WO2016064129A1 - 무전원 무선 통합 센서 - Google Patents

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WO2016064129A1
WO2016064129A1 PCT/KR2015/010802 KR2015010802W WO2016064129A1 WO 2016064129 A1 WO2016064129 A1 WO 2016064129A1 KR 2015010802 W KR2015010802 W KR 2015010802W WO 2016064129 A1 WO2016064129 A1 WO 2016064129A1
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surface acoustic
acoustic wave
variable code
signal
call
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PCT/KR2015/010802
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Inventor
오재근
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주식회사 코아칩스
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators

Definitions

  • the present invention relates to a non-power wireless integrated sensor, and more particularly, to a non-power wireless integrated sensor installed in a power facility such as a high-voltage circuit breaker to grasp an abnormal symptom of a facility such as an arc generation or an explosion.
  • CMS condition based maintenance system
  • Industrial facilities requiring such a condition diagnosis management system include a large internal combustion engine rotating facility such as a diesel generator or a ship engine, or a power facility protecting facility such as a high-pressure breaker.
  • power facility protection facilities such as infrastructure high voltage circuit breakers are not only essential in all production facilities, but the number of high voltage circuit breakers managed by KEPCO reaches 300,000 nationwide. Since the breakdown of the high-voltage breaker is developed by the explosion or failure of the interlocking equipment, it is necessary to prevent the breakdown of the high-voltage breaker in advance.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an integrated wireless power supply sensor for detecting an initial abnormal state of power equipment such as a high-voltage generator to prevent equipment failure.
  • the present invention provides a non-powered wireless integrated sensor that can accurately detect the occurrence of the power equipment by detecting the temperature rise accompanying the arc generation at the same time when the arc occurs in the high-voltage power equipment in real time. It aims to do it.
  • an object of the present invention is to provide a non-power wireless integrated sensor that is driven by a power source and capable of wireless measurement in real time.
  • the receiving signal is converted to the surface acoustic wave received IDT (page digital), the call signal is page modulated (page modulated), and variable A variable code setting unit for setting a code, a phase modulation unit for phase modulating the surface acoustic wave based on a correlation between the call sign of the surface acoustic wave and the variable code, and piezoelectric conversion of the phase modulated surface acoustic wave into a response signal
  • a transmission IDT a light detection unit that detects light generation by arc discharge, and outputs a corresponding voltage
  • the variable code setting unit sets the variable code based on an output voltage of the light detection unit.
  • an impedance conversion unit wherein the phase modulation unit auto-correlation relationship between the call sign and the variable code.
  • the non-powered wireless sensing device may further include a temperature sensing unit for converting the call signal into a surface acoustic wave and converting the surface acoustic wave whose vibration frequency is changed according to an external temperature change into a temperature response signal.
  • the impedance converter may be configured to include an FET device that receives the output voltage of the light sensing unit as a gate driving voltage to control the impedance value.
  • the variable code setting unit may be a plurality of digital switch structures configured to turn on / off respective digits of the variable code composed of a plurality of digits.
  • the impedance converter is connected to any digital switch of the variable code set, it characterized in that the digital switch on-off.
  • the receiving IDT (inter digital transducer) for receiving the call signal with the page code (page modulation) is converted to the surface acoustic wave, and variable to set the variable code A code setter, a phase modulator for phase modulating the surface acoustic wave based on a correlation between the call sign of the surface acoustic wave and the variable code, and a transmission IDT for piezoelectrically converting the phase modulated surface acoustic wave into a response signal And a bandpass filter for detecting a spark signal of a specific frequency band from white noise generated by arc discharge, an RF-DC converter for converting the spark signal into a corresponding output voltage and outputting the spark signal, and the variable code setting unit.
  • an impedance converter configured to set the variable code based on the converted output voltage. If the phase modulating part with the call sign of the self-correlation (auto-correlation) relationships established between the variable code and outputs said phase-modulated surface acoustic wave.
  • the non-powered wireless sensing device may further include a temperature sensing unit for converting the call signal into a surface acoustic wave and converting the surface acoustic wave whose vibration frequency is changed according to an external temperature change into a temperature response signal.
  • the impedance converter may include an FET device configured to control an impedance value by receiving the output voltage of the RF-DC converter as a gate driving voltage.
  • the RF-DC converter may include one or more schottky diodes for rectifying the spark signal and outputting the spark signal.
  • the variable code setting unit may be a plurality of digital switch structures configured to turn on / off respective digits of the variable code composed of a plurality of digits.
  • the impedance converter may be connected to any digital switch of the variable code setting unit to turn on / off the digital switch.
  • a call signal receiving unit for receiving a call signal with a call code page modulated (page modulated) according to another aspect of the present invention, and converts the call signal into a first surface acoustic wave, the call code of the first surface acoustic wave
  • An optical sensing module configured to output the phase modulated surface acoustic wave when an auto-correlation relationship is established between the call sign and the variable code by comparing with a variable code set based on whether light is generated by an arc discharge; And converting the call signal into a second surface acoustic wave and comparing the call sign of the second surface acoustic wave with a variable code set based on whether or not a spark has occurred due to arc generation, and autocorrelation relationship between the call code and the variable code. If true, includes a spark detection module for outputting the phase-modulated surface acoustic wave.
  • the non-powered wireless sensing device may further include a temperature sensing module converting the call signal into a third surface acoustic wave and converting the third surface acoustic wave whose vibration frequency is changed according to an external temperature change into a temperature response signal.
  • a temperature sensing module converting the call signal into a third surface acoustic wave and converting the third surface acoustic wave whose vibration frequency is changed according to an external temperature change into a temperature response signal. Can be.
  • the optical sensing module may include: a first phase modulator configured to phase modulate the first surface acoustic wave based on a correlation between a call sign of the first surface acoustic wave and the variable code;
  • An optical sensing unit may output a voltage and a first impedance converter configured to set the variable code based on the output voltage.
  • the spark detection module may include: a second phase modulator configured to phase modulate the second surface acoustic wave based on a correlation between a call sign of the second surface acoustic wave and the variable code; and a spark of a specific frequency band from the white noise
  • a band pass filter for detecting a signal
  • an RF-DC converter for converting the spark signal into a corresponding output voltage and outputting the signal
  • a second impedance converter for setting the variable code based on the output voltage.
  • the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be configured in different forms, and the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to provide general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention.
  • wireless measurement can be performed without using a battery by no power supply, so that the sensing value can be measured in real time.
  • FIG. 1 is a view showing a state of use of the wireless power sensor integrated in accordance with an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an example of an exploded perspective view of the non-powered wireless integrated sensor of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an example of an exploded perspective view of the non-powered wireless integrated sensor of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating an example of the configuration of the unpowered wireless integrated sensor of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an optical sensing module that detects light generation in the wireless non-powered wireless sensor of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a spark detection module detecting a spark occurrence in the wireless power supply sensor of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a process of detecting arc generation based on a specific frequency of white noise in the electric field strength and the spark detection module of FIG.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating another example of the configuration of the wireless power supply integrated sensor of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating another example of the configuration of the wireless power supply integrated sensor of FIG. 2.
  • FIG. 8 is a temperature characteristic graph for explaining an operation of a temperature sensing unit detecting a temperature change in the wireless powerless sensor of FIG. 7;
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of detecting an abnormality using the integrated wireless power supply sensor of FIG. 2.
  • 10 and 11 are graphs showing response analysis and simulation results according to autocorrelation establishment / non-establishment in the non-powered wireless integrated sensor of FIG. 2.
  • one component when one component is referred to as “connected” or “connected” with another component, the one component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular It is to be understood that, unless there is an opposite substrate, it may be connected or connected via another component in the middle.
  • FIG. 1 is a state diagram of use of a wireless power supply-less integrated sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless integrated sensor 100 of FIG. 1 is attached to an accident predicted point of a high voltage power facility such as a high voltage breaker, a high voltage switchgear, a transformer, and a transmission line such as various facilities that perform power management such as power generation and water / distribution.
  • a high voltage power facility such as a high voltage breaker, a high voltage switchgear, a transformer, and a transmission line
  • various facilities that perform power management such as power generation and water / distribution.
  • an external measurement device Interrogation Device, ECU
  • the predicted accident point is concentrated on the connection part 10 such as a bus bar or breaker inlet part, and the fastening bolts restraining the connection part 10 are loosened by the continuous vibration of the facility, so that a high current
  • the contact resistance of the connection part 10 which flows increases, and temperature rises.
  • the non-powered wireless integrated sensor 100 receives an RF interrogation signal transmitted from an external ECU 200 and surfaces the call signal using one or more SAW transponders provided in the sensor.
  • Reverse piezoelectric conversion to Surface Acoustic Wave (SAW) modulating the surface acoustic wave based on the external arc discharge or temperature change, and then converting the surface acoustic wave into a SAW echo signal (SAW echo signal) Piezoelectric conversion is sent to the external ECU (200).
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • the non-powered wireless integrated sensor 100 may detect light or sparks accompanying arc generation or sense a temperature increase around the facility due to arc discharge in order to determine whether an arc occurs outside.
  • the non-powered wireless integrated sensor 100 of the present invention is detected in the process of detecting the external arc discharge and / or the temperature change by exchanging a call signal and a response signal between the wireless powerless wireless sensor 100 and the ECU 200. Since there is no need for a separate power source or a battery, wireless sensing data can be transmitted, and thus there is no location limitation and easy maintenance.
  • FIG. 2 is a schematic outline view of one embodiment of a non-powered wireless integrated sensor 100 according to the present invention.
  • the powerless wireless integrated sensor 100 includes an antenna 110 and an integrated sensor module 120.
  • the antenna 110 and the integrated sensor module 120 are mounted on the metal base 104 and protected from the outside by the antenna cover 102 fastened to the metal base 104.
  • the light detecting unit 130 for detecting light generated outside the sensor is disposed above the antenna cover 102.
  • the metal base 104 may be formed with a left side (washer) on one side so as to be fixed to the connection bolt fastening bolt, such as a bus bar (bar) or breaker inlet.
  • the antenna 110 includes a reception antenna for receiving a call signal from the ECU 200 and a transmission antenna for transmitting a response signal modulated based on the sensing information.
  • FIG 3 illustrates a detailed structure of the integrated sensor module 120, the antenna 110 connected thereto, and the light detector 130.
  • the integrated sensor module 120 may include a first arc SAW 122, a first impedance transformer 123, a second arc SAW 124, and a second impedance converter 125. It may be configured to include an RF-DC converter 126 and a band pass filter 127. Sensor modules with more or fewer components may be implemented.
  • the antenna 110 receives a wireless call signal transmitted from an external ECU 200 to detect a light SAW transponder (hereinafter referred to as a first arc SAW) 122 and a spark detection SAW transponder (hereinafter referred to as a second). Arc SAW). At this time.
  • the call signal includes a sign of a plurality of page modulated digits (hereinafter referred to as call sign).
  • the antenna 110 transmits a high frequency reflected signal (hereinafter, referred to as a response signal) generated by piezoelectric phenomenon of surface acoustic waves generated by the first arc SAW 122 or the second arc SAW 124 to the external ECU 200.
  • a response signal a high frequency reflected signal generated by piezoelectric phenomenon of surface acoustic waves generated by the first arc SAW 122 or the second arc SAW 124 to the external ECU 200.
  • a separate transmit antenna may be further provided for transmitting.
  • the first arc SAW 122 is used as the primary transmission medium to enable use as an arc sensor device through light sensing.
  • the first arc SAW 122 converts the call signal received from the antenna 110 into surface acoustic waves by the reverse piezoelectric effect.
  • the first arc SAW 122 compares the call sign with variable codes set based on whether the light detection unit 130 detects light generation according to the arc generation, and applies the call signal to the call signal.
  • the surface acoustic wave may be phase modulated.
  • the first impedance converter 123 is connected to any one of a plurality of digital switches for setting a variable code, and turns on the digital switch connected based on the output voltage of the light detector 130. By turning off, the corresponding digit value of the variable code is changed.
  • the first impedance converter 123 may be implemented as a FET device, and may receive an output voltage of the photodetector 130 as a gate driving voltage to increase the PN junction between the drain and the source to vary the impedance. have.
  • the light detector 130 detects light generation due to arc discharge and outputs a voltage corresponding thereto.
  • the output DC voltage is input to the gate of the first impedance converter 123.
  • the light detector 130 may be implemented using various types of solar cells, and the magnitude of the output DC voltage is proportional to the intensity of the incident light.
  • FIG. 4 illustrates a structure of an embodiment of the light sensing module including the first arc SAW 122, the first impedance converter 123, and the light detector 130.
  • the RF call signal incident from the external ECU 200 to the unpowered wireless integrated sensor 100 is incident to the receiving antenna 110, the reception of the first arc SAW 122 is performed.
  • the call signal is subjected to reverse piezoelectric conversion into surface acoustic waves.
  • the RF call signal may be a signal obtained by page modulation of a call code composed of a plurality of digits.
  • the call sign h (t) has a binary value of '1011'.
  • the generated surface acoustic waves are phase-shifted according to the call sign to mechanically vibrate the surface of the piezoelectric substrate of the first arc SAW 122 and propagate to the opposite transmission IDT 146.
  • the phase modulator 144 is disposed between the reception IDT 142 and the transmission IDT 146.
  • the phase modulator 144 includes a plurality of transformed IDTs capable of digital signal processing to perform phase demodulation (BPSK) on the transmitted surface acoustic waves.
  • BPSK phase demodulation
  • the conversion IDT is connected in a one-to-one correspondence with a plurality of digital switches provided in the variable code setting unit 148, and changes a property of the surface acoustic wave passing through the conversion IDT according to BPSK code values set in the plurality of digital switches. Let's do it.
  • the digital switch may be located in any one of on / off states according to the value of the variable code set by the variable code setting unit 148. In each state, the digital switch value is '0'. Or '1'.
  • the phase modulator 144 causes a correlation peak to be generated at a predetermined time when the variable code set through the variable code setting unit 148 and the received call code coincide with each other. For example, in FIG. 4, when the set variable code is '1011' and the received call sign is '1011', cross correlation is formed as shown in FIG. 10 (a), so that a large signal is generated at a specific time. If the set variable code is not the same as the received call sign '1011', cross-correlation is not formed as shown in FIG.
  • the transmission IDT 146 piezoelectrically converts the surface acoustic wave into a high frequency response signal and transmits the surface acoustic wave to the outside through the transmission antenna 112.
  • the external ECU 200 may receive the response signal, go through demodulation exaggeration, determine whether the correlation peak is detected, and determine whether an arc has occurred.
  • the first impedance converter 123 may be implemented in a FET structure.
  • the source-drain of the FET structure is connected to an arbitrary digital switch among the plurality of digital switches of the variable code setting unit 148, and the light sensing unit 130 is connected to the gate.
  • the output terminal of may be connected.
  • the first impedance converter 123 receives the output voltage of the light detector 130 as the gate driving voltage to control the PN junction between the drain and the source to adjust the impedance and operate as a switch.
  • the light detector 130 when light is generated by an external arc discharge, the light detector 130 generates a DC output voltage corresponding to the amount of incident light.
  • the DC output voltage is applied to the gate of the first impedance converter 123 through the output terminal of the light detector 130, the impedance of the first impedance converter 123 is modulated, and the first impedance converter ( The second digital switch of the variable code setting unit 148 connected to 123 is opened to operate in the '0' state.
  • variable code set by the variable code setting unit 148 has a value of '1011', and a correlation is formed with the variable code as the received call sign is '1011'. Therefore, the phase modulator 144 outputs a large peak at any time.
  • the second arc SAW 124 is used as a primary transmission medium to enable use as an arc sensor device using spark detection.
  • the second arc SAW 124 converts the call signal received from the antenna 110 into surface acoustic waves by the reverse piezoelectric effect.
  • the second arc SAW 124 is driven in a transverse phase-shift method, and in this case, adopting a single phase unit directional transducer (SPUDT) structure in order to suppress the reflected surface acoustic waves as much as possible. desirable.
  • SPUDT single phase unit directional transducer
  • the second arc SAW 124 compares the variable code set based on the white noise of a specific frequency band detected by the band pass filter 127, between the call sign included in the call signal and the variable code.
  • the surface acoustic wave may be phase modulated.
  • the second impedance converter 125 is connected to any one of a plurality of digital switches for setting the variable code, and the on-off operation of the connected digital switch based on the output voltage of the RF-DC converter 126 Variable value of the variable code is changed.
  • the second impedance converter 125 may be implemented as a FET device.
  • the second impedance converter 125 may receive an output voltage of the RF-DC converter 126 as a gate driving voltage and may be disposed between the drain and the source.
  • the impedance can be varied by increasing the PN junction.
  • the band pass filter 127 filters a specific frequency band from white noise caused by arc discharge (spark) and transmits the specific frequency band to the RF-DC converter 126 at a later stage.
  • FIG. 6 shows electric field strengths according to frequency bands of white noise generated by sparks accompanying arc generation.
  • graph A is a white noise spectrum due to an arc discharge when an arc is generated in a busbar
  • graph B represents a background noise spectrum in a steady state.
  • the electric field strength of the frequency 30MHz ⁇ 100MHz band appears very high compared to the background noise.
  • the band pass filter 127 filters a frequency of a specific frequency band, for example, an 80 MHz band as shown in P of FIG. 6 and transmits the filtered frequency to the RF-DC converter 126 at a later stage.
  • the RF-DC converter 126 converts an input signal of a specific frequency band to a DC level and outputs the converted signal.
  • the output DC voltage is input to the gate of the second impedance converter 125.
  • the RF-DC converter 126 may be implemented using a schottky diode, and the magnitude of the output DC voltage is proportional to the strength of the input frequency signal.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment of a spark sensing module including the second arc SAW 124, the second impedance converter 125, the RF-DC converter 126, and the band pass filter 127. The structure is shown.
  • the receiving IDT of the second arc SAW 124 may be used.
  • the call signal is subjected to reverse piezoelectric conversion to a surface acoustic wave.
  • the RF call signal may be a signal in which a call sign composed of a plurality of digits is page modulated (PM).
  • the call sign h (t) has a binary value of '1001'.
  • the generated surface acoustic wave is phase shifted in accordance with the call sign and propagates to the opposite transmission IDT 156 while mechanically vibrating the surface of the piezoelectric substrate of the second arc SAW 124.
  • a phase modulator 154 is disposed between the reception IDT 152 and the transmission IDT 156.
  • the phase modulator 154 includes a plurality of transformed IDTs capable of digital signal processing to perform phase demodulation (BPSK) on the transmitted surface acoustic waves.
  • BPSK phase demodulation
  • the conversion IDT is connected in a one-to-one correspondence with a plurality of digital switches included in the variable code setting unit 158 and passes through the conversion IDT according to BPSK code values (variable code values) set in the plurality of digital switches. Change the properties of the seismic wave.
  • the digital switch may be in any one of an on / off state according to the value of the variable code set by the variable code setting unit 158. In each state, the digital switch value is '0'. Or '1'.
  • the phase modulator 154 outputs a correlation peak at a predetermined time when auto-correlation is established by matching a variable code set through the variable code setting unit 158 with a received call code.
  • the transmission IDT 156 piezoelectrically converts the surface acoustic wave into a high frequency response signal, and transmits it to the outside through the transmission antenna 112.
  • the external ECU 200 may determine whether an arc is generated based on whether the correlation peak is detected after receiving the response signal and performing a demodulation process.
  • the second impedance converter 125 may be implemented in a FET structure like the first impedance converter 123.
  • the source-drain of the FET structure may be connected to its digital switch of the variable code setting unit 158, and an output terminal of the RF-DC converter 126 may be connected to a gate thereof.
  • the second impedance converter 125 receives the output voltage of the RF-DC converter 126 as the gate driving voltage to control the PN junction between the drain and the source to adjust the impedance and operate as a switch.
  • the RF-DC converter 126 receives a frequency signal of a specific band filtered by white noise due to arc discharge from the band pass filter 127 and outputs a DC voltage.
  • the impedance of the second impedance converter 125 is modulated and the second impedance converter is converted.
  • the second digital switch of the variable code setting unit 158 connected to the unit 125 is opened to operate in the '0' state.
  • variable code set by the variable code setting unit 158 has a value of '1001', and the received call sign is '1001' and has a correlation with the variable code. Since the phase modulator 154 outputs a large peak at an arbitrary time, it is formed.
  • Figure 7 shows another embodiment of the wireless power sensor integrated 100 of the present invention.
  • the integrated sensor module 120 further includes a temperature SAW transponder (hereinafter, referred to as a temperature SAW) 121 that is a temperature sensing module as compared to the integrated sensor module 120 of FIG. 3.
  • a temperature SAW transponder hereinafter, referred to as a temperature SAW
  • the temperature SAW 121 converts the call signal received by the receiving antenna 110 into surface acoustic waves by the reverse piezoelectric effect in the transmission IDT.
  • the converted surface acoustic waves propagate in both directions of the piezoelectric substrate.
  • the elastic energy (elastic energy) of the surface acoustic wave is maximized at the resonant frequency, which may be varied by the temperature of the temperature SAW 121.
  • the length of the piezoelectric substrate of the temperature SAW 121 is thermally expanded by the ambient temperature, which changes the group velocity of the surface acoustic wave.
  • the change in the group velocity of the surface acoustic waves induces a change in the resonance frequency of the surface acoustic waves.
  • the elastic energy of the surface acoustic wave whose resonance frequency is converted is converted into radio wave energy including resonance frequency information by the piezoelectric effect, and the converted radio wave energy is transmitted to the outside as an echo signal through the reception antenna 110. do.
  • the external ECU 200 may receive the response signal and analyze the response signal to calculate an actual value of the temperature applied to the temperature SAW 121.
  • the resonance frequency response characteristics of the temperature SAW 121 according to the temperature has a linear characteristic in a wide range. Therefore, by identifying the resonance frequency of the response signal received from the temperature SAW 121, it is possible to accurately grasp the temperature at the time when the response signal is sent.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of detecting an abnormality using the integrated wireless power supply sensor of FIG. 2. In the following description, descriptions overlapping with those described above will be omitted.
  • the external ECU 200 generates an RF call signal and transmits it to the outside by time / frequency modulation it (S10 to S30).
  • the call signal may be page modulated (PM).
  • the ECU 200 may generate a call signal by PM-modulating the call sign '1011' as illustrated in FIG. 4 to determine whether the light is detected, and to determine whether the spark is detected in FIG. 5.
  • the call signal '1001' may be PM-modulated to generate a call signal.
  • the call signal may be transmitted periodically at regular intervals or may be manually transmitted by an administrator.
  • the wireless power sensor 100 receives the call signal through the receiving antenna 110 and transmits the received call signal to the first arc SAW 122 and the second arc SAW (connected to the receiving antenna 110). 124 and the temperature is transmitted to the SAW 121 (S100).
  • Each SAW transponder 121, 122, 124 reverse-piezoelectrically converts the transmitted call signal from the received IDT to the surface acoustic wave (S110).
  • the temperature SAW 121 thermally expands the length of the piezoelectric substrate in accordance with the change of the ambient temperature, thereby changing the group speed of the surface acoustic waves propagating on the piezoelectric substrate, which in turn changes the resonance frequency of the surface acoustic waves (S120, S125).
  • the phase modulator compares the call code of the call signal with the variable code set by the variable code setting unit (S150), and if the variable code and the call code coincide (S160), that is, when the autocorrelation is established, a peak peak (correlation peak) And outputs a surface acoustic wave having () and outputs a surface acoustic wave having no maximum peak (S170) if autocorrelation is not established.
  • variable code detects whether light or spark is accompanied by arc generation, and sets a value of an arbitrary digit of the variable code based on the detected light generation or spark generation (S130 and S140).
  • the resonant frequency is changed in accordance with temperature change, or the surface acoustic wave phase-modulated to have the maximum peak by the detection of light or spark is piezoelectrically converted into a high frequency response signal through the transmission IDT and then transmitted to the outside through a transmitting antenna ( S180, S190).
  • the transmitted response signal is received by the ECU 200 (S200), after the amplification process and the demodulation process (S210), and extracts the necessary sensing value to check whether the arc is generated and the temperature change (S220).
  • the non-powered wireless integrated sensor of the present invention is attached to an accident predicted point of a high voltage power equipment such as a high voltage circuit breaker, and detects the occurrence of an arc by detecting the occurrence of bright light or spark accompanying temperature change and arc generation.
  • a high voltage power equipment such as a high voltage circuit breaker
  • the sensorless integrated wireless sensor of the present invention does not need to provide a separate power source while determining whether the temperature changes or the arc occurs in real time, and it is easy to remotely control and detect the information because the transmission and reception of the wireless information is made and the constraints of the installation site This can solve problems.

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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

전력 시설에 설치되어 설비의 이상징후를 파악하기 위한 무전원 무선 감지 장치가 제공된다. 상기 무전원 무선 감지 장치는, 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer), 가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부, 상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부, 상기 위상 변조된 탄성 표면파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT, 아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 그리고 상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 광 감지부의 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 한다.

Description

무전원 무선 통합 센서
본 발명은 무전원 무선 통합 센서에 관한 것으로서 특히 고압 차단기와 같은 전력 시설에 설치되어 아크 발생이나 폭발 등 설비의 이상징후를 파악하기 위한 무전원 무선 통합 센서에 관한 것이다.
산업용 전력 설비 또는 대형 내연 기관 등과 같은 대형 산업용 설비의 경우에 장비의 고장은 대형 사고를 초래할 뿐 아니라 설비의 운행 중단으로 인해 경제적으로 막대한 피해를 입히게 된다. 따라서, 대형 산업용 설비를 운용하는 사업장에서는 장비의 고장여부를 실시간으로 감시할 수 있는 시스템의 구축이 필수적이다. 이와 같이 장비의 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 발견하고 이를 기초로 장비의 고장 여부 및 고장 가능성을 사전에 판단하여 정비를 수행하는 시스템을 상태진단 관리 시스템(Condition based Maintenance System: CMS)라고 하며, 그 중에서도 이상값 징후를 발견하고 이를 통해 정비를 수행하여 고장 발생을 사전에 방지하고자 하는 시스템을 예지정비(Predictive Maintenance) 시스템이라고 한다.
이러한 상태진단 관리 시스템이 요구되는 산업용 설비에는 디젤 발전기나 선박 엔진 등과 같은 대형 내연기관 회전설비 또는 고압 차단기와 같은 전력시설 보호설비 등이 있다. 특히, 기반시설인 고압 차단기와 같은 전력시설 보호설비는 모든 생산시설에서는 필수적으로 구성되어 있을 뿐 아니라 한국전력이 관리하는 고압 차단기는 전국에 300,000개에 이를 정도로 많다. 이러한 고압 차단기의 고장은 연동되는 설비의 폭발이나 장해로 발전되므로 이러한 고압 차단기의 고장을 사전에 방지할 필요가 있다.
한편, 고압 전력설비에서 아크(Arc) 발생은 가장 치명적인 사고로서 대부분의 경우에 설비의 부분 파손이나 완전 파손을 초래하며, 이로 인해 전력중단에 의한 조업 중단 및 수용가 전력 공급 중단에 이르게 된다. 아크가 발생하게 되면 열과 함께 강한 빛을 발생시키게 되므로 이를 감지할 수 있다면 아크 발생으로 인한 피해를 최소화할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고압 발전기 등의 전력 설비의 초기 이상 상태를 감지하여 설비 고장을 방지하기 위한 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고압 전력설비에서 아크가 발생된 경우에 이를 실시간으로 감지함과 동시에, 아크 발생에 동반되는 온도 상승을 감지하여 전력 설비의 이상 발생여부를 정확히 파악할 수 있는 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무전원으로 구동되며 실시간으로 무선 계측이 가능한 무전원 무선 통합 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무전원 무선 감지 장치는, 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer)와, 가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부와, 상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부와, 상기 위상 변조된 탄성 표면파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT와, 아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 그리고 상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 광 감지부의 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무전원 무선 감지 장치는, 상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 광 감지부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조일 수 있다.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무전원 무선 감지 장치는, 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer)와, 가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부와, 상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부와, 상기 위상 변조된 탄성 표면파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT와, 아크 방전에 의해 발생되는 백색잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터와, 상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부, 그리고 상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 변환된 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며, 상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관 관계(auto-correlation) 관계가 성립되면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무전원 무선 감지 장치는, 상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 RF-DC 변환부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 RF-DC 변환부는 상기 스파크 신호를 정류하여 DC 전압으로 출력하기 위한 하나 이상의 쇼트키(schottky) 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조일 수 있다.
여기서, 상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부와, 상기 호출 신호를 제1 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 방전에 의한 광 발생 여부에 기초하여 설정된 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 광 감지 모듈, 그리고 상기 호출 신호를 제2 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 발생에 의한 스파크 발생 여부에 기초하여 설정된 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 스파크 감지 모듈을 포함한다.
여기서, 상기 무전원 무선 감지 장치는, 상기 호출 신호를 제3 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 제3 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지 모듈을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광 감지 모듈은, 상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제1 표면 탄성파를 위상 변조하는 제1 위상 변조부, 외부의 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부, 및 상기 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 제1 임피던스 변환부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스파크 감지 모듈은, 상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제2 표면 탄성파를 위상 변조하는 제2 위상 변조부, 상기 백색 잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터, 상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부, 및 상기 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 제2 임피던스 변환부를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 무전원 구동으로 배터리를 사용하지 않으면서 무선 계측이 가능하여 센싱값을 실시간으로 계측할 수 있게 된다.
또한, 고압 전력설비에서 발생되는 고장의 주요 원인인 아크 발생이나 폭발 등으로 인하여 발생되는 고온의 열이나 강한 빛, 또는 스파크 등을 감지하여 설비의 이상 여부를 정확히 진단할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 무선 통합 센서의 사용 상태를 도시한 도면
도 2는 도 1의 무전원 무선 통합 센서의 분해 사시도의 일례
도 3은 도 2의 무전원 무선 통합 센서의 구성의 일례를 개략적으로 도시한 블록도
도 4는 도 2의 무전원 무선 통합 센서에서 광 발생을 감지하는 광 감지 모듈의 구성을 도시한 도면
도 5는 도 2의 무전원 무선 통합 센서에서 스파크 발생을 감지하는 스파크 감지 모듈의 구성을 도시한 도면
도 6은 아크 발생시의 전계 강도 및 도 5의 스파크 감지 모듈에서 백색 잡음의 특정 주파수를 기준으로 아크 발생을 감지하는 과정이 도시된 도면
도 7은 도 2의 무전원 무선 통합 센서의 구성의 다른 예를 개략적으로 도시한 블록도
도 8은 도 7의 무전원 무선 통합 센서에서 온도 변화를 감지하는 온도 감지부의 동작을 설명하기 위한 온도 특성 그래프
도 9는 도 2의 무전원 무선 통합 센서를 이용한 이상 감지 방법을 도시한 흐름도
도 10 및 11은 도 2의 무전원 무선 통합 센서에서 자기상관 성립/미성립에 따른 응답 해석 및 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
*이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 무전원 통합 센서를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 무선 통합 센서의 사용 상태도이다.
도 1의 무전원 무선 통합 센서(100)는 발전, 수/배전 등 전력관리를 수행하는 각종 설비, 예를 들어, 고압 차단기, 고압 배전반, 변압기 및 송전선로 등의 고전압 전력설비의 사고 예상 지점에 부착되어 온도 과열 여부 및 아크 발생 여부를 동시에 측정하고 이를 외부 측정 장치(Interrogation Device, 이하 ECU)(200)로 무선으로 전송한다. 이때, 상기 사고 예상 지점은 부스바(bus bar)나 차단기 인입부와 같은 연결 부위(10)에 집중되며, 상기 연결 부위(10)를 구속하는 체결 볼트가 설비의 지속적 진동에 의해 느슨하게 되어 고전류가 흐르는 연결 부위(10)의 접촉 저항이 증대되어 온도가 상승한다.
상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 외부의 ECU(200)로부터 송출되는 RF 호출 신호(Interrogation signal)를 수신하고, 센서 내부에 구비된 하나 이상의 SAW 트랜스폰더(transponder)를 이용하여 상기 호출 신호를 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave: SAW)로 역압전 변환하고, 외부에서의 아크(Arc) 방전 여부 또는 온도 변화를 기초로 상기 표면 탄성파를 변조한 후에 이를 다시 고주파 반사 신호(SAW echo signal, 이하 응답 신호라고 함)로 압전 변환하여 외부의 ECU(200)로 송출한다.
여기서, 상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 외부에서의 아크 발생 여부를 판단하기 위하여, 아크 발생에 수반되는 광 또는 스파크를 감지하거나 또는 아크 방전에 의한 시설 주변의 온도 상승을 감지할 수 있다.
이와 같이, 무전원 무선 통합 센서(100)와 ECU(200)간의 호출 신호 및 응답 신호의 교환을 통해 외부의 아크 방전 여부 및/또는 온도 변화를 감지하는 과정에서 본 발명의 무전원 무선 통합 센서(100)는 별도의 전원이나 배터리를 필요로 하지 않으면서도 무선으로 센싱 정보의 전송이 가능하므로 장소적 제한이 없으며 유지 보수가 용이한 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 무전원 무선 통합 센서(100)의 일 실시예의 개략적인 외형도이다.
도 2를 참조하면, 상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 안테나(110) 및 통합 센서 모듈(120)을 포함한다. 상기 안테나(110) 및 통합 센서 모듈(120)은 메탈 베이스(104)의 상부에 거치되고, 상기 메탈 베이스(104)에 체결되는 안테나 커버(102)에 의해 외부로부터 격리되어 보호된다. 상기 안테나 커버(102)의 상부에는 센서 외부에서 발생되는 광을 감지하기 위한 광 감지부(130)가 배치된다. 상기 메탈 베이스(104)는 부스바(bus bar)나 차단기 인입부 등의 연결부 체결볼트에 삽입 고정될 수 있도록 일측에 좌철(washer)이 형성될 수 있다. 상기 안테나(110)는 ECU(200)로부터의 호출 신호를 수신하는 수신 안테나 및 센싱 정보를 기초로 변조된 응답 신호를 송신하는 송신 안테나를 포함한다.
도 3에는 상기 통합 센서 모듈(120) 및 이에 연결되는 안테나(110), 광 감지부(130)의 세부 구조가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 통합 센서 모듈(120)은 제1 아크 SAW(122), 제1 임피던스 변환부(impedance transformer)(123), 제2 아크 SAW(124), 제2 임피던스 변환부(125), RF-DC 변환부(126) 및 대역 통과 필터(band pass filter)(127)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그보다 많은 구성요소를 갖거나 그보다 적은 구성요소를 갖는 센서 모듈이 구현될 수도 있다.
상기 안테나(110)는 외부의 ECU(200)에서 송출한 무선 호출 신호를 수신하여 광 감지용 SAW 트랜스폰더(이하, 제1 아크 SAW)(122) 및 스파크 감지용 SAW 트랜스폰더(이하, 제2 아크 SAW)(124)로 전달한다. 이때. 상기 호출 신호는 페이지 변조(page modulation)된 복수의 디지트(digit)의 부호(이하, 호출 부호)를 포함한다.
상기 안테나(110)는 제1 아크 SAW(122) 또는 제2 아크 SAW(124)에서 생성된 표면 탄성파의 압전 현상에 의해 생성된 고주파 반사 신호(이하, 응답 신호)를 외부의 ECU(200)로 송출하기 위하여 별도의 송신 안테나를 더 구비할 수 있다.
상기 제1 아크 SAW(122)는 광 감지를 통한 아크 센서 장치로 사용이 가능하도록 하는 주요한 전송 매체로 사용된다. 제1 아크 SAW(122)는 안테나(110)로부터 수신된 호출 신호를 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시킨다.
이때, 상기 제1 아크 SAW(122)는 상기 호출 부호를 광 감지부(130)에서의 아크 발생에 따른 광 발생의 감지 여부를 기초로 설정된 가변 코드(variable codes)와 비교하여, 상기 호출 신호에 포함된 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 표면 탄성파를 위상 변조할 수 있다.
상기 제1 임피던스 변환부(123)는 가변 코드를 설정하기 위한 복수의 디지털 스위치(digitized switch) 중 임의의 하나에 연결되어, 광 감지부(130)의 출력 전압을 기초로 연결된 디지털 스위치를 온-오프 동작시켜서 가변 코드의 해당 디지트 값을 가변시킨다.
상기 제1 임피던스 변환부(123)는 FET 소자로 구현될 수 있으며, 광 감지부(130) 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합(junction)을 증가시켜서 임피던스를 가변시킬 수 있다.
상기 광 감지부(130)는 아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 이에 상응하는 전압을 출력한다. 출력된 DC 전압은 상기 제1 임피던스 변환부(123)의 게이트에 입력된다. 이때, 상기 광 감지부(130)는 다양한 종류의 태양 전지(solar cell) 등을 이용하여 구현될 수 있으며, 출력되는 DC 전압의 크기는 입사되는 광의 세기에 비례한다.
이와 관련하여, 도 4에는 상기 제1 아크 SAW(122), 제1 임피던스 변환부(123) 및 광 감지부(130)로 구성되는 광 감지 모듈의 일 실시예의 구조가 도시되어 있다.
*도 4를 참조하여 예를 들면, 외부의 ECU(200)에서 무전원 무선 통합 센서(100)로 입사된 RF 호출 신호가 수신 안테나(110)로 입사되면, 상기 제1 아크 SAW(122)의 수신(receiver) IDT(142)에서 상기 호출 신호가 표면 탄성파로 역압전 변환(converse piezoelectric conversion)된다. 이때, 상기 RF 호출 신호는 복수 디지트로 이루어진 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 신호일 수 있다. 도 4에서는 상기 호출 부호 h(t)가 '1011'의 이진 값을 가진다고 예시한다.
생성된 표면 탄성파는 상기 호출 부호에 맞게 위상 변환되어 제1 아크 SAW(122)의 압전 기판의 표면을 기계적으로 진동시키며 반대편의 전송(transceiver) IDT(146)까지 전파(propagation) 진행한다.
상기 수신 IDT(142)와 전송 IDT(146)의 사이에는 위상 변조부(144)가 배치된다. 상기 위상 변조부(144)는 전송되는 표면 탄성파에 대한 위상 복조(BPSK: Bi Phase Shift Keying)를 수행할 수 있도록 디지털 신호 처리가 가능한 복수 개의 변환 IDT로 구성된다.
상기 변환 IDT는 가변 코드 설정부(148)에 구비된 복수 개의 디지털 스위치와 1대1 매칭되도록 연결되며, 복수의 디지털 스위치에 설정된 BPSK 코드값에 따라 상기 변환 IDT를 통과하는 표면 탄성파의 성질을 변화시킨다. 이러한 디지털 스위치는 가변 코드 설정부(148)에서 설정된 가변 코드의 값에 따라 온(on)/오프(off) 중 어느 하나의 상태에 위치할 수 있으며, 각각의 상태에서 상기 디지털 스위치 값은 '0' 또는 '1'을 대표한다.
상기 위상 변조부(144)는 가변 코드 설정부(148)를 통해 설정된 가변 코드와 수신된 호출 부호가 일치하여 자기 상관이 성립된 경우에, 일정 시간에서 상관 피크(correlation peak)가 발생되도록 한다. 예를 들어, 도 4에서, 설정된 가변 코드가 '1011'이며 수신된 호출 부호가 '1011'인 경우, 도 10(a)에 도시된 것처럼 상호상관이 형성되므로 특정 시간에 큰 신호(correlation)가 출력되며, 설정된 가변 코드가 수신된 호출 부호 '1011'과 동일하지 않은 경우, 도 11(a)에 도시된 것처럼 상호상관이 형성되지 않으므로 큰 신호가 발생되지 않는다.
상기 표면 탄성파가 전송 IDT(146)에 도달하면 전송 IDT(146)는 표면 탄성파를 고주파 응답 신호로 압전 변환하고 이를 송신 안테나(112)를 통해 외부로 송출한다. 외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하여 복조 과장을 거친 후 상기 상관 피크(correlation peak)가 검출되는지 여부를 판단하고 이를 통해 아크 발생 여부를 확인할 수 있다.
상기 제1 임피던스 변환부(123)는 FET 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 FET 구조의 소스(source)-드레인(drain)은 상기 가변 코드 설정부(148)의 복수의 디지털 스위치 중에서 임의의 디지털 스위치에 연결되고, 게이트(gate)에는 광 감지부(130)의 출력단이 연결될 수 있다.
제1 임피던스 변환부(123)는 광 감지부(130)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 제어함으로써 임피던스를 조절하고 스위치로서 동작한다.
도 4를 참조하여 예를 들면, 외부의 아크 방전에 의한 광 발생시 광 감지부(130)는 입사된 광량에 상응하는 DC 출력 전압을 생성한다. 광 감지부(130)의 출력단을 통해 상기 DC 출력 전압이 제1 임피던스 변환부(123)의 게이트로 인가되면, 제1 임피던스 변환부(123)의 임피던스가 변조되고, 상기 제1 임피던스 변환부(123)가 연결된 가변 코드 설정부(148)의 두 번째 디지털 스위치 스위치를 open 시켜서 '0' 상태로 동작시킨다.
반대로, 광 발생이 감지되지 않은 상태에서는 제1 임피던스 변환부(123)의 게이트에 구동 전압이 인가되지 않으므로 소스-드레인 간의 임피던스 변조가 수행되지 않으며, 상기 제1 임피던스 변환부(123) 가 연결된 가변 코드 설정부(148)의 두 번째 디지털 스위치를 short 시켜서 '1' 상태로 동작시킨다.
따라서, 아크 발생에 의해 광이 감지된 경우, 가변 코드 설정부(148)에서 설정되는 가변 코드는 '1011'값을 가지게 되며, 수신된 호출 부호가 '1011'로서 상기 가변 코드와 상관 관계가 형성되므로, 위상 변조부(144)는 임의의 시간에 큰 피크(correlation peak)를 출력시킨다.
도 10 및 11에서, 호출 부호와 가변 코드가 일치하는 경우에 특정 시간에서 도 10(a)와 같이 큰 피크 신호가 출력되며, 일치하지 않는 경우에는 도 11(a)와 같이 큰 피크가 출력되지 않음을 알 수 있다. 이는 도 10(b) 및 도 11(b)의 시뮬레이션 결과 그래프를 통해서도 확인할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 제2 아크 SAW(124)는 스파크 감지를 이용한 아크 센서 장치로 사용이 가능하도록 하는 주요한 전송 매체로 사용된다. 제2 아크 SAW(124)는 안테나(110)로부터 수신된 호출 신호를 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시킨다. 이때, 상기 제2 아크 SAW(124)는 진행 위상 변환형(transverse phase-shift) 방식으로 구동되며, 이 경우, 반사 표면 탄성파를 최대한 억제하기 위하여 SPUDT(single phase unit directional transducer) 구조를 채택하는 것이 바람직하다.
이 과정에서 제2 아크 SAW(124)는 대역 통과 필터(127)를 통해 검출된 특정 주파수 대역의 백색 잡음을 기초로 설정된 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 신호에 포함된 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기 상관이 형성되면 상기 표면 탄성파를 위상 변조할 수 있다.
상기 제2 임피던스 변환부(125)는 가변 코드를 설정하기 위한 복수의 디지털 스위치 중 어느 하나에 연결되어, RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 기초로 연결된 디지털 스위치를 온-오프 동작시켜서 가변 코드의 해당 디지트 값을 가변시킨다.
제2 임피던스 변환부(125)도 상기 제1 임피던스 변환부(123)와 마찬가지로 FET 소자로 구현될 수 있으며, RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 증가시켜서 임피던스를 가변시킬 수 있다.
상기 대역 통과 필터(band pass filter)(127)는 아크 방전(스파크)에 의한 백색 잡음에서 특정 주파수 대역을 필터링하여 후단의 RF-DC 변환부(126)로 전달한다.
이와 관련하여, 도 6에는 아크 발생시 수반되는 스파크에 의해 발생되는 백색잡음의 주파수 대역에 따른 전계 강도(electric field strength)가 표시되어 있다.
도 6을 참조하여 설명하면, 그래프 A는 부스바에서 아크가 발생된 때의 아크 방전에 의한 백색잡음 스펙트럼이며, 그래프 B는 정상 상태에서의 배경잡음 스펙트럼을 표시하고 있다. 상기 그래프에서 알 수 있듯이, 부스바에서 직렬아크가 발생한 경우에 주파수 30MHz ~ 100MHz 대역의 전계강도가 배경잡음에 비해 매우 높게 나타난다.
상기 대역 통과 필터(127)는 특정 주파수 대역, 예를 들어, 도 6의 P와 같이 80MHz 대역의 주파수를 필터링하여 후단의 RF-DC 변환부(126)로 전달한다.
상기 RF-DC 변환부(126)는 입력된 특정 주파수 대역의 신호를 DC 레벨로 변환하여 출력한다. 출력된 DC 전압은 상기 제2 임피던스 변환부(125)의 게이트에 입력된다. 이때, 상기 RF-DC 변환부(126)는 쇼트키(schottky) 다이오드 등을 이용하여 구현될 수 있으며, 출력되는 DC 전압의 크기는 입력되는 주파수 신호의 세기에 비례한다.
이와 관련하여, 도 5에는 상기 제2 아크 SAW(124), 제2 임피던스 변환부(125), RF-DC 변환부(126) 및 대역 통과 필터(127)로 구성되는 스파크 감지 모듈의 일 실시예의 구조가 도시되어 있다.
도 5를 참조하여 설명하면, 외부의 ECU(200)에서 무전원 무선 통합 센서(100)로 입사된 RF 호출 신호가 수신 안테나(110)로 입사되면, 상기 제2 아크 SAW(124)의 수신 IDT(152)에서 상기 호출 신호가 표면 탄성파로 역압전 변환된다. 이때, 상기 RF 호출 신호는 복수의 디지트로 이루어진 호출 부호가 페이지 변조(PM)된 신호일 수 있다. 도 5에서는 상기 호출 부호 h(t)가 '1001'의 이진 값을 가지는 것으로 예시한다.
생성된 표면 탄성파는 상기 호출 부호에 맞게 위상 변환되어 제2 아크 SAW(124)의 압전 기판의 표면을 기계적으로 진동시키면서 반대편의 전송 IDT(156)까지 전파 진행한다.
상기 수신 IDT(152)와 전송 IDT(156)의 사이에는 위상 변조부(154)가 배치된다. 상기 위상 변조부(154)는 전송되는 표면 탄성파에 대한 위상 복조(BPSK)를 수행할 수 있도록 디지털 신호 처리가 가능한 복수 개의 변환 IDT를 포함하여 구성된다.
상기 변환 IDT는 가변 코드 설정부(158)에 구비된 복수 개의 디지털 스위치와 1대1 매칭되도록 연결되며, 복수의 디지털 스위치에 설정된 BPSK 코드 값(가변 코드값)에 따라 상기 변환 IDT를 통과하는 표면 탄성파의 성질을 변화시킨다. 상기 디지털 스위치는 가변 코드 설정부(158)에서 설정된 가변 코드의 값에 따라 온(on)/오프(off) 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있으며, 각각의 상태에서 상기 디지털 스위치 값은 '0' 또는 '1'을 대표한다.
상기 위상 변조부(154)는 가변 코드 설정부(158)를 통해 설정된 가변 코드와 수신된 호출 부호가 일치하여 자기 상관이 성립된 경우에, 일정 시간에 상관 피크가 출력되도록 한다.
상기 표면 탄성파가 전송 IDT(156)에 도달하면, 전송 IDT(156)는 표면 탄성파를 고주파 응답 신호로 압전 변환하고, 이를 송신 안테나(112)를 통해 외부로 송출한다. 외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하고 복조 과정을 거친 후 상기 상관 피크가 검출되었는지 여부를 기초로 아크 발생 여부를 확인할 수 있다.
상기 제2 임피던스 변환부(125)는 상기 제1 임피던스 변환부(123)과 마찬가지로 FET 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 FET구조의 소스-드레인은 상기 가변 코드 설정부(158)의 이의의 디지털 스위치에 연결되고, 게이트에는 RF-DC 변환부(126)의 출력단이 연결될 수 있다.
제2 임피던스 변환부(125)는 RF-DC 변환부(126)의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 드레인-소스 간의 PN 접합을 제어함으로써 임피던스를 조절하고 스위치로서 동작한다.
도 5를 참조하여 예를 들면, 상기 RF-DC 변환부(126)는 대역 통과 필터(127)로부터 아크 방전에 의한 백색잡음에서 필터링된 특정 대역의 주파수 신호를 입력받아 DC 전압을 출력한다.
RF-DC 변환부(126)의 출력단을 통해 상기 DC 출력 전압이 제2 임피던스 변환부(125)의 게이트로 인가되면, 제2 임피던스 변환부(125)의 임피던스가 변조되고, 상기 제2 임피던스 변환부(125)가 연결된 가변 코드 설정부(158)의 두 번째 디지털 스위치를 open 시켜서 '0' 상태로 동작시킨다.
반대로, 스파크 발생이 감지되지 않은 상태에서는 제2 임피던스 변환부(125)의 게이트에 구동 전압이 인가되지 않으므로, 소스-드레인 간의 임피던스가 변하지 않으며, 소스-드레인 양단에 연결된 두 번째 디지털 스위치를 short 시켜서 '1' 상태로 동작시킨다.
따라서, 아크 발생에 따라 스파크가 발생되는 경우에, 가변 코드 설정부(158)에서 설정되는 가변 코드는 '1001' 값을 가지게 되며, 수신된 호출 부호가 '1001'로서 상기 가변 코드와 상관 관계가 형성되므로, 상기 위상 변조부(154)는 임의의 시간에 큰 피크를 출력시킨다.
도 7에는 본 발명의 무전원 무선 통합 센서(100)의 다른 실시예가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 통합 센서 모듈(120)은 도 3의 통합 센서 모듈(120)과 비교하여 온도 감지 모듈인 온도 SAW 트랜스폰더(이하, 온도 SAW)(121)를 더 포함한다. 이하 설명에서 전술된 것과 중복되는 내용은 생략한다.
상기 온도 SAW(121)는 수신 안테나(110)에서 수신된 호출 신호를 전송 IDT에서 역압전 효과에 의해 표면 탄성파로 변환시킨다. 변환된 표면 탄성파는 압전 기판의 양방향으로 전파 진동한다.
이때, 표면 탄성파의 탄성 에너지(elastic energy)는 공진 주파수에서 최대가 되는데, 상기 공진 주파수는 온도 SAW(121)의 온도에 의해 가변될 수 있다. 구체적으로, 주변의 온도에 의해 온도 SAW(121)의 압전 기판의 길이가 열팽창하게 되며, 이는 표면 탄성파의 군속도(group velocity)를 변화시킨다. 표면 탄성파의 군속도의 변화는 표면 탄성파의 공진 주파수의 변화를 유도한다.
공진 주파수가 변환된 표면 탄성파의 탄성 에너지는 압전 효과에 의해 공진 주파수 정보가 포함된 전파 에너지로 변환되며, 변환된 전파 에너지는 상기 수신 안테나(110)를 통해 응답 신호(echo signal)로서 외부로 반송된다.
외부의 ECU(200)는 상기 응답 신호를 수신하고 이를 분석하여 온도 SAW(121)에 작용된 온도의 실제 값을 연산할 수 있다.
도 8에는 이러한 응답 신호의 공진 주파수와 온도와의 관계를 도시하고 있다.
도 8에서 알 수 있듯이, 온도에 따른 온도 SAW(121)의 공진주파수 응답 특성은 넓은 영역에서 선형적인 특성을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 온도 SAW(121)로부터 수신된 응답 신호의 공진 주파수를 파악함으로써 응답 신호가 송출된 시점의 온도를 정확히 파악할 수 있다.
도 9는 도 2의 무전원 무선 통합 센서를 이용한 이상 감지 방법을 도시한 흐름도이다. 이하 설명에서 전술된 것과 중복되는 내용은 생략한다.
먼저, 외부의 ECU(200)에서 RF 호출 신호를 생성하고 이를 시간/주파수 변조하여 외부로 송출한다(S10 ~ S30). 상기 호출 신호에는 특정 호출 부호가 페이지 변조(PM)될 수 있다. 예를 들어, 상기 ECU(200)는 광 검출 여부를 파악하기 위하여 도 4에 예시된 것처럼 호출 부호 '1011'을 PM 변조하여 호출 신호를 생성할 수 있으며, 스파크 검출 여부를 파악하기 위하여 도 5에 예시된 것처럼 호출 부호 '1001'을 PM 변조하여 호출 신호를 생성할 수 있다. 상기 호출 신호의 송신은 일정 간격으로 주기적으로 수행될 수 있으며 관리자가 수동으로 송출할 수도 있다.
이후, 상기 무전원 무선 통합 센서(100)는 수신 안테나(110)를 통해 상기 호출 신호를 수신하고, 수신된 호출 신호를 수신 안테나(110)와 연결된 제1 아크 SAW(122), 제2 아크 SAW(124) 및 온도 SAW(121)로 전달한다(S100).
각 SAW 트랜스폰더(121, 122, 124)에서는 전달된 호출 신호를 수신 IDT에서 표면 탄성파로 역압전 변환한다(S110).
우선, 온도 SAW(121)는 주위의 온도 변화에 따라 압전 기판의 길이가 열팽창하게 되어, 압전 기판 상에 전파되는 표면 탄성파의 군속도를 변화시키며, 이는 다시 표면 탄성파의 공진 주파수를 변화시킨다(S120, S125).
한편, 상기 제1 아크 SAW(122) 및 제2 아크 SAW(124)로 전달된 호출 신호는 수신 IDT에 의해 표면 탄성파로 역압전 변환되어 반대편의 전송 IDT 방향으로 전파된다. 이때, 위상 변조부는 상기 호출 신호의 호출 부호와 가변 코드 설정부에서 설정된 가변 코드를 비교하여(S150), 가변 코드와 호출 부호가 일치하면(S160), 즉 자기 상관이 성립하면 최대 피크(correlation peak)를 가지는 표면 탄성파를 출력하고(S175), 자기 상관이 성립하지 않으면 최대 피크를 가지지 않는 표면 탄성파를 출력하도록 위상 변조한다(S170).
이때, 상기 가변 코드는 아크 발생에 수반되는 광 또는 스파크의 발생 여부를 감지하고, 감지된 광 발생 또는 스파크 발생 여부에 기초하여 가변 코드의 임의의 디지트의 값을 설정한 것이다(S130, S140).
이후, 온도 변화에 따라 공진 주파수가 변화되거나, 광 또는 스파크의 감지에 의해 최대 피크를 갖도록 위상 변조된 표면 탄성파는 전송 IDT를 통해 고주파 응답 신호로 압전 변환된 후 송신 안테나를 통해 외부로 송출된다(S180, S190).
송출된 응답 신호는 상기 ECU(200)에서 수신되고(S200), 증폭 과정 및 복조 과정을 거친 후(S210), 필요한 센싱값을 추출하여 아크 발생 여부 및 온도 변화를 확인할 수 있다(S220).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 무전원 무선 통합 센서는 고압 차단기와 같은 고전압 전력설비의 사고 예상 지점에 부착되어, 온도 변화 및 아크 발생에 수반되는 밝은 빛 또는 스파크의 발생을 감지하여 아크 발생 여부를 실시간으로 측정하고, 측정된 센싱 전보를 외부의 ECU로 전송하여 설비의 이상 여부를 실시간으로 판단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 무전원 무선 통합 센서는 온도 변화나 아크 발생 여부를 실시간으로 파악하면서도 별도의 전력원을 제공할 필요가 없으며 무선으로 정보의 송수신이 이뤄지므로 원격 제어 및 감지가 용이하고 설치 장소의 제약성 등의 문제점을 해소할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer);
    가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부;
    상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부;
    상기 위상 변조된 탄성 표면파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT;
    아크 방전에 의한 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부; 및
    상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 광 감지부의 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며,
    상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 변환부는 상기 광 감지부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조인 것을 특징으로 하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시키는 것을 특징으로 하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  6. 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 전달받아 표면 탄성파로 변환하는 수신 IDT(inter digital transducer);
    가변 코드를 설정하는 가변 코드 설정부;
    상기 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 표면 탄성파를 위상 변조하는 위상 변조부;
    상기 위상 변조된 탄성 표면파를 응답 신호로 압전 변환하여 전송하는 전송 IDT;
    아크 방전에 의해 발생되는 백색잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터;
    상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부; 및
    상기 가변 코드 설정부에 연결되고, 상기 변환된 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 임피던스 변환부를 포함하며,
    상기 위상 변조부는 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관 관계(auto-correlation) 관계가 성립되면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 것을 특징으로 하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 호출 신호를 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지부를 더 포함하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 임피던스 변환부는 상기 RF-DC 변환부의 출력 전압을 게이트 구동 전압으로 입력받아 임피던스 값을 제어하는 FET 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 RF-DC 변환부는 상기 스파크 신호를 정류하여 DC 전압으로 출력하기 위한 하나 이상의 쇼트키 다이오드를 포함하여 구성되는,
    무전원 무선 감지 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 가변 코드 설정부는 복수의 디지트(digit)로 구성되는 상기 가변 코드의 각 디지트를 온/오프시켜서 설정하는 복수의 디지털 스위치 구조인 것을 특징으로 하는.
    무전원 무선 감지 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 임피던스 변환부는 상기 가변 코드 설정부의 임의의 디지털 스위치에 연결되어 상기 디지털 스위치를 온-오프 시키는 것을 특징으로 하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  12. 호출 부호가 페이지 변조(page modulation)된 호출 신호를 수신하는 호출 신호 수신부;
    상기 호출 신호를 제1 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 방전에 의한 광 발생 여부에 기초하여 설정된 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관(auto-correlation) 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 광 감지 모듈; 및
    상기 호출 신호를 제2 표면 탄성파로 변환하고, 상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호를 아크 발생에 의한 스파크 발생 여부에 기초하여 설정된 가변 코드와 비교하여, 상기 호출 부호와 상기 가변 코드 간에 자기상관 관계가 성립하면 상기 위상 변조된 표면 탄성파를 출력하는 스파크 감지 모듈을 포함하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 호출 신호를 제3 표면 탄성파로 변환하고, 외부의 온도 변화에 따라 진동 주파수가 변경된 상기 제3 표면 탄성파를 온도 응답 신호로 변환하는 온도 감지 모듈을 더 포함하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 감지 모듈은,
    상기 제1 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제1 표면 탄성파를 위상 변조하는 제1 위상 변조부;
    외부의 광 발생을 감지하여 상응하는 전압을 출력하는 광 감지부; 및
    상기 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 제1 임피던스 변환부를 포함하는,
    무전원 무선 감지 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 스파크 감지 모듈은,
    상기 제2 표면 탄성파의 호출 부호와 상기 가변 코드의 상관관계를 기초로 상기 제2 표면 탄성파를 위상 변조하는 제2 위상 변조부;
    상기 백색 잡음으로부터 특정 주파수 대역의 스파크 신호를 검출하는 대역통과 필터;
    상기 스파크 신호를 대응되는 출력 전압으로 변환하여 출력하는 RF-DC 변환부; 및
    상기 출력 전압을 기초로 상기 가변 코드를 설정하는 제2 임피던스 변환부를 포함하는,
    무전원 무선 감지 장치.
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