KR102610980B1 - Water leakage monitoring system for hydraulic structures using electrical resistivity detector - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기비저항탐사기를 이용한 수리구조물의 누수 모니터링 시스템은, 태양전지 패널에서 발전한 전원을 매개로 수리구조물의 전기비저항을 측정하는 전기비저항탐사기; 상기 전기비저항탐사기에서 측정한 전기비저항의 역수인 전기전도도를 분석하여 상기 수리구조물의 누수 정보를 생성하는 분석 모듈과, 상기 수리구조물의 누수 정보를 기반으로 알람을 발생하는 알람 모듈을 포함한 모니터링 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기비저항탐사기를 이용한 수리구조물의 누수 모니터링 시스템에 의하면, 자체적으로 전원을 충전 및 공급하면서 전기비저항 측정 시 인가되는 전원으로 전기적 잡음이 발생하는 문제를 최소화하고 발전된 전원을 IOT 기반에서 효율적으로 활용할 수 있는 환경을 제시하는 효과를 가진다.The water leak monitoring system of a hydraulic structure using an electrical resistivity probe according to the present invention includes an electrical resistivity probe that measures the electrical resistivity of a hydraulic structure using power generated from a solar cell panel; A monitoring server including an analysis module that generates water leak information of the hydraulic structure by analyzing electrical conductivity, which is the reciprocal of the electric resistivity measured by the electric resistivity probe, and an alarm module that generates an alarm based on the water leak information of the hydraulic structure; It is characterized by including.
According to the water leak monitoring system for hydraulic structures using an electrical resistivity detector according to the present invention, the problem of electrical noise occurring with the power applied when measuring electrical resistivity is minimized while charging and supplying power on its own, and the generated power is efficiently used based on IOT. It has the effect of presenting an environment that can be utilized.
Description
본 발명은 전기비저항탐사기를 이용한 수리구조물의 누수 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 전기비저항탐사기가 누수 확인을 위한 기본적인 측정 기능을 제공하는 것은 물론 태앙광발전 장비를 갖추어 자체적으로 전원을 공급하면서 전기비저항 측정 시 인가되는 전원으로 전기적 잡음이 발생하는 문제를 최소화하면서 발전된 전원을 IOT 기반에서 더욱 효율적으로 활용할 수 있는 환경을 제공하는 수리구조물의 누수 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water leak monitoring system for hydraulic structures using an electrical resistivity probe. The electrical resistivity probe not only provides basic measurement functions for checking water leaks, but also provides a solar photovoltaic power generation device to supply power on its own when measuring electrical resistivity. This is about a water leak monitoring system for hydraulic structures that provides an environment in which the generated power can be utilized more efficiently based on IOT while minimizing problems caused by electrical noise caused by applied power.
전기비저항탐사는 지하에 주입한 직류전류원에 의해 만들어지는 전위차를 측정함으로써 지하의 전기비저항 분포를 결정하여 지하 구조를 해석하는 탐사법이다.Electrical resistivity exploration is an exploration method that analyzes underground structure by determining the distribution of electrical resistivity underground by measuring the potential difference created by a direct current source injected underground.
현재, 전기비저항탐사법은 광상탐사, 지하의 파쇄대나 단층구조대 파악 등의 지질 구조 조사, 지하수 및 온천 개발 위치 조사, 환경오염대 파악, 토목 지반조사 등의 광범위한 조사에 활용되고 있다.Currently, the electrical resistivity exploration method is being used for a wide range of investigations, including exploration of mineral deposits, geological structure investigation such as identification of underground fracture zones or fault structure zones, investigation of groundwater and hot spring development locations, identification of environmental contamination zones, and civil ground investigation.
이러한 전기비저항탐사는 전기비저항탐사기를 이용하여 실행되는데, 이 전기비저항탐사기는 전류를 흘려주는 전류 전극과 상술한 전위차를 측정하는 전압 전극(전위 전극)을 포함한다.This electrical resistivity probe is performed using an electrical resistivity probe, which includes a current electrode that passes current and a voltage electrode (potential electrode) that measures the potential difference described above.
이 외에 전기비저항탐사기는 관제 서버 또는 모니터링 서버와 통신 가능하게 연결되어 측정 정보를 전송하는 것은 물론 실시간으로 전위차를 측정하여 전기비저항탐사기에 해당 정보를 전송하도록 인터넷 연결 환경을 구축한 경우가 많을 뿐 아니라 측정 정보를 관리자가 바로 확인할 수 있거나 측정 조건을 설정할 수 있는 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.In addition, the electrical resistivity probe is connected to a control server or monitoring server to transmit measurement information, and in many cases, an Internet connection environment is established to measure the potential difference in real time and transmit the information to the electrical resistivity probe. It may include a display panel that allows the administrator to immediately check measurement information or set measurement conditions.
이처럼 전기비저항탐사기는 전원을 필요로 하는 여러 제반 시설을 포함하므로 일반적으로 220V 외부 전원으로부터 전원을 공급받고 있으나 전위차를 측정하는 중에 외부 전원공급으로 인한 전기적 잡음이 자주 발생한다는 문제점이 따랐다.As such, the electrical resistivity detector includes various facilities that require power, so it is generally supplied with power from a 220V external power source, but there is a problem that electrical noise due to the external power supply often occurs while measuring the potential difference.
한국 등록 특허 제 1999107호인 수변 구조물의 누수 탐지를 위한 변형된 전기비저항 탐사 장치 및 탐사 해석 방법은, 수변 구조물의 상류 및 하류에 배치되는 전류전극에 각각 전류를 공급하여 전위차를 생성하는 단계(S1), 상기 수변 구조물 상류에 설치된 모든 전위전극과 하류에 설치된 모든 전위전극 간의 전위차를 측정하는 배열인 D-Lux array를 이용하여 데이터를 획득하는 단계(S2) 및 상기 D-Lux array를 토대로 데이터를 가시화하여 행렬로 나타내는 D-Lux view를 생성하는 단계(S3)를 포함함으로써, 수변 구조물의 형상과 누수 구역의 심도를 고려하여 신뢰도 높은 누수 탐지를 할 수 있는 효과가 있다고 공개되어 있다.The modified electrical resistivity survey device and survey analysis method for detecting water leaks in waterside structures, registered in Korea Patent No. 1999107, includes the step (S1) of generating a potential difference by supplying current to current electrodes placed upstream and downstream of the waterside structure, respectively. , acquiring data using the D-Lux array, which is an array that measures the potential difference between all potential electrodes installed upstream of the waterfront structure and all potential electrodes installed downstream (S2), and visualizing the data based on the D-Lux array. It has been disclosed that by including the step (S3) of generating a D-Lux view represented by a matrix, it is effective in detecting water leaks with high reliability by considering the shape of the waterside structure and the depth of the water leak area.
하지만 상기 기술에서는 앞서 언급한 문제점, 즉 외부 전원공급으로 인하여 전위차를 측정하는 과정에서 발생하는 전기적 잡음을 해소하기 위한 별다른 해결 수단을 제시하지 못하고 있다.However, the above technology does not provide any specific solution to solve the problem mentioned above, that is, the electrical noise generated in the process of measuring the potential difference due to external power supply.
따라서, 전위차를 측정하는 과정에서 발생하는 전기적 잡음 해소는 물론 자체적인 전원 공급 시설을 갖춘 신규하고 진보한 전기비저항탐사기를 포함한 수리구조물의 모니터링 시스템을 개발할 필요성이 대두된다.Therefore, there is a need to develop a monitoring system for hydraulic structures that includes a new and advanced electrical resistivity probe equipped with its own power supply facility as well as eliminating electrical noise generated in the process of measuring potential differences.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 태앙광발전 장비를 갖추어 자체적으로 전원을 공급하면서 전기비저항 측정 시 인가되는 전원으로 전기적 잡음이 발생하는 문제를 최소화하면서 발전된 전원을 IOT 기반에서 더욱 효율적으로 활용할 수 있는 환경을 제공하는 수리구조물의 누수 모니터링 시스템을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.The present invention was developed to overcome the problems of the above technology, and is equipped with solar photovoltaic power generation equipment to supply power on its own, minimizing the problem of electrical noise occurring with the power applied when measuring electrical resistivity, and generating power based on IOT. The main purpose is to provide a water leakage monitoring system for hydraulic structures that provides an environment that can be utilized more efficiently.
본 발명의 다른 목적은 수리구조물의 충전성을 매개로 누수 정도를 정밀하게 파악할 수 있는 탐사 알고리즘을 제시하는 것이다.Another purpose of the present invention is to propose an exploration algorithm that can precisely determine the degree of water leakage based on the fillability of the hydraulic structure.
본 발명의 또 다른 목적은 전극, 특히 전류 전극의 전기전도성을 강화함과 동시에 표면 보호 기능을 제공할 수 있는 소재와 층을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide materials and layers that can enhance the electrical conductivity of electrodes, especially current electrodes, while providing a surface protection function.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기비저항탐사기를 이용한 수리구조물의 누수 모니터링 시스템은, 태양전지 패널에서 발전한 전원을 매개로 수리구조물의 전기비저항을 측정하는 전기비저항탐사기; 상기 전기비저항탐사기에서 측정한 전기비저항의 역수인 전기전도도를 분석하여 상기 수리구조물의 누수 정보를 생성하는 분석 모듈과, 상기 수리구조물의 누수 정보를 기반으로 알람을 발생하는 알람 모듈을 포함한 모니터링 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the water leakage monitoring system of a hydraulic structure using an electrical resistivity probe according to the present invention includes an electrical resistivity probe that measures the electrical resistivity of a hydraulic structure using power generated from a solar cell panel; A monitoring server including an analysis module that generates water leak information of the hydraulic structure by analyzing electrical conductivity, which is the reciprocal of the electric resistivity measured by the electric resistivity probe, and an alarm module that generates an alarm based on the water leak information of the hydraulic structure; It is characterized by including.
또한, 상기 전기비저항탐사기는, 상기 태양전지 패널에서 발전한 전원을 복수 개의 전극에 인가하여 전류 전극을 통해 상기 수리구조물에 전류를 주입하는 전류 발생모듈과, 전위 전극을 통해 상기 수리구조물에서 발생한 전위차를 측정하는 전압 측정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrical resistivity probe includes a current generation module that applies the power generated by the solar cell panel to a plurality of electrodes to inject current into the hydraulic structure through the current electrode, and a potential difference generated in the hydraulic structure through the potential electrode. It is characterized by including a voltage measurement module for measuring.
더불어, 상기 전류 전극은, 그래핀 60 내지 70 중량부와, 폴리아닐린을 30 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the current electrode is characterized in that it contains 60 to 70 parts by weight of graphene and 30 to 40 parts by weight of polyaniline.
본 발명에 따른 전기비저항탐사기를 이용한 수리구조물의 누수 모니터링 시스템에 의하면, According to the water leak monitoring system for hydraulic structures using an electrical resistivity detector according to the present invention,
1) 자체적으로 전원을 충전 및 공급하면서 전기비저항 측정 시 인가되는 전원으로 전기적 잡음이 발생하는 문제를 최소화하고 발전된 전원을 IOT 기반에서 효율적으로 활용할 수 있는 환경을 제시하는 장점을 가지고,1) It has the advantage of minimizing the problem of electrical noise occurring with the power applied when measuring electrical resistivity while charging and supplying power on its own and presenting an environment in which the generated power can be efficiently utilized based on IOT.
2) 수리구조물의 충전성을 매개로 누수 상태를 정밀하게 파악할 수 있는 편의성과 정확성을 제시하며,2) It provides convenience and accuracy in accurately determining the state of water leakage through the fillability of the hydraulic structure.
3) 전류 전극의 전기전도성을 강화하면서 표면을 보호하는 추가적인 층을 적층하여 내구성을 강화할 수 있는 효과를 가진다.3) It has the effect of enhancing durability by strengthening the electrical conductivity of the current electrode and adding an additional layer that protects the surface.
도 1은 본 발명의 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 전기비저항탐사기의 개략적인 내부 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 전기비저항탐사기의 개략적인 외관 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 시스템의 개략적인 작동 순서를 도시한 블록도.
도 5는 3차원 저수지 제체에서의 시멘트 그라우팅 충전재 분포 영상의 모식도.
도 6은 도 5의 저수지 제체에 대한 해석 예시도.
도 7은 본 발명의 표면 보호층을 제조하는 단계를 나타낸 순서도.1 is a block diagram showing the schematic configuration of the system of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the schematic internal configuration of the electrical resistivity probe of the present invention.
Figure 3 is a block diagram showing the schematic external configuration of the electrical resistivity probe of the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing a schematic operating sequence of the system of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram of a distribution image of cement grouting filler in a three-dimensional reservoir embankment.
Figure 6 is an illustration of an analysis of the reservoir embankment of Figure 5.
Figure 7 is a flowchart showing the steps of manufacturing the surface protective layer of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The accompanying drawings are not drawn to scale, and like reference numbers in each drawing refer to like elements.
도 1은 본 발명의 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the schematic configuration of the system of the present invention.
먼저 도 1을 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 시스템은 전기비저항탐사기(100)와 모니터링 서버(200)를 포함하는 것을 기본으로 한다.First, as can be seen from Figure 1, the system of the present invention is based on including an electrical resistivity detector 100 and a monitoring server 200.
본 발명의 모니터링 서버(200)는 통신 수단을 통하여 전기비저항탐사기(100)와 통신할 수 있는 환경을 갖춘 상태에서 전기비저항탐사기(100)에서 측정한 전기비저항을 기반으로 수리구조물의 다양한 상태, 구체적으로 누수 상태를 분석하여 누수 상태에 문제가 있거나 문제 발생 가능성이 큰 경우 관리자에게 알람을 발생하는 기능을 제공한다.The monitoring server 200 of the present invention is equipped with an environment capable of communicating with the electrical resistivity probe 100 through a communication means and monitors various states of hydraulic structures based on the electrical resistivity measured by the electrical resistivity probe 100. It analyzes the water leak status and provides a function to issue an alarm to the manager if there is a problem with the water leak or if there is a high possibility of a problem occurring.
즉, 모니터링 서버(200)는 전기비저항탐사기(100)와 유무선 통신을 수행하면서 수리구조물의 상태를 측정하여 알람을 발생할 수 있는 일체의 프로세스를 제어할 수 있는 기능을 수행한다.That is, the monitoring server 200 performs a function of controlling all processes that may generate an alarm by measuring the status of the hydraulic structure while performing wired and wireless communication with the electrical resistivity detector 100.
이러한 모니터링 서버(200)는 중앙처리장치(CPU) 및 메모리와 하드디스크와 같은 저장수단을 구비한 하드웨어 기반에서 중앙처리장치에서 수행될 수 있는 프로그램, 즉 소프트웨어가 설치되어 이 소프트웨어를 실행할 수 있는데 이러한 소프트웨어에 대한 일련의 구체적 구성을 '모듈' 및 '부', '파트' 등의 구성단위로써 후술할 예정이다.This monitoring server 200 is based on hardware equipped with a central processing unit (CPU) and storage means such as memory and hard disk, and a program that can be executed on the central processing unit, that is, software, is installed and can execute this software. A series of specific configurations for the software will be described later as structural units such as 'module', 'part', and 'part'.
이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스' 또는 '파트' 등 의 구성은 모니터링 서버(200)의 저장 수단에 설치 및 저장된 상태에서 CPU 및 메모리를 매개로 실행되는 소프트웨어 또는 FPGA 내지 ASIC과 같은 하드웨어의 일 구성을 의미한다. 이때, '모듈' 또는 '부', '인터페이스'라는 구성은 하드웨어에 한정되는 의미는 아니고, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.Configurations such as 'modules' or 'parts' or 'interfaces' or 'parts' are hardware such as software or FPGA or ASIC that runs through CPU and memory while being installed and stored in the storage means of the monitoring server 200. refers to the work composition of . At this time, the meaning of 'module', 'unit', or 'interface' is not limited to hardware, and may be configured to reside in an addressable storage medium or to reproduce one or more processors.
일 예로서 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.As an example, 'module' or 'part' or 'interface' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, and properties. Contains fields, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는'모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.The functions provided by these 'modules' or 'parts' or 'interfaces' can be combined into smaller numbers of components and 'parts' or 'modules' or can be divided into additional components and 'parts' or 'modules'. Could be further separated.
더불어, 모니터링 서버(1)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 모든 종류의 하드웨어 장치를 의미하는 것이고, 실시예에 따라 해당 하드웨어 장치에서 동작하는 소프트웨어적 구성도 포괄하는 의미로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 서버의 일 예로서의 컴퓨팅 장치는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑, 노트북 및 각 장치에서 구동되는 사용자 클라이언트 및 애플리케이션을 모두 포함하는 의미로서 이해될 수 있으며, 또한 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the monitoring server 1 refers to all types of hardware devices including at least one processor, and depending on the embodiment, it may be understood as encompassing software configurations operating on the hardware device. For example, a computing device as an example of a server may be understood as including, but is not limited to, a smartphone, tablet PC, desktop, laptop, and user clients and applications running on each device.
이와 같은 거시적 구성 관계를 포함한 본 발명의 시스템의 세부 구성을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.The detailed configuration of the system of the present invention, including such macroscopic configuration relationships, is described with drawings as follows.
도 2는 본 발명의 전기비저항탐사기의 개략적인 내부 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 전기비저항탐사기의 개략적인 외관 구성을 도시한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing a schematic internal configuration of the electrical resistivity probe of the present invention, and Figure 3 is a block diagram showing a schematic external configuration of the electrical resistivity probe of the present invention.
잘 알려져 있듯이, 전기비저항탐사기(100)는 지하나 수리구조물의 전기비저항 분포를 측정하는 장치이다. As is well known, the electrical resistivity probe 100 is a device that measures the electrical resistivity distribution of underground or hydraulic structures.
여기서, 전기비저항(resistivity)은 재료의 전기전도도에 대한 역수로서, 해당 재료가 전기를 얼마나 저항하는지 나타내는 물성이다. Here, electrical resistivity is the reciprocal of the electrical conductivity of the material and is a physical property that indicates how much the material resists electricity.
즉, 전기비저항은 특정 온도에서 표준 단위 크기의 재료가 전기 에너지를 전달하는 데 있어 얼마나 저항하는지 측정한 값이고, 일반적으로 전기비저항의 단위는 오옴미터(Ωm)로 표시한다. In other words, electrical resistivity is a measure of how much a material of a standard unit size resists transmitting electrical energy at a specific temperature, and the unit of electrical resistivity is generally expressed as ohmmeter (Ωm).
전기비저항탐사는 지하의 전기비저항 분포를 측정하여 지하의 물리적, 화학적 특성을 파악하는 지질학적 조사 방법으로, 이 방법을 지하 수원, 광물, 공극, 구조물 등을 찾거나 지하 구조를 분석할 수 있는 기반을 갖출 수 있다.Electrical resistivity exploration is a geological investigation method that measures the distribution of electrical resistivity underground and determines the physical and chemical characteristics of the underground. This method can be used as a basis for finding underground water sources, minerals, voids, structures, etc. or analyzing underground structures. can be equipped.
또한, 본 발명의 전기비저항탐사기(100)는 수리구조물의 전기비저항을 측정하는데,'수리구조물'이라 함은 물을 저수하고 이용하기 위하여 만들어진 구조물을 일컫는 총칭으로 댐, 펌프장, 내륙수로를 포함하나, 본 발명에서는 특히 댐의 본체나 저수지의 벽체, 즉 제체(embankment)를 지칭하는 것으로 이해할 수 있다.In addition, the electrical resistivity probe 100 of the present invention measures the electrical resistivity of hydraulic structures. 'Hydraulic structures' is a general term for structures built to store and use water, including dams, pumping stations, and inland waterways. , In the present invention, it can be understood as specifically referring to the main body of a dam or the wall of a reservoir, that is, an embankment.
특히, 본 발명의 전기비저항탐사기(100)는 태양전지 패널(111)을 구비한 태양광발전 장비(110)를 포함하여 이를 통해 태양광발전으로 얻은 전원을 기반으로 수리구조물에 전원, 즉 전류를 주입할 수 있다.In particular, the electrical resistivity probe 100 of the present invention includes solar power generation equipment 110 equipped with a solar cell panel 111, and provides power, that is, current, to the hydraulic structure based on the power obtained from solar power generation. It can be injected.
구체적으로 도 2를 보아 알 수 있듯이, 태양광발전 장비(110)는 태양광을 전기 에너지, 즉 전원으로 변환하는 주요 기능을 담당하는 태양전지 패널(111)(솔라 패널)을 베이스로 한 상태에서 발전된 전원을 충전/저장하는 충전기(112)와, 충전기(112)로부터 전원을 공급받아 후술할 전극 등에 전원을 공급하는 파워 서플라이(120)를 포함한다.Specifically, as can be seen in FIG. 2, the solar power generation equipment 110 is based on the solar cell panel 111 (solar panel), which performs the main function of converting sunlight into electrical energy, that is, power. It includes a charger 112 that charges/stores the generated power, and a power supply 120 that receives power from the charger 112 and supplies power to electrodes, etc., which will be described later.
이와 같은 본 발명의 전기비저항탐사기(100)는 단순히 태양광 자체 발전으로 전원을 생산한다는 장점을 넘어서 실시간으로 외부 전원을 공급받지 않고 충전기에 충전된 전원을 이용할 수 있으므로 기존의 220V 전원공급 기반의 전기비저항탐사기의 문제점, 즉 전기비저항 측정 중에 전원공급으로 인한 전기적 잡음이 많아지는 문제점을 줄일 수 있는 특성을 제공한다.The electrical resistivity probe 100 of the present invention goes beyond the advantage of simply producing power through self-generation of solar energy, and can use the power charged in the charger in real time without being supplied with external power, so it can generate electricity based on the existing 220V power supply. It provides characteristics that can reduce the problem of resistivity probes, that is, the problem of increased electrical noise due to power supply during electrical resistivity measurement.
이러한 본 발명의 전기비저항탐사기(100)는 최대 출력 전류가 1,000mA, 최대 출력 전압이 400V이고, 무엇보다 +/- 50V의 측정 범위를 제공하여 전기저항값이 큰 전기비저항 토모그래피 탐사도 가능하다. The electrical resistivity probe 100 of the present invention has a maximum output current of 1,000 mA, a maximum output voltage of 400 V, and above all, provides a measurement range of +/- 50 V, making it possible to conduct electrical resistivity tomography exploration with large electrical resistance values.
즉, 공지의 전기비저항탐사기(예를 들어, AGI사의 슈퍼스팅 R8)가 +/- 5V라는 제한된 측정 범위로 인하여 전기비저항 토모그래피 탐사와 같이 측정값이 큰 탐사에서는 측정값이 측정 범위를 넘어서는 문제점이 있으며, 대안으로 주입전류를 20mA 이하로 낮추는 경우 신호대 잡음비가 낮아져 자료의 정확성이 낮아지는데, 본 발명의 전기비저항탐사기는 이러한 문제를 해소할 수 있는 특성을 보유한다.In other words, due to the limited measurement range of +/- 5V of the known electrical resistivity probe (eg, AGI's Supersting R8), there is a problem that the measured value exceeds the measurement range in exploration with large measured values such as electrical resistivity tomography exploration. Alternatively, if the injection current is lowered to 20 mA or less, the signal-to-noise ratio is lowered and the accuracy of the data is lowered, but the electrical resistivity probe of the present invention has characteristics that can solve this problem.
또한, 도 3을 보아 알 수 있듯이 본 발명의 전기비저항탐사기(100)는 USB 연결 가능 방식으로 일종의 IOT로서의 역할을 겸비하는 것은 물론 다양한 직관적인 조작 버튼을 제공함과 아울러 디스플레이 패널을 통해 조작 상태 등을 알기 쉽게 출력할 수 있는 편의성을 제공한다.In addition, as can be seen from FIG. 3, the electrical resistivity probe 100 of the present invention not only functions as a type of IOT in a USB connectable manner, but also provides various intuitive operation buttons and provides operation status, etc. through the display panel. It provides the convenience of easy-to-understand printing.
더불어 공지의 전기비저항탐사기와 마찬가지로, 본 발명의 전기비저항탐사기(100) 역시 전류 발생모듈(130)과 전압 측정모듈(140)을 포함할 수 있다.In addition, like the known electrical resistivity probe, the electrical resistivity probe 100 of the present invention may also include a current generation module 130 and a voltage measurement module 140.
전류 발생모듈(130)은 상기 전원을 매개로 전류 전극로부터 소정 전류를 발생하여 수리구조물로 주입하는 기능을 제공하고, 전압 측정 모듈(140)은 전위 전극을 통해 수리구조물에서 발생한 전위차를 측정하는 기능을 제공한다.The current generation module 130 provides the function of generating a predetermined current from the current electrode through the power source and injecting it into the repair structure, and the voltage measurement module 140 has the function of measuring the potential difference generated in the repair structure through the potential electrode. provides.
전기비저항탐사기(100)의 전극은 전류 전극(Current electrode : + 전류 전극인 C1와 - 전류 전극인 C2)과 전위 전극(Potential electrode : P1,P2...)으로 구성되는데, 본 발명에서는 특히 2개의 전류 전극과 26개의 전위 전극으로 이루어진 28개의 전극을 최대 6개의 커넥터를 매개로 총 6세트, 즉 총 224개의 전극으로 확장 연결할 수 있어 수리구조물에 대한 폭넓은 측정 영역을 자랑할 수 있다. The electrodes of the electrical resistivity detector 100 are composed of current electrodes (C1, the +current electrode and C2 - the current electrode) and potential electrodes (P1, P2...). In the present invention, in particular, 2 28 electrodes, consisting of 26 current electrodes and 26 potential electrodes, can be expanded and connected to a total of 6 sets, or a total of 224 electrodes, through up to 6 connectors, boasting a wide measurement range for hydraulic structures.
이러한 전류 전극과 전위 전극의 배치 구조는 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 도 2에서는 쌍극자 배열(Dipole-dipole array)을 적용한 것을 예시하였다. Various methods can be applied to the arrangement structure of these current electrodes and potential electrodes, and FIG. 2 illustrates the application of a dipole-dipole array.
쌍극자 전극 배열에서는 전류 전극(C1,C2)은 측정 지점에서 고정된 거리에 배치되고 전위 전극(P1,P2...)은 전류 전극에서 일정 거리 떨어져 배열될 수 있는데, 이러한 쌍극자 전극 배열은 저항률 대비가 높은 영역에서 저항률 변화에 대해 더 큰 감도를 제공하고, 특히 Wenner 또는 Schlumberger 배열과 같은 다른 전극 배열에 비하여 측정 신호에 대한 노이즈 및 간섭의 영향을 줄이는 것은 물론 향상된 깊이 분해능을 제공한다는 이점을 가진다.In the dipole electrode arrangement, the current electrodes (C1, C2) are arranged at a fixed distance from the measurement point, and the potential electrodes (P1, P2...) can be arranged at a certain distance from the current electrode. It has the advantage of providing greater sensitivity to resistivity changes in regions of high , reducing the effects of noise and interference on the measurement signal as well as providing improved depth resolution, especially compared to other electrode arrays such as Wenner or Schlumberger arrays.
물론, 이 외에도 측정 목적이나 수리구조물의 세부 조건에 따라 슐럼버저 배열 (Schlumberger array), 웨너배열(Wenner array), 단극-쌍극자 배열(Pole-dipole array)과 같은 다양한 배열 구조를 적용할 수 있음은 물론이다.Of course, in addition to this, various array structures such as Schlumberger array, Wenner array, and pole-dipole array can be applied depending on the measurement purpose or detailed conditions of the hydraulic structure. Of course.
도 4는 본 발명의 시스템의 개략적인 작동 순서를 도시한 블록도이다.Figure 4 is a block diagram showing a schematic operating sequence of the system of the present invention.
도 1 및 도 4를 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 모니터링 서버(200)는 상술한 전기비저항탐사기와 통신 가능하게 연결된 상태에서 분석 모듈(210)과 알람 모듈(220)을 포함하는 것을 기본으로 한다.As can be seen from FIGS. 1 and 4, the monitoring server 200 of the present invention basically includes an analysis module 210 and an alarm module 220 while being communicatively connected to the electrical resistivity detector described above. .
분석 모듈(210)은 전기비저항탐사기(100)에서 측정한 전기비저항의 역수인 전기전도도를 분석하여 상기 수리구조물의 누수 정보를 생성하는 기능을 제공한다.The analysis module 210 provides a function to generate water leakage information of the hydraulic structure by analyzing electrical conductivity, which is the reciprocal of the electrical resistivity measured by the electrical resistivity detector 100.
즉, 분석 모듈(210)은 수리구조물의 전기비저항 분포를 측정하여 수리구조물의 구조는 물론 이 수리구조물을 구성하는 물질의 위치와 특성을 파악하는데, 다른 전기비저항을 갖는 물체가 있을 경우 이 이상체에 의한 등전위선의 왜곡현상이 발생하고, 이러한 전위의 왜곡을 측정하여 이상체의 위치, 크기, 형태 및 물성에 대한 정보를 얻어낼 수 있다.That is, the analysis module 210 measures the electrical resistivity distribution of the hydraulic structure to determine the structure of the hydraulic structure as well as the location and characteristics of the materials constituting the hydraulic structure. If there is an object with a different electrical resistivity, this abnormality is detected. Distortion of the equipotential line occurs, and by measuring this distortion of the potential, information on the position, size, shape, and physical properties of the ideal body can be obtained.
특히, 수리 구조물의 누수 부위에서는 전기비저항이 변화하는바, 다시 말해 물은 전기전도성이 높으므로 누수가 발생하는 부위에서 전기비저항이 낮아지는 특성을 가지므로, 분석 모듈은 이를 통하여 누수 위치나 누수 상태를 파악할 수 있고, 이를 종합하여 누수 정보, 즉 누수 위치와 해당 위치에서의 누수 정도를 포함한 정보를 생성할 수 있다.In particular, the electrical resistivity changes at the leaking area of the hydraulic structure. In other words, water has high electrical conductivity, so the electrical resistivity is lowered at the area where the water leak occurs, so the analysis module uses this to determine the location of the leak or the state of the water leak. can be identified, and by combining this information, water leakage information, that is, information including the location of the water leak and the degree of water leakage at that location, can be generated.
특히, 본 발명의 분석 모듈(210)은 누수 지수를 활용하여 더욱 구체적이고 정밀한 누수 정보를 생성할 수 있는 기반을 제공할 수 있는바, 이에 대해서는 자세히 후술하도록 한다.In particular, the analysis module 210 of the present invention can provide a basis for generating more specific and precise water leak information by utilizing the water leak index, which will be described in detail later.
알람 모듈(220)은 수리구조물의 누수 정보를 기반으로 알람을 발생하는 기능을 제공하는 것으로서, 이때 알람 발생 수단은 스피커, 관리자가 소지한 스마트폰 등으로 이루어질 수 있어 스피커를 통한 청각적 알람이나, 관리자의 스마트폰과의 연동에 의한 알람 신호 발생과 같은 방식으로 알람을 발생할 수 있다.The alarm module 220 provides a function to generate an alarm based on water leakage information of the hydraulic structure. At this time, the alarm generating means may be a speaker, a smartphone owned by the manager, etc., such as an audible alarm through a speaker, An alarm can be generated in the same way as an alarm signal generated by linking with the administrator's smartphone.
또한, 누수 정보는 실제 누수가 발생하는 상황/위치는 물론 누수가 발생할 가능성이 있는 상황/위치를 포함하여, 이를 기반으로 알람 모듈은 선제적으로 해당 누수 위치나 누수 가능성이 있는 위치를 관리자에게 제공하면서 알람을 발생하는 기능을 제공하는 것도 가능하다.In addition, the water leak information includes the situation/location where the actual water leak occurs as well as the situation/location where the water leak is likely to occur, and based on this, the alarm module preemptively provides the manager with the location of the water leak or the location where the water leak is likely to occur. It is also possible to provide a function that generates an alarm while doing so.
이러한 본 발명의 시스템의 작동 원리를 도 4을 참조하여 다시 정리하면, 관리자의 스마트폰과 더불어 라우터를 통해 인터넷이 연결되어 수리구조물에 대한 항시 모니터링이 가능한 환경에서 전기비저항탐사기(100)를 통하여 수리구조물의 전기비저항 분포는 물론 수분이 포함된 이미지, 수분 레벨과 같은 다양한 누수 정보를 생성하여 관리자에게 전송하는 것은 물론 모니터링으로 산출된 누수지수 시계열 자료를 분위수(Quantile) 정규화 등의 자료처리를 통하여 정량화하고, 누수 정보를 기반으로 예보/경보에 대한 알람을 발생하여 수리구조물에 의한 재해 위험을 사전에 방지하는 특성을 제공한다.The operating principle of the system of the present invention can be summarized again with reference to FIG. 4. In an environment where the Internet is connected through a router along with the manager's smartphone and constant monitoring of the repair structure is possible, repairs are performed through the electrical resistivity detector 100. In addition to generating and transmitting various water leakage information such as the electrical resistivity distribution of the structure, water-containing images, and moisture level to the manager, the water leakage index time series data calculated through monitoring is quantified through data processing such as quantile normalization. In addition, it provides the feature of preventing disaster risks caused by hydraulic structures in advance by generating alarms for forecasts/warnings based on water leakage information.
특히, 본 발명의 시스템은 전기비저항탐사기(100)가 태양광발전 장비(110)를 포함하여 전원공급의 편의성은 물론 전기적 잡음 발생을 최소화하면서 수리구조물의 전기비저항을 측정할 수 있는 특성을 제공한다.In particular, the system of the present invention provides the property that the electrical resistivity probe 100 includes the solar power generation equipment 110 to measure the electrical resistivity of hydraulic structures while minimizing the generation of electrical noise as well as the convenience of power supply. .
도 5는 3차원 저수지 제체에서의 시멘트 그라우팅 충전재 분포 영상의 모식도이고, 도 6은 도 5의 저수지 제체에 대한 해석 예시도이다.Figure 5 is a schematic diagram of a cement grouting filler distribution image in a three-dimensional reservoir body, and Figure 6 is an analysis example of the reservoir body of Figure 5.
도 5는 경북 경주시에 위치한 왕신 저수지 제체 내부의 3차원 지층 구조 및 그라우팅 충전재의 분포를 분석한 3D 이미지이고, 도 6은 왕신 저수기의 내제 측선에서 본 발명의 분석 모듈이 해석한 2차원 해석 단면도이다.Figure 5 is a 3D image analyzing the three-dimensional stratum structure and distribution of grouting filler inside the Wangsin reservoir embankment located in Gyeongju-si, Gyeongbuk, and Figure 6 is a two-dimensional analysis cross-sectional view analyzed by the analysis module of the present invention on the internal survey line of the Wangsin reservoir. am.
이처럼 본 발명의 분석 모듈(210)은 누수 정보뿐 아니라 수리구조물 내의 다양한 이상체의 위치, 크기, 형태 및 물성에 대한 정보를 얻어낼 수 있다.In this way, the analysis module 210 of the present invention can obtain information on the location, size, shape, and physical properties of various abnormal bodies in the hydraulic structure as well as water leakage information.
앞서 언급하였듯이 전기비저항 탐사에서 누수구간은 대개 낮은 전기비저항 이상대로 나타나지만, 누수 발생 초기에는 이상의 크기가 매우 작기 때문에 시간경과 역산을 적용해도 초기에 누수 발생 구간을 명확하게 해석하는 것은 쉽지 않다.As mentioned earlier, in electrical resistivity exploration, the water leak section usually appears as a low electrical resistivity abnormality, but since the size of the abnormality is very small at the beginning of the water leak, it is not easy to clearly interpret the water leak section in the early stages even if time-lapse inversion is applied.
따라서 통상적인 전기비저항 모니터링에서는 정밀한 자료획득 및 처리가 요구된다.Therefore, routine electrical resistivity monitoring requires precise data acquisition and processing.
이를 위하여, 본 발명의 분석 모듈(210)은 충전성을 매개로 누수 지수를 파악할 수 있는 알고리즘을 제시한다.To this end, the analysis module 210 of the present invention presents an algorithm that can determine the water leakage index based on fillability.
우선, 전류 발생 모듈(130)은 수리구조물에 교류 전류를 주입하는 기능을 제공하고, 이에 대응하여 분석 모듈(210)은 충전성 파악부(211)와 누수 지수 산출부(212) 및, 누수 분석부(213)를 포함한다.First, the current generation module 130 provides the function of injecting alternating current into the hydraulic structure, and in response, the analysis module 210 includes a chargeability determination unit 211, a water leak index calculation unit 212, and a water leak analysis unit. Includes part 213.
충전성 파악부(211)는 수리구조물의 전기전도도로부터 충전성을 파악하는 기능을 제공한다.The chargeability determination unit 211 provides a function of determining chargeability from the electrical conductivity of the hydraulic structure.
일정 주파수를 갖는 교류전류를 지하, 즉 수리구조물에 주입하면 수리구조물에서 매질의 전기전도도는 주파수에 따라 다른 값을 보이며, 고주파 전기전도도 와 저주파 전기전도도 는 다음과 같이 주어진다.When alternating current with a certain frequency is injected underground, that is, into a hydraulic structure, the electrical conductivity of the medium in the hydraulic structure shows different values depending on the frequency, and the high-frequency electrical conductivity and low-frequency electrical conductivity is given as follows:
여기서 F는 지층 전기비저항 계수(formation factor), 는 공극률(porosity), 는 공극의 수포화도(water saturation), n은 대개의 수리구조물을 포함한 지하 매질에서 2.0 정도의 값을 갖는 포화도 지수(saturation exponent), 는 공극수의 전기전도도, 는 입자의 밀도(kg/m3), CEC는 양이온 교환 능력 (cation exchange capacity, C/kg), B는 표면전도(surface conduction)에 의한 이온의 겉보기 유동성(m2/sV), 는 분극에 의한 이온의 겉보기 유동성(apparent mobility)을 나타낸다.Here, F is the formation factor, is the porosity, is the water saturation of the pores, n is the saturation exponent, which has a value of about 2.0 in underground media including most hydraulic structures, is the electrical conductivity of pore water, is the density of particles (kg/m3), CEC is cation exchange capacity (C/kg), B is the apparent mobility of ions due to surface conduction (m2/sV), represents the apparent mobility of ions due to polarization.
위의 식에서 와 는 공극수에 의한 전기전도도와 표면전도에 위한 전기전도도의 합으로 주어진다.In the above equation and is given as the sum of the electrical conductivity due to pore water and the electrical conductivity for surface conduction.
Archie의 법칙(Archie, 1942)에서 F는,In Archie's law (Archie, 1942), F is,
F = F =
으로 주어지고, 여기서 m은 고결지수(cementation exponent)로 1.3에서 2.5 사이의 값을 보이며, 대개의 매질에서 2에 근접한 값을 나타낸다. It is given as, where m is the cementation exponent and has a value between 1.3 and 2.5, and is close to 2 in most media.
한편 시간영역 유도분극 탐사에서 충전성 M은 주파수영역에서 고주파 전기비저항을 , 저주파 전기비저항을 라 하면Meanwhile, in the time-domain induced polarization investigation, the charge M shows high-frequency electrical resistivity in the frequency domain. , low-frequency electrical resistivity If you say
수학식 1.Equation 1.
로 정의된다.It is defined as
즉, 충전성 파악부(211)에 의하여 충전성 M은 고주파/저주파 전기전도도로부터 파악될 수 있다.That is, the chargeability M can be determined from high-frequency/low-frequency electrical conductivity by the chargeability determination unit 211.
한편, 충전성을 고주파 전기비저항으로 정규화한 충전성 은 수학식 1로부터,Meanwhile, chargeability is normalized to high-frequency electrical resistivity. From equation 1,
로 주어질 수 있다.It can be given as .
따라서 이 큰 영역은 누수 위험성이 높은 영역으로 해석할 수 있고, 이에 따라 누수 지수 산출부(212)는 의 크기에 따라 누수 지수(leak index) 를 다음과 같이 산출할 수 있다.thus This large area can be interpreted as an area with a high risk of water leakage, and accordingly, the water leakage index calculation unit 212 Leak index depending on the size of can be calculated as follows.
수학식 2.Equation 2.
(여기서, 은 누수지수)(here, (Silver Leakage Index)
누수지수는 우선 유도분극 탐사 자료를 역산하여 의 분포를 구한 다음, 수학식 2를 사용하여 계산된다. The leakage index is first calculated by inverting the induced polarization survey data. After obtaining the distribution, it is calculated using Equation 2.
수학식 2에서 수분 함량이 가장 큰 역산 블록에서 = 1이 되며, 이 0에 가까운 역산 블록, 즉 수분함량이 매우 작은 역산 블록에서 = 0이 된다.In Equation 2, in the inversion block with the largest moisture content, = 1, In this inversion block close to 0, that is, in the inversion block with a very small moisture content, = becomes 0.
누수 분석부(213)는 이러한 누수 지수를 토대로 수치화된 누수 정보를 생성할 수 있는데, 앞서 언급한 누수 지수의 0에서 1까지의 수치 범위의 고저를 토대로 역시 수치의 고저로 표현될 수 있는 누수 정보를 생성할 수 있다.The water leak analysis unit 213 can generate numerical water leak information based on this water leak index. Water leak information can also be expressed in terms of high and low values based on the high and low values of the numerical range from 0 to 1 of the water leak index mentioned above. can be created.
이러한 알고리즘에 의하면, 본 발명의 분석 모듈(210)은 수리구조물에 주입한 교류전류에 의하여 수리구조물의 충전성을 파악할 수 있고 이를 기반으로 누수 지수를 합리적으로 산출하여 누수 정보를 생성할 수 있어, 누수 정보 생성의 신속성과 정확성을 동시에 겸비할 수 있는 특성을 제공한다.According to this algorithm, the analysis module 210 of the present invention can determine the fillability of the hydraulic structure by the alternating current injected into the hydraulic structure, and based on this, can reasonably calculate the water leak index and generate water leak information, It provides characteristics that enable both speed and accuracy in generating water leakage information.
한편, 본 발명의 전극, 특히 전류 전극, 더욱 바람직하게는 교류 전류를 수리구조물에 효율적으로 주입하기 위한 전극의 소재가 중요하다.Meanwhile, the material of the electrode of the present invention, especially a current electrode, more preferably an electrode for efficiently injecting alternating current into the hydraulic structure, is important.
이러한 교류 전류 주입을 위한 전류 전극은 높은 전기전도성, 낮은 임피던스, 내부식성 및 낮은 손실율을 만족할 수 있어야 한다.Current electrodes for such alternating current injection must be able to satisfy high electrical conductivity, low impedance, corrosion resistance, and low loss rate.
일반적으로 많이 사용되는 전극은 스테인리스 스틸, 구리, 금, 은과 같은 소재로 제작되는데, 여기서 금과 은은 비용이 많이 드는 문제가 있고 구리는 습한 환경에서 산화되어 잘 부식된다는 문제가 따르며, 스테인리스 스틸은 구리에 비해 전기전도성이 떨어질 뿐 아니라 무겁고 구리보다 비싸다는 단점이 따른다.Commonly used electrodes are made of materials such as stainless steel, copper, gold, and silver. Gold and silver have the problem of being expensive, copper has the problem of being oxidized and corroded easily in a humid environment, and stainless steel has the problem of being oxidized and corroded easily. Not only is it less electrically conductive than copper, but it also has the disadvantage of being heavier and more expensive than copper.
이를 보완하기 위하여, 본 발명의 전류 전극은 그래핀 60 내지 70 중량부와, 폴리아닐린을 포함하는 전도 강화제 30 내지 40 중량부를 포함하는 것이 가능하다.In order to compensate for this, the current electrode of the present invention may include 60 to 70 parts by weight of graphene and 30 to 40 parts by weight of a conduction enhancer containing polyaniline.
그래핀(graphene)은 2차원의 1원자 두께의 탄소 원자로 구성된 나노 물질로서, 매우 높은 전기전도성을 보유하고 높은 인장강도를 가지면서도 유연하여 물리적 외력에 대한 저항력이 높을 뿐 아니라, 높은 열전도성을 가져 발열이 적으면서 부식에 대한 저항성이 우수하여 습한 환경에서도 안정적인 작동을 보장할 수 있다.Graphene is a two-dimensional nanomaterial composed of carbon atoms one atom thick. It has very high electrical conductivity, high tensile strength, and is flexible, so it not only has high resistance to physical external forces, but also has high thermal conductivity. It generates little heat and has excellent corrosion resistance, ensuring stable operation even in humid environments.
폴리아닐린(polyaniline)은 전도성 고분자로서 전기전도성, 화학적 안정성을 보유한 물질이다.Polyaniline is a conductive polymer that possesses electrical conductivity and chemical stability.
폴리아닐린은 반응성이 높은 아닐린 단위들이 연결된 체인 구조를 가지므로 체인 내에서 전자가 자유로이 이동할 수 있어 우수한 전기전도성을 자랑할 수 있다.Polyaniline has a chain structure in which highly reactive aniline units are connected, so electrons can move freely within the chain, boasting excellent electrical conductivity.
특히 이러한 폴리아닐린을 그래핀에 상술한 조성비로 혼합하면 시너지 작용을 발휘하여 더욱 뛰어난 전기전도성과 내부식성, 기계적 강도와 유연성을 강화할 수 있어 구리나 스테인리스 스틸과 같은 전극 소재보다 탁월한 장점을 제공한다.In particular, mixing polyaniline with graphene at the above-mentioned composition ratio can exert a synergistic effect to enhance electrical conductivity, corrosion resistance, mechanical strength, and flexibility, providing superior advantages over electrode materials such as copper or stainless steel.
더 나아가, 이러한 전극, 특히 전류 전극의 표면에는 전도성을 유지하면서 전극의 표면을 보호할 수 있는 표면 보호층이 적층되는 것이 가능하다.Furthermore, it is possible to layer a surface protection layer on the surface of such electrodes, especially current electrodes, that can protect the surface of the electrode while maintaining conductivity.
도 7은 본 발명의 표면 보호층을 제조하는 단계를 나타낸 순서도이다.Figure 7 is a flowchart showing the steps for manufacturing the surface protective layer of the present invention.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명의 표면 보호층은 1차 물질 제조 단계(S11). 2차 물질 제조 단계(S12), 완성 단계(S13)를 통해 제조될 수 있다.When described with reference to FIG. 7, the surface protective layer of the present invention is prepared in the first material manufacturing step (S11). It can be manufactured through the secondary material manufacturing step (S12) and completion step (S13).
(S11) 1차 물질 제조 단계(S11) Primary material manufacturing steps
가장 먼저, 카본블랙(carbon black) 10 내지 20 중량부와 폴리피롤(Polypyrole) 20 내지 40 중량부 및 다이메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide) 40 내지 70 중량부를 혼합하여 1차 물질을 제조한다.First, a primary material is prepared by mixing 10 to 20 parts by weight of carbon black, 20 to 40 parts by weight of polypyrole, and 40 to 70 parts by weight of dimethylformamide (N,N-Dimethylformamide).
카본블랙은 탄소가 결정하지 않고 수 μm 이하의 미분말상으로 처리된 것을 말하며 전기전도성이 뛰어나 전류 전극의 전기전도성을 높이거나 유지하는 기능을 제공한다.Carbon black refers to carbon that has not been crystallized but has been processed into a fine powder of several μm or less. It has excellent electrical conductivity and provides the function of increasing or maintaining the electrical conductivity of the current electrode.
다이메틸포름아마이드는 유기용매로서 폴리피롤에 대한 용해도를 높임과 동시에 카본블랙을 분산시키는 기능을 제공한다.Dimethylformamide is an organic solvent that increases the solubility of polypyrrole and at the same time provides the function of dispersing carbon black.
폴리피롤은 피롤을 전해 중합하여 얻는 대표적인 전도성 고분자로서, 반도체 수준의 전도성을 갖는 것으로 알려져 있어 카본블랙의 기능을 보조하여 표면 보호층의 전기전도성 향상 효과를 보다 강화하기 위해 첨가된다.Polypyrrole is a representative conductive polymer obtained by electrolytic polymerization of pyrrole, and is known to have semiconductor-level conductivity. It is added to assist the function of carbon black and further enhance the effect of improving the electrical conductivity of the surface protective layer.
(S12) 2차 물질 제조 단계(S12) Secondary material manufacturing steps
다음으로, 1차 물질 85 내지 95 중량부와 아모다이메티콘(Amodimethicone) 3 내지 10 중량부 및 구아하이드록시프로필트라이모늄클로라이드(Guar hydroxypropyltrimonium chloride) 1 내지 10 중량부를 혼합하여 2차 물질을 제조한다.Next, prepare the secondary material by mixing 85 to 95 parts by weight of the primary material with 3 to 10 parts by weight of amodimethicone and 1 to 10 parts by weight of guar hydroxypropyltrimonium chloride. .
아모다이메티콘은 아미노 기능기로 말단이 치환된 실록산폴리머의 일종으로, 유화성이 뛰어나 2차 물질에 포함된 다양한 성분들의 용해도를 보다 높임과 동시에 소포제로서의 기능을 겸비하여 전류 전극의 표면에서 불필요한 공극 형성을 방지하고 더욱 매끈한 표면을 제조할 수 있도록 하여 공극에서의 에너지 분산 및 손실을 최소화할 수 있도록 한다.Amodimethicone is a type of siloxane polymer whose ends are substituted with amino functional groups. It has excellent emulsibility and increases the solubility of various components contained in secondary materials. It also functions as an anti-foaming agent, creating unnecessary voids on the surface of the current electrode. It prevents formation and creates a smoother surface, minimizing energy dissipation and loss in voids.
구아하이드록시프로필트라이모늄클로라이드(Guar hydroxypropyltrimonium chloride)는 구아검(Guar gum)에서 유래된 물질로, 점도를 조절하는 효과를 제공할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 표면 보호층을 구성하는 여러 조성물의 점도를 적정 수준으로 조절하여 전류 전극의 표면에 표면 보호층의 점착력을 높이는 기능을 제공한다.Guar hydroxypropyltrimonium chloride is a substance derived from guar gum and is known to provide a viscosity adjusting effect. Therefore, it provides the function of increasing the adhesion of the surface protective layer to the surface of the current electrode by adjusting the viscosity of the various compositions that make up the surface protective layer to an appropriate level.
(S13) 완성 단계(S13) Completion stage
마지막으로, 2차 물질 90 내지 98 중량부와 말티톨시럽(Maltitol syrup) 1 내지 3 중량부 및 카프릴릴글라이콜(Caprylyl glycol) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 전도 기능제를 완성하게 된다.Finally, 90 to 98 parts by weight of the secondary material, 1 to 3 parts by weight of maltitol syrup, and 1 to 5 parts by weight of caprylyl glycol are mixed to complete the conductive functional agent.
말티톨시럽은 소비톨(Sorbitol), 수소화올리고당류 및 다당류를 포함하는 말티톨 혼합물로서, 무색투명한 점조성 액체 또는 백색의 결정성 덩어리의 형상을 가지고 있다. Maltitol syrup is a maltitol mixture containing sorbitol, hydrogenated oligosaccharides, and polysaccharides, and has the shape of a colorless and transparent viscous liquid or a white crystalline lump.
이러한 말티톨시럽은 다양한 산도(pH) 및 열에 매우 안정하다는 장점을 가지며, 부형제로서 기능할 수 있는 까닭에 표면 보호층의 피막을 더욱 단단하게 만드는데 도움을 줄 수 있어 장기 안정화를 도모할 수 있다.This maltitol syrup has the advantage of being very stable at various acidity (pH) and heat, and because it can function as an excipient, it can help make the surface protective layer more rigid, thereby promoting long-term stabilization.
카프릴릴글라이콜은 코코넛 오일에서 추출될 수 있는 물질로, 항균 기능을 가지고 있어 표면 보호층에 첨가 시 천연 방부 효과를 부여할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. Caprylyl glycol is a substance that can be extracted from coconut oil. It has antibacterial properties and can provide a natural preservative effect when added to the surface protective layer.
이러한 표면 보호층에 따르면, 다양한 전도성 물질을 포함하여 높은 수준의 전기전도성을 충분히 유지하면서 전극 표면에 대한 부착력을 향상시킴과 동시에 전극 표면의 공극을 방지하여 공극에서의 에너지 분산 및 손실을 최소화할 수 있도록 함과 동시에, 항균성 및 장기 안정성이 뛰어나 전극의 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.According to this surface protective layer, it is possible to contain various conductive materials, sufficiently maintaining a high level of electrical conductivity, improving adhesion to the electrode surface, and at the same time preventing pores on the electrode surface to minimize energy dispersion and loss in the pores. At the same time, it has excellent antibacterial properties and long-term stability, which can improve the lifespan of the electrode.
이와 같은 표면 보호층의 구성에 따른 물성을 설명하기 위해 실시예 및 비교예의 평가 결과를 비교하여 설명하도록 한다. In order to explain the physical properties according to the composition of the surface protective layer, the evaluation results of Examples and Comparative Examples will be compared and explained.
실시예는 본 발명의 표면 보호층의 바람직한 예로 구성되어 있고, 비교예 1은 전극 표면 보호층으로 널리 이용되는 이산화티타늄, 비교예 2는 역시 전극 표면 보호층으로 널리 이용되는 PET이다.The examples are comprised of preferred examples of the surface protective layer of the present invention, Comparative Example 1 is titanium dioxide, which is widely used as an electrode surface protective layer, and Comparative Example 2 is PET, which is also widely used as an electrode surface protective layer.
<실시예><Example>
카본블랙 15g, 폴리피롤 25g, 다이메틸포름아마이드 60g을 혼합하여 1차 물질을 제조하였다.The primary material was prepared by mixing 15 g of carbon black, 25 g of polypyrrole, and 60 g of dimethylformamide.
제조된 1차 물질 90g, 아모다이메티콘 7g, 구아하이드록시프로필트라이모늄클로라이드 3g을 혼합하여 2차 물질을 제조하였따.The secondary material was prepared by mixing 90g of the prepared primary material, 7g of amodimethicone, and 3g of guahydroxypropyltrimonium chloride.
제조된 2차 물질 95g, 말티톨시럽 2g, 카프릴릴글라이콜 3g을 혼합하여 표면 보호층을 완성하였다.A surface protective layer was completed by mixing 95 g of the prepared secondary material, 2 g of maltitol syrup, and 3 g of caprylyl glycol.
<비교예 1><Comparative Example 1>
이산화티타늄 100g100g titanium dioxide
<비교예 2><Comparative Example 2>
PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 100gPET (polyethylene terephthalate) 100g
<물성 측정 방법><Method for measuring physical properties>
1) 전도도 : 오움(ohm)메타기로 표면저항을 평가하였다. 이때 이용되는 오움 메타기는 미쯔비시 케미칼사의 Loresta EP MCP-T360를 사용하였다. 단위는 Ω/㎡로 나타내었다.1) Conductivity: Surface resistance was evaluated using an ohm meter. The Oum metagi used at this time was Mitsubishi Chemical's Loresta EP MCP-T360. The unit is expressed as Ω/㎡.
2) 접착력 : 테이핑 테스터(Taping Tester)로 10회 테이핑한 후 표면저항의 변화로 상대적인 평가를 수행하였다. 테이핑 테스터는 Nitto사의 제품을 사용하였다.2) Adhesion: After taping 10 times with a taping tester, a relative evaluation was performed based on the change in surface resistance. The taping tester was a product from Nitto.
상술한 실험 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예는 비교예 1,2와 비교하였을 때 뛰어난 전기전도도를 나타내면서 동시에 반복사용 시에도 양호한 접착력을 나타내는 것을 확인할 수 있어 전기전도성 및 장기사용 안정성이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기비저항탐사기를 이용한 수리구조물의 누수 모니터링 시스템의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.As shown in the above-described experimental results, the Examples of the present invention exhibit excellent electrical conductivity when compared to Comparative Examples 1 and 2, and at the same time, it can be confirmed that good adhesion is exhibited even during repeated use, showing excellent electrical conductivity and long-term use stability. You can check that.
As explained so far, the configuration and operation of the water leak monitoring system for hydraulic structures using an electrical resistivity probe according to the present invention are expressed in the description and drawings, but this is only an example and the idea of the present invention is not reflected in the description and drawings. It is not limited to this, and of course, various changes and modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention.
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100: 전기비저항탐사기 110: 태양광발전 장비
111: 태양전지 패널 112: 충전기
120: 파워 서플라이 130: 전류 발생모듈
140: 전압 측정모듈 200: 모니터링 서버
210: 분석 모듈 211; 충전성 파악부
212: 누수 지수 산출부 213: 누수 분석부
220: 알람 모듈100: Electrical resistivity probe 110: Solar power generation equipment
111: solar panel 112: charger
120: Power supply 130: Current generation module
140: voltage measurement module 200: monitoring server
210: analysis module 211; Chargeability detection part
212: Leakage index calculation unit 213: Leakage analysis unit
220: Alarm module
Claims (8)
태양전지 패널에서 발전한 전원을 매개로 수리구조물의 전기비저항을 측정하는 전기비저항탐사기;
상기 전기비저항탐사기에서 측정한 전기비저항의 역수인 전기전도도를 분석하여 상기 수리구조물의 누수 정보를 생성하는 분석 모듈과 상기 수리구조물의 누수 정보를 기반으로 알람을 발생하는 알람 모듈을 포함한 모니터링 서버;를 포함하고,
상기 전기비저항탐사기는,
상기 태양전지 패널에서 발전한 전원을 복수 개의 전극에 인가하여 전류 전극을 통해 상기 수리구조물에 전류를 주입하는 전류 발생모듈과, 전위 전극을 통해 상기 수리구조물에서 발생한 전위차를 측정하는 전압 측정모듈을 포함하며,
상기 전류 전극은,
그래핀 60 내지 70 중량부와, 폴리아닐린을 30 내지 40 중량부를 포함하고,
상기 전류 전극의 표면에는 표면 보호층이 적층되되,
상기 표면 보호층은,
카본블랙(carbon black) 10 내지 20 중량부와 폴리피롤(Polypyrole) 20 내지 40 중량부 및 다이메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide) 40 내지 70 중량부를 혼합하여 1차 물질을 제조하는, 1차 물질 제조 단계와,
상기 1차 물질 85 내지 95 중량부와 아모다이메티콘(Amodimethicone) 3 내지 10 중량부 및 구아하이드록시프로필트라이모늄클로라이드(Guar hydroxypropyl trimonium chloride) 1 내지 10 중량부를 혼합하여 2차 물질을 제조하는, 2차 물질 제조 단계 및,
상기 2차 물질 90 내지 98 중량부와 말티톨시럽(Maltitol syrup) 1 내지 3 중량부 및 카프릴릴글라이콜(Caprylyl glycol) 1 내지 5 중량부를 혼합하여 표면 보호층을 완성하는, 완성 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 모니터링 시스템.A water leak monitoring system for hydraulic structures using an electrical resistivity probe,
An electrical resistivity probe that measures the electrical resistivity of hydraulic structures using power generated from solar panels;
A monitoring server including an analysis module that generates water leak information of the hydraulic structure by analyzing electrical conductivity, which is the reciprocal of the electric resistivity measured by the electric resistivity probe, and an alarm module that generates an alarm based on the water leak information of the hydraulic structure; Contains,
The electrical resistivity probe,
It includes a current generation module that applies the power generated by the solar cell panel to a plurality of electrodes to inject current into the hydraulic structure through the current electrode, and a voltage measurement module that measures the potential difference generated in the hydraulic structure through the potential electrode. ,
The current electrode is,
Containing 60 to 70 parts by weight of graphene and 30 to 40 parts by weight of polyaniline,
A surface protective layer is laminated on the surface of the current electrode,
The surface protective layer is,
A primary material prepared by mixing 10 to 20 parts by weight of carbon black, 20 to 40 parts by weight of polypyrole, and 40 to 70 parts by weight of dimethylformamide (N,N-Dimethylformamide). manufacturing steps,
A secondary material is prepared by mixing 85 to 95 parts by weight of the primary material with 3 to 10 parts by weight of amodimethicone and 1 to 10 parts by weight of guar hydroxypropyl trimonium chloride, secondary material manufacturing steps, and
A completion step of completing the surface protective layer by mixing 90 to 98 parts by weight of the secondary material with 1 to 3 parts by weight of maltitol syrup and 1 to 5 parts by weight of caprylyl glycol. A monitoring system, characterized in that manufactured.
상기 전류 발생 모듈은,
상기 수리구조물에 교류전류를 주입하고,
상기 분석 모듈은,
상기 수리구조물의 전기전도도로부터 충전성을 파악하는 충전성 파악부와,
상기 충전성으로부터 누수 지수를 산출하는 누수 지수 산출부 및,
상기 누수 지수를 기반으로 누수 정보를 생성하는 누수 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모니터링 시스템.According to clause 1,
The current generation module is,
Injecting alternating current into the hydraulic structure,
The analysis module is,
A chargeability detection unit that determines chargeability from the electrical conductivity of the hydraulic structure,
A water leak index calculation unit that calculates a water leak index from the fillability,
A monitoring system comprising a water leak analysis unit that generates water leak information based on the water leak index.
상기 충전성 파악부는,
다음의 수학식 1을 통해 충전성을 파악하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
수학식 1.
(여기서, M은 충전성, 은 고주파 전기전도도, 은 저주파 전기전도도)According to clause 2,
The chargeability detection unit,
A monitoring system characterized by determining chargeability through Equation 1 below.
Equation 1.
(Here, M is rechargeability, silver high frequency electrical conductivity, (low-frequency electrical conductivity)
상기 누수 지수 산출부는,
다음의 수학식 2와 수학식 3을 통해 누수 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는, 모니터링 시스템.
수학식 2.
(여기서, 은 고주파 전기비저항으로 정규화한 충전성)
수학식 3.
(여기서, 은 누수 지수)According to clause 3,
The water leakage index calculation unit,
A monitoring system characterized in that the water leakage index is calculated through Equation 2 and Equation 3 below.
Equation 2.
(here, (Chargeability normalized to high-frequency electrical resistivity)
Equation 3.
(here, Silver Leakage Index)
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KR1020230057144A KR102610980B1 (en) | 2023-05-02 | 2023-05-02 | Water leakage monitoring system for hydraulic structures using electrical resistivity detector |
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KR20100047642A (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-10 | 주식회사 세코지오 | Real time automated monitoring system of electric resistance type |
KR20180039449A (en) * | 2016-10-10 | 2018-04-18 | 전자부품연구원 | Sensor and manufacturing method thereof |
KR20180128305A (en) * | 2017-05-23 | 2018-12-03 | 강원대학교산학협력단 | Modified electrical resistivity survey device and its interpretation method for water leakage detection of water facilities |
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