KR20110037658A - 배관의 충격 감지 장치 및 방법 - Google Patents

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고재필
장상엽
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한국가스공사연구개발원
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Abstract

배관에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격의 유형 및 충격 위치를 검출하도록 하는 배관의 충격 감지 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 배관의 충격 감지 장치는, 상호 이격되게 배관에 설치되어 배관에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지하는 제1감지부와 제2감지부; 및 제1감지부 및 제2감지부로부터 수신되는 두 충격파의 감지시간을 측정하고, 수신되는 두 충격파에 근거하여 충격 발생 여부를 판단하고, 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 충격 유형 및 발생 위치를 검출하는 메인서버를 포함한다.

Description

배관의 충격 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for sensing impact of pipe}
본 발명은 배관의 충격 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스를 이송하는 배관에 가해지는 충격을 감지하고 해당 충격이 발생한 위치를 검출하는 배관의 충격 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가스를 수송하는 배관은 지하에 매설되어 공급시설로부터 이용시설까지 가스를 수송한다. 이때, 배관은 부식 등의 화학작용에 의해 파손되지 않도록 피복 등으로 코팅이 되어 있다. 그런데, 배관은 피복의 자체불량 또는 외부로부터 인가되는 충격에 의해 피복이 벗겨지거나 배관의 표면이 외부로 노출이 되는 경우가 발생한다. 그리하면, 배관의 표면이 노출되어 부식됨으로써 가스누출 등의 사고가 종종 발생하게 된다.
특히, 매설된 가스배관은 지반침하, 단층변화 등과 같은 일부 자연 환경 외에 배관 주변의 토목공사 중 굴착장비 등에 의한 직접적인 타격(이하, "타공사(Third-Party Damage)"라 한다)이 더 큰 원인으로 분석되고 있다. 타공사에 의한 배관의 손상은 사고 즉시 보고되지 않는 경향이 있어, 시간이 경과함에 따라 커다 란 위험을 초래하기도 한다. 만약, 그러한 손상부위가 보고되지 않고 보수없이 매설되는 경우 가스배관에 부식을 야기해 가스누설로 인한 가스폭발을 발생시킬 수 있다.
배관은 그 매설범위가 광범위하고 인구 밀집지역에도 설치되기 때문에 배관의 파손으로 인한 가스누출 또는 가스 폭발시에 막대한 인적, 경제적 피해가 발생하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 타공사 등에 의해 배관에 가해지는 외부의 충격을 실시간으로 감시할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 그 목적은 배관에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격의 유형 및 충격 위치를 검출하도록 하는 배관의 충격 감지 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배관의 충격 감지 장치는, 상호 이격되게 배관에 설치되어 배관에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지하는 제1감지부와 제2감지부; 및 제1감지부 및 제2감지부로부터 수신되는 두 충격파의 감지시간을 측정하고, 수신되는 두 충격파에 근거하여 충격 발생 여부를 판단하고, 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 충격 유형 및 발생 위치를 검출하는 메인서버를 포함한다.
메인서버는, 제1감지부 및 제2감지부로부터 두 충격파를 수신하는 수신부; 수신부로 수신되는 두 충격파의 감지시간을 측정하는 측정부; 수신부에서 수신한 제1감지부 및 제2감지부로부터의 두 충격파의 주파수에 근거하여 충격 발생 여부를 판단하는 판단부; 판단부에서 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 주파수에 근거하여 충격 유형을 검출하는 유형 검출부; 및 판단부에서 충격 발생으로 판단하면 측정부에서 측정한 두 충격파의 감지시간의 차이값에 근거하여 해당 충격의 충격 발생 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함한다.
판단부는, 하나의 충격파의 주파수에 대해 다른 하나의 충격파의 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단한다.
판단부에서 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 ±7%의 범위로 설정된다.
복수의 충격 유형 정보와, 충격 유형별로 구분된 주파수 정보를 연계하여 저장하는 저장부를 더 포함한다.
유형 검출부는, 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 충격파의 충격 유형으로 검출한다.
유형 검출부는, 충격파의 주파수와 주파수 정보의 오차가 ±7% 범위에 포함되면 충격파의 주파수와 주파수 정보가 동일한 것으로 판단한다.
유형 검출부에서 검출한 충격 유형 및 위치 검출부에서 검출한 충격 발생 위치를 화면출력하는 출력부를 더 포함한다.
제1감지부와 제2감지부는, 배관의 충격에 따른 충격파를 감지하는 가속도 센서; 가속도 센서의 일측에 설치되어 가속도 센서와 배관을 절연하는 절연판; 및 일측이 절연판과 결합되고 타측이 배관에 결합되는 연결판을 포함하되, 연결판은 절연판과 결합되는 일측이 배관 곡률로 가공된다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배관의 충격 감지 방법은, (a) 수신부에 의해 상호 이격되게 배관에 설치되는 제1감지부 및 제2감지부로부터 배관에 가해지는 충격에 따른 두 충격파를 수신하는 단계; (b) 측정부에 의해 (a) 단계에서 수신되는 두 충격파의 감지시간을 측정하는 단계; (c) 판단부에 의해 (a) 단계에서 수신되는 두 충격파의 주파수에 근거하여 충격 발생 여부를 판단하는 단계; (d) (c) 단계에서 충격 발생으로 판단하면 유형 검출부에 의해 해당 충격파의 주파수에 근거하여 충격 유형을 검출하는 단계; 및 (e) (c) 단계에서 충격 발생으로 판단하면 위치 검출부에 의해 (b) 단계에서 측정한 두 충격파의 감지시간의 차이값에 근거하여 해당 충격의 충격 발생 위치를 검출하는 단계를 포함한다.
(c) 단계에서는,
판단부에 의해 하나의 충격파의 주파수에 대해 다른 하나의 충격파의 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단한다.
(c) 단계에서 판단부에 의해 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 ±7% 범위로 설정된다.
(d) 단계에서는, 유형 검출부에 의해 저장부로부터 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 충격파의 충격 유형으로 검출한다.
(d) 단계에서는, 유형 검출부에 의해 충격파의 주파수와 주파수 정보의 오차가 ±7% 범위에 포함되면 충격파의 주파수와 주파수 정보가 동일한 것으로 판단한다.
(f) 출력부에 의해 (d) 단계에서 검출한 충격 유형 및 (e) 단계에서 검출한 충격 발생 위치를 화면 출력하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 배관의 충격 감지 장치 및 방법은 배관에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 배관에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다.
또한, 배관의 충격 감지 장치 및 방법은 동일한 주파수를 갖는 두 충격파의 감지시간을 이용하여 충격 위치를 검출함으로써, 검출하는 충격 위치의 오차를 최소화할 수 있다.
또한, 배관의 충격 감지 장치 및 방법은 배관에 가해지는 충격의 유형을 검출하여 출력함으로써, 충격 유형에 따른 작업자의 빠른 대처를 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 배관의 충격 감지 장치는 충격파를 감지하는 센서와 배관을 절연시킴으로써, 배관에 흐르는 전기 또는 번개에 의해 센서가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배관의 충격 감지 장치는 충격파를 감지하는 센서와 배관을 절연시킴으로써, 배관에 흐르는 전기 또는 번개에 의해 발생하는 전기 노이즈를 차단할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 배관의 충격 감지 장치를 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관의 충격 감지 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 감지부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1의 메인서버를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 저장부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배관의 충격 감지 장치는 제1감지부(100a), 제2감지부(100b), 메인서버(300)를 포함한다. 이때, 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)는 네트워크(400)를 통해 메인서버(300)에 연결된다. 여기서, 네트워크(400)는 유/무선 네트워크(400)를 통칭한다.
제1감지부(100a)는 제2감지부(100b)와 상호 이격되어 배관(200) 외부에 설치되어 배관(200)에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지한다. 여기서, 제1감지부(100a)는 도 2에 도시된 바와 같이, 배관(200)의 충격에 따른 충격파를 감지하는 가속도 센서(110), 가속도 센서(110)의 일측에 설치되어 가속도 센서와 배관(200)을 절연하는 절연판(120), 및 일측이 절연판(120)과 결합되고 타측이 배관(200)에 결합되는 연결판(130)을 포함하여 구성된다. 이때, 연결판(130)은 절연판(120)과 결합되는 일측이 배관(200) 곡률(즉, 감지부가 설치되는 배관(200)의 배관 곡률)로 가공된다.
제2감지부(100b)는 제1감지부(100a)와 상호 이격되어 배관(200) 외부에 설치되어 배관(200)에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지한다. 여기서, 제2감지부(100b)는 배관(200)의 충격에 따른 충격파를 감지하는 가속도 센서(110b), 가속도 센서(110b)의 일측에 설치되어 가속도 센서와 배관(200)을 절연하는 절연판(120), 및 일측이 절연판(120)과 결합되고 타측이 배관(200)에 결합되는 연결판(130)을 포함하여 구성된다. 이때, 연결판(130)은 절연판(120)과 결합되는 일측이 배관 곡률로 가공된다.
이처럼, 배관(200)의 충격 감지 장치는 충격파를 감지하는 센서와 배관(200)을 절연시킴으로써, 배관(200)에 흐르는 전기 또는 번개에 의해 센서가 파손되는 것을 방지하고, 배관(200)에 흐르는 전기 또는 번개에 의해 발생하는 전기 노이즈를 차단할 수 있다.
제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)는 배관(200)의 양쪽 종단에 고정되게 설치되어 배관(200)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 감지한다. 즉, 배관(200)에 타공사에 의한 충격이 가해지면 충격파가 발생한다. 충격파는 배관(200)에 의해 이송되는 매질에 의해 충격 위치에서 양측 방향으로 전파된다. 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)는 배관(200)의 양쪽 종단에서 전파되는 충격파를 각각 감지한다. 이때, 충격 위치에서 양측 방향으로 전파되는 두 충격파는 동일한 충격에 의한 충격파로 동일한 주파수를 갖는다.
메인서버(300)는 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)로부터의 두 충격파에 근거하여 충격 발생 여부를 판단한다. 메인서버(300)는 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 충격 유형 및 발생 위치를 검출한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 메인서버(300)는 수신부(310), 측정부(320), 판단부(330), 유형 검출부(340), 위치 검출부(350), 저장부(360), 출력부를 포함한다.
수신부(310)는 연결되어 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)에서 각각 감지한 두 충격파를 수신한다. 이때, 수신부(310)는 유선 네트워크(400) 또는 무선 네트워크(400)를 통해 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)와 연결된다. 경우에 따라서 수신부(310)는 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b) 중에서 하나의 감지부와 유선 네트워크(400)로 연결되고 다른 하나의 감지부와 무선 네트워크(400)로 연결될 수도 있다.
측정부(320)는 수신부(310)로 수신되는 두 충격파의 감지시간을 측정한다. 즉, 측정부(320)는 충격 발생 위치를 검출하는데 근거가 되는 두 충격파의 감지시간을 측정한다. 여기서, 측정부(320)는 각각의 충격파가 수신부(310)로 수신된 시간은 해당 충격파의 감지시간으로 측정한다.
판단부(330)는 수신부(310)에서 수신한 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)로부터의 두 충격파의 주파수에 근거하여 충격 발생 여부를 판단한다. 즉, 판단부(330)는 제1감지부(100a)로부터의 충격파의 주파수와 제2감지부(100b)로부터의 충격파의 주파수를 비교하여 두 충격파의 주파수가 동일하면 충격 발생으로 판단한다. 여기서, 판단부(330)는 하나의 충격파의 주파수에 대해 다른 하나의 충격파의 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단할 수도 있다. 이때, 판단부(330)에서 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 ±7%의 범위로 설정된다.
유형 검출부(340)는 판단부(330)에서 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 주파수에 근거하여 충격 유형을 검출한다. 즉, 유형 검출부(340)는 판단부(330)에서 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 주파수를 저장부(360)에 저장된 복수의 주파수 정보를 비교하여 해당하는 충격 유형을 검출한다. 여기서, 유형 검출부(340)는 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 즉, 충격파의 주파수는 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)에서 동일하게 감지되기 때문에, 유형 검출부(340)는 제1감지부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수 및 제2감지부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수 중에 하나와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 해당 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 이때, 유형 검출부(340)는 충격파의 주파수와 주파수 정보의 오차가 대략 ±7% 정도의 범위에 포함되면 충격파의 주파수와 주파수 정보가 동일한 것으로 판단한다. 이처럼, 배관(200)의 충격 감지 장치 및 방법은 배관(200)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 배관(200)에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다. 또한, 배관(200)의 충격 감지 장치 및 방법은 배관(200)에 가해지는 충격의 유형을 검출하여 출력함으로써, 충격 유형에 따른 작업자의 빠른 대처를 가능하게 하는 효과가 있다.
위치 검출부(350)는 판단부(330)에서 충격 발생으로 판단하면 측정부(320)에서 측정한 두 충격파의 감지시간의 차이값에 근거하여 해당 충격의 충격 발생 위치를 검출한다. 즉, 위치 검출부(350)는 충격 신호의 속도, 감지시간의 차이값을 이용하여 충격 발생 위치를 검출한다. 이때, 충격 발생 위치에서 제1감지부(100a)까지의 거리는 x1, 충격 발생 위치에서 제2감지부(100b)까지의 거리는 x2, 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b) 사이의 배관(200)의 길이를 D, 매질 내의 충격파 속도가 v, t1은 제1감지부(100a)에서 충격파를 감지한 시간, t2는 제2감지부(100b)에서 충격파를 감지한 시간이라고 가정하면, x1 및 x2의 거리는 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. 여기서, (t2-t1) 및 (t1-t2)는 감지시간의 차이값을 의미하게 된다.
Figure 112009061439084-PAT00001
여기서, 매질 내의 충격파 속도는 하기의 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112009061439084-PAT00002
이때, x는 비열상수이고, R은 가스상수이고, T는 절대온도이고, M은 분자량이다. 예를 들면, 천연가스의 비열상수(x)는 3.12이고, 가스상수(R)는 8,318 J/kmolㆍK이고, 절대온도(T)는 291K이고, 분자량(M)은 18kg/kmol이다. 여기서, 배관(200)의 매질에 따른 속도는 가스 분석표를 이용하여 구할 수 있다. 이는 동종업계에 종사하는 자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 상세한 설명을 생략한다. 이처럼, 배관(200)의 충격 감지 장치 및 방법은 배관(200)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 배관(200)에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다. 또한, 배관(200)의 충격 감지 장치 및 방법은 동일한 주파수를 갖는 두 충격파의 감지시간을 이용하여 충격 위치를 검출함으로써, 검출하는 충격 위치의 오차를 최소화할 수 있다.
저장부(360)는 복수의 충격 유형 정보와, 충격 유형별로 구분된 주파수 정보를 연계하여 저장한다. 즉, 저장부(360)는 하기의 표1과 같이, 브레이커 타격, 임펙트 햄머(Impact Hammer), 추 낙하(20㎏) 등의 충격 유형 정보와, 각각의 충격 유형(예를 들면, 브레이커 타격, 임펙트 해머, 추 낙하 등)에 따라 발생하는 충격파의 주파수 정보를 연계하여 저장한다.
Figure 112009061439084-PAT00003
여기서, 저장부(360)는 도 4에 도시된 바와 같이, 각 충격 유형에 대한 실험을 통해 측정한 주파수 정보를 저장한다. 이때, 도 4의 (a)는 임팩트 해머에 의한 충격에 따른 충격파의 주파수이고, 도 4의 (b)는 추 낙하에 따른 충격파의 주파수이고, 도 4의 (c)는 브레이커에 의한 충격에 따른 충격파의 주파수이다. 물론, 저장부(360)는 상술한 충격 유형 이외에도 다양한 충격 유형 및 주파수 정보를 저장할 수도 있다.
출력부는 유형 검출부(340)에서 검출한 충격 유형 및 위치 검출부(350)에서 검출한 충격 발생 위치를 화면 출력한다. 즉, 출력부는 문자, 이미지 등을 통해 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면 출력한다. 물론, 출력부는 음성 출력을 통해 충격 유형 및 충격 발생 위치를 출력할 수도 있다. 여기서, 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면(또는 음성) 출력하는 구성은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관(200)의 충격 감지 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 배관(200)의 충격 감지 장치는 제1대역필터(500a), 제1증폭기(600a), 제1신호처리기(700a), 제2대역필터(500b), 제2증폭기(600b), 제2신호처리기(700b)를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 제1감지부(100a), 제2감지부(100b), 메인서버(300)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시예의 제1감지부(100a), 제2감지부(100b), 메인서버(300)와 동일하므로 설명을 생략한다.
제1대역필터(500a)는 제1감지부(100a)에서 감지한 충격파 중에서 주파수가 100㎐ 이하인 충격파를 필터링한다. 즉, 제1대역필터(500a)는 주변진동(예를 들면, 차량 주행에 따른 진동 등)에 의해 발생하는 100㎐ 이하의 주파수를 갖는 충격파를 필터링한다.
제1증폭기(600a)는 제1대역필터(500a)를 통과한 충격파를 증폭시킨다.
제1신호처리기(700a)는 제1증폭기(600a)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 메인서버(300)로 전송한다.
제2대역필터(500b)는 제2감지부(100b)에서 감지한 충격파 중에서 주파수가 100㎐ 이하인 충격파를 필터링한다. 즉, 제2대역필터(500b)는 주변진동(예를 들면, 차량 주행에 따른 진동 등)에 의해 발생하는 100㎐ 이하의 주파수를 갖는 충격파를 필터링한다.
제2증폭기(600b)는 제2대역필터(500b)를 통과한 충격파를 증폭시킨다.
제2신호처리기(700b)는 제2증폭기(600b)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 메인서버(300)로 전송한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 배관(200)의 충격 감지 장치를 이용한 배관의 충격 감지 및 위치 검출 방법을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배관의 충격 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배관의 충격 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 메인서버(300)의 저장부(360)에는 상술한 표 1에 표시된 복수의 충격 유형 및 그에 따른 충격파의 주파수 정보를 저장되어 있다. 배관(200)의 양측에서 소정거리 이격되어 설치된 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)는 배관(200)의 충격 감지 장치의 구동에 따라 배관(200)에 가해지는 충격을 감지하기 시작한다. 이때, 소정위치에서 충격(예를 들면, 브레이커 충격, 임팩트 해머, 추 낙하 등)이 발생하게 되면, 그에 상응하는 주파수의 충격파가 발생한다. 발생한 충격파는 배관(200)의 매질에 의해 충격 위치로부터 양방향(예컨대, 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)가 설치된 양방향)으로 전파된다. 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)는 매질에 의해 전파되는 충격파를 감지한다(S100). 이때, 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)는 충격 위치에 따라 서로 다른 시간에 충격파를 감지하게 된다. 제1대역필터(500a)는 제1감지부(100a)에서 감지한 충격파 중에서 주파수가 100㎐ 이하인 충격파를 필터링하고, 제1증폭기(600a)는 제1대역필터(500a)를 통과한 충격파를 증폭시킨다. 제1신호처리기(700a)는 제1증폭기(600a)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 메인서버(300)로 전송한다. 제2대역필터(500b)는 제2감지부(100b)에서 감지한 충격파 중에서 주파수가 100㎐ 이하인 충격파를 필터링하고, 제2증폭기(600b)는 제2대역필터(500b)를 통과한 충격파를 증폭시킨다. 제2신호처리기(700b)는 제2증폭기(600b)에서 증폭된 충격파를 A/D로 변환하여 메인서버(300)의 수신부(310)로 전송한다.
측정부(320)는 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)로부터 충격파를 수신함에 따라 두 충격파의 감지시간을 각각 측정한다(S200). 즉, 메인서버(300)의 측정부(320)는 각각의 충격파가 수신부(310)로 수신된 시간은 해당 충격파의 감지시간으로 측정한다.
판단부(330)는 수신한 두 충격파의 주파수에 근거하여 배관(200)의 충격 발생 여부를 판단한다(S300). 이때, 판단부(330)는 제1감지부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수와, 제2감지부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 동일하면 배관(200)의 충격 발생으로 판단한다. 여기서, 판단부(330)는 판단부에 의해 하나의 충격파의 주파수에 대해 다른 하나의 충격파의 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단할 수도 있다. 이때, 판단부(330)에서 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 ±7%의 범위로 설정된다. 예를 들면, 판단부(330)는 제1감지부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316㎐, 510㎐, 706㎐인 경우 제2감지부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316㎐, 510㎐, 706㎐일 때만 충격 발생으로 판단하는 것이 이상적이다. 하지만, 배관(200) 내의 매질, 배관(200)에 흐르는 전기, 번개 등의 원인으로 발생하는 노이즈로 인해 충격파의 주파수가 변경될 수도 있다. 따라서, 판단부(330)는 제2감지부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316㎐의 ±7%의 범위인 대략 293.88㎐ ~ 338.12㎐ 정도, 510㎐의 ±7%의 범위인 대략 474.3㎐ ~ 545.7㎐ 정도, 706㎐의 ±7%의 범위인 대략 656.58㎐ ~ 755.42㎐ 정도의 범위에 속하면 충격 발생으로 판단한다.
판단부(330)에서 충격 발생으로 판단하면(S300; YES), 유형 검출부(340)는 해당 충격파의 주파수에 근거하여 배관(200)에 발생한 충격의 충격 유형을 검출한다(S400). 이때, 유형 검출부(340)는 판단부(330)에서 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 주파수를 저장부(360)에 저장된 복수의 주파수 정보를 비교하여 해당하는 충격 유형을 검출한다. 여기서, 유형 검출부(340)는 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 즉, 충격파의 주파수는 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)에서 동일하게 감지되기 때문에, 유형 검출부(340)는 제1감지부(100a)로부터 수신한 충격파의 주파수 및 제2감지부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수 중에 하나와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 해당 충격파의 충격 유형으로 검출한다. 이때, 제1감지부(100a) 및 제2감지부(100b)로부터 수신한 충격파의 주파수가 316㎐, 510㎐, 544㎐, 706㎐, 800㎐, 876㎐이면, 판단부(330)는 316㎐, 510㎐, 544㎐, 706㎐, 800㎐, 876㎐를 포함하는 주파수 정보를 갖는 브레이커 타격을 해당 충격파의 충격 유형으로 검출하는 것이 이상적이다. 하지만, 각종 전기 노이즈로 인해 주파수에 오차가 발생할 수도 있다. 따라서, 유형 검출부(340)는 충격파의 주파수와 주파수 정보의 오차가 대략 ±7% 정도의 범위에 포함되면 충격파의 주파수와 주파수 정보가 동일한 것으로 판단할 수도 있다.
다음으로, 위치 검출부(350)는 측정부(320)에서 측정한 두 충격파의 감지시간을 근거로 배관(200)에 발생한 충격의 충격 발생 위치를 검출한다(S500). 이때, 위치 검출부(350)는 충격 신호의 속도, 감지시간의 차이값을 상술한 수학식 1 및 2에 대입하여 충격 발생 위치를 검출한다. 여기서, 수학식 1 및 2를 이용하여 충격 발생 위치를 검출하는 내용은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 상세한 설명을 생략한다.
출력부는 배관(200)에 발생한 충격의 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면 출력한다(S600). 이때, 출력부는 문자, 이미지 등을 통해 충격 유형 및 충격 발생 위치를 화면 출력하여 관리자(또는 사용자)에게 배관(200)의 충격 발생을 알려준다. 물론, 출력부는 음성 출력을 통해 배관(200)의 충격 발생을 알려줄 수도 있다.
상술한 바와 같이, 배관(200)의 충격 감지 장치 및 방법은 배관(200)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 충격파를 이용하여 충격 유형 및 충격 위치를 검출함으로써, 배관(200)에 가해지는 충격을 실시간으로 감시하는 것이 가능하다.
또한, 배관(200)의 충격 감지 장치 및 방법은 동일한 주파수를 갖는 두 충격파의 감지시간을 이용하여 충격 위치를 검출함으로써, 검출하는 충격 위치의 오차를 최소화할 수 있다.
또한, 배관(200)의 충격 감지 장치 및 방법은 배관(200)에 가해지는 충격의 유형을 검출하여 출력함으로써, 충격 유형에 따른 작업자의 빠른 대처를 가능하게 하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관의 충격 감지 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 감지부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 메인서버를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 4의 저장부를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관의 충격 감지 장치를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배관의 충격 감지 방법을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100a: 제1감지부 100b: 제2감지부
110: 가속도 센서 120: 절연판
130: 연결판 300: 메인서버
310: 수신부 320: 측정부
330: 판단부 340: 유형 검출부
350: 위치 검출부 360: 저장부
500a: 제1대역필터 500b: 제2대역필터
600a: 제1증폭기 600b: 제2증폭기
700a: 제1신호처리기 700b: 제2신호처리기

Claims (14)

  1. 상호 이격되게 배관에 설치되어 상기 배관에 가해지는 충격에 따른 충격파를 감지하는 제1감지부와 제2감지부; 및
    메인서버를 포함하되,
    상기 메인서버는,
    상기 제1감지부 및 제2감지부로부터 두 충격파를 수신하는 수신부;
    상기 수신부로 수신되는 두 충격파의 감지시간을 측정하는 측정부;
    상기 수신부에서 수신한 상기 제1감지부 및 제2감지부로부터의 두 충격파의 주파수에 근거하여 충격 발생 여부를 판단하는 판단부;
    상기 판단부에서 충격 발생으로 판단하면 해당 충격파의 주파수에 근거하여 충격 유형을 검출하는 유형 검출부; 및
    상기 판단부에서 충격 발생으로 판단하면 상기 측정부에서 측정한 상기 두 충격파의 감지시간의 차이값에 근거하여 해당 충격의 충격 발생 위치를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단부는,
    하나의 충격파의 주파수에 대해 다른 하나의 충격파의 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 판단부에서 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 상기 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 ±7%의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    복수의 충격 유형 정보와, 충격 유형별로 구분된 주파수 정보를 연계하여 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유형 검출부는,
    상기 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 상기 충격파의 충격 유형으로 검출하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유형 검출부는,
    상기 충격파의 주파수와 상기 주파수 정보의 오차가 ±7% 범위에 포함되면 상기 충격파의 주파수와 상기 주파수 정보가 동일한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 유형 검출부에서 검출한 충격 유형 및 상기 위치 검출부에서 검출한 충격 발생 위치를 화면출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1감지부와 제2감지부는,
    상기 배관의 충격에 따른 충격파를 감지하는 가속도 센서;
    상기 가속도 센서의 일측에 설치되어 상기 가속도 센서와 상기 배관을 절연하는 절연판; 및
    일측이 상기 절연판과 결합되고 타측이 상기 배관에 결합되는 연결판을 포함하되,
    상기 연결판은 상기 절연판과 결합되는 일측이 배관 곡률로 가공된 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 장치.
  9. (a) 수신부에 의해 상호 이격되게 배관에 설치되는 제1감지부 및 제2감지부로부터 상기 배관에 가해지는 충격에 따른 두 충격파를 수신하는 단계;
    (b) 측정부에 의해 상기 (a) 단계에서 수신되는 두 충격파의 감지시간을 측정하는 단계;
    (c) 판단부에 의해 상기 (a) 단계에서 수신되는 두 충격파의 주파수에 근거하여 충격 발생 여부를 판단하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계에서 충격 발생으로 판단하면 유형 검출부에 의해 해당 충격파의 주파수에 근거하여 충격 유형을 검출하는 단계; 및
    (e) 상기 (c) 단계에서 충격 발생으로 판단하면 위치 검출부에 의해 상기 (b) 단계에서 측정한 상기 두 충격파의 감지시간의 차이값에 근거하여 해당 충격의 충격 발생 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는,
    상기 판단부에 의해 하나의 충격파의 주파수에 대해 다른 하나의 충격파의 주파수가 오차범위 내의 값이면 충격 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 판단부에 의해 충격 발생 여부를 판단하는데 근거가 되는 오차범위는 상기 두 충격파 중 하나의 주파수에 대해 ±7% 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 (d) 단계에서는,
    상기 유형 검출부에 의해 저장부로부터 상기 충격파의 주파수와 동일한 주파수 정보와 연계된 충격 유형 정보를 상기 충격파의 충격 유형으로 검출하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 (d) 단계에서는,
    상기 유형 검출부에 의해 상기 충격파의 주파수와 상기 주파수 정보의 오차가 ±7% 범위에 포함되면 상기 충격파의 주파수와 상기 주파수 정보가 동일한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 방법.
  14. 청구항 9 내지 청구항 13 중에 어느 한 항에 있어서,
    (f) 출력부에 의해 상기 (d) 단계에서 검출한 충격 유형 및 상기 (e) 단계에서 검출한 충격 발생 위치를 화면 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 충격 감지 방법.
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