KR20170106097A - 매설 배관 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매설 배관 모니터링 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 지중에 매립되는 실험 대상인 배관; 상기 배관에 구비되는 하나 이상의 측정 장치; 상기 측정 장치로부터 전송된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 장치; 상기 배관의 내부에 접근 가능하도록 상기 배관과 연통되며, 실험자가 접근할 수 있는 내부 공간을 갖는 실험 챔버;를 포함하고, 상기 실험 챔버는 지중에 매립되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치가 제공된다.

Description

매설 배관 모니터링 장치{MONITORING SYSTEMT FOR A BURIED PIPE}

본 발명은 매설 배관 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지중에 매설된 배관에 미치는 주위 환경에 따른 영향을 측정하고, 이를 기반으로 배관의 거동을 모니터링하여 실제 시공시에 반영하기 위한 모니터링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 지하에는 가스관, 상하수도관, 송유관, 통신 및 전력 케이블(cable)관, 각종 덕트(duct) 및 저장 탱크 등과 같은 수많은 지하구조물들이 존재하게 된다. 상기한 여러 종류의 배관들은 경제 발전 및 인구 증가에 따라 계속하여 증가하게 될 것이고, 따라서 이러한 지하시설물들에 대한 세심한 관리와 유지가 시급한 실정이다.

상기한 배관의 안전성에 위해를 주는 요소는 여러 가지를 들 수 있으나, 그 중에서도, 다른 공사(굴삭기, 천공기)에 의한 배관 파손, 외부 하중 등에 의한 지반침하 혹은 유동에 따른 배관 변형, 지하철 혹은 타 지하시설물로부터의 미주전류에 의한 전기부식을 3대 위해요소로 꼽을 수 있다.

매설 배관 모니터링 장치는 가스관 또는 수도관 등과 같이 지중에 매설되는 매설 배관에 작용하는 외부 하중의 영향을 관찰 및 측정하기 위한 장치로서, 실험조건에 따른 오차를 최소화하는 등 최적의 실험조건을 구현하기 위한 실험 시스템이다. 즉, 상기 매설 배관 모니터링 장치는 실제로 가스를 공급하기 위한 것은 아니며, 특정 실험조건을 구현하여 그러한 조건 하에서의 배관 거동을 측정하고 이를 실제 시공 시에 반영할 수 있도록 하기 위한 일종의 시뮬레이션 장치이다.

기존 매설 배관 실험시스템은 배관에 스트레인 게이지와 변위계, 토압계 등을 배관 외부에 설치하여 배관거동 상태를 지상에서 측정하는 시스템이다. 즉, 배관의 필요 위치마다 스트레인 게이지, 변위계, 토압계 등과 같은 센서를 설치하고, 각각의 센서로부터 측정된 신호를 분석하여 배관의 거동을 측정하는 원리이다.

그러나, 이러한 시스템은 실제 거동을 직접 측정한 것이 아니라, 센서를 통해 간접적으로 측정한 것이어서 실험 단계별 정확도가 높지 않았다. 또한 배관외부에 각종 센서를 설치하여 매설 배관의 거동특성을 정확히 파악하기에는 실험 조건상 한계가 있다. 특히 배관 내부에 변위계를 설치하고 매설한 상태에서 실험할 경우에는 실험 과정에서 외부 하중에 의해 변위계의 위치가 틀어지더라도 이를 확인할 수 없기 때문에 오차를 피할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 실험 대상인 매설 배관의 상태를 보다 정확하고 신속하게 확인할 수 있는 매설 배관 모니터링 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 지중에 매립되는 실험 대상인 배관; 상기 배관에 구비되는 하나 이상의 측정 장치; 상기 측정 장치로부터 전송된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 장치; 상기 배관의 내부에 접근 가능하도록 상기 배관과 연통되며, 실험자가 접근할 수 있는 내부 공간을 갖는 실험 챔버;를 포함하고, 상기 실험 챔버는 지중에 매립되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치가 제공된다.

여기서, 상기 실험 챔버는 상기 배관의 일측 단부와 연통될 수 있다.

또한, 상기 실험 챔버는 상기 배관으로부터 분기하여 연결되는 연결 배관과 연통될 수 있다.

또한, 상기 실험 챔버는 실험자가 직접 진입할 수 있을 정도의 내부 공간을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 실험 챔버 내로 진입할 수 있도록 하는 출입문이 지상에 제공될 수 있다.

또한, 상기 측정 장치의 적어도 일부는 상기 배관의 내부에 설치되고, 상기 실험 챔버를 통해서 실험자가 상기 측정 장치에 접근 가능하게 될 수 있다.

여기서, 상기 측정 장치는 로드셀, 토압계, 진동센서 및 스트레인 게이지 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 각각이 상기 배관의 내부 및 외부에 설치될 수 있다.

또한, 상기 측정 장치는 상기 배관의 적어도 일부를 따라서 배치되는 광섬유를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 광섬유는 상기 배관의 내부 및 외부에 각각 배치되고, 상기 실험 챔버측으로 연장될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 매설된 배관과 연결되는 실험 챔버가 매설 배관과 함께 지중에 매립되어 있으므로 실험자가 배관의 거동 상태를 육안으로 직접 확인하면서 실험을 수행할 수 있는 장점을 제공한다.

이를 통해서, 보다 정확하고 직관적인 측정이 가능할 뿐만 아니라 설치된 측정 장치들이 실험 과정에서 초기 위치로부터 벗어나더라도 이를 직접 확인하고 수정할 수 있으므로 오차를 최소화할 수 있게 된다.

본 발명은 또한, 측정 장치 중 적어도 일부가 배관의 내면에 설치되므로, 배관의 내외부면에서의 거동을 함께 측정할 수 있을 뿐만 아니라 상기 내관의 내부면을 상기 실험 챔버를 통해서 육안으로 직접 확인할 수 있기 때문에 오차가 발생하더라도 즉시 수정이 가능해지는 효과를 제공한다.

아울러, 본 발명의 일측면에서는 측정 장치의 종류 및 설치 위치들을 필요에 따라서 배관 내부에서 자유롭게 변경하면서 실험을 진행할 수 있어, 종래에 비해서 보다 다양한 양태의 실험을 용이하게 수행할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 일측면에서는 측정 장치로서 광섬유를 사용하고 있어, 측정 장치의 설치 난이도를 최소화하면서도 복수 개의 다른 측정장치를 사용하는 경우에 비해 유사한 정도의 측정 정확도를 확보할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 매설 배관 모니터링 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예 중 상기 실험 챔버 내에서 바라본 배관을 표시한 사진이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예 중 실험 챔버를 지표면에서 바라본 사진이다.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에서 측정 장치를 광섬유센서로 대체한 변형예를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 광섬유센서가 사용되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 매설 배관의 모니터링 장치의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 매설 배관 모니터링 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 평면도로서, 도 1을 참조하면 상기 실시예는 지중에 매립되는 배관(100)과 상기 배관(100)의 일측 단부에 구비되는 실험 챔버(130)를 포함한다.

상기 배관(100)은 가스관, 상하수도관, 송유관, 통신 및 전력 케이블(cable)관 및 각종 덕트(duct) 들 중 하나일 수 있으나, 상기 실시예에서의 상기 배관(100)은 실험을 위한 목적에서 구비되는 것으로서 실험 과정에서 그 내부에 실제로 유체가 흐르는 것은 아니다.

상기 챔버(130)는 컨테이너 또는 콘크리트 구조물과 같은 임의의 직육면체 구조물일 수 있으며, 내부 공간을 제공할 수 있는 임의의 형태 및 재질로 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 배관(100)의 내외부면에는 각종 측정 장치가 구비된다. 일 예로서, 상기 배관(100)의 내외부면에는 배관에 가해지는 응력을 측정하기 위한 로드셀(110, 112)과 배관이 매립된 주위의 토사에 의해 가해지는 토압을 측정하기 위한 토압계(120, 122) 등이 구비될 수 있으며, 이외에도 배관의 진동을 측정하기 위한 진동 센서 및 배관의 스트레인을 측정하기 위한 스트레인 게이지 등이 함께 사용될 수 있다.

여기서, 상기 로드셀(110)과 로드셀(112)는 동일한 종류의 것이지만 배관의 내부 및 외부면에 부착되는 점에서 구별된다. 마찬가지로, 상기 토압계(120) 및 토압계(122)도 배관의 내부 및 외부면에 부착되는 점에서 구별된다. 이러한 측정장치들은 상술한 바와 같이, 상기 배관에 가해지는 하중에 의한 배관의 거동에 반응하여 그에 대응되는 신호를 전달하게 된다. 이렇게 전달된 신호는 도시되지 않은 신호 처리 장치로 전송되어 해석되고, 그에 따른 배관의 거동을 검출하게 된다.

한편, 상기 실험 챔버(130)는 도시된 바와 같이 대략 직육면체 형태를 가지며, 그에 대응되도록 대략 직육면체 형태를 갖는 내부 공간(132)을 제공한다. 상기 내부 공간(132)은 실험자가 일시적으로 거주하기에 충분한 크기를 갖도록 형성될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 배관(100)의 일측 단부(102)와 연결된다.

여기서, 상술한 각종 측정 장치들로부터 생성된 신호는 유무선 통신 방식으로 상기 신호 처리 장치로 전송될 수 있는데, 이러한 유무선 통신 장치 도는 이를 위한 배선 등이 상기 단부(102)를 거쳐 상기 실험 챔버의 내부 공간(132)으로 인출될 수 있다. 그리고, 상기 신호 처리 장치가 상기 내부 공간(132)에 직접 구비될 수 있으며, 이 경우 모니터링 시스템에 구비되는 배선 라인을 보다 단순화할 수 있게 된다.

상기 내부 공간(132)은 상술한 바와 같이 실험자가 거주할 수 있는 공간을 제공하므로, 실험 과정에서 실험자는 상기 배관(100)의 내부 공간에 직접 접근할 수 있게 된다. 따라서, 배관 내부의 거동 상태를 직접 육안으로 확인하는 것이 가능해 진다. 아울러, 배관 내부에 구비된 상기 로드셀(112) 및 토압계(122)가 최초에 설치된 위치를 유지하는 지, 아니면 정 위치를 벗어나 있는 지도 직접 확인할 수 있게 된다. 이로 인해서, 측정 장치의 위치가 실험 과정에서 어긋남으로 인해 발생되는 오차를 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 측정 장치의 위치를 자유롭게 변경하면서 다양한 양태의 실험을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 일부의 측정 장치에 이상이 생긴 경우에도 손쉽게 교체가 가능하다.

여기서, 상기 실험 챔버(130)는 사용자가 드나들기 위한 출입구(134)를 상부면에 구비한다. 즉, 상기 실험 챔버(130)의 상부면은 지면과 맞닿아 있어, 출입구(134)를 통해서 실험자가 상기 내부 공간에 접근할 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 실험 챔버의 상부면이 지면과 맞닿지 않고, 출입구가 보다 길게 연장된 형태를 갖도록 할 수도 있다.

도 3을 참조하면, 상기 출입구(134)는 대략 삼각형 단면을 갖고 지면으로부터 돌출된 형태를 가질 수도 있다.

한편, 상기 실시예에서는 다양한 종류의 측정 장치가 복수 개소에 장착되어 사용되고 있으나, 이를 광섬유 센서로 대체하여 사용하는 예도 고려할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 배관(100)의 길이 방향을 따라서 4개소에 광섬유 센서(140)를 장착하여 사용할 수도 있다. 광섬유센서를 이용한 계측은 상술한 로드셀이나 토압계와 같은 특정 지점을 대상으로 하는 점 센서와는 개념이 다른 분포개념의 센서라 할 수 있다. 즉, 상기 로드셀이나 토압계와 같은 점 센서 계측은 센서마다 데이터 케이블이 장착되어야 하기 때문에 계측지점이 많아질수록 센서 설치비용이 크게 소요될 뿐만 아니라 유지관리도 복잡해 질 수 있다.

반면 광섬유센서 케이블을 이용하면 광케이블 전체가 센서로 작용하므로 광케이블 포설만으로 계측을 수행할 수 있어 경제적인 계측이 가능하다.

여기서, 광섬유 센서라 함은 광섬유를 지나가는 빛의 세기, 광섬유의 굴절률 및 길이, 모드, 그리고 편광상태의 변화 등을 이용하여 피측정량을 추정하는 센서를 지칭하는 것으로서, 이용되는 효과에 따라 세기형, 위상형, 회절 격자형, 모드 변조형, 편광형, 분포 측정형 등으로 구분될 수 있다. 상기 광섬유 센서가 대상으로 하는 측정량으로는 전압, 전류, 온도, 압력, 스트레인, 회전율, 음향, 가스 농도 등 다양하다. 광섬유 센서는 초정밀 광대역 측정이 가능하고, 전자파의 영향을 받지 않으며, 원격 측정이 용이하다. 또한 센서부에서 전기를 사용하지 않으며, 실리카 재질의 뛰어난 내부식성으로 사용 환경에 대한 제약이 거의 없는 장점을 갖는다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 광섬유 센서는 상기 배관(100)을 따라서 90도 간격으로 4개가 설치될 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 배관(100)의 상부에 매설되는 보호판(150)의 상부에도 추가적으로 광섬유 센서(142)가 설치될 수 있다.

Claims (9)

1. 지중에 매립되는 실험 대상인 배관;
   상기 배관에 구비되는 하나 이상의 측정 장치;
   상기 측정 장치로부터 전송된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 장치;
   상기 배관의 내부에 접근 가능하도록 상기 배관과 연통되며, 실험자가 접근할 수 있는 내부 공간을 갖는 실험 챔버;를 포함하고,
   상기 실험 챔버는 지중에 매립되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 실험 챔버는 상기 배관의 일측 단부와 연통되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 실험 챔버는 상기 배관으로부터 분기하여 연결되는 연결 배관과 연통되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 실험 챔버는 실험자가 직접 진입할 수 있을 정도의 내부 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 실험 챔버 내로 진입할 수 있도록 하는 출입문이 지상에 제공되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 측정 장치의 적어도 일부는 상기 배관의 내부에 설치되고, 상기 실험 챔버를 통해서 실험자가 상기 측정 장치에 접근 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 측정 장치는 로드셀, 토압계, 진동센서 및 스트레인 게이지 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 각각이 상기 배관의 내부 및 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 측정 장치는 상기 배관의 적어도 일부를 따라서 배치되는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 광섬유는 상기 배관의 내부 및 외부에 각각 배치되고, 상기 실험 챔버측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 매설 배관의 모니터링 장치.

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