KR102036790B1 - 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템 및 방법 Download PDF

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이춘권
권구영
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Abstract

본 발명은 계단식으로 증가하는 사인파형의 주파수를 케이블에 인가한 후 돌아오는 반사파를 분석하여 케이블의 전파상수를 추정하고 결함지점에서의 반사계수를 추정하는 시스템에 관한 기술로서, 케이블에 입사된 기준신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 분산정도 및 왜곡을 모델링하는 모델링부와, 단일 주파수를 기준으로 주파수가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계하는 계단주파수 생성부와, 케이블에 입사된 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 케이블의 결함위치, 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 분석하는 신호 분석부를 포함한다.

Description

계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템 및 방법 {Condition Assessment System and Method for Cables via Stepped-Frequency Waveform Reflectometry}
본 발명은 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 계단식으로 증가하는 사인파형의 주파수를 케이블에 인가한 후 돌아오는 반사파를 분석하여 케이블의 전파상수를 추정하고 결함지점에서의 반사계수를 추정하는 시스템에 관한 기술이다.
케이블을 따라 전파되는 신호는 케이블의 전파 특성(전파상수)에 따라 크기 감쇄, 분산, 위상 변화를 거친다. 케이블에 결함이 있을 경우, 결함지점에서 반사되는 신호는 결함의 크기 및 종류에 대응하여 변화된 후 계측된다.
기존의 반사파 계측법은 계측된 반사파를 이용하여 분석하기 때문에 케이블의 길이 및 결함의 정도에 대응하는 결함의 정확한 정량화가 어려웠다.
케이블 결함을 정확히 정량화하기 위해서는 케이블 내 신호가 전파되면서 발생되는 정상적인 영향과 결함에 의한 영향을 분리해야 하지만, 종래의 기술들은 그렇게 할 수 없었다.
종래의 시간-주파수 영역 반사파 처리법의 경우, 디지털 오실로스코프를 이용하여 반사 신호를 취득하고, 기준신호와의 유사성을 평가하여 케이블을 진단하고 있다. 이때, 상기 반사 신호는 케이블을 통과한 후의 신호를 계측한 것이기 때문에 케이블의 길이, 종류에 따라 감쇄 및 왜곡되므로, 긴 케이블일수록 오차 및 허위 경보율이 증가된다. 이것은 종래의 시간-주파수 반사파 처리법 성능을 저하시켰다.
따라서, 종래 기술들은 결함의 규모나 종류를 판단하기 보다는 케이블 내 결함 지점의 위치탐지에 초점을 맞추고 있는 상황이다.
한국등록특허공보 10-1654637
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 계단식으로 증가하는 사인파형의 주파수를 케이블에 인가한 후 돌아오는 반사파를 분석하여 케이블의 전파상수를 추정하고 결함지점에서의 반사계수를 추정하는 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템은, 케이블에 입사된 기준신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 분산정도 및 왜곡을 모델링하는 모델링부와;단일 주파수를 기준으로 주파수가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계하는 계단주파수 생성부와;상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 결함위치, 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 분석하는 신호 분석부를 포함하고, 상기 신호 분석부는 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호의 크기 및 위상을 분석하여 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 결함위치 분석부와, 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 반사계수 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 분석부는 상기 전파상수 및 상기 반사계수를 i번째 단일 주파수의 크기(
Figure 112018089749785-pat00001
), i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기(
Figure 112018089749785-pat00002
), i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이(
Figure 112018089749785-pat00003
), i번째 단일 주파수(
Figure 112018089749785-pat00004
), 케이블 전파상수의 첫 번째 계수(
Figure 112018089749785-pat00005
,
Figure 112018089749785-pat00006
) 및 두 번째 계수(
Figure 112018089749785-pat00007
,
Figure 112018089749785-pat00008
), 반사계수의 크기(
Figure 112018089749785-pat00009
)를
Figure 112018089749785-pat00010
에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모델링부는 상기 케이블의 전파영향과 반사영향을 분리하여 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모델링부는 상기 전파영향의 모델링 시 상기 기준신호에 하나의 주파수를 사용하고, 상기 케이블의 전파상수는 상기 기준신호에 대응하여 2차 방정식으로 근사화 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모델링부는 상기 전파영향(
Figure 112018089749785-pat00011
)을 상기 기준신호에 의존하는 복소수 전파상수(k), 전파거리(z), 각 사인 함수의 주파수(
Figure 112018089749785-pat00012
), 복소수 형태의 전파상수(
Figure 112018089749785-pat00013
,
Figure 112018089749785-pat00014
)를
Figure 112018089749785-pat00015
에 대입하여 근사화하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모델링부는 상기 반사영향(
Figure 112019084838612-pat00220
)을 반사계수(
Figure 112019084838612-pat00016
), 반사계수의 크기(
Figure 112019084838612-pat00017
), 반사계수의 위상변화분(
Figure 112019084838612-pat00018
), 윈도우(Windowed)된 기준신호(
Figure 112019084838612-pat00019
), 케이블 전파상수의 첫 번째 계수(
Figure 112019084838612-pat00020
,
Figure 112019084838612-pat00021
) 및 두 번째 계수(
Figure 112019084838612-pat00022
,
Figure 112019084838612-pat00023
)를
Figure 112018089749785-pat00024
에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 계단주파수 생성부는 상기 계단신호(
Figure 112019084838612-pat00221
)를 윈도우된 주파수(
Figure 112019084838612-pat00025
), 윈도우된 주파수의 시간 폭(
Figure 112019084838612-pat00026
), 최소 크기의 단일 주파수(
Figure 112019084838612-pat00027
), 단일 주파수의 증가폭(
Figure 112019084838612-pat00028
)을
Figure 112018089749785-pat00029
에 대입하여 설계하고, T는 각 주파수에 해당하는 신호 주기이고, Ti는 i번째 주기를 의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
또한, 상기 결함위치 분석부는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 결함위치 분석부는 IDFT 결과값(
Figure 112018089749785-pat00030
)을 IDFT를 취할 때 주파수의 개수(N), 결함지점의 위치(
Figure 112018089749785-pat00031
), 전파 속도(
Figure 112018089749785-pat00032
), 주파수 증가폭(
Figure 112018089749785-pat00033
), 상기 주파수의 개수에 따라 IDFT를 취했을 때 시간을 속도와 곱한 거리 변수(
Figure 112018089749785-pat00034
)를
Figure 112018089749785-pat00035
에 대입하여 산출하고, j는 허수를 나타내는 수
Figure 112019084838612-pat00222
이고,
Figure 112019084838612-pat00223
은 결함의 위치를 나타내는 피크포인트(peak point)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 반사계수 분석부는 케이블의 전파상수 및 결함 지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수를 i번째 단일 주파수의 크기(
Figure 112018089749785-pat00036
), i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기(
Figure 112018089749785-pat00037
), i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이(
Figure 112018089749785-pat00038
)를
Figure 112018089749785-pat00039
에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법은, (a) 모델링부가 케이블에 입사된 기준신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 분산정도 및 왜곡을 모델링하는 단계와;(b) 계단주파수 생성부가 단일 주파수를 기준으로 주파수가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계하는 단계와;(c) 신호 분석부가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 결함위치, 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 분석하는 단계를 포함하고, 상기 (c)단계는,상기 신호 분석부의 결함위치 분석부가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호의 크기 및 위상을 분석하여 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 단계와;상기 신호 분석부의 반사계수 분석부가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a)단계는, 상기 케이블의 전파영향과 반사영향을 분리하여 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계는, 상기 전파영향의 모델링 시 상기 기준신호에 하나의 주파수를 사용하고, 상기 케이블의 전파상수는 상기 기준신호에 대응하여 2차 방정식으로 근사화 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계는, 상기 전파영향(
Figure 112018089749785-pat00040
)을 상기 기준신호에 의존하는 복소수 전파상수(k), 전파거리(z), 각 사인 함수의 주파수(
Figure 112018089749785-pat00041
), 복소수 형태의 전파상수(
Figure 112018089749785-pat00042
,
Figure 112018089749785-pat00043
)를
Figure 112018089749785-pat00044
에 대입하여 근사화하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계는, 상기 반사영향(
Figure 112019084838612-pat00224
)을 반사계수(
Figure 112019084838612-pat00045
), 반사계수의 크기(
Figure 112019084838612-pat00046
), 반사계수의 위상변화분(
Figure 112019084838612-pat00047
), 윈도우(Windowed)된 기준신호(
Figure 112019084838612-pat00048
), 케이블 전파상수의 첫 번째 계수(
Figure 112019084838612-pat00049
,
Figure 112019084838612-pat00050
) 및 두 번째 계수(
Figure 112019084838612-pat00051
,
Figure 112019084838612-pat00052
)를
Figure 112018089749785-pat00053
에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는, 상기 계단신호(
Figure 112019084838612-pat00225
)를 윈도우된 주파수(
Figure 112019084838612-pat00054
), 윈도우된 주파수의 시간 폭(
Figure 112019084838612-pat00055
), 최소 크기의 단일 주파수(
Figure 112019084838612-pat00056
), 단일 주파수의 증가폭(
Figure 112019084838612-pat00057
)을
Figure 112018089749785-pat00058
에 대입하여 설계하고, T는 각 주파수에 해당하는 신호 주기이고, Ti는 i번째 주기를 의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
또한, 상기 결함위치 분석부가 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 단계는, 직각분(quadrature component)을 추정하는 단계; IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)를 산출하는 단계; 시간-주파수 관계의 이미지를 시간-거리 이미지로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 IDFT를 산출하는 단계는, IDFT 결과값(
Figure 112018089749785-pat00059
)을 IDFT를 취할 때 주파수의 개수(N), 결함지점의 위치(
Figure 112018089749785-pat00060
), 전파 속도(
Figure 112018089749785-pat00061
), 주파수 증가폭(
Figure 112018089749785-pat00062
), 상기 주파수의 개수에 따라 IDFT를 취했을 때 시간을 속도와 곱한 거리 변수(
Figure 112018089749785-pat00063
)를
Figure 112018089749785-pat00064
에 대입하여 산출하고, j는 허수를 나타내는 수
Figure 112019084838612-pat00226
이고,
Figure 112019084838612-pat00227
은 결함의 위치를 나타내는 피크포인트(peak point)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 반사계수 분석부가 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 단계는, LMMSE를 추정하는 단계 및 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수를 추정하는 단계는, i번째 단일 주파수의 크기(
Figure 112018089749785-pat00065
), i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기(
Figure 112018089749785-pat00066
), i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이(
Figure 112018089749785-pat00067
)를
Figure 112018089749785-pat00068
에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템 및 방법에 따르면,
첫째, 본 발명은 케이블 내 존재할 수 있는 결함을 개방 또는 단락 결함으로 구별할 수 있고, 결함의 정도를 추정할 수 있다.
둘째, 신호 모델링을 이용하여 계측된 반사신호에서 전파에 의한 영향과 결함으로 인한 영향을 분리할 수 있어, 결함의 종류 및 정도를 추정하는 것이 가능하게 된다.
셋째, 본 발명은 거리에 상관없이 결함 구별 및 결함 정도를 추정하는 것이 가능하여, 종래기술의 거리에 따라 반사되는 에너지가 달라져 오차가 발생되는 것보다 진보하다.
넷째, 본 발명은 먼저 케이블에서 전파 및 반사되는 신호를 모델링 하여 신호가 받는 영향을 분리하므로 케이블의 전파 특성과 반사 특성을 따로 분석하는 것이 가능하게 된다.
다섯째, 본 발명은 반사신호의 크기 및 위상변화를 이용하여 케이블의 전파 상수를 추정할 수 있는데, 전파상수는 케이블 내 신호가 전파 되면서 겪는 영향으로 신호의 전파 속도, 감쇄 정도 등을 결정하는 요인이다.
여섯째, 본 발명은 반사파 생성 지점에서의 반사계수를 추정할 수 있다. 반사계수는 결함의 정도와 밀접하게 관련되어 있다. 결함이 발생될 때, 그 지점에서의 임피던스는 케이블의 특성임피던스와 상이해진다. 임피던스 불일치에 의하여 반사파가 생성되기 때문에 결함의 정도가 클수록 임피던스 불일치가 심해져 반사계수가 커지고, 반사파가 크게 계측된다. 따라서, 추정된 반사계수를 이용하여 결함의 종류 및 정도를 평가할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템의 구성도.
도 2의 (a)는 시간 영역에서 계단신호 내 단일 주파수들의 구성, (b)는 시간-주파수 영역에서의 계단신호 내 단일 주파수들의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 계단신호의 각 단일 주파수를 구분하여 정렬한 것을 나타내는 도면.
도 4의 (a)는 도 3의 단일 주파수가 생성된 지점(약
Figure 112018089749785-pat00069
)의 주파수별 크기 추정, (b)는 도 3의 반사신호가 계측된 지점(약
Figure 112018089749785-pat00070
)에서 주파수별 반사신호의 크기 추정, (c)는 단일 주파수가 생성된 지점에서의 주파수별 위상, (d)는 반사신호가 계측된 지점에서 반사신호의 주파수별 위상을 나타내는 도면.
도 5는 신호 매개 변수 추정에 관한 것으로, (a)는 예상 크기, (b)는 추정 된 위상을 나타내는 도면.
도 6은 전체 시간 범위 매트릭스 결과로서, (a)는 계단신호의 시간 범위 매트릭스, (b)는 신호 검출 결과를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법의 순서도.
도 8은 S300단계를 세부적으로 나타낸 순서도.
도 9는 부하 임피던스에서 반사 계수의 추정 결과로서, (a)는 신호 검출 결과, (b)는 반사 계수 추정 결과를 나타내는 도면.
도 10의 좌측은 케이블의 30m 위치에 있는 결함에 대한 오류 감지 및 평가 결과이고, 우측은 케이블의 70m 위치에 있는 결함에 대한 오류 감지 및 평가 결과이며, (a)는 시간-범위 행렬 결과, (b)는 신호 검출 결과, (c)는 반사 계수 추정 결과를 나타내는 도면.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템(100) 및 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템(100)은 단일주파수를 가지는 사인 함수의 주파수 크기를 계단식으로 점차 높이며 케이블에 인가하고, 모든 반사파를 분석하여 주파수 별로 상이한 반사파의 크기 및 위상을 이용하여 결함 지점의 위치 및 정량화를 수행한다. 계단-주파수의 반사파를 분석하면, 케이블에 존재하는 결함의 위치를 탐지할 수 있고, 나아가 결함의 정도나 종류도 추정할 수 있게 된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템(100)은 케이블에 입사된 기준신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 분산정도 및 왜곡을 모델링하는 모델링부(120)와, 단일 주파수를 기준으로 주파수가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계하는 계단주파수 생성부(140)와, 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 결함위치, 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 분석하는 신호 분석부(160)를 포함한다.
또한, 이 실시예는 기준신호 또는 계단신호를 시험 대상 케이블에 입사하는 신호 입사부(182)와, 케이블에 기준신호 또는 계단신호가 입사된 후 반사되는 신호를 계측하는 신호 수신부(184)를 더 포함한다.
케이블에서의 전파 왜곡 및 감쇄는 케이블의 전파상수에 의해 발생된다. 모델링부(120)는 반사신호의 분산 정도 및 왜곡을 수학식으로 모델링한다.
기준신호는 모델링부(120)가 생성한다.
반사파 계측법은 기준신호를 케이블에 입사하고, 케이블에서 반사되는 신호를 계측 및 분석하여 결함의 위치 등을 탐지하는 기법이다. 케이블을 따라 전파되는 기준신호는 케이블의 전파 특성(전파상수)에 따라 크기 감쇄, 분산 및 위상 변화가 나타난다. 또한, 케이블의 결함지점에서는 결함의 크기 및 종류에 따라 기준신호가 상이하게 반사되고, 반사된 신호가 되돌아와 계측된다.
모델링부(120)는 케이블에서 기준신호가 전파 및 반사되는 정도를 모델링하는 것으로 기준신호가 케이블에서 전파되며 받는 영향(전파영향)과, 반사에 의한 영향(반사영향)을 분리한다.
모델링부(120)는 기준신호의 전파영향 모델링 시 적어도 두 가지를 고려한다. 첫째, 기준신호는 하나의 주파수를 사용하며, 계측되는 반사신호도 동일하다. 둘째, 케이블의 전파상수 k는 기준신호의 주파수에 대응하여 2차 방정식으로 근사화 한다. 이것은 기준신호의 분산효과를 고려한 것이다. 케이블의 전파특성에 따라 인가된 신호가 받게 되는 전파영향(
Figure 112018089749785-pat00071
)은 수학식 1 및 수학식 2와 같이 근사(approximation)화 할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018089749785-pat00072
[수학식 2]
Figure 112018089749785-pat00073
k는 기준신호에 의존하는 복소수 전파상수이고, z는 전파거리이다.
수학식 1의
Figure 112018089749785-pat00074
는 각 사인 함수의 주파수이고,
Figure 112018089749785-pat00075
및
Figure 112018089749785-pat00076
는 복소수 형태의 전파상수 표현이다(수학식 2 참조). 또한,
Figure 112018089749785-pat00077
및
Figure 112018089749785-pat00078
는 케이블 전파상수의 첫 번째 계수이고,
Figure 112018089749785-pat00079
및
Figure 112018089749785-pat00080
는 케이블 전파상수의 두 번째 계수이다.
기준신호의 반사영향 모델링은 반사계수를 이용한다. 반사계수는
Figure 112018089749785-pat00081
로 표현 가능하다. 이때,
Figure 112018089749785-pat00082
는 반사계수의 크기,
Figure 112018089749785-pat00083
는 반사계수의 위상변화분이다.
그 결과, 윈도우(Windowed)된 기준신호가
Figure 112018089749785-pat00084
일 때, 전파영향과 반사영향을 고려한 반사신호(
Figure 112018089749785-pat00085
)는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112018089749785-pat00086
계단주파수 생성부(140)는 어느 한 단일 주파수를 기준으로 주파수의 크기가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계한다. 계단신호 중 첫 번째 단일 주파수에 해당되는 수학식과 모델링부(120)에서 생성한 기준신호에 해당되는 수학식은 서로 동일한 것일 수 있다.
수학식 4는 단일 주파수들의 합인 계단신호(
Figure 112018089749785-pat00087
)를 나타낸다.
[수학식 4]
Figure 112018089749785-pat00088
수학식 4에서
Figure 112019084838612-pat00089
는 윈도우(windowed)된 주파수이다.
Figure 112019084838612-pat00090
은 윈도우된 주파수의 시간 폭,
Figure 112019084838612-pat00091
는 최소 크기의 단일 주파수,
Figure 112019084838612-pat00092
는 단일 주파수의 증가폭이고, T는 각 주파수에 해당하는 신호 주기이고, Ti는 i번째 주기이다. 이때, 주파수는
Figure 112019084838612-pat00093
부터
Figure 112019084838612-pat00094
까지 증가된다.
신호 분석부(160)는 계단신호에 대응하여 발생된 반사신호를 단일 주파수 별로 나누어 분석한다.
도 2는 계단신호를 나타낸다. T는 한 주기로서, 하나의 단일 주파수가 입사된 후 대응되는 반사파가 계측될 때까지의 시간 길이를 갖는다.
도 3과 같이, 계측된 반사신호를 한 주기씩 나누어 주파수 별로 정렬하면, 공통지점에서 입사된 단일 주파수가 계측되고, 반사신호의 발생지점에서 반사신호가 계측된다.
도 4와 같이, 반사신호의 크기 및 위상이 추정된다. 도 4(a)는 도 3의 단일 주파수가 생성된 지점(약
Figure 112018089749785-pat00095
)의 주파수별 크기를 추정한 것이다. 도 4(b)는 도 3의 반사신호가 계측된 지점(약
Figure 112018089749785-pat00096
)에서 주파수별 반사신호의 크기를 추정한 것이다. 도 4(c)는 단일 주파수가 생성된 지점에서의 주파수별 위상이다. 도 4(d)는 반사신호가 계측된 지점에서 반사신호의 주파수별 위상이다.
신호 분석부(160)는 반사신호의 크기 및 위상을 분석하여 케이블의 결함 위치를 추정하는 결함위치 분석부(162)와, 케이블의 전파상수 및 결함 지점의 반사계수를 추정하는 반사계수 분석부(164)를 포함한다.
결함위치 분석부(162)는 반사신호의 크기 및 위상을 분석하여 케이블의 결함 위치를 추정한다. 이 실시예는 결함 위치 추정은 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)을 이용하였다.
먼저, 결함위치 분석부(162)는 계측된 반사신호의 크기 및 위상을 이용하여 수학식 5와 같이 직각분(quadrature component,
Figure 112018089749785-pat00097
)을 추정한다.
[수학식 5]
Figure 112018089749785-pat00098
수학식 5에서
Figure 112018089749785-pat00099
는 도 5의 시간(t)과 i번째 단일 주파수(
Figure 112018089749785-pat00100
)의 신호 크기,
Figure 112018089749785-pat00101
는 위상을 나타낸다.
각 시간에서의 IDFT 결과(
Figure 112018089749785-pat00102
)는 수학식 6과 같이 거리를 변수로 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112018089749785-pat00103
수학식 6에서 N은 IDFT를 취할 때 주파수의 개수,
Figure 112019084838612-pat00104
는 결함지점의 위치,
Figure 112019084838612-pat00105
는 전파 속도,
Figure 112019084838612-pat00106
는 주파수 증가폭,
Figure 112019084838612-pat00107
Figure 112019084838612-pat00108
은 주파수의 개수(N)에 따라 IDFT를 취했을 때 시간을 속도와 곱한 거리 변수, j는 허수를 나타내는 수
Figure 112019084838612-pat00228
이고,
Figure 112019084838612-pat00229
은 결함의 위치를 나타내는 피크포인트(peak point)이다.
도 5는 각 신호의 크기와 위상을 나타낸다. 도 6은 IDFT 후의 결과를 나타낸다. 도 6(a)는 도 5의 시간-주파수 이미지를 시간-거리 이미지로 변환한 결과이며, 도 6(b)는 (a)를 거리 축에 의한 합산으로 나타낸 결과이다.
반사계수 분석부(164)는 케이블의 전파상수 및 결함 지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수(
Figure 112018089749785-pat00109
,
Figure 112018089749785-pat00110
)를 산출한다.
[수학식 7]
Figure 112018089749785-pat00111
이때,
Figure 112018089749785-pat00112
는 단일 주파수의 크기,
Figure 112018089749785-pat00113
는 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기,
Figure 112018089749785-pat00114
는 계단신호 중 i번째 단일 주파수의 크기,
Figure 112018089749785-pat00115
는 i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기이다.
Figure 112018089749785-pat00116
는 i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이 이다.
앞서 모델링된 신호를 토대로, 두 신호의 변화를 수학식 7과 같이 전파상수와 반사계수의 조합으로 나타낸다. 각 주파수 별 신호를 모두 한꺼번에 표현하는 매트릭스(matrix)를 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112018089749785-pat00117
수학식 8을 이용하여 식 우항의 전파상수 및 반사계수를 LMMSE(Linear minimum mean square error)를 이용하여 추정한다. LMMSE는 계측된 반사신호에서 크기와 위상과 관련된 값을 추정하기 위하여 이용되는 방법으로서, 공지된 MMSE(Minimum mean square error)의 한 종류이다. 구체적으로, LMMSE는 실제 측정된 값과 모델링한 식의 평균제곱오차(MSE)가 최소화될 수 있게 모델링식에서의 크기 및 위상을 계산한다. LMMSE는 모델링된 식이 수학식 8과 같이 행렬간의 곱으로 나타낼 수 있을 때 이용할 수 있는 방법으로서, 모델링된 식이 선형(linear)이라 가정하고 MMSE방법을 통하여 추정하는 기법이다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법을 설명한다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법은 모델링부(120)가 케이블에 입사된 기준신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 분산정도 및 왜곡을 모델링하는 단계(S100)와, (b)계단주파수 생성부(140)가 단일 주파수를 기준으로 주파수가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계하는 단계(S200)와, (c)신호 분석부(160)가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 결함위치, 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 분석하는 단계(S300)를 포함한다.
S100 단계에서 모델링부(120)는 케이블의 전파영향과 반사영향을 분리하여 분석한다. 또한, 상기 전파영향의 모델링 시 상기 기준신호에 하나의 주파수를 사용하고, 상기 케이블의 전파상수는 상기 기준신호에 대응하여 2차 방정식으로 근사화한다.
상기 전파영향(
Figure 112018089749785-pat00118
)은 상기 기준신호에 의존하는 복소수 전파상수(k), 전파거리(z), 각 사인 함수의 주파수(
Figure 112018089749785-pat00119
), 복소수 형태의 전파상수(
Figure 112018089749785-pat00120
,
Figure 112018089749785-pat00121
)를 수학식 1에 대입하여 근사화된다.
또한, 상기 반사영향은 반사계수(
Figure 112018089749785-pat00122
), 반사계수의 크기(
Figure 112018089749785-pat00123
), 반사계수의 위상변화분(
Figure 112018089749785-pat00124
), 윈도우(Windowed)된 기준신호(
Figure 112018089749785-pat00125
), 케이블 전파상수의 첫 번째 계수(
Figure 112018089749785-pat00126
,
Figure 112018089749785-pat00127
) 및 두 번째 계수(
Figure 112018089749785-pat00128
,
Figure 112018089749785-pat00129
)를 수학식 3에 대입하여 산출된다.
한편, S200 단계는 상기 계단신호를 윈도우된 주파수(
Figure 112018089749785-pat00130
), 윈도우된 주파수의 시간 폭(
Figure 112018089749785-pat00131
), 최소 크기의 단일 주파수(
Figure 112018089749785-pat00132
), 단일 주파수의 증가폭(
Figure 112018089749785-pat00133
)을 수학식 4에 대입하여 설계한다.
도 8을 참조하면, S300 단계는 상기 신호 분석부(160)의 결함위치 분석부(162)가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호의 크기 및 위상을 분석하여 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 단계(S342, S344, S346, S348)와, 상기 신호 분석부(160)의 반사계수 분석부(164)가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 단계(S352, S354, S358)를 포함한다.
상기 결함위치 분석부(162)가 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 단계는, 직각분(quadrature component)을 추정하는 단계(S342), IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)를 산출하는 단계(S344), 시간-주파수 관계의 이미지를 시간-거리 이미지로 변환하는 단계(S346)를 이용하여 케이블에서의 결함 위치를 추정(S348)한다.
S344 단계는, IDFT 결과값(
Figure 112018089749785-pat00134
)을 IDFT를 취할 때 주파수의 개수(N), 결함지점의 위치(
Figure 112018089749785-pat00135
), 전파 속도(
Figure 112018089749785-pat00136
), 주파수 증가폭(
Figure 112018089749785-pat00137
), 상기 주파수의 개수에 따라 IDFT를 취했을 때 시간을 속도와 곱한 거리 변수(
Figure 112018089749785-pat00138
)를 수학식 6에 대입하여 산출한다.
또한, 상기 반사계수 분석부(164)가 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 단계는, LMMSE를 추정하는 단계(S352) 및 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수를 추정하는 단계(S354)를 이용하여 케이블의 결함 정도를 평가(S358)한다.
이때, S354 단계는, i번째 단일 주파수의 크기(
Figure 112018089749785-pat00139
), i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기(
Figure 112018089749785-pat00140
), i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이(
Figure 112018089749785-pat00141
)를 수학식 7에 대입하여 산출한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템(100) 및 방법의 전파상수 및 반사계수 추정 값의 정확도 확인을 위해 100m 케이블 끝점에서의 반사파로 전파상수 및 반사계수를 추정하였다. 케이블 끝점의 위치 탐지 결과 및 반사계수가 도 9와 같이 나타났다.
도 10은 100m 케이블의 30m 또는 70m 지점에 여러가지 모의 결함을 인가하였을 때 결함의 위치진단 및 반사계수 추정 결과를 나타낸다. (a)는 IDFT를 이용한 결함 진단 결과, (b)는 종합 결함 탐지 결과, (c)는 각 모의 결함에 대한 반사계수 추정 결과이다.
도 10은 반사계수 추정의 정확도 판별을 위해 100m 케이블을 대상으로 30m(좌측) 지점에 개방 결함의 모의하였고, 70m(우측) 지점에 단락 결함을 모의하였다(10Ω부터 1kΩ까지). 도시된 바와 같이, 신호 검출 지점으로부터 결함까지의 거리가 달라지더라도 정확한 위치 탐지 및 반사계수를 추정할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
100 : 케이블 결함 평가 시스템 120 : 모델링부
140 : 계단주파수 생성부 160 : 신호 분석부
162 : 결함위치 분석부 164 : 반사계수 분석부
182 : 신호 입사부 184 : 신호 수신부

Claims (22)

  1. 케이블에 입사된 기준신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 분산정도 및 왜곡을 모델링하는 모델링부와;
    단일 주파수를 기준으로 주파수가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계하는 계단주파수 생성부와;
    상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 결함위치, 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 분석하는 신호 분석부를 포함하고,
    상기 신호 분석부는 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호의 크기 및 위상을 분석하여 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 결함위치 분석부와, 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 반사계수 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 분석부는 상기 전파상수 및 상기 반사계수를 i번째 단일 주파수의 크기(
    Figure 112018089749785-pat00142
    ), i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기(
    Figure 112018089749785-pat00143
    ), i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이(
    Figure 112018089749785-pat00144
    ), i번째 단일 주파수(
    Figure 112018089749785-pat00145
    ), 케이블 전파상수의 첫 번째 계수(
    Figure 112018089749785-pat00146
    ,
    Figure 112018089749785-pat00147
    ) 및 두 번째 계수(
    Figure 112018089749785-pat00148
    ,
    Figure 112018089749785-pat00149
    ), 반사계수의 크기(
    Figure 112018089749785-pat00150
    )를
    Figure 112018089749785-pat00151

    에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모델링부는 상기 케이블의 전파영향과 반사영향을 분리하여 분석하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모델링부는 상기 전파영향의 모델링 시 상기 기준신호에 하나의 주파수를 사용하고, 상기 케이블의 전파상수는 상기 기준신호에 대응하여 2차 방정식으로 근사화 하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모델링부는 상기 전파영향(
    Figure 112018089749785-pat00152
    )을 상기 기준신호에 의존하는 복소수 전파상수(k), 전파거리(z), 각 사인 함수의 주파수(
    Figure 112018089749785-pat00153
    ), 복소수 형태의 전파상수(
    Figure 112018089749785-pat00154
    ,
    Figure 112018089749785-pat00155
    )를
    Figure 112018089749785-pat00156

    에 대입하여 근사화하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 모델링부는 상기 반사영향(
    Figure 112019084838612-pat00230
    )을 반사계수(
    Figure 112019084838612-pat00157
    ), 반사계수의 크기(
    Figure 112019084838612-pat00158
    ), 반사계수의 위상변화분(
    Figure 112019084838612-pat00159
    ), 윈도우(Windowed)된 기준신호(
    Figure 112019084838612-pat00160
    ), 케이블 전파상수의 첫 번째 계수(
    Figure 112019084838612-pat00161
    ,
    Figure 112019084838612-pat00162
    ) 및 두 번째 계수(
    Figure 112019084838612-pat00163
    ,
    Figure 112019084838612-pat00164
    )를
    Figure 112019084838612-pat00165

    에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계단주파수 생성부는 상기 계단신호(
    Figure 112019084838612-pat00231
    )를 윈도우된 주파수(
    Figure 112019084838612-pat00166
    ), 윈도우된 주파수의 시간 폭(
    Figure 112019084838612-pat00167
    ), 최소 크기의 단일 주파수(
    Figure 112019084838612-pat00168
    ), 단일 주파수의 증가폭(
    Figure 112019084838612-pat00169
    )을
    Figure 112019084838612-pat00170

    에 대입하여 설계하고, T는 각 주파수에 해당하는 신호 주기이고, Ti는 i번째 주기를 의미하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 결함위치 분석부는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)을 이용하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 결함위치 분석부는 IDFT 결과값(
    Figure 112019084838612-pat00171
    )을 IDFT를 취할 때 주파수의 개수(N), 결함지점의 위치(
    Figure 112019084838612-pat00172
    ), 전파 속도(
    Figure 112019084838612-pat00173
    ), 주파수 증가폭(
    Figure 112019084838612-pat00174
    ), 상기 주파수의 개수에 따라 IDFT를 취했을 때 시간을 속도와 곱한 거리 변수(
    Figure 112019084838612-pat00175
    )를
    Figure 112019084838612-pat00176

    에 대입하여 산출하고, j는 허수를 나타내는 수
    Figure 112019084838612-pat00232
    이고,
    Figure 112019084838612-pat00233
    은 결함의 위치를 나타내는 피크포인트(peak point)인 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반사계수 분석부는 케이블의 전파상수 및 결함 지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수를 i번째 단일 주파수의 크기(
    Figure 112019084838612-pat00177
    ), i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기(
    Figure 112019084838612-pat00178
    ), i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이(
    Figure 112019084838612-pat00179
    )를
    Figure 112019084838612-pat00180

    에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 시스템.
  12. (a) 모델링부가 케이블에 입사된 기준신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 분산정도 및 왜곡을 모델링하는 단계와;
    (b) 계단주파수 생성부가 단일 주파수를 기준으로 주파수가 계단식으로 점차 높아지는 계단신호를 설계하는 단계와;
    (c) 신호 분석부가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 결함위치, 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계는,상기 신호 분석부의 결함위치 분석부가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호의 크기 및 위상을 분석하여 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 단계와;상기 신호 분석부의 반사계수 분석부가 상기 케이블에 입사된 상기 계단신호에 대응되는 반사신호를 분석하여 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    상기 케이블의 전파영향과 반사영향을 분리하여 분석하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    상기 전파영향의 모델링 시 상기 기준신호에 하나의 주파수를 사용하고, 상기 케이블의 전파상수는 상기 기준신호에 대응하여 2차 방정식으로 근사화 하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    상기 전파영향(
    Figure 112018089749785-pat00181
    )을 상기 기준신호에 의존하는 복소수 전파상수(k), 전파거리(z), 각 사인 함수의 주파수(
    Figure 112018089749785-pat00182
    ), 복소수 형태의 전파상수(
    Figure 112018089749785-pat00183
    ,
    Figure 112018089749785-pat00184
    )를
    Figure 112018089749785-pat00185

    에 대입하여 근사화하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    상기 반사영향(
    Figure 112019084838612-pat00234
    )을 반사계수(
    Figure 112019084838612-pat00186
    ), 반사계수의 크기(
    Figure 112019084838612-pat00187
    ), 반사계수의 위상변화분(
    Figure 112019084838612-pat00188
    ), 윈도우(Windowed)된 기준신호(
    Figure 112019084838612-pat00189
    ), 케이블 전파상수의 첫 번째 계수(
    Figure 112019084838612-pat00190
    ,
    Figure 112019084838612-pat00191
    ) 및 두 번째 계수(
    Figure 112019084838612-pat00192
    ,
    Figure 112019084838612-pat00193
    )를
    Figure 112019084838612-pat00194

    에 대입하여 산출하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    상기 계단신호(
    Figure 112019084838612-pat00235
    )를 윈도우된 주파수(
    Figure 112019084838612-pat00195
    ), 윈도우된 주파수의 시간 폭(
    Figure 112019084838612-pat00196
    ), 최소 크기의 단일 주파수(
    Figure 112019084838612-pat00197
    ), 단일 주파수의 증가폭(
    Figure 112019084838612-pat00198
    )을
    Figure 112019084838612-pat00199

    에 대입하여 설계하고, T는 각 주파수에 해당하는 신호 주기이고, Ti는 i번째 주기를 의미하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  18. 삭제
  19. 제12항에 있어서, 상기 결함위치 분석부가 상기 케이블의 결함위치를 추정하는 단계는,
    직각분(quadrature component)을 추정하는 단계; IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)를 산출하는 단계; 시간-주파수 관계의 이미지를 시간-거리 이미지로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 IDFT를 산출하는 단계는,
    IDFT 결과값(
    Figure 112019084838612-pat00200
    )을 IDFT를 취할 때 주파수의 개수(N), 결함지점의 위치(
    Figure 112019084838612-pat00201
    ), 전파 속도(
    Figure 112019084838612-pat00202
    ), 주파수 증가폭(
    Figure 112019084838612-pat00203
    ), 상기 주파수의 개수에 따라 IDFT를 취했을 때 시간을 속도와 곱한 거리 변수(
    Figure 112019084838612-pat00204
    )를
    Figure 112019084838612-pat00205

    에 대입하여 산출하고, j는 허수를 나타내는 수
    Figure 112019084838612-pat00236
    이고,
    Figure 112019084838612-pat00237
    은 결함의 위치를 나타내는 피크포인트(peak point)인 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  21. 제12항에 있어서, 상기 반사계수 분석부가 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수를 추정하는 단계는,
    LMMSE를 추정하는 단계 및 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 케이블의 전파상수 및 결함지점의 반사계수가 의존하는 2차 주파수를 추정하는 단계는,
    i번째 단일 주파수의 크기(
    Figure 112018089749785-pat00206
    ), i번째 단일 주파수에 의해 발생된 반사신호의 크기(
    Figure 112018089749785-pat00207
    ), i번째 단일 주파수와 대응되는 반사신호의 위상차이(
    Figure 112018089749785-pat00208
    )를
    Figure 112018089749785-pat00209

    에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 하는 계단-주파수 반사파 계측법을 이용하는 케이블 결함 평가 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220142851A (ko) 2021-04-15 2022-10-24 한밭대학교 산학협력단 시간영역 반사파 계측법과 웨이블릿 변환을 이용한 케이블 고장 진단 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120113076A (ko) * 2011-04-04 2012-10-12 연세대학교 산학협력단 케이블 고장 진단 방법 및 시스템
KR101570506B1 (ko) * 2014-10-20 2015-11-19 연세대학교 산학협력단 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법
KR101654637B1 (ko) 2015-05-07 2016-09-22 한국 전기안전공사 케이블 고장 진단 방법 및 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120113076A (ko) * 2011-04-04 2012-10-12 연세대학교 산학협력단 케이블 고장 진단 방법 및 시스템
KR101570506B1 (ko) * 2014-10-20 2015-11-19 연세대학교 산학협력단 선형 첩 반사파 계측법을 이용한 케이블 고장점 추정 및 임피던스 추정 장치 및 방법
KR101654637B1 (ko) 2015-05-07 2016-09-22 한국 전기안전공사 케이블 고장 진단 방법 및 시스템

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
공개특허공보 제10-2012-0113076호(2012.10.12.). 1부. 끝*
등록특허공보 제10-1570506호(2015.11.19.)*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220142851A (ko) 2021-04-15 2022-10-24 한밭대학교 산학협력단 시간영역 반사파 계측법과 웨이블릿 변환을 이용한 케이블 고장 진단 시스템

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