Ⅰ. 서 론

누수는 물 공급 순환, 공기정화기, 냉각기 등에 심각한 문제를 발생시키며, 초고층화에 따른 위험 성 증대, 콘크리트 강도하락, 노화속도 증대 등 건 물 및 각종 시설물에 심각한 피해를 발생시키고, 도 시의 배수구를 막히게 하여 심각한 자연재해 및 인 적 재해를 발생시키는 원인이 된다. 또한 물을 포함 한 각종 다양한 액체들이 파이프나 저장 용기에 의 하여 이송되거나 저장되어 있는데 만약 이것들이 누출된다면 빌딩이나 공장의 전 시스템을 마비시키 는 엄청난 결과를 초래하므로, 이의 방지를 위한 누 수탐지기술은 없어서는 안 될 필수적인 안전 예방 장치이다[1].

누수 검출(Leak Detection)시 누수탐지기만 보유 했다고 모두 찾아내는 것은 아니다. 누수인데 방수 공사를 해놓고 계속 물이 잡히지 않을 경우, 누수로 밝혀져 비용만 이중으로 지불하는 경우도 있다.

또한 위에 방법은 고전적인 방법으로 시간이 많 이 소요되고, 주로 가정용으로나 사용되기 때문에 장거리의 수도 파이프, 정유 시설, 기계 기발시설, 반도체 등 전자 산업의 생산 시설 등에 적용하기에 는 어려움이 있다[2-3].

따라서 본 논문에서는 기존 누수 감지 센서의 설 치의 어려움, 경제성, 유지보수 문제점 등을 보완한 신개념의 특화된 필름형 센서를 이용한 센서 제어 장치 및 각종 센서정보를 수집, 분석하는 모니터링 시스템 구현하였다.

Ⅱ. 센서 시스템과 누수감지 센서

1. 일반적인 센서 시스템

센서는 현대의 지식정보 사회에서 기계, 정보통 신, 전자, 전기, 화학, 기상, 건설 분야 등에서 필수 적으로 사용되는 소자로서 더욱 중요시되고 있다. 특히, 대부분의 센서가 피측정 물리·화학적량을 전 기적 신호로 변화시키는 기능으로 정밀측정, 생산 자동화 및 자동제어 등에 다양하게 사용되고 있다 [4-5]. 과거의 시스템은 입력부, 제어부, 출력부의 3 부분으로 구분하였으나 최근에는 센서의 사용이 반 도체 기술의 발전과 더불어 여러 분야에서 응용되 고 있는 관계로 이러한 추세를 고려하면 시스템은 <그림 2>와 같은 형태로 구성되어 진다[3,6].

2. 누수 감지 센서(Leak Detection Sensor)

물을 감지하는 Sensor를 Leak Detection Sensor라 고 한다. 누수 및 누유감지 센서 인터페이스는 각 종 액체(물, 기름등)의 노출을 감지하여 액체가 누 출되는 지점까지 정확하고 신속하게 알려주기 위 해 <그림 2>와 같이 구현된다.

Band Type형 Lead Detection Sensor로 전선을 통 해 전류가 흐르는 동안 물이 전선을 닿게 되면 저 항 값이 변하게 되며 저항 값의 변화에 따라 누수 여부를 감지 할 수 있다. 따라서 일반적으로 사용되 는 누수감지 센서는 케이블형, 포인트형, 밴드형 및 테이프 형이 있다[7].

1) 케이블 센서(Cable Sensor)

케이블은 일정한 저항 값을 갖는 2개의 도선을 스크류 방식으로 꼬아 제작된 센서로서 해당 위치 에서 리크 발생 시 액체의 저항 값을 수신하여 거 리 감지 및 액체 유무를 감지한다. 흡착형으로 액체 를 감지한 후 재사용까지 별도의 건조시간을 필요 로 하며, 손상 시 전 라인을 들어내야 하기 때문에 경제성이 떨어지며, 바닥면 고정을 위한 브라켓 등 이 필요하고, 고정 이후라도 작업자의 이동에 방해 를 줄 수 있다[8-9].

2) 포인트 센서(Point Sensor)

Point 센서에는 포토센서의 빔(Beam)과 액체의 굴절율 차이에 따른 액체의 유무를 감지한다. 따라 서 누액의 상태 즉, 누액 유.무 판단으로 Alarm Signal을 외부로 보내준다. 센싱과 알람 기능이 일 체화 되어있고, 점 단위의 설치 방식으로 커버 면적 대비d에 비해 높은 가격이다.

3) 밴드센서(Band Sensor)

Band 센서는 1개의 도선에는 일정한 전류가 흐 르고, 나머지 도선은 액체(도전체)를 통해 넘어오는 전류치를 수신하여 액체 유, 무를 감지한다. 하지 만 바닥 면에 따로 고정하여야 하고, 작업자의 이동 에 방해를 줄 수 있으며, 압력을 가할 시 쉽게 파손 되는 단점이 있다[10].

4) 필름 센서(Film Sensor)

필름형 센서는 정확한 누수/누설 발생지점 계산 을 위해 단위 면적당 정확한 저항값을 갖는 회로 설계로, 누수의 양, 센서의 단선 확인, PET 필름, PTFE 소재 사용 및 박막 필름형 센서로 바닥 밀착 성이 우수하여 설치 편리성 및 유지관리의 편리성 등이 장점이다.

Ⅲ. 필름형 누수감지센서 구조

1. 필름센서의 물리적인 구성

<그림 6>은 필름센서의 단면을 나타낸 것으로, 접착 계층은 리크가 발생되는 곳에 부착하기 위한 것으로 테이프 형태로 구성되고, 베이스필름 계층 은 전도라인 계층이 상부에 형성되기 위한 층으로 서, 절연과 전도라인 계층의 패턴을 인쇄 방식에 형성하기 위해 PET, PE, PTFE, PVC 또는 기타 테 프론 계열의 재질로 형성된다. 전도라인 계층은 복 수개의 도체 라인과 저항 라인이 패턴 형태로 형성 되는 계층으로서, 물성감지 테이프의 길이방향으로 서로 이격되어 평행하게 스트립 형태로 베이스필 름 계층의 상부 표면에 배치된다. 보호필름 계층은 전도라인계층의 상부에 적층되어 전도라인 계층의 패턴을 외부의 자극으로부터 보호하기 위한 층으 로서 PET, PE, PVC 또는 테프론 계열의 재질로 형 성된다.

2. 필름 센서의 누수 감지 원리

전도라인 계층에 전원을 정방향과 역방향으로 교번하여 인가함으로써 수분이 이온화되는 것을 방 지(수분이온화 → 저항값 증가 → 거리측정 오차발 생)하고, 정방향과 역방향에 의해 감지된 각 저항 값으로 정확한 리크 발생 위치를 확인할 수 있다.

또한 누수에 따른 위치 감지는 리크의 위치에 따 라 달라지는 R4, R5 에 대한 전압 계산의 수식으로 나타나는데 식 (1)과 식 (2)와 같다.

+5V 전위일 때

-5V 전위일 때

Ⅳ. 구현된 누수 감지 센서 제어기 및 모니터링 시스템

본 논문에서는 특화된 필름형 센서를 이용하여, 센서설치 시 별도의 배선(케이블)공사 필요 없이 접 착방식의 단순설치가 가능하도록 하여, 각종 센서 정보를 수집, 분석하는 필름형 센서를 이용한 센서 모니터링 시스템 구현하였다.

1. 센서 제어기 구현

<표 1>은 구현된 필름센서 제어기의 기본 특성 을 나타낸 것이고, <그림 10>은 개발된 필름 센서 제어기의 PCB Layout을 나타낸 것이다.

<그림 9>에서 1리크센서 연결단자, 2릴레이 접 점 출력단자, 3전원연결 단자, 4전원표시 LED, 5 상태 표시 LED(Leak: Red, Broken: Yellow), 6 Buzzer 표시 LED 등을 나타낸다. 따라서 PCB 상의 CON1 포트를 이용하여 검출하고자 하는 액체 및 주변 사용 환경에 따라 민감도를 설정 할 수 있으 며, 전원입력 후 황색 적색 녹색의 LED가 세 번 점 등 후 설정된 0 ~ 5.6MΩ( Default)의 민감도에 따라 Buzzer 소리가 출력된다.

2. 구현된 누수 감지 모니터링 소프트웨어

센서 모니터링 소프트웨어의 개발은 Linux Server 를 기반으로 구축하고, 센싱 데이터를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 Network용 Software를 구현 하였다. 개발된 Monitering Software 화면 구성은 메 인메뉴, 토플로지 구성, Map 표시, Alarm Data 통계, Log In, 관리자모드 등으로 구분하여 소프트웨어를 구성으로 별개의 상위 모니터링 소프트웨어와 상호 통신 및 신호전달이 가능하도록 하게 개발되었다. <그림 10>은 모니터링 소프트웨어의 화면 예시를 나타낸 것이고, <표 2>는 개발된 Monitering Software 의 View Control 기능을 나타낸 것이다.

Ⅴ. 실험 및 측정 결과

1. 누수 감지 센서 모니터링 시스템 실험 환경

필름형 액체감지 센서 제어기의 정상 동작을 확 인하기 위하여 <그림 11>과 같은 센서 제어 모니터 링 시스템의 실험 환경을 구성한 것이다.

<그림 11>에 연결된 것처럼 개발된 필름센서 제 어기는 필름형식의 누수감지센서에 연결되어, 센서 부에서 감지된 누수액을 수초 이내 반응하여, 경고 음을 발생한다. 개발된 센서 제어기는 DC 전원 20Vdc ~ 34Vdc를 사용하고, 설비에서 직접 전원 연 결이 용이하고, 3색의 LED로 현재의 동작 상태, 경 보 상태를 구별하게 된다. 필름 센서의 단선시 별도 의 LED로 구별 확인 할 수 있으며, 출력 릴레이 단 자는 누수 발생 또는 센서의 단선 발생 시 출력 단 자를 통해 경보음, 또는 밸브 차단 장치를 통해 누 수의 지속을 방지 할 수 있다.

2. 센서 제어기 측정 결과

<그림 12>는 개발된 센서 제어기를 이용한 필름 센서의 누수 감지 실험 예이며, <그림 13> 개발된 센서 제어기의 안정성을 실험한 결과이고, <그림 14>는 누수의 위치를 감지하는 실험의 예를 나타낸 것이다.

3. 센서 모니터링 소프트웨어의 센서 데이터 수신 기능

필름 센서 Module로부터 각종 신호를 수신하고, 반대로 사용자의 각종 명령전달을 센서 Module로 전달하기 위해서는 다음과 같은 구조로 개발되었다.

Ⅵ. 결 론

본 논문에서는 기존 누수 감지 센서의 설치의 어 려움, 경제성, 유지보수 문제점 등을 보완한 필름형 센서를 이용한 센서 제어장치 및 각종 센서정보를 수집, 분석하는 모니터링 시스템 구현하였다. 본 논 문을 통해 개발된 필름 센서의 모니터링 시스템의 사용 분야는 반도체 및 LCD 등 전자산업의 생산 라인의 누수 탐지, 배관 연결 부위 및 배관의 누수 탐지, 화학 및 위험 물질을 이용하는 정유, 화학 공 정 산업, 냉각수를 사용하는 각종 기계 설비의 내 부, 누수에 치명적인 서버 룸 및 네트워크 룸, 건물 내벽 및 바닥, 천정 등에 적용될 수 있다. 추후 연 구 분야는 다양한 유기성 액체검출 센서 필름 개발 과 함께 기존의 산업시설 등에 설치 및 관리가 용 이하고, 산업 설비 등의 유기성 액체 유출시 실시간 으로 모니터링 시스템에 보고함으로서 정밀한 유기 성 액체검출 위치정보를 파악할 수 있어 정확도를 향상시킬 수 있는 스마트 모니터링 시스템 및 서로 다른 센서 경로를 복수개 연결하여, 각기 다른 공간 의 설비나 시설 또는 여러 배관의 누수 여부를 통 합 관리할 수 있는 모니터링 시스템을 개발하고자 할 것이다.