KR20100121818A - 배관 마모 모니터링 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
원격제어 단말에 의해 배관 마모(감육)를 원격적으로 측정함으로써 배관 마모를 용이하게 유지 관리할 수 있고, 배관 취약부의 마모를 지속적으로 모니터링할 수 있는 배관 마모 모니터링 시스템 및 그 방법이 제공된다. 배관 마모 모니터링 시스템은, 배관의 취약부에 배치되어 배관의 취약부로부터 반향되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 프로우브; 초음파 프로우브를 내장하여 배관 취약부 외벽에 부착되는 카트리지; 배관의 취약부에 송신할 초음파를 발생하고, 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여 배관 마모를 측정하는 초음파 검사 모듈; 반향 초음파 신호를 로깅(logging)하고, 이를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여 초음파 특징값을 추출하고, 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 초음파 데이터 분석기; 및 초음파 검사 모듈과 네트워크를 통해 원격 연결되고, 초음파 검사 모듈 및 초음파 데이터 분석기에 제어 명령을 송신하며, 초음파 검사 모듈로부터 측정 데이터를 수신하여 배관의 마모를 원격적으로 모니터링하는 원격제어 단말을 포함한다.
배관, 마모, 취약부, 곡관부, 초음파, 감육, 원격제어, 초음파 검사 모듈
Description
본 발명은 배관 마모 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 초음파 검사 시스템을 이용하여 배관의 마모(감육)를 측정하는 배관 마모 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배관(Pipe)은 유류 및 가스의 운반수단으로서 거의 모든 현장 및 일반 생활에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 따라서 주요 배관에 대해서는 생산단계에서부터 결함에 대한 정밀 검사가 필요하다. 또한, 시간이 경과함에 따라 물리적, 화학적 손상 및 열화, 부식 등의 환경에 의한 파손이 발생할 경우 심각한 경제적, 인적 손실을 유발할 수 있기 때문에, 배관 사용 중에 배관 검사가 반드시 필요하다.
이에 따라 배관의 건전성을 검사하는 기술은 꼭 필요한 기술이며, 최근에는 대형 배관의 경우에 로봇 장치에 카메라, 와전류 탐상 장치 등의 센서를 실어 관로를 이동하면서 진단하는 기술이 개발되어 활용되고 있다.
한편, 구조물이나 제품을 분해하거나 파괴하지 않고 원형 그대로 결함, 안전 도, 수명 등을 정확하게 진단하여 하자를 보수하거나 품질을 관리할 수 있는 검사 방법을 비파괴 검사 방법이라 한다. 이러한 비파괴 검사 방법의 종류로는 방사선 투과검사(Radiograpic Test) 방법, 초음파 탐상(Ultrasonic Test) 방법, 액체침투 탐상(Liquid Penetrant Test) 방법, 자분 탐상(Magnetic Particle Test) 방법, 와전류 탐상(Eddy Current Test) 방법, 및 누설 탐상(Leak Test) 방법 등이 있다.
이러한 방법들 중에서 초음파 탐상(Ultrasonic Test) 방법은 고주파수의 초음파를 피검사체 내로 보내어 표면 및 내부 결함을 검출하는 방법으로, 금속의 조직검사에 유용하고, 작업자의 안전관리상의 문제가 없으며, 결함유무를 신속하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
이러한 초음파 탐상 방법은, 우선 피검사체에 초음파 프로우브(탐촉자)를 놓고, 진동장에서 발생한 초음파 펄스를 피검사체 내부로 진행시킨다. 이때, 초음파 펄스의 진행방향에 결함이나 낮은 면이 있으면 에너지의 손실과 더불어 계면에서 반사되는데, 이와 같이 반사된 초음파를 초음파 프로우브를 통하여 수신하여 분석함으로써 결함의 존재 및 위치를 알아낼 수 있게 된다. 즉, 검사자는 피검사체 내의 불연속부에서 반사된 초음파 신호의 크기, 물체의 밑바닥 신호에서의 위치 등의 정보로부터 불연속의 크기, 위치 등을 파악하게 된다.
그런데, 초음파 탐상(Ultrasonic Test) 방법을 이용하여 상수도관, 가스배관 등과 같이 강체로 구성된 피검사체의 결함을 파악하는데 있어서, 신호의 신속한 처리와 더불어 매우 중요한 것은 검사자가 피검사체의 결함 여부를 쉽게 판독할 수 있는 형태로 출력시켜 주는 것이다. 이하, 도 2를 참조하여 종래의 기술에 배관 마모 측정 방법으로서, 펄스 에코 초음파 배관 검사 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 일반적인 펄스 에코 초음파 배관 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 펄스 에코 초음파 배관 검사 장치(20)는, 제어부(21), 펄스 발생기(22), 송신 프로우브(23), 수신 프로우브(24), 증폭기(25) 및 CRT 스크린(26)을 포함한다.
펄스 에코 초음파 배관 검사 장치(20)는 물질 내의 불연속으로부터 반사되는 신호를 이용한다. 송신 프로우브(23)는 수신 프로우브(24)와 동일할 수 있고, 분리된 송신 프로우브(23)와 수신 프로우브(24) 또한 사용될 수 있다.
구체적으로, 제어부(21)는 송신 및 수신, 측정시에 테스트 주기의 순서를 결정하고, 펄스 발생기(22)는 기계적으로 프로우브가 진동하는 펄스를 발생시킨다.
프로우브(23, 24)는 전기적인 펄스를 기계적인 진동(초음파)으로 전환시키고 그 역인 소리 진동을 전기적인 것으로도 전환한다. 송수신 프로우브(23, 24)는 single-probe operation과 동일하거나 TR-operation, tandem-operation과 분리되어 있다.
증폭기(25)는 수신된 신호와 수신 프로우브(24)에 의해 변환된 신호를 증폭 여과시킨다. 이때, Gain은 선형(linear) 또는 대수형(logarithmic)일 수 있다. 일반적으로 신호는 임계값(threshold) 수준보다 작거나 높은 신호로 분류된다. 변환 및 측정된 신호는 전선택 프로그램(Pre-selected program)에 따라 먼저 처리되어, 출력, 화면표시 또는 저장될 수 있다.
이러한 펄스 에코법(Pulse-echo-method)에서 사용되는 초음파 배관 마모 측정 기술은 입력과 출력 사이의 차이를 측정해서 수치화하는 것이다. 펄스 에코법은 초음파 펄스를 사용해서 반사 지시의 크기(echo amplitude)뿐만 아니라 에코 이동 시간까지 측정할 수 있다. 따라서 반사체의 크기뿐만 아니라 그것의 위치를 표시하는 데이터까지 얻을 수 있다.
한편, 배관의 두께 감소(이하 "감육"이라고 함)에 관련된 조사에 따르면 마모 결함 등이 곡관 형상에서 많이 발생되는 것으로 보고되고 있다.
그러나 종래의 기술에 배관 마모 측정 방법은 배관이 설치된 현장에서 배관 마모를 측정하고 있으므로 배관 마모의 유지 관리가 용이하지 않을 뿐만 아니라 배관 마모를 지속적으로 모니터링하기 어렵다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원격제어 단말에 의해 배관 마모를 원격적으로 측정함으로써 배관 마모를 용이하게 유지 관리할 수 있는 배관 마모 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 배관 취약부의 마모를 지속적으로 모니터링할 수 있는 배관 마모 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 배관 마모 모니터링 시스템은, 배관의 취약부에 배치되어 상기 배관의 취약부로부터 반향되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 프로우브; 상기 초음파 프로우브를 내장하여 상기 배관 취약부 외벽에 부착되는 카트리지; 상기 배관의 취약부에 송신할 초음파를 발생하고, 상기 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여 배관 마모를 측정하는 초음파 검사 모듈; 상기 반향 초음파 신호를 로깅(logging)하고, 이를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여 초음파 특징값을 추출하고, 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 초음파 데이터 분석기; 및 상기 초음파 검사 모듈과 네트워크를 통해 원격 연결되고, 상기 초음파 검사 모듈 및 초음파 데이터 분석기에 제어 명령을 송신하며, 상기 초음파 검사 모듈로부터 측정 데이터 를 수신하여 상기 배관의 마모를 원격적으로 모니터링하는 원격제어 단말을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 초음파 데이터 분석기는 상기 초음파 검사 모듈과 함께 상기 배관 근처에 설치되어 원격 제어될 수 있다.
여기서, 상기 초음파 데이터 분석기는 상기 원격제어 단말에 설치되고, 네트워크를 통해 상기 초음파 검사 모듈로부터 전송되는 신호를 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 초음파 데이터 분석기에 의해 처리된 배관 마모(감육) 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배관의 취약부는 배관 곡관부이거나 배관 마모가 심한 부분인 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 배관 마모 모니터링 방법은, a) 초음파 프로우브가 내장된 카트리지, 초음파 검사 모듈 및 초음파 데이터 분석기를 배관 취약부에 설치하는 단계; b) 상기 초음파 검사 모듈이 원격제어 단말로부터 상기 배관 취약부의 초음파 검사를 위한 원격제어 명령이 있는지 확인하는 단계; c) 상기 초음파 검사 신호에 따라 상기 초음파 검사 모듈이 초음파를 발생시키는 단계; d) 상기 초음파 검사 모듈이 상기 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파를 디지털 신호로 변환하는 단계; e) 상기 초음파 데이터 분석기가 상기 초음파 검사 모듈에 의해 변환된 디지털 신호를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여, 초음파 특징값을 추출하고 배관 마모(감육) 데 이터로 변환하는 단계; f) 상기 초음파 검사 모듈이 네트워크를 통해 상기 배관 마모(감육) 데이터를 상기 원격제어 단말에게 송신하는 단계; 및 g) 상기 원격제어 단말이 상기 수신된 배관 마모(감육) 데이터에 따라 상기 배관을 모니터링하는 단계를 포함하여 이루어진다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 배관 마모 모니터링 방법은, a) 초음파 프로우브가 내장된 카트리지 및 초음파 검사 모듈을 배관 취약부에 설치하는 단계; b) 상기 초음파 검사 모듈이 원격제어 단말로부터 상기 배관 취약부의 초음파 검사를 위한 원격제어 명령이 있는지 확인하는 단계; c) 상기 초음파 검사 신호에 따라 상기 초음파 검사 모듈이 초음파를 발생시키는 단계; d) 상기 초음파 검사 모듈이 상기 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파를 디지털 신호로 변환하는 단계; e) 상기 초음파 검사 모듈이 네트워크를 통해 상기 디지털 신호를 상기 원격제어 단말에게 송신하는 단계; f) 상기 원격제어 단말 상에 설치된 초음파 데이터 분석기가 상기 초음파 검사 모듈에 의해 변환된 디지털 신호를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여 초음파 특징값을 추출하고, 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 단계; 및 g) 상기 원격제어 단말이 상기 배관 마모(감육) 데이터에 따라 상기 배관을 모니터링하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 초음파 데이터 분석기에 의해 처리된 배관 마모(감육) 데이터를 저장하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배관의 취약부는 배관 곡관부이거나 배관 마모가 심한 부분인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 원격제어 단말에 의해 배관 마모(감육)를 원격적으로 측정함으로써 배관 마모를 용이하게 유지 관리할 수 있다. 즉, 심각한 감육이 예상되는 배관의 취약부에 센서를 1개소 설치하여, 배관의 두께 변화를 측정하고 이를 네트워크를 통해서 원격으로 데이터베이스화 하고 점검자에게 알릴 수 있다.
본 발명에 따르면, 배관 취약부의 마모를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 본 발명의 동일 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원번호 제2003- 31856호(출원일: 2003년 05월 20일)에는 "(디지털 초음파 영상화 시스템 및 그 방법)"이 개시되어 있는데, 이러한 디지털 초음파 영상화 시스템은 상수도관, 가스배관 등의 물리적 결함을 검사하기 위한 초음파 탐상에 있어서 피검사체(구조물)로부터 되돌아오는 반향 신호를 검사자가 판독하기 쉬운 형태로 영상화하기 위한 것으로, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
본 발명의 실시예로서, 심각한 감육이 예상되는 배관의 취약부에 센서를 1개소 설치하여, 배관의 두께 변화를 측정하고 이를 네트워크를 통해서 원격으로 데이터베이스화 하고 점검자에게 알릴 수 있는 배관 마모 모니터링 시스템 및 그 방법이 제공된다. 즉, 기존에는 검사 시에만 두께 측정이 가능하였지만, 본 발명의 실시예는 온라인상에서 검사 장치를 구동시킴으로써, 실시간으로 배관 두께의 감육 정도를 확인할 수 있는 검사 네트워크를 구성하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템(100)은, 원격제어 단말(110), 초음파 검사 모듈(120), 초음파 프로우브(Ultrasonic probe: 130), 고감도 초음파 카트리지(140), 초음파 데이터 분석기(150), 데이터 저장부(160) 및 서버 DB(170)를 포함한다.
원격제어 단말(110)은 상기 초음파 검사 모듈(120)과 네트워크를 통해 원격 연결되고, 상기 초음파 검사 모듈(120) 및 초음파 데이터 분석기(150)에 제어 명령을 송신하며, 상기 초음파 검사 모듈(120)로부터 측정 데이터를 수신하여 배 관(200)의 마모를 원격적으로 모니터링하게 된다. 이때, 상기 배관의 취약부는 배관 곡관부이거나 배관 마모가 심한 부분일 수 있다.
초음파 검사 모듈(120)은 상기 배관(200)의 취약부인 곡관부(210)에 송신할 초음파를 발생하고, 상기 초음파 프로우브(130)를 통해 수신되는 반향 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여 배관 마모를 측정한다.
구체적으로, 초음파 검사 모듈(120)은 1채널 DC 파워로 구동되는 초음파 검사 장치로서, 본 발명의 실시예에서는 모델명 UTCOM 205인 데이터 로거(Data logger)일 수 있다. 이러한 초음파 검사 모듈(120)은 기본 50㎒의 샘플링 주파수를 가지며, 초음파 발진 주파수 범위는 0.5㎒에서 15㎒일 수 있다. 여기서, UTCOM 205는 컴퓨터 기반의 디지털 초음파 검사 시스템이다.
초음파 프로우브(130)는 배관(200)의 곡관부(210)에 배치되어 상기 배관의 곡관부(210)로부터 반향되는 초음파 신호를 수신한다. 여기서, 초음파 프로우브(130)는 심각한 감육이 예상되는 배관의 곡관부(210)마다 1개소 설치될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
구체적으로, 초음파 검사는 음파를 발생시키는 초음파 프로우브(130) 없이는 수행될 수 없다. 즉, 초음파 프로우브(130)는 음파의 발신과 수신에 사용되므로 초음파 검사 시스템에 있어서 결정적으로 중요한 것이다. 또한, 초음파 프로우브(130)는 입력신호와 출력신호에 미치는 영향을 결정한다. 예를 들면, 어떤 반사체 위치를 정하고 그것의 크기를 결정하려면 음원의 특성과 음파 수신기를 미리 알아야 하고 그것을 고려해야 한다. 이러한 초음파 프로우브(130)의 타입은 시험편 의 타입과 발견된 반사체의 종류에 따라 매 비트마다 변한다. 여러 종류의 초음파 프로우브(130) 중에는 다른 크기에서 다른 타입의 물질에 쓰이는 것, 시험편과 직접 접촉하는 것과 담금 기법을 위한 것, 일반적인 비밍(normal beaming)과 경사 비밍(inclined beaming), 단형 펄스(short)와 장형 펄스(long)를 위한 것들이 있다. 음파의 발생과 수신을 위해 대부분 바륨티타네이트나, 지르코산염 봉, 메타니오베이트 봉 등과 같은 다양한 세라믹 물질로 만들어진 배타적 압전판(transformer)을 사용한다. 이러한 압전판들은 짧은 전기적 펄스에 의해 기계적인 진동을 발생시킨다. 크리스털 뒷면의 감소 엘리먼트(시험편 쪽으로 결합된 프로우브)가 압전판의 진동을 감소시키는 것이 초음파 펄스가 형성되는 방식이다.
도 2를 다시 참조하면, 고감도 초음파 카트리지(140)는 상기 초음파 프로우브(130)를 내장하여 상기 배관 곡관부(210) 외벽에 부착된다. 이때, 상기 고감도 초음파 카트리지(140)는 검사 최적화를 위해 그 크기나 외형 등이 변경될 수 있다.
초음파 데이터 분석기(150)는 상기 반향 초음파 신호를 로깅(logging)하고, 이를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여 초음파 특징값을 추출하고, 배관 마모(감육) 데이터로 변환한다. 여기서, 상기 초음파 데이터 분석기(150)는 상기 초음파 검사 모듈(120)과 함께 상기 배관(200) 근처에 설치되어 원격 제어될 수 있다.
예를 들면, 초음파 데이터 분석기(150)는 FAUST(Fast Analyzer for Ultrasound Signal)로서, On-line/Off line으로 초음파 신호를 로깅하고, 이를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여, 초음파 특징값을 추출하며, 이를 저장 및 관리할 수 있는 프로그램이 내장된 모듈일 수 있다.
또한, 데이터 저장부(160)는 상기 초음파 데이터 분석기(150)에 의해 처리된 배관 마모(감육) 데이터를 저장한다.
서버 DB(170)는 원거리 데이터베이스 서버로서 원격제어 단말(110) 상에 설치될 수 있고, 네트워크를 이용하여 전송된 갱신 데이터를 저장한다.
본 발명의 실시예에 따른 배관(200)은 그 두께가 예를 들면, 1 ~ 30mm일 수 있고, 5㎒ 프로우브에 의해 배관 마모가 측정된다. 이때, 검사 영역(Inspection Area)은 배관 곡관부(210)로서, 점 조사(Spot Inspection) 방식으로 배관 마모가 측정될 수 있다. 또한, 검사 속도(Inspection Speed)는 최대 10㎐로서, 사용자에 의해 제어될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템(100)은 감육 두께 데이터를 저장할 수 있고, 그래프로 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템(100)은, 누적된 피로 하중을 받는 배관 곡관부(210)의 두께 감육을 실시간으로 측정할 수 있는 장치로서, 두께 측정을 위한 기법은 초음파를 사용하여 반향 신호의 시간상의 위치를 매질의 속도에 적용함으로써 배관의 두께를 산정하게 된다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템(100)은, 초음파 검사 모듈(120)인 UTCOM205와 산업용 컴퓨터로 구성되며, 초음파 송수신 및 디지털 변환된 데이터는 FAUST라는 초음파 데이터 분석기(150), 즉, 초음파 데이터 로깅 및 특징 분석 모듈을 통해서, 신호 처리된 후 유선, 무선 네트워크를 이용하여, 원격 사용자의 원격제어 단말(110)에게 배관 감육 정보를 알려준다. 이때, 로깅 시점은 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 초당 수회에서 일주에 한 번씩까지 설 정 가능하며, 신호 처리된 초음파 신호를 데이터베이스화하여 누적 저장하고, 차후 관리할 수 있는 기능을 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템(100)의 경우, 초음파 검사 모듈(120)이 장착된 산업용 PC는 배관망의 현장에 위치해 있고, 사용자가 지정한 시간 간격으로 초음파를 배관(200) 내부에 발진/수신한 후, 이를 디지털 처리하여, 감육 정보를 취득하여 데이터베이스에 저장할 수 있다. 동시에 네트워크를 이용하여 원거리 데이터베이스 서버에 갱신 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 초음파 검사 모듈의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 초음파 데이터 분석기 및 원격제어 단말기의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 초음파 검사 모듈(120)은 초음파 펄서/수신기(121), A/D 변환기(122), 인코더(123) 및 인코더 계수기(124)를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
초음파 펄서/수신기(121)는 초음파 프로우브(130)로부터 수신한 아날로그 반사 초음파 신호를 A/D 변환기(122)로 전달하고, 상기 전달받은 아날로그 반사 초음파 신호를 디지털 반사 초음파 데이터로 변환한 후 내부 메모리(도시되지 않음)에 저장한다.
인코더(123)는 초음파 프로우브(130)의 위치를 검출하고, 인코더 계수기(124)는 인코더(123)로부터의 위치 신호를 초음파 데이터 분석기(150)로 전송하게 된다.
구체적으로, 초음파 펄서/수신기(121)는 인코더 계수기(124)로부터의 위치 신호를 주기적으로 추적하여 위치 변화가 생기면 초음파를 발생시키기 위한 전기적인 신호를 초음파 프로우브(130)로 송신하도록 제어한다.
초음파 데이터 분석기(150)는 초음파 프로우브(130)와 초음파 펄서/수신기(121) 및 A/D 변환기(122)를 거쳐 전달받은 디지털 반사 초음파 데이터를 처리하여 영상화하게 된다.
구체적으로, 상기 초음파 데이터 분석기(150)의 제어에 따라 초음파를 발생시키기 위한 전기적인 신호를 초음파 프로우브(130)로 송신하고, 초음파 펄서/수신기(121)는 초음파 프로우브(130)로부터의 전기적인 신호로 변환된 반사 초음파 신호를 수신한다.
초음파 프로우브(130)는 초음파 발진/수신 센서로서, 상기 초음파 펄서/수신기(121)로부터의 전기적인 신호를 초음파 신호로 변환하여 배관 곡관부로 발진시키고, 상기 배관 곡관부로부터 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신하여 전기적인 신호로 변환하여 상기 초음파 펄서/수신기(121)로 전달하기 위한 것이다.
A/D 변환기(122)는 상기 초음파 펄서/수신기(121)로부터 아날로그 형태의 반사 초음파 신호를 전달받아 초음파 데이터 분석기(150)에서 처리 가능한 디지털 형태의 반사 초음파 데이터로 변환시켜 초음파 데이터 분석기(150)로 전달하게 된다.
상기 각 구성요소의 동작을 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 초음파를 배관 곡관부에 송신하는 과정은 초음파 데이터 분석기(150)의 스레드(Thread: 프로세싱 단위)에서 인코더 계수기(124)로부터 전달되는 위치 변수의 값을 추적하여 초음파 프로우브(130)의 위치를 계속적으로 검출하여 초음파를 송신하도록 제어한다. 이때, 추적의 대상이 되는 변수는 초음파 데이터 분석기(150)에서 내부의 타이머를 통해서 변화량이 계산되고, 일정한 변화(사용자가 지정한 증분값) 이상의 변수 변화가 있는 경우에는 초음파 프로우브(130)가 이동하였다고 판단하여 초음파를 다시 내보내도록 초음파 펄서/수신기(121)를 제어한다.
이후, 배관 곡관부 등으로 전달된 초음파가 배관 곡관부의 해당 스캐닝 영역에 내재한 결함 등에 의하여 반사되어 되돌아오면, 초음파 펄서/수신기(121)가 초음파 프로우브(130)를 거쳐 수집(수신)하여 게인 등을 적용한 후, A/D 변환기(122)로 전달한다.
그러면, A/D 변환기(122)는 동기화(Synchronization) 포트에서 초음파 펄서/수신기(121)로부터의 아날로그반사 초음파 신호를 시작 위치에 동기화하여 전달받는다. 그리고 상기 전달받은 아날로그 반사 초음파 신호를 디지털 반사 초음파 데이터로 변환하여 내부 메모리에 저장하고, 초음파 데이터 분석기(150)로부터의 제어 신호에 따라 고역 통과 필터(High Pass Filter)와 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 적용하여 노이즈 신호를 제거하고 댐핑 등을 설정하여 획득 신호를 재처리한 후 전송을 수행하게 된다. 이때, 아날로그/디지털 샘플링 주파수, 필터, 게인, 댐핑 등은 시스템 작동 중이라도 사용자의 요청에 따라 바꿀 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 초음파 데이터 분석기(150)는 위치 추적부(151) 및 이미지 처리부(152)를 포함하며, 원격제어 단말기(110)는 초음파 송수신 제어부(111), A/D 변환 제어부(112) 및 그 래픽 사용자 인터페이스(113)를 포함한다.
초음파 데이터 분석기(150)는 A/D 변환기(122)로부터 전달받은 디지털 반사 초음파 데이터를 처리하여 영상화를 수행하게 된다.
구체적으로, 초음파 데이터 분석기(150)의 위치 추적부(151)는 초음파 검사 모듈(120)의 인코더 계수기(124)로부터의 위치 추적 함수 리턴값을 주기적으로 추적하여 위치 변화가 생기면 원격제어 단말(110)의 초음파 송수신 제어부(111)가 초음파 검사 모듈(120)의 초음파 펄서/수신기(121)를 제어하여 초음파 프로우브(130)를 구동한다. 또한, A/D 변환 제어부(112)에 위치 변화가 발생하였음을 알린다.
초음파 데이터 분석기(150)의 이미지 처리부(152)는 영상화를 수행한 결과를 원격제어 단말(110)의 그래픽 유저 인터페이스부(113)로 전달할 수 있다.
원격제어 단말기(110)의 초음파 송수신 제어부(111)는 초음파 검사 모듈(120)의 초음파 펄서/수신기(121)의 구동을 제어함으로써, 초음파 프로우브(130)의 구동이 제어된다.
원격제어 단말기(110)의 A/D 변환 제어부(112)는 초음파 검사 모듈(120)의 A/D 변환기(122)의 내부 메모리에 저장된 디지털 반사 초음파 데이터를 읽어 들여 상기 초음파 데이터 분석기(150)의 이미지 처리부(152)에 전달하면, 상기 초음파 데이터 분석기(150)의 이미지 처리부(152)가 영상화를 수행하게 된다. 여기서, 구체적인 영상화에 대한 설명은 생략하기로 한다.
원격제어 단말기(110)의 그래픽 사용자 인터페이스(113)는 디스플레이 장치(도시되지 않음)에 결과 화면을 출력하게 된다.
또한, 데이터 저장부(160)는 디지털 초음파를 영상화하기 위한 이미지 처리 프로그램, 영상화 과정 중에 생성되는 중간 처리 데이터 및 최종적으로 처리된 초음파 영상화 데이터 등을 저장하는데 사용된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 고감도 초음파 카트리지를 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 고감도 초음파 카트리지(High Sensitivity Ultrasonic Cartridge: 140)는 고감도 초음파를 발생하고, 배관 마모 검사의 최적화를 위해서 배관 곡관체 외벽에 부착되어 배관의 두께 감육을 감지하는 장치이다. 또한, 고감도 초음파 카트리지(140)는 현장 상황에 맞게 고강도 플라스틱 케이스로 제작될 수 있고, 상기 초음파 검사 모듈(120)인 UTCOM 205 모듈의 케이싱 센서는 상기 고감도 초음파 카트리지(140)의 해당 부위에 부착될 수 있다.
고감도 초음파 카트리지(140)는 기본적으로 5㎒의 중심 주파수를 가지는 초음파를 송신 및 수신하여야 하며, 상기 초음파 검사 모듈(120)인 UTCOM 205와는 SMA 커넥터(도시되지 않음)를 기본으로 하여 연결될 수 있다. 이때, 고감도 초음파 카트리지(140)는 검사 최적화를 위해 그 크기나 외형 등이 변경될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 방법은, 먼저, 배관의 곡관부에 카트리지(140), 초음파 검사 모듈(120) 및 초음파 데이터 분석기(150)를 배관 취약부에 설치한다(S110).
다음으로, 상기 초음파 검사 모듈(120)이 원격제어 단말(110)로부터 상기 배관 취약부(210)의 초음파 검사를 위한 원격제어 명령이 있는지 확인하고(S120), 이후, 상기 초음파 검사 신호에 따라 상기 초음파 검사 모듈(120)이 초음파를 발생시킨다(S130). 여기서, 상기 배관의 취약부(210)는 배관 곡관부이거나 배관 마모가 심한 부분일 수 있으며, 사용자에 의해 선택될 수 있다.
다음으로, 상기 초음파 검사 모듈(120)이 상기 초음파 프로우브(130)를 통해 수신되는 반향 초음파를 수신하여(S140), 이를 디지털 신호로 변환하게 된다(S150).
이후, 상기 초음파 데이터 분석기(150)가 상기 초음파 검사 모듈(120)에 의해 변환된 디지털 신호를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여, 초음파 특징값을 추출하고 배관 마모(감육) 데이터로 변환하게 된다(S160). 여기서, 상기 초음파 데이터 분석기(150)에 의해 처리된 배관 마모(감육) 데이터는 데이터 저장부(160)에 저장될 수 있다.
다음으로, 상기 초음파 검사 모듈(120)이 네트워크를 통해 상기 배관 마모(감육) 데이터를 상기 원격제어 단말(110)에게 송신하면(S170), 상기 원격제어 단말(110)이 상기 수신된 배관 마모(감육) 데이터에 따라 상기 배관(200)을 지속적으로 모니터링하게 된다(S180).
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 데이터 분석기의 출력을 예시하는 화면이다.
본 발명의 실시예에 따른 초음파 데이터 분석기의 출력 화면(700)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파를 이용하여 시간당 두께 측정 결과를 누적한 데이터이며, 가로축은 시간, 세로축은 두께 감육에 따른 감육량을 나타낸다. 신호 윈도우에는 각 검사 시점별로 초음파 신호가 나타나며, 각 초음파 데이터의 특징을 분석할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서, 감육의 기본적인 측정을 설정하는 것은 초음파 검사 데이터로 검사하는 기능이므로, 이를 기본으로 데이터의 특징을 분석하고 필요한 데이터를 계속 누적 저장할 수 있어야 한다. 또한, 검사 후, 재검토가 가능하고 초음파 검사 미세 조절이 가능해야 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반향된 초음파를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 감육 데이터 그래프를 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 반향된 초음파를 나타내는 화면(800)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 종파 RF 신호를 나타내는 A-scan 이미지로 제공될 수 있으며, 여기서, 도면부호 A 및 B 영역은 배관 마모에 대응하는 초음파 신호를 나타낸다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 감육 데이터 그래프(900)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 수직 단면 영상을 나타내는 B-scan 이미지로 제공될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서, 데이터 로깅중 배관의 두께 감육 과정을 2차원 초음파 B-scan 이미지로 그래프로 출력될 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스 템(100')은, 원격제어 단말(110), 초음파 검사 모듈(120), 초음파 프로우브(130), 고감도 초음파 카트리지(140), 초음파 데이터 분석기(150), 데이터 저장부(160) 및 서버 DB(170)를 포함하며, 전술한 도 2의 배관 마모 모니터링 시스템(100)과 비교하면, 초음파 데이터 분석기(150)가 상기 원격제어 단말(110)에 설치되고, 네트워크를 통해 상기 초음파 검사 모듈(120)로부터 전송되는 신호를 배관(200) 마모(감육) 데이터로 변환하는 점을 제외하면, 전술한 도 2와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 방법은, 초음파 프로우브(130)가 내장된 카트리지(140) 및 초음파 검사 모듈(120)을 배관 취약부에 설치하고(S210), 이때, 초음파 데이터 분석기(150)는 원격제어 단말(110) 상에 설치된다.
다음으로, 상기 초음파 검사 모듈(120)이 원격제어 단말(110)로부터 상기 배관 취약부(210)의 초음파 검사를 위한 원격제어 명령이 있는지 확인하고, 상기 초음파 검사 신호에 따라 상기 초음파 검사 모듈이 초음파를 발생시킨다(S130).
다음으로, 상기 초음파 검사 모듈(120)이 상기 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파를 수신하고(S140), 이를 디지털 신호로 변환한다(S150).
다음으로, 상기 초음파 검사 모듈(120)이 네트워크를 통해 상기 디지털 신호를 상기 원격제어 단말(110)에게 송신하고(S160), 이후, 상기 원격제어 단말(110) 상에 설치된 초음파 데이터 분석기(150)가 상기 초음파 검사 모듈(120)에 의해 변환된 디지털 신호를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여 초음파 특징값을 추출하고, 배관 마모(감육) 데이터로 변환하게 된다(S170).
다음으로, 상기 원격제어 단말(110)이 상기 배관 마모(감육) 데이터에 따라 상기 배관(200)을 지속적으로 모니터링하게 된다.
즉, 초음파 데이터 분석기(150)가 상기 원격제어 단말(110)에 설치되고, 네트워크를 통해 상기 초음파 검사 모듈(120)로부터 전송되는 신호를 배관(200) 마모(감육) 데이터로 변환하는 점을 제외하면, 전술한 도 6의 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 방법과 실질적으로 동일하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 일반적인 펄스 에코 초음파 배관 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 초음파 검사 모듈의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 초음파 데이터 분석기 및 원격제어 단말기의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 고감도 초음파 카트리지를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 데이터 분석기의 출력을 예시하는 화면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반향된 초음파를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 감육 데이터 그래프를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 마모 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
< 도면부호의 간단한 설명 >
100, 100': 배관 마모 모니터링 시스템 110: 원격제어 단말
120: 초음파 검사 모듈 130: 초음파 프로우브
140: 고감도 초음파 카트리지 150: 초음파 데이터 분석기
160: 데이터 저장부 170: 서버 DB
200: 배관 210: 배관 곡관부
111: 초음파 송수신 제어부 112: A/D 변환 제어부
113: 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 121: 초음파 펄서/수신기
122: A/D 변환기 123: 인코더
124: 인코더 계수기 151: 위치 추적부
152: 이미지 처리부
Claims (9)
- 배관의 취약부에 배치되어 상기 배관의 취약부로부터 반향되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 프로우브;상기 초음파 프로우브를 내장하여 상기 배관 취약부 외벽에 부착되는 카트리지;상기 배관의 취약부에 송신할 초음파를 발생하고, 상기 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여 배관 마모를 측정하는 초음파 검사 모듈;상기 반향 초음파 신호를 로깅(logging)하고, 이를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여 초음파 특징값을 추출하고, 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 초음파 데이터 분석기; 및상기 초음파 검사 모듈과 네트워크를 통해 원격 연결되고, 상기 초음파 검사 모듈 및 초음파 데이터 분석기에 제어 명령을 송신하며, 상기 초음파 검사 모듈로부터 측정 데이터를 수신하여 상기 배관의 마모를 원격적으로 모니터링하는 원격제어 단말을 포함하는 배관 마모 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 초음파 데이터 분석기는 상기 초음파 검사 모듈과 함께 상기 배관 근처 에 설치되어 원격 제어되는 것을 특징으로 하는 배관 마모 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 초음파 데이터 분석기는 상기 원격제어 단말에 설치되고, 네트워크를 통해 상기 초음파 검사 모듈로부터 전송되는 신호를 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 배관 마모 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 초음파 데이터 분석기에 의해 처리된 배관 마모(감육) 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 추가로 포함하는 배관 마모 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 배관의 취약부는 배관 곡관부이거나 배관 마모가 심한 부분인 것을 특징으로 하는 배관 마모 모니터링 시스템.
- a) 초음파 프로우브가 내장된 카트리지, 초음파 검사 모듈 및 초음파 데이터 분석기를 배관 취약부에 설치하는 단계;b) 상기 초음파 검사 모듈이 원격제어 단말로부터 상기 배관 취약부의 초음파 검사를 위한 원격제어 명령이 있는지 확인하는 단계;c) 상기 초음파 검사 신호에 따라 상기 초음파 검사 모듈이 초음파를 발생시 키는 단계;d) 상기 초음파 검사 모듈이 상기 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파를 디지털 신호로 변환하는 단계;e) 상기 초음파 데이터 분석기가 상기 초음파 검사 모듈에 의해 변환된 디지털 신호를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여, 초음파 특징값을 추출하고 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 단계;f) 상기 초음파 검사 모듈이 네트워크를 통해 상기 배관 마모(감육) 데이터를 상기 원격제어 단말에게 송신하는 단계; 및g) 상기 원격제어 단말이 상기 수신된 배관 마모(감육) 데이터에 따라 상기 배관을 모니터링하는 단계를 포함하는 배관 마모 모니터링 방법.
- a) 초음파 프로우브가 내장된 카트리지 및 초음파 검사 모듈을 배관 취약부에 설치하는 단계;b) 상기 초음파 검사 모듈이 원격제어 단말로부터 상기 배관 취약부의 초음파 검사를 위한 원격제어 명령이 있는지 확인하는 단계;c) 상기 초음파 검사 신호에 따라 상기 초음파 검사 모듈이 초음파를 발생시키는 단계;d) 상기 초음파 검사 모듈이 상기 초음파 프로우브를 통해 수신되는 반향 초음파를 디지털 신호로 변환하는 단계;e) 상기 초음파 검사 모듈이 네트워크를 통해 상기 디지털 신호를 상기 원격제어 단말에게 송신하는 단계;f) 상기 원격제어 단말 상에 설치된 초음파 데이터 분석기가 상기 초음파 검사 모듈에 의해 변환된 디지털 신호를 시간영역과 주파수 영역에서 분석하여 초음파 특징값을 추출하고, 배관 마모(감육) 데이터로 변환하는 단계; 및g) 상기 원격제어 단말이 상기 배관 마모(감육) 데이터에 따라 상기 배관을 모니터링하는 단계를 포함하는 배관 마모 모니터링 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,상기 초음파 데이터 분석기에 의해 처리된 배관 마모(감육) 데이터를 저장하는 단계를 추가로 포함하는 배관 마모 모니터링 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,상기 배관의 취약부는 배관 곡관부이거나 배관 마모가 심한 부분인 것을 특징으로 하는 배관 마모 모니터링 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090040697A KR20100121818A (ko) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | 배관 마모 모니터링 시스템 및 그 방법 |
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2009
- 2009-05-11 KR KR1020090040697A patent/KR20100121818A/ko not_active Application Discontinuation
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