KR101750743B1 - 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

하천을 비롯한 물이 보관되는 장소의 누수를 저렴하고 정확하게 감지할 수 있는 기술을 제공하되, 주변의 환경 변화에 관계없이 매우 정확한 확률로 누수 포인트를 감지할 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템은, 물이 존재하는 장소에 물과 접촉되는 저면에 매설되며, 광원으로부터 광을 제공받고 광원으로부터 입사된 광으로부터 피측정물의 온도에 따라서 서로 다른 파장의 광을 반사하는 복수의 센서가 복수의 온도 측정 포인트마다 설치되되, 복수의 온도 측정 포인트 중 어느 한 온도 측정 포인트가 기준 온도 측정 포인트로 설정된 광섬유라인; 및 광섬유라인에 포함된 센서들로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 온도 측정 포인트마다의 온도를 측정하고, 기준 온도 측정 포인트를 제외한 온도 측정 포인트에서 측정된 온도인 제1 온도와 기준 온도 측정 포인트에서 측정된 온도인 제2 온도를 이용하여 적어도 하나의 온도 측정 포인트별 누수 여부를 감지하는 누수 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템{System for detecting water leakage using fiber-optic temperature sensor}

본 발명은 온도 정보를 포함한 광속을 광섬유에 의하여 검출기로 유도하여 온도를 검출하는 광섬유 온도센서를 이용하여, 하천 등 물이 존재하는 장소에서 누수를 감지하는 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 정확하게 상대적 온도 변화를 감지함으로써 누수 포인트를 정확하게 감지할 수 있는 기술에 관한 것이다.

하천 등의 물이 존재하는 곳이나, 저수지, 댐 등 물을 보관하는 곳에서는, 물의 누수가 심각한 문제가 되고 있다. 이러한 물의 누수는 물이 보관되는 장소의 특성 상 육안으로 확인하는 것이 매우 어려우며, 이에 따라서 많은 비용을 들여 누수를 감지하는 센서를 장소의 전반적인 부분에 설치해야 하고 있다. 그러나 이러한 센서의 설치 비용때문에, 기본적으로 누수를 감지하는 시설이 물이 존재하는 장소에 설치된 사례는 많지 않은 실정이다.

물이 중요한 자원으로 인식되는 요즘, 누수에 의한 물의 손실은 큰 경제적 문제로 대두될 수 밖에 없으며, 이에 따라서 누수를 감지하는 기술에 관한 연구가 이루어지고 있다.

예를 들어 한국등록특허 1056056호 등에서는 변위 센서를 기준으로 하천 호안 시설물의 안전 관리를 수행하며, 이를 통하여 누수 등을 감지하고 있는 기술을 제시하고 있다.

그러나 상기의 기존의 기술들은, 상기 언급한 바와 같이 매우 비싼 설치 비용과 함께 기본적으로 호안 시설물에 그 적용 범위가 제한되어 있어, 하천 바닥을 통한 누수 및 기타 시설물을 통한 누수 등 다양한 부분에서의 누수를 감지하기 어려운 문제점이 있다.

이에 본 발명은, 하천을 비롯한 물이 보관되는 장소의 누수를 저렴하고 정확하게 감지할 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 주변의 환경 변화에 관계없이 매우 정확한 확률로 누수 포인트를 감지할 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템은, 물이 존재하는 장소에 물과 접촉되는 저면에 매설되며, 광원으로부터 광을 제공받고 광원으로부터 입사된 광으로부터 피측정물의 온도에 따라서 서로 다른 파장의 광을 반사하는 복수의 센서가 복수의 온도 측정 포인트마다 설치되되, 상기 복수의 온도 측정 포인트 중 어느 한 온도 측정 포인트가 기준 온도 측정 포인트로 설정된 광섬유라인; 및 상기 광섬유라인에 포함된 센서들로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 상기 온도 측정 포인트마다의 온도를 측정하고, 상기 기준 온도 측정 포인트를 제외한 온도 측정 포인트에서 측정된 온도인 제1 온도와 상기 기준 온도 측정 포인트에서 측정된 온도인 제2 온도를 이용하여 상기 적어도 하나의 온도 측정 포인트별 누수 여부를 감지하는 누수 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 광섬유라인을 지하에 매설하는 간단한 시공을 통하여, 하천 저면 등에서 발생하는 누수를 온도 변화량으로부터 감지하여 정확하게 예측할 수 있어, 저렴하고 정확한 누수 감지가 가능해지는 효과가 있다.

특히, 온도 변화량 감지 시 광섬유라인에 포함된 온도 측정 포인트들 중, 기준이 되는 온도를 측정하는 온도 측정 포인트와 이외의 온도 측정 포인트 간의 상대적인 온도 오차를 이용하기 때문에, 계절의 변화 및 수온의 변화에 의해서도 정확하게 물의 누수에 의한 온도 변화량을 감지하고, 이를 통하여 누수를 감지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템의 개략적인 구성도.
도 2 및 3은 본 발명의 각 실시예에 따라 구성되는 광섬유라인의 구성 예.
도 4는 본 발명의 각 실시예에 따라 광섬유 온도센서를 이용하여 온도 및 누수를 감지하는 기능의 흐름을 설명하기 위한 예.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 각 실시예에 따른 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템에 대해서 설명하기로 한다.

이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

또한 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.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속” 된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 실시 예에서 “통신”, “통신망” 및 “네트워크”는 동일한 의미로 사용될 수 있다. 상기 세 용어들은, 파일을 사용자 단말, 다른 사용자들의 단말 및 다운로드 서버 사이에서 송수신할 수 있는 유무선의 근거리 및 광역 데이터 송수신망을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템은, 광섬유라인(10) 및 누수 감지부(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

광섬유라인(10)은, 물(30)이 존재하는 장소에 물(30)과 접촉되는 저면, 즉 물바닥에 매설 또는 설치되며, 광원(50)으로부터 광을 제공받고 광원으로부터 입사된 광으로부터 피측정물의 온도에 따라서 서로 다른 파장의 관을 반사하는 적어도 하나의 센서(미도시)가 적어도 하나의 온도 측정 포인트(11)마다 설치된 구성을 의미한다.

본 발명에서 센서는 광섬유 온도센서를 의미하는 것으로, 온도 정보를 포함한 광속을 광섬유에 의하여 검출기로 유도하여 온도를 검출하는 기능을 수행한다. 상기의 예와 같이 피측정물의 온도에 따라서 반사되는 파장을 검출하여 온도를 검출하게 된다.

광섬유 온도센서는 온도측정 방법에 따라 적외선 방사검출형, 반도체 필터형(에너지 갭형) 패브리ㆍ페로형(간섭형), 형광 강도 검출형, 광로 차단형 등 5종류가 있다. 적외선 방사검출형은 물질을 구성하는 원자의 열진동에 의하여 방출되는 적외선을 다모드 광섬유에 의하여 검출기로 유도, 그 강도로부터 물체의 온도를 측정한다. 반도체 필터형은 반도체 에너지 갭이 온도와 더불어 변화하는 것을 이용하여 반도체를 투과한 빛의 강도변화에 의해 온도를 검출한다. 반도체로서 GaAs, CdTe 등이 사용된다. 패브리ㆍ페로형은 단일모드 섬유의 양단에 유전체다층 반사막을 코팅하여 광섬유 패브리ㆍ페로 에탈론을 만듦으로써 빛을 간섭시킨다. 단일 모드 광섬유의 광학적 길이가 온도에 의해서 λ/2 변화할 때마다 빛의 펄스가 나타나고, 이 빛의 펄스를 셈으로써 단일모드 광섬유의 온도, 혹은 이와 열평형에 있는 물체의 온도를 검출한다. 형광 강도검출형은 다모드 광섬유의 선단에 고정시킨 형광물질을 자외선으로 자극하면 형광을 발하지만, 이 형광 강도가 온도에 의존하는 것을 이용하여 온도를 검출한다. 광로 차단형은 송신용 다모드 광섬유와 수신용 다모드 광섬유 사이에 온도 센서(바이메탈, 자기 페라이트 등)를 삽입하여 광로를 차단함으로써 빛의 강도를 변화시켜 온도를 검출한다. 상기의 예 이외에, 모든 광섬유 온도센서가 본 발명에서 사용될 수 있을 것이다.

상기와 같이 설정된 온도 측정 포인트(11)들 중 어느 한 온도 측정 포인트는 기준 온도 측정 포인트(12)로 설정되어 있다.

기준 온도 측정 포인트(12)은 기준 온도를 측정하기 위하여 설정되는 포인트, 즉 위치이다. 광섬유라인(10)에 설정된 온도 측정 포인트(11)에서 온도를 측정 시, 온도의 변화량을 바탕으로 누수를 감지하게 되는데, 물(30)을 포함한 피측정물의 온도는 시간의 변화 및 날씨의 변화에 의하여 변환될 수 있다. 이 경우, 온도의 변화가 자연적인 변화임에도 불구하고, 이와 같은 온도 변화를 누수가 발생한 것으로 판단하는 오류가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 다수의 온도 측정 포인트(11)들 중 어느 한 온도 측정 포인트를 기준 온도 측정 포인트(12)로서 설정하고, 기준 온도 측정 포인트(12)에서 측정되는 온도를 기준 온도로 설정함으로써, 자연적인 온도의 변화를 함께 고려하여 높은 정확도로 누수를 감지하게 되는 것이다.

이와 같은 기능 수행의 정확도를 높이기 위하여, 기준 온도 측정 포인트(12)에 대응되는 센서는 방수 처리되어 물과 접촉되는 저면에 기설정된 깊이로 매립될 수 있다.

누수 감지부(40)는 광섬유라인(10)에 설정된 온도 측정 포인트(11) 및 기준 온도 측정 포인트(12)에 포함된 센서들로부터 반사된 광을 집광하고 집광된 광의 파장을 분석함으로써, 각 온도 측정 포인트(11, 12)마다의 온도 정보를 측정하고, 측정된 온도 정보를 이용하여 각 온도 측정 포인트(11)별로 누수가 발생했는지 여부를 감지하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 누수 감지부(40)는, 두 가지 실시예에 해당하는 기능 수행에 의하여 누수 여부를 감지하게 된다.

제1 예로서, 누수 감지부(40)는 광섬유라인(10)의 온도 측정 포인트(11)에서 측정된 온도와, 기준 온도 측정 포인트(12)에서 측정된 온도의 차이를 온도 정보로서 연산하게 되며, 온도 정보가 각 온도 측정 포인트(11)마다 기설정된 제1 임계값을 초과하는 경우, 그 온도 측정 포인트에서 누수가 발생하는 것으로 판단하여 관리자 단말(미도시)에 누수 경보 신호를 송출할 수 있다.

예를 들어, 누수가 발생하는 지역에서는 물이 새고 있는 것이기 때문에 피측정물로서 물바닥의 저면에서의 온도와는 많은 차이가 발생하게 된다. 이와 같은 원리를 이용하여, 온도가 다른 온도 측정 포인트에 비하여 크게 높거나 낮은 부분에서 누수가 발생한 것으로 감지하게 되는 것이다.

한편 제2 예로서, 누수 감지부(40)는 기설정된 기간(예를 들어 1일) 동안 특정 온도 측정 포인트에서의 상기 제1 예에서 연산된 온도 정보의 평균값인 제1 평균값과 상기 특정 온도 측정 포인트를 제외한 온도 측정 포인트들에서의 상기 제1 예에서 연산된 온도 정보의 평균값인 제2 평균값을 비교하여, 제2 평균값과 제1 평균값의 오차가 각 온도 측정 포인트마다 기설정된 제2 임계값을 초과하는 경우, 상기의 제1 평균값이 연산된 특정 온도 측정 포인트에서 누수가 발생한 것으로 판단하여 관리자 단말에 경보 신호를 송출할 수 있다.

제1 예와 제2 예의 기능 수행의 원리는 동일하나, 제2 예에서는 특정 기간 동안의 온도의 평균값의 오차를 비교함으로써, 제1 예의 기능 수행 시의 오류를 더욱 줄일 수 있다.

이와 같은 기능 수행에 의하면, 저렴한 광섬유라인(10)을 설치하고 이를 바탕으로 누수 발생 시의 피측정물과 물(30)에 접한 부분에서의 온도의 차이를 이용하여 누수 여부를 정확하게 판단할 수 있다. 특히, 광섬유라인(10)에 설정된 온도 측정 포인트(11) 중 기준 온도 측정 포인트(12)가 기준 온도를 측정하는 기능 수행을 위하여 설치되기 때문에, 자연적인 온도 변화를 고려하여 오류가 최소화된 누수 감지를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 2 및 3은 본 발명의 각 실시예에 따라 구성되는 광섬유라인의 구성 예 이다. 이하의 설명에 있어서 도 1과 중복되는 부분에 대한 설명은 이를 생략하기로 한다.

먼저 도 2를 참조하면, 하나의 광섬유라인(10)에 복수의 온도 측정 포인트(11)가 설정되어 있다. 이때, 복수의 온도 측정 포인트(11)들 중 어느 특정한 포인트를 기준 온도 측정 포인트(12)로 설정하여, 방수 처리 및 매설을 함으로써, 기준 온도 측정 포인트(12)에서 측정된 온도를 기준 온도로 설정하여 다른 온도 측정 포인트(11)와의 온도 오차를 통해 상대적인 온도 차이를 연산하도록 할 수 있다.

한편 도 3의 실시예에서는, 광섬유라인이 제1 광섬유라인(100)과 제2 광섬유라인(110)으로 구성되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 3의 실시예에서 매설되는 광섬유라인은 2채널로 구성되는 것이다. 이때 제1 광섬유라인(100)에는 복수개의 기준 온도 측정 포인트(101)가 설정되며, 제2 광섬유라인(110)에는 온도를 측정하기 위한 온도 측정 포인트(111)가 설정될 것이다. 즉, 도 3의 실시예에서는 도 2와 달리, 기준 온도 측정 포인트(101)만이 설정된 제1 광섬유라인(100)이 별도로 존재하는 점에 그 특징이 있다.

도 4는 본 발명의 각 실시예에 따라 광섬유 온도센서를 이용하여 온도 및 누수를 감지하는 기능의 흐름을 설명하기 위한 예이다.

도 4를 참조하면, 각 온도 측정 포인트에서 측정된 온도의 흐름선(200)을 확인할 수 있다. 이때 특정 온도 포인트는 상기 언급한 바와 같이 기준 온도 측정 포인트(211)로 구성되며, 기준 온도 측정 포인트(211)와 다른 온도 측정 포인트 사이의 온도의 오차가 상기 언급한 온도 정보로서 누수 여부를 감지하는 데 사용된다. 이때 급격하게 온도가 낮아지는 온도 측정 포인트가 누수 지점(210)으로 감지될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실 시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실 시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 “포함하다”, “구성하다” 또는 “가지다” 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 물이 존재하는 장소에 물과 접촉되는 저면에 매설되며, 광원으로부터 광을 제공받고 광원으로부터 입사된 광으로부터 피측정물의 온도에 따라서 서로 다른 파장의 광을 반사하는 복수의 센서가 복수의 온도 측정 포인트마다 설치되되, 상기 복수의 온도 측정 포인트 중 어느 한 온도 측정 포인트가 기준 온도 측정 포인트로 설정된 광섬유라인; 및
   상기 광섬유라인에 포함된 센서들로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 상기 온도 측정 포인트마다의 온도를 측정하고, 상기 기준 온도 측정 포인트를 제외한 온도 측정 포인트에서 측정된 온도인 제1 온도와 상기 기준 온도 측정 포인트에서 측정된 온도인 제2 온도를 이용하여 상기 적어도 하나의 온도 측정 포인트별 누수 여부를 감지하는 누수 감지부;를 포함하되,
   상기 기준 온도 측정 포인트에 대응하는 센서는 방수 처리되어 상기 물과 접촉되는 저면에 기설정된 깊이로 매립되고,
   상기 누수 감지부는,
   상기 제1 온도와, 상기 제2 온도의 차이를 상기 온도 정보로 연산하되, 기설정된 기간 동안 특정 온도 측정 포인트에서의 상기 온도 정보의 평균값인 제1 평균값과 상기 특정 온도 측정 포인트를 제외한 온도 측정 포인트들에서의 상기 온도 정보의 평균값인 제2 평균값을 비교하여, 상기 제2 평균값과 상기 제1 평균값의 오차가 기설정된 제2 임계값을 초과하는 경우, 상기 특정 온도 측정 포인트에서 누수가 발생한 것으로 판단하여 관리자 단말에 경보 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 기준 온도 측정 포인트는 복수개 존재하며,
   상기 광섬유라인은,
   상기 기준 온도 측정 포인트를 포함하도록 구성되는 제1 광섬유라인과, 상기 기준 온도 측정 포인트를 제외한 온도 측정 포인트를 포함하도록 구성되는 제2 광섬유라인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 온도센서를 이용한 누수 감지 시스템.

Images