KR101298846B1 - 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항공기 기어박스 내에 장착된 토크 센서와 칩 센서 신호를 처리하기 위한 항공기용 토크 및 칩 신호 처리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 토크 신호처리장치와 칩 신호 처리장치를 하나의 모듈로 처리 가능 하도록 한 항공기용 토크 및 칩 신호 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 홀 이펙트(Hall effect) 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 출력 오차를 가지는 토크센서의 신호를 정확히 처리/보정하고, 기어박스 내의 금속성 칩에 대해 칩을 태울 수 있는 번-오프 기능을 가진 칩 감지기의 신호를 인지하여 기어박스의 상태에 따라 칩을 태우는 명령을 보내거나 상태를 운용자에게 알려주는 항공기 기어박스의 토크신호처리장치 및 칩 신호처리장치를 모듈화한 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치를 제공함으로써, 전체 중량의 감소 및 효율적인 공간설계가 가능해지고, 또한 제작 개발 운용비용을 감소시킬 수 있도록 하며, 또한, 토크신호와 칩신호의 처리를 디지털 방식으로 처리 가능하도록 프로세스를 제공하며, 이러한 프로세스를 제공하는 프로그램을 쉽게 변경가능하도록 외부 인터페이스 수단을 제공함으로써, 각 장치의 성능 확장 및 운용이 용이한 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치를 제공하고자 한다.

Description

항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치{Device for combining a torque signal processor and a chip signal processor}
본 발명은 항공기 기어박스 내에 장착된 토크 센서와 칩 센서 신호를 처리하기 위한 항공기용 토크 및 칩 신호 처리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 토크 신호처리장치와 칩 신호 처리장치를 하나의 모듈로 처리 가능 하도록 한 항공기용 토크 및 칩 신호 처리장치에 관한 것이다.
항공기 기어박스에는 홀 이펙트(Hall Effect) 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 출력오차를 가지는 토크센서와, 기어박스 내의 금속성 칩에 대하여 칩을 태울 수 있도록 하는 번-오프 기능을 제공하기 위한 칩 센서가 구성된다.
따라서 이들 토크센서와 칩 센서의 신호를 처리하기 위한 장치가 필수적으로 필요하다.
현재까지 사용되고 있는 항공기용 토크신호 처리장치와 칩 신호 처리장치는 서로 분리가 되어 있으며 이로 인해 중량 증가 및 비효율적 공간 확보 등이 요구되어지며, 별도로 선택 또는 개발되어야 하는 문제로 인해 제작, 개발 및 운용비용 등이 상승하였다.
특히 토크신호 처리장치 및 칩센서 처리장치는 아날로그 방식으로 개발이 되어 있어 토크신호 특성 변화에 대한 즉각적 대응이 어려우며, 각 장치의 성능 확장 및 운용 범위에 제한이 뒤따른다.
본 발명은 홀 이펙트(Hall effect) 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 출력 오차를 가지는 토크센서의 신호를 정확히 처리/보정하고, 기어박스 내의 금속성 칩에 대해 칩을 태울 수 있는 번-오프 기능을 가진 칩 감지기의 신호를 인지하여 기어박스의 상태에 따라 칩을 태우는 명령을 보내거나 상태를 운용자에게 알려주는 항공기 기어박스의 토크신호처리장치 및 칩 신호처리장치를 모듈화한 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치를 제공함으로써, 전체 중량의 감소 및 효율적인 공간설계가 가능해지고, 또한 제작 개발 운용비용을 감소시킬 수 있도록 한 것이다.
또한, 토크신호와 칩신호의 처리를 디지털 방식으로 처리 가능하도록 프로세스를 제공하며, 이러한 프로세스를 제공하는 프로그램을 쉽게 변경가능하도록 외부 인터페이스 수단을 제공함으로써, 각 장치의 성능 확장 및 운용이 용이한 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치를 제공하고자 한 것이다.
본 발명 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치는,
홀 이펙트(Hall effect) 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 발생되는 출력 오차를 갖는 토크센서의 신호를 감지하기 위한 토크센서감지부와, 기어박스 내의 금속성 칩에 대해 칩을 태울 수 있는 번-오프 기능을 가진 칩 감지센서의 신호를 인지하기 위한 칩센서감지부와, 토크센서감지부 감지된 신호를 입력받아 이를 처리 보정하기 위한 토크센서의 감지신호를 처리 보정하기 위한 토크센서신호 보정 및 칩센서감지부로부터 감지된 신호에 따라 기어박스의 상태를 판단하고 판단결과에 따라 칩을 태우는 명령을 보내거나 상태를 운용자에게 알려주는 정보를 제공하기 위한 토크신호 및 칩감지신호처리제어부와, 외부장치로부터 신호를 입력받아 처리하기 위한 외부장치 인터페이스부를 포함하여 구성되며,
상기 토크센서감지부, 칩센서감지부, 토크신호 및 칩감지신호처리제어부, 외부장치인터페이스부는 모듈화된 보드(PCB), 토크센서감지 및 신호처리보드, 칩센서감지 및 신호처리보드, 외부장치인터페이스보드로 구성되며, 내부로 각 보드를 장착하여 신호 전달을 위한 콘넥터를 포함하는 보드장착부가 구성되고, 그 외부로는 외부장치인터페이스부와 연결되어 외부장치를 연결하기 위한 콘넥터부를 포함하는 케이스가 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은, 온도에 민감한 Hall effect 센서가 적용된 산업용 엔진에 적용될 수 있을 뿐만 금속성 칩이 발생할 수 있는 기어박스 등에 통합 또는 선택적으로 적용되어질 수 있는 것으로,
1) Hall effect 토크 센서를 가진 고정익 및 회전익 항공기 엔진의 토크 신호처리장치
2) 고정익 및 회전익 항공기 기어박스의 칩 신호처리장치
3) 칩 발생이 우려되는 산업용 기어박스의 칩 신호처리장치
4) Hall effect 토크 센서가 적용되는 산업용 엔진의 토크 신호처리장치,
에 적용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 항공기 기어박스의 토크신호처리장치 및 칩 신호처리장치를 모듈화한 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치를 제공할 수 됨으로써, 전체 중량의 감소 및 효율적인 공간설계가 가능해지고, 또한 제작 개발 운용 비용을 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 토크신호와 칩신호의 처리를 디지털 방식으로 처리 가능하도록 프로세스를 제공하고, 이러한 프로세스를 제공하는 프로그램을 쉽게 변경 가능하도록 외부 인터페이스 수단을 제공하여, 각 장치의 성능 확장 및 운용이 용이하게 된다.
토크센서감지부 및 칩센서감지부, 토크신호 및 칩감지신호처리제어부, 외부장치 인터페이스부에 대한 신호처리보드를 구성하여 케이스내에 모듈화하여 구성함으로써, 필요에 따라서 각 신호처리보드를 용이하게 교체하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 있어서 케이스의 일 실시 예 구성을 보인 도면.
도 3은 본 발명에 있어서, 신호처리보드의 일 실시 예 구성을 보인 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 있어서, 토크감지센서의 파형분석 개념을 설명하기 위한 도면.
본 발명 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치의 구성을 첨부된 도면 도 1내지 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
홀 이펙트(Hall effect) 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 발생되는 출력 오차를 갖는 토크센서(200)의 신호를 감지하기 위한 토크센서감지부(10), 토크센서감지부(10)의 감지된 신호를 입력받아 처리 보정하기 위한 토크신호보정부(20)를 포함하는 토크신호처리수단과, 기어박스 내의 금속성 칩에 대해 칩을 태울 수 있는 번-오프 기능을 가진 칩 감지센서(210)의 신호를 인지하기 위한 칩센서감지부(30)와, 토크신호처리수단 및 칩센서감지부(30)로부터 처리된 신호를 입력받아 토크신호처리 보정 및 칩감지신호에 따라 기어박스의 상태를 판단하고 판단결과에 따라 칩을 태우는 명령을 보내거나 상태를 운용자에게 알려주는 정보를 제공하기 위한 메인제어부(40)와, 토크센서(200), 칩감지센서(210), 항공기엔진(FADEC)(220), 신호저장장치(FDR/HUMS)(230), 상태시현장치(CWP)(240) 등과 연결하기 위한 외부장치 인터페이스부(50)와, 전원공급부(60)를 포함하여 구성되며,
상기 토크신호처리수단, 칩센서감지부(30), 메인제어부(40), 외부장치인터페이스부(50), 전원공급부(60)는 모듈화된 보드, 토크신호처리보드, 칩센서감지보드, 메인제어보드, 전원공급보드, 외부장치인터페이스보드로 구성되며, 내부로 각 보드를 장착하여 신호 전달을 위한 콘넥터를 포함하는 보드장착부(101)가 구성되고, 그 외부로는 외부장치인터페이스부(50)와 연결되어 외부장치를 연결하기 위한 콘넥터부(102)를 포함하는 케이스(100)가 구성된다.
이와 같은 본 발명 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치는 토크센서 및 칩감지센서 신호를 통합처리 가능한 모듈장치를 제공하고자 한 것으로,
토크센서감지부(10)는 토크센서(200)와 연결되어 토크센서(200)로 부터의 신호를 감지하기 위한 수단이다.
토크센서(200)는 항공기엔진의 수에 따라 2개의 제 1토크센서(201), 제 2토크센서(202)를 포함하여 구성된다.
토크센서(200)는 홀 이펙트 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 발생되는 출력 오차를 발생시키며, 토크센서감지부(10)는 이러한 토크센서(200)의 신호를 감지하여 토크신호처리수단으로 제공하기 위한 수단이다.
또한 칩감지센서(210)는 기어박스 내의 금속성 칩을 감지하기 위한 수단으로, 칩센서감지부(30)는 칩감지센서(210)의 신호를 입력받아 처리하여 메인제어부(40)로 처리하기 위한 수단이다.
토크신호처리수단은 상기 토크센서감지부(10)로 부터 신호를 입력받아 토크신호보정부(20)에서 토크신호를 보정하기 위한 수단이다.
토크신호보정부(20)는 토크센서(200)의 홀 이펙트 토크센서 신호에 대한 오차보정을 위하여 토크센서(200)로부터 입력된 토크센서출력신호를 분석하는 파형분석부(21)와, 파형분석부(21)로부터 분석된 결과에 따라 센서장착상태에 따른 신호오류보정, 센서 온도 변화에 따른 신호오류보정, 온도 및 기어형상변화에 따른 신호오류보정, 토크센서의 제작오차에 따른 신호오류보정에 대한 신호보정식을 적용하여 센서장착, 온도변화, 온도 및 기어형상변화, 토크센서의 제작오차에 따른 신호오류보정을 수행하는 신호오류보정부(22)를 포함하여 구성된다.
메인제어부(40)는 토크신호의 보정 및 칩감지신호에 따라 기어박스의 상태를 판단하고 판단결과에 따라 칩을 태우는 명령 제어 및 그 상태를 운용자에게 알려주기 프로세스를 제공하는 수단이다.
외부장치 인터페이스부(50)는 기어박스내의 토크센서(200) 및 칩감지센서(210), 항공기엔진(FADEC)(220), 신호저장장치(FDR/HUMS)(230), 상태시현장치(CWP)(240) 등과 연결하여 연결된 외부장치로부터 신호를 제공하기 위한 수단이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 토크신호처리수단(10)(20), 칩센서감지부(30), 메인제어부(40) 외부장치인터페이스부(50), 전원공급부(60)는 모듈화된 보드(PCB)로 구성되며,
이와 같은 토크센서감지 및 신호처리보드, 칩센서감지 및 신호처리보드, 외부장치인터페이스보드로 구성되며, 상기 각 보드를 장착하여 외부장치와 연결하기 위한 케이스(100)가 구성된다.
메인제어부(40)는 도면에 도시되지 않음.
상기 각 신호처리를 위한 보드는 CPU를 구성하여 각 신호처리에 대한 프로세스를 제공하는 프로그램을 제공하는 제어수단을 포함하며, 각 제어수단의 프로그램은 외부로부터 수정 및 업데이트 가능한 수단을 제공한다.
상기 케이스(100)는 내부로 각 보드를 전기적으로 연결하여 신호를 전달 제공하기 위한 보드장착부(101)가 구성되며, 그리고 그 외부로는 외부장치인터페이스부(50)와 연결되어 외부장치를 연결하기 위한 콘넥터부(102)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같이 동작한다.
토크센서(200)로부터 감지된 신호를 토크센서감지부(10)에서는 입력받아 처리하여 토크센서감지신호를 토크신호보정부(20)로 제공한다.
토크신호보정부(20)는 토크센서감지신호를 입력받아 홀 이펙트 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 발생되는 출력 오차를 감지하여 그 오차신호를 보정하게 된다.
토크신호보정부(20)의 파형분석부(21)에서는 토크센서신호의 파형을 분석한다.
도 4a 및 도 4b는 파형분석개념을 설명하기 위한 도면이다.
토크센서(200)로부터 출력되는 이상적인 신호는 도 4a처럼 직사각형 형태이며 e1+e2+ref 값은 항상 일정하며, 토크크기에 따라 e1, e2의 크기가 서로 변한다.(ref의 값은 항상 일정함.)
따라서 토크 계산의 기본 원리는 (e1-e2)/(e1+e2)의 함수를 이용하는 것이고 특정 토크(기준토크)에 대한 (e1-e2)/(e1+e2)를 확인 후 토크 변화 동안의 (e1’-e2’)/(e1’+e2’)를 계산하여 상대적인 토크신호로 구하게 된다.
토크센서의 실제-신호는 직사각형 형태의 신호가 아니라 도 4b처럼 사다리꼴 형태이며 센서의 온도, 장착 상태에 따라 사다리꼴 형태를 벗어나 사인파 형태를 가진다(도 4b의 e1/e2와 e1’/e2’가 서로 달라질 정도로 파형의 변화를 가져옴). 이럴 경우 상기의 (e1-e2)/(e1+e2) 함수 적용을 위한 e1, e2를 찾기가 어려워진다. 즉, 토크신호처리수단에서 토크파형에서 신호를 취하는 구간(도 4b의 e1, e2, e1’, e2’)에 따라 다른 토크로 계산될 가능성이 있다.
따라서 토크신호처리수단은 e1, e1’가 서로 다를 경우 신호보정을 처리하게 되는 바, 보정하는 방법은 파형이 변하거나 토크가 변하더라도 도 4a의 ref/(e1+e2+ref)가 항상 일정해야함을 고려하여 변형된 파형을 토크신호처리수단에서 연산을 통해서 이상적인 사각파형으로 변경하여 토크를 계산하게 된다.
신호오류보정부(22)에서는 상기와 같이 파형분석부(21)로부터 분석된 결과에 따라 각 오류보정에 필요한 보정식을 적용하여 신호오류를 보정하게 된다.
신호오류보정부(22)에서는
(a). 센서장착상태에 따른 신호오류보정,
(b). 센서 온도 변화에 따른 신호오류보정,
(c). 온도 및 기어형상변화에 따른 신호오류보정,
(d). 토크센서의 제작오차에 따른 신호오류보정,
에 대한 신호보정식을 적용하여 센서장착, 온도변화, 온도 및 기어형상변화, 토크센서의 제작오차에 따른 신호오류보정을 수행하게 된다.
또한 칩센서감지부(30)에서는 칩감지센서(210)로부터 감지된 신호를 처리하여 메인제어부(40)로 제공한다.
메인제어부(40)에서는 칩감지센서(210)로부터 입력된 신호에 따라서 기어박스 내의 금속성 칩을 감지하고, 그 결과에 따라 기어박스의 상태를 판단하고 판단결과에 따라 칩을 태우는 명령 제어 및 그 상태를 운용자에게 알려주기 위한 프로세스를 수행한다.

Claims (4)

  1. 항공기 기어박스 내의 홀 이펙트(Hall effect) 효과와 온도변화 및 장착 상태에 따라 발생되는 출력 오차를 갖는 토크센서 신호를 감지하기 위한 토크센서감지부와, 상기 토크센서감지부의 감지된 신호를 입력받아 처리 보정하기 위한 토크신호보정부를 포함하는 토크신호처리수단과; 상기 기어박스 내의 금속성 칩에 대해 칩을 태울 수 있는 번-오프 기능을 가진 칩 감지센서의 신호를 인지하기 위한 칩센서감지부와; 상기 토크신호처리수단 및 칩센서감지부로부터 처리된 신호를 입력받아 토크신호처리 보정 및 칩감지신호에 따라 기어박스의 상태를 판단하고 판단결과에 따라 칩을 태우는 명령을 보내거나 상태를 운용자에게 알려주는 정보를 제공하기 위한 메인제어부와; 상기 토크센서, 칩감지센서 및 외부장치와 연결하기 위한 외부장치인터페이스부와; 전원공급부를 포함하여 구성되며,
    상기 외부장치는 항공기엔진(FADEC), 신호저장장치(FDR/HUMS) 및 상태시현장치(CWP)를 포함하고,
    상기 토크신호처리수단, 칩센서감지부, 메인제어부, 전원공급부 및 외부장치인터페이스부 각각은 토크센서감지 및 신호처리보드, 칩센서감지 및 신호처리보드, 메인제어보드, 전원공급보드 및 외부장치인터페이스보드의 모듈화된 보드로 구성되어 케이싱에 수용되며, 상기 케이싱 내부에는 상기 각각의 모듈화된 보드를 장착하기 위한 커넥터가 구비되고 그 외부에는 상기 외부장치인터페이스보드와 상기 외부장치를 연결하기 위한 커넥터부가 구비되는 것을 특징으로 하는 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 토크신호보정부는 토크센서의 홀 이펙트 토크센서 신호에 대한 오차보정을 위하여 토크센서로부터 입력된 토크센서출력신호를 분석하는 파형분석부와, 파형분석부로부터 분석된 결과에 따라 센서장착상태에 따른 신호오류보정, 센서 온도 변화에 따른 신호오류보정, 온도 및 기어형상변화에 따른 신호오류보정, 토크센서의 제작오차에 따른 신호오류보정에 대한 신호보정식을 적용하여 센서장착, 온도변화, 온도 및 기어형상변화, 토크센서의 제작오차에 따른 신호오류보정을 수행하는 신호오류보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 각 신호처리를 위한 보드로 구성되는 토크신호처리수단, 칩센서감지부, 메인제어부, 외부장치 인터페이스부는 각 신호처리에 대한 프로세스를 제공하는 프로그램을 제공하는 제어수단을 포함하며, 각 제어수단의 프로그램은 외부로부터 수정 및 업데이트 가능한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 토크 및 칩신호 통합처리장치.
  4. 삭제
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