KR102398773B1 - Ae 센서 노드 네트워크 시스템 - Google Patents

Ae 센서 노드 네트워크 시스템 Download PDF

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김광복
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Abstract

본 발명은 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단을 위해, 다수의 AE 센서 노드를 네트워크 방식으로 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등) 표면에 부착 설치 하고, 다수의 AE 센서 노드들로 전력과 신호 처리 조건 정보를 순차적 네트워크 방식으로 제공하여, 다수의 AE 센서 노드들이 동일한 신호 처리 조건에 따라 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단용 탄성파를 측정 및 분석할 수 있도록 하고, 동일한 신호 처리 조건에 따라 각 AE 센서 노드들이 생성한 분석 결과 정보를 노드 네트워크 방식으로 수집할 수 있도록 하는 발명으로서, 다수의 AE 센서 노드(1000), 네트워크 제어 노드(2000), 전력선 통신 케이블(3000)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

AE 센서 노드 네트워크 시스템{A AE sonsor node network system}
본 발명은 AE 센서 노드 네트워크 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단을 위해, 다수의 AE 센서 노드를 네트워크 방식으로 구조물 표면에 부착 설치 하고, 다수의 AE 센서 노드들로 전력과 신호 처리 조건 정보를 순차적 네트워크 방식으로 제공하여, 다수의 AE 센서 노드들이 동일한 신호 처리 조건에 따라 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단용 탄성파를 측정 및 분석할 수 있도록 하고, 동일한 신호 처리 조건에 따라 각 AE 센서 노드들이 생성한 분석 결과 정보를 노드 네트워크 방식으로 수집할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
현대사회는 과학 기술이 발달함과 동시에 환경오염 및 지구 온난화가 나날이 심각해지고 있는데, 환경오염과 지구 온난화의 원인 중 하나가 화석연료를 사용하는 자동차, 선박, 항공기, 발전소, 공장에서 배출되는 배기가스와 배기가스에 포함된 이산화탄소라 할 수 있다.
따라서 이산화탄소 배출을 줄이기 위해, 산업에서 널리 사용되고 있는 화석연료 사용 비중을 낮추어야 하며, 이를 위해, 휘발유, 경유를 사용하는 내연 기관 자동차를 대체하도록 전기 자동차가 개발되어 보급되고 있고, 발전소의 경우, 태양열, 풍력, 조력 등을 이용한 신재생에너지 발전소 등이 건설되어 운영되고 있다.
한편, 화석연료 중심의 탄소 경제 체제를 벗어나 친환경적인 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 수소 경제 체제로의 전환을 시도하고 있다.
특히, 수소 경제 체제를 활성화하려면 고압의 수소를 보관하는 수소 저장 탱크의 안전성 검사가 선행되어야 하며, 이를 위해, 수소 저장 탱크의 안전성 검사를 위한 다양한 기술들이 개발되고 있으며, 그중 하나가 음향방출(Acoustic Emission) 기술을 활용한 수소 저장 탱크의 안전성 검사이다.
상기 음향방출 검사는 AE 검사법이라고도 하며, 검사 대상체의 변형, 균열, 누설 또는 파괴 시에 발생하는 탄성파를 음향방출 센서를 이용하여 손상 정도를 측정하는 비파괴검사법으로, 검사 대상체에서 진행되고 있는 미세한 변형이나 균열을 조기에 발견할 수 있는 장점이 있다.
종래에는 검사 대상체에 다수의 음향방출 센서(AE Sensor)를 설치하고, 검사 대상체의 변형, 균열, 누설 또는 파괴 시에 발생하는 탄성파를 분석하여 검사 대상체의 결함을 측정하는 비파괴 검사법이 사용되고 있으나, 종래의 음향방출 센서(AE Sensor)를 이용한 비파괴 검사법은 음향방출 센서(AE Sensor)에 사전 세팅된 신호 처리 조건대로만 음향방출 센서(AE Sensor)가 탄성파를 측정하고 분석하기 때문에, 현장 상황에 맞게 신호 처리 조건을 수정하기가 곤란하고(신호 처리 조건 수정을 위해서는 검사 대상체에 부착된 음향방출 센서(AE Sensor)를 일일이 교체해야 하는 번거로움이 있음), 또한, 다수의 음향방출 센서(AE Sensor)에 사전 세팅된 신호 처리 조건들이 상이한 경우, 동일한 검사 대상체에서 수집되는 다수의 탄성파 분석 결과들이 상호 매칭되지 않아 검사 대상체에 대한 정확한 결함 분석이 곤란한 문제들이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 개선하도록, 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단을 위해, 다수의 AE 센서 노드를 네트워크 방식으로 구조물 표면에 부착 설치 하고, 다수의 AE 센서 노드들로 전력과 신호 처리 조건 정보를 순차적 네트워크 방식으로 제공하여, 다수의 AE 센서 노드들이 동일한 신호 처리 조건에 따라 구조물의 결함 진단용 탄성파를 측정 및 분석할 수 있도록 하고, 동일한 신호 처리 조건에 따라 각 AE 센서 노드들이 생성한 분석 결과 정보를 노드 네트워크 방식으로 수집할 수 있도록 하는 기술을 제안하고자 한다. 다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0915247호 음향방출센서용 위치조정장치 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1957261호 센서 설치도구 3. 대한민국 등록특허공보 제10-2045345호 센서 설치도구
본 발명은 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단을 위해, 구조물의 결함 진단을 위해, 다수의 AE 센서 노드를 네트워크 방식으로 구조물 표면에 부착 설치 하고, 다수의 AE 센서 노드들로 전력과 신호 처리 조건 정보를 순차적 네트워크 방식으로 제공하여, 다수의 AE 센서 노드들이 동일한 신호 처리 조건에 따라 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단용 탄성파를 측정 및 분석할 수 있도록 하고, 동일한 신호 처리 조건에 따라 각 AE 센서 노드들이 생성한 분석 결과 정보를 노드 네트워크 방식으로 수집할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 AE 센서 노드 네트워크 시스템은,
탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파 신호를 감지하고, 감지한 탄성파 신호를 네트워크 제어 노드(2000)가 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하고, 생성한 탄성파 분석 결과 정보가 네트워크 제어 노드(2000)로 전달되도록, 탄성파 측정 대상에 설치되는 다수의 AE 센서 노드(1000)와;
선단 AE 센서 노드(1001)로 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송하고, 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 전달받는 네트워크 제어 노드(2000)와;
다수의 AE 센서 노드(1000)들로 전력과 신호 처리 조건 정보가 전송되도록 하고 네트워크 제어 노드(2000)가 탄성파 분석 결과 정보들을 수집할 수 있도록, 다수의 AE 센서 노드(1000)들과 네트워크 제어 노드(2000)를 상호 연결하는 전력선 통신 케이블(3000)을 포함하되,
상기 선단 AE 센서 노드(1001)는 네트워크 제어 노드(2000)로부터 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송받는 다수의 AE 센서 노드(1000) 중, 어느 한 센서 노드이고,
상기 후단 AE 센서 노드(100N)는 네트워크 제어 노드(2000)로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 제공하는 다수의 AE 센서 노드(1000) 중, 다른 어느 한 센서 노드인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 구조물의 결함 진단을 위해, 다수의 AE 센서 노드를 네트워크 방식으로 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등) 표면에 부착 설치 하여, 다수의 AE 센서 노드들로 전력과 신호 처리 조건 정보를 순차적 네트워크 방식으로 제공할 수 있어, 구조물이 설치된 현장 상황에 맞게 AE 센서 노드들의 신호 처리 조건을 용이하게 수정할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 AE 센서 노드들이 동일한 신호 처리 조건에 따라 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단용 탄성파를 측정 및 분석할 수 있고, 각 AE 센서 노드들이 생성한 분석 결과 정보를 노드 네트워크 방식으로 수집할 수 있어, 검사 대상체인 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)에 대한 분석 결과 정보가 동일한 신호 처리 조건에 따라 생성되었는지를 검증할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 전체 구성도
도 2는 본 발명의 제2 실시예 전체 구성도
도 3은 본 발명의 센서 노드(1000) 세부 구성도
도 4는 본 발명의 센서부(200) 세부 구성도
도 5는 본 발명의 증폭부(300) 세부 구성도
도 6은 본 발명의 DAQ부(400) 세부 구성도
도 7은 본 발명의 전력선 통신 케이블(3000) 세부 구성도
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 AE 센서 노드 네트워크 시스템(10, 이하 ‘본 발명’)은 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단을 위해, 다수의 AE 센서 노드를 네트워크 방식으로 구조물 표면에 부착 설치 하여, 다수의 AE 센서 노드들로 전력과 신호 처리 조건 정보를 순차적 네트워크 방식으로 제공할 수 있어, 현장 상황에 맞게 AE 센서 노드들의 신호 처리 조건을 용이하게 수정할 수 있도록 하고, 또한, 다수의 AE 센서 노드들이 동일한 신호 처리 조건에 따라 구조물(수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)의 결함 진단용 탄성파를 측정 및 분석할 수 있고, 각 AE 센서 노드들이 생성한 분석 결과 정보를 노드 네트워크 방식으로 수집할 수 있어, 검사 대상체에 대한 분석 결과 정보가 동일한 신호 처리 조건에 따라 생성되었는지를 검증할 수 있는 발명으로, 다수의 AE 센서 노드(1000), 네트워크 제어 노드(2000), 전력선 통신 케이블(3000)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명인 AE 센서 노드 네트워크 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이,
탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파 신호를 감지하고, 감지한 탄성파 신호를 네트워크 제어 노드(2000)가 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하고, 생성한 탄성파 분석 결과 정보가 네트워크 제어 노드(2000)로 전달되도록, 탄성파 측정 대상에 설치되는 다수의 AE 센서 노드(1000)와;
선단 AE 센서 노드(1001)로 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송하고, 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 전달받는 네트워크 제어 노드(2000)와;
다수의 AE 센서 노드(1000)들로 전력과 신호 처리 조건 정보가 전송되도록 하고 네트워크 제어 노드(2000)가 탄성파 분석 결과 정보들을 수집할 수 있도록, 다수의 AE 센서 노드(1000)들과 네트워크 제어 노드(2000)를 상호 연결하는 전력선 통신 케이블(3000)을 포함하되,
상기 선단 AE 센서 노드(1001)는 네트워크 제어 노드(2000)로부터 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송받는 다수의 AE 센서 노드(1000) 중, 어느 한 센서 노드이고,
상기 후단 AE 센서 노드(100N)는 네트워크 제어 노드(2000)로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 제공하는 다수의 AE 센서 노드(1000)중, 다른 어느 한 센서 노드인 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 AE 센서 노드(1000)는 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파 신호를 감지하고, 감지한 탄성파 신호를 네트워크 제어 노드(2000)가 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하고, 생성한 탄성파 분석 결과 정보가 네트워크 제어 노드(2000)로 전달되도록, 탄성파 측정 대상에 설치되는 구성으로, 도 1과 같이, 선단 AE 센서 노드(1001)와 후단 AE 센서 노드(100N)를 포함한다.
상기 탄성파 측정 대상은 고압 탱크(예: 수소 탱크), 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등과 같은 구조 변위가 발생 가능한 구조물일 수 있으며, 변형, 균열, 누설 또는 파괴의 위험이 있어 주기적으로 구조 변위 검사와 같은 안전성 검사가 필요한 대상이다.
탄성파 측정 대상에 설치되는 상기 다수의 AE 센서 노드(1000)는 비파괴 검사법인 음향 방출 검사(Acoustic Emission Test)법을 이용해 탄성파 측정 대상의 변형, 균열, 누설 또는 파괴 시에 발생하는 탄성파를 측정하여 손상 정도를 파악한다.
이때, 탄성파 측정 대상에서 발생하는 탄성파를 누락 없이 전체적으로 측정하도록, 다수의 AE 센서 노드(1000)가 탄성파 측정 대상의 표면에 면 접촉 상태로 설치된다.
즉, 1개의 AE 센서 노드(1000)가 측정 가능한 탄성파 측정 범위는 제한적이어서, 큰 표면적을 갖는 대형 구조물인 경우, 1개의 AE 센서 노드(1000)로는 대형 구조물에서 발생하는 탄성파를 누락 없이 전체적으로 측정할 수 없다.
따라서 탄성파를 누락 없이 전체적으로 측정하기 위해서는 탄성파 측정 대상에 대해 다중으로 탄성파 측정이 이루어져야 하며, 이를 위해, 도 1, 2와 같이, 탄성파 측정 대상 표면에 다수의 AE 센서 노드(1000)를 설치하여 다중으로 탄성파를 측정하는 것이다.
특히, 다수의 AE 센서 노드(1000)에는 도 1과 같이, 선단 AE 센서 노드(1001)와 후단 AE 센서 노드(100N)가 포함되어 있다.
상기 선단 AE 센서 노드(1001)는 네트워크 제어 노드(2000)로부터 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송받는 다수의 AE 센서 노드(1000) 중, 어느 한 센서 노드이고, 상기 후단 AE 센서 노드(100N)는 네트워크 제어 노드(2000)로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 제공하는 다수의 AE 센서 노드(1000)중, 다른 어느 한 센서 노드이다.
구체적으로, 선단 AE 센서 노드(1001)는 네트워크 제어 노드(2000)로부터 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송받게 되면, 이웃한 다른 센서 노드(1002)로 전송 받은 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송한다.
이때, 선단 AE 센서 노드(1001)는 전송받은 전력을 신호 처리와 분석에 필요한 동작 전원으로 사용하고, 전송 받은 신호 처리 조건 정보에 해당하는 신호 처리 조건에 따라 탄성파를 처리하여 분석 결과 정보를 생성한다.
생성한 분석 결과 정보를 이웃한 센서 노드(1002)로 전송한다. 이때 전송되는 분석 결과 정보에 자신의 고유 식별 정보를 포함시켜(예:#1 분석 결과 정보) 전송한다.
선단 AE 센서 노드(1001)에 이웃한 센서 노드(1002)는 선단 AE 센서 노드(1001)로부터 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송받게 되면, 이웃한 다른 센서 노드(1003, 미도시)로 전송 받은 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송한다.
이때, 센서 노드(1002)는 전송받은 전력을 신호 처리와 분석에 필요한 동작 전원으로 사용하고, 전송 받은 신호 처리 조건 정보에 해당하는 신호 처리 조건에 따라 탄성파를 처리하여 분석 결과 정보를 생성하며, 생성한 분석 결과 정보에 자신의 고유 식별 정보를 포함시켜(예:#2 분석 결과 정보) 이웃한 다른 센서 노드(1003, 미도시)로 전송한다.
이때, 센서 노드(1002)는 자신이 생성한 분석 결과 정보(예:#2 분석 결과 정보) 전송 시, 선단 AE 센서 노드(1001)가 전송한 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보)를 함께 전송한다. 즉, 센서 노드(1002)에 이웃한 다른 센서 노드(1003, 미도시)로 전송되는 분석 결과 정보는 선단 AE 센서 노드(1001)가 생성한 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보)와 선단 AE 센서 노드(1001)에 이웃한 센서 노드(1002)가 생성한 분석 결과 정보(예:#2 분석 결과 정보)이다.
상기와 같은 과정이 노드 네트워크 방식으로 순차적으로 진행되며, 다수의 AE 센서 노드(1000) 마지막단에 있는 후단 AE 센서 노드(100N) 역시, 전송받은 전력을 신호 처리와 분석에 필요한 동작 전원으로 사용하고, 전송 받은 신호 처리 조건 정보에 해당하는 신호 처리 조건에 따라 탄성파를 처리하여 분석 결과 정보를 생성하며, 생성한 분석 결과 정보에 자신의 고유 식별 정보를 포함시켜(예:#N 분석 결과 정보) 네트워크 제어 노드(2000)로 전송한다.
이때, 후단 AE 센서 노드(100N)는 자신이 생성한 분석 결과 정보(예:#N 분석 결과 정보) 전송 시, 앞단에 위치한 다른 센서 노드들(1001, 1002,...100N-1)이 생성하여 노드 네트워크 방식으로 순차적 전달된 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보, #2 분석 결과 정보,...#N-1 분석 결과 정보)와 신호 처리 조건 정보를 함께 전송한다.
즉, 후단 AE 센서 노드(100N)에서 네트워크 제어 노드(2000)로 전송되는 정보는 도 1에 도시된 바와 같이, 모든 센서 노드(1000)들이 생성한 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보, #2 분석 결과 정보,...#N 분석 결과 정보)와 네트워크 제어 노드(2000)가 전단 센서 노드(1001)로 전송 했던 신호 처리 조건 정보이다.
탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파 신호를 감지하고, 감지한 탄성파 신호를 네트워크 제어 노드(2000)가 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하는 구성인 다수의 AE 센서 노드(1000) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이,
내측에 센서부(200), 증폭부(300), DAQ부(400)가 설치되는 내부 공간(110)이 형성되고, 탄성파 측정 대상에 설치되는 노드 하우징(100)과,
노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되거나 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치되어, 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하는 센서부(200)와,
노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되어, 센서부(200)가 생성한 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 증폭 처리하는 증폭부(300)와,
노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되어, 증폭부(300)가 증폭 처리한 전기적 파형 신호를 네트워크 입력 포트(400)를 통해 입력된 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하는 DAQ부(400)와,
전력선 통신 케이블(3000)이 연결되도록 노드 하우징(100)에 형성되는 네트워크 입력 포트(500)와,
전력선 통신 케이블(3000)이 연결되도록 노드 하우징(100)에 형성되는 네트워크 출력 포트(600)와,
네트워크 입력 포트(500)를 통해 입력된 전력, 신호 처리 조건 정보, 다른 센서 노드(1000)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보와 상기 DAQ부(300)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보를 네트워크 출력 포트(600)를 통해 외부로 출력시키는 데이터 전송 제어부(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 노드 하우징(100)은 내측에 센서부(200), 증폭부(300), DAQ부(400)가 설치되는 내부 공간(110)이 형성되고, 탄성파 측정 대상에 설치되는 구성이다.
상기 노드 하우징(100)은 내측에 센서부(200), 증폭부(300), DAQ부(400)가 삽입 설치되는 내부 공간(110)이 형성되는 구성으로, 내부 공간(110)에 삽입 설치되는 센서부(200), 증폭부(300), DAQ부(400)를 외부 환경으로부터 보호한다.
상기 센서부(200)는 노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되거나, 도 2와 같이, 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치되어, 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하는 구성이다.
구체적으로, 상기 센서부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이,
내측에 AE 센서(220)가 삽입 설치되는 센서 하우징(210)과,
센서 하우징(210) 내측에 설치되고, 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파를 감지하기 위해 감지 면(221)이 형성되고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하는 AE 센서(220)와,
탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파 수신율을 높이기 위해, AE 센서(220)의 감지 면(221)에 형성되어 탄성파 측정 대상의 표면에 면 접촉하는 일정 면적을 갖는 알루미나 재질의 파동 임피던스 매칭 부재(230)와,
AE 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호가 외부로 인출될 수 있도록 하는 신호 인출 단자(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서 하우징(210)은 내측에 AE 센서(220)가 삽입 설치되는 구성으로, 센서 하우징(210)에 삽입 설치된 AE 센서(220)는 상술한 노드 하우징(100)에 의해 외부에서 전달되는 충격으로부터 1차적으로 보호되고, 센서 하우징(110)에 의해 외부에서 전달되는 충격으로부터 2차적으로 보호된다.
상기 AE 센서(220)는 센서 하우징(210) 내측에 설치되고, 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파를 감지하기 위해 감지 면(221)이 형성되고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하는 구성이다.
상기 AE 센서(220)는 음향방출 센서(AE sensor)인 것을 특징으로 하는데, 음향방출 센서인 본 발명의 AE 센서(220)가 측정하는 탄성파는 사람이 감지할 수 없는 아주 미세한 초음파 신호로서, 비파괴검사법에 많이 사용된다.
따라서 상기 AE 센서(220)는 탄성파 측정 대상(예: 수소 탱크와 같은 고압 탱크, 관로, 교량, 댐, 건물, 터널, 철로 등)에 면 접촉되어 탄성파 측정 대상의 미세한 변형, 균열, 누설 또는 파괴 시에 발생하는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파를 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호로 변환 생성한다.
상기 파동 임피던스 매칭 부재(230)는 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파의 수신율을 높이기 위해, AE 센서(220)의 감지 면(221)에 형성되어 탄성파 측정 대상의 표면에 면 접촉하는 일정 면적을 갖는 알루미나 재질의 구성이다.
탄성파는 다른 매질을 만나는 경우, 일부가 반사되는 파동 반사 현상이 발생하는데, 탄성파 측정 대상에 AE 센서(220)의 감지 면(221)이 면 접촉한 상태에서 탄성파 측정 대상에서 AE 센서로 탄성파가 전달되면, 서로 다른 매질 특성상 탄성파 일부가 접촉면에서 반사하는 파동 반사 현상이 발생해 AE 센서(220)로 탄성파가 100% 전달되지 않는다.
따라서 서로 다른 매질인 탄성파 측정 대상과 AE 센서(220)의 감지 면(221) 사이에서 탄성파 반사가 최소화되도록 할 필요가 있으며, 이를 위한 구성이 파동 임피던스 매칭 부재(230)이다.
상기 파동 임피던스 매칭 부재(230)는 도 4에 도시된 바와 같이, AE 센서(220)의 감지 면(221)에 형성된다.
탄성파 측정 대상과 AE 센서(220)의 감지 면(221) 사이에 알루미나 재질의 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 존재하게 되면, 상기 파동 임피던스 매칭 부재(230)를 설치하지 않는 경우보다 더 많은 탄성파를 AE 센서(220)가 수신할 수 있어 탄성파 수신율이 높아지게 된다.
물론, 알루미나 재질인 파동 임피던스 매칭 부재(230)와 AE 센서(220)의 감지 면(221) 사이에서 일부 탄성파 반사가 발생하지만, 탄성파 측정 대상에서 알루미나 재질인 파동 임피던스 매칭 부재(230)로 투과되는 탄성파 양이, 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 없는 경우의 탄성파 측정 대상에서 AE 센서(220)의 감지 면(221)으로 투과되는 탄성파 양보다 훨씬 크기 때문에, 결과적으로, 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 없는 경우보다 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 있는 경우가 AE 센서(220)가 수신하는 탄성파 양이 많아져 AE 센서의 탄성파 수신율이 높아지게 된다.
상기 신호 인출 단자(240)는 AE 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호가 외부로 인출될 수 있도록 하는 구성으로, 신호 전송선이 결합하는 일종의 커넥터로서 기능한다.
특히, 센서부(200)가 도 2와 같이, 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치되는 경우, 상기 신호 인출 단자(240)를 통해 인출된 전기적 파형 신호는 노드 하우징(100)에 형성되는 센싱 데이터 입력 포트(900)로 전송된다.
상기 증폭부(300)는 도 5와 같이, 노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되어, 센서부(200)가 생성한 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 증폭 처리하는 구성이다.
구체적으로, 상기 증폭부(300)는,
센서 하우징(210) 상측에 설치되고, 프리앰프 보드(320)가 내측에 설치될 수 있도록 하는 중공(311)이 형성된 원통 형상의 프리앰프 보드 하우징(310)과,
상기 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 삽입 설치되고, AE 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호를 증폭하는 증폭회로가 설계된 프리앰프 보드(320)와,
프리앰프 보드(320)가 슬라이드 방식으로 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입될 수 있도록, 중공(311)에 형성되는 일정 길이의 슬라이드 홈(330)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 프리앰프 보드 하우징(310)은 프리앰프 보드(320)가 내측에 설치될 수 있도록 하는 중공(311)이 형성된 원통 형상의 구성으로, 중공(311)에 삽입 설치되는 프리앰프 보드(320)를 외부 환경으로부터 보호한다.
프리앰프 보드(320)에는 외부 환경에 민감한 증폭회로가 설계되어 있어 외부 환경으로부터 보호되어져야 하며, 이를 위해, 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입 설치되는 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 프리앰프 보드(320)는 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입 설치되고, AE 센서(220)에서 전송된 전기적 파형 신호를 증폭하는 증폭 회로가 설계된 보트 타입의 구성이다.
보드 타입의 프리앰프 보드(320) 상에 설계된 증폭 회로는 외부 환경에 민감하기 때문에, 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입 설치되어 보호된다. 프리앰프 보드(320)에서 증폭된 전기적 파형 신호는 신호 전송선을 통해 DAQ부(400)로 제공된다.
도 5를 참조하면, 상기 슬라이드 홈(330)은 프리앰프 보드(320)가 슬라이드 방식으로 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입될 수 있도록, 중공(311)에 형성되는 일정 길이의 삽입 안내 홈이다.
즉, 사각형 형태인 보드 타입의 프리앰프 보드(320)는 슬라이드 홈(330)을 통해 슬라이딩 되어 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입된다.
증폭 회로가 설계된 보드 타입의 프리앰프 보드(320)는 안정된 신호 증폭을 위해 안정된 상태로 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 위치해야 한다. 이를 위해, 슬라이드 홈(330)에 끼워지는 것이다.
즉, 슬라이드 홈(330)에 끼워져 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 안정된 상태로 위치한 프리앰프 보드(320)는 AE 센서(220)에서 전송된 전기적 파형 신호를 안정되게 증폭하게 된다.
상기 DAQ부(400)는 노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되어, 증폭부(300)가 증폭 처리한 전기적 파형 신호를 네트워크 입력 포트(400)를 통해 입력된 신호 처리 조건 정보에 따라 전기적 파형 신호를 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하는 구성으로, 보드 타입으로 형성된다.
상기 DAQ부(400)는 도 6에 도시된 바와 같이,
증폭부(300)에서 제공되는 증폭된 전기적 파형 신호를 네트워크 입력 포트(400)를 통해 입력된 신호 처리 조건 정보에 따라 이득 조절, 잡음 제거, 디지털 변환 처리하여, 디지털 신호 처리부(420)가 분석 처리 가능한 상태의 디지털 신호로 변환하여 디지털 신호 처리부(420)로 제공하는 아날로그 신호 처리부(410)와;
아날로그 신호 처리부(410)에서 제공된 디지털 신호를 네트워크 입력 포트(400)를 통해 입력된 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하는 디지털 신호 처리부(420)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 아날로그 신호 처리부(410)와 디지털 신호 처리부(420)는 하나의 보드에 임베디드 로직 회로 타입으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 네트워크 입력 포트(500)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전력선 통신 케이블(3000)이 연결되도록 노드 하우징(100)에 형성되는 구성으로, 연결된 전력선 통신 케이블(3000)을 통해 전력, 신호 처리 조건 정보, 이웃한 센서 노드의 탄성파 분석 결과 정보가 입력된다.
센서 노드(1000)가 선단 AE 센서 노드(1001)인 경우, 네트워크 입력 포트(500)를 통해 이웃한 센서 노드의 탄성파 분석 결과 정보는 입력되지 않는다.
상기 네트워크 출력 포트(600)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전력선 통신 케이블(3000)이 연결되도록 노드 하우징(100)에 형성되는 구성으로, 연결된 전력선 통신 케이블(3000)을 통해 전력, 신호 처리 조건 정보, 이웃한 센서 노드가 전송한 탄성파 분석 결과 정보와 자신이 설치된 센서 노드가 생성한 탄성파 분석 결과 정보가 출력된다
센서 노드(1000)가 후단 AE 센서 노드(1001)인 경우, 네트워크 출력 포트(600)를 통해 신호 처리 조건 정보, 모든 센서 노드들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보가 출력된다.
상기 데이터 전송 제어부(700)는 네트워크 입력 포트(500)를 통해 입력된 전력, 신호 처리 조건 정보, 다른 센서 노드(1000)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보와 DAQ부(300)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보를 네트워크 출력 포트(600)를 통해 외부로 출력시키는 구성이다.
특히, DAQ부(400)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보에 자신이 속한 센서 노드(1000)의 고유 식별 정보를 포함시켜 네트워크 출력 포트(600)를 통해 외부로 출력시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 선단 AE 센서 노드(1001)에 설치된 데이터 전송 제어부(700)는 네트워크 입력 포트(500)를 통해 네트워크 제어 노드(2000)로부터 전력과 신호 처리 조건 정보가 입력되면, 네트워크 출력 포트(600)를 통해 이웃한 다른 센서 노드(1002)로 전송 받은 전력과 신호 처리 조건 정보가 전송되도록 하고, DAQ부(400)가 탄성파 분석 결과 정보를 생성하면, DAQ부(400)가 생성한 분석 결과 정보에 자신이 설치된 선단 AE 센서 노드(1001)의 고유 식별 정보를 포함시켜(예:#1 분석 결과 정보) 전송되도록 한다.
또 다른 센서 노드(1002)(선단 AE 센서 노드(1001)에 이웃한 센서 노드)에 설치된 데이터 전송 제어부(700)는 네트워크 입력 포트(500)를 통해 전력과 신호 처리 조건 정보와 선단 AE 센서 노드(1001)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보)를 전송받게 되면, 이웃한 다른 센서 노드(1003, 미도시)로 전송 받은 전력과 신호 처리 조건 정보와 선단 AE 센서 노드(1001)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보)가 전송되도록 하고, DAQ부(400)가 탄성파 분석 결과 정보를 생성하면, DAQ부(400)가 생성한 분석 결과 정보에 자신이 설치된 센서 노드(1002)의 고유 식별 정보를 포함시켜(예:#2 분석 결과 정보) 전송되도록 한다.
상기와 같은 과정이 노드 네트워크 방식으로 순차적으로 진행되며, 다수의 AE 센서 노드(1000) 마지막단에 있는 후단 AE 센서 노드(100N)에 설치된 데이터 전송 제어부(700)는 네트워크 입력 포트(500)를 통해 전력과 신호 처리 조건 정보와 다른 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보, #2 분석 결과 정보,...#N-1 분석 결과 정보)를 전송받게 되면, 네트워크 제어 노드(2000)로 전송 받은 신호 처리 조건 정보와 다른 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보(예:#1 분석 결과 정보, #2 분석 결과 정보,...#N-1 분석 결과 정보)가 전송되도록 하고, DAQ부(400)가 탄성파 분석 결과 정보를 생성하면, DAQ부(400)가 생성한 분석 결과 정보에 자신이 설치된 후단 AE 센서 노드(100N)의 고유 식별 정보를 포함시켜(예:#N 분석 결과 정보) 전송되도록 한다.
상기 센서 노드(1000)는 노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 삽입 설치되는 센서부(200)의 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 탄성파 측정 대상의 표면에 면 접촉 상태를 유지할 수 있도록, 노드 하우징(100) 내부 공간(110)에 설치되어 센서부(200)의 센서 하우징(210)을 가압하는 탄성 부재(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성 부재(800)는 노드 하우징(100) 내측에 삽입 설치된 센서부(200)의 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 탄성파 측정 대상의 표면에 면 접촉 상태를 유지할 수 있도록, 노드 하우징(100) 내부 공간(110)에 설치되어 센서부(200)의 센서 하우징(210)을 가압하는 구성이다.
즉, 노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 센서부(200)가 설치되면, 센서부(200)의 파동 임피던스 매칭 부재(230)는 탄성파 측정 대상 표면에 면 접촉 상태가 유지되어야 하는데, 이를 위한 구성이 탄성 부재(800)이다.
구체적으로, 노드 하우징(100)은 결합 수단(예: 볼트, 탄력 밴드)에 의해 탄성파 측정 대상 표면에 부착 설치된다.
결합 수단(예: 볼트, 탄력 밴드)에 의해 노드 하우징(100)이 탄성파 측정 대상 표면에 부착 설치되면, 노드 하우징(100)은 탄성파 측정 대상 표면 측으로 가압된다. 이때, 탄성파 측정 대상 표면 측으로 가압되는 노드 하우징(100) 내측에 설치된 센서부(200)의 파동 임피던스 매칭 부재(230) 역시 탄성파 측정 대상 표면에 면 접촉 상태가 되어야 하는데, 결합 수단(예: 볼트, 탄력 밴드)에 의한 가압력 만으로는 센서부(200)의 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 탄성파 측정 대상 표면에 면 접촉 상태가 되도록 하기에 충분치 않다.
따라서 상기 탄성 부재(800)를 노드 하우징(100) 내측에서 센서부(200)의 센서 하우징(210) 상측에 설치하면, 결합 수단(예: 볼트, 탄력 밴드)에 의한 가압력에 의해 탄성 부재(800)가 수축 변형하고, 수축 변형된 탄성 부재(800)의 탄성 복귀력이 센서 하우징(210)을 하측 방향으로 가압하게 되어, 센서부(200)의 파동 임피던스 매칭 부재(230)의 탄성파 측정 대상 표면에 대한 면 접촉 상태가 더욱 유지된다.
상기 센서부(200)가 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치되는 경우, 상기 센서 노드(1000)는 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치된 센서부(200)가 제공하는 전기적 파형 신호를 입력받을 수 있도록, 노드 하우징(100)에 형성되는 센싱 데이터 입력 포트(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2와 같이, 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치된 센서부(200)의 신호 인출 단자(240)와 노드 하우징(100)에 형성되는 센싱 데이터 입력 포트(900)에 신호 전송선이 연결되어, 센서부(200)에서 생성된 전기적 파형 신호가 센싱 데이터 입력 포트(900)로 입력된다.
이때, 센싱 데이터 입력 포트(900)와 증폭부(300)의 프리앰프 보드(320)는 신호 전송선으로 상호 연결되어 있어, 센싱 데이터 입력 포트(900)로 입력된 전기적 파형 신호는 증폭부(300)로 제공된다.
상기 네트워크 제어 노드(2000)는 다수의 AE 센서 노드(1000)들 중, 선단 AE 센서 노드(1001)로 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송하고, 다수의 AE 센서 노드(1000)들 중, 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 전달받는 구성이다.
상기 전력은 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 동작 전원으로 사용하도록 제공하는 것이고, 상기 신호 처리 조건 정보는 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 탄성파 신호를 처리하고 분석하는 과정에서 사용할 신호 처리 및 분석에 필요한 여러 가지 조건(예: 샘플링 조건, 증폭 이득 조건 등)에 관한 정보인 것을 특징으로 한다.
음향방출 센서(AE Sensor)를 이용한 종래의 비파괴 검사법은 결함 검사 대상체에 다수의 음향방출 센서(AE Sensor)를 설치하고, 검사 대상체의 변형, 균열, 누설 또는 파괴 시에 발생하는 탄성파를 분석하여 검사 대상체인 수소 탱크의 결함을 파악한다.
그러나 종래의 음향방출 센서(AE Sensor)를 이용한 비파괴 검사법은 음향방출 센서(AE Sensor)에 사전 세팅된 신호 처리 조건대로만 음향방출 센서(AE Sensor)가 탄성파를 측정하고 분석하기 때문에, 현장 상황에 맞게 신호 처리 조건을 수정하기가 곤란하였다. 만일 신호 처리 조건을 수정하기 위해서는 검사 대상체에 부착된 음향방출 센서(AE Sensor)를 새로운 신호 처리 조건으로 세팅된 새로운 음향방출 센서로 일일이 교체해야 하는 번거로움이 종래에는 있었다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 다수의 AE 센서 노드(1000)들과 네트워크 제어 노드(2000)로 노드 네트워크를 구성하고, 네트워크 제어 노드(2000)에서 현장 상황에 맞는 신호 처리 조건 정보를 노드 네트워크 방식으로 다수의 AE 센서 노드(1000)들로 제공하여, 다수의 AE 센서 노드들이 네트워크 제어 노드(2000)가 제공한 신호 처리 조건에 따라 검사 대상체인 구조물의 결함 진단용 탄성파를 동일한 신호 처리 조건으로 측정 및 분석할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 상기 네트워크 제어 노드(2000)는 선단 AE 센서 노드(1001)로 전송한 신호 처리 조건 정보와 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 전달받은 신호 처리 조건 정보를 비교하여, 자신이 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 탄성파 신호들이 분석 처리되었는지를 판단하고, 판단 결과로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들의 유효성을 검증하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 후단 AE 센서 노드(100N)는 네트워크 제어 노드(2000)로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보 이외에 자신이 입력받은 신호 처리 조건 정보를 더 제공하는 것을 특징으로 한다.
만일, 다수의 AE 센서 노드(1000)에서 사용되는 신호 처리 조건들이 다수의 AE 센서 노드(1000)별로 상이하게 되면, 동일한 검사 대상체인 구조물에서 수집되는 동일한 탄성파 신호는 서로 다른 기준과 조건에 의해 분석되어 상호 매칭되지 않은 부정확한 분석 결과가 도출되는 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위해, 네트워크 제어 노드(2000)는 자신이 선단 AE 센서 노드(1001)로 전송한 신호 처리 조건 정보와 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 전달받은 신호 처리 조건 정보를 비교하여, 자신이 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 탄성파 신호들이 분석 처리되었는지를 판단하고, 판단 결과로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들의 유효성을 검증하게 된다.
즉, 자신이 선단 AE 센서 노드(1001)로 전송한 신호 처리 조건 정보와 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 전달받은 신호 처리 조건 정보가 일치하면, 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들은 동일한 기준과 조건에 의해 분석된 결과 정보로서 유효성이 있는 것으로 검증하게 되고, 만일, 자신이 선단 AE 센서 노드(1001)로 전송한 신호 처리 조건 정보와 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 전달받은 신호 처리 조건 정보가 일치하지 않으면, 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들은 서로 다른 기준과 조건에 의해 분석된 결과 정보로서 유효성이 없는 것으로 검증하게 된다.
예를 들어, 전력선 통신 케이블(3000)을 통해 신호 처리 조건 정보가 전송되는 과정에서, 전력선 통신 케이블(3000) 자체의 문제로 인한 데이터 누락이나 손상 등이 발생하거나, AE 센서 노드(1000) 자체에 이상이 발행하게 되면, 노드 네트워크를 구성하는 다수의 AE 센서 노드(1000)들 중, 데이터 누락이나 손상 등이 발생한 지점 이후에 위치한 AE 센서 노드(1000)에서는 네트워크 제어 노드(2000)가 제공한 신호 처리 조건 정보와는 다른 조건으로 탄성파 신호를 처리하고 분석하게 된다.
이러한 경우, 네트워크 제어 노드(2000)는 자신이 선단 AE 센서 노드(1001)로 제공한 신호 처리 조건 정보와는 다른 신호 처리 조건 정보를 후단 AE 센서 노드(100N)를 통해 전달받게 되며, 이러한 경우, 네트워크 제어 노드(2000)는 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들은 유효성이 없는 것으로 검증하게 되는 것이다.
상기 전력선 통신 케이블(3000)은 다수의 AE 센서 노드(1000)들로 전력과 신호 처리 조건 정보가 전송되도록 하고 네트워크 제어 노드(2000)가 탄성파 분석 결과 정보들을 수집할 수 있도록, 다수의 AE 센서 노드(1000)들과 네트워크 제어 노드(2000)를 상호 연결하는 구성이다.
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 전원 라인과 데이터 라인을 같이 사용함과 동시에 전송 데이터의 내잡음성을 향상시킬 수 있도록 하기 위해,
구리 재질의 원통형 망사 형태인 쉴드 케이블(3100)과,
쉴드 케이블(3100) 내측에 형성되는 포지티브 코어와 네거티브 코어로 구성되는 코어부(3200)와,
쉴드 케이블(3100) 외측에 형성되는 절연 피복(3300)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
포지티브 코어와 네거티브 코어로 구성되는 코어부(3200)를 통해 전력과 데이터(신호 처리 조건 정보, 탄성파 분석 결과 정보)가 전송되고, 구리 재질의 원통형 망사 형태인 쉴드 케이블(3100)을 통해, 외부 요인에 의해 코어부(3200)를 통해 전송되는 정보의 손실이 발생하지 않도록 보호된다.
이상에서 본 발명의 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 권리 범위는 실시예에 국한되지 않고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술 사상 범주 내에서 변형한 것까지 포함함은 자명하다 할 것이다.
10 : AE 센서 노드 네트워크 시스템
1000 : 다수의 AE 센서 노드
2000 : 네트워크 제어 노드
3000 : 전력선 통신 케이블

Claims (9)

  1. 탄성파를 이용해 구조물의 구조 변위를 감지하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템에 있어서,
    탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파 신호를 감지하고, 감지한 탄성파 신호를 네트워크 제어 노드(2000)가 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하고, 생성한 탄성파 분석 결과 정보가 네트워크 제어 노드(2000)로 전달되도록, 탄성파 측정 대상에 설치되는 다수의 AE 센서 노드(1000)와;
    선단 AE 센서 노드(1001)로 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송하고, 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 전달받는 네트워크 제어 노드(2000)와;
    다수의 AE 센서 노드(1000)들로 전력과 신호 처리 조건 정보가 전송되도록 하고 네트워크 제어 노드(2000)가 탄성파 분석 결과 정보들을 수집할 수 있도록, 다수의 AE 센서 노드(1000)들과 네트워크 제어 노드(2000)를 상호 연결하는 전력선 통신 케이블(3000)을 포함하되,
    상기 선단 AE 센서 노드(1001)는 네트워크 제어 노드(2000)로부터 전력과 신호 처리 조건 정보를 전송받는 다수의 AE 센서 노드(1000) 중, 어느 한 AE 센서 노드이고,
    상기 후단 AE 센서 노드(100N)는 네트워크 제어 노드(2000)로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들을 제공하는 다수의 AE 센서 노드(1000)중, 다른 어느 한 AE 센서 노드인 것을 특징으로 하고,

    상기 AE 센서 노드(1000)는,
    내측에 센서부(200), 증폭부(300), DAQ부(400)가 설치되는 내부 공간(110)이 형성되고, 탄성파 측정 대상에 설치되는 노드 하우징(100)과,
    노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되거나 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치되어, 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파를 감지하고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하는 센서부(200)와,
    노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되어, 센서부(200)가 생성한 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 증폭 처리하는 증폭부(300)와,
    노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 설치되어, 증폭부(300)가 증폭 처리한 전기적 파형 신호를 네트워크 입력 포트(400)를 통해 입력된 신호 처리 조건 정보에 따라 분석 처리하여 탄성파 분석 결과 정보를 생성하는 DAQ부(400)와,
    전력선 통신 케이블(3000)이 연결되도록 노드 하우징(100)에 형성되는 네트워크 입력 포트(500)와,
    전력선 통신 케이블(3000)이 연결되도록 노드 하우징(100)에 형성되는 네트워크 출력 포트(600)와,
    네트워크 입력 포트(500)를 통해 입력된 전력, 신호 처리 조건 정보, 다른 센서 노드(1000)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보와 DAQ부(400)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보를 네트워크 출력 포트(600)를 통해 외부로 출력시키는 데이터 전송 제어부(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 전송 제어부(700)는,
    DAQ부(400)가 생성한 탄성파 분석 결과 정보에 자신이 속한 센서 노드(1000)의 고유 식별 정보를 포함시켜 네트워크 출력 포트(600)를 통해 외부로 출력시키는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 노드(1000)는,
    노드 하우징(100) 내측에 형성된 내부 공간(110)에 삽입 설치되는 센서부(200)의 파동 임피던스 매칭 부재(230)가 탄성파 측정 대상의 표면에 면 접촉 상태를 유지할 수 있도록, 노드 하우징(100) 내부 공간(110)에 설치되어 센서부(200)의 센서 하우징(210)을 가압하는 탄성 부재(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부(200)가 노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치되는 경우,
    상기 AE 센서 노드(1000)는,
    노드 하우징(100) 외부 주변의 탄성파 측정 대상에 설치된 센서부(200)가 제공하는 전기적 파형 신호를 입력받을 수 있도록, 노드 하우징(100)에 형성되는 센싱 데이터 입력 포트(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부(200)는,
    내측에 AE 센서(220)가 삽입 설치되는 센서 하우징(210)과,
    센서 하우징(210) 내측에 설치되고, 탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파를 감지하기 위해 감지 면(221)이 형성되고, 감지된 탄성파에 대응된 전기적 파형 신호를 생성하는 AE 센서(220)와,
    탄성파 측정 대상에서 전달되는 탄성파 수신율을 높이기 위해, AE 센서(220)의 감지 면(221)에 형성되어 탄성파 측정 대상의 표면에 면 접촉하는 일정 면적을 갖는 알루미나 재질의 파동 임피던스 매칭 부재(230)와,
    AE 센서(220)가 생성한 전기적 파형 신호가 외부로 인출될 수 있도록 하는 신호 인출 단자(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 증폭부(300)는,
    프리앰프 보드(320)가 내측에 설치될 수 있도록 하는 중공(311)이 형성된 원통 형상의 프리앰프 보드 하우징(310)과,
    상기 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 삽입 설치되고, 센서부(200)에서 전송된 전기적 파형 신호를 증폭하는 증폭회로가 설계된 프리앰프 보드(320)와,
    프리앰프 보드(320)가 슬라이드 방식으로 프리앰프 보드 하우징(310) 내측에 형성된 중공(311)에 삽입될 수 있도록, 중공(311)에 형성되는 일정 길이의 슬라이드 홈(330)을 포함하는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 후단 AE 센서 노드(100N)는 네트워크 제어 노드(2000)로 자신이 입력받은 신호 처리 조건 정보를 더 제공하고,
    상기 네트워크 제어 노드(2000)는,
    선단 AE 센서 노드(1001)로 전송한 신호 처리 조건 정보와 후단 AE 센서 노드(100N)로부터 전달받은 신호 처리 조건 정보를 비교하여, 자신이 전송한 신호 처리 조건 정보에 따라 탄성파 신호들이 분석 처리되었는지를 판단하고, 판단 결과로 다수의 AE 센서 노드(1000)들이 생성한 탄성파 분석 결과 정보들의 유효성을 검증하는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력선 통신 케이블(3000)은,
    전원 라인과 데이터 라인을 같이 사용함과 동시에 전송 데이터의 내잡음성을 향상시킬 수 있도록 하기 위해,
    구리 재질의 원통형 망사 형태인 쉴드 케이블(3100)과,
    쉴드 케이블(3100) 내측에 형성되는 포지티브 코어와 네거티브 코어로 구성되는 코어부(3200)와,
    쉴드 케이블(3100) 외측에 형성되는 절연 피복(3300)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 AE 센서 노드 네트워크 시스템.
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