KR101037295B1 - Acoustic emission sensor using energy harvesting - Google Patents

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Abstract

미소한 음향신호(탄성파)를 검출 및 증폭하고, 이를 무선신호로 변환하여 송출하는 무선 음향방출센서에서 자가발전(Energy harvesting)에 의해 전원 공급이 이루어지도록 한 자가발전 구동용 음향방출센서가 개시된다.Disclosed is a self-powered acoustic emission sensor for power generation by energy harvesting in a wireless acoustic emission sensor that detects and amplifies a small acoustic signal (elastic wave), converts it into a wireless signal, and transmits the same. .

개시된 자가발전 구동용 음향방출센서는, 측정 대상물에서 발생한 음향방출 신호를 검출하고, 그 검출한 음향방출신호를 기반으로 음향방출 감지신호와 전원용 전류 원을 출력하는 신호감지 및 전원 발생기와; 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 음향방출신호를 증폭하는 증폭기와; 증폭한 음향방출 신호를 신호처리하여 출력하는 신호 처리기; 신호처리기에서 출력된 음향방출 신호를 무선신호로 변환하여 송신하는 통신모듈; 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 전류 원을 직류 전원으로 변환하고, 충전한 후 상기 증폭기와 신호처리기 및 통신모듈에 구동용 전원을 공급해주는 전원 충전부를 구비하고, 자가발전을 통해 음향방출센서에 구동용 전원을 공급해줌으로써, 내장 배터리의 사용에 따르는 교체의 불편함을 해소하고, 기존 무선 음향방출센서에 내장된 배터리를 제거할 수 있어, 음향방출센서의 경량화 및 소형화가 가능해지는 것이다.The disclosed self-powered acoustic emission sensor includes: a signal detection and power generator for detecting an acoustic emission signal generated from a measurement object and outputting an acoustic emission detection signal and a current source for power supply based on the detected acoustic emission signal; An amplifier for amplifying the acoustic emission signal output from the signal detection and power generator; A signal processor for signal-processing and outputting the amplified acoustic emission signal; A communication module for converting the acoustic emission signal output from the signal processor into a wireless signal and transmitting the converted signal; It converts the current source output from the signal detection and the power generator into a DC power supply, and after charging the power supply unit for supplying the driving power to the amplifier, the signal processor and the communication module, and to the acoustic emission sensor through self-generation By supplying the driving power, the inconvenience of replacement due to the use of the built-in battery can be eliminated, and the battery built in the existing wireless acoustic emission sensor can be removed, thereby making it possible to reduce the weight and size of the acoustic emission sensor.

자가발전, 음향방출센서, 소형화, 압전 Self-Generation, Acoustic Emission Sensor, Miniaturization, Piezoelectric

Description

자가발전 구동용 음향방출센서{Acoustic emission sensor using energy harvesting}Acoustic emission sensor using energy harvesting

본 발명은 미소한 음향신호(탄성파)를 검출 및 증폭하고, 이를 무선신호로 변환하여 송출하는 무선 음향방출센서에서 자가발전(Energy harvesting)에 의해 전원 공급이 이루어지도록 한 자가발전 구동용 음향방출센서에 관한 것이다.The present invention provides a self-powered driving acoustic emission sensor for power supply by energy harvesting in a wireless acoustic emission sensor that detects and amplifies a small acoustic signal (elastic wave) and converts it into a wireless signal. It is about.

음향방출(AE: Acoustic Emission)은 고체 내부에 국부적으로 형성되었던 변형 에너지가 급격히 방출될 때에 발생하는 응력파를 말하나, 이와 같은 물리적 현상 자체는 물론 이를 이용한 시험방법까지도 포함하는 넓은 의미로 쓰인다. 즉 음향방출(AE)은 일정의 비파괴시험법으로 재료 또는 구조물 내부에 존재하는 균열 진전, 손상 등에 의해 발생하는 탄성파(초음파 영역)를 AE 센서로 감지하여 평가하는 기술을 의미하기도 한다.Acoustic emission (AE) refers to the stress wave generated when the strain energy that is locally formed inside the solid is rapidly released, but it is used in a broad sense including not only the physical phenomenon but also the test method using the same. That is, acoustic emission (AE) refers to a technique for detecting and evaluating an acoustic wave (ultrasound region) generated by crack propagation, damage, etc. existing in a material or structure by a non-destructive test method.

이러한 AE 신호를 효율적으로 포착하고 처리하기 위한 기존의 AE 장치는, 그 목적과 그에 따른 처리 및 기록방법에 따라, 소형의 이동 가능한 것부터 컴퓨터로 처리되는 수십 채널짜리 대형 장비에 이르기까지 다양하다. 기존의 AE 장치의 구성 의 일 예로 압전소자(PZT: Piezoelectric sensor)로 구성되어 음향방출 감지하는 AE 센서 및 AE 센서의 출력(미세 전압)을 증폭하는 프리앰프(전치 증폭기)를 케이블 등을 사용하여 측정 장비인 AE 전용장비에 연결하여 사용하였다. 이러한 기존의 AE 장치의 구성은 시험실에서는 용이하게 설치되어 사용될 수 있으나, 실제 현장에 설치되어 사용될 때 불편한 점이 있었다.Existing AE devices for efficiently capturing and processing such AE signals range from small portables to large equipments of several tens of channels processed by computers, depending on the purpose and the processing and recording method thereof. For example, a piezoelectric (PZT) piezoelectric element (PZT) is used to configure an AE device and a preamplifier (amplifier) that amplifies the output (fine voltage) of the AE sensor using a cable. It was used in connection with AE dedicated equipment, a measuring equipment. The configuration of the existing AE device can be easily installed and used in the test room, but it was inconvenient when it was actually installed and used in the field.

현장 적용이 용이한 기존의 AE 장치로 AE 센서 및 프리앰프를 한 센서모듈 안에 결합한 통합형 AE 센서가 있다. 그러나 이러한 통합형 AE 센서는 외부로부터 전원을 공급받기 위해 별도의 케이블이 필요하며, 또한 측정 장비인 AE 전용장비에 케이블을 연결해야 하는 문제점이 있었다.An existing AE device that is easy to apply in the field is an integrated AE sensor that combines an AE sensor and a preamplifier in one sensor module. However, such an integrated AE sensor requires a separate cable to receive power from the outside, and also has a problem in that a cable must be connected to the AE-only device, which is a measurement device.

이러한 문제점을 개선하기 위해서 종래에 제안된 음향방출센서의 일 예가 도 1에 개시된다.An example of a conventional acoustic emission sensor is disclosed in FIG. 1 to solve this problem.

도 1을 참조하면, 최근에 개발된 음향방출센서(10)는, 측정 대상물에서 발생한 음향방출 신호를 검출하는 신호감지기(11); 상기 검출한 음향방출 신호를 증폭하는 증폭기(12); 상기 증폭한 음향방출 신호를 신호처리하여 출력하는 신호 처리기(13); 상기 신호처리기(13)에서 출력된 음향방출 신호를 무선신호로 변환하여 수신기로 송신하는 통신모듈(14); 내장된 배터리(16)의 전원을 이용하여 상기 신호감지기(11)와 증폭기(12)와 신호처리기(13) 및 통신모듈(14)에 구동용 전원을 공급하는 전원 공급기(15)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the recently developed acoustic emission sensor 10 includes a signal detector 11 for detecting an acoustic emission signal generated from a measurement object; An amplifier 12 for amplifying the detected acoustic emission signal; A signal processor 13 for processing and outputting the amplified sound emission signal; A communication module 14 for converting an acoustic emission signal output from the signal processor 13 into a radio signal and transmitting the radio signal to a receiver; The power supply 15 is configured to supply driving power to the signal detector 11, the amplifier 12, the signal processor 13, and the communication module 14 by using the power of the built-in battery 16.

이와 같이 구성된 종래 음향방출센서는, 전원 공급기(15)에서 내장된 배터리(16)의 전원을 이용하여 음향방출센서를 구성하는 각 부품에 구동용 전원을 공급 해주는 방식으로서, 별도의 전원 케이블을 사용하지 않게 되므로, 설치나 취급의 편의성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The conventional acoustic emission sensor configured as described above is a method of supplying driving power to each component constituting the acoustic emission sensor using the power of the battery 16 built in the power supply 15, and using a separate power cable. Since it does not, there is an advantage that can improve the convenience of installation and handling.

반면, 내장 배터리를 사용하기 때문에 교체를 해주어야 하는 불편함이 있었다. 교체의 불편함을 해소하기 위한 방법으로 대용량 배터리를 사용할 수 있으나, 이경우 전체적인 음향방출센서의 사이즈가 커지는 문제가 발생하며, 이로 인해 측정 대상물에 좋지 않은 영향을 미치는 단점을 유발한다.On the other hand, since the internal battery is used, it has to be replaced. A large-capacity battery can be used as a method to solve the inconvenience of replacement, but in this case, a problem arises in that the size of the overall acoustic emission sensor increases, which causes a disadvantage of adversely affecting the measurement object.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 음향방출센서에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,Accordingly, the present invention has been proposed to solve various problems occurring in the conventional acoustic emission sensor as described above.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미소한 음향신호(탄성파)를 검출 및 증폭하고, 이를 무선신호로 변환하여 송출하는 무선 음향방출센서에서 자가 발전(Energy harvesting)에 의해 전원 공급이 이루어지도록 한 자가발전 구동용 음향방출센서를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is a self-power generation so that power is supplied by energy harvesting in a wireless acoustic emission sensor that detects and amplifies a small acoustic signal (elastic wave), converts it into a wireless signal, and sends it out. An acoustic emission sensor for driving is provided.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 음향방출센서 자체적으로 별도의 내장 배터리를 사용하지 않으면서도 자가 전원 공급이 이루어지도록 음향방출센서를 구현함으로써, 영구적인 사용이 가능토록 함과 아울러 음향방출센서의 크기를 소형화, 경량화할 수 있도록 한 자가발전 구동용 음향방출센서를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to implement the acoustic emission sensor so that the self-power supply is made without using a separate built-in battery itself, so that the permanent use is possible and the size of the acoustic emission sensor The present invention provides an acoustic emission sensor for self-powered driving that can be miniaturized and lightweight.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 "자가발전 구동용 음향방출센서"의 바람직한 실시 예는,A preferred embodiment of the "self-powered driving acoustic emission sensor" according to the present invention for achieving the above technical problem,

측정 대상물에서 발생한 음향방출 신호를 검출하고, 그 검출한 음향방출신호를 기반으로 음향방출 감지신호와 전원용 전류 원을 출력하는 신호감지 및 전원 발생기와;A signal detection and power generator for detecting an acoustic emission signal generated in the measurement object and outputting an acoustic emission detection signal and a current source for power supply based on the detected acoustic emission signal;

상기 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 음향방출신호를 증폭하는 증폭기와;An amplifier for amplifying the acoustic emission signal output from the signal detection and power generator;

상기 증폭한 음향방출 신호를 신호처리하여 출력하는 신호 처리기;A signal processor for signal-processing and outputting the amplified sound emission signal;

상기 신호처리기에서 출력된 음향방출 신호를 무선신호로 변환하여 송신하는 통신모듈; 및A communication module for converting an acoustic emission signal output from the signal processor into a radio signal and transmitting the radio signal; And

상기 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 전류 원을 직류 전원으로 변환하여 충전한 후 상기 증폭기와 신호처리기 및 통신모듈에 구동용 전원을 공급해주는 전원 충전부를 포함한다.And a power charging unit for supplying driving power to the amplifier, the signal processor, and the communication module after charging by converting the current source output from the signal sensing and power generator into DC power.

또한, 상기 신호감지 및 전원 발생기는 측정 대상물로부터 발생한 진동을 음향방출신호로 감지함과 동시에 전원용 전류 원으로 출력해주는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the signal detection and power generator is characterized in that it comprises a piezoelectric element for detecting the vibration generated from the measurement object as an acoustic emission signal and at the same time output as a current source for power.

바람직하게 상기 전원 충전부는, 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 발생한 전원용 전류 원을 필터링하는 필터와; 상기 필터를 통과한 전원을 정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류기와; 상기 정류기의 출력 전압을 저장하며, 그 저장한 전압을 구동용 전압으로 공급해주는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the power charging unit includes a filter for filtering a current source for power generated by the signal detection and power generator; A rectifier for rectifying the power passing through the filter and outputting the DC voltage; And a capacitor that stores the output voltage of the rectifier and supplies the stored voltage as a driving voltage.

더욱 바람직하게 상기 전원 충전부는, 상기 커패시터에서 충전된 전압을 재차 충전하기 위한 대용량 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the power charger further comprises a large capacity capacitor for recharging the voltage charged in the capacitor.

더욱 바람직하게 상기 전원 충전부는, 상기 커패시터에서 충전된 전압을 재차 충전하기 위한 박막 필름 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the power charger further comprises a thin film battery for recharging the voltage charged in the capacitor.

본 발명에 따른 자가발전 구동용 음향방출센서에 의하면, 자가발전을 통해 음향방출센서에 구동용 전원을 공급해줌으로써, 내장 배터리의 사용에 따르는 교체의 불편함을 해소할 수 있는 장점이 있다.According to the acoustic emission sensor for self-generation driving according to the present invention, by supplying the driving power to the acoustic emission sensor through self-generation, there is an advantage that can be eliminated the inconvenience of replacement according to the use of the built-in battery.

또한, 자가발전을 통해 음향방출센서에 구동용 전원을 공급해줌으로써, 기존 무선 음향방출센서에 내장된 배터리를 제거할 수 있어, 음향방출센서의 경량화 및 소형화를 도모해주는 장점이 있다.In addition, by supplying driving power to the acoustic emission sensor through the self-power generation, it is possible to remove the battery built in the existing wireless acoustic emission sensor, there is an advantage to reduce the weight and miniaturization of the acoustic emission sensor.

또한, 기존 무선 음향방출센서에 내장된 배터리의 제거로 음향방출센서의 경량화 및 소형화가 가능하므로, 무선 음향방출센서를 측정 대상물에 설치할 경우 설치의 편리함을 도모해주는 장점이 있다.In addition, since the light emission and miniaturization of the sound emission sensor can be achieved by removing the battery included in the existing wireless sound emission sensor, the wireless sound emission sensor can be conveniently installed when the object is measured.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다 음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

<실시 예1>Example 1

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 "자가발전 구동용 음향방출센서(100)"의 구성을 도시한 블록도로서, 신호감지 및 전원발생기(110), 전원 충전부(120), 증폭기(130), 신호 처리기(140), 통신 모듈(150)을 포함한다.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of "self-powered driving acoustic emission sensor 100" according to an embodiment of the present invention, the signal detection and power generator 110, power charging unit 120, amplifier 130 ), A signal processor 140, and a communication module 150.

이러한 자가발전 구동용 음향방출센서(100)는 전원 공급 수단으로서 기존과 같이 별도의 교체용 배터리를 사용하지 않으며, 자가발전(energy harvesting)을 통해 전원을 공급받도록 함으로써, 영구적인 자체전원 내장형 음향방출센서를 구현하게 되며, 아울러 기존과 같이 배터리 교체에 따른 불편함을 해소하게 된다.The self-powered driving acoustic emission sensor 100 does not use a separate replacement battery as a power supply means, and receives power through self harvesting, thereby providing permanent self-powered acoustic emission. The sensor will be implemented, and the inconvenience of replacing the battery will be eliminated as before.

신호감지 및 전원발생기(110)는 측정 대상물에서 발생한 음향방출 신호를 검출하고, 그 검출한 음향방출신호를 기반으로 음향방출 감지신호와 전원용 전류 원을 출력하는 기능을 수행한다.The signal detection and power generator 110 detects an acoustic emission signal generated from the measurement object and outputs an acoustic emission detection signal and a current source for power based on the detected acoustic emission signal.

이러한 신호감지 및 전원 발생기(110)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 측정 대상물로부터 발생한 진동을 음향방출신호로 감지함과 동시에 전원용 전류 원으로 출력해주는 압전소자(piezoelectric module)(111)로 구현하는 것이 바람직하다.The signal detection and power generator 110, as shown in Figure 3, is implemented as a piezoelectric module (111) that detects the vibration generated from the measurement object as an acoustic emission signal and outputs it as a current source for power supply It is desirable to.

증폭기(130)는 상기 신호감지 및 전원 발생기(110)에서 출력된 음향방출신호를 증폭하는 기능을 수행하는 것으로서, 일반적인 연산증폭기(OP앰프)를 사용하는 것이 바람직하다.The amplifier 130 performs a function of amplifying the acoustic emission signal output from the signal detection and power generator 110, and it is preferable to use a general operational amplifier (OP amplifier).

신호 처리기(140)는 상기 증폭한 음향방출 신호를 신호처리하여 출력하는 기능을 수행하는 것으로서, 신호 처리용 프로세서로 구현하는 것이 바람직하고, 부가적으로 내부에 메모리와 실시간 클록(RTC) 발생기를 구비하는 것이 바람직하다.The signal processor 140 performs a function of signal processing and outputting the amplified sound emission signal, preferably implemented as a signal processing processor, and additionally includes a memory and a real time clock (RTC) generator therein. It is desirable to.

통신모듈(150)은 상기 신호처리기(140)에서 출력된 음향방출 신호를 무선신호로 변환하여 송신하는 기능을 수행하는 것으로서, 근거리 무선통신인 지그비(Zigbee) 통신, 블루투스 통신 등의 사용이 가능하며, 고주파 신호의 사용도 가능하다. 또한, 통신모듈(150)은 다른 음향 방출센서로부터 전송된 신호를 수신하여 상기 수신기로 중계해주는 무선 중계기의 역할도 가능하다.The communication module 150 converts the sound emission signal output from the signal processor 140 into a radio signal and transmits the radio signal. The communication module 150 may use Zigbee communication, Bluetooth communication, etc., which is short-range wireless communication. It is also possible to use high frequency signals. In addition, the communication module 150 may serve as a wireless repeater that receives a signal transmitted from another acoustic emission sensor and relays the signal to the receiver.

전원 충전부(120)는 상기 신호감지 및 전원 발생기(110)에서 출력된 전류 원을 직류 전원으로 변환하고, 충전한 후 상기 증폭기(130)와 신호처리기(140) 및 통신모듈(150)에 구동용 전원을 공급해주는 기능을 수행한다.The power charging unit 120 converts the current source output from the signal sensing and power generator 110 into DC power and charges the driving unit 130 to drive the amplifier 130, the signal processor 140, and the communication module 150. It performs the function of supplying power.

이러한 전원 충전부(120)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 신호감지 및 전원 발생기(110)에서 발생한 전원을 필터링하는 필터(121)와; 상기 필터(121)를 통과한 전원을 전파정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류기(122)와; 상기 정류기(122)의 출력 전압을 저장하며, 그 저장한 전압을 구동용 전압으로 공급해주는 커패시터(C)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the power charger 120 includes a filter 121 for filtering power generated from the signal detection and power generator 110; A rectifier 122 for full-wave rectifying the power passing through the filter 121 and outputting the DC voltage; And a capacitor C for storing the output voltage of the rectifier 122 and supplying the stored voltage as a driving voltage.

바람직하게 상기 전원 충전부(120)는, 상기 커패시터(C)에서 충전된 전압을 재차 충전하기 위한 대용량 커패시터(123)를 더 포함하며, 더욱 바람직하게는 상기 대용량 커패시터(123) 대용으로 커패시터(C)에서 충전된 전압을 재차 충전하기 위한 박막 필름 배터리를 사용할 수도 있다.Preferably, the power charging unit 120 further includes a large capacity capacitor 123 for recharging the voltage charged in the capacitor C, and more preferably, the capacitor C may be substituted for the large capacity capacitor 123. In addition, a thin film battery for recharging the charged voltage at may be used.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 "자가발전 구동용 음향방출센서(100)"는, 신호감지 및 전원 발생기(110)에서 측정 대상물에서 발생한 음향방출 신호를 검출하게 된다. 여기서 음향방출은 주지한 바와 같이 고체상태의 재료가 소성변형이나 파괴될 때 발생하는 탄성 에너지가 음파의 형태로 고체를 통해 전송되는 파이다. 이러한 음향방출을 감지하기 위해, 외부에서 충격이 가해지면 전하가 발생하는 압전 효과를 이용한 압전소자(PZT)(111)를 이용할 수 있으며, 이러한 압전소자(111)를 이용하여 신호감지 및 전원 발생기(110)는 음향방출 신호가 검출되면 미소한 전하를 출력한다.The "self-powered driving acoustic emission sensor 100" according to the preferred embodiment of the present invention configured as described above detects the acoustic emission signal generated from the signal detection and the measurement target in the power generator 110. Herein, acoustic emission is a wave in which elastic energy generated when plastic material is deformed or destroyed in a solid state is transmitted through the solid in the form of sound waves. In order to detect the acoustic emission, a piezoelectric element (PZT) 111 using a piezoelectric effect, in which an electric charge is generated when an external shock is applied, may be used, and using the piezoelectric element 111, a signal sensing and a power generator ( 110 outputs a small charge when an acoustic emission signal is detected.

증폭기(130)는 상기 신호감지 및 전원 발생기(110)에서 검출한 음향방출 신호를 증폭하여 신호 처리기(140)에 전달한다. 통상 증폭기(130)는 전치 증폭기로서 OP앰프가 사용되며, 증폭 이득 범위가 40-60dB정도는 유지하는 것이 바람직하다.The amplifier 130 amplifies and transmits the acoustic emission signal detected by the signal detection and power generator 110 to the signal processor 140. In general, the amplifier 130 uses an op amp as a preamplifier, and preferably maintains an amplification gain range of about 40 to 60 dB.

신호 처리기(140)는 상기 증폭기(130)에서 증폭한 음향방출 신호를 신호처리하여 음향방출 신호로 통신 모듈(150)에 출력하는 기능을 수행한다. 이러한 신호 처리기(140)는 도면에는 도시하지 않았지만, 통상 검출한 음향방출 데이터(산출한 지속시간, 실시간 데이터, 검출한 카운트 값)를 저장하기 위한 메모리, 실시간 클록(RTC)을 발생하는 실시간 클록 발생기, 검출한 음향방출 신호를 디지털 신호로 변환을 하여 통신 모듈(150)에 제공하는 제어모듈을 구비하는 것이 바람직하다.The signal processor 140 performs a function of signal processing the acoustic emission signal amplified by the amplifier 130 and outputting the acoustic emission signal to the communication module 150 as an acoustic emission signal. Although not shown in the drawing, such a signal processor 140 typically includes a memory for storing detected acoustic emission data (calculated duration, real time data, detected count value), and a real time clock generator for generating a real time clock (RTC). It is preferable to include a control module for converting the detected acoustic emission signal into a digital signal to provide to the communication module 150.

실시간 클록 발생기는 실시간 클록 정보를 제어모듈에 제공한다. 제어모듈은 실시간 클록 발생기에서 제공한 실시간 클록 정보를 기초로 내부 카운터의 첫 카운트 발생 시점의 시간 및 마지막 카운트 발생 시점의 시간을 검출하여, 실시간 데이 터를 산출한다. 또한, 제어모듈은 실시간 클록 정보를 기반으로 카운터가 카운트를 수행하는 매 시점에 대한 실시간 데이터를 산출할 수도 있다.The real time clock generator provides real time clock information to the control module. The control module detects the time of the first count generation time and the time of the last count generation time of the internal counter based on the real time clock information provided by the real time clock generator, and calculates real time data. In addition, the control module may calculate real-time data for every time the counter performs a count based on real-time clock information.

메모리는 제어모듈이 산출한 지속시간, 실시간 데이터 및 검출한 카운트 값을 저장한다. 메모리에 저장되는 지속시간, 실시간 데이터 및 검출한 카운트 값은 그 발생 시점에 따라 연관되어 저장된다.The memory stores the duration, real time data and the detected count value calculated by the control module. The duration, real time data and the detected count value stored in the memory are associated and stored according to the time of occurrence.

제어모듈은 내부에 비교기와 카운터를 구비하는 것이 바람직하다. 비교기는 증폭기(130)에서 증폭한 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 비교기는 증폭기(130)가 증폭한 신호를 필요에 따라 소정의 범위 내의 주파수로 샘플링하고, 샘플링된 진폭을 소정의 비트의 디지털 신호로 변환한다. 여기서 소정의 범위는 측정 대상물과 산출방법 등 필요에 따라 정해 질 수 있으며, 예를 들어 1MHz에서 10MHz 범위 내의 주파수로 샘플링될 수 있고, 소정의 비트 또한 필요에 따라 정해지며 일 예로 12비트일 수 있다.The control module preferably has a comparator and a counter therein. The comparator converts the signal amplified by the amplifier 130 into a digital signal. In more detail, the comparator samples the signal amplified by the amplifier 130 to a frequency within a predetermined range as needed, and converts the sampled amplitude into a digital signal of a predetermined bit. In this case, the predetermined range may be determined according to needs, such as a measurement object and a calculation method. For example, the predetermined range may be sampled at a frequency within a range of 1 MHz to 10 MHz. .

그리고 카운터는 비교기가 변환한 디지털 신호를 카운트한다. 여기서 카운터는 12비트 카운트가 사용되는 것이 바람직하다. 카운터는 비교기가 필터링한 구형파를 카운트하여 카운트 값을 산출한다. 일 예로 카운터는 비교기가 필터링한 구형파가 입력될 때마다 카운트 값을 1씩 증가시켜 카운트 값을 산출할 수 있다.The counter counts the digital signal converted by the comparator. Here, the counter preferably uses a 12 bit count. The counter counts square waves filtered by the comparator and calculates a count value. For example, the counter may calculate the count value by increasing the count value by one each time the square wave filtered by the comparator is input.

제어모듈은 상기 카운터의 출력 값을 음향방출 신호로 메모리에 저장하고, 음향방출 발생 시점 및 종료 시점 시간 데이터, 음향방출 지속 시간 등의 정보를 산출하여 메모리에 저장하며, 음향방출 신호(음향방출 데이터)를 실시간으로 통신 모듈(150)에 전달한다. The control module stores the output value of the counter as a sound emission signal in a memory, calculates and stores information such as sound emission time and end time data, sound emission duration, and the like in the memory, and emits the sound emission signal (acoustic emission data). ) Is transmitted to the communication module 150 in real time.

통신모듈(150)은 상기 신호처리기(140)에서 출력된 음향방출 신호(음향방출 데이터)를 무선신호로 변환하여 송신하는 기능을 수행한다. The communication module 150 converts the sound emission signal (sound emission data) output from the signal processor 140 into a wireless signal and transmits the converted signal.

즉, 통신모듈(150)은 신호처리기(140)가 산출한 지속시간 및 검출한 카운트 값을 무선신호로 만들어 원격에 위치한 수신장치에 전송한다. 또한, 통신모듈(150)은 신호처리기(140)가 산출한 실시간 데이터를 전송한다. 예를 들어, 지속시간, 카운트 값 및 실시간 데이터를 측정 장비인 AE 전용장비로 무선으로 전송할 수 있다.That is, the communication module 150 converts the duration calculated by the signal processor 140 and the detected count value into a wireless signal, and transmits the result to a receiving device located remotely. In addition, the communication module 150 transmits real time data calculated by the signal processor 140. For example, the duration, count value and real-time data can be transmitted wirelessly to the AE dedicated device, which is a measurement device.

바람직하게 통신모듈(150)은 근거리 무선통신인 지그비(Zigbee) 통신, 블루투스 통신 등의 사용이 가능하며, 다른 방법으로는 RF통신도 가능하다. Preferably, the communication module 150 may use Zigbee communication, Bluetooth communication, or the like, which is short-range wireless communication. Alternatively, the communication module 150 may also use RF communication.

지그비(Zigbee)는 IEEE 802.15.4 표준을 다양한 산업응용에 사용하기 위해 제정중인 표준으로, 가정/사무실 등의 무선 네트워킹에서 10 ~ 100m 내외의 근거리 통신과 최근 주목받는 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 기술이다. 지그비(Zigbee)는 무선통신 분야에서 802.11이나 802.15와는 달리 단순기능이 요구되는 매우 작은 크기, 저전력, 저가격 무선 통신 규약이다. 이에 따라 본 발명에 따른 자가발전 구동용 음향방출센서는 무선으로 신속하고 안전하게 음향방출 신호를 송신할 수 있고, 송신을 위한 전력 소모가 최소화되고, 무선 통신을 위한 별도의 통신장비를 설치하고 연결할 필요가 없어 설치 및 관리가 용이한 효과가 있다.Zigbee is a standard that is being used to use the IEEE 802.15.4 standard for various industrial applications. It is a technology for short-range communication of about 10 to 100 m and recently ubiquitous computing in wireless networking such as home / office. Zigbee is a very small size, low power, low cost wireless communication protocol that requires simple functions unlike 802.11 or 802.15 in wireless communication. Accordingly, the self-powered acoustic emission sensor according to the present invention can quickly and safely transmit the acoustic emission signal wirelessly, minimize the power consumption for transmission, and need to install and connect a separate communication equipment for wireless communication. There is no effect of easy installation and management.

한편, 통신모듈(150)은 다른 음향방출센서가 송신한 신호를 상기 AE 전용장비(수신기)로 중계하는 역할도 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 자가발전 구동용 음향방출센서의 통신모듈(150)은 다른 음향방출센서가 송신한 음향방출 정보를 수신하고, 이를 다른 음향방출 센서나 AE 전용장비로 전송하게 된다. 각각의 음향방출 정보에 각각의 음향방출센서를 구분하기 위한 고유번호(ID)를 부가하면, AE 기지국 등에서는 용이하게 수신한 음향방출 정보가 어느 위치에 설치된 음향방출센서의 감지신호인지를 확인할 수 있게 된다. 이러한 방식을 이용한 경우 AE 기지국이 1Km 이상의 원거리에 설치된 경우에도 무선으로 음향방출 정보를 정확하게 송신할 수 있다.On the other hand, the communication module 150 may also play a role of relaying signals transmitted from other acoustic emission sensors to the AE-only equipment (receiver). That is, the communication module 150 of the self-powered driving acoustic emission sensor according to the present invention receives the acoustic emission information transmitted by the other acoustic emission sensor, and transmits it to another acoustic emission sensor or AE-only equipment. When a unique number (ID) is added to each of the acoustic emission information to identify each of the acoustic emission sensors, the AE base station can easily determine whether the received acoustic emission information is a detection signal of the acoustic emission sensor installed at the location. Will be. In this manner, even when the AE base station is installed at a distance of 1 km or more, it is possible to accurately transmit acoustic emission information wirelessly.

한편, 본 발명의 가장 큰 특징으로서, 자가발전이 가능하다는 것이다. 이를 위해 신호감지 및 전원발생기(110)는 음향방출신호를 검출하게 되면 압전 효과를 이용한 압전 소자(111)를 통해 음향방출신호와 전원용 전류 원을 출력하게 된다. 여기서 음향방출신호와 전원용 전류 원은 동일한 신호이다.On the other hand, the biggest feature of the present invention, self-power is possible. To this end, when the signal detection and power generator 110 detects an acoustic emission signal, the signal detection and power generator 110 outputs an acoustic emission signal and a current source for power through the piezoelectric element 111 using the piezoelectric effect. Here, the acoustic emission signal and the power source current source are the same signal.

전원 충전부(120)는 전원용 전류 원(Ip)이 인가되면 도 4에 도시한 바와 같이, 커패시터(Cp)와 저항(Rp)으로 이루어진 필터(121)를 통해 전원 필터링을 수행하고, 정류기(122)를 통해 필터링된 전원을 전파 정류하여 직류 전압으로 만든다. 이후 충전용 커패시터(C)에 이를 충전하고, 그 충전된 전압을 증폭기(130), 신호처리기(140) 및 통신모듈(150)에 구동용 전원으로 공급해주게 된다.When the power supply current source Ip is applied, the power charging unit 120 performs power filtering through the filter 121 including the capacitor Cp and the resistor Rp, as shown in FIG. 4, and the rectifier 122. Fully rectified the filtered power through to make a DC voltage. Thereafter, the charging capacitor C is charged and the charged voltage is supplied to the amplifier 130, the signal processor 140, and the communication module 150 as driving power.

이러한 방식을 사용할 경우 종래 전원 공급 수단으로서 배터리를 별로도 사용하는 경우 발생하는 배터리의 교체 문제라든지, 배터리의 완전 방전으로 측정 대상물의 음향방출 신호를 검출하지 못하는 문제라든지, 배터리를 사용함으로써 음향방출센서의 크기가 커지게 되어 소형화 및 경량화가 어려운 문제 등을 해소하게 되는 것이다.When using this method, the problem of replacing the battery caused when the battery is used separately as a conventional power supply means, or the problem of not detecting the acoustic emission signal of the measurement object due to the complete discharge of the battery, or the acoustic emission sensor by using the battery The size of the is to be large to solve the problem of miniaturization and weight is difficult.

아울러 전원 충전부(120)는 대용량 커패시터(123) 또는 박막 필름 배터리를 사용하여 상기 커패시터(C)에 저장된 전압을 재충전하여 사용할 수 있다. 이러한 방법은 장시간 음향방출신호를 검출하지 못하는 경우에도 음향방출센서의 동작이 원활하도록 전원 공급을 유지해주는 역할을 한다.In addition, the power charging unit 120 may recharge and use the voltage stored in the capacitor C by using the large capacity capacitor 123 or the thin film battery. This method plays a role of maintaining a power supply to smoothly operate the acoustic emission sensor even when the acoustic emission signal is not detected for a long time.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

본 발명에 따른 음향방출센서는 재료 또는 구조물의 변형, 균열 등에 의해 방출되는 음향 신호를 검출하여 내부에서 진행되는 물리적인 현상을 예측할 수 있어 재료시험, 비파괴검사, 구조물의 붕괴 위험 감지 등 다양한 분야에서 이용되는 것이 가능할 뿐만 아니라, 검출한 음향신호를 이용한 자가발전을 통해 영구적인 전원 공급이 가능하므로, 원격 감지 전원 유닛이나 RFID, 공해감시, 발전설비(보일러, 모터)감시, 화력발전소 굴뚝 모니터링 등의 분야에 이용이 가능하다.The acoustic emission sensor according to the present invention detects acoustic signals emitted by deformation, cracks, etc. of materials or structures, and can predict physical phenomena proceeding in the interior. In addition to being able to be used, it is possible to supply permanent power through self-power generation using the detected acoustic signal, so that remote sensing power unit, RFID, pollution monitoring, power plant (boiler, motor) monitoring, thermal power plant chimney monitoring, etc. It is available in the field.

도 1은 기존의 음향방출센서에 대한 구성도.1 is a configuration diagram for a conventional acoustic emission sensor.

도 2는 본 발명에 따른 자가발전 구동용 음향방출센서의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of the self-powered driving acoustic emission sensor according to the present invention.

도 3은 도 2의 신호감지 및 전원 발생기(110)의 실시 예 구성을 보인 블록도.3 is a block diagram showing an embodiment configuration of the signal detection and power generator 110 of FIG.

도 4는 도 2의 전원 충전부의 실시 예 구성을 보인 블록도.4 is a block diagram showing an embodiment configuration of the power charger of FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100… 자가발전 구동용 음향방출센서100... Self-powered acoustic emission sensor

110… 신호 감지 및 전원 발생기110... Signal detection and power generator

120… 전원 충전부120... Power charging unit

130… 증폭기130... amplifier

140… 신호 처리기140... Signal processor

150… 통신 모듈150... Communication module

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 측정 대상물에서 발생하는 음향방출을 검출하기 위한 음향방출센서에 있어서,In the acoustic emission sensor for detecting the acoustic emission occurring in the measurement object, 상기 측정 대상물에서 발생한 음향방출 신호를 검출하고, 그 검출한 음향방출신호를 기반으로 음향방출 감지신호와 전원용 전류 원을 출력하는 신호감지 및 전원 발생기와;A signal detection and power generator for detecting an acoustic emission signal generated from the measurement object and outputting an acoustic emission detection signal and a power source current source based on the detected acoustic emission signal; 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 음향방출신호를 증폭하는 증폭기와;An amplifier for amplifying the acoustic emission signal output from the signal detection and power generator; 상기 증폭한 음향방출 신호를 신호처리하여 출력하는 신호 처리기;A signal processor for signal-processing and outputting the amplified sound emission signal; 상기 신호처리기에서 출력된 음향방출 신호를 무선신호로 변환하여 송신하는 통신모듈; 및A communication module for converting an acoustic emission signal output from the signal processor into a radio signal and transmitting the radio signal; And 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 전류 원을 직류 전원으로 변환하고, 충전한 후 상기 증폭기와 신호처리기 및 통신모듈에 구동용 전원을 공급해주는 전원 충전부를 포함하고,It includes a power charging unit for converting the current source output from the signal detection and the power generator into a DC power supply, charging and supplying driving power to the amplifier, the signal processor and the communication module, 상기 전원 충전부는,The power charging unit, 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 발생한 전원용 전류 원에 포함된 잡음을 필터링하는 필터와; 상기 필터를 통과한 전원을 정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류기와; 상기 정류기의 출력 전압을 저장하며, 그 저장한 전압을 구동용 전압으로 공급해주는 커패시터와; 상기 커패시터에서 충전된 전압을 재차 충전하기 위한 대용량 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 구동용 음향방출센서.A filter for filtering noise included in the current source for power generated by the signal detection and power generator; A rectifier for rectifying the power passing through the filter and outputting the DC voltage; A capacitor for storing the output voltage of the rectifier and supplying the stored voltage as a driving voltage; Self-powered acoustic emission sensor comprising a large capacity capacitor for recharging the voltage charged in the capacitor again. 측정 대상물에서 발생하는 음향방출을 검출하기 위한 음향방출센서에 있어서,In the acoustic emission sensor for detecting the acoustic emission occurring in the measurement object, 상기 측정 대상물에서 발생한 음향방출 신호를 검출하고, 그 검출한 음향방출신호를 기반으로 음향방출 감지신호와 전원용 전류 원을 출력하는 신호감지 및 전원 발생기와;A signal detection and power generator for detecting an acoustic emission signal generated from the measurement object and outputting an acoustic emission detection signal and a power source current source based on the detected acoustic emission signal; 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 음향방출신호를 증폭하는 증폭기와;An amplifier for amplifying the acoustic emission signal output from the signal detection and power generator; 상기 증폭한 음향방출 신호를 신호처리하여 출력하는 신호 처리기;A signal processor for signal-processing and outputting the amplified sound emission signal; 상기 신호처리기에서 출력된 음향방출 신호를 무선신호로 변환하여 송신하는 통신모듈; 및A communication module for converting an acoustic emission signal output from the signal processor into a radio signal and transmitting the radio signal; And 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 출력된 전류 원을 직류 전원으로 변환하고, 충전한 후 상기 증폭기와 신호처리기 및 통신모듈에 구동용 전원을 공급해주는 전원 충전부를 포함하고,It includes a power charging unit for converting the current source output from the signal detection and the power generator into a DC power supply, charging and supplying driving power to the amplifier, the signal processor and the communication module, 상기 전원 충전부는, The power charging unit, 상기 신호감지 및 전원 발생기에서 발생한 전원용 전류 원에 포함된 잡음을 필터링하는 필터와; 상기 필터를 통과한 전원을 정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류기와; 상기 정류기의 출력 전압을 저장하며, 그 저장한 전압을 구동용 전압으로 공급해주는 커패시터와; 상기 커패시터에서 충전된 전압을 재차 충전하기 위한 박막 필름 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 구동용 음향방출센서.A filter for filtering noise included in the current source for power generated by the signal detection and power generator; A rectifier for rectifying the power passing through the filter and outputting the DC voltage; A capacitor for storing the output voltage of the rectifier and supplying the stored voltage as a driving voltage; Self-powered acoustic emission sensor comprising a thin film battery for recharging the voltage charged in the capacitor again.
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