KR101392303B1 - 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스발생기에서 펄스 신호를 웨이브 가이드를 통해 전송하면 상기 웨이브 가이드에 설치된 위치 마그네트에서 반송하는 초음파 응답신호를 픽업하여 제어부로 전송하고 상기 제어부는 상기 펄스 신호와 초음파 응답신호를 해석하여 상기 위치 마그네트의 위치를 탐지하는 자왜식 위치측정 장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 펄스 신호에 대한 초음파 응답신호에 대하여, 샘플링 주기를 정하여 웨이블릿 모함수를 구하고, 상기 웨이블릿 모함수를 이용하여 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환시킨 후, 상기 웨이블릿 변환에서 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)을 구하여 진성 응답신호로 식별하며, 상기 진성 응답신호의 스케일(A)에서 상기 위치 마그네트의 진성 응답시간과 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서에 관한 것이다.
본 발명에 의하여, 자왜식 위치측정장치를 이용하여 초음파 응답에 섞여있는 노이즈와 진성 응답을 식별하고 위치 마그네트의 위치를 정밀하게 측정하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서가 제공되는 이점이 있다.

Description

웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서{Frequency analyzing type magnetostriction displacement transducer using wavelet transformation}

본 발명은 펄스발생기에서 펄스 신호를 웨이브 가이드를 통해 전송하면 상기 웨이브 가이드에 설치된 위치 마그네트에서 반송하는 초음파 응답신호를 픽업하여 제어부로 전송하고 상기 제어부는 상기 펄스 신호와 초음파 응답신호를 해석하여 상기 위치 마그네트의 위치를 탐지하는 자왜식 위치측정 장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 펄스 신호에 대한 초음파 응답신호에 대하여, 샘플링 주기를 정하여 웨이블릿 모함수를 구하고, 상기 웨이블릿 모함수를 이용하여 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환시킨 후, 상기 웨이블릿 변환에서 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)을 구하여 진성 응답신호로 식별하며, 상기 진성 응답신호의 스케일(A)에서 상기 위치 마그네트의 진성 응답시간과 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서에 관한 것이다.

본 발명은 자왜식 위치측정장치에 관한 것으로서, 상기 자왜식 위치측정장치는 펄스발생기에서 전류 펄스 신호를 발생시켜 웨이브 가이드를 통해 전송하면 상기 웨이브 가이드의 특정 위치에 있는 위치 마그네트에서 반송되는 초음파 응답신호를 픽업하여 제어부로 전달시키고, 상기 제어부는 상기 전류 펄스 신호 발생시간과 상기 초음파 응답신호의 도달시간을 비교 분석하여 상기 위치 마그네트의 위치를 연산하는 장치이다.

이와 같은 자왜식 위치측정장치는 선특허 출원번호 10-2006-0048276에 잘 소개되어져 있다.

그런데, 상기 위치 마그네트에서 발생되는 신호는 그 특성이 초음파 응답신호로서, 짧은 응답을 가지는 펄스 신호에 해당되며, 펄스의 주파수가 시간에 대하여 일정한 것이 아니라 시간에 대하여 가변되는 성격을 가지는 전형적인 웨이블릿 주파수 신호에 해당된다.

한편, 상기 초음파 응답신호의 펄스 지속시간은 상기 전류펄스와 초음파 응답신호의 속도가 매우 빠른 시간이므로 상대적으로 긴 시간이라 할 수 있는데, 종래기술방식에서 상기 제어부는 실제로 초음파 응답신호{이하 '응답 신호')의 어느 부분이 진짜 위치 마그네트에서 발생된 신호(이하 '진성 응답'이라 함.)인지 식별하는 것은 불가능하여, 통상 펄스의 중간 시간이나, 초기 도달시간 등을 정하여 상기 위치 마그네트의 위치를 연산하였다.

즉, 상기 응답 신호에는 노이즈와 웨이브 가이드의 단부에서 반송되어 오는 응답 등이 섞여 있으므로 종래기술방식에서 상기 제어부는 정확한 진성 응답시간으로 거리를 구할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 종래기술방식에 의하면, 비교적 정밀을 요하지 않는 거리를 측정하는데는 요긴하나, 정밀한 위치측정 장치로는 사용할 수 없다는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 자왜식 위치측정장치를 이용하여 초음파 응답에 섞여있는 노이즈와 진성 응답을 식별하고 위치 마그네트의 위치를 정밀하게 측정하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 펄스발생기에서 펄스 신호를 웨이브 가이드를 통해 전송하면 상기 웨이브 가이드에 설치된 위치 마그네트에서 반송하는 초음파 응답신호를 픽업하여 제어부로 전송하고 상기 제어부는 상기 펄스 신호와 초음파 응답신호를 해석하여 상기 위치 마그네트의 위치를 탐지하는 자왜식 위치측정 장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 펄스 신호에 대한 초음파 응답신호에 대하여, 샘플링 주기를 정하여 웨이블릿 모함수를 구하고, 상기 웨이블릿 모함수를 이용하여 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환시킨 후, 상기 웨이블릿 변환에서 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)을 구하여 진성 응답신호로 식별하며, 상기 진성 응답신호의 스케일(A)에서 상기 위치 마그네트의 진성 응답시간과 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서를 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 제어부는 미리 상기 웨이브 가이드를 따라 응답하는 초음파 응답신호를 수집하여, 각 초음파 응답신호를 웨이블릿 해석하여 각 웨이브 가이드 위치에 대한 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)의 인덱스(고유 답 주파수)를 저장한 메모리를 포함하여 구성되어; 실측시 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환하면서 상기 메모리의 인덱스를 대조하여 진성 신호의 해석 및 위치 측정 오차를 검증하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)의 인덱스는 웨이블릿 변환으로 얻어지는 각 스케일 중에서 최대값을 가지는 스케일(A)의 인덱스로 정하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서로 되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 의하여, 자왜식 위치측정장치를 이용하여 초음파 응답에 섞여있는 노이즈와 진성 응답을 식별하고 위치 마그네트의 위치를 정밀하게 측정하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 자왜식 위치측정장치의 구조도
도 2는 본 발명의 웨이블릿 변환 알고리즘에 대한 블럭도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 자왜식 위치측정장치의 구조도이며, 도 2는 본 발명의 웨이블릿 변환 알고리즘에 대한 블럭도이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 자왜식 위치측정장치에 관한 것으로서, 상기 자왜식 위치측정장치는 펄스발생기(10)에서 전류 펄스 신호를 발생시켜 웨이브 가이드(30)를 통해 전송하면 상기 웨이브 가이드(30)의 특정 위치에 있는 위치 마그네트(40)에서 반송되는 초음파 응답신호를 픽업하여 제어부(20)로 전달시키고, 상기 제어부(20)는 상기 전류 펄스 신호 발생시간과 상기 초음파 응답신호의 도달시간을 비교 분석하여 상기 위치 마그네트(40)의 위치를 연산하는 장치이다.

본 발명은 그 기본적인 구조에 있어서는 상기 도 1의 종래기술방식과 동일하다.

그런데, 종래기술방식에 있어서 상기 위치 마그네트(40)에서 발생되는 신호는 그 특성이 초음파 응답신호로서, 짧은 응답을 가지는 펄스 신호에 해당되며, 펄스의 주파수가 시간에 대하여 일정한 것이 아니라 시간에 대하여 가변되는 성격을 가지는 전형적인 웨이블릿 신호에 해당된다.

한편, 상기 초음파 응답신호의 펄스 지속시간은 상기 전류 펄스 신호와 초음파 응답신호의 속도가 매우 빠른 시간이므로 상대적으로 긴 시간이라 할 수 있는데, 종래기술방식에서는 실제로 초음파 응답신호{이하 '응답 신호')의 어느 부분이 위치 마그네트(40)에서 발생된 진짜신호(이하 '진성 응답'이라 함.)인지 식별하는 것은 불가능하였다.

따라서, 종래기술방식에서는 통상 초음파 응답 신호 펄스의 중간 시간이나, 초기 도달시간 등과 같이 하나의 표준을 정하여 상기 위치 마그네트(40)의 위치를 대략적으로 연산하였다.

그러나, 이와 같은 방식으로는 상기 초음파 응답 신호에는 웨이브 가이드(30)의 단부에서 반송되어 오는 노이즈 응답이나, 위치 마그네트(40)의 주변에서 발생되는 노이즈 등이 섞여 있으므로 종래기술방식으로는 정확한 진성 응답시간을 알 수 없었다.

본 발명은 종래기술방식이 가지는 이러한 문제점을 해소하여 전류 펄스에 대한 초음파 응답신호에서 진성 주파수 응답을 식별하고, 상기 진성 주파수 응답이 발생된 시간을 찾아내어 거리를 정확하게 연산해 내는 장치이다.

이를 위하여 본 발명은 자왜식 위치측정 장치에 있어서, 상기 제어부(20)가 전류 펄스에 대한 초음파 응답신호에 대하여, 샘플링 주기를 정하여 웨이블릿 모함수를 구하고, 상기 웨이블릿 모함수를 이용하여 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환시킨 후, 상기 웨이블릿 변환에서 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)을 구하여 진성 응답신호로 식별한다.

상기 위치 마그네트(40)에서 발생되는 초음파 응답신호는 그 특성이 짧은 응답을 가지는 펄스 신호로서, 펄스의 주파수가 시간에 대하여 일정한 것이 아니라 시간에 대하여 가변되는 성격을 가지는 전형적인 웨이블릿 주파수 신호에 해당된다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 초음파 응답신호를 픽업하여, 샘플링 주기를 정하고 웨이블릿 모함수를 선택하여 웨이블릿 변환을 준비한다.

웨이블릿 빌딩블록은 적당하게 선택된 함수

의 인덱스 a에 의한 스케일과 인덱스 b에 의한 시간축으로 이동(천이된)된 식으로 이루어진다.

이때, 기본함수

을 웨이블릿 모함수라 하는데, 그 이유는 변환과정에서 사용되는 모든 함수들은 하나의 주 함수로 유도되기 때문이다.

상기 선택된 웨이블릿 모함수를 웨이블릿 변환하여, 스케일과 천이값에 따라 웨이블릿 모함수와의 상관관계(C)를 구한다.

C : 상관관계값, a: 스케일 인덱스, b: 천이 인덱스

본 발명에서는 상기 상관관계가 최대값을 가지는 스케일을 웨이블릿 함수에서 지배적인 주파수 즉, 초음파 응답신호의 기본 주파수로 판단하고, 이때의 스케일 인덱스(A)를 구한다.

상기한 바와 같이 초음파 응답신호는 시간에 따라서 주파수가 변화되는 주파수 응답이므로 상기 기본 주파수의 도달시간을 구하여 진성응답시간으로 하는데, 이를 위하여 상기 최대값을 가지는 스케일의 천이 인덱스를 구하여 상기 시간 정보를 가지고 신호의 실제 발생시점을 구하고, 이를 이용하여 발생거리를 구한다.

즉, 본 발명은 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환하여 주도적인 주파수를 식별해내어 이를 진성응답으로 판단하고, 상기 진성응답의 도달시간으로 거리를 측정하게 되므로, 전류 신호에 대한 노이즈 식별 및 진성 응답 시간으로 거리를 정밀하게 측정할 수 있게 된다.

여기서, 상기 제어부(20)는 미리 상기 웨이브 가이드(30)를 따라 응답하는 초음파 응답신호를 수집하여, 각 초음파 응답신호를 웨이블릿 해석하여 웨이브 가이드(30)의 각 위치에 대한 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)의 인덱스(고유 답 주파수)를 저장한 메모리(200)를 포함하여 구성한다.

즉, 이에 의하면 웨이브 가이드(30)의 각 위치에 따라 발생되는 진성 주파수를 미리 입력시켜 두게 되어, 초음파 응답이 있는 경우에 이와 비교하여 가장 유사한 주파수를 진성 응답으로 판단하여 처리할 수 있게 된다.

따라서, 노이즈가 많은 특정 환경에서 주도적인 주파수의 식별이 어려운 경우에는 상기 메모리에 의존하여 주파수를 식별함으로써, 진성 응답을 찾을 수 있으므로 열악한 환경에서도 노이즈 판단 및 정밀한 위치 측정이 가능해진다,.

실측시 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환하면서 상기 메모리의 인덱스를 대조하여 진성 신호의 해석 및 위치 측정 오차를 검증하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서로 되는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 펄스발생기 20 : 제어부
30 : 웨이브 가이드 40 : 위치 마그네트
400 : 메모리

Claims (3)

1. 펄스발생기에서 펄스 신호를 웨이브 가이드를 통해 전송하면 상기 웨이브 가이드에 설치된 위치 마그네트에서 반송하는 초음파 응답신호를 픽업하여 제어부로 전송하고 상기 제어부는 상기 펄스 신호와 초음파 응답신호를 해석하여 상기 위치 마그네트의 위치를 탐지하는 자왜식 위치측정 장치에 있어서,
   상기 제어부가 상기 펄스 신호에 대한 초음파 응답신호에 대하여, 샘플링 주기를 정하여 웨이블릿 모함수를 구하고, 상기 웨이블릿 모함수를 이용하여 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환시킨 후, 상기 웨이블릿 변환에서 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)을 구하여 진성 응답신호로 식별하며, 상기 진성 응답신호의 스케일(A)에서 상기 위치 마그네트의 진성 응답시간과 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서.
   
2. 제1항에 있어서 상기 제어부는
   미리 상기 웨이브 가이드를 따라 응답하는 초음파 응답신호를 수집하여, 각 초음파 응답신호를 웨이블릿 해석하여 각 웨이브 가이드 위치에 대한 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)의 인덱스(고유 답 주파수)를 저장한 메모리를 포함하여 구성되어;
   실측시 초음파 응답신호를 웨이블릿 변환하면서 상기 메모리의 인덱스를 대조하여 진성 신호의 해석 및 위치 측정 오차를 검증하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 주도적인 주파수를 가지는 스케일(A)의 인덱스는
   웨이블릿 변환으로 얻어지는 각 스케일 중에서 최대값을 가지는 스케일(A)의 인덱스로 정하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 변환을 이용한 주파수 해석식 자왜센서.
   
   

Images