KR102188561B1 - 스파크 검출 장치 - Google Patents

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KR102188561B1
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김선각
김남혁
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주식회사 네오세미텍
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Abstract

전력설비를 모니터링하기 위한 스파크 검출 장치가 개시된다. 스파크 검출 장치는, 전력설비로부터 미리 설정된 스파크 파장을 가지는 스파크 빛을 감지하여, 전력설비에서 발생되는 스파크를 검출하고, 검출된 스파크의 빛세기에 상응하는 전기신호를 출력하는 광증배 센서 및 전기신호의 전압값을 미리 설정된 적어도 하나의 기준전압값과 비교하여 전력설비의 이상 정도를 판단하고, 전력설비의 이상 상태를 알리는 알람신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

스파크 검출 장치{Apparatus for detecting spark}
본 발명은 스파크 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력설비를 모니터링하기 위한 스파크 검출 장치에 관한 것이다.
전력설비는 생산설비의 전력 공급 수단으로서, 생산설비에 반드시 동반되며, 산업의 급속한 발전으로 초고압화 및 대용량화 되어왔다. 이에 따라, 전력설비는 전력 공급에 대한 안정성 및 신뢰성이 항상 요구되고 있다. 그래서, 전력설비에는, 전력설비의 전류 및 전압을 모니터링하여 과전류나 과전압 발생 시 전력을 차단하는 등의 조치를 취하는 장치가 구비되어 있다.
그러나, 이러한 전력설비의 모니터링 장치가 구비되어 있음에도 불구하고, 전력설비에는 각종 사고가 발생하고 있다. 예를 들어, 배전반에 구비된 송전용 전선의 접속부에서 열화로 인한 스파크가 발생할 수 있다. 이와 같이 발생한 스파크로 인하여 송전용 전선은 단선이 되고 배전반에는 화재가 발생할 수 있다.
따라서, 송전용 전선과 같은 전력설비의 스파크를 검출함으로써, 각종 전력 설비에서 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
대한민국등록특허공보 제10-1676692호(2016.11.10)
본 발명은 전력설비의 스파크를 검출하여 전력설비의 상태를 분석하고, 분석결과 전력설비가 이상상태로 판별되면, 이를 사용자에게 알리는 스파크 검출 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전력설비를 모니터링하기 위한 스파크 검출 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치는, 상기 전력설비로부터 미리 설정된 스파크 파장을 가지는 스파크 빛을 감지하여, 상기 전력설비에서 발생되는 스파크를 검출하고, 상기 검출된 스파크의 빛세기에 상응하는 전기신호를 출력하는 광증배 센서 및 상기 전기신호의 전압값을 미리 설정된 적어도 하나의 기준전압값과 비교하여 전력설비의 이상 정도를 판단하고, 전력설비의 이상 상태를 알리는 알람신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 전기신호의 전압값을 제1 기준전압값, 제2 기준전압값 및 제3 기준전압값과 비교하여 비교 결과에 따라 전력설비의 이상 정도를 제1 이상 상태, 제2 이상 상태, 제3 이상 상태 및 제4 이상 상태로 판단하되, 상기 제1 내지 제4 이상 상태는 각각 관찰, 주의, 경고 및 심각으로 상기 전력설비의 이상 정도를 나타낸다.
상기 스파크 검출 장치는, 상기 스파크로 인하여 발생되는 초음파를 감지하는 초음파 센서를 더 포함하되, 상기 초음파 센서는 상기 전력설비에서 상기 광증배 센서에 의하여 상기 스파크 빛이 감지되지 않는 부분에서 발생한 스파크를 검출한다.
상기 제어부는, 상기 광증배 센서에 의하여 상기 전력설비에서 스파크가 검출되면, 사용자에게 스파크가 발생된 위치를 알리기 위하여, 상기 초음파 센서에 의하여 검출된 상기 스파크가 발생된 위치를 나타내는 초음파 이미지를 생성하여 디스플레이부를 통해 출력한다.
상기 스파크 검출 장치는, 상기 전력설비로부터 방사되는 열의 온도를 측정하여 전력설비의 온도 분포 정보를 획득하는 열화상 센서를 더 포함한다.
상기 제어부는, 상기 온도 분포 정보를 이용하여 상기 전력설비의 온도 분포를 나타내는 열화상 이미지를 생성하여, 상기 전력설비의 각 부분의 온도를 모니터링하고, 상기 열화상 이미지를 이용한 상기 전력설비의 온도 모니터링 결과, 미리 설정된 고온값을 나타내는 위험부분이 발생 및 지속되는 경우, 상기 위험부분의 위치를 나타내는 열화상 이미지를 디스플레이부를 통해 출력하고, 음향 출력부를 통해 알람소리를 출력한다.
상기 스파크 파장은 180nm ~ 240nm 범위의 파장이고, 상기 광증배 센서는 광전 효과를 이용하여 상기 스파크 빛이 입사되면, 입사되는 광자의 양에 비례하는 전압, 전류 또는 전력을 가지는 상기 전기신호를 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치는, 전력설비의 스파크를 검출하여 전력설비의 상태를 분석하고, 분석결과 전력설비가 이상상태로 판별되면, 이를 사용자에게 알릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치를 설명하되, 도 2 및 도 3을 참조하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치(100)는, 검출부(110), 디스플레이부(120), 음향 출력부(130), 입력부(140), 전원부(150), 통신부(160) 및 제어부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선, 검출부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 광증배 센서(111), 초음파 센서(112) 및 열화상 센서(113)를 포함할 수 있다.
여기서, 광증배 센서(111)는 전력설비에서 발생되는 스파크를 검출한다.
즉, 전력설비에 사고가 발생하는 경우, 약 180nm ~ 240nm 범위의 스파크 파장을 가지는 스파크 빛이 발생할 수 있다. 그리고, 광증배 센서(111)는 스파크 파장을 가지는 스파크 빛을 감지하여 전력설비에서 발생되는 스파크를 검출하고, 검출된 스파크의 빛세기에 상응하는 전기신호를 출력한다.
일반적으로, 전력설비에 사고로 인한 서지, 열화, 방전 등과 같은 현상으로 발생하는 스파크는 광자를 방사한다. 방사된 광자는 파동으로 공간을 이동하다가 광증배 센서(111)에 도달하면 입자로 변경된다. 그리고, 광증배 센서(111)는 입자로 변경된 광자를 증배한다. 즉, 광증배 센서(111)는 입사되는 광자의 양에 비례하는 전압, 전류 또는 전력을 가지는 전기신호를 출력할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 광증배 센서(111)는 도 2에 도시된 바와 같이, 광전 효과를 이용하여 전력설비에서 발생되는 스파크를 검출할 수 있다. 즉, 광전효과는 도 2에 도시된 바와 같이, 금속판에 미리 설정된 특정 파장을 가지는 빛이 조사되면 금속판에 있던 전자들이 방출되는 현상이다. 충분히 넓은 금속판을 이용할 경우, 광전효과에 의하여 아주 적은 양의 광자로부터 측정하기에 충분한 양의 전자가 획득될 수 있다.
예를 들어, 도 3은 광증배 센서(111)의 일례로서 UVTRON(R9533)의 파장별로 출력되는 응답신호의 스펙트럼을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광증배 센서(111)는 약 180nm ~ 240nm 범위의 파장을 가지는 빛에 대해서만 반응을 할 수 있다. 즉, UVTRON은 전기합선, 접속부 결함, 스위치 접속부 이상 등으로 발생하는 자외선(UltraViolet)에만 반응할 수 있다. 그리고, 약 180nm ~ 240nm 범위의 파장을 가지는 자외선은 태양광에 포함되어 있다가 지구의 오존층에서 흡수되어 지구표면에 도달하지 않는 자외선이기 때문에, UVTRON은 다른 빛의 영향없이 전력설비에서 발생하는 스파크 빛만을 감지하기에 적합하다.
도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 검출부(110)는, 광증배 센서(111)로부터 출력되는 전기신호를 필터링하여 전기신호의 노이즈를 제거하는 필터, 필터링된 전기신호를 증폭하는 증폭기, 증폭된 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터 등을 더 포함할 수 있다.
초음파 센서(112)는 전력설비에서 발생되는 스파크로 인하여 발생되는 초음파를 감지한다.
특히, 초음파 센서(112)는, 초음파를 이용하여 스파크를 검출할 수 있으므로, 광증배 센서(111)의 센싱 사각 지대에서 스파크가 발생하는 경우 또는, 또는 전력설비에서 발생되는 스파크가 전력설비 내의 물체나 전력설비 외부의 장애물에 의하여 가려진 경우, 전력설비에서 광증배 센서(111)에 의하여 스파크 빛이 감지되지 않는 부분에서 발생한 스파크를 검출할 수 있다.
또한, 초음파 센서(112)는 검출된 스파크가 동일한 위치에서 지속적으로 검출되는 경우, 스파크가 누적되어 발생되는 열을 검출할 수 있으며, 이에 따라 발열 위치를 검출할 수 있다.
열화상 센서(113)는 전력설비로부터 방사되는 열의 온도를 측정하여 전력설비의 온도 분포 정보를 획득한다.
디스플레이부(120)는 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치(100)가 입력받거나 처리한 정보를 표시하여 출력한다. 즉, 디스플레이부(120)는 초음파 센서(112)에 의하여 검출된 스파크가 발생된 위치를 나타내는 초음파 이미지 및 열화상 센서(113)에 의하여 획득된 전력설비의 온도 분포를 나타내는 열화상 이미지를 출력할 수 있으며, 광증배 센서(111)로부터 출력된 전기신호, 초음파 센서(112) 및 열화상 센서(113)로부터 출력된 데이터에 대한 분석 결과를 출력할 수도 있다.
예를 들어, 디스플레이부(120)는 액정 디스플레이(liquid crystal display) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이부(120)와 터치 동작을 감지하는 센서가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(즉, 터치 스크린), 디스플레이부(120)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 이하, 디스플레이부(120)로 터치 스크린이 사용되는 경우, 터치 동작을 감지하는 센서는 후술할 입력부(140)로 지칭하도록 한다.
음향 출력부(130)는 알람과 같은 긴급상황을 알리는 긴급신호를 소리로 출력한다.
입력부(140)는 사용자로부터 각종 명령을 입력받기 위한 사용자 인터페이스(user interface)로서, 그 구현 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 입력부(140)는 복수의 조작 유닛들을 포함할 수 있으며, 이러한 조작 유닛들은 키 패드(key pad), 터치 패드(정압/정전), 휠 키, 조그 스위치 등으로 제작될 수 있다.
전원부(150)는 스파크 검출 장치(100)가 휴대용으로 사용될 수 있도록 스파크 검출 장치(100)로 전원을 공급하기 위한 구성으로서, 배터리 및 배터리 충전을 위한 충전 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
통신부(160)는 다른 스파크 검출 장치(100) 또는 사용자 단말과 통신을 수행하거나, 통신 네트워크에 연결되는 특정 서버와 통신을 수행할 수 있다.
예를 들어, 통신부(160)는 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치(100)가 산출한 데이터를 다른 사용자들과 공유하기 위하여 다른 스파크 검출 장치(100) 또는 사용자 단말로 전송할 수 있다. 이를 위하여, 통신부(160)는 이동 통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.
제어부(170)는 검출부(110)로부터 출력되는 데이터를 이용하여 전력설비의 상태를 분석한다. 즉, 제어부(170)는 광증배 센서(111)가 스파크 검출에 따라 출력하는 전기신호, 초음파 센서(112)가 출력하는 초음파 감지 정보 및 열화상 센서(113)에 의하여 획득된 전력설비의 온도 분포 정보를 분석하여 전력설비의 상태를 분석할 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 분석 결과를 디스플레이부(120)를 통해 출력할 수 있으며, 전력설비의 이상 상태를 알리는 알람소리를 음향 출력부(130)를 통해 출력할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는 광증배 센서(111)가 스파크 검출에 따라 출력하는 전기신호의 전압값을 미리 설정된 적어도 하나의 기준전압값과 비교하여 전력설비의 이상 정도를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(170)는 스파크 검출에 따라 출력하는 전기신호의 전압값을 제1 기준전압값, 제2 기준전압값 및 제3 기준전압값과 비교하여 비교 결과에 따라 전력설비의 이상 정도를 제1 이상 상태, 제2 이상 상태, 제3 이상 상태 및 제4 이상 상태로 판단할 수 있다. 여기서, 제1 이상 상태, 제2 이상 상태, 제3 이상 상태 및 제4 이상 상태는 각각 관찰, 주의, 경고 및 심각으로 전력설비의 이상 정도를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 제1 기준전압값, 제2 기준전압값 및 제3 기준전압값을 각각 30V, 40V 및 50V로 가정하면, 제어부(170)는 광증배 센서(111)가 스파크 검출에 따라 출력하는 전기신호의 전압값이 0V 초과 ~ 30V이하, 30V 초과 ~ 40V이하, 40V 초과 ~ 50V이하 또는 50V 초과인지를 확인하여, 관찰, 주의, 경고 및 심각의 단계로 전력설비의 이상 정도를 판단할 수 있다.
또한, 제어부(170)는, 광증배 센서(111)에 의하여 전력설비에서 스파크가 검출되면, 사용자에게 스파크가 발생된 위치를 알리기 위하여, 초음파 센서(112)에 의하여 검출된 스파크가 발생된 위치를 나타내는 초음파 이미지를 생성하여 디스플레이부(120)가 출력하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(170)는, 열화상 센서(113)에 의하여 획득된 전력설비의 온도 분포 정보를 이용하여 전력설비의 온도 분포를 나타내는 열화상 이미지를 생성하여, 전력설비의 각 부분의 온도를 모니터링할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는 전력설비의 온도 분포를 나타내는 열화상 이미지를 이용한 전력설비의 온도 모니터링 결과, 미리 설정된 고온값을 나타내는 위험부분이 발생 및 지속되는 경우, 위험부분의 위치를 나타내는 열화상 이미지를 디스플레이부(120)가 출력하고, 이와 함께, 음향 출력부(130)가 전력설비의 이상 상태를 알리는 알람소리를 출력하도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스파크 검출 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
S410 단계에서, 스파크 검출 장치(100)는 스파크 발생에 따른 광자를 검출함으로써, 전력설비에서 발생되는 스파크를 검출한다.
즉, 스파크 검출 장치(100)는, 약 180nm ~ 240nm 범위의 스파크 파장을 가지는 스파크 빛을 감지하고, 감지된 스파크 빛의 세기에 상응하는 전기신호를 출력하는 광증배 센서(111)를 이용하여, 전력설비에서 발생하는 스파크를 검출할 수 있다.
S420 단계에서, 스파크 검출 장치(100)는 초음파 센서(112)를 이용하여 전력설비에서 발생되는 스파크로 인하여 발생되는 초음파를 감지하고, 스파크가 발생된 위치를 나타내는 초음파 이미지를 생성한다.
S430 단계에서, 스파크 검출 장치(100)는 열화상 센서(113)를 이용하여 전력설비로부터 방사되는 열의 온도를 측정하여 전력설비의 온도 분포 정보를 획득하고, 전력설비의 온도 분포를 나타내는 열화상 이미지를 생성한다.
S440 단계에서, 스파크 검출 장치(100)는 광증배 센서(111)가 스파크 검출에 따라 출력하는 전기신호, 초음파 센서(112) 및 열화상 센서(113)를 이용하여 생성된 초음파 이미지 및 열화상 이미지를 분석하여 전력설비의 상태를 분석한다.
S450 단계에서, 스파크 검출 장치(100)는 분석 결과를 출력하되, 전력 설비가 이상 상태인 경우, 전력설비의 이상 상태를 알리는 알람소리를 출력할 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 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 실시예들을 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. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 스파크 검출 장치
110: 검출부
111: 광증배 센서
112; 초음파 센서
113: 열화상 센서
120: 디스플레이부
130: 음향 출력부
140: 입력부
150: 전원부
160: 통신부
170: 제어부

Claims (7)

  1. 전력설비를 모니터링하기 위한 스파크 검출 장치에 있어서,
    상기 전력설비로부터 미리 설정된 스파크 파장을 가지는 스파크 빛을 감지하여, 상기 전력설비에서 발생되는 스파크를 검출하고, 상기 검출된 스파크의 빛세기에 상응하는 전기신호를 출력하는 광증배 센서; 및
    상기 전기신호의 전압값을 미리 설정된 적어도 하나의 기준전압값과 비교하여 전력설비의 이상 정도를 판단하고, 전력설비의 이상 상태를 알리는 알람신호를 출력하는 제어부를 포함하되,
    상기 스파크 검출 장치는,
    상기 스파크로 인하여 발생되는 초음파를 감지하는 초음파 센서를 더 포함하되,
    상기 초음파 센서는 상기 전력설비에서 상기 광증배 센서에 의하여 상기 스파크 빛이 감지되지 않는 부분에서 발생한 스파크를 검출하고,
    상기 제어부는,
    상기 광증배 센서에 의하여 상기 전력설비에서 스파크가 검출되면, 사용자에게 스파크가 발생된 위치를 알리기 위하여, 상기 초음파 센서에 의하여 검출된 상기 스파크가 발생된 위치를 나타내는 초음파 이미지를 생성하여 디스플레이부를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 스파크 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기신호의 전압값을 제1 기준전압값, 제2 기준전압값 및 제3 기준전압값과 비교하여 비교 결과에 따라 전력설비의 이상 정도를 제1 이상 상태, 제2 이상 상태, 제3 이상 상태 및 제4 이상 상태로 판단하되,
    상기 제1 내지 제4 이상 상태는 각각 관찰, 주의, 경고 및 심각으로 상기 전력설비의 이상 정도를 나타내는 것을 특징으로 하는 스파크 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스파크 검출 장치는,
    상기 전력설비로부터 방사되는 열의 온도를 측정하여 상기 전력설비의 온도 분포 정보를 획득하는 열화상 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 분포 정보를 이용하여 상기 전력설비의 온도 분포를 나타내는 열화상 이미지를 생성하여, 상기 전력설비의 각 부분의 온도를 모니터링하고,
    상기 열화상 이미지를 이용한 상기 전력설비의 온도 모니터링 결과, 미리 설정된 고온값을 나타내는 위험부분이 발생 및 지속되는 경우, 상기 위험부분의 위치를 나타내는 열화상 이미지를 디스플레이부를 통해 출력하고, 음향 출력부를 통해 알람소리를 출력하는 것을 특징으로 하는 스파크 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스파크 파장은 180nm ~ 240nm 범위의 파장이고,
    상기 광증배 센서는 광전 효과를 이용하여 상기 스파크 빛이 입사되면, 입사되는 광자의 양에 비례하는 전압, 전류 또는 전력을 가지는 상기 전기신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스파크 검출 장치.
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