KR20240055368A - TDR Sensor, and Pipe-Attached Leak Detection System and Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 꼬인 구조를 갖는 TDR 센서(100)를 배관(10)에 부착하여 배관(10)의 누수 위치를 정확하게 감지할 수 있는 배관부착형 누수 감지 시스템에 관한 것으로, 신축성과 유연성이 증가된 꼬인 구조를 갖는 TDR 센서(100)를 배관(10)에 부착할 때 상기 배관(10)의 수평관부(11)에는 하부에 길이방향으로 부착하고 상기 배관(10)의 곡관부(12) 및 수직관부(11)에는 나선형으로 부착하여, 길이가 긴 배관이나 곡관부(12) 또는 수직관부(13)를 포함하는 배관(10)에서도 TDR 센서(100)의 감쇠 및 노이즈가 적어 배관(10)의 누수 위치를 정확하게 파악할 수 있다. The present invention relates to a pipe-attached water leak detection system that can accurately detect the location of water leaks in the pipe 10 by attaching a TDR sensor 100 with a twisted structure to the pipe 10. The twisted structure has increased elasticity and flexibility. When attaching the TDR sensor 100 having the structure to the pipe 10, it is attached longitudinally to the lower part of the horizontal pipe portion 11 of the pipe 10, and the curved pipe portion 12 and the vertical pipe portion of the pipe 10 It is attached in a spiral shape to (11), so that the attenuation and noise of the TDR sensor 100 are small even in a long pipe or pipe 10 including a curved pipe portion 12 or a vertical pipe portion 13, preventing water leakage in the pipe 10. You can accurately determine the location.
Description
본 발명은 TDR 센서, 그것을 구비한 배관부착형 누수 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 구조를 갖는 TDR 센서 및 그것을 배관에 부착하여 배관의 누설 유무 및 누설 위치를 정확하게 감지할 수 있는 TDR 센서, 그것을 구비한 배관부착형 누수 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a TDR sensor, a pipe-mounted water leak detection system and method including the same, and more specifically, to a TDR sensor with a new structure and a TDR sensor with a new structure that can accurately detect the presence or absence of leaks in the pipe and the location of the leak by attaching it to the pipe. It relates to a TDR sensor, a pipe-mounted water leak detection system and method having the same.
TDR(Time Domain Reflectometry) 기법은 초기에 주로 전선에서 국부 결함을 탐지하는 목적으로 사용되었으며, 추후 되돌아온 신호를 이용하여 원거리 위치 및 대상체의 특성을 규명하는 다양한 기술분야에 적용되고 있다. The TDR (Time Domain Reflectometry) technique was initially used mainly to detect local defects in electric wires, and has since been applied to various technical fields to identify distant locations and characteristics of objects using returned signals.
일반적으로 TDR 센서는 한 쌍의 도선으로 입력되는 특정 파동의 진행 상태에 대비하여 굴절이나 반사 등으로 인한 파동이 변형될 수 있는데, 시간영역에서의 이 변형 정도를 측정하여 도선의 전반적인 상태를 진단하거나 도선 상의 특이 지점을 유추하는데 활용될 수 있다In general, a TDR sensor can deform a wave due to refraction or reflection in response to the progress of a specific wave input through a pair of conductors. It measures the degree of this deformation in the time domain to diagnose the overall condition of the conductor or It can be used to infer unique points on a conductor.
이러한 특성을 갖는 TDR 센서 기술은 전자기 방식으로써 경제적이며 광범위하게 대상물을 상태*?*감시할 수 있어, 최근들어 배관 누수 탐지 기술분야에서 기존의 음파 방식의 기술을 대체하고 있다. TDR sensor technology with these characteristics is an electromagnetic method that is economical and can monitor the status of objects over a wide range of objects, and has recently replaced the existing sonic method in the field of pipe leak detection technology.
그런데, TDR 센서는 두 개의 케이블 또는 계측선이 구비되어 있는데, 두 개의 계측선들의 간격이 균일하게 유지되지 못하거나 굽힘 등의 변형에 의해 노이즈가 많이 발생하게 되며, 이로 인하여 정확한 계측이 이루어지지 않는 문제점이 있다. However, the TDR sensor is equipped with two cables or measurement lines, but the spacing between the two measurement lines is not maintained uniformly or a lot of noise is generated due to deformation such as bending, which prevents accurate measurement. There is a problem.
이러한 문제점을 해결하기 위해 국내 등록특허공보 제10-1312072호에 ‘TDR 계측선 및 그것을 구비한 TDR 계측시스템’(이하 ‘종래기술 2’라 함)이 제시되어 있다. To solve this problem, ‘TDR measurement line and TDR measurement system equipped with it’ (hereinafter referred to as ‘Prior Art 2’) is proposed in Domestic Patent Publication No. 10-1312072.
종래기술 1에 나타난 TDR 계측선(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 띠(strip) 형상으로 서로 평행하게 배열되며, 각각 전기펄스가 흐르는 두 개의 도체선들(110); 상기 두 개의 도체선들(110)을 감싸며, 상기 두 개의 도체선들(110)이 서로 평행하게 위치하도록 고정하는 절연 피복부재(120)로 형성되어 있어, 두 개의 도체선들(110)의 간격이 균일하게 유지되는 장점은 있다. The
하지만, 종래기술 1은 띠 형상으로 형성되어 TDR 계측선이 굽혀지거나 배관의 곡관부 등에 설치되면 노이즈가 많이 발생하는 문제점은 여전히 남아 있다.However, prior art 1 is formed in a strip shape, so there still remains the problem that a lot of noise is generated when the TDR measurement line is bent or installed in a curved pipe part, etc.
국내 등록특허 제10-2187098호에 ‘TDR 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법’(이하 ‘종래기술 2’라 함)에 관한 발명으로 TDR 기법을 활용하여 배관의 손상을 감지하는 기술의 한 예가 제시되어 있다. Domestic Registered Patent No. 10-2187098 is an invention related to 'Heat transport pipe damage detection system and method using TDR measuring line' (hereinafter referred to as 'Prior art 2'), which is a technology for detecting damage to pipes using TDR technique. An example is given.
종래기술 2는 도 1에 도시된 바와 같이 TDR 계측선(110)과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스(120)를 포함하며, TDR 계측선(110)은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관(130)의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 매설된 열수송관(130)의 길이 전체 구간에서 열수송관(130)에 대응되는 위치에 설치되고, TDR 디바이스(120)는, TDR 계측선(110)에 인가되는 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기(122), 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기(123) 및 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 전기적으로 연결되는 제어부(121)를 포함하며, 제어부(121)는, 신호 감지기(123)로부터 수신하는 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 상기 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있는 장점이 있다.Prior art 2 includes a
하지만, 종래기술 2는 도 2에 도시된 열수송관(130)과 같이 배관이 직선으로 형성되어 있고 그 길이가 짧은 경우에는 배관의 상부에 TDR 계측선(110)을 설치하여 누설 여부를 정확하게 감지할 수 있지만, 배관에 부착하고자 할 때에는 여전히 배관 중에 곡관부 및/또는 수직부가 형성되어 있는 경우에는 TDR 센서를 설치하기 어렵고, 띠 형상의 TDR 센서를 설치한다고 하더라도 굽힘 등의 변형에 의해 신호 형상이 평평하지 않아 배관 누수를 판단하기 어려운 문제점이 있다. However, in prior art 2, when the pipe is formed as a straight line and its length is short, such as the heat transportation pipe 130 shown in FIG. 2, the
또한, 열수송관과 일정거리 떨어진 위치에 별도의 TDR 센서를 추가로 설치하는 시스템이므로 매설되어 있지 않은 배관에 적용하기 어려운 문제점도 있다. In addition, since it is a system that additionally installs a separate TDR sensor at a certain distance from the heat transportation pipe, there is a problem that it is difficult to apply to pipes that are not buried.
또한, 기존의 TDR 센서로는 광범위한 대상물을 감시의 경우, 길어진 신호 형상에 노이즈가 많이 발생하여 누수 시 신호 형상 변화를 육안으로 관찰하기 어렵고, 실시간 모니터링도 용이하지 않은 문제점이 있다. In addition, when monitoring a wide range of objects with the existing TDR sensor, a lot of noise is generated in the elongated signal shape, making it difficult to visually observe the change in signal shape in case of water leakage, and real-time monitoring is also not easy.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명은 길이가 긴 배관에 설치하거나 길이가 길거나 곡관부 또는 수직부를 포함하는 배관에 설치하여도 감쇠가 적고 노이즈가 적어 평평한 형상의 신호를 갖는 TDR 센서를 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention aims to provide a TDR sensor that has a flat signal with low attenuation and low noise even when installed in a long pipe or a pipe that is long or includes a curved pipe or a vertical section. do.
또한 본 발명에서는 상기 TDR 센서를 배관에 부착 설치하여 길이가 길거나 곡관부 및 수직부를 포함하는 배관에 설치하여도 평평한 신호형상을 갖도록 하여 누수 위치를 정확하게 감지할 수 있는 배관부착형 누수 감지 시스템 및 방법을 제공하고자 한다. In addition, in the present invention, the pipe-mounted water leak detection system and method can accurately detect the location of water leak by attaching the TDR sensor to a pipe to have a flat signal shape even when installed in a pipe that is long or includes a curved pipe and a vertical portion. We would like to provide.
본 발명에 따른 TDR 센서는, 기준 케이블(110); 및 반사파 측정용 케이블(120);을 포함하고, 상기 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120)은 각각 도선(111, 121); 절연 피복부재(112, 122); 및 흡습 부재(113, 123)가 순차적으로 적층된 구조를 이루고 있고, 상기 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120)은 서로 꼬인 구조로 형성하여, 두 케이블(110, 120) 사이의 거리가 일정하게 유지될 뿐 아니라, 신축성 및 유연성을 갖도록 구성되어 있다. The TDR sensor according to the present invention includes a
본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 시스템은, 배관(10); 상기 배관(10)에 부착된 상기 TDR 센서(100); 상기 TDR 센서(100)의 기준 케이블(110) 및 반사파 측정용 케이블(120)과 전기적으로 연결되는 TDR 계측기(20); 및 상기 TDR 계측기(20)를 작동하는 제어부(40)가 내장된 컴퓨터(30);를 포함하며, 상기 TDR 센서(100)는 상기 배관(10)의 수평관부(11)에는 하부에 길이방향으로 부착되어 있고 상기 배관의 곡관부(12) 및 수직관부(11)에는 나선형으로 부착되어 있다. The pipe-mounted water leak detection system according to the present invention includes a pipe (10); The
또한, 상기 제어부(40)에는, TDR 센서(100)에서 측정된 위치로부터 상기 배관(10)의 누수 위치를 산출할 때, 상기 곡관부(12)와 수직관부(13)에 나선형으로 감긴 TDR 센서(100)의 길이 차이를 보상하는 보상부(41)가 구비되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the
본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 방법은, 배관(10)에 상기 TDR 센서(100)를 부착하는 단계(S100); 상기 TDR 센서(100)를 TDR 계측기(20) 및 제어부(40)가 내장된 컴퓨터(30)와 전기적으로 연결하는 단계(S200); 및 상기 TDR 계측기(20)로 펄스파를 전송한 후 반사파를 수신하여 상기 제어부(40)에서 누수 여부를 감지하는 단계(S300);를 포함한다. 이 때, 상기 (S100) 단계는, 상기 배관(10)의 수평관부(11)의 하부에 길이방향으로 상기 TDR 센서(100)를 부착하는 단계(S110); 및 상기 배관의 곡관부(12) 및 수직관부(11)에 나선형으로 상기 TDR 센서(100)를 부착하는 단계(S120);를 포함하고, 상기 (S300) 단계는, 상기 TDR 계측기(20)에서 상기 TDR 센서(100)로 펄스파를 전송하는 단계(S310); 상기 TDR 계측기(20)에서 상기 TDR 센서(100)의 반사파를 수신하는 단계(S320); 상기 제어부(40)의 보상부(41)에서 누수 위치로 도출된 TDR 센서(100)의 위치를 상기 곡관부(12)와 수직관부(13)에 나선형으로 감긴 TDR 센서(100)의 길이 차이를 보상하는 단계(S330); 및 컴퓨터(30)에 배관(10)의 누수 위치를 표시하는 단계(S340);를 포함하고 있다. The pipe-mounted water leak detection method according to the present invention includes attaching the
본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 시스템은 TDR 센서(100)를 이루는 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120) 두 가닥이 서로 일정한 피치를 갖는 꼬인 구조가 되도록 구성된 TDR 센서(100)를 배관에 설치함으로서, TDR 센서(100)를 이루는 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120)이 항상 동일한 거리에 동일한 환경 조건으로 설치되어 있고, 그 길이가 길어져도 환경 조건이 변하지 않아 길이에 따른 신호 형상이 기존의 TDR 센서와 현저한 차이가 있는 평평한 신호가 발생하여 누수에 의한 신호 변화를 쉽게 식별할 수 있는 장점이 있다. The pipe-mounted water leak detection system according to the present invention includes a
본 발명에 따른 TDR 센서(100)는 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120)이 서로 꼬여 있는 구조여서 종래기술 1에 나타나 띠(strip) 형상의 TDR 센서와 달리 다양한 방향으로 신축성 및 유연성이 증가하여 구부리거나 배관의 외주면으로 감더라도 신호의 감쇠와 변형이 적어서 신호처리와 누수 여부 위치 판정을 쉽게 할 수 있는 장점이 있다. The
본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 시스템은 TDR 센서(100)의 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120) 외측에 흡습부재(113, 123)가 구비되어 있어, 매설되지 않은 육상의 배관에서도 누수 위치를 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있다. The pipe-mounted water leak detection system according to the present invention is provided with
본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 시스템은 TDR 센서(100)를 배관(10)의 수평관부(11)는 하부에 설치하고 곡관부(12)와 수직관부(13)는 나선형으로 설치하여 배관(10)의 어느 부분에서 누수가 발생하더라도 그 위치를 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있다. In the pipe-mounted water leak detection system according to the present invention, the
도 1. 종래기술 1에 나타난 띠 형상의 구조를 갖는 TDR 계측선.
도 2. 종래기술 2에 나타난 TDR 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템.
도 3. 본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 시스템의 개념도.
도 4. 본 발명에 이용된 TDR 센서의 누수 신호 그래프.
도 5. 본 발명에 따른 TDR 센서(100)의 구조.
도 6. 본 발명에 따른 TDR 센서(100)의 꼬인 구조 대비 신호형상 변화도.
도 7. 본 발명에서 개발된 센서의 피복두께에 따른 신호형상을 나타낸 것이다.
도 8. 본 발명의 누수 감지 시스템에 TDR 센서를 부착한 개념도.
도 9. 본 발명의 TDR 센서와 기존 TDR 센서를 이용한 누수 탐지 신호 비교.
(a) 꼬인 구조의 TDR 센서를 이용한 누수 탐지 그래프
(b) 기존의 평행한 구조의 TDR 센서를 이용한 누수 탐지 그래프
도 10. 본 발명의 누수 감지 시스템을 이용한 누수 감지 방법의 흐름도.
도 11. 본 발명의 누수 여부 감지 단계(S300)의 구체적 흐름도.Figure 1. TDR measurement line having a strip-shaped structure shown in Prior Art 1.
Figure 2. Heat transport pipe damage detection system using the TDR measurement line shown in Prior Art 2.
Figure 3. Conceptual diagram of a pipe-mounted water leak detection system according to the present invention.
Figure 4. Leakage signal graph of the TDR sensor used in the present invention.
Figure 5. Structure of the
Figure 6. Change in signal shape compared to the twisted structure of the
Figure 7. Shows the signal shape according to the coating thickness of the sensor developed in the present invention.
Figure 8. Conceptual diagram of attaching a TDR sensor to the water leak detection system of the present invention.
Figure 9. Comparison of water leak detection signals using the TDR sensor of the present invention and the existing TDR sensor.
(a) Water leak detection graph using a twisted structure TDR sensor
(b) Water leak detection graph using the existing parallel structure TDR sensor
Figure 10. Flow chart of a water leak detection method using the water leak detection system of the present invention.
Figure 11. A detailed flowchart of the water leak detection step (S300) of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
도 3은 본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 시스템의 개념도이다.Figure 3 is a conceptual diagram of a pipe-mounted water leak detection system according to the present invention.
본 발명의 배관부착형 누수 감지 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 액체 탱크(50)과 연결된 배관(10); 상기 배관(10)에 부착하는 TDR 센서(100); TDR 계측기(20); 및 제어부(40)를 포함하는 컴퓨터(30);를 포함하고 있다. The pipe-mounted water leak detection system of the present invention includes a
본 발명의 배관(10)은 매설된 배관에 한정하지 않고 육상 또는 외부에 노출되어 있는 배관(10)을 대상으로 한다. The
배관(10)은 부식, 외부충격 등으로 파공이 생길 경우, 탱크(50)의 압력에 의해 유체는 외부로 누설되는데 TDR 기법을 이용하여 배관의 누설 여부를 파악할 수 있다.When a hole in the
도 3에는 수평관부로 이루어진 배관(10)이 도시되어 있으나, 일반적인 배관은 그 길이가 긴 경우가 많고, 수평관부(11) 뿐 아니라 곡관부(12) 및 수직관부(13)를 포함하고 있는 경우가 많으며, 배관이음부(14)는 통상적으로 돌출된 구조의 플랜지 이음방식으로 형성되어 있는데, 본 발명의 누수 감지 시스템은 이와 같은 일반적인 배관에 적용할 수 있는 누수 감지 시스템이다. Figure 3 shows a
컴퓨터(30)에는 일반적으로 신호를 표시하고 모니터링하고 할 수 있도록 구성되어 있고, TDR 계측기(20)를 작동하고 신호처리를 할 수 있는 제어부(40)가 구비되어 있다. The
TDR 계측기(20)는 펄스파를 전송하고 시간단위의 반사파를 임피던스 신호로 변환해 주는 장치이다. The
도 3에 도시된 바와 같이 배관(10)의 한 지점(P1)에서 누수가 발생할 때 도 3에 도시된 바와 같이 TDR 계측기 신호를 살펴보면 도 4에 누수가 발생하지 않는 경우의 신호와 차이가 발생하는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, when a water leak occurs at a point (P1) of the
도 4에서 X축은 왕복거리를 나타내며, Y축은 임피던스 값을 나타낸다. In Figure 4, the X-axis represents the round trip distance, and the Y-axis represents the impedance value.
도 4의 검은 선은 공기 중에 TDR 센서를 설치했을 경우 얻은 신호이며, 빨간 선은 TDR 센서의 한 위치(P1)에 물을 떨어뜨린 후 얻은 신호인데, 이로부터 누수가 발생한 위치에 임피던스의 값이 감소하는 것을 알 수 있다. The black line in Figure 4 is the signal obtained when the TDR sensor is installed in the air, and the red line is the signal obtained after dropping water on one position (P1) of the TDR sensor. From this, the impedance value at the location where the water leak occurred is It can be seen that it is decreasing.
이와 같은 TDR 센서(100)는 기준 케이블(110)과 반사파에 의해 되돌아오는 케이블(120)로 구성되어 있으므로 도 4에 도시된 바와 같이 X축은 왕복거리로 나타난다. 따라서 누수 위치는 왕복거리의 반(편도거리)으로 산출된다.Since this
본 발명에서는 새로운 구조를 갖는 TDR 센서(100)를 제시하고 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이 기준 케이블(110)과 반사파를 측정하는 케이블(120)을 포함한다. 두 케이블(110, 120)은 임피던스가 동일해야 하므로 형상과 재질이 동일한 것으로 구성하는 것이 바람직하다. The present invention proposes a
본 발명의 기준 케이블(110)과 반사파를 측정하는 케이블(120)은 각각 전자기파를 전달하는 도선(111, 121), 절연 피복부재(112, 122) 및 흡습부재(113, 123)가 순차적으로 결합되어 있고, 상기 절연 피복부재(112, 122)는 상기 도선(111, 121)의 외측을 감싸도록 형성되어 있고, 상기 흡습부재(113, 123)는 상기 절연 피복부재(112, 122)를 감싸도록 구성되어 있다. [도 5]는 본 발명에서 개발된 TDR 센서의 형상을 나타낸 것이다. 센서는 흡습물질[도 5-1], 도선을 둘러싼 절연 재질의 절연 피복재[도 5-2], 전자기파가 전달되는 도선[도 5-3]으로 구분된다. TDR 센서(100)의 길이는 배관과 같은 모니터링 대상에 따라 설정된 길이를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 때 TDR 계측기(20)의 성능이 최대 길이에 영향을 줄 수 있으므로 적합한 계측기(20)를 설치하는 것이 바람직하다. The
흡습부재(113, 123)는 TDR 센서(100)의 반사파 원리에 따라 반사되는 대상물의 임피던스 값에 대한 감지의 정확도를 높이기 위해 추가로 구성되어 있다. 흡습부재(113, 123)는 배관(10)의 누수를 쉽게 흡수하고 빨리 건조되는 스펀지 또는 흡한속건 섬유 등의 재질을 포함하는 것이 바람직하다. The
종래기술 1에 제시된 TDR 계측선의 구성은 센서를 이루는 상기 두 케이블(110, 120)이 서로 평행하게 형성되어 띠(strip) 형상으로 형성되어 있다. In the configuration of the TDR measurement line presented in Prior Art 1, the two
종래기술 1에서는 띠(strip) 형상으로 형성하여 두 케이블(110, 120)의 간격을 동일하게 유지할 수 있는 장점은 있다. Prior art 1 has the advantage of maintaining the same spacing between the two
하지만, 종래기술 1은 TDR 계측선이 띠(strip) 형상으로 형성되어 특정한 방향성을 가지게 되어 배관의 수평관부에 부착할 때에는 문제가 없지만, 곡관부에 설치하고자 할 때에는 굽힘 작용에 의해 감쇠 및 노이즈가 증가할 수 있는 문제점이 발생한다. 또한, 수직관부에서도 TDR 센서를 수직 방향으로 설치할 수 있지만, 이는 수직관부에서 누수가 발생할 경우 관의 길이방향을 따라 액체가 흘러 내리게 되므로, TDR 센서가 부착되지 않은 면에서 누수가 발생하면 감지를 못하는 문제점이 있다. However, in prior art 1, the TDR measurement line is formed in a strip shape and has a specific direction, so there is no problem when attached to the horizontal pipe part of the pipe, but when installed in the curved pipe part, attenuation and noise occur due to the bending action. Problems that may increase arise. In addition, the TDR sensor can be installed vertically in the vertical pipe, but if a water leak occurs in the vertical pipe, liquid will flow down the length of the pipe, so if a water leak occurs on the side where the TDR sensor is not attached, it cannot be detected. There is a problem.
또한, 종래기술 1과 같이 두 케이블(110, 120)이 평행하면 두 도선(111, 121)사이에는 절연 피복부재 및/또는 공기(절연체)가 구비될 수 있는 구성인데, 이는 커패시터 구조와 유사하다. 커패시터란 전기가 축척되어 전류를 흐르지 않게 하는 역할을 한다. 따라서 기준 도선과 되돌아오는 도선에 흘러야할 신호들 사이에 커패시터 구조로 인해 신호가 축적되어 서로 간섭이 생길 수 있는 문제도 있을 수 있다. In addition, when the two
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 발명자는 도 5에 도시된 바와 같이 TDR 센서(100)를 이루는 기준 케이블(110)과 반사파를 측정하는 케이블(120)이 서로 꼬인 구조가 되도록 구성하였다.In order to solve this problem, the inventor of the present invention configured the
각 케이블(110, 120)의 도선(111, 121)은 꼬임이 용이하도록 단선보다 연선으로 구성하는 것이 바람직하고, 연선 도선에서 소선 개수와 지름의 크기는 해수배관, 열유체 수송관 등 적용되는 환경에 따라 설정할 수 있다.It is preferable that the
이처럼 두 개의 케이블(110, 120)을 꼬인 구조로 구성하면 꼬임 부분에서 미세한 굽힘 현상이 발생하지만, 전체 길이에 걸쳐 두 개의 케이블(110, 120)이 동일한 구조가 되면서 동일한 간격도 유지할 수 있으므로 노이즈를 현저히 저감하여 길이 방향으로 평평한 신호를 형성할 수 있다. When the two cables (110, 120) are configured in a twisted structure like this, a slight bending phenomenon occurs at the twisted portion, but the two cables (110, 120) have the same structure over the entire length and can maintain the same spacing, thereby reducing noise. By significantly reducing it, a flat signal can be formed in the longitudinal direction.
두 개의 케이블(110, 120)이 서로 꼬인 구조로 되어 있는 경우, 이는 인덕터의 역할을 한다. 인덕터는 전류의 변화에 저항하여 전류의 급격한 변화를 막아주는 역할이다. 따라서 이는 외부의 전류변화(노이즈)의 영향을 막아주기 때문에 신호가 평평하게 나타난다. 이는 코일과 비슷하기 때문에 단위 길이당 꼬인 횟수에 따라 노이즈의 영향을 막는 에너지(힘)의 크기가 달라지므로 꼬인 횟수를 적정하게 설정하는 것이 필요하다. When the two
두 케이블(110, 120)의 꼬임 구조는 도 6에 도시된 바와 같이 센서의 신호 형상에 영향을 준다. The twist structure of the two
도 6을 살펴보면 두 케이블이 평행할 경우, 이는 커패시터 구조로 신호가 축척되어 되돌아오는 반사파의 신호는 감소한다. 이에 따라 임피던스 값은 점차 상승하여 그래프는 점차 위로 상승한다. Looking at FIG. 6, when two cables are parallel, the signal is accumulated in a capacitor structure, and the signal of the returning reflected wave is reduced. Accordingly, the impedance value gradually increases and the graph gradually rises upward.
반면, 도 6은 50cm를 단위길이(L)로 설정한 상태에서 두 케이블(110, 120)이 꼬인 회수를 증가시킬 경우, 인덕터의 역할로 인해 외부의 전류변화를 막아주는 힘이 강해져 노이즈 없이 평평한 신호를 나타나게 된다. 그러나 5회 이상일 경우, 노이즈를 막는 힘이 충분하여 꼬임의 횟수를 증가시키더라도 신호는 크게 달라지지 않는다. On the other hand, Figure 6 shows that when the number of times the two cables (110, 120) are twisted is increased with 50cm set as the unit length (L), the force that prevents external current changes becomes stronger due to the role of the inductor, resulting in a flat surface without noise. A signal appears. However, if the number of twists is more than 5, the power to block noise is sufficient, so even if the number of twists is increased, the signal does not change significantly.
도 6에서 도선(111, 121)의 직경(d)은 0.98m로, 약 1cm이므로, 꼬임 회수는 케이블의 단위길이(L)/도선 직경(d)의 1/10 수준이면 충분함을 알 수 있다. In Figure 6, the diameter (d) of the conductors (111, 121) is 0.98 m, which is about 1 cm, so it can be seen that the number of twists is sufficient if it is 1/10 of the unit length (L) of the cable / conductor diameter (d). there is.
한편, 절연 피복부재(112, 122)는 케이블형 TDR 센서에서 반사되어 되돌아오는 신호에 간섭을 주지 않도록 하기 위한 구성요소로서, PVC 등과 같이 절연되는 재질이면 충분하다.Meanwhile, the insulating covering
본 발명의 TDR 센서(100)는 배관에 직접 부착되어 사용되고, 두 개의 케이블(110, 120)이 서로 꼬인 상태로 형성되므로 절연 피복부재(112, 122)의 두께가 신호에 영향을 미칠 수 있으므로, 절연 피복부재(112, 122)의 두께는 두 개의 케이블(110, 120)이 서로 간섭되지 않도록 결정하는 것이 바람직하다. The
도 7에 도시된 바와 같이 절연 피복부재(112, 122)의 두께가 얇으면 두 도선(111, 121)은 간섭이 생겨 임피던스가 오히려 감소할 수 있고, 절연 피복부재(112, 122)의 두께가 과도하게 두꺼우면 임피던스값은 증가하지만, 차폐효과가 지나치게 형성되었기 때문에 물에 의한 임피던스 값의 변화가 미비하게 되어 누수 여부를 파악하기 힘들 수도 있다. As shown in FIG. 7, if the thickness of the insulating covering
본 발명에서 도선(111, 121)은 직경(d)은 0.98mm로 약 1cm인데, 절연 피복부재(112, 122)의 두께는 약 0.8mm 내지 1.2mm 사이가 적합한 것을 알 수 있으므로, 절연 피복부재(112, 122)의 두께는 도선(111, 121) 직경(d)의 80%~120% 범위로 설정하는 것이 적합하다.In the present invention, the diameter (d) of the conductors (111, 121) is 0.98 mm, which is about 1 cm, and the thickness of the insulating coating members (112, 122) is suitable to be between about 0.8 mm and 1.2 mm, so the insulating coating members (112, 122) It is appropriate to set the thickness of (112, 122) in the range of 80% to 120% of the diameter (d) of the conductors (111, 121).
이처럼 도 5에 도시된 꼬인 구조를 갖는 본 발명의 TDR 센서(100)는 그 구조적 특징에 의해 종래기술 1에 나타난 바와 같은 기존의 띠(strip) 형상의 TDR 계측선에 비해 신축성이 증가하고 다양한 방향으로 유연성도 증가하기 때문에 본 발명의 배관부착형 누수 감지 시스템에서는 도 8에 도시된 바와 같이 TDR 센서(100)를 측정하거나 배관의 곡관부(12)과 플랜지부 등에 설치하거나 곡관부(12)와 수직관부(13)의 외주면에 감아서 신호를 측정하더라도 큰 신호 감쇠 및 노이즈 없이 신호를 측정할 수 있는 장점이 있다. As such, the
도 8에 나타난 배관부착형 누수 감지 시스템을 살펴보면 다음과 같다. The pipe-mounted water leak detection system shown in Figure 8 is as follows.
배관(10)의 수평관부(11)에서는 TDR 센서(100)를 배관의 하부에 설치한다. 배관에서 누설되는 액체는 중력에 의해 배관의 하부로 이동한 후 떨어지므로, 배관(10)의 하부(6시 방향)에 설치하면 누설 여부를 효과적으로 감지할 수 있다. In the
배관(10)의 플랜지(14)와 같이 장애물이 있는 경우에는 장애물의 형상을 따라 부착하여 설치한다. If there is an obstacle such as the
배관(10)에 곡관부(12)와 수직관부(13)에서는 TDR 센서(100)가 배관의 표면을 나선형으로 감싸면서 설치한다. The
곡관부(12) 및 수직관부(13)에서 누설 시 액체는 중력에 의해 떨어지므로 외주면을 나선형으로 감싸면서 설치하면 모든 방향의 누설을 감지할 수 있다. When there is a leak from the
나선형으로 설치 시, 나선의 피치는 해당 배관이 적용되는 환경에 따라 설정할 수 있는데, 향후, 보상부(41)에서 TDR 센서(100) 상의 정확한 위치 및 배관(10)의 정확한 누설 위치 등을 보다 쉽고 정확하게 파악하기 위하여 동일한 피치를 갖는 나선형으로 형성하는 것이 바람직할 것이다. When installed in a spiral, the pitch of the spiral can be set according to the environment in which the pipe is applied. In the future, it will be easier and easier to determine the exact location of the
이처럼 배관 표면에 TDR 센서(100) 설치 시, 접착제 또는 절연 케이블타이를 이용하여 고정하면 보다 안정적으로 측정하고 모니터링할 수 있을 것이다. In this way, when installing the
도 9a에는 본 발명의 꼬인 구조를 갖는 TDR 센서(100)를 이용하여 배관의 누설 및 위치를 탐지한 신호를 나타내고 있는데, 측정한 신호로부터 다양한 누설 위치를 명확하게 파악할 수 있다. Figure 9a shows a signal for detecting leakage and location of a pipe using the
도 9b는 종래기술 1에 나타난 바와 같이 꼬인 구조가 아니고 기존의 띠(strip) 형상을 갖는 TDR 센서를 도 8과 같이 설치한 경우에 측정한 신호인데, 신호 자체가 고르지 않고 누설 신호인지 여부가 불분명하여 정확한 누설 유무 및 위치 식별이 어려운 것을 알 수 있다. Figure 9b is a signal measured when a TDR sensor having a conventional strip shape rather than a twisted structure as shown in prior art 1 is installed as shown in Figure 8, but the signal itself is uneven and it is unclear whether it is a leakage signal. Therefore, it can be seen that it is difficult to accurately identify the presence and location of a leak.
이처럼, 본 발명에 따른 배관부착형 누수 감지 시스템은 기존의 시스템과 달리 누설 위치를 파악하는데 현저한 효과가 있음을 알 수 있다. In this way, it can be seen that the pipe-mounted water leak detection system according to the present invention is significantly effective in identifying the location of the leak, unlike existing systems.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 배관부착형 누수 감지 시스템을 이용하여 배관의 누수를 감지하는 방법을 살펴보면 아래와 같다. A method of detecting a water leak in a pipe using the pipe-mounted water leak detection system of the present invention having the above configuration is as follows.
본 발명의 배관부착형 누수 감지 방법은, 도 10에 도시된 바와 같이 배관(10)에 TDR 센서(100)를 부착하는 단계(S100); 상기 TDR 센서(100)를 TDR 계측기(20) 및 제어부(40)가 내장된 컴퓨터(30)와 전기적으로 연결하는 단계(S200); 및 상기 TDR 계측기(20)로 펄스파를 전송한 후 반사파를 수신하여 상기 제어부(40)에서 누수 여부를 감지하는 단계(S300);를 포함한다. The pipe-mounted water leak detection method of the present invention includes the step of attaching the
상기 배관(10)에 TDR 센서(100)를 부착하는 단계(S100)에서, TDR 센서(100)는 꼬인 구조를 갖는 TDR 센서(100)를 준비하고, 상기 배관(10)의 수평관부(11)는 그 하부에 길이방향으로 상기 TDR 센서(100)를 부착하고, 상기 배관의 곡관부(12) 및 수직관부(11)는 그 표면에 나선형으로 상기 TDR 센서(100)를 감아서 부착한다. In the step (S100) of attaching the
상기 나선형이 다수가 될 때에는 동일한 피치를 갖도록 TDR 센서(100)를 감아서 TDR 센서(100)의 위치로부터 배관의 위치를 정확하게 매칭할 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다. When there are multiple spirals, it would be desirable to wind the
상기 TDR 계측기(20)로 펄스파를 전송한 후 반사파를 수신하여 상기 제어부(40)에서 누수 여부를 감지하는 단계(S300)는, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 TDR 계측기(20)에서 상기 TDR 센서(100)로 펄스파를 전송하는 단계(S310); 상기 TDR 계측기(20)에서 상기 TDR 센서(100)의 반사파를 수신하는 단계(S320); 상기 제어부(40)의 보상부(41)에서 누수 위치로 도출된 TDR 센서(100)의 위치를 상기 곡관부(12)와 수직관부(13)에 나선형으로 감긴 TDR 센서(100)의 길이 차이를 보상하는 단계(S330); 및 컴퓨터(30)에 배관(10)의 누수 위치를 표시하는 단계(S340);를 포함하고 있다. The step (S300) of transmitting a pulse wave to the
상기 제어부(40)의 보상부(41)에서 누수 위치로 도출된 TDR 센서(100)의 위치를 상기 곡관부(12)와 수직관부(13)에 나선형으로 감긴 TDR 센서(100)의 길이 차이를 보상하는 단계(S330)는, 누설 위치를 TDR 센서(100)의 길이 또는 위치로 감지된 신호를 배관(10)의 길이 또는 위치로 변환 또는 보상하는 단계를 나타낸다. The position of the
곡관부(12)와 수직관부(13)에서 TDR 센서(100)를 나선형으로 감아서 설치함으로서 배관의 누수 위치에서 TDR 센서(100)의 길이와 배관의 길이가 동일하지 않고, TDR 센서(100)의 길이가 더 길 수 있다. 나선형으로 감은 TDR 센서(100)의 길이는 배관의 직경(D) 및 나선의 피치(p)를 이용하여 배관의 길이와 매칭할 수 있고, 이를 이용하여 배관(100)의 누설 위치를 정확하게 나타낼 수 있다. By installing the
다음으로, 컴퓨터(30)에 배관(10)의 누수 위치를 표시하는 단계(S340)는 컴퓨터의 모니터에 도시된 배관 도면 상에 표시하거나 숫자로 표시하는 단계이다. 또한, 이 단계는 배관의 누설 여부를 모니터링하는 단계로 이용할 수 있을 것이다. Next, the step of displaying the location of the water leak in the
위에서 살펴본 바와 같은 방법을 통해 다양한 형상을 갖는 배관 및/또는 매설되어 있지 않은 배관에 대해서도 누설 여부 및 누설 위치를 정확하게 식별할 수 있고 지속적인 모니터링도 가능하다. Through the method described above, it is possible to accurately identify leakage and location of leaks even for pipes of various shapes and/or pipes that are not buried, and continuous monitoring is also possible.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 배관
11: 수평관부
12: 곡관부
13: 수직관부
14: 배관이음부
20: TDR 계측기
30: 컴퓨터
40: 제어부
41: 보상부
50: 탱크
100: TDR 센서
110: 기준 케이블
111: 도선
12: 절연 피복부재
113: 흡습부재
120: 반사파 측정용 케이블
121: 도선
122: 절연 피복부재
113: 흡습부재
L: 케이블 단위길이
d: 도선의 직경10: Piping 11: Horizontal pipe part 12: Bend pipe part
13: Vertical pipe 14: Pipe joint 20: TDR measuring instrument
30: computer 40: control unit 41: compensation unit
50: Tank 100: TDR sensor 110: Reference cable
111: Conductor 12: Insulating coating member 113: Moisture absorption member
120: Cable for measuring reflected waves 121: Conductor
122: insulating covering member 113: moisture absorption member
L: Unit length of cable d: Diameter of conductor
Claims (4)
상기 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120)은 각각 도선(111, 121); 절연 피복부재(112, 122); 및 흡습 부재(113, 123)가 순차적으로 적층된 구조를 이루고 있고,
상기 기준 케이블(110)과 반사파 측정용 케이블(120)은 서로 꼬인 구조로 형성하여,
두 케이블(110, 120) 사이의 거리가 일정하게 유지될 뿐 아니라, 신축성 및 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는 TDR 센서.
reference cable 110; In the TDR sensor including a cable 120 for measuring reflected waves,
The reference cable 110 and the reflected wave measurement cable 120 each include conductors 111 and 121; insulating covering members (112, 122); and moisture absorption members 113 and 123 are sequentially stacked,
The reference cable 110 and the reflected wave measurement cable 120 are formed in a twisted structure,
A TDR sensor characterized by not only maintaining a constant distance between the two cables (110, 120) but also having elasticity and flexibility.
상기 배관(10)에 부착된 상기 제1항의 TDR 센서(100);
상기 TDR 센서(100)의 기준 케이블(110) 및 반사파 측정용 케이블(120)과 전기적으로 연결되는 TDR 계측기(20); 및
상기 TDR 계측기(20)를 작동하는 제어부(40)가 내장된 컴퓨터(30);를 포함하며,
상기 TDR 센서(100)는
상기 배관(10)의 수평관부(11)에는 하부에 길이방향으로 부착되어 있고
상기 배관의 곡관부(12) 및 수직관부(11)에는 나선형으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 배관부착형 누수 감지 시스템
piping (10);
The TDR sensor (100) of claim 1 attached to the pipe (10);
A TDR measuring device (20) electrically connected to the reference cable (110) of the TDR sensor (100) and the cable (120) for measuring reflected waves; and
It includes a computer 30 with a built-in control unit 40 that operates the TDR measuring instrument 20,
The TDR sensor 100 is
The horizontal pipe portion 11 of the pipe 10 is attached in the longitudinal direction at the bottom.
A pipe-attached water leak detection system, characterized in that it is spirally attached to the curved pipe portion 12 and the vertical pipe portion 11 of the pipe.
상기 제어부(40)에는,
TDR 센서(100)에서 측정된 위치로부터 상기 배관(10)의 누수 위치를 산출할 때, 상기 곡관부(12)와 수직관부(13)에 나선형으로 감긴 TDR 센서(100)의 길이 차이를 보상하는 보상부(41)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배관부착형 누수 감지 시스템.
According to paragraph 2,
In the control unit 40,
When calculating the water leak location of the pipe 10 from the position measured by the TDR sensor 100, the difference in length of the TDR sensor 100 spirally wound around the curved pipe portion 12 and the vertical pipe portion 13 is compensated for. A pipe-mounted water leak detection system, characterized in that it is provided with a compensation unit (41).
상기 TDR 센서(100)를 TDR 계측기(20) 및 제어부(40)가 내장된 컴퓨터(30)와 전기적으로 연결하는 단계(S200); 및
상기 TDR 계측기(20)로 펄스파를 전송한 후 반사파를 수신하여 상기 제어부(40)에서 누수 여부를 감지하는 단계(S300);를 포함하며,
상기 S100 단계는,
상기 배관(10)의 수평관부(11)의 하부에 길이방향으로 상기 TDR 센서(100)를 부착하는 단계(S110); 및
상기 배관의 곡관부(12) 및 수직관부(11)에 나선형으로 상기 TDR 센서(100)를 부착하는 단계(S120);를 포함하고,
상기 S300 단계는,
상기 TDR 계측기(20)에서 상기 TDR 센서(100)로 펄스파를 전송하는 단계(S310);
상기 TDR 계측기(20)에서 상기 TDR 센서(100)의 반사파를 수신하는 단계(S320);
상기 제어부(40)의 보상부(41)에서 누수 위치로 도출된 TDR 센서(100)의 위치를 상기 곡관부(12)와 수직관부(13)에 나선형으로 감긴 TDR 센서(100)의 길이 차이를 보상하는 단계(S330); 및
컴퓨터(30)에 배관(10)의 누수 위치를 표시하는 단계(S340);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관부착형 누수 감지 방법.Attaching the TDR sensor 100 shown in claim 1 to the pipe 10 (S100);
A step of electrically connecting the TDR sensor 100 with the TDR meter 20 and the computer 30 with a built-in control unit 40 (S200); and
It includes a step (S300) of transmitting a pulse wave to the TDR meter 20, receiving a reflected wave, and detecting water leakage in the control unit 40,
The S100 step is,
Attaching the TDR sensor 100 in the longitudinal direction to the lower part of the horizontal pipe portion 11 of the pipe 10 (S110); and
It includes a step (S120) of attaching the TDR sensor 100 in a spiral manner to the curved pipe portion 12 and the vertical pipe portion 11 of the pipe,
The S300 step is,
Transmitting a pulse wave from the TDR meter 20 to the TDR sensor 100 (S310);
Receiving a reflected wave from the TDR sensor 100 at the TDR meter 20 (S320);
The position of the TDR sensor 100 derived from the water leakage position in the compensation unit 41 of the control unit 40 is calculated by calculating the difference in length of the TDR sensor 100 spirally wound around the curved pipe portion 12 and the vertical pipe portion 13. Compensating step (S330); and
A pipe-mounted water leak detection method comprising a step (S340) of displaying the water leak location of the pipe 10 on the computer 30.
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KR101312072B1 (en) | 2012-09-28 | 2013-10-04 | 박민철 | Measurement cable and measurement system using tdr having the same |
KR102187098B1 (en) | 2020-05-08 | 2020-12-04 | 재단법인 서울특별시 서울기술연구원 | System and method for detecting damage of heat transfer pipe using TDR cable |
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2022
- 2022-10-20 KR KR1020220135577A patent/KR20240055368A/en unknown
Patent Citations (2)
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KR102187098B1 (en) | 2020-05-08 | 2020-12-04 | 재단법인 서울특별시 서울기술연구원 | System and method for detecting damage of heat transfer pipe using TDR cable |
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