머신 상태 모니터링 방법, 모니터링 시스템 및 주파수 정류시스템 document_id A220623039881

본 발명은 일반적으로 관심 주파수를 갖는 신호를 잡음으로부터 구별하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 복소 신호로부터 관심 신호를 복구하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 모터와 같은 전기 머신은 전기 스위치를 개방 또는 폐쇄하는 동작 및/또는 전기 장치에 전력을 공급하는 동작을 포함하는 광범위한 애플리케이션에서 사용되지만, 이들로 한정되지는 않는다. 상태 모니터링 시스템은 그 머신과 연관된 사전 결정된 관심 주파수를 모니터링함으로써 전기 머신의 상태를 평가하는데 사용된다. 이러한 전기 머신이 동작하는 관심 주파수를 모니터링함으로써 그 머신의 오동작 여부를 정확하게 결정하는 것이 용이해진다. 적어도 몇몇 알려진 상태 모니터링 시스템은 해당 동작 상태를 결정하여 이를 운용자에게 알려주기 위해서 모니터링되는 다수의 신호를 머신으로부터 샘플링한다. 수집된 신호들은 특정 관심 주파수를 포함하는 신호 성분과 잡음을 포함하는 신호 성분을 포함하는 다수의 신호 성분으로 구성되는 복소 신호일 수 있다. 그러나, 머신 출력 신호 내에 존재하는 잡음의 크기로 인해서, 관심 주파수를 포함하는 신호 성분을 분리하는 것이 어려워진다. 또한, 몇몇 경우에, 관심 주파수를 포함하는 신호 성분은 이 성분이 잡음 성분으로부터 구별가능하지 않을 때에는 잡음 성분으로부터 용이하게 분리되지 않는다. 관심 주파수를 포함하는 복소 신호 성분을 분리시키는 것을 용이하게 하기 위해서, 적어도 몇몇 모니터는 주파수의 범위를 샘플링된 신호로부터 관심 주파수를 포함하는 주파수의 대역까지 좁히는 필터를 사용한다. 동작 주파수 범위가 좁아지면, 관심 주파수는 그 주파수 대역 내에서 검출될 수 있다. 그러나, 관심 주파수를 포함하는 복소 신호 성분이 잡음 성분으로부터 구별가능하지 않을 때에는 모든 스펙트럼 피크가 관심 주파수보다는 잡음 주파수를 나타낸다. 스펙트럼 피크 중 하나를 임의적으로 선택하면 랜덤한 결과가 산출되어서 관심 주파수를 분리시킬 수 있는 가능성이 작아진다. 이로써, 주파수 대역 내로부터 관심 주파수를 구별하는 것이 어려워진다. 머신의 관심 주파수를 포함하는 신호 성분을 격리하는 것을 보다 용이하게 하기 위해서, 적어도 몇몇 모니터는 적어도 하나의 발진기를 사용한다. 이 발진기는 입력 복소 신호의 사전 결정된 관심 주파수를 기반으로 하여 발진기의 발진 주파수를 조절함으로써 입력 복소 신호의 신호 대 잡음 비를 개선하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 프로세스는 때때로 주파수 정류 프로세스로 지칭된다. 적어도 몇몇 알려진 발진기는 사전 규정된 파라미터의 세트 내에서 발진하는 물리적 아날로그 디바이스를 포함한다. 가령, 발진기는 사전 결정된 주파수 또는 주파수 범위에서 사전 규정된 진폭 또는 진폭의 범위를 갖는 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 발진기는 사전 결정된 기간 내에서 사전 결정된 개수의 사이클 동안 2 개의 값 간에서 전후로 진동하는 진폭을 갖는 연속 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 적어도 몇 개의 알려진 발진기는 물리적 아날로그 디바이스의 전자적 컴퓨터 시뮬레이션으로서 구성되어서 그 출력 신호들이 기반으로 하는 물리적 아날로그 모델에 실질적으로 유사한 해당 출력 신호를 생성한다. 이들 발진기는 섭동(perturbation)이 도입되기까지 실질적으로 안정된 주파수를 갖는 안정된 상태로 발진할 수 있도록 구성된다. 이러한 발진기는 또한 섭동이 이전의 안정된 발진기로 도입될 때에 발진기가 섭동의 특성과 유사한 특성을 갖는 교번하는 실질적으로 안정된 상태로 이동하도록 구성된다. 가령, 이러한 발진기는 관심 주파수의 차수 내에 존재하는 안정된 발진 주파수로 발진하도록 구성된다. 상술한 바와 같은 관심 주파수 성분 및 잡음 성분을 갖는 복소수 입력 신호가 소정의 조건 하에서 발진기로 입력될 때, 이 발진기는 그의 발진 주파수를 시프트하여 관심 주파수와 실질적으로 유사하게 한다. 이렇게 생성된 발진기로부터의 출력 신호는 잡음 성분 진폭의 감소로 인해서 관심 주파수에 실질적으로 근사한 상당한 피크를 갖는 주파수 스펙트럼에 의해서 표현될 수 있다. 따라서, 관심 주파수에서 신호의 상대 진폭은 잡음에 비해 증가한다. 주파수 정류의 완료에 따라, 주파수 추출을 사용하여 관심 주파수 신호를 생성하고 이 신호는 후속하는 머신 상태 모니터링에서 사용될 것이다. 상술한 발진기의 전자 컴퓨터화된 모델이 주파수 정류를 실행하는 경우, 관련 구성은 머신 오동작의 존재 여부를 결정하는데 있어서 상당량의 컴퓨팅 자원을 소비하고 원하지 않는 지연을 양산하게 되는 알고리즘 세트를 사용하게 된다.