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음향의 충격 응답을 이용한 긴 관로 내의 누설의 위치 및 크기 추정 = Localization and size estimation of leaks in a long pipeline by using acoustic Impulse response
서명 / 저자 음향의 충격 응답을 이용한 긴 관로 내의 누설의 위치 및 크기 추정 = Localization and size estimation of leaks in a long pipeline by using acoustic Impulse response / 조용현.
저자명 조용현 ; Cho, Yong-Hyun
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

Prognosis and diagnosis of the leakages in a pipeline is important in the viewpoint of preventing the waste of resource and energy. In particular, there are many practical applications that are involved with very long length and multi-branched pipelines, which makes the leak detection very difficult. This study is based on the acoustic reflectometry, for which the leaks in the pipeline system are regarded as the discontinuities that reflect the incident sound. The pressure reflection coefficient obtained by the Fourier transformed impulse response function includes the information on the reflection from all discontinuities in the pipeline. However, by applying the window function to the localized position and performing the Fourier transform, the pressure reflection coefficient of a leak can be estimated. Furthermore, the size of the leaks are estimated through comparison with the reflection coefficient calculated from the theoretical model. Localization experiments are conducted with 1, 2, 3, and 4 mm circular leak located at 9.34, 14.50, 23.50, and 29.70 m. The maximum localization error is 0.021m for 1 mm leakage located at 29.70 m. Size estimations were made for 2, 3, and 4 mm leaks. The detection criterion of leak was defined from the 99% confidence interval of the ripples. Leak smaller than 0.5 mm could not be detected with this criterion. For 1 mm circular leak, after fitting the magnitude of peak to the exponential function, intersection point with 99% confidence interval is defined as localization limit. Localization limit is increase with decrease of low frequency limit. Leak detection experiments were conducted on leaks in the axial and transverse directions with aspect ratios of 1, 2.25, 4, and 9. As a results, small rectangular leak can be localized base on the lumped parameter model. Also, size estimation is possible by assuming rectangular leak as circular leak of the same effective cross-sectional area. The effects of multiple leaks include multi-reflected signal and reduction in the reflected signal by transmission. The effect of multiple leaks is negligible for leaks smaller than 3 mm. In the experiment, IRF of branch signal can be estimated by using first and second reflected signal from branch. Estimation error is 8.83%. Finally, IRF except branch signal can be obtained by removing estimated branch IRF from original IRF. In the reconstructed IRF, shift of the leak signal by branch signal can be compensated.

자원 및 에너지의 낭비를 방지하는 관점에서 파이프 라인의 누출에 대한 예방 및 진단은 중요하다. 특히, 매우 긴 길이 및 다중 분기 파이프 라인과 관련된 많은 실제 시스템에 대해 누설 탐지는 어렵다. 본 연구는 파이프 라인 시스템의 누설이 음향의 반사를 야기하는 불연속부로 작용함을 기반으로 한다. 푸리에 변환 된 충격 응답 함수에 의해 얻어진 압력 반사 계수는 파이프 라인의 모든 불연속부로부터의 반사 정보를 포함한다. 그리고, 윈도우 함수를 국부 위치에 적용하고 푸리에 변환을 수행함으로써, 누설의 압력 반사 계수가 추정 될 수 있다. 또한, 누출의 크기는 이론적 모델에서 계산 된 반사 계수와 비교하여 추정하였다. 실험은 9.34, 14.50, 23.50 및 29.70 m에 위치한 1, 2, 3 및 4 mm 원형 누설로 수행하였다. 최대 위치 추정 오차는 29.70 m에 위치한 1 mm 누설에 대해 0.021 m입니다. 크기 추정은 2, 3 및 4 mm 누출에 대해 수행하였다. 누출의 탐지 기준은 충격응답함수상에 나타나는 리플의 99 % 신뢰 구간으로부터 정의하였다. 이 기준으로는 0.5mm보다 작은 누출을 감지 할 수 없었다. 1mm 원형 누설의 경우 최고 점을 지수 함수에 맞추고 나서 99 % 신뢰 구간을 갖는 교차점을 탐지 한계로 정의하였다. 탐지한계는 저주파 영역을 많이 포함할수록 증가하였다. 직사각형 형태의 누설 탐지 실험은 종횡비가 1, 2.25, 4, 9 인 축 방향 및 횡단 방향의 누출에 대해 수행하였다. 결과적으로 작은 사각형 누설은 집중 매개 변수 모델에 추정할 수 있었다. 또한 동일한 유효 단면적의 원형 누설로 직사각형 누설을 가정하여 크기 추정이 가능하였다. 다중 누설의 영향으로는 다중 반사 신호 및 투과에 의한 반사 신호 감소가 포함됩니다. 다중 누출의 영향은 3 mm보다 작은 누출에 대해서는 무시할 수 있었다. 실험에서 분기관 신호의 IRF는 분기관의 첫 번째 및 두 번째 반사 신호를 사용하여 추정 할 수 있었다. 이때 추정 오차는 8.83 %였다. 마지막으로 분기 신호를 제외한 충격응답함수는 원본 충격응답함수에서 추정 된 분기 충격응답함수를 제거하여 얻을 수 있습니다. 재구성 된 충격응답함수에서, 분기관 신호에 의한 누설 신호의 이동이 보상 되었다.

서지기타정보

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청구기호 {MME 18063
형태사항 vi, 64 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Yong-Hyun Cho
지도교수의 한글표기 : 이정권
지도교수의 영문표기 : Jeong-Guon Ih
부록: A, 다중 마이크로폰에 의한 반사계수 측정. - B, 필터의 설계
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 참고문헌 : p. 60-61
주제 관로내 누설
음향 반사측정
음향 반사계수
누설 위치 추정
누설 크기 추정
긴 관로
작은 누설
Leak in a duck
acoustic reflectometry
sound reflection coefficient
leak localization
leak size estimation
long duct
small leak
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