KR200310705Y1

KR200310705Y1 - 독립형 유무선 데이터 수집 및 신호처리 장치

Info

Publication number: KR200310705Y1
Application number: KR20-2003-0000122U
Authority: KR
Inventors: 김동현; 구자현
Original assignee: 주식회사 렉터슨
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-01-03
Publication date: 2003-04-21
Also published as: KR20040034316A; KR100500052B1

Abstract

본 고안은 소음, 진동, 온도, 압력 등 각종 아날로그 신호를 수집하고 분석하는 장치에 관한 것이다. 본 고안에 의하면, 아날로그 입력부와, 가공처리부와, 인터페이스부와, 메모리 카드와, 전원장치를 포함하는 데이터 수집 및 신호처리 장치가 제공된다. 아날로그 입력부는 센서와 연결되어 아날로그 신호가 입력된다. 가공처리부는 입력부를 통해 입력된 아날로그 신호의 전압 또는 전류 파형의 진폭을 크게 하는 증폭기와, 특정 주파수의 신호만 통과시키고 나머지 신호는 제거하는 필터와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC와, 디지털 신호처리를 위한 DSP와, 논리블록으로 프로그램이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)와, 독립적으로 기능을 수행하도록 RTOS가 심어진 내부 메모리가 마련된 MPU(Micro Processor Unit)를 구비한다. 상기 인터페이스부는 MPU와 원격에 위치하는 제어용 컴퓨터를 연결시킨다. 상기 메모리 카드는 장시간 동안 계측 데이터를 저장한다.

Description

독립형 유무선 데이터 수집 및 신호처리 장치 {STAND-ALONE DATA ACQUISITION AND SIGNAL PROCESSING APPARATUS}

본 고안은 데이터 수집 및 신호처리 장치에 관한 것으로서, 특히 일상 생활에서 발생하는 소음, 진동, 온도, 압력 등 각종 아날로그 신호를 수집하고 처리하는 장치에 관한 것이다.

도1은 종래의 데이터 수집장치에 의해 이루어지는 데이터 수집 시스템의 구성을 도시한 것이다. 도1을 참조하면, PC(150) 내에 설치되는 데이터 수집장치(10a)는 증폭/필터부(110)와, AD변환부(120)와, 신호처리부(130)를 구비한다. 증폭/필터부(110)에는 입력신호의 전압 또는 전류 파형의 진폭을 크게 하여 출력하는 증폭기(amplifier)와, 특정 주파수의 신호만을 통과시키고 나머지 신호는 제거하는 필터(filter)가 마련된다. AD변환부(120)에는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)가 마련된다. 신호처리부(130)에는 디지털 신호에 대한 고속연산처리를 수행하는 디지털 신호처리기(DSP : Digital Signal Processor)가 마련된다. 이들 증폭/필터부(110)와, AD변환부(120)와, 신호처리부(130)는 각각 모듈화되어 개인용 컴퓨터(PC)(150)의 확장용 슬롯(slot)에 장착되거나 하나로 모듈화되어 PC(150) 내에 장착된다. 데이터 수집장치(10a)에는 데이터의 분석을 위한 기억 매체인 데이터 레코더(data recorder)(160)와, 아날로그 신호를 수집하는 센서(170)를 위한 전원공급장치(180)가 별도로 장착된다.

도1을 참조하면, 소음, 진동, 온도, 압력 등과 같은 아날로그 신호가 센서(170)에 의해 데이터 수집장치(10a)로 입력된다. 센서(170)에 의해 입력된 아날로그 신호는 증폭/필터부(110)를 거치면서 증폭되고 특정 주파수 신호가 추출된 후 AD변환부(120)로 입력된다. 그리고, AD변환부(120)에 입력된 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환되어 신호처리부(130)로 입력된다. 신호처리부(130)에 입력된 디지털 신호는 연산처리되며 데이터 분석을 위해 데이터 레코더(data recorder)(160)에 기록된다. 데이터 수집장치(10a)는 다수의 데이터 수집보드의 형태로 PC(150)에서 데이터 분석(data analysis)을 위한 장치로서 활용된다.

상기와 같은 구성의 데이터 수집장치(10a)는 데이터의 분석을 위해 별도의 기억매체인 데이터 레코더(data recorder)(160) 및 센서(170)에 전원을 공급하는 별도의 전원공급장치(180)를 구비한다. 따라서 한번의 측정을 위해 다수의 주변 기기들을 별도로 부착해야 하므로 사용공간 및 설치에 있어 제약사항이 많다. 또한, 사용자는 단 한번의 계측을 위해 제한된 공간에서 반복적인 작업을 해야 하므로 불편하며, 외부와의 단절로 인해 오프라인(off-line)으로 계측분석이 이루어진다. 그리고, 계측 및 분석을 위해 하나의 계측장비와 다른 하나의 분석 시스템 형태로 구성되어 있으므로 수집장치만의 독립적인 계측이 불가능하다.

본 고안의 목적은 독립적으로(stand-alone) 기능하는 데이터 수집 및 신호처리 장치를 제공하는 것이다. 본 고안의 다른 목적은 수집된 데이터를 후처리 및 장시간동안 저장할 수 있도록 계측결과를 저장할 수 있는 데이터 수집 및 신호처리 장치를 제공하는 것이다. 본 고안의 또 다른 목적은 유선뿐만 아니라 무선으로도 제어되는 데이터 수집 및 신호처리 장치를 제공하는 것이다. 본 고안의 또 다른 목적은 연결되는 센서에 전원을 공급해주는 데이터 수집 및 신호처리 장치를 제공하는 것이다. 본 고안의 또 다른 목적은 배터리로부터 전원을 공급받는 데이터 수집 및 신호처리 장치를 제공하는 것이다.

도1은 종래의 데이터 수집장치를 구비하는 데이터 수집 시스템의 구성을 도시한 블록도

도2는 본 고안의 일실시에 따른 데이터 수집 및 신호처리 장치를 구비하는 데이터 수집 시스템의 구성을 도시한 블록도

도3은 도2의 데이터 수집 및 신호처리 장치의 세부 구성을 도시한 블록도

도4는 도3의 데이터 수집 및 신호처리 장치의 외형을 도시한 사시도로서 (a)는 전면이 보이도록 도시한 도면이고 (b)는 후면이 보이도록 도시한 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 데이터 수집 및 신호처리 장치 42 : 아날로그신호 입력부

62 : 필터 64 : 증폭기

66 : ADC 68 : DSP

70 : FPGA 72 : MPU

73 : DMAC 82 : LAN

86 : IEEE1394 88 : WLAN 모듈

본 고안의 일측면에 따르면, 센서와 연결되어 아날로그 신호가 입력되는 아날로그 입력부와,

상기 입력부를 통해 입력된 아날로그 신호의 전압 또는 전류 파형의 진폭을 크게 하는 증폭기와, 특정 주파수의 신호만 통과시키고 나머지 신호는 제거하는 필터와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)와, 디지털 신호처리를 위한 DSP(Digital Signal Processor)와, 논리블록으로 프로그램이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)와, 독립적으로 기능을 수행하도록 RTOS(Real Time Operating System)가 심어진 내부 메모리가 마련된 MPU(Micro Processor Unit)를 구비하는 가공처리부와,

상기 MPU와 원격에 위치하는 제어용 컴퓨터를 연결시키는 인터페이스부와,

상기 MPU와 연결되어 데이터를 장시간 동안 저장하는 메모리 카드와,

전원을 공급하는 전원장치를 포함하는 데이터 수집 및 신호처리 장치가 제공된다.

상기 인터페이스부는 랜(LAN), 무선랜(WLAN), IEEE1394 중 적어도 하나의 인터페이스 방식을 구비할 수 있다.

상기 전원장치는 외부전원 또는 배터리와 연결될 수 있다.

상기 전원장치는 상기 입력부를 통하여 상기 센서에 전원을 공급할 수 있다.

상기 아날로그 입력부에는 두 개 이상의 입력채널이 마련될 수 있다.

상기 데이서 수집 및 신호처리 장치는 리모콘을 더 구비할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다.

도2를 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)는 센서(20)와 연결되고 제어용 컴퓨터(30)와 연결된다. 센서(20)는 측정하고자 하는 대상으로부터 전달되는 음향, 진동, 온도, 압력 등을 전기적 아날로그 신호로 만들어 이 신호를 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)로 입력한다. 예를 들면, 음향 및 진동에 관련된 것으로 마이크, 충격 해머, 가속도계, 스피커, 소음 계측기 등을 들 수 있다. 사용자는 제어용 컴퓨터(30)를 통해 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)를 제어하며 상기 장치(10)로부터 전달된 데이터를 분석한다. 제어용 컴퓨터(Host Computer)(30)는 노트북 컴퓨터나 일반 개인용 컴퓨터(PC)일 수 있다.

도2와 도3을 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)는 입출력부(40)와, 가공처리부(60)와, 인터페이스부(80)와, 메모리 카드(92)와, 전원장치(90)를 구비한다. 입출력부(40)는 8개 채널의 아날로그신호 입력부(42)와, 1개 채널의 펄스신호 입력부(44)와, 1개 채널의 트리거신호 입력부(46)와, 1개 채널의 아날로그신호 출력부(50)를 구비한다. 도4의 (a)를 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 전면에는 8개 채널의 아날로그신호 입력부를 위한 8개의 아날로그신호 입력포트(421)와, 펄스신호 입력부를 위한 펄스신호 입력포트(441)와, 트리거신호 입력부를 위한 트리거신호 입력포트(461)가 구비된다. 도4의 (b)를 참조하면, 데이터수집 및 신호처리 장치(10)의 후면에는 아날로그신호 출력부를 위한 아날로그신호 출력포트(501)가 구비된다.

다시 도2와 도3을 참조하면, 8개 채널의 아날로그 입력부(42)는 센서(20)와 연결된다. 아날로그신호 입력부(42)를 통해 센서(20)에 의해 수집된 소음(음향), 진동, 온도, 압력 등의 다양한 아날로그신호가 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)로 입력된다. 아날로그신호 입력부(42)는 입력된 아날로그신호를 각 아날로그신호 입력부(42)와 연결된 후술하는 입력측 필터(62)로 출력한다. 또한, 각 아날로그신호 입력부(42)는 데이터 수집 및 신호처리 장치(10) 내에 구비된 자체 전원공급장치(90)의 전원공급을 통해 아날로그신호를 수집할 수 있다. 전원장치(90)로부터 공급되는 전원은 교류, 직류, 정전류 전원을 들 수 있다. 이들 전원은 각 채널을 통해 센서에 전달되므로 센서를 위한 별도 전원공급장치 없이 아날로그신호를 받을 수 있다. 전원장치(90)가 공급하는 공급전압의 범위는 가속도계, 마이크로폰, 충격해머 등의 전압입력을 허용하는 20V 내외의 사양으로 다양한 센서를 지원할 수 있는 전압범위로 구성한다. 도4의 (a)를 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 후면에는 전원장치(90)를 위해 외부 전원이 입력되는 전원포트(901)가 구비된다. 도3과 도4의 (b)를 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리장치(10)에는 외부전원 없이 작동이 가능하도록 전원장치(90)와 연결되는 배터리(93)가 장착될 수 있다. 배터리(93)는 장착 및 탈착이 가능하게 구비된다.

도2와 도3을 참조하면, 펄스신호 입력부(44)는 센서로부터 펄스(pulse)신호(파형이 급격히 상승하여 일정시간동안 지속된 후 다시 급격히 하강하는 비정현파신호)를 받아 후술하는 FPGA(70)로 출력한다. 펄스 입력은 진동하는 회전체의 속도에 비례해서 발생하는 신호를 분석하기 위한 것으로서 지속시간이 매우 짧은 신호이다. 트리거신호 입력부(46)는 외부에서 입력되는 트리거신호를 입력받아 조건에 따라 데이터 수집을 시작(ON)하거나 종료(OFF)하는 신호를 후술하는 FPGA(70)로 출력한다. 트리거 입력은 사용자가 일정한 계측조건을 설정한 후 해당 조건에 만족하면 데이터 수집 시작을 하거나 종료하기 위한 신호의 입력으로 사용한다. 트리거 ON에 의해 후술하는 FIFO방식 메모리(74)로 데이터가 축적되기 시작하고 트리거 OFF에 의해 정지한다. 여기에서 계측조건이란 예를 들면 특정시간 이후라든지 특정 크기 이상의 신호가 입력되었을 때를 의미한다.

아날로그신호 출력부(50)는 후술하는 출력측 필터(79)로부터 입력된 아날로그신호를 데이터 수집 및 신호처리 장치(10) 외부로 출력한다. 예를 들면, 음성신호를 입력받아 DSP로 필터처리 후 잡음을 걸러내어 스피커 등으로 출력한다.

가공처리부(60)는 입력측 필터(filter)(62)와, 입력측 증폭기(amplifier)(64)와, A/D변환기(ADC : Analog to Digital Converter)(66)와, 입력측 디지털 신호처리기 (DSP : Digital Signal Processor)(68)와, FPGA(Field Programmable Gate Array)(70)와, 마이크로 프로세서 유닛(MPU : Micro Processor Unit)(72)과, FIFO(First In First Out)방식 메모리(통상 FIFO라고 약칭하기도 한다)(74)와, 출력측 DSP(Digital Signal Processor)(76)와, D/A변환기(DAC : Digital to Analog Converter)(77)와, 출력측 증폭기(78)와, 출력측 필터(79)를 구비한다.

아날로그신호 입력부(42)의 각 채널마다 하나씩 연결된 입력측 필터(62)는 아날로그 입력부(42)의 각 채널로부터 입력된 아날로그 신호의 특정주파수의 신호만을 통과시키고 나머지 신호는 제거한 후 후술하는 증폭기(64)로 출력한다. 후술하는 ADC(66)로 입력되는 신호에 잡음이 발생하게 되므로 진폭특성이 통과 대역에서 맥동없이 평탄하고 높은 주파수를 제거하고 저주파 대역을 통과시키는 로패스필터(LPF ; Low Pass Filter) 및 낮은 주파수를 제거하고 고주파 대역을 통과시키는 하이패스필터(HPF ; High Pass Filter)를 모두 적용할 수 있다. 구체적으로 예를 들면 4차(order)로 구성해 감쇄율이 커져서 이상적인 필터의 특성에 접근할 수 있는 버터워스(Butter Worth)를 아날로그 필터로 구성하는 것이 좋다.

필터(62)와 연결된 각 증폭기(64)는 입력된 신호의 전압 또는 전류 파형의 진폭을 크게 하여 후술하는 ADC(66)로 출력한다. 증폭기(64)로는 연산 증폭기(OP Amp : Operational Amplifier)가 사용된다. 아날로그 신호는 증폭기(64)에 의해 디지털 회로에서 검출 가능한 신호로 증폭하여 ADC(66)에 입력된다.

ADC(66)는 증폭기(64)로부터의 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하여 후술하는 DSP(68)로 출력한다. ADC(66)는 24비트(bit)의 고속 및 고분해능(resolution)으로서 데이터를 일정한 시간으로 표본화(sampling)한다.

100kHz 이상의 단위시간에서 데이터를 표본 추출하는 회수(sampling rate)에 의해 ADC(66)로부터 직렬 데이터가 DSP(68)로 전송된다. DSP(68)는 특정 주파수 대역의 성분을 추출하고 나머지를 저지하는 등의 컴퓨터의 프로그램에 의한 디지털 필터의 기능을 기본으로 부가적인 신호처리(음성신호처리, 실시간 주파수 분석 등)를 수행한다. 본 실시예에서는 텍사스 인스트루먼트사의 DSP칩인 TMS320C6701DSP를 주 프로세서로 채택하였으나, 본 고안은 이에 제한되는 것은 아니다. 그리고, DSP는 프로그램 수행을 위해 자체 메모리를 장착하고 있으며 여러 개의 프로세서를 병렬로 배열하여 데이터를 처리함으로서 실시간 처리 및 여러 가지 부가처리(예를 들면, 연산처리량이 많은 디지털 필터기능을 기본으로 한 음성신호처리와 실시간 주파수 변환의 기능)를 가능하게 한다.

DSP(68)에 의해 필터처리된 데이터는 연산회로의 복잡한 처리를 할 수 있는 FPGA(70) 내에 입력되어 관리되는데, 직렬전송받은 데이터를 병렬전송(Serial to Parallel)이 가능하도록 변환한 후 먼저 들어온 데이터가 먼저 나가는 방식(FIFO)으로 메모리(74)에 데이터를 보존하여 관리한다. FPGA(70)는 트리거신호 입력부(46)로부터의 신호에 따라 데이터를 FIFO방식 메모리(74)에 축적한다. 즉, 트리거 ON에 의해 FIFO방식 메모리(74)로의 데이터 축적이 시작되고 OFF에 의해 축적이 정지된다. FPGA(70)는 임의의 논리함수를 실현할 수 있는 논리블록과 그러한 블록끼리 접속하는 프로그램이 가능한 결선망으로 이루어져 있는 것으로서 연산회로와 같은 복잡한 처리를 지향할 수 있다.

MPU(Micro Processor Unit)(72)은 시스템 각 부분을 제어하고 관장하며 데이터의 처리를 지시한다. MPU(72)는 내부에 메모리를 구비하며 그 내부 메모리에는 RTOS(Real Time Operating System ; 디버깅, 입출력, 시분할 처리 멀티태스킹과 같은 실시간 처리를 통합관리하여 수행할 수 있는 운영체계)가 심어져(Embedded System) 독립적인 기능(stand-alone)이 가능하다. MPU(72)에 걸리는 부하를 감소시키기 위해 MPU(72) 내부에는 직접 메모리 전송 제어기(DMAC ; Direct Memory Access Controller)(73)가 구비된다. MPU(72)는 DMAC(73)를 이용하여 FIFO방식 메모리(74)에 축적된 데이터를 읽어 들인다. 즉, DSP(68)에서 디지털 신호처리된 데이터가 FPGA를 거쳐 FIFO에 축적되고 그 축적된 메모리의 값이 일정수준 이상이 되면 MPU(72)는 메모리(74)로부터 DMAC(73)를 이용하여 데이터를 읽어 들인다.

메모리 카드(92)는 데이터의 후처리를 위해 수집된 데이터를 장시간동안 저장할 수 있는 기능(일반적으로 이러한 기능을 수행하는 시스템을 데이터 로깅 시스템(data logging system)이라 한다)을 수행한다. 메모리 카드(92)는 MPU(72)와 데이터 및 신호를 주고받는다. 도4의(a)를 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 전면에는 메모리 카드(92)를 넣고 뺄 수 있는 출입구(921)가 구비된다. 메모리 카드(92)는 예를 들면, 2~3일 동안 수집된 데이터를 독립적으로 저장할 수 있다.

도2와 도3을 참조하면, 인터페이스부(80)는 두 개의 랜(LAN : Local Area Network)(82, 84)과, 무선랜(WLAN : Wireless Local Area Network) 모듈(88)과, IEEE1394(86)로 구성된다. 도4의 (b)를 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리 장치의 후면에는 랜(82, 84)을 위한 랜 연결포트(821, 841)와, IEEE1394를 위한 IEEE1394 연결포트(861)와, 무선랜 모듈(88) 사용시 송수신 감도를 향상시키기 위한 안테나(881)가 구비된다. 랜(82)을 통하여 데이터를 전송하기 위해 MPU(72)는 MPU(72)로 입력된 최종 데이터를 랜(82, 84)의 칩(chip)으로 전송한다.

무선랜 모듈(88)은 2.4GHz 대역의 산업용 주파수 대역의 소전력 무선 데이터통신을 위한 것으로서 건물의 내외부에서 데이터 전송을 담당한다. 주 대역으로 2.4GHz를 채택하였으나 본 고안은 이에 제한되는 것은 아니다. IEEE1394(Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394)는 국제 전기전자 기술자 협회의 시리얼 인터페이스의 규격으로 통신기기들을 단일 네트워크로 연결해 데이터를 1백 Mbps ~ 1Gbps의 빠른 속도로 주고받을 수 있도록 해주는 인터페이스 기술이다.

IEEE1394장치(86)는 제어용 컴퓨터와 직접 연결하여 고속 데이터 송수신을 위한 프로토콜인 IEEE1394에 따라 데이터를 송수신하는 장치로서 데이터 계측 후 무선랜 모듈 및 랜 포트를 통한 유선 및 무선 데이터의 송수신이 가능하다. 사용자는 인터페이스부(80)의 세 가지 방식 중 하나를 선택하여 원격에서 제어가 가능한 제어용 컴퓨터(30)의 컨트롤 프로그램으로 계측 시작 및 중지를 한다. 뿐만 아니라, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)는 독립형이므로 제어용 컴퓨터 없이도 계측이 가능하다. 도4의 (a)를 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 전면에는 독립적인 작동이 가능하도록 시작 버튼(105)과, 중지 버튼(106)과, 일시정지 버튼(107)과, 환경설정 버튼(108)이 마련된다.

도3과 도4의 (b)를 참조하면, 무선랜 모듈(88)은 데이터 통신시 송수신 감도를 향상하기 위한 안테나(881)를 구비한다.

도3을 참조하면, 출력측 DSP(76), DAC(Digtal to Analog Converter)(77), 출력측 증폭기(78), 출력측 필터(79), 아날로그신호 출력부(50)로 이어지는 회로는 하나 또는 여러 개의 변수에 의해 그 값이 정해지는 함수를 전압 등의 파형으로 출력하는 회로로서 사인파, 삼각파, 사각파 등을 출력할 수 있는 함수발생기(function generator)의 기능을 수행한다. 출력전압의 범위는 0 ~ ±5V 내외이다.

도2에 도시된 바와 같이, 제어용 컴퓨터(30)는 독립적으로 동작하는 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)를 사용자가 인터페이스를 선택 후 외부에서 원격제어를 가능하게 구성되어 있다. 이때 MPU(72)는 이 제어신호를 받아 장치의 구동을 관장한다.

도4의 (a)를 참조하면, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 전면에는 전원스위치(101)와, 계측 중의 상태를 나타내는 액정 디스플레이(102)와, 계측 중의 상태를 나타내는 발광 다이오드(103)와, 계측을 위한 4개의시작, 중지, 일시정지, 환경설정 버튼(105, 106, 107, 108)이 구비된다.

이제, 도2 내지 도4를 참조하여, 상기 데이터 수집 및 신호처리 장치의 작용에 의한 데이터 수집 과정을 상세히 설명한다. 인터페이스로서 무선 근거리 통신망(WLAN)을 사용하는 것으로 한다. 먼저, 사용자는 측정을 위한 장소에 해당하는 입력 센서(20)를 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 아날로그신호 입력포트(421)에 결합하여 설치한다. 센서(20)는 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 전원장치(90)로부터 아날로그신호 입력부(42)를 통해 동작전원을 입력받아 작동한다. 전원장치(90)는 외부 전원이나 내장된 배터리(93)를 사용할 수 있다. 다음, 제어용 컴퓨터(30)에서 무선 측정을 위한 고정 및 유동 IP Address와 Netmask를 설정한다. 다음, 계측을 위한 분석 프로그램을 실행해서 데이터 수집 및 신호처리 장치에 원거리에서 접속한 후 계측을 시작한다.

계측이 시작되면 소음(음향), 진동, 온도, 습도, 전압, 전류 등의 아날로그신호는 센서(20)를 통해서 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)로 입력된다. 입력된 아날로그신호는 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)에 내장된 아날로그 필터(62)인 4차 버터워스(Butter Worth)를 거치면서 특정주파수의 신호만이 통과하고 나머지 신호는 제거된다. 필터(62)를 통과한 아날로그 신호는 증폭기(64)인 연산 증폭기(Operational Amplifier)에 의해 디지털 회로에서 검출이 가능한 전압으로 증폭되어 24비트(bit)의 분해능을 가진 ADC(66)로 입력된다. ADC(66)로 입력된 아날로그 데이터는 디지털 데이터로 변환되어 DSP(68)로 입력된다. 디지털 데이터는 DSP(68)의 직렬포트를 통해 데이터를 보내기 위한 일정한 시간 간격(clock time)에 맞추어 입력된다. DSP(68)는 특정 주파수 대역의 성분을 추출하고 나머지를 저지하는 컴퓨터의 프로그램에 의한 디지털 필터의 기능을 기본으로 실시간 신호처리 기능을 수행한다. DSP(68)로의 입력이 끝나는 시점에 필터처리를 수행하게 되며 처리된 데이터는 FPGA(70)로 입력된다. FPGA(70)는 연산회로와 같은 복잡한 처리를 수행하고 그 데이터를 FIFO방식 메모리(74)에 저장한다. 이때, FPGA(70)는 트리거 ON이나 기타 데이터 수집을 시작하라는 제어신호를 수신하여 데이터를 FIFO방식 메모리(74)에 축적하고 트리거 OFF나 기타 데이터 수집을 중지하라는 제어신호를 수신하여 데이터 축적을 중지한다. MPU(72)는 DMAC(73)을 이용하여 FIFO방식 메모리(74)에 저장된 데이터를 직접 메모리 전송 방식으로 받아들인다.

MPU(72)는 무선랜 모듈(WLAN)(88)을 통한 산업용 주파수 대역으로 최종 수집된 데이터를 제어용 컴퓨터(30)로 전송한다. 또한, MPU(72)는 수집된 데이터를 메모리 카드(92)에 저장한다. 사용자는 메모리 카드(92)를 이용해 후처리를 통해 데이터를 분석하거나 실시간 데이터 분석 프로그램으로 계측 결과를 분석할 수 있다.

상기 설명에서는 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)가 제어용 컴퓨터(30)에 연결된 상태에서 작동하는 것으로 설명하였다. 그러나, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)는 제어용 컴퓨터(30)에 연결되지 않더라도 그 기능을 수행한다. 즉, MPU(72)의 내부 메모리에는 독립적인 기능수행이 가능토록 하는 RTOS가 심어져 있어(Embedded System) 제어용 컴퓨터(30)에 연결되지 않아도 독립적으로 데이터 수집 및 신호처리의 기능을 수행한다. RTOS가 있어 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)의 독립적인 기능을 증대시킨다. 예를 들면, 서비스 대기 상태에서 어떤 처리를 수행하기 위한 서버(server) 시스템으로 동작하는데 즉, 서버의 기능을 내장한 RTOS가 있어 대기상태에서 사용자(client)가 접속하면 해당 일을 처리하게 된다. 수집된 데이터를 메모리 카드(92)에 저장한다. 사용자는 메모리 카드에 저장된 데이터를 이용하여 후처리할 수 있다.

인터페이스로 LAN(82, 84)이나 IEEE1394(86)를 사용할 경우에도 상기의 무선랜 모듈(WLAN)(88)을 사용하는 경우 제어용 컴퓨터와의 인터페이스 방식을 제외한 데이터의 수집 과정은 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도시되지는 않았으나, 데이터 수집 및 신호처리 장치(10)에는 리모콘이 구비될 수 있다. 리모콘은 전원, 시작(데이터 계측시작), 중지(데이터 계측중지), 일시정지, 환경설정(채널선택 등) 버튼을 구비한다. 리모콘에 의해 독립적인 계측 기능이 더욱 향상된다.

본 고안에 의한 구성을 따르는 데이터 수집 및 신호처리 장치를 사용하면, 독립적으로(stand-alone) 동작하므로 제어용 컴퓨터에 연결되지 않은 상태에서도 데이터 수집을 할 수 있고 제어용 컴퓨터에 의해 유선뿐만 아니라 무선으로 온라인 상에서 제어되므로 보다 편리하게 데이터를 수집할 수 있다. 또한, 후처리를 위한 메모리 카드를 내장하고 센서를 위한 자체 전원공급장치를 구비하므로 설치 및 사용이 간편하다. 그리고, 전원으로 배터리를 사용할 수 있으므로 외부전원이 구비되지 않은 곳에서도 계측이 이루어 질 수 있다.

이상 본 고안을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 고안은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 고안의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 고안에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims

센서와 연결되어 아날로그 신호가 입력되는 아날로그 입력부와,

상기 입력부를 통해 입력된 아날로그 신호의 전압 또는 전류 파형의 진폭을 크게 하는 증폭기와, 특정 주파수의 신호만 통과시키고 나머지 신호는 제거하는 필터와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)와, 디지털 신호처리를 위한 DSP(Digital Signal Processor)와, 논리블록으로 프로그램이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)와, 독립적으로 기능을 수행하도록 RTOS(Real Time Operating System)가 심어진 내부 메모리가 마련된 MPU(Micro Processor Unit)를 구비하는 가공처리부와,

상기 MPU와 원격에 위치하는 제어용 컴퓨터를 연결시키는 인터페이스부와,

상기 MPU와 연결되어 데이터를 장시간 동안 저장하는 메모리 카드와,

전원을 공급하는 전원장치를 포함하는 데이터 수집 및 신호처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 인터페이스부는 랜(LAN), 무선랜(WLAN), IEEE1394 중 적어도 하나의 인터페이스 방식을 구비하는 데이터 수집 및 신호처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원장치는 외부전원 또는 배터리와 연결되는 데이터 수집 및 신호처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전원장치는 상기 입력부를 통하여 상기 센서에 전원을 공급하는 데이터 수집 및 신호처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 아날로그 입력부에는 두 개 이상의 입력채널이 마련되는 데이터 수집 및 신호처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 리모콘이 더 구비되는 데이터 수집 및 신호처리 장치.