WO2021225242A1 - Tdr 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

Tdr 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2021225242A1
WO2021225242A1 PCT/KR2020/017307 KR2020017307W WO2021225242A1 WO 2021225242 A1 WO2021225242 A1 WO 2021225242A1 KR 2020017307 W KR2020017307 W KR 2020017307W WO 2021225242 A1 WO2021225242 A1 WO 2021225242A1
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WO
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tdr
heat transport
transport pipe
measurement line
line
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Application number
PCT/KR2020/017307
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Inventor
박민철
김정환
Original Assignee
재단법인 서울특별시 서울기술연구원
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    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/11—Locating faults in cables, transmission lines, or networks using pulse reflection methods

Definitions

  • the present invention relates to a system and method for detecting damage to a heat transport pipe using a TDR measuring line, and more particularly, installing a time domain reflectometry (TDR) measuring line near a heat transport pipe and detecting damage to the heat transport pipe through this It relates to a system and method for sensing.
  • TDR time domain reflectometry
  • TDR Time Domain Reflectometry
  • the TDR technology has been developed as a device for measuring the water content of the soil as the field of application has been expanded.
  • a damage detection system for a heat transport pipe using a TDR measuring line includes a TDR device electrically connected to a time domain reflectometry (TDR) measuring line and a TDR measuring line,
  • the TDR measurement line is formed in the form of a band having the same length as the length of the heat transport pipe to be damaged or not, and is installed at a position corresponding to the heat transport pipe in the entire length of the heat transport pipe.
  • An electric pulse generator for generating an electric pulse signal applied to the line, a signal detector for detecting a reflected signal of the electric pulse signal, and a control unit operatively connected to the electric pulse generator and the signal detector, wherein the control unit is detected by the signal detector Based on the reflected signal of one electric pulse signal, it is possible to determine whether the heat transport pipe is damaged and the location of the damage.
  • the temperature and/or water content of the soil in which the TDR measuring line is buried using the reflected signal value of the electric pulse applied to the TDR measuring line buried together along the heat transport pipe conduit is measured within the section where the TDR measuring line is installed. can be detected accurately. Accordingly, the location of damage to the heat transport pipe can be accurately identified.
  • damage to the heat transport pipe can be detected by a simple process of installing the TDR measuring line along the heat transport pipe.
  • FIG. 1 is a block diagram of a heat transport pipe damage detection system according to various embodiments of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a state in which a TDR measuring line for detecting damage to a heat transport pipe according to various embodiments of the present invention is installed.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a TDR measuring line according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a TDR measuring line according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a heat transport pipe damage system according to various embodiments of the present invention.
  • the heat transport pipe damage detection system 100 is a plurality of TDR measuring lines 110 provided in a length substantially corresponding to the length of the heat transport pipe 130 in the longitudinal direction of the heat transport pipe 130 . ), and a plurality of TDR devices electrically connected to the TDR measurement line 110 and detecting damage to the heat transport pipe 130 by applying an electric pulse to the TDR measurement line 110 and detecting the reflected signal of the applied electric pulse. (120) may be included.
  • the heat transport pipe 130 through which the heat transport pipe damage detection system 100 according to various embodiments of the present disclosure can detect whether or not there is damage may refer to a pipe through which heat is transferred using hot water.
  • the heat transport pipe 130 through which the heat transport pipe detection system 100 according to various embodiments of the present disclosure can detect damage may be a pipe for transporting various types of thermal fluids as well as hot water.
  • the TDR measuring line 110 may include two conductive wires spaced apart from each other and a covering member covering the same as shown in FIG. 3 .
  • the TDR measurement line 110 may have a shape in which two conductor wires 310a and 301b are formed at positions spaced apart from each other by a predetermined distance PL4 on the same plane, as shown in FIG.
  • the lines may be stacked at corresponding positions in the vertical direction at a predetermined distance.
  • the TDR measurement line 110 may include an inner conductor line 410a having a circular cross section and an annular outer conductor line 410b positioned outside.
  • An insulating layer 420 formed of an electrical insulator or non-conductor may be formed between the inner conductor line 410a and the outer conductor line 410b, and an outer cover formed of a non-conductive material outside the outer conductor line 410b.
  • a layer 430 may be formed.
  • the TDR measurement line 110 may include, for example, a distribution type (Line type) measurement line.
  • Probe-type point-type sensors only measure data from one installed point, so there is a spatial limitation.
  • distributed measurement lines are attached to or around a measurement object such as a heat transport pipe to detect changes in the signal of the entire measurement line and continuously The data can be measured, which allows accurate measurements of the points of damage in underground pipelines.
  • a TDR measurement line 110 may be included.
  • the TDR measuring wire 110 is a flexible cable type, it can be deformed into various shapes, so it may be easy to install it along a pipe of a heat transport pipe.
  • the TDR measuring wire 110 according to the present invention may include two conductor wires and a covering member covering the same. Since both the two conductor wires and the covering member have flexible properties, they may be manufactured in a roll shape. Accordingly, the TDR measurement line 110 according to the present invention is easy to transport to the site and has the advantage of being easy to be buried together over the installation section of the heat transport pipe.
  • the TDR measurement line 110 may be installed on the heat transport pipe 130 to detect damage.
  • the TDR measurement line 110 may be formed over the entire length of the heat transport tube 130 .
  • a plurality of manholes 140 may be formed at predetermined length intervals of the heat transport pipe 130 .
  • the TDR device 120 of the heat transport pipe damage detection system 100 may be installed in the manhole 140 .
  • the manhole 140 may include a movement path of the operator for maintenance of the TDR device 120 installed in the inner space.
  • the TDR device 120 includes a control unit 121 for processing an electrical signal, an electrical pulse generator 122 for generating an electrical pulse, and an electrical pulse It may include a signal detector 123 for detecting the reflected signal of the.
  • the TDR device 120 may be electrically connected to the TDR measurement line 110 using a coaxial cable 150 .
  • One of the two conductors of the TDR measuring line 110 is electrically connected to an inner conductor (not shown) constituting the coaxial cable 150
  • the other of the two conductors of the TDR measuring line 110 is a coaxial cable It may be electrically connected to an external conductor (not shown) constituting the 150 .
  • the TDR device 120 may be electrically connected to the TDR measurement line 110 via a coaxial cable 150 as shown in FIG. 1 , and an electrical connection interface of the TDR device 120 .
  • the TDR measurement line 110 may be directly connected to the .
  • the electrical connection method of the TDR measurement line 110 and the TDR device 120 is the method shown in FIG. 1 , but is not limited to the direct connection method, and any method may be used as long as an electrical connection is provided.
  • the electrical pulse generator 122 of the TDR device 120 may generate an electrical pulse in response to a pulse generation request received from the controller 121 .
  • the electric pulse generated by the electric pulse generator 122 is a pulse signal having a predetermined voltage
  • the TDR device 120 according to the present invention uses the electric pulse generator 122 to generate a pulse signal of a constant voltage at a predetermined time interval.
  • the predetermined voltage may be, for example, about 250 mV.
  • the predetermined time interval may be, for example, a value determined as a unit time for a roundtrip of a pulse signal along a TDR measurement line installed along a heat transport pipe to be detected as damage.
  • the round trip unit time of the pulse signal may be 1 ns (10 -9 sec).
  • a time of 1 ns may be required to measure the location of a defect with a resolution of 10 cm.
  • the voltage and time interval of the electric pulse may be set to various values.
  • the signal detector 123 of the TDR device 120 may detect a reflected signal in which an electric pulse signal applied through the TDR measurement line is reflected to the surrounding environment in which the TDR measurement line is installed.
  • the signal detector 123 according to the present invention can measure the voltage and time of the reflected signal of the electric pulse. Accordingly, the TDR device 120 determines how much the voltage and time change while the electric pulse reciprocates the TDR measurement line. can detect whether
  • the controller 121 of the TDR device 120 may be operatively connected to the electric pulse generator 122 and the signal detector 123 to control the respective operations.
  • the controller 121 may control the electric pulse generator 122 to periodically apply an electric pulse signal of a predetermined voltage to the TDR measurement line 110 .
  • the controller 121 may receive the voltage and time of the reflected signal from the signal detector 123 to generate two-dimensional electrical waveform information.
  • the measured value of the reflected signal of the applied electric pulse for example, the voltage (or resistance) of the reflected signal of the electric pulse may be detected as a value over time.
  • the control unit 121 of the TDR device 120 generates information about the voltage change of the electric pulse reflection signal over time based on the measurement value received from the signal detector 123 as two-dimensional electric waveform information.
  • the time of the electrical pulse signal may be converted to a length value of the TDR metrology line 110 . Using the electrical resistance of the TDR measurement line 110 and the moving speed (speed of light) of the electrical pulse, the time of the electrical pulse signal can be converted into the length of the TDR measurement line 110 .
  • the controller 121 may adjust the time period of the applied electric pulse signal.
  • the TDR device 120 divides the entire specific TDR measurement line 110 into predetermined unit sections to detect whether damage has been done for each section. It can be specified variably by adjusting the time period.
  • the TDR device 120 may measure the moisture content and temperature of the soil around the TDR measurement line 110 based on the reflected signal of the electric pulse measured by the signal detector 123 .
  • the voltage of the reflected signal of the electric pulse propagated through the TDR measurement line 110 may change.
  • the dielectric constant of the soil may have a correlation with the water content and temperature of the soil, and accordingly, the reflected signal of the electric pulse by the water content and temperature of the soil around which the TDR measurement line 110 is installed is changed, and using this relationship , it is possible to measure the moisture content and temperature of the soil around the TDR measurement line 110 .
  • the moisture content and temperature of the soil near the breakage point may increase.
  • the permittivity of water and soil have different values, there is a difference between the permittivity of a soil with a high water content and a soil with a low water content.
  • a change in the permittivity of the soil may also occur when the temperature of the soil increases.
  • the dielectric constant of water in the interstices between the soil particles changes, and thus the dielectric constant of the soil may change.
  • the dielectric constant can be changed by the change in the electrical resistance of the two-stranded metal wire of the TDR measurement line.
  • the electric pulse signal When an electric pulse signal of a predetermined voltage is applied to the TDR measurement line 110 , the electric pulse signal is propagated along the TDR measurement line 110 . Due to the propagation of the electric pulse signal, an electromagnetic field is generated around the TDR measurement line 110 . can be formed. Due to the difference in the dielectric constant of water and soil, the electric pulse changes at the point where the heat transport pipe 130 is damaged or leaked due to the difference in dielectric constant, and the voltage of this changed reflected signal is compared with the voltage of the reflected signal in the state of no damage. Then, it can be checked whether the heat transport pipe 130 is damaged.
  • the waveform of the reflected signal can be converted into two-dimensional waveform information over time, and the time of the pulse signal is the distance information of the TDR measurement line 110 .
  • the time of the pulse signal is the distance information of the TDR measurement line 110 .
  • the TDR device 120 may measure the temperature around the TDR measurement line 110 based on the reflected signal of the electric pulse measured by the signal detector 123 .
  • the two conductors of the TDR measurement line 110 may undergo thermal expansion to a certain extent.
  • the temperature of hot water flowing therein may be a high temperature of 90 degrees or more. If such high-temperature hot water leaks to the outside through the damaged part of the heat transport pipe, the temperature of the soil near the leaking part may increase.
  • heat may be applied to the TDR measurement line 110 . As shown in FIG.
  • the TDR measurement line 110 includes two conductor wires inside the covering member, and these conductor wires may be formed of a conductor having high electrical conductivity and thermal conductivity.
  • the conductor line When heat is applied to the conductor line of the TDR measurement line 110 , the conductor line is thermally expanded, and thus the electrical resistance of the conductor line may increase.
  • the electrical resistance of the conductor line of the TDR measurement line 110 increases, a change in the voltage of the reflected signal of the electrical pulse signal may occur. Accordingly, the temperature around the TDR measurement line 110 may have a correlation with the voltage change of the reflected signal of the electric pulse.
  • the temperature of the soil near the breakage point may increase.
  • the TDR device 120 converts the analog two-dimensional electric waveform of the reflected signal of the electric pulse measured through the TDR measurement line 110 to a digital electric pulse signal using an AD converter (analog-to-digital converter, not shown). can be converted to The TDR device 120 according to the present invention may calculate the distance reference temperature and water content of the TDR measurement line by performing a predetermined operation based on the converted digital electric pulse signal.
  • the electric pulse signal converted into a digital value in the AD converter may be calculated as temperature and water content according to distance through mathematical operations including, for example, a moving average method, a discrete Fourier transform, a Laplace transform, and a partial differential equation.
  • the time information of the electric pulse reflection signal waveform sensed by the TDR device 120 according to the present invention may be converted into distance information through such a mathematical operation.
  • the heat transport pipe damage detection system 100 may additionally include a sensor node (not shown) and a base station (not shown) at each predetermined point of the manhole 140 .
  • the sensor node may be communicatively connected to the TDR device 120 , and may perform a function of receiving measurement data from the TDR device 120 and transmitting the received data to the base station.
  • the base station may function as a gateway of the underground wireless sensor network, and may communicate with a server of the underground wireless sensor network.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a state in which a TDR measuring line for detecting damage to a heat transport pipe according to various embodiments of the present invention is installed.
  • FIG. 2A shows a state in which a TDR measuring line is installed in an example of the heat transport pipe damage detection system 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • a TDR measuring line 210a for detecting heat transport pipe damage. , 210b) may be located above each of the plurality of heat transport pipes 220a and 220b.
  • the heat transport pipes 220a and 220b are pipes through which a high-temperature fluid (eg, hot water) flows therein, and may be double insulating pipes covered with a covering material such as high-density polyethylene.
  • the TDR measurement lines 210a and 210b of the heat transport pipe damage detection system may be formed to have the same length as the heat transport pipes 220a and 220b for which damage is to be detected. Accordingly, it is possible to detect whether the TDR measurement line is damaged over the entire length of the heat transport pipes 220a and 220b installed over a predetermined section.
  • the TDR measurement lines 210a and 210b may be attached to the heat transport tubes 220a and 220b using an adhesive. When the TDR measurement lines 210a and 210b are attached to the heat transport pipes 220a and 220b and then buried, good quality sand can be installed.
  • Additional TDR measurement lines 212a and 212b may be installed at positions spaced apart by a predetermined distance L from the positions where the TDR measurement lines 210a and 210b are installed.
  • the additional TDR measurement lines 212a and 212b may be installed at positions spaced apart from each other so as not to be affected by leakage of the high-temperature fluid therein due to damage to the heat transport pipes 220a and 220b.
  • Additional TDR metrology lines 212a , 212b may be electrically coupled to TDR device 120 .
  • the TDR device 120 applies an electric pulse of a predetermined voltage to the additional TDR measurement lines 212a and 212b, and then based on the waveform (voltage) of the reflected signal reflected in the place where the heat transport pipes 220a and 220b are installed. It is possible to measure the reference value of the soil.
  • the TDR device 120 includes a waveform of a reflected signal of an electric pulse sensed through the TDR measurement lines 210a and 210b installed in the heat transport pipes 220a and 220b and electricity sensed through the additional TDR measurement lines 212a and 212. By comparing the waveform of the reflected signal of the pulse, it is possible to calculate the water content and the temperature value in the vicinity of the damage of the heat transport tubes 220a and 220b.
  • the additional TDR measurement lines 212a and 212b do not need to be installed with a length corresponding to the length of the heat transport pipes 220a and 220b, but may be installed with a relatively short length.
  • FIG. 2b shows a state in which a TDR measurement line is installed in another example of the heat transport pipe damage detection system 100 according to various embodiments of the present invention.
  • a TDR measurement line instead of being attached and installed on top of the pipelines 220a and 220b using an adhesive, they may be installed at positions spaced apart from each other by a predetermined distance (H).
  • two or more TDR measurement lines 210a and 210b may be installed in each of the heat transport pipes 220a and 220b to detect damage, and the number of installed TDR measurement lines 210a and 201b is not particularly limited thereto.
  • additional TDR measurement lines 212a and 212b for obtaining a reference value are not installed in FIG. 2b
  • the heat transport pipe damage detection system 100 according to various embodiments of the present invention is not limited thereto, and FIG. 2b and In another example, additional TDR measurement lines 212a and 212b for obtaining a reference value may be installed.
  • the actual heat transport pipes 220a and 220b are buried under the same conditions as the environment (temperature, moisture content) soil.
  • a value measured in advance can also be used as a reference value.
  • the TDR measurement line is installed in the soil, and then an electric pulse is applied to obtain a reference value.
  • the reference value obtained in advance in this way may be stored in the TDR device 120 or may be stored in another device that can be communicatively connected to the TDR device 120 .
  • FIG. 2c shows a state in which a TDR measurement line is installed in another example of the heat transport pipe damage detection system 100 according to various embodiments of the present invention.
  • the heat transport pipe A TDR measurement line may be installed at a position spaced apart by a predetermined distance H2 from the lower portion of 220a and 220b.
  • One TDR measurement line installed under the heat transport pipes 220a and 220b may be installed in each of the heat transport pipes 220a and 220b, or a plurality of TDR measurement lines may be installed in each of the heat transport pipes 220a and 220b.
  • FIG. 1 shows a state in which a TDR measurement line is installed in another example of the heat transport pipe damage detection system 100 according to various embodiments of the present invention.
  • the heat transport pipe A TDR measurement line may be installed at a position spaced apart by a predetermined distance H2 from the lower portion of 220a and 220b.
  • One TDR measurement line installed under the heat transport pipes 220a and 220b may be installed
  • additional TDR measurement lines 212a and 212b for obtaining a reference value are not installed, but the heat transport pipe damage detection system 100 according to various embodiments of the present disclosure is not limited thereto, and FIG. 2c and In another example of the same, additional TDR measurement lines 212a and 212b for obtaining a reference value may be installed.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a TDR measuring line according to various embodiments of the present invention.
  • the cross-sectional shape of the TDR measuring line 300 may be a rectangle or a similar rectangular shape in which a short side is curved from a rectangle.
  • the TDR measuring line 300 may include two conductor lines 310a and 310b spaced apart, and the cross-sectional shape of the conductor lines 310a and 310b may also be a rectangle or a similar rectangular form in which a short side is curved from a rectangle.
  • the conductor may be formed into a plate shape and used.
  • the TDR measurement line 400 may have a coaxial cable form as shown in FIG. 4 , and in this case, an inner circular conductor line 410a and an external annular conductor line 410b) may include.
  • the two conductor lines 310a and 310b are located on the same plane and may be formed at positions parallel to each other. Unlike FIG. 3 , the two conductor lines 310a and 310b may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined interval at positions corresponding to each other in the vertical direction.
  • the lengths of the transverse sides PL2 and L2 of the conductor lines 310a and 310b may be longer than the lengths of the longitudinal sides PL1 and L1, respectively. and the lengths of the sides L1 and L2 of the conductor lines 310a and 310b may be equal to each other.
  • the first conductor line 310a Based on an imaginary line M passing vertically through the center of the horizontal side PL2 of the TDR measurement line 300 , the first conductor line 310a includes each side PL1 and PL2 of the TDR measurement line 300 and It may be provided on one side of the interior so as to be spaced parallel to the virtual line (M).
  • the second conductor line 310b may be provided on one side of the interior to be symmetrical with respect to the first conductor line 310a and the virtual line M.
  • the material of the conductor wires 310a and 310b is a conductor through which an electric signal is transmitted, and may include stainless steel, copper, steel, or the like, but is not limited thereto.
  • a material of the insulating covering member 320 a material having a dielectric constant smaller than that of soil may be used, and may include plastic. More preferably, it may be a PVC (poly vinyl chloride) material, but it should be noted that the present invention is not limited thereto.
  • a heat transport pipe damage detection system includes a time domain reflectometry (TDR) measurement line and a TDR device electrically connected to the TDR measurement line, wherein the TDR measurement line detects damage It is formed in the form of a band having the same length as the length of the heat transport pipe, and is installed at a position corresponding to the heat transport pipe in the entire length of the heat transport pipe.
  • TDR time domain reflectometry
  • an electric pulse generator generating an electric pulse signal
  • a signal detector detecting a reflected signal of the electric pulse signal
  • a controller operatively connected to the electric pulse generator and the signal detector, wherein the controller receives the reflected signal of the electric pulse signal detected by the signal detector
  • the heat transport pipe damage detection system compares the reference value information of the soil in which the heat transport pipe is installed and the reflected signal of the electric pulse signal detected by the signal detector to determine whether the heat transport pipe is damaged and the location of the damage. have.
  • the heat transport pipe damage detection system further includes an additional TDR measurement line installed at a location spaced apart from the TDR measurement line by a predetermined distance or more, wherein the additional TDR measurement line is electrically connected to the TDR device,
  • the signal detector detects the reflected signal of the electric pulse signal generated from the electric pulse generator and applied to the additional TDR measurement line, and the control unit detects the reference value information of the soil based on the reflected signal of the electric pulse signal applied to the additional TDR measurement line.
  • the heat transport pipe damage detection system may further include a memory, and soil reference value information may be stored in advance in the memory.
  • the heat transport pipe damage detection system may adjust the generation period of the electric pulse signal generated from the electric pulse generator and the voltage of the electric pulse.
  • Heat transport pipe damage detection system based on the reflected signal of the electric pulse signal, the longitudinal position of the TDR measurement line, the moisture content of the soil at a position corresponding to the longitudinal position of the TDR measurement line in the vicinity of the heat transport pipe and temperature information.
  • the heat transport pipe damage detection system converts time information during which an electric pulse signal propagates through the TDR measurement line into a longitudinal position of the TDR measurement line, and converts the voltage value of the reflected signal of the electric pulse signal to the TDR It is possible to perform an operation to convert the moisture content or temperature information of the soil around the measurement line.
  • the TDR measurement line may be attached to the upper part of the heat transport pipe using an adhesive, or may be installed at a location spaced apart from the upper part of the heat transport pipe by a predetermined distance.

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선 및 상기 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하며, TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 열수송관의 길이 전체 구간에서 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고, TDR 디바이스는, TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기 및 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는, 신호 감지기로부터 수신하는 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 상기 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.

Description

TDR 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법
본 발명은 TDR 계측선을 이용한 열수송관 손상 감지 시스템 및 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 열수송관 근처에 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선을 설치하고 이를 통해서 열수송관의 손상을 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
TDR(Time Domain Reflectometry)은 케이블의 불연속위치를 파악하는 센싱 장치로 사용되고 있는데, 통신 및 전기 공학 분야에서 신호를 전송하는 통신 및 전력 케이블의 불연속 위치를 파악하는 용도로 사용되고 있다.
한편, TDR 기술은 응용분야가 확대되어 토양의 함수비를 측정하는 장치로 개발되었다.
열수송관의 손상을 파악하기 위해 현재 사용되고 있는 방식으로는, 작업자가 지상에서 지표투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)나 열화상카메라 등과 같은 고가의 장비를 이용해 일일이 열수송관을 점검하는 방식이 있다. 이러한 방식은 점검 시간이 길어지고 소용되는 비용이 많을 뿐 아니라, 지표면에서 측정하기 때문에 지표면으로부터 특정 거리, 예를 들어 1m 아래에 매설된 열수송관의 손상 여부를 감지하기 어렵다.
GPR이나 열화상카메라를 통해 열이 발생하는 지점을 확인할 수 있는 해상도는 높지 않기 때문에, 정확히 열수송관의 어디에서 손상이 발생하는지를 확인하기 어려운 문제점도 있다. 손상 탐지의 측정 정확도를 높이면서, 점검을 빠르고 효율적으로 할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR계측선을 이용한 열수송관의 손상 감지 시스템은, 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR)의 계측선 및 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하는 것으로, TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고, TDR 디바이스는, TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기 및 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는, 신호 감지기에서 감지한 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열수송관 관로를 따라 함께 매설된 TDR계측선에 인가되는 전기 펄스의 반사 신호값을 이용하여 TDR 계측선이 매설된 흙의 온도 및/또는 함수비를 TDR 계측선이 설치된 구간 내에서 정확하게 감지할 수 있다. 이에 따라 열수송관의 손상 위치를 정확하게 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열수송관 관로를 따라 TDR 계측선을 설치하는 간단한 공정으로 열수송관의 손상 감지를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템의 구성도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지를 위한 TDR계측선이 설치된 모습을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR계측선의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR계측선의 횡단면도이다.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템 및 이를 이용해 열수송관의 손상을 감지하는 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)은 열수송관(130)의 길이 방향으로, 열수송관(130)의 길이에 실질적으로 대응되는 길이로 제공되는 복수의 TDR계측선(110), 및 TDR 계측선(110)에 전기적으로 연결되며 TDR 계측선(110)에 전기 펄스를 인가하고 인가한 전기 펄스의 반사 신호를 감지하여 열수송관(130)의 손상을 탐지하는 복수의 TDR디바이스(120)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)이 손상 여부를 감지할 수 있는 열수송관(130)은, 예를 들어, 온수를 이용해 열을 전달하는 관로를 의미할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 탐지 시스템(100)이 손상을 감지할 수 있는 열 수송관(130)은 온수뿐 아니라 여러 다양한 종류의 열 유체를 이송하는 관로가 될 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)에서, TDR계측선(110)은 도 3에 도시되는 바와 같이 2 가닥의 서로 이격된 도체선과 이를 피복하는 피복부재를 포함할 수 있다. TDR 계측선(110)은, 도 3에 도시되는 바와 같이 2가닥의 도체선(310a, 301b)이 동일 평면 상에서 일정 거리(PL4) 이격된 위치에 형성되는 형태가 될 수도 있고, 2가닥의 도체선이 일정 거리를 두고 수직 방향에서 대응되는 위치에 적층되는 형태가 될 수도 있다.
TDR 계측선(110)은 도 4에 도시되는 바와 같이, 원형 단면을 가지는 내부 도체선(410a)과 외부에 위치하는 환형의 외부 도체선(410b)를 포함할 수 있다. 내부 도체선(410a)과 외부 도체선(410b)의 사이에는 전기적 절연체 또는 부도체로 형성되는 절연층(420)이 형성될 수 있고, 외부 도체선(410b) 외곽에는 비도전성 물질로 형성되는 외부 커버층(430)이 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)에 있어서, TDR계측선(110)은 예를 들면 분포형 타입(Line 타입) 계측선을 포함할 수 있다.
프로브 타입의 지점형 센서는 설치된 한 지점에서의 데이터만 측정하므로 공간적 한계가 있지만, 분포형 계측선은 열수송관과 같은 측정 대상에 부착 또는 주변에 설치되어 계측선 전체의 신호 변화를 감지하여 연속적인 데이터를 측정할 수 있고, 이를 통해 지하 관로의 손상 지점을 정확히 측정할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시되는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)에 있어서, TDR 계측선(110)이 포함될 수 있다.
TDR 계측선(110)은 플렉서블한 케이블 타입이기 때문에 다양한 형태로 변형이 가능하여 열수송관의 관로를 따라 설치하는 것이 용이할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)은 2가닥의 도체선과 이를 피복하는 피복부재를 포함할 수 있는데, 2가닥의 도체선 및 피복부재 모두 플렉서블한 성질을 가지고 있어 롤 형태로 제작될 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)은 현장으로 운반하기 용이하며 열수송관의 설치 구간에 걸쳐 함께 매설하기에 용이한 장점이 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, TDR 계측선(110)은 손상을 탐지하고자 하는 열수송관(130) 위에 설치될 수 있다. TDR 계측선(110)은 열수송관(130)의 길이 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.
열수송관(130)의 소정 길이 간격으로 복수의 맨홀(140)이 형성될 수 있다. 맨홀(140)에는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 TDR 디바이스(120)가 설치될 수 있다. 맨홀(140)은 내부 공간에 설치되는 TDR 디바이스(120)의 정비를 위한 작업자의 이동 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 장치(100)에 있어서, TDR디바이스(120)는 전기적 신호 처리를 수행하는 제어부(121), 전기 펄스를 생성하는 전기 펄스 생성기(122) 및 전기 펄스의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기(123)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, TDR 디바이스(120)는 동축 케이블(150)을 이용하여 TDR 계측선(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. TDR 계측선(110)의 2가닥 도체 중 하나는 동축 케이블(150)을 구성하는 내부 도전체(미도시)와 전기적으로 연결되고, TDR 계측선(110)의 2가닥 도체 중 다른 하나는 동축 케이블(150)을 구성하는 외부 도전체(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR 디바이스(120)는 도 1에 도시되는 바와 같이 동축 케이블(150)을 거쳐 TDR 계측선(110)과 전기적으로 연결될 수도 있고, TDR 디바이스(120)의 전기적 연결 인터페이스에 TDR 계측선(110)이 직접 연결될 수도 있다. TDR 계측선(110)과 TDR 디바이스(120)의 전기적 연결 방식은 도 1에 도시되는 방식이나, 직접 연결 방식에 한정되는 것은 아니며, 전기적 연결을 제공하는 방식이라면 어떤 방식이든 사용 가능하다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)의 전기 펄스 생성기(122)는 제어부(121)로부터 수신하는 펄스 생성 요청에 대응하여 전기 펄스를 생성할 수 있다. 전기 펄스 생성기(122)에서 생성되는 전기 펄스는 소정의 전압을 가지는 펄스 신호로, 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 소정 시간 간격으로 일정한 전압의 펄스 신호가 생성되도록 전기 펄스 생성기(122)를 제어할 수 있다. 소정의 전압은, 예를 들어 250mV 정도가 될 수 있다. 소정 시간 간격은, 예를 들면, 손상 감지 대상이 되는 열 수송관을 따라 설치된 TDR 계측선을 따라 펄스 신호가 왕복하는 시간(roundtrip)을 단위 시간으로 정한 값일 수 있다. 일 예로 펄스 신호의 왕복 단위 시간은 1ns (10-9sec)가 될 수 있다. 일 예로 광속의 67%인 동축 케이블을 측정하고자 할 때, 결함의 위치를 10㎝의 해상도로 측정하려면 1 ns　의 시간이 필요할 수 있다. 전기 펄스의 전압 및 시간 간격은 다양한 값으로 정해질 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)의 신호 감지기(123)는 TDR 계측선을 통해 인가된 전기 펄스 신호가 TDR 계측선이 설치된 주위 환경에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 감지할 수 있다. 본 발명에 따른 신호 감지기(123)는 전기 펄스의 반사 신호의 전압과 시간을 계측할 수 있는데, 이에 따라 TDR 디바이스(120)는 전기 펄스가 TDR 계측선을 왕복하는 과정에서 전압과 시간이 얼마나 변화 되었는지 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)의 제어부(121)는, 전기 펄스 생성기(122) 및 신호 감지기(123)와 동작적으로 연결되어 각각의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(121)는 전기 펄스 생성기(122)를 제어하여 소정 전압의 전기 펄스 신호를 주기적으로 TDR 계측선(110)에 인가하도록 할 수 있다.
제어부(121)는 신호 감지기(123)로부터 반사 신호의 전압과 시간을 수신하여 2차원 전기 파형 정보를 생성할 수 있다. 인가된 전기 펄스의 반사 신호의 측정값은, 예를 들어 전기 펄스의 반사 신호의 전압(또는 저항)은 시간의 경과에 따른 값으로 감지될 수 있다. 이에 따라 TDR 디바이스(120)의 제어부(121)는 신호 감지기(123)로부터 수신하는 측정값을 기초로 시간의 경과에 따른 전기 펄스 반사 신호의 전압 변화에 대한 정보를 2차원 전기 파형 정보로 생성할 수 있다. 전기 펄스 신호의 시간은 TDR 계측선(110)의 길이 값으로 변환될 수 있다. TDR 계측선(110)의 전기 저항과 전기 펄스의 이동 속도(광속)를 이용하면 전기 펄스 신호의 시간은 TDR 계측선(110)의 길이로 변환될 수 있다.
제어부(121)는 인가하는 전기 펄스 신호의 시간 주기를 조정할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 특정 TDR 계측선(110) 전체를 소정의 단위 구간으로 나누어 구간별로 손상 여부를 감지할 수 있는데, 소정의 단위 구간은 TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호의 시간 주기를 조절하여 가변적으로 지정할 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 신호 감지기(123)가 계측한 전기 펄스의 반사 신호를 기반으로 TDR 계측선(110) 주변 토양의 함수비와 온도를 계측할 수 있다.
예를 들어, TDR 계측선(110)이 설치되는 주위 토양의 유전율이 변하게 되면, TDR 계측선(110)을 통해 전파되는 전기 펄스의 반사 신호의 전압에 변화가 발생할 수 있다. 토양의 유전율은 토양의 함수비와 온도에 상관 관계를 가질 수 있고, 이에 따라 TDR 계측선(110)이 설치되는 주위 토양의 함수비와 온도에 의한 전기펄스의 반사 신호가 변화가 되며 이 관계를 이용하여, TDR 계측선(110) 주위 토양의 함수비와 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 열수송관(130)의 특정 위치에 파손이 발생하여 열유체(온수)가 누수되는 경우, 파손이 발생한 지점 부근의 토양의 함수비와 온도가 증가될 수 있다.
물과 토양의 유전율은 서로 다른 값을 가지고 있으므로, 함수비가 높은 토양과 함수비가 낮은 토양의 유전율 사이에는 차이가 존재하게 된다. 다시 말해, 함수비가 높아진 토양에서 반사된 전기 펄스의 반사 신호의 파형(예를 들어 전압값)과 함수비가 낮은 토양에서 반사된 전기 펄스의 반사 신호의 파형 간에는 차이가 존재하게 된다.
함수비의 증가에 따라 토양의 유전율에 변화가 발생하는 것과 마찬가지로 토양의 온도가 증가하는 경우에도 토양의 유전율에는 변화가 발생할 수 있다. 토양의 온도가 증가하면, 흙 입자 사이의 간극 속에 있는 물의 유전상수가 변화되며, 이에 따라 토양의 유전율은 변화할 수 있다. 또한 TDR 계측선의 두 가닥 금속선의 전기저항 변화에 의해서도 유전율은 변화할 수 있다.
TDR 계측선(110)에 소정 전압의 전기 펄스 신호가 인가되면, TDR 계측선(110)을 따라 전기 펄스 신호는 전파되는데, 이러한 전기 펄스 신호의 전파로 인해 TDR 계측선(110) 주위에는 전자기장이 형성될 수 있다. 물과 흙의 유전 상수 차이로 인해 열수송관(130)이 파손, 손상되어 누수가 발생한 지점에서 전기 펄스가 변화하게 되고, 이 변화된 반사 신호의 전압을 파손이 없는 상태에서의 반사 신호의 전압과 비교하면 열수송관(130)의 손상 여부를 확인할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 소정의 주기로 전기 펄스를 인가함에 따라 반사 신호의 파형은 시간의 경과에 따른 2차원 파형 정보로 변환될 수 있고, 펄스 신호의 시간을 TDR 계측선(110)의 거리 정보로 변환하면, 열수송관(130)의 파손 위치를 정확하게 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 신호 감지기(123)가 계측한 전기 펄스의 반사 신호를 기반으로 TDR 계측선(110) 주변의 온도를 계측할 수 있다.
TDR 계측선(110)의 주변에 열원이 위치하는 경우 TDR 계측선(110)의 2가닥의 도체는 일정 정도 열팽창을 할 수 있다. 예를 들어, 지역 난방 등에 사용되는 열수송관의 경우 내부에 흐르는 온수의 온도는 90도 이상의 고온일 수 있다. 이러한 고온의 온수가 열수송관의 파손 부위를 통해 외부로 누출되는 경우 누출부위 근처 토양의 온도는 증가할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)이 이와 같은 온수 누출 부위 근처에 위치할 경우, TDR 계측선(110)에 열이 가해질 수 있다. 도 3에 도시되는 바와 같이 본 발명에 따른 TDR 계측선(110)은 피복부재 내부에 2가닥의 도체선을 포함하는데, 이러한 도체선은 통상 전기 전도성과 열전도성이 높은 도체로 형성될 수 있다. TDR 계측선(110)의 도체선에 열이 가해지면, 도체선은 열팽창을 하게 되고, 이에 따라 도체선의 전기 저항이 증가할 수 있다. TDR 계측선(110)의 도체선의 전기 저항이 증가하게 되면, 전기 펄스 신호의 반사 신호의 전압에 변화가 발생할 수 있다. 이에 따라 TDR 계측선(110) 주변의 온도는 전기 펄스의 반사 신호의 전압 변화와 연관 관계를 가질 수 있다.
예를 들어, 열수송관(130)의 특정 위치에 파손이 발생하여 열유체(온수)가 누수되는 경우, 파손이 발생한 지점 부근의 토양의 온도는 증가할 수 있다. 파손 부위를 통해 노출되는 고온의 온수로 인해 전기 저항이 높아진 TDR 계측선을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형(예를 들어 전압)과 파손되지 않은 정상적인 열수송관 주변에 위치하는 TDR 계측선을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형 간에는 차이가 존재하게 된다.
본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 TDR 계측선(110)을 통해 계측한 전기 펄스의 반사 신호의 아날로그 2차원 전기 파형을 AD 변환기(아날로그-디지털 변환기, 미도시)를 이용하여 디지털 전기 펄스 신호로 변환할 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)는 변환된 디지털 전기 펄스 신호를 기반으로 소정의 연산을 수행하여 TDR 계측선의 거리 기준 온도 및 함수비를 계산할 수 있다. AD 변환기에서 디지털값으로 변환된 전기 펄스 신호는, 예를 들어, 이동평균법, 이산 푸리에 변환, 라플라스 변환, 및 편미분 방정식 등을 포함하는 수학적 연산을 통해 거리에 따른 온도 및 함수비로 연산될 수 있다. 본 발명에 따른 TDR 디바이스(120)가 감지하는 전기 펄스 반사 신호 파형의 시간 정보는 이와 같은 수학적 연산을 통해 거리 정보로 변환될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)은 맨홀(140)의 일정 지점마다 센서 노드(Sensor Node, 미도시)와 베이스 스테이션(Base Station, 미도시)을 추가적으로 포함할 수 있다. 센서 노드(Sensor node)는 TDR 디바이스(120)와 통신 연결될 수 있으며, TDR 디바이스(120)로부터 계측 데이터를 수신하고 수신한 데이터를 베이스 스테이션으로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 베이스 스테이션(Base Station)은 지중 무선 센서 네트워크의 게이트웨이(Gateway)로 기능할 수 있으며, 지중 무선 센서 네트워크의 서버와 통신 연결될 수 있다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지를 위한 TDR계측선이 설치된 모습을 도시하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 일 예에서 TDR 계측선이 설치된 모습을 도시하는데, 도 2a를 참조하면, 열수송관 손상 탐지를 위한 TDR 계측선(210a, 210b)는 복수의 열수송관(220a, 220b) 각각의 상부에 위치할 수 있다.
열수송관(220a, 220b)는 내부에 고온의 유체(예를 들어 온수)가 흐르는 배관이며, 고밀도 폴리에틸렌 등과 같은 피복재로 피복된 이중 보온관일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템의 TDR 계측선(210a, 210b)은 손상을 탐지하고자 하는 열수송관(220a, 220b)의 길이와 동일한 길이로 형성될 수 있다. 이에 따라 소정 구간에 걸쳐 설치되는 열수송관(220a, 220b)의 길이 방향 전구간에 걸쳐 TDR 계측선이 손상 여부를 감지할 수 있다. TDR 계측선(210a, 210b)는 접착제를 이용하여 열수송관(220a, 220b)에 부착될 수 있다. 열수송관(220a, 220b)에 TDR 계측선(210a, 210b)을 부착한 후 매설을 하는 경우 양질의 모래를 포설할 수 있다.
TDR 계측선(210a, 210b)이 설치된 위치로부터 소정 거리(L) 이격된 위치에는 추가 TDR 계측선(212a, 212b)가 설치될 수 있다.
추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 열수송관(220a, 220b)에 손상이 발생하여 내부의 고온 유체가 누설되는 것에 영향을 받지 않을 정도로 이격된 위치에 설치될 수 있다. 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 TDR 디바이스(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. TDR 디바이스(120)는 추가 TDR 계측선(212a, 212b)에 소정 전압의 전기 펄스를 인가한 후 반사되어 오는 반사 신호의 파형(전압)을 기초로 열수송관(220a, 220b)이 설치된 장소에 있어서 토양의 기준값을 계측할 수 있다.
TDR 디바이스(120)는 열수송관(220a, 220b)에 설치된 TDR 계측선(210a, 210b)을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형과 추가 TDR 계측선(212a, 212ㅠ)을 통해 감지되는 전기 펄스의 반사 신호의 파형을 비교하여 열수송관(220a, 220b)의 손상 부근의 함수비 및 온도 값을 계산할 수 있다.
추가 TDR 계측선(212a, 212b)을 통해 감지한 토양의 기준값은 실시간으로 획득할 필요는 없고, 수차례 획득한 데이터를 평균한 값을 구한 후 이를 저장하여 사용할 수도 있고, 최초 획득한 데이터값을 저장하여 사용할 수도 있다. 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 열수송관(220a, 220b)의 길이에 대응되는 길이로 설치될 필요는 없으며, 상대적으로 짧은 길이로 설치될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 다른 일 예에서 TDR 계측선이 설치된 모습을 도시하는데, 도 2b를 참조하면, TDR 계측선(210a, 210b)은 열수송관(220a, 220b) 상부에 접착제를 이용해 부착 설치되는 것이 아니라, 소정 거리(H) 이격된 위치에 설치될 수 있다. 도 2b에 도시되는 바와 같이, TDR 계측선(210a, 210b)은 손상을 감지하고자 하는 열수송관(220a, 220b) 각각에 둘 이상 설치될 수 있으며, 설치되는 TDR 계측선(210a, 201b)의 수는 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2b에서는 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)이 설치되지 않은 것으로 도시하나, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2b와 같은 다른 일 예에서도 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 설치될 수도 있다.
도 2b에 도시되는 바와 같이, 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)을 설치하지 않는 경우에는, 실제 열수송관(220a, 220b)이 매설될 환경(온도, 함수비)과 같은 조건의 토양에서 미리 측정한 값을 기준값으로 사용할 수도 있다. 실험실 환경에서 실제 열수송관(220a, 220b)이 매설될 환경과 동일한 조건을 조성한 후 TDR 계측선을 해당 토양에 설치한 후 전기 펄스를 인가하여 기준값을 획득할 수 있다. 이와 같이 미리 획득한 기준값은 TDR 디바이스(120)에 저장될 수도 있고, TDR 디바이스(120)와 통신 연결될 수 있는 다른 장치에 저장될 수도 있다.
도 2c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)의 또 다른 일 예에서 TDR 계측선이 설치된 모습을 도시하는데, 도 2c를 참조하면, 도 2a 및 2b와 달리 열수송관(220a, 220b)의 하부에 소정 거리(H2) 이격된 위치에도 TDR 계측선이 설치될 수 있다. 열수송관(220a, 220b) 하부에 설치되는 TDR 계측선은 열수송관(220a, 220b) 각각에 하나씩 설치될 수도 있고 복수개 설치될 수도 있다. 도 2c에서는 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)이 설치되지 않은 것으로 도시하나, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 탐지 시스템(100)이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2c와 같은 또 다른 일 예에서도 기준값 획득을 위한 추가 TDR 계측선(212a, 212b)은 설치될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 TDR계측선의 횡단면도이다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면 TDR계측선(300)의 횡단면 형상은 직사각형이거나 직사각형에서 단변이 곡선인 유사 직사각형 형태일 수 있다. TDR계측선(300)은 이격된 두 개의 도체선(310a, 310b)을 포함할 수 있으며, 도체선(310a, 310b)의 횡단면 형상 또한 직사각형이거나 직사각형에서 단변이 곡선인 유사 직사각형 형태일 수 있다. 일례로, 도체를 판상으로 형성해서 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, TDR 계측선(400)은 도 4에 도시되는 바와 같이 동축 케이블 형태를 가질 수 있으며, 이 경우 내부의 원형 도체선(410a)과 외부의 환형 도체선(410b)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시되는 TDR 계측선(300)에 있어서, 두 개의 도체선(310a, 310b)은 동일 평면 상에 위치하며 서로 평행한 위치에 형성될 수 있다. 도 3에 도시되는 바와 달리, 두 개의 도체선(310a, 310b)은 수직 방향에서 서로 대응되는 위치에 일정 간격을 두고 이격되어 형성될 수도 있다.
2가닥의 도체선(310a, 310b)의 횡단면 형상이 직사각형인 경우, 도체선(310a, 310b)의 가로변(PL2, L2)의 길이는 세로변(PL1, L1)의 길이보다 각각 길게 형성될 수 있으며, 도체선(310a, 310b)의 각 변(L1, L2)의 길이는 서로 같도록 형성될 수 있다. TDR계측선(300)의 가로변(PL2)의 중심을 수직으로 지나는 가상의 선(M)을 기준으로, 제1 도체선(310a)은 TDR계측선(300)의 각 변(PL1, PL2) 및 상기 가상의 선(M)과 평행하게 이격되도록 내부의 일측에 제공될 수 있다. 제2 도체선(310b)은 제1 도체선(310a)과 가상의 선(M)을 기준으로 대칭이 되도록 내부의 일측에 제공될 수 있다.
도체선(310a, 310b)의 재질은 전기신호가 전송되는 도체이며, 스테인레스강을 포함할 수 있으며, 구리, 강 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 절연 피복부재(320)의 재질로는 흙보다 유전상수가 작은 것을 사용할 수 있으며, 플라스틱을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 PVC(poly vinyl chloride) 재질일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아님에 유의해야 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 시간 반사 영역법 (Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선 및 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하며, TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고, TDR 디바이스는, TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하는 신호 감지기 및 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며, 제어부는, 신호 감지기에서 감지한 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 열수송관이 설치되는 토양의 기준값 정보와 신호 감지기에서 감지한 전기 펄스 신호의 반사 신호를 비교하여 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, TDR 계측선과 미리 정해진 거리 이상 이격된 위치에 설치되는 추가 TDR 계측선을 더 포함하며, 추가 TDR 계측선은 TDR 디바이스와 전기적으로 연결되며, 신호 감지기는 상기 전기 펄스 생성기로부터 생성되어 추가 TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호의 반사 신호를 감지하고, 제어부는 추가 TDR 계측선에 인가되는 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 토양의 기준값 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 메모리를 더 포함하며, 토양의 기준값 정보는 메모리에 미리 저장될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 전기 펄스 생성기로부터 생성되는 전기 펄스 신호의 발생 주기 및 상기 전기 펄스의 전압을 조정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 전기 펄스 신호의 반사 신호를 기초로 TDR 계측선의 길이 방향 위치, 열수송관 주변 중 TDR 계측선의 길이 방향 위치에 대응되는 위치에서의 토양의 함수비 및 온도 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, 전기 펄스 신호가 TDR 계측선을 통해 전파되는 시간 정보를 TDR 계측선의 길이 방향 위치로 변환하고, 전기 펄스 신호의 반사 신호의 전압값을 TDR 계측선 주변 토양의 함수비 또는 온도 정보로 변환하는 연산을 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 열수송관 손상 감지 시스템은, TDR 계측선은 열수송관의 상부에 접착제를 이용해 부착될 수도 있고, 열수송관의 상부로부터 일정 거리 이격된 위치에 설치될 수도 있다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 열수송관 손상 감지 시스템에 있어서,
    제1 시간 반사 영역법(Time Domain Reflectometry, TDR) 계측선(이하 제1 TDR 계측선);
    제2 TDR 계측선; 및
    상기 제1 TDR 계측선 및 제2 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하며,
    상기 제1 TDR 계측선은, 손상 여부 감지의 대상이 되는 열수송관의 길이와 동일한 길이의 띠 형태로 형성되며, 상기 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고,
    상기 제2 TDR 계측선은, 상기 열수송관 및 상기 제1 TDR 계측선과 미리 정해진 거리 이격된 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되고,
    상기 TDR 디바이스는,
    상기 제1 TDR 계측선에 인가되는 제1 전기 펄스 신호 및 상기 제2 TDR 계측선에 인가되는 제2 전기 펄스 신호를 생성하는 전기 펄스 생성기;
    상기 제1 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제1 반사 신호 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제2 반사 신호를 감지하는 신호 감지기; 및
    상기 전기 펄스 생성기 및 신호 감지기와 동작적으로 연결되는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제2 반사 신호를 기초로 토양의 기준값 정보를 획득하고,
    상기 토양의 기준값 정보와 상기 제1 반사 신호를 비교하여 상기 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 TDR 디바이스는 메모리를 더 포함하며,
    상기 토양의 기준값 정보는 상기 메모리에 미리 저장되는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전기 펄스 생성기로부터 생성되는 제1 전기 펄스 신호 및 제2 전기 펄스 신호의 발생 주기 및 상기 전기 펄스의 전압을 조정하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 기초로 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선의 길이 방향 위치, 상기 열수송관 주변 중 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선의 길이 방향 위치에 대응되는 위치에서의 토양의 함수비 및 온도 정보를 획득하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 전기 펄스 신호 및 제2 전기 펄스 신호가 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선을 통해 전파되는 시간 정보를 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선의 길이 방향 위치로 변환하고, 상기 전기 펄스 신호의 반사 신호의 전압값을 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선 주변 토양의 함수비 또는 온도 정보로 변환하는 연산을 수행하는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 TDR 계측선은 상기 열수송관의 상부에 접착제를 이용해 부착되는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 TDR 계측선은 상기 열수송관의 상부로부터 일정 거리 이격된 위치에 설치되고, 상기 제2 TDR 계측선은 상기 제1 TDR 계측선으로부터 상기 열수송관의 상부 방향으로 미리 정해진 일정 거리 이격된 위치에 설치되는, 열수송관 손상 감지 시스템.
  8. 제1 시간대역 반사계(Time Domain Reflectometery, TDR) 계측선(이하 제1 TDR 계측선), 제2 TDR 계측선 및 상기 제1 TDR 계측선 및 상기 제2 TDR 계측선과 전기적으로 연결되는 TDR 디바이스를 포함하는 열수송관 손상 감지 시스템에서 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인하는 방법에 있어서,
    상기 TDR 디바이스의 전기 펄스 생성기에서, 손상 여부 감지 대상이 되는 열수송관의 길이 전체 구간에서 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되는 상기 제1 TDR 계측선에 제1 전기 펄스 신호를 인가하고, 상기 열수송관 및 상기 제1 TDR 계측선과 미리 정해진 거리 이격된 상기 열수송관에 대응되는 위치에 설치되는 제2 TDR 계측선에 제2 전기 펄스 신호를 인가하는 동작;
    상기 TDR 디바이스의 신호 감지기에서 상기 제1 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제1 반사 신호 및 상기 제2 전기 펄스 신호의 반사 신호인 제2 반사 신호를 감지하는 동작; 및
    상기 TDR 디바이스의 제어부에서, 상기 제2 반사 신호를 기초로 토양의 기준값 정보를 획득하고, 상기 토양의 기준값 정보와 상기 제1 반사 신호를 비교하여 상기 열수송관의 손상 여부 및 손상 위치를 확인하는 동작을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부에서, 상기 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 기초로 상기 TDR 계측선의 길이 방향 위치, 상기 열수송관 주변 중 상기 TDR 계측선의 길이 방향 위치에 대응되는 위치에서의 토양의 함수비 및 온도 정보를 획득하는 동작을 더 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부에서, 상기 제1 전기 펄스 신호 및 상기 제2 전기 펄스 신호가 상기 TDR 계측선을 통해 전파되는 시간 정보를 상기 TDR 계측선의 길이 방향 위치로 변환하고, 상기 제1 반사 신호 및 상기 제2 반사 신호의 전압값을 상기 TDR 계측선 주변 토양의 함수비 또는 온도 정보로 변환하는 연산을 수행하는 동작을 더 포함하는, 방법.
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