KR200173047Y1 - 지하매설된 도체탐지를 위한 송신장치 - Google Patents

Abstract

지하매설된 도체탐지를 위한 송신장치는 매설물에 따라 각기 다른 모양의 파형으로 전자장을 형성시켜 송신한다. 이 장치는 파형모양을 결정하기 위한 파형모드변환기 및 결정된 모양의 파형을 발생하는 파형발생부를 구비한다. 전치증폭부는 발생하는 파형을 필터링하여 노이즈성분을 제거한 후 일정전압으로 증폭하며, 증폭된 파형은 신호의 감쇄를 방지하기 위하여 전압폴로워를 거쳐 전류증폭부로 입력된다. 전류증폭부는 전압폴로워를 통해 입력되는 파형의 변화없이 높은 이득의 전류신호를 형성하며, 송신코일은 전자장센서로 형성된 전류신호에 따라 매설도체에 전자장을 형성시킨다. 따라서, 본 고안은 모양에 따른 파형발생을 위한 회로를 구비하지 않고도 한 회로에서 여러모양의 파형을 발생시킬 수 있어 장치가 간단해지며, 노이즈입력을 줄여 원래 파형을 그대로 전달할 수 있어 탐지기능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

지하매설된 도체탐지를 위한 송신장치

본 고안은 지하에 전자장을 형성시켜 매설물을 탐지하는 장치에 관한 것으로서, 특히 매설물에 따라 다른 형태의 전자장 파형을 송신할 수 있는 장치에 관한 것이다.

지하 매설물 탐지장치는 지하에 전자장을 형성시켜 매설 도체에 의해 손실되고 왜곡되는 성분을 검출하여 매설물 유무 및 매설위치를 탐지한다. 이를 위하여, 매설물에 전자장을 형성하는 송신장치는 대부분 전파탐지법(radar)을 이용한다. 전파탐지법은 펄스 전파의 직진성, 반사성등을 이용하여 멀리 있는 선박, 항공기, 비구름등의 목표물을 탐지하고 그 거리와 방향을 알아내는 방식이다.

종래, 전파탐지법에 의한 송신장치는 타이머 및 스위퍼발생기로 크리스탈 또는 타이머를 이용하여 각 파형별 형상기를 각각 구성하였다. 이런 파형발생회로는 파형모양에 따라 달리 회로를 개별적으로 구성해야 하며, 형상단계에서 위상지연이 발생하여 다시 위상보상회로를 구성해야 하므로 회로도 복잡하고, 회로 자체의 노이즈가 발생된다. 또한, 이런 부하회로에 의해 입력 임피던스가 높아져 증폭되기 전에 파형손실 우려가 있으며, 이를 막기 위하여 필터링을 하기 전에 전치증폭단계를 요구하게 된다. 그러나, 파형 송신기에서는 이런 과정을 거치지 않아 노이즈까지도 증폭 송신되어 신호 파형 자체의 신뢰성 저하 및 복잡하고 난해한 수신회로를 요구할 수밖에 없었다.

따라서, 본 고안의 목적은 전자장방식을 채용한 송신장치에서 특정한 주파수의 각 매설물에 따라 각각 다른 모양의 파형을 전자장센서에 공급하므로써 전자장의 형성은 물론 수신파형과의 비교분석을 할 수 있도록 각각의 파형모드변환에 의한 신호파형을 수신기에 공급할 수 있도록 한 지하매설된 도체탐지를 위한 송신장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 송신장치를 나타내는 구성도,

도 2는 도 1 파형발생부를 나타내는 상세도,

도 3은 도 1 전치증폭부를 나타내는 상세도,

도 4는 도 1 전압폴로워 및 전류증폭부를 나타내는 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 파형모드변환기 20 : 파형발생부

30 : 전치증폭부 40 : 전압폴로워

50 : 전류증폭부 60 : 송신코일

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 지하매설된 도체탐지를 위한 송신장치는, 매설물 탐지장치에 있어서, 탐지대상인 매설물을 고려하여 전자장 형성을 위한 파형모양을 설정하기 위한 파형모드변환기와, 상기 파형모드변환기에 의해 설정되는 모양의 파형을 일정한 주파수로 발생하는 파형발생부와, 상기 파형발생부로부터 발생되는 일정주파수의 파형신호를 전류증폭하여 전류신호를 형성하는 전류증폭부, 및 상기 전류증폭부에 의해 형성된 전류신호에 따라 매설물 주위에 전자장을 형성하는 송신코일을 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 전자장방식의 송신장치를 보여준다. 도 1의 장치는 크게 탐지대상인 매설물을 고려하여 전자장형성을 위한 파형모양을 설정하기 위한 파형모드변환기(10), 파형모드변환기(10)에 의해 설정되는 모양의 파형을 일정한 주파수로 발생하는 파형발생부(20) 및 발생되는 일정주파수의 파형신호를 필터링하여 노이즈성분을 제거한 후 전압증폭하는 전치증폭부(30)를 구비한다. 또한, 전치증폭부(30)에서 증폭된 파형의 신호감쇄를 최소화하기 위한 전압폴로워(voltage follower)(40), 전압폴로워(40)를 통해 입력되는 파형신호를 전류증폭하여 전자장세기를 조절하는 전류신호를 형성하는 전류증폭부(50) 및 형성되는 전류신호에 따라 매설도체에 전자장을 형성하는 송신코일(60)을 구비한다.

도 1에서, 탐지대상인 매설물을 고려한 파형모양은 파형모드변환기(10)를 통해 설정된다. 파형발생부(20)는 파형모드변환기(10)로부터의 파형모드신호에 따라 설정된 모양의 파형을 발생한다. 파형발생부(20)에 대한 동작은 도 2를 통해 설명한다.

도 2는 도 1 파형발생부(20)를 나타내는 상세도로서, 전류스위치(21)는 전압제어발진기(VCO)(22)에 일정한 전류를 공급하며, 부하입력단에 병렬로 위치한 두 저항(R1,R2)의 값에 따라 전류 공급이 스위칭된다. 여기서, 두 저항(R1,R2)의 값이 동일하면 전류스위치(21)로부터 전류를 공급받는 전압제어발진기(22)는 사인파(sine wave)나 스퀘어파(square wave)와 같은 펄스의 "하이(High; H)"와 "로우(Low; L)"구간이 동일한 발진을 하고, 다르면 그 비율에 의해 펄스의 H/L 구간이 결정된다. 이는 다음 수학식 1로 정의된다.

H : L = R1 : R1 + R2

위의 수학식 1은 펄스파 생성시에만 적용되며, 사인파나 스퀘어파 생성시에는 부하입력단 하나를 개방시켜도 무방하다.

한편, 전압제어발진기(22)에서 발진되는 신호의 주파수는 커패시터(C1)와 부하입력단의 두 저항(R1,R2)의 값에 의해 결정되며, 사인과 스퀘어파, 그리고 펄스파(pulse wave)에 따라 다르게 결정된다. 이는 다음 수학식 2로 정의된다.

전압제어발진기(22)의 출력은 다파형형성기(23)로 입력된다. 다파형형성기(23)는 파형모드변환기(10)에 의해 설정된 파형모드에 맞게 입력되는 일정주파수의 발진파형을 사인, 스퀘어, 펄스파중 하나로 형성하여 출력한다. 이때, 파형모드변환기(10)의 파형모드신호는 사인파선택스위치(24)로도 입력되어, 사인파선택스위치(24)를 "온(ON)/오프(OFF)"시킨다. 사인파선택스위치(24)는 파형모드변환기(10)에 의해 설정된 파형모드가 사인파인 경우 "온(ON)"상태가 된다. 다파형형성기(23)는 전압제어발진기(22)에서 발진되는 일정주파수의 파형 모양을 설정된 파형모드에 해당하는 모양으로 형성하며, 형성된 파형신호를 사인파선택스위치(24)가 "온(ON)"인 경우 증폭기(25)로 출력하고, 그 외에는 바로 출력한다. 다파형형성기(23)에서 출력되는 파형의 크기는 부하입력단에 위치한 저항들(R4,R5,R6) 및 커패시터(C2)에 의해 결정된다. 최대크기를 얻기 위해서는 전원입력단과 접지간에 직렬연결된 두 저항(R4,R5)의 값이 동일해야 하고, 커패시터(C2)는 가변저항(R6)의 값에 의해 결정하면 된다. 여기서, 전원입력(Vcc)은 ±26V까지 가능하며, 전원사양에 따라 부하값을 정해주어야 한다. 증폭기(25)는 다파형형성기(23)에 의해 형성된 사인파신호를 증폭하여 이득을 조절한 후 출력한다. 다파형형성기(23)에 의해 형성된 스퀘어파 및 펄스파신호는 그대로 출력된다. 이처럼, 파형발생부(20)에서 출력되는 파형은 파형의 안정화와 전압증폭을 위하여 전치증폭부(30)로 입력된다. 전치증폭부(30)에 대한 동작은 도 3를 통해 설명한다.

도 3은 도 1 전치증폭부(30)를 나타내는 상세도로서, 파형발생부(20)에서 발생되는 파형을 입력받는 전치증폭부(30)는 입력된 파형을 저잡음폴로워(31)를 거쳐 주파수 및 파형모드에 따른 플러그-인 필터(32)를 통과시키므로 파형신호의 노이즈성분을 제거한다. 이때, 필터(32)는 2차단(second order)으로 구성하며, 위상의 앞섬을 최소로 줄이도록 그 대역을 설정해서 동작하도록 한다. 필터(32)에 의해 필터링된 파형은 슬루율(slew-rate)이 높은 규격의 연산증폭기(33)를 거쳐 전력증폭기(34)로 입력된다. 슬루율(SR)은 출력 전압이 시간에 따라 얼마나 빠르게 변화하는 가를 나타내는 파라미터로서, 슬루율의 전형적인 값은 0.5V/㎲∼50V/㎲이고 더욱 빠르게 동작되는 소자는 좀더 큰 값을 갖는다. 여기서, 저잡음폴로워(31) 및 연산증폭기(33)의 피드백저항들(R8∼R12)은 안정된 전압인가를 위해 설정하는 것으로, 10K 이내로 설정하며 그 비율은 주파수에 따라 다를 수 있다. 전력증폭기(34)는 연산증폭기(33)를 통해 입력되는 필터링된 파형신호를 전압증폭하여 전압폴로워(40)로 공급한다. 전압폴로워(40) 및 전류증폭부(50)에 대한 동작은 도 4를 통해 설명한다.

도 4는 도 1 전압플로워(40) 및 전류증폭부(50)를 나타내는 상세도로서, 전압폴로워(40)는 전치증폭부(30)에 의해 전압증폭된 파형신호가 뒷단의 전류증폭부(50)의 부하에 의한 파형감쇄 방지를 목적으로 한다. 전압폴로워(voltage follower)(40)는 고입력 저항, 저출력 저항, 전압이득이 대략 1인 증폭기로서, 여기서도 슬루율(SR)이 높은 규격의 연산증폭기(41)를 사용이다. 이는 스퀘어파 및 펄스파의 경우 빠른 상승시간(rise time)을 가지므로 이를 손상하지 않기 위함이다. 전압폴로워(40)를 이루는 연산증폭기(41)는, 그 피드백라인에 위치한 저항들(R13∼R15)의 부하를 작게 설정할수록 좋지만 커패시터(C4)와 함께 위상지연을 발생할 수 있어 주파수에 따라 결정한다. 전압폴로워(40)를 거친 파형신호는 전류증폭부(50)로 공급된다. 전류증폭부(50)는 트랜지스터(transistor)(51)로 구성되며, 전류증폭이득이 클수록 좋으나 부하가 커지므로 필요한 전류출력에 따라 트랜지스터(51) 사양을 결정한다. 부하를 줄이고 이득을 높이는 방법으로 2단 달링턴회로를 구성하고, 저항(R18)과 커패시터(C6)에 의한 바이패스를 줄이도록 설계한다. 이렇게 설계된 전류이득은 대략 10,000정도가 되며 전류치가 크므로 많은 열을 발생시키므로 트랜지스터(51)를 방열할 수 있는 부가적인 설계가 필요하다. 전류증폭부(50)에 의해 파형변화없이 높은 이득의 전류신호를 형성하고, 이는 송신용코일(60)에 인가하므로 지하에 매설된 도체에 전자장을 형성시킨다.

상술한 바와 같이 본 고안의 지하매설된 도체탐지를 위한 송신장치는, 사인, 스퀘어, 펄스등의 다파형을 선택적으로 발생시킬 수 있으며, 발생되는 파형을 변화없이 높은 이득의 전류신호를 얻어내어 전자장을 형성시켜 지하매설된 도체에 송신할 수 있으므로, 여러파형을 한 회로에서 발생할 수 있어 회로를 간소화하며, 노이즈입력을 줄여 원래파형 그대로를 송신할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (8)

1. 매설물 탐지장치에 있어서,

   탐지대상인 매설물을 고려하여 전자장 형성을 위한 파형모양을 설정하기 위한 파형모드변환기;

   상기 파형모드변환기에 의해 설정되는 모양의 파형을 일정한 주파수로 발생하는 파형발생부;

   상기 파형발생부로부터 발생되는 일정주파수의 파형신호를 전류증폭하여 전류신호를 형성하는 전류증폭부; 및

   상기 전류증폭부에 의해 형성된 전류신호에 따라 매설물 주위에 전자장을 형성하는 송신코일을 포함하는 송신장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 파형발생부는 사인파, 스퀘어파, 펄스파중 설정되는 파형모드에 따라 선택하여 발생하는 것을 특징으로 하는 송신장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 파형발생부는

   일정한 전류를 공급하기 위한 전류스위치;

   상기 전류스위치에서 공급된 전류에 따라 일정한 주파수로 발진하는 전압제어발진기;

   상기 전류스위치의 전류 공급 스위칭주기를 결정하고, 상기 전압제어발진기의 발진 주파수를 결정하기 위한 부하저항단; 및

   상기 전압제어발진기의 일정주파수의 발진파형 모양을 설정되는 파형모드에 해당하는 모양으로 형성하는 다파형형성기를 구비함을 특징으로 하는 송신장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 파형발생부는 설정되는 파형모드가 사인파인 경우 "온(ON)"상태가 되는 사인파선택스위치를 더 포함하며,

   사인파선택스위치가 "온(ON)"인 경우 형성된 사인파를 일정크기로 증폭하여 이득조절하는 증폭기를 더 포함하는 송신장치.
5. 제 1항에 있어서, 파형발생부로부터 발생되는 일정주파수의 파형신호를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 전압증폭하는 전치증폭부를 더 포함하는 송신장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 전치증폭부는

   파형발생부에 의해 발생되는 일정주파수의 파형신호에 포함되는 잡음을 줄이기 위한 저잡음폴로워;

   설정되는 파형모드에 따라 위상의 앞섬이 최소가 되도록 대역이 설정되며, 상기 저잡음폴로워를 통해 입력되는 파형신호를 설정된 대역으로 필터링하는 플러그-인필터;

   상기 플러그-인필터에 의해 필터링된 파형신호와 피드백입력되는 출력신호간의 연산증폭하는 연산증폭기; 및

   상기 연산증폭기에서 출력되는 파형신호에 대해 전압증폭하는 전력증폭기를 구비함을 특징으로 하는 송신장치.
7. 제 5항에 있어서, 전치증폭부로부터 전압증폭된 파형신호가 전류증폭부의 부하에 의해 파형감쇄함을 방지하기 위한 전압폴로워를 더 포함하는 송신장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 전압폴로워는 슬루율(slew-rate)이 높은 규격의 연산증폭기를 구비함을 특징으로 하는 송신장치.