KR102089733B1

KR102089733B1 - Apparatus to detect water leak by using piezoelectric film

Info

Publication number: KR102089733B1
Application number: KR1020180101419A
Authority: KR
Inventors: 김진오; 선상옥
Original assignee: 숭실대학교산학협력단
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-03-16
Also published as: KR20200024569A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압전 필름을 이용한 누수 감지 장치는, 누수가 가능한 수도관의 외면에서 원주 방향으로 부착되는 복수 개의 압전 필름 및 누수 발생 시, 상기 복수 개의 압전 필름 중 적어도 하나의 압전 필름으로부터 발생되는 진동 모드를 감지함으로써 누수를 감지하는 누수 감지부를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 수도관과 같은 배관에 누수 발생 시 복수 개의 압전 필름을 이용하여 배관에 발생되는 진동 모드를 정확하게 감지할 수 있으며, 이를 통해 누수 위치에 상관 없이 누수를 정확하게 감지할 수 있다.Leakage detection device using a piezoelectric film according to an embodiment of the present invention, a plurality of piezoelectric films attached in the circumferential direction from the outer surface of the water pipe that can leak, and when a leak occurs, from a piezoelectric film of at least one of the plurality of piezoelectric film It includes a leak detection unit for detecting a leak by detecting the vibration mode, and with this configuration, when a leak occurs in a pipe such as a water pipe, a vibration mode generated in the pipe can be accurately detected using a plurality of piezoelectric films. Through this, it is possible to accurately detect a leak regardless of the leak location.

Description

Leakage detection device using piezoelectric film {APPARATUS TO DETECT WATER LEAK BY USING PIEZOELECTRIC FILM}

본 발명은 압전 필름을 이용한 누수 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수도관과 같은 배관에 누수 발생 시 복수 개의 압전 필름을 이용하여 배관에 발생되는 진동 모드를 정확하게 감지하여 누수 위치를 정확하게 감지할 수 있는, 압전 필름을 이용한 누수 감지 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a leak detection device using a piezoelectric film, and more specifically, when leaks occur in a pipe such as a water pipe, accurately detect a vibration mode generated in the pipe using a plurality of piezoelectric films to accurately detect a leak location. It is possible, it relates to a leak detection device using a piezoelectric film.

현재 우리나라의 경우, 상수도관 또는 하수도관의 공사 부실 또는 노후화 등으로 인해, 예를 들면 상수도관에 상당한 양의 누수가 발생하고 있으며, 이러한 상수도관의 누수로 인해 수천억원이 낭비되고 있는 실정이다. Currently, in Korea, a considerable amount of water leakage occurs in the water supply pipe due to poor construction or aging of the water supply pipe or sewer pipe, and hundreds of billions of dollars are wasted due to the water leakage.

특히 상수도관의 누수는 가뭄이 지속될 경우 물 부족을 일으킬 수 있다는 점에서 단지 비용의 문제가 아니라 공공의 복지와 관련된 문제라고 할 수 있다. In particular, it can be said that the leakage of water pipes is not just a matter of cost, but a problem related to public welfare in that drought can cause water shortage.

또한, 수도관에서 누수가 발생되는 경우 비용의 낭비는 물론 누수 위치에서의 압력 변화에 의해 이물질, 세균, 중금속 등이 수도관 내로 유입되어 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다. In addition, when a leak occurs in the water pipe, not only waste of cost, but also foreign matter, bacteria, and heavy metals are introduced into the water pipe due to a pressure change at the leak location, thereby contaminating water quality.

따라서 수도관의 누수 위치를 정확하게 파악하여 노후되거나 파손된 상수도관을 교체 및 수리해야 하는데, 종래의 누수 감지 기술로는 소량의 누수를 감지하는 데 한계가 있으며, 더 나아가서는 각 가정으로 연결된 지선을 감지하는 것이 쉽지 않은 한계가 있었다.Therefore, it is necessary to accurately identify the leak location of the water pipe to replace and repair the old or damaged water supply pipe. Conventional leak detection technology has limitations in detecting a small amount of leak, and furthermore, it detects the branch line connected to each home. There were limitations that were not easy to do.

예를 들면, 종래의 누수 감지 장치로는, 설계된 센서를 관에 부착하여 수분이 직접적으로 센서에 침투되도록 하였다. 그런데 이러한 장치의 경우, 누수로 인한 수분이 아니라 관이 매설된 장소의 주변 수분이 침투되는 경우 오작동할 우려가 있었다. For example, in a conventional leak detection device, a designed sensor is attached to a tube to allow moisture to penetrate directly into the sensor. However, in the case of such a device, there is a possibility of malfunction if the surrounding water infiltrate the place where the tube is buried, not water due to leakage.

아울러, 기존 누수 감지 장치에 대한 연구로는, 음향방출센서 또는 진동가속도센서 등으로 누수음의 시간차를 계산하여 누수 지점을 감지하는 연구가 있었다. 그런데 이의 경우, 큰 소음이 발생되는 경우에는 적절하지만, 작은 크기의 저주파의 소음이 발생되는 경우 감지에 불리하다는 한계가 있다.In addition, as a study on the existing leak detection device, there has been a study of detecting a leak point by calculating the time difference of the leak noise with an acoustic emission sensor or a vibration acceleration sensor. However, in this case, it is appropriate when a large noise is generated, but there is a limitation that detection is disadvantageous when a low-frequency noise having a small size is generated.

따라서, 누수 위치에 상관 없이 배관의 누수를 정확하게 감지하는 누수 감지 장치의 개발이 요구되는 실정이다.Therefore, there is a need to develop a leak detection device that accurately detects a leak in a pipe regardless of a leak location.

관련 선행기술로는, 대한민국 등록특허 10-1298896호(발명의 명칭: 클램프형 누수 탐지 장치, 등록일자: 2013년 8월 10일)가 있다.As a related prior art, there is Republic of Korea Patent No. 10-1298896 (invention name: clamp type leak detection device, registration date: August 10, 2013).

본 발명의 실시예들은 수도관과 같은 배관에 누수 발생 시 복수 개의 압전 필름을 이용하여 배관에 발생되는 진동 모드를 정확하게 감지할 수 있으며, 이를 통해 누수 위치에 상관 없이 누수를 정확하게 감지할 수 있는, 압전 필름을 이용한 누수 감지 장치를 제공한다. In embodiments of the present invention, when a leak occurs in a pipe such as a water pipe, a vibration mode generated in the pipe can be accurately detected using a plurality of piezoelectric films, through which a leak can be accurately detected regardless of a leak location. Provided is a leak detection device using a film.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and another problem (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 복수 개의 압전 필름은 상기 수도관의 외면에서 상기 수도관의 길이 방향을 따라 적어도 2열로 배치되어 제1 압전 필름열 및 제2 압전 필름열로 형성되며, 상기 각각의 상기 압전 필름열을 이루는 상기 복수 개의 압전 필름은 상기 수도관의 외면에서 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. In addition, the plurality of piezoelectric films according to an embodiment of the present invention are arranged in at least two rows along the longitudinal direction of the water pipe on the outer surface of the water pipe to form a first piezoelectric film row and a second piezoelectric film row, each of the The piezoelectric film forming the row of the piezoelectric films may be arranged at regular intervals in the circumferential direction from the outer surface of the water pipe.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 제1 압전 필름열 또는 상기 제2 압전 필름열을 이루는 상기 복수 개의 압전 필름은 상기 수도관의 외면에서 원주 방향으로 90도 간격으로 배치될 수 있다. In addition, the plurality of piezoelectric films constituting the first piezoelectric film sequence or the second piezoelectric film sequence according to an embodiment of the present invention may be arranged at intervals of 90 degrees in the circumferential direction from the outer surface of the water pipe.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 제1 압전 필름열을 이루는 총 4개의 상기 압전 필름은 상기 수도관의 기준 위치에서 0도, 90도, 180도, 270도의 위치에 부착되며, 상기 제2 압전 필름열을 이루는 총 4개의 상기 압전 필름은, 상기 수도관의 상기 기준 위치에서 45도, 135도, 225도, 315도의 위치에 부착될 수 있다. In addition, a total of four of the piezoelectric films constituting the first piezoelectric film sequence according to an embodiment of the present invention are attached at positions 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees from the reference position of the water pipe, and the second piezoelectricity A total of four piezoelectric films forming a row of films may be attached at positions of 45 degrees, 135 degrees, 225 degrees, and 315 degrees from the reference position of the water pipe.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 압전 필름에 의해 발생되는 상기 진동 모드는, 상기 수도관의 반경 방향으로 수축 또는 이완되는 0차 진동 모드와, 일단이 고정되고 타단이 자유로운 외팔보 타입으로 마련되는 상기 수도관에서 상하 방향으로 굽힘 진동하는 1차 진동 모드일 수 있다. In addition, the vibration mode generated by the piezoelectric film according to an embodiment of the present invention is a zero-order vibration mode that contracts or relaxes in the radial direction of the water pipe, and one end is fixed and the other end is provided in a cantilever type It may be a primary vibration mode of bending and vibrating in the vertical direction in the water pipe.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 누수 감지부는, 누수에 의한 상기 수도관의 상기 0차 진동 모드를 감지하기 위하여, 상기 제1 압전 필름열을 이루는 복수 개의 상기 압전 필름과, 상기 제2 압전 필름열을 이루는 복수 개의 상기 압전 필름의 신호 크기의 동일 여부를 판단할 수 있다. In addition, the leak detection unit according to an embodiment of the present invention, in order to detect the zero-order vibration mode of the water pipe due to leakage, a plurality of the piezoelectric film forming the first piezoelectric film sequence, and the second piezoelectric film It may be determined whether the signal sizes of the plurality of piezoelectric films forming a row are the same.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 누수 감지부는, 누수에 의한 상기 수도관의 1차 진동 모드를 감지하기 위하여, 상기 압전 필름열을 이루는 복수 개의 압전 필름들 중 상호 마주보는 한 쌍의 압전 필름들과 다른 한 쌍의 압전 필름들의 신호 크기의 차이 발생 여부를 감지할 수 있다. In addition, the leak detection unit according to an embodiment of the present invention, in order to detect the primary vibration mode of the water pipe due to leakage, a pair of piezoelectric films facing each other among the plurality of piezoelectric films forming the piezoelectric film sequence And it can detect whether the difference in signal size between the pair of piezoelectric films.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 누수 감지부는, 상기 복수 개의 압전 필름으로부터 받은 신호를 증폭하는 신호 증폭기와, 상기 신호 증폭기로부터 받은 신호를 진동 신호 정보로 변환하는 오실로스코프와, 상기 오실로스코프의 상기 진동 신호 정보를 분석하는 신호 분석기 및 상기 신호 분석기의 분석 결과 상기 진동 모드로 판단되면 경고음을 발생시키는 경고음 발생기를 포함할 수 있다. In addition, the leak detection unit according to an embodiment of the present invention, a signal amplifier for amplifying signals received from the plurality of piezoelectric films, an oscilloscope for converting signals received from the signal amplifier into vibration signal information, and the vibration of the oscilloscope It may include a signal analyzer for analyzing signal information and a warning sound generator for generating a warning sound when it is determined that the vibration mode is the result of the analysis of the signal analyzer.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 압전 필름의 상하면에는 상기 압전 필름의 형상에 대응되는 알루미늄 전극이 부착되고, 상기 누수 감지부에 연결된 전선이 상기 알루미늄 전극의 플러스극 및 마이너스극에 연결될 수 있다. In addition, an aluminum electrode corresponding to the shape of the piezoelectric film is attached to the upper and lower surfaces of the piezoelectric film according to an embodiment of the present invention, and an electric wire connected to the leak detector may be connected to the positive electrode and the negative electrode of the aluminum electrode. .

본 발명의 실시예에 따르면, 수도관과 같은 배관에 누수 발생 시 복수 개의 압전 필름을 이용하여 배관에 발생되는 진동 모드를 정확하게 감지할 수 있으며, 이를 통해 누수 위치에 상관 없이 누수를 정확하게 감지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when a leak occurs in a pipe such as a water pipe, it is possible to accurately detect a vibration mode generated in the pipe using a plurality of piezoelectric films, thereby accurately detecting a leak regardless of a leak location. .

도 1은 수도관에 본 발명의 일 실시예에 따른 누수 감지 장치가 장착된 상태를 도시한 투영 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전 필름의 사시도이다.
도 3은 누수 발생 시 발생되는 진동 모드로서 (a)는 0차 진동 모드를 표현한 것이고, (b)는 1차 진동 모드를 표현한 것이다.
도 4의 (a)는 도 1에 대응되는 도면이고, (b)는 (a)의 A 단면이고, (c)는 (a)의 B 단면이다.
도 5의 (a)는 도 1에 대응되는 도면이고, (b)는 0차 모드 시 (a)의 C 단면 및 D 단면이고, (c)는 1차 모드 시 (a)의 C 단면 및 D 단면이다.
도 6은 도 1에 도시된 누수 감지부의 개략적인 구성 도면이다. 1 is a perspective view illustrating a state in which a water leak detection device according to an embodiment of the present invention is mounted on a water pipe.
FIG. 2 is a perspective view of the piezoelectric film shown in FIG. 1.
3 is a vibration mode generated when a leak occurs (a) represents the 0th vibration mode, and (b) represents the 1st vibration mode.
4 (a) is a view corresponding to FIG. 1, (b) is a cross section A of (a), and (c) is a cross section B of (a).
5 (a) is a diagram corresponding to FIG. 1, (b) is a C section and D section of (a) in the 0th mode, and (c) is a C section and D of (a) in the primary mode Cross section.
6 is a schematic configuration diagram of a leak detection unit illustrated in FIG. 1.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and / or features of the present invention and methods for achieving them will become apparent by referring to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 수도관에 본 발명의 일 실시예에 따른 누수 감지 장치가 장착된 상태를 도시한 투영 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 압전 필름의 사시도이다. 도 3은 누수 발생 시 발생되는 진동 모드로서 (a)는 0차 진동 모드를 표현한 것이고, (b)는 1차 진동 모드를 표현한 것이다. 1 is a perspective view illustrating a state in which a water leak detecting device according to an embodiment of the present invention is mounted on a water pipe, and FIG. 2 is a perspective view of the piezoelectric film shown in FIG. 1. 3 is a vibration mode generated when a leak occurs (a) represents the 0th vibration mode, and (b) represents the 1st vibration mode.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 필름을 이용한 누수 감지 장치(100)는, 누수 발생 시 수도관(1)의 진동 모드를 감지하여 누수 위치를 정확하게 감지하는 것으로, 누수가 가능한 수도관(1)의 외면에서 원주 방향으로 부착되는 복수 개의 압전 필름(111)과, 복수 개의 압전 필름(111)으로부터 발생되는 진동 모드를 감지하여 누수를 감지하는 누수 감지부(130)를 포함할 수 있다. Referring first to Figure 1, the leak detection device 100 using a piezoelectric film according to an embodiment of the present invention, by detecting the vibration mode of the water pipe (1) in the event of a leak to accurately detect the location of the leak, leak Possible include a plurality of piezoelectric film 111 attached in the circumferential direction from the outer surface of the water pipe (1), and a leak detection unit 130 for detecting a leak by detecting the vibration mode generated from the plurality of piezoelectric film 111 You can.

이러한 구성에 의해서, 수도관(1)에서 누수가 발생되는 경우 수도관(1)의 진동 모드를 정확하게 감지하여 누수 위치에 상관 없이 누수 지점을 정확하게 찾아낼 수 있다. With this configuration, when a leak occurs in the water pipe 1, the vibration mode of the water pipe 1 can be accurately detected to accurately find the leak point regardless of the leak location.

각각의 구성을 살펴보면, 본 실시예의 압전 필름(111)은, 수도관(1)에서 누수 발생 시 진동 모드를 감지하고 수도관(1)의 진동 모드에 의해 진동하여 전기적 신호를 발생시킨다. 즉, 수도관(1)의 진동이 압전 필름(111)의 진동으로 변환되고, 압전 필름(111)의 진동이 누수 감지부(130)가 분석할 수 있는 전기적 신호로 변환되는 것이다.Looking at each configuration, the piezoelectric film 111 of this embodiment detects a vibration mode when a leak occurs in the water pipe 1 and vibrates by the vibration mode of the water pipe 1 to generate an electrical signal. That is, the vibration of the water pipe 1 is converted into the vibration of the piezoelectric film 111, and the vibration of the piezoelectric film 111 is converted into an electrical signal that the leak detector 130 can analyze.

이러한 압전 필름(111)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 얇은 압전 필름층(112)과, 압전 필름층(112)의 상면 및 하면을 덮는 한 쌍의 알루미늄 전극(113)을 포함한다. 알루미늄 전극(113) 중 하나는 플러스(+) 전극을 갖고 다른 하나는 마이너스(-) 전극을 갖는다. 2, the piezoelectric film 111 includes a thin piezoelectric film layer 112 and a pair of aluminum electrodes 113 covering the upper and lower surfaces of the piezoelectric film layer 112. One of the aluminum electrodes 113 has a positive (+) electrode and the other has a negative (-) electrode.

압전 필름(111)은 자체적으로 유연성을 갖기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이 수도관(1)의 외면에 휜 상태로 부착될 수 있다. Since the piezoelectric film 111 has its own flexibility, it can be attached to the outer surface of the water pipe 1 as shown in FIG.

한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 압전 필름(111)은, 총 8개 구비되며, 그 중 4개의 압전 필름(111)은 제1 압전 필름열(110)을 형성하고, 나머지 4개의 압전 필름은 제1 압전 필름열(110)과 이격된 제2 압전 필름열(120)을 형성한다. On the other hand, referring to Figure 1, a plurality of piezoelectric film 111 according to an embodiment of the present invention, a total of eight is provided, four of the piezoelectric film 111 of the first piezoelectric film sequence 110 And the remaining four piezoelectric films form a second piezoelectric film string 120 spaced apart from the first piezoelectric film string 110.

다만, 압전 필름(111)의 배치 및 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 더 적거나 더 많은 수의 압전 필름이 복수 개의 열로 배치될 수 있음은 물론 1열의 배치 구조만 가질 수 있음은 당연하다.However, the arrangement and structure of the piezoelectric film 111 are not limited thereto. It goes without saying that fewer or more piezoelectric films can be arranged in a plurality of rows, but can also have only one row.

본 실시예의 경우, 제1 압전 필름열(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 총 4개의 압전 필름(111)이 수도관(1)의 외면에서 원주 방향으로 90도 간격으로 배치될 수 있다. 부연하면, 제1 압전 필름열(110)을 이루는 총 4개의 압전 필름(111)은, 도 4의 (b)에 도시된 것처럼, 수도관(1)의 기준 위치에서 0도, 90, 180도, 270도의 위치(#1-4)에 부착될 수 있다. In the present embodiment, the first piezoelectric film rows 110, as shown in FIG. 1, a total of four piezoelectric films 111 may be arranged at 90 degree intervals in the circumferential direction from the outer surface of the water pipe 1 . In other words, a total of four piezoelectric films 111 constituting the first piezoelectric film rows 110 are 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees from the reference position of the water pipe 1, as shown in FIG. 4 (b), It can be attached to the position (# 1-4) of 270 degrees.

제2 압전 필름열(120)의 압전 필름(111)들은 제1 압전 필름열(110)의 압전 필름(111)들과 엇갈리는 구조를 갖는다. 다시 말해, 제2 압전 필름열(120)의 압전 필름(111)들 역시 수도관(1)의 외면에서 원주 방향을 따라 이격 배치되지만, 제1 압전 필름열(110)들의 압전 필름(111)들과는 엇갈리게 기준 위치에서 45도, 135도, 225도, 315도의 위치(#1′-4′)에 부착될 수 있다.The piezoelectric films 111 of the second piezoelectric film sequence 120 have a structure that is staggered from the piezoelectric films 111 of the first piezoelectric film sequence 110. In other words, the piezoelectric films 111 of the second piezoelectric film row 120 are also spaced apart along the circumferential direction from the outer surface of the water pipe 1, but are staggered from the piezoelectric films 111 of the first piezoelectric film rows 110. It can be attached to positions (# 1′-4 ′) of 45 °, 135 °, 225 °, and 315 ° from the reference position.

이처럼, 제1 압전 필름열(110)과, 제2 압전 필름열(120)은 상호 이격된 상태에서 수도관(1)에 배치되되, 각 필름열(110, 120)의 압전 필름(111)들이 엇갈린 상태를 가짐으로써 진동 모드를 정확하게 감지할 수 있으며, 이를 통해 누수 위치를 정확하게 찾아낼 수 있다.As described above, the first piezoelectric film sequence 110 and the second piezoelectric film sequence 120 are disposed in the water pipe 1 in a spaced apart state, and the piezoelectric films 111 of each film sequence 110 and 120 are staggered. By having the state, it is possible to accurately detect the vibration mode, and through this, it is possible to accurately locate the leak.

부연하면, 제1 압전 필름열(110)과 제2 압전 필름열(120)은 3 내지 5mm의 간격을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 간격을 가질 수 있음은 당연하다. If it is to be added, it is preferable that the first piezoelectric film sequence 110 and the second piezoelectric film sequence 120 have a spacing of 3 to 5 mm. However, the present invention is not limited to this, and it is natural that the gap may be different.

아울러, 제1 압전 필름열(110)의 압전 필름(111)들과 제2 압전 필름열(120)의 압전 필름(121)들이 상호 엇갈리는 구조를 갖는다고 전술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 평행한 배치 구조 등을 가질 수 있음은 당연하다.In addition, it has been described above that the piezoelectric films 111 of the first piezoelectric film sequence 110 and the piezoelectric films 121 of the second piezoelectric film sequence 120 have mutually staggered structures, but are not limited thereto. It is natural that it may have a batch structure or the like.

한편, 진동 모드에 대해 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 수도관(1)에서 누수 발생 시 발생되는 진동 모드로는 2개의 진동 모드가 있다. 먼저 진동 모드 중 0차 진동 모드는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 누수 발생으로 인해 수도관(1)이 반경 방향으로 수축 또는 이완될 때의 진동 모드이다. On the other hand, when describing the vibration mode, as shown in FIG. 3, there are two vibration modes as a vibration mode generated when a water leak occurs in the water pipe 1. First, the zero-order vibration mode of the vibration mode is a vibration mode when the water pipe 1 contracts or relaxes in the radial direction due to leakage, as shown in FIG. 3 (a).

도 3의 (b)를 참조하면, 진동 모드 중 1차 진동 모드는, 수도관(1)이 일측이 고정되고 타측이 자유로운 외팔보 타입으로 마련되어 상하 방향으로 굽힘 진동할 때의 모드이다. Referring to (b) of FIG. 3, the primary vibration mode of the vibration mode is a mode in which the water pipe 1 is provided in a cantilever type with one side fixed and the other side freely vibrating in the vertical direction.

이와 같이, 누수 발생 시, 수도관(1)에는 0차 또는 1차 진동 모드가 발생될 수 있는데, 이를 복수 개의 압전 필름(111)으로 이루어진 제1 압전 필름열(110) 및 제2 압전 필름열(120)을 이용하여 진동 모드를 정확하게 찾아낼 수 있는 것이다. As described above, when a leak occurs, a 0th or 1st vibration mode may be generated in the water pipe 1, which includes a first piezoelectric film sequence 110 and a second piezoelectric film sequence consisting of a plurality of piezoelectric films 111 ( 120) to accurately find the vibration mode.

부연하면, 제1 압전 필름열(110)에서의 신호 정보와 제2 압전 필름열(120)에서의 신호 정보를 비교 또는 대조함으로써 보다 더 정확하게 누수 위치를 파악할 수 있는 것이다. In other words, by comparing or contrasting the signal information in the first piezoelectric film sequence 110 and the signal information in the second piezoelectric film sequence 120, the leak location can be more accurately determined.

이하에서는, 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 누수 감지 장치(100)의 진동 모드를 감지하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of detecting the vibration mode of the leak detection device 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 4의 (a)는 도 1에 대응되는 도면이고, (b)는 (a)의 A 단면이고, (c)는 (a)의 B 단면이다. 4 (a) is a view corresponding to FIG. 1, (b) is a cross section A of (a), and (c) is a cross section B of (a).

수도관(1)에 누수가 발생될 때, 누수에 의한 수도관(1)의 0차 진동 모드를 감지하는 방법은, 도 4의 (b)에 도시된 제1 압전 필름열(110)의 압전 필름(111)들의 신호 크기와, 도 4의 (c)에 도시된 제2 압전 필름열(120)의 압전 필름(111)들의 신호 크기를 비교하여 판단할 수 있다. 가령 수도관(1)의 A 단면에 설치된 제1 압전 필름열(110)의 모든 압전 필름(111)들의 신호 크기가 같으면, 누수 발생 사 수도관(1)의 반경 방향으로 발생되는 진동이 같다는 것이기 때문에, 0차 진동 모드로 파악할 수 있는 것이다.When a leak occurs in the water pipe 1, a method of sensing the zeroth vibration mode of the water pipe 1 due to water leakage is a piezoelectric film of the first piezoelectric film string 110 shown in FIG. 4 (b) ( The signal magnitudes of 111) and the signal magnitudes of the piezoelectric films 111 of the second piezoelectric film sequence 120 illustrated in FIG. 4C can be determined. For example, if the signal magnitudes of all the piezoelectric films 111 of the first piezoelectric film row 110 installed on the A cross section of the water pipe 1 are the same, it is because the vibration generated in the radial direction of the water leaking water pipe 1 is the same. It can be grasped by the zero-order vibration mode.

여기서, 수도관(1)에 설치된 제1 압전 필름열(110)과 제2 압전 필름열(120)의 간격이 멀수록 더 정확하게 0차 진동 모드를 파악할 수 있다. 가령 제1 압전 필름열(110)이 누수가 발생된 위치가 가깝다면 제2 압전 필름열(120)이 설치되는 부분은 그렇지 않을 가능성이 크기 때문에 제1 압전 필름열(110)과 제2 압전 필름열(120)에서의 진동 크기의 비교를 보다 뚜렷하게 할 수 있다.Here, as the distance between the first piezoelectric film sequence 110 and the second piezoelectric film sequence 120 installed in the water pipe 1 increases, the 0th vibration mode can be more accurately grasped. For example, if the location where the first piezoelectric film row 110 leaks is close, the first piezoelectric film row 110 and the second piezoelectric film are likely because the portion where the second piezoelectric film row 120 is installed is unlikely It is possible to make the comparison of the vibration magnitude in the column 120 more clear.

한편, 누수에 의한 수도관(1)의 1차 진동 모드를 감지하는 방법으로는, 제1 압전 필름열(110)의 압전 필름(111)들 중 상하의 압전 필름(111, #1, #3)들과, 좌우의 압전 필름(111, #2, #4)들의 신호 크기를 비교함으로써 판단할 수 있다. 다시 말해 좌우의 압전 필름(111)들의 신호 크기에 비해 상하의 압전 필름(111)들의 신호 크기가 크거나 작은 경우, 다시 말해 신호 크기의 차이가 있는 경우, 1차 진동 모드를 파악할 수 있는 것이다.On the other hand, as a method of sensing the primary vibration mode of the water pipe 1 due to water leakage, among the piezoelectric films 111 of the first piezoelectric film sequence 110, the upper and lower piezoelectric films 111, # 1, # 3 And, it can be determined by comparing the signal size of the left and right piezoelectric film (111, # 2, # 4). In other words, when the signal size of the upper and lower piezoelectric films 111 is larger or smaller than the signal size of the left and right piezoelectric films 111, that is, when there is a difference in signal size, it is possible to grasp the primary vibration mode.

1차 진동 모드를 파악할 때에는, 제1 압전 필름열(110)과, 제2 압전 필름열(120)의 간격이 가까울수록 더 바람직하다. 왜냐하면, 제2 압전 필름열(120)에서도 상호 마주보는 한 쌍의 압전 필름(111, #1′, #3′)들과 다른 한 쌍의 압전 필름(111, #2′, #4′)들의 신호 크기를 파악하고, 파악된 정보를 제1 압전 필름열(110)과의 정보와 종합적으로 파악함으로써 1차 진동 모드를 정확하게 파악할 수 있는 것이다. When grasping the primary vibration mode, the closer the distance between the first piezoelectric film sequence 110 and the second piezoelectric film sequence 120 is, the more preferable. Because, the pair of piezoelectric films 111, # 1 ′, # 3 ′ and the other pair of piezoelectric films 111, # 2 ′, # 4 ′ that face each other also in the second piezoelectric film string 120. It is possible to accurately grasp the primary vibration mode by grasping the signal size and comprehensively grasping the identified information with the first piezoelectric film sequence 110.

한편, 이하에서는 도 5를 참조하여 수도관(1)의 길이 방향의 단면에서의 진동 모드의 발생을 설명하고 이를 통해 누수를 감지하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. Meanwhile, hereinafter, with reference to FIG. 5, the occurrence of the vibration mode in the longitudinal section of the water pipe 1 will be described, and a method for detecting a leak through the vibration mode will be described.

도 5의 (a)는 도 1에 대응되는 도면이고, (b)는 0차 모드 시 (a)의 C 단면 및 D 단면이고, (c)는 1차 모드 시 (a)의 C 단면 및 D 단면이다. 5 (a) is a diagram corresponding to FIG. 1, (b) is a C section and D section of (a) in the 0th mode, and (c) is a C section and D of (a) in the primary mode Cross section.

도 5의 (b)를 참조하면, 0차 진동 모드인 경우, C 단면과 D 단면에서의 진동이 같음을 알 수 있다. 여기서, 누수 지점으로부터 근접해 있는 곳에 하나의 압전 필름열, 예를 들면 제2 압전 필름열(120)을 설치하고, 누수 지점으로 거리가 있는 지점에 다른 하나의 압전 필름열(110)을 설치하면 신호의 크기가 서로 다르므로 누수를 탐지할 수 있다. Referring to (b) of FIG. 5, it can be seen that in the case of the zero-order vibration mode, vibrations in the C and D sections are the same. Here, when one piezoelectric film sequence 120, for example, the second piezoelectric film sequence 120 is installed at a location adjacent to the leak point, and the other piezoelectric film sequence 110 is installed at a point at a distance from the leak point, a signal is generated. Leakage can be detected due to different sizes of.

도 5의 (c)를 참조하면, 1차 진동 모드인 경우 C 단면 상에서는 상하로의 진동이 발생되는 것을 확인할 수 있지만, D 단면 상에서는 좌우로의 진동이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, C 단면에서 진동 크기가 최대인 경우 D 단면에서는 진동 크기가 0에 가깝다. Referring to (c) of FIG. 5, in the case of the primary vibration mode, it can be confirmed that vibrations up and down occur on the C cross section, but it is confirmed that vibrations on the left and right sides do not occur on the D cross section. In other words, when the vibration magnitude is maximum in the C-section, the vibration magnitude in the D-section is close to zero.

이러한 경우, 누수 지점으로부터 근접한 위치에 2개의 압전 필름열(110, 120)을 모두 설치하면 신호가 더욱 뚜렷해지므로 정확한 누수 감지를 할 수 있는 것이다.In this case, if two piezoelectric film rows 110 and 120 are installed at a position close to the leak point, the signal becomes more clear, so that an accurate leak detection can be performed.

한편, 도 1을 참조하면, 각각의 압전 필름열(110, 120)을 이루는 압전 필름(111)들이 획득한 신호는 누수 감지부(130)로 전달된다. 본 실시예의 누수 감지부(130)는, 도 6에 도시된 것처럼, 복수 개의 압전 필름(111)으로부터 받은 신호를 증폭하는 신호 증폭기(131)와, 신호 증폭기(131)로부터 받은 신호를 진동 신호 정보로 변환하는 오실로스코프(133)와, 오실로스코프(133)의 진동 신호 정보를 분석하는 신호 분석기(135)와, 신호 분석기(135)의 분석 결과 진동 모드로 판단되면 경고음을 발생시키는 경고음 발생기(137)를 포함할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1, signals obtained by the piezoelectric films 111 constituting each of the piezoelectric film rows 110 and 120 are transmitted to the leak detection unit 130. The leak detection unit 130 of the present embodiment, as shown in Figure 6, a signal amplifier 131 for amplifying the signals received from the plurality of piezoelectric film 111, and the signal received from the signal amplifier 131 vibration signal information The oscilloscope 133 converting to, a signal analyzer 135 for analyzing vibration signal information of the oscilloscope 133, and a warning sound generator 137 for generating a warning sound when it is determined as a vibration mode as a result of the analysis of the signal analyzer 135 It can contain.

이를 통해 수도관(1)에 누수 발생 시 누수 정도 및 지점에 대한 정보가 실시간으로 제공될 수 있다.Through this, when a leak occurs in the water pipe 1, information on the degree and location of the leak may be provided in real time.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수도관(1)과 같은 배관에 누수 발생 시 복수 개의 압전 필름을 이용하여 배관에 발생되는 진동 모드를 정확하게 감지할 수 있으며, 이를 통해 누수 위치에 상관 없이 누수를 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, when a leak occurs in a pipe such as a water pipe 1, it is possible to accurately detect a vibration mode generated in the pipe by using a plurality of piezoelectric films, thereby irrespective of a leak location. It has the advantage of accurately detecting leaks.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.So far, specific embodiments according to the present invention have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the claims described below, but also by the claims and equivalents.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and modifications from these descriptions will be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. Deformation is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to fall within the scope of the spirit of the present invention.

1: 수도관
100: 누수 감지 장치
110: 제1 압전 필름열
111: 압전 필름
120: 제2 압전 필름열
130: 누수 감지부1: Water pipe
100: leak detection device
110: first piezoelectric film train
111: piezoelectric film
120: second piezoelectric film train
130: leak detection unit

Claims

A plurality of piezoelectric films attached in a circumferential direction from the outer surface of the water pipe where water leakage is possible; And
A leak detecting unit detecting a leak by detecting a vibration mode generated from at least one piezoelectric film among the plurality of piezoelectric films when a leak occurs;
Including,
The plurality of piezoelectric films are arranged in at least two rows along the longitudinal direction of the water pipe on the outer surface of the water pipe to form a first piezoelectric film row and a second piezoelectric film row, and the plurality of piezoelectric film rows forming each of the piezoelectric film rows The piezoelectric film is arranged at 90 degree intervals in the circumferential direction from the outer surface of the water pipe,
A total of four piezoelectric films constituting the first piezoelectric film sequence are attached at positions 0 degrees, 90, 180 degrees, and 270 degrees from the reference position of the water pipe, and a total of four piezoelectric films constituting the second piezoelectric film sequence. Silver, is attached to the position of 45 degrees, 135 degrees, 225 degrees, 315 degrees from the reference position of the water pipe,
The vibration mode generated by the piezoelectric film,
The primary vibration mode of bending and oscillating in the vertical direction in the water pipe provided in a cantilever type with one end fixed and the other end free, and a zero-order vibration mode that contracts or relaxes in the radial direction of the water pipe,
The leak detector,
In order to detect the zero-order vibration mode of the water pipe due to water leakage, whether the signal sizes of the plurality of piezoelectric films forming the first piezoelectric film sequence and the plurality of piezoelectric films forming the second piezoelectric film sequence are the same. Judging,
In order to detect the primary vibration mode of the water pipe due to leakage, whether a difference in signal size between a pair of piezoelectric films and a pair of piezoelectric films facing each other among the plurality of piezoelectric films forming the piezoelectric film sequence occurs Leakage detection device using a piezoelectric film, characterized in that for sensing.

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According to claim 1,
The leak detector,
A signal amplifier for amplifying signals received from the plurality of piezoelectric films;
An oscilloscope that converts the signal received from the signal amplifier into vibration signal information;
A signal analyzer for analyzing the vibration signal information of the oscilloscope; And
Leakage detection device using a piezoelectric film, characterized in that it comprises a warning sound generator for generating a warning sound when it is determined that the vibration mode as a result of analysis of the signal analyzer.

According to claim 1,
An aluminum electrode corresponding to the shape of the piezoelectric film is attached to the upper and lower surfaces of the piezoelectric film, and a wire connected to the leak detector is connected to a positive electrode and a negative electrode of the aluminum electrode, thereby detecting leakage using a piezoelectric film. Device.