KR101276304B1 - 다채널 센싱 장치 및 이를 이용한 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

다채널 센싱 장치는 제1 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제1 센서 및 제2 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제2 센서를 포함하고 감지신호를 생성하는 복수의 센싱부와 연결되고, 상기 복수의 센싱부로부터 전달되는 감지신호를 검출하는 하나 이상의 신호 검출부, 및 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 하나 이상의 신호 검출부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 센싱부의 제1 센서와 제2 센서는 동일한 측정대상 기기에 설치되어 상기 동일한 측정대상 기기의 물리량에 대한 감지신호를 생성한다. 측정대상 기기의 종류나 구동 상태에 따라 발생하는 다양한 범위의 물리량에 대해 감지 효율이 높은 센서를 적응적으로 선택할 수 있고, 이에 따라 측정대상 기기의 상태를 더욱 정확하게 감지할 수 있다.

Description

다채널 센싱 장치 및 이를 이용한 풍력 발전 장치{MULTI-CHANNEL SENSING APPARATUS AND WIND-POWER GENERATION DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 다채널 센싱 장치 및 이를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서를 적응적으로 전환할 수 있는 다채널 센싱 장치 및 이를 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 장치는 증속기 및 발전기를 포함하는 나셀, 블레이드가 창작된 로터 등의 중량의 구조물이 수십 m 높이의 타워의 상부에 설치되는 구조로 되어 있다. 로터는 풍력을 회전력으로 변환하여 증속기로 전달하고, 증속기는 회전속도를 증가시켜 발전기에 전달하고, 발전기는 회전력을 전기 에너지로 변환하여 출력한다. 증속기는 발전기에서 최대의 전력을 생산할 수 있도록 로터의 회전력으로부터 최적의 회전속도를 얻는다.
풍력 발전 장치는 풍향, 풍속 등의 환경의 변화에 따른 다양한 상황에 적응적으로 구동되어야 하고, 풍력 발전 장치의 구동상태는 운영자에 의해 실시간으로 모니터링되어야 하고 제어될 수 있어야 한다. 이를 위하여, 풍력 발전 장치의 구동상태를 감지할 수 있는 각종 센서가 풍력 발전 장치에 설치된다.
한국공개특허 10-2009-0099921(이하, 선행기술)에는 다중 센서에 검출되는 신호의 입력 여부에 따라 센서의 이상 유무를 확인하고 풍력 발전 장치의 구동상태를 제어하는 구성을 개시하고 있다. 그러나, 선행기술은 풍력 발전 장치의 나셀, 로터 등에서 다양한 특성으로 발생하는 물리량을 정확하게 감지하는 방법에 대하여 개시하고 있지 않다.
풍력 발전 장치의 나셀, 증속기, 발전기 등에서는 환경 변화, 기기의 노후 등에 따른 진동, 소음, 충격 등이 발생할 수 있다. 즉, 풍력 발전 장치를 구성하는 각종 기기 종류나 구동 상태 등에 따라 진동, 소음, 충격 등의 물리량은 다양한 범위의 변화 특성으로 나타난다.
이러한 다양한 물리량을 감지하기 위해서는 해당하는 물리량의 특성을 더욱 정확하게 감지할 수 있는 센서가 설치되어야 한다. 그러나 하나의 특정 센서는 특정 범위의 물리량 변화에 대해서는 감지 효율이 높은 반면, 다른 특정 범위의 물리량 변화에 대해서는 감지 효율이 떨어진다. 따라서, 하나의 센서로 측정대상 기기의 다양한 범위의 물리량 변화를 정확하게 감지하기에는 어려운 점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 측정대상 기기의 종류나 구동 상태에 따른 다양한 범위의 물리량 변화를 적응적으로 감지할 수 있는 다채널 센싱 장치 및 이를 이용한 풍력 발전 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 센싱 장치는 제1 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제1 센서 및 제2 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제2 센서를 포함하고 감지신호를 생성하는 복수의 센싱부와 연결되고, 상기 복수의 센싱부로부터 전달되는 감지신호를 검출하는 하나 이상의 신호 검출부, 및 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 하나 이상의 신호 검출부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 센싱부의 제1 센서와 제2 센서는 동일한 측정대상 기기에 설치되어 상기 동일한 측정대상 기기의 물리량에 대한 감지신호를 생성한다.
상기 신호 검출부는, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 센서의 아날로그 감지신호 및 상기 제2 센서의 아날로그 감지신호 중 어느 하나를 선택적으로 전달하는 스위치부, 상기 스위치부에 연결되고, 상기 스위치부를 통해 전달되는 아날로그 감지신호의 고주파 잡음을 제거하는 필터링부, 및 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 정전압 및 정전류를 공급하는 전원공급부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 필터링부에 연결되고, 상기 고주파 잡음이 제거된 아날로그 감지신호를 디지털 감지신호로 변환하여 상기 제어부에 전달하는 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 신호 검출부에서 검출되는 감지신호를 사용자 단말로 전송하는 통신모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 사용자 단말로부터 전송되는 사용자 명령에 따라 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 하나 이상의 신호 검출부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 하나 이상의 신호 검출부에서 검출되는 감지신호와 미리 저장되어 있는 기준값을 비교하여 이상이 발생한 측정대상 기기에 대한 알람을 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전 장치는 복수의 블레이드가 부착된 로터, 상기 로터에 연결되어 상기 로터의 토크를 전달하는 주축, 상기 로터의 토크를 이용하여 상기 로터의 회전을 발전기용 고속 회전으로 변환하는 증속부, 상기 증속부에서 변환된 발전기용 고속 회전을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전부, 상기 로터의 회전을 기계적으로 정지시키는 브레이크부, 및 상기 로터, 상기 주축, 상기 증속부, 상기 발전부 및 상기 브레이크부 중 적어도 어느 하나에 설치되는 센싱부에서 생성되는 감지신호를 검출하는 다채널 센싱 장치를 포함하고, 상기 센싱부는 제1 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제1 센서 및 제2 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제2 센서를 포함하고, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 동일한 측정대상 기기에 설치되고, 상기 다채널 센싱 장치는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나를 활성센서로 선택한다.
상기 다채널 센싱 장치는, 상기 제1 센서의 아날로그 신호 및 상기 제2 센서의 아날로그 감지신호 중 어느 하나를 선택적으로 전달하는 스위치부, 상기 스위치부에 연결되고, 상기 스위치부를 통해 전달되는 아날로그 감지신호의 고주파 잡음을 제거하는 필터링부, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 정전압 및 정전류를 공급하는 전원공급부, 및 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 다채널 센싱 장치는, 상기 필터링부에 연결되고, 상기 고주파 잡음이 제거된 아날로그 감지신호를 디지털 감지신호로 변환하는 ADC를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 사용자 단말로부터 전송되는 사용자 명령에 따라 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 스위치부를 제어할 수 있다.
측정대상 기기의 종류나 구동 상태에 따라 발생하는 다양한 범위의 물리량에 대해 감지 효율이 높은 센서를 적응적으로 선택할 수 있고, 이에 따라 측정대상 기기의 상태를 더욱 정확하게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 센싱 장치를 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 센싱 장치가 센싱부의 활성센서를 전환하는 센서 전환 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 센싱 장치를 이용하는 풍력 발전 장치를 간략하게 도시한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 센싱 장치를 간략하게 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 다채널 센싱 장치(200)는 채널수(n)에 대응하는 복수의 단자(210-1 내지 210-n), 복수의 단자(210-1 내지 210-n)에 연결되는 복수의 신호 검출부(220-1 내지 220-n), ADC(225), 제어부(230) 및 통신모듈(240)을 포함한다.
복수의 단자(210-1 내지 210-n)는 다채널 센싱 장치(200)가 수용하는 채널수(n)에 대응되는 개수로 마련된다. 복수의 단자(210-1 내지 210-n) 각각은 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n) 각각에 연결된다. 복수의 단자(210-1 내지 210-n)는 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n)와 동축 케이블 방식으로 연결되는 동축 케이블 연결단자일 수 있다. 동축 케이블 방식은 동축심에 의한 전력 공급이 가능한 케이블 방식으로, 대용량 전송이나 광대역 신호 전송에 적합하고 전자적, 정전적 결합에 의한 누화가 적어 고주파 특성이 뛰어나다. 그러나, 복수의 단자(210-1 내지 210-n)와 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n) 사이의 연결 구성은 동축 케이블 방식에 한정되지 않으며, 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n)에 포함되는 센서의 종류에 따라 다양한 형태로 연결될 수 있다.
복수의 센싱부(100-1 내지 100-n) 각각은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP(Integrated Circuit Piezoelectric) 센서(120-1 내지 120-n)를 하나씩 포함한다.
MEMS 센서(110-1 내지 110-n)는 정전압을 공급받아 센서가 설치된 기기의 진동, 소음, 충격 등의 물리량에 대한 감지신호를 전압으로 생성할 수 있다. ICP 센서(120-1 내지 120-n)는 정전압 및 정전류를 공급받아 센서가 설치된 기기의 진동, 소음, 충격 등의 물리량에 대한 감지신호를 전압으로 생성할 수 있다. 일반적으로, ICP 센서는 상대적으로 높은 주파수 범위의 물리량에 대해 감지 효율이 높은 반면, MEMS 센서는 상대적으로 낮은 주파수 범위의 물리량에 대해 감지 효율이 높다. ICP 센서는 센서의 성능에 따라 다소 차이가 있으나, 대략 1Hz 내지 8000Hz의 주파수 범위의 물리량에 대한 감지 능력을 갖는다. MEMS 센서는 센서의 성능에 따라 다소 차이가 있으나, 대략 DC 내지 100Hz의 주파수 범위의 물리량에 대한 감지 능력을 갖는다. 즉, MEMS 센서와 ICP 센서는 서로 다른 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 가질 수 있다.
하나의 센싱부에 포함되는 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n)는 동일한 측정대상에 설치되어 동일한 측정대상에 대한 감지신호를 생성할 수 있다. MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n)는 서로 다른 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 가지므로, 동일한 측정대상에 대해 ICP 센서(120-1 내지 120-n)에서 정확하게 감지되지 않는 물리량은 MEMS 센서(110-1 내지 110-n)에서 정확하게 감지될 수 있고, MEMS 센서(110-1 내지 110-n)에서 정확하게 감지되지 않는 물리량은 ICP 센서(120-1 내지 120-n)에서 정확하게 감지될 수 있다.
복수의 신호 검출부(220-1 내지 220-n)는 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n)에 정전압 및 정전류를 공급하고, 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n)로부터 전달되는 감지신호를 검출한다. 복수의 신호 검출부(220-1 내지 220-n)는 복수의 단자(210-1 내지 210-n)에 일대일 대응되어 전기적으로 연결된다.
복수의 신호 검출부(220-1 내지 220-n) 각각은 전원공급부(221-1 내지 221-n), 스위치부(222-1 내지 222-n) 및 필터링부(223-1 내지 223-n)를 포함한다.
전원공급부(221-1 내지 221-n)는 단자(210-1 내지 210-n)에 연결된 동축케이블을 통해 연결된 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n)에 정전압 및 정전류를 공급한다. 전원공급부(221-1 내지 221-n)는 외부전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n) 각각에서 요구되는 정전압 및 정전류를 생성할 수 있다. MEMS 센서(110-1 내지 110-n)는 전원공급부(221-1 내지 221-n)에서 공급되는 정전압을 이용하여 감지신호를 생성한다. ICP 센서(120-1 내지 120-n)는 전원공급부(221-1 내지 221-n)에서 공급되는 정전압 및 정전류를 이용하여 감지신호를 생성한다.
스위치부(222-1 내지 222-n)는 제어부(230)의 제어에 따라 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n)의 감지신호를 선택적으로 필터링부(223-1 내지 223-n)에 전달한다. 스위치부(222-1 내지 222-n)는 접합형 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터 등으로 마련될 수 있다. MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n) 중 스위치부(222-1 내지 222-n)에 의해 필터링부(223-1 내지 223-n)에 감지신호를 전달하는 센서를 활성센서라 한다.
필터링부(223-1 내지 223-n)는 스위치부(222-1 내지 222-n)에 연결되고, LPF(Low Pass Filter) 회로를 구비한다. 필터링부(223-1 내지 223-n)는 스위치부(222-1 내지 222-n)를 통해 전달되는 아날로그 감지신호에 포함되는 고주파 잡음을 제거하여 ADC(225)에 전달한다. 감지신호에서 고주파 잡음이 제거됨으로써, 순수한 감지신호만이 ADC(225)에 전달될 수 있고, 잡음에 의한 측정 오류를 방지할 수 있다.
ADC(Analog-to-Digital Converter)(225)는 필터링부(223-1 내지 223-n)에 연결되어 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n)로부터 전달되는 아날로그 감지신호를 디지털 감지신호로 변환하여 제어부(230)에 전달한다. ADC는 다수의 아날로그 감지신호를 다수의 디지털 감지신호로 변환할 수 있는 다채널 ADC일 수 있다.
제어부(230)는 ADC(225)로부터 전달되는 디지털 감지신호를 통신모듈(240)을 통해 사용자 단말(300)에 전달하고, 사용자 단말(300)로부터 전달되는 사용자 명령을 처리한다. 제어부(230)는 마이크로프로세서 형태로 마련될 수 있다.
제어부(230)는 사용자 단말(300)로부터 전달되는 MEMS 센서 선택 신호 또는 ICP 센서 선택 신호에 따라 스위치부(222-1 내지 222-n)를 제어하는 전환신호를 스위치부(222-1 내지 222-n)에 전달한다. 전환신호는 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n) 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 복수의 신호 검출부(220-1 내지 220-n)를 제어하는 제어신호이다. 즉, 전환신호는 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n) 중 어느 하나를 활성센서로 전환시키는 제어신호이다.
사용자는 사용자 단말(300)을 통해 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n) 각각의 활성센서를 선택하는 사용자 명령(MEMS 센서 선택 신호 또는 ICP 센서 선택 신호)을 제어부(230)에 전달할 수 있으며, 제어부(230)는 사용자 명령에 따라 복수의 스위치부(222-1 내지 222-n) 각각에 전환신호를 전달할 수 있다.
통신모듈(240)은 다채널 센싱 장치(200)가 사용자 단말(300)과 상호 연동하도록 연결한다. 즉, 제어부(230)에서 처리되는 디지털 감지신호를 사용자 단말(300)에 전송하고, 사용자 단말(300)로부터 전송되는 사용자 명령을 수신하여 제어부(230)에 전달한다. 통신모듈(240)은 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)를 이용하는 유무선 네트워크를 이용할 수 있다. TCP/IP는 100MHz 이상의 전송속도를 지원하므로, 사용자 단말(300)에서 다채널 센싱 장치(200)를 실시간 모니터링할 수 있다.
사용자 단말(300)은 유무선 네트워크를 통하여 다채널 센싱 장치(200)에 접속하여 송수신되는 신호를 처리할 수 있는 PC(personal computer), PDA(personal digital assistant), 노트북, 스마트폰(smart phone) 등을 포함한다. 사용자 단말(300)은 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n)가 측정한 물리량을 실시간으로 표시할 수 있다. 사용자 단말(300)은 복수의 센싱부(100-1 내지 100-n)가 설치되는 기기의 환경에 따른 기준값을 저장하고, 다채널 센싱 장치(200)로부터 전달되는 감지신호와 기준값을 비교하여 측정대상 기기 상태를 사용자에게 표시한다. 사용자 단말(300)은 감지신호와 기준값을 비교하여 이상이 발생한 측정대상 기기에 대한 알람을 발생시킬 수 있다.
이상에서는, 다채널 센싱 장치(200)와 별도로 마련되는 사용자 단말(300)이 감지신호와 기준값을 비교하여 측정대상 기기의 상태를 사용자에게 표시하고 이상이 발생한 측정대상 기기에 대한 알람을 발생하는 것으로 설명하였다. 그러나, 다채널 센싱 장치(200)는 별도의 표시장치를 구비할 수 있으며, 제어부(230)가 감지신호와 미리 저장되어 있는 기준값을 비교하여 측정대상 기기의 상태를 표시장치를 통해 사용자에게 표시하고 이상이 발생한 측정대상 기기에 대한 알람을 발생할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 센싱 장치가 센싱부의 활성센서를 전환하는 센서 전환 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 전원공급부(221-1 내지 221-n)는 각각에 연결된 센싱부(100-1 내지 100-n)의 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n)에 정전압 및 정전류를 공급한다(S110).
MEMS 센서(110-1 내지 110-n)는 공급된 정전압을 이용하여 감지신호를 생성하고, ICP 센서(120-1 내지 120-n)는 공급된 정전압 및 정전류를 이용하여 감지신호를 생성한다(S120). MEMS 센서(110-1 내지 110-n)는 측정대상 기기의 진동, 소음, 충격 등의 물리량의 변화에 따른 정전압의 변화에 대응하는 제1 감지신호를 생성한다. ICP 센서(120-1 내지 120-n)는 측정대상 기기의 진동, 소음, 충격 등의 물리량의 변화에 따른 정전압의 변화에 대응하는 제2 감지신호를 생성한다.
스위치부(222-1 내지 222-n)는 초기에 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 및 ICP 센서(120-1 내지 120-n) 중 어느 하나를 필터링부(223-1 내지 223-n)에 연결시킨 상태를 유지할 수 있다. 스위치부(222-1 내지 222-n)는 초기의 연결 상태에 따라 제1 감지신호 및 제2 감지신호 중 어느 하나를 필터링부(223-1 내지 223-n)에 전달한다.
이하, 첫 번째 센싱부(100-1)의 MEMS 센서(110-1) 및 ICP 센서(120-1)가 부착된 기기에서 진동이 발생한다고 하자. MEMS 센서(110-1)는 제1 감지신호를 생성하고, ICP 센서(120-1)는 제2 감지신호를 생성한다. 진동이 발생하지 않는 나머지 센싱부에서는 감지신호를 생성하지 않는다.
필터링부(223-1)는 스위치부(222-1)를 통해 전달되는 아날로그의 감지신호에서 고주파 잡음을 제거한다(S130).
ADC(224-1)는 고주파 잡음이 제거된 아날로그 감지신호를 디지털 감지신호로 변환한다(S140). 디지털 감지신호는 제어부(230)에 전달된다.
제어부(230)는 디지털 감지신호를 사용자 단말(300)에 전달한다(S150). 사용자 단말(300)은 디지털 감지신호에 따라 첫 번째 센싱부(100-1)에서 측정된 물리량을 실시간으로 표시한다. 사용자는 사용자 단말(300)에 측정되는 물리량의 특성을 보고 활성 센서로서 MEMS 센서(110-1) 및 ICP 센서(120-1) 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 즉, 사용자는 MEMS 센서(110-1)와 ICP 센서(120-1)의 감지 효율에 따라 둘 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
제어부(230)는 사용자 단말(300)로부터 사용자 명령을 수신하고, MEMS 센서 선택 신호가 있는지 판단한다(S160).
제어부(230)는 MEMS 센서 선택 신호가 수신되면 제1 전환신호를 스위치부(222-1)에 전송하여 첫 번째 센싱부(100-1)의 활성센서로 MEMS 센서(110-1)를 선택한다(S170). 이때, 스위치부(222-1)는 제1 전환신호에 따라 MEMS 센서(110-1)가 필터링부(223-1)에 연결되도록 한다.
제어부(230)는 ICP 센서 선택 신호가 수신되면 제2 전환신호를 스위치부(222-1)에 전송하여 첫 번째 센싱부(100-1)의 활성센서로 ICP 센서(120-1)를 선택한다(S180). 이때, 스위치부(222-1)는 제2 전환신호에 따라 ICP 센서(120-1)가 필터링부(223-1)에 연결되도록 한다.
이후, 첫 번째 센싱부(100-1)는 선택된 활성센서를 이용하여 센싱을 수행한다(S190). 물리량의 주파수 특성에 따라 감지 효율이 높은 MEMS 센서(110-1 내지 110-n) 또는 ICP 센서(120-1 내지 120-n)를 이용하여 센싱을 수행할 수 있으므로, 측정대상에 대해 더욱 정확하게 물리량을 측정할 수 있다.
다채널 센싱 장치(200)는 측정대상 기기의 종류나 구동 상태에 따라 발생하는 다양한 범위의 물리량에 대해 감지 효율이 높은 센서를 적응적으로 선택할 수 있고, 이에 따라 측정대상 기기의 상태를 더욱 정확하게 감지할 수 있다.
상술한 다채널 센싱 장치(200)는 발전 장치, 전동 장치, 보안 감지 장치 등 다양한 기기나 시설에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다채널 센싱 장치(200)는 발전 장치나 전동 장치의 여러 가지 부품에 설치되어 각 부품의 진동, 소음, 충격 등을 감지할 수 있다. 또는 다채널 센싱 장치(200)는 건물의 여러 가지 문이나 창문 등에 설치되어 침입자의 침입에 따른 진동, 소음, 충격 등을 감지할 수 있다.
이하, 다채널 센싱 장치(200)를 구비하는 풍력 발전 장치에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 센싱 장치를 이용하는 풍력 발전 장치를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 풍력 발전 장치는 풍력에 의해 회전하는 로터(10), 로터(10)에 연결되어 로터(10)의 회전에 따라 전기 에너지를 생성하는 나셀(20), 및 나셀(20)을 지지하는 타워(40)를 포함한다.
로터(10)는 주축(21)에 연결되는 허브(11), 허브(11)에서 방사상으로 형성되는 복수의 블레이드(12), 및 블레이드(12)의 각도를 변경시키는 피치 구동부(13)를 포함한다.
허브(11)는 복수의 블레이드(12)와 주축(21)을 연결한다. 복수의 블레이드(12)는 바람과의 작용으로 양력을 발생시키는 익형(airfoil)의 형상으로 형성될 수 있다. 피치 구동부(13)는 복수의 블레이드(12)의 시위선(chord line)이 추축(21)에 수직인 기준면과 이루는 각도를 변경한다.
나셀(20)은 주축(21), 증속부(22), 브레이크부(23), 발전부(24), 요 구동부(yaw drive)(25), 요 베어링(yaw bearings)(26) 및 다채널 센싱 장치(30)를 포함한다.
주축(21)은 로터(10)에 연결되어 로터(10)의 토크를 증속부(22)에 전달한다. 증속부(22)는 로터(10)의 토크를 이용하여 저속의 로터(10)의 회전을 발전기용 고속 회전으로 변환한다. 증속부(22)는 원통 기어, 유성 기어 등의 다양한 조합에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 브레이크부(23)는 로터(10)의 회전을 기계적으로 정지시킨다. 브레이크부(23)는 기계식 디스크 브레이크를 포함한다. 발전부(24)는 증속부(22)에서 변환된 발전기용 고속 회전을 이용하여 전기 에너지를 생성한다. 발전부(24)는 생성된 전기 에너지를 계통 시스템에 전달한다. 계통 시스템은 풍력 발전 장치에서 생산된 전력을 저장하는 배터리, 생산된 전력을 소비하는 부하 또는 상용 계통을 포함한다. 요 구동부(25)는 나셀각 제어부(33)의 제어에 따라 요 베어링(26)을 회전시켜 나셀(20)의 방향을 변경한다.
다채널 센싱 장치(30)는 풍력 발전 장치에 포함되는 다수의 구성요소의 물리적 상태를 측정하는 다수의 센싱부(S1 내지 S6)에서 생성되는 감지신호를 검출한다. 다수의 센싱부(S1 내지 S6)는 로터(10), 주축(21), 증속부(22), 브레이크부(23), 발전부(24), 요 구동부(25) 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있다. 다수의 센싱부(S1 내지 S6) 각각은 MEMS 센서 및 ICP 센서를 포함한다.
다채널 센싱 장치(30)는 사용자 명령에 따라 각 센싱부(S1 내지 S6)의 활성센서로 MEMS 센서 및 ICP 센서 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
다채널 센싱 장치(30)는 각 센싱부(S1 내지 S6)에서 전달되는 감지신호를 사용자 단말(미도시)로 전달할 수 있다. 사용자 단말에서 감지신호와 기준값을 비교하여 풍력 발전 장치의 상태 및 오작동 여부를 표시할 수 있다. 또는 다채널 센싱 장치(30)가 감지신호와 기준값을 비교하여 풍력 발전 장치의 상태 및 오작동 여부를 사용자 단말에게 알릴 수 있다.
예를 들어, 갑작스런 돌풍이나 정지속도 이상의 바람으로 인해 로터(10)의 회전수가 급격이 증가하는 경우, 제1 센싱부(S1)는 로터(10)의 진동에 따른 감지신호를 생성하여 다채널 센싱 장치(200)로 전달한다. 다채널 센싱 장치(30)는 MEMS 센서 및 ICP 센서 중 어느 하나를 활성센서로 선택할 수 있으며, 로터(10)의 진동 상태에 대한 정확한 감지신호를 검출하여 사용자 단말에게 전달할 수 있다.
뿐만 아니라, 다채널 센싱 장치(200)는 주축(21), 증속부(22), 브레이크부(23), 발전부(24), 요 구동부(25) 등의 진동, 소음, 충격 등의 감지신호를 검출하여 사용자 단말에게 전달하여, 사용자가 풍력 발전 장치의 각 구성요소의 상태 및 오작동 여부를 모니터링할 수 있도록 한다.
풍력 발전 장치의 구성요소의 상태 및 오작동을 모니터링하기 위해 설치되는 센싱부는 상술한 부분 이외에도 다양하게 설치될 수 있으며, 각 구성요소의 진동, 소음, 충격 등의 다양한 상태에 대한 감지신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 다채널 센싱 장치(200)는 풍력 발전 장치의 다양한 구성요소의 상태 및 오작동 여부를 검출할 수 있을 것이다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 센싱부
110 : MEMS 센서
120 : ICP 센서
200 : 다채널 센싱 장치
210 : 단자
220 : 신호 검출부
221 : 전원공급부
222 : 스위치부
223 : 필터링부
225 : ADC
230 : 제어부
240 : 통신모듈
300 : 사용자 단말

Claims (10)

  1. 제1 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제1 센서 및 제2 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제2 센서를 포함하고 감지신호를 생성하는 복수의 센싱부와 연결되고, 상기 복수의 센싱부로부터 전달되는 감지신호를 검출하는 하나 이상의 신호 검출부; 및
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 하나 이상의 신호 검출부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 센싱부의 제1 센서와 제2 센서는 동일한 측정대상 기기에 설치되어 상기 동일한 측정대상 기기의 물리량에 대한 감지신호를 생성하는 다채널 센싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 검출부는,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 센서의 아날로그 감지신호 및 상기 제2 센서의 아날로그 감지신호 중 어느 하나를 선택적으로 전달하는 스위치부;
    상기 스위치부에 연결되고, 상기 스위치부를 통해 전달되는 아날로그 감지신호의 고주파 잡음을 제거하는 필터링부; 및
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 정전압 및 정전류를 공급하는 전원공급부 중 적어도 하나를 포함하는 다채널 센싱 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 필터링부에 연결되고, 상기 고주파 잡음이 제거된 아날로그 감지신호를 디지털 감지신호로 변환하여 상기 제어부에 전달하는 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 더 포함하는 다채널 센싱 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 신호 검출부에서 검출되는 감지신호를 사용자 단말로 전송하는 통신모듈을 더 포함하는 다채널 센싱 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자 단말로부터 전송되는 사용자 명령에 따라 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 하나 이상의 신호 검출부를 제어하는 다채널 센싱 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 하나 이상의 신호 검출부에서 검출되는 감지신호와 미리 저장되어 있는 기준값을 비교하여 이상이 발생한 측정대상 기기에 대한 알람을 발생하는 다채널 센싱 장치.
  7. 복수의 블레이드가 부착된 로터;
    상기 로터에 연결되어 상기 로터의 토크를 전달하는 주축;
    상기 로터의 토크를 이용하여 상기 로터의 회전을 발전기용 고속 회전으로 변환하는 증속부;
    상기 증속부에서 변환된 발전기용 고속 회전을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전부;
    상기 로터의 회전을 기계적으로 정지시키는 브레이크부; 및
    상기 로터, 상기 주축, 상기 증속부, 상기 발전부 및 상기 브레이크부 중 적어도 어느 하나에 설치되는 센싱부에서 생성되는 감지신호를 검출하는 다채널 센싱 장치를 포함하고,
    상기 센싱부는 제1 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제1 센서 및 제2 주파수 범위의 물리량에 대해 최대 감지 효율을 갖는 제2 센서를 포함하고, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 동일한 측정대상 기기에 설치되고, 상기 다채널 센싱 장치는 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나를 활성센서로 선택하는 풍력 발전 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 다채널 센싱 장치는,
    상기 제1 센서의 아날로그 신호 및 상기 제2 센서의 아날로그 감지신호 중 어느 하나를 선택적으로 전달하는 스위치부;
    상기 스위치부에 연결되고, 상기 스위치부를 통해 전달되는 아날로그 감지신호의 고주파 잡음을 제거하는 필터링부;
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 정전압 및 정전류를 공급하는 전원공급부; 및
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 풍력 발전 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 다채널 센싱 장치는,
    상기 필터링부에 연결되고, 상기 고주파 잡음이 제거된 아날로그 감지신호를 디지털 감지신호로 변환하는 ADC를 더 포함하는 풍력 발전 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자 단말로부터 전송되는 사용자 명령에 따라 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 어느 하나의 감지신호가 검출되도록 상기 스위치부를 제어하는 풍력 발전 장치.
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