KR102302663B1 - 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 유해물질 보관탱크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블에 관한 센싱 시스템을 구축함으로써, 하이브리드 센싱 케이블을 센서로 하여 모듈과 패널 기반으로 시공을 통해 알람 기능 및 정보 제공 기능을 제공하도록 하기 위한 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 유해물질 보관탱크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블에 관한 센싱 시스템을 구축함으로써, 하이브리드 센싱 케이블을 센서로 하여 모듈과 패널 기반으로 시공을 통해 알람 기능 및 정보 제공 기능을 제공하도록 하기 위한 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템에 관한 것이다.
각종 산업 단지에는 화학물질이 산재하고 유해물질을 보관하는 유해물질 보관탱크들의 노후화 또는 사고로 유해물질이 유출될 경우 검출할 필요성이 존재한다.
통상적으로 산업단지내의 유해물질은 넓은 지역에 산재되어 있고 감지센서는 센서타입으로 감지결과를 전달하다보니 관리가 힘들 뿐만 아니라, 각 위치에 대해서 별도의 감지센서를 부착하여야 하는 한계점이 있어 왔다.
이에 따라 해당 기술분야에 있어서는 유해물질 보관탱크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블에 관한 센싱 시스템을 구축함으로써, 하이브리드 센싱 케이블을 센서로 하여 모듈과 패널 기반으로 시공을 통해 알람 기능 및 정보 제공 기능을 제공하도록 하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유해물질 보관탱크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블에 관한 센싱 시스템을 구축함으로써, 하이브리드 센싱 케이블을 센서로 하여 모듈과 패널 기반으로 시공을 통해 알람 기능 및 정보 제공 기능을 제공하도록 하기 위한 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 유해물질 보관탱크 뿐만 아니라, 전산실, 공조실 지하, 모듈 함체, 약액 탱크 다이크, 배관 하부, 디스플레이 CR하부, 옥외탱크 다이크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블이 설치된 이후, 물이나 화학물질 등을 포함한 액체가 분출되는 경우, 전류변화를 감지하여 센싱을 수행할 뿐만 아니라, 표면에 액체가 묻는 경우 색상의 변화를 통해 직관적으로 이상을 감지하고, 예상되는 상태 및 예상되는 분출물질에 대해서 경고를 통해 신속하게 조치를 취할 수 있도록 하기 위한 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템은, 하이브리드 센싱 케이블(100), 패널(200), 네트워크(300), 관리 서버(400)를 포함하는 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1)에 있어서, 관리 서버(400)는, 네트워크(300)를 통해 하이브리드 센싱 케이블(100)과 패널(200) 검출부(210)를 통해 연결된 패널(200)로부터 하이브리드 센싱 케이블(100)의 식별번호, 설치구역 정보, 설치길이 정보, 그리고 하이브리드 센싱 케이블(100)과 연결된 패널(200)의 식별ID를 수신하도록 통신부(410)를 제어한 뒤, 데이터베이스(330) 상의 식별번호, 설치구역 정보, 설치길이 정보, 식별ID를 포함하는 설치정보를 저장하도록 송수신부(410)를 제어하는 설치정보 수집 모듈(421); 및 하나의 식별 ID에 해당하는 패널(200)과 연결된 적어도 하나 이상의 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 패널(200) 상의 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a)에 대한 제어를 통해 각 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 초기의 정전용량을 하이브리드 센싱 케이블(100)의 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)로 측정한 뒤, 각 하이브리드 센싱 케이블(100)의 설치정보의 일련번호 별로 저장을 수행하는 초기값 수집 모듈(422); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 설치구역 정보는, 유해물질 보관탱크 뿐만 아니라, 전산실, 공조실 지하, 모듈 함체, 약액 탱크 다이크, 배관 하부, 디스플레이 CR하부, 옥외탱크 다이크를 포함하는 카테고리 정보인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템은, 유해물질 보관탱크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블에 관한 센싱 시스템을 구축함으로써, 하이브리드 센싱 케이블을 센서로 하여 모듈과 패널 기반으로 시공을 통해 알람 기능 및 정보 제공 기능을 제공하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템은, 유해물질 보관탱크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블에 관한 센싱 시스템을 구축함으로써, 하이브리드 센싱 케이블을 센서로 하여 모듈과 패널 기반으로 시공을 통해 알람 기능 및 정보 제공 기능을 제공하도록 하기 위한 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템을 제공하기 위한 것이다.
뿐만 아니라, 본 발명은 유해물질 보관탱크 뿐만 아니라, 전산실, 공조실 지하, 모듈 함체, 약액 탱크 다이크, 배관 하부, 디스플레이 CR하부, 옥외탱크 다이크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블이 설치된 이후, 물이나 화학물질 등을 포함한 액체가 분출되는 경우, 전류변화를 감지하여 센싱을 수행할 뿐만 아니라, 표면에 액체가 묻는 경우 색상의 변화를 통해 직관적으로 이상을 감지하고, 예상되는 상태 및 예상되는 분출물질에 대해서 경고를 통해 신속하게 조치를 취할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1)을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 관리 서버(400)의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 하이브리드 센싱 케이블(100) 및 IoT 설치 마운트(100u)를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 패널(200)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 하이브리드 센싱 케이블(100)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 관리 서버(400)의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 하이브리드 센싱 케이블(100) 및 IoT 설치 마운트(100u)를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 패널(200)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 하이브리드 센싱 케이블(100)을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1)을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 관리 서버(400)의 구성요소를 나타내는 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 하이브리드 센싱 케이블(100) 및 IoT 설치 마운트(100u)를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 패널(200)을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1) 중 하이브리드 센싱 케이블(100)을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1)은 하이브리드 센싱 케이블(100), 패널(200), 네트워크(300), 관리 서버(400), 빅데이터 서버(500), 관리자 단말(600)을 포함할 수 있다.
네트워크(300)는 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망이며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 유선 및 무선 망일 수 있다. 네트워크(300)가 이동통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 일 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 네트워크(300)는 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망 그 밖의 5G 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP망일 수 있다. 네트워크(300)는 패널(200), 관리 서버(400), 빅데이터 서버(500), 관리자 단말(600), 그 밖의 시스템 상호 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 한다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 관리 서버(400)는 통신부(410), 제어부(420) 및 데이터베이스(430)를 포함하며, 제어부(420)는 설치정보 수집 모듈(421), 초기값 수집 모듈(422), 모니터링 모듈(423) 및 예측감지 모듈(424)을 포함할 수 있다.
설치정보 수집 모듈(421)은 네트워크(300)를 통해 하이브리드 센싱 케이블(100)과 패널(200) 검출부(210)를 통해 연결된 패널(200)로부터 하이브리드 센싱 케이블(100)의 식별번호, 설치구역 정보, 설치길이 정보, 그리고 하이브리드 센싱 케이블(100)과 연결된 패널(200)의 식별ID를 수신하도록 통신부(410)를 제어한 뒤, 데이터베이스(330) 상의 식별번호, 설치구역 정보, 설치길이 정보, 식별ID를 포함하는 설치정보를 저장하도록 송수신부(410)를 제어할 수 있다.
한편, 설치구역 정보는 유해물질 보관탱크 뿐만 아니라, 전산실, 공조실 지하, 모듈 함체, 약액 탱크 다이크, 배관 하부, 디스플레이 CR하부, 옥외탱크 다이크 등에 대한 카테고리 정보를 포함할 수 있다.
설치길이 정보는 하이브리드 센싱 케이블(100) 설치시에 패널(200) 상의 입력부(250)로부터 실측한 하이브리드 센싱 케이블(100)의 길이 정보를 입력받아 수집하거나, 금속재질로 형성되는 IoT 설치 마운트(100u) 상에 적외선 발광단과 적외선 수신단으로 이루어진 적외선 길이 측정 센서에 의해 각 IoT 설치 마운트(100u) 상의 길이가 하나의 기준 IoT 설치 마운트(100u)를 기준으로 상대편에 설치된 IoT 설치 마운트(100u)에서 측정된 수치를 상대편에게 제공하는 방식으로 최종적으로 합산된 길이 정보를 패널(200)이 수집할 수 있다.
IoT 설치 마운트(100u)는 도 3b와 같이 플레이트 형상의 하부 플레이트(100u-1)가 바닥면에 설치되고, 하부 플레이트(100u-1)의 끝단에 해당하는 모서리 영역에 반구 형상으로 탄성력을 제공하는 곡면단(100u-2) 내부로 하이브리드 센싱 케이블(100)이 삽입되고, 곡면단(100u-2)으로 고정된 이브리드 센싱 케이블(100)이 외부로 돌출되는 것을 방지하기 위해 곡면단(100u-2)의 끝단으로부터 미리 설정된 각도에 해당하는 수평면으로부터 10 내지 20°상향으로 굽어서 향하는 밀림방지단(100u-3)으로 구성될 수 있다.
여기서, IoT 설치 마운트(100u) 상에 설치되는 적외선 길이 측정 센서는 금속재질로 형성되며 나란하게 길이 방향으로 형성된 상대편 IoT 설치 마운트(100u)로 적외선 발광단에 의해 조사된 뒤 반사되는 적외선의 적외선 수신단의 RTT(Round Trip Time)에 대한 측정을 통해 패널(200)이 각 길이 정보를 수집할 수 있다. 한편, 이웃하지 않는 모서리와 같은 영역은 IoT 설치 마운트(100u) 간에는 수동으로 측정을 하거나, 각도 변화가 일어나는 미리 설정된 각도 이상의 모서리에 대해서는 각도 변화가 일어나기 직전과 직후에 이웃하여 IoT 설치 마운트(100u)를 설치하는 방식으로 길이 정보의 오차를 최소화시킬 수 있다.
초기값 수집 모듈(422)은 하나의 식별 ID에 해당하는 패널(200)과 연결된 적어도 하나 이상의 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 패널(200) 상의 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a)에 대한 제어를 통해 각 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 초기의 정전용량을 하이브리드 센싱 케이블(100)의 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)로 측정한 뒤, 각 하이브리드 센싱 케이블(100)의 설치정보의 일련번호 별로 저장을 수행할 수 있다.
초기의 정전용량인 초기값을 수집하기 위해서 초기값 수집 모듈(422)은 패널(200) 상의 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a) 중 측정 대상이 되는 하나의 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대해서만 온(ON) 상태로 유지하고, 나머지 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대해서는 오프(OFF) 상태로 유지하도록 제어명령을 패널(200)로 제공하도록 통신부(410)를 제어할 수 있다.
여기서 초기의 정전용량은 각 설치대상에 형성된 하이브리드 센싱 케이블(100)에 물이나 화학물질 등을 포함한 액체가 분출되지 않은 초기의 정전용량으로 하이브리드 센싱 케이블(100)의 길이별 오차를 보정하기 위해 측정될 수 있다.
모니터링 모듈(423)은 하나의 식별 ID에 해당하는 패널(200)과 연결된 적어도 하나 이상의 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 패널(200) 상의 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a)에 대한 제어를 통해 각 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 정전용량을 하이브리드 센싱 케이블(100)의 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)로 측정한 뒤, 각 하이브리드 센싱 케이블(100)의 설치정보의 일련번호 별로 저장을 수행할 수 있다.
여기서 정전용량인 모니터링값을 수집하기 위해서 모니터링 모듈(423)은 패널(200) 상의 각 하이브리드 센싱 케이블(100)별로 형성된 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a) 모두에 대해서 온(ON) 상태로 유지하도록 제어명령을 패널(200)로 제공하도록 통신부(410)를 제어할 수 있다.
모니터링 모듈(423)은 설치정보의 일련번호 별로 모니터링값인 정전용량 변화에 대한 각 시간대별 정전용량 변화에 따른 유해물질을 포함하는 액체에 대한 분석 정보를 생성할 수 있다.
이를 위해, 모니터링 모듈(423)은 네트워크(200)를 통해 빅데이터 서버(500)에 대한 요청을 각 시간대별 정전용량 변화 정보에 해당하는 모니터링값의 변화 정보와 초기의 정전용량을 통신부(410)를 통해 빅데이터 서버(500)로 전송하도록 통시부(410)를 제어함으로써, 빅데이터 서버(500) 상에 분산 파일 프로그램에 의해 DCS DB에 분산 저장된 수집 데이터에 대해서 머신러닝 알고리즘을 통해 분석하고 색상 정보를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 사용되는 머신러닝 알고리즘은 결정 트리(DT, Decision Tree) 분류 알고리즘, 랜덤 포레스트 분류 알고리즘, SVM(Support Vector Machine) 분류 알고리즘 중 하나일 수 있다.
한편, 빅데이터 서버(500)는 분산 파일 프로그램에 의해 DCS DB에 분산 저장된 각 유해물질을 포함하는 액체물질에 대한 시간에 따른 정전용량 변화 수집 데이터를 초기의 정전용량에 대한 값을 반영하여 분석한 뒤, 분석한 결과로 복수의 특징 정보(시간축에 따른 미리 설정된 시간 단위별 기울기, 및 평균 및 총합산치를 포함)를 추출하고 추출된 특징 정보를 복수의 머신러닝 알고리즘 중 적어도 하나 이상을 이용하여 학습하여 학습한 결과로 유해물질을 포함하는 액체에 대한 분석 정보를 생성할 수 있다.
즉, 빅데이터 서버(500)는 유해물질을 포함하는 액체에 대한 분석 정보 결과의 정확도 향상을 위해 다수의 상호 보완적인 머신러닝 알고리즘들로 구성된 앙상블 구조를 적용할 수 있다.
결정 트리 분류 알고리즘은 트리 구조로 학습하여 결과를 도출하는 방식으로 결과 해석 및 이해가 용이하고, 데이터 처리 속도가 빠르며 탐색 트리 기반으로 룰 도출이 가능할 수 있다. DT의 낮은 분류 정확도를 개선하기 위한 방안으로 RF를 적용할 수 있다. 랜덤 포레스트 분류 알고리즘은 다수의 DT를 앙상블로 학습한 결과를 도축하는 방식으로, DT보다 결과 이해가 어려우나 DT보다 결과 정확도가 높을 수 있다. DT 또는 RF 학습을 통해 발생 가능한 과적합의 개선 방안으로 SVM을 적용할 수 있다. SVM 분류 알고리즘은 서로 다른 분류에 속한 데이터를 평면 기반으로 분류하는 방식으로, 일반적으로 높은 정확도를 갖고, 구조적으로 과적합(overfitting)에 낮은 민감도를 가질 수 있다.
예측감지 모듈(424)은 모니터링 모듈(423)에 의해 유해물질을 포함하는 액체에 대한 분석 정보가 생성되면, 각 분석 정보에 해당하는 유해물질의 현재까지의 시간대별 정전용량 변화에 대해서 각 설치정보의 설치구역 정보에 해당하는 유해물질 보관탱크 뿐만 아니라, 전산실, 공조실 지하, 모듈 함체, 약액 탱크 다이크, 배관 하부, 디스플레이 CR하부, 옥외탱크 다이크 등에 대한 카테고리 정보별 시간이 지남에 따라 생성되는 변화 파라미터별 시간의 지남에 따라 생기는 변화에 대한 정보를 네트워크(300)를 통해 빅데이터 서버(500)로부터 추출한 뒤, 추출된 변화 파라미터에 대한 머신러닝 알고리즘을 통해 시간에 따라 생성되는 영상 정보를 각 기간(주, 달, 년 단위, 계절 단위 등) 별로 생성한 뒤, 생성된 영상 정보를 네트워크(300)를 통해 관리자 단말(600)로 전송하도록 통신부(410)를 제어함으로써, 실 예로 시간이 지나면서 생기는 유해물질로 인한 변화를 관리자가 알 수 있도록 할 수 있다.
카테고리 정보별 시간이 지남에 따라 생성되는 변화 파라미터는 각 카테고리 구조물에 포함된 구성요소 파라미터로, 전산실의 경우 전산, 컴퓨터 단말, 서버 등의 유해물질로 인한 변형정보를 제공하기 위한 전산, 컴퓨터 단말, 서버 등의 변화를 나타내는 정보일 수 있다.
이에 따라, 카테고리 정보별 시간이 지남에 따라 생성되는 변화 파라미터 영상 정보를 제공하기 위해 예측감지 모듈(424)은 하이브리드 센싱 케이블(100)이 설치된 대상 영역의 사진 정보를 사전에 수집하여 데이터베이스(430)에 저장할 수 있으며, 수집된 사진 정보에서 영상 인식 기반으로 각 파라미터에 해당하는 객체 정보를 인식하여 데이터베이스(430)에 함께 저장하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 유해물질 보관탱크 등에 설치되는 하이브리드 센싱 케이블(100)에 관한 센싱 시스템을 구축함으로써, 하이브리드 센싱 케이블(100)을 센서로 하여 모듈과 패널 기반으로 시공을 통해 알람 기능 제공하며, 패널(200) 상에는 도 4a와 같이 패널 본체(210) 상에 경광등(220) 등이 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 하이브리드 센싱 케이블 장치(100)는 도 5와 같이 외부편조(110), 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)를 포함하며, 제 1 및 제 2 감지부(100a, 100b) 각각은 내부편조(120), 도체(130)를 포함함으로써, 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템에 적용되는 센싱 케이블을 제공할 수 있다.
도체(130)는 ASTM 83에 규정한 석도 연동선을 사용할 수 있다.
도체(130)는 도체층, 게르마늄 가루층, 그리고 우레탄 코팅층이 중앙으로부터 외곽으로 순차적으로 동심원을 이루며 적층되는 단면 구조를 가질 수 있다.
도체층은 얇은 두께로 플렉시블(flexible)한 조건으로 인해 취급이 편리하고 도체층 상부의 게르마늄 가루층 형성시 도체층에 실크 인쇄 방식으로 게르마늄 가루를 부착시키되, 발포제를 첨가하여 게르마늄을 발포시켜 발포층을 형성시키며, 우레탄 코팅층으로 게르마늄 가루층 상부를 50 내지 70㎛ 사이로 코팅함으로써, 게르마늄 가루가 떨어지지 않도록 한다. 즉, 게르마늄 가루층은 도체층의 상부와 우레탄 코팅층의 사이에 개재되되, 완충성을 갖는 소재로 열전도성이 우수하다.
여기서 게르마늄 가루층을 형성하기 위한 실크 인쇄 잉크는 액상접착제를 사용하여 230 내지 320 메쉬의 게르마늄 가루를 사용하는 것이 바람직하고, 더더욱 바람직하게는 256 메쉬인 게르마늄 가루를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 230 메쉬 이하의 게르마늄 가루의 경우에는 입자가 크므로, 액상접착제와 균일하게 혼합하기 곤란하고, 도체층에 실크 스크린 인쇄 방법을 수행할 시, 크기가 작은 형태로는 인쇄하기가 어렵기 때문이고, 320 메쉬 이상의 분말은 미세화에 드는 추가 비용에 비해 작용 효과면에서 큰 차이가 없기 때문이다.
본 발명의 다른 실시예로, 게르마늄 가루층에 첨가되는 물질로 발포제 외에 합성수지재, 고무재, 스펀지 등과 같이 완충성을 갖는 소재로 제공되거나, 또는 구리나 열전도 겔(gel) 등과 같은 열전도성 소재로 제공될 수 있으며, 이외에도 이들 소재를 적절하게 혼합하여 조성하거나 또는 다층으로 구성하여 제공하는 것도 가능할 것이다.
우레탄 코팅층은 도체층의 상부에 형성된 게르마늄 가루층의 유연성을 제공하기 위해 폴리우레탄 코팅제를 사용하여 형성될 수 있다.
내부편조(120)는 1차 편조로 도체(130) 위에 폴리에틸렌(Polyethylene) 재질로 편조하며, 적색(Red)을 기준으로 흑색(Black)을 부분적으로 섞어서 편조하여 흑색(Black)의 첨가 여부에 따라 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)의 심선을 구분하도록 할 수 있다.
내부편조(120)를 구성하는 적색 폴리에틸렌 재질의 제 1 폴리에틸렌 섬유사, 흑색 폴리에틸렌 재질의 제 2 폴리에틸렌 섬유사를 꼬아서 구성한다.
본 발명에서 사용되는 제 1 폴리에틸렌 섬유사 및 제 2 폴리에틸렌 섬유사는 난연성 재질로, 재생 폴리에틸렌에 탄소섬유와 난연제를 첨가한 재생 폴리에틸렌 수지를 활용할 수 있다. 보다 구체적으로, 폐합성수지인 재생 폴리에틸렌에 탄소섬유를 첨가 혼합하여 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP, Garbon Fiber Reinforced Plastic)인 폴리에틸렌 수지를 수득하게 되는데, 탄소섬유 강화 폴리에틸렌 수지는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 녹슬지 않고 가공성이 우수하다는 장점이 있다.
여기서, 폴리에틸렌 89 내지 92 중량비에 탄소섬유 8 내지 11 중량비가 첨가 혼합된 혼합물 100 중량부에 난연제를 10 내지 15 중량부, 자외선차단제 5 내지 7 중량부, 적색 또는 흑색에 해당하는 안료 2 내지 3 중량부 첨가 혼합하여, 인장강도가 우수한 폴리에틸렌에 파단강도가 우수한 탄소섬유를 첨가 혼합하여 케이블 내부편조용 파단강도를 갖추게 되고, 인화성 물질인 폴리에틸렌에 난연성을 부가하여 센싱 과정에서 발생할 수 있는 화재 등에 난연성을 갖추게 함으로써, 가격 경쟁력이 높으면서도 난연성 등과 같은 기능성을 발휘할 수 있다.
본 발명에서 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용한다.
외부편조(110)는 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)의 외부를 흰색(White) 폴리에스터(Polyester) 재질에 해당하는 흰색 폴리에스터 섬유사를 꼬아서 편조하여 구성한다.
제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)는 서로 간격을 유지함으로써 누액이 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)의 사이로 유입되면, 정전용량값이 형성되고, 그 정전용량값의 크기에 따라 누액의 종류까지 판별이 가능하게 된다.
여기서, 외부편조(110)는 외부에서 액체가 들어가는 경우 흰색 폴리에스터 섬유사가 투명 색상으로 보이므로 내부의 내부편조(120)를 구성하는 적색 폴리에틸렌 재질의 제 1 폴리에틸렌 섬유사와, 흑색 폴리에틸렌 재질의 제 2 폴리에틸렌 섬유사에 대해서 외부에서 색상이 도드라지게 표현되는 원리를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 도 4b를 참조하면, 외부편조(110)에 흡수된 액체에 의한 정전용량 변화를 비접촉식으로 감지하는 정전용량센서를 포함하는 검출부(210)가 패널(200) 상에 형성되며, 검출부(210)는 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)의 도체(130)와 연결되어 형성됨으로써, 검출부(210)와 연결된 패널(200) 상의 MCU(220)가 외부편조(110)에 하이브리드 센싱 케이블(100)에 함께 형성된 전기 변색 박막(110a)으로 정전용량을 충전한 축전기(230)에서 제공된 전력을 이용해 필요한 에너지를 공급할 수 있다.
한편, MCU(220)는 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)를 이용한 정전용량 변화에 대해서 패널(200) 상의 송수신부(240)에 대한 제어를 통해 네트워크(300)와 연결된 관리 서버(400)에 대한 정보 제공을 통해 각 시간대별 정전용량 변화에 따른 유해물질을 포함하는 액체에 대한 분석 정보를 제공받은 뒤, 제공받은 분석 정보에 따른 전기 변색 박막(110a)을 통해 색상 정보를 제공할 수 있으며, 여기서 전기 변색 박막(110a)은 LED 표시장치부로 대체될 수 있다.
전기 변색 박막(110a)은 흰색 폴리에스터 섬유사로 구성된 외부편조(110) 표면 전체 또는 부분적인 흰색 폴리에스터 섬유사 집합의 표면에 적층되어 형성되거나 외부편조(110)를 구성하는 흰색 폴리에스터 섬유사와 함께 전기 변색 섬유가 편조되어 형성될 수 있다.
전기 변색 박막(110a)은 전기 변색 물질은 전기를 지속적으로 공급해야 빛을 발하는 유기 EL 디스플레이나 액정 디스플레이와 달리, 적은 전류로도 지속적으로 빛을 발할 수 있어, 본 발명에서와 같이 한정적인 용량의 축전기(230)가 장착된 외부편조(110) 에서 적용하기 용이하다.
일반적으로 전기 변색 박막(110a)은 스핀코팅, 딥코팅 및 스프레이코팅 등의 화학적인 용액법에 의하여 형성되며, 전기 변색 박막(110a)의 양단에 결합된 투명전극을 통해 외부 장치와 전기적으로 연결될 수도 있다.
MCU(220)는 전기 변색 박막(110a)에 대해서 표면의 색을 변화시킬 수 있다. 물론, 이때 전기 변색 박막(110a)에 전압이 인가되었을 때 나타나는 색은 그 구성 물질에 따라 결정될 수 있으며, 하나의 전기 변색 박막(110a)은 하나 이상의 색을 나타낼 수 있는 구성 물질들로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예로, 전기 변색 박막(110a)이 서로 다른 세 가지 물질로 구성되어 있으며, 각 구성 물질이 산화/환원 반응을 일으킴에 따라 붉은 색, 초록 색, 또는 검은 색으로 변한다고 가정할 경우, 전기 변색 박막(110a)에 0.5V가 인가될 경우 붉은 색, 1V가 인가될 경우 초록 색, 1.5V가 인가될 경우 검은 색이 나타날 수 있다.
따라서, MCU(220)는 검출부(210)를 통하여 외부편조(110)를 포함하는 하이브리드 센싱 케이블 장치(100)의 상태를 인식하고, 인식한 상태에 상응하는 전기 변색 박막(110a)에 인가할 전압의 크기를 결정함으로써, 외부편조(110)를 포함하는 하이브리드 센싱 케이블 장치(100)의 상태에 따른 전기 변색 박막(110a)의 표면의 색을 결정할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템
100 : 하이브리드 센싱 케이블
200 : 패널
300 : 네트워크
400 : 관리 서버
410 : 통신부
420 : 제어부
421 : 설치정보 수집 모듈
422 : 초기값 수집 모듈
423 : 모니터링 모듈
424 : 예측감지 모듈
430 : 데이터베이스
500 : 빅데이터 서버
600 : 관리자 단말
100 : 하이브리드 센싱 케이블
200 : 패널
300 : 네트워크
400 : 관리 서버
410 : 통신부
420 : 제어부
421 : 설치정보 수집 모듈
422 : 초기값 수집 모듈
423 : 모니터링 모듈
424 : 예측감지 모듈
430 : 데이터베이스
500 : 빅데이터 서버
600 : 관리자 단말
Claims (2)
- 하이브리드 센싱 케이블(100), 패널(200), 네트워크(300), 관리 서버(400), 빅데이터 서버(500), 관리자 단말(600)을 포함하는 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템(1)에 있어서, 관리 서버(400)는,
통신부(410), 제어부(420) 및 데이터베이스(430)를 포함하며, 제어부(420)는, 설치정보 수집 모듈(421), 초기값 수집 모듈(422), 모니터링 모듈(423) 및 예측감지 모듈(424)을 포함하며,
설치정보 수집 모듈(421)은,
네트워크(300)를 통해 하이브리드 센싱 케이블(100)과 패널(200) 검출부(210)를 통해 연결된 패널(200)로부터 하이브리드 센싱 케이블(100)의 식별번호, 설치구역 정보, 설치길이 정보, 그리고 하이브리드 센싱 케이블(100)과 연결된 패널(200)의 식별ID를 수신하도록 통신부(410)를 제어한 뒤, 데이터베이스(330) 상의 식별번호, 설치구역 정보, 설치길이 정보, 식별ID를 포함하는 설치정보를 저장하도록 송수신부(410)를 제어하며, 설치구역 정보로는 유해물질 보관탱크 뿐만 아니라, 전산실, 공조실 지하, 모듈 함체, 약액 탱크 다이크, 배관 하부, 디스플레이 CR하부, 옥외탱크 다이크를 포함하는 카테고리 정보를 포함하여 수신하며, 설치길이 정보는 하이브리드 센싱 케이블(100) 설치시에 패널(200) 상의 입력부(250)로부터 실측한 하이브리드 센싱 케이블(100)의 길이 정보를 입력받아 수집하거나, 금속재질로 형성되는 IoT 설치 마운트(100u) 상에 적외선 발광단과 적외선 수신단으로 이루어진 적외선 길이 측정 센서에 의해 각 IoT 설치 마운트(100u) 상의 길이가 하나의 기준 IoT 설치 마운트(100u)를 기준으로 상대편에 설치된 IoT 설치 마운트(100u)에서 측정된 수치를 상대편에게 제공하는 방식으로 합산된 길이 정보를 패널(200)이 수집한 것을 수신하며,
IoT 설치 마운트(100u)는,
플레이트 형상의 하부 플레이트(100u-1)가 바닥면에 설치되고, 하부 플레이트(100u-1)의 끝의 모서리 영역에 반구 형상으로 탄성력을 제공하는 곡면단(100u-2) 내부로 하이브리드 센싱 케이블(100)이 삽입되고, 곡면단(100u-2)으로 고정된 이브리드 센싱 케이블(100)이 외부로 돌출되는 것을 방지하기 위해 곡면단(100u-2)의 끝으로부터 수평면으로 10 내지 20°상향으로 굽어서 향하는 밀림방지단(100u-3)으로 구성되며,
IoT 설치 마운트(100u) 상에 설치되는 적외선 길이 측정 센서는 금속재질로 형성되며 나란하게 길이 방향으로 형성된 상대편 IoT 설치 마운트(100u)로 적외선 발광단에 의해 조사된 뒤 반사되는 적외선의 적외선 수신단의 RTT(Round Trip Time)에 대한 측정을 통해 패널(200)이 각 길이 정보를 수집하며, 이웃하지 않는 모서리 영역은 IoT 설치 마운트(100u) 간에는 수동으로 측정을 하거나, 각도 변화가 일어나는 미리 설정된 각도 이상의 모서리에 대해서는 각도 변화가 일어나기 직전과 직후에 이웃하여 IoT 설치 마운트(100u)를 설치하는 방식으로 길이 정보의 오차를 감소시키며,
초기값 수집 모듈(422)은,
하나의 식별 ID에 해당하는 패널(200)과 연결된 적어도 하나 이상의 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 패널(200) 상의 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a)에 대한 제어를 통해 각 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 초기의 정전용량을 하이브리드 센싱 케이블(100)의 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)로 측정한 뒤, 각 하이브리드 센싱 케이블(100)의 설치정보의 일련번호 별로 저장을 수행하며,
초기의 정전용량인 초기값을 수집하기 위해서 초기값 수집 모듈(422)은 패널(200) 상의 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a) 중 측정 대상이 되는 하나의 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대해서만 온(ON) 상태로 유지하고, 나머지 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대해서는 오프(OFF) 상태로 유지하도록 제어명령을 패널(200)로 제공하도록 통신부(410)를 제어하며,
초기의 정전용량은 각 설치대상에 형성된 하이브리드 센싱 케이블(100)에 물이나 화학물질을 포함한 액체가 분출되지 않은 초기의 정전용량으로 하이브리드 센싱 케이블(100)의 길이별 오차를 보정하기 위해 측정되며,
모니터링 모듈(423)은,
하나의 식별 ID에 해당하는 패널(200)과 연결된 적어도 하나 이상의 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 패널(200) 상의 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a)에 대한 제어를 통해 각 하이브리드 센싱 케이블(100)에 대한 정전용량을 하이브리드 센싱 케이블(100)의 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)로 측정한 뒤, 각 하이브리드 센싱 케이블(100)의 설치정보의 일련번호 별로 저장을 수행하며,
정전용량인 모니터링값을 수집하기 위해서 모니터링 모듈(423)은 패널(200) 상의 각 하이브리드 센싱 케이블(100)별로 형성된 검출부(210)에 형성된 절연체 스위치(210a) 모두에 대해서 온(ON) 상태로 유지하도록 제어명령을 패널(200)로 제공하도록 통신부(410)를 제어하며,
모니터링 모듈(423)은,
설치정보의 일련번호 별로 모니터링값인 정전용량 변화에 대한 각 시간대별 정전용량 변화에 따른 유해물질을 포함하는 액체에 대한 빅데이터로부터 추출을 통한 분석 정보를 생성하며,
예측감지 모듈(424)은,
모니터링 모듈(423)에 의해 유해물질을 포함하는 액체에 대한 분석 정보가 생성되면, 각 분석 정보에 해당하는 유해물질의 현재까지의 시간대별 정전용량 변화에 대해서 각 설치정보의 설치구역 정보에 해당하는 유해물질 보관탱크 뿐만 아니라, 전산실, 공조실 지하, 모듈 함체, 약액 탱크 다이크, 배관 하부, 디스플레이 CR하부, 옥외탱크 다이크를 포함하는 카테고리 정보별 시간이 지남에 따라 생성되는 변화 파라미터별 시간의 지남에 따라 생기는 변화에 대한 정보를 네트워크(300)를 통해 빅데이터 서버(500)로부터 추출한 뒤, 추출된 변화 파라미터에 대한 시간에 따라 생성되는 영상 정보를 각 기간(주, 달, 년 단위, 계절 단위 중 하나) 별로 생성한 뒤, 생성된 영상 정보를 네트워크(300)를 통해 관리자 단말(600)로 전송하도록 통신부(410)를 제어하며, 카테고리 정보별 시간이 지남에 따라 생성되는 변화 파라미터는 각 카테고리 구조물에 포함된 구성요소 파라미터로, 전산실의 경우 전산, 컴퓨터 단말, 서버를 포함하는 대상의 유해물질로 인한 변형정보를 제공하기 위한 전산, 컴퓨터 단말, 서버를 포함하는 대상의 변화를 나타내는 정보이며,
카테고리 정보별 시간이 지남에 따라 생성되는 변화 파라미터 영상 정보를 제공하기 위해 예측감지 모듈(424)은 하이브리드 센싱 케이블(100)이 설치된 대상 영역의 사진 정보를 사전에 수집하여 데이터베이스(430)에 저장할 수 있으며, 수집된 사진 정보에서 영상 인식 기반으로 각 파라미터에 해당하는 객체 정보를 인식하여 데이터베이스(430)에 함께 저장하고 있으며,
하이브리드 센싱 케이블 장치(100)는,
외부편조(110), 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)를 포함하며, 제 1 및 제 2 감지부(100a, 100b) 각각은 내부편조(120), 도체(130)를 포함함으로써, 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템에 적용되는 센싱 케이블을 제공하며,
도체(130)는,
석도 연동선을 사용하며, 도체층, 게르마늄 가루층, 그리고 우레탄 코팅층이 중앙으로부터 외곽으로 순차적으로 동심원을 이루며 적층되는 단면 구조를 가지며, 도체층은 미리 설정된 기준의 두께로 형성되어 도체층 상부의 게르마늄 가루층 형성시 도체층에 실크 인쇄 방식으로 게르마늄 가루를 부착시키되, 발포제를 첨가하여 게르마늄을 발포시켜 발포층을 형성시키며, 우레탄 코팅층으로 게르마늄 가루층 상부를 50 내지 70㎛ 사이로 코팅함으로써, 게르마늄 가루가 떨어지지 않도록 하며, 게르마늄 가루층은 도체층의 상부와 우레탄 코팅층의 사이에 개재되되, 완충성을 갖는 소재로 형성되며,
게르마늄 가루층을 형성하기 위한 실크 인쇄 잉크는 액상접착제를 사용하여 230 내지 320 메쉬의 게르마늄 가루를 사용하며,
내부편조(120)는, 1차 편조로 도체(130) 위에 폴리에틸렌(Polyethylene) 재질로 편조하며, 적색(Red)을 기준으로 흑색(Black)을 부분적으로 섞어서 편조하여 흑색(Black)의 첨가 여부에 따라 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)의 심선을 구분하도록 하며, 내부편조(120)를 구성하는 적색 폴리에틸렌 재질의 제 1 폴리에틸렌 섬유사, 흑색 폴리에틸렌 재질의 제 2 폴리에틸렌 섬유사를 꼬아서 구성하며, 제 1 폴리에틸렌 섬유사 및 제 2 폴리에틸렌 섬유사는 난연성 재질로, 재생 폴리에틸렌에 탄소섬유와 난연제를 첨가한 재생 폴리에틸렌 수지를 사용하되,
외부편조(110)는,
제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)의 외부를 흰색(White) 폴리에스터(Polyester) 재질에 해당하는 흰색 폴리에스터 섬유사를 꼬아서 편조하여 구성하며,
제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)는 서로 간격을 유지함으로써 누액이 제 1 감지부(100a) 및 제 2 감지부(100b)의 사이로 유입되면, 정전용량값이 형성되고, 정전용량값의 크기에 따라 누액의 종류까지 판별을 수행하며,
외부편조(110)는,
외부에서 액체가 들어가는 경우 흰색 폴리에스터 섬유사가 투명 색상으로 보이므로 내부의 내부편조(120)를 구성하는 적색 폴리에틸렌 재질의 제 1 폴리에틸렌 섬유사와, 흑색 폴리에틸렌 재질의 제 2 폴리에틸렌 섬유사에 대해서 외부에서 색상이 표현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템.
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| KR1020210008528A KR102302663B1 (ko) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 하이브리드 센싱 케이블 기반 센싱 시스템 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114487302A (zh) * | 2022-02-09 | 2022-05-13 | 唐荣 | 一种应用于化工产品研发的具有抗腐蚀结构传感器 |
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- 2021-01-21 KR KR1020210008528A patent/KR102302663B1/ko active IP Right Grant
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