KR100807540B1 - A optic fiber temperature monitoring apparatus using for monitoring an electric power equipment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 기기의 상태를 감시하는 데 이용될 수 있는 광 온도측정 장치에 관한 것으로, 전력 기기를 상시 지속적으로 감시가능하고 전력 기기로부터의 전기장에 의한 노이즈 발생의 영향을 최소화할 수 있는 본 발명에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치는, 광원과; 상기 광원으로부터 방사된 광을 선택적으로 투과시키기 위해서, 미리 결정된 파장 이하의 광을 투과시키고 상기 미리 결정된 파장보다 큰 파장의 광은 반사시키는 분광기와; 상기 분광기를 투과한 광을 집광하여 제공하는 렌즈와; 상기 상태 감시를 위한 전력 기기 도체 부에 부착되고, 광을 조사함에 따라 소정 파장의 광을 방사하며, 광의 조사를 중단하면 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하는 광을 방사하는 온도센서와; 상기 온도센서와 상기 렌즈 사이에 설치되고, 상기 전력 기기로부터의 전자기 노이즈의 영향이 방지되도록 소정의 길이만큼 상기 온도센서로부터 연장되어, 상기 온도센서로 조사되는 광과 상기 온도센서로부터 방사되는 광을 전달하는 광섬유와; 상기 온도센서로부터 방사되어 상기 광 섬유를 경유하고 상기 렌즈를 통해 집광되고 상기 분광기를 통해 반사되어 입사되는 광에 따라 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 광 검출기와;를 포함하여 구성된다.The present invention relates to an optical temperature measuring device that can be used to monitor the state of a power device, the present invention capable of continuously monitoring the power device at all times and can minimize the effect of noise generated by the electric field from the power device An optical temperature measuring device for monitoring the state of a power device, comprising: a light source; A spectroscope for selectively transmitting the light emitted from the light source, transmitting a light below a predetermined wavelength and reflecting light having a wavelength larger than the predetermined wavelength; A lens for condensing and providing light transmitted through the spectrometer; A temperature sensor attached to the power device conductor for monitoring the condition and emitting light having a predetermined wavelength as the light is irradiated, and radiating light exponentially attenuated according to the ambient temperature when the light is stopped; It is installed between the temperature sensor and the lens, and extends from the temperature sensor by a predetermined length to prevent the influence of electromagnetic noise from the power device, the light irradiated from the temperature sensor and the light emitted from the temperature sensor Optical fiber to transmit; And a photo detector which converts an optical signal into an electrical signal according to light incident through the optical fiber, collected through the lens, reflected through the spectrometer, and incident from the temperature sensor.

전력기기 상태 감시용 광 온도측정 장치, 광원, 분광기, 볼 렌즈, 희토류 금속, 지수함수, 기울기, 프로세서 Optical thermostats for monitoring the condition of power equipment, light sources, spectrometers, ball lenses, rare earth metals, exponential functions, gradients, processors

Description

전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치{A OPTIC FIBER TEMPERATURE MONITORING APPARATUS USING FOR MONITORING AN ELECTRIC POWER EQUIPMENT}Optical temperature measuring device for monitoring power equipment status {A OPTIC FIBER TEMPERATURE MONITORING APPARATUS USING FOR MONITORING AN ELECTRIC POWER EQUIPMENT}

도 1은 종래기술에 따른 전력 기기 상태 감시용 온도측정 장치의 예를 보여주는 사시 도로서, 1 is a perspective view showing an example of a temperature measuring device for monitoring the state of a power device according to the prior art,

도 1(a)은 측온 저항 센서를 보여주는 사시 도이고, Figure 1 (a) is a perspective view showing a resistance thermometer,

도 1(b)은 적외선 열 화상 카메라의 사시 도이며,1 (b) is a perspective view of an infrared thermal imaging camera,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치의 구성을 보여주는 블록도로서,FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an optical temperature measuring device for monitoring a state of a power device according to an embodiment of the present disclosure.

도 2(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치의 구성을 보여주는 블록 도이고, Figure 2 (a) is a block diagram showing the configuration of an optical temperature measuring device for monitoring the state of the power device according to an embodiment of the present invention,

도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 있어서, 광검출기 후단에 접속되는 전기적 신호 처리부의 구성을 보여주는 블록 도이며,FIG. 2 (b) is a block diagram illustrating a configuration of an electrical signal processor connected to a rear end of a photo detector in an optical temperature measuring device for monitoring a state of a power device according to an embodiment of the present disclosure.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 있어서, 단계별 신호 파형을 보여주는 파형 도로서,3 is a waveform diagram showing a signal waveform for each step in the optical temperature measuring device for monitoring the power device state according to an embodiment of the present invention.

도 3(a)은 광원의 광 방사와 중단을 제어하는 입력신호의 파형 도이고,3 (a) is a waveform diagram of an input signal for controlling the light emission and interruption of the light source,

도 3(b)은 도 3(a)의 제어 입력신호에 따라 광 검출기가 검출하여 출력하는 출력 파형을 보여주는 광 검출기 출력 파형 도이며,FIG. 3B is a photodetector output waveform diagram showing an output waveform detected and output by the photodetector according to the control input signal of FIG.

도 3(c)은 도 3(b)의 파형 중 지수함수적 감쇄 부분만을 별도로 보여주는 광 검출기 출력 파형 도이고,3 (c) is a photo detector output waveform diagram showing only the exponential decay portion of the waveform of FIG. 3 (b) separately;

도 3(d)는 도 3(c)의 출력 파형에 따른 값에 자연 로그를 취했을 때의 데이터가 나타내는 직선을 보여주는 파형도이다.Fig. 3 (d) is a waveform diagram showing a straight line represented by data when natural logarithm is taken to the value according to the output waveform of Fig. 3 (c).

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **

1: 광원 2: 분광기1: light source 2: spectrometer

3: 렌즈 4: 온도센서3: lens 4: temperature sensor

5: 광 검출기 6: 증폭회로5: optical detector 6: amplification circuit

7: 아날로그-디지털 변환기 8: 프로세서7: analog-to-digital converter 8: processor

본 발명은 전력 기기 또는 전력설비의 비정상적 온도상승을 감시하기 위한 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 관한 것으로, 특히 추가적 절연처리 없이 전력 기기의 발열부에 직접 부착하여 전력 기기의 실제 온도를 상시 측정할 수 있는 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical temperature measuring device for monitoring the status of a power device for monitoring abnormal temperature rise of a power device or a power equipment. Especially, the actual temperature of the power device is always maintained by attaching directly to the heating unit of the power device without additional insulation. The present invention relates to an optical temperature measuring device for monitoring the state of power equipment that can be measured.

최근 전기 에너지의 소비 증가에 따라서 전력설비가 초고압 및 대용량화 되 어가고 있으며, 현재 사회 전반적으로 큰 영향을 미치고 있는 전력설비가 여러 가지 원인으로 인하여 오동작하게 될 경우 큰 사회적 혼란과 더불어 경제적 손실을 야기할 수 있기 때문에 전력설비 운용상 안전성과 효율성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 특히 전력 설비에 있어서 한계온도 이상에서의 동작은 전력 설비가 오동작을 일으키는 주요 원인 중 하나이며, 또한 여러 가지 원인에 의하여 열화(劣化)되지만, 그 원인과 상관없이 대부분의 경우 최종적인 사고 단계에서는 비정상적인 온도 상승 또는 화재와 같은 열적(熱的) 현상이 나타난다. 그러므로, 전력설비가 항상 적정온도에서 동작하고 사고가 발생할 경우 조기에 경보하여 전력설비의 안전사고를 예방하며 사고발생시 피해확산을 최소화할 수 있도록 전력설비 온도의 상시 감시가 필요하다.In recent years, as the consumption of electric energy increases, electric power facilities are becoming very high voltage and high capacity, and if the electric power facilities, which have a great influence on society as a whole, malfunction due to various causes, they may cause great social disruption and economic loss. Therefore, it is very important to ensure safety and efficiency in the operation of power facilities. In particular, the operation above the limit temperature in the power plant is one of the main causes of the malfunction of the power plant and deteriorates due to various causes, but irrespective of the cause, in most cases it is abnormal in the final accident stage Thermal phenomena such as rising temperatures or fires are present. Therefore, it is necessary to constantly monitor the temperature of power equipment so that the power equipment is always operated at the proper temperature and an alarm occurs early to prevent the safety accident of the power equipment and minimize the spread of damage in the event of an accident.

한편, 종래기술에 따른 온도 측정 장치의 예를 첨부 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Meanwhile, an example of a temperature measuring apparatus according to the prior art will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 종래기술에 따른 전력 기기 상태 감시용 온도측정 장치의 예를 보여주는 사시 도로서, 도 1(a)은 측온 저항 센서를 보여주는 사시 도이고, 도 1(b)은 적외선 열 화상 카메라의 사시 도이다.Figure 1 is a perspective view showing an example of a temperature measuring device for monitoring the state of the power device according to the prior art, Figure 1 (a) is a perspective view showing a resistance thermometer, Figure 1 (b) is a perspective view of an infrared thermal camera It is also.

도 1(a)에 있어서, 측온 저항 센서(RTD)는 RTD(Resistance Temperature Detector)라고 불리는 주위온도에 따라 저항값이 변화하는 소자로서, 온도에 따른 저항값의 변화를 예컨대 센서의 제조사에서 제공하는 온도 대 저항값의 표에 의해서 온도를 측정할 수 있다.In FIG. 1A, the RTD is a device in which a resistance value changes depending on an ambient temperature called a resistance temperature detector (RTD), and provides a change in resistance value according to temperature, for example, by a manufacturer of a sensor. The temperature can be measured by a table of temperature versus resistance values.

또 도 1(b)은 적외선 열 화상 카메라(IR)의 사시 도로서, 적외선 열 화상 카 메라(IR)는 온도를 측정하고자 하는 대상물에 렌즈를 조준하면 대상물의 표면 온도에 따라 각기 다른 색채로 대상물의 열 화상을 제공할 수 있다.FIG. 1 (b) is a perspective view of an infrared thermal imaging camera (IR). When an infrared thermal imaging camera (IR) aims a lens at an object whose temperature is to be measured, the object is colored in different colors according to the surface temperature of the object. Can provide a thermal image.

그러나 상기 측온 저항 센서(RTD)는 전력 기기의 온도 측정 대상물의 내부 온도를 측정하는 것이 가능하고 가격이 저렴한 장점이 있는 반면에, 센서 자체가 전기적 도체로 구성되어 있기 때문에 전력 기기의 온도를 측정함에 있어 전기적 절연 상 문제를 일으킬 우려가 있고 전력 기기 주변에서 발생하는 전자기장으로 인한 노이즈에 취약한 문제가 있다.However, the RTD has the advantage of being able to measure the internal temperature of the temperature measurement object of the power device and having an inexpensive price, while measuring the temperature of the power device because the sensor itself is composed of an electrical conductor. There is a risk of causing electrical insulation problems, and there is a problem that is vulnerable to noise due to electromagnetic fields generated around the power equipment.

또한 적외선 열 화상 카메라(IR)는 온도를 측정하고자 하는 대상물의 표면온도를 손쉽게 알 수 있는 장점이 있는 반면에, 대상물의 내부온도를 측정할 수 없고 대상물의 외부에 케이싱(casing)이 되어 있는 경우 즉, 대상물이 케이스(case)에 내장되어 있는 경우 온도측정이 불가능하고 상시 감시 시스템을 구축하기 곤란한 단점이 있다.In addition, the infrared thermal imaging camera (IR) has an advantage of easily knowing the surface temperature of the object to be measured, whereas the internal temperature of the object cannot be measured and the casing is outside of the object. That is, when the object is embedded in the case (case) there is a disadvantage that the temperature measurement is impossible and it is difficult to establish a constant monitoring system.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 광학적 측온 방법을 이용하므로 전기적 절연이 불요하고, 주변 전자기장으로부터 영향이 없는 거리만큼 이격하여 측정이 가능하며, 대상물의 내부온도를 측정할 수 있으며, 상시 감시 장치를 구성하기가 용이한 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to use an optical temperature measurement method, so that electrical insulation is unnecessary, and the measurement can be performed by spaced apart from the surrounding electromagnetic field by an unaffected distance. The present invention provides an optical temperature measuring device for monitoring the state of power equipment, which can measure temperature and which makes it easy to configure a monitoring device.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 있어서,An object of the present invention as described above, in the optical temperature measuring device for monitoring the state of power equipment,

광원과;A light source;

상기 광원으로부터 방사된 광을 선택적으로 투과시키기 위해서, 미리 결정된 파장 이하의 광을 투과시키고 상기 미리 결정된 파장보다 큰 파장의 광은 반사시키는 분광기와;A spectroscope for selectively transmitting the light emitted from the light source, transmitting a light below a predetermined wavelength and reflecting light having a wavelength larger than the predetermined wavelength;

상기 분광기를 투과한 광을 집광하여 제공하는 렌즈와;A lens for condensing and providing light transmitted through the spectrometer;

상기 상태 감시를 위해 전력 기기의 발열 부에 부착되고, 광을 조사함에 따라 소정 파장의 광을 방사하며, 광의 조사를 중단하면 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하는 광을 방사하는 온도센서와;A temperature sensor attached to a heat generating unit of the power device for monitoring the condition and emitting light having a predetermined wavelength as the light is irradiated, and emitting an exponentially attenuated light according to the ambient temperature when the light is stopped;

상기 온도센서와 상기 렌즈 사이에 설치되고, 상기 전력 기기로부터의 전자기 노이즈의 영향이 방지되도록 소정의 길이만큼 상기 온도센서로부터 연장되어, 상기 온도센서로 조사되는 광과 상기 온도센서로부터 방사되는 광을 전달하는 광섬유와;It is installed between the temperature sensor and the lens, and extends from the temperature sensor by a predetermined length to prevent the influence of electromagnetic noise from the power device, the light irradiated from the temperature sensor and the light emitted from the temperature sensor Optical fiber to transmit;

상기 온도센서로부터 방사되어 상기 광 섬유를 경유하고 상기 렌즈를 통해 집광되고 상기 분광기를 통해 반사되어 입사되는 광에 따라 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 광 검출기와;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.And a photo detector which converts an optical signal into an electrical signal according to the light incident through the optical fiber, collected through the lens, reflected through the spectrometer, and incident from the temperature sensor. It can be achieved by providing an optical temperature measuring device for monitoring the state of the power equipment according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 첨부 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.First, referring to the accompanying FIG. 2, a configuration of an optical temperature measuring device for monitoring power state according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치의 구성을 보여주는 블록도로서,FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an optical temperature measuring device for monitoring a state of a power device according to an embodiment of the present disclosure.

도 2(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치의 구성을 보여주는 블록 도이고, Figure 2 (a) is a block diagram showing the configuration of an optical temperature measuring device for monitoring the state of the power device according to an embodiment of the present invention,

도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 있어서, 광검출기 후단에 접속되는 전기적 신호 처리부의 구성을 보여주는 블록 도이다.FIG. 2 (b) is a block diagram illustrating a configuration of an electrical signal processor connected to a rear end of a photodetector in an optical temperature measuring apparatus for monitoring a power device state according to an embodiment of the present disclosure.

도 2(a)에 있어서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치는, 광원(1)과; 상기 광원(1)으로부터 방사된 광을 선택적으로 투과시키기 위해서, 미리 결정된 파장 이하의 광을 투과시키고 상기 미리 결정된 파장보다 큰 파장의 광은 반사시키는 분광기(2)와; 상기 분광기(2)를 투과한 광을 집광하여 제공하는 렌즈(3)와; 상기 상태 감시를 위해 전력 기기의 발열 부에 부착되고, 광을 조사함에 따라 소정 파장의 광을 방사하며, 광의 조사를 중단하면 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하는 광을 방사하는 온도센서(4)와; 상기 온도센서(4)와 상기 렌즈(3) 사이에 설치되고, 상기 전력 기기로부터의 전자기 노이즈의 영향이 방지되도록 소정의 길이만큼 상기 온도센서(4)로부터 연장되어, 상기 온도센서(4)로 조사되는 광과 상기 온도센서(4)로부터 방사되는 광을 전달하는 광섬유(4a)와; 상기 온도센서(4)로부터 방사되어 상기 광 섬유(4a)를 경유하고 상기 렌즈(3)를 통해 집광되고 상기 분광기(2)를 통해 반사되어 입사되는 광에 따라 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 광 검출기(5)와;를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서 광원(1)로부터 방사된 광은 분광기(2)를 투과하고, 렌즈(3)를 통해 집광된 다음, 광섬유(4a)를 통해 전달되어 온도센서(4)에 조사된다. 이후, 광원(1)로부터 광 방사를 중단하여 온도센서(4)에의 광 조사를 중단하면, 온도센서(4)는 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하는 광을 방사하고, 온도센서(4)로부터 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하게 방사된 광은 다시 광섬유(4a)를 통해, 렌즈(3)를 통해 집광되고 분광기(2)를 통해 반사되어 광 검출기(5)에 입사된다. 광 검출기(5)는 상기 지수함수적으로 감쇄하는 광에 따라 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공한다.In FIG. 2 (a), the optical temperature measuring device for monitoring the power device state according to an embodiment of the present invention includes: a light source 1; A spectroscope (2) for selectively transmitting the light emitted from the light source (1), for transmitting light below a predetermined wavelength and reflecting light having a wavelength larger than the predetermined wavelength; A lens (3) for condensing and providing light transmitted through the spectroscope (2); The temperature sensor (4) attached to the heat generating unit of the power device for monitoring the condition, emits light of a predetermined wavelength as the light is irradiated, and emits light which exponentially attenuates according to the ambient temperature when the light is stopped. )Wow; It is provided between the temperature sensor 4 and the lens 3, and extends from the temperature sensor 4 by a predetermined length to prevent the influence of electromagnetic noise from the power device, and to the temperature sensor 4 An optical fiber 4a for transmitting irradiated light and light emitted from the temperature sensor 4; The optical signal is converted into an electrical signal according to the light incident through the optical fiber 4a and collected through the lens 3 and reflected through the spectrometer 2 and is incident. It can be configured to include; and a photo detector (5). Therefore, the light emitted from the light source 1 passes through the spectrometer 2, is collected through the lens 3, then transmitted through the optical fiber 4a and irradiated to the temperature sensor 4. Subsequently, when light emission from the light source 1 is stopped and light irradiation to the temperature sensor 4 is stopped, the temperature sensor 4 emits light that exponentially attenuates according to the ambient temperature, and the temperature sensor 4 The light emitted exponentially attenuated according to the ambient temperature from the light is collected again through the optical fiber 4a, through the lens 3 and reflected through the spectrometer 2, and is incident on the photodetector 5. The photo detector 5 converts and provides an optical signal into an electrical signal according to the exponentially attenuated light.

바람직하기로, 상기 광원(1)은 엘이디(Light Emitting Device)로 구성될 수 있다. 상기 광원(1)은 엘이디로 국한되는 것은 아니고 예컨대 레이저 다이오드(Laser Diode)로 구성될 수도 있다.Preferably, the light source 1 may be configured as an LED (Light Emitting Device). The light source 1 is not limited to an LED but may be configured as, for example, a laser diode.

바람직하기로 분광기(2)는 소정 파장 보다 작은 파장을 갖는 광 특히 엘이디로부터의 광은 투과시키고 상기 소정 파장 보다 큰 파장을 갖는 광 특히 온도센서(4)로부터의 방사광은 반사시키는 특성을 갖는 이색성 분광기(dichroic beam splitter)로 구성하며, 따라서 혹시 개입될 수 있는 노이즈 광의 혼입을 방지될 수 있다.Preferably, the spectrometer 2 has a dichroism having the property of transmitting light having a wavelength smaller than a predetermined wavelength, especially light from an LED, and reflecting light having a wavelength larger than the predetermined wavelength, in particular, emitted light from the temperature sensor 4. It is composed of a dichroic beam splitter, and thus, it is possible to prevent incorporation of noisy light that may be intervened.

바람직하기로, 상기 렌즈(3)는 볼 렌즈(ball lens)로 구성된다. 볼 렌즈는 광원(1)로부터 방사된 광의 중심축과 광의 전달경로인 상기 광 섬유(4a)의 중심축을 일치시키기 위해 즉, 집광을 위해 이용되며, 특히 광 섬유(4a)의 단부 또는 단부에 연결된 커플러(coupler) 또는 수광 포트(port)에 아크 용접 등에 의해 장착과 고정이 용이하여 바람직하게 구성될 수 있다. 렌즈(3)를 반드시 볼 렌즈로 구성하는 것으로 국한되는 것은 아니고 일반 볼록렌즈도 이용될 수 있으나 광 섬유(4a)와의 광 중심축 정렬 측면과 장착의 편리성과 장착 위치의 유지 측면에서 볼 렌즈로 구성하는 것이 바람직하다.Preferably, the lens 3 consists of a ball lens. The ball lens is used for matching the central axis of the light emitted from the light source 1 with the central axis of the optical fiber 4a, which is a transmission path of the light, that is, for condensing, in particular connected to the end or the end of the optical fiber 4a. It is easy to mount and fix by an arc welding etc. to a coupler or a light receiving port, and can be comprised preferably. The lens 3 is not necessarily configured as a ball lens, and a general convex lens may also be used, but a ball lens in terms of optical center axis alignment with the optical fiber 4a and convenience of mounting and maintenance of the mounting position. It is desirable to.

상기 온도센서(4)는 희토류 금속원소 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 여기서 희토류 금속원소는 란탄계열 15개의 원소와 스칸듐(Scandium, 원소기호 Sc)와, 이트륨(Yttrium, 원소기호 Y)을 의미하는 것이다. 란탄계열 15개 원소는 원자번호 57로부터 71까지의 원소로서, 란탄(Lanthanum, 원소기호 La), 세륨(Cerium, 원소기호 Ce), 프라세오디뮴(Praseodymium, 원소기호 Pr), 네오디뮴(Neodymium, 원소기호 Nd), 프로메튬(Promethium, 원소기호 Pm), 사마륨(Samarium, 원소기호 Sm), 유로퓸(Europium, 원소기호 Eu), 가돌리늄(Gadolinium, 원소기호 Gd), 테르븀(Terbium, 원소기호 Tb), 디스프로슘(Dysprosium, 원소기호 Dy), 홀뮴(Holmium, 원소기호 Ho), 에르븀(Erbium, 원소기호 Er), 툴륨(Thulium, 원소기호 Tm), 이테르븀(Ytterbium, 원소기호 Yb), 루테늄(Lutetium, 원소기호 Lu)이다. The temperature sensor 4 may be composed of any one of rare earth metal elements. Here, the rare earth metal element means lanthanide 15 elements, scandium (element symbol Sc), and yttrium (element symbol Y). The lanthanide 15 elements are elements of atomic number 57 to 71, and are lanthanum (element symbol La), cerium (element symbol Ce), praseodymium (element symbol Pr), neodymium (element symbol Nd). ), Promethium (element symbol Pm), samarium (Samarium, element symbol Sm), Europium (element symbol Eu), gadolinium (Gadolinium, element symbol Gd), terbium (element symbol Tb), dysprosium (Dysprosium) , Element symbol Dy, Holmium, Element symbol Ho, Erbium, Element symbol Er, Thulium, Element symbol Tm, Ytterbium, Element symbol Yb, Ruthetium, Lu to be.

희토류 금속은 특정 파장, 예컨대 630 nm(나노미터)의 광을 조사하면, 그와 다른 파장 예컨대 750 nm(나노미터)의 광을 방사하는 특성을 가지고 있다. 또한, 희토류 금속에 조사하던 광의 조사를 중지할 경우, 희토류 금속으로부터 방사되는 광은 지수함수적인 감쇄 곡선을 나타내면서 감쇄하며, 희토류 금속 주위온도가 고온일 경우 상기 지수함수적인 감쇄 곡선의 감쇄율이 커지고, 다시 말해 빠르게 감쇄되고, 상기 지수함수에 자연로그를 취하면 그 값의 그래프는 기울기도 커진다.Rare earth metals have the property of emitting light of a different wavelength, such as 750 nm (nanometer), when irradiated with light of a specific wavelength, such as 630 nm (nanometer). In addition, when the irradiation of the light irradiated on the rare earth metal is stopped, the light emitted from the rare earth metal is attenuated by exhibiting an exponential decay curve, and when the ambient temperature of the rare earth metal is high, the decay rate of the exponential decay curve is increased, In other words, it quickly decays, and taking the natural logarithm to the exponential function increases the slope of the graph.

희토류 금속 주위온도가 저온일 경우 상기 지수함수적인 감쇄 곡선의 감쇄율이 작아지고, 다시 말해 느리게 감쇄되고, 상기 지수함수에 자연로그를 취하면 그 값의 그래프는 기울기도 작아진다. 따라서, 주위온도에 따라 희토류 금속이 나타내는 상기 기울기의 변화를 이용하여 전력 기기의 발열부 온도를 측정할 수 있다.When the ambient temperature of the rare earth metal is low, the decay rate of the exponential decay curve becomes small, that is, it decays slowly, and when the natural log is taken into the exponential function, the graph of the value decreases as well. Therefore, the temperature of the heat generating portion of the power device can be measured by using the change of the slope indicated by the rare earth metal in accordance with the ambient temperature.

본 발명은 희토류 금속의 상기 주위온도에 따른 상기 특성을 감안하여, 희토류 금속을 전력 기기 또는 전력설비(예컨대 초고압 가스절연개폐기)의 발열부에 온도센서로서 부착하여 온도를 측정하도록 구성한 것이다.In view of the above characteristics according to the ambient temperature of the rare earth metal, the present invention is configured to measure the temperature by attaching the rare earth metal as a temperature sensor to a heat generating part of a power device or a power equipment (for example, an ultra-high pressure gas insulated switch).

광 섬유(4a)는 자체적으로 그 길이 대비 매우 낮은 광 손실률의 특성을 가지므로, 온도를 측정할 대상물인 전력 기기의 발열부로부터 이격 거리를 충분히 두어 전자기적(電磁氣的) 노이즈(noise)의 영향을 배제할 수 있도록 소정의 긴 길이로 결정되어 구성될 수 있다. Since the optical fiber 4a itself has a very low optical loss ratio compared to its length, the optical fiber 4a is sufficiently spaced apart from the heat generating portion of the power device, which is the temperature measurement object, so that the It may be determined and configured to have a predetermined long length so as to exclude the influence.

광 검출기(5)는 상기 분광기(2)를 통해 반사되어 오는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하며, 예컨대 잘 알려진 광 전도체형 광검출기, 반도체 다이오드 형 광검출기 등으로 선택적으로 구성될 수 있다.The photo detector 5 converts and provides an optical signal reflected through the spectroscope 2 into an electrical signal, and may be selectively configured, for example, by a well-known photoconductor photodetector, a semiconductor diode photodetector, or the like.

한편, 이상과 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 있어, 상기 광 검출기(5)의 후단에 접속되어, 광 검출기(5)가 제공하는 온도에 따른 전기적 신호를 처리하여 측정대상인 전력 기기의 발열부 온도를 최종적으로 얻기 위한 구성을 도 2(b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, in the optical temperature measuring device for monitoring the power device state according to an embodiment of the present invention configured as described above, is connected to the rear end of the photo detector 5, according to the temperature provided by the photo detector 5 Referring to FIG. 2 (b), a configuration for finally obtaining a heat generating unit temperature of a power device to be measured by processing an electrical signal is as follows.

도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 있어서, 광검출기 후단에 접속되는 전기적 신호 처리부의 구성을 보여주는 블록 도이다.FIG. 2 (b) is a block diagram illustrating a configuration of an electrical signal processor connected to a rear end of a photodetector in an optical temperature measuring apparatus for monitoring a power device state according to an embodiment of the present disclosure.

상기 전기적 신호 처리부는, 상기 광검출기(5)의 출력에 접속되어 상기 광검출기(5)가 출력하는 온도센서(4)로부터 방사 광에 따른 전기적 신호의 전압을 증폭 하여 제공하는 증폭회로(6)와;The electrical signal processor is connected to the output of the photodetector 5, the amplifying circuit (6) for amplifying and providing a voltage of the electrical signal according to the emission light from the temperature sensor (4) output by the photodetector (5) Wow;

상기 증폭회로(6)가 제공하는 전압이 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기(7)와;An analog-to-digital converter (7) for converting an electrical signal amplified by the voltage provided by the amplification circuit (6) into a digital signal and outputting the digital signal;

상기 아날로그-디지털 변환기(7)로부터 출력되는 디지털 신호를 근거로, 광의 조사 중단시 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하는 광에 따른 디지털 신호의 값에 자연 로그(log)를 취하고, 그 자연 로그값의 기울기를 산출하며, 산출된 기울기를 미리 저장된 온도에 따른 기울기 기준 값과 비교에 의해 상기 전력 기기의 온도를 결정하는 프로세서(8)와;를 포함하여 구성된다.On the basis of the digital signal output from the analog-to-digital converter 7, a natural log is taken on the value of the digital signal according to the light which is exponentially attenuated according to the ambient temperature when the irradiation of the light is stopped. And a processor 8 for calculating a slope of the value and determining the temperature of the power device by comparing the calculated slope with a slope reference value according to a pre-stored temperature.

프로세서(8)는 마이크로 프로세서(Micro Processor) 또는 개인용 컴퓨터(Personal Computer) 등 디지털 값에 대해 미리 저장된 프로그램에 따라 연산 처리가 가능한 연산수단으로 구성될 수 있다.The processor 8 may be composed of arithmetic means capable of arithmetic processing according to a program stored in advance for digital values such as a microprocessor or a personal computer.

본 발명에 따라서 상기 광원(1)의 점등과 소등을 제어하기 위한 구성으로서, 예컨대 상기 프로세서(8)로부터의 제어신호를 상기 광원(1)에 제공하는 입출력 회로(미 도시)를 추가하여 구성할 수 있고, 상기 광원(1)의 점등과 소등을 제어하기 위해 도 3에 같은 구형파 입력신호(4-1)를 제공하는 구형파 발진회로(미 도시)를 별도로 구성하는 변형 실시 예도 있을 수 있다.According to the present invention, as a configuration for controlling the lighting and turning off of the light source 1, for example, an input / output circuit (not shown) for providing a control signal from the processor 8 to the light source 1 may be configured. In addition, there may be a modified embodiment of separately configuring a square wave oscillation circuit (not shown) for providing the square wave input signal 4-1 as shown in FIG. 3 to control the lighting and turning off of the light source 1.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치의 동작을 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the optical temperature measuring device for monitoring the state of power equipment according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 to 3.

상시 적으로 상기 입출력 회로(미 도시) 또는 구형파 발진회로(미 도시)로부터 구형파 입력신호(4-1)가 광원(1)에 제공되면, 광원(1)은 구형파 입력신호(4-1) 가 고 수준(high level)인 시간 동안 광을 발광하고 구형파 입력신호(4-1)가 저 수준(low level)인 시간 동안 광의 발광을 중지한다. When the square wave input signal 4-1 is provided to the light source 1 from the input / output circuit (not shown) or the square wave oscillation circuit (not shown) at all times, the light source 1 receives the square wave input signal 4-1. Light is emitted for a high level time and light emission is stopped for a time when the square wave input signal 4-1 is low level.

광원(1)으로부터 발광된 광은 분광기(2)를 투과하고 렌즈(3)을 통해 집광되어 광섬유(4a)를 통해 온도센서(5)에 조사된다. Light emitted from the light source 1 passes through the spectrometer 2 and is collected through the lens 3 and irradiated to the temperature sensor 5 through the optical fiber 4a.

온도센서(5)는 상기와 같이 희토류 금속 재로 구성되어 있으므로, 온도센서(5)가 설치된 위치의 주위온도 즉 전력 기기의 발열부 내부온도에 따라서 광의 조사가 중지되는 상기 구형파 입력신호(4-1)가 저 수준(low level)인 시간 동안 지수함수적으로 감쇄하는 광을 방사한다.Since the temperature sensor 5 is made of a rare earth metal material as described above, the square wave input signal 4-1 in which the irradiation of light is stopped in accordance with the ambient temperature of the position where the temperature sensor 5 is installed, that is, the internal temperature of the heat generating portion of the power device, is applied. Emits exponentially decaying light for a time at which is low level.

따라서 온도센서(5)로부터 방사된 상기 지수함수적으로 감쇄하는 광은 다시 광섬유(4a)를 통해 전달되고 렌즈(3)을 통해 집광되며 분광기(2)에 의해 반사되어 광검출기(5)에 의해 검출된다. Therefore, the exponentially attenuated light emitted from the temperature sensor 5 is transmitted again through the optical fiber 4a, collected through the lens 3, reflected by the spectroscope 2 and reflected by the photodetector 5. Is detected.

광검출기(5)는 검출되는 상기 온도센서(5)로부터 방사되어 분광기(2)에 의해 반사된 광 신호를 전기 신호로 변환하여 도 3(b)와 같은 신호 파형으로 출력한다.The photodetector 5 converts the optical signal emitted from the detected temperature sensor 5 and reflected by the spectrometer 2 into an electrical signal and outputs the signal waveform as shown in FIG.

광검출기(5)가 출력하는 도 3(b)와 같은 신호 파형은 상기 구형파 입력신호(4-1)가 고 수준(high level)인 시간 동안에 대응되는 온도특성 무관(無關) 구간(4-2)과, 상기 구형파 입력신호(4-1)가 저 수준(low level)인 시간 동안에 대응하여 지수함수적으로 감쇄하는 온도특성 유관(有關) 구간(4-3)으로 구성된다.The signal waveform shown in FIG. 3 (b) output by the photodetector 5 is a temperature-independent period 4-2 corresponding to the time when the square wave input signal 4-1 is at a high level. And a temperature characteristic related section 4-3 which attenuates exponentially in response to the time when the square wave input signal 4-1 is at a low level.

광검출기(5)가 도 3(b)와 같은 신호 파형과 같은 전기적 신호를 출력하면, 도 2(b)에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 신호처리 수단에 의해 처리된다.  When the photodetector 5 outputs an electrical signal such as a signal waveform as shown in Fig. 3B, it is processed by the signal processing means according to the present invention as shown in Fig. 2B.

즉, 증폭회로(6)는 광검출기(5)가 출력하는 전기적 신호의 전압을 증폭하여 출력하며, 아날로그-디지털 변환기(7)는 증폭회로(6)가 제공하는 전압이 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. That is, the amplifier circuit 6 amplifies and outputs the voltage of the electrical signal output from the photodetector 5, and the analog-to-digital converter 7 digitally converts the electrical signal amplified by the voltage provided by the amplifier circuit 6. Convert it to a signal and output it.

따라서, 디지털 신호로 변환된 전기적 신호는 프로세서(8)에 전달되어 처리된다. 즉, 프로세서(8)는 미리 저장된 처리 프로그램에 따라서 디지털 신호로 변환된 전기적 신호 중 지수함수적으로 감쇄하는 부분 즉 도 3(c)와 같은 파형의 디지털 값에 자연 로그(natural logarithm)를 취하여 도 3(d)와 같은 파형의 데이터 값을 얻는다. 상기 데이터 값은 일정한 기울기의 직선파형 도 3(d)와 같은 파형을 따라 나타나며, 이러한 직선파형의 기울기는 상기 온도센서(4)의 주위온도에 따라 변화한다. 즉, 온도센서(4)의 주위온도가 높으면 상기 데이터 값의 직선파형의 기울기가 크고(경사가 가파르고), 온도센서(4)의 주위온도가 낮으면 상기 데이터 값의 직선파형의 기울기가 작아진다(경사가 완만해진다).Thus, the electrical signal converted into a digital signal is transmitted to the processor 8 for processing. That is, the processor 8 takes a natural logarithm on the digital value of the waveform as shown in FIG. Obtain the data value of the waveform as 3 (d). The data value is shown along a waveform as shown in FIG. 3 (d) of a linear waveform with a constant slope, and the slope of the linear waveform varies with the ambient temperature of the temperature sensor 4. That is, when the ambient temperature of the temperature sensor 4 is high, the slope of the linear waveform of the data value is large (the steep slope), and when the ambient temperature of the temperature sensor 4 is low, the slope of the linear waveform of the data value is small. (The slope is gentle).

따라서, 프로세서(8)는 미리 저장된 처리 프로그램과 상기 온도별로 대응되게 미리 산출되어 저장된 기울기의 기준 데이터를 이용하여 측정한 기울기를 미리 저장된 해당 기울기에 대한 온도 값으로 변환하여 온도 측정을 완료하게 된다.Therefore, the processor 8 converts the measured slope using the reference data of the pre-stored inclination and the reference data of the pre-stored inclination into the temperature value for the pre-stored inclination to complete the temperature measurement.

본 발명에 따라 측정된 전력 기기의 온도가 예컨대 미리 설정된 전력 기기의 정상 수준을 초과한 경우, 이를 관리자에게 경보하는 수단이 추가적으로 포함될 수 있슴은 예상가능하다. 이러한 경보 수단으로는 예컨대 부저(buzzer), 지속적으로 깜박이는 알람 램프, 저장된 음성 또는 음향 메시지(message)에 의한 음성 경보 등의 다양한 실시 예가 있을 수 있다.It is foreseeable that a means for alerting the administrator may additionally be included if the temperature of the power device measured according to the invention exceeds, for example, the normal level of the preset power device. Such alarm means may include various embodiments, such as a buzzer, a constantly flashing alarm lamp, a voice alarm by a stored voice or an acoustic message.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 기기 상태 감시용광 온도측정 장치를 제공함에 의해서, 본 발명은 광학적 측온 구성 및 방법을 이용하므로 즉, 온도센서 자체가 주위온도에 따라 조사 광과 다른 파장의 광을 방사하는 희토륨 금속재로 구성되므로 온도센서에 대한 전기적 절연이 불필요하여 전기적 절연에 필요한 별도의 수단 설치와 그로 인한 비용과 시간의 소요를 회피할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, by providing a light temperature measuring device for monitoring the state of the power device according to the present invention, the present invention uses an optical temperature measurement configuration and method, that is, the temperature sensor itself is different from the irradiation light according to the ambient temperature Since it is composed of a rare thorium metal material that emits light, it is not necessary to electrically insulate the temperature sensor, and thus it is possible to avoid the cost and time required by installing a separate means necessary for the electric insulation.

또한, 본 발명에 따른 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치는 온도센서와 전기적인 처리를 수행하는 처리부 사이를 광섬유에 의해 충분한 거리를 두고 구성함으로써 전력 기기에 의한 주변 전자기장으로부터 영향이 없는 거리만큼 이격하여 온도 측정이 가능한 효과가 있다.In addition, the optical temperature measuring device for monitoring the state of the power device according to the present invention is configured by a sufficient distance between the temperature sensor and the processing unit performing the electrical processing by the optical fiber, so as to be spaced apart from the surrounding electromagnetic field by the power device by no influence. It is possible to measure the temperature.

또한 대상물의 내부온도를 측정할 수 있으며, 상시 감시 장치를 구성하기가 용이한 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to measure the internal temperature of the object, there is an effect that can obtain an optical temperature measuring device for monitoring the state of the power device, which is easy to configure the constant-time monitoring device.

Claims (6)

전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치에 있어서,In the optical temperature measuring device for monitoring the state of power equipment, 광원과;A light source; 상기 광원으로부터 방사된 광을 선택적으로 투과시키기 위해서, 미리 결정된 파장 이하의 광을 투과시키고 상기 미리 결정된 파장보다 큰 파장의 광은 반사시키는 분광기와;A spectroscope for selectively transmitting the light emitted from the light source, transmitting a light below a predetermined wavelength and reflecting light having a wavelength larger than the predetermined wavelength; 상기 분광기를 투과한 광을 집광하여 제공하는 렌즈와;A lens for condensing and providing light transmitted through the spectrometer; 상기 상태 감시를 위해 전력 기기의 발열 부에 부착되고, 광을 조사함에 따라 소정 파장의 광을 방사하며, 광의 조사를 중단하면 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하는 광을 방사하는 온도센서와;A temperature sensor attached to a heat generating unit of the power device for monitoring the condition and emitting light having a predetermined wavelength as the light is irradiated, and emitting an exponentially attenuated light according to the ambient temperature when the light is stopped; 상기 온도센서와 상기 렌즈 사이에 설치되고, 상기 전력 기기로부터의 전자기 노이즈의 영향이 방지되도록 소정의 길이만큼 상기 온도센서로부터 연장되어, 상기 온도센서로 조사되는 광과 상기 온도센서로부터 방사되는 광을 전달하는 광섬유와;It is installed between the temperature sensor and the lens, and extends from the temperature sensor by a predetermined length to prevent the influence of electromagnetic noise from the power device, the light irradiated from the temperature sensor and the light emitted from the temperature sensor Optical fiber to transmit; 상기 온도센서로부터 방사되어 상기 광 섬유를 경유하고 상기 렌즈를 통해 집광되고 상기 분광기를 통해 반사되어 입사되는 광에 따라 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 광 검출기와;An optical detector which converts an optical signal into an electrical signal according to light incident through the optical fiber, collected through the lens, reflected through the spectrometer, and incident from the temperature sensor; 상기 광검출기의 출력에 접속되어 상기 광검출기가 출력하는 온도센서로부터 방사 광에 따른 전기적 신호의 전압을 증폭하여 제공하는 증폭회로와;An amplifying circuit connected to an output of the photodetector and amplifying and providing a voltage of an electrical signal according to radiated light from a temperature sensor output by the photodetector; 상기 증폭회로가 제공하는 전압이 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기와;An analog-digital converter for converting an electrical signal amplified by the amplification circuit and converting the electrical signal into a digital signal and outputting the digital signal; 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 출력되는 디지털 신호를 근거로, 광의 조사 중단시 주위온도에 따라 지수함수적으로 감쇄하는 광에 따른 디지털 신호의 값에 자연 로그(log)를 취하고, 그 자연 로그값의 기울기를 산출하며, 산출된 기울기를 미리 저장된 온도에 따른 기울기 기준 값과 비교에 의해 상기 전력 기기의 온도를 결정하는 프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치.On the basis of the digital signal output from the analog-to-digital converter, the natural log is taken to the value of the digital signal according to the light which exponentially attenuates according to the ambient temperature when the irradiation of the light is stopped, and the slope of the natural log value And a processor for determining a temperature of the power device by comparing the calculated slope with a slope reference value according to a pre-stored temperature. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 온도센서는 희토류 금속원소 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치.The temperature sensor is an optical temperature measuring device for monitoring the state of the power device, characterized in that consisting of any one of rare earth metal elements. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광원은 엘이디(Light Emitting Device)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치. The light source is an optical temperature measuring device for monitoring the power device status, characterized in that consisting of an LED (Light Emitting Device). 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 렌즈는 볼 렌즈(ball lens)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치. And said lens is comprised of a ball lens. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 분광기는 이색성 분광기(dichroic beam splitter)로 구성되는 것을 특징을 하는 전력 기기 상태 감시용 광 온도측정 장치. And the spectrometer comprises a dichroic beam splitter.
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