KR102421139B1

KR102421139B1 - Ir-uwb 레이더를 이용한 팬의 rpm 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102421139B1
Application number: KR1020200152615A
Authority: KR
Inventors: 조성호; 임대현; 윤성권
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2022-07-13
Also published as: KR20220066507A; WO2022102973A1; US20240019544A1

Abstract

IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 장치는, IR-UWB 레이더의 반사 신호를 수신하여 위치별 신호의 분산을 획득하는 레이더 신호 분산 획득부; 상기 위치별 신호의 분산을 이용하여 팬의 위치와 연관된 제1 위치 및 제2 위치를 획득하는 팬 위치 획득부; 상기 제1 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제1 FFT 신호를 획득하고, 상기 제2 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제2 FFT 신호를 획득하는 FFT 연산부; 상기 제1 FFT 신호로부터 상기 제2 FFT 신호를 차감하는 차감부; 및 상기 차감부에서 차감된 신호를 이용하여 팬의 RPM을 획득하는 RPM 획득부를 포함한다. 개시된 장치 및 방법에 의하면, 조도와 같은 외부 환경에 영향을 받지 않고 별도의 부가 설치물을 요구하지 않으면서 높은 정확도로 팬의 RPM을 측정할 수 있는 장점이 있다.

Description

IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치 및 방법{Device and Method for Measuring RPM Using IR-UWB Radar}

본 발명은 팬의 RPM 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

팬의 분당 회전 수인 RPM은 다양한 방식으로 측정되고 있다. 팬은 산업 시설에서 쿨링을 위해 광범위하게 사용될 수 있으며, 팬이 적절하게 동작하는지 여부를 판단하기 위해 팬의 RPM이 측정된다.

RPM 측정 방식은 접촉식과 비접촉식으로 구분되며, 근래에는 비접촉식으로 RPM을 측정하는 방식이 요구되고 있다. 기존의 비접촉 RPM 측정 방식에는 적외선 방식, 스트로보스코브 방식 및 급전 센서 방식이 있다.

적외선(Infrared Light) 측정방식은 회전하는 기계요소 표면에 적외선 광선을 반사할 수 있는 반사판을 붙여서 반사되는 빛을 통해 RPM을 측정한다.

스트로보스코프(Stroboscope) 측정방식은 주기적으로 점멸하는 빛을 비추며 점멸주기와 회전체의 운동주기가 같을 때 회전체가 시각적으로 정지해 보이는 원리를 이용한다.

근접센서(Proximity Probe) 측정방식은 회전체에 있는 Key_phasor 부위에 프로브(probe)를 설치한다. 회전체가 회전을 하던 중 프로브와 Key_phasor가 일치하는 순간 펄스가 발생하며 'Eddy Current'의 원리를 이용하여 RM을 측정한다.

종래의 비접촉식 RPM 측정 기술은 대체로 정밀도가 높지 않고, 광신호가 송수신 가능한 거리에 제약이 있으며 조도에 따라 사용이 불가능하다. 또한 전자기적 특성을 이용하여 측정하기 위해서는 측정 대상에 초기설치가 필요한 문제점이 있었다.

본 발명은 조도와 같은 외부 환경에 영향을 받지 않고 별도의 부가 설치물을 요구하지 않는 비접촉식 RPM 측정 방법을 제안한다.

본 발명은 IR-UWB 레이더를 이용하여 높은 정확도를 가지면서 비접촉식으로 RPM을 측정할 수 있는 방법을 제안한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, IR-UWB 레이더의 반사 신호를 수신하여 위치별 신호의 분산을 획득하는 레이더 신호 분산 획득부; 상기 위치별 신호의 분산을 이용하여 팬의 위치와 연관된 제1 위치 및 제2 위치를 획득하는 팬 위치 획득부; 상기 제1 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제1 FFT 신호를 획득하고, 상기 제2 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제2 FFT 신호를 획득하는 FFT 연산부; 상기 제1 FFT 신호로부터 상기 제2 FFT 신호를 차감하는 차감부; 및 상기 차감부에서 차감된 신호를 이용하여 팬의 RPM을 획득하는 RPM 획득부를 포함하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치가 제공된다.

상기 팬 위치 획득부는 상기 위치별 신호의 분산 중 소정의 경계값 이상인 위치들을 상기 팬의 위치와 연관된 후보 위치로 설정한다.

상기 팬 위치 획득부는 상기 소정의 경계값 이상인 위치들 중 레이더와 가장 가까운 위치를 제1 위치로 설정하고 레이더와 가장 먼 위치를 제2 위치로 설정한다.

상기 소정의 경계값은 위치별로 적응적으로 설정되며 특정 위치를 기준으로 주변의 노이즈 파워에 기초하여 적응적으로 설정된다.

상기 RPM 획득부는 상기 차감부에서 차감된 신호의 피크값들을 검출한 후 펀더멘탈 피크값의 주파수를 팬의 RPM으로 판단한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, IR-UWB 레이더의 반사 신호를 수신하여 위치별 신호의 분산을 획득하는 단계(a); 상기 위치별 신호의 분산을 이용하여 팬의 위치와 연관된 제1 위치 및 제2 위치를 획득하는 단계(b); 상기 제1 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제1 FFT 신호를 획득하고, 상기 제2 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제2 FFT 신호를 획득하는 단계(c); 상기 제1 FFT 신호로부터 상기 제2 FFT 신호를 차감하는 단계(d); 및 상기 단계(d)에서 차감된 신호를 이용하여 팬의 RPM을 획득하는 RPM 획득하는 단계(e)를 포함하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법이 제공된다.

본 발명은 IR-UWB 레이더를 이용하여 조도와 같은 외부 환경에 영향을 받지 않고 별도의 부가 설치물을 요구하지 않으면서 높은 정확도로 팬의 RPM을 측정할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 RPM 측정을 위해 팬과 UWB 레이더 사이의 위치 관계를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따라 팬의 제1 위치 및 제2 위치를 판단하기 위한 분산 데이터의 일례 및 분산 데이터로부터 위치 검출을 위한 신호 처리 방식을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 설정되는 경계값을 분산 데이터로부터 차감한 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 레이더와 팬이 90도 방향으로 배치될 때 제1 위치에 대한 FFT 신호 그래프와 제2 위치에 대한 FFT 신호 그래프를 나타낸 도면.
도 6은 레이더와 팬이 45도 방향으로 배치될 때 1차 위치에 대한 FFT 신호 그래프와 제2 위치에 대한 FFT 신호 그래프를 나타낸 도면.
도 7은 레이더와 팬이 90도 방향으로 배치될 때 1차 위치에 대한 제1 FFT 신호와 제2 위치에 대한 제2 FFT 신호를 차감한 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 레이더와 팬이 45도 방향으로 배치될 때 1차 위치에 대한 제1 FFT 신호와 제2 위치에 대한 제2 FFT 신호를 차감한 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬의 RPM을 판단하는 일례를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 RPM 측정을 위해 팬과 UWB 레이더 사이의 위치 관계를 나타낸 도면이다.

본 발명은 회전하는 팬의 분당 회전 수인 RPM을 비접촉 센서인 UWB 레이더를 이용하여 측정할 수 있는 방법을 제안한다. 본 발명에서 회전 수 측정 대상인 팬의 날개는 소정의 경사 구조를 가지고 있다는 점이 가정된다. 팬은 쿨러, 선풍기 등과 같이 바람을 발생시키며, 바람을 발생시키는 팬은 평평한 구조가 아니며 소정 각도로 경사진 구조를 가지게 된다. 팬이 회전하게 되면 팬의 경사 구조로 인해 레이더와 팬의 날개와 레이더 사이의 거리가 주기적으로 변화되며, 본 발명은 이러한 거리 변화의 주기성을 이용하여 팬의 RPM을 측정하도록 한다.

RPM 측정 대상인 팬과 IR-UWB 레이더와의 위치 관계는 다양할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 팬과 IR-UWB 레이더는 90도의 각도로 배치될 수도 있으며, 45도의 각도로 배치될 수 있고 가장 극단적인 경우로는 0도의 각도로 배치될 수도 있을 것이다.

본 발명은 팬과 IR-UWB 레이더의 위치 관계에 구애받지 않고 정확하게 RPM을 추정할 수 있는 방법을 제안한다.

IR-UWB 센서는 생체 정보의 측정을 위해 널리 이용된다. 예를 들어, 심박수, 호흡 수와 같이 사람 몸의 주기적임 움직임을 측정하여 생체 정보를 측정하는데 사용된다.

그러나, 사람의 몸에는 빈 공간이 없기 때문에 신호 측정 위치를 검출하는 데에는 어려움이 없다. 그러나, 팬은 그 특성상 팬의 위치를 감지하였다고 하더라도 빈 공간으로 인해 레이더 신호가 팬을 투과할 수 있으며, 이로 인해 IR-UWB 센서를 이용한 팬의 RPM 측정은 시도되지 않았다. 또한, 팬의 날개가 가지고 있는 경사 구조는 레이더 신호의 굴절을 발생시키며 이 역시 IR-UWB 레이더가 RPM 측정에 이용되지 않은 주요한 이유이다.

본 발명은 팬과 IR-UWB 레이더의 위치 관계에 따라 발생할 수 있는 변수와 레이더 신호의 투과 및 굴절로 인해 발생할 수 있는 문제를 극복할 수 있는 IR-UWB 센서를 이용한 팬의 RPM 측정 방법을 제안한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치는 레이더 신호 분산 획득부(200), 팬 위치 획득부(210), FFT 연산부(220), 차감부(230) 및 RPM 획득부(240)를 포함한다.

레이더 신호 분산 획득부(200)는 IR-UWB 레이더에서 방사한 신호 중 반사되어 수신되는 신호의 위치별 분산 정보를 획득하는 모듈이다. IR-UWB 레이더는 미리 설정된 짧은 시간 간격으로 지속적으로 레이더 펄스를 방사하며, 방사된 신호 중 특정 객체에 의해 반사되는 신호를 위치별로 분류하고 위치별 분산 정보를 획득하는 것이다.

특정 위치에 움직이는 객체가 있다면, 해당 위치에서는 반사 신호의 값의 변화가 크며, 이러 인해 해당 위치에서는 상대적으로 큰 분산 값을 가질 것이다. 그러나, 특정 위치에 움직이는 객체가 없다면 해당 위치에서는 반사 신호의 값의 변화가 미비할 것이며 상대적으로 작은 분산값을 가질 것이다.

레이더 신호 분산 획득부(200)에서 획득되는 위치별 분산 신호는 팬 위치 획득부(210)에서 팬의 위치를 획득하기 위한 기초 정보로 사용된다.

팬 위치 획득부(210)는 레이더 반사 신호의 위치별 분산 신호에 대한 신호 처리를 통해 팬의 위치를 획득한다. 일반적인 IR-UWB 레이더 시스템에서는 분산이 가장 큰 거리를 측정 위치로 판단하나, 팬의 위치를 검출할 때에는 이러한 방법을 사용할 경우 정확도가 저하된다.

앞서 설명한 바와 같이, 레이더 신호는 팬의 빈 공간을 투과할 수도 있으며, 팬 날개의 경사 구조로 인해 신호 굴절이 이루어진 후 레이더에 수신될 수도 있기 때문이다.

이에, 본 발명의 팬 위치 획득부(210)는 두 개의 위치를 검출하며, 제1 위치는 소정의 경계값 이상의 분산을 가지는 위치들 중 가장 가까운 위치가 선택된다. 제2 위치는 소정의 경계값 이상의 분산을 가지는 위치들 중 가장 먼 위치가 선택된다. 제1 위치는 실제 팬의 위치일 가능성이 높으며, 제2 위치는 굴절 또는 투과로 인해 발생하는 다중 경로 위치일 가능성이 높다.

한편, 위치를 결정하기 위한 경계값은 각 위치별로 적응적으로 정해진다. 각 위치에서의 경계값은 해당 위치 주변에서의 노이즈 파워에 기초하여 정해진다. 해당 위치에서의 노이즈 파워를 P_n으로 정의할 때, 해당 위치에서의 경계값(T)은 다음의 수학식과 같이 노이즈 파워에 미리 설정된 상수 α를 곱한 값으로 결정된다.

해당 위치에서의 노이즈 파워는 해당 위치를 중심으로 주변에서의 노이즈 파워의 평균으로 정의될 수 있으며, 이는 다음의 수학식 2와 같다.

팬 위치 획득부(210)는 위와 같이 적응적으로 정해지는 경계값 이상인 위치를 팬의 위치 후보로 설정한다. 팬의 후보 위치는 둘 이상일 수도 있다. 적응적 경계값과의 비교를 통해 결정되는 다수의 후보 위치들 중 레이더로부터 가장 가까운 위치를 제1 위치로 설정하며, 레이더로부터 가장 먼 위치를 제2 위치로 설정한다.

도 3은 본 발명의 일 실시에에 따라 팬의 제1 위치 및 제2 위치를 판단하기 위한 분산 데이터의 일례 및 분산 데이터로부터 위치 검출을 위한 신호 처리 방식을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 팬과 레이더와의 위치가 90도, 45, 0도인 경우의 위치별 분산 데이터(도 3의 (a))와 각 분산 데이터에 대해 적응적으로 설정된 경계값(도 3의 (b))이 도시되어 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 설정되는 경계값을 분산 데이터로부터 차감한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 3을 참조하면, 팬과 레이더가 90도 위치 관계로 배치될 경우, 위치별 분산 신호에 대해 위치별로 적응적으로 경계값을 설정하며, 적응적 경계값은 주황색으로 표시되어 있다.

팬과 레이더가 90도 위치 관계일 때, 분산 데이터로부터 적응적 경계값을 차감하면 도 4의 최상단과 같은 그래프가 도출되며, 적응적 경계값 이상인 위치가 두 개 검출되는 것을 확인할 수 있다. 두 개의 위치 중 레이더에서 가까운 위치가 제1 위치로 설정되고, 두 개의 위치 중 레이더에서 먼 위치가 제2 위치로 설정될 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 팬과 레이더가 90도 위치 관계일 경우, 제2 위치가 하나이므로 다수의 제2 위치가 경합하는 경우는 발생하지 아니한다.

팬과 레이더가 45도 위치 관계로 배치될 경우에도 위치별 분산 신호에 대해 위치별로 적응적으로 경게값을 설정하며, 적응적 경계값은 주황색으로 표시되어 있다.

팬과 레이더가 45도 위치 관계일 때 분산 데이터로부터 적응적 경계값을 차감하면 도 4의 중앙부와 같은 그래프가 도출되며, 적응적 경계값 이상인 위치가 세 개 검출되는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 세 개의 후보 위치가 검출되는 경우, 레이더로부터 가장 가까운 위치를 제1 위치로 설정한다. 나머지 두 개의 위치 중 레이더로부터 가장 먼 위치를 제2 위치로 설정한다. 결국, 세 개의 위치 중 중간 위치는 드랍된다.

팬과 레이더가 0도 위치 관계일 때 하나의 위치만이 검출되는 경우가 도 3에는 도시되어 있다.

FFT 연산부(220)은 팬 위치 획득부로부터 획득되는 제1 위치 신호 및 제2 위치 신호에 대한 FFT 연산을 각각 독립적으로 수행한다.

제1 위치 신호에 대한 FFT 연산을 수행한 제1 FFT 신호 및 제2 위치 신호에 대한 FFT 연산을 수행한 제2 FFT 신호가 연산된다. FFT 연산은 시간 도메인 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하기 위한 연산으로서, 널리 알려진 연산이기에 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

FFT 연산에 따른 FFT 신호는 측정 환경에 따라 다양한 양상을 가질 수 있다.

도 5는 레이더와 팬이 90도 방향으로 배치될 때 제1 위치에 대한 FFT 신호 그래프와 제2 위치에 대한 FFT 신호 그래프를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 제1 위치에서의 FFT 신호는 약 1000 ~ 1200Hz 대역에서 피크를 가지고 약 3400 ~ 3600Hz 대역에서 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다. 3400 ~ 3600Hz 대역의 피크는 하모닉 성분으로 추정할 수 있으나 제1 위치에서의 신호만으로 이를 단정할 수는 없다.

도 5를 참조하면, 제2 위치에서의 신호는 약 3400 ~ 3600Hz 대역에서 피크를 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 6은 레이더와 팬이 45도 방향으로 배치될 때 1차 위치에 대한 FFT 신호 그래프와 제2 위치에 대한 FFT 신호 그래프를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 45도 방향으로 배치될 때 제1 위치에서는 세개의 피크가 검출되는 것을 확인할 수 있다. 세 번째 피크인 4300Hz ~ 4500Hz 사이의 피크에서 가장 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 제1 위치의 FFT 신호만으로는 어떠한 피크가 펀더멘탈 성분이고 어떠한 피크가 하모닉 성분인지 판단하기 어려운 상태이다.

도 6을 참조하면, 두 개의 피크가 검출되는 것을 확인할 수 있으며, 2000Hz ~ 2300 Hz에서 제1 피크가 검출되고, 4300Hz ~ 4500Hz에서 제2 피크가 검출된다. 제2 위치에서도 더 높은 주파수 성분에서 더 큰 크기를 가지고 있어서 펀더멘탈 성분과 하모닉 성분을 명확히 구분하기 어렵다.

도 5 및 도 6을 통해 확인되는 바와 같이, 팬을 통해 반사되는 신호의 성분은 불규칙하고, 펀더멘탈 성분을 특정하기도 어려운 측면이 있으며, 이러한 이유로 인해 본 발명에서는 두 개의 위치에서 각각 FFT 신호를 획득하도록 한다.

차감부(230)는 제1 위치에서의 제1 FFT 신호와 제2 위치에서의 제2 FFT 신호를 차감하는 기능을 한다. 제1 FFT 신호와 제2 FFT 신호의 차감은 팬의 정확한 위치를 특정하기 위해 이루어진다.

도 7은 레이더와 팬이 90도 방향으로 배치될 때 1차 위치에 대한 제1 FFT 신호와 제2 위치에 대한 제2 FFT 신호를 차감한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 제1 FFT 신호와 제2 FFT 신호의 차감을 통해 제1 FFT 신호의 두 개의 피크 중 고주파 성분의 피크값이 상당히 억제되는 것을 확인할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 FFT 신호로부터 제2 FFT 신호를 차감하게 될 경우 피크값의 펀더멘탈 성분과 하모닉 성분이 더욱 명확해지는 것을 확인할 수 있다.

1000 ~ 1200Hz 대역에 형성된 피크값이 가장 큰 값을 가지고, 다른 대역에 형성된 피크들은 이에 비해 작은 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 레이더와 팬이 45도 방향으로 배치될 때 1차 위치에 대한 제1 FFT 신호와 제2 위치에 대한 제2 FFT 신호를 차감한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 8을 참조하면, 제1 FFT 신호와 제2 FFT 신호의 차감을 통해 제1 FFT 신호의 세 개의 피크 중 고주파 성분들의 피크값이 억제되는 것을 확인할 수 있다.

레이더와 팬이 45도 방향으로 배치될 때 제1 위치에서의 제1 FFT 신호는어떠한 성분이 펀더멘탈 성분이고 어떠한 성분이 하모닉 성분인지 판단하기 어려운 측면이 있었다.

그러나, 제1 FFT 신호와 제2 FFT 신호를 차감하는 것에 의해 펀더멘탈 성분이 명확해지는 것을 확인할 수 있다.

결국, 제1 FFT 신호와 제2 FFT 신호의 차감에 의해 팬의 위치를 명확하게 확인할 수 있게 되며, 명확한 펀더멘탈 성분을 확인할 수 있게 되는 것이다.

RPM 획득부(240)는 제1 FFT 신호로부터 제2 FFT 신호를 차감한 신호를 이용하여 팬의 RO\PM을 획득한다. RPM 획득부는 차감된 신호의 피크값들 중 가장 낮은 피크값에 상응하는 주파수를 팬의 RPM으로 판단한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 팬의 RPM을 판단하는 일례를 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 그래프는 제1 FFT 신호로부터 제2 FFT 신호를 차감한 신호의 그래프이며, 다수의 피크값들 중 펀더멘탈 성부에 해당되는 가장 낮은 주파수의 피크값을 확인하고, 해당 피크값의 주파수를 RPM으로 판단하며, 나머지 피크값들은 하모닉 성분으로 간주한다.

피크값 검출을 위해서도 적응적 경계값이 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이다.

도 10을 참조하면, 우선 IR-UWB 레이더의 방사 펄스에 대한 반사 신호를 수신한다(단계 1000).

수신된 반사 신호로부터 위치별 분산 신호를 획득한다(단계 1002).

위치별 분산 신호가 획득되면, 적응적 경계값을 적용하여 복수의 후보 위치를 검출한다(단계 1004). 적응적 경계값 이상인 위치들을 후보 위치로 설정하는 것이다.

검출된 복수의 후보 위치들 중 가장 가까운 위치를 제1 위치로 설정하고, 가장 먼 위치를 제2 위치로 설정한다(단계 1006).

제1 위치 및 제2 위치가 설정되면, 각 위치에 대한 신호에 대해 FFT 연산을 수행하여 제1 위신 신호로부터 제1 FFT 신호를 획득하고 제2 위치 신호로부터 제2 FFT 신호를 획득한다(단계 1008).

제1 FFT 신호 및 제2 FFT 신호가 획득되면, 제1 FFT 신호로부터 제2 FFT 신호를 차감한다(단계 1010).

차감된 신호로부터 가장 낮은 주파수에 해당하는 피크 값을 검출하고, 검출된 피크값에 상응하는 주파수를 팬의 RPM으로 판단한다(단계 1012).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

IR-UWB 레이더의 반사 신호를 수신하여 위치별 신호의 분산을 획득하는 레이더 신호 분산 획득부;
상기 위치별 신호의 분산을 이용하여 팬의 위치와 연관된 제1 위치 및 제2 위치를 획득하는 팬 위치 획득부;
상기 제1 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제1 FFT 신호를 획득하고, 상기 제2 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제2 FFT 신호를 획득하는 FFT 연산부;
상기 제1 FFT 신호로부터 상기 제2 FFT 신호를 차감하는 차감부; 및
상기 차감부에서 차감된 신호를 이용하여 팬의 RPM을 획득하는 RPM 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 팬 위치 획득부는 상기 위치별 신호의 분산 중 소정의 경계값 이상인 위치들을 상기 팬의 위치와 연관된 후보 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 팬 위치 획득부는 상기 소정의 경계값 이상인 위치들 중 레이더와 가장 가까운 위치를 제1 위치로 설정하고 레이더와 가장 먼 위치를 제2 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 소정의 경계값은 위치별로 적응적으로 설정되며 특정 위치를 기준으로 주변의 노이즈 파워에 기초하여 적응적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 RPM 획득부는 상기 차감부에서 차감된 신호의 피크값들을 검출한 후 펀더멘탈 피크값의 주파수를 팬의 RPM으로 판단하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 장치.
IR-UWB 레이더의 반사 신호를 수신하여 위치별 신호의 분산을 획득하는 단계(a);
상기 위치별 신호의 분산을 이용하여 팬의 위치와 연관된 제1 위치 및 제2 위치를 획득하는 단계(b);
상기 제1 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제1 FFT 신호를 획득하고, 상기 제2 위치의 신호에 대한 FFT 연산을 수행하여 제2 FFT 신호를 획득하는 단계(c);
상기 제1 FFT 신호로부터 상기 제2 FFT 신호를 차감하는 단계(d); 및
상기 단계(d)에서 차감된 신호를 이용하여 팬의 RPM을 획득하는 RPM 획득하는 단계(e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법.
제6항에 있어서,
상기 단계 (b)는 상기 위치별 신호의 분산 중 소정의 경계값 이상인 위치들을 상기 팬의 위치와 연관된 후보 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법.
제7항에 있어서,
상기 단계 (b)는 상기 소정의 경계값 이상인 위치들 중 레이더와 가장 가까운 위치를 제1 위치로 설정하고 레이더와 가장 먼 위치를 제2 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법.
제7항에 있어서,
상기 소정의 경계값은 위치별로 적응적으로 설정되며 특정 위치를 기준으로 주변의 노이즈 파워에 기초하여 적응적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법.
제6항에 있어서,
상기 단계(e)는 상기 단계(d)에서 차감된 신호의 피크값들을 검출한 후 펀더멘탈 피크값의 주파수를 팬의 RPM으로 판단하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더를 이용한 팬의 RPM 측정 방법.