WO2014148657A1 - 진동 센서에 의한 발광식 오작동 탐지 장치 - Google Patents

진동 센서에 의한 발광식 오작동 탐지 장치 Download PDF

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WO2014148657A1
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vibration sensor
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malfunction
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송영천
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KTM ENGINEERING Inc
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/12—Checking intermittently signalling or alarm systems
    • G08B29/126—Checking intermittently signalling or alarm systems of annunciator circuits

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for detecting malfunction by a vibration sensor, and specifically, to analyze an operating state of an apparatus or a facility from vibrations generated from a device or a facility to be inspected, and to determine whether there is a malfunction based on an analysis result and to generate an alarm required. It relates to a malfunction detection device by a vibration sensor that can be generated.
  • vibration The phenomenon that regular changes such as the position of an object or the strength of an electric current is called vibration, and all objects generate vibration when an external shock is applied.
  • Machines, devices, or installations generate vibrations in the course of their operation and, in most cases, generate certain types of vibrations within a certain margin of error. If the vibration generated by the machine, apparatus or facility is out of a predetermined form, it may be due to an abnormal operation of the machine, the device or the facility itself or due to an external temporary shock. If the vibration differs from a predetermined form or pattern and lasts for a certain period of time, it is most likely due to a malfunction of the machine, device or installation. Therefore, by analyzing the vibration generated from the machine, the device or the facility itself, it can be detected whether there is an operation error.
  • Prior art related to the diagnosis of a vibration structure is disclosed in Patent Publication No. 2005-0077181 'Vibration sensor automatic fixing device and a diagnostic device of the vibration structure'.
  • the prior art is a vibration sensor connected to a vibration analyzer that is pressed to the measuring device of the vibration structure detects the vibration signal and analyzes the vibration signal;
  • a rod having a piston to which a vibration sensor is fixed at one end and a piston acting at the other end;
  • a pneumatic cylinder for guiding the piston to be moved by pneumatic pressure;
  • Pneumatic operation unit for supplying pneumatic to the pneumatic cylinder;
  • a controller for controlling the pneumatic pressure acting on the pneumatic cylinder and controlling the vibration sensor to be compressed to the vibration structure.
  • Patent Registration No. 1064720 'Vibration measuring device of a vibration displacement sensor and a vibration measuring system including the same'.
  • the prior art is a vibration displacement sensor for generating a measurement signal corresponding to the distance to the rotation axis; A voltage supply unit configured to compare the output voltage reference and the reference voltage converted from the measured signal and output a power supply voltage; And a light emitting unit which emits light using the power supply voltage when the power supply voltage is supplied from the voltage supply unit.
  • the proposed prior art has a drawback that a device for analyzing and processing vibrations must be formed as a separate device, and can not have a function of monitoring the operation of the detection target because it is not always installed on the detection target.
  • the present invention is to solve the above problems with the prior art has the following object.
  • An object of the present invention is to provide a malfunction detection apparatus by a vibration sensor capable of detecting a malfunction of a detection target by detecting vibration generated by being attached to a detection target.
  • the malfunction detection device comprises: mounting means detachable to a detection object; A vibration transmitting unit fixed to the mounting means; Vibration sensor module for receiving and analyzing the vibration of the vibration transmission unit; An alarm generating unit operated according to a result analyzed from the vibration sensor module; A control unit for receiving data from the vibration sensor module and determining whether the alarm generating unit is operated; Power source for power supply; And a protective cap, wherein the vibration transmission unit has a vibration transmission path capable of transmitting vibrations of the mounting means.
  • the detection device has the advantage that it can be attached to any machine, device or facility so that an operational error can be monitored.
  • the device according to the present invention has a merit that it is possible to manufacture a small size and to update the analysis program as necessary so that various types of operation errors can be installed at arbitrary positions to accurately detect a malfunction of a detection target.
  • the detection device according to the present invention has the advantage that if a malfunction occurs, an immediate alarm is generated in the field to enable rapid response.
  • the light emitting malfunction detection apparatus has the advantage that the visibility is improved by allowing the malfunction to be detected by the light emission of the LED module to facilitate the detection of the malfunction.
  • FIG. 1A and 1B illustrate an embodiment of a detection apparatus according to the present invention.
  • Figure 1c shows an embodiment of a MEMS sense that can be applied to the detection apparatus according to the present invention.
  • Figure 1d illustrates an embodiment of an optical fiber vibration sensor that can be applied to the detection device according to the present invention.
  • FIG 2 shows in block form an embodiment of the operation structure of the detection according to the invention.
  • FIG. 3 schematically shows an embodiment of the operation of the detection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1A and 1B illustrate an embodiment of a detection apparatus according to the present invention.
  • a malfunction detection device 10 by a vibration sensor includes a mounting means 11 that can be attached to and detached from a detection object; A vibration transmitting unit 12 fixed to the mounting means 11; Vibration sensor module 13 for receiving and analyzing the vibration of the vibration transmission unit 12; An alarm generating unit 14 operated according to the result analyzed from the vibration sensor module 13; A control unit which receives data from the vibration sensor module 13 and determines whether the alarm generating unit 14 is operated; A power source S for power supply; And a protective cap (H), wherein the vibration transmission unit 12 has a vibration transmission factor capable of transmitting vibrations of the mounting means 11.
  • the mounting means 11 may be composed of a fixing portion 111 attached to the detection object and a coupling element 112 for transmitting the vibration of the detection object to the vibration transmission unit 12.
  • the detection device 10 can be arranged mainly on the outer surface of a machine, apparatus or installation and for example on the surface of a conductor or a magnetic body.
  • the fixing portion 111 may have a shape corresponding to the attachment surface of the detection target and may be a magnet.
  • it can be a strong magnet such as neodymium. Since the fixed portion 111 is a portion directly receiving the vibration of the detection target, it is advantageous to be made of a material having sufficient strength while being made integral.
  • the fixing part 111 may have a shape corresponding to the attaching surface of the detection target and the attaching surface may be an insulating coating.
  • the insulating coating can be, for example, anodizing.
  • the insulating coating has a function of preventing the charge of the detection object from flowing into the malfunction detection device 10 while at the same time making the fixed surface 111a have an appropriate surface roughness.
  • the fixing surface 111a may be a resin coating so as to have an appropriate surface roughness.
  • the fixing surface 111a may be an insulating coating such as anodizing or resin coating.
  • the coupling element 112 formed in the mounting means 11 has a function of coupling the mounting means 11 to the vibration transmission unit 12 and at the same time allowing the vibration of the detection object to be transmitted to the vibration transmission unit 12. Can be.
  • the vibration generated at the detection object may be transmitted through the mounting means 11 and again to the vibration sensor module 13 via the vibration transmission unit 12. Alternatively, the vibration generated at the detection object may be transmitted to the coupling element 112 via the mounting means or through another path and back to the vibration sensor module 13 through the predetermined path of the vibration transmission unit 12. .
  • the vibration transmission unit 12 may be, for example, a synthetic resin having a suitable elasticity formed in one piece and the coupling element 112 may be in the shape of a rod having a protruding circular cross section.
  • the coupling element 112 may be fixed to the vibration transmission unit 12 by adhesion or may be fixed to the vibration transmission unit 12 by a screw method. Multiple coupling elements 112 can be formed and each coupling element 112 can be coupled to the vibration transmission unit 12 in a variety of ways that can transmit vibrations of the mounting means 11.
  • the vibration transmitting unit 12 may be coupled to the upper surface of the mounting means 11 and may be made of a material such as plastic or silicone, for example.
  • the vibration transmission unit 12 may have a function of transmitting the vibration of the mounting means 11 or the coupling element 112 to the vibration sensor module 13 and at the same time stably maintaining the entire detection device 10.
  • the vibration transmission unit 12 may be made of a material capable of absorbing vibration, but at least some may be made of a material having a predetermined range of elasticity.
  • an appropriate accommodation groove is formed in the vibration transmission unit 12 so that a power source S such as a battery can be accommodated. Since the vibration is advantageously not transmitted to the power source S, a cushioning material or a buffer space for absorbing the vibration may be formed in the groove in which the power source S is accommodated.
  • the vibration transmission path 121 may be formed in the vibration transmission unit 12 and the remaining portion of the vibration transmission unit 12 may be made of a vibration absorbing material.
  • the vibration transmission path 121 may be made of a warped material having a constant elasticity and connected to the coupling element 112.
  • the vibration transmission path 121 may be made of the same or similar material as that of the coupling element 112 or may be integrally formed.
  • the vibration transmission path 121 may be made of a vibration transmission medium such as an optical fiber.
  • the vibration sensor module 13 may be installed above the vibration transmission unit 12.
  • the vibration sensor module 13 may include a transducer 131 and a control unit 132.
  • the transducer may include, for example, but not limited to, piezo oscillator and piezoelectric, and may include various acceleration sensors or vibration sensors such as, for example, inertial, pendulum, vibrating or gyro methods.
  • the transducer 131 may have a function of converting the transmitted vibration into an electrical signal and the converted signal may be transmitted to the control unit 132.
  • the control unit 132 may analyze the transmitted signal to determine whether a detection target is malfunctioning and control the operation of the alarm generation unit 14 accordingly.
  • the control unit 132 may comprise a microprocessor and the alarm generating unit 14 may be, for example, an LED module in which a plurality of LEDs are arranged. If necessary, an alarm sound generating device for generating an alarm sound may be included.
  • the detection device 10 may have a protective cap H and the protective cap H may be made of metal, rubber, silicone or synthetic resin in the form of a housing.
  • the protective cap H may have any structure that can protect the detection device 10 from external impact.
  • the vibration generated from the detection object can be transmitted to the vibration sensor module 11 by being distinguished by a predetermined factor such as amplitude, frequency or shape, and the generated vibration itself must be transmitted to the vibration sensor module 11. no need.
  • the vibration sensor may be, for example, an optical fiber vibration sensor or a MEMS (Micro Electro Mechanical System) sensor.
  • the optical fiber vibration sensor When an optical fiber vibration sensor is used, the optical fiber vibration sensor may be installed in the mounting unit 11 or in the vibration sensor module 11.
  • the optical fiber vibration sensor may have a structure as shown in FIG. 1C, for example.
  • Figure 1c shows an embodiment of a MEMS sense that can be applied to the detection apparatus according to the present invention.
  • the MEMS sensor arranges the metal film layers 154a and 154b on the silicon base layers 151a and 151b and the silicon insertion layer 151c, respectively, and the metal film connection layer (B) on the silicon base layers 151a and 151b. 153a, 153b).
  • MEMS sensors can be made using, for example, substrate micromachining technology, surface micromachining technology or LIGA micromachining technology. As shown in the present embodiment, the MEMS sensor may be made using a silicon substrate, but may be made using a metal or polymer such as nickel, nickel-iron, nickel-phosphorus, or nickel-cobalt as necessary.
  • the MEMS sensor is installed in the mounting means 11, and the vibration transmitted from the equipment or the machine generates a difference in capacitance, which is converted into an electrical signal and transferred to the micro device 155 disposed therein.
  • the MEMS sensor and the micro device 155 may be made of a single chip structure, the micro device 155 is arranged in a form that can communicate with the vibration sensor module 13 and the vibration sensor module 13 controls the transmitted signal. Can be sent to the unit.
  • the present embodiment corresponds to a capacitive MEMS device, but various vibration or acceleration sensors may be applied to the detection device according to the present invention, for example, a resonance acceleration sensor or an acceleration sensor of a frequency change detection method. It is not limited to the embodiment shown.
  • Figure 1d illustrates an embodiment of an optical fiber vibration sensor that can be applied to the detection device according to the present invention.
  • the optical fiber vibration sensor may be composed of a fixed foot and a vibration optical fiber (V) fixed to the surface or mounting means of the detection target.
  • the incident light L generated by, for example, the alarm generating device 14 or other suitable means can be introduced into one end of the oscillating optical fiber and the detection light D can be transmitted to the other end.
  • the detection light D may be transmitted to the vibration sensor module 13 through the vibration transmission path 121 again by, for example, an optical fiber to be detected and analyzed.
  • the optical fiber vibration sensor may include a fixed plate F1 fixed to the surface or the mounting means of the detection target and a pressure plate F2 for applying pressure to the fixed plate F1.
  • the optical fiber sensor V may be disposed between the fixing plate F1 and the pressure plate F2.
  • the incident light L and the detection light D can be introduced, transmitted and detected in the same or similar way as described above.
  • the MEMS vibration sensor When the MEMS vibration sensor is applied to the detection device according to the present invention, the MEMS vibration sensor may be formed in the structure of the vibration detection sensor 113 and may be installed on the surface of the detection target or the mounting means 11. In addition, the vibration detected and analyzed by the vibration sensor 113 may be transmitted to the vibration sensor module 13 to determine whether a malfunction occurs in the control unit 132.
  • Vibration sensors having various structures can be applied to the detection device according to the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments shown.
  • FIG 2 shows in block form an embodiment of the operation structure of the detection according to the invention.
  • the detection module 21 detects a vibration generated at a detection target, and the vibration detected by the detection module 21 is transmitted through the delivery module 21.
  • the alarm may be configured to generate an alarm by the alarm generation module 27.
  • the detection module 21 may detect vibration by a detection sensor such as an optical fiber vibration sensor 211, a piezoelectric vibrator 213 or a MEMS sensor 215 and the detected vibration may be converted into an electrical signal or other suitable signal. Can be.
  • the detection module 21 may detect vibration by installing an appropriate vibration detection means on the detection object, which may be directly attached to the detection object or transmit vibration of the detection object.
  • the transmission module 23 may transmit the vibration detected by the detection module 21 through the transmission path 231 or the signal transmission 233.
  • the signal transmitted through the delivery module 23 may be such as a vibration, an electrical signal or an optical signal.
  • Direct vibration transmission may have a structure in which, for example, the vibration of the detection target is transmitted to the mounting means and the vibration is transmitted to the vibration sensor module through the vibration transmission unit.
  • the vibration of the mounting means can be transmitted to the vibration sensor module through a vibration transmission path having a constant elastic modulus.
  • the vibration transmission path may be formed by inserting, for example, a metal wire or a metal rod into the vibration transmission unit.
  • the vibration is transmitted to the electrical signal, for example, the vibration is detected by the MEMS element and the vibration signal necessary for analysis may be extracted and converted into an electrical signal is transferred to an appropriate cable.
  • the vibration is transmitted to the optical signal may be made of a structure in which the optical fiber sensor measures the vibration of the detection object to transmit the vibration signal through the optical fiber.
  • the vibration signal transmitted by the transmission module 23 may be received by the analysis module 25 and analyzed.
  • the analysis module 25 may include a comparison unit 251 for comparing the transmitted vibration signal with a pre-stored vibration signal and a control unit 253 for determining whether a detection target is malfunctioning according to a comparison result of the comparison unit 253.
  • the comparison unit 251 may have various vibration signals in a normal operating state according to a detection target, for example, in the form of data stored in a database.
  • the detection module 21 may detect the vibration signal at regular intervals and transmit the vibration signal to the comparison unit 251, and the comparison unit 251 may compare the transmitted vibration signal with a previously stored vibration signal.
  • control unit 253 may determine whether the detection target is malfunctioning from the comparison data generated by the comparison unit 251. On the other hand, the control unit 253 can control the operation of the entire apparatus and can control the operation of the alarm generating module 27, for example.
  • the control unit 253 may determine whether there is a malfunction based on various factors. For example, the control unit 253 may determine whether there is a malfunction based on factors such as an error range, a vibration waveform, a duration of a specific vibration, or a variation situation for each frequency band. The factor for determining the malfunction may be stored in the control unit 253 in the form of a program in advance. If necessary, these factors can be updated by appropriate means.
  • the control unit 253 may comprise, for example, a microprocessor or storage means.
  • the alarm generating module 27 may include an LED unit 271, an alarm sound generating unit 273, or a wireless communication chip 275.
  • the LED module may be composed of a plurality of LED elements and may be adjusted to emit light in different colors according to the degree of malfunction. In general, when it is determined that the device is in a normal state, light emission of the blue LED may be continued. For example, it can be adjusted so that the red color continues to glow when the device is stopped, yellow if it needs to be checked, and red if it is determined to be an operation error. In addition, when it is detected that a malfunction has occurred, the alarm sound generating unit 273 may cause the alarm sound to be generated.
  • the alarm generating module 27 may include a wireless communication chip 275 and, if a malfunction is detected, may transmit whether the malfunction is, for example, to a central control center or a mobile device by wireless communication. Another function of the wireless communication chip 275 is to update the program stored in the control unit 253. For example, vibration data for malfunction determination may be made through the wireless communication chip 275. On the other hand, the vibration detection signal generated at regular intervals may be transmitted to the external device through the wireless communication chip 275. The transmitted motorized detection signal is stored and can be used for further precise diagnosis.
  • the detection apparatus according to the present invention may include various types of devices, and the present invention is not limited to the embodiments shown.
  • FIG. 3 schematically shows an embodiment of the operation of the detection apparatus according to the present invention.
  • vibration may be generated at a detection target (P31) and the generated vibration may be detected at a predetermined period (P32).
  • a signal necessary for analysis may be extracted from the detected vibration signal (P33). Then, it is determined whether the vibration signal is within a predetermined error range from the extracted signal (P34). If the vibration is within the predetermined error range (YES), the vibration occurrence detection is again performed. Alternatively, if the vibration is not within a predetermined error range (NO), it can be compared with the pre-stored vibration data.
  • the prestored vibration data may be a vibration signal that can be generated by various environmental factors. Or various malfunction data. According to the comparison result, whether there is data to be matched within a predetermined error range may be determined (P36). If there is data that matches, the control unit may determine whether an alarm occurs based on the matching data (P37). And an alarm can be generated as needed (P38).
  • control unit may analyze the vibration (P361) and determine whether an alarm occurs (P37).
  • the detection result may be stored (P371), and then the vibration detection process may proceed again.
  • the detection apparatus according to the present invention can be operated in various ways and is not limited to the presented embodiments.
  • the luminescent malfunction detection device is installed in various machines, devices or facilities so that the operation state can be visually displayed.

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Abstract

본 발명은 진동 센서에 의한 발광식 오작동 탐지 장치에 관한 것이다. 발광식 오작동 탐지 장치는 탐지 대상에 탈부착이 가능한 장착 수단(11); 장착 수단(11)에 고정되는 진동 전달 유닛(12); 진동 전달 유닛(12)의 진동을 수신하여 분석하는 진동 센서 모듈(13); 진동 센서 모듈(13)로부터 분석된 결과에 따라 작동되는 경보 발생 유닛(14); 진동 센서 모듈(13)로부터 데이터를 전달받고 경보 발생 유닛의 작동 여부를 결정하는 제어 유닛; 전력 공급을 위한 전원(S); 및 보호 캡(H)을 포함하고, 상기 진동 전달 유닛(12)은 장착 수단(11)의 진동을 전달할 수 있는 진동 전달 경로를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

진동 센서에 의한 발광식 오작동 탐지 장치
본 발명은 진동 센서에 의한 오작동 탐지 장치에 관한 것이고, 구체적으로 점검 대상이 되는 장치 또는 설비로부터 발생되는 진동으로부터 장치 또는 설비의 작동 상태를 분석하고 분석 결과에 기초하여 오작동 여부를 판단하여 필요한 경보를 발생시킬 수 있도록 하는 진동 센서에 의한 오작동 탐지 장치에 관한 것이다.
물체의 위치 또는 전류의 세기와 같은 것이 규칙적으로 변하는 현상을 진동이라고 하고 모든 물체는 외부에서 충격이 가해지면 진동을 발생시키게 된다. 기계, 장치 또는 설비는 작동 과정에서 진동을 발생시키게 되고 대부분의 경우 일정한 오차 범위 내에서 정해진 형태의 진동을 발생시키게 된다. 기계, 장치 또는 설비에서 발생하는 진동이 정해진 형태에서 벗어나는 경우 기계, 장치 또는 설비 자체의 작동에 이상이 발생하였거나 또는 외부의 일시적인 충격에 기인한 것일 수 있다. 진동이 미리 정해진 형태 또는 패턴과 다르고 그리고 일정 시간 지속이 되면 기계, 장치 또는 설비의 작동 오류에 기인할 가능성이 높다. 그러므로 기계, 장치 또는 설비 자체로부터 발생되는 진동을 분석하여 작동 오류가 여부가 탐지될 수 있다.
진동 구조물의 진단과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2005-0077181호 ‘진동센서 자동 고정 장치 및 진동 구조물의 진단장치’가 있다. 상기 선행기술은 진동 구조물의 측정 장치에 압착되어 진동 신호를 검출하며 진동 신호를 분석하는 진동 분석기에 연결된 진동 센서; 한쪽 끝에 진동 센서가 고정되는 고정구와 다른 끝에 공압이 작용하는 피스톤이 형성된 로드; 공압에 의해 이동되도록 피스톤을 안내하는 공압 실린더; 상기 공압 실린더에 공압을 공급하는 공압 작동부; 및 상기 공압 실린더에 작용하는 공압을 제어하고 상기 진동 센서를 진동 구조물에 압착되도록 제어하는 제어기를 포함하는 진동센서 자동 고정 장치에 대하여 개시하고 있다.
진동 측정과 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제1064720호 ‘진동 변위 센서의 진동 측정 장치와 이를 포함하는 진동 측정 시스템’이 있다. 상기 선행기술은 회전축과의 거리에 대응되는 측정 신호를 생성하는 진동 변위 센서; 상기 측정 신호를 변환한 출력 전압 기준 및 기준 전압을 비교하여 전원 전압을 출력하는 전압 공급부; 및 상기 전압 공급부로부터 상기 전원 전압을 공급받으면 상기 전원 전압을 이용하여 발광하는 발광부를 포함하는 진동 변위 센서의 진동 측정 장치에 대하여 개시하고 있다.
제시된 선행기술은 진동을 분석하여 처리하는 장치가 별도의 장치로 형성되어야 하고 또한 탐지 대상에 항상 설치되지 않아 탐지 대상의 작동을 감시하는 기능을 가질 수 없다는 단점을 가진다.
본 발명은 선행기술이 가진 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적은 가진다.
본 발명의 목적은 탐지 대상에 부착이 되어 발생되는 진동을 탐지하여 탐지 대상의 오작동 여부를 감시할 수 있는 진동 센서에 의한 오작동 탐지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 오작동 탐지 장치는 탐지 대상에 탈부착이 가능한 장착 수단; 장착 수단에 고정되는 진동 전달 유닛; 진동 전달 유닛의 진동을 수신하여 분석하는 진동 센서 모듈; 진동 센서 모듈로부터 분석된 결과에 따라 작동되는 경보 발생 유닛; 진동 센서 모듈로부터 데이터를 전달받고 경보 발생 유닛의 작동 여부를 결정하는 제어 유닛; 전력 공급을 위한 전원; 및 보호 캡을 포함하고, 상기 진동 전달 유닛은 장착 수단의 진동을 전달할 수 있는 진동 전달 경로를 가진다.
본 발명에 따른 탐지 장치는 임의의 기계, 장치 또는 설비에 부착되어 작동 오류 여부가 감시될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 장치는 소형으로 제조되고 필요에 따라 분석 프로그램의 갱신이 가능하여 다양한 형태의 작동 오류가 임의의 위치에 설치되어 탐지 대상의 오작동 여부를 정확하게 탐지할 수 있도록 한다는 장점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 탐지 장치는 오작동이 발생되면 현장에서 즉시 경보가 발생되어 신속한 대처가 가능하도록 한다는 장점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 발광식 오작동 탐지 장치는 엘이디 모듈의 발광에 의하여 오작동이 탐지될 수 있도록 하는 것에 의하여 가시성이 향상되어 오작동의 탐지가 용이하도록 한다는 이점을 가진다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 탐지 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1c는 본 발명에 따른 탐지 장치에 적용될 수 있는 멤스 센스의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1d는 본 발명에 따른 탐지 장치에 적용될 수 있는 광섬유 진동 센서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 탐지의 작동 구조에 대한 실시 예를 블록으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 탐지 장치의 작동 과정에 대한 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 탐지 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 진동 센서에 의한 오작동 탐지 장치(10)는 탐지 대상에 탈부착이 가능한 장착 수단(11); 장착 수단(11)에 고정되는 진동 전달 유닛(12); 진동 전달 유닛(12)의 진동을 수신하여 분석하는 진동 센서 모듈(13); 진동 센서 모듈(13)로부터 분석된 결과에 따라 작동되는 경보 발생 유닛(14); 진동 센서 모듈(13)로부터 데이터를 전달받고 경보 발생 유닛(14)의 작동 여부를 결정하는 제어 유닛; 전력 공급을 위한 전원(S); 및 보호 캡(H)을 포함하고, 상기 진동 전달 유닛(12)은 장착 수단(11)의 진동을 전달할 수 있는 진동 전달 인자를 가지는 것을 특징으로 한다.
장착 수단(11)은 탐지 대상에 부착되는 고정 부분(111)과 탐지 대상의 진동을 진동 전달 유닛(12)으로 전달하는 결합 소자(112)로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 탐지 장치(10)는 주로 기계, 장치 또는 설비의 외부 표면에 배치될 수 있고 예를 들어 도체 또는 자성체의 표면에 배치될 수 있다. 탐지 대상에 대한 고정 부분(111)의 부착을 위하여 고정 부분(111)은 탐지 대상의 부착 면에 대응되는 형상을 가질 수 있고 자석과 같은 것이 될 수 있다. 예를 들어 네오디뮴(neodymium)과 같은 강자석이 될 수 있다. 고정 부분(111)은 탐지 대상의 진동을 직접 전달을 받는 부분이 되므로 일체형으로 만들어지면서 충분한 강도를 가지는 소재로 만들어지는 것이 유리하다. 고정 부분(111)은 탐지 대상의 부착 면에 대응되는 형상을 가질 수 있고 부착 면은 절연성 코팅이 될 수 있다. 절연성 코팅은 예를 들어 아노다이징(anodizing)과 같은 것이 될 수 있다. 절연성 코팅은 탐지 대상의 전하가 오작동 탐지 장치(10)로 흐르는 것을 방지하면서 이와 동시에 고정 면(111a)이 적절한 표면 조도를 가지도록 만드는 기능을 가진다. 고정 면(111a)이 적절한 표면 조도를 가지도록 하기 위하여 수지 코팅이 될 수 있다. 이와 같이 고정 면(111a)은 아노다이징 또는 수지 코팅과 같은 절연성 코팅이 될 수 있다.
장착 수단(11)에 형성된 결합 소자(112)는 장착 수단(11)을 진동 전달 유닛(12)에 결합하면서 이와 동시에 탐지 대상의 진동을 진동 전달 유닛(12)으로 전달될 수 있도록 하는 기능을 가질 수 있다. 탐지 대상에서 발생된 진동은 장착 수단(11)을 통하여 전달되고 그리고 다시 진동 전달 유닛(12)을 경유하여 진동 센서 모듈(13)로 전달될 수 있다. 대안으로 탐지 대상에서 발생된 진동은 장착 수단을 경유하거나 또는 다른 경로를 통하여 결합 소자(112)로 전달되고 다시 진동 전달 유닛(12)의 정해진 경로를 통하여 진동 센서 모듈(13)로 전달될 수 있다.
진동 전달 유닛(12)은 예를 들어 단일체로 형성된 적절한 탄성을 가진 합성수지와 같은 것이 될 수 있고 결합 소자(112)는 돌출된 원형의 단면을 가진 막대 형상이 될 수 있다. 결합 소자(112)는 접착에 의하여 진동 전달 유닛(12)에 고정이 되거나 또는 나사 방식에 의하여 진동 전달 유닛(12)에 고정될 수 있다. 다수 개의 결합 소자(112)가 형성될 수 있고 각각의 결합 소자(112)는 장착 수단(11)의 진동을 전달할 수 있는 다양한 방법으로 진동 전달 유닛(12)에 결합될 수 있다.
진동 전달 유닛(12)은 장착 수단(11)의 위쪽 표면에 결합될 수 있고 예를 들어 플라스틱 또는 실리콘과 같은 소재로 만들어질 수 있다. 진동 전달 유닛(12)은 장착 수단(11) 또는 결합 소자(112)의 진동을 진동 센서 모듈(13)로 전달하면서 이와 동시에 탐지 장치(10) 전체를 안정적으로 유지하는 기능을 가질 수 있다. 진동 전달 유닛(12)은 진동을 흡수할 수 있는 소재로 만들어질 수 있지만 적어도 일부는 미리 정해진 일정 범위의 탄성을 가진 소재로 만들어질 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 것처럼, 진동 전달 유닛(12)에 적절한 수용 홈이 형성되어 배터리와 같은 전원(S)이 수용될 수 있다. 진동은 전원(S)에 전달되지 않는 것이 유리하므로 전원(S)이 수용되는 홈에 진동 흡수를 위한 완충재 또는 완충 공간이 형성될 수 있다. 대안으로 진동 전달 유닛(12)에 진동 전달 경로(121)를 형성하고 그리고 진동 전달 유닛(12)의 나머지 부분은 진동 흡수 소재로 만들어질 수 있다. 진동 전달 경로(121)는 일정한 탄성을 가진 경고한 소재로 만들어질 수 있고 결합 소자(112)와 연결될 수 있다. 진동 전달 경로(121)는 결합 소자(112)와 동일 또는 유사한 소재로 만들어지거나 또는 일체형으로 만들어질 수 있다. 대안으로 아래에서 설명이 되는 것처럼 진동 전달 경로(121)는 광섬유와 같은 진동 전달 매개체로 이루어질 수 있다.
진동 전달 유닛(12)의 위쪽에 진동 센서 모듈(13)이 설치될 수 있다. 진동 센서 모듈(13)은 트랜스듀서(131)와 제어 유닛(132)으로 이루어질 수 있다. 트랜스듀서는 예를 들어 피에조(piezo) 진동자와 압전 방식을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않고 예를 들어 관성 방식, 진자 방식, 진동 방식 또는 자이로 방식과 같은 다양한 가속도 센서 또는 진동 센서를 포함할 수 있다. 트랜스듀서(131)는 전달된 진동을 전기적 신호로 변환하는 기능을 가질 수 있고 변환된 신호는 제어 유닛(132)으로 전달될 수 있다. 제어 유닛(132)은 전달된 신호를 분석하여 탐지 대상의 오작동 여부를 결정하고 이에 따라 경보 발생 유닛(14)의 작동을 제어할 수 있다. 제어 유닛(132)은 마이크로프로세서를 포함할 수 있고 경보 발생 유닛(14)은 예를 들어 다수 개의 엘이디가 배치된 엘이디 모듈이 될 수 있다. 필요에 따라 경보음 발생을 위한 경보음 발생 장치를 포함할 수 있다.
탐지 장치(10)는 보호 캡(H)을 가질 수 있고 보호 캡(H)은 하우징 형태로 금속 소재, 고무, 실리콘 또는 합성수지로 만들어질 수 있다. 보호 캡(H)은 탐지 장치(10)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있는 임의의 구조를 가질 수 있다.
탐지 대상으로부터 발생된 진동은 예를 들어 진폭, 주파수 또는 형태와 같이 정해진 인자에 의하여 구별되어 진동 센서 모듈(11)로 전달될 수 있고 반드시 발생된 진동 그 자체가 진동 센서 모듈(11)로 전달될 필요가 없다. 이와 같은 점을 고려하면 진동 센서는 예를 들어 광섬유 진동 센서 또는 멤스(Micro Electro Mechanical System) 센서가 될 수 있다.
광섬유 진동 센서가 사용되는 경우 광섬유 진동 센서는 장착 유닛(11)에 설치되거나 또는 진동 센서 모듈(11)에 설치될 수 있다. 광섬유 진동 센서는 예를 들어 도 1c에 도시된 것과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 1c는 본 발명에 따른 탐지 장치에 적용될 수 있는 멤스 센스의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1c를 참조하면, 멤스 센서는 실리콘 기층(151a, 151b)과 실리콘 삽입 층(151c)에 각각 금속 필름 층(154a, 154b)을 배치하고 그리고 실리콘 기층(151a, 151b)에 금속 필름 연결 층(153a, 153b)을 형성하는 방법으로 만들어질 수 있다. 멤스 센서는 예를 들어 기판 마이크로머시닝 가공 기술(Bulk Micromachining Technology), 표면 마이크로머시닝 가공 기술(surface micromachining Technology) 또는 LIGA 가공 기술(LIGA Micromachining Technology)과 같은 것을 이용하여 만들어질 수 있다. 제시된 실시 예와 같이 멤스 센서는 실리콘 기판을 이용하여 만들어질 수 있지만 필요에 따라 니켈, 니켈-철, 니켈-인 또는 니켈-코발트와 같은 금속 또는 폴리머를 이용하여 만들어질 수 있다.
도 1c에 제시된 실시 예에서 장착 수단(11)에 멤스 센서가 설치되어 장비 또는 기계로부터 전달되는 진동은 정전 용량의 차이를 발생시켜 전기적 신호로 변환이 되어 내부에 배치된 마이크로소자(155)로 전달될 수 있다. 대안으로 금속 필름(154a, 154b)을 대신하여 ZnS, PZT, Cds 또는 수정(Quartz)과 같은 압전 소자가 사용될 수 있다. 멤스 센서와 마이크로소자(155)는 하나의 칩 구조로 만들어질 수 있고 마이크로소자(155)는 진동 센서 모듈(13)과 통신 가능한 형태로 배치되고 그리고 진동 센서 모듈(13)은 전달된 신호를 제어 유닛으로 전송할 수 있다.
제시된 실시 예는 정전 용량 방식의 멤스 소자에 해당되지만 예를 들어 공진 가속도 센서 또는 주파수 변화 검출 방식의 가속도 센서와 같이 다양한 방식의 진동 또는 가속도 센서가 본 발명에 따른 탐지 장치에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
아래에서 다른 형태의 진동 센서에 대하여 설명된다.
도 1d는 본 발명에 따른 탐지 장치에 적용될 수 있는 광섬유 진동 센서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1c의 (가)를 참조하면, 광섬유 진동 센서는 탐지 대상의 표면 또는 장착 수단에 고정되는 고정 발 및 진동 광섬유(V)로 이루어질 수 있다. 진동 광섬유 한쪽 끝으로 예를 들어 경보 발생 장치(14) 또는 다른 적절한 수단에 의하여 발생된 입사 광(L)이 유입될 수 있고 그리고 다른 한쪽 끝으로 검출 광(D)이 전송될 수 있다. 검출 광(D)은 예를 들어 다시 광섬유에 의하여 진동 전달 경로(121)를 통하여 진동 센서 모듈(13)로 전달되어 검출 및 분석이 될 수 있다.
도 1c의 (나)를 참조하면, 광섬유 진동 센서는 탐지 대상의 표면 또는 장착 수단에 고정되는 고정 판(F1) 및 고정 판(F1)에 압력을 가하는 압력 판(F2)으로 이루어질 수 있다. 그리고 고정 판(F1)과 압력 판(F2) 사이에 광섬유 센서(V)가 배치될 수 있다. 그리고 입사 광(L) 및 검출 광(D)은 위에서 설명된 것과 동일 또는 유사한 방법으로 유입, 전송 및 검출이 될 수 있다.
멤스 진동 센서가 본 발명에 따른 탐지 장치에 적용되는 경우 멤스 진동 센서는 진동 감지 센서(113)의 구조로 만들어질 수 있고 탐지 대상의 표면 또는 장착 수단(11)에 설치될 수 있다. 그리고 진동 감지 센서(113)에서 탐지 및 분석된 진동은 진동 센서 모듈(13)로 전달되어 제어 유닛(132)에서 오작동 여부가 판단될 수 있다.
다양한 구조를 가지는 진동 센서가 본 발명에 따른 탐지 장치에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
아래에서 본 발명에 따른 탐지 장치의 작동 구조에 대하여 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 탐지의 작동 구조에 대한 실시 예를 블록으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 오작동 탐지 장치는 탐지 대상에서 발생된 진동을 탐지 모듈(21)이 탐지하고, 탐지 모듈(21)에 의하여 탐지된 진동이 전달 모듈(21)을 통하여 전달되고, 전달된 진동이 분석 모듈(25)에 의하여 분석이 되고 그리고 분석 결과에 따라 오작동인 것으로 판단이 되면 경보 발생 모듈(27)에 의하여 경보가 발생되는 구조를 가질 수 있다.
탐지 모듈(21)은 광섬유 진동 센서(211), 압전 진동자(213) 또는 멤스 센서(215)와 같은 탐지 센서에 의하여 진동을 탐지할 수 있고 탐지된 진동은 전기적 신호 또는 다른 적절한 신호로 변환이 될 수 있다. 또한 탐지 모듈(21)은 직접 탐지대상에 부착되거나 또는 탐지대상의 진동을 전달할 수 있는 적절한 진동 탐지 수단을 탐지 대상에 설치하여 진동을 탐지할 수 있다.
전달 모듈(23)은 전달 경로(231) 또는 신호 전달(233)을 통하여 탐지 모듈(21)에 의하여 탐지된 진동을 전송할 수 있다. 전달 모듈(23)을 통하여 전달되는 신호는 진동, 전기 신호 또는 광 신호와 같은 것이 될 수 있다. 직접 진동이 전달되는 것은 예를 들어 탐지 대상의 진동이 장착 수단에 전달되고 그리고 진동 전달 유닛을 통하여 진동 센서 모듈로 진동이 전달되는 구조를 가질 수 있다. 대안으로 장착 수단의 진동은 일정한 탄성 계수를 가진 진동 전달 경로를 통하여 진동 센서 모듈로 전달이 될 수 있다. 진동 전달 경로는 예를 들어 금속 와이어 또는 금속 막대와 같은 것은 진동 전달 유닛에 삽입하는 방법으로 형성될 수 있다. 전기 신호로 진동이 전달되는 것은 예를 들어 멤스 소자에 의하여 진동이 탐지되고 그리고 분석을 위하여 필요한 진동 신호가 추출이 되어 전기적 신호로 변환이 되어 적절한 케이블을 통하여 전달되는 구조로 이루어질 수 있다. 다른 한편으로 광 신호를 진동이 전달되는 것은 광 섬유 센서가 탐지 대상의 진동을 측정하여 광 섬유를 통하여 진동 신호가 전달되는 구조로 이루어질 수 있다.
전달 모듈(23)에 의하여 전달된 진동 신호는 분석 모듈(25)에 의하여 수신이 되어 분석이 될 수 있다. 분석 모듈(25)은 전달된 진동 신호를 미리 저장된 진동 신호와 비교하는 비교 유닛(251) 및 비교 유닛(253)의 비교 결과에 따라 탐지 대상의 오작동 여부를 판단하는 제어 유닛(253)을 포함할 수 있다. 비교 유닛(251)은 탐지 대상에 따른 정상 작동 상태의 다양한 진동 신호를 예를 들어 데이터베이스에 저장된 데이터 형태로 가질 수 있다. 탐지 모듈(21)은 일정 주기로 진동 신호를 탐지하여 비교 유닛(251)으로 전송할 수 있고 비교 유닛(251)은 전송된 진동 신호를 미리 저장된 진동 신호와 비교할 수 있다. 그리고 만약 진동 신호가 정상 상태에서 발생되는 신호와 일치하는 범위가 미리 결정된 오차 범위를 벗어나는지 여부를 탐지할 수 있다. 그리고 비교 결과를 제어 유닛(253)으로 전달할 수 있다. 제어 유닛(253)은 비교 유닛(251)에서 발생된 비교 데이터로부터 탐지 대상의 오작동 여부를 판단할 수 있다. 다른 한편으로 제어 유닛(253)은 장치 전체의 작동을 제어할 수 있고 예를 들어 경보 발생 모듈(27)의 작동을 제어할 수 있다.
제어 유닛(253)은 다양한 인자(factor)에 기초하여 오작동 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 제어 유닛(253)은 오차의 범위, 진동 파형, 특정 진동의 지속 시간 또는 주파수 대역별 변동 상황과 같은 인자에 기초하여 오작동 여부를 판단할 수 있다. 이와 같은 오작동 판단을 위한 인자는 미리 프로그램 형태로 제어 유닛(253)에 저장이 될 수 있다. 그리고 필요에 따라 이와 같은 인자는 적절한 수단에 의하여 갱신이 될 수 있다. 제어 유닛(253)은 예를 들어 마이크로프로세서 또는 저장 수단을 포함할 수 있다.
제어 유닛(253)의 판단 결과에 따라 경보 발생 모듈(27)의 작동 여부가 결정될 수 있다.
경보 발생 모듈(27)은 엘이디 유닛(271), 경보음 발생 유닛(273) 또는 무선 통신 칩(275)을 포함할 수 있다. 엘이디 모듈은 다수 개의 엘이디 소자로 이루어질 수 있고 오작동 정도에 따라 서로 다른 색으로 발광되도록 조절이 될 수 있다. 일반적으로 장치가 정상 상태에 있는 것으로 판단이 되면 청색 엘이디의 발광이 지속될 수 있다. 그리고 예를 들어 장치의 작동이 중단되는 경우 붉은 색, 점검이 필요한 경우 노란 색 그리고 작동 오류로 판단된 경우 붉은 색이 계속적으로 점열이 되도록 조절이 될 수 있다. 또한 오작동이 발생한 것으로 탐지된 경우 경보음 발생 유닛(273)에 의하여 경보음이 발생되도록 할 수 있다. 다른 한편으로 경보 발생 모듈(27)은 무선 통신 칩(275)을 포함할 수 있고 오작동이 탐지된 경우 오작동 여부를 무선 통신으로 예를 들어 중앙 통제 센터 또는 모바일 기기로 전송할 수 있다. 무선 통신 칩(275)의 다른 기능은 제어 유닛(253)에 저장된 프로그램을 갱신하는 것이다. 예를 들어 오작동 판단을 위한 진동 데이터가 무선 통신 칩(275)을 통하여 이루어질 수 있다. 다른 한편으로 무선 통신 칩(275)을 통하여 일정 주기로 발생되는 진동 탐지 신호를 외부의 정해진 장치로 전송할 수 있다. 전송된 전동 탐지 신호는 저장이 되고 차후 정밀한 진단을 위하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 탐지 장치는 다양한 형태의 장치를 포함할 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
아래에서 본 발명에 따른 탐지 장치에 의하여 탐지 대상의 오작동 여부가 탐지되는 과정에 대하여 설명된다.
도 3은 본 발명에 따른 탐지 장치의 작동 과정에 대한 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 탐지 대상에서 진동이 발생될 수 있고(P31) 그리고 발생된 진동은 일정 주기로 탐지가 될 수 있다(P32). 탐지된 진동 신호로부터 분석을 위하여 필요한 신호가 추출이 될 수 있다(P33). 그리고 추출된 신호로부터 미리 결정된 오차 범위 내의 진동 신호인지 여부가 판단이 된다(P34). 미리 결정된 오차 범위 내의 진동이라면(YES), 다시 진동 발생 탐지가 진행이 된다. 이와 달리 미리 결정된 오차 범위 내의 진동이 아니라면(NO), 미리 저장된 진동 데이터와 비교될 수 있다. 미리 저장된 진동 데이터는 다양한 환경 요인에 의하여 발생될 수 있는 진동 신호가 될 수 있다. 또는 다양한 오작동 데이터가 될 수 있다. 그리고 비교 결과에 따라 일정한 오차 범위 내에서 매칭이 되는 데이터가 있는지 여부가 결정될 수 있다(P36). 만약 매칭이 되는 데이터가 있다면 제어 유닛에서 매칭 데이터에 기초하여 경보 발생 여부를 결정할 수 있다(P37). 그리고 필요에 따라 경보가 발생될 수 있다(P38).
다른 한편으로 매칭이 되는 데이터가 없다면(NO), 제어 유닛은 진동을 분석하고(P361) 경보 발생 여부를 판단할 수 있다(P37). 탐지 결과는 저장이 될 수 있고(P371) 그리고 이후 다시 진동 탐지 과정이 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 탐지 장치는 다양한 방법으로 작동이 될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
본 발명에 따른 발광식 오작동 탐지장치는 다양한 기계, 장치 또는 설비에 설치되어 작동 상태가 가시적으로 표시될 수 있도록 한다.

Claims (3)

  1. 탐지 대상에 탈부착이 가능한 장착 수단(11);
    장착 수단(11)에 고정되는 진동 전달 유닛(12);
    진동 전달 유닛(12)의 진동을 수신하여 분석하는 진동 센서 모듈(13);
    진동 센서 모듈(13)로부터 분석된 결과에 따라 작동되는 경보 발생 유닛(14);
    진동 센서 모듈(13)로부터 데이터를 전달받고 경보 발생 유닛의 작동 여부를 결정하는 제어 유닛;
    전력 공급을 위한 전원(S); 및
    보호 캡(H)을 포함하고,
    상기 진동 전달 유닛(12)은 장착 수단(11)의 진동을 전달할 수 있는 진동 전달 경로를 가지는 것을 특징으로 하는 진동 센서에 의한 발광식 오작동 탐지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 진동 전달 인자는 진동 전달 유닛(12)에 형성된 미리 결정된 탄성 계수를 가지는 경로가 되는 것을 특징으로 하는 진동 센서에 의한 발광식 오작동 탐지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 진동 센서 모듈(13)은 광섬유 진동 센서, 멤스 센서 또는 압전 진동 센서를 포함하고, 상기 센서는 탐지 대상에 직접 부착이 되거나 장착 수단(11)에서 발생된 진동을 전달 경로를 통하여 신호 형태로 수신하는 것을 특징으로 하는 발광식 오작동 탐지 장치.
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