KR20190121637A - 배관 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배관 모니터링 장치는, 배관을 따라 표면파가 전파되도록, 소정의 진동을 발생시키는 표면파 발신부와, 상기 표면파 발신부에 의해 발생된 표면파를 수신하는 표면파 수신부 및 상기 표면파 수신부의 출력에 근거하여 웨이브 패킷을 검출하고, 검출된 웨이브 패킷을 이용하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배관 모니터링 장치 및 방법{PIPE MONITORING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은, IDT(Interdigital transducers) 센서를 이용하여, 배관의 두께와, 감육(Wall-Thinning)의 발생 여부를 모니터링하기 위한 장치와, 방법 및 시스템에 관한 것이다.

원자력발전소를 포함한 플랜트에 설치되는 배관이 노후됨에 따라, 배관의 두께가 얇아지는 감육 현상이 발생한다. 감육된 배관은 설계 내압을 견디지 못하고 파단되어 인명피해를 발생시킬 수 있다. 따라서 이를 막기 위해 배관의 두께 및 결함을 사전에 측정하는 장치를 배관 모니터링 장치라 일컫는다.

일반적으로 배관 모니터링 장치는 초음파, 진동신호 및 펄스를 이용한 기법을 활용하여 배관의 두께를 측정한다. 구체적으로, 상기 배관 모니터링 장치는 배관의 초음파, 진동신호 또는 펄스 신호를 배관에 전달시키고, 감육 또는 결함이 있는 배관의 일부분으로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신하여 배관의 상태를 검사하도록 이루어진다.

상기 장치들은 원형 또는 굴곡지게 형성된 배관의 외주면에 일시적으로 설치하여 측정하기 위한 장치이기 때문에, 배관에 고정 설치되어 배관의 두께를 항시 모니터링 할 수 없다는 문제가 있다.

구체적으로 상기 장치들은 다음과 같은 문제가 있다. 초음파를 이용하는 경우 측정하고자 배관의 둘레를 따라 복수 개의 초음파 센서를 설치해야 되는 불편함이 있다. 진동 신호를 이용하는 경우 외부에서 망치 등을 이용하여 배관에 충격을 가하여 진동 신호를 만들기 때문에, 검사 장비를 항상 설치할 수 없다는 구조적 문제가 있다. 그리고, 펄스를 이용하는 경우 인가 전류가 높기 때문에 안전 측면에서 위험하다는 문제가 있다.

이러한 문제점과 관련하여 한국 등록특허 제10-1601204호(2016.03.02. 등록)에서는 펄스와전류 탐촉자를 이용하여, 피검체 배관의 감육 또는 두께 변화를 감지하는 감육탐지 장치를 개시하고 있으나, 한국 등록특허 제10-1601204호에 개시된 방법만으로는 위에서 언급한 안전 문제를 해결할 수 없다.

한편, 최근에는 구조물 건전성 모니터링용 센서인 IDT 센서가 개발 및 연구되고 있다. IDT(Interdigital transducers) 센서는 압전 물질 상 빗살무늬로 배치된 전극에 전압을 인가하여 표면파{SAW(Surface Acoustic Wave) 또는 rayleigh wave}를 발생시키는 것이고, IDT 센서를 이용한 구조물 건전성 모니터링이란, IDT 센서에서 발생시키는 표면파를 이용하여 구조물의 건전성(예를 들어, 배관의 감육 상태 측정)을 평가하는 방법을 일컫는다. 여기서, IDT 센서는 평판 형상의 압전 기판(piezoelectric substrates) 위에 삭각 기술을 이용하여 전극을 구성하고, 상기 전극에 전압을 가해 표면파를 발진시키거나 수신하는 장치를 일컫는다.

본 발명의 목적은 배관의 두께, 배관의 감육을 항시 모니터링할 수 있는 배관 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 표면파를 이용하여 배관의 두께 또는 감육을 검출하고, 나아가 배관 내부의 형상을 모니터링할 수 있는 배관 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 배관 모니터링에 이용되는 파동(wave)이 사용자가 설계한 방향에 집중적으로 전파되도록, 표면파를 발생시키는 동시에 수신하는 장치인 IDT 센서를 구비하는 배관 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 배관의 원주 방향을 따라 반복적으로 회전하는 파장의 변화를 근거로 배관의 두께 또는 감육을 검출할 수 있도록, IDT 센서의 출력에 대해 분석을 수행하는 배관 모니터링 방법을 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 배관 모니터링 장치는, 배관을 따라 표면파가 전파되도록, 소정의 진동을 발생시키는 표면파 발신부와, 상기 표면파 발신부에 의해 발생된 표면파를 수신하는 표면파 수신부 및 상기 표면파 수신부의 출력에 근거하여 웨이브 패킷을 검출하고, 검출된 웨이브 패킷을 이용하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 배관 모니터링 방법은, 배관을 따라 표면파를 발신하는 단계와, 상기 배관을 따라 전파된 표면파를 검출하는 단계와, 검출된 표면파와 최초의 표면파를 비교하는 단계 및 비교결과에 근거하여, 배관의 형상을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 배관 모니터링 방법은, 배관의 원주 방향으로 표면파를 발신하는 단계와, 상기 표면파가 상기 배관을 순환하는 동안, 상기 배관의 일 지점에서 상기 표면파에 의한 웨이브 패킷을 검출하는 단계, 미리 설정된 주기에 근거하여, 검출된 웨이브 패킷을 그룹화하는 단계, 그룹화된 웨이브 패킷 중 일 그룹에 포함된 서로 다른 웨이브 패킷을 비교하는 단계 및 비교결과에 근거하여, 배관의 형상을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 배관 모니터링 시스템은, 소정의 유체를 유동시키는 배관, 상기 배관의 외면에 설치되어, 상기 배관을 따라 전파되는 표면파를 발생시키고, 발생된 표면파를 감지하는 표면파 센서모듈, 상기 표면파 센서모듈의 감지결과에 근거하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 수단에 의해, 본 발명에 따른 배관 모니터링 장치는, 배관 설치 후 별도의 장치를 추가하지 않고도, 배관의 형상을 안정적으로 모니터링 할 수 있다.

즉, 서로 분리된 상태에서 나란히 배열되는 복수 개의 압전체를 굽어지는 본체에 장착시키고, 배관에 접촉된 상태에서 각각의 압전체가 양극 및 음극을 교대로 형성하도록 전기적으로 연결시킴에 따라, 상술한 종래의 방식보다 간단한 구조로 낮은 전압을 인가해도 배관의 감육 정도를 안정적으로 항시 모니터링 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배관 모니터링 장치(100)는 배관(10)의 외주면에 구비되어, 배관을 항시적으로 모니터링하므로, 배관 형상의 모니터링이 필요할 때마다 배관이 설치된 위치를 굴착한다거나 배관 주변을 파헤치는 비용을 절감할 수 있는 효과도 도출된다.

아울러, 본 발명에 따른 배관 모니터링 장치(100)는 방사각이 좁은 표면파를 활용함으로써, 보다 정확한 모니터링 결과를 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 배관 모니터링 장치가 배관에 설치된 일 예를 보인 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 배관 모니터링 장치에 대한 사시도.
도 3은 본 발명의 배관 모니터링 시스템에 대한 개념도.
도 4는 본 발명의 배관 모니터링 장치와 관련된 개념도.
도 5는 본 발명의 배관 모니터링 장치와 관련된 블록도.
도 6은 본 발명의 배관 모니터링 장치에 의해 발생되는 표면파와 관련된 개념도.
도 7은 본 발명의 배관 모니터링 장치가, 발생된 표면파를 감지하는 것과 관련된 개념도.
도 8은 배관의 형상에 따라, 표면파 감지결과를 비교하는 실시예를 나타내는 개념도.
도 9는 본 발명의 배관 모니터링 장치가 산출한 인덱스를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 배관 모니터링 장치가 배관 외주면에 설치되는 일 실시예를 나타내는 개념도.
도 11a는 본 발명의 배관 모니터링 장치가 배관 외주면에 설치되는 다른 실시예를 나타내는 개념도.
도 11b는 도 11a에 도시된 실시예와 관련된 개념도.
도 12는 본 발명에 따른 배관 모니터링 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도.
도 13은 본 발명에 따른 배관 모니터링 방법의 다른 실시예를 나타내는 흐름도.
도 14는 표면파가 전파되는 모습을 나타낸 개념도.
도 15는 본 발명에 따른 배관 모니터링 장치의 센서모듈을 나타낸 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 배관 모니터링 장치 및 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예 및 변형예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 배관 모니터링 장치(100)가 배관에 설치된 일 예를 보인 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 본 발명의 배관 모니터링 장치(100)는 본체(110) 및 센서모듈(120)을 포함한다.

본체(110)는 일정 폭을 가진 플렉시블한 플레이트 형상으로 형성되어 본 발명의 몸체를 이루고, 후술할 센서모듈(120)이 장착된 부분이 배관(10)의 외주면을 따라 굽혀져 장착되도록 구성된다.

센서모듈(120)은 본체(110)에 결합되는 복수 개의 압전체(121), 및 본체(110)의 일측에 구비되는 커넥터(122)를 포함한다. 구체적으로 센서모듈(120)은, 소정 간격으로 이격되고 서로 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결되는 복수 개의 압전체(121), 및 상기 압전체(121)와 전기적으로 연결되는 커넥터(122)를 포함한다.

이하에서는 배관 모니터링 장치(100)의 주요 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 배관 모니터링 장치(100)에 대한 사시도이다.

도 2에서는 압전체(121) 및 압전체(121)와 커넥터(122) 간의 전기적 연결을 일 실시예인 전선(W)이 도시된 것을 보인다.

본체(110)는 지지 프레임(111)과 커브 프레임(112)을 포함한다.

지지 프레임(111)은 커넥터(122)를 수용하는 공간(S)을 형성하고, 상기 공간(S)에 일부 수용된 커넥터(122)와 결합하도록 구성된다.

커브 프레임(112)은 일면이 배관을 향하게 배치되는 복수 개의 압전체(121)와 결합한다.

커브 프레임(112)은 지지 프레임(111)의 일측에 구비되어 배관(10)의 곡률에 대응하여 굽어지도록 형성된다. 구체적으로 커브 프레임(112)은, 일정 폭을 가지고 일 방향으로 연장 형성되고, 센서모듈(120)의 압전체(121)가 배관(10)에 밀착될 수 있도록 일정 길이마다 배관(10)의 곡률을 따라 분절되도록 형성된다.

이를 위해, 커브 프레임(112)은 복수 개의 지지부재(112a), 및 링크부재(112b)를 포함할 수 있다.

지지부재(112a)는 막대 형태로 형성된다. 구체적으로 지지부재(112a)는 소폭(小幅)을 가진 채로 길이방향으로 연장되고, 깊이 방향으로 형성되는 홀이 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

지지부재(112a)는 하부에 상기 압전체(121)를 부착시켜, 배관(10)의 외주면에 밀착되게 장착될 수 있다. 참고로, 일 실시예에 따르면, 압전체(121)는 에폭시 접착제에 의하여 지지부재(112a)에 접착될 수 있다.

구체적으로 막대 형태의 지지부재(112a)는 배관(10)의 외주면의 일점에 접하는 구조이므로, 지지부재(112a)에 부착된 압전체(121)는 배관(10)의 곡률의 상관없이 배관(10)의 외주면에 밀착될 수 있다. 이를 위해서는, 압전체(121) 면적은 지지부재(112a)의 바닥 면적과 같거나 작게 형성되어야 한다.

지지부재(112a)의 일측과 지지부재(112a)와 결합한 압전체(121) 사이에는 소정의 간격(C, clearance)이 형성될 수 있다. 상기 구성에 따르면, 상기 간격(C)에 의해 센서모듈이 상하로 이동할 수 있도록 구성됨으로써, 압전체(121)의 일면 전부를 지지부재(112a)에 일체로 결합시키는 것보다 배관(10)의 외주면에 밀착할 수 있다는 이점이 있다.

지지부재(112a)는 후술할 링크부재(112b)와 마주하는 면에 링크 체결부(112a1)를 구비하여 링크부재(112b)와 회전 가능하게 연결될 수 있다.

본 도면에서는 지지부재(112a)는 배관(10)의 길이방향으로 연장 형성되고, 깊이 방향으로 홀(H)이 형성되어 압전체(121)의 상면이 노출된 것을 보이고 있다. 아울러, 지지부재(112a)는 복수 개로 구성되어, 후술할 복수 개의 압전체(121)의 배치 구조에 대응되게 배관(10)의 곡률을 따라 일 방향으로 소정 간격으로 이격되어 나란하게 배치되는 것을 보이고 있다.

아울러, 링크 체결부(112a1)에는 후술할 링크부(112b1)가 삽입되어 회전 가능하게 고정시킬 수 있도록 링크부(112b1)에 대응하는 홀이 형성된 것을 보이고 있다.

링크부재(112b)는 지지부재(112a)의 일측에 회동 가능하게 연결되고, 복수 개의 지지부재(112a)가 일 방향으로 연속적으로 연결되도록 적어도 이웃하는 2개 이상의 지지부재(112a)들에 각각 연결된다. 구체적으로 링크부재(112b)는 지지부재(112a)에 구비되는 링크 체결부(112a1)와 연결되는 복수 개의 링크부(112b1)를 구비하고, 각 링크부(112b1)는 서로 다른 지지부재(112a)와 회전 가능하도록 연결된다. 지지부재(112a)와 링크부재(112b)의 결합 관계는 뒤에서 상세히 설명한다.

한편, 상술했듯이 센서모듈(120)을 복수 개의 압전체(121)와 커넥터(122)로 구성된다.

복수 개의 압전체(121)는 본체(110)의 하부에 결합되어 상기 배관(10)의 일영역을 덮도록 배치된다. 구체적으로 복수 개의 압전체(121)는 소정 간격(d)으로 이격되어 서로 나란하게 배치된다. 여기서 상기 압전체(121) 간의 간격(d)은 사용자가 원하는 구동 주파수에 따라 다르게 조절될 수 있다. 하지만, 상기 간격(d)은 일정하게 유지되어야 한다.

복수 개의 압전체(121)는 서로 전기적으로 연결되며, 커넥터(122)와 전기적으로 연결되도록 구성된다. 압전체(121)는 이웃한 압전체(121) 또는 커넥터(122)와의 전기적 연결을 위해, 전극을 포함할 수 있다.

아울러, 압전체(121)의 두께는 강성(rigidity)을 확보하기 위해 0.5mm이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 복수 개의 압전체(121) 간의 전기적 연결 구성 및 그에 대한 효과는 뒤에서 상세하게 설명한다.

여기서, 압전체(121)는 외력을 가하면 전기 분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 압전 효과(piezoelectric effect)를 지닌 물질을 일컫는다. 상기 물질은 압전 세라믹{예를 들어, PZT(lead zirconate titanate)}, 압전 박막{예를 들어, ZnO} 또는 압전 단결정{예를 들어, SiO2}을 포함할 수 있다.

커넥터(122)는 양극 단자(+) 및 음극 단자(-)를 각각 구비하고, 본체(110)의 일측에 고정 설치되어 압전체(121)와 전기적으로 연결되어 압전체(121)로 전기적 신호를 전송하거나 압전체(121)로부터 전기적 신호를 수신하도록 구성된다.

본 도면에서는, 커넥터(122)가 SMA 타입으로 구성된 것을 보이고 있다. 커넥터(122)의 중앙에 일면으로부터 핀 형상으로 돌출된 부분이 양극 단자(+)고, 돌출된 부분을 제외한 일면이 음극 단자(-)로 이해될 수 있다.

이하에서는 배관 모니터링 장치(100)의 주요 구성 간의 결합 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 2를 참고하면 지지부재(112a), 압전체(121) 및 커넥터(122) 간의 결합 관계는 다음과 같다.

복수 개의 압전체(121)는 지지부재(112a)의 하부에 각각 결합된다. 구체적으로 압전체(121)는 소폭을 가지고 지지부재(112a)의 길이 방향으로 연장되는 막대 형상을 갖는 플레이트 형상으로 제작하여 지지부재(112a)의 하부에 각각 결합된다.

일 실시예로 압전체(121)는 압전 기판을 기설정된 사이즈로 얇게 썰어 슬라이스 제작될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

복수 개의 압전체(121)는 서로 전기적으로 연결되어, 커넥터(122)에 의해 양극 또는 음극을 교대로 형성한다. 구체적으로, 복수 개의 압전체(121)는 커넥터(122)를 기준으로 홀수 번째 열에 배치되는 제1그룹(group1) 및 짝수 번째 열에 배치되는 제2그룹(group2)로 구분될 수 있다.

제1그룹(group1)과 제2그룹(group2)은 플렉시블한 재질의 물질에 의해 전기적으로 연결된다. 그리고, 제1그룹(group1)과 제2그룹(group2)은 커넥터(122)의 서로 다른 전기적인 극성의 단자에 각각 연결되어 서로 다른 전기적인 극성을 형성할 수 있다. 본 도면에서는 제1그룹(group1)과 제2그룹(group2)은 전선(W)에 의해 전기적으로 연결되고, 각각의 전선이 커넥터(122)의 서로 다른 단자에 연결된 것을 보이고 있다.

상기 구성에 따르면, 서로 다른 전기적인 극성에 걸리는 신호 전압이 압전체(121)를 팽창 또는 압축 시키면서 기계적인 파동인 표면파를 발생시킨다. 또는 역압전 효과에 의해 표면파가 전기적 신호로 변환될 수 있는 IDT 센서를 구성할 수 있다. 여기서 역압전 효과는 압전 효과의 반대 과정을 의미하는 것으로, 표면파가 압전체(121)에 의해 신호 형태로 전환되는 것을 일컫는다.

다만, 종래의 IDT 센서와 다르게 압전체(121) 간의 결합이 전선(W)과 같은 플렉시블한 재질로 전기적으로 연결되기 때문에 후술할 링크부재(112b)와 지지부재(112a)에 의해 배관(10)의 곡률에 따라 굽혀진 상태에서도 표면파를 발진할 수 있도록 구성할 수 있다는 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 배관 모니터링 시스템에 대한 개념도이다.

앞선 실시예들인 배관 모니터링 장치(100, 200)와 같이, 배관 모니터링 시스템(300)은 본체(310), 센서모듈(320) 및 제어부(미도시)를 더 포함한다.

도 3을 참조하면, 센서모듈(320)은 후술할 제어부의 함수 발생기로부터 발생된 기설정된 파형을 갖는 주파수를 배관에 표면파 형태로 발진시키고, 감육 부분을 지나거나 반사되어 돌아오는 파를 수신하여 주파수 형태의 전기적 신호로 변환되도록 구성된다.

보다 구체적으로, 센서모듈(320)은 표면파를 특정 방향으로 방사시키는 표면파 발신부와, 표면파를 감지하여 전기적 신호를 출력하는 표면파 수신부를 포함할 수 있다.

표면파 발신부와 표면파 수신부는 일체의 센서모듈(320)로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 표면파 발신부와 표면파 수신부는 실질적으로 동일한 구성일 수 있다. 다만, 표면파 발신부와 표면파 수신부가 동일한 구성인 경우라고 하더라도, 이하에서는 편의를 위하여 표면파 발신부 및 "표면파 수신부를 각각 분리된 개념으로 설명한다.

제어부(미도시)는 커넥터(322)로 신호를 송신하거나 커넥터(322)로부터 신호를 수신하고, 수신한 신호로부터 배관(10)의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

구체적으로 제어부는 배관(10) 내에 감육이 형성되었는지 여부 또는 상기 감육과 관련된 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 감육과 관련된 정보는 감육의 개수, 위치 및 깊이 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 표면파가 배관(10)의 감육 부분(t)을 만나게 되면, 표면파(Rayleigh wave)가 판파(Lamb wave)로 변환되면서 표면파와 판파 간의 속도차가 발생된다. 따라서 제어부는 표면파 수신부의 출력을 근거로, 표면파 수신부에 수신되는 파장의 속도 차이를 산출하고, 산출된 차이를 이용하여 배관(10)의 감육과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

도 4에 도시된 것과 같이, 표면파(401)가 배관(10)을 따라 전파되는 중에, 배관 내의 특정 형상이나 배관 내에 존재하는 감육(400)을 통과하면, 적어도 하나의 웨이브 패킷(402)이 발생할 수 있다.

즉, 표면파 발신부에서 발생된 최초의 표면파는 배관(10)을 따라 전파되는 과정에서, 복수의 웨이프 패킷으로 분리될 수 있다. 분리된 웨이브 패킷은 표면파 수신부에 서로 다른 시점에 도달하게 되며, 제어부는 복수의 웨이브 패킷을 검출한 시점 차이와, 각 웨이브 패킷의 진폭을 근거로, 배관(10)의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

최초의 표면파(401)가 발생된 위치로부터 감육(400)이 존재하는 위치까지의 거리, 감육(400)의 너비, 감육(400)의 크기 및 감육(400)의 형상에 따라 발생되는 웨이브 패킷(402)의 특성이 변경될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 배관 모니터링 장치의 제어부는, 감육(400)에 의해 발생된 웨이브 패킷(402)의 파장 특성을 이용하여, 감육(400)의 크기, 너비, 위치 및 형상 중 적어도 하나와 관련된 정보를 검출할 수 있다.

배관(10)의 형상을 보다 정확하게 검출하기 위해, 배관 모니터링 장치의 메모리(미도시)는 배관(10)의 규격과 관련된 정보 및 센서모듈이 설치된 위치와 관련된 정보를 저장할 수 있다.

제어부는 메모리에 미리 저장된 배관(10) 규격 정보 및 센서모듈 설치 정보와, 감지된 웨이브 패킷을 이용하여, 최종적으로 배관(10)의 형상을 추정할 수 있다.

도 5에서는 본 발명의 배관 모니터링 장치(100)의 구성요소를 나타내는 블록도가 도시된다.

배관 모니터링 장치(100)는 함수 발생부(510), 전원부(520), 센서부(530), 필터부(540), 증폭부(550) 및 분석부(560) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 예에서, 함수 발생부(510), 필터부(540), 증폭부(550) 및 분석부(560) 중 적어도 하나는 제어부에 포함될 수 있다.

또 다른 예에서, 센서부(530)는 위에서 설명된 센서모듈에 대응될 수 있다.

위에서 설명된 표면파 발신부와 표면파 수신부는 센서부(530)에 포함될 수 있다. 센서부(530)는 표면파 발신부가 소정의 표면파를 방사하기 위한 진동을 발생시키도록 전원부(520)로부터 전력을 공급받을 수 있다.

또한, 센서부(530)는, 함수 발생부(510)로부터 전달된 지령 정보에 근거하여 소정의 특성을 갖는 표면파를 발생시킬 수 있다. 함수 발생부(510)는 제어부에 포함되며, 표면파 발신부에서 발생될 표면파의 파장, 주기, 진폭 및 발생시점 중 적어도 하나를 설정하기 위한 지령 정보를 생성할 수 있다.

특히, 함수 발생부(510)는 배관 모니터링 장치의 메모리에 미리 저장된 배관(10)의 규격과 관련된 정보에 근거하여, 상기 지령 정보를 생성할 수 있다. 이에 따라, 배관(10)의 두께, 지름, 재질에 대응되는 지령 정보가 생성될 수 있다.

또한, 센서부(530)의 표면파 수신부는 파장을 감지한 결과를 전기적 신호로 출력할 수 있으며, 출력된 전기적 신호는 필터부(540), 증폭부(550) 및 분석부(560)에 의해 파장 감지 결과로 변환될 수 있다.

구체적으로, 필터부(540)는 표면파 수신부에서 출력된 전기적 신호에, 미리 설정된 필터를 적용하여, 상기 전기적 신호 중 적어도 일부를 선택할 수 있다.

증폭부(550)는 선택된 일부의 신호를 증폭시킬 수 있으며, 분석부(560)는 증폭결과를 바탕으로 파장의 감지 결과를 출력할 수 있다.

필터부, 증폭부 및 분석부는, 파장을 감지하는 센서의 공지된 기능을 수행하는 구성요소이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 6에서는 배관(10)의 원주 방향을 따라 표면파가 회전하도록, 소정의 방향으로 표면파를 발신시키는 배관 모니터링 장치의 일 실시예가 설명된다.

먼저, 표면파 발신부는 배관(10)을 따라 표면파가 전파되도록, 소정의 진동을 발생시킬 수 있다.

이때, 제어부는 배관(10)의 규격과 관련된 정보에 근거하여, 표면파 발신부를 제어할 수 있다. 즉, 배관(10)의 규격에 대응되는 표면파를 발생시키기 위해, 제어부는 배관(10)의 규격과 관련된 정보를 이용하여, 표면파 발신부에서 발생되는 표면파의 파장, 주기 및 진폭 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.

한편, 센서모듈이, 배관(10)의 규격에 근거하여 설계될 수도 있다. 즉, 제어부는 표면파가 발생하도록 센서모듈에 전원을 인가하는 시점을 제어할 뿐이고, 발생되는 표면파의 성질은 센서모듈의 설계 특성에 따라 변경될 수 있다.

센서모듈의 설계 방법에 대해서는 이하 도 15에서 더 상세히 설명하도록 한다.

제어부는 배관(10)을 따라 표면파가 전파되도록, 표면파가 방사되는 방향을 조정하기 위해, 표면파 발신부 또는 센서모듈을 제어할 수 있다.

일 예에서, 표면파 발신부는 배관(10)의 원주방향을 따라 표면파를 방사시킬 수 있다.

또 다른 예에서, 표면파 발신부는 배관(10)이 연장되는 방향이나, 배관(10)의 길이 방향 또는 배관(10) 내의 유체가 흐르는 방향과 교차하는 방향으로 표면파를 방사시킬 수 있다.

이와 같이, 표면파 발신부가 배관(10)의 원주방향을 따라 표면파를 방사시키면, 표면파 발신부에서 출발하는 표면파는 배관(10)을 따라 순환하여, 상기 표면파가 발생된 지점으로 되돌아올 수 있다.

즉, 표면파 발신부가 배관(10)의 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 표면파를 방사시키면, 상기 표면파 발신부에 의해 방사된 표면파는 상기 배관(10)을 따라 순환할 수 있다.

다시 말해, 표면파는 배관(10)의 종단면에 의해 형성되는 원형 궤도를 따라 전파될 수 있다.

위에서 설명된 표면파의 전파 경로를 고려하면, 면파 발신부와 표면파 수신부가 일체로 형성된 경우, 표면파 수신부는 방사된 표면파가 순환할 때마다 반복적으로 표면파를 감지하게 된다.

이와 관련하여, 도 6을 참조하면, 배관 모니터링 장치(100)에 의해 표면파가 발생된 후, 표면파 수신부는 상기 표면파가 배관(10)을 따라 첫 번째로 순환(601)하는 경우와, 두 번째로 순환(602)하는 경우에 각각 파장을 감지할 수 있다.

물론, 표면파가 배관(10)을 따라 전파되는 과정에서, 표면파의 진행 방향이 변경되는 경우도 발생할 수 있으며, 진행 방향의 변경 각도가 소정의 각도 이상이라면, 표면파 수신부는 더 이상 표면파를 감지할 수 없을 것이다.

표면파 수신부가, 배관(10)을 따라 전파되는 표면파 또는 상기 표면파에 의해 발생된 적어도 하나의 웨이브 패킷을 반복적으로 감지하기 위해서, 표면파 발신부는 배관(10)의 연장되는 방향(길이 방향), 또는 배관(10) 내의 유체가 흐르는 방향 또는 배관(10)의 원주 방향과 직교하는 방향으로 표면파를 방사하는 것이 바람직하다.

즉, 표면파 발신부는 표면파 수신부가 반복적으로 표면파를 수신하도록, 상기 표면파를 상기 배관을 따라 순환시킬 수 있다.

표면파의 방사 방향이 배관(10)의 길이 방향과 직교하는 경우, 표면파는 배관(10)을 매질로 하여, 상기 배관(10)의 일 지점에 대응되는 폐곡선을 따라 순환할 수 있다.

표면파 발신부와 표면파 수신부가 일체의 센서모듈로 형성되는 경우, 센서모듈은 배관을 따라 순환하는 표면파를 반복적으로 감지할 수 있다.

표면파 발신부에서 발생된 최초의 표면파로부터 별도의 웨이브 패킷이 분리되지 않는다면, 표면파 수신부는 표면파의 일 순환주기마다, 상기 표면파를 감지할 것이다.

그러나, 배관(10)을 따라 전파되는 표면파가 배관(10) 내부의 형상에 의하여 복수의 웨이브 패킷으로 분리되는 경우에는, 최초의 표면파의 순환 주기 이전 또는 이후에도 표면파 수신부가 소정의 웨이브를 감지할 수 있다.

이와 같이, 표면파 발신부가 표면파를 방사시키고, 표면파 수신부는 전파된 표면파를 수신하여 전기적 신호를 출력할 수 있다.

아울러, 제어부는 표면파 수신부의 출력에 근거하여 웨이브 패킷을 검출하고, 검출된 웨이브 패킷을 이용하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

예를 들어, 배관의 형상과 관련된 정보는, 배관 내에 감육이 존재하는지 여부와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배관의 형상과 관련된 정보는, 배관 내에 존재하는 감육의 개수, 위치, 크기, 모양, 너비 및 깊이 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부는 표면파가 순환하는 주기마다 표면파 수신부의 출력에 근거하여 웨이브 패킷을 검출하고, 검출된 웨이브 패킷을 이용하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

제어부는 표면파 발신부에서 발생될 표면파의 파장, 주기, 진폭 및 발생시점 중 적어도 하나를 설정하기 위한 지령 정보와, 배관(10)의 규격과 관련된 정보를 이용하여, 표면파의 순환 주기를 검출할 수 있다.

제어부는 위와 같이 검출된 순환 주기에 근거하여, 표면파의 순환 주기가 도래하기 전에, 표면파 수신부에 의해 감지되는 웨이브 패킷이 존재하는지 여부를 모니터링할 수 있다.

순환 주기가 도래하기 전에 감지되는 웨이브 패킷이 존재하는 경우, 제어부는 해당 웨이브 패킷을 표면파와 배관(10)의 상호 작용에 의해 발생된 웨이브 패킷으로 검출할 수 있다.

즉, 제어부는 순환 주기가 도래하기 전에 감지되는 웨이브 패킷을, 표면파로부터 분리된 웨이브 패킷으로 검출할 수 있다.

도 7에서는 웨이브 패킷을 검출하는 배관 모니터링 장치와 관련된 그래프가 도시된다.

도 7에 도시된 것과 같이, 표면파가 발생된 후 첫 번째 순환 주기(1st Turn)에는, 순환 주기가 도래하기 전에 표면파 수신부에 의해 감지되는 웨이브 패킷이 없거나, 감지되는 웨이브 패킷이 존재하더라도 분석이 불가능한 크기이다.

따라서, 배관 모니터링 장치(100)의 제어부는, 두 번째 순환 주기(2nd Turn)가 도래하기 전에 감지된 제1 웨이브 패킷(W1)과, 상기 두 번째 순환 주기에서 감지된 제2 웨이브 패킷(W2)을 비교함으로써, 배관(10)의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

즉, 도 7에 도시된 배관 모니터링 장치(100)의 제어부는, 표면파가 표면파 발신부로부터 방사된 후 배관(10)을 따라 2회전 했을 때, 표면파 수신부의 출력을 이용하여, 배관 내에 존재하는 감육과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

한편, 도 7에서, 제어부가 배관(10)의 형상과 관련된 정보를 검출하기 위해, 제1 및 제2 웨이브 패킷(W1, W2)을, 표면파가 발생된 후 두 번째 순환 주기(2nd Turn) 근방의 표면파 수신부 출력으로 결정한 것은, 일 예일 뿐이다.

즉, 첫 번째 순환 주기가 도래하기 전에 유의미한 웨이브 패킷이 검출된다면, 제어부는 첫 번째 순환 주기에서 배관(10)의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

또한, 제어부는 순환 주기가 도래할 때마다, 순환 주기가 도래하기 전에 발생된 웨이브 패킷의 크기를 모니터링함으로써, 제1 및 제2 웨이브 패킷(W1, W2)을 결정할 순환 주기의 차수를 가변적으로 결정할 수도 있다.

일 실시예에서, 제어부는 순환 주기가 도래하기 전에 감지된 제1 웨이브 패킷과, 상기 순환 주기가 도래하는 시점에 감지된 제2 웨이브 패킷을 비교하고, 비교결과에 근거하여, 배관(10) 내부의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

구체적으로, 제어부는 제1 웨이브 패킷의 크기와 상기 제2 웨이브 패킷의 크기의 비율에 근거하여, 상기 배관의 감육 깊이와 관련된 인덱스를 산출할 수 있다.

본 발명에서 제안되는 인덱스(β)는 이하의 수학식 1에 의해 정의된다.

일 예에서, 상기 수학식 1의 W1은 제1 웨이브 패킷의 진폭이고, W2는 제2 웨이브 패킷의 진폭으로 정의될 수 있다.

또 다른 예에서, 상기 수학식 1의 W1은 제1 웨이브 패킷의 가속도이고, W2는 제2 웨이브 패킷의 가속도로 정의될 수도 있다.

제어부는 인덱스(β)의 신뢰성을 확보하기 위해, 표면파가 발생된 이후 순환 주기가 2회 경과한 시점에서의 표면파 수신부의 출력을 제2 웨이브 패킷으로 검출하고, 상기 제2 웨이브 패킷이 감지되기 직전에 발생된 표면파 수신부의 출력을 제1 웨이브 패킷으로 검출할 수 있다.

한편, 제어부는 표면파 수신부의 출력이 최소 출력치를 초과하는 경우에만, 상기 표면파 수신부의 출력을 유의미한 웨이브 패킷으로 검출할 수 있다.

또한, 제어부는 순환 주기가 제1 비율만큼 경과한 시점으로부터, 제2 비율만큼 경과한 시점까지의 표면파 수신부의 출력을, 유의미한 웨이브 패킷으로 검출할 수 있다. 즉, 제어부는 표면파로부터 분리된 웨이브 패킷을 검출하는 구간을 제한함으로써, 인덱스(β)의 신뢰성을 확보할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 비율은 0.5로 설정되고, 상기 제2 비율은 0.9로 설정될 수 있다.

일 실시예에서, 제어부는 제1 및 제2 웨이브 패킷의 비율 또는 상술한 인덱스(β)을 순환 주기마다 산출할 수 있다. 또한, 제어부는 현재 주기에서 산출된 비율 값과, 이전 주기에서 산출된 비율 값을 비교함으로써, 배관(10) 내부에 대한 모니터링을 수행할 수 있다.

보다 상세하게, 제어부는 현재 주기에서 산출된 인덱스와, 이전 주기에서 산출된 인덱스의 차이를 산출할 수 있다. 제어부는 산출된 차이가 미리 설정된 한계 차이를 초과하면 배관(10)에 새로운 감육이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

나아가, 제어부는 이전 주기에서 산출된 인덱스를 기준으로, 현재 주기에서 산출된 인덱스의 증가율을 산출할 수도 있다. 제어부는 산출된 증가율이 미리 설정된 한계 증가율을 초과하면 배관(10)에 새로운 감육이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 제어부는 제1 웨이브 패킷이 발생한 제1 시점과, 제2 웨이브 패킷이 발생한 제2 시점 사이의 차이에 근거하여, 배관(10) 내에 존재하는 감육의 위치와 관련된 정보를 검출할 수 있다.

도 8을 참조하면, 감육의 크기 또는 깊이에 따라 순환 주기별 표면파 수신부의 출력이 도시된다.

도 8은 감육 깊이에 따른 시간(time, ㎲)에 따른 신호 크기의 변화(amplitude, [V])를 나타내는 그래프를 나타낸다. 구체적으로, 도 10에 도시된 점선 박스를 참고하면, 시간(time)은 센서모듈(320)로 수신되는 표면파의 도착 시간을 의미한다. 여기서, 신호 크기는 전압(voltage, [V])을 의미할 수 있다.

도 8에 도시된 것과 같이, 감육이 더 진행된 배관일수록, 순환 주기가 도래하기 전에 감지된 웨이브패킷과, 순환 주기 시 감지된 웨이브 패킷의 차이가 분명해진다.

아울러, 도 9를 참조하면, 배관의 감육 정도가 증가됨에 따라, 산출된 인덱스(β) 값이 증가함을 확인할 수 있다.

도 9에 도시된 그래프의 세로축은 인덱스(β)를 나타내며, 가로축은 감육 정도(a/t)를 나타낸다.

보다 상세하게, 감육 정도(a/t)는 배관의 두께(t)와 감육 깊이(a) 비율로 정의된다.

위의 설명에서는 표면파가 발생되는 방향이, 배관(10)의 길이 방향과 교차되는 실시예를 기준으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고, 도 10에 도시된 것과 같이, 표면파 발신부가 배관(10)의 길이 방향으로 표면파(1001)를 방사시킬 수도 있다.

방사된 표면파(1001)는 배관(10)에 형성된 감육에 의해 웨이브 패킷(1002)을 형성하게 되며, 배관 모니터링 장치(100)의 표면파 수신부는, 이와 같이 형성된 웨이브 패킷(1002)을 감지할 수 있다.

일 실시예에서, 표면파가 배관(10)의 길이 방향으로 방사되는 경우에는 표면파 발신부와 표면파 수신부를 분리시킬 수 있다. 즉, 표면파가 배관(10)의 길이 방향으로 방사되는 경우에는, 표면파가 다시 표면파 발신부 측으로 돌아오지 않을 수 있기 때문에, 표면파 수신부를 표면파 발신부와 다른 위치에 배치할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 배관(10)은 복수의 센서모듈을 구비할 수 있고, 제1 센서모듈의 제1 표면파 발신부에서 방사된 표면파를, 상기 제1 센서모듈과 다른 위치에 설치된 제2 센서모듈의 제2 표면파 수신부에서 감지할 수 있다.

위의 설명에서는 배관(10)의 외주면에, 하나의 센서모듈이 배치되는 실시예를 기준으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고, 배관(10)의 외주면에는 복수의 센서모듈이 배치될 수도 있다.

배관(10)에 복수의 센서모듈이 배치되는 경우, 제어부는 상기 복수의 센서모듈로부터, 각 센서모듈이 배치된 위치에 대응되는 배관(10) 내부의 형상과 관련된 정보를 전달받을 수 있다.

도 11a를 참조하면, 제1 센서모듈(100a), 제2 센서모듈(100b) 및 제3 센서모듈(100c)은 배관(10)의 외주면에 각각 이격되어 설치될 수 있다. 각 센서모듈은 서로 다른 표면파(Wa, Wb, Wc)를 방사시킬 수 있다.

이때, 각 센서모듈은 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 상호 연결에 의해 각 센서모듈에서 감지된 결과를 다른 센서모듈이나, 배관 모니터링 장치의 제어부로 전달할 수 있도록 구성된다.

도 11b를 참조하면, 제1 내지 제3 센서모듈(100a, 100b, 100c)에 의해 방사되는 제1 내지 제3 표면파(Wa, Wb, Wc)는, 각각 제1 면(Sa), 제2 면(Sb), 제3 면(Sc)에 대응되는 원형궤도를 따라 순환될 수 있다.

또한, 제어부는 각 센서모듈(100a, 100b, 100c)이 설치된 위치, 지점 및 순서 중 적어도 하나와 관련된 정보를 이용하여, 각 센서모듈로부터 전달받은 감지결과를 배관(10) 맵에 매칭시킬 수 있다.

배관(10)의 설치 환경을 고려하면, 배관(10)이 이미 설치된 이후에는 그 내부를 모니터링하는 것이 매우 어려우며, 모니터링이 필요할 경우에만 별도의 센서를 부착하는 것은 과도한 비용이 요구된다.

따라서, 본 발명에서는 배관(10) 내부를 항시 모니터링할 수 있도록, 센서모듈을 구비하는 배관(10)을 제안한다.

본 발명에 따른 배관(10)은 단위 길이마다 적어도 하나의 센서모듈을 구비하며, 상기 센서모듈은 각각 설치된 위치에 대응되는 배관의 종단면 형상을 모니터링할 수 있다.

서로 다른 배관이 결합 또는 연결될 경우, 제1 배관에 배치된 센서모듈과, 제2 배관에 배치된 센서모듈이 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전기적 연결에 의해, 전원공급부가 복수의 배관 중 어느 하나에 배치된 센서모듈에만 전력을 공급해도, 해당 배관과 직접, 간접적으로 연결된 배관에 구비된 센서모듈에도 전력이 전달되어, 배관의 복수의 지점에 대응되는 형상과 관련된 모니터링 정보가 항시 업데이트될 수 있다.

이하의 도 12에서는 본 발명에 따른 배관 모니터링 방법이 설명된다.

도 12에 도시된 것과 같이, 센서모듈의 표면파 발신부는 배관(10)을 따라 표면파를 발신시킬 수 있다(S1001).

아울러, 표면파 수신부는 배관을 따라 전파된 표면파를 검출할 수 있다(S1002).

제어부는 표면파 수신부에 의해 검출된 표면파와, 표면파 발신부에 의해 최초로 방사된 표면파를 비교할 수 있다(S1003).

최초의 표면파는 배관(10)의 감육을 거치며 변형되며, 제어부는 이러한 변형을 감지하기 위해, 최초 표면파의 특성과, 표면파 수신부에 의해 검출된 표면파의 특성을 비교할 수 있다.

구체적으로, 상기 특성은 파장, 주기 및 진폭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 제어부는 상기 비교결과에 근거하여, 배관(10)의 형상을 추정할 수 있다(S1004).

이하의 도 13에서는 본 발명에 따른 배관 모니터링 방법의 다른 실시예가 설명된다.

도 13에 도시된 것과 같이, 센서모듈의 표면파 발신부는 배관(10)의 원주 방향으로, 표면파를 발신시킬 수 있다(S1101).

아울러, 표면파 수신부는 표면파가 배관을 따라 순환하는 동안, 배관의 일 지점에서 웨이브 패킷을 검출할 수 있다(S1102).

여기에서 웨이브 패킷을 검출하는 일 지점은, 표면파 발신부가 설치된 지점과 대응될 수 있다.

또한, 제어부는 미리 설정된 주기에 근거하여, 검출된 웨이브 패킷을 그룹화시킬 수 있다(S1103).

구체적으로 상기 설정된 주기는 표면파의 순환 주기에 대응될 수 있다.

일 실시예에서, 제어부는 표면파가 순환하는 시점을 포함하는 미리 설정된 구간 내에서, 표면파 수신부에 의해 감지된 웨이브 패킷을 그룹화시킬 수 있다.

예를 들어, 제어부는 표면파가 첫 번째로 순환하는 시점을 전후로, 상기 순환주기의 10%에 대응되는 구간동안, 표면파 수신부에 의해 감지된 웨이브 패킷을 동일한 그룹으로 그룹화시킬 수 있다.

아울러, 제어부는 일 그룹 내에 포함된 서로 다른 웨이브 패킷을 비교할 수 있다(S1104).

특히, 제어부는 비교방법으로서, 서로 다른 두 개의 웨이브 패킷의 비를 산출할 수 있다.

또한, 제어부는 상기 비교결과에 근거하여, 배관(10)의 형상을 추정할 수 있다(S1105).

위의 설명에서는, 도 13 및 도 14의 방법을 수행하는 배관 모니터링 장치(100)가 제어부와 센서모듈을 포함하는 것으로 정의하였다.

그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 배관의 형상을 모니터링하는 제어부는 배관의 외부에 위치한 단말기 또는 컴퓨터 장치에 대응될 수도 있다.

이에 본 발명에서는 이하와 같은 배관 모니터링 시스템을 제안한다.

먼저, 소정의 유체를 유동시키는 배관에, 표면파 발신부와, 표면파 수신부를 포함하는 표면파 센서모듈을 설치한다.

일 예로, 표면파 센서모듈은 배관의 외면에 설치되어, 상기 배관을 따라 전파되는 표면파를 발생시킴과 동시에, 발생된 표면파를 감지하는 IDT 센서로 구성될 수 있다.

이와 같은 표면파 센서모듈이 구비된 배관이 소정의 지하에 설치되는 경우, 상기 표면파 센서모듈의 출력을 외부로 전달할 수 있도록 전기적 신호를 송신 또는 수신하는 통신선(미도시)을 지상의 통신부(미도시)와 연결함으로써, 제어부를 탑재하는 단말기 또는 컴퓨터 장치에 표면파 센서모듈의 출력이 전달될 수 있다.

바람직하게는 배관 계통을 구성하는 복수의 배관 부품에 각각 표면파 센서모듈을 설치할 수 있으며, 복수의 배관 부품이 서로 결합 될 때, 각각에 설치된 표면파 센서모듈도 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

이로써, 배관 계통의 일단에 대응되는 어느 하나의 배관 부품에 구비된 표면파 센서모듈만 지상으로 연결되어도, 상기 일단과 직간접적으로 연결된 배관 부품에 구비된 복수의 표면파 센서모듈의 출력을 모두 제어부로 전달할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어부는 표면파 센서모듈의 감지결과에 근거하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부는 복수의 센서모듈로부터 전달받은 출력을 배관 계통의 맵과 매칭시킴으로써, 실시간으로 배관 형상에 대한 모니터링을 수행할 수 있다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 표면파 발신부에서 방사되는 표면파는 초음파 센서에서 방사되는 초음파나, 진동센서에 의해 발생되는 파장보다 방사각이 좁은 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 표면파 발신부는 웨이브가 특정 각도로 집중적으로 방사될 수 있도록 구성되어, 배관(10)을 따라 복수 회 회전하는 과정에서 최초의 표면파가 산개되는 것을 방지할 수 있다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 센서모듈의 설계도가 도시된다.

도 14에 도시된 것과 같이, 표면파는 에너지가 매질의 표면으로부터 단일 파장 이내에 집중되어 전파되기 때문에, 표면파를 발생시키는 센서모듈은 배관의 두께에 따라 다르게 설계될 수 있다.

도 15는 센서모듈을 형성하는 전극의 규격을 나타낸 것이며, 일 전극의 가지 전극 사이의 거리(λ)를 조정함으로써, 표면파의 파장을 변경시킬 수 있다.

또한, 일 가지 전극 길이(L)와, 가지 전극의 폭(We) 및 서로 다른 전극 사이의 거리(Ws)를 조정함으로써, 표면파의 세기를 변경시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은, 본 발명에 따른 배관 모니터링 장치 및 시스템을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

Claims (18)

1. 배관을 따라 표면파가 전파되도록, 소정의 파동을 발생시키는 표면파 발신부;
   상기 표면파 발신부에 의해 발생된 표면파를 수신하는 표면파 수신부; 및
   상기 표면파 수신부의 출력에 근거하여 웨이브 패킷을 검출하고, 검출된 웨이브 패킷을 이용하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출하는 제어부를 포함하는 배관 모니터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 표면파 발신부는,
   상기 배관이 연장되는 방향과 교차되는 방향으로 상기 표면파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 배관이 연장되는 방향과, 상기 표면파가 전파되는 방향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 표면파 발신부는,
   상기 표면파 수신부가 반복적으로 상기 표면파를 수신하도록, 상기 표면파를 상기 배관의 둘레를 따라 순환시키는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 표면파 발신부와 상기 표면파 수신부는 일체의 센서모듈로 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 표면파가 순환하는 주기마다, 상기 표면파로부터 발생된 웨이브 패킷을 검출하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 주기가 도래하기 전에 상기 표면파로부터 발생된 웨이브 패킷이 존재하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 주기가 도래하기 전에 감지된 제1 웨이브 패킷과, 상기 주기가 도래하는 시점에 감지된 제2 웨이브 패킷을 비교하고, 비교결과에 근거하여, 상기 배관 내부의 형상과 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1 웨이브 패킷의 크기와 상기 제2 웨이브 패킷의 크기의 비율에 근거하여, 상기 배관의 감육 깊이와 관련된 인덱스를 산출하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 웨이브 패킷의 비율을 상기 주기마다 산출하고,
    현재 주기에서 산출된 비율 값과, 이전 주기에서 산출된 비율 값의 증가율을 산출하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    산출된 증가율이 미리 설정된 한계 증가율 값을 초과하면, 상기 배관에 새로운 감육이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 웨이브 패킷이 발생한 제1 시점과, 상기 제2 웨이브 패킷이 발생한 제2 시점 사이의 차이에 근거하여, 상기 배관 내에 존재하는 감육의 위치와 관련된 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
13. 제8항에 있어서,
    상기 배관의 형상과 관련된 정보는,
    상기 배관 내에 형성된 감육의 개수, 위치, 크기, 모양, 너비 및 깊이 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
14. 제5항에 있어서,
    상기 배관의 외주면에는 복수의 상기 센서모듈이 배치되고,
    상기 제어부는 상기 복수의 센서모듈로부터 모니터링 결과를 전달 받는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
15. 제5항에 있어서,
    상기 센서모듈은 상기 배관의 직경과 두께 및 재질 중 적어도 하나에 따라 상이하게 설계되는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 장치.
16. 배관을 따라 표면파를 발신하는 단계;
    상기 배관을 따라 전파된 표면파를 검출하는 단계;
    검출된 표면파와 최초의 표면파를 비교하는 단계; 및
    비교결과에 근거하여, 배관의 형상을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 방법.
17. 배관의 원주 방향으로 표면파를 발신하는 단계;
    상기 표면파가 상기 배관을 순환하는 동안, 상기 배관의 일 지점에서 상기 표면파에 의한 웨이브 패킷을 검출하는 단계;
    미리 설정된 주기에 근거하여, 검출된 웨이브 패킷을 그룹화하는 단계;
    그룹화된 웨이브 패킷 중 일 그룹에 포함된 서로 다른 웨이브 패킷을 비교하는 단계; 및
    비교결과에 근거하여, 배관의 형상을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 방법.
18. 소정의 유체를 유동시키는 배관;
    상기 배관의 외면에 설치되어, 상기 배관을 따라 전파되는 표면파를 발생시키고, 발생된 표면파를 감지하는 표면파 센서모듈; 및
    상기 표면파 센서모듈의 감지결과에 근거하여, 상기 배관의 형상과 관련된 정보를 검출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 시스템.

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