KR20220077149A - 센서 장치 및 그 제조 및 사용 방법 - Google Patents

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KR20220077149A
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고타로 마쓰모토
히로유키 마쓰다
히로시 아오키
마사루 데라다
오벨 에머슨
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신가와덴키 가부시키가이샤
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Abstract

여기에 개시되어 있는 것은 기계의 상태 모니터링을 용이하게 하기 위한 것으로서, 기계의 효율을 향상시키고 기계의 수명을 증가시키면서 유지보수비용을 감소시키기 위한 장치와 방법, 그리고 그 장치를 만드는 방법이다. 일 실시예에서, 장치는 인클로저 어셈블리 및 인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리를 포함한다. 인클로저 어셈블리는 캡, 캡과 기계적으로 결합된 베이스, 및 베이스와 기계적으로 결합된 지지 브래킷을 포함한다. PCB 어셈블리는 프로세서, 프로세서와 결합된 메모리, 프로세서와 전기적으로 연결된 제1 센서, 프로세서와 전기적으로 연결된 제2 센서, 및 프로세서와 전기적으로 연결된 통신 인터페이스를 포함한다. 이 장치는 설치될 때 전체적으로 최대 높이 2.1인치이고 최대 직경이 1.2인치인 테이퍼진 실린더 모양을 형성할 수 있다.

Description

센서 장치 및 그 제조 및 사용 방법
(관련 출원에 대한 상호 참조)
본 출원은 2019년 11월 4일자로 출원된 미국 가특허출원 번호 62/930,192(대리인 문서 번호 1101/2 PROV) 및 2020년 7월 29일자로 출원된 미국 가특허출원 번호 63/058,234(대리인 문서 번호 1101/2 PROV2)의 이익을 주장하고, 이들의 전체 내용은 참조로서 여기에 통합된다.
본 발명은 일반적으로 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기계의 모니터링을 위한 스마트 센서에 관한 것이다.
상태 모니터링(condition monitoring)은 고장을 방지하고 신뢰성을 높이며 기계의 유지보수를 줄이기 위한 중요한 도구이다. 이러한 기계에는 엔진, 압축기, 터빈, 롤러, 기어 박스, 팬, 펌프, 전기 모터 등을 포함될 수 있다. 특히 진동과 온도는 상태 모니터링의 두 가지 핵심 파라미터다. 진동 및 온도 데이터를 분석하여 기계 고장을 조기에 감지할 수 있다. 이러한 문제에는 베어링 고장, 샤프트의 휘어짐, 과속, 공진, 정렬 불량, 불균형, 부품 간의 과도한 간극(기계적 느슨함) 등이 포함된다.
기계 및 상태 모니터링이 더욱 복잡해짐에 따라, 효율성을 개선하고 기계의 수명을 증가시키면서 유지보수를 감소시키기 위해 사용될 수 있는 성능 데이터의 수집을 위해 개선된 방법 및 장치가 필요하다.
여기서는 단순화된 형태로 선택된 개념을 소개하며, 이에 대해서는 아래의 상세한 설명에서 더 설명된다. 이 항목은 청구된 발명의 주요 기능 또는 필수 기능을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 발명의 범위를 제한하는 데 사용되지는 않는다.
여기에 개시되어 있는 것은 기계의 효율을 향상시키고 기계의 수명을 증가시키면서 유지보수를 감소시킬 수 있는, 기계의 상태 모니터링을 용이하게 하는 장치 및 방법, 그리고 그 장치의 제조 방법이다. 일 실시예에서, 이 장치는 인클로저 어셈블리 및 인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리를 포함한다. 인클로저 어셈블리는 캡, 캡과 기계적으로 결합된 베이스, 및 베이스와 기계적으로 결합된 지지 브래킷을 포함한다. PCB 어셈블리는 프로세서, 프로세서와 결합된 메모리, 프로세서와 전기적으로 연결된 제1 센서, 프로세서와 전기적으로 연결된 제2 센서, 및 프로세서와 전기적으로 연결된 통신 인터페이스를 포함한다. 이 장치는 설치될 때 일반적으로 최대 높이 2.1인치이고 최대 직경이 1.2인치인 테이퍼진 실린더 모양을 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스일 수 있고 캡의 적어도 일부는 실질적으로 무선 주파수 트랜스페어런트(RF transparent)할 수 있다. 특정 실시예에서, 무선 통신 인터페이스는 Bluetooth® 인터페이스일 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 통신 인터페이스는 BLE(Bluetooth® Low Energy) 인터페이스일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 센서는 진동 센서일 수 있고 제2 센서는 온도 센서일 수 있다. 특정에서 진동 센서는 가속도계 센서일 수 있고 온도 센서는 열전대(thermocouple), 서미스터(thermistor) 등일 수 있다.
일부 실시예에서, 이 장치는 배터리 클램프를 포함할 수 있고 이 배터리 클램프는 PCB 어셈블리 상에 위치될 수 있다. PCB 어셈블리는 두 개의 가요성 PCB 인터커넥트를 사용하여 전기적으로 연결되는, 컴포넌트 배치를 위한 3개의 리지드 섹션을 포함할 수 있다.
이 장치는 배터리를 더 포함할 수 있고, 이 배터리는 리튬 배터리일 수 있다. 프로세서 및 메모리는 마이크로컨트롤러/모듈에 내장될 수 있다.
일부 실시예에서, 이 장치는 제3 센서를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 제1 센서는 이 장치의 유휴 상태(sleep state)에서 동작하도록 구성된 저감도 진동 센서일 수 있다. 제1 센서는 이 장치를 활성 상태(active state)로 트리거하도록 추가로 구성될 수 있다. 제2 센서는 온도 센서일 수 있고, 제3 센서는 이 장치의 활성 상태에서 작동하도록 구성된 고감도 진동 센서일 수 있다. 특정 실시예에서, 제3 센서는 x축, y축 및 z축을 갖는 3축 가속도계 센서일 수 있다. 3축 가속도계 센서는 z축이 베이스의 장착 표면에 대략 수직이 되도록 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 베이스는 장착 표면이 기계 진동 및 기계 온도의 모니터링을 허용하도록 기계 표면에 부착될 수 있도록 구성될 수 있다. 베이스는 또한, PCB 어셈블리 및 3축 가속도계 센서가 지지 브래킷에 대해 고정된 상태로 유지되는 한편, 지지 브래킷이 장착 표면의 수직 축을 중심으로 사용자에 의해 회전될 수 있도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 베이스는 장착 표면에 대략 수직으로 위치된 나사산 장착 스터드(threaded mounting stud)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 장착 표면은 자성일 수 있거나 기계 표면과 결합하기 위한 접착제를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 장치를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 인클로저 어셈블리 내에 PCB 어셈블리를 기계적으로 조립하는 단계를 포함한다. PCB 어셈블리는 프로세서, 프로세서와 결합된 메모리, 프로세서와 전기적으로 연결된 제1 센서, 프로세서와 전기적으로 연결된 제2 센서, 및 프로세서와 전기적으로 연결된 통신 인터페이스를 포함한다. 인클로저 어셈블리는 캡, 캡과 기계적으로 결합된 베이스, 및 베이스와 기계적으로 결합된 지지 브래킷을 포함한다.
다른 실시예에서, 기계를 모니터링하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법에는 기계에 장치를 설치하는 단계가 포함된다. 이 장치는 인클로저 어셈블리와 PCB 어셈블리를 포함한다. 인클로저 어셈블리는 캡, 캡과 기계적으로 결합된 베이스, 및 베이스와 기계적으로 결합된 지지 브래킷을 포함한다. PCB 어셈블리는 프로세서, 프로세서와 결합된 메모리, 프로세서와 전기적으로 연결된 제1 센서, 프로세서와 전기적으로 연결된 제2 센서, 및 프로세서와 전기적으로 연결된 통신 인터페이스를 포함한다. 이 방법은 통신 인터페이스를 통해 장치에 의해 전송된 제1 센서 데이터 및 제2 센서 데이터를 수신하는 단계를 더 포함한다.
도 1은, 본 개시의 실시예에 따른, 상태 모니터링을 위해 기계에 장착하기 위한 장치를 예시하는 블록도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는, 본 개시의 실시예에 따른, 각각 미국 시장 및 일본 시장을 위한, 도 1의 장치에 적용 가능한 인클로저를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 1의 장치에 적용가능한 인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 3e 내지 도 3g는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장용의, 도 1의 장치에 적용가능한 PCB 어셈블리를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 PCB 어셈블리에 적용 가능한 금속 지지 브래킷을 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 4c 및 도 4d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리에 적용가능한 금속 지지 브래킷을 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 PCB 어셈블리에 적용가능한 배터리 지지체를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 5c 및 도 5d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리에 적용 가능한 배터리 지지체를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저용 캡을 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 6c 및 도 6d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 2b의 인클로저용 캡을 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저에 적용 가능한, 캡이 없는 장치를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 7c 및 도 7d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 2b의 인클로저에 적용할 수 있는, 캡이 없는 장치를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 8a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 7a 및 도 7b의 장치의 분해도를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 8b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 7c 및 도 7d의 장치의 분해도를 예시하는 다이어그램을 도시한다. 도 9a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저를 위한 비회전형(non-pivoting) 베이스를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 9b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 2b의 인클로저를 위한 비회전형 베이스를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 10은, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저를 위한 회전형(pivoting) 베이스를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 11은, 본 개시의 실시예에 따른, 도 10의 회전형 베이스용 너트(nut), 로케이터(locator), 및 피봇 센서 베이스(pivoting sensor base)를 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는, 본 개시의 실시예에 따른, 도 11의 너트, 로케이터, 및 피봇 센서 베이스를 개별적으로 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 13a 내지 도 13d는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 13d의 PCB 어셈블리를 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 13e는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리를 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 13f는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 PCB 어셈블리를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 13g는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더를 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더를 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14c는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14d는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14e는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14f는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14g는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14h는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14i는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 14j는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷을 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷을 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15c는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15d는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15f는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15g는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15h는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15i는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 15j는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 16a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 9a의 비회전형 베이스를 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 16b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스를 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 16c는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 9a의 비회전형 베이스를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 16d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 16e는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 9a의 비회전형 베이스를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 16f는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다. 도 16g는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 9a의 비회전형 베이스를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 16h는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스를 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡을 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 6c 및 도 6d의 캡을 예시하는 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17c는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 6c 및 도 6d의 캡을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17e는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡을 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17f는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 6c 및 도 6d의 캡을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17g는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
도 17h는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 6c 및 도 6d의 캡을 예시하는 다른 기계적 다이어그램을 도시한다.
현재 개시된 발명이 법적 요건을 충족하기 위해 구체적으로 설명된다. 그러나 설명 자체가 이 특허의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 오히려, 본 발명자들은 청구된 발명이 다른 현재 또는 미래의 기술과 함께 이 문서에 설명된 것과 유사한 다른 단계 또는 요소를 포함하도록 다른 방식으로 구현될 수도 있음을 고려했다. 또한, "단계"라는 용어는 사용된 방법의 다른 측면을 의미하기 위해 여기에서 사용될 수 있지만, 개별 단계의 순서가 명시적으로 설명된 경우를 제외하고 이 용어는 여기에 개시된 다양한 단계 사이 또는 그 사이의 특정 순서를 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
신뢰성 및 분석을 위한 상태 모니터링은 진동 모니터링 및 온도 모니터링을 위한 개선된 센서를 통합할 수 있다. 적용분야에는 식품, 의약품, 자동차, 종이, 비행기 및 기타 유형의 장비 및 소프트 제품을 포함한 소모품 생산을 위한 공정 모니터링이 포함된다. 또한 개선된 센서에 대한 응용이 건강 분야에 통합될 수 있다.
도 1은, 본 개시의 실시예에 따른, 상태 모니터링을 위해 기계에 장착하기 위한 장치(102)를 예시하는 블록도(100)를 도시한다. 인클로저(104)는 진동 센서(106A, 106B)와 온도 센서(108)를 수용하고, 이들은 모두 마이크로컨트롤러(110)와 전기적으로 연결된다. 인클로저는 또한 실시간 클록(112), 무선 주파수(RF) 인터페이스(114) 및 안테나(116)를 수용한다. 실시간 클록(112)은 마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되어 진동 데이터 및 온도 데이터가 타임 스탬프될 수 있도록 한다. RF 인터페이스(114)는 장치(102)를 위한 통신 인터페이스를 위해 마이크로컨프롤러(110) 및 안테나(116)와 전기적으로 연결된다. 센서 애플리케이션(118)은 마이크로컨트롤러(110) 내의 메모리에 저장된 프로그램 명령으로 이루어진다. 마이크로컨트롤러(110)에 의해 실행될 때 프로그램 명령은 기계의 상태 모니터링을 수행하기 위한 단계들을 실행한다. 인클로저(104)는 또한 배터리(120)를 수용한다. 마이크로컨트롤러(110)는 현재 충전 상태 및/또는 잔여 배터리 수명을 모니터링하도록 구성된다.
일부 실시예에서, RF 인터페이스(114)는 BLE(Bluetooth® Low Energy) 인터페이스일 수 있고, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineer) 802.15.4 기술 표준을 준수할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(110), 무선 통신 인터페이스(114) 및 안테나(116)는 Laird의 451-00001 BL654 시리즈 모듈과 같은 단일 PCB 모듈에 통합될 수 있다.
다른 실시예에서, 마이크로컨트롤러(110)는 초저전력 마이크로컨트롤러일 수 있다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(110)는 Renesas® Synergy R7FS 1 JA783A01CFM 마이크로컨트롤러 유닛(MCU) 또는 유사한 MCU일 수 있다. R7FS1JA783A01CFM MCU는, 256KB 코드 플래시, 32KB SRAM 메모리, 다중 ADC 및 DAC가 있는 48MHz Arm Cortex-M23 프로세서 코어를 기반으로 한다.
장치(102)는 유휴 상태 및 활성 상태에서 동작하도록 구성된다. 진동 센서(106A)는 장치(102)를 유휴 상태에서 활성 상태로 전환하는 데 사용되는 저감도 진동 센서이다. 진동 센서(106B)는 베어링 고장, 샤프트 휘어짐, 과속, 공진, 정렬 불량, 불균형, 부품들 간의 과도한 간격(기계적 느슨함) 등이 있다.
특정 실시예(도 1에 도시되지 않음)에서, 장치(102)는 또한 전기장(E-field) 센서 및/또는 자기장(H-field) 센서를 포함하여 전기장 및 자기장(EMF)을 측정할 수 있다. 장치(102)는 또한 기계의 배향 및/또는 기울기를 검출하기 위한 기울기 센서를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 인클로저(104)는 테이퍼진 실린더(도 1에 도시되지 않음)의 형상을 일반적으로 형성하는 베이스 및 캡을 포함한다. 캡의 적어도 일부는 안테나(116)를 통한 무선 통신을 허용하는 실질적으로 RF 트랜스페어런트하다. 베이스는 기계로부터 진동 센서(106A 및 106B) 및 온도 센서(108)로 최적의 열 및 진동 전달을 위한 스테인리스 스틸로 구성되어 있다.
도 2a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 1의 장치에 적용 가능한 인클로저를 도시하는 도면(200)을 도시한다. 인클로저는 캡(202)과 베이스(204)를 포함한다. 도 2b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 1의 장치에 적용 가능한 인클로저를 예시하는 다이어그램(210)을 도시한다. 인클로저는 캡(212)과 베이스(214)를 포함한다. 본 개시 내용의 균형 전반에 걸쳐, 주어진 시장에 특정한 경우 주어진 다이어그램은 미국 시장 버전 또는 일본 시장 버전으로 라벨링될 것이다.
도 3a 내지 도 3d는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 1의 장치에 적용가능한 인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리의 상이한 뷰를 예시하는 다이어그램(300, 310, 320, 330)을 도시한다. 도 3e 내지 도 3g는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 1의 장치에 적용가능한 PCB 어셈블리의 상이한 뷰를 예시하는 다이어그램(340, 350, 360)을 도시한다. 각 PCB 어셈블리(미국 시장 버전 및 일본 시장 버전)는 진동 센서(106A, 10B), 온도 센서(108), 마이크로컨트롤러(110), 실시간 클록(112), RF 인터페이스(114) 및 안테나(116)를 위한 전기적 결합을 확보하고 제공한다. 각 PCB 어셈블리는 또한 배터리(120)를 위한 배터리 홀더를 제공한다. 배터리 홀더에는 표준 스프링 스틸이 포함되어 있다.
각각의 PCB 어셈블리(즉, 단일 어셈블리)는 2개의 가요성 PCB 인터커넥트를 사용하여 전기적으로 연결된 부품 배치를 위한 3개의 리지드 섹션(rigid section)을 갖는 3단 인쇄 회로 기판(three-tiered pinted circuit board)을 포함한다. 구체적으로 배열은 제1 리지드 섹션(즉, 하단 수평 섹션), 제1 가요성 PCB 인터커넥트, 제2 리지드 섹션(즉, 수직 섹션), 제2 가요성 PCB 인터커넥트 및 제3 리지드 섹션(즉, 상단 수평 섹션)으로 계단식 배열된다. 두 개의 가요성 PCB 인터커넥트는 리지드 섹션 사이의 진동을 감소시킵니다. 이 배열은 메모리, RF 인터페이스(114) 및 안테나(116)(예: 블루투스 모듈)를 포함하여 마이크로컨트롤러(110)가 제3 리지드 섹션상에 모니터링되는 기계로부터 물리적으로 가장 멀리 떨어져서 장착될 수 있게 합니다. 추가적으로, 이것은 통신 인터페이스(114) 및 안테나(116)가 최적의 가시선(line-of-sight) RF 전송 경로를 허용한다. 제3 리지드 섹션은 또한 발광 다이오드(LED)와 스위치(도 1의 경우 표시되지 않음)를 포함한다. LED는 장치(102)의 상이한 상황 상태를 표시하기 위한 다색 LED이다. 스위치는 플래시 메모리(도 1의 경우 표시되지 않음)에서 전력을 제거하여 전체 전력 소모를 낮추고 배터리 수명을 연장하는 데 사용된다.
진동 센서(106A, 106B), 및 온도 센서(108)는 제1 리지드 섹션(즉, 바닥 섹션)에 장착되고 물리적으로 기계에 가장 가깝다. 이 배열을 통해 기계를 최적으로 모니터링할 수 있다. 스테인리스강 베이스로부터 금속 열 전달 접촉을 허용하여 온도 센서(108)의 바닥에 직접적인 금속 접촉 경로를 제공하는 제1 리지드 섹션의 구리 피드스루(feedthrough)가 제공될 수 있다. 이를 통해 온도 변화에 더 빠르게 응답하고 기계 표면 온도를 더 정확하게 읽을 수 있다.
진동 센서(106B)는 정밀 3축 MEMS(micro-electro-mechanical system) 가속도계이다. 진동 센서(106B)는 진동 센서(106B)의 대향 측면에 위치된 2개의 나사를 사용하여 제1 리지드 섹션 보드의 대략 중심에 위치된다. 이러한 배열은, 진동 센서(106B)를(케이스를 통해) 기계에 고정하는 베이스 상의
Figure pct00001
장착 스터드 바로 위에 진동 센서(106B)를 위치시킨다. 이와 같이 기계 표면에서
Figure pct00002
장착 스터드를 통해 베이스의 스테인리스강 구조로, 그리고 진동 센서(106B)가 장착된 제1 리지드 섹션으로 진동의 직접적인 기계적 전달 경로가 생성된다.
진동 센서(106A)는 초저전력 MEMS 가속도계이고 진동 센서(106B) 옆에 장착된다. 진동 센서(106A)는 진동의 급격한 큰 증가를 지속적으로 관찰하는 데 사용되며, 진동의 큰 증가가 감지되면 RF 인터페이스(114)와 함께 진동 센서(106B)를 깨울 것이다. 이것은 지속적인 모니터링을 시뮬레이션한다. 이와 같이, 장치(102)는 본질적으로 항상 켜져 있고 프로그래밍 가능한 범위를 초과하는 진동의 급격한 증가를 포착할 수 있다. 두 개의 서로 다른 가속도계를 사용하는 이유는 정밀도 수준과 동적 범위가 다르기 때문이다.
제1 리지드 섹션은 또한 전압 조정기(voltage regulator) 및 조정기용 전원 스위치(도 1에 도시되지 않음)를 포함한다.
배터리(120)는 제2 리지드 섹션에 장착되고 제1 리지드 섹션으로부터 떨어져 매달려 있다. 따라서 진동 측정에 미치는 영향을 줄이고 필요할 때 사용자가 변경할 수 있다. 배터리(120)는 1/2AA 리튬 배터리이다. 배터리(120) 및 장치(102)는 전체적으로 -55 내지 85℃의 작동 환경을 위해 구성된다. 제2 리지드 섹션은 또한 실시간 클록(112), 및 부품 간의 전기적 연결을 위한 레벨 시프터(도 1에 도시되지 않음)를 포함한다.
다른 실시예에서, 제2 리지드 섹션은 하나 이상의 코인 셀 배터리를 유지하도록 크기 및 형상이 조정될 수 있다. 하나 이상의 코인 셀 배터리는 크기 AG1, AG3, AG4, AGIO, AG12, AG13 등을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 리지드 섹션은 필요에 따라 다른 배터리 유형 및 폼 팩터를 유지하도록 크기 및 형상이 조정될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시예에 따른 미국 시장을 위한 도 3a 내지 도 3d의 PCB 어셈블리에 적용할 수 있는 금속 지지 브래킷의 2개의 뷰(전면 및 후면)를 예시하는 다이어그램(400 및 410)을 도시한다. 도 4c 및 도 4d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리에 적용 가능한 금속 지지 브래킷의 2개의 뷰(전면 및 후면)을 예시하는 다이어그램(420 및 430)을 도시한다. 금속 지지 브래킷은 PCB 어셈블리를 각각의 베이스에 고정하는 데 사용된다.
도 5a 및 도 5b는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 PCB 어셈블리에 적용가능한 배터리 지지대의 2개의 뷰(전면 및 후면)을 예시하는 다이어그램(500 및 510)을 도시한다. 도 5c 및 도 5d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리에 적용 가능한 배터리 지지대의 2개의 뷰(전면 및 후면)을 예시하는 다이어그램(520 및 530)을 도시한다. 각 배터리 지지대는 캡으로부터 배터리(120)를 절연하고 캡이 설치되는 동안 배터리(120)를 배터리 홀더에 더 잘 고정하는 데 사용된다.
도 6a 및 도 6b는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저에 대한 캡의 등각도(상부 및 하부)를 예시하는 다이어그램(600 및 610)을 도시한다. 도 6c 및 도 6d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 2b의 인클로저용 캡의 등각도(상부 및 하부)를 예시하는 다이어그램(620 및 630)을 도시한다. 캡은 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate) 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS, Acrylonitrile Butadiene Styrene)을 포함하는 플라스틱 재료로 성형될 수 있다. 캡의 색상은 Shinkawa 파란색일 수 있다.
도 7a 및 도 7b는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저에 적용가능한 장치(배터리가 있고 캡이 없는 PCB 어셈블리를 포함함)를 예시하는 다이어그램(700 및 710)을 도시한다. 도 7c 및 도 7d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 2b의 인클로저에 적용 가능한 장치(배터리가 있고 캡이 없는 PCB 어셈블리를 포함함)를 예시하는 다이어그램 720 및 730을 도시한다. PCB 어셈블리에는 지지 브래킷과 베이스도 포함된다. 도시된 바와 같이, PCB 어셈블리는 기존 센서 솔루션에 비해 전체 부피(높이 및 직경 포함)를 줄이기 위해 배터리(120) 주위를 감싼다.
도 8a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 7a 및 도 7b의 장치의 분해도를 예시하는 다이어그램(800)을 도시한다. 도 8B는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 7c 및 도 7d의 장치의 분해도를 예시하는 다이어그램(810)을 도시한다. 분해도는 각 장치의 베이스, 캡, PCB 어셈블리, 지지 브래킷, 배터리 홀더 및 배터리(120)를 포함한다. 일부 실시예에서 베이스는 비회전형 베이스다. 특정 실시예에서, 각 장치의 베이스에는 캡을 베이스에 고정하기 위한 링 개스킷(ring gasket)(도 8에는 표시되지 않음)이 포함될 수 있다.
도 9a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저에 대한 비회전형 베이스를 예시하는 다이어그램(900)을 도시한다. 도 9b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 2b의 인클로저를 위한 비회전형 베이스를 예시하는 다이어그램(910)을 도시한다. 각각의 비회전형 베이스는 진동 센서(106A) 및/또는 진동 센서(106B)에 대한 축 마킹(axis marking)을 포함한다. 축 마킹은 직사각형의 절단부 또는(rectangular cut) 고정 링 슬롯(retaining ring slot)일 수 있다. 각 비회전형 베이스에는 나사산(
Figure pct00003
) 장착 스터드도 포함되어 있다. 다른 실시예에서, 각각의 비회전형 베이스는 에폭시, 자석, 접착제 등을 사용하여 기계에 장착되도록 구성될 수 있다. 각 비회전형 베이스는 316 스테인리스강도 포함한다.
도 10은, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 2a의 인클로저를 위한 회전형 베이스를 예시하는 다이어그램(1000)을 도시한다. 회전형 베이스는 진동 센서(106A) 및/또는 진동 센서(106B)에 대한 축 마킹을 포함한다. 회전형 베이스는 너트, 로케이터 및 회전형 센서 베이스(pivoting sensor base)로 구성된다. 너트는 지지 브래킷과 PCB 어셈블리를 고정한다. 로케이터는 장치(102)가 설치되면 기계의 측정 지점 위치를 고정한다. 회전형 센서 베이스에 의해 지지 브래킷과 PCB 어셈블리가 정렬을 위해 회전될 수 있다. 도 11은, 본 개시의 실시예에 따른, 도 10의 회전형 베이스를 위한 너트, 로케이터, 및 회전형 센서 베이스를 추가로 예시하는 다이어그램(1100)을 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는, 본 개시의 실시예에 따른, 도 11의 너트, 로케이터, 및 회전형 센서 베이스의 도면을 개별적으로 도시하는 다이어그램(1200, 1210, 1220)을 도시한다. 각 컴포넌트는 타입 316 스테인리스강을 포함한다. 다른 실시예에서, 회전형 베이스는 에폭시, 자석, 접착제 등을 사용하여 기계에 장착되도록 구성될 수 있다. 도 13a 내지 도 13d는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 13d의 PCB 어셈블리의 다양한 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1300, 1310, 1320, 1330)을 도시한다. 도 13e는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리의 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1340)을 도시한다. 도 13f는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 PCB 어셈블리를 예시하는 다른 기계적 다이어그램(1350)을 도시한다. 도 13g는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 PCB 어셈블리를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1360)을 도시한다. 도 13a 내지 13g는 이전에 도 3a 내지 3g에 도시된 바와 같은 배터리 홀더를 포함한, PCB 어셈블리의 기계적 다이어그램을 도시한다. 치수는 인치로 표시된다. 도 13a는 PCB 어셈블리 및 배터리 홀더의 기계적 다이어그램의 제1 뷰를 도시한다.
도 14a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1400)을 도시한다. 도 14b는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1410)을 도시한다. 도 14c는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더의 제2 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1420)을 도시한다. 도 14d는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더의 제2 뷰를 예시하는 다른 기계적 다이어그램(1430)을 도시한다. 도 14e는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더의 제3 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1440)을 도시한다. 도 14f는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더의 제3 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1450)을 도시한다. 도 14g는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더의 제4 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1460)을 도시한다. 도 14h는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더의 제4 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1470)을 도시한다. 도 14i는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 3a 내지 도 3d의 배터리 홀더의 제5 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1480)을 도시한다. 도 14j는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 3e 내지 도 3g의 배터리 홀더의 제5 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1490)을 도시한다. 치수는 대응하여 인치와 밀리미터로 표시된다. 각 배터리 홀더는 베이스와 관련된 공간에 배터리를 고정하고 배터리 홀더에 가해지는 진동 스트레스를 줄이는 숄더를 포함한다. (도 14e 및 도 14g 참조). 각 배터리 홀더는 배터리 홀더를 누르도록 돕고 더 나은 진동 응답을 위해 PCB 어셈블리를 조이는 리빙(ribbing)을 포함한다. (도 14i 및 도 14j 참조).
도 15a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1500)을 도시한다. 도 15b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1510)을 도시한다. 도 15c는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷의 제2 뷰를 예시하는 다른 기계적 다이어그램(1520)을 도시한다. 도 15d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷의 제2 뷰를 예시하는 다른 기계적 다이어그램(1530)을 도시한다. 도 15d는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷의 제3 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1540)을 도시한다. 도 15f는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, DRAWING 4C 및 DRAWING 4D의 금속 지지 브래킷의 제3 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1550)을 도시한다. 도 15g는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷의 제4 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1560)을 도시한다. 도 15h는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4d의 금속 지지 브래킷의 제4 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1570)을 도시한다. 도 15i는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 4a 및 도 4b의 금속 지지 브래킷의 제5 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1580)을 도시한다. 도 15j는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 4c 및 도 4의 금속 지지 브래킷의 제5 뷰를 예시하는 또 다른 기계적 다이어그램(1590)을 도시한다. 치수는 해당되는 경우 인치와 밀리미터로 표시된다.
도 16a는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 9a의 비회전형 베이스의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1600)을 도시한다. 도 16b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1610)을 도시한다. 도 16c는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 9a의 비회전형 베이스의 제2 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1620)을 도시한다. 도 16d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스의 제2 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1630)을 도시한다. 도 16e는 본 개시의 실시예들에 따른 미국 시장을 위한 도 9a의 비회전형 베이스의 제3 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1640)을 도시한다. 도 16f는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스의 제3 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1650)을 도시한다. 도 16g는, 본 개시의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 9a의 비회전형 베이스의 제4 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1660)을 도시한다. 도 16h는, 본 개시의 실시예들에 따른, 일본 시장을 위한, 도 9b의 비회전형 베이스의 제4 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1670)을 도시한다. 치수는 대응하여 인치와 밀리미터로 표시된다.
미국 및 일본 시장 버전은 다른 패스너 패턴을 사용한다. 미국 시장 버전은, 부품 중앙 근처에 센싱 컴포넌트를 위치시키고 고정하는 것을 돕고 PCB를 육각 베이스(hex base)에 부착하는 데만 사용되는, 부품의 중앙 근처의 2개의 나사(screw) 위치를 가진다. 일본 시장 버전 패턴은 이러한 컴포넌트로부터 나사를 더 멀리 배치하고 등거리 4 위치 설계(equidistance four position design)를 사용한다. 일본 시장 버전 디자인의 4개 나사는 모두 PCB를 금속 지지 브래킷으로 샌드위치하므로 PCB를 육각 베이스에 배치하는 데만 사용되는 나사는 없다.
도 17a는, 본 개시 내용의 실시예들에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1700)을 도시한다. 도 17b는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 6c 및 도 6d의 캡의 제1 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1710)을 도시한다. 도 17c는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡의 제2 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1720)을 도시한다. 도 17d는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 6c 및 도 6d의 캡의 제2 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1730)을 도시한다. 도 17e는, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡의 제3 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1740)을 도시한다. 도 17F는 본 개시의 실시예에 따른 일본 시장을 위한 도 6c 및 도 6d의 캡의 제3 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1750)을 도시한다.
도 17g는, 본 개시의 실시예에 따른, 미국 시장을 위한, 도 6a 및 도 6b의 캡의 제4 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1760)을 도시한다. 도 17h는, 본 개시의 실시예에 따른, 일본 시장을 위한, 도 6c 및 도 6d의 캡의 제4 뷰를 예시하는 기계적 다이어그램(1770)을 도시한다. 치수는 대응하여 인치와 밀리미터로 표시된다.
성능 기준으로 돌아가서, 장치(102)(미국 및 일본 시장 버전)의 진동 센서(106B)는 3개의 축 각각에서 가속도 및 속도를 측정하도록 구성된다. 가속도는 밀리미터/초2로 피크 및 RMS(제곱 평균 제곱근)로 측정된다. 속도는 피크 및 RMS로 밀리미터/초로 측정된다. 측정 간격 동안 3개의 축 각각에 대해 파형이 캡처된다. 파형에서 고속 푸리에 변환(FFT, Fourier transform)이 추출된다. 주어진 주파수 대역에 대해, 해상도 라인은 800, 1600 또는 3200일 수 있다. 최대 6개의 프로그래밍 가능한 대역이 지원된다. 그 다음, 장치(102)는 RF 인터페이스를 통해 전송하기 위한 대역들의 루트 합 제곱(RSS, root sum square)을 계산한다.
장치(102)는 진동 센서(106B)를 사용하여 시간에 따라 프로그래밍된 스케줄에 따라 진동 측정을 수행하도록 추가로 구성된다. 측정 시간 간격은 사용자가 프로그래밍할 수 있다. 특정 실시예에서, 이 시간 스케줄은 1시간에 1회 내지 1일 1회의 범위일 수 있다. 그러나, 측정이 이루어지지 않는 간격 동안 진동 센서(10A)가 높은 진동을 감지하는 경우, 장치(102)는 깨어나서 측정을 수행할 것이다. 이 측정은 결과적으로 전체 값일 수도 있고 스펙트럼 및/또는 파형 측정일 수도 있다. 이 이벤트 동안 온도도 측정된다. 그 다음, 장치(102)는 RF 인터페이스(114)를 통해 업로드될 필요가 있는 측정값을 가지고 있다고 알린다. 허브(또는 다른 집계 장치)가 이 알림에 응답하면 데이터가 업로드된다. 장치(102)가 알림에 대한 응답을 수신하지 않으면, 장치(102)는 다른 언젠가 업로드되도록 데이터를 내부 플래시 메모리에 저장한다. 장치(102)의 플래시 메모리는 최대 300개의 측정값(각 축에 대해 100개)을 저장할 수 있다. 이 측정이 시간이 설정된 측정(timed measurement)이고 알림에 대한 응답이 없으면 이 측정도 내부 메모리에 저장된다. 알림 중에 허브(또는 다른 집계 장치)에 연결되어 저장된 데이터가 사용가능한 경우, 가장 최근 측정을 포함한 모든 데이터가 업로드 완료될 때까지 저장된 데이터가 FIFO(선입 선출) 순서로 전송된다.
센서에 대한 전형적인 배터리 수명 예측은 일, 주 및/또는 월의 수로 지정되었다. 이러한 지정 방식은 사용자에게 잘못된 기대를 불러일으키다. 그 이유는 실제 배터리 수명이 (1) 측정의 수행 및 전송 횟수, (2) 환경 및/또는 기계의 온도(즉, 배터리 자체 방전율은 온도에 따라 다름), 및 (3) 센서 장치가 활성화된 시간 대 유휴 상태인 시간에 의해 직접적으로 영향을 받기 때문이다. 그러나, 장치(102)는 다수의 측정 사이클로서 지정된다. 세 축을 모두 측정하려면 세 번의 측정 주기가 필요하다. 특정 실시예에서, 완전히 충전된 경우 배터리(120)는 최소 1500 측정 사이클로 평가된다. 다른 실시예에서, 완전히 충전된 경우 배터리(120)는 최소 1800 측정 사이클 동안 평가된다.
결론적으로, 전술한 장치(102)는 상태 모니터링을 위한 센서 기술에 대한 많은 개선을 제공한다. 예를 들어, PCB 어셈블리(즉, 단일 어셈블리)는 통신 인터페이스(114)와 안테나(116)를 제3 리지드 섹션(즉, 상부 수평 섹션)에 그리고 최적의 가시선 RF 전송 경로에 대해 가장 높은 지점이면서 모니터링 중인 기계에서 가장 멀리 떨어진 지점에 위치시킨다.
추가로, PCB 어셈블리는 진동 센서(106B)(예를 들어, 정밀 3축 MEMS 가속도계)에 대한 직접적인 기계적 전송 경로를 제공한다. 제1 리지드 섹션(즉, 더 낮은 수평 섹션)은 진동 센서(106B)를
Figure pct00004
장착 스터드 바로 위에 위치시킨다. 제1 리지드 섹션은 진동 센서(106B)의 양측에 위치한 2개의 나사를 사용하여 스테인리스강 베이스에 직접 장착된다. 이 배열은 기계의 상태 모니터링을 위한 최적의 진동 전달을 제공한다.
기계에서
Figure pct00005
장착 스터드 및 스테인리스강 베이스를 통한 온도 센서(108)로의 온도 전달은 PCB 어셈블리의 제1 리지드 섹션에서 구리 피드스루(feedthrough)를 사용하여 더욱 최적화된다. 이러한 배열은 온도 센서(108)를 베이스에 직접 위치시키기 위해 스테인리스강 베이스를 기계 가공할 필요를 제거한다. 베이스의 이러한 기계 가공 및 베이스에 대한 온도의 직접적인 위치 결정은 PCB 어셈블리의 제1 리지드 섹션을 휘게 할 수 있다. 이러한 휨(warping)은 또한 진동 센서(106B)로의 진동 전달의 감소를 야기할 수 있고 진동 측정의 전체 감도를 감소시킬 수 있다.
다른 개선 사항으로서, 진동 센서(106B)(예를 들어, 정밀 3축 MEMS 가속도계)를 사용한 더 넓은 주파수 범위를 포함하는 보다 정확한 측정을 하기 위해, 장치(102)가 유휴 모드에서 작동하고 더 큰 진동에서 깨어나게 하는 저전력 저감도 가속도계(즉, 진동 센서(106A))의 사용을 포함한다. 웨이크(wake) 모드는 데이터 전송을 위해 통신 인터페이스(114) 및 안테나(116)를 활성화한다. 이 듀얼 가속도계 배열은 낮은 전력 사용량을 유지하면서 지속적인 진동 모니터링을 허용한다.
추가적으로, 장치(102)는 비휘발성 플래시 메모리를 사용한다. 이와 같이, 통신 인터페이스(114)에 대한 전송 기회가 제공될 때까지 전력이 차단되고 데이터가 저장될 수 있다. 예를 들어, 장치(102)는 데이터가 기록될 때 센서 수집 허브(sensor aggregation hub) 및/또는 네트워크의 범위 내에 있지 않을 수 있다. 장치(102)가 허브 및/또는 네트워크의 범위 내로 이동되면 데이터가 전송될 수 있다. 또한 비휘발성 플래시 메모리를 사용하면 배터리가 고장난 후 기록된 데이터를 잃지 않고 교체할 수 있다.
추가 기능 및 개선 사항으로서, 진동 스펙트럼 범위, 온도 범위, 트리거 레벨, 경보 보고 등을 포함하는 특정 유형의 측정을 위해 장치(102)를 원격으로 프로그래밍하는 기능이 포함된다.
장치(102)는 먼지의 침입이 없고 강력한 물 분사로부터 보호되는 IP66 등급을 포함하는 IEC(International Electrotechnical Commission) 60529를 준수한다. 장치(102)는 또한 National Fire Protection Association(NFPA) Publication 70, National Electric Code®(NEC) in Articles 500 to 506 for Class 1, Division 2, Groups A, B, C, & D를 준수한다.
실시예가 다양한 도면의 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 다른 유사한 실시예가 사용될 수 있거나 그로부터 벗어나지 않고 동일한 기능을 수행하기 위해 설명된 실시예에 수정 및 추가가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 개시된 실시예는 임의의 단일 실시예로 제한되어서는 안 되며, 오히려 첨부된 청구범위에 따른 폭과 범위로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 인클로저 어셈블리 및 인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리를 포함하고,
    상기 인클로저 어셈블리는,
    캡;
    상기 캡과 기계적으로 결합된 베이스; 및
    상기 베이스와 기계적으로 결합되는 지지 브래킷
    을 포함하고,
    상기 PCB 어셈블리는,
    프로세서;
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 메모리
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 제1 센서;
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 제2 센서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 통신 인터페이스
    를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스이고, 상기 캡의 적어도 일부는 실질적으로 무선 주파수(RF) 트랜스페어런트인, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 장치는 설치될 때 전체적으로 2.1인치의 최대 높이 및 1.2인치의 최대 직경을 갖는 테이퍼진 실린더의 형상을 형성하는, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무선 통신 인터페이스는 BLE(Bluetooth® Low Energy) 인터페이스인, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서는 진동 센서인, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진동 센서는 가속도계 센서인, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 센서는 온도 센서인, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온도 센서는 열전대(thermocouple) 또는 서미스터(thermistor) 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    배터리 클램프를 더 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 클램프는 상기 PCB 어셈블리 상에 위치되는, 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    배터리를 더 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리가 리튬 배터리인, 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서 및 상기 메모리는 마이크로컨트롤러에 내장되는, 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 제3 센서를 더 포함하고,
    상기 제1 센서는 상기 장치의 유휴 상태에서 작동하도록 구성되고 또한 상기 장치를 활성 상태로 트리거하도록 구성된 저감도 진동 센서이고,
    상기 제2 센서는 온도 센서이며,
    상기 제3 센서는 상기 장치의 활성 상태에서 작동하도록 구성된 고감도 진동 센서인,
    장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 센서는 x축, y축 및 z축을 갖는 3축 가속도계 센서이고,
    상기 3축 가속도계 센서는 z축이 베이스의 장착 표면에 대략 수직이 되도록 배치되는,
    장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 베이스는 그 장착 표면이 기계 표면에 부착되어 기계 진동 및 기계 온도를 모니터링할 수 있도록 구성되어 있고,
    상기 베이스는 상기 지지 브래킷이 상기 장착 표면의 수직 축을 중심으로 사용자에 의해 회전될 수 있도록 구성되며,
    상기 PCB 어셈블리와 상기 3축 가속도계 센서는 상기 지지 브래킷에 대해 고정되어 있는,
    장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 베이스는 그 장착 표면에 대략 수직으로 위치된 나사산 장착 스터드를 포함하는, 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 PCB 어셈블리는 2개의 가요성 PCB 인터커넥트를 사용하여 전기적으로 연결된, 컴포넌트 배치를 위한 3개의 리지드 섹션을 포함하는, 장치.
  19. 장치를 제조하는 방법으로서,
    인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리를 기계적으로 조립하는 단계; 및
    인클로저 내에서 상기 PCB 어셈블리를 기계적으로 조립하는 단계
    를 포함하고,
    상기 PCB 어셈블리는,
    프로세서;
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 메모리;
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 제1 센서;
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 제2 센서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 연결된 통신 인터페이스
    를 포함하고,
    상기 인클로저는,
    캡;
    상기 캡과 기계적으로 결합된 베이스; 및
    상기 베이스와 기계적으로 결합된 마운트
    를 포함하는,
    방법.
  20. 장치를 기계에 설치하는 단계; 및
    통신 인터페이스를 통해 전송된 제1 센서 데이터 및 제2 센서 데이터를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 장치는 인클로저 어셈블리, 인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리 및 배터리를 포함하고,
    상기 인클로저 어셈블리는,
    캡;
    상기 캡과 기계적으로 결합된 베이스; 및
    상기 베이스와 기계적으로 결합되는 지지 브래킷
    을 포함하고,
    상기 PCB 어셈블리는,
    프로세서;
    상기 프로세서와 결합된 메모리;
    상기 프로세서와 결합된 제1 센서;
    상기 프로세서와 결합된 제2 센서; 및
    상기 프로세서와 결합된 통신 인터페이스
    를 포함하는,
    방법.
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