KR102590763B1 - 자력을 이용한 이형 누수감지센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자력을 이용한 이형 누수감지센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 감지 특성이 상이한 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파 주파수 대역의 누수음 감지 정확도가 향상되고, 저주파수와 고주파수 압전소자를 안정적으로 고정하도록 자석으로 결합하되 상하로 이격공간을 형성하여 저주파수와 고주파수에 모두 잘 반응할 뿐만 아니라, 센서부 하우징의 크기를 최소화시킨 자력을 이용한 이형 누수감지센서에 관한 것이다.
Description
본 발명은 자력을 이용한 이형 누수감지센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 감지 특성이 상이한 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파수 주파수 대역의 누수음 감지 정확도가 향상되고, 저주파수와 고주파수 압전소자를 안정적으로 고정하도록 자석으로 결합하되 상하로 이격공간을 형성하여 저주파수와 고주파수에 모두 잘 반응할 뿐만 아니라, 센서부 하우징의 크기를 최소화시킨 자력을 이용한 이형 누수감지센서에 관한 것이다.
일반적으로 수돗물, 기름, 가스 등의 유체를 공급하고 분배하기 위한 관로는 지중에 매설되거나 지상에 노출된 상태로 수백 미터에서 수십 킬로미터까지 연장되어 설치된다.
이러한 관로는 장기간 사용됨에 따라 노후화되어 내부가 부식되거나 훼손되어 균열이 발생하거나 날씨에 따른 온도 변화와 외부의 충격으로 인한 수축 및 팽창의 반복에 의해 균열이 발생하여 내부에서 흐르는 유체가 외부로 누수되는 문제가 발생한다.
이때 관로가 외부로 노출된 경우 유체의 누수 지점을 작업자가 직접 확인하여 신속하게 파악하고 보수를 진행할 수 있으나, 관로가 지중에 매설되거나, 벽체 내에 매립되어 경로를 육안으로 확인할 수 없는 경우에는 관로의 이상을 쉽게 파악할 수 없을 뿐만 아니라 상당량의 유체가 누수된 이후에 관로의 이상을 발견하게 되는 문제가 있다.
이에 상수도 배관의 누수를 탐지하기 위해서는 배관에 설치된 밸브 또는 노면으로 전달되는 누수음을 청음장치를 활용하여 청음하는 방식의 누수탐사를 수행하거나, 밸브에 누수센서를 부착하여 누수음을 정기적으로 수집 및 분석하는 방법을 사용한다.
그런데 배관을 매질로 전파되는 누수음은 배관의 재질 특성에 따라 전달 거리의 한계가 있으므로, 배관 전구간에 대해 누수탐사를 수행하려면, 밸브에서 누수음을 측정하는 것만으로는 거의 불가능하다.
따라서, 배관 재질의 특성에 달라지는 전달 거리 한계 이하의 간격으로 누수음을 감지해야 한다. 예를 들어, 전달 거리가 최대 10m인 pvc 배관은 20m이하의 간격으로 누수음을 측정해야 하고, 전달 거리가 상대적으로 크지만 100m가 한계인 금속 배관인 경우에 200m 이하의 간격으로 누수음을 측정해야 한다.
또한, 2개의 지점에서 측정한 누수음을 분석하여 누수 지점을 측정하는 방법을 적용하기 위해서는 누수음 측정 간격을 더욱 짧게 해야 한다.
등록특허공보 제10-1762614호 상수관로의 누수 여부 및 위치 변화를 감지할 수 있는 상수관로용 안전감시 장치 및 이를 이용한 상수관로 안전감시 방법은 상수관로의 누수 신호를 감지하기 위한 누수신호 감지부와 상수관로의 위치 변화를 감지하기 위한 위치변화 감지부와 상수관로의 기울기의 변화를 감지하는 각도변화 감지부가 포함되어 상수관로에서 발생되는 누수 여부 측정과 상수관로의 기울기나 위치변화를 감지할 수 있는 상수관로의 누수 여부 및 위치 변화를 감지할 수 있으나 하나의 압전소자로 특정 하나의 영역 주파수 대역만을 감지할 수 있어 누수 감지 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 등록특허공보 제10-1535286호 상수도관의 누수 검지 시스템은 상수도관에 부착되어 상수도관에서 발생하는 진동신호를 측정하여 통신망에 전송하는 누수 검지 장치와, 통신망에 연결되어 소정 구간 내 다수의 누수 검지 장치로부터 전송된 정보를 취합하고, 취합정보를 통신망을 통해 중앙 관제 센터로 전송하는 무선제어기를 포함하여 상수도관의 누수 여부를 즉각적으로 검지하도록 하였으나, 하나의 압전소자의 상부측과 하부측에서 2가지 신호를 발생시키더라도 압전소자의 특성에 따른 특정 하나의 영역에 해당하는 주파수 대역만을 감지할 수 있기 때문에 누수 감지의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
이와 같이 단일 압전 소자 방식 누수감지센서는 압전소자가 가지는 공진 주파수 대역에서는 감지 성능이 좋으나 그 이외의 주파수 대역에서는 감지 성능이 부족한 단점이 있다.
그리고, 하나의 압전소자의 상부측과 하부측에 각각의 전극보드가 설치되어 부피가 커지고, 그 구조가 복잡한 단점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
주파수 감지 특성이 상이한 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파수의 서로 다른 주파수 대역의 누수음 감지 정확도가 향상되고, 저주파수와 고주파수 압전소자를 안정적으로 고정하고 자석으로 결합하되 상하로 이격공간을 형성하여 저주파수와 고주파수의 감지 특성이 좋은 자력을 이용한 이형 누수감지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 센서부가 저주파수를 감지하는 저주파 감지부와 고주파수를 감지하는 고주파 감지부를 자석을 사이에 두고 다단으로 이중 배치한 간단한 구조로 저주파수와 고주파수 대역의 누수음을 동시에 감지할 수 있는 자력을 이용한 이형 누수감지센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 센서부에서 저주파 압전소자에 진동을 전달하는 자력전달판의 가장자리를 하부 지지턱에 고정하되, 저주파 압전소자와 자력전달판으로 이루어진 저주파 감지부의 가장자리를 제외한 나머지 고주파 감지부와 자석이 중앙 영역이 서로 접하도록 하여 센서부 하우징의 크기를 최소화하고 관로의 누수 발생에 의한 진동을 압전소자에 용이하게 전달할 수 있는 자력을 이용한 이형 누수감지센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 누수감지센서를 지중 관로에 견고하게 고정할 수 있고, 설치 및 유지관리도 용이하며, 하나의 센서부에서 저주파수와 고주파수의 누수음을 감지하여 광범위 주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있는 자력을 이용한 이형 누수감지센서를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부 중심에 상방으로 돌출부(111)가 구비되고, 상기 돌출부(111)와 단턱 형상으로 돌출된 하부 지지턱(121)에 의해 오목하게 형성되는 하부공간부(110)와, 상기 하부 지지턱(121)의 상부에서 하부공간부(110) 보다 폭이 넓게 형성되는 상부공간부(120)와, 상기 상부공간부(120)를 덮는 센서부커버(130)로 이루어져 관로(10)에 부착되어 진동을 전달받는 센서부 하우징(100)과; 상기 센서부 하우징(100)의 하부공간부(110)와 상부공간부(120)에 적층 삽입되고, 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음과 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 센서부(200)와; 상기 센서부(200)와 전기적으로 연결되어 저주파수 대역의 누수음과 고주파수 대역의 누수음을 처리하여 전송하는 제어부(300);를 포함하되; 상기 센서부(200)는 상기 돌출부(111)가 관통되고 상기 하부공간부(110)에 삽입되는 중공형의 제1자석(210)과, 상기 센서부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 감지부(220)와, 상기 저주파 감지부(220) 상부에서 제1자석(210)과 서로 당기는 힘을 갖는 제2자석(230)과, 상기 센서부 하우징(100)으로부터 진동을 전달받아 관로(10)의 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 감지부(240)와, 상기 고주파 감지부(240) 상부에서 제2자석(230)과 서로 당기는 힘을 갖고 제2자석(230) 보다 두께가 얇은 제3자석(250)을 포함한다.
본 발명의 상기 저주파 감지부(220)는, 중공형의 상기 제1자석(210)의 직경보다 큰 직경을 갖고, 상기 제1자석(210)의 높이가 상기 돌출부(111)의 높이보다 낮아 하부 가장자리가 상기 하부 지지턱(121)에서 노출된다.
본 발명의 상기 저주파 감지부(220)는, 중공형의 상기 제1자석(210)의 직경보다 큰 직경을 가져 상기 하부 지지턱(121)에 하부 가장자리가 노출되고 상기 돌출부(111)가 닿아 진동을 전달받는 제1자력전달판(221)과; 상기 제1자력전달판(221)과 동일한 직경을 가지고 상기 제1자력전달판(221)으로부터 전달된 진동 신호 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 압전소자(222)와; 상기 저주파 압전소자(222)와 동일한 직경을 가지고 저주파 압전소자(222) 상부에 배치되는 제2자력전달판(223)을 포함한다.
본 발명의 상기 고주파 감지부(240)는, 상기 제2자석(230) 상부에서 동일한 직경으로 형성되는 제3자력전달판(241)과, 상기 제3자력전달판(241) 상부에서 동일한 직경으로 형성되고 상기 제3자력전달판(241)으로부터 전달된 진동 신호 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 압전소자(242)와, 상기 고주파 압전소자(242)와 동일한 직경을 가지고 고주파 압전소자(242)의 상부에 배치되는 제4자력전달판(243)을 포함한다.
본 발명은 상기 센서부 하우징(100)의 하부 지지턱(121)과 상기 제1자력전달판(221) 사이에 이격된 공간(h1)이 형성된다.
본 발명의 상기 센서부커버(130)와 상기 제3자석(250) 사이에 이격된 공간(h2)이 형성된다.
본 발명의 상기 제1자력전달판(221)의 직경은 제2자석(230) 보다 직경이 크다.
본 발명은 상기 센서부 하우징(100)의 저면에 관로(10) 결합용 제4자석(150)이 구비되고, 상기 센서부 하우징(100)의 테두리에 복수개의 돌기(161)가 구비된 누수음 전달판(160)이 구비된다.
본 발명의 상기 제2자석(230)의 직경은 상기 저주파 감지부(220)의 직경보다 작다.
본 발명의 상기 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)는 서로 면접촉된다.
따라서, 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서는 주파수 감지 특성이 상이한 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파수의 서로 다른 주파수 대역의 누수음 감지 정확도가 향상되고, 저주파수와 고주파수 압전소자를 안정적으로 고정하고 자석으로 결합하되 상하로 이격공간을 형성하여 저주파수와 고주파수의 감지 특성이 좋은 효과가 있다.
또한, 본 발명은 센서부가 저주파수를 감지하는 저주파 감지부와 고주파수를 감지하는 고주파 감지부를 자석을 사이에 두고 다단으로 이중 배치한 간단한 구조로 저주파수와 고주파수 대역의 누수음을 동시에 감지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 센서부에서 저주파 압전소자에 진동을 전달하는 자력전달판의 가장자리를 하부 지지턱에 지지하되, 하부 지지턱과 자력전달판 사이에 이격공간을 형성하고, 저주파 압전소자와 자력전달판으로 이루어진 저주파 감지부의 가장자리를 제외한 나머지 저주파 감지부와 고주파 감지부와 자석의 중앙 영역이 서로 접하도록 하여 센서부 하우징의 크기를 최소화하며, 센서부와 센서부커버 사이에 이격공간을 형성하여 관로의 누수 발생에 의한 진동을 압전소자에 용이하게 전달할 수 있다.
한편, 본 발명은 누수감지센서를 지중 관로에 견고하게 고정할 수 있고, 설치 및 유지관리도 용이하며, 하나의 센서부에서 저주파수와 고주파수의 누수음을 감지하여 광범위 주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 센서부 하우징과 제어부 하우징이 결합된 상태의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 센서부 하우징과 제어부 하우징이 결합된 상태의 저면 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 구성도.
도 6은 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 사용 실시도.
도 7은 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 다른 사용 실시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 센서부 하우징과 제어부 하우징이 결합된 상태의 저면 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 구성도.
도 6은 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 사용 실시도.
도 7은 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서의 다른 사용 실시도.
이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 하나의 센서에 저주파 압전소자와 고주파 압전소자를 설치하여 저주파수와 고주파수의 누수음을 하나의 장치에서 감지하는 자력을 이용한 이형 누수감지센서로, 도 1 내지 7에 도시된 바와 같이,
내부 중심에 상방으로 돌출부(111)가 구비되고, 상기 돌출부(111)와 내측을 향해 단턱 형상으로 돌출된 하부 지지턱(121) 사이의 하부에 형성되는 하부공간부(110)와, 상기 하부 지지턱(121)의 상부에서 하부공간부(110) 보다 넓게 형성되는 상부공간부(120)와, 상기 상부공간부(120)를 덮는 센서부커버(130)로 이루어져 관로(10)에 부착되어 진동을 전달받는 센서부 하우징(100)과,
상기 센서부 하우징(100)의 하부공간부(110)와 상부공간부(120)에 적층 삽입되고, 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음과 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 센서부(200)와,
상기 센서부(200)와 전기적으로 연결되어 저주파수 대역의 누수음과 고주파수 대역의 누수음을 각각 처리하여 원격으로 전송하는 제어부(300)와,
상기 제어부(300)가 내부에 설치되고, 상기 센서부 하우징(100)의 상부를 덮어 고정되는 제어부 하우징(400)을 포함한다.
상기 센서부(200)는 상기 돌출부(111)가 관통되어 상기 하부공간부(110)에 삽입되는 중공형의 제1자석(210)과, 상기 돌출부(111)와 제1자석(210)에서 진동을 전달받아 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 감지부(220)와, 상기 저주파 감지부(220) 상부에서 제1자석(210)과 서로 당기는 힘을 갖는 제2자석(230)과, 상기 센서부 하우징(100)으로부터 진동을 전달받아 관로(10)의 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 감지부(240)와, 상기 고주파 감지부(240) 상부에서 제2자석(230)과 서로 당기는 힘을 갖고 제2자석(230) 보다 두께가 얇은 제3자석(250)으로 이루어진다.
본 발명은 관로(10)의 외주연 또는 수도계량기(20) 또는 제수전에 부착되어 진동을 전달받는 센서부 하우징(100)과, 상기 센서부 하우징(100)에 삽입되고 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)가 구비되는 센서부(200)와, 상기 센서부(200)와 전기적으로 연결되는 제어부(300)와, 상기 제어부(300)가 내장되는 제어부 하우징(400)으로 이루어진다.
상기 센서부 하우징(100)은 관로(10)에서 유체가 흐를 때 발생하는 진동을 전달받으며, 관로(10)에서 누수가 발생한 경우, 누수에 의한 진동을 전달받는다.
상기 센서부 하우징(100)은 하부가 폐쇄된 중공형의 관 형상으로 형성되고, 내부에서 중심에 형성된 돌출부(111)에 의해 링 모양의 하부공간부(110)가 형성되고, 상기 하부공간부(110) 상부에 링 모양의 단턱 형상으로 내측을 향해 돌출되는 하부 지지턱(121) 상부로 상기 하부공간부(110) 보다 넓은 상부공간부(120)가 형성된다.
상기 상부공간부(120)는 하부 지지턱(121) 하부에 있는 하부공간부(110) 보다 폭이 넓게 형성되어 하부공간부(110)에 삽입되는 제1자석(210)보다 직경이 큰 저주파 감지부(220)를 수용할 수 있게 된다.
상기 센서부 하우징(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 내부에서 상기 하부 지지턱(121)에 의해 하부공간부(110)와, 하부공간부(110) 보다 넓은 상부공간부(120)가 형성되고, 상기 하부공간부(110)와 상부공간부(120)에 센서부(200)가 삽입되되, 먼저 상기 하부공간부(110)의 높이와 동일한 높이를 갖는 제1자석(210)이 하부공간부(110)로 삽입되고, 상기 상부공간부(120)로 저주파 감지부(220), 제2자석(230), 고주파 감지부(240), 제3자석(250)이 차례로 밀착 적층되며 삽입된다. 따라서, 돌출부(111)로부터 최상층의 고주파감지부(240)의 제4자력전달판(242)까지 서로 면접촉되어 있다. 즉, 고주파 감지부(240)와 저주파 감지부(220)는 제2자석(230)의 상하면에서 각각 면접촉되어 있다.
이때, 상기 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)는 제2자석(230)을 사이에 두고 밀착 적층되어도 감지능력에 서로 영향을 주지 않으므로 상기 센서부(200)는 밀착된 상태에서 저주파와 고주파를 동시에 감지 가능하다. 이에 센서부 하우징(100)은 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)를 서로 멀리 떨어뜨리지 않아도 되고 내부 공간을 센서부(200)가 삽입될 수 있는 최소한의 공간으로 구비하여 전체크기를 작게 형성할 수 있어 경제적인 장점이 있다.
한편, 상기 하부 지지턱(121) 상부로 저주파 감지부(220)의 하부 가장자리가 노출되는데, 상기 하부 지지턱(121)과 저주파 감지부(220) 사이에는 일정높이(h1)가 이격되어 빈공간이 형성되므로 제1자석(210)에 의하여 전달되는 진동을 저주파 감지부(220)에서 진동을 감지할 수 있다.
또한, 상기 상부공간부(120)에 센서부(200)가 차례로 적층 삽입된 후 상부를 덮는 센서부커버(130)가 구비되되, 상기 센서부커버(130)와 제3자석(250) 사이에 일정높이(h2)가 이격되므로 진동발생시 제1자석(210)과 제3자석(250) 상하부에 빈공간이 형성되어 센서부(200)의 진동감지가 원활하게 이루어지게 된다.
이와 같이 상기 센서부 하우징(100)의 하부 지지턱(121)과 상기 저주파 감지부(220) 사이, 더 정확하게는 저주파감지부(220)의 하단에 배치되는 제1자력전달판(221) 사이, 그리고 센서부커버(130)와 제3자석(250) 사이에 이격된 공간을 형성시켜 저주파 압전소자(222)와 고주파 압전소자(242)의 진동 감지가 원활하게 이루어진다.
한편, 상기 센서부 하우징(100)의 저면에는 중심에 관로(10) 결합용 제4자석(150)이 구비되고, 테두리에 복수개의 돌기(161)가 구비된 링 형태의 누수음 전달판(160)이 전달판 결합나사(162)로 결합되며, 상기 관로(10)의 곡면을 따라 돌기(161)가 밀착된다. 상기 제4자석(150)은 센서부 하우징(100)의 저면에 형성된 원형의 자석 고정홈(140)에 부착될 수 있으며, 상기 제4자석(150)의 자성을 통해 센서부 하우징(100)에 붙는 금속 재질의 관로(10)에 용이하게 부착될 수 있다.
상기 누수음 전달판(160)은 도 3에 도시된 바와 같이 돌기(161)가 일정간격 이격 형성된 돌기삽입홈(160a)에 삽입 고정되며, 그 사이에 전달판 결합나사(162)가 돌기삽입홈(160a) 사이에 형성되는 결합나사삽입홈(160b)에 삽입되어 센서부 하우징(100) 저면에 고정설치된다. 그리고 상기 센서부 하우징(100) 저면에 설치된 누수음 전달판(160)의 중심부(160c)에는 자석 고정홈(140)이 배치되고, 상기 자석 고정홈(140)에 제4자석(150)이 설치된다.
이와 같이 상기 센서부 하우징(100)은 상기 관로(10)의 곡면을 따라 밀착된 누수음 전달판(160)의 돌기(161)를 통해 누수음을 전달받게 된다.
상기 누수음 전달판(160)은 관로(10)의 외주연에 대응하도록 호 형상으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 경우 센서부 하우징(100)의 하부가 관로(10)의 외주연과 접촉하는 면적이 늘어나서 더욱 안정적으로 부착될 수 있다.
또한, 상기 센서부 하우징(100)의 상단은 센서부커버(130)로 밀폐되며, 상기 센서부커버(130)는 원판 형상으로 상부공간부(120) 보다 직경이 크게 구비되고, 나사를 통해 센서부 하우징(100) 상단에 견고하게 고정된다. 상기 센서부커버(130)는센서부 하우징(100) 내부로 먼지나 이물질 및 물기의 침투를 방지하기 위해 패킹으로 실링 처리될 수 있다. 상기 센서부커버(130)는 상부로 돌출된 단턱이 형성되어 제3자석(250)과 이격된 공간을 형성한다.
그리고 상기 센서부커버(130)는 저주파 신호선(224)과 고주파 신호선(244)이 외부로 통과할 수 있도록 케이블홀(131)이 관통형성된다. 상기 케이블홀(131)은 고주판 신호선(244)과 저주파 신호선(224)이 헐거운 끼움될 수 있는 크기의 구멍으로 형성된다.
상기 센서부 하우징(100)에 삽입되는 센서부(200)는 감지할 수 있는 주파수 레인지(Frequency Range)가 상대적으로 낮은 주파수로 치우친 저주파 압전소자(222)와 상대적으로 높은 주파수로 치우친 고주파 압전소자(242)를 포함한다.
상기 센서부(200)는 제1자석(210), 저주파 감지부(220), 제2자석(230), 고주파 감지부(240), 제3자석(250)으로 구성되며, 상기 제1자석(210)과 제2자석(230)은 저주파 감지부(220) 보다 직경이 작게 구비되고, 파장이 짧고 주파수가 높은 고주파를 감지하는 고주파 감지부(240)를 고정하는 제3자석(250)은 파장이 길고 주파수가 낮은 저주파를 감지하는 저주파 감지부(220)를 결합하는 제1자석(210)과 제2자석(230) 보다 자력이 약하도록 두께가 얇게 구비된다. 동일 소재의 자석은 두꺼울수록 자력이 커지고 자력이 크면 진동이 잘 이루어지지 않으므로 파장이 짧은 고주파를 감지하는 고주파 감지부(240)를 고정하는 제3자석(250)은 자력이 크지 않도록 얇은 것으로 구비한다. 고주파 감지부(240) 위에 제3자석(250)이 놓이며, 제3자석(250)의 직경이 고주파 감지부(240)의 직경과 동일하기에 제3자석(250)의 두께가 넓어 자력이 세다면 고주파 감지부(240)는 진동을 일으키기 어려워지고, 주파수 감지기능이 낮아진다. 따라서, 제3자석(250)은 고주파 감지부(250)가 제2자석(230)에서 이탈되지 않을 정도의 낮은 자력을 갖도록 그 두께가 얇은 것이 바람직하다.
상기 제1자석(210)과 제2자석(230), 제2자석(230)과 제3자석(250)은 서로 붙는 성질을 가지며 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)를 결합하는 역할을 한다.
한편, 상기 저주파 감지부(220)는 센서부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 관로(10)에서 발생하는 누수음 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 역할을 하며, 가운데가 돌출부(111)에 의하여 지지되고 중공형의 상기 제1자석(210)의 직경보다 큰 직경을 가져 상기 하부 지지턱(121)에 하부 가장자리가 노출되며 상기 돌출부(111)가 닿아 진동을 전달받는 제1자력전달판(221)과, 상기 제1자력전달판(221)과 동일한 직경을 가지고 상기 제1자력전달판(221)으로부터 전달된 진동 신호 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 압전소자(222)와, 상기 저주파 압전소자(222)와 동일한 직경을 가지고 저주파 압전소자(222) 상부에 배치되는 제2자력전달판(223)을 포함한다. 상기 제1자력전달판(221), 제2자력전달판(223)은 저주파 압전소자(222)와 동일한 직경을 가져 직경이 작은 돌출부(111)와 제2자석(230) 사이에서 저주파 압전소자(222)가 들뜨지 않고 판판하게 고정되도록 한다.
상기 저주파 압전소자(222)는 수도배관의 누수음을 감지하는 경우 200 ~ 600Hz 사이의 저주파수 대역을 잘 감지할 수 있는 두께와 지름을 가지는 압전소자가 사용된다.
상기 저주파 압전소자(222)는 감지 신호 전송을 위해 저주파 신호선(224)이 연결되며, 상기 저주파 신호선(224)은 제어부(300)와 전기적으로 연결되어 저주파수 대역의 누수음을 제어부(300)로 전송한다.
상기 고주파 감지부(240)는 센서부 하우징(100)에서 저주파 감지부(220)와 동시에 진동을 전달받아 관로(10)에 발생하는 누수음 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 역할을 하며, 상기 제2자석(230) 상부에서 동일한 직경으로 형성되는 제3자력전달판(241)과, 상기 제3자력전달판(241) 상부에서 동일한 직경으로 형성되고 상기 제3자력전달판(241)으로부터 전달된 진동 신호 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 압전소자(242)와, 상기 고주파 압전소자(242)와 동일한 직경을 가지고 고주파 압전소자(242)의 상부에 배치되는 제4자력전달판(243)을 포함한다.
상기 저주파 압전소자(222)의 상하에 배치되는 제1자력전달판(221), 제2자력전달판(223)과, 고주파 압전소자(242)의 상하에 배치되는 제3자력전달판(241),제4자력전달판(243)은 원형의 얇은 판 형상으로 금속 또는 합성수지 재질로 형성되고, 상기 저주파 압전소자(222)가 고주파 압전소자(242) 보다 직경이 크게 형성되며, 이에 저주파 압전소자(222)와 동일한 직경으로 구비되는 제1자력전달판(221)과 제2자력전달판(223)이 고주파 압전소자(242)와 동일한 직경으로 구비되는 제3자력전달판(241)과 제4자력전달판(243) 보다 직경이 크게 형성된다.
상기 저주파 압전소자(222)와 제1자력전달판(221), 제2자력전달판(223)은 상하에 배치된 제1자석(210)과 제2자석(230)에 의해 고정되고, 상기 고주파 압전소자(242)와 제3자력전달판(241), 제4자력전달판(243)은 제2자석(230)과 제3자석(250)에 의해 고정결합된다. 이때 압전소자와 자력전달판의 고정방식은 나사로 체결되거나 접착제에 의해 고정될 수 있다. 상기 제1자력전달판(221)과 제1자석(210) 사이에 이격공간이 형성되고, 제3자석(250)과 센서부커버(130) 사이에 이격공간이 형성되어 상하 자유 유동가능하게 내장되고 공기중에 노출되므로 이를 통해 관로(10)의 원주방향으로부터 전달받은 진동을 센서부 하우징(100)을 통해 용이하게 전달받게 된다.
상기 고주파 압전소자(242)는 상하면에 배치된 제3자력전달판(241)과 제4자력전달판(243)으로부터 전달된 진동 신호를 전달받으며, 고주파 진동판인 제3자력전달판(241)과 제4자력전달판(243)으로 전달된 진동 신호 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하게 된다. 상기 고주파 압전소자(242)는 고주파 대역의 누수음을 잘 감지할 수 있는 최적의 두께와 직경을 갖는 압전소자를 이용한다.
압전소자는 진동의 기계신호가 전달되는 전기를 만들어내는 역할을 하는 소자로써, 소자의 두께와 지름 및 소자에 가해지는 하중에 따라 공진 주파수가 달라지고, 그에 따라 주파수 대역별 감지 능력도 달라지게 된다.
예를 들어 본 발명의 누수센서로 수도배관의 누수음을 감지하는 경우, 수도배관의 누수음 주파수는 200 ~ 600Hz 사이의 저주파수 대역과 1,000 ~ 2,000Hz 사이의 고주파수 대역으로 구성되므로, 1,000 ~ 2,000Hz 사이의 고주파수 대역을 잘 감지할 수 있는 두께와 지름을 가지는 압전소자가 사용된다.
상기 고주파 압전소자(242)는 감지 신호 전송을 위해 고주파 신호선(244)이 연결된다. 고주파 신호선(244)은 제어부(300)와 전기적으로 연결되어 고주파수 대역의 누수음을 제어부(300)로 전송해준다. 이때 고주파 신호선(244)은 센서부커버(130)의 케이블홀(131)을 통과하여 제어부(300)와 전기적으로 연결된다.
상기 하부지지턱(121)과 제1자석(210)은 그 높이가 같고, 돌출부(111)의 상면은 제1자력전달판(221)과 면접촉하며, 누수음은 돌출부(111)로부터 제1자력전달판(221)으로 전달된다. 제1자석(210)이 끼워지는 돌출부(111)와, 관로 등에서 누수음을 직접 전달받는 누수음전달판(160)은 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서는 수도배관의 누수음을 감지하는 경우로 설명했지만, 관로(10)의 종류와 관로(10)의 내부에 흐르는 유체의 종류에 따라 누수음에서 저주파수 대역과 고주파수 대역의 주파수 영역이 확인되고, 그에 따라 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)에서 각각 사용되는 저주파 압전소자(222)와 고주파 압전소자(242)의 두께와 지름을 변경하여 적용한다면 수도배관 뿐만 아니라 가스배관, 송유관 등의 다양한 종류의 관로(10)와 가스, 기름 등의 다양한 유체 관로의 누수음 감지에 적용될 수 있다.
상기 제어부(300)는 제어부 하우징(400) 내부에 설치되며, 상기 저주파 감지부(220) 및 고주파 감지부(240)와 전기적으로 연결되어 저주파 감지부(220)로부터 저주파수 대역의 누수음을 각 신호선으로 전달 받고, 고주파 감지부(240)로부터 고주파수 대역의 누수음을 전달받아 이들을 각각 처리하여 원격의 누수음을 처리하는 관제센터 또는 PC 또는 단말기(30)로 전송해주는 역할을 한다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 제어부(300)는 각종 전자 부품이 구비된 통합 제어 PCB로 전원부(310), 통신부(320), 신호 처리부(330) 및 메모리(340)를 포함하며, 제어부 케이스(301)에 수납하고, 개방된 상부면을 제어부덮개(302)로 덮고, 제어부덮개 결합나사(303)를 이용해 결합하며, 제어부 하우징(400)에 고정시킨다.
상기 전원부(310)는 충전이 가능한 배터리로 통신부(320), 신호 처리부(330) 및 메모리(340)에 전원을 공급하는 역할을 한다. 상기 통신부(320)는 블루투스 통신 모듈과 LTE 모델이 통합된 것으로 근거리는 블루투스 통신, 장거리는 LTE통신으로 전술한 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)로 감지하고 신호 처리부(330)와 메모리(340)로 처리된 누수음 신호를 원격으로 전송해주는 역할을 한다.
상기 신호 처리부(330)는 CPU역할을 하는 것으로, 저주파 감지부(220)와 고주파 감지부(240)로 감지한 2가지 누수음 신호를 이중으로 처리하여 원격 전송이 가능한 데이터로 처리해주는 역할을 한다. 상기 메모리(340)는 신호 처리부(330)에서 처리된 2가지 누수음 신호가 저장되는 역할을 하며, 플래시 메모리, SSD 등이 사용될 수 있다.
상기 제어부 하우징(400)은 센서부 하우징(100)의 상부를 감싸서 기밀하게 밀폐해주는 역할을 하며, 하부측 테두리에는 센서부 하우징(100)의 상부면 테두리에 형성된 삽입공(101)에 대응하는 결합공(401)이 형성되고, 상기 결합공(401)과 삽입공(101)을 관통하는 하우징 결합나사(402)를 이용해 결합된다. 내부에는 제어부(300)가 설치되는 공간이 형성되고, 제어부(300)가 고정설치되고 센서부 하우징(100)과 결합된다.
상기 제어부 하우징(400)의 상부면에는 전원스위치(410)와 충전커넥터(420)와 로프고리(430)가 형성되어 전원스위치(410)를 누르고 로프고리(430)에 로프(40)를 끼운 후 도 6에 도시된 바와 같이 관로(10)가 있는 곳까지 이동시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 누수의심 지역의 수도계량기(20)에 설치하고 단말기(30)를 통해 고주파수 대역의 누수음과 저주파수 대역의 누수음을 전송받을 수 있다.
본 발명은 단말기(30)에서 누수감지센서 운용 어플리케이션을 다운 받아서 누수음을 수집 작업과, 누수음 수집 위치를 관리하며, 누수음 수집 및 전송할 수 있다.
그리고 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서는 관로(10) 상에서 누수의심 지역 또는 누수예상 지역의 양측에 2개 이상 서로 이격되도록 설치되며, 각 누수감지센서에서 발생되는 고주파수 대역의 누수음과 저주파수 대역의 누수음이 통신망을 통해 관제센터로 전송되며, 여기서 관제센터는 통신망을 통해서 전송된 누수음을 분석하여 모니터링하는 장소 또는 PC를 의미한다. 관제센터는 PC가 설치된 원격의 장소가 되거나 누수를 점검하는 관로(10)와 가까운 곳에 설치한 노트북 또는 단말기(30)가 될 수 있다.
한편, 예를 들어 수도배관은 누수음이 수압, 배관 재질, 누수 형상에 따라 다소 차이를 보이지만 일반적으로 200 ~ 600Hz 사이의 저주파수 대역 신호가 90% 정도를 차지하고, 1,000 ~ 2,000 Hz 사이의 고주파수 대역 신호가 10%를 차지하고 있으므로, 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서를 통해 저주파수 대역 신호와 고주파수 대역 신호를 모두 찾게 되면 누수 지점을 더욱 정확하게 확정하는 것이 가능하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 가스관이나 송유관의 경우에도 저주파수 대역 신호와 고주파수 대역 신호의 Hz 범위를 확인하고, 이에 적합한 압전소자의 두께와 지름을 선정하여 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서에 적용한다면, 다양한 종류의 배관과 유체의 누수 감지에 활용할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 자력을 이용한 이형 누수감지센서는 주파수 감지 특성이 상이한 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파수의 서로 다른 주파수 대역의 누수음 감지 정확도가 향상되고, 저주파 압전소자(222)와 고주파 압전소자(242)를 안정적으로 고정하기 위해 자석으로 결합하되 상하부에 이격공간을 형성하여 저주파수와 고주파수의 감지 특성이 좋은 효과가 있다.
또한, 본 발명은 센서부(200)가 저주파수를 감지하는 저주파 감지부(220)와 고주파수를 감지하는 고주파 감지부(240)를 제2자석(230)을 사이에 두고 다단으로 이중 배치한 간단한 구조로 저주파수와 고주파수 대역의 누수음을 동시에 감지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 센서부(200)에서 저주파 압전소자(222)에 진동을 전달하는 제1자력전달판(221)의 가장자리를 하부 지지턱(121)에 지지하되, 하부 지지턱(121)과 제1자력전달판(221) 사이에 이격공간을 형성하고, 저주파 압전소자(222)와 제1,2자력전달판(221,223)으로 이루어진 저주파 감지부(220)의 가장자리를 제외한 나머지 고주파 감지부(240)와 제2자석(230), 제3자석(250)의 중앙 영역이 서로 접하도록 하여 센서부 하우징의 크기를 최소화하며, 최상부에 위치한 제3자석(250)과 센서부커버(130) 사이에 이격공간을 형성하여 관로의 누수 발생에 의한 진동을 압전소자에 용이하게 전달할 수 있다.
한편, 본 발명은 누수감지센서를 지중 관로에 견고하게 고정할 수 있고, 설치 및 유지관리도 용이하며, 하나의 센서부(200)에서 저주파수와 고주파수의 누수음을 감지하여 광범위 주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있다.
10 : 관로 20 : 수도계량기
30 : 단말기 40 : 로프
100 : 센서부 하우징 101 : 삽입공
110 : 하부공간부 111 : 돌출부
120 : 상부공간부 121 : 하부 지지턱
130 : 센서부커버 131 : 케이블홀
140 : 자석 고정홈 150 : 제4자석
160 : 누수음 전달판 161 : 돌기
162 : 전달판 결합나사
200 : 센서부 210 : 제1자석
220 : 저주파 감지부 221 : 제1자력전달판
222 : 저주파 압전소자 223 : 제2자력전달판
224 : 저주파 신호선 230 : 제2자석
240 : 고주파 감지부 241 : 제3자력전달판
242 : 고주파 압전소자 243 : 제4자력전달판
244 : 고주파 신호선
300 : 제어부 301 : 제어부 케이스
302 : 제어부덮개 303 : 제어부덮개 결합나사
310 : 전원부 320 : 통신부
330 : 신호 처리부 340 : 메모리
400 : 제어부 하우징 401 : 결합공
402 : 하우징 결합나사 410 : 전원스위치
420 : 충전커넥터 430 : 로프고리
30 : 단말기 40 : 로프
100 : 센서부 하우징 101 : 삽입공
110 : 하부공간부 111 : 돌출부
120 : 상부공간부 121 : 하부 지지턱
130 : 센서부커버 131 : 케이블홀
140 : 자석 고정홈 150 : 제4자석
160 : 누수음 전달판 161 : 돌기
162 : 전달판 결합나사
200 : 센서부 210 : 제1자석
220 : 저주파 감지부 221 : 제1자력전달판
222 : 저주파 압전소자 223 : 제2자력전달판
224 : 저주파 신호선 230 : 제2자석
240 : 고주파 감지부 241 : 제3자력전달판
242 : 고주파 압전소자 243 : 제4자력전달판
244 : 고주파 신호선
300 : 제어부 301 : 제어부 케이스
302 : 제어부덮개 303 : 제어부덮개 결합나사
310 : 전원부 320 : 통신부
330 : 신호 처리부 340 : 메모리
400 : 제어부 하우징 401 : 결합공
402 : 하우징 결합나사 410 : 전원스위치
420 : 충전커넥터 430 : 로프고리
Claims (10)
- 내부 중심에 상방으로 돌출부(111)가 구비되고, 상기 돌출부(111)와 단턱 형상으로 돌출된 하부 지지턱(121)에 의해 오목하게 형성되는 하부공간부(110)와, 상기 하부 지지턱(121)의 상부에서 하부공간부(110) 보다 폭이 넓게 형성되는 상부공간부(120)와, 상기 상부공간부(120)를 덮는 센서부커버(130)로 이루어져 관로(10)에 부착되어 진동을 전달받는 센서부 하우징(100)과;
상기 센서부 하우징(100)의 하부공간부(110)와 상부공간부(120)에 적층 삽입되고, 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음과 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 센서부(200)와;
상기 센서부(200)와 전기적으로 연결되어 저주파수 대역의 누수음과 고주파수 대역의 누수음을 처리하여 전송하는 제어부(300);를 포함하되;
상기 센서부(200)는 상기 돌출부(111)가 관통되고 상기 하부공간부(110)에 삽입되는 중공형의 제1자석(210)과, 상기 센서부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 감지부(220)와, 상기 저주파 감지부(220) 상부에서 제1자석(210)과 서로 당기는 힘을 갖는 제2자석(230)과, 상기 센서부 하우징(100)으로부터 진동을 전달받아 관로(10)의 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 감지부(240)와, 상기 고주파 감지부(240) 상부에서 제2자석(230)과 서로 당기는 힘을 갖고 제2자석(230) 보다 두께가 얇은 제3자석(250)을 포함하는;
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 저주파 감지부(220)는,
중공형의 상기 제1자석(210)의 직경보다 큰 직경을 갖고, 상기 제1자석(210)의 높이가 상기 돌출부(111)의 높이보다 낮아 하부 가장자리가 상기 하부 지지턱(121)에서 노출되는
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제2항에 있어서,
상기 저주파 감지부(220)는,
중공형의 상기 제1자석(210)의 직경보다 큰 직경을 가져 상기 하부 지지턱(121)에 하부 가장자리가 노출되고 상기 돌출부(111)가 닿아 진동을 전달받는 제1자력전달판(221)과;
상기 제1자력전달판(221)과 동일한 직경을 가지고 상기 제1자력전달판(221)으로부터 전달된 진동 신호 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 압전소자(222)와;
상기 저주파 압전소자(222)와 동일한 직경을 가지고 저주파 압전소자(222) 상부에 배치되는 제2자력전달판(223)을 포함하는;
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 고주파 감지부(240)는,
상기 제2자석(230) 상부에서 동일한 직경으로 형성되는 제3자력전달판(241)과,
상기 제3자력전달판(241) 상부에서 동일한 직경으로 형성되고 상기 제3자력전달판(241)으로부터 전달된 진동 신호 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 압전소자(242)와,
상기 고주파 압전소자(242)와 동일한 직경을 가지고 고주파 압전소자(242)의 상부에 배치되는 제4자력전달판(243)을 포함하는;
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제3항에 있어서,
상기 센서부 하우징(100)의 하부 지지턱(121)과 상기 제1자력전달판(221) 사이에 이격된 공간(h1)이 형성되는
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 센서부커버(130)와 상기 제3자석(250) 사이에 이격된 공간(h2)이 형성되는
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제3항에 있어서,
상기 제1자력전달판(221)의 직경은 제2자석(230) 보다 직경이 큰
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 센서부 하우징(100)의 저면에 관로(10) 결합용 제4자석(150)이 구비되고,
상기 센서부 하우징(100)의 테두리에 복수개의 돌기(161)가 구비된 누수음 전달판(160)이 구비되는
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 제1항에 있어서,
상기 제2자석(230)의 직경은 상기 저주파 감지부(220)의 직경보다 작은
자력을 이용한 이형 누수감지센서.
- 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230091618A KR102590763B1 (ko) | 2023-07-14 | 2023-07-14 | 자력을 이용한 이형 누수감지센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230091618A KR102590763B1 (ko) | 2023-07-14 | 2023-07-14 | 자력을 이용한 이형 누수감지센서 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102590763B1 true KR102590763B1 (ko) | 2023-10-19 |
Family
ID=88507590
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230091618A KR102590763B1 (ko) | 2023-07-14 | 2023-07-14 | 자력을 이용한 이형 누수감지센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102590763B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3156865U (ja) * | 2009-11-05 | 2010-01-21 | 株式会社リクチ漏水調査 | 漏水監視装置 |
| CN204065420U (zh) * | 2014-07-08 | 2014-12-31 | 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 | 一种用于陆地石油勘探中地震信号接收器设备 |
| KR101535286B1 (ko) | 2015-01-07 | 2015-07-09 | 주식회사 디앤샤인 | 상수도관의 누수 검지 시스템 |
| KR101762614B1 (ko) | 2016-03-25 | 2017-08-04 | 한국건설기술연구원 | 상수관로의 누수 여부 및 위치 변화를 감지할 수 있는 상수관로용 안전감시 장치 및 이를 이용한 상수관로 안전감시 방법 |
| KR101803453B1 (ko) | 2015-12-15 | 2017-12-28 | 안경수 | 지중에 매설된 관로의 누수 검지 시스템 |
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2023
- 2023-07-14 KR KR1020230091618A patent/KR102590763B1/ko active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JP3156865 UR |
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