KR100618436B1 - 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치 - Google Patents

수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치에 관한 것이다.
본 발명은 수중센서 어레이 시스템을 구성하는 탐지센서부에 전원을 공급하는 복수의 1차 전원단과 복수의 2차 전원단을 교차적으로 연결함으로써, 임의의 1차 전원에 장애나 고장이 발생되어도 시스템 규모에서의 전원공급이 다중화되므로 전체적인 수중센서 어레이 시스템 동작을 보장한다. 또, 탐지센서단내의 단거리 정밀 탐지센서용 2차 전원단을 1차 전원단에 엇갈리게 연결함으로써, 시스템의 정밀 탐지영역에 공백이 발생되지 않도록 시스템의 운용성을 확보할 수 있고, 탐지센서부내에 설치되는 2개의 단거리 정밀 탐지센서간의 배열 간격을 최대로 할 수 있어, 최소 수량 및 비용으로 탐지센서부를 구성할 수 있는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치를 제공한다.
수중센서, 단거리, 장거리, 탐지센서, 수중 전원부, 1차 전원, 케이블

Description

수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치{A multiple power supply for underwater sensor array system}
도 1a는 일반적인 수중센서 어레이 시스템의 개략적인 전체 구성도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 수중센서 어레이 시스템의 수중부(100)의 상세 구성도이다.
도 2a는 단일 1차 전원을 사용한 수중 전원부(400)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2b는 다중 1차 전원을 사용한 수중 전원부(400)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2c는 도 2b에 도시된 수중 전원부(400)의 다중 1차 전원에 장애가 발생된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 다중 1차 전원(401a)을 사용한 수중 전원부(400)의 상세 구성을나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명에 의한 다중 1차 전원(401a)에 장애가 발생된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3c는 도 3a에 도시된 탐지센서부(200)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3d는 도 3c의 경우 검출되는 신호 탐지영역의 형태를 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 다중 1차 전원, 2차 전원 및 단거리 정밀 탐지센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 경우 검출되는 신호 탐지영역의 형태를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
100 수중부, 200 탐지센서부,
300 수중신호 송수신부, 400 수중 전원부,
500 광전변환 케이블, 600 육상부,
700 신호 송수신부, 800 고전압 공급부.
본 발명은 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치에 관한 것으로서, 전원의 장애 발생시 고장수리가 원천적으로 불가능한 시스템의 일부 구성요소중 전원에 장애가 발생되더라도 전체 시스템의 동작 기능을 확보하면서 전원의 장애에 기인한 성능 저하를 최소화하도록 시스템의 동작 전원을 분산 배치하여 시스템의 동작 안전성을 확보하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자기센서 또는 음향센서 어레이 시스템 등을 제작 및 설치한 후에는, 이들 시스템의 패키징, 길이 등과 같은 구성 형태나 수중, 매설 등의 운용조건에 따라 전원의 장애 발생시 고장수리가 원천적으로 불가능하였다. 즉, 이들 시스템의 경우, 일부 구성요소중 전원에 장애가 발생되면 시스템의 일부 동작 기능이 정지되어 전체 시스템의 성능이 저하되었다.
일반적인 수중센서 어레이 시스템의 구성 및 동작은 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다. 도 1a는 수중센서 어레이 시스템의 개략적인 전체 구성도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 수중센서 어레이 시스템은 크게 수중부(100), 광전변환 케이블(500) 및 육상부(600)로 구성되어 있다.
먼저, 육상에 설치되는 육상부(600)는 수중부(100)의 탐지센서부(200)에서 검출된 수중센서 신호를 수신하고, 제어 명령을 상기 탐지센서부(200)로 송신하는 신호 송수신부(700)와, 상기 광전변환 케이블(500)을 통해서 상기 수중부(100)를 동작시키는데 필요한 전원을 공급하는 고전압 공급부(800)로 구성되어 있다.
또한, 육상과 수중에 걸쳐 설치되는 광전변환 케이블(500)은 수 km 떨어진 수중부(100)와 육상부(600) 사이의 전기적인 신호 전송이나 전원 공급을 위해 광전변환 복합구조의 케이블로 구성되어 있다.
그리고, 수중에 설치되는 수중부(100)는, 복수의 탐지센서 등으로 이루어지는 탐지센서부(200)와, 상기 탐지센서부(200)와 전기적으로 연결되어 상기 광전변환 케이블(500)을 통해서 상기 신호 송수신부(700)와 신호를 송수신하는 수중신호 송수신부(300) 및 상기 고전압 공급부(800)로부터 공급되는 고전압을 상기 탐지센서부(200) 및 수중신호 송수신부(300)의 동작 전원으로 변환하는 수중 전원부(400)로 구성되어 있다.
또한, 도 1b는 도 1a에 도시된 수중센서 어레이 시스템의 수중부(100)의 상세 구성도이다. 도 1b에 도시된 수중부(100)의 탐지센서부(200)는 2 종류의 탐지센 서인 단거리 정밀 탐지센서(211, 212) 및 장거리 개략 탐지센서(213))와, 신호 전송노드(214)로 이루어지는 탐지센서단(210)을 복수개 포함한다.
또, 수중신호 송수신부(300)는 상기 복수의 탐지센서단(210~2F0)으로부터 송신되는 데이터 패킷신호를 이용하여 광전 변환부의 입력신호를 생성하는 데이터 패킷 송수신부, 복수의 데이터 패킷 송수신부와 복수의 광전 변환부 사이의 연결 경로를 설정하는 경로 설정부 및 신호 송수신부(700)로부터 송신된 제어신호의 광(光)/전(電) 변환 또는 데이터 패킷신호의 전(電)/광(光) 변환을 행하는 광전 변환부로 구성되어 있다.
또한, 수중 전원부(400)는 육상부(600)의 고전압 공급부(800)로부터 장거리 전송을 위해 고전압 형태로 전송된 전원을 수 km 떨어진 탐지센서부(200)를 구동시키는데 필요한 전원을 공급하기 위해, 소정의 중간 전압으로 변환하는 1차 DC-DC 변환기로 구성되는 1차 전원(401)과, 상기 1차 전원(401)으로부터 출력된 전원을 상기 탐지센서부(200)내에 분산 배치된 복수의 탐지센서단(210~2F0)을 구동시키는데 필요한 전원으로 변환하는 2차 DC-DC 변환기로 구성되는 2차 전원(403)으로 구성되어 있다.
또, 육상부(600)와 수 km 떨어져 수중에 설치된 수중 전원부(400)의 구성을 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 2a에서는 단일 1차 전원(401) 및 복수의 2차 전원단(411~41F)으로 으로 이루어지는 2차 전원(403)으로 수중 전원부(400)를 구성하고 있다. 이때, 상기 수중 전원부(400)를 구성하는 단일 1차 전원(401)과 복수의 2차 전원단 (411~41F)이 순차적으로 연결되어 있기 때문에, 1차 전원(401)에 장애가 발생되면, 이 단일 1차 전원과 순자척으로 연결되어 있는 복수의 2차 전원단들이 동작하지 못하므로, 탐지센서부(200) 전체가 구동되지 못한다는 단점이 있었다.
다음에, 도 2b는 도 2a에서 발생되는 단점을 해결할 수 있도록 다수 또는 복수의 1차 전원단(410~430)으로 이루어지는 1차 전원(401)과 복수의 2차 전원단(441~44F)으로 이루어지는 2차 전원(403)을 순차적으로 연결하여 수중 전원부(400)를 구성하고 있다.
그러나, 도 2c에 도시된 바와 같이, 해당 1차 전원단(420, 430)의 고장시 탐지센서부(200)의 해당 섹션(Section #2, #3)에만 고장이 국한되지만, 1차 전원단(410)의 고장시에는 다른 1차 전원단(420, 430), 2차 전원단(446~44F) 및 탐지센서부의 섹션(Section #2, #3)이 정상이더라도 정상인 탐지센서부(200)에서 획득된 데이터가 수중신호 송수신부(300)로 송신되지 못하므로, 탐지센서부(200) 전체가 고장난 경우와 동일한 결과가 발생하게 된다.
다시 말하면, 수중 전원부의 장애 발생시 1차 전원단들 사이에 우선 순위가 존재하게 된다. 즉, 복수의 1차 전원단중 1개 전원단(430)의 단일 고장시에는 33%, 다른 1차 전원단(420)의 단일 고장시에는 66%, 또 다른 1차 전원(410)의 단일 고장시에는 100% 탐지센서부의 동작이나 기능에 장애가 발생된다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 수중 전원부의 1차 전원에 장애가 발생하더라도 탐지센서부의 동작이나 기능에 장애가 발생하는 것을 방지하는 수중센서 어레이 시 스템의 다중 전원장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 수중 전원부의 장애 발생을 효과적으로 제어하여 탐지센서부를 정상적으로 구동시키는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 및 그 이외의 목적과 신규한 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.
본원에 있어서 개시되는 발명중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 이하와 같다.
본 발명의 일실시예는, 복수의 탐지센서 등으로 이루어지는 탐지센서부와, 상기 탐지센서부에서 검출된 신호를 송수신하는 수중신호 송수신부 및 상기 탐지센서부 및 상기 수중신호 송수신부로 동작 전원을 공급하는 수중 전원부로 구성되어 수중에 설치되어는 수중부와, 상기 수중부의 탐지센서부에서 검출된 수중센서 신호를 수신하고, 제어 명령을 상기 탐지센서부로 송신하는 신호 송수신부와, 상기 수중부를 동작시키는데 필요한 전원을 공급하는 고전압 공급부로 구성되어 육상에 설치되는 육상부 및 수 km 떨어진 상기 수중부와 상기 육상부 사이의 전기적인 신호 전송이나 전원 공급을 위해 광전변환 복합구조의 케이블로 구성되어 육상과 수중에 걸쳐 설치되는 광전변환 케이블을 포함하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치에 있어서, 상기 육상부의 고전압 공급부로부터 상기 광전변환 케이블의 전원선을 통해서 공급되는 고전압을 필요한 중간전압으로 변환하는 복수의 1차 전원단으 로 이루어지는 1차 전원 및 수 km의 영역에 걸쳐 수중에 분포하는 탐지센서부의 복수의 탐지센서단에 각각 독립적으로 동작 전원을 공급하도록 상기 탐지센서단 인접하여 위치되는 2차 전원단으로 이루어지는 2차 전원을 포함하며, 상기 1차 전원단과 상기 2차 전원단은 케이블에 의해 일대일 대응관계로 각각 교차적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 탐지센서부는 2개의 단거리 정밀 탐지센서, 1개의 장거리 개략 탐지센서 및 1개의 신호 전송노드를 포함하며, 수중신호 송수신부는 전기신호를 광신호로 변환하거나 또는 광신호를 전기신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 1차 전원단 및 상기 2차 전원단은 DC-DC 변환기로 구성되며, 복수의 상기 1차 전원단이 하나의 상기 2차 전원단과 전기적으로 교차 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 탐지센서부 내에 설치되는 인접한 2개의 단거리 정밀 탐지센서로 공급되는 상기 2차 전원단을 각기 다른 상기 1차 전원단과 연결하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 다중 1차 전원(401a)을 사용한 수중 전원부(400)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 1차 전원(401a)은 다중 또는 복수의 1차 전원단(410a, 420a, 430a)으로 구성되며, 육지 및 수중에 걸쳐 설치되는 광전변환 케이블(500)의 전원선(520)을 통해서 육상부(600)내의 고전압 공급부(800)로부터 공급되 는 직류(DC)형태의 고전압을 입력 받아서 수 km 범위에 분포하는 2차 전원의 동작전원을 장거리 포설된 전원선으로 공급하기 위한 중간전압을 생성하기 위해 바람직하게 DC-DC 변환기로 구성된다.
또한, 2차 전원(403a)은 육상부(600)와 수 km 떨어진 위치에 분포하는 탐지센서부(200)의 탐지센서단(210~2F0)에 독립적인 동작전원 공급을 위해, 각 탐지센서단(210~2F0)과 인접한 위치에 해당 2차 전원단(441~44F)으로 구성되며, 1차 전원(401a)과는 출력 케이블을 통해서 교차적으로 연결된다. 즉, 1차 전원단(410a)의 출력 케이블에는 2차 전원단 441, 444, 447, 44A, 44D가, 다른 1차 전원단(420a)의 출력 케이블에는 442, 445, 448, 44B, 44E가, 또 다른 1차 전원단(430a)의 출력 케이블에는 443, 446, 449, 44C, 44F가 각각 연결되어 있다.
또한, 도 3b는 본 발명에 실시예에 따라 1차 전원(401a)중 하나의 1차 전원단(401a)에 장애나 고장이 발생된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 하나의 1차 전원단(410a)에 장애가 발생된 경우, 다른 1차 전원단(420a, 430a)과 복수의 2차 전원단(441~44F)을 통해 탐지센서부(210~2F0)로 전원이 공급되는 상태를 나타내는 도면이다. 즉, 도 3b에 서는 장애가 발생된 1차 전원단(410a)과, 상기 1차 전원단(410a)과 교차적으로 연결된 2차 전원단(441, 444, 447, 44A, 44D) 및 상기 2차 전원단(441, 444, 447, 44A, 44D)에 의하여 동작되는 탐지센서부(200)내의 탐지센서단(210, 240, 270, 2A0, 2D0)에만 장애나 고장이 국한되어 있다.
또한, 수중 전원부(400)의 장애에 의해 일부 탐지센서단에 전원이 공급되지 않아도, 예를 들면, 1차 전원단(410a)과 2차 전원단(444)에 의해 탐지센서단(240)이 정상적으로 구동되지 않아도, 상기 탐지센서단(240)의 후단에서 검출되거나 획득된 신호나 정보는 전달경로(25A)를 통해서 탐지센서단(230)에 정상적으로 전달되기 때문에, 전체적인 수중센서 어레이 시스템의 동작이 보장된다.
도 3c는 도 3a에 도시된 탐지센서부(200)의 일부 구성을 상세하게 나타내는 도면으로서, 하나의 1차 전원단(410a)에 장애가 발생된 경우, 탐지센서부(200)내의 일부 탐지센서단(210~240)의 장애 또는 고장형태를 세부적으로 나타내고 있다.
수중 전원부(400)의 2차 전원단(441~444)은, 해당 탐지센서단(210~240)을 구성하는 2개의 단거리 정밀 탐지센서(211~241,212~242)에 독립적으로 전원을 공급하기 위한 2차 전원단(441(A)~444(A), 441(C)~444(C))과, 장거리 개략 탐지센서(213~243) 및 신호전송 노드(214~244))용의 2차 전원단(441(B)~444(B))으로 구성되어 있다.
이때, 1차 전원단(410a)의 장애나 고장에 따라 동작이 불가능하게 되는 2차 전원단(441, 444, 447, 44A, 44D)에 의해 해당 탐지센서단(210, 240, 270, 2A0, 2D0)내의 모든 탐지센서(211, 212, 241, 242, 271, 272, 2A1, 2A2, 2D1, 2D2)는 신호를 탐지할 수 없게 된다. 이 경우, 해당 탐지센서단내의 인접한 2개의 단거리 정밀 탐지센서들이 동시에 2개가 동작되지 않게 되므로, 시스템의 정밀탐지 성능은 탐지영역이 많이 겹쳐져 있는 장거리 개략 탐지에 비하여 더 많은 제약을 받게 된다. 즉, 도 3d에 도시된 바와 같이, 탐지영역이 50% 겹치게 되는 단거리 정밀 탐지센서를 배치한 경우에는 인접한 2개의 단거리 정밀 탐지센서((211~212, 241~242, ...)가 동시에 동작되지 않으므로, 정밀 탐지영역에 탐지공백 구간이 발생된다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 다중 1차 전원, 2차 전원 및 단거리 정밀 탐지센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a는 도 3c와 같이 2차 전원단(441~444)의 전원(441(A)~444(A), 441(B)~444(B), 441(C)~444(C)) 전체를 일괄적으로 해당 1차 전원(410a, 420a, 430a)에 교차적으로 연결하는 방법과는 달리 2차 전원단(441~444)의 전원(441(A)~444(A), 441(B)~444(B), 441(C)~444(C))내의 2개의 단거리 정밀 탐지센서용 전원을 1차 전원단(410a, 420a, 430a)에 엇갈리게 연결하는 구조를 나타낸 것이다.
즉, 1차 전원단(410a, 420a, 430a)과 2차 전원단(441~444)의 전원(441(A)~444(A), 441(B)~444(B), 441(C)~444(C))의 장거리 개략 탐지센서(213~243)와 신호 전송노드(214~244)용 전원(441(B)~444(B))의 연결구조는 도 3c와 동일하지만, 2차 전원단(441)의 단거리 정밀 탐지센서용 전원(441(A))이 1차 전원단(410a)에 연결될 때 다른 하나의 전원단(441(C))은 다른 1차 전원단(420a)에 연결되므로, 동일한 2차 전원단(441)내의 단거리 정밀 탐지센서용 전원들은 다른 1차 전원단에 엇갈리게 연결된다.
도 4a에 도시된 1차 전원단(410a)의 고장시 단거리 정밀 탐지센서의 연결은 2차 전원단(441, 444, ...)의 단거리 정밀 탐지센서용 전원(441(C), 444(C), ...)이 1차 전원(420a)에 연결되어 정상으로 동작되기 때문에, 단거리 정밀 탐지센서(212~242, ...)는 경로(218~248, ...) 및 고장이 발생되지 않은 탐지센서단(220, 250, ...)을 통해서 각각 수중신호 송수신부(300)로 신호나 정보를 전달할 수 있게 된다.
다음에, 도 4b는 도 4a의 경우 검출되는 신호 탐지영역의 형태를 나타내는 도면이다.
즉, 탐지영역이 50% 겹치게 되는 2개의 단거리 정밀 탐지센서를 배치한 경우 시스템의 정밀 탐지영역을 나타내면, 도 3d와는 달리 2개의 센서가 동시에 동작되지 않는 경우가 방지되므로, 정밀 탐지영역의 중간에서 빈 공간이 없어지게 되어 시스템의 운용성은 100% 확보됨과 동시에, 도 3d에서 확보되는 정밀 탐지영역 대비 약 12%의 정밀 탐지영역이 확장되게 된다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 의거해서 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 수중부의 수중센서 어어레이로 구성되는 탐지센서부로 전원을 공급하는 복수의 1차 전원단과 복수의 2차 전원단을 교차적으로 연결함으로써, 임의의 1차 전원에 장애나 고장이 발생되어도 시스템 규모에서의 전원공급이 다중화되므로 전체적인 수중센서 어레이 시스템 동작을 보장할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 탐지센서단내의 단거리 정밀 탐지센서용 2차 전원단을 1차 전원단에 엇갈리게 연결함으로써, 시스템의 정밀 탐지영역에 공백이 발생되 지 않도록 시스템의 운용성을 확보할 수 있다는 효과도 있다.
게다가, 본 발명에 의하면 탐지센서부내에 설치되는 2개의 단거리 정밀 탐지센서간의 배열 간격을 최대로 할 수 있어, 최소 수량 및 비용으로 탐지센서부를 구성할 수 있다는 효과도 있다.

Claims (6)

  1. 복수의 탐지센서 등으로 이루어지는 탐지센서부와, 상기 탐지센서부에서 검출된 신호를 송수신하는 수중신호 송수신부 및 상기 탐지센서부 및 상기 수중신호 송수신부로 동작 전원을 공급하는 수중 전원부로 구성되어 수중에 설치되어는 수중부와, 상기 수중부의 탐지센서부에서 검출된 수중센서 신호를 수신하고, 제어 명령을 상기 탐지센서부로 송신하는 신호 송수신부와, 상기 수중부를 동작시키는데 필요한 전원을 공급하는 고전압 공급부로 구성되어 육상에 설치되는 육상부 및 수 km 떨어진 상기 수중부와 상기 육상부 사이의 전기적인 신호 전송이나 전원 공급을 위해 광전변환 복합구조의 케이블로 구성되어 육상과 수중에 걸쳐 설치되는 광전변환 케이블을 포함하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치에 있어서,
    상기 육상부의 고전압 공급부로부터 상기 광전변환 케이블의 전원선을 통해서 공급되는 고전압을 필요한 중간전압으로 변환하는 1차 전원단으로 이루어지는 1차 전원; 및
    수 km의 영역에 걸쳐 수중에 분포하는 탐지센서부의 복수의 탐지센서단에 각각 독립적으로 동작 전원을 공급하도록 상기 탐지센서단과 인접하여 위치되는 2차 전원단으로 이루어지는 2차 전원을 포함하며,
    복수의 상기 1차 전원단과 하나의 상기 2차 전원단이 전기적으로 각각 교차 연결되는 것을 특징으로 하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐지센서부는 2개의 단거리 정밀 탐지센서, 1개의 장거리 개략 탐지센서 및 1개의 신호 전송노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수중신호 송수신부는 전기신호를 광신호로 변환하거나 또는 광신호를 전기신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 전원단 및 상기 2차 전원단은 DC-DC 변환기로 구성되는 특징으로 하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탐지세서부내에 설치되는 인접한 2개의 단거리 정밀 탐지센서로 공급되는 상기 2차 전원단을 각기 다른 상기 1차 전원단과 연결하는 것을 특징으로 하는 수중센서 어레이 시스템의 다중 전원장치.
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