KR102119363B1 - 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지하수 관정 외부에 설치되며 거리적산계를 포함하는 케이블 권취기와, 상기 권취기로부터 케이블을 통해 지하수 관정 내부의 우물자재로 투입되는 비파괴 측정부로서, 상기 케이블의 일단에 연결되는 방수방진 하우징, 상기 하우징 내부에 장착되는 회로부, 초음파 발생부, 수질 센서부, 영상 촬영부를 포함하는 비파괴 측정부와, 지하수 관정 외부에 설치되며, 상기 초음파 발생부로부터 수신된 초음파 영상을 디스플레이하는 제1모니터 및 상기 영상 촬영부로부터 수신되는 일반 영상을 디스플레이하는 제2모니터와, 지하수 관정 외부에 설치되며, 초음파 영상 신호 및 일반 영상을 편집하여 각각 제1모니터와 제2모니터에 출력하고 상기 권취기의 케이블 하강 및 상승 속도를 제어하는 통합 제어부를 포함하는 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 지하수 관정의 검사 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 지하수 관정 내부의 우물자재를 외부로 꺼내거나 파괴하는 등 부가적인 작업 없이도 비파괴 측정을 통해 지하수 관정 내부의 수맥, 파쇄층, 지층 등의 정보를 정확하게 확인할 수 있는 새로운 시스템을 제안한다.
지하수는 지표에 내린 빗물이나 눈이 땅속으로 침투하여 고여 있거나 흐르는 상태의 물로서 하천수 등의 지표수와 함께 주요 수자원으로 활용되고 있으며, 최근에는 기후 변화로 인한 가뭄에 대비하기 위해 비상용수 또는 대체수자원으로서의 가치가 증가하고 있다.
농업용, 공업용 등의 용수 및 농어촌의 생활용수를 공급하기 위해서는 지반에 관정을 뚫고, 관정의 내부에 케이싱을 설치하며, 상기 케이싱을 관통하여 관정의 내부에 양수관을 삽입한 다음 펌프를 사용하여 지하수를 양수하여 사용하고 있는 것이 일반적인 형태이다. 따라서, 암반 사이에 흐르고 있는 지하수는 암반공을 통하여 관정에 모이게 되고, 상기 관정에 모인 지하수는 수중모터펌프의 작동에 의해 강제 흡입된 후 양수관을 따라 송수배관으로 공급된다.
지하수는 단기간에 저렴한 비용으로 안전한 용수를 확보할 수 있다는 점에서 효용성이 크다. 그러나 지하수는 빗물 등에 의해 보충되는 양보다 과도하게 사용하거나 오염물질이 침투되어 수질이 악화되는 경우에는 재생과 회복에 오랜 시일과 노력이 필요하다. 따라서, 지하수를 개발한 후 지하수 관정의 오염 방지와 더불어, 물 부족 문제가 발생하지 않고 안정적인 물 공급이 가능하도록 지하수 관정을 지속적으로 관리하는 것이 중요하다.
이를 위하여 최초 관정 개발 시 지하수 관정 내부의 지층 또는 물이 흘러나오는 수맥층을 확인할 수 있도록 CCTV 촬영 기계 등을 활용하여 영상을 촬영하고, 저장된 영상을 내부우물자재(PVC 또는 스테인리스 재질의 케이싱 파이프) 설치시에 활용하거나 차후 사후관리 시 활용하기도 한다. 관정 내부의 영상 촬영은 최초 관정 개발시 i) 관정을 뚫고 케이싱 파이프(내부우물자재)가 설치되지 않은 나공(裸孔) 상태에서(도 1 참조) 카메라를 관정 내부에 투입하여 관정 내부면을 1차 촬영하고, ii) 관정에 내부 우물자재(P)를 삽입 설치한 후(도 2 참조) 우물 자재 내부로 카메라를 투입하여 우물 자재 내부면을 2차 촬영하여, 각 영상 자료를 저장한 후 활용하는 것이다.
등록실용신안 20-0201646호에 따르면, 지하수 개발 후 지하수공 내에 삽입하여 붕괴 및 오염방지용 파이프의 정확한 깊이와 상태를 확인할 수 있고 오염수의 유입위치와 유무를 모니터를 통하여 현장에서 육안으로 확인할 수 있을 뿐 아니라 종래의 형식적인 서류와 현장 외부 사진으로만 확인하던 문제를 VTR을 이용 녹화하여 보전이 가능하며 발주자와 발주처와의 민원 마찰을 줄여 줄 수 있으며 영상 전송기를 이용하여 발주자와 발주처 담당자의 시간을 절약할 수 있고 녹화된 지하수공내의 화면을 이용하여 지하자원의 생태와 관리 연구에 도움을 줄 수 있는 지하수공 검사장치를 제안한 바 있다. 구체적으로, 소형의 카메라가 내장되어 정면의 투명판을 통해 지하수공의 하부를 촬영하는 하부 촬영부와; 나침판, 수류흐름을 감지하는 방향타, 카메라로 구성되어 지하수공의 외부에서 유입되는 지표수의 유무를 감지하는 지표수 유무 감지장치부와; 소형의 카메라가 내장되어 투명관체를 통해 지하수공의 내벽을 촬영하는 측부 촬영부와; 카메라의 촬영사진을 외부에서 확인하는 영상전송장치로 이루어진 지하수공 검사장치를 제안하였다.
그러나 기존에 제안된 영상 촬영 방법은 최초 지하수 관정 개발 시 나공 상태에서의 영상 촬영을 전제로 하며, 지하수 관정 개발 시 나공 상태에서 촬영한 영상이 없거나 해당 영상을 분실하였다면 차후에 지하수 관정 내부의 모습(우물 자재가 설치되었을 경우 우물 자재 외부)을 확인할 수 없는 단점이 있다. 이 경우 우물자재 설치 후의 모습 등을 사후적으로 영상 촬영하더라도 지하수 내부 나공 상태의 수맥층이나 파쇄층(물이 나오는 심도, 도 1의 F), 지층 등의 위치, 관정 내부와 우물자재 외부면 사이에 투입된 그라우팅 두께 등을 알 수 없기 때문에 오염수 발생 위치 등을 확인하여 관련 조치를 취하는데 한계가 있다.
지하수 관정 개발 후 인접 지역의 오염원, 예를 들어 축산 폐수나 농약 성분 등이 유입되어 지하수 수질이 부적합하게 된 경우, 관정 내부의 우물자재를 전부 외부로 인양하여 관정 내부를 검사하는 방법을 취할 수도 있으나, 우물자재 인양 작업에 대한 위험부담이 크고 이 과정에서 지하수 관정이 무너지는 경우도 발생할 수 있다. 이러한 위험을 감안하여 지하수 관정 내부의 임의의 위치에서 내부 우물자재 표면에 길이 방향으로 여러 개의 구멍을 뚫고 해당 위치에서 개별적으로 수질 검사를 실시하는 방식을 모색해볼 수도 있으나, 이 경우에는 전체 공정이 복잡하고 작업 기간이 오래 소요되며 오염원 위치 파악의 정확성이 떨어지는 반면 작업 비용이 과다하게 증가하고 관정 내부 수질 검사에 필요한 위험부담이 여전히 큰 문제를 해소할 수 없다.
전국적으로 수많은 지하수 관정이 개발되어 있고, 해당 관정의 영상자료가 대부분 미비한 상태에서 지하수 관정의 수질을 지속적으로 관리하기 위해서는 우물자재가 관정 내부에 삽입된 상태에서 수맥층과 파쇄층, 지층 등의 위치를 정확하게 확인하고 오염수의 발생 정도를 정기적으로 검사할 수 있는 기술이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 내부 우물자재가 지하수 관정에 설치되어 있는 상태에서 물이 나오는 수맥층과 파쇄층 및 지층 등을 확인할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 지하수 관정 내부에 설치된 내부우물자재를 외부로 인양하거나 내부우물자재에 국부적인 타공 작업을 하지 않고도 오염수의 발생 위치 등을 파악할 수 있는 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 지하수 관정 내부의 오염수 여부를 정확하고 신속하게 파악하여 지하수 관정의 수질을 지속적으로 관리할 수 있는 검사 시스템을 제공하는 것이다.
기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지하수 관정 외부에 설치되며 거리적산계를 포함하는 케이블 권취기와; 상기 권취기로부터 케이블을 통해 지하수 관정 내부의 우물자재로 투입되는 비파괴 측정부로서, 상기 케이블의 일단에 연결되는 방수방진 하우징, 상기 하우징 내부에 장착되는 회로부, 초음파 발생부, 수질 센서부, 영상 촬영부를 포함하는 비파괴 측정부와; 지하수 관정 외부에 설치되며, 상기 초음파 발생부로부터 수신된 초음파 영상을 디스플레이하는 제1모니터 및 상기 영상 촬영부로부터 수신되는 일반 영상을 디스플레이하는 제2모니터와; 지하수 관정 외부에 설치되며 초음파 영상 신호 및 일반 영상을 편집하여 각각 제1모니터와 제2모니터에 출력하고 상기 권취기의 케이블 하강 및 상승 속도를 제어하는 통합 제어부;를 포함하는 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 초음파 발생부는 지하수 관정의 360° 전방향을 촬영할 수 있도록 방수방진 하우징 내부에 복수의 프로브가 방사상으로 배치되는 것이 바람직하며, 이 경우 복수의 초음파 프로브에서 전달되는 초음파 신호를 상기 통합 제어부에서 수신하고 하나의 초음파 영상으로 편집하여 출력한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 방수방진 하우징 내부에 장착되는 회로부, 초음파 발생부, 수질 센서부, 영상 촬영부는 착탈 가능하도록 상호 연결되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템에서 상기 비파괴 측정부는 초음파 영상 촬영 시 수맥층 또는 이상 구간 확인되면 우물자재 표면에 해당 위치를 표시하는 마킹 장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템에서 상기 수질 센서부는 지하수 관정 내부의 수온 변화 측정을 위한 수온센서와 지하수관정 내부의 수맥층에서 낙수되는 소리를 감지할 수 있는 소리센서, 지하수 흐름을 파악하기 위한 자이로센서를 더 포함할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템에서 상기 비파괴 측정부 상단에 장착되며, 지하수 관정 내부의 수질 샘플 채취를 위한 수중모터펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지하수 관정에 관측 장치나 검사 장치를 투입하고 원하는 계측값 등을 얻어내는 기술과 초음파 영상 기술을 결합하여 지하수 관정의 비파괴 검사를 진행하며, 이를 위하여 초음파 영상을 얻기 위한 프로브, 수질 등 다목적 검사 센서, 일반 영상 장비, 비파괴 측정부를 관정 내부에 투입하기 위한 방수방진 하우징 등 포함하고, 기타 실제 관정에 비파괴 측정부를 투입하여 활용할 때 발생할 수 있는 제품의 문제점을 해결하면서 부가적으로 필요한 구성부를 더 포함함으로써 지하수 관정의 검사 수준 및 효율을 높인다.
본 발명의 비파괴 검사 시스템을 통해 내부 우물자재가 지하수 관정에 설치되어 있는 상태에서 물이 나오는 수맥층을 확인할 수 있으며, 내부우물자재를 외부로 인양하거나 우물자재에 국부적인 타공 작업을 하지 않고도 오염수의 발생 위치 등을 파악할 수 있다.
본 발명에 따르면, 관정 내부에 대한 초음파 영상과 내부우물자재 내부에 대한 일반 영상을 비교하여 수질 악화 등 오염원 발생 원인에 해당하는 위치를 정확하게 검사할 수 있고, 오염수의 채수 및 수질 확인 위치의 마킹이 가능하며, 지하수 온도 변화 또는 지하수 흐름에 따른 수맥층이나 파쇄층 및 지층의 구분 여부를 확인할 수 있어 지하수 관정의 검사 수준 및 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 지하수 관정의 수질을 지속적으로 관리하는데 이바지할 수 있다.
도 1은 지면 아래로 시공된 지하수 관정의 나공 상태를 보인 모식도
도 2는 지하수 관정 내부에 우물자재가 삽입된 후의 모식도
도 3은 본 발명의 비파괴 검사 시스템이 지하수 관정에 투입된 모습을 보인 모식도
도 4는 비파괴 검사 시스템의 비파괴 측정부를 보인 모식도
도 5는 초음파 발생부의 프로브가 방사상으로 배치된 모습을 보인 단면 모식도
도 6은 비파괴 측정부 구성 부품들의 커넥션을 보인 모식도
도 7은 비파괴 검사 시스템의 영상출력 및 제어부를 보인 모식도
도 8은 수중모터펌프가 결합된 비파괴 측정부를 보인 모식도
도 9는 마킹 장치를 보인 모식도
도 2는 지하수 관정 내부에 우물자재가 삽입된 후의 모식도
도 3은 본 발명의 비파괴 검사 시스템이 지하수 관정에 투입된 모습을 보인 모식도
도 4는 비파괴 검사 시스템의 비파괴 측정부를 보인 모식도
도 5는 초음파 발생부의 프로브가 방사상으로 배치된 모습을 보인 단면 모식도
도 6은 비파괴 측정부 구성 부품들의 커넥션을 보인 모식도
도 7은 비파괴 검사 시스템의 영상출력 및 제어부를 보인 모식도
도 8은 수중모터펌프가 결합된 비파괴 측정부를 보인 모식도
도 9는 마킹 장치를 보인 모식도
본 발명은 초음파를 이용한 지하수 관정의 검사 시스템을 제안한다. 지하수 관정 내부에 투입된 초음파 프로브를 포함하는 비파괴 측정부로부터 초음파 영상 스캔 정보와 일반 영상 정보를 습득하여 관정 내면이나 내부의 초음파 영상과 우물자재 내면의 영상을 출력하고 비교함으로써 내부우물자재의 인양이나 불필요한 복수의 타공 작업이 없이도 정확하게 지하수 관정 내부를 검사할 수 있다.
지하수 관정은 시추기와 콤퓨레셔 등 장비를 이용하여 도 1에 도시한 바와 같이 지면(G) 아래로 굴착하여 형성하며, 소공, 중공, 대공에 따라 관정 깊이가 달라지지만 최소 20m 에서 많게는 500m 이상 굴착하는 경우도 있다. 굴착된 관정 내부에는 지하수맥에 연결되는 파쇄층(F)을 통해 유입되는 지하수가 모이게 되며 관정 내부 일정 깊이에 지하수의 자연수위(UW)가 형성된다. 이러한 나공 상태의 관정에 도 2에 도시한 바와 같이 PVC나 스테인리스 재질의 파이프 형태의 내부우물자재(P)가 투입되며, 관정 내부 깊이에 대응하도록 복수의 파이프가 연결소켓부(P1)에 의해 결합되어 있고, 유공부(P2)를 통해 관정의 수맥층으로부터 유입되는 지하수를 우물자재 내부로 유입시켜 우물자재 내부에서 자연수위가 마련되도록 한다.
지하수 관정 인근에 축사나 농장, 공장 등이 있는 경우 축산분뇨, 농약, 공장폐수 등이 유입될 수 있다. 특히 빗물이 지하로 들어오는 통로인 숨골이 수맥층과 연결되는 경우 관정의 지하수는 쉽게 오염될 수 있다. 그러나 100여 미터 이상의 깊은 관정 내부에서 어떤 수맥층으로부터 오염수가 유입되는지 확인하는 것은 상당히 어려우며, 마땅한 검사 장치가 없어 지하수 관정의 수질 관리가 불가능한 상태이고 수질이 오염된 관정을 그대로 방치하거나 폐공 처리할 수밖에 없는 실정이다.
본 발명은 지하수 관정 내부의 오염원 발생 여부, 오염원 발생 깊이 및 위치 등을 비파괴적으로 확인함으로써 지하수 관정의 관리 및 수질오염을 해결하는데 일조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 비파괴 검사 시스템이 지하수 관정에 투입된 모습을 보인 모식도로서, 본 발명은 케이블에 의해 지하수 관정 내부로 투입되는 비파괴 측정부(100)를 포함한다. (지하수 관정은 일반적으로 실질적인 깊이가 100미터 이상이기 때문에 관정의 직경에 비하여 수직 깊이가 상당히 긴 구조로 형성되지만, 전술한 도 1 및 도 2를 포함하여 도 3에 도시된 지하수 관정은 편의상 수직 길이가 짧게 표현되어 있다.) 상기 비파괴 측정부는 지하수 관정 외부에 설치되는 권취기(200)로부터 케이블이 풀리면서 도르래(D)를 거쳐 관정 내부 깊이 방향으로 투입되어 관정 하부로 내려가고 케이블이 감기게 되면 관정 상부로 올라오게 되는데, 권취기에 포함된 거리적산계를 통해 케이블의 풀림 또는 감김 길이를 측정하여 비파괴 측정부의 투입 깊이를 산출하게 된다. 비파괴 측정부의 투입 깊이는 관정 내부의 수질 오염 위치를 확인하는데 매우 중요하며, 후술하는 수중모터펌프의 채수 위치 및 마킹 장치의 마킹 위치에도 직접적으로 연관된다.
권취기로부터 연장되어 비파괴 측정부에 연결되는 케이블은 예를 들어 외경이 5 ~ 10mm 정도의 방수성 재질을 사용할 수 있으며, 케이블 내부에는 자중의 무게를 지탱하기 위한 금속재질의 와이어가 내재되고 방수방진 하우징부의 신호를 송수신하기 위한 전선케이블이 함께 내장된다. 권취기의 케이블로부터 수신되는 각종 정보는 지하수 관정 외부에 설치되는 영상 출력 및 제어부(300)에서 처리되어 영상으로 변환되거나 수질 오염 파악에 필요한 데이터로 변환된다.
권취기로부터 케이블을 통해 지하수 관정 내부의 우물자재로 투입되는 비파괴 측정부는 방수방진 하우징과 하우징 내부에 장착되는 각종 구성부를 포함한다. 도 4는 비파괴 검사 시스템의 비파괴 측정부를 보인 모식도로서, 방수방진 하우징(110) 내부에 회로부(130), 초음파 발생부(140), 수질 센서부(150), 영상 촬영부(160)가 상호 적층되어 있다. 회로부는 각 구성부에 필요한 전기적, 전자적 동작을 위한 회로 등을 포함하며, 초음파 발생부는 프로브 타입의 초음파 발신기와 수신기를 포함한다. 수질 센서부는 전기적, 화학적, 또는 광학적 센서에 의해 용존산소량, 중금속, 탁도, 색깔 등을 감지할 수 있으며, 온도 센서, 소리센서, pH 센서 등을 더 포함할 수 있다. 수실 센서부의 일부분은 하우징 외부로 노출되어 지하수와 직접 접촉되도록 할 수 있다.
수질 센서부는 지하수 관정 내부의 수온 변화 측정을 위한 수온센서와 지하수 흐름을 감지하기 위한 자이로센서를 더 포함할 수 있으며, 수온센서는 고여있는 물(고온)과 흐르는 물(저온)을 파악하여 수맥층의 위치를 확인하는데 도움을 줄 수 있고, 소리센서는 지하수관정 내부의 수맥층에서 낙수되는 소리를 감지할 수 있으며, 자이로센서를 통해 지하수 흐름을 감지함으로써 수맥층의 위치를 파악할 수 있다.
케이블의 일단에 연결되는 방수방진 하우징은 내부에 적층된 구성부를 포함하여 예를 들어 약 30 ~ 50cm 정도의 길이, 직경은 약 10cm 정도의 실린더형 구조물로 형성될 수 있다. 하우징 내부에 포함된 각 구성부의 상대적인 위치는 상호 변경될 수 있으며, 영상 촬영부는 지하수 관정 내부의 측면 및 하부 관측이 용이하도록 하우징 하면에 배치되는 것이 바람직하다.
영상 촬영부는 일반적인 카메라 영상에 관련되며, 이를 위하여 렌즈(161) 또는 촬상소자가 하우징의 하면이나 측면에 장착되고 투명재질의 커버 등을 매개로 관정 내부를 촬영하도록 하며, 관정 내부에 자연광이 조사되지 못하는 상황을 고려하여 렌즈 인근에 LED 등의 조명(162)이 부가되도록 한다.
지하수 관정 내부에는 다양한 방향과 여러 깊이에서 수맥층이 존재할 수 있다. 따라서, 비파괴 측정부는 투입 깊이 뿐만 아니라 전방향으로 검사가 가능하여야 한다. 이를 위하여 본 발명의 비파괴 검사 시스템에서 초음파 발생부는 지하수 관정의 360도 전방향을 촬영할 수 있도록 방수방진 하우징 내부에 복수의 프로브가 방사상으로 배치되는 것이 바람직하다. 도 5는 초음파 발생부의 프로브가 방사상으로 배치된 모습을 보인 단면 모식도로서 초음파 발생부(140) 내에 관정을 향하도록 판상의 초음파 프로브(141)가 네 방향으로 배치되어 있다. 각 프로브는 해당 방향으로 초음파를 발신하고 수신하여 각각의 초음파 정보를 통합 제어부로 송신하고, 복수의 초음파 정보를 통합하여 하나의 초음파 영상으로 편집하여 출력되도록 할 수 있다. 프로브의 형태는 초음파 발생부의 내주면을 따라 곡면으로 형성할 수도 있으며, 필요에 따라 적어도 2 개 이상의 프로브를 균일하게 배치할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 방수방진 하우징 내부에 장착되는 회로부, 초음파 발생부, 수질 센서부, 영상 촬영부는 착탈 가능하도록 상호 연결되는 것이 바람직하다. 도 6은 비파괴 측정부 구성 부품들의 커넥션을 보인 모식도로서, 예를 들어 초음파 발생부(140)와 수질 센서부(150)가 연결될 때 두 구성부는 상호 핀커넥터(C)를 통해 연결되면서 전기적 신호 등이 전달되도록 할 수 있으며, 조임부(C1)와 나사산(C2)에 의해 착탈 가능하게 물리적으로 결합될 수 있다. 두 구성부의 결합 시 결합면에 오링(R) 등을 내장함으로써 물리적인 충격이 최소화되면서 상호 분리가 용이하도록 할 수도 있다. 하우징에 내장되는 각 구성부의 결합은 나사 결합이나 착탈 삽입 등 다양한 방식이 채용될 수 있다. 이와 같은 하우징 내장 구성부들의 결합 방식을 통해 각 구성부의 분리, 교체, 수리, 관리 등이 용이하며, 지하수 관정의 내부 상황이나 수질 오염 정도 등에 따라 추가적인 검사 요소를 쉽게 부가할 수 있다.
도 7은 비파괴 검사 시스템의 영상출력 및 제어부(300)를 보인 모식도이다. 영상출력 및 제어부는 케이블로부터 전달되는 각종 영상 정보 및 센싱 정보의 처리와 관련되며, 지하수 관정 외부에 설치되는 제1모니터(311)와 제2모니터(312), 및 통합 제어부(320)를 포함한다. 제1모니터는 상기 초음파 발생부로부터 수신된 초음파 영상을 디스플레이하며, 제2모니터는 상기 영상 촬영부로부터 수신되는 일반 영상을 디스플레이한다. 제1모니터에 출력되는 초음파 영상은 우물자재 외측의 관정 내면 및 관정 내부 투과 영역을 관측한 영상에 해당하며, 제2모니터에 출력되는 일반 영상은 우물자재 내면을 관측한 영상에 해당한다. 이와 같이 초음파 영상과 일반 카메라 영상을 함께 출력함으로써 지하수 관정 내면 및 내부는 물론 우물자재 내면의 영상을 비교하여 보다 정확하고 빠르게 관정 내부 구조를 파악하거나 수질 오염 위치를 확인할 수 있다. 통합 제어부는 초음파 영상 신호 및 일반 영상을 편집하여 각각 제1모니터와 제2모니터에 출력하고 상기 권취기의 케이블 하강 및 상승 속도를 제어한다. 통합 제어부는 초음파 수신 및 영상 편집과 복합센서의 데이터값을 표시하는 것 이외에도 신호증폭기, 영상저장 및 외부전송부(블루투스 통신부, 메모리, USB 커넥터 등)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 비파괴 검사 시스템을 통한 지하수 관정의 검사는 다음과 같다. 관정 상단의 개방부를 통해 권취기로부터 케이블을 풀어 비파괴 측정부를 관정 내부로 투입한다. 관정 내부로 하강하면서 방수방진 하우징 내의 초음파 발생부, 수질 센서부, 영상 촬영부에 각각 영상 정보 획득 및 감지 동작을 수행한다. 통상 관정의 깊이가 수십미터에서 수백미터에 달하고 그 결과 투입 깊이가 증가하면서 관정 내 깊숙이 투여되는 케이블 길이가 증가하게 되면 신호 케이블 저항으로 인하여 신호 세기 등이 감소할 수 있는데, 통합 제어부에 신호증폭기를 구비함으로써 신호 세기 감소에 대응할 수 있다. 관정 내부에 투입되어 영상 촬영부를 통해 우물자재 내면의 일반 영상 정보를 획득하고, 초음파 발생부를 통해 우물자재를 투과한 관정 내면 또는 내부(지층이나 수맥 등)의 영상 정보를 획득한다. 이 경우 관정 내부의 우물자재 재질(PVC, 금속)에 따른 투과성을 조절하기 위하여 통합 제어부에서 초음파 신호를 제어할 수도 있다.
획득된 정보들은 실시간으로 데이터 처리될 수 있다. 모니터에서 확인 가능한 정보로는 초음파 영상과 일반 촬영 영상이 각각 제공되며, 이외에도 권취기의 거리적산계를 통해 산출된 케이블 길이로부터 투입 심도, 수질 센서별 데이터값(예를 들어, 수온, pH, 전기전도도, DO센서, 질소센서 등)이 수치적으로 또는 그래프 등으로 디스플레이될 수 있다. 이와 같은 정보 및 데이터를 통해 지하수 관정의 우물자재 외측에 형성된 지층의 구조를 확인하거나 지하수가 유입되는 수맥층의 위치를 확인할 수 있다.
또한, 수질 센서부로부터 지하수 오염 여부, 거리적산계로부터 수질 오염 위치 등을 파악할 수 있는데, 이 경우 해당 위치의 지하수 수질을 보다 정밀하게 측정해야할 필요도 있으며, 이를 위하여 본 발명의 비파괴 검사 시스템은 부적합한 수질 샘플 채취용 지하수 채수 장비를 더 포함할 수 있다. 이 채수 장비는 비파괴 측정부와 별도로 지하수 관정에 투입될 수도 있지만, 두 장치를 결합하여 하나의 바디로 관정 내부에 투입하는 것이 깊이 제어 및 오염원 위치 판별에 유리하다. 도 8은 수중모터펌프(170)가 결합된 비파괴 측정부를 보인 모식도로서, 비파괴 측정부 상단에 수중모터펌프가 배치되어 있으며 이 경우 비파괴 측정부의 케이블(121)에 신호 전달용 케이블과 더불어 채수용 관이 함께 내장될 수 있다.
지하수 관정 내부의 수질 샘플 채취를 위한 수중모터펌프는 비파괴 측정부에서 초음파 영상을 촬영하여 수맥층 또는 이상 구간 확인되거나 수질 센서부에서 수질 오염 여부가 감지되면 해당 위치의 지하수를 채수하도록 동작할 수 있으며, 관정 내부 깊이에 따른 수질 변화를 확인하기 위해 일정한 깊이별로 지하수 샘플을 균일하게 채수할 수도 있다.
지하수 관정 내부의 이상 요소가 감지되거나 오염원이 유입되는 수맥층 또는 파쇄층의 위치 등이 판별되면 해당 위치의 우물자재 및 관정에 대한 사후적 조치가 필요하다. 이러한 추가적 조치에는 예를 들어 해당 위치의 우물자재를 타공 후 오염원의 유입을 막는 방수재 등을 투입하는 작업 등이 포함될 수 있는데, 비파괴 검사 후 후속 작업을 진행할 때 해당 위치를 판별하기 위한 마킹이 요구될 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 비파괴 검사 시스템은 비파괴 측정부에서 초음파 영상을 촬영하여 수맥층 또는 이상 구간 확인되거나 수질 센서부에서 수질 오염 여부가 감지되면 우물자재 표면에 해당 위치를 표시하는 마킹 장치를 더 포함할 수 있다. 도 9는 마킹 장치(180)를 보인 모식도로서, 마킹 장치는 예를 들어 실린더(181)와 실린더 일측에 노출된 마킹부(183)를 포함할 수 있으며, 유압라인(182)를 통해 실린더에 압력이 가해져 마킹부를 우물자재 내면으로 전진시켜 필요한 위치에 마킹을 실시할 수 있다. 마킹 장치는 전술한 수중모터펌프와 동일하게 방수방진하우징 상단에 부착되어 비파괴 측정부와 함께 지하수 관정에 투입될 수 있다. 또한, 필요에 따라 방수방진하우징 내부에 다른 구성부와 적층된 상태로 장착될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템을 통해 지하수 관정 내부의 영상 정보 및 수질 데이타 획득이 용이하며, 수맥층이나 파쇄층의 위치를 정확히 확인할 수 있고 수질 오염 여부 및 오염 위치를 파악할 수 있어, 해당 위치에서 정확한 수질 검사가 가능하며 우물자재를 타공하여 오염원 차단 등의 사후 조치를 효과적으로 진행할 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
100:비파괴 측정부 110:방수방진 하우징
120,121:케이블 130:회로부
140:초음파 발생부 141:초음파 프로브
150:수질 센서부 160:영상 촬영부
161:렌즈 162:조명
170:수중모터펌프 180:마킹 장치
181:실린더 182:유압라인
183:마킹부 200:케이블 권취기
300:영상 출력 및 제어부 311:제모니터
312:제2모니터 320:통합 제어부
120,121:케이블 130:회로부
140:초음파 발생부 141:초음파 프로브
150:수질 센서부 160:영상 촬영부
161:렌즈 162:조명
170:수중모터펌프 180:마킹 장치
181:실린더 182:유압라인
183:마킹부 200:케이블 권취기
300:영상 출력 및 제어부 311:제모니터
312:제2모니터 320:통합 제어부
Claims (5)
- 지하수 관정 외부에 설치되며 거리적산계를 포함하는 케이블 권취기와,
상기 권취기로부터 케이블을 통해 지하수 관정 내부의 우물자재로 투입되는 비파괴 측정부로서, 상기 케이블의 일단에 연결되는 방수방진 하우징, 상기 하우징 내부에 장착되는 회로부, 초음파 발생부, 수질 센서부, 영상 촬영부를 포함하는 비파괴 측정부와,
지하수 관정 외부에 설치되며, 상기 초음파 발생부로부터 수신된 초음파 영상을 디스플레이하는 제1모니터 및 상기 영상 촬영부로부터 수신되는 일반 영상을 디스플레이하는 제2모니터와,
지하수 관정 외부에 설치되며, 초음파 영상 신호 및 일반 영상을 편집하여 각각 제1모니터와 제2모니터에 출력하고 상기 권취기의 케이블 하강 및 상승 속도를 제어하는 통합 제어부를 포함하며,
상기 초음파 발생부는 지하수 관정의 360도 전방향을 촬영할 수 있도록 방수방진 하우징 내부에 복수의 프로브가 방사상으로 배치되며, 복수의 초음파 프로브에서 전달되는 초음파를 상기 통합 제어부에서 수신하고 하나의 초음파 영상으로 편집하여 출력하며,
상기 방수방진 하우징 내부에 장착되는 회로부, 초음파 발생부, 수질 센서부, 영상 촬영부는 착탈 가능하도록 상호 연결되어 있고,
상기 비파괴 측정부는 초음파 영상 촬영 시 수맥층 또는 이상 구간 확인되면 우물자재 표면에 해당 위치를 표시하는 마킹 장치로서, 실린더와 실린더 일측에 노출된 마킹부, 및 실린더에 압력을 가하여 마킹부를 우물자재 내면으로 전진시키는 유압라인으로 구성되는 마킹장치를 더 포함하며,
상기 수질 센서부는 지하수 관정 내부의 수온 변화 측정을 위한 수온센서와 지하수관정 내부의 수맥층에서 낙수되는 소리를 감지할 수 있는 소리센서, 지하수 흐름을 파악하기 위한 자이로센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
지하수 관정의 비파괴 검사 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 비파괴 측정부 상단에 장착되며, 지하수 관정 내부의 수질 샘플 채취를 위한 수중모터펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정의 비파괴 검사 시스템.
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