비접촉, 실시간, 고정밀의 새로운 안전 계측 해법

1. 고압가스 산업,
‘보이지 않는 위험’과의 싸움

고압가스는 반도체·디스플레이·석유화학·발전소 등 다양한 산업군의 핵심 에너지원이자 공정의 필수 자원으로 활용되고 있으며, 극소량의 누출에도 화재·폭발·인명사고로 이어질 수 있어 누출 여부를 조기에 감지하는 기술이 중요하다. 기존에는 전기화학식 센서·적외선 흡수식 센서(IR) 등이 가스 누출을 탐지하는 주요 수단으로 사용됐지만, 이러한 방식은 가스의 종류나 농도에 따라 감지 성능이 좌우되며, 일정 수준 이상의 누출 농도에 도달해야 반응하기 때문에 누출 발생 시 통상 10~20초 이상 감지 시간이 소요되는 경우가 많다. 또한 센서 수명이 짧고 교체 주기가 짧아 유지보수 부담도 뒤따른다.

이에 반해 BATCAM CX는 가스가 고압 상태에서 누출될 때 발생하는 초음파 대역의 소리 자체를 직접 감지하기 때문에, 가스의 종류나 농도와 무관하게 누출 즉시 감지할 수 있다. 특히 이번에 소개하는 설치형 초음파 배열 센서 기반 제품은 0.5초 이내에 누출 여부를 감지할 수 있어, 기존 감지 방식 대비 최소 20배 이상 빠른 반응 속도를 자랑한다. 초음파 배열 센서를 활용한 설치형 탐지 솔루션은 실시간 감지·비접촉 방식·정밀한 위치 파악이라는 장점을 갖추고 있어, 기존 방식의 한계를 뛰어넘는 계측 대안으로 부상하고 있다. 본 제품은 화학물질안전원과의 공동 개발을 통해 국내 산업 현장에 적합한 감지 성능과 신뢰성을 확보했다.

2. 초음파 배열 센서를 활용한
누출 감지 원리
 초음파 배열 센서를 기반으로 한 누출 감지 기술은 가스가 고압 상태에서 누출될 때 발생하는 고주파 소리(초음파)를 탐지하여 이상 여부를 판단한다. 사람의 귀로는 들을 수 없는 20kHz 이상의 주파수 영역에서 발생하는 초음파 신호를 정밀하게 수집하고, 고속 연산 처리하여 누출의 발생 여부·방향·강도 등을 실시간으로 분석할 수 있다.

해당 제품은 24채널의 디지털 MEMS 마이크로폰이 배열된 초소형 구조를 가지고 있으며, 최대 100kHz의 주파수 대역을 측정할 수 있다. 이러한 초음파 배열 기술은 배관 주변에 고정 설치된 장비가 일정 시간 동안 소음을 학습하고, 이를 기반으로 배경 소음을 제거하며, 누출 발생 시 이례적인 초음파 패턴만을 감지하여 경보를 발생시키는 지능형 알고리즘(Fingerprint 기능)을 탑재하고 있다. 기존 센서 방식처럼 가스 성분 분석이나 농도 측정에 의존하지 않고도, 0.5초 이내의 초고속 반응 시간으로 위험을 조기에 감지할 수 있다.

3. 산업 현장 맞춤형 하드웨어 구성

본 제품은 정밀한 초음파 감지를 위해 설계된 24채널 디지털 MEMS 마이크로폰 어레이를 기반으로 한다. 각 마이크로폰은 -26dBFS의 감도와 62dB(A)의 SNR을 갖추고 있어, 미세한 누출음조차도 정확하게 수집 및 분석할 수 있다. 감지 가능한 초음파 주파수 범위는 4kHz부터 최대 100kHz까지로, 고주파 대역에서 발생하는 고압가스 누출 특성을 효과적으로 포착한다.

또 200kS/sec의 고속 샘플링 속도와 25Hz Frame Rate 그리고 10m 거리까지 커버할 수 있는 고감도 감지 능력은 실제 산업 환경에서 신뢰도 높은 감지를 가능케 한다. 또한 누출량 150cc/min(거리 2m 기준) 수준의 미세 누출도 0.5초 이내에 탐지할 수 있어, 사고로 확산되기 전 조기 대응이 가능하다.

FPGA(고속 병렬 연산 프로세서)와 임베디드 컨트롤러가 내장되어 있어, 감지된 다채널 데이터를 실시간으로 분석하고 경보 시스템과 즉시 연동된다. 특히 이벤트 발생 시 초음파 데이터를 자동 저장하는 128GB eMMC 기반의 핑거프린트(Fingerprint) 기능이 탑재되어 있어, 이상 음향에 대한 기록 및 후처리 분석이 가능하다. 이는 단순 누출 감지를 넘어 사고 원인 분석 및 예지보전(PdM)의 기반 데이터를 제공하는데 기여한다.

설치와 유지보수 또한 산업 현장을 고려해 최적화되었다. 제품은 88×88×32mm의 콤팩트한 크기와 350g의 경량 설계로 다양한 구조물에 부담 없이 설치 가능하며, DC 12V 또는 24V 전원(6W)으로 구동된다. 통신 인터페이스는 RS-485, UART, Ether net을 지원해 기존 제어 시스템과의 연동이 용이하며, CE·FCC·KC·RoHS 인증을 획득해 글로벌 산업 표준을 충족한다. 이러한 하드웨어적 특징과 내구성, 연산 능력은 반도체, 플랜트, 정유, 화학공장 등 고압가스를 사용하는 까다로운 환경에서도 빠르고 정확한 이상 감지와 시스템 대응을 가능케 한다.

4. 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성

초음파 배열 기반 가스 누출 감지기는 가스의 종류와 무관하게 빠르게 이상을 감지할 수 있어, 복잡하고 민감한 환경에서도 그 진가를 발휘한다. 예를 들어 반도체 및 디스플레이 제조 라인에서는 고순도 가스를 사용하는 설비가 많고, 미세 누출도 품질에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이 기술은 클린룸 환경에 적용할 수 있을 만큼 콤팩트하고 정밀하며, 기존의 환경을 해치지 않으면서도 고성능 감지가 가능하다.

화학 플랜트나 정유 시설에서는 고압가스가 복잡한 배관을 통해 흐르고 있어, 누출 여부를 조기에 파악하지 못할 경우 대형 사고로 이어질 수 있다. 이 제품은 10m 거리에서도 300cc/min 수준의 누출을 감지할 수 있으며, 넓은 플랜트 환경에서도 다수의 센서를 분산 배치하여 안정적인 모니터링 체계를 구축할 수 있다. 스마트 팩토리 환경에서는 DIO 및 RS-485 통신을 통해 중앙 제어 시스템과 연동되며, 알람 신호 및 로그 데이터를 기반으로 설비 예지보전(PdM)까지 가능하다.

5. 환경 및 안전 계측의
새로운 방향 제시

고압가스 누출 감지 기술은 단순한 이상 감지 기능을 넘어, 산업 현장의 안전문화와 환경 대응 수준을 한 단계 끌어올리는 역할을 한다. 최근 ESG 경영 강화와 함께 제조 산업에서도 사고 예방 중심의 제어 전략, 환경 유해물질 저감, 실시간 안전 계측 인프라 구축이 강조되고 있는 가운데, 초음파 배열 센서를 활용한 탐지 기술은 이러한 트렌드에 정확히 부합하는 솔루션이다.

특히 소프트웨어 기능 안전 인증(IEC 61508:2010 Part 3) 및 코딩 표준 준수율 100%를 통해 소프트웨어 신뢰성까지 확보하였다는 점에서, 단순한 하드웨어 센서 이상의 통합 계측 장비로 평가받을 수 있다. 이미 BATCAM 시리즈는 반도체 산업, LNG 및 유조선과 같은 가스 운반 설비, 전기설비의 부분방전 탐지 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있으며, 에스엠인스트루먼트는 자체 원천 기술을 바탕으로 해외 제조사에 맞춤형 ODM 제품도 공급하고 있다.

김영기 에스엠인스트루먼트 대표는 “BATCAM CX는 여러 산업 현장에서 안전과 시설 보호를 위한 감시 역할을 톡톡히 해낼 것으로 기대된다”고 전하며 신제품에 대한 기대감을 드러냈다. 고압가스 누출이라는 ‘보이지 않는 위협’에 대응하기 위해 센서 기술은 지속적으로 진화하고 있다. 초음파 배열 센서를 활용한 감지 솔루션은 정확성·속도·안정성이라는 핵심 가치를 동시에 충족시키며, 환경 제어계측의 새로운 표준으로 자리매김했다.

향후 이러한 기술은 단순 감지를 넘어 스마트 계측 기반의 자동제어시스템과 결합되어, 산업 현장의 무중단 운영과 예지보전 중심의 안전관리를 실현하는 핵심 요소가 될 것이다. 참고로 신제품 BAT CAM CX에 대한 자세한 정보는 에스엠인스트루먼트 홈페이지(www.smins.co.kr)에서 확인할 수 있다.

cyxl2735@korea.kr
youngkey@smins.co.kr