(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼出信号を受信する呼出信号受信部、
前記呼出信号を表面弾性波に変換する第１圧電変換部、
前記第１圧電変換部から伝播された前記表面弾性波をインピーダンス変換に基づいて振幅変調して前記第１圧電変換部に反射する第２圧電変換部、および
前記呼出信号を第２表面弾性波に変換して、アーク放電によって発生した白色雑音から特定周波数帯域のスパーク信号が検出されると、インピーダンスを調節して前記第２表面弾性波の振幅を変調してスパーク応答信号を生成するスパーク感知モジュール、を含み、
前記スパーク感知モジュールは、
前記第２表面弾性波が伝播されると、インピーダンスに応じて大きさが変化された第２反射表面弾性波を前記第２表面弾性波の伝播方向と反対方向に発生させる第２圧電変換部、
アーク放電によって発生する白色雑音から特定周波数帯域のスパーク信号を検出する帯域通過フィルター、
前記スパーク信号を対応される出力電圧に変換して出力するＲＦ−ＤＣ変換部、および
前記第２圧電変換部に連結されて、前記変換された出力電圧を基に前記第２圧電変換部のインピーダンスを調節するインピーダンス変換部、を含み、
前記スパーク応答信号は、前記インピーダンスの変化に基づいて変調された振幅を有することを特徴とする無電源無線感知装置。
【請求項２】
前記呼出信号を表面弾性波に変換して、外部の温度変化に応じて振動周波数が変更された前記表面弾性波を温度応答信号に変換する温度感知部をさらに含む請求項１に記載の無電源無線感知装置。
【請求項３】
前記温度感知部で、前記表面弾性波の振動周波数の変化は、外部の温度変化による圧電基板の長さ変化による前記表面弾性波の速度変化に起因するものである請求項２に記載の無電源無線感知装置。
【請求項４】
前記インピーダンス変換部は、前記ＲＦ−ＤＣ変換部の出力電圧をゲート駆動電圧として入力されてインピーダンス値を調整するＦＥＴ素子を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の無電源無線感知装置。
【請求項５】
前記ＲＦ−ＤＣ変換部は、前記スパーク信号を整流してＤＣ電圧に出力するための一つ以上のショットキーダイオードを含んで構成される請求項１に記載の無電源無線感知装置。
【請求項６】
呼出信号を受信する呼出信号受信部、
前記呼出信号を第１表面弾性波に変換して、アーク放電による光発生が感知されると、インピーダンスの調節を通じて前記第１表面弾性波の振幅を変調して光応答信号を生成する光感知モジュール、および
前記呼出信号を第２表面弾性波に変換して、アーク放電によって発生された白色雑音から、特定周波数帯域のスパーク信号が検出されると、インピーダンスを調節して前記第２表面弾性波の振幅を変調してスパーク応答信号を生成するスパーク感知モジュールと、を含み、
前記スパーク感知モジュールは、
前記第２表面弾性波が伝播されると、インピーダンスに応じて大きさが変化された第２反射表面弾性波を前記第２表面弾性波の伝播方向と反対方向に発生させる第２圧電変換部、
アーク放電によって発生する白色雑音から特定周波数帯域のスパーク信号を検出する帯域通過フィルター、
前記スパーク信号を対応される出力電圧に変換して出力するＲＦ−ＤＣ変換部、および
前記第２圧電変換部に連結されて、前記変換された出力電圧を基に前記第２圧電変換部のインピーダンスを調節するインピーダンス変換部を含む無電源無線感知装置。
【請求項７】
前記呼出信号を第３表面弾性波に変換して、外部の温度変化に応じて振動周波数が変更された前記第３表面弾性波を温度応答信号に変換する温度感知モジュールをさらに含む請求項６に記載の無電源無線感知装置。
【請求項８】
前記光感知モジュールは、
前記第１表面弾性波が伝播されると、インピーダンスに応じて大きさが変化された第１反射表面弾性波を前記第１表面弾性波の伝播方向と反対方向に発生させる第１圧電変換部、
外部の光発生を感知して相応する電圧を出力する光感知部、および
前記出力電圧を基に、前記第１圧電変換部のインピーダンスを調節するインピーダンス変換部を含む請求項６に記載の無電源無線感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電源無線統合センサに関し、特に、高圧遮断器のような電力施設に設置されてアーク発生や爆発などの設備の異常兆候を把握するための無電源無線統合センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用電力設備または大型内燃機関などの大型産業用設備の場合に、設備の故障は大きな事故を招くだけでなく、設備の運行中断により経済的に莫大な被害を与えることになる。したがって、大型産業用設備を運用する事業所では、設備の故障の可否をリアルタイムで監視できるシステムの構築が必須である。このように設備の状態をリアルタイムでモニタリングし、異常兆候を早期に発見して、これに基づいて設備の故障の可否および故障の可能性を事前に判断して整備を実行するシステムを状態診断管理システム（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＣＭＳ）と呼ばれ、その中でも異常値兆候を発見し、これにより、整備を実行して故障の発生を事前に防止しようとするシステムを予知保全（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）システムという。
【０００３】
このような状態診断管理システムが要求される産業用設備には、ディーゼル発電機や船舶エンジンなどの大型内燃機関の回転設備または高圧遮断器のような電力施設の保護設備などがある。特に、基盤施設である高圧遮断器のような電力施設の保護設備は、すべての生産施設では必須的に構成されているだけでなく、韓国電力が管理する高圧遮断器は、全国に３００，０００個に達するほど多い。このような高圧遮断器の故障は、連動される設備の爆発や障害に発展されるので、このような高圧遮断器の故障を事前に防止する必要がある。
【０００４】
一方、高圧電力設備において、アーク（Ａｒｃ）発生は最も致命的な事故として、多くの場合、設備の部分破損や完全破損を招いて、これにより、電力中断による操業中断および需要家電力供給中断に至ることになる。アークが発生することになると、熱と共に強い光を発生させることになるので、これを感知可能である場合は、アーク発生による被害を最小化することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するために案出されたもので、高圧発電機などの電力設備の初期異常状態を感知して、設備故障を防止するための無電源無線統合センサを提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、高圧電力設備でアークが発生した場合に、これをリアルタイムで感知するとともに、アーク発生に伴う温度上昇を感知して、電力設備の異常発生の可否を正確に把握することができる無電源無線統合センサを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、無電源で駆動され、リアルタイムで無線計測が可能な無電源無線統合センサを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の目的は、以上で言及した目的に限定されず、言及されなかった他の目的は以下の記載から明確に理解される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一形態による無電源無線感知装置は、呼出信号を受信する呼出信号受信部と、前記呼出信号を表面弾性波に変換する第１圧電変換部と、前記第１圧電変換部から伝播された前記表面弾性波をインピーダンス変化に基づいて振幅変調して前記第１圧電変換部に反射する第２圧電変換部と、アーク放電による光発生を感知して相応する電圧を出力する光感知部と、前記第２圧電変換部に連結されて前記光感知部の出力電圧に基づいて前記第２圧電変換部のインピーダンスを調節するインピーダンス変換部とを含み、前記応答信号は、前記インピーダンスの変化に基づいて変調された振幅を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記無電源無線感知装置は、前記呼出信号を表面弾性波に変換して、外部の温度変化に応じて振動周波数が変更された前記表面弾性波を温度応答信号に変換する温度検知部をさらに含むことができる。
【００１１】
この場合、前記温度感知部で、前記表面弾性波の振動周波数の変化は、外部の温度変化による圧電基板の長さの変化による前記表面弾性波の速度変化に起因するものである可能性がある。
【００１２】
ここで、前記インピーダンス変換部は、前記光検知部の出力電圧をゲート駆動電圧として入力されてインピーダンス値を調整するＦＥＴ素子を含んで構成されることができる。
【００１３】
また、本発明の他の形態による無電源無線感知装置は、呼出信号を受信する呼出信号受信部と、前記呼出信号を表面弾性波に変換する第１圧電変換部と、前記第１圧電変換部から伝播された前記表面弾性波をインピーダンス変換に基づいて振幅変調して前記第１圧電変換部に反射する第２圧電変換部と、アーク放電によって発生する白色雑音から特定周波数帯域のスパーク信号を検出する帯域通過フィルターと、前記スパーク信号を対応される出力電圧に変換して出力するＲＦ−ＤＣ変換部と、前記第２圧電変換部に連結されて前記変換された出力電圧に基づいて前記第２圧電変換部のインピーダンスを調節するインピーダンス変換部とを含み、前記応答信号は、前記インピーダンスの変化に基づいて変調された振幅を有することを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記無電源無線感知装置は、前記呼出信号を表面弾性波に変換して、外部の温度変化に応じて振動周波数が変更された前記表面弾性波を温度応答信号に変換する温度感知部をさらに含むことができる。
【００１５】
この時、前記温度感知部で、前記表面弾性波の振動周波数の変化は、外部の温度変化による圧電基板の長さの変化による前記表面弾性波の速度変化に起因するものである可能性がある。
【００１６】
また、前記インピーダンス変換部は、前記ＲＦ−ＤＣ変換部の出力電圧をゲート駆動電圧として入力されてインピーダンス値を調整するＦＥＴ素子を含んで構成されることができる。
【００１７】
また、前記ＲＦ−ＤＣ変換部は、前記スパーク信号を整流してＤＣ電圧に出力するための一つ以上のショットキーダイオードを含んで構成されることができる。
【００１８】
また、本発明の他の形態による無電源無線感知装置は、呼出信号を受信する呼出信号受信部と、前記呼出信号を第１表面弾性波に変換して、アーク放電による光発生が感知されるとインピーダンスの調節を通じて前記第１表面弾性波の振幅を変調して光応答信号を生成する光感知モジュールと、前記呼出信号を第２表面弾性波に変換してアーク放電によって発生された白色雑音から特定周波数帯域のスパーク信号が検出されるとインピーダンスを調節して前記第２表面弾性波の振幅を変調してスパーク応答信号を生成するスパーク感知モジュールとを含む。
【００１９】
ここで、前記無電源無線感知装置は、前記呼出信号を第３表面弾性波に変換して、外部の温度変化に応じて振動周波数が変更された前記第３表面弾性波を温度応答信号に変換する温度感知モジュールをさらに含むことができる。
【００２０】
この時、前記光感知モジュールは、前記第１表面弾性波が伝播されるとインピーダンスに応じて大きさが変化された第１反射表面弾性波を前記第１表面弾性波の伝播方向と反対方向に発生させる第１圧電変換部と、外部の光発生を感知して相応する電圧を出力する光感知部と、前記出力電圧に基づいて前記第１圧電変換部のインピーダンスを調節するインピーダンス変換部とを含むことができる。
【００２１】
この時、前記スパーク感知モジュールは、前記第２表面弾性波が伝播されるとインピーダンスに応じて大きさが変化された第２反射表面弾性波を前記第２表面弾性波の伝播方向と反対方向に発生させる第２圧電変換部と、前記白色雑音から特定周波数帯域のスパーク信号を検出する帯域通過フィルターと、前記スパーク信号を対応される出力電圧に変換して出力するＲＦ−ＤＣ変換部と、前記出力電圧に基づいて前記第２圧電変換部のインピーダンスを調節するインピーダンス変換部とを含むことができる。
【００２２】
上記目的を達成するための具体的な事項は、添付された図面と共に詳細に後述された実施例を参照すると明確になることである。
【００２３】
しかし、本発明は、以下で開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で構成されることができ、本実施例は、本発明の開示を完全するようにして、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
【発明の効果】
【００２４】
前述した本発明の課題解決手段の中の一つによれば、無電源駆動でバッテリーを使用せずに、無線計測が可能でセンシング値をリアルタイムで計測することができるようになる。
【００２５】
また、高圧電力設備で発生する故障の主な原因であるアーク発生や爆発などによって発生する高温の熱や強い光、またはスパークなどを感知して、設備の異常可否を正確に診断することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例による無電源無線統合センサの使用状態を示す図である。
【図２】図１の無電源無線統合センサの分解斜視図の一例である。
【図３】図２の無電源無線統合センサの構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図４】図２の無電源無線統合センサで光発生を感知する光感知モジュールの構成を示す図である。
【図５】図２の無電源無線統合センサでスパーク発生を感知するスパーク感知モジュールの構成を示す図である。
【図６】アーク発生時の電界強度および図５のスパーク感知モジュールで白色雑音の特定周波数を基準としてアーク発生を感知する過程が示された図である。
【図７】図２の無電源無線統合センサの構成の他の例を概略的に示すブロック図である。
【図８】図７の無電源無線統合センサで温度変化を感知する温度感知部の動作を説明するための温度特性グラフである。
【図９】図９は、図２の無電源無線統合センサを利用した異常感知方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、多様な変更を加え、様々な実施例を有することができることから、特定の実施例を図示し、これを詳細な説明により詳述する。しかしながら、これは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものとして理解されるべきである。
【００２８】
本発明を説明するにあたって、関連した公知技術について具体的な説明が、本発明の要旨を不必要に不明瞭にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、本明細書の説明の過程で用いられる数字(例えば、第１、第２など)は、ある構成要素を他の構成要素と区分するための識別記号に過ぎない。
【００２９】
また、本明細書において、一構成要素が他の構成要素と「連結される」または「接続される」などと言及される時には、前記一構成要素が前記他の構成要素と直接連結され、または直接接続される場合だけでなく、特に逆な記載がない限り、中間に更に他の構成要素を介して連結され、または接続されてもよいと理解されるべきである。
【００３０】
以下の説明で使用される、構成要素に対する接尾辞「モジュール」および「部」は、明細書の作成の容易さを考慮して付与または混用されたものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を有するものではない。
【００３１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の無電源統合センサを説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施例による無電源無線統合センサの使用状態図である。
【００３３】
図１の無電源無線統合センサ１００は、発電、水／配電など電力管理を実行する各種設備、例えば、高圧遮断器、高圧配電盤、変圧器および送電線路などの高電圧電力設備の事故予想地点に付着されて温度過熱の可否およびアーク発生の可否を同時に測定し、これを外部測定装置（Ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ、以下ＥＣＵ）２００に無線で送信する。この時、前記事故予想地点はブースバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）や遮断器引入部などの連結部位１０に集中され、前記連結部位１０を拘束する締結ボルトが設備の持続的振動によって緩くなって、高電流が流れる連結部位１０の接触抵抗が増大されて温度が上昇する。
【００３４】
前記無電源無線統合センサ１００は、外部のＥＣＵ２００から送出されるＲＦ呼出信号（Ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  ｓｉｇｎａｌ）を受信して、センサ内部に備えられた一つ以上のＳＡＷトランスポンダー（ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）を利用して前記呼出信号を表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）に逆圧電変換して、外部でのアーク（Ａｒｃ）放電の可否または温度変化を前記表面弾性波に反映した後、再び高周波反射信号（ＳＡＷ  ｅｃｈｏ  ｓｉｇｎａｌ、以下応答信号という)に圧電変換して外部のＥＣＵ２００に送出する。この時、前記アーク放電の可否を判断するために、無電源無線統合センサ１００は、温度以外にアーク発生によって発生される光またはスパークを感知することができる。
【００３５】
このように、無電源無線統合センサ１００とＥＣＵ２００との間の呼出信号および応答信号の交換を通じて外部のアーク放電の可否および／または温度変化を感知する過程で、本発明の無電源無線統合センサ１００は、別途の電源やバッテリーを必要としないながらも、無線センシングが可能である。
【００３６】
図２は、本発明による無電源無線統合センサ１００の一実施例の概略的な外形図である。
【００３７】
図２を参照すると、前記無電源無線統合センサ１００は、アンテナ１１０および統合センサモジュール１２０を含む。前記アンテナ１１０および統合センサモジュール１２０は、メタルベース１０４の上部に据え置き、前記メタルベース１０４に締結されるアンテナカバー１０２によって外部から隔離されて保護される。前記アンテナカバー１０２の上部には、センサ外部で発生される光を感知するための光感知部１３０が配置される。前記メタルベース１０４は、ブースバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）や遮断器引入部などの連結部の締結ボルトに挿入固定されるように一側にワッシャー（ｗａｓｈｅｒ）が形成されることができる。
【００３８】
図３には、前記統合センサモジュール１２０、およびこれに連結されるアンテナ１１０、光感知部１３０の細部構造が示されている。
【００３９】
図３を参照すると、統合センサモジュール１２０は、第１アークＳＡＷ１２２、第１インピーダンス変換部（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）１２３、第２アークＳＡＷ１２４、第２インピーダンス変換部１２５、ＲＦ−ＤＣ変換部１２６、および帯域通過フィルター（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）１２７を含むように構成されてもよい。それより多くの構成要素を有し、またはそれより少ない構成要素を有するセンサモジュールが具現されてもよい。
【００４０】
前記アンテナ１１０は、外部のＥＣＵ２００から送出した無線呼出信号を受信して、光感知用ＳＡＷトランスポンダー(以下、第１アークＳＡＷ)１２２およびスパーク感知用ＳＡＷトランスポンダー(以下、第２アークＳＡＷ)１２４に伝達する。また、アンテナ１１０は、第１アークＳＡＷ１２２または第２アークＳＡＷ１２４で生成された表面弾性波の圧電現象によって生成された高周波反射信号(以下、応答信号)を外部のＥＣＵ２００に送出する。
【００４１】
前記第１アークＳＡＷ１２２は、光感知によるアークセンサデバイスとして使用できるようにする主要な送信媒体として使用される。第１アークＳＡＷ１２２は、アンテナ１１０から受信された呼出信号を逆圧電効果によって表面弾性波に変換させて、表面弾性波に対する反射表面弾性波を生成して、これをアンテナ１１０に返還する。この過程で、第１アークＳＡＷ１２２は、光感知部１３０での光感知の可否に基づいて反射表面弾性波の振幅を変換することができる。
【００４２】
前記第１インピーダンス変換部１２３は、第１アークＳＡＷ１２２のセンサＩＤＴ（ｉｎｔｅｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に連結されて、光感知部１３０の出力電圧に基づいて、連結されるセンサＩＤＴの特性インピーダンスを可変させる。前記第１インピーダンス変換部１２３は、ＦＥＴ素子で具現されることができ、光感知部１３０の出力電圧をゲート駆動電圧として入力されてドレーン-ソース間のＰＮ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を増加させてインピーダンスを可変させることができる。
【００４３】
前記光感知部１３０は、アーク放電による光発生を感知して、これに相応する電圧を出力する。出力されたＤＣ電圧は、前記第１インピーダンス変換部１２３のゲートに入力される。この時、前記光感知部１３０は、各種の太陽電池（ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）等を利用して具現されることができ、出力されるＤＣ電圧の大きさは入射される光の強さに比例する。
【００４４】
これと関連して、図４には、前記第１アークＳＡＷ１２２、第１インピーダンス変換部１２３、および光感知部１３０で構成される光感知モジュールの一実施例の構造が示されている。
【００４５】
図４を参照して、例えば、外部のＥＣＵ２００から無電源無線統合センサ１００に入射されたＲＦ呼出信号がアンテナ１１０に入射されると、前記第１アークＳＡＷ１２２の送信（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）ＩＤＴ１４２から前記呼出信号が表面弾性波に逆圧電変換（ｃｏｎｖｅｒｓｅ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）される。生成された表面弾性波は、第１アークＳＡＷ１２２の表面を機械的に振動させながら、反対側のセンサＩＤＴ１４４まで伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）を進める。
【００４６】
前記表面弾性波がセンサＩＤＴ１４４に到達すると、センサＩＤＴ１４４は、表面弾性波と反対方向に反射表面弾性波を生成する。この時、生成された反射表面弾性波の大きさは、センサＩＤＴ１４４に連結された第１インピーダンス変換部１２３のインピーダンスに影響を受けることになる。下の式１は、反射表面弾性波の振幅Ｐ１１が第１インピーダンス変換部１２３のインピーダンス（Ｚｌｏａｄ）によって受ける影響の程度を示している。
【式１】
【００４７】
0006395018.tif 000002
【００４８】
前記第１インピーダンス変換部１２３はＦＥＴ構造で具現されることができる。この場合、前記ＦＥＴ構造のソース（ｓｏｕｒｃｅ）-ドレーン（ｄｒａｉｎ）は、前記センサＩＤＴ１４４の両端に連結されて、ゲート（ｇａｔｅ）には光感知部１３０の出力端が連結されることができる。
【００４９】
第１インピーダンス変換部１２３は、光感知部１３０の出力電圧をゲート駆動電圧として入力されてドレーン-ソース間のＰＮ接合を制御することでインピーダンスを調節する。外部のアーク放電による光発生の時、光感知部１３０は入射された光量に相応するＤＣ出力電圧を生成する。
【００５０】
光感知部１３０の出力端を介して前記ＤＣ出力電圧が第１インピーダンス変換部１２３のゲートに印加されると、前記第１インピーダンス変換部１２３のインピーダンスが変調され、これによって、前記第１インピーダンス変換部１２３に連結された前記センサＩＤＴ１４４で生成される反射表面弾性波の大きさが変化される。
【００５１】
生成された反射表面弾性波は、大きさが変化された状態で送信ＩＤＴ１４２方向に伝播され、送信ＩＤＴ１４２から圧電効果によって表面弾性波がＲＦ信号に変換される。変換されたＲＦ信号は、応答信号として前記アンテナ１１０を介して空気中で伝播され、外部のＥＣＵ２００は、前記応答信号を受信して復調過程を経た後、光感知部１３０のセンシング値を演算することにより、光感知部１３０での光感知の可否を判断し、それによってアーク発生の可否を確認することができる。
【００５２】
再び、図３を参照すると、前記第２アークＳＡＷ１２４は、スパーク感知を利用するアークセンサデバイスとして使用できるようにする主要な送信媒体として使用される。第２アークＳＡＷ１２４は、アンテナ１１０から受信された呼出信号を逆圧電効果によって表面弾性波に変換させて、表面弾性波に対する反射表面弾性波を生成して、これをアンテナ１１０に伝達する。この過程で、第２アークＳＡＷ１２４は、帯域通過フィルター１２７により検出された特定周波数帯域の白色雑音に基づいて前記反射表面弾性波の振幅を変換させことができる。
【００５３】
前記第２インピーダンス変換部１２５は、第２アークＳＡＷ１２４のセンサＩＤＴに連結されて、ＲＦ−ＤＣ変換部１２６の出力電圧に基づいて連結されたセンサＩＤＴの特性インピーダンスを可変させる。第２インピーダンス変換部１２５も前記第１インピーダンス変換部１２３と同様に、ＦＥＴ素子で具現されることができ、ＲＦ−ＤＣ変換部１２６の出力電圧をゲート駆動電圧として入力されてドレーン−ソース間のＰＮ接合を増加させてインピーダンスを可変させることができる。
【００５４】
帯域通過フィルター（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）１２７は、アーク放電(スパーク)による白色雑音から特定周波数帯域をフィルタリングして後段のＲＦ−ＤＣ変換部１２６に伝達する。
【００５５】
これと関連し、図６には、アーク発生時に伴うスパークによって発生される白色雑音の周波数帯域による電界強度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が表示されている。
【００５６】
図６を参照して説明すると、グラフＡは、ブースバーでアークが発生された時のアーク放電による白色雑音のスペクトルであり、グラフＢは、正常状態での背景雑音のスペクトルを表示している。前記グラフから分かるように、ブースバーで直列アークが発生した場合に、周波数３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ帯域の電界強度が背景雑音に比べて非常に高く現れる。
【００５７】
前記帯域通過フィルター１２７は、特定周波数帯域、例えば、図６のＰのように８０ＭＨｚ帯域の周波数をフィルタリングして後段のＲＦ−ＤＣ変換部１２６に伝達する。
【００５８】
前記ＲＦ−ＤＣ変換部１２６は、入力された特定周波数帯域の信号をＤＣレベルに変換して出力する。出力されたＤＣ電圧は、前記第２インピーダンス変換部１２５のゲートに入力される。この時、前記ＲＦ−ＤＣ変換部１２６は、ショットキー（ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオードなどを利用して具現されることができ、出力されるＤＣ電圧の大きさは、入力される周波数信号の強度に比例する。
【００５９】
これと関連し、図５には、前記第２アークＳＡＷ１２４、第２インピーダンス変換部１２５、ＲＦ−ＤＣ変換部１２６、および帯域通過フィルター１２７で構成されるスパーク感知モジュールの一実施例の構造が示されている。
【００６０】
図５を参照して説明すると、外部のＥＣＵ２００から無電源無線統合センサ１００に入射されたＲＦ呼出信号がアンテナ１１０に入射されると、前記第２アークＳＡＷ１２４の送信ＩＤＴ１４６から前記呼出信号が表面弾性波に逆圧電変換される。生成された表面弾性波は、第２アークＳＡＷ１２４の表面を機械的に振動させながら反対側のセンサＩＤＴ１４８まで伝播を進める。
【００６１】
前記表面弾性波がセンサＩＤＴ１４８に到達すると、センサＩＤＴ１４８は、表面弾性波と反対方向に反射表面弾性波を生成する。この時、生成された反射表面弾性波の大きさは、センサＩＤＴ１４８に連結された第２インピーダンス変換部１２５のインピーダンスに影響を受けることになる。
【００６２】
前記第２インピーダンス変換部１２５は、前記第１インピーダンス変換部１２３と同様にＦＥＴ構造で具現されることができ、前記ＦＥＴ構造のソース-ドレーンは前記センサＩＤＴ１４８の両端に連結され、ゲートには、ＲＦ−ＤＣ変換部１２６の出力端が連結されることができる。
【００６３】
前記第２インピーダンス変換部１２５は、ＲＦ−ＤＣ変換部１２６の出力電圧をゲート駆動電圧として入力されてドレーン-ソース間のＰＮ接合を制御することで、インピーダンスを調節する。前記ＲＦ−ＤＣ変換部１２６は、帯域通過フィルター１２７からアーク放電による白色雑音でフィルタリングされた特定帯域の周波数信号を入力してＤＣ電圧を出力する。
【００６４】
ＲＦ−ＤＣ変換部１２６の出力端によって、前記ＤＣ出力電圧が第２インピーダンス変換部１２５のゲートに印加されると、第２インピーダンス変換部１２５のインピーダンスが変調され、これによって、前記第２インピーダンス変換部１２５に連結された前記センサＩＤＴ１４８で生成される反射表面弾性波の大きさが変化される。
【００６５】
生成された反射表面弾性波は、大きさが変化された状態で送信ＩＤＴ１４６方向に伝播されて、送信ＩＤＴ１４６で圧電効果によって表面弾性波がＲＦ信号に変換されて、前記アンテナ１１０を介して応答信号として外部に伝播され、外部のＥＣＵ２００は、前記応答信号に基づいてアーク放電の可否を確認することができる。
【００６６】
図７には、本発明の無電源無線統合センサ１００の他の実施例が示されている。
【００６７】
図７を参照すると、統合センサモジュール１２０は、図３の統合センサモジュール１２０と比較して、温度感知モジュールである温度ＳＡＷトランスポンダー(以下、温度ＳＡＷ)１２１をさらに含む。以下の説明で前述されたものと重複する内容は省略する。
【００６８】
前記温度ＳＡＷ１２１は、アンテナ１１０から受信された呼出信号を送信ＩＤＴから逆圧電効果によって表面弾性波に変換させる。変換された表面弾性波は圧電基板の両方向に伝播振動する。
【００６９】
この時、表面弾性波の弾性エネルギー（ｅｌａｓｔｉｃ  ｅｎｅｒｇｙ）は共振周波数で最大になるが、前記共振周波数は、温度ＳＡＷ１２１の温度によって可変される可能性がある。具体的に、周辺の温度によって温度ＳＡＷ１２１の圧電基板の長さが熱膨張することになって、これは表面弾性波の群速度（ｇｒｏｕｐ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を変化させる。表面弾性波の群速度の変化は、表面弾性波の共振周波数の変化を誘導する。
【００７０】
共振周波数が変換された表面弾性波の弾性エネルギーは圧電効果によって共振周波数情報が含まれた伝播エネルギーに変換されて、変換された伝播エネルギーは前記アンテナ１１０によって応答信号（ｅｃｈｏ  ｓｉｇｎａｌ）として外部に返送される。
【００７１】
外部のＥＣＵ２００は、前記応答信号を受信しこれを分析して、温度ＳＡＷ１２１に作用される温度の実際値を演算することができる。
【００７２】
図８には、このような応答信号の共振周波数と温度との関係を示している。
【００７３】
図８で分かるように、温度による温度ＳＡＷ１２１の共振周波数の応答特性は広い領域で線形的な特性を有するということがわかる。したがって、温度ＳＡＷ１２１から受信された応答信号の共振周波数を把握することで、応答信号が送出された時点の温度を正確に把握することができる。
【００７４】
図９は、図２の無電源無線統合センサを利用した異常感知方法を示すフローチャートである。以下の説明で前述されたものと重複する内容は省略する。
【００７５】
まず、外部のＥＣＵ２００からＲＦ呼出信号を生成し、これを時間／周波数変調して外部に送出する(Ｓ１０〜Ｓ３０)。前記呼出信号の送信は一定の間隔で周期的に実行されることができ、管理者が手動で送出することもできる。
【００７６】
次に、前記無電源無線統合センサ１００は、アンテナ１１０を通じて前記呼出信号を受信して、受信された呼出信号をアンテナ１１０と連結された第１アークＳＡＷ１２２、第２アークＳＡＷ１２４、および温度ＳＡＷ１２１に伝達する(Ｓ１００)。
【００７７】
各ＳＡＷトランスポンダー１２１、１２２、１２４においては、伝達された呼出信号をＩＤＴから表面弾性波に逆圧電変換する(Ｓ１１０)。変換された表面弾性波は、圧電基板に連れて伝播および反射される過程で、温度変化やアーク発生の感知の可否により表面弾性波の共振周波数またはインピーダンス変更による大きさが変調される（Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１２０）。
【００７８】
次に、共振周波数または大きさが変調された表面弾性波は、応答信号に圧電変換された後（Ｓ１３０）、周波数フィルタリングなどの作業を遂行した後にアンテナ１１０を介して外部に送出される（Ｓ１４０、Ｓ１５０）。
【００７９】
送出された応答信号は、前記ＥＣＵ２００から受信され(Ｓ２１０)，増幅過程および復調過程を経た後(Ｓ２２０)、必要なセンシング値を抽出してアーク発生の可否および温度変化を確認することができる(Ｓ２３０)。
【００８０】
以上で説明したように、本発明の無電源無線統合センサ１００は、高圧遮断器のような高電圧電力設備の事故予想地点に付着されて、温度変化およびアーク発生に伴う明るい光またはスパークの発生を感知して、アーク発生の可否をリアルタイムで測定し、測定されたセンシング情報を外部のＥＣＵに送信して設備の異常可否をリアルタイムで判断できる効果がある。
【００８１】
また、本発明の無電源無線統合センサ１００は、温度変化やアーク発生の可否をリアルタイムで把握しながらも、別途の電力源を提供する必要がなく、無線で情報の送受信がなされるので、遠隔制御および感知が容易で、設置場所の制約性などの問題点を解消することができる。
【００８２】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から遺脱しない範囲で多様な修正および変形が可能であることは明らかである。
【００８３】
したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものでなく説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。
【００８４】
本発明の保護範囲は、以下の請求範囲によって解釈されなければならず、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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