KR101972228B1

KR101972228B1 - 전기울타리 피크전류 측정기

Info

Publication number: KR101972228B1
Application number: KR1020170115593A
Authority: KR
Inventors: 조병학
Original assignee: 조병학
Priority date: 2017-09-10
Filing date: 2017-09-10
Publication date: 2019-04-24
Also published as: KR20190028829A

Abstract

본 발명은 전기울타리 도선과 대지 사이에 가해지는 고전압 펄스에 의해 상기 도선에 흐르는 전류의 피크 값을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 픽업코일과 전압제어 전류원(VCCS, voltage controlled current source)과 적분용 커패시터를 포함하여 구성되어, 고전압이 인가되는 도선에 흐르는 피크전류를 안전하며 효율적인 방법으로 정밀하게 측정할 수 있게 하는 전기울타리 피크전류 측정기에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 전압제어 전류원(VCCS)을 적용함으로써 정밀하게 전기울타리의 피크전류를 측정할 수 있으며, 고전압이 인가되는 도선과의 이격거리가 충분히 확보되어 측정 중 감전 또는 절연파괴의 위험이 낮고, 부품수가 적어 가격이 저렴한 전기울타리 피크전류 측정기가 제공된다.

Description

전기울타리 피크전류 측정기{Peak current measuring device for electric fence}

본 발명은 전기울타리 도선과 대지 사이에 가해지는 고전압 펄스에 의해 상기 도선에 흐르는 전류의 피크 값을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 픽업코일과 전압제어 전류원(VCCS, voltage controlled current source)과 적분용 커패시터를 포함하여 구성되어, 고전압이 인가되는 울타리 도선에 흐르는 전류의 피크 값을 안전하며 효율적인 방법으로 정밀하게 측정할 수 있게 하는 전기울타리 피크전류 측정기에 관한 것이다.

전기울타리는 고전압을 울타리 도선에 인가하여 야생동물의 침입을 막거나, 또는 가두어서 기르는 가축이 밖으로 나가지 못하게 한다. 울타리 지주에 설치된 애자에 의해 지지되는 울타리 도선과 어스(earth) 사이에는 에너자이저에서 발생된 펄스 형태의 고전압이 인가되며, 동물이 울타리 도선에 접촉하면 동물을 통해 순환전류가 흘러 감전으로 인한 강한 통증이 유발된다.

대부분의 전기울타리 에너자이저는 일정 용량의 에너지 저장 커패시터에 충전된 전하를 변압기의 1차 권선을 통해 방전시킬 때 권선수가 많은 2차 권선에 유기되는 2kV 내지 10kV의 피크 값을 갖는 고전압 펄스를 울타리 도선에 인가한다. 이와 같이 전기울타리의 전압을 높게 하는 이유는 온몸이 절연체인 털로 덮여 있는 동물을 감전시키려면 절연을 파괴할 수 있는 높은 전압이 필요하기 때문이다.

전기울타리 도선에 인가되는 고전압 펄스의 주기는 보통 0.75초 내지 1.5초 정도이고, 펄스의 통전시간은 5에서 500 마이크로 초 정도이다. 고전압 펄스는 어스를 기준으로 플러스 극성을 갖는 것이 보통이지만, 마이너스 극성을 갖는 경우도 있다.

전기울타리는 울타리 도선이 수목 또는 잡초에 접촉하거나, 울타리 도선 자체가 단선 또는 늘어져 지면과 접촉하거나, 또는 지주 애자에 고장이 발생하는 등의 원인으로 누전이 발생하면 울타리 도선에 인가되는 전압이 낮아지게 된다.

이와 같이 전압이 낮아지면 동물이 울타리 도선에 접촉했을 때 감전전류가 약해져서 전기 충격을 느끼지 않게 되어 전기울타리는 역할을 상실하게 된다. 따라서 전기울타리를 효과적으로 운영하기 위해서는 울타리 전압이 비정상적으로 낮아지는 경우, 피크전류 측정회로를 이용하여 누전이 발생하는 개소를 발견하고 그 원인을 제거하여야 한다.

미국 등록특허 US 2001/0002793 A1에는 전기울타리에 사용되는 피크전류 측정기가 개시되어 있다. 이 측정기의 픽업코일에서 감지된 신호는 병렬저항과 증폭회로 및 플러스 피크전류와 마이너스 피크전류를 검출하도록 구비된 샘플 앤 홀드(sample and hold) 회로를 거처 엠씨유(MCU, micro controller unit)에 내장되어 있는 A/D (analog to digital) 변환채널에 입력된다.

한편, 비특허문헌 1은 전기울타리에 흐르는 피크전류측정기의 상세한 설계를 다루고 있다. 이 측정기의 픽업코일에서 감지된 신호는 병렬저항을 통해 플러스 피크전류를 검출하는 피크검출회로와 마이너스 피크전류를 검출하는 피크검출회로로 각각 입력된다. 상기 피크 검출회로들에서 검출된 피크전류 값은 엠씨유(MCU, micro controller unit)에 포함되어 있는 A/D 변환채널을 통해 읽혀져서 표시부에 표시된다.

상기 선행기술들에서 보는 바와 같이 종래의 피크전류 측정기들은 픽업코일을 이용하여 전류의 크기를 감지한다. 그런데, 상기 픽업코일에서 감지되는 전압의 크기는 울타리 도선에 흐르는 전류의 크기에 비례하지만, 상기 도선과 픽업코일 사이의 거리에 반비례하는 특징을 갖는다.

이러한 특징 때문에, 상기 픽업코일과 고전압이 걸리는 울타리 도선 사이의 거리를 충분히 이격할 경우, 상기 픽업코일에서 감지되는 전압의 크기는 매우 미약하게 된다. 이를 극복하기 위해, 상기 피크전류 측정회로에는 증폭비가 매우 큰 증폭기가 구비되지만, 이로 인해 신호 대 잡음비가 낮아져서 측정오차가 커지는 문제점을 갖게 된다.

상술한 문제점 때문에, 종래의 피크전류 측정기들은 피크전류 측정회로의 픽업코일을 울타리 도선에 10mm 이내로 매우 근접시켜 측정하는 것들이 대부분이다. 이것은 도선과 픽업코일 사이의 거리를 짧게 하여 감도를 높이기 위함이다. 그렇지만, 이들 측정기들은 낙뢰 또는 장치의 고장 등의 원인으로 울타리 도선에 걸리는 전압이 급격히 상승하는 것을 감안하여 전기울타리 에너자이저가 최소 25kV 이상의 절연내력을 가져야 할 것을 제시하는 국제기준인 IEC 60335-2-76을 준수하지 못한다.

즉, 종래의 전기울타리 피크전류 측정기는 픽업코일이 고전압이 인가되는 도선에 근접되므로 자칫 측정 중에 사용자에 감전 또는 측정회로와 고전압 도선 사이에 절연파괴를 유발할 위험성이 매우 높다.

또한, 픽업코일을 울타리 도선에 근접시켜 측정할 경우, 울타리 도선과 픽업코일 사이의 거리에 미소한 변동이 있더라도 감지되는 신호에는 큰 변동이 발생하여 측정오차가 커지는 문제점이 있다.

US Pat. No. 2001/0002793 A1

Glen McGillan, The Design of an Electric Fence Fault Finder. M. Sc. Thesis, Massey University New Zealand (2009), pages 49-51

본 발명은 상술한 바와 같이 현재까지 알려진 기술에 의한 전기울타리 피크전류 측정기가 갖는 아래의 문제점들을 극복하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 피크전류 측정회로의 픽업코일을 울타리 도선으로부터 30mm 내지 40mm 정도로 충분히 이격시켜, 측정 중 감전 또는 절연파괴의 위험이 낮은 안전한 전기울타리 피크전류 측정기를 제공하는 데에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 측정의 정밀도가 높은 전기울타리 피크전류 측정기를 제공하는 데에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 측정회로를 구성하는 부품수를 최소화하여 가격이 저렴한 전기울타리 피크전류 측정기를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전기울타리 도선에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계의 세기를 전압으로 변환하여 감지하는 제1 픽업코일(S1)과; 상기 제1 픽업코일(S1)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되고, 플러스 입력단자(Vs+)에 작동전원(Vcc)이 연결되어, 상기 제1 픽업코일(S1)에서 감지된 전압을 전류로 변환하여 출력하는 제1 전압제어 전류원(VCCS1)과; 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력단자(Iout)와 접지(GND) 사이에 연결되어, 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력전류를 적분하는 제1 적분 커패시터(C1)를 포함하여 구성되어, 상기 제1 적분 커패시터(C1)에서 상기 울타리 도선에 흐르는 피크전류에 비례하는 전압(Vout)이 검출되도록 하는 피크전류 검출부(10A)와; 상기 피크전류를 표시하는 표시부(30)와; 상기 피크전류 검출부(10A)의 검출전압(Vout)을 제1 A/D 변환채널(22a)을 통해 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환 값을 상기 피크전류로 환산하여 상기 표시부(30)에 전달하는 제어부(21)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기를 기술적 요지로 한다.

상기 전압제어 전류원(VCCS1)은 이득이 커야 하며, 신호 대 잡음비가 높은 집적회로(IC)로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전압제어 전류원(VCCS1)과 상기 적분 커패시터(C1)는, 피크검출 기능과 샘플 앤 홀드 기능을 함께 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피크전류 검출부(10A)는 울타리 도선에 흐르는 플러스 피크전류와 마이너스 피크전류에 대응하는 출력전압을 하나의 전압으로 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 픽업코일을 고전압이 인가되는 도선에 근접시키지 않고도 정밀하게 전류를 측정할 수 있는 전기울타리 피크전류 측정기가 제공되는 이점이 있다.

또한, 측정 중 발생될 수 있는 감전 또는 절연파괴를 예방하는 효과가 있다.

또한, 별도의 피크검출 회로와 샘플 앤 홀드 회로를 필요로 하지 않기 때문에 구성하는 부품수가 줄어 생산단가가 저렴해 지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기울타리 피크전류 측정기의 요소적 특징을 도시한 구성도이다.
도 2는 전원제어 전류원에 의한 피크전류 검출부의 세부구성을 보이는 회로도이다.
도 3a는 제1 실시형태에 따른 피크전류 검출부를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 3b는 제2 실시형태에 따른 피크전류 검출부를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 3c는 제3 실시형태에 따른 피크전류 검출부를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 3d는 제4 실시형태에 따른 피크전류 검출부를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 4는 제3 실시형태에 따른 피크전류 측정회로의 시제품 사진이다.

본 발명의 이점과 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시형태들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시형태에서 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시형태들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명에 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 자들의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 특정한 경우는 출원인이 임으로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의 되어야 한다.

먼저, 본 발명에 의한 피크전류 검출부(10A)의 이론적 배경에 대해 자세히 설명한다.

앙페르의 회로 법칙에 따르면 무한히 긴 도체에 흐르는 전류(I)에 의해 도체로부터 일정거리(r) 떨어진 지점에서 검출되는 자계의 세기(H)는 아래의 수식(1)과 같다.

수식(1)

여기서 π는 원주율이다.

또한, 패러데이의 전자기 유도 법칙에 의하면 자계의 세기가 H인 지점에 자계의 방향과 수직으로 놓인 권선수가 n이고, 단면적이 A인 픽업코일에서 감지되는 전압(V)은 아래의 수식(2)와 같다.

수식(2)

여기서 는 진공 중의 투자율이다.

따라서 수식(1)과 (2)로부터, 픽업코일에서 감지되는 전압(V)과 도체에 흐르는 전류(I)와의 관계는 아래의 수식(3)과 같다.

수식(3)

여기서 k는 비례상수이다.

수식(3)으로부터, 도체에 흐르는 전류(I)는 픽업코일에서 감지된 전압(V)을 적분하여 얻어지는 것을 알 수 있다.

이어서, 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 피크전류 검출부(10)의 동작원리에 대해 자세히 설명한다.

픽업코일(S1)에서 감지된 전압은 전압제어 전류원(VCCS)의 플러스 입력단자(Vs+)와 마이너스 입력단자(Vs-)에 입력된다. 이때, Vs+측 전위가 Vs-측 전위보다 높으면 오피앰프(OPA)는 트랜지스터(TR)를 ON시켜, 이득저항(Rg)에 걸리는 전압이 픽업코일에서 감지된 전압과 같아지도록 하기위해 전원(Vcc)으로부터 이득저항(Rg)과 트랜지스터(TR)를 통해 부하 측으로 전류(Iout)가 흐르게 한다. 이때 상기 전류(Iout)는 적분 커패시터(C1)를 충전하는데, 이는 수식(3)의 관계를 반영하기 위함이다.

상기 적분 커패시터(C1)에 충전된 전하는 상기 전원제어 전류원(VCCS)으로부터 공급되는 전류(Iout)가 차단되더라도 충전된 상태를 그대로 유지한다. 이것은 이때 상기 트랜지스터(TR)가 OFF 상태로 되기 때문이다. 즉, 적분 커패시터(C1)는 울타리 도선에 흐르는 전류(I)의 피크 값에 비례하는 전압(Vout)을 유지하는 샘플 앤 홀드 기능을 갖는다.

따라서 본 발명에 의한 피크전류 검출장치는 별도의 피크검출회로 또는 샘플 앤 홀드 회로를 필요로 하지 않는 장점을 갖는다.

상기 전압제어 전류원(VCCS)은 집적회로(IC)의 형태로 시장에 공급되고 있으며, 대표적인 것으로는 ZXCT1109, ZXCT1110과 INA139 등이 있다.

상기 적분 커패시터(C1)에 병렬로 연결되는 바이어스 저항(R1)은 상기 커패시터(C1)에 걸리는 전압(Vout)을 0V로 바이어스 하는 기능을 갖는다. 즉, 상기 커패시터(C1)에 걸리는 전압(Vout)은 피크전류를 검출한 이후 일정 시간이 지나면 다음번 피크전류를 측정하기 이전에 다시 0V로 복귀된다. 상기 바이어스 저항(R1)은 100kΩ 정도의 높은 저항 값을 갖는다.

이어서, 상기한 이론적 배경과 동작원리에 기초하여, 본 발명의 실시형태들에 대해 자세히 설명한다.

제1 실시형태에서는 플러스 피크전류만 측정할 수 있는 기본적인 기능의 전기울타리 피크전류 측정기(1A)가 제공된다. 여기서, 플러스 전류는 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 플러스 입력단자(Vs+)에 플러스 전압이 유기되도록 울타리 도선에 흐르는 전류를 의미한다.

도 1과 도 3a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전기울타리 피크전류 측정기(1A)는, 전기울타리 도선에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계의 세기를 전압으로 변환하여 감지하는 제1 픽업코일(S1)과; 상기 제1 픽업코일(S1)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되고, 플러스 입력단자(Vs+)에 작동전원(Vcc)이 연결되어, 상기 제1 픽업코일(S1)에서 감지된 전압을 전류로 변환하여 출력하는 제1 전압제어 전류원(VCCS1)과; 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력단자(Iout)와 접지(GND) 사이에 연결되어, 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력전류를 적분하는 제1 적분 커패시터(C1)를 포함하여 구성되어, 상기 제1 적분 커패시터(C1)에서 상기 울타리 도선에 흐르는 피크전류에 비례하는 전압(Vout)이 검출되도록 하는 피크전류 검출부(10A)와; 상기 피크전류를 표시하는 표시부(30)와; 상기 피크전류 검출부(10A)의 검출전압(Vout)을 제1 A/D 변환채널(22a)을 통해 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환 값을 상기 피크전류로 환산하여 상기 표시부(30)에 전달하는 제어부(21)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 적분 커패시터(C1)에는 제1 바이어스 저항(R1)이 병렬로 연결되어, 상기 제1 적분 커패시터(C1)에 걸리는 검출전압(Vout)을 0V로 바이어스 한다.

상기 표시부(30)는, 상기 피크전류 값을 상기 제어부(21)로부터 전달받아, LED(light emitting diode), 부저(buzzer), LCD(liquid crystal display) 등을 이용하여, 소리, 빛, 문자 또는 이들의 조합으로 표시한다.

상기 피크전류 측정회로(1A)는 울타리 도선에 마이너스 전류가 흐르는 경우 측정이 불가능한 문제점을 갖는다. 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 제2 실시형태에 대해 도 3b를 참조하여 설명한다.

본 발명의 제2 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태의 피크전류 측정회로(1A)에, 제2 픽업코일(S2)과; 상기 제2 픽업코일(S2)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되고, 플러스 입력단자(Vs+)에 작동전원(Vcc)이 연결되는 제2 전압제어 전류원(VCCS2)과; 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 출력단자(Iout)와 접지(GND) 사이에 연결되는 제2 적분 커패시터(C2)를 더 포함하되, 상기 제2 픽업코일(S2)의 극성이 상기 제1 픽업코일(S1)의 극성과 서로 반대가 되도록 하여, 상기 제1 적분 커패시터(C1)에서 플러스 피크전류에 비례하는 제1 검출전압(Vout1)이 검출되도록 하고, 상기 제2 적분 커패시터(C2)에서 마이너스 피크전류의 절대 값에 비례하는 제2 검출전압(Vout2)이 검출되도록 하는 양방향 피크전류 검출장치(1B)가 제공된다.

상기 제어부(21)는 상기 제1 검출전압(Vout1)을 상기 제1 A/D 변환채널(22a)을 통해 디지털 값으로 변환하고, 상기 제2 검출전압(Vout2)을 제2 A/D 변환채널(22b)을 통해 디지털 값으로 변환한 다음, 상기 변환 값들 중 큰 값을 상기 피크전류로 환산하여 상기 표시부(30)에 전달한다.

상기 제2 적분 커패시터(C2)에는 제2 바이어스 저항(R2)이 병렬로 연결되어, 상기 제2 적분 커패시터(C2)에 걸리는 제2 검출전압(Vout2)을 0V로 바이어스 한다.

상기 피크전류 측정회로(1B)는 양방향 전류를 측정하기 위해 두 개의 검출전압(Vout1 및 Vout2)을 제공하는 피크전류 검출부(10B)를 갖는다. 회로를 더욱 간단하게 하기 위해, 제3 실시형태에서는 양방향 전류에 대해 절대 값을 취하여 단일 전압(Vout)을 검출하는 피크전류 측정회로(1C)가 제공된다.

도 3c를 참조하여 본 발명의 제3 실시형태에 대해 설명한다. 본 발명의 제3 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태의 피크전류 측정회로(1A)에, 제2 픽업코일(S2)과; 상기 제2 픽업코일(S2)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되고, 플러스 입력단자(Vs+)에 작동전원(Vcc)이 연결되는 제2 전압제어 전류원(VCCS2)을 더 포함하되, 상기 제2 픽업코일(S2)의 극성이 상기 제1 픽업코일(S1)의 극성과 서로 반대가 되도록 하고, 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 출력단자(Iout)가 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력단자(Iout)와 공통으로 접속되도록 하여, 상기 공통 접속점에서 상기 피크전류의 절대 값에 비례하는 전압(Vout)이 검출되도록 하는 양방향 피크전류 검출부(10C)가 제공된다.

상기 제어부(21)는 상기 양방향 피크전류 검출부(10C)의 검출전압(Vout)을 제1 A/D 변환채널(22a)을 통해 변환하고, 상기 변환 값을 상기 피크전류로 환산하여 상기 표시부(30)에 전달한다.

상기 피크전류 측정회로(1C)는 양방향 전류를 측정하기 위해 두 개의 픽업코일을 갖는다. 본 발명의 제4 실시형태에서는 한 개의 픽업코일로 양방향 전류에 대해 단일 검출전압(Vout)을 검출하는 피크전류 측정회로(1D)가 제공된다.

도 3d를 참조하여 본 발명의 제4 실시형태에 대해 설명한다. 본 발명의 제4 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태의 피크전류 측정회로(1A)에, 상기 제1 픽업코일(S1)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되는 제2 전압제어 전류원(VCCS2)과; 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)과 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)에 작동전원(Vcc)을 공급하는 제1 전원저항(R3a)과 제2 전원저항(R3b)을 더 포함하되, 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 입력단자(Vs+와 Vs-) 극성이 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 입력단자(Vs+와 Vs-) 극성과 서로 반대가 되도록 하고, 작동전원(Vcc)이 제1 전원저항(R3a)을 통해 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 플러스 입력단자(Vs+)에 연결되고, 제2 전원저항(R3b)을 통해 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 플러스 입력단자(Vs+)에 연결되도록 하며, 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 출력단자(Iout)가 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력단자(Iout)와 공통으로 접속되도록 하여, 상기 공통 접속점에서 상기 피크전류의 절대 값에 비례하는 전압(Vout)이 검출되도록 하는 양방향 피크전류 검출부(10D)가 제공된다.

상기 제어부(21)는 상기 양방향 피크전류 검출부(10D)의 검출전압(Vout)을 제1 A/D 변환채널(22a)을 통해 변환하고, 상기 변환 값을 상기 피크전류로 환산하여 상기 표시부(30)에 전달한다.

상기 제1 전원저항(R3a)과 제2 전원저항(R3b)은 1kΩ 이내의 같은 저항 값을 갖는다. 이들 저항들의 저항 값을 너무 작게 하면 신호의 감쇄가 커지고, 또한 이들 저항과 픽업코일(S1)의 인덕턴스가 구성하는 시정수가 커져서 신호가 왜곡된다.

본 발명의 성능을 입증하기 위해 제3 실시형태의 전기울타리 피크전류 측정기(1C)의 시제품이 도 4와 같이 제작되었다. 제작에 적용된 픽업코일(S1과 S2)은 드럼(drum)형으로 페라이트 코어의 직경이 4mm이고 인덕턴스는 10mH이다. 전압제어 전류원(VCCS1과 VCCS2)에는 집적회로 칩(IC Chip)인 ZXCT1110이 적용되었다. 적분 커패시터(C1)의 정전용량은 15nF 이고, 바이어스 저항(R1)의 저항 값은 100kΩ 이다. 엠씨유(MCU)에는 마이크로칩 사의 PIC16F1713이 적용되었으며, 이 엠씨유에는 다수개의 A/D 변환채널들이 내장되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 픽업코일(S1과 S2)은 울타리 도선이 위치되는 곳을 안내하는 슬롯(Slot)(11)의 중심으로부터 비교적 먼 거리인 35mm 떨어진 곳에 배치된다.

실험을 통해 울타리 도선에 각각 플러스와 마이너스 전류가 흐를 때 상기 제3 실시형태의 시제품을 이용하여 피크전류를 측정한 결과, 전체 측정범위인 0~40A 범위에서 측정오차가 2.5% 이내로 분포하였다. 이정도의 오차는 전기울타리 전류측정용으로 사용하기에 무리가 없는 수준이다.

상기 시제품은 전기울타리의 전압도 함께 측정하도록 제작되었으나, 전압측정에 대해서는 설명을 생략한다.

이상 설명한 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 따르면, 전압제어 전류원(VCCS)을 적용함으로써 정밀하게 전기울타리의 피크전류를 측정할 수 있으며, 고전압이 인가되는 도선과의 이격거리가 충분히 확보되어 측정 중 감전 또는 절연파괴의 위험이 낮고, 부품수가 적어 가격이 저렴한 전기울타리 피크전류 측정기가 제공된다.

전술한 본 발명의 실시형태는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시형태를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형과 균등한 타 실시형태가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

1 : 전기울타리 피크전류 측정기
10 : 피크전류 검출부 11 : 울타리 도선 안내 슬롯
20 : 엠씨유(MCU) 21 : 제어부 22 : A/D 변환채널
30 : 표시부
40 : 전원부

Claims

전기울타리 도선에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계의 세기를 전압으로 변환하여 감지하는 제1 픽업코일(S1)과;
상기 제1 픽업코일(S1)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되고, 플러스 입력단자(Vs+)에 작동전원(Vcc)이 연결되어, 상기 제1 픽업코일(S1)에서 감지된 전압을 전류로 변환하여 출력하는 제1 전압제어 전류원(VCCS1)과;
상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력단자(Iout)와 접지(GND) 사이에 연결되어, 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력전류를 적분하는 제1 적분 커패시터(C1)를;
포함하여 구성되어, 상기 제1 적분 커패시터(C1)에서 상기 울타리 도선에 흐르는 피크전류에 비례하는 전압(Vout)이 검출되도록 하는 피크전류 검출부(10A)와;
상기 피크전류를 표시하는 표시부(30)와;
상기 피크전류 검출부(10A)의 검출전압(Vout)을 제1 A/D 변환채널(22a)을 통해 디지털 값으로 변환하고, 상기 변환 값을 상기 피크전류로 환산하여 상기 표시부(30)에 전달하는 제어부(21)를;
포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.
제1항에 있어서, 상기 전기울타리 피크전류 측정기는,
제2 픽업코일(S2)과;
상기 제2 픽업코일(S2)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되고, 플러스 입력단자(Vs+)에 작동전원(Vcc)이 연결되는 제2 전압제어 전류원(VCCS2)과;
상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 출력단자(Iout)와 접지(GND) 사이에 연결되는 제2 적분 커패시터(C2)를 더 포함하되,
상기 제2 픽업코일(S2)의 극성이 상기 제1 픽업코일(S1)의 극성과 서로 반대가 되도록 하여,
상기 제1 적분 커패시터(C1)에서 플러스 피크전류에 비례하는 제1 검출전압(Vout1)이 검출되도록 하고, 상기 제2 적분 커패시터(C2)에서 마이너스 피크전류의 절대 값에 비례하는 제2 검출전압(Vout2)이 검출되도록 하는 양방향 피크전류 검출부(10B)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.
제2항에 있어서, 상기 전기울타리 피크전류 측정기는,
제어부(21)가 상기 제1 검출전압(Vout1)을 상기 제1 A/D 변환채널(22a)을 통해 디지털 값으로 변환하고, 상기 제2 검출전압(Vout2)을 제2 A/D 변환채널(22b)을 통해 디지털 값으로 변환한 다음, 상기 변환 값들 중 큰 값을 피크전류로 환산하여 상기 표시부(30)에 전달하는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.
제1항에 있어서, 상기 전기울타리 피크전류 측정기는,
제2 픽업코일(S2)과;
상기 제2 픽업코일(S2)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되고, 플러스 입력단자(Vs+)에 작동전원(Vcc)이 연결되는 제2 전압제어 전류원(VCCS2)을 더 포함하되,
상기 제2 픽업코일(S2)의 극성이 상기 제1 픽업코일(S1)의 극성과 서로 반대가 되도록 하고,
상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 출력단자(Iout)가 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력단자(Iout)와 공통으로 접속되도록 하여,
상기 공통 접속점에서 상기 피크전류의 절대 값에 비례하는 전압(Vout)이 검출되도록 하는 양방향 피크전류 검출부(10C)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.
제1항에 있어서, 상기 전기울타리 피크전류 측정기는,
상기 제1 픽업코일(S1)에 플러스와 마이너스 입력단자(Vs+와 Vs-)가 연결되는 제2 전압제어 전류원(VCCS2)과;
상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)과 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)에 작동전원(Vcc)을 공급하는 제1 전원저항(R3a)과 제2 전원저항(R3b)을 더 포함하되,
상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 입력단자(Vs+와 Vs-) 극성이 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 입력단자(Vs+와 Vs-) 극성과 서로 반대가 되도록 하고,
작동전원(Vcc)이 제1 전원저항(R3a)을 통해 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 플러스 입력단자(Vs+)에 연결되고, 제2 전원저항(R3b)을 통해 상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 플러스 입력단자(Vs+)에 연결되도록 하며,
상기 제2 전압제어 전류원(VCCS2)의 출력단자(Iout)가 상기 제1 전압제어 전류원(VCCS1)의 출력단자(Iout)와 공통으로 접속되도록 하여,
상기 공통 접속점에서 상기 피크전류의 절대 값에 비례하는 전압(Vout)이 검출되도록 하는 양방향 피크전류 검출부(10D)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.
제1항에 있어서, 상기 전기울타리 피크전류 측정기는,
상기 제1 적분 커패시터(C1)에 병렬로 연결되는 제1 바이어스 저항(R1)을;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.
제2항에 있어서, 상기 전기울타리 피크전류 측정기는,
상기 제2 적분 커패시터(C2)에 병렬로 연결되는 제2 바이어스 저항(R2)을;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.
제1항에 있어서, 상기 표시부(30)는,
상기 A/D 변환 값을 상기 제어부(21)로부터 전달받아, 소리, 빛, 문자 또는 이들의 조합으로 표시하는 것을 특징으로 하는 전기울타리 피크전류 측정기.