KR102614482B1 - Groundwater level measurement system using Distribution type Time Domain Reflectometry device - Google Patents

Groundwater level measurement system using Distribution type Time Domain Reflectometry device Download PDF

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Abstract

블랙 아이스 검출 시스템은 각각 할당된 도로영역의 블랙 아이스 생성여부를 진단하는 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치와, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 영역을 3차원 그래픽화 하되, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치에서 전송된 계측 데이터와 상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치의 위치정보를 토대로 블랙 아이스 생성여부를 각각 산출하여 관리하는 관리서버와, 관리서버로부터 블랙 아이스 진단정보를 제공받아 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시하는 사용자 단말기를 포함한다.The black ice detection system includes a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices that diagnose the presence of black ice in each assigned road area, and the areas covered by the multiple distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices. In dimensional graphics, the presence or absence of black ice is calculated and managed based on measurement data transmitted from a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices and the location information of the plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices. It includes a management server that receives black ice diagnosis information from the management server, maps it and displays it in a three-dimensional graphic form, and includes a user terminal.

Description

분포형 TDR 계측장치를 이용한 블랙 아이스 검출 시스템{Groundwater level measurement system using Distribution type Time Domain Reflectometry device}Black ice detection system using distribution type TDR measuring device {Groundwater level measurement system using Distribution type Time Domain Reflectometry device}

본 발명은 계측장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 분포형 TDR 계측장치를 이용한 블랙 아이스 검출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a measuring device, and more specifically, to a black ice detection system using a distributed TDR measuring device.

블랙아이스는 낮 동안 내린 눈이나 비가 아스팔트 도로의 틈새에 스며들었다가 밤사이에 도로의 기름, 먼지 등과 섞여 도로 위에 얇게 얼어붙는 것을 칭하고 '도로 결빙 현상'이라고도 한다.Black ice refers to snow or rain that falls during the day seeping into the cracks of an asphalt road and then mixing with road oil and dust during the night and freezing thinly on the road. It is also called 'road freezing phenomenon'.

운전자는 도로 주행 시 눈에 잘 띄지 않고 단순히 도로가 조금 젖은 것으로 생각하기 쉽기 때문에 매년 블랙아이스로 인한 사고가 증가하고 있는 추세이고 이를 방지하고자 기술 개발도 많이 추진 중이지만 설계상 시간과 비용이 너무 많이 발생하는 문제점이 있다.Accidents caused by black ice are increasing every year because it is not noticeable to drivers when driving on the road and it is easy to think that the road is simply a little wet. Although technology development is being promoted to prevent this, it takes too much time and cost due to the design. There is a problem.

이와 관련된 기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-1041022호인 '운전자를 위한 도로 결빙 예보 관리 시스템 및 방법'은 정보 리드 신호 수신 시 임의의 도로의 구간에 설치되어 노면의 날씨 환경을 센싱하여 날씨 환경 정보를 무선으로 송신하는 적어도 하나의 결빙 데이터 수집 센서 모듈과, 카메라를 구비하고, 정보 수집 이벤트 발생 시 상기 정보 리드 신호를 상기 결빙 데이터 수집 센서 모듈로 송신하고, 상기 정보 리드 신호에 응답하여 상기 날씨 환경 정보를 수신받아 미리 저장되어 있는 결빙 예측 조건 정보들과 비교하여 결빙 예측 조건을 만족하면 도로 결빙 예측을 통지한 후, 상기 카메라를 구동하여 상기 결빙데이터 수집 센서 모듈에 의해 결빙 가능성이 있는 것으로 예측된 도로 구간을 촬영하고 촬영된 영상데이터를 분석하여 빛의 반사도에 따라 도로의 결빙여부를 판단하여 통보하는 결빙 예측 장치를 포함한다.As a related technology, Korea Patent Publication No. 10-1041022, 'Road ice forecast management system and method for drivers', is installed in a random section of the road when receiving an information lead signal and senses the weather environment on the road surface to provide weather environment information. At least one freezing data collection sensor module that wirelessly transmits, and a camera, transmitting the information lead signal to the freezing data collection sensor module when an information collection event occurs, and providing the weather environment information in response to the information lead signal. After receiving and comparing the icing prediction condition information stored in advance and satisfying the icing prediction condition, notifying the road icing prediction, the camera is driven to detect the road predicted to be likely to be iced by the icing data collection sensor module. It includes an ice prediction device that photographs a section, analyzes the captured video data, and determines whether or not the road is frozen based on light reflectivity and reports it.

상기 종래 기술 역시도 도로의 노면 날씨 환경을 센싱하기 위한 센서모듈을 다수 개 설치해야 함으로 설계 시간이 오래 걸리고 그 비용도 많이 소요되는 문제점이 있고 빛의 반사도에 따라 결빙 여부를 판단하지만 외부 조건에 의해서 반사도가 오탐지될 문제점이 있으며 결빙 예측 조건에 만족하지 않는 특수한 환경 발생시 결빙을 판단할 수 없는 문제점이 있었다.The above-described prior art also has the problem of requiring a long design time and high cost as it requires the installation of multiple sensor modules to sense the weather environment of the road surface. Although freezing is determined based on the reflectivity of light, the reflectivity is determined by external conditions. There was a problem of false detection and the inability to determine freezing when a special environment occurred that did not satisfy the freezing prediction conditions.

KRKR 10-104102210-1041022 BB

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 도로영역을 3차원 그래픽화 하여 블랙 아이스 진단정보를 제공할 수 있는 블랙 아이스 검출 시스템을 제공한다.The present invention was proposed to solve the above technical problems, and is a black ice system that can provide black ice diagnosis information by graphically depicting the road area covered by a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices in three dimensions. A detection system is provided.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각 할당된 도로영역의 블랙 아이스 생성여부를 진단하는 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치와, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 영역을 3차원 그래픽화 하되, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치에서 전송된 계측 데이터와 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치의 위치정보를 토대로 블랙 아이스 생성여부를 각각 산출하여 관리하는 관리서버와, 관리서버로부터 블랙 아이스 진단정보를 제공받아 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시하는 사용자 단말기를 포함하는 블랙 아이스 검출 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention to solve the above problem, a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices for diagnosing the presence of black ice in each allocated road area, and a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices Reflectometry) The area covered by the measuring device is rendered in 3D graphics, based on the measurement data transmitted from multiple distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices and the location information of the multiple distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices. A black ice detection system is provided that includes a management server that calculates and manages whether black ice is generated, and a user terminal that receives black ice diagnosis information from the management server and maps it to display in a three-dimensional graphic form.

또한, 본 발명에 포함되는 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 각각, TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, 상기 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신함에 있어서, 기준클럭신호를 생성하는 기준클럭신호 생성부와, 기준클럭신호를 이용하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 상기 펄스신호를 생성하는 클럭신호 분배부와, 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호를 생성하는 샘플링 펄스신호 생성부와, 샘플링 펄스신호에 응답하여 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 샘플링하는 반사신호 샘플링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measurement devices included in the present invention each transmit a pulse signal to a TDR measurement line and receive a reflected pulse signal reflected through the TDR measurement line, using a reference clock. A reference clock signal generator that generates a signal, a clock signal distributor that generates the pulse signal for transmission to the TDR measurement line using the reference clock signal, and a sampling pulse signal that has a higher frequency than the reference clock signal. It is characterized by comprising a sampling pulse signal generation unit and a reflection signal sampling unit that samples a reflection pulse signal reflected through the TDR measurement line in response to the sampling pulse signal.

또한, 본 발명에 포함되는 반사신호 샘플링부는, 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the reflected signal sampling unit included in the present invention is characterized in that it samples the reflected pulse signal in response to a differential signal corresponding to the sampling pulse signal.

또한, 본 발명에 포함되는 반사신호 샘플링부는, 샘플링 펄스신호를 입력받아 샘플링 펄스신호에 대응되는 차동형태의 제1 출력신호 및 제2 출력신호를 출력하는 샘플링신호 커플드 정합기와, 제1 출력신호 및 제2 출력신호에 응답하여 반사펄스신호를 샘플링하는 샘플러 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the reflected signal sampling unit included in the present invention includes a sampling signal coupled matcher that receives a sampling pulse signal and outputs a first output signal and a second output signal in a differential form corresponding to the sampling pulse signal, and a first output signal. and a sampler circuit that samples the reflected pulse signal in response to the second output signal.

본 발명의 실시예에 따른 블랙 아이스 검출 시스템은 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 도로영역을 3차원 그래픽화 하여 블랙 아이스 진단정보를 제공함으로써 점검관리의 편리성을 제공할 수 있다.The black ice detection system according to an embodiment of the present invention provides convenience of inspection and management by providing black ice diagnosis information by graphicalizing the road area covered by a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices in 3D. You can.

도 1은 블랙 아이스 검출 시스템(10)의 개념도
도 2는 블랙 아이스 검출 시스템(10)의 블록도
도 3은 블랙 아이스 검출 시스템(10)의 다른 블록도
도 4는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제1 예시도
도 4a는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제2 예시도
도 4b는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제3 예시도
도 4c는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제4 예시도
도 5는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 개념도
도 6은 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 원리를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 블록도
도 8은 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제1 실시예에 따른 회로도
도 8a는 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제2 실시예에 따른 회로도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)의 블록도
도 10은 도 9의 샘플링 펄스신호 생성부(300A)의 동작 예시도
도 11은 TDR 계측장치(1,2)에서 출력되는 펄스신호와 반사펄스신호를 나타낸 도면
1 is a conceptual diagram of the black ice detection system 10.
2 is a block diagram of the black ice detection system 10.
3 is another block diagram of the black ice detection system 10.
Figure 4 is a first example of a monitoring screen provided by the black ice detection system 10.
Figure 4a is a second example of a monitoring screen provided by the black ice detection system 10.
Figure 4b is a third example of a monitoring screen provided by the black ice detection system 10.
Figure 4c is a fourth example of a monitoring screen provided by the black ice detection system 10.
Figure 5 is a conceptual diagram of a distributed TDR (Time Domain Reflectometry) sensor.
Figure 6 is a diagram showing the principle of a distributed TDR (Time Domain Reflectometry) sensor.
Figure 7 is a block diagram of a distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measurement device 1 according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a circuit diagram according to the first embodiment of the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1.
Figure 8a is a circuit diagram according to the second embodiment of the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1.
Figure 9 is a block diagram of a distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measurement device 2 according to another embodiment of the present invention.
Figure 10 is an exemplary operation diagram of the sampling pulse signal generator 300A of Figure 9.
Figure 11 is a diagram showing pulse signals and reflected pulse signals output from the TDR measuring devices 1 and 2.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to explain the present invention in detail so that a person skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 블랙 아이스 검출 시스템(10)의 개념도이고, 도 2는 블랙 아이스 검출 시스템(10)의 블록도이고, 도 3은 블랙 아이스 검출 시스템(10)의 다른 블록도이고, 도 4는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제1 예시도이고, 도 4a는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제2 예시도이고, 도 4b는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제3 예시도이고, 도 4c는 블랙 아이스 검출 시스템(10)에서 제공하는 모니터링 화면의 제4 예시도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of the black ice detection system 10, FIG. 2 is a block diagram of the black ice detection system 10, FIG. 3 is another block diagram of the black ice detection system 10, and FIG. 4 is a black ice detection system 10. FIG. 4A is a first example of a monitoring screen provided by the detection system 10, FIG. 4A is a second example of a monitoring screen provided by the black ice detection system 10, and FIG. 4B is a diagram of the monitoring screen provided by the black ice detection system 10. This is a third example of a monitoring screen provided, and FIG. 4C is a fourth example of a monitoring screen provided by the black ice detection system 10.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 블랙 아이스 검출 시스템(10)은 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)와, 관리서버(2)와, 사용자 단말기(3)를 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 to 4, the black ice detection system 10 includes a plurality of distributed time domain reflectometry (TDR) measuring devices (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) and a management server. (2) and a user terminal (3).

제안된 블랙아이스 측정 시스템은 고속도로를 포함한 다양한 지역에 설치된 블랙아이스 측정기기를 원격으로 제어하고, 블랙아이스 측정기기에 부착된 환경센서로부터 온도, 습도, 풍량, 강우를 측정하여 수집하는 시스템으로 정의된다.The proposed black ice measurement system is defined as a system that remotely controls black ice measurement devices installed in various areas, including highways, and measures and collects temperature, humidity, wind volume, and rainfall from environmental sensors attached to the black ice measurement devices. .

이 시스템은 권한이 있는 사용자만 접근을 허용하기 위하여 로그인 및 회원가입 기능을 갖추고 있으며, 가입하고자 하는 회원의 휴대폰 번호를 통한 인증을 통하여 가입을 허용한다. (본인 확인 기능)This system is equipped with login and membership registration functions to allow access only to authorized users, and allows registration through authentication through the mobile phone number of the member wishing to join. (Identity verification function)

도로에 설치된 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)는 각각 할당된 도로영역의 블랙 아이스 분포를 진단하는데, 각각의 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 후술할 도 5 내지 도 11의 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치로 구성된다고 가정한다.A plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) installed on the road diagnose black ice distribution in the allocated road area, and each TDR ( It is assumed that the Time Domain Reflectometry (TDR) measuring device is comprised of the Time Domain Reflectometry (TDR) measuring device shown in FIGS. 5 to 11, which will be described later.

관리서버(2)는 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)가 담당하는 도로 영역을 3차원 그래픽화 하는데, 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)에서 전송된 계측 데이터와 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)의 각 위성위치정보를 토대로 점검이 필요한 위치를 산출한다.The management server (2) creates three-dimensional graphics on the road area covered by a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices (1-1, 1-2, 1-3, 1-4). Measurement data transmitted from a type TDR (Time Domain Reflectometry) measurement device (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) and a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measurement devices (1-1, 1) Based on each satellite location information (-2, 1-3, 1-4), the location requiring inspection is calculated.

사용자 단말기(3)는 관리서버(2)로부터 도로영역의 블랙 아이스 정보를 제공받아 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시한다. 본 실시예에서 사용자 단말기는 휴대폰, 스마트폰, 스마트 패드 등과 같이 사용자가 휴대하면서 사용할 수 있는 기기와, 업무용 컴퓨터를 총칭하는 것이며, 본 실시예에서는 스마트폰으로 구성된 사용자 단말기로 가정한다.The user terminal 3 receives black ice information of the road area from the management server 2, maps it and displays it in a three-dimensional graphic form. In this embodiment, the user terminal is a general term for devices that the user can carry and use, such as a mobile phone, smartphone, smart pad, etc., and a business computer. In this embodiment, it is assumed that the user terminal is composed of a smartphone.

즉, 관리서버(2)에 미리 등록된 사용자 단말기(3)는 관리서버(2)로부터 제공된 도로 영역의 블랙 아이스 진단정보를 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시하므로, 현장 점검자는 블랙 아이스 정보 등을 보다 편리하게 파악하면서 점검을 진행할 수 있다.In other words, the user terminal 3, which is pre-registered in the management server 2, maps and displays the black ice diagnostic information of the road area provided by the management server 2 in a three-dimensional graphic form, so the on-site inspector can view the black ice information, etc. You can carry out inspection more conveniently.

또한, TDR 계측장치에 무선통신기기를 연동하면 통신기지국으로부터 정보를 획득하여 위치를 표시하고, 그 TDR계측장치로부터 연결된 센서라인으로 이상부분의 거리를 정확히 파악할 수 있음으로 관리자에게 실제 문제발생 위치를 알려줄 수 있다. 즉, TDR 계측장치의 위치정보는 서버에서 TDR 계측장치의 위성위치정보를 미리 알고 있는 방식, TDR 계측장치에서 위성위치정보를 전송하는 방식, TDR 계측장치의 통신장치에서 송신되는 신호를 다수의 기지국에서 확인하여 파악하는 방식 등이 적용될 수 있을 것이다.In addition, if a wireless communication device is linked to the TDR measuring device, information can be obtained from the communication base station and the location is displayed, and the distance of the abnormal part can be accurately determined using a sensor line connected from the TDR measuring device, allowing the manager to know the actual location of the problem. I can tell you. In other words, the location information of the TDR measurement device is generated by the server knowing the satellite location information of the TDR measurement device in advance, the method of transmitting the satellite location information from the TDR measurement device, and the signal transmitted from the communication device of the TDR measurement device to multiple base stations. Methods such as checking and understanding may be applied.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 계측장치는 USB통신만 사용할 수 있고, 무선통신장치만 사용할 수도 있고, 사용자의 의도에 따라 2가지 모두를 사용 할 수도 있다. 또한, 계측장치와 무선통신장치를 한 셋트로 구성하여, 다수 개의 장치를 원격지의 관리서버에서 관리 가능하다.Additionally, as shown in FIG. 3, the measuring device can use only USB communication, only wireless communication, or both depending on the user's intention. Additionally, by configuring a measuring device and a wireless communication device as one set, multiple devices can be managed from a remote management server.

또한, 계측장치에는 ID선택기능이 있어서 RS485통신으로 다수 개를 병렬연결하고 한 개의 무선통신장치를 통해서도 관리서버와 통신하여 관리를 할 수도 있다.In addition, the measuring device has an ID selection function, so multiple devices can be connected in parallel through RS485 communication and managed by communicating with the management server through a single wireless communication device.

도 4 내지 도 4c를 참조하면, 블랙 아이스 검출 시스템(10)은 측정 장치를 설치한 주소와 위치를 관리하여 설치된 위치를 보여주고 현재 상태를 파악할 수 있으며, 장치를 등록 시에 설치 장소를 쉽게 지정할 수 있다.Referring to FIGS. 4 to 4C, the black ice detection system 10 manages the address and location of the measuring device, shows the installed location and determines the current status, and allows you to easily specify the installation location when registering the device. You can.

또한, 설치된 측정 장치의 동작 이력과 오류 발생 현황을 로그로 남겨서 동작 여부와 오류 발생 여부를 확인할 수 있다.In addition, the operation history and error occurrence status of the installed measuring device can be logged to check whether it is operating or whether an error has occurred.

또한, 설치된 측정 장치의 최신 센서 정보를 확인 하고 웹화면에서 제어 할 수 있는 기능을 제공하며, 반응형 웹사이트로 PC환경과 휴대폰과 같은 모바일 환경에 맞는 최적화된 화면을 제공한다.In addition, it provides the ability to check the latest sensor information of the installed measuring device and control it on the web screen, and as a responsive website, it provides an optimized screen suitable for PC environments and mobile environments such as mobile phones.

도 5는 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 개념도이고, 도 6은 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서의 원리를 나타낸 도면이다.Figure 5 is a conceptual diagram of a distributed time domain reflectometry (TDR) sensor, and Figure 6 is a diagram showing the principle of a distributed time domain reflectometry (TDR) sensor.

도 5 및 도 6을 참조하면, TDR(Time Domain Reflectometry)은 레이더의 원리로서 전자기파 혹은 전기적인 신호를 방사하고 물체에 의해 반사되어 온 파형을 이용하여 반사를 일으킨 원인에 대한 위치와 종류를 측정하는 기술이다. Referring to Figures 5 and 6, TDR (Time Domain Reflectometry) is a radar principle that radiates electromagnetic waves or electrical signals and uses the waveform reflected by an object to measure the location and type of the cause of the reflection. It's technology.

시스템의 시간영역 응답(time domain response)을 분석하는 방법이며 펄스 또는 스텝 신호를 측정 대상 시스템(TDR 계측선)에 인가하고 반사되어 돌아오는 신호를 측정하여 시스템(도로 표면의 블랙아이스)의 상태를 분석할 수 있다.This is a method of analyzing the time domain response of a system. It applies a pulse or step signal to the measurement target system (TDR measurement line) and measures the reflected signal to determine the state of the system (black ice on the road surface). It can be analyzed.

TDR(Time Domain Reflectometry)과 TDT(Time Domain Transmission)은 시간 영역 분석기로써 펄스신호가 인터커넥트(Interconnect)를 통해 어떻게 전파하는지에 관한 그 응답을 분석하는 장비이다. 즉, 시간 영역 반사(Time Domain Reflectometry)측정은 다양한 재료와 물질의 주파수 의존 전기 및 유전 특성을 평가하기 위한 측정 원리가 적용된다. TDR (Time Domain Reflectometry) and TDT (Time Domain Transmission) are time domain analyzers that analyze the response of how pulse signals propagate through an interconnect. In other words, Time Domain Reflectometry is a measurement principle used to evaluate the frequency-dependent electrical and dielectric properties of various materials and substances.

출력 펄스 신호로 사용되는 반복적인 구형파를 샘플링 할 수 있는 휴대 가능하고 소형화된 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치 및 이를 이용한 지하 시설물 진단 시각화 시스템에 대해서 설명하기로 한다.We will describe a portable and miniaturized distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device that can sample repetitive square waves used as output pulse signals and an underground facility diagnostic visualization system using the same.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 블록도이다.Figure 7 is a block diagram of a distributed time domain reflectometry (TDR) measurement device 1 according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.The TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1 according to this embodiment includes only a brief configuration to clearly explain the technical idea to be proposed.

도 7을 참조하면, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 기준클럭신호 생성부(100), 클럭신호 분배부(200), 샘플링 펄스신호 생성부(300), 반사신호 샘플링부(400), 로직 제어부(500), 라인 드라이버(600), 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 7, the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1 includes a reference clock signal generator 100, a clock signal distribution unit 200, a sampling pulse signal generator 300, and a reflection signal sampling unit 400. ), a logic control unit 500, a line driver 600, an amplifier 700, and an analog-to-digital converter 800.

TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신하여 도로의 이상유무를 검출할 수 있는 검사장치이다. TDR 계측선은 블랙 아이스를 감지하기 위해 도로 표면, 중앙 분리대에 직접 설치될 수 있으며, 도로 아래의 관로, 지하 시설물을 따라 배치될 수도 있다.The TDR (Time Domain Reflectometry) measurement device (1) is an inspection device that can detect abnormalities in the road by transmitting a pulse signal to the TDR measurement line and receiving the reflected pulse signal reflected through the TDR measurement line. TDR measuring lines can be installed directly on the road surface and median strip to detect black ice, and can also be placed along pipes under the road or underground facilities.

TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 4채널로 구성될 수 있다. 채널 수는 최소 1개에서 그 이상 확장 가능하도록 구성될 수 있다.The TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1 may be composed of 4 channels. The number of channels can be configured to expand from at least 1 to more.

즉, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1) 하나에 하나 이상의 채널이 연결되며, 본 발명의 실시예로써 4채널의 TDR 센싱라인(TDR 계측선)을 연결할 수 있도록 구성되며 BNC 커넥터와 동축케이블로써 결합한다.That is, one or more channels are connected to one TDR (Time Domain Reflectometry) measurement device (1), and as an embodiment of the present invention, it is configured to connect 4 channels of TDR sensing lines (TDR measurement lines), and is connected to a BNC connector and a coaxial cable. It is combined as

제안된 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 기능 및 구성을 요약하여 설명하면, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 온도와 누수(함수비)변화 감지용 센싱 시스템으로 정의되며, 적어도 하나 이상의 채널, 바람직하게는 4채널의 센싱라인(TDR 계측선)을 측정할 수 있도록 구성된다.To summarize the functions and configuration of the proposed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device (1), the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device (1) is defined as a sensing system for detecting changes in temperature and water leakage (water content ratio), It is configured to measure at least one channel, preferably 4 channels of sensing lines (TDR measurement lines).

즉, 도로를 따라 배치되는 TDR 계측선 주위의 유전율의 변화로 인해 반사펄스신호의 크기가 변화하게 되므로, 반사펄스신호의 파형변화 및 시간을 분석하여 관로의 어느 지점에 이상 현상이 발생한 것이지를 판별할 수 있다.In other words, since the size of the reflected pulse signal changes due to changes in dielectric constant around the TDR measurement line placed along the road, the waveform change and time of the reflected pulse signal are analyzed to determine at which point in the pipeline an abnormality occurred. can do.

TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 200m(최대 1km) 이내의 함수비(%)을 6.7cm의 거리해상도로 측정할 수 있으며, 추가로 구비된 온도 센싱라인을 사용하여 온도(℃)를 측정할 수 있다.The TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device (1) can measure water content (%) within 200 m (maximum 1 km) with a distance resolution of 6.7 cm, and can measure temperature (°C) using an additional temperature sensing line. It can be measured.

또한, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 관리서버와 통신을 위하여 485 통신 포트가 있으며, RS232 to USB 통신이 가능하며, 측정된 결과를 PC(혹은 스마트폰) 뷰어 프로그램(시리얼 플로터)으로 표시할 수 있도록 구성된다.In addition, the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device (1) has a 485 communication port for communication with the management server, supports RS232 to USB communication, and displays measured results through a PC (or smartphone) viewer program (serial plotter). It is configured to be displayed as .

또한, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 관리자가 직접 데이터를 받을 수 있도록 SD카드(메모리 카드)를 사용할 수 있다. In addition, the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device (1) can use an SD card (memory card) so that the manager can directly receive data.

TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)에서 출력되는 펄스신호의 출력파형은 듀티비 50%, 25KHz 직사각형 펄스(2ns의 상승 시간)를 기반으로 하며, A/D 컨버터를 사용하여 반복 측정으로 신호의 파형을 캡처함으로써, 200m(최대 1km) 이내의 결함을 10cm의 해상도로 측정할 수 있다.(사용되는 펄스의 파장 및 주파수에 따라 감지거리 및 해상도는 변경됨)The output waveform of the pulse signal output from the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device (1) is based on a 25KHz rectangular pulse (2ns rise time) with a duty ratio of 50%, and the signal is converted into signal through repeated measurement using an A/D converter. By capturing the waveform, defects within 200 m (up to 1 km) can be measured with a resolution of 10 cm. (Detection distance and resolution change depending on the wavelength and frequency of the pulse used)

실시예에 따른 TDR 계측장치의 클럭의 유효 클럭 주기가 250MHz(4ns)이고 위상각(0, 60, 120, 180, 240, 300) 확대비 최대 k=6으로써, 유효 샘플링 주파수는 1.5GHz이며, 이때 시간해상도는 4ns/6=0.67ns이고, 거리 해상도는 6,7cm이다. 진폭 분해능은 10비트 수준으로 유지하면서 약 2ns의 상승 시간으로 상승 에지를 추적 할 수 있도록 시스템에서 0.67ns 시간 분해능 유지한다.The effective clock period of the clock of the TDR measuring device according to the embodiment is 250 MHz (4 ns) and the phase angle (0, 60, 120, 180, 240, 300) magnification ratio is maximum k = 6, so the effective sampling frequency is 1.5 GHz, At this time, the time resolution is 4ns/6=0.67ns, and the distance resolution is 6.7cm. Amplitude resolution is maintained at 10 bits, while the system maintains 0.67ns time resolution to track rising edges with a rise time of approximately 2ns.

TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)는 ±10cm의 정확도로 경계층을 변화시키며 대략 6.7cm의 해상도로 경계층의 위치 변화를 모니터링 할 수 있다. 특히, 광속의 67%인 동축 케이블을 측정하고자 할 때, 결함의 위치를 10cm의 해상도로 측정하려면 1ns 시간 필요하며, 10cm당 1ns의 일반적인 왕복 전파 이동시간을 추정하면, 거리 분해능 10cm에 해당되는 등가 시간 분해능은 1ns 이다. 또한, 200m 전송라인의 경우, 단 방향으로의 이동 시간(T_travel)은 약 1,000ns이다. 측정신호(50% 구형파) 주파수의 이론적 한계는 1/4T_travel = 1/4000ns(250KHz) 이상으로 하여야 되며, 측정 신호의 주기는 신호의 한 방향(라인)으로의 신호 이동시간의 4배보다 크게 한다. 본 실시예에서는 한 방향으로 신호 이동시간의 8배로 한다.The TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device (1) changes the boundary layer with an accuracy of ±10 cm and can monitor the change in the position of the boundary layer with a resolution of approximately 6.7 cm. In particular, when measuring a coaxial cable at 67% of the speed of light, 1 ns time is needed to measure the location of the defect with a resolution of 10 cm. If we estimate a typical round-trip radio wave travel time of 1 ns per 10 cm, the equivalent distance resolution of 10 cm is The time resolution is 1ns. Additionally, in the case of a 200m transmission line, the travel time (T_travel) in one direction is approximately 1,000ns. The theoretical limit of the frequency of the measurement signal (50% square wave) should be 1/4T_travel = 1/4000ns (250KHz) or more, and the period of the measurement signal should be greater than 4 times the signal travel time in one direction (line) of the signal. . In this embodiment, it is 8 times the signal travel time in one direction.

또한, 수집 시간, 시간 분해능 및 전송 라인 길이의 절충으로 TDR 신호(펄스신호)의 기본 반복 주파수로 25KHz를 선택한다. 회로에서 "루프 시간"은 총 4,000ns이며, 최대 트리거 신호 주파수는 1/4000ns = 25KHz로 제한할 수 있다. 이때, 기본 주파수 25KHz로써, 진폭 분해능과 필요한 획득 시간 사이의 절충으로 0.67ns의 시간 분해능, 6.7cm의 거리 분해능으로 설계될 수 있다. 아날로그디지털 컨버터(A/D)의 샘플링 주기는 4,000ns 이며, 출력(스탭파 펄스신호)의 주기와 일치한다. 참고적으로 기본 주파수의 Hz 및 펄스신호의 출력파형의 형태 및 듀티비는 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다.Additionally, 25 KHz is selected as the basic repetition frequency of the TDR signal (pulse signal) as a compromise between acquisition time, time resolution, and transmission line length. The "loop time" in the circuit is a total of 4,000 ns, and the maximum trigger signal frequency can be limited to 1/4000 ns = 25 KHz. At this time, with a fundamental frequency of 25KHz, it can be designed with a time resolution of 0.67ns and a distance resolution of 6.7cm as a compromise between amplitude resolution and required acquisition time. The sampling period of the analog-to-digital converter (A/D) is 4,000ns, which matches the period of the output (step wave pulse signal). For reference, the Hz of the basic frequency and the form and duty ratio of the output waveform of the pulse signal may be set in various ways depending on the embodiment.

즉, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 내부회로에서 반사펄스신호를 1.5GHz에 동기시켜 샘플링한 후, 아날로그디지털 컨버터(A/D)를 통해 신호를 출력하는데, 이때 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 TDR 신호(펄스신호)의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 신호를 샘플링한 후 출력신호를 출력한다.That is, the internal circuit of the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1 samples the reflected pulse signal by synchronizing it to 1.5 GHz, and then outputs the signal through an analog-to-digital converter (A/D). At this time, the analog-to-digital converter ( A/D) samples the signal in response to an internal signal equal to the period of the TDR signal (pulse signal) and then outputs an output signal.

즉, 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 순차적으로 수신되는 반사펄스신호를 하나의 펄싱구간동안 TDR 신호(펄스신호)의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 한번 샘플링하여 출력한 후, 내부신호를 순차적으로 지연시키면서 다음에 수신되는 반사펄스신호를 하나의 펄싱구간동안 다시 샘플링하여 출력한다.In other words, the analog-to-digital converter (A/D) samples and outputs the sequentially received reflected pulse signal once in response to an internal signal equal to the period of the TDR signal (pulse signal) during one pulsing section, and then sequentially outputs the internal signal. While delaying, the reflected pulse signal received next is sampled again during one pulsing section and output.

즉, 제1 반사펄스신호, 제2 반사펄스신호가 순차적으로 수신될 경우, 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 제1 반사펄스신호의 펄싱구간 동안 한번 샘플링하여 출력한 후, 제2 반사펄스신호의 펄싱구간 동안 다시 한번 샘플링하여 출력한다. 이때, 제2 반사펄스신호의 샘플링 타이밍은 제1 반사펄스신호에 비해 일정시간 지연된다. 본 실시예에서는 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 순차적으로 수신되는 1000개 반사펄스신호를 샘플링하여 출력하고 이를 조합하여 점검결과신호로서 표시한다.That is, when the first reflected pulse signal and the second reflected pulse signal are received sequentially, the analog-to-digital converter (A/D) samples and outputs the first reflected pulse signal once during the pulsing section and then outputs the second reflected pulse signal. It is sampled and output again during the pulsing section. At this time, the sampling timing of the second reflection pulse signal is delayed by a certain time compared to the first reflection pulse signal. In this embodiment, the analog-to-digital converter (A/D) samples and outputs 1000 reflected pulse signals received sequentially, combines them, and displays them as an inspection result signal.

상기와 같이 제안된 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.The detailed configuration and main operations of the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1 proposed as described above are as follows.

기준클럭신호 생성부(100)는 125MHz의 외부클럭신호를 2배 체배하여 250MHz의 기준클럭신호를 생성한다.The reference clock signal generator 100 generates a reference clock signal of 250 MHz by multiplying the external clock signal of 125 MHz by two.

클럭신호 분배부(200)는 250MHz의 기준클럭신호를 소정의 비율로 분배하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 25KHz의 펄스신호를 생성한다. 25KHz의 펄스신호는 라인 드라이버(600)를 통해 TDR 계측선에 송신된다.The clock signal distribution unit 200 distributes the 250 MHz reference clock signal at a predetermined ratio and generates a 25 KHz pulse signal for transmission to the TDR measurement line. A pulse signal of 25 KHz is transmitted to the TDR measurement line through the line driver 600.

샘플링 펄스신호 생성부(300)는 250MHz의 기준클럭신호를 복수의 위상으로 분할하여 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호(SYNC)를 생성한다.The sampling pulse signal generator 300 divides a 250 MHz reference clock signal into a plurality of phases and generates a sampling pulse signal (SYNC) with a higher frequency than the reference clock signal.

본 실시예에서 샘플링 펄스신호 생성부(300)는 0도, 60도, 120도, 180도, 240도, 300도의 위상을 각각 기준으로 하여, 250MHz의 기준클럭신호를 입력받아 1.5GHz의 샘플링 펄스신호를 출력한다.In this embodiment, the sampling pulse signal generator 300 receives a reference clock signal of 250 MHz based on phases of 0 degrees, 60 degrees, 120 degrees, 180 degrees, 240 degrees, and 300 degrees, respectively, and generates a sampling pulse of 1.5 GHz. Output a signal.

반사신호 샘플링부(400)는 1.5GHz의 샘플링 펄스신호에 응답하여 TDR 계측선을 통해 반사되는 전달된 반사펄스신호를 샘플링한다.The reflected signal sampling unit 400 samples the transmitted reflected pulse signal reflected through the TDR measurement line in response to a sampling pulse signal of 1.5 GHz.

반사신호 샘플링부(400)에서 샘플링되어 출력되는 신호는 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 거쳐 로직 제어부(500)로 전달된다.The signal sampled and output from the reflected signal sampling unit 400 is transmitted to the logic control unit 500 through the amplifying unit 700 and the analog-to-digital converter 800.

로직 제어부(500)는 아날로그디지털 컨버터(800)에서 출력된 신호를 처리하여 관리서버로 전달하거나, 사용자 단말기로 전달하며, 액정표시장치가 구비될 경우 계측된 결과를 표시하도록 제어한다.The logic control unit 500 processes the signal output from the analog-to-digital converter 800 and transmits it to the management server or user terminal, and, if equipped with a liquid crystal display device, controls it to display the measured results.

도 8은 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제1 실시예에 따른 회로도이고, 도 8a는 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)의 제2 실시예에 따른 회로도이다.FIG. 8 is a circuit diagram of a Time Domain Reflectometry (TDR) measurement device 1 according to a first embodiment, and FIG. 8A is a circuit diagram of a Time Domain Reflectometry (TDR) measurement device 1 according to a second embodiment.

도 7 , 도 8 및 도 8a를 동시에 참조하면, 클럭신호 분배부(200)는 250MHz의 기준클럭신호를 소정의 비율로 분배하여 TDR 계측선에 송신하기 위한 25KHz의 펄스신호(T_PULSE)를 생성하며, 라인 드라이버(600)는 25KHz의 펄스신호(T_PULSE)를 TDR 계측선으로 구동하는 회로로 구성된다.Referring to FIGS. 7, 8, and 8A at the same time, the clock signal distribution unit 200 distributes the 250 MHz reference clock signal at a predetermined ratio to generate a 25 KHz pulse signal (T_PULSE) for transmission to the TDR measurement line. , The line driver 600 is composed of a circuit that drives a 25KHz pulse signal (T_PULSE) to the TDR measurement line.

반사신호 샘플링부(400)는 샘플링 펄스신호(SYNC)에 대응되는 차동신호(R_DIFF, F_DIFF)에 응답하여 반사펄스신호(R_PULSE)를 샘플링한다.The reflected signal sampling unit 400 samples the reflected pulse signal (R_PULSE) in response to the differential signals (R_DIFF, F_DIFF) corresponding to the sampling pulse signal (SYNC).

즉, 반사신호 샘플링부(400)는 샘플링 펄스신호(SYNC)에 대응되는 제1 차동신호(R_DIFF)의 라이징 구간과, 제2 차동신호(F_DIFF)의 폴링구간에 동기되어 TDR 계측선에서 반사되어 전달된 반사펄스신호(R_PULSE)를 샘플링한 후 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 출력한다.That is, the reflected signal sampling unit 400 is synchronized with the rising section of the first differential signal (R_DIFF) corresponding to the sampling pulse signal (SYNC) and the falling section of the second differential signal (F_DIFF) and is reflected from the TDR measurement line. After sampling the transmitted reflected pulse signal (R_PULSE), the sampling output signal (R_SYNC) is output.

반사신호 샘플링부(400)는 샘플링신호 커플드(Sampling signal coupled) 정합기(410) 및 샘플러 회로(sampler, 420)를 포함하여 구성된다.The reflected signal sampling unit 400 includes a sampling signal coupled matcher 410 and a sampler circuit (sampler, 420).

샘플링신호 커플드 정합기(410)는 샘플링 펄스신호(SYNC)를 입력받아 샘플링 펄스신호(SYNC)에 대응되는 차동형태의 제1 출력신호(제1 차동신호(R_DIFF)) 및 제2 출력신호(제2 차동신호(F_DIFF))를 출력한다. 도 8의 샘플링신호 커플드 정합기(410)와, 도 8a의 샘플링신호 커플드 정합기(410A)는 동일한 기능을 수행하므로 이하에서는 도 8의 제1 실시예에 따른 회로도를 중심으로 설명한다.The sampling signal coupled matcher 410 receives the sampling pulse signal (SYNC) and outputs a first output signal (first differential signal (R_DIFF)) and a second output signal ( Outputs the second differential signal (F_DIFF). Since the sampling signal coupled matcher 410 of FIG. 8 and the sampling signal coupled matcher 410A of FIG. 8A perform the same function, the following description will focus on the circuit diagram according to the first embodiment of FIG. 8.

샘플러 회로(420)는 제1 출력신호(제1 차동신호(R_DIFF)) 및 제2 출력신호(제2 차동신호(F_DIFF))에 응답하여 반사펄스신호(R_PULSE)를 샘플링하여 샘플링 출력신호(R_SYNC)로서 출력한다.The sampler circuit 420 samples the reflected pulse signal (R_PULSE) in response to the first output signal (first differential signal (R_DIFF)) and the second output signal (second differential signal (F_DIFF)) to produce a sampling output signal (R_SYNC). ) is output as.

참고적으로, 샘플링신호 커플드 정합기(410)에서 출력되는 제1 출력신호(제1 차동신호(R_DIFF))의 라이징 구간과, 제2 출력신호(제2 차동신호(F_DIFF))의 폴링구간은 정밀한 매칭이 이루어지므로, 샘플러 회로(420)의 동작 신뢰성이 확보된다.For reference, the rising section of the first output signal (first differential signal (R_DIFF)) output from the sampling signal coupled matcher 410 and the falling section of the second output signal (second differential signal (F_DIFF)) Since precise matching is achieved, the operational reliability of the sampler circuit 420 is secured.

본 실시예에서 샘플러 회로(420)는 제1 차동신호(R_DIFF) 입력노드와 접지전압단(VSS) 사이에 접속되는 제1 저항(R57), 제2 차동신호(F_DIFF) 입력노드와 접지전압단(VSS) 사이에 접속되는 제2 저항(R72), 애노드(Anode)가 제1 차동신호(R_DIFF) 입력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 샘플링 출력신호(R_SYNC) 출력노드에 접속되는 제1 다이오드(D1), 애노드(Anode)가 제1 차동신호(R_DIFF) 입력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 반사펄스신호(R_PULSE) 입력노드에 접속되는 제2 다이오드(D2), 애노드(Anode)가 샘플링 출력신호(R_SYNC) 출력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 제2 차동신호(F_DIFF) 입력노드에 접속되는 제3 다이오드(D3), 애노드(Anode)가 반사펄스신호(R_PULSE)의 입력노드에 접속되고 캐소드(Cathode)가 제2 차동신호(F_DIFF) 입력노드에 접속되는 제4 다이오드(D4), 샘플링 출력신호(R_SYNC) 출력노드와 접지전압단(VSS) 사이에 접속되는 캐패시터(C95)로 구성된다.In this embodiment, the sampler circuit 420 includes a first resistor (R57) connected between the first differential signal (R_DIFF) input node and the ground voltage terminal (VSS), the second differential signal (F_DIFF) input node and the ground voltage terminal. A second resistor (R72) connected between (VSS), a first diode whose anode is connected to the first differential signal (R_DIFF) input node and whose cathode is connected to the sampling output signal (R_SYNC) output node (D1), the anode is connected to the first differential signal (R_DIFF) input node, and the cathode is connected to the reflected pulse signal (R_PULSE) input node. The second diode (D2), the anode is sampling The third diode (D3) is connected to the output node of the output signal (R_SYNC) and its cathode is connected to the input node of the second differential signal (F_DIFF), and its anode is connected to the input node of the reflected pulse signal (R_PULSE). The cathode is composed of a fourth diode (D4) connected to the second differential signal (F_DIFF) input node, and a capacitor (C95) connected between the sampling output signal (R_SYNC) output node and the ground voltage terminal (VSS). do.

반사신호 샘플링부(400)에서 샘플링되어 출력되는 샘플링 출력신호(R_SYNC)는 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 거쳐 로직 제어부(500)로 전달된다.The sampling output signal (R_SYNC) sampled and output from the reflected signal sampling unit 400 is transmitted to the logic control unit 500 through the amplifying unit 700 and the analog-to-digital converter 800.

아날로그디지털 컨버터(800)는 TDR 신호(펄스신호(T_PULSE))의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 샘플링한 후 출력신호를 출력한다.The analog-to-digital converter 800 samples the sampling output signal (R_SYNC) in response to an internal signal equal to the period of the TDR signal (pulse signal (T_PULSE)) and then outputs an output signal.

즉, 아날로그디지털 컨버터(A/D)는 순차적으로 수신되는 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 하나의 펄싱구간동안 TDR 신호(펄스신호(T_PULSE))의 주기와 동일한 내부신호에 응답하여 한번 샘플링하여 출력한 후, 내부신호를 순차적으로 지연시키면서 다음에 수신되는 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 하나의 펄싱구간동안 다시 샘플링하여 출력한다.In other words, the analog-to-digital converter (A/D) samples and outputs the sequentially received sampling output signal (R_SYNC) once in response to an internal signal equal to the period of the TDR signal (pulse signal (T_PULSE)) during one pulsing section. Then, while sequentially delaying the internal signals, the next received sampling output signal (R_SYNC) is sampled again during one pulsing period and output.

즉, 제1 샘플링 출력신호(R_SYNC), 제2 샘플링 출력신호(R_SYNC)가 순차적으로 수신될 경우, 아날로그디지털 컨버터(800)는 제1 샘플링 출력신호(R_SYNC)의 펄싱구간동안 한번 샘플링하여 출력한 후, 제2 샘플링 출력신호(R_SYNC)의 펄싱구간동안 다시 한번 샘플링하여 출력한다. 이때, 제2 샘플링 출력신호(R_SYNC)의 샘플링 타이밍은 제1 샘플링 출력신호(R_SYNC)에 비해 일정시간 지연된다. 본 실시예에서는 아날로그디지털 컨버터(800)는 순차적으로 수신되는 1000개 샘플링 출력신호(R_SYNC)를 샘플링하여 출력하고, 로직 제어부(500)는 이를 토대로 파형을 분석하여 누수(이상여부) 및 누수위치를 판별한다.That is, when the first sampling output signal (R_SYNC) and the second sampling output signal (R_SYNC) are received sequentially, the analog-to-digital converter 800 samples and outputs the signal once during the pulsing period of the first sampling output signal (R_SYNC). Afterwards, it is sampled and output again during the pulsing section of the second sampling output signal (R_SYNC). At this time, the sampling timing of the second sampling output signal (R_SYNC) is delayed by a certain time compared to the first sampling output signal (R_SYNC). In this embodiment, the analog-to-digital converter 800 samples and outputs 1000 sequentially received sampling output signals (R_SYNC), and the logic control unit 500 analyzes the waveform based on this to determine the leak (abnormality) and the location of the leak. Determine.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)의 블록도이고, 도 10은 도 9의 샘플링 펄스신호 생성부(300A)의 동작 예시도이다.FIG. 9 is a block diagram of a distributed time domain reflectometry (TDR) measurement device 2 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram illustrating an operation of the sampling pulse signal generator 300A of FIG. 9.

다른 실시예에 따른 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)는, 일 실시예에 따른 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(1)와 기본적인 동작은 동일하며, 샘플링 펄스신호 생성부(300A)의 세부구성이 아날로그 회로를 이용하여 구성되었다. 따라서 중복되는 기능의 설명은 생략한다.The TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 2 according to another embodiment has the same basic operation as the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 1 according to one embodiment, and includes the sampling pulse signal generator 300A. The detailed structure was constructed using analog circuits. Therefore, descriptions of overlapping functions are omitted.

도 9 및 도 10을 참조하면, TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)는 기준클럭신호 생성부(100), 클럭신호 분배부(200), 샘플링 펄스신호 생성부(300A), 반사신호 샘플링부(400), 로직 제어부(500), 라인 드라이버(600), 증폭부(700) 및 아날로그디지털 컨버터(800)를 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 9 and 10, the TDR (Time Domain Reflectometry) measuring device 2 includes a reference clock signal generator 100, a clock signal distributor 200, a sampling pulse signal generator 300A, and a reflected signal sampling unit. It is comprised of a unit 400, a logic control unit 500, a line driver 600, an amplifier 700, and an analog-to-digital converter 800.

TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치(2)는 TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신하여 도로, 관로의 이상유무를 검출할 수 있는 검사장치이다. TDR 계측선은 도로의 변화(수분함량)를 감지하기 위해 도로표면 또는 중앙 분리대에 직접 설치될 수 있으며, 도로아래의 관로, 지하 시설물을 따라 배치될 수도 있다.The TDR (Time Domain Reflectometry) measurement device (2) is an inspection device that can detect abnormalities in roads and pipelines by transmitting pulse signals to the TDR measurement line and receiving reflected pulse signals reflected through the TDR measurement line. TDR measuring lines can be installed directly on the road surface or median strip to detect changes in the road (moisture content), and can also be placed along pipelines or underground facilities under the road.

도 10에 도시된 바와 같이, 샘플링 펄스신호 생성부(300A)는 프로그래밍 가능한 지연 발생기를 포함하며, 입력신호가 로우레벨(LOW)에서 하이레벨(HIGH) 상태가 되면 출력의 전압UC가 공급전압에 기하 급수적으로 근사한다. DAC(디지털 아날로그 변환기)는 비교기 레벨을 설정하는데 사용되므로 이 레벨에 따라 출력신호가 지연된다.As shown in FIG. 10, the sampling pulse signal generator 300A includes a programmable delay generator, and when the input signal changes from a low level (LOW) to a high level (HIGH), the output voltage U C becomes the supply voltage. is approximated exponentially. A digital-to-analog converter (DAC) is used to set the comparator level, so the output signal is delayed according to this level.

즉, 샘플링 펄스신호 생성부(300A)는 250MHz의 기준클럭신호를 지연시켜 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호(SYNC)를 생성할 수 있다.That is, the sampling pulse signal generator 300A can generate a sampling pulse signal (SYNC) having a higher frequency than the reference clock signal by delaying the reference clock signal of 250 MHz.

도 11은 TDR 계측장치(1)에서 출력되는 펄스신호와 반사펄스신호를 나타낸 도면이다.Figure 11 is a diagram showing the pulse signal and reflected pulse signal output from the TDR measuring device 1.

도 11을 참조하면, 유체의 누수 등이 발생할 경우 도로, 관로를 따라 배치되는 TDR 계측선 주위의 유전율의 변화로 인해 반사펄스신호(R_PULSE)의 크기가 변화하게 되므로, 반사펄스신호(R_PULSE)의 파형변화 및 시간을 분석하여 도로, 관로의 어느 지점에 누수로 추정되는 이상 현상이 발생한 것이지를 판별할 수 있다.Referring to FIG. 11, when a fluid leak, etc. occurs, the size of the reflected pulse signal (R_PULSE) changes due to a change in dielectric constant around the TDR measurement line arranged along the road or pipe. By analyzing waveform changes and time, it is possible to determine at which point in the road or pipeline an abnormality presumed to be a water leak has occurred.

본 발명의 실시예에 따른 블랙 아이스 검출 시스템은 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 도로영역을 3차원 그래픽화 하여 블랙 아이스 진단정보를 제공함으로써 점검관리의 편리성을 제공할 수 있다.The black ice detection system according to an embodiment of the present invention provides convenience of inspection and management by providing black ice diagnosis information by graphicalizing the road area covered by a plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices in 3D. You can.

즉, 함수비 및 온도 측정용 분포형 TDR 계측선 및 TDR 센싱 시스템을 이용하여 온도와 수분 포화도 변화에 따른 TDR 데이터 변화를 분석하고, 이 함수를 이용하여 도로의 블랙 아이스 등 이상 징후를 발견할 수 있다.In other words, using a distributed TDR measuring line for measuring water content and temperature and a TDR sensing system, changes in TDR data according to changes in temperature and moisture saturation can be analyzed, and abnormal signs such as black ice on the road can be discovered using this function. .

첨단 센싱 기술은 도로의 중앙분리대에 설치되는 분포형 센서(계측선)과 전선에 전기펄스(Step pulse)를 주사한 후 반사된 값을 측정하여 계측선위의 함수량과 온도를 측정하여 도로위의 블랙아이스 가능성을 찾는 시간 반사 영역법(Time Domain Reflectometry)을 이용한 TDR 계측기기로 이루어져 있다.Advanced sensing technology scans electric pulses (step pulses) on distributed sensors (measuring lines) and wires installed in the median of the road, and then measures the reflected value to measure water content and temperature on the measuring lines, thereby reducing the black color on the road. It consists of a TDR measuring device using Time Domain Reflectometry to find the possibility of ice.

시스템에 무선센서 네트워크 기술이 적용될 경우, IoT 센싱망을 구성하는 네트워크 기기(노드, 중계기, 베이스)와 네트워크 기기를 공간적으로 배치하는 IoT센싱망을 구성하는 네트워크 토폴로지 기술을 사용하여, 커넥티드 카의 자동차 통합관제 시스템에 노면 상태에 관한 데이터 전송한다.When wireless sensor network technology is applied to the system, the network devices (nodes, repeaters, bases) that make up the IoT sensing network and the network topology technology that makes up the IoT sensing network that spatially arranges the network devices are used to Data on road surface conditions is transmitted to the vehicle integrated control system.

광범위한 고속도로, 자동차 전용도로 등 통합 안전관리에 분포형(라인 타입) 센서를 사용하여 10cm 간격 감지 센서로 도로의 블랙 아이스 발견 및 사고 예방할 수 있다. By using distributed (line type) sensors for integrated safety management such as extensive highways and automobile roads, black ice on the road can be detected and accidents can be prevented with a 10cm interval detection sensor.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, a person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

100 : 기준클럭신호 생성부
200 : 클럭신호 분배부
300, 300A : 샘플링 펄스신호 생성부
400 : 반사신호 샘플링부
500 : 로직 제어부
600 : 라인 드라이버
700 : 증폭부
800 : 아날로그디지털 컨버터
100: Reference clock signal generator
200: clock signal distribution unit
300, 300A: Sampling pulse signal generator
400: Reflected signal sampling unit
500: logic control unit
600: Line driver
700: Amplification unit
800: Analog digital converter

Claims (4)

각각 할당된 도로영역의 블랙 아이스 생성여부를 진단하는 복수의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치;
상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치가 담당하는 영역을 3차원 그래픽화 하되, 상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치에서 전송된 계측 데이터와 상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치의 위치정보를 토대로 블랙 아이스 생성여부를 각각 산출하여 관리하는 관리서버; 및
상기 관리서버로부터 블랙 아이스 진단정보를 제공받아 3차원 그래픽 형태로 지도화하여 표시하는 사용자 단말기;를 포함하고,
상기 복수 개의 분포형 TDR(Time Domain Reflectometry) 계측장치는 각각,
TDR 계측선에 펄스신호를 송신하고, 상기 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 수신함에 있어서, 기준클럭신호를 생성하는 기준클럭신호 생성부; 상기 기준클럭신호를 이용하여 상기 TDR 계측선에 송신하기 위한 상기 펄스신호를 생성하는 클럭신호 분배부; 0도, 60도, 120도, 180도, 240도, 300도의 위상을 각각 기준으로 하여 상기 기준클럭신호를 입력받아 상기 기준클럭신호보다 높은 주파수를 갖는 샘플링 펄스신호를 생성하는 샘플링 펄스신호 생성부; 및 상기 샘플링 펄스신호에 응답하여 상기 TDR 계측선을 통해 반사되는 반사펄스신호를 샘플링하는 반사신호 샘플링부;를 포함하고,
상기 반사신호 샘플링부는, 상기 샘플링 펄스신호를 입력받아 상기 샘플링 펄스신호에 대응되어 제1 출력신호의 라이징 구간 및 제2 출력신호의 폴링 구간이 매칭되는 차동형태의 신호를 출력하는 샘플링신호 커플드 정합기; 및 상기 제1 출력신호 및 상기 제2 출력신호에 응답하여 상기 반사펄스신호를 샘플링하는 샘플러 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙 아이스 검출 시스템.
A plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices that diagnose whether black ice is formed in each allocated road area;
The area covered by the plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices is rendered in three-dimensional graphics, and the measurement data transmitted from the plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices and the plurality of distributed TDR ( Time Domain Reflectometry) A management server that calculates and manages whether or not black ice is created based on the location information of the measuring device; and
It includes a user terminal that receives black ice diagnosis information from the management server, maps it and displays it in a three-dimensional graphic form,
The plurality of distributed TDR (Time Domain Reflectometry) measuring devices each include:
A reference clock signal generator that generates a reference clock signal when transmitting a pulse signal to a TDR measurement line and receiving a reflected pulse signal reflected through the TDR measurement line; a clock signal distribution unit that generates the pulse signal for transmission to the TDR measurement line using the reference clock signal; A sampling pulse signal generator that receives the reference clock signal based on phases of 0 degrees, 60 degrees, 120 degrees, 180 degrees, 240 degrees, and 300 degrees, respectively, and generates a sampling pulse signal with a higher frequency than the reference clock signal. ; And a reflected signal sampling unit that samples a reflected pulse signal reflected through the TDR measurement line in response to the sampling pulse signal,
The reflected signal sampling unit receives the sampling pulse signal and outputs a differential signal in which the rising section of the first output signal and the falling section of the second output signal match the sampling pulse signal. energy; and a sampler circuit that samples the reflected pulse signal in response to the first output signal and the second output signal.
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