KR101667828B1 - 호스 조립체용 품질저하 검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

호스 결함 검출시스템(10)은 제1 및 제2전도층(20, 24)을 가지는 호스(16)를 포함하는 호스 조립체(12)를 포함한다. 호스 조립체(12)는 전기적 특성을 가진다. 결함검출기(14)는 제1 및 제2전도층(20, 24)와 전기적 통신을 한다. 결함검출기(14)는 호스 조립체(1)에 작동적으로 연결되는 계기(74)를 포함한다. 호스 조립체(12)의 구조적 완전성을 감시하는 방법은 제1전도층(20)과 제2전도층(24)을 가지는 호스(16)를 포함하는 호스 조립체(12)를 가지는 결함검출시스템(10)을 제공하는 것을 포함한다. 호스 조립체(12)는 전기적 특성을 가진다. 호스 조립체(12)의 전기적 특성을 임계값과 비교한다. 전기적 특성이 임계값을 넘어서면 호스 조립체(12)와 작동적으로 통신하는 가시적 계기(74)가 조명한다.

Description

호스 조립체용 품질저하 검출 시스템{DEGRADATION DETECTION SYSTEM FOR A HOSE ASSEMBLY}
본 출원은 2009년 1월 6일자로 출원한 미국 특허 가출원 제61/142,752호의 잇점을 권리주장하고 또한 여기에서 전체적으로 참조로서 통합된다.
본 발명은 호스 조립체의 품질저하를 검출하기 위한 시스템에 관한 것이다.
고압 보강 유압호스(high pressure reinforced hydraulic hose)는 전형적으로 지상-이동 기계와 같은 다양한 액동(液動)기계에 사용되어 기계상 또는 기계 내측에 채용되는 유압회로의 여러 가동부들(moving parts) 간에 유연한 접속을 제공한다. 이러한 호스는 중공 중합체 내측튜브(hollow polymeric inner tube)를 포함하는데, 튜브 상에는 와이어 또는 직물과 같은 연속적인 원통형의 보강재료층들이 동심으로 적용되어 내측튜브 내측에서 발생된 반경방향 및 축방향 압력을 억제한다.
많은 응용들은 높은 파열강도(burst strength)와 장기간의 피로저항(fatigue resistance) 둘 다를 가지는 호스구조를 필요로 한다. 통상적인 기술을 사용하여, 호스디자인의 파열강도는 부가적인 보강재료 및/또는 층들을 부가함으로써 증가될 수 있으나, 그 실행흔 호스의 유연도에 미치는 악영향으로 인해 보통은 잘 이루어지지 않고, 또는 보강재료로 된 각 층의 인장강도(tensile strength)를 증가시킴으로써 증가될 수 있으나, 이는 호스 피로저항을 훼손시킬 수 있다.
호스 디자인의 강인성을 결정하기 위하여, 호스 제조자는 전형적으로, 다른 테스트들 중에서 호스에 대해 충격(impulse)테스트와 파열(burst)테스트를 수행한다. 충격테스트는 호스를 유압에 순환적으로 둠으로써 피로파괴(fatigue failure)에 대한 호스 설계의 저항력을 측정한다. 다른 한편, 파열테스트는 파괴 전까지 내부압력을 내부압력을 균일하게 증가시킴으로써 호스의 극한강도(ultimate strength)를 측정하기 위해 채용되는 파괴적인 유압테스트이다. 이들 및 다른 테스트들을 기반으로, 제조자는, 호스가 그 수명의 한계에 도달하여 교체를 필요로 하는 때를 결정하는데 사용될 수 있는 호스 수명을 추정할 수 있다.
본 발명의 목적은 호스 결함 검출시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징은 호스 결함 검출시스템에 관련된다. 호스 결함 검출시스템은 제1전도층(a first conductive layer)과 제2전도층(a second conductive layer)을 가지는 호스를 포함하는 호스 조립체를 포함한다. 호스 조립체는 전기적 특성을 가진다. 결함 검출기(fault detector)는 제1 및 제2전도층과 전기적 통신을 한다. 결함 검출기는 호스 조립체에 작동적으로 연결되는 적어도 하나의 시각적 계기를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에서, RFID-기반 호스 결함 검출시스템은 다수의 호스 조립체들과, 다수의 RFID 태그 시스템들과, 수명-감지 호스 검출 메카니즘(life-sensing hose detection mechanism)과, 알고리즘과, 적어도 하나의 판독기(reader)와, 적어도 하나의 사용자 인터페이스를 포함한다. 호스 조립체들 각각은 전기적 특성을 가지는 호스를 포함한다. RFID 태그 시스템은 호스 조립체들과 통신한다. 사용자 인터페이스는 호스 조립체의 호스의 전기적 특성을 디스플레이하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에서, 감시 및 파괴검출 시스템은 적어도 하나의 호스 조립체와, 적어도 하나의 센서 노드(sensor node)와, 적어도 하나의 집선기 노드(aggregator node)를 포함한다. 호스 조립체는 전기적 특성을 가지는 호스를 포함한다. 센서 노드는 호스 조립체에 작동적으로 부착되는 다수의 센서들을 가지고 또한 전기적 특성을 감시하도록 구성된다. 집선기 노드는 센서 노드와 작동적으로 통신한다. 센서 노드는 전기적 특성에 관련되는 데이터를 집선기 노드에 제공하도록 구성된다. 집선기 노드는 데이터를 분석하고 또한 호스 조립체의 정보를 사용자 인터페이스를 통해 시스템 운영자에게 제공하도록 구성된다.
다양한 부가적인 특징들은 다음의 상세한 설명에서 주어진다.
이들 특징들은 개별적인 특성과 특성들의 조합에 관련될 수 있다. 상기 설명과 다음의 상세한 설명은 단지 예시적이고 또한 설명하기 위한 것이며, 여기에서 기술되는 실시예들이 기반으로 하는 광범위한 개념들을 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 상기 특성들과 장점과 다른 특성들과 장점들은 첨부도면을 참조하여 이루어진 본 발명을 수행하기 위한 최고 모델의 상세한 설명으로부터 쉽게 이해할 수 있다.
본 발명의 호스 결함 검출시스템은 호스의 구조적 완전성을 감시하여 호스의 결함을 사전에 발견하여 운영자에게 통지함으로써, 호스 완전히 파괴되기 전에 운영자가 호스를 수선하거나 또는 교체할 수 있도록 해주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 특징의 예시적인 특성을 가지는 결함 검출기를 사용하는 예시적인 호스 조립체의 부분 단면도.
도 2는 도 1의 호스 조립체에 사용하기 적합한 땋은 전도층을 사용하는 예시적 호스를 설명하는, 부분적으로 절단한 사시도.
도 3은 도 1의 호스 조립체에 사용하기 적합한 나선형 와이어 전도층을 사용하는 예시적 호스를 설명하는, 부분적으로 절단한 사시도.
도 4A는 호스의 전도층들에 부착되는 마이크로컨트롤러 장치를 가지는 호스를 설명하는, 도 1의 호스 조립체의 단면도.
도 4B는 호스의 전도층들의 전기적 저항값들을 메모리 기록하고 판독하는데 사용되는 도 4A의 마이크로컨트롤러 장치의 알고리즘을 설명하는 도면.
도 4C는 시간에 대한 전기적 저항값들을 감시하는 도 1의 마이크로컨트롤러 장치의 그래프도.
도 4D는 도 1의 마이크로컨트롤러의 메모리에 저장되는 시간에 대한 최소 전기적 저항값들의 그래프도.
도 5는 도 1의 호스 조립체에 사용하기 적합한 결함 검출기를 보여주는 도면.
도 6은 전도층들 간의 초기 간격과 전도층들 간의 변형된 간격을 가지는 호스를 설명하는 도 1의 호스 조립체의 단면도.
도 7은 도 1의 결함 검출기에 사용하기 적합한 비교기를 보여주는 도면.
도 8은 도 1의 호스 조립체에 사용하기 적합한 결함 검출기의 다른 예를 보여주는 도면.
도 9는 도 1의 호스 조립체의 다른 실시예의 측면도.
도 10은 도 1의 호스 조립체의 구조적 온전성을 감시하기 위한 방법을 보여주는 도면.
도 11은 도 1의 호스 조립체의 구조적 온전성을 운영자에게 통지하는 방법을 보여주는 도면.
도 12는 도 1의 호스 조립체의 구조적 온전성을 운영자에게 통지하는 방법을 보여주는 다른 도면.
도 13은 RFID 시스템과 유도커플링을 통해 RFID 시스템가 작동적으로 통신하는 판독기를 가지는 호스를 설명하는, 도 1의 호스 조립체의 다른 실시예의 단면도.
도 14는 RFID 시스템과 후방산란(back-scattering)을 통해 RFID 시스템과 작동적으로 통신하는 판독기를 가지는 호스를 설명하는, 도 1의 호스 조립체의 다른 실시예의 사시도.
도 15는 RFID-기반 호스 결함 감시시스템을 보여주는 도면.
도 16A는 RFID 태크 시스템을 보여주는 도면.
도 16B는 다른 RFID 태그 시스템을 보여주는 도면.
도 17은 호스 조립체를 위한 감시 및 파괴검출 시스템을 보여주는 도면.
동일한 참조번호들을 동일한 부품을 나타내는 도면들을 참조하면, 도 1은 10으로 표시되는 호스 결함 검출 시스템을 보여준다. 호스 결함 검출시스템(10)은 호스 조립체(12)와, 호스 조립체(12)와 전기적으로 통신하는 결함 검출기(14)를 포함한다.
호스 조립체(12)는 다층구조를 가지는 호스(16)를 포함한다. 본 실시예에서, 호스(16)는 신축성이 있고 또한 특정 응용의 요구사항들에 따라서 고무 또는 플라스틱과 같은 중합체 재료 또는 다른 재료로 만들어지는 내측튜브(18)와, 제1전도층(20)과, 중간층(22)과, 제2전도층(24)과 외측커버(26)를 포함한다. 제1 및 제2전도층들(20, 24)과 중간층(22)은 커패시턴스, 인덕턴스 및/또는 저항(임피던스)와 같은, 호스 조립체(12)의 전기적 특성을 규정한다.
본 실시예에서, 제1전도층(20)은 내측튜브(18) 위를 덮고, 중간층(22)은 제1전도층(20) 위를 덮는다. 제2전도층(24)은 중간층(22) 위를 덮는다. 제1 및 제2전도층(20, 24)들은 보강층으로서 구성될 수 있다. 외측커버(26)는 제2전도층(24) 위를 덮고, 예컨대 고무 또는 플라스틱으로 된 압출층(extruded layer)(미도시)을 포함할 수 있다. 외각커버(26) 그 자체가 보강층(미도시)을 포함할 수 있다.
중간층(22)은 제1 및 제2전도층(20, 24)들을 적어도 부분적으로 서로에 대해 전기적으로 절연시키도록 작동한다. 중간층(22)은 다양한 구성들 중 하나를 가질 수 있다. 예컨대, 중간층(22)은 전기적 저항재료로 된 단일층으로 구성될 수 있다. 중간층(22)은 또한 다층으로 구성될 수 있는데, 층들 중 적어도 하나는 전기적 절연특성을 보인다. 고분자 물질(polymeric material)에 결합된 직물과 같은 소정의 합성재료가 중간층(22)에 사용될 수 있다. 다양한 다른 구성을 가지는 합성재료 또한 사용할 수 있다. 또한 합성재료들을 다른 재료와 조합하여 사용하여 중간층(22)을 형성할 수 있다.
제1 및 제2전도층(20, 24)들은 호스의 전체 길이로 연장하고 또한 호스의 전체 둘레에 이어질 수 있다. 이는, 전도층들이 또한 보강층으로서 기능하는 경우이다. 중간층(22)은 또한 호스의 전체 길이와 둘레 위를 연장할 수 있다. 그러나, 제1 및 제2전도층(20, 24)중 적어도 하나가 호스의 길이의 일부분 위만을 연장하거나 및/또는 호스의 둘레의 일부분 위만을 연장하는 경우가 있을 수 있다. 이들 경우에 있어서, 중간층(22)은 또한 부분적인 전도층(20, 24)만을 포함하는 호스의 영역 위를 연장하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2전도층(20, 24)을 서로 분리시키도록 부분적 중간층(22)이 호스 내에 위치될 수 있다.
도 2와 3을 참조하면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들은 도 2에 도시된 바와 같이 예컨대 전기적 전도성의 땋은(braided) 보강재료(28)를 포함하거나, 또는 도 3에 도시된 바와 같이 전기적 전도성의 나선형 보강재료(29)로 된 다른 층들을 포함할 수 있다. 땋은 보강재료(28)는 단일층 또는 다층들을 포함할 수 있다. 비록 두 개의 와이어 나선형 보강구성이 도 3에 도시되어 있다고 하더라도, 예컨대 네 개 또는 여섯 개의 와이어 구성들과 같은 다른 구성들을 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다.
제1 및 제2전도층(20, 24) 각각은 동일한 구성을 가지나, 또는 각 층(20, 24)들은 상이하게 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2전도층(20, 24) 각각은 도 2에 도시된 것과 같은 땋은 보강재료(28)를 포함할 수 있거나, 또는 제1 및 제2전도층(20, 24)들 중 하나는 땋은 보강재료(28)를 포함하는 반면 제1 및 제2전도층(20, 24)들 중 다른 하나는 도 3에 도시한 나선형 보강재료(29)를 포함할 수 잇다. 부수적으로, 제1 및 제2전도층(20, 24)들은 보강재료(28, 29)들로 된 한가닥(single ply) 또는 여러가닥(muliple plies)을 포함할 수 있다. 선택된 재료들이 전기적으로 전도성이라면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들은 금속 와이어, 천연섬유 또는 합성섬유 및 직물, 및/또는 다른 보강재료를 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 호스 조립체(12)는 호스(16)의 내측과 맞물리는 니플(32)과, 호스(16)의 외측과 맞물리는 소켓(34)을 포함할 수 있다. 니플(32) 및/또는 소켓은 호스(16)를 다른 부품(미도시)과 유동적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 니플(32)은 호스(16)의 내측튜브(18)와 맞물리는 세장된(elongated) 원통형 단부(36)를 포함한다. 소켓(34)의 원통형 형상 단부(38)는 호스(16)의 외측커버(26)와 맞물린다. 소켓(34)과 니플(32)은 기술분야의 당업자에게 공지된 것과 같은 전기적 전도재료로 구성될 수 있다.
소켓(34)과 니플(32)은 호스(16)를 덮도록 소켓(34)의 단부(38)를 크림핑(crimping)함으로서 호스(16)에 고정될 수 있다. 크림핑 공정은 소켓(34)의 단부(38)를 변형시켜, 니플(32)과 소켓(34) 사이에서 호스(16)를 압축한다. 본 실시예에서, 호스(16)와 맞물리는 니플(32)과 소켓(34)의 부분들은. 소켓(34)이 크림핑되어 소켓(34)과 니플(32)을 호스(16)에 고정시키는 것을 도와줄 때 상대적으로 부드러운 호스(16) 재료 내로 적어도 부분적으로 매립되는 일련의 톱니(serrations)(39)을 포함한다. 톱니(39)는 톱니(39)가 제1 및 제2전도층(20, 240과 접촉하는 내측튜브(18)와 외측커버(26)를 관통하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 소켓(34)은 호스(16)의 호스단부(44)에 인접한 소켓(34)의 변형가능한 단부(42) 근처에 위치하는, 내측으로 연장하는 원주형 러그(circumferential lug)(40)를 포함한다. 러그(40)는 니플(320에 소켓(34)을 고정하기 위해 니플(32) 내에 형성되는 대응하는 원주형 슬롯(46)과 맞물린다. 러그(40)를 가지는 소켓(34)의 변형가능한 단부(42)는 초기에 니플(32)보다 크게 형성되어 소켓(340이 니플(32) 상에 조립이 될 수 있도록 해준다. 조립 과정 동안에, 소켓(34)의 변형가능한 단부(420가 크림핑되어, 소켓(34)을 변형시키고 또한 니플(32) 내에 규정된 대응하는 슬롯(46)과 러그(40)가 맞물리도록 힘을 가한다. 러그(40)가 슬롯(46)과 맞물리는 지점에서, 소켓(34)과 니플(32) 사이에 전기적 절연 칼라(collar)(48)를 위치시킴으로써 소켓(34)은 니플(32)로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
호스 조립체(12)는 니플(32) 및/또는 소켓(34)에 부착되는 너트(50)를 포함할 수 있다. 너트(50)는 호스 조립체(12)를 다른 부품(미도시)에 고정시키도록 구성된다.
제1전도층(20)은 호스(16)의 내측튜브의 단부를 지나 연장하도록 구성될 수 있다. 제1전도층(20)은 니플(32)과 맞물려 니플(32)과 제1전도층(20) 사이에 전기적 접속을 생성할 수 있다. 비슷하게, 제2전도층(24)은 호스(16)의 외측커버의 단부를 지나 연장하도록 구성될 수 있다. 제2전도층(24)은 소켓(34)과 맞물려 소켓(34)과 제2전도층(24) 사이에 전기적 접속을 생성할 수 있다.
호스(16)의 호스 단부(44)를 지나 연장하는 제1 및 제2전도층(20, 24)의 부분들이 서로 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 전기적 절연 스페이서(52)가 제1 및 제2전도층(20, 24)의 노출된 단부들 사이에 위치할 수 있다. 스페이서(52)는 니플(32)로부터 소켓(34)을 전기적으로 절연시키는데 사용되는 칼라(48)의 일부로서 일체로 형성될 수 있다. 스페이서(52)는 또한 내측튜브(18)와 외측커버(26)의 단부를 지나 호스(16)의 중간층(22)을 연장시킴으로써 형성될 수 있다. 다르게는, 스페이서(52)는 호스(16)의 칼라(48)와 중간층(22)과 분리되는 독립부품으로서 구성할 수 있다.
결함검출기(14)는 다양한 구성중 하나를 가질 수 있다. 예시적인 결함검출기(14)는 여기에서 참조로 포함되는, 2009년 7월 8일자로 출원된 미국특허 제12/499,477호에 기술되어 있다.
도 5를 참조하면, 결함검출기(14)의 예시적인 개략도가 도시되어 있다. 호스 결함 검출시스템(10)의 결함검출기(14)는 호스(16)의 구조적 완전성을 감시하는데 사용된다. 본 실시예에서, 호스(16)의 구조적 완전성이 위태로울 때, 결함검출기(14)는 호스(16) 상에 가시적 통보신호(visual notification signal)을 생성시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
호스(16)의 구조적 완전성을 위태롭게 하는 광범위한 메카니즘이 존재한다. 호스(16)는, 호스(16)의 완전한 고장에 앞서 나타나는, 호스(16)내 층들(20, 24)들 중 하나 이상의 점진적 파괴에 의한 저하(progressive fatigue induced degeneration)를 일으키는 주기적 압력변화에 높이는 유압호스일 수 있다. 논의를 위해, 호스(16)의 벽에 구멍이 점점 커져 호스(16)로부터 유체가 새어나오도록 할 때 호스(16)의 완전한 고장이 발생한다. 호스(16) 내에서 발생하는 품질저하는 검출하는 능력은 호스가 완전하게 고장나기 앞서 정비를 위해 호스를 제거하는 기회를 제공한다.
본 실시예에서, 호스(16)의 품질저하는 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간에, 검출가능한 대응하는 전기적 특성 변화를 생성한다. 한 실시예에서, 전기적 특성은 커패시턴스이다. 다른 실시예에서 전기적 특성은 저항이다. 또 다른 실시예에서, 전기적 특성은 임피던스다.
전기적 특성 변화가 검출되면, 운영자는 위험한 호스 고장을 경고받는다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 호스(16)의 중간층(22)이 찢어져 제1전도층(20)이 제2전도층(24)과 전기적으로 접촉하게 되면, 이러한 접촉은 호스 조립체(12)의 전기적 특성 변화를 일으키고, 이는 결함검출기(14) 검출할 수 있다. 또한, 전도층(20, 24)들 중 하나가 해어지는 것도 가능하다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 전도층(20, 24)들이 땋은 보강재료(28)로 구성되는 경우에 개별적인 와이어들의 파손으로 특징될 수 있다. 한 실시예에서, 해어진 와이어들은 중간층(22)을 뚫고 반대되는 전도층(20, 24)과 접촉하여 호스 조립체(12)의 전기적 특성변화를 야기시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 와이어들이 해어지기 시작하면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 물리적 관계에서의 변화는, 결함검출기(14)가 검출하는 전기적 특성 변화를 일으킨다. 상세히 설명하면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 저항이 낮은 레벨로 감소될 수 있다.
도 4A 내지 4D를 참조하면, 마이크로컨트롤러(54)는 전기적 저항을 처리하고 또한 주어진 시간주기(tm) 동안에 상대적 최소 전기적 저항(Rm)을 저장하는데 사용될 수 있다. 마이크로컨트롤러(54)는 호스(16)의 제1 및 제2전도층(20, 24)에 작동적으로 부착된다. 특히 도 4A를 참조하면, 마이크로컨트롤러(54)는 호스(16)의 외측커버(26)에 부착될 수 있다. 마이크로컨트롤러(54)는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 소정의 구정으로 제1 및 제2전도층(20, 24)에 동작적으로 부착될 수 있다는 것을 알아야 한다. 마이크로컨트롤러(54)는 센서(56)와, 신호 조정기(signal conditioner)(58)와, 메모리(60)와, 그리고 아날로그-디지털 변환기(61)를 가지는 처리유닛(63)을 포함한다. 센서(56)는 제1 및 제2전도층(20, 24) 간의 전기적 저항을 지속적으로 감지하도록 구성된다. 신호 조정기(58)는 센서(56)가 판독한 전기적 저항을 지속적으로 변환하는, 기술분의 당업자에게 공지된 타입이다. 처리유닛(63)은 조정된 전기적 저항을 아날로그 신호에서 디지털 신호를 변환하도록 구성된다. 도 4B를 참조하면, 마이크로컨트롤러(54)의 처리유닛(63)은 알고리즘(62)을 포함한다. 알고리즘(62)은 100으로 표시되어 있듯이, 타이머를 클리어링하고 또한 타이머가 클리어한 관련시간을 포착함으로써 개시된다. 알고리즘(62)이 개시되면(100), 102로 표시되어 있듯이, 알고리즘(62)은 활동중지(sleep)하고 이벤트(event)를 대기한다. 상기 이벤트는 104로 표시되어 있듯이, 샘플링시간(tm)이 경과(elapse)하는 때일 수 있다. 104로 표시되어 있듯이 샘플링시간(tm)이 경과하면, 106으로 표시되어 있듯이 로스(16)로부터의 저항값(R)이 판독된다. 만일 저항값(R)이 이전에 판독되었거나 또는 최소 저항값(Rm)보다 작지 않다면, 108로 표시되어 있듯이 아무것도 발생하지 않고, 처리유닛(63)은 활동 중지하고 다음 이벤트(102)를 대기한다. 만일 저항값이 이전에 판독한 저항보다 낮다면, 110으로 표시되어 있듯이 샘플링시간(tm)과 대응하는 최소 저항값(Rm)이 메모리(60)에 기록되고, 처리유닛(63)은 계속 활동중지하고 다음 이벤트(102)를 대기한다. 새로운 최소 저항값(Rm)이 메모리(60)에 기록되었기 때문에, 112로 표시되어 있듯이 운용자가 최소 저항값(Rm)과 대응하는 샘플링시간을 메모리(60)로부터 판독할 수 있다. 마찬가지로, 114에 표시되어 있듯이 타이머를 간헐적으로 리셋하고 또한 리셋의 대응시간(tm)을 메모리(60)에 저장하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 도 4C를 참조하면, 66으로 표시되어 있듯이 전기적 저항이 새로운 최소값으로 결정될 때마다 디지털 전기저항이 메모리(60)에 저장된다. 전기적 저항(R)의 최소 저항값(Rm)에서의 변화는 도 4D에 도시된 바와 같이 시간(tm)에 걸쳐 플롯될 수 있다. 도 4D를 참조하면, 처리유닛(63)은 또한 68로 표시되어 있듯이 전기적 저항을 감시하여 최소 전기적 저항(Rm)을 메모리(60)에 저장하도록 구성될 수 있다.
도 1과 도 5에 도시된 다른 실시예에서, 호스(16)에서 내부 결함으로 인해 호스 층(2, 22, 24, 26)들 중 하나 이상으로 들어가는 유체에 의해 야기될 수 있는 호스(16)의 부풀어 오름(swelling)으로 인해 발생할 수 있는 것과 같은, 제1 및 제2전도층(20, 24) 간의 물리적 관계에서의 변화는 대응하는 전기적 특성 변화를 생성할 수 있다. 본 실시예에서, 감시한 전기적 특성에서 변화를 검출하면, 결함검출기(14)는 운영자에게 가시적 통지를 제공하는데, 이는 호스 조립체(12) 내에 결함의 존재를 표시한다.
도 5의 실시예에서, 감시하고 있는 전기적 특성은 제1전도층(20)과 제2전도층(24) 간의 전기적 임피던스이다. 본 실시예에서, 결함검출기(14)는 발진기(70)와 발진기(70)와 전기적 통신을 하는 비교기(72)를 포함한다. 본 실시예에서, 결함검출기(14)는 적어도 하나의 가시적 계기(74)를 더 포함하는데, 이는 호스 조립체(12)에 직접 설치되어 비교기(72)와 전기적 통신을 한다.
도 5를 참조하면, 발진기(70)는 전원과 전기적 통신을 한다. 한 실시예에서, 전원은 호스 결함 검출시스템(10)의 사용하는 광산용 차량(off-highway vehicle)에서 발견되는 직류(DC)전원이다. 발진기(70)는 전원으로부터의 직류는 교류(AC)로 변환하도록 구성된다.
발진기(70)는 연산증폭기, 커패시터, 저항 등과 같은 능동 및 수동장치를 가지는 회로를 포함한다. 도 5의 실시예에서, 호스 조립체(12)의 제1 및 제2전도층(20, 24)은 제1 및 제2 전기적 리드(lead)(78a, 78b)를 통해 발진기(70)와 전기적으로 통신하는 가변 임피던스(76)를 형성한다. 한 실시예에서, 제1전기적 리드(78a)는 제1전도층(20)에 직접 연결되는 한편 제2전기적 리드(78b)는 제2전도층(24)에 직접 연결된다. 다른 실시예에서, 제1전기적 리드(78a)는 니플(32)에 직접 연결되어, 제1전도층(20)과 전기적 통신을 하는 한편 제2전기적 리드(78b)는 소켓(34)에 직접 연결되어 제2전도층(24)과 전기적 통신을 한다.
앞서 논의 하였듯이, 발진기(70)는 주파수를 가지는 출력신호를 출력한다. 본 실시예에서, 발진기(70)는 사인파 신호를 출력한다. 호스 조립체(12)의 전기적 특성변화는 발진기(70)의 출력신호에 영향을 미친다. 예컨대, 도 6을 참조하면, 제1 및 제2전도층(20, 24) 간의 초기 간격(Di)이 변형 간격(Df)으로 변하면, 호스 조립체(12)의 전기적 특성 또한 변한다. 호스 조립체(12)의 전기적 특성이 변하기 때문에, 출력신호의 주파수가 변한다.
도 5를 참조하면, 발진기(70)는 비교기(72)와 전기적으로 통신한다. 본 실시예에서, 비교기(72)는 발진기(70)로부터의 출력신호에서 변화를 검출하므로, 따라서 호스 조립체(12)의 전기적 특성 변화를 검출한다. 비교기(72)는 수신한 전기적 턱성의 다양한 계산과 처리를 수행하는 마이크로프로세서(80)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 적어도 하나의 가시적 계기(74)가 비교기(72)와 전기적으로 통신한다. 가시적 계기(74)는, 호스 조립체(12)가 계속 작동할 수 있다 하더라도 호스 조립체(12)의 구조적 완전성이 훼손되었다는 통지를 운영자에게 제공한다. 호스 조립체(12)의 고장에 앞선 이 통지는, 호스(16)가 새기 전에 운영자가 호스 조립체(12)를 교체할 수 있도록 해준다. 가시적 계기(74)는, 운영자가 차량으로부터 호스(16)를 제거하는 일이 없이 감소된 구조적 완전성을 가지는 호스(16)를 확인할 수 있도록 해준다. 본 실시예에서, 가시적 계기(72)는 발광 다이오드(LED)와 같은 광이다. 가시적 계기(74)의 사용은, 운영자가 가시적 계기(74)로부터 사전에 판독을 얻고 또한 중단하는 것을 필요로 하는 시간 또는 사용법 기반 유지보수 스케쥴에 포함시킬 수 있다.
한 실시예에서, 가시적 계기(74)의 광 강도(light intensity)는 호스(16)의 중간층(22)의 두께에 대응한다. 예컨대, 결함검출기(14)는, 호스(16)의 중간층(22)의 두께(t)가 감소함에 따라 가시적 계기(74)의 광 강도가 증가하도록 구성될 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 결함검출기(14)는 제1시각적 계기(74A)와 제2시각적 계기(74B)를 포함한다. 비교기(72)는 제1시각적 계기(74A)를 조명하게 만들어, 호스 조립체(12)의 구조적 완전성이 호스 조립체(12)에 대해 정격 조건에서 작동할 수 있다는 시각적 통지를 운영자에게 제공한다. 호스 조립체(12)가 품질 저하되기 시작하면(예컨대, 중간층의 두께(t)가 감소하기 시작하면), 비교기는 제2시각적 계기(74B)를 조명하게 만들어 호스 조립체(12)의 임박한 고장을 운영자에게 통지한다.
한 실시예에서, 마이크로프로세서(80)는 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 임피던스로 발생하는 발진기(70)로부터의 출력신호의 주파수를 임계값과 비교한다. 발진기(70)로부터의 출력신호의 주파수는 제1전도층(20)과 제2전도층(24) 간의 초기 간격(Di)에서 변형 간격(Df)로 변화에 응해 변경된다. 예컨대, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 초기 간격(Di)이 변형 간격(Df)로 감소하면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 임피던스가 감소하므로, 따라서 발진기(70)로부터 출력신호의 주파수가 변경된다.
한 실시예에서, 상기 임계값은 전기적 특성에 대한 한계로서 역할하는 프로그램된 값이다. 다른 실시예에서, 임계값은 호스 조립체(12)의 초기 동작 동안에 결정되는 값이다. 다른 실시예에서, 임계값은 상한과 하한으로서 역할하는 값들의 범위이다.
한 실시예에서, 단지 예로서, 만일 출력신호의 주파수가 주파수에 대한 임계값에 거의 동일하거나 또는 주파수에 대한 값들의 범위 내에 있다면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 초기 간격(Di)은 변하지 않는다. 이 상황에서, 비교기(72)는 제1시각적 계기(74A)를 조명하게 만들어, 호스 조립체(12)가 정격 압력에서 동작할 수 있다는 것을 운영자에게 통지한다. 그러나, 만일 출력신호의 주파수가 주파수에 대한 임계값 아래이거나 또는 주파수에 대한 값들의 범위 밖에 있으면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 초기 간격(Di)은 변형 간격(Df)로 감소되었다. 이 상황에서, 비교기(72)는 제2시각적 계기(74B)를 조명하게 만들어, 호스 조립체(12)의 구조적 완전성이 훼손되었다는 것을 운영자에게 통지한다.
도 7을 참조하면, 비교기(72)의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 비교기(72)는 파형 정형기능(wave shaping function)(84)과 프로세싱기능(processing function)(86)을 가진다. 파형 정형기능(84)은 발진기(70)로부터의 사인파 출력신호를 사각파 신호로 변환한다. 프로세싱기능(86)은 사각파 신호를 수신하여, 사각파 파형의 주파수에서 변화를 검출하거나 또는 사각파 파형이 없음 검출한다. 파형 정형기능(84)으로부터 수신한 신호에 따라서, 프로세싱기능(860은 제1 또는 제2시각적 계기(74A, 74B)를 조명하게 만든다.
도 8을 참조하면, 결함검출기(14)의 다른 예시적인 도면이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 결함검출기(14)는 가변저항(88)과, 가변저항(88)과 전기적으로 통신하는 비교기(72)와, 비교기(72)와 전기적으로 통신하는 적어도 하나의 시각적 계기(74)를 포함한다.
본 실시예에서, 감시하고 있는 호스 조립체(12)의 전기적 특성은 제1전도층(20)과 제2전도층(24) 간의 전기적 저항이다. 이 전기적 저항은 가변이다. 이는, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 초기 간격(Di)이 변형 간격(Df)으로 변하면, 전기적 저항 또한 변한다는 것을 의미한다. 예컨대, 제1전도층(20)과 제2전도층(24) 간의 초기 간격(D1)이 변형 간격(Df)으로 감소하면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 저항 역시 감소한다.
도 7에 도시된 한 실시예에서, 비교기(72)의 마이크로프로세서(80)는 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 저항을 임계값과 비교한다. 한 실시예에서, 상기 임계값은 전기적 저항에 대한 하한(lower limit)으로서 역할하는 프로그램된 값이다. 만일 전기적 저항이 임계값보다 작다면, 호스 조립체(12)는 고장상태를 가진다고 해석되어, 호스 조립체(12)는 동작에서부터 제거되어야만 한다. 이는 임계값 보다 낮은 전기적 저항 판독이, 호스 조립체(12)가 고장에 가까워지게 될 수 있는 내부의 구조적 결함을 포함하는 호스(16)와 일치하기 때문이다. 마찬가지로, 만일 전기적 저항이 임계값과 동일하거나 또는 임계값보다 크다면, 호스 조립체(12)는 괜찮은 상태에 있는 것으로 해석되어, 호스 조립체(12)는 동작상태에 있게 된다. 다른 실시예에서, 단지 예로서 임계값은 약 10 밀리-오옴(mΩ)이다. 임계값은 본 기술분야의 당업자에게 공지된, 소정의 적절한 값일 수 있다는 것을 알아야 한다.
한 실시예에서, 단지 예로서, 만일 전기적 저항이 임계값보다 크거나 또는 동일하다면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 초기 간격(Di)은 변하지 않는다. 그러나, 만일 전기적 저항이 임계값보다 작다면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 초기 간격(Di)은 변형 간격(Df)으로 감소되었다. 이러한 상황에서, 비교기(72)는 가시적 계기(74)가 조명하도록 하여, 호스 조립체(12)의 구조적 완전성이 훼손되었다는 것을 운영자에게 통지한다.
다른 실시예에서, 도 5 및 도 7 내지 9에 도시되어 있듯이, 결함검출기(14)는 제1가시적 계기(74A)와 제2가시적 계기(74B)를 포함한다. 특히 도 9를 참조하면, 제1가시적 계기(74A)는 호스 조립체(12)에 직접 배치되지만, 제2가시적 계기(74B)는 호스 조립체(12)에서부터 멀리 떨어진 위치에 배치된다. 만일 호스 조립체(12)의 전기적 저항이 임계값보다 작다면, 비교기(72)는 제1 및제2가시적 계기(74A, 74B)들이 조명하도록 한다. 제1시각적 계기(74B)는 호스 조립체(12)의 임박한 고장을 차량의 운전자게 통지하는 한편 제1가시적 계기(74A)는 감소된 구조적 완전성을 가지는 호스 조립체(12)를 식별하기 때문에 가시적 계기(74)의 이러한 구성은 잠재적으로 장점이 될 수 있다.
도 1을 참조하면,호스 조립체(12)의 호스(16) 상에 직접 배치되는 가시적 계기(74)를 가지는 호스 조립체(12)가 도시되어 있다. 한 실시예에서, 가시적 계기(74)는 호스(16)의 외측커버(26)의 소정 부위를 둘러싸는 슬리브(미도시)에 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 가시적 계기(74)는 호스(16)의 외측커버(26) 내에 매설될 수 있다.
도 9을 참조하면, 가시적 계기(74)는 소켓(34) 상에 배치될 수 있다. 한 실시예에서, 가시적 계기(74)를 소켓(34) 둘레의 어떠한 각도에서도 볼 수 있도록, 가시적 계기(34)는 소켓(34) 둘레를 완전히 연장한다.
도 10을 참조하여, 호스 조립체(12)의 구조적 완전성을 감시하기 위한 방법을 기술한다. 단계(202)에서, 제1 및 제2전도층(20, 24)을 포함하는 호스 조립체(12)가 제공된다. 본 실시예에서, 호스(16)는 내측튜브(18)의 적어도 일부분을 덮는 제1전도층(20)과, 제1전도층(20)을 덮는 중간층(22)과, 중간층(22)의 적어도 일부분을 덮는 제2전도층(24)을 포함한다.
단계(204)에서, 호스 조립체(12)의 전기적 특성을 감시한다. 한 실시예에서, 상기 전기적 특성을 커패시턴스이다. 다른 실시예에서, 전기적 특성은 저항이다.
만일 감시하고 있는 전기적 특성이 커패시턴스라면, 단(204)에 이전에 결함검출기(14)의 발진기(70)에 전압 또는 전류가 인가된다. 한 실시예에서, 전압 또는 전류가 결함검출기(14)의 발진기(70)에 지속적으로 인가된다. 다른 실시예에서, 전압 또는 전류가 결함검출기(14)의 발진기(70)에 간헐적으로 인가된다. 또 다른 실시예에서, 호스 조립체(12)가 가압될 때만 전압 또는 전류가 결함검출기(14)의 발진기(70)에 인가된다.
감시한 전기적 특성은 단계(206)에서 임계값과 비교된다. 본 실시예에서, 마이크로프로세서(80)가 이 비교를 수행한다. 한 실시예에서, 상기 임계값은 프로그램된 값이다. 다른 실시예에서, 상기 임계값은 호스 조립체(12)의 초기 작동 동안에 결정되는 값이다.
단계(208)에서, 만일 감시한 전기적 특성이 임계값을 넘어서면, 가시적 계기(74)가 조명한다. 한 실시예에서, 만일 감시한 전기적 특성이 임계값보다 작으면 가시적 계기(74)가 조명한다. 다른 실시예에서, 만일 감시한 전기적 특성이 규정된 값들의 범위 밖에 있으면 가시적 계기(74)가 조명한다.
다른 실시예에서, 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)들은 호스 조립체(12)의 구조적 완전성을 운용자에게 통지하는데 사용된다. 만일 감시한 전기적 특성이 임계값보다 크거나 또는 임계값과 동일하거나 또는 감시한 전기적 특성이 규정된 값들의 범위 내에 있으면 제1가시적 계기(74A)가 조명하는 한편, 감시한 전기적 특성이 임계값보다 작거나 또는 감시한 전기적 특성이 규정된 값들의 범위 밖에 있으면 제2가시적 계기(74B)가 조명한다.
도 9와 도 11을 참조하여, 호스 조립체(12)의 구조적 완전성을 운영자에게 통지하는 방법(300)을 설명한다. 단계(302)에서, 내측튜브(18)의 적어도 일부분을 덮는 제1전도층(20)과, 제1전도층(20)을 덮는 중간층(22)과, 중간층(22)의 적어도 일부분을 덮는 제2전도층(24)을 가지는 호스 조립체(12)가 제공된다. 한 실시예에서, 호스 조립체(12)는 호스 조립체(12) 상에 배치되는 적어도 하나의 가시적 계기(74)를 포함한다. 다른 실시예에서, 호스 조립체(12)는 호스(16) 상에 배치되는 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)를 포함한다. 다른 실시예에서, 호스 조립체(12)는 소켓(34) 상에 배치되는 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)를 포함한다.
단계(304)에서, 호스 조립체(12)의 감시한 전기적 특성을 임계값과 비교한다. 단계(306)에서, 감시한 전기적 특성에 응해 가시적 계기(74)가 조명한다. 한 실시예에서, 제1가시적 계기(74A)가 호스 조립체(12)(예컨대, 호스(16), 소켓(34) 등) 상에 배치되고, 호스 조립체(12)의 전기적 특성이 임계값보다 크거나 또는 임계값과 동일하거나 또는 전기적 특성이 규정된 값들의 범위 내에 있을 때만 제1가시적 계기가 조명하는 한편, 전기적 특성이 임계값보다 작거나 또는 전기적 특성이 규정된 값들의 범위 밖에 있을 때만 호스 조립체(12) 상에 배치되는 제2가시적 계기(74B)가 조명한다.
단계(308)에서, 가시적 계기(74)의 (조명)세기는 감시한 전기적 특성과 임계값 간의 차이를 기반으로 한다. 한 실시예에서, 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)들의 세기는 감시한 전기적 특성과 임계값 간의 차이가 증가함에 따라 증가한다. 예컨대, 만일 감시한 전기적 특성이 임계값보다 약간 작다면, 제2가시적 계기(74B)는 희미하게 조명하게 된다. 그러나, 만일 감시한 특성이 임계값보다 상당히 작다면, 제2가시적 계기(74B)는 강하게 조명하게 된다.
도 1과 도 12를 참조하여, 호스 조립체(12)의 구조적 완전성을 운영자에 통지하는 다른 방법(400)을 설명한다. 단계(402)에서, 내측튜브(18)의 적어도 일부분을 덮는 제1전도층(20)과, 제1전도층(20)을 덮는 중간층(22)과, 중간층(22)의 적어도 일부분을 덮는 제2전도층(24)을 가지는 호스 조립체(12)가 제공된다. 한 실시예에서, 호스 조립체(12)는 호스 조립체(12) 상에 배치되는 적어도 하나의 가시적 계기(74)를 포함한다. 다른 실시예에서, 호스 조립체(12)는 호스 조립체(12)에 직접 배치되는 제1가시적 계기(74A)를 포함하지만, 제2가시적 계기(74B)는 차량의 객실(미도시)과 같은, 호스 조립체(12)에 멀리 떨어진 위치에 배치된다.
단계(404)에서, 호스 조립체(12)의 감시한 전기적 특성을 임계값과 비교한다. 단계(406)에서, 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)들은 감시한 전기적 특성과 임계값 간의 차이를 기반으로 셋팅된다. 한 실시예에서, 감시한 전기적 특성과 임계값 간의 차이가 증가함에 따라 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)들의 세기가 증가한다. 예컨대, 감시한 전기적 특성이 임계값보다 약간 작다면, 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)들은 희미하게 조명하게 된다. 그러나, 만일 감시한 전기적 특성이 임계값보다 상당히 작다면, 제1 및 제2가시적 계기(74A, 74B)들은 강하게 조명하게 된다.
상기에서 논의하였듯이, 호스 조립체(12)의 전기적 특성은 시간 또는 사용법 기반 유지보수 스케쥴을 사용하여 감시할 수 있다. 도 13 및 도 14에 도시된 다른 실시예에서, 무선인식(RFID)시스템(90)에 호스 조립체(12)가 제공된다. RFID시스템(90)은 임피던스 센서(56)를 가지는 제1회로(92)와, RFID 태그(96)와, 제1안테나(98)를 포함한다. RFID시스템(90)은 호스 조립체(12)의 전기적 특성의 상태를 이동 스캐너(mobile scanner)("판독기")(122)와 통신하도록 구성된다. 판독기(122)는 RFID시스템(90) 내에서 제1안테나(98)의 통신주파수에 의해 결정되는 호스 조립체(12)의 주어진 거리와 호스 조립체(12)의 동작환경 내에서 사용되도록 구성된다. 판독기(122)는 본 기술분야의 당업자에 의해 공지된 "근거리 통신(near field)"이거나 또는 "원거리 통신(far field)"일 수 있다. 일반적으로, 근거리는, 판독기(122)로부터 원거리에 있는 것보다 아주 근접한 지점의 RFID 태그(96)와 판독기(122)가 통신한다는 것을 의미한다. 본 실시예에서, 감시하고 있는 전기적 특성은 제1전도층(20)과 제2전도층(24) 간의 전기적 임피던스이다. 특히 도 13을 참조하여 보면, RFID 태그(96)는 제1전원(CH1)과, 신호 조정기(58)와, 디지털처리유닛(126)과, 메모리(60)와, 변조기(59)를 포함한다. 제1안테나(98)는 제1코일(L1)에 작동적으로 연결되는 제1커패시터(C1)를 포함한다. 본 실시예에서, 제1안테나(98)는 RFID 태그(96)의 제1전원(CH1)으로부터 전력을 공급받는다. 센서(56)는 호스 조립체(12) 내의 유압과 변형 간격(Df)에 관련될 수 있는, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 임피던스(76)의 변화, 즉 "누설 임피던스(leakage impedance)"를 검출하도록 구성된다. RFID 태그(96)는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 유형의 평면 코일(planar coil)일 수 있고, 호스 조립체(12)의 소켓(34) 및/또는 호스(16)와 일체화되어 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 임피던스(76)를 감지한다. 센서(56)는 제1 및 제2전도층(20, 24)들과 RFID시스템(90)의 RFID 태그(96)를 작동적으로 연결한다. 호스 조립체(12)의 피로가 발생하면, 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 임피던스(76)가 영구히 변한다. 전기적 임피던스(76)에서 영구 변화의 결과로, RFID 태그(96)는 제1코일(L1)에서 부하를 변경시켜, 진폭을 증가시키도록 구성되어, RFID시스템(90)의 제1회로(92)에 고장 표시(failure indication)을 트리거(trigger)할 수 있다. 따라서, RFID 태그(96)의 출력진폭은 호스 조립체(12)의 전기적 임피던스(76)에 직접 관련된다.
도 13에 도시된 실시예에서, 판독기(122)는 제2안테나(130)와, 처리센터(132)와, 고장 표시기(134)를 가지는 제2회로(128)를 포함한다. 제2안테나(130)는 제2커패시터(C2)와 제2코일(L2)을 포함한다. 처리센터(132)는 복조기(136)와, 변조기(59)와, 제2전원(CH2)과, 기저대역 프로세서(138)와, 저잡음 증폭기(LNA)와, 출력증폭기(PA)와, 차동증폭기(139)와, 그리고 DC 전원(142)를 포함한다. 제2안테나(130)는, 처리센터(132)의 제2전원(CH2)으로부터 전력을 공급받도록 구성된다. 차동증폭기(139)는 기저대역 프로세서(138)와, DC 전원(142)와, 고장 표시기(134)에 작동적으로 연결된다. 고장 표시기(134)는 임박한 호스(16) 고장을 운영자에게 표시하도록 구성된다. 판독기(122)는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 유형들 중 하나일 수 있다는 것을 알아야만 한다.
RFID 시스템(90)의 제1회로(92)와 판독기(122)의 제1회로(128)는, 전원(CH1)의 주파수를 제1코일(L1)과 제1커패시터(C1)의 공진 주파수, 즉 기준주파수에 설정함으로써 초기에 조정된다. 공진주파수와 동일한 주파수를 가지는 제2전원(CH2)은 제1전원(CH1)의 동일 위상과 진폭으로 조정된다. 판독기(122)의 검출범위 내에 호스 조립체(12)가 없으면 비교기(72)의 출력은 거의 0이다. 호스 조립체(12)의 전기적 임피던스(76)가 미리 규정된 정상범위 내에 있는 한은 판독기(122)는 조정된 채로 있는다. RFID시스템(90)은 도 13의 144로 표시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2코일(L1, L2)들 간의 유도결합(inductive coupling)을 사용하여 신호들을 변환한다.
다른 실시예인 도 14를 참조하면, 호스 조립체(12)는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 센서(56)와 통합되는 RFID 태그(96)를 가지는 RFID 시스템(90)을 포함한다. RFID시스템(90)은 센서(56)와, RFID 태그(96)와, 제1안테나(98)를 포함한다. 본 실시예에서, RFID 태그(96)는 메모리(60)와, 신호 조정기(58)와, RF/아날로그 프론트 엔드(RF/analog front end)(146)와, 제1안테나(98)를 포함할 수 있다. RFID 태그(96)는 완전한 수동(passive)일 수 있는데, 이는 RFID 태그(96)의 동작을 위해 배터리 또는 다른 전원이 필요하지 않다는 것을 의미한다. RFID 태그(96)가 수동이면, 참조번호 148로 표시되어 있듯이 RFID 태그(96)는 해당 RFID 판독기(122)로부터 에너지를 끌어낸다. 따라서, RFID 태그(96)가 충분한 에너지를 수신하여 RFID 태그(96)의 내부 회로를 동작시키도록 RFID 태그(96)와 판독기(122) 간의 통신거리가 제한된다. RFID 태그(96)와 판독기(122) 간의 통신은, 판독기(122)로부터 후방산란 방사(back-scattering radiation)으로 이루어질 수 있다. 부가적으로, RFID 태그(96)는 호스 조립체(12)과 관련된 전기적 임피던스(76) 및/또는 압력의 히스토리를 판독기(122)로 업로드하도록 구성될 수 있다. 판독기(122)는 또한 호스 조립체(12)의 순간 건전성 상태를 제공하고 또한 호스 조립체(12)의 소정의 품질저하를 운영자에게 경보하도록 구성할 수 있다. 한 실시예에서, 통신을 위해 적합한 주파수들은 13.56㎒의 고주파수와 UHF 밴(ban)(868㎒ 내지 930㎒)주파수이다. 본 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 주파수들도 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다.
다른 실시예인 도 15를 참조하면, RFID태그 시스템(90)은 무선 호스 결함 감시시스템(150)의 일부로 포함될 수 있다. 한 실시예에서, 감시시스템(150)은 온-라인 시스템일 수 있다. 감시시스템(150)은 적어도 하나의 판독기(122)와, 호스 조립체(12)들 각각과 통신하는 다수의 RFID 태그 시스템(90)과, 알고리즘(62)과, 적어도 하나의 사용자 인터페이스(154)를 포함할 수 있다. 예시적인 RFID 태그 시스템(90)이 도 16A와 16B에 도시되어 있다. 도 16A를 참조하면, RFID 태그 시스템(90a)은 RFID 태그(96)에 작동적으로 연결되는 센서(56)를 포함한다. 도 16B에서, RFID 태그 시스템(90b)은 센서(56)와, 신호 조정기(58)와, 메모리 및 처리유닛(63)과 변환기(61)와, RFID 태그(96)를 포함한다. 본 실시예에서, 호스 수명감지 알고리즘(life sensing hose algorithm)(62)은 RFID 태그 시스템(90b) 내에 포함될 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 RFID 태그 시스템(90) 또한 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 실시예에서, 본 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 무선-기반 시스템들도 사용할 수 있기 때문에 RFID 태그 시스템(90)은 RFID-기반인 것으로 한정되어서는 안된다는 것을 알아야 한다. RFID 태그 시스템(90)은 본 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 유형의 무선 태그 시스템(90)일 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 15를 참조하면, 판독기(122)는 능동 또는 수동인, 긴 범위의 판독기(122)로 구성될 수 있다. 판독기(122)는 RFID 태그(96)/호스 조립체(12) 주위의 고정된 위치에 위치할 수 있다. 판독기(122)는 기존의 호스(16) 고장을 감지하기 위하여 RFID 태그 시스템(90)들 중 적어도 하나와 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 기존의 호스(16) 고장의 검출은 제1 및 제2전도층(20, 24)들 간의 전기적 임피던스(76) 측정값을 기반으로 할 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 측정 유닛들도 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 알고리즘(62)은 임박한 및/또는 실제 호스(16) 고장의 존재 또는 비존재를 평가할 수 있도록 구성될 수 있다. 알고리즘(62)은 판독기(122)들 중 하나 이상에 연결되는 중앙위치에 배치될 수 있다. 감지된 정보는, RFID 태그 시스템(90)으로부터 수신하고 또한 중앙 프로세서(156)에 전송되는 데이터를 처리할 수 있는 판독기(122) 각각에 의해 판독되거나 또는 폴링(poll)된다. 중앙 프로세서(156)는 판독기(122)들 각각과 로컬 사용자 인터페이스(154A) 및/또는 원격 사용자 인터페이스(154B)와 작동적으로 통신하도록 배치될 수 있다. 중앙 프로세서(156)는 호스(16) 각각이 고장이 날려는지를 결정하는데 책임을 지고 있을 수 있다. 중앙 프로세서(156)로부터의 상기 결정은 본 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 통신링크를 통해 원하는 포맷으로 사용자 인터페이스에 전송된다. 로컬 사용자 인터페이스(154A)는 호스 조립체(12)들 중 적어도 하나에 가장 가까운 위치에서 동작하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 원격 사용자 인터페이스(154B)는 호스 조립체(12)들로부터 멀리 떨어진 위치에서 중앙 프로세서(156)에 대한 원격접속을 통해 동작하여 호스 조립체(12)들의 건전성 상태를 운영자에게 제공하도록 구성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 호스 조립체(12)들의 감시 및 고장검출 시스템(158)이 도시되어 있다. 감시 및 고장검출 시스템(158)은 적어도 하나의 센서노드(160)와 적어도 하나의 집선기노드(aggregator node)(162)를 포함한다. 센서노드(160)는 기계 또는 장치(166)의 호스(16)와 부품(32, 34, 50)에 설치되어, 예컨대 전기적 저항, 커패시턴스, 온도, 압력 등과 같은 전기적, 기계적, 화학적, 물리적 및/도는 열적 특성과 같은 특성을 감시하는 다수의 센서(5)일 수 있다. 본 실시예에서, 감시하고 있는 전기적 특성은, 앞서 기술한 실시예들에 기술된 바와 같이 또는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이 감시될 수 있다. 다수의 센서노드(60)들이 단일 호스 조립체(12)에 사용되어 리던던시(redundancy)와 시스템 고장방지능력을 제공할 수 있다. 센서노드(60)의 센서(56)들은, 센서노드(60)가 호스 조립체(12)로부터 제거되면 센서들이 다른 호스 조립체(12)에 사용될 수 있도록 호스 조립체(12)에 부착될 수 있다.
감시한 특성 또는 데이터는 168로 나타낸 바와 같이 센서노드(160) 각각에서 집선기노드(162)로 전송된다. 집선기노드(162)는 데이터를 분석하여, 호스 조립체(12)의 임박한 고장 및/또는 호스 조립체(12)의 잔여 가용수명과 같은 정보를 시스템 운영자(즉, 원 제어센터)(174)에 제공하도록 구성된다. 센서노드(160)는 상기 정보를 주기적으로 및/또는 특정 이벤트의 발생을 기반으로 집선기노드(162)에 제공할 수 있다. 상기 정보는 사용자 인터페이스(154)에 의해 집선기노드(162)를 통해 시스템 운영자(174)로 통신되어, 호스 조립체(12)의 효율이 떨어지거나 또는 호스 조립체(12)가 완전히 고장나기 전에 호스 조립체(12)를 교체하도록 운영자에게 경보해준다. 상기 정보는 통신망(172)을 통해 전송될 수 있다. 여기에서 사용한 용어 "통신망"(172)은 한정하는 것은 아니지만, 지역망(LAN), 광역망(WAN), 저속 무선 개인통신망(low-rate wireless personal area network:LR-WPAN), 다른 유형들의 무선 센서망(wireless sensor networks), 인트라넷, 엑스트라넷, 글로벌 통신망(global communication network) 및/또는 인터넷을 표현적으로 포함한다. 여기에서 사용한 용어 "무선"은 한정하는 것은 아니지만, RFID, 무선주파수(RF), 광, 가시광, 적외선, 초음파, 무선망, IEEE 802.11(예컨대 802.11a; 802.11b; 802.11g), IEEE 802.15(예컨대 802.15.1; 802.15.3; 802.145.4), 다른 무선 통신표준, DECT, PWT, 페이저, PCS, Wi-Fi, 블루투스, 셀룰러를 표현적으로 포함한다. 따라서, 시스템 고장; 수선, 교체 및 유휴시간 비용(downtime costs); 환경적 손상; 및/또는 고압 유체누설 등을 방지할 수 있다. 감시 및 고장검출 시스템(158)의 통신기술과 전력 하베스팅(power harvesting)방법에 따라서, 센서노드(160)의 전원은 변경될 수 있다. 즉, 배터리 전력, 기생용량(parasitic), 고정배선(hard-wired) 등으로 변경될 수 있다. 무선기술이 사용되면, 센서노드(160)는 다른 센서(56)들의 데이터를 집선기노드(162)로 라우팅시키는 능력을 가질 수 있다. 즉, 다중-도약(multi-hop) 또는 단일 도약(single-hop) 통신이 이루어질 수 있다. 통신 대역폭과 에너지를 절약하기 위하여, 센서노드(160)는 다수의 센서(56) 데이터를 수집하거나 압축하는 능력뿐만 아니라 효율적인 슬립핑 스케쥴(sleeping schedule)을 사용할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 집선기노드(162)는 계산, 통신 및 데이터저장 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 집선기노드(162)는, 예컨대 호스 조립체(12)의 건전성 상태정보, 잔여 가용수명과 같은 호스 조립체(12)의 동작 변수들을 보여주는 사용자 인터페이스(154)를 포함할 수 있다. 이외에도, 집선기노드(162)는 운영자 또는 유지보수 기술자에게 호스 조립체(12)에 관한 유용한 이해력을 제공하게 되는 유지보수 데이터를 저장하고 로깅(logging)할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 집선기노드(162)는 또한 센서노드(160)에 보안 및 인증서비스들을 제공하여 인증되지 않은 액세스에 대해 시스템을 보호할 수 있다. 게다가, 집선기노드(162)는 센서노드(160)로부터의 주기적 또는 이벤트마다 발생하는 데이터를 수집하거나 또는 특정 셋트의 센서노드(160)를 폴링(polling)시킴으로써, 즉 양방향 통신을 시킴으로써 진단(diagnostics) 및 예측(prognostics) 판단을 생성할 수 있다. 감시 및 고장검출 시스템(158)은 때맞춘 이벤트검출, 결정 및 루프 실행(acting loop)을 하도록 구성될 수 있다. 통신환경과 응용 특성에 따라서, 감시 및 고장검출 시스템의 통신 아키텍쳐는 유선, 무선 또는 이들의 조합, 즉 하이브리드일 수 있다.
본 명세서의 범위와 사상을 이탈하는 일이 없이 본 발명의 다양한 수정과 변형들은 본 기술분야의 당업자에게 자명할 것이고 또한 본 발명의 범위는 여기에서 주어진 설시적인 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알아야만 한다.
본 발명을 실시하기 위한 최고의 모드들이 상세히 설명되었지만, 본 발명이 관련되는 기술과 친숙한 기술자들은 첨부된 청구항들의 범위 내에서 본 발명을 실시하기 위한 다양한 대체 디자인 실시예들을 인지할 것이다.

Claims (15)

  1. 호스 결함 검출시스템(10)으로서,
    제1전도층(20)과 제2전도층(24)을 가지는 호스(16)를 포함하고, 전기적 특성을 가진 호스 조립체(12)와;
    결함검출기(14)를 포함하며;
    상기 결함검출기(14)는 상기 전기적 특성을 검출하도록 구성되고;
    상기 결함검출기(14)는 상기 호스 조립체(12)에 동작 가능하게 연결되는 제1시각적 계기(74A)와 제2시각적 계기(74B)를 포함하고;
    상기 제1시각적 계기(74A)는 검출된 전기적 특성이 동작할 수 있는 상기 호스 조립체(12)에 대응할 경우에 조명하도록 구성되며;
    상기 제2시각적 계기(74B)는 검출된 전기적 특성이 임박한 고장을 가진 상기 호스 조립체(12)에 대응할 경우에 조명하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1시각적 계기(74A)는 상기 호스 조립체(12)에 배치되도록 구성되고, 상기 제2시각적 계기(74B)는 상기 호스 조립체(12)부터 멀리 떨어진 위치에 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결함검출기(14)는 무선인식(RFID) 시스템(90)인 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결함검출기(14)는 RFID 시스템(90)과 작동적으로 통신하는 판독기(122)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 판독기(122)는 시각적 계기(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 RFID 시스템(90)은 제1회로(92)와, RFID 태그(96)와 그리고 제1안테나(98)를 포함하고;
    상기 판독기(122)는 제2안테나(130)를 가지는 제2회로(128)와, 처리센터(132)와, 고장 표시기(134)를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 RFID 태그(96)는 제1전원(CH1)과, 신호 조정기(58)와, 디지털 처리유닛(126)와, 메모리(50)와 그리고 변조기(59)를 포함하고;
    상기 제1안테나(98)는 제1코일(L1)에 작동적으로 연결디는 제1커패시터(C1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2안테나(130)는 제1커패시터(C2)와 제2코일(L2)을 포함하고;
    상기 처리센터(132)는 복조기(136)와, 변조기(59)와, 제2전원(CH2)와, 기저대역 프로세서(138)와, 비교기(72)와, DC 전원(142)을 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 결함검출기(14)는 센서(56)와, 신호 조정기(58)와, 메모리 및 처리유닛(63)을 가지는 마이크로컨트롤러 장치(54)이고;
    상기 센서(56)는 호스 조립체(12)의 전기적 특성을 지속적으로 감시하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 호스 결함 검출시스템.
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