KR101591001B1 - Powerlessly Operating Remote Sensor - Google Patents

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KR101591001B1
KR101591001B1 KR1020140143661A KR20140143661A KR101591001B1 KR 101591001 B1 KR101591001 B1 KR 101591001B1 KR 1020140143661 A KR1020140143661 A KR 1020140143661A KR 20140143661 A KR20140143661 A KR 20140143661A KR 101591001 B1 KR101591001 B1 KR 101591001B1
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오재근
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(주)코아칩스
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Abstract

Provided is a wireless integration sensor without power supply installed in an electric power facility to check abnormalities of the facility. The wireless integration sensor without power supply comprises: a call signal receiver receiving a call signal; a first piezoelectric conversion unit converting the call signal into a surface acoustic wave; a second piezoelectric conversion unit performing amplitude modification of the surface acoustic wave, which is propagated by the first piezoelectric conversion unit, based on an impedance change in order to reflect the wave to the first piezoelectric conversion unit; a light sensing unit sensing light due to an arc discharge and outputting a voltage corresponding to the light; and an impedance conversion unit coupled to the second piezoelectric conversion unit to control impedance of the second piezoelectric conversion unit based on the voltage outputted by the light sensing unit. A response signal has modified amplitude based on the impedance change.

Description

무전원 무선 통합 센서 {Powerlessly Operating Remote Sensor}[0002] Powerlessly Operating Remote Sensor [

본 발명은 무전원 무선 통합 센서에 관한 것으로서 특히 고압 차단기와 같은 전력 시설에 설치되어 아크 발생이나 폭발 등 설비의 이상징후를 파악하기 위한 무전원 무선 통합 센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a wireless integrated wireless sensor, and more particularly, to a wireless wireless integrated sensor installed in a power facility such as a high voltage circuit breaker to detect an abnormal symptom of an equipment such as an arc or an explosion.

산업용 전력 설비 또는 대형 내연 기관 등과 같은 대형 산업용 설비의 경우에 장비의 고장은 대형 사고를 초래할 뿐 아니라 설비의 운행 중단으로 인해 경제적으로 막대한 피해를 입히게 된다. 따라서, 대형 산업용 설비를 운용하는 사업장에서는 장비의 고장여부를 실시간으로 감시할 수 있는 시스템의 구축이 필수적이다. 이와 같이 장비의 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 발견하고 이를 기초로 장비의 고장 여부 및 고장 가능성을 사전에 판단하여 정비를 수행하는 시스템을 상태진단 관리 시스템(Condition based Maintenance System: CMS)라고 하며, 그 중에서도 이상값 징후를 발견하고 이를 통해 정비를 수행하여 고장 발생을 사전에 방지하고자 하는 시스템을 예지정비(Predictive Maintenance) 시스템이라고 한다.In the case of large-scale industrial facilities such as industrial power facilities or large-scale internal combustion engines, failure of the equipment not only causes a large-scale accident but also causes economic damage due to the shutdown of the facility. Therefore, it is essential to establish a system that can monitor the failure of equipment in real time in a business site that operates a large industrial facility. A Condition Based Maintenance System (CMS) is a system that monitors the status of equipment in real time and detects anomalous symptoms early on, and performs maintenance by determining whether the equipment is faulty or faulty in advance. Among them, a system which detects an abnormality symptom and performs maintenance through it to prevent a failure in advance is called a Predictive Maintenance System.

이러한 상태진단 관리 시스템이 요구되는 산업용 설비에는 디젤 발전기나 선박엔진 등과 같은 대형 내연기관 회전설비 또는 고압 차단기와 같은 전력시설 보호설비 등이 있다. 특히, 기반시설인 고압 차단기와 같은 전력시설 보호설비는 모든 생산시설에서는 필수적으로 구성되어 있을 뿐 아니라 한국전력이 관리하는 고압 차단기는 전국에 300,000개에 이를 정도로 많다. 이러한 고압 차단기의 고장은 연동되는 설비의 폭발이나 장해로 발전되므로 이러한 고압 차단기의 고장을 사전에 방지할 필요가 있다.Industrial facilities requiring such a state diagnosis management system include large-scale internal combustion engine rotation facilities such as diesel generators and ship engines, and power facility protection facilities such as high-voltage circuit breakers. In particular, power plant protection facilities such as high-voltage circuit breaker, which is an infrastructure, are essential in all production facilities, and the number of high voltage circuit breakers managed by KEPCO is around 300,000. The failure of such a high-voltage circuit breaker is generated by an explosion or an obstacle of the interlocking equipment, so it is necessary to prevent the breakdown of such a high-voltage circuit breaker in advance.

한편, 고압 전력설비에서 아크(Arc) 발생은 가장 치명적인 사고로서 대부분의 경우에 설비의 부분 파손이나 완전 파손을 초래하며, 이로 인해 전력중단에 의한 조업 중단 및 수용가 전력 공급 중단에 이르게 된다. 아크가 발생하게 되면 열과 함께 강한 빛을 발생시키게 되므로 이를 감지할 수 있다면 아크 발생으로 인한 피해를 최소화할 수 있다.On the other hand, arc generation in high-voltage power equipment is the most fatal accident, which in most cases causes partial or complete damage to the equipment, resulting in shutdown of power due to power interruption and interruption of power supply to the consumer. When an arc is generated, strong light is generated along with heat, so that if damage can be detected, the damage caused by the arc can be minimized.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고압 발전기 등의 전력 설비의 초기 이상 상태를 감지하여 설비 고장을 방지하기 위한 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a non-power wireless integrated sensor for detecting an initial abnormal state of a power facility such as a high-voltage power generator to prevent an equipment failure.

또한, 본 발명은 고압 전력설비에서 아크가 발생된 경우에 이를 실시간으로 감지함과 동시에, 아크 발생에 동반되는 온도 상승을 감지하여 전력 설비의 이상 발생 여부를 정확히 파악할 수 있는 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a non-power wireless integrated sensor capable of detecting an arc in a high-voltage power facility in real time and sensing a temperature rise accompanying the occurrence of an arc, .

또한, 본 발명은 무전원으로 구동되며 실시간으로 무선 계측이 가능한 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a non-power wireless integrated sensor that is driven by a non-power source and can perform wireless measurement in real time.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무전원 무선 통합 센서는, 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부와, 상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하는 제1 압전 변환부와, 상기 제1 압전 변환부로부터 전파된 상기 표면 탄성파를 임피던스 변화를 기초로 진폭 변조하여 상기 제1 압전 변환부로 반사하는 제2 압전 변환부와, 아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 그리고 상기 제2 압전 변환부에 연결되고, 상기 광 감지부의 출력 전압을 기초로 상기 제2 압전 변환부의 임피던스를 조절하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 응답 신호는 상기 임피던스의 변화에 기초하여 변조된 진폭을 가지는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wireless integrated wireless sensor comprising: a paging signal receiving unit for receiving a paging signal; a first piezoelectric conversion unit for converting the paging signal into a surface acoustic wave; A second piezoelectric conversion unit that amplitude-modulates the surface acoustic wave propagated from the conversion unit based on a change in impedance and reflects the surface acoustic wave to the first piezoelectric conversion unit, a light sensing unit that detects light generation by arc discharge and outputs a corresponding voltage, And an impedance conversion unit connected to the second piezoelectric conversion unit and adjusting an impedance of the second piezoelectric conversion unit based on an output voltage of the light sensing unit, wherein the response signal is modulated based on a change in the impedance And has an amplitude.

여기서, 상기 무전원 무선 통합 센서는 상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.The non-power wireless integrated sensor may further include a temperature sensing unit that converts the call signal into a surface acoustic wave and converts the surface acoustic wave whose vibration frequency is changed according to an external temperature change to a temperature response signal.

이 경우, 상기 온도 감지부에서, 상기 표면 탄성파의 진동 주파수의 변화는 외부의 온도 변화에 따른 압전 기판의 길이 변화로 인한 상기 표면 탄성파의 속도 변화에 기인하는 것일 수 있다.In this case, in the temperature sensing unit, the change in the vibration frequency of the surface acoustic wave may be caused by a change in the speed of the surface acoustic wave due to a change in length of the piezoelectric substrate in accordance with an external temperature change.

여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 광 감지부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 조정하는 FET 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
Here, the impedance converter may include an FET element that receives an output voltage of the light sensing unit as a gate driving voltage and adjusts an impedance value.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무전원 무선 통합 센서는, 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부와, 상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하는 제1 압전 변환부와, 상기 제1 압전 변환부로부터 전파된 상기 표면 탄성파를 임피던스 변환을 기초로 진폭 변조하여 상기 제1 압전 변환부로 반사하는 제2 압전 변환부와, 아크 방전에 의해 발생되는 백색잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터와, 상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부, 그리고 상기 제2 압전 변환부에 연결되고, 상기 변환된 출력 전압을 기초로 상기 제2 압전 변환부의 임피던스를 조절하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 응답 신호는 상기 임피던스의 변화에 기초하여 변조된 진폭을 가지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless integrated wireless sensor comprising: a paging signal receiving unit for receiving a paging signal; a first piezoelectric conversion unit for converting the paging signal into a surface acoustic wave; A band pass filter for detecting a spark signal in a specific frequency band from a white noise generated by an arc discharge; An RF-DC converter for converting the spark signal into a corresponding output voltage and outputting the output signal; and an RF-DC converter connected to the second piezoelectric converter for adjusting the impedance of the second piezoelectric converter based on the converted output voltage, And the response signal has a modulated amplitude based on a change in the impedance.

여기서, 상기 무전원 무선 통합 센서는 상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.The non-power wireless integrated sensor may further include a temperature sensing unit that converts the call signal into a surface acoustic wave and converts the surface acoustic wave whose vibration frequency is changed according to an external temperature change to a temperature response signal.

이때, 상기 온도 감지부에서, 상기 표면 탄성파의 진동 주파수의 변화는 외부의 온도 변화에 따른 압전 기판의 길이 변화로 인한 상기 표면 탄성파의 속도 변화에 기인하는 것일 수 있다.In this case, in the temperature sensing unit, the change in the vibration frequency of the surface acoustic wave may be caused by a change in the speed of the surface acoustic wave due to a change in length of the piezoelectric substrate in accordance with an external temperature change.

또한, 상기 임피던스 변환부는 상기 RF-DC 변환부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 조정하는 FET 소자를 포함하여 구성될 수 있다.The impedance converter may include an FET element that receives an output voltage of the RF-DC converter as a gate driving voltage and adjusts an impedance value.

또한, 상기 RF-DC 변환부는 상기 스파크 신호를 정류하여 DC 전압으로 출력하기 위한 하나 이상의 쇼트키 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
The RF-DC converting unit may include at least one Schottky diode for rectifying the spark signal and outputting the DC voltage.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 무전원 무선 통합 센서는, 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부와, 상기 호출 신호를 제1 표면 탄성파로 변환하고, 아크 방전에 의한 광 발생이 감지되면 임피던스의 조절을 통해 상기 제1 표면 탄성파의 진폭을 변조하여 광 응답 신호를 생성하는 광 감지 모듈, 그리고 상기 호출 신호를 제2 표면 탄성파로 변환하고, 아크 방전에 의해 발생된 백색잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호가 검출되면 임피던스를 조절하여 상기 제2 표면 탄성파의 진폭을 변조하여 스파크 응답 신호를 생성하는 스파크 감지 모듈을 포함한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a wireless integrated wireless sensor comprising: a paging signal receiver for receiving a paging signal; a pager for converting the paging signal into a first surface acoustic wave; A light sensing module for modulating the amplitude of the first surface acoustic wave to generate a light responsive signal through the first surface acoustic wave, and converting the call signal to a second surface acoustic wave to generate a spark signal of a specific frequency band from the white noise generated by the arc discharge And generates a spark response signal by modulating the amplitude of the second surface acoustic wave by adjusting the impedance when the first surface acoustic wave is detected.

여기서, 상기 무전원 무선 통합 센서는, 상기 호출 신호를 제3 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 제3 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지 모듈을 더 포함할 수 있다.Here, the non-power wireless integrated sensor may further include a temperature sensing module for converting the calling signal into a third surface acoustic wave and converting the third surface acoustic wave having a changed frequency of oscillation according to an external temperature change to a temperature response signal .

이때, 상기 광 감지 모듈은, 상기 제1 표면 탄성파가 전파되면 임피던스에 따라 크기가 변화된 제1 반사 표면 탄성파를 상기 제1 표면 탄성파의 전파 방향과 반대 방향으로 발생시키는 제1 압전 변환부와, 외부의 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 그리고 상기 출력 전압을 기초로 상기 제1 압전 변환부의 임피던스를 조절하는 임피던스 변환부를 포함할 수 있다.Here, the photo-sensing module may include a first piezoelectric conversion unit that generates a first reflection surface acoustic wave having a magnitude changed in accordance with an impedance when the first surface acoustic wave propagates in a direction opposite to a propagation direction of the first surface acoustic wave, And an impedance converting unit for adjusting the impedance of the first piezoelectric transducing unit based on the output voltage.

이때, 상기 스파크 감지 모듈은, 상기 제2 표면 탄성파가 전파되면 임피던스에 따라 크기가 변화된 제2 반사 표면 탄성파를 상기 제2 표면 탄성파의 전파 방향과 반대 방향으로 발생시키는 제2 압전 변환부와, 상기 백색잡읍으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터와, 상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부, 그리고 상기 출력 전압을 기초로 상기 제2 압전 변환부의 임피던스를 조절하는 임피던스 변환부를 포함할 수 있다.
The spark detection module may include a second piezoelectric conversion unit that generates a second reflection surface acoustic wave having a magnitude changed in accordance with an impedance when the second surface acoustic wave propagates in a direction opposite to a propagation direction of the second surface acoustic wave, A band-pass filter for detecting a spark signal in a specific frequency band from the white noise, an RF-DC converter for converting the spark signal into a corresponding output voltage and outputting the output signal, And an impedance transforming unit for adjusting the impedance.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being 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. It is provided to fully inform the owner of the scope of the invention.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 무전원 구동으로 배터리를 사용하지 않으면서 무선 계측이 가능하여 센싱값을 실시간으로 계측할 수 있게 된다.According to one of the solving means of the present invention described above, wireless measurement can be performed without using a battery for non-power source driving, so that the sensing value can be measured in real time.

또한, 고압 전력설비에서 발생되는 고장의 주요 원인인 아크 발생이나 폭발 등으로 인하여 발생되는 고온의 열이나 강한 빛, 또는 스파크 등을 감지하여 설비의 이상 여부를 정확히 진단할 수 있게 된다.In addition, it is possible to accurately diagnose the abnormality of equipment by detecting high temperature heat, strong light, or spark caused by arc generation or explosion, which is a main cause of failure occurring in a high-voltage electric power facility.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 무선 통합 센서의 사용 상태를 도시한 도면
도 2는 도 1의 무전원 무선 통합 센서의 분해 사시도의 일례
도 3은 도 2의 무전원 무선 통합 센서의 구성의 일례를 개략적으로 도시한 블록도
도 4는 도 2의 무전원 무선 통합 센서에서 광 발생을 감지하는 광 감지 모듈의 구성을 도시한 도면
도 5는 도 2의 무전원 무선 통합 센서에서 스파크 발생을 감지하는 스파크 감지 모듈의 구성을 도시한 도면
도 6은 아크 발생시의 전계 강도 및 도 5의 스파크 감지 모듈에서 백색 잡음의 특정 주파수를 기준으로 아크 발생을 감지하는 과정이 도시된 도면
도 7은 도 2의 무전원 무선 통합 센서의 구성의 다른 예를 개략적으로 도시한 블록도
도 8은 도 7의 무전원 무선 통합 센서에서 온도 변화를 감지하는 온도 감지부의 동작을 설명하기 위한 온도 특성 그래프
도 9는 도 2의 무전원 무선 통합 센서를 이용한 이상 감지 방법을 도시한 흐름도1 is a view showing a state of use of a wireless integrated wireless sensor according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is an exploded perspective view of the wireless power integrated wireless sensor of Fig. 1
Fig. 3 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of the wireless power integrated wireless sensor of Fig. 2
FIG. 4 is a view showing a configuration of a light sensing module for detecting light generation in the wireless integrated wireless sensor of FIG. 2; FIG.
5 is a view showing the configuration of a spark detection module for detecting the occurrence of sparks in the wireless power integrated wireless sensor of FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a process of detecting arc generation based on the electric field intensity at the time of arc generation and the specific frequency of white noise in the spark detection module of FIG. 5
Fig. 7 is a block diagram schematically showing another example of the configuration of the wireless power integrated wireless sensor of Fig. 2
FIG. 8 is a graph showing a temperature characteristic graph for explaining the operation of the temperature sensing unit for sensing the temperature change in the wireless integrated wireless sensor of FIG.
FIG. 9 is a flowchart showing an abnormality detection method using the wireless integrated wireless sensor of FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, in this specification, when an element is referred to as being "connected" or "connected" with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 무전원 통합 센서를 설명하기로 한다.
Hereinafter, a non-power integrated sensor of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 무선 통합 센서의 사용 상태도이다.1 is a use state diagram of a wireless integrated wireless sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1의 무전원 무선 통합 센서(100)는 발전, 수/배전 등 전력관리를 수행하는 각종 설비, 예를 들어, 고압 차단기, 고압 배전반, 변압기 및 송전선로 등의 고전압 전력설비의 사고 예상 지점에 부착되어 온도 과열 여부 및 아크 발생 여부를 동시에 측정하고 이를 외부 측정 장치(Interrogation Device, 이하 ECU)(200)로 무선으로 전송한다. 이때, 상기 사고 예상 지점은 부스바(bus bar)나 차단기 인입부와 같은 연결 부위(10)에 집중되며, 상기 연결 부위(10)를 구속하는 체결 볼트가 설비의 지속적 진동에 의해 느슨하게 되어 고전류가 흐르는 연결 부위(10)의 접촉 저항이 증대되어 온도가 상승한다.The non-power wireless integrated sensor 100 of FIG. 1 can be installed in various facilities for performing power management such as power generation, water distribution, and the like, for example, high-voltage power facilities such as a high voltage circuit breaker, a high voltage switchboard, a transformer, And simultaneously detects whether or not the temperature is overheated and whether or not an arc is generated, and transmits it to an interrogation device (hereinafter, " ECU ") 200 wirelessly. At this time, the expected accident point is concentrated at the connection portion 10 such as a bus bar or a breaker inlet portion, and the fastening bolt for restraining the connection portion 10 is loosened by the continuous vibration of the equipment, The contact resistance of the flowing connecting portion 10 is increased and the temperature rises.

상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 외부의 ECU(200)로부터 송출되는 RF 호출 신호(Interrogation signal)를 수신하고, 센서 내부에 구비된 하나 이상의 SAW 트랜스폰더(transponder)를 이용하여 상기 호출 신호를 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave: SAW)로 역압전 변환하고, 외부에서의 아크(Arc) 방전 여부 또는 온도 변화를 상기 표면 탄성파에 반영한 후 다시 고주파 반사 신호(SAW echo signal, 이하 응답 신호라고 함)로 압전 변환하여 외부의 ECU(200)로 송출한다. 이때, 상기 아크 방전 여부를 판단하기 위하여 무전원 무선 통합 센서(100)는 온도 이외에 아크 발생에 의해 발생되는 광 또는 스파크를 감지할 수 있다.The non-power wireless integrated sensor 100 receives an RF calling signal (Interrogation signal) transmitted from an external ECU 200, and transmits the calling signal to the surface of the vehicle using one or more SAW transponders The surface acoustic wave is subjected to an inverse piezoelectric transformation using a surface acoustic wave (SAW), reflected by an external arc arc discharge or a temperature change to the surface acoustic wave, and then reflected by a SAW echo signal And transmits it to the external ECU 200. At this time, the non-power wireless integrated sensor 100 may detect light or sparks generated by arc generation in addition to the temperature to determine whether the arc discharge occurs.

이와 같이, 무전원 무선 통합 센서(100)와 ECU(200)간의 호출 신호 및 응답 신호의 교환을 통해 외부의 아크 방전 여부 및/또는 온도 변화를 감지하는 과정에서 본 발명의 무전원 무선 통합 센서(100)는 별도의 전원이나 배터리를 필요로 하지 않으면서도 무선 센싱이 가능하다.
As described above, the non-power wireless integrated sensor 100 of the present invention detects the external arc discharge and / or the temperature change through exchange of the call signal and the response signal between the wireless wireless integrated sensor 100 and the ECU 200, Can be wirelessly sensed without requiring a separate power supply or battery.

도 2는 본 발명에 따른 무전원 무선 통합 센서(100)의 일 실시예의 개략적인 외형도이다.FIG. 2 is a schematic outline view of an embodiment of a wireless power integrated wireless sensor 100 according to the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 안테나(110) 및 통합 센서 모듈(120)을 포함한다. 상기 안테나(110) 및 통합 센서 모듈(120)은 메탈 베이스(104)의 상부에 거치되고, 상기 메탈 베이스(104)에 체결되는 안테나 커버(102)에 의해 외부로부터 격리되어 보호된다. 상기 안테나 커버(102)의 상부에는 센서 외부에서 발생되는 광을 감지하기 위한 광 감지부(130)가 배치된다. 상기 메탈 베이스(104)는 부스바(bus bar)나 차단기 인입부 등의 연결부 체결볼트에 삽입 고정될 수 있도록 일측에 좌철(washer)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the wireless wireless integrated sensor 100 includes an antenna 110 and an integrated sensor module 120. The antenna 110 and the integrated sensor module 120 are mounted on the upper portion of the metal base 104 and protected from the outside by the antenna cover 102 fastened to the metal base 104. A light sensing unit 130 for sensing light emitted from the outside of the sensor is disposed above the antenna cover 102. The metal base 104 may be formed at one side of the metal base 104 so as to be inserted and fixed in a connection bolt such as a bus bar or a breaker inlet.

도 3에는 상기 통합 센서 모듈(120) 및 이에 연결되는 안테나(110), 광 감지부(130)의 세부 구조가 도시되어 있다.3 shows a detailed structure of the integrated sensor module 120, the antenna 110 and the light sensing unit 130 connected thereto.

도 3을 참조하면, 통합 센서 모듈(120)은 제1 아크 SAW(122), 제1 임피던스 변환부(impedance transformer)(123), 제2 아크 SAW(124), 제2 임피던스 변환부(125), RF-DC 변환부(126) 및 대역 통과 필터(band pass filter)(127)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그보다 많은 구성요소를 갖거나 그보다 적은 구성요소를 갖는 센서 모듈이 구현될 수도 있다.3, the integrated sensor module 120 includes a first arc SAW 122, a first impedance transformer 123, a second arc SAW 124, a second impedance transformer 125, An RF-to-DC converter 126, and a band pass filter 127. [ A sensor module having more or fewer components may be implemented.

상기 안테나(110)는 외부의 ECU(200)에서 송출한 무선 호출 신호를 수신하여 광 감지용 SAW 트랜스폰더(이하, 제1 아크 SAW)(122) 및 스파크 감지용 SAW 트랜스폰더(이하, 제2 아크 SAW)(124)로 전달한다. 또한, 안테나(110)는 제1 아크 SAW(122) 또는 제2 아크 SAW(124)에서 생성된 표면 탄성파의 압전 현상에 의해 생성된 고주파 반사 신호(이하, 응답 신호)를 외부의 ECU(200)로 송출한다.The antenna 110 receives a radio paging signal transmitted from an external ECU 200 and outputs a SAW transponder for a light sensing (hereinafter referred to as a first arc SAW) 122 and a sparking SAW transponder Arc SAW 124). The antenna 110 is connected to the external ECU 200 through a first arc SAW 122 or a second arc SAW 124 and generates a high frequency reflection signal (hereinafter referred to as a response signal) .

상기 제1 아크 SAW(122)는 광 감지를 통한 아크 센서 장치로 사용이 가능하도록 하는 주요한 전송 매체로 사용된다. 제1 아크 SAW(122)는 안테나(110)로부터 수신된 호출 신호를 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시키고, 표면 탄성파에 대한 반사 표면 탄성파를 생성하여 이를 안테나(110)로 반환한다. 이 과정에서, 제1 아크 SAW(122)는 광 감지부(130)에서의 광 감지 여부를 기초로 반사 표면 탄성파의 진폭을 변환할 수 있다.The first arc SAW 122 is used as a main transmission medium that can be used as an arc sensor device through photo sensing. The first arc SAW 122 converts a call signal received from the antenna 110 into a surface acoustic wave by an inverse piezoelectric effect, generates a surface acoustic wave for a surface acoustic wave, and returns the surface acoustic wave to the antenna 110. In this process, the first arc SAW 122 can convert the amplitude of the reflection surface acoustic wave based on whether or not the light is sensed by the light sensing unit 130.

상기 제1 임피던스 변환부(123)는 제1 아크 SAW(122)의 센서 IDT(inter Digital Transducer)에 연결되어, 광 감지부(130)의 출력 전압을 기초로 연결된 센서 IDT의 특성 임피던스를 가변시킨다. 상기 제1 임피던스 변환부(123)는 FET 소자로 구현될 수 있으며, 광 감지부(130) 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합(junction)을 증가시켜서 임피던스를 가변시킬 수 있다.The first impedance converter 123 is connected to a sensor IDT (Inter Digital Transducer) of the first arc SAW 122 and varies the characteristic impedance of the sensor IDT connected based on the output voltage of the light sensor 130 . The first impedance converter 123 may be implemented as an FET device and receives an output voltage of the light sensing unit 130 as a gate driving voltage to increase a PN junction between the drain and the source to vary the impedance have.

상기 광 감지부(130)는 아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 이에 상응하는 전압을 출력한다. 출력된 DC 전압은 상기 제1 임피던스 변환부(123)의 게이트에 입력된다. 이때, 상기 광 감지부(130)는 다양한 종류의 태양 전지(solar cell) 등을 이용하여 구현될 수 있으며, 출력되는 DC 전압의 크기는 입사되는 광의 세기에 비례한다.The light sensing unit 130 senses the light generated by the arc discharge and outputs a corresponding voltage. The output DC voltage is input to the gate of the first impedance converter 123. Here, the light sensing unit 130 may be implemented using various types of solar cells, and the magnitude of the output DC voltage is proportional to the intensity of incident light.

이와 관련하여, 도 4에는 상기 제1 아크 SAW(122), 제1 임피던스 변환부(123) 및 광 감지부(130)로 구성되는 광 감지 모듈의 일 실시예의 구조가 도시되어 있다.In this regard, FIG. 4 shows a structure of an optical sensing module including the first arc SAW 122, the first impedance converter 123, and the optical sensing unit 130.

도 4를 참조하여 예를 들면, 외부의 ECU(200)에서 무전원 무선 통합 센서(100)로 입사된 RF 호출 신호가 안테나(110)로 입사되면 상기 제1 아크 SAW(122)의 전송(transceiver) IDT(142)에서 상기 호출 신호가 표면 탄성파로 역압전 변환(converse piezoelectric conversion)된다. 생성된 표면 탄성파는 제1 아크 SAW(122)의 표면을 기계적으로 진동시키면서 반대편의 센서 IDT(144)까지 전파(propagation) 진행한다.Referring to FIG. 4, when an RF call signal input from the external ECU 200 to the wireless integrated wireless sensor 100 is input to the antenna 110, a transmission (transceiver) of the first arc SAW 122, In the IDT 142, the call signal is converted into a surface acoustic wave by converse piezoelectric conversion. The generated surface acoustic waves are propagated to the opposite sensor IDT 144 while mechanically vibrating the surface of the first arc SAW 122.

상기 표면 탄성파가 센서 IDT(144)에 도달하면 센서 IDT(144)는 표면 탄성파와 반대 방향으로 반사 표면 탄성파를 생성한다. 이때, 생성된 반사 표면 탄성파의 크기는 센서 IDT(144)에 연결된 제1 임피던스 변환부(123)의 임피던스에 영향을 받게 된다. 아래의 식 (1)은 반사 표면 탄성파의 진폭(P11)이 제1 임피던스 변환부(123)의 임피던스(Zload)에 의해 받는 영향 정도를 표시하고 있다. When the surface acoustic wave reaches the sensor IDT 144, the sensor IDT 144 generates a reflection surface acoustic wave in a direction opposite to the surface acoustic wave. At this time, the size of the generated reflection surface acoustic wave is influenced by the impedance of the first impedance converter 123 connected to the sensor IDT 144. The following equation (1) shows the degree of influence that the amplitude P 11 of the reflection surface acoustic wave is affected by the impedance Z load of the first impedance conversion unit 123.

Figure 112014101192238-pat00001
식 (1)
Figure 112014101192238-pat00001
Equation (1)

상기 제1 임피던스 변환부(123)는 FET 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 FET 구조의 소스(source)-드레인(drain)은 상기 센서 IDT(144)의 양단에 연결되고, 게이트(gate)에는 광 감지부(130)의 출력단이 연결될 수 있다.The first impedance converter 123 may be implemented as a FET structure. In this case, a source-drain of the FET structure may be connected to both ends of the sensor IDT 144, and an output terminal of the light sensing unit 130 may be connected to the gate.

제1 임피던스 변환부(123)는 광 감지부(130)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 제어함으로써 임피던스를 조절한다. 외부의 아크 방전에 의한 광 발생시 광 감지부(130)는 입사된 광량에 상응하는 DC 출력 전압을 생성한다.The first impedance converting unit 123 receives the output voltage of the light sensing unit 130 as a gate driving voltage and controls the impedance by controlling the PN junction between the drain and the source. The light sensing unit 130 generates a DC output voltage corresponding to the amount of incident light.

광 감지부(130)의 출력단을 통해 상기 DC 출력 전압이 제1 임피던스 변환부(123)의 게이트로 인가되면, 상기 제1 임피던스 변환부(123)의 임피던스가 변조되고 이로 인해 상기 제1 임피던스 변환부(123)에 연결된 상기 센서 IDT(144)에서 생성되는 반사 표면 탄성파의 크기가 변화된다.When the DC output voltage is applied to the gate of the first impedance conversion unit 123 through the output terminal of the light sensing unit 130, the impedance of the first impedance conversion unit 123 is modulated, The size of the reflection surface acoustic wave generated in the sensor IDT 144 connected to the part 123 is changed.

생성된 반사 표면 탄성파는 크기가 변화된 상태로 전송 IDT(142) 방향으로 전파되고, 전송 IDT(142)에서 압전 효과에 의해 표면 탄성파가 RF 신호로 변환된다. 변환된 RF 신호는 응답 신호로서 상기 안테나(110)를 통해 공기 중으로 전파되고, 외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하여 복조 과정을 거친 후 광 감지부(130)의 센싱 값을 연산함으로써 광 감지부(130)에서의 광 감지 여부를 판단하고 이를 통해 아크 발생 여부를 확인할 수 있다.The generated reflection surface acoustic wave is propagated in the direction of the transmission IDT 142 in a changed size, and the surface acoustic wave is converted into an RF signal by the piezoelectric effect in the transmission IDT 142. The converted RF signal is propagated as a response signal through the antenna 110 to the air, and the external ECU 200 receives the response signal, demodulates the signal, and calculates a sensing value of the optical sensing unit 130 It is determined whether or not light is sensed by the light sensing unit 130 and it is possible to confirm whether an arc is generated or not.

다시 도 3을 참조하면, 상기 제2 아크 SAW(124)는 스파크 감지를 이용한 아크 센서 장치로 사용이 가능하도록 하는 주요한 전송 매체로 사용된다. 제2 마크 SAW(124)는 안테나(110)로부터 수신된 호출 신호를 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시키고, 표면 탄성파에 대한 반사 표면 탄성파를 생성하여 이를 안테나(110)로 전달한다. 이 과정에서 제2 아크 SAW(124)는 대역 통과 필터(127)를 통해 검출된 특정 주파수 대역의 백색잡음을 기초로 상기 반사 표면 탄성파의 진폭을 변환할 수 있다.Referring again to FIG. 3, the second arc SAW 124 is used as a main transmission medium that can be used as an arc sensor device using spark detection. The second mark SAW 124 converts a call signal received from the antenna 110 into a surface acoustic wave by an inverse piezoelectric effect, generates a surface acoustic wave for a surface acoustic wave, and transmits the surface acoustic wave to the antenna 110. In this process, the second arc SAW 124 can convert the amplitude of the reflection surface acoustic wave based on the white noise of the specific frequency band detected through the band-pass filter 127.

상기 제2 임피던스 변환부(125)는 제2 아크 SAW(124)의 센서 IDT에 연결되어, RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 기초로 연결된 센서 IDT의 특성 임피던스를 가변시킨다. 제2 임피던스 변환부(125)도 상기 제1 임피던스 변환부(123)와 마찬가지로 FET 소자로 구현될 수 있으며, RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 증가시켜서 임피던스를 가변시킬 수 있다.The second impedance converter 125 is connected to the sensor IDT of the second arc SAW 124 and varies the characteristic impedance of the sensor IDT connected to the RF-DC converter 126 based on the output voltage of the RF-DC converter 126. The second impedance converter 125 may be implemented as an FET device in the same manner as the first impedance converter 123. The second impedance converter 125 receives the output voltage of the RF-DC converter 126 as a gate driving voltage, The impedance can be varied by increasing the PN junction.

대역 통과 필터(band pass filter)(127)는 아크 방전(스파크)에 의한 백색 잡음에서 특정 주파수 대역을 필터링하여 후단의 RF-DC 변환부(126)로 전달한다.A band pass filter 127 filters a specific frequency band from white noise caused by an arc discharge (spark) and transmits the filtered signal to a subsequent RF-DC converting unit 126.

이와 관련하여, 도 6에는 아크 발생시 수반되는 스파크에 의해 발생되는 백색잡음의 주파수 대역에 따른 전계 강도(electric field strength)가 표시되어 있다.In this regard, FIG. 6 shows the electric field strength according to the frequency band of the white noise generated by the spark in the arc generation.

도 6을 참조하여 설명하면, 그래프 A는 부스바에서 아크가 발생된 때의 아크 방전에 의한 백색잡음 스펙트럼이며, 그래프 B는 정상 상태에서의 배경잡음 스펙트럼을 표시하고 있다. 상기 그래프에서 알 수 있듯이, 부스바에서 직렬아크가 발생한 경우에 주파수 30MHz ~ 100MHz 대역의 전계강도가 배경잡음에 비해 매우 높게 나타난다.Referring to FIG. 6, a graph A is a white noise spectrum due to an arc discharge when an arc is generated in a bus bar, and a graph B shows a background noise spectrum in a steady state. As can be seen from the graph, when a series arc occurs in the busbar, the electric field intensity in the frequency band of 30 MHz to 100 MHz is much higher than the background noise.

상기 대역 통과 필터(127)는 특정 주파수 대역, 예를 들어, 도 6의 P와 같이 80MHz 대역의 주파수를 필터링하여 후단의 RF-DC 변환부(126)로 전달한다.The band-pass filter 127 filters a frequency in a specific frequency band, for example, the 80 MHz band as shown in P in FIG. 6, and transmits the filtered signal to the RF-DC converting unit 126 in the subsequent stage.

상기 RF-DC 변환부(126)는 입력된 특정 주파수 대역의 신호를 DC 레벨로 변환하여 출력한다. 출력된 DC 전압은 상기 제2 임피던스 변환부(125)의 게이트에 입력된다. 이때, 상기 RF-DC 변환부(126)는 쇼트키(schottky) 다이오드 등을 이용하여 구현될 수 있으며, 출력되는 DC 전압의 크기는 입력되는 주파수 신호의 세기에 비례한다.The RF-to-DC converter 126 converts the inputted signal of a specific frequency band into a DC level and outputs the DC level. The output DC voltage is input to the gate of the second impedance converter 125. At this time, the RF-DC converter 126 may be implemented using a Schottky diode, and the magnitude of the DC voltage to be output is proportional to the intensity of the input frequency signal.

이와 관련하여, 도 5에는 상기 제2 아크 SAW(124), 제2 임피던스 변환부(125), RF-DC 변환부(126) 및 대역 통과 필터(127)로 구성되는 스파크 감지 모듈의 일 실시예의 구조가 도시되어 있다.5 shows an example of a spark detection module including the second arc SAW 124, the second impedance converter 125, the RF-DC converter 126, and the band- Structure is shown.

도 5를 참조하여 설명하면, 외부의 ECU(200)에서 무전원 무선 통합 센서(100)로 입사된 RF 호출 신호가 안테나(110)로 입사되면, 상기 제2 아크 SAW(124)의 전송 IDT(146)에서 상기 호출 신호가 표면 탄성파로 역압전 변환된다. 생성된 표면 탄성파는 제2 아크 SAW(124)의 표면을 기계적으로 진동시키면서 반대편의 센서 IDT(148)까지 전파 진행한다.5, when an RF call signal input to the wireless integrated sensor 100 from the external ECU 200 is input to the antenna 110, the transmission IDT 146 of the second arc SAW 124 ), The call signal is subjected to an inverse piezoelectric transformation to a surface acoustic wave. The generated surface acoustic waves propagate to the opposite sensor IDT 148 while mechanically vibrating the surface of the second arc SAW 124.

상기 표면 탄성파가 센서 IDT(148)에 도달하면 센서 IDT(148)는 표면 탄성파와 반대 방향으로 반사 표면 탄성파를 생성한다. 이때, 생성된 반사 표면 탄성파의 크기는 센서 IDT(148)에 연결된 제2 임피던스 변환부(125)의 임피던스에 영향을 받게 된다. When the surface acoustic wave reaches the sensor IDT 148, the sensor IDT 148 generates a reflection surface acoustic wave in a direction opposite to the surface acoustic wave. At this time, the size of the generated reflection surface acoustic wave is affected by the impedance of the second impedance converter 125 connected to the sensor IDT 148.

상기 제2 임피던스 변환부(125)는 상기 제1 임피던스 변환부(123)과 마찬가지로 FET 구조로 구현될 수 있으며, 상기 FET구조의 소스-드레인은 상기 센서 IDT(148)의 양단에 연결되고, 게이트에는 RF-DC 변환부(126)의 출력단이 연결될 수 있다.The second impedance conversion unit 125 may be implemented in a FET structure similar to the first impedance conversion unit 123. The source and drain of the FET structure are connected to both ends of the sensor IDT 148, An output terminal of the RF-DC converting unit 126 may be connected.

상기 제2 임피던스 변환부(125)는 RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 제어함으로써 임피던스를 조절한다. 상기 RF-DC 변환부(126)는 대역 통과 필터(127)로부터 아크 방전에 의한 백색잡음에서 필터링된 특정 대역의 주파수 신호를 입력받아 DC 전압을 출력한다.The second impedance converter 125 receives the output voltage of the RF-DC converter 126 as a gate driving voltage and controls the impedance by controlling the PN junction between the drain and the source. The RF-DC converting unit 126 receives a frequency signal of a specific band filtered from the white noise due to arc discharge from the band-pass filter 127, and outputs a DC voltage.

RF-DC 변환부(126)의 출력단을 통해 상기 DC 출력 전압이 제2 임피던스 변환부(125)의 게이트로 인가되면, 제2 임피던스 변환부(125)의 임피던스가 변조되고, 이로 인해 상기 제2 임피던스 변환부(125)에 연결된 상기 센서 IDT(148)에서 생성되는 반사 표면 탄성파의 크기가 변화된다.When the DC output voltage is applied to the gate of the second impedance conversion unit 125 through the output terminal of the RF-DC conversion unit 126, the impedance of the second impedance conversion unit 125 is modulated, The size of the reflection surface acoustic wave generated by the sensor IDT 148 connected to the impedance conversion unit 125 is changed.

생성된 반사 표면 탄성파는 크기가 변화된 상태로 전송 IDT(146) 방향으로 전파되고, 전송 IDT(146)에서 압전 효과에 의해 표면 탄성파가 RF 신호로 변환되어, 상기 안테나(110)를 통해 응답 신호로서 외부로 전파되고, 외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호 기초로 아크 방전 여부를 확인할 수 있다.
The generated reflection surface acoustic wave is propagated in the direction of the transmission IDT 146 with the size changed, and the surface acoustic wave is converted into an RF signal by the piezoelectric effect at the transmission IDT 146, And the external ECU 200 can confirm whether or not the arc discharge has occurred based on the response signal.

도 7에는 본 발명의 무전원 무선 통합 센서(100)의 다른 실시예가 도시되어 있다.FIG. 7 shows another embodiment of the wireless power integrated wireless sensor 100 of the present invention.

도 7을 참조하면, 통합 센서 모듈(120)은 도 3의 통합 센서 모듈(120)과 비교하여 온도 감지 모듈인 온도 SAW 트랜스폰더(이하, 온도 SAW)(121)를 더 포함한다. 이하 설명에서 전술된 것과 중복되는 내용은 생략한다.Referring to FIG. 7, the integrated sensor module 120 further includes a temperature SAW transponder (hereinafter referred to as a temperature SAW) 121 which is a temperature sensing module as compared with the integrated sensor module 120 of FIG. Hereinafter, the same elements as those described above will be omitted.

상기 온도 SAW(121)는 안테나(110)에서 수신된 호출 신호를 전송 IDT에서 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시킨다. 변환된 표면 탄성파는 압전 기판의 양방향으로 전파 진동한다.The temperature SAW 121 converts the paging signal received by the antenna 110 into a surface acoustic wave by an inverse piezoelectric effect in the transmission IDT. The converted surface acoustic waves propagate in both directions of the piezoelectric substrate.

이때, 표면 탄성파의 탄성 에너지(elastic energy)는 공진 주파수에서 최대가 되는데, 상기 공진 주파수는 온도 SAW(121)의 온도에 의해 가변될 수 있다. 구체적으로, 주변의 온도에 의해 온도 SAW(121)의 압전 기판의 길이가 열팽창하게 되며, 이는 표면 탄성파의 군속도(group velocity)를 변화시킨다. 표면 탄성파의 군속도의 변화는 표면 탄성파의 공진 주파수의 변화를 유도한다.At this time, the elastic energy of the surface acoustic wave becomes a maximum at the resonance frequency, and the resonance frequency can be varied by the temperature of the temperature SAW 121. Specifically, the length of the piezoelectric substrate of the temperature SAW 121 thermally expands due to the ambient temperature, which changes the group velocity of the surface acoustic wave. The change of the group velocity of the surface acoustic wave induces the change of the resonant frequency of the surface acoustic wave.

공진 주파수가 변환된 표면 탄성파의 탄성 에너지는 압전 효과에 의해 공진 주파수 정보가 포함된 전파 에너지로 변환되며, 변환된 전파 에너지는 상기 안테나(110)를 통해 응답 신호(echo signal)로서 외부로 반송된다.The elastic energy of the surface acoustic wave transformed with the resonance frequency is converted into a radio wave energy including the resonance frequency information by the piezoelectric effect and the converted radio wave energy is returned to the outside as an echo signal through the antenna 110 .

외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하고 이를 분석하여 온도 SAW(121)에 작용된 온도의 실제 값을 연산할 수 있다.The external ECU 200 can receive the response signal and analyze it to calculate the actual value of the temperature applied to the temperature SAW 121. [

도 8에는 이러한 응답 신호의 공진 주파수와 온도와의 관계를 도시하고 있다.Fig. 8 shows the relationship between the resonance frequency and the temperature of the response signal.

도 8에서 알 수 있듯이, 온도에 따른 온도 SAW(121)의 공진주파수 응답 특성은 넓은 영역에서 선형적인 특성을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 온도 SAW(121)로부터 수신된 응답 신호의 공진 주파수를 파악함으로써 응답 신호가 송출된 시점의 온도를 정확히 파악할 수 있다.
As can be seen from FIG. 8, the resonance frequency response characteristic of the temperature SAW 121 according to the temperature has a linear characteristic in a wide region. Therefore, by grasping the resonance frequency of the response signal received from the temperature SAW 121, the temperature at the time when the response signal is transmitted can be grasped accurately.

도 9는 도 2의 무전원 무선 통합 센서를 이용한 이상 감지 방법을 도시한 흐름도이다. 이하 설명에서 전술된 것과 중복되는 내용은 생략한다.FIG. 9 is a flowchart illustrating an anomaly detection method using the wireless integrated wireless sensor of FIG. Hereinafter, the same elements as those described above will be omitted.

먼저, 외부의 ECU(200)에서 RF 호출 신호를 생성하고 이를 시간/주파수 변조하여 외부로 송출한다(S10 ~ S30). 상기 호출 신호의 송신은 일정 간격으로 주기적으로 수행될 수 있으며 관리자가 수동으로 송출할 수도 있다.First, the external ECU 200 generates an RF call signal, time / frequency modulates it, and transmits it to the outside (S10 to S30). The transmission of the paging signal may be periodically performed at a predetermined interval, or may be manually transmitted by an administrator.

이후, 상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 안테나(110)를 통해 상기 호출 신호를 수신하고, 수신된 호출 신호를 안테나(110)와 연결된 제1 아크 SAW(122), 제2 아크 SAW(124) 및 온도 SAW(121)로 전달한다(S100).The wireless integrated sensor 100 receives the paging signal through the antenna 110 and transmits the received paging signal to the first arc SAW 122, the second arc SAW 124, And the temperature SAW 121 (S100).

각 SAW 트랜스폰더(121, 122, 124)에서는 전달된 호출 신호를 IDT에서 표면 탄성파로 역압전 변환한다(S110). 변환된 표면 탄성파는 압전 기판을 따라 전파 및 반사되는 과정에서 온도 변화나 아크 발생 감지 여부에 따라 표면 탄성파의 공진 주파수 또는 임피던스 변경에 따른 크기가 변조된다(S112, S114, S120).Each of the SAW transponders 121, 122, and 124 reverse-converts the transmitted paging signal from the IDT to a surface acoustic wave (S110). The converted surface acoustic wave is modulated in accordance with the resonance frequency or the impedance change of the surface acoustic wave according to the temperature change or the arc occurrence in the process of propagating and reflecting along the piezoelectric substrate at steps S112, S114 and S120.

이후, 공진 주파수 또는 크기가 변조된 표면 탄성파는 응답 신호로 압전 변환된 후(S130), 주파수 필터링 등의 작업을 수행한 후에 안테나(110)를 통해 외부로 송출된다(S140. S150).Then, the surface acoustic wave modulated with the resonance frequency or the magnitude is piezoelectric-converted into a response signal (S130), and after performing an operation such as frequency filtering, the surface acoustic wave is transmitted to the outside through the antenna 110 (S140).

송출된 응답 신호는 상기 ECU(200)에서 수신되고(S210), 증폭 과정 및 복조 과정을 거친 후(S220), 필요한 센싱값을 추출하여 아크 발생 여부 및 온도 변화를 확인할 수 있다(S230).
The transmitted response signal is received by the ECU 200 in step S210, followed by an amplification process and a demodulation process in step S220, and the sensed value may be extracted to determine whether an arc has occurred and a temperature change in step S230.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 무전원 무선 통합 센서(100)는 고압 차단기와 같은 고전압 전력설비의 사고 예상 지점에 부착되어, 온도 변화 및 아크 발생에 수반되는 밝은 빛 또는 스파크의 발생을 감지하여 아크 발생 여부를 실시간으로 측정하고, 측정된 센싱 전보를 외부의 ECU로 전송하여 설비의 이상 여부를 실시간으로 판단할 수 있는 효과가 있다.As described above, the non-power wireless integrated sensor 100 of the present invention is attached to an expected accident spot of a high voltage electric power equipment such as a high voltage circuit breaker, detects a bright light or spark caused by a temperature change and an arc, It is possible to measure in real time whether or not an abnormality has occurred, and transmit the measured sensing data to an external ECU so that the abnormality of the equipment can be judged in real time.

또한, 본 발명의 무전원 무선 통합 센서(100)는 온도 변화나 아크 발생 여부를 실시간으로 파악하면서도 별도의 전력원을 제공할 필요가 없으며 무선으로 정보의 송수신이 이뤄지므로 원격 제어 및 감지가 용이하고 설치 장소의 제약성 등의 문제점을 해소할 수 있다.
In addition, since the wireless integrated sensor 100 according to the present invention can detect the temperature change or arc occurrence in real time, it does not need to provide a separate power source and transmits and receives information wirelessly, It is possible to solve the problems such as limitation of the place.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부;
상기 호출 신호를 제1 표면 탄성파로 변환하고, 아크 방전에 의한 광 발생이 감지되면 임피던스의 조절을 통해 상기 제1 표면 탄성파의 진폭을 변조하여 광 응답 신호를 생성하는 광 감지 모듈; 및
상기 호출 신호를 제2 표면 탄성파로 변환하고, 아크 방전에 의해 발생된 백색잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호가 검출되면 임피던스를 조절하여 상기 제2 표면 탄성파의 진폭을 변조하여 스파크 응답 신호를 생성하는 스파크 감지 모듈;을 포함하고,
상기 광 감지 모듈은,
상기 제1 표면 탄성파가 전파되면 임피던스에 따라 크기가 변화된 제1 반사 표면 탄성파를 상기 제1 표면 탄성파의 전파 방향과 반대 방향으로 발생시키는 제1 압전 변환부;
외부의 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부; 및
상기 출력 전압을 기초로 상기 제1 압전 변환부의 임피던스를 조절하는 임피던스 변환부를 포함하는,
무전원 무선 통합 센서.A paging signal receiving unit for receiving a paging signal;
A light sensing module for converting the call signal into a first surface acoustic wave and generating an optical response signal by modulating the amplitude of the first surface acoustic wave by adjusting an impedance when light is generated by arc discharge; And
When the spark signal of the specific frequency band is detected from the white noise generated by the arc discharge, the spark response signal is generated by modulating the amplitude of the second surface acoustic wave by adjusting the impedance A spark detection module,
The light sensing module includes:
A first piezoelectric transducer for generating a first reflection surface acoustic wave whose magnitude is changed according to an impedance when the first surface acoustic wave propagates in a direction opposite to a propagation direction of the first surface acoustic wave;
A light sensing unit for sensing external light generation and outputting a corresponding voltage; And
And an impedance converter for adjusting an impedance of the first piezoelectric transducer based on the output voltage.
Wireless sensorless wireless sensor. 제 10 항에 있어서,
상기 호출 신호를 제3 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 제3 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지 모듈을 더 포함하는,
무전원 무선 통합 센서.11. The method of claim 10,
Further comprising a temperature sensing module for converting the call signal to a third surface acoustic wave and converting the third surface acoustic wave having a changed frequency of oscillation according to an external temperature change to a temperature response signal,
Wireless sensorless wireless sensor. 삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 스파크 감지 모듈은,
상기 제2 표면 탄성파가 전파되면 임피던스에 따라 크기가 변화된 제2 반사 표면 탄성파를 상기 제2 표면 탄성파의 전파 방향과 반대 방향으로 발생시키는 제2 압전 변환부;
상기 백색잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터;
상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부; 및
상기 출력 전압을 기초로 상기 제2 압전 변환부의 임피던스를 조절하는 임피던스 변환부를 포함하는,
무전원 무선 통합 센서.11. The method of claim 10,
The spark detection module includes:
A second piezoelectric transducer for generating a second reflection surface acoustic wave whose magnitude is changed in accordance with an impedance when the second surface acoustic wave propagates in a direction opposite to a propagation direction of the second surface acoustic wave;
A band pass filter for detecting a spark signal in a specific frequency band from the white noise;
An RF-to-DC converter for converting the spark signal into a corresponding output voltage and outputting the output voltage; And
And an impedance converter for adjusting an impedance of the second piezoelectric transducer based on the output voltage.
Wireless sensorless wireless sensor.
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