KR101650188B1 - 무전원 무선 통합 센서 - Google Patents
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Abstract
전력 시설에 설치되어 설비의 이상징후를 파악하기 위한 무전원 무선 통합 센서가 제공된다. 상기 무전원 무선 통합 센서는, 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer), 가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부, 상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부, 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT, 아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 그리고 상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 광 감지부의 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 한다.
Description
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.
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.
이러한 상태진단 관리 시스템이 요구되는 산업용 설비에는 디젤 발전기나 선박 엔진 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.
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.
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.
또한, 본 발명은 고압 전력설비에서 아크가 발생된 경우에 이를 실시간으로 감지함과 동시에, 아크 발생에 동반되는 온도 상승을 감지하여 전력 설비의 이상 발생여부를 정확히 파악할 수 있는 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무전원으로 구동되며 실시간으로 무선 계측이 가능한 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무전원 무선 통합 센서는, 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer)와, 가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부와, 상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부와, 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT와, 아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 그리고 상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 광 감지부의 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 한다.
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.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 광 감지부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조일 수 있다.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무전원 무선 통합 센서는, 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer)와, 가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부와, 상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부와, 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT와, 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 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 변환된 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관 관계(auto-correlation) 관계가 성립되면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 한다.
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.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 RF-DC 변환부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 RF-DC 변환부는 상기 스파크 신호를 정류하여 DC 전압으로 출력하기 위한 하나 이상의 쇼트키(schottky) 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조일 수 있다.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부와, 상기 호출 신호를 제1 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 방전에 의한 광 발생 여부에 기초하여 설정된 제1 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 제1 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 위상 변조된 상기 제1 표면 탄성파를 출력하는 광 감지 모듈, 그리고 상기 호출 신호를 제2 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 발생에 의한 스파크 발생 여부에 기초하여 설정된 제2 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 제2 가변 코드 간에 자기상관 관계가 성립하면 위상 변조된 상기 제2 표면 탄성파를 출력하는 스파크 감지 모듈을 포함한다.
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.
여기서, 상기 광 감지 모듈은, 상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 제1 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제1 표면 탄성파를 위상 변조하는 제1 위상 변조부, 외부의 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 및 상기 출력 전압을 기초로 상기 제1 가변 코드를 설정하는 제1 임피던스 변환부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스파크 감지 모듈은, 상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 제2 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제2 표면 탄성파를 위상 변조하는 제2 위상 변조부, 상기 백색 잡음으로부터 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 가변 코드를 설정하는 제2 임피던스 변환부를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
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.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 무전원 구동으로 배터리를 사용하지 않으면서 무선 계측이 가능하여 센싱값을 실시간으로 계측할 수 있게 된다.
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.
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 흐름도
도 10 및 11은 도 2의 무전원 무선 통합 센서에서 자기상관 성립/미성립에 따른 응답 해석 및 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프
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 흐름도
도 10 및 11은 도 2의 무전원 무선 통합 센서에서 자기상관 성립/미성립에 따른 응답 해석 및 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프
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.
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.
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.
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.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 무전원 통합 센서를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 무선 통합 센서의 사용 상태도이다.
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.
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 기초로 상기 표면 탄성파를 변조한 후에 이를 다시 고주파 반사 신호(SAW echo signal, 이하 응답 신호라고 함)로 압전 변환하여 외부의 ECU(200)로 송출한다.
여기서, 상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 외부에서의 아크 발생 여부를 판단하기 위하여, 아크 발생에 수반되는 광 또는 스파크를 감지하거나 또는 아크 방전에 의한 시설 주변의 온도 상승을 감지할 수 있다.
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 무선으로 센싱 정보의 전송이 가능하므로 장소적 제한이 없으며 유지 보수가 용이한 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 무전원 무선 통합 센서(100)의 일 실시예의 개략적인 외형도이다.
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. 상기 안테나(110)는 ECU(200)로부터의 호출 신호를 수신하는 수신 안테나 및 센싱 정보를 기초로 변조된 응답 신호를 송신하는 송신 안테나를 포함한다.
도 3에는 상기 통합 센서 모듈(120) 및 이에 연결되는 안테나(110), 광 감지부(130)의 세부 구조가 도시되어 있다.
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.
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. 이때. 상기 호출 신호는 페이지 변조(page modulation)된 복수의 디지트(digit)의 부호(이하, 호출 부호)를 포함한다.
상기 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 송출하기 위하여 별도의 송신 안테나를 더 구비할 수 있다.
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 변환시킨다.
이때, 상기 제1 아크 SAW(122)는 상기 호출 부호를 광 감지부(130)에서의 아크 발생에 따른 광 발생의 감지 여부를 기초로 설정된 가변 코드(variable codes)와 비교하여, 상기 호출 신호에 포함된 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 표면 탄성파를 위상 변조할 수 있다.
상기 제1 임피던스 변환부(123)는 가변 코드를 설정하기 위한 복수의 디지털 스위치(digitized switch) 중 임의의 하나에 연결되어, 광 감지부(130)의 출력 전압을 기초로 연결된 디지털 스위치를 온-오프 동작시켜서 가변 코드의 해당 디지트 값을 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.
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.
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.
도 4를 참조하여 예를 들면, 외부의 ECU(200)에서 무전원 무선 통합 센서(100)로 입사된 RF 호출 신호가 수신 안테나(110)로 입사되면, 상기 제1 아크 SAW(122)의 수신(receiver) IDT(142)에서 상기 호출 신호가 표면 탄성파로 역압전 변환(converse piezoelectric conversion)된다. 이때, 상기 RF 호출 신호는 복수 디지트로 이루어진 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 신호일 수 있다. 도 4에서는 상기 호출 부호 h(t)가 '1011'의 이진 값을 가진다고 예시한다.
생성된 표면 탄성파는 상기 호출 부호에 맞게 위상 변환되어 제1 아크 SAW(122)의 압전 기판의 표면을 기계적으로 진동시키며 반대편의 전송(transceiver) IDT(146)까지 전파(propagation) 진행한다.
상기 수신 IDT(142)와 전송 IDT(146)의 사이에는 위상 변조부(144)가 배치된다. 상기 위상 변조부(144)는 전송되는 표면 탄성파에 대한 위상 복조(BPSK: Bi Phase Shift Keying)를 수행할 수 있도록 디지털 신호 처리가 가능한 복수 개의 변환 IDT로 구성된다.
상기 변환 IDT는 가변 코드 설정부(148)에 구비된 복수 개의 디지털 스위치와 1대1 매칭되도록 연결되며, 복수의 디지털 스위치에 설정된 BPSK 코드값에 따라 상기 변환 IDT를 통과하는 표면 탄성파의 성질을 변화시킨다. 이러한 디지털 스위치는 가변 코드 설정부(148)에서 설정된 가변 코드의 값에 따라 온(on)/오프(off) 중 어느 하나의 상태에 위치할 수 있으며, 각각의 상태에서 상기 디지털 스위치 값은 '0' 또는 '1'을 대표한다.
상기 위상 변조부(144)는 가변 코드 설정부(148)를 통해 설정된 가변 코드와 수신된 호출 부호가 일치하여 자기 상관이 성립된 경우에, 일정 시간에서 상관 피크(correlation peak)가 발생되도록 한다. 예를 들어, 도 4에서, 설정된 가변 코드가 '1011'이며 수신된 호출 부호가 '1011'인 경우, 도 10(a)에 도시된 것처럼 상호상관이 형성되므로 특정 시간에 큰 신호(correlation)가 출력되며, 설정된 가변 코드가 수신된 호출 부호 '1011'과 동일하지 않은 경우, 도 11(a)에 도시된 것처럼 상호상관이 형성되지 않으므로 큰 신호가 발생되지 않는다.
상기 표면 탄성파가 전송 IDT(146)에 도달하면 전송 IDT(146)는 표면 탄성파를 고주파 응답 신호로 압전 변환하고 이를 송신 안테나(112)를 통해 외부로 송출한다. 외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하여 복조 과장을 거친 후 상기 상관 피크(correlation peak)가 검출되는지 여부를 판단하고 이를 통해 아크 발생 여부를 확인할 수 있다.
상기 제1 임피던스 변환부(123)는 FET 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 FET 구조의 소스(source)-드레인(drain)은 상기 가변 코드 설정부(148)의 복수의 디지털 스위치 중에서 임의의 디지털 스위치에 연결되고, 게이트(gate)에는 광 감지부(130)의 출력단이 연결될 수 있다.
제1 임피던스 변환부(123)는 광 감지부(130)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 제어함으로써 임피던스를 조절하고 스위치로서 동작한다.
도 4를 참조하여 예를 들면, 외부의 아크 방전에 의한 광 발생시 광 감지부(130)는 입사된 광량에 상응하는 DC 출력 전압을 생성한다. 광 감지부(130)의 출력단을 통해 상기 DC 출력 전압이 제1 임피던스 변환부(123)의 게이트로 인가되면, 제1 임피던스 변환부(123)의 임피던스가 변조되고, 상기 제1 임피던스 변환부(123)가 연결된 가변 코드 설정부(148)의 두 번째 디지털 스위치 스위치를 open 시켜서 '0' 상태로 동작시킨다.
반대로, 광 발생이 감지되지 않은 상태에서는 제1 임피던스 변환부(123)의 게이트에 구동 전압이 인가되지 않으므로 소스-드레인 간의 임피던스 변조가 수행되지 않으며, 상기 제1 임피던스 변환부(123) 가 연결된 가변 코드 설정부(148)의 두 번째 디지털 스위치를 short 시켜서 '1' 상태로 동작시킨다.
따라서, 아크 발생에 의해 광이 감지된 경우, 가변 코드 설정부(148)에서 설정되는 가변 코드는 '1011'값을 가지게 되며, 수신된 호출 부호가 '1011'로서 상기 가변 코드와 상관 관계가 형성되므로, 위상 변조부(144)는 임의의 시간에 큰 피크(correlation peak)를 출력시킨다.
도 10 및 11에서, 호출 부호와 가변 코드가 일치하는 경우에 특정 시간에서 도 10(a)와 같이 큰 피크 신호가 출력되며, 일치하지 않는 경우에는 도 11(a)와 같이 큰 피크가 출력되지 않음을 알 수 있다. 이는 도 10(b) 및 도 11(b)의 시뮬레이션 결과 그래프를 통해서도 확인할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 제2 아크 SAW(124)는 스파크 감지를 이용한 아크 센서 장치로 사용이 가능하도록 하는 주요한 전송 매체로 사용된다. 제2 아크 SAW(124)는 안테나(110)로부터 수신된 호출 신호를 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시킨다. 이때, 상기 제2 아크 SAW(124)는 진행 위상 변환형(transverse phase-shift) 방식으로 구동되며, 이 경우, 반사 표면 탄성파를 최대한 억제하기 위하여 SPUDT(single phase unit directional transducer) 구조를 채택하는 것이 바람직하다.
이 과정에서 제2 아크 SAW(124)는 대역 통과 필터(127)를 통해 검출된 특정 주파수 대역의 백색 잡음을 기초로 설정된 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 신호에 포함된 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기 상관이 형성되면 상기 표면 탄성파를 위상 변조할 수 있다.
상기 제2 임피던스 변환부(125)는 가변 코드를 설정하기 위한 복수의 디지털 스위치 중 어느 하나에 연결되어, RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 기초로 연결된 디지털 스위치를 온-오프 동작시켜서 가변 코드의 해당 디지트 값을 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.
상기 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.
이와 관련하여, 도 6에는 아크 발생시 수반되는 스파크에 의해 발생되는 백색잡음의 주파수 대역에 따른 전계 강도(electric field strength)가 표시되어 있다.
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.
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.
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.
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.
도 5를 참조하여 설명하면, 외부의 ECU(200)에서 무전원 무선 통합 센서(100)로 입사된 RF 호출 신호가 수신 안테나(110)로 입사되면, 상기 제2 아크 SAW(124)의 수신 IDT(152)에서 상기 호출 신호가 표면 탄성파로 역압전 변환된다. 이때, 상기 RF 호출 신호는 복수의 디지트로 이루어진 호출 부호가 페이지 변조(PM)된 신호일 수 있다. 도 5에서는 상기 호출 부호 h(t)가 '1001'의 이진 값을 가지는 것으로 예시한다.
생성된 표면 탄성파는 상기 호출 부호에 맞게 위상 변환되어 제2 아크 SAW(124)의 압전 기판의 표면을 기계적으로 진동시키면서 반대편의 전송 IDT(156)까지 전파 진행한다.
상기 수신 IDT(152)와 전송 IDT(156)의 사이에는 위상 변조부(154)가 배치된다. 상기 위상 변조부(154)는 전송되는 표면 탄성파에 대한 위상 복조(BPSK)를 수행할 수 있도록 디지털 신호 처리가 가능한 복수 개의 변환 IDT를 포함하여 구성된다.
상기 변환 IDT는 가변 코드 설정부(158)에 구비된 복수 개의 디지털 스위치와 1대1 매칭되도록 연결되며, 복수의 디지털 스위치에 설정된 BPSK 코드 값(가변 코드값)에 따라 상기 변환 IDT를 통과하는 표면 탄성파의 성질을 변화시킨다. 상기 디지털 스위치는 가변 코드 설정부(158)에서 설정된 가변 코드의 값에 따라 온(on)/오프(off) 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있으며, 각각의 상태에서 상기 디지털 스위치 값은 '0' 또는 '1'을 대표한다.
상기 위상 변조부(154)는 가변 코드 설정부(158)를 통해 설정된 가변 코드와 수신된 호출 부호가 일치하여 자기 상관이 성립된 경우에, 일정 시간에 상관 피크가 출력되도록 한다.
상기 표면 탄성파가 전송 IDT(156)에 도달하면, 전송 IDT(156)는 표면 탄성파를 고주파 응답 신호로 압전 변환하고, 이를 송신 안테나(112)를 통해 외부로 송출한다. 외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하고 복조 과정을 거친 후 상기 상관 피크가 검출되었는지 여부를 기초로 아크 발생 여부를 확인할 수 있다.
상기 제2 임피던스 변환부(125)는 상기 제1 임피던스 변환부(123)과 마찬가지로 FET 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 FET구조의 소스-드레인은 상기 가변 코드 설정부(158)의 이의의 디지털 스위치에 연결되고, 게이트에는 RF-DC 변환부(126)의 출력단이 연결될 수 있다.
제2 임피던스 변환부(125)는 RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 제어함으로써 임피던스를 조절하고 스위치로서 동작한다.
도 5를 참조하여 예를 들면, 상기 RF-DC 변환부(126)는 대역 통과 필터(127)로부터 아크 방전에 의한 백색잡음에서 필터링된 특정 대역의 주파수 신호를 입력받아 DC 전압을 출력한다.
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, 상기 제2 임피던스 변환부(125)가 연결된 가변 코드 설정부(158)의 두 번째 디지털 스위치를 open 시켜서 '0' 상태로 동작시킨다.
반대로, 스파크 발생이 감지되지 않은 상태에서는 제2 임피던스 변환부(125)의 게이트에 구동 전압이 인가되지 않으므로, 소스-드레인 간의 임피던스가 변하지 않으며, 소스-드레인 양단에 연결된 두 번째 디지털 스위치를 short 시켜서 '1' 상태로 동작시킨다.
따라서, 아크 발생에 따라 스파크가 발생되는 경우에, 가변 코드 설정부(158)에서 설정되는 가변 코드는 '1001' 값을 가지게 되며, 수신된 호출 부호가 '1001'로서 상기 가변 코드와 상관 관계가 형성되므로, 상기 위상 변조부(154)는 임의의 시간에 큰 피크를 출력시킨다.
도 7에는 본 발명의 무전원 무선 통합 센서(100)의 다른 실시예가 도시되어 있다.
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.
상기 온도 SAW(121)는 수신 안테나(110)에서 수신된 호출 신호를 전송 IDT에서 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시킨다. 변환된 표면 탄성파는 압전 기판의 양방향으로 전파 진동한다.
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.
공진 주파수가 변환된 표면 탄성파의 탄성 에너지는 압전 효과에 의해 공진 주파수 정보가 포함된 전파 에너지로 변환되며, 변환된 전파 에너지는 상기 수신 안테나(110)를 통해 응답 신호(echo signal)로서 외부로 반송된다.
외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하고 이를 분석하여 온도 SAW(121)에 작용된 온도의 실제 값을 연산할 수 있다.
도 8에는 이러한 응답 신호의 공진 주파수와 온도와의 관계를 도시하고 있다.
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.
도 9는 도 2의 무전원 무선 통합 센서를 이용한 이상 감지 방법을 도시한 흐름도이다. 이하 설명에서 전술된 것과 중복되는 내용은 생략한다.
먼저, 외부의 ECU(200)에서 RF 호출 신호를 생성하고 이를 시간/주파수 변조하여 외부로 송출한다(S10 ~ S30). 상기 호출 신호에는 특정 호출 부호가 페이지 변조(PM)될 수 있다. 예를 들어, 상기 ECU(200)는 광 검출 여부를 파악하기 위하여 도 4에 예시된 것처럼 호출 부호 '1011'을 PM 변조하여 호출 신호를 생성할 수 있으며, 스파크 검출 여부를 파악하기 위하여 도 5에 예시된 것처럼 호출 부호 '1001'을 PM 변조하여 호출 신호를 생성할 수 있다. 상기 호출 신호의 송신은 일정 간격으로 주기적으로 수행될 수 있으며 관리자가 수동으로 송출할 수도 있다.
이후, 상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 수신 안테나(110)를 통해 상기 호출 신호를 수신하고, 수신된 호출 신호를 수신 안테나(110)와 연결된 제1 아크 SAW(122), 제2 아크 SAW(124) 및 온도 SAW(121)로 전달한다(S100).
각 SAW 트랜스폰더(121, 122, 124)에서는 전달된 호출 신호를 수신 IDT에서 표면 탄성파로 역압전 변환한다(S110).
우선, 온도 SAW(121)는 주위의 온도 변화에 따라 압전 기판의 길이가 열팽창하게 되어, 압전 기판 상에 전파되는 표면 탄성파의 군속도를 변화시키며, 이는 다시 표면 탄성파의 공진 주파수를 변화시킨다(S120, S125).
한편, 상기 제1 아크 SAW(122) 및 제2 아크 SAW(124)로 전달된 호출 신호는 수신 IDT에 의해 표면 탄성파로 역압전 변환되어 반대편의 전송 IDT 방향으로 전파된다. 이때, 위상 변조부는 상기 호출 신호의 호출 부호와 가변 코드 설정부에서 설정된 가변 코드를 비교하여(S150), 가변 코드와 호출 부호가 일치하면(S160), 즉 자기 상관이 성립하면 최대 피크(correlation peak)를 가지는 표면 탄성파를 출력하고(S175), 자기 상관이 성립하지 않으면 최대 피크를 가지지 않는 표면 탄성파를 출력하도록 위상 변조한다(S170).
이때, 상기 가변 코드는 아크 발생에 수반되는 광 또는 스파크의 발생 여부를 감지하고, 감지된 광 발생 또는 스파크 발생 여부에 기초하여 가변 코드의 임의의 디지트의 값을 설정한 것이다(S130, S140).
이후, 온도 변화에 따라 공진 주파수가 변화되거나, 광 또는 스파크의 감지에 의해 최대 피크를 갖도록 위상 변조된 표면 탄성파는 전송 IDT를 통해 고주파 응답 신호로 압전 변환된 후 송신 안테나를 통해 외부로 송출된다(S180, S190).
송출된 응답 신호는 상기 ECU(200)에서 수신되고(S200), 증폭 과정 및 복조 과정을 거친 후(S210), 필요한 센싱값을 추출하여 아크 발생 여부 및 온도 변화를 확인할 수 있다(S220).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 무전원 무선 통합 센서는 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.
또한, 본 발명의 무전원 무선 통합 센서는 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.
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.
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.
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.
Claims (15)
- 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer);
가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부;
상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부;
상기 위상 변조된 표면 탄성파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT;
아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부; 및
상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 광 감지부의 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며,
상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 임피던스 변환부는 상기 광 감지부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조인 것을 특징으로 하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 4 항에 있어서,
상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시키는 것을 특징으로 하는,
무전원 무선 통합 센서. - 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer);
가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부;
상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부;
상기 위상 변조된 표면 탄성파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT;
아크 방전에 의해 발생되는 백색잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터;
상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부; 및
상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 변환된 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며,
상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관 관계(auto-correlation) 관계가 성립되면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 임피던스 변환부는 상기 RF-DC 변환부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 RF-DC 변환부는 상기 스파크 신호를 정류하여 DC 전압으로 출력하기 위한 하나 이상의 쇼트키 다이오드를 포함하여 구성되는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조인 것을 특징으로 하는.
무전원 무선 통합 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시키는 것을 특징으로 하는,
무전원 무선 통합 센서. - 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부;
상기 호출 신호를 제1 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 방전에 의한 광 발생 여부에 기초하여 설정된 제1 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 제1 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 위상 변조된 상기 제1 표면 탄성파를 출력하는 광 감지 모듈; 및
상기 호출 신호를 제2 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 발생에 의한 스파크 발생 여부에 기초하여 설정된 제2 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 제2 가변 코드 간에 자기상관 관계가 성립하면 위상 변조된 상기 제2 표면 탄성파를 출력하는 스파크 감지 모듈을 포함하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 12 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. - 제 12 항에 있어서,
상기 광 감지 모듈은,
상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 제1 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제1 표면 탄성파를 위상 변조하는 제1 위상 변조부;
외부의 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부; 및
상기 출력 전압을 기초로 상기 제1 가변 코드를 설정하는 제1 임피던스 변환부를 포함하는,
무전원 무선 통합 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 스파크 감지 모듈은,
상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 제2 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제2 표면 탄성파를 위상 변조하는 제2 위상 변조부;
백색 잡음으로부터 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 가변 코드를 설정하는 제2 임피던스 변환부를 포함하는,
무전원 무선 통합 센서.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100833884B1 (ko) | 2006-12-27 | 2008-06-02 | 오재근 | 표면 탄성파를 이용한 감지 장치 및 감지 방법 |
| KR101334312B1 (ko) | 2013-03-21 | 2013-11-29 | 주식회사 다인산전 | 아크플래시 사고에너지의 위험도 분석기능을 갖는 고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반 및 분전반 |
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| KR100600807B1 (ko) * | 2004-12-04 | 2006-07-18 | 주식회사 엠디티 | 에너지 포집형 표면탄성파 기반의 무전원/무선 센서 |
| JP4419886B2 (ja) * | 2005-03-23 | 2010-02-24 | 富士ゼロックス株式会社 | フォトセンサ、被検出物検知装置およびこのフォトセンサが組み込まれた画像形成装置 |
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| KR101341107B1 (ko) * | 2013-06-03 | 2014-01-03 | 옴니시스템 주식회사 | 능동형 안전진단 전력량계 |
-
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|---|---|---|---|---|
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| KR101334312B1 (ko) | 2013-03-21 | 2013-11-29 | 주식회사 다인산전 | 아크플래시 사고에너지의 위험도 분석기능을 갖는 고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반 및 분전반 |
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