KR101449989B1

KR101449989B1 - 상수도관 누수 탐지장치 및 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법

Info

Publication number: KR101449989B1
Application number: KR1020130078453A
Authority: KR
Inventors: 강성원; 이현동; 곽필재; 공명식; 박은주; 박재현
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2014-10-15

Abstract

본 발명은 상수도관에서의 누수여부를 정확하고 신속하게 탐지할 수 있는 상수도관 누수 탐지장치 및 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법로서, 상수도관이 매립된 지반에 상기 상수도관을 따라 복수의 개소에 상기 상수도관의 일부가 외부로 노출되도록 형성된 점검구를 통하여 상기 상수도관의 누수를 탐지하는 상수도관 누수 탐지장치로서, 상기 점검구를 통하여 외부로 노출되는 상기 상수도관의 일측에 구비되어 상기 상수도관에서의 누설진동을 감지하는 센서모듈과; 상기 센서모듈에서 측정한 누설진동에 대한 정보를 전달받아 상기 상수도관에서 누수가 발생되는 위치를 파악하도록 하는 단말기를; 포함한 것을 특징으로 하는 상수도관 누수 탐지장치를 제시함으로써, 누수탐지 센서의 배터리 사용을 최소화함과 동시에 수돗물의 누수 여부를 실시간으로 탐지하여 누수되는 지점의 위치를 정확하고 신속하게 파악할 수 있다.

Description

상수도관 누수 탐지장치 및 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법{DETECTION APPARATUS FOR LEAKAGE OF TAP WATER PIPE AND PROCESSING METHOD FOR DETECTION LEAKAGE SIGN OF TAP WATER PIPE}

본 발명은 상수도관 누수 탐지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신속하고 정확하게 상수도관의 누수를 탐지할 수 있는 상수도관 누수 탐지장치 및 이를 이용한 누수 탐지방법에 관한 것이다.

일반적으로 수돗물은 정수장에서 정수 처리된 뒤, 시의 경우 각 구별로 큰 관을 통해 공급되고, 각 구에서는 중블록, 소블록 등으로 분류되어 수돗물을 공급하고 있다.

그리고 각 분배점 사이에는 유량계가 설치되어 있어 분배되는 지역으로 공급되는 수돗물의 유량을 측정하게 된다. 아파트단지와 같은 대단위 시설에는 큰 관을 통하여 한꺼번에 수돗물을 공급하도록 상수도관이 설치되기도 한다.

그리고 일반 가정 주택, 상가 건물 밀집 지역 등은 도로 아래 매설된 큰 관에서 작은 관으로 연결하여 최종 사용처로 수돗물을 공급하도록 되어 있다. 이때, 작은 관을 '지선'이라고 할 때, 대부분의 누수는 지선에서 발생하게 된다. 즉, 지선은 관이 가늘기 때문에 압력을 크게 받고, 주택 밀집 지역에서는 조인트 등으로 연결하여 길게 연결하기 때문에, 접합 및 연결부분에서 누수가 쉽게 발생 된다.

이와 같이 각 지선에서 발생하는 누수량을 집계하게 되면, 전체적으로는 수돗물의 대략 20% 이상이 누수로 인하여 낭비되고 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 많은 양의 수돗물이 누수됨으로써, 비용의 낭비는 물론, 누수 위치에서의 압력변화에 의해 이물질, 세균, 중금속 등이 상수도관으로 유입되어 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.

따라서 누수위치를 정확하고 신속하게 파악하여 노후되거나 파손된 상수도관을 교체 및 수리하여야 하는데, 종래의 누수 탐지 기술로는 소량의 누수를 탐지하는데 한계가 있으며, 정확하게 각 가정마다 연결된 지선을 감지하는 것이 쉽지 않다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 누수탐지 센서의 배터리 사용을 최소화함과 동시에 수돗물의 누수 여부를 실시간으로 탐지하여 누수되는 지점의 위치를 정확하고 신속하게 파악할 수 있는 상수도관 누수 탐지장치 및 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 상수도관이 매립된 지반에 상기 상수도관을 따라 복수의 개소에 상기 상수도관의 일부가 외부로 노출되도록 형성된 점검구를 통하여 상기 상수도관의 누수를 탐지하는 상수도관 누수 탐지장치로서, 상기 점검구를 통하여 외부로 노출되는 상기 상수도관의 일측에 구비되어 상기 상수도관에서의 누설진동을 감지하는 센서모듈과; 상기 센서모듈에서 측정한 누설진동에 대한 정보를 전달받아 상기 상수도관에서 누수가 발생되는 위치를 파악하도록 하는 단말기를; 포함한 것을 특징으로 하는 상수도관 누수 탐지장치를 제시한다.

여기서, 상기 점검구에는 일단이 상기 점검구를 통하여 외부로 노출되는 상기 상수도관과 접촉되고 타단이 상기 지반의 상측으로 연장 형성되는 점검봉이 구비되고, 상기 센서모듈은 상기 점검봉의 일측에 설치될 수 있다.

그리고, 상기 센서모듈은 상기 상수도관의 누설진동을 감지하는 변환부와, 상기 변환부에서 감지한 누설진동을 측정하여 저장하고 상기 단말기 측으로 전송하는 검지부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 검지부는 상기 변환부에서 감지한 누설진동에 대한 신호를 수신하는 신호조절부와, 상기 신호조절부에 수신된 신호를 정류하는 대역통과필터(band pass filter)와, 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 변환시키는 실효값변환기(root mean square inverter)와, 상기 실효값변환기에서 변환된 신호를 수신받아 상기 단말기 측으로 전송하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 검지부는 무선 통신에 의하여 감지한 누설진동을 상기 단말기 측으로 전송하도록 할 수 있다.

상기 과제의 해결을 위하여 본 발명은, 정상상태에서 수돗물이 상수도관을 통하여 흘러갈 때 발생하는 진동의 정도가 되는 기준레벨을 설정하는 제1단계와; 실제 수돗물이 상수도관을 통하여 흘러갈 때 발생되는 진동의 정도가 되는 측정레벨을 측정하는 제2단계와; 상기 기준레벨과 측정레벨을 비교하여 상기 측정레벨이 상기 기준레벨보다 작은 경우에 주기적으로 측정레벨을 측정하는 제3단계와; 주기적으로 측정한 측정레벨 값 중에서 최소값을 지정하는 제4단계와; 상기 최소값에 일정 상수를 곱한 배수값과 상기 측정레벨을 비교하는 제5단계와; 상기 배수값이 상기 측정레벨보다 작을 경우에는 상기 상수도관에서 누수가 발생하는 것으로 판단하여 누수발생을 확인하는 제6단계를; 포함한 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

여기서, 상기 배수값이 상기 측정레벨보다 클 경우에는 상기 상수도관에서 누수가 발생하지 않은 것으로 판단하여 측정레벨을 지속적으로 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 상수도관에서 누수발생을 확인한 이후에는 누수가 발생되는 지점을 탐지하는 단계가 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 제4단계는 측정레벨을 측정하는 시작시간(R)을 입력하는 단계와, 측정레벨을 측정하는 기간(P)을 입력하는 단계와, 측정레벨을 측정하는 기간(P) 내에서 측정레벨을 측정하는 횟수(D)를 입력하는 단계와, 측정레벨을 측정하는데 소요하는 실제 측정시간(I)을 입력하는 단계와, 반복적으로 측정된 복수의 측정레벨들을 비교하여 최소값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 최소값이 결정되면 상기 최소값을 대표값으로 인식하여 무선 통신 방식에 의하여 상기 단말기 측으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 누수탐지 센서의 배터리 사용을 최소화함과 동시에 수돗물의 누수 여부를 실시간으로 탐지하여 누수되는 지점의 위치를 정확하고 신속하게 파악할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도관 누수 탐지장치의 구조를 도시한 평면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도관 누수 탐지장치의 센서모듈의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도관 누수 탐지장치를 이용하여 상수도관의 누수여부를 탐지하는 전체적인 과정을 도시한 흐름도이고,
도 4는 상수도관의 누수여부를 탐지하는 전체적인 과정을 기재한 흐름도이며,
도 5는 상수도관의 누수여부를 탐지하는 과정 중에서 누수신호를 처리하여 측정레벨의 최소값을 결정하는 과정을 도시한 흐름도이며,
도 6은 상수도관의 누수여부를 탐지하는 과정 중에서 누수신호를 처리하여 측정레벨의 최소값을 결정하는 과정을 기재한 흐름도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 상수도관 누수 탐지장치 및 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법은, 상수도관(1)이 매립된 지반에 상수도관(1)을 따라 복수의 개소에 상수도관(1)의 일부가 외부로 노출되도록 형성된 점검구(2)를 통하여 상수도관(1)의 누수를 탐지하는 상수도관 누수 탐지장치로서, 점검구(2)를 통하여 외부로 노출되는 상수도관(1)의 일측에 구비되어 상수도관(1)에서의 누설진동을 감지하는 센서모듈(10)과, 센서모듈(10)에서 측정한 누설진동에 대한 정보를 전달받아 상수도관(1)에서 누수가 발생되는 위치를 파악하도록 하는 단말기(20)를 포함하여 구성되어 있다.

상수도관(1)은 지반에 매립되어 정화가 완료된 수돗물이 흘르도록 하여 각 가정으로 수돗물을 공급해주는 관으로써 수돗물을 공급해야하는 지역에 따라서 굵기가 다르게 형성되어 있다.

그리고, 점검구(2)는 지반에 매설된 상수도관(1)의 누수 여부를 탐지할 수 있도록 지상에서 상수도관(1)을 향하여 지반을 천공함으로써 형성되며, 이러한 점검구(2)는 상수도관(1)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 이격 배치되어 복수의 개소에 마련되는 것이 바람직하다.

점검구(2)에는 일단이 점검구(2)를 통하여 외부로 노출되는 상수도관(1)과 접촉되고 타단이 상기 지반의 상측으로 연장 형성되는 점검봉(2a)이 구비되고, 센서모듈(10)은 점검봉(2a)의 일측에 설치될 수 있다.

센서모듈(10)은 상수도관(1)의 누설진동을 감지하는 변환부(11)와, 변환부(11)에서 감지한 누설진동을 측정하여 저장하고 단말기(20) 측으로 전송하는 검지부(12)를 포함하여 구성되어 있다.

검지부(12)는 변환부(11)에서 감지한 누설진동에 대한 신호를 수신하는 신호조절부(12a)와, 신호조절부(12a)에 수신된 신호를 정류하는 대역통과필터(band pass filter, 12b)와, 대역통과필터(12b)를 통과한 신호를 변환시키는 실효값변환기(root mean square inverter, 12c)와, 실효값변환기(12c)에서 변환된 신호를 수신받아 단말기(20) 측으로 전송하는 마이크로프로세서(12d)를 포함할 수 있다.

이러한 검지부(12)에서 감지한 누설진동은 유선 통신 방식에 의하여 단말기(20) 측으로 전송될 수도 있지만, 더욱 바람직하게는 센서모듈(10)과 단말기(20) 사이의 거리에 구애받지 않는 무선 통신 방식에 의하여 단말기(20) 측으로 전송되는 것이 효과적이다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도관 누수 탐지장치를 이용하여 상두도관의 누수를 탐지하는 방법은 다음과 같다.

우선, 누수가 이루어지지 않는 정상 상태에서 수돗물이 상수도관을 통하여 흘러갈 때 발생하는 진동의 정도가 되는 기준레벨을 설정한 후에 실제 수돗물이 상수도관(1)을 통하여 흘러갈 때 발생되는 진동의 정도가 되는 측정레벨을 측정하게 된다.

상기 기준레벨의 경우에는 상수도관에서 누수가 이루어짐을 판단가능하지 여부를 결정하기 위한 값으로 한 번의 측정에 의하여 정해지는 것보다 상수도관(1)의 여러 지점에서 반복적으로 측정한 후에 평균값으로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 측정레벨을 한번 측정할 때마다 고유번호를 N₁, N₂, N₃, ···, N_X과 같이 부여하고, 먼저 측정된 N₁ 값과 N₂ 값을 비교하여 더 작은 값을 N_min 값으로 지정한 후에 N₃ 값을 측정하여 N_min 값과 비교하여 N₃ 값이 N_min 값보다 크면 N_min 값에 일정한 상수를 곱한 배수값과 상기 N₃ 값을 비교하여 상기 배수값이 상기 측정레벨보다 작을 경우에는 상수도관(1)에서 누수가 발생하는 것으로 판단하여 누수발생을 확인하게 된다.

반대로, 상기 배수값이 상기 N₃ 값보다 클 경우에는 상기 상수도관에서 누수가 발생하지 않은 것으로 판단하여 N₅, N₆, N₇, ···, N_X 값을 지속적으로 측정하여 N_min 값과 비교함으로써 실시간으로 상수도관(1)에서의 누수 여부를 감지하게 된다.

그리고, 상기 배수값이 상기 측정레벨(N₅, N₆, N₇, ···, N_X 값)보다 작아서 누수발생을 확인하게 되면 신호를 수신받은 단말기(20)를 통하여 상수도관(1)에서 누수가 발생되는 지점을 탐지하여 누수가 발생되지 않도록 보수작업을 진행함으로써 실시간으로 누수를 정확하고 신속하게 감지할 수 있게 된다.

이러한 측정레벨(N₁, N₂, N₃, ···, N_X)은 실제 측정이 이루어지는 지점에서 수돗물이 상수도관을 통과할 때 발생하는 진동을 측정한 값으로서 상수도관에서의 누수 여부를 결정하게 되는 직접적인 요소이므로 정확한 측정이 이루어져야 한다.

이를 위하여, 차량이나 혹은 보행자의 통행이 빈번하고 수돗물의 사용량이 많은 주간 시간보다는 차량이나 혹은 보행자의 통행이 적고 수돗물의 사용량이 미미한 새벽 시간에 측정이 이루어지는 것이 바람직하다.

기준레벨과 측정레벨이 설정되면 기준레벨과 측정레벨을 비교하게 되는데, 측정레벨이 기준레벨 이상일 경우에는 상수도관에서의 누수 여부와 관계없이 이상상황이 발생되는 경우이므로 상수도관의 누수여부를 판단할 수 없기 때문에 초기 안정화가 이루어질때까지 반복적으로 측정이 이루어져야 한다.

여기서, 이상 상황이라 함은 차량이나 보행자의 통행이나 혹은 수돗물 사용등으로 인하여 센서모듈(10)에서 측정되는 측정레벨에 수돗물의 누수로 인한 진동뿐만 아니라 상기 요인으로 인한 노이즈까지 포함되는 상황을 말한다.

상술한 바와 같이, 기준레벨과 측정레벨을 비교하여 상기 측정레벨이 상기 기준레벨보다 작은 경우에는 일정한 주기를 갖고 반복적으로 측정레벨을 측정한 후에 측정된 측정레벨 중에서 가장 작은 최소값을 지정하게 된다.

여기서, 측정레벨을 지정하는 방법을 좀더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

우선, 측정레벨을 측정하는 시작시간(R, 단위 :Sec)을 입력하는데, 이는 측정주기로서 누설진동이 발생하는지 여부에 대하여 판단을 하기 위한 데이터의 수집 간격을 나타낸다.

그리고, 측정레벨을 측정하는 기간(P, 단위 :Sec)을 입력하는데, 이는 상기한 측정기간으로 데이터를 읽어들이는 기간을 나타낸다. 그 후, 측정레벨을 측정하는 기간(P) 내에서 측정레벨을 측정하는 횟수(D)를 입력하게 되는데, 이는 측정시간으로 실제로 데이터를 읽어들이는 시간을 나타낸다.

횟수(D)를 입력한 후에는 측정레벨을 측정하는데 소요하는 실제 측정시간(I)을 입력하는데, 이는 측정간격으로 측정레벨을 측정하는 기간(P) 동안에 실제 데이터를 읽어들이는 횟수(D) 사이의 간격을 나타낸다.

시작시간(R), 기간(P), 횟수(D), 실제 측정시간(I)의 입력이 완료되면 이들에 의하여 반복적으로 측정된 복수의 측정레벨들을 비교하여 최소값을 결정하게 되며, 이러한 최소값이 결정되면 상기 최소값을 대표값으로 인식하여 무선 통신 방식에 의하여 단말기(20) 측으로 전송함으로써 측정레벨의 최소값 지정이 완료된다.

여기서, 이러한 과정을 예를 들어 설명하면 "10분 간격으로 데이터를 기록하고, 데이터를 읽어들이는 기간은 30초, 실제 데이터를 읽는 시간은 0.1초 그리고 데이터를 읽는 시간은 6초에 한번 씩"인 경우에 "R은 600, P는 30, d는 100, I는 6"으로 입력되어 측정레벨이 측정된다.

그리고, 측정레벨이 측정되는 과정은 30초 동안 6초 간격으로 데이터를 읽어들이기 때문에 총 6번의 데이터를 저장하게 되며 측정된 값이 데시벨(dB)로 가장 작은 값이 최소값으로 결정되는 것이다.

측정레벨을 측정시에 일정한 주기로 측정하게 되므로 센서모듈(10)에 사용되는 배터리의 사용량을 최소화할 수 있으며, 측정 빈도가 적기 때문에 단말기(20) 측으로 전송해야 할 데이터의 양을 줄일 수 있게 되므로 배터리의 사용량을 최소화함으로써 배터리의 수명을 늘일 수 있는 효과가 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

1 : 상하수도 2 : 점검구
2a : 점검봉 10 : 센서모듈
11 : 변환부 12 : 검지부
12a : 신호조절부 12b : 대역통과필터
12c : 실효값변환기 12d : 중앙처리장치
20 : 단말기

Claims

상수도관이 매립된 지반에 상기 상수도관을 따라 복수의 개소에 상기 상수도관의 일부가 외부로 노출되도록 형성된 점검구를 통하여 상기 상수도관의 누수를 탐지하는 상수도관 누수 탐지장치로서, 상기 점검구를 통하여 외부로 노출되는 상기 상수도관의 일측에 구비되어 상기 상수도관에서의 누설진동을 감지하는 센서모듈과; 상기 센서모듈에서 측정한 누설진동에 대한 정보를 전달받아 상기 상수도관에서 누수가 발생되는 위치를 파악하도록 하는 단말기를; 포함한 것을 특징으로 하는 상수도관 누수 탐지장치의 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법으로서,
정상상태에서 수돗물이 상수도관을 통하여 흘러갈 때 발생하는 진동의 정도가 되는 기준레벨을 설정하는 제1단계와;
실제 수돗물이 상수도관을 통하여 흘러갈 때 발생되는 진동의 정도가 되는 측정레벨을 측정하는 제2단계와;
상기 기준레벨과 측정레벨을 비교하여 상기 측정레벨이 상기 기준레벨보다 작은 경우에 주기적으로 측정레벨을 측정하는 제3단계와;
주기적으로 측정한 측정레벨 값 중에서 최소값을 지정하는 제4단계와;
상기 최소값에 일정 상수를 곱한 배수값과 상기 측정레벨을 비교하는 제5단계와;
상기 배수값이 상기 측정레벨보다 작을 경우에는 상기 상수도관에서 누수가 발생하는 것으로 판단하여 누수발생을 확인하는 제6단계를; 포함하며,
상기 제4단계는 측정레벨을 측정하는 시작시간(R)을 입력하는 단계와, 측정레벨을 측정하는 기간(P)을 입력하는 단계와, 측정레벨을 측정하는 기간(P) 내에서 측정레벨을 측정하는 횟수(D)를 입력하는 단계와, 측정레벨을 측정하는데 소요하는 실제 측정시간(I)을 입력하는 단계와, 반복적으로 측정된 복수의 측정레벨들을 비교하여 최소값을 결정하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.
제1항에 있어서,
상기 점검구에는 일단이 상기 점검구를 통하여 외부로 노출되는 상기 상수도관과 접촉되고 타단이 상기 지반의 상측으로 연장 형성되는 점검봉이 구비되고, 상기 센서모듈은 상기 점검봉의 일측에 설치된 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.
제1항에 있어서,
상기 센서모듈은 상기 상수도관의 누설진동을 감지하는 변환부와, 상기 변환부에서 감지한 누설진동을 측정하여 저장하고 상기 단말기 측으로 전송하는 검지부를 포함한 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.
제3항에 있어서,
상기 검지부는 상기 변환부에서 감지한 누설진동에 대한 신호를 수신하는 신호조절부와, 상기 신호조절부에 수신된 신호를 정류하는 대역통과필터(band pass filter)와, 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 변환시키는 실효값변환기(root mean square inverter)와, 상기 실효값변환기에서 변환된 신호를 수신받아 상기 단말기 측으로 전송하는 마이크로프로세서를 포함한 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.
제3항에 있어서,
상기 검지부는 무선 통신에 의하여 감지한 누설진동을 상기 단말기 측으로 전송하는 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배수값이 상기 측정레벨보다 클 경우에는 상기 상수도관에서 누수가 발생하지 않은 것으로 판단하여 측정레벨을 지속적으로 측정하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.
제1항에 있어서,
상기 상수도관에서 누수발생을 확인한 이후에는 누수가 발생되는 지점을 탐지하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 최소값이 결정되면 상기 최소값을 대표값으로 인식하여 무선 통신 방식에 의하여 상기 단말기 측으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누수탐지를 위한 누수신호 처리방법.