KR20220065488A - 푸팅진단장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하기와 같은 구성을 가진다.
교량의 푸팅부에 구성된 푸팅강관부;
상기 푸팅강관부에 부착구성된 희생양극부;
상기 푸팅강관부와 절연처리하여 상기 푸팅강관부에 구성하는 기준전극부;
상기 푸팅강관부에 구성하는 측정단자부;
상기 기준전극부와 연결하는 기준전극케이블부;
상기 측정단자와 연결하는 측정단자케이블부;
상기 기준전극케이블부 및 상기 측정단자케이블부를 디바이스부의 전압검측부에 연결하여 전압을 검출하되,
상기 기준전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압을 검출하고,
상기 디바이스부에서 기준전압을 발생하는 기준전압발생부에서 기준전압과 상기 기준전압발생부와 상기 디바이스부내의 접지사이의 접지전압을 검출하여 상기 디바이스에 구성된 제어회로부에 신호를 입력하고,
상기 제어회로부는 각각의 회로부를 구동하기 위하여 전원부와 연결되며,
상기 기준전압과 상기 접지전압사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 기준전극과 상기 측정단자사이의 전압값을 보정하여 IoT통신회로부를 통하여 서버모니터링시스템으로 보정계수를 적용한 최종전압값을 전송하여 교량푸팅의 부식정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치에 관한 것이다.
교량의 푸팅부에 구성된 푸팅강관부;
상기 푸팅강관부에 부착구성된 희생양극부;
상기 푸팅강관부와 절연처리하여 상기 푸팅강관부에 구성하는 기준전극부;
상기 푸팅강관부에 구성하는 측정단자부;
상기 기준전극부와 연결하는 기준전극케이블부;
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상기 기준전극케이블부 및 상기 측정단자케이블부를 디바이스부의 전압검측부에 연결하여 전압을 검출하되,
상기 기준전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압을 검출하고,
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상기 제어회로부는 각각의 회로부를 구동하기 위하여 전원부와 연결되며,
상기 기준전압과 상기 접지전압사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 기준전극과 상기 측정단자사이의 전압값을 보정하여 IoT통신회로부를 통하여 서버모니터링시스템으로 보정계수를 적용한 최종전압값을 전송하여 교량푸팅의 부식정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치에 관한 것이다.
Description
본원발명은 교각마다 희생양극부를 구성하되 원거리에서 전압값을 측정하여 푸팅강관인 교각의 상태를 미연에 주기적으로 확인할 수 있는 기술에 관한 것이다.
대한민국특허청 등록번호10-1874036(2018.07.05)는 수중희생양극을 교체하는 교체장치에 관한 것으로 수명이 다한 희생양극을 교체하는 장치에 관한 것이다. 특히 선체에 부착되었던 희생양극을 교체하는 것에 관한 것이다.
배경이 되는 발명의 실시예에 따른 수중 희생양극 교체장치는 선체로부터 회수되는 폐 희생양극 및 선체에 새로 부착될 교체용 희생양극이 안착되는 본체, 본체에 설치되어 본체를 선체에 고정시키는 고정부 및 본체에 대하여 이동 가능하게 제공되어 폐 희생양극 또는 교체용 희생양극을 이동시키는 이동부를 포함하는 것과 관련된 기술이다.
대한민국특허청 등록번호10-0899634(2009.05.27)는 희생양극용 고정장치에 관한 것이다.
상기 발명은 희생양극용 고정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 희생양극을 발라스트탱크 내부의 론지 측면으로 장착시에 희생양극의 중량을 작업자가 지지하지 않도록 자석을 이용해 희생양극을 임시부착할 수 있게 하는 임시부착부재와, 핀으로 결합할 수 있도록 하는 고정지지대로 이루어진 희생양극을 론지 측면으로 고정시키는 고정장치를 구성하여 작업자에게 높은 작업효율과 편의성을 제공할 수 있도록 하는 희생양극용 고정장치에 관한 것이다.
대한민국특허청 공개번호 10-2017-0117642(2017.10.24)는 희생양극이 구비된 수중 운동체 프레임에 관한 것으로 금속으로 절곡되고 조립되어 소정형상으로 제조되며 다수의 조립평면이 구비된 프레임본체와, 상기 프레임본체의 다수의 조립평면상에 착탈가능하게 고정되며 상기 프레임본체와 상이한 전위차를 가지며 프레임본체보다 먼저 부식이 발생되는 희생양극이 착탈가능하게 고정되어,
상기 프레임본체와는 전위차가 상이한 희생양극이 프레임본체의 조립평면상에 부착되어 부식의 발생시에 먼저 프레임본체를 부식시키려던 부식원소가 희생양극과 결합되어 희생양극이 부식되므로 고가의 프레임본체의 부식이 방지되어 정해진 수명까지 내구성이 존재하게 되어 내구성이 월등하게 향상되고 저렴한 비용으로 유지보수를 하는 것이 가능하게 되어 유지보수비용이 저렴하게 소요되는 것과 관련된 기술이다.
종래기술은 희생양극의 상태를 파악하여 해수 등에 설치된 강관의 상태를 파악하는 것은 종래기술에 없는 것이다.
교각 시설의 수중구조물설비에 대한 부식정도를 파악하기 위해 현장에 출동해야 하는 번거로움이 있었다.
현장에 출동시 선박을 대여하여 출동하며, 해당 선박의 앞부분에 사다리(4M)를 이용하여 푸팅(교량)에 올라감으로 인하여 안전사고의 위험이 있다.
선박을 타고 사다리로 접근해야 함에 따라, 파도 등 돌발상황 발생시 안전사고의 위험이 있다.
현장에서 전압계를 이용하여, 푸팅위의 측정단자와 측정전극을 연결하고 측정전극을 해수에 넣어 전압을 측정한다. 이렇게 함으로써 측정 위치가 측정 때마다 달라진다.
각 교각의 측정 전압을 인위적으로 직접 푸팅(교량)에 올라 측정하고 수기로 기록한다.
측정 주기가 길어짐으로 인하여 측정 결과에 따른 원인분석이 어려운 단점이 있다.
본원발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것이다.
발명의 해결하고자 하는 첫번째 과제는 교량 수중구조물의 부식으로 인한 안전사고 예방을 위하여 부식을 방지해주는 희생양극을 수중구조물에 설치하고 측정원이 직접현장에서 측정함으로 인한 안전사고의 위험을 방지하고 관리비용을 절감하는 과제를 해결하는 것이다.
발명의 해결하고자 하는 두번째 과제는 측정 주기를 임의로 변경하여 원거리에서 푸팅강관의 상태를 원하는 시간에 모니터링할 수 있는 과제를 해결한 것이다.
발명의 해결하고자 하는 세번째 과제는 기준전극의 수명을 최대한 늘리고 전원을 자체충전하도록 하여 전원부의 수명을 늘리는 과제를 해결한 것이다.
발명의 해결하고자 하는 네번째 과제는 상용망 통신불능시 근접 통신을 통한 데이터 전송으로 데이터 손실을 최소화하는 과제를 해결한 것이다.
교량의 푸팅부에 구성된 것을 푸팅강관부라고 부른다.
상기 푸팅강관부에 희생양극부를 구성한다.
상기 푸팅강관부에는 기준전극부 및 측정단자부를 구성한다.
상기 기준전극부와 이격된 디바이스부에 연결하기 위하여 기준전극케이블부로 연결한다.
상기 측정단자부와 이격된 디바이스부에 연결하기 위하여 측정단자케이블부로 연결된다.
상기 기준전극케이블부 및 상기 측정단자케이블부를 디바이스부의 전압검측부에 연결하여 전압을 검출한다.
상기 기준전극부 및 상기 측정단자부를 디바이스부의 전압검측부에 연결하여 전압을 검출한다.
상기 기준전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압값을 검출한다.
상기 디바이스부에서 기준전압을 발생하는 기준전압발생부에서 기준전압값과 상기 기준전압발생부와 상기 디바이스부내의 접지사이의 접지전압값을 검출하여 상기 디바이스부에 구성된 제어회로부에 신호를 입력한다.
상기 제어회로부는 구동하기 위하여 전원부와 연결하여 각종회로부에 전원을 공급한다. 기준전압부 통신회로부 등에 전원을 공급한다.
상기 기준전압값과 상기 접지전압값 사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출한다. 상기 기준전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압값을 보정하여 IoT통신회로부를 통하여 통신안테나 및 통신기지국을 통하여 서버모니터링시스템으로 보정계수를 적용한 최종전압값을 전송하여 교량푸팅의 부식정도를 판단하는 푸팅진단장치를 가진다.
여기서 상기 푸팅강관부에 구성하되, 상기 기준전극부에 이웃하여 보조전극부를 구성한다.
상기 보조전극부와 이격되어 구성된 디바이스부와 연결하기 위하여 보조전극케이블부를 구성한다.
상기 보조전극부는 상기 디바이스부의전압검측부에 연결하여 전압을 검출하되,
상기 보조전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압값을 검출하며 상기 제어회로부에 신호를 입력한다.
제어회로에서는 상기 기준전압값과 상기 접지전압값사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 보조전극부와 상기 측정단자부사이의 전압값을 보정하는 것이다.
여기서 상기 전원부 가운데 2차전지는 상기 회생양극부의 부식으로 인하여 상기 푸팅강관부와 해수사이에 흐르는 미세전류를 보조전극부에서 추출하여 충전하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 기준전극부의 수명을 늘리기 위하여 통신을 필요로 하지 않을 경우에는 전류를 완전하게 차단하도록 차단부를 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 차단부는 릴레이로 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 IoT통신회로부의 통신 접속이 불안정하거나 음영지역이 나타나는 것을 커버하기 위하여 상기 IoT통신회로부와 함께 근접통신회로부를 구성하되 인접한 디바이스로부터 데이타를 전송하고 전송받은 디바이스는 데이타를 상기 IoT통신회로부를 통하여 전송하도록 하여 데이타손실을 최소화하도록 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 디바이스부는 상기 푸팅강관부의 상부에 고정접속하도록 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 기준전극부를 해양생물로부터 보호하기 위하여 마이크로 필터로 상기 기준전극부를 감싸는 구성을 갖는 것이 바람직하다.
여기서 상기 기준전극부는 기준전극으로 Ag/AgCl로 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 보조전극부의 보조전극은 스테인레스 또는 Ag/AgCl로 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 희생양극부는 알루미늄으로 구성하는 것이 바람직하다.
발명의 첫번째 효과는 교량 수중구조물의 부식으로 인한 안전사고 예방을 위하여 부식을 방지해주는 희생양극을 수중구조물에 설치하고 측정원이 직접현장에서 측정함으로 인한 안전사고의 위험을 방지하고 관리비용을 절감하는 효과를 갖는 것이다.
발명의 두번째 효과는 측정 주기를 임의로 변경하여 원거리에서 푸팅강관의 상태를 원하는 시간에 모니터링할 수 있는 효과를 갖는 것이다.
발명의 세번째 효과는 기준전극의 수명을 최대한 늘리고 전원을 자체충전하도록 하여 전원부의 수명을 늘리는 효과를 갖는 것이다.
발명의 네번째 효과는 상용망 통신불능시 근접 통신을 통한 데이터 전송으로 데이터 손실을 최소화하는 효과를 갖는 것이다.
제1a도 및 제1b도는 푸팅진단을 보이는 구성수단을 보이는 도이다.
제2도는 전극전선관의 상세도를 보이는 도이다.
제3도는 기준전극 및 보조전극을 보이는 도이다.
제4도는 디바이스의 구조물 내부구성도이다.
제5도는 디바이스 내부 회로부의 구성을 보이는 도이다.
제6a 도는 통신 이중화를 통한 데이타 전송방안을 보이는 도이다.
제6b도는 통신 이중화의 도식을 보이는 도이다.
제2도는 전극전선관의 상세도를 보이는 도이다.
제3도는 기준전극 및 보조전극을 보이는 도이다.
제4도는 디바이스의 구조물 내부구성도이다.
제5도는 디바이스 내부 회로부의 구성을 보이는 도이다.
제6a 도는 통신 이중화를 통한 데이타 전송방안을 보이는 도이다.
제6b도는 통신 이중화의 도식을 보이는 도이다.
도면 1내지 도6에 의하여 설명하면 하기와 같다.
해수 등에 교량을 설치하는 경우에 교량 수중구조물의 부식으로 인한 안전사고 예방을 위하여 부식을 방지해주는 희생양극부(700)가 수중구조물에 설치된다.
희생양극부(700)를 본 발명에서는 알루미늄을 사용한다.알루미늄은 수중구조물인 강관보다 해수와 먼저 반응하여 산화됨으로써, 수중구조물을 부식으로부터 보호하는 것이다. 희생양극부(700)의 산화된 정도 및 희생양극이 수중구조물에 정상적으로 붙어있는지 확인이 필요하다.
본 발명은 측정원이 직접 현장에 가지 않고 원격으로 측정이 가능한 디바이스부(100)를 개발한 것이다.
안전사고 예방 및 비용을 절감할 수 있는 것이다.
본원발명은 측정 주기를 기존 6개월에서 짧게 변경하여 푸팅구조물인 푸팅강관부(800)가 훼손되는 즉시 보호하는 역활을 한다.
상기와 같은 역활을 하기 위하여 희생양극부(700)의 상태를 모니터링하여 측정 결과를 분석한다.
교량의 푸팅부에 구성된 것을 푸팅강관부(800)라고 부른다.
상기 푸팅강관부(800)에 희생양극부(700)를 구성한다.
상기 푸팅강관부(800)에는 기준전극부(400) 및 측정단자부(600)를 구성한다.
상기 기준전극부(400)와 이격된 디바이스부(100)에 연결하기 위하여 기준전극케이블부(410)로 연결한다.
상기 측정단자부(600)와 이격된 디바이스부(100)에 연결하기 위하여 측정단자케이블부(610)로 연결된다.
상기 기준전극케이블부(410) 및 상기 측정단자케이블부(610)를 디바이스부 (100)의 전압검측부(170)에 연결하여 전압을 검출한다.
상기 기준전극부(400) 및 상기 측정단자부(600)를 디바이스부(100)의 전압검측부(170)에 연결하여 전압을 검출한다.
상기 기준전극부(400)와 상기 측정단자부(600) 사이의 전압값을 검출한다.
상기 디바이스부(100)에서 기준전압을 발생하는 기준전압발생부(180)에서 기준전압값과 상기 기준전압발생부(180)와 상기 디바이스부(100)내의 접지사이의 접지전압값을 검출하여 상기 디바이스부(100)에 구성된 제어회로부(110)에 신호를 입력한다.
상기 제어회로부(110)는 구동하기 위하여 전원부(130)와 연결하여 각종회로부에 전원을 공급한다. 회로부 등에 전원을 공급한다.
상기 기준전압값과 상기 접지전압값 사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출한다. 상기 기준전극부(400)와 상기 측정단자부(600) 사이의 전압값을 보정하여 IoT통신회로부(150)를 통하여 통신안테나(155,165) 및 통신기지국을 통하여 서버모니터링시스템(1000)으로 보정계수를 적용한 최종전압값을 전송하여 교량푸팅의 부식정도를 판단하는 푸팅진단장치를 가진다.
여기서 상기 푸팅강관부(800)에 구성하되, 상기 기준전극부(400)에 이웃하여 보조전극부(500)를 구성한다.
상기 보조전극부(500)와 이격되어 구성된 디바이스부(100)와 연결하기 위하여 보조전극케이블부(510)를 구성한다.
상기 보조전극부(500)는 상기 디바이스부(100)의전압검측부(170)에 연결하여 전압을 검출하되,
상기 보조전극부(500)와 상기 측정단자부(600) 사이의 전압값을 검출하며 상기 제어회로부(110)에 신호를 입력한다.
제어회로에서는 상기 기준전압값과 상기 접지전압값사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 보조전극부(500)와 상기 측정단자부(600)사이의 전압값을 보정하는 것이다.
즉, 디바이스부(100)의 수명연장을 위하여 기준전극부(400) 외에 보조전극부(500)를 추가로 활용한다.
기준전극부(400) 1개만을 단독으로 사용시 기준전극부(400)가 파손되면 해당 디바이스부(100)를 사용하지 못하므로(수명이 끝났다고 해석함) 기준전극부(400) 파손시에도 사용이 가능하도록 보조전극부(500)를 추가하여 활용하는 것으로 내구성을 증가시키는 것이다.
정확한 전압측정을 위하여 디바이스부(100) 내부에 기준전압을 발생시키는 회로와 온도센서를 내장한다.
별도로 외부온도를 측정하는 환경온도검출부를 추가로 구성할 수 있다.
환경온도검출부에서 검출한 온도와 기준전압을 측정하여 기준전극부(400)를 통해 측정한 전압값을 보정한다.
기준전압에서 나오는 전압과 측정시의 온도를 측정하여 온도에 따른 전압의 변화량 델타값을 확인한다.
온도 변화량에 따른 기준전압을 측정하여 온도에 따른 전압의 보정계수를 산출한다.
기준전극부(400)에서 나오는 전압과 측정 시기의 온도 데이터를 활용하여 보정계수를 적용한다.
보정계수를 적용하여 계산된 전압값을 최종 전압값으로 한다.
기준전압은 일정한 전압값(예시 : 2.5V, 1.8V 등등)을 계속 발생시켜주는 Chip에서 발생되는 기준전압값을 의미하며 별도로 회로 구성을 한다. 이와 같이 하여 기준전압과 그라운드사이에 접지전압값을 측정하여 보정계수를 구한다.
에너지 하베스팅을 위한 방안으로는 희생양극부(700)로 인하여 푸팅강관부(800)와 해수사이에 흐르게 되는 미세한 전류를 이용하여 보조전극부(500)를 통해 2차 전지를 충전한다.
Ag/AgCl로 구성한 기준전극부(400)의 수명을 최대화 시키는 것이 필요하다.
Ag/AgCl 기준전극부(400)에 전류를 흘리게 되면 전류를 흘리는 만큼 기준전극부(400)의 수명이 줄어들게 되는 현상이 나타난다.
따라서 사용하지 않을 시 릴레이를 이용하여 전류를 완전 차단한다
전압을 측정할 경우 최소한의 전류를 흘려주고 최단시간으로 전압을 측정하여 기준전극부(400)의 수명 단축을 최소화 한다
또한 이로 인하여 기준전극부(400)인 Ag/AgCl의 수명을 연장하는 것이다.
릴레이를 사용하여 배선 자체를 차단하여 누설 전류를 완전히 없애는 방법을 사용한다.
측정시에만 릴레이를 동작시킨 다음 배선을 연결하여 최소한의 시간을 사용하여 측정하고, 전류량을 마이크로 단위로 제어한다.
IoT를 이용한 무선 센서 디바이스부(100)를 푸팅강관부(800) 상부에 설치하여 운영한다.측정용 기준전극부(400)와 측정단자부(600)를 디바이스부(100)에 연결한다. 전압측정 회로를 통하여 센싱 데이터를 측정한다.
IoT망을 이용하여 네트워크에 접속하고, 센싱한 데이터값을 서버모니터링시스템으로 전송한다.
통신수단을 이중화하여 IoT 통신망 외에 ISM BAND를 함께 구비한다.
ISM BAND는 산업, 과학, 의료용 기기에서 사용 가능한 주파수 대역으로 국제 전기 통신 연합(ITU)-R에서는 ISM 대역으로 구성한다.
네트워크 접속이 불안정하거나 음영지역이 나타나는 경우 ISM BAND 통신망을 통해 인접 디바이스로 데이터를 전송하고, 전송받은 디바이스부(100)는 데이터를 IoT망으로 전송한다.
IoT 통신이 불능일 경우 근접통신을 통한 데이터 전송 방안은 다음과 같다.
외부전원이 없는 교량 푸팅에 설치되기 때문에 무선통신을 사용한다.
교량의 푸팅강관부(800)의 부식을 방지하는 희생양극부(700)가 정상적으로 동작하고 있는지 확인하기 위해 설치한 기준전극부(400)를 통해 전압값을 측정하고, 측정한 데이터를 전송하기 위한 수단으로 IoT 통신망을 이용한다.
IoT 통신 부분의 고장 또는 외부요인 등으로 인하여 IoT 통신이 불가능 할 때 통신 불능으로 인한 대안으로 근접통신을 통하여 인접한 디바이스부(100)에게 데이터를 전달하는 수단을 갖는다.
데이터를 전달받은 인접한 디바이스부(100)는 해당 데이터를 IoT 통신망을 통해 전송한다.
즉, IoT통신회로부(150)의 통신 접속이 불안정하거나 음영지역이 나타나는 것을 커버하기 위하여 상기 IoT통신회로부(150)와 함께 근접통신회로부(160)를 구성하되 인접한 디바이스(10)로부터 데이타를 전송하고 전송받은 디바이스는 데이타를 상기 IoT통신회로부(150)를 통하여 전송하도록 하여 데이타손실을 최소화하도록 구성한다.
근접통신안테나(165)는 근접디바이스(1650)로 신호를 전송한다.
IoT통신안테나(155)를 통하여 통신기지국을 통하여 서버모니터링시스템(1000)으로 신호를 전송한다.
이렇게 구성할 경우 측정원의 출동없이 푸팅강관부(800)에서 측정한 데이터를 실시간으로 확인이 가능하다.
데이터가 주기적으로 서버모니터링시스템에 저장되기 때문에 데이터에 대한 원인 분석이 가능하다.
기존 방식에 대비하여 측정 주기가 짧기 때문에 문제 발생시 빠른 대응이 가능하다.
이렇게 구성하면 배터리의 수명이 연장되고, 기준전압값과 접지전압값을 온도센서를 통한 전압 보정으로 정확한 보정한 전압값을 알 수 있어 푸팅강관부(800)의 상태를 실시간으로 파악하는 장점이 있다.
에너지 하베스팅을 통한 2차 배터리를 충전할 수 있어 전원부(130)의 수명을 늘리게 된다.
상용망인 IoT를 이용한 통신이 불가능시 근접 통신인 ISM BAND를 통한 데이터 전송으로 데이터 손실을 최소화할 수 있다.
에너지 하베스팅에 대하여 희생양극부(700)로 인하여 해수와 강판사이의 미세전류를 획득하여 축전하는 것이다.
그러나, 해당 디바이스부(100)를 설치하는 곳에는 푸팅강관부(800)에 부착된 희생양극부(700)(알루미늄)로 인하여 강관부와 해수사이에 미세한 전류가 흐르게 된다.
이러한 미세전류로 인하여 2차 배터리를 충전하는 것이다.
희생양극부(700)에서는 알루미늄이 강관보다 전자를 잘 내놓는 성질로 인하여 부식이 빨리 일어난다.
부식으로 인하여 푸팅강관부(800)를 보호하게 되는 것이다.
보조전극부(500)는 기준전극부(400)와 구조는 동일하나 전극이 Ag/AgCl 대신에 본원발명에서는 스테인레스(서스)로 구성되어있다.
스테인레스로 구성하는 것은 에너지 하베스팅을 위한 것이다.
보조전극부(500)도 기준전극부(400)와 동일하게 구성할 수 있다.
즉 보조전극으로 Ag/AgCl을 사용하여 사용하는 것도 가능하다.
그럴 경우에는 2차전지 충전이 되지 않는 것이다. 보조전극으로 이하 설명하고 있는 두번째 목적에 사용하는 것이다.
보조전극은 두가지 목적으로 사용된다.
보조전극부(500)는 하베스트와 기준전극부(400)를 보조 및 대체하는 용도로 사용한다.
첫째는 에너지 하베스팅을 통한 2차 배터리를 충전하는 것이 목적이다.
하베스팅 방법으로 보조전극부(500)를 설치하여 수중구조물인 강관부와 해수사이에 흐르는 전류를 보조 전극부에 해수를 입수하게 하여 미세 전류를 이용한 전력으로 2차 배터리를 충전한다.
둘째는 기준전극부(400)가 수명을 다하여 측정불능 상태가 되었을 경우 대처할 수 있는 전극으로 사용한다.
에너지 하베스팅에 사용하는 보조전극부(500)를 통해서 기준전극부(400)(Ag/AgCl)가 파손되거나 분실 등으로 기준전극부(400) 측정이 불가능하게 되었을 때 보조전극부(500)를 통해 전압값 측정이 가능하며 이는 기준전극부(400)와 근사치 값의 데이터 측정이 가능하다.
기준전극부(400)와 보조전극부(500)의 전압 측정값이 다르기 때문에 이를 보정하기 위한 보정계수도 필요하다.
보정계수의 산출은 기준전극부(400)와 보조전극부(500)의 전압을 비교 분석하여 두 전극의 차이를 데이터화 하여 보정계수를 산출한다.
보정계수 산출을 통해 보조전극부(500)로 측정한 전압값을 기준전극부(400)로 측정한 값과 근사치로 나타낼 수 있으며, 이를 이용하여 기준전극부(400) 파손시 대처가 가능하다.
보조전극부(500)(스테인레스)는 기준전극부(400)(Ag/AgCl)와 다른 성분을 사용함으로 인하여 전압의 측정값 또한 기준전극과 상이하게 출력되는 것이다.
이를 보정하기 위하여 보정계수를 산출하는 과정이 있는 것이다.
별도로 환경온도검출부를 디바이스부(100)에 구성할 수 있다.
온도의 영향은 해수의 온도에도 영향이 있으나 본원발명에서는 외부의 전압값을 체크하는 부분에 구성되어있는 것이다.
발명에 있어서 배터리 수명을 증가시키기 위한 방안이 필요한 것이다.
외부전원이 없는 교량의 푸팅강관부(800)에 설치되기 때문에 자체 배터리로 동작해야 한다.
교량의 푸팅강관부(800)의 부식정도 측정시간 또는 측정 데이터의 변화를 감지하여 데이터의 수집, 분석과 저장한 데이터를 전송이 필요한 상황에 통신 모듈의 전원을 ON하여 전송하는 트리거 형태로 동작을 수행한다.
데이터 측정 및 분석 저장 등에는 배터리의 소모가 매우 작지만, 통신 시 사용되는 배터리의 소모가 크기 때문에 통신 모듈의 전원 관리가 매우 중요하다.
교량 푸팅강관부(800)의 부식정도에 따른 데이터 수집, 분석과 저장한 데이터를 전송하지 않을 때에는 사용전력을 최소화하기 위해 회로부에 구성한 MCU는 슬립모드에 들어간다.
슬립모드에 들어감으로써, 배터리 소비를 최소화시킨다.
슬립모드는 MCU 내부에 설정된 시간 주기 동안 진행되고, 설정된 주기가 도래되면 슬립모드에서 빠져나와 데이터 수집 및 분석, 데이터 전송 등을 진행한다.
데이터 전송시에는 통신 모듈의 전원을 ON시켜 데이터를 전송하고, 전송이 끝나면 배터리 소모를 더욱 최소화하기 위하여 통신 모듈은 슬립모드가 아닌 전원 Off를 실시하여 배터리 소모를 완전히 차단한다.
전원 차단시에는 배선 연결 자체를 차단하기 위하여 릴레이를 사용하여 원하지 않는 누설 전력 자체를 차단한다.
에너지 하베스팅 기법을 사용한다.
일반 해수에서는 전류가 흐르는 경우가 거의 없다.
전압을 보정하기 위한 방안으로는 다음과 같다.
회로에 기준전압을 발생시키는 회로와 온도센서를 내장한다.
데이터 측정하기 위한 기준전극부(400)(Ag/AgCl) 외에 보조전극부(500)를 추가로 구비한다.
전원 사용시 충전된 2차 배터리의 에너지를 우선으로 사용하고, 2차 배터리가 방전되었을 시, 1차 배터리를 사용하는 방식으로 배터리 수명을 최대화 한다.
해당 디바이스부(100)는 희생양극부(700)가 정상적으로 붙어있는지, 소멸된 것인지의 여부 및 희생양극부(700)를 통하여 푸팅강관부(800)(수중구조물)를 정상적으로 보호하고 있는지 전압측정을 통해 체크하는 것이다.
교량에 설치되어 파도 등 파압에 견디기 위한 기구물 설치하는 구성은 다음과 같다.
해안가 교량의 푸팅강관부(800) 상부에 설치되는 디바이스부(100)이기 때문에 태풍으로 인한 파압 등으로 유실 및 파손을 최소화하기 위한 구성이 요구된다. 이에 따른 전체적인 기구물 설치(시공) 구성은 하기와 같다.
도1a의 디바이스부(100)는 센서로서 견고하며 교체가 용이하도록 설치하기 위한 구성이 필요하다.
4개의 콘크리트용 앙카블럭을 이용하여 교체가 용이하도록 구성하고, 견고성을 위하여 디바이스부(100) 바닥면에 베크라이트를 함께 설치한다.
베크라이트는 견고한 재질, 방수결선을 위한 공간 활용에 필요하다.
파압에 견디기 위해 견고한 재질을 사용하며, 디바이스부(100)와 기준전극부(400)와 보조전극부(500) 간 수월한 배선 및 방수결선을 위해 중앙부를 가공하고 배선을 위한 라인을 만들어 설치한다.
전선관은 배선 라인이 태풍 등 파압에 의해 파손되지 않게 시공하기 위해 필요하다.
도2에 의하면 태풍으로 인한 유실 및 훼손을 최소화하고 원활한 데이터 측정을 위한 기준전극부(400)(Ag/AgCl)와 보조전극부(500), 측정단자부(600)의 배선 전선관을 구성한다.
전극 케이스부는 수압에 견디며, 전극을 보호하기 위한 케이스가 필요하다.
푸팅강관부(800) 부근에 고정하는 방식으로 시공하고, 측정단자부(600)와 결선되지 않도록 절연처리하며 ‘ㄷ’자형 판넬을 이용하여 전극케이스부를 고정 및 보호하도록 구성한다.
따개비 등 해양생물로 인한 측정 오류를 방지하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.
데이터 측정을 위해 기준전극부(400)(Ag/AgCl)와 보조전극부(500)는 오랜 시간동안 해수면 밑 푸팅강관부(800) 주위에 항시 고정설치되어있으므로 따개비 등 해양생물의 부착으로 데이터 측정의 방해가 발생할 수 있으므로 이에 대한 방지 대책이 필수적이다.
1차적으로 도3과 같이 필터 케이스로 해양생물의 부착으로 인한 데이터 측정 방해를 방지한다.
2차적으로는 기준전극부(400)(Ag/AgCl)와 보조전극부(500)를 ‘1μm 필터’로 따개비 등이 통과하지 못하도록 보호하여 해양생물의 부착으로 인한 데이터 측정 방해를 방지한다.
마이크로 필터를 이용하여 따개비 등 해양생물로부터의 기준전극부(400) 및 보조전극부(500)를 보호하는 구성을 갖는다.
기준전극부(400)(Ag/AgCl) 및 보조전극부(500)의 원활한 데이터 측정을 위하여 1차 방지방안인 필터 케이스의 해수 투입구와 케이블 배선을 가공 진행한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100:디바이스부 110:제어회로부 120:전원관리회로부 130:전원부
140:환경온도검출부 150:IoT통신회로부 155:IoT통신안테나
160:근접통신회로부 165:근접통신안테나 170:AC컨버터부
180:기준전압발생부
200:디바이스부와 전극간의 기초부
300:케이블부 310:케이블케이스부
400:기준전극부 410:기준전극케이블부 420:기준전극 또는 보조전극
430:필터부 440:해수투입부 450:전극케이스부
500:보조전극부 510:보조전극케이블부
600:측정단자부 610:측정단자케이블부
700:희생양극부 800:푸팅강관부
1000:서버모니터링시스템
140:환경온도검출부 150:IoT통신회로부 155:IoT통신안테나
160:근접통신회로부 165:근접통신안테나 170:AC컨버터부
180:기준전압발생부
200:디바이스부와 전극간의 기초부
300:케이블부 310:케이블케이스부
400:기준전극부 410:기준전극케이블부 420:기준전극 또는 보조전극
430:필터부 440:해수투입부 450:전극케이스부
500:보조전극부 510:보조전극케이블부
600:측정단자부 610:측정단자케이블부
700:희생양극부 800:푸팅강관부
1000:서버모니터링시스템
Claims (11)
- 교량의 푸팅부에 구성된 푸팅강관부;
상기 푸팅강관부에 부착 구성된 희생양극부;
상기 푸팅강관부에 구성하는 기준전극부 및 측정단자부;
상기 기준전극부 및 상기 측정단자부를 디바이스부의 전압검측부에 연결하여 전압을 검출하되,
상기 기준전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압값을 검출하고,
상기 디바이스부에서 기준전압을 발생하는 기준전압발생부에서 기준전압값과 상기 기준전압발생부와 상기 디바이스부내의 접지사이의 접지전압값을 검출하여 상기 디바이스부에 구성된 제어회로부에 신호를 입력하고,
상기 제어회로부는 구동하기 위하여 전원부와 연결되며,
상기 기준전압값과 상기 접지전압값 사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 기준전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압값을 보정하여 IoT통신회로부를 통하여 서버모니터링시스템으로 보정계수를 적용한 최종전압값을 전송하여 교량푸팅의 부식정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치. - 제1항에 있어서 상기 푸팅강관부에 구성하되, 상기 기준전극부에 이웃하여 구성하는 보조전극부;
상기 보조전극부는 상기 디바이스부의전압검측부에 연결하여 전압을 검출하되,
상기 보조전극부와 상기 측정단자부 사이의 전압값을 검출하며 상기 제어회로부에 신호를 입력하여,
상기 기준전압값과 상기 접지전압값사이에 전압값을 비교하여 보정계수를 산출하고, 상기 보조전극부와 상기 측정단자부사이의 전압값을 보정하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치. - 제2항에 있어서 상기 전원부 가운데 2차전지는 상기 회생양극부의 부식으로 인하여 상기 푸팅강관부와 해수사이에 흐르는 미세전류를 보조전극부에서 추출하여 충전하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제1항에 있어서 상기 기준전극부의 수명을 늘리기 위하여 통신을 필요로 하지 않을 경우에는 전류를 완전하게 차단하도록 차단부를 구성하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제4항에 있어서 상기 차단부는 릴레이로 구성하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제1항에 있어서 상기 IoT통신회로부의 통신 접속이 불안정하거나 음영지역이 나타나는 것을 커버하기 위하여 상기 IoT통신회로부와 함께 근접통신회로부를 구성하되 인접한 디바이스로부터 데이타를 전송하고 전송받은 디바이스는 데이타를 상기 IoT통신회로부를 통하여 전송하도록 하여 데이타손실을 최소화하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제1항에 있어서 상기 디바이스부는 상기 푸팅강관부의 상부에 고정접속하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제1항에 있어서 상기 기준전극부를 해양생물로부터 보호하기 위하여 마이크로 필터로 상기 기준전극부를 감싸는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제1항에 있어서 상기 기준전극부는 기준전극으로 Ag/AgCl로 구성된 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제2항에 있어서 보조전극부의 보조전극은 스테인레스 또는 Ag/AgCl로 구성한 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
- 제1항에 있어서 상기 희생양극부는 알루미늄으로 구성하는 것을 특징으로 하는 푸팅진단장치.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002501120A (ja) * | 1997-11-12 | 2002-01-15 | ガス、テクノロジー、インスティチュート | 遠隔カソード保護監視システム |
| KR101516776B1 (ko) * | 2014-03-13 | 2015-05-04 | 노이즈프리미어랩 주식회사 | 접지 시스템 진단 장치, 이의 동작 방법 및 이를 구비한 진단 시스템 |
| KR101874036B1 (ko) | 2016-11-04 | 2018-07-05 | 삼성중공업 주식회사 | 수중 희생양극 교체장치 및 이를 이용한 수중 희생양극 교체 방법 |
-
2020
- 2020-11-13 KR KR1020200152066A patent/KR102450908B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002501120A (ja) * | 1997-11-12 | 2002-01-15 | ガス、テクノロジー、インスティチュート | 遠隔カソード保護監視システム |
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