KR200218509Y1 - 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 기계장치에서 발생되는 진동을 감지하여 이를 단일(모노)음향으로 또는 입체(스테레오)음향으로 제공할 수 있는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치를 제공한다. 그 음향장치는 기계장치 본체에 부착되어 그 기계장치에서 발생되는 진동을 감지하기 위한 감지센서; 감지센서로부터 발신되는 진동신호를 수신하여 증폭시키기 위한 증폭기; 및 증폭기에서 증폭된 음향신호를 출력시키기 위한 스피커로 구성된다. 증폭장치는 3차원 그래픽과 결합되고, 진동신호를 스테레오 음향으로 증폭시키는 이득 조종장치로 구성될 수 있다. 진동 감지센서는 압전소자로 구성된다.

Description

기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치{Vibration Sensing Type Audible System for Remote Operation of Mechanical Equipment}

본 고안은 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계장치에서 발생되는 진동을 감지하여 이를 단일(모노)음향으로 또는 입체(스테레오)음향으로 제공할 수 있는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치에 관한 것이다. 한편, 본 고안의 기술분야는 원격제어 및 감시분야에 속하며, 보다 구체적으로는 음향신호를 이용한 원격감시분야에 속한다.

원자력 발전소와 같은 종합적인 시스템 설비에는 다양한 기계장치가 장착되거나 설치되어 있으며, 이 같은 각각의 기계장치들은 발전소가 작동함에 따라 또는 자체적으로 작동함에 따라 진동이 발생한다. 이 같은 진동은 기계장치 자체에 영향을 줄 수 있을 뿐 아니라 특히, 원자력발전소와 같이 안전을 요하는 곳에서는 그 같은 진동이 치명적인 사고로 이어질 수 있다. 이에 따라, 운전자 또는 감독자는 각각의 기계장치 또는 전체의 기계장치에서 발생되는 진동을 수시로 또는 정기적으로 검사하여, 이를 여러 용도로 이용할 수 있다. 이와 같이 기계장치의 진동을 감지하는 방식의 하나로 음향을 이용하는 방식이 있다.

그러나, 이 같은 음향을 이용하는 종래의 원격감시분야에서 마이크를 이용하는 방식은 공기를 매체로 전달되는 음파를 감지하므로 쉽게 잡음에 노출될 수 있으며, 기계에서 발생하는 미세한 진동은 감지하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 일반적으로 사용되는 마이크는 공기를 매질로 전파되는 음파의 진동을 감지하여 전기적인 신호로 바꾸는 역할을 하며, 또한 이들은 공기중의 음파를 감지하도록 설계되어 있으므로 기계장치 본체를 매질로 전파하는 진동을 감지하기에는 적합하지 않은 단점이 있다.

또한, 종래의 원격감시 음향장치는 마이크를 로봇 근처에 설치하여 음향을 감지하는 방법을 사용하고 있으나, 로봇본체의 진동은 공기를 지나면서 급격히 감쇄되고 잡음이 유입되어 효율적으로 진동신호를 감지하지 못하며, 특히 기계장치가 천천히 움직일 때에는 진동신호를 거의 감지해내지 못하는 문제점이 있다.

더욱이, 원격으로 조종되는 기기의 작동상태를 감시할 목적으로 비디오 카메라가 주로 이용되고 있으나, 원격조종자 또는 감독자는 작업현장에 설치한 카메라에 비친 영상 이미지만으로는 충분한 정보를 얻을 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제를 보완하기 위해 가상카메라의 개념을 도입한 3차원 그래픽이 제안되어 응용되고 있지만, 그래픽모델의 오차 또는 환경의 변화 등으로 인해 정확한 정보를 획득하기 곤란함은 물론, 감독자가 집중력을 가지고 해당 장치 또는 사물을 지속적으로 주의 깊게 감시하기가 인간공학적으로 곤란한 문제점이 있다.

이에 본 고안은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 기계장치의 진동을 감지하여 이를 음향으로 제공할 수 있는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 목적은 기계장치에서 발생되는 진동을 압전소자를 이용하여 검출한 후 음향신호로 변환시켜 장치에서 발생하는 미세한 신호를 효율적으로 정취할 수 있는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 단일신호 방식 원격감시 음향장치의 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 입체음향방식 원격감시 음향장치의 구성도.

도 3은 가상 카메라와 진동센서의 위치와 자세를 보여주는 관계도.

도 4는 소형 압전형 진동센서를 보여주는 사시도.

도 5는 도 4의 진동센서를 원전 증기발생기로봇에 압전소자로 설치한 상태를 보여주는 개략도.

{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}

10,20: 기계장치 본체 12,22: 진동센서

14; 증폭기 24: 이득 조종장치

26: 가상 카메라

이 같은 목적들은 기계장치를 원격위치에서 감시하기 위한 기계장치 감지형 원격감시 음향장치에 있어서, 상기 기계장치 본체에 부착되어 그 기계장치에서 발생되는 진동을 감지하기 위한 감지센서; 상기 감지센서로부터 발신되는 진동신호를 수신하여 증폭시키기 위한 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 음향신호를 출력시키기 위한 스피커로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 단일신호방식 원격감시 음향장치는 기계장치 본체(10)에 부착되어 그 기계장치에서 발생되는 진동을 감지하기 위한 진동센서(12)를 포함한다. 그 진동센서(12)는 그로부터 발신되는 진동신호를 수신하여 증폭시키기 위한 증폭기(14)에 연결된다. 여기서, 증폭기(14)는 진동신호를 단일음향으로 증폭시켜 그 음향신호를 출력시킨다. 결국, 도 1에 도시된 원격감시 음향장치는 별도의 자동이득조정장치가 없이 증폭기를 이용하여 스피커를 구동하는 형식의 원격감시 음향장치라 할 수 있다.

도 2에 도시된 입체음향 방식 원격감시 음향장치는 도 1에 도시된 단일신호방식 원격감시 음향장치와 마찬가지로 기계장치(20)에 부착되어 그 기계장치에서 발생되는 진동을 감지하기 위한 진동센서(22)를 구비한다. 특히, 진동센서(22)는 그로부터 발신되는 진동신호를 수신하여 처리하기 위한 처리장치에 연결되는 바, 그 처리장치는 3차원 그래픽과 결합된 이득 조종장치(24)로 구성되는 것이 바람직하다. 이득 조종장치(24)는 진동신호를 스테레오 음향으로, 즉, 입체음향으로 처리하거나 증폭시킨다. 또한, 이득 조종장치(24)는 3차원 그래픽과 결합되어 있어 가상 카메라의 위치에 감독자 또는 시청자가 있는 것으로 가정하고 그들의 귀(耳)에 대한 지향성을 이용하여 입체음향을 생성해내는 작용을 한다.

특히, 전술된 바와 같은 원격감시 음향장치에서는 기계장치 본체에 부착되어 그로부터 발생되는 진동을 검출하는 진동센서(12,22)로서, 도 4에 도시된 바와 같은 압전소자를 이용하는 것이 바람직하다. 이 압전소자는 음향신호를 검출하기에 적합하며, 특히, 약1.5그램 정도의 무게를 지니고, 약 2cm 정도의 높이를 지니며, 약 20hz-10Khz의 가청주파수 영역에서 평탄한 주파수 응답을 나타낸다.

이 압전소자(12,22)는 도 5에 도시된 바와 같이, 예컨대, 원전 증기발생기 세정로봇(30)과 같은 기계장치의 본체내의 제위치에 설치되어 이용될 수 있는 바, 이는 그 압전소자의 크기가 작고 콤팩트하며, 경량인 반면 주파수 응답성이 우수하기 때문에 효과적으로 이용될 수 있는 것이다.

도 3에는 가상카메라 와 진동센서, 즉, 압전소자의 위치와 자세를 이용하여 입체음향을 생성하는 원리가 도시되어 있다. 즉, 작업자는 3차원그래픽을 보면서 기계장치를 조종할 경우 가상 카메라(26)의 위치에 있게 되고, 작업자의 귀(耳)는 s_c방향으로 그 가상카메라(26)의 양쪽에 위치하게 된다. 여기서, 두 개의 벡터 a_c와 s_c가 이루는 평면에 진동센서를 투영한 위치를 p_s' 로 놓고 p_c와 p_s'가 이루는 선분과 a_c가 이루는 각을 θ_a라 놓으면 가상 카메라의 위치에서 작업자가 a_c방향을 응시하고 있을 때 오른쪽과 왼쪽 귀에서 감지되는 음향의 세기는 식(1)과 같이 나타난다.

식(1)

식중, i_s는 진동센서에서 감지된 신호의 강도이고, f_R(.)과 f_L(.)은 오른쪽과 왼쪽귀의 지향성을 나타내는 함수로서 θ_a에 따라 0 과 1사이의 값을 갖는다. 식(1)으로부터 도 2의 이득 조종장치(24)의 이득 K_R과 K_L은 식(2)과 같이 획득된다.

식(2)

이와 같은 이득 조종장치에서의 이득은 가상카메라의 위치에 따라 가변적이므로 개인용 컴퓨터와 같은 멀티미디어 컴퓨터를 이용할 경우 음향이득 제어함수를 이용하여 자동으로 변경된다.

결과적으로, 본 고안에 따른 기계장치 진동 감지형 원격감시 장치는 압전소자를 기계장치의 본체에 설치하여 정확하고 정밀하며 안정적으로 진동을 감지할 수 있으므로, 기계장치가 저속으로 이동하거나 작업을 수행할 때에도 모터 또는 동력전달장치의 회전하는 소리를 정확히 청취할 수 있으므로 기계장치의 상태를 용이하고 정확하게 감시할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 로봇과 같은 기계장치인 경우에도 엔드 이펙터에서 발생하는 소리, 예를 들면 세정로봇의 경우 물을 분사하는 소리, 조립로봇의 경우 물체에 접촉하는 소리들을 정확히 청취할 수 있으므로 원격감시는 물론 원격제어에도 중요한 정보로서 이용될 수 있는 장점이 있다.

더욱이, 진동을 감지하기 위한 센서로서 압전소자를 이용하므로, 종래의 마이크 감지방식에 비교하여 볼 때, 공기를 통해 외부로부터 유입되는 잡음이 대부분 제거되므로 신호의 신뢰성이 높고, 물체접촉 또는 비정상 동작시에 이벤트성의 신호를 제공하므로 로봇을 안정적이고 원격적으로 감시할 수 있으며, 매우 작은 강도로 로봇본체에서 발생하는 소리도 청취할 수 있으므로 원격감시는 물론 기계장치의 점검에도 효과적으로 활용할 수 있으며, 압전소자가 소형이고 수밀성이 완벽하여 소형 기계장치와 수중로봇 및 극한작업용 로봇에도 적용이 용이하며, 3차원 그래픽과 통합하여 스테레오 음향의 구현이 가능한 현저한 이점이 있다.

이상에서, 본 고안에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 실용신안등록청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (3)

1. 기계장치를 원격위치에서 감시하기 위한 기계장치 감지형 원격감시 음향장치에 있어서,

   상기 기계장치 본체에 부착되어 그 기계장치에서 발생되는 진동을 감지하기 위한 감지센서;

   상기 감지센서로부터 발신되는 진동신호를 수신하여 증폭시키기 위한 증폭기; 및

   상기 증폭기에서 증폭된 음향신호를 출력시키기 위한 스피커로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 증폭장치는 3차원 그래픽과 결합되고, 진동신호를 스테레오 음향으로 증폭시키는 이득 조종장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 진동 감지센서는 압전소자인 것을 특징으로 하는 기계장치 진동 감지형 원격감시 음향장치.