KR101994443B1 - 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치 및 시스템 - Google Patents

플렉시블 배관 두께 모니터링 장치 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배관의 외주면에 장착되는 본체; 및 상기 본체에 결합되고, 소정 간격으로 이격되어 서로 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결되는 복수 개의 압전체; 및 상기 본체의 일측에 설치되어 상기 압전체로부터 전기 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 구비하는 센서모듈을 포함하고, 상기 본체는, 상기 커넥터를 수용하는 공간을 형성하고, 상기 공간에 수용된 커넥터와 결합하는 지지 프레임; 및 상기 지지 프레임에 대해 회전 가능하게 연결되고, 상기 압전체들과 결합하고, 상기 각 압전체와 상기 배관을 서로 밀착시키기 위해 상기 배관의 곡률에 대응하여 굽어지도록 형성되는 커브 프레임을 개시한다.

Description

플렉시블 배관 두께 모니터링 장치 및 시스템{FLEXIBLE PIPE THICKNESS MONITORING DEVICE AND SYSTEM}
본 발명은, IDT(Interdigital transducers) 센서를 이용하고, 배관의 곡률에 대응하여 굽어지게 설치 가능한 배관 두께를 모니터링하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
원자력발전소를 포함한 플랜트에 설치되는 배관이 노후됨에 따라, 배관의 두께가 얇아지는 감육(wall thinning) 현상이 발생한다. 감육된 배관은 설계 내압을 견디지 못하고 파단되어 인명피해를 발생시킬 수 있다. 따라서 이를 막기 위해 배관의 두께 및 결함을 사전에 측정하는 장치를 배관 두께 측정 장치라 일컫는다.
종래의 배관 두께 측정 장치는 초음파, 진동신호 및 펄스를 이용한 기법을 활용하여 배관의 두께를 측정한다. 구체적으로, 상기 배관 두께 측정 장치는 배관의 초음파, 진동신호 또는 펄스 신호를 배관에 전달시키고, 감육 또는 결함이 있는 배관의 일부분으로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신하여 배관의 상태를 검사하도록 이루어진다.
상기 장치들은 원형 또는 굴곡지게 형성된 배관의 외주면에 일시적으로 설치하여 측정하기 위한 장치이기 때문에, 배관에 고정 설치되어 배관의 두께를 항시 모니터링 할 수 없다는 문제가 있다.
구체적으로 상기 장치들은 다음과 같은 문제가 있다. 초음파를 이용하는 경우 측정하고자 배관의 둘레를 따라 복수 개의 초음파 센서를 설치해야 되는 불편함이 있다. 진동 신호를 이용하는 경우 외부에서 망치 등을 이용하여 배관에 충격을 가하여 진동 신호를 만들기 때문에, 검사 장비를 항상 설치할 수 없다는 구조적 문제가 있다. 그리고, 펄스를 이용하는 경우 인가 전류가 높기 때문에 안전 측면에서 위험하다는 문제가 있다.
한편, 최근에는 구조물 건전성 모니터링용 센서인 IDT 센서가 개발 및 연구되고 있다. IDT(Interdigital transducers) 센서는 압전 물질 상 빗살무늬로 배치된 전극에 전압을 인가하여 표면파{SAW(Surface Acoustic Wave) 또는 rayleigh wave}를 발생시키는 것이고, IDT 센서를 이용한 구조물 건전성 모니터링이란, IDT 센서에서 발생시키는 표면파를 이용하여 구조물의 건전성(예를 들어, 배관의 감육 상태 측정)을 평가하는 방법을 일컫는다. 여기서, IDT 센서는 평판 형상의 압전 기판(piezoelectric substrates) 위에 삭각 기술을 이용하여 전극을 구성하고, 상기 전극에 전압을 가해 표면파를 발진시키거나 수신하는 장치를 일컫는다.
다만, IDT센서의 압전 기판은 딱딱한 재질로 이루어지기 때문에, 일반적으로 원형 또는 굴곡지게 형성된 배관의 외주면을 압전 기판이 덮도록 설치하기 어려운 구조이다. 따라서, IDT 센서가 발진시키는 표면파를 배관에 전달하기 위해 중간 매개체인 아크릴 재질의 웨지를 IDT센서와 배관 사이에 삽입하여야 하여야 한다.
상기 구조에 따르면, IDT 센서에서 발진된 표면파가 배관에 전달될 때, 배관-아크릴, 아크릴-IDT 센서 간의 에너지 손실(예를 들어, 물질 간 경계면의 손실과 아크릴의 전파 손실 등)이 심하게 발생하여 발진 신호가 중간에 소멸되거나, 수신되는 신호가 약하여 검사 결과의 신뢰도가 떨어져서 정확하게 배관의 감육 정도를 판단할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 IDT 센서 기술을 활용하면서 상술된 다음의 문제들을 해결하는 배관 두께 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
초음파, 진동신호 또는 펄스 신호를 이용한 종래 배관 두께 측정 장치는 배관에 영구적으로 설치하여 배관의 감육을 모니터링 하기 어려운 구조이고, 측정 시 안전 사고가 발생할 수 있다는 문제가 있다.
아울러, 종래의 IDT 센서를 이용하는 경우, IDT센서에서 발진된 표면파가 배관에 전달될 때, 배관-아크릴, 아크릴-IDT 센서 간의 에너지 손실이 심하게 발생하여 발진 신호가 중간에 소멸되거나, 수신되는 신호가 약하여 검사 결과의 신뢰도가 떨어져서 정확하게 배관의 감육 정도를 판단할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기 장치를 이용하여 배관의 감육 정도를 항시 모니터링하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 첫 번째 목적을 달성하기 위한 일 예로, 배관의 외주면에 장착되는 본체; 및 상기 본체에 결합되고, 소정 간격으로 이격되어 서로 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결되는 복수 개의 압전체; 및 상기 본체의 일측에 설치되어 상기 압전체로부터 전기 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 구비하는 센서모듈을 포함하고, 상기 본체는, 상기 커넥터를 수용하는 공간을 형성하고, 상기 공간에 수용된 커넥터와 결합하는 지지 프레임; 및 상기 지지 프레임에 대해 회전 가능하게 연결되고, 상기 압전체들과 결합하고, 상기 각 압전체와 상기 배관을 서로 밀착시키기 위해 상기 배관의 곡률에 대응하여 굽어지도록 형성되는 커브 프레임을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 커브 프레임은, 상기 배관의 외주면에 말착되어 장착되는 복수 개의 지지부재; 및 서로 이웃하는 상기 지지부재들의 일측에 회동 가능하게 각각 결합되는 링크부재를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 지지부재는 상기 링크부재와 마주하는 면에 링크 체결부를 형성하고, 상기 링크부재는 서로 이웃하는 2개 이상의 지지부재들에 각각 회전 가능하게 결합하는 링크부를 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 링크부재는 상기 지지부재의 양측에 각각 결합되어 상기 지지부재를 관통하는 회전축을 형성하고, 상기 회전축을 중심으로 회전되도록 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 지지부재는 서로 이웃하게 배치되는 지지부재를 기준으로 회전 가능하도록, 양단에 상기 링크부재와 힌지 결합될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 지지부재의 일측과 상기 압전체의 사이에는, 상기 압전체들을 상기 배관에 밀착시킬 수 있도록 간격이 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 커넥터는 양극 단자와 음극 단자를 포함하고, 상기 복수 개의 압전체는 상기 커브 프레임의 바닥 면에 각각 결합되고, 상기 양극 단자와 음극 단자에 전기적으로 연결되어 양극 및 음극을 교대로 형성할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수 개의 압전체는 상기 커넥터를 기준으로, 홀수 번째 열에 배치되는 제1그룹; 및 짝수 번째 열에 배치되는 제2그룹을 포함하고, 상기 제1그룹과 상기 제2그룹은, 상기 커넥터의 서로 다른 단자에 각각 연결되어 서로 다른 전기적인 극성을 형성할 수 있다.
본 발명의 두 번째 목적을 달성하기 위한 일 예로, 배관 상에 장착되고, 상기 배관의 곡률을 따라 굽혀지도록 형성되는 커브 프레임을 포함하는 본체; 소정 간격으로 이격되어 나란하게 배치되게 상기 본체에 부착되고, 전기적으로 연결되는 복수 개의 압전체; 및 상기 본체의 일측에 구비되어 전기적 신호를 송수신하는 커넥터를 구비하는 센서모듈; 및 상기 커넥터에 연결되어 상기 전기적 신호를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 센서모듈은 상기 배관에 제1탄성표면파를 발진시키고, 배관의 감육된 부분을 통과한 제2탄성표면파를 수신하고, 상기 제어부는 상기 제2탄성표면파의 속도 변화를 통해, 상기 배관의 감육 정도를 모니터링을 할 수 있다.
상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫째, 서로 분리된 상태에서 나란히 배열되는 복수 개의 압전체를 굽어지는 본체에 장착시키고, 배관에 접촉된 상태에서 각각의 압전체가 양극 및 음극을 교대로 형성하도록 전기적으로 연결시킴에 따라, 상술한 종래의 방식보다 간단한 구조로 낮은 전압을 인가해도 배관의 감육 정도를 안정적으로 항시 모니터링 할 수 있다.
구체적으로 배관의 곡률에 대응하여 굽어지는 커브 프레임을 통해, 커브 프레임에 결합된 복수 개의 압전체가 배관의 외주면을 따라 접촉되는 구조이다. 다시 말해, 센서모듈과 배관의 사이에 공간을 생기지 않으므로 종래의 아크릴 웨짓와 같은 매개 물질이 필요 없는 구조이다. 따라서, 압전체로부터 발진된 표면파가 아크릴 웨지와 같은 매개 물질을 통과하지 않고 배관에 바로 전달되기 때문에, 표면파의 전달 손실을 최소화할 수 있다.
둘째, 복수 개의 압전체가 배관의 외주면에 접촉한 상태로 영구적으로 설치 가능함에 따라, 수신되는 표면파의 속도차를 활용하여 배관의 감육 깊이를 감지하기 때문에, 배관의 감육 정도를 항시 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치가 배관에 설치된 일 예를 보인 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치에 대한 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 주요 구성들을 분해해서 보인 도면.
도 4는 도 2에 도시된 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치에 대한 정면도.
도 5는 지지부재와 링크부재간의 결합 관계를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 작동상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 보인 개념도.
도 8은 본 발명의 플렉시블 배관 두께 모니터링 시스템에 대한 개념도.
도 9는 시스템에 대한 순서도.
도 10은 도 8 내지 도 9에 따른 모니터링 결과를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명에 관련된 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치 및 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예 및 변형예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(100)가 배관에 설치된 일 예를 보인 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 본 발명의 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(100)는 본체(110) 및 센서모듈(120)을 포함한다.
본체(110)는 일정 폭을 가진 플렉시블한 플레이트 형상으로 형성되어 본 발명의 몸체를 이루고, 후술할 센서모듈(120)이 장착된 부분이 배관(10)의 외주면을 따라 굽혀져 장착되도록 구성된다.
센서모듈(120)은 본체(110)에 결합되는 복수 개의 압전체(121), 및 본체(110)의 일측에 구비되는 커넥터(122)를 포함한다. 구체적으로 센서모듈(120)은, 소정 간격으로 이격되고 서로 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결되는 복수 개의 압전체(121), 및 상기 압전체(121)와 전기적으로 연결되는 커넥터(122)를 포함한다.
이하에서는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(100)의 주요 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(100)에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 주요 구성들을 분해해서 보인 도면이다. 도 4는 도 2에 도시된 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(100)에 대한 정면도이다.
한편, 설명의 편의 및 다른 구성과의 구별을 위해서, 도 2 내지 도 5에서는 압전체(121)의 상면을 해치 패턴이 도시된 것을 보인다. 또한, 도 2에서는 압전체(121) 및 압전체(121)와 커넥터(122) 간의 전기적 연결을 일 실시예인 전선(W)이 도시된 것을 보인다.
본체(110)는 지지 프레임(111)과 커브 프레임(112)을 포함한다.
지지 프레임(111)은 커넥터(122)를 수용하는 공간(S)을 형성하고, 상기 공간(S)에 일부 수용된 커넥터(122)와 결합하도록 구성된다.
커브 프레임(112)은 일면이 배관을 향하게 배치되는 복수 개의 압전체(121)와 결합한다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명한다.
커브 프레임(112)은 지지 프레임(111)의 일측에 구비되어 배관(10)의 곡률에 대응하여 굽어지도록 형성된다. 구체적으로 커브 프레임(112)은, 일정 폭을 가지고 일 방향으로 연장 형성되고, 센서모듈(120)의 압전체(121)가 배관(10)에 밀착될 수 있도록 일정 길이마다 배관(10)의 곡률을 따라 분절되도록 형성된다.
이를 위해, 커브 프레임(112)은 복수 개의 지지부재(112a), 및 링크부재(112b)를 포함할 수 있다.
지지부재(112a)는 막대 형태로 형성된다. 구체적으로 지지부재(112a)는 소폭(小幅)을 가진 채로 길이방향으로 연장되고, 깊이 방향으로 형성되는 홀이 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
지지부재(112a)는 하부에 상기 압전체(121)를 부착시켜, 배관(10)의 외주면에 밀착되게 장착될 수 있다. 참고로, 일 실시예에 따르면, 압전체(121)는 에폭시 접착제에 의하여 지지부재(112a)에 접착될 수 있다.
구체적으로 막대 형태의 지지부재(112a)는 배관(10)의 외주면의 일점에 접하는 구조이므로, 지지부재(112a)에 부착된 압전체(121)는 배관(10)의 곡률의 상관없이 배관(10)의 외주면에 밀착될 수 있다. 이를 위해서는, 압전체(121) 면적은 지지부재(112a)의 바닥 면적과 같거나 작게 형성되어야 한다.
지지부재(112a)의 일측과 지지부재(112a)와 결합한 압전체(121) 사이에는 소정의 간격(C, clearance)이 형성될 수 있다. 상기 구성에 따르면, 상기 간격(C)에 의해 센서 모듈이 상하로 이동할 수 있도록 구성됨으로써, 압전체(121)의 일면 전부를 지지부재(112a)에 일체로 결합시키는 것보다 배관(10)의 외주면에 밀착할 수 있다는 이점이 있다.
지지부재(112a)는 후술할 링크부재(112b)와 마주하는 면에 링크 체결부(112a1)를 구비하여 링크부재(112b)와 회전 가능하게 연결될 수 있다.
본 도면에서는 지지부재(112a)는 배관(10)의 길이방향으로 연장 형성되고, 깊이 방향으로 홀(H)이 형성되어 압전체(121)의 상면이 노출된 것을 보이고 있다. 아울러, 지지부재(112a)는 복수 개로 구성되어, 후술할 복수 개의 압전체(121)의 배치 구조에 대응되게 배관(10)의 곡률을 따라 일 방향으로 소정 간격으로 이격되어 나란하게 배치되는 것을 보이고 있다.
아울러, 링크 체결부(112a1)에는 후술할 링크부(112b1)가 삽입되어 회전 가능하게 고정시킬 수 있도록 링크부(112b1)에 대응하는 홀이 형성된 것을 보이고 있다.
링크부재(112b)는 지지부재(112a)의 일측에 회동 가능하게 연결되고, 복수 개의 지지부재(112a)가 일 방향으로 연속적으로 연결되도록 적어도 이웃하는 2개 이상의 지지부재(112a)들에 각각 연결된다. 구체적으로 링크부재(112b)는 지지부재(112a)에 구비되는 링크 체결부(112a1)와 연결되는 복수 개의 링크부(112b1)를 구비하고, 각 링크부(112b1)는 서로 다른 지지부재(112a)와 회전 가능하도록 연결된다. 지지부재(112a)와 링크부재(112b)의 결합 관계는 뒤에서 상세히 설명한다.
한편, 상술했듯이 센서모듈(120)을 복수 개의 압전체(121)와 커넥터(122)로 구성된다.
복수 개의 압전체(121)는 본체(110)의 하부에 결합되어 상기 배관(10)의 일영역을 덮도록 배치된다. 구체적으로 복수 개의 압전체(121)는 소정 간격(d)으로 이격되어 서로 나란하게 배치된다. 여기서 상기 압전체(121) 간의 간격(d)은 사용자가 원하는 구동 주파수에 따라 다르게 조절될 수 있다. 하지만, 상기 간격(d)은 일정하게 유지되어야 한다.
복수 개의 압전체(121)는 서로 전기적으로 연결되며, 커넥터(122)와 전기적으로 연결되도록 구성된다. 압전체(121)는 이웃한 압전체(121) 또는 커넥터(122)와의 전기적 연결을 위해, 전극을 포함할 수 있다.
아울러, 압전체(121)의 두께는 강성(rigidity)을 확보하기 위해 0.5mm이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 복수 개의 압전체(121) 간의 전기적 연결 구성 및 그에 대한 효과는 뒤에서 상세하게 설명한다.
여기서, 압전체(121)는 외력을 가하면 전기 분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 압전 효과(piezoelectric effect)를 지닌 물질을 일컫는다. 상기 물질은 압전 세라믹{예를 들어, PZT(lead zirconate titanate)}, 압전 박막{예를 들어, ZnO} 또는 압전 단결정{예를 들어, SiO2}을 포함할 수 있다.
커넥터(122)는 양극 단자(+) 및 음극 단자(-)를 각각 구비하고, 본체(110)의 일측에 고정 설치되어 압전체(121)와 전기적으로 연결되어 압전체(121)로 전기적 신호를 전송하거나 압전체(121)로부터 전기적 신호를 수신하도록 구성된다.
본 도면에서는, 커넥터(122)가 SMA 타입으로 구성된 것을 보이고 있다. 커넥터(122)의 중앙에 일면으로부터 핀 형상으로 돌출된 부분이 양극 단자(+)고, 돌출된 부분을 제외한 일면이 음극 단자(-)로 이해될 수 있다.
이하에서는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(100)의 주요 구성 간의 결합 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 지지부재(112a)와 링크부재(112b)간의 결합 관계를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 작동상태를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 2를 참고하면 지지부재(112a), 압전체(121) 및 커넥터(122) 간의 결합 관계는 다음과 같다.
복수 개의 압전체(121)는 지지부재(112a)의 하부에 각각 결합된다. 구체적으로 압전체(121)는 소폭을 가지고 지지부재(112a)의 길이 방향으로 연장되는 막대 형상을 갖는 플레이트 형상으로 제작하여 지지부재(112a)의 하부에 각각 결합된다.
일 실시예로 압전체(121)는 압전 기판을 기설정된 사이즈로 얇게 썰어 슬라이스 제작될 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
복수 개의 압전체(121)는 서로 전기적으로 연결되어, 커넥터(122)에 의해 양극 또는 음극을 교대로 형성한다. 구체적으로, 복수 개의 압전체(121)는 커넥터(122)를 기준으로 홀수 번째 열에 배치되는 제1그룹(group1) 및 짝수 번째 열에 배치되는 제2그룹(group2)로 구분될 수 있다.
제1그룹(group1)과 제2그룹(group2)은 플렉시블한 재질의 물질에 의해 전기적으로 연결된다. 그리고, 제1그룹(group1)과 제2그룹(group2)은 커넥터(122)의 서로 다른 전기적인 극성의 단자에 각각 연결되어 서로 다른 전기적인 극성을 형성할 수 있다. 본 도면에서는 제1그룹(group1)과 제2그룹(group2)은 전선(W)에 의해 전기적으로 연결되고, 각각의 전선이 커넥터(122)의 서로 다른 단자에 연결된 것을 보이고 있다.
상기 구성에 따르면, 서로 다른 전기적인 극성에 걸리는 신호 전압이 압전체(121)를 팽창 또는 압축 시키면서 기계적인 파동인 표면파를 발생시킨다. 또는 역압전 효과에 의해 표면파가 전기적 신호로 변환될 수 있는 IDT 센서를 구성할 수 있다. 여기서 역압전 효과는 압전 효과의 반대 과정을 의미하는 것으로, 표면파가 압전체(121)에 의해 신호 형태로 전환되는 것을 일컫는다.
다만, 종래의 IDT 센서와 다르게 압전체(121) 간의 결합이 전선(W)과 같은 플렉시블한 재질로 전기적으로 연결되기 때문에 후술할 링크부재(112b)와 지지부재(112a)에 의해 배관(10)의 곡률에 따라 굽혀진 상태에서도 표면파를 발진할 수 있도록 구성할 수 있다는 이점이 있다.
다음으로, 도 5를 참고하여 링크부재(112b)와 지지부재(112a) 간의 결합 관계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
링크부재(112b)는 지지부재(112a)의 양측에 배치되고, 회전 가능하게 결합된다. 즉, 상기 링크부재(112b)에 의해, 지지부재(112a)에는 지지부재(112a)를 길이방향으로 관통하는 회전축(R.A, rotation axis)이 형성되기 때문에, 커브 프레임(112)은 배관(10)의 곡률에 대응하여 굽혀질 때 상기 회전축(R.A)을 중심으로 회전하도록 이루어진다.
링크부재(112b)는 제1링크부재(112b’), 제2링크부재(112b’’)를 포함하고, 링크 체결부(112a1)와 회전 가능하게 연결되는 일측에 링크부(112b1)를 구비하고, 링크부(112b1)는 일측에 구비되는 제1링크부(112b1’), 및 타측에 구비되는 제2링크부(112b1’’)를 포함할 수 있다. 지지부재(112a)는 제1지지부재(112a’), 제2지지부재(112a’’) 및 제3지지부재(112a’’’)를 포함할 수 있다. 상기 구성들은 커브 프레임(112)의 굽힘을 위한 회전단위요소로 볼 수 있다.
링크부(112b1)는 지지부재(112a)의 일측에 형성되는 링크 체결부(112a1)와 회전 가능하게 연결된다. 구체적으로, 제1링크부(112b1’)와 제2링크부(112b1’’)는 서로 이웃하는 지지부재(112a)의 링크 체결부(112a1)에 각각 회전 가능하게 연결되도록 구성된다.
구체적으로, 제1링크부재(112b’)에서, 제1링크부(112b1’)는 제1지지부재(112a’)의 일측에 회전 가능하게 결합되고, 제2링크부(112b1’’)는 제1지지부재(112a’)와 이웃하는 제2지지부재(112a)의 일측에 회전 가능하게 결합된다.
제2링크부재(112b’’)는 제1지지부재(112a’)를 기준으로 제1링크부재(112b’)를 마주보는 방향으로 배치된 상태에서 제1지지부재(112a’)의 타측에 회전 가능하게 결합되고, 제2지지부재(112a’’)의 반대편에 배치되고 제1지지부재(112a’)에 이웃하는 제3지지부재(112a’’’)의 타측에 회전 가능하게 결합된다.
본 도면에서는 링크부(112b)가 링크 체결부(112a1)의 홀에 삽입되어 지지부재(112a)와 회전 가능하게 연결되는 것을 보이고 있다.
상기 구성에 따르면, 지지부재(112a)가 배관(10)의 곡률을 따라 굽혀질 수 있기 때문에, 종래 IDT 센서를 배관에 설치 시 배관(10)과 IDT 센서 사이에 추가 설치되는 아크릴 재질의 웨지가 불필요하다. 이에 따라 상기 웨지에서의 표면파 손실이 발생하지 않기 때문에, 종래보다 낮은 입력 신호로도 원하는 신호를 획득할 수 있다. 참고로, 종래에는 표면파 손실 때문에 원하는 신호를 얻기 위해서는 100V의 입력 신호가 필요했다. 아울러, 낮은 전압을 사용하기 때문에 사용 측면에서 안전을 확보할 수 있다는 이점이 있다.
도 6에서는, 압전체(121) 간의 전기적 연결 관계, 지지부재(112a) 및 링크부재(112b)에 의해 본 발명이 배관(10)의 장착되기 전 상태{도 6의 (a)}와 배관(10)의 곡률에 따라 굽혀져 장착되는 상태{도 6의 (b)}를 보이고 있다. 상기 구성에 따르면, 배관(10)의 구경에 대응하여 본 발명을 배관(10)에 유연하게 부착이 가능하다는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예(200)를 보인 것이다. 도 7에서는 압전체(221) 및 압전체(221)와 커넥터(222) 간의 전기적 연결을 일 실시예인 전선(W)으로 나타낸 것을 보인다.
다른 실시예인 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(200)는 앞선 실시예(100)와 같이, 본체(210) 및 센서모듈(220)을 포함한다. 이에 대한 설명은 앞선 실시예(100)에서 설명한 바와 같다.
본 도면을 참조하여 링크부재(212b)의 추가 구성을 살펴보면, 링크부재(212b)는 서브링크부재(212c)를 더 포함할 수 있다.
서브링크부재(212c)는 서로 이웃하는 링크부재(212b)의 외측을 덮도록 회전 가능하게 결합되어 복수 개의 링크부재(212b)를 연결할 수 있다. 이에 따라 기존의 링크 부재(212b) 간의 연결이 더욱 견고할 수 있고, 배관(10)의 곡률에 보다 유연하게 대응할 수 있다는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 플렉시블 배관 두께 모니터링 시스템에 대한 개념도이다. 도 9는 도 8의 시스템에 대한 순서도이다. 도 10은 도8 내지 도 9에 따른 모니터링 결과를 나타내는 그래프이다.
앞선 실시예들인 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치(100, 200)와 같이, 플렉시블 배관 두께 모니터링 시스템(300)은 본체(310), 센서모듈(320) 및 제어부(미도시)를 더 포함한다.
도 8을 참조하면, 센서모듈(320)은 후술할 제어부의 함수 발생기로부터 발생된 기설정된 파형을 갖는 주파수를 배관에 표면파 형태로 발진시키고, 감육 부분을 지나거나 반사되어 돌아오는 파를 수신하여 주파수 형태의 전기적 신호로 변환되도록 구성된다.
제어부(미도시)는 커넥터(322)로 신호를 송신하거나 커넥터(322)로부터 신호를 수신하고, 수신한 신호로부터 배관(10)의 감육 정도를 판단하도록 구성된다. 구체적으로, 표면파가 배관(10)의 감육 부분(t)을 만나게 되면, 표면파(Rayleigh wave)가 판파(Lamb wave)로 변환되면서 표면파와 판파 간의 속도차가 발생된다. 따라서 제어부는 배관(10)의 감육 정도를 수신되는 파의 속도 차를 이용하여 측정하도록 구성된다.
도 9를 참조하면, 플렉시블 배관 두께 모니터링 시스템(300)은, 제어부의 함수 발생기를 이용하여 기설정된 파형을 갖는 주파수(전기적 신호)를 생성하여 센서모듈(320)로 전송하는 단계, 센서모듈(320)의 압전체(321)에 의해 상기 주파수에 대응하는 표면파로 전환하여 배관으로 발진시키는 단계, 상기 발진된 표면파를 수신하고, 이를 역압전 효과를 이용하여 전기적 신호로 변환시키는 단계, 신호를 증폭시키고 아날로그 필터하는 단계, 및 시간에 따른 신호 크기의 변화를 화면에 출력하는 단계를 포함한다.
도 10은 감육 깊이에 따른 시간(time, ㎲)에 따른 신호 크기의 변화(amplitude, [V])를 나타내는 그래프를 나타낸다. 구체적으로, 도 10에 도시된 점선 박스를 참고하면, 시간(time)은 센서모듈(320)로 수신되는 표면파의 도착 시간을 의미한다. 여기서, 신호 크기는 전압(voltage, [V])을 의미할 수 있다.
본 도면에서는 배관의 감육 정도에 따라 파가 도달하는 시간의 차가 있음을 보이고 있다. 구체적으로, 도 10의 (a)를 참고하면 배관의 감육 정도가 심한 경우(Deep wall-thinning) 센서모듈(320)로 수신되는 표면파의 도착 시간이 대략 200㎲이다. 하지만, 도 10의 (b)를 참고하면 감육 현상이 발생하지 않은 배관(Sound pipe))에서의 센서모듈(320)로 표면파가 도착하는 시간이 220㎲로 감육 정도가 심한 배관 보다 표면파 도착 속도가 느린 것을 보이고 있다.
이상에서 설명한 것은, 본 발명에 따른 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치 및 시스템을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
10: 배관 100: 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치
110: 본체 111: 지지 프레임
112: 커브 프레임 112a: 지지부재
112a1: 링크 체결부 112a': 제1지지부재
112a'': 제2지지부재 112a''': 제3지지부재
112b: 링크부재 112b1: 링크부
112b1': 제1링크부 112b1'': 제2링크부
120: 센서모듈 121: 압전체
122: 커넥터 212c: 서브링크부재
300: 플렉시블 배관 두께 모니터링 시스템

Claims (9)

  1. 배관의 외주면에 장착되는 본체; 및
    상기 본체에 결합되고 소정 간격으로 이격되어 서로 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결되는 복수 개의 압전체와 상기 본체의 일측에 설치되어 상기 압전체로부터 전기 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 구비하는 센서모듈을 포함하고,
    상기 본체는,
    상기 커넥터를 수용하는 공간을 형성하고, 상기 공간에 수용된 커넥터와 결합하는 지지 프레임; 및
    상기 지지 프레임에 대해 회전 가능하게 연결되고, 상기 압전체들과 결합하며, 상기 각 압전체와 상기 배관을 서로 밀착시키기 위해 상기 배관의 곡률에 대응하여 굽어지도록 형성되는 커브 프레임을 포함하며,
    상기 커브 프레임은,
    상기 배관의 외주면에 밀착되어 장착되는 복수 개의 지지부재; 및
    서로 이웃하는 상기 지지부재들의 일측에 회동 가능하게 각각 결합되는 링크부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 링크부재와 마주하는 면에 링크 체결부를 형성하고
    상기 링크부재는 서로 이웃하는 2개 이상의 지지부재들에 각각 회전 가능하게 결합하는 링크부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 링크부재는 상기 지지부재의 양측에 각각 결합되어 상기 지지부재를 관통하는 회전축을 형성하고, 상기 회전축을 중심으로 회전되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 서로 이웃하게 배치되는 지지부재를 기준으로 회전 가능하도록, 양단에 상기 링크부재와 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재의 일측과 상기 압전체의 사이에는, 상기 압전체들을 상기 배관에 밀착시킬 수 있도록 설정된 간격이 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터는 양극 단자와 음극 단자를 포함하고,
    상기 복수 개의 압전체는 상기 커브 프레임의 바닥 면에 각각 결합되고, 상기 양극 단자와 음극 단자에 전기적으로 연결되어 양극 및 음극을 교대로 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 압전체는 상기 커넥터를 기준으로, 홀수 번째 열에 배치되는 제1그룹; 및 짝수 번째 열에 배치되는 제2그룹을 포함하고,
    상기 제1그룹과 상기 제2그룹은, 상기 커넥터의 서로 다른 단자에 각각 연결되어 서로 다른 전기적인 극성을 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 장치.
  9. 배관 상에 장착되고, 상기 배관의 곡률을 따라 굽혀지도록 형성되는 커브 프레임을 포함하는 본체;
    소정 간격으로 이격되어 나란하게 배치되게 상기 본체에 부착되고, 전기적으로 연결되는 복수 개의 압전체; 및 상기 본체의 일측에 구비되어 전기적 신호를 송수신하는 커넥터를 구비하는 센서모듈; 및
    상기 커넥터에 연결되어 상기 전기적 신호를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 센서모듈은 상기 배관에 제1탄성표면파를 발진시키고, 배관의 감육된 부분을 통과한 제2탄성표면파를 수신하고,
    상기 제어부는 상기 제2탄성표면파의 속도 변화를 통해, 상기 배관의 감육 정도를 모니터링하며,
    상기 본체는,
    상기 커넥터를 수용하는 공간을 형성하고, 상기 공간에 수용된 커넥터와 결합하는 지지 프레임; 및
    상기 지지 프레임에 대해 회전 가능하게 연결되고, 상기 압전체들과 결합하며, 상기 각 압전체와 상기 배관을 서로 밀착시키기 위해 상기 배관의 곡률에 대응하여 굽어지도록 형성되는 커브 프레임을 포함하며,
    상기 커브 프레임은,
    상기 배관의 외주면에 밀착되어 장착되는 복수 개의 지지부재; 및
    서로 이웃하는 상기 지지부재들의 일측에 회동 가능하게 각각 결합되는 링크부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배관 두께 모니터링 시스템.
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