KR20110095272A - 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법 - Google Patents

주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주기적 진동신호응답(E2;E2')의 스타팅 인스턴스(t0)를 결정하는 방법으로서, 상기 신호응답은 신호응답에서 제 1 절반주기(E2a;E2'a)의 극성과 동일한 극성을 갖는 제 1 세트의 절반주기(E2a-d;E2'a-d)와, 신호응답에서 제 1 절반주기(E2a;E2'a)의 극성과 반대 극성을 갖는 제 2 세트의 절반주기(E2e-h;E2'e-h)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 세트 중 선택된 하나에서 최고 진폭을 갖는 절반주기로서 피크 절반주기(E2e;E2'f)를 결정하는 단계와, 상기 피크 절반주기(E2e;E2'f)로부터 알고 있는 시간거리에서 발생한 상기 신호응답의 제로크로싱 인스턴스(ZC1;ZC'1)를 결정하는 단계와, 상기 제로크로싱 인스턴스(ZC1;ZC'1) 및 상기 피크 절반주기(E2e;E2'f)와 상기 스타팅 인스턴스(t0) 간의 관계를 기초로 상기 신호응답(E2;E2')의 스타팅 인스턴스(t0)를 결정하는 단계를 포함하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법에 관한 것이다.

Description

주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING THE STARTING INSTANT OF A PERIODICALLY OSCILLATING SIGNAL RESPONSE}
본 발명은 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스(starting instance)를 결정하는 방법, 그 실행 소프트웨어 및 그 방법을 이용한 장치에 관한 것이다.
음향측정시스템은 여러 가지 변형이 있으며 다른 많은 분야, 예컨대, 탱크, 컨테이너 또는 유사물내 레벨 또는 용량을 측정, 흐름 측정, 초음파 검사와 같은 의료 진단, 위치결정 등에 사용될 수 있다.
일 예는 액체 레벨측정을 위한 에코타입 음향 시스템이다. 이런 시스템에서, 음향 트랜스듀서는 일반적으로 액체의 레벨 또는 용량이 측정되는 액체를 담은 컨테이너의 높은 지점에 제공된다. 음향 트랜스듀서는 제 1 신호를 가지며 송신기로부터 제공된다. 이런 제 1 신호에 응답해, 트랜스듀서는 일반적으로 액체 표면을 향해 아래로 전송되는 진동파의 형태로 음향 펄스를 발생시킨다. 표면에 대해 반사 후, 펄스는 다시 트랜스듀서에 의해 픽업되고 이에 응답해 트랜스듀서는 수신기에 제공되는 제 2 전기신호를 발생한다. 제 1 및 제 2 전기신호 간의 시간간격, 즉, 음향 펄스의 전이시간이 결정되고 트랜스듀서로부터 액체 표면까지의 거리가 해당 매체내 음향 펄스의 전파속도에 대한 지식으로 계산될 수 있다.
명백히 이런 전이시간측정과 연계해, 반사된 펄스 또는 에코의 수신시간의 정확한 결정을 할 수 있는 것이 중요하다.
US 2007/0186624는 의료 액체에서 신호전파시간을 측정하는 음향방법으로서, 오실레이터형 수신 신호가 제 1 절반주기 동안 샘플링되고 상기 절반주기동안 휴지(休止) 레벨과 수신된 신호 간에 포함된 면적을 바탕으로 한 선택 기준의 도움으로 검사되는 음향방법을 개시하고 있다. 이 검사 결과가 양이면, 수신된 신호와 휴지 레벨 간의 교차점이 신호전송시간이 계산되는 레벨의 도움으로 결정된다.
그러나, 수신된 신호의 증폭 또는 감쇠는 일반적으로 음향신호가 전파하는 액체의 온도함수로서 변한다. 이는 온도가 안정적이지 않은 애플리케이션에서 측정 오차를 유발할 수 있다.
온도 변화에 의해 야기된 측정오차를 줄이기 위한 노력으로, US 6,226,598는 이상적인 특징의 제 1 주기가 정의되고, 이상적인 특징의 제 1 주기의 2개 로브(lobes)들의 진폭들 간에 이상적인 진폭비를 특징으로 하는 방법을 개시하고 있다. 그런 후, 수신된 음향신호의 각 주기에 대해, 검사 중에 있는 주기의 2개 로브들의 진폭이 결정되고, 진폭비는 이상적인 진폭비와 비교된다. 비교 결과가 임계값보다 클 경우, 고려 주인 주기는 노이즈인 것으로 고려되는 반면, 비교 결과가 임계값보다 작으면, 2개 로브들 간에 제로크로싱(zero-crossing)이 수신된 신호의 제 1 제로크로싱인 것으로 고려된다.
그러나, 몇몇 애플리케이션에서 이 방법은 너무 지나치게 계산이 요구될 수 있다.
상기를 고려해, 본 발명의 목적은 실질적으로 종래 기술의 단점 중 적어도 일부를 극복하는 것이다. 특히, 한가지 목적은 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 계산상 효율적인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법으로서, 상기 신호응답은 신호응답에서 제 1 절반주기의 극성과 동일한 극성을 갖는 제 1 세트의 절반주기와, 신호응답에서 제 1 절반주기의 극성과 반대 극성을 갖는 제 2 세트의 절반주기를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 세트 중 선택된 하나에서 최고 진폭을 갖는 절반주기로서 피크 절반주기를 결정하는 단계와, 상기 피크 절반주기로부터 알고 있는 시간거리에서 발생한 상기 신호응답의 제로크로싱 인스턴스를 결정하는 단계와, 상기 제로크로싱 인스턴스 및 상기 피크 절반주기와 상기 스타팅 인스턴스 간의 관계를 기초로 상기 신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 단계를 포함하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법이 제공된다.
피크 절반주기는 제 2 세트에서 더 큰 진폭을 갖는 절반주기가 있더라도 제 1 세트의 절반주기내 최고 진폭을 갖는 절반주기일 수 있음에 유의하라. 마찬가지로, 제 1 세트에서 더 큰 진폭을 갖는 절반주기가 있더라도 제 2 세트의 절반주기내 최고 진폭을 갖는 절반주기일 수 있다. 따라서, 피크 절반주기는 최고 진폭을 갖는 신호응답에서의 절반주기일 수 있으나 반드시 그러할 필요는 없다.
주기적으로 진동한다는 것은 여기서 신호응답이 절반주기의 기간내 소정 진동이 있을 수 있으나 자연상태에서 본래 주기적인 것임을 알아야 한다. 특히, 제 1 절반주기가 더 긴 기간을 갖도록 신호응답내 점진적 이동이 있을 수 있는 반면, 연이은 절반주기의 기간은 점차적으로 줄어든다.
본 발명은 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 신뢰할 수 있는 방법은 피크 절반주기(즉, 최고 진폭을 갖는 주어진 극성의 절반주기)를 찾고 그런 후 스타팅 인스턴스를 결정하기 위해 상기 피크 절반주기와 신호응답의 스타팅 인스턴스 간의 관계를 이용하는 것임을 이해의 바탕으로 한다.
이러한 접근의 이점은 선택된 세트에서 최고 진폭을 갖는 절반주기는 (비록 노이즈가 있더라도) 일반적으로 쉽게 검출된다는 것이다. 따라서, 상기 방법은 최신이 아닌 측정장비로도 이용될 수 있어 비용효과적인 방안을 가능하게 한다.
피크 절반주기와 신호응답의 스타팅 인스턴스 간의 관계는 사전에 알고 있을 수 있다. 예컨대, 신호응답의 특성은 최고 진폭을 갖는 절반주기가 항상 제 2 세트에서 제 1 절반주기이게 될 수 있다. 이는 직접적이고 계산상 효율적인 방식으로 스타팅 인스턴스를 결정하게 한다.
상기 방법은 선행 절반주기의 진폭과 상기 피크 절반주기의 진폭 간의 비를 결정하는 단계와, 상기 비를 임계치와 비교하는 단계와, 상기 비교를 기초로 상기 피크 절반주기와 신호응답의 스타팅 인스턴스 사이에 발생한 절반주기의 개수를 결정하고, 이로써 상기 피크 절반주기와 상기 스타팅 인스턴스 사이의 상기 관계를 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 선행 절반주기는 상기 제 1 및 제 2 세트 중 하나에서 상기 피크 절반주기의 바로 앞에 있는 절반주기이다.
이는 신호응답이 왜곡되었을 때와 같이 피크 절반주기와 스타팅 인스턴스 간의 관계가 사전에 모르는 상황에도 또한 정확한 측정을 가능하게 한다. 이점은 상기 방법이 트랜스듀서의 Q값에서 변화로 인해 유발될 수 있는 왜곡에 둔감하기 때문에, 저가의 트랜스듀서가 이용될 수 있다는 것이다. 이는 보다 더 비용효율적인 측정장치를 가능하게 한다.
임계치는 신호응답에 속하는 진동과 노이즈인 진동을 식별하도록 선택될 수 있다. 노이즈는 랜덤 노이즈, 간섭 노이즈, 또는 파 전파에서 교란으로 인해 발생한 에코와 관계된 노이즈일 수 있다.
비가 임계치 미만인 경우, 피크 절반주기는 신호응답의 스타팅 인스턴스 바로 후에 발생한 선택된 세트에서 절반주기인 것으로 해석될 수 있다. 이는 피크 절반주기와 확립된 스타팅 인스턴스 간의 관계를 가능하게 한다.
비가 임계치와 적어도 같은(즉, 같거나 초과하는) 경우, 피크 절반주기는 신호응답의 스타팅 인스턴스 사이에 발생한 선택된 세트에서 적어도 하나의 절반주기인 것으로 해석될 수 있다.
일실시예에 따르면, 선택된 세트는 절반주기의 제 2 세트이다. 이점은 제 2 세트에서 최고 진폭을 갖는 절반주기의 진폭은 일반적으로 제 1 세트에서 최고 진폭을 갖는 절반주기의 진폭보다 더 크다는 것이다. 따라서, 피크 절반주기가 더 쉽게 검출되고 측정이 노이즈에 둔감해 진다.
실시예에 따르면, 선행 절반주기는 선택된 세트에 속한다. 이점은 단지 하나의 주기만 검출될 필요가 있고, 따라서 더 비용효과적인 측정장치를 가능하게 한다는 것이다.
제로크로싱 인스턴스는 이들 검출이 노이즈에 덜 민감하기 때문에 바람직하게는 피크 절반주기 바로 전후에 발생한 제로크로싱 인스턴스일 수 있다. 그러나, 다른 제로크로싱 인스턴스도 또한 이용될 수 있다는 것이 인식된다.
피크 절반주기 및/또는 진폭 간의 비(즉, 선행 절반주기의 진폭과 피크 절반주기의 진폭 간의 비)는 신호응답의 논샘플 표현으로 결정될 수 있다. 샘플링이 전혀 필요하지 않기 때문에, 이는 비용효율적인 수단을 가능하게 하고 전력소비를 줄인다. 더욱이, 샘플링 절차와 연관될 수 있는 임의의 부정확도가 제거된다.
피크 절반주기는 신호응답의 진폭이 임계 진폭을 초과하고, 선택된 세트에서 절반주기의 극성과 동일한 극성을 갖는 동안 한 세트의 시간주기를 검출하는 단계와, 상기 피크 절반주기에 해당하는 것으로 상기 세트의 시간주기에서 최장 시간주기를 해석하는 단계에 의해 결정될 수 있다. 신호응답의 논샘플 표현은 절반주기의 진폭에 대해 진폭 표시로서 절반주기의 진폭을 직접 측정하려고 하기보다는 소정 진폭레벨을 초과하는 동안의 시간을 이용하는 것이 종종 편할 수 있다.
상기 방법은 상기 선행 절반주기에 해당하는 것으로 상기 세트의 시간주기에서 최장 시간주기 바로 앞에 있는 시간주기를 해석하는 단계와, 연계된 시간주기의 기간을 기초로 상기 선행 절반주기의 진폭과 상기 피크 절반주기의 진폭의 비를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이점은 이들 단계들이 신호응답의 논샘플 표현에 적용될 수 있다는 것이다.
일실시예에 따르면, 피크 절반주기는 에너지 저장매체를 구비한 회로에 상기 신호응답을 제공하는 단계와, 상기 회로로부터 상기 에너지 저장매체에 대한 전압과 일치하는 출력신호를 획득하는 단계와, 획득된 출력신호를 샘플링하는 단계와, 한 세트의 샘플을 선택하는 단계와, 상기 피크 절반주기로서 최고 전압을 갖는 샘플과 연계된 절반주기를 결정하는 단계에 의해 결정되며, 상기 세트의 샘플에서 각각의 샘플은 상기 절반주기의 제 1 및 제 2 세트 중 선택된 하나에서 절반주기 중 다른 하나와 연계되고, 상기 연계된 절반주기에 대해 기설정된 기회에서 검출된다.
회로는 일반적으로 에너지 저장매체의 전압감소가 주기적 진동 신호응답의 전압변화보다 더 느리도록 구성되기 때문에, 특정 절반주기에 대한 검출된 샘플은 절반주기의 진폭의 직접 표시로 사용될 수 있다. 이는 데이터의 필요한 처리와 소비되는 메모리 용량을 최소화하는 하면서 샘플 데이터를 이용하는 절차를 가능하게 해, 이로써 저가의 마이크로컴퓨터가 이용되게 한다. 더욱이, 덜 급격한 전압감소는 저가의 A/D 컨버터에 대해서도 또한 신뢰할 수 있는 결과가 달성될 수 있다는 것이다.
선행 절반주기의 진폭과 피크 절반주기의 진폭 간의 비는 에너지 저장매체를 구비한 회로에 상기 신호응답을 제공하는 단계와, 상기 회로로부터 상기 에너지 저장매체에 대한 전압과 일치하는 출력신호를 획득하는 단계와, 획득된 출력신호를 샘플링하는 단계와, 상기 선행 절반주기에 대한 샘플과 상기 피크 절반주기에 대한 샘플을 선택하는 단계와, 상기 선행 절반주기의 진폭과 상기 피크 절반주기의 진폭 간의 비를 상기 선행 절반주기에 대한 샘플의 전압과 상기 피크 절반주기에 대한 샘플의 전압의 비로서 결정하는 단계에 의해 결정된다. 선행 절반주기에 대한 샘플은 선행 절반주기에 대한 기설정된 기회에서 검출될 수 있다. 마찬가지로, 피크 절반주기에 대한 샘플은 피크 절반주기에 대한 해당하는 기설정된 기회에서 검출될 수 있다. 이점은 덜 급격한 전압감소로 인해, 저가의 A/D 컨버터에 대해서도 또한 신뢰할 수 있는 결과가 달성될 수 있다는 것이다.
샘플이 검출될 때 절반주기에 대한 기설정된 기회는 절반주기의 끝에서 발생한 제로크로싱 인스턴스를 결정하는 단계와, 식별된 제로크로싱 인스턴스 후에 기설정된 시간에서 발생하는 샘플을 검출하는 단계에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 다음 샘플(즉, 제로크로싱 바로 후에 발생하는 샘플)이 검출될 수 있다.
신호응답을 발생하는데 사용되는 트리거 신호는 이상적인 신호응답에 대해 가장 큰 진폭을 갖는 절반주기가 가능한 한 초기에 나타나도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제 2 세트의 절반주기에서 제 1 절반주기는 최대 진폭을 갖는 절반주기이다.
이런 트리거 신호의 예는 약 하나의 절반주기의 기간을 갖는 직사각형 펄스일 수 있다. 대안으로, 2개의 절반기간을 갖는 직사각형 펄스가 사용될 수 있다. 이런 트리거 펄스는 본 발명에 따른 검출에 더 적합한 신호응답을 제공할 수 있다 특히, 트리거 신호의 제 2 절반으로부터 발생한 신호응답은 트리거 신호의 제 1 절반주기로부터 발생한 신호응답의 일부를 억제하도록 이용되며, 이로써 최대 진폭이 신호응답에서 초기에 나타나게 되는 것을 보장한다.
트리거 신호의 다른 타입들도 또한 유사한 신호응답을 발생하는데 사용될 수 있음이 당업자에게 인식된다. 따라서, 펄스 형태는 변할 수 있다. 예컨대, 삼각형 펄스 또는 원형을 갖는 펄스가 사용될 수 있다. 더욱이, 트리거 신호의 기간이 변할 수 있다. 트리거 신호의 다른 예는 임펄스, 스텝(step) 또는 처프(chirp)일 수 있다. 본 발명의 제 2 태양에 따르면, 상술한 방법의 실행을 위한 프로그램 명령어를 갖는 처리장치상의 실행 소프트웨어가 제공된다.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 신호응답을 송수신하는 트랜스듀서 수단과, 수신된 신호의 스타팅 인스턴스를 결정하기 위해 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 배열된 처리장치를 구비하는 음향측정장치가 제공된다.
음향측정장치는 에너지 저장매체를 포함한 회로와, 아날로그 디비털 컨버터를 더 구비할 수 있다. 이런 회로의 일예는 반파 정류기이다.
다른 목적, 특징 및 이점들은 하기의 상세한 설명과 첨부된 종속항 및 도면으로부터 명백해진다.
본 발명의 내용에 포함됨.
상기 목적 및 추가 목적들과 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예의 예시적인 하기의 비제한적 상세한 설명을 통해 더 잘 이해되며, 동일한 참조부호는 동일한 요소들에 사용된다:
도 1은 음향레벨 측정시스템의 개략도이다.
도 2의 a는 트리거 신호의 주요 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2의 b 내지 도 2의 d는 신호응답의 주요 모습과, 관련된 시간주기 및 제어장치에 의해 등록된 제로크로싱 인스턴스를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2의 e 내지 도 2의 g는 또 다른 신호응답의 주요 모습과, 관련된 시간주기 및 제어장치에 의해 등록된 제로크로싱 인스턴스를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 주기진동 신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 절차를 도시한 개략 블록도이다.
도 4는 주기진동 신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 또 다른 절차를 도시한 개략 블록도이다.
도 5는 또 다른 신호응답을 도시한 것이다.
도 6은 또 다른 신호응답을 도시한 것이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것으로, 제어장치는 반파 정류기 및 A/D 컨버터를 구비한다.
도 7b는 반파 정류기의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 반파 정류기에 공급된 입력신호와 결과적으로 발생한 출력신호에 공급된 입력신호를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향레벨 측정시스템을 개략 도시한 것이다. 시스템은 일반적으로 초음파 미만(즉, 20 kHz 미만)에서 동작한다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은 또한 고주파수에서 동작하는 시스템(즉, 초음파 주파수)에도 적용될 수 있다.
음향레벨 측정시스템(100)은 송수신기(102)를 구비하며, 상기 송수신기는 튜브(106)의 상단에 배치된 전자음향 트랜스듀서(104)에 전기연결되어 있다. 트랜스듀서(104)는 도 1에 도시된 바와 같이 단일 유닛으로 또는 마이크로폰과 결합한 확성기로 구성될 수 있다.
튜브(106)는 액체(110)를 담고 있는 컨테이너 또는 탱크(108)의 상부를 통해 뻗어 있고, 컨테이너내 액체의 레벨이 측정된다.
더욱이, 송수신기(102)는 전기 제어장치(120)에 연결되어 있고, 상기 제어장치는 송수신기(102)를 제어하고 상기 송수신기(102)에 의해 송수신된 신호를 기초로 유체 레벨을 계산하도록 배열되어 있다.
동작시, 음향 트랜스듀서(104)는 기설정된 간격으로 송수신기(102)로부터 제 1 전기신호(E1)(트리거 신호(E1)라고도 함)를 수신하고 이에 응답해 음향펄스(P1)를 발생하며, 상기 펄스는 튜브(106)를 통해 전파되어 튜브(106)의 하부 가장자리 위에 배치된 액체표면(10a)dp 대해 반사되도록 허용된다. 펄스의 전이시간이라고 하는 송신 후 소정 시간에서, 반사펄스 또는 에코(P2)가 트랜스듀서(104)에 의해 수신되고, 상기 트랜스듀서는 에코펄스(P2)를 제 2 전기신호(E2)(신호응답(E2)라고도 함)로 변환시킨다.
전기제어장치(120)는 송신 펄스(P1)를 발생하는 트리거 신호(E1) 및 또한 반사 펄스(P2)의 수신시 발생되는 응답신호(E2)를 수신하고, 유체 레벨을 평가하기 위해 2개의 전기신호(E1 및 E2)로부터의 펄스 전이시간을 결정한다.
도 2는 전기신호(E1 및 E2)의 주요 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
트랜스듀서에 의해 수신된 트리거 신호(E1)는 여기서 1/2 주기의 기간과 음의 극성을 갖는 직사각형 펄스인 반면, 결과적으로 발생한 신호응답(E2)은 기본적으로 사인형인 주기적 진동신호이다. 신호응답(E2)의 스타팅 인스턴스가 표시되고, 여기서 신호응답의 제 1 절반주기(E2a)는 음의 극성, 즉, 트리거 신호(E1)와 동일한 극성을 갖는다. 그러나, 극성은 예컨대 트랜스듀서의 극을 스위치함으로써 변할 수 있음이 인식된다.
도 2의 b에 도시된 바와 같이, 신호응답(E2)은 음의 극성을 갖는 제 1 세트의 절반주기(E2a-d)와, 양의 극성을 갖는 제 2 세트의 절반주기(E2e-h)를 포함한다. 더욱이, 신호응답(E2)은 일반적으로 작은 진동형태로 여기서 노이즈(N1)에 앞선다.
신호응답(E2)이 휴지레벨(202)(즉, 신호응답의 진폭이 휴지레벨에 대해 제로인 레벨)을 가로지르는 인스턴스들을 제로크로싱 인스턴스(ZC1-ZC2)라 한다. 휴지레벨은 여기서 DC 전압에 의해 오프세트될 수 있으나 0V인 것으로 추정된다.
도 2의 e에 대하여 후술된 신호응답(E2)이 약간 왜곡되지 않는다면, 직사각형 펄스(E1)는 양의 제 1 절반주기(E2e)가 최대 진폭을 갖는 신호응답에서 양의 절반주기인 반면, 연이은 양의 절반주기(E2f-h)의 진폭은 급격히 감쇠되어 신호응답의 시작 부근에서 뚜렷한 진폭 피크를 갖는 신호응답을 발생하는 신호응답(E2)을 야기한다. 이 비왜곡신호는 이상적 신호응답의 예이다.
펄스의 전이시간을 정확히 결정하기 위해, 전자제어장치(120)는 일반적으로 트리거 신호(E1)의 스타팅 인스턴스와 신호응답(E2)의 스타팅 인스턴스를 이용한다.
당업자가 인식하는 바와 같이, 트리거 신호(E1)의 스타팅 인스터스를 결정하는 것은 직접적이어서 따라서 본 명세서에서 더 설명하지 않는다.
신호응답(E2)의 스타팅 인스턴스를 결정하기 위해, 전자제어장치(120)는 증폭기(122), 비교기(124) 및 결합 메모리(128)가 있는 처리장치(126)를 구비한다.
비교기(124)는 신호응답(E2)의 진폭이 진폭 임계치를 초과할 때 검출하도록 구성된다.
여기서 비교기는 단지 신호응답(E2)의 진폭이 양의 진폭 임계치(즉, 음의 절반주기(E2a-d)가 여기서 평가되지 않으나, 이런 실시예가 가능할 수 있음)를 초과할 때만 검출한다. 당업자는 진폭 임계치의 레벨이 애플리케이션에 따라 달라질 수 있음을 안다. 그러나, 진폭 임계치의 일반적인 값은 비교기의 포화전압의 약 50%일 수 있다.
비교기(124)의 진폭 임계치(204)가 도 2의 b에서 신호응답(E2)에 대해 도시되어 있다. 여기서, 신호응답의 양의 제 1 절반주기(E2e)와 양의 제 2 절반주기(E2f)는 비교기의 임계치(204)를 초과하는 반면, 연속한 절반주기(E2g-h)는 진폭임계치(204) 미만이다. 또한, 노이즈(N1)는 도시된 예에서 진폭 임계치(204) 미만이다.
신호응답(E2)의 진폭은 수신기(102)와 비교기(124) 사이에 배열된 증폭기(122)의 증폭을 조절함으로써 적용될 수 있다. 따라서, 양의 절반주기들 중 단 하나가 (또는 어느 것도) 진폭 임계치를 초과하도록 증폭을 줄이거나 2개의 양의 절반주기가 진폭 임계치를 초과하도록 증폭을 높일 수 있다.
비교기(124)는 처리장치(126)에 연결되어 있고, 상기 처리장치는 수신된 신호가 진폭 임계치(204)를 초과하는 진폭을 가질 때 등록한다. 이 정보는 그런 후 메모리(128)에 저장될 수 있다.
처리장치(126)는 또한 수신된 신호가 휴지레벨(202)을 가로질 때 등록하고 메모리(128)에 저장하는 기능을 갖는다.
동작시, 신호응답(E2)이 수신기(1020에 수신되면, 전자제어장치(120)는 수신된 신호응답(E2)의 진폭이 양의 진폭 임계치(204)를 초과하는 동안의 간격을 나타내는 한 세트의 시간주기를 등록한다.
도 2의 b에 도시된 측정상황에 대해, 도 2의 c에 도시된 바와 같은 제어장치에 의해 2개의 시간주기(T1 및 T2)가 등록된다. 여기서 시간주기(T1)는 절반주기(E2e)의 발생을 나타내고, 시간주기(T2)는 절반주기(E2f)의 발생을 나타낸다.
더욱이, 전자제어장치(120)는 도 2의 d에 도시된 바와 같이 신호응답(E2)에 대해 한 세트의 제로크로싱 인스턴스(ZC1-ZC2)을 등록한다.
신호응답(E2)의 스타팅 인스턴스를 결정하는 한가지 방법은 도 2와 도 3에 도시된 개략 블록도를 참조로 설명한다.
신호응답(E2)에서 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기는 양의 제 1 절반주기(E2e)인 것으로 추정하는 것에 유의하라.
먼저, 단계(301)에서, 피크 절반주기가 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기로 결정된다. 제어장치(120)에 의해 등록된 가장 긴 시간주기(T1)는 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기(E2e)의 표시로서 여기서 해석된다.
어떤 상황에서는 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기만 피크 절반주기의 식별을 용이하게 하기 위해 진폭 임계치(204)를 초과하는 식으로 증폭기(122)의 진폭을 조절하는 것이 편할 수 있음이 주목될 수 있다.
그런 후, 단계(302)에서, 피크 절반주기(E2e)로부터 알고 있는 시간거리를 발생하는 신호응답의 제로크로싱 인스턴스가 결정된다. 피크 절반주기(E2e) 바로 전후에서 발생한 제로크로싱 인스턴스를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 제로크로싱 인스턴스들이 또한 사용될 수 있다. 여기서, 피크 절반주기(E2e) 바로 전에 발생한 제로크로싱 인스턴스(ZC1)가 사용된다.
단계(303)에서, 신호응답(E2)에 대한 스타팅 인스턴스(t0)는 그런 후 제로크로싱 인스턴스(ZC1)와 피크 절반주기(E2e) 및 신호응답의 스타팅 인스턴스(t0) 간의 관계를 기초로 정해진다. 여기서, 신호응답에서 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기는 양의 제 1 절반주기(E2e)인 것으로 추정되었기 때문에, 상기 피크 절반주기(E2e)는 여기서 정의에 의해 신호응답에서 첫번째 양의 주기이다. 신호응답(E2)이 음의 절반주기로 시작하므로, 피크 절반주기(E2e)와 스타팅 인스턴스(t0) 간에 발생한 절반주기(즉, 첫번째 음의 절반주기(E2a))가 있게 되는 것을 안다. 더욱이, 제로크로싱 인스턴스(ZC1)는 피크 절반주기(E2e) 바로 전에 발생한 제로크로싱 인스턴스로서 선택되었기 때문에, 신호응답의 스타팅 인스턴스(t0)는 제로크로싱 인스턴스(ZC1) 전에 절반주기에서 발생하는 것으로 결론내릴 수 있다.
신호응답이 기본적으로 사인형이라 가정하면, 스타팅 인스턴스(t0)는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00001
여기서, t0는 신호응답의 스타팅 인스턴스이고, tZC1는 제로크로싱 인스턴스(ZC1)의 발생시간이며, T는 진동신호응답의 한 주기에 대한 시간이다.
상술한 방법은 광범위한 상황에 적용될 수 있으나, 신호응답에서 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기가 양의 제 1 절반주기인 것으로 추정되지 않을 수 있다.
예컨대, 더 이상 피크 절반주기가 양의 제 1 절반주기가지 않도록 신호응답(E2)이 왜곡될 수 있는 상황들이 있다. 이는 도 2의 e에서 왜곡된 신호응답(E2')으로 도시되어 있고, 최고 진폭을 갖는 양의 제 1 절반주기는 제 2 양의 절반주기(E2'f)이다.
이런 왜곡은 예컨대 트랜스듀서(104)의 Q값의 변화에 의해 유발될 수 있다. 트랜스듀서(104)의 Q값은 특히 저가의 트랜스듀서에 대해 온도의 함수로서 변할 수 있다. 따라서, 신호응답의 왜곡은 온도가 안정하지 않는 애플리케이션에서 발생할 수 있다.
피크 절반주기가 신호응답에서 제 1 또는 제 2 양의 절반주기인지 모르는 경우, 이는 한 주기의 측정오차에 이를 수 있어 음향레벨 측정시스템의 측정 정확도를 상당히 저하시키는 것이 인식된다.
이 문제를 극복하기 위해, 피크 절반주기(E2'f)와 스타팅 인스턴스(t0) 간에 발생한 절반주기의 개수가 결정될 수 있다. 이를 위해, 피크 절반주기 바로 앞의 양의 절반주기(E2'e)의 진폭과 피크 절반주기(E2'f)의 진폭 간의 비가 선택된 임계치와 비교되어 신호응답에 속하는 진동과 노이즈인 진동을 식별한다.
일반적인 애플리케이션에서, 임계치는 약 40%일 수 있다. 그러나, 바람직한 임계치는 노이즈의 진폭과 신호응답의 왜곡 크기를 기초로 변할 수 있다.
예컨대, 신호응답의 예상된 왜곡이 낮은 애플리케이션에서, 임계치는 임의의 노이즈가 신호응답의 일부로서 해석되는 위험을 줄이도록 80% 만큼 놀게 설정될 수 있다. 노이즈가 현재 많이 있다면 높은 임계치가 또한 바람직할 수 있다.
한편, 현재 노이즈가 거의 없는 적합한 상태하에서, 임계치는 15% 또는 심지어 10%로 낮게 설정될 수 있다. 낮은 임계치는 (덜 안정적인 Q값을 갖는) 저가의 트랜스듀서가 사용될 수 있게 하므로, 더 비용효율적인 측정 장치를 가능하게 한다.
몇몇 애플리케이션에서, 임계치와 일치하도록 비교기(124)의 진폭 임계치(204)를 선택함으로써 피크 절반주기(E2'f)와 신호응답(E2')의 스타팅 인스턴스 간에 발생한 절반주기의 개수를 결정하는 것이 편리할 수 있다. 따라서, 피크 절반주기에 대한 시간주기 전에 발생한 비교기(124)에 의해 등록된 시간주기가 있다면, 이 시간주기는 양의 제 1 절반주기가 된다.
도 2의 e-g와 도 4에 도시된 개략 블록도를 참조로 신호응답(E2')의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법을 설명한다.
이 실시예에서, 비교기(124)의 진폭 임계치(204)는 임계치와 일치하도록 설정된다고 추정된다. 또한 피크 절반주기는 신호응답에서 제 1 또는 제 2 양의 절반주기인 것으로 추정된다.
먼저 단계(401)에서, 피크 절반주기는 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기로서 정해진다. 제어장치(120)에 의해 등록된 최장 시간주기(T2)는 여기서 최고 진폭을 갖는 양의 절반주기(E2'f)의 표시로서 해석된다.
그런 후 단계(402)에서, 선행 절반주기는 피크 절반주기(E2'f) 바로 앞의 양의 절반주기로 정해진다. 따라서, 최장 시간주기(T2) 바로 앞의 시간주기(T1)는 피크 절반주기(E2'f) 바로 앞의 양의 절반주기(E2'e)의 표시로서 해석된다.
단계(403)에서, 선행 절반주기의 진폭과 피크 절반주기의 진폭 간의 비가 결정되고, 그런 후 단계(404)에서, 이 진폭비는 임계치와 비교된다. 그러나, 이 실시예에서, 단계(403 및 404)는 명시적으로 수행되지 않는다. 비교기(124)의 진폭 임계치(204)는 임계치와 일치하도록 설정되기 때문에, 단지 시간주기(T1)의 존재는 선행 절반주기가 신호응답에 속하는 것을 나타낸다.(반면, 전혀 시간주기가 시간주기(T2) 전에 검출되지 않는다면, 이는 피크 절반주기가 신호응답에서 양의 제 1 절반주기일 수 있음을 나타낸다).
단계(405)에서, 피크 절반주기(E2'f)로부터 알고 있는 시간거리를 발생하는 신호응답의 제로크로싱 인스턴스가 정해진다. 여기서, 피크 절반주기(E2'f) 바로 전에 발생한 제로크로싱 인스턴스(ZC'1)가 사용된다.
단계(406)에서, 그런 후 신호응답(E2')의 스타팅 인스턴스(t0)는 제로크로싱 인스턴스(ZC'1)와 피크 절반주기(E2'f) 및 스타팅 인스턴스(t0) 간의 관계를 기초로 정해진다. 피크 절반주기(E2'f) 및 스타팅 인스턴스(t0) 간에 발생한 하나의 양의 절반주기(즉, 양의 절반주기 E2'e)가 있는 단계(402)에서 결정된 것처럼, 피크 절반주기(E2'f) 및 스타팅 인스턴스(t0) 간에 3개의 절반주기(즉, E2'a, E2'b, E2'c)가 발생하는 것이 알려져 있다. 더욱이, 제로크로싱 인스턴스가 피크 절반주기(E2'f) 바로 전에 발생한 제로크로싱 인스턴스(ZC'1)로서 선택되었기 때문에, 신호응답의 스타팅 인스턴스(t0)는 제로크로싱 인스턴스(ZC'1) 전의 3개 절반주기에서 발생하는 것으로 결론내릴 수 있다.
신호응답이 기본적으로 사인형이라 추정하면, 스타팅 인스턴스는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00002
여기서, t0는 신호응답의 스타팅 인스턴스이고, tZC1는 제로크로싱 인스턴스(ZC1)의 발생시간이며, T는 진동신호응답의 한 주기에 대한 시간이다.
몇몇 애플리케이션에서, 신호응답에서 절반주기의 기간에서 변화가 있을 수 있다(즉, 시간(T)이 신호응답 전체에 걸쳐 일정하지 않을 수 있다). 당업자는 이런 변형을 보상할 수 있는 것으로 인식된다.
당연히, 상기 방법은 또한 피크 절반신호가 양의 제 1 절반주기인 신호응답에 적용된다. 이는 도 2의 b에 도시된 신호응답(E2)을 봄으로써 이해될 수 있다. 이 경우, 피크 절반주기(E2e)와 연계된 최장 시간주기(T1) 전에 등록된 시간주기가 전혀 없다. 따라서, 피크 절반주기(E2e)는 양의 제 1 절반주기인 것을 안다. 그런 후 스타팅 인스턴스는 피크 절반주기(E2e) 바로 전에 제로크로싱 인스턴스(ZC1)를 찾음로써 정해질 수 있다. 신호응답(E2)에 대한 스타팅 인스턴스는 제로크로싱 인스턴스(ZC1) 전의 한 절반주기에서 발생한다.
다른 실시예에 따르면, 비교기의 진폭 임계치는 임계치보다 낮고, 단계(403 및 404)는 도 2의 e-g 및 도 4를 참조로 후술된 바와 같이 명백히 수행될 수 있다.
단계(403)에서, 피크 절반주기(E2'e)의 진폭(Aprec) 및 피크 절반주기(E2'f)의 진폭(Apeak) 간의 비는 관련 시간주기의 기간을 기초로 결정된다.
신호응답(E2')은 기본적으로 시인형이라 가정하면, 각각의 절반주기의 진폭은 기본 삼각법에 의해 계산될 수 있다.
단계(404)에서, 상기 비는 선행 절반주기가 신호응답의 일부인지 또는 노이즈인 것으로 고려되어야 하는지 결정하기 위해 임계치와 비교된다. 상기 비가 임계치를 초과하면, 즉, Aprec/Apeak≥임계치이면, 선행 절반주기는 피크 신호응답에 속하는 것으로 고려되고, 아니면, 선행 절반주기가 노이즈인 것으로 고려된다.
도 5는 임계 진폭(204)이 비교기에 의해 등록된 노이즈(N1)에 대해 충분히 낮은 상황을 도시한 것이다. 이런 상황에서, (노이즈로 인해 발생한) 선행 절반주기(N1a)의 진폭과 피크 절반주기(E2e)의 진폭 간에 비가 결정된다. 그러나, 상기 비는 여기서 임계치 미만이므로, 선행 절반주기(N1)는 여기서 신호응답의 일부인 것으로 고려되지 않으며, 피크 절반주기(E2e)가 신호응답의 양의 제 1 절반주기인 것으로 고려된다.
본 발명에 따른 방법은 또한 피크 절반주기가 피크 절반주기를 발견하고 그런 후 피크 절반주기와 스타팅 인스턴스 간에 얼마나 많은 양의 절반주기들을 반복적으로 평가함으로써 하나 이상의 양의 절반주기 만큼 앞서갈 때도 적용될 수 있다.
따라서, 도 6을 참조로 일예를 설명한다. 여기서 2개의 양의 절반주기(E"2e-f)가 피크 절반주기(E2"g)와 스타팅 인스턴스(t0) 사이에 위치해 있다.
먼저, 피크 절반주기(E2"g)가 결정된다. 그런 후, 선행 절반주기(E"2f)와 피크 절반주기(E2"g)의 진폭 비가 결정된다. 이 비가 임계치를 초과하면, 선행 절반주기(E"2f)는 피크 절반주기(E2"g)와 스타팅 인스턴스(t0) 사이에서 발생한 절반주기인 것으로 해석된다. 다음 새로운 선행 절반주기(여기서, 가장 최근에 식별된 절반주기(E"2f) 바로 앞의 양의 절반주기(E"2e))의 진폭과 가장 최근에 식별된 절반주기(E"2f)의 진폭 간의 비가 결정된다. 새로운 선행 절반주기(E"2e)와 가장 최근에 식별된 절반주기(E"2f)의 진폭 간의 비가 임계치를 초과하면, 새로운 선행 절반주기(E"2e)는 피크 절반주기(E2"g)와 스타팅 인스턴스(t0) 사이에서 발생한 절반주기인 것으로 해석된다. 다음 반복으로, 노이즈인 절반주기(N1a)의 진폭과 가장 최근에 식별된 절반주기(E"2f)의 진폭 간의 비가 결정된다. 이 비가 임계치 미만이면, 절반주기(N1a)는 폐기되고 절반주기(E2")는 신호응답에서 제 1 양의 절반주기인 것으로 고려된다. 이는 또한 반복이 중단되는 것을 의미한다.
진폭비가 계산되는 실시예에서, 비교기의 진폭 임계치(204)는 평가된 절반주기의 진폭의 양호한 표시를 달성하도록 선택된다.
진폭 임계치가 (평가된 절반주기의 진폭에 대해) 너무 높이 설정되면, 신호응답의 제 1 절반주기가 비교기에 의해 검출되지 않는 위험이 있다. 한편, 진폭 임계치가 (평가된 절반주기의 진폭에 대해) 너무 낮게 설정되면, 비교기에 의해 등록된 시간에서 작은 변화는 (신호응답의 미분이 휴지레벨에 매우 가깝고 연이어 절반주기의 상단 부근에서 약 0일 때까지 더 작아지기 때문에) 신호응답에서 진폭에서 상대적으로 큰 변화에 해당한다.
적절한 진폭 임계치를 발견하기 위해, 측정이 시작될 때 및/또는 신호가 상실될 때 캘리브레이션 절차가 수행될 수 있다. 이에 대한 예가 도 1 및 도 2의 b를 참조로 후술되어 있다.
캘리브레이션 절차가 개시되면, 증폭기(122)의 증폭이 낮아진다. 그 후 일련의 기본적인 식별 트리거 신호들(E1)이 발생된다. 각 트리거 신호(E1)에 대해 해당하는 수신된 신호응답(E2)이 처리장치(126)에 의해 등록된다. 처리장치(126)는 피드백 루프에 의해 증폭기(122)를 제어하고, 최고 진폭(여기서 피크진폭(E2e))을 갖는 양의 절반주기의 진폭이 비교기(124)를 포화시킬 때까지 각 수신된 신호응답(E2)에 대한 증폭을 증가시킨다. 일반적인 애플리케이션에서, 비교기(124)의 포화전압은 약 5V일 수 있다.
그런 후, 진폭 임계치(204)가 비교기의 포화전압의 약 50%, 즉, 약 2.5V로 설정된다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예를 개락적으로 도시한 것이다. 이 실시예는 전자제어장치(120)가 에너지 저장매체(C)를 구비한 회로(702) 및 회로(702)로부터 획득한 신호를 샘플링하기 위한 아날로그 디지털(A/D) 컨버터(704) 를 구비하는 점에서 상술한 실시예와는 다르다. 도 7b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 회로(702)는 다이오드(706), 저항기(R1), 여기서 커패시터(C)인 에너지 저장매체(C)를 구비한 반파 정류기(702)일 수 있다.
도 7a-7b 및 도 8을 참조로 전자제어장치(120)의 동작을 설명한다. 여기서, 반파 정류기(702)에 인가된 입력전압(Vin)은 신호응답(E2')이다. 또한, 커패시터(C)가 초기에 방전된 것으로 가정한다.
도 8은 반파 정류기(702)에 인가된 입력전압(Vin)과 시간의 함수로서 상기 반파 정류기(702)에 의해 출력된 해당 출력전압(Vout)(여기서, 커패시터(C)에 대한 전압임)을 개략적으로 도시한 것이다.
양의 제 1 절반주기(N1a)(여기서 노이즈임)가 반파 정류기(702)에 의해 수신되면, 상기 반파 정류기(702)에 인가된 입력전압(Vin)이 점차적으로 증가되고, 반파 정류기(702)의 출력전압(Vout)이 이에 따라 증가하게 된다. 입력전압(Vin)은 또한 커패시터(C)를 충전시킨다. 그런 후, 입력전압(Vin)이 감소되면(즉, 양의 제 1 절반주기(N1a)의 피크 후에), 커패시터(C)는 줄어든다. 그러나, 도 8로부터 명백한 바와 같이, 회로(702)에 의해 출력된 신호(Vout)의 전압감소는 실질적으로 신호응답(E2')의 전압감소보다 더 느리다.
그런 후, 양의 제 2 절반주기(E2'e)가 반파 정류기(702)에 의해 수신되면, 입력전압(Vin)이 다시 점차적으로 증가하고, 입력전압(Vin)이 커패시터(C)에 대한 전압을 초과하면, 커패시터는 다시 충전하기 시작한다. 그런 후, 입력전압(Vin)이 감소되면(즉, 양의 제 2 절반주기(E2'e)의 피크 후에), 커패시터(C)는 다시 한번 방전을 시작하고 출력전압(Vout)이 줄어든다.
그 후, 이 절차는 연이은 양의 절반주기(E2'f-i)에 대해 반복된다.
A/D 컨버터(704) 일반적으로 기설정된 샘플링 주파수에서 반파 정류기에 의해 출력된 신호(Vout)를 연속으로 샘플링하도록 적용될 수 있다.
각각의 양의 절반주기(E2'e-i)의 진폭을 결정하기 위해, 제어장치(120)는 한 세트의 샘플을 설정하도록 구성될 수 있고, 각 샘플(SN1a, SE2'e -i)은 절반주기(N1a, E2'e-i) 중 다른 하나와 연결되고, 각각의 선택된 샘플은 해당 절반주기에 대해 기설정된 기회에서 검출되도록 선택된다. 예컨대, 절반주기의 끝에서 제로크로싱 인스턴스는 제어장치(120)가 A/D 컨버터(704)로부터 획득된 다음 샘플을 메모리(128)에 저장하게 하는데 사용될 수 있다. 도시된 예에서, 이는 도 8에 나타낸 바와 같이 샘플(SN1'a, SE2'e, SE2'f, SE2'g, SE2'h, 및 SE2'i)이다. 그 후, 피크 절반주기(E2'f)가 최대 진폭을 갖는 샘플에 대한 양의 절반주기로서 발견될 수 있다. 즉, 여기서 양의 절반주기(E'2f)는 피크 절반주기이다.
샘플(SE2'g, SE2'h, 및 SE2'i)의 전압이 여기서 신호응답의 해당 절반주기(E2'g-i)의 전압보다 더 크나, 이들 연이은 절반주기(E2'g-i)가 이전 절반주기(E2'f) 보다 낮은 것을 판단하는데 충분하기 때문에, 정확한 결과가 달성되는 것에 주목하라.
피크 절반주기(E2'f)가 결정된 후, 도 4에 도시된 절차에 따라 주기적 진동신호(E2')의 스타팅 인스턴스(t0)가 결정될 수 있다. 이렇게 함으로써, 샘플의 전압이 진폭비를 계산하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 선행 절반주기(E2'e)의 진폭과 피크 절반주기(E2'f)의 진폭 간의 비는 선행 절반주기(E2'e)에 대한 샘플(SE2'e)의 전압과 피크 절반주기(E2'f)의 진폭에 대한 샘플(SE2'f)의 전압 간의 비로서 결정될 수 있다.
당업자가 커패시터(C)의 방전율을 인식함에 따라, 저항기(R1)의 저항 및/또는 커패시터(C)의 정전용량을 바꿈으로써 반파 정류기의 출력전압(Vout)이 줄어드는 비율이 조절될 수 있다. 출력전압(Vout)은 다른 절반주기와 비교하거나 다른 절반주기들 간의 비를 계산하는데 사용되기 때문에, 출력전압이 줄어드는 비율은 일반적으로 절차의 재현성에 중요하지 않다. 따라서, 출력전압이 감소되는 비율은 바람직하게는 연이은 에코가 검출되게 충분히 빨리 선택될 수 있다. 대안으로, 회로는 저항기(R1)과 병렬 연결될 수 있는 또 다른 (선택적) 저항기(R2)를 구비할 수 있다. 따라서, 에코가 검출된 후 스위치(708)를 닫음으로써, 반파 정류기가 리셋될 수 있다. 본 발명은 주로 몇몇 실시예를 참조로 기술되었다. 그러나, 상술한 실시예와는 다른 실시예들도 동일하게 특허청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 가능할 수 있음이 당업자에게 쉽게 이해된다.
예컨대, 상술한 비교기는 단지 양의 극성을 갖는 절반주기만을 검출하지만, 비교기는 음의 극성을 갖는 절반주기만을 검출하는 또는 양 극성의 절반주기를 검출할 수 있는 수단을 가질 수 있다.
더욱이, 양 극성의 절반주기가 검출되는 상황에서, 반대 극성을 갖는 절반주기의 진폭들 간의 비가 결정될 수 있고 임계치와 비교될 수 있다. 예컨대, 도 2의 e를 참조하면, 절반주기(E2'f)의 진폭과 절반주기(E2'b)의 진폭 간의 비가 결정될 수 있고 피크 절반주기와 스타팅 인스턴스(t0) 사이에 위치된 절반주기의 개수를 결정할 때 임계치와 비교될 수 있다.
또한 2개의 음의 절반주기들의 진폭 비가 결정될 수 있고 피크 절반주기와 스타팅 인스턴스(t0) 사이에 위치된 절반주기의 개수를 결정할 때 임계치와 비교될 수 있다.
더욱이, 샘플링이 사용되는 실시예들에 대해, A/D 컨버터가 충분히 큰 샘플링 주파수를 갖는다면 직접 신호응답을 샘플링할 수 있다(즉, 에너지 저장매체를 갖는 회로가 생략될 수 있다).
도시된 예들은 웨이브가이드에서 전파하는 웨이브패키지를 도시한 것이나, 본 발명은 자유공간에서 전파하는 웨이브-패키지에도 동일하게 적용될 수 있음이 인식된다.

Claims (18)

  1. 주기적 진동신호응답(E2;E2')의 스타팅 인스턴스(t0)를 결정하는 방법으로서,
    상기 신호응답은 신호응답에서 제 1 절반주기(E2a;E2'a)의 극성과 동일한 극성을 갖는 제 1 세트의 절반주기(E2a-d;E2'a-d)와, 신호응답에서 제 1 절반주기(E2a;E2'a)의 극성과 반대 극성을 갖는 제 2 세트의 절반주기(E2e-h;E2'e-h)를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 세트 중 선택된 하나에서 최고 진폭을 갖는 절반주기로서 피크 절반주기(E2e;E2'f)를 결정하는 단계와,
    상기 피크 절반주기(E2e;E2'f)로부터 알고 있는 시간거리에서 발생한 상기 신호응답의 제로크로싱 인스턴스(ZC1;ZC'1)를 결정하는 단계와,
    상기 제로크로싱 인스턴스(ZC1;ZC'1) 및 상기 피크 절반주기(E2e;E2'f)와 상기 스타팅 인스턴스(t0) 간의 관계를 기초로 상기 신호응답(E2;E2')의 스타팅 인스턴스(t0)를 결정하는 단계를 포함하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    선행 절반주기(E2'e)의 진폭과 상기 피크 절반주기(E2'f)의 진폭 간의 비를 결정하는 단계와,
    상기 비를 임계치와 비교하는 단계와,
    상기 비교를 기초로 상기 피크 절반주기(E2'f)와 신호응답(E2')의 스타팅 인스턴스(t0) 사이에 발생한 절반주기의 개수를 결정하고, 이로써 상기 피크 절반주기(E2'f)와 상기 스타팅 인스턴스(t0) 사이의 상기 관계를 결정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 선행 절반주기(E2'e)는 상기 제 1 및 제 2 세트 중 하나에서 상기 피크 절반주기(E2'f)의 바로 앞에 있는 절반주기인 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비가 상기 임계치 미만이면, 상기 피크 절반주기가 신호응답의 상기 스타팅 인스턴스 바로 다음에 발생한 상기 선택된 세트에서의 절반주기임을 해석하는 단계를 더 포함하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 비가 상기 임계치와 적어도 같으면, 상기 피크 절반주기와 신호응답의 스타팅 인스턴스 사이에 발생한 상기 선택된 세트에서 적어도 하나의 절반주기가 있는 것으로 해석하는 단계를 더 포함하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피크 절반주기와 신호응답의 스타팅 인스턴스 사이에 발생한 상기 선택된 세트에서 단 하나의 절반주기가 있는 것으로 해석하는 단계를 더 포함하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 신호는 상기 제 2 세트의 절반신호인 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선행 절반주기는 상기 선택된 세트에 속하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제로크로싱 인스턴스는 피크 절반주기 바로 전후에서 발생한 제로크로싱 인스턴스인 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임계치는 신호응답(E2;E2')에 속하는 진동과 노이즈(N1)인 진동을 식별하도록 선택되는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호응답의 논샘플(non-sampled) 표현으로부터 피크 절반주기와 진폭 간의 비 중 적어도 하나가 결정되는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피크 절반주기(E2e;E2'f)는
    신호응답(E2;E2')의 진폭이 임계 진폭(204)을 초과하고, 선택된 세트에서 절반주기의 극성과 동일한 극성을 갖는 동안 한 세트의 시간주기(T1-T2:T'1-T'3)를 검출하는 단계와,
    상기 피크 절반주기(E2e;E2'f)에 해당하는 것으로 상기 세트의 시간주기에서 최장 시간주기(T1;T2)를 해석하는 단계에 의해 결정되는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 선행 절반주기(E2'e)에 해당하는 것으로 상기 세트의 시간주기에서 최장 시간주기(T'2) 바로 앞에 있는 시간주기(T'1)를 해석하는 단계와,
    연계된 시간주기의 기간을 기초로상기 선행 절반주기(E2'e)의 진폭과 상기 피크 절반주기(E2'f)의 진폭의 비를 결정하는 단계를 더 포함하는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피크 절반주기는
    에너지 저장매체(C)를 구비한 회로(702)에 상기 신호응답(E2')을 제공하는 단계와,
    상기 회로(C)로부터 상기 에너지 저장매체(C)에 대한 전압과 일치하는 출력신호(Vout)를 획득하는 단계와,
    획득된 출력신호(Vout)를 샘플링하는 단계와,
    한 세트의 샘플(SN1a, SE2'e -i)을 선택하는 단계와,
    상기 피크 절반주기(E2e;E2'f)로서 최고 전압을 갖는 샘플과 연계된 절반주기를 결정하는 단계에 의해 결정되며,
    상기 세트의 샘플에서 각각의 샘플(SN1a, SE2'e -i)은 상기 절반주기의 제 1 및 제 2 세트 중 선택된 하나에서 절반주기(N1a, E2'e-i) 중 다른 하나와 연계되고, 상기 연계된 절반주기에 대해 기설정된 기회에서 검출되는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  14. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선행 절반주기(E2'e)의 진폭과 상기 피크 절반주기(E2'f)의 진폭 간의 비는
    에너지 저장매체(C)를 구비한 회로(C)에 상기 신호응답(E2')을 제공하는 단계와,
    상기 회로로부터 상기 에너지 저장매체(C)에 대한 전압과 일치하는 출력신호(Vout)를 획득하는 단계와,
    획득된 출력신호(Vout)를 샘플링하는 단계와,
    상기 선행 절반주기(E2'e)에 대한 샘플(SE2'e)과 상기 피크 절반주기(E2'f)에 대한 샘플(SE2'f)을 선택하는 단계와,
    상기 선행 절반주기(E2'e)의 진폭과 상기 피크 절반주기(E2'f)의 진폭 간의 비를 상기 선행 절반주기(E2'e)에 대한 샘플(SE2'e)의 전압과 상기 피크 절반주기(E2'f)에 대한 샘플(SE2'f)의 전압의 비로서 결정하는 단계에 의해 결정되는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    샘플이 검출될 때 절반주기에 대한 기설정된 기회는
    절반주기의 끝에서 발생한 제로크로싱 인스턴스를 결정하는 단계와,
    식별된 제로크로싱 인스턴스 후에 기설정된 시간에서 발생하는 샘플을 선택하는 단계에 의해 결정되는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호응답(E2;E2')을 발생하는데 사용된 트리거 신호(E1)은 이상적 신호응답(E2)에 대해 제 2 세트의 절반주기(E2e-h)에서 제 1 절반주기(E2e)가 최고 진폭을 갖는 절반주기이도록 구성되는 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 실행을 위한 프로그램 명령어를 갖는 처리장치상의 실행 소프트웨어.
  18. 신호응답을 송수신하는 트랜스듀서 수단(104)과,
    수신된 신호(E2;E2')의 스타팅 인스턴스를 결정하기 위해 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 배열된 처리장치(126)를 구비하는 음향측정장치.
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