WO2023068856A1 - 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라 - Google Patents

방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라 Download PDF

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WO2023068856A1
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김영기
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(주)에스엠인스트루먼트
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Definitions

  • the present invention relates to a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means.
  • Registered Patent No. 10-1471299 (patent holder: SM Instruments Co., Ltd., Hyundai Motor Co., Ltd.) is a front body in which acoustic sensing parts of acoustic sensors are disposed facing forward; Acoustic sensors in which the acoustic sensing unit is exposed to the front body while being fixed to the substrate; a substrate on which acoustic sensors are mounted; an image capturing unit in which a photographing lens is exposed through the lens hole of the front body; a rear body covering the rear side of the substrate and the rear side of the image capture unit in a state where the substrate is positioned on the rear side of the front body; Disclosed is a movable acoustic camera comprising a, wherein the front body includes a front plate forming a plane, and the front plate and the substrate are disposed in parallel.
  • the microphones mounted on the substrate in an array form need to sense sound through the acoustic sensing holes, they must be exposed to the air environment to be sensed from the point of view of air transfer. At this time, the microphone and the microphone connection circuit are contacted and exposed to the air environment to be sensed.
  • the acoustic camera is installed in an easily ignitable gas environment with a high risk of explosion, the danger of explosion may occur due to power and electronic circuits of the acoustic camera.
  • Registered Patent No. 10-1213540 (Patentee: SM Instruments Co., Ltd.) is a sound sensing device configured to be mounted on a circuit board (Print Circuit Board, 20) and transmitting a signal related to sensed sound to a data collection unit; Connected to the acoustic detection device, connected to a data collection unit that samples an analog signal related to sound transmitted from the acoustic detection device, converts it into a digital signal related to sound, and transmits it to the central processing unit, and is connected to the sound transmitted from the data collection unit.
  • a central processing unit that calculates a noise level related to each acoustic sensor based on a digital signal related to the sound, and includes a display unit that displays the noise level associated with each acoustic sensor calculated in the central processing unit in color.
  • An acoustic camera using a sensor array is disclosed. In the case of an acoustic camera, since the acoustic sensor must be exposed to air, a groove is formed in front of the sensor.
  • Registered Patent No. 10-1471299 (patent holder: SM Instruments Co., Ltd., Hyundai Motor Co., Ltd.) is a front body in which acoustic sensing parts of acoustic sensors are disposed facing forward; Acoustic sensors in which the acoustic sensing unit is exposed to the front body while being fixed to the sensor substrate; a sensor substrate on which acoustic sensors are mounted; an image capturing unit in which a photographing lens is exposed through the lens hole of the front body; In a state where the sensor substrate is located on the rear side of the front body, it is configured to include a rear body that surrounds the rear side of the sensor substrate and the rear side of the image capture unit, the front body includes a front plate forming a plane, and the front plate and the sensor Disclosed is a movable acoustic camera characterized in that the substrates are arranged in parallel.
  • An object of the present invention is to provide an acoustic camera having an explosion-proof structure that limits electrical energy so that it is not ignited in a dangerous atmosphere by electric sparks, arcs, high temperatures, etc. generated when the acoustic camera is normal or malfunctioning (disconnection, short circuit, etc.).
  • an acoustic camera having a pressure-resistant explosion-proof structure in which the influence of an explosion (ignition factor) inside the housing of the acoustic camera of the present invention is not transmitted to the air or an easily ignitable gas outside the housing.
  • the present invention is to provide an acoustic camera having excellent acoustic sensing performance and having a waterproof function so that it can be installed or used outdoors instead of indoors.
  • the acoustic camera equipped with the explosion-proof means of the present invention includes acoustic sensors (M) for detecting sound waves or ultrasonic waves introduced through sound wave guide grooves (21), and a sensor substrate (20) on which the acoustic sensors (M) are mounted. And, a housing 40 located at the rear of the sensor substrate 20 and forming a built-in space (Room), and a main control unit 50 for receiving and processing sound signals generated by the acoustic sensors (M). , The main controller 50 is located in the interior space (Room) of the housing 40, and the substrate 20 for the sensor is characterized in that it is located outside the housing 40.
  • the acoustic camera equipped with the explosion-proof means of the present invention is configured to further include a barrier circuit 60 installed between the acoustic sensors M and the main controller 50, and the barrier circuit 60 is an acoustic sensor ( The acoustic signal generated in M) is transmitted to the main control unit 50, and the barrier circuit unit 60 suppresses an increase in current or voltage on the acoustic sensor M and the acoustic signal transmission line, and the barrier circuit unit 60 and the main
  • the control unit 50 is located in the interior space (Room) of the housing (40).
  • a data collection unit (FPGA, 61) is further provided between the sensor substrate 20 and the main control unit 50, and the barrier circuit unit 60 is the sensor substrate ( 20) and the data collection unit (FPGA, 61).
  • the sound camera equipped with the explosion-proof means of the present invention may further include a photographing means 30 for capturing a scene where the sensor substrate 20 is facing as an image.
  • the barrier circuit unit 60 is a sound signal transmission line (PL) or clock for transmitting the sound signal (PDM, pulse density module signal) generated by the acoustic sensor (M).
  • PDM sound signal
  • PDM pulse density module signal
  • the barrier circuit unit 60, the first acoustic sensor M1 via the first acoustic signal transmission line PL_sub1, the acoustic signal common transmission line PL _common), and the second acoustic sensor (M2) is connected to the acoustic signal common transmission line (PL_common) via the second acoustic signal transmission line (PL_sub2), and the first acoustic sensor ( M1) is connected to the acoustic signal common transmission line (CL_common) via the first clock signal transmission line (CL_sub1), and the second acoustic sensor M2 is connected to the second clock signal transmission line (CL_sub1). 2) is connected to the clock signal common transmission line (CL_common).
  • the sound signal common transmission line includes a resistance installation unit (PL_common 1) in which a resistor 60a is installed to suppress a current rise, and a zener diode (zener diode, 60c) to suppress a voltage rise. ) is installed, and a fuse installation unit (PL_common 3) is installed with fuses 60b for blocking overcurrent.
  • Acoustic sensors (M) mounted on the sensor substrate 40 are arranged to have a separation distance of 1.5 mm or more from each other.
  • the distance between the sound signal transmission line (PL) and the clock signal transmission line (CL) is 1.5 mm or more, and between one sound signal common transmission line (PL_common) and another sound signal common transmission line (CL_common). It is preferable that the separation distance of is 1.5 mm or more.
  • the separation distance between any one fuse and the other fuse among the plurality of fuses 60b is 10 mm or more.
  • the housing 40 includes a front partition wall portion 41 located behind the sensor board 20, and the housing 40 is an internal space blocked from the outside.
  • the sensor board 20 including the rear wall portion 42, the side wall portion 43, and the front partition wall portion 41 forming a room and having the acoustic sensor M mounted thereon is outside the housing 40. It is preferable to be located in front of the front partition 41 (outside the interior space).
  • the acoustic camera equipped with the explosion-proof means of the present invention further includes a front body 10 equipped with a plurality of sound wave introduction holes 11 for inducing sound waves or ultrasonic waves to reach the acoustic sensor M. desirable.
  • the front partition wall portion 41 has an imaging hole 41a, the imaging hole 41a is closed with a transparent tempered glass 35, and the imaging means 30 It is preferable to be located behind the tempered glass 35 and in the interior space of the housing 40 .
  • the acoustic camera equipped with the waterproof means of the present invention detects sound waves or ultrasonic waves introduced through the front body 10 provided with sound wave inlet holes 11 and the sound wave inlet holes 11 or the sound wave guide grooves 21.
  • the waterproof means portion 90 includes a sound wave permeable waterproof membrane 91 that shields the sound wave inlet hole 11 in the lateral direction to prevent water from penetrating, and the sound wave
  • the position of the permeable waterproof membrane 91 is the front of the front body 10, the midpoint of the sound wave inlet hole 11 (the point between the front and rear ends of the sound wave inlet hole 11), or the front body 10. It is characterized in that it is provided between the rear surface and the front surface of the sensor substrate 20.
  • the width or diameter of the front side (exposure side) of the sound wave inlet hole 11 is larger than that of the rear side (substrate side), and the rear side (substrate side) ) to the front side (exposed side), it is characterized in that it is composed of an expandable shape in which the cross-sectional area continuously widens.
  • the waterproof means part 90 is formed by a sound wave permeable waterproof membrane 91 that horizontally shields the sound wave inlet hole 11 and the rear surface of the front body 10 or above.
  • a counter bore 96 formed stepwise from the rear surface of the front body 10 is further formed at the sound wave inlet hole 11, and the waterproof means part 90 is It is placed in a counter bore (96), and the first adhesive layer (92) is in contact with the bottom surface of the counter bore (96).
  • the thickness of the sound wave permeable waterproof membrane 91 of the waterproof means portion 90 is 0.005 to 0.02 mm.
  • the waterproof means portion 90 is located on the rear side of the sponge layer 94 (opposite to the first adhesive layer 92), and the front surface of the sensor substrate 20 It is characterized in that the second adhesive layer 95 attached to is further provided.
  • the depth of the counter bore (96) is characterized in that 0.2 ⁇ 2mm.
  • the acoustic camera equipped with the waterproofing means of the present invention further includes an upper protruding cover part 12 fixed to the upper part of the front body 10 or the housing 40 and protruding more forward than the front surface of the front body 10. It is characterized by doing.
  • an acoustic camera having an explosion-proof structure that limits electrical energy so that it is not ignited in a dangerous atmosphere by an electric spark, an arc, or a high temperature generated when the acoustic camera is normal or when it malfunctions (disconnection, short circuit, etc.) is provided.
  • an acoustic camera having a pressure-resistant explosion-proof structure in which the influence of an explosion (ignition factor) inside the acoustic camera housing is not transferred to air or an easily ignitable gas outside the housing.
  • an acoustic camera having excellent sound sensing performance and having a waterproof function is provided so that it can be installed or used in a mobile environment instead of indoors.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial configuration diagram of an acoustic camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a sound camera equipped with an explosion-proof means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a plan view of a first barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is a bottom view of a first barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • 5A is a plan view of a second barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • 5B is a bottom view of a second barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a detailed view of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a detailed view of a separation distance of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8a is a bottom perspective view of a sound camera equipped with an explosion-proof means according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8b is an external front view of a sound camera equipped with an explosion-proof means according to an embodiment of the present invention.
  • 8C is an external rear view of a sound camera equipped with an explosion-proof means according to an embodiment of the present invention.
  • 9A is a cross-sectional view of epoxy molding according to an embodiment of the present invention.
  • 9B is a detailed cross-sectional view of epoxy molding according to an embodiment of the present invention.
  • 9C is a detailed cross-sectional view illustrating a configuration of a pin header of epoxy molding according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a detailed view of a sensor substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 (a, b, c, d) are detailed views of the front body according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an external view of a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a conceptual explanatory diagram of a sound camera equipped with an explosion-proof means according to an embodiment of the present invention.
  • 15A is a performance result diagram (power waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 according to the present invention is applied.
  • 15B is a performance result diagram (PDM, sound signal waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 of the present invention is applied.
  • PDM performance result diagram
  • 16A is a performance result diagram (clock signal waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 of the present invention is applied.
  • 16B is a performance result diagram (acoustic signal FFT waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 of the present invention is applied.
  • 17A is a cross-sectional detailed view of a waterproofing unit according to an embodiment of the present invention (before being pressed by a substrate and after being pressed by a substrate).
  • 17(b, c) are views (cross-sectional view, detailed cross-sectional view) of a front body, a waterproofing unit and a substrate according to one embodiment of the present invention (sound wave introduction hole + waterproofing unit).
  • 17(d, e) are views (cross-sectional view, detailed cross-sectional view) of a front body, a waterproofing unit and a substrate according to an embodiment of the present invention (sound wave introduction hole + counter bore + waterproofing unit).
  • Figure 17f is a front body, waterproofing means and substrate bonding diagram (a: before being pressed by the substrate, b: to the substrate) according to an embodiment of the present invention (sound wave inlet hole + counter bore + waterproofing means) after being pressed by
  • 19 is an explanatory diagram of an acoustic performance test method for an acoustic camera according to the present invention.
  • Example 20 shows a comparative example of the present invention (extended sound wave inlet hole, no waterproof membrane), Example 1 (with expandable sound wave inlet hole + waterproof membrane, no counter bore), Example 2 (extended sound wave inlet hole + waterproof membrane + counter bore) is a graph (a: SNR, b: MSL, c: BW) of acoustic performance test results.
  • 21 is a scene diagram of an immersion performance test for an acoustic camera equipped with a waterproofing means of the present invention.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial configuration diagram of an acoustic camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a sound camera equipped with an explosion-proof means according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means is an acoustic sensor for detecting sound waves introduced through sound wave guide grooves 21.
  • M a sensor board 20 on which the acoustic sensors M are mounted, a photographing means 30 for capturing a scene toward which the sensor board 20 is facing, and a sensor board 20 Located at the rear of the housing 40 to form an internal space (Room) and to embed the main control unit 50 and the calculation processing unit 13 in the formed internal space (Room), and the sound generated by the acoustic sensors (M) It includes a main controller 50 that receives and processes a signal (eg, PDM signal, Pulse Density Module).
  • a signal eg, PDM signal, Pulse Density Module
  • the sound wave inlet hole 11 may be configured in an extended shape in which the width (or diameter) of the exposed portion is wider than the width (or diameter) of the adjacent portion of the sensor substrate 20. .
  • the sound wave guide groove 21 is composed of a groove dug in the sensor board 20 and the acoustic sensor M attached to the rear end of the sensor board 20 .
  • a data collection unit (FPGA) 61 is further provided between the sensor substrate 20 and the main control unit 50.
  • the barrier circuit unit 60 is provided between the sensor board 20 and the data collection unit 61 (FPGA).
  • the calculation processing unit 13 placed in the interior space (Room) of the housing 40 is connected to the main control unit 50 and each other.
  • the sensor board 20 and the barrier circuit unit 60 are connected to each other by a molding connector 22 .
  • An acoustic camera equipped with an explosion-proof means or waterproof means includes a housing 40 and a terminal part 70 connected to a front body 10 by a molding connector 22.
  • the terminal unit 70 includes a terminal block 71 , a line bushing 72 , and a cable connector 74 .
  • a line bushing (72) is connected to a splitter (73) located in the main controller (50).
  • the data collection unit 61 collects acoustic (sonic or ultrasonic) signals sensed by the acoustic sensors M through the sensor substrate 20 .
  • the main control unit 50 calculates at least one acoustic parameter (eg, a beam power level at a point on a virtual plane) required for sound field visualization based on the acoustic signal of the data collection unit 61. .
  • at least one acoustic parameter eg, a beam power level at a point on a virtual plane
  • the main controller 50 performs beam forming.
  • the main control unit 50 converts the generated acoustic parameter into a color image and overlaps the optical image image generated by the photographing means 30 with the acoustic color image generated by calculating the acoustic signal to generate an optical and acoustic superimposed image. do.
  • the data collection unit 61 and the main control unit 50 are placed in a space (interior chamber) formed by the housing 40.
  • the main controller 50 among the frequency bands analyzed and processed (beam forming and sound field visualization) by the main controller 50, at least some frequencies belong to the range of 200 Hz to 100 KHz.
  • At least some frequencies are 10 KHz to 30 KHz It is desirable to fall within the range.
  • the acoustic camera equipped with an explosion-proof means has a barrier circuit installed between the acoustic sensors M and the main control unit 50 ( 60) is further included.
  • the barrier circuit section 60 suppresses an increase in current and voltage on an acoustic signal (eg, PDM signal) transmission line and a clock signal transmission line from the acoustic sensor M.
  • an acoustic signal eg, PDM signal
  • the barrier circuit unit 60 transmits the acoustic signal generated by the acoustic sensor M to the main controller 50.
  • the barrier circuit unit 60 and the main control unit 50 are located in the interior space (Room) of the housing 40 .
  • the clock signal proceeds from the data collection unit (FPGA, 61) to the acoustic sensor (M).
  • An acoustic signal (eg, a PDM signal) is transmitted from the acoustic sensor M toward the data collection unit FPGA 61 .
  • the intrinsically safe explosion-proof structure is an explosion-proof structure that limits electrical energy so that it is not ignited in a dangerous atmosphere by electric sparks, arcs, or high temperatures generated during normal and fault conditions.
  • the intrinsically safe explosion-proof structure is characterized by designing in consideration of failure conditions of equipment.
  • the explosion-proof camera is configured only as explosion-proof, there is a problem in that sound is not transmitted to the acoustic sensor.
  • a barrier circuit 60 is positioned between the acoustic sensor M and the data collection unit FPGA 61 .
  • the barrier circuit unit 60 passes normal low-energy signals and passes abnormally high-energy signals within a permissible range in the dangerous area.
  • the voltage is limited using a double or triple zener diode 60c constituting the barrier circuit 60, and the current is limited using a resistance 60a.
  • a fuse 60b is used to cut off abnormal power that is difficult for the zener diode 60c to handle.
  • FIG. 4A is a plan view of a first barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is a bottom view of a first barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • 5A is a plan view of a second barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • 5B is a bottom view of a second barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • the barrier circuit unit 60 includes a sound signal transmission line (PL) or a clock (CLK) for transmitting the sound signal (pulse density module signal (PDM)) generated by the sound sensor (M). ) On the clock signal transmission line (CL) that transmits the signal, a resistance (60a) for suppressing a current rise, a zener diode (60c) for suppressing a voltage rise, and a fuse (fuse, for blocking overcurrent) 60b).
  • PL sound signal transmission line
  • CLK clock
  • a resistance (60a) for suppressing a current rise a zener diode (60c) for suppressing a voltage rise
  • a fuse fuse, for blocking overcurrent
  • the barrier PCB area of the barrier circuit unit includes a first PCB area and a second PCB area.
  • the first PCB area includes a resistance 60a, a zener diode 60c, a fuse 60b, and an opto-coupler 60d
  • the second PCB area includes an opto-coupler -coupler, 60d) is included.
  • FIG. 6 is a detailed view of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a detailed view of a separation distance of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • the first microphone M1 of the barrier circuit unit 60 is connected to the sound signal common transmission line PL_common via the first sound signal transmission line PL_sub1
  • the second microphone M2 is connected to the sound signal common transmission line PL_common via the second sound signal transmission line PL_sub2.
  • the first microphone (M1) is connected to the sound signal common transmission line (CL_common) via the first clock signal transmission line (CL_sub1)
  • the second microphone (M2) is connected to the second clock signal transmission line ( It is connected to the clock signal common transmission line (CL_common) via CL_sub2).
  • the acoustic signal common transmission line includes a resistance installation unit (PL_common 1) in which a resistance 60a is installed to suppress a current rise, and a voltage rise to be suppressed. and a fuse installation unit (PL_common 3) in which an electronic element (for example, a zener diode, 60c, PL_common 2) and a fuse 60b for overcurrent blocking are installed.
  • PL_common 1 a resistance installation unit
  • PL_common 3 in which an electronic element (for example, a zener diode, 60c, PL_common 2) and a fuse 60b for overcurrent blocking are installed.
  • the clock signal common transmission line (CL_common) is connected to the resistor installation unit (CL_common 1) in which a resistor (60a) is installed and the zener diode installation unit (CL_common 2) in which a zener diode (60c) is installed.
  • a fuse installation part (CL_common 3) in which a fuse (fuse, 60b) is installed is included.
  • one resistance 60a may be installed on each of the sound signal transmission line PL_sub1 and the second sound signal transmission line PL_sub2.
  • Two zener diodes (60c) are installed in the zener diode installation part (PL_common_2).
  • FIG. 7 is a detailed view of a separation distance of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a detailed view of a sensor substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic sensors M mounted on the sensor substrate 20 are preferably arranged to have a separation distance of 1.5 mm or more (exceeding) from each other.
  • the distance between the sound signal transmission line PL and the clock signal transmission line CL is 1.5 mm or more, and one sound signal common transmission line (PL_common) and another sound signal common transmission line
  • the separation distance between the transmission lines (CL_Common) is preferably 1.5 mm or more.
  • the separation distance between one fuse 60b and the other fuse 60b is 10 mm or more.
  • the power of the acoustic sensors (M) is 3.3 V.
  • 9A is a cross-sectional view of epoxy molding according to an embodiment of the present invention.
  • 9B is a detailed cross-sectional view of epoxy molding according to an embodiment of the present invention.
  • 9C is a detailed cross-sectional view illustrating a configuration of a pin header of epoxy molding according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a detailed view of a sensor substrate according to an embodiment of the present invention.
  • a molding connector 22 connects the housing 40 and the front body 10.
  • the molding connector (22) is epoxy coated (epoxy coating, 23), has excellent electrical insulation safety, has high thermal conductivity and a low expansion coefficient.
  • a molding connector 22 includes a pin header 24 .
  • Pin headers 24 are inserted into pin header insertion parts 25 located on both sides of the sensor substrate 20 .
  • FIG. 4A is a plan view of a first barrier PCB area of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a detailed view of a barrier circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a detailed view of a sensor substrate according to an embodiment of the present invention.
  • 10 to 300 (N) acoustic sensors M may be provided.
  • a common acoustic signal transmission line (CL_common) and a common clock signal transmission line (CL_common) 56 (N/2) are respectively provided.
  • FIG. 12 is an external view of a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • the housing 40 is the sensor substrate 20 It includes a front partition wall portion 41 located at the rear.
  • the housing 40 includes a rear wall portion 42 , a side wall portion 43 , and a front partition wall portion 41 forming a built-in space blocked from the outside.
  • the sensor substrate 20 on which the acoustic sensor M is mounted is located in front of the front partition wall portion 41 outside the housing 40 (outside the built-in space).
  • the front partition wall portion 41 has an imaging hole 41a.
  • the imaging hole 41a is closed with a transparent tempered glass 35.
  • the photographing unit 30 is located behind the tempered glass 35 and in the interior space of the housing 40 .
  • the housing partition walls 41, 42, and 43 are characterized by having a pressure-resistant explosion-proof structure.
  • the explosion-proof structure does not cause ignition even if an explosion occurs inside the housing 40.
  • high-voltage equipment such as a data collection unit (FPGA, 61), a main control unit 50, and a splitter (73) are built into the case of the explosion-proof structure.
  • the photographing means 30 is also located inside the housing 40 and is designed as an explosion-proof structure, even if the photographing means 30 explodes, it does not cause ignition.
  • a plurality of cables of the explosion-proof structure are characterized in that they are threaded and molded.
  • a molding connector 22 connects the sensor substrate 20 and the housing 40 .
  • molding connector 22 facing the acoustic sensor M of the front body 10 is located on the outer side in the radial direction with respect to the central axis, and facing the barrier circuit unit 60. Molding connector 22 The other end of ) is characterized in that it is located on the inner side of the radial direction with respect to the central axis.
  • the inside of the molding connector (22) is characterized by having an epoxy molding structure in response to an explosion as an embodiment of a pressure-resistant explosion-proof structure.
  • the epoxy molding structure plays a role in preventing exploding residues from leaking out.
  • the pressure-resistant explosion-proof structure means a structure designed so that the explosion flame does not propagate to the outside of the container while enduring the pressure of the explosion.
  • the pressure-resistant explosion-proof structure is an explosion-proof structure that recognizes an explosion inside the container, and recognizes an ignition source inside the container.
  • the standard of the device temperature class (T) means the surface temperature of the outside of the container, and changes in the shape, arrangement, volume, etc. of the internal parts of the device can affect the explosion pressure.
  • Fluctuations in calorific value according to electrical ratings of internal components of the device may affect the temperature rating of the device.
  • FIG 11 are detailed views of the front body according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an external view of a sound camera equipped with an explosion-proof means according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic camera provided with the explosion-proof means or the waterproof means has a plurality of sound wave inlet holes for inducing sound waves or ultrasonic waves to reach the acoustic sensor M. It is preferable to further include a front body 10 equipped with (11).
  • the width (or diameter) of the exposed portion may be the same as the width (or diameter) of the portion adjacent to the sensor.
  • it may be configured in an expandable shape in which the cross-sectional area becomes wider as it goes from the sensor adjacent portion to the outer exposed portion.
  • the front body 10 may be formed of a plastic or metal material, and after being produced in the form of injection, etc., the sound wave inlet hole 11 may be formed by cutting, punching, or processing. As shown in FIGS. 11A and 12 , one of the horizontal and vertical sizes of the front body 10 is in the range of 5.0 to 50 cm.
  • the range of 5.0 to 50 cm is suitable, and more preferably about 7.5 to 35 cm is preferred from the viewpoint of mobility.
  • the front body 10 is made of plastic or metal material and has a plane or a convex curved surface shape toward the exposure side, and the sound wave inlet hole 11 is the front body ( 10), 10 to 300 are provided in a shape penetrating.
  • One sound wave inlet hole 11 of the front body 10 and one sound wave guide groove 21 of the sensor substrate 20 face each other at corresponding positions and are coupled in communication.
  • the number of sound wave inlet holes 11 is preferably 10 to 300. If the number is less than 10, the separation distance between the sensors on the substrate of the same size increases and the upper limit of the frequency that can visualize the sound field is limited.
  • the handling data processing amount increases more than necessary, and the number of sensors in the actual 10 ⁇ 20cm acoustic (ultrasound) camera is larger than necessary, which causes installation problems when considering the distance between sensors.
  • 10 to 300 are preferable, and about 20 to 100 are more preferable in an acoustic or ultrasonic camera in the range of 5.0 to 50 cm.
  • the plurality of acoustic sensors M are integrally mounted on the rigid or flexible sensor substrate 20, and as the front body 10 and the sensor substrate 20 are integrally coupled, one sound wave inlet hole is formed. (11) One acoustic sensor M is located on the inside so as to correspond to each.
  • An acoustic camera equipped with an explosion-proof means targets gas group IIC, and gas group IIC is composed of gas vapor and acetylene hydrogen.
  • 15A is a performance result diagram (power waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 according to the present invention is applied.
  • 15B is a performance result diagram (PDM, sound signal waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 of the present invention is applied.
  • PDM performance result diagram
  • 16A is a performance result diagram (clock signal waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 of the present invention is applied.
  • 16B is a performance result diagram (acoustic signal FFT waveform) of an acoustic camera to which the barrier circuit of FIG. 6 of the present invention is applied.
  • the original resultant diagram shows signal waveforms in the case where no barrier circuit exists.
  • the resulting diagram of the barrier circuit shows a signal waveform when the barrier circuit unit 60 is applied.
  • Increased safety refers to a structure with increased safety against mechanical, electrical and temperature rise in order to prevent the occurrence of electric sparks, arcs or high-temperature parts.
  • the temperature grade is based on the maximum surface temperature inside and outside the container, the rated load at the start of the device, and the limit temperature of the overload and insulation winding.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • 8C is an external rear view of an acoustic camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • the cable connector 74 of the terminal unit includes a system connector 81 and a heater power supply connector 82 .
  • the terminal part plays a role of increased safety, and for this purpose, the terminal block 71 is characterized in that it satisfies the standard of increased safety.
  • the terminal block (71) serves to prevent the high-voltage cable constituting the explosion-proof structure from being exposed to the outside.
  • the terminal unit 70 is characterized in that the distance between parts is far apart.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an external view of a sound camera equipped with an explosion-proof means or a waterproof means according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic camera equipped with a waterproof means includes a front body 10, a sound wave inlet hole 11, a sensor substrate 20, and a photographing means ( 30), a housing 40, and a waterproof unit 90.
  • the housing 40 may further include an upper protruding cover portion 12 protruding more forward than the front surface of the front body 10.
  • the front body 10 is provided with a plurality of sound wave inlet holes 11 for inducing sound waves or ultrasonic waves to reach the acoustic sensor (M).
  • the acoustic sensor (M) detects sound waves introduced through the sound wave introduction hole 11 of the front body 10 in a state fixed to the sensor substrate 20 .
  • Acoustic sensors M are mounted on the sensor substrate 20 .
  • the photographing unit 30 photographs a scene in which the front body 10 is facing.
  • the photographing means 30 includes an optical lens for imaging, and the optical lens is optically exposed toward the front through the imaging hole 41a located in the center of the front body 10, so that image capture is possible. It is done.
  • the housing 40 covers the rear of the sensor substrate 20 and the front body 10 in a state where the sensor substrate 20 is positioned on the rear side of the front body 10. cover
  • the waterproof unit 90 blocks water from reaching the acoustic sensor M or the sensor substrate 20 through the sound wave inlet hole 11 .
  • the housing 40 may have a hollow cylindrical shape constituting a body.
  • the data collection unit 61 and the calculation processing unit 13 are placed in the interior space (Room) formed by the front body 10 and the housing 40.
  • At least some frequencies belong to the range of 200 Hz to 100 KHz.
  • At least some frequencies are 10 KHz to 30 KHz It is desirable to fall within the range.
  • FIG. 11 (a, b, c) are detailed views of the front body according to an embodiment of the present invention.
  • the sound wave inlet hole 11 has a width or diameter on the front side (exposed side) that is larger than that on the rear side (substrate side), and on the rear side (substrate side). It includes an expandable shape in which the cross-sectional area continuously widens toward the front side (exposure side).
  • the sound wave inlet holes 11 may be configured so that the width (or diameter) of the exposed portion is the same as the width (or diameter) of the portion adjacent to the sensor.
  • it includes an expandable shape in which the cross-sectional area is widened from the sensor adjacent portion to the outer exposed portion.
  • the front body 10 may be formed of a plastic or metal material, and after being produced in the form of injection, etc., the sound wave inlet hole 11 may be formed by cutting or punching.
  • one of the horizontal size or vertical size of the front body 10 is present in the range of 5.0 to 50 cm.
  • the range of 5.0 to 50 cm is suitable, and more preferably about 7.5 to 35 cm is preferred from the viewpoint of mobility.
  • FIG 11 are detailed views of the front body according to an embodiment of the present invention.
  • the front body 10 is made of plastic or metal material and has a plane or a curved surface convex to the exposed side, and the sound wave inlet hole 11 penetrates the front body 10. 10 to 300 are provided, and one acoustic sensor M is disposed in one sound wave inlet hole 11.
  • the number of sound wave inlet holes 11 is preferably 10 to 300, but if the number is less than 10, the separation distance between the sensors on the substrate of the same size increases and the upper limit of the frequency that can visualize the sound field is limited.
  • the handling data processing amount increases more than necessary, and the number of sensors in the actual 10 ⁇ 20cm acoustic (ultrasonic) camera is larger than necessary, which causes installation problems when considering the distance between sensors.
  • 10 to 300 are preferable, and about 20 to 100 are more preferable in an acoustic or ultrasonic camera in the range of 5.0 to 50 cm.
  • Figure 11d is a configuration diagram of the front body and substrate assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the front body 10 and the sensor substrate 20 are integrally formed by assembling means. According to the coupling, one acoustic sensor M is positioned so as to correspond to each inside the sound wave inlet hole 11 .
  • 17A is a detailed cross-sectional view of a waterproofing unit according to an embodiment of the present invention (before and after being pressed by a substrate).
  • 17(b, c) are views (cross-sectional view, detailed cross-sectional view) of a front body, a waterproofing unit and a substrate according to one embodiment of the present invention (sound wave introduction hole + waterproofing unit).
  • 17(d, e) are views (cross-sectional view, detailed cross-sectional view) of a front body, a waterproofing unit, and a substrate according to an embodiment (sound wave introduction hole + counter bore + waterproofing unit) of the present invention.
  • 17F is a view of the front body, the waterproofing means and the board coupling (a: before being pressed by the board, b: after being pressed by the board) according to an embodiment of the present invention (sound wave inlet hole + counter bore + waterproofing means) am.
  • FIGS. 18(a, b) are configuration diagrams (a: before attaching the waterproof means, b: after attaching the waterproof means) of the front body and the back of the body according to one embodiment (sound wave inlet hole + counter bore + waterproof means).
  • the waterproofing unit 90 shields the sound wave inlet hole 11 in the transverse direction so that water does not penetrate through the sound wave inlet hole 11. It includes a sound wave permeable waterproof membrane 91.
  • Sound waves pass through the sound wave permeable waterproof membrane 91 and are transmitted in the direction of the substrate, but water cannot penetrate the sound wave permeable waterproof membrane 91 .
  • the sound wave permeable waterproof membrane 91 may be located on the front side of the front body 10 or at a midpoint of the sound wave inlet hole 11 (a point between the front end and the rear end of the sound wave inlet hole).
  • the inner wall portion forming the sound wave inlet hole 11 is separately manufactured to form the sound wave inlet waterproof membrane 91 It can be manufactured in a way to assemble after inserting.
  • Acoustic sensors M attached to the sensor substrate 20 are located facing each other at positions corresponding to the sound wave inlet holes 11 and the waterproof means 90 .
  • the waterproof unit 90 may include a sound wave permeable waterproof membrane 91 , a first adhesive layer 92 , and a sponge layer 94 .
  • the first adhesive layer 92 is located on the periphery and front side of the sound wave permeable waterproof membrane 91 and comes into contact with the rear surface of the front body 10 .
  • the sponge layer 94 is attached to the rear side periphery of the sound wave permeable waterproof membrane 91 (opposite to the first adhesive layer), and is in contact with the front surface of the sensor substrate 20 to pressurize the sensor substrate 20. It includes a material that is pressed by and compressible.
  • the waterproof unit 90 is a second adhesive layer 95 attached to the front surface of the sensor substrate 20 on the rear side of the sponge layer 94 (opposite to the first adhesive layer 92). ) may be further provided.
  • the sponge layer 94 is attached to the front surface of the sensor substrate 20 by the second adhesive layer 95 . It is preferable that the sound wave permeable waterproof membrane 91 of the waterproof means portion 90 has a thickness of 0.005 to 0.02 mm.
  • a counter bore 96 is further formed by digging stepwise from the rear surface of the front body 10 of the acoustic camera equipped with the waterproofing means.
  • the waterproofing means 90 is placed in a counter bore 96.
  • the periphery of the sound wave permeable waterproof membrane 91 is attached to the bottom surface of the counter bore 96 by the first adhesive layer 92 .
  • the counter bore 96 is formed on the opposite side of the sound wave inlet hole 11 formed in the front, that is, in the rear side of the front body 10 toward the front side. It may be a flat cylindrical groove.
  • a counter bore (96) communicates with the rear of the sound wave introduction hole (11).
  • the counter bore 96 provides a space in which the waterproof unit 90 is placed and provides convenience in installing the waterproof unit 90 .
  • the step of the counter bore 96 prevents the watertight means 90 from coming off in the lateral direction.
  • the waterproofing means 90 When placed in the counter bore 96, the sponge layer 94 protrudes rearwardly higher than the rear surface of the counter bore 96.
  • the front surface of the sensor substrate 20 is coupled to the front body 10 while pressing the sponge layer 94.
  • the depth of the counter bore (96) is preferably 0.2 to 2 mm.
  • the waterproof unit 90 may deviate in the lateral direction, and when the depth of the counter bore 96 exceeds 2 mm, the waterproof unit 90 ) is larger than necessary.
  • the depth of the counter bore 96 is 0.45 mm, and the total height of the waterproof means 90 including the sponge layer 94 is 0.66 mm.
  • the sponge layer 94 has restoring force while being pressed by 0.21 mm by the pressure of the sensor substrate 20 .
  • the sponge layer 94 adheres the periphery of the sound wave permeable waterproof membrane 91 to the bottom surface of the counter bore 96 or the rear surface of the front body 10.
  • the pressurized sponge layer 94 having resilience presses the rear periphery of the sound wave permeable waterproof membrane 91, the front periphery of the sound wave permeable waterproof membrane 91 and the rear surface (or counter bore) of the front body 10 (bottom surface of the counter bore, 96) is blocked from inflow of water through the gap between them.
  • 19 is an explanatory diagram of an acoustic performance test method for an acoustic camera according to the present invention.
  • Example 20 (a, b, c) is a comparative example of the present invention (extended sound wave inlet hole, no waterproof membrane), Example 1 (with expandable sound wave inlet hole + waterproof membrane, no counter bore), and Example 2 (expanded sound wave inlet hole) It is a graph (a: SNR, b: MSL, c: BW) of acoustic performance test results for inlet hole + waterproof membrane + counter bore).
  • the signal-to-noise ratio measurement result (SNR) for each frequency in general, is judged to be excellent when the signal-to-noise ratio of the sensor is high, and a sensor or array having a higher SNR can measure smaller sounds.
  • the acoustic camera equipped with a waterproof means in the case of SNR performance, generally exhibits the same array sensor performance as the conventional acoustic camera without a waterproof means attached, and is equal to or higher than 20 kHz. It was confirmed that it exhibited higher performance.
  • the maximum side lobe level measurement result (MSL) for each frequency is one of the representative performance indicators of an array sensor, and the higher the MSL, the better the performance for simultaneously discriminating noise sources of various sizes.
  • the acoustic camera equipped with a waterproof means according to an embodiment of the present invention has no significant difference in terms of performance from the conventional acoustic camera without a waterproof means attached. .
  • 21 is a scene diagram of an immersion performance test for an acoustic camera equipped with a waterproofing means of the present invention.
  • 22a to 22c are a water spray waterproof test method and result diagram (spray scene, internal confirmation scene after test, certified test report) for a sound camera equipped with a waterproof means of the present invention.
  • FIGS. 22A to 22C it is a water spray waterproof test and results (spray scene, internal confirmation scene after test, certified test report) for the acoustic camera equipped with the waterproof means of the present invention.
  • the water spray test conditions are as follows.
  • Center of water flow a circle of about 40 mm, 2.5 m away from the nozzle
  • Test time 1 minute per 1 m 2 of enclosure surface area, minimum test time 3 minutes (test time: 3 minutes) As shown in FIG. 22B, as a result of the water spray test, it was confirmed that water did not permeate the sensor substrate 20.

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는, 음파를 감지하는 음향 센서(M)들과 음향 센서(M)들이 장착되는 센서용 기판(20)과 촬영 수단(30)과 메인 제어부(50)를 내장하는 하우징(40)과 음향 신호(PDM, pulse density module 신호)를 수신하여 처리하는 메인 제어부(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는, 전방 몸체(10)와 음파 또는 초음파를 감지하는 음향 센서(M)들과, 음향 센서(M)들이 장착되는 센서용 기판(20)과, 촬영 수단(30)과, 전방 몸체(10)의 후방을 커버하는 하우징(40)과, 물이 음향 센서(M) 또는 센서용 기판(20)에 도달하는 것을 방지하는 방수 수단부(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 관한 것이다.

Description

방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라
본 발명은 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 관한 것이다.
등록특허 제10-1471299호(특허권자: (주)에스엠인스트루먼트, (주)현대자동차)는 음향 센서들의 음향감지부가 전방을 향하게 배치되는 전방 몸체와; 기판(substrate)에 고정된 상태에서 음향 감지부가 전방 몸체에 노출되는 음향 센서들과; 음향 센서들이 장착되는 기판과; 전방 몸체의 렌즈홀을 통하여 촬영 렌즈가 노출되는 영상 촬영부와; 전방 몸체의 후면측에 기판이 위치된 상태에서 기판의 후측과 영상 촬영부의 후측을 감싸는 후방 몸체; 를 포함하여 구성되고, 전방 몸체는 평면을 이루는 전방판을 포함하고, 전방판과 기판은 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 이동식 음향 카메라를 개시한다.
기판에 어레이 형태로 장착되는 마이크로폰은 음향 감지홀을 통하여 소리를 감지해야 하기 때문에 공기 전달의 관점에서 감지 대상 공기 환경에 노출되어야 한다. 이때 마이크로폰 및 마이크로폰 연결회로가 함께 감지 대상 공기 환경에 접촉, 노출된다. 음향 카메라가 폭발의 위험이 높은 발화 용이 가스 환경에 설치되는 경우 음향 카메라의 전력, 전자 회로 등에 의해 폭발의 위험이 생길 수 있다.
등록특허 제10-1213540호(특허권자: (주)에스엠인스트루먼트)는, 회로기판(Print Circuit Board, 20)에 탑재하여 구성되고 감지된 음향에 관한 신호를 데이터 수집부로 송신하는 음향 감지장치와; 음향 감지장치와 연결되고, 음향 감지장치로부터 송신된 음향에 관한 아날로그 신호를 샘플링하여 음향에 관한 디지털 신호로 변환하고 이를 중앙 처리부로 송신하는 데이터 수집부와 연결되고, 데이터 수집부로부터 송신된 음향에 관한 디지털 신호를 기초로 각 음향 센서와 관련 소음 레벨을 계산하는 중앙 처리부와 연결되고, 중앙 처리부에서 계산된 각 음향 센서와 관련된 소음 레벨을 색상으로 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음향 센서 어레이를 이용한 음향 카메라를 개시한다. 음향 카메라의 경우 음향 센서가 공기 중에 노출되어야 하기 때문에 센서의 전방에 홈이 형성되어 있다.
등록특허 제10-1471299호(특허권자 : (주)에스엠인스트루먼트, (주)현대자동차)는 음향 센서들의 음향 감지부가 전방을 향하게 배치되는 전방 몸체와; 센서용 기판에 고정된 상태에서 음향 감지부가 전방 몸체에 노출되는 음향 센서들과; 음향 센서들이 장착되는 센서용 기판과; 전방 몸체의 렌즈홀을 통하여 촬영 렌즈가 노출되는 영상 촬영부와; 전방 몸체의 후면측에 센서용 기판이 위치된 상태에서 센서용 기판의 후측과 영상 촬영부의 후측을 감싸는 후방 몸체를 포함하여 구성되고, 전방 몸체는 평면을 이루는 전방판을 포함하고, 전방판과 센서용 기판은 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 이동식 음향 카메라를 개시한다.
본 발명은 음향 카메라 정상시 및 고장시(단선, 단락 등)에 발생하는 전기 불꽃, 아크 또는 고온 등 의하여 위험 분위기에 점화되지 않도록 전기적 에너지를 제한하는 방폭 구조를 갖는 음향 카메라를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 음향 카메라 하우징 내부의 폭발(발화 요인)의 영향이 하우징 외부의 공기 또는 발화 용이 가스에 전달되지 않는 내압 방폭 구조를 갖는 음향 카메라를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 음향 감지 성능이 우수하면서 실내가 아닌 야외 장소에서 설치 또는 이동식 사용이 가능하도록 방수 기능을 구비한 음향 카메라를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는, 음파 유도홈(21)들을 통하여 유입되는 음파 또는 초음파를 감지하는 음향 센서(M)들과, 음향 센서(M)들이 장착되는 센서용 기판(20)과, 센서용 기판(20)의 후방에 위치하고 내장 공간(Room)을 형성하는 하우징(40)과, 음향 센서(M)들에서 생성된 음향 신호를 수신하여 처리하는 메인 제어부(50)를 포함하되, 메인 제어부(50)는 하우징(40)의 내부인 내장 공간(Room)에 위치되고, 센서용 기판(20)은 하우징(40)의 외부에 위치하는 것이 특징이다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는, 음향 센서(M)들과 메인 제어부(50) 사이에 설치되는 배리어 회로부(60);를 더 포함하여 구성되고, 배리어 회로부(60)는 음향 센서(M)에서 생성된 음향 신호를 메인 제어부(50)에 전송하고, 배리어 회로부(60)는 음향 센서(M)와 음향 신호 전송 라인 상의 전류 또는 전압의 상승을 억제하며, 배리어 회로부(60)와 메인 제어부(50)는 하우징(40)의 내장 공간(Room)에 위치한다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 센서용 기판(20)과 메인 제어부(50) 사이에 데이터 수집부(FPGA, 61)가 더 구비되고, 배리어 회로부(60)는 센서용 기판(20)과 데이터 수집부(FPGA, 61) 사이에 구비된다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는, 센서용 기판(20)이 향하고 있는 장면을 영상으로 촬영하는 촬영 수단(30)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 배리어 회로부(60)는, 음향 센서(M)에서 생성된 음향 신호(PDM, pulse density module 신호)를 전송하는 음향 신호 전송 라인(PL) 또는 클락(CLK) 신호를 전송하는 클락 신호 전송 라인(CL) 상에 전류 상승을 억제하기 위한 저항(resistance, 60a)과 전압 상승을 억제하기 위한 제너 다이오드(zener diode, 60c)와 과전류 차단을 위한 퓨즈(fuse, 60b)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 배리어 회로부(60)는, 제1 음향 센서(M1)는 제1 음향 신호 전송 라인(PL_서브1)을 경유하여 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)에 연결되고, 제2 음향 센서(M2)는 제2 음향 신호 전송 라인(PL_서브2)을 경유하여 상기 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)에 연결되고, 제1 음향 센서(M1)는 제1 클락 신호 전송 라인(CL_서브1)을 경유하여 음향 신호 공통 전송 라인(CL_공통)에 연결되고, 제2 음향 센서(M2)는 제2 클락 신호 전송 라인(CL_서브2)을 경유하여 상기 클락 신호 공통 전송 라인(CL_공통)에 연결된다.
음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)은, 전류 상승을 억제하기 위한 저항(resistance, 60a)이 설치된 저항 설치부(PL_공통1)와, 전압 상승을 억제하기 위한 제너 다이오드(zener diode, 60c)가 설치된 전압 상승 억제용 전자 소자 설치부(PL_공통2)와, 과전류 차단을 위한 퓨즈(fuse, 60b)들이 설치된 퓨즈 설치부(PL_공통3)를 포함한다.
센서용 기판(40)에 장착되는 음향 센서(M)들은 상호간에 1.5 mm 이상의 이격거리를 갖도록 배치된다.
음향 신호 전송 라인(PL)과 클락 신호 전송 라인(CL) 사이의 거리는 1.5 mm 이상이고, 하나의 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)과 다른 하나의 음향 신호 공통 전송 라인(CL_공통) 사이의 이격 거리는 1.5 mm 이상인 것이 바람직하다.
복수의 퓨즈(fuse, 60b)들 중 어느 하나의 퓨즈와 다른 하나의 퓨즈 사이의 이격 거리는 10 mm 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 하우징(40)은 센서용 기판(20)의 후방에 위치하는 프런트 격벽부(41)를 포함하고, 하우징(40)은 외부로부터 차단된 내장 공간(Room)을 형성하는 후방 벽부(42), 측벽부(43), 및 프런트 격벽부(41)를 포함하고, 음향 센서(M)가 장착된 센서용 기판(20)은 하우징(40)의 외부(내장 공간의 밖)인 프런트 격벽부(41)의 전방에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는, 음파 또는 초음파가 음향 센서(M)에 도달하도록 유도하는 복수개의 음파 유입홀(11)들이 구비된 전방 몸체(10);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 방폭 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 프런트 격벽부(41)는 촬상홀(41a)을 구비하고, 촬상홀(41a)은 투명한 강화 유리(35)로 폐쇄되고, 촬영 수단(30)은 강화 유리(35)의 후방, 및 하우징(40)의 내장 공간(Room)에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라는, 음파 유입홀(11)들이 구비된 전방 몸체(10)와 음파 유입홀(11) 또는 음파 유도홈(21)들을 통하여 유입되는 음파 또는 초음파를 감지하는 음향 센서(M)들과, 음향 센서(M)들이 장착되는 센서용 기판(20)과, 전방 몸체(10)가 향하고 있는 장면을 영상으로 촬영하는 촬영 수단(30)과, 전방 몸체(10)의 후방을 커버하는 하우징(40)과, 물이 음파 유입홀(11)을 통하여 음향 센서(M) 또는 센서용 기판(20)에 도달하는 것을 방지하는 방수 수단부(90)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 방수 수단부(90)는 음파 유입홀(11)을 횡방향으로 차폐하여 물이 침투하지 못하도록 하는 음파 투과성 방수 멤브레인(91)을 포함하고, 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 위치는, 전방 몸체(10)의 전면, 음파 유입홀(11)의 중간 지점(음파 유입홀(11) 전단부와 후단부 사이 지점), 또는 전방 몸체(10)의 후면과 상기 센서용 기판(20)의 전면 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 음파 유입홀(11)은 전방측(노출측)의 폭 또는 직경이 후방측(기판측)의 폭 또는 직경보다 더 크고, 후방측(기판측)에서 전방측(노출측)으로 갈수록 횡단면적이 연속적으로 넓어지는 확장형 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 방수 수단부(90)는, 음파 유입홀(11)을 횡으로 차폐하는 음파 투과성 방수 멤브레인(91)과, 전방 몸체(10)의 후면 또는 상기 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 전면에 위치하는 제 1 접착층(92)과, 제 1 접착층의 반대편에 부착되고 센서용 기판(20)의 전면에 접촉되어 눌리는(가압되는) 압축 가능한 스펀지층(94)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라는, 음파 유입홀(11) 부위에 전방 몸체(10) 후면으로부터 단차지게 형성된 카운터 보어(counter bore, 96)가 더 형성되고, 방수 수단부(90)는 카운터 보어(counter bore, 96) 에 안치되고, 제 1 접착층(92)은 카운터 보어(counter bore, 96)의 바닥면에 접면되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 방수 수단부(90)의 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 두께는 0.005 ~ 0.02 mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 방수 수단부(90)는 스펀지층(94)의 후방측(제 1 접착층(92)의 반대편)에 위치하여, 센서용 기판(20)의 전면에 부착되는 제 2 접착층(95)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 카운터 보어(counter bore, 96)의 깊이는 0.2 ~ 2mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라는, 전방 몸체(10) 또는 하우징(40)의 상부에 고정되어 전방 몸체(10)의 전면보다 전방으로 더 돌출되는 상부 돌출 커버부(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 경우 음향 카메라 정상시 및 고장시(단선, 단락 등)에 발생하는 전기 불꽃, 아크 또는 고온 등 의하여 위험 분위기에 점화되지 않도록 전기적 에너지를 제한하는 방폭 구조를 갖는 음향 카메라가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르는 경우, 음향 카메라 하우징 내부의 폭발(발화 요인)의 영향이 하우징 외부의 공기 또는 발화 용이 가스에 전달되지 않는 내압 방폭 구조를 갖는 음향 카메라가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르는 경우, 음향 감지 성능이 우수하면서 실내가 아닌 야외 장소에서 설치 또는 이동식 사용이 가능하도록 방수 기능을 구비한 음향 카메라가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라의 일부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제1 배리어 PCB 영역의 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제1 배리어 PCB 영역의 저면도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제2 배리어 PCB 영역의 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제2 배리어 PCB 영역의 저면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부 상세도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 이격 거리 상세도이다.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 저면 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 외부 정면도이다.
도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 외부 배면도이다.
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 에폭시 몰딩(epoxy molding)의 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 에폭시 몰딩(epoxy molding)의 상세 단면도이다.
도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 에폭시 몰딩(epoxy molding)의 핀 헤더(pin header) 구성을 나타내기 위한 상세 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 기판 상세도이다.
도 11(a, b, c, d)는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 몸체 상세도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라의 외관도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 개념 설명도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 효과를 설명하기 위한 가스 발화 곡선이다.
도 15a는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(전원 파형)이다.
도 15b는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(PDM, 음향 신호 파형)이다.
도 16a는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(클락 신호 파형)이다.
도 16b는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(음향 신호 FFT 파형)이다.
도 17a는 본 발명의 일실시예에 따른 방수 수단부 단면 상세도(기판에 의해 눌리기 전과 기판에 의해 눌린 후)이다.
도 17(b, c)는 본 발명의 일실시예(음파 유입홀 + 방수 수단)에 따른 전방 몸체, 방수 수단부 및 기판 결합도(단면도, 단면 상세도)이다.
도 17(d, e)는 본 발명의 일실시예(음파 유입홀 + 카운터 보어(counter bore) + 방수 수단)에 따른 전방 몸체, 방수 수단부 및 기판 결합도(단면도, 단면 상세도)이다.
도 17f는 본 발명의 일실시예(음파 유입홀 + 카운터 보어(counter bore) + 방수 수단)에 따른 전방 몸체, 방수 수단부 및 기판 결합도(a : 기판에 의해 눌리기 전, b : 기판에 의해 눌린 후)이다.
도 18(a, b, c, d)는 일실시예(음파 유입홀 + 카운터 보어(counter bore) + 방수 수단)에 따른 전방 몸체 후면 구성도(a : 방수 수단부 부착 전, b : 방수 수단부 부착 후)이다.
도 19는 본 발명의 음향 카메라에 대한 음향 성능 시험 방법 설명도이다.
도 20(a, b, c)는 본 발명의 비교예(확장형 음파 유입홀, 방수 멤브레인 없음), 실시예 1(확장형 음파 유입홀 + 방수 멤브레인 있음, 카운터 보어(counter bore) 없음), 실시예 2(확장형 음파 유입홀 + 방수 멤브레인 있음 + 카운터 보어(counter bore) 있음)에 대한 음향 성능 시험 결과 그래프(a : SNR, b : MSL, c : BW)이다.
도 21은 본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 대한 침수 성능 시험 장면도이다.
도 22(a, b, c)는 본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 대한 물 분사 방수 시험 방법 및 결과도(분사 장면, 시험 후 내부 확인 장면, 공인 성적서)이다.
이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라의 일부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 단면도이다.
도1, 도2, 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라는, 음파 유도홈(21)들을 통하여 유입되는 음파를 감지하는 음향 센서(M)들과, 음향 센서(M)들이 장착되는 센서용 기판(20)과, 센서용 기판(20)이 향하고 있는 장면을 영상으로 촬영하는 촬영 수단(30)과, 센서용 기판(20)의 후방에 위치하여 내장 공간(Room)을 형성하고 형성된 내장 공간(Room)에 메인 제어부(50)와 연산 처리부(13)를 내장하는 하우징(40)과, 음향 센서(M)들에서 생성된 음향 신호(예를 들어, PDM 신호, Pulse Density Module)를 수신하여 처리하는 메인 제어부(50)를 포함한다.
도1에 도시된 바와 같이, 음파 유입홀(11)은 외측 노출부의 폭(또는 직경)이 센서용 기판(20) 인접부의 폭(또는 직경)보다 횡단면적이 넓어지는 확장형 형상으로 구성될 수 있다.
음파 유도홈(21)은 센서용 기판(20)과 센서용 기판(20) 후단에 부착된 음향 센서(M)에 파여있는 홈으로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라는, 센서용 기판(20)과 메인 제어부(50) 사이에 데이터 수집부(FPGA, 61)가 더 구비된다.
배리어 회로부(60)는 센서용 기판(20)과 데이터 수집부(FPGA, 61) 사이에 구비된다. 하우징(40)의 내장 공간(Room)에 안치된 연산 처리부(13)는 메인 제어부(50)와 서로 연결된다.
센서용 기판(20)과 배리어 회로부(60)는 몰딩 커넥터(molding connector, 22)에 의해 서로 연결된다.
본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라는 전방 몸체(10)에 몰딩 커넥터(molding connector, 22)에 의해 연결된 하우징(40)과 터미널부(70)를 포함한다.
터미널부(70)는 터미널 블록(terminal block, 71), 라인 부싱(line bushing, 72), 케이블 커넥터(cable connector, 74)를 포함한다.
라인 부싱(line bushing, 72)은 메인 제어부(50)에 위치한 스플리터(splitter, 73)에 연결된다.
데이터 수집부(61)는 센서용 기판(20)을 통해 음향 센서(M)들에 의해 감지된 음향(음파 또는 초음파) 신호를 수집한다.
메인 제어부 및 데이터 수집부
메인 제어부(50)는 데이터 수집부(61)의 음향 신호를 기초로 하여 음장 가시화에 필요한 적어도 하나의 음향 파라미터(예를 들어, 가상 평면 상의 일지점의 빔 파워(beam power) 레벨)를 연산한다.
메인 제어부(50)는 빔 포밍(beam forming)을 실시한다.
또한, 메인 제어부(50)는 생성된 음향 파라미터를 색상 이미지로 변환하고 촬영 수단(30)을 통해 생성된 광학 화상 이미지와 음향 신호 연산에 의해 생성된 음향 색상 이미지를 중첩하여 광 음향 중첩 이미지를 생성한다.
도 1, 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 데이터 수집부(61)와 메인 제어부(50)는 하우징(40)이 형성하는 공간(내장실)에 안치된다.
여기서, 메인 제어부(50)에 의해 분석 처리(빔 포밍(beam forming) 및 음장 가시화)되는 주파수 대역 중, 적어도 일부 주파수는 200 Hz ~ 100 KHz 범위에 속한다.
좀 더 구체적으로, 음향 센서(M)들에 의해 감지된 음향(음파 또는 초음파) 신호를 기초로 하여 음향 카메라의 연산 처리부(13)에 의해 분석 처리되는 주파수 대역 중, 적어도 일부 주파수는 10KHz ~ 30KHz 범위에 속하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 일실시예에서 분석 가능 범위가 1 KHz ~ 15KHz 인 경우, 적어도 일부에 해당하는 "10 KHz ~ 15KHz"가 본 발명의 범위인 "주파수 : 10KHz ~ 30KHz 범위"에 속하므로 본 발명의 범주에 포함된다.
또한, 다른 실시예에서 분석 가능 범위가 25 KHz ~ 50KHz 인 경우, 적어도 일부에 해당하는 "25 KHz ~ 30KHz"가 본 발명의 범위인 "주파수 : 10KHz ~ 30KHz 범위"에 속하므로 본 발명의 범주에 포함된다.
배리어 회로부
도 1, 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는, 음향 센서(M)들과 메인 제어부(50) 사이에 설치되는 배리어 회로부(60)를 더 포함한다.
배리어 회로부(60)는 음향 센서(M)로부터의 음향 신호(예를 들어, PDM 신호) 전송 라인 및 클락 신호의 전송 라인 상의 전류와 전압의 상승을 억제한다.
배리어 회로부(60)는 음향 센서(M)에서 생성된 음향 신호를 메인 제어부(50)에 전송한다.
배리어 회로부(60)와 메인 제어부(50)는 하우징(40)의 내장 공간(Room)에 위치한다. 클락 신호는 데이터 수집부(FPGA, 61)에서 음향 센서(M) 방향으로 진행한다.
음향 신호(예를 들어, PDM 신호)는 음향 센서(M)에서 데이터 수집부(FPGA, 61) 방향으로 전송된다.
본질안전방폭구조는 정상시 및 고장시에 발생하는 전기 불꽃, 아크 또는 고온에 의하여 위험 분위기에 점화되지 않도록 전기적 에너지를 제한하는 방폭구조이다.
본질안전방폭구조는 기기의 고장 조건을 고려하여 설계하는 것을 특징으로 한다.
방폭 카메라를 내압방폭으로만 구성할 경우, 음향 센서에 소리가 전달되지 않는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 본질안전방폭으로 구성할 수 있다.
음향 센서(M)와 데이터 수집부(FPGA, 61)를 회로적으로 연결하기 위해서, 배리어 회로부(60)가 음향 센서(M)와 데이터 수집부(FPGA, 61)사이에 위치한다.
배리어 회로부(60)는 정상적인 저에너지 신호는 통과시키고, 비정상적인 고에너지 레벨의 신호는 위험지역 허용치 이내로 제한하여 통과시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배리어 회로부(60)를 구성하는 이중 또는 삼중의 제너 다이오드(zener diode, 60c)를 사용하여 전압을 제한하며, 저항(resistance, 60a)을 사용하여 전류를 제한하고, 퓨즈(fuse, 60b)를 사용하여 제너 다이오드(zener diode, 60c)가 취급하기 어려운 비정상 전원을 차단한다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제 1 배리어 PCB 영역의 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제 1 배리어 PCB 영역의 저면도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제 2 배리어 PCB 영역의 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제 2 배리어 PCB 영역의 저면도이다.
도 4a, 도 5에 도시된 바와 같이, 배리어 회로부(60)는, 음향 센서(M)에서 생성된 음향 신호(PDM, pulse density module 신호)를 전송하는 음향 신호 전송 라인(PL) 또는 클락(CLK) 신호를 전송하는 클락 신호 전송 라인(CL) 상에 전류 상승을 억제하기 위한 저항(resistance, 60a)과 전압 상승을 억제하기 위한 제너 다이오드(zener diode, 60c)와 과전류 차단을 위한 퓨즈(fuse, 60b)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 배리어 회로부의 배리어 PCB 영역은 제 1 PCB 영역과 제 2 PCB 영역을 포함한다.
제 1 PCB 영역은 저항(resistance, 60a), 제너 다이오드(zener diode, 60c), 퓨즈(fuse, 60b), 옵토 커플러(opto-coupler, 60d)를 포함하며, 제 2 PCB 영역은 옵토 커플러(opto-coupler, 60d)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부 상세도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 이격 거리 상세도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 배리어 회로부(60)의 제 1 마이크로폰(M1)은 제 1 음향 신호 전송 라인(PL_서브1)을 경유하여 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)에 연결되고, 제 2 마이크로폰(M2)은 제 2 음향 신호 전송 라인(PL_서브2)을 경유하여 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)에 연결된다.
제1 마이크로폰(M1)은 제 1 클락 신호 전송 라인(CL_서브1)을 경유하여 음향 신호 공통 전송 라인(CL_공통)에 연결되고, 제 2 마이크로폰(M2)은 제 2 클락 신호 전송 라인(CL_서브2)을 경유하여 클락 신호 공통 전송 라인(CL_공통)에 연결된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)은, 전류 상승을 억제하기 위한 저항(resistance, 60a)이 설치된 저항 설치부(PL_공통1)와, 전압 상승을 억제하기 위한 전자 소자(예를 들어, 제너 다이오드(zener diode, 60c), PL_공통2)와, 과전류 차단을 위한 퓨즈(fuse, 60b)가 설치된 퓨즈 설치부(PL_공통3)를 포함한다.
클락 신호 공통 전송 라인(CL_공통)은 저항(resistance, 60a)이 설치된 저항 설치부(CL_공통1)와 제너 다이오드(zener diode, 60c)가 설치된 제너 다이오드 설치부(CL_공통2)와 퓨즈(fuse, 60b)가 설치된 퓨즈 설치부(CL_공통3)를 포함한다.
또한, 음향 신호 전송 라인(PL_서브1)과 제2 음향 신호 전송 라인(PL_서브2) 상에 각각 하나의 저항(resistance, 60a)이 설치될 수 있다.
제너 다이오드 설치부(PL_공통_2)에 2개의 제너 다이오드(zener diode, 60c) 가 설치된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 이격 거리 상세도이다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 기판 상세도이다.
도 7, 도 10에 도시된 바와 같이, 센서용 기판(20)에 장착되는 음향 센서(M)들은 상호간에 1.5 mm 이상(초과)의 이격 거리를 갖도록 배치되는 것이 바람직하다.
1.5 mm 미만에서 음향 센서(M)들의 상호 근접에 의한 과열과 폭발 위험성을 증가시키는 전기적 에너지의 집적을 막을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 음향 신호 전송 라인(PL)과 클락 신호 전송 라인(CL) 사이의 거리는 1.5 mm 이상이고, 하나의 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통)과 다른 하나의 음향 신호 공통 전송 라인(CL_공통) 사이의 이격 거리는 1.5 mm 이상인 것이 바람직하다.
1.5 mm 미만에서 회로 라인 근접에 의한 기판 과열과 폭발 위험성을 증가시키는 전기적 에너지의 집적을 막을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 하나의 퓨즈(fuse, 60b)와 다른 하나의 퓨즈(fuse, 60b) 사이의 이격 거리는 10 mm 이상인 것이 바람직하다.
10 mm 미만에서 퓨즈(fuse, 60b)들의 근접에 의한 과열과 폭발 위험성을 증가시키는 전기적 에너지의 집적을 막을 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 음향 센서(M)들의 전원은 3.3 V이다.
음향 센서(M)들의 전원은 1 ~ 5V 범위로 확장되어도 수치 한정이 방폭 관점에서 유효함을 테스트 결과 알 수 있었다.
수치 범위에서 수소 가스와 같은 폭발 고위험 환경에서 음향 카메라의 폭발 위험성이 현저히 감소됨을 알 수 있었다.
몰딩 커넥터
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 에폭시 몰딩(epoxy molding)의 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 에폭시 몰딩(epoxy molding)의 상세 단면도이다.
도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 에폭시 몰딩(epoxy molding)의 핀헤더(pin header) 구성을 나타내기 위한 상세 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 기판 상세도이다.
도 1, 도 9a, 도 9b, 도 9c에 도시된 바와 같이, 몰딩 커넥터(molding connector, 22)는 하우징(40)과 전방 몸체(10)를 연결하는 것을 특징으로 한다.
몰딩 커넥터(molding connector, 22)는 에폭시 코팅(epoxy coating, 23)되어, 우수한 전기 절연 안전성을 가지며, 높은 열 전도성과 낮은 확장 계수를 갖는다.
또한, 에폭시 코팅(epoxy coating, 23)으로 인한 높은 수분 저항으로 인해 매우 적은 양의 물을 흡수하여 방수처리가 뛰어나다.
도 9c, 도 10에 도시된 바와 같이, 몰딩 커넥터(molding connector, 22)는 핀헤더(pin header, 24)를 포함한다.
핀헤더(pin header, 24)는, 센서용 기판(20)의 양 측부에 위치한 핀헤더 삽입부(25)에 삽입된다.
수량
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부의 제 1 배리어 PCB 영역의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배리어 회로부 상세도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 기판 상세도이다.
도 6, 도10에 도시된 바와 같이, 음향 센서(M)들은 10 ~ 300개(N)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 음향 센서(M)들이 112개(N) 사용되고 도 6과 같이 2 Ch 공통 라인을 형성하는 경우, 음향 신호 공통 전송 라인(CL_공통)과 클락 신호 공통 전송 라인(CL_공통)은 각각 56개(N/2)가 구비된다.
이 때, 도 4a, 도 6에 도시된 바와 같이, 음향 신호 공통 전송 라인(PL_공통) 상의 퓨즈(fuse, 60b) , 저항(resistance, 60a)은 56개(N/2)가 구비된다.
하나의 지점에 한 쌍의 제너 다이오드(zener diode, 60c)를 사용하는 경우, 음향 신호 공통 전송 라인 상의 56(N/2) 쌍(dual)의 제너 다이오드(zener diode, 60c) 가 구비된다.
클락 신호 공통 전송 라인(CL_공통)도 같은 원리가 적용된다.
하우징 격벽부
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라의 외관도이다.
도 1, 도 2, 도 3, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 있어서, 하우징(40)은 센서용 기판(20)의 후방에 위치하는 프런트 격벽부(41)를 포함한다.
하우징(40)은 외부로부터 차단된 내장 공간(Room)을 형성하는 후방 벽부(42), 측벽부(43), 및 프런트 격벽부(41)를 포함한다.
음향 센서(M)가 장착된 센서용 기판(20)은 하우징(40)의 외부(내장 공간의 밖)인 프런트 격벽부(41)의 전방에 위치한다.
프런트 격벽부(41)는 촬상홀(41a)을 구비한다.
촬상홀(41a)은 투명한 강화 유리(35)로 폐쇄된다.
촬영 수단(30)은 강화 유리(35)의 후방, 및 하우징(40)의 내장 공간(Room)에 위치한다.
하우징 격벽부(41, 42, 43)는 내압방폭구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
내압방폭구조는 하우징(40) 내부에서 폭발이 일어나더라도 발화를 일으키지 않는다.
따라서, 내압방폭구조의 케이스 내부에는 데이터 수집부(FPGA, 61), 메인 제어부(50), 스플리터(splitter, 73)와 같은 고전압 장비들이 내장된다.
촬영 수단(30) 역시 하우징(40) 내부에 위치하며 내압방폭구조로 설계가 되어 있으므로, 촬영 수단(30)이 폭발하더라도 발화를 일으키지 않는다.
내압방폭구조의 다수의 케이블들은 스레드(thread) 처리를 시켜 몰딩(molding) 처리를 하는 것을 특징으로 한다.
몰딩 커넥터(molding connector, 22)는 센서용 기판(20)과 하우징(40)을 연결한다.
전방 몸체(10)의 음향 센서(M)를 향하는 몰딩 커넥터(molding connector, 22)의 일단은 중심축을 기준으로 하여 반경 방향의 외측부에 위치하고, 배리어 회로부(60)를 향하는 몰딩 커넥터(molding connector, 22)의 타단은 중심축을 기준으로 하여 반경 방향의 내측부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
몰딩 커넥터(molding connector, 22)의 내부는 내압방폭구조의 일실시예로, 폭발에 대응하여 에폭시 몰딩(epoxy molding)구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
에폭시 몰딩(epoxy molding)구조는 폭발하는 잔여물들이 외부로 유출되는 것을 막는 역할을 수행한다.
내압방폭구조는 용기가 폭발 압력에 견디면서 폭발 화염이 용기 외부로 전파되지 않도록 설계한 구조를 의미한다.
내압방폭구조는 용기 내부에서의 폭발을 인정하는 방폭구조이며, 용기 내부의 점화원을 인정한다.
기기 온도등급(T)의 기준은 용기 외부의 표면온도를 의미하며, 기기 내부 부품의 형상, 배열, 부피 등의 변경은 폭발 압력에 영향을 줄 수 있다.
기기 내부 부품의 전기적 정격에 따른 발열량의 변동은 기기 온도 등급에 영향을 줄 수 있다.
내압방폭구조 용기의 기기 내부 부품은 임의로 교체하거나 변경하지 못하도록 하는 것이 바람직하다.
전방 몸체
도 11(a, b)는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 몸체 상세도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 외관도이다.
도 11a, 도 11b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라는, 음파 또는 초음파가 음향 센서(M)에 도달하도록 유도하는 복수개의 음파 유입홀(11)들이 구비된 전방 몸체(10)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 음파 유입홀(11)들은, 외측 노출부의 폭(또는 직경)이 센서 인접부의 폭(또는 직경)과 같을 수 있다.
또는 센서 인접부로부터 외측 노출부로 갈수록 횡단면적이 넓어지는 확장형 형상으로 구성될 수 있다.
전방 몸체(10)는 플라스틱 또는 금속 재질로 구성되고 사출 등의 형태로 생산된 후 절삭, 펀칭(punching), 가공에 의해 음파 유입홀(11)을 형성할 수 있다. 도 11a, 도 12에 도시된 바와 같이, 전방 몸체(10)의 가로 크기 또는 세로 크기 중 하나의 크기는 5.0 ~ 50 cm 범위에 존재한다.
50 cm 이상의 경우 이동식으로 음향카메라를 구성하는 것이 부적당하다.
5 cm 이하의 경우 음향 센서의 수와 이격 거리에 제한이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 5.0 ~ 50 cm 범위가 적당하며 더욱 바람직하게 7.5 ~ 35 cm 정도가 이동식 관점에서 바람직하다.
도 1, 도 11a, 도 12에 도시된 바와 같이, 전방 몸체(10)는, 플라스틱 또는 금속 재질로 구성되고 평면(plane) 또는 노출 측으로 볼록한 곡면 형상이며, 음파 유입홀(11)은 전방 몸체(10)에 관통되는 형상으로 10 ~ 300개가 구비된다.
전방 몸체(10)의 하나의 음파 유입홀(11)과 센서용 기판(20)의 하나의 음파 유도홈(21)이 상응하는 위치에 마주보며 연통되게 결합한다.
여기서, 음파 유입홀(11)의 수는 10 ~ 300개가 바람직한데, 10개 미만인 경우, 같은 크기의 기판에서 센서들의 이격 거리가 커지고 음장 가시화 할 수 있는 주파수 상한계가 제한되는 문제점이 발생한다.
300개 이상인 경우, 취급 데이터 처리량이 필요 이상으로 증가하는 문제점이 발생하고, 실제 10 ~ 20cm 음향(초음파) 카메라에서 센서 수가 필요 이상으로 많아 센서 간 이격 거리를 고려할 때 설치의 문제점이 발생한다.
10 ~ 300개가 바람직하며, 5.0 ~ 50 cm 범위의 음향 또는 초음파 카메라에서 20 ~ 100개 정도가 더욱 바람직하다.
복수개의 음향 센서(M)들은 강성 또는 연성의 센서용 기판(20)에 일체로 탑재된 상태에서, 전방 몸체(10)와 센서용 기판(20)이 일체로 결합함에 따라서, 하나의 음파 유입홀(11) 내측에 하나의 음향 센서(M)가 각각 상응하도록 위치한다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단이 구비된 음향 카메라의 효과를 설명하기 위한 가스 발화 곡선이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 발화 곡선을 넘는 전류가 흐르는 경우에, 본질 안전을 달성할 수 없다.
방폭 수단이 구비된 음향 카메라는 가스그룹ⅡC를 대상으로 하며, 가스그룹ⅡC는 가스증기와 아세틸렌 수소로 이루어진다.
방폭 수단이 구비된 음향 카메라는 10V 이하에서 작동을 하므로, 가스그룹ⅡC를 대상으로 하는 바, 전류가 2A까지 흐르는 경우에 본질 안전을 달성할 수 있다. 그러나, 방폭 수단이 구비된 음향 카메라는 10V 이하에서 0.2A 이하로 작동하므로 본질 안전을 달성할 수 있다.
도 15a는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(전원 파형)이다.
도 15b는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(PDM, 음향 신호 파형)이다.
도 16a는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(클락 신호 파형)이다.
도 16b는 본 발명 도 6의 배리어 회로부가 적용된 음향 카메라 성능 결과도(음향 신호 FFT 파형)이다.
도 15a, 도15b, 도16a, 도16b에 도시된 바와 같이, original 결과도는 배리어 회로가 존재하지 않는 경우의 신호 파형을 나타낸다.
Barrier 회로 결과도는 배리어 회로부(60)가 적용된 경우의 신호 파형을 나타낸다.
original 결과도의 신호 파형과 Barrier 회로 결과도의 신호 파형은 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.
즉, 테스트 결과 배리어 회로 전과 비교하여 데이터 분석 성능(음장 가시화 성능, 음파 및 초음파 대역)이 변하지 않음을 알 수 있었다.
터미널부
안전증 방폭(Increased safety)은 전기 불꽃, 아크 또는 고온 부분 등의 발생을 방지하기 위하여 기계적, 전기적 및 온도 상승에 대하여 안전도를 증가시킨 구조를 의미한다.
안전증 방폭(Increased safety)은 점화원을 인정하지 않으며, 점화 발생을 방지한다.
또한, 온도 상승(예를 들어, 과부하)을 감시하는 역할을 하며, 절연 성능을 강화시키는 역할을 한다.
온도등급은 용기 내·외부의 최고표면온도와 기기 시동 시의 정격부하, 과부하와 절연권선의 제한온도를 기준으로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라의 단면도이다.
도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라의 외부 배면도이다.
도 3, 도 8c에 도시된 바와 같이, 터미널부의 케이블 커넥터(74)는 시스템 커넥터(81)와 히터 전원 커넥터(82)를 포함한다.
터미널부는 안전증 방폭(Increased safety)의 역할을 수행하는데, 이를 위하여 터미널 블록(terminal block, 71)이 안전증 방폭(Increased safety)의 규격을 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 터미널 블록(terminal block, 71)은 내압방폭구조를 이루는 고전압의 케이블이 외부로 노출되는 것을 막는 역할을 한다.
또한, 안전증 방폭(Increased safety)의 역할을 수행하기 위하여 터미널부(70)는 부품과 부품 사이의 거리가 멀리 떨어진 것을 특징으로 한다.
방수 수단부
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라 전체 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭 수단 또는 방수 수단이 구비된 음향 카메라의 외관도이다.
도 1, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방수 수단이 구비된 음향 카메라는 전방 몸체(10)와 음파 유입홀(11)과 센서용 기판(20)과 촬영 수단(30)과 하우징(40)과 방수 수단부(90)를 포함한다.
또한, 전방 몸체(10) 또는 하우징(40)의 상부에 고정되어 전방 몸체(10)의 전면보다 전방으로 더 돌출되는 상부 돌출 커버부(12)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전방 몸체(10)는 음파 또는 초음파가 음향 센서(M)에 도달하도록 유도하는 복수개의 음파 유입홀(11)로 구비된다.
음향 센서(M)는 센서용 기판(20)에 고정된 상태에서 전방 몸체(10)의 음파 유입홀(11)을 통하여 유입되는 음파를 감지한다.
센서용 기판(20)에 음향 센서(M)들이 장착된다.
촬영 수단(30)은 전방 몸체(10)가 향하고 있는 장면을 촬영한다.
본 발명의 일실시예에서 촬영 수단(30)은 촬상용 광학렌즈를 포함하며, 광학렌즈는 전방 몸체(10)의 중앙에 위치한 촬상홀(41a)을 통하여 전방을 향하여 광학적으로 노출되어 영상 촬영이 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 하우징(40)은 전방 몸체(10)의 후면측에 센서용 기판(20)이 위치된 상태에서, 센서용 기판(20) 및 전방 몸체(10)의 후방을 커버한다.
방수 수단부(90)는 물이 음파 유입홀(11)을 통하여 음향 센서(M) 또는 센서용 기판(20)에 도달하는 것을 차단한다.
하우징(40)은 도 12에 도시된 바와 같이, 몸체를 이루는 중공 원통형상일수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른, 데이터 수집부(61)와 연산 처리부(13)는 전방 몸체(10)와 하우징(40)이 형성하는 내장 공간(Room)에 안치된다.
여기서, 연산 처리부(13)에 의해 분석 처리되는 주파수 대역 중, 적어도 일부 주파수는 200 Hz ~ 100 KHz 범위에 속한다.
좀 더 구체적으로, 음향 센서(M)에 의해 감지된 음향(음파 또는 초음파) 신호를 기초로 하여 음향 카메라의 연산 처리부(13)에 의해 분석 처리되는 주파수 대역 중, 적어도 일부 주파수는 10 KHz ~ 30KHz 범위에 속하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 일실시예에서 분석 가능 범위가 1 KHz ~ 15KHz 인 경우, 적어도 일부에 해당하는 "10 KHz ~ 15KHz"가 본 발명의 범위인 "주파수 : 10KHz ~ 30KHz 범위"에 속하므로 본 발명의 범주에 포함된다.
또한, 다른 실시예에서 분석 가능 범위가 25 KHz ~ 50KHz 인 경우, 적어도 일부에 해당하는 "25 KHz ~ 30KHz"가 본 발명의 범위인 "주파수 : 10KHz ~ 30KHz 범위"에 속하므로 본 발명의 범주에 포함된다.
도 11(a, b, c)는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 몸체 상세도이다.
도 11a 내지 도11c에 도시된 바와 같이, 음파 유입홀(11)은 전방측(노출측)의 폭 또는 직경이 후방측(기판측)의 폭 또는 직경보다 더 크고, 후방측(기판측)에서 전방측(노출측)으로 갈수록 횡단면적이 연속적으로 넓어지는 확장형 형상인 것을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 음파 유입홀(11)들은, 외측 노출부의 폭(또는 직경)이 센서 인접부의 폭(또는 직경)과 같게 구성될 수 있다.
또는 센서 인접부로부터 외측 노출부로 갈수록 횡단면적이 넓어지는 확장형 형상인 것을 포함한다.
전방 몸체(10)는 플라스틱 또는 금속 재질로 구성되고 사출 등의 형태로 생산된 후 절삭, 펀칭(punching) 가공에 의해 음파 유입홀(11)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전방 몸체(10)의 가로 크기 또는 세로 크기 중 하나의 크기는 5.0 ~ 50 cm 범위에 존재한다.
50 cm 이상의 경우 이동식으로 음향카메라를 구성하는 것이 부적당하다.
5 cm 이하의 경우, 음향 센서의 수와 이격 거리에 제한이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 5.0 ~ 50 cm 범위가 적당하며 더욱 바람직하게 7.5 ~ 35 cm 정도가 이동식 관점에서 바람직하다.
도 11(a, b)는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 몸체 상세도이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 전방 몸체(10)는, 플라스틱 또는 금속 재질로 구성되고 평면(plane) 또는 노출측으로 볼록한 곡면 형상이며, 음파 유입홀(11)은 전방 몸체(10)에 관통되는 형상으로 10 ~ 300개가 구비되고, 하나의 음파 유입홀(11)에 하나의 음향 센서(M)가 배치된다.
여기서, 음파 유입홀(11)의 수는 10 ~ 300개가 바람직한데, 10개 미만인 경우 같은 크기의 기판에서 센서들의 이격 거리가 커지고 음장 가시화 할 수 있는 주파수 상한계가 제한되는 문제점이 발생한다.
300개 이상인 경우, 취급 데이터 처리량이 필요 이상으로 증가하는 문제점이 발생하고, 실제 10 ~ 20cm 음향(초음파) 카메라에서 센서 수가 필요 이상으로 많아 센서 간 이격 거리를 고려할 때 설치의 문제점이 발생한다.
10 ~ 300개가 바람직하며 5.0 ~ 50 cm 범위의 음향 또는 초음파 카메라에서 20 ~ 100개 정도가 더욱 바람직하다.
도 11d는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 몸체 및 기판 결합체 구성도이다.
도 11d에 따르면, 복수개의 음향 센서(M)는 강성 또는 연성의 센서용 기판(20)에 일체로 탑재된 상태에서, 전방 몸체(10)와 센서용 기판(20)이 조립수단에 의해 일체로 결합함에 따라서, 하나의 음파 유입홀(11) 내측에 하나의 음향 센서(M)가 각각 상응하도록 위치한다.
도 17a는 본 발명의 일실시예에 따른 방수 수단부 단면 상세도(기판에 의해 눌리기 전과 후)이다.
도 17(b, c)는 본 발명의 일실시예(음파 유입홀 + 방수 수단)에 따른 전방 몸체, 방수 수단부 및 기판 결합도(단면도, 단면 상세도)이다.
도 17(d, e)는 본 발명의 일실시예(음파 유입홀 + 카운터 보어 + 방수 수단)에 따른 전방 몸체, 방수 수단부 및 기판 결합도(단면도, 단면 상세도)이다.
도 17f는 본 발명의 일실시예(음파 유입홀 + 카운터 보어 + 방수 수단)에 따른 전방 몸체, 방수 수단부 및 기판 결합도(a : 기판에 의해 눌리기 전, b : 기판에 의해 눌린 후)이다.
도 18(a, b)는 일실시예(음파 유입홀 + 카운터 보어 + 방수 수단)에 따른 전방 몸체 후면 구성도(a : 방수 수단부 부착 전, b : 방수 수단부 부착 후)이다.
도 17a 내지 도 17f, 도 18(a, b)에 도시된 바와 같이, 방수 수단부(90)는 음파 유입홀(11)을 통하여 물이 침투하지 못하도록 음파 유입홀(11)을 횡방향으로 차폐하는 음파 투과성 방수 멤브레인(91)을 포함한다.
음파는 음파 투과성 방수 멤브레인(91)을 통과하여 기판 방향으로 전달되지만, 물은 음파 투과성 방수 멤브레인(91)을 투과하지 못한다.
음파 투과성 방수 멤브레인(91)은 전방 몸체(10)의 전면, 또는 음파 유입홀(11)의 중간지점(음파 유입홀 전단부와 후단부 사이의 지점)에 위치할 수 있다.
음파 투과성 방수 멤브레인(91)이 중간 지점(음파 유입홀 전단부와 후단부 사이의 지점)에 위치하는 경우, 음파 유입홀(11)을 형성하는 내벽 부분을 분리 제작하여 음파 투과성 방수 멤브레인(91)을 삽입 후에 조립하는 방식으로 제작될 수 있다.
센서용 기판(20)에 부착된 음향 센서(M)들은 음파 유입홀(11)들 및 방수 수단부(90)들과 서로 상응하는 위치에 마주보며 위치한다.
방수 수단부(90)는 음파 투과성 방수 멤브레인(91)과 제 1 접착층(92)과 스펀지층(94)으로 구성될 수 있다.
제 1 접착층(92)은 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 주변부 및 전방측에 위치하여 전방 몸체(10)의 후면에 접면된다.
이 때, 스펀지층(94)은 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 후방측 주변부(제 1 접착층 반대편)에 부착되고, 센서용 기판(20)의 전면에 접촉되어 센서용 기판(20)의 가압에 의하여 눌리며 압축 가능한 소재인 것을 포함한다.
도 17a에 도시된 바와 같이, 방수 수단부(90)는 스펀지층(94)의 후방측(제 1 접착층(92)의 반대편)에 센서용 기판(20)의 전면에 부착되는 제2 접착층(95)이 더 구비될 수 있다.
제2 접착층(95)에 의해 스펀지층(94)이 센서용 기판(20)의 전면에 부착된다. 방수 수단부(90)의 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 두께는 0.005 ~ 0.02 mm인 것이 바람직하다.
0.005 mm 미만의 경우, 제작에 어려움이 있으며 방수성이 약해지고, 0.02 mm 초과의 경우, 방수성이 증가하지만 음파 투과성이 떨어지는 문제가 있다.
음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 원단은 코오롱 머티리얼 (주소: 대한민국 경기도 과천시 코오롱로 11 코오롱타워)사의 F69 MBR 원단을 주문하여 사용하였다. 도 17d 내지 도 17f에 도시된 바와 같이, 방수 수단이 구비된 음향 카메라는 전방 몸체(10) 후면으로부터 단차지게 파여서 형성된 카운터 보어(counter bore, 96)가 더 형성된다.
방수 수단부(90)는 카운터 보어(counter bore, 96)에 안치된다.
음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 주변부는 제 1 접착층(92)에 의해 카운터 보어(counter bore, 96)의 바닥면에 부착된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 카운터 보어(counter bore, 96)는 전방으로 형성된 음파 유입홀(11)의 반대편, 즉 전방 몸체(10)의 후면 측에 전방 측으로 내입되어 형성되는 단차진 홈, 납작한 원통형 형상의 홈일 수 있다.
카운터 보어(counter bore, 96)는 음파 유입홀(11)의 후방과 연통된다.
카운터 보어(counter bore, 96)는 방수 수단부(90)가 안치되는 공간을 제공하며 방수 수단부(90) 설치 작업의 편리성을 제공한다.
카운터 보어(counter bore, 96)의 단턱은 방수 수단부(90)의 횡방향 이탈을 방지한다.
도 17a 내지 도 17f, 도 18(a, b, c, d)에 도시된 바와 같이, 센서용 기판(20)이 전방 몸체(10)와 조립에 의해 합체되기 전에, 방수 수단부(90)가 카운터 보어(counter bore, 96)에 위치되었을 때, 스펀지층(94)은 카운터 보어(counter bore, 96)의 후면보다 더 높게 후방으로 돌출된다.
그런 상태에서 도 17f와 같이, 센서용 기판(20)의 전면이 스펀지층(94)을 가압하면서 전방 몸체(10)와 결합한다.
카운터 보어(counter bore, 96)의 깊이는 0.2 ~ 2 mm 인 것이 바람직하다. 카운터 보어(counter bore, 96)의 깊이가 0.2 mm 미만인 경우 방수 수단부(90)의 횡방향 이탈이 발생할 수 있으며, 카운터 보어(counter bore, 96)의 깊이가 2mm 초과인 경우 방수 수단부(90)의 크기가 필요 이상으로 커지는 문제가 있다.
도 17a에 도시된 본 발명의 일실시예에 있어서, 카운터 보어(counter bore, 96)의 깊이는 0.45 mm이고, 스펀지층(94)을 포함하는 방수 수단부(90)의 전체 높이는 0.66 mm이다.
스펀지층(94)은 센서용 기판(20)의 가압에 의하여 0.21 mm 눌리면서 복원력을 갖게 된다.
스펀지층(94)의 복원력에 의해 스펀지층(94)은 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 주변부를 카운터 보어(counter bore, 96)의 바닥면 또는 전방 몸체(10)의 후면에 밀착시킨다.
이로 인하여, 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 분리, 이탈이 방지된다.
또한 복원성을 갖는 가압된 스펀지층(94)이 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 후방 주변부를 눌러줌으로 인하여, 음파 투과성 방수 멤브레인(91)의 전방 주변부와 전방 몸체(10)의 후면(또는 카운터 보어(counter bore, 96)의 바닥면) 사이의 빈틈을 통한 물의 유입이 차단된다.
도 19는 본 발명의 음향 카메라에 대한 음향 성능 시험 방법 설명도이다.
도 20(a, b, c)는 본 발명의 비교예(확장형 음파 유입홀, 방수 멤브레인 없음), 실시예 1(확장형 음파 유입홀 + 방수 멤브레인 있음, 카운터 보어 없음), 실시예 2(확장형 음파 유입홀 + 방수 멤브레인 있음 + 카운터 보어 있음)에 대한 음향 성능 시험 결과 그래프(a : SNR, b : MSL, c : BW)이다.
도 20a에서, 주파수 별 신호대 잡음비 측정 결과(SNR), 일반적으로 센서의 신호 대 잡음비가 높으면 성능이 우수하다고 판단하며, 보다 높은 SNR을 가지는 센서 또는 어레이가 보다 더 작은 소리까지 측정할 수 있다.
도 20a에서, SNR 성능의 경우 본 발명의 일실시예에 따른 방수 수단이 구비된 음향 카메라는 전반적으로 방수 수단이 부착되지 않은 기존의 음향 카메라와 동일한 배열 센서 성능을 나타내며 20 kHz 이상 영역에서 동등하거나 보다 높은 성능을 나타내는 점을 확인하였다.
도 20b에서, 주파수 별 최대 부엽 레벨 측정 결과 (MSL): 배열 센서의 대표적인 성능지표중 하나이며, MSL 높을수록 다양한 크기의 소음원들을 동시에 구분하는 성능이 좋아진다.
일반적으로 msl이 높을수록 좋은 성능의 배열센서이다.
도 20c에서, 주파수 별 3dB 빔폭 성능 측정 결과 (3dB bandwidth): 배열 센서의 대표적인 성능 지표중 하나이며, 최대부엽의 레벨에서 -3dB 되는 위치의 빔폭을 계산하여 성능을 판단한다.
빔폭이 작을수록 가까이 있는 여러 개의 소음원을 구별할 수 있는 성능이 좋아지며 일반적으로 3dB bandwidth가 작을수록 좋은 성능의 배열센서이다.
도 20b, 도 20c에서, MSL, BW 성능의 경우 본 발명의 일실시예에 따른 방수 수단이 구비된 음향 카메라는 방수 수단이 부착되지 않은 기존의 음향 카메라와 성능 측면에서 큰 차이가 없음을 확인하였다.
도 21은 본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 대한 침수 성능 시험 장면도이다.
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 대한 물 분사 방수 시험 방법 및 결과도(분사 장면, 시험 후 내부 확인 장면, 공인 성적서)이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 대한 침수 시험 결과, 센서용 기판(20)에 물이 침투되지 않음을 확인하였다.
도 22a 내지 도 22c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방수 수단이 구비된 음향 카메라에 대한 물 분사 방수 시험 및 결과도(분사 장면, 시험 후 내부 확인 장면, 공인 성적서)이다.
물 분사 시험 조건은 아래와 같다.
물 분사에 대한 보호
시험 조건
노즐의 내부 지름 : 6.3mm / 방수율 : 12.5L/min ±5%
물 흐름의 중심 : 노즐로버터 2.5m 떨어진 약 40mm의 원
노즐에서 외함 표면까지 거리 : 2.5~3m
시험 시간 : 외함 표면적 1m2당 1분으로 하여, 최소 시험시간 3분(시험 시간 : 3분) 도 22b에 도시된 바와 같이, 물 분사 시험 결과, 센서용 기판(20)에 물이 침투되지 않음을 확인하였다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허 청구범위에 의하여 정해지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허 청구범위에 기재된 도면 부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로, 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면 부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
[부호의 설명]
10 : 전방 몸체
11 : 음파 유입홀
M : 음향 센서
12 : 상부 돌출 커버부
13 : 연산 처리부
20 : 센서용 기판
21 : 음파 유도홈
22 : 몰딩 커넥터
23 : 에폭시 코팅
24 : 핀헤더
25 : 핀헤더 삽입부
30 : 촬영수단
35 : 강화유리
40 : 하우징
41a : 촬상홀
42 : 후방벽부
43 : 측벽부
50 : 메인 제어부
60 : 배리어 회로부
60a : 저항
60b : 퓨즈
60c : 제너 다이오드
60d : 옵토 커플러
61 : 데이터 수집부
62a : 제 1 배리어 PCB 영역
62b : 제 2 배리어 PCB 영역
70 : 터미널부
71 : 터미널 블록
72 : 라인 부싱
73 : 스플리터
74 : 케이블 커넥터
80 : 설치용 브라켓
81 : 시스템 커넥터
82 : 히터 전원 커넥터
90 : 방수 수단부
91 : 음파 투과성 방수 멤브레인
92 : 제 1 접착층
93 : 중간 접착층
94 : 스펀지층
95 : 제 2 접착층
96 : 카운터 보어

Claims (23)

  1. 음파 또는 초음파를 감지하는 음향 센서들과,
    상기 음향 센서들이 장착되는 센서용 기판과,
    상기 센서용 기판의 후방에 위치하고 내장 공간을 형성하는 하우징과,
    상기 음향 센서들에서 생성된 음향 신호를 수신하여 처리하는 메인 제어부를 포함하되,
    상기 메인 제어부는 상기 내장 공간에 위치되고,
    상기 센서용 기판은 상기 하우징의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음향 센서들과 상기 메인 제어부 사이에 설치되는 배리어 회로부를 더 포함하여 구성되고,
    상기 배리어 회로부는 상기 음향 센서에서 생성된 상기 음향 신호를 상기 메인 제어부에 전송하고,
    상기 배리어 회로부는 상기 음향 센서에서 생성된 상기 음향 신호를 전송하는 음향 신호 전송 라인 상의 전류 또는 전압의 상승을 억제하며,
    상기 배리어 회로부와 상기 메인 제어부는 상기 하우징의 상기 내장 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서용 기판과 상기 메인 제어부 사이에 데이터 수집부가 더 구비되고,
    상기 배리어 회로부는 상기 센서용 기판과 상기 데이터 수집부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서용 기판이 향하고 있는 장면을 영상으로 촬영하는 촬영 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 배리어 회로부는,
    상기 음향 센서에서 생성된 상기 음향 신호를 전송하는 음향 신호 전송 라인 또는 클락 신호를 전송하는 클락 신호 전송 라인 상에,
    전류 상승을 억제하기 위한 저항과,
    전압 상승을 억제하기 위한 제너 다이오드와,
    과전류 차단을 위한 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배리어 회로부는,
    제1 음향 센서는 제1 음향 신호 전송 라인을 경유하여 음향 신호 공통 전송 라인에 연결되고,
    제2 음향 센서는 제2 음향 신호 전송 라인을 경유하여 상기 음향 신호 공통 전송 라인에 연결되고,
    제1 음향 센서는 제1 클락 신호 전송 라인을 경유하여 클락 신호 공통 전송 라인에 연결되고,
    제2 음향 센서는 제2 클락 신호 전송 라인을 경유하여 상기 클락 신호 공통 전송 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 음향 신호 공통 전송 라인은,
    전류 상승을 억제하기 위한 상기 저항이 설치된 저항 설치부와,
    전압 상승을 억제하기 위한 상기 제너 다이오드가 설치된 전압 상승 억제용 전자 소자 설치부와,
    과전류 차단을 위한 상기 퓨즈가 설치된 퓨즈 설치부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 클락 신호 공통 전송 라인은 상기 저항이 설치된 저항 설치부와,
    전압 상승을 억제하기 위한 상기 제너 다이오드가 설치된 전압 상승 억제용 전자 소자 설치부와,
    상기 퓨즈가 설치된 퓨즈 설치부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 음향 센서들은 상기 센서용 기판 상에서,
    상호간에 1.5 mm 이상의 이격 거리를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 음향 신호 전송 라인과 상기 클락 신호 전송 라인 사이의 거리는 1.5 mm 이상이고,
    하나의 음향 신호 공통 전송 라인과,
    다른 하나의 음향 신호 공통 전송 라인 사이의 이격 거리는 1.5 mm 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 수단 이 구비된 음향 카메라.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 퓨즈 중 어느 하나의 퓨즈와,
    다른 하나의 퓨즈 사이의 이격 거리는 10 mm 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 외부로부터 차단된 상기 내장 공간을 형성하는 후방 벽부, 측벽부, 및 프런트 격벽부를 포함하고,
    상기 센서용 기판은 상기 하우징의 외부인 상기 프런트 격벽부의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  13. 제1항 또는 제12항에 있어서,
    상기 음파 또는 상기 초음파가 상기 음향 센서에 도달하도록 유도하는 음파 유입홀들이 구비된 전방 몸체를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프런트 격벽부는 촬상홀을 구비하고,
    상기 촬상홀은 투명한 강화 유리로 폐쇄되고,
    상기 촬영 수단은 상기 강화 유리의 후방,
    또는 상기 하우징의 상기 내장 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 방폭 수단이 구비된 음향 카메라.
  15. 음파 유입홀들이 구비된 전방 몸체와
    상기 음파 유입홀들을 통하여 유입되는 음파 또는 초음파를 감지하는 음향 센서들과,
    상기 음향 센서들이 장착되는 센서용 기판과,
    상기 전방 몸체가 향하고 있는 장면을 영상으로 촬영하는 촬영 수단과,
    상기 전방 몸체의 후방을 커버하는 하우징과,
    물이 상기 음파 유입홀들을 통하여 상기 음향 센서 또는 상기 센서용 기판에 도달하는 것을 방지하는 방수 수단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 방수 수단부는 상기 음파 유입홀들을 횡방향으로 차폐하여 물이 침투하지 못하도록 하는 음파 투과성 방수 멤브레인을 포함하고,
    상기 음파 투과성 방수 멤브레인의 위치는,
    상기 전방 몸체의 전면, 상기 음파 유입홀들의 중간 지점(음파 유입홀 전단부와 후단부 사이 지점),
    또는 상기 전방 몸체의 후면과 상기 센서용 기판의 전면 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 음파 유입홀들은
    전방측(노출측)의 폭 또는 직경이 후방측(기판측)의 폭 또는 직경보다 더 크고,
    후방측(기판측)에서 전방측(노출측)으로 갈수록 횡단면적이 연속적으로 넓어지는
    확장형 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  18. 제17항에 있어서,
    방수 수단부는,
    상기 음파 유입홀들을 횡으로 차폐하는 상기 음파 투과성 방수 멤브레인과,
    상기 전방 몸체의 후면 또는 상기 음파 투과성 방수 멤브레인의 전면에 위치하는 제 1 접착층과,
    상기 제 1 접착층의 반대편에 부착되고 상기 센서용 기판의 전면에 접촉되어 눌리는(가압되는) 압축 가능한 스펀지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 음파 유입홀들 부위에 상기 전방 몸체의 후면으로부터 단차지게 형성된 카운터 보어가 더 형성되고,
    상기 방수 수단부는 상기 카운터 보어에 안치되고,
    상기 제 1 접착층은 상기 카운터 보어의 바닥면에 접면되는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 방수 수단부의 상기 음파 투과성 방수 멤브레인의 두께는 0.005 ~ 0.02 mm 인 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 방수 수단부는
    상기 스펀지층의 후방측(제 1 접착층의 반대편)에 위치하여,
    상기 센서용 기판의 전면에 부착되는 제 2 접착층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 카운터 보어의 깊이는 0.2 ~ 2mm인 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 전방 몸체 또는 상기 하우징의 상부에 고정되어 상기 전방 몸체의 전면보다 전방으로 더 돌출되는 상부 돌출 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방수 수단이 구비된 음향 카메라.
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