[기획] 초음파 시각화 기술, 누출위치까지 찾아낸다
[기획] 초음파 시각화 기술, 누출위치까지 찾아낸다
  • 박병인 기자
  • 승인 2021.03.23 14:59
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

고정 감시기술 연동 수소충전소 안전확보 기대
SM인스트루먼트 BAT CAM 2.0, 전기·가스 활용폭↑
사용자 편의성·분석속도로 누구나 쉽게 운용 가능
BATCAM 2.0의 모습.
BATCAM 2.0의 모습.

[투데이에너지 박병인 기자] 안전은 생명, 재산피해와 직결되기 때문에 결코 간과할 수 없는 분야이다. 특히 안전사고 발생 시 대형사고로 이어질 가능성이 높은 전기, 가스, 석유 등의 에너지원을 취급하는 경우라면 더욱 그렇다. 안전에 대한 중요도가 점차 강화됨에 따라 이와 관련된 솔루션은 시장에 많이 제시돼 있는 상태다.

특히 이 중에서도 배관누출관리에서 혁신적인 방안이 있다. 바로 에스엠인스트루먼트가 개발한 초음파 시각화 장비 BATCAM 2.0이다. 에스엠인스트루먼트는 초음파 음향카메라 분야 기술혁신을 이끌고 있으며 그들이 개발한 BATCAM 2.0은 세계에서 가장 빠르고, 쉬운 초음파 음향카메라라는 특징을 가지고 있다.

BATCAM 2.0은 배관에서 가스 등 누출이 발생할 경우 필연적으로 초음파가 발생하는데 이를 시각화해 디스플레이에 표시함으로써 배관상 누출위치를 빠르고 직관적으로 파악해 내는 것에 특화된 장비다. 이에 에스엠인스트루먼트의 초음파 시각화 장비의 기능과 효과에 대해 알아보기로 했다. /편집자 주

■ BAT CAM 2.0, 직관적 인터페이스 자랑
기존 청각적인 방법을 통한 초음파 진단 기술은 사용방법이 복잡하고 불편하며 반드시 전문적인 측정 및 진단 기술교육을 받은 기술자가 필요했었다.

또한 측정범위가 좁기 때문에 넓은 범위를 진단하기 위해서는 상당한 시간이 소요될 것으로 예상 된다.

하지만 에스엠인스트루먼트가 개발한 BATCAM 2.0의 초음파를 시각화해 표현해주기 때문에 별도의 기술이 불필요하며 누구나 쉽게 장비를 활용해 탐지할 수 있다.

여기에 탐지범위도 넓고 위치 특정이 용이하기 때문에 훨씬 편리하다고 할 수 있다.

BAT CAM 2.0은 소음원에서 발생된 초음파를 기기 전면에 위치한 마이크로폰을 통해 측정되며 서로 다른 지연시간을 갖는 각각의 신호들을 분석해 소음원의 위치와 세기를 영상으로 표현해주는 원리로 작동한다.

이 같은 초음파 카메라의 강점은 쉽고 직관적인 측정방법이라고 할 수 있다. 카메라의 작동 방식이 단순하고 시각적으로 문제 발생 여부를 확인할 수있어 직관적인 사용이 가능하다.

특히 BATCAM 2.0은 빠르게 측정이 가능한점이 강점으로 꼽힌다. 기존 초음파 측정기의 경우에는 좁은 범위에 한해서 측정되기 때문에 시간이 탐지 하는데 시간이 오래 걸렸다.

하지만 초음파 카메라를 활용하게 되는 경우 실시간 촬영범위가 넓고 동시에 여러 소음원을 찾을 수 있어 빠른 문제해결 및 진단이 가능할 것으로 분석된다.

아울러 측정 결과를 직관적으로 해석할 수 있고비 전문가도 결함의 위치를 쉽게 설명하고 공유할 수 있어 누출문제 발생 시 신속한 해결책을 제시할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

SMI의 BATCAM 2.0과 타사의 음향카메라와 비교해 본 결과 타 장비에 비해 BATCAM 2.0은 상대 적으로 20hz~45hz의 범위에서 더 넓은 범위의 신호 측정 및 탐지가 가능한 것으로 자체 실험결과 나타났다.

한편 BATCAM 2.0의 측정 가능한 최소 누설량은 40cc/min 정도다.

■ 아크 방전 검출 가능
BATCAM 2.0을 활용할시 가스 누출 뿐만 아니라 전력 기자재 및 부품의 이상 진단도 가능하다.

아크 방전과 같은 전력 기자재의 고장은 회로 차단기나 기존 아크 측정기에 의한 진단이 어려웠 었다. 하지만 아크 발생 시 방출되는 20~50kHz의 초음파를 BATCAM 2.0을 이용해 쉽게 진단이 가능하다.

특히 아크 탐지는 전기안전 관련해 가장 중요한 분야로 꼽힌다. 한국전기안전공사의 통계에 따르면 전기 화재는 연간 7,000~9,000건 이상 발생하 는데 이중 약 20%가 아크에 의해 발생하는 현상이 다.

아크도 가스누출과 마찬가지로 BATCAM 2.0을 통해 시각화해 표현함으로써 단순한 동작으로 직관적으로 아크위치를 파악해 낼 수 있다.

이를 활용해 전주, 전력 기자재, 전력시설 등 다 양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

■ 다양한 기능 탑재
BATCAM 2.0은 여러개의 마이크로폰으로 구성된 어레이와 고속 FPGA 기반의 프로세서가 탑재된 휴대용 초음파 카메라다.

구성은 마이크로폰, 영상녹취용 카메라, 거리센서 등으로 이뤄져 있으며 측정영상을 캡쳐, 동영상저장이 가능하고 이를 HDMI 단자를 통해 출력장 비로 송출 가능하다.

오디오로 출력해 헤드폰을 연결 음원청취도 가능하며 USB 포트를 이용해 데이터 백업, OS 업그레이드 기능도 보유하고 있다.

제품 사양은 설치된 마이크로폰의 개수는 112개 이며 측정 주파수 범위는 2k~48kHz이다.

마이크로폰의 감도는 41dBFS이고 신호대 잡음비(SNR)는 66dB, 카메라 시야각은 수평 66도, 수직 54도로 넓은 측정반경을 자랑한다.

측정거리는 환경에 따라 다르지만 0.3m~50m이며 5” Mono Color LCD 디스플레이가 탑재됐다.

샘플링 속도는 96k S/s, 영상 프레임 속도는 25 FPS, 이미지 해상도는 640 x 480이며 내장메모리는 53G다. 내장메모리의 경우 동영상 5분 저장 시약 25MB를 차지하게 되며 연속 동영상 저장 시에는 7일 정도 가능하다.

동작온도는 영하 20도에서 영상 50도에서도 작 동이 가능하며 동작습도는 10~85%이다.
리튬 이온 배터리는 49.5Wh의 용량을 가지며 동작시간은 4시간이다.

메인화면은 사용자 친화형 인터페이스가 적용돼 쉽고 간단하게 장비 활용이 가능하다. 사용자는 별도의 PC 연결 없이도 메인화면에서 측정과 관련된 다양한 값을 터치로 설정하고 측정 결과를 확인할 수 있다.

메인화면을 통해 빔포밍, 측정 환경, 기타 등의 설정이 가능하다.

먼저 빔포밍 설정은 측정되는 소음의 크기 값을 레인보우 형태의 색상표로 보여줄 수 있는 기능에 대한 설정이다. 빔포밍 설정에는 표시 기준값, 이미지 범위, 이미지 평균 등이 포함된다.
측정환경설정은 측정하려는 소음의 특성과 측정상황에 적합한 값을 설정하는 것으로 소음원과 초음파 카메라 간의 거리 설정, 측정 주파수 대역, 증폭 설정이 포함된다.

기타설정은 사용자 편의와 측정 효율성을 위한 설정으로 시간대·언어, 조명 설정, 일부 기능 숨김, 측정 파일 USB 복사, 측정파일 확인·삭제 설정이 가능하다.

한편 화면 좌측 하단에는 현재의 배터리 용량을 나타내는 배터리 아이콘이 표시된다.

BATCAM 2.0을 활용해 측정을 진행하고 있다.
BATCAM 2.0을 활용해 측정을 진행하고 있다.

■ 고정감시 기술 개발 통해 수소충전소 활용
에스엠인스트루먼트의 초음파 시각화 기술은 향후 수소 생산설비, 충전소에서 발생할 수 있는 가스누출을 감시하고 발생위치를 판별할 수 있는 장비 등으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

에스엠인스트루먼트, 한국가스기술공사는 이에 대한 공동연구를 진행하고 있다. 두 회사는 초음파 신호의 시각화를 통해 누출위치를 감시하고 촬영 하는 초음파 카메라 기술을 활용해 방폭형 수소누출감지영상장치 및 시스템을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.

가스기술공사에서 구축한 ‘수소 통합모니터링 센터’와 연계해 차별화 된 수소누출감지 시스템을 적용하고 수소충전소를 대상으로 고장진단에 활용할 수 있는 최적화된 시스템을 개발하는 것이다.

이번 연구를 통해 개발되는 장치, 시스템을 활용해 수소 생산설비 및 충전소의 가스 누출 모니터 링을 실시하면 가스누출사고 발생 시 위치를 시각 적으로 즉시 판별할 수 있을 것으로 기대된다.

관리자 및 감시인력이 쉽게 접근할 수 없는 곳에 장치를 설치해 상시 감시를 통한 안전사고를 사전에 예방할 수 있을 것으로 전망된다.

기존 전기, 화학적인 누출감지시스템은 누출여 부만 판단이 가능하고 누출위치를 특정할 수 없다는 단점이 있었으나 초음파를 이용한 탐지시스템은 유출 여부에 위치 특정까지 가능해 더욱 효율 적인 안전관리가 가능할 것으로 기대된다.

또한 기존 누출 측정용 가스센서들의 국산화가 기대되고 있는 상황이다.

가스기술공사의 관계자는 “기존 누출 측정용 가스센서들은 외국업체들이 국내에서 많은 부분을 점유하고 있었는데 이번 연구를 통해 국산화 제품 으로 대체해 국내 기업과 상생할 수 있는 기회를 만들 수 있을 것”이라고 설명했다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

해당 언어로 번역 중 입니다.