KR20240008521A - 이형 압전소자를 이용한 누수센서 - Google Patents

이형 압전소자를 이용한 누수센서 Download PDF

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KR20240008521A
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Abstract

본 발명은 주파수 감지 특성이 상이한 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파수의 모든 주파수 대역의 누수음 감지 정확도가 획기적으로 향상된 이형 압전소자를 이용한 누수센서에 관한 것으로, 관로에 부착되어 누수에 의한 진동을 전달받는 감지부 하우징의 내부에 형성된 하부 지지턱에 고주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있는 고주파 감지부가 설치되고, 상부 지지턱에 저주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있는 저주파 감지부를 설치하되, 고주파 감지부에 고주파수 감지에 적합한 고주파 압전소자와 저주파 감지부에 저주파수 감지에 적합한 저주파 압전소자를 이중으로 구성하여, 저주파수 대역과 고주파수 대역의 누수음을 모두 감지할 수 있도록 함으로써, 관로 상에 발생하는 누수 감지 정확도가 획기적으로 향상되는 효과가 있다.

Description

이형 압전소자를 이용한 누수센서 {Water Leak Sensor Using Hetero Piezoelectric Element}
본 발명은 누수센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 주파수 감지 특성이 상이한 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파수의 모든 주파수 대역의 누수음 감지 정확도가 획기적으로 향상된 이형 압전소자를 이용한 누수센서에 관한 것이다.
일반적으로 수돗물, 기름, 가스 등의 유체를 공급하고 분배하기 위한 관로는 지중에 매설되거나 지상에 노출된 상태로 원격지의 거리에 따라 수백 미터에서 수십 킬로미터까지 연장되어 설치된다.
이러한 관로는 장기간 사용됨에 따라 노후화로 인해 내부가 부식 또는 훼손되어 균열이 발생하거나, 날씨에 따른 온도 변화와 외부의 충격으로 인한 수축 및 팽창의 반복에 의해 균열이 발생하여 내부에서 흐르는 유체가 외부로 누수되는 문제가 발생한다.
이때 관로가 외부로 노출되어 있다면 유체의 누수 지점을 작업자가 직접 확인하여 신속하게 파악 및 보수를 진행할 수 있지만, 관로가 지중에 매설되거나, 벽체 내에 매립되어 경로를 육안으로 확인할 수 없는 경우에는 관로의 이상을 쉽게 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 상당량의 유체가 누수된 이후에 관로의 이상을 발견할 수 밖에 없다는 문제가 있다.
나아가 이처럼 관로가 매설이나 매립된 경우에 관로의 이상을 발견하더라도 정확한 누수 지점을 알 수 없기 때문에 관로의 보수에 많은 시간과 과다한 비용이 소요되는 문제가 있다.
이와 같이 누수 지점의 직접 확인이 어려운 경우 관로의 누수 신호를 감지하여 관로의 균열 또는 훼손 지점을 신속하게 특정할 수 있는 누수센서가 널리 사용되고 있다.
이와 관련해서 등록특허공보 제10-1762614호에는 상수관로의 누수 신호를 감지하기 위한 누수신호 감지부와 상수관로의 위치 변화를 감지하기 위한 위치변화 감지부와 상수관로의 기울기의 변화를 감지하는 각도변화 감지부가 포함되어 상수관로에서 발생되는 누수 여부 측정과 상수관로의 기울기나 위치변화를 감지할 수 있는 상수관로의 누수 여부 및 위치 변화를 감지할 수 있는 상수관로의 누수 여부 및 위치 변화를 감지할 수 있는 상수관로용 안전감시 장치 및 이를 이용한 상수관로 안전감시 방법이 공지되어 있다.
그러나 하나의 압전소자로 특정 하나의 영역 주파수 대역만을 감지할 수 있기 때문에 누수 감지 정확도가 떨어진다는 문제가 있다.
아울러 등록특허공부 제10-1535286호에는 상수도관에 부착되어 상기 상수도관에서 발생하는 진동신호를 측정하여 통신망에 전송하는 누수 검지 장치와, 통신망에 연결되어 소정 구간 내 다수의 상기 누수 검지 장치로부터 전송된 정보를 취합하고, 취합정보를 상기 통신망을 통해 중앙 관제 센터로 전송하는 무선제어기를 포함하여 상수도관의 누수 여부를 즉각적으로 검지하고, 대규모의 상하수도 관망에서 손실되는 누수량을 절감하고 수돗물의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 상수도관의 누수 검지 시스템이 공지되어 있다.
그러나 하나의 압전소자의 상부측과 하부측에서 2가지 신호를 발생시키더라도 압전소자의 특성에 따른 특정 하나의 영역에 해당하는 주파수 대역만을 감지할 수 있기 때문에 누수 감지의 정확도가 떨어진다는 문제가 있다.
나아가 하나의 압전소자의 상부측과 하부측에 각각의 전극보드가 설치되기 때문에 그 구조가 복잡하다는 문제가 있다.
KR 10-1762614 B1 KR 10-1535286 B1
본 발명의 목적은 저주파수 특성에 맞는 압전소자와 고주파수 특성에 맞는 압전소자를 이중으로 구성하여 저주파수와 고주파수 대역의 누수음을 모두 감지하여 누수 감지 정확도가 획기적으로 향상된 이형 압전소자를 이용한 누수센서를 제공하는 것이다.
아울러 본 발명의 목적은 저주파수를 감지하는 압전소자와 고주파수를 감지하는 압전소자를 다단으로 이중 배치한 간단한 구조로 저주파수와 고주파수 대역의 누수음을 동시에 감지할 수 있는 이형 압전소자를 이용한 누수센서를 제공하는 것이다.
나아가 본 발명의 목적은 압전소자에 진동을 전달하는 진동판의 가장자리는 고정하고, 가장자리를 제외한 나머지 중앙 영역이 공중에 띄워지도록 하여, 관로의 누수 발생에 의한 진동을 압전소자에 용이하게 전달할 수 있는 이형 압전소자를 이용한 누수센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 하부가 폐쇄된 중공형으로 하부에서 내측을 향해 단턱 형상으로 돌출되게 형성된 하부 지지턱(110)과, 상기 하부 지지턱(110)의 상부에서 다단으로 이어지도록 내측을 향해 단턱 형상으로 돌출되되 상기 하부 지지턱(110)보다 폭이 넓게 형성되는 상부 지지턱(120)을 구비하여 관로(10)에 부착되어 진동을 전달받는 감지부 하우징(100); 상기 하부 지지턱(110)에 하부 가장자리가 지지된 채 고정되어 상기 감지부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 상기 관로(10)의 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 감지부(200); 상기 고주파 감지부(200)에서 상부 방향으로 이격되게 이중 배치되도록 상기 상부 지지턱(120)에 하부 가장자리가 지지된 채 고정되어 상기 감지부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 상기 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 감지부(300); 하부측에 상기 감지부 하우징(100)의 상부를 감싸서 밀폐해주는 감지부 고정홈(410)과, 상부측에 제어부 고정홈(420)이 형성되며 상부가 밀폐된 제어부 하우징(400); 및 상기 제어부 고정홈(420)에 설치되어 상기 고주파 감지부(200) 및 상기 저주파 감지부(300)와 전기적으로 연결되어 상기 고주파수 대역의 누수음과 상기 저주파수 대역의 누수음을 이중으로 처리하여 원격으로 전송해주는 제어부(500);를 포함한다.
여기서 본 발명의 상기 고주파 감지부(200)는, 상기 하부 지지턱(110)에 하부 가장자리가 고정되어 상기 관로(10)의 원주방향으로부터 진동 신호를 전달받는 고주파 진동판(210)과, 상기 고주파 진동판(210)의 상부 중앙에 설치되어 상기 고주파 진동판(210)으로부터 전달된 상기 진동 신호 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 압전소자(220)를 더 포함한다.
아울러 본 발명의 상기 저주파 감지부(300)는, 상기 고주파 진동판(210) 보다 지름이 크게 형성되며, 상부 지지턱(120)에 하부 가장자리가 고정되어 상기 관로(10)의 원주방향으로부터 진동 신호를 전달받는 저주파 진동판(310)과, 상기 저주파 진동판(310)의 상부 중앙에 설치되되, 상기 고주파 압전소자(220) 보다 지름이 크게 형성되어 상기 저주파 진동판(310)으로부터 전달된 상기 진동 신호 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 압전소자(320)를 더 포함한다.
나아가 본 발명의 상기 고주파 감지부(200)는, 상기 고주파 진동판(210)의 가장자리를 제외한 나머지 영역이 상기 감지부 하우징(100)의 내측 바닥에서 이격되어 공기중에 노출되고, 상기 고주파 압전소자(220)의 지름이 상기 고주파 진동판(210)의 지름보다 작게 형성되어 상기 관로(10)에서 전달되는 진동신호가 상기 고주파 진동판(210)을 통해 상기 고주파 압전소자(220)에 용이하게 전달된다.
한편, 본 발명의 상기 저주파 감지부(300)는, 상기 저주파 압전소자(320)의 상부 중앙에 설치되어 하중을 가해주는 하중 전달판(330)과, 상기 하중 전달판(330)과 상기 감지부 하우징(100)의 상단 사이에 하방을 향해 팽창하도록 설치되어 상기 하중 전달판(330)을 통해 상기 저주파 압전소자(320)에 지속적으로 하중을 가해주는 스프링(340)을 더 포함하여 저주파 누수음 감지 감도를 높여준다.
본 발명은 관로(10)에 부착되어 누수에 의한 진동을 전달받는 감지부 하우징(100)의 내부에 형성된 하부 지지턱(110)에 고주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있는 고주파 감지부(200)가 설치되고, 상부 지지턱(120)에 저주파수 대역의 누수음을 감지할 수 있는 저주파 감지부(300)를 설치하되, 고주파 감지부(200)에 고주파수 감지에 적합한 고주파 압전소자(220)와 저주파 감지부(300)에 저주파수 감지에 적합한 저주파 압전소자(320)를 이중으로 구성하여, 저주파수 대역과 고주파수 대역의 누수음을 모두 감지할 수 있도록 함으로써, 관로(10) 상에 발생하는 누수 감지 정확도가 획기적으로 향상되는 효과가 있다.
아울러 본 발명은 감지부 하우징(100)의 내부에서 하부 지지턱(110)에 고주파수 대역의 누수음 감지를 위한 고주파 감지부(200)의 가장자리가 고정되도록 설치되고, 그 상부에 위치한 상부 지지턱(120)에 저주파수 대역의 누수음 감지를 위한 저주파 감지부(300)가 가장자리가 고정되도록 설치되어, 고주파 감지부(200)와 저주파 감지부(300)가 감지부 하우징(100)의 내부에서 다단으로 이격되도록 이중 배치되는 간단한 구조로 저주파수와 고주파수 대역의 누수음을 동시에 감지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 고주파 진동판(210)의 가장자리는 고정되고, 가장자리를 제외한 중앙부 영역이 감지부 하우징(100)의 내에서 공중에 떠있는 형상으로 공기중에 노출되어, 감지부 하우징(100)으로 전달되는 관로(10)의 진동신호가 고주파 진동판(210)을 통해 고주파 압전소자(220)에 용이하게 전달되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 이등각 투시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 정면 기준 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 배면 기준 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서를 이용한 누수 감지 시스템 구성의 예를 나타낸 도면.
도 7은 도 6의 시스템에서 관제센터(30)의 제어에 따른 모니터 출력 화면의 예를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 이등각 투시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 정면 기준 분해 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 배면 기준 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 단면도이다.
감지부 하우징(100)은 관로(10)의 외주연에 부착되어 진동을 전달받는 것으로, 내부에 후술할 고주파 감지부(200)와 저주파 감지부(300)가 설치된다. 감지부 하우징(100)은 관로(10)에 부착되어 관로(10)에서 유체가 흐를 때 발생하는 진동을 전달받는 역할을 한다. 즉, 감지부 하우징(100)은 관로(10)에서 누수가 발생한 경우, 누수에 의한 진동을 전달받게 된다.
감지부 하우징(100)은 하부가 폐쇄된 중공형의 관 형상으로 형성된다. 감지부 하우징(100)은 하부에서 링 모양의 단턱 형상으로 내측을 향해 돌출되는 하부 지지턱(110)과, 하부 지지턱(110)의 상부에서 다단으로 이어지도록 링 모양의 단턱 형상으로 내측을 향해 돌출되는 상부 지지턱(120)을 구비한다. 이때 상부 지지턱(120)은 하부 지지턱(110)보다 폭이 넓게 형성된다. 그래서 하부 지지턱(110)와 상부 지지턱(120)은 계단 형상을 이루게 된다.
하부 지지턱(110)에는 후술할 고주파 감지부(200)의 하부 가장자리가 고정되고, 상부 지지턱(120)에는 후술할 저주파 감지부(300)의 하부 가장자리가 고정되게 된다.
아울러 감지부 하우징(100)은 하부에 원형의 자석 고정홈(130)이 형성된다. 자석 고정홈(130)에는 자석(140)이 부착된다. 자석(140)의 자성을 통해 도 4와 같이 감지부 하우징(100)은 자석(140)에 붙는 금속 재질의 관로(10)에 용이하게 부착될 수 있다.
나아가 감지부 하우징(100)의 상단은 감지부 하우징 뚜껑(150)으로 밀폐된다. 감지부 하우징 뚜껑(150)은 원판 형상으로 복수의 감지부 하우징 뚜껑 나사(160)를 통해 감지부 하우징(100)의 상단에 견고하게 고정된다. 감지부 하우징 뚜껑(150)은 감지부 하우징(100)의 내부로 먼지나 이물질 및 물기의 침투를 방지하기 위하여 패킹으로 실링 처리가 이루어질 수 있다.
감지부 하우징 뚜껑(150)의 하부 중앙에는 뚜껑 하부 돌기(152)가 하방으로 돌출 형성된다. 그리고 감지부 하우징 뚜껑(150)에는 후술할 고주파 신호선(230)과 저주파 신호선(350)이 외부로 통과할 수 있도록 하는 뚜껑 케이블홀(154)이 관통 형성된다. 이때 뚜껑 케이블홀(154)은 고주파 신호선(230)과 저주파 신호선(350)이 헐거운 끼움 될 수 있는 크기의 구멍으로 형성된다.
고주파 감지부(200)는 하부 지지턱(110)에 하부 가장자리가 고정되는 것으로, 감지부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 관로(10)에서 발생하는 누수음 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 역할을 한다.
고주파 감지부(200)는 하부 지지턱(110)에 하부 가장자리가 고정되는 고주파 진동판(210)과, 고주파 진동판(210)의 상부에 설치되는 고주파 압전소자(220)를 포함한다.
고주파 진동판(210)은 원형의 얇은 판 형상으로 금속 또는 합성수지 재질로 형성될 수 있다. 고주파 진동판(210)은 하부 가장자리가 원형으로 걸쳐지도록 하부 지지턱(110)의 상면에 고정된다. 이때 고정방식은 나사로 체결되거나 접착제에 의해 견고하게 고정될 수 있다. 고주파 진동판(210)은 가장자리를 제외한 나머지 영역인 중앙부가 감지부 하우징(100)의 내측 바닥에서 이격되게 공기중에 노출되게 된다. 고주파 진동판(210)은 중앙부 영역이 공중에 떠 있도록 배치되므로, 이를 통해 고주파 진동판(210)은 관로(10)의 원주방향으로부터 전달받은 진동을 감지부 하우징(100)을 통해 용이하게 전달받게 된다.
고주파 압전소자(220)는 원형의 얇은 압전소자로 지름이 고주파 진동판(210)의 지름보다 작게 형성된다. 고주파 압전소자(220)는 고주파 진동판(210)의 상부 중앙에 부착되도록 설치되어 고주파 진동판(210)으로부터 전달된 진동 신호를 전달 받는 역할을 한다. 즉 고주파 압전소자(220)는 고주파 진동판(210)으로 전달된 진동 신호 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하게 된다. 이때 고주파 압전소자(220)는 고주파 대역의 누수음을 잘 감지할 수 있는 두께와 지름을 갖는 압전소자가 사용된다.
압전소자는 진동의 기계신호가 전달되는 전기를 만들어내는 역할을 하는 소자로써, 소자의 두께와 지름 및 소자에 가해지는 하중에 따라 공진 주파수가 달라지고, 그에 따라 주파수 대역별 감지 능력도 달라지게 된다.
예를 들어 본 발명의 누수센서로 수도배관의 누수음을 감지하는 경우, 수도배관의 누수음 주파수는 200 ~ 600Hz 사이의 저주파수 대역과 1,000 ~ 2,000Hz 사이의 고주파수 대역으로 구성되므로, 1,000 ~ 2,000Hz 사이의 고주파수 대역을 잘 감지할 수 있는 두께와 지름을 가지는 압전소자가 사용된다.
한편, 고주파 압전소자(220)는 감지 신호 전송을 위해 고주파 신호선(230)이 연결된다. 고주파 신호선(230)은 후술할 제어부(500)와 전기적으로 연결되어 고주파수 대역의 누수음을 제어부(500)로 전송해준다. 이때 고주파 신호선(230)은 후술할 저주파 감지부(300)의 저주파 진동판(310)에 형성된 진동판 케이블홀(312)을 지나, 뚜껑 케이블홀(154)을 통과하여 제어부(500)와 전기적으로 연결된다.
저주파 감지부(300)는 상부 지지턱(120)에 하부 가장자리가 고정되는 것으로, 감지부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 관로(10)에서 발생하는 누수음 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 역할을 한다. 이때 저주파 감지부(300)는 감지부 하우징(100)의 내부에서 고주파 감지부(200)에서 상부 방향으로 중심이 일직선으로 이격되게 이중으로 배치된다. 그래서 관로(10)의 진동이 감지부 하우징(100)에 전달되고, 감지부 하우징(100)에 전달된 진동은 고주파 감지부(200)와 저주파 감지부(300)에 동시에 전달될 수 있다.
저주파 감지부(300)는 상부 지지턱(120)에 하부 가장자리가 고정되는 저주파 진동판(310)과, 저주파 진동판(310)의 상부에 설치되는 저주파 압전소자(320)와, 저주파 압전소자(320)의 상부에 설치되는 하중 전달판(330)과, 하중 전달판(330)과 감지부 하우징(100)의 상단에 위치한 감지부 하우징 뚜껑(150) 사이에서 하방을 향해 팽창하도록 설치된 스프링(340)을 포함한다.
저주파 진동판(310)은 원형의 얇은 판 형상으로 금속 또는 합성수지 재질로 형성될 수 있다. 저주파 진동판(310)은 하부 가장자리가 원형으로 걸쳐지도록 상부 지지턱(120)의 상면에 고정된다. 이때 고정방식은 나사로 체결되거나 접착제에 의해 견고하게 고정될 수 있다. 저주파 진동판(310)도 가장자리를 제외한 나머지 영역인 중앙부가 고주파 압전소자(220)의 상부와 이격되게 공기중에 노출되게 된다. 저주파 진동판(310)은 중앙부 영역이 공중에 떠 있도록 배치되므로, 이를 통해 저주파 진동판(310)은 관로(10)의 원주방향으로부터 전달받은 진동을 감지부 하우징(100)을 통해 용이하게 전달받게 된다.
한편, 저주파 진동판(310)은 고주파 진동판(210) 보다 지름이 크게 형성되며, 중심축이 일치하면서 수직으로 이격되도록 이중으로 배치된다.
아울러 저주파 압전소자(320)는 원형의 얇은 압전소자로 지름이 고주파 압전소자(220)의 지름보다 크게 형성된다. 이때 저주파 압전소자(320)도 고주파 압전소자(220)와 중심축이 일치하면서 수직으로 이격되도록 이중으로 배치된다.
나아가 저주파 압전소자(320)는 저주파 진동판(310)의 상부 중앙에 부착되도록 설치되어 저주파 진동판(310)으로부터 전달된 진동 신호를 전달 받는 역할을 한다. 즉 저주파 압전소자(320)는 저주파 진동판(310)으로 전달된 진동 신호 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하게 된다. 이때 저주파 압전소자(320)는 저주파 대역의 누수음을 잘 감지할 수 있는 두께와 지름을 갖는 압전소자가 사용된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 누수센서로 수도배관의 누수음을 감지하는 경우 200 ~ 600Hz 사이의 저주파수 대역을 잘 감지할 수 있는 두께와 지름을 가지는 압전소자가 사용된다.
하중 전달판(330)은 원형의 판 형상으로 저주파 압전소자(320)의 상부 중앙에 설치된다. 하중 전달판(330)은 하부가 저주파 압전소자(320)와 밀착되며, 상부에 전달판 상부 돌기(332)가 돌출 형성된다.
스프링(340)은 압축 스프링으로 하중 전달판(330)과 감지부 하우징 뚜껑(150) 사이에 설치된다. 스프링(340)은 하부가 전달판 상부 돌기(332)에 삽설되고, 상부가 뚜껑 하부 돌기(152)에 삽설된다. 스프링(340)은 압축 스프링이기 때문에 지속적으로 팽창하려는 성질을 가진다. 스프링(340)의 상부가 뚜껑 하부 돌기(152)에 고정된 상태이기 때문에 하방으로 지속적으로 팽창하게 된다. 이를 통해 스프링(340)은 하중 전달판(330)을 저주파 압전소자(320)를 향해 계속 밀어주게 되고, 하중 전달판(330)은 저주파 압전소자(320)에 지속적으로 하중을 가해주게 된다.
저주파 압전소자(320)의 경우 하중 전달판(330)에 의해 지속적으로 하중이 가해짐에 따라 저주파 대역의 누수음을 더욱 잘 감지할 수 있게 된다.
한편, 저주파 압전소자(320)는 감지 신호 전송을 위해 저주파 신호선(350)이 연결된다. 저주파 신호선(350)은 후술할 제어부(500)와 전기적으로 연결되어 저주파수 대역의 누수음을 제어부(500)로 전송해준다. 그리고 저주파 진동판(310)에서 하중 전달판(330)이 설치된 외측 영역에는 진동판 케이블홀(312)이 관통 형성된다. 고주파 신호선(230)과 저주파 신호선(350)은 전술한 진동판 케이블홀(312)과 뚜껑 케이블홀(154)을 차례로 통과하여 제어부(500)와 연결된다.
이때 진동판 케이블홀(312)은 저주파 신호선(350)과 고주파 신호선(230)이 헐거운 끼움 될 수 있는 크기의 구멍으로 형성된다.
제어부 하우징(400)은 감지부 하우징(100)의 상부를 감싸서 기밀하게 밀폐해주는 역할을 한다. 제어부 하우징(400)은 하부측에는 감지부 하우징(100)이 억지 끼움 될 수 있는 감지부 고정홈(410)이 형성되고, 상부측에는 후술할 제어부(500)가 설치될 수 있는 공간 역할을 하는 제어부 고정홈(420)이 형성된다. 감지부 고정홈(410)에는 감지부 하우징(100)이 상부와 측면을 감싸지도록 억지 끼움 고정된다.
아울러 제어부 하우징(400)은 제어부 고정홈(420)의 하부에 복수의 제어부 고정돌기(430)가 돌출 형성된다. 제어부 고정돌기(430)에는 후술할 제어부(500)가 고정되도록 설치된다.
그리고 제어부 하우징(400)의 상단은 제어부 하우징 뚜껑에 의해 밀폐된다. 제어부 하우징 뚜껑(440)은 원판 형상으로 복수의 제어부 하우징 뚜껑 나사(460)를 통해 제어부 하우징(400)의 상단에 견고하게 고정된다. 제어부 하우징 뚜껑(440)은 먼지나 이물질 및 물기의 침투를 방지하기 위하여 패킹으로 실링 처리가 이루어질 수 있다.
제어부 고정홈(420)의 하부에는 제어부 케이블홀(422)이 관통 형성되어, 고주파 신호선(230)과 저주파 신호선(350)이 제어부 고정홈(420)의 내부로 인입되고, 이들이 제어부(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 제어부 케이블홀(422)도 고주파 신호선(230)과 저주파 신호선(350)이 헐거운 끼움 될 수 있는 크기의 구멍으로 형성된다.
또한 감지부 고정홈(410)에 감지부 하우징(100)이 억지 끼움 된 상태에서 제어부 하우징(400)의 측면에는 복수의 감지부 하우징 측면 나사(450)가 설치된다. 감지부 하우징 측면 나사(450)를 통해 감지부 하우징(100)은 감지부 고정홈(410)에 견고하게 고정된다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 누수센서를 수도배관의 누수음을 감지하는 경우로 예를 들어 설명했지만, 관로(10)의 종류와 관로(10)의 내부에 흐르는 유체의 종류에 따라 누수음에서 저주파수 대역과 고주파수 대역의 주파수 영역이 확인되고, 그에 따라 저주파 감지부(300)와 고주파 감지부(200)에서 각각 사용되는 고주파 압전소자(220)와 저주파 압전소자(320)의 두께와 지름을 변경하여 본 발명의 누수센서에 적용한다면, 수도배관 뿐만 아니라 가스배관, 송유관 등의 다양한 종류의 관로(10)와 가스, 기름 등의 다양한 유체에 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 구성도이다.
제어부(500)는 제어부 고정홈(420)의 내부에 설치된다. 제어부(500)는 고주파 감지부(200) 및 저주파 감지부(300)와 전기적으로 연결되어 고주파 감지부(200)로부터 고주파수 대역의 누수음을 전달 받고, 저주파 감지부(300)로부터 저주파수 대역의 누수음을 전달 받아, 이들을 이중으로 처리하여 원격의 누수음을 처리하는 관제센터 또는 PC로 전송해주는 역할을 한다.
제어부(500)는 각종 전자 부품이 구비된 통합 제어 PCB로 전원부(510), 통신부(520), 신호 처리부(530) 및 메모리(540)를 포함한다.
전원부(510)는 충전이 가능한 배터리로 통신부(520), 신호 처리부(530) 및 메모리(540)에 전원을 공급해주는 역할을 한다. 통신부(520)는 블루투스 통신 모듈과 LTE 모델이 통합된 것으로 근거리는 블루투스 통신, 장거리는 LTE 통신으로 전술한 고주파 감지부(200)와 저주파 감지부(300)로 감지하고 신호 처리부(530)와 메모리(540)로 처리된 누수음 신호를 원격으로 전송해주는 역할을 한다.
신호 처리부(530)는 CPU 역할을 하는 것으로, 고주파 감지부(200)와 저주파 감지부(300)로 감지한 2가지 누수음 신호를 이중으로 처리하여 원격 전송이 가능한 데이터로 처리해주는 역할을 한다. 메모리(540)는 신호 처리부(530)에서 처리된 2 가지 누수음 신호가 저장되는 역할을 한다. 이때 메모리(540)는 플래시 메모리, SSD 등이 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서를 이용한 누수 감지 시스템 구성의 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 누수센서(1)는 관로(10) 상에서 누수의심 지역 또는 누수예상 지역의 양측에 2개 이상이 서로 이격되도록 설치된다. 그러면 각 누수센서(1)에서 발생되는 고주파수 대역의 누수음과 저주파수 대역의 누수음이 통신망(20)을 통해서 관제센터(30)로 전송되게 된다. 여기서 관제센터(30)는 통신망(20)을 통해서 전송된 누수음을 분석하여 모니터링하는 장소 또는 PC를 의미한다. 관제센터(30)는 PC가 설치된 원격의 장소가 될 수도 있고, 누수를 점검하는 관로(10)와 가까운 곳에 설치한 노트북 또는 스마트폰이 될 수 있다.
각기 다른 위치에 설치된 누수센서(1)에서 측정된 고주파수 대역의 누수음과 저주파수 대역의 누수음의 시간차를 분석하게 되면, 누수의심 지역 또는 누수예상 지역 내에 위치한 관로(10) 상의 누수 지점을 정확하게 특정할 수 있게 된다.
한편, 예를 들어 수도배관은 누수음이 수압, 배관 재질, 누수 형상에 따라 다소 차이를 보이지만 일반적으로 200 ~ 600Hz 사이의 저주파수 대역 신호가 90% 정도를 차지하고, 1,000 ~ 2,000 Hz 사이의 고주파수 대역 신호가 10%를 차지하고 있으므로, 본 발명의 누수센서(1)를 통해 저주파수 대역 신호와 고주파수 대역 신호를 모두 찾게 되면 누수 지점을 더욱 정확하게 확정하는 것이 가능하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 가스관이나 송유관의 경우에도 저주파수 대역 신호와 고주파수 대역 신호의 Hz 범위를 확인하고, 이에 적합한 압전소자의 두께와 지름을 선정하여 본 발명의 누수센서(1)에 적용한다면, 다양한 종류의 배관과 유체의 누수 감지에 활용할 수 있게 되는 것이다.
도 7은 도 6의 시스템에서 관제센터(30)의 제어에 따른 모니터 출력 화면의 예를 나타낸 도면이다.
도 7에서 a는 저주파수 대역의 누수음이 주파수로 변환된 것을 나타낸 것이고, b는 고주파수 대역의 누수음이 주파수로 변환된 것을 나타낸 것이다.
원격의 관제센터로 전송된 고주파수 대역의 누수음과 저주파수 대역의 누수음은 웹기반의 누수 분석 소프트웨어를 통해 주파수 정보로 변환되게 된다.
나아가 누적 수집된 복수의 누수음은 인공지능 학습을 통해 누수 여부가 자동 판별되도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이형 압전소자를 이용한 누수센서의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
감지부 하우징(100)의 하부와 자석(140)의 형상은 도 8에 도시된 바와 같이 관로(10)의 외주연에 대응하도록 호 형상으로 형성되도록 함으로써, 감지부 하우징(100)의 하부가 관로(10)의 외주연과 접촉하는 면적이 늘어나서 더욱 안정적으로 부착되도록 할 수 있다.
1 : 누수센서
10 : 관로 20 : 통신망 30 : 관제센터
100 : 감지부 하우징
110 : 하부 지지턱 120 : 상부 지지턱
130 : 자석 고정홈 140 : 자석
150 : 감지부 하우징 뚜껑
152 : 뚜껑 하부 돌기 154 : 뚜껑 케이블홀
160 : 감지부 하우징 뚜껑 나사
200 : 고주파 감지부
210 : 고주파 진동판 220 : 고주파 압전소자
230 : 고주파 신호선
300 : 저주파 감지부
310 : 저주파 진동판 312 : 진동판 케이블홀
320 : 저주파 압전소자
330 : 하중 전달판 332 : 전달판 상부 돌기
340 : 스프링 350 : 저주파 신호선
400 : 제어부 하우징
410 : 감지부 고정홈 420 : 제어부 고정홈 422 : 제어부 케이블홀
430 : 제어부 고정돌기 440 : 제어부 하우징 뚜껑
450 : 감지부 하우징 측면 나사 460 : 제어부 하우징 뚜껑 나사
500 : 제어부
510 : 전원부 520 : 통신부 530 : 신호 처리부 540 : 메모리

Claims (5)

  1. 하부가 폐쇄된 중공형으로 하부에서 내측을 향해 단턱 형상으로 돌출되게 형성된 하부 지지턱(110)과, 상기 하부 지지턱(110)의 상부에서 다단으로 이어지도록 내측을 향해 단턱 형상으로 돌출되되 상기 하부 지지턱(110)보다 폭이 넓게 형성되는 상부 지지턱(120)을 구비하여 관로(10)에 부착되어 진동을 전달받는 감지부 하우징(100);
    상기 하부 지지턱(110)에 하부 가장자리가 지지된 채 고정되어 상기 감지부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 상기 관로(10)의 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 감지부(200);
    상기 고주파 감지부(200)에서 상부 방향으로 이격되게 이중 배치되도록 상기 상부 지지턱(120)에 하부 가장자리가 지지된 채 고정되어 상기 감지부 하우징(100)에서 진동을 전달받아 상기 관로(10)의 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 감지부(300);
    하부측에 상기 감지부 하우징(100)의 상부를 감싸서 밀폐해주는 감지부 고정홈(410)과, 상부측에 제어부 고정홈(420)이 형성되며 상부가 밀폐된 제어부 하우징(400); 및
    상기 제어부 고정홈(420)에 설치되어 상기 고주파 감지부(200) 및 상기 저주파 감지부(300)와 전기적으로 연결되어 상기 고주파수 대역의 누수음과 상기 저주파수 대역의 누수음을 이중으로 처리하여 원격으로 전송해주는 제어부(500);를 포함하는 이형 압전소자를 이용한 누수센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 감지부(200)는,
    상기 하부 지지턱(110)에 하부 가장자리가 고정되어 상기 관로(10)의 원주방향으로부터 진동 신호를 전달받는 고주파 진동판(210)과, 상기 고주파 진동판(210)의 상부 중앙에 설치되어 상기 고주파 진동판(210)으로부터 전달된 상기 진동 신호 중 고주파수 대역의 누수음을 감지하는 고주파 압전소자(220)를 더 포함하는 이형 압전소자를 이용한 누수센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저주파 감지부(300)는,
    상기 고주파 진동판(210) 보다 지름이 크게 형성되며, 상부 지지턱(120)에 하부 가장자리가 고정되어 상기 관로(10)의 원주방향으로부터 진동 신호를 전달받는 저주파 진동판(310)과, 상기 저주파 진동판(310)의 상부 중앙에 설치되되, 상기 고주파 압전소자(220) 보다 지름이 크게 형성되어 상기 저주파 진동판(310)으로부터 전달된 상기 진동 신호 중 저주파수 대역의 누수음을 감지하는 저주파 압전소자(320)를 더 포함하는 이형 압전소자를 이용한 누수센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고주파 감지부(200)는,
    상기 고주파 진동판(210)의 가장자리를 제외한 나머지 영역이 상기 감지부 하우징(100)의 내측 바닥에서 이격되어 공기중에 노출되고, 상기 고주파 압전소자(220)의 지름이 상기 고주파 진동판(210)의 지름보다 작게 형성되어 상기 관로(10)에서 전달되는 진동신호가 상기 고주파 진동판(210)을 통해 상기 고주파 압전소자(220)에 용이하게 전달되는 이형 압전소자를 이용한 누수센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 저주파 감지부(300)는,
    상기 저주파 압전소자(320)의 상부 중앙에 설치되어 하중을 가해주는 하중 전달판(330)과, 상기 하중 전달판(330)과 상기 감지부 하우징(100)의 상단 사이에 하방을 향해 팽창하도록 설치되어 상기 하중 전달판(330)을 통해 상기 저주파 압전소자(320)에 지속적으로 하중을 가해주는 스프링(340)을 더 포함하여 저주파 누수음 감지 감도를 높여주는 이형 압전소자를 이용한 누수센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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