KR102010290B1 - 금속 전도체 장애 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

금속 전도체(34)에 장애를 검출하는 방법은 감시가능한 인덕턴스를 갖는 금속 전도체(34)에 기계적 및 전기적으로 연결되는 인덕턴스 감지 회로(12)를 제공하는 단계, 금속 전도체(34)에 가해진 전자기장 및 내부적으로 발생된 회로 발진에 기초하여 인덕턴스 감지 회로(12)를 튜닝하는 단계, 및 튜닝된 인덕턴스 감지 회로(12)로부터 튜닝된 출력 신호가 금속 전도체(34)의 적어도 부분에 추가 또는 탈취에 의해 금속 전도체(34)의 인덕턴스에 변화에 기인하여 디튜닝될 때 경보 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 이러한 방법을 위한 금속 전도체 장애 검출 장치(10) 또한 제공되며, 장치(10)는 진폭 및/또는 주파수 튜닝가능 인덕턴스 감지 회로(12), 및 인덕턴스 감지 회로(12)의 출력에 기초하여 알람 신호를 출력하기 위한 알람 회로(16)를 포함한다.

Description

금속 전도체 장애 검출 장치 및 방법{METALLIC CONDUCTOR DISTURBANCE DETECTION DEVICE AND METHOD}

본 발명은 금속 전도체 장애(disturbance) 검출 장치에 관한 것으로, 금속 전도체의 또는 이의 부근에 장애를 검출하는 방법에 관한 것이다.

전기통신 현장들 및 운송 현장들과 같은 금속 기반구조들에서, 이를테면 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 전도체들의 가치가 급속히 증가함에 기인하여 이들을 탬퍼링(tampering) 및/또는 탈취(removal)하는 사건들이 최근 몇년간 꾸준히 증가하였으며 이에 따라 전 세계적인 문제가 되고 있다.

또한, 부식 또는 우발적으로 입은 손상에 기인하는, 금속 전도체들 내 자연적인 열화에 대해 감시할 수 있다면 유익할 것이다.

이러한 금속 전도체들의 광범위한 절도를 방지하기 위해서 많은 해결책들이 제안되었다. 이들 해결책들은 일반적으로, 절도범들 또는 허가받지 않은 사람들의 현장 진입 방지, 현장에 있는 동안 절도범들 또는 허가받지 않은 사람들의 검출, 및 사건 후에 불법으로 탈취된 자재들을 입수하는 '장물처리자들' 또는 절도범들을 적발하는 것인, 3가지 범주들로 나누어질 수 있다.

방지는 전형적으로 전기철책을 포함하는 보안철책을 포함하지만, 단단히 결심한 절도범들의 침입을 방지하는데 있어선 효과적인 것으로 입증되지 않았다.

검출은 주로 현장에 있을 때 절도범들을 검출하기 위한 확립된 '통상적인' 보안 기술을 주로 이용한다. 사용되는 기술은 대부분 감시 CCTV, 이동 및 사운드 센서들이다. 현장 감시 CCTV는 현장에 있는 절도범들에 대한 통지를 제공할 수 있지만, 무엇이 탈취되었는지는 확인하지 못한다. 또한, 대부분의 현장들에 대해 여전히 엄청나게 비용이 든다. 이동 및 사운드 센서들과 같은 장치들은 예를 들면 현장을 지나가는 동물들에 기인하여 이러한 현장 환경들에서 잘못 경보하기 쉽고, 이는 운영 비용들 및 불편을 가중시킨다.

세 번째 수법은 사건 후에 절도범들 또는 장물처리자들을 적발할 수 있게 하는 것이다. 이 영역에서 가장 확립된 수법들 및 기술들은, 도난된 자재의 눈에 보이지 않는 이력추적을 제공하여 도난된 자재들의 재판매를 다루는데 매우 효과적인 것으로 입증된 스마트워터(SmartWater) RTM; 외장/케이스 상에 소유자 신원을 인쇄하는 것으로서, 이것은 억제력이 있지만 일반적으로 습관으로서 소각될 수 있으며; 눈에 보이는 및/또는 보이지 않는 염료를 함유하며 절도범들이 허가받지 않은 영역들 내 있을 때 건드려졌을시 폭발하는 '지뢰(Land Mines)'이다.

이 후자의 배열은 절도범들의 확인에 도움을 줄 최근의 개발이다.

본 발명은 검출 범주에 속하며, 그럼으로써 첫 번째 장소에서 금속 전도체들의 탈취 및/또는 이들에 대한 손상을 방지 또는 제한하고 그럼으로써 안전을 개선하고 운영 다운타임(downtime)을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

발명의 제 1 측면에 따라, 감시가능한 인덕턴스를 갖는 금속 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결되는 인덕턴스 감지 회로를 제공하는 단계, 금속 전도체에 가해진 전자기장 및 내부적으로 발생된 회로 발진에 기초하여 인덕턴스 감지 회로를 튜닝하는 단계, 및 튜닝된 인덕턴스 감지 회로로부터 튜닝된 출력 신호가 금속 전도체의 적어도 일 부분의 추가 또는 탈취에 의해 금속 전도체의 인덕턴스에 변화에 기인하여 디튜닝(detune)될 때 경보 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 금속 전도체의 장애를 검출하는 방법이 제공된다.

발명의 제 1 측면의 바람직한 및/또는 선택적 특징들은 청구항 2 내지 15를 포함하여 이들에 개시되어 있다.

발명의 제 2 측면에 따라, 금속 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결되는 진폭 및/또는 주파수 튜닝가능 인덕턴스 감지 회로, 및 금속 전도체의 적어도 일 부분의 추가 또는 이의 탈취에 의한 인덕턴스 감지 회로의 출력에 기초하여 알람 신호를 출력하기 위한 알람 회로를 포함하는, 금속 전도체의 장애를 검출하는 방법을 위한 금속 전도체 장애 검출 장치가 제공된다.

발명의 제 2 측면의 바람직한 및/또는 선택적 특징들은 청구항 17 내지 27를 포함하여 이들에 개시되어 있다.

발명의 제 3 측면에 따라, 제 1 및 제 2 1차(primary) 권선들과 2차(secondary) 권선을 갖는 트랜스포머를 포함하는 인덕턴스 감지 회로, 및 트랜스포머의 제 1 1차 권선과 전기적으로 연통하는 튜닝가능 발진기를 포함하고, 제 2 1차 권선은 금속 기반구조와 기계적 및 전기적으로 연통가능하며, 2차 권선은 금속 기반구조의 제 1 조건에 기초하여 튜닝된 출력 신호와, 금속 전도체의 적어도 일 부분의 추가 또는 탈취에 의해 야기되는 금속 기반구조의 제 2 조건에 기초하여 디튜닝된 출력 신호를 출력할 수 있는, 금속 전도체의 장애를 검출하기 위한 금속 전도체 장애 검출 장치가 제공된다.

발명의 제 4 측면에 따라, 제 1 및 제 2 1차 권선들과 2차 권선을 갖는 트랜스포머를 포함하는 인덕턴스 감지 회로, 및 트랜스포머의 제 1 1차 권선과 전기적으로 연통하는 튜닝가능 발진기를 포함하고, 제 2 1차 권선은 금속 기반구조와 기계적 및 전기적으로 연통하며, 2차 권선은 금속 기반구조의 탬퍼링되지 않은 조건에 기초하여 튜닝된 출력 신호와, 금속 기반구조의 탬퍼링된 조건에 기초하여 디튜닝된 출력 신호를 출력하는, 금속 기반구조와 기계적 및 전기적으로 연통하는 금속 전도체 장애 검출 장치가 제공된다.

발명의 제 5 측면에 따라, 감시가능한 인덕턴스를 갖는 금속 전도체에 전기적으로 연결된 인덕턴스 감지 회로를 제공하는 단계, 금속 전도체에 가해진 전자기장 및 내부적으로 발생된 회로 발진에 기초하여, 인덕턴스 감지 회로를 튜닝하는 단계, 및 튜닝된 인덕턴스 감지 회로로부터 튜닝된 출력 신호가 금속 전도체의 적어도 일 부분의 추가 또는 탈취에 의해 금속 전도체의 인덕턴스에 변화에 기인하여 디튜닝될 때 경보 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 금속 전도체의 장애를 검출하는 방법이 제공된다.

발명의 제 6 측면에 따라, 감시가능한 인덕턴스를 갖는 금속 전도체와 전기적 및 기계적으로 연통하는 인덕턴스 감지 회로를 제공하는 단계, 금속 전도체에 전자기장을 가하는 발진기를 이용함으로써 인덕턴스 감지 회로를 튜닝하는 단계, 및 튜닝된 인덕턴스 감지 회로로부터 튜닝된 출력 신호가 금속 전도체의 적어도 일 부분의 추가 또는 탈취에 의해 금속 전도체의 인덕턴스에 변화에 기인하여 디튜닝될 때 경보 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 금속 전도체의 장애를 검출하는 방법이 제공된다.

발명은 단지 예로서 첨부된 도면들을 참조하여 이제 더 특정하게 기술될 것이다.
도 1a는 명확성을 위해 회로 모듈들이 확인되게 도시된 발명의 제 2 측면에 따른 금속 전도체 장애 검출 장치의 제 1 실시예의 회로도이다.
도 1b는 명확성을 위해 언급된 전기 부품들을 갖는 도 1a의 회로도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 금속 전도체 장애 검출 장치에 의해 감시될 금속 전도체의 전기적 표현을 도시한 회로도이다.
도 3은 발명의 제 1 측면에 따라 금속 전도체 장애 검출 장치와 적어도 하나의 금속 전도체를 포함하는 금속 기반구조 간에 연결의 제 1 예의 블록 회로도이다.
도 4는 발명의 제 1 측면에 따라 금속 전도체 장애 검출 장치와 적어도 하나의 금속 전도체를 포함하는 금속 기반구조 간에 연결의 제 2의 간략화된 예의 블록 회로도이다.
도 5는 발명의 제 1 측면에 따라 금속 전도체 장애 검출 장치와 적어도 하나의 금속 전도체를 포함하는 금속 기반구조 간에 연결의 제 3 예의 블록 회로도로서, 장치와 전도체 간에 단일 연결만이 요구된다.
도 6은 발명의 제 2 측면에 따라 금속 전도체 장애 검출 장치의 제 2 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 발명의 제 2 측면에 따라 금속 전도체 장애 검출 장치의 제 3 실시예를 도시한 것이다.
도 8은 발명의 제 2 내지 제 5 측면들에 따라 금속 전도체 장애 검출 장치의 제 4 실시예를 도시한 것이다.

먼저 발명의 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 인덕턴스 감지 회로(12), 인덕턴스 감지 회로(12)의 출력에 연결된 필터 회로(14), 및 필터 회로(14)의 출력에 기초하여 알람 신호를 출력하기 위한 알람 회로(16)를 포함하는 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 제 1 실시예가 도시되었다. 장치(10)는 인덕턴스 감지 회로(12), 필터 회로(14) 및/또는 알람 회로(16), 및 추가적으로 또는 대안적으로, 전압 레귤레이트 회로(20)를 구동하기 위한 구동기 회로(18)를 바람직하게 더 포함한다.

감지 와이어(22)는 감지 회로(12)의 좌측에 위치된 순간 푸시 버튼 테스트 스위치(SW)를 통해 감지 회로(12)에 일부가 된다.

테스트 스위치(SW)로부터, 감지 회로(12)의 튜닝 회로(24)의 부분을 형성하는 튜닝가능 캐패시터(C1)로의 연결이 이루어진다. 본 실시예에 있어서, 튜닝가능 캐패시터(C1)는 9 내지 180 피코 패럿 사이의 값 범위를 가지며, 장치(10)를 레귤레이트하거나 이를 감시될 금속 기반구조(26)의 부분을 형성하는 금속 전도체에 결합하기 위해 이용된다.

회로의 적합한 동작을 위해서 추가 안정성이 요망되거나 필요한 것으로 여겨진다면, 가해진 신호의 부분을 접지로 분기(shunt)시키고 그럼으로써 감지 회로가 가질 초기 이득을 제한하여 포화되는 것을 방지하기 위해서, 튜닝가능 캐패시터(C1)의 입력과 장치(10)의 B- 사이에 2MΩ 저항기(R1)가 채용될 수 있다.

튜닝가능 캐패시터(C1)는 이 경우에 NPN 소 신호 트랜지스터이고, 감지 회로(12)의 증폭/발진 회로(28)의 제 1 단(stage)을 형성하는 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결된다.

트랜지스터(Q1)의 필요한 바이어싱을 제공하기 위해 대략 200KΩ의 바이어싱 저항기(R2)가 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 접합에서 베이스 접합에 연결된다.

B+에서 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 5KΩ 저항기(R3)는 트랜지스터(Q1)에 전압의 레귤레이트를 제공한다.

또한, 응용에 따라서는, 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스의 과포화의 위험이 문제가 될 수 있을 응용에서 채용된다면, 장치(10)를 더욱 안정화하기 위해 트랜지스터(Q1)의 베이스 연결로부터 접지로 대략 100KΩ의 분기 저항기(R4)를 채용하는 것이 바람직할 수도 있다.

사용시, 주어진 주파수 및 진폭의 인입되는 신호는 트랜지스터(Q1)를 포함하는 증폭/발진 회로(28)에 의해 생성된 국부 발진과 믹싱된다. 이어, 신호는 대략 1.5 나노 패럿의 고정된 세라믹 캐패시터(C2)를 거쳐 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스 접합에 공급되는데, 조합된 신호는 트랜지스터(Q1)와 동일한 방식 및 구성으로 훨씬 더 증폭된다.

콜렉터에서 베이스로 바이어스 전압을 제공하는 50KΩ 저항기(R5)가 채용되며, B+와 콜렉터 접합 사이에 2.1KΩ 저항기(R6)가 트랜지스터(Q2) 상에서 바람직하게 이용된다.

이 시점에서 입력 신호는 증폭/발진 회로(28)에 의해 충분히 증폭되어졌으며 출력 이득 제어로서 채용되는 100KΩ 포트(pot)(P1)에 직접 공급된다. 100KΩ 포트(P1)는, 현 경우엔 15MΩ의 값을 갖지만 저항의 값이 2MΩ만큼 작을 수 있고 여전히 양호한 결과들을 줄 수 있는 것인, 매우 큰 값의 저항기(R7)를 통해 B-에 연결된다.

이어, 장치(10)의 동작 상황의 시각적 표시의 한 형태를 제공하기 위해서, LED 1로서 언급된 제 1 LED의 애노드에 100KΩ 포트(P1)의 와이퍼가 공급된다. LED 1의 캐소드 연결은 상기 LED 1의 출력 및 B-와 병렬인 필터 회로(14)의 튜닝가능 대역 통과 필터(30)에 연결된다.

이 경우에 증폭/발진 회로(28)의 출력과 통신하는 필터 회로(14)는 B-로의 5.3KΩ 저항기(R8)와 직렬인 100μH 코일(32)을 포함한다. 0.3 나노 패럿의 가변 캐패시터(C2)는 코일(32) 및 저항기(R8)와 병렬이다. 이에 따라, 필터 회로(14)의 대역 통과 필터(30)는 특정 응용을 위해 대역 통과 필터(30)의 특성들을 변화시키는 것이 바람직한 것으로 여겨진다면 코일 인덕턴스에 관하여 정전 용량을 가변시킴으로써 튜닝될 수 있다.

또한, 장치(10)의 구동기 회로(18)의 부분을 형성하는 구동기 트랜지스터(Q3)의 베이스 접합에 캐소드가 더욱 연결된다. 구동기 회로(18)는 알람 회로(16)로 출력하는 광 아이솔레이터(O1)의 동작 상황을 레귤레이트하기 위해 이용된다.

정규 동작 조건에서, 구동기 트랜지스터(Q3)는 이상적으로 완전 ON 조건과 완전 OFF 조건 사이의 약 절반의 반-ON 조건에 있어 그럼으로써 널(null) 조건을 제공한다. 요망되는 조절을 달성하기 위해, LED 2로서 언급된 제 2 LED는 튜닝 목적을 위한 시각적 표시기로서 제공된다.

튜닝 회로(24)의 튜닝가능 캐패시터(C1), 필터 회로(14)의 100KΩ 이득 포트(P1), 및 전압 레귤레이트 회로(20)를 통한 B+의 조절에 의해, 장치(10)의 정확한 튜닝이 달성될 수 있고 장치(10)는 감응 상태가 될 수 있다.

장치(10)에 공급하는 정(positive) 전압 B+는 바람직하게 B+ 전압 서플라이와 직렬의 1KΩ 포트(P2) 및 장치(10)의 증폭/발진 회로(28)에 의해 조절될 수 있다. 실제로, 이 포트(P2)는 전형적으로 어떤 이상적인 또는 최적의 값까지 조절되며, 이후에 현장에선 거의 또는 전혀 더 이상의 조절을 요구하지 않을 것이며, 장치(10)를 튜닝된 상태로 조절하는 주 수단은 튜닝 회로(24)의 가변 캐패시터(C1) 및 필터 회로(14)의 100KΩ 출력 이득 포트(P1)의 조절들을 통해 될 것이다.

LED 2에 대한 손상을 방지하기 위해서, 잠재적으로 손상을 가하는 전류를 제어하기 위해 LED 2의 애노드와 직렬로 800Ω 저항기(R9)가 제공된다. 이 시점에서, 광 아이솔레이터(O1)는 ON 상태로 바이어스되는데, 바이어스 전압은 알람 회로(16) 내 제공된 광 릴레이들(OR1, OR2)을 구동하기 위해 추가의 트랜지스터(Q4)를 통과한다.

도 2를 참조하여, 이를테면 전기통신 마스트(mast) 또는 현장, 유틸리티 현장, 예를 들면, 변전소, 및/또는 운송 현장, 예를 들면, 철도 시그널링 현장과 같은, 금속 기반구조(26)의 부분을 형성하는 금속 전도체(34)의 전기적 표현과, 이에 감지 회로(12)의 튜닝 회로(24)가 어떻게 연결되는가가 기술될 것이다.

이 경우에, 금속 전도체(34)는 접지 그리드에서 발견되는 것과 같이 지면에 접지된다. 예를 들면, 구리이며 전형적으로 어떤 길이를 갖는 감시되는 금속 전도체(34)는 전도체(34)가 지면 약간 위에 또는 이 내에 위치될 경우 자연 정전 용량(capacity) 뿐만 아니라, 특정 자연 인덕턴스를 보유한다. 금속 전도체(34)는 공기 및/또는 토양과의 접촉 때문에 산화층을 형성하므로, 산화층에 의해 약간의 정전 용량이 형성된다.

또한, 금속 전도체(34)는 상기 전도체(34)의 길이에 따라 자연 저항을 갖는다. 저항은 매우 낮을 수 있고 또는 길이가 크다면 1Ω 이상을 초과할 수도 있다. 이때, 이하 'LC&R'이라 지칭되는, 인덕턴스, 정전 용량, 및 저항의 존재 때문에, 구조는 LC&R의 존재 때문에 튜닝되는 회로를 형성할 것이라고 할 수 있다.

지면 내에는 낮은 라디오 주파수 또는 RF 스펙트럼에 이를 수 있는 저 및 고 주파수 교류 전류들이 존재할 뿐만 아니라, 자연적 및 인공적 둘 다인, 과다한 표유 전류(stray current)들이 존재한다. 금속 기반구조(26) 내에는 이것이 지면과 연통하기 때문에 이들 전류들 및 전압들이 유도된다. 이러한 전압들 및 전류들은 전압계 또는 오실로스코프에 의해 금속 전도체(34)로부터 판독될 수 있어 주파수 및 진폭 둘 다가 판독될 것으로 알려져 있다. 이들 전류들 및 전압들은 기반구조(26)의 금속 전도체(34)가 어떤 식으로 건드려진다면 변화들이 감시될 수 있게 하는 수단의 부분을 형성한다.

또한, 장치(10)의 완전한 회로는, 접지 기반구조(26) 상에서 측정될 수 있고 이 발명에서는 일어나는 임의의 변화들을 검출하기 위해서 감시될 금속 전도체(34) 상에 또는 이 내에 이미 존재하는 신호들과 조합되는 발진을 발생한다.

금속 전도체(34)가 이를테면 이의 부분의 탈취 또는 이에 대한 손상에 의해 건드려질 때, 가해진 주파수들의 전압들 및 진폭의 변화가 장치(10)에 의해 수신되어 알람 조건이 발생되게 한다. 또한, 가해진 주파수들의 전압들 및 진폭들, 또는 환언하여 감시되는 금속 전도체(34)의 전도성 특성들에의 변화들은 금속 전도체(34)의 자연적 부식 및/또는 이의 부근 내에 다가가는 바디(body)에 기인하여 초래될 수 있음이 이해된다. 이 경우에, 알람 조건이 또한 일어난다.

도 3은 감시되는 기반구조(26)의 접지된 금속 전도체(34)를 감시하게 배열된 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 제 1 예를 도시한 것이다. 장치(10)의 튜닝 회로(24)의 입력은 접지 그리드의 한 부분에 전기적 감지 와이어, 리드 또는 케이블을 통해 기계적으로 연결되는데, 이 예에서는 현장을 위한 주 단일 접지 지점으로서 작용하는 파워 서비스 엔트리 박스(40)의 접지 단자(38)로의 연결로서 도시되었다.

파워를 장치(10) 및 아마도 이외 다른 현장 전자장치들에 공급하는, 이 경우 예를 들면 배터리 플랜트인 파워 서플라이(42)로부터 또 하나의 와이어(44)가 파워 서플라이(42)를 접지하기 위해 종종 취해진다. 이것은 도 3에 도시된 바와 같이 정(positive) 접지이거나, 도 4에 도시된 바와 같이 음(negative) 접지일 수 있다.

본 발명의 일부 응용들에서, 감시되는 기반구조(26)의 금속 전도체(34) 또는 또 다른 금속 전도체(34) 내에 변화들을 감시하기 위한 제 2 감지 경로로서, 배터리 플랜트 또는 이외 다른 파워 서플라이(42) 및 장치(10)에의 제 2 연결이 채용된다.

부스 바(buss bar) 또는 마스터 접지 부스(46)는 감시되는 기반구조(26)의 부분을 형성하며 금속 전도체 또는 전도체들(34)과 전기적으로 연통한다. 여러 구조들은 접지 전위에 있으며 마스터 부스(46)에 상호연결되고 접지된다. 전형적으로, 이들 구조들은 지면 위 뿐만 아니라 지면 내에 매립된 상당히 큰 직경의 구리 케이블을 통해 함께 그리고 접지 부스(46)에 연결 또는 접착된다. 일부 응용들에서, 서비스 엔트리 그리드(40)로부터 멀리 떨어진 또 다른 접지 그리드는 마스터 접지 부스(46) 및 서비스 엔트리 접지(38) 둘 다에 연결되거나 접착되고 그럼으로써 접지 루프를 형성한다. 전형적으로, 이러한 네트워크들에서 도 3의 도면에 나타낸 바와 같이 기반구조(26) 내에 하나 이상의 접지 루프들(50)이 존재할 것이다. 기반구조(26)의 임의의 부분이 탬퍼링 또는 탈취될 때, 전형적으로 기반구조(26) 내에 가해진 신호의 진폭 및/또는 인덕턴스에 대응하는 변화가 있을 것이며 앞에 언급된 바와 같이 이 변화는 장치(10)에서 알람 조건을 트리거한다.

도 4를 참조하면, 하나 이상의 금속 전도체들(34)을 갖는 감시되는 기반구조(26)로의 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 연결의 제 2 예가 도시되었다. 도 4의 배열은 도 3의 간략화된 버전으로서, 앞서 기술된 바와 같은 추가의 접지 그리드들은 생략되었다. 튜닝 회로(24)의 입력은 전기 감지 케이블, 와이어 또는 리드(22)를 통해 배전반 또는 이외 다른 서비스 엔트리 유닛(40)에 기계적으로 연결된다. 파워 서플라이(42)는 전처럼, 바람직하게는 부스 바 또는 마스터 접지 부스(46)에 접지된다. 그러므로, 위에 제 1 예와 거의 동일한 방식으로 동작된다.

도 5는 하나 이상의 금속 전도체들(34)을 갖는 감시되는 기반구조(26)에 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 연결의 제 3 예를 도시한 것이다. 이 예에서 상호연결은 앞에 두 예들의 것과는 다르다. 이 경우에, 배터리 플랜트 또는 파워 서플라이(42)는 금속 기반구조(26)에 관하여 독립적일 수도 있고 '플로팅(floating)'할 수도 있다. 이에 따라, 감시될 기반구조(26)에 튜닝 회로(24)를 통한 단일의 연결이 요구된다. 그러므로 장치(10)가 적합히 조절되어졌을 때, 장치(10)에 단일의 연결만으로 상기 기반구조(26) 내에 변화들을 검출할 수 있다.

이제 도 6을 참조하여, 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 제 2 실시예가 이제 기술될 것이다. 제 1 실시예의 것들과 유사하거나 동일한 구성요소들에 동일 참조부호를 사용하며 따라서 더 이상의 상세한 설명은 생략될 것이다. 광 아이솔레이터(O1) 및 알람 회로(16)부터 구동기 회로(18)의 부분은 이들이 도 1a 및 도 1b의 것들과 동일하거나 실질적으로 동일하므로, 용이한 언급을 위해 생략된다. 장치(10)는 전처럼, 감지 회로(12), 필터 회로(14), 전압 레귤레이트 회로(20), 구동기 회로(18) 및 알람 회로(16)를 포함한다. 감지 회로(12)는 튜닝 회로(24) 및 수정된 증폭/발진 회로(28)를 포함한다. 주 차이는 수정된 감지 회로(12)에 있다.

이 실시예에서, 감지 회로(12)는 튜닝 회로(24)에의 입력에 감지 픽업 코일(52)을 포함하게 개작되었다. 픽업 코일(52)은 나노 또는 피코 패럿 정도의 작은 값의 제 2 캐패시터(C3)를 통해 튜닝가능 캐패시터(C1)와 B- 사이에 연결된다. 이 무선 커넥터는 감시될 기반구조(26)에의 직접적인 기계적 연결이 예를 들면, AC 또는 DC 파워가 공급되거나, 또 다른 신호 유형이어서 위험하거나 아니면 바람직하지 못한 것으로 여겨진 환경들에서 장치(10)가 이용될 수 있게 한다. 이러한 제한들에 접하게 되었을 때, 도 6에 도시된 구성으로 픽업 코일(52)을 채용하는 것은 매우 양호한 결과들을 준다는 것이 발견되어졌다.

또한, 장치(10)의 회로들을 의사 RF 간섭으로 포화되는 것을 방지 또는 제한하기 위해서, 전기 차폐를 어느 정도까지 포함하는 것이 이점이 있을 수 있다.

이제 도 7을 참조하여, 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 제 3 실시예가 이제 기술될 것이다. 다시, 제 1 및 제 3 실시예들의 것들과 유사하거나 동일한 구성요소들에 동일 참조부호를 사용하며 따라서 더 이상의 상세한 설명은 생략될 것이며, 도 6에서와 같이 광 아이솔레이터(O1)및 알람 회로(16)부터 구동기 회로(18)의 부분은 이들이 도 1a 및 도 1b의 것들과 동일하거나 실질적으로 동일하므로, 명료하게 하기 위해 생략된다.

제 2 실시예의 장치(10)는 전처럼, 감지 회로(12), 필터 회로(14), 전압 레귤레이트 회로(20), 구동기 회로(18) 및 알람 회로(16)를 포함한다. 감지 회로(12)는 튜닝 회로(24) 및 더욱 수정된 증폭/발진 회로(28)를 포함한다. 주 차이는 더욱 수정된 감지 회로(12)에 있다.

더욱 수정된 감지 회로(12)는 튜닝 회로(24) 및 티클러 코일(tickler coil)(54)로의 입력에 감지 픽업 코일(52)을 포함한다. 필터 회로(14)로부터의 출력 신호의 부분은 튜닝 회로(24)의 입력으로 되돌아가 재생 피드백 회로와 유사한 방식으로 유도적으로 픽업 코일(52)에 작용하게 된다. 이에 따라, 감지 회로(12)는 외부 RF 신호들에 극히 민감해진다.

위에 예들 및 실시예들의 조합이 이용될 수도 있음이 이해될 것이다.

사용시, 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 바람직한 실시예들은 외부 금속 기반구조(26)로부터 튜닝 회로(24)로의 단일 연결을 제공하며, 튜닝 회로(24)는 튜닝을 돕기 위해 가변 캐패시터(C1)를 이용한다.

감시될 기반구조(26)의 금속 전도체(34)는 RC&L의 특성들을 보유하며, 이에 따라 튜닝되는 또는 튜닝가능 회로로서 취급될 수 있다.

이러한 경우들에 있어서 금속 전도체(34)는 어떤 방식으로 접지될 수 있지만, 그렇더라도 위에 언급된 바와 같이 주변 RF 및 대기 내 및 지면 내에 존재하는 다른 형태들의 전자기장들에 의해 영향을 받을 것이다.

필터 회로(14)의 출력 단(stage)에서 B+ 레일 또는 트레이스 라인을 통해 입력 단으로 다시 피드백을 통해 장치(10) 내에 내부적으로 전기적 발진이 발생된다.

예를 들면, 각각의 전위차계들을 통해 필터 회로(14) 및 전압 레귤레이트 회로(20)와, 예를 들면, 가변 캐패시터에 의해 튜닝 회로(24)를 조절함으로써, 발진들의 주파수는 공진 조건이 야기되는 지점까지 조절될 수 있다. 장치(10)는 먼저 활성화되고 장치(10)가 이상적인 공진 조건에 가까워지는 조건까지 조절된다. 튜닝 회로(24)의 가변 캐패시터(C1)가 가변됨에 따라, 외부 회로로부터의 진폭은 증가한다. 어떤 지점에서 이 진폭은 감지 회로(12)의 자연 발진에 영향을 미치기 시작할 것이다. 이것은 가변 RC&L 기반구조(26)를 통해 트랜지스터(Q1)에 도달하는 가해지는 신호의 진폭에 증가에 의해 트랜지스터(Q1)의 베이스의 포화도에 기인한다. 어떤 지점에서, 이 포화는 감지 회로(12)의 자연 주파수에 영향을 미칠 것이며, 이에 의해서, 감지 회로(12)의 주파수를 변화시키는 것은 감지가 극히 민감해지게 하며 이상적인 공진의 가까운 상태로 간주될 수 있다. 외부 기반구조(26)로부터 너무 큰 량의 진폭이 트랜지스터(Q1)의 베이스에 공급된다면, 베이스는 과도하게 포화하게 되고, 감지 회로(12)를 완전 포화시킬 것이며 측정되는 외부 기반구조(26) 내에 변화들은 더 이상 검출될 수 없다. 그러므로, 전압 레귤레이트 회로(20)에 의해 유익하게 설정될 수 있는 B+의 이상적인 설정 및 증폭/발진 회로(28)와 외부 기반구조(26) 간에 결합량이 항시 이상적인 감도가 유지될 수 있게 하는 최적의 값으로 유지되는 것이 중요하다.

튜닝가능 대역 통과 필터(30)는 증폭/발진 회로(28)의 출력과 연통하며, 바람직하지 못한 주파수들을 감쇄하면서 어떤 대역폭만의 주파수들만이 통과하게 설정된다.

장치(10)가 감시될 금속 기반구조(26)에 연결되었을 때, 장치(10)는 외부원들로부터 금속 기반구조(26) 상에 가해진 전자기장들 및 장치(10)의 회로들에 의해 야기된 내부적으로 발생된 발진 모두가 장치(10) 내에서 조합되어 대역 통과 필터(30)를 쉽게 통과할 출력 주파수를 생성하도록 튜닝되어야 한다.

본 발명의 회로의 적합한 동작을 위해 주파수 및 진폭 둘 다 중요하다.

진폭은 장치(10)의 입력에 튜닝 회로(24)의 가변 캐패시터(C1)의 조절에 의해 주로 제어된다. 가변 캐패시터(C1)는 금속 기반구조(26)로부터 증폭/발진 회로(28)에 도달하는 신호의 량을 레귤레이트한다.

장치(10)가 요망되는 동작 조건에 튜닝되어졌을 때, 구동기 회로(18)의 트랜지스터(Q3)의 출력 구동기는 어떠한 알람 조건도 야기되지않게 ON 또는 반-ON 조건에 바이어스되어 있어, 장치(10)는 "대기 모드"에서 있는 것으로 간주된다.

인덕턴스의 변화가 기반구조(26) 내에서 일어나도록 금속 기반구조(26)의 부분이 손상, 탈취 또는 건드려진다면, 이 변화는 기반구조(26)의 공진 조건 및 기반구조(26) 내에 있는 검출된 전자기장들의 진폭 둘 다에 영향을 미친다.

이들 변화들은 증폭/발진 회로(28)의 진폭 및 내부적으로 발생된 주파수 둘 다에 악영향을 미칠 것이며, 그럼으로써 필터 회로(14)의 대역 통과 필터(30)에 공급하는 출력 신호를 변화시킬 것이다.

이러한 변화들은 외부 변화들의 특성에 따라 진폭 및 주파수 둘 다를 증가시키거나 이들을 감소시킬 수 있다. 그러므로 이것은 대역 통과 필터(30)에서 구동기 트랜지스터(Q3)로의 신호 통과 레벨을 변화시킨다.

변화의 특성에 따라, 더 많은 또는 더 적은 신호가 대역 통과 필터(30)에 의해 통과될 수 있다. 구동기 회로(18)는 일어나는 변화의 특성에 따라 하이(HIGH) 상태 또는 로우(LOW) 상태가 될 것이다. 구동기 회로(18)가 예를 들면 진폭에 급격한 증가에 기인하여 하이로 간다면 LED 2의 세기의 갑작스런 증가에 의해 주목되는 바와 같이 더 많은 신호가 대역 통과 필터(30)를 통과할 수 있게 된다. 구동기 회로(18)의 널(null) 설정 조건이 영향을 받게 되며 하나의 광 릴레이(OR1, OR2)가 개방 회로 조건으로 감으로써 응답할 것이다. 구동기 회로(18)가 가해진 신호의 진폭에 급격한 감소에 기인하여 로우로 간다면, 증폭/발진 회로(28)로부터 출력 주파수는 대역 통과 필터(30)의 스펙트럼 밖으로 나가, 트랜지스터(Q3)의 베이스에 도달하는 바이어싱 신호의 제약은 트랜지스터(Q3)가 턴 오프되게 하거나 거의 그렇게 되게 하여 이에 따라 널(null) 조건이 차단된다. 다른 한 광 릴레이(OR1, OR2)는 개방 회로 조건으로 감으로써 응답할 것이며 따라서 제 2 알람 조건이 야기된다. 각 경우에, 알람 조건이 작동되어, 알람 회로(16)는 알람 신호를 출력하게 활성화된다. 바람직하게, 알람 회로는 알람 신호를 현장밖 위치에 출력하기 위한 송신기를 포함한다.

광 릴레이들(OR1, OR2)은 응용에 따라 알람 조건에서 닫혀진 상태가 발생되되도록 구성될 수 있음이 이해될 것이다.

이 회로가 연결되며 감시될 하나 이상의 금속 전도체들(34)을 갖는 전형적인 접지 기반구조(26)에서, 전형적으로 많은 "접지 루프들"이 존재한다. 접지 루프들은 모든 구조들이 함께 묶이는 곳인 단일 접지 지점을 형성하기 위해 금속 전도체들(34)이 상호연결하는 단일 지점에 연통하는 병렬 접지되는 구조들로서 정의된다. 전기적으로, 상호연결되는 전도체들(34)을 갖는 이들 구조들은 기반구조(26)의 전체 인덕턴스를 형성하는 병렬 인덕턴스들을 형성하는 경향이 있다. 기반구조(26)에 의해 형성된 전체 유도성 네트워크의 임의의 부분이 탈취될 때, 인덕턴스는 변화한다. 이들 변화들은 가해진 RF, 전자기장들 또는 둘 다의 공진 주파수 또는 진폭에 변화가 접지된 네트워크와 상호작용하고 그럼으로써 네트워크가 이의 RC&L 특성들을 변화되게 하기 때문에 드러날 수 있다. RC&L 특성들의 변화는 장치(10)의 공진 상태에서 동조 응답 또는 변화를 초래하고, 그럼으로써 장치(10)가 동작하고 있는 주파수를 변경한다. 거의 공진의 조건으로 장치(10)의 주의깊은 튜닝에 의해서, 특히 이전에 튜닝된 신호의 디튜닝인 이러한 동조 응답 또는 변화는 대역 통과 필터(30)를 통해 쉽게 확인된다.

접지 기반구조(26)의 어느 부분이 탈취 또는 달라졌는가에 따라, 이전에 설정된 공진 조건에서 비롯되는 튜닝된 신호는 네트워크가 더 높은 상태의 공진을 부여함에 기인하여 디튜닝하게 되어 완전한 ON 상태인 것으로 간주되거나, 공진 조건은 네트워크가 낮은 상태의 공진을 부여함에 기인하여 디튜닝하게 되어 OFF 상태인 것으로 간주된다. 어느 경우에서든, 필터 회로(14)는 이 디튜닝을 확인하며, 알람은 알람 회로(16)를 통해 발생되어 감시되는 기반구조(26) 내에 이러한 변화들이 일어났음을 다른 것들에 경보할 수 있다.

제 2 및 제 3 실시예들의 픽업 코일들(52)을 유도성 픽업들로서 이용하는 것은 임의의 금속 전도체(34) 내 장애에 대해 감시하기 위해 장치(10)가 접지된 기반구조(26)에 무선으로 유도적으로 연결될 수 있게 한다.

이 배열에서, 유도성 픽업 코일(52)은 근본적으로 튜닝 회로(24)를 사이에 개재하여 증폭/발진 회로(28)의 부분을 형성한다. 증폭/발진 회로(28)에 의해 발생되는 발진은 픽업 코일(52) 내에서 흐른다. 도 6에 도시된 제 2 실시예에서와 같이 픽업 코일(52)이 탑재될 때, 픽업 코일(52)은 외부 수동 인덕턴스들, 바디들의 정전 용량, 및 이를테면 RF 및/또는 전자기장과 같은 포류 주변 장들에 극히 민감해지게 된다.

픽업 코일(52)의 근방에 수동 인덕턴스의 경우에, 수동 인덕턴스는 증폭/발진 회로(28) 및 픽업 코일(52)에 의해 발생된 장의 영향 하에 들어가게 되고 두 인덕턴스들은 튜닝된 회로를 형성하는 경향이 있다. 수동 인덕턴스가 이를테면 이동되거나, 이의 부분이 탈취되거나 아니면 달리 건드려짐에 의해 건드려진다면, 두 인덕턴스들의 유도성 관계에 변화는 증폭/발진 회로(28) 내에 주파수 및 진폭이 이동되게 하고 그럼으로써 장치(10)가 더 큰 또는 더 적은 공진 상태에 놓이게 하여 앞에서 기술된 바와 같이 알람 조건을 발생하게 한다.

장치(10)는 금속 엔클로저 내에 바람직하게 수용되고 요구된다면 편리하게 랙에 장착될 수 있다.

유도성 픽업 코일(52)을 탑재하는 것이 바람직할 때, 장치(10)는 감시될 구조 또는 외부 회로와 함께 놓여질 수 있다. 이 응용에서, 회로는 장치(10)와 감시되는 기반구조(26) 간에 유도성 결합이 쉽게 될 수 있도록 비금속 엔클로저 내에 또는 비-금속 또는 금속 엔클로저 조합 내에 수용될 수 있다.

또한, 필요한 경우 장치(10)의 하우징은 풍우밀(weather tight) 엔클로저일 수 있고 및/또는 매립된 전도체들(34) 또는 금속 구조들과 함께 매립될 수 있는 것도 가능하다. 이 후자의 경우, 매립된 전도체들(34)이 이를테면 갑작스런 탈취에 의해 건드려진다면, 인덕턴스, 주파수, 진폭 또는 3개 모두의 조합의 변화들은 알람 조건을 발생하기에 충분할 것이다.

수정된 배열에서, 감시되는 기반구조(26)가 전류에 의해 활성화되거나 RF 신호를 전달한다면, 전자기장은 위에 기술된 바와 같이, 픽업 코일(52) 내에 존재하는 발진과 상호작용이 이들 둘이 유도적으로 결합될 때 행해질 것이다. 이를테면 신호가 차단되거나 회로가 어떤 식으로 절단되는 것과 같이 현저한 변화가 일어난다면, 장치(10)의 공진 조건은 변경되고 그럼으로써 앞에서 기술된 바와 동일한 방식으로 알람 조건을 발생할 것이다.

제 3 실시예에 관련하여 언급되고 픽업 코일(52)과의 밀접한 유도성 관계에 있는 티클러 코일(54)의 사용은 또한 픽업 코일(52) 내에 감도를 증가시키기에 유익하다. 이것은 감시되는 네트워크 내에서 일어나는 훨씬 더 미묘한 변화들을 검출할 수 있게 한다. 장치(10)가 적합히 튜닝되어졌을 때, 티클러 코일(54)에 의해 제공되는 추가의 유도성 피드백 경로 때문에 매우 민감한 상태의 공진이 된다. 외부 금속 기반구조(26)를 감시하기 위해 채용되었을 때, 감시되는 기반구조(26)의 RC&L 상태의 약간의 변화들조차도 앞서 언급한 요망되는 알람 조건을 생성하기에 충분한 변화들을 회로 내에서 야기하며, 이러한 변화들은 기반구조(26)에 아주 근접하여 허락받지 않은 사람과 같은, 정전 용량을 가진 이물체의 접근을 포함한 임의의 장애로부터 일어날 수 있다. 이에 따라, 장치(10)는 근접 검출기로서 사용될 수 있다.

픽업 코일(52)이 철 또는 페라이트 코어를 이용한다면, 장치(10)는 픽업 코일(52)로부터 몇 피트의 거리 내에 자기장들 또는 금속 물체들의 이동을 검출하는데 민감해질 수 있게 된다. 이 배열에서, 철 또는 강으로 구성된 금속 구조들은 어느 정도의 자연 자기를 보유하는 경향이 있기 때문에 이들 금속들의 이동을 검출하는 수단으로서 채용될 수도 있을 것이다.

튜닝 회로가 가변 캐패시터를 이용하는 것으로서 기술되었을지라도, 임의의 다른 적합한 커패시턴스 조절 수단이 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가변 인덕터가 이용될 수도 있음이 가능하다. 이 경우에, 2개의 유도적으로 결합된 병렬 코일들은 가변 인덕터일 수도 있을 것이며 또는 이의 부분을 형성할 수도 있을 것이다. 코일들을 서로에 관하여 물리적으로 이동시킴으로써, 인덕턴스가 가변될 수 있다. 선택적으로, 가변 인덕터가 페라이트 코어를 이용한다면, 인덕턴스를 가변시키기 위해 코어에 조절이 행해질 수 있다.

증폭/발진 회로(28)의 출력을 대역 통과 필터링하는, 이를테면 비교기 회로를 채용하는 그외 다른 방법들이 이용될 수도 있다. B+ 그리고 트랜지스터(Q1)의 베이스와 연통하는 직렬 가변 캐패시터(C1)를 적합히 조절하였을 때, 장치(10)의 알람 회로(16)를 포함하는 출력을 제어하기 위해 채용된 제 3 트랜지스터(Q3)을 구동하기 위해 어떤 대역폭의 주파수가 대역 통과 필터(30)를 통과할 수 있게 된다. 이것이 달성될 수 있다면, 어떠한 적합한 필터 회로이든 이용될 수 있다.

또한, 대역 통과 필터는 임의의 적합한 형태로 구성될 수 있다. 예로서, 저항기(R8)는 이를테면 전위차계 형태와 같이 가변적일 수도 있을 것이며, 코일(32)은 가변 코어 쵸크일 수도 있을 것이며, 및/또는 가변 캐패시터(C2)는 고정된 캐패시터일 수도 있을 것이다. 이들 요소들 중 적어도 하나는 튜닝할 수 있기 위해 가변적이어야 한다. 그러나, 예를 들면 설치 전에 대역 통과 필터를 튜닝하고 이어 추가의 튜닝이 가능하지 않게 또는 요구되지 않게 부품들을 고정하는 것이 가능할 수도 있을 것이다.

이제 도 8을 참조하여, 금속 전도체 장애 검출 장치(10)의 제 4 실시예가 이제 기술될 것이다. 앞에 실시예들의 것들에서 사용되는 것들과 동일한 참조부호는 유사하거나 동일한 부분들을 지칭하며, 따라서 더 이상의 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 8의 회로도는 명확성을 위해 간략화되었다.

장치(10)는 전처럼, 감지 회로(12), 필터 회로(14), 전압 레귤레이트 회로(도시되지 않음), 구동기 회로(18) 및 알람 회로(16)를 포함한다.

감지 회로(12) 및 필터 회로(14)는 조합될 수 있다. 이 실시예의 필터 회로(14)는 적어도 캐패시터(64)를 포함하며, 그럼으로써 넓은 통과 대역 필터를 효과적으로 제공한다. 더 바람직한 협 통과 대역 필터를 제공하기 위해 추가의 필터 회로가 이용될 수도 있을 것이다.

이 실시예에서 주 차이는 수정된 감지 회로(12)에 있다.

이 실시예에서, 감지 회로(12)는 알람 회로 측에 2차 권선(SW)과 더불어, 금속 기반구조측에 제 1 및 제 2 1차 권선들(PW1, PW2)을 가진 직렬 권선된 페로-공진(ferro-resonant) 트랜스포머(60)를 포함하게 개작되어졌다.

바람직하게 이 특별한 경우에선 34kHz의 발진 신호가 발진 전원 또는 발진기(62)에 의해 제 1 1차 권선(PW1)에 제공된다. 이것은 2차 권선(SW) 및 캐패시터(64)를 포함하는 LC 회로 또는 탱크 회로에 동조할 수 있다. 혹 동조할지라도, 현 실시예에서, 동작은 반 또는 거의 반 공진 주파수에서 일어날 수 있다. 이외 다른 주파수들도 가능할 수 있다. 발진 신호는 트랜스포머의 특정 공진 주파수에 있지 않다. 발진 신호는 일 범위의 20kHz 내지 50kHz에서 잘 동작하는 것으로 제시되었으며 대체로 이용되는 특정 트랜스포머(60)에 달려있다.

바람직할지라도, 감도를 감소시키는 경향이 있진 하지만, 캐패시터(64)는 없어도 된다.

1차 권선(PW1)에서의 발진 신호는 2차 권선(SW)에 전압을 유도한다. 이 전압은 1차 권선(PW1)에 입력 신호 및 감지 와이어들(22)을 통해 제 2 1차 권선(PW2)에 기계적으로 및 전기적으로 부착된 금속 기반구조(26)의 유도성 영향 둘 다에 비례한다. 전자기장은 제 1 및 제 2 1차 권선들(PW1, PW2)을 통해 발진기에 의해 금속 기반구조 상에 가해진다.

제 2 1차 권선(PW2)에 기계적 및 전기적으로 부착된 금속 기반구조(26)의 인덕턴스에 임의의 후속되는 증가 또는 감소는 2차 권선(SW)의 출력 전압 및 전류에 대한 측정가능한 변화들을 야기한다. 이 출력은 발진기(62)에서 제 1 1차 권선(PW1)에 공급되는 신호의 진폭 및/또는 주파수를 감소 또는 증가시킴으로써 미세하게 튜닝될 수 있다. 이에 따라, 발진기(62)는 2-부분 튜닝 회로(24)의 제 1 부분(24a)을 효과적으로 형성한다.

수정예에서, 출력은 네트워크 감지 와이어들(22), 금속 기반구조(26) 및/또는 제 2 1차 권선(PW2)과 직렬로 또는 병렬로 가변 인덕터의 추가에 의해 더욱 미세하게 튜닝될 수 있다.

제 1 1차 권선(PW1)에 공급되는 신호의 진폭은 조절되므로, 연결된 출력 증폭기를 통해 2차 권선(SW)의 출력은 구동기 회로(18)의 구동기 트랜지스터(66)를 통해 하이 알람 회로(65a)를 활성화하진 않고 구동기 회로(18) 및 광-릴레이(70)의 구동기 트랜지스터(68)를 통해 로우 알람 회로(65b)를 활성화하기에만 충분한 전압 및 전류를 생성한다. 이 경우에, 로우 알람 회로(65b)는 정상(steady) 상태에 유지된다.

하이 및 로우 알람 상태들의 설정 간에 전압 차이는 구동기 트랜지스터(66)의 에미터 상에 가변 저항기(72)로 조절된다. 가변 저항기(72) 및 저항기(74)는 2-부분 튜닝 회로(24)의 제 2 부분(24b)을 형성한다. 이것은 2차 권선(SW)에 부여된 신호 전압에 변화들이 하이 또는 로우 알람 이벤트의 트리거를 허용하게 매우 작아질 수 있게 한다.

가변 저항기(72)가 유익하게 구동기 트랜지스터(66)의 에미터 상에 있을지라도, 구동기 트랜지스터(66)의 베이스 상에 있을 수도 있는데, 이 경우 추가의, 바람직하게 고정된, 저항기는 에미터 상에 있게 될 것이다. 가변 저항기(72) 또는 또 다른 가변 저항기는 구동기 트랜지스터(68)의 에미터 상에 있을 수도 있다. 가변 저항기(72)는 저항기(74)와 서로 교환될 수 있다. 이러한 상호교환성은 광-릴레이 칩들 또는 이외 다른 적합한 릴레이 장치들(70, 76)의 부품 공차들에 변동에 대해 알람 부분(16)을 조절할 수 있게 한다.

하이 및 로우 알람들 둘 다가 활성화된 상태에 있다면, 가변 저항기(72)는 하이 알람이 비-활성화될 때까지 이의 저항을 변경함으로써 조절될 수 있다. 알람 회로(16)는 비-활성화된 상태에서 하이 알람 및 활성화된 상태에서 로우 알람을 갖는 변동없는 OK 상태에 남에 있는다. 하이 알람을 위해 N/C 장치와 로우 알람을 위해 N/O 장치를 사용한다면, 일단 하이와 로우 간에 트리거 값들이 적합하게 조절되어졌으면, 발진기(62)의 진폭을 통해 센서 회로(12)를 미세하게 튜닝하기 위한 표시기로서 알람 조건들 자체들이 사용될 수 있다.

일단 정상 상태에 있게 되면, 금속 네트워크된 부분들의 어느 것 또는 전부의 분리에 의해 야기되는 제 2 1차 권선(PW2)에 부착된 금속 기반구조(26)의 인덕턴스에 임의의 증가는 2차 권선(SW)에 전압에 식별가능한 상승을 야기할 것이다. 이것은 하이 알람 회로(65a)를 이의 광-릴레이(70)를 통해 활성화하여 알람이 활성화하게 한다.

유사하게, 이를테면 목표가 된 자재의 탈취에 앞서 알람을 무력화하려고 시도할 때와 같이 예를 들면 추가의 금속 기반구조를 추가함으로써 야기되는, 제 2 1차 권선(PW2)에 부착된 감시되는 네트워크(26)의 인덕턴스에 임의의 감소는 2차 권선(SW)에 검출가능한 전압 강하를 야기할 것이다. 이것은 로우 알람 회로(65b)를 이의 광-릴레이(76)를 통해 비-활성화하여 알람이 다시 활성화하게 한다.

원격에 감지 와이어들(22)을 탈취 또는 탬퍼링함으로써 알람을 우회하려는 어떠한 시도이든 하이 알람을 ON 상태로 보낼 검출가능한 인덕턴스 증가를 야기할 것이다.

발진기(62)의 신호 주파수를 '록(lock)'할 수 있다는 것은 이것이 일단 가변 저항기(72)가 설정되어졌으면 발진기(62)의 진폭의 조절을 통해 전체 회로의 한 노브(knob) 셋업 및 제어를 할 수 있게 하기 때문에 유익하다. 그러나, 대신 발진기(62)에 의해 출력되는 신호의 진폭은 록 될 수도 있을 것이며, 주파수는 인덕턴스 감지 회로(12)를 튜닝하기 위해 제어된다. 대안적으로, 발진기(62)에 의해 출력되는 발진 신호의 진폭 및 주파수는 인덕턴스 감지 회로(12)를 튜닝하기 위해 제어될 수도 있다.

위에 경우들에 있어서, 설치 동안에 단일의 가변이 제어될 수 있는 것만을 요구하는 것이 바람직하며, 그러므로 검출 장치(10)의 제작 동안에, 가변 저항기(72) 및 발진 신호의 주파수 및 진폭 중 하나가 설정된다. 임의의 적합한 구동기들(66, 68)이 이용될 수도 있을 것이다. 이들은 고체상태 또는 기계적일 수 있다. 칩 상에 복수의 광-릴레이들 또는 고체상태 릴레이들이 고려될 수도 있다. 프로세스가 시작되는 현재 현장 상에 금속 기반구조의 절도를 검출할 수 있는 능력은 현장을 안전하게 하며 다시 서비스 상태가 되게 하고 혹 절도범들을 적발하게 신속히 조치할 수 있게 한다. 장치의 알람 회로는 엔지니어 파견 및/또는 보안요원을 위해 사용될 수 있는 알람을 활성화한다. 또한, 장치는 가청, 시각적 및/또는 촉각 알람 또는 '염료 폭탄'과 같은 대안적 메커니즘 또는 시스템을 트리거하기 위해 사용될 수도 있을 것이 가능하다.

검출 프로세스의 특성에 기인하여, 우회는 극히 어려워진다.

본 발명의 회로는 금속 기반구조 내에 인덕턴스를 측정하고 구조의 부분들이 이를테면 탈취 또는 탬퍼링에 의해 건드려질 때 구조 내에 일어나는 인덕턴스의 변화들을 감지한다는 사실에서 종래 기술과 크게 다르다.

그러므로 접지된 또는 접지되지 않은 금속 전도체들 내에서 일어나는 유도성 변화들을 검출하게 설계되는 금속 전도체 장애 검출 장치를 제공하는 것이 가능하다. 장치의 감지 회로는 알람 회로에 연결되고, 이에 의해 임의의 장애를 멀리 떨어진 또는 현장 밖에 알릴 수 있게 된다. 본 발명은 예를 들면 전기통신, 파워 발생 & 분배, 철도 운송 및 대량의 구리 또는 그외 다른 값비싼 금속들을 광범위하게 이용하는 그외 다른 시장들에서, 구리 케이블링 및 접지 전도체들과 같은 대량의 금속 전도체들이 채용되는 응용들에서 사용되게 의도된다. 또한, 부식 또는 우발적 조건들에 기인하여 입는 손상에 기인한 금속 전도체들의 자연열화 또는 장애를 감시하고 이러한 조건들이 일어났음을 표시하기 위한 알람을 제공하기 위해 장치를 이용하는 것도 가능하다.

위에 기술된 실시예들은 단지 예들로서 제공되며, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 발명의 범위 내에서 당업자에게 다양한 다른 수정예들이 명백해질 것이다.

Claims (31)

1. 모니터된 기반구조(26)의 금속 전도체(34)의 장애를 검출하는 방법에 있어서,
   방법은,
   금속 전도체 상에 제1의 1차 코일과 제2의 1차 코일을 갖는 트랜스포머와, 알람 회로 측상에 2차 코일을 포함하는 인덕턴스 감지 회로(12)를 제공하는 단계로서, 상기 제1의 1차 코일은 발진 전원이나 발진기에 의해 내부적으로 발생된 회로 발진으로 제1 회로 상에 공급되고, ,상기 제2의 1차 코일은 발진 전원이나 발진기가 금속 전도체에 직접적으로 연결되지 않도록 제1 회로와 독립한 제2 회로 상의 감시가능한 인덕턴스를 갖는 금속 전도체(34)에 기계적 및 전기적으로 연결되는 단계, 상기 금속 전도체(34)에 가해진 전자기장 및 상기 제1의 1차 코일 내로 내부적으로 발생된 회로 발진에 기초하여 상기 인덕턴스 감지 회로(12)를 튜닝(tune)하며, 여기서 상기 인덕턴스 감지 회로는 제2 회로 상의 감시가능한 인덕턴스의 작용으로 튜닝되는 단계, 및 상기 튜닝된 인덕턴스 감지 회로(12)로부터 튜닝된 출력 신호가 상기 금속 전도체(34)의 적어도 일 부분의 장애에 의해 상기 금속 전도체(34)의 인덕턴스에 변화에 기인하여 디튜닝(detune)될 때 경보 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 금속 전도체 장애 검출 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 튜닝된 인덕턴스 감지 회로(12)의 상기 튜닝된 출력 신호는 상기 튜닝된 신호의 주파수에 기초하여 필터링하는 필터 회로(14)로 출력되는, 금속 전도체 장애 검출 방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 필터 회로(14)는 대역-통과 필터(30)를 포함하는, 금속 전도체 장애 검출 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 기계적 연결은 전기적 연통(communication)의 단일 경로를 제공하는, 금속 전도체 장애 검출 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 기계적 연결은 전기적 연통의 2개의 경로들을 제공하고 그럼으로써 폐루프를 형성하는, 금속 전도체 장애 검출 방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1의 1차 코일은 발진기(62)에 연결되는, 금속 전도체 장애 검출 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 발진기(62)에 의해 출력되는 신호의 주파수는 록(lock)되며, 상기 인덕턴스 감지 회로(12)는 상기 발진기(62)에 의해 출력되는 신호의 진폭에 기초하여 튜닝가능한, 금속 전도체 장애 검출 방법.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 인덕턴스 감지 회로(12)는 상기 발진기(62)에 의해 출력되는 신호의 진폭 및 주파수에 기초하여 튜닝가능한, 금속 전도체 장애 검출 방법.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 발진기 (62)에 의해 출력되는 신호의 진폭은 록되며, 상기 인덕턴스 감지 회로(12)는 상기 발진기(62)에 의해 출력되는 신호의 주파수에 기초하여 튜닝가능한, 금속 전도체 장애 검출 방법.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 경보 신호는 상기 인덕턴스 감지 회로(12) 설비에서 멀리 떨어진 경보 장치로 출력되는, 금속 전도체 장애 검출 방법.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 감시가능한 기반구조는 금속 기반구조(26)이거나 이의 부분인, 금속 전도체 장애 검출 방법.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 전도체(34)는 모바일 전화 마스트, 변전소, 및 유틸리티 서비스(utility service) 중 적어도 하나를 포함하는 접지된 금속 기반구조(26)이거나 이의 부분인, 금속 전도체 장애 검출 방법.
13. 삭제
14. 삭제
15. 금속 전도체(34)의 장애를 검출하는 방법을 위한 금속 전도체 장애 검출 장치(10)는,
    진폭 및, 또는 주파수 튜닝가능 인덕턴스 감지 회로(12), 및 상기 금속 전도체(34)의 적어도 일 부분의 장애에 의한 상기 인덕턴스 감지 회로(12)의 출력에 기초하여 알람 신호를 출력하기 위한 알람 회로(16)를 포함하고, 상기 인덕턴스 감지 회로는 제1 및 제2의 1차 권선과 2차 권선을 갖는 직렬-권선된 트랜스포머, 제1 회로상의 제1의 1차 권선과 전기적 연통하는 발진기를 포함하고, 상기 인덕턴스 감지 회로는 상기 발진기가 상기 금속 전도체에 직접적으로 연결되지 않도록 제1 회로와 독립적인 제2 회로상에 제2의 1차 권선을 통해 금속 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결되고, 그리고 상기 2차 권선은 알람 회로와 연통하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
16. 제 15항에 있어서,
    인덕턴스 감지 회로(12)의 출력에 연결된 필터 회로(14)를 더 포함하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
17. 제 15항에 있어서,
    인덕턴스 감지 회로(12)는 트랜스포머(60)의 상기 제 1 1차 권선과 전기적으로 연통하는 발진기(62)를 더 포함하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
18. 제 15항에 있어서,
    트랜스포머(60)의 상기 2차 권선은 상기 알람 회로(16)와 연통하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
19. 제 15항에 있어서,
    상기 인덕턴스 감지 회로(12)를 튜닝하기 위한 튜닝 회로(24)를 더 포함하고, 상기 튜닝 회로(24)는 상기 금속 전도체(34) 상에 전자기장을 가하는 내부 회로 발진을 제공하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
20. 제 19항에 있어서,
    튜닝 회로(24)는 진폭 튜너 및 저항 튜너를 갖는 2-부분(tow-part) 튜닝 회로인, 금속 전도체 장애 검출 장치.
21. 제 20항에 있어서,
    진폭 튜너는 트랜스포머(60)의 제1의 1차 권선 상류 측에 있고, 저항 튜너는 트랜스포머(60)의 2차 권선 하류 측에 있는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
22. 제 15항에 있어서,
    상기 알람 회로(16)는 상기 알람 신호를 현장 밖 위치로 출력하기 위한 송신기를 포함하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
23. 제 22항에 있어서,
    송신기는 무선 송신기인, 금속 전도체 장애 검출 장치.
24. 제 15항에 있어서,
    상기 인덕턴스 감지 회로(12) 및, 또는 상기 알람 회로(16)를 구동하기 위한 구동기 회로(18)를 더 포함하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
25. 감시가능한 기반구조의 금속 전도체의 장애를 검출하는 금속 전도체 장애 검출 장치로서,
    상기 장치는 2-부분의 튜닝 회로를 갖는 인덕턴스 감지 회로를 포함하고,
    상기 2-부분의 튜닝 회로 중 제1 부분은 제1 및 제2의 1차 권선과 2차 권선을 갖는 트랜스포머, 및 제1 회로 상의 직렬-권선된 트랜스포머의 제1의 1차 권선과 전기적 연통하는 튜닝가능한 발진기를 포함하고,
    상기 인덕턴스 감지 회로는 감시가능한 인덕턴스를 가지고 발진기가 금속 전도체에 직접적으로 연결되지 않도록 제1 회로와 독립한 제2 회로 상에 제2의 1차 권선을 통해 금속 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결되고,
    상기 인덕턴스 감지 회로는 감시가능한 인덕턴스의 작용으로 튜닝되도록 구성되고,
    상기 2-부분의 튜닝 회로 중 제2 부분은 가변 저항기와 연결된 알람 회로를 포함하고,
    상기 알람 회로는 금속 전도체, 트랜스포머, 알람 회로의 촉발 값을 설정하도록 조정가능한 가변 저항기, 및 금속 기반구조의 제1 상태에 기초하여 알람 회로에 튜닝된 산출 신호와 금속 전도체의 적어도 일 부분으로 변경 또는 그의 탈취에 의해 야기된 금속 기반구조의 제2 상태에 기초한 알람 회로로 디튜닝된 산출 신호를 산출하는 것이 가능한 2차 권선 중 적어도 일 부분으로 변경 또는 그의 탈취에 의해 인덕턴스 감지 회로의 출력에 기초하여 알람 신호를 출력하는, 금속 전도체 장애 검출 장치.
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