation function through the method shown in.

본 발명의 다른 실시예에 따른 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법은, 배관의 탐촉자(110, 120, 도 4 참조)들로부터 계측된 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))를 주파수 영역에서의 신호(X1(f), X2(f))로 각각 변환한 후 변환된 신호(X1(f), X2(f))를 통해 상호스펙트럼(S12(f)), Cross-Spectrum)을 구하는, 상호스펙트럼 획득 단계와, 상호스펙트럼(S12(f))을 통해 위상(φ12(f))을 구한 후, 위상(φ12(f))의 기울기(

Figure 112013075993506-pat00017
)를 구하는 위상 기울기 획득 단계와, 위상(φ12(f))의 기울기(
Figure 112013075993506-pat00018
)를 통해 탐촉자(110, 120)들로 전파되는 시간 지연(τd)을 구한 후, 이러한 시간지연 정보를 이용하여 보정된 위상데이터(
Figure 112013075993506-pat00019
)를 생성하고, 이에 대한 역푸리에변환(Inverse FFT)을 수행하여 시간 영역에서의 상호상관함수를 구하고, 상호상관함수를 통해 배관(101)의 누설 위치(P)를 추정하는 누설 위치 추정 단계를 포함할 수 있다.Time delay estimation method using the cross-spectrum phase information for improving the accuracy of the cross-correlation function method for buried pipe leakage detection according to another embodiment of the present invention, measured from the probes 110, 120, 4 of the pipe The converted signal X 1 (f) after converting the leakage vibration wave signals x 1 (t) and x 2 (t) into signals X 1 (f) and X 2 (f) in the frequency domain, respectively. , The interspectrum acquisition step of obtaining the interspectrum S 12 (f) and the Cross-Spectrum through X 2 (f), and the phase φ 12 (f) through the interspectrum S 12 (f). ), The slope of the phase (φ 12 (f))
Figure 112013075993506-pat00017
), The phase slope acquisition step of obtaining the phase slope, and the slope of the phase φ 12 (f) (
Figure 112013075993506-pat00018
After calculating the time delay τ d propagated to the transducers 110 and 120 through the above, phase data corrected using the time delay information (
Figure 112013075993506-pat00019
), Obtain an inverse FFT for the cross-correlation function in the time domain, and estimate the leak position P of the pipe 101 through the cross-correlation function. It may include.

먼저 본 실시예의 상호스펙트럼 획득 단계는, 배관(101)의 양단에 설치된 탐촉자(110, 120)들로부터 계측된 누설 진동파 신호(x1(t), x2(t))에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 영역에서 표현되는 신호(X1(f), X2(f))를 구한 후 이들의 상호스펙트럼(S12(f))을 구하는 단계이다. 이 단계에서 상호스펙트럼(S12(f))을 다음 식과 같이 표현될 수 있다.First, the mutual spectrum acquisition step of the present embodiment, FFT (Fast) for the leakage vibration wave signals (x 1 (t), x 2 (t)) measured from the transducers 110 and 120 installed at both ends of the pipe 101 After performing Fourier Transform, the signals X 1 (f) and X 2 (f) expressed in the frequency domain are obtained, and their interspectrum S 12 (f) is obtained. In this step, the interspectrum S 12 (f) may be expressed as follows.

Figure 112013075993506-pat00020
......식
Figure 112013075993506-pat00020
......expression

여기서 *는 공액복소수를 나타낸다.Where * represents a conjugate complex number.

한편, 위상 기울기 획득 단계는, 상호스펙트럼(S12(f))은 다음의 식과 같이 크기와 위상(φ12(f))의 곱으로 표현될 수 있다.On the other hand, in the phase slope acquisition step, the interspectrum S 12 (f) may be expressed as a product of magnitude and phase φ 12 (f) as in the following equation.

Figure 112013075993506-pat00021
……식
Figure 112013075993506-pat00021
... ... expression

여기서,

Figure 112013075993506-pat00022
는 위상을 나타내며, 다음 식과 같이 표현될 수 있다.here,
Figure 112013075993506-pat00022
Represents a phase and can be expressed as follows.

Figure 112013075993506-pat00023
……식
Figure 112013075993506-pat00023
... ... expression

상기 위상(φ12(f))을 표현하는 식에서 첫째 항은 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))가 배관(101) 양단의 탐촉자(110, 120)로 전파되는 시간 지연(τd)에 대한 정보(2πfτd)를 갖고 있고, 둘째 항은 기계 잡음 신호 및 주변 환경에 의해 발생되는 위상의 잡음 성분(nφ(f))을 나타낸다.In the equation representing the phase φ 12 (f), the first term is the time at which the leakage vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f) propagate to the transducers 110 and 120 across the pipe 101. and contains information (2πfτ d) of the delay (τ d), the second term represents a noise component (φ n (f)) of the phase caused by the noise signal and the machine environment.

따라서, 상호스펙트럼(S12(f))의 위상(φ12(f))의 기울기(

Figure 112013075993506-pat00024
)가 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))가 배관(101) 양단의 탐촉자(110, 120)로 전파되는 시간 지연(τd)을 나타내므로, 탐촉자(110, 120)에서 계측된 신호에 대한 상호스펙트럼(S12(f))의 위상(φ12(f))을 구한 후 커브피팅(curve fitting)을 수행함으로써 위상(φ12(f))의 기울기(
Figure 112013075993506-pat00025
)를 구하며, 이를 통해 누설 진동파 신호(X1(f), X2(f))가 각각의 탐촉자(110, 120)로 전파되는 시간 지연(τd)을 추정할 수 있다. Therefore, the slope of the phase φ 12 (f) of the mutual spectrum S 12 (f) (
Figure 112013075993506-pat00024
) Represents the time delay τ d at which the leaked vibration wave signals X 1 (f) and X 2 (f) propagate to the transducers 110 and 120 at both ends of the pipe 101. After calculating the phase φ 12 (f) of the interspectrum S 12 (f) with respect to the measured signal, the slope of the phase φ 12 (f) is performed by performing curve fitting.
Figure 112013075993506-pat00025
) The seek, it is possible to estimate the leak vibration wave signal (X 1 (f), X 2 (f)), the time delay (τ d) that is propagated to each transducer (110, 120) through.

또한, 본 실시예의 누설 위치 추정 단계 시, 위상(φ12(f))의 기울기(

Figure 112013075993506-pat00026
)를 통해 탐촉자(110, 120)들로 전파되는 시간 지연(τd)을 구한 후, 이러한 시간지연 정보를 이용하여 보정된 위상데이터(
Figure 112013075993506-pat00027
)를 생성하고, 이에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하면 상호상관함수를 구할 수 있으며 이를 통해 배관(101)의 누설 위치(P)를 추정할 수 있다.Further, during the leakage position estimation step of this embodiment, the slope of the phase φ 12 (f) (
Figure 112013075993506-pat00026
After calculating the time delay τ d propagated to the transducers 110 and 120 through the above, phase data corrected using the time delay information (
Figure 112013075993506-pat00027
) And then perform Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) on this to obtain the cross-correlation function, through which the leakage position P of the pipe 101 can be estimated.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 실제 실험을 수행한 결과, 주변 기계 진동이 존재하는 경우 도 8a와 같은 상호상관함수 그래프가 도출되었으나, 도 8b에서처럼 기계 진동이 존재하더라도 상호스펙트럼(S12(f))의 위상(φ12(f))은 선형적으로 계측되는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 도 8c 와 같은 상호상관함수 그래프를 얻을 수 있다.Referring to FIGS. 8A to 8C, as a result of performing an actual experiment, a cross-correlation function graph as shown in FIG. 8A is derived when there is a peripheral mechanical vibration, but as shown in FIG. 8B, even if mechanical vibration exists, the interspectrum S 12 (f It can be seen that the phase φ 12 (f) of)) is measured linearly, through which a cross-correlation function graph as shown in FIG. 8C can be obtained.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상호스펙트럼(S12(f))의 위상(φ12(f)) 정보를 이용하여 시간 지연(τd)을 추정함으로써 배관(101)의 누설 위치(P)를 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.As such, according to another embodiment of the present invention, the leakage position of the pipe 101 by estimating the time delay τ d using the information of the phase φ 12 (f) of the mutual spectrum S 12 (f). There is an advantage of accurately estimating (P).

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

S100 : 신호 획득 단계
S200 : 잡음 제거 단계
S300 : 재변환 단계S100: Signal Acquisition Step
S200: Noise Reduction Step
S300: Reconversion Step

Claims (4)

배관의 외주면에 배치된 탐촉자를 이용하여 검출된 누설 진동파 신호로부터 배관의 누설을 추정하는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법에 있어서,
상기 배관의 탐촉자들로부터 계측된 누설 진동파 신호를 주파수 영역에서 표현되는 누설 진동파 신호로 각각 변환한 후 변환된 누설 진동파 신호를 통해 상호스펙트럼을 구하는, 상호스펙트럼 획득 단계;
상기 상호스펙트럼을 통해 위상을 구한 후 위상의 기울기를 구하는, 위상 기울기 획득 단계; 및
상기 위상의 기울기를 통해 상기 탐촉자들로 전파되는 시간 지연을 구한 후 이러한 시간지연 정보를 이용하여 보정된 위상데이터를 생성하고, 이에 대한 역푸리에변환(Inverse FFT)를 수행함으로써 상호상관함수를 구하고 상기 상호상관함수를 통해 상기 배관의 누설 위치를 추정하는, 누설 위치 추정 단계;
를 포함하며,
상기 누설 위치 추정 단계 시, 상기 상호스펙트럼의 위상을 커브피팅(curve fitting)함으로써 시간지연을 구한 후, 이러한 시간지연 정보를 이용하여 보정된 위상데이터를 생성하고, 이에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상호상관함수를 구하며, 상기 상호상관함수를 통해 상기 배관의 누설 위치를 추정하는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법.
In the time delay estimation method using the cross-spectrum phase information for improving the accuracy of the embedded pipe leakage detection cross-correlation function method for estimating the leakage of the pipe from the leaked vibration wave signal detected using a probe disposed on the outer peripheral surface of the pipe,
An interspectrum acquiring step of converting the leaky oscillation wave signals measured from the transducers of the pipe into leaky oscillation wave signals expressed in a frequency domain and then obtaining an interspectrum through the converted leakage oscillation wave signals;
Obtaining a phase slope by obtaining a phase through the interspectral and then obtaining a slope of the phase; And
After obtaining the time delay propagated to the transducers through the slope of the phase, the corrected phase data is generated using the time delay information, and the inverse FFT is performed to obtain a cross-correlation function. Estimating a leak position of the pipe through a cross-correlation function;
Including;
In the leakage position estimation step, a time delay is obtained by curve fitting the phases of the interspectrals, and then corrected phase data is generated using the time delay information, and IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) is generated. A method of estimating time delay using cross-spectrum phase information for improving the accuracy of a cross-correlation function for buried pipe leakage detection, which obtains a cross-correlation function and estimates a leak position of the pipe through the cross-correlation function.
제1항에 있어서,
상기 상호스펙트럼 획득 단계 시, FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수 영역에서 표현되는 상기 누설 진동파 신호를 구한 후 다음의 식에 의해 상기 상호스펙트럼을 획득하는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법.
Figure 112013075993506-pat00028

(여기서 *는 공액복소수를 나타냄)
The method of claim 1,
In the cross-spectrum acquisition step, after obtaining the leakage vibration wave signal expressed in the frequency domain through the fast fourier transform (FFT), the accuracy of the cross-correlation function for buried pipe leakage detection to obtain the cross-spectrum by the following equation A Time Delay Estimation Method Using Interspectral Phase Information for Improvement.
Figure 112013075993506-pat00028

(Where * represents a conjugate complex)
제1항에 있어서,
상기 상호스펙트럼은 크기 및 위상의 곱으로 표현되며,
Figure 112013075993506-pat00029
(여기서,
Figure 112013075993506-pat00030
는 위상을 나타냄)
Figure 112013075993506-pat00031

상기 위상 기울기 획득 단계 시, 획득된 상기 위상은 상기 누설 진동파 신호가 상기 탐촉자로 전파되는 시간 지연 정보와 주변의 회전체에 의해 발생되는 기계 잡음 성분을 나타내며, 상기 상호스펙트럼의 위상을 커브피팅(curve fitting)함으로써 상기 누설 진동파 신호가 상기 탐촉자로 전파되는 시간 지연을 구하는 매설배관 누설 탐지용 상호상관함수기법의 정확도 향상을 위한 상호스펙트럼 위상정보를 이용한 시간지연 추정 방법.
The method of claim 1,
The interspectrum is expressed as a product of magnitude and phase,
Figure 112013075993506-pat00029
(here,
Figure 112013075993506-pat00030
Indicates phase)
Figure 112013075993506-pat00031

In the phase slope acquiring step, the acquired phase represents time delay information for propagating the leaky vibration wave signal to the probe and mechanical noise component generated by a rotating body around the curve, and curve fitting of the phase of the interspectrum curve fitting) to obtain a time delay in which the leaked vibration wave signal propagates to the probe, and to estimate a time delay using cross-spectrum phase information for improving accuracy of a buried pipe leakage detection cross-correlation function technique.
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