KR102481199B1 - Pipe Thickness Measuring System by Using Induced Ultrasonic wave and Ultra Sonar - Google Patents

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Abstract

본 발명 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치는 유도 초음파를 생성하고 금속 관로(500)의 원주 일측 방향으로 유도 초음파를 일정 주기로 발신하고, 원주 일측 방향과 반대 방향인 타측 방향으로 일정한 주기로 유도 초음파를 발신하는 유도 초음파 생성부와, 유도 초음파가 관로를 매개로 원주 일측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 1을 수신하고, 유도 초음파가 관로를 매개로 하여 관로의 타측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하는 유도 초음파 수신부와, 관로 원주 방향의 1 내지 m 포인트에 설치되고 1 내지 m 포인트에 대하여 관로 두께를 산정하기 위한 초음파 센서 1 내지 초음파 센서 m와, 유도 초음파 수신부로부터 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하고, 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신신호 2를 기초로 하여 금속 관로의 연속적인 두께 값을 산정하고 연속적인 두께 값에서 원주 방향의 1 내지 m 포인트 두께값을 도출하여 저장하고, 초음파 센서 1 내지 m으로부터 초음파 반사 신호 1 내지 m을 수신하고 상기 초음파 반사 신호 1 내지 m을 기초로 금속 관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께를 산정하며, 상기 유도 초음파에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값과 초음파 센서 1 내지 m에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값을 비교하여 오차가 일정 범위 이내인 경우, 두 값을 평균하여 금속관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께로 판단하는 메인 제어부 및 메인 제어부로부터 산정된 금속 관로 1 내지 m 포인트의 두께 값을 수신하여 표시부로 제공하는 관리자 단말기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.Water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic wave and ultrasonic sensor according to the present invention generates induction ultrasonic wave and transmits the induction ultrasonic wave in a direction on one side of the circumference of the metal pipe 500 at regular intervals, and in the other direction, which is opposite to one direction of the circumference, constant An induction ultrasonic generator that periodically transmits induction ultrasonic waves, and the induction ultrasonic wave rotates in one direction of the circumference through the pipe to receive the induction ultrasonic reception signal 1 that is periodically received, and the induction ultrasonic wave passes through the pipe in the other direction of the pipe An induction ultrasonic receiver configured to receive the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received by turning around, an ultrasonic sensor 1 to ultrasonic sensor m installed at points 1 to m in the circumferential direction of the pipe and configured to calculate the thickness of the pipe at 1 to m points; Receives the guided ultrasonic reception signal 1 and the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received from the induction ultrasonic receiver, and calculates the continuous thickness value of the metal pipe based on the periodically received guided ultrasonic reception signal 1 and the guided ultrasonic reception signal 2 Calculate, derive and store thickness values of 1 to m points in the circumferential direction from successive thickness values, receive ultrasonic reflection signals 1 to m from ultrasonic sensors 1 to m, and create a metal pipe 1 based on the ultrasonic reflection signals 1 to m Calculate the thickness of the conduit from point to m, and compare the thickness value of the 1 to m point of the metal pipe by the induction ultrasonic wave with the thickness value of the 1 to m point of the metal pipe by the ultrasonic sensor 1 to m. If the error is within a certain range, A main control unit that averages the two values and determines the thickness of the metal pipe from 1 to m points of the metal pipe and a manager terminal for receiving the thickness value of the metal pipe from 1 to m points calculated from the main control unit and providing it to the display unit. is to do

Description

유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 관로 두께 측정 장치{Pipe Thickness Measuring System by Using Induced Ultrasonic wave and Ultra Sonar}Pipe Thickness Measuring System by Using Induced Ultrasonic wave and Ultra Sonar}

본 발명은 상수도 대구경 또는 중간 구경 관로의 경년 변화에 따른 두께 변화 추이를 모니터링하기 위한 것이다. 일반적으로 상수도 관로는 시간에 지남에 따라 스케일이 축적되고 관로는 녹이 쓸어 관로 두께가 변동되어 누수로 이어지므로 사전에 관로 두께를 파악하여 사전에 보강할 필요가 있는 것이다.The present invention is to monitor the change in thickness of a large-diameter or medium-diameter pipe for water supply over time. In general, waterworks pipes accumulate scale over time, and rust sweeps through pipes, causing pipe thickness to fluctuate and lead to water leaks. Therefore, it is necessary to determine the pipe thickness in advance and reinforce it in advance.

본 발명과 관련된 종래 기술은 대한민국 등록특허 제10-0966543호(2010. 06. 29. 공고)에 게시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 유도 초음파를 이용한 배관 내부 침적층 평가 장치 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 유도 초음파를 이용한 배관 내부 침적층 평가 장치는 진동파인 초음파가 배관의 원주 방향으로 전파할 수 있도록 배관 외부에 슈(Shoe)로 부착시킨 송신 탐측자, 상기 송신 탐측자에서 일정 거리 떨어진 위치에서 배관 외부에 부착되어 필요시 상기 송신 탐측자와 같이 원주상으로 회전할 수 있는 수신부, 상기 송신 탐측자에 고출력 펄스 신호를 인가시키고 상기 수신부에서 받은 신호를 증폭해 주는 펄서/리시버(Pulser/Receiver) 및 송수신 신호를 받아서 원주 방향의 거리에 따른 진폭 및 최적 모드를 계산하고 이를 바탕으로 배관의 원주상 위치에 따른 침적층의 두께를 계산하는 제어부를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 종래 기술의 기본 원리를 설명하면 배관에 대해서도 관경이 초음파 발진자보다 매우 크면, 파가 원주 방향으로 진행하는 경우에 판파 이론을 근사적으로 사용할 수 있다. 즉, 배관 원주 방향으로 전파하는 유도 초음파의 경우에도 배관 내부와 외부의 경계 조건 변화에 따라 서로 다른 취득 신호를 얻게 된다. 물리적으로 유도 초음파의 경계 조건에 따른 감쇠 특성은 파형 특성에 지배적인 영향을 받는데, 특정 모드가 전파하는 단위 에너지당 피검체 표면에서 발생 가능한 수직 성분의 입자 변위가 커질수록 외부 유체로의 에너지 손실은 일반적으로 커지게 된다. 노출 가스 배관의 경우 외부의 경계 조건은 금속체 배관과 공기로서 일정하다. 그러나 배관 내부의 경계 조건은 가스가 지나가는 상부층과 타르와 같은 이물질의 침적층이 형성된 하부층의 조건이 서로 다르게 된다. 예를 들어, 물에 잠긴 판재에서 램파가 전파하면서 판재로부터 물로 에너지가 새어 나가는 Leaky Lamb 효과가 있듯이 하부에 부착된 침적층은 원주상을 전파하는 유도 초음파에 영향을 미치게 된다. 이에 따라 수많은 유도 초음파 모드 중에서 특정 모드의 수신 신호는 얻을 수 없게 되거나, 이와 달리 특정 모드는 더 큰 신호를 얻을 수도 있다. 아울러, 펄스 에코(Pulse-Echo) 방식이나 피치 캐치(Pitch-Catch) 방식으로 배치하여 신호를 취득할 때, 수신 탐촉자로 수신되는 신호의 진폭에도 영향을 미치게 된다. 상기 종래 기술의 원리는 배관 원주 방향으로 진행하는 유도 초음파가 배관 내의 침적층을 만날 때, 상기의 Leaky Lamb Wave 원리를 적용하여 배관 내면의 경계 조건 변화 상태를 반영하여 전파하는데 기초를 두고 있다. 이를 이용하여 침적층 두께를 배관 외부에 부착시킨 간단한 장치로서 비파괴적인 방법으로 검사하게 된다. 그리고 송수신을 동시에 할 수 있는 한 개의 탐촉자를 사용하거나 또는 별도의 송신 및 수신 초음파 진동자를 배관 원주상의 동일 위치에 두고 원주 방향으로 유도 초음파를 생성시켜 전파시켰을 때, 배관 내부의 침적층의 존재에 의한 경계 조건의 차이로 원주 방향으로 전파된 유도 초음파가 전파 도중에 일부 반사될 수 있으며, 유도 초음파는 각 모드에 따라 속도 Vm으로 전파되므로, 최적의 유도 초음파 모드를 구한 후, 초음파 탐촉자에서 부착층까지의 거리(L1)은 아래의 [수학식 1]과 같이 구할 수 있다. The prior art related to the present invention is published in Republic of Korea Patent Registration No. 10-0966543 (Announced on June 29, 2010). 1 is a block diagram of an apparatus for evaluating the deposited layer inside a pipe using the conventional guided ultrasound. In FIG. 1, the conventional apparatus for evaluating the deposited layer inside a pipe using induction ultrasonic waves has a transmission probe attached to the outside of the pipe with a shoe so that ultrasonic wave, which is a vibration wave, can propagate in the circumferential direction of the pipe, and the transmission detector has a constant A receiving unit that is attached to the outside of the pipe at a distance and can rotate circumferentially like the transmitting probe if necessary, a pulser / receiver that applies a high-power pulse signal to the transmitting probe and amplifies the signal received from the receiving unit ( pulser/receiver) and a control unit that receives transmission and reception signals, calculates the amplitude and optimal mode according to the distance in the circumferential direction, and calculates the thickness of the deposition layer according to the circumferential position of the pipe based on this. In addition, explaining the basic principle of the prior art, if the pipe diameter is much larger than that of the ultrasonic oscillator, the plate wave theory can be used as an approximation when the wave travels in the circumferential direction. That is, even in the case of guided ultrasound propagating in the circumferential direction of the pipe, different acquisition signals are obtained according to changes in boundary conditions inside and outside the pipe. Physically, the attenuation characteristics according to the boundary conditions of guided ultrasound are predominantly influenced by the waveform characteristics. generally grow larger. In the case of exposed gas piping, the external boundary conditions are constant as metal piping and air. However, the boundary condition inside the pipe is different between the upper layer through which gas passes and the lower layer where foreign substances such as tar are deposited. For example, as there is a Leaky Lamb effect in which energy leaks from a plate material to water while a Lamb wave propagates in a plate material submerged in water, the deposit layer attached to the lower part affects the guided ultrasonic wave propagating in the circumferential phase. Accordingly, among numerous guided ultrasound modes, a received signal of a specific mode cannot be obtained, or a larger signal may be obtained in a specific mode. In addition, when a signal is obtained by arranging the pulse-echo method or the pitch-catch method, the amplitude of the signal received by the receiving probe is also affected. The principle of the prior art is based on applying the leaky lamb wave principle to reflect and propagate the changing state of the boundary condition on the inner surface of the pipe when the induced ultrasonic wave traveling in the circumferential direction of the pipe encounters the deposition layer in the pipe. Using this, it is a simple device attached to the outside of the pipe to inspect the thickness of the deposited layer in a non-destructive way. In addition, when using a single transducer capable of transmitting and receiving simultaneously or placing separate transmitting and receiving ultrasonic transducers at the same position on the circumference of the pipe and generating and propagating induction ultrasonic waves in the circumferential direction, the presence of a deposition layer inside the pipe Due to the difference in the boundary condition by the circumferential direction, the guided ultrasound propagated in the circumferential direction may be partially reflected during propagation, and since the guided ultrasound propagates at the speed Vm according to each mode, after obtaining the optimal guided ultrasound mode, from the ultrasonic transducer to the adhesive layer The distance L1 of can be obtained as shown in [Equation 1] below.

수학식 1 Equation 1

Figure 112020121031071-pat00001
Figure 112020121031071-pat00001

여기서, Vm은 유도 초음파의 속도이고, T1은 유도 초음파의 수신 신호를 오실로스포우프 등을 통하여 보았을 때, 즉, 타임 도메인(Time Domain)으로 보았을 때, 침적층의 존재로 Leaky Lamb Wave가 반사된 신호의 위치로부터 구하는 시간이다. 또한 배관의 공칭 직경을 D라고 하면, L1, L2, L3 사이에는 아래의 [수학식 2]와 같은 관계식이 성립한다.Here, Vm is the velocity of the guided ultrasonic wave, and T1 is the reflection of the Leaky Lamb Wave due to the presence of the deposition layer when the received signal of the guided ultrasonic wave is viewed through an oscilloscope, that is, in the time domain. It is the time obtained from the position of the signal. In addition, when the nominal diameter of the pipe is D, a relational expression such as [Equation 2] below is established between L1, L2, and L3.

수학식 2Equation 2

Figure 112020121031071-pat00002
Figure 112020121031071-pat00002

여기서, L1은 상부 방향으로 유도 초음파를 전파시켰을 때 초음파 발진자에서 배관 원주 방향을 따라 부착층이 형성된 위치 1까지의 거리이고, L2는 부착층이 형성된 위치 1과 위치 2 사이의 배관 원주상 거리이며, L3는 부착층의 원주상 끝 부분인 위치 2에서 탐촉자까지의 거리이다. 따라서, 유도 초음파의 원주 방향 송수신 신호를 얻게 되면, 상기 [수학식 2]를 이용하여 원주 방향으로 분포되어 있는 침적층의 분포(L2)를 비파괴적으로 평가할 수 있는 것이다.Here, L1 is the distance from the ultrasonic oscillator to the position 1 where the adhesive layer is formed along the circumferential direction of the pipe when the guided ultrasonic wave is propagated upward, and L2 is the circumferential distance between positions 1 and 2 where the adhesive layer is formed on the pipe circumference , L3 is the distance from position 2, the circumferential end of the adhesion layer, to the transducer. Therefore, when the circumferential direction transmission/reception signal of the guided ultrasonic wave is obtained, the distribution L2 of the deposited layer distributed in the circumferential direction can be nondestructively evaluated using [Equation 2].

상기와 같이 구성된 종래 유도 초음파를 이용한 배관 내부 침적층 평가 장치는 가스 관 내부의 침적층의 유무 등을 파악할 수 있으나 침적층의 두께 및 변동 상황 등을 정확하게 파악할 수 없는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 유도 초음파와 초음파을 이용하여 상수도 관로의 잔존 두께와 잔존 두께의 변화를 정확하게 모니터링하고 측정하기 위한 것이다.The conventional apparatus for evaluating the deposited layer inside a pipe using induction ultrasonic waves configured as above has a problem in that it cannot accurately determine the thickness and variation of the deposited layer, etc., although it can determine the presence or absence of the deposited layer inside the gas pipe. Accordingly, an object of the present invention is to accurately monitor and measure the residual thickness and the change in residual thickness of a water supply pipe using induction ultrasound and ultrasound.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치는 유도 초음파를 생성하고 금속 관로(500)의 원주 일측 방향으로 유도 초음파를 일정 주기로 발신하고, 원주 일측 방향과 반대 방향인 타측 방향으로 일정한 주기로 유도 초음파를 발신하는 유도 초음파 생성부와, 유도 초음파가 관로를 매개로 원주 일측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 1을 수신하고, 유도 초음파가 관로를 매개로 하여 관로의 타측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하는 유도 초음파 수신부와, 관로 원주 방향의 1 내지 m 포인트에 설치되고 1 내지 m 포인트에 대하여 관로 두께를 산정하기 위한 초음파 센서 1 내지 초음파 센서 m와, 유도 초음파 수신부로부터 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하고, 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신신호 2를 기초로 하여 금속 관로의 연속적인 두께 값을 산정하고 연속적인 두께 값에서 원주 방향의 1 내지 m 포인트 두께값을 도출하여 저장하고, 초음파 센서 1 내지 m으로부터 초음파 반사 신호 1 내지 m을 수신하고 상기 초음파 반사 신호 1 내지 m을 기초로 금속 관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께를 산정하며, 상기 유도 초음파에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값과 초음파 센서 1 내지 m에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값을 비교하여 오차가 일정 범위 이내인 경우, 두 값을 평균하여 금속관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께로 판단하는 메인 제어부 및 메인 제어부로부터 산정된 금속 관로 1 내지 m 포인트의 두께 값을 수신하여 표시부로 제공하는 관리자 단말기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.Water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic wave and ultrasonic sensor of the present invention having the above object generates induction ultrasonic waves and transmits induction ultrasonic waves in a direction of one circumference of the metal pipe 500 at regular intervals, and opposite to one direction of the circumference. An induction ultrasonic generator that emits induction ultrasonic waves at regular intervals in the other direction, the induction ultrasonic wave passing through a pipe to turn around one side of a circumference and receiving a periodically received induction ultrasonic reception signal 1, and inducing ultrasonic waves through a pipe as a medium An ultrasonic sensor 1 installed at 1 to m points in the circumferential direction of the pipe and configured to calculate the pipe thickness for the 1 to m points to the ultrasonic sensor m and receive the guided ultrasonic reception signal 1 and the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received from the induction ultrasonic receiver, and receive the guided ultrasonic reception signal 1 and the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received through a metal pipe Calculate continuous thickness values of , derive and store thickness values of 1 to m points in the circumferential direction from the continuous thickness values, receive ultrasonic reflection signals 1 to m from ultrasonic sensors 1 to m, and receive ultrasonic reflection signals 1 to m The pipe thickness of the 1 to m point of the metal pipe is calculated based on, and the thickness value of the 1 to m point of the metal pipe by the induction ultrasonic wave is compared with the thickness value of the 1 to m point of the metal pipe by the ultrasonic sensor 1 to m. If it is within a certain range, a main controller that averages the two values and determines the thickness of the metal pipe from 1 to m points of the metal pipe and a manager terminal that receives the thickness value of the metal pipe from 1 to m points calculated from the main controller and provides it to the display unit It is characterized by comprising.

상기와 같이 구성된 본 발명 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속관로 두께 측정 장치는 상수도 관로의 두께 변화 추이를 모니터링할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 관로 원주 방향의 각 포인트에 대한 두께를 판단하고 모니터링할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 관로의 특정 포인트의 관로 두께를 측정함으로써 관로의 누수 포인트를 용이하게 검색할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 관로의 원주 방향 두께를 주기적으로 모니터링함으로써 관로의 시간에 따른 경년 변화 상태를 파악함으로써 사전에 대응할 수 있는 정보를 제공하는 효과가 있는 것이다.The apparatus for measuring the thickness of a water supply metal pipe using the induction ultrasonic wave and the ultrasonic sensor of the present invention configured as described above has the effect of monitoring the change in thickness of the water supply pipe. In addition, the present invention has the effect of determining and monitoring the thickness of each point in the circumferential direction of the pipe. In addition, the present invention has the effect of easily searching for a leak point of a pipe by measuring the pipe thickness of a specific point of the pipe. In addition, the present invention has the effect of providing information capable of responding in advance by grasping the aging state of the pipe by periodically monitoring the thickness in the circumferential direction of the pipe.

도 1은 종래의 유도 초음파를 이용한 배관 내부 침적층 평가 장치 구성도,
도 2는 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로의 두께 측정 장치 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치 단면 구성도,
도 4는 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서에 의하여 산정된 관로 원주 방향 두께 측정 값의 예,
도 5는 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 방법에 대한 제어 흐름도이다.1 is a block diagram of an apparatus for evaluating the deposited layer inside a pipe using a conventional guided ultrasonic wave;
2 is a block diagram of a thickness measuring device for a water supply metal pipe using an induction ultrasonic wave and an ultrasonic sensor applied to the present invention;
3 is a cross-sectional configuration diagram of a water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic waves and an ultrasonic sensor applied to the present invention;
4 is an example of thickness measurement values in the circumferential direction of a pipe calculated by induction ultrasonic waves and ultrasonic sensors applied to the present invention;
5 is a control flow chart for a method for measuring the thickness of a water supply metal pipe using induction ultrasound and an ultrasonic sensor applied to the present invention.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 유도 초음파와 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치 및 방법을 도 2 내지 도 5를 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.The water supply metal pipe thickness measuring apparatus and method using the induction ultrasonic wave and the ultrasonic sensor of the present invention having the above object will be described based on FIGS. 2 to 5 as follows.

도 2는 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치는 유도 초음파를 생성하고 금속 관로(500)의 원주 일측 방향으로 유도 초음파를 일정 주기로 발신하고, 원주 일측 방향과 반대 방향인 타측 방향으로 일정한 주기로 유도 초음파를 발신하는 유도 초음파 생성부(100)와, 유도 초음파가 관로를 매개로 원주 일측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 1을 수신하고, 유도 초음파가 관로를 매개로 하여 관로의 타측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하는 유도 초음파 수신부(200)와, 관로 원주 방향의 1 내지 m 포인트에 설치되고 1 내지 m 포인트에 대하여 관로 두께를 산정하기 위한 초음파 센서 1 내지 초음파 센서 m(300)와, 유도 초음파 수신부로부터 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하고, 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신신호 2를 기초로 하여 금속 관로의 연속적인 두께 값을 산정하고 연속적인 두께 값에서 원주 방향의 1 내지 m 포인트 두께값을 도출하여 저장하고, 초음파 센서 1 내지 m으로부터 초음파 반사 신호 1 내지 m을 수신하고 상기 초음파 반사 신호 1 내지 m을 기초로 금속 관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께를 산정하며, 상기 유도 초음파에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값과 초음파 센서 1 내지 m에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값을 비교하여 오차가 일정 범위 이내인 경우, 두 값을 평균하여 금속관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께로 판단하는 메인 제어부(400)와, 메인 제어부로부터 산정된 금속 관로 1 내지 m 포인트의 두께 값을 수신하여 표시부로 제공하는 관리자 단말기(450) 및 메인 제어부와 관리자 단말기는 와이파이, 비콘통신과 같은 근거리 통신망으로 데이터를 송수신할 수 있는 것으로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 오차가 일정 범위 이내인 경우는 사용자가 설정할 수 있는 것으로 관로 두께의 10% 이내인 경우로 설정할 수 있는 것이다.2 is a block diagram of a water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic waves and an ultrasonic sensor applied to the present invention. In FIG. 2, the water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic waves and ultrasonic sensors applied to the present invention generates induction ultrasonic waves and transmits induction ultrasonic waves in a circumferential direction of the metal pipe 500 at regular intervals, and The induction ultrasound generator 100 transmits induction ultrasound at regular intervals in the opposite direction to the other side, and the induction ultrasound waves go around one side of the circumference through the pipe to receive the induction ultrasound reception signal 1 that is periodically received, and the induction ultrasound waves The guided ultrasonic receiver 200 receives the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received by going around the other side of the pipe through the pipe, and is installed at points 1 to m in the circumferential direction of the pipe and has a thickness of the pipe for 1 to m points Ultrasonic sensor 1 to ultrasonic sensor m (300) and the guided ultrasonic reception signal 1 and the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received from the ultrasonic sensor 1 to the ultrasonic sensor m (300) for calculating Based on the ultrasonic reception signal 2, the continuous thickness value of the metal pipe is calculated, and the thickness value of 1 to m points in the circumferential direction is derived and stored from the continuous thickness values, and the ultrasonic reflection signal 1 to m from the ultrasonic sensor 1 to m and calculates the pipe thickness of the metal pipe 1 to m points based on the ultrasonic reflection signals 1 to m, and the metal pipe 1 to m point thickness value by the guided ultrasonic wave and the metal pipe 1 by the ultrasonic sensor 1 to m If the error is within a certain range by comparing the thickness values of the points to m, the main controller 400 averages the two values and determines the thickness of the pipe at points 1 to m of the metal pipe, and the thickness of the metal pipe 1 to m calculated by the main controller The manager terminal 450, which receives the thickness value of the point and provides it to the display unit, and the main control unit and manager terminal can be configured to transmit and receive data over a local area network such as Wi-Fi and beacon communication. In the above, if the error is within a certain range, it can be set by the user and can be set within 10% of the pipe thickness.

도 3은 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치 단면 구성도이다, 상기도 3에서 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치는 관로 외측면 일측에 구성되고 유도 초음파를 생성하여 금속관로 표면으로 발신하는 유도 초음파 생성부(100)와, 금속 관로에서 유도 초음파 생성부와 일정거리 이격되게 설치되고 유도 초음파가 금속 관로에서 반사되어 수신되는 유도 초음 수신 신호 1 내지 2를 주기적으로 수신하는 유도 초음파 수신부(200)와, 원주 방향으로 설치된 초음파 센서 1 내지 m(300)의 구성을 나타내고 있는 것이다.Figure 3 is a cross-sectional configuration diagram of a water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic waves and an ultrasonic sensor applied to the present invention. An induction ultrasonic generator 100 configured on one side of the outer surface and generating induction ultrasonic waves and transmitting them to the surface of the metal pipe, installed at a certain distance from the induction ultrasonic generator in the metal pipe, and receiving the induction ultrasonic waves reflected from the metal pipe It shows the structure of the guided ultrasound receiver 200 that periodically receives the guided ultrasound reception signals 1 to 2, and the ultrasound sensors 1 to m 300 installed in the circumferential direction.

도 4는 도 4는 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서에 의하여 산정된 관로 원주 방향 두께 측정 값의 예이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서에 의하여 산정된 관로 원주 방향 두께 측정 값의 예는 관로 내부에 스케일이 점착하여 원주 방향의 관로 두께가 커진 경우 진폭이 감쇠하여 작아지고 관로 내부의 스케일이 적은 경우에는 파형의 진폭에 감쇠가 적음을 나타내고 있는 것이다. 상기도 4에서 가로방향은 금속 관로의 유도 초음파 생성부로부터 원주 방향의 거리(pipe circumferential distance)를 나타내고, 세로 방향은 원주 방향의 관로 두께(wall thickness variance)를 나타내고 있는 것이다.FIG. 4 is an example of thickness measurement values in the circumferential direction of a pipeline calculated by the induction ultrasonic wave and the ultrasonic sensor applied to the present invention. In FIG. 4, an example of the thickness measurement value in the circumferential direction of the pipe calculated by the induction ultrasonic wave and ultrasonic sensor applied to the present invention shows that when the pipe thickness in the circumferential direction increases due to the adhesion of the scale inside the pipe, the amplitude is attenuated and becomes small, and the inside of the pipe When the scale of is small, it indicates that the amplitude of the waveform has little attenuation. In FIG. 4, the horizontal direction represents the pipe circumferential distance from the induction ultrasonic generator of the metal pipe, and the vertical direction represents the wall thickness variance in the circumferential direction.

도 5는 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 5에서 본 발명에 적용되는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 방법은 유도 초음파 생성부가 관로 원주 일측 방향으로 일정한 주기로 유도 초음파 및 관로 일측과 반대인 관로 원주 차측 방향으로 유도 초음파를 발신하는 단계(S11)와, 유도 초음파 수신부가 관로 원주 일측 방향의 유도 초음파가 관로를 매개로 원주 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 초음파 수신 신호 1을 수신하는 단계(S12)와, 유도 초음파 수신부가 유도 초음파가 관로를 매개로 하여 관로의 원주 타측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하는 단계(S13)와, 유도 초음파 수신부가 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신 신호 2를 메인 제어부로 전송하는 단계(S14)와, 메인 제어부가 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신 신호 2를 기초로 관로의 원주 방향의 연속적인 두께값을 산정하는 단계(S15)와, 메인 제어부가 유도 초음파에 의하여 관로 원주방향의 연속적인 두께 값에서 원주방향 초음파 센서가 설치된 관로 1 내지 m포인트에 대한 원주 방향 두께를 산정하는 단계(S16)와, 관로의 유도 초음파가 발신되는 원주 방향에 설치된 다수의 초음파 센서 1 내지 m이 원주 방향과 직각방향으로 초음파를 조사하는 단계(S17)와, 다수의 초음파 센서 1 내지 m이 송신된 초음파가 관로에 반사되어 수신되는 1 내지 m의 초음파 반사 신호를 검출하는 단계(S18)와, 초음파 센서부 1 내지 m이 검출된 초음파 반사 신호 1 내지 m을 메인 제어부로 전송하는 단계(S19)와, 메인 제어부가 수신된 초음파 반사 신호 1 내지 m을 기초로 하여 관로 원주 방향의 1 내지 m 포인트에 대하여 금속 관로 두께를 산정하는 단계(S20)와, 메인 제어부가 유도 초음파에 의하여 관로 원주방향 1 내지 m 포인트의 관로 두께와 초음파에 의한 관로 원주 방향 1 내지 m 포인트의 관로 두께를 매칭시켜 각각 비교하는 단계(S21)와, 비교결과, 관로 원주 방향 각 두께값의 차이가 일정 오차 이내인 경우 두 값을 평균한 값을 관로 원주방향 1 내지 m 포인트의 관로 원주 방향 두께로 판단하는 단계(S22)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 여기서 m은 관로에서 원주 방향으로 초음파 센서가 설치되는 포인트이다. 상기 S15 단계에서 금속 관로 각 포인트에 대한 두께 산정은 획득한 유도초음파 수신 신호에 대해 교차상관값을 구하는 단계와, 상기 교차상관값에 대해 포락선을 처리하여 피크값을 구하는 단계 및 상기 피크값 사이의 시간차를 이용하여 상기 금속 관로 포인트의 두께를 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 금속 관로의 두께를 계산하는 식은 유도초음파가 금속판의 두께방향으로 진행하다가 표면에 의해 반사되어 센서로 돌아오는데 걸리는 초음파 신호의 전달시간(Δt )과 초음파의 속도(v )를 알면, 다음 수학식 1을 이용하여 금속판의 두께(d)를 측정할 수 있는 것이다. 5 is a control flow chart for a method for measuring the thickness of a water supply metal pipe using induction ultrasound and an ultrasonic sensor applied to the present invention. 5, in the water supply metal pipe thickness measurement method using induction ultrasonic waves and ultrasonic sensors applied to the present invention, the induction ultrasonic generator generates induction ultrasonic waves at regular intervals in one direction of the pipe circumference and induction ultrasonic waves in the direction of the other side of the pipe circumference opposite to one side of the pipe. Transmitting (S11), and receiving, by the induction ultrasonic receiving unit, the ultrasonic reception signal 1 periodically received by the induction ultrasonic waves traveling in the circumferential direction through the pipe (S12), and inducing the induction ultrasonic reception unit The step of receiving the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received by the ultrasonic wave going around the other side of the circumference of the pipe through the conduit (S13), and the induction ultrasonic receiver receiving the induction ultrasonic reception signal 1 and the induction ultrasonic reception signal 2 as a main control unit (S14), the main control unit calculating a continuous thickness value in the circumferential direction of the conduit based on the periodically received guided ultrasound signal 1 and the guided ultrasound signal 2 (S15), and the main controller Calculating the circumferential thickness for 1 to m points of the pipe where the circumferential ultrasonic sensor is installed from the continuous thickness values in the circumferential direction of the pipe by guided ultrasonic waves (S16), and A plurality of ultrasonic sensors 1 to m irradiating ultrasonic waves in a direction perpendicular to the circumferential direction (S17), and ultrasonic waves transmitted by the plurality of ultrasonic sensors 1 to m are reflected on the pipe and receive ultrasonic reflection signals of 1 to m The step of detecting (S18), the ultrasonic sensor units 1 to m transmitting the detected ultrasonic reflection signals 1 to m to the main control unit (S19), and the main control unit based on the received ultrasonic reflection signals 1 to m Calculating the thickness of the metal pipe at 1 to m points in the circumferential direction of the pipe (S20), and the main control unit measuring the pipe thickness of 1 to m points in the circumferential direction of the pipe by guided ultrasound and 1 to m points in the circumferential direction of the pipe by ultrasonic waves Matching the pipe thickness of and comparing each step (S 21), and, as a result of comparison, if the difference between each thickness value in the circumferential direction of the pipe is within a certain error, determining the average of the two values as the thickness in the circumferential direction of the pipe at 1 to m points in the circumferential direction of the pipe (S22). It is characterized by being made. Here, m is the point where the ultrasonic sensor is installed in the circumferential direction in the pipe. The calculation of the thickness of each point of the metal pipe in step S15 is the step of obtaining a cross-correlation value for the acquired guided ultrasound received signal, processing the envelope for the cross-correlation value to obtain a peak value, and calculating the peak value between It is characterized in that it comprises the step of calculating the thickness of the metal conduit point using the time difference. The formula for calculating the thickness of the metal conduit in the above formula is given by the following equation when the ultrasonic signal propagation time (Δt ) and the ultrasonic velocity (v ) required for the guided ultrasonic waves to travel in the thickness direction of the metal plate and then return to the sensor after being reflected by the surface are known. The thickness (d) of the metal plate can be measured using Equation 1.

2d=v·Δt …… [수학식 1] 2d = v Δt . … [Equation 1]

따라서 일정한 주기로 유도 초음파를 관로의 원주 방향으로 발신하면 원주 방향의 두께를 측정할 수 있으며 유도 초음파 발신 주기 T를 짧게하면 원주방향의 연속적인 두께를 측정할 수 있는 것이다.Therefore, the thickness in the circumferential direction can be measured by transmitting induction ultrasonic waves in the circumferential direction of the pipe at regular intervals, and the continuous thickness in the circumferential direction can be measured if the induction ultrasonic transmission period T is shortened.

100 : 유도 초음파 생성부, 200 : 유도 초음파 수신부,
300 : 초음파 센서, 400 : 메인 제어부,
450 : 관리자 단말기, 500 : 금속 관로100: induction ultrasonic generator, 200: induction ultrasonic receiver,
300: ultrasonic sensor, 400: main controller,
450: manager terminal, 500: metal pipe

Claims (8)

상수도 금속 관로의 경년 변화에 따른 두께 변화 추이를 모니터링하기 위한 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치에 있어서,
상기 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치는,
유도 초음파를 생성하고 금속 관로(500)의 원주 일측 방향으로 유도 초음파를 일정 주기로 발신하고, 원주 일측 방향과 반대 방향인 타측 방향으로 일정한 주기로 유도 초음파를 발신하는 유도 초음파 생성부(100)와;
유도 초음파가 관로를 매개로 원주 일측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 1을 수신하고, 유도 초음파가 관로를 매개로 하여 관로의 타측 방향을 돌아서 주기적으로 수신되는 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하는 유도 초음파 수신부(200)와;
관로 원주 방향의 1 내지 m 포인트에 설치되고 1 내지 m 포인트에 대하여 관로 두께를 산정하기 위한 초음파 센서 1 내지 초음파 센서 m(300)와;
유도 초음파 수신부로부터 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신 신호 2를 수신하고, 주기적으로 수신된 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신신호 2를 기초로 하여 금속 관로의 연속적인 두께 값을 산정하고 연속적인 두께 값에서 원주 방향의 1 내지 m 포인트 두께값을 도출하여 저장하고, 초음파 센서 1 내지 m으로부터 초음파 반사 신호 1 내지 m을 수신하고 상기 초음파 반사 신호 1 내지 m을 기초로 금속 관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께를 산정하며, 상기 유도 초음파에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값과 초음파 센서 1 내지 m에 의한 금속 관로 1 내지 m 포인트 두께 값을 비교하여 오차가 일정 범위 이내인 경우, 두 값을 평균하여 금속관로 1 내지 m 포인트의 관로 두께로 판단하는 메인 제어부(400);
및 메인 제어부로부터 산정된 금속 관로 1 내지 m 포인트의 두께 값을 수신하여 표시부로 제공하는 관리자 단말기(450)로 구성된 것을 특징으로 하는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치.
In the water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic waves and ultrasonic sensors for monitoring the thickness change trend according to the secular change of the water supply metal pipe,
Water supply metal pipe thickness measuring device using the induction ultrasonic wave and ultrasonic sensor,
An induction ultrasonic generator 100 that generates induction ultrasonic waves, transmits induction ultrasonic waves in one direction of the circumference of the metal conduit 500 at regular intervals, and transmits induction ultrasonic waves in the other direction opposite to one direction of the circumference of the metal conduit 500 at regular intervals;
Receives guided ultrasonic reception signal 1, which is periodically received by inducing ultrasonic waves around one side of the circumference through the pipe, and receives guided ultrasonic reception signal 2, which is periodically received by rotating in the other direction of the pipe through the pipe. The induction ultrasonic receiver 200 and;
Ultrasonic sensors 1 to m (300) installed at points 1 to m in the circumferential direction of the pipe and configured to calculate the thickness of the pipe for the points 1 to m;
Receives the guided ultrasonic reception signal 1 and the guided ultrasonic reception signal 2 periodically received from the induction ultrasonic receiver, and calculates the continuous thickness value of the metal pipe based on the periodically received guided ultrasonic reception signal 1 and the guided ultrasonic reception signal 2 Calculate, derive and store thickness values of 1 to m points in the circumferential direction from successive thickness values, receive ultrasonic reflection signals 1 to m from ultrasonic sensors 1 to m, and create a metal pipe 1 based on the ultrasonic reflection signals 1 to m Calculate the thickness of the conduit from point to m, and compare the thickness value of the 1 to m point of the metal pipe by the induction ultrasonic wave with the thickness value of the 1 to m point of the metal pipe by the ultrasonic sensor 1 to m. If the error is within a certain range, A main control unit 400 that averages the two values and determines a pipe thickness of 1 to m points of the metal pipe;
and a manager terminal 450 configured to receive thickness values of 1 to m points of the metal pipe calculated from the main control unit and provide them to the display unit.
 제1항에 있어서,
메인 제어부가 유도 초음파 수신 신호 1 및 유도 초음파 수신신호 2를 기초로 하여 금속 관로의 연속적인 두께 값을 산정하는 것은,
획득한 유도초음파 수신 신호에 대해 교차상관값을 구하는 단계와;
상기 교차상관값에 대해 포락선을 처리하여 피크값을 구하는 단계;
및 상기 피크값 사이의 시간차를 이용하여 상기 금속 관로 포인트의 두께를 계산하는 단계로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치.
According to claim 1,
The main control unit calculates the continuous thickness value of the metal pipe based on the induction ultrasonic reception signal 1 and the induction ultrasonic reception signal 2,
obtaining a cross-correlation value for the acquired guided ultrasound received signal;
obtaining a peak value by processing an envelope of the cross-correlation value;
and calculating the thickness of the metal pipe point using the time difference between the peak values.
 제2항에 있어서,
금속 관로 포인트의 두께를 계산하는 단계는,
2d=v·Δt
에 의하여 산정될 수 있는 것을 특징으로 하는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치.
여기서, Δt는 유도초음파가 금속판의 두께방향으로 진행하다가 표면에 의해 반사되어 센서로 돌아오는데 걸리는 초음파 신호의 전달시간이고, v는 초음파의 속도(v ), d는 금속 관로의 두께임.
According to claim 2,
The step of calculating the thickness of the metal conduit point is,
2d = v Δt
Water supply metal pipe thickness measuring device using induction ultrasonic waves and ultrasonic sensors, characterized in that can be calculated by.
Here, Δt is the transit time of the ultrasonic signal it takes for the guided ultrasonic wave to travel in the thickness direction of the metal plate and then be reflected by the surface and return to the sensor, v is the speed of the ultrasonic wave (v ), and d is the thickness of the metal pipe.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유도 초음파 수신 신호는,
가로방향은 금속 관로의 유도 초음파 생성부로부터 원주 방향의 거리(pipe circumferential distance)를 나타내고, 세로 방향은 원주 방향의 관로 두께(wall thickness variance)로 표현될 수 있는 것을 특징으로 하는 유도 초음파 및 초음파 센서를 이용한 상수도 금속 관로 두께 측정 장치.



According to claim 1 or 2,
The guided ultrasonic reception signal,
The horizontal direction represents the pipe circumferential distance from the induction ultrasonic generator of the metal pipe, and the vertical direction can be expressed as the wall thickness variance in the circumferential direction. Induction ultrasonic wave and ultrasonic sensor Water supply metal pipe thickness measuring device using.



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