KR102460185B1 - 전기 구동기의 이상 판단 장치 - Google Patents

전기 구동기의 이상 판단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 구동기의 이상 판단 장치에 관한 것으로서, 복수 개의 진동 센서, 적어도 하나의 초음파 센서 및 각 진동 센서에서 출력되는 각 진동 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 주파수 분포 파형인 각 진동 감지신호 파형을 생성하고, 상기 각 진동 감지신호 파형별로 적산하여 복수 개의 진동 감지 신호 적산 파형을 생성하고, 적어도 하나의 초음파 센서에서 출력되는 각 초음파 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 주파수 분포 파형인 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 생성하고, 상기 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 하나의 파형으로 적산하여 하나의 초음파 감지 신호 적산 파형을 생성하고, 각 진동 감지 신호 적산 파형과 제1 설정값을 비교하여 각 진동 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 초음파 감지 신호 적산 파형과 제2 설정값을 비교하여 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 진동 감지 신호 적산 파형의 이상 여부와 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부에 따라 전기 구동기의 결함 유형을 판정하는 이상 판단 유닛을 포함한다.

Description

전기 구동기의 이상 판단 장치{APPARATUS FOR DETERMINING ERROR ELECTRIC DRIVER}
본 발명은 전기 구동기의 이상 판단 장치에 관한 것이다.
산업이 고도화로 인해, 자동화 설비나 공장 설비 등에 모터(motor) 등과 같이 전기를 이용하여 구동이 이루어지는 전기 구동기의 사용이 증가하고 있다.
이러한 전기 구동기는 인가되는 전기를 이용하여 회전 동작과 같은 동작한 동작은 지속적으로 행하게 되므로, 시간이 경과할수록 마모 현상이 발생하며 파손의 위험이 커지게 된다.
따라서, 이러한 전기 구동기의 상태를 감지하여 정상적인 동작을 실시하지 못하는 비정상 상태를 신속히 판단하여, 적절한 시기에 전기 구동기의 교체가 이루어지도록 하고, 또한, 전기 구동기가 완전 시 파손되었을 때 발생하는 많은 경제적인 손실을 최소화한다.
전기 구동기의 동작을 상태를 판단하기 위해서, 종래에는 전기 구동기가 동작할 때 발생하는 진동을 이용하여 전기 구동기의 정상 여부를 판단하였다.
따라서, 전기 구동기가 동작할 때 발생하는 진동을 가속도 센서 등을 이용하여 진동 상태를 감지하고, 감지된 진동 상태를 이용하여 전기 구동기의 상태를 진단하였다.
대한민국 공개특허 특2002-0016560호(공개일자: 2002년03월04일)
본 발명이 해결하려는 과제는 전기 구동기에 대한 이상 상태를 정확하게 판단하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치는 전기 구동기에 서로 다른 위치에 장착되어 있는 복수 개의 진동 센서, 상기 전기 구동기에 장착되어 있는 적어도 하나의 초음파 센서 및 상기 복수 개의 진동 센서와 상기 적어도 하나의 초음파 센서에 연결되어 있는 이상 판단 유닛을 포함하고, 상기 이상 판단 유닛은 상기 각 진동 센서에서 출력되는 각 진동 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 주파수 분포 파형인 각 진동 감지신호 파형을 생성하고, 상기 각 진동 감지신호 파형 별로 적산하여 복수 개의 진동 감지 신호 적산 파형을 생성하고, 상기 적어도 하나의 초음파 센서에서 출력되는 각 초음파 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 주파수 분포 파형인 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 생성하고, 상기 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 하나의 파형으로 적산하여 하나의 초음파 감지 신호 적산 파형을 생성하고, 각 진동 감지 신호 적산 파형과 제1 설정값을 비교하여 각 진동 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 상기 초음파 감지 신호 적산 파형과 제2 설정값을 비교하여 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 진동 감지 신호 적산 파형의 이상 여부와 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부에 따라 전기 구동기의 결함 유형을 판정한다.
상기 이상 판단 유닛은 상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나가 이상 상태로 판정되고, 상기 초음파 감지신호 적산 파형이 정상 상태로 판정되면 상기 전기 구동기에 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정할 수 있다.
상기 이상 판단 유닛은 상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나와 상기 초음파 감지신호 적산 파형이 이상 상태로 판정되면, 상기 전기 구동기에 기계적인 손상이나 윤활유의 문제나 기계적인 손상이 발생한 상태로 판정할 수 있다.
상기 특징에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치는 상기 이상 판단 유닛에 연결되어 있고, 각 진동 센서의 위치 정보를 저장하고 있는 저장부를 더 포함할 수 있고, 상기 이상 판단 유닛은 이상 상태로 판단된 진동 감지신호 적산 파형에 대한 위치 정보를 상기 저장부에서 읽어와 이상 상태가 발생한 전기 구동기의 위치를 판정할 수 있다.
상기 이상 판단 유닛은 상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형이 모두 정상 상태이고, 상기 초음파 감지신호 적산 파형만이 이상 상태로 판정되면, 상기 전기 구동기에 전기적인 결함이 발생한 상태를 판정할 수 있다.
상기 특징에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치는 상기 이상 판단 유닛과 연결되어 있는 정보 출력부를 더 포함할 수 있고, 상기 이상 판단 유닛은 상기 정보 출력부로 판정 결과를 출력할 수 있다.
상기 이상 판단 유닛은 각 진동 센서에 연결되어 있고, 각 진동 센서에서 출력되는 진동 감지신호를 정해진 샘플링 시점에서 샘플링하여 출력하는 제1 샘플링부, 적어도 하나의 초음파 센서에 연결되어 있고, 각 초음파 센서에서 출력되는 초음파 감지신호를 정해진 시점에서 샘플링하여 출력하는 제2 샘플링부, 상기 제1 및 제2 샘플링부와 연결되어 있고, 각 샘플링부에서 출력되는 샘플링된 복수 개의 진동 감지신호 데이터와 적어도 초음파 감지신호 데이터를 고속 푸리에 변환하여 해당 감지신호 파형을 출력하는 푸리에 변환부, 푸리에 변환부에 연결되어 있고, 푸리에 변환부에서 출력되는 각 진동 감지신호 파형을 각각 적산하여 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형을 출력하는 제1 적산부, 상기 푸리에 변환부에 연결되어 있고, 푸리에 변환부에서 출력되는 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 적산하여 하나의 초음파 감지신호 적산 파형을 출력하는 제2 적산부 및 상기 제1 적산부와 상기 제2 적산부에 연결되어 있고, 상기 제1 적산부에서 출력되는 각 진동 감지신호 적산 파형을 제1 설정값과 비교하여 각 진동 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 상기 제2 적산부에서 출력되는 초음파 감지신호 적산 파형을 제2 설정값과 비교하여 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 상기 진동 감지 신호 적산 파형의 이상 여부와 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부에 따라 전기 구동기의 결함 유형을 판정하는 이상 판단부를 포함할 수 있다.
상기 초음파 센서의 개수는 복수 개일 수 있고, 상기 제2 샘플링부는 상기 복수 개의 초음파 센서에서 각각 출력되는 복수 개의 초음파 감지 신호를 서로 다른 시점에 샘플링할 수 있다.
상기 특징에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치는 상기 전기 구동기에 장착되어 있는 적어도 하나의 음파 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 이상 판단 유닛은 상기 적어도 하나의 음파 센서에서 출력되는 각 음파 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 적어도 하나의 음파 감지신호 파형을 생성하고, 상기 적어도 하나의 음파 감지신호 파형을 하나의 파형으로 적산하여 하나의 음파 감지 신호 적산 파형을 생성하고, 각 음파 감지 신호 적산 파형과 제3 설정값을 비교하여 각 음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나와 상기 음파 감지신호 적산 파형이 이상 상태로 판정되면, 상기 전기 구동기에 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정할 수 있다.
상기 적어도 하나의 초음파 센서는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 초음파 센서일 수 있다.
이러한 본 발명의 특징에 따르면, 전기 구동기의 동작 중에 발생하는 진동뿐만 아니라 이상 동작 시 발생하는 소리를 이용하여 전기 구동기의 이상 상태를 진단한다.
따라서, 동작 중에 발생하는 진동만으로 진단할 수 없는 이상 상태로 정확하게 진단하므로, 전기 진동기의 이상 상태를 정확하고 신속하게 판단하게 된다.
또한, 감지되는 소리의 유형, 즉 주파수의 대역에 따라 전기 진동기의 상태를 진단하므로, 판단된 진단에 맞는 적절한 응급 조치가 신속하게 이루어져 전기 진동기의 파손의 우려를 크게 줄인다. 이로 인하여, 전기 진동기의 전기적 구동 계 및 기계적 구동 계의 수명이 연장된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치의 한 예에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치의 신호 연산부에 대한 개략적인 블럭도이다.
도 3a는 모터에 구비된 베어링의 파손 시 모터에서 발생되는 소리를 측정한 파형도이다.
도 3b는 모터의 윤활유가 건조된 경우, 모터에서 발생하는 소리를 측정한 파형도이다.
도 3c는 모터에서 코로나 방전에 의한 불꽃 부분 방전이 발생할 때, 모터에서 발생되는 소리 측정한 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치의 이상 판단부에 대한 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치의 다른 예에 대한 개략적인 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치에 대해서 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동기의 이상 판단 장치는 진동 감지부(11), 초음파 감지부(12), 음파 감지부(13), 이들 감지부(11-13)에 연결되어 있는 신호 처리부(20), 신호 처리부(20)에 연결되어 있는 이상 판단 유닛(30), 이상 판단 유닛(30)에 연결되어 있는 저장부(40), 이상 판단 유닛(30)에 연결되어 있는 통신부(50), 이상 판단 유닛(30)에 연결되어 있는 정보 출력부(60), 통신부(50)와 통신하는 관리 서버(70), 그리고 전원부(80)를 구비할 수 있다.
본 예의 이상 판단 장치는 전기 구동기에 장착되어 있고, 자신이 장착되어 있는 전기 구동기에서 발생하는 진동과 소리를 각각 감지하여 전기 구동기의 이상 발생 여부를 판단하게 된다. 이하에서, 소리는 음파와 초음파를 통칭한다.
이를 위해, 전기 구동기에서 발생하는 진동과 소리를 모두 감지하기 위해, 진동 감지부(11), 초음파 감지부(12) 및 음파 감지부(13)는 모두 전기 구동기에 직접 장착되어 있다.
본 예에서, 진동 감지부(11)는 진동을 감지하는 복수 개의 진동 센서[예, 제1 내지 제4 진동 센서(111-114)]를 구비할 수 있다.
복수 개의 진동 센서(111-114)는 동일한 전기 구동기의 서로 다른 위치에 각각 장착되어 있어, 자신이 장착된 위치에서 발생하는 진동을 감지하여 해당 상태의 진동 감지 신호(SI111-SI114)를 출력할 수 있다.
이때, 각 진동 센서(111-114)의 장착 위치는 저장부(40)에 이미 저장되어 있어, 이상 판단 유닛(30)은 저장부(40)에 저장되어 있는 각 진동 센서(111-114)의 위치 정보를 이용하여 진동이 발생한 전기 구동기의 위치를 판단할 수 있다.
이러한 각 진동 센서(111, 112)는 가속도 센서일 수 있다.
초음파 감지부(12)는 동작 중에 전기 구동기에서 발생하는 소리 중 비가청 주파수 대역의 소리(예, 초음파)를 감지하여 해당 상태의 초음파 감지 신호를 출력할 수 있다.
초음파 감지부(12)에 구비되는 초음파 센서의 개수는 적어도 하나일 수 있지만, 본 예에서는 초음파 감지부(12)가 하나의 초음파 센서를 구비하는 것으로 설명한다.
본 예의 초음파 감지부(12)에 의해 감지되는 소리의 주파수는 최대 300kHz일 수 있다.
음파 감지부(13)는 동작 중에 발생하는 전기 구동기에서 발생하는 소리 중 가청 주파수 대역 대역의 소리를 감지하여 해당 상태의 음파 감지 신호를 출력할 수 있다.
이러한 음파 감지부(13)에 구비되는 음파 센서의 개수 역시 적어도 하나일 수 있지만, 본 예에서는 음파 감지부(13)가 하나의 초음파 센서를 구비하는 것으로 설명한다.
본 예에서, 음파 감지부(13)에 의해 감지되는 소리의 주파수 대역은 최대 20kHz일 수 있다.
이러한 감지부(11-13)에 의해 진동과 소리(예, 음파 및 초음파)가 감지되어, 본 예의 이상 판단 장치는 모터와 같은 전기 구동기 내부에 장착되어 있는 부품[예, 축, 베어링(bearing), 회전자, 고정자, 작동 구조물]의 기계적인 결함뿐만 아니라 전기적인 결함도 함께 판단하게 된다.
예를 들어, 모터를 구성하는 부품 중 하나인 베어링이 완전히 파손되는 것과 같은 전기 구동기에 기계적인 파손이 발생하게 되면, 전기 구동기는 정상 상태일 때보다 큰 진동을 발생하게 된다.
따라서, 이러한 비정상 상태의 진동은 진동 감지부(11)에 의해 감지되어, 해당 전기 구동기의 기계적인 파손이 진단되게 된다.
이처럼, 전기 구동기의 기계적인 파손에 의해 발생되는 진동은 일반적으로 가청 주파수 대역의 소음이 발생시키게 된다.
따라서, 전기 구동기의 기계적인 파손에 따라 발생하는 소음은 음파 감지부(13)에 의해 감지되므로, 음파 감지부(13)를 이용해서도 전기 구동기의 기계적인 파손이 진단될 수 있습니다.
이러한 기계적인 파손으로 발생되는 소리의 주파수는 최대 4kHz일 수 있다.
도 3a는 전기 구동기의 한 예인 모터(motor)에서 모터 속에 위치한 베어링의 파손 시 모터에서 발생되는 소리의 주파수를 측정한 파형의 한 예를 도시하고 있다.
도 3a를 참고하면, 베어링 파손으로 발생되는 소리의 주파수는 0.8 KHz에서 1.4KHz의 주파수 범위를 가지고 있다.
이처럼, 본 예는 진동 감지부(11)뿐만 아니라 음파 감지부(13)를 이용하여 전기 구동기의 기계적인 파손을 판단하는 경우, 전기 구동기에 대한 정확한 기계적인 파손의 진단이 이루어진다.
하지만, 위에 기술한 것처럼, 진동 감지부(11)만으로도 전기 구동기의 기계적인 파손이 감지되므로, 대안적인 예에서 음파 감지부(13)는 생략될 수도 있다.
전기 구동기에는 동작(예, 회전 동작)을 원활히 실행과 마찰로 인한 기계적인 마모 등을 방지하기 위해, 윤활유가 사용된다. 하지만, 윤활유가 건조된 것과 같이 윤활유의 점성이 정상 상태를 유지하지 못하거나 외부로 누유 되어 윤활유가 소진되는 경우, 전기 구동기를 구성하는 부품 간의 물리적인 충돌로 인해 역시 소리가 발생하게 된다.
또한, 베어링 등과 같은 전기 구동기를 구동하는 부품에 미세한 금과 같이 해당 부품의 기계적인 파손이 아닌 기계적인 손상이 발생하는 상태에서도 정상 상태에 비해 작은 크기의 소음이 발생하게 된다.
이처럼, 모터 자체의 완전한 기계적인 파손이 아니라 모터의 동작을 원활하게 수행하기 위한 윤활유의 문제나 기계적인 손상 등으로 발생되는 소리의 최대 주파수는 약 40kHz로서 초음파 영역의 소음이 발생될 수 있다.
한 예로서, 도 3b에는 모터의 윤활유가 건조된 경우, 모터에서 발생하는 소리를 측정한 파형의 한 예가 도시되어 있다.
도 3b를 참고하면, 윤활유의 문제로 인해 발생하는 소리의 주파수 크기는 대략 35kHz까지 감지됨을 알 수 있었다.
또한, 전기 구동기는 전기의 공급을 통해 동작이 이루어지므로, 코로나 방전이나 정전기 등의 전기적인 결함에 의하여 부분 방전이 발생한다.
부분 방전은 절연 파괴에 의해 불꽃이 발생하지 않는 부분 방전(이하, 이 부분 방전을 '무불꽃 부분 방전'이라 함)과 코로나 방전 등으로 인해 전기 불꽃(electric spark)이 발생하는 부분 방전(이하, 이 부분 방전을 '불꽃 부분 방전'이라 함)으로 나눠질 수 있다.
무불꽃 부분 방전 시 발생하는 소리의 주파수 크기는 20KHz 이상 30KHz미만일 수 있고, 불꽃 부분 방전 시 발생하는 소리의 주파수 크기는 30KHz 이상일 수 있다.
이러한 전기적인 결함에 따른 소리는 비가청 주파수 대역을 갖는 초음파인 경우가 많고, 이런 경우, 발생하는 소리의 최대 주파수는 약 200kHz까지 측정될 수 있다.
도 3c에는, 모터에서의 절연 파괴 현상에 의해 코로나 방전을 통한 불꽃 방전이 발생할 때, 모터에서 발생되는 소리를 측정한 파형의 한 예가 도시되어 있다.
도 3c를 참고하며, 불꽃 방전이 발생할 때 발생하는 초음파의 최대 주파수의 크기는 약 100kHz임을 알 수 있다.
이와 같이, 전기 구동기에는 전기 구동기의 완전한 기계적인 파손이나 미세한 기계적인 손상과 같은 기계적인 결함뿐만 아니라 전기적인 결함이 발생하고, 진동 감지부(11)만을 이용하는 경우에는 단순히 전기 구동기의 기계적인 파손이 발생하는 경우에만 이상 상태를 판단할 수 있다.
하지만, 본 예는 진동 감지부(11)뿐만 아니라 초음파 감지부(13), 또는 초음파 감지부(13)와 음파 감지부(12)를 이용하여 완전한 기계적인 파손뿐만 미세한 기계적인 손상, 윤활유의 문제 및 전기적인 결함도 판단할 수 있게 된다. 이로 인해, 판단된 이상 상태의 종류도 신속하게 파악할 수 있게 된다.
또한, 복수 개의 진동 센서(111-114)의 위치 정보를 이용하여, 기계적인 파손과 윤활유의 문제가 발생한 전기 구동기의 정확한 위치 역시 판단할 수 있게 된다.
위에 기술한 것처럼, 소리(음파와 초음파)를 감지하는 초음파 감지부(12)와 음파 감지부(13)는 전기 구동기에 직접 장착되므로, 본 예의 초음파 감지부(12)와 음파 감지부(13)는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)를 이용해 초소형으로 제작되어 전기 구동기에 장착이 용이할 수 있도록 한다.
따라서, 본 예의 초음파 감지부(12)에 구비된 적어도 하나의 초음파 센서는 MEMS 초음파 센서일 수 있고, 음파 감지부(13)에 구비된 적어도 하나의 음파 센서는 MEMS 음파 센서일 수 있다.
또한, 초음파 감지부(12)와 음파 감지부(13)의 각 센서는 전기 구동기의 동작 중에 발생하는 소리를 좀 더 효율적으로 집음하기 위해, 나팔(horn) 형상을 가질 수 있다.
신호 처리부(20)는 각 감지부(11-13)로부터 인가되는 진동 감지신호(SI111-SI114), 초음파 감지신호(SI12) 및 음파 감지신호(SI13)를 각각 수신하고, 수신된 각 감지신호(SI111-SI114, SI12, SI13)에 포함되는 잡음(noise) 제거 동작 및 신호 증폭 동작 등을 실시하여 신호 처리된 진동 감지신호(SF111-SF114), 신호 처리된 초음파 감지신호(SF12) 및 신호 처리된 음파 감지신호(SF13)를 생성해 이상 판단 유닛(30)으로 출력한다.
이때, 신호 처리부(20)는 정해진 주기마다 감지부(11-13)로부터 인가되는 신호를 신호 처리할 수 있다.
이러한 신호 처리부(20)는 필요에 따라 생략될 수 있다. 이런 경우, 각 감지부(11-13)에서 출력되는 감지신호(SI11-SI13)는 바로 이상 판단 유닛(30)으로 인가된다.
이상 판단 유닛(30)은 신호 처리부(20)에 의해 신호 처리된 각 감지신호(SF111-SF114, SF12, SF13)를 수신 받아 감지부(11-13)가 장착된 전기 구동기의 이상 상태, 즉 결함 발생 여부를 판단할 수 있다.
이하에서, 신호 처리부(20)에 의해 신호 처리된 감지신호(SF111-SF114, SF12, SF13)도 '신호 처리된'이란 용어를 생략하고 각각 해당 감지신호, 즉 진동 감지신호(SF111-SF114), 초음파 감지신호(SF12) 및 음파 감지신호(SF13)로 지칭한다.
본 예의 이상 판단 유닛(30)은 도 1에 도시한 것처럼 신호 연산부(301), 신호 연산부(301)에 연결되어 있는 이상 판단부(302)를 구비할 수 있다.
이러한 이상 판단 유닛(30)은 반도체 칩(chip)으로 제작된 프로세서(processor)를 구비할 수 있다.
본 예의 이상 판단 유닛(30)은 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 이상 판단 유닛(30)는 각 진동 센서에서 출력되는 각 진동 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 고속 푸리에 변환하여 주파수 분포 파형(즉, 주파수 축 데이터의 파형)인 각 진동 감지신호 파형을 생성하고, 고속 푸리에 변환된 각 진동 감지신호 파형별로 적산하여 복수 개의 진동 감지 신호 적산 파형을 생성하고, 적어도 하나의 초음파 센서에서 출력되는 각 초음파 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 고속 푸리에 변환하여 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 생성하고, 고속 푸리에 변환된 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 하나의 파형으로 적산하여 하나의 초음파 감지 신호 적산 파형을 생성할 수 있다.
또한, 이상 판단 유닛(30)은 각 진동 감지 신호 적산 파형과 제1 설정값을 비교하여 각 진동 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 상기 초음파 감지 신호 적산 파형과 제2 설정값을 비교하여 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 진동 감지 신호 적산 파형의 이상 여부와 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부에 따라 전기 구동기의 결함 유형을 판단할 수 있다.
이러한 이상 판단 유닛(30)에서, 신호 연산부(301)는 감지부(11-13) 각각에서 출력되는 진동 감지신호(SF111-SF114), 초음파 감지신호(SF12) 및 음파 감지신호(SF13) 각각에 대해 고속 푸리에 변환을 실시하고, 고속 푸리에 변환된 감지 신호의 파형을 적산해 합산하여 각 감지신호 적산 파형을 생성할 수 있다.
따라서, 신호 연산부(301)는 신호 처리부(20)로부터 인가되는 각 진동 감지신호, 초음파 감지신호 및 음파 감지신호가 각각 입력되는 제1 내지 제3 샘플링부(311-313), 제1 내지 제3 샘플링부(311-313)에 연결되어 있는 푸리에 변환부(32) 및 푸리에 변환부(32)에 연결되어 있는 제1 내지 제3 적산부(331-333)를 구비할 수 있다.
이때, 제1 내지 제3 샘플링부(311-313)은 각 해당 감지부(11-13)로부터 입력되는 해당 감지신호(SF111-SF114, SF12, SF13)를 정해진 샘플링 시각, 즉 샘플링 시점에 맞게 샘플링한 후 샘플링된 시간 축 데이터인 해당 감지신호 데이터를 푸리에 변환부(32)로 출력할 수 있다.
본 예에서, 진동 감지부(11)는 복수 개의 진동 센서(111-114)를 구비하고 있으므로, 각 진동 센서(111-114)에 대한 해당 감지신호(SF111-SF114) 각각을 샘플링하는 복수 개의 샘플링기(예, 샘플링 회로)가 존재할 수 있다.
따라서, 제1 샘플링부(311)는 신호 처리된 제1 내지 제4 진동 감지신호(SF111-SF114)가 각각 인가되어 정해진 샘플링 시각에 샘플링한 후 샘플링된 해당 제1 내지 제4 진동 감지신호 데이터를 푸리에 변환부(32)로 출력하기 위한 제1 내지 제4 샘플링기(311a-311d)를 구비할 수 있다.
이때, 복수 개의 진동 감지신호(SF111-SF114)에 대한 샘플링 시각은 동일할 수 있다.
또한, 진동 감지신호(SF111-SF114), 초음파 감지신호(SF12) 및 음파 감지신호(SF13)에 대한 샘플링 시각은 서로 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
이때, 제1 샘플링부(311) 내지 제3 샘플링부(313)의 샘플링 주파수는 모두 4kHz(1kHz × 4)일 수 있다,
본 예의 각 샘플링부(311-313)는 도시하지 않은 시계부를 이용하여 해당 감지신호(SF111-SF114, SF12, SF13)의 각 샘플링 시각을 판단할 수 있다.
푸리에 변환부(32)는 각 샘플링부(311-313)로부터 인가되는 해당 시점에서 샘플링된 각 해당 감지신호 데이터를 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)하여 주파수 축 데이터로 변환하여 제1 내지 제3 적산부(331, 332)로 각각 출력할 수 있다.
이를 위해, 푸리에 변환부(32)는 도 2에 도시한 것처럼, 제1 내지 제3 샘플링부(311-313)에 연결되어 있는 저장부(321)와 이 저장부(321)에 연결되어 있는 하나의 고속 푸리에 변환기(322)를 구비할 수 있다.
저장부(321)는 각 제1 내지 제3 샘플링부(311-313)로부터 인가되는 제1 내지 제4 진동 감지신호 데이터, 초음파 감지신호 데이터 및 음파 감지신호 데이터를 저장할 수 있다.
따라서, 이러한 저장부(321)는 메모리(memory)나 버퍼(buffer)와 같은 저장매체일 수 있다.
고속 푸리에 변환기(321)는 저장부(321)에 저장되어 있는 각 감지신호 데이터에 대한 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 실시하여, 시각축 데이터인 각 감지신호 데이터를 주파수 축 데이터인 각 감지신호 파형으로 변환할 수 있다.
이로 인해, 각 샘플링부(311-313)에서 출력되는 제1 내지 제4 진동 감지신호 데이터, 초음파 감지신호 데이터 및 음파 감지신호 데이터는 먼저 저장부(321)에 저장된다.
다음, 고속 푸리에 변환기(321)는 저장부(321)에서 제1 내지 제4 진동 감지신호 데이터, 초음파 감지신호 데이터 및 음파 감지신호 데이터를 각각 하나씩 고속 푸리에 변환하여 주파수 축 데이터로 변환한 후 해당 적산부(331-333)로 각각 출력한다.
예를 들어, 고속 푸리에 변환하는 순서가 진동 감지신호 데이터, 초음파 감지신호 데이터 및 음파 감지신호 데이터의 순으로 정해져 있는 경우, 먼저 고속 푸리에 변환기(321)는 저장부(321)에 저장되어 있는 제1 진동 감지신호를 읽어와 고속 푸리에 변환하여 푸리에 변환된 제1 진동 감지신호 파형을 생성해 제1 적산부(331)로 출력하고, 제2 진동 감지신호 및 제3 진동 감지신호에 대해서는 차례대로 동일한 동작을 수행하고 제1 적산부(331)로 출력할 수 있다.
그런 다음, 고속 푸리에 변환기(321)는 저장부(321)에 저장되어 있는 초음파 감지신호 데이터를 읽어와 고속 푸리에 변환하여 푸리에 변환된 초음파 감지신호 파형을 생성해 제2 적산부(332)로 출력하고, 마지막으로 음파 감지신호 데이터를 읽어와 고속 푸리에 변환하여 푸리에 변환된 음파 감지신호 파형을 생성해 제3 적산부(333)로 출력할 수 있다.
도 2에는 하나의 고속 푸리에 변환기(321)를 이용하여 서로 다른 감지부(11-13)에서 생성된 감지신호 데이터에 대한 고속 푸리에 변환을 실시한다. 하지만, 이와 달리, 각각 별도의 고속 푸리에 변환기를 이용하여 각 감지신호 데이터를 고속 푸리에 변환할 수 있다.
이런 경우, 고속 푸리에 변환기는 감지부(11-13)에 속한 센서의 개수와 동일한 개수를 구비할 수 있다. 따라서, 한 예로서, 고속 푸리에 변환기는 제1 내지 제4 진동 감지신호를 각각 처리하는 네 개의 푸리어 변환기, 하나의 초음파 감지신호를 처리하는 하나의 고속 푸리에 변환기 및 하나의 음파 감지신호를 처리하는 하나의 고속 푸리에 변환기를 구비할 수 있다.
이와 같이, 복수 개의 고속 푸리에 변환기를 이용하여 각 감지부(11-13)에서 출력되는 감지신호를 개별적으로 처리하는 경우, 복수 개의 감지부(11-13)에서 출력되는 감지신호 데이터를 저장하는 저장부(331)는 생략될 수 있고, 따라서 제1 샘플링부(311-313)는 각각 자신에 연결되어 있는 해당 고속 푸리에 변환기로 해당 감지신호 데이터를 직접 출력할 수 있다.
제1 내지 제3 적산부(331-333)는 푸리에 변환기(322)로부터 인가되는 각각 푸리에 변환된 제1 내지 제4 진동 감지신호 파형, 초음파 감지신호 파형 및 음파 감지신호 파형을 각각 적산하여 제1 내지 제4 진동 감지신호 적산 파형, 초음파 감지신호 적산 파형 및 음파 감지신호 적산 파형을 출력할 수 있다.
이때, 제1 적산부(331)는 이미 기술한 것과 유사하게 제1 내지 제4 진동 감지신호 파형 각각에 대한 적산 동작을 위한 네 개의 적산기(예, 가산기)(331a-331d)를 구비할 수 있다.
해당 적산부[예, 적산부(331a)]는 해당 감지신호 데이터(예, 제1 진동 감지신호 데이터)가 고속 푸리에 변환될 때마다 이전 감지신호 파형(예, 제1 진동 감지신호 파형)과의 적산 동작을 순차적으로 실시하여, 해당하는 감지신호 파형(예, 제1 진동 감지신호 파형)을 생성할 수 있다.
따라서, 이러한 제1 내지 제3 적산부(331-333)의 적산 동작에 의해 생성된 제1 내지 제4 진동 감지신호 파형, 초음파 감지신호 파형 및 음파 감지신호 파형은 이상 판단부(302)로 입력된다.
이때, 각 감지신호 파형의 가로축은 주파수(f)가 되고 세로축은 해당 전기 신호(예, 전압)의 진폭이 될 수 있다.
이상 판단부(302)는 신호 연산부(301)로부터 인가되는 제1 내지 제4 진동 감지신호 파형, 초음파 감지신호 파형 및 음파 감지신호 파형을 이용하여 해당 전기 구동기의 이상 여부를 판단할 수 있다.
다음, 도 4를 참고하여, 이러한 이상 판단부(302)의 동작을 설명한다.
도 4를 참고하면, 이상 판단부(302)의 동작이 시작되면(S10), 이상 판단부(302)는 제1 내지 제3 적산부(331-333)로부터 인가되는 각 해당 감지신호 파형을 판독하여 저장부(40)에 저장해 놓는다(S11).
저장부(40)는 메모리(예: 플래시 메모리(flash memory), 이이피롬(EEPROM), 램(RAM) 또는 메모리 카드(memory card) 등)나 하드 디스크(hard disk, SSD) 등과 같은 저장 매체로서, 이미 기술한 것처럼, 제1 내지 제3 적산부(331-333)로부터 인가되는 각 해당 감지신호의 파형뿐만 아니라 본 예의 이상 판단 장치의 동작에 필요한 데이터와 동작 중에 생성된 데이터 등이 저장되어 있다.
다음, 이상 판단부(302)는 저장부(40)에 저장된 각 감지신호 적산 파형에 대해 정해진 순서에 따라 이상 판단 동작을 실시한다.
예를 들어, 저장부(40)에 저장되어 있는 이상 판단 순서가 진동 감지신호 적산 파형-> 초음파 감지신호 적산 파형-> 음파 감지신호 적산 파형이면, 이상 판단부(302)는 저장부(40)에 저장되어 있는 감지신호 적산 파형 중에서 먼저 제1 진동 감지신호 적산 파형을 읽어와 전압의 진폭 크기가 정해진 해당 설정값(예, 제1 설정값)을 초과했는지 판단할 수 있다(S12).
각 설정값은 각 감지신호 파형에 대한 이상 여부를 판단하기 위한 이상 판단 설정 값으로서, 감지신호 파형의 종류(예, 진동 감지신호 적산 파형, 초음파 감지신호 적산 파형 및 음파 감지신호 적산 파형)에 따라 설정 값의 크기가 다르게 정해져 저장부(40)에 저장될 수 있다.
따라서, 저장부(40)에는 제1 내지 제4 진동 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판단하기 위한 제1 설정값, 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판단하기 위한 제2 설정값 및 음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하기 위한 제3 설정값이 저장될 수 있다.
해당 감지신호 적산 파형인 제1 진동 감지신호 적산 파형의 세로축의 크기, 예, 전압의 진폭 크기가 제1 설정값을 초과하면(S12), 이상 판단부(302)는 제1 진동 센서(111)가 장착된 전기 전동기의 해당 부분에 기계적 파손이 발생한 이상 상태로 판정한다.
이미 저장부(40)에는 제1 진동 감지신호 적산 파형에 관련된 제1 진동 센서(111)의 위치 정보가 저장되어 있으므로, 이상 판단부(302)는 제1 진동 감지신호 적산 파형에 제1 설정값을 초과한 부분이 존재하는 이상 상태인 경우, 제1 진동 센서(111)의 위치 정보를 이용하여 기계적인 파손이 발생한 파손 부분(즉, 이상 발생 부분)을 판정한다. 따라서, 이상 판단부(302)는 제1 진동 센서(11)가 부착된 위치에 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정한다.
이러한 방식을 통해, 이상 판단부(302)는 나머지 제2 내지 제4 진동 감지신호 적산 파형을 차례대로 제1 설정값과 비교하여 제2 내지 제3 진동 센서(112-114)가 부착된 부분에 대한 기계적 파손 여부를 판단하고, 판단 결과를 저장부(40)에 저장할 수 있다(S11-S14).
다음, 이상 판단부(302)는 초음파 감지신호 적산 파형과 제2 설정값을 비교하여, 초음파 감지신호 적산 파형의 진폭이 제2 설정값을 초과하는지 판단한다(S15).
초음파 감지신호 적산 파형의 진폭이 제2 설정값을 초과하면, 이상 판단부(302)는 전기 구동기에 윤활유의 문제(예, 윤활유가 건조된 상태나 누유 상태) 또는 전기 구동기에 미세한 기계적인 손상이 발생한 전기 구동기의 기계적인 손상 상태, 즉 이상 상태로 판정할 수 있다.
따라서, 이상 판단부(302)는 초음파 감지신호 적산 파형과 제2 설정값과의 비교 동작을 통해 초음파 감지신호 적산 파형에 대한 이상 여부를 판정하고 판정 결과를 저장부(40)에 저장할 수 있다(S16, S17).
이미 기술한 것처럼, 무불꽃 부분 방전 시와 불꽃 부분 방전 시 발생하는 초음파의 주파수 범위가 상이하므로, 이상 판단부(302)는 초음파 감지신호 적산 파형과 설정값과의 비교 동작에 의해 부분 방전이 발생한 상태로 판단되면, 초음파 감지신호 적산 파형의 주파수 크기를 이용하여 발생된 부분 방전이 무불꽃 부분 방전인지 불꽃 부분 방전인지도 판정할 수 있다.
이와 마찬가지로, 이상 판단부(302)은 음파 감지신호 적산 파형과 제3 설정값을 이용하여, 음파 감지신호 적산 파형에 대한 이상 여부를 판정하고, 판정 결과를 저장부(40)에 저장할 수 있다(S18-S20).
이와 같이, 신호 연산부(301)에서 출력되는 각 감지신호 적산 파형에 대한 이상 여부가 판정되면, 이상 판단부(302)는 판정 결과를 이용하여, 전기 구동기에 결함 발생 여부, 결함의 종류 및 결합 발생 위치 중 적어도 하나를 포함하는 결함 유형을 판정하고, 판정 결과를 저장부(40)에 저장할 수 있다(S21).
그런 다음, 이상 판단부(302)는 판정된 판정 결과를 정보 출력부(60)로 출력하여(S22), 전기 구동기의 상태를 신속하고 정확하게 확인할 수 있도록 한다.
본 예에서, 정보 출력부(60)는 액정 표시장치나 유기발광 표시장치 등의 정보 표시 장치일 수 있고, 한 예로 모니터(monitor)로 구현될 수 있다. 또한, 정보 출력부(60)는 발광 다이오드(LED)와 부저(buzzer) 중 적어도 하나와 같은 상태 표시 소자를 추가로 구비할 수 있다.
본 예에서, 결함 유형을 판정하는 동작의 한 예는 다음과 같다.
각 감지신호 파형과 제1 내지 제3 설정값을 이용하여 각 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정한 경우, 제1 내지 제4 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나(예, 제1 진동 감지신호 파형)와 음파 감지신호 적산 파형의 상태가 이상 상태로 판단되면, 이상 판단부(302)는 전기 구동기를 구성하는 부품(예, 베어링) 중 적어도 하나가 파손된 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정할 수 있다.
즉, 전기 구동기의 기계적인 파손에 의해 발생되는 진동은 제1 진동 감지신호 적산 파형의 이상 상태로 감지되고, 또한, 전기 구동기의 기계적인 파손에 따라 발생되는 소음, 즉 가청 주파수 대역의 소리는 음파 감지신호 적산 파형의 이상 상태로 감지된다.
따라서, 진동 감지신호 적산 파형과 음파 감지신호 적산 파형 각각에 이상 상태(즉, 정해진 설정값보다 큰 진폭을 갖는 파형)가 감지되면, 이상 판단부(302)는 전기 구동기에 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정하고, 이상 상태가 감지된 해당 진동 감지신호 적산 파형(예, 제1 진동 감지신호 적산 파형)의 위치 정보를 저장부(40)에서 읽어와 기계적인 파손이 발생한 위치를 판정한다.
그런 다음, 이상 판단부(302)는 정보 출력부(60)를 통해 기계적인 파손의 발생과 파손이 발생한 위치를 출력하여 관리자가 신속한 조치를 취할 수 있도록 한다.
하지만, 음파 감지부(12)가 생략되는 경우, 이상 판단부(302)는 각 진동 감지신호 적산 파형이 이상 상태로 판정되면, 전기 구동기에 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정하여 이상 상태가 감지된 해당 진동 감지신호 적산 파형의 위치 정보를 이용하여 기계적인 파손이 발생한 위치를 판정하게 된다. 그런 다음, 이상 판단부(302)는 판정 결과를 정보 출력부(60)로 출력할 수 있다.
하지만, 이와 달리, 제1 내지 제4 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나(예, 제1 진동 감지신호 적산 파형)와 초음파 감지신호 적산 파형의 상태가 이상 상태로 판단되면, 이상 판단부(302)는 전기 구동기를 구성하는 부품(예, 베어링) 중 적어도 하나에 기계적인 파손이 아닌 기계적인 손상이 발생하거나 윤활유에 문제가 발생한 상태로 판정한다.
즉, 전기 구동기의 기계적인 손상에 의해 발생되는 진동은 해당 진동 감지신호 적산 파형의 이상 상태로 감지되고, 전기 구동기의 기계적인 손상에 따라 발생되는 소음, 즉 비가청 주파수 대역의 소리는 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 상태로 감지된다.
따라서, 진동 감지신호 적산 파형과 초음파 감지신호 적산 파형 각각에 이상 상태가 감지되면, 이상 판단부(302)는 전기 구동기에 기계적인 손상이 발생한 상태로 판정하고, 이상 상태가 감지된 해당 진동 감지신호 파형(예, 제1 진동 감지신호 적산 파형)의 위치 정보를 저장부(40)에서 읽어와 기계적인 손상이 발생한 위치를 판정한다.
그런 다음, 이상 판단부(302)는 정보 출력부(60)를 통해 기계적인 손상의 발생과 손상 위치를 출력하게 된다. 이로 인해, 관리자는 기계적인 파손과 같은 심각한 문제가 발생하기 전에 미리 해당 위치에 위치한 부품의 상태를 점검하여, 윤활유를 채워 넣거나 해당 부품을 신속히 교체하여 사고의 발생을 방지하고 비용 발생을 최소화하게 된다.
초음파 감지신호 적산 파형의 상태만이 이상 상태로 판단되면, 이상 판단부(302)는 전기 구동기에 전기로 인한 불꽃 방전과 같은 전기적인 결함이 발생한 상태로 판단한다.
즉, 전기 구동기의 전기적인 결함이 발생될 때 발생하는 초음파로 인해, 초음파 감지신호 적산 파형이 이상 상태로 감지된 상태이다.
이런 경우, 이상 판단부(302)는 전기 구동기의 전기적인 결함이 발생한 상태로 판정하여 판정 결과를 정보 출력부(60)로 출력하게 된다.
이때, 이미 기술한 것처럼, 이상 판단부(302)는 초음파 감지신호 적산 파형의 주파수 크기를 이용하여 무불꽃 부분 방전이나 불꽃 부분 방전인지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 주파수의 크기가 20KHz 이상에서 30KHz 미만이면 무불꽃 부분 방전이고, 30KHz 이상이면 불꽃 부분 방전으로 판단할 수 있다.
따라서, 관리자는 정보 출력부(60)로 전기적인 결함이 발생한 상태가 표시되면 신속하게 해당 전기 구동기로 인가되는 전기를 차단하고 화재 발생 위험을 제거하여 전기적인 결함으로 인해 더 큰 사고 발생을 신속하게 방지하게 된다.
정보 출력부(60)가 상태 표시 소자를 구비하는 경우, 전기 구동기에 결함이 발생하면 상태 표시 소자도 동작하여, 관리자나 사용자가 현재 전기 구동기의 이상 상태를 신속하게 인지할 수 있도록 한다.이와 같이, 본 예의 이상 판단 장치는 진동뿐만 아니라 소리를 모두 이용하여 전기 구동기의 이상 여부를 판정하므로, 전기 구동기의 이상 여부(즉, 결함 여부)뿐만 아니라 발생한 이상의 유형도 알 수 있고 또한 이상이 발생한 위치 역시 알 수 있게 된다.
또한, 기계적인 결함이 발생할 경우, 음파 감지부만을 이용하는 경우보다 진동 감지부도 함께 이용하여 결함 발생 여부를 판정하므로, 동작의 신뢰성이 향상된다.
예를 들어, 음파 감지부만을 이용하여 전기 구동기의 기계적인 결함을 판정할 경우, 전기 구동기의 주변에서 발생하는 소리로 인해 해당 전기 구동기의 상태를 이상 상태로 판정할 수 있다. 하지만, 본 예의 경우, 소리뿐만 아니라 진동도 함께 감지되므로, 소리로 인해 전기 구동기의 상태가 이상 상태로 판정되더라도 해당 전기 구동기의 진동 상태가 정상 상태이므로(즉, 진동 감지신호 적산 파형의 상태가 정상 상태이면), 이상 판단부(302)는 전기 구동기의 상태를 정상으로 판정하게 된다.
또한, 이상 판단 유닛(30)의 이상 판단부(302)는 통신부(50)를 이용하여 외부 장치인 관리 서버(70)로 전기 구동기에 대한 이상 판정 결과를 전송할 수 있다.
이때, 통신부(50)는 유선 또는 무선의 방법을 사용하며 외부 장치와 근거리 통신이나 인터넷 통신 등을 실시하는 통신 모듈로서, 근거리 통신 기술을 이용하는 근거리 통신 모듈과 인터넷 통신 기술을 이용하는 인터넷 통신 모듈 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
근거리 통신 기술로는 시리얼 통신(예 EIA-232, EIA-422, EIA-485 또는 USB등), NFC, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband) 및 지그비(ZigBee) 중 적어도 하나가 이용될 수 있다. 또한 설치 구조상 절연이 요구되는 시스템에서는 광통신 기술이 이용될 수 도 있다.
또한, 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi 네트워크), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access) 및 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
관리 서버(70)는 전기 구동기의 동작을 관리하는 서버일 수 있다. 따라서, 관리자는 관리 서버(70)로 전송되는 이상 판정 결과를 이용하여 해당 전기 구동기의 동작 상태를 실시간으로 확인하고 관리하여 사고 발생 위험을 방지하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 이상 판단 장치의 다른 예를 도시한 개략적인 블럭도로서, 소리를 감지하는 초음파 감지부(12)와 음파 감지부(13) 중 적어도 하나가 복수 개의 센서를 구비한 경우를 도시한다.
도 5에서는 초음파 감지부(12)가 두 개의 초음파 센서인 제1 초음파 센서(121)와 제2 초음파 센서(122)를 구비한 경우를 한 예로 도시한다.
이런 경우, 진동 감지부(11)의 경우와 동일하게, 신호 처리부(20)에 의해 신호 처리된 제1 및 제2 초음파 센서의 각 초음파 감지신호를 각각 샘플링하기 위해, 제2 샘플링부(312)는 두 개 샘플링기를 구비할 수 있다.
이때, 서로 다른 초음파 센서(121, 122)에서 출력되는 각 초음파 감지신호에 대한 샘플링 시각은 서로 상이할 수 있다.
또한, 푸리에 변환부(32)의 고속 푸리에 변환기(322)는 서로 다른 시각에 샘플링 동작이 이루어지는 각 초음파 감지신호에 대한 고속 푸리에 변환을 실시하여 생성된 각 제1 및 제2 초음파 감지신호 파형을 제2 적산부(332)로 출력할 수 있다.
이때, 제2 적산부(332)는 도 2의 제2 적산부(332)와 달리 각 해당 시점에서 푸리에 변환된 제1 감지신호 파형과 제2 감지신호 파형을 하나의 파형으로 합산하여 적산해 두 초음파 감지신호가 합산된 하나의 초음파 감지신호 적산 파형을 생성하여 이상 판단 유닛(30)으로 출력할 수 있다.
따라서, 이상 판단 유닛(30)의 이상 판단부(302)는 이미 기술한 동작을 통해 초음파 감지신호 적산 파형에 대한 이상 여부를 판정할 수 있다.
이와 같이, 초음파 감지부(12)와 음파 감지부(13) 중 적어도 하나가 복수 개의 서로 다른 위치에 설치되어 있는 센서를 구비하여 복수 개의 감지 신호를 출력하면, 이상 판단 유닛(30)은 각 감지 신호에 대한 샘플링 시각을 상이하게 하여 하나의 감지신호 적산 파형을 생성하고, 생성된 하나의 감지신호 적산 파형을 이용하여 감지된 초음파나 음파의 이상 여부를 판정하게 된다.
이런 경우, 해당 감지신호 적산 파형에 대한 분해능이 증가하여, 즉 해당 감지신호에 대한 샘플링 개수가 증가하여 초음파와 음파에 대한 이상 발생 여부를 좀 더 정확하게 판정할 수 있는 효과가 발생하게 된다.
본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.
이상, 본 발명 전기 구동기의 이상 판단 장치의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: 진동 감지부 111-114: 진동 센서
12: 초음파 감지부 121, 122: 초음파 센서
13: 음파 감지부 20: 신호 처리부
30: 이상 판단 유닛 301: 신호 연산부
311-313: 샘플링부 311a-311d: 샘플링기
32: 푸리에 변환부 321: 저장부
322: 고속 푸리에 변환기 331, 332, 333: 제1 적산부
331a-331d: 적산기 302: 이상 판단부
40: 저장부 50: 정보 출력부

Claims (10)

  1. 진동을 이용하여 전기 구동기의 이상 상태를 판단하는 전기 구동기의 이상 판단 장치에 있어서,
    상기 전기 구동기에 서로 다른 위치에 장착되어 있는 복수 개의 진동 센서;
    상기 전기 구동기에 장착되어 있는 적어도 하나의 초음파 센서; 및
    상기 복수 개의 진동 센서와 상기 적어도 하나의 초음파 센서에 연결되어 있는 이상 판단 유닛
    을 포함하고,
    상기 이상 판단 유닛은,
    상기 각 진동 센서에서 출력되는 각 진동 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 주파수 분포 파형인 각 진동 감지신호 파형을 생성하고, 상기 각 진동 감지신호 파형 별로 적산하여 복수 개의 진동 감지 신호 적산 파형을 생성하고,
    상기 적어도 하나의 초음파 센서에서 출력되는 각 초음파 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 주파수 분포 파형인 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 생성하고, 상기 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 하나의 파형으로 적산하여 하나의 초음파 감지 신호 적산 파형을 생성하고,
    각 진동 감지 신호 적산 파형과 제1 설정값을 비교하여 각 진동 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고,
    상기 초음파 감지 신호 적산 파형과 제2 설정값을 비교하여 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고,
    상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나가 이상 상태로 판정되고 상기 초음파 감지신호 적산 파형이 정상 상태로 판정되면, 상기 전기 구동기에 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정하고,
    상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나와 상기 초음파 감지신호 적산 파형이 이상 상태로 판정되면, 상기 전기 구동기에 기계적인 손상이나 윤활유의 문제나 기계적인 손상이 발생한 상태로 판정하며,
    상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형이 모두 정상 상태이고 상기 초음파 감지신호 적산 파형만이 이상 상태로 판정되면, 상기 전기 구동기에 전기적인 결함이 발생한 상태를 판정하는
    전기 구동기의 이상 판단 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판단 유닛에 연결되어 있고, 각 진동 센서의 위치 정보를 저장하고 있는 저장부
    를 더 포함하고,
    상기 이상 판단 유닛은 이상 상태로 판단된 진동 감지신호 적산 파형에 대한 위치 정보를 상기 저장부에서 읽어와 이상 상태가 발생한 전기 구동기의 위치를 판정하는 전기 구동기의 이상 판단 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판단 유닛과 연결되어 있는 정보 출력부
    를 더 포함하고,
    상기 이상 판단 유닛은 상기 정보 출력부로 판정 결과를 출력하는 전기 구동기의 이상 판단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판단 유닛은,
    각 진동 센서에 연결되어 있고, 각 진동 센서에서 출력되는 진동 감지신호를 정해진 샘플링 시점에서 샘플링하여 출력하는 제1 샘플링부;
    적어도 하나의 초음파 센서에 연결되어 있고, 각 초음파 센서에서 출력되는 초음파 감지신호를 정해진 시점에서 샘플링하여 출력하는 제2 샘플링부;
    상기 제1 및 제2 샘플링부와 연결되어 있고, 각 샘플링부에서 출력되는 샘플링된 복수 개의 진동 감지신호 데이터와 적어도 초음파 감지신호 데이터를 고속 푸리에 변환하여 해당 감지신호 파형을 출력하는 푸리에 변환부;
    푸리에 변환부에 연결되어 있고, 푸리에 변환부에서 출력되는 각 진동 감지신호 파형을 각각 적산하여 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형을 출력하는 제1 적산부;
    상기 푸리에 변환부에 연결되어 있고, 푸리에 변환부에서 출력되는 적어도 하나의 초음파 감지신호 파형을 적산하여 하나의 초음파 감지신호 적산 파형을 출력하는 제2 적산부; 및
    상기 제1 적산부와 상기 제2 적산부에 연결되어 있고, 상기 제1 적산부에서 출력되는 각 진동 감지신호 적산 파형을 제1 설정값과 비교하여 각 진동 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 상기 제2 적산부에서 출력되는 초음파 감지신호 적산 파형을 제2 설정값과 비교하여 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고, 상기 진동 감지 신호 적산 파형의 이상 여부와 상기 초음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부에 따라 전기 구동기의 결함 유형을 판정하는 이상 판단부
    를 포함하는 전기 구동기의 이상 판단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 초음파 센서의 개수는 복수 개이고,
    상기 제2 샘플링부는 상기 복수 개의 초음파 센서에서 각각 출력되는 복수 개의 초음파 감지 신호를 서로 다른 시점에 샘플링하는 전기 구동기의 이상 판단 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전기 구동기에 장착되어 있는 적어도 하나의 음파 센서
    를 더 포함하고,
    상기 이상 판단 유닛은,
    상기 적어도 하나의 음파 센서에서 출력되는 각 음파 감지신호를 샘플링 시점에 샘플링한 후 적어도 하나의 음파 감지신호 파형을 생성하고, 상기 적어도 하나의 음파 감지신호 파형을 하나의 파형으로 적산하여 하나의 음파 감지 신호 적산 파형을 생성하고,
    각 음파 감지 신호 적산 파형과 제3 설정값을 비교하여 각 음파 감지신호 적산 파형의 이상 여부를 판정하고,
    상기 복수 개의 진동 감지신호 적산 파형 중 적어도 하나와 상기 음파 감지신호 적산 파형이 이상 상태로 판정되면, 상기 전기 구동기에 기계적인 파손이 발생한 상태로 판정하는 전기 구동기의 이상 판단 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초음파 센서는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 초음파 센서인 전기 구동기의 이상 판단 장치.

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