KR102077744B1 - 파이프 누설 검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파이프 누설 검사장치에 관한 것으로, 음향센서, 차압센서, 관성측정장치(IMU)를 장착하고 있는 구(球)형의 몸체가 파이프 내부를 유체의 유동에 의한 힘으로 굴러 이동하면서 누설에 의해 발생하는 소음, 압력차, 거동변화 등을 종합적으로 측정하여 누설여부와 위치를 파악하여 누설 측정 신뢰도를 높인 파이프 누설 검사장치에 관한 것이다.

Description

파이프 누설 검사장치{Leakage Detection Device for Pipe}
본 발명은 파이프 내를 흐르는 유체의 누설 여부와 위치를 검사하는 장치로서, 보다 구체적으로는 음향센서, 차압센서, 관성측정장치(IMU)를 장착하고 있는 구(球)형의 몸체가 파이프 내부를 유체의 유동에 의한 힘으로 굴러 이동하면서 누설에 의해 발생하는 소음, 압력차, 거동변화 등을 종합적으로 측정하여 누설여부와 위치를 파악하는 파이프 누설 검사장치에 관한 것이다.
석유화학 공장의 원료 이송 배관이나 송유관, 상수관 등은 파이프에 크랙이나 부식 등의 결함이 발생하면 누설이 발생할 수 있음에 따라 파이프의 누설을 검사하는 장치를 필요로 하며, 현재 이들을 검사하기 위한 파이프 누설 검사장치는 고정식과 이동식 검사장치들이 이용되고 있다.
이들 중 고정식 파이프 누설 검사장치는 파이프 라인 중간 중간 설치한 압력 및 유량 센서의 정보를 바탕으로 유체역학적인 계산을 통하여 누출여부와 정도를 판단하도록 사용되고 있으며, 이동식 파이프 누설 검사장치는 음향센서를 장착하는 이동식 몸체가 파이프 내부를 이동하면서 소음을 측정하여 누설시 발생하는 특정 주파수의 소음 존재여부로 누설여부를 판단하고 있다.
그러나, 상기의 고정식 파이프 누설 검사장치는 긴 유동라인을 형성하는 파이프 특성 상 일정 부분에 대한 감지는 가능하나 모든 부분에 대한 누설감지가 어려우며, 이를 해결하고자 할 시에는 긴 유동라인 곳곳에 장치를 일일이 설치해야 하여 비용이 현저히 증대되는 문제점이 있고, 이동식 파이프 누설 검사장치는 하이드로폰과 같은 음향센서를 장착하여 파이프 내부를 이동하면서 소음을 측정하나, 음향센서 감도가 충분하지 못하여 누설정도가 심한 경우에만 탐지가 가능하므로, 석유화학공장의 파이프 라인과 같이 주위에서 많은 소음이 전달되는 조건에서는 하이드로폰과 같은 음향센서만을 이용해 누설여부를 검사하는 것은 신뢰도가 높지 않은 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로 파이프 내부를 이동하는 이동식 파이프 누설 검사장치에 있어서, 고감도 음향센서, 차압센서, 관성측정장치(IMU) 등을 장착하여 누설에 의해 발생하는 소음, 압력차, 검사장치의 운동 궤적 변화 등을 측정하고 그 데이터를 분석함으로써 누설 여부와 그 위치를 정밀하고 세세하게 파악할 수 있는 파이프 누설 검사장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 구(球)형의 몸체; 파이프 누설 시 발생되는 특정 주파수대의 소음을 측정하는 음향센서; 상기 몸체 내에 설치되는 압력통로를 통한 압력차를 측정하는 차압센서; 상기 몸체의 운동궤적 변화를 통한 움직임을 측정하는 관성측정장치(IMU) 및 상기 음향센서, 차압센서 및 관성측정장치와 연동되어 각 측정데이터를 전달받는 마이컴컨트롤부를 포함하며, 상기 마이컴컨트롤부로 전송된 각 측정데이터를 분석하여 파이프 라인의 누설여부를 파악할 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 상기 몸체는 강성 재질의 하우징 및 유연 재질의 외피를 포함하며, 상기 강성 재질은 금속을 포함하고, 상기 유연 재질은 폴리우레탄 및 ABS소재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 음향센서를 내재할 공간을 중앙으로 마련하며, 상부와 하부로 각각 상기 관성측정장치(IMU) 또는 마이컴컨트롤부를 장착하는 중앙부 하우징; 상기 관성측정장치(IMU) 또는 마이컴컨트롤부를 내재하도록 중앙부 하우징 상부로 결합되는 반구형의 상부 하우징 및 상기 마이컴컨트롤부를 내재하도록 중앙부 하우징 하부로 결합되는 반구형의 하부 하우징을 포함할 수 있다.
또한, 상기 음향센서는 500 내지 5000Hz 주파수 영역에서 고감도를 가지며, 고압 및 저압을 아우르는 다양한 압력 조건하에서도 사용 가능하도록, 원판형 또는 디스크형으로 형성되어 주파수 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 차압센서는 10μm 내지 100μm 두께의 피에조 필름 양면에 절연과 강도 형성을 위한 절연성 수지를 얇게 코팅한 박막형 차압센서일 수 있다.
또한, 상기 파이프 누설 검사장치는, 상기 관성측정장치(IMU)를 통한 몸체의 구른 횟수 측정으로 상기 파이프 누설 검사장치의 파이프 라인 내의 위치를 파악하되, 상기 구른 횟수 측정으로 인한 누적 오차는, 파이프 라인 외부에 저주파 자기장 발생장치를 부착하거나 인접하도록 위치시키고, 상기 몸체 내부에는 저주파 자기장 수신부를 구비하여, 상기 저주파 자기장 발생장치와 저주파 자기장 수신부간에 전달되는 저주파 자기장의 감지를 통해 상기 몸체가 저주파 자기장 발생장치가 설치된 파이프 위치를 지나는 순간을 파악하여 보완할 수 있다.
또한, 상기 몸체는, 회전력을 향상시키기 위해 유체에 저항하는 저항돌기 또는 저항홈을 다수개 형성할 수 있다.
또한, 상기 저항돌기는, 다수의 절개부를 형성하여 유연성이 있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 파이프 라인은, 상기 저주파 자기장 발생장치가 상기 파이프 라인을 따라 복수개 구비될 시, 저주파 자기장 발생장치간의 설치 간격 사이로 파이프 라인 상단에 부착 설치되되, 일측과 타측으로 회동하여 파이프 라인을 감싸도록 설치되는 임시보수장치를 포함하며, 상기 몸체가 이동되는 경로에 있어 누설이 발견될 시에, 누설이 발견된 부분의 파이프 라인에 설치된 임시보수장치의 일측부 또는 타측부를 회동시켜 수리시까지 파이프 라인을 임시적으로 감싸도록 신호를 전송할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 누설로 인해 발생하는 소음, 압력차, 운동궤적 변화 등을 동시에 측정함으로써 누설량이 적거나 주위 소음이 많은 조건에서도 신뢰도가 높게 누설 여부를 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 고감도를 위한 대면적 음향센서를 장착할 수 있는 구조로 형성되어 누설량이 적은 경우에 발생하는 미약한 소음에도 민감하게 측정이 가능해 누설은 보다 정확하고 신속하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 장치의 몸체에 압력통로를 형성하고 상기 압력통로에 피에조 필름으로 제작된 박막형 차압센서를 장착하여 대척점간의 미약한 압력차의 측정이 가능하며, 관성측정장치(IMU)의 3축 가속도 신호와 3축 자이로 신호를 파악한 운동궤적 변화를 함께 이용하여 주변 소음이 큰 환경에서도 신뢰도 있게 누설 여부를 파악할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 동작 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 몸체부분을 절개하여 바라본 내부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 누설 파악 구조를 개략화한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 압력통로의 위치를 보여주기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 저항돌기가 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 예시도이다.
도 7의 (a)는 파이프 라인에 대한 임시보수장치를 설치 위치를 예시한 도면이며, (b)는 임시보수장치의 작동 예시를 파이프 단면측에서 바라본 도면이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 동작 예시도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 몸체부분을 절개하여 바라본 내부 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 누설 파악 구조를 개략화한 도면이다.
본 발명은 종래의 이동식 파이프 누설 검사장치가 음향센서만을 장착하여 주변 소음이 큰 환경에서는 측정이 제대로 이루어지지 않은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로 소음, 압력차, 운동궤적 변화를 동시에 이용하여 측정 신뢰도를 높인 이동식 파이프 누설 검사장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는 도 1 내지 도 3을 참조하면, 몸체(10), 음향센서(20), 차압센서(30), 관성측정장치(40) 및 마이컴컨트롤부(50)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 몸체(10)는 구(球)형으로 형성되어 파이프 라인(P) 내부에서 유체의 흐름에 의해 굴러 유동할 수 있으며, 내부에는 음향센서(20), 차압센서(30), 관성측정장치(40) 및 마이컴컨트롤부(50)가 내재될 수 있다. 여기서, 몸체(10)는 하우징(12)과 하우징(12)을 밀봉하기 위해 감싸는 외피(14)를 포함할 수 있으며, 하우징(12)은 내부 구성들의 보호를 위해 금속 등의 강성 재질로서 형성될 수 있고, 외피(14)는 파이프(P)와 부딪치거나 부력 등을 고려하여 폴리우레탄 또는 ABS소재 등의 탄성이 있는 유연 재질로 형성될 수 있다.
외피(14)가 비교적 무게가 적은 폴리우레탄 또는 ABS소재 등의 유연 재질로 형성됨으로써 몸체(10)가 파이프 내부를 굴러서 이동할 시 소음발생을 줄이고 금속에 비해 가벼워 무거운 금속 재질의 하우징(12)을 형성하는 몸체(10)에 적정 부력을 갖게 해 파이프 내 유체 유동에 의한 힘으로 적정 속도로 이동할 수 있다. 여기서, 외피(14)의 두께와 밀도 등은 몸체(10)의 적정 이동속도를 구현하기 위해 파이프 내 유체의 밀도와 속도 등을 고려하여 정해질 수 있다.
또한, 하우징(12)은 상기의 음향센서(20), 관성측정장치(40) 및 마이컴컨트롤부(50)를 내재하기 위해 3부분으로 분할 제작되어 조립될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
음향센서(20)는 몸체(10) 내부에 구비되어 파이프 라인(P) 내부에서 발생되는 특정 주파수대의 소음을 측정할 수 있다. 여기서, 특정 주파수대는 대략 500 내지 5000Hz 영역으로서 누설 시 발생되는 소음영역으로서, 음향센서(20)는 주파수 접촉 면적을 증대시키기 위해 원판형 또는 디스크형으로 제작되어 상기 특정 주파수대에서 고감도를 가지며, 유체 내의 고압 영역에서도 소음의 측정이 가능할 수 있다.
즉, 음향센서(20)는 원판형 또는 디스크형으로 형성되어 대면적(大面積)을 이루며, 대면적으로 인해 소음 발생 주파수 영역인 500 내지 5000Hz 영역대를 아울러 고감도로 측정할 수 있어 누설량이 적은 경우에 발생하는 미약한 소음에도 민감하게 측정이 가능할 수 있으며, 저압 내지 고압을 아우르는 유체의 모든 영역에서도 사용이 가능한 장점이 있다.
또한, 음향센서(20)는 마이컴컨트롤부(50)와 연동되어 측정한 측정데이터를 마이컴컨트롤부(50)로 전송할 수 있으며, 이 측정데이터는 마이컴컨트롤부(50)에서 음향데이터로 저장되어 최종적으로 누설여부를 판별하는 데 사용될 수 있다. 이에 관련한 자세한 설명은 마이컴컨트롤부(50)를 후술할 때에 설명하기로 한다.
차압센서(30)는 몸체(10) 내부에 설치되는 압력통로(35)를 통한 압력차를 측정하여 파이프 라인(P) 내부에서 발생되는 누설을 감지하도록 할 수 있다.
구체적으로, 파이프(P)에서 누설이 있게 되면 누설위치 주위에 압력분포가 달라지게 되는데, 몸체(10) 내부에는 몸체(10) 일측에서 타측으로 관통하는 압력통로(35)가 형성될 수 있으며, 이 압력통로(35)에는 차압센서(30)가 구비되어, 압력통로(35)와 차압센서(30)를 통한 대척점간의 미세한 압력차를 측정하여 누설 여부를 판별하게 된다.
이를 위해, 차압센서(30)는 10μm 내지 100μm 두께의 피에조 필름 양면에 절연과 강도 형성을 위한 절연성 수지, 예컨대 에폭시 수지와 같은 물질을 얇게 코팅한 박막형 차압센서로 구성될 수 있다. 여기서, 피에조 필름은 유연한 재질로 형성되어 충격이나 압력차에 의해 휨을 발생시킬 수 있는 필름으로서, 휨이 발생하게 되면 높은 전류를 발생시킬 수 있도록 형성되어 미세한 압력차에 의해서도 변형되어 전류를 발생시킬 수 있으며, 이 전류는 마이컴컨트롤부를 통해 차압데이터로 변환되고, 차압데이터는 음향데이터와 같이 최종적으로 누설여부를 판별하는 데 사용될 수 있다.
한편, 피에조 필름의 두께가 100μm를 초과하게 되면 미세한 압력차에 대한 반응성이 떨어질 여지가 있고, 10μm 미만으로 형성되면 미세한 압력차에 대해 반응성은 높으나 강도가 매우 낮아 쉽게 파손될 수 있다.
관성측정장치(IMU, 40)는 몸체(10)의 운동궤적 변화를 통한 움직임을 측정할 수 있다. 이를 위해, 관성측정장치(40)는 3축 가속도 센서(미도시)와 3축 자이로 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 관성측정장치는, 파이프(P)에서 누설이 발생되면 누설에 의해 형성된 압력분포로 인해 몸체(10)가 누설위치를 지날 때 힘을 받게 되고 받는 힘에 의해 운동궤적이 변하게 되는데, 이러한 움직임을 상기의 3축 가속도 센서와 3축 자이로 센서를 통해 측정하여 측정데이터를 마이컴컨트롤부(50)로 전송하여 관성데이터로 저장하도록 할 수 있으며, 저장된 관성데이터는 음향데이터 및 차압데이터와 함께 파이프(P)의 누설여부를 판별하는 데 사용될 수 있다.
또한, 관성측정장치(40)는 파이프 라인(P) 내에서의 몸체(10) 위치를 판별하도록 할 수도 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 몸체(10)의 위치판별을 설명할 때에 보다 자세히 서술하기로 한다.
마이컴컨트롤부(50)는 상술한 바와 같이 음향센서(20), 차압센서(30) 및 관성측정장치(40)와 각각 연동되어 각 센서 또는 장치로부터 측정되는 측정데이터를 전달받을 수 있다. 이때, 마이컴컨트롤부(50)는 각각의 측정데이터를 음향데이터, 차압데이터 또는 관성데이터로 변환하여 저장할 수 있는데, 이를 위해 마이컴컨트롤부(50)는 음향신호증폭기(51), 전류-전압 프리앰프(52), 메인앰프(53) 및 마이크로컨트롤러(54)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 마이컴컨트롤부(50)는 음향센서(20)로부터 측정데이터가 전송되면 상기 음향신호증폭기(51)를 통해 측정데이터를 증폭시킨 후, 마이크로컨트롤러(54)에 의해 디지털 값으로 변환되고, SD카드와 같은 저장매체에 음향데이터로 저장될 수 있다. 이러한 음향데이터는 파이프(P)가 다 검사된 후에 별도의 데이터 분석용 PC와 소프트웨어 등을 이용해 분석되어 누설여부를 파악하는 데 사용될 수 있다.
또한, 마이컴컨트롤부(50)는 차압센서(30)로부터 측정되는 전류가 전송되면 전류-전압 프리앰프(52) 및 메인앰프(53)를 통해 신호를 증폭시킬 수 있으며, 마이크로컨트롤러(54)에 의해 디지털 값으로 변환시킨 후, SD카드와 같은 저장매체에 차압데이터로 저장시킬 수 있다. 이를 통해 차압데이터는 파이프(P) 검사 완료 후에 상기 음향데이터와 같이 분석용 PC와 소프트웨어 등을 이용해 분석되어 파이프(P)의 누설여부를 파악하는 데 사용될 수 있다.
또한, 마이컴컨트롤부(50)는 관성측정장치(40)로부터 측정되는 측정 신호가 전송되면, 마이크로컨트롤러(54)에서 획득 후 SD카드와 같은 저장 매체에 관성데이터로 저장할 수 있으며, 이러한 관성데이터는 파이프가 다 검사된 후에 별도의 데이터 분석용 PC와 소프트웨어 등을 이용해 음향데이터 및 차압데이터와 함께 분석되어 파이프의 누설여부를 파악하는 데 사용될 수 있다.
상기의 음향데이터, 차압데이터 및 관성데이터를 이용하여 파이프의 누설 여부를 파악하는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 누설 여부를 보다 정밀하고 세세하게 파악할 수 있는 효과가 있으며, 특히 주변에 큰 잡음이 발생되는 환경에서도 측정이 용이하게 이루어지는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는 기본적으로는 관성측정장치(40)를 이용하여 1차적으로 파이프(P) 내의 몸체(10) 위치를 판별할 수 있도록 하되, 저주파 자기장 발생장치(60) 및 저주파 자기장 수신부(65)를 더 포함하여 2차적으로 위치를 판별하여 관성측정장치(40)의 오차를 보완할 수 있다.
구체적으로, 몸체(10)는 유체로 인한 구름이 발생될 시에 관성측정장치(40)의 3축 가속도 센서와 3축 자이로 센서를 통해 몸체(10)의 구른 횟수를 측정하여 1차적으로 파이프(P) 내의 몸체(10)를 판별할 수 있다.
이때, 관성측정장치(40)는 몸체(10)의 구른 횟수가 많아 질 시에 누적 오차가 발생되는데, 이러한 누적 오차의 발생을 보완하기 위해 누설여부를 측정하는 파이프(P)의 라인 외부에 저주파 자기장 발생장치(60)를 부착하거나 인접하도록 위치시키고, 몸체(10) 내부에는 저주파 자기장 발생장치(60)와 연동되는 저주파 자기장 수신부(65)를 구비하여, 저주파 자기장 발생장치(60)와 저주파 자기장 수신부(65) 간에 저주파 자기장을 전달하도록 할 수 있다.
즉, 몸체(10)가 저주파 자기장 발생장치(60)가 설치된 위치를 통과하게 되면 저주파 자기장 수신부(65)를 통해 저주파 자기장을 수신하게 되는데, 이를 감지하는 방법으로 몸체(10)의 위치를 파악할 수 있는 것이다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는 누설 여부뿐만 아니라 파이프의 누설 위치와 파이프 내에서 몸체(10)의 위치를 보다 정밀하고 세세하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 몸체(10) 구조를 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 분해도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 압력통로의 위치를 보여주기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 몸체(10)는 상술하였듯이 강성 재질의 하우징(12)과 하우징(12)을 밀봉하기 위한 외피(14)를 포함할 수 있다. 여기서, 하우징(12)은 3부분으로 분할 형성되어 조립될 수 있는데, 3부분은 중앙부 하우징(12b), 상부 하우징(12a), 하부 하우징(12c)일 수 있다.
구체적으로, 중앙부 하우징(12b)은 하우징(12)의 베이스를 구성하도록 중앙에 위치되는 판체로서, 원통형의 베이스부(12b-1)와, 베이스부(12b-1)에서 상단 및 하단으로 단차를 형성하는 상부 단차부(12b-3) 및 하부 단차부(12b-4)를 포함할 수 있으며, 베이스부(12b-1)의 일측면 중앙측에는 중심방향으로 깊이를 형성하는 센서 장착홈(12b-2)이 마련되어 음향센서(20)가 내재될 수 있고, 상부 단차부(12b-3)로는 관성측정장치(IMU)를 장착할 수 있으며, 하부 단차부(12b-4)로는 마이컴컨트롤부(50)를 장착할 수 있다.
여기서, 센서 장착홈(12b-2)은 음향센서(20)의 크기가 동일하거나 극히 미세한 차이만 있도록 형성되어 음향센서(20)를 압입식으로 장착하여 면마찰로 고정할 수 있도록 형성되거나, 체결부재 등으로 체결하여 고정하도록 형성될 수 있으며, 상부 단차부(12b-3)와 하부 단차부(12b-4)로의 관성측정장치(40) 또는 마이컴컨트롤부(50)의 장착은, 체결부재로 체결하거나 인두 등으로 접합 고정할 수도 있다.
또한, 상부 단차부(12b-3)와 하부 단차부(12b-4)로의 관성측정장치(40) 또는 마이컴컨트롤부(50) 장착은 안전성을 높이기 위해 관성측정장치(40) 또는 마이컴컨트롤부(50)가 삽입될 수 있는 판체를 통하여 장착할 수 있으며, 기밀성을 더 높이기 위해 케이싱하여 장착할 수도 있다.
더불어, 음향센서(20), 관성측정장치(40) 및 마이컴컨트롤부(50)의 장착은 상기에서 예시되지 아니한 다른 고정방식도 모두 가능하다. 즉, 음향센서(20), 관성측정장치(40) 및 마이컴컨트롤부(50)의 장착은 한정되지는 않는다.
또한, 관성측정장치(40)와 마이컴컨트롤부(50)의 위치는 서로 반대일 수도 있으며, 각 단차부(12b-3, 12b-4) 없이 관성측정장치(40)와 마이컴컨트롤부(50)를 장착할 수 있다. 즉, 상부 단차부(12b-3)에 마이컴컨트롤부(50)를 장착하고, 하부 단차부(12b-4)에 관성측정장치(40)를 장착할 수 있으며, 상기 모두 단차부(12b-3, 12b-4) 없이 장착을 수행할 수도 있다.
상부 하우징(12a)은 반구형으로써 관성측정장치(40) 또는 마이컴컨트롤부(50)를 내재하도록 중앙부 하우징(12b) 상부로 결합될 수 있다. 또한, 하부 하우징(12c)은 반구형으로써 관성측정장치(40) 또는 마이컴컨트롤부(50)를 내재하도록 중앙부 하우징(12b) 하부로 결합될 수 있다.
즉, 반구형의 상부 하우징(12a)과 하부 하우징(12c)이 중앙부 하우징(12b)의 상/하부에서 함께 조립되어 구(球)형의 하우징을 이루며, 이때 상부 하우징(12a)과 하부 하우징(12c)은 각각 중앙부 하우징(12b)의 상/하단에 결합되거나, 중앙부 하우징(12b)을 감싸도록 상부 하우징(12a)과 하부 하우징(12c)이 결합할 수 있다.
또한, 하우징간의 결합 시에는 볼트와 같은 체결부재를 이용하여 체결하거나 서로 접합되도록 결합할 수 있으며, 구(球)의 형태를 벗어나지 않는 선에서 다른 고정부재를 이용하여 고정하여도 무관하다.
한편, 하우징(12)을 감싸도록 형성되는 외피(14)는, 상부 하우징(12a), 중앙부 하우징(12b), 하부 하우징(12c)의 각각에 대응되도록 상부 외피(14a), 중앙부 외피(14b), 하부 외피(14c)로 구성될 수 있다. 그러나, 반드시 한정되는 사항은 아니며, 상부 외피(14a)와 하부 외피(14c)의 단부를 연장하여 상부 외피(14a)와 하부 외피(14c)의 결합만으로도 하우징(12)을 감싸도록 형성될 수도 있다.
여기서, 상부 외피(14a) 또는 하부 외피(14c)에는 압력통로(35)가 형성될 수 있다. 즉, 상술한 차압센서(30)는 상부 외피(14a) 또는 하부 외피(14c)에 구비될 수 있으며, 바람직하게는 압력통로(35)와 차압센서(30) 모두 상부 외피(14a)와 하부 외피(14c)에 모두 구비되되, 압력통로(35)의 단부가 평행식이 아닌 사방면으로 형성되도록 교차식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 외피(14a)에 형성되는 압력통로(35a)의 단부가 정면과 후면 방향으로 형성되면, 하부 외피(14c)에 형성되는 압력통로(35b)는 단부가 양측면 방향으로 형성될 수는 구조인 것이다. 이는, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치가 어느 방향으로 회전하던지 차압센서(30)를 통해 측정이 가능하도록 하여 압력차를 보다 민감하게 감지할 수 있으며, 외피에 구성되어 있으므로 유지보수 측면에서 좋은 장점이 있다.
아울러, 중앙부 외피(14b)에는 중앙부 하우징(12b)과 함께 중앙부 하우징(12b)으로 장착된 음향센서(20)와 대응되는 위치에 다수의 통공(도면부호 미도시)을 형성할 수도 있다. 이는 음향센서(20)에 음파가 잘 전달될 수 있도록 하기 위함으로, 누설로 인한 음파는 통공을 관통하여 음향센서(20)로 전달될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 몸체(10)에 저항돌기(70) 또는 저항홈(미도시)을 다수개 형성하여 회전력을 향상시킬 수도 있다. 이는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명하기로 한다.
도 6a 및 도 6b는 저항돌기가 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치의 예시도이다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 몸체(10), 바람직하게는 외피(14)에 저항돌기(70)가 형성될 수도 있다. 여기서 저항돌기(70)는 파이프(P) 내부를 흐르는 유체에 저항하여 몸체(10)의 회전력을 더하기 위한 구성으로, 유체에 저항하기 위해 길쭉한 형태의 돌기로 형성될 수 있으며, 끝단은 유체의 흐름을 최대한 방해하지 않도록 굴곡지게 형성될 수 있다. 이때, 저항돌기(70)는 구르는 운동으로부터 이동한 거리를 계산해야 하는 본 장치의 특성 상 한 바퀴 굴렀을 때의 이동거리가 달라지지 않도록 하기 위해 도면과 같이 다수개가 마련되어 대칭 배열될 수 있다.
또한, 도 6b를 참조하면, 저항돌기(70)는 다수의 절개부(75)를 형성할 수도 있다. 이는 파이프(P) 내면에 충격이 잦은 본 발명의 특성 상 유연성을 주고, 저항돌기(70)의 파이프(P) 내면에 대한 마찰을 최소화 하고자 함으로, 다수의 절개부(75)의 형성으로 인해 저항돌기(70)는 다수의 대피 표면적을 형성하여 탄성적이며 유연적일 수 있다.
저항홈(미도시)은 저항돌기(70)와 같이 몸체(10)의 회전력을 더하기 위한 구성으로, 역할은 유사하나 단지 형태만 다를 수 있다. 즉, 저항돌기(70)가 양각이라 함은 저항홈(미도시)은 음각형태의 저항부로서, 그 형태는 한정되지는 않으며 예시적으로 도면과 같이 원형일 수 있다. 따라서, 저항홈(미도시)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 파이프 라인에 임시보수장치(100)를 설치하여 검사 시 발견되는 누설을 임시적으로 보수할 수 있도록 형성될 수 있다. 이는 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7의 (a)는 파이프 라인에 대한 임시보수장치를 설치 위치를 예시한 도면이며, (b)는 임시보수장치의 작동 예시를 파이프 단면측에서 바라본 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 파이프 누설 검사장치가 검사하는 파이프 라인(P)에는 상술한 바와 같이 몸체(10)의 위치를 파악하기 위한 저주파 자기장 발생장치(60)가 설치될 수 있는데, 이때 저주파 자기장 발생장치(60)는 파이프 라인(P) 길이를 따라 복수개가 마련될 수도 있다.
이러한 저주파 자기장 발생장치(60)가 복수개 마련될 시에는 설치된 저주파 자기장 발생장치(60) 사이사이로 임시보수장치(100)를 파이프 라인(P)에 부착 설치할 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 제1 저주파 자기장 발생장치(60a)와 제2 저주파 자기장 발생장치(60b)간 사이에는 그 길이만큼의 길이로 형성되는 제1 임시보수장치(100a)가 부착 설치되고, 제2 저주파 자기장 발생장치(60b)와 제3 저주파 자기장 발생장치(60c)간 사이에는 그 길이만큼의 길이로 형성되는 제2 임시보수장치(100b)가 부착 설치될 수 있다.
이러한 임시보수장치(100)는 파이프 라인(P) 상단 또는 하단에 부착 설치되어 일측과 타측으로 회동하여 파이프 라인(P)을 감싸도록 설치될 수 있는데, 구체적으로 모터부(미도시)와, 축부(110), 누설차단막(120)으로 구성되어 파이프 라인(P)을 감싸도록 설치될 수 있다.
여기서, 모터부(미도시)는 축부(110)를 회전시키기 위한 구성이며, 축부(110)에는 누설차단막(120)이 결합되어 모터부(미도시)의 작동에 따라 누설차단막(120)이 회동하도록 형성될 수 있다. 이때, 누설차단막(120)은 양측 즉, 일측부와 타측부로 모두 회동되도록 2개가 마련될 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 누설 검사장치는, 파이프 누설 검사 시에 파이프 라인(P) 내부를 따라 이동할 때에 누설 위치(L)를 발견하게 되면, 자신의 위치와 함께 분석용 PC와 소프트웨어 등의 외부 모니터링 장치로 신호를 전송하게 되고, 이를 파악하는 외부 모니터링부에서는 임시보수장치(100)로 작동 신호를 전송하여 임시보수장치의 일측부 또는 타측부 누설차단막(120)이 파이프 누설 지점을 감싸도록 회동 제어할 수가 있으며, 이는 작업자의 수리가 시작되기 전까지 진행될 수 있다.
따라서, 본 발명은 누설 검사뿐만 아니라 누설에 대해 임시조치가 가능하여 누설로 인한 피해 작용을 최소화 할 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
10 : 몸체
12 : 하우징
12a : 상부 하우징
12b : 중앙부 하우징
12b-1 : 베이스부
12b-2 : 센서 장착홈
12b-3 : 상부 단차부
12b-4 : 하부 단차부
12c : 하부 하우징
14 : 외피
14a : 상부 외피
14b : 중앙부 외피
14c : 하부 외피
20 : 음향센서
30 : 차압센서
35 : 압력통로
40 : 관성측정장치
50 : 마이컴컨트롤부
51 : 음향신호증폭기
52 : 전류-전압 프리앰프
53 : 메인앰프
54 : 마이크로컨트롤러
60 : 저주파 자기장 발생장치
65 : 저주파 자기장 수신부
70 : 저항돌기
75 : 절개부
100 : 임시보수장치
110 : 축부
120 : 누설차단막
P : 파이프
L : 누설 위치

Claims (9)

  1. 구(球)형의 몸체;
    파이프 누설 시 발생되는 특정 주파수대의 소음을 측정하는 음향센서;
    상기 몸체 내에 설치되는 압력통로를 통한 압력차를 측정하는 차압센서;
    상기 몸체의 운동궤적 변화를 통한 움직임을 측정하는 관성측정장치(IMU) 및
    상기 음향센서, 차압센서 및 관성측정장치와 연동되어 각 측정데이터를 전달받는 마이컴컨트롤부를 포함하며,
    상기 마이컴컨트롤부로 전송된 각 측정데이터를 분석하여 파이프 라인의 누설여부를 파악할 수 있도록 하고,
    상기 관성측정장치(IMU)를 통한 몸체의 구른 횟수 측정으로 상기 파이프 누설 검사장치의 파이프 라인 내의 위치를 파악하되,
    상기 구른 횟수 측정으로 인한 누적 오차는,
    파이프 라인 외부에 저주파 자기장 발생장치를 부착하거나 인접하도록 위치시키고, 상기 몸체 내부에는 저주파 자기장 수신부를 구비하여, 상기 저주파 자기장 발생장치와 저주파 자기장 수신부간에 전달되는 저주파 자기장의 감지를 통해 상기 몸체가 저주파 자기장 발생장치가 설치된 파이프 위치를 지나는 순간을 파악하여 보완하는 것을 특징으로 하는 파이프 누설 검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체는,
    강성 재질의 하우징 및 유연 재질의 외피를 포함하며,
    상기 강성 재질은 금속을 포함하고,
    상기 유연 재질은 폴리우레탄 및 ABS소재를 포함하는 파이프 누설 검사장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 음향센서를 내재할 공간을 중앙으로 마련하며, 상부와 하부로 각각 상기 관성측정장치(IMU) 또는 마이컴컨트롤부를 장착하는 중앙부 하우징;
    상기 관성측정장치(IMU) 또는 마이컴컨트롤부를 내재하도록 중앙부 하우징 상부로 결합되는 반구형의 상부 하우징 및
    상기 마이컴컨트롤부를 내재하도록 중앙부 하우징 하부로 결합되는 반구형의 하부 하우징을 포함하는 파이프 누설 검사장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향센서는,
    500 내지 5000Hz 주파수 영역에서 고감도를 가지며, 고압 및 저압을 아우르는 다양한 압력 조건하에서도 사용 가능하도록, 원판형 또는 디스크형으로 형성되어 주파수 접촉 면적을 증대시킨 것을 특징으로 하는 파이프 누설 검사장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차압센서는,
    10μm 내지 100μm 두께의 피에조 필름 양면에 절연과 강도 형성을 위한 절연성 수지를 얇게 코팅한 박막형 차압센서인 것을 특징으로 하는 파이프 누설 검사장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체는,
    회전력을 향상시키기 위해 유체에 저항하는 저항돌기 또는 저항홈을 다수개 형성하는 것을 특징으로 하는 파이프 누설 검사장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 저항돌기는,
    다수의 절개부를 형성하여 유연성이 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 누설 검사장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프 라인은,
    상기 저주파 자기장 발생장치가 상기 파이프 라인을 따라 복수개 구비될 시,
    저주파 자기장 발생장치간의 설치 간격 사이로 파이프 라인 상단 또는 하단에 부착 설치되되, 일측과 타측으로 회동하여 파이프 라인을 감싸도록 설치되는 임시보수장치를 포함하며,
    상기 몸체가 이동되는 경로에 있어 누설이 발견될 시에, 누설이 발견된 부분의 파이프 라인에 설치된 임시보수장치의 일측부 또는 타측부를 회동시켜 수리시까지 파이프 라인을 임시적으로 감싸도록 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 파이프 누설 검사장치.
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