KR101388498B1

KR101388498B1 - 주변 노이즈를 고려한 매설배관 타공사 감시 방법

Info

Publication number: KR101388498B1
Application number: KR1020130070391A
Authority: KR
Inventors: 고재필; 장상엽; 김영근
Original assignee: 한국가스공사
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2014-04-23

Abstract

매설된 배관에 가해지는 타공사의 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격의 유형 및 충격 위치를 도출하도록 하는 매설배관의 타공사 감시 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 장치는, 서로 이격되게 매설배관에 설치되어 매설배관에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지하는 복수의 감시부와, 복수의 감시부로부터 충격파 정보를 수신하고, 수신된 두 충격파의 감지시간을 측정하고, 수신된 두 충격파의 주파수 정보에 근거하여 노이즈와 구별되는 타공사로 인한 충격 발생 여부를 판단하여 노이즈를 제거하고, 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 충격 유형을 검출하고, 타공사로 인한 충격의 발생 위치를 계산하여 관리자의 화면에 출력하는 중앙처리장치를 포함한다.
타공사로 인한 충격이 아닌 매설배관 주변의 노이즈를 제거하기 위해 100Hz 이하 주파수 대역의 충격파는 노이즈로 판단하며, 주파수 대역을 100~210Hz 대역, 190~310Hz 대역, 290~410Hz 대역, 390~510Hz 대역, 490~610Hz 대역, 590~710Hz 대역, 690~810Hz 대역으로 나누어 충격 발생 여부를 판단한다. 감시부로부터 수신한 하나의 충격정보의 주파수와 다른 하나의 충격파 주파수를 비교하여 오차범위 내의 값인지 여부에 따라 충격 발생 여부를 판단한다. 주파수 정보의 오차는 7% 범위로 하여 타공사로 인한 충격이 노이즈로 판단될 가능성을 줄인다.
타공사로 인한 충격의 위치를 계산하기 위해 중앙처리장치의 측정부가 감지한 시간을 이용하며, 감지한 시간의 차이값을 감시 구간 양단간의 거리에서 발생할 수 있는 최대 수신시간차이 값과 비교하여 이를 초과하면 해당 충격을 감시 구간 밖에서 발생한 충격으로 판단하여 오류를 줄인다.

Description

주변 노이즈를 고려한 매설배관 타공사 감시 방법{Method for Monitoring Third-Party Damage Impact on Buried Pipe Considering Ambient Noise}

본 발명은 매설배관에 가해질 수 있는 타공사의 충격을 원격으로 감시하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스를 이송하는 배관에 가해지는 충격을 감지하고, 해당 충격의 종류와 해당 충격이 발생한 위치를 검출하는 것에 목적이 있다. 한편 이렇게 감시하는 과정에서 다양한 요인으로 인해 매설배관에 가해지는 충격정보에는 노이즈가 섞여 있는데, 이러한 노이즈를 고려하여 대역폭을 제한하고 기준 값을 설정하여 충격정보를 이용한 타공사 감시 방법의 효율성을 높이는 것에도 목적이 있다.

일반적으로, 가스를 수송하는 배관은 지하에 매설되어 공급시설로부터 이용시설까지 가스를 수송한다. 배관은 부식 등의 화학작용에 의해 파손되지 않도록 피복 등으로 코팅이 되어 있는데, 배관은 피복의 자체불량 또는 외부로부터 인가되는 충격에 의해 피복이 벗겨지거나 배관의 표면이 외부로 노출이 되는 경우가 발생한다. 이렇게 되는 경우, 배관의 표면이 노출되어 부식됨으로써 가스누출 등의 사고가 종종 발생하게 된다.

부식으로 인한 가스누출 외에도, 매설된 가스배관은 지반침하, 단층변화 등과 같은 일부 자연 환경 외에 배관 주변의 토목공사 중 굴착장비 등에 의한 직접적인 타격(이하, "타공사(Third-Party Damage)"라 한다)이 더 큰 원인이 되어 가스누출이 일어나는 것으로 분석되고 있다. 타공사에 의한 배관의 손상은 사고 즉시 보고되지 않는 경향이 있어, 시간이 경과함에 따라 커다란 위험을 초래하기도 하며, 그러한 손상부위가 보고되지 않고 적절한 보수 없이 매설되는 경우 가스배관에 추가로 부식을 야기해 가스누설로 인한 가스폭발을 발생시킬 수 있다.

매설된 배관은 그 범위가 광범위하고 인구 밀집지역에도 설치되기 때문에 배관의 파손으로 인한 가스누출 또는 가스 폭발 시에 막대한 인적, 경제적 피해가 발생하게 되는 문제점이 있다. 따라서 타공사 등에 의해 매설배관에 가해지는 외부의 충격을 실시간으로 감시할 수 있는 장치가 요구되고 있다.

종래에는 매설된 배관의 안전관리를 위하여 관리자들이 직접 배관 상태를 주기적인 현장 방문을 통해 점검 및 관리하였는데, 이에 따라 많은 시간과 비용이 필요하였다. 게다가 이러한 관리방법은 매설배관의 이상상태 발생 시 적시의 조치로 이어지지 못하였다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 그 목적은 매설배관에 가해지는 충격정보인 충격파의 세부정보를 이용하여 충격의 유형 및 충격 위치를 검출하도록 하며, 충격으로 오인될 수 있는 노이즈를 고려하여 배제시키는 매설배관의 타공사 감시 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 매설배관의 타공사 감시 장치는, 서로 이격되게 배관에 설치되어 배관에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지하는 제1감시부와 제2감시부; 및 중앙처리장치를 포함한다.

중앙처리장치는, 제1감시부 및 제2감시부로부터 매설배관 내부의 충격정보를 수신하는 수신부; 수신부로 수신되는 두 충격정보의 감지시간을 측정하는 측정부; 수신부에서 수신한 상기 제1감시부 및 제2감시부로부터의 두 충격정보를 근거로 하여 매설배관 주위의 노이즈로 판단되는 충격을 제거하는 노이즈제거부; 노이즈제거부에서 노이즈가 아닌 충격 발생으로 판단하면 해당 충격정보를 근거로 하여 충격의 유형을 검출하는 유형검출부; 및 노이즈제거부에서 노이즈가 아닌 충격 발생으로 판단하면 상기 측정부에서 측정한 상기 두 충격정보의 감지시간 차이 값을 근거로 하여 해당 충격의 발생 위치를 계산하는 위치계산부를 포함한다.

노이즈제거부는 타공사 충격이 아닌 노이즈 정보를 제거하기 위해, 하나의 충격파 주파수에 대해 다른 하나의 충격파 주파수가 오차범위 밖의 값이면 노이즈로 판단한다. 노이즈제거부에서 노이즈 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 7%의 범위로 설정된다. 또한 매설배관 노드에 위치한 가스히터에서 발생하는 노이즈를 제거하기 위해 주파수 대역 100Hz 이하의 것은 노이즈로 우선 판단하며, 주파수 대역을 100~210Hz, 190 ~310Hz, 290~410Hz, 390~510Hz, 490~610Hz, 590~710Hz, 690~810Hz로 나누어 판단한다. 추가로, 제1감시부 및 제2감시부로부터 수신되는 주파수 대역이 2개 이상 일치하는 지 여부를 조사하여 잘못된 노이즈 정보를 제거한다.

제1감시부와 제2감시부는, 매설배관의 충격에 따른 충격파를 감지하는 가속도 센서; 가속도 센서의 일측에 설치되어 가속도 센서와 배관을 절연하는 절연판; 및 일측이 절연판과 결합되고 타측이 매설배관에 결합되는 연결판을 포함하되, 연결판은 절연판과 결합되는 일측이 매설배관의 곡률로 가공된다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 매설배관의 타공사 감시 방법은, (a) 타공사의 충격으로 인한 매설배관 내부의 충격정보를 매설배관에 서로 이격되게 설치되는 제1감시부 및 제2감시부에 의해 감지하는 단계; (b) (a) 단계에서 감지한 충격정보를 전달하여 수신부에 의해 수신하는 단계; (c) (b) 단계에서 수신되는 두 충격정보의 감지시간을 측정부에 의해 측정하는 단계; (d) (b) 단계에서 수신되는 두 충격정보에서 충격정보를 근거로 하여 매설배관 주위의 노이즈로 판단되는 충격을 노이즈제거부에 의해 제거하는 단계; (e) (d) 단계에서 노이즈가 아닌 충격 발생으로 판단하면 해당 충격정보를 근거로 하여 충격의 유형을 유형검출부에 의해 검출하는 단계; 및 (f) (d) 단계에서 노이즈가 아닌 충격 발생으로 판단하면 (c) 단계에서 측정한 상기 두 충격정보의 감지시간의 차이 값을 근거로 하여 해당 충격의 발생 위치를 위치계산부에 의해 계산하는 단계를 포함한다.

(d) 단계에서는,

노이즈제거부에 의해 하나의 충격정보의 충격파 주파수에 대해 다른 하나 충격정보의 충격파 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단한다.

(d) 단계에서 노이즈제거부에 의해 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 두 충격정보의 충격파 중 하나의 주파수에 대해 7% 범위로 설정된다.

(e) 단계에서는, 유형검출부에 의해 저장부로부터 (d) 단계에서의 충격정보의 충격파 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 (d) 단계에서의 충격정보의 충격파 충격 유형으로 검출한다.

(e) 단계에서는, 유형검출부에 의해 (d) 단계에서의 충격정보의 충격파 주파수와 (d) 단계에서의 주파수 정보의 오차가 7% 범위에 포함되면 (d) 단계에서의 충격정보의 충격파 주파수와 (d) 단계에서의 주파수 정보가 동일한 것으로 판단한다.

(g) 출력부에 의해 (e) 단계에서 검출한 충격 유형 및 (f) 단계에서 검출한 충격 발생 위치를 화면 출력하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 매설배관의 타공사 감지 장치 및 방법은 매설배관에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격정보를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 배관에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다.

또한, 매설배관의 타공사 감시 장치 및 방법은 동일한 주파수를 갖는 두 충격파의 감지시간 정보를 이용하여 충격 위치를 검출함으로써, 검출하는 충격 위치의 오차를 최소화할 수 있다.

또한, 매설배관의 타공사 감지 장치 및 방법은 매설배관에 가해지는 충격의 유형을 검출하여 출력함으로써, 충격 유형에 따라 빠른 대응을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 매설배관의 타공사 감시 장치 및 방법은 충격정보로 오인될 수 있는 노이즈를 제거하여 잘못된 충격 판단을 줄임으로써 타공사 감시 장치 및 방법의 효율성을 높이는 효과가 있다.

또한, 매설배관의 타공사 감시 장치는 충격정보를 감지하는 센서와 매설배관을 절연시킴으로써, 매설배관에 흐르는 전기 또는 번개에 의해 센서가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 매설배관의 타공사 감시 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2 는 도 1의 감시부를 설명하기 위한 도면.
도 3 는 도 1의 중앙처리장치를 설명하기 위한 도면.
도 4 는 도 3의 저장부와 유형검출부의 작용을 설명하기 위한 주파수 비교 그래프.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매설배관의 타공사 감시 장치를 설명하기 위한 도면.
도 6 는 본 발명의 실시예에 따른 매설배관의 타공사 감시 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7 은 매설배관 중간관리센터의 장비 중 가스히터에 의한 노이즈 주파수 분포도.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 매설배관의 타공사 감시 장치를 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 매설배관의 타공사 감시 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 감시부를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 중앙처리장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 중앙처리장치의 저장부와 유형검출부간 작용을 설명하기 위한 주파수 비교 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 매설배관의 타공사 감시 장치는 제1감시부(100a), 제2감시부(100b), 중앙처리장치(300)를 포함한다. 이때, 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)는 네트워크(400)를 통해 중앙처리장치(300)에 연결된다. 여기서, 네트워크(400)는 유/무선 네트워크(400)를 통칭한다.

제1감시부(100a)는 제2감시부(100b)와 상호 이격되어 매설배관(200) 외부에 설치되어 매설배관(200)에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지한다. 여기서, 제1감시부(100a)는 도 2에 도시된 바와 같이, 매설배관(200)의 충격에 따른 충격파를 감지하는 가속도 센서(110), 가속도 센서(110)의 일측에 설치되어 가속도 센서와 매설배관(200)을 절연하는 절연판(120), 및 일측이 절연판(120)과 결합되고 타측이 매설배관(200)에 결합되는 연결판(130)을 포함하여 구성된다. 이때, 연결판(130)은 절연판(120)과 결합되는 일측이 매설배관(200)의 곡률(즉, 감시부가 설치되는 매설배관(200)의 배관 곡률)로 가공된다.

제2감시부(100b)는 제1감시부(100a)와 상호 이격되어 매설배관(200) 외부에 설치되어 매설배관(200)에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지한다. 여기서, 제2감시부(100b)는 제1감시부와 동일한 구성으로, 매설배관(200)의 충격에 따른 충격파를 감지하는 가속도 센서(110), 가속도 센서(110)의 일측에 설치되어 가속도 센서와 매설배관(200)을 절연하는 절연판(120), 및 일측이 절연판(120)과 결합되고 타측이 매설배관(200)에 결합되는 연결판(130)을 포함한다. 이때, 연결판(130)은 절연판(120)과 결합되는 일측이 매설배관의 곡률로 가공된다.

이처럼, 매설배관(200)의 타공사 감시 장치는 충격파를 감지하는 센서와 매설배관(200)을 절연시킴으로써, 매설배관(200)에 흐르는 전기 또는 번개에 의해 센서가 파손되는 것을 방지하고, 매설배관(200)에 흐르는 전기 또는 번개에 의해 발생하는 전기 노이즈를 차단할 수 있다.

제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)는 매설배관(200)의 양쪽 종단에 고정되게 설치되어 매설배관(200)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 감지한다. 매설배관(200)에 타공사에 의한 충격이 가해지면 충격파가 발생한다. 충격파는 매설배관(200)에 의해 이송되는 매질에 의해 충격 위치에서 양측 방향으로 전파된다. 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)는 매설배관(200)의 양쪽 종단에서 매설배관의 매질상태를 감시하다가 전파되는 충격파를 각각 감지한다. 이때, 충격 위치에서 양측 방향으로 전파되는 두 충격파는 동일한 충격에 의한 충격파로 동일한 주파수를 갖는다.

중앙처리장치(300)는 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)로부터의 두 충격정보에 근거하여 충격 발생 여부를 판단한다. 중앙처리장치(300)는 충격 발생으로 판단하면 충격정보에서 해당 충격파의 충격 유형 및 발생 위치를 검출한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙처리장치(300)는 수신부(310), 측정부(320), 노이즈제거부(330), 유형검출부(340), 위치계산부(350), 저장부(360), 출력부를 포함한다.

수신부(310)는 연결되어 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)에서 각각 감지한 두 충격파를 수신한다. 이때, 수신부(310)는 유선 네트워크(400) 또는 무선 네트워크(400)를 통해 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)와 연결된다. 경우에 따라서 수신부(310)는 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b) 중에서 하나의 감시부와 유선 네트워크(400)로 연결되고 다른 하나의 감시부와 무선 네트워크(400)로 연결될 수도 있다.

측정부(320)는 수신부(310)로 수신되는 두 충격정보의 감지시간을 측정하여 충격 발생 위치를 검출하기 위해 근거자료가 되는 두 충격정보의 감지시간을 측정한다. 여기서, 측정부(320)는 각각의 충격정보가 수신부(310)로 수신된 시간을 해당 충격정보의 감지시간으로 측정한다.

노이즈제거부(330)는 수신부(310)에서 수신한 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)로부터의 두 충격정보인 충격파 주파수에 근거하여 충격 발생 여부를 판단한다. 또한, 노이즈제거부(330)는 제1감시부(100a)로부터의 충격파 주파수와 제2감시부(100b)로부터의 충격파 주파수를 비교하여 두 충격파의 주파수가 동일하면 충격 발생으로 판단한다. 여기서, 노이즈제거부(330)는 하나의 충격파 주파수에 대해 다른 하나의 충격파 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단할 수도 있다. 이때, 노이즈제거부(330)에서 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 7%의 범위로 설정된다.

노이즈제거부(330)는 주파수대역을 100~210Hz 대역, 190 ~310Hz 대역, 290~410Hz 대역, 390~510Hz 대역, 490~610Hz 대역, 590~710Hz 대역, 690~810Hz 대역으로 나누어 감시하는데, 전체 주파수로 기준 값을 측정하여 충격이 발생한 경우의 값과 비교하는 경우에는, 높은 주파수 영역의 충격파 정보는 시간상으로 볼 때 다른 주파수 영역의 충격파 정보보다 신호 크기가 크지 않기 때문이다.

유형검출부(340)는 노이즈제거부(330)에서 노이즈가 아닌 타공사로 인한 충격 발생으로 판단하면 해당 충격정보에 근거하여 충격 유형을 검출한다. 즉, 유형검출부(340)는 노이즈제거부(330)에서 타공사로 인한 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 주파수를 저장부(360)에 저장된 복수의 주파수 정보를 비교하여 해당하는 충격 유형을 검출한다. 여기서, 유형검출부(340)는 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 즉, 충격파의 주파수는 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)에서 동일하게 감지되기 때문에, 유형검출부(340)는 제1감시부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수 및 제2감시부(100b)로부터 수신한 충격파 주파수 중에 하나와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 해당 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 이때, 유형검출부(340)는 충격파의 주파수와 주파수 정보의 오차가 대략 7% 정도의 범위에 포함되면 충격파의 주파수와 주파수 정보가 동일한 것으로 판단한다. 이처럼, 매설배관(200) 타공사 감시 장치 및 방법은 매설배관(200)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 매설배관(200)에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다. 또한, 매설배관(200) 타공사 감시 장치 및 방법은 매설배관(200)에 가해지는 충격의 유형을 검출하여 출력함으로써, 충격 유형에 따른 작업자의 빠른 대처를 가능하게 하는 효과가 있다.

위치계산부(350)는 노이즈제거부(330)에서 노이즈가 아닌 타공사로 인한 충격 발생으로 판단하면 측정부(320)에서 측정한 두 충격파의 감지 시간의 차이 값에 근거하여 해당 충격의 충격 발생 위치를 검출한다. 즉, 위치계산부(350)는 충격정보인 충격 신호의 속도, 감지시간의 차이 값을 이용하여 충격 발생 위치를 검출한다. 이때, 충격 발생 위치에서 제1감시부(100a)까지의 거리는 x1, 충격 발생 위치에서 제2감시부(100b)까지의 거리는 x2, 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b) 사이의 매설배관(200)의 길이를 D, 매질 내의 충격파 속도가 v, t1은 제1감시부(100a)에서 충격파를 감지한 시간, t2는 제2감시부(100b)에서 충격파를 감지한 시간이라고 가정하면, x1 및 x2의 거리는 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. 여기서, (t2-t1) 및 (t1-t2)는 감지시간의 차이 값을 의미하게 된다.

여기서, 매질 내의 충격파 속도는 하기의 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.

이때, x는 비열상수이고, R은 가스상수이고, T는 절대온도이고, M은 분자량이다. 예를 들면 천연가스의 경우, 비열상수(x)는 3.12이고, 가스상수(R)는 8,318 J/kmolK이고, 절대온도(T)는 291K이고, 분자량(M)은 18kg/kmol이다. 여기서, 매설배관(200)의 매질에 따른 속도는 가스 분석표를 이용하여 구할 수 있다. 이는 동종업계에 종사하는 자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 상세한 설명을 생략한다. 이처럼, 매설배관(200) 타공사 감시 장치 및 방법은 매설배관(200)에 타공사로 인해 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 매설배관(200)에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다. 또한, 매설배관(200) 타공사 감시 장치 및 방법은 동일한 주파수를 갖는 두 충격파의 감지시간을 이용하여 충격 위치를 검출함으로써, 검출하는 충격 위치의 오차를 최소화할 수 있다.

저장부(360)는 복수의 충격 유형 정보와, 충격 유형별로 구분된 주파수 정보를 연계하여 저장한다. 즉, 저장부(360)는 하기의 표1과 같이, 브레이커 타격, 임팩트 해머(Impact Hammer), 추 낙하(20) 등의 충격 유형 정보와, 각각의 충격 유형(예를 들면, 브레이커 타격, 임팩트 해머, 추 낙하 등)에 따라 발생하는 충격파의 주파수 정보를 연계하여 저장한다.

충격 유형	주파수 정보 (단위 Hz)
충격 유형	제1모드	제2모드	제3모드	제4모드	제5모드	제6모드
브레이커 타격	316	510	544	706	800	876
임팩트 해머	316	510	706	-	-	-
추(20kg) 낙하	316	510	706	876	1092	-

여기서, 저장부(360)는 도 4에 도시된 바와 같이, 각 충격 유형에 대한 실험을 통해 측정한 주파수 정보를 저장한다. 이때, 도 4의 (a)는 임팩트 해머에 의한 충격에 따른 충격파의 주파수이고, 도 4의 (b)는 추 낙하에 따른 충격파의 주파수이고, 도 4의 (c)는 브레이커에 의한 충격에 따른 충격파의 주파수이다. 물론, 저장부(360)는 상술한 충격 유형 이외에도 다양한 충격 유형 및 주파수 정보를 저장할 수 있다.

출력부는 유형검출부(340)에서 검출한 충격 유형 및 위치계산부(350)에서 검출한 충격 발생 위치를 화면 출력한다. 즉, 출력부는 문자, 이미지 등을 통해 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면 출력한다. 출력부는 음성 출력을 통해 충격 유형 및 충격 발생 위치를 출력할 수도 있다. 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면(또는 음성) 출력하는 구성은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 상세한 설명을 생략한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매설배관(200)의 타공사 감시 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 매설배관(200)의 타공사 감시 장치는 제1대역필터(500a), 제1증폭기(600a), 제1신호처리기(700a), 제2대역필터(500b), 제2증폭기(600b), 제2신호처리기(700b)를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 제1감시부(100a), 제2감시부(100b), 중앙처리장치(300)는 도 1을 참조하여 설명한 실시예의 제1감시부(100a), 제2감시부(100b), 중앙처리장치(300)와 동일하므로 설명을 생략한다.

제1대역필터(500a)는 제1감시부(100a)에서 감지한 충격파 중에서 타공사로 인한 충격이 될 수 없는 주파수 대역의 충격파를 필터링한다. 즉, 제1대역필터(500a)는 주변진동(예를 들면, 차량 주행에 따른 진동 등)에 의해 발생하는 주파수를 갖는 충격파를 필터링한다.

제1증폭기(600a)는 제1대역필터(500a)를 통과한 충격파를 증폭시킨다.

제1신호처리기(700a)는 제1증폭기(600a)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 그 충격정보를 중앙처리장치(300)로 전송한다.

제2대역필터(500b)는 제2감시부(100b)에서 감지한 충격파 중에서 타공사로 인한 충격이 될 수 없는 주파수 대역의 충격파를 필터링한다. 즉, 제2대역필터(500b)는 주변진동(예를 들면, 차량 주행에 따른 진동 등)에 의해 발생하는 주파수를 갖는 충격파를 필터링한다.

제2증폭기(600b)는 제2대역필터(500b)를 통과한 충격파를 증폭시킨다.

제2신호처리기(700b)는 제2증폭기(600b)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 그 충격정보를 중앙처리장치(300)로 전송한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 매설배관(200)의 타공사 감시 장치를 이용한 배관의 충격 감지 및 위치 검출 방법을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 매설배관의 타공사에 의한 충격 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 중앙처리장치(300)의 저장부(360)에는 상술한 표 1에 표시된 복수의 충격 유형 및 그에 따른 충격파의 주파수 정보가 저장되어 있다. 매설배관(200)의 양측에서 소정거리 이격되어 설치된 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)는 매설배관(200)의 타공사 감시 장치의 구동에 따라 매설배관(200)에 가해지는 충격을 감지하기 시작한다. 이때, 소정위치에서 충격(예를 들면, 브레이커 충격, 임팩트 해머, 추 낙하 등)이 발생하게 되면, 그에 상응하는 주파수의 충격파가 발생한다. 발생한 충격파는 매설배관(200)의 매질에 의해 충격 위치로부터 양방향(예컨대, 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)가 설치된 양방향)으로 전파된다. 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)는 매질에 의해 전파되는 충격파를 감지한다(S100). 이때, 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)는 충격 위치에 따라 서로 다른 시간에 충격파를 감지하게 된다. 제1대역필터(500a)는 제1감시부(100a)에서 감지한 충격파 중에서 타공사로 인한 충격이 될 수 없는 주파수 대역의 충격파를 필터링하고, 제1증폭기(600a)는 제1대역필터(500a)를 통과한 충격파를 증폭시킨다. 제1신호처리기(700a)는 제1증폭기(600a)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 중앙처리장치(300)로 전송한다. 제2대역필터(500b)는 제2감시부(100b)에서 감지한 충격파 중에서 타공사로 인한 충격이 될 수 없는 주파수 대역의 충격파를 필터링하고, 제2증폭기(600b)는 제2대역필터(500b)를 통과한 충격파를 증폭시킨다. 제2신호처리기(700b)는 제2증폭기(600b)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 중앙처리장치(300)의 수신부(310)로 전송한다.

측정부(320)는 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)로부터 충격파를 수신함에 따라 두 충격파의 감지시간을 각각 측정한다(S200). 즉, 중앙처리장치(300)의 측정부(320)는 각각의 충격파가 수신부(310)로 수신된 시간은 해당 충격파의 감지시간으로 측정한다.

노이즈제거부(330)는 수신한 두 충격파의 주파수에 근거하여 매설배관(200)충격의 노이즈 여부를 판단하여 노이즈를 제거한다(S300). 이때, 노이즈제거부(330)는 제1감시부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수와, 제2감시부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 동일하면 노이즈가 아닌 매설배관(200)의 충격 발생으로 판단한다. 여기서, 노이즈제거부(330)는 노이즈제거부에 의해 하나의 충격파의 주파수에 대해 다른 하나의 충격파의 주파수가 오차범위 내의 값이면 노이즈가 아닌 충격 발생으로 판단할 수도 있다. 이때, 노이즈제거부(330)에서 노이즈와 충격을 구분하여 충격으로 판단하는 근거가 되는 오차범위는 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 7%의 범위로 설정된다. 예를 들면, 노이즈제거부(330)는 제1감시부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316, 510, 706인 경우 제2감시부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316, 510, 706일 때만 충격 발생으로 판단하는 것이 이상적이다. 하지만, 매설배관(200) 내의 매질의 종류, 매설배관(200)에 흐르는 전기, 번개 등의 원인으로 발생하는 노이즈로 인해 충격파의 주파수가 변경될 수도 있다. 따라서, 노이즈제거부(330)는 제2감시부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316의 7%의 범위인 대략 293.88 ~ 338.12 정도, 510의 7%의 범위인 대략 474.3 ~ 545.7 정도, 706의 7%의 범위인 대략 656.58 ~ 755.42 정도의 범위에 속하면 노이즈가 아닌 타공사에 의한 충격 발생으로 판단한다.

노이즈제거부(330)에서 충격 발생으로 판단하면(S300; YES), 유형검출부(340)는 해당 충격파의 주파수에 근거하여 매설배관(200)에서 발생한 충격의 유형을 검출한다(S400). 이때, 유형검출부(340)는 노이즈제거부(330)에서 노이즈가 아닌 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 주파수를 저장부(360)에 저장된 복수의 주파수 정보를 비교하여 해당하는 충격 유형을 검출한다. 여기서, 유형검출부(340)는 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 즉, 충격파의 주파수는 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)에서 동일하게 감지되기 때문에, 유형검출부(340)는 제1감시부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수 및 제2감시부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수 중에 하나와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 해당 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 이때, 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316, 510, 544, 706, 800, 876이면, 노이즈제거부(330)는 316, 510, 544, 706, 800, 876를 포함하는 주파수 정보를 갖는 브레이커 타격을 해당 충격파의 충격 유형으로 검출하는 것이 이상적이다. 하지만, 각종 전기 노이즈로 인해 주파수에 오차가 발생할 수도 있다. 따라서 유형검출부(340)는 충격파의 주파수와 주파수 정보의 오차가 대략 7% 정도의 범위에 포함되면 충격파의 주파수와 주파수 정보가 동일한 것으로 판단할 수도 있다.

다음으로, 위치계산부(350)는 측정부(320)에서 측정한 두 충격파의 감지시간을 근거로 매설배관(200)에 발생한 충격의 충격 발생 위치를 검출한다(S500). 단, 위치계산부(350)는 제1감시부(100a)로부터의 충격파 수신 시간과 제2감시부(100b)로부터의 충격파 수신 시간을 비교하여 양단간의 거리에서 도달하는 최대시간값과 비교하여 이 최대시간값을 초과하면 해당 충격파 신호는 무시한다. 이 방법으로 감시 구간 밖에서 발생하는 충격파 신호를 제거한다. 이때, 위치계산부(350)는 충격 신호의 속도, 감지시간의 차이값을 상술한 수학식 1 및 2에 대입하여 충격 발생 위치를 검출한다. 여기서, 수학식 1 및 2를 이용하여 충격 발생 위치를 검출하는 내용은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 상세한 설명을 생략한다.

출력부는 매설배관(200)에 발생한 충격의 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면 출력한다(S600). 이때, 출력부는 문자, 이미지 등을 통해 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면 출력하여 관리자(또는 사용자)에게 매설배관(200)의 충격 발생을 알려준다. 물론, 출력부는 음성 출력을 통해 매설배관(200)의 충격 발생을 알려줄 수도 있다.

도 7은 매설배관의 중간관리센터의 장비 중 가스히터에 의한 노이즈 주파수 분포도이다. 매설배관을 관리하고 압력을 유지하기 위해 중간지점에 관리센터가 있는 경우, 관리센터의 장비로 인해 발생하는 노이즈를 분석하여 이를 타공사로 인한 충격과 구분하여야 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 평상시 연속되는 5초의 가속도 신호를 평균하여 기준값으로 설정하여 비교하면, 중간관리센터 장비 중 가스히터로 인한 노이즈 주파수는 100Hz 이하에 분포한다. 따라서 100Hz 이하의 충격파 정보는 장비로 인한 노이즈나 매설배관 주위의 환경변화로 인한 노이즈로 판단한다.

상술한 바와 같이, 매설배관(200) 타공사 감시 장치 및 방법은 매설배관(200)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 매설배관(200)에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다.

또한, 매설배관(200) 타공사 감시 장치 및 방법은 동일한 주파수를 갖는 두 충격파의 감지시간을 이용하여 충격 위치를 검출함으로써, 검출하는 충격 위치의 오차를 최소화할 수 있다.

또한, 매설배관(200) 타공사 감시 장치 및 방법은 매설배관(200)에 가해지는 충격의 유형을 검출하여 출력함으로써, 충격 유형에 따른 작업자의 빠른 대처를 가능하게 하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

100a: 제1감시부 100b: 제2감시부
110: 가속도 센서 120: 절연판
130: 연결판 200: 매설배관
300: 중앙처리장치 310: 수신부
320: 측정부 330: 노이즈제거부
340: 유형검출부 350: 위치계산부
360: 저장부 400: 네트워크
370: 출력부
500a: 제1대역필터 500b: 제2대역필터
600a: 제1증폭기 600b: 제2증폭기
700a: 제1신호처리기 700b: 제2신호처리기

Claims

매설배관(200)에 상호 이격되게 설치되어 매설배관(200) 내부의 충격 존재 여부를 감시하는 제1감시부(100a)와 제2감시부(100b);
상기 제1감시부(100a)와 제2감시부(100b)에서 감지한 충격 중에서 타공사로 인한 충격이 될 수 없는 충격파를 필터링하는 제1대역필터(500a)와 제2대역필터(500b);
상기 제1대역필터(500a)와 제2대역필터(500b)를 통과한 충격파를 증폭시키는 제1증폭기(600a)와 제2증폭기(600b);
상기 제1증폭기(600a)와 제2증폭기(600b)에서 증폭된 충격파의 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환하여 그 충격파 정보를 전송하는 제1신호처리기(700a)와 제2신호처리기(700b); 및
중앙처리장치(300)를 포함하되,
상기 중앙처리장치(300)는,
상기 제1신호처리기(700a) 및 제2신호처리기(700b)로부터 매설배관(200) 내부의 충격파 정보를 수신하는 수신부(310);
상기 수신부(310)로 수신되는 두 충격파 정보의 감지시간을 측정하는 측정부(320);
상기 수신부(310)에서 수신한 상기 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)로부터 유래한 두 충격파 정보를 근거로 하여 노이즈로 판단되는 충격파 정보를 제거하는 노이즈제거부(330);
상기 노이즈제거부(330)에서 노이즈가 아닌 충격파 정보로 판단하면 해당 충격파 정보를 근거로 하여 충격의 유형을 검출하는 유형검출부(340);
상기 노이즈제거부(330)에서 노이즈가 아닌 충격파 정보로 판단하면 상기 측정부(320)에서 측정한 상기 두 충격파 정보의 감지시간 차이 값을 근거로 하여 해당 충격의 발생 위치를 계산하는 위치계산부(350);
복수의 충격 유형 정보와, 충격 유형별로 구분된 주파수 정보를 연계하여 저장하는 저장부(360); 및
상기 유형검출부(340)에서 검출한 충격 유형 및 상기 위치계산부(350)에서 검출한 충격 발생 위치를 화면에 출력하는 출력부(370)를 구비하며,
상기 위치계산부(350)는, 상기 제1감시부(100a) 및 제2감시부(100b)로부터 유래한 하나의 충격파 수신 시간과 다른 하나의 충격파 수신 시간을 비교하여 상기 제1감시부(100a)와 제2감시부(100b) 사이의 거리에서 발생할 수 있는 최대 수신시간차이 값과 비교하여 초과하면 해당 충격을 감시 구간 밖에서 발생한 충격으로 판단하고,
상기 노이즈제거부(330)는, 충격파 주파수에 대해 100Hz 이하 주파수 대역의 충격은 타공사로 인한 충격 발생이 아닌 노이즈로 판단하고,
상기 노이즈제거부(330)는, 충격파 주파수에 대해 100~210Hz 대역, 190~310Hz 대역, 290~410Hz 대역, 390~510Hz 대역, 490~610Hz 대역, 590~710Hz 대역, 690~810Hz 대역으로 나누어 감시하여 충격 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 매설배관의 타공사 감시 장치.
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