KR20170100021A - 전기 도체를 위한 표면 탄성파(saw) 기반 온도 감지 - Google Patents

Abstract

전력 케이블(10)의 전기 도체(31)의 온도를 직접적으로 감지, 측정, 또는 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. 위에 트랜스듀서(20T)가 배치되어 있는 기판(20S)을 포함하는 표면 탄성파(SAW) 온도 센서(20)가 사용된다. 트랜스듀서(20T)는 전자기 신호와 기판(20S) 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 수행한다. SAW 신호가 전기 도체(31)의 온도에 따라 변하도록, 기판(20S)의 적어도 일부분이 전기 도체(31)와 열접촉하게 배치된다.

Description

전기 도체를 위한 표면 탄성파(SAW) 기반 온도 감지

본 발명은 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템들에 관한 것이고, 구체적으로는, 적어도 (반)도전층에 엔클로징되는(enclosed) 전기 도체, 예를 들면, 전력 분배 시스템의 전기 전력 케이블의 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템들에 관한 것이다.

중전압 및 고전압 전력 분배 시스템들은 현대 사회에서 중요한 역할을 한다. 전력 분배 시스템의 "건전성(health)"에 대해서는, 안전성 및 보안성이 항상 중요한 인자들이다. 따라서, 전력 분배 시스템의 "건전성"의 모니터링을 가능하게 하는 기술이 존재해야만 한다.

중전압 또는 고전압 전력 분배 시스템과 같은 전력 분배 시스템에서, 전기 케이블들의 도체들의 온도는, 케이블들에 의해 전달되는 전류들이 증가함에 따라 증가할 수 있다. 따라서, 이러한 시스템의 "건전성"은, 예를 들면, 이러한 시스템에서 취약 지점들일 수도 있는 케이블 접속부(splice)들 또는 접합부(junction)들에서, 온라인 전기 도체의 온도를 모니터링하는 것에 의해 평가될 수 있다. 일반적으로, 케이블 접속부들 또는 접합부들을 통해 흐르는 보통의 전류들은, 예를 들면, 약 90 ℃까지의 온도를 생성할 수 있다. 케이블 접속부들 또는 접합부들의 온도들이 90 ℃ 넘게 증가했다면, 그것은, 이 전력 분배 시스템에서 무언가가 잘못될 수도 있다는 표시일 수 있다. 한편, 기존의 전력 분배 시스템이 최대 전류 용량(maximum current carrying capacity)에 있는지를 아는 것, 추가적인 전력이 기존의 시스템을 이용하여 신뢰성 있게 분배될 수 있는지를 아는 것, 또는 추가적인 인프라 비용(additional infrastructure expenditure)들이 필요한지를 아는 것이 또한 유용하다.

예를 들어, 중전압 또는 고전압 전력 분배 시스템들에서 온라인 전력 케이블들뿐만 아니라 케이블 접속부들 및 접합부들은 전형적으로 다수의 절연성 및 (반)도전성 층들에 의해 절연 및 보호되며 그리고/또는 일반적으로 지하에 매립되든지 또는 상공에 높게 위치된다. 온라인 전기 도체의 온도를, 예를 들면, 케이블 접속부들 또는 접합부들에서 직접적으로 모니터링 또는 측정하고자하는 바람이 존재한다.

간략하게, 일 양태에서, 본 개시는 전력 케이블의 전기 도체의 온도를 직접적으로 감지, 측정, 또는 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들을 기술한다. 본 명세서에 기술된 일부 실시 형태들은 전기 도체와 열접촉(thermal contact)하고 있는 표면 탄성파(SAW) 온도 센서를 제공한다. SAW 온도 센서는 무선 신호를 수신하기 위한 안테나를 포함한다. 수신된 신호는 전기 도체의 온도에 따라 변할 수 있는 SAW 신호로 변환될 수 있다. 전기 도체의 온도는 SAW 신호를 측정함으로써 감지, 측정, 또는 모니터링될 수 있다.

일 양태에서, 적어도 (반)도전층에 엔클로징되는 전기 도체의 온도를 감지하기 위한 온도-감지 장치가 제공된다. 장치는 주표면(major surface)을 갖는 기판을 포함하는 표면 탄성파(SAW) 온도 센서, 기판의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서(transducer), 및 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 하나 이상의 안테나들을 포함한다. 하나 이상의 안테나들은 전자기 신호를 수신 또는 송신하도록 구성되고, 트랜스듀서는 전자기 신호와 기판의 주표면 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 행하도록 구성된다. SAW 온도 센서의 기판의 적어도 일부분은 전기 도체와 열접촉하게 배치되고, SAW 신호는 전기 도체의 온도에 따라 변한다.

다른 양태에서, 전기 케이블 어셈블리는 전기 도체, 전기 도체를 엔클로징하는 (반)도전층, 및 온도-감지 장치를 포함한다. 온도-감지 장치는 주표면을 갖는 기판을 포함하는 표면 탄성파(SAW) 온도 센서, 기판의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서, 및 트랜스듀서에 전기적으로로 연결된 하나 이상의 안테나들을 포함한다. 하나 이상의 안테나들은 전자기 신호를 수신 또는 송신하도록 구성되고, 트랜스듀서는 전자기 신호와 기판의 주표면 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 행하도록 구성된다. SAW 온도 센서의 기판의 적어도 일부분은 전기 도체와 열접촉(thermal contact)하게 배치되고, SAW 신호는 전기 도체의 온도에 따라 변한다. SAW 온도 센서는 전기 도체와 (반)도전층 사이에 배치되고, (반)도전층에 의해 엔클로징된다. (반)도전층은 하나 이상의 센서 안테나들의 전자기 신호가 그것을 통과할 수 있게 하면서, 전기 도체에 의해 전달되는 전력에 대한 전자기 차폐를 제공하도록 구성된다.

또 다른 양태에서, 적어도 (반)도전층에 엔클로징되는 전기 도체의 온도를 감지하는 방법이 제공된다. 본 방법은 표면 탄성파(SAW) 온도 센서를 제공하는 단계를 포함한다. SAW 온도 센서는 주표면을 갖는 기판, 기판의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서, 및 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 하나 이상의 안테나들을 포함한다. 하나 이상의 안테나들은 전자기 신호를 수신 또는 송신하도록 구성되고, 트랜스듀서는 전자기 신호와 기판의 주표면 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 행하도록 구성된다. 본 방법은, SAW 신호가 전기 도체의 온도에 따라 변하도록 기판의 적어도 일부분을 전기 도체와 열접촉하게 배치하는 단계, SAW 온도 센서의 하나 이상의 안테나들과 전자기 통신하도록 구성된 트랜시버(transceiver) 유닛을 제공하는 단계, 트랜시버 유닛과 하나 이상의 안테나들 사이의 전자기 통신을 통해, 전기 도체의 온도에 따라 변하는 SAW 신호를 검출하는 단계, 및 검출된 SAW 신호에 근거하여 전기 전송 라인의 온도를 결정하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 예시적인 실시 형태에서 다양한 예상치 못한 결과 및 이점이 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시 형태의 하나의 그러한 이점은, 본 명세서에서 사용되는 일부 수동 SAW 온도 센서들은 기밀하게 밀봉되어, 혹독한 온도 환경들에서도, 디바이스의 메카닉에 있어서 외부적인 물리적 응력 또는 변화 없이 정확한 온도 측정을 제공한다는 것이다. 추가로, 본 명세서에 기술된 실시 형태들은 수동 SAW 온도 센서들이 외부, 원격 트랜시버 유닛과 효율적인 전자기 통신을 할 수 있게 한다.

예시적인 실시 형태의 목록

예시적인 실시 형태가 하기에 양태들로서 열거된다. 실시 형태 1 내지 실시 형태 14 및 실시 형태 15 내지 실시 형태 17 중 임의의 실시 형태가 조합될 수 있음이 이해되어야 한다.

실시 형태 1은 적어도 (반)도전층에 둘러싸이는 전기 도체의 온도를 감지하기 위한 온도-감지 장치로서, 장치는:

주표면을 갖는 기판을 포함하는 표면 탄성파(SAW) 온도 센서, 기판의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서, 및 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 하나 이상의 센서 안테나들 - 하나 이상의 센서 안테나들은 전자기 신호를 수신 또는 송신하도록 구성되고, 트랜스듀서는 전자기 신호와 기판의 주표면 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 행하도록 구성됨 - 을 포함하고,

기판의 적어도 일부분은 전기 도체와 열접촉하게 배치되고, SAW 신호는 전기 도체의 온도에 따라 변한다.

실시 형태 2는 실시 형태 1에 있어서, 트랜스듀서가 인터디지털 트랜스듀서(interdigital transducer; IDT)를 포함하는, 장치이다.

실시 형태3은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 있어서, SAW 온도 센서는 기판의 주표면 상에 배치된 하나 이상의 반사체들 - 하나 이상의 반사체들 각각은 SAW 신호의 적어도 일부분을 다시 트랜스듀서로 반사하도록 배치됨 - 을 추가로 포함하는, 장치이다.

실시 형태 4는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3 중 어느 하나에 있어서, SAW 온도 센서는 트랜스듀서와 함께 기판을 수용하기 위한 금속 하우징을 추가로 포함하고, 센서 안테나들이 금속 하우징 외부에 배치되는, 장치이다.

실시 형태 5는 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 어느 하나에 있어서, SAW 온도 센서는 전기 도체와 (반)도전층 사이에 배치되고, (반)도전층에 의해 엔클로징되는, 장치이다.

실시 형태 6은 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 어느 하나에 있어서, 기판은 하나 이상의 압전(piezoelectric) 재료들을 포함하는, 장치이다.

실시 형태 7은 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 하나에 있어서, 하나 이상의 센서 안테나들과 전자기 통신하는 트랜시버 유닛을 추가로 포함하고, 트랜시버 유닛은 SAW 신호 및 전기 도체의 온도를 나타내는 신호를 송신하도록 구성된, 장치이다.

실시 형태 8은 실시 형태 6에 있어서, 트랜시버 유닛은 (반)도전층의 외부에 배치되는, 장치이다.

실시 형태 9는 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 어느 하나에 있어서, 전자기 신호는 VHF/UHF 범위의 주파수를 갖는, 장치이다.

실시 형태 10은 실시 형태 1 내지 실시 형태 9 중 어느 하나에 있어서, 전기 도체는 60 ㎐의 주파수를 갖는 전기 전력을 전달하는, 장치이다.

실시 형태 11은 전기 케이블 어셈블리로서,

전기 도체;

전기 도체를 엔클로징하는 (반)도전층; 및

실시 형태 1 내지 실시 형태 10 중 어느 한 실시 형태의 온도-감지 장치를 포함하고,

SAW 온도 센서는 전기 도체와 (반)도전층 사이에 배치되고, (반)도전층에 의해 엔클로징되고,

(반)도전층은 하나 이상의 센서 안테나들의 전자기 신호가 그것을 통과할 수 있게 하면서, 전기 도체에 의해 전달되는 전력에 대한 전자기 차폐를 제공하도록 구성되는, 전기 케이블 어셈블리이다.

실시 형태 12는 실시 형태 11에 있어서, (반)도전층은 전기 도체의 길이방향(longitudinal) 축을 따라 연장하는 전기 도전성 테이프들의 스트립들을 포함하는, 전기 케이블 어셈블리이다.

실시 형태 13은 실시 형태 11 또는 실시 형태 12에 있어서, (반)도전층은 하나 이상의 안테나들의 전자기 신호가 그것을 통과할 수 있게 하는 윈도우들로서 기능하는 갭들을 갖도록 구성되는 하나 이상의 전기 도전성 테이프들을 포함하는, 전기 케이블 어셈블리이다.

실시 형태 14는 실시 형태 13에 있어서, (반)도전층은 전기 도체 주위에 하나 이상의 전기 도전성 테이프들을 랩핑(wrapping)할 수 있게 하는 절연성 기저층을 포함하는, 전기 케이블 어셈블리이다.

실시 형태 15는 적어도 (반)도전층에 엔클로징되는 전기 도체의 온도를 감지하는 방법으로서,

표면 탄성파(SAW) 온도 센서 - SAW 온도 센서는 주표면을 갖는 기판을 포함함 -, 기판의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서, 및 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 하나 이상의 안테나들 - 하나 이상의 안테나들은 전자기 신호를 수신 또는 송신하도록 구성되고, 트랜스듀서는 전자기 신호와 기판의 주표면 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 행하도록 구성됨 - 를 제공하는 단계;

기판의 적어도 일부분을 전기 도체와 열접촉하게 배치하는 단계 - SAW 신호는 전기 도체의 온도에 따라 가변적임 -;

SAW 온도 센서의 하나 이상의 안테나들과 전자기 통신하도록 구성된 트랜시버 유닛을 제공하는 단계;

트랜시버 유닛과 하나 이상의 안테나들 사이의 전자기 통신을 통해, 전기 도체의 온도에 따라 가변하는 SAW 신호를 검출하는 단계; 및

검출된 SAW 신호에 근거하여 전기 전송 라인의 온도를 결정하는 단계를 포함하는, 전기 도체의 온도를 감지하는 방법이다.

실시 형태 16은 실시 형태 15에 있어서, SAW 온도 센서 및 전기 도체를 엔클로징하는 (반)도전층을 제공하는 단계를 추가로 포함하며, SAW 온도 센서는 (반)도전층과 전기 도체 사이에 배치되는, 방법이다.

실시 형태 17은 실시 형태 15 또는 실시 형태 16에 있어서, (반)도전층은 하나 이상의 안테나들의 전자기 신호가 그것을 통과할 수 있게 하면서, 전기 도체에 의해 전달되는 전력에 대한 전자기 차폐를 제공하도록 구성되는, 방법이다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이:

"(반)도전성"은, 특별한 구성에 따라, 층이 반도전성이거나 도전성일 수 있다는 것을 나타낸다.

두 물품(article)들 사이의 "열접촉"은, 물품들이 열의 형태로 서로 에너지를 교환할 수 있다는 것을 의미한다.

두 물품들 사이의 "직접 접촉"은 물리적 접촉을 의미한다.

본 발명의 예시적인 실시 형태의 다양한 태양 및 이점이 요약되었다. 상기 발명의 내용은 본 발명의 각각의 예시된 실시 형태 또는 이 예시적인 특정 실시 형태의 모든 구현예를 설명하기 위한 것은 아니다. 하기의 도면 및 상세한 설명은 본 명세서에 개시된 원리를 이용하는 소정의 바람직한 실시 형태를 더 상세하게 예시한다.

본 발명은 첨부 도면과 함께 본 발명의 다양한 실시 형태의 하기의 상세한 설명을 고찰함으로써 더욱 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 SAW 온도 센서의 개략적인 블록도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3a는 일 실시 형태에 따른 SAW 온도 센서의 측면 사시도이다.
도 3b는 다른 실시 형태에 따른 SAW 온도 센서의 측면 사시도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 케이블 접속 어셈블리에서의, 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템의 적용의 부분적인 컷어웨이 개략도이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 수동 SAW 온도 센서를 갖는 케이블 접속 어셈블리에서 전기 도체의 일부분의 단면도이다.
도 6은 일 실시 형태에 따른 SAW 온도 센서의 부분적인 횡단면 측면도이다.
도면에서, 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다. 축척에 맞게 작성되지 않을 수 있는 전술된 도면이 본 발명의 다양한 실시 형태를 개시하고 있지만, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 언급된 바와 같이, 다른 실시 형태가 또한 고려된다. 모든 경우에, 본 발명은 현재 개시되는 발명을 명백한 제한으로서가 아니라 예시적인 실시 형태의 표현으로서 기술한다. 본 발명의 범주 및 사상에 속하는 많은 다른 변형 및 실시 형태가 당업자에 의해 고안될 수 있음이 이해되어야 한다.

본 발명은, 예를 들어 중전압 또는 고전압(예컨대, >1 ㎸ 또는 >10 ㎸) 전력 케이블들의 전기 도체의 온도를 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들의 실시 형태들을 제공한다. "수동" 장치 - 내부 전원(예컨대, 배터리)을 요구하지 않으며 외부 전원에 물리적으로 연결될 필요가 없는 장치를 의미함 - 에 의해 그러한 모니터링을 수행하는 것은 특히 유용할 수 있다. 본 발명에서, 그러한 응용들에서 사용할 수 있는 수동 장치의 하나의 유형은 온도 감응 표면 탄성파(SAW) 디바이스 또는 SAW 온도 센서에 의존한다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 SAW 온도 센서(20)의 개략적인 블록도를 도시한다. SAW 온도 센서(20)는 기판(20S)의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서(20T)를 포함한다. 기판(20S)은, 예를 들어, 하나 이상의 압전 재료를 포함하는 압전 기판일 수 있다. SAW 온도 센서(20)는 전자기 신호들을 수신 및 송신하도록 구성된 안테나(20A)를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 전자기 신호들은 초단파 또는 극초단파(VHF/UHF) 밴드(예컨대, 30 ㎒ 내지 3 ㎓)에 있을 수 있다. 안테나(20A)는 트랜스듀서(20T)에 전기적으로 연결된다. 트랜스듀서(20T)는 안테나(20A)로부터 전자기 신호를 수신하고, 예를 들어, 역 압전 효과에 의해, 수신된 전자기 신호를 SAW 신호로 변환하도록 구성된다. SAW 신호는 기판(20S)의 주표면 상에서 음향파로서 전파될 수 있다. 도 1의 실시 형태에서, SAW 온도 센서(20)는 하나 이상의 반사체들(20R)을 추가로 포함한다. 음향파의 적어도 일부는 반사체(20R)에 의해 트랜스듀서(20T)로 다시 반사될 수 있고, 여기서, 반사된 SAW 신호가 안테나(20A)에 의해 송신될 전자기 신호들로 재변환될 수 있다.

반사체들(20R)은 선택적일 수 있음을 이해하여야 한다. SAW 온도 센서(20)는 음향파를 가이딩, 변조, 또는 변환하기 위한 임의의 적합한 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, SAW 온도 센서(20)는 반사체들(20R)을 포함하지 않을 수 있고, 대신에 트랜스듀서(20T)로부터 음향파로서 SAW 신호를 수신하여, 먼저 반사체로부터 반사하지 않고, 수신된 SAW 신호를 제2 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 제2 안테나에 의해 송신될 전자기 신호로 재변환하는 제2 트랜스듀서를 포함할 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 그 위에 트랜스듀서(20T) 및 반사체(20R)가 배치되어 있는 기판(20S)을 포함하는 SAW 온도 센서(20)의 일부 컴포넌트들이 패키지 내부에 기밀하게 밀봉될 수 있다. 패키지는, 예를 들어, 기밀하게 밀봉된 세라믹 또는 금속 패키지일 수 있다. 안테나(20A)가 패키지 외부에 배치되어, 예를 들어, 패키지의 핀들 및 예를 들어, 동축 케이블과 같은 전송 와이어를 통해, 트랜스듀서(20T)와 전기적으로 연결될 수 있다.

기판(20S)의 온도는 그 위에서 전파되는 음향파의 특성들(예컨대, 속도, 진폭, 위상, 주파수, 등)에 영향을 줄 수 있다. SAW 온도 센서(20)의 기판(20S)의 온도가 변할 때, 기판(20S)의 주표면 상에서 전파되는 음향파는 온도 변화에 의해 변조될 수 있다. 따라서, SAW 신호로부터 재변환된 전자기 신호의 특성들이 변조될 수 있다. 본 명세서에 개시된 일부 실시 형태들에서, SAW 신호는 기판(20S)의 온도를 감지, 측정, 또는 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. SAW 온도 센서(20)가 전력 케이블의 일부분과 열적 통신 또는 열접촉하게 놓일 때, 전력 케이블의 그 부분의 온도 변화는 온도 감응 SAW 디바이스의 온도를 상응하여 변하게 할 수 있다. 이 온도 변화는 SAW 신호를 변조할 수 있고 대응하여 전자기 신호를 재변환할 수 있으며, 이는 검출되어 전력 케이블의 그 부분의 온도를 추론하는데 사용될 수 있다.

도 2는 일 실시 형태에 따른 전기 도체(31)의 온도를 모니터링하기 위한 시스템(100)의 개략도이다. 시스템(100)은 도 1의 수동 SAW 온도 센서(20), 트랜시버 유닛(40), 및 제어 유닛(50)을 포함한다. 수동 SAW 온도 센서(20)는, 기판(20S) 상에서 전파되는 음향파가 전기 도체(31)의 온도에 따라 가변할 수 있도록, 기판(20S)의 적어도 일부분이 전기 도체(31)의 외부 표면과 열접촉하게 배치된다.

일부 실시 형태들에서, 수동 SAW 온도 센서(20)는 트랜시버 유닛(40)으로부터 전자기 신호를 수신하여 전기 도체(31)의 온도에 따라 변하는 피드백 전자기 신호를 송신할 수 있다. 제어 유닛(50)은 피드백 전자기 신호에 근거하여 전기 도체(31)의 온도 값을 결정하기 위해 트랜시버 유닛(40)과 통신할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 시스템(100)은 선택적 중앙 모니터링 유닛(도 2에 도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 선택적 중앙 모니터링 유닛은 무선으로(예컨대, 모바일 네트워크를 통해) 또는 와이어들을 통해 제어 유닛(50)과 통신하여 전기 도체(31)의 결정된 온도 값을 수신하고 그에 따라 결정을 내릴 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 동작 중에, 전기 도체(31)의 온도를 모니터링할 필요가 있으면, 제어 유닛(50)은 명령 신호(S1)를 트랜시버 유닛(40)으로 송신할 수 있다. 트랜시버 유닛(40)이 명령 신호(S1)를 수신하면, 이어서 트랜시버 유닛(40)은 전자기 신호(S2)를 수동 SAW 온도 센서(20)로 송신한다. 수동 SAW 온도 센서(20)는 전자기 신호(S2)를 수신하고 이것을 SAW 신호로 변환할 수 있다. SAW 신호는 전기 도체(31)의 온도에 따라 변할 수 있는데, 예를 들어, 전기 도체(31)의 온도 변화에 의해 변조될 수 있다. SAW 신호는 이어서 피드백 전자기 신호(S3)로 재변환될 수 있다. 트랜시버 유닛(40)은 수동 SAW 온도 센서(20)로부터의 피드백 전자기 신호(S3)를 검출하고 이어서 신호(S4)를 제어 유닛(50)으로 송신할 수 있다. 피드백 전자기 신호(S3) 및 신호(S4)는, 전기 도체(31)의 온도에 따라 가변적일 수 있는, 수동 SAW 온도 센서(20)의 SAW 신호를 나타내는 정보를 포함한다. 제어 유닛(50)은 확인된(ascertained) 신호(S4)에 근거하여 전기 도체(31)의 온도 값을 결정할 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 전기 도체(31)의 절대 온도는 측정된 피드백 전자기 신호(S3)에 근거하여 제어 유닛(50)에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 전기 도체(31)의 온도 변화가 측정된 피드백 전자기 신호(S3)에 근거하여 제어 유닛(50)에 의해 결정될 수 있고, 그에 따라 전기 도체(31)의 절대 온도가 결정될 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 시스템(100)은 선택적 에너지 수확 유닛(60)을 추가로 포함할 수 있다. 에너지 수확 유닛(60)은, 전기 도체(31)를 통해 AC 전류가 흐를 때 전기 도체(31)로부터 전기 전력을 수확하도록 그리고 수확된 전기 전력을 트랜시버 유닛(40) 및/또는 제어 유닛(50)으로 공급하도록 적응될 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 수동 SAW 온도 센서(20)는, 예를 들어, -55 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위에서, 예를 들어, +/- 2℃ 또는 그보다 양호한 온도 정확도를 가지고, 전기 도체(31)의 온도를 측정할 수 있다.

도 3a 내지 도 3b는 일부 실시 형태들에 따른 도 1 및 도 2의 수동 SAW 온도 센서(20)에 대한 두 개의 예시들(21 및 22)을 도시한다. 도 3a의 수동 SAW 온도 센서(21)는 압전 기판(21S), 기판(21S)의 주표면(211) 상에 배치된 인터디지털 트랜스듀서(IDT)(21T), 및 와이어(212)를 통해 IDT(21T)에 전기적으로 연결된 안테나(21A)를 포함한다.

안테나(21A)는 도 2의 트랜시버 유닛(40)으로부터 예를 들어, VHF/UFH 대역의 전자기 신호와 같은 무선 신호를 수신하도록 구성된다. IDT(21T)는 안테나(21A)에 의해 수신된 전자기 신호를 SAW 신호(S21)로 변환하도록 구성된다. SAW 신호(S21)는 기판(21S)의 주표면(211) 상에서 음향파로서 전파된다. 수동 SAW 온도 센서(21)는 기판(21S)의 주표면(211) 상에 배치된 하나 이상의 반사체들(21R)을 추가로 포함한다. 반사체들(21R) 각각은 SAW 신호(S21)의 적어도 일부분을 다시 IDT(21T)로 반사하도록 구성된다. 반사된 SAW 신호(S22)는 IDT(21T)에 의해 수신되고 피드백 전자기 신호로 재변환되어 안테나(21A)에 의해 송신될 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 압전 기판(21S)은 하나 이상의 압전 재료들을 포함할 수 있다. 압전 재료는, 예를 들어, 바륨 티타네이트, 리드 지트코네이트 티타네이트, 포타슘 니오베이트, 리튬 니오베이트, 리튬 탄타네이트, 소듐 텅스테이트, 소듐 포타슘 니오베이트, 비스무스 페라이트, 소듐 니오베이트, 비스무스 티타네이트, 소듐 비스무스 티타네이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드 등과 같은 중합체를 포함하는, 압전기를 보이는 임의의 적합한 천연 또는 합성 재료일 수 있다.

동작 중에, 압전 기판(21S)의 적어도 일부분이 도 2의 전기 도체(31)와 열접촉해 있다. 전기 도체(31)의 온도가 변경될 때, 온도 변화에 의해 음향파가 변조될 수 있다. 전기 도체(31)의 온도는 피드백 전자기 신호에 근거하여 결정될 수 있다. 도 3b의 실시예에서, 수동 SAW 온도 센서(22)는 IDT(21T)의 두 면들 상에 배치된 일련의 반사체들(22R) 및 IDT(21T)의 단자들에 전기적으로 연결된 두 개의 안테나들(22A)을 포함하며, IDT(21T)는 압전 기판(21S)의 중앙부에 배치된다. 도 3a의 실시 형태에서, IDT(21T)는 압전 기판(21S)의 가장자리 근처에 배치된다. 하나 이상의 IDT들 및 하나 이상의 반사체들은, 수동 SAW 온도 센서가 제대로 작동할 수 있는 한, 다양한 방식들로 배열될 수 있음이 이해되어야 한다.

도 3a 내지 도 3b의 실시 형태에서, IDT(21T)는 전기 도체 라인들 또는 "핑거(finger)들"의 배열을 포함하는 서로 맞물린 빗(interdigitated comb) 구성으로 배열되는 전극들을 포함한다. 전극들은 압전 기판(21S)의 주표면(211) 상에 배치되거나 그 내부에 임베딩될 수 있다. 전극들은, 예를 들어, 금속, 금속 합금, 금속-충전 중합체, 등과 같은 임의의 적합한 전기 도전성 재료로 제작될 수 있다. 핑거들은 그들 사이에 간격을 두고 서로 평행하게 배치될 수 있다. 안테나(예컨대, 21A 또는 22A)로부터 입력 전기 신호가 IDT(21T)에 의해 수신될 때, 입력 전기 신호는 IDT(21T)의 핑거들 사이에 교대(alternating) 극성을 생성할 수 있다. 교대 극성은 압전 기판의 압전 효과에 의해 전극의 핑거들 사이의 기판(21S)의 주표면(211) 상에 인장 변형과 압축 변형의 교대 영역들을 생성할 수 있고, 그 위에 표면 탄성파(SAW)로 알려져 있는 역학적 파동(mechanical wave)을 생성할 수 있다. 역학적 파동 또는 음향파의 파장은 전극들의 핑거들 사이의 간격일 수 있다. 음향파의 주파수 f ₀ 는 하기의 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, V _p 는 음향파의 위상 속도이고 p는 핑거들 사이의 간격이다.

발생된 역학적 파동 또는 음향파는 IDT(21T)로부터 멀리 전파될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 간섭 패턴 또는 제어 삽입 손실(control insertion loss)을 방지하기 위해 하나 이상의 기계적 흡수제(mechanical absorber)가 IDT(21T)와 압전 기판(21S)의 가장자리들 사이에 추가될 수 있다. 음향파는 기판의 표면에 걸쳐 이동하고, 하나 이상의 반사체들에 의해 다시 IDT(21T)로 반사되고 압전 효과에 의해 전자기 피드백 신호들로 재변환될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 음향파는, 음향파를 압전 효과에 의해 다시 피드백 신호로 변환하는 다른 IDT로 이동할 수 있다. 역학적 파동 또는 음향파에 대해 만들어졌던 임의의 변화들이 피드백 신호에 반영될 수 있다. 본 발명에서, SAW 신호는 피드백 신호에 근거하여 결정될 수 있는 전기 도체의 온도에 따라 변한다.

도 4는, 일 실시 형태에 따라, 예를 들어, 케이블 접속 어셈블리(30)에 엔클로징되는 전기 도체(31)의 온도를 모니터링 또는 측정하기 위한, 수동 SAW 온도 센서(20), 트랜시버 유닛(40), 및 제어 유닛(50)을 포함하는 도 2의 시스템(100)의 응용을 도시한다.

케이블 접속 어셈블리(30)에서, 전기 케이블(10)의 두 섹션들이 접속된다. 전기 케이블(10)의 각각의 섹션은, 전기 도체(31), 절연층(33), 및 (반)도전층(35)을 포함한다. 절연층(33) 및 (반)도전층(35)은 전기 도체(31)를 엔클로징한다. 커넥터(12)가 접속된 전기 도체(31)를 동심원적으로 둘러싼다. 이 경우에 금속층인 제1 (반)도전(또는 전극)층(13)은 접속된 전기 도체들(31) 및 커넥터(12)를 동심원적으로 둘러싸서, 커넥터(12)와 전기 도체들(31) 주위에 차폐형 패러데이 케이지(Faraday cage)를 형성한다. 일부 실시 형태들에서, "(반)도전성"은, 특별한 구성에 따라, 층이 반도전성이거나 도전성일 수 있다는 것을 나타낸다. 절연층(11)(기하학적 응력 제어 요소들(16)을 포함함)이 제1 (반)도전층(13)을 둘러싼다. 상기 구성은, 이 경우에서는 금속 하우징이며 차폐(shield) 및 접지 층으로서 기능하는 제2 (반)도전층(14) 내부에 배치된다. 절연층(11) 주위의 영역을 채우도록, 포트들(18) 중 하나를 통해 금속 하우징(14) 안으로 수지(17)를 쏟아 부을 수 있다. 수축가능한 슬리브층(15)이 최외층(outermost layer)으로서 기능한다.

이 실시 형태에서, 전기 도체들(31)의 부분들은 커넥터(12)에 의해 피복되고 그 다음 제1 (반)도전층(13), 절연층(11), 제2 (반)도전층(14), 및 수축가능한 슬리브층(15)에 의해 엔클로징된다. 이 실시 형태에서, 수축가능한 슬리브층(15)은 중첩하는 부분들 사이에 통로(153)를 남기는 2개의 중첩하는 섹션들(151 및 152)을 포함한다. 통로(153)는 수축가능한 슬리브층(15)의 외부로부터 제2 (반)도전층(14) 상의 포트(18)를 통해 제2 (반)도전층(14) 내부까지이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수동 SAW 온도 센서(20)는 전기 도체들(31) 중 하나의 근처에 그리고 제1 (반)도전층(13) 내부에 위치된다. 바람직하게는, 전기 도체(31)의 일부분이 전기 케이블(10)의 절연층(33)과 커넥터(12) 사이에서 노출되고, 수동 SAW 온도 센서(20)는 전기 도체(31)의 노출된 부분의 외측 표면에 위치될 수도 있다. 수동 SAW 온도 센서(20)의 위치에 관한 더 상세한 설명은 도 5를 참조로 하기에서 주어질 것이다.

트랜시버 유닛(40)은 제1 (반)도전층(13) 외부에 그리고 제2 (반)도전층(14) 내부에, 즉 제1 (반)도전층(13)과 제2 (반)도전층(14) 사이에 위치된다. 트랜시버 유닛(40)은 예를 들어, 유도 코일, 인쇄 안테나, 등을 포함하는 임의의 타입의 안테나일 수 있는 안테나를 포함할 수 있다. 트랜시버 유닛(40)은 도 4의 절연층(11) 주위에 위치될 수 있는 두 개 이상의 안테나들을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 트랜시버 유닛(40)의 안테나 및 수동 SAW 온도 센서(20)의 안테나(21A)는, 그들 사이의 전자기 통신을 개선하기 위해, 동일한 횡단면에 위치될 수 있다. 트랜시버 유닛(40) 및 그 위치 결정(positioning)의 실시 형태들에 관한 더 상세한 설명은 도 5를 참조로 하기에서 제공될 것이다.

일부 실시 형태들에서, 수동 SAW 온도 센서(20)과 트랜시버 유닛(40)의 쌍(pairing)들이 전기 케이블(10)의 다양한 위치들에 위치될 수 있다. 수동 SAW 온도 센서(20)는 전기 도체(31) 근처에 배치될 수 있고 전기 케이블(10)의 (반)도전층(35) 및 절연층(33)에 의해 엔클로징될 수 있다. 트랜시버 유닛(40)은 (반)도전층(35) 외부에 위치될 수 있고 수동 SAW 온도 센서(20)의 안테나(20A)와 전자기 통신하도록 구성될 수 있다. 일련의 그러한 쌍들은 전기 도체(31)의 온도 분포(temperature distribution)를 제공하기 위해 전기 케이블(10)를 따라 분포될 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 제어 유닛(50)은 와이어(51)를 통해 트랜시버 유닛(40)과 통신하도록 구성된다. 와이어(51)는, 와이어(51)가 트랜시버 유닛(40)으로부터 포트(18)를 통해 제어 유닛(50)으로 연장할 수 있도록, 통로(153) 내에 수용될 수 있다. 전력 유도 코일(61)을 포함하는 선택적 에너지 수확 유닛(60)은 어셈블리(30) 외부에 그리고 케이블(10) 주위에 위치될 수 있거나, 또는 제2 (반)도전층(14)과 수축가능한 슬리브층(15) 사이에 위치될 수 있다. 에너지 수확 유닛(60)은 와이어(52)를 통해 트랜시버 유닛(40) 및/또는 제어 유닛(50)으로 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서 전체에 걸쳐, 와이어(51) 및 와이어(52) 각각이 "와이어"로서 칭해지지만, 와이어(51) 및 와이어(52) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 시스템이 기능하는 데 필요한 다수의 와이어를 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

일부 실시 형태들에서, 선택적 에너지 수확 유닛(60)의 유도 코일(61)은, 예를 들어, 철-코어 전류 트랜스포머, 공기-코어 전류 트랜스포머, 또는 로고우스키(Rogowski) 코일을 포함할 수 있다. 유도 코일(61)은 하나가 사용되는 경우 제1 (반)도전층(13) 외부에, 또는 제2 (반)도전층 외부에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 에너지 수확 유닛(60)은, 주로, 수확된 전기 전력을 트랜시버 유닛(40)으로 제공하도록 사용될 수도 있고, 따라서 에너지 수확 유닛(60)은 트랜시버 유닛(40)이 위치되는 층 외부에 위치될 수 있다. 따라서, 에너지 수확 유닛(60)은 하나 이상의 와이어들을 통해 트랜시버 유닛(40)과 전기적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시 형태들에서, 에너지 수확 유닛(60)은 수확된 전기 전력을 트랜시버 유닛(40) 및/또는 제어 유닛(50)에 알맞게 적응시키기 위한 선택적 정류 회로를 추가로 포함할 수도 있다.

도 5는 커넥터(12)에 인접한 전기 도체(31) 상에 놓인 도 4의 수동 SAW 온도 센서(20)의 예시적인 위치를 도시하는 보다 근접한 사시도를 도시한다. 도 6은 일 실시 형태에 따른 수동 SAW 온도 센서(20)의 횡단면도이다. 도 5의 실시형태에서, 수축가능한 슬리브층(15)은 연속적이며, 포트(18)를 수용하도록 그리고 와이어(51)의 배출(egress)을 허용하도록 수축가능한 슬리브층(15)에 구멍이 나 있다.

예를 들어, 도 6의 수동 SAW 온도 센서(20)는 트랜스듀서(20T), 반사체(20S) 및 다른 컴포넌트들이 그 위에 배치되어 있는 기판(20S), 및 안테나(20A)를 포함한다. 기판(20S) 및 그 위에 배치된 컴포넌트들은 패키지(20P) 내에 기밀하게 밀봉되어 있다. 패키지(20P)는, 예를 들어, 기밀하게 밀봉된 세라믹 또는 금속 패키지일 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 패키지(20P)는 기판(20S)을 수용하기 위한 캐비티를 갖는 하우징을 제공할 수 있으며, 캐비티에서 기판(20S)이 하우징의 벽에 마운팅될 수 있다. 하우징은, 예를 들어, 구리와 같은 전기 도전성 재료로 제작될 수 있다. 안테나(20A)와 기판(20S) 상의 트랜스듀서(20T)(미도시)는 예를 들어, 동축 케이블일 수 있는 전송 라인(220)을 통해 전기적으로 연결된다.

안테나(20A) 및 패키지(20P)를 설치하기 위해 픽스쳐(fixture, 210)가 제공된다. 도 6의 실시 형태에서, 픽스쳐(210)는 본체(main body, 2101) 및 채널(2102)을 포함한다. 채널(2102)은 전기 도체(31)가 채널(2102)을 통과하게끔 전기 도체(31)를 수용하도록 적응된다. 본체(2101)는 패키지(20P)를 수용하기 위한 챔버(2103)를 구비하고 챔버(2103)는, 패키지(20P) 내부의 기판(20S)의 적어도 일부분이 동작시 전기 도체(31)의 외표면과 열접촉할 수 있는 방식으로 채널(2102)과 통신할 수 있다. 안테나(20A)는 도 5에 도시된 바와 같은 제1 (반)도전층(13)의 외부에 배치된 트랜시버 유닛(40)과 전자기 통신을 촉진하도록 다양한 구성들/기하구조들에 적응될 수 있다. 픽스쳐(210)는 본체(2101)를 엔클로징하기 위한 커버(2104)를 더 포함한다. 두 개 이상의 안테나들(20A) 및/또는 두 개 이상의 패키지들(20P)이 픽스쳐(210) 내에 수용될 수 있고, 여기서 패키지들 내부의 안테나들과 IDT들이 다양한 방식들로 전기적으로 연결될 수 있음이 이해되어야 한다.

다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 수동 SAW 온도 센서(20)의 기판(20S)의 적어도 일부분이 전기 도체(31)과 열접촉하게 배치된다. 일부 실시 형태들에서, 기판(20S)을 밀봉하는 패키지(20P)는, 예를 들어, 열-도전성 페이스트에 의해, 전기 도체(31)의 표면에 부착될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 패키지(20P)는 전기 도체(31)의 표면과 직접 접촉할 수 있다. 기판(20S)과 전기 도체(31) 사이에서 효과적으로 열을 교환하는 적합한 열접촉 표면이 제공될 수 있는 한, 패키지(20P)는 임의의 적합한 형상들일 수 있음이 이해되어야 한다.

도 4 및 도 6에 도시된 실시 형태와 같은 일부 실시 형태들에서, 안테나(20A)를 포함하는 수동 SAW 온도 센서(20)가 제1 (반)도전(또는 전극)층(13) 또는 (반)도전층(35)과 같은 전자기 차폐층 내부에 위치되고, 트랜시버 유닛(40)이 전자기 차폐층의 외부에 위치된다. 전자기 차폐층은 전기 도체(31) 및/또는 커넥터(12)를 둘러싸서, 전기 도체(31)에 의해 전달되는 전기 전력의 효과적인 차폐를 제공한다. 예를 들어, 제1 (반)도전(또는 전극)층(13)은 크림핑(crimping)에 의해 야기되는 커넥터(12) 상의 각 방전(angular discharges)을 차폐할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 전기 도체(31)에 의해 전달되는 전력은, 예를 들어, 60 ㎐의 주파수를 가진다. 본 발명은 제1 (반)도전(또는 전극)층(13) 또는 (반)도전층(35)과 같은 전자기 차폐층이, 잘못 설계되면, 수동 SAW 온도 센서(20)의 안테나(20A)와 트랜시버 유닛(40) 사이의 전자기 통신에 영향을 줄 수 있음을 인지한다.

하기에 기술될 본 발명의 일부 실시 형태들은 제1 (반)도전(또는 전극)층(13) 또는 (반)도전층(35)과 같은 하나 이상의 (반)도전층들을 제공한다. (반)도전층은 전기 도체(31) 및 수동 SAW 온도 센서(20)를 둘러싸고 엔클로징한다. 트랜시버 유닛(40)은 (반)도전층 외부에 배치된다. (반)도전층은, 수동 SAW 온도 센서(20)의 안테나(20A)와 트랜시버 유닛(40) 사이의 전자기 통신에 현저히 영향을 주지 않으면서, 전기 도체(31)에 의해 전달되는 전력의 전자기 차폐를 제공하도록 구성된다.

일부 실시 형태들에서, (반)도전층은 전기 도체(31)를 둘러싸는 하나 이상의 전기 도전성 테이프들을 포함할 수 있다. 테이프들은, 예를 들어, 전기 도전성 메시들을 포함하는 세밀하게 직조된 메시 테이프들일 수 있다. 예시적인 테이프들은 상표명 "스카치 24 전기 차폐 테이프(Scotch 24 Electrical Shielding Tape)"로 3M 컴퍼니(미국 미네소타주 세이트폴 소재)로부터 상용으로 입수가능하며, 이 테이프들은 주석도금 구리 와이어(tinned copper wired)로 직조되어 있고 130℃의 온도에서 작용할 수 있는 도전성 금속 탭들이다. 일부 실시 형태들에서, 다수의 테이프들이 그들 사이에 갭 또는 간격을 갖도록 배열된다. 다른 실시 형태들에서, 테이프의 전기 도전성 메시들 사이에 갭들 또는 간격들을 포함하는 단일 테이프가 사용될 수 있다. 갭들 또는 간격들은 수동 SAW 온도 센서(20)의 안테나(20A)와 트랜시버 유닛(40) 사이에 전자기 통신을 가능하게 하는 윈도우들로서 기능할 수 있다. 갭들 또는 간격들은, 예를 들어, 0.05 mm 내지 25 mm, 또는 0.1 mm 내지 10 mm의 치수를 가질 수 있다. 간격들 또는 갭들이 없이는, (반)도전층이 안테나(20A) 또는 트랜시버 유닛(40)으로부터의 전자기 신호가 그것을 통해 전송되는 것을 막을 수 있다.

일부 실시 형태들에서, (반)도전층은 전기 도전성 표면을 형성하기 위해 전기 도체(31) 주위에 하나 이상의 전기 도전성 테이프들을 랩핑할 수 있게 하는 절연성 기저층을 추가로 포함할 수 있다. 갭들 또는 간격들을 갖는 전기 도전성 표면은, 특정한 주파수 범위(예컨대, VHF/UHV 범위)의 전자기 신호들에 대해 상대적으로 투명할 수 있으나, 전기 도체(31)에 의해 전달되는 전기 전력에 대해 상대적으로 차폐성일 수 있는 주파수 선택적 표면을 형성할 수 있다.

일부 실시 형태들에서, (반)도전층은 전기 도체의 길이방향 축을 따라 연장하며 전기 도체의 외측 주위를 랩핑하는 전기 도전성 테이프들의 스트립들을 포함할 수 있다. 전기 도전성 테이프들은 원통형 전류 루프를 형성하지 않을 것이며 가능한 와상 전류(eddy current)가 억제될 수 있다. 와상 전류의 억제는 VHF/UHV 범위의 전자기 신호가 그것을 통해 전송되는 것을 도울 수 있다.

본 명세서에 기술된 일부 실시 형태들은 수동 SAW 온도 센서를 포함하는 온도-감지 장치를 제공한다. 수동 SAW 온도 센서는 혹독한 온도 환경들에 노출될 수 있고 센서의 메커닉에 있어서 어떠한 외부적인 물리적 응력 또는 변화 없이 전기 도체의 온도를 측정할 수 있는, 기밀하게 밀봉된 시스템일 수 있다. 본 명세서에 기술된 일부 수동 SAW 온도 센서들은, 예를 들어, 기계적 응력과 같은 고장 메커니즘들을 유발하지 않고 많은 측정 사이클들을 겪을 수 있다.

본 명세서의 전체에 걸쳐 "일 실시 형태", "소정 실시 형태", "하나 이상의 실시 형태" 또는 "실시 형태"에 대한 언급은, 용어 "실시 형태"에 선행하는 용어 "예시적인"을 포함하든 포함하지 않든 간에, 그 실시 형태와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태들 중 적어도 하나의 실시 형태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서의 "하나 이상의 실시 형태에서", "소정 실시 형태에서", "일 실시 형태에서" 또는 "실시 형태에서"와 같은 어구의 표현은 반드시 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태들 중 동일한 실시 형태를 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

본 명세서가 소정의 예시적인 실시 형태를 상세히 기재하고 있지만, 당업자라면 전술한 내용을 이해할 때 이들 실시 형태에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 안출할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 따라서, 본 발명이 상기에 기술된 예시적인 실시 형태로 부당하게 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 숫자를 포함하도록 의도된다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함함). 또한, 본 명세서에 사용된 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 가정된다. 더욱이, 다양한 예시적인 실시 형태들이 기술되었다. 이들 및 다른 실시 형태가 하기 특허청구범위의 범주 내에 속한다.

Claims (17)

1. 적어도 (반)도전층에 엔클로징되는(enclosed) 전기 도체의 온도를 감지하기 위한 온도-감지 장치로서,
   주표면(major surface)을 갖는 기판을 포함하는 표면 탄성파(SAW) 온도 센서, 기판의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서(transducer), 및 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 하나 이상의 센서 안테나들 - 하나 이상의 센서 안테나들은 전자기 신호를 수신 또는 송신하도록 구성되고, 트랜스듀서는 전자기 신호와 기판의 주표면 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 행하도록 구성됨 - 을 포함하고,
   기판의 적어도 일부분은 전기 도체와 열접촉(thermal contact)하게 배치되고, SAW 신호는 전기 도체의 온도에 따라 변하는, 온도-감지 장치.
2. 제1항에 있어서, 트랜스듀서가 인터디지털 트랜스듀서(interdigital transducer; IDT)를 포함하는, 온도-감지 장치.
3. 제1항에 있어서, SAW 온도 센서는 기판의 주표면 상에 배치된 하나 이상의 반사체들 - 하나 이상의 반사체들 각각은 SAW 신호의 적어도 일부분을 다시 트랜스듀서로 반사하도록 배치됨 - 을 추가로 포함하는, 온도-감지 장치.
4. 제1항에 있어서, SAW 온도 센서는 트랜스듀서와 함께 기판을 수용하기 위한 금속 하우징을 추가로 포함하고, 하나 이상의 센서 안테나들이 금속 하우징 외부에 배치되는, 온도-감지 장치.
5. 제1항에 있어서, SAW 온도 센서는 전기 도체와 (반)도전층 사이에 배치되고, (반)도전층에 의해 엔클로징되는, 온도-감지 장치.
6. 제1항에 있어서, 기판은 하나 이상의 압전(piezoelectric) 재료들을 포함하는, 온도-감지 장치.
7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 센서 안테나들과 전자기 통신하는 트랜시버(transceiver) 유닛을 추가로 포함하고, 트랜시버 유닛은 SAW 신호 및 전기 도체의 온도를 나타내는 신호를 송신하도록 구성된, 온도-감지 장치.
8. 제7항에 있어서, 트랜시버 유닛은 (반)도전층의 외부에 배치되는, 온도-감지 장치.
9. 제1항에 있어서, 전자기 신호는 VHF/UHF 범위의 주파수를 갖는, 온도-감지 장치.
10. 제1항에 있어서, 전기 도체는 60 ㎐의 주파수를 갖는 전기 전력을 전달하는, 온도-감지 장치.
11. 전기 케이블 어셈블리로서,
    전기 도체;
    전기 도체를 엔클로징하는 (반)도전층; 및
    제1항의 온도-감지 장치를 포함하며,
    SAW 온도 센서는 전기 도체와 (반)도전층 사이에 배치되고, (반)도전층에 의해 엔클로징되고,
    (반)도전층은 하나 이상의 센서 안테나들의 전자기 신호가 그것을 통과할 수 있게 하면서, 전기 도체에 의해 전달되는 전력에 대한 전자기 차폐를 제공하도록 구성되는, 전기 케이블 어셈블리.
12. 제11항에 있어서, (반)도전층은 전기 도체의 길이방향(longitudinal) 축을 따라 연장하는 전기 도전성 테이프들의 스트립들을 포함하는, 전기 케이블 어셈블리.
13. 제11항에 있어서, (반)도전층은, 하나 이상의 안테나들의 전자기 신호가 그것을 통과할 수 있게 하는 윈도우들로서 기능하는 갭들을 갖도록 구성되는 하나 이상의 전기 도전성 테이프들을 포함하는, 전기 케이블 어셈블리.
14. 제13항에 있어서, (반)도전층은 전기 도체 주위에 하나 이상의 전기 도전성 테이프들을 랩핑(wrapping)할 수 있게 하는 절연성 기저층을 포함하는, 전기 케이블 어셈블리.
15. 적어도 (반)도전층에 엔클로징되는 전기 도체의 온도를 감지하는 방법으로서,
    표면 탄성파(SAW) 온도 센서 - SAW 온도 센서는 주표면을 갖는 기판을 포함함 -, 기판의 주표면 상에 배치된 트랜스듀서, 및 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 하나 이상의 안테나들 - 하나 이상의 안테나들은 전자기 신호를 수신 또는 송신하도록 구성되고, 트랜스듀서는 전자기 신호와 기판의 주표면 상에서 전파되는 SAW 신호 사이의 변환을 행하도록 구성됨 - 를 제공하는 단계;
    기판의 적어도 일부분을 전기 도체와 열접촉하게 배치하는 단계 - SAW 신호는 전기 도체의 온도에 따라 가변적임 -;
    SAW 온도 센서의 하나 이상의 안테나들과 전자기 통신하도록 구성된 트랜시버 유닛을 제공하는 단계;
    트랜시버 유닛과 하나 이상의 안테나들 사이의 전자기 통신을 통해, 전기 도체의 온도에 따라 가변하는 SAW 신호를 검출하는 단계; 및
    검출된 SAW 신호에 근거하여 전기 전송 라인의 온도를 결정하는 단계를 포함하는, 전기 도체의 온도를 감지하는 방법.
16. 제15항에 있어서, SAW 온도 센서 및 전기 도체를 엔클로징하는 (반)도전층을 제공하는 단계를 추가로 포함하며, SAW 온도 센서는 (반)도전층과 전기 도체 사이에 배치되는, 전기 도체의 온도를 감지하는 방법.
17. 제16항에 있어서, (반)도전층은 하나 이상의 안테나들의 전자기 신호가 그것을 통과할 수 있게 하면서, 전기 도체에 의해 전달되는 전력에 대한 전자기 차폐를 제공하도록 구성되는, 전기 도체의 온도를 감지하는 방법.

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