KR101181467B1 - 소음 분석 장치 - Google Patents

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Abstract

소음 분석 장치가 개시된다. 데이터 획득부는 복수 개의 음향 센서 각각에 독립적으로 전원을 공급하여 각각의 음향 센서로부터 입력된 아날로그 전기신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 디지털 신호 처리부는 인스톨되어 있는 프로그램의 설정 여부에 따라 각각의 음향 센서에 선택적으로 전원을 공급하도록 제어하고, 각각의 음향 센서가 측정한 음향신호를 저장 및 분석한다. CPLD는 프로그래밍 가능한 신호 처리 장치로서 디지털 신호 처리부와 신호를 주고 받으면서 각각의 음향 센서의 채널별 신호 취득 과정과 조정을 중계한다. 저장부에는 디지털 신호 처리부로부터 출력된 디지털 신호 및 분석 결과가 저장되며, 출력부는 디지털 신호 처리부로부터 출력된 분석 결과를 시각적 또는 청각적으로 표시한다. 본 발명에 따르면, 이전에 측정이 어려웠던 회전체에서 불연속적으로 발생하는 이상 증상이나 발생 시점의 관측이 불가능한 물리적 특이 신호도 효과적으로 분석 및 기록이 가능하다. 이전에 측정이 어려웠던 불연속적으로 발생하는 이상 증상이나 발생 시점의 관측이 불가능한 물리적 특이 신호를 효과적으로 분석하고 기록할 수 있다.

Description

소음 분석 장치{Sound analysing device}
본 발명은 소음 분석 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정된 소음 데이터의 분석 및 저장이 가능한 소음 분석 장치에 관한 것이다.
공장, 공사현장, 공항 등 산업 및 특정 환경에서만 사용되었던 소음 측정 장치가 도로변 아파트, 공사현장 주변, 스튜디오 등에서 소음 측정을 위해 사용되면서 소음 측정 장치에 대한 수요가 증가하게 되었다. 기존의 소음 분석 방법은 대상 기기의 이상 유무를 진단하기 위해 현장에서 대상 기기에 소음 분석 장치의 센서를 연결하여 실시간 분석을 수행하거나 이상 여부가 의심되는 신호를 소음 분석 장치에 기록한 후 실험실에서 기록된 데이터를 분석하는 방식을 주로 사용하고 있다. 이러한 방법은 대상 기기의 이상 징후가 뚜렷하고 지속적으로 관측가능할 때 효과적인 방법이나 불연속적으로 발생하는 이상 증상이나 발생 시점의 예측이 불가능한 경우에는 진단의 효율성과 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 불연속적으로 발생하는 물리적인 이상 신호를 감지하고 저장 및 분석할 수 있는 소음 분석 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 소음 분석 장치는, 음향 신호를 수집하여 아날로그 전기 신호를 출력하는 복수 개의 음향 센서; 상기 음향 센서 각각으로부터 입력된 아날로그 전기신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 데이터 획득부; 인스톨되어 있는 프로그램의 설정 여부에 따라 상기 센서부를 구성하는 각각의 음향 센서에 선택적으로 전원을 공급하도록 제어하고, 측정명령이 인가되면 상기 데이터 획득부로 상기 센서부에 구비된 음향 센서가 측정한 음향신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하도록 지시하는 제어명령을 출력하며, 상기 데이터 획득부로부터 입력된 디지털 신호를 저장하고, 상기 데이터 획득부로부터 입력된 디지털 신호에 대한 분석을 수행하여 분석 결과를 출력하는 디지털 신호 처리부; 프로그래밍 가능한 신호 처리 장치로서 상기 디지털 신호 처리부와 신호를 주고 받으면서 상기 센서부의 채널별 신호 취득 과정과 조정을 중계하는 CPLD; 상기 디지털 신호 처리부로부터 출력된 디지털 신호 및 분석 결과가 저장되는 저장부; 및 상기 디지털 신호 처리부로부터 출력된 분석 결과를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 출력부;를 구비하며, 상기 데이터 획득부는 상기 CPLD로부터 입력되는 제어명령에 응답하여 상기 센서부에 구비된 센서 각각에 독립적으로 전원을 공급한다.
본 발명에 따른 소음 분석 장치에 의하면, 이전에 측정이 어려웠던 불연속적으로 발생하는 이상 증상이나 발생 시점의 관측이 불가능한 물리적 특이 신호를 효과적으로 분석하고 기록할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소음 분석 장치의 구조를 도시한 도면,
도 2는 데이터 획득부(150)의 상세한 구성을 도시한 도면, 그리고,
도 3은 본 발명에 따른 소음 측정 장치의 동작 순서를 도시한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 소음 분석 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 소음 분석 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소음 분석 장치(100)는 센서부(110), 저장부(120), 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor : DSP)(130), CPLD(Complex Programmable Logic Device)(140), 데이터 획득부(Data Acquisition Unit : DAQ)(150), 전원부(160), 출력부(170), USB 인터페이스부(180) 및 입력부(190)를 구비한다.
센서부(110)는 4개의 4채널 마이크로폰으로 이루어지며, 소음 분석 장치(100)가 위치하거나 배치되는 지점에서의 음향신호를 수집한다. 저장부(120)는 DSP(130)의 구동 및 제어를 위한 프로그램이 저장되는 NAND Flash 메모리, DSP(130)에 의해 처리되는 데이터의 저장을 위한 DRAM 및 SD(Secure Digital) 카드 또는 MMC(Multimedia Card)가 장착되는 외장 메모리 인퍼테이스장치로 구성된다.
DSP(130)는 인스톨되어 있는 프로그램의 설정 여부에 따라 센서부(110)를 구성하는 각각의 센서에 전원을 공급한다. 그리고 DSP(130)는 입력부(190)로부터 측정명령이 인가되면, 데이터 획득부(150)에 센서부(110)에 구비된 센서가 측정한 음향신호를 출력하도록 지시하는 제어명령을 출력한다. 다음으로 DSP(130)는 데이터 획득부(150)로부터 입력된 음향신호를 저장부(120)에 저장한다. 이와 함께 DSP(130)는 음향신호에 대한 분석 결과를 저장부(120)에 구비된 외장 메모리 인터페이스장치에 선택적으로 출력한다. 이때 DSP(130)는 음향신호의 강도 분석, 주파수 분석, 주파수 분석 기반 옥타브 분석, 디지털 필터 기반 옥타브 분석, 음질분석 등의 분석을 수행한다. 이와 같은 음향분석기법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 익히 알 수 있는 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.
CPLD(140)는 프로그래밍 가능한 신호 처리 장치로서 DSP(150)와 신호를 주고 받으면서 센서부(110)의 채널별 신호취득 과정과 조정을 중계한다. CPLD(140)에는 별도의 DA변환기(미도시)와 증폭기(미도시)가 순차적으로 연결되어 이들을 통해 입력된 신호가 CPLD(140)에 의해 처리된 후 외부 신호 분석 장치(195)나 데이터 기록 장치(미도시)로 신호를 출력할 수 있다.
도 2에는 데이터 획득부(150)의 상세한 구성이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 데이터 획득부(150)는 각각에 제1음향 센서 내지 제4음향 센서(210-1 내지 210-4)가 연결되는 복수의 채널로 구성되며, 각각의 채널은 커넥터(220-1 내지 220-4), 증폭기(240-1 내지 240-4) 및 AD변환기(250-1 내지 250-4)가 직렬로 연결되어 이루어진다. 일반적인 음향 신호의 분석을 위해서는 4채널 이상의 마이크로폰 신호의 입력이 필요하다. 이를 위해 데이터 획득부(150)는 4채널의 아날로그 전압 입력을 독립적으로 제공한다. 그리고 음향 센서의 사용에 대비하여 각 채널에 스위칭이 가능한 제1전원 공급 장치 내지 제4전원 공급 장치(230-1 내지 230-4)를 구비한다. 이때 각각의 전원(230-1 내지 230-4)은 대응되는 커넥터(220-1 내지 220-4)과 대응되는 증폭기(240-1 내지 240-4) 사이에 위치한다. 이러한 구조에 의해 별도의 센서 신호 조절기를 구비할 필요가 없게 된다. 또한 초저노이즈 증폭기(240-1 내지 240-4)와 24 비트 ADC(Analog to Digital Converter)(250-1 내지 250-4)를 사용한 아날로그 회로로 ±10V 레벨의 신호입력이 가능하며, 최고 111dB의 SNR(Signal to Noise Ratio)과 -108dB THD(Threshold)의 AC 성능을 제공할 수 있다.
그리고 음향 신호의 분석을 위해 광 타코 센서(Optic Tacho Sensor)(미도시)가 연결되는 부가 채널을 구비할 수 있으며, 부가 채널은 원형 커넥터, 증폭기 및 비교기가 직렬로 연결되어 이루어진다. 이때 부가 채널에는 원형 커넥터와 증폭기 사이에 광 타코 센서를 지원하기 위해 스위칭 가능한 LED 전원을 위치시켜 전원을 공급한다. 따라서 외부 타코 센서를 통한 TTL 신호 입력 기능까지 제공할 수 있다. 데이터 획득부(150)에 구비된 각각의 채널들은 CPLD(140)에 연결된다. 이와 같이 16 비트 저노이즈 DAC(Digital to Analog Converter)를 적용한 아날로그 출력회로를 지원하여 데이터 획득부(150)는 센서부(110)에 구비된 센서로부터 입력된 음향신호를 처리하여 디지털 신호로 출력하게 된다.
전원부(160)는 5V/3A 직류입력단자와 배터리 입력단자를 구비하며, 직류입력단자로부터 입력된 전원의 효율적인 제어, 관리 등을 위한 전원 관리 집적 회로(Power Management Integrated Circuit : PMIC)과 배터리 충전부를 부가적으로 구비한다. 전원부(160)는 본 발명에 따른 소음 측정 장치(100)의 동작 전원을 공급하며, 특히 센서부(110)에 구비된 각각의 센서에 독립적으로 전원을 공급한다.
출력부(170)는 측정 및 분석 결과를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이와 청각적으로 표시하기 위한 코덱(CODEC), 스피커 및 헤드폰 연결 단자를 구비한다. 이러한 출력부(170)를 통해DSP(130)에 의해 처리된 신호가 사용자에게 제공된다. USB 인터페이스부(180)는 11 호스트/클라이언트를 수용하는 USB 포트와 20 호스트/클라이언트를 수용하는 USB 포트로 이루어진다. USB 인터페이스부(180)의 포트수는 조정가능하다. 그리고 입력부(190)는 복수의 키패드로 구성되어 사용자로부터 각종의 명령을 입력받는다. 만약 출력부(170)에 구비된 디스플레이가 터치스크린인 경우에는 키패드는 선택적으로 구비된다.
도 3은 본 발명에 따른 소음 측정 장치의 동작 순서를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 소음 측정 장치(100)에 전원이 인가되면, DSP(130)에 인스톨되어 있는 프로그램의 설정 여부에 따라 각 아날로그 채널과 제1전원 내지 제4전원(230-1 내지 230-4)과 LED 전원(260)이 구동되어 이와 연결된 각 센서(210-1 내지 210-4)에 전원이 공급된다(S300). 이와 같이 전원이 공급되는 상태에서 DSP(130)는 입력부(190)를 통해 사용자로부터 측정 명령이 인가되는지를 확인한다(S310). 만약 사용자로부터 측정 명령이 인가되면, 제1음향 센서 내지 제4음향 센서(210-1 내지 210-4)에 의해 전기신호로 변환된 음향 신호가 각 채널을 통해 입력된다. 그리고 DSP(130)는 각 채널의 증폭기(240-1 내지 240-4)를 통해 증폭된 후 ADC(250-1 내지 250-4)에 의해 디지털 데이터로 변환된 음향 신호를 저장부(120)에 구비된 SDRAM에 저장한다(S330). 저장부(120)에 구비된 SDRAM은 입력된 데이터 스트림을 채널당 최소 10 초 이상 보관할 수 있는 버퍼로서 동작할 수 있으며, 저장 용량이 차게 되면 오래된 데이터부터 차례로 새로운 데이터로 갱신된다. 다음으로 DSP(130)는 입력된 음향 신호를 분석하여 결과값의 저장 및 신호 데이터의 기록 절차를 수행한다(S340).
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 소음 분석 장치(100)는 디지털 데이터 변환된 음향 신호의 스트림을 자체에 구비된 메모리나 보조 저장 장치에 저장하여 데이터의 분석 및 기록이 가능한 이점이 있다. 또한 데이터 획득 모듈과 측정 모듈의 전력 소모를 CPLD로 구현한 로직 스위치를 이용하여 각각의 채널 별로 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 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.

Claims (2)

  1. 음향 신호를 수집하여 아날로그 전기 신호를 출력하는 복수 개의 음향 센서를 구비하는 센서부;
    상기 음향 센서 각각으로부터 입력된 아날로그 전기신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 데이터 획득부;
    인스톨되어 있는 프로그램의 설정 여부에 따라 상기 센서부를 구성하는 각각의 음향 센서에 선택적으로 전원을 공급하도록 제어하고, 측정명령이 인가되면 상기 데이터 획득부로 상기 센서부에 구비된 음향 센서가 측정한 음향신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하도록 지시하는 제어명령을 출력하며, 상기 데이터 획득부로부터 입력된 디지털 신호를 저장하고, 상기 데이터 획득부로부터 입력된 디지털 신호에 대한 분석을 수행하여 분석 결과를 출력하는 디지털 신호 처리부;
    프로그래밍 가능한 신호 처리 장치로서 상기 디지털 신호 처리부와 신호를 주고 받으면서 상기 센서부의 채널별 신호 취득 과정과 조정을 중계하는 CPLD;
    상기 디지털 신호 처리부로부터 출력된 디지털 신호 및 분석 결과가 저장되는 저장부; 및
    상기 디지털 신호 처리부로부터 출력된 분석 결과를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 출력부;를 포함하며,
    상기 데이터 획득부는 상기 CPLD로부터 입력되는 제어명령에 응답하여 상기 센서부에 구비된 센서 각각에 독립적으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 소음 분석 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 획득부는 각각에 상기 음향 센서가 연결되고, 커넥터, 증폭기 및 AD변환기가 순차적으로 연결되어 있는 복수의 채널을 구비하며, 각각의 채널에 연결되어 있는 커넥터와 증폭기 사이에 전원 공급 장치가 연결되어 상기 CPLD의 제어명령에 응답하여 상기 채널들 각각에 전원을 독립적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 소음 측정 장치.
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