KR101573739B1 - 배전선로의 고장지점 탐지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배전선로의 고장지점 탐지시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배전선로에서 애자 불량, 기기 불량, 접속재 불량 등과 같은 배전선로의 설비 불량을 승주 작업없이 지상에서 효과적으로 탐지할 수 있는 배전선로의 고장지점 탐지시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 전주 상의 전력설비의 불량 유무 및 이상 유형을 판단을 위한 초음파 검출을 하나의 검출 장치를 이용하여 할 수 있고, 점검 대상 영역과의 거리 조절을 통해 다수의 전력 설비를 포함하는 소정의 영역에서의 초음파 검출과 하나의 특정된 전력설비에서 발생하는 초음파 검출이 모두 가능하고 점검 대상 영역의 조준 및 조정이 용이한 효과를 얻을 수 있다.

Description

배전선로의 고장지점 탐지시스템{Breakdown of the distribution lines point detection system}

본 발명은 배전분야 기술 중 배전선로의 고장지점 탐지시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배전선로에서 애자 불량, 기기 불량, 접속재 불량 등과 같은 배전선로의 설비 불량을 승주 작업없이 지상에서 효과적으로 탐지할 수 있는 배전선로의 고장지점 탐지시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 배전선로는 배전 선로 주변의 환경 변화 또는 설비 불량에 따른 파손 등에 의해 안정성이 훼손될 수 있으므로, 지속적인 점검과 안전위해요소의 제거 및 설비 교체 등의 관리를 필요로 한다.

우리나라의 경우에도 배전선로와 관련된 전력설비의 고장을 예방하기 위하여 다양한 방법의 순시 점검 방식이 이용되고 있는데, 배전 선로 순시원을 통해 육안으로 점검하는 배전 선로 순시 방법, 활선 상태에서 활선 버켓 트럭을 타고 활선 전력설비에 접근하여 육안 및 포크형 현수 애자 분담 전압 측정기를 사용하여 분담전압을 측정하는 활선 기별 점검 방법, 전력설비에서 열화가 진행될 때 발생되는 열을 측정하여 배전 선로의 고장을 예방하기 위한 열화상 카메라 측정 방법, RFI(RADIO FREQUENCY INTERFERENCE)를 이용한 순시 방법이 이용되고 있다.

그러나, 현실적으로 육안에 의한 방법은 전력설비가 가공에 존재하며 지상으로부터 10m 이상의 거리를 두고 있기 때문에 육안으로 설비의 이상을 측정하는 것은 불가능하다.

또한, 활선 기별점검 방법은 활선 작업자가 활선 버켓 트럭을 타고 점검을 하기 때문에 가까운 거리의 설비는 육안으로 보는 것은 가능하지만 애자와 애자 사이의 좁은 지역이나 점검자로부터 반대편에 존재하는 미세한 균열 등의 경우에는 점검하는 것이 매우 어렵다.

때문에, 부실 점검으로 인해 활선 기별 점검을 한 구역에서도 전력 사고가 일어나는 것이 현실이며, 또한 활선 기별점검은 점검에 많은 시간이 소요되며 상대적으로 더 많은 비용이 소모되므로 비효율적인 측면이 있다.

한편, 열화상 카메라 측정 방법은 배전선로 설비에서 열화가 진행될 때 발생되는 열을 측정하여 고장을 예방하는 것이기 때문에 열이 발생되지 않는 설비의 경우에는 적출이 불가능하다.

실제로 전력설비의 고압 선로에서는 대부분의 경우에 애자류의 균열에서 열이 발생되지 않는다.

또한, 이물의 접촉이나 볼트의 풀림의 경우에도 열이 발생되지 않으므로 효과적인 검출 방안이라고 말할 수 없다.

그리고, RFI를 이용한 순시 방법은 도심지나 공장이 밀집된 지역 등의 경우에는 주변의 주파수 잡음이 너무나 심하기 때문에 전력설비에서 나오는 노이즈와 구별이 어렵고 구별한다 하여도 고장 가능성이 있는 설비를 정확하게 구별하는 것이 불가능하다.

뿐만 아니라, 파형의 분석이 불가능하기 때문에 고장의 유형의 파악이나 정도의 파악도 어렵다.

이러한 문제를 일부 해결하기 위한 종래기술로 대한민국 특허 등록번호 제10-1144213호(2012.05.02)에 의한 것으로 "가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치"가 개시된 바 있다.

그런데, 상기 등록특허의 경우에는 초음파 검출장치를 파지한 상태로 각도 조절해야 하므로 흔들림이 발생하여 정확한 측정작업이 어렵고, 방향을 설정할 때에도 작업자가 일일이 몸을 돌려 방향을 맞춰야 하므로 검출작업이 매우 번거롭고 힘들다는 단점이 내포되어 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1144213호(2012.05.02) "가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치"

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 배전선로의 불량 개소를 주상 승주 작업없이 지상에서 효과적으로 검출할 수 있으면서 하나의 초음파 검출장치를 이용하여 다수의 전력설비를 포함하는 소정의 영역에서의 초음파 검출과 하나의 특정된 전력설비에서 발생하는 초음파 검출이 모두 가능하고 점검 대상 영역의 조준 및 조정이 용이한 배전선로의 고장지점 탐지시스템를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

무엇보다도, 본 발명은 초음파 검출장치를 고정하여 고정안정성을 확보한 상태에서 회전각도 조절을 자동으로 이루어지게 함으로써 흔들림을 방지하여 고정도 측정 정보를 확보할 수 있도록 함에 그 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 지상에서 이격된 위치에 있는 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하여 배전선로의 고장지점 탐지시스템에 있어서; 경사진 내측면(122)을 구비하며 바닥면을 향하여 단면이 점차로 작아지는 형태로 형성된 원뿔 형태의 신호 수집관(120)과, 상기 신호 수집관(120)의 바닥면에 설치되어 상기 신호 수집관(120)을 통과하여 도달된 초음파 신호를 센싱하는 초음파센서(130)를 포함하는 본체(110); 및 상기 신호 수집관(120)을 통해 수신될 수 있는 초음파 발생 영역에 해당하는 초음파 신호 수집 영역을 조준 및 확인할 수 있도록 상기 본체(110)에 설치되며, 상기 신호 수집관(120)에 의한 초음파 신호 수집 영역을 확인 가능한 관찰 시야를 가진 조준 망원경 형태의 조준 장치(150)를 포함하고; 상기 본체(110)는 상기 신호 수집관(120)을 내장하는 하우징(140)과, 상기 하우징(140)의 외면에는 레이저 포인터(145)가 설치되며; 상기 초음파센서(130)로부터 센싱된 초음파 신호를 증폭하는 증폭수단, 상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호의 피크 값을 검출하는 피크검출수단, 및 상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값이 소정 범위 내에 포함되도록 입력 신호를 증폭 또는 감쇄하여 출력하는 자동이득 제어수단을 더 포함하되; 상기 피크검출수단은 미리 설정된 초기치 주파수 대역을 저장하는 초기치 설정부, 상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)변환하여 출력하는 FFT 변환부, 상기 FFT 변환부로부터 출력된 주파수 신호의 피크 값을 검출하는 피크 주파수 검출부, 및 상기 FFT 변환부에서 최초 FFT 연산 시 상기 초기치 설정부를 통해 미리 설정된 초기치 주파수 대역을 적용하여 상기 초기치 주파수 대역을 통과시키는 대역통과필터로 이루어지고; 상기 자동이득 제어수단은 상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값에 따라 신호를 증폭하여 출력하는 이득제어증폭기, 상기 이득제어증폭기로부터 증폭된 신호에서 특정의 진폭성분을 검출하여 출력하는 검파기, 및 상기 검파기로부터 출력된 신호를 루프 필터링하여 상기 이득제어증폭기의 진폭 왜곡을 제어하는 루프 필터로 이루어지며; 상기 하우징(140)은 회전안내유닛(200)에 의해 각도조절 가능하게 설치되는데, 상기 회전안내유닛(200)은 'ㄴ' 형상을 갖는 판상의 수평판(210)을 포함하고, 상기 수평판(210)의 하면 양측에는 판형태의 전자석(220)이 매립되며, 상기 전자석(220)은 상기 수평판(210)의 상면 일측에 고정된 컨트롤박스(230)와 전기적으로 연결되어 온 또는 오프 제어되도록 구성되고, 상기 수평판(210)의 일단에서 수직하게 돌출된 수직단편(212)에는 'ㄱ' 형상의 작동판(250)이 한 쌍의 경첩(260)에 의해 회전가능하게 연결되며, 상기 작동판(250)의 상면에는 상기 하우징(140)을 고정하는 고정블럭(254)이 설치되고, 상기 수평판(210)의 상면에는 'ㅛ' 형상의 모터하우징(MH)이 고정되며, 상기 모터하우징(MH)의 내부에는 한 쌍의 모터(M)가 내장되고, 상기 모터(M)의 축에는 각각 권취드럼(DR)이 조립되며, 상기 권취드럼(DR)에는 와이어(W)의 일단이 고정된 상태에서 감길 수 있도록 구성되고, 상기 와이어(W)의 타단은 작동판(250)의 하면에 일체로 구비된 브라켓(BR)에 연결되며, 상기 권취드럼(DR)을 구동시키는 모터(M)는 상기 컨트롤박스(230)에 내장된 컨트롤러 및 배터리와 전기적으로 연결되어 전원을 공급받으면서 제어될 수 있도록 구성되고, 상기 모터하우징(MH)의 폭 중앙에는 완충실린더(CY)가 회전될 수 있게 'ㅗ' 형상의 고정브라켓(270) 상에 고정되며, 상기 완충실린더(CY)에는 실린더로드(CR)가 접속되고, 실린더로드(CR)의 상단에는 링크(272)를 매개로 작동판(250)의 하면에서 수직하게 돌출된 고정편(274) 상에 회전가능하게 조립되며, 상기 한 쌍의 경첩(260) 사이에는 적어도 하나 이상의 판스프링(280)이 설치되고, 상기 판스프링(280)을 사이에 두고 상기 수평판(210)의 바닥면 양측에는 한 쌍의 코일스프링(282)이 더 설치된 것을 특징으로 하는 배전선로의 고장지점 탐지시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 전주 상의 전력설비의 불량 유무 및 이상 유형을 판단을 위한 초음파 검출을 하나의 검출 장치를 이용하여 할 수 있고, 점검 대상 영역과의 거리 조절을 통해 다수의 전력 설비를 포함하는 소정의 영역에서의 초음파 검출과 하나의 특정된 전력설비에서 발생하는 초음파 검출이 모두 가능하고 점검 대상 영역의 조준 및 조정이 용이한 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명은 초음파 검출장치를 고정하여 고정안정성을 확보한 상태에서 회전 및 각도조절을 자동으로 이루어지게 함으로써 흔들림을 방지하여 고정도 측정 정보를 확보할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

도 1은 배전선로에서 불량이 발생하지 않은 상태의 초음파 신호의 정상 파형을 보여주는 예시도.
도 2는 배전선로에서 아크(Arc) 방전이 발생되고 있을 때의 초음파 신호의 파형을 보여주는 예시도.
도 3은 배전선로에서 코로나(corona) 방전시의 초음파 신호파형을 보여주는 예시도.
도 4는 배전선로에서 트래킹(Tracking) 발생 시의 초음파 신호의 파형을 보여주는 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 배전선로의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치의 사시도.
도 6은 본 발명에 따라 도 5에 도시된 초음파 검출장치의 절단 사시도.
도 7은 초음파 검출장치를 이용하여 지상에서 전주 상의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 검출할 때, 점검대상 전력설비까지의 거리 ℓ 과, 점검 대상 영역의 크기를 결정하는 반경 R 의 관계를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 배전선로의 불량 검출을 위한 초음파 검출장치와 연결되어 사용되는 초음파 분석장치의 구성도.
도 9은 도 8에 도시된 초음파 분석장치의 외관 사시도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검출장치 및 분석장치를 구체적으로 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도.
도 11은 도 10의 피크검출모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도.
도 12는 도 10의 자동이득 제어모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도.
도 13은 본 발명에 따른 초음파 검출장치를 각도 조절 가능하게 하는 수단의 예시적인 사시도.
도 14는 도 13의 예시적인 측면도.
도 15는 도 13의 초음파 검출장치의 다른 조립예를 부분 발췌하여 보인 예시도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 가공배전선로 전력 설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치는 가공배전선로의 전주에 설치된 전력설비의 불량 여부 즉, 현수 애자, LP 애자, 내오손용 결합 애자 불량과 같은 애자 불량, 개폐기, 리클로져, 변압기 불량 등과 같은 기기 불량, 조류 둥지, 접속 부위를 덮는 커버 내부의 습기 등과 같은 이물질 접촉에 의한 불량을 전주에 승주 하는 작업 없이 지상에서 그리고, 보다 신속하게 점검할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 전력설비에서 균열 등과 같은 불량이 발생하는 경우, 정상 상태와 다른 초음파 신호 파형이 발생하며, 이상 유형에 따라 그 파형이 상이하다는 것을 발견, 이를 이용한다.

먼저, 초음파 신호와 이상 유형의 관계를 살펴보면, 도 1은 전력설비에서 불량이 발생하지 않은 상태의 정상 파형을 보여주고 있으며, 도 2는 아크(Arc) 방전이 발생되고 있을 때의 파형을 보여주며, 도 3은 코로나(corona) 방전시의 파형을 보여주며, 도 4는 트래킹(Tracking) 발생 시의 파형을 보여주고 있다.

정상 파형의 도 1을 참조하면, 시간의 경과에 일정한 유형의 파형이 검출되며, 진폭의 변화가 거의 없다.

초음파 검출 장치를 통해 수신 분석된 초음파 신호의 파형이 도 1과 같은 경우, 점검 대상 영역 즉, 초음파 검출 장치에 의해 수신된 초음파를 제공한 영역에서의 전력 설비는 모두 정상 상태로서, 불량이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.

도 2를 참조하면, 정상파형을 나타내는 도 1과 비교할 때, 아크가 발생할 때마다 파형의 진폭이 커지고, 아크가 발생되지 않을 때는 코로나 방전시와 유사한 파형이 나타난다.

도 3을 참조하면, 코로나 방전의 경우에는 애자의 표면에 전로가 형성되어 표면 방전이 일어나는 경우로서 도 2의 아크 방전시의 파형보다 작은 진폭의 파형이 연속적으로 나타나는 것을 알 수 있다.

도 4를 참조하면, 트래킹은 이미 코로나가 상당기간 진행되면서 애자의 균열이 진행되므로 코로나 방전시의 파형보다 큰 진폭의 파형이 연속적으로 나타나는 것을 알 수 있다.

초음파 검출장치를 통해 수신된 초음파가 도 2 내지 도 4의 유형을 가지는 경우, 초음파를 제공한 전력 설비를 불량이 발생한 불량 개소에 해당한다.

본 발명은 이와 같이 전력 설비에서 발생하는 초음파 신호를 검출, 파형을 분석함으로써 전수 상의 전력 설비들 중에서 불량 개소의 발생 여부, 불량 개소의 이상 유형 및 진행 정도를 판단할 수 있게 하며, 차량 이동 중 및 이격된 위치에서 전력 설비에서 발생하는 초음파를 효과적으로 검출할 수 있는 초음파 검출장치를 제공함으로써 초음파를 이용한 가공배전선로 전력설비의 불량 점검이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

도면을 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따라 도 5에 도시된 초음파 검출장치의 절단 사시도로서, 본 발명에 따른 가공배전선로의 불량 점검을 위한 초음파 검출장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 검출장치(100)는 본체(110)와 조준장치(150)를 포함한다.

본 발명에 따르면, 본체(110)는 원뿔 형태의 신호 수집관(120)과 초음파 센서(130) 및 하우징(140)을 포함한다.

그리고, 원뿔 형태의 신호 수집관(120)은 경사진 내측면(122)을 구비하여 원뿔 형상과 같이 직경이 점차로 축소되는 형태로 구성된다.

본 발명에 따른 신호 수집관(120)은 초음파 신호가 수신되는 점검 대상 영역이 아닌 외부로부터 유입되는 잡음 신호를 차단하고, 점검 대상과의 거리에 따라 초음파 신호가 수집되는 점검 대상 영역을 크기를 조절할 수 있도록 제안되었다.

이때, 초음파 신호는 파장이 짧아 회절이 잘 안되며 직진성이 강하다.

따라서, 본 발명과 같이 신호 수집관(120)이 경사진 내측면(122)을 구비하여 원뿔 형상과 같이 직경이 점차로 축소되는 형태로 구성되는 경우, 경사진 내측면(122)이 연장되어 형성되는 점검 대상 영역 내에서 발생하는 초음파는 직진하여 신호 수집관(120) 내부로 유입되지만 점검 대상 영역 외에서 발생하는 잡음 신호 예컨대, 차량 이동시 차량 속도에 따른 바람소리, 도심지 내의 차량 소음, 주변 공장 및 초음파를 발생시키는 곤충 등이 만들어 내는 잡음 신호는 차단되어 신호 수집관(120)의 내부로 진행하지 못한다.

또한, 본 발명에 따른 신호 수집관(120)에 의하면, 신호 수집관(120)에 의해 초음파 신호가 수신되는 점검 대상영역의 크기를 신호 수집관(120)과 점검 대상 영역 사이의 거리에 따라 조절하는 것이 가능하다.

예컨대 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 검출장치를 이용하여 지상에서 전주 상의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 검출할 때, 신호 수집관(120)의 중심축으로부터 경사 측면이 연장되는 각도가 d 이고, 점검 대상의 전력설비까지의 거리가 ℓ이라고 하면, 초음파 수신의 대상이 되는 점검 대상 영역의 크기를 결정하는 반경 R 은 R≒ℓ* tan d 에 의해 결정된다.

즉, 점검 대상과의 거리 ℓ 을 조절함으로써 점검 대상 영역을 크기가 조절될 수 있게 된다.

따라서, 작업자는 점검 대상 영역과의 거리를 조절함으로써, 점검 대상 영역이 전주 상의 전력설비 전체를 포함하도록 하거나, 전주 상의 구체적인 하나의 전력설비만을 포함하도록 할 수 있다.

즉, 불량 개소가 있는 영역을 검출하는 것과, 불량 개소가 있는 영역 중에서 구체적으로 어떠한 전력설비에 불량이 나타났는지를, 하나의 초음파 검출장치를 이용하여 측정할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따르면 신호 수집관(120)의 하면에는 신호 수집관(120)을 통과하여 진행되어 온 초음파 신호를 수신하기 위한 초음파 센서(130)가 설치된다.

센싱된 초음파 신호는 초음파 분석장치(10)의 입력단자(28)를 통해 초음파 분석장치(10)로 전달되며, 초음파 분석장치(10)를 통해, 수신된 초음파 신호 중에 불량 개소에서 발생하는 초음파 신호가 포함되어 있는지 여부를 작업자는 확인할 수 있다.

본 발명에 따르면, 하우징(140)은 신호 수집관(120)을 내장하여 본체(110)의 외형을 이루며 외측면에는 조준장치(150)를 설치된다.

하우징(140) 내부에는 초음파 센서(130)를 통해 수신된 초음파 신호를 필터링 및 증폭하는 회로가 설치되어 있으며, 하면으로 손잡이부(146)가 구비되며, 손잡이부(146)의 하면으로 초음파 분석장치(10)와 연결되는 라인이 연결되는 연결단자(147)가 구비된다.

본 발명에 따르면 초음파 검출장치에는 수신된 초음파 신호를 디스플레이하는 디스플레이 장치가 설치될 수 있다.

초음파 검출장치가 본체(110)에 수신된 초음파 신호를 분석하여 관심 대역의 신호를 디스플레이하는 디스플레이장치가 설치되는 경우, 후술하는 초음파 분석장치(10) 없이 사용하는 것이 가능하며, 이 경우 초음파 분석장치(10)가 일체화된 형태로 초음파 검출장치(100)가 형성된 것으로 볼 수 있다.

본 발명에 따르면 하우징(140)의 외측면에는 레이저 포인트(145)가 설치되며, 레이저 포인트(145)는 야간 등과 같이 어두운 시간에도 초음파 검출장치에 의해 조준되는 점검 대상 영역을 확인가능하게 하여, 야간 작업을 가능하게 한다.

본 발명에 따르면 초음파 검출장치(100)는 조준장치(150)를 포함한다. 조준장치(150)는 총 등에서 사용되는 조준 망원경과 같은 형태의 것이 사용되며, 하우징(140)에 설치된다.

초음파 검출장치(100)가 별도의 하우징(140) 없이 신호 수집관(120)이 외형을 이루는 경우 신호 수집관(120)의 측면에 부착된다. 조준 망원경은 초음파 검출장치(100)의 신호 수집관(120)이 조준되는 영역, 즉, 초음파 신호가 수신되는 영역을 육안으로 확인 정확히 조준하는 것을 가능하게 하며, 조준 장치를 통해 신호 수집관(120)에 의한 초음파 수신 영역을 정확히 하는 것이 가능하다.

즉, 조준장치에 통한 시야가 신호 수집관(120)에 의한 초음파 수신 영역에 대응되거나 확인 가능하므로 개별 전력설비를 특정하여 초음파 신호를 수신하는 것이 가능하게 된다.

전주 상의 각각의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 주변의 신호와 분리하여 수신하기 위해서는 신호 수집관(120)이 점검 대상이 되는 전력 설비만으로부터 오는 초음파 신호를 수신하도록 정확히 조준되어야 하며, 반경 R 이 설정되어야 한다.

특히, 본 발명에 따르면 지상에서 전주 상의 전력설비로부터 오는 초음파 신호를 수신하므로, 전력설비 사이의 거리가 상대적으로 가깝게 관찰된다.

그러나, 조준장치를 이용하면 초음파 신호를 수신할 전력설비를 향해 정확히 신호 수집관(120)을 조준하는 것이 가능하고, 조준장치를 통해 신호 수집관(120)에 의한 초음파 수신 영역이 육안으로 확인되므로, 이동하면서 초음파 수신의 대상이 되는 영역에 정확하게 점검 대상 전력설비만이 위치하도록 할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 초음파 검출장치(100)를 보다 정교하게 각도 조절 가능하게 하되, 기계적 수단을 통해 자동조절할 수 있도록 도 13 및 도 14에서와 같은 회전안내유닛(200)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 회전안내유닛(200)은 상기 초음파 검출장치(100)를 장착하여 초음파 검출장치(100)가 상하방향으로 안정적인 각도조절이 되도록 안내하는 수단으로서, 수평판(210)을 포함한다.

상기 수평판(210)은 대략 'ㄴ' 형상을 갖는 판상의 부재이며, 차량 등의 지붕에 고정시킬 수 있도록 수평판(210)의 하면 양측에는 판형태의 전자석(220)이 매립된다.

여기서 전자석(220)과 겸비하여 흡착판(빨판) 구성을 더 구비하므로 차량의 지붕과 같이 비교적 평탄한 부분에 밀착 고정 설치된 상태가 더 안전하게 유지되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 전자석(220)은 상기 수평판(210)의 상면 일측에 고정된 컨트롤박스(230)와 전기적으로 연결되어 온 또는 오프 제어되도록 구성되는데, 이를 위해 상기 컨트롤박스(230)에는 전원으로 배터리를 내장할 수 있고, 배터리는 축전지가 될 수 있으며, 나아가 외부에서 전원(예. 차량의 시거잭에 연결)을 공급받을 수 있도록 소켓을 구비할 수 있다.

또한, 상기 수평판(210)의 양측면, 즉 상기 전자석(220)이 구비된 각 외측단면에는 대략 'ㄷ' 형상의 손잡이(240)가 더 구비되어 손으로 들고 다닐 수 있도록 구성되면 더욱 좋다.

한편, 상기 수평판(210)의 일단에서 수직하게 돌출된 수직단편(212)에는 'ㄱ'형상의 작동판(250)의 일단, 바람직하기로는 하단에서 작동판(250)에 대해 수직하게 돌출된 수평단편(252)이 맞대어진 상태에서 한 쌍의 경첩(260)에 의해 회전될 수 있도록 조립된다.

따라서 상기 수평판(210)을 기본 베이스로 하고, 이에 대해 상기 작동판(250)이 경첩(260)을 회전중심으로 하여 상하방향으로 회전되면서 각도 조절 가능하게 구성된다.

아울러, 상기 작동판(250)의 상면에는 고정블럭(254)이 고정되며, 상기 고정블럭(254)은 상기 하우징(140)을 고정하는 수단이 된다.

이때, 상기 하우징(140)의 고정은 볼트, 끼움, 후크결합, 자석, 클램프 등 다양한 방식이 있을 수 있으며, 바람직하기로는 끼움방식으로 체결되는 형태이고, 이를 위해 상기 고정블럭(254)에는 한 쌍의 슬라이드끼움홈(256)이 형성되며, 상기 하우징(140)의 하면에는 하우징끼움구(142, 도 14 참조)가 돌출 형성되어 상호 끼움 고정될 수 있도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 수평판(210)의 상면에는 모터하우징(MH)이 고정된다.

상기 모터하우징(MH)은 폭 중앙이 요입된 대략 'ㅛ' 형상으로 형성된다.

이렇게 모터하우징(MH)의 폭 중앙을 요입되게 형성하는 이유는 중앙에 완충실린더(CY)를 설치하기 위함이다.

아울러, 상기 모터하우징(MH)의 내부에는 한 쌍의 모터(M)가 내장되고, 상기 모터(M)의 축에는 각각 권취드럼(DR)이 조립된다.

또한, 상기 권취드럼(DR)에는 와이어(W)의 일단이 고정된 상태에서 감길 수 있도록 구성되고, 상기 와이어(W)의 타단은 브라켓(BR)에 연결된다.

그리고, 상기 브라켓(BR)은 상기 와이어(W)를 걸어 고정할 수 있는 구멍을 갖는 판상의 부재로서 상기 작동판(250)의 하면 상에 일체로 고정된다.

뿐만 아니라, 상기 권취드럼(DR)을 구동시키는 모터(M)는 상기 컨트롤박스(230)에 내장된 컨트롤러 및 배터리와 전기적으로 연결되어 전원을 공급받으면서 제어될 수 있도록 구성된다.

다만, 도시의 편의상 배선 관계는 생략하였다.

특히, 상기 모터하우징(MH)은 상기 수직단편(212)의 상하길이보다 더 길게, 즉 더 높은 높이를 가져야 하는데, 이는 하우징(140)을 통한 탐지작업이 항상 일정각도를 유지한 상태에서 이루어지므로 초기 각도조절을 신속하게 하기 위함이다.

이것은 완전히 수평상태에서 작동판(250)을 들어 올려 원하는 각도로 조절하는 것보다 수평보다 높은 상태, 다시 말해 약 10-20°정도로 이미 경사져 있는 상태에서 작동판(250)을 세워 원하는 각도로 조절하는 것이 더 빠르다는 의미이다.

이러한 구조가 가능한 이유는 하우징(140)을 통한 초음파 탐지 각도는 대부분 45°이상에서 이루어지기 때문이다.

그리고, 상기 완충실린더(CY)는 'ㅗ' 형상의 고정브라켓(270) 상에 그 하단이 회전유동될 수 있도록 힌지 고정되고, 상단에는 실린더로드(CR)가 접속되며, 실린더로드(CR)의 상단에는 링크(272)를 매개로 작동판(250)의 하면에서 수직하게 돌출된 고정편(274) 상에 회전가능하게 조립된다.

여기에서, 상기 실린더로드(CR)의 상단을 링크(272)를 이용하여 고정편(274) 상에 설치하는 이유는 작동판(250)이 눕혀졌다 펼쳐지는 동작이 수행될 때 상기 실린더로드(CR)를 포함한 완충실린더(CY)가 바깥쪽이 아닌 안쪽, 즉 수평판(210)의 바닥면을 향해 회전되면서 하강할 수 있도록 구성하기 위함이다.

즉, 링크(272)는 양단이 각각 고정편(274)과 실린더로드(CR)에 힌지 고정되어 있으므로 작동판(250)이 하강하려고 힘을 받게 되면 움직일 수 있는 부분은 링크(272)와 실린더로드(CR) 및 완충실린더(CY) 뿐이며, 또한 실린더로드(CR)와 완충실린더(CY)가 수평판(210)에 대해 예각으로 경사져 있기 때문에 결국 힘은 하방향으로 작용하여 완충실린더(CY)를 눕히도록 동작하게 되는데, 이때 상기 링크(272)가 자유롭게 회전가능하므로 완충실린더(CY)의 눕힘 작용을 용이하게 안내하게 된다.

그리고, 상기 한 쌍의 경첩(260) 사이에는 적어도 하나 이상의 판스프링(280)이 설치되는데, 상기 판스프링(280)은 대략 'ㄹ' 형상이고, 수평단면(252)과 접하면서 탄발력을 보유하도록 구성된다.

이를 위해, 판스프링(280)의 하단은 상기 수평판(210)의 수직단편(212) 및 바닥면에 고정된다.

또한, 상기 판스프링(280)을 사이에 두고 상기 수평판(210)의 바닥면 양측에는 코일스프링(282)이 더 설치될 수 있다.

여기에서, 판스프링(280)과 코일스프링(282)을 설치하는 이유는 작동판(250)을 회전시켜 세울 때 탄발력에 의해 더 쉽고 빠르게 세워지도록 하기 위함이다.

이러한 구성으로 인해 모터(M)가 회전하여 권취드럼(DR)이 와이어(W)를 감으면 작동판(250)이 당겨지므로 작동판(250)은 경첩(260)을 회전중심으로 하여 눕혀지면서 고정블럭(254)에 장착된 하우징(140)을 수평방향으로 배열하게 된다.

그러다가, 탐지를 위해 사용할 때에는 컨트롤박스(230)의 제어신호에 따라 모터(M)를 구동하여 권취드럼(DR)을 풀어 주게 되면 먼저 판스프링(280)과 코일스프링(282)의 탄발력에 의해 작동판(250)이 쉽게 세워지는데, 이때 완충실린더(CY)의 동작에 의해 작동판(250)은 급하지 않게 완속으로 펼쳐지게 된다.

그러면, 하우징(140)은 원하는 각도를 갖도록 세워지게 되고, 특정 각도에 이르면 컨트롤박스(230)를 제어하여 모터(M)의 구동을 정지함으로써 자동적으로 정렬이 가능하게 된다.

때문에, 작업자는 아주 편리하고 흔들림없이 정확한 탐지 작업을 수행할 수 있게 된다.

이에 더하여, 도 15에서와 같이, 하우징(140)이 경사배치된 상태에서 더 큰 각도로 조절하기 원할 경우를 대비하여 2단 각도조절 기능을 더 갖출 수 있다.

이러한 2단 각도조절 기능은 상기 작동판(250)에 의한 1단 각도조절 후 하우징(140) 자체적으로 한 번 더 각도 조절 가능하게 한 것으로, 그런 의미에서 2단 각도조절이라는 용어로 설명한다.

이와 같은 2단 각도조절 기능을 위해, 상기 하우징끼움구(142)와 하우징(140)의 하단면 사이에 회동안내바(144)와 회동지지편(146)이 더 설치될 수 있다.

이때, 회동안내바(144)는 상기 하우징(140)의 하단면으로부터 직접 돌출되고, 상기 회동지지편(146)은 상기 하우징끼움구(142)의 상면으로부터 돌출되며, 이들은 서로 힌지(HIN)를 통해 결속됨으로써 상기 회동지지편(146)을 기점으로 상기 하우징(140)을 한 번 더 회전시킬 수 있게 된다.

그리고, 각도 조절을 위해 상기 하우징(140)의 후단 하면에는 조절바(148)가 하향돌출되고, 상기 조절바(148)에는 각도조절로드(R)가 링크되며, 각도조절로드(R)는 각도조절실린더(RC)에 접속되고, 각도조절실린더(RC)의 하단은 실린더지지편(290)에 의해 회전가능하게 링크되며, 실린더지지편(290)은 상기 작동판(250)의 상면 일부에 고정된다.

이렇게 하면, 하우징(140)을 2단 각도 조절할 수 있게 되어 탐지 작업시 그 만큼 편리성이 더 증진된다.

뿐만 아니라, 상기 고정박스(200)의 전면 일측에는 컨트롤러(230)가 설치되어 제어 기능을 수행하도록 구성되며, 상기 고정박스(200)의 상면 일측에는 고정박스(200)에 링크되어 굴신가능한 각도조절실린더(240) 및 상기 각도조절실린더(240) 내부로 출몰되는 실린더로드(250)가 구비되고, 상기 각도조절실린더(240)로 공급되는 공압은 도시하지 않았지만 상기 고정박스(200) 내부에 소형의 공기통(미도시)을 내장하고 주름호스(H)를 연결하여 공급될 수 있도록 설계될 수 있다.

여기에서, 상기 각도조절실린더(240)를 힌지고정하는 고정브라켓(242)은 'ㅗ' 형상으로 하단이 상기 고정박스(200)의 상면에 형성된 브라켓유동홈(G) 상에 끼워진 후 분리이탈되지 못하도록 고정편(244)에 의해 고정되는데, 상기 브라켓유동홈(G)은 상기 회동축(300)으로부터 실린더링크(310)에 이르는 거리를 반경으로 하여 호형상을 그리면서 일정길이, 바람직하게는 원주를 기준으로 할 때 약 120°정도의 호에 해당하는 길이를 가지며, 상기 고정편(244)도 동일한 형상과 길이를 갖고 덮어 씌워진 후 고정박스(200)의 상면에 볼트(B) 고정된다.

때문에, 상기 각도조절실린더(240)는 고정박스(200)의 상면에서 브라켓유동홈(G)을 따라 일정각도 범위 내에서 회전왕복가능하게 되는데, 이것은 회동축(300)을 기점으로 상기 하우징(140)이 회전되어야 하기 때문이다.

이때, 상기 브라켓유동홈(G)과 고정브라켓(242) 사이 및 고정브라켓(242)과 고정편(244) 사이에는 유동을 원활하게 하는 볼(bal)이 더 개재될 수 있다.

이러한 구조 때문에 본 발명에서 하우징(140)은 360°회전이 아닌 일종의 스윙(swing) 동작하게 된다.

또한, 상기 고정박스(200)의 상면 타측에는 회전모터(260)가 고정되고, 상기 회전모터(260)의 회전축(262)에는 구동기어(270)가 키 고정된다.

아울러, 상기 전자석(210)을 비롯한 각도조절실린더(240) 및 회전모터(260)는 상기 컨트롤러(230)와 전기적으로 연결되어 제어되며, 특히 상기 회전모터(260)는 일정 각도 내에서 왕복제어가 용이한 스텝모터를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 하우징(140)의 하단면에는 회동축(300)이 돌출된다.

이때, 상기 회동축(300)은 상기 하우징(140)의 각도를 조절하는 회전중심이 되며, 하우징(140)의 후단에는 실린더링크(310)가 구비된다.

그리하여, 상기 실린더링크(310)는 상기 실린더로드(250)와 힌지고정된다.

따라서, 상기 실린더로드(250)가 승하강되면 상기 회동축(300)의 회동점(힌지고정되는 점)을 중심으로 상기 하우징(140)의 각도가 조절되는데, 실린더로드(250)가 하강하여 당기면 각도가 커지고, 실린더로드(250)가 상승하여 밀면 각도가 작아진다.

그리고, 상기 회동축(300)은 고정축(320)에 힌지고정되며, 고정축(320)의 하단은 축하우징(330)에 나사체결된다.

이때, 상기 축하우징(330)은 상기 고정축(320)이 나사체결될 수 있도록 체결홈(332)을 갖는 'ㅗ' 형상의 부재이며, 하단면에는 종동기어(340)가 일체로 형성되고, 상기 종동기어(340)의 기어축(342)은 베어링(350)의 개재하에 상기 고정박스(200)의 상면 중심에 요입 형성된 축홈(360)에 삽입된다.

이 경우, 상기 축홈(360)의 상단에는 베어링홈(370)이 마련되어 상기 베어링(350)이 삽입 고정될 수 있도록 구성된다.

아울러, 상기 종동기어(340)는 상기 구동기어(270)와 치결합된다.

이에 따라, 각도 조절이 필요한 경우 작업자가 컨트롤러(230)를 통해 회전모터(260)를 구동시키면 치결합된 구동기어(270)와 종동기어(340)의 작용에 의해 상기 하우징(140)은 일정각도 회전되게 된다.

이때, 상기 하우징(140)의 회전에 맞춰 각도조절실린더(240)도 호형상의 브라켓유동홈(G)을 따라 회전유동된다.

이어, 회전에 의해 하우징(140)이 원하는 방향으로 정렬되면, 이어 컨트롤러(230)는 각도조절실린더(240)를 구동시켜 실린더로드(250)를 당긴다.

그러면, 하우징(140)의 선단이 세워지면서 각도가 커져 측정하고자 하는 방향으로 정렬된다.

그 상태에서, 초음파 검출작업이 수행되면 작업자가 초음파 검출장치(100)를 일일이 정렬하지 않아도 자동으로 회전 및 각도 조절이 가능하므로 작업의 편의성이 증대되고, 하우징(140)이 흔들이지 않기 때문에 정확한 측정이 가능하게 된다.

아울러, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 불량 검출을 위한 초음파 검출장치(100)와 연결되어 사용되는 초음파 분석장치(10)를 도시하고 있다.

초음파 분석장치(10)는 그 내부에 수신 회로(12), 증폭회로(14), 필터회로(16), 연산장치(18) 및 배터리등을 포함한다.

그리고, 기능의 조정 및 다른 장치들과의 연결을 위해, 전면으로 디스플레이(20), 장치의 온 또는 오프 동작을 제어하는 전원 스위치(22), 주변 밝기를 감지하여 디스플레이의 밝기를 자동으로 조절하기 위한 CDS(24), 컴퓨터 장치(25)와의 데이터 전송을 위한 단자(26), 초음파 검출장치(100)와 연결되어 신호입력을 받기 위한 입력 단자(28), 메모리 카드 등과 같은 기억 장치(29)를 끼울 수 있는 슬롯(30), 스피커(31) 음량을 조절하기 위한 음량 조절 스위치(32), 헤드셋(33) 연결을 위한 이어폰 연결단자(34), 초음파 수신 장치 내부의 배터리 충전을 위한 충전 단자(36), 외부 입력 단자(AUX)(38), 메뉴 및 세부 설정을 선택할 수 있는 회전식 스위치(40), 선택된 메뉴 및 세부 설정 상태를 저장하기 확인 스위치(42)를 포함한다.

초음파 분석장치(10)는 초음파 검출장치(100)로부터 제공되는 초음파 신호를 수신하여 증폭하고 선택된 대역에 해당하는 신호로 필터링하여, 선택된 대역에 해당하는 초음파 신호의 수신 여부를 점검자가 알 수 있게 디스플레이(20), 스피커(미도시) 등을 통해 표시한다.

초음파 분석장치(10)의 연산 장치(18)는 장치의 제반 적인 동작을 조절하며 수신된 초음파 신호를 외장 또는 내장 기억장치에 저장하고, 연결된 컴퓨터 장치에 해당 신호를 제공할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검출장치 및 분석장치를 구체적으로 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 11은 도 10의 피크검출모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이며, 도 12는 도 10의 자동이득 제어모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 검출장치(100)는, 크게 초음파 검출모듈(100-1), 증폭모듈(100-2), 피크검출모듈(100-3) 및 자동이득 제어모듈(Automatic Gain Control Module)(100-4) 등으로 구성되어 있다.

여기서, 초음파 검출모듈(100-1)은 전술한 신호 수집관(120)을 통과하여 진행되어 온 초음파(Ultrasonic) 신호(약 35KHz～40KHz)를 수신하는 기능을 수행하는 것으로서, 이를 구현하기 위하여 전술한 초음파 센서(130)로 이루어질 수 있다.

증폭모듈(100-2)은 초음파 검출모듈(100-1)로부터 수신된 미세한 초음파 신호를 제공받아 소정의 진폭레벨(약 350배)로 증폭하는 기능을 수행하는 것으로서, 이를 구현하기 위하여 통상의 연속적인 전치 증폭기(preamplifier) 등으로 이루어질 수 있다.

피크검출모듈(100-3)은 증폭모듈(100-2)로부터 증폭된 초음파 신호의 피크(Peak) 값을 검출하는 기능을 수행하는 피크 대역 통과 필터(Peak Band Pass Filter)로서, 간헐적으로 발생되는 외부 노이즈로부터 초음파 신호를 보다 정확하게 검출할 수 있다.

이러한 피크검출모듈(100-3)은 도 11에 도시된 바와 같이, 초기치 설정부(100-3a), 프로그래머블 대역통과필터(Programmable Band Pass Filter, PBPF)(100-3b), 피크 주파수 검출부(100-3c) 및 FFT(Fast Fourier Transform) 변환부(100-3d)로 구성되어 있다.

즉, 증폭모듈(100-2)로부터 증폭된 초음파 신호는 FFT 변환부(100-3d) 및 피크 주파수 검출부(100-3c)를 거쳐 최고치(Peak)의 주파수(약 35KHz～40KHz) 성분을 검출하게 되고, FFT 변환부(100-3d)에서의 FFT 연산이 처음 연산될 때는 초기치 설정부(100-3a)에서 미리 설정된 초기치 주파수 대역(약 39KHz～40KHz)을 프로그래머블 대역통과필터(PBPF)(100-3b)에 적용하여 상기 초기치 주파수 대역을 통과시키게 된다.

한편, FFT 변환부(100-3d)는 서로 다른 주파수의 정현파의 중복으로 표현할 수 있는 시간 함수에 포함되는 각 주파수 성분의 크기를 나타내는 푸리에 변환함수를 구현할 수 있는 것으로서, 일반적인 신호 해석, 화상 처리, 제어 등의 분야에 널리 쓰이는 것이다.

그리고, 자동이득 제어모듈(100-4)은 피크검출모듈(100-3)로부터 검출된 피크 값이 소정 범위 내에 포함되도록 입력 신호를 N-배 증폭 또는 감쇄하여 출력하는 기능을 수행하는 바, 핀 포인트(Pin Point)를 찾을 때 효율적으로 사용된다.

또한, 핀 포인트를 검출하기 위해 출력 데이벨(dB)값을 설정한 다음 이 자동이득 제어 기능을 동작시키면, 보다 정확한 핀 포인트를 검출할 수 있다.

이러한 자동이득 제어모듈(100-4)은 도 12에 도시된 바와 같이, 피크검출모듈(100-3)로부터 검출된 피크 값에 따라 신호를 증폭하는 이득제어증폭기(Gain Controlled Amplifier, GCA)(100-4a)와, 특정의 진폭성분을 검출하여 출력하는 검파기(Detector)(100-4b)와, 검파기(100-4b)의 출력을 루프 필터링하여 진폭 왜곡을 제어하는 루프 필터(Loop Filter)(100-4c)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 이득제어 증폭기(GCA)(100-4a)의 동작을 살펴 보면, 입력 신호 U(t)를 이득제어증폭기(GCA)(100-4a)의 이득에 비례하여 증폭하여 출력 Y(t)를 얻은 후, 출력 Y(t)를 검파기(100-4b)에 입력하여 출력Y(t)의 진폭성분 Vd(t)를 얻는다.

그리고, Vd(t) 신호를 루프 필터(100-4c)에 통과시켜 이득제어증폭기(GCA)(100-4a)의 제어 신호 Vo(t)를 구한다.

이 제어 신호 Vo(t)에 따라 이득제어 증폭기(GCA)(100-4a)의 이득이 변화되고 이에 따라 출력 Y(t)의 크기는 원하는 신호의 크기(Vr)에 접근하게 된다.

한편, 종래의 기술에서는 초음파 센서에서 포집한 신호를 단순 증폭하는 방식으로 신호를 무작정 증폭하면 노이즈(Noise)도 같이 증폭되기 때문에, 신호 대 노이즈 비에 대한 효율성을 극대화 시키는데 한계가 있었다.

그러나, 상기와 같이 구성된 본 발명의 초음파 검출장치(100)는 피크검출모듈(100-3) 및 자동이득 제어모듈(100-4)을 이용하여 신호 대 잡음비를 효율적으로 제어할 수 있고, 주변 노이즈와 분리 및 정확한 핀 포인트를 검출함에 따라 타 장비보다 증폭비를 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 획기적인 DOV(Detecting On Vehicle) 방식을 가능하게 할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 분석장치(10)는, 초음파 검출장치(100)의 자동이득 제어모듈(100-4)로부터 출력된 전압 값에 따라 수신신호의 이득을 조절하여 증폭(약 -100dB ～ 40dB) 출력하는 전압제어증폭기(Voltage Controlled Amplifier, VCA)(10-1)와, 전압제어증폭기(VCA)(10-1)로부터 출력된 신호의 소정 저역 성분만을 통과 및 증폭하여 출력하는 제1 저역통과필터 및 증폭부(10-2)와, 제1 저역통과필터 및 증폭부(10-2)로부터 출력된 신호를 소정 레벨(약 10배)로 증폭하여 출력하는 제2 증폭부(10-3)와, 제2 증폭부(10-3)로부터 출력된 신호를 디지털 함수발생기(10-4)에 의해 생성된 주파수를 가지는 캐리어 발진 위에서 주파수 변조하여 출력하는 주파수 변조기(10-5)와, 주파수 변조기(10-5)로부터 출력된 신호의 소정 저역 성분만을 통과하여 출력하는 제2 저역통과필터(10-6)와, 제2 저역통과필터(10-6)로부터 출력된 신호를 소정 레벨(약 25배)로 증폭한 후, 소정 저역 성분만을 통과하여 출력하는 제3 저역통과필터 및 증폭부(10-7)와, 제3 저역통과필터 및 증폭부(10-7)로부터 출력된 신호를 제공받아 특정의 신호 파형에 따라 이상 유형(예컨대, 아크 방전, 코로나 방전, 트래킹 발생 등)을 분석하는 파형분석부(10-8)와, 제3 저역통과필터 및 증폭부(10-7)로부터 출력된 신호를 제공받아 통상의 스피커(Speaker)를 통해 사용자가 청취할 수 있도록 증폭하는 오디오앰프(10-9)와, 제3 저역통과필터 및 증폭부(10-7)로부터 출력된 신호의 소정 대역 성분만을 통과하여 출력하는 대역통과필터(10-10)와, 대역통과필터(10-10)로부터 출력된 신호 스펙트럼을 데시벨(dB) 스케일로 로그 변환하는 dB변환기(10-11) 등으로 구성되어 있다.

추가적으로, 전압제어증폭기(VCA)(10-1) 및 dB변환기(10-11)의 동작온도를 검출하여 그 전압제어증폭기(VCA)(10-1) 및 dB변환기(10-11)의 출력 신호를 온도 오차만큼 각각 보상하는 제1 및 제2 온도보상기(10-12 및 10-13)가 더 구비될 수 있다.

더욱이, 감도에 따라 제2 증폭부(10-3)의 증폭을 제어할 수 있는 증폭 제어기(10-14)가 더 구비될 수도 있다.

즉, 상기와 같이 구성된 초음파 분석장치(10)는 온도에 민감한 증폭 회로에 각각 온도보상을 해주어 외부에 급격한 온도 변화에도 측정 데이터 손실을 최소화 할 수 있으며, 다단에 걸친 필터는 신호 대 잡음 비인 SN비를 증가함으로써 원 신호를 보다 깨끗하게 복원할 수 있다.

한편, 초음파 분석장치(10)는 전술한 바와 같이, 초음파 검출장치(100)에 일체화된 형태로 형성되거나, 별도의 형태로 분리하여 형성될 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 가공배전선로 전력설비의 초음파 검출장치를 이용하여 가공배전선로의 전주 상에 배치된 전력설비의 불량 개소 검출 방법을 설명한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 초음파 검출장치는 신호 수집관(120)이 경사진 내측면(122)을 가지는 원뿔 형태로 형성됨에 따라, 점검 대상 영역과의 거리에 따라 점검 대상 영역의 크기를 변경하는 것이 가능하다.

따라서 작업자는 초음파 검출장치와 전주 상의 전력설비의 거리에 따라 전주 상의 전력설비 전체를 점검 대상영역으로 할 수 있으며, 또한 전주 상의 전력설비 각각을 점검 대상 영역으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 초음파 검출장치를 이용하면 위에서 상술한 바와 같이 하나의 개별 전력설비뿐만 아니라 다수의 전력설비를 포함하는 소정의 영역의 초음파 검출이 가능하므로, 차량을 통해 이동하면서 가공배전선로 전력설비의 불량 점검을 가능하게 한다.

작업자는 하나의 전주 상의 모든 전력설비를 점검 대상 영역으로 할 수 있는 거리에서 차량을 통해 이동하면서 초음파 검출장치를 조준 초음파 신호를 수신하고, 초음파 분석장치를 통해 분석하면서 먼저 불량 개소에서 발생하는 초음파 신호를 있는 전주를 발견할 수 있다.

만약, 이상 신호가 수신되지 않는다면 점검 대상 영역이 된 전주 상의 전력설비 각각은 모두 정상으로서, 불량개소가 없는 것으로 판단할 수 있다.

따라서 전주 상의 전력설비 각각을 조준하여 진단하는 작업을 생략할 수 있다.

한편, 불량 개소에서 발생하는 초음파 신호를 포함하는 전주가 발견된다면, 작업자는 점검 대상 영역을 이루는 전주 상의 전력설비 중 적어도 어느 하나는 불량 개소임을 확인할 수 있다.

이 경우 전주 상의 전력설비들 중 구체적으로 어느 전력설비가 어떤 상태의 불량 개소인지를 판단하는 것이 필요하다.

따라서 작업자는 차량을 정지, 하차하여 전주를 향해 이동하면서, 조준장치를 이용하여 신호 수집관(120)에 의해 초음파 신호가 수신되는 점검 대상 영역을 구체적으로 하나의 전력설비로 한정하여 정확히 조준한다.

신호 수집관(120)에 의한 점검 대상 영역 즉, 초음파 신호 수집 영역이 구체적으로 하나의 전력설비가 되도록 되는 경우 신호 수집관(120)은 조준된 하나의 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하게 되므로, 작업자는 대상을 변경하면서 수신되는 초음파 신호로부터, 각각의 전력설비 중 어느 것이 불량 개소인지 및 불량개소 유형을 판단할 수 있게 되는 것이다.

110: 하우징 120: 신호 수집관
130: 초음파센서 140: 하우징
150: 조준 장치

Claims (1)

1. 지상에서 이격된 위치에 있는 전력설비로부터 발생하는 초음파 신호를 수신하여 배전선로의 고장지점 탐지시스템에 있어서;
   경사진 내측면(122)을 구비하며 바닥면을 향하여 단면이 점차로 작아지는 형태로 형성된 원뿔 형태의 신호 수집관(120)과, 상기 신호 수집관(120)의 바닥면에 설치되어 상기 신호 수집관(120)을 통과하여 도달된 초음파 신호를 센싱하는 초음파센서(130)를 포함하는 본체(110); 및 상기 신호 수집관(120)을 통해 수신될 수 있는 초음파 발생 영역에 해당하는 초음파 신호 수집 영역을 조준 및 확인할 수 있도록 상기 본체(110)에 설치되며, 상기 신호 수집관(120)에 의한 초음파 신호 수집 영역을 확인 가능한 관찰 시야를 가진 조준 망원경 형태의 조준 장치(150)를 포함하고; 상기 본체(110)는 상기 신호 수집관(120)을 내장하는 하우징(140)과, 상기 하우징(140)의 외면에는 레이저 포인터(145)가 설치되며; 상기 초음파센서(130)로부터 센싱된 초음파 신호를 증폭하는 증폭수단, 상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호의 피크 값을 검출하는 피크검출수단, 및 상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값이 소정 범위 내에 포함되도록 입력 신호를 증폭 또는 감쇄하여 출력하는 자동이득 제어수단을 더 포함하되; 상기 피크검출수단은 미리 설정된 초기치 주파수 대역을 저장하는 초기치 설정부, 상기 증폭수단으로부터 증폭된 초음파 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)변환하여 출력하는 FFT 변환부, 상기 FFT 변환부로부터 출력된 주파수 신호의 피크 값을 검출하는 피크 주파수 검출부, 및 상기 FFT 변환부에서 최초 FFT 연산 시 상기 초기치 설정부를 통해 미리 설정된 초기치 주파수 대역을 적용하여 상기 초기치 주파수 대역을 통과시키는 대역통과필터로 이루어지고; 상기 자동이득 제어수단은 상기 피크검출수단으로부터 검출된 피크 값에 따라 신호를 증폭하여 출력하는 이득제어증폭기, 상기 이득제어증폭기로부터 증폭된 신호에서 특정의 진폭성분을 검출하여 출력하는 검파기, 및 상기 검파기로부터 출력된 신호를 루프 필터링하여 상기 이득제어증폭기의 진폭 왜곡을 제어하는 루프 필터로 이루어지며;
   상기 하우징(140)은 회전안내유닛(200)에 의해 각도조절 가능하게 설치되는데, 상기 회전안내유닛(200)은 'ㄴ' 형상을 갖는 판상의 수평판(210)을 포함하고, 상기 수평판(210)의 하면 양측에는 판형태의 전자석(220)이 매립되며, 상기 전자석(220)은 상기 수평판(210)의 상면 일측에 고정된 컨트롤박스(230)와 전기적으로 연결되어 온 또는 오프 제어되도록 구성되고, 상기 수평판(210)의 일단에서 수직하게 돌출된 수직단편(212)에는 'ㄱ' 형상의 작동판(250)이 한 쌍의 경첩(260)에 의해 회전가능하게 연결되며, 상기 작동판(250)의 상면에는 상기 하우징(140)을 고정하는 고정블럭(254)이 설치되고, 상기 수평판(210)의 상면에는 'ㅛ' 형상의 모터하우징(MH)이 고정되며, 상기 모터하우징(MH)의 내부에는 한 쌍의 모터(M)가 내장되고, 상기 모터(M)의 축에는 각각 권취드럼(DR)이 조립되며, 상기 권취드럼(DR)에는 와이어(W)의 일단이 고정된 상태에서 감길 수 있도록 구성되고, 상기 와이어(W)의 타단은 작동판(250)의 하면에 일체로 구비된 브라켓(BR)에 연결되며, 상기 권취드럼(DR)을 구동시키는 모터(M)는 상기 컨트롤박스(230)에 내장된 컨트롤러 및 배터리와 전기적으로 연결되어 전원을 공급받으면서 제어될 수 있도록 구성되고, 상기 모터하우징(MH)의 폭 중앙에는 완충실린더(CY)가 회전될 수 있게 'ㅗ' 형상의 고정브라켓(270) 상에 고정되며, 상기 완충실린더(CY)에는 실린더로드(CR)가 접속되고, 실린더로드(CR)의 상단에는 링크(272)를 매개로 작동판(250)의 하면에서 수직하게 돌출된 고정편(274) 상에 회전가능하게 조립되며, 상기 한 쌍의 경첩(260) 사이에는 적어도 하나 이상의 판스프링(280)이 설치되고, 상기 판스프링(280)을 사이에 두고 상기 수평판(210)의 바닥면 양측에는 한 쌍의 코일스프링(282)이 더 설치된 것을 특징으로 하는 배전선로의 고장지점 탐지시스템.

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