본 연구에서는 여러 지점의 온도를 동시에 측정할 수 있는 두 가지 온도 모니터링 기법을 소개하고 있다. 그 하나는 고유주소를 가지고 있는 온도센서로 구성된 온도센서 배열 케이블을 이용하는 기법이며, 다른 하나는 광섬유 센서를 이용하여 분포 온도를 측정하는 기법이다. 이 두 기법의 차이점은 다음과 같이 요약될 수 있다. 온도센서 배열 케이블은 온도센서가 위치하는 정확한 지점의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 측정의 정밀도 및 분해능은 그 온도 센서의 성능에 따라 결정된다. 한편, 광섬유 센서는 레이저 펄스가 광섬유를 따라 보내질 때 생성되는 Raman 역산란파를 분석함으로써 온도를 측정하기 때문에 분포 개념의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 분해능은 측정거리, 측정시간 및 온도측정 거리분해능에 따라 결정된다. 본 논문은 두 가지 온도 모니터링 시스템의 장단점을 비교함으로써 기술적이고 경제적인 측면에서 그의 응용분야를 면밀히 검토하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 두 기법을 이용한 다양한 실험을 실시하였다. 그 결과를 검토해 보면 온도센서 배열 케이블은 300m 범위 내의 지하수 흐름, 지열 분포 및 그라우팅 효과 검증에 적합할 것으로 판단되며 광섬유 센서는 상대적으로 긴 거리에 걸친 분포 온도에 대한 정보가 필요한 파이프 파인 감시, 터널 화재 감시 및 전력선 모니터링과 같은 분야에서 효율적으로 활용될 것이 기대된다.
본 연구에서는 여러 지점의 온도를 동시에 측정할 수 있는 두 가지 온도 모니터링 기법을 소개하고 있다. 그 하나는 고유주소를 가지고 있는 온도센서로 구성된 온도센서 배열 케이블을 이용하는 기법이며, 다른 하나는 광섬유 센서를 이용하여 분포 온도를 측정하는 기법이다. 이 두 기법의 차이점은 다음과 같이 요약될 수 있다. 온도센서 배열 케이블은 온도센서가 위치하는 정확한 지점의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 측정의 정밀도 및 분해능은 그 온도 센서의 성능에 따라 결정된다. 한편, 광섬유 센서는 레이저 펄스가 광섬유를 따라 보내질 때 생성되는 Raman 역산란파를 분석함으로써 온도를 측정하기 때문에 분포 개념의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 분해능은 측정거리, 측정시간 및 온도측정 거리분해능에 따라 결정된다. 본 논문은 두 가지 온도 모니터링 시스템의 장단점을 비교함으로써 기술적이고 경제적인 측면에서 그의 응용분야를 면밀히 검토하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 두 기법을 이용한 다양한 실험을 실시하였다. 그 결과를 검토해 보면 온도센서 배열 케이블은 300m 범위 내의 지하수 흐름, 지열 분포 및 그라우팅 효과 검증에 적합할 것으로 판단되며 광섬유 센서는 상대적으로 긴 거리에 걸친 분포 온도에 대한 정보가 필요한 파이프 파인 감시, 터널 화재 감시 및 전력선 모니터링과 같은 분야에서 효율적으로 활용될 것이 기대된다.
Two kinds of temperature monitoring technology have been introduced in this study, which can measure coincidently temperatures at many points along a single length of cable. One is to use a thermal sensor cable comprizing of addressable thermal sensors. The other is to use an optic fiber sensor with...
Two kinds of temperature monitoring technology have been introduced in this study, which can measure coincidently temperatures at many points along a single length of cable. One is to use a thermal sensor cable comprizing of addressable thermal sensors. The other is to use an optic fiber sensor with Distributed Temperature Sensing (DTS) system. The differences between two technologies can be summarized as follows: A thermal sensor cable has a concept of "point sensing" that can measure temperature only at a predefined position. The accuracy and resolution of temperature measurement are up to the capability of the individual thermal sensor. On the other hand, an optic fiber sensor has a concept of "distributed sensing" because temperature is measured practically at all points along the fiber optic cable by analysing the intensity of Raman back-scattering when a laser pulse travels along the fiber. Thus, the temperature resolution depends on the measuring distance, measuring time and spatial resolution. The purpose of this study is to investigate the applicability of two different temperature monitoring techniques in technical and economical sense. To this end, diverse experiments with two techniques were performed and two techniques are applied under the same condition. Considering the results, the thermal sensor cable will be well applicable to the assessment of groundwater flow, geothermal distribution and grouting efficiency within about loom distance, and the optic fiber sensor will be suitable for long distance such as pipe line inspection, tunnel fire detection and power line monitoring etc.
Two kinds of temperature monitoring technology have been introduced in this study, which can measure coincidently temperatures at many points along a single length of cable. One is to use a thermal sensor cable comprizing of addressable thermal sensors. The other is to use an optic fiber sensor with Distributed Temperature Sensing (DTS) system. The differences between two technologies can be summarized as follows: A thermal sensor cable has a concept of "point sensing" that can measure temperature only at a predefined position. The accuracy and resolution of temperature measurement are up to the capability of the individual thermal sensor. On the other hand, an optic fiber sensor has a concept of "distributed sensing" because temperature is measured practically at all points along the fiber optic cable by analysing the intensity of Raman back-scattering when a laser pulse travels along the fiber. Thus, the temperature resolution depends on the measuring distance, measuring time and spatial resolution. The purpose of this study is to investigate the applicability of two different temperature monitoring techniques in technical and economical sense. To this end, diverse experiments with two techniques were performed and two techniques are applied under the same condition. Considering the results, the thermal sensor cable will be well applicable to the assessment of groundwater flow, geothermal distribution and grouting efficiency within about loom distance, and the optic fiber sensor will be suitable for long distance such as pipe line inspection, tunnel fire detection and power line monitoring etc.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 상기 두 기법의 다양한 비교 실험을 통해 기능적인 면에서 그들의 장단점을 검증함으로써 그 응용 대상을 기술적 및 경제적 측면에서 분석하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 온도센서 배열 케이블과 광섬유 센서 케이블을 함께 동일한 구간에 설치하고 동시에 온도를 측정하는 다양한 실험이 수행되었다.
그림 11은 직경 약 40cm, 길이 3m의 PVC 파이프(두께 약 7mm) 내에 모래층과 시멘트층의 두께를 달리 하도록 배치하여 시멘트가 양생되는 과정에서 온도센서 배열케이블을 이용한 온도 모니터링 결과를 나타내고 있다. 이 실험의 목적은 약 5cm 정도의 모래층도 그 위치가 온도 측정에 의해 인식될 수 있는가를 점검함으로써 온도 센서 배열 케이블을 이용한 온도모니터링으로 그라우팅 성과 판단이 가능한지를 판단하는데 있었다. 그림 11은 그라우팅 모형이 완성된 후 약 80시간 동안 10분 간격으로 측정한 결과를 각 센서 위치(센서 1은 상단, 센서 28은 하단)에 따라 표현한 것이다.
그러나 재래의 온도 측정은 대체로 단일 센서에 바탕으로 두고 있었기 때문에 그의 공간적인 온도 측정 면에서 기술적 및 경제적인 측면에서 많은 제약이 뒤따르게 되었다. 이러한 문제를 극복하기 위해 최근 여러 위치의 온도를 동시에 모니터링 할 수 있는 기법들이 개발되고 있으며, 본 논문에서는 최근 개발된 여러 위치의 온도를 모니터링 할 수 있는 두 가지 기법을 소개하고 있다. 그 중 하나는 단일 케이블 내에 여러 개의 온도센서(addressable thermal sensor)가 병렬로 장착된 온도센서 배열 케이블을 이용하는 기법이며 다른 하나는 광섬유(optic fiber) 센서를 이용하여 분포적인 개념을 갖는 온도를 모니터링 하는 기법(Distributed Temperature Sensing: DTS)이다.
제안 방법
본 연구에서는 우선 여러 위치의 온도를 동시에 측정할 수 있는 두 가지 최신 기법 즉, 온도센서 배열 케이블을 이용한 기법과 광섬유센서 케이블을 이용한 기법을 소개하였으며, 온도센서 배열 케이블을 이용한 기법은 "point sensing5' 개념으로, 광섬유센서 케이블을 이용한 기법은 ''distributed sensing” 개념으로 온도를 측정하기 때문에 그에 대한 비교 실험을 통해 각 기법의 장.단점을 비교 분석하였다.
광섬유센서 케이블을 이용한 온도 측정의 정확성을 확인하고 분포온도 측정의 개념을 설명하기 위하여 광섬유 센서 케이블과 온도센서 배열 케이블을 함께 동일한 구간 내에 설치하고 여러 형태의 온도 변화를 주면서 동시에 온도를 측정하는 다양한 실험을 실시하였다. 여기서 사용된 온도센서 배열 케이블은 50cm 간격으로 온도 센서가 배열된 것이다.
장.단점을 비교 분석하였다. 실험결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
그림 13은 그라우팅 시험 시공 구간의 그라우팅 주입공(GBH-1, GBH-2 및 GBH-3), 확인 시추공(MDB-5) 및 온도 모니터링 시추공(T1)의 위치를 나타내고 있으며, 그림 14는 4개 시추공(MBB-5, GBH-1, GBH-2 및 GBH-3)에서 수행한 텔레뷰어 자료로부터 얻어진 3차원 절리 틈새 밀도 입체 영상과 온도모니터링 시추공에 대한 텔레뷰어 이미지와 3D-log 그리고 온도센서 배열 케이블의 위치를 보여주고 있다. 온도 모니터링 시추공은 심도 약 10m까지 천공되었으며 여기에는 10cm 간격으로 총 27개의 온도센서가 장착된 온도센서 케이블이 6.8m~9.4m 심도구간에 놓이게 하였다. 그림 15는 상기 온도 센서 배열 케이블에 의해 약 19일간 측정된 온도 결과 중 약 4일간의 자료만을 예시하고 있다.
그 목적이 있다. 이를 위해 온도센서 배열 케이블과 광섬유 센서 케이블을 함께 동일한 구간에 설치하고 동시에 온도를 측정하는 다양한 실험이 수행되었다. 한편, 두 개의 온도모니터링 기법의 현장 응용 사례를 예시함으로써 각 기법의 현장 응용성도 검증하고 있다.
성능/효과
대등하다고 할 수 있다. 또한 광섬유센서 케이블을 이용한 온도 측정은 약 50cm 구간의 평균 온도를 나타내기 때문에 온도센서 배열 케이블과 같이 한 지점의 정확한 온도변화는 감지할 수 없는 반면, 온도센서 배열케이블에서 감지할 수 없는 위치의 온도 변화는 오히려 광섬유 센서 케이블에서 감지해 낼 수 있다는 특징을 가지고 있다는 것을 알 수 있다.
상기 실험 결과들을 분석하면 광섬유센서 케이블을 이용한 온도 측정의 정확도는 온도센서 배열 케이블과 거의 대등하다고 할 수 있다. 또한 광섬유센서 케이블을 이용한 온도 측정은 약 50cm 구간의 평균 온도를 나타내기 때문에 온도센서 배열 케이블과 같이 한 지점의 정확한 온도변화는 감지할 수 없는 반면, 온도센서 배열케이블에서 감지할 수 없는 위치의 온도 변화는 오히려 광섬유 센서 케이블에서 감지해 낼 수 있다는 특징을 가지고 있다는 것을 알 수 있다.
그림 5는 Sensomet 사의 DTS system에 의한 온도 분해능에 대한 상관관계를 나타내고 있다. 일별하여 측정시간이 길어지면 그만큼 분해능이 높아지고 측정 거리가 길어지면 그만큼 온도 분해능이 낮아짐을 알 수 있다. 예를 들면 케이블 길이가 2km 일 때 측정시간이 1 분이면 그 분해능은 약 0.
후속연구
각 측정 기법의 특징, 장.단점 및 현장 응용 사례를 감안한다면 온도 센서 배열 케이블은 약 200m 이하의 상대적으로 짧은 거리에 대한 지하수 유동, 지열 분포, 그라우팅 검증 등에 활용될 수 있을 것이 기대된다. 한편, 광섬유 센서 케이블은 장거리(약 30km 이내)에 걸쳐 온도 모니터링이 필요한 터널 및 건물 화재 감시, 댐체 누수, 파이프라인 감시, 전력선 감시, 유류 및 가스 저장 탱크 감시공정 설비 운전관리, 상.
한편, 광섬유 센서 케이블은 장거리(약 30km 이내)에 걸쳐 온도 모니터링이 필요한 터널 및 건물 화재 감시, 댐체 누수, 파이프라인 감시, 전력선 감시, 유류 및 가스 저장 탱크 감시공정 설비 운전관리, 상. 하수도 누수 감시 등 다양한 분야에 효율적으로 활용될 것이 기대된다.
참고문헌 (3)
김중열, Hornamand, H., 김유성, 남지연 (2004), '그라우팅 누수 문제에 대처한 온도센서 배열 모니터링 장치 개발', 한국지반공학회 2004 봄학술발표회 논문집, pp. 509-516
오석훈, 김중열, 박한규, 김형수, 김유성 (2005), '댐 침투수 탐지를 위한 멀티 채널 온도 모니터링 연구', 한국지반공학회 2005 봄 학술발표회 논문집, pp. 1211-1218
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.