KR20090122131A - 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 및 음향 카메라를 이용하여 작업자가 접근하기 어려운 곳에 설치된 배관 또는 시설물의 파단 전 누설을 감시할 수 있는 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치에 관한 것으로, 음향 센서를 통한 누설 위치의 감지에 따라 누설되는 유체의 영상을 촬영하는 영상 카메라; 상기 영상 카메라(110)의 외주면을 동심원으로 둘러싸게 구성되어 누설되는 유체를 음향을 통해 감지하는 음향 카메라; 상기 영상 카메라 및 음향 카메라로부터 획득된 영상 및 음향에 대한 누설 정보를 외부의 작업자 컴퓨터에 송수신하는 송수신기 및 상기 영상 카메라, 음향 카메라 및 송수신기의 기능을 제어하는 컨트롤러를 이용하여 대형 누설이 발생하기 전에 누설의 발생 유무를 알려줌으로써 대규모 누설로 인해 발생되는 사고를 미연에 방지할 수 있다.

Description

영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치{LEAK MONITORING SYSTEM USING VISION AND ACOUSTIC INFORMATION}
본 발명은 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상 및 음향 카메라를 이용하여 작업자가 접근하기 어려운 곳에 설치된 배관 또는 시설물의 파단 전 누설(Leak Before Break; LBB)을 감시할 수 있는 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고압, 고온 또는 고압과 고온의 유체를 사용하는 분야에서는 누설이 심각한 사고를 일으키는데, 그 대표적인 시설로서 원자력 발전소를 예로 들 수 있다. 예컨대, 원자력 발전소에서는 핵연료를 식혀주는 냉각재가 누설되어 손실되는 사고가 매우 중요하게 취급된다.
즉, 원자로 내부에 장전되는 핵연료는 핵분열 연쇄반응에 의하여 열에너지를 만들어 내는데, 냉각재가 이를 적절히 식혀주지 못한다면 핵연료의 피복관은 녹게 되고 방사성 차단 방벽기능을 상실한 방사성 물질은 외부로 노출된다.
원자력 발전소에서는 이러한 사고를 냉각재 상실사고(Loss of Coolant Accident; LOCA)로 규정하고, 상기 사고가 발생했을 때를 대비하여 다양한 안전장 치를 보유하고 있는데, 그 대표적인 방법으로서 파단 전 누설(Leak Before Break; LBB)이 이용되고 있다.
그런데, 파단 전 누설(LBB) 개념을 도입하면 냉각재 상실사고(LOCA)와 같은 사고가 실제로 발생할 확률은 더 낮아질 것이라는 연구 결과가 도출되었다. 그 까닭은 배관에 누설이 생기기 전에 소량의 누설 유무를 알려줌으로써, 미리 원자로를 정지시켜 특히 대형 LOCA의 발생을 차단할 수 있도록 도와주기 때문이다.
따라서 파단 전 누설(LBB)의 탐지능력이 뛰어날수록 위험도는 감소할 것이다. 이러한 아이디어는 대형 LOCA를 위하여 과도하게 설계된 안전장치를 줄이고, 운전 여유도를 확장할 수 있으며, 발전소의 위험도 자체를 낮게 계산하는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
그러나, 상기 파단 전 누설(LBB)과 관련하여 아래와 같은 세가지의 문제점이 지적되고 있다.
첫째, 어떻게 파단 전 누설을 효율적으로 수행할 수 있느냐는 것이다.
즉, 누설의 위치와 양을 동시에 정확히 측정하는 것이 파단 전 누설감시의 목적이지만, 단일 기술로 위치와 양을 동시에 측정할 수 있는 방법은 현재까지 실용화되지 않고 있다. 이 때문에, 원자력 발전소에서는 파단 전 누설을 수행하는 방법으로 적어도 두 가지 이상의 서로 독립적인 방법으로 작동하는 파단 전 누설 감시 기술을 적용해야 된다.
둘째, 작업자의 접근이 어려운 장소에서도 파단 전 누설을 수행할 수 있어야 한다는 점이다.
즉, 누설이 문제가 되는 경우는 보통 고온, 고압 또는 유독 물질 중 어느 하나 이상을 사용하는 경우이므로, 누설이 발생한 경우에 작업자가 근처에 있게 되면 큰 인명사고가 뒤따르게 된다. 따라서, 누설이 발생하게 되면 작업자가 원거리에서 누설감시장치를 이동 및 조종하면서 누설 감지를 수행할 수 있는 장치와 방법이 제공되어야 한다.
셋째, 감시해야할 시설의 규모가 매우 큰 경우에는 어느 부분에서 누설이 있을지 미리 예상되지 않는 상황에서 모든 배관을 항상 감시하고 있을 수 없다는 것이다. 따라서, 이와 같은 경우에도 누설 위치를 탐지할 수 있도록 누설감시장치를 보조하는 장치가 지원되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 영상 및 음향 카메라를 통해 작업자가 접근하기 어려운 원자력 발전소 내 배관에서의 파단 전 누설을 효과적으로 탐지 및 감시할 수 있는 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치는, 음향 센서를 통한 누설 위치의 감지에 따라 누설되는 유체의 영상을 촬영하는 영상 카메라(110); 상기 영상 카메라(110)의 외주면을 동심원으로 둘러싸게 구성되어 누설되는 유체를 음향을 통해 감지하는 음향 카메라(120); 상기 영상 카메라(110) 및 음향 카메라(120)로부터 획득된 영상 및 음향에 대한 누설 정보를 외부의 작업자 컴퓨터에 송수신하는 송수신기(130) 및 상기 영상 카메라(110), 음향 카메라(120) 및 송수신기(130)의 기능을 제어하는 컨트롤러(150)를 포함한다.
바람직하게, 상기 음향 카메라(120)의 하단에 설치되어 외부의 제어신호에 따라 누설위치로 이동되는 이동수단(140)을 더 포함한다.
더 바람직하게, 상기 음향 카메라(120)는 주파수의 차이를 이용하여 누설에 따른 음향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크로폰(125)을 포함한다.
본 발명에 따른 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치에 따르면, 영상 및 음향 정보를 통해 대형 누설이 발생하기 전에 누설의 발생 유무를 알려줌으로써 대규모 누설로 인해 발생되는 사고로부터 시설물을 보호할 수 있다.
즉, 영상 및 음향 정보를 통해 파단 전 누설 개념을 적극적으로 도입함으로써, 원자력 발전소뿐만 아니라, 고압 및 고온의 유체를 사용하고 있는 시설, 유독 물질을 포함하고 있는 시설 및 누설로 인하여 피해가 예상되는 기타의 시설에도 적용하여 시설물에서의 대량 누설을 사전에 차단할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 누설감시장치의 구성을 나타내는 도면이 다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 및 음향정보를 이용한 누설감시장치(100)는, 영상 카메라(110), 음향 카메라(120), 송수신기(130), 이동수단(140) 및 컨트롤러(150)을 포함한다.
구체적으로, 영상 카메라(110)는 누설되는 유체(기체 또는 액체)의 영상을 촬영하는 수단으로서, 상하좌우로 이동하며 촬영되는 영상정보를 확대 및 축소할 수 있다.
음향 카메라(120)는 누설되는 유체를 음향을 통해 감지하는 수단으로서, 상기 영상 카메라(110)의 외주면을 동심원으로 둘러싸는 원통형의 형상이며, 복수개의 마이크로폰(125)을 구비하고 있다.
즉, 상기 음향 카메라(120)는 육안으로 확인되지 않을 정도의 소량의 누설이나, 고에너지 배관에서 누설되는 유체와 같이 바로 기화되어 상기 영상 카메라(110)를 통해 누설 확인이 어려운 경우, 마이크로폰(125)을 통해 배경 주파수와 차이가 있는 음향의 감지를 통해 누설의 유무를 확인한다.
이때, 상기 영상 카메라(110)는 상기 음향 카메라(120)를 통해 감지된 누설 위치를 확대하여, 네트워크를 통해 원거리에 떨어져 있는 작업자 컴퓨터에 확대된 영상 정보를 전송하거나, 원거리의 작업자 컴퓨터의 제어에 따라 카메라의 각도와 위치를 조절하여 누설 및 그 이외의 의심나는 부분을 감시할 수 있다.
예컨대, 상기 영상 카메라(110)는 일반적인 카메라는 물론 적외선 카메라와 같은 특수 카메라를 이용할 수 있으며, 원거리의 작업자 컴퓨터는 상기 영상 카메 라(110)로부터 전송된 누설과 관련된 화면을 영상처리하여 누설 부위의 크기 및 누설량을 예측할 수 있다.
송수신기(130)는 상기 영상 카메라(110) 및 음향 카메라(120)로부터 획득된 누설 정보를 작업자 컴퓨터에 송신하거나, 본 발명에 따른 누설감시장치(100)의 위치를 누설이 발생될 것으로 예상되는 장소로 이동시키거나 영상 카메라(110)의 각도를 상하좌우로 이동시키는 제어신호를 작업자 컴퓨터로부터 수신한다.
이동수단(140)은 상기 음향 카메라(120)의 하단에 설치되어 작업자 컴퓨터의 제어신호에 따라 누설위치로 이동되는 장치로서, 바닥면에 바퀴(145)가 구비되어 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에서는 이동수단(140)의 바닥면에 바퀴(145)가 구비되어 이동되는 것으로 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고 이동에 적합하도록 고안된 이동장치, 예컨대 보행장치, 무한궤도 및 비행체 등을 포함할 수 있다.
컨트롤러(150)는 상기 영상 카메라(110), 음향 카메라(120), 송수신기(130) 및 이동수단(140)을 제어하는 기능을 수행한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 영상 및 음향정보를 이용한 누설감시장치의 작동을 일예를 들어 설명한다.
도 2는 음향센서 네트워크를 이용하여 본 발명에 따른 누설감시장치를 이동시키는 적용예를 나타내는 도면이고, 도 3은 누설예상 위치로 이동된 누설감시장치의 작동 원리를 설명하는 도면이다.
또한, 도 4는 음향정보를 이용하여 영상 카메라의 위치제어 알고리즘을 나타 내는 도면이며, 도 5는 누설량 예측을 위한 영상 신호처리 과정을 나타내는 도면이다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 및 음향정보를 이용한 누설감지장치가 발전소의 격납건물에 설치되는 경우를 일예를 들어 설명한다.
예컨대, 원자로(310), 펌프(320) 및 증기발생기(330)를 포함하는 발전소의 격납건물(300)은 어느 부분에서 누설이 발생될 지를 알 수 없기 때문에, 누설이 예측되는 지점에 제 1 내지 제 7 음향 센서(A1 ~ A7)를 설치하여 누설 발생을 감지한다.
상기의 음향 센서(A1 ~ A7)는 다른 센서에 비해 민감도가 우수하며, 누설이 어느 방향에서 발생되는지를 확인할 수 있으므로 누설감지에 중요한 역할을 하는데, 도 2의 적용예에서는 원자로(310)와 증기발생기(330) 사이의 제 2 및 제 4 음향센서(A2 및 A4)에서 누설지점이 감지되는 것으로 도시되어 있다.
이때, 누설이 없는 정상적인 상태라면, 제 1 내지 제 7 음향센서(A1 ~ A7)는 모두 배경 잡음만을 감지하지만, 만일 제 2 및 제 4 음향센서(A2 및 A4) 사이에서 누설 지점이 발생된다면 일반적으로 발생되는 배경 잡음과는 다른 주파수가 감지된다.
그러면, 네트워크를 통해 원거리에서 컴퓨터(200)로 상기 발전소의 격납건물(300)을 감시하고 있는 작업자는 제 2 및 제 4 음향센서(A2 및 A4) 사이에서 누설이 발생되었음을 파악하고, 상기 제 2 및 제 4 음향센서(A2 및 A4) 사이에 본 발 명에 따른 누설감지장치(100)를 이동시킨다.
이후, 도 3의 (1)에 도시된 바와 같이, 누설감시장치(100)의 음향 카메라(120)를 통해 측정되는 음향 정보를 이용하여 누설 유무를 탐지하고, 마이크로폰(125)으로부터 측정되는 신호의 위상 차이를 이용하여 정확한 누설 위치를 찾아낸다.
다음에, 도 3의 (2)에 도시된 바와 같이, 음향 카메라(120)를 통해 제공되는 누설위치 정보를 이용하여 영상정보의 습득이 적절한 위치로 영상 카메라(110)를 이동시켜 누설량 예측을 위한 측정 영상을 촬영한다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 영상 카메라(110)와 음향 카메라(120)는 동일한 구동부에 고정되어 있기 때문에, 컨트롤러(150)가 누설 위치의 정 가운데를 향하도록 음향 카메라(120)의 위치를 고정시킴에 따라 영상 카메라(110)도 누설 위치 쪽으로 방향을 향하게 된다. 부언하면, 컨트롤러(150)가 영상 카메라(110)를 누설 위치를 향하도록 제어하는 것은 영상 처리를 이용하여 누설량을 추정하는 방법의 오차를 줄이기 위함이다. 또한, 컨트롤러(150)는 음향 센서(A1 ~ A7)를 통해 감지되는 누설 위치 정보에 따라 영상 카메라(110) 및 음향 카메라(120)를 전체적으로 이동시키거나 영상 카메라(110)만을 누설 위치로 이동시켜 최적의 영상 정보를 촬영하게 한다.
그 다음, 도 3의 (3)에 도시된 바와 같이, 상기 영상 카메라(110) 및 음향 카메라(120)를 통해 측정한 영상 및 음향 정보를 송수신기(130)를 통해 원거리의 작업자 컴퓨터(200)로 전송하여 누설이 발생되었음을 알림과 동시에 촬영된 영상을 통해 누설량을 분석 및 예측하게 한다.
즉, 작업자 컴퓨터(200)에서는 도 5에 도시된 바와 같이, (1) 영상 카메라(110)를 통해 촬영되어 전송된 영상을 추출하고, (2) 명암을 이용하여 누설을 구분하며, (3) 구분된 명암에서 경계면을 탐색한 후, (4) 누설 경계면을 구성한 뒤 누설량을 측정 및 예측함으로써 작업자가 대규모의 누설이 발생하기 전에 미리 시스템에 적절한 조치를 취할 수 있고 따라서 사고를 사전에 예방할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 누설감시장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 음향센서 네트워크를 이용하여 본 발명에 따른 누설감시장치를 이동시키는 적용예를 나타내는 도면.
도 3은 누설예상 위치로 이동된 누설감시장치의 작동 원리를 설명하는 도면.
도 4는 음향정보를 이용하여 영상 카메라의 위치제어 알고리즘을 나타내는 도면.
도 5는 누설량 예측을 위한 영상 신호처리 과정을 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 영상 카메라 120 : 음향 카메라
125 : 마이크로폰 130 : 송수신기
140 : 이동수단 150 : 컨트롤러

Claims (3)

  1. 영상 및 음향 카메라를 통한 정보를 이용하여 누설을 감시하는 장치로서,
    음향 센서를 통한 누설 위치의 감지에 따라 누설되는 유체의 영상을 촬영하는 영상 카메라(110);
    상기 영상 카메라(110)의 외주면을 동심원으로 둘러싸게 구성되어 누설되는 유체를 음향을 통해 감지하는 음향 카메라(120);
    상기 영상 카메라(110) 및 음향 카메라(120)로부터 획득된 영상 및 음향에 대한 누설 정보를 외부의 작업자 컴퓨터에 송수신하는 송수신기(130); 및
    상기 영상 카메라(110), 음향 카메라(120) 및 송수신기(130)의 기능을 제어하는 컨트롤러(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 음향 카메라(120)의 하단에 설치되어 외부의 제어신호에 따라 누설위치로 이동되는 이동수단(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 음향 카메라(120)는 주파수의 차이를 이용하여 누설에 따른 음향을 감 지할 수 있도록 복수개의 마이크로폰(125)을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치.
KR1020090043840A 2008-05-22 2009-05-20 영상 및 음향 정보를 이용한 누설감시장치 KR20090122131A (ko)

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