KR102524682B1 - Time-Worn Measuring Method of Drinking Water Nonmetal Pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상수도 관로에 사용되는 비금속 관로의 노후도 진단에 관한 것이다. 상수도 분야에 사용되는 비금속 관로는 진동, 열 또는 산/알칼리에 의하여 스트레스를 받아서 노후도가 증가하는 경향이 있는 것으로 노후도를 진단하여 교체 시점을 파악하는 것은 상수도 누수를 방지할 수 있으므로 중요한 문제인 것이다.The present invention relates to a diagnosis of aging of a non-metal pipe used in a water supply pipe. Non-metal pipes used in the waterworks field tend to increase in aging due to stress by vibration, heat, or acid/alkali, so diagnosing the aging and identifying the replacement time is an important problem as it can prevent water leakage. .
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 that attaches the thickness of the deposited layer to the outside of the pipe, and it is inspected 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 in [Equation 1] below.
수학식 1
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
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
상기와 같이 구성된 종래 유도 초음파를 이용한 배관 내부 침적층 평가 장치는 금속 관로의 노후도는 측정할 수 있으나 물성이 전혀 다른 비금속 관로에는 적용할 수 없는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 상수도 분야에 사용되는 비금속 관로에 대한 노후도를 진단하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 비금속 관로에 관한 인장강도와 인장 신도를 기초로 하여 노후도를 진단하기 위한 방법을 새롭게 제공하기 위한 것이다.The conventional apparatus for evaluating the deposited layer inside a pipe using induction ultrasonic waves configured as described above can measure the aging of a metal pipe, but has a problem in that it cannot be applied to a non-metal pipe having completely different physical properties. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for diagnosing the deterioration of non-metal pipes used in the water supply sector. Another object of the present invention is to provide a new method for diagnosing the degree of deterioration based on the tensile strength and tensile elongation of a non-metallic pipeline.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 상수도 비금속 관로의 노후도 진단방법은 비금속 관로에 대하여 노후도 진단과 관련하여 선행학습을 하고 학습 데이터를 구축하여 진단장치와 서버에 저장하는 단계와, 진단 장치가 적외선을 비금속 관로에 조사하는 단계와, 진단 장치가 비금속 관로에 조사된 적외선 반사 신호를 수신하는 단계와, 진단 장치가 수신된 적외선 반사 신호를 기초로 전체 성분 스펙트럼을 생성하여 저장하는 단계와, 진단 장치가 전체 성분 스펙트럼에서 필요 성분 스펙트럼 영역을 추출하여 저장하는 단계와, 진단 장치가 필요 성분 스펙트럼을 기초로 비금속 관로의 LTI 및 ULV를 산정하는 단계와, 진단 장치가 기저장된 학습 데이터와 산정된 LTI 및 ULV를 매칭시키는 단계와, 진단 장치가 매칭 값을 기초로 비금속 관로의 노후도를 진단하는 단계와, 진단 장치가 판단된 노후도 정보를 서버로 전송하여 표시부로 제공하도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.The method for diagnosing the aging of a water supply non-metal pipe line of the present invention having the above object includes the steps of prior learning in relation to the diagnosis of the age of a non-metal pipe line, constructing learning data, and storing it in a diagnosis device and a server, and the diagnosis device uses an infrared ray irradiating the non-metallic conduit; receiving, by a diagnosis device, an infrared reflection signal irradiated to the non-metallic conduit; generating and storing an entire component spectrum based on the received infrared reflection signal by the diagnosis device; and A step of extracting and storing a necessary component spectrum region from the entire component spectrum, a step of calculating the LTI and ULV of a non-metallic pipeline based on the required component spectrum by a diagnostic device, and The step of matching the ULV, the step of diagnosing the age of the non-metallic pipeline based on the matching value, and the step of the diagnostic device transmitting the determined age information to the server and providing it to the display unit. to be characterized.
상기와 같이 구성된 본 발명 상수도 비금속 관로의 노후도 진단방법은 상수도 관로 분야에서 사용되는 비금속관로의 노후도를 진단하여 교체 시점 등을 판단할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명은 포터블 진단 장치를 이용하여 편리하게 비금속 관로의 노후도를 이동하면서 측정할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명은 상수도 분야의 비금속 관로 노후도를 정량적으로 판단할 수 있는 효과가 있는 것이다.The method for diagnosing the aging of the water supply non-metal pipe line of the present invention configured as described above has the effect of determining the replacement time by diagnosing the age of the non-metal pipe line used in the water supply pipe field. In addition, the present invention has an effect of conveniently measuring the aging of a non-metal pipe line while moving using a portable diagnostic device. In addition, the present invention has the effect of quantitatively determining the deterioration of non-metallic pipelines in the field of waterworks.
도 1은 종래의 유도 초음파를 이용한 배관 내부 침적층 평가 장치 구성도,
도 2는 본 발명에 적용되는 상수도 비금속 관로의 노후도 진단 장치 전체 구성도,
도 3은 본 발명 상수도 비금속 관로의 노후도 진단방법 제어 흐름도,
도 4는 본 발명에 적용되는 PVC와 PE의 분자 구조도,
도 5는 본 발명에 적용되는 비금속 관로에 가속화 시험을 통한 인장강도 및 인장 신도의 변화 상태도,
도 6은 본 발명에 적용되는 비금속 관로에 적외선 광원을 조사한 전체 스펙트럼 신호도,
도 7은 본 발명에 적용되는 것으로 전체 스펙트럼 신호 중에서 추출한 필요 성분 스펙트럼 신호도,
도 8은 본 발명에 적용되는 PVC 재질의 작용기 변화도와 노후도 상관 관계도,
도 9는 본 발명에 적용되는 PE재질의 작용기 변화와 노후도 상관 관계도,
도 10은 본 발명에 적용되는 누적 피로량과 측정 결과 기반의 여유츌이 도출된 비금속 관로 분석상태 기준 설명도,
도 11은 본 발명 비금속 관로 노후도에 따른 적외선 광원 측정과 XPS 분석 및 인장강도/인장신도 변화 상태도이다.1 is a block diagram of an apparatus for evaluating the deposited layer inside a pipe using a conventional guided ultrasonic wave;
Figure 2 is the overall configuration of the aging diagnosis device of the water supply non-metal pipeline applied to the present invention;
3 is a control flow chart of the method for diagnosing the aging of the water supply non-metal pipe of the present invention;
4 is a molecular structure diagram of PVC and PE applied to the present invention;
5 is a state diagram of changes in tensile strength and tensile elongation through an accelerated test for a non-metallic pipeline applied to the present invention;
6 is a full spectrum signal obtained by irradiating an infrared light source to a non-metallic conduit applied to the present invention;
7 is a necessary component spectrum signal extracted from the entire spectrum signal applied to the present invention;
8 is a correlation between functional group change and aging of the PVC material applied to the present invention;
Figure 9 is a correlation between functional group change and aging of the PE material applied to the present invention;
10 is an explanatory diagram of the criteria for analysis of non-metallic pipelines in which the amount of accumulated fatigue applied to the present invention and the allowance based on the measurement results are derived;
11 is a state diagram of infrared light source measurement, XPS analysis, and tensile strength/tensile elongation change according to the aging of the non-metallic pipeline of the present invention.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 상수도 비금속 관로의 노후도 진단방법을 도 2 내지 도 11을 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.The method for diagnosing the aging of the water supply non-metal pipe line of the present invention having the above object will be described based on FIGS. 2 to 11 as follows.
도 2는 본 발명에 적용되는 상수도 비금속 관로의 노후도 진단 장치 전체 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명에 적용되는 상수도 비금속 관로의 노후도 진단 장치는 진단 장치로부터 적외선 신호를 조사받고서 반사 신호를 진단 장치로 전송하는 비금속 관로(100)와, 비금속 관로에 대하여 노후도 진단과 관련하여 선행학습을 하고 학습 데이터를 저장하고 있는 것으로 비금속 관로에 적외선을 조사하고 적외선 반사 신호를 수신하며 수신된 적외선 반사 신호를 기초로 전체 성분 스펙트럼을 생성하고 전체 성분 스펙트럼 성부에서 필요성분 스펙트럼을 도출하며 상기 필요성분 스펙트럼을 기초로 LTI와 ULV를 산정하고 기저장된 학습 데이터와 LTI 및 ULV를 매칭시키는 방식으로 비금속 관로의 노후도를 진단하고 진단된 노후도를 서버로 전송하는 진단 장치(200)와, 상기 진단 장치로부터 노후도 정보를 수신하여 표시부로 제공하는 서버(300)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 진단 장치(200)에 학습 데이터, LTI ULV 값을 산정하고 저장하여 이를 기초로 노후도를 판단하는 것으로 하였으나, 적외선 반사 신호를 서버로 전송하고 서버에서 학습 데이터, LTI ULV 값을 산정하고 저장하여 이를 기초로 노후도를 판단하게 할 수 있는 것이다.Figure 2 is an overall configuration diagram of the aging diagnosis device for the water supply non-metal pipeline applied to the present invention. In FIG. 2, the apparatus for diagnosing the aging of the water supply non-metal pipe line applied to the present invention is related to the
도 3은 본 발명 상수도 비금속 관로의 노후도 진단방법 제어 흐름도이다. 상기도 3에서 본 발명 상수도 비금속 관로의 노후도 진단방법은 비금속 관로에 대하여 노후도 진단과 관련하여 선행학습을 하고 학습 데이터를 구축하여 진단장치와 서버에 저장하는 단계(S11)와, 진단 장치가 적외선을 비금속 관로에 접촉방식으로 조사하는 단계(S12)와, 진단 장치가 비금속 관로에 조사된 적외선 반사 신호를 수신하는 단계(S13)와, 진단 장치가 수신된 적외선 반사 신호를 기초로 전체 성분 스펙트럼을 생성하여 저장하는 단계(S14)와, 진단 장치가 전체 성분 스펙트럼에서 필요 성분 스펙트럼 영역을 추출하여 저장하는 단계(S15)와, 진단 장치가 필요 성분 스펙트럼을 기초로 비금속 관로의 LTI 및 ULV를 산정하는 단계(S16)와, 진단 장치가 기저장된 학습 데이터와 산정된 LTI 및 ULV를 매칭시키는 단계(S17)와, 진단 장치가 매칭 값을 기초로 비금속 관로의 노후도를 진단하는 단계(S18)와, 진단 장치가 판단된 노후도 정보를 서버로 전송하여 표시부로 제공하도록 하는 단계(S19)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 비금속 관로에 대하여 노후도 진단과 관련하여 선행학습을 하고 학습 데이터를 구축하여 진단장치와 서버에 저장하는 단계(S11)는 비금속 관로에 대하여 가속화 시험을 하여 동적 노후화 모니터링 지표(LTI : Lifetime Index)와 대상 비금속 관로의 기능 유지가 위험한 경계값(ULV : Upper Limit Value)을 도출하는 단계가 선행되어야 하며, 비금속 관로는 주로 PVC, PE재질의 고유 물성인 유기화학 구조는 도 4와 같은 구조을 나타내고 있는 것이고, 비금속 관로에 물리 화학적 스트레스에 노출된 분자, 유기구조, 인장강도/신도, 표면변화를 측정하여 데이터베이스 시트를 구축하고 노출된 시간에 따라 구축된 데이터 베이스 시트의 경계값을 설정하는 것이다. 여기서 LTI와 ULV를 도출하는 단계는 노출된 스트레스에 변화하는 분자, 유기구조, 표면, 인장강도/신도를 시간에 따라 측정한 결과 도 5 나타냈듯이 PVC는 C=O, C-Cl 작용기와 C, Cl 원소 구성비율이 변화하며, PE의 경우 C-H, C=O 작용기와 C, O의 원소 구성비율이 변화되었다. 노후도가 진행되면서 상기 PVC, PE 재질의 작용기, 원소 구성비율이 변화하는 패턴은 도 5와 같이 패턴변화 상관관계의 결정계수를 나타냈었다. 그리고 PVC 재질은 C=O 작용기가 증가하며, C-Cl 작용기는 감소하는 패턴을 보이며, 원소 비율은 C, H, Cl 감소, O 증가하기 때문에 Cl/C 비율로써 LTI 값을 산정한다. 그리고 PE 재질은 C=O 작용기가 증가하며, C-H 작용기는 감소하는 패턴을 보이며, 원소 비율은 C, H 감소, O 증가하기 때문에 O/C 비율로써 LTI 값을 산정하는 것이다. 여기서 유기구조 분석은 대상 비금속관의 작용기 (C-H, C-Cl 등)의 변화를 정성적으로 보기 위함이며, 노후도에 의하여 변화된 작용기에 대한 LTI, ULV를 산정하기 위하여 정량값인 C, O, Cl, H 등의 원소량을 분석하기 위하여 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 측정해야 하는 것이다. 또한 LTI 값의 모니터링을 통한 ULV를 산정하는 단계는 비금속관이 스트레스에 노출되는 시간동안 연속적으로 분자, 유기구조, 표면, 인장강도/신도를 분석하고 상기 작용기와 원소 구성비율이 변화하는 동일한 시점에 인장강도와 신도를 동시에 측정하고, PVC, PE 재질의 노후도가 진행됨에 따라 작용기와 원소량이 변하며 동시에 인장강도와 신도의 한계값에 해당되는 LTI 값을 산정하는 것이고, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9의 실시 예로써 작용기와 원소량이 변하는 각 시점에 인장강도는 초기대비 30 % 변화와 신도는 초기대비 80 % 변화 시점을 산정할 수 있는 것이고, 인장강도와 인장신도 어느 하나 값에 해당되는 LTI 값, 즉 ULV 값으로 산정될 수 있는 것이다. 따라서 대상 비금속 관로의 노후도가 얼마나 진행되어 있는지 알 수 없는 상태에서 적외선 광원을 측정하여 각 성분 스펙트럼, 즉 전체 파장범위(wavenumber) 대비 투과율(Transmittance)을 얻을 수 있으며, 대상 비금속관 재질에 맞는 변화 작용기 파장범위 영역을 추출한 뒤, 상기 선행 학습데이터 시트의 LTI와 매칭하여 ULV 값에 도달 여부를 확인하고 대상 비금속관의 기능유지 위험성을 판단하여 교체여부를 판단할 수 있는 것이다. 즉 상기와 같은 과정으로 선행학습된 학습 데이터와 LTI, ULV는 비금속 관로의 진단 장치에 미리 저장하고 있는 것이고 실제 대상 비금속 관로에서 계측된 파장 범위와 투과율 결과 중 선택 영역이 추출되며 저장된 학습데이터와 매칭하는 값(? LTI or ULV)을 기초로 하여 노후도 및 잔존 수명을 예측할 수 있는 것이다. 또한 상기에서 대상 비금속 관로의 적외선 조사와 반사된 적외선을 통한 전체 성분 스펙트럼(데이터) 생성 단계는 비금속관 노후도 진단은 유기성분(C, 탄소)의 작용기(C-X 탄소고리) 구조로 이루어져 있는 비금속관 표면에 접촉하여 적외선 광원을 조사하고 반사되는 성분별 스펙트럼을 계측하는 것이다. 계측된 성분별 스펙트럼은 도 6, 도 7, 도 8, 도 9의 실시 예에 나타낸 바와 같이 전체 파장(wavenumber cm-1)범위에 대한 투과율(transmittance)을 얻을 수 있고, 계측된 전체 파장 범위에서 노후도 영향에 미치는 작용기로써 PVC는 C=O, C-Cl와, PE의 경우 C-H, C=O의 파장범위의 강도(Intensity)를 추출하는 단계를 가지고, 추출된 파장범위에서의 강도(Intensity)는 최대값 또는 적분값(피크의 면적) 중 어느 하나를 선정하는 단계를 포함하는 것이고, 상기 강도(INtensity)가 기저장된 동적 노후화 모니터링 지표(노후도 지표 LTI; Life Time Index)와 대상 비금속관의 기능유지를 할 수 없는 노후화 모니터링 지표(LTI)의 경계값(ULV; Upper Limit Value)에 도달하면 대상 비금속 관로의 교체여부를 판단할 수 있는 것이다. 3 is a control flow chart of a method for diagnosing the aging of a water supply non-metallic pipeline according to the present invention. In FIG. 3, the method for diagnosing the aging of the water supply non-metal pipeline according to the present invention includes the step (S11) of pre-learning in relation to the diagnosis of the aging of the non-metal pipeline, constructing the learning data, and storing it in the diagnostic device and server (S11). A step of irradiating infrared rays to a non-metallic conduit in a contact method (S12), a step of receiving an infrared reflected signal irradiated to the non-metallic conduit by a diagnostic device (S13), and a total component spectrum based on the received infrared reflected signal by the diagnostic device generating and storing (S14), the diagnostic device extracting and storing the required component spectrum region from the entire component spectrum (S15), and the diagnostic device calculating the LTI and ULV of the non-metallic pipeline based on the required component spectrum (S16), the diagnosis device matching the pre-stored learning data with the calculated LTI and ULV (S17), and the diagnosis device diagnosing the aging of the non-metal pipe based on the matching values (S18) , a step (S19) of allowing the diagnosis device to transmit the determined obsolescence information to the server and provide it to the display unit. In the step (S11) of pre-learning in relation to the aging diagnosis of the non-metallic pipeline, constructing the learning data, and storing it in the diagnosis device and server (S11), the non-metallic pipeline is accelerated to obtain a dynamic aging monitoring index (LTI: Lifetime Index) ) and the step of deriving the upper limit value (ULV), which is dangerous for maintaining the function of the target non-metal pipe, should be preceded, and the organic chemical structure of the non-metal pipe, which is a unique physical property of mainly PVC and PE materials, has the structure shown in FIG. It is to establish a database sheet by measuring the molecules, organic structure, tensile strength / elongation, and surface change exposed to physical and chemical stress in non-metallic pipelines, and set the boundary values of the database sheet built according to the exposure time. Here, the step of deriving the LTI and ULV is the result of measuring the molecule, organic structure, surface, and tensile strength/elongation that change with the exposed stress over time. As shown in FIG. 5, PVC has C=O, C-Cl functional groups and C , the Cl element composition ratio changed, and in the case of PE, the element composition ratio of CH, C=O functional group and C, O was changed. As aging progresses, the pattern in which the composition ratio of the functional groups and elements of the PVC and PE materials changes shows the coefficient of determination of the pattern change correlation as shown in FIG. 5. In addition, since the PVC material shows a pattern in which the C=O functional group increases, the C-Cl functional group decreases, and the element ratio decreases, C, H, Cl decreases, and O increases, the LTI value is calculated as the Cl/C ratio. In addition, the PE material shows a pattern in which the C=O functional group increases, the CH functional group decreases, and the element ratio decreases C, H, and O increases, so the LTI value is calculated as the O/C ratio. Here, the organic structure analysis is to qualitatively look at the changes in the functional groups (CH, C-Cl, etc.) of the target non-metal pipe, and to calculate the LTI and ULV for the functional groups changed by aging, the quantitative values of C, O, In order to analyze the amount of elements such as Cl and H, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) should be measured. In addition, the step of calculating ULV through monitoring of the LTI value continuously analyzes the molecule, organic structure, surface, and tensile strength/elongation during the time the non-metallic tube is exposed to stress, and at the same time when the functional group and element composition ratio changes. Tensile strength and elongation are measured at the same time, and as the aging of PVC and PE materials progresses, the amount of functional group and element changes, and at the same time, the LTI value corresponding to the limit value of tensile strength and elongation is calculated. 8 and 9, at each time point when the amount of functional group and element changes, it is possible to calculate the point at which the tensile strength changes by 30% compared to the initial period and the elongation changes by 80% compared to the initial period, and either the tensile strength or the tensile elongation value It can be calculated as an LTI value corresponding to , that is, a ULV value. Therefore, it is possible to obtain the spectrum of each component, that is, the transmittance compared to the entire wavelength range, by measuring the infrared light source in a state where the degree of aging of the target non-metallic pipe is unknown, and the change suitable for the target non-metallic pipe material After extracting the functional group wavelength range region, it is possible to determine whether to replace it by matching it with the LTI of the preceding learning data sheet to determine whether the ULV value has been reached, and to determine the risk of maintaining the function of the target non-metal pipe. That is, the learning data, LTI, and ULV pre-learned in the above process are stored in advance in the diagnosis device of the non-metal pipe, and a selected area is extracted from among the wavelength range and transmittance results measured in the actual target non-metal pipe and matched with the stored learning data It is possible to predict the aging degree and remaining life based on the value (? LTI or ULV). In addition, in the step of generating the entire component spectrum (data) through the infrared irradiation of the target non-metal pipe and the reflected infrared rays, the diagnosis of the aging of the non-metal pipe consists of the structure of the functional group (CX carbon ring) of the organic component (C, carbon). It is to irradiate an infrared light source by contacting the surface and measure the spectrum of each component that is reflected. As shown in the embodiments of FIGS. 6, 7, 8, and 9, the measured spectrum for each component can obtain transmittance for the entire wavelength range (wavenumber cm -1 ), and in the entire measured wavelength range. As a functional group that affects aging, PVC has a step of extracting the intensity (Intensity) of the wavelength range of C=O, C-Cl and, in the case of PE, CH, C=O, and the intensity (Intensity) in the extracted wavelength range ) includes the step of selecting either the maximum value or the integral value (peak area), and the dynamic aging monitoring index (age index LTI; Life Time Index) in which the intensity (INtensity) is previously stored and the target non-metallic pipe When the upper limit value (ULV) of the aging monitoring index (LTI), which cannot maintain the function of the pipe, is reached, it is possible to determine whether to replace the target non-metal pipe.
본 발명에서 예시적으로 LTI 값 도출 과정을 설명하면 비금속 관로인 PVC 관로는 Cl/C ratio를 적용하고 PE 관로는 O/C ratio를 적용하며 동일한 상태와 시점에서 계측하여 적용할 수 있는 것이고. ① 적외선 광원(FT-IR)을 측정하여 1,700 cm-1 (C-Cl 작용기) 파장범위의 투과율을 0.02로 산정하고, ② XPS를 측정하여 Cl, C 강도는 각 1,900, 2,020로 산정하고, ③ 인장강도와 신도는 각 8 MPa, 200 %를 적용하면, ④ PVC의 LTI(Cl/C) = 0.94 로 계산되고, ⑤ 가속화를 통하여 ①에서 ④까지 가속화 시간에 따라 ΔLTI 값의 DB 구축하고, 가속화 시간에 따라 인장강도 및 신도도 동일한 시간 대의 DB 구축하는 것이고, ULV 산정 과정은 상기 ①에서 ④의 과정 중에 비금속관의 노후도에 의한 파손될 위험이 있는 인장강도와 신도 값을 인장강도 8 MPa, 인장신도 200 % 결정 (인장강도 및 신도가 추가 변화될 때 파손 위험)하면, 인장강도 8 MPa, 인장신도 200 % 일 때 LTI(Cl/C)값, 0.94를 ULV 값으로 산정할 수 있는 것이다.In the present invention, the process of deriving the LTI value is exemplarily described. The PVC pipe, which is a non-metallic pipe, applies Cl / C ratio and the PE pipe applies O / C ratio, and can be measured and applied at the same state and time point. ① Measure the infrared light source (FT-IR) and calculate the transmittance in the wavelength range of 1,700 cm -1 (C-Cl functional group) as 0.02, ② Measure the XPS and calculate the Cl and C intensities as 1,900 and 2,020, respectively, ③ Tensile strength and elongation are calculated as ④ PVC LTI (Cl/C) = 0.94 when 8 MPa and 200% are applied, respectively, and ΔLTI value DB is built according to the acceleration time from ① to ④ through ⑤ acceleration, and acceleration Depending on time, the DB for tensile strength and elongation is also constructed in the same time zone, and the ULV calculation process is to calculate the tensile strength and elongation values at risk of damage due to the deterioration of non-metallic pipes during the processes of ① to ④ above at a tensile strength of 8 MPa, If the elongation is determined at 200% (the risk of breakage when the tensile strength and elongation are further changed), the LTI (Cl/C) value of 0.94 can be calculated as the ULV value when the tensile strength is 8 MPa and the tensile elongation is 200%.
도 4는 본 발명에 적용되는 PVC와 PE의 분자 구조도이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 PVC와 PE의 분자 구조는 비금속 관로인 PVC, PE 재질의 고유 물성을 나타내고 있는 것이다.4 is a molecular structure diagram of PVC and PE applied to the present invention. In FIG. 4, the molecular structures of PVC and PE applied to the present invention show the inherent physical properties of PVC and PE materials, which are non-metallic pipes.
도 5는 본 발명에 적용되는 비금속 관로에 가속화 시험을 통한 인장강도 및 인장 신도의 변화 상태도이다. 상기도 5에서 본 발명에 적용되는 비금속 관로에 가속화 시험을 통한 인장강도 및 인장 신도의 변화는 스트레스 노출 시간이 증가함에 따라서 인장 강도는 점진적으로 증가하나 인증 신도는 점진적으로 감소함을 나타내고 있는 것이다.5 is a state diagram of changes in tensile strength and tensile elongation through an accelerated test for a non-metallic conduit applied to the present invention. In FIG. 5, the change in tensile strength and tensile elongation through the accelerated test for the non-metallic conduit applied to the present invention shows that the tensile strength gradually increases as the stress exposure time increases, but the certified elongation gradually decreases.
도 6은 본 발명에 적용되는 비금속 관로에 적외선 광원을 조사한 전체 스펙트럼 데이터이다. 상기도 6에서 본 발명에 적용되는 비금속 관로에 적외선 광원을 조사한 전체 스펙트럼 데이터는 선행 학습 데이터 DB에 저장되는 데이터로서 PVC와 PE가 서로 상이한 스펙트럼 형태를 보여주고 있는 것이다.6 is full spectrum data obtained by irradiating an infrared light source to a non-metallic conduit applied to the present invention. In FIG. 6, the entire spectrum data obtained by irradiating the infrared light source to the non-metal conduit applied to the present invention is data stored in the prior learning data DB, and shows different spectral shapes of PVC and PE.
도 7은 본 발명에 적용되는 것으로 전체 스펙트럼 신호 중에서 추출한 필요 성분 스펙트럼 신호도이다. 상기도 7에서 전체 스펙트럼 신호 중에서 추출한 필요 성분 스펙트럼은 O, Cl, C의 성분 변화 결과를 나타내고 있는 것이다,7 is a diagram of required component spectrum signals extracted from the entire spectrum signal as applied to the present invention. The required component spectrum extracted from the entire spectrum signal in FIG. 7 shows the result of component change of O, Cl, and C.
도 8은 본 발명에 적용되는 PVC 재질의 작용기 변화도와 노후도 상관 관계도이다. 상기도 8에서 본 발명에 적용되는 PVC 재질의 작용기 변화도와 노후도 상관 관계는 PVC 재질은 작용기 변화에 따라 노후도가 변화됨을 나타내고 있는 것이다.8 is a correlation diagram between functional group change and aging of the PVC material applied to the present invention. In FIG. 8, the correlation between the functional group change and the aging degree of the PVC material applied to the present invention indicates that the aging degree of the PVC material changes according to the functional group change.
도 9는 본 발명에 적용되는 PE재질의 작용기 변화와 노후도 상관 관계도이다. 상기도 9에서 본 발명에 적용되는 PE재질의 작용기 변화와 노후도 상관는 작용기 변화에 따라 노후도가 변화됨을 알 수 있는 것이다.9 is a correlation diagram between functional group change and aging of the PE material applied to the present invention. In FIG. 9, it can be seen that the correlation between the change in the functional group and the degree of aging of the PE material applied to the present invention changes the degree of aging according to the change in the functional group.
도 10은 본 발명에 적용되는 누적 피로량과 측정 결과 기반의 여유츌이 도출된 비금속 관로 분석상태 기준 설명도이다. 상기도 10에서 본 발명에 적용되는 누적 피로량과 측정 결과 기반의 여유츌이 도출된 비금속 관로 분석상태는 경년 변화에 따른 Cl의 값이 증가하는 것으로 비금속 관로의 파괴점을 기초로 하여 여유율을 도출할 수 있는 것이다.10 is an explanatory diagram of a non-metallic pipe analysis state standard in which an allowance is derived based on a cumulative amount of fatigue applied to the present invention and a measurement result. In the above figure 10, the non-metallic pipe analysis condition in which the accumulated fatigue applied to the present invention and the spare weight based on the measurement results are derived is that the value of Cl increases with the aging, and the spare rate is derived based on the breaking point of the non-metallic pipe It can be done.
도 11은 본 발명 비금속 관로 노후도에 따른 적외선 광원 측정과 XPS 분석 및 인장강도/인장신도 변화 상태도이다. 상기도 11에서 본 발명 비금속 관로 노후도에 따른 적외선 광원 측정과 XPS 분석 및 인장강도/인장신도 변화는 적외선 반사 신호를 기초로 XPS분석을 하고 인장강도 및 신장강도의 변화 상태를 측정하면 비금속 관로의 노후도를 판단할 수 있는 것임을 나타내고 있는 것이다.11 is a state diagram of infrared light source measurement, XPS analysis, and tensile strength/tensile elongation change according to the aging of the non-metallic pipeline of the present invention. In FIG. 11, the infrared light source measurement, XPS analysis, and tensile strength/tensile elongation change according to the aging of the non-metallic pipeline of the present invention are analyzed by XPS based on the infrared reflection signal, and the change state of the tensile strength and elongation strength is measured. This indicates that the degree of old age can be judged.
100 : 비금속 관로, 200 : 진단 장치,
300 : 서버100: non-metal conduit, 200: diagnostic device,
300: server
Claims (5)
상기 PVC 비금속 관로의 노후도 진단방법은,
비금속 관로에 물리 화학적 스트레스에 노출된 분자, 유기구조, 인장강도/신도, 표면변화를 측정하여 데이터베이스 시트를 구축하고 노출된 시간에 따라 구축된 데이터 베이스 시트의 경계값을 설정하는 선행학습을 하고 학습 데이터를 구축하여 진단장치와 서버에 저장하는 단계(S11)와;
진단 장치가 적외선을 비금속 관로에 접촉방식으로 조사하는 단계(S12)와;
진단 장치가 비금속 관로에 조사된 적외선 반사 신호를 수신하는 단계(S13)와;
진단 장치가 수신된 적외선 반사 신호를 기초로 전체 성분 스펙트럼을 생성하여 저장하는 단계(S14)와;
진단 장치가 전체 성분 스펙트럼에서 필요 성분 스펙트럼 영역을 추출하여 저장하는 단계(S15)와;
진단 장치가 필요 성분 스펙트럼을 기초로 비금속 관로의 LTI 및 ULV를 산정하는 단계(S16)와;
진단 장치가 기저장된 학습 데이터와 산정된 LTI 및 ULV를 매칭시키는 단계(S17);
및 진단 장치가 매칭 값을 기초로 비금속 관로의 노후도를 진단하는 단계(S18)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PVC 비금속 관로의 노후도 진단방법.
In the method of diagnosing the aging of the PVC non-metal pipe line, which can determine the replacement time by diagnosing the aging of the PVC non-metal pipe line in a portable type,
The method for diagnosing the aging of the PVC non-metal pipe,
A database sheet is built by measuring the molecules, organic structure, tensile strength/elongation, and surface change exposed to physical and chemical stress in non-metallic pipelines, and prior learning is performed to set the boundary values of the database sheet built according to the exposure time. constructing data and storing them in a diagnosis device and a server (S11);
a step (S12) of the diagnostic device irradiating infrared rays to the non-metal conduit in a contact manner;
receiving, by the diagnostic device, an infrared reflection signal irradiated onto the non-metallic pipe (S13);
generating and storing, by the diagnostic device, an entire component spectrum based on the received infrared reflection signal (S14);
a step of extracting and storing necessary component spectrum regions from the entire component spectrum by the diagnostic device (S15);
calculating LTI and ULV of the non-metal conduit based on the required component spectrum by the diagnostic device (S16);
Matching, by the diagnostic device, the pre-stored learning data with the calculated LTI and ULV (S17);
and diagnosing (S18) the aging of the non-metallic pipe based on the matching value by the diagnostic device.
상기 LTI 값은,
Cl/C의 비율로 산정하는 것을 특징으로 하는 PVC 비금속 관로의 노후도 진단방법.
According to claim 3,
The LTI value is,
A method for diagnosing the aging of PVC non-metallic pipelines, characterized in that the ratio of Cl / C is calculated.
상기 PE 비금속 관로의 노후도 진단방법은,
비금속 관로에 대하여 노후도 진단과 관련하여 선행학습을 하고 학습 데이터를 구축하여 진단장치와 서버에 저장하는 단계(S11)와;
진단 장치가 적외선을 비금속 관로에 접촉방식으로 조사하는 단계(S12)와;
진단 장치가 비금속 관로에 조사된 적외선 반사 신호를 수신하는 단계(S13)와;
진단 장치가 수신된 적외선 반사 신호를 기초로 전체 성분 스펙트럼을 생성하여 저장하는 단계(S14)와;
진단 장치가 전체 성분 스펙트럼에서 필요 성분 스펙트럼 영역을 추출하여 저장하는 단계(S15)와;
진단 장치가 필요 성분 스펙트럼을 기초로 하여 Cl/C의 비율로 비금속 관로의 LTI 및 ULV를 산정하는 단계(S16)와;
진단 장치가 기저장된 학습 데이터와 산정된 LTI 및 ULV를 매칭시키는 단계(S17);
및 진단 장치가 매칭 값을 기초로 비금속 관로의 노후도를 진단하는 단계(S18)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PE 비금속 관로의 노후도 진단방법.
In the method of diagnosing the aging of the PE non-metallic pipe line, which can determine the replacement time by diagnosing the aging of the PE non-metallic pipe line in a portable type,
The method for diagnosing the aging of the PE non-metal pipe,
Pre-learning in relation to the diagnosis of the aging of the non-metallic pipeline, constructing learning data, and storing the data in a diagnosis device and a server (S11);
a step (S12) of the diagnostic device irradiating infrared rays to the non-metal conduit in a contact manner;
receiving, by the diagnostic device, an infrared reflection signal irradiated onto the non-metallic pipe (S13);
generating and storing, by the diagnostic device, an entire component spectrum based on the received infrared reflection signal (S14);
a step of extracting and storing necessary component spectrum regions from the entire component spectrum by the diagnostic device (S15);
Calculating LTI and ULV of the non-metal conduit at a ratio of Cl/C based on the required component spectrum by the diagnostic device (S16);
Matching the pre-stored learning data with the calculated LTI and ULV by the diagnostic device (S17);
and diagnosing (S18) the aging of the non-metal pipe line based on the matching value by the diagnostic device.
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR102524682B1 (en) |
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| JP2000180418A (en) * | 1998-12-10 | 2000-06-30 | Toshiba Corp | Surface inspecting apparatus |
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| KR20210048506A (en) * | 2018-08-30 | 2021-05-03 | 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 | Machine learning system and data fusion to optimize layout conditions to detect corrosion under insulation |
-
2022
- 2022-12-28 KR KR1020220186613A patent/KR102524682B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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