KR101180021B1 - 고고도 전자기파(ｈｅｍｐ) 센싱모듈 - Google Patents

고고도 전자기파(ｈｅｍｐ) 센싱모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 고고도 전자기파 발생시, 너무나 짧은 시간 주기를 가진 1차 고고도 전자기파 E1을 감지하고, 이후의 2차 고고도 전자기파 E2를 체크해서, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 HEMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 전달시켜주는 장치가 없어서, 고고도 전자기파에 대한 선대응이 늦어져 HEMP 방어용 쉘터내에서 비상 전원구동실패, 외부의 통신차단과 같은 2차 피해가 발생되는 문제점을 개선하고자, HEMP용 전원부, E1 센싱부, 제1 신호발생기, 마이컴부, SCR 게이트 구동부, E2 센싱부, 제2 신호발생기, 센싱신호출력부로 이루어진 고고도 전자기파(HEMP) 센싱모듈이 구성됨으로서, 고고도 전자기파 발생시, 짧은 시간 주기를 가진 1차 고고도 전자기파 E1을 감지하고, 이후의 2차 고고도 전자기파 E2를 체크해서, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 HEMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 전달시켜줄 수 있고, 이로 인해 HEMP 방어용 쉘터 안쪽에서 선대응시스템으로 비상전원을 구동시키고, 외부와 통신시스템을 구축시킬 수 있는 고고도 전자기파(ＨＥＭＰ) 센싱모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

고고도 전자기파(ＨＥＭＰ) 센싱모듈{THE SENSING AND CHECKING MOUDULE OF HIGH-ALTITUDE ELECTROMAGNETIC PULSE}
본 발명은 고고도 전자기파 발생시, 짧은 시간 주기를 가진 1차 고고도 전자기파 E1을 감지하고, 이후의 2차 고고도 전자기파 E2를 체크해서, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 HEMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 전달시켜줄 수 있는 고고도 전자기파(ＨＥＭＰ) 센싱모듈에 관한 것이다.
헴프(HEMP : High-Altitude Electromagnetic Pulse)란 고고도(지표로부터 수십 km부터 수백 km까지)에서 핵무기에 의한 폭발 시 생성되는 전자기파이다.
폭발지점과 지면의 시설사이의 거리가 너무 멀기 때문에 폭발에 의한 전자기 폭풍이나 전자기파의 복사가 대기와 상호작용에 의해서 크게 감쇄된다.
그러나 고고도 전자기파(E1,E2,E3)는 효과적으로 대기 속을 전파해서 전자기파에 노출된 전기/전자 장비에 높은 전류와 전압을 유발하므로 회로구성 소자들에 피해를 주거나 오동작을 일으키게 된다.
상기 E1은 1차 고고도 전자기파라 하고, E2는 2차 고고도 전자기파라 하며, E3는 3차 고고도 전자기파라 한다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 1차 고고도 전자기파 E1은 주기가 20ns에서 250ns로 검출은 할 수 있으나, 이동안에는 고고도 전자기파 센싱모듈과 같은 전자 부품을 동작시킬 수가 없다.
가장 빠른 프로세서를 활용해도 디지털로는 처리가 곤란한 문제점이 있다.
도 1을 살펴보면, 1차 고고도 전자기파 E1과 2차 고고도 전자기파 E2의 주기사에는 대략 시간적으로 10μsec의 간격이 된다.
이때, 고고도전자기파(HEMP)를 확인하고 동작시키면 된다.
도 1를 타임 플로워차트로 표현하면 도 2와 같이 표현된다.
즉, 1차 고고도 전자기파 E1은 시간 차트상에서 보듯이 너무나 짧은 시간 주기를 가지고 있다.
또한, 이들에 의한 검출은 순간적인 노이즈와도 비슷하다.
이와 같은 이유로 이를 확인하는 센싱회로가 필요하며 또한 HEMP 상황은 긴급으로 무시할 수도 없다.
이러한 상황에서 시간 지연과 다중 센싱을 이용하여 에러와 동시에 특히 이들의 센싱회로는 빠른 응답 특성을 요구하기 때문에 FET(Field Effect Transitor)를 사용하여야 하나, 이는 HEMP 상황에서는 내부 충전에 의한 스위칭은 적당하지 않다.
그 이유는 내부 충전 캐패시터의 충전용량이 HEMP에 의해 순식간에 과도하게 넘어가 폭발해 버리기 때문이다.
이러한 상황에서 1차 고고도 전자기파 E1을 감지하고, 이후의 2차 고고도 전자기파 E2를 체크해서, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 HEMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 전달시키는 장비개발이 시급한 실정이다.
대한민국등록특허 10-0785910(등록일자 2007.12.07) 대한민국등록특허 10-1000610(등록일자 2010.12.06) 대한민국등록특허 10-1033864(등록일자 2011.05.02) 대한민국등록특허 10-1036816(등록일자 2011.05.18) 대한민국등록특허 10-1046167(등록일자 2011.06.28)
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 고고도 전자기파 발생시, 짧은 시간 주기를 가진 1차 고고도 전자기파 E1을 감지하고, 이후의 2차 고고도 전자기파 E2를 체크해서, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 HEMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 전달시켜줄 수 있고, 이로 인해 HEMP 방어용 쉘터 안쪽에서 선대응시스템으로 비상전원을 구동시키고, 외부와 통신시스템을 구축시킬 수 있는 고고도 전자기파(ＨＥＭＰ) 센싱모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고고도 전자기파 센싱모듈은
핵폭발시 발생되는 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2를 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에서 센싱하도록 설치되고, HEMP 방어용 쉘터 안에서 센싱신호를 전달받아 1차 고고도 전자기파 E1를 검출하고, 2차 고고도 전자기파 E2를 통하여 체크해서 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 고고도 전자기파 센싱신호를 출력시키도록 구성됨으로서 달성된다.
상기 고고도 전자기파 센싱모듈은 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에 설치되어 1차 고고도 전자기파 E1을 검출해서 센싱하는 E1 센싱부(10)와,
E1 센싱부(10) 후단의 동일선상에 있는 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에 설치되어 2차 고고도 전자기파 E2를 검출해서 센싱한 후, SCR 게이트 구동부의 턴온신호에 따라 제2 신호발생기로 센싱된 신호를 전달시키는 E2 센싱부(20)와,
HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 E1 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E1의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 제1 신호발생기(30)와,
HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 E2 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E2의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 제2 신호발생기(40)와,
HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 전원 상전원선을 통해 평상시에 전원을 인가받아 충전배터리를 충전시키면서 각 기기에 전원을 공급시키고, HEMP 발생시 충전배터리를 통해 마이컴부와 SCR 게이트 구동부(50)에 전원을 공급시키는 HEMP용 전원부(50)와,
HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 제1 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 1차 고고도 전자기파 E1 신호를 감지한 상태에서, SCR 게이트 구동부로 PWM 신호를 출력시켜 SCR 게이트 구동부를 구동시키고, 제2 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 2차 고고도 전자기파 E2 신호를 체크한 후, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 센싱신호출력부로 출력시키는 마이컴부(60)와,
HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 마이컴부로부터 PWM 신호를 입력받아 FET 턴온되어 E2 센싱부의 센싱신호가 제2 신호발생기로 전달되도록 E2 센싱부로 출력신호를 발생시키는 SCR 게이트 구동부(70)와,
HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 마이컴부로부터 고고도 전자기파 센싱신호를 전달받아 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 출력시키는 센싱신호출력부(80)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 핵폭발시 발생되는 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2를 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에서 센싱하도록 설치되어 호환성이 좋고, 고고도 전자기파 발생과 동시에 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2를 센싱시켜 빠른시간에 HEMP 방어용 쉘터 안쪽으로 바로 전달시킬 수 있어, HEMP 방어용 쉘터내에서 선대응할 수 있는 시간을 벌 수 있고, 미리 선대응시스템으로 비상전원을 구동시키고, 외부와 통신시스템을 구축시킬 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 핵폭발시 발생되는 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2, 3차 고고도 전자기파 E3를 도시한 파형도,
도 2는 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2, 3차 고고도 전자기파 E3 별로 나눈 타임 플로워차트에 관한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 고고도 전자기파 센싱모듈(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 HEMP용 전원부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 고고도 전자기파 센싱모듈(1)의 구성요소를 도시한 회로도,
도 6은 핵폭발시 발생되는 1000~8000 A(암페어)의 고고도 전자기파(E1,E2,E3)를 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전에 HEMP용 센싱모듈에서 센싱해서 HEMP 방어용 쉘터의 선대응시스템으로 전달시키는 과정을 도시한 일실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 제1 사각박스형 절연몸체(110) 내부에 E1 센싱부, E2 센싱부가 포함되어 구성되고, 제2 사각박스형 절연몸체(120) 내부에 제1 신호발생기, 제2 신호발생기, HEMP용 전원부, 마이컴부, SCR 게이트 구동부, 센싱신호출력부가 포함되어 구성된 것을 도시한 일실시예도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 고고도 전자기파 센싱모듈(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 핵폭발시 발생되는 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2를 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에서 센싱하도록 설치되고, HEMP 방어용 쉘터 안에서 센싱신호를 전달받아 1차 고고도 전자기파 E1를 검출하고, 2차 고고도 전자기파 E2를 통하여 체크해서 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 고고도 전자기파 센싱신호를 출력시키는 역할을 한다.
이는 E1 센싱부(10), E2 센싱부(20), 제1 신호발생기(30), 제2 신호발생기(40), HEMP용 전원부(50), 마이컴부(60), SCR 게이트 구동부(70), 센싱신호출력부(80)로 구성된다.
본 발명에서는 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선 상에 고고도 전자기파 센싱모듈의 구성요소 중 E1 센싱부(10), E2 센싱부(20)이 설치되고, HEMP 방어용 쉘터 안쪽에 고고도 전자기파 센싱모듈의 구성요소 중 제1 신호발생기(30), 제2 신호발생기(40), HEMP용 전원부(50), 마이컴부(60), SCR 게이트 구동부(70), 센싱신호출력부(80)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
그 이유는 핵폭발시 생성되는 고고도 전자기파(E1,E2)는 효과적으로 대기 속을 전파해서 전자기파에 노출된 전기/전자 장비 및 통신라인, 파워라인에 걸쳐 전방위적으로 언제 어디에서 높은 전류와 전압을 유발시킬 줄 모르기 때문에, HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에서 고고도 전자기파(E1,E2)를 사전에 전달받아 HEMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 출력시키도록 하기 위함이다.
상기 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선 상에 설치되는 E1 센싱부(10), E2 센싱부(20)은 제1 사각박스형 절연몸체(110) 내부에 포함되어 구성된다.
여기서, 제1 사각박스형 절연몸체(110)는 E1 센싱부(10)와 E2 센싱부(20)를 내부에 포함하면서, 외부표면 전체로 유입되는 고고도 전자기파(E1,E2)를 그라운드로 접지시키도록 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 제1 신호발생기(30), 제2 신호발생기(40), HEMP용 전원부(50), 마이컴부(60), SCR 게이트 구동부(70), 센싱신호출력부(80)는 HEMP 방어용 쉘터 안쪽에 위치되어, 제2 사각박스형 절연몸체(120) 내부에 포함되어 구성된다.
여기서, 제2 사각박스형 절연몸체(120)는 제1,2 센싱라인이나 HEMP 방어용 쉘터로 유입되는 고고도 전자기파(E1,E2)를 그라운드로 접지시키도록 구성된다.
상기 제1 사각박스형 절연몸체(110), 제2 사각박스형 절연몸체(120)는 사각박스형상으로 이루어져 각 기기를 HEMP(고고도 전자기파)로부터 보호하는 역할을 한다.
이는 절연저항(Ω) 5×1012, 내열도(℃) 155℃, 압축강도(kg/mm2) 39, 굴곡강도(kg/mm2) 51인 에폭시(EPOXY); 절연저항(Ω) 5×107, 내열도(℃) 180~220℃, 굴곡강도(kg/mm2) 9인 마이카(MICA); 절연저항(Ω) 5×103이상, 내열도(℃) 140~150℃, 압축강도(kg/mm2) 38, 굴곡강도(kg/mm2) 28인 페놀(PHENOL); 절연저항(Ω) 5×1014, 내열도(℃) 200~250℃, 압축강도(kg/mm2) 8, 굴곡강도(kg/mm2) 10인 실리콘; 또는 실리콘 블렌드 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것으로서,
더욱 바람직하게는 절연특성을 강화시킨 EPDM/실리콘 블렌드이며,
상기 EPDM/실리콘 블렌드는 절연저항(Ω) 5×1014, 내열도(℃) 200~250℃, 압축강도(kg/mm2) 8, 굴곡강도(kg/mm2) 10인 실리콘 50 ~ 90wt%와,
P-SMA(poly(styrene-co-maleic anhydride)) 2 ~ 15wt%와,
밀도(density;g/cc) 0.9, 유전상수(dielectric constant;60Hz) 2.872, 인장강도(tensile strength;kg/㎠) 72.98인 EPDM(ethylene propylene diene M-class rubber) 1 ~ 30wt%와,
입도가 1~3㎛인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 1 ~ 3wt%와,
과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide) 2 ~ 5wt%의 혼합으로 조성된 혼합물로 제조되는 것으로서,
상기 실리콘과 P-SMA(poly(styrene-co-maleic anhydride))를 혼련기에서 5 ~ 10분간 블렌드하고, 여기에 EPDM, 수산화알루미늄을 투여하여 5 ~ 10분간 블렌드한 후 과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide)를 투입하여 혼합물을 조성한다.
상기 실리콘과 EPDM의 사용량이 하한치 값보다 낮은 양으로 사용할 경우에는 절연특성이 떨어지는 문제가 있고, 상한치 값보다 높은 양으로 사용할 경우에는 균일한 물성을 이루기 어렵기 때문에 상기 실리콘과 EPDM의 사용량은 상기한 범위 내에서 결정하는 것이 바람직하다.
상기 P-SMA의 사용량이 2wt% 미만인 경우에는 성분들간의 균일한 배합이 어렵고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 성분 배합에 있어 향상되는 특성을 확인하기 어렵기 때문에, 상기 P-SMA의 사용량은 2~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 입도가 1~3㎛인 수산화알루미늄(Al(OH)3)의 사용량이 1wt% 미만인 경우에는 강도증진 효과를 기대하기 어렵고, 3wt%를 초과하게 되는 경우에는 성형성이 떨어질 수 있으므로, 상기 수산화알루미늄(Al(OH)3)의 사용량은 1~3wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide)의 사용량이 2wt% 미만인 경우에는 경화가 제대로 이루어지지 않고, 5wt%를 초과하게 되는 경우에는 특별한 변화가 없어 무의미하므로, 상기 과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide)의 사용량은 2~5wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는 절연저항(Ω) 5×1014, 내열도(℃) 200~250℃, 압축강도(kg/mm2) 8, 굴곡강도(kg/mm2) 10인 실리콘 85wt%와,
P-SMA(poly(styrene-co-maleic anhydride)) 5wt%와,
밀도(density;g/cc) 0.9, 유전상수(dielectric constant;60Hz) 2.872, 인장강도(tensile strength;kg/㎠) 72.98인 EPDM(ethylene propylene diene M-class rubber) 5wt%와,
입도가 1~3㎛인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 3wt%와,
과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide) 2wt%의 혼합으로 HEMP 방어용 절연몸체용 혼합물을 조성한다.
먼저, 본 발명에 따른 E1 센싱부(10)에 관해 설명한다.
상기 E1 센싱부(10)는 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에 설치되어 1차 고고도 전자기파 E1을 검출해서 센싱하는 역할을 한다.
이는 직렬저항부(11), 다이오드드롭화회로부(12), 제1 센싱전압출력부(13)로 구성된다.
상기 직렬저항부(11)는 1차 고고도 전자기파 E1를 1000대 1이상의 분압비를 갖는 직렬저항으로 분압시켜 그라운드 바이패스시키는 역할을 한다.
이는 도 3에서 도시한 바와 같이, 제1 저항(R1)(11a), 제2 저항(R2)(11b)으로 구성된다.
그리고, N1은 파워라인과 직렬저항부사이의 제1 접점을 말하고, N2는 직렬저항부와 제1 센싱전압출력부 사이에 연결된 제2 접점을 말한다.
상기 제1 저항(R1)(11a)은 고고도 전자기파 전압을 전달받아 다이오드드롭화회로부의 전류를 제한시키는 역할을 한다.
즉, 고고도 전자기파의 전계강도가 50Kv/m이상이므로 나선에 의한 최대 유입을 가정해서 감쇄없이 전계가 전도되었을 경우, 50Kv이상이 유입된다.
이때, 50Kv이상의 고고도 전자기파에 대해 제1저항과 제2저항은 1000대 1 이상의 분압비로 저항이 구성된다.
그리고, 제1저항(R1)은 50Kv, 3000A의 용량을 갖는 고고도 전자기파가 들어오면, 최대 500Kv로 고고도 전자기파가 들어온다는 가정하에 500KΩ~2000KΩ의 수동소자로 구성되어, 다이오드드롭화회로부의 전류를 1A이하로 제한되도록 구성된다.
이처럼, 제1저항을 500KΩ~2000KΩ로 구성하는 이유는 500KΩ이하에서는 다이오드드롭화회로부의 전류를 1A이하로 제한할 수가 없고, 2000KΩ이상에서는 비용비싸기 때문에 500KΩ~2000KΩ으로 구성하는 것이 바람직하고, 무엇보다 1차 고고도 전자기파 E1에 대해 1000대 1 이상의 분압비로 저항을 구성되어, 다이오드드롭화회로부의 전류를 1A이하로 제한되도록 하기 위함이다.
상기 제2 저항(R2)(11b)은 제1 저항과 직렬로 연결되어, 그라운드 바이패스시키면서 다이오드드롭화회로부의 안전동작전압을 유기시키는 역할을 한다.
본 발명에서는 제1저항과 제2저항이 1000대 1 이상의 분압비로 구성되기 때문에, 제2저항은 0.5KΩ~2KΩ으로 구성된다.
여기서, 제2 저항(R2)은 다이오드 드롭 전압 이상이 걸리도록 구성된다.
즉, 제1저항(R1)과 제2저항(R2)에 대한 분압비인 1000대 1 이상의 분압비를 통해 구성된다.
일예로, 상용 전압 통상 220V나 380V의 경우 제2 저항의 최대 유기 전압은 0.38V이다.
이로 인하여, N2(제2접점)에 5.6V이상 전압은 N1(제1접점)에서 약 6000V이상의 1차 고고도 전자기파 E1 전압이 유기시 작동한다.
즉, 제2 저항은 다이오드드롭화회로부의 안전동작전압으로서, 6000V 이상의 1차 고고도 전자기파 E1 전압시 약 5.6V 안전동작전압을 발생시킨다.
상기 다이오드드롭화회로부(12)는 직렬저항부 사이에 전기적으로 연결되어 그라운드로 드롭화시키면서 1차 고고도 전자기파 E1 전압을 센싱시켜 일정한 센싱전압을 발생시키는 역할을 한다.
이는 제1다이오드, 제2다이오드, 제3다이오드, 제4다이오드, 제5다이오드, 제6다이오드, 제7다이오드, 제8다이오드로 직렬로 연결되어 직렬저항부의 제1저항과 제2저항사이에서 인입되는 전압을 그라운드로 드롭화시키면서, 5.6V로 센싱전압을 출력시키도록 구성된다.
본 발명에서는 제1다이오드, 제2다이오드, 제3다이오드, 제4다이오드, 제5다이오드, 제6다이오드, 제7다이오드, 제8다이오드는 각각 0.7V로 총 5.6V로 고고도 전자기파 전압을 센싱시켜 일정하게 출력시킨다.
상기 제1 센싱전압출력부(13)는 다이오드드롭화회로부로부터 센싱된 센싱전압을 제1 신호발생기로 전달시키는 역할을 한다.
이는 전기적으로 연결된 제1 센싱라인(13a)으로 구성되어, 1차 고고도 전자기파 E1이 발생시 제1 신호발생기로 전달시킨다.
여기서, 제1 센싱라인(13a)은 도 7에서 도시한 바와 같이, 그라운드로 접지된 절연보호관에 포함되어 구성된다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 고고도 전자기파(E1)의 경우 25ns로 굉장히 빠른 시간에 전달된다.
S1의 신호로서, 25ns의 고고도 전자기파(E1)를 검지하기 위해서 스위칭 주파수가 약 1GH에서 수백메가헤르츠의 신호가 발생됨으로서 이를 감안하여 센싱전압을 센싱시키도록 구성된다.
본 발명에서는 6000V 이상의 고고도 전자기파전압시 약 5.6V를 S1의 센싱신호로 구성된다.
본 발명에 따른 제1 센싱전압출력부는 일반 노이즈와 구분되는 특징으로서, 전압고 전류에 있어서 구분 영역으로 일반 노이즈와 달리 0.5W~5W의 전력원으로 사용할 수 있도록 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 E2 센싱부(20)에 관해 설명한다.
상기 E2 센싱부(20)는 E1 센싱부(10) 후단의 동일선상에 있는 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에 설치되어 2차 고고도 전자기파 E2를 검출해서 센싱한 후, SCR 게이트 구동부의 턴온신호에 따라 제2 신호발생기로 센싱된 신호를 전달시키는 역할을 한다.
이는 제3 저항(R3)(21), SCR드롭화회로부(22), 제2 센싱전압출력부(23)로 구성된다.
상기 제3 저항(R3)(21)는 2차 고고도 전자기파 E2 전압을 전달받아 SCR드롭화회로부의 전류를 제한시키는 역할을 한다.
상기 SCR드롭화회로부(22)는 제3 저항(R3)의 출력단에 전기적으로 연결되고, SCR 게이트 구동부의 FET 턴온신호에 따라 구동되어, 그라운드로 SCR 드롭화시키면서 2차 고고도 전자기파 E2 전압을 센싱시켜 일정한 센싱전압을 발생시키는 역할을 한다.
이는 제1SCR, 제2SCR, 제3SCR, 제4SCR, 제5SCR, 제6SCR, 제7SCR, 제8SCR, 제SCR, 제10SCR, 제11SCR, 제12SCR로 직렬로 연결되어 그라운드로 SCR 드롭화시키면서, 2차 고고도 전자기파 E2 전압을 센싱시켜 5.6V로 센싱전압을 출력시키도록 구성된다.
상기 제2 센싱전압출력부(23)는 SCR드롭화회로부로부터 센싱된 센싱전압을 제2 신호발생기로 전달시키는 역할을 한다.
이는 전기적으로 연결된 제2 센싱라인(23a)으로 구성되어, 2차 고고도 전자기파 E2 발생시, SCR드롭화회로부로부터 센싱된 센싱전압을 제2 신호발생기로 전달시킨다.
여기서, 제2 센싱라인(23a)은 도 7에서 도시한 바와 같이, 그라운드로 접지된 절연보호관(90)에 포함되어 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 제1 신호발생기(30)에 관해 설명한다.
상기 제1 신호발생기(30)는 HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 E1 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E1의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 제1 비교기와 제1 증폭기로 구성된다.
상기 제1 비교기는 E1 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교하는 역할을 한다.
이는 AND 논리구조를 갖는 비교기로서, (+)단자에 E1 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력시키고, (-)단자에 기준 레퍼런스 전압(5V)을 입력시켜 고고도 전자기파 E1의 센싱신호에 관한 하이신호를 출력시킨다.
상기 제1 증폭기는 고고도 전자기파 E1의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 제2 신호발생기(40)에 관해 설명한다.
상기 제2 신호발생기(40)는 HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 E2 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E2의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 제2 비교기와 제2 증폭기로 구성된다.
상기 제2 비교기는 E2 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교하는 역할을 한다.
이는 AND 논리구조를 갖는 비교기로서, (+)단자에 E2 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력시키고, (-)단자에 기준 레퍼런스 전압(5V)을 입력시켜 2차 고고도 전자기파 E2의 센싱신호에 관한 하이신호를 출력시킨다.
상기 제2 증폭기는 2차 고고도 전자기파 E2의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 HEMP용 전원부(50)에 관해 설명한다.
상기 HEMP용 전원부(50)는 HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 전원 상전원선을 통해 평상시에 전원을 인가받아 충전배터리를 충전시키면서 각 기기에 전원을 공급시키고, HEMP 발생시 충전배터리를 통해 제1 신호발생기(30), 제2 신호발생기(40), 마이컴부, SCR 게이트 구동부(50)에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 4에서 도시한 바와 같이, 전원 상전원선을 통해 전원을 인가받아 트랜지스터(Tr)을 거쳐 전압강하된 후, 브릿지 다이오드를 통해 직렬변환되고, 제1 레귤레이터부를 통해 12V의 제1 전압을 생성시키고, 제2 레귤레이터부를 통해 5V의 제2 전압을 생성시킨다.
여기서, 제2 전압은 제1 신호발생기와 제2 신호발생기의 기준레퍼런스 전압으로 제공된다.
그리고, 본 발명에 따른 HEMP용 전원부는 제1 레귤레이터부 선단 일측에 디지털 그라운드시키는 캐패시터 C2와, 전원 상전원선을 통해 12V로 충전되는 충전배터리가 구성된다.
여기서, 충전배터리는 HEMP 발생시, 전원 상전원선을 통한 전원 인가가 어렵기 때문에, 보조전원으로서 동작되어 제1 레귤레이터부에 12V 전원을 인가시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 마이컴부(60)에 관해 설명한다.
상기 마이컴부(60)는 HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 제1 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 1차 고고도 전자기파 E1 신호를 감지한 상태에서, SCR 게이트 구동부로 PWM 신호를 출력시켜 SCR 게이트 구동부를 구동시키고, 제2 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 2차 고고도 전자기파 E2 신호를 체크한 후, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 센싱신호출력부로 출력시키는 역할을 한다.
이는 입력단자 일측에 제1 신호발생기가 연결되어 1차 고고도 전자기파 E1의 센싱신호에 관한 하이신호가 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 제2 신호발생기가 연결되어 2차 고고도 전자기파 E2의 센싱신호에 관한 하이신호가 입력되며, 출력단자 일측에 SCR 게이트 구동부가 연결되어 SCR 게이트 구동부로 PWM 신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 센싱신호출력부가 연결되어 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 출력시키도록 제어한다.
다음으로, 본 발명에 따른 SCR 게이트 구동부(70)에 관해 설명한다.
상기 SCR 게이트 구동부(70)는 HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 마이컴부로부터 PWM 신호를 입력받아 FET 턴온되어 E2 센싱부의 센싱신호가 제2 신호발생기로 전달되도록 E2 센싱부로 출력신호를 발생시키는 역할을 한다.
이는 특수한 반도체(半導體) 정류 소자로서, 소형이고 응답 속도가 빠르며, 대전력(大電力)을 미소한 압력으로 제어할 수 있는 SCR(silicon controlled rectifier : 사이리스터)로 구성된다.
즉, 베이스단자에 마이컴부의 PWM 출력신호가 입력되고, 게이트단자에 E2 센싱부의 SCR드롭화회로부로 FET 턴온신호를 출력시킨다.
여기서, FET 턴온신호는 도 7에서 도시한 바와 같이, 전기적으로 연결된 제3 센싱라인(70a)을 통해 제1 사각박스형 절연몸체의 내부에 포함된 SCR드롭화회로부로 전달된다.
여기서, 제3 센싱라인(70a)은 도 7에서 도시한 바와 같이, 그라운드로 접지된 절연보호관(90)에 포함되어 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 센싱신호출력부(80)에 관해 설명한다.
상기 센싱신호출력부(80)는 HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 마이컴부로부터 고고도 전자기파 센싱신호를 전달받아 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 출력시키는 역할을 한다.
이는 캐패시터 C6를 통해 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치와 연결되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 E1 센싱부(10), E2 센싱부(20)은 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에서 센싱하도록 설치되고, 제1 사각박스형 절연몸체(110)에 포함되어 구성된다.
여기서, 제1 사각박스형 절연몸체(110)는 사각박스형상으로 이루어져 각 기기를 HEMP(고고도 전자기파)로부터 보호하는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 직렬저항부(11), 다이오드드롭화회로부(12), 제1 센싱전압출력부(13), 제3 저항(R3)(21), SCR드롭화회로부(22), 제2 센싱전압출력부(23), SCR 게이트 구동부(70)는 관형상으로 이루어지고, 절연체로 형성되어 두께(t) 10mm~500mm을 갖으면서 각 회로를 절연시켜 외압으로부터 보호하는 절연보호관(90)이 커버형태로 포함되어 구성된다.
여기서, 절연보호관(100)은 도 7에 도시한 바와 같이, 그라운드로 접지된다.
상기 절연보호관은 이는 절연저항(Ω) 5×1012, 내열도(℃) 155℃, 압축강도(kg/mm2) 39, 굴곡강도(kg/mm2) 51인 에폭시(EPOXY); 절연저항(Ω) 5×107, 내열도(℃) 180~220℃, 굴곡강도(kg/mm2) 9인 마이카(MICA); 절연저항(Ω) 5×103이상, 내열도(℃) 140~150℃, 압축강도(kg/mm2) 38, 굴곡강도(kg/mm2) 28인 페놀(PHENOL); 절연저항(Ω) 5×1014, 내열도(℃) 200~250℃, 압축강도(kg/mm2) 8, 굴곡강도(kg/mm2) 10인 실리콘; 또는 실리콘 블렌드 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것으로서,
더욱 바람직하게는 절연특성을 강화시킨 EPDM/실리콘 블렌드이며,
상기 EPDM/실리콘 블렌드는 절연저항(Ω) 5×1014, 내열도(℃) 200~250℃, 압축강도(kg/mm2) 8, 굴곡강도(kg/mm2) 10인 실리콘 50 ~ 90wt%와,
P-SMA(poly(styrene-co-maleic anhydride)) 2 ~ 15wt%와,
밀도(density;g/cc) 0.9, 유전상수(dielectric constant;60Hz) 2.872, 인장강도(tensile strength;kg/㎠) 72.98인 EPDM(ethylene propylene diene M-class rubber) 1 ~ 30wt%와,
입도가 1~3㎛인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 1 ~ 3wt%와,
과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide) 2 ~ 5wt%의 혼합으로 조성된 혼합물로 제조되는 것으로서,
상기 실리콘과 P-SMA(poly(styrene-co-maleic anhydride))를 혼련기에서 5 ~ 10분간 블렌드하고, 여기에 EPDM, 수산화알루미늄을 투여하여 5 ~ 10분간 블렌드한 후 과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide)를 투입하여 혼합물을 조성한다.
상기 실리콘과 EPDM의 사용량이 하한치 값보다 낮은 양으로 사용할 경우에는 절연특성이 떨어지는 문제가 있고, 상한치 값보다 높은 양으로 사용할 경우에는 균일한 물성을 이루기 어렵기 때문에 상기 실리콘과 EPDM의 사용량은 상기한 범위 내에서 결정하는 것이 바람직하다.
상기 P-SMA의 사용량이 2wt% 미만인 경우에는 성분들간의 균일한 배합이 어렵고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 성분 배합에 있어 향상되는 특성을 확인하기 어렵기 때문에, 상기 P-SMA의 사용량은 2~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 입도가 1~3㎛인 수산화알루미늄(Al(OH)3)의 사용량이 1wt% 미만인 경우에는 강도증진 효과를 기대하기 어렵고, 3wt%를 초과하게 되는 경우에는 성형성이 떨어질 수 있으므로, 상기 수산화알루미늄(Al(OH)3)의 사용량은 1~3wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide)의 사용량이 2wt% 미만인 경우에는 경화가 제대로 이루어지지 않고, 5wt%를 초과하게 되는 경우에는 특별한 변화가 없어 무의미하므로, 상기 과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide)의 사용량은 2~5wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는 절연저항(Ω) 5×1014, 내열도(℃) 200~250℃, 압축강도(kg/mm2) 8, 굴곡강도(kg/mm2) 10인 실리콘 85wt%와,
P-SMA(poly(styrene-co-maleic anhydride)) 5wt%와,
밀도(density;g/cc) 0.9, 유전상수(dielectric constant;60Hz) 2.872, 인장강도(tensile strength;kg/㎠) 72.98인 EPDM(ethylene propylene diene M-class rubber) 5wt%와,
입도가 1~3㎛인 수산화알루미늄(Al(OH)3) 3wt%
과산화디벤조일(Dibenzoyl peroxide) 2wt%의 혼합으로 절연보호관용 혼합물을 조성한다.
이하, 본 발명에 따른 고고도 전자기파 센싱모듈의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 핵폭발시 발생되는 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2를 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에서 센싱하도록 고고도 전자기파(HEMP) 센싱모듈 중 E1 센싱부, E2 센싱부가 설치되고, HEMP 방어용 쉘터 안쪽에 제1 신호발생기, 제2 신호발생기, HEMP용 전원부, 마이컴부, SCR 게이트 구동부, 센싱신호출력부가 설치된다.
이어서, HEMP용 전원부에서 전원 상전원선을 통해 평상시에 전원을 인가받아 충전배터리를 충전시키면서 마이컴부와 SCR 게이트 구동부, 제1 신호발생기, 제2 신호발생기에 전원을 공급시키고, HEMP 발생시 충전배터리를 통해 각 기기에 전원을 공급시킨다.
이어서, E1 센싱부에서 1차 고고도 전자기파 E1를 검출해서 센싱한다.
이어서, 제1 신호발생기에서 E1 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E1의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시킨다.
이어서, 마이컴부에서 제1 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 1차 고고도 전자기파 E1 신호를 감지한 상태에서, SCR 게이트 구동부로 PWM 신호를 출력시켜 SCR 게이트 구동부를 구동시킨다.
이어서, SCR 게이트 구동부에서 마이컴부로부터 PWM 신호를 입력받아 FET 턴온되어 E2 센싱부의 센싱신호가 제2 신호발생기로 전달되도록 E2 센싱부로 출력신호를 발생시킨다.
이어서, E2 센싱부에서 2차 고고도 전자기파 E2를 검출해서 센싱한 후, SCR 게이트 구동부의 턴온신호에 따라 제2 신호발생기로 센싱된 신호를 전달시킨다.
이어서, 제2 신호발생기에서 E2 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E2의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시킨다.
이어서, 마이컴부에서 제2 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 2차 고고도 전자기파 E2 신호를 체크한 후, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 센싱신호출력부로 출력시킨다.
끝으로, 센싱신호출력부에서 마이컴부로부터 고고도 전자기파 센싱신호를 전달받아 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 출력시킨다.
이때, HEMP 방어용 쉘터 안쪽에서 선대응시스템으로 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System)을 통해 비상전원을 구동시키고, 외부전원을 차단시키며, HEMP경보신호를 발생시키고, 외부와 통신시스템을 구축시킨다.
10 : E1 센싱부 20 : E2 센싱부
30 : 제1 신호발생기 40 : 제2 신호발생기
50 : HEMP용 전원부 60 : 마이컴부
70 : SCR 게이트 구동부 80 : 센싱신호출력부

Claims (5)

  1. 핵폭발시 발생되는 1차 고고도 전자기파 E1, 2차 고고도 전자기파 E2를 HEMP 방어용 쉘터에 인입되기 전의 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에서 센싱하도록 설치되고, HEMP 방어용 쉘터 안에서 센싱신호를 전달받아 1차 고고도 전자기파 E1를 검출하고, 2차 고고도 전자기파 E2를 통하여 체크해서 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 고고도 전자기파 센싱신호를 출력시키는 고고도 전자기파(HEMP) 센싱모듈에 있어서,
    상기 HEMP 센싱모듈은
    HEMP 유도선 및 전원 상전원선에 설치되어 1차 고고도 전자기파 E1을 검출해서 센싱하는 E1 센싱부(10)와,
    E1 센싱부(10) 후단의 동일선상에 있는 HEMP 유도선 및 전원 상전원선에 설치되어 2차 고고도 전자기파 E2를 검출해서 센싱한 후, SCR 게이트 구동부의 턴온신호에 따라 제2 신호발생기로 센싱된 신호를 전달시키는 E2 센싱부(20)와,
    HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 E1 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E1의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 제1 신호발생기(30)와,
    HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 E2 센싱부로부터 센싱된 센싱전압을 입력받아 기준 레퍼런스 전압(5V)과 비교한 후, 고고도 전자기파 E2의 센싱신호에 관한 하이신호를 증폭시켜 마이컴부로 전달시키는 제2 신호발생기(40)와,
    HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 전원 상전원선을 통해 평상시에 전원을 인가받아 충전배터리를 충전시키면서 각 기기에 전원을 공급시키고, HEMP 발생시 충전배터리를 통해 제1 신호발생기(30), 제2 신호발생기(40), 마이컴부, SCR 게이트 구동부(50)에 전원을 공급시키는 HEMP용 전원부(50)와,
    HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 제1 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 1차 고고도 전자기파 E1 신호를 감지한 상태에서, SCR 게이트 구동부로 PWM 신호를 출력시켜 SCR 게이트 구동부를 구동시키고, 제2 신호발생기로부터 전달된 하이신호를 입력받아 2차 고고도 전자기파 E2 신호를 체크한 후, 체크된 고고도 전자기파 센싱신호를 센싱신호출력부로 출력시키는 마이컴부(60)와,
    HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 마이컴부로부터 PWM 신호를 입력받아 FET 턴온되어 E2 센싱부의 센싱신호가 제2 신호발생기로 전달되도록 E2 센싱부로 출력신호를 발생시키는 SCR 게이트 구동부(70)와,
    HEMP 방어용 쉘터 안에 설치되어 마이컴부로부터 고고도 전자기파 센싱신호를 전달받아 EMP 방어용 쉘터 안쪽의 UPS(무정전전원공급장치 : Uninterubtable Power Supply System) 및 경보장치로 출력시키는 센싱신호출력부(80)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고고도 전자기파(HEMP) 센싱모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 E1 센싱부(20)는
    1차 고고도 전자기파 E1를 1000대 1이상의 분압비를 갖는 직렬저항으로 분압시켜 그라운드 바이패스시키는 직렬저항부(21)와,
    직렬저항부 사이에 전기적으로 연결되어 그라운드로 드롭화시키면서 1차 고고도 전자기파 E1 전압을 센싱시켜 일정한 센싱전압을 발생시키는 다이오드드롭화회로부(22)와,
    다이오드드롭화회로부로부터 센싱된 센싱전압을 제1 신호발생기로 전달시키는 제1 센싱전압출력부(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고고도 전자기파(HEMP) 센싱모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 직렬저항부(21)는
    1차 고고도 전자기파 E1 전압을 전달받아 다이오드드롭화회로부의 전류를 제한시키는 제1 저항(R1)(21a)과,
    제1 저항과 직렬로 연결되어, 그라운드 바이패스시키면서 다이오드드롭화회로부의 안전동작전압을 유기시키는 제2 저항(R2)(21b)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고고도 전자기파(HEMP) 센싱모듈.

  5. 제1항에 있어서, 상기 E2 센싱부(60)는
    2차 고고도 전자기파 E2 전압을 전달받아 SCR드롭화회로부의 전류를 제한시키는 제3 저항(R3)(61)과,
    제3 저항(R3)의 출력단에 전기적으로 연결되고, SCR 게이트 구동부의 FET 턴온신호에 따라 구동되어, 그라운드로 드롭화시키면서 2차 고고도 전자기파 E2 전압을 센싱시켜 일정한 센싱전압을 발생시키는 SCR드롭화회로부(62)와,
    SCR드롭화회로부로부터 센싱된 센싱전압을 제2 신호발생기로 전달시키는 제2 센싱전압출력부(63)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고고도 전자기파(HEMP) 센싱모듈.
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