KR20100129867A

KR20100129867A - 쓰레기 자동 집하 장치 및 쓰레기 막힘 감지 방법

Info

Publication number: KR20100129867A
Application number: KR1020090048439A
Authority: KR
Inventors: 이규완; 정성훈
Original assignee: (주)카이센
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-12-10

Abstract

본 발명은 쓰레기 자동 집하 장치 및 쓰레기 막힘 감지 방법에 관한 것으로서, 본 발명에서는 구역별로는 서로 독립적으로 설치되고, 동일 구역 내에서는 서로 연동되도록 설치되는 A구역 집하관들, B구역 집하관들 및 C구역 집하관들과, A구역 집하관들에 설치되는 A구역 광섬유 케이블, B구역 집하관들에 설치되는 B구역 광섬유 케이블, 및 C구역 집하관들에 설치되는 C구역 광섬유 케이블과, 각 구역의 집하관들의 광섬유 케이블의 복수 개소에 설치되는 복수 개 FBG(Fiber Bragg Grating) 진동 센서들과, A구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 A구역 증폭기와, 상기 B구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 B구역 증폭기와, 상기 C구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 C구역 증폭기와, A구역 증폭기, B구역 증폭기, 및 C구역 증폭기 중 하나를 선택하는 광학 스위치; 및 광학 스위치와 연결되어 선택된 구역의 FBG 진동 센서값을 입력받고, 진동 센서값을 이용하여 쓰레기 막힘 여부를 판단하는 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치가 제시된다.

집하관; FBG 진동센서; 광섬유 케이블; 광섬유 센서

Description

쓰레기 자동 집하 장치 및 쓰레기 막힘 감지 방법{GABAGE MONITORING SYSTEM AND INSPECTING METHOD OF PIPELINE BLOCKING USING THE SAME}

본 발명은 쓰레기 자동 집하 장치 및 쓰레기 막힘 감지 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개소로부터 투입되는 쓰레기를 송풍압력에 의해 집하장으로 이송하는 쓰레기 집하관에 FBG 진동센서를 부착하여 진동값이 발생되는 시간 간격, 진동값의 세기를 측정함으로써 쓰레기 집하관의 막힘 여부를 판단할 수 있는 쓰레기 자동 집하 장치 및 이를 이용한 쓰레기 막힘 감지 방법에 관한 것이다.

국내 수도권을 중심으로 신도시 개발이 활발하게 진행되면서 고부가가치 생활문화 창조를 위한 일환으로 쓰레기 자동 집하 시설의 도입이 증가되고 있다. 이러한 쓰레기 수송관로를 이용한 자동집하 시설은 수송관로의 파손이나 변형, 막힘, 외부공사에 의한 관로손상 등이 발생될 수 있다. 따라서 집하시설의 원활한 운영을 위하여 수송관로 전반의 상태를 파악할 수 있는 시스템 개발이 요구된다.

이를 위하여 도 1에서 보는 바와 같이 광케이블 포설과 OTDR(또는 BOTDR) 기 법을 이용한 관의 변형률 및 온도 측정에 의한 누수감지를 위한 다양한 적용 연구가 이루어지고 있는 실정이다. 도 1은 종래 분포형 광섬유 케이블을 이용한 쓰레기 자동 집하 장치의 예를 나타낸 것이다. 쓰레기 자동 집하 장치는 광섬유 케이블(2)이 부착된 집하관(10)의 일 단부에 외부 공기를 흡입한 후 이를 집하관 내부로 불어넣은 공기 흡입기(70)와, 복수 개소에 설치되는 쓰레기 투입구(80), 집하관(10) 타 단부에 설치되는 쓰레기 집하장(90)을 구비한다. 분포형 OTDR 광섬유센싱 기법은 케이블 전반의 변형률 또는 온도 측정이 가능하나 상대적으로 정밀도가 떨어지고 하나의 의미있는 데이터 결과 산출을 위해서는 수십 초에서 수 분의 데이터 측정과 신호처리 과정이 필요하여 동적 측정이 불가능한 단점이 있다. 따라서 집하관 모니터링을 위하여 온도측정에 의한 누수위치 파악과 변형률 측정에 의한 파이프의 급격한 변형위치 파악 정도는 가능하나, 막힘, 누기 등의 영향 파악은 현실적으로 어려운 단점이 있다.

또한 도 2는 분포형 OTDR 광섬유 센서 케이블의 집하관 분기지점에서의 종래 루프식 연속 광섬유 케이블 설치에 관한 것으로 연속식은 집하관(10)을 따라서 루프식으로 광섬유 케이블(2)을 설치하여야 하기 때문에, 분기되는 모든 집하관을 루프식으로 감아 돌아와야 하기 때문에 설치가 번거롭고, 소요되는 광섬유 케이블도 증가되는 단점이 있었다.

본 발명은 쓰레기 집하관에 막힘이 발생될 경우 막힘 여부를 판단할 수 있는 쓰레기 자동 집하 장치 및 쓰레기 막힘 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 집하관에 구비되는 광섬유 케이블을 용이하게 부착할 수 있는 하우징을 제시하고, 광섬유 케이블이 이웃하는 집하관에서 분기가 필요한 경우 분기를 용이하게 구현하고 고가의 측정 장치를 복수 개 구역에서 효율적으로 사용할 수 있는 쓰레기 자동 집하 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 A구역, B구역 및 C구역에서 발생되는 쓰레기를 투입하면 송풍압력을 이용하여 집하장으로 자동 집하시키는 쓰레기 자동 집하 장치에 있어서, 구역별로는 서로 독립적으로 설치되고, 동일 구역 내에서는 서로 연동되도록 설치되는 A구역 집하관들, B구역 집하관들 및 C구역 집하관들과, A구역 집하관들에 설치되는 A구역 광섬유 케이블, 상기 B구역 집하관들에 설치되는 B구역 광섬유 케이블, 및 상기 C구역 집하관들에 설치되는 C구역 광섬유 케이블과, 각 구역의 집하관들의 광섬유 케이블의 복수 개소에 설치되는 복수 개 FBG(Fiber Bragg Grating) 진동 센서들과, A구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 A구역 증폭기와, 상기 B구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 B구역 증폭기와, 상기 C구역 광섬유 케이 블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 C구역 증폭기와, A구역 증폭기, B구역 증폭기, 및 C구역 증폭기 중 하나를 선택하는 광학 스위치 및 광학 스위치와 연결되어 선택된 구역의 FBG 진동 센서값을 입력받고, 진동 센서값을 이용하여 쓰레기 막힘 여부를 판단하는 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치에 의해서 달성 가능하다.

본 발명에 따른 쓰레기 자동 집하 장치에 의하면 광 커플러를 사용함으로써 분기되는 집하관에도 용이하게 설치할 수 있으며, 또한 증폭기와 스위치를 이용하여 여러 구역에 분기된 쓰레기 집하관에 부착된 FBG 센서값을 최소 개의 측정장치를 사용하여 모니터링할 수 있는 장점이 있다.

또한 광섬유 케이블에 진동센서 및/또는 변형률 센서부를 설치하여 다양한 형태의 막힘 형상에 의해 발생되는 진동의 강도, 진동이 발생되는 시간 간격 또는 집하관의 변형을 파악함으로써 해당 집하관의 막힘, 유입수 및 파손에 의한 누기가 발생하였는지 여부를 손쉽게 모니터링할 수 있는 특징이 있다.

이하에서, 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

우선 본원 발명의 쓰레기 자동 집하 장치에 적용 가능한 집하관에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 쓰레기 자동 집하 장치에 적용 가능한 광섬유 케이블을 구비하는 집하관의 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이며, 도 5는 도 4의 "A" 부분 상세도이다. 도 6은 도 4와 다른 실시예의 상세도이다. 도 3 내지 도 6에 제시된 집하관은 강관을 주재질로 하는 것이며, 강관 외면에 합성수지층(14)을 코팅한 후 광섬유 케이블 하우징을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 집하관은 강관을 주재질로 하는 것에 한정되지 않으며, 외면층에 합성 수지층을 갖는 PE관의 경우에는 합성수지층(14)을 별도로 코팅할 필요가 없음은 물론이다.

본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그에 대한 반복 설명은 생략한다. 도 3에 도시된 바와 같이 집하관(10)에는 광섬유가 삽입 구비되는 광섬유 케이블 하우징(20)이 설치되고, 복수 개 FBG(Fiber Bragg Grating) 변형률 센서부(59)와 FBG 진동센서(60)가 구비된다. FBG 변형률 센서부(59)는 설치상 광섬유 케이블 하우징(20) 내부에 설치될 수 있으나, FBG 진동센서(60)는 광섬유 케이블 하우징(20) 외부로 우회시켜 측정하는 방식으로 적용하였다.

도 3의 확대도는 FBG 진동센서(60)의 일 예를 도시한 것으로서, FBG 진동센서(60)는 고정대(67)에 고정장치(69)를 이용하여 캔틸레버(63)의 일 단부를 고정하고 캔틸레버(63)의 타 단부에는 진동 질량(mass, 65)을 부착시키고, 캔틸레버(63) 하단 또는 상단에는 FBG 변형률 센서(50)를 부착하는 구성을 갖는다. 이러한 FBG 진동센서(60)가 집하관에 부착되고, 집하관에 진동이 발생되면 진동 질량(65)이 상하로 움직이게 되며, 이러한 움직임에 의해 캔틸레버(63)가 상하로 인장 또는 압축되게 되며, 이러한 상하 인장 또는 압축되는 정도가 캔틸레버(63) 상단 또는 하단에 부착된 FBG 변형률 센서(50)에 의해 측정되는 것이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 집하관(10)의 외면에 광섬유 케이블 하우징(20)이 길게 설치된다. 이러한 광섬유 케이블 하우징(20)은, 도 5에서와 같이, 그 절단면이 대략 크레즌트(crescent) 모양으로 형성되고, 중앙부에 광섬유 케이블이 수납되는 수납부(21)를 갖는 구조로 이루어진다. 광섬유 케이블 하우징(20)을 크레즌트 모양으로 형성하게 되면, 양쪽 끝단부(20a)가 양쪽으로 갈수록 점차 좁아진 상태에서 강관의 외면에 단차 없이 부착될 수 있게 된다. 따라서 센서 하우징(20)은 집하관(10)의 둘레면과 같이 거의 원형에 가깝게 형성됨으로써, 집하관(10)의 둘레에 걸리는 면을 최소화한 상태에서, 광섬유 센서를 보다 안정되게 보호될 수 있게 된다.

이러한 광섬유 케이블 하우징(20)은, 별도로 몰딩 제작되어 집하관(10)에 부착되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않고 집하관(10)의 외면을 코팅할 때, 코팅 공정을 진행하면서 함께 부착하여 설치하는 방법도 가능하다.

즉, 집하관(10)을 강관으로 형성하는 경우 표면에 순차적으로 에폭시 수지 코팅층(11), 개질 폴리에틸렌 수지 코팅층(12), 폴리에틸렌 코팅층(13)을 형성할 수 있는데, 이러한 3층 코팅 강관의 표면에 광섬유 케이블 하우징(20)을 부착하여 설치할 수 있다.

3층 코팅 강관의 가장 바깥쪽에 형성되는 폴리에틸렌 코팅층(13)에 광섬유 케이블 하우징(20)이 일체화되게 접착 부재(30)를 이용하여 부착한다. 이때 사용할 수 있는 접착 부재(30)는, 상기 폴리에틸렌 코팅층(13)과 광섬유 케이블 하우징(20)과의 접착성을 강화하기 위해서, 폴리에틸렌 코팅층(13)에 사용되는 재질인 폴리올레핀을 주원료로 하는 접착제로 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 폴리에틸렌 코팅층(13)과 접착 부재(30)에 동일한 성분을 포함시켜 구성함으로써, 광섬유 케이블 하우징(20)의 강관에 접착되는 접착 강도를 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 강관(10)과 광섬유 케이블 하우징(20)의 일체화 정도를 높일 수 있게 된다. 또한, 상기 접착 부재(30)는, 경화된 상태로 광섬유 케이블 하우징(20)에 부착되어 있다가 열이 가해질 때 용융 상태로 변화되어 광섬유 하우징(20)을 강관에 부착할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 광섬유 케이블 하우징(20)에 구비되는 수납부(21)는 도 5에서와 같이 대략 사각홈 구조로 길게 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 실시 조건에 따라서는 그 모양은 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

광섬유 케이블 하우징(20)에는 수납부(21)를 개폐할 수 있도록 하우징 커버(25)가 결합되는데, 하우징 커버(25)는 도 5 및 도 6에서와 같이 양쪽에 후크 구조의 결합부(K1)(K2)를 구성하여 광섬유 케이블 하우징(20)에 결합되어 내부를 밀폐시키도록 구성할 수 있다.

도 5 및 도 6은 광섬유 케이블 하우징(20)에 하우징 커버(25)가 결합되는 여 러 실시예를 예시한 도면으로서, 이와 같은 구조 외에도 상호 결합되어 고정할 수 있는 구조이면 실시 조건에 맞게 공지의 결합 고정 구조를 선택하여 다양하게 적용할 수 있음은 물론이다.

이와는 달리, 도면에 예시하지는 않았지만, 하우징 커버(25)의 한 쪽만 광섬유 케이블 하우징(20)에 연결된 상태에서 다른 쪽 부분을 후크 결합 방식으로 닫는 구조도 가능하다. 즉, 하우징 커버(25)의 한쪽은 힌지 구조로 광섬유 케이블 하우징(20)에 연결된 상태에서 다른 쪽 부분이 후크 방식으로 결합되면서 여닫을 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 쓰레기 자동 집하 장치는 FBG 변형률 센서부(59) 및 FBG 진동센서(60)를 이용하여 집하관에 설치된 광섬유 케이블의 상태를 동적으로 측정하는데, 집하관의 막힘에 의하여 쓰레기 통과시 유발되는 집하관의 변형 및 진동을 측정하여 쓰레기가 막힌 위치를 알아낼 수 있는 장점이 있다. 도 7은 본 발명에 따른 일 실시예의 쓰레기 자동 집하 장치의 구성도이다. 도 7에 도시된 쓰레기 자동 집하 장치는 두 개의 구역(A 구역 및 B 구역)에 집하관이 설치된 예이며, 각 구역에 설치된 집하관에는 광섬유 케이블(2)이 삽입 설치되는 광섬유 케이블 하우징이 부착된 집하관의 일 단부에 외부 공기를 흡입한 후 이를 집하관 내부로 불어넣은 공기 흡입기(70)와, 복수 개소에 설치되는 쓰레기 투입구(80), 집하관에 복수 개 설치되는 FBG 변형률 센서부(59), FBG 진동센서(60), 및 집하관의 타 단부에 설치되는 쓰레기 집하장(90)을 구비한다.

도 8은 본 발명에 따른 일 실시예의 쓰레기 자동 집하관을 광섬유 케이블을 중심으로 도시한 시스템도이다. 도 8에 제시된 쓰레기 자동 집하관은 네 개 구역에 집하관이 설치되어 있음을 보여주며, A구역에는 2a 광섬유 케이블이 설치되고, B구역에는 2b 광섬유 케이블이 설치되고, C구역에는 2c 광섬유 케이블이 설치되고, D구역에는 2d 광섬유 케이블이 설치되어 있음을 도시한다. 물론 각 구역에 설치된 광섬유 케이블은 집하관에 부착 구비되는 것이나 도 8에서는 집하관은 생략 도시하였다. 각 구역에 설치된 집하관은 두 개 이상으로 분기되는 집하관으로 구성되는데 분기되는 지점에 광학 커플러(6)를 사용하여 1:n으로 손쉽게 광섬유 케이블을 분기시켰다. 여기서 n은 분기되는 지관의 갯수를 의미한다. 또한 각각의 광섬유 케이블(2a, 2b, 2c, 2d)에는 FBG 진동 센서부(59)와 FBG 변형률 센서부(60)가 설치되어 있음을 알 수 있다.

각 광섬유 케이블(2a, 2b, 2c, 2d)로 전송된 신호는 해당 증폭기(110a, 110b, 110c, 110d)에 의해 증폭된 후, 광학 스위치(120)에 의해 복수 개 광섬유 케이블(2a, 2b, 2c, 2d) 중 어느 하나와 측정 장치(100)가 연결되도록 한다. 측정 장치(100)에 의해 측정된 진동값 및 변형률값은 모니터링 장치(130)에 디스플레이된다. FBG 진동 센서(50)와 FBG 변형률 센서를 측정할 수 있는 측정 장치(100)는 상당히 고가이다. 종래 쓰레기 집하 모니터링 장치는 각 구역에 설치된 집하관마다 별도의 측정 장치를 구비하는 구성으로 되어 있어 구역 수가 늘어나면 측정 장치(100)의 수도 그만큼 설치 구비하여야 되었다. 하지만 도 8에 제시된 쓰레기 자동 집하 장치는 하나의 측정 장치(100)로도 여러 구역을 스위칭하면서 모니터링 할 수 있으므로 측정 장치(100)를 효율적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.

도 8의 예시로는 FBG 변형률 센서부와 FBG 진동 센서가 번갈아 가면서 구비되는 것으로 도시하였으나 이는 예시에 불과한 것으로서 예를 들어 FBG 변형률 센서부-FBG 진동 센서-FBG 진동 센서-FBG 변형률 센서부로 설치될 수 있음은 물론이다. 또한 FBG 변형률 센서부 및 FBG 진동 센서는 반드시 동일한 간격으로 설치할 필요는 없으며 집하관이 분기되는 곳, 또는 굴곡이 발생하는 곳 등에 집중 설치하는 등의 다양한 방법으로 설치가 가능하다. 측정 장치(100)로는 측정 결과를 디스플레이하는 디스플레이 장치, FBG 진동 센서 및 변형률 센서부로부터 입력되는 센서값을 이용하여 막힘 여부를 판단하는 연산제어부 및 FBG 진동 센서 및 변형률 센서값을 저장하는 메모리를 구비하는 통상의 컴퓨터 장치가 사용될 수 있다.

쓰레기 집하장은 전체 구역을 한 번에 빨아들이는 것이 아니라, A 구역을 먼저 흡입한 후 해당 구역이 종료되면 B 구역을 진행하는 등 일정한 순서에 의해 순차적으로 진행된다. 통상 FBG 측정 장치는 매우 고가이기 때문에 종래 쓰레기 집하장과 같이 각 구역마다 하나의 FBG 측정 장치를 사용하면 운영상으로는 편리하지만 전체 시스템 설치 비용이 증대되는 문제점이 있었다. 이에 비해 도 8에 도시된 본 발명에 따른 쓰레기 자동 집하 장치는 집하관을 모니터링할 때 전체 구역을 한꺼번에 모니터링 할 필요없이 쓰레기를 흡입하는 구역만을 스위칭 장치를 이용하여 모니터링 할 수 있기 때문에 한 대의 FBG 측정장치로 여러 구역을 모니터링할 수 있는 이점이 있다. 또한 집하관은 통상 수 십에서 수 백 km까지 설치되기 때문에 하나의 측정 장치로 측정할 수 있는 거리에 한계가 있다. 본 발명에서는 광학 스 위치 전단에 광증폭기를 설치하여 광신호를 증폭하여 전송함으로써 비교적 수 십 km까지 거리가 먼 지역에서의 응답도 측정 가능하게 되었다.

도 9는 본 발명에 따른 일 실시예의 FBG 변형률 센서부의 일 례이다. 기저면(55) 상에 광섬유 케이블(2)을 노출시키고 노출된 광섬유 케이블(2)의 양 단부가 기저면(55) 상에 접착제(51)로 접착되는 구성을 갖는다. 또한 좌우가 접착 고정되고 노출된 광섬유 케이블(2) 일부에 그레이팅 방식으로 구현되는 FBG 변형률 센서(50)가 구비된다. 이때 속이 빈 세관(細管, 51)을 통해 지저면(55) 외부로 노출된 광섬유 케이블(2)을 보호하도록 하였다. 기저면(55)은 집하관(10) 외면의 곡률을 따라 밀착되면서 접착되도록 하여 집하관에 변형이 발생할 경우 해당 변형이 지저면(55)에도 동시에 발생하도록 하였다. 따라서 기저면(55)은 카본 섬유 시트(carbon fiber sheet), 유리 섬유 시트(glass fiber sheet), 또는 천과 같이 플렉서블한 소재에 에폭시와 같은 접착제를 이용하여 집하관에 부착시켰다.

본 발명에 따른 쓰레기 자동 집하 장치를 이용하여 집하관에 쓰레기 막힘이 발생하는 현상은 FBG 진동 센서 및/또는 FBG 변형률 센서부로 측정 가능하다. 집하관 내부에 쓰레기가 막힐 경우, 쓰레기 뭉치가 집하관 내부벽과 마찰되면서 끌려오게 된다. 이러한 끌림에 의해 집하관에 진동이 유발되고 유발된 진동은 FBG 진동 센서에 의해 진동이 발생하는 간격 또는 세기를 파악함으로써 가능한 반면 집하관 자체 변형이 아직 발생되지 않은 상태이므로 FBG 변형률 센서부로는 끌림 현상을 파악할 수 없다. 한편 막히 쓰레기 뭉치의 덩치는 시간이 지남에 따라 점점 커 지게 되고 이러한 쓰레기 뭉치는 송풍 압력에 이끌려 끌려오다가 더 이상 끌려오지 못하는 현상이 발생하게 된다. 이 경우 송풍기의 출력을 최대한으로 올리게 되고, 막힌 쓰레기 뭉치에 의해 집하관 내부에는 강한 압력이 발생된다. 발생된 압력은 집하관을 상하로 진동시킴과 더불어 변형을 유발하게 되므로 이러한 현상은 진동 센서뿐만 아니라 스트레인게이지 등의 변형률 센서로도 쉽게 파악할 수 있게 된다

도 10은 본 발명에 따른 쓰레기 자동 집하 장치를 이용하여 집하관의 FBG 진동센서에서 발생되는 출력 파형을 이용하여 집하관의 막힘 발생을 판별하는 방식을 설명하는 설명도이다. FBG 진동 센서(60)는 집하관을 따라 일정거리만큼 이격되는 위치에 반복적으로 설치하거나 바람직하게는 집하관의 꺾임이 발생되는 부분마다 설치하는 것이 바람직하다.

집하관의 복수 개소에 설치된 FBG 진동 센서로부터 막힘이 발생하지 않은 정상적인 상태에서 발생되는 진동 파형을 메모리에 저장한다. 도 10에서 "정상상태"라 표기된 부분의 파형으로 도시된 바와 같이 집하관에 쓰레기가 투입되고 막힘이 발생하지 않은 경우 (1)번 FBG 진동센서, (2)번 FBG 진동센서 및 (3)번 FBG 진동센서에서 발생되는 파형은 각기 △t 시간 간격을 가지고 발생함을 알 수 있다. 도면상으로는 (1)번 FBG 진동센서와 (2)번 FBG 진동센서에서 발생되는 진동 파형은 동일한 △t 시간 간격을 가지고, (2)번 FBG 진동센서에서 (3)번 FBG 진동센서 사이에서 발생되는 파형 간격이 △t로 동일하다고 도시하였으나 실질적으로는 해당 FBG 진동센서의 설치 위치와 간격에 따라 서로 다른 시간 간격을 가질 것이나 도 10에 서는 설명의 편의상 동일한 간격으로 설치되어 있다고 가정하기로 한다. 만약 (2)번 FBG 진동센서와 (3)번 FBG 진동센서가 설치된 집하관의 위치에서 막힘이 발생한 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 (2)번 FBG 진동센서와 (3)번 FBG 진동센서 사이의 진동 파형 간격은 정상적인 경우에는 △t의 시간 간격을 가져야 하나 막힘이 발생한 경우에는 △t의 시간 딜레이보다 긴 △t1 만큼의 시간 딜레이가 발생함을 알 수 있다. 이러한 정상 상태에서 각 FBG 진동센서(60) 사이에서 발생되는 파형이 지연되는 시간 간격을 메모리부에 저장하고, 이를 각 FBG 진동센서(60)로부터 발생되는 진동 파형 시간 간격과 비교하여 정상 상태보다 긴 시간 간격이 발생될 경우 막힘이 발생되었다고 판단할 수 있는 것이다.

감지되는 신호를 기반으로 평상시의 각 센서 포인트의 통과시간을 파악할 수 있고, 일정구간에서의 관의 막힘, 누기, 파손에 의한 유입수 등이 발생되게 되면, 각 구간을 통과하는 쓰레기의 통과시간에 지연이 발생되게 되는데, 정상적인 상태를 기준으로 이렇게 달라지는 통과 지연시간을 파악함으로써, 특정구간에 발생된 관의 막힘, 누기, 유입수 위치 등을 파악할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.

도 10에서는 각 센서 포인트의 통과 시간을 이용하여 막힘 여부를 판단하는 것으로 설명하였으나 또 다른 방법으로는 해당 센서에 진동이 발생하는지 여부에 따라 막힘 여부를 판단하는 방법이 있다. 예를 들어 도 10에서 (1)번 FBG 진동센서의 경우 정상적인 경우에는 10 (이를 기준치라고 가정함) 이하의 진동치가 발생되나 갑자기 기준치보다 센 진동이 발생되는 것으로 진동치가 나타나면 (1)번 FBG 진동센서 부근에서 막힘이 발생하였다고 판단할 수 있는 것이다.

이를 구체적으로 도 11을 이용하여 설명하기로 한다. 도 11은 본 발명에 따른 쓰레기 자동 집하 장치에 쓰레기 막힘이 발생한 경우를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이 집하관(10)의 세 개소에 FBG 진동센서(60-1, 0-2, 60-3)를 설치하였다고 가정하고, 쓰레기(110)가 진동센서(60-3) 방향에서 진동센서(60-1) 방향으로 송풍 압력에 의해 이동 중에 진동센서(60-2)가 설치된 부분에서 걸림이 발생되었다고 가정하자. 집하관(10) 내부에 쓰레기(110) 걸림이 없는 도 11의 (a) 정상상태에서는 세 개소에 설치된 진동센서(60-1, 60-2, 60-3)에서 비교적 약한 파형이 나타나거나 또는 진동이 발생하지 않게 된다. 하지만 도 11에 도시된 바와 같이 진동센서(60-2) 부분에 쓰레기(110) 막힘이 발생할 경우 (b) 막힌상태에서 도시된 바와 같이 진동센서(60-2)에서는 정상 상태에서 볼 수 있는 파형보다 진폭이 큰 파형이 발생된다. 이러한 진폭이 큰 파형이 발생되는 원인으로는 두 가지를 들 수 있다. 첫번째 원인으로는 막힘이 발생한 쓰레기(110) 더미를 뒤따라오던 쓰레기 더미가 추돌하여 발생되는 것을 들 수 있으며, 두번째 원인으로는 막힘이 발생한 쓰레기(110) 더미가 강력한 흡입력에 의해 집하관 내부에서 끌려가면서 진동이 발생하는 것으로 파악된다. 전자의 원인은 쉽게 설명이 되는 것이므로 생략하기로 하고 두 번째 원인에 대해서는 보다 상세하게 설명하기로 한다.

쓰레기 집하관(10)은 충분한 두께의 관을 사용하기 때문에 최대 흡입력으로 막힌 쓰레기 뭉치를 흡입한다 하더라도 관의 외형이 부풀어지는 부풀어 오르는 현상은 나타나지 않게 된다. 대신 막힌 쓰레기 뭉치를 끌어당겨 배출시키기 위해서 쓰레기 집하장에서는 송풍기를 최대 흡입력으로 출력을 상승시킨다. 이 경우 관 내부는 막힌 쓰레기에 의해서 진공상태까지 이를 정도로 상당한 압력이 작용하게 되고 이는 집하관(10)이 전체적으로 상하로 움직이는 변형을 유발하게 된다. 따라서 이러한 쓰레기 뭉치와 집하관 내벽 경계면 상의 끌림 현상은 집하관을 심한 진동과 더불어 변형을 유발하게 되므로 이러한 현상은 진동 센서뿐만 아니라 스트레인게이지 등의 변형률 센서로도 쉽게 파악할 수 있게 된다. 즉, 일정한 간격으로 진동 센서 및/또는 변형률 센서를 설치한 후 상기와 같은 끌림 증상이 발생될 경우 해당되는 개소에 설치된 진동센서 또는 변형률 센서에서 정상 상태와는 다른 높은 진폭을 가진 진동이 발생되거나 변형률이 발생하면 이를 감지함으로써 집하관이 막혔음을 파악할 수 있게 되는 것이다.

지금까지 기술된 바로는 광섬유 케이블과 FBG 진동센서를 이용하여 집하관의 막힘을 모티터링하는 구조 및 방식에 대해 설명하였다. 본 발명의 중요한 기술적 사상은 집하관에 막힘이 발생할 경우 해당 집하관에서 발생되는 물리적인 측정값, 예로서 진동의 세기, 진동이 발생되는 간격에 대한 데이터 값을 획득할 수 있을 경우 이러한 데이터 값을 이용하여 막힘을 감지할 수 있다는 것이다. 이러한 기술적 사상은 광섬유 케이블을 사용하지 않는 구조에서 구현 가능하다. 예를 들어, 도선을 집하관 외면에 설치하고 이러한 도선과 전기적으로 접속되는 전기 저항식 변형률 센서 및 진동센서를 일정한 간격, 굴절 또는 분기가 발생되되는 위치에 설치하고, 각 센서로부터 발생되는 센서값을 유무선으로 측정하고, 측정 장치는 측정된 값을 이용하여 집하관의 막힘 여부를 도 10 및 도 11에서 설명한 바와 같은 원리로 판별할 수 있음은 물론이다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

도 1은 종래 분포형 광섬유 케이블을 이용한 쓰레기 자동 집하 장치의 예.

도 2는 종래 집하관 분기시 루프식 연속 광케이블의 포설 예.

도 3은 본 발명의 쓰레기 자동 집하 장치에 적용 가능한 광섬유 케이블을 구비하는 집하관의 사시도.

도 4는 도 3의 정면도.

도 5는 도 4의 "A" 부분 상세도.

도 6은 도 4와 다른 실시예의 상세도.

도 7은 본 발명에 따른 일 실시예의 쓰레기 자동 집하 장치의 구성도.

도 8은 본 발명에 따른 일 실시예의 쓰레기 자동 집하관을 광섬유 케이블을 중심으로 도시한 시스템도.

도 9는 본 발명에 따른 일 실시예의 FBG 변형률 센서부의 일 례.

도 10은 본 발명에 따른 집하관 모니터링 시스템을 이용하여 집하관의 FBG 진동센서에서 발생되는 출력 파형을 이용하여 집하관의 막힘 발생을 판별하는 방식을 설명하는 설명도.

도 11은 본 발명에 따른 집하관 시스템에 쓰레기 막힘이 발생한 경우를 도시한 도면.

***** 도면상 주요 기호에 대한 간략한 설명 *****

10: 집하관 10': 센서홀

11: 에폭시 수지 코팅층 12: 개질 폴리에틸렌 수지 코팅층

13: 폴리에틸렌 코팅층 14: 합성수지층

20: 광섬유 케이블 하우징 21: 수납부

22: 광섬유 케이블 22': 도선

25: 하우징 커버 K1, K2: 후크 구조의 결합부

50: FBG 변형률 센서부 60: FBG 진동센서

63: 캔틸레버 65: 진동 질량

69: 고정장치

Claims

A구역, B구역 및 C구역에서 발생되는 쓰레기를 투입하면 송풍압력을 이용하여 집하장으로 자동 집하시키는 쓰레기 자동 집하 장치에 있어서,

구역별로는 서로 독립적으로 설치되고, 동일 구역 내에서는 서로 연동되도록 설치되는 A구역 집하관들, B구역 집하관들 및 C구역 집하관들;

상기 A구역 집하관들에 설치되는 A구역 광섬유 케이블, 상기 B구역 집하관들에 설치되는 B구역 광섬유 케이블, 및 상기 C구역 집하관들에 설치되는 C구역 광섬유 케이블;

상기 각 구역의 집하관들의 광섬유 케이블의 복수 개소에 설치되는 복수 개 FBG(Fiber Bragg Grating) 진동 센서들;

상기 A구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 A구역 증폭기와, 상기 B구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 B구역 증폭기와, 상기 C구역 광섬유 케이블에 설치되는 FBG 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 C구역 증폭기;

상기 A구역 증폭기, 상기 B구역 증폭기, 및 상기 C구역 증폭기 중 하나를 선택하는 광학 스위치; 및

상기 광학 스위치와 연결되어 선택된 구역의 FBG 진동 센서값을 입력받고, 상기 진동 센서값을 이용하여 쓰레기 막힘 여부를 판단하는 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
제 1항에 있어서,

상기 FBG 진동센서는 고정대와, 상기 고정대에 일 단이 고정되고 타 단에는 진동 질량이 구비되는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버의 상단 또는 하단에 부착되는 FBG 변형률 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 측정 장치는 상기 FBG 진동 센서에서 진동이 발생되는 시간 간격을 이용하여 상기 집하관에 막힘이 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 측정 장치는 상기 FBG 진동 센서에서 발생되는 진동이 기준치를 초과할 경우 상기 집하관에 막힘이 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

동일한 구역 내에는 분기되는 집하관이 구비되고, 상기 분기되는 집하관 사이에 구비되는 광섬유 케이블을 분기하기 위한 광학 커플러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 광섬유 케이블 상에는 FBG 변형률 센서부가 더 구비되고, 상기 집하관 내부에서 쓰레기가 막히는 막힘 현상이 발생되고, 상기 측정 장치는 막힘에 의해 상기 집하관 내부 압력이 증가하고 증가된 압력에 의해 집하관이 상하로 진동함으로써 발생되는 변형을 상기 FBG 변형률 센서부에 의해 감지함으로써 쓰레기 막힘 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
제 6항에 있어서,

상기 FBG 변형률 센서부는

상기 집하관 외면 곡률을 따라 부착되는 기저면;

상기 광섬유 케이블은 상기 기저면 상에 일부가 노출되도록 구비되고, 노출된 상기 광섬유 케이블 중 가운데 부분은 상기 기저면과 미부착 상태로 유지되도록 노출된 상기 광섬유 케이블의 좌우가 상기 기저면과 부착 고정되며, 상기 가 운데 부분에는 그레이팅 방식으로 구현되는 FBG 변형률 센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
A구역, B구역 및 C구역에서 발생되는 쓰레기를 투입하면 송풍압력을 이용하여 집하장으로 자동 집하시키는 쓰레기 자동 집하 장치에 있어서,

구역별로는 서로 독립적으로 설치되고, 동일 구역 내에서는 서로 연동되도록 설치되는 A구역 집하관들, B구역 집하관들 및 C구역 집하관들;

상기 A구역 집하관들에 설치되는 A구역 도선, 상기 B구역 집하관들에 설치되는 B구역 도선, 및 상기 C구역 집하관들에 설치되는 C구역 도선;

상기 각 구역의 집하관들의 도선의 복수 개소에 설치되는 복수 개 진동 센서들;

상기 A구역 도선에 설치되는 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 A구역 증폭기와, 상기 B구역 도선에 설치되는 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 B구역 증폭기와, 상기 C구역 도선에 설치되는 진동 센서들로부터 진동 신호를 증폭하는 C구역 증폭기;

상기 A구역 증폭기, 상기 B구역 증폭기, 및 상기 C구역 증폭기 중 하나를 선택하는 광학 스위치; 및

상기 광학 스위치와 연결되어 선택된 구역의 진동 센서값을 입력받고, 상기 진동 센서값을 이용하여 쓰레기 막힘 여부를 판단하는 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 자동 집하 장치.
송풍압을 이용하여 쓰레기를 이송하는 집하관이 쓰레기에 의해 막히는 것을 모니터링하는 쓰레기 집하관 내부 막힘을 감지하는 방법에 있어서,

집하관 외면에 광섬유 케이블을 설치하는 제 1단계;

상기 1단계에서 설치된 광섬유 케이블의 진동을 복수 개소에서 측정하는 제 2단계; 및

상기 제 2단계에서 측정된 진동값의 세기 또는 복수 개소에서 진동이 발생되는 시간 간격으로부터 쓰레기 막힘 여부를 판단하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 집하관 내부 막힘을 감지하는 방법.
송풍압을 이용하여 쓰레기를 이송하는 집하관이 쓰레기에 의해 막히는 것을 모니터링하는 쓰레기 집하관 내부 막힘을 감지하는 방법에 있어서,

집하관 외면에 광섬유 케이블을 설치하는 제 1단계;

상기 1단계에서 설치된 집하관의 변형율을 복수 개소에서 측정하는 제 2단계; 및

상기 제 2단계에서 측정된 변형률의 크기 변화로부터 집하관이 막힘을 감지하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 집하관 내부 막힘을 감지하 는 방법.