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모델 기반 파이프 연결부 누수 감지 시스템
Model-Based Detection of Pipe Leakage at Joints 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.39 no.3, 2015년, pp.347 - 352  

김태진 (서울대학교 기계항공공학부) ,  윤병동 (서울대학교 기계항공공학부) ,  우시형 (서울대학교 기계항공공학부)

초록
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시간영역반사계(time domain reflectometry, TDR)는 한 쌍의 도선에 입력한 파동의 진행 및 반사 현상을 분석하여 도선의 상태를 감시하는 기술이다. 이를 이용하여 본 논문에서는 파이프 연결부의 누수 감지 시스템을 개발하였다. 파이프 표면에 설치된 도선을 통해 TDR 신호를 송신하면, 누수에 의해 도선의 특성 임피던스가 달라지는 지점에서는 반사가 일어나게 되고 이를 기반으로 누수의 발생지점을 추론할 수 있다. 이를 위해, 유한차분 시간영역법(finite difference time domain, FDTD)을 이용한 전진 모델을 만들고, 이의 역문제를 풀어 누수 위치를 추론하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Time domain reflectometry (TDR) is widely used for wire failure detection. It transmits a pulse that is reflected at the boundaries of different characteristic impedances. By analyzing the reflected signal, TDR makes it possible to locate the failure. In this study, TDR was used to detect the water ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • |y)를 추론할 수 있다. 그 유효성을 검증하기 위한 실험을 진행하였다. 먼저 우도 함수의 파라미터 σM을 실험적으로 계산하였다.
  • 본 논문에서는 TDR을 이용한 파이프 연결부의 누수 감지 시스템을 다루었다. 전송선로의 특성에 따른 TDR 신호를 생성하는 전진 모델을 만들었고, 베이지안 추론을 통해 임의의 TDR 신호가 주어졌을 시 전송선로의 파라미터, 특히 누수의 위치에 관련한 파라미터의 추론을 통해 누수의 발생여부 및 누수 발생 위치를 효과적으로 알 수 있었다.
  • 본 연구의 목적은 배관의 연결부위에서 발생하는 누수를 강건하게 감지하는 시스템의 개발에 있다. 이를 위해 본 연구에서도 TDR과 배관 외부에 부착된 전도선을 이용한다.
  • 본 장에서는 누수 시 획득한 TDR 측정 신호로 부터 전진모델의 파라미터, 즉 전송선로의 특성을 추론하는 베이지안 방법에 대해 제안하고 이를 실험적으로 검증하였다.
  • 본 장에서는 전송선로의 특성이 주어질 때, 이에 대응하는 TDR 신호를 산출하는 전진 모델을 개발한다.

가설 설정

  •  노이즈 벡터의 각 원소는 서로 독립인 가우시안 분포 v~(0, σM)로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
누수는 어디에서 발생하는가? 누수는 파이프의 직관부와 연결부에서 발생하며 직관부 누수의 경우, 외부 충격에 의한 배관의 파손에서 기인하는 경우가 대부분이다. 이는 충격을 가한 당사자가 쉽게 누수 여부를 파악할수 있다는 점에서 누수 감지 시스템의 필요성이 상대적으로 덜하다.
상/하수도에 사용되는 액체관에 발생하는 문제는 무엇인가? 상/하수도에 사용되는 액체관은 통상적으로 지하에 매설되어 사용된다. 이러한 액체관은 노후화 등의 이유로 손상이 발생하고 누수가 일어나지만, 지하에 매설된 관계로 손상 여부 및 손상 위치의 파악이 용이하지 않다. 누수 문제를 방치하게 되면 불필요한 자원 낭비를 초래할 뿐 아니라 토양 오염과 같은 2차적 피해를 발생시키므로 이를 방지하기 위한 누수 탐지 기술의 개발이 필요하다.
시간영역반사계란 무엇인가? 시간영역반사계(time domain reflectometry, TDR)는 한 쌍의 도선에 입력한 파동의 진행 및 반사 현상을 분석하여 도선의 상태를 감시하는 기술이다. 이를 이용하여 본 논문에서는 파이프 연결부의 누수 감지 시스템을 개발하였다.
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참고문헌 (5)

  1. Hunaidi, O. and Giamou, P., 1998, "Ground-Penetrating Radar for Detection of Leaks in Buried Plastic Water Distribution Pipes," 7th International Conference on Ground-Penetrating Radar, pp. 783-786. 

  2. Kang, B.-M. and Hong, I.-S., 2004, "A Study on a Leakage Sensing Pipe and Monitoring System Using TDR in GIS," Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 7, No. 4, pp. 567-578. 

  3. Gedney, S. D., 2011, Introduction to the Finite-DifferenceTime-Domain (FDTD) Method for Electromagnetics, Morgan & Claypool, California, pp. 21-37. 

  4. Bishop, C. M., 2006, Pattern Recognition and Machine Learning, Springer, New York. 

  5. Schuet, S., Timucin, D. and Wheeler, K., 2011, "A Model-Based Probabilistic Inversion Framework for Characterizing Wire Fault Detection Using TDR," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 60, No. 5. 1654-1663. 

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