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KR100935406B1 - 플라즈마 이상 감지 장치와 플라즈마 이상 감지 방법 - Google Patents

플라즈마 이상 감지 장치와 플라즈마 이상 감지 방법 Download PDF

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KR100935406B1
KR100935406B1 KR1020070056103A KR20070056103A KR100935406B1 KR 100935406 B1 KR100935406 B1 KR 100935406B1 KR 1020070056103 A KR1020070056103 A KR 1020070056103A KR 20070056103 A KR20070056103 A KR 20070056103A KR 100935406 B1 KR100935406 B1 KR 100935406B1
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Abstract

부하에 연결되어, 전류 또는 전압의 전기적 신호를 전송하는 전송선, 전송선의 전류 또는 전압의 전기적 신호를 측정하는 감지부, 및 전기적 신호를 처리하여 적어도 하나의 아크 검출신호를 생성하는 처리부를 포함하되, 아크 검출신호는 부하에 발생하는 아크에 대응하여 생성되는 것을 특징으로 하는 아크 감지 장치를 포함한다.
플라즈마, 아크, 실시간 모니터링

Description

플라즈마 이상 감지 장치와 플라즈마 이상 감지 방법{PLASMA ABNORMAL DETECTING APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING OF PLASMA ABNORMAL}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 아크 감지 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 도 1에서 설명한 처리부 및 후처리부의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 아크 감지 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호 변환기의 구성을 도시한 블럭도다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에서 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에서 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 13 본 발명의 일 실시예에서 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다.
본 발명은 플라즈마를 발생시키는 방전 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 RF(radio frequency) 전원을 사용하여 방전하는 플라즈마 발생 장치의 아크 감지 장치와 아크 감지 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 반도체 제조 공정, 물질 표면처리, 대기오염처리, 핵융합 등에 널리 이용되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 처리장치는 플라즈마를 생성하기 위해 주로 RF 전원을 이용한다.
한편, RF 전원을 이용한 플라즈마 처리 공정에서, 방전 용기 내부에 구조적 결함 또는 작은 입자들이 있을 경우, 플라즈마 처리 공정의 안정성을 저하시키는 아크(Arc)가 발생할 수 있다. 특히, 반도체 장치의 제조를 위한 플라즈마 처리 장치의 경우, 상기 아크는 반도체 소자의 불량을 유발하는 또다른 작은 입자들을 발생시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 플라즈마 처리 공정의 안정성을 모니터링하기 위해, 챔버 내부에서 아크가 발생하는지를 모니터링하기 위한 기술이 요구되고 있다. 종래 기술에 따르면, 상기 아크의 발생은 상기 플라즈마의 광학적 특성의 분석을 통해 모니터링되었다. 하지만, 이러한 광학적 모니터링 방법은 아크의 유형을 판단하기 어려운 기술적 한계를 가졌다. 보다 구체적으로, 챔버 내에서 발생하는 아크는 소정 수준까지는 허용되는 미세 아크 및 즉각적인 대응이 필요한 대형 아크로 구분될 수 있지만, 상기 광학적 모니터링 방법은 이러한 아크의 유형에 대한 정보를 제공하기 어렵다. 이에 더하여, 챔버의 측벽에는 이러한 광학적 모니터링을 위해 플라즈마에서 발생하는 빛(plasma emission)의 관찰을 가능하게 하는 창문이 형성돼야 하지만, 광신호의 신뢰성을 저하시키는 창문의 오염이 처리 시간이 증가함에 따라 더불어 증가한다.
비록, 챔버 내부에 아크 발생을 모니터링하기 위한 감지 장치를 배치하는 방법이 고려될 수 있으나, 이 방법은 챔버 구조의 변경이 필요할 뿐만 아니라 생성되는 플라즈마의 품질을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 아크 발생 및 플라즈마 처리 공정의 이상 유무를 실시간으로 모니터링하는 것을 가능하게 하는 아크 감지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 챔버 구조의 변경 없이 아크 발생 및 플라즈마 처리 공정의 이상 유무를 모니터링할 수 있는 아크 감지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 아크 발생 및 플라즈마 처리 공정의 이상 유무를 실시간으로 모니터링하는 아크 감지 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 챔버 구조의 변경 없이 아크 발생 및 플라즈마 처리 공정의 이상 유무를 모니터링하는 아크 감지 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 아크 감지 장치는 부하에 연결되어, 전류 또는 전압의 전기적 신호를 전송하는 전송선, 상기 전송선의 전류 또는 전압의 전기적 신호를 측정하는 감지부, 및 상기 전기적 신호를 처리하여 적어도 하나의 아크 검출신호를 생성하는 처리부를 포함하되, 상기 아크 검출신호는 상기 부하에 발생하는 아크에 대응하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아크 감지 방법은 부하에 연결된 전송선을 따라 전송되는 전류 또는 전압의 전기적 신호를 측정하는 단계, 상기 전기적 신호를 처리하여, 상기 부하에서의 아크 발생에 대응되는 적어도 하나의 아크 검출 신호를 생성하는 단계, 및 상기 아크 검출 신호를 분석하여 상기 부하에서의 아크 발생을 판단하는 단계를 포함한다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통하여 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.
아크(arc)은 대형 아크와 미세 아크로 구분될 수 있다. 상기 대형 아크 발생시 RF 방전의 전체적인 플라즈마의 전기적 특성은 크게 변할 수 있다. 왜냐하면, 방전 용기 내의 전극과 접지 사이에 고밀도의 이온화가 발생될 수 있기 때문이다. 따라서 상기 대형 아크 발생시 상기 RF 방전은 전체적으로 불안정해지거나 상기 RF 방전은 유지되지 못할 수 있다. 부하에 입사전력이 일정한 경우, 상기 대형 아크 발생시 전송선의 전류는 급격히 증가하고, 상기 전송선의 전압은 감소할 수 있다. 또는 상기 대형 아크 발생시 전송선의 전류는 증가하고, 상기 전송선의 전압은 변하지 않을 수 있다.
플라즈마 내부에서의 상기 대형 아크의 지속시간은 수 nsec 정도일 수 있으나, 이에 따른 상기 전송선의 전류 또는 전압의 지속시간은 수십 usec 정도로 지연될 수 있다. 상기 대형 아크 발생에 따른 전송선의 전기적 신호는 정상 상태(steady state)의 전기적 신호로부터 교란(perturbation)된다. 상기 대형 아크에 의한 교란 성분은 주파수 공간에서 100 KHz 영역일 수 있다. 상기 대형 아크 발생시, RF 전원단에서 부하 방향의 입력 임피던스는 순간적으로 변할 수 있다. 그러나 상기 대형 아크의 지속시간이 매우 짧아 원상태로 복원되는 경우, 매칭 네트워크는 상기 대형 아크 발생에 따라 변하지 않을 수 있다. 다만, 대형 아크 발생에 의하여 상기 RF 방전이 유지되지 못하면, 상기 매칭 네트워크가 변할 수 있다. 따라서, 상기 대형 아크 발생의 경우, 상기 RF 방전이 유지되면, 전원단의 입력 임피턴스는 부하의 변화에 기인할 수 있다.
미세 아크 발생시, 상기 전송선의 전류와 전압은 모두 감소하는 특징을 보일 수 있고, RF 방전은 잘 유지될 수 있다. 상기 미세 아크는 상기 대형 아크의 조기 현상으로 나타날 수 있다. 상기 미세 아크 발생시, 상기 전송선의 전류와 전압의 지속시간은 수 usec 정도일 수 있다. 상기 미세 아크 발생에 따른 전송선의 전기적 신호는 정상 상태(steady state)의 전기적 신호로부터 교란(perturbation)될 수 있다. 상기 미세 아크에 의한 교란 성분은 주파수 공간에서 1 MHz 영역일 수 있다. 다만, 상기 미세 아크 발생시, 전원단의 입력 임피던스는 순간적으로 변할 수 있으나, 수 usec 이후에는 원상태로 복원되므로, 매칭 네트워크는 변하지 않을 수 있다. 따라서, 미세 아크 발생시 전원단에서의 부하방향의 입력임피던스는 부하의 변화에 기인할 수 있다.
플라즈마의 특성 변화 시간은 상기 전송선에서 수백 msec의 범위일 수 있다. 따라서 상기 매칭 네트워크는 상기 플라즈마의 특성변화에 따라 최대전력 전달을 위하여 변할 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 특성이 변화하는 경우, 전원단의 부하 방향의 입력 임피던스는 상기 부하 및 상기 매칭 네트워크의 변화에 기인할 수 있다.
현실적으로 아크(arc)를 대형 아크와 미세 아크로 명확히 구분하는 것은 한계가 있을 수 있다. 왜냐하면, 아크는 상술한 원인 이외에 다른 원인에 의하여 발생할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 제1 형 아크와 제2 형 아크로 구분한다. 즉, 상기 전송선의 전류가 정상 상태보다 작아지는 경우를 제 1 형 아크라 한다. 상기 제1 형 아크는 상기 미세 아크를 포함할 수 있다. 상기 전송선의 전류가 정상 상태보다 커지는 경우를 제2 형 아크라 한다. 상기 제 2형 아크는 상술한 상기 대형 아크를 포함할 수 있다.
아크가 발생하면, 상기 전송선의 전기적 특성이 급격히 변한다. 따라서 상기 전송선의 전기적 특성의 조사는 아크 발생 여부를 판단하는 가장 신뢰성 있는 수단일 수 있다. 또한 상기 전송선의 전기적 특성은 실시간 모니터링이 가능하다.
상기 전송선의 전기적 특성은 아크 발생 및 플라즈마 특성 변화에서 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 특성 변화와 상기 아크를 구분할 필요가 있다. 상기 플라즈마 특성 변화의 지속시간은 시간적으로 수백 msec 정도이고, 아크의 지속시간은 수 usec에서 수백 usec정도 지속될 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 특성 변화를 상기 아크와 구별하기 위하여, 전송선의 전류와 전압 및 이들 변화의 지속시간을 측정하여, 상기 아크 발생 여부를 판단함이 바람직하다.
한편, 전송선의 입력 임피던스, 반사계수, 및 소모 전력 등을 이용하여 아크 발생여부를 판단할 수 있으나, 상기 방법은 아크의 유형을 판단하기 어렵고, 플라즈마 특성 변화와 아크를 구별하기 힘들다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 아크 감지 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 아크 감지 장치는 부하(24), 상기 부하(24)에 전력을 공급하는 RF 전원(10), 상기 부하(24)와 상기 RF 전원(10) 사이에 배치되는 전송선(36) 및 매칭 네트워크(38)를 포함할 수 있다. 상기 전송선(36) 주 변에는 상기 전송선(36)의 전류 또는 전압의 전기적 신호를 측정하는 감지부(22)가 배치되고, 상기 감지부(22)는 상기 전기적 신호를 처리하는 처리부(25)에 전기적으로 연결된다. 이에 더하여, 상기 아크 감지 장치는 아크의 발생 여부 및 아크의 유형을 판단하는 후처리부(32)를 더 포함한다. 상기 아크 감지 장치는 제어부(34)에 의해 제어될 수 있다.
상기 RF 전원(10)은 입력단(N1, N2)에 입사전력을 공급한다. 상기 전송선(36)을 통해 공급된 입사전력은 상기 부하(24)에서 일부 만이 소모되고, 다른 일부는 상기 부하(24)로부터 상기 입력단(N1, N2)으로 반사된다. 따라서, 상기 매칭 네트워크(38)는 상기 입사 전력의 최대값이 상기 부하(24)로 전달될 수 있도록 구성되며, 상기 입력단(N1, N2)과 부하단(N3, N4) 사이에 배치될 수 있다. 상기 RF 전원(10)의 구동주파수는 200KHz 내지 500MHz 중의 하나일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구동 주파수는 13.56MHz 일 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 RF 전원(10)은 한 개 이상의 전원으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 RF 전원(10)이 제1 전원 및 제2 전원으로 구성된 경우, 제1 전원과 제2 전원의 구동 주파수는 각각 서로 다를 수 있다. 또한 상기 제1 전원 및 제2 전원은 같은 부하에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전원과 부하 사이에 제1 매칭 네트워크와 제1 감지부가 배치될 수 있고, 상기 제2 전원과 부하 사이에 제2 매칭 네트워크와 제2 감지부가 배치될 수 있다. 또는 상기 제1 매칭 네트워크와 상기 제2 매칭 네트워크가 하나로 합쳐진 후에 부하 앞 단에 하나의 감지부가 배치될 수 있다.
상기 RF 전원(10)의 내부임피던스(internal impedance)는 50 오옴(Ohm)일 수 있으며, 상기 전송선(36)의 특성 임피턴스(characteristic impedance)는 50 오옴일 수 있다. 상기 전송선(36)은 동축 케이블(coaxial cable), 두 개의 와이어(two wire), 스트립 라인(strip line), 및 버스 바(bus bar) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 부하(24)는 부하단(N3, N4)에 접속되고, 플라즈마 발생을 위한 전극 또는 안테나일 수 있다. 상기 부하(24)의 임피던스는 플라즈마의 특성 변화 또는 아크 발생에 의하여 시간에 따라 변화될 수 있다. 이 경우, 상기 매칭 네트워크(38)의 가변 리액턴스 소자들(variable reactance elements, 12, 14)의 리액턴스들은 상술한 입사 전력의 최대화를 위해 변경될 수 있다. 상기 감지부(22)는 입력단(N1, N2)과 부하단(N3, N4)을 연결하는 전송선(36)의 전기적 신호를 측정하기 위하여 배치된다. 상기 감지부(22)는 상기 부하단(N3, N4)과 상기 매칭 네트워크(38) 사이, 또는 상기 입력단(N1, N2)과 상기 매칭 네트워크(38) 사이에 배치될 수 있다. 또한 상기 감지부(22)는 상기 매칭 네트워크(38) 내부에 위치할 수 있다.
상기 감지부(22)는 상기 전송선(36) 주위에 배치되는 적어도 하나의 센서를 포함하되, 상기 센서는 상기 전송선에 흐르는 전류를 측정하여 전류신호(SI)를 출력하는 전류 측정기 및 상기 전송선의 전압을 측정하여 전압 신호(SV)를 출력하는 전압 측정기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전류 측정기는 유도 기전력을 측정하는 코일을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전류 측정기는 유도 기전력(electromotive force)을 측정하는 로고브스키 코일(Rogowski coil)일 수 있다. 상기 전압 측정기는 전극 또는 저항을 이용한 전압 분배기일 수 있다.
상기 처리부(25)는 전류 처리부 및 전압 처리부 중의 적어도 하나를 구비하되, 상기 전류 처리부는, 상기 전류 측정기에 연결되어, 상기 전기적 신호(SI)로부터 상기 아크 검출 신호(도 2의 OUT1, OUT2 참조)를 생성하도록 구성되고, 상기 전압 처리부는, 상기 전압 측정기에 연결되어, 상기 전기적 신호(SV)로부터 상기 아크 검출 신호(OUT3)를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 아크 검출 신호들(OUT1, OUT2, OUT3)은 상기 부하(24)에서 생성되는 아크 지속시간에 상응하는 폭을 가질 수 있다.
상기 후처리부(32)는 상기 아크 검출 신호들(OUT1, OUT2, OUT3)를 입력 받아, 아크 발생 여부 및 아크 유형을 판단하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 상기 아크 발생 여부는 상기 아크 검출 신호들(OUT1, OUT2, OUT3)의 펄스폭의 분석을 통해 판단될 수 있고, 상기 아크 유형은 상기 아크 검출 신호들의 부호의 분석을 통해 판단될 수 있다. 이를 위해, 상기 후처리부(32)는 아크 검출신호의 폭을 분석하여 아크 발생 여부를 판단하는 아크 발생 판단기(46) 및 상기 아크 검출 신호의 부호를 분석하여 아크의 유형을 판단하는 아크 유형 판단기(48) 중의 적어도 한가지를 포함할 수 있다.
상기 제어부(34)는 아크 감지 장치를 제어하며, 상기 처리부(25) 및 상기 후처리부(32)와 통신을 한다. 상기 제어부(34)는 상기 처리부(23)의 결과를 외부 표시 장치에 표시할 수 있다. 상기 통신은 RS232, RS485, 또는 Devicenet/CAN을 사용할 수 있다. 상기 제어부는 컴퓨터일 수 있다.
도 2는 도 1에서 설명한 처리부(25) 및 후처리부(32)의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
본 발명에 따르면, 상기 처리부(25)는 제1, 제2 전류 처리부 및 전압 처리부 중의 적어도 하나를 구비할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 전류 처리부들은 상기 전류 측정기에 연결되어 상기 전류 신호(SI)로부터 상기 아크 검출 신호(OUT1, OUT2)를 생성하도록 구성되고, 상기 전압 처리부는 상기 전압 측정기에 연결되어 상기 전압신호(SV)로부터 상기 아크 검출 신호(OUT3)를 생성하도록 구성된다. 이때, 입력되는 신호의 종류(즉, 전류 및 전압)에서의 차이 및 각각의 신호들이 처리되는 방법에서의 차이를 제외하면, 상기 제1, 제2 전류 처리부 및 전압 처리부는 실질적으로 유사한 구조를 갖는다. 따라서, 설명의 복잡함을 피하기 위해, 아래에서는 하나의 아크 검출 신호를 생성하도록 구성된 상기 처리부(25)의 기본 구조를 설명할 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 처리부(25)는 기준신호(REF)를 생성하는 적어도 하나의 기준 신호 발생부(44), 비교 신호(IN)를 생성하는 적어도 하나의 비교 신호 발생부(40), 및 상기 기준 신호(REF)와 상기 비교 신호(IN)를 비교하여, 상기 아크 검출 신호(OUT)를 생성하는 적어도 하나의 비교부(42)를 포함할 수 있다. 상기 기준 신호(REF) 및 상기 비교 신호(IN)는 상기 전기적 신호를 이용하여 생성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 비교 신호 발생부(40)는 감지부(22)의 전류신호(SI) 또는 전압신호(SV)를 입력 받아서, 아크에 의한 교란 성분을 포함한 비교 신호(IN) 을 출력한다. 즉, 상기 비교 신호(IN)는 아크에 의한 교란 주파수 성분을 포함한다. 이때, 상기 비교 신호(IN)는 RF전원(10)의 구동 주파수 성분을 포함하지 않지만, DC 성분 또는 플라즈마 특성 변화에 기인한 주파수 성분을 포함할 수 있다. 상기 아크에 의한 교란 성분이란 상기 부하(24)에서 아크 발생에 기인한 상기 전류 신호(SI) 또는 상기 전압신호(SV)에 나타나는 주파수 성분을 의미한다.
상기 기준 신호 발생부(44)는 상기 감지부(22)의 상기 전류신호(SI) 또는 전압신호(SV)로부터 상기 기준 신호(REF)를 출력하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 비교 신호(IN)에는 포함된 아크에 의한 교란 성분은 상기 기준 신호(REF)에 포함되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기준 신호 발생부(44)는 상기 전류신호(SI) 및 전압신호(SV) 중의 하나를 상기 제어부(34)로부터의 오프셋 신호를 이용하여 처리함으로써, 상기 기준 신호(REF)를 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 비교 신호(IN)와 마찬가지로, 상기 기준 신호(REF)는 RF전원(10)의 구동주파수 성분을 포함하지 않지만, DC 성분 또는 플라즈마 특성 변화에 기인한 주파수 성분을 포함할 수 있다.
상기 비교 신호 발생부(40)은 상기 전기적 신호를 정류하는 비교 신호 정류기, 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란 성분을 추출하는 비교 신호 필터, 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 비교 신호 변환기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유사하게, 상기 기준 신호 발생부(44)은 상기 전기적 신호를 정류하는 기준 신호 정류기, 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 기준 신 호 필터, 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 기준 신호 변환기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기준 신호 발생부(44)는 조합기 및 오프셋 신호를 생성하는 오프셋 신호 발생기 중의 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 조합기는 덧셈기 또는 뺄셈기일 수 있다. 즉, 상기 조합기는 두 개의 입력신호들을 더하거나 빼서 그 결과를 출력할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 조합기는 오피 엠프(OP AMP)를 이용할 수 있다.
상기 기준 신호 및 비교 신호 정류기들은 소정의 입력신호(예를 들면, 전류신호(SI) 또는 전압신호(SV))를 정류하여, 각각 기준 및 비교 정류 신호들을 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이들 정류기들은 다이오드를 이용한 정류기, 곱셈기와 저주파 통과 필터를 이용한 정류기 및 오피 엠프와 필터를 이용한 정류기 중에서 한가지일 수 있다. 상기 곱셈기와 저주파통과 필터를 이용한 정류기에 따르면, 상기 곱셈기는 상기 입력신호를 제곱하고, 상기 저주파 통과 필터는 상기 곱셈기로부터 출력되는 신호로부터 저주파 성분을 추출할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기준 및 비교 신호 정류기들은 기능적인 측면에서 반파 정류기(Half Wave Rectifier), 전파 정류기(Full Wave Rectifier), RMS 디텍터(RMS detector), 또는 피크 디텍터(Peak detector) 중에서 어느 하나일 수 있으며, 필터를 포함할 수 있다.
상기 기준 신호 필터는 입력신호에서 아크에 의한 교란 주파수 대역의 성분을 제거하도록 구성된다. 상기 기준 신호 필터는 액티브(active) 필터 또는 패시브(passive) 필터일 수 있다. 또한, 기능적인 측면에서 분류하면, 상기 기준 신호 필터는 저주파 통과 필터(Low pass filter) 또는 대역 통과 필터(band pass filter)일 수 있다.
상기 기준 신호 변환기는 입력신호의 크기를 변화시키거나 입력 신호의 극성을 바꾸어 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 기준 신호 변환기는 로그 증폭기(Log AMP), 감쇄기(attenuator), 음 이득 증폭기 중의 적어도 하나일 수 있다.
상기 비교신호 필터는 입력신호에서 아크에 의한 교란 주파수 대역의 성분을 추출하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 상기 비교 신호 필터에 의해 필터링되는 주파수 대역은 상기 기준 신호 필터에 의해 필터링되는 주파수 대역과 다르다. 상기 비교 신호 필터는 액티브(active) 필터 또는 패시브(passive) 필터일 수 있다. 또한, 기능적인 측면에서 분류하면, 상기 비교 신호 필터는 저주파 통과 필터(Low pass filter) 또는 대역 통과 필터(band pass filter)일 수 있다.
상기 비교 신호 변환기는 입력신호의 크기를 변화시키거나 입력 신호의 극성을 바꾸어 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 비교 신호 변환기는 로그 증폭기(Log AMP), 감쇄기(attenuator), 음 이득 증폭기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 비교 신호 변환기에 의해 변화되는 신호의 변화 크기는 상기 기준 신호 변환기에 의해 변화되는 신호의 변화 크기와 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기준 신호 발생부(44)는 상기 전기적 신호를 정류하는 기준 신호 정류기, 상기 전기적 신호의 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 기준 신호 필터, 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 기준 신호 변환기중에서 적어도 하나를 포함한다. 다만, 상기 기준신호 필터는 상기 기 준신호 정류기에서 정류된 전기적 신호의 아크에 의한 교란 성분을 제거하도록 구성되고, 상기 기준 신호 변환기는 상기 기준신호 필터에서 필터링된 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 변화시키도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비교 신호 발생부는 상기 전기적 신호를 정류하는 비교신호 정류기, 상기 전기적 신호에서 아크에 의한 교란 성분을 포함하는 비교신호 필터 및 상기 전기적 신호의 진폭 및 극성을 바꾸는 비교신호 변환기 중에서 적어도 하나를 포함한다. 다만, 상기 비교 신호 필터는 상기 비교 신호 정류기에서 정류된 전기적 신호의 아크에 의한 교란 성분을 추출하도록 구성되고, 상기 비교 신호 변환기는 상기 비교 신호 필터에서 필터링된 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꿀 수 있다.
상기 비교부(42)는 상기 비교 신호(IN)와 상기 기준신호(REF)을 비교하여 아크 검출 신호(OUT)를 출력한다. 기준신호와 비교신호의 차이에 따라, 상기 아크 검출 신호(OUT)은 하이(HIGH) 또는 로우(Low)로 출력될 수 있으며, 상기 아크 검출 신호(OUT)의 지속시간은 상기 부하에서 발생한 아크의 지속시간에 비례할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비교부(42)는 비교기(COMPARTOR), 네거티브 피드백(negative feedback) 없는 오피 앰프(OP AMP), 및 미분 증폭기 중에서 어느 하나일 수 있다. 상기 비교기(COMPARTOR)는 "+" 단자의 전압이 "-" 단자의 전압보다 크면 그 출력을 하이(HIGH)로, "-" 단자의 전압이 "+"단자의 전압보다 크면 그 출력을 로우(LOW)이도록 구성될 수 있다. 상기 비교기의 "+" 단자에는 비교신호(IN)가 입력될 수 있고, "-" 단자에는 기준신호(REF)가 입력될 수 있다. 상기 비 교부(42)의 상술한 동작은 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 방법을 예시적으로 설명한 것일 뿐이며, 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 후처리부(32)는, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 상기 아크 검출 신호들(OUT1, OUT2, OUT3)를 입력 받아, 상기 아크 검출 신호들(OUT1, OUT2, OUT3)의 펄스폭을 측정하여 아크 발생 여부를 판단하는 아크 발생판단기(46) 및 상기 아크 검출 신호들의 부호를 비교하여 아크 유형을 판단하는 아크 유형 판단기(48)를 포함할 수 있다.
상기 아크 검출 신호에는 아크와는 무관한 노이즈 성분 및 플라즈마 특성의 변화에 따른 성분이 포함될 수 있다. 따라서, 아크의 발생 여부를 판단하기 위해서는, 이러한 성분들을 제거하는 것이 필요하다. 상기 노이즈 성분에 의한 펄스 폭은 대부분 아크에 의한 펄스 폭의 최소값보다 짧고, 상기 플라즈마 특성 변화에 기인한 펄스 폭은 아크에 의한 펄스 폭의 최대값보다 길다. 본 발명에 따른 아크 발생 판단기(46)는 이러한 특성을 이용하여 노이즈 성분 및 플라즈마 특성의 변화에 따른 성분에 의한 오판없이 아크 발생 여부를 판단하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아크 발생 판단기(46)는 상기 아크 검출 신호의 펄스 폭을 측정하기 위해 프로그램어블 로직 디바이스 (PLD, programmable logic device)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 PLD는 상기 아크 검출 신호들(OUT1, OUT2, OUT3)이 소정의 제 1 기준 레벨 이상으로 상승하는 경우 동작되고 제2 기준 레벨 이하로 하강하는 경우에 동작을 멈추는 펄스폭 측정기를 구비할 수 있으며, 이 경우 상기 신호들의 폭은 상기 펄스폭 측정기의 동작 시간에 의해 결정된다. 상기 아크 발생 판단기(46)는, 상술한 아크 발생 여부에 대한 오판을 최소화하기 위해, 상기 아크 검출 신호의 펄스 폭이 제 1 기준 폭 및 제 2 기준 폭 사이에 있는지를 판단하도록 구성된 회로를 구비할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제 1 기준 폭은 수 usec일 수 있고. 상기 제 2 기준 폭은 수백 usec일 수 있다. 상술한 것처럼, 상기 제 1 기준폭 미만인 상기 아크 검출 신호는 노이즈의 결과일 가능성이 크고, 상기 제 2 기준 폭을 초과하는 상기 아크 검출 신호는 플라즈마의 특성 변화의 결과일 수 있다. 따라서, 이들 경우에서는, 상기 아크 발생 판단기(46)는 아크 발생 신호를 생성하지 않는다. 상기 제1 기준폭 및 상기 제2 기준폭은 제어부(34)로부터 설정될 수 있으며, 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
상기 아크 유형 판단기(48)는 제 1 형 아크와 제2 형 아크로 구별하기 위해서 제1 아크 검출 신호(OUT1), 제2 아크 검출 신호(OUT2), 및 제3 아크 검출 신호(OUT3)를 비교할 수 있다. 제1 형 아크가 발생하는 경우에는 상기 전송선의 전류와 전압이 모두 감소할 수 있고, 제2 형 아크가 발생하는 경우에는 상기 전송선의 전류는 증가하고 전압은 감소하는 특징을 보일 수 있다. 다만, 상기 제2 형 아크가 발생하는 경우에는 상기 전성선의 전류는 증가할 수 있으나, 전압은 거의 변하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 아크 유형 판단기(48)는 이러한 특징을 이용하여, 아크가 제1 형 아크인지 제2 형 아크인지를 판단하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 제1 아크 검출 신호(OUT1) 또는 상기 제2 아크 검출 신호(OUT2)의 부호와 상기 제3 아크 검출 신호(OUT3)의 부호가 같은 경우, 상기 아크 유형 판단기(48)는 발생된 아크를 제1 형 아크로 판단할 수 있다. 또한, 상기 제1 아크 검출 신호(OUT1) 또는 상기 제2 아크 검출 신호(OUT2)의 부호와 상기 제3 아크 검출 신호(OUT3)의 부호가 다른 경우, 상기 아크 유형 판단기(48)는 발생된 아크를 제2 형 아크로 판단할 수 있다. 상기 제1 아크 검출 신호(OUT1), 상기 제2 아크 검출 신호(OUT2) 또는 제3 아크 검출 신호(OUT3)의 신호의 방향은 비교부의 "+" 및 "-"의 입력 단자에 따라 부호는 바뀔 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 전류 아크 검출 신호의 부호가 음의 값인 경우에는 제1 형 아크로 판단하고, 양의 값인 경우에는 제2 형 아크로 판단할 수 있다. 즉, 제1 아크 검출 신호(OUT1)가 음의 부호이면 제1 형 아크로 판단하고, 제2 아크 검출 신호가(OUT2)가 양의 신호이면 제2 형 아크로 판단할 수 있다. 상기 제1 아크 검출 신호(OUT1), 상기 제2 아크 검출 신호(OUT2) 또는 제3 아크 검출 신호(OUT3)의 신호의 방향은 비교부의 "+" 및 "-"의 입력 단자에 따라 부호는 바뀔 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아크 유형 판단기(48)는 제1 형 아크의 횟수를 계산하는 제1 형 아크 카운터를 더 포함할 수 있다. 상기 아크 유형 판단기(48)는 상기 제1 형 아크 카운터를 이용하여 계산된 제 1형 아크의 횟수에 따라 제1 형 아크 카운트 신호(DISP1)을 출력할 수 있다. 더 구체적으로, 제1 형 아크가 단위시간당 소정의 기준 회수 이상 발생하는 경우, 상기 아크 유형 판단기(48)는 경고 신호를 출력할 수 있다. 발생된 아크가 제2 형 아크로 판정된 경우, 상기 아 크 유형 판단기(48)는 제2 형 아크 신호(DISP2)를 출력할 수 있다. 제1 형 아크와 관련된 경고 신호를 생성하기 위한 기준 회수는 상기 제어부(34)를 통해 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 아크 발생 판단기(46) 및 상기 아크 유형 판단기(48)는 실시간 감지를 위하여 프로그램어블 로직 디바이스(Programmable Logic Device: PLD)을 사용할 수 있다. 즉, 상술한 기술적 특징을 갖는 아크 발생 판단기(46) 및 상기 아크 유형 판단기(48)는 프로그램어블 로직 디바이스에 집적될 수 있다.
상기 제어부(34)는 상기 처리부(25) 및 상기 후처리부(32)에서 생성되는 신호들과 관련된 정보들 중의 적어도 하나를 사용자에게 시각적으로 표시하는 표시기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 표시기는 제2 형 아크 신호(DISP2) 및 제1 형 아크 카우트 신호(DISP1)를 입력 받아서, 단위 시간당 제1 형 아크의 회수를 표시하고, 상기 단위 시간당 소정의 기준 회수 이상인 경우에는 제1 형 아크 경고 신호를 표시할 수 있고, 제2 형 아크 경고 신호를 표시할 수 있다.
상술한 것처럼, 상기 처리부(25)는 상기 제1, 제2 전류 처리부 및 전압 처리부 중의 적어도 하나를 구비할 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 전류 처리부들 및 상기 전압 처리부 각각은 도 2를 참조하여 위에서 설명된 상기 기준 신호 발생부(44), 상기 비교 신호 발생부(40) 및 상기 비교부(42)를 구비할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 처리부(25)는 상기 전류 처리부들 없이 상기 전압 신호(SV)을 처리하는 전압 처리부만을 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 변형된 실시예에 따르면, 상기 처리부(25)는 상기 전압 처리부 없이 상기 전류 신호(SI)을 처리하는 상기 제1 전류 처리부 및 상기 제2 전류 처리부 중의 적어도 하나를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전류 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 전류 처리부(26)는 비교 신호 발생부(40), 기준신호 발생부(44), 및 비교부(42)를 포함한다. 상기 비교부(42)는 상기 비교 신호 발생부(40)의 제1 비교 신호(IN1a)와 상기 기준신호 발생부(44)의 제1 기준신호 (REF1a)을 비교하여 제1 아크 검출 신호 (OUT1)을 출력한다.
상기 비교 신호 발생부(40)는 전기적 신호를 정류하는 비교신호 정류기(60) 및 상기 전기적 신호에서 아크에 의한 교란 성분을 포함하게 하는 비교 신호 필터(62) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기준 신호 발생부(44)는 전기적 신호를 정류하는 기준신호 정류기(64), 상기 전기적 신호에서 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 기준신호 필터(66), 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 기준 신호 변환기(68) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 비교 신호 정류기(60)는 전류신호(SI)로부터 비교 정류신호(RCT1a)를 출력한다. 상기 비교 신호 필터(62)는 상기 비교 정류 신호(RCT1a)를 입력 받아서 아크에 의한 교란 주파수 성분을 포함한 제1 비교 신호(IN1a)을 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비교 신호 필터(62)는 상기 비교 정류 신호(RCT1a)로부터 RF 전원(10)의 구동 주파수 성분을 제거하도록 구성된다. 즉, 상기 제 1 비교 신호(IN1a)에는 구동 주파수 성분은 포함되지 않는다.
상기 기준 신호 정류기(64)는 감지부(22)의 전류신호(SI)를 입력 받아서 기준 정류 신호(RCT2a)를 출력한다. 상기 비교 신호 정류기(60)과 기준 신호 정류기(66)은 같을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비교 신호 발생부(40)와 상기 기준 신호 발생부(44)는 하나의 정류기(60 또는 64)를 공용할 수 있다.
상기 기준 신호 필터(66)는 상기 기준 정류신호(RCT2a)를 입력 받아서 RF 전원(10)의 구동 주파수 성분 및 아크에 의한 교란 주파수 성분을 제거한 예비 기준 신호(RE1a)을 출력한다.
상기 비교 신호 필터(62) 및 상기 기준 신호 필터(66)가 모두 저주파 필터인 경우, 상기 비교 신호 필터(62)의 차단 주파수(cutoff frequency)는 상기 기준 신호 필터의 차단 주파수보다 클 수 있다. 상기 기준신호 필터(66)와 상기 비교신호 필터(62)가 모두 저주파 통과 필터인 경우에, 상기 기준신호 필터(66)의 차단 주파수는 상기 기준 신호에 아크에 관한 정보가 포함되지 않도록 충분히 낮은 값(예를 들면, 대략 10KHz)로 설정될 수 있다. 상기 비교신호 필터(62)의 차단 주파수는 상기 비교 신호에 아크의 정보가 포함될 수 있는 값(예를 들면, 대략 250KHz)로 설정될 수 있다.
상기 예비 기준신호(RE1a)과 상기 제1 비교 신호(IN1a)는 DC 바이어스가 유 사하기 때문에, 이들의 직접적인 비교는 의미있는 결과를 얻기에 부적절하다. 여기서, DC 바이어스란 아크 등에 의한 신호의 왜곡이 발생하지 않은 경우와 아크 등에 의한 신호의 왜곡이 발생한 경우의 기준 레벨의 차이를 의미한다. 상기 기준 신호 변환기(68)는 상기 예비 기준신호(RE1a)과 상기 제1 비교 신호(IN1a) 사이에 차이를 생성하도록 구성된다. 예를 들면, 상기 기준 신호 변환기(68)는 상기 예비 기준신호(RE1a)의 크기 또는 극성을 바꾼 제1 기준신호(REF1a)를 출력한다.
상기 비교부(42)는 상기 비교 신호 발생부(40)의 제1 비교 신호(IN1a)와 상기 기준신호 발생부(44)의 제1 기준신호(REF1a)을 비교하여 제1 아크 검출 신호(OUT1)을 출력한다. 상기 비교부(42)는 네거티브 피드백(negative feedback)없는 오피 엠프(OP AMP) 또는 비교기(comparator)일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 아크 감지 방법을 설명하는 흐름도이다. 아래에서 설명되는 아크 감지 방법은 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 아크 감지 장치를 통해 구현될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 아래에서 설명되는 아크 감지 방법은 소정의 소프트웨어를 이용하여 측정된 전기적 신호로부터 아크의 발생 여부 및 아크의 유형을 판단하는 단계를 포함할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 아크 감지 방법은 부하에 연결된 전송선의 전류 또는 전압의 전기적 신호를 측정하는 단계(S10), 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 부하에서의 아크 발생에 대응되는 적어도 하나의 아크 검출 신호를 생성하는 단계(S20), 상기 아크 검출 신호를 분석하여 상기 부하에서의 아크 발생 여부를 판단하는 단계(32), 및 상기 아크 검출 신호를 분석하여 상기 부하에서 아 크 유형을 판단하는 단계(34)를 포함한다.
이때, 상기 아크 검출 신호를 생성하는 단계(S20)은 상기 전기적 신호로부터 기준 신호를 생성하는 단계(S22), 상기 전기적 신호로부터 비교 신호를 생성하는 단계(S24) 및 상기 기준 및 비교 신호들을 비교하여 상기 아크 검출 신호를 생성하는 단계(S26)를 포함한다. 상기 기준 신호, 비교 신호 및 아크 검출 신호는 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명된 방법을 통해 생성될 수 있다. 유사하게, 상기 아크 발생 여부 및 아크의 유형에 대한 판단은 도 1 내지 도 3에서 설명된 방법을 통해 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다. 구체적으로, 이 실시예는 도 3에서 설명한 제1 전류 처리부를 갖는 아크 감지 장치에서 생성된 신호들에 관한 것이다. 도 5는 상기 기준 신호 정류기(64) 및 상기 비교신호 정류기(60)로서 반파정류기들을 사용하고, 상기 비교 신호 필터(62) 및 상기 기준 신호 필터(66)로 저주파 통과 필터를 사용하는 실시예에서 생성되는 신호들의 파형도이다. 이 실시예에 따르면, 상기 기준 신호 필터(66)는 상기 비교 신호 필터(62)보다 작은 차단 주파수를 갖는 저주파 통과 필터이다.
도 5의 (a)는 SI는 상기 감지부(22)로부터 출력되는 전류신호(SI)의 파형을 보여주고, 도 5의 (b)는 상기 비교 신호 정류기(60)로부터 출력되는 비교 정류 신호(RCT1a) 및 상기 기준 신호 정류기(64)로부터 출력되는 기준 정류 신호(RCT2a)의 파형을 보여주고, 도 5의 (c)는 상기 비교 신호 필터(62)로부터 출력되는 제1 비교 신호(IN1a), 상기 기준신호필터(66)로부터 출력되는 예비 기준 신호(RE1a) 및 상기 기준 신호 발생부(44)의에서 출력되는 제1 기준 신호(REF1a)의 파형들을 보여주고, 도 5의 (d)는 상기 비교부(42)로부터 출력되는 제1 아크 검출 신호(OUT1)의 파형을 보여주고 이고, 도 5의 (e)는 상기 아크 유형 판단기(48)로부터 출력되는 제1 형 아크 카운터의 출력신호(DISP1)의 파형을 보여준다.
도 5의 (a)를 참조하면, 상기 감지부(22)는 전송선을 흐르는 전류를 측정하여 얻어진 전류 신호(SI)를 출력한다. 상기 전류신호(SI)는 아크에 따른 정보 이외에 플라즈마의 특성 변화에 따른 정보를 포함한다. 이때, 상기 전류 신호의 내용은 측정된 전류의 변화이지만, 신호의 형태는 전압으로 변환되어 출력될 수 있다. 제1 형 아크(A, B, C, D)에 의한 전류 신호(SI)는 급격히 감소하였다가 정상 레벨로 복원된다. 한편, 상기 플라즈마의 특성 변화가 있는 경우, 시간 t3 및 t4 구간에서 보여지는 것처럼, 상기 전류 신호(SI)의 진폭은 V1으로부터 V2로 증가(또는 감소)될 수 있다. 다만, 상기 플라즈마의 특성 변화의 지속시간(t4-t3)은 아크 발생에 기인한 전류신호(SI)의 변화의 지속시간(t2-t1)에 비하여 훨씬 길다. 본 발명에 따른 아크 감지 장치는 상기 플라즈마 특성 변화 현상과 아크 현상을 구별하기 위해, 이러한 특성을 지속 시간의 차이를 이용한다. 상기 제1 형 아크(A, B, C, D)의 지속시간은 수 usec에서 수백 usec일 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 비교신호 정류기(60) 및 기준신호 정류기(64)는 전류신호(SI)로부터, 반파 정류하여 각각 비교 정류 신호(RCT1a) 및 기준 정류 신호(RCT2a)을 출력한다. 즉, 상기 비교 정류 신호(RCT1a)는 상기 전류 신호(SI)의 양 또는 음의 성분 중의 하나 만을 포함한다. 이때, 제1 형 아크에 의한 교란 주파 수 성분 및 플라즈마 특성 변화의 주파수 성분은 각각 상기 비교신호 정류기(60) 및 상기 기준신호 정류기(64)에 의해 제거되지 않고, 상기 비교 정류 신호(RCT1a) 및 기준 정류 신호(RCT2a)에 포함된다.
도 5의 (c)를 참조하면, 상기 비교 신호 필터(62)는 상기 비교 정류 신호(RCT1a)로부터 RF 전원(10)의 구동 주파수 성분을 제거한 제1 비교 신호(IN1a)을 출력한다. 이때, 상기 제1 비교 신호(IN1a)는 아크에 의한 교란성분을 여전히 포함한다. 이를 위해 상기 비교 신호 필터(62)는 저주파 통과 필터일 수 있다. 상기 저주파 통과 필터(622)의 차단 주파수는 전원의 구동 주파수(13.56 MHz)보다 작은 250 KHz이다. 다만 이때, 상기 비교 신호 필터의 차단 주파수가 너무 작으면, 아크에 관한 정보는 제1 비교 신호(IN1a)에서 유실될 수 있다. 상기 저주파 통과 필터(62)의 차단 주파수는 전원의 구동 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)보다 작은 값(예를 들면, 250 KHz)인 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 비교 신호(IN1a)은 플라즈마 특성 변화에 대한 정보와 제1 형 아크(A, B, C, D)에 대한 정보를 담고 있다. 또한 제2 형 아크가 있는 경우, 상기 제1 비교 신호(IN1a)는 제2 형 아크에 대한 정보를 포함할 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 상기 기준 신호 필터(66)는 상기 기준 정류 신호(RCT2a)로부터 아크에 의한 교란 주파수 성분 및 RF 구동 주파수 성분을 제거한 예비 기준 신호(RE1a)를 출력한다. 상기 기준 신호 필터(66)는 상기 아크에 의한 교란 주파수 성분을 제거할 수 있는 차단 주파수를 갖는 저주파 통과 필터이고, 차단 주파수는 10KHz일 수 있다. 아크의 지속시간은 수 usec에서 수백 usec 사이에 있으므로, 상기 기준 신호 필터의 차단 주파수는 10kHz인 것이 바람직하다. 한편, 상기 기준 신호 필터(66)는 상기 플라즈마의 특성 변화에 대한 정보를 소멸시키지 않도록 구성되는 것이 바람직하며, 그 결과 상기 예비 기준 신호(RE1a)는 구간 t3-t4에 도시된 것처럼 플라즈마 특성 변화에 대한 정보(t3 내지 t4 구간)를 포함하고 있으므로, t3에서 t4사이에 DC 바이어스가 올라간다. 즉, 도시된 것처럼, 상기 예비 기준 신호(RE1a)는 상기 전류 신호(SI)의 경우에서처럼 t3에서 t4 구간에서 증가하는 DC 바이어스 특성을 나타낸다.
도 5의 (c)를 참조하면, 상기 예비 기준 신호(RE1a)와 상기 제 1 비교 신호(IN1a)는 DC 바이어스가 도시된 것처럼, 서로 구별될 수 없을 정도의 같은 크기를 갖는다. 상기 기준 신호 변환기(68)는 상기 예비 기준신호(RE1a)를 일정의 진폭을 소정의 비율로 변화(예를 들면, 감소)시킴으로써, 상기 제 1 비교 신호(IN1a)와 구별될 수 있는 크기를 갖는 제1 기준신호(REF1a)를 생성시킨다. 상기 기준 신호 변환기(68)의 이득(g=REF1a/RE1a)은 제어부(34)에 의하여 조절될 수 있다. 상기 기준 신호 변환기(68)의 이득은 0.1 내지 0.8 사이의 한 값일 수 있다. 상기 제1 기준 신호(REF1a)는 플라즈마 특성 변화의 정보(t3 내지 t4 구간)를 포함하고 있으므로, t3에서 t4사이에 DC 바이어스가 올라간다.
도 5의 (d)를 참조하면, 상기 비교부(42)는 상기 제1 비교 신호(IN1a)과 제1 기준신호(REF1a)을 입력받아, 이 신호들을 비교하여, 상기 아크에 의한 교란에 대응되는 제1 아크 검출 신호(OUT1)를 출력한다. 상기 제1 비교 신호(IN1a) 및 상기 제1 기준신호(REF1a)는 플라즈마 특성 변화에 따른 정보를 포함하고 모두에 포함하 고 있으므로, 상기 비교부(42)는 상기 플라즈마 특성 변화를 아크로 취급하지 않아, 상기 플라즈마 특성 변화에 대한 정보는 상기 제1 아크 검출 신호(OUT1)에 포함되지 않는다. 하지만, 상술한 것처럼, 상기 전류신호(SI)에서 제1 형 아크(A, B, C, D)는 아크에 의한 교란 성분은 상기 제1 비교 신호(IN1a)에는 포함되지만 상기 제1 기준신호(REF1a)에는 포함되지 않기 때문에, 상기 제1 아크 검출 신호(OUT1)에서 도시된 것처럼 상기 아크 발생에 대응하는 펄스들(a, b, c, d)이 생성된다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마의 특성이 변한 후에 아크가 발생한 경우(D), 제1 발생된 아크 검출 신호(OUT1)에서(D)에 대응되는 펄스(d)의 폭은 상기 플라즈마 특성이 변하기 전의 제1 아크 검출 신호(OUT1)에서 발생된 펄스들(a, b, c)의 폭들과 다를 수 있다.
도 2 및 도 5의 (e)를 참조하면, 상기 후처리부(32)는 상기 제1 아크 검출 신호(OUT1)을 입력받아 펄스폭을 측정하고, 상기 펄스들(a, b, c, d)이 아크에 의한 결과인지 아닌지를 판단한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 펄스가 아크로 판단된 경우, 아크 발생 횟수를 누적적으로 계산하기 위해, 상기 아크 유형 판단기(48)는 제1 형 아크 카운터 신호(DISP1)를 출력한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호 변환기(68)의 구성을 도시한 블럭도다.
도 3 및 도 6를 참조하면, 상기 기준신호 변환기(68)는 아날로그디지털변환기(ADC, 70), 마이크로콘트롤러(74), 및 디지털아날로그변환기 (DAC, 72)를 포함한다. 상기 아날로기디지털변환기 (ADC, 70)는 예비 기준신호(RE1a)를 샘플링하여 디 지털 형태의 신호로 바꾼다. 상기 마이크로 콘트롤러(74)는 상기 디지털 형태의 신호의 크기를 변환한다. 상기 디지털아날로그변환기(DAC, 72)는 상기 크기 변환된 디지털 형태의 신호로부터 아날로그 형태의 제1 기준신호(REF1a)로 출력한다. 상기 아날로그디지털변환기 (70)의 샘플링 시간을 수 usec이하로 유지하여 상기 예비 기준신호(RE1a)의 변화를 따라갈 수 있다. 상기 제어부(34)가 상기 마이크로콘트롤러(74)를 제어할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 감지 방법을 설명하기 위한 파형도이다. 구체적으로, 이 실시예는 도3 에서 설명한 제1 전류 처리부(26)를 갖는 아크 감지 장치에서 생성된 신호들에 관한 것이다. 도 7는 상기 기준 신호 정류기(64) 및 상기 비교신호 정류기(60)로서 반파정류기들을 사용하고, 상기 비교 신호 필터(62)는 대역통과 필터를 사용하고, 상기 기준 신호 필터(66)로 저주파 통과 필터를 사용하는 실시예에서 생성되는 신호들의 파형도이다. 이 실시예에 따르면, 상기 비교 신호 필터(62)의 저주파 차단주파수는 10 내지 100Hz 이고 고주파 차단 주파수는 250 KHz이고, 상기 기준 신호 필터(66)의 차단주파수는 10KHz이다.
도 7의 (a)는 상기 감지부(22)로부터 출력되는 전류신호(SI)의 파형을 보여주고, 도 7의 (b)는 상기 비교 신호 정류기(60)로부터 출력되는 비교 정류 신호(RCT1b) 및 상기 기준 신호 정류기(64)로부터 출력되는 기준 정류 신호(RCT2b)의 파형을 보여주고, 도 7의 (c)는 상기 비교 신호 필터(62)로부터 출력되는 제1 비교 신호(IN1b), 상기 기준신호 필터(66)로부터 출력되는 예비 기준신호(RE1b) 및 상기 기준 신호 발생부(44)로부터 출력되는 제1 기준 신호(REF1b)의 파형을 보여주고, 도 7의 (d)는 상기 비교부(42)로부터 출력되는 제1 아크 검출 신호(OUT1)의 파형을 보여주고, 도 7의 (e)는 상기 아크 유형 판단기(48)로부터 출력되는 제1 형 아크 카운터의 출력신호(DISP1)의 파형을 보여준다. 설명의 간결함을 위해, 아래에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명된 실시예와 중복되는 내용의 설명은 최소화될 것이다.
도 7의 (c)를 참조하면, 앞서 도 5의 (c)을 참조하여 설명한 것처럼, 상기 비교 신호 필터(62)는 상기 비교 정류신호(RCT1b)을 입력받아 RF 전원(10)의 구동 주파수와 DC 성분을 제거하되 아크에 의한 교란 성분을 포함한 상기 제1 비교 신호(IN1b)을 출력한다. 다만, 상기 제1 비교 신호(IN1b)은 플라즈마 특성 변화 정보(t3 내지 t4 구간)를 담지 않고, 제1 형 아크(A, B, C, D)에 대한 정보를 담고 있다. 또한 제2 형 아크가 있는 경우, 상기 제1 비교 신호(IN1b)는 제2 형 아크 발생에 대한 정보를 포함할 수 있다.
앞서 도 5의 (c)을 참조하여 설명한 것처럼, 예비 기준 신호(RE1b)는 플라즈마 특성 변화의 정보를 포함하고 있으므로, t3에서 t4사이에 DC 바이어스가 올라간다. 상기 기준신호 변환기(68)는 상기 예비 기준신호(RE1b)의 진폭 및 부호 중에서 적어도 하나를 변환하여 제1 기준신호(REF1b)를 생성할 수 있다. 상기 기준신호 변환기(68)는 음이득 증폭기일 수 있고, 상기 이득은 제어부(34)에 의하여 조절될 수 있다. 상기 음이득 증폭기의 이득(g=REF1b/RE1b)은 -1.0 내지 -0.1사이의 한 값일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 기준 신호(REF1b)는 플라즈마 특성이 변화하는 구간을 포함하고 있으므로, t3에서 t4사이에 DC 바이어스가 내려간다.
도 3 및 도 7 (d)를 참조하면, 상기 비교부(42)는 상기 비교 신호(IN1b)과 제1 기준신호(REF1b)을 비교하여 제1 아크 검출 신호(OUT1)를 출력한다. 상술한 것처럼, 상기 아크에 의한 교란 성분은 상기 제1 비교 신호(IN1b)에는 포함되지만, 상기 제1 기준신호(REF1b)에는 포함되지 않기 때문에, 상기 제1 아크 검출신호(OUT1)는 도시된 것처럼 상기 아크 발생에 대응하는 펄스들(a, b, c, d)을 갖는다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마의 특성이 변한 후에 발생된 아크에 대응되는 펄스(d)의 폭은 상기 플라즈마 특성이 변하기 전에 발생된 펄스들(a, b, c)의 폭들과 다를 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다. 설명의 간결함을 위해, 아래에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명된 실시예와 중복되는 내용의 설명은 최소화될 것이다.
도 1, 도 2 및 도 8을 참조하면, 이 실시예에 따른 처리부(25)는 상술한 제1 전류 처리부, 제2 전류 처리부, 및 전압 처리부 중에서 어느 하나를 위해 사용될 수 있다. 상기 제1 전류 처리부(26c)는 비교 신호 발생부(40c), 기준신호 발생부(44c), 및 비교부(42c)를 포함한다. 상기 비교부(42c)는 상기 비교 신호 발생부(40c)의 제1 비교 신호(IN1c)와 상기 기준신호 발생부(44c)의 제1 기준신호 (REF1c)을 비교하여 제1 아크 검출 신호 (OUT1)을 출력한다.
본 발명의 실시예는 도 3 내지 도 5 에서 설명한 것과 유사하므로, 본 실시예에서 특이한 점을 중심으로 기술한다.
상기 비교 신호 발생부(40c)는 전기적 신호를 정류하는 비교신호 정류 기(100), 상기 전기적 신호에서 아크에 의한 교란 성분을 포함하게 하는 비교 신호 필터(102), 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성 중에서 적어도 하나를 바꾸는 비교 신호 변환기(104) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기준 신호 발생부(44c)는 전기적 신호를 정류하는 기준신호 정류기(106), 상기 전기적 신호에서 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 기준신호 필터(108), 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성 중에서 적어도 하나를 바꾸는 기준 신호 변환기(110), 오프셋 신호(OSc)를 생성하는 오프셋 신호기(114), 및 상기 오프셋 신호를 상기 기준신호 변환기(110)의 출력신호와 조합하는 조합기(112)중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 비교 신호 정류기(100)는 전류신호(SI)를 입력 받아서 비교 정류 신호(RCT1c)를 출력한다. 상기 비교 신호 필터(102)는 상기 비교 정류 신호(RCT1c)를 입력 받아서 RF 전원의 구동 주파수 성분을 제거하되 아크에 의한 교란성분을 포함한 예비 비교 신호(SN1c)을 출력한다. 상기 비교 신호 변환기(104)는 상기 예비 비교 신호(SN1c)로부터 신호의 진폭 또는 극성 중에서 적어도 하나를 변환한 제1 비교신호(IN1c)을 출력한다. 상기 비교 신호 변환기(104)는 로그(log) 증폭기일 수 있다. 상기 로그 증폭기는 입력신호의 로그값에 비례하는 출력을 가진다.
기준 신호 정류기(106)는 감지부(22)의 전류신호(SI)를 입력 받아서 기준 정류 신호(RCT2c)를 출력한다. 상기 비교 신호 정류기(100)과 기준 신호 정류기(106)은 같을 수 있다. 또한 비교 신호 발생부(40c)와 기준 신호 발생부(44c)에서 상기 비교 신호 정류기(100)와 기준 신호 정류기(106)를 공용할 수 있다. 상기 기준 신 호 필터(108)는 상기 기준 정류 신호(RCT2c)를 입력 받아서 RF 전원의 구동주파수 성분 및 아크에 의한 교란 성분을 제거한 예비 기준 신호(RE1c)을 출력한다. 상기 기준 신호 필터(108)는 저주파 통과 필터일 수 있다. 상기 비교 신호 필터(102)의 차단 주파수는 상기 기준 신호 필터(108)의 차단 주파수보다 클 수 있다. 상기 기준 신호 변환기(110)는 상기 예비 기준신호로부터 진폭 또는 극성 중에서 적어도 하나를 변환한 변환 기준 신호(PR1c)를 출력한다. 상기 기준 신호 변환기(110)는 로그(log) 증폭기일 수 있다. 상기 로그 증폭기는 입력의 로그값에 비례하는 출력을 가진다.
상기 오프셋 신호기(114)는 상기 오프셋 신호(OSc)를 발생시킬 수 있다. 상기 오프셋 신호기(114)의 상기 오프셋 신호(OSc)는 제어부(34)에서 설정할 수 있다.
상기 조합기(112)는 상기 변환 기준 신호(PR1c)와 오프셋 신호기(114)에서 발생한 오프셋 신호(OSc)를 조합하여 제1 기준신호(REF1c)을 출력할 수 있다. 상기 조합기(112)는 오피 앰프(OP AMP)를 사용할 수 있다. 상기 조합기(112)는 덧셈기 또는 뺄셈기일 수 있다.
상기 비교부(42c)는 상기 제1 비교 신호(IN1c)과 제1 기준신호(REF1c)을 비교하여 제1 아크 검출 신호(OUT1)를 출력한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다. 구체적으로, 이 실시예는 도 8에서 설명한 제1 전류처리부(26c)를 갖는 아크 감지 방치에서 생성된 신호들에 관한 것이다. 도 9는 상기 기준 신호 정류기(106) 및 상기 비교신호 정류기(100)로서 RMS 디텍터들을 사용하고, 상기 비교 신호 필터(102) 및 상기 기준 신호 필터(108)로서 저주파 통과 필터를 사용하고, 상기 비교 신호 변환기(104) 및 상기 기준 신호 변환기(110)로서 로그 증폭기를 사용한 실시예에서 생성되는 신호들의 파형도이다. 이 실시예에 따르면, 상기 비교 신호 필터(102)의 차단 주파수는 250KHz 이고, 상기 기준 신호 필터(108)의 차단 주파수는 10 KHz이다.
도 9의 (a)는 상기 감지부(22)로부터 출력되는 전류신호(SI)의 파형을 보여주고, 도 9의 (b)는 상기 비교 신호 필터(102)로부터 출력되는 예비 비교 신호(SN1c) 및 상기 기준 신호 필터(108)로부터 출력되는 예비 기준 신호(RE1c)의 파형을 보여주고, 도 9의 (c)는 상기 비교 신호 변환기(104) 로부터 출력되는 제1 비교 신호(IN1c) 및 상기 조합기(112)로부터 출력되는 제1 기준 신호(REF1c)의 파형을 보여주고, 도 9의 (d)는 상기 비교부(42c)로부터 출력되는 제1 아크 검출 신호(OUT1)의 파형을 보여주고, 도 9의 (e)는 상기 아크 유형 판단기(48)의 제1 형 아크 카운터의 출력신호(DISP1)로부터 출력되는 파형을 보여준다. 설명의 간결함을 위해, 아래에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명된 실시예와 중복되는 내용의 설명은 최소화될 것이다.
도 9의 (c)를 참조하면, 상기 비교 신호 변환기(104)는 예비 비교신호(SN1c)로부터 로그 변환하여 제1 비교 신호(IN1c)을 출력한다.
도 9의 (c)를 참조하면, 상기 기준신호 변환기(110)는 예비 기준 신호(RE1c)로부터 로그 변환하여 변환 기준신호(PR1c)를 출력한다. 상기 조합기(112)는 상기 변환 기준신호(PR1c)와 오프셋 신호기(114)에서 발생한 상기 오프셋 신호(OSc)를 합하여 제1 기준신호(REF1c)을 출력한다.
상기 변환 기준신호(PR1c)와 상기 제 1 비교 신호(IN1c)의 DC 바이어스들은 서로 구별될 수 없을 정도의 같은 크기를 갖는다. 상기 조합기(112)는 상기 오프셋 신호기(114)의 오프셋 신호(OSc)와 기준신호 변환기(110)의 변환 기준신호(PR1c)를 더하여 제1 비교신호(IN1c)와 구별될 수 있는 제1 기준신호(REF1c)를 생성한다. 상기 오프셋 신호(OSc)는 음의 값일 수 있다.
도 9의 (d)를 참조하면, 상기 비교부(42c)는 상기 제1 비교 신호(IN1c)과 제1 기준신호(REF1c)을 비교하여, 상기 아크에 의한 교란에 대응하는 제1 아크 검출 신호(OUT1)를 출력한다. 플라즈마 특성에 따른 정보는 상기 제1 비교 신호(IN1c)와 상기 제1 기준신호(REF1c) 모두에 포함되어 있으므로, 상기 플라즈마 특성 변화에 대한 정보는 상기 제1 아크 검출신호(OUT1)에 포함되지 않는다. 하지만, 상술한 것처럼, 상기 아크에 의한 교란 성분은 상기 제1 비교 신호(IN1c)에는 포함되지만, 상기 제1 기준신호(REF1c)에는 포함되지 않기 때문에, 상기 제1 아크 검출신호(OUT1)는 도시된 것처럼 상기 아크 발생에 대응하는 펄스들(a, b, c, d)을 갖는다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마의 특성이 변한 후에 발생된 아크에 대응되는 펄스(d)의 폭은 상기 플라즈마 특성이 변하기 전에 발생된 펄스들(a, b, c)의 폭들과 다를 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 이 실시예에 따른 처리부(25)는 상술한 제 1 전류 처리부, 제2 전류 처리부, 및 전압 처리부 중에서 어느 하나를 위해 사용될 수 있다. 상기 제1 전류 처리부(26d)는 비교 신호 발생부(40d), 기준신호 발생부(44d), 및 비교부(42d)를 포함한다. 상기 비교부(42d)는 상기 비교 신호 발생부(40d)의 제1 비교 신호(IN1d)와 상기 기준신호 발생부(44d)의 제1 기준신호 (REF1d)을 비교하여 제1 아크 검출 신호 (OUT1)을 출력한다.
상기 비교 신호 발생부(40d)은 뺄셈기(92), 상기 전류신호(SI)를 입력 받아 아크에 의한 교란 성분을 포함하는 제1 계산 신호(D_IN1d)를 생성하는 제1 신호 계산부(85), 및 상기 전류신호(SI)를 입력 받아 아크에 의한 교란 성분을 제거한 제2 계산 신호(D_IN2d)를 생성하는 제2 신호 계산부(91)를 포함할 수 있다. 상기 뺄셈기(92)는 상기 제1 신호 계산부(85)와 제2 신호 계산부(91)의 출력신호로부터, 이들 신호의 차이를 제1 비교 신호(IN1d)로 출력한다.
상기 제1 신호 계산부(85)는 제1 비교신호 정류기(80), 제1 비교신호 필터(82) 및 제1 기준신호 변환기(84)중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 신호 계산부(91)는 제2 비교신호 정류기(86), 제2 비교신호 필터(88), 및 제 2 비교신호 변환기(90)중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 비교신호 정류기(80)는 감지부(22)의 전류신호(SI)을 입력받아 제1 정류 신호(RCT1d)를 출력한다. 상기 제1 비교신호 정류기(80)는 RMS 디텍터일 수 있다. 상기 RMS 디텍터는 입력신호의 평균제곱근(root mean square) 값을 출력한다. 상기 제1 비교신호 필터(82)는 상기 제1 정류 신호(RCT1d)로부터 RF 전원(10)의 구동 주파수 성분을 제거하되 아크에 의한 교란 성분을 포함한 제1 비교 필터 신호(SN1d)를 출력한다.
상기 제1 비교신호 변환기(84)는 제1 비교 필터 신호(SN1d)을 입력받아, 진폭 및 극성 중에서 적어도 하나를 변환하여 제1 계산 신호(D_IN1d)로 출력한다. 상기 제1 비교신호 변환기(84)는 로그 증폭기일 수 있다. 상기 로그 증폭기는 입력신호의 로그값을 출력한다. 상기 제1 계산 신호(D_IN1d)은 플라즈마 특성 변화 정보와 제1 형 아크에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한 제2 형 아크가 있는 경우, 상기 제1 계산 신호(D_IN1d)는 제2 형 아크 발생에 대한 정보를 포함할 수 있다.
상기 제2 비교신호 정류기(86)는 감지부(22)의 전류신호(SI)을 입력받아 제2 정류 신호(RCT2d)를 출력한다. 상기 제2 비교신호 정류기(86)는 RMS 디텍터일 수 있다. 상기 RMS 디텍터는 입력신호의 평균제곱근(root mean square) 값을 출력한다. 상기 제2 비교신호 필터(88)는 상기 제2 정류 신호(RCT2d)로부터 RF 전원(10)의 구동 주파수 성분 및 아크에 의한 교란 성분을 제거하여 제2 비교 필터 신호(SN2d)을 출력한다.
상기 제2 비교신호 변환기(90)는 제2 비교 필터신호(SN2d)을 입력받아, 진폭 및 극성 중에서 적어도 하나를 변환하여 제2 계산 신호(D_IN2d)를 생성한다. 상기 제2 비교신호 변환기(90)는 로그 증폭기일 수 있다. 상기 로그 증폭기는 입력신호의 로그값을 출력한다. 상기 제2 계산 신호(D_IN2d)은 플라즈마 특성 변화 정보를 담고 있다.
상기 뺄셈기(92)는 상기 제1 계산 신호(D_IN1d) 및 상기 제2 계산 신호(D_IN2d)로부터, 그 차이를 제1 비교신호(IN1d)로 출력한다. 상기 뺄셈기(92)는 미분 증폭기를 사용할 수 있다. 상기 뺄셈기(92)에 의하여 DC 바이어스 및 플라즈마 특성 변화에 대한 정보가 상기 제1 기준신호(IN1d)에서 제거될 수 있다.
상기 기준 신호 발생부(44d)는 도2 내지 도5에서 설명한 바와 같이 전류신호(SI)를 처리하여 제1 기준신호(REF1d)을 발생시킬 수 있다. 또는 기준신호 발생부(44d)는 전류신호(SI)를 처리하지 않고 일정한 크기의 제1 기준신호(REF1d)를 발생시킬 수 있다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다. 구체적으로, 이 실시예는 도 10에서 설명한 제1 전류처리부(26d)를 갖는 아크 감지 장치에서 생성된 신호들에 관한 것이다. 도 11는 상기 제1 비교 신호 정류기(80) 및 상기 제2 비교신호 정류기(86)로서 RMS 디텍터들을 사용하고, 상기 제1 비교 신호 필터(82) 및 상기 제2 비교 신호 필터(88)로서 저주파 통과 필터를 사용하고, 상기 제1 비교 신호 변환기(84) 및 상기 제2 비교 신호 변환기(90)로서 로그 증폭기를 사용한 실시예에서 생성되는 신호들의 파형도이다. 이 실시예에 따르면, 상기 제1 비교 신호 필터(82)의 차단 주파수는 250KHz 이고, 상기 제2 비교 신호 필터(88)의 차단 주파수는 10 KHz이다.
도 11의 (a)는 상기 감지부(22)로부터 출력되는 전류신호(SI)의 파형을 보여주고, 도 11의 (b)는 상기 제1 비교 신호 필터(82)로부터 출력되는 제1 비교 필터 신호(SN1d) 및 상기 제2 비교 신호 필터(88)로부터 출력되는 제2 비교 필터 신호(SN2d)의 파형을 보여주고, 도 11의 (c)는 상기 제1 비교 신호 변환기(84)로부터 출력되는 제1 계산 신호(D_IN1d) 및 상기 제2 비교 신호 변환기(90)로부터 출력되 는 제2 계산 신호(D_IN2d)를 보여주고, 도 11의 (d)는 상기 뺄셈기(92)로부터 출력되는 제1 비교 신호(IN1d) 및 상기 기준신호 발생기(44)로부터 출력되는 제1 기준 신호(REF1d)의 파형을 보여주고, 도 11의 (e)는 상기 비교부(42)로부터 출력되는 제1 아크 검출 신호(OUT1)의 파형을 보여주고, 도 11의 (f)는 상기 아크 유형 판단기(48) 로부터 출력되는 제1 형 아크 카운터의 출력신호(DISP1)의 파형을 보여준다.
도 11의 (b)를 참조하면, 상기 제1 비교신호 필터(82)는 상기 제1 비교신호 정류기(80)의 출력신호(RCT1d)로부터 RF 전원(10)의 구동 주파수 성분을 제거하되 아크에 의한 교란성분을 포함한 제1 비교 필터 신호(SN1d)를 생성한다. 그러나, 상기 제1 비교 필터 신호(SN1d)는 플라즈마 특성 변화 정보(t3 내지 t4 구간)와 제1 형 아크에 대한 정보(A, B, C, D)를 담고 있다. 또한 제2 형 아크가 있는 경우, 상기 제1 비교 필터 신호(SN1d)는 제2 형 아크 발생에 대한 정보를 포함할 수 있다.
도 11의 (b)를 참조하면, 상기 제2 비교 신호 정류기(86)는 전류신호(SI)로부터 평균 제곱근값(RCT2d)을 출력하고, 상기 제2 비교 신호 필터(88)는 상기 평균 제곱근값(RCT2d)을 입력받아 RF 전원(10)의 구동 주파수 성분 및 아크에 의한 교란 성분을 제거하여 출력한다. 상기 제2 비교 신호 필터(88)의 출력신호(SN2b)는 플라즈마 특성 변화 정보(t3 내지 t4 구간)을 담고 있을 수 있다.
도 11의 (c)를 참조하면, 상기 제1 기준 신호 변환기(84)는 상기 제1 비교 필터 신호(SN1d)를 로그값으로 변환한 제1 계산 신호(D_IN1d)를 생성한다. 도 11의 (c)를 참조하면, 상기 제2 비교 신호 변환기(90)는 상기 제2 비교 필터 신호(SN2d) 를 로그값으로 변환한 제2 계산 신호(D_IN2)를 생성한다.
도 11의 (d)를 참조하면, 상기 뺄셈기(92)는 상기 제1 계산 신호(D_IN1d)에서 상기 제2 계산 신호(D_IN2d)를 빼서, 제1 비교 신호(IN1d)을 출력한다. 즉, 상기 로그 증폭기와 상기 뺄셈기(92)를 채용한 결과, 상기 제1 비교 신호(IN1d)은 상기 제1 기준 필터 신호(SN1d)와 상기 제2 기준 필터 신호(SN2d)의 비율을 로그값으로 변환된 신호이다. 따라서, 상기 제1 비교 신호(IN1d)은 DC 바이어스가 없고, 또한 플라즈마 특성 변화에 따른 DC 바이어스의 변화도 없다. 또한, 상기 제1 비교 신호(IN1d)은 상기 비율에 의존하기 때문에, 상기 기준 신호 발생부(44d)의 출력신호인 제1 기준신호(REF1d)은 일정한 값으로 설정할 수 있다. 즉, 상기 제1 기준신호(REF1d)는 상기 전류신호(SI)로부터가 아니고, 일정한 값으로 설정될 수 있다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1, 도 2, 도 8 및 도 12을 참조하면, 이 실시예에 따른 처리부(25)는 제1 전류 처리부(26) 및 제2 전류 처리부(28)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 처리부(25)는 전압 처리부를 더 포함할 수 있다. 상기 전압 처리부는 제1 전류 처리부 또는 제2 전류 처리부와 같은 구성을 가질 수 있다. 상기 제1 전류 처리부(26) 및 제2 전류 처리부(28)는 도 8 에서 설명한 것과 같은 구성을 가질 수 있다. 상기 처리부(25)는 비교 신호 발생부(40), 기준신호 발생부(44), 및 비교부(42)를 포함한다.
제1 전류 처리부(26)는 제1 비교 신호 발생부(40e), 제1 기준 신호 발생부(44e), 및 제1 비교부(42e)를 포함한다. 상기 제1 비교 신호 발생부(40e)은 제1 비교 신호 정류기(100e), 제1 비교 신호 필터(102e), 및 제1 비교신호 변환기(104e) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 기준 신호 발생부(44e)는 제1 기준 신호 정류기(106e), 제1 기준 신호 필터(108e), 제1 기준신호 변환기(110e), 제1 조합기(112e), 및 제1 오프셋 신호기(114e) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 비교부(42e)는 상기 제1 비교 신호(IN1e)과 제1 기준신호(REF1e)을 비교하여 제1 아크 검출 신호(OUT1)를 출력한다.
제2 전류 처리부(28)는 제2 비교 신호 발생부(40f), 제2 기준 신호 발생부(44f), 및 제2 비교부(42f)를 포함한다. 상기 제2 비교 신호 발생부(40f)은 제2 비교 신호 정류기(100f), 제2 비교 신호 필터(102f), 및 제2 비교신호 변환기(104f)중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 기준 신호 발생부(44f)는 제2 기준 신호 정류기(106f), 제2 기준 신호 필터(108f), 제2 기준신호 변환기(110f), 제2 조합기(112f), 및 제2 오프셋 신호기(114f)중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 비교부(42f)는 상기 제2 비교 신호(IN2f)과 제2 기준신호(REF2f)을 비교하여 제2 아크 검출 신호(OUT2)를 출력한다.
도 2에서 설명한 후처리부(32)는 상기 제1, 제2 아크 검출 신호(OUT1, OUT2)을 입력받아 펄스폭을 측정하고, 아크인 경우로 판단되면, 아크 유형 판단기(48)는 제1 형 아크 카운터 신호(DISP1)를 출력하고, 제2 형 아크인 경우로 판단되면, 아크 유형 판단기(48)는 제2 형 아크 신호(DISP2)를 출력한다. 상기 처리부(25)가 제1 전류 처리부(26)와 제2 전류처리부(28)만을 가진 경우에, 아크 유형의 판단은 전압 처리부(30)의 제3 아크 검출 신호와 비교하지 않고, 제1, 제2 아크 검출신 호(OUT1, OUT2)의 부호에 의하여 아크 유형을 판단할 수 있다.
도 1 및 도 12을 참조하면, 상기 처리부(25)가 제1 전류 처리부(26), 제2 전류처리부(28) 및 전압 처리부를 가질 수 있다. 상기 전압처리부는 제1 전류처리부(26)와 같은 구성을 가질 수 있다. 상기 전압 처리부는 상기 전압 신호(SV)를 입력 받아서 이를 처리한 한 전압 비교 신호와 전압 기준신호를 비교하여 제3 아크 검출 신호(OUT3)를 출력할 수 있다. 상기 제1 전류 처리부(26)는 상기 제2 전류 처리부(28) 및 상기 전압 처리부와 같은 구성을 가질 수 있다. 제1 아크 검출 신호(OUT1) 또는 제2 아크 검출 신호(OUT2)의 부호와 제3 아크 검출 신호(OUT3)의 부호가 다르면 상기 제2 아크 검출 신호(OUT2)를 제2 형 아크로 판단한다. 제1 아크 검출 신호(OUT1) 또는 제2 아크 검출 신호(OUT2)의 부호와 제3 아크 검출 신호(OUT3)의 부호가 같으면 상기 제1 아크 검출신호(OUT1)를 제1 형 아크로 판단한다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 감지 장치를 설명하기 위한 파형도이다. 구체적으로, 이 실시예는 도 12에서 설명한 제1 및 제2 전류 처리부를 갖는 아크 감지 장치에서 생성된 신호들에 관한 것이다. 도 13는 상기 제1, 제2 기준 신호 정류기(106e, 106f) 및 제1, 제2 비교신호 정류기(100e, 100f)는 RMS 디텍터를 사용하고, 상기 제1, 제2 비교 신호 필터(102e, 102f) 및 상기 제1, 제2 기준 신호 필터(108e, 108f)로서 저주파 통과 필터를 사용하고, 상기 제1, 제2 비교 신호 변환기(104e,104f) 및 상기 제1, 제2 기준신호 변환기(110e,110f)로서 로그 증폭기를 사용한 실시예에서 생성되는 신호들의 파형도이다. 이 실시예에 따르면, 상 기 제1, 제2 비교 신호 필터(102e, 102f)의 차단 주파수는 250KHz 이고, 상기 제1, 제2 기준 신호 필터(108e, 108f)의 차단 주파수는 10 KHz이다.
도 13의 (a)는 상기 감지부(22)로부터 출력되는 전류신호(SI)의 파형을 보여주고, 도 13의 (b)는 상기 제1, 제2 비교 신호 필터(102e, 102f) 및 상기 제1, 제2 기준 신호 필터(108e, 108f)로부터 각각 출력되는 제1, 제2 예비 비교신호(SN1e, SN2f)의 파형 및 제1, 제2 예비 기준신호(RE1e, RE2f)의 파형이고, 도 13 의 (c)는 제1, 제2 비교신호 변환기(104e, 104f)로부터 각각 출력되는 제1, 제2 비교신호(IN1e, IN2f) 및 제1, 제2 조합기(112e, 112f)로부터 각각 출력되는 제1, 제2 기준신호(REF1e, REF2f)의 파형이고, 도 13의 (d)는 제1, 제2 비교부(42e, 42f)로부터 출력되는 제1, 제2 아크 검출신호(OUT1, OUT2)의 파형이고, 도 13의 (e)는 상기 아크 유형 판단기(48)로부터 출력되는 제1 형 아크 카운터의 출력신호(DISP1) 및 제2 형 아크 신호(DISP2)의 파형을 보여준다.
도 13의 (a)를 참조하면, 상기 감지부(22)는 전송선을 흐르는 전류를 측정하여 얻어진 전류 신호(SI)를 출력한다. 상기 전류신호(SI)는 아크에 따른 정보 이외에 플라즈마의 특성 변화에 따른 정보를 포함할 수 있다. 제1 형 아크(A, B, C, D)에 의한 전류 신호(SI)는 급격히 감소하였다가 원래 상태로 돌아간다. 제2 형 아크(F)에 따른 전류신호(SI)는 진폭이 증가하였다가 감소하여 정상 상태에 이른다. 제1 형 아크에 기인한 전류신호(SI)의 변화의 시간 간격(t2-t1)은 제2 형 아크에 기인한 전류신호(SI)의 변화의 시간 간격(t6-t5) 보다 짧을 수 있다.
도 13의 (b)를 참조하면, 상기 제1, 제2 비교신호 필터(102e, 102f)는 아크 에 의한 교란성분 및 플라즈마 특성변화에 대한 성분을 포함하나, 구동주파수 성분을 제거한 제1, 제2 예비 비교 신호들(SN1e, SN2f)을 생성한다. 상기 제1, 제2 예비 비교신호들(SN1e, SN2f)은 제1 형 아크(A, B, C, D)에 관한 정보 및 제2 형 아크(F)에 관한 정보를 가진다. 한편, 상기 제1, 제2 기준신호 필터(108e, 108f)는 아크에 의한 교란 성분 및 구동주파수 성분을 제거한 제1, 제2 예비 기준 신호들(RE1e, Re2f)을 생성한다. 다만, 플라즈마 특성 변화가 있는 경우, 상기 제1, 제2 예비 기준 신호들(RE1e, Re2f)과 상기 제1, 제2 예비 비교 신호들(SN1e, SN2f)은 다를 수 있다.
도 13의 (c)를 참조하면, 제1, 제2 조합기(112e, 112f)는 상기 제1, 제2 오프셋 신호기(114e, 114f)의 제1, 제2 오프셋 신호(OSe, OSf)와 상기 제1, 제2 기준신호 변환기(110e, 110f)의 출력신호를 각각 더하여 제1, 제2 기준신호(REF1e, REF2f)을 생성한다. 상기 제1 전류 처리부(26)의 오프셋 신호(OSe)는 음의 값일 수 있다. 다만, 제1 전류 처리부(26)의 제1 오프셋 신호(OSe)와 제2 전류 처리부(28)의 제2 오프셋 신호(OSf)는 다를 수 있다. 즉, 제2 전류 처리부(28)의 제2 오프셋 신호(OSf)는 제2 형 아크의 전류신호(SI)를 감지하기 위하여 양의 값일 수 있다.
도 13의 (d)를 참조하면, 상기 제1 전류 처리부(26)의 제1 비교부(42e)는 제1 비교 신호(IN1e)과 제1 기준신호(REF1e)을 비교하여 제1 아크 검출 신호(OUT1)를 출력한다. 제1 형 아크(A, B, C, D)의 경우, 상기 비교부(42e)는 제1 아크 검출 신호(OUT1)를 출력한다. 그러나, 제2 형 아크(F)가 발생하여 전류신호의 진폭이 증가한 경우, 상기 제1 기준신호(REF1e)와 상기 제1 비교신호(IN1e)는 서로 교차하지 않기 때문에 상기 비교부(42e)는 상기 제2 형 아크(F)를 감지하지 못한다.
도 13의 (d)를 참조하면, 상기 제2 전류 처리부(28)의 제2 비교부(42f)는 제2 비교 신호(IN2f)과 제2 기준신호(REF2f)을 비교하여 제2 아크 검출 신호(OUT2)를 출력한다. 제1 형 아크(A, B, C, D)의 경우, 상기 제2 기준신호(REF2f)와 상기 제2 비교신호(IN2f)는 교차하지 않기 때문에, 상기 제2 비교부(42f)는 제1 형 아크 검출 신호를 출력하지 못한다. 그러나, 제2 형 아크(F)가 발생하여 전류신호(SI)의 진폭이 증가한 경우, 상기 제2 비교부(42f)는 이를 감지하여 제2 아크 검출 신호(OUT2)를 출력한다.
도 13의 (e)를 참조하면, 도 2에서 설명한 후처리부(32)는 상기 제1, 제2 아크 검출 신호(OUT1, OUT2)을 입력받아 펄스폭을 측정하고, 제1 형 아크로 판단되면, 아크 유형 판단기(48)는 제1 형 아크 카운터 신호(DISP1)를 출력하고, 제2 형 아크인 경우로 판단되면, 아크 유형 판단기(48)는 제2 형 아크 신호(DISP2)를 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 아크 감지 방법을 설명하는 흐름도이다. 아래에서 설명되는 아크 감지 방법은 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 아크 감지 장치를 통해 구현될 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 아크 감지 방법은 부하에 연결된 전송선의 전류 또는 전압의 전기적 신호를 측정하는 단계(S10), 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 부하에서의 아크 발생에 대응되는 적어도 하나의 아크 검출 신호를 생성하는 단계(S20), 상기 아크 검출 신호를 분석하여 상기 부하에서의 아크 발생 여부를 판단하는 단계(32), 및 상기 아크 검출 신호를 분석하여 상기 부하에서 아크 유형을 판단하는 단계(34)를 포함한다.
이때, 상기 아크 검출 신호를 생성하는 단계(S20)은 상기 전기적 신호로부터 기준 신호를 생성하는 단계(S22), 상기 전기적 신호로부터 비교 신호를 생성하는 단계(S24) 및 상기 기준 및 비교 신호들을 비교하여 상기 아크 검출 신호를 생성하는 단계(S26)를 포함한다. 상기 기준 신호, 비교 신호 및 아크 검출 신호는 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명된 방법을 통해 생성될 수 있다. 유사하게, 상기 아크 발생 여부 및 아크의 유형에 대한 판단은 도 1 내지 도 3에서 설명된 방법을 통해 이루어질 수 있다.
상기 기준신호를 생성하는 단계(S22)는 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 단계는 상기 전기적 신호로부터 제1 주파수 대역의 성분을 제거하는 단계를 포함하되, 상기 제1 주파수 대역은 상기 아크에 의한 교란 성분에 기인한 주파수 대역을 포함할 수 있다. 상기 아크에 의한 교란 성분에 기인한 주파수 대역은 10 KHz에서 250 KHz 영역에 있을 수 있다. 상기 제1 주파수 대역의 성분을 제거하는 단계는 (도 4를 참조하여 설명된 것처럼) 저주파 통과 필터 또는 대역 통과 필터를 이용할 수 있다. 다만, 상기 기준신호를 생성하는 단계에서 RF전원의 구동 주파수 성분은 제거될 수 있다.
상기 기준 신호를 생성하는 단계(S22)는 상기 전기적 신호를 정류하는 단계, 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란성분을 제거하는 단계 및 상기 전기적 신 호의 진폭이나 극성을 변화시키는 단계 중에서 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 비교신호를 생성하는 단계(S24)는 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란 성분을 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 아크에 의한 교란 성분을 추출하는 단계는 상기 전기적 신호로부터 제2 주파수 대역의 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 대역은 상기 아크에 의한 교란 성분에 기인한 주파수 대역을 포함하지 않을 수 있다. 상기 아크에 의한 교란 성분에 기인한 주파수 대역은 10 KHz에서 250 KHz 영역에 있을 수 있다. 다만, 비교신호를 생성하는 단계에서 RF전원의 구동 주파수 성분은 제거될 수 있다.
상기 비교 신호를 생성하는 단계(S24)는 상기 전기적 신호를 정류하는 단계, 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란 성분을 추출하는 단계 및 상기 전기적 신호의 진폭이나 극성을 변화시키는 단계 중에서 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다. 상기 기준신호와 상기 비교 신호를 서로 비교하기 위하여 상기 신호들의 진폭 또는 극성을 바꾸거나 상기 신호들에 오프셋을 줄 수 있다.
상기 기준신호와 상기 비교신호를 비교하는 단계(S26)는 상기 아크에 의한 교란 성분이 제거된 기준신호와 상기 아크에 의한 교란 성분을 포함하는 비교신호를 비교하는 것을 포함할 수 있다. 상기 비교하는 단계(S26)는 상기 기준신호와 상기 비교신호의 차이를 감지할 수 있다. 비교기를 사용하여 상기 비교 신호와 상기 기준신호의 차이를 양이나 음의 신호로 출력할 수 있다. 상기 비교하는 단계는 상기 비교 신호와 상기 기준신호를 디지털 형태의 신호로 바꾸어 로직 연산기를 통하 여 판단할 수 있다. 상기 비교하는 단계(S26)에서 아크 검출신호는 아크의 지속시간에 비례하는 펄스를 생성할 수 있다.
상기 아크 발생 판단 단계(S32)는 상기 적어도 하나의 아크 검출 신호의 폭을 분석하여 상기 부하에서의 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 신호의 폭은 로직 연산기를 사용하여 계산할 수 있다.
상기 아크 발생을 판단하는 단계(S32)는 상기 아크 검출 신호의 폭이 제1 기준폭 내지 제2 기준폭 이내인 경우에는 아크로 판단할 수 있다. 상기 제1 기준폭은 4 usec일 수 있다. 상기 제2 기준폭은 100 usec일 수 있다. 상기 제1 기준폭 내지 상기 제2 기준폭 이내인 경우, 상기 부하에서 아크가 발생한 것으로 판단하고, 제2 기준폭 초과이면 플라즈마의 특성 변화로 볼 수 있고, 제1 기준폭 미만이면 노이즈로 판단할 수 있다.
상기 아크의 유형을 판단하는 단계(S34)는 상기 전송선을 흐르는 전류를 측정함으로써 얻어지는 적어도 하나의 전류 아크 검출 신호, 및 상기 전송선의 전압을 측정함으로써 얻어지는 적어도 하나의 전압 아크 검출 신호를 포함한다.
상기 아크 유형을 판단하는 단계(S34)는 상기 전류 아크 검출 신호 및 상기 전류 아크 검출 신호의 극성을 분석하여, 상기 부하에서 발생하는 아크의 유형을 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 아크의 유형을 판단하는 단계(S34)는 상기 전류 아크 검출 신호 및 상기 전압 아크 검출 신호들의 변화 극성들이 다른 경우 상기 부하에서 제2 형 아크가 생성된 것으로 판단하고, 상기 전류 아크 검출 신호 및 상기 전압 아크 검출 신호들의 변화 극성들이 같은 경우 상기 부하에서 제1 형 아크가 생성된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 아크의 유형을 판단하는 단계는 상기 전류 아크 검출 신호의 부호가 음의 값인 경우에는 제1 형 아크로 판단하고, 양의 값인 경우에는 제2 형 아크로 판단할 수 있다.
본 발명은 전송선의 전류와 전압의 전기적 신호를 측정한다. 그 결과, 아크, 플라즈마 특성 변화, 및 노이즈를 구별할 수 있고, 방전 시스템에 장착이 용이하며, 제1 형 아크와 제2 형 아크를 구분할 수 있으며, 및 실시간 모니터링이 가능하다. 따라서, 플라즈마 처리 공정의 이상 유무를 조기에 판단할 수 있다.

Claims (24)

  1. 플라즈마 발생 장치에 연결되어, 라디오 주파수(RF)의 전류 및 전압의 전기적 신호를 전송하는 전송선;
    상기 전송선의 전류 및 전압의 전기적 신호를 측정하는 감지부;
    상기 전류의 전기적 신호를 처리하여 적어도 하나의 전류 아크 검출신호를 생성하는 전류 처리부 및 상기 전압의 전기적 신호를 처리하여 적어도 하나의 전압 아크 검출신호를 생성하는 전압 처리부를 포함하는 처리부; 및
    상기 플라즈마 발생 장치에서 발생하는 아크에 대응하는 상기 전류 아크 검출신호 및 상기 전압 아크 검출신호의 지속시간을 분석하여 상기 플라즈마 발생 장치에서의 아크 발생 여부를 판단하는 아크 발생 판단기, 및 상기 전류 및 전압의 전기적 신호의 변화 경향성에 따라 제1형 아크와 제2 형 아크로 판단하는 아크 유형 판단기를 포함하는 후처리부를 포함하되,
    상기 감지부는 상기 전송선 주위에 배치되는 적어도 하나의 센서를 포함하되,
    상기 센서는 상기 전송선에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정기 및 상기 전송선의 전압을 측정하는 전압 측정기를 포함하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 아크 검출신호 및 상기 전압 아크 검출신호의 지속시간은 상기 라디오 주파수의 주기보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전류 처리부는 상기 전류 측정기에 연결되어 상기 전송선의 전류 신호로부터 상기 전류 아크 검출 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 전압 처리부는 상기 전압 측정기에 연결되어 상기 전송선의 전압 신호로부터 상기 전압 아크 검출 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 처리부는
    상기 전류 아크 검출 신호를 생성하기 위한 기준신호를 생성하는 적어도 하나의 기준 신호 발생부;
    상기 전기적 신호를 상기 기준신호와 비교하기 위한 비교 신호로 변환시키는 적어도 하나의 비교 신호 발생부; 및
    상기 기준 신호와 상기 비교 신호를 비교하여, 상기 전류 아크 검출 신호를 생성하는 적어도 하나의 비교부를 포함하고,
    상기 전압 처리부는
    상기 전압 아크 검출 신호를 생성하기 위한 기준신호를 생성하는 적어도 하나의 기준 신호 발생부;
    상기 전기적 신호를 상기 기준신호와 비교하기 위한 비교 신호로 변환시키는 적어도 하나의 비교 신호 발생부; 및
    상기 기준 신호와 상기 비교 신호를 비교하여, 상기 전압 아크 검출 신호를 생성하는 적어도 하나의 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준신호 발생부는 상기 전기적 신호를 정류하는 기준신호 정류기, 상기 전기적 신호의 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 기준 신호 필터 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 기준 신호 변환기 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기준 신호 발생부는
    오프셋 신호를 생성하는 오프셋 신호 발생기; 및
    상기 오프셋 신호와 상기 기준신호 변환기로부터 출력되는 상기 전기적 신호를 조합하는 조합기를 더 포함하되,
    상기 조합기는 덧셈기 또는 뺄셈기 중의 한 가지인 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 비교 신호 발생부는 상기 전기적 신호를 정류하는 비교 신호 정류기, 상기 전기적 신호의 아크에 의한 교란 성분을 포함하는 비교 신호 필터 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 비교 신호 변환기 중의 적어도 한가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 비교 신호 필터는 상기 비교 신호 정류기에서 정류된 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란 성분을 추출하도록 구성되고,
    상기 비교 신호 변환기는 상기 비교 신호 필터에서 필터링된 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 비교 신호를 발생하는 상기 비교신호 발생부는 뺄셈기, 제1 신호 계산부 및 제2 신호 계산부를 포함하되,
    제1 신호 계산부는 상기 전기적 신호를 정류하는 제1 비교 신호 정류기, 상기 전기적 신호의 아크에 의한 교란 성분을 포함하는 제1 비교 신호 필터, 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 제1 비교 신호 변환기 중에서 적어도 하나를 포함하고,
    제2 신호 계산부는 상기 전기적 신호를 정류하는 제2 비교신호 정류기, 상기 전기적 신호의 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 제2 비교신호필터, 및 상기 전기적 신호의 진폭 또는 극성을 바꾸는 제2 비교신호 변환기 중에서 적어도 하나를 포함하되,
    상기 뺄셈기는 상기 제1 신호계산부 및 제2 신호계산부의 출력신호로부터 이들 신호의 차이를 비교신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 전류 처리부는 제1 전류 처리부, 및 제2 전류 처리부를 포함하되,
    상기 제1 전류 처리부는 상기 전기적 신호 중에서 전류신호를 처리하여 제1 전류 아크 검출신호를 생성하는 제1 전류 처리부;
    상기 제2 전류 처리부는 상기 전기적 신호 중에서 전류신호를 처리하여 제2 전류 아크 검출신호를 생성하는 제2 전류 처리부; 및
    상기 전압 처리부는 상기 전기적 신호 중에서 전압신호를 처리하여 전압 아크 검출신호를 생성하는 전압 처리부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  12. 제 5항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 기준신호와 상기 비교신호를 비교하여 상기 플라즈마 발생 장치에서 발생하는 아크에 대응하여 생성되는 상기 전류 및 전압 아크 검출 신호를 생성하도록 구성되되,
    상기 전류 및 전압 아크 검출 신호는 상기 플라즈마 발생 장치에서의 아크의 지속 시간에 상응하는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 장치.
  13. 삭제
  14. 플라즈마 발생 장치에 연결된 전송선을 따라 전송되는 라디오 주파수(RF)의 전류 및 전압의 전기적 신호를 측정하는 단계;
    상기 전류의 전기적 신호를 처리하여 상기 플라즈마 발생 장치에서의 아크 발생에 대응되는 전류 아크 검출 신호, 및 상기 전압의 전기적 신호를 처리하여 상기 플라즈마 발생 장치에서의 아크 발생에 대응하는 전압 아크 검출신호를 생성하는 단계;
    상기 전류 및 전압 아크 검출 신호의 지속시간을 분석하여 상기 플라즈마 발생 장치에서의 아크 발생을 판단하는 단계; 및
    상기 전류 및 전압 아크 검출 신호 및 상기 전류 및 전압의 전기적 신호의 변화 경향성에 따라 제1 형 아크와 제2 형 아크로 판단하는 단계를 포함하되,
    상기 전류 및 전압 아크 검출 신호의 지속시간의 지속시간은 상기 라디오 주파수(RF)의 주기보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전기적 신호는 실시간으로 연속적으로 측정되고,
    상기 전류 및 전압 아크 검출 신호를 생성하는 단계, 상기 아크 발생을 판단하는 단계, 및 상기 제1 형 아크와 제2 형 아크로 판단하는 단계는, 상기 플라즈마 발생 장치에서의 아크 발생에 대한 정보를 실시간으로 제공하도록 상기 전송선의 상기 전기적 신호를 실시간으로 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 전류 및 전압 아크 검출 신호를 생성하는 단계는
    적어도 하나의 기준신호를 생성하는 단계;
    상기 전송선의 측정된 전기적 신호를 이용하여, 적어도 하나의 비교 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 기준신호 및 상기 비교신호를 비교하여 전류 및 전압 아크 검출 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 기준신호를 생성하는 단계는 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란 성분을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 비교신호를 생성하는 단계는 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란성분을 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 아크 검출 신호를 생성하는 단계는 상기 아크에 의한 교란 성분이 제거된 기준신호와 상기 아크에 의한 교란 성분을 포함하는 비교신호를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기준 신호를 생성하는 단계는 상기 전기적 신호로부터 제1 주파수 대역의 성분을 제거하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 주파수 대역은 상기 아크에 의한 교란 성분의 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 비교 신호를 생성하는 단계는 상기 전기적 신호로부터 제2 주파수 대역의 성분을 제거하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 주파수 대역은 상기 아크에 의한 교란 성분의 주파수 대역을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 기준 신호를 생성하는 단계는 상기 전기적 신호를 정류하는 단계, 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란성분을 제거하는 단계 및 상기 전기적 신호의 진폭이나 극성을 변화시키는 단계 중에서 적어도 하나의 단계를 포함하고,
    상기 비교 신호를 생성하는 단계는 상기 전기적 신호를 정류하는 단계, 상기 전기적 신호로부터 아크에 의한 교란성분을 추출하는 단계 및 상기 전기적 신호의 진폭이나 극성을 변화시키는 단계 중에서 적어도 하나의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 아크 발생을 판단하는 단계는 상기 전류 및 전압 아크 검출 신호의 폭을 분석하여 상기 플라즈마 발생 장치에서의 아크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 아크 유형을 판단하는 단계는 상기 전류 아크 검출 신호 및 상기 전압 아크 검출 신호의 극성을 분석하여, 상기 플라즈마 발생 장치에서 발생하는 아크의 유형을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 아크의 유형을 판단하는 단계는
    상기 전류 아크 검출 신호 및 상기 전압 아크 검출 신호들의 변화 극성들이 같은 경우 해당 아크 검출 신호를 제1 형 아크의 결과로 판단하고,
    상기 전류 아크 검출 신호 및 상기 전압 아크 검출 신호들의 변화 극성들이 다른 경우 해당 아크 검출 신호를 제2 형 아크의 결과로 판단하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 아크의 유형을 판단하는 단계는
    상기 전류 아크 검출 신호의 부호가 음의 값인 경우에는 제1 형 아크로 판단하고, 양의 값인 경우에는 제2 형 아크로 판단하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이상 감지 방법.
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