KR101047459B1 - 운송수단의 진동 레벨 표시 장치 - Google Patents

운송수단의 진동 레벨 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 가속 신호(γ1)로부터 도출된 적어도 제1 진동 레벨(VIB1)을 표시하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 장치는,
- 상기 제1 가속 신호(γ1)를 식별된 주파수 대역(Bi)을 각각 점유하는 복수의 축 분석 신호(γ1i)로 분해하기 위한 제1 분석 수단(FT1);
- 각각이 상기 식별된 주파수 대역들(Bi) 중 하나에 대응하는 복수의 축가중 계수(KAi)가 저장된 제1 메모리(RM1); 및
상기 축가중 계수(KAi)에 의해 가중된 축분석 신호(γ1i)의 p차 급수들을 합산하여 상기 제1 진동 레벨(VIB1)을 발생시키기 위한 제1 제어 회로(CC)를 포함한다.
진동 레벨, 축 분석 신호, 방사상 분석 신호, 축가중 계수

Description

운송수단의 진동 레벨 표시 장치{A DEVICE FOR INDICATING THE VIBRATION LEVEL OF A VEHICLE}
도 1은 본 발명의 분석 모듈을 도시한 도면,
도 2는 축 및 방사상 계수의 그래프 표현을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 장치의 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
γ1: 제1 가속 신호 VIB1: 제1 진동 레벨
γ1i: 축 분석 신호 FT1: 제1 분석 수단
RM1: 제1 메모리 CC: 제1 제어 회로
AL1: 제1 경고 신호 COM1: 제1 비교기
S1, S2, S3: 센서
본 발명은 운송수단의 진동 레벨을 표시하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 분야는 진동을 분석하는 분야로서, 특히 회전 추진 부재를 구동하는 엔진이 구비된 기기에서의 진동을 분석하는 분야이다. 본 발명의 적용의 전형적인 예는 주로 헬리콥터를 부양시켜 이동시킬 수 있는 로터(rotor)로 인해 진동이 심하게 일어나는 운송수단인 헬리콥터이다.
진동은 피로 현상으로 이어질 수 있고 따라서 안전에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 스트레스의 징조이므로 그와 같은 운송수단에서 일어나는 진동의 특성을 밝혀내는 것은 중요한 일이다. 진동은 운송수단에 장착된 각종 장비의 성능을 저하시킬 수도 있다. 게다가 헬리콥터 선실 내의 진동은 승객과 조종사의 편안함의 정도를 판단하는데 도움이 된다. 조종사의 편안함도 안전에 매우 중요한 요소가 됨은 물론이다.
따라서, 헬리콥터 내의 진동을 지속적으로 기록하기 위한 시스템으로서 건강 사용 상태 감시 시스템(health usage monitoring system: HUMS)이라는 것이 알려져 있다. 이 시스템은 만일 진동 수준이 주파수 Ω, 2Ω, 또는 BΩ의 소정 임계치를 초과하면 탈착가능한 감시 카트리지에 경고신호를 기록한다. 여기서, Ω는 로터의 회전속도를 나타내며, B는 로터에 장착된 날개 수를 나타낸다. 경고신호는 카트리지에 기록된 정보를 구동하기 위해 설치된 지상 관제소에서만 검출될 수 있다. 조종사는 임무 수행 중에 이 정보에 접근할 필요가 없다. 게다가, 식별된 주파수에 한하지 않고 운송 수단의 전체 행동을 반영하는 진동 수준의 전체적 평가를 제공하는 수단은 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 단일의 데이터 아이템을 이용하여 넓은 주파수 범 위에서 바람직하게는 실시간으로 운송수단의 진동 레벨을 나타내는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 상기 장치는 제1 가속 신호로부터 도출된 적어도 제1 진동 레벨을 나타내며,
- 상기 제1 가속 신호를 식별된 주파수 대역을 각각 점유하는 복수의 축분석 신호로 분해하기 위한 제1 분석 수단;
- 각각이 상기 식별된 주파수 대역들 중 하나에 대응하는 복수의 축가중 계수가 저장된 제1 메모리; 및
상기 축가중 계수에 의해 가중된 축분석 신호의 p차 급수들을 합산하여 상기 제1 진동 레벨을 발생시키기 위한 제1 제어 회로를 포함한다.
더욱이, 상기 장치는 상기 제1 진동 레벨이 제1 소정 임계치를 초과하면 제1 경고 신호를 발생시키기 위한 제1 비교기를 포함한다.
더욱이, 상기 장치는 상기 복수의 축분석 신호가 각각 별개의 센서로부터 나오는 복수의 측정신호로부터 나오도록 배열된 제1 집중 장치 부재를 포함한다.
제1 선택에서, 상기 제1 집중 장치 부재는 상기 측정 신호들을 합산한다.
제2 선택에서, 상기 제1 집중 장치 부재는 상기 측정 신호들 중 강도가 가장 큰 신호를 보유한다.
바람직하게는, 상기 장치는 제2 가속 신호를 수신하며,
- 상기 제2 가속 신호를 식별 주파수 대역에 각각 포함된 복수의 방사상 분석 신호로 분해하기 위한 제2 분석 수단;
- 각각이 상기 식별된 주파수 대역들 중 하나에 대응하는 복수의 방사상 가중 계수가 저장된 제2 메모리; 및
상기 방사상 가중 계수에 의해 가중된 방사상 분석 신호의 p차 급수들을 합산하여 상기 제2 진동 레벨을 발생시키기 위한 제2 제어 회로를 포함한다.
더욱이, 상기 장치는 상기 제2 진동 레벨이 제2 소정 임계치를 초과하면 제2 경고 신호를 발생시키기 위한 제2 비교기를 포함한다.
더욱이, 상기 장치는 상기 복수의 축분석 신호가 각각 별개의 센서로부터 나오는 복수의 평가 신호로부터 나오도록 배열된 제2 집중 장치 부재를 더 포함한다.
제1 실시예에서, 상기 제2 집중 장치 부재는 상기 평가 신호들을 합산한다.
제2 실시예에서, 상기 제2 집중 장치 부재는 상기 평가 신호들 중 강도가 가장 큰 신호를 보유한다.
바람직하게는, 상기 장치는 상기 두 개의 경고 신호의 조합이 제3 소정 임계치를 초과하면 경보 신호를 발생시키기 위한 조합기 부재를 포함한다.
예컨대, 상기 조합기 부재는 경고 신호의 q차 급수들을 합산한다. 여기서, q는 바람직하게는 1이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 예시적으로 주어진 다음의 실시예를 통해 더 자세히 설명된다.
첨부 도면 전체를 통해서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 병기한다.
도 1을 참조로 설명하면, 제1 분석 모듈(MOD1)은 축 진동, 즉 로터의 수직축을 따라 발생되는 진동을 측정하기 위하여 헬리콥터의 선실에 배치된 제1, 제2, 및 제3 센서(S1, S2, S3)를 포함한다. 3개의 센서 각각은 센서에 가해지는 축 가속을 나타내는 각자의 제1, 제2, 및 제3 측정 신호(C1, C2, C3)를 전달한다. 센서들은 바람직하게는 가속도계 또는 변형 게이지(strain gauge)이다.
제1 집중 장치 부재(MM1)는 3개의 측정 신호(C1, C2, C3)를 수신하여, 이들을 조합하여 제1 가속 신호(γ1)를 형성한다. 제1 선택에서, 제1 집중 장치 부재(MM1)는 측정 신호들을 합산한다.
제2 선택에서, 제1 집중 장치 부재(MM1)는 강도가 가장 큰 측정 신호를 제1 가속 신호로서 재생시킨다.
본 발명은 또한 단 하나의 센서만이 구비되는 경우에도 적용되며, 이 경우에는 각 센서는 제1 가속 신호(γ1)를 직접 전달하며, 제1 집중 장치 부재(MM1)는 생략된다.
제1 분석 수단(FT1)은 제1 가속 신호(γ1)를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환시킨다. 즉, 이 수단(FT1)은 이 신호에 대해서 이산 푸리에 변환을 실시한다. 따라서, 제1 테이블(T1)에서는 이 수단은 연속된 좁은 주파수 대역에서 가속도 값을 주는 복수의 축 분석 신호(γ11, γ12, ..., γ1i, ..., γ1n )를 발생시킨다. 여기서, 상기 대역들의 합집합은 분석을 위한 주파수 영역을 정한다.
제1 메모리(RM1)는 제1 분석 수단(FT1)에 의해 식별된 여러가지 주파수 대역 에 대응하는 축 가중 계수(KA1, KA2, ..., KAi, ..., KAn)를 저장한다. 이들 계수는 선실의 일반적 수준의 진동에서의 주파수 대역의 상대적 중요성을 나타낸다.
어떤 종류의 진동은 다른 종류의 진동보다 훨씬 더 유해함을 알아야 한다. 따라서, 헬리콥터 로터의 균형을 감시하고자 한다면, 회전 속도의 배수들인 주파수들이 특히 그러한 징후를 나타낸다. 대조적으로, 편안함에 특히 주의를 두고자 한다면, 바람직하게는, 주어진 노출기간 동안에 수용가능한 최대 진동 레벨을 주파수 함수로서 정의하는 표준 ISO 2631을 참조하면 된다.
도 2를 참조로 설명하면, 축 가중 계수(KA)를 정하기 위한 간단한 수단은 주어진 주파수(또는 주파수 대역)에서 임의의 상수로부터 상기 표준에서 규정된 수직축, 즉 z축을 따라 최대 레벨에 대응하는 값을 감산한다. 따라서, 로그 좌표에서는 KA의 주파수 함수로의 표현은 대략적으로 1 헤르츠(Hz) 내지 4 Hz 범위에서는 상승 기울기의 직선으로 나타나고, 그에 이어서 4 Hz 내지 8 Hz 범위에서는 평탄해지고, 마지막으로 8 Hz 내지 100 Hz 범위에서는 하강 기울기의 직선으로 나타난다.
제1 제어 회로(CC)는 축 가중 계수(KA1)가 가중된 축 분석 신호(γ11)의 p차 급수들을 합산함으로써 다음과 같은 제1 진동 레벨(VIB1)을 발생시킨다.
Figure 112004059052133-pat00001
바람직하게는, p는 2이다.
제1 비교기(COMP1)는 제1 진동 레벨(VIB1)이 제1 소정 임계치(TH1)를 초과하면 제1 경고 신호(AL1)를 발생시킨다.
바람직하게는, 진동 레벨 표시 장치는 제2 진동 레벨(VIB2)과 제2 경고 신호(AL2)를 발생시키는 제2 분석 모듈(MOD2)을 구비한다. 제2 분석 모듈은 제1 분석 모듈과 유사(특히 동일)하므로 도면에는 상세히 도시되어 있지 않다.
제2 분석 모듈(MOD2)은 방사상(radial) 방향, 즉, 로터에 대해 수직한 방향에서의 진동을 측정하기 위하여 선실에 배치된 제4, 제5, 및 제6 센서를 구비하고 있다. 이들 3개의 센서는 각자의 센서에 가해지는 방사상 가속을 나타내는 각자의 제1, 제2, 및 제3 평가 신호(C1, C2, C3)를 전달한다.
제2 집중 장치 부재는 3개의 평가 신호를 수신하여 이들을 (어떤 함수를 적용시켜서) 조합하여 제2 가속 신호를 형성한다. 이 부재는 바람직하게는 평가 신호들을 합산하거나 그들 중 최대 강도의 신호를 보유한다.
제2 분석 수단은 제2 가속 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환시킨다. 따라서, 이 수단은 복수의 방사상 분석 신호를 포함하는 제2 테이블을 발생시킨다.
제2 메모리는 제2 분석 수단에 의해 식별된 여러가지 주파수 대역에 대응하는 방사상 가중 계수(KR1, KR2, ..., KRi, ..., KRn)를 저장한다.
도 2를 참조로 설명하면, 방사상 가중 계수(KR)를 정하기 위한 간단한 수단은 주어진 주파수(또는 주파수 대역)에서 임의의 상수로부터 x축 또는 y축, 즉 수평축을 따라 최대 레벨에 대응하는 값을 감산한다. 따라서, 로그 좌표에서는 KR의 주파수 함수로의 표현은 대략적으로 1 Hz 내지 100 Hz 범위에서 하강 기울기의 직선으로 나타난다.
제2 제어 회로는 방사상 가중 계수가 가중된 방사상 분석 신호의 p차 급수들을 합산함으로써 제2 진동 레벨을 발생시킨다.
바람직하게는, 이 회로는 가중된 신호의 2차 급수(p=2)들을 합산한다.
제2 비교기는 제2 진동 레벨이 제2 소정 임계치를 초과하면 제2 경고 신호(AL2)를 발생시킨다.
따라서, 도 3을 참조로 설명하면, 본 발명의 장치는 조합기 부재(AO)와 함께 제1 및 제2 분석 모듈(MOD1, MOD2)을 포함한다. 이 부재는 경고 신호들(AL1, AL2)의 조합이 제3 소정 임계치를 초과하면 경보 신호(W)를 발생시킨다. 바람직하게는, 이 조합은 2개의 경고 신호들의 q차 급수들의 합이다. 여기서 간단한 해결책은 q값을 1로 하는 것이다.
당연히, 본 발명은 그 구현과 관련하여 여러가지로 변형가능하다. 몇 가지 실시예들에 대해 설명하였지만, 다른 실시예를 배제하는 것은 아님은 물론이다. 당연히, 지금까지 설명된 수단들은 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 다른 등가의 수단으로 대체할 수 있음을 밝혀둔다.
본 발명은 단일의 데이터 아이템을 이용하여 넓은 주파수 범위에서 실시간으로 운송 수단의 진동 레벨을 나타내는 장치를 제공한다.

Claims (15)

  1. 제1 가속 신호(γ1)로부터 도출된 제1 진동 레벨(VIB1)을 발생시키기 위하여 로터(rotor)를 포함하는 헬리콥터의 진동 레벨을 표시하기 위한 장치에 있어서,
    - 상기 로터의 수직방향 축을 따라 발생되는 진동을 측정하는 하나 또는 그 이상의 센서에 의해 전달되는 상기 제1 가속 신호(γ1)를 식별 주파수 대역(Bi)을 각각 점유하는 복수의 축 분석 신호(γ1i)로 분해하기 위한 제1 분석 수단(FT1);
    - 각각이 상기 식별 주파수 대역들(Bi) 중 하나에 대응하는 복수의 축가중 계수(KAi)가 저장된 제1 메모리(RM1); 및
    상기 축가중 계수(KAi)에 의해 가중된 축분석 신호(γ1i)의 p차 급수들을 합산하여 상기 제1 진동 레벨(VIB1)을 발생시키기 위한 제1 제어 회로(CC)를 포함하는 진동 레벨 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로(CC)는 상기 축 분석 신호의 2차 급수들을 합산하는 진동 레벨 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 진동 레벨(VIB1)이 제1 소정 임계치(TH1)를 초과하면 제1 경고 신호(AL1)를 발생시키기 위한 제1 비교기(COM1)를 더 포함하는 진동 레벨 표시 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 축분석 신호(γ1i)가 각각 별개의 센서(S1, S2, S3)로부터 나오는 복수의 측정신호(C1, C2, C3)로부터 나오도록 배열된 제1 집중 장치 부재(MM1)를 더 포함하는 진동 레벨 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 집중 장치 부재(MM1)는 상기 측정 신호들(C1, C2, C3)을 합산하는 진동 레벨 표시 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 집중 장치 부재(MM1)는 상기 측정 신호들(C1, C2, C3) 중 강도가 가장 큰 신호를 보유하는 진동 레벨 표시 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 로터의 축에 수직한 방향으로 발생되는 진동을 측정하는 하나 또는 그 이상의 센서에 의해 전달된 제2 가속 신호를 수신할 때에,
    - 상기 제2 가속 신호를 식별된 주파수 대역에 각각 포함된 복수의 방사상(raidal) 분석 신호로 분해하기 위한 제2 분석 수단;
    - 각각이 상기 식별된 주파수 대역들 중 하나에 대응하는 복수의 방사상 가중 계수를 저장하는 제2 메모리; 및
    상기 방사상 가중 계수에 의해 가중된 상기 방사상 분석 신호의 p차 급수들을 합산하여 상기 제2 진동 레벨을 발생시키기 위한 제2 제어 회로를 포함하는 진동 레벨 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어 회로(CC)는 상기 방사상 분석 신호의 2차 급수들을 합산하는 진동 레벨 표시 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제2 진동 레벨이 제2 소정 임계치를 초과하면 제2 경고 신호(AL2)를 발생시키기 위한 제2 비교기를 포함하는 진동 레벨 표시 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 축분석 신호가 각각 별개의 센서로부터 나오는 복수의 평가 신호로부터 나오도록 배열된 제2 집중 장치 부재를 더 포함하는 진동 레벨 표시 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제2 집중 장치 부재는 상기 평가 신호들을 합산하는 진동 레벨 표시 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제2 집중 장치 부재는 상기 평가 신호들 중 강도가 가장 큰 신호를 보유하는 진동 레벨 표시 장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 경고 신호들(AL1, AL2)의 조합이 제3 소정 임계치를 초과하면 경보 신호(W)를 발생시키기 위한 조합기 부재(AO)를 포함하는 진동 레벨 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 조합기 부재(AO)는 상기 경고 신호들(AL1, AL2)의 q차 급수들을 합산하는 진동 레벨 표시 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 q의 값은 1인 진동 레벨 표시 장치.
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