KR101548288B1 - 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템 - Google Patents

반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템에 관한 것으로서, 메인 선로에 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제1 반사파 계측기, 분기된 선로에 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제2 반사파 계측기 및 제1 반사파 계측기 또는 제2 반사파 계측기가 검출한 신호를 분석하여 배선 선로의 결함을 판단하는 진단부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 복수의 반사파 계측기를 이용하여 분기된 선로를 구비한 배선 선로의 결함을 판단할 수 있는 이점이 있다.

Description

반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템{WIRING DIAGNOSIS SYSTEM USING REFLECTED WAVE MEASURING APPARATUS}
본 발명은 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템에 관한 것으로서, 특히 분기된 선로를 구비한 배선 선로의 결함 여부를 판단할 수 있는 배선 진단 시스템에 관한 것이다.
케이블 배선 선로는 사용시간, 부적절한 설치 또는 사용 환경(열, 수분, 진동, 스트레스)에 따라 절연열화, 접촉 불량, 반단선, 절연 파괴, 합선 등의 결함 현상이 발생한다. 배선 선로의 결함은 이와 연결된 설비의 동작 불능, 고장 및 화재 사고등을 유발할 수 있다. 이러한 배선 사고를 예방하기 위해서는 배선 결함 진단 및 위치 검출 기술이 필요하다.
케이블 배선 선로의 결함을 진단할 수 있는 기술 중 하나로 펄스 레이더(Pulse radar)법은 측정용 신호를 인가하여 반사되는 파를 감지하고, 전파 시간을 측정함으로써 배선 선로의 결함을 진단하는 기술이다. 이 경우, 반사파 분석을 통하여 배선 선로의 결함 종류를 파악하고, 결함이 발생한 지점까지의 거리를 계산할 수 있다. 이 방법은 초기에 정전 상태에서만 가능하였으나, 인가 신호와 분석 방법이 발전하면서 현재에는 정전 및 무정전 조건에서 고장 종류와 위치를 분석하는 수준까지 발전하였다. 이와 관련 종래기술로 한국등록특허 제 10-2009-0003384호가 있다.
펄스 레이더법은 신호의 종류 및 분석 방법 등에 의해 TDR(Time Domain reflectometry), FDR(Requency Domain Feflectometry), TFDR(Time Frequency Domain Reflectometry), STDR(Sequence Time Domain reflectometry) 등으로 구분하고 있다. 이 중 TDR의 원리는 측정용 신호를 대상에 인가하고, 목표 지점에서 반사되는 신호를 검출 및 분석하는 것으로 주로 금속 케이블 배선의 결함을 진단할 때 사용된다. 이 과정에서 적용되는 기본 원리는 전송선 이론(Transmission Line Theory)으로, 전송선을 따라 진행하는 전자파는 특성 임피던스가 변화할 때 반사 현상이 발생한다. 이 경우, 반사된 전자파는 전송선의 특성 임피던스 보다 큰 임피던스 지점에서는 동위상, 작은 임피던스 지점에서는 역위상의 파형을 갖게 되어 반사파 분석을 통해 케이블 배선의 결함 종류를 파악할 수 있다.
종래에는 상술한 반사파 분석을 통해 배선의 결함을 진단하였다. 다만, 다양한 형태로 분기되어 사용되는 배선 선로의 결함을 파악하기에는 적용이 어려운 문제점이 있다.
진술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은 분기된 선로를 구비한 배선 선로의 결함을 판단할 수 있는 배선 진단 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 메인 선로와 분기된 선로를 구비한 배선 선로의 결함을 판단할 수 있는 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템에 있어서, 메인 선로에 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제1 반사파 계측기, 분기된 선로에 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제2 반사파 계측기 및 제1 반사파 계측기 또는 제2 반사파 계측기가 검출한 신호를 분석하여 배선 선로의 결함을 판단하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 이 경우 제1 반사파 계측기 및 제2 반사파 계측기는, 검출한 신호를 진단부로 송신하는 통신부를 구비할 수 있다. 또한, 본 발명은 메인 선로의 분기점에 설치되고, 상기 제1 반사파 계측기의 측정용 신호를 차단하는 필터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 제1 반사파 계측기는 메인 선로에 설치되고, 제2 반사파 계측기는 메인 선로의 분기점에 설치되거나 분기된 선로에 각각 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 반사파 계측기를 이용하여 분기된 선로를 구비한 배선 선로의 결함을 판단할 수 있는 이점이 있다. 또한, 결함이 발생한 각각의 선로, 결함 종류 및 결함이 발생한 지점을 하나의 진단부에 의해서 간편하게 파악할 수 있으므로 배선 진단 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사파 계측기의 내부 블록 구성도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템(1)을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 결함을 진단하고자 하는 배선 선로는 메인 선로(201)와 분기점(203)으로부터 분기된 둘 이상의 선로(205)로 이루어질 수 있다. 배선 진단 시스템(1)은 메인 선로(201)에 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제1 반사파 계측기(10); 분기된 선로(205)에 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제2 반사파 계측기(30); 1 반사파 계측기(10) 또는 제2 반사파 계측기(30)가 검출한 신호를 분석하여 상기 배선 선로의 결함을 판단하는 진단부(50); 및 분기점(203)에 설치되고, 제1 반사파 계측기(10)의 측정용 신호를 차단하는 필터(70) 포함할 수 있다.
제1 반사파 계측기(10)는 메인 선로(201)에 설치되고, 제2 반사파 계측기(30)는 메인 선로(201)의 분기점(203)에 설치될 수 있다. 이 경우, 제1 반사파 계측기(10)는 분기점(203) 방향으로 측정용 신호를 인가하게 되고, 제2 반사파 계측기(30)는 배선이 분기되는 방향으로 측정용 신호를 인가하게 된다. 본 실시예로 측정용 신호는 구형파의 펄스 전압일 수 있다.
필터(70)는 제1 반사파 계측기(10)가 인가하는 측정용 신호가 분기된 선로(205)까지 영향을 미치지 못하도록 차단하는 역할을 한다. 필터(70)에 의해서 제2 반사파 계측기(30)는, 제1 반사파 계측기(10)의 입력 신호에 영향을 받지 않고 분기된 선로(205)에서의 결함 여부를 판단할 수 있는 독립적인 조건이 갖춰진다. 본 실시예로, 필터(70)는 제2 반사파 계측기(30)에 내장되어 분기점(203)에 설치될 수 있다.
진단부(50)는 제1 반사파 계측기(10) 또는 제2 반사파 계측기(30)가 검출한 신호를 수신할 수 있도록 통신 모듈 및 수신한 신호의 분석을 위한 중앙처리장치를 포함할 수 있다. 진단부(50)는 수신한 신호의 파형 및 신호의 수신까지 걸리는 시간 등의 정보를 이용하여 배선 선로의 결함 종류 및 결함 지점까지의 거리를 계산할 수 있다. 보다 상세하게, 배선 선로에서 전압 펄스(전자파)가 진행하는 속도를 나타내는 변수인 VOP(Velocity Of Propagation)를 결정하여 배선 선로의 결함 지점까지의 거리를 계산할 수 있다. 또한, 진단부(50)는 수신한 신호의 위상변화 또는 파형의 형태 변화를 통해 배선 선로의 결함 종류를 진단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템(1')을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 제2 반사파 계측기(30 a, b, c)는 분기된 선로(205)에 각각 설치될 수 있다. 필터(70') 또한, 분기된 선로(205)에 각각 설치되거나, 제2 반사파 계측기(30 a, b, c)에 내장됨으로써 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 반사파 계측기(10) 및 제2 반사파 계측기(30)(이하, 반사파 계측기(10, 30))의 내부 블록 구성도를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 반사파 계측기(10, 30)는 측정용 신호를 출력하는 신호 출력부(301), 측정용 신호가 인가된 배선 선로에서 발생하는 반사파를 검출하는 신호 수신부(303), 측정용 신호의 크기나 파형을 제어할 수 있는 제어부(305) 및 검출한 신호(반사파)를 진단부(50)로 송신하는 통신부(307)를 포함할 수 있다.
신호 출력부(301)는 제어부(305)의 CPU 명령에 의하여 송신하고자 하는 파형을 발생시킬 수 있는 AWG(Arbitrary Waveform Generator)와 제어부(305)의 CPU 명령에 의하여 출력되는 신호의 크기를 조절하는 이득 조정기를 구비할 수 있다.
신호 수신부(303)는 검출된 신호(반사파)의 크기를 보정하기 위하여 이득 보정기 및 ADC(Analog to Digital Converter)를 구비할 수 있다. 이득 보정기는 제어부(305)의 CPU 명령에 의하여 수신한 파형의 크기를 ADC의 입력 범위에 적합하도록 조절하는 역할을 한다. ADC는 적절한 입력 크기로 변환되어 들어온 아날로그 신호를 진단부(50)에서 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환하는 역할을 한다.
통신부(307)는 유선 또는 무선 등의 통신 기능을 수행하여 배선 선로에 설치된 반사파 계측기(10, 30)의 위치와 반사파에 대한 데이터를 송신하는 기능을 수행한다. 본 실시예로, 통신부(307)는 반사파 계측기(10, 30)에 내장됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면 제1 반사파 계측기(10)는 메인 선로(201)에 설치되어 분기점(203) 방향으로 단방향의 측정용 신호를 출력한다. 메인 선로(201)에 결함이 생긴 경우, 반사파가 생성되며 제1 반사파 계측기(10)의 신호 수신부(303)에서 이를 검출한다. 검출된 반사파는 신호 수신부(303)에서 디지털 데이터로 변환되며 통신부(307)를 통하여 진단부(50)로 송신된다. 진단부(50)는 송신된 반사파 데이터를 통하여 메인 선로(201)의 결함 종류 또는 결함 지점을 진단할 수 있다.
분기된 선로(205)의 결함을 진단하기 위하여, 제2 반사파 계측기(30)는 분기점(203)에 설치될 수 있다. 이 경우, 제2 반사파 계측기는 분기된 선로(205)의 개수에 대응하여 신호 출력부(301) 및 신호 수신부(303)를 구비할 수 있다. 복수의 신호 출력부(301)는 분기되는 선로의 방향으로 측정용 신호를 인가한다.
필터(70)는 역방향에서 인가되는 제1 반사파 계측기(10)의 측정용 신호를 차단하는 역할을 하므로 분기된 선로(205)는 제2 반사파 계측기(30)가 제1 반사파 계측기(10)의 신호 간섭 없이 반사파를 측정할 수 있는 조건이 마련된다. 분기된 선로(205)에 결함이 생긴 경우, 반사파가 생성되며 제2 반사파 계측기(30)의 신호 수신부(303)에서 이를 검출한다. 검출된 데이터는 상술한 방법과 같이 진단부(50)로 송신된다.
본 발명에 따른 다른 실시예로, 도 2와 같이 제2 반사파 계측기(30 a, b, c)는 분기된 선로(205)에 각각 설치될 수 있다. 이 경우, 제2 반사파 계측기(30 a, b, c)는 하나의 신호 출력부(301) 및 하나의 신호 수신부(303)를 구비한다. 필터(70)는 분기점(203)에 설치되거나 각각의 제2 반사파 계측기(30 a, b, c)에 내장되어 구비될 수 있다. 이하 분기된 선로(205)에서 결함이 생긴 경우, 상술한 방법에 의하여 배선 선로의 결함을 진단할 수 있다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
1, 1': 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템
10: 제1 반사파 계측기 30: 제2 반사파 계측기
50: 진단부 70, 70': 필터
201: 메인 선로 203: 분기점
205: 분기된 선로 301: 신호 출력부
303: 신호 수신부 305: 제어부
307: 통신부

Claims (5)

  1. 메인 선로와 분기된 선로를 구비한 배선 선로의 결함을 판단할 수 있는 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템에 있어서,
    상기 메인 선로에 설치되어 분기된 선로의 분기점으로 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제1 반사파 계측기;
    상기 분기된 선로에 단방향의 측정용 신호를 인가하고, 반사되는 신호를 검출하는 제2 반사파 계측기;
    상기 메인 선로의 분기점에 설치되고, 상기 제1 반사파 계측기의 측정용 신호를 차단하는 필터; 및
    상기 제1 반사파 계측기 또는 상기 제2 반사파 계측기가 검출한 신호를 분석하여 상기 배선 선로의 결함을 판단하는 진단부를 포함하고,
    상기 제1 반사파 계측기 및 상기 제2 반사파 계측기는,
    상기 측정용 신호를 출력하는 신호 출력부, 상기 측정용 신호가 인가된 배선 선로에서 발생하는 반사파를 검출하는 신호 수신부, 상기 측정용 신호의 크기나 파형을 제어할 수 있는 제어부 및 반사된 신호를 상기 진단부로 송신하는 통신부를 구비하며,
    상기 제1 반사파 계측기는 메인 선로의 결함을 진단하고, 상기 제2 반사파 계측기는 분기된 선로의 결함을 진단하는 것을 특징으로 하는 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 반사파 계측기는,
    상기 메인 선로의 분기점에 설치되는 것을 특징으로 하는 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 반사파 계측기는,
    상기 분기된 선로에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 반사파 계측을 이용한 배선 진단 시스템.
  4. 삭제
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