KR102187098B1 - Tdr 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

Tdr 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선 및 상기 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하며, TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 열수송관의 길이 전체 구간에서 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고, TDR 디바이스는, TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기 및 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는, 신호 감지기로부터 수신하는 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 상기 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.

Description

TDR 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법{System and method for detecting damage of heat transfer pipe using TDR cable}
본 발명은 TDR 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 열수송관 근처에 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선을 설치하고 이를 통해서 열수송관의 손상을 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
TDR(Time Domain Reflectometry)은 케이블의 불연속위치를 파악하는 센싱 장치로 사용되고 있는데, 통신 및 전기 공학 분야에서 신호를 전송하는 통신 및 전력 케이블의 불연속 위치를 파악하는 용도로 사용되고 있다.
한편, TDR 기술은 응용분야가 확대되어 토양의 함수비를 측정하는 장치로 개발되었다.
KR 10-1312072 b1
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열수송관의 손상을 파악하기 위해 현재 사용되고 있는 방식으로는, 작업자가 지상에서 지표투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)나 열화상카메라 등과 같은 고가의 장비를 이용해 일일이 열수송관을 점검하는 방식이 있다. 이러한 방식은 점검 시간이 길어지고 소용되는 비용이 많을 뿐 아니라, 지표면에서 측정하기 때문에 지표면으로부터 특정 거리, 예를 들어 1m 아래에 매설된 열수송관의 손상 여부를 감지하기 어렵다.
GPR이나 열화상카메라를 통해 열이 발생하는 지점을 확인할 수 있는 해상도는 높지 않기 때문에, 정확히 열수송관의 어디에서 손상이 발생하는지를 확인하기 어려운 문제점도 있다. 손상 탐지의 측정 정확도를 높이면서, 점검을 빠르고 효율적으로 할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR계측선을 이용한 열수송관의 손상 감지 시스템은, 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR)의 계측선 및 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하는 것으로, TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고, TDR 디바이스는, TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기 및 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는, 신호 감지기에서 감지한 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열수송관 관로를 따라 함께 매설된 TDR계측선에 인가되는 전기 펄스의 반사 신호값을 이용하여 TDR 계측선이 매설된 흙의 온도 및/또는 함수비를 TDR 계측선이 설치된 구간 내에서 정확하게 감지할 수 있다. 이에 따라 열수송관의 손상 위치를 정확하게 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열수송관 관로를 따라 TDR 계측선을 설치하는 간단한 공정으로 열수송관의 손상 감지를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템의 구성도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지를 위한 TDR계측선이 설치된 모습을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR계측선의 횡단면도이다.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템 및 이를 이용해 열수송관의 손상을 감지하는 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)은 열수송관(130)의 길이 방향으로, 열수송관(130)의 길이에 실질적으로 대응되는 길이로 제공되는 복수의 TDR계측선(110), 및 TDR 계측선(110)에 전기적으로 연결되며 TDR 계측선(110)에 전기 펄스를 인가하고 인가한 전기 펄스의 반사 신호를 감지하여 열수송관(130)의 손상을 탐지하는 복수의 TDR디바이스(120)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)이 손상 여부를 감지할 수 있는 열수송관(130)은, 예를 들어, 온수를 이용해 열을 전달하는 관로를 의미할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 탐지 시스템(100)이 손상을 감지할 수 있는 열 수송관(130)은 온수 뿐 아니라 여러 다양한 종류의 열 유체를 이송하는 관로가 될 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)에서, TDR계측선(110)은 도 3에 도시되는 바와 같이 2 가닥의 서로 이격된 도체선과 이를 피복하는 피복부재를 포함할 수 있다. TDR 계측선(110)은, 도 3에 도시되는 바와 같이 2가닥의 도체선(310a, 301b)이 동일 평면 상에서 일정 거리(PL4) 이격된 위치에 형성되는 형태가 될 수도 있고, 2가닥의 도체선이 일정 거리를 두고 수직 방향에서 대응되는 위치에 적층되는 형태가 될 수도 있다.
TDR 계측선(110)은 도 4에 도시되는 바와 같이, 원형 단면을 가지는 내부 도체선(410a)과 외부에 위치하는 환형의 외부 도체선(410b)를 포함할 수 있다. 내부 도체선(410a)과 외부 도체선(410b)의 사이에는 전기적 절연체 또는 부도체로 형성되는 절연층(420)이 형성될 수 있고, 외부 도체선(410b) 외곽에는 비도전성 물질로 형성되는 외부 커버층(430)이 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)에 있어서, TDR계측선(110)은 예를 들면 분포형 타입(Line 타입) 계측선을 포함할 수 있다.
프로브 타입의 지점형 센서는 설치된 한 지점에서의 데이터만 측정하므로 공간적 한계가 있지만, 분포형 계측선은 열수송관과 같은 측정 대상에 부착 또는 주변에 설치되어 계측선 전체의 신호 변화를 감지하여 연속적인 데이터를 측정할 수 있고, 이를 통해 지하 관로의 손상 지점을 정확히 측정할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시되는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)에 있어서, TDR 계측선(110)이 포함될 수 있다.
TDR 계측선(110)은 플렉서블한 케이블 타입이기 때문에 다양한 형태로 변형이 가능하여 열수송관의 관로를 따라 설치하는 것이 용이할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)은 2가닥의 도체선과 이를 피복하는 피복부재를 포함할 수 있는데, 2가닥의 도체선 및 피복부재 모두 플렉서블한 성질을 가지고 있어 롤 형태로 제작될 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)은 현장으로 운반하기 용이하며 열수송관의 설치 구간에 걸쳐 함께 매설하기에 용이한 장점이 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, TDR 계측선(110)은 손상을 탐지하고자 하는 열수송관(130) 위에 설치될 수 있다. TDR 계측선(110)은 열수송관(130)의 길이 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.
열수송관(130)의 소정 길이 간격으로 복수의 맨홀(140)이 형성될 수 있다. 맨홀(140)에는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 TDR 디바이스(120)가 설치될 수 있다. 맨홀(140)은 내부 공간에 설치되는 TDR 디바이스(120)의 정비를 위한 작업자의 이동 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 장치(100)에 있어서, TDR디바이스(120)는 전기적 신호 처리를 수행하는 제어부(121), 전기 펄스를 생성하는 전기 펄스 생성기(122) 및 전기 펄스의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기(123)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, TDR 디바이스(120)는 동축 케이블(150)을 이용하여 TDR 계측선(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. TDR 계측선(110)의 2가닥 도체 중 하나는 동축 케이블(150)을 구성하는 내부 도전체(미도시)와 전기적으로 연결되고, TDR 계측선(110)의 2가닥 도체 중 다른 하나는 동축 케이블(150)을 구성하는 외부 도전체(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR 디바이스(120)는 도 1에 도시되는 바와 같이 동축 케이블(150)을 거쳐 TDR 계측선(110)과 전기적으로 연결될 수도 있고, TDR 디바이스(120)의 전기적 연결 인터페이스에 TDR 계측선(110)이 직접 연결될 수도 있다. TDR 계측선(110)과 TDR 디바이스(120)의 전기적 연결 방식은 도 1에 도시되는 방식이나, 직접 연결 방식에 한정되는 것은 아니며, 전기적 연결을 제공하는 방식이라면 어떤 방식이든 사용 가능하다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)의 전기 펄스 생성기(122)는 제어부(121)로부터 수신하는 펄스 생성 요청에 대응하여 전기 펄스를 생성할 수 있다. 전기 펄스 생성기(122)에서 생성되는 전기 펄스는 소정의 전압을 가지는 펄스 신호로, 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 소정 시간 간격으로 일정한 전압의 펄스 신호가 생성되도록 전기 펄스 생성기(122)를 제어할 수 있다. 소정의 전압은, 예를 들어 250mV 정도가 될 수 있다. 소정 시간 간격은, 예를 들면, 손상 감지 대상이 되는 열 수송관을 따라 설치된 TDR 계측선을 따라 펄스 신호가 왕복하는 시간(roundtrip)을 단위 시간으로 정한 값일 수 있다. 일 예로 펄스 신호의 왕복 단위 시간은 1ns (10-9sec)가 될 수 있다. 일 예로 광속의 67%인 동축 케이블을 측정하고자 할 때, 결함의 위치를 10㎝의 해상도로 측정하려면 1 ns　의 시간이 필요할 수 있다. 전기 펄스의 전압 및 시간 간격은 다양한 값으로 정해질 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)의 신호 감지기(123)는 TDR 계측선을 통해 인가된 전기 펄스 신호가 TDR 계측선이 설치된 주위 환경에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 감지할 수 있다. 본 발명에 따른 신호 감지기(123)는 전기 펄스의 반사 신호의 전압과 시간을 계측할 수 있는데, 이에 따라 TDR 디바이스(120)는 전기 펄스가 TDR 계측선을 왕복하는 과정에서 전압과 시간이 얼마나 변화 되었는지 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)의 제어부(121)는, 전기 펄스 생성기(122) 및 신호 감지기(123)와 동작적으로 연결되어 각각의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(121)는 전기 펄스 생성기(122)를 제어하여 소정 전압의 전기 펄스 신호를 주기적으로 TDR 계측선(110)에 인가하도록 할 수 있다.
제어부(121)는 신호 감지기(123)로부터 반사 신호의 전압과 시간을 수신하여 2차원 전기 파형 정보를 생성할 수 있다. 인가된 전기 펄스의 반사 신호의 측정값은, 예를 들어 전기 펄스의 반사 신호의 전압(또는 저항)은 시간의 경과에 따른 값으로 감지될 수 있다. 이에 따라 TDR 디바이스(120)의 제어부(121)는 신호 감지기(123)로부터 수신하는 측정값을 기초로 시간의 경과에 따른 전기 펄스 반사 신호의 전압 변화에 대한 정보를 2차원 전기 파형 정보로 생성할 수 있다. 전기 펄스 신호의 시간은 TDR 계측선(110)의 길이 값으로 변환될 수 있다. TDR 계측선(110)의 전기 저항과 전기 펄스의 이동 속도(광속)를 이용하면 전기 펄스 신호의 시간은 TDR 계측선(110)의 길이로 변환될 수 있다.
제어부(121)는 인가하는 전기 펄스 신호의 시간 주기를 조정할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 특정 TDR 계측선(110) 전체를 소정의 단위 구간으로 나누어 구간별로 손상 여부를 감지할 수 있는데, 소정의 단위 구간은 TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호의 시간 주기를 조절하여 가변적으로 지정할 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 신호 감지기(123)가 계측한 전기 펄스의 반사 신호를 기반으로 TDR 계측선(110) 주변 토양의 함수비와 온도를 계측할 수 있다.
예를 들어, TDR 계측선(110)이 설치되는 주위 토양의 유전율이 변하게 되면, TDR 계측선(110)을 통해 전파되는 전기 펄스의 반사 신호의 전압에 변화가 발생할 수 있다. 토양의 유전율은 토양의 함수비와 온도에 상관 관계를 가질 수 있고, 이에 따라 TDR 계측선(110)이 설치되는 주위 토양의 함수비와 온도에 의한 전기펄스의 반사 신호가 변화가 되며 이 관계를 이용하여, TDR 계측선(110) 주위 토양의 함수비와 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 열수송관(130)의 특정 위치에 파손이 발생하여 열유체(온수)가 누수되는 경우, 파손이 발생한 지점 부근의 토양의 함수비와 온도가 증가될 수 있다.
물과 토양의 유전율은 서로 다른 값을 가지고 있으므로, 함수비가 높은 토양과 함수비가 낮은 토양의 유전율 사이에는 차이가 존재하게 된다. 다시 말해, 함수비가 높아진 토양에서 반사된 전기 펄스의 반사 신호의 파형(예를 들어 전압값)과 함수비가 낮은 토양에서 반사된 전기 펄스의 반사 신호의 파형 간에는 차이가 존재하게 된다.
함수비의 증가에 따라 토양의 유전율에 변화가 발생하는 것과 마찬가지로 토양의 온도가 증가하는 경우에도 토양의 유전율에는 변화가 발생할 수 있다. 토양의 온도가 증가하면, 흙 입자 사이의 간극 속에 있는 물의 유전상수가 변화되며, 이에 따라 토양의 유전율은 변화할 수 있다. 또한 TDR 계측선의 두 가닥 금속선의 전기저항 변화에 의해서도 유전율은 변화할 수 있다.
TDR 계측선(110)에 소정 전압의 전기 펄스 신호가 인가되면, TDR 계측선(110)을 따라 전기 펄스 신호는 전파되는데, 이러한 전기 펄스 신호의 전파로 인해 TDR 계측선(110) 주위에는 전자기장이 형성될 수 있다. 물과 흙의 유전 상수 차이로 인해 열수송관(130)이 파손, 손상되어 누수가 발생한 지점에서 전기 펄스가 변화하게 되고, 이 변화된 반사 신호의 전압을 파손이 없는 상태에서의 반사 신호의 전압과 비교하면 열수송관(130)의 손상 여부를 확인할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 소정의 주기로 전기 펄스를 인가함에 따라 반사 신호의 파형은 시간의 경과에 따른 2차원 파형 정보로 변환될 수 있고, 펄스 신호의 시간을 TDR 계측선(110)의 거리 정보로 변환하면, 열수송관(130)의 파손 위치를 정확하게 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 신호 감지기(123)가 계측한 전기 펄스의 반사 신호를 기반으로 TDR 계측선(110) 주변의 온도를 계측할 수 있다.
TDR 계측선(110)의 주변에 열원이 위치하는 경우 TDR 계측선(110)의 2가닥의 도체는 일정 정도 열팽창을 할 수 있다. 예를 들어, 지역 난방 등에 사용되는 열수송관의 경우 내부에 흐르는 온수의 온도는 90도 이상의 고온일 수 있다. 이러한 고온의 온수가 열수송관의 파손 부위를 통해 외부로 누출되는 경우 누출부위 근처 토양의 온도는 증가할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)이 이와 같은 온수 누출 부위 근처에 위치할 경우, TDR 계측선(110)에 열이 가해질 수 있다. 도 3에 도시되는 바와 같이 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)은 피복부재 내부에 2가닥의 도체선을 포함하는데, 이러한 도체선은 통상 전기 전도성과 열전도성이 높은 도체로 형성될 수 있다. TDR 계측선(110)의 도체선에 열이 가해지면, 도체선은 열팽창을 하게 되고, 이에 따라 도체선의 전기 저항이 증가할 수 있다. TDR 계측선(110)의 도체선의 전기 저항이 증가하게 되면, 전기 펄스 신호의 반사 신호의 전압에 변화가 발생할 수 있다. 이에 따라 TDR 계측선(110) 주변의 온도는 전기 펄스의 반사 신호의 전압 변화와 연관 관계를 가질 수 있다.
예를 들어, 열수송관(130)의 특정 위치에 파손이 발생하여 열유체(온수)가 누수되는 경우, 파손이 발생한 지점 부근의 토양의 온도는 증가할 수 있다. 파손 부위를 통해 노출되는 고온의 온수로 인해 전기 저항이 높아진 TDR 계측선을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형(예를 들어 전압)과 파손되지 않은 정상적인 열수송관 주변에 위치하는 TDR 계측선을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형 간에는 차이가 존재하게 된다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 TDR 계측선(110)을 통해 계측한 전기 펄스의 반사 신호의 아날로그 2차원 전기 파형을 AD 변환기(아날로그-디지털 변환기, 미도시)를 이용하여 디지털 전기 펄스 신호로 변환할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 변환된 디지털 전기 펄스 신호를 기반으로 소정의 연산을 수행하여 TDR 계측선의 거리 기준 온도 및 함수비를 계산할 수 있다. AD 변환기에서 디지털값으로 변환된 전기 펄스 신호는, 예를 들어, 이동평균법, 이산 푸리에 변환, 라플라스 변환, 및 편미분 방정식 등을 포함하는 수학적 연산을 통해 거리에 따른 온도 및 함수비로 연산될 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)가 감지하는 전기 펄스 반사 신호 파형의 시간 정보는 이와 같은 수학적 연산을 통해 거리 정보로 변환될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)은 맨홀(140)의 일정 지점마다 센서 노드(Sensor Node, 미도시)와 베이스 스테이션(Base Station, 미도시)을 추가적으로 포함할 수 있다. 센서 노드(Sensor node)는 TDR 디바이스(120)와 통신 연결될 수 있으며, TDR 디바이스(120)로부터 계측 데이터를 수신하고 수신한 데이터를 베이스 스테이션으로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 베이스 스테이션(Base Station)은 지중 무선 센서 네트워크의 게이트웨이(Gateway)로 기능할 수 있으며, 지중 무선 센서 네트워크의 서버와 통신 연결될 수 있다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지를 위한 TDR계측선이 설치된 모습을 도시하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 일 예에서 TDR 계측선이 설치된 모습을 도시하는데, 도 2a를 참조하면, 열수송관 손상 탐지를 위한 TDR 계측선(210a, 210b)는 복수의 열수송관(220a, 220b) 각각의 상부에 위치할 수 있다.
열수송관(220a, 220b)는 내부에 고온의 유체(예를 들어 온수)가 흐르는 배관이며, 고밀도 폴리에틸렌 등과 같은 피복재로 피복된 이중 보온관일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템의 TDR 계측선(210a, 210b)은 손상을 탐지하고자 하는 열수송관(220a, 220b)의 길이와 동일한 길이로 형성될 수 있다. 이에 따라 소정 구간에 걸쳐 설치되는 열수송관(220a, 220b)의 길이 방향 전구간에 걸쳐 TDR 계측선이 손상 여부를 감지할 수 있다. TDR 계측선(210a, 210b)는 접착제를 이용하여 열수송관(220a, 220b)에 부착될 수 있다. 열수송관(220a, 220b)에 TDR 계측선(210a, 210b)을 부착한 후 매설을 하는 경우 양질의 모래를 포설할 수 있다.
TDR 계측선(210a, 210b)이 설치된 위치로부터 소정 거리(L) 이격된 위치에는 추가 TDR 계측선(212a, 212b)가 설치될 수 있다.
추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 열수송관(220a, 220b)에 손상이 발생하여 내부의 고온 유체가 누설되는 것에 영향을 받지 않을 정도로 이격된 위치에 설치될 수 있다. 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 TDR 디바이스(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. TDR 디바이스(120)는 추가 TDR 계측선(212a, 212b)에 소정 전압의 전기 펄스를 인가한 후 반사되어 오는 반사 신호의 파형(전압)을 기초로 열수송관(220a, 220b)이 설치된 장소에 있어서 토양의 기준값을 계측할 수 있다.
TDR 디바이스(120)는 열수송관(220a, 220b)에 설치된 TDR 계측선(210a, 210b)을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형과 추가 TDR 계측선(212a, 212ㅠ)을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형을 비교하여 열수송관(220a, 220b)의 손상 부근의 함수비 및 온도 값을 계산할 수 있다.
추가 TDR 계측선(212a, 212b)을 통해 감지한 토양의 기준값은 실시간으로 획득할 필요는 없고, 수차례 획득한 데이터를 평균한 값을 구한 후 이를 저장하여 사용할 수도 있고, 최초 획득한 데이터값을 저장하여 사용할 수도 있다. 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 열수송관(220a, 220b)의 길이에 대응되는 길이로 설치될 필요는 없으며, 상대적으로 짧은 길이로 설치될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 다른 일 예에서 TDR 계측선이 설치된 모습을 도시하는데, 도 2b를 참조하면, TDR 계측선(210a, 210b)은 열수송관(220a, 220b) 상부에 접착제를 이용해 부착 설치되는 것이 아니라, 소정 거리(H) 이격된 위치에 설치될 수 있다. 도 2b에 도시되는 바와 같이, TDR 계측선(210a, 210b)은 손상을 감지하고자 하는 열수송관(220a, 220b) 각각에 둘 이상 설치될 수 있으며, 설치되는 TDR 계측선(210a, 201b)의 수는 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2b에서는 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)이 설치되지 않은 것으로 도시하나, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2b와 같은 다른 일 예에서도 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 설치될 수도 있다.
도 2b에 도시되는 바와 같이, 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)을 설치하지 않는 경우에는, 실제 열수송관(220a, 220b)이 매설될 환경(온도, 함수비)과 같은 조건의 토양에서 미리 측정한 값을 기준값으로 사용할 수도 있다. 실험실 환경에서 실제 열수송관(220a, 220b)이 매설될 환경과 동일한 조건을 조성한 후 TDR 계측선을 해당 토양에 설치한 후 전기 펄스를 인가하여 기준값을 획득할 수 있다. 이와 같이 미리 획득한 기준값은 TDR 디바이스(120)에 저장될 수도 있고, TDR 디바이스(120)와 통신 연결될 수 있는 다른 장치에 저장될 수도 있다.
도 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 또 다른 일 예에서 TDR 계측선이 설치된 모습을 도시하는데, 도 2c를 참조하면, 도 2a 및 2b와 달리 열수송관(220a, 220b)의 하부에 소정 거리(H2) 이격된 위치에도 TDR 계측선이 설치될 수 있다. 열수송관(220a, 220b) 하부에 설치되는 TDR 계측선은 열수송관(220a, 220b) 각각에 하나씩 설치될 수도 있고 복수개 설치될 수도 있다. 도 2c에서는 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)이 설치되지 않은 것으로 도시하나, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2c와 같은 또 다른 일 예에서도 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 설치될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR계측선의 횡단면도이다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면 TDR계측선(300)의 횡단면 형상은 직사각형이거나 직사각형에서 단변이 곡선인 유사 직사각형 형태일 수 있다. TDR계측선(300)은 이격된 두 개의 도체선(310a, 310b)을 포함할 수 있으며, 도체선(310a, 310b)의 횡단면 형상 또한 직사각형이거나 직사각형에서 단변이 곡선인 유사 직사각형 형태일 수 있다. 일례로, 도체를 판상으로 형성해서 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, TDR 계측선(400)은 도 4에 도시되는 바와 같이 동축 케이블 형태를 가질 수 있으며, 이 경우 내부의 원형 도체선(410a)과 외부의 환형 도체선(410b)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시되는 TDR 계측선(300)에 있어서, 두 개의 도체선(310a, 310b)은 동일 평면 상에 위치하며 서로 평행한 위치에 형성될 수 있다. 도 3에 도시되는 바와 달리, 두 개의 도체선(310a, 310b)은 수직 방향에서 서로 대응되는 위치에 일정 간격을 두고 이격되어 형성될 수도 있다.
2가닥의 도체선(310a, 310b)의 횡단면 형상이 직사각형인 경우, 도체선(310a, 310b)의 가로변(PL2, L2)의 길이는 세로변(PL1, L1)의 길이보다 각각 길게 형성될 수 있으며, 도체선(310a, 310b)의 각 변(L1, L2)의 길이는 서로 같도록 형성될 수 있다. TDR계측선(300)의 가로변(PL2)의 중심을 수직으로 지나는 가상의 선(M)을 기준으로, 제1 도체선(310a)은 TDR계측선(300)의 각 변(PL1, PL2) 및 상기 가상의 선(M)과 평행하게 이격되도록 내부의 일측에 제공될 수 있다. 제2 도체선(310b)은 제1 도체선(310a)과 가상의 선(M)을 기준으로 대칭이 되도록 내부의 일측에 제공될 수 있다.
도체선(310a, 310b)의 재질은 전기신호가 전송되는 도체이며, 스테인레스강을 포함할 수 있으며, 구리, 강 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 절연 피복부재(320)의 재질로는 흙보다 유전상수가 작은 것을 사용할 수 있으며, 플라스틱을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 PVC(poly vinyl chloride) 재질일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아님에 유의해야 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선 및 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하며, TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고, TDR 디바이스는, TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기 및 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는, 신호 감지기에서 감지한 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 열수송관이 설치되는 토양의 기준값 정보와 신호 감지기에서 감지한 전기 펄스 신호의 반사 신호를 비교하여 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, TDR 계측선과 미리 정해진 거리 이상 이격된 위치에 설치되는 추가 TDR 계측선을 더 포함하며, 추가 TDR 계측선은 TDR 디바이스와 전기적으로 연결되며, 신호 감지기는 상기 전기 펄스 생성기로부터 생성되어 추가 TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하고, 제어부는 추가 TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 토양의 기준값 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 메모리를 더 포함하며, 토양의 기준값 정보는 메모리에 미리 저장될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 전기 펄스 생성기로부터 생성되는 전기 펄스 신호의 발생 주기 및 상기 전기 펄스의 전압을 조정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 TDR 계측선의 길이 방향 위치, 열수송관 주변 중 TDR 계측선의 길이 방향 위치에 대응되는 위치에서의 토양의 함수비 및 온도 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 전기 펄스 신호가 TDR 계측선을 통해 전파되는 시간 정보를 TDR 계측선의 길이 방향 위치로 변환하고, 전기 펄스 신호의 반사 신호의 전압값을 TDR 계측선 주변 토양의 함수비 또는 온도 정보로 변환하는 연산을 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, TDR 계측선은 열수송관의 상부에 접착제를 이용해 부착될 수도 있고, 열수송관의 상부로부터 일정 거리 이격된 위치에 설치될 수도 있다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
100: 열수송관 손상 탐지 시스템
110: TDR계측선 120: TDR디바이스
130: 열수송관 140: 맨홀
150: 동축 케이블 210a,210b: TDR계측선
212a,212b: 추가 TDR계측선
220a,220b: 열수송관 300: TDR계측선
310: 도체선 320: 절연 피복부재

Claims (14)

  1. 열수송관 손상 감지 시스템에 있어서,
    제1 시간 반사 영역법(Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선(이하 제1 TDR 계측선);
    제2 TDR 계측선; 및
    상기 제1 TDR 계측선 및 제2 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하며,
    상기 제1 TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 상기 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고,
    상기 제2 TDR 계측선은, 상기 열수송관 및 상기 제1 TDR 계측선과 미리 정해진 거리 이격된 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고,
    상기 TDR 디바이스는,
    상기 제1 TDR 계측선에 인가되는 제1 전기 펄스 신호 및 상기 제2 TDR 계측선에 인가되는 제2 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기;
    상기 제1 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제1 반사 신호 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제2 반사 신호를 감지하는 신호 감지기; 및
    상기 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제2 반사 신호를 기초로 토양의 기준값 정보를 획득하고,
    상기 토양의 기준값 정보와 상기 제1 반사 신호를 비교하여 상기 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 TDR 디바이스는 메모리를 더 포함하며,
    상기 토양의 기준값 정보는 상기 메모리에 미리 저장되는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전기 펄스 생성기로부터 생성되는 제1 전기 펄스 신호 및 제2 전기 펄스 신호의 발생 주기 및 상기 전기 펄스의 전압을 조정하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 기초로 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선의 길이 방향 위치, 상기 열수송관 주변 중 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선의 길이 방향 위치에 대응되는 위치에서의 토양의 함수비 및 온도 정보를 획득하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 전기 펄스 신호 및 제2 전기 펄스 신호가 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선을 통해 전파되는 시간 정보를 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선의 길이 방향 위치로 변환하고, 상기 전기 펄스 신호의 반사 신호의 전압값을 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선 주변 토양의 함수비 또는 온도 정보로 변환하는 연산을 수행하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 TDR 계측선은 상기 열수송관의 상부에 접착제를 이용해 부착되는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 TDR 계측선은 상기 열수송관의 상부로부터 일정 거리 이격된 위치에 설치되고, 상기 제2 TDR 계측선은 상기 제1 TDR 계측선으로부터 상기 열수송관의 상부 방향으로 미리 정해진 일정 거리 이격된 위치에 설치되는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  10. 제1 시간대역 반사계(Time Domain Reflectometery, TDR) 계측선(이하 제1 TDR 계측선), 제2 TDR 계측선 및 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하는 열수송관 손상 감지 시스템에서 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인하는 방법에 있어서,
    상기 TDR 디바이스의 전기 펄스 생성기에서, 손상 여부 감지 대상이 되는 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되는 상기 제1 TDR 계측선에 제1 전기 펄스 신호를 인가하고, 상기 열수송관 및 상기 제1 TDR 계측선과 미리 정해진 거리 이격된 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되는 제2 TDR 계측선에 제2 전기 펄스 신호를 인가하는 동작;
    상기 TDR 디바이스의 신호 감지기에서 상기 제1 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제1 반사 신호 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제2 반사 신호를 감지하는 동작; 및
    상기 TDR 디바이스의 제어부에서, 상기 제2 반사 신호를 기초로 토양의 기준값 정보를 획득하고, 상기 토양의 기준값 정보와 상기 제1 반사 신호를 비교하여 상기 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인하는 동작;을 포함하는 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어부에서, 상기 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 기초로 상기 TDR 계측선의 길이 방향 위치, 상기 열수송관 주변 중 상기 TDR 계측선의 길이 방향 위치에 대응되는 위치에서의 토양의 함수비 및 온도 정보를 획득하는 동작을 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부에서, 상기 제1 전기 펄스 신호 및 상기 제2 전기 펄스 신호가 상기 TDR 계측선을 통해 전파되는 시간 정보를 상기 TDR 계측선의 길이 방향 위치로 변환하고, 상기 제1 반사 신호 및 상기 제2 반사 신호의 전압값을 상기 TDR 계측선 주변 토양의 함수비 또는 온도 정보로 변환하는 연산을 수행하는 동작을 더 포함하는, 방법.

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