KR20150008785A - 무전원 센서 시스템 - Google Patents

무전원 센서 시스템 Download PDF

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KR20150008785A
KR20150008785A KR1020130083202A KR20130083202A KR20150008785A KR 20150008785 A KR20150008785 A KR 20150008785A KR 1020130083202 A KR1020130083202 A KR 1020130083202A KR 20130083202 A KR20130083202 A KR 20130083202A KR 20150008785 A KR20150008785 A KR 20150008785A
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Abstract

본 발명은 전력케이블에 유도전류를 발생시키도록 설치되는 유도전류발생부; 상기 유도전류발생부로부터 출력되는 교류전류를 직류전류로 정류하는 정류기; 상기 정류기로부터 정류되는 직류전류를 1차 및 2차로 각각 충전하는 제 1 및 제 2 충전부; 상기 제 1 또는 제 2 충전부의 충전량이 설정량 이상일 때 동작신호를 출력하는 전압감시기; 상기 제 1 또는 제 2 충전부의 전원을 정전압으로 변환하는 정전압변환기; 상기 정전압변환기에 의해 정전압으로 변환된 전원을 구동전원으로 사용하되, 상기 전압감시기로부터 출력되는 동작신호를 수신시 동작하는 CPU; 상기 동작신호를 수신받아 동작하는 상기 CPU가 공급하는 전원에 의해 동작하여 물리적인 양이나 변화를 감지하여 감지신호로서 출력하는 센서; 및 상기 센서로부터 출력되는 감지신호를 상기 CPU가 수신받아 무선신호로 출력하도록 마련되는 무선통신모듈을 포함하도록 한 무전원 센서 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 유도전류를 이용하여 센서를 구동시킴으로써 외부로부터 전원 공급이 필요없도록 하고, 미세한 유도전류만으로도 최적의 센서 구동 환경을 제공하도록 하며, 고전압 환경과 대형의 코어 및 유도코일 등이 불필요함으로써 설치 및 사용의 제한을 최소화할 수 있다.

Description

무전원 센서 시스템{Non-powered sensor system}
본 발명은 무전원 센서 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도전류를 이용하여 센서를 구동시킴으로써 외부로부터 전원 공급이 필요없도록 하고, 미세한 유도전류만으로도 최적의 센서 구동 환경을 제공하도록 하는 무전원 센서 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 센서는 열, 온도, 압력, 빛, 소리, 자기력 등과 같은 물리적인 양이나 변화를 감지하거나 측정하여 디스플레이하거나, 감지신호로서 출력하는 장치를 의미하며, 동작을 위해 전원의 공급을 필요로 한다.
이와 같은 센서에 전원을 공급하기 위해서는 외부 전원을 공급하기 위한 전원케이블의 연결이 필요하거나, 배터리의 장착에 의해 전원을 공급하게 되는데, 이로 인해 센서는 전원케이블을 통한 전원 공급이 가능한 장소에 설치되어야 하는 제약이 따르거나, 배터리의 주기적인 교체를 필요로 하는 불편을 야기한다.
그러므로, 이러한 제약이나 불편을 해소하기 위하여, 유전전류를 사용함으로써 전원공급없이 센서의 동작을 가능하도록 하는 기술이 필요하게 되었으며, 이러한 기술로는 한국공개특허 제10-2002-0030302호의 "고압 송전선의 유도 전류를 이용한 송전선 무인 감시 시스템"이 제시된 바 있는데, 이는 고압의 송전선로를 감시하기 위한 감시 장비와 감시 장비에 구동전원을 제공하는 충전 밧데리를 포함하여 이루어지는 송전선 무인 감시 시스템에 있어서, 다수의 감시 장비와 감시 센서를 구비하고, 감시 장비에 구동 전원을 제공하며 제어하고 동작시키는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 원격 감시 기지국을 송전탑 주변에 형성하는 것과, 다수의 원격 감시 기지국을 무선 전화 망으로 묶는 하나의 주 기지국과, 상기와 동일하며 송전선로를 따라서 다수의 주 기지국을 형성하고, 기지국에 수집된 감시 데이터를 중앙 통제 센터에 전송하도록 이루되, 주 기지국은 감시 데이터의 수집을 위한 데이터 처리 능력과 무선 전화 망을 고려하여 일정 지역 또는 단위별로 구획하여 이루어진다. 또한 이러한 종래의 시스템은 원격지에 설치된 기지국에 감시 장비 및 감시 센서의 구동 및 제어 전원 전압은 송전선에 근접하여 일정 권선수를 갖는 유도 코일과 유도 코일에 유기된 전압을 안정화시키는 전압 안정장치 및 SMPS와, 안정화된 저압 교류를 제어하여 충전하는 충전장치와, 충전 장치를 통하여 제어 전압을 충전하는 밧데리와, 밧데리 전원을 여러 요소에 분배하는 분전반으로 구성하여 이루어진다.
그러나, 이와 같은 종래의 시스템은 그 자체가 많은 유도전류를 필요로 함으로써 유도전류 발생에 필요한 유도코일, 코어 등의 사이즈가 커질 수 밖에 없고, 고전압 환경이 요구되며, 이로 인해 그 적용 및 사용이 지극히 제한적이고, 특히 센서만의 구동용으로는 적합하지 않아, 센서에 특화된 시스템으로의 개발이 필요하게 되었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유도전류를 이용하여 센서를 구동시킴으로써 외부로부터 전원 공급이 필요없도록 하고, 미세한 유도전류만으로도 최적의 센서 구동 환경을 제공하도록 하며, 고전압 환경과 대형의 코어 및 유도코일 등이 불필요함으로써 설치 및 사용의 제한을 최소화하는데 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 전력케이블에 유도전류를 발생시키도록 설치되는 유도전류발생부; 상기 유도전류발생부로부터 출력되는 교류전류를 직류전류로 정류하는 정류기; 상기 정류기로부터 정류되는 직류전류를 1차 및 2차로 각각 충전하는 제 1 및 제 2 충전부; 상기 제 1 또는 제 2 충전부의 충전량이 설정량 이상일 때 동작신호를 출력하는 전압감시기; 상기 제 1 또는 제 2 충전부의 전원을 정전압으로 변환하는 정전압변환기; 상기 정전압변환기에 의해 정전압으로 변환된 전원을 구동전원으로 사용하되, 상기 전압감시기로부터 출력되는 동작신호를 수신시 동작하는 CPU; 상기 동작신호를 수신받아 동작하는 상기 CPU가 공급하는 전원에 의해 동작하여 물리적인 양이나 변화를 감지하여 감지신호로서 출력하는 센서; 및 상기 센서로부터 출력되는 감지신호를 상기 CPU가 수신받아 무선신호로 출력하도록 마련되는 무선통신모듈을 포함하는 무전원 센서 시스템이 제공된다.
상기 제 2 충전부의 충전 전압을 감지하는 보조전압감지기에 의해 상기 제 2 충전부의 충전 전압이 제 1 설정전압 이상이면 상기 제 2 충전부의 충전을 실시하도록 하고, 제 2 설정전압 이상이면 상기 제 2 충전부에 충전되기 위한 전류를 소모시킴으로써 과충전을 방지하도록 하는 충전제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 정류기는 브리지 정류기로 이루어지고, 상기 제 1 충전부는 커패시터로 이루어지고, 상기 제 2 충전부는 상기 제 1 충전부보다 큰 충전용량을 가지는 커패시터 또는 충전지로 이루어질 수 있다.
상기 전압감시기는 상기 제 1 또는 제 2 충전부의 전압이 2.0~2.4V일 때 CPU에 동작신호를 출력하도록 할 수 있다.
상기 무선통신모듈은 상기 동작신호를 수신받아 동작하는 상기 CPU가 공급하는 전원에 의해 동작할 수 있다.
본 발명에 따른 무전원 센서 시스템에 의하면, 유도전류를 이용하여 센서를 구동시킴으로써 외부로부터 전원 공급이 필요없도록 하고, 미세한 유도전류만으로도 최적의 센서 구동 환경을 제공하도록 하며, 고전압 환경과 대형의 코어 및 유도코일 등이 불필요함으로써 설치 및 사용의 제한을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 시스템을 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 시스템을 도시한 회로도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 시스템을 도시한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 시스템(100)은 유도전류발생부(110), 정류기(120), 제 1 및 제 2 충전부(130,140), 전압감시기(150), 정전압변환기(160), CPU(170), 센서(180), 그리고 무선통신모듈(190)을 포함할 수 있다.
유도전류발생기(110)는 전력케이블(10)에 유도전류를 발생시키도록 설치되는데, 일례로 전력케이블(10)이 관통하도록 설치되는 코어(core; 111)와, 코어(111)에 정해진 회수로 권선되는 유도코일(112)을 포함할 수 있다. 따라서, 전력케이블(10)을 흐르는 전류에 의해 유도코일(112)에 유도전류가 흐르도록 한다.
정류기(120)는 유도전류발생부(110)로부터 출력되는 교류전류를 직류전류로 정류하도록 하는데, 본 실시예에서처럼 4개의 다이오드를 연결한 브리지 회로로 이루어지는 브리지 정류기(bridge rectifier)가 사용될 수 있다. 따라서 정류기(120)는 브리지 정류기로 이루어짐으로써 모든 파형을 정류하도록 하여 직류의 정류가 안정적으로 이루어지도록 한다.
제 1 및 제 2 충전부(130,140)는 정류기(120)로부터 정류되는 직류전류를 1차 및 2차로 각각 충전하도록 한다. 즉, 제 1 충전부(130)는 정류기(120)로부터 정류되는 직류전류를 1차적으로 충전하고, 제 2 충전부(140)는 정류기(120)로부터 정류되는 직류전류를 제 1 충전부(130) 다음으로 2차적으로 충전한다. 제 1 충전부(130)는 본 실시예에서처럼 커패시터로 이루어질 수 있다. 또한 제 2 충전부(140)는 제 1 충전부(130)보다 큰 충전용량을 가지는 커패시터 또는 충전지로 이루어질 수 있다. 따라서 제 1 충전부(130)가 유도전류에 의해 신속하게 충전되어 센서(180)의 구동에 필요한 전원으로 사용되도록 하고, 충전하고 남은 전류가 제 2 충전부(140)에 충전되도록 함으로써 유도전류가 항시 충전되도록 하여, 유도전류가 언제라도 구동전원으로서 사용될 수 있도록 한다.
제 2 충전부(140)의 충전을 위하여, 충전제어부(210)를 더 포함할 수 있다. 충전제어부(210)는 제 2 충전부(140)의 충전 전압을 감지하는 보조전압감지기(211)에 의해 제 2 충전부(140)의 충전 전압이 제 1 설정전압 이상, 즉 제 2 충전부(140)의 충전이 가능한 전압 이상이면, 제 2 충전부(140)의 충전을 실시하도록 하고, 제 2 충전부(140)의 충전 전압이 제 2 설정전압 이상, 예컨대 3.3V 이상이면 제 2 충전부(140)에 충전되기 위한 전류를 소모시킴으로써 과충전을 방지하도록 한다.
전압감시기(150)는 제 1 또는 제 2 충전부(130,140)의 충전량이 설정량 이상일 때 동작신호를 출력하도록 한다. 또한 전압감시기(150)는 제 1 또는 제 2 충전부(130,140)의 전압이 2.0~2.4V, 일례로 2.2V일 때 CPU(170)에 동작신호를 출력하도록 할 수 있다.
정전압변환기(160)는 제 1 또는 제 2 충전부(130,140)의 전원을 정전압으로 변환하도록 한다.
CPU(Central Processing Unit; 170)는 정전압변환기(160)에 의해 정전압으로 변환된 전원을 구동전원으로 사용하되, 전압감시기(150)로부터 출력되는 동작신호를 수신시 동작하게 된다.
센서(180)는 전압감시기(150)의 동작신호를 수신받아 동작하는 CPU(170)가 공급하는 전원에 의해 동작하여 물리적인 양이나 변화를 감지하여 감지신호로서 출력하도록 하고, 열센서, 온도센서, 압력센서, 광센서, 오디오센서, 자기센서 등을 비롯하여 다양한 감지수단으로 이루어질 수 있다.
무선통신모듈(190)은 센서(180)로부터 출력되는 감지신호를 CPU(170)가 수신받아 무선신호로 출력하도록 마련되고, 예컨대 인터넷 통신을 위한 Wi-Fi, 3G, LTE 등의 통신을 수행하도록 하는 모듈 내지 장치로 이루어지거나, RF, 블루투스 등의 근거리 통신을 수행하도록 근거리통신모듈로 이루어질 수 있으며, 무선통신을 수행하도록 CPU(170)에 의해 제어될 수 있으며, 무선신호의 송수신을 위한 안테나를 가질 수 있다. 또한 무선통신모듈(190)은 전압감시기(150)의 동작신호를 수신받아 동작하는 CPU(170)가 공급하는 전원에 의해 동작할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 무전원 센서 시스템(100)에 따르면, 유도전류발생부(110)로부터 발생되는 유도전류는 정류기(120)를 거쳐서 커패시터인 제 1 충전부(130)에 1차적으로 충전되는데, 이때, 제 1 충전부(130)의 전압이 2.2V 미만이면, CPU(170)는 정지 상태 또는 슬립 모드(sleep mode)를 유지하게 되고, 제 1 충전부(130)의 전압이 2.2V 이상이면 전압감시기(150)로부터 출력되는 동작신호가 CPU(170)에 수신된다. CPU(170)는 전압감시기(150)의 동작신호를 수신받으면 정지 상태 또는 슬립 모드가 해제되어 센서(180)의 감지 동작을 수행하도록 함으로써 센서(180)의 측정값을 무선통신모듈(190)에 의해 무선신호로 외부의 센서 관리 시스템으로 전송하게 된다.
또한 제 1 충전부(130)의 충전을 마치면, 충전제어부(210)에 의해 제 2 충전부(140)에 대한 충전이 수행되도록 하여, 제 1 충전부(130)의 방전시, 제 2 충전부(140)의 전원을 CPU(170) 및 센서(180)의 동작을 위한 백업 전원으로 사용되도록 하는데, 이 역시 전압감시기(150)에 의해 충전량이 설정량 미만이면, CPU(170)가 슬립 모드를 유지하도록 함으로써 전원 소모를 최소화하도록 한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 유도전류를 이용하여 센서(180)를 구동시킴으로써 외부로부터 전원 공급이 필요없도록 하고, 전력케이블(10)의 미세한 유도전류만으로도 최적의 센서(180) 구동 환경을 제공하도록 하며, 고전압 환경과 대형의 코어 및 유도코일 등이 불필요함으로써 설치 및 사용의 제한을 최소화할 수 있다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 전력케이블 110 : 유도전류발생부
111 : 코어 112 : 유도코일
120 : 정류기 130 : 제 1 충전부
140 : 제 2 충전부 150 : 전압감시기
160 : 정전압변환기 170 : CPU
180 : 센서 190 : 무선통신모듈
210 : 충전제어부 211 : 보조전압감지기

Claims (5)

  1. 전력케이블에 유도전류를 발생시키도록 설치되는 유도전류발생부;
    상기 유도전류발생부로부터 출력되는 교류전류를 직류전류로 정류하는 정류기;
    상기 정류기로부터 정류되는 직류전류를 1차 및 2차로 각각 충전하는 제 1 및 제 2 충전부;
    상기 제 1 또는 제 2 충전부의 충전량이 설정량 이상일 때 동작신호를 출력하는 전압감시기;
    상기 제 1 또는 제 2 충전부의 전원을 정전압으로 변환하는 정전압변환기;
    상기 정전압변환기에 의해 정전압으로 변환된 전원을 구동전원으로 사용하되, 상기 전압감시기로부터 출력되는 동작신호를 수신시 동작하는 CPU;
    상기 동작신호를 수신받아 동작하는 상기 CPU가 공급하는 전원에 의해 동작하여 물리적인 양이나 변화를 감지하여 감지신호로서 출력하는 센서; 및
    상기 센서로부터 출력되는 감지신호를 상기 CPU가 수신받아 무선신호로 출력하도록 마련되는 무선통신모듈
    을 포함하는 무전원 센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 충전부의 충전 전압을 감지하는 보조전압감지기에 의해 상기 제 2 충전부의 충전 전압이 제 1 설정전압 이상이면 상기 제 2 충전부의 충전을 실시하도록 하고, 제 2 설정전압 이상이면 상기 제 2 충전부에 충전되기 위한 전류를 소모시킴으로써 과충전을 방지하도록 하는 충전제어부를 더 포함하는 무전원 센서 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정류기는,
    브리지 정류기로 이루어지고,
    상기 제 1 충전부는,
    커패시터로 이루어지고,
    상기 제 2 충전부는,
    상기 제 1 충전부보다 큰 충전용량을 가지는 커패시터 또는 충전지로 이루어지는 무전원 센서 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압감시기는,
    상기 제 1 또는 제 2 충전부의 전압이 2.0~2.4V일 때 CPU에 동작신호를 출력하도록 하는 무전원 센서 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선통신모듈은,
    상기 동작신호를 수신받아 동작하는 상기 CPU가 공급하는 전원에 의해 동작하는 무전원 센서 시스템.
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