KR20160098282A - 원자력 발전소용 전송 시스템과 그 방법 - Google Patents

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세바스티안 랑구스
이리나 얀케
위르겐 덴너라인
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아레바 게엠베하
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Abstract

본 발명은 방사선이 노출된 구역을 구비한 핵 시설, 특히 컨테인먼트(6)를 구비한 원자력 발전소(2)용 신호 전송 시스템에 관한 것이며, 이러한 신호 전송 시스템은,
- 방사선이 노출된 구역 내에서는 해당 센서(8)를 통해 제공되는 아날로그 측정값(K)을 PWM-신호(D)로 변환을 위해 변조기(26)가 배열되어 있으며,
- 방사선이 노출된 구역 외부에는 PWM-신호(D)로부터 측정값(K)을 재구성하기 위한 복조기(38)가 배열되어 있으며,
- 방사선 경화, 바람직하게는 아날로그 회로 기술에서 구현된 변조기(26) 및 측정 표준화(18), 톱니파 발생기(14)와 비교기(16)를 포함하며,
- 복조기(38)는 비교기(16)의 출력부와 전기적으로 분리된 신호 전송 라인(34)을 통해 변조기(26)와 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

원자력 발전소용 전송 시스템과 그 방법{TRANSMISSION SYSTEM FOR A NUCLEAR POWER PLANT AND ASSOCIATED METHOD}
본 발명의 대상은 협의의 의미에서 핵시설, 특히 원자력 발전소용 전송 시스템에 관한 것이다.
이러한 전송 시스템의 경우 비교적 높은 방사선 노출(radiation exposure)이 잠재된 열악한 조건에 있는 컨테인먼트(containment)로도 불리는 원자로 격납고 내에서 적어도 하나의 센서가 측정값을 측정하고, 상기 컨테인먼트로부터 가이드 된 데이터 전송 라인을 통해 상기 컨테인먼트 외부에 약간 떨어져 고정된 측정장치로 측정값이 전송된다. 광의의 의미에서 전송 시스템은 또 다른 산업 부문(및 연구 기관) 및 분야에서도 사용될 수 있으며, 이 경우 특히 고 이온화 방사선(high ionizing radiation)에 노출될 수 있는 제1 시설물 구역으로부터 공간적으로 분리되어 있으며, 방사선이 적게 노출된 시설물 구역으로 신호를 확실하게 전송하기 위해 높은 대역폭을 갖는 신호 전송이 필요할 수 있다.
본 발명의 목적은 전술한 조건하에서 가능하면 단순한 수단을 통해 먼 거리까지 측정 신호의 간섭 없는 광대역 전송을 제공하는 것이다. 또한, 전술한 것에 대응하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 장치와 관련된 본 발명의 상기 목적은 청구항 1항의 특징부를 통해 해결된다. 본 발명에 따른 방법과 관련된 본 발명의 상기 목적은 청구항 7항의 특징부를 통해 해결된다.
간단하게 설명하면, 펄스 폭 변조기(pulse width modulation)의 기본 원리에 기반을 두고 있는 절연 증폭기에는 데이터 전송 라인을 통해 전송된 출력 신호와 센서 입력 신호의 전기적 분리(galvanic isolation)가 실시되며, 이를 위해 필요한 변조기(modulator)는 데이터 전송 라인에 배치되어 있으며 컨테인먼트 내부에 있는 전송 구간의 입구 측에 배열되어 있고, 복조기(demodulator)는 상기 컨테인먼트 외부의 전송 구간 출구 측에 배열되어 있다. 상기 복조기는 상기 컨테인먼트의 내부, 예를 들어 방사선 노출에 맞게 차폐된 링 공간에 배열될 수도 있다. 무엇보다 이온화 방사선이 많게 존재하는 구역으로부터 이온화 방사선이 적거나 또는 이온화 방사선이 없는 구역으로 신호를 간섭 없이 전달하는 것이 바람직한 목표다. 높은 광대역을 갖는 아날로그 신호는 고해상도의 아날로그-디지털 직접 변환을 위해 고 이온화된 상태에서 전기적으로 분리되어 있으며, 원전 사고 발생시 방사능에 노출된 시설물 구역으로부터 안전한 시설물 구역으로 전송된다.
달리 표현하면, 일정하게 증가하는 비교 전압과 조절된 측정값의 아날로그 비교를 통해 측정값은 두 개의 바이너리(binary) 상태를 갖는 신호로 변환된다. 측정 또는 측정값의 진폭은 상기와 같이 변환된 바이너리 신호(binary signal)의 시간 거동에 따라 재생된다. 성공적인 전기적 분리 이후 높은 시간 해상도(temporal resolution )를 갖는 신호는 원거리로 원거리로 연속적으로 전송될 수 있다.
핵 분야에서 바람직하게는 적합한 전송 프로토콜(예를 들어, 시분할 다중 방식(time division multiplex method) 또는 진폭 변조(amplitude modulation) 및 주파수 변조(frequency modulation)와 같은 다중 방식(multiplex method) 또는 변조 방식(modulation method))의 경우 신호 라인과 함께 컨테인먼트 관통구가 절약될 수 있다.
본 발명으로 달성된 장점은 특히 다음과 같이 특징 될 수 있다:
1. 방사선 경화 실시
시중에서 판매되고 있는 다양한 제조업자의 절연 증폭기(isolation amplifier)와 반대로 본 발명에 따른 전송 시스템 내에 제공된 디지털 증폭기(digital amplifier)는 신뢰성 증가와 함께 이온화 방사선에 대해 최적화되어 있다.
방사선 경화는 바람직하게는 누적적(cumulative)으로 사용되는 다음의 세 가지 기본 원칙에 근거를 두고 있다.
- 방사선에 노출된 전자 회로의 동작점(operation point)은 방사선이 노출된 상태에서 수명 증가를 위해 최적화 및 전술한 것에 맞게 설비된다. 이를 위해, 신뢰성 분석 또는 기술 신뢰성에 근거를 둔 이미 입증된 사상과 기준이 소급될 수 있다. 그러한 영향을 가능하게 하는 구체적인 부품 매개 변수는 예를 들어 회로의 작동 온도, 공급 전압, 입력 전압, 출력 전압, 출력 전류 강도 및 기계적 전위 프로파일이다. 방사선 경화의 이러한 방식은 영어로 "hardening by circuit design"으로 표기된다.
- 작동 상태를 적합하게 (원격)조절함으로써 방사선으로 인해 야기되었거나 또는 불가피한 동작점 이동이 트랜지스터 층에 미치는 해로운 영향이 감소 될 수 있다. 물리적 효과에 바탕을 둔 보상 효과는 시스템 층에서 활성화된다. 이와 관련된 구체적 조치는 예를 들어 전압 공급 장치의 스위치 온-오프, 작동 전압 증가 또는 감소, 전압 승압 또는 전압 저감, 역방향 작동 전압/작동 전압의 극성 및/또는 작동 온도 상승 또는 작동 온도 감소를 포함한다. 방사선 경화의 이러한 방식은 영어로 "hardening by system design"으로 표기된다.
- 방사선 경화는 적합한 제조 기술 선택을 통해 실시될 수도 있다. 예를 들어 SiGe, GaAs, SiC와 같이 비교적 넓은 밴드 갭(band gap)을 갖는 반도체는 높은 활성화 에너지(activation energy) 때문에 방사선 내구성이 내재 되어 있으며, 상기 활성화 에너지는 원자 격자(atom grid) 파괴를 위해 필요한 것이다. 이것은 60 내지 150nm의 구조물 치수를 갖는 반도체 제조 공정에도 해당한다. 방사선 경화의 이러한 방식은 영어로 "hardening by technology"로 표기된다.
2. 전환 측정 입력
단지 제한된 수량만 전환 가능한 입력 신호에 제공된 공지된 절연 증폭기와 달리 변조기의 시스템 보드(system board) 위에 삽입된 표준 증폭기로 인해 다량의 신호가 아날로그 인터페이스에서 전환될 수 있다. 이로 인해, 일반적인 싱글 엔드형(single-ended) 입력 전압 및 입력 전류와 함께 충전, 저항(resister), 주파수 등을 위한 싱글 엔드형 입력 채널뿐 아니라 차등 엔드형(differential-ended) 입력 채널이 제공될 수 있다. 마찬가지로, 입력 구역(input area)을 전형적인 인터페이스 값의 외부에 사용하는 것도 가능하다.
3. 변조기와 복조기의 공간적 격리
시중에서 구입할 수 있는 절연 증폭기의 대부분은 공간 이득(space gain)을 위해 최적화되어 있다. 전기적으로 절연된 전송 구간을 위한 변조기와 복조기는 하우징(housing)에 놓여 있다. 본 발명에 따른 시스템에서 변조기와 복조기의 공간 격리로 인해 높은 전자기 간섭이 있는 주변 환경에서 아날로그 신호를 아날로그 부품을 이용하여 변환하고, 이러한 신호는 증폭 디지털 및 아날로그 타임 코드(펄스 폭 변조기, 축약해서 PWM)된 가장 간섭을 받지 않는 형태로서 예를 들어 수백 미터에 이르는 긴 구간을 지나 전송될 수 있다.
4. A/D 직접 변환 가능성
변속기에서 증폭 디지털(즉, 증폭의 단지 두 논리적 상태만 가능) 출력으로 인해 가능한 것은 톱니파(saw tooth wave)의 지속 시간과 관련하여 PWM-신호의 펄스 지속 시간을 정확하게 시간 측정(예를 들어, 카운팅 방식)함으로써 표준화된 측정값(K)의 증폭 값이 디지털 형태로 직접 전달될 수 있다는 것이다. 종래의 절연 증폭기에서는 아날로그 출력 신호를 아날로그/디지털-변환기(ADC)를 사용하여 다시 디지털화하는 것이 불가피 했다. A/D 직접 변환으로 인해 이온화된 방사선의 영향에 대해 최적화된 변환기가 제공되는 것이다.
5. 다수의 절연 증폭기에 대한 동시적 샘플링
여러 변속 단계의 동시적 트리거링(triggering)을 통해 기준 시간에 영향을 주는 부품의 오차가 제거될 수 있다. 이로 인해, 디지털 데이터(항목 4 참조)로 직접 변환시 삼각 측정(triangulation)을 통한 포지셔닝 기능(posioning function)이 제공될 수 있다. 종래의 아날로그/디지털-변환기에서 동시적 샘플링은 일반적으로 우회적인 수단으로만 가능했다.
6. 신호 다중화 가능성
변조기와 복조기 사이에서 실시되는 원거리 증폭 디지털 전송에 바탕을 둔 단순한 회로 기술로 인해 다수의 채널을 싱글 접속 라인에 신호를 전달하는 것이 가능하다(예를 들어, 증폭 변조, 주파수 변조, 시분할 다중 방식). 이것은 기본적으로 아날로그 신호에서도 마찬가지로 가능하지만, 성능과 광대역 손실이 초래된다. 이를 위해 필요한 아날로그 회로 기술은 복잡하고 비용이 많이 소요될 뿐 아니라, 오류가 발생할 수도 있다. 기존 라인(예를 들어, 기존의 전선, AC 또는 DC)에서 이루어지는 변조는 본 발명에 따른 디지털 절연 증폭기의 증폭 디지털 신호로 매우 용이하게 실시되고, 아날로그 신호보다 더 큰 광대역으로 가능하다.
본 발명의 실시 예는 아래의 도면을 통해 상세하게 설명된다. 상기 도면은 매우 단순하고 개략적으로 설명된다:
도 1은 디지털 절연 증폭기를 이용하여 측정 신호를 간섭 없이 광대역으로 원거리를 지나 전송하는 원자력 발전소용 전송 시스템을 도시하고 있으며,
도 2는 도 1에 따른 절연 증폭기에서 발생 되었거나 또는 처리된 서로 다른 신호의 시간에 따른 레벨 거동을 그래프로 도시하고 있으며,
도 3은 도 1에 따른 전송 시스템의 변경된 형태를 도시하고 있다.
동일하거나 또는 동일하게 작용하는 구성 요소 또는 신호는 모든 도면에서 동일한 도면부호로 기재된다.
도 1은 원자력 발전소(2)의 단면도를 도시하고 있으며, 상기 원자력 발전소에서 금속 및/또는 콘크리트로 구성된 컨테인먼트 격납고(4)는 장애 발생시 이온화 방사선에 집중적으로 노출될 수 있는 공간을 감싸고 있다. 컨테인먼트(6) 내부의 중요한 작동 매개 변수 및 상태 매개 변수를 감시하기 위해 상기 컨테인먼트 안에는 적어도 하나의 장애 방지 센서(8)가 설치되어 있으며, 상기 장애 방지 센서는 중간 전송 시스템을 통해 측정 데이터를 외부에 배치된 측정 시스템(10)으로 전송한다.
센서(8)는 물리적 인자(예를 들어, 압력, 온도, 방사선 등등)를 측정하며, 그러한 물리적 인자는 전기 신호로서 아날로그 측정 값(K)의 형태로 제공된다.
전송될 측정값의 센서 측정 및 처리 과정은 상기 컨테인먼트(6) 내부에서 사각형 박스 형태로 암시된 측정값 수신 모듈 및 전송 모듈에서 실시되며, 상기 모듈은 전위(1)에 제공되어 있다.
톱니파 발생기(14)에서는 시간 축 직진성으로 증가한 전압이 정전류원(constant current source)을 통해 충전된 정전 용량으로 생성되며, 이러한 전압은 주기(T)에 따라 0V로 비약적으로 리셋된다. 시간 기능으로서 이러한 톱니파(B)의 진행 과정은 다른 신호 레벨과 함께 도 2에 도표로 도시되어 있으며 다음에서 계속해서 설명될 것이다.
주기적으로 진행되면서 단계적으로 상승한 이러한 톱니파 전압은 높은 정확성을 갖는 비교기(16)를 통해 일시적인 측정값과 유사 비교되며, 이러한 일시적인 측정값은 사전에 전압 신호로 전환 및 T에 도달하고 난 후 생성된 톱니파 전압의 최대 최종 값으로 표준화된 것이다.
아날로그 측정값(K)의 표준화는 표준 증폭기(18)를 통해 실시되며, 상기 표준 증폭기는 센서(8)를 위해 필요한 측정 증폭기((20), 전압, 전류, 충전, 주파수, 저항값, 싱글 또는 차등 엔드 방식)의 출력 값으로부터 비교기(16)를 위해 필요한 전기값으로 변환한다.
측정값 표준화를 위해 필요한 회로는 바람직하게는 확정된 값과 연결 설정을 포함하며 교체 가능하고, 록킹 가능하며 특히 삽입될 수 있는 어셈블리로서 실시되며, 이것은 입력 신호의 확실한 안정성을 보장하기 위한 것이다.
측정 사이클 초반에 처리될 표준화된 아날로그 측정값(A)은 측정 시간(T)을 위해 Sample & Hold-회로(22)를 이용하여 중간 저장되며(저장된 일시적 값(C)), 이것은 빠르게 변하는 신호로 인해 발생할 수 있는 오류를 최소화하기 위한 것이다. 상기 Sample & Hold-회로(22)는 펄스 발생기(24)를 통해 작동 유발되며, 상기 펄스 발생기는 상기 톱니파 발생기(14)도 작동 유발시킨다. 상기 펄스 발생기(24)는 외부에 배치된 클록 발생기(40)를 통해 작동 유발되고/동기화 된다(하단 참조).
시간(T1)(비교 시점(E)) 이후에 생성된 톱니파(B)의 레벨이 표준화되어 중간 저장된 비교 전압(C)에 도달하거나 또는 약간(최소한도로) 상승할 경우, 상기 비교기(16)는 출력 레벨을 논리 레벨(logical level)로부터 비-등가성 논리 레벨로 변화시킨다.
이러한 방식으로 바이너리 출력 신호(D)가 생성되며, 상기 바이너리 출력 신호는 펄스 폭 변조된 신호(PWM-신호)로서 제공된다. 변조를 위한 구성 요소로서 Sample & Hold-회로(22), 톱니파 발생기(14) 및 전술한 것에 속하는 펄스 발생기(24) 및 아날로그 비교기(16)는 전체적으로 변조기(26)로 불리며, 전송 회로의 전송 모듈의 일부에 해당한다.
비교기(comparator)의 출력부에 있는 증폭 바이너리 출력 신호(D)는 측정값의 전위와 적합한 상호 결합(예를 들어, 시각, 용량 또는 변환적 신호 전송기)을 통해 고-절연된 상태에서 전기적 분리부(28)를 통해 분리된다. 상기 전기적 분리부(28)는 신호 분리와 공급 전압의 확실한 분리와 관련된 구체적 실시 예에 따라 바람직하게는 다수의 kV에 이르기까지 지속적으로 실시된다.
이렇게 전기적으로 분리된 PWM-신호(J)는 - 예를 들어 차등으로 실시된 전압 신호로서, 전류 루프(current loop), 주파수 변조(FM), 진폭 변조(AM), 위상 변조(PSK)를 지나 - 수백 미터 길이의 비교적 긴 전송 구간을 지나 전위(3)를 갖는 전송 모듈 및 측정 모듈에서 덜 이온화된 방사선 구역에 있는 컨테인먼트(6) 외부에 배열된 논리 해독기 쪽으로 간섭 없이 적합한 형태로 전송된다. 이를 위해, 신호 전송 라인(34)은 컨테인먼트 격납고(4)에 있는 관통구(36)를 통해 적합한 방식으로 뻗어 있다. 바람직하게는 신호대 잡음비(signal-to-noise-ratio)를 최대화하고 전자기 간섭을 최소화하기 위해 전송은 한 쌍의 차등 신호 형태로 실시된다.
가능하면 손실 없이 완벽하게 전송하기 위해, 변조기 측 전송 증폭기의 출력 임피던스(output impedance)를 사용된 신호 전송 라인(34)의 파동 임피던스(wave impedance) 및 논리 해독기의 입력 임피던스에 일치시키는 것이 필요하다.
전술한 것처럼, PWM-신호(D)는 성공적인 전기적 분리 이후에 전압 신호, 전류 신호 또는 광학 신호로서 전송될 수 있다. 처음에 언급된 두 가지 경우에서 신호 전송 라인(34)은 예를 들어 동 케이블(copper cable)을 통해 실시될 수 있다. 이와 반대로, 상기 광학 신호는 바람직하게는 고분자 섬유 케이블 또는 유리 섬유 케이블을 통해 전송되며, 석영 유리로 구성된 섬유는 일반적으로 강력한 방사선 내구성을 구비하기 때문에 여기서 소개된 용도에 바람직하다. 신호 전달의 선택된 유형에 따라 특히 필요한 것은 각각의 변조기(26)를 변경하거나 또는 회로에 적합하게 매체 변환기(media converter)에 필요한 기능을 보완하는 것이다. 상기 매체 변환기는 네트워크 구역에서 사용된 장치, 서로 다른 매체(예를 들어, 동, 광학 섬유 케이블)의 네트워크 세그먼트를 서로 결합하고, 전송된 데이터를 하나의 매체로부터 다른 매체로 물리적으로 변환시킨다. 멀티 플렉서(47)를 사용할 때 상기 매체 변환기는 상기 멀티 플렉서(multiplexer)에 내장될 수도 있다.
바람직한 실시 형태에 따라 광학 신호 전송이 실시되며, 이를 위해 필요한 매체 변환기는 바람직하게는 레이저 다이오드를 통해 전송기 측에 제공된다. 상기 레이저 다이오드는 사용이 입증된 것으로 간주 될 수 있으며, 비교적 높은 방사선 내구성을 갖는다. 몇 년 전부터 적합한 섬유 광학 전송 케이블이 제공되고 있으며, 상기 섬유 광학 전송 케이블은 방사선 노출(감마선, 중성자선)이 심한 주변 환경에서 사용하기에 적합하다. 펄스 전송 때문에 많은 방사선에 노출된 상기 레이저 다이오드의 손상 정도는 감소한 발광 효율 또는 광원의 광 출력으로 대처 될 수 있으므로 다른 기술에 비해 신호 전송 시스템이 효과적으로 작용할 수 있으며 수명도 현저하게 증가한다. 상기 광학 신호 전송의 또 다른 장점은 우수한 전기적 분리와 전자 방해(영문표기: electromagnetic interference, EMI)에 대해 민감하게 반응하지 않는다는 것이다. 광학 전송 케이블은 핵 시설 내에서 서로 다른 접지점의 전위 손실을 억제한다.
상기 논리 해독기 내에는 시간 거동에 따라 코드화 및 표준화된 증폭 값이 재생되며, 본래의 물리적 측정값에 비례하는 출력 값으로 재-표준화는 또 다른 측정을 위해 실시되거나 경우에 따라 필터링 된다. 이를 위한 구성 요소는 축약해서 복조기(38)로 표현된다.
해독(decoding)은 아날로그 방식으로 실시되며, 재구성된 아날로그 측정값은 측정 시스템(10)으로 전달될 수 있다.
재구성을 위한 또 다른 가능성은 PWM-신호의 펄스 지속 시간의 시간 측정을 디지털 구성 요소(예를 들어, CPLD; FPGA; DSP; ASIC; 디지털 측정 카드;...)를 통해 직접적으로 고해상도로 측정하는 것이며, 이것은 톱니파(B)의 불변하는 주기(T)와 직접적인 연관성 속에서 표준화된 측정값(A)과 비례하며, 마찬가지로 재-표준화 및 필터링 될 수 있다.
이러한 디지털 값이 컨테인먼트(6) 내에서, 바람직하게는 이온화 방사선이 상대적으로 적은 구역에서 형성될 경우, 디지털 버스(digital bus) 및 다중 방식을 수단으로 다수의 신호가 몇몇 관통구를 지나 외부 측정 시스템으로 전달될 수 있다.
사인 곡선 형태의 신호를 손실 없이 재구성하기 위해 필요한 나이퀴스트-샤논 샘플링(nyquist-shannon-sampling) 이론에 따른 샘플링 주파수는 최대로 발생한 측정값의 주파수에 두 배에 달한다. 샘플링 주파수의 지속적 증가(과-샘플링, 영문 표기: over sampling)로 인해 아날로그 또는 디지털 추가 필터링시 발생하는 간섭 신호를 목표 샘플링 주파수 초과로 최소화 하거나(아날로그) 또는 제거할 수 있다(디지털). 따라서 톱니파(B)의 주파수(주기(T)의 역수(reciprocal))는 아날로그 한계 주파수의 4배(바람직하게는 2의 거듭제곱)에 해당하는 표준 증폭기 초과여야 한다.
삼각 측정 원칙에 따른 포지셔닝 기능을 위해 필요한 서로 다른 측정 지점의 서로 다른 복수의 측정값을 시간적으로 동시에 변환하는 것은 절연된 상태로 공급된 동시적인 트리거 펄스를 통해 초반 톱니파를 위한 공통의 클록 발생기(40)로부터 임의적 수량(작동 단계 및 펄스 변형에 따라)의 변환 회로로 실시될 수 있다. 공통의 클록 신호를 각각의 어셈블리로 분배하는 것은 바람직하게는 트리 구조(tree structure)로 제조된(클록-트리) 소위 클록-분배 네트워크를 통해 실시된다.
도 1은 기능적으로 유사하게 구성된 두 개의 측정값 수신 모듈 및 전송 모듈을 개략적으로 도시하고 있으며, 그러한 모듈 가운데 하나의 모듈은 모듈에 의해 측정된 물리적 값과 관련하여 제1 전위에 배치되고, 또 다른 모듈은 일반적으로 전술한 것과 다른 제2 전위에 배치된다. 두 개의 모듈은 각각 상기 모듈에 배열되어 있으며 측정 입력부 및 공급 전압과 전기적 분리를 통해 분리된 고유한 전송 구간(전송 라인(34))를 통해 PWM-코드화된 측정 신호를 상기 모듈에 배열된 고유한 논리 해독기로 전송하며, 상기 논리 해독기에는 신호 증폭 재생을 거쳐 재-표준화 및 필터링이 실시된다. 해독 회로는 공통 측정 시스템(10)의 입력부와 출력부 측으로 연결되어 있다. n = 3, 4, ... 측정 신호의 일반화도 가능하다. 동일한 종류의 서브 시스템(sub system)과 상기 서브 시스템의 각각의 구성 요소는 대시 선을 통해 도면부호 8, 8', 8''로 서로 구분되어 있다.
분리된 전송 구간 대신, 전술한 것처럼 중간에 위치한 멀티 플렉서(47)를 통해 전송 구간의 입력 측 및 경우에 따라 디멀티 플렉서(48)(선택적으로 측정 시스템(10)에 내장될 수도 있다)를 통해 출력 측에 직렬 인터페이스의 원리에 따른 각각의 신호 전송 라인(49)이 다목적 이용을 위해 제공될 수 있다. 이와 같이 변경된 시스템은 도 3에 개략적으로 도시되어 있다.
컨테인먼트(6)의 외부에 배열된 공통 클록 발생기(40)는 트리 형태로 각각의 스트랜드(strand)로 분지 된(경우에 따라, 적은 상 위치 편차를 갖는 적합한 전자 신호 분배기를 통해 [Jitter], 계단식으로 형성됨) 클록 라인(42)을 통해 각각의 측정값 수신 모듈과 전송 모듈의 펄스 발생기(24)를 동시에 조절할 수 있다. 이러한 모듈에 상기 클록 라인(42)을 연결하는 것은 측정 신호 디커플링시 전기적으로 분리되는 것과 유사하게 대응하는 광학 신호 변압기, 전기 용량 신호 변압기 또는 변환(근접) 신호 변압기(전기적 분리(46), 도 1 참조)를 통해 실시된다.
이온화된 방사선이 분포된 주변 환경과 관련하여 반도체 부품에 대해 특별한 요구는 그러한 조건하에서 작동의 신뢰에 근거를 두고 있는 제조 기술 - 예를 들어, 갈륨 비소(GaAs), 질화 갈륨(GaN), 탄화 규소(SiC) - 의 확고한 선택에 좌우된다. 이것은 특히 컨테인먼트(6) 내에서 일반 작동과 장애 발생시 이온화 방사선이 많이 노출된 구역에 있는 모든 구성 요소에 해당한다.
2 원자력 발전소
4 컨테인먼트 격납고
6 컨테인먼트
8 센서
10 측정 시스템
14 톱니파 발생기
16 비교기
18 표준 증폭기
20 측정 증폭기
22 sample & hold-회로
24 펄스 발생기
26 변조기
28 전기적 분리부
34 신호 전송 라인
36 관통구
38 복조기
40 공통 클록 발생기
42 클록 라인
46 전기적 분리부
47 멀티 플렉서
48 디멀티 플렉서
49 공통 신호 전송 라인
A 아날로그 측정값(표준)
B 톱니파
C 아날로그 저장된 A의 일시적 값
D 디지털 PWM-출력 신호
E 비교 시점
F 톱니파 역류
G 톱니파 주기
H PWM-신호의 펄스 주기
I PWM-신호의 펄스 휴지기
J 전기적으로 분리된 PWM-신호
K 아날로그 측정값(표준화되지 않음)

Claims (8)

  1. 방사선에 노출된 영역을 구비한 핵 시설, 특히 컨테인먼트(6)를 구비한 원자력 발전소(2)용 신호 전송 시스템에 있어서,
    - 방사선이 노출된 구역 내에서는 해당 센서(8)를 통해 제공되는 아날로그 측정값(K)을 PWM-신호(D)로 변환을 위해 변조기(26)가 배열되어 있으며,
    - 방사선이 노출된 구역 외부에는 PWM-신호(D)로부터 측정값(K)을 재구성하기 위한 복조기(38)가 배열되어 있으며,
    - 방사선 경화, 바람직하게는 아날로그 회로 기술에서 구현된 변조기(26) 및 측정값 표준화(18), 톱니파 발생기(14)와 비교기(16)를 포함하며,
    - 복조기(38)는 비교기(16)의 출력부와 전기적으로 분리된 신호 전송 라인(34)을 통해 변조기(26)와 연결되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    지속 시간과 관련하여, 특히 카운팅 방식을 통해 펄스 지속 시간의 정확한 시간 측정에 근거를 둔 아날로그/디지털-변환기는 아날로그 타임 코드된 PWM-신호를 디지털 값으로 변환하기 위해 신호 전송 라인(34)에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 신호 전송 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공지된 방식으로 구성되어 상호 작용하는 다수의 변속기(26, 26')와 복조기(38, 38')를 구비하며, 공통 클록 발생기(40)는 변속기(26, 26')의 동시적 트리거를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    멀티 플렉서(47)는 전기적으로 분리된 PWM-신호(J)의 다수의 신호를 공통 신호 전송 라인(49)을 통해 전송하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 신호 전송을 포함하며, 신호 전송 라인(34)은 바람직하게는 석영 유리로 구성된 섬유를 구비한 섬유 광학 케이블로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 신호 전송 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    다수의 레이저 다이오드를 구비한 매체 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 시스템.
  7. 핵 시설, 특히 원자력 발전소(2)의 컨테인먼트(6)에서 방사선이 노출된 구역으로부터 외부에 있는 측정 시스템(10)으로 측정값(K)을 전송하기 위한 방법에 있어서,
    - 방사선이 노출된 구역 내에서 센서(8)에 의해 측정되며, 아날로그 전기 측정값(K)으로 변환되는 물리적 인자는 아날로그 회로 기술을 포함하는 변속기(26)에서 톱니파(B)와 비교를 통해 PWM-신호(D)로 변환되며,
    - PWM-신호(D)는 변속기(26)의 측정 입력부가 전기적으로 분리되고 난 후 신호 전송 라인(34)을 통해 방사선이 노출된 구역으로부터 외부에 배열된 복조기(38) 방향으로 전송되며,
    - 복조기(38)에서는 수신된 PWM-신호(J)로부터 측정값(K)이 재구성되고, 측정 시스템(10)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    다중 방식, 특히 시분할 다중 방식에서 다수의 PWM-신호(J)가 공통 신호 전송 라인(49)을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
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