KR100298593B1 - 광신호를이용한고압차단기의내부압력측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 있어서, 상기 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 광신호로 전광(電光)변환하여, 광섬유 재질의 전송선으로 전송하고, 전송된 광신호를 전기신호로 광전(光電)변환하여 고전압 차단기의 내부 압력을 측정하는 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치는, 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 출력하는 압전 변환수단; 상기 전기신호를 광신호로 변환 출력하는 전광 변환수단; 및 상기 광신호를 전기신호로 변환하여, 상기 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 신호를 검출하는 검출수단을 포함하여 구성되어, 상기 고전압 차단기의 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 영향 특히. 주변에 빠른 이동체가 있거나 또는 고전압 방전, 압력 등이 존재하는 곳에서 크게 발생되는 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 영향이 전자 계측기에 인가되는 것을 방지함으로써, 고전압 차단기의 내부 압력을 정확히 측정할 수 있음은 물론, 오실로스코프와 같은 고가의 전자 계측기가 파손되는 것을 사전에 방지하는 매우 유용한 발명인 것이다.
Description
본 발명은 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정정치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 광신호로 변환하여, 광섬유(Optical Fiber)재질의 전송선으로 전송하고, 상기 전송된 광신호로부터 상기 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 분리함으로써, 고압 차단기의 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 등의 영향이 계측기가 인가되는 것을 방지하는 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 관한 것이다.
도 1은, 일반적인 고전압 차단기의 내부 압력 측정장치에 대한 구성도를 도시한 것으로서, 우선, 고전압 차단기의 내부에 구성되어 상기 고전압 측정기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 출력하는 압전소자와, 오실로스코프(Oscilloscope)등과 같은 전자 계측기와, 상기 압전소자로부터 출력되는 전기신호를 상기 계측기로 전송하는 전선(Wire)을 도시하고 있다.
상기와 같이 구성되는 일반적인 고압 차단기의 내부 압력 측정장치의 동작설명은, 우선 고전압 차단기의 내부에 구성된 압전소자는, 상기 고전압 차단기의 내부 압력을 전기신호로 변환 출력하고, 상기 압전소자로부터 출력되는 전기신호는, 전선을 통하여, 상기 오실로스코프 등과 같은 고가의 정밀 전자 계측기에 의해 전송된다. 이에 따라 원거리에 떨어져 있는 전자 계측기에서 고전압 차단기의 내부 압력을 측정할 수 있게 되는 것이다.
그러나, 상기 고전압 차단기는 평상시 또는 고전압 차단시, 주변에 빠른 이동체가 있거나 또는 고전압 방전, 압력 등이 존재하는 곳에서 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 현상을 발생시킨다. 따라서, 상기 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 현상이 전선을 통하여 직접적으로 전자 계측기에 인가되는 경우, 고전압 차단기의 정확한 내부 압력 측정이 불가능하게 됨은 물론, 오실로스코프(Oscilloscope)와 같은 고가의 전자 계측기가 파손되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창작된 것으로서, 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 광신호로 전광(電光)변환하여, 광섬유 재질의 전송선으로 전송하고, 전송된 광신호를 전기신호로 광전(光電)변환하여 고전압 차단기의 내부 압력을 측정하는 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.
도 1은 일반적인 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 대한 구성도를 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 대한 구성도를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치 에 대한 상세 회로도를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치 에 대한 상세 회로도의 출력 파형도를 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압전 변환회로 2 : 바이어스(Bias) 전압 발생기
3 : 완충기(Buffer) 4 : 가산기(Adder)
5 : 드라이버(Driver) 6 : 발광소자(LED)
7 : 수광다이오드(Photo Diode) 8 : 광전 변환기
9 : 차동증폭회로 10 : 주 증폭기
11 : 기준 전압 발생기
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치는, 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 출력하는 압전 변환수단; 상기 전기신호를 광신호로 변환 출력하는 전광 변환수단; 및 상기 광신호를 전기신호로 변환하여, 상기 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 신호를 검출하는 검출수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성되어 이루어지는 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치는, 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 광신호로 변환하여, 광섬유(Optical Fiber)재질의 전송선으로 전송하고, 상기 전송된 광신호로부터 상기 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 분리, 측정함으로써, 고압 차단기의 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 등의 영향이 계측기가 인가되는 것을 방지하게 되는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치 에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 대한 구성도를 도시한 것으로서, 상기 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치는, 고압차단기의 압력에 상응하여 전기신호를 출력하는 압전소자(1a)의 출력 전압을 분배하는 압전 변환회로(1); 일정 레벨의 바이어스 전압을 생성, 출력하는 바이어스(Bias) 전압 발생기(2); 상기 전압 분배된 내부 압력신호와, 생성된 바이어스 전압을 완충 구동하여 각각 출력하는 완충기(Buffer)(3); 상기 완충 구동된 내부 압력신호 및 바이어스 전압을 가산, 출력하는 가산기(Adder)(4); 상기 가산된 신호에 상응하는 전류를 구동 출력하는 드라이버(Driver)(5); 상기 구동전류에 상응하여 발광하는 발광소자(LED)(6); 상기 발광된 광을 광섬유(Optical Fiber)재질의 전송선을 통해 수광하는 수광다이오드(PD: Photo Diode)(7); 상기 수광된 광을 전기신호로 변환하는 광전 변환기(8); 상기 변환된 전기신호를 기준 전압과 비교하여 상기 압전소자(Piezo)로부터 출력된 내부 압력에 대응되는 신호를 분리하는 차동 증폭회로(9); 상기 기준 전압을 생성, 출력하는 기준 전압 발생기(11); 및 상기 분리된 압력신호를 일정레벨이상 증폭하여 출력하는 주 증폭기(10)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 대한 동작은, 이하 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 대한 상세 회로도로서, 고전압 차단기의 내부 압력을 전기신호로 변환 출력하는 압전소자(Piezo)(1a)의 전기신호 즉, 고전압 차단기의 내부 압력에 대응되는 신호를 두 개의 저항(R1,R2)으로 전압 분배하여 출력하는 압전 변환회로(1); 일정 레벨의 바이어스 전압을 생성, 출력하는 바이어스(Bias) 전압 발생기(2); 상기 전압 분배된 내부 압력신호 및 상기 생성된 바이어스 전압을 두 개의 연산증폭기(OP1,OP2)를 이용, 각각 완충 구동하여 출력하는 완충기(Buffer)(3); 상기 완충 구동된 전기신호 및 바이어스 전압을 다수의 저항(R3∼R7) 및 연산증폭기(OP3)를 이용하여 가산, 출력하는 가산기(Adder)(4); 연산증폭기(OP4), 트랜지스터(Q1), 다이오드(D1) 및 다수의 저항(R8∼R10)을 이용하여 상기 가산된 신호에 상응하는 전류를 구동 출력하는 드라이버(Driver)(5); 상기 구동전류에 따라 발광하는 발광소자(LED)(6); 상기 발광된 광을 광섬유(Optical Fiber)를 통해 수광하는 수광다이오드(PD: Photo Diode)(7); 상기 수광된 광을 연산증폭기(OP5)와 두 개의 저항(R11,R12)을 이용하여 전기신호로 변환하는 광전 변환기(8); 차동증폭기(OP6)를 이용하여, 상기 변환된 전기신호를 기준 전압과 비교 및 차등 증폭하여 상기 압전소자(Piezo)로부터 출력되는 내부 압력에 대응되는 신호를 분리하는 차동증폭회로(9); 상기 기준 전압을 생성, 출력하는 기준 전압 발생기(11); 및 연산증폭기(OP7)를 이용하여 상기 분리된 내부 압력에 대응되는 신호를 일정레벨이상 증폭, 출력하는 주 증폭기(10)를 포함하여 구성된다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치 에 대한 상세 회로도 각 부의 출력 파형도를 도시한 것으로서, 도 4의 (a)는, 상기 압전소자(Piezo)로부터 출력되는 고전압 차단기의 내부 압력에 대응되는 신호를 도시한 것이고, 도 4의 (b)는, 상기 고전압 차단기의 내부 압력신호를 두 개의 저항(R1,R2)으로 전압 분배하는 압전 변환회로(1)의 출력신호를 도시한 것이고, 도 4의 (c)는, 상기 바이어스(Bias) 전압 발생기(2)에 의해 생성, 출력되는 일정 레벨의 바이어스(Bias) 전압을 도시한 것이고, 도 4의 (d)는, 상기 전압 분배된 내부 압력에 대응되는 신호에 상기 바이어스(Bias) 전압을 가산하는 가산기(Adder)의 출력신호를 도시한 것이고, 도 4의 (e)는, 상기 발광소자의 광을, 광섬유(Optical Fiber)재질의 전송선을 통하여 수광, 전기신호로 변환 출력하는 광전변환기(Optic/electric Converter)(8)의 출력신호를 도시한 것이고, 도 4의 (f)는, 상기 광전 변환된 출력신호로부터 상기 고압 차단기의 내부 압력에 대응되는 신호를 분리하는 차동 증폭회로(9)의 출력신호를 도시한 것이고, 도 4의 (g)는, 분리된 상기 고압 차단기의 내부 압력신호를 일정 레벨로 증폭하는 주 증폭기(10)의 출력신호를 도시한 것이다.
상기와 같이 구성 및 신호를 출력하는 본 발명의 실시예에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치의 동작설명은, 먼저, 고압 차단기의 내부 압력에 상응하여 전기신호 즉, 내부 압력신호를 출력하는 압전소자(Piezo)(1a)로부터, 상기 도 4의 (a)와 같은 신호가 압전 변환회로(1)에 입력되면, 상기 압전변환회로(1)는, 저항(R1,R2)을 이용하여 상기 신호의 레벨을 도 4의 (b)와 같이 약 1/5로 전압 강하하여 완충기(3)로 출력하는 데, 상기 전압 분배는, 고압 차단기의 압력측정에 소모되는 전력을 최소화하여 고압 차단기의 내부 압력 측정장치에 건전지(Battery)를 사용할 수 있게 하기 위한 것이다.
한편, 바이어스 전압 발생기(2)는, 일정 크기의 광 파워(Power)로 광전변환하기 위하여 바이어스(Bias) 전압을 도 4의 (c)와 같이 생성, 상기 완충기(3)로 출력하고, 상기 완충기(3)는, 바이어스 전압 및 1/5로 전압 분배된 신호를 연산증폭기(OP1,OP2)를 이용하여 완충 및 증폭한 후, 가산기(Adder)(4)로 출력한다. 상기 가산기(4)는, 완충 및 증폭된 상기 바이어스 전압 및 1/5로 전압 분배된 신호를, 연산증폭기(OP3) 및 다수의 저항(R3∼R7)을 이용하여, 도 4의 (d)와 같이 1/5로 전압 분배된 신호에 상기 바이어스 전압을 가산하여 전력 증폭된 신호를 드라이버(5)로 출력하고, 상기 드라이버(Driver)(5)는, 전력 증폭된 신호에 상응하여 발광소자(LED)(6)를 일정레벨의 광 파워(Power)로 발광시키는 구동전압을 출력하고, 상기 발광소자(6)는, 상기 구동전압에 따라 광(Light)을 발광한다.
상기와 같이 발광된 광(Light)은, 유리 또는 합성수지로 제조되어 절연성이 우수한 광섬유(Optical Fiber) 즉, 정보신호 또는 광 파워(Power)를 전송하는 데 이용되는 광섬유 재질의 전송선을 통해 원거리에 떨어져있는 수광다이오드(Photo Diode)(7)로 전송된다. 상기 수광다이오드(7)는, 상기 광섬유를 통해 수광되는 광을 전기신호로 광전 변환하여, 변환된 전기신호를 광전 변환기(Optic/electric Convertor)(8)로 출력한다. 상기 광전 변환기(8)는 변환된 전기신호를 연산증폭기 및 저항(R11,R12)을 이용하여, 도 4의 (e)와 같이 전압 분배된 신호와 바이어스 전압 및 상기 광전 변환기(8)의 특성에 따른 직류전압 성분이 포함된 출력신호를 차동 증폭회로(9)로 출력하고, 상기 차동 증폭회로(9)는, 상기 광전변환기(8)의 출력신호를 차동증폭기(OP6)를 이용하여 기준전압 발생기(11)로부터 출력되는 기준전압(Ref Voltage)과 비교, 차동 증폭함으로써, 도 4의 (f)와 같이 상기 바이어스 전압 및 광전 변환기(8)의 특성에 따른 직류전압 성분이 제거된 상기 내부 압력에 대응되는 신호만을 분리하여 주 증폭기(10)에 출력하고, 상기 주 증폭기(10)는 분리된 상기 압력에 대응되는 신호를 일정레벨로 증폭하여, 상기 고압 차단기의 내부 압력을 계측하는 계측기(예: 오실로스코프)로 출력한다.
따라서, 상기와 같이 구성 및 동작되는 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치는, 고전압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 광신호로 변환, 광섬유(Optical Fiber)재질의 전송선을 통하여 전송함으로써, 고전압 차단기에서 발생하는 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 등의 영향이 계측기에 인가되는 것을 방지하게 되는 것이다.
상기와 같이 구성되고 이루어지는 본 발명에 따른 광신호를 이용한 고압 차단기의 내부 압력 측정장치는, 상기 고전압 차단기의 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 등의 영향 특히. 주변에 빠른 이동체가 있거나 또는 고전압 방전, 압력 등이 존재하는 곳에서 크게 발생되는 개폐 서지(Surge) 또는 전자유도 영향이 전자 계측기에 인가되는 것을 방지함으로써, 고전압 차단기의 내부 압력을 정확히 측정할 수 있음은 물론, 오실로스코프와 같은 고가의 전자 계측기가 파손되는 것을 사전에 방지하는 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (3)
- 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 전기신호를 출력하는 압전 변환 수단; 상기 전기신호를 광신호로 변환 출력하는 전광 변환수단; 및 소정 길이의 광섬유를 통해 전송되는 상기 광신호를 전기신호로 변환하여, 상기 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 신호를 검출하는 검출수단을 구비하고, 상기 전광 변환수단은, 상기 전기신호 및 일정레벨의 바이어스 전압을 완충 구동하는 완충기; 상기 구동되는 양 신호를 가산하는 가산기; 및 상기 가산된 신호를 광 신호로 변환 출력하는 전광 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 차단기의 내부 압력 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 검출수단은, 상기 변환 출력되는 광신호를 전기신호로 변환하는 광전 변환부; 및 상기 변환된 전기신호 및 기준전압과의 차이를 증폭하여, 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 신호를 분리하는 신호분리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 차단기의 내부 압력 측정장치.
- 제2항에 있어서, 상기 검출수단은, 상기 분리된 고압 차단기의 내부 압력에 상응하는 신호를 증폭하여, 연결 접속된 계측기로 출력하는 구동수단을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고압 차단기의 내부 압력 측정장치.
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