KR20230038682A

KR20230038682A - The method for detecting the weak signal under severe noisy environment

Info

Publication number: KR20230038682A
Application number: KR1020230031295A
Authority: KR
Inventors: 이현창
Original assignee: 이현창
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2023-03-21
Also published as: KR102620578B1; KR20220089823A

Abstract

Disclosed is a method for efficiently detecting a probe signal generated by a low-current probe signal in an area with a strong noise. According to the present invention, after the signal having a predefined logic value is detected, path search is performed by determining the signal to be transmitted by a transmitter.

Description

The method for detecting the weak signal under severe noisy environment}

전력선 탐사power line exploration

고압 전력선 탐사 시 발생되는 탐사용 임펄스 전류의 크기를 일정하게 유지하기 위하여 전력주파수(50 또는 60Hz)의 매 사이클마다 제로크로싱을 검출하여 일정 앵글각에 스위칭하여 전류 임펄스 신호 크기가 일정하도록 제어하여 [도 1]과 같이 탐사 전류 신호 발생기를 변압기의 저압단에 연결하여 발생하고 있다.[ 1], it is generated by connecting the probe current signal generator to the low voltage stage of the transformer.

이렇게 발생된 2차측 탐사용 임펄스 전류가 변압기에서 전압 권선비에 역비례하여 1차 전류로 변환되어 고압선에 흐를 때 발생되는 자계신호를 검출하여 고압선 매설경로를 파악하고 있다. The secondary-side exploration impulse current generated in this way is converted into primary current in inverse proportion to the voltage turn ratio in the transformer, and the magnetic field signal generated when flowing through the high-voltage cable is detected to determine the buried path of the high-voltage cable.

그러나 변압기 인근에는 저압선과 고압선이 혼재되어 있으며, 특히 대전류 임펄스 발생 시 순간적인 전압강하가 발생하여 저압 전력선의 충전 전류 등이 전원측으로 역류하여 [도 2]와 같이 저압선에서 발생하는 자계신호가 더 크게 발생하여 상대적으로 미세한 전류가 흐르는 고압 전력선을 파악할 수 없다는 문제가 발생하고 있다.However, low-voltage and high-voltage lines are mixed in the vicinity of the transformer. In particular, when a large current impulse occurs, an instantaneous voltage drop occurs, and the charging current of the low-voltage power line flows back to the power supply side, and the magnetic field signal generated from the low-voltage line becomes larger as shown in [Figure 2]. There is a problem that it is not possible to grasp the high-voltage power line through which a relatively fine current flows.

이에 따라 상대적으로 미약한 크기를 가진 1차 전류로 변류된 고압선 탐사 전류에 의해 발생되는 자계신호를 노이즈가 심하게 발생하는 변압기 인근에서 정확히 검출할 수 있는 해결방안이 요구된다Accordingly, a solution that can accurately detect the magnetic field signal generated by the high-voltage cable search current transformed into a relatively weak primary current near a transformer where noise is severe is required.

본 출원에서는 사용 예를 현재 대한민국에서 사용하고 있는 전력주파수인 60Hz 사례를 중심으로 설명하고 있으며, 그렇다고 다른 전력주파수인 50Hz 등에서 사용하지 못한다는 것은 아니다.In this application, examples of use are described focusing on the case of 60 Hz, which is a power frequency currently used in Korea, but that does not mean that it cannot be used at other power frequencies, such as 50 Hz.

이전 기술에서는 전력주파수가 60Hz일 경우 1/60초(16.7ms)마다 반복되는 교류전압의 매 사이클마다 제로크로싱 시간을 검출하여 일정 앵글각에 스위칭하여 일정한 순시 전압값에서 고정 저항을 통해 설정된 크기를 가진 전류 임펄스가 발생되도록 하고 있다.In the previous technology, when the power frequency is 60 Hz, the zero-crossing time is detected for each cycle of the AC voltage repeated every 1/60 second (16.7 ms), and the size set through the fixed resistance is set at a constant instantaneous voltage value by switching to a certain angle angle. A current impulse is generated.

그러나 실제 현장에서는 전력주파수가 60Hz 고정되지 않고 부하 변동 등에 따라 변하고 있으며 이에 따라 제로크로싱 시간도 정확한 16.7ms 반복되지 않고 있다. However, in the actual field, the power frequency is not fixed at 60Hz but changes according to load fluctuations, and accordingly, the zero-crossing time is not repeated exactly 16.7ms.

이에 따라 다음 사이클 전류 임펄스 신호 발생 시간이 전력주파수 변경에 따라 변동되고 있지만, 이런 사실을 모르는 수신장치는 다음 사이클 신호가 발생되는반복 주기 시간(16.7ms) 주변에서 최대 크기의 신호를 검출하여 이를 신호로 인식하고 있다.Accordingly, the generation time of the next cycle current impulse signal fluctuates according to the change in power frequency, but the receiving device that does not know this fact detects the signal with the maximum amplitude around the repetition cycle time (16.7 ms) at which the next cycle signal is generated and signals it. is recognized as

이렇게 수평방향 X축으로 시간 간격을 두고 신호를 검출할 때, 저압선에서 발생되는 자계신호에 비해 상대적으로 미세한 고압선에서 발생되는 자계신호는 검출되지 못하고 있다.In this way, when signals are detected at time intervals along the horizontal X-axis, magnetic field signals generated from high-voltage lines that are relatively fine compared to magnetic field signals generated from low-voltage lines are not detected.

[도 3]은 고압과 저압선이 혼재된 변압기 근처에서 자계신호를 검출한 신호이다.[Fig. 3] is a signal detected by a magnetic field signal near a transformer in which high and low voltage lines are mixed.

이를 이전 기술에서 x축으로 전력주파수 주기인 1/60초 시간 간격을 두고 [도 3]의 검출 신호를 구간별 분하였을 때 [도 4]와 같이 된다.In the previous technology, when the detection signal of [Fig. 3] is divided into sections at 1/60 second time intervals, which are power frequency cycles, on the x-axis, it becomes as shown in [Fig. 4].

이렇게 시간으로만 구간을 구분한 후, 설정된 문턱값(threshold)를 초과하는 최초의 신호 변화 값을 가진 신호를 다음 주기 신호라고 [도 5]와 같이 검출하여 판단하고 있어 실제 피크 신호를 검출하지 못하는 오류가 발생하고 있다In this way, after dividing the interval only by time, the signal having the first signal change value exceeding the set threshold is detected and judged as the next period signal as shown in [Fig. 5]. an error is occurring

[도 5]와 같이 고정된 x축 시간 개념으로만 신호를 구간으로 구분하고 그 다음에 문턱값을 넘는 신호를 검출하여 판단할 때 발생되는 오류를 개선하기 위해 [도 4]와 같이 시간별 구분된 구간 내에서 Y축으로 최대값을 신호를 검출하면 [도 6]과 같이 시간의 차가 발생하여도 구간 내 최대 값을 검출할 수 있다.As shown in [Fig. 5], in order to improve errors that occur when dividing signals into sections only with the fixed x-axis time concept and then detecting and judging signals that exceed the threshold value, as shown in [Fig. 4], If the maximum value signal is detected on the Y-axis within the section, the maximum value within the section can be detected even if a time difference occurs as shown in FIG. 6 .

단순히 x축의 전력주파수 주기 시간만을 감안하지 않고, y축 값의 특성을 같이 이용하여 주기의 여유 구간 내에서 신호를 검출하는 것이 훨씬 유리한 것을 알 수 있다.It can be seen that it is much more advantageous to detect a signal within a margin period of the period by using the characteristics of the y-axis value together without simply considering only the power frequency cycle time of the x-axis.

이렇게 검출된 신호의 로직값을 분석하여 수신된 값이 비반복 신호, 예를 들어 '1010',가 수신될 때 수신된 신호가 송신기가 보내는 신호로 판단하고 경로 탐사하고 있다.By analyzing the logic value of the detected signal, when the received value is a non-repeating signal, for example, '1010', the received signal is determined to be a signal sent by the transmitter and a path is searched.

그러나 이렇게 로지값을 분석할 때 [도 6]의 검출된 신호는 비록 피크 값이지만 수신기가 요구하는 값이 아닌 '1111'의 로직 값을 가져 송신기가 전송한 신호가 아닌 노이즈라는 것을 알 수 있다.However, when analyzing the log value in this way, it can be seen that the detected signal in [Fig. 6] is noise, not a signal transmitted by the transmitter, because it has a logic value of '1111', which is not a value required by the receiver, although it is a peak value.

실제 현장에서 전류임펄스 신호를 전송한 후 고압선에서 검출된 신호는 [도 7]과 같이 아주 미세한 변동값을 갖고 로직값 '1010'을 유지하고 있다.After transmitting the current impulse signal in the actual field, the signal detected from the high-tension cable maintains the logic value '1010' with very minute fluctuations as shown in [Fig. 7].

이렇게 피크값보다 훨씬 적은 미세한 신호의 변동을 효율적으로 검출하기 위한 새로운 로직이 필요하게 된다.In this way, a new logic is required to efficiently detect minute signal fluctuations much smaller than the peak value.

새로운 방식의 신호 검출방식은 다음과 같이 기존 방식보다 우수하다.The new method of signal detection is superior to the existing method as follows.

1. 송신기 신호가 포함되지 않은 노이즈는 각 주기의 y값이 불규칙적임에도 불구하고 피크점의 추세는 유사하다는 점을 이용하여, 세세하게 작은 신호를 검출하려할 때 복잡한 신호 비교절차를 생략하고 오로지 피크점의 신호 변화를 검출하여 검출 로직을 간단히 하여 효율화를 기하고 있다는 점1. Even though the y value of each period is irregular for noise that does not include the transmitter signal, the trend of the peak point is similar. When trying to detect a small signal in detail, the complicated signal comparison procedure is omitted and only the peak point The point that detects the signal change of and aims to improve efficiency by simplifying the detection logic

2. Threshold를 이저과 같이 고정적인 절대값(상수값)으로 지정하지 않고, 검출된 신호 중 가장 높은/작은 값의 중간 값을 사용하여, y값의 불규칙성을 최대한 안정화 하였다는 점.2. The point that the irregularity of the y value was stabilized as much as possible by using the median value of the highest/smallest value among the detected signals, rather than designating the threshold as a fixed absolute value (constant value) like this.

3. 노이즈 등이 심한 곳에서도, 송신기가 전송한 신호가 오직 2개의 피크점에 영향을 주는 위치를 파악할 수 있어 신호대 잡음비를 개선할 수 있다는 점이다.3. Even in areas with severe noise, the signal-to-noise ratio can be improved because the location where the signal transmitted by the transmitter affects only two peak points can be identified.

[도 1]은 고압선 경로탐사를 위한 경로탐사 장치의 설치 구성을 보여주고 있다.
[도 2]는 고압선과 저압선에서 검출되는 신호의 크기를 비교하여 보여주고 있다
[도 3]은 노이즈가 발생하는 지역에서 검출된 신호 파형이다
[도 4]는 이전 기술에서 전력주파수 주기로 신호 구간을 정한 모습이다
[도 5]는 이전 기술에서 신호 검출한 결과를 보여주고 있다.
[도 6]은 구간 내에서 y축의 피크값을 검출한 결과를 보여주고 있다
[도 7]은 노이즈 지역에서 송신기가 전송한 신호가 포함된 파형을 보여주고 있다
[도 8]은 본 출원 기술을 적영할 노이즈 지역에서 검출된 신호 파형을 보여주고 있다
[도 9]~[도 12]는 본 출원 기술이 적용되어 신호 처리를 하는 중간 과정을 보여주고 있다
[도 13]은 본 출원기술을 사용하여 신호 검출한 결과를 보여주고 있다 [Figure 1] shows the installation configuration of the path exploration device for high-tension line path exploration.
[Figure 2] shows a comparison of the magnitudes of the signals detected in the high-voltage line and the low-voltage line.
[Figure 3] is a signal waveform detected in an area where noise occurs.
[Figure 4] is a state in which the signal interval is determined by the power frequency cycle in the previous technology.
[Figure 5] shows the result of signal detection in the previous technology.
[Fig. 6] shows the result of detecting the peak value of the y-axis within the section.
[Figure 7] shows a waveform containing a signal transmitted by a transmitter in a noise area.
[Figure 8] shows a signal waveform detected in a noise area to which the technology of the present application will be applied.
[Figure 9] ~ [Figure 12] shows the intermediate process of signal processing by applying the technology of this application
[Figure 13] shows the result of signal detection using the technology of the present application.

이에 현장에서 검출되는 [도 8]과 같은 신호를 분석하기 위해 다음과 같은 신뢰를 전제로 알고리즘을 전개 한다.Therefore, in order to analyze the signal as shown in [Fig. 8] detected in the field, the following algorithm is developed on the premise of trust.

(1) 파형이 비록 수치적으로 완벽한 합동은 아니더라도, 각 주기의 파형에는 유사한 피크 점의 순서들이 항상 존재하며, 송신기기 전송하는 신호의 개입이 아니라면 언제나 모든 주기에 일정한 순서를 공유한다. (2) 송신기가 전송하는 신호가 노이즈의 신호에 개입되어 합성되면 그 신호가 아무리 약해도 최소한 하나 이상의 피크에는 영향을 주며, 그 영향은 위에 전제에서 언급한 일정한 추세의 반복되는 피크 점들의 주기를 파괴할 것이다. (3) 이 때 주기를 파괴하는 피크 값은 최소한 두 개이며 전력주파수 2사이클 간격인 32~33ms 정도일 것이다.(1) Even if the waveforms are not numerically perfect congruence, similar peak point sequences always exist in the waveforms of each period, and a certain sequence is always shared in all periods unless the transmitter transmits a signal intervention. (2) When the signal transmitted by the transmitter is combined with the signal of noise, no matter how weak the signal is, it affects at least one peak. will destroy (3) At this time, there are at least two peak values that destroy the cycle, and it will be about 32 to 33 ms, which is an interval of 2 power frequency cycles.

[도 8]의 파형을 보면, 비록 주기 간 피크 점들의 y값이 완전히 동일한 값을 가지진 않지만 각 주기 간 유사한 모습의 피크들이 계속 반복되는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 미시적인 값은 같지 않지만 파형의 추세는 거의 같다할 수 있다.Looking at the waveform of [Fig. 8], although the y values of the peak points between periods do not have exactly the same value, it can be seen that similar peaks are repeated between periods. In other words, although the microscopic values are not the same, the trends of the waveforms may be almost the same.

이를 이용하여, 다음과 같은 기준으로 피크 점들을 지정한다.Using this, peak points are designated based on the following criteria.

(4) 가장 높은 값/낮은 값을 지정한다. (5) 해당 값에서 한 사이클(16ms)의 근처에 있는 피크점 중 상기 (4)에서 지칭한 피크값과 가장 유사한 값을 지정한다. (6) 상기 (5)에서 지정한 값에서 16ms 근처에 있는 피크점 중, 1에서 지칭한 피크값과 가장 유사한 값을 지정한다. (7) 이를 n번 반복한다(4) Designate the highest/lowest values. (5) Designate the value most similar to the peak value referred to in (4) above among the peak points near one cycle (16 ms) from the corresponding value. (6) Among the peak points near 16 ms from the value specified in (5) above, the value most similar to the peak value referred to in 1 is designated. (7) repeat this n times

위와 같이 신호처리하면 [도 9]와 같은 형태의 파형의 모습이 나오며 붉은 색의 선분에 겹치는 피크 점은 위로 향하는 극성점이고 반대로 파란 색 선은 아래로 향하는 극성점이다. When the signal processing is performed as above, a waveform in the form of [Fig.

그리고 나서 붉은 색의 피크 점중에서 가장 높은 값과 가장 낮은 값의 중간값을 Threshold로 지정한다. 이것은 붉은 색의 가로선으로 그래프에 그려져 있다. 또한 파란 색도 마찬가지이다.Then, the median value between the highest value and the lowest value among the red peak points is designated as the threshold. This is depicted on the graph as a red horizontal line. Also the color blue.

이렇게 Threshold 값을 구하고 난 뒤 다음과 같은 조건으로 신호를 찾는다:After obtaining the threshold value in this way, the signal is found under the following conditions:

(8) 붉은 피크점 기준으로 만약 이 Threshold보다 큰 값 또는 작은 값이 4개 이하로 존재하며, (9) n 그리고 n+1 번째 피크점의 간격이 1.5사이클 이상, 3사이클 미만이라면 (다시말해 24ms~48ms 내에 있다면), (10) 그것을 신호로 판정한다. (8) Based on the red peak point, if there are 4 or less values greater or less than this threshold, and (9) if the interval between the n and n+1 peak points is greater than or equal to 1.5 cycles and less than 3 cycles (in other words, if 24 ms to 48 ms), (10) judge it as a signal.

마찬가지로 파란 피크점 또한 Threshold보다 작은 값 또는 큰 값이 4개 이하로 존재하며, n 그리고 n+1 번째 피크점의 간격이 1.5사이클 이상, 3사이클 미만이라면 (다시말해 24ms~48ms 내에 있다면), 그것을 신호로 판정한다.Likewise, the blue peak point also has 4 or less values smaller or larger than the Threshold, and if the interval between the n and n+1 peak points is 1.5 cycles or more and less than 3 cycles (in other words, if it is within 24ms ~ 48ms), it is determined by the signal.

만약 위 조건에 만족하는 신호가 없다면, 해당 붉은/파란색의 피크점들을 모두 GND 값으로 만들어 무시한다. 왜냐하면 위 조건에 만족하지 않는 피크 점들은 비록 y값이 완전히 같지는 않아도 추세는 대부분 동일한 다시 말해 노이즈의 주기의 일부분이기 때문이다.If there is no signal that satisfies the above condition, all the corresponding red/blue peak points are made into GND values and ignored. This is because peak points that do not satisfy the above condition have the same trend even though the y values are not completely the same, that is, they are part of the period of the noise.

그 후 상기 (8)~(10)의 작업을 반복한다. [도 9]에서 [도 11]은 상기 절차를 수행한 중간 결과 값이며 [도 13]은 최종 결과를 보여주고 있다.After that, the operations of (8) to (10) are repeated. In [Fig. 9], [Fig. 11] is the intermediate result of performing the above procedure, and [Fig. 13] shows the final result.

이렇게 모든 주기 간에 공유하고 반복되는 피크점의 모습을 하나씩 비교함으로서, 미세한 신호값의 변화(원으로 표시된 곳)를 일일히 찾지 않아도 효과적으로 작은 변화를 검출할 수 있게 된 것이다. In this way, by comparing the peak points that are shared and repeated among all cycles one by one, it is possible to effectively detect small changes without individually looking for minute changes in signal values (places marked with circles).

Claims

In order to explore the magnetic field signal generated by the minute probe current flowing in the high-voltage cable in an area with strong noise, the midpoint of the repeated peak points is set as a threshold value, and the transmitter transmits when a signal with a predefined logic value is detected. High-voltage cable route search receiver characterized in that the path is searched by determining with a signal