KR20090096910A - 음파를 이용한 송유관의 도유 위치 탐지장치 및 방법 - Google Patents

음파를 이용한 송유관의 도유 위치 탐지장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

음파를 이용한 송유관의 도유 위치 탐지장치 및 방법이 개시된다. 제1감지부 및 제2감지부는 송유관 상에 설정되는 도유탐지구간 내에서 발생하여 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 도유탐지구간의 양단에서 각각 감지하여 제1음향신호 및 제2음향신호를 출력한다. 제1필터링부는 제1음향신호 및 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제1주파수 대역에 의해 각각 저역 통과 필터링을 수행한다. 도유 위치 결정부는 도유탐지구간 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 산출하여 송유관 내의 유체가 분기되어 흐르는 위치를 도유 위치로 결정하고, 도유 위치 출력부는 도유 위치와 사전에 저장된 송유관의 분기점 위치가 상이한 경우 도유 위치를 출력한다. 제2필터링부는 제1음향신호 및 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제2주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행한다. 손상 위치 결정부는 도유탐지구간 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 산출하여 도유를 위한 송유관의 손상 위치를 결정한다. 본 발명에 따르면, 음파가 발생하는 위치를 정확하게 판단할 수 있고, 송유관을 손상시킬 때 발생하는 음파의 감지에 의해 송유관의 도유를 사전에 방지하여 경제적 손실 및 환경 오염과 같은 문제의 발생을 막을 수 있다.
도유, 음파, 대역 통과 필터, 시간차

Description

음파를 이용한 송유관의 도유 위치 탐지장치 및 방법{Apparatus and method for detecting damage point in oil pipeline using acoustic wave}
본 발명은 음파를 이용한 송유관의 도유 위치 탐지장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 송유관의 도유 위치에서 발생하는 음파를 감지하여 감지 장치로부터 도유 위치까지의 거리를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고유가 현상이 지속되면서 송유관의 도유가 급증하고 있으며, 이로 인하여 경제적인 손실뿐 아니라 송유관에서 유출된 기름으로 인한 토양의 오염 문제 및 화재 등의 사고 위험이 높아지고 있다. 그러나 송유관의 도유를 탐지하기 위한 기술은 아직 집중적으로 연구되고 있지 않은 실정이며, 송유관과 같이 유체를 운반하는 배관에서 유출 여부를 탐지하는 종래의 기술로서 지하 매설 배관의 누수 여부를 탐지하는 기술이 연구되고 있다. 이러한 기술에는 청음식 누수 탐지 방법, 수분 센서를 이용하는 방법, 상관식 누수 탐지 방법 등이 있다.
청음식 누수 탐지 방법은 배관에서 누수가 일어날 때 발생하는 파열음을 이용하여 위치를 파악하는 방법으로, 사용되는 장비의 가격이 저렴하고 취급이 쉬우며 휴대가 간편하다는 장점이 있다. 그러나 배관의 깊이가 깊거나 외부 소음이 심 한 장소에서는 누수 위치를 탐지하기가 어려우며, 일정량 이상의 물이 배관 바깥으로 새어나와야 하므로 도유 장치가 설치된 송유관의 경우에 적용되기에는 무리가 있다.
또한 수분 센서를 이용하는 누수 탐지 방법은 배관 외부에 수분탐지 센서를 설치하여 누수가 발생하면 외부로 유출되는 수분을 센서에서 검출하는 방법이다. 이 방법은 누수가 발생하면 알람 신호 등을 통해서 바로 알 수 있다는 장점이 있으나, 토양 자체가 수분을 함유하고 있으므로 배관의 외부에 수분 센서를 설치하는 것이 용이하지 않다. 그리고 송유관의 경우에는 수분이 아닌 기름이 유출되는 것이므로 이 방법을 그대로 적용할 수 없다.
상관식 누수 탐지 방법은 배관의 두 지점에 센서를 장착하고, 누수 지점에서 발생한 진동음을 검출하여 상관 방식에 의해 각각의 센서에 도달한 누수음의 시간차를 이용하여 누수 지점을 결정한다.
도 1은 종래의 누수 탐지 방법 중 상관식 누수 탐지 방법에 의해 누수 위치를 탐지하는 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 물이 흐르는 수도관(110)의 일정 구간의 양단에 설치된 센서(120)는 수도관의 균열 지점(130)으로부터 내부의 물이 유출되는 음향 신호를 감지하고, 음향 신호가 센서(120)에 도달하는 시간차를 이용하여 누수 위치를 탐지한다. 누수시 발생하는 음향 신호를 감지하기 위하여 음향 신호의 주파수 대역에 대응하는 특정한 차단 주파수를 가지는 대역 통과 필터가 사용된다.
이 방법은 배관의 깊이나 주변 소음에 덜 민감하며 누수의 발견이 쉽지만, 장비의 가격이 비싸고 두 개의 센서 사이의 거리가 정확하지 않으면 오차가 발생할 수 있으며 미세한 누수를 찾기 어렵다는 단점을 가진다. 이 방법으로 검출하는 진동음과 송유관의 도유시 발생하는 음향신호에는 차이가 있으며, 송유관의 도유와 같이 배관에 구멍을 내고 관을 연결하여 대량의 기름을 유출시키는 경우에 그대로 적용되기에는 무리가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고압의 송유관에서 도유를 위해 송유관을 손상시킬 때 발생하는 소음 및 도유를 위한 관을 연결하였을 때 분기 지점에서 발생하는 유체 소음을 이용하여 송유관의 도유 위치를 탐지할 수 있는 송유관의 도유 위치 탐지 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 장치는, 송유관 상에 설정되는 도유탐지구간의 일단에 설치되어 상기 도유탐지구간 내에서 발생하여 상기 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제1음향신호를 출력하는 제1감지부; 상기 도유탐지구간의 타단에 설치되어 상기 도유탐지구간 내에서 발생하여 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제2음향신호를 출력하는 제2감지부; 상기 제1음향신호 및 상기 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제1주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행하는 제1필터링부; 및 상기 제1감지부 및 상기 제2감지부의 음파 감지 시점의 차이를 다음의 수학식
Figure 112008017233794-PAT00001
에 의해 산출하여 송유관 내의 유체가 분기되어 흐르는 위치를 도유 위치로 결정하는 도유 위치 결정부;를 구비한다. 여기서, Rxy는 상기 음파 감지 시점의 차이를 구하기 위한 상호상관함수의 값, x(t)는 필터링된 상기 제1음향신호, y(t)는 필터링된 상기 제2음향신호, 그리고 Δt는 상기 음파 감지 시점의 차 이를 나타낸다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 방법은, 송유관 상에 설정되는 도유탐지구간 내에서 발생하여 상기 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 상기 도유탐지구간의 양단에서 각각 감지하여 제1음향신호 및 제2음향신호를 출력하는 음파 감지단계; 상기 제1음향신호 및 상기 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제1주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행하는 제1필터링단계; 및 상기 도유탐지구간 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 다음의 수학식
Figure 112008017233794-PAT00002
에 의해 산출하여 송유관 내의 유체가 분기되어 흐르는 위치를 도유 위치로 결정하는 도유 위치 결정단계;를 갖는다. 여기서, Rxy는 상기 음파 감지 시점의 차이를 구하기 위한 상호상관함수의 값, x(t)는 필터링된 상기 제1음향신호, y(t)는 필터링된 상기 제2음향신호, 그리고 Δt는 상기 음파 감지 시점의 차이를 나타낸다.
본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 장치 및 방법에 의하면, 송유관에 감지장치를 설치하여 송유관을 손상시킬 때 발생하는 음파 또는 도유를 위해 관을 연결하여 유체의 흐름이 달라져 발생하는 음파를 감지함으로써, 음파가 발생하는 위치를 정확하게 판단할 수 있다. 또한 송유관을 손상시킬 때 발생하는 음파를 감지함으로써, 송유관의 도유를 사전에 방지하여 경제적 손실 및 환경 오염과 같은 문제의 발생을 막을 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서, 동일한 구성요소들에 있어서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 번호를 가지도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 장치는 제1감지부(210), 제2감지부(220), 제1필터링부(230), 제2필터링부(240), 도유 위치 결정부(250), 도유 위치 출력부(260) 및 손상 위치 결정부(270)를 구비한다.
제1감지부(210)는 송유관 상에 설정되는 도유탐지구간의 일단에 설치되어 도유탐지구간 내에서 발생하여 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제1음향신호를 출력하고, 제2감지부(220)는 도유탐지구간의 타단에 설치되어 도유탐지구간 내에서 발생하여 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제2음향신호를 출력한다.
도유의 경우 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에서 감지하는 음파에는 도유관을 설치함으로써 발생한 유체 흐름의 변화에 의한 음파 및 도유관의 설치를 위해 송유관에 드릴로 구멍을 뚫는 등 송유관을 손상시킬 때 발생하는 소음이 송유관 내부의 유체를 통해 전달되는 음파의 두 가지가 있다. 이러한 두 가지 음파의 발생 원인이 다르므로 이를 기초로 도유 위치를 탐지하기 위하여 서로 다른 방법을 사용 하게 된다.
도 3은 도유를 위하여 송유관(310)에 도유관(320)이 설치된 경우를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 송유관(310) 상에 설정된 도유탐지구간(330)의 양단에 각각 설치된 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)는 도유관 설치 지점(340)에서 발생하여 송유관(310) 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제1음향신호 및 제2음향신호를 각각 출력한다.
송유관(310)에 도유관(320)이 설치되면 송유관(310) 내의 유체 흐름에 변화가 발생한다. 도 4는 도유관(320)의 설치로 인하여 발생한 난류층의 스펙트로그램을 도시한 도면이다. 송유관(310) 내부에서 난류층이 발생할 경우, 난류층이 발생하는 지점에서 음속의 변화 및 플로우 노이즈가 생기게 된다. 도유관 설치 지점(340)이 도유탐지구간(330) 내에 있으면 이러한 플로우 노이즈는 송유관(310) 내부의 유체를 통하여 도유탐지구간(330) 양단의 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에 전달되고, 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에서 출력되는 제1음향신호 및 제2음향신호는 다음의 수학식 1로 표현된다.
Figure 112008017233794-PAT00003
여기서, x(t)는 제1음향신호, y(t)는 제2음향신호, s(t)는 도유관(320)이 없는 경우의 유체 흐름에 의한 음파, α는 제1감지부(210) 및 제2감지부(220) 사이의 거리에 의한 상대적인 진폭인자, nx(t) 및 ny(t)는 각각 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에 감지되는 난류층으로 인해 발생한 플로우 노이즈이다.
제1필터링부(230)는 제1음향신호 및 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제1주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행한다.
도유관(320)이 설치된 경우 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에 감지되는 음파는 유체 흐름의 변화 및 도유관 설치 지점(340)에서 발생하는 난류층 때문에 도유관(320)이 없을 때의 송유관(310) 내부의 유체 흐름에 의한 음파와 다른 주파수 대역을 가진다. 따라서 제1필터링부(230)는 도유관(320) 설치에 의해 발생하는 음파의 주파수 대역과 동일한 차단 주파수를 가지는 대역 통과 필터를 사용하여 이상신호를 검출한다. 도유관(320) 설치에 의한 음파의 주파수 대역인 제1주파수 대역은 실험적으로 결정되며, 설치된 도유관(320)의 직경, 재질 또는 송유관(310) 내에서 흐르는 유체의 종류에 따라 다르게 결정된다. 이때 대역 통과 필터의 차단 주파수는 1310Hz 이상으로 결정되는 것이 바람직하다.
제1필터링부(230)에 의해 필터링된 제1음향신호 및 제2음향신호가 얻어지면 도유 위치 결정부(250)는 제1감지부 및 상기 제2감지부의 음파 감지 시점의 차이를 다음의 수학식 2에 의해 산출하여 상기 송유관 내의 유체가 분기되어 흐르는 위치를 도유 위치로 결정한다.
Figure 112008017233794-PAT00004
여기서, Rxy는 음파 감지 시점의 차이를 구하기 위한 상호상관함수의 값, x(t)는 필터링된 제1음향신호, y(t)는 필터링된 제2음향신호, 그리고 Δt는 음파 감지 시점의 차이를 나타낸다.
도유관 설치 지점(340)에서 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)까지의 거리가 동일하지 않은 경우에는 도유관 설치 지점(340)에서 발생한 음파가 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에 도달하는 시간에 차이가 생기게 된다. 이러한 시간차를 이용하여 도유관 설치 지점(340)의 위치를 산출할 수 있다.
가장 이상적인 경우는 수학식 1의 노이즈 신호가 존재하지 않는 단순한 파형의 s(t)가 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에 감지되며, 이때 x(t)와 y(t) 사이에 Δt 만큼의 시간차가 있는 경우이다. 그러나 도유관(320)의 설치로 인한 난류층 때문에 실제로 감지되는 신호에는 노이즈가 존재한다.
이러한 노이즈 신호는 일시적으로 발생하는 것이 아니고 연속적이며, 일정한 파형을 가지는 것이 아닌 랜덤한 신호이므로 제1음향신호와 제2음향신호를 단순히 시간영역에서 비교할 경우 도유탐지구간(330) 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 산출하기 어렵다. 따라서 수학식 2와 같은 상호상관함수를 산출하면 제1음향신호와 제2음향신호의 유사성 및 두 신호 사이의 시간차를 알 수 있다.
상호상관함수의 값은 제1필터링부(230)에 의해 필터링된 제1음향신호와 제2음향신호에 대한 컨벌루션으로 얻어지며, 시간차 Δt에 대한 상호상관함수의 값을 그래프로 나타낼 수 있다. 이러한 그래프에서 피크(peak)가 나타나는 위치의 Δt의 값이 도유탐지구간(330) 양단에서의 음파 감지 시점의 차이가 된다. 이때 제1필터링부(230)의 대역 통과 필터에 대해 설정된 제1주파수 대역이 도유관 설치 지점(340)에서 발생하는 음파의 주파수 대역에 가까울수록 상호상관함수 값의 그래프에서 피크가 명확하게 나타나므로 시간차 Δt를 쉽게 구할 수 있다.
다음으로 도유 위치 결정부(250)는 음파의 전달 속도 및 산출된 시간차를 기초로 다음의 수학식 3에 의해 제1감지부(210) 또는 제2감지부(220)에서 도유관 설치 지점(340)까지의 거리를 계산한다. 이때 음파의 전달 속도는 측정에 의하여 구할 수 있다. 도유관 설치 지점(340)까지의 거리가 얻어지면, 도유관 설치 지점(340)이 도유 위치로 결정된다.
Figure 112008017233794-PAT00005
여기서, d는 제2감지부(220)에서 도유관 설치 지점(340)까지의 거리, C1 및 C2는 각각 도유관 설치 지점(340)으로부터 제1감지부(210) 및 제2감지부(220) 방향의 유체 이동으로 인한 도플러 속도가 합쳐진 유체 내에서의 음파 전달 속도, L은 도유탐지구간(330)의 길이, 그리고 Δt는 도유탐지구간(330) 양단의 음파 도달 시간차이다.
실제 송유관(310)의 형태는 모든 구간에서 일직선이 아니며, 유체를 운반하는 중 여러 경로로 나누어지게 된다. 이렇게 송유관(310)의 경로가 나누어지는 지 점에서 송유관(310)에 분기관이 연결되고, 분기관이 연결된 지점에서의 유체의 흐름은 송유관(310)에 도유관(320)이 설치된 지점에서의 유체 흐름과 비슷한 형태로 나타난다. 따라서 도유탐지구간(330)이 분기관 연결 지점을 포함하여 설정되는 경우에는 분기관 연결 지점에서의 유체 흐름으로 인한 음파가 도유관 설치 지점(340)에서 발생한 음파로 감지되어 분기관 연결 지점이 도유 위치로 잘못 결정될 수 있다. 이러한 경우를 방지하기 위하여 도유 위치 출력부(260)는 송유관(310)에 분기관이 연결된 지점의 위치에 대한 정보를 사전에 저장한 후 도유 위치 결정부(250)에 의하여 결정된 도유 위치와 사전에 저장된 송유관(310) 내의 분기점 위치를 비교하여 상이한 경우에 도유 위치 결정부(250)에 의해 결정된 도유 위치를 최종적인 도유 위치로 출력한다.
도 5는 송유관(510)에 도유관을 설치하기 위하여 송유관(510)을 손상시키는 경우를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 송유관(510) 상에 설정된 도유탐지구간(520)의 양단에 각각 설치된 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)는 도유관 설치를 위한 송유관 손상 지점(530)에서 발생하여 송유관(510) 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제1음향신호 및 제2음향신호를 각각 출력한다. 이때 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에서 감지되는 음파는 송유관(510) 내부의 유체 이동에 의한 소음과 섞이게 되므로 도플러 효과에 의하여 다음의 수학식 4와 같이 송유관(510)을 손상시킬 때 발생하는 음파의 고유 주파수와 다른 주파수를 가지게 된다.
Figure 112008017233794-PAT00006
여기서, f'은 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에서 감지되는 음파의 주파수, f는 송유관 손상 지점(530)에서 발생하는 음파의 주파수, v는 송유관(510) 내부의 유체 이동 속도, 그리고 c는 음파의 전파 속도이다.
제2필터링부(240)는 제1음향신호 및 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제2주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행한다.
도 6은 어느 시점에서 송유관(510)의 손상이 발생하는 경우 시간에 따른 송유관(510) 내 음파의 강도를 도시한 도면이다. 송유관(510) 내의 음파 강도의 그래프는 송유관(510)의 손상 시점 이후에 급격히 증가하는 형태를 보인다. 이와 같이 도유관의 설치를 위해 송유관(510)을 손상시킬 때 발생하는 용접이나 드릴 소음은 송유관(510) 내의 유체 흐름에 의해 발생하는 음파와 전혀 다른 종류이다. 따라서 송유관 손상 지점(530)에서 발생하는 음파가 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에 의해 감지될 때의 주파수 대역을 제2주파수 대역으로 결정하여 대역 통과 필터링을 수행하면 송유관(510) 손상에 의해 발생하는 음파를 검출할 수 있다. 제2필터링부(240)에서 사용되는 대역 통과 필터의 차단 주파수는 1310Hz 이상에서 실험에 의해 결정되며, 드릴 등 천공기계의 종류, 송유관(510)의 직경 및 송유관(510) 내부의 유체의 종류에 따라 다르게 결정된다.
손상 위치 결정부(270)는 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)의 음파 감지 시 점의 차이를 산출하여 도유를 위한 송유관(510)의 손상 위치를 결정한다.
송유관(310)에 도유관(320)이 설치되어 있는 경우에는 도유관 설치 지점(340)에서 발생하는 음파가 연속적이고 랜덤한 형태이고, 도유관(320)이 없을 때 송유관(310) 내부의 유체 흐름에 의한 음파와 비슷한 형태를 보이므로 필터링된 신호를 단순히 시간영역에서 비교하여 시간차를 산출하는 것이 어렵다. 그러나 송유관 손상 지점(530)에서 발생하는 음파는 유체 흐름에 의한 음파와 전혀 다른 형태를 보이므로 제2필터링부(240)의 필터링에 의하여 음파가 쉽게 검출되며, 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에서 출력되는 제1음향신호 및 제2음향신호의 형태를 시간영역에서 비교하여 음파 감지 시점의 차이를 구할 수 있다.
시간에 따른 제1음향신호 및 제2음향신호의 비교로 시간차가 산출되면 손상 위치 결정부(270)는 시간차를 기초로 수학식 3에 의하여 제2감지부(220)에서 송유관 손상 지점(530)까지의 거리를 산출하고, 송유관 손상 지점(530)의 위치는 도유 위치로 결정된다. 이 경우에는 송유관(510)에 분기관이 연결된 지점이 도유탐지구간(520)에 포함되어도 두 지점에서 발생하는 음파의 형태가 크게 다르므로 분기관이 연결된 지점과 손상 위치 결정부(270)에 의해 결정된 도유 위치가 일치할 우려가 없다.
도 7은 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)는 송유관 상에 설정되는 도유탐지구간 내에서 발생하여 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 도유탐 지구간의 양단에서 각각 감지하여 수학식 1로 표현되는 제1음향신호 및 제2음향신호를 출력한다(S710).
송유관에 도유관이 설치되어 있는 경우, 제1필터링부(230)는 제1음향신호 및 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제1주파수대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행한다(S720). 제1주파수 대역은 도유관 설치 지점에서 발생하는 음파의 주파수 대역과 동일하게 결정된다. 다음으로 도유 위치 결정부(250)는 수학식 2에 의해 도유탐지구간 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 산출하여 수학식 3에 의해 송유관 내의 유체가 분기되어 흐르는 위치를 도유 위치로 결정한다(S740). 이때 도유탐지구간 내에 송유관의 경로가 나누어지는 분기관 연결 지점이 존재하는 경우 도유 위치로 잘못 결정될 수 있으므로 도유 위치 결정부(250)는 결정된 도유 위치를 사전에 저장된 송유관의 분기점 위치와 비교하고(S750), 상이한 경우 도유 위치를 출력한다(S760).
송유관에 도유관 설치를 위한 손상이 발생하는 경우, 제2필터링부(240)는 제1음향신호 및 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제2주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행한다(S730). 제2주파수 대역은 송유관을 손상시킬 때 발생하는 음파가 제1감지부(210) 및 제2감지부(220)에서 감지될 때의 주파수 대역과 동일하게 결정된다. 다음으로 손상 위치 결정부(270)는 필터링된 제1음향신호 및 제2음향신호의 그래프를 기초로 도유탐지구간 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 산출하고, 수학식 3에 의해 도유를 위한 송유관의 손상 위치를 결정한다(S770). 결정된 송유관의 손상 위치는 도유 위치가 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래의 누수 탐지 방법 중 상관식 누수 탐지 방법에 의해 누수 위치를 탐지하는 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 도유를 위하여 송유관(310)에 도유관(320)이 설치된 경우를 도시한 도면,
도 4는 도유관(320)의 설치로 인하여 발생한 난류층의 스펙트로그램을 도시한 도면,
도 5는 송유관(510)에 도유관을 설치하기 위하여 송유관(510)을 손상시키는 경우를 도시한 도면,
도 6은 어느 시점에서 송유관(510)의 손상이 발생하는 경우 시간에 따른 송유관(510) 내 음파의 강도를 도시한 도면, 그리고,
도 7은 본 발명에 따른 송유관의 도유 위치 탐지 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행 과정을 도시한 흐름도이다.

Claims (10)

  1. 송유관 상에 설정되는 도유탐지구간의 일단에 설치되어 상기 도유탐지구간 내에서 발생하여 상기 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제1음향신호를 출력하는 제1감지부;
    상기 도유탐지구간의 타단에 설치되어 상기 도유탐지구간 내에서 발생하여 상기 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 감지하여 제2음향신호를 출력하는 제2감지부;
    상기 제1음향신호 및 상기 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제1주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행하는 제1필터링부; 및
    상기 제1감지부 및 상기 제2감지부의 음파 감지 시점의 차이를 다음의 수학식 A에 의해 산출하여 상기 송유관 내의 유체가 분기되어 흐르는 위치를 도유 위치로 결정하는 도유 위치 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 장치:
    [수학식 A]
    Figure 112008017233794-PAT00007
    여기서, Rxy는 상기 음파 감지 시점의 차이를 구하기 위한 상호상관함수의 값, x(t)는 필터링된 상기 제1음향신호, y(t)는 필터링된 상기 제2음향신호, 그리고 Δt는 상기 음파 감지 시점의 차이를 나타낸다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1주파수 대역은 상기 송유관이 분기되는 지점에서 발생하는 난류층으로 인한 유체 소음의 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1음향신호 및 상기 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제2주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행하는 제2필터링부; 및
    상기 제1감지부 및 상기 제2감지부의 음파 감지 시점의 차이를 산출하여 도유를 위한 상기 송유관의 손상 위치를 결정하는 손상 위치 결정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2주파수 대역은 천공장치에 의하여 상기 송유관이 손상될 때 발생하는 소음의 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 장치.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 도유 위치 결정부에 의하여 결정된 상기 도유 위치와 사전에 저장된 상기 송유관 내의 분기점 위치가 상이할 경우 상기 도유 위치를 최종적인 도유 위치 로 출력하는 도유 위치 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 장치.
  6. 송유관 상에 설정되는 도유탐지구간 내에서 발생하여 상기 송유관 내의 유체를 통해 전달된 음파를 상기 도유탐지구간의 양단에서 각각 감지하여 제1음향신호 및 제2음향신호를 출력하는 음파 감지단계;
    상기 제1음향신호 및 상기 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제1주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행하는 제1필터링단계; 및
    상기 도유탐지구간 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 다음의 수학식 A에 의해 산출하여 상기 송유관 내의 유체가 분기되어 흐르는 위치를 도유 위치로 결정하는 도유 위치 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 방법:
    [수학식 A]
    Figure 112008017233794-PAT00008
    여기서, Rxy는 상기 음파 감지 시점의 차이를 구하기 위한 상호상관함수의 값, x(t)는 필터링된 상기 제1음향신호, y(t)는 필터링된 상기 제2음향신호, 그리고 Δt는 상기 음파 감지 시점의 차이를 나타낸다.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1주파수 대역은 상기 송유관이 분기되는 지점에서 발생하는 난류층으로 인한 유체 소음의 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제1음향신호 및 상기 제2음향신호에 대해 사전에 설정된 제2주파수 대역에 의해 각각 대역 통과 필터링을 수행하는 제2필터링단계; 및
    상기 도유탐지구간 양단에서의 음파 감지 시점의 차이를 산출하여 도유를 위한 상기 송유관의 손상 위치를 결정하는 손상 위치 결정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제2주파수 대역은 천공장치에 의하여 상기 송유관이 손상될 때 발생하는 소음의 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 방법.
  10. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 도유 위치 결정단계에 의하여 결정된 상기 도유 위치와 사전에 저장된 상기 송유관 내의 분기점 위치가 상이할 경우 상기 도유 위치를 최종적인 도유 위치로 출력하는 도유 위치 출력단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송유관의 도유 위치 탐지 방법.
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