KR20150037135A - 직류 전계 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류 전계 측정 장치가 개시된다. 본 발명의 직류 전계 측정 장치는 다수개의 전극을 통해 선택적으로 전하를 유도하는 대전부; 상기 대전부에 유도된 전하를 측정하는 측정부; 선택신호에 따라 상기 대전부의 상기 다수개의 전극을 선택하여 상기 측정부와 접속되도록 스위칭하는 스위칭부; 상기 측정부에서 측정된 전압신호를 입력받아 신호처리하여 출력하는 신호처리부; 및 상기 다수개의 전극을 선택하기 위한 상기 선택신호를 상기 스위칭부로 출력하고, 상기 신호처리부에서 출력된 측정데이터를 입력받아 전계강도로 계산하여 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

직류 전계 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING DC ELECTRIC FIELD}

본 발명은 직류 전계 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전계의 극성이 변하지 않고 일정한 형태를 갖는 직류 전계를 다양한 크기의 전극에 전하를 유도시켜 측정하는 직류 전계 측정 장치에 관한 것이다.

최근 건강과 관련하여 전자파, 전자계 등에 관한 관심이 많아지면서 관련 민원이 증가하고 있어 전계 측정 기술 및 장비에 대한 수요가 많아지고 있는 추세이다.

일반적으로, 뇌운(雷雲)이나 직류송전선로(HVDC Transmission Line), 직류배전선로, 직류전원을 사용하는 기기들의 경우 정극성(+) 또는 부극성(-) 형태의 전계를 생성시키게 되며, 이러한 전계는 일정하게 유지된다.

현재 운영되고 있는 대부분의 송전 및 배전선로, 전력기기 등은 전력주파수 60Hz 또는 50Hz에 해당하는 주파수 특성으로, 시간에 따라 크기와 방향이 변하는 전계를 형성한다.

이렇게 가변적인 전계는 금속체에 유도되기 때문에, 동일한 주파수를 가지는 전압을 생성하게 된다. 따라서, 이렇게 생성된 전압을 이용하여 전계의 크기와 주파수 상태 등을 측정하게 된다.

그러나, 변화가 없는 정전계는 교류와 달리 크기의 변화가 없기 때문에 전계가 유도되지 않아 가변적인 전계를 측정하는 교류 전계용 센서로는 측정이 불가능하다.

따라서, 직류 전계를 측정하기 위한 방법으로, 금속 대전판과 접지된 다른 금속판을 대면시킨 후 다른 금속판을 모터를 이용하여 회전시킴으로써 대전판이 전계에 노출되는 면적을 변화시켜 측정하고 있다.

즉, 이렇게 대전되는 면적을 변화시키면, 대전판에 유도되는 전하는 노출되는 면적에 비례하여 발생과 소멸을 반복하게 되면서 일정한 파형을 생성하기 때문에, 이 교류신호를 증폭하여 측정하면 직류 전계를 측정할 수 있다.

위와 같은 방법으로 직류 전계를 측정할 경우 대전판의 면적을 변화시키기 위해 모터가 사용되지만, 야외에 측정장치를 설치하여 사용할 경우 눈, 비 또는 다양한 환경적 영향으로 인해 모터의 수명은 실내 사용의 경우 보다 대폭 감소하며, 급작스런 모터의 고장 발생 시 측정이 불가해짐으로써 측정데이터의 신뢰성이 낮아지고, 폐기의 주원인이 되고 있다.

또한, 회전하는 대전판과 고정된 대전판의 배치를 위해 필요한 면적이 크기 때문에 휴대용으로 사용하기에는 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2001-0077112호(2001. 08. 17. 공개, 발명의 명칭 : 휴대용 적산 전계 강도계)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전계의 극성이 변하지 않고 일정한 형태를 갖는 직류 전계를 다양한 크기의 전극에 전하를 유도시켜 측정하는 직류 전계 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 전극을 스위칭 조합에 의해 다양한 크기의 전극으로 조합하여 전하를 유도시킴으로써 보다 작은 크기로 저렴하게 제작할 수 있는 직류 전계 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 직류 전계 측정 장치는, 다수개의 전극을 통해 선택적으로 전하를 유도하는 대전부; 대전부에 유도된 전하를 측정하는 측정부; 선택신호에 따라 대전부의 다수개의 전극을 선택하여 측정부와 접속되도록 스위칭하는 스위칭부; 측정부에서 측정된 전압신호를 입력받아 신호처리하여 출력하는 신호처리부; 및 다수개의 전극을 선택하기 위한 선택신호를 스위칭부로 출력하고, 신호처리부에서 출력된 측정데이터를 입력받아 전계강도로 계산하여 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제어부의 작동상태와 계산된 전계강도를 표시하기 위한 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제어부에서 계산된 전계강도와 설정값을 저장하는 데이터 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 위치를 측정하여 위치정보를 제어부에 제공하는 GPS 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는 다수개의 전극 중 선택된 전극의 크기 합이 설정주기 단위로 증감되도록 선택신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 다수개의 전극은 각각 크기가 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 다수개의 전극은 각각 기준크기로부터 기준크기의 정수배의 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 신호처리부는 측정부에서 측정된 전압신호를 증폭하는 증폭기; 증폭기를 통해 증폭된 전압신호에서 노이즈를 제거하기 위한 필터부; 필터부에서 노이즈가 제거된 전압신호를 차동신호로 변환하여 출력하는 차동부; 및 필터부에서 노이즈가 제거된 전압신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 AD 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 직류 전계 측정 장치는 전계의 극성이 변하지 않고 일정한 형태를 갖는 직류 전계를 다양한 크기의 전극에 전하를 유도시키는 것에 의해 측정할 수 있어 보다 작은 크기로 저렴하게 제작할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극으로써 대전이 가능한 설비를 활용할 수 있어 보다 다양한 디자인과 저렴한 비용으로 직류 전계를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 작은 크기로 간편하게 직류송전선로 또는 관련 전력설비의 전계를 측정할 수 있으며, 해당 직류 전계 측정 장치를 골프장, 논밭, 평원 등 낙뢰의 위험성이 높은 곳에 설치하여 낙뢰의 위험을 통지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치의 대전부를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치의 스위칭 상태를 나타낸 테이블이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치를 구체적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치의 대전부를 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치의 스위칭 상태를 나타낸 테이블이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전계 측정 장치는 대전부(10), 측정부(30), 스위칭부(20), 신호처리부(40) 및 제어부(50)를 비롯하여 표시부(80), 데이터 저장부(70) 및 GPS 모듈(60)을 포함한다.

대전부(10)는 제 1내지 제 4전극(11~14)을 통해 선택적으로 전하를 유도한다.

제 1내지 제 4전극(11~14)은 금속이나 비금속재질로 대전을 통해 전하를 유도할 수 있는 것이면 전극의 형태로 한정하지 않고, 다양한 기설 장치, 구조물 및 설비로 구성할 수도 있다.

또한, 전극의 형태는 사각형, 원형, 두께가 있는 호, 동심원 형태 등의 다양한 모양도 가능하며, 크기는 각각 동일한 크기로 구성할 수도 있고, 각각 기준크기로부터 기준크기의 정수배의 크기로 구성할 수도 있을 뿐만 아니라 정형적인 크기가 아닌 다양한 크기도 가능하다.

즉, 대전부(10)의 전극은 대전을 통해 전하를 유도할 수 있으면 전극의 개수, 형태 및 크기에 무관하게 형성할 수 있다.

본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 4개의 전극으로 구성된 상태를 예시로 설명한다.

측정부(30)는 대전부(10)에 유도된 전하에 의해 접지와 연결된 센싱저항(R)에 걸리는 전압을 측정한다.

스위칭부(20)는 선택신호에 따라 대전부의 제 1내지 제 4전극(11~14)을 선택하여 측정부(30)와 접속되도록 스위칭한다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 기준크기인 제 1전극(11)과, 제 1전극(11)의 크기에 정수배 크기인 즉, 2배 크기인 제 2전극(12), 3배 크기인 제 3전극(13), 4배 크기인 제4전극(14)으로 구성될 경우, 직류 전계에서 대전되는 전계(또는 전압)의 크기가 가변되도록 제 1내지 제 4스위치(#1~#4)를 순차적으로 온오프 시킴으로써 교류신호 형태가 발생되도록 한다.

신호처리부(40)는 측정부(30)에서 측정된 전압신호를 입력받아 증폭하고 신호처리하여 출력한다.

신호처리부(40)는 증폭기(42), 필터부(44), 차동부(46) 및 AD 변환부(48)를 포함한다.

증폭기(42)는 측정부(30)에서 입력되는 전압신호를 증폭하고, 필터부(44)는 로우패스 필터로 구성되어 증폭된 전압신호에서 고주파 노이즈를 제거한다.

차동부(46)는 필터부(44)에서 노이즈가 제거된 전압신호를 반전시켜 차동신호로 변환하여 측정된 전압신호를 아날로그 형태로 출력한다.

AD 변환부(48)는 필터부(44)에서 노이즈가 제거된 전압신호에 대해 제어부(50)에서 전계강도 형태로 계산하여 출력할 수 있도록 디지털신호로 변환하여 출력한다.

제어부(50)는 대전부(10)에서 대전되는 전극의 크기가 가변될 수 있도록 제 1내지 제 4전극(11~14)을 선택하기 위한 선택신호를 스위칭부(20)로 출력하고, 신호처리부(40)에서 출력된 측정데이터를 입력받아 전계강도로 계산하여 출력한다.

제어부(50)는 제 1내지 제 4전극(11~14) 중 선택된 전극의 크기 합이 설정주기 단위로 증감되도록 선택신호를 생성하여 출력한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1내지 제4전극(11~14)의 크기가 정수배의 크기로 구성될 경우, 순차적으로 제 1내지 제 4스위치(#1~#4)를 온오프 시키게 되면 대전부(10)에 대전되는 전체 크기가 순차적으로 가변된다.

그러나, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1내지 제 4전극(11~14)이 동일한 크기로 구성될 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 각 스텝에 따라 제 1내지 제 4스위치(#1~#4)를 누적하여 온오프 시키게 되면 대전부(10)에 대전되는 전계의 전체 크기가 순차적으로 가변된다.

즉, 제2스텝(S2)에서 제 1스위치(#1)만 온 시키고, 제 4스텝(S4)에서 제 1스위치(#1)와 제 2스위치(#2)를 온 시키게 되면 대전부(10)의 전체 크기는 2배로 증가하게 된다.

이와 같은 방식으로 누적하여 제 1내지 제 4전극(11~14)이 선택되도록 선택신호를 생성하여 출력함으로써 대전되는 전체 전계의 크기가 가변되도록 한다.

한편, 표시부(80)는 제어부(50)의 작동상태와 계산된 전계강도를 시각적 수단과 청각적 수단으로 표시한다.

즉, 제어부(50)에서 입력된 측정전압을 표시하거나, 계산된 전계강도를 표시할 수도 있고, 스위칭부(20)의 선택상태를 표시할 수도 있다.

아울러 전계강도에 따라 뇌운에 대한 경고음을 출력하여 위험성을 경고할 수도 있다.

또한, GPS 모듈(60)을 구비한 경우 직류 전계를 측정한 위치정보를 포함하여 표시할 수 있다.

데이터 저장부(70)는 제어부(50)에서 계산된 전계강도 및 제어부(50)에서 전계강도를 계산하기 위한 설정값 등을 저장할 수 있다. 이때에도 GPS 모듈(60)에 의해 위치정보가 입력될 경우 측정된 위치정보와 함께 저장할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 직류 전계 측정 장치에 따르면, 전계의 극성이 변하지 않고 일정한 형태를 갖는 직류 전계를 다양한 크기의 전극에 전하를 유도시키는 것에 의해 측정할 수 있어 보다 작은 크기로 저렴하게 제작할 수 있으며, 전극으로써 대전이 가능한 설비를 활용할 수 있어 보다 다양한 디자인과 저렴한 비용으로 직류 전계를 측정할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 대전부 11~14 : 제 1내지 제 4전극
20 : 스위칭부 30 : 측정부
40 : 신호처리부 42 : 증폭기
44 : 필터부 46 : 차동부
48 : AD 변환부 50 : 제어부
60 : GPS 모듈 70 : 데이터 저장부
80 : 표시부

Claims (8)

1. 다수개의 전극을 통해 선택적으로 전하를 유도하는 대전부;
   상기 대전부에 유도된 전하를 측정하는 측정부;
   선택신호에 따라 상기 대전부의 상기 다수개의 전극을 선택하여 상기 측정부와 접속되도록 스위칭하는 스위칭부;
   상기 측정부에서 측정된 전압신호를 입력받아 신호처리하여 출력하는 신호처리부; 및
   상기 다수개의 전극을 선택하기 위한 상기 선택신호를 상기 스위칭부로 출력하고, 상기 신호처리부에서 출력된 측정데이터를 입력받아 전계강도로 계산하여 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부의 작동상태와 계산된 상기 전계강도를 표시하기 위한 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부에서 계산된 상기 전계강도와 설정값을 저장하는 데이터 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 위치를 측정하여 위치정보를 상기 제어부에 제공하는 GPS 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 다수개의 전극 중 선택된 전극의 크기 합이 설정주기 단위로 증감되도록 상기 선택신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 다수개의 전극은 각각 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 다수개의 전극은 각각 기준크기로부터 상기 기준크기의 정수배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 신호처리부는 상기 측정부에서 측정된 상기 전압신호를 증폭하는 증폭기;
   상기 증폭기를 통해 증폭된 상기 전압신호에서 노이즈를 제거하기 위한 필터부;
   상기 필터부에서 노이즈가 제거된 상기 전압신호를 차동신호로 변환하여 출력하는 차동부; 및
   상기 필터부에서 노이즈가 제거된 상기 전압신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 AD 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전계 측정 장치.

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