KR102391299B1 - 분포형 tdr 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템 - Google Patents

분포형 tdr 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102391299B1
KR102391299B1 KR1020200065379A KR20200065379A KR102391299B1 KR 102391299 B1 KR102391299 B1 KR 102391299B1 KR 1020200065379 A KR1020200065379 A KR 1020200065379A KR 20200065379 A KR20200065379 A KR 20200065379A KR 102391299 B1 KR102391299 B1 KR 102391299B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
pulse signal
sampling
tdr
reflected
Prior art date
Application number
KR1020200065379A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210147727A (ko
Inventor
안호근
김태민
Original Assignee
안호근
김태민
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 안호근, 김태민 filed Critical 안호근
Priority to KR1020200065379A priority Critical patent/KR102391299B1/ko
Publication of KR20210147727A publication Critical patent/KR20210147727A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102391299B1 publication Critical patent/KR102391299B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/02—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/38—Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신하는 TDR 계측장치는, 기준클럭신호를 생성하는 기준클럭신호 생성부와, 기준클럭신호를 이용하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 펄스신호를 생성하는 클럭신호 분배부와, 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호를 생성하는 샘플링 펄스신호 생성부와, 샘플링 펄스신호에 응답하여 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 샘플링하는 반사신호 샘플링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분포형 TDR 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템{Distribution type Time Domain Reflectometry device and Underground facilities diagnostic visualization system using the same}
본 발명은 계측장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템에 관한 것이다.
도 1은 지점형 TDR 센서의 예시도이다.
침투나 누수에 의한 제방 붕괴를 예방하기 위해서는 제방 제체의 불포화상태 및 거동을 파악하는 것이 가장 중요하지만 하천설계기준에서 제시한 시추나 도 1에 제시된 지점형 계측기, 물리탐사법 등에는 한계가 있으며 수치해석기법을 적용하여도 실제 제방의 초기조건 및 비균질, 비등방의 문제점 등으로 인해 정확한 해석에는 어려움이 있다.
침투거동의 물리탐사법으로는 전기비저항탐사, 자연전위법, GPR탐사법 등의 방법이 제시되고 있지만 지반조건이나, 구조적인 특성에 따른 불확실성, 주기, 굴절 등의 오차 발생의 이유로 정확한 침투거동의 탐지가 어려운 것으로 지적되고 있다.
이 같은 지점형 센서들의 단점을 보완하기 위해 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서에 대한 연구가 활발하게 진행 중에 있다.
KR 10-2013-0137420 A
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링 하는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치를 제공한다.
또한, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 모든 지하 시설물을 3차원 그래픽화 하여 진단정보와 함께 사용자 단말기에 전송할 수 있는 지하 시설물 진단 시각화 시스템을 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신하는 TDR 계측장치에 있어서, 기준클럭신호를 생성하는 기준클럭신호 생성부와, 기준클럭신호를 이용하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 펄스신호를 생성하는 클럭신호 분배부와, 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호를 생성하는 샘플링 펄스신호 생성부와, 샘플링 펄스신호에 응답하여 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 샘플링하는 반사신호 샘플링부를 포함하는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 포함되는 반사신호 샘플링부는, 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 반사신호 샘플링부는, 샘플링 펄스신호를 입력받아 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동형태의 제1 출력신호 및 제2 출력신호를 출력하는 샘플링신호 커플드 정합기와, 제1 출력신호 및 제2 출력신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링하는 샘플러 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각 할당된 지하 시설물을 진단하는 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치와, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 모든 지하 시설물을 3차원 그래픽화 하되, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치에서 전송된 계측 데이터와 상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치의 위치정보를 토대로 점검이 필요한 위치를 산출하는 관리서버와, 관리서버로부터 지하 시설물의 진단정보를 제공받아 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시하는 사용자 단말기를 포함하는 지하 시설물 진단 시각화 시스템이 제공된다.
또한 본 발명에 포함되는 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 각각, TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신함에 있어서, 기준클럭신호를 생성하는 기준클럭신호 생성부와, 기준클럭신호를 이용하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 펄스신호를 생성하는 클럭신호 분배부와, 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호를 생성하는 샘플링 펄스신호 생성부와, 샘플링 펄스신호에 응답하여 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 샘플링하는 반사신호 샘플링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 반사신호 샘플링부는, 샘플링 펄스신호를 입력받아 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동형태의 제1 출력신호 및 제2 출력신호를 출력하는 샘플링신호 커플드 정합기와, 제1 출력신호 및 제2 출력신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링하는 샘플러 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링함으로서 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하 시설물 진단 시각화 시스템은 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 모든 지하 시설물을 3차원 그래픽화 하여 진단정보와 함께 사용자 단말기에 전송함으로서 점검관리의 편리성을 제공할 수 있다.
도 1은 지점형 TDR 센서의 예시도
도 2는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 개념도
도 3은 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 원리를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 블록도
도 5는 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제1 실시예에 따른 회로도
도 5a는 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제2 실시예에 따른 회로도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)의 블록도
도 7은 도 6의 샘플링 펄스신호 생성부(300A)의 동작 예시도
도 8은 TDR 계측장치(1,2)에서 출력되는 펄스신호와 반사펄스신호를 나타낸 도면
도 9는 지하 시설물 진단 시각화 시스템(10)의 블록도
도 9a는 지하 시설물 진단 시각화 시스템(10)의 다른 블록도
도 10은 지하 시설물 진단 시각화 시스템(10)을 통해 사용자 단말기에 표시되는 3차원 그래픽의 예시도
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 개념도이고, 도 3은 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 원리를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, TDR(Time Domain Reflectometry)은 레이더의 원리로서 전자기파 혹은 전기적인 신호를 방사하고 물체에 의해 반사되어 온 파형을 이용하여 반사를 일으킨 원인에 대한 위치와 종류를 측정하는 기술이다.
시스템의 시간영역 응답(time domain response)을 분석하는 방법이며 펄스 또는 스텝 신호를 측정 대상 시스템(TDR 계측선)에 인가하고 반사되어 돌아오는 신호를 측정하여 시스템(유체이송관로, 지하 시설물 등)의 상태를 분석할 수 있다.
TDR(Time Domain Reflectometry)과 TDT(Time Domain Transmission)은 시간 영역 분석기로써 펄스신호가 인터커넥트(Interconnect)를 통해 어떻게 전파하는지에 관한 그 응답을 분석하는 장비이다. 즉, 시간 영역 반사(Time Domain Reflectometry)측정은 다양한 재료와 물질의 주파수 의존 전기 및 유전 특성을 평가하기 위한 측정 원리가 적용된다.
출력 펄스 신호로 사용되는 반복적인 구형파를 샘플링 할 수 있는 휴대 가능하고 소형화된 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템에 대해서 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 블록도이다.
본 실시예에 따른 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 4를 참조하면, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 기준클럭신호 생성부(100), 클럭신호 분배부(200), 샘플링 펄스신호 생성부(300), 반사신호 샘플링부(400), 로직 제어부(500), 라인 드라이버(600), 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 포함하여 구성된다.
TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신하여 관로의 이상유무를 검출할 수 있는 검사장치이다. TDR 계측선은 지하수 수위, 토질의 변화(수분함량)를 감지하기 위해 토양에 직접 설치될 수 있으며, 유체를 이송시키는 관로, 지하 시설물을 따라 배치될 수도 있다.
TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 상수도관 및 열수송관의 누수 점검용으로 적합한 4채널로 구성될 수 있다. 채널 수는 최소 1개에서 그 이상 확장 가능하도록 구성될 수 있다.
즉, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1) 하나에 하나 이상의 채널이 연결되며, 본 발명의 실시예로써 4채널의 TDR 센싱라인(TDR 계측선)을 연결할 수 있도록 구성되며 BNC 커넥터와 동축케이블로써 결합한다.
제안된 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 기능 및 구성을 요약하여 설명하면, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 유체를 이송시키는 관로, 즉 예시로서 열수송관 주변 지중 온도와 누수(함수비)변화 감지용 센싱 시스템으로 정의되며, 적어도 하나 이상의 채널, 바람직하게는 4채널의 센싱라인(TDR 계측선)을 측정할 수 있도록 구성된다.
즉, 유체의 누수 등이 발생할 경우 관로를 따라 배치되는 TDR 계측선 주위의 유전율의 변화로 인해 반사펄스신호의 크기가 변화하게 되므로, 반사펄스신호의 파형변화 및 시간을 분석하여 관로의 어느 지점에 누수로 추정되는 이상 현상이 발생한 것이지를 판별할 수 있다.
TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 200m(최대 1km) 이내의 함수비(%)을 6.7cm의 거리해상도로 측정할 수 있으며, 추가로 구비된 온도 센싱라인을 사용하여 온도(℃)를 측정할 수 있다.
또한, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 관리서버와 통신을 위하여 485 통신 포트가 있으며, RS232 to USB 통신이 가능하며, 측정된 결과를 PC(혹은 스마트폰) 뷰어 프로그램(시리얼 플로터)으로 표시할 수 있도록 구성된다.
또한, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 관리자가 직접 데이터를 받을 수 있도록 SD카드(메모리 카드)를 사용할 수 있다.
TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)에서 출력되는 펄스신호의 출력파형은 듀티비 50%, 25KHz 직사각형 펄스(2ns의 상승 시간)를 기반으로 하며, A/D 컨버터를 사용하여 반복 측정으로 신호의 파형을 캡처함으로써, 200m(최대 1km) 이내의 결함을 10cm의 해상도로 측정할 수 있다.(사용되는 펄스의 파장 및 주파수에 따라 감지거리 및 해상도는 변경됨)
실시예에 따른 TDR 계측장치의 클럭의 유효 클럭 주기가 250MHz(4ns)이고 위상각(0, 60, 120, 180, 240, 300) 확대비 최대 k=6으로써, 유효 샘플링 주파수는 1.5GHz이며, 이때 시간해상도는 4ns/6=0.67ns이고, 거리 해상도는 6,7cm이다. 진폭 분해능은 10비트 수준으로 유지하면서 약 2ns의 상승 시간으로 상승 에지를 추적 할 수 있도록 시스템에서 0.67ns 시간 분해능 유지한다.
TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 ±10cm의 정확도로 경계층을 변화시키며 대략 6.7cm의 해상도로 경계층의 위치 변화를 모니터링 할 수 있다. 특히, 광속의 67%인 동축 케이블을 측정하고자 할 때, 결함의 위치를 10cm의 해상도로 측정하려면 1ns 시간 필요하며, 10cm당 1ns의 일반적인 왕복 전파 이동시간을 추정하면, 거리 분해능 10cm에 해당되는 등가 시간 분해능은 1ns 이다. 또한, 200m 전송라인의 경우, 단 방향으로의 이동 시간(T_travel)은 약 1,000ns이다. 측정신호(50% 구형파) 주파수의 이론적 한계는 1/4T_travel = 1/4000ns(250KHz) 이상으로 하여야 되며, 측정 신호의 주기는 신호의 한 방향(라인)으로의 신호 이동시간의 4배보다 크게 한다. 본 실시예에서는 한 방향으로 신호 이동시간의 8배로 한다.
또한, 수집 시간, 시간 분해능 및 전송 라인 길이의 절충으로 TDR 신호(펄스신호)의 기본 반복 주파수로 25KHz를 선택한다. 회로에서 "루프 시간"은 총 4,000ns이며, 최대 트리거 신호 주파수는 1/4000ns = 25KHz로 제한할 수 있다. 이때, 기본 주파수 25KHz로써, 진폭 분해능과 필요한 획득 시간 사이의 절충으로 0.67ns의 시간 분해능, 6.7cm의 거리 분해능으로 설계될 수 있다. 아날로그디지털 컨버터(A/D)의 샘플링 주기는 4,000ns 이며, 출력(스탭파 펄스신호)의 주기와 일치한다. 참고적으로 기본 주파수의 Hz 및 펄스신호의 출력파형의 형태 및 듀티비는 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다.
즉, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 내부회로에서 반사펄스신호를 1.5GHz에 동기시켜 샘플링한 후, 아날로그디지털 컨버터(A/D)를 통해 신호를 출력하는데, 이때 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 TDR 신호(펄스신호)의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 신호를 샘플링한 후 출력신호를 출력한다.
즉, 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 순차적으로 수신되는 반사펄스신호를 하나의 펄싱구간동안 TDR 신호(펄스신호)의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 한번 샘플링하여 출력한 후, 내부신호를 순차적으로 지연시키면서 다음에 수신되는 반사펄스신호를 하나의 펄싱구간동안 다시 샘플링하여 출력한다.
즉, 제1 반사펄스신호, 제2 반사펄스신호가 순차적으로 수신될 경우, 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 제1 반사펄스신호의 펄싱구간 동안 한번 샘플링하여 출력한 후, 제2 반사펄스신호의 펄싱구간 동안 다시 한번 샘플링하여 출력한다. 이때, 제2 반사펄스신호의 샘플링 타이밍은 제1 반사펄스신호에 비해 일정시간 지연된다. 본 실시예에서는 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 순차적으로 수신되는 1000개 반사펄스신호를 샘플링하여 출력하고 이를 조합하여 점검결과신호로서 표시한다.
상기와 같이 제안된 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
기준클럭신호 생성부(100)는 125MHz의 외부클럭신호를 2배 체배하여 250MHz의 기준클럭신호를 생성한다.
클럭신호 분배부(200)는 250MHz의 기준클럭신호를 소정의 비율로 분배하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 25KHz의 펄스신호를 생성한다. 25KHz의 펄스신호는 라인 드라이버(600)를 통해 TDR 계측선에 송신된다.
샘플링 펄스신호 생성부(300)는 250MHz의 기준클럭신호를 복수의 위상으로 분할하여 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호(SYNC)를 생성한다.
본 실시예에서 샘플링 펄스신호 생성부(300)는 0도, 60도, 120도, 180도, 240도, 300도의 위상을 각각 기준으로 하여, 250MHz의 기준클럭신호를 입력받아 1.5GHz의 샘플링 펄스신호를 출력한다.
반사신호 샘플링부(400)는 1.5GHz의 샘플링 펄스신호에 응답하여 TDR 계측선을 통해 반사되는 전달된 반사펄스신호를 샘플링한다.
반사신호 샘플링부(400)에서 샘플링되어 출력되는 신호는 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 거쳐 로직 제어부(500)로 전달된다.
로직 제어부(500)는 아날로그디지털 컨버터(800)에서 출력된 신호를 처리하여 관리서버로 전달하거나, 사용자 단말기로 전달하며, 액정표시장치가 구비될 경우 계측된 결과를 표시하도록 제어한다.
도 5는 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제1 실시예에 따른 회로도이고, 도 5a는 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제2 실시예에 따른 회로도이다.
도 4 , 도 5 및 도 5a를 동시에 참조하면, 클럭신호 분배부(200)는 250MHz의 기준클럭신호를 소정의 비율로 분배하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 25KHz의 펄스신호(T_PULSE)를 생성하며, 라인 드라이버(600)는 25KHz의 펄스신호(T_PULSE)를 TDR 계측선으로 구동하는 회로로 구성된다.
반사신호 샘플링부(400)는 샘플링 펄스신호(SYNC)에 대응되는 차동신호(R_DIFF, F_DIFF)에 응답하여 반사펄스신호(R_PULSE)를 샘플링한다.
즉, 반사신호 샘플링부(400)는 샘플링 펄스신호(SYNC)에 대응되는 제1 차동신호(R_DIFF)의 라이징 구간과, 제2 차동신호(F_DIFF)의 폴링구간에 동기되어 TDR 계측선에서 반사되어 전달된 반사펄스신호(R_PULSE)를 샘플링한 후 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 출력한다.
반사신호 샘플링부(400)는 샘플링신호 커플드(Sampling signal coupled) 정합기(410) 및 샘플러 회로(sampler, 420)를 포함하여 구성된다.
샘플링신호 커플드 정합기(410)는 샘플링 펄스신호(SYNC)를 입력받아 샘플링 펄스신호(SYNC)에 대응되는 차동형태의 제1 출력신호(제1 차동신호(R_DIFF)) 및 제2 출력신호(제2 차동신호(F_DIFF))를 출력한다. 도 5의 샘플링신호 커플드 정합기(410)와, 도 5a의 샘플링신호 커플드 정합기(410A)는 동일한 기능을 수행하므로 이하에서는 도 5의 제1 실시예에 따른 회로도를 중심으로 설명한다.
샘플러 회로(420)는 제1 출력신호(제1 차동신호(R_DIFF)) 및 제2 출력신호(제2 차동신호(F_DIFF))에 응답하여 반사펄스신호(R_PULSE)를 샘플링하여 샘플링 출력신호(R_SYNC)로서 출력한다.
참고적으로, 샘플링신호 커플드 정합기(410)에서 출력되는 제1 출력신호(제1 차동신호(R_DIFF))의 라이징 구간과, 제2 출력신호(제2 차동신호(F_DIFF))의 폴링구간은 정밀한 매칭이 이루어지므로, 샘플러 회로(420)의 동작 신뢰성이 확보된다.
본 실시예에서 샘플러 회로(420)는 제1 차동신호(R_DIFF) 입력노드와 접지전압단(VSS) 사이에 접속되는 제1 저항(R57), 제2 차동신호(F_DIFF) 입력노드와 접지전압단(VSS) 사이에 접속되는 제2 저항(R72), 애노드(Anode)가 제1 차동신호(R_DIFF) 입력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 샘플링 출력신호(R_SYNC) 출력노드에 접속되는 제1 다이오드(D1), 애노드(Anode)가 제1 차동신호(R_DIFF) 입력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 반사펄스신호(R_PULSE) 입력노드에 접속되는 제2 다이오드(D2), 애노드(Anode)가 샘플링 출력신호(R_SYNC) 출력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 제2 차동신호(F_DIFF) 입력노드에 접속되는 제3 다이오드(D3), 애노드(Anode)가 반사펄스신호(R_PULSE)의 입력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 제2 차동신호(F_DIFF) 입력노드에 접속되는 제4 다이오드(D4), 샘플링 출력신호(R_SYNC) 출력노드와 접지전압단(VSS) 사이에 접속되는 캐패시터(C95)로 구성된다.
반사신호 샘플링부(400)에서 샘플링되어 출력되는 샘플링 출력신호(R_SYNC)는 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 거쳐 로직 제어부(500)로 전달된다.
아날로그디지털 컨버터(800)는 TDR 신호(펄스신호(T_PULSE))의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 샘플링한 후 출력신호를 출력한다.
즉, 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 순차적으로 수신되는 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 하나의 펄싱구간동안 TDR 신호(펄스신호(T_PULSE))의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 한번 샘플링하여 출력한 후, 내부신호를 순차적으로 지연시키면서 다음에 수신되는 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 하나의 펄싱구간동안 다시 샘플링하여 출력한다.
즉, 제1 샘플링 출력신호(R_SYNC), 제2 샘플링 출력신호(R_SYNC)가 순차적으로 수신될 경우, 아날로그디지털 컨버터(800)는 제1 샘플링 출력신호(R_SYNC)의 펄싱구간동안 한번 샘플링하여 출력한 후, 제2 샘플링 출력신호(R_SYNC)의 펄싱구간동안 다시 한번 샘플링하여 출력한다. 이때, 제2 샘플링 출력신호(R_SYNC)의 샘플링 타이밍은 제1 샘플링 출력신호(R_SYNC)에 비해 일정시간 지연된다. 본 실시예에서는 아날로그디지털 컨버터(800)는 순차적으로 수신되는 1000개 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 샘플링하여 출력하고, 로직 제어부(500)는 이를 토대로 파형을 분석하여 누수(이상여부) 및 누수위치를 판별한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)의 블록도이고, 도 7은 도 6의 샘플링 펄스신호 생성부(300A)의 동작 예시도이다.
다른 실시예에 따른 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)는, 일 실시예에 따른 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)와 기본적인 동작은 동일하며, 샘플링 펄스신호 생성부(300A)의 세부구성이 아날로그 회로를 이용하여 구성되었다. 따라서 중복되는 기능의 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)는 기준클럭신호 생성부(100), 클럭신호 분배부(200), 샘플링 펄스신호 생성부(300A), 반사신호 샘플링부(400), 로직 제어부(500), 라인 드라이버(600), 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 포함하여 구성된다.
TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)는 TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신하여 관로의 이상유무를 검출할 수 있는 검사장치이다. TDR 계측선은 지하수 수위, 토질의 변화(수분함량)를 감지하기 위해 토양에 직접 설치될 수 있으며, 유체를 이송시키는 관로, 지하 시설물을 따라 배치될 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 샘플링 펄스신호 생성부(300A)는 프로그래밍 가능한 지연 발생기를 포함하며, 입력신호가 로우레벨(LOW)에서 하이레벨(HIGH) 상태가 되면 출력의 전압UC가 공급전압에 기하 급수적으로 근사한다. DAC(디지털 아날로그 변환기)는 비교기 레벨을 설정하는데 사용되므로 이 레벨에 따라 출력신호가 지연된다.
즉, 샘플링 펄스신호 생성부(300A)는 250MHz의 기준클럭신호를 지연시켜 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호(SYNC)를 생성할 수 있다.
도 8은 TDR 계측장치(1)에서 출력되는 펄스신호와 반사펄스신호를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 유체의 누수 등이 발생할 경우 관로를 따라 배치되는 TDR 계측선 주위의 유전율의 변화로 인해 반사펄스신호(R_PULSE)의 크기가 변화하게 되므로, 반사펄스신호(R_PULSE)의 파형변화 및 시간을 분석하여 관로의 어느 지점에 누수로 추정되는 이상 현상이 발생한 것이지를 판별할 수 있다.
도 9는 지하 시설물 진단 시각화 시스템(10)의 블록도이고, 도 9a는 지하 시설물 진단 시각화 시스템(10)의 다른 블록도이고, 도 10은 지하 시설물 진단 시각화 시스템(10)을 통해 사용자 단말기에 표시되는 3차원 그래픽의 예시도이다.
도 9 내지 도 10을 참조하면, 지하 시설물 진단 시각화 시스템(10)은 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)와, 관리서버(2)와, 사용자 단말기(3)를 포함하여 구성된다.
복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)는 각각 할당된 지하 시설물을 진단하는데, 각각의 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 도 2 내지 도 8을 통해 기 설명한 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치로 구성된다고 가정한다.
관리서버(2)는 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)가 담당하는 모든 지하 시설물을 3차원 그래픽화 하는데, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)에서 전송된 계측 데이터와 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)의 각 위성위치정보를 토대로 점검이 필요한 위치를 산출한다.
사용자 단말기(3)는 관리서버(2)로부터 지하 시설물의 진단정보를 제공받아 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시한다. 본 실시예에서 사용자 단말기는 휴대폰, 스마트폰, 스마트 패드 등과 같이 사용자가 휴대하면서 사용할 수 있는 기기를 총칭하는 것이며, 본 실시예에서는 스마트폰으로 구성된 사용자 단말기로 가정한다.
즉, 관리서버(2)에 미리 등록된 사용자 단말기(3)는 관리서버(2)로부터 제공된 지하 시설물의 진단정보를 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시하므로, 현장 점검자는 지하에 매설된 상수도관의 누설위치를 보다 편리하게 파악하면서 점검을 진행할 수 있다.
이때, 현장 점검자는 사용자 단말기(3)에 표시된 3차원 그래픽 형태의 관로를 화면상에서 선택할 경우, 가상현실 컨텐츠가 팝업창 형태로 표시되면서 해당 관로의 제원, 관리주체, 설계도면 등의 정보가 추가로 제공될 수 있다.
또한, 위성지도에 지하배관도면이 합성된 도면에, 계측장치에 GPS기능이 있어, 그 위치로부터 지하배관 이상부위를 10Cm간격으로 정확히 측정하여 관리자 PC 또는 사용자 단말기의 화면에 표시 가능하다.
또한, TDR 계측장치에 무선통신기기를 연동하면 통신기지국으로부터 정보를 획득하여 위치를 표시하고, 그 TDR계측장치로부터 연결된 센서라인으로 이상부분의 거리를 정확히 파악할 수 있음으로 관리자에게 실제 문제발생 위치를 알려줄 수 있다. 즉, TDR 계측장치의 위치정보는 서버에서 TDR 계측장치의 위성위치정보를 미리 알고 있는 방식, TDR 계측장치에서 위성위치정보를 전송하는 방식, TDR 계측장치의 통신장치에서 송신되는 신호를 다수의 기지국에서 확인하여 파악하는 방식 등이 적용될 수 있을 것이다.
또한, 도 9a에 도시된 바와 같이, 계측장치는 USB통신만 사용할 수 있고, 무선통신장치만 사용할 수도 있고, 사용자의 의도에 따라 2가지 모두를 사용 할 수도 있다. 또한, 계측장치와 무선통신장치를 한 셋트로 구성하여, 다수 개의 장치를 원격지의 관리서버에서 관리 가능하다.
또한, 계측장치에는 ID선택기능이 있어서 RS485통신으로 다수 개를 병렬연결하고 한 개의 무선통신장치를 통해서도 관리서버와 통신하여 관리를 할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링함으로서 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하 시설물 진단 시각화 시스템은 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 모든 지하 시설물을 3차원 그래픽화 하여 진단정보와 함께 사용자 단말기에 전송함으로서 점검관리의 편리성을 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 기준클럭신호 생성부
200 : 클럭신호 분배부
300, 300A : 샘플링 펄스신호 생성부
400 : 반사신호 샘플링부
500 : 로직 제어부
600 : 라인 드라이버
700 : 증폭부
800 : 아날로그디지털 컨버터

Claims (6)

  1. TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, 상기 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신하는 TDR 계측장치에 있어서,
    기준클럭신호를 생성하는 기준클럭신호 생성부;
    상기 기준클럭신호를 이용하여 상기 TDR 계측선에 송신하기 위한 상기 펄스신호를 생성하는 클럭신호 분배부;
    0도, 60도, 120도, 180도, 240도, 300도의 위상을 각각 기준으로 하여 상기 기준클럭신호를 입력받아 상기 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호를 생성하는 샘플링 펄스신호 생성부; 및
    상기 샘플링 펄스신호에 응답하여 상기 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 샘플링하는 반사신호 샘플링부;를 포함하고,
    상기 반사신호 샘플링부는, 상기 샘플링 펄스신호를 입력받아 상기 샘플링 펄스신호에 대응되어 제1 출력신호의 라이징 구간 및 제2 출력신호의 폴링 구간이 매칭되는 차동형태의 신호를 출력하는 샘플링신호 커플드 정합기; 및 상기 제1 출력신호 및 상기 제2 출력신호에 응답하여 상기 반사펄스신호를 샘플링하는 샘플러 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 각각 할당된 지하 시설물을 진단하는 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치;
    상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 모든 지하 시설물을 3차원 그래픽화 하되, 상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치에서 전송된 계측 데이터와 상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치의 위치정보를 토대로 점검이 필요한 위치를 산출하는 관리서버; 및
    상기 관리서버로부터 지하 시설물의 진단정보를 제공받아 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시하는 사용자 단말기;를 포함하고,
    상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 각각,
    TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, 상기 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신함에 있어서, 기준클럭신호를 생성하는 기준클럭신호 생성부; 상기 기준클럭신호를 이용하여 상기 TDR 계측선에 송신하기 위한 상기 펄스신호를 생성하는 클럭신호 분배부; 0도, 60도, 120도, 180도, 240도, 300도의 위상을 각각 기준으로 하여 상기 기준클럭신호를 입력받아 상기 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호를 생성하는 샘플링 펄스신호 생성부; 및 상기 샘플링 펄스신호에 응답하여 상기 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 샘플링하는 반사신호 샘플링부;를 포함하고,
    상기 반사신호 샘플링부는, 상기 샘플링 펄스신호를 입력받아 상기 샘플링 펄스신호에 대응되어 제1 출력신호의 라이징 구간 및 제2 출력신호의 폴링 구간이 매칭되는 차동형태의 신호를 출력하는 샘플링신호 커플드 정합기; 및 상기 제1 출력신호 및 상기 제2 출력신호에 응답하여 상기 반사펄스신호를 샘플링하는 샘플러 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 시설물 진단 시각화 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020200065379A 2020-05-29 2020-05-29 분포형 tdr 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템 KR102391299B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200065379A KR102391299B1 (ko) 2020-05-29 2020-05-29 분포형 tdr 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200065379A KR102391299B1 (ko) 2020-05-29 2020-05-29 분포형 tdr 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210147727A KR20210147727A (ko) 2021-12-07
KR102391299B1 true KR102391299B1 (ko) 2022-04-26

Family

ID=78868637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200065379A KR102391299B1 (ko) 2020-05-29 2020-05-29 분포형 tdr 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102391299B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004221724A (ja) * 2003-01-10 2004-08-05 Advantest Corp サンプリングパルス発生装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100474931B1 (ko) * 2002-06-03 2005-03-08 (주)와콘 액체관 네트워크 구축 방법 및 액체관 누수탐지 시스템의 데이터 보정방법
JP5912799B2 (ja) * 2011-05-20 2016-04-27 日東電工株式会社 光学表示パネルの連続製造方法および光学表示パネルの連続製造システム
KR20130137420A (ko) 2012-06-07 2013-12-17 최진욱 기둥 콘크리트 충전기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004221724A (ja) * 2003-01-10 2004-08-05 Advantest Corp サンプリングパルス発生装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210147727A (ko) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107290744B (zh) 冰厚水深综合探测雷达系统及方法
US4970467A (en) Apparatus and method for pulse propagation analysis of a pipeline or the like
CN103675922A (zh) 基于探地雷达的运营期地下管道管径测定方法
CA2203501A1 (en) System and method for locating faults in electric power cables
CN102096113A (zh) 时间域地空电磁探测系统及标定方法
CN101609136B (zh) 电压互感器二次压降测量仪及其测量相角差的方法
EP2538192B1 (en) Apparatus and method for detection and localization of leaks in underground pipes
CN106324578A (zh) 一种冰水情一体化雷达探测方法
CN108562623A (zh) 一种适合于频域频率步进体制测量土壤介电特性的传感器及其制作方法
CN112629821B (zh) 光缆位置的确定方法、装置、电子设备及存储介质
CN108362372A (zh) 低频噪声测试系统
KR102391299B1 (ko) 분포형 tdr 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템
KR102679614B1 (ko) 분포형 tdr 계측장치를 이용한 지하수 수위 측정 시스템
CN100374818C (zh) 金属管线埋设长度的测量方法及其装置
KR20220164277A (ko) 분포형 tdr 계측장치를 이용한 지하수 수위 측정 시스템
Furse Reflectometry for structural health monitoring
CN209858761U (zh) 一种模拟城市地下空洞的物理探测试验装置
KR102614482B1 (ko) 분포형 tdr 계측장치를 이용한 블랙 아이스 검출 시스템
CN105181047A (zh) 一种沿海水流量高频声学监测系统及其监测方法
Borchert et al. Directional borehole radar calibration
CN207866750U (zh) 一种适合于频域频率步进体制测量土壤介电特性的传感器
Zhao et al. A split-type fmicw-based guided wave radar with multisegmental probe for liquid level measurement
RU2292559C1 (ru) Способ определения мест повреждения линий электропередач распределительных сетей
NO851508L (no) Fallmaaler.
Van der Wielen et al. Synchronization of on-line PD detection and localization setups using pulse injection

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant