KR101654637B1 - 케이블 고장 진단 방법 및 시스템 - Google Patents

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전정채
유재근
김택희
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한국 전기안전공사
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Abstract

본 발명은 케이블 고장 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 검사 대상 케이블에 공급되는 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수를 토대로 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 연산하며 연산된 보정 신호와 취득 위치의 반사 신호를 토대로 연산된 시간 지연 및 전파 속도을 기반으로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출함에 따라, 고장 위치와 인가 위치의 근접 거리로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되는 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치를 정확하게 검출할 수 있고, 아울러, 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 또는 고장 정도가 미약하여 반사 신호 세기가 미약한 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치 검출에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

케이블 고장 진단 방법 및 시스템{CABLE FAULT DIAGNOSTIC METHOD AND SYSTEM}
본 발명은 케이블 고장 진단 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진단 대상 케이블에 공급되는 인가 신호 및 취득되는 반사 신호를 기준으로 케이블 고장 유형 및 고장 위치를 검출함에 있어, 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 고장 진단 범위를 벗어난 경우 인가 신호가 제거된 보정 신호및 반사 신호를 토대로 진단 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치를 검출할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근, 기체이상으로 인한 비행기 추락사고의 주원인이 바로 전기 배선의 절 연체 파괴라는 것이 알려져 있고, 이 외에도 원자력 발전소의 제어시스템, 우주 왕복선, 잠수함, 산업용 제어기기 등 전기배선에서의 높은 안정성을 요구하는 시스템이 증가 추세에 있는 시점에서 전기배선에 대한 신뢰성 진단과 평가는 중요한 요소로 자리잡고 있다.
또한, 다양한 종류의 도선 생산현장에서도 생산된 도선의 품질평가, 확인을 위해서도 정확한 도선의 이상유무 진단과 위치 측정은 중요한 기술적 문제이다.
따라서, 이와 같은 도선의 이상유무의 진단과 위치측정 기술, 즉 배선 진단시스템은 현재까지는 일정한 신호를 도선에 전송한 후 반사되는 신호를 측정하여 도선의 이상유무를 진단하는 반사파 계측법(Reflectometry)이 주를 이루고 있다.
상기 반사파 계측법은 시간영역 또는 주파수 영역에서만 이루어지는데, 일정한 인가 신호를 도선에 전송한 후 반사되어 돌아오는 반사 신호를 측정하여, 도선의 단선(open), 단락(short), 불연속점(discontinuity) 등의 결함(fault) 유무와 결함 위치, 도선의 특성 임피던스를 측정하는 종래의 반사파 계측법은 시간영역 반사파 계측법(TDR: Time Domain Reflectometry), 정상파 반사파 계측법(SWR: Standing Wave Reflectometry) 및 주파수 영역 반사파 계측법(FDR: Frequency Domain Reflectometry) 등의 다양한 방법이 연구되고 있다.
그러나, 이러한 인가 신호에 대한 반사 신호의 시간 또는 주파수 영역에 대한 분석을 통해 케이블의 고장 위치 및 유형을 진단함에 있어, 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 거리 계측 오차율이 발생하거나 결합 거리 측정의 정확도가 저하되어 케이블의 진단 결과에 대한 정확도 및 신뢰도가 낮아지는 한계가 발생하였다.
이에 본 발명에서는 인가 신호가 제거된 보정 신호및 반사 신호를 토대로 진단 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치를 검출하는 방안을 제안한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 검사 대상 케이블에 공급되는 인가 신호와 취득되는 반사 신호를 토대로 검사 대상 케이블의 고장 위치 및 고장 유형을 검출함에 있어, 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 고장 진단 범위를 벗어난 경우 검사 대상 케이블에 공급되는 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수를 토대로 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 보정 신호 및 취득 위치의 반사 신호를 토대로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출하는 케이블 고장 진단 방법 및 시스템을 제공함에 따라, 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치의 정확도 및 신뢰도를 근본적으로 향상시킬 수 있게 된다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 케이블 고장 진단 시스템은,
다수의 반사판 계측법 중 선택된 반사판 계측법을 통해 기 정해진 가우시안 포락선 선형 처프 신호가 반영된 인가 신호를 발생하여 검사 대상 케이블에 인가하는 인가 신호 발생부; 상기 검사 대상 케이블로부터 취득되는 반사 신호를 수신하는 반사 신호 수신부; 상기 신호 발생부의 인가 신호 및 반사 신호에 대해 시간 영역의 분석을 통해 상기 검사 대상 케이블의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산부를 포함하고.
상기 연산부는,
고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어난 경우 상기 인가 신호 및 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수로부터 도출된 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고,
상기 취득되는 반사 신호에서 상기 보정 위치의 인가 신호가 제거된 보정 신호를 생성하며,
생성된 보정 신호 및 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수로부터 상기 보정 신호의 보정 위치와 반사 신호의 반사 위치 간의 시간 지연값을 도출한 후 도출된 지연 시간값 및 전파 속도를 토대로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 반사파 계측법은,
STDR(Sequence Time Domain Reflectometry) 및 SSTDR(Spread Spectrum Time Domain Reflectometry) 중 하나 인 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 연산부는,
상기 인가 신호 및 반사 신호의 상관 함수으로부터 도출된 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고, 상기 보정 위치의 인가 신호가 제거된 반사 신호를 토대로 보정 신호를 생성하는 시간 상관 모듈과,
상기 시간 상관 모듈에서 생성된 보정 신호 및 반사 신호를 토대로 시간 지연값을 도출하여 상기 시간 지연값 및 전파 속도를 토대로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출하여 검사 대상 케이블의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 시간 상관 모듈은,
상기 인가 신호 및 반사 신호를 토대로 기 정해진 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하는 제1 시간 상관기와,
상기 보정 위치에서의 인가 신호가 제거된 반사 신호를 토대로 보정 신호를 생성하는 제2 시간 상관기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제1 시간 상관기는,
상기 인가 신호 발생부로부터 발생된 가우시안 포락선 선형 처프 신호를 토대로 생성된 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수값을 연산하고,
연산된 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 제2 시간 상관기는,
상기 보정 위치에서의 인가 신호와 반사 신호의 차를 토대로 상기 보정 위치에서의 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 연산 모듈은,
상기 보정 신호와 반사 신호, 및 보정 신호 및 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수, 및 전파 속도를 토대로 케이블 고장 발생 위치 및 고장 진단 결과를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 케이블 고장 진단 시스템의 연산 장치는,
다수의 반사판 계측법 중 선택된 반사판 계측법을 통해 기 정해진 가우시안 포락선 선형 처프 신호가 반영된 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정의된 상관 함수로부터 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 상기 보정 위치의 인가 신호와 취득되는 반사 신호를 토대로 보정 신호를 생성하는 시간 상관 모듈과,
상기 시간 상관 모듈에서 생성된 보정 신호 및 반사 신호를 토대로 시간 지연값을 도출하여 상기 시간 지연값 및 전파 속도를 토대로 케이블의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 시간 상관 모듈은,
상기 인가 신호 발생부로부터 발생된 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수값을 도출하고 도출된 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하는 제1 시간 상관기와,
상기 보정 위치에서의 인가 신호와 반사 신호의 차를 토대로 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하는 제2 시간 상관기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 연산 모듈은
상기 보정 신호와 반사 신호, 및 보정 신호 및 반사 신호에 대해 기 정의된 상관 함수, 및 전파 속도를 기반으로 고장 발생 위치 및 고장 진단 결과를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 케이블 고장 진단 방법은,
다수의 반사판 계측법 중 선택된 반사판 계측법을 통해 기 정해진 가우시안 포락선 선형 처프 신호가 반영된 인가 신호를 발생하여 검사 대상 케이블에 제공하는 인가 신호 발생 단계와,
상기 검사 대상 케이블로부터 취득되는 반사 신호를 수신하는 반사 신호 수신 단계와,
고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 상기 인가 신호와 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치의 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하고 생성된 보정 신호 및 반사 신호를 토대로 케이블 고장 위치 및 고장 유형을 추출하는 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 다수의 반사파 계측법은,
STDR(Sequence Time Domain Reflectometry) 및 SSTDR(Spread Spectrum Time Domain Reflectometry) 중 하나 인 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 연산 단계는,
상기 인가 신호 발생부로부터 발생된 처프 신호로부터 생성된 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수값을 도출하고 도출된 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고,
상기 보정 위치에서의 인가 신호와 반사 신호의 차를 토대로 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하며,
상기 보정 신호와 반사 신호, 상기 보정 신호 및 반사 신호에 대해 정의된 상관 함수값, 및 전파 속도를 기반으로 케이블 고장 발생 위치 및 고장 진단 결과를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 다수의 반사판 계측법 중 선택된 반사판 계측법을 통해 기 정해진 가우시안 포락선 선형 처프 신호가 반영된 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수를 토대로 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 연산하며 연산된 보정 신호와 취득 위치의 반사 신호를 토대로 연산된 시간 지연 및 전파 속도을 기반으로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출함에 따라, 고장 위치와 인가 위치의 근접 거리로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되는 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치를 정확하게 검출할 수 있고, 아울러, 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 또는 고장 정도가 미약하여 반사 신호 세기가 미약한 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치 검출에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 잇점을 가진다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 시스템의 연산부의 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 시스템의 연산부의 각 부의 출력 파형을 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예가 적용되는 케이블 고장 잔단 시스템의 신호를 보인 파형도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 과정을 보인 흐름도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 케이블 고장 진단 시스템 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 연산부의 구성을 보인 도면이고, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 시스템을 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인가 위치과 취득 위치의 수신되는 인가 신호 및 반사 신호의 위상을 관측하여 케이블의 고장 위치 및 고장 유형을 판단하는 STDR(Sequence Time Reflectometry) 또는 자기 상관 성능이 우수한 수열을 사용하여 대역을 확산하고 위상 편이 변조된 신호를 인가한 후 고장 위치에서 반사되어 되돌아 오는 취득 시간과의 위상을 관측하여 고장 위치 및 고장 유형을 탐지하는 SSTDR(Spread Spectrum Time Reflectometry) 중 선택된 반사판 계측법을 이용하여 생성된 가우시안 포락선 선형 처프 신호(Gaussian enveloped linear chirp signal:
Figure 112015044036377-pat00001
)과 같이 시간에 따라 선형적으로 주파수가 증가하는 인가 신호(s(t))를 검사 대상 케이블에 공급하고, 인가 신호(s(t))가 케이블을 통해 전파된 후 취득하며 취득한 반사 신호의 시간 정보를 분석한 후 검사 대상 케이블의 고장 위치 및 고장 유형을 진단하도록 구비된다.
이때 검사 대상 케이블 내에서 인가 신호는 전파 될 때 케이블의 특성에 따라 크기(amplitude)가 감쇠(attenuation)되고 위상(Phase)은 변형(distortion)된다. 이때 인가 신호의 크기의 감쇠 정도와 위상의 변형 정도는 신호의 주파수와 거리에 의존하며, 케이블의 전파 계수가 반영된다.
본 발명의 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 시스템은, 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 기 정의된 인가 신호 및 반사 신호에 대한 상관함수가 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 연산하며 연산된 보정 신호 및 반사 신호를 토대로 검사 대상 케이블의 고장 위치 및 고장 유형을 도출하도록 구비되고, 이러한 시스템은, 인가 신호 발생부(100), 반사 신호 수신부(200), 및 연산부(300)를 포함한다.
여기서, 상기 인가 신호 발생부(100)는 STDR(Sequence Time Reflectometry) 또는 SSTDR(Spread Spectrum Time Reflectometry) 중 선택된 하나의 반사판 계측법을 이용하여 생성된 시간에 따라 주파수가 선형적으로 변화하는 처프 신호를 토대로 인가 신호(s(t))를 생성한다.
상기 인가 신호(s(t))에 대한 파라미터는 기기제어 프로그램 수단의 GIPB 프로그래밍을 통해 생성된다. 여기서 상기 인가 신호 발생부(100)에서 GPIB 프로그래밍을 통해 처프 신호 발생 및 지역화하는 일련의 과정은 일반적으로 임의 파형을 발생하는 일련의 과정과 동일 또는 유사하다.
그리고, 상기 인가 신호(s(t))의 발생은 검사 대상 케이블의 도선을 따라 진행되며, 검사 대상 케이블의 고장 위치에 도달되면 반사 계수에 따라 인가 신호(s(t))의 일부는 전송되고 인가 신호(s(t))의 일부는 반사된다.
이때 상기 연산부(300)는, 인가 신호(s(t))의 인가 위치와 반사 신호(r(t))의 취득 위치 간의 시간 차이인 시간 지연값((τD)을 고려하여 검사 대상 케이블의 고장 여부를 판정하도록 구비된다. 예를 들어, 시간 지연값(τD)이 클수록 카에블의 상태에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 연산부(300)는, 수신되는 인가 신호(s(t)) 및 반사 신호(r(t))에 대해 기 정의된 상관 함수(RST(τ))의 함수값을 토대로 시간 지연값(τD)을 도출하고, 시간 지연값(τD)과 기 정해진 전파 속도(vP)를 토대로 인가 위치 및 취득 위치 간의 거리(d)를 도출하며, 상기 상관 함수(RST(τ))및 거리(d)는 다음 식 1) 및 2)를 만족한다.
Figure 112015044036377-pat00002
.. 식 1
Figure 112015044036377-pat00003
.. 식 2
여기서, 이때 상기 인가 위치과 취득 위치의 위상을 관측하여 고장 위치 및 고장 유형을 판단하는 STDR( Sequence Time Reflectometry)의 반사판 계측법인 경우 N인 이진 수열
Figure 112015044036377-pat00004
를 사용한 상기 인가 신호(s(t))는 다음 식 3을 만족한다.
Figure 112015044036377-pat00005
Figure 112015044036377-pat00006
... 식 3
한편, 자기 상관 성능이 우수한 수열을 사용하여 대역을 확산하고 위상 편이 변조된 신호를 인가한 후 고장 위치에서 반사되어 되돌아 오는 취득 시간과의 위상을 관측하여 고장 위치 및 고장 유형을 탐지하는 SSTDR(Spread Spectrum Time Domain Reflectormetry)의 반사판 계측법인 경우 N인 이진 수열
Figure 112015044036377-pat00007
를 사용한 인가 신호(s(t))는 다음 식 4를 만족한다.
Figure 112015044036377-pat00008
Figure 112015044036377-pat00009
... 식 4
그리고, 상기 연산부(300)는 기 정의된 인가 신호(s(t)) 및 반사 신호(r(t))에 대해 기 정해진 상관 함수((RST(τ))의 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치(τ1)를 도출하고 도출된 보정 위치(τ1)의 인가 신호(s(t-τ1)가 제거된 반사 신호인 보정 신호(e(t))를 연산하며 연산된 보정 신호(e(t)) 및 반사 신호(r(t))를 토대로 검사 대상 케이블의 고장 위치 및 고장 유형을 도출하도록 구비된다.
즉, 상기 연산부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인가 신호(s(t)) 및 반사 신호(r(t))의 상관함수((RST(τ))로부터 최대 극대값을 가지는 보정 위치(τ1)를 도출하고, 상기 보정 위치(τ1)의 인가 신(s(t-τ1)호와 취득되는 반사 신호(r(t))를 토대로 상기 보정 신호(e(t))를 생성하는 시간 상관 모듈(310)과, 상기 시간 상관 모듈에서 생성된 보정 신호(e(t)) 및 반사 신호(r(t))를 토대로 시간 지연값(τD)을 도출하여 상기 시간 지연값(τD)을 토대로 케이블의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산 모듈(320)을 더 포함한다.
상기 시간 상관 모듈(310)은, 상기 인가 신호 및 반사 신호를 토대로 기 정해진 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하는 제1 시간 상관기(321)와, 상기 보정 위치의 인가 신호와 취득되는 반사 신호를 토대로 보정 신호를 생성하는 제2 시간 상관기(322)의 구성을 갖춘다.
여기서, 상기 보정 신호는 상기 보정 위치에서의 인가 신호가 제거된 반사 신호이다.
상기 제1 시간 상관기(321)는, 상기 인가 신호 발생부(100)로부터 발생된 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수(RST(τ))를 토대로 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치(τ1)를 도출하고 도출된 상기 보정 위치(τ1)는 상기 제2 시간 상관기(322)로 전달된다.
그리고, 상기 제2 시간 상관기(322)는, 상기 보정 위치(τ1)에서의 인가 신호(s(t))와 반사 신호(r(t))의 차를 토대로 보정 신호(e(t))를 생성하며 상기 보정 신호(e(t))는 다음 식 6을 만족한다.
e(t)= r(t)-s(t-τ1) ... 식 6
이어 상기 보정 신호(e(t))는 연산 모듈(330)로 전달된다.
상기 연산 모듈(330)은, 상기 식 1로부터 상기 보정 신호(e(t))와 상기 반사 신호(r(t))에 대한 상관 함수(RST(τ))의 최대 극대값을 가지는 취득 위치(τ2)을 도출하고 도출된 취득 위치(τ2)와 보정 위치(τ1)의 차를 토대로 시간 지연값(τp)을 도출한다.
그리고, 연산 모듈(330)은 상기 식 2로부터 시간 지연값(τp)과 기 정해진 전파 속도(vP)를 토대로 보정 신호의 보정 위치(τ1)과 취득 위치(τ2) 간의 거리(d)를 도출한다.
여기서, 상기 보정 신호(e(t))와 반사 신호(r(t))을 토대로 보정 위치(τ1)과 취득 위치(τ2) 간의 거리(d)를 도출하는 일련의 과정은 상기 인가 위치와 취득 시점의 위상을 관측하여 고장 위치 및 고장 유형을 판단하는 STDR( Sequence Time Reflectometry)의 반사판 계측법과 자기 상관 성능이 우수한 수열을 사용하여 대역을 확산하고 위산 편이 변조한 신호를 인가한 후 고장 위치에서 반사되어 되돌아 오는 취득 시간의 위상을 관측하여 고장 위치 및 고장 유형을 탐지하는 SSTDR(Spread Spectrum Time Domain Reflectormetry)의 반사판 계측법과 동일 또는 유사하다.
도 3의 (a)는 인가 신호를 보인 파형도이고, (b)는 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 보정 신호를 보인 파형이고, (c)는 보정 신호와 반사 신호를 토대로 도출된 시간 지연 상태를 보인 파형도이다. 이에 도시된 바와 같이, 보정 위치와 반사 신호의 취득 위치와의 거리는 57.436 m 임을 알 수 있다.
도 4는 인가신호가 크기 1, 길이 7인 m 수열이고, 정규잡음의 분산이 0.25, 크기가 절반으로 감소된 반사 신호가 하나인 경우 출력 파형도들이다.
이에 도시된 바와 같이, 상관 함수의 회대 극대값이 반사 신호 상관함수의 주엽이 아닌 인가 신호 상관 함수의 부엽이므로 반수 신호의 위치를 알 수 없으나, 인가 신호와 반사 신호에 대한 상관 함수의 최대 극대값의 보정 위치(τ1)는 50[ns]이고, 보정 신호와 반사 신호에 대한 상관 함수의 최대 극대값의 취득 위치(τ2)는 200[ns] 이므로, 보정 신호의 보정 위치(τ1)와 반사 신호의 취득 위치(τ2)와의 차인 시간 지연값(τp)은 150[ns]으로 도출된다.
이러한 시간 지연값시간 지연값(τp) 및 전파 속도를 토대로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리(d)를 도출할 수 있고, 이에 따라 고장 위치 및 고장 유형을 추출할 수 있다.
즉, 검사 대상 케이블에 공급되는 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수를 토대로 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 연산하며 연산된 보정 신호와 취득 위치의 반사 신호를 토대로 연산된 시간 지연 및 전파 속도을 기반으로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출함에 따라, 고장 위치와 인가 위치의 근접 거리로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되는 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치를 정확하게 검출할 수 있고, 아울러, 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 또는 고장 정도가 미약하여 반사 신호 세기가 미약한 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치 검출에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 검사 대상 케이블에 공급되는 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수를 토대로 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 연산하며 연산된 보정 신호와 취득 위치의 반사 신호를 토대로 연산된 시간 지연값 및 전파 속도을 기반으로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출하고 도출된 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 토대로 검사 대상 케이블의 고장 위치 및 고장 유형을 검출하는 일련의 과정은 도 5을 참조하여 설명한다.
도 5는 도 2에 도시된 연산부의 동작 과정을 보인 흐름도로서, 도 1 내지 도 2, 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 케이블 고장 진단 과정을 설명한다.
우선, 상기 인가 신호 발생부(100)는 STDR 및 SSTDR 중 하나의 반사판 계측법에 따라 선택된 가우시간 포락선 선형 처프 신호(
Figure 112015044036377-pat00010
)를 포함하는 시간에 따라 선형적으로 주파수 증가하는 인가 신호(s(t))를 생성하고 검사 대상 케이블에 인가된다(단계 S1). 이때 상기 인가 신호는 STDR 및 SSTDR 중 선택된 반사판 계측법을 이용하여 생성된다.
이어 상기 반사 신호 수신부(200)는 인가 신호(s(t))가 전파된 후 검사 대상 케이블로부터 취득된 반사 신호(r(t))를 수신한다(단계 S3)).
그리고, 상기 연산부(300)의 시간 상관 모듈(310)은 인가 신호(s(t))와 반사 신호(r(t))에 대해 기 정해진 상관 함수(RST(τ))에 대한 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치(τ1)를 도출하고, 도출된 보정 위치(τ1)에서의 인가 신호(s(t-τ1)) 이 제거된 반사 신호인 보정 신호(e(t))를 연산한다(단계 S5).
즉, 상기 보정 신호(e(t))는 반사 신호(r(t))-보정 위치(τ1)에서의 인가 신호(s(t-τ1))로 도출된다(단계 S7).
그리고, 상기 연산부(300)의 연산 모듈(320)는 상기 보정 신호(e(t))와 반사 신호(r(t))에 대해 기 정의된 상관 함수를 토대로 함수값이 최대 극대값을 가지는 취득 위치(τ2) 를 도출하고 도출된 보정 신호의 보정 위치와 반사 신호의 취득 위치(τ2)에 대한 시간 지연값(τD)를 도출한다(단계 S9, S11).
상기 연산 모듈(320)은 시간 지연값(τD) 및 전파 속도(vP)를 토대로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리(d)를 도출하고, 도출된 거리(d)를 토대로 검사 대상 케이블의 고장 위치 및 고장 유형을 검출한다(단계 S13, S15).
본 발명의 실시 예에 의하면, 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 검사 대상 케이블에 공급되는 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수를 토대로 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 연산하며 연산된 보정 신호와 취득 위치의 반사 신호를 토대로 연산된 시간 지연 및 전파 속도을 기반으로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출함에 따라, 고장 위치와 인가 위치의 근접 거리로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되는 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치를 정확하게 검출할 수 있고, 아울러, 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 또는 고장 정도가 미약하여 반사 신호 세기가 미약한 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치 검출에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
여기에 제시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 검사 대상 케이블에 공급되는 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수를 토대로 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 연산하며 연산된 보정 신호와 취득 위치의 반사 신호를 토대로 연산된 시간 지연 및 전파 속도을 기반으로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출함에 따라, 고장 위치와 인가 위치의 근접 거리로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되는 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치를 정확하게 검출할 수 있고, 아울러, 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 또는 고장 정도가 미약하여 반사 신호 세기가 미약한 경우에도 검사 대상 케이블의 고장 유형 및 고장 위치 검출에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 케이블 고장 진단 시스템 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 지질/자원탐사, 재료표면 검사, 레이다/소나, 통신망네트워크 배선, 광케이블진단, 원격탐사, 유체도파관 누출진단, 수위측정 등의 배선 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (13)

  1. 다수의 반사판 계측법 중 선택된 반사판 계측법을 통해 기 정해진 가우시안 포락선 선형 처프 신호가 반영된 인가 신호를 발생하여 검사 대상 케이블에 인가하는 인가 신호 발생부; 상기 검사 대상 케이블로부터 취득되는 반사 신호를 수신하는 반사 신호 수신부; 상기 신호 발생부의 인가 신호 및 반사 신호에 대해 시간 영역의 분석을 통해 상기 검사 대상 케이블의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산부를 포함하고,
    상기 연산부는,
    고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 상기 인가 신호 및 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수로부터 도출된 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고,
    상기 취득되는 반사 신호에서 상기 보정 위치의 인가 신호가 제거된 보정 신호를 생성하며,
    생성된 보정 신호 및 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수로부터 상기 보정 신호의 보정 위치와 반사 신호의 반사 위치 간의 시간 지연값을 도출한 후 도출된 지연 시간값 및 전파 속도를 토대로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출하도록 구비되며,
    상기 연산부는,
    상기 인가 신호 및 반사 신호의 상관 함수으로부터 도출된 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고, 상기 보정 위치의 인가 신호가 제거된 반사 신호를 토대로 보정 신호를 생성하는 시간 상관 모듈과,
    상기 시간 상관 모듈에서 생성된 보정 신호 및 반사 신호를 토대로 시간 지연값을 도출하여 상기 시간 지연값 및 전파 속도를 토대로 보정 위치와 취득 위치 간의 거리를 도출하여 검사 대상 케이블의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산 모듈을 포함하며,
    상기 시간 상관 모듈은,
    상기 인가 신호 발생부로부터 발생된 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수값을 도출하고 도출된 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하는 제1 시간 상관기와,
    상기 보정 위치에서의 인가 신호와 반사 신호의 차를 토대로 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하는 제2 시간 상관기를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 진단 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 시간 상관기는,
    상기 인가 신호 발생부로부터 발생된 가우시안 포락선 선형 처프 신호를 토대로 생성된 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수값을 연산하고,
    연산된 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 진단 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 제2 시간 상관기는,
    상기 보정 위치에서의 인가 신호와 반사 신호의 차를 토대로 상기 보정 위치에서의 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 진단 시스템.
  7. 삭제
  8. 고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 다수의 반사판 계측법 중 선택된 반사판 계측법을 통해 기 정해진 가우시안 포락선 선형 처프 신호가 반영된 인가 신호 및 취득되는 반사 신호에 대해 기 정의된 상관 함수로부터 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 상기 보정 위치의 인가 신호와 취득되는 반사 신호를 토대로 보정 신호를 생성하는 시간 상관 모듈과,
    상기 시간 상관 모듈에서 생성된 보정 신호 및 반사 신호를 토대로 시간 지연값을 도출하여 상기 시간 지연값 및 전파 속도를 토대로 케이블의 이상 발생 위치 및 이상 상태를 도출하는 연산 모듈을 포함하고,
    상기 시간 상관 모듈은,
    상기 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수값을 도출하고 도출된 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하는 제1 시간 상관기와,
    상기 보정 위치에서의 인가 신호와 반사 신호의 차를 토대로 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하는 제2 시간 상관기를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 진단 시스템의 연산 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 다수의 반사판 계측법 중 선택된 반사판 계측법을 통해 기 정해진 가우시안 포락선 선형 처프 신호가 반영된 인가 신호를 발생하여 검사 대상 케이블에 제공하는 인가 신호 발생 단계와,
    상기 검사 대상 케이블로부터 취득되는 반사 신호를 수신하는 반사 신호 수신 단계와,
    고장 위치와 인가 위치의 근접으로 인해 인가 신호 및 반사 신호가 중첩되거나 고장 위치와 인가 위치의 원 거리로 인해 반사 신호의 세기가 미약하여 기 정해진 고장 진단 범위를 벗어나는 경우 상기 인가 신호와 반사 신호에 대해 기 정해진 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고 도출된 보정 위치의 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하고 생성된 보정 신호 및 반사 신호를 토대로 케이블 고장 위치 및 고장 유형을 추출하는 연산 단계를 포함하고,
    상기 연산 단계는,
    상기 처프 신호로부터 생성된 인가 신호와 반사 신호에 대한 시간 영역의 상관 함수값을 도출하고 도출된 상관 함수값이 최대 극대값을 가지는 보정 위치를 도출하고,
    상기 보정 위치에서의 인가 신호와 반사 신호의 차를 토대로 보정 위치에서 인가 신호가 제거된 반사 신호인 보정 신호를 생성하며,
    상기 보정 신호와 반사 신호, 상기 보정 신호 및 반사 신호에 대해 정의된 상관 함수값, 및 전파 속도를 기반으로 케이블 고장 발생 위치 및 고장 진단 결과를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 진단 방법.

  12. 삭제
  13. 삭제
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