KR101406135B1 - 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템 - Google Patents

초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템에 관한 것으로 전력설비 결함 검출 시스템에 있어서, 콘 형상의 협대역 초음파 수집장치들이 CCD 카메라를 중심으로 원형 배열된 초음파 음향스캔 장치를 포함하고, 상기 초음파 음향스캔 장치는, 상기 협대역 초음파 수집장치들에서 출력되는 초음파 신호들을 증폭하는 증폭부와; 상기 증폭부로부터 출력되는 초음파 신호들을 스위칭 스위칭부; 상기 스위칭부에서 출력되는 초음파 신호를 캐리어 신호에 변조시켜 미리 설정된 저주파 범위로 컷오프하여 출력하는 헤테로다인 변환부; 상기 헤테로다인 변환부에서 출력되는 초음파 신호를 증폭하여 가청 주파수로 출력하는 오디오 출력부; 상기 헤테로다인 변환부에서 출력되는 초음파 신호의 각 주파수 별 실효치를 분석하여 신호의 발생 위치를 판별하는 패턴 위치 판별부; 상기 팬턴 위치 판별부에서 판별된 위치 정보를 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상에 합성시키는 영상 합성부; 및 상기 영상 합성부에서 출력되는 신호들을 상기 모니터링 장치로 전달하는 출력 포트를 포함하는 신호 연산 장치가 구비된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 신호 수집 지향각이 좁은 협대역 센서들을 CCD 카메라를 중심으로 원형 배열하고, 이로부터 수집되는 신호의 상관성을 분석하여 CCD 카메라로 촬영된 영상 이미지에 합성시킴으로써, 종래의 측정자의 청력과 경험에 의해 주관적인 판단에 의존하였던 위치 및 강도 등을 가식화하여 효율적이고 정확하게 전력설비의 결함 발생 위치와 열화상태를 검출하여 진단할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템{System for detecting defect of ultrasonic sound scan apparatus having electricity equipment}
본 발명은 전력설비의 결함을 검출하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 협대역 초음파 수집장치들과 CCD 카메라를 이용하여 전력설비의 결함 위치와 열화상태를 효과적으로 검출하는 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전력설비는 배전선로 주변의 환경 변화와 설비 불량에 따른 파손 등으로 지속적인 점검과 위험 요소 제거 및 노후 설비 교체 등의 관리가 필요하다. 예를 들어, 애자 불량, 기기 불량, 접속재 불량 등과 같은 가공 배전 선로 설비의 고장을 예방하기 위하여 여러가지 순시 점검 방식이 이용되고 있으며, 대표적으로 배전 선로 순시원을 통해 육안으로 점검하는 배전 선로 순시 방법과, 활선 상태에서 활선 버켓 트럭을 타고 활선 배전 설비에 접근하여 육안 및 포크형 현수 애자 분담 전압 측정기를 사용하여 분담전압을 측정하는 활선 기별 점검 방법, 전력설비에서 열화가 진행될 때 발생되는 열을 측정하여 배전 선로의 고장을 예방하기 위한 초음파 측정 방법, 열화상 카메라 측정 방법, RFI(RADIO FREQUENCY INTERFERENCE)를 이용한 순시 방법이 이용되고 있다.
한편, 육안에 의한 순시 방법은 전력설비가 지상으로부터 10m 이상의 거리를 두고 있기 때문에 육안으로 설비의 이상을 측정하는 것은 현실적으로 불가능하다.
상기 활선 기별 점검 방법은 활선 작업자가 활선 버켓 트럭을 타고 점검을 하기 때문에 가까운 거리의 설비는 육안으로 보는 것은 가능하지만 애자와 애자 사이의 좁은 공간이나 점검자로부터 반대편에 존재하는 미세한 균열 등의 경우에는 점검하는 것이 매우 어렵고, 점검에 많은 시간이 소요되며 상대적으로 많은 비용이 소모되므로 비효율적인 측면이 있다.
상기 초음파 측정 방법은 현재 사람의 청력과 판단에 의해 주관적으로 전력설비의 불량 및 위치를 판단하고 있으나, 불량을 판독함에 있어 고도로 훈련된 인력이 필요하고, 또한 주관적인 판단으로 정확성이 떨어져 진단에 오류를 발생하는 문제점이 있다.
상기 열화상 카메라 측정 방법은 전력설비에서 열화가 진행될 때 발생되는 열을 측정하여 고장을 진단하는 것이기 때문에 열이 발생되지 않는 설비의 경우에는 적출이 불가능하다. 실제로 전력설비의 특별고압(22,900v) 선로에서는 대부분의 경우에 애자류의 균열에서 열이 발생되지 않는다. 또한 이물의 접촉이나 볼트의 풀림의 경우에도 열이 발생되지 않는 문제점이 있다.
상기 RFI를 이용한 순시 방법은 도심지나 공장이 밀집된 지역 등의 경우에 주변의 주파수 잡음이 너무 심하기 때문에 전력설비에서 나오는 노이즈와 구별이 어렵고 구별한다 하여도 고장 가능성이 있는 설비를 정확하게 구별하는 것이 불가능하다. 또한 파형의 분석이 불가능하기 때문에 고장의 유형의 파악이나 정도의 파악이 어렵다는 단점이 있다.
또한, 다양한 산업현장에 설치된 기계설비들도 지속적인 점검 및 관리가 필요하나, 기계설비의 설치공간이 협소하고, 소음이 심한 경우에 기계설비의 점검 및 관리가 현실적으로 매우 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 협대역 초음파 수집장치들이 CCD 카메라를 중심으로 원형 배열된 초음파 음향스캔 장치를 구비하여 전력설비의 결함 위치와 열화상태를 효과적으로 검출하여 진단할 수 있는 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템은, 전력설비 결함 검출 시스템에 있어서, 콘 형상의 협대역 초음파 수집장치들이 CCD 카메라를 중심으로 원형 배열된 초음파 음향스캔 장치를 포함하고, 상기 초음파 음향스캔 장치는 차량 외부에 설치되며, 상기 초음파 음향스캔 장치를 고정시키는 팬틸트 지지대와; 상기 팬틸트 지지대의 하측에 설치되며, 팬틸트 지지대의 상하좌우 움직임을 제어하는 팬틸트 제어장치; 상기 팬틸트 제어장치의 하측에 설치되는 차량용 캐리어; 차량 내부에 설치되며, 상기 팬틸트 제어장치와 케이블 연결되어 상기 팬틸트 지지대의 움직임을 조정하는 조이스틱; 및 차량 내부에 설치되며, 상기 팬틸트 제어장치와 케이블 연결되는 모니터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 초음파 음향스캔 장치에서 출력되는 이미지 영상을 표시하는 모니터와, 오디오 출력장치, 초음파 신호를 녹음하기 위한 SD슬롯, 이미지 및 WAV파형을 기록할 수 있는 메모리 기록장치, 경고음을 발생시키는 부저, 이더넷망으로 데이터 서버와 연동되는 이더넷 연결 포트들이 구비된 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 초음파 음향스캔 장치는, 상기 협대역 초음파 수집장치들에서 출력되는 초음파 신호들을 증폭하는 증폭부와; 상기 증폭부로부터 출력되는 초음파 신호들을 스위칭하는 스위칭부; 상기 스위칭부에서 출력되는 초음파 신호를 캐리어 신호에 변조시켜 미리 설정된 저주파 범위로 컷오프하여 출력하는 헤테로다인 변환부; 상기 헤테로다인 변환부에서 출력되는 초음파 신호를 증폭하여 가청 주파수로 출력하는 오디오 출력부; 상기 헤테로다인 변환부에서 출력되는 초음파 신호의 각 주파수 별 실효치를 분석하여 신호의 발생 위치를 판별하는 패턴 위치 판별부; 상기 팬턴 위치 판별부에서 판별된 위치 정보를 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상에 합성시키는 영상 합성부; 및 상기 영상 합성부에서 출력되는 신호들을 상기 모니터링 장치로 전달하는 출력 포트를 포함하는 신호 연산 장치가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 신호 연산 장치에는, GPS 탐지기와 각도 센서가 더 포함되고, 상기 GPS 탐지기 및 상기 각도 센서에서 출력되는 신호들은 상기 출력 포트를 통해 상기 모니터링 장치에 전달되며, 상기 모니터링 장치는 상기 GPS 탐지기를 통해 현재 위치를 파악하고, 상기 각도 센서를 통해 상기 초음파 음향스캔 장치의 기울기를 감지하여 지표면으로부터 일정각도 이하인 경우, 상기 초음파 음향스캔 장치의 센싱을 중단시켜 지상으로부터 유입되는 초음파 신호를 차단하는 것을 특징으로 한다.
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이상과 같이 본 발명에서 추구하는 기술적 문제 해결은 신호 수집 지향각이 좁은 협대역 센서들을 CCD 카메라를 중심으로 원형 배열하고, 이로부터 수집되는 신호의 상관성을 분석하여 촬영된 영상 이미지에 합성시킴으로써, 종래의 측정자의 청력과 경험에 의해 주관적인 판단에 의존하였던 위치 및 강도를 가식화하여 효율적이고 정확하게 전력설비의 결함 발생 위치와 열화상태를 검출하여 진단할 수 있으며, 전력설비에 대한 보다 정확하면서 신속하게 불량 개소를 판별함과 아울러, 불량 설비의 열화상태를 빠르게 진단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템의 외관 형상을 나타낸 예시도이다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시된 초음파 음향스캔 장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 음향스캔 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량에 설치된 전력설비 결함 검출 시스템의 설치 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 전력설비 결함 검출 시스템의 사용 상태를 나타낸 상태도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모니터링 장치를 통해 화면으로 표시되는 열화상태를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템의 외관 형상을 나타낸 예시도이고, 도 2와 도 3은 도 1에 도시된 초음파 음향스캔 장치의 정면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 초음파 음향스캔 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
먼저, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템은, 예를 들어 다양한 산업현장에 설치된 기계설비들이나, 또는 배전선로 주변의 환경 변화와 설비 불량에 따른 파손 등으로 지속적인 점검과 위험 요소 제거 및 노후 설비 교체 등의 관리시에 사용되는 것으로, 초음파 음향스캔 장치(100)와, 팬틸트 지지대(500), 팬틸트 제어장치(700), 조이스틱(800) 및 모니터링 장치(900) 등을 포함하여 구성된다.
상기 초음파 음향스캔 장치(100)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 콘 형상의 협대역 초음파 수집장치(10)들이 CCD 카메라(20)를 중심으로 원형 배열되며, 적어도 4개 이상의 협대역 초음파 수집장치(10)들이 서로 대응되도록 배열되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 협대역 초음파 수집장치(10)의 전방 끝단에는 센서 보호 캡(11)이 구비되고, 협대역 초음파 수집장치(10) 내부에는 협대역 초음파를 수집하는 협대역 센서(12)가 구비된다.
또한, 상기 초음파 음향스캔 장치(100)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 협대역 초음파 수집장치(10)들에서 출력되는 초음파 신호들을 증폭하는 증폭부(31)와, 상기 증폭부(31)로부터 출력되는 초음파 신호들을 스위칭하는 스위칭부(32), 상기 스위칭부(32)에서 출력되는 초음파 신호를 캐리어 신호에 변조시켜 미리 설정된 저주파 범위로 컷오프하여 출력하는 헤테로다인 변환부(33), 상기 헤테로다인 변환부(33)에서 출력되는 초음파 신호를 증폭하여 가청 주파수로 출력하는 오디오 출력부(34), 상기 헤테로다인 변환부(33)에서 출력되는 초음파 신호의 각 주파수 별 실효치를 분석하여 신호의 발생 위치를 판별하는 패턴 위치 판별부(36), 상기 팬턴 위치 판별부(35)에서 판별된 위치 정보를 상기 CCD 카메라(20)에서 출력되는 영상에 합성시키는 영상 합성부(36), 및 상기 영상 합성부(36)에서 출력되는 신호들을 상기 모니터링 장치(900)로 전달하는 출력 포트(37)를 포함하는 신호 연산 장치(30)가 구비된다.
상기 신호 연산 장치(30)에는 도 4에 도시된 바와 같이, GPS 탐지기(38)와 각도 센서(39)가 더 포함되고, 상기 GPS 탐지기(38) 및 상기 각도 센서(39)에서 출력되는 신호들은 상기 출력 포트(37)를 통해 상기 모니터링 장치(900)에 전달된다.
상기 모니터링 장치(900)는 상기 GPS 탐지기(38)를 통해 현재 위치를 파악하고, 상기 각도 센서(39)를 통해 상기 초음파 음향스캔 장치(100)의 기울기를 감지하여 지표면으로부터 일정각도 예를 들어, 30도 이하인 경우, 상기 초음파 음향스캔 장치(100)의 센싱 동작을 정지시켜 지상으로부터 유입되는 초음파 신호를 차단시키게 된다. 여기서, 상기 각도 센서(39)는 예를 들어, 3축 자이로 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 차량에 설치된 전력설비 결함 검출 시스템의 설치 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 전력설비 결함 검출 시스템의 사용 상태를 나타낸 상태도이며, 도 7은 본 발명에 따른 모니터링 장치를 통해 화면으로 표시되는 열화상태를 나타낸 예시도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 팬틸트 지지대(500)는 차량 외부에 설치되며, 상기 초음파 음향스캔 장치(100)를 고정시키고, 상기 팬틸트 지지대(500)를 상하좌우 움직이도록 제어하는 팬틸트 제어장치(700)가 상기 팬틸트 지지대(500)의 하측에 설치된다.
상기 팬틸트 제어장치(500)의 하측에는 차량용 캐리어(720)가 설치되며, 상기 팬틸트 제어장치(700)와 상기 팬틸트 지지대(500), 상기 팬틸트 지지대(500)와 상기 초음파 음향스캔 장치(100)는 각각 통신 케이블을 통해 서로 연결된다.
상기 조이스틱(800)은 차량 내부에 설치되며, 상기 팬틸트 제어장치(700)와 통신 케이블로 연결되어 상기 팬틸트 지지대(500)의 움직임을 보조석에 동승자가 조정할 수 있도록 구비된다.
상기 모니터링 장치(900)는, 상기 팬틸트 제어장치(700)와 통신 케이블로 연결되며, 상기 초음파 음향스캔 장치(100)에서 출력되는 이미지 영상을 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 표시하는 모니터와 도시되지 않은 오디오 출력장치, 초음파 신호를 녹음하기 위한 SD슬롯, 이미지 및 WAV파형을 기록할 수 있는 메모리 기록장치, 경고음을 발생시키는 부저, 이더넷망으로 데이터 서버와 연동되는 이더넷 연결 포트들이 구비되고, 차량 내부에 설치되어 보조석에 동승자가 조정할 수 있도록 구비된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 신호 수집 지향각이 좁은 협대역 초음파 센서들을 CCD 카메라를 중심으로 원형 배열하고, 이로부터 수집되는 신호의 상관성을 분석하여 CCD 카메라로 촬영된 영상 이미지에 합성시킴으로써, 종래의 측정자의 청력과 경험에 의해 주관적인 판단에 의존하였던 위치 및 강도 등을 가식화하여 효율적이고 정확하게 전력설비의 결함 발생 위치와 열화상태를 검출하여 진단할 수 있게 된다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다
10 : 협대역 초음파 수집장치 11 : 센서 보호 캡
12 : 협대역 센서 20 : CCD 카메라
30 : 신호 연산 장치 31 : 증폭부
32 : 스위칭부 33 : 헤테로다인 변환부
34 : 오디오 출력부 35 : 패턴 위치 판별부
36 : 영상 합성부 37 : 출력 포트
38 : GPS 탐지기 39 : 각도 센서
100 : 초음파 음향스캔 장치 500 : 팬틸트 지지대
700 : 팬틸트 제어부 720 : 차량용 캐리어
800 : 조이스틱 900 : 모니터링 장치

Claims (5)

  1. 전력설비 결함 검출 시스템에 있어서,
    콘 형상의 협대역 초음파 수집장치들이 CCD 카메라를 중심으로 원형 배열된 초음파 음향스캔 장치를 포함하고,
    상기 초음파 음향스캔 장치는 차량 외부에 설치되며, 상기 초음파 음향스캔 장치를 고정시키는 팬틸트 지지대와;
    상기 팬틸트 지지대의 하측에 설치되며, 팬틸트 지지대의 상하좌우 움직임을 제어하는 팬틸트 제어장치;
    상기 팬틸트 제어장치의 하측에 설치되는 차량용 캐리어;
    차량 내부에 설치되며, 상기 팬틸트 제어장치와 케이블 연결되어 상기 팬틸트 지지대의 움직임을 조정하는 조이스틱; 및
    차량 내부에 설치되며, 상기 팬틸트 제어장치와 케이블 연결되는 모니터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 음향스캔 장치에서 출력되는 이미지 영상을 표시하는 모니터와, 오디오 출력장치, 초음파 신호를 녹음하기 위한 SD슬롯, 이미지 및 WAV파형을 기록할 수 있는 메모리 기록장치, 경고음을 발생시키는 부저, 이더넷망으로 데이터 서버와 연동되는 이더넷 연결 포트들이 구비된 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 초음파 음향스캔 장치는,
    상기 협대역 초음파 수집장치들에서 출력되는 초음파 신호들을 증폭하는 증폭부와;
    상기 증폭부로부터 출력되는 초음파 신호들을 스위칭하는 스위칭부;
    상기 스위칭부에서 출력되는 초음파 신호를 캐리어 신호에 변조시켜 미리 설정된 저주파 범위로 컷오프하여 출력하는 헤테로다인 변환부;
    상기 헤테로다인 변환부에서 출력되는 초음파 신호를 증폭하여 가청 주파수로 출력하는 오디오 출력부;
    상기 헤테로다인 변환부에서 출력되는 초음파 신호의 각 주파수 별 실효치를 분석하여 신호의 발생 위치를 판별하는 패턴 위치 판별부;
    상기 패턴 위치 판별부에서 판별된 위치 정보를 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상에 합성시키는 영상 합성부; 및
    상기 영상 합성부에서 출력되는 신호들을 상기 모니터링 장치로 전달하는 출력 포트를 포함하는 신호 연산 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호 연산 장치에는, GPS 탐지기와 각도 센서가 더 포함되고, 상기 GPS 탐지기 및 상기 각도 센서에서 출력되는 신호들은 상기 출력 포트를 통해 상기 모니터링 장치에 전달되며,
    상기 모니터링 장치는 상기 GPS 탐지기를 통해 현재 위치를 파악하고, 상기 각도 센서를 통해 상기 초음파 음향스캔 장치의 기울기를 감지하여 지표면으로부터 일정각도 이하인 경우, 상기 초음파 음향스캔 장치의 센싱을 중단시켜 지상으로부터 유입되는 초음파 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 초음파 음향스캔 장치를 구비한 전력설비 결함 검출 시스템.
  5. 삭제
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