탑재된 초음파 주파수 스펙트럼 및 이미지 생성

탑재된 초음파 주파수 스펙트럼 및 이미지 생성{ON-BOARD ULTRASONIC FREQUENCY SPECTRUM AND IMAGE GENERATION}

본 발명은 초음파 탐지기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터 베어링의 상태를 점검하고 광범위하게 이격된(widely separated) 장소에 있는 전기 캐비넷(electrical cabinets)에 아킹(arcing)하는데 사용되는 휴대용 초음파 탐지기에 관한 것이다.

초음파 센서는 이하 그 전체를 참조 목적으로 기재한 미국 특허 Re 33,977(Goodman et al.)에 개시된 바와 같이 마모된 베어링에 의해 발생되는 기계 장치 내의 마찰로 생성되는 초음파 에너지를 탐색하는 데 사용되어 왔다. 마찰이 크면 클수록 생성되는 초음파 에너지의 강도도 증가한다. 윤활유를 상기 장치에 적용하면 마찰이 줄어들어 발생하는 초음파도 감소하게 된다. 따라서, 초음파 에너지를 측정하면 윤활이 마찰 생성 표면에 도달한 시점을 알 수 있다. 또한, 베어링의 경우 불량 베어링은 양호한 베어링에 비해 초음파 에너지 레벨이 더 높으며, 따라서 이러한 조건들을 탐지할 수 있다.

과거에는 윤활의 시점을 이전 윤활 후 경과 시간 및 당시의 윤활제 첨가량을 기준으로 베어링의 다음 윤활 시점을 결정하였고, 이러한 정보들을 통상 제조업자의 권장 기준과 비교하였다. 그러나, 베어링 고장의 주요 원인은 윤활을 하지 않았기 때문이 아니라 부적절한 윤활 때문이었다. 또한, 과다 윤활도 문제가 될 수 있었다. 당업계에서 윤활 도구(lubrication tool)와 초음파 탐지기를 병행 사용함으로써 베어링의 윤활을 개선시킬 수 있다는 것은 공지의 사실이며, 이러한 장치들은 Goodman et al.의 미국 특허 6,122,966과 6,339,961에 이미 개시되어 있고 그 내용들은 이하 명세서에 참고로 기재되어 있다.

전기 캐비넷(electrical cabinets)의 변성기(transformers)와 같은 전기 장치(electrical equipment)에 아킹(arcing)을 하면 탐지 가능한 초음파 신호를 발생한다. 이러한 예는 Goodman 미국 특허 출원 공개 US2006/0209632-A에 개시되어 있으며, 그 내용들은 이하 명세서에 참고로 기재되어 있다. 대형 설비에 사용되는 모터와 전기 캐비넷은 모두 상당히 이격된 장소에 설치할 수 있다.

고장난 베어링(faulty bearings)에서 발생되는 음향 에너지와 전기 부품(electrical components)을 방전(discharging)하는 것은 모두 소음 가청 산업 환경(noisy audible industrial environment)의 가청 초음파 주파수 범위에 속하는 것으로서, 대부분 40 kHz 이내이며, 초음파 구성성분들을 용이하게 탐지 및 추적 할 수 있다. 따라서, 탐지된 신호를 오디오 범위로 헤테로다이닝(heterodyning)이나 복조를 위한 수단이 통상적으로 구비되며, 기타 다양한 방법도 가능하다.

유출, 마모된 베어링, 전기적 아킹 또는 기타 고장을 탐지하기 위해 초음파 에너지를 사용할 경우, 초음파 에너지의 존재여부와 강도를 시각적 및 청각적으로 표시하는 휴대용 초음파 센서를 사용하는 것이 좋다. 미국 특허 Re33,977(Goodman et al.)는 선형 또는 대수 모드(logarithmic mode)에서 작동 가능한 출력계에 탐지된 신호의 세기를 표시하며 헤드폰을 통해 오디오 출력을 제공하는 초음파 센서에 대해 개시하고 있다. 미국 특허 4,987,769(Peacock et al.)는 10단계 대수 LED 디스플레이 상에서 탐지된 초음파 신호의 진폭을 나타내는 초음파 탐지기에 대해 개시하고 있다. 그러나, 피콕(Peacock)이 개시한 탐지기는 탐지된 신호를 가청반응으로 가공하지도 못하고 초기의 예비 진폭 단계 후 신호감쇠를 제공하지도 못한다.

과거에 초음파 에너지를 탐지하기 위해 사용해 온 휴대용 장치는 UE Systems of Elmsford(NY)에서 제작한 UE 10,000이다. 이 장치는 Goodman et al.의 미국 특허 6,707,762, 6,804,922 및 6,996,030에 개시되어 있으며, 이하 명세서에 참고로 기재되어 있다. 상기 UE 10,000 장치는 마모된 베어링으로부터 발생하는 초음파 신호를 탐지한 후 그 신호를 오디오 범위로 변환시킨다. 이들 신호는 고장을 탐지하는 방법으로서 작동자의 헤드폰을 통해 탐지할 수 있다. 상기 오디오 신호는 일단 보관 후 나중에 외부 스펙트럼 분석기로 다운로드하여 베어링의 상태를 더 정확하게 판단할 수 있다.

탐지 장비를 오래 사용한 경우, 이들 기기의 작동자들은 이들 기기의 LCD 디스플레이 상에 표시되는 진폭 기록을 사용하지 않고 모터 베어링의 상태를 자신의 귀를 이용하여 종종 판단하는 경향이 있다. 하지만, 사람이 자신의 귀를 이용하여 마모가 막 시작된 베어링과 상당히 마모가 진행된 베어링의 입력 수치의 차이를 구별해 내는 것은 아주 힘든 일이며, 사람의 귀를 사용하여 오류를 잡아내는 것은 그 결과를 신뢰하기 어렵다. 상기 신호를 외부 스펙트럼 분석기로 보내면 상기 어려움을 해결할 수 있다. 여기서 문제가 되는 점은 테스트 중인 베어링이 들어 있는 모터가 멀리 흩어질 수 있다는 것이다. 모든 모터에 대한 조사가 완료될 즈음이면 휴대용 탐지기는 관리설비로 회수되고, 저장된 헤테로다인 되었거나(heterodyned) 오디오 신호는 스펙트럼 분석기로 다운로드 되고, 주변의 베어링들은 고장이 날 수도 있다. 베어링이 완전히 고장 나면 모터가 일정 기간 동안 작동이 불가능하게 된다. 일부 경우에는 잠시만 모터가 작동이 안 되더라도 상당히 치명적 결과를 초래하기도 한다(예: 냉각 펌프).

초음파 탐지 기구 외에, UE 15000도 카메라를 탑재하고 있어 테스트 중인 기계의 이미지를 녹화할 수 있으며, 이는 베어링 문제가 있는 특정 모터를 찾아서 식별하는데 유용하다.

휴대용 초음파 탐지기가 수신된 신호에 대하여 스펙트럼 분석을 수행하는 능력을 탑재하면 갑작스런 베어링 문제의 탐지를 기록하고 확인하는 데 있어서 시간의 지연을 방지할 수 있게 된다.

오류 예측은 기록의 절대 수치에만 의존하지 않고 이전의 기록과 비교해야 한다. 예를 들어, 좋은 베어링은 대개 큰 초음파 신호를 발생하지만 고장 모드(failure mode)에 있지는 않다. 신호가 계속해서 오랜 시간동안 탐지되는 경우에는 시정조치를 취할 필요가 없을 수도 있지만, 시간이 갈수록 신호의 강도가 증가되면 가까운 시일 내에 해당 베어링을 교환하는 것이 좋다. 휴대용 초음파 탐지기가 테스트 중인 아이템(예: 베어링)의 현재 소리를 이전에 기록된 소리와 비교할 수 있는 기록 및 저장 장치를 탑재할 수 있다면 상당히 유용할 것이다.

본 발명은 휴대용 소형 초음파 탐지기를 이용하여 상당히 이격된 장소에 있는 고장난 베어링, 아킹 변성기(acring transformers) 등을 탐지하는 개선된 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 휴대용 소형 초음파 탐지기들은 고장난 베어링, 전기 부품 방전 등으로부터 발생되는 초음파 신호를 탐지하기 위한 아날로그 탐지 회로가 구비되어 있다. 이들 초음파 신호들은 오디오 범위로 증폭 및 복조되며 작동자는 휴대 유닛에 케이블로 연결된 헤드폰을 통해 듣게 된다.

본 발명의 일 구현예로서, 디지털 스펙트럼 분석기는 휴대용 소형 초음파 탐지기에 탑재되며, 이 디지털 스펙트럼 분석기는 신호의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transforms)을 수행하게 된다. 따라서, 작동자는 초음파 신호에서 유래된 오디오 신호를 듣고 그 소리의 레벨을 관찰할 뿐 아니라, 또한 휴대용 장치에 있는 스크린을 통하여 신호의 스펙트럼을 관찰할 수 있다. 이와 같이 함으로써 작동자는단순히 청각에 의존하지 않고 베어링 또는 변성기(transformer)의 상태를 실시간으로 매우 정확하게 판단할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 블루투스 회로(Bluetooth circuit)는 오디오 신호를 근거리 무선 신호로 변환하여 작동자가 헤드셋을 쓰고 들을 수 있게 한다. 이렇게 함으로써, 작동자는 헤드폰과 휴대용 유닛을 연결하는 케이블을 더 이상 필요로 하지 않게 된다.

게다가, 본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 블루투스 회로는 음성 재생을 포함(incorporate)할 수 있고, 헤드셋은 마이크로폰을 포함할 수 있다. 따라서, 테스트 동안 작동자가 구두로 코멘트를 하면 마이크로폰으로부터 블루투스를 거쳐 소형 유닛에 있는 데이터 기록기(data recorder)로 전달된다. 데이터 기록기는 작동자의 코멘트와 더불어 마모된 베어링이나 아킹(arcing)에 의해 발생되는 오디오 신호를 기록한다. 이러한 코멘트는 작동자의 소리에 대한 인상, 장치 작동 환경에 대한 정보(예: 폭우) 또는 오류 조건을 보상(compensating)할 수 있는 여러 제안들을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 휴대용 장치는 와이파이 회로(Wi-Fi circuit)를 구비함으로써 보다 장거리의 신호 전달이 가능하게 된다. 이를 통하여, 작동자의 코멘트를 지역 관리시설에서 재방송하는 데 사용할 수 있다. 이러한 경우, 상기 코멘트는 수리 팀에게 고장난 장치의 즉시 교체를 지시하는 요청이 될 수도 있다.

블루투스를 사용하거나 와이파이 연결을 통하여 기록된 데이터를 기지국이나 컴퓨터 네트워크로 전송하는 것은 더욱 진보된 방법이다. 또한, 블루투스를 사용하거나 와이파이 연결을 통하면 무선 데이터 감시 장치(monitoring device)와 데이터를 연결 및 교환할 수 있다.

본 발명은 또한 휴대용 탐지기에 저장소를 마련하여 헤테로다인식 오디오 신호 및/또는 스펙트럼을 기록할 수 있는 장점을 갖고 있다. 그 결과, 과거의 하나 이상의 시점에 대한 소리 및/또는 스펙트럼을, 테스트 모터 또는 전기 캐비넷에 위치한 휴대용 장치 상의 현재의 소리 및/또는 스펙트럼과 실시간으로 비교할 수 있기 때문에 고장 상태에 대한 진단도 훨씬 더 정밀하게 진행된다. 블루투스 및 와이파이를 사용함으로써 중앙 관리 작동(central maintenance operation)에 의해 갑작스런 고장을 즉각적으로 통지할 수 있다.

종래 시스템에서와 같이, 본 발명은 카메라가 탑재되어 있으므로 테스트 중인 장치의 사진을 찍을 수 있다. 과거와는 달리, 이렇게 찍은 사진은 테스트 중인 장치의 파일의 일부로 만들 수 있으며, 이 파일은 휴대용 초음파 탐지기에 저장된다. 이 파일은 소음 레벨 리딩(sound level reading), 오디오 스펙트럼, 작동자의 실제 장치의 사진 및 테스트에 대한 코멘트를 포함한다. 이 파일은 또한 과거의 리딩 및 스펙트럼도 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 사진은 오버레이로서 현재의 리딩을 보여 준다. 상기와 같이 테스트 결과를 정밀하게 구별하면 설비관리 회사의 책임을 경감시키는 데 도움이 된다. 특히, 최근의 테스트에서 적절히 작동된 것이 확인될 수 있다면 상기 설비관리 회사의 상기 테스트 이후의 책임도 줄어들게 될 것이다.

사진은 고장 탐지에 도움이 될 수 있다. 현재 이미지를 이전의 이미지와 비교함으로써 테스트 중인 장치의 변화를 알 수 있다. 하나의 이미지가 다른 이미지 위에 반투명 오버레이로 형성되면 차이점을 쉽게 결정할 수 있다.

카메라로 찍은 사진의 질을 개선하려면 LED 플래시 유닛으로 준비하면 된다. 또한, 레이저 포인터가 부착된 탐지기를 사용하면 카메라의 조준을 더 정밀하게 할 수 있다. 레이저 포인터는 거리 측정 장치의 일부분으로서 서로 다른 상황일지라도 동일 거리에서 별 어려움 없이 사진을 촬영할 수 있다.

통상적으로 대형 설비에서 테스트를 할 경우, 작동자는 특정 경로를 통해 테스트를 수행하게 된다. 휴대용 초음파 탐지기에 저장된 이미지로 인해 경로 안내는 시각적으로 제공될 수 있으며, 작동자의 경로는 일련의 사진을 통해 다음 테스트 지점을 지정받게 된다.

이미지와 스펙트럼은 휴대용 초음파 탐지기에 제공된 LCD 디스플레이 스크린을 통해 볼 수 있다. LCD 디스플레이는 터치스크린도 가능하며 시스템 가동의 조절을 그래픽 사용자 인터페이스의 형태로 스크린 상에서 할 수도 있다. 따라서, 상기 장치는 불결한 환경에서도 사용될 수 있고, 또한 터치스크린을 사용하면 더러운 입자가 조절에 손상을 입히는 것을 방지할 수 있다. 또한, 휴대용 초음파 탐지기 상의 디스플레이 스크린 외에도, 상기 이미지는 I-phone 이나 블랙베리(Blackberry)와 같은 이동 장치에 무선으로 연결하여 전달할 수도 있다. 따라서, 이미지는 원거리에 있는 이동 장치에도 유용 가능하다. 상기 장치를 감독관이 휴대하면, 특정 이미지에 대해 의문이 생길 경우 해당 이미지를 감독관에게 전송하여 해당 기계의 상태를 실시간으로 분석할 수 있다.

헤테로다인식(heterodyned) 초음파, 이미지 및 스펙트럼은 SD나 또는 기타 삭제 가능한 미디어 형태의 삭제 가능한 미디어 카드에 저장할 수 있으며, 이렇게 함으로써 정보를 중앙 컴퓨터에 업로드 하거나 휴대용 포켓 초음파 탐지기에 다운로드 할 수 있다.

또 다른 구현예로서, 본 발명은 적외선 온도 센서를 포함한다. 자주 고장 나는 베어링이나 전기 부품의 방전은 정상적으로 작동하는 장치에 비해 높은 온도를 갖게 된다. 따라서, 고장 예측을 용이하게 하기 위하여 온도를 기록할 수 있다. 기타 측정과 같이 온도 측정은 테스트 중인 장치의 파일에 저장하였다가 이전의 측정치와 비교하여 고장 진단에 활용할 수 있다. 상기 적외선 온도 센서로는 지점 고온계(spot pyrometer) 또는 적외선 이미지 센서를 사용할 수 있다.

본 발명의 추가적 기술적 사양들, 유용성 및 실시형태들은 이하 기재된 바와 도면 및 청구항에 잘 기술되어 있다. 본 발명의 상기 요약서 및 하기 기재는 본 발명을 더 상세히 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명에서 청구하고자 하는 범위가 축소되어서는 아니 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 포켓 초음파 탐지기의 측면도이다.
도 2는 탐지기와 온도 센서를 보여주는 본 발명에 따른 휴대용 포켓 초음파 탐지기의 확대된 정면도이다.
도 3은 카메라, 플래시와 레이저 포인터를 보여주는 본 발명에 따른 휴대용 포켓 초음파 탐지기의 확대된 정면도이다.
도 4는 터치스크린 디스플레이를 보여주는 본 발명에 따른 휴대용 포켓 초음파 탐지기의 확대된 후방 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 휴대용 포켓 초음파 탐지기의 회로의 블록 다이어그램이다.
도 6은 도 5의 아날로그 프론트 엔드 회로(analog front end circuit)의 블록 다이어그램이다.
도 7은 헤드폰 블루투스, 유선 랜 및 USB 호스트 회로의 블록 다이어그램이다.
도 8은 도 5의 메인 CPU의 블록 다이어그램이다.

이하, 첨부된 도면과 관련하여 동일한 참조 번호는 전 도면을 통하여 관측 방향과 상관없이 동일한 부분을 지칭한다. 도 1은 본 발명의 휴대용 포켓 초음파 탐지기(10)의 측면도이다. 상기 탐지기는 그 상단에 주요 몸통부(14)가 달린 핸들(12)을 포함한다. 상기 주요 몸통부는 탐지기용 회로를 구비한다. 상기 주요 몸통부의 전면에는 하나 이상의 초음파 탐지기 변환기가 위치한 하우징(16)이 있으며, 상기 몸통부(14)의 후면에는 터치스크린 디스플레이(20)가 위치하는 확대된 부분(18)이 자리한다. 또한, SD 메모리 슬롯(22)이 상기 확대된 부분에 위치하며, 하나 이상의 SD 메모리 카드를 수신한다. SD 메모리는 전류와 오디오 신호에 있는 히스토리컬 데이터(historical data), 이들의 스펙트럼 및 사진을 저장한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(16)의 전면부에는 철망 커버가 있어서 변환기를 보호하게 된다. 적외선 센서(19)는 주요 몸통부(14)의 전면부에 위치한다. 상기 센서는 테스트 중인 모터 또는 전기 캐비넷의 온도를 측정하는 데 사용되며, 온도가 상승하면 베어링이 마모되었거나 전기 부품이 방전된 신호로 볼 수 있다.

도 3은 확대된 부분(18)의 경사진 전면부의 확대도(enlarged view)로서 레이저 포인터(24)를 포함한다. 상기 레이저 포인터로부터 발산되는 레이저 빔은 적외선 온도 탐지기를 조준하는 데 사용되며, 또한 상기 확대된 부분에 위치한 플래시(27)가 구비된 카메라(26)를 조준하거나 그 정면에서 프로젝트(project)하는 데도 사용된다. 또한, 한 구현예로서, 상기 레이저 포인터(24)는 거리 측정 장치로도 사용 가능하다. 예를 들면, 각기 다른 상황에서 모터나 전기 캐비넷으로부터 동일한 거리에 떨어져서 초음파 또는 온도 측정을 수행하게 된다.

도 4는 확대된 부분(18)의 후면에 있는 터치스크린 디스플레이(20)를 보여준다. 상기 스크린에는 상기 신호의 일부 오디오 신호 및/또는 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 또한, db 측정을 온도와 같은 달리 감지된 정보와 함께 나타낼 수도 있다. 또한, 카메라(26)로 촬영한 사진이 오버레이로 나타나는 기타 다른 정보와 같이 표시할 수 있다.

스크린 디스플레이(20)는 그래픽 사용자 인터페이스의 일부로서 그 안에 작동자 제어(operator controls)를 포함할 수 있다. 제어의 이미지는 CPU에 의해 스크린에 형성될 수 있으며, 작동자가 제어 이미지 중 가까운 것을 터치하면 CPU는 상기 터치를 제어의 변경 방향으로서 해석하게 된다(예: db 또는 민감성 또는 주파수 범위 등). 터치스크린 이외에도, 상기 확대된 부분(18)의 후면에는 특수 기능 버튼(29)이 구비되어 있다.

확대된 섹션의 후면부에는 유선 헤드폰을 수신할 수 있는 헤드폰 잭(28)이 있다. 작동자는 이들 헤드폰을 사용하여 헤테로다인식 오디오 신호를 듣고 모터 베어링, 전기 캐비넷의 변성기(transformer)의 방전, 또는 압축가스의 유출 상태에 대한 초기 결정을 내리게 된다. 이하 주지와 같이, 유선 헤드폰 외에도 작동자는 상기 탐지기를 이용하여 블루투스 회로를 통해 오디오 신호를 무선으로 들을 수 있다.

상기 탐지기를 조절하는 주요 몸통부(14)에 있는 회로의 블록 다이어그램은 도 5에 도시되어 있다. 아날로그 프론트 엔드 회로(30), 프론트 엔드 CPU 회로(40), 블루투스 회로(50) 및 메인 CPU 회로(60)는 물리적으로 함께 스택된 상태에서 오디오 신호 WAV와 같은 일차 신호(primary signals)를 운반하는 버스(bus, 컴퓨터의 정보 전송 회로)에 연결되어 있다.

베어링이나 전기 부품의 방전으로부터 발생하는 초음파 신호는 변환기(15)에서 수신된 후 아날로그 프론트 엔드(30)로 이동된다. 프론트 엔드(30)에서 상기 신호는 완충 및 증폭된 후 헤테로다인식 회로에 의해 오디오 신호 WAV로 전환된다. 프론트 엔드 CPU(40)는 메인 CPU(40)로부터 받은 상세한 지시사항(예: 터치스크린에서 작동자의 선택을 메인 CPU가 해석한 결과에 따라 민감도(sensitivity)와 주파수를 설정하기 위해 전압을 발생시킴)를 수행하는 보조 처리 장치로서 작동하고, 상기 WAV 신호는 블루투스 회로로 전달한다. 프론트 엔드 CPU는 배터리 수명 신호 및 IR 온도 센서로부터 오는 온도 신호와 같은 센서 신호도 수신하며, 이들을 메인 CPU로 보내 분석하게 된다. 블루투스 회로(50)는 상기 WAV 신호를 무선 헤드폰(51)로 보낼 준비를 한 후 메인 CPU로 보낸다. 또한, 블루투스 회로는 WAV 신호의 광역 통신을 위해 무선 USB 포트(52)를 제공한다. 메인 CPU(60)는 탐지기의 모든 기능을 조절한다. 메인 CPU는 그 일부에서 고속 푸리에 변환을 수행하여 WAV 신호를 스펙트럼으로 전환한다. 메인 CPU의 출력은 터치스크린(20)에 표시되며, 레이저 포인터(24)를 조절하고, 데이터를 저장하며, SD 메모리(22)에서 데이터를 찾아온다. 카메라와 플래시(26)도 역시 메인 CPU에 의해 조절되며, 카메라로부터 이미지를 수신하여 스크린(20)에 표시하고 SD 메모리(22)에 저장한다. 와이파이 모듈(25)도 또한 메인 CPU(60)에 의해 조절된다.

도 6은 본 발명의 휴대용 포켓 초음파 탐지기의 아날로그 프론트 엔드를 도시하고 있다. 이 회로는 미국 특허 6,707,762에 개시된 UE Systems의 모델 UE10,000 탐지기와 유사하다. 변환기(15)는 회로 입력(100)에 연결된다. 변환기로부터 수신되는 초음파 신호는 증폭기(102)에서 완충 후 전압 제어 증폭기(104)를 통과한다. 증폭기(104)의 설정은 작동자가 터치스크린을 이용하여 조절한다. 터치스크린 신호는 메인 CPU에 의해 디지털 신호로 전환된 후 그 출력으로 상기 증폭기의 이득을 설정한다.

UE10,000 탐지기에서와 같이, 초음파 신호는 제 1 헤테로다인 회로(106)로 전달된 후 별도로 제 2 헤테로다인 회로(108)로 전달된다. 헤테로다인 회로는 초음파 주파수를 오디오 신호로 전환한다. 헤테로다인 회로(106)의 출력은 오디오 신호의 db와 동일한 진폭의 dc 신호를 발생하는 DB 전환기 회로(110)에 인가되고 곧 이어 메인 CPU에 인가되어 스크린(20) 상에 정보를 표시하게 된다.

제 2 헤테로다인 회로(108)는 WAV 신호를 생성시키며, 이 신호는 회로(109)에 의해 증폭된 후 샘플링을 위해 메인 CPU에 인가된 후 스펙트럼 분석을 하게 된다.

도 7에 도시된 블루투스 회로는 메인 CPU의 헤드폰 커넥터에 연결된다. 이들 신호는 안테나(121)가 달린 블루투스 송신 회로(120)로 전달된다. 따라서, 신호가 블루투스 프로토콜에 따라 포켓 유닛에서 블루투스 이어폰 또는 블루투스 스피커와 마이크로폰 헤드셋까지의 근거리를 방송하게 된다. 이 회로 역시 메인 CPU로 이더넷(Ethernet) 접속을 제공하는 유선 LAN 회로(124)를 포함한다. LAN 회로(124)는 근거리 통신망에 출력을 제공하며 아마도 인터넷에도 제공될 것이다. 또한, 상기 회로는 보조 오디오 증폭기(126)를 제공한다. 장거리 접속이 필요할 경우에는 USB 호스트를 플러그 인 와이파이 접속으로 사용하면 된다.

도 8은 메인 CPU 보드를 도시하고 있다. WAV 신호를 수신하는 메인 CPU(130) 외에도 디스플레이(20)에는 실시간 시계(150) 및 두 개의 SD 카드 슬롯(160),(162)이 연결되어 있고, 이들은 함께 도 1의 슬롯을 형성한다. 이들 슬롯 중 하나는 시스템 메모리를 제공하는 고밀도 SD 카드를 접수하며, 여기에 WAV 파일과 포토 이미지 및 스펙트럼 신호들을 같이 저장할 수 있다.

메인 CPU는 휴대용 포켓 초음파 탐지기의 모든 기능을 조절한다. 또한, 메인 CPU는 WAV 신호의 복잡한 분석을 수행한다. 예를 들면, WAV 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있고, 그 결과를 스크린에 표시할 수 있다.

작동 시, 휴대용 포켓 초음파 탐지기(10)는 초음파 에너지를 발산하는 모터 베어링과 변환기 코일 및 유사 장치가 정상적으로 작동하고 있고 가까운 장래에 고장이 날 위험이 없는지에 대하여 작동자가 넓은 시설에서 점검할 수 있다. 통상적으로 작동자는 설비와 관련하여 설정된 경로를 따르게 된다. 이 경로는 탐지기 자체에 문서 파일로 포함될 수 있으나, 본 발명에서 상기 경로는 작동자가 검역소에서 검역소로 작동자가 시각적으로 안내를 할 수 있는 일련의 사진을 통하여 나타난다. 원래 경로는 탐지기에 내장된 카메라(26)를 사용하여 건축될 수 있다. 따라서, 향후 본 발명이 실시될 경우 검사관은 현재와 이전의 기계 이미지 및 기계 사이를 연결하는 통로를 기준으로 하여 시각적 경로를 결정할 수 있다.

초음파 신호 발생 장치가 있는 곳에서 탐지기를 작동하면 이들 신호는 상기 장치 내의 변환기에 의해 탐지된다. 이들 초음파 신호는 증폭 후 아날로그 프론트 엔드(30)에 의해 오디오 범위로 헤테로다인되어 작동자가 휴대용 유닛에 케이블로 연결된 헤드폰을 통해 이를 들을 수 있게 된다. 본 발명의 한 구현예로서, 블루투스 회로(50)는 오디오 신호(WAV)를 근거리 무선 신호로 전환 후 작동자가 무선 헤드셋을 쓰고 수신할 수 있으며, 이렇게 함으로써 헤드폰을 휴대용 유닛에 연결할 필요가 없게 된다.

또한, 한 구현예로서, 블루투스 회로는 음성 응답(voice back)을 병합할 수 있고 헤드셋은 마이크로폰을 포함할 수 있다. 따라서, 테스트 도중 작동자는 마이크로폰을 통해 블루투스 뒤로 접속된 후 포켓 유닛(10)의 데이터 기록기에 접속하도록 구두로 코멘트 할 수 있다. 데이터 기록기는 마모된 베어링이나 아킹(acring)에 의해 발생한 헤테로다인식 오디오 신호를 작동자의 코멘트와 같이 기록할 수 있다. 이들 코멘트는 작동자의 소리에 대한 인상, 해당 장치가 작동되는 환경에 대한 정보(예, 폭우) 또는 오류 조건을 보상할 수 있는 몇 가지 건의안을 포함할 수 있다.

또 다른 구현예로서, 상기 휴대용 장치는 와이파이 회로(25)를 포함할 수 있으며 이에 따라 원거리 신호 전달에 효과적일 수 있다. 상기 장치는 작동자의 코멘트를 지역 관리 시설에 재송신할 때 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 코멘트는 수리 팀에게 고장 난 장비의 즉시 대체를 요구하는 내용일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 탐지기의 CPU는 휴대용 초음파 탐지기(10)에 탑재된 오디오 신호의 디지털 스펙트럼 분석을 수행할 수 있다. 이 스펙트럼 분석은 신호의 고속 푸리에 변환을 수행하는 CPU에 의해 수행된다. 따라서, 작동자는 초음파 신호에서 유래된 오디오 신호를 듣고 해당 소음 레벨을 관찰할 뿐 아니라, 휴대용 장치에 위치한 스크린(20)에 나타나는 신호의 스펙트럼을 관찰할 수 있다. 그 결과, 작동자는 단순히 자신의 청각에 의존하지 않고도 베어링이나 변환기의 상태에 대해 실시간으로 정확한 판단을 할 수 있게 된다.

이전 오디오 신호 및/또는 스펙트럼의 기록을 위한 휴대용 탐지기에 있는 저장은 삭제 가능한 SD 카드(22)에 의해 제공된다. 이에 따라, 정보를 중앙 컴퓨터로 쉽게 업로드 하거나 휴대용 포켓 초음파 탐지기로 다운로드 할 수 있다. 상기 저장 용량에 힘입어, 하나 이상의 과거의 소음 및/또는 스펙트럼을 테스트 모터 또는 전기 캐비넷에 위치한 휴대용 장치에 있는 현재 소음 및/또는 스펙트럼과 비교함으로써 고장 상태의 진단을 보다 정밀하게 할 수 있다. 이런 방법으로 탐지된 갑작스런 고장은 블루투스 및 와이파이 접속을 통하여 중앙 메인터넌스 오퍼레이션부에 통지된다.

카메라(26)는 테스트 중인 장치의 사진촬영에 사용된다. 과거와 달리, 사진은 테스트 중인 장치의 파일의 일부가 되어 휴대용 포켓 초음파 탐지기에 저장된다. 이 파일은 소음 레벨 리딩, 오디오 신호의 스펙트럼, 테스트에 대한 작동자의 코멘트 및 실제 장치의 사진을 포함하며, 이 파일은 또한 과거의 리딩과 스펙트럼도 포함한다. 상기 사진은 오버레이로서 현재 리딩을 가질 수 있다. 상기와 같이 테스트 결과에 대한 정밀한 아이덴티피케이션은 설비관리를 책임지고 있는 회사의 부담을 경감시키는 데 도움이 된다. 특히, 가장 최근의 테스트에서 상기 장치가 정상적으로 작동한 경우, 상기 테스트 이후의 고장에 대한 상기 관리 회사의 책임은 경감될 수 있다.

카메라(26)를 이용하여 찍는 사진의 품질 향상을 위하여 LED 플래시 유닛(27)을 사용할 수 있다. 상기 탐지기는 카메라를 좀 더 정밀하게 조준하기 위하여 레이저 포인터를 구비할 수 있다(도 3). 또한, 상기 레이저 포인터(24)는 거리 측정 장치의 일부로서 이로 인해 각기 다른 상황에 대해 동일한 거리에서 별 어려움 없이 사진을 찍을 수 있다.

카메라(26)를 이용하여 찍은 사진들은 고장을 탐지하는 데 도움이 될 수 있다. 현재의 이미지를 과거의 이미지와 비교함으로써, 테스트 중인 장치 내의 변화를 알아낼 수 있다. 만일 하나의 이미지가 다른 이미지 위에 반투명 오버레이로서 형성된다면, 그 차이점을 더욱 쉽게 알아낼 수 있다. 이미지를 사용자에게 제공하면 해당 기계의 원상태에 대한 기준 이미지(baseline image)로서 사용된다. 이들 이미지는 분석 중인 기계의 시각적 시간경과 변화를 시간의 경과 중 복합 오버레이에서 혼합될 수도 있다. 이 결과, 기계와 분석용 테스트의 시간 경과에 따른 상황적 조건(trending condition)을 보여 주는 시각적 정보를 제공하기도 한다. 따라서, 시간의 경과에 따라 심해지는 베어링 하우징의 탈색 현상은 과열 표시의 일례로 인식되기도 한다.

이미지와 스펙트럼은 휴대용 초음파 탐지기에 장착된 LCD 스크린(20)에 제공되기도 한다. 상기 LCD 스크린은 터치스크린을 포함하는 것으로서, 시스템 작동 제어를 스크린에 그래픽 사용자 인터페이스의 형태로 제공할 수도 있다. 터치스크린을 사용하면 먼지 입자가 제어장치에 손상을 입히는 것을 방지할 수 있으므로 상기 장비는 불결한 작업 환경에서도 사용이 가능하다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 와이파이 및 블루투스 회로를 통하여 베이스 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크로 데이터의 양방향 전송을 제공한다. 그 결과, LCD 스크린으로 전송되는 데이터를 외부 뷰(external view)를 위하여 네트워크 드라이브 또는 원격 접근 단말기(remote access terminal)로 비춰지기도(miorrored) 한다. 또한, 포켓 장치의 사용자는 특정 정보 및 데이터 세트를 또 다른 사용자들에게 송신하여 정상적 절차에 대한 확인 및 참고 의견(alternative opinions)을 얻기도 한다. 이에 대한 대안으로서, 데이터 로깅(data logging) 후 포켓 장치를 사용하여 이전 데이터 세트의 시간 경과에 따른 시각적 변화 또는 변경 등을 비교할 수도 있다. 또한, 포켓 장치를 사용함으로써 이전에 수집된 데이터를 사용하여 기록된 데이터 또는 실제 데이터를 분석 모델과 비교할 수 있다.

와이파이 및 블루투스의 기능을 이용하면 본 발명을 여하한 무선 독립형(stand-alone) 정보 기록 장치와 연결할 수 있다. 본 발명은 아무런 제한 없이 데이터를 공유하고 광학적 또는 스트로브 타코미터(strobe tachometer), IR 카메라, 진동 분석기 또는 환경 센싱을 위한 기타 다른 장치의 기능을 조절할 수 있다. 따라서, 메인터넌스 오퍼레이션을 하는 동안이나 그 이전에 진단 툴을 사용하여 수집한 데이터는 어떠한 네트워크에 접근가능한 장치의 네트워크 통신을 통하여 저장 또는 접근할 수 있다. 따라서, 이렇게 다양한 외부 원천(external sources)의 정보는 탐지기에서 단일 원천(source)으로 결합될 수 있다.

본 발명의 사용자는 네트워크를 통하여 데이터베이스가 갖추어진 저장 설비에 접근하여 연속 데이터를 원격 분석이나 저장용 네트워크로 전송한다. 또한, 상기 데이터베이스는 사용자가 본 발명에 의해 수득한 데이터의 업로딩 또는 협업(collaborating)을 위해 사용자에게 유용할 수 있는 선택 가능한 입력 데이터를 갖게 된다.

본 발명의 또 다른 기술적 특징은 애드 혹 네트워크(ad hoc network)를 통해 데이터를 PDA, 스마트 폰, 넷북, 태블릿, 또는 기타 디스플레이 및 프로세싱 플랫폼 등 국부 송신 능력(locally transmit)이 있다는 점이다. 본 발명에 의해 생성된 데이터는 모바일 플랫폼을 통하여 접근 또는 원격 뷰(remotely viewed)가 가능하다.

본 발명의 또 다른 기술적 특징은 수행할 특정 과제에 따라 지시사항(instructions), 입증(demonstration), 절차(procedures) 및 사용지침(tutorials)을 사용자에게 제공할 수 있다는 점이다. 본 발명은 내부 저장 장치 또는 네트워크 접근이 가능한 데이터베이스로부터 적절한 지시사항 자료(instruction materials)를 선택한 후 문맥 반영기조(context sensitive basis) 하에 본 발명의 사용자에게 제공한다는 점이다. 본 발명의 사용자는 아무런 제한 없이 오디오 스펙트럼과 관련된 데이터의 수득을 희망할 수 있다. 언급된 요소에 의하거나 이를 통하여, 본 발명은 특정 과제의 수행에 필요한 절차 및 안전 규정에 대한 지시사항을 장치 자체에 디스플레이 한다. 또한, 본 발명의 지시사항과 관련한 기술적 형태는 데이터 및 스크린 이미지를 기록하여 신규 지시적 정보 또는 미래의 사용자를 위한 실례로 제공한다. 따라서, 초음파 소형 장치는 진단 툴에 네트워크에 근거를 둔 지시사항(network sourced instructions)을 감독하는 전달자로서의 역할을 한다.

수집된 후 국부 또는 원격 저장 장치에 전달되는 데이터는, 개시와 관련하여 어떠한 제한 없이, 오디오 데이터, 온도 데이터, 스펙트로그래픽 데이터, 비주얼 정보, 비디오 데이터, 지향성(directional) 및 진동 데이터, 또는 물리적 조건 및 현상 하에서 데이터를 수집하는 여하한 메커니즘을 포함한다.

아무런 제한 없이, 국부적 또는 네트워크 데이터는 소형 장치에 제공될 수 있고 온도 변화(temperature gradient), 가변속도(variable speed) 등과 같은 매개변수를 갖는 장치를 위한 사용자 의견을 지속적으로 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 분석되는 장치 내에서 변수 조건에 따라 알람의 템포나 억양(cadence)을 조절할 수 있다.

본 발명은 또한 특정 물리적 현상과 관련한 데이터 수득이 가능하고, 데이터 수득 및 분석의 전반적 목표와 관련한 데이터를 해석할 수 있다. 아무런 제한 없이, 본 발명은 가변속 드라이브(variable speed drive)의 rpm이 변경되며 오디오 알람이 변경됨(altered)으로써 드라이브 환경에 변화가 있음을 알게 된다.

본 발명은 여러 상이한 입력을 결합할 수 있으며, 이러한 입력을 이용하여 특정 장치나 구조의 전반적 품질이나 상태를 결정할 수 있다. 아무런 제한 없이, 본 발명은 온도나 음향 공진 패턴과 같은 환경적 데이터를 연합할 수 있으며, 이들 측정점으로부터 특정 장치가 정상적으로 작동하는 지의 여부를 결정할 수 있다. 예를 들면, 소형 초음파 탐지기는 증기 트랩을 평가하는 데 사용된다. 증기가 상기 증기 트랩을 통과하거나 이로부터 벗어나면 탐지 및 측정 가능한 초음파 신호가 발생하게 된다. 또한, 적외선 센서나 기타 장치에 부착된 다른 온도 센서는 증기 트랩의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 작동자는 온도 및 소리 레벨 또는 패턴을 근거로 증기 트랩의 상태가 좋은지 나쁜지를 알 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 무선 통신 수단을 통하여 관리 또는 진단 툴에 연결할 수 있다. 진단 툴은 사용 중 수집된 데이터를 무선 수단을 이용하여 소형 장치에 전달할 뿐 아니라 소형 장치로 조절할 수 있다. 진단 툴은 또한 장치나 구조의 수리나 관리를 할 수 있는 수단을 갖고 있다. 예를 들면, 물리적 매뉴퓰레이터(physical manupulator)는 물, 윤활유 또는 그리스 등을 분배하는 도구가 될 수 있으며, 분배하는 물질의 환경에서 존재하는 레벨 및 양을 모니터링 할 수 있다.

물리적 환경과 관련하여 이전에 저장된 데이터는 초음파 소형 장치에서 가용할 수 있다. 상기 장치는 구조적, 히스토리컬 정보를 제공할 수 있으며, 환경을 측정할 수도 있다. 또 다른 구현예로서, 본 발명은 적외선 온도 센서(41)를 포함한다. 자주 고장 나는 베어링이나 전기 부품의 방전은 정상적으로 작동하는 장치들에 비해 더 높은 온도를 갖게 된다. 따라서, 온도는 고장을 예측하는 데 도움이 된다. 다른 측정처럼 온도의 측정은 테스트 중인 장치의 파일에 저장할 수 있으며, 고장 진단의 한 방법으로서 이전 측정치와 비교할 수도 있다.

이상의 설명은 첨부된 도면의 제한된 구조에 기하여 설명하고, 불필요한 부분에 관한 설명은 생략하였지만, 본 발명은 예시된 실시예의 구조와 그 설명에 한정되는 것은 아니고, 상기 설명된 기술사상에 의해서 당업자라면 필요에 따라 균등한 범위 내에서 적의 설계 변경할 수 있으며, 그러한 변경은 하기의 청구범위 내에 포함됨을 이해해야 한다.