KR102632913B1 - 전압 검출 장갑 - Google Patents

Abstract

전압 검출 장갑은 장갑 내피 및 장갑 외피를 포함한다. 전도성 안테나는 장갑 외피 내부에 배치되지만 버퍼에 의해 장갑 내피로부터 분리된다. 안테나는 여자된 AC 공급원으로부터 발생되는 AC 전기장에 대한 안테나의 근접을 나타내는 전압을 감지하고, 그리고 장의 강도가 미리 선택된 문턱값 한계를 초과한다면 경보를 활성화시키도록 구성된 전자 회로망에 연결된다.

Description

전압 검출 장갑

본 개시내용은 전기 장비를 정비하거나 또는 그렇지 않으면 여자된(energized) 전기 회로와 접촉할 것 같은 작업자에 의한 사용을 위해 특화된 전압 검출 장갑 및 시스템, 더 구체적으로, AC 전기장을 검출할 수 있고 그리고 미리 선택된 문턱값을 초과하는 장의 검출에 응답하여 신호를 활성화시킬 수 있어서, 작업자에게 잠재적인 감전 위험의 경고를 할 수 있는, 안테나 및 전자 회로망을 포함하는 장갑에 관한 것이다.

여자된 전기 회로 및 장비와의 접촉은 심각한 부상 및 심지어 감전사에 의한 죽음 또는 다른 유해한 부차적 영향, 예컨대, 추락 후 트라우마를 초래할 수 있는 심각한 작업장 위험으로 폭넓게 인식된다. 일부 경우에서, 위험은 즉각적이고 분명하지만, 다른 경우에서, 위험은 간접적일 수 있다. 예를 들어, 실제 전기 장비를 설치 또는 수리하는 동안 실제 전기 장비와 직접적인 접촉을 의도적으로 행하는 전기 기술자 또는 다른 작업자에게는 즉각적이고 인식 가능한 위험이 있다. 이론상, 위험이 장비를 여자 해제함으로써 제거될 수 있지만, 비인식된 고장 또는 인적 오류는 너무 자주 작업자가 여전히 감전 위험이 있음에도 불구하고, 작업이 안전하게 진행될 수 있다고 여기게 한다. 높은 전압을 수반한 일부 상황에서, 실제 접촉 없이 단순한 근접은 작업자가 손상성 감전 또는 심지어 감전사를 겪게 하기에 충분할 수 있다. 또한, 작업자는 부주의로 여자된 회로망과 직접적으로 접촉할 수 있거나 또는 크레인, 지게차, 사다리 등에 의한 간접적인 접촉의 결과로서 작업장 장비 또는 공구에 노출될 수 있고 이들을 통해 전류가 사용자에게 흐른다.

높은 전압이 종종 더 많이 위험한 것으로 인지되지만, 보통의 120V/60㎐ 공급원으로부터의 지속적인 전기 감전은, 공급원으로부터 이격되게 희생자를 이동시키기 위한 충분한 초기 에너지를 전달하지 않으면서, 감전 강도가 렛-고 문턱값(let-go threshold)을 초과할 수도 있기 때문에, 심실세동을 쉽게 발생시킬 수 있다.

보호 기구는 때때로 작업자의 행위 전 그리고 행위 동안 위험한 전압을 감지할 수 있는 비접촉식 검출기 또는 테스터의 형태로 제공된다. 종종 이 검출기는 이 검출기를 휴대하고 사용하기 쉽게 하도록 펜과 유사한 하우징으로 구성된다. 높은 전압이 예상될 때의 상황에서, 적합한 검출기는 때때로 안전 거리를 유지하면서 작업자가 목적하는 검출 구역에서 검출기를 조작하게 하도록 긴, 비전도성 막대 상에 장착된다. 그러나, 이 상황 중 어떤 것이든, 테스트는 일반적으로 작업자의 연속적인 행위와 연관성이 없는 작업의 과정 중 불규칙적인 시간에 또는 초반에 1회 행해진다. 영역으로의 작업자의 진입 또는 미리 결정된 작업 행위의 개시 전에 수행되는 이러한 테스트는 종종 위험을 방지할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 위험은 나중에 그리고 작업자가 통지받는 일 없이 발생할 수 있다. 복합 작업 현장에서, 다른 작업자의 행위가 아마도 전체 노동자의 인지 없이 회로망을 여자시킬 수 있어서, 준비된 테스트에 의해 통과되었던 행위가 나중에 위험해질 수 있다.

연속적으로 그리고 작업자의 일상의 특정한 행위 또는 중단의 필요성 없이 작동되는 전압 검출 시스템은 이러한 환경에 대한 보호를 제공할 것이다. 다른 종래에 사용된 인간 보호 장비와 통합된 시스템은 작업자 보호의 향상에서 특히 유용할 것이고 그리고 편리할 것이다.

본 발명의 양상은 전압 검출 장갑을 제공하고, 전압 검출 장갑은,

(a) 장갑 외피(outer glove shell);

(b) 근위 부분 및 근위 부분으로부터 연장되는 손가락을 가진 원위 부분을 구비한 장갑 내피(glove liner)로서, 근위 부분과 원위 부분은 마주보는 정면과 배면을 각각 갖고, 비전도성 재료로 구성되고 그리고 외피 내에 제거 가능하게 배치되는, 장갑 내피; 및

(c) (i) 입력부를 가진 전압 검출 회로망 및 (ii) 입력부에 연결된 안테나를 포함하는 전압 검출기를 포함하되,

그리고:

(i) 안테나는 장갑 내피와 외피 사이에 배치되고 그리고 근위 부분의 배면 상에 위치된 연결기 단부에서 시작되고, 이어서 손가락 중 미리 선택된 손가락을 따라 연장되고, 그리고 미리 선택된 손가락의 단부 둘레를 감싸고, 이어서 자유 단부에서 종결되는 전도체를 포함하고;

(ii) 적어도 2.5㎜의 두께를 가진 버퍼는 장갑 내피와 안테나 사이에 개재되고; 그리고

(iii) 전압 검출기는 안테나와 가까운, 미리 결정된 예상 주파수를 가진 AC 전기장의 존재를 감지하고 그리고 미리 선택된 문턱값 한계를 초과하는 강도를 가진 장을 나타내는, 입력부에서의 신호의 검출에 응답하여 경보를 활성화시키도록 구성된다.

또 다른 양상은 전술한 전압 검출 장갑을 착용한 작업자가 접촉할 수도 있는 AC 전기장을 검출하는 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시형태의 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조할 때 본 발명이 더 완전히 이해될 것이고 추가의 이점이 명백해질 것이며, 동일한 참조 부호는 수개의 도면 전반에 걸쳐 유사한 구성 요소를 나타낸다:
도 1a 및 도 1b는 본 개시내용의 전압 검출 장갑 시스템의 양면의 평면도를 도시한다;
도 2는 본 개시내용의 전압 검출 장갑 시스템의 부분을 개략적인 단면(도 1a의 II-II에서 취함)으로 도시한다;
도 3은 본 시스템에서 사용되는 전자기기의 프로그래밍 및 작동을 도시하는 흐름도이다;
도 4는 본 개시내용의 전압 검출 장갑 시스템의 전기적 거동을 시뮬레이션하는 전기 회로를 도시한다; 그리고
도 5는 내피와 안테나 사이의 버퍼의 개재로부터 발생되는 본 개시내용의 전압 검출 장갑 시스템의 민감도에 대한 효과를 도시하는 그래프이다.

본 개시내용의 양상은 장갑 외피, 장갑 내피, 및 외피와 장갑 내피 사이에 개재된 버퍼를 가진 장갑 본체를 포함하는 전압 검출 장갑을 제공한다. 안테나가 버퍼와 장갑 외피 사이에 위치되고 그리고 적합한 전자 회로망에 연결된다.

장갑의 착용자가 감전 위험을 야기할 수 있는 AC 전압원에 가까이 갈 때, 전압이 공급원에 대한 용량 결합을 통해 안테나에서 보인다. 이 전압은 장갑의 회로망에 의해 검출될 수 있다. 공급원으로부터 발생되는 AC 전기장의 검출 시, 제한 없이, 가청 또는 가시 경보를 포함하는 임의의 유형의 경보 신호에 의해 잠재적으로 위험한 전압이 착용자에게 경보된다. 시스템은 사용자가 여자된 회로와 실제로 접촉하거나 또는 용량 결합된 전압에 의해 위협받기 전에 경보를 작동시키기에 충분히 높은 민감도를 갖는다. 따라서 심각한 부상 또는 감전사의 위험이 감소된다.

본 개시내용의 전압 검출 장갑 시스템의 하나의 가능한 실시형태는 사용자의 오른손에 착용되도록 구성된 장갑(30)의 각각의 면을 각각 도시하는, 도 1a 및 도 1b에 개괄적으로 도시된다. 배면(36)은 사용자의 손의 손등 상에 위치되도록 특화되고 그리고 사용자의 손의 손바닥 또는 전면 상의 정면(37)의 맞은편에 있다. 도 2는 도 1a의 II-II에서 장갑의 반지 손가락 및 손바닥을 통해 취한 단면도로 본 장갑(30)을 더 도시한다.

장갑(30)은 근위 부분(32)과 원위 부분(34)으로 분할된다. 근위 부분(32)은 일반적으로 손바닥을 포함하는 부분을 나타내고, 반면에 원위 부분(34)은 착용자의 엄지손가락(38) 및 제1 손가락 내지 제4 손가락(39 내지 42)의 근위 지골의 기저부로부터 연장된다. 장갑 내피(62)가 치수화되고 그리고 구조화되며 그래서 장갑 내피는 개별적인 손가락을 포함하는 착용자의 손과 공형적으로 피팅된다. 실시형태에서, 장갑 내피(62)는 비전도성이고 그리고 면직물, 내화 면직물, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 파라-아라미드, 메타-아라미드, 실리콘, 플루오로폴리머, 고무, 탄성중합체, 또는 가죽 중 적어도 하나를 포함한다. 이 재료 중 하나 이상을 포함하는 직조된 섬유 또는 부직 섬유가 또한 고려된다. 땀 또는 다른 액체 오염물질이 사용자의 피부와 안테나(44) 사이에 전도성 경로를 생성할 수 없기 때문에, 장갑 내피가 액체에 대해 본질적으로 불침투성이거나 또는 불침투성 코팅을 포함하는 재료로 구성되는 실시형태는 유리하게 검출의 민감도를 개선시키고 그리고 사용자 안전을 향상시킨다.

도 2에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 장갑은 장갑 내피(62)의 외부에 있고 그리고 안테나(44)의 아래에 있는 버퍼(64)로 구성된다. 버퍼(64)는 안테나(44)를 착용자의 손 및 손가락의 피부로부터 이격되게 하도록 작용한다. 버퍼는 비전도성이고 그리고 저 유전 상수(k)를 가진 임의의 재료를 포함할 수도 있고, 예를 들어, 재료는 적어도 1 × 10¹⁰Ω-m의 전기 저항률 및 5 미만의 k를 갖는다. 다른 실시형태에서, k는 4, 3.5, 3 또는 2.5 미만이다. 버퍼는 안테나를 장갑 착용자의 피부로부터 충분히 분리시키도록 적어도 2.5, 5 또는 7㎜의 두께를 가져야 한다. 실시형태에서, 버퍼는 가능하게는 직조된 또는 부직(예를 들어, 펠트 또는 탈지면) 직물 또는 개방된-셀 또는 폐쇄된-셀 폼으로서, 면직물, 내화 면직물, 셀룰로스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 파라-아라미드, 메타-아라미드, 실리콘, 플루오로폴리머, 고무, 탄성중합체, 또는 가죽으로 구성된다. 실시형태에서, 버퍼는 하나 이상 재료의 복수의 층으로 형성되고, 층은 결합, 퀼팅(quilt) 또는 그렇지 않으면 연결될 수 있다.

버퍼(64)는 적어도 장갑 내피(62)의 영역 위에 존재해야 하고, 버퍼 위에 안테나가 위치되지만, 장갑 내피를 더 많이 덮을 수 있거나 또는 심지어 장갑 내피와 같은 공간을 차지할 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 버퍼는 두께, 저항률 및 유전 상수에 관한 위의 필요조건을 충족시키는 단일의, 일원화된 구조체로서 장갑 내피와 통합된다. 다른 실시형태에서, 버퍼는 버퍼가 안테나와 착용자의 피부 사이에서 필요한 간격을 유지한다면, 장갑 내피의 미리 선택된 영역을 전부 덮지만 대신에 이산형 부분으로 형성될 수 있는 중실형 층이 아니어야 한다.

장갑 본체는 장갑 내피, 버퍼 및 안테나 위에서 편안하게 피팅되도록 구성되는 장갑 외피(미도시)을 더 포함한다. 보통, 장갑 외피는 예를 들어, 스티칭(stitching), 접착 결합, 또는 다른 편리한 부착에 의해, 내부에서 장갑 부품에 영구적으로 부착되지만, 대안적으로 장갑 내피 및 버퍼로부터 별도로 제거 가능하도록 구성될 수 있다. 임의로, 개구가 전자기기(53)를 노출시키는 외피에 제공되고, 그래서 사용자는 전자기기의 제어를 손쉽게 활성화시킬 수 있고, 전자기기의 시그널링을 수신할 수 있고, 전자기기의 배터리를 변경할 수 있거나 또는 충전을 위해 배터리를 전력원에 연결시킬 수 있거나, 또는 다른 필요한 기능을 달성할 수 있다.

안테나(44)는 장갑의 근위 부분(32)의 배면(36) 상의 연결기 단부(46)로부터, 그리고 제3(반지) 손가락(41)을 향하여, 중간부(48)를 통해, 그리고 그 뒤에 손가락(41)의 팁 둘레를 감싸고 그리고 단부(52)에서 종결되는 단부 부분(50)으로 연장된다. 실시형태에서, 단부 부분(50)은 착용자의 말초 지골의 양면 둘레를 감싸도록 크기 설정되고, 단부(52)는 대략 착용자의 손의 말초 지절간 관절에, 그리고 정면(37)에 위치된다. 손가락의 양면에 안테나를 위치시키는 것은 유리하게 다방향 민감도를 제공하고 그리고 손가락에 의한 차폐를 감소시킨다. 안테나가 손가락 중 임의의 손가락에 위치될 수 있지만, 안테나는 엄지손가락 또는 제1의 2개의 손가락보다 사용자의 손 힘 및 기민성에서 덜 중요하면서, 여전히 시스템에 충분한 민감도를 제공하는, 제3 손가락에 편리하게 위치된다. 안테나가 추가의 손가락 또는 장갑 상의 다른 곳에 배치된 다수의 분기부 또는 부분을 갖는 다른 구성이 또한 고려된다.

도 1a에 도시된 실시형태에서, 중간부(48)는 손가락 방향과 대체로 정렬된 축을 따라 진동하는 파동형 또는 사행 형태를 갖는다. 중간부(48)는 사인 곡선과 비슷한 구불구불한 형태를 따른다. 이러한 구성은 장갑의 원위 부분의 손가락이 손쉽게 휘어지게 하고, 그래서 착용자의 기민성이 과도하게 감소되지 않는다. 우수한 정도의 휨을 제공하는, 지그-재그, 톱니, 나선 형상과 같은 다른 구성이 또한 가능하다. 우수한 휨을 제공하는 더 복잡한 구성이 또한 고려된다. 이상적으로, 안테나 구성은 장갑이 착용자의 손의 움직임의 전체 범위 내에서 신축성, 가요성 및 정합성이 있기 위한 것이다. 실시형태에서, 안테나 및 안테나가 포함되는 장갑은 높은 신장 신축성을 나타내고, 이는 구조체가 전압 검출 기능의 저하 또는 영구 변형 없이 5, 10, 15 또는 20%까지 길어질 수 있다는 것을 의미한다.

또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 금속성 나사산이 장갑 내피로 직조된다. 대안적으로, 전도체는 필요한 신축성을 제공하면서, 버퍼, 장갑 내피 또는 일체형 구조체 상에 적합한 구성으로 증착되는 적합한 전도성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있다.

안테나(44)는 전자기기의 입력 특성과 호환 가능하도록 충분한 전기 전도도를 가진 임의의 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나는 박형 폴리머 층 상에 두꺼운 또는 얇은 막 금속화를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 구현예는 일반적으로 접착제에 의해 버퍼(64)에 부착되고 나타나는 형상으로 절삭된 박형, 가요성 캡톤(Kapton)(등록상표) 폴리이미드 기판 상에 구리 포일을 채용한다. 도시된 구성에서, 압력 감지 접착제(66)가 안테나(44)의 길이를 따라 복수의 이산형 위치에 배치되어, 장갑이 휘어지는 능력을 유지해서 착용자의 기민성이 감소되지 않는다. 연속적인 접착제, 스티칭, 용매 용접 등을 포함하는, 안테나(44)를 부착시키기 위한 다른 대안이 또한 사용 가능하다.

도 1a에 도시된 구현예에서, 전자기기(53)는 전압 검출 회로망을 제공하고 그리고 온/오프 스위치(54) 및 3개의 표시등(indicator light)(56, 58, 60)을 더 포함한다. 전자기기(53)는 바람직하게는 임의의 적합한 부착에 의해 장갑에 고정된다. 예를 들어, 전자기기는 끈끈하게 또는 전자기기를 장갑 내피(62)에 스티칭함으로써 부착될 수 있거나 또는 장갑 내피(62)에 또는 장갑 외피에 형성된 포켓에 배치될 수 있다.

도 2에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 안테나(44)는 안테나의 연결기 단부(46)에서 전자기기(53)의 입력부에 연결된다. 보통, 안테나와 전자기기 간에 직접적인 전기 연결이 있지만, 다른 간접적인 연결 형태가 또한 고려된다. 직접적인 전기 연결이 가역적으로 맞물림 가능한 연결기를 통해 이루어져서 또 다른 장갑과 함께 전자기기의 재사용을 허용하지만, 더 많은 영구적인 전기 연결이 사용되는 실시형태가 또한 고려되는 것이 바람직하다. 전자기기(53)의 전압 검출 회로망은 제한 없이, 입력부에서 제공된 전압을 감지하는 것 및 미리 선택된 문턱값 한계를 초과하는 강도를 가진 AC 전기장을 나타내는 전압의 검출에 응답하여 경보 또는 다른 신호 수단을 활성화시키는 것을 포함하는 기능을 수행할 수 있다. 회로망은 임의의 적합한 아날로그 및/또는 디지털 전자 부품 또는 집적 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 일부 실시형태에서 전자기기는 장이 문턱값 한계를 초과한다면 단지 작동되는 것을 넘어, 장 강도를 반-정량적으로 또는 정량적으로 감지하고 나타내는 추가의 기능을 갖는다. 배터리 또는 다른 적합한 전력원(미도시)이 보통 온-오프 스위치(54) 등과 함께 제공된다.

일부 실시형태에서, 전자기기는 안테나와 가까운 AC 전기장의 강도의 가청 및/또는 가시 표시를 제공하도록 작동 가능한 표시기(indicator)를 포함한다. 예를 들어, 표시기는 제한 없이, 회전 또는 선형 구성의 기계적 또는 전자 계량기 또는 장 강도가 증가될 때 길이가 증가되는 막대 그래프로서 구성된 일련의 개별적으로 처리 가능한 등 부분을 포함하는, 임의의 편리한 유형의 가시 디스플레이를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구현예와 같은 또 다른 구현예에서, 표시기는 개별적으로 활성 가능하고 그리고 바람직하게는 상이한 컬러로 이루어진 복수의 광원(56, 58, 60)을 포함한다.

표시기는 제한 없이, 진폭 및/또는 주파수 또는 음 패턴, 예컨대, 사이렌, 진동음 등을 변경할 수도 있는 단일의 음을 포함하는, 임의의 목적하는 유형의 오디오 신호를 방출하는, 오디오 변환기, 예컨대, 스피커, 압전 변환기 또는 유사한 디바이스를 또한 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 표시기가 특성 중 하나 이상의 특성을 연속적으로 변경할 수 있는 신호를 제공하여, 표시기가 사용자에게 장 강도의 아날로그 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 가청 표시는 반복된 펄스, 예컨대, 클릭, 비프(beep), 처프(chirp) 등으로서 제공될 수 있고, 연이은 펄스 간의 간격은 장 강도가 증가될 때 감소된다. 대안적으로, 표시기는 멀티컬러 가시 디스플레이 및/또는 다수의 별개의 오디오 주파수 또는 다수의 별개의 음 패턴만큼 단순할 수 있는, 별개의 수의 상이한 표시를 제공할 수 있고, 표시의 각각은 일련의 증가되는 미리 선택된 레벨 중 하나의 레벨을 초과하는 장 강도에 대응한다.

일부 구현예에서, 전자기기(53)는 시스템의 응답을 미리 선택된 범위 내에서 주파수를 가진 AC 전압으로 제한하도록 구성된 필터링 회로망 또는 프로그래밍을 포함한다. 일반적으로, 주파수 범위는 잠재적으로 존재할 것으로 예측되는 라인 전압의 주파수, 예컨대, 50, 60 또는 400㎐를 포함하는 것으로 선택된다. 60㎐ 구현예에서, 이 주파수 범위는 55 내지 65㎐인 것으로 선택될 수 있다. 이러한 대역 통과 필터의 사용은 잡음 내성의 측정을 제공한다.

일부 실시형태에서 전자기기(53)는 위에서 설명된 필터링, 검출 및 경보 활성화 기능 중 하나 이상을 수행하도록 프로그래밍될 수 있는 마이크로제어기 또는 디지털 신호 처리 회로망을 포함한다. 회로망을 프로그래밍하기 위한 가능한 알고리즘이 도 3의 흐름도에 도시된다. 단계(102)에서, 일련의 포인트의 각각에서 안테나(44)로부터 아날로그 입력 단자에 제공된 전압이 샘플링 및 저장되고, 임의로 타임 스탬프를 포함한다. 샘플링 속도 및 지속기간이 설정되어 충분한 수의 샘플링된 데이터 포인트를 제공하여 후속의 특성화를 위한 데이터세트를 제공한다. 일반적으로, 지속기간은 감지될 AC 전압의 기간의 목적하는 수에 대응한다. 예를 들어, 지속기간은 8㎑ 샘플링 속도로 기간당 약 134 포인트인, 60㎐ 신호의 2 내지 6 기간에 대응할 수 있다. 단계(106)에서, 이 포인트 내 최대 전압 및 최소 전압이 결정되고, 그리고 평균 전압 및 주파수가 계산된다. 단계(106 및 108)가 기초적인 필터링 작동을 수행하여 해당하는 실제 신호와 잡음 및 다른 신호 인공물을 구별한다. 안테나 신호는 신호의 주파수가 해당하는 미리 선택된 주파수 범위(예를 들어, 55 내지 65㎐의 범위가 공칭 60㎐ 신호를 검출하기 위해 실시형태에서 사용될 수 있음) 내에 있고(단계(106)) 그리고 최대 전압과 최소 전압이 미리 결정된 차동 문턱값 미만만큼 상이하다면(단계(108)) 해당하는 것으로 결정된다. 결정된 주파수가 미리 선택된 범위 밖에 있거나 또는 최대 전압과 최소 전압이 차동 문턱값 초과만큼 상이하다면, 경보의 활성화가 억제된다. 실제로, 최대와 최소가 매우 이질적인 공칭 라인 주파수 또는 패턴으로부터 현저히 상이한 주파수를 가진 신호가 참 신호가 아닌 잡음 또는 다른 이상을 나타낸다는 것이 발견된다.

신호의 진폭(단계(104)에서 결정된 평균 전압으로 나타낸 바와 같음)이 3개의 미리 선택된 전압 범위 중 임의의 범위 내에 있는지의 결정이 단계(110, 112 및 114)에서 더 이루어진다. 만약 그러하다면, 적합한 LED 표시기가 조명되고 그리고 적합한 가청음이 스피커 또는 다른 오디오 변환기에 의해 방출된다(단계(116, 118, 120)). 조명되는 특정한 표시기 및 방출된 톤 주파수는 신호가 속하는 범위 중 특정한 범위와 연관된 것이다. 측정 사이클은 시스템이 켜진 한 무기한으로 반복된다.

추가의 실시형태에서, 데이터는 전자기기(53)로부터 컴퓨터 네트워크 또는 다른 적합한 모니터링 시스템으로 무선으로 전송된다. 제한 없이, 블루투스 스페셜 인터레스트 그룹(Bluetooth Special Interest Group)(워싱턴주 커클랜드 소재)에 의해 반포된 블루투스 프로토콜 및 IEEE의 802.11 표준 중 하나 이상의 표준을 준수하는 와이파이 프로토콜을 포함하는 임의의 적합한 무선 프로토콜이 사용될 수 있다. 데이터는 진폭, 날짜/시간 및 다른 관련 정보를 포함하는, AC 전압의 임의의 검출의 표시 및 작업자의 상태의 주기적인 보고를 포함할 수 있다. 추가의 양상에서, 컴퓨터 네트워크 시스템은 경보 상태를 나타내는 데이터의 수신 시 관련된 전기 회로를 차단하여 전압 검출 장갑을 착용한 작업자 및 임의의 다른 관련된 작업자를 보호하도록 프로그래밍된다.

실시예

실시예 1

버퍼의 효과의 수치 시뮬레이션

안테나와 장갑 내피 사이에 저 유전 상수 버퍼를 개재하고, 이에 의해 안테나를 착용자의 손가락으로부터 이격시키는 민감도의 효과는 에폭시인 도 4의 회로(10)를 사용하여 수치적으로 시뮬레이션되고, 저항 및 정전 용량의 다양한 공급원은 집중 부품으로서 처리된다. 특히, 회로(10) 내 회로 소자는 다음과 같다:

Vs: AC 사인파 공급원, 120Vrms/60㎐

C1: 공급원 대 안테나 정전 용량

C2: 공급원 대 본체 정전 용량

C3: 안테나 대 본체 정전 용량

C4: 본체 대 접지 정전 용량

R1: 안테나 대 본체 저항(DC)

R2: 본체 대 접지 저항(DC).

C1 및 C2의 수치값은 전압원과 안테나 사이의 거리의 함수로서 계산된다. C1은 콤솔 멀티피직스(Comsol Multiphysics)(등록상표) 모델링 소프트웨어(매사추세츠주 벌링턴 소재의 콤솔사의 버전 5.3)에 의한 유한 요소법(REM) 모델링을 사용하여 계산되었다. 계산을 간소화하기 위해서, 전압원은 1㎝ 직경의 와이어인 것으로 가정되고 그리고 안테나는 12㎝의 길이 및 1㎝의 직경을 가진 전도성 재료의 원통인 것으로 가정된다. 안테나는 전압원에 의해 여자된 와이어의 축으로부터 수직으로 연장되는 선 상의 축에 위치된다.

공급원 대 본체 정전 용량(C2)은 PTC 매스캐드 프라임(Mathcad Prime) 3.1 소프트웨어(매사추세츠주 니덤에 소재한 PTC사로부터 입수 가능함)를 사용하여 계산되었다. 정전 용량을 계산하기 위해서, 보통의 인간이 약 170㎝ 키 및 XX㎝ 너비의 전도성 시트로서 표본이 되었다.

R2 및 C4의 값은 각각 약 10kΩ 및 200pF으로서 문헌으로부터 취해졌다. R1은 적어도 1GΩ인 것으로 계산되었고, 그래서 해당 주파수에서 회로 거동에 상당한 효과를 보이지 못했다. 버퍼의 효과를 시뮬레이션하기 위해서, C3, 즉, 안테나 대 본체 정전 용량은 약 4.0㎜(k ~ 3.5인 재료의 3.6㎜ 두께에 대응함)(대표적으로 노멕스(Nomex)(등록상표) 메타-아라미드 섬유), 구리로 덮인 캡톤(등록상표) 폴리이미드 막의 0.05㎜, 그리고 케블러(Kevlar)(등록상표) 파라-아라미드 섬유의 0.36㎜만큼 분리된, 보통의 인간 손가락의 치수를 가진 2개의 평행판에 의해 근사 계산되었다. 버퍼가 없는 장갑이 0.41㎜의 간격에 의해 시뮬레이션되었고, 버퍼는 생략되었지만 폴리이미드 층 및 파라-이미드 층을 유지하고, 이는 각각 안테나 재료 및 장갑 내피에 대응한다.

회로(10)의 회로 소자에 대한 이 값을 사용하여, 전압(V1 및 V2)은 2개의 상이한 장갑 구성을 나타내는 모델에 대해 그리고 공급원과 안테나 사이의 거리를 나타내는 간격의 범위에 대해 LTspice XVII 소프트웨어(http://www.linear.com/designtools/software/에서 다운로드 가능함)를 사용하여 계산되었다. 안테나에 결합된 전압은 대략 V1-V2로서 취해졌고, 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 구성 둘 다에 대한 전압원과 안테나 사이의 거리의 함수로서 플롯팅된다. V2는 착용자의 피부에 밀접하여 결합되는 것으로 여겨지는, 전압 검출 회로의 가상 접지의 실제 장갑 회로 내 전압에 대한 프록시(proxy)이다. V1 및 V2는 참 접지를 나타낸다.

버퍼의 개재가 심지어 25㎝를 넘은 거리에서, 소스 전압의 2% 미만으로부터 10% 초과까지, 결합된 전압을 상당히 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 따라서 이 시뮬레이션에서 결합된 전압의 증가는 위에서 설명된 실제 장갑 구성에서 버퍼의 포함이 의도된 방식으로 작업자가 착용한 장갑의 검출 능력, 따라서 제공되는 보호를 현저히 개선시킬 것임을 나타낸다.

임의의 이론으로 얽매이는 일 없이, 버퍼의 포함으로부터 발생되는 전압 검출의 개선된 민감도가 유효 안테나-대-본체 정전 용량(C3)의 감소에 기인한다고 여겨진다. R1(안테나로부터 버퍼 및 장갑 내피를 통해 본체로의 저항)이 매우 크기 때문에, R1/C3 병렬 조합의 리액턴스는 C3에 의해 영향을 받는다. 버퍼가 없이, C3가 증가되고, 따라서 이의 리액턴스가 역으로 감소된다. 결국, R1/C3 조합에 걸친 전압 강하(V1-V2)가 현저히 감소되어, 검출 가능한 신호를 제공하는 전압원의 분수((V1-V2)/Vs)를 감소시킨다.

게다가 그리고 작동의 임의의 이론으로 얽매이는 일 없이, 안테나가 사용자의 피부에 가까이 배치되는 본 시스템이 펜-유사 하우징 내 종래의 검출기가 직면하지 않는 문제를 제기한다는 것이 이해된다. 후자에서, 사용자는 일반적으로 하나의 단부에서 프로브 팁으로부터 상당한 거리로 이격되는 지점에서 하우징을 파지한다. 따라서, 사용자는 안전한 작업 거리를 유지하면서, 테스트될 전도체 또는 단말기에 대한 프로브 팁과 접촉할 수 있다. 검출기의 민감도는 검출기가 위험의 존재를 추론하도록 감지해야 하는 전압을 안테나에서 션팅(shunt)할 수 있거나 또는 그렇지 않으면 영향을 줄 수 있는, 공급원과 사용자 간의 용량 결합에 의해 감소되지 않는다. 도 4의 프록시 회로의 회로 소자에 관해서 볼 때, 이 구성이 C1을 유지하거나 또는 감소시키고 그리고 C2 및 C3을 본 장갑 구성의 값 특성을 넘어 상당히 증가시키고, 그래서 검출을 위해 이용 가능한 전압(V1 - V2)은 비교적 더 크다.

그러나, 작업자의 장갑에 구축된 검출기 시스템은 연속적인 모니터링을 허용한다. 작업자의 피부로부터 안테나 소자를 이격시키는, 버퍼의 포함은 유효 C3 값을 감소시키고, 따라서 그렇지 않으면 발생할 손실 민감도를 감소시킨다. 실제로, 버퍼의 두께는 충분한 가요성을 사용자에게 제공하는 장갑을 유지하는 것에 지장이 없도록 설정되어야 한다.

실시예 2

비교예 1

전압-검출 장갑의 테스트

전압-검출 장갑은 일반적으로 위의 도 1 및 도 2의 설명에 따라 구성되었고, 그 후 장갑의 능력을 특징지어서 여자된 AC 배선을 검출하도록 테스트되었다.

실시예 2의 장갑은 0.36㎜ 두께의 케블러(등록상표) 파라-아라미드 섬유의 장갑 내피 및 대략 3.6㎜ 두께의 내화 면직물로 제조되었고 그리고 인간 손과 공형적으로 피팅되도록 성형된 버퍼를 포함한다. 안테나는 12㎛ 두께의 전도성 구리 층을 갖고 그리고 내부 면직물 층의 외부에 고정되는 12㎛ 두께의 피랄룩스(Pyralux)(등록상표) 폴리이미드 막으로 형성되었다. 안테나는 근위 부분(32)의 배면 상에 위치된 근위 단부로부터 그리고 그 뒤에 원위 부분(34)의 제3(반지) 손가락의 배면을 따라 구불구불한 패턴으로 연장되었다. 실장형 단부 부분은 이 손가락 부분의 팁 둘레를 감싸고 그리고 대략 심지어 착용자의 제3 손가락의 말초 지절간 관절의 위치에서 정면 상의 원위 단부에서 종결되었다.

안테나의 근위 단부는 이 단자에서 제공된 입력 전압을 감지하도록 프로그래밍되는, AVR ATmega32U4 마이크로제어기의 ADC 입력부에 연결되었다. 마이크로제어기는 3개의 미리 선택된 범위: 2 내지 20㎷, 20 내지 200㎷ 또는 200㎷ 초과, 각각 내에 속하는 임의의 입력 전압의 검출 시 3개의 표시등(녹색, 청색 및 적색) 중 하나의 표시등을 조명하도록 더 프로그래밍되었다.

유사한 구성이 비교예 1의 장갑에 대해 사용되었다. 안테나는 유사한 형상으로 이루어졌지만 압력 감지 접착제 백킹(3M사)을 가진 Cu 포일 테이프로부터 절삭되었다. 안테나는 실시예 2에서 사용된 동일한 유형의 케블러(등록상표) 파라-아라미드 섬유 장갑 내피 상에 직접적으로 적층되었고, 그리고 버퍼의 개재는 없다. 둘 다에 대해, 외피는 약 0.7㎜ 두께의 케블러(등록상표) 파라-아라미드 직조된 직물로 구성된 장갑이다.

테스트는 장갑을 착용하고 그리고 손가락을 완전히 펴서 그리고 전도체에 대해 대략 수직으로 여자된 AC 전압원에 연결된 전도체에 다가가는, 인간 대상체에 의한 각각의 장갑에 대해 수행되었다. 전술한 3개의 검출 레벨의 각각이 녹색등, 청색등 및 적색등의 조명에 의해 각각 나타나는 손 위치에 주목한다. 각각에 대한 검출 거리는 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이, 반지 손가락과 전압원 사이에서 측정되었다. 모든 측정은 4개의 거리의 평균을 나타내고, 2개의 거리 측정은 2개의 테스터의 각각에 대해 이루어진다. 위에서 설명된 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1의 장갑 구성이 테스트되었다. 비교를 위해, 최소 검출 거리가 또한 90 내지 1000VAC의 정격 민감도를 갖고 그리고 일반적으로 펜과 같은 형상의, 상업용, 핸드-헬드, 비접촉식 AC 전압 검출기(워싱턴주 에버렛 소재의 플루크 코포레이션(Fluke Corporation)의 Fluke VoltAlert 1AC-A II)를 사용하여 획득되었다.

표 1의 데이터는 신호의 미리 결정된 레벨이 검출되는 더 긴 거리로 나타낸 바와 같이, 버퍼의 포함으로부터 발생되는 검출 민감도의 개선을 입증한다. 본 장갑 시스템은 또한 핸드-헬드 상업용 검출기보다 더 큰 민감도를 갖는 것으로 보인다.

이와 같이 본 발명을 오히려 충분히 상세하게 기술하였지만, 이러한 상세한 설명은 절대적으로 고정될 필요는 없고, 전부가 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범주 내에 있는 추가의 변화 및 변형이 당업자에게 제안될 수 있음이 이해될 것이다.

이 명세서에서, 명시적으로 달리 언급하거나 용법의 맥락에서 반하여 나타내지 않는 한, 본 발명의 주제의 실시형태가 특정한 특징부 또는 소자를 포함하거나, 내포하거나, 함유하거나, 갖거나, 이로 이루어지거나 또는 이에 의해 또는 이로 구성되는 것으로 언급되거나 설명되는 경우에, 명시적으로 언급하거나 설명한 것 이외의 하나 이상의 특징부 또는 소자가 실시형태에 존재할 수 있다. 그러나, 본 발명의 주제의 대안적인 실시형태는 본질적으로 특정한 특징부 또는 소자로 이루어지는 것으로 언급되거나 설명되는데, 이러한 실시형태에서 실시형태의 작동 원리 또는 구별되는 특징을 실질적으로 변화시키는 특징부 또는 소자는 본 명세서에서 존재하지 않는다. 본 발명의 주제의 추가의 대안적인 실시형태는 특정한 특징부 또는 소자로 이루어지는 것으로 언급되거나 설명되는데, 이 실시형태에서 또는 이의 비현실적 변형에서, 구체적으로 언급 또는 설명된 특징부 또는 소자만이 존재한다. 부가적으로, 용어 "포함하는"은 용어 "~로 본질적으로 이루어진" 및 용어 "~로 이루어진"을 포괄하는 예를 포함하는 것으로 의도된다. 유사하게, 용어 "~로 본질적으로 이루어진"은 용어 "~로 이루어진"을 포괄하는 예를 포함하는 것으로 의도된다.

본 명세서에서, 달리 명백하게 언급되거나 또는 사용 맥락에 의해 반대로 나타나지 않는 한, 본원에서 언급한 양, 크기, 범위, 제형, 매개변수 및 다른 양과 특성은, 특허 용어 "약"에 의해 수식될 때, 정확할 필요는 없으며, 또한, 본 발명의 내용 내에서 언급된 값과 기능적 및/또는 작동 가능한 등가성을 갖는 그 바깥의 값들을 언급된 값 내에 포함시키는 것뿐만 아니라 허용오차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차 등을 반영하여 근사값이고/이거나 언급된 것보다 (필요에 따라) 더 크거나 작을 수 있다.

Claims (20)

1. 전압 검출 장갑으로서,
   (a) 장갑 외피(outer glove shell);
   (b) 근위 부분 및 상기 근위 부분으로부터 연장되는 손가락을 가진 원위 부분을 구비한 장갑 내피(glove liner)로서, 상기 근위 부분과 상기 원위 부분은 마주보는 정면과 배면을 각각 갖고, 상기 장갑 내피는 비전도성 재료로 구성되고 상기 외피 내에 배치되는, 상기 장갑 내피; 및
   (c) (i) 입력부를 가진 전압 검출 회로망 및 (ii) 상기 입력부에 연결된 안테나를 포함하는 전압 검출기를 포함하되,
   그리고:
   (i) 상기 안테나는 상기 장갑 내피와 상기 외피 사이에 배치되고 상기 근위 부분의 상기 배면 상에 위치된 연결기 단부에서 시작되고, 이어서 손가락 중 미리 선택된 손가락을 따라 연장되고, 그리고 미리 선택된 손가락의 단부 둘레를 감싸고, 이어서, 상기 안테나가 상기 미리 선택된 손가락의 양면에 배치되도록, 상기 원위 부분의 상기 정면의 자유 단부에서 종결되는 전도체를 포함하고;
   (ii) 적어도 2.5㎜의 두께를 가진 버퍼는 상기 장갑 내피와 상기 안테나 사이에 개재되고; 그리고
   (iii) 상기 전압 검출기는 상기 안테나와 가까운, 미리 결정된 예상 주파수를 가진 AC 전기장의 존재를 감지하고 미리 선택된 문턱값 한계를 초과하는 강도를 가진 장을 나타내는, 상기 입력부에서의 신호의 검출에 응답하여 경보를 활성화시키도록 구성되는, 전압 검출 장갑.
2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼와 상기 장갑 내피는 일체형인, 전압 검출 장갑.
3. 제1항에 있어서, 상기 전압 검출 회로망은, (i) 상기 AC 전기장의 상기 강도를 검출하도록 더 구성되고 그리고 (ii) 상기 강도를 나타내도록 작동 가능한 표시기(indicator)를 포함하는, 전압 검출 장갑.
4. 제1항에 있어서, 상기 전압 검출 회로망은 상기 입력부를 제공하는 프로그래밍 가능한 마이크로제어기를 포함하고 상기 프로그래밍 가능한 마이크로제어기는 미리 선택된 문턱값 한계를 초과하는 강도를 가진 장을 나타내는, 상기 입력부에서의 신호의 검출에 응답하여 상기 경보를 활성화시키도록 프로그래밍되는, 전압 검출 장갑.
5. 제1항에 있어서, 상기 버퍼는 내화 면직물, 폴리우레탄, 파라-아라미드, 메타-아라미드, 실리콘, 또는 고무 중 적어도 하나를 포함하는, 전압 검출 장갑.
6. 제4항에 있어서, 상기 마이크로제어기는 상기 예상 주파수의 복수의 기간에 대응하는 간격 동안 상기 입력부에서 제공되는 전압 파형을 디지털 방식으로 나타내는 복수의 데이터 포인트로 구성되는 데이터세트를 획득하도록 프로그래밍되는, 전압 검출 장갑.
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