KR100516980B1 - 소리에 의한 이상유무 판별장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소리에 의한 각종 기계 또는 생명체의 상태를 판별하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 특정 대상과 관련하여 발생하는 소리를 감지하여 해당 대상의 상태를 판별하는 소리에 의한 이상유무 판별장치에 있어서, 상기 특정 대상과 관련하여 발생하는 복수의 소리들을 사전에 수집하고, 상기 수집한 각각의 소리에 대해 음의 크기, 음의 고저, 음색 등의 특성을 디지털 데이터로 분리하고, 상기 분리된 복수의 소리들을 상기 특정 대상의 상태별 기준데이터로 저장하고 있는 기준소리 데이터 저장장치; 상기 특정 대상과 관련하여 발생하는 아날로그 소리들을 입력하는 소리입력기; 상기 입력된 아날로그 소리들을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기; 상기 디지털 변환된 입력 데이터를 높이, 크기, 및 음색 데이터로 분리하는 분리기; 상기 입력되어 분리된 상태소리 데이터를 상기 저장장치에 사전에 저장된 기준 데이터와 비교하는 비교기; 및 상기 비교기의 비교 결과에 따라 입력된 소리의 종류를 확인하여 상기 특정 대상의 상태를 판단하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 각종 기계 또는 생명체에서 이상 소리가 발생한 경우 사전에 조기에 감지하여 기계 보호 및 사고를 미연에 방지하거나 생명체의 질병을 조기에 예방할 수 할 수 있는 효과가 있다.

Description

소리에 의한 이상유무 판별장치{A Device And A Method For Discriminating Abnormal State By Sound}

본 발명은 소리에 의한 이상유무 판별장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 기계, 생명체 등이 내는 소리들이 상태에 따라 그 소리 고유의 특성이 각기 다르게 표현되는 것을 이용하여 사전에 이를 기계적으로 감지 및 판별하여 조기에 고장이나 질병을 예방하기 위한 것이다.

현대 사회는 많은 기계들, 예를 들면 자동차, 항공기 등을 이용하고 있으며, 이들을 관리하고 운전하는 전문가들이 활동하고 있다. 이러한 전문가들은 이들 기계들이 작동하는 소리만 듣고 그 이상유무를 판별하는 매우 감각적인 능력을 갖고 있다. 전문가들의 이 능력은 기계의 고장 예방에 매우 효과적이며 생명의 안전과 관련된 분야의 기계에서는 그 의미가 크다.

그러나, 이러한 전문가들은 많지 않은 실정이고 그러한 능력은 많은 경험에서 오는 것으로 많은 사람들에게 쉽게 전수할 수 있는 것도 아니다. 따라서, 일반인들은 안전과 관련된 기계들에 대해서는 전문가들에게 수시로 상태 유무를 확인해야 하는 번거롭고 불편한 문제가 이사회에는 존재하고 있다. 더구나, 이동이 가능한 기계들은 필요 시 이들을 전문가에게 가져갈 수 있으나, 가스 정압 시설과 같이 안전상 매우 중요하고 그 시설물이 매우 많은 곳에 산재하여 있는 경우에는 전문가가 항시 그곳을 지키면서 확인할 수 없어 그 전문가들이 전혀 소용없는 일이다.

또한, 사람은 신체의 상태가 비정상적이면 그 상태를 표현할 수 있으나, 동물들의 경우에는 의사를 표현할 수 없다. 이때, 동물들의 경우는 비정상적인 신체의 상태에 따라 정상 상태와 다른 소리를 내어 표현하거나 그 소리가 변화하는 것을 많은 경험을 가진 전문가나 동물들을 오랜 동안 길러온 사람들은 알 수 있으나 대부분의 일반인들은 알 수 없다. 마찬가지로, 이러한 전문가들은 사회에 많지 않기 때문에 그들의 능력은 실제 사회에서 충분히 활용되고 있지 못한 것이 사실이다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 각종 기계나 동물들을 다루는 전문가들의 소리를 통한 감각적 이상상태 판별 능력을 기계적으로 감지하여 이상상태를 판별할 수 있는 소리를 통한 이상상태 판별장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 특정 대상과 관련하여 발생하는 소리를 감지하여 해당 대상의 상태를 판별하는 소리에 의한 이상유무 판별장치에 있어서, 상기 특정 대상과 관련하여 발생하는 복수의 소리들을 사전에 수집하고, 상기 수집한 각각의 소리에 대한 음의 크기, 음의 고저, 음색 등의 특성을 디지털 데이터로 분리하고, 상기 분리된 복수의 소리들을 상기 특정 대상의 상태별 기준데이터로 저장하고 있는 기준소리 데이터 저장장치; 상기 특정 대상과 관련하여 발생하는 아날로그 소리들을 입력하는 소리입력기; 상기 입력된 아날로그 소리들을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기; 상기 디지털 변환된 입력 데이터를 높이, 크기, 및 음색 데이터로 분리하는 분리기; 상기 입력되어 분리된 상태소리 데이터를 상기 저장장치에 사전에 저장된 기준 데이터와 비교하는 비교기; 및 상기 비교기의 비교 결과에 따라 입력된 소리의 종류를 확인하여 상기 특정 대상의 상태를 판단하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 특정 대상이 가스 정압시설에 사용되는 가스배관인 경우, 상기 특정 대상의 상태가 상기 가스 정압시설에 사용되는 가스배관의 정상 압력 또는 이상 압력으로 구분되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 특정 대상의 상태를 신호로 변환하여 통신라인을 통해 원격지로 전송하여, 원격지에서 특정 대상의 상태를 판별하는 것이 좋다.

바람직하게, 상기 특정 대상의 상태별 기준데이터가 상기 비교기의 비교 시 저장장치에 저장되어 있지 않은 신규한 데이터로서 업데이트시키거나, 상기 판단결과를 표시하는 표시기를 더 포함하되, 표시기로는 여러 가지 소리를 발하는 경보기, 복수의 발광다이오드, 세븐세그먼트 중 어느 하나로 하는 것이 좋다.

본 발명의 다른 기술적 해결 수단은, 특정 대상과 관련하여 발생하는 소리를 감지하여 해당 대상의 상태를 판별하는 소리에 의한 이상유무 판별방법에 있어서, 상기 특정 대상과 관련하여 발생하는 복수의 소리들을 사전에 수집하여 각각의 소리에 대한 음의 크기, 음의 고저, 음색 등의 특성을 디지털 데이터로 분리하고, 상기 분리된 복수의 소리들을 상기 특정 대상의 상태별 기준데이터로 저장장치에 저장하는 단계; 상기 특정 대상과 관련하여 발생하는 아날로그 소리들을 입력하는 단계; 상기 입력된 아날로그 소리들을 디지털 데이터로 변환하는 단계; 상기 디지털 변환된 입력 데이터를 높이, 크기, 및 음색 데이터로 분리하는 단계; 상기 입력되어 분리된 상태소리 데이터를 상기 저장장치에 사전에 저장된 기준 데이터와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 입력된 소리의 종류를 확인하여 상기 특정 대상의 상태를 판단하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 장치 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 소리를 내는 대부분의 모든 기계와 생명체에 적용할 수 있는 것으로, 이하에서는 가스 정압 시설을 그 하나의 실시예로서 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 가스 정압 시설의 구조를 나타낸 것으로, 입력측 가스밸브(10)와 출력측 가스밸브(30) 사이에 설치되어 통상 1∼10Kg/㎠ 입력측 가스 압력을 230mmH₂O(0.023Kg/㎠) 정도의 출력측 가스압력으로 정압하고 가스 유량을 측정하는 가스 정압기(40), 입력측 및 출력측 가스 압력을 측정하는 압력 측정기(PT)(60), 가스 누설 검지기(GD), 상기 가스 압력 측정기(60) 및 가스유량 측정기(도시되지는 않았으나 정압기(40)에 설치됨)에 연결되어 각 측정값을 변환 처리하여 원격의 컴퓨터로 전송하는 측정값 처리회로(50)로 구성되어 있다. 이러한 가스 정압 시설은 가스 누설검출, 가스 압력 측정, 가스유량 검출 등의 기능을 하게 된다.

도 2는 전기신호선에 의해 각종 센서(60, GD 등)에 직결된 측정값 처리 회로(50)를 상세히 나타낸 것으로, 아날로그인 전기적 신호를 마이크로프로세서(54)가 처리할 수 있는 디지털 신호로 변환하는 데이터 변환부(51)와 데이터를 변환한 시간 태그를 붙이기 위한 시계 기능부(52), 변환한 데이터를 읽어 저장하기 위한 메모리장치(53)와 데이터를 수집하여 통계처리를 행할 컴퓨터(70)와의 통신을 위한 통신부(55)와 이러한 일련의 작업들을 처리하기 위한 두뇌역할의 마이크로프로세서(54)로 이루어져 있다.

상기 각종 센서(60, GD 등)는 상태 변화를 전기적인 값으로 변환시키는 역할을 담당한다. 이러한 상태변화를 전기적 신호로 바꾸어주는 센서는 예를 들면 포텐쇼미터(Potentiometer)로 시중에 다양한 제품들이 나와 있고, 가스 정압기로는 FISHER사의 가스 정압기 1098EGR가 이용되고 있다. 전기적인 아날로그 신호를 디지탈화시키는 데이터 변환부(51)는 8비트 혹은 12비트로 변환하여 마이크로프로세서(54)가 읽을 수 있도록 변환한다. 마이크로프로세서(54)는 읽어 들인 값에다 시계 기능부(52)에서 얻어지는 시간값을 추가하여 메모리 장치(53)에 저장한다. 이 때 데이터 변환부(51)에서는 정압기(40)가 설치된 후 기본적으로 공급되는 가스의 1차압력과 1차 온도, 그리고 정압기(40)를 통과한 2차압력과 2차 온도, 그리고 외기 온도등의 값들도 함께 변환하여 메모리장치(53)에 저장한다. 마이크로프로세서(54)는 메모리장치(53)에 저장된 시간과 인디케이트값을 비롯한 주변센서의 값들을 통신부(55)의 통신장치를 통하여 컴퓨터(70)로 전송한다. 통신부(55)에서 컴퓨터(70)로 전송하는 통신회선은 가장 일반적인 RS232신호를 이용하거나 다소 먼거리에서는 비접촉식으로 무선통신(RF)을 이용하거나 모뎀(MODEM)을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 도시가스 정압실에서 가장 보편적으로 사용되는 방법은 전용회선을 임대하여 전용선 모뎀으로 데이터를 실시간으로 전송하는 방법이다. 이와같이 본 발명에 의한 즉, 소리에 의한 이상유무 판별장치는 통신부(55)로부터 컴퓨터(70)로 데이터를 전송하게 되며, 이를 다시 원격지로 전송하여 원격지에서 특정 대상의 상태를 파악하도록 할 수 있다예를 들어, 어느 특정 지역에 마련되어 있는 다수개 가스 배관의 이상여부를 판단하기 위해 각각 소리에 의한 이상유무 판별장치를 장착하였을 경우 가스 배관 각각의 이상유무를 체크하려면 일일히 소리에 의한 이상유무 판별장치를 찾아다녀야 하게 된다. 이를 해결하기 위한 방법 중 하나는 각각의 데이터를 원격지, 즉 중앙센터와 같은 곳으로 전송하여 한 자리에서 모든 소리에 의한 이상유무 판별장치의 데이터를 취합, 체크하도록 하는 것이다. 이렇게 되면, 한 자리에서 어느 특정 지역에 마련되어 있는 다수개 가스 배관 각각의 이상유무를 알 수 있게 되어 즉시 그에 따른 조치를 취할 수 있게 되는 것이다.이외에도 계산에 의해 유량을 산출하기 위해서는 가스가 공급되는 1차측 배관의 크기와 가스가 토출되는 2차측 배관의 크기도 수식의 파라미터로 설정하게 된다.

그러나, 위에서 설명한 일반적인 가스 정압시설의 기능으로는 도로공사 등에 의해 가스배관의 손상으로 압력이 순간적으로 낮아지는 것을 알아내는 것은 거의 불가능하다. 왜냐하면, 이들 기능으로는 가스 압력이 낮아지는 것을 단순히 순간 가스 사용자가 많아 가스압력이 순간적으로 낮아지는 것으로만 판단할 수밖에 없기 때문이다. 본 발명은 이러한 파손에 의한 순간적인 가스 압력 저하를 소리로써 확인할 수 있다는 개념에서 얻어진 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 소리로 파손에 의한 순간적 가스 압력 이상 변화를 판별하는 과정을 나타내는 블록도로, 마이크폰과 같은 소리입력기(100), 입력된 소리의 잡음을 제거하기 위한 필터(101), 필터링된 아날로그 소리신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기(102), 디지털로 변환된 소리신호를 음의 크기, 음의 고저, 음색 등의 소리 특성을 가진 디지털 데이터로 분리하는 소리 데이터 분리기(103), 사전에 수집되어 분리된 소리 디지털 데이터를 저장하는 기준소리 데이터 저장장치(104), 입력되어 음의 크기, 음의 고저, 음색 등으로 분리된 디지털 상태소리 데이터와 기준소리 데이터 저장장치(104)의 기준소리를 비교하는 기준소리/상태소리 비교기(105), 상기 비교 결과에 따라 이상 상태임을 판단하는 마이크로 프로세서(도3에는 도시되지 않았으나, 도 2 및 도 5에 54로 도시됨), 상기 비교판단에 따라 이상 상태를 나타내는 결과는 모듈레이터(109: 모뎀에 해당됨) 및 디모듈레이터(110: 모뎀에 해당됨)를 포함하는 통신부(55)로 구성된다.

이러한 본 발명의 소리에 의한 이상유무 판별장치(200)는 도 5에 나타낸 바와 같이 가스 정압 시설에 사용되어 도로공사 등에 의해 가스 배관이 파손되었을 때 이상유무를 조기에 확인하고, 위험 상황을 사전에 예방할 수 있다.

이하, 본 발명의 소리에 의한 이상유무를 판별하는 동작을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 소리는 음의 고저, 음의 크기, 음색 등의 요소로 크게 구분되는데, 특정 대상의 상태에 따라 각각 음의 고저, 음의 크기, 음색 등이 다르게 나타난다.

음의 고저는 물리적으로는 청각기를 자극한 소리가 포함하고 있는 기음의 주파수가 이에 대응하며, 기음의 주파수가 높을수록 소리의 높이도 높다.

음의 크기는 청각기에 들어오는 소리의 세기 즉 음압에 의해서 결정되지만, 청각기의 감도(感度)는 주파수에 따라 다르므로 소리의 감각상의 크기와 음압과의 관계는 대단히 복잡하다. 이 때문에 음향학에서는 소리의 감각적인 크기를 소리의 크기(loudness)라 한다.

같은 높이, 같은 크기의 소리라도 발음체의 종류가 다르면 소리의 질이 다르다. 또 같은 종류의 발음체라도 주의해서 들으면, 각각의 발음체에서 나오는 소리에는 그 발음체 고유의 특징이 있다. 이런 소리의 개성을 음색이라고 한다. 즉 소리의 높이는 주로 그 소리의 기음의 주파수에 의해서 결정되지만, 상음의 구성이 다르면 같은 높이라도 음색의 차이로 이를 분간할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서는 도 4a에 나타낸 바와 같이 사전에 특정 대상의 상태에 따른 소리들을 수집하여 필터링한다. 도 4a에서 잡음(Noise)을 제거하면 아래와 같은 정현 파를 얻을 수 있다. 계속해서, 디지털 데이터로 변환하고, 음의 고저, 음의 크기, 음색으로 분리하고, 이를 기준소리 데이터 저장장치(104)에 저장하게 된다.

다음에, 입력된 특정 대상의 소리를 필터링하고, 디지털 데이터로 변환하고, 음의 고저, 음의 크기, 음색으로 분리하여 상기 저장된 기준소리 데이터와 비교하여 입력된 소리 데이터로부터 특정 대상의 상태를 판별하게 된다. 예를 들면 도 4b에 나타낸 바와 같이 순간적으로 음의 크기가 변화하여 기준데이터의 크기와 일정 범위의 차이를 나타내게 되면 예를 들면 가스배관의 파손을 나타내는 것으로 사전에 설정할 수 있다. 마찬가지로, 도 4c에 나타낸 바와 같이 음색이 전혀 다른 소리, 예를 들면 주변을 지나가는 자동차 소리나 굴착기 등에서 나는 소리가 입력되어 기준소리 데이터와 비교될 수 있다. 또한, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 소리의 고저, 즉 주파수가 다른 소리가 입력되어 기준소리 데이터와 비교될 수 있다.

이때, 상기 마이크로프로세서(54)는 입력된 소리를 기준소리 데이터와 비교하여 소리를 내는 대상의 상태를 판단을 할 수 있도록 프로그래밍되어야 한다. 예를 들면, 도 4b와 같이 유사한 음의 고저와 음색을 갖고 부분적으로 음의 크기가 일정범위를 벗어나서 나타날 경우 가스배관의 파손으로 판단하도록 하여 그 값을 출력하도록 할 수 있다. 이러한 출력값은 정압기 시설내에 별도의 표시기, 예를 들면 LCD표시장치, 세븐세그먼트, 발광다이오드, 소리경보기 등에 전달되어 이상유무를 표시하게 할 수 있다. 물론, 전술한 구성에 나타낸 바와 같이 통신부(55)를 통해 이들 출력값을 원격지로 전송하여 특정 대상의 상태를 확인할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

상술한 실시예에서는 본 발명의 소리에 의한 이상유무 판별장치를 가스 배관 이상유무 판별에 적용하였지만, 이러한 개념은 동일한 방법으로 자동차, 항공기 등 기계의 고장, 가축이나 애완용 동물의 질병 유무를 판단하는 데에 이용할 수 있다. 물론, 특정분야에 사용하기 위해서는 사전에 기준 데이터를 충분히 수집하여 기준소리 데이터 저장장치에 충분히 많은 데이터를 확보하는 것이 중요하다.

따라서, 지금까지 설명한 구성은 실제 설계된 실시예를 나타내는 것으로, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 각종 기계 또는 생명체에서 이상 소리가 발생한 경우 사전에 조기에 감지하여 기계 보호 및 사고를 미연에 방지하거나 생명체의 질병을 조기에 예방할 수 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 가스 정압 시설의 구조를 나타내는 도,

도 2는 도 1에서 가스 정압 시설의 각종 상태를 측정하는 회로도를 나타내는 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 소리 검지를 통한 처리 시스템 블록도,

도 4a 내지 4d는 각각의 상태에 따른 소리의 음의 크기를 나타내는 파형도, 및

도 5는 본 발명의 소리에 의한 이상유무 판별 장치가 적용된 것을 나타내는 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 입력측 밸브 20: 정압기측 밸브

30: 출력측 밸브 40: 정압기

50: 측정값 처리회로 60: 가스압력 측정기

100: 소리입력기 101: 필터

102: A/D 변환기 103: 소리 데이터 분리기

104: 기준소리 데이터 저장장치 105: 기준소리/상태소리 비교기

Claims (8)

1. 특정 대상과 관련하여 발생하는 복수의 소리들을 사전에 수집하고 상기 수집한 각각의 소리에 대한 음의 크기와 고저 및 음색 등의 특성을 디지털 데이터로 분리하며, 상기 분리된 복수의 소리들을 상기 특정 대상의 상태별 기준데이터로 저장하고 있는 기준소리 데이터 저장장치와, 상기 특정 대상에 관련하여 발생하는 소리를 입력하는 소리입력기와, 상기 입력된 소리를 디지털 데이터 변환하는 A/D 변환기와, 상기 변환된 입력 데이터를 높이, 크기, 음색 데이터로 분리하는 분리기와, 상기 분리된 입력 데이터를 상기 기준소리 데이터 저장자치에 저장된 기준 데이터와 비교하는 비교기와, 상기 비교기의 비교 결과에 따라 입력된 소리의 종류를 확인하여 상기 특정 대상의 상태를 판단하는 마이크로프로세서를 포함하고,

   상기 마이크로프로세서로부터 판단된 상기 특정 대상의 상태를 통신라인을 통해 원격지로 전송하여, 원격지에서 특정 대상의 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 소리에 의한 이상유무 판별장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 특정 대상이 가스 정압시설에 사용되는 가스배관이고, 상기 특정 대상의 상태는 상기 가스 정압시설에 사용되는 가스 배관의 압력상태인 것을 특징으로 하는 소리에 의한 이상유무 판별장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 특정 대상의 상태별 기준데이터가 상기 비교기의 비교 시 저장장치에 저장되어 있지 않은 신규한 데이터로서 업데이트된 것을 특징으로 하는 소리에 의한 이상유무 판별장치.
7. 삭제
8. 삭제