KR101266475B1 - cable fault diagnostic system and method - Google Patents
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Abstract
케이블 결함 진단 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 결함 진단 시스템은, 기설정된 파형의 연속적인 기준 신호를 발생하는 신호 생성부; 상기 기준 신호를 케이블에 인가하는 제1 커플러; 상기 기준 신호가 상기 케이블 내에서 반사됨에 의해 형성되는 반사 신호를 취득하는 제2 커플러; 상기 기준 신호와 상기 반사 신호가 중첩된 신호로부터 비트 주파수(beat frequency)를 검출하는 비트 주파수 검출부; 및 상기 비트 주파수에 근거하여 상기 케이블의 결함을 진단하는 결함 진단부를 포함한다.A cable fault diagnosis system and method are provided. Cable fault diagnosis system according to an embodiment of the present invention, the signal generator for generating a continuous reference signal of a predetermined waveform; A first coupler for applying the reference signal to a cable; A second coupler for obtaining a reflected signal formed by the reference signal being reflected in the cable; A bit frequency detector detecting a beat frequency from a signal in which the reference signal and the reflected signal overlap; And a defect diagnosis unit for diagnosing a defect of the cable based on the bit frequency.
Description
본 발명은 케이블 결함 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속적인 신호인 FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 신호 겹침에 의한 분해능 저하 현상을 방지하고 연속적인 신호 인가에 따라 향상된 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 가지는 케이블 결함 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for diagnosing a cable defect, and more particularly, using a frequency modulation continuous waveform (FMCW) signal, which is a continuous signal, to prevent a degradation in resolution due to signal overlap and to improve SNR according to continuous signal application. The present invention relates to a cable fault diagnosis system and method having a signal-to-noise ratio.
케이블 진단은 사고를 초래할 수 있는 케이블의 결함 등을 대상으로 하며, 주절연층을 포함한 케이블 시스템 전체를 진단 범위로 하여 케이블의 상태를 평가한다. 90년대 중반이후 발생한 수차례의 항공기 추락사고의 주 원인이 전기 배선의 결함 문제임이 밝혀진 것을 계기로, 정밀 배선 결함 진단 기술의 중요성과 공공에 미치는 파급효과가 중요하게 인식되기 시작하였다. Cable diagnostics are aimed at cable defects that may cause an accident. The cable condition including the main insulation layer is used as the diagnostic scope to assess the condition of the cables. As the main cause of several aircraft crash accidents since the mid-90s was found to be the problem of electrical wiring, the importance of precision wiring fault diagnosis technology and the ripple effect on the public began to be recognized.
이를 위해, 지난 수년간 배선 결함 진단을 위하여 일정한 신호를 도선에 인가한 후에 반사되어 돌아오는 신호를 분석하여 배선의 결함 여부를 진단하는 반사파 계측 방법에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 반사파 계측 방법은 크게 시간 영역 반사파 계측 방법(TDR: Time Domain Reflectometry), 주파수 영역 반사파 계측 방법(FDR: Frequency Domain Reflectometry), 시간-주파수 영역 반사파 계측 방법으로 구분된다.To this end, researches on reflected wave measurement methods for diagnosing wiring defects by analyzing a signal returned after applying a constant signal to a conductive wire for diagnosing wiring defects have been actively conducted for several years. Reflective wave measurement methods are classified into time domain reflectometry (TDR), frequency domain reflectometry (FDR), and time-frequency domain reflectometry.
그러나, 기존 케이블을 진단하기 위한 반사파 계측 방법은 펄스(pulse) 형태의 기준 신호를 인가하게 되어 계측 지점에서 근거리에 케이블의 결함이 존재하는 경우 기준신호와 결함 지점에서 반사된 신호가 겹쳐서 분해능이 저하되는 문제가 있다.However, the reflected wave measurement method for diagnosing a conventional cable applies a reference signal in the form of a pulse, and when a cable defect exists in a short distance at a measurement point, the resolution reflected by the reference signal and the signal reflected at the defect point is reduced. There is a problem.
또한, 종래의 반사파 계측 방법은 분해능을 높이기 위해서 펄스의 폭을 좁혀 왔으나, 펄스의 폭이 줄어들게 되면 펄스의 에너지가 감소하여 반사파를 검출하기 어려운 문제가 있다.In addition, the conventional reflected wave measuring method has narrowed the width of the pulse to increase the resolution, but when the width of the pulse decreases, the energy of the pulse decreases, making it difficult to detect the reflected wave.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연속적인 기준 신호를 케이블에 인가하여 계측 지점에서 근거리에 케이블의 결함이 존재하는 경우에도 분해능의 저하 없이 정확한 케이블의 결함 위치를 진단하는 케이블 결함 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, by applying a continuous reference signal to the cable cable fault diagnosis system for diagnosing the exact position of the fault of the cable even without a decrease in resolution even if there is a fault in the cable near the measurement point and To provide a way.
또한, 연속적인 기준 신호를 케이블에 인가하여 펄스의 폭을 줄일 필요가 없게 되어 기준 신호의 에너지가 감소되지 않아 케이블의 결함 진단 능력이 향상된 케이블 결함 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, there is no need to reduce the width of the pulse by applying a continuous reference signal to the cable to reduce the energy of the reference signal to provide a cable fault diagnosis system and method with improved fault diagnosis capability of the cable.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 결함 진단 시스템은, 기설정된 파형의 연속적인 기준 신호를 발생하는 신호 생성부; 상기 기준 신호를 케이블에 인가하는 제1 커플러; 상기 기준 신호가 상기 케이블 내에서 반사됨에 의해 형성되는 반사 신호를 취득하는 제2 커플러; 상기 기준 신호와 상기 반사 신호가 중첩된 신호로부터 비트 주파수(beat frequency)를 검출하는 비트 주파수 검출부; 및 상기 비트 주파수에 근거하여 상기 케이블의 결함을 진단하는 결함 진단부를 포함한다.Cable fault diagnosis system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, Signal generation unit for generating a continuous reference signal of a predetermined waveform; A first coupler for applying the reference signal to a cable; A second coupler for obtaining a reflected signal formed by the reference signal being reflected in the cable; A bit frequency detector detecting a beat frequency from a signal in which the reference signal and the reflected signal overlap; And a defect diagnosis unit for diagnosing a defect of the cable based on the bit frequency.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이블 결함 진단 방법은, (a) FMCW(Frequency Modulated Continuous Waveform) 신호 형태의 기준 신호를 케이블에 인가하는 단계; (b) 상기 케이블의 결함 지점에서 반사되는 상기 기준 신호의 반사 신호를 획득하는 단계; (c) 상기 기준 신호와 상기 반사 신호가 중첩된 신호로부터 비트 주파수(beat frequency)를 검출하는 단계; 및 (d) 상기 비트 주파수를 이용하여 상기 케이블의 결함 지점을 진단하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a cable fault diagnosis method comprising: (a) applying a reference signal in the form of a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal to a cable; (b) acquiring a reflected signal of the reference signal reflected at a defect point of the cable; (c) detecting a beat frequency from a signal in which the reference signal and the reflected signal overlap; And (d) diagnosing a defect point of the cable using the bit frequency.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명에 따르면, 연속적인 기준 신호를 케이블에 인가하게 되어 기준 신호가 인가되는 케이블의 인가점에서 근거리에 있는 케이블의 결함 지점도 정확하게 진단할 수 있다.According to the present invention, the continuous reference signal is applied to the cable, so that a defect point of the cable at a short distance can be accurately diagnosed at the point of application of the cable to which the reference signal is applied.
또한, 펄스 신호가 아닌 FMCW 신호를 케이블에 인가하게 되어 케이블에 인가된 신호의 에너지가 감소되지 않아 케이블의 결함 진단 능력이 현저히 향상될 수 있다.In addition, since the FMCW signal is applied to the cable rather than the pulse signal, the energy of the signal applied to the cable is not reduced, so that the fault diagnosis capability of the cable can be significantly improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 결함 진단 시스템의 구성도이다.
도 2는 기준 신호와 반사 신호에 따른 비트 주파수의 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 결함 진단 방법의 순서도이다.1 is a block diagram of a cable fault diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a result of bit frequencies according to reference signals and reflected signals.
3 is a flow chart of a cable fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 진단 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a cable diagnostic system according to an embodiment of the present invention.
케이블 결함 진단 시스템(100)은, 기설정된 파형의 연속적인 기준 신호를 발생하는 신호 생성부(110), 기준 신호를 케이블(10)에 인가하는 제1 커플러(120), 기준 신호가 상기 케이블(10) 내에서 반사됨에 의해 형성되는 반사 신호를 취득하는 제2 커플러(130), 기준 신호와 반사 신호가 중첩된 신호로부터 비트 주파수(beat frequency)를 검출하는 비트 주파수 검출부(150) 및 비트 주파수를 이용하여 케이블(10)의 결함을 진단하는 결함 진단부(160)를 포함한다.The cable
또한, 상기 케이블 결함 진단 시스템(100)은, 신호 생성부(110), 제1 커플러(120), 제2 커플러(130), 비트 주파수 검출부(150), 결함 진단부(160) 및 상기 제2 커플러(130)로부터 취득한 반사 신호를 상기 비트 주파수 검출부(150)로 제공하는 신호 취득부(140)를 더 포함할 수 있다.In addition, the cable
여기에서, 신호 생성부(110)는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Waveform) 신호를 발생시켜 이를 제1 커플러(120)를 통하여 케이블(10) 기준 신호로 인가할 수 있다. 즉, 신호 생성부(110)가 생성하는 기설정된 파형의 연속적인 기준 신호를 FMCW 신호로 할 수 있다. 그리하여, 상기 FMCW 신호는 일정 주기를 가지며, 주파수가 선형적으로 증가하다가 선형적으로 감소하는 연속적인 신호로 나타낼 수 있다. 일반적으로, FMCW 신호는 전자파를 사용하여 타겟(target)까지의 거리 등을 탐지하는 레이더에 많이 이용된다.Here, the
신호 생성부(110)에서 생성된 신호는 제1 커플러(120)를 통하여 케이블(10)에 기준 신호로 인가된다. 일반적으로, 커플러는 신호를 케이블에 인가하는 장치와 케이블(10) 간에 연결되며, 이때 커패시터(capacitor)를 구비하는 경우가 많다. 그러나, 이러한 경우 케이블(10)의 도체 부분과 접촉되어야 하는 문제가 있으므로, 케이블의 도체 부분과 접촉이 필요하지 않은 비접촉식 커플러를 도입할 필요가 있다.The signal generated by the
그리하여, 제1 커플러(120)로 인덕터(inductor)를 구비하는 인덕티브 커플러(inductive coupler)를 도입한다. 인덕티브 커플러를 통해 신호 생성부(110)에서 생성된 기준 신호가 케이블(10)에 인가되게 된다.Thus, an inductive coupler having an inductor is introduced into the
케이블(10)에 인가된 기준 신호는 케이블(10)의 결함이 있는 지점에서 반사된다. 케이블에 결함(fault)이 있을 경우, 케이블(10)의 임피던스가 일정하지 않아 임피던스가 불일치하는 지점에서 기준 신호의 일부 또는 전부가 반사되어 반사 신호가 발생한다. 도 1에서, 케이블(10)의 쇼트가 있는 곳에서 기준 신호가 반사되어 되돌아오게 된다.The reference signal applied to the
제2 커플러(130)는 케이블에 결함(fault)이 있을 경우, 케이블(10)의 임피던스가 일정하지 않아 임피던스가 불일치하는 지점에서 반사되어 돌아오는 반사 신호를 취득한다. 제2 커플러(130)도 상기 제1 커플러(110)와 마찬가지로 케이블(10)의 도체 부분과 접속해야 하는 문제를 해결하기 위해, 케이블의 도체 부분과 접촉이 필요하지 않은 비접촉식 커플러를 도입할 필요가 있다.When there is a fault in the cable, the
그러므로, 제2 커플러(130)로 인덕터(inductor)를 구비하는 인덕티브 커플러(inductive coupler)를 도입한다. 인덕티브 커플러인 제2 커플러(130)를 통해 케이블(10)의 임피던스가 다른 지점에서 반사된 반사 신호가 취득된다.Therefore, an inductive coupler having an inductor is introduced into the
따라서, 제1 및 제2 커플러(120, 130)를 모두 인덕티브 커플러로 구성하면, 케이블의 도체 부분과 직접 접촉하지 않고 케이블 결함 진단 시스템(100)을 구현할 수 있게 된다. 그리고, 제1 커플러(120)를 통해 케이블(10)에 기준 신호가 인가되므로, 케이블(10)에 전력이 공급되는 상태에서 신호 생성부(110)로터 발생한 기준 신호를 상기 케이블(10)에 인가하는 것이 가능하다. 그리하여, 케이블(10)에 전압이 인가된 상태에서 상기 케이블(10)의 결함을 진단하는 것이 가능하게 된다.Thus, when both the first and
연속적인 신호, 예를 들어 FMCW 신호가 케이블에 기준 신호로 인가되어 케이블(10)의 임피던스가 다른 결함 지점에서 반사되어 반사 신호가 생기는 경우, 케이블(10)의 결함 지점에서 상기 기준 신호와 상기 반사 신호가 중첩된다. 중첩된 신호는 기준 신호와 반사 신호의 시간 차이에 의해서 비트 주파수(beat frequency)를 가지게 된다. 비트 주파수 검출부(150)가 기준 신호와 반사 신호의 중첩으로 인해 생기는 비트 주파수를 검출한다. 이때, 신호 취득부(140)가 반사 신호뿐만 아니라 기준 신호와 반사 신호의 중첩된 신호인 비트 신호도 취득하도록 케이블 결함 진단 시스템(10)을 구현할 수도 있다.When a continuous signal, for example an FMCW signal, is applied to the cable as a reference signal so that the impedance of the
비트 주파수는 계측 지점과 케이블(10)의 결함 지점까지의 거리와 주파수 스윕 레이트(frequency sweep rate)의 함수로 표현이 가능하다. 그리하여, 결함 진단부(160)는 비트 주파수를 이용하여 케이블의 결함을 진단할 수 있게 된다.The bit frequency can be expressed as a function of the distance to the measurement point and the defect point of the
비트 주파수는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.The bit frequency is expressed by Equation 1 below.
여기에서, fb는 비트 주파수, R은 거리, Δt는 스윕(sweep) 시간, Δf는 스윕(sweep)하는 신호의 주파수 대역폭, c는 빛의 속도이다.Where fb is the bit frequency, R is the distance, Δt is the sweep time, Δf is the frequency bandwidth of the sweep signal, and c is the speed of light.
그러므로, 기준 신호의 주파수 대역폭과 스윕 시간은 알 수 있고, 비트 주파수는 비트 주파수 검출부(150)에 의해 계측이 가능하여 기준 신호가 인가된 인가점으로부터 케이블(10)의 결함이 있는 결함점까지의 거리를 계산할 수 있다. 즉, 결함 진단부(160)는 상기 수학식 1을 이용하여 기준 신호가 인가된 인가점으로부터 케이블(10)의 결함이 존재하는 결함점까지의 거리를 계산하여 추정할 수 있다.Therefore, the frequency bandwidth and the sweep time of the reference signal can be known, and the bit frequency can be measured by the
비트 주파수는 스윕하는 주파수 대역폭이 넓을수록 또는 스윕 시간이 짧을수록 높아지는 것을 상기 수학식 1로부터 알 수 있다. 이때 주파수의 스윕이 선형적이지 않다면, 비트 주파수는 시간에 따라 가변하게 된다. 또한 케이블(10)이 제1 커플러(120)와 가까이 있으면 지연 시간이 짧아져서 비트 주파수가 낮아지는 반면, 거리가 멀어지면 비트 주파수가 높아지게 된다.It can be seen from Equation 1 that the bit frequency increases as the sweep frequency bandwidth is wider or the sweep time is shorter. If the frequency sweep is not linear at this time, the beat frequency will vary with time. In addition, if the
다음으로, 도 2를 참조하여 케이블(10)의 결함을 진단하는 구체적인 실시예를 살펴 보도록 한다.Next, a specific embodiment of diagnosing a defect of the
도 2는 기준 신호와 반사 신호에 따른 비트 주파수의 결과를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a result of bit frequencies according to reference signals and reflected signals.
도 2의 상단 그래프는 케이블(10)에 인가되는 기준 신호와 케이블(10)의 결함에서 반사되는 반사 신호를 나타낸 것이다. 여기에서, 기준 신호는 실선으로 표시되었으며, 반사 신호는 점선으로 표시되었다. 이때 기준 신호와 반사 신호 간에 시간 지연(time delay)이 있으며, 이를 Δt로 한다. 또한, 도 2의 하단 그래프는 정지된 타겟(target)인 케이블(10)의 비트 주파수를 나타낸 것이다.2 shows the reference signal applied to the
도 2에서, 변조 주파수 fm은 다음의 수학식 2로 표현할 수 있다.In Figure 2, the modulation frequency fm can be expressed by the following equation (2).
그리고, 도 2에서 주파수 변화비(rate of frequency change)는 다음의 수학식 3으로 구할 수 있다.In addition, in FIG. 2, the rate of frequency change may be obtained by Equation 3 below.
여기에서, Δf는 최대 주파수 편차(peak frequency deviation)이다.Where Δf is the peak frequency deviation.
그리고, 도 2에서 시간 지연 Δt 동안에 비트 주파수 fb가 생기므로, 상기 수학식 3을 통해 비트 주파수는 다음의 수학식 4로 표현된다.In addition, since the bit frequency fb is generated during the time delay Δt in FIG. 2, the bit frequency is expressed by the following equation (4).
여기에서, R이 케이블(10)에 인가된 기준 신호의 최초 인가점과 케이블(10)의 결함으로 인해 반사되는 최초 지점인 결함점 간 거리이다.Here, R is the distance between the initial application point of the reference signal applied to the
따라서, 도 2에서 비트 주파수는 상기 수학식 3 및 수학식 4로부터 다음의 수학식 5로 표현된다.Accordingly, in FIG. 2, the bit frequency is represented by the following equation (5) from the above equations (3) and (4).
그러므로, 도 2의 파형을 기준 신호로 케이블(10)에 인가하여 비트 주파수를 계측하면, 케이블의 결함 지점을 알 수 있다. 이때, 수학식 2를 수학식 5에 대입하면, 수학식 5는 그 결과에 있어 수학식 1과 동일함을 알 수 있다.Therefore, when the waveform of FIG. 2 is applied to the
도 2의 기준 신호는 일정 주기로 선형적으로 증가하다가 감소하므로, 그 변곡점에서 비트 주파수가 줄어들다가 다시 증가함게 된다. 이는 도 2의 하단 그래프에 도시되어 있다. 여기에서, 비트 주파수는 기준 신호의 선형성에 의해 일정하게 유지되다가 기준 신호의 변곡점에서 선형적으로 감소하고, 기준 신호와 반사 신호가 교차하는 지점에서 비트 주파수는 0이 된다. 그런 후에, 다시 비트 주파수가 선형적으로 증가하다가 반사 신호의 변족점에서 다시 일정하게 유지됨을 알 수 있다.Since the reference signal of FIG. 2 linearly increases and decreases at a predetermined period, the bit frequency decreases and then increases again at the inflection point. This is shown in the bottom graph of FIG. Here, the bit frequency is kept constant by the linearity of the reference signal and then decreases linearly at the inflection point of the reference signal, and the bit frequency becomes zero at the point where the reference signal and the reflected signal intersect. It can then be seen that the bit frequency increases linearly again and remains constant again at the point of variation of the reflected signal.
지금까지 도 1의 각 구성요소는 소프트웨어(software) 또는, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)를 의미할 수 있다. 그렇지만 상기 구성요소들은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 어드레싱(addressing)할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 상기 구성요소들 안에서 제공되는 기능은 더 세분화된 구성요소에 의하여 구현될 수 있으며, 복수의 구성요소들을 합하여 특정한 기능을 수행하는 하나의 구성요소로 구현할 수도 있다.Until now, each component of FIG. 1 may refer to software, or hardware such as a field-programmable gate array (FPGA) or an application-specific integrated circuit (ASIC). However, the components are not limited to software or hardware, and may be configured to be in an addressable storage medium and configured to execute one or more processors. The functions provided in the above components may be implemented by more detailed components, or may be implemented as one component that performs a specific function by combining a plurality of components.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 결함 진단 방법에 대하여 설명하기로 한다.Next, a cable defect diagnosis method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 결함 진단 방법의 순서도이다.3 is a flow chart of a cable fault diagnosis method according to an embodiment of the present invention.
먼저, FMCW 신호 형태의 신호를 발생시켜(S310), 상기 FMCW 신호를 기준 신호로 케이블(10)에 인가한다(S320). 여기에서, 상기 FMCW 신호는 일정 주기로, 주파수가 선형적으로 증가하다가 선형적으로 감소하는 연속적인 신호인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 FMCW 신호를 케이블(10)에 인가할 때, 인덕티브 커플러(inductive coupler)를 이용하여 상기 FMCW 신호를 기준 신호로 케이블(10)에 인가할 수 있다. 이는 인덕티브 커플러를 이용하여 케이블(10)의 도체 부분에 직접 접속하지 않고 비접촉 방식으로 케이블(10)에 FMCW 신호를 인가하기 위함이다.First, a signal in the form of an FMCW signal is generated (S310), and the FMCW signal is applied to the
다음에, 케이블(10)의 결함 지점에서 반사되는 기준 신호의 반사 신호를 획득한다(S330). 이때, 인덕티브 커플러(inductive coupler)를 이용하여 케이블(10)의 결함 지점에서 반사된 반사 신호를 취득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 기준 신호와 마찬가지로, 인덕티브 커플러를 이용하여 케이블(10)의 도체 부분에 직접 접속하지 않고 비접촉 방식으로 케이블(10)의 결함 지점에서 반사된 FMCW 신호의 반사 신호를 획득하기 위함이다.Next, a reflection signal of the reference signal reflected at the defect point of the
그 다음에, 기준 신호와 상기 반사 신호가 중첩된 신호로부터 비트 주파수(beat frequency)를 검출한다(S340). 비트 주파수는 계측 장치를 이용하여 간단히 검출할 수 있다.Next, a beat frequency is detected from a signal in which the reference signal and the reflected signal overlap (S340). The beat frequency can be detected simply using a measuring device.
마지막으로, 계측되어 검출된 비트 주파수를 이용하여 케이블(10)의 결함 지점을 진단한다(S350). 이때, 케이블(10)의 결함 지점은 상기 수학식 1을 이용하여 연산할 수 있다. 특히, 케이블(10)에 인가되는 신호가 일정 주기로, 주파수가 선형적으로 증가하다가 선형적으로 감소하는 연속적인 FMCW 신호인 경우, 이는 도 2의 상단 그래프와 동일한 모양이므로, 상기 수학식 5를 이용할 수 있다.Finally, the defect point of the
본 발명은 기존의 펄스를 기준 신호로 사용하는 반사파 계측법의 단점을 보완하여 케이블(10)의 근거리 결함 측정 분해능 측면과 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 측면에서 장점을 가지며, 케이블(10)의 활선 상태에서도 케이블(10)의 결함을 진단할 수 있다. 이를 통해 전력 설비 진단에 폭넓은 응용이 가능하다.The present invention has advantages in terms of short-range defect measurement resolution and signal-to-noise ratio (SNR) of the
한편, 본 발명의 케이블 진단 방법은 소프트웨어 및 하드웨어에 의해 하나의 모듈로 구현 가능하며, 전술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등의 자기적 매체, CD, DVD 등의 광학적 매체 및 인터넷을 통한 전송과 같은 캐리어 웨이브와 같은 형태로 구현된다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네크워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.On the other hand, the cable diagnostic method of the present invention can be implemented as a single module by software and hardware, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, using a computer-readable recording medium Can be implemented in a general-purpose computer for operating the program. The computer-readable recording medium is implemented in the form of a carrier wave such as a ROM, a floppy disk, a magnetic medium such as a hard disk, an optical medium such as a CD or a DVD, and a transmission through the Internet. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to a network-connected computer system so that computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
110: 신호 생성부 120: 제1 커플러
130: 제2 커플러 140: 신호 취득부
150: 비트 주파수 검출부 160: 결함 진단부110: signal generator 120: first coupler
130: second coupler 140: signal acquisition unit
150: bit frequency detection unit 160: defect diagnosis unit
Claims (11)
상기 기준 신호를 케이블에 인가하는 제1 커플러;
상기 기준 신호가 상기 케이블 내에서 반사됨에 의해 형성되는 반사 신호를 취득하는 제2 커플러;
상기 기준 신호와 상기 반사 신호가 중첩된 신호로부터 비트 주파수(beat frequency)를 검출하는 비트 주파수 검출부; 및
상기 비트 주파수에 근거하여 상기 케이블의 결함을 진단하는 결함 진단부를 포함하며,
상기 제1 및 제2 커플러는, 인덕터(inductor)를 구비하는 인덕티브 커플러(inductive coupler)인 케이블 결함 진단 시스템.A signal generator for generating a continuous reference signal of a preset waveform;
A first coupler for applying the reference signal to a cable;
A second coupler for obtaining a reflected signal formed by the reference signal being reflected in the cable;
A bit frequency detector detecting a beat frequency from a signal in which the reference signal and the reflected signal overlap; And
A defect diagnosis unit for diagnosing a defect of the cable based on the bit frequency,
And the first and second couplers are inductive couplers having an inductor.
상기 기준 신호는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Waveform) 신호인 케이블 결함 진단 시스템.The method of claim 1,
The reference signal is a cable fault diagnosis system, FMCW (Frequency Modulated Continuous Waveform) signal.
상기 제1 커플러는, 상기 케이블에 전력이 공급되는 상태에서 상기 신호 생성부로터 발생한 상기 기준 신호를 상기 케이블에 인가하는 케이블 결함 진단 시스템.The method of claim 1,
And the first coupler is configured to apply the reference signal generated from the signal generator to the cable while power is supplied to the cable.
상기 제1 및 제2 커플러는, 상기 케이블 내의 도체 부분와 직접 접촉하지 않도록 배치되는 케이블 결함 진단 시스템.The method of claim 1,
And the first and second couplers are arranged so as not to be in direct contact with the conductor portion in the cable.
상기 결함 진단부는, 을 이용하여 상기 기준 신호가 인가된 인가점으로부터 상기 케이블의 결함이 존재하는 결함점까지의 거리를 추정하는데,
상기 fb는 비트 주파수, 상기 R은 거리, 상기 Δt는 스윕(sweep) 시간, 상기 Δf는 스윕(sweep)하는 신호의 주파수 대역폭, 상기 c는 빛의 속도인 케이블 결함 진단 시스템.The method of claim 1,
The defect diagnosis unit, Using to estimate the distance from the application point to which the reference signal is applied to the defect point of the defect of the cable,
Wherein fb is the bit frequency, R is the distance, Δt is the sweep time, Δf is the frequency bandwidth of the sweep signal, and c is the speed of light.
상기 제2 커플러가 취득한 상기 반사 신호를 상기 비트 주파수 검출부로 제공하는 신호 취득부를 더 포함하는 케이블 결함 진단 시스템.The method of claim 1,
And a signal acquisition unit for providing the reflected signal acquired by the second coupler to the bit frequency detector.
(b) 상기 케이블의 결함 지점에서 반사되는 상기 기준 신호의 반사 신호를 획득하는 단계;
(c) 상기 기준 신호와 상기 반사 신호가 중첩된 신호로부터 비트 주파수(beat frequency)를 검출하는 단계; 및
(d) 상기 비트 주파수를 이용하여 상기 케이블의 결함 지점을 진단하는 단계를 포함하는 케이블 결함 진단 방법.(a) generating a Frequency Modulated Continuous Waveform (FMCW) signal and applying the generated FMCW signal to a cable as a reference signal using an inductive coupler;
(b) acquiring a reflected signal of the reference signal reflected at a defect point of the cable;
(c) detecting a beat frequency from a signal in which the reference signal and the reflected signal overlap; And
(d) diagnosing a defect point of the cable using the bit frequency.
상기 FMCW 신호는, 일정 주기로, 주파수가 선형적으로 증가하다가 선형적으로 감소하는 연속적인 신호인 케이블 결함 진단 방법.The method of claim 8,
The FMCW signal is a cable fault diagnosis method, which is a continuous signal in which the frequency increases linearly and decreases linearly at regular intervals.
상기 (b) 단계는, 인덕티브 커플러(inductive coupler)를 이용하여 상기 케이블에서 반사된 상기 반사 신호를 취득하는 단계를 포함하는 케이블 결함 진단 방법.The method of claim 8,
The step (b) includes the step of acquiring the reflected signal reflected from the cable using an inductive coupler.
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