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KR20200072061A - Hand-held ultrasound camera with high spatial resolution - Google Patents

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KR20200072061A
KR20200072061A KR1020180159797A KR20180159797A KR20200072061A KR 20200072061 A KR20200072061 A KR 20200072061A KR 1020180159797 A KR1020180159797 A KR 1020180159797A KR 20180159797 A KR20180159797 A KR 20180159797A KR 20200072061 A KR20200072061 A KR 20200072061A
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KR
South Korea
Prior art keywords
camera
sound pressure
measuring means
ultrasonic
present
Prior art date
Application number
KR1020180159797A
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Korean (ko)
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KR102138117B1 (en
Inventor
박춘수
김미소
최원재
김영기
김인권
이광현
이선형
Original Assignee
한국표준과학연구원
(주)에스엠인스트루먼트
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Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원, (주)에스엠인스트루먼트 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020180159797A priority Critical patent/KR102138117B1/en
Publication of KR20200072061A publication Critical patent/KR20200072061A/en
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Abstract

The present invention relates to an ultrasonic camera used to diagnose the abnormality of a target facility by sensing a position of the generation of ultrasonic waves which are naturally radiated by an interoperation between components of a target facility such as an industrial facility, machinery or the like. A purpose of the present invention is to provide a portable high-resolution ultrasonic camera capable of obtaining a high-resolution measurement result while using fewer sensors than an existing beamforming method by using a functional beamforming method. Another purpose of the present invention is to provide a portable high-resolution ultrasonic camera capable of using fewer sensors than an existing ultrasonic camera while having high performance as well as reducing weight, thus improving economic feasibility and portability at the same time.

Description

휴대용 고해상도 초음파 카메라 {Hand-held ultrasound camera with high spatial resolution}Portable high-resolution ultrasound camera {Hand-held ultrasound camera with high spatial resolution}

본 발명은 휴대용 고해상도 초음파 카메라에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업설비, 기계류 등과 같은 대상설비에서 구성 요소 간의 상호 동작에 의해 자연 방사되는 초음파 발생 위치를 감지함으로써 대상설비의 이상을 진단하는데 사용되는 초음파 카메라에 관한 것이다.The present invention relates to a portable high-resolution ultrasound camera, and more specifically, ultrasonics used to diagnose abnormalities of the target facility by detecting the position of the ultrasound radiation naturally emitted by the interaction between components in the target facility, such as industrial facilities and machinery. It's about the camera.

산업설비, 특히 고전압이 인가되는 부품이나 설비, 장치의 경우 고전력에 따라 발생되는 열적 요인이나, 운전 시 발생되는 진동이나 충격 등과 같은 물리적 요인 등으로 인하여 손상이나 고장이 발생할 위험성이 높다. 이러한 산업설비에서 손상이나 고장이 발생할 경우 그 피해가 막대하기 때문에, 이러한 산업설비의 운전 중 이상 징후가 있는지 지속적으로 검사하는 것이 필요하다.In the case of industrial equipment, especially high voltage applied parts, equipment, and devices, there is a high risk of damage or failure due to thermal factors generated by high power or physical factors such as vibration or shock generated during operation. When damage or breakdown occurs in these industrial facilities, the damage is enormous, so it is necessary to continuously check for any abnormality during operation of these industrial facilities.

이와 같은 산업설비, 기계류 등과 같은 대상설비에서 손상이 발생하면 해당 위치에서 구성 요소 간의 상호 동작에 의하여 초음파가 자연 방사된다는 점이 알려져 있다. 이에 따라 종래에도, 대상설비에서 방사되는 초음파를 검출함으로써 대상설비를 진단하는 초음파 카메라 장치가 개발되어 사용되고 있다. 한국특허등록 제1167918호("초고압 설비 부분방전 진단 장치", 2012.07.17.), 한국특허등록 제1477755호("초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반", 2014.12.23.) 등에 이러한 장치의 예시가 개시되어 있다.It is known that when damage occurs in a target facility such as an industrial facility, machinery, etc., ultrasonic waves are naturally radiated by interaction between components at a corresponding location. Accordingly, conventionally, an ultrasonic camera device for diagnosing a target facility by detecting ultrasound waves emitted from the target facility has been developed and used. Korean Patent Registration No. 1167918 ("Ultra High Voltage Partial Discharge Diagnosis Device", 2012.07.17.), Korean Patent Registration No. 1477755 ("High-pressure panel, low-voltage panel, distribution panel equipped with ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring and diagnosis system) , Motor control panel", 2014.12.23.), etc.

이러한 종래의 설비 진단을 위한 초음파 카메라는, 일반적으로 단일 개 또는 2~3개의 센서를 이용하여 측정된 파형 또는 가청영역대로 변조된 소리를 사용해서 어느 특정한 하나의 지점에서의 이상 여부를 진단하도록 이루어진다. 그런데, 이러한 종래기술의 경우 한 번 측정할 때 단일 지점에 대한 측정만이 이루어지게 되므로, 넓은 작업장을 검사하기 위해서는 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다.The ultrasonic camera for diagnosing such a conventional facility is generally configured to diagnose an abnormality at a specific point using a waveform measured using a single sensor or 2-3 sensors or a sound modulated according to an audible region. . However, in the case of such a prior art, since only a single point is measured when measuring once, there is a problem in that it takes a lot of time to inspect a wide workplace.

이에 따라 이러한 설비 진단용 초음파 카메라에 다수의 센서 어레이를 이용하는 빔-형성 기법(beamforming method)을 이용한 소음원 위치 가시화 기법을 적용하고자 하는 시도가 이루어져 왔다. 빔-형성 기법이란 소음원과 측정 센서의 거리 차에 따른 측정신호의 위상 차이를 이용한 신호처리를 통하여 공간상의 소음원 강도 분포를 계산하고, 이의 강/약에 따라 소음원의 위치를 추정하는 기법을 말한다. 이러한 빔-형성 기법에서 측정 정밀도는 사용 센서의 개수에 따라 결정되는데, 일반적으로 많은 개수의 센서를 사용할수록 그 성능이 향상되는 것으로 알려져 있다.Accordingly, attempts have been made to apply a noise source location visualization method using a beamforming method using a plurality of sensor arrays to the ultrasound camera for facility diagnosis. The beam-forming technique refers to a technique of calculating the intensity distribution of a noise source in space through signal processing using a phase difference of a measurement signal according to a distance difference between a noise source and a measurement sensor, and estimating the location of the noise source according to its strength/weakness. In such a beam-forming technique, measurement precision is determined according to the number of sensors used. In general, it is known that the performance increases as the number of sensors is used.

상술한 바와 같이 빔-형성 기법은 센서의 개수가 많을수록 성능이 향상되므로, 기존의 빔-형성 기법을 적용한 초음파 카메라의 경우 20개 이상의 다수 개의 센서를 포함하도록 제작되었다. 그런데 이처럼 많은 개수의 센서를 포함할 경우 장치 단가가 지나치게 상승하는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 기존의 초음파 카메라는 상당히 무게가 무거워 작업자가 휴대하고 다니기도 불편할뿐더러 오랜 시간 동안 검사하기 어려운 문제 또한 있었다.As described above, since the performance of the beam-forming technique increases as the number of sensors increases, the ultrasonic camera to which the existing beam-forming technique is applied was manufactured to include more than 20 sensors. However, when such a large number of sensors is included, there is a problem in that the unit cost of the device is excessively increased. In addition, the existing ultrasonic camera is very heavy, and it is inconvenient for the operator to carry it, and there is also a problem that it is difficult to inspect for a long time.

1. 한국특허등록 제1167918호("초고압 설비 부분방전 진단 장치", 2012.07.17.)1. Korean Patent Registration No. 1167918 ("Ultra-high pressure equipment partial discharge diagnosis device", 2012.07.17.) 2. 한국특허등록 제1477755호("초음파 기반의 아크 및 코로나 방전 감시진단 시스템이 탑재된 고압반, 저압반, 분전반, 모터제어반", 2014.12.23.)2. Korean Patent Registration No. 1477755 ("High-pressure panel, low-voltage panel, distribution panel, motor control panel equipped with ultrasonic-based arc and corona discharge monitoring and diagnosis system", 2014.12.23.)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일반화된 빔-형성 기법(functional beamforming method)을 이용하여 종래의 빔-형성 기법에 비해 적은 개수의 센서를 사용하면서도 높은 해상도의 측정 결과를 얻을 수 있도록 하는, 휴대용 고해상도 초음파 카메라를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 종래의 초음파 카메라에 비하여 센서 개수를 줄이면서도 고성능을 가질 뿐 아니라 중량 또한 저감함으로써, 경제성 및 휴대성을 동시에 향상할 수 있도록 하는, 휴대용 고해상도 초음파 카메라를 제공함에 있다.Therefore, the present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and the object of the present invention is to use a generalized beam-forming technique (functional beamforming method), which is less than the conventional beam-forming technique. It is to provide a portable high-resolution ultrasound camera that can obtain a high-resolution measurement results while using the sensor of the. Another object of the present invention is to provide a portable high-resolution ultrasound camera that can simultaneously improve economical efficiency and portability by reducing the weight as well as reducing the number of sensors compared to a conventional ultrasound camera.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초음파 카메라(100)는, 카메라(111)를 중심으로 복수 개의 음압센서(112)가 원형을 이루며 배치되어, 상기 카메라(111)에 의해 상기 카메라(111)가 향하는 방향의 영상을 취득하고 상기 음압센서(112)에 의해 상기 카메라(111)가 향하는 위치에서 발생되는 소음의 음압을 측정하는 측정수단(110); 상기 카메라(111)에 의해 취득된 영상 및 상기 음압센서(112)에 의해 측정된 음압분포를 겹쳐 표시하는 표시수단(120); 을 포함할 수 있다.The ultrasonic camera 100 of the present invention for achieving the above object, a plurality of sound pressure sensors 112 are disposed in a circular shape around the camera 111, the camera (111) by the camera ( 111) a measuring means (110) for acquiring an image in a direction facing and measuring a sound pressure of noise generated at a position facing the camera (111) by the sound pressure sensor (112); Display means (120) for superimposing the image acquired by the camera (111) and the sound pressure distribution measured by the sound pressure sensor (112); It may include.

이 때 상기 측정수단(110)은, 복수 개의 상기 음압센서(112)에 의해 측정된 음압파워(P) 및 시간지연(W)값을 일반화된 빔-형성 기법(functional beamforming method)을 이용하여 신호 처리함으로써 음압분포를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 측정수단(110)은, 하기의 식을 사용하여 빔 파워(BP)를 산출할 수 있다.At this time, the measurement means 110, the sound pressure power (P) and time delay (W) value measured by the plurality of sound pressure sensor 112 signal using a generalized beam-forming technique (functional beamforming method) A negative pressure distribution can be calculated by processing. More specifically, the measuring means 110 may calculate the beam power BP using the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기에서, BP: 빔 파워, W: 시간지연 스캔벡터, C: C=PP H로 계산되는 상호 스펙트럴 행렬, P: 음압파워 행렬, ν: 1보다 큰 정수값)(Here, BP: beam power, W: time delay scanning vector, C: cross-spectral matrix, P, which is calculated by C = PP H: sound pressure power matrix, ν: integer greater than 1)

또한 상기 측정수단(110)은, 상기 음압센서(112)가 5 내지 10개 범위 내로 이루어질 수 있다. 이 대 상기 측정수단(110)은, 복수 개의 상기 음압센서(112)들이, 측정하고자 하는 대상신호 파장의 1/2보다 큰 간격으로 배열되는 저밀도(sparse) 배열을 이루며 배치될 수 있다. 또한 상기 측정수단(110)은, 복수 개의 상기 음압센서(112)들이, 상기 음압센서(112)의 측정가능범위가 형성하는 원의 외주면과 상기 카메라(111)의 외주면이 서로 접하는 위치에 배치될 수 있다.In addition, the measurement means 110, the sound pressure sensor 112 may be made within a range of 5 to 10. The measurement means 110, a plurality of the sound pressure sensor 112, may be arranged in a low-density (sparse) arrangement arranged at intervals greater than 1/2 of the target signal wavelength to be measured. In addition, the measuring means 110, a plurality of the sound pressure sensor 112, the outer circumferential surface of the circle formed by the measurable range of the sound pressure sensor 112 and the outer circumferential surface of the camera 111 are to be disposed in contact with each other Can be.

더불어 상기 초음파 카메라(100)는, 일방향으로 연장되는 형태로 형성되어 일측 끝단에 상기 측정수단(110)이 형성되고 타측 끝단에 상기 표시수단(120)이 형성되는 본체부(151) 및 사용자 파지가 가능하도록 상기 본체부(151) 하방으로 연장되는 파지부(152)를 포함하는 몸체(150); 를 더 포함할 수 있다.In addition, the ultrasonic camera 100 is formed in a form extending in one direction, the measuring means 110 is formed at one end, and the main body 151 and the user gripping the display means 120 are formed at the other end. A body 150 including a gripping portion 152 extending downwardly from the main body portion 151 to be possible; It may further include.

이 때 상기 몸체(150)는, 상기 측정수단(110) 및 상기 표시수단(120)의 작동 ON/OFF 제어를 위한 사용자 입력을 받도록, 버튼을 포함하는 사용자 입력이 가능한 형태로서 상기 파지부(152) 상에 형성되는 입력부(153)를 더 포함할 수 있다.At this time, the body 150, the measuring means 110 and the display means 120 to receive the user input for the operation ON / OFF control, the user grip including a button in a form that allows the user to hold the 152 ) May further include an input unit 153 formed on the.

본 발명에 의하면, 일반화된 빔-형성 기법(functional beamforming method)을 이용하여 종래의 빔-형성 기법에 비해 적은 개수의 센서를 사용하면서도 높은 해상도의 측정 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다. 특히 본 발명에 의하면, 최적화된 센서의 개수 및 배치 형태를 제공함으로써 저밀도 배열을 실현하면서도 고해상도 성능을 얻을 수 있게 하는 큰 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of using a generalized beam-forming technique (functional beamforming method) to obtain a high-resolution measurement result while using fewer sensors than the conventional beam-forming technique. In particular, according to the present invention, by providing an optimized number and arrangement of sensors, there is a great effect of realizing a low-density arrangement and obtaining high-resolution performance.

더불어 본 발명에 의하면, 종래의 초음파 카메라에 비하여 센서 개수를 줄이면서도 고성능을 가질 뿐 아니라 중량 및 부피 또한 저감함으로써, 경제성 및 휴대성을 동시에 향상할 수 있는 큰 효과가 있다. 이에 따라 종래에 초음파 카메라를 사용하여 대상설비를 진단하는 작업을 수행하는 사용자가 카메라 중량 때문에 이동이나 장시간의 진단 작업이 어려웠던 문제점을 일거에 해결하는 효과 또한 있다.In addition, according to the present invention, as well as reducing the number of sensors compared to the conventional ultrasonic camera has a high performance, and also reduces the weight and volume, there is a great effect that can simultaneously improve the economic efficiency and portability. Accordingly, there is also an effect of solving a problem that a user who performs a task of diagnosing a target facility using an ultrasonic camera has difficulty in moving or prolonged diagnosis work due to the weight of the camera.

도 1은 본 발명의 초음파 카메라의 실시예.
도 2는 빔-형성 기법 원리 설명.
도 3은 고전적인 빔-형성 기법을 사용하는 종래의 초음파 카메라의 센서 배치 예시.
도 4는 고전적인 빔-형성 기법 및 일반화된 빔-형성 기법 비교.
도 5는 일반화된 빔-형성 기법을 사용하는 본 발명의 초음파 카메라의 센서 배치 예시.
도 6은 종래 및 본 발명의 초음파 카메라의 센서 배치 비교.
도 7 및 도 8은 종래 및 본 발명의 초음파 카메라를 이용한 측정 비교.
1 is an embodiment of the ultrasonic camera of the present invention.
2 illustrates the principle of the beam-forming technique.
3 is an example of sensor placement of a conventional ultrasound camera using a classic beam-forming technique.
4 is a comparison of a classic beam-forming technique and a generalized beam-forming technique.
5 is an example of sensor placement of an ultrasonic camera of the present invention using a generalized beam-forming technique.
6 is a comparison of the sensor arrangement of the ultrasonic camera of the prior art and the present invention.
7 and 8 is a comparison of the measurement using the ultrasonic camera of the prior art and the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 휴대용 고해상도 초음파 카메라를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a portable high-resolution ultrasound camera according to the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 초음파 카메라의 구성Configuration of the ultrasonic camera of the present invention

도 1은 본 발명의 초음파 카메라의 실시예를 도시하고 있다. 본 발명의 초음파 카메라(100)는 도 1(A)에 도시된 바와 같이 기본적으로 영상 및 음압을 측정하는 측정수단(110) 및 측정결과를 시각적으로 표시하는 표시수단(120)을 포함한다. 또한 상기 초음파 카메라(100)는 역시 도 1(A)에 도시된 바와 같이 상기 측정수단(110) 및 상기 표시수단(120)을 일체화하여 사용자가 휴대 및 사용하기 편리하도록 해 주는 몸체(150)를 더 포함할 수 있다. 각부에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.1 shows an embodiment of the ultrasonic camera of the present invention. The ultrasonic camera 100 of the present invention basically includes a measuring means 110 for measuring image and sound pressure, and a display means 120 for visually displaying the measurement result, as shown in FIG. 1(A). In addition, the ultrasonic camera 100 is also integrated with the measuring means 110 and the display means 120, as shown in Figure 1 (A), the body 150 to facilitate the user to carry and use. It may further include. The details of each part are as follows.

상기 측정수단(110)은 카메라(111) 및 복수 개의 음압센서(112)를 포함한다. 이 때 상기 카메라(111)는 상기 카메라(111)가 향하는 방향의 영상을 취득하는 역할을 하며, 상기 음압센서(112)는 상기 카메라(111)가 향하는 위치에서 발생되는 소음의 음압을 측정하는 역할을 한다. 특히 본 발명에서 복수 개의 음압센서(112)는 도 1(B)에 도시된 바와 같이 상기 카메라(111)를 중심으로 원형을 이루며 배치되며, 이는 본 발명에서 매우 중요한 기술적 의미를 갖는데, 이러한 구성의 기술적 의미에 대해서는 본 발명의 초음파 카메라의 원리 설명에서 보다 상세히 설명한다.The measuring means 110 includes a camera 111 and a plurality of sound pressure sensors 112. At this time, the camera 111 serves to acquire an image in a direction facing the camera 111, and the sound pressure sensor 112 serves to measure the sound pressure of noise generated at a position facing the camera 111. Do it. Particularly, in the present invention, a plurality of sound pressure sensors 112 are arranged in a circle around the camera 111 as shown in FIG. 1(B), which has a very important technical meaning in the present invention. The technical meaning will be described in more detail in the principle description of the ultrasonic camera of the present invention.

상기 표시수단(120)은 도 1(C)에 도시된 바와 같이 상기 카메라(111)에 의해 취득된 영상 및 상기 음압센서(112)에 의해 측정된 음압분포를 겹쳐 표시한다. 따라서 사용자는 상기 표시수단(120)에 표시되는 영상 및 음압분포 겹침 화면을 통하여 직관적으로 매우 용이하게 소음 발생 위치를 인식할 수 있게 된다.The display means 120 superimposes the image acquired by the camera 111 and the sound pressure distribution measured by the sound pressure sensor 112, as shown in FIG. 1(C). Therefore, the user can intuitively and easily recognize the noise generation location through the image and sound pressure distribution overlapping screen displayed on the display means 120.

상기 몸체(150)는 상술한 바와 같이 상기 측정수단(110) 및 상기 표시수단(120)을 일체화하여 사용자 편의성을 증대시키기 위한 구성이다. 상기 몸체(150)는 일방향으로 연장되는 형태로 형성되는 본체부(151) 및 상기 본체부(151) 하방으로 연장되는 파지부(152)를 포함할 수 있다. 상기 본체부(151)의 일측 끝단에는 상기 측정수단(110)이 형성되고, 타측 끝단에는 상기 표시수단(120)이 형성됨으로써, 상기 측정수단(110) 및 상기 표시수단(120)을 일체화할 수 있다. 앞서 상기 측정수단(110)이 영상 및 음압을 측정하고 상기 표시수단(120)이 이를 출력하여 표시한다고 설명하였는데, 실제로는 이러한 신호처리를 위한 연산회로나 배선, 전력을 공급하기 위한 전원(배터리) 등이 더 필요함이 당연하다. 상기 본체부(151)는 그 내부에 이러한 연산회로, 배선, 전원 등의 부품들이 내장하도록 이루어질 수 있다. 한편 상기 파지부(152)는 사용자 파지가 가능하도록 형성되는 부분으로, 즉 사용자 편의성을 향상하기 위한 구성이다. 이 때 상기 파지부(152) 상에는, 상기 측정수단(110) 및 상기 표시수단(120)의 작동 ON/OFF 제어를 위한 사용자 입력을 받는 역할을 하는 입력부(153)가 더 형성됨으로써 사용자 편의성을 더욱 향상할 수 있다. 상기 입력부(153)는 도 1에 도시된 바와 같이 버튼 형태로 이루어질 수 있으며, 물론 사용자 입력을 받을 수 있는 형태라면 어떤 다른 형태로 이루어져도 무방하다. 상기 입력부(153)를 이용하여 사용자가 원하는 때에만 상기 측정수단(110) 및 상기 표시수단(120)을 ON시켜 측정 및 표시를 수행하고, 원하지 않는 때에는 OFF시킴으로써, 상기 초음파 카메라(100)에서 소비되는 전력을 보다 절약할 수 있다.The body 150 is configured to increase user convenience by integrating the measuring means 110 and the display means 120 as described above. The body 150 may include a body part 151 formed in a form extending in one direction and a gripping part 152 extending below the body part 151. The measuring means 110 is formed at one end of the main body 151 and the display means 120 is formed at the other end, so that the measuring means 110 and the display means 120 can be integrated. have. It was previously described that the measuring means 110 measures the image and sound pressure, and the display means 120 outputs and displays them. In practice, a power supply (battery) for supplying power to a calculation circuit, wiring, or power for such signal processing It is natural that more back is needed. The main body portion 151 may be configured to include components such as an operation circuit, wiring, and power therein. Meanwhile, the gripping portion 152 is a portion formed to enable user gripping, that is, a configuration for improving user convenience. At this time, on the gripping part 152, an input unit 153 serving to receive user input for controlling operation ON/OFF of the measuring means 110 and the display means 120 is further formed, thereby further enhancing user convenience. Can improve. The input unit 153 may be formed in a button form as illustrated in FIG. 1, and of course, any other form may be used as long as it can receive user input. Using the input unit 153, the measurement means 110 and the display means 120 are turned ON only when the user desires, and measurement and display are performed. When not desired, the measurement is performed by the ultrasonic camera 100 by turning it OFF. It can save more power.

본 발명의 초음파 카메라의 측정 원리Measuring principle of the ultrasonic camera of the present invention

이하에서는 본 발명의 초음파 카메라의 측정 원리와, 이에 따른 본 발명의 음압 센서(112)의 배치 구성의 기술적 의미에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the technical principle of the arrangement of the sound pressure sensor 112 of the present invention and the measuring principle of the ultrasonic camera of the present invention will be described in more detail.

먼저, 본 발명의 초음파 카메라(100)에서는 빔-형성 기법을 사용한다. 앞서도 설명한 바와 같이, 빔-형성 기법이란 소음원과 측정 센서의 거리 차에 따른 측정신호의 위상 차이를 이용한 신호처리를 통하여 공간상의 소음원 강도 분포를 계산하고, 이의 강/약에 따라 소음원의 위치를 추정하는 기법을 말한다. 도 2는 빔-형성 기법 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, λ의 파장을 가지는 음향신호가 y축에 대하여 θs만큼의 경사각을 가지는 방향으로 진행하고 있는 상황에서, x축 상에 M개의 음압센서가 배치되어 있다고 가정한다. 이 때 각각의 음압센서에서는 음압파워(P1, P2, …, PM)가 측정되며, 또한 각각의 음압센서의 위치가 서로 다름으로 인하여 시간지연(W1, W2, …, WM)이 발생하게 된다. 이 값들을 더하여 평균하면, 도 2의 하단에 도시된 그래프에서와 같이 θ가 θs일 때 메인 로브(main lobe)가 형성되며, 그 주변으로 상대적으로 훨씬 작은 값을 가지는 사이드 로브(side lobe)들이 형성된다. 즉 복수 개의 음압센서들을 사용하여 측정된 음압파워(P) 및 시간지연(보다 엄밀히는 시간지연 스캔벡터, W) 값들을 사용하여 다음과 같은 식 1을 통해 빔 파워(BP)를 계산해 낼 수 있으며, θ에 따라 빔 파워(BP)가 최대가 되는 지점이 바로 음향이 진행해 도는 방향, 즉 θs가 됨으로써 음원의 위치를 찾아낼 수 있게 된다.First, the beam-forming technique is used in the ultrasonic camera 100 of the present invention. As described above, the beam-forming technique calculates the intensity distribution of a noise source in space through signal processing using a phase difference of a measurement signal according to a distance difference between a noise source and a measurement sensor, and estimates the location of the noise source according to its strength/weakness Refers to the technique. 2 is a view for explaining the principle of the beam-forming technique. As shown in FIG. 2, it is assumed that M sound pressure sensors are arranged on the x-axis in a situation in which an acoustic signal having a wavelength of λ is traveling in a direction having an inclination angle of θ s with respect to the y-axis. At this time, the sound pressure power (P 1 , P 2 , …, P M ) is measured at each sound pressure sensor, and the time delay (W 1 , W 2 , …, W M due to the position of each sound pressure sensor is different from each other) ) Occurs. When these values are added and averaged, a main lobe is formed when θ is θ s as shown in the graph shown at the bottom of FIG. 2, and a side lobe having a relatively much smaller value around it. Are formed. That is, the beam power (BP) can be calculated by using Equation 1 below using the sound pressure power (P) and time delay (more precisely, the time delay scan vector, W) values measured using a plurality of sound pressure sensors. , The point where the beam power BP becomes the maximum according to θ becomes the direction in which the sound proceeds, that is, θ s , so that the position of the sound source can be located.

Figure pat00002
(식 1)
Figure pat00002
(Equation 1)

이러한 빔-형성 기법에서 측정 정밀도는 사용 센서의 개수에 따라 결정되는데, 일반적으로 많은 개수의 센서를 사용할수록 그 성능이 향상되는 것으로 알려져 있다. 상술한 바와 같이 고전적인 빔-형성 기법을 사용하는 경우 측정 정밀도는 센서의 개수가 많을수록 정밀도가 향상된다. 더불어, 이상적으로는 각 센서 간의 간격이 측정하고자 하는 대상신호 파장(λ)의 1/2 이내가 되도록 하여야 가장 정확한 측정이 이루어질 수 있다는 점이 잘 알려져 있다. 그러나 현실적으로 이러한 조건을 맞추어 센서를 배치하기에는 어려움이 있다. 초음파 카메라에서 대상으로 하고 있는 소음의 경우 20~60kHz 정도의 상당한 고주파 신호로서, 대상신호의 주파수를 대략 40kHz, 대기 중 음속을 대략 340m/s라 한다면, 대상신호 파장의 1/2은 대략 4mm 정도가 된다. 즉 40kHz 가량의 주파수를 갖는 소음원 위치를 정확하게 측정하기 위해서는 센서를 4mm 간격으로 빽빽하게 배치하여야 하는데, 이와 같이 할 경우 장치 가격이 지나치게 상승하여 현실적으로 이러한 사양으로 장치를 제작하기 어렵다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 센서들을 적당히 넓은 간격으로 배치시키되 무작위(random) 배치를 함으로써, 메인 로브는 강화하되 불필요하거나 잘못된 신호인 노이즈가 상쇄되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.In such a beam-forming technique, measurement precision is determined according to the number of sensors used. In general, it is known that the performance increases as the number of sensors is used. As described above, when the classical beam-forming technique is used, the precision of measurement increases as the number of sensors increases. In addition, it is well known that ideally, the most accurate measurement can be made when the distance between each sensor is within 1/2 of the target signal wavelength (λ) to be measured. However, in reality, it is difficult to deploy the sensor to meet these conditions. In the case of noise targeted by an ultrasonic camera, if the frequency of the target signal is approximately 40 kHz and the speed of sound in the atmosphere is approximately 340 m/s, the half of the target signal wavelength is approximately 4 mm. Becomes. That is, in order to accurately measure the location of a noise source having a frequency of about 40 kHz, the sensors must be closely arranged at 4 mm intervals. In this case, the device price is too high, making it difficult to realistically manufacture the device with these specifications. In order to solve this problem, by arranging the sensors at an appropriately wide interval but randomly arranging, the main lobe can be strengthened, but an effect of canceling noise, which is an unnecessary or wrong signal, can be obtained.

도 3은 바로 이러한 고전적인 빔-형성 기법을 사용하는 종래의 초음파 카메라의 센서 배치 예시를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고전적인 빔-형성 기법을 사용하는 종래의 초음파 카메라에서는, 카메라 주변의 상당히 넓은 영역에 상당히 많은 개수의 음압센서들(일반적으로 20개 이상)을 무작위 배치하는 형태로 이루어졌다. 그런데 앞서도 설명한 바와 같이 종래의 초음파 카메라는, 센서 개수, 장치 부피 및 중량이 지나치게 많고 크기 때문에 장치 가격 상승, 사용자 휴대성 및 편의성 저하 등의 여러 문제점이 지적되어 오고 있는 실정이다.Fig. 3 shows an example of the sensor arrangement of a conventional ultrasonic camera using this classic beam-forming technique. As shown in FIG. 3, in a conventional ultrasonic camera using a classic beam-forming technique, a large number of sound pressure sensors (generally 20 or more) are randomly disposed in a fairly large area around the camera. It was done. However, as described above, the conventional ultrasonic camera has a number of sensors, a device volume, and a weight that is too large, and thus, various problems such as an increase in device price, a decrease in user portability, and convenience have been pointed out.

본 발명에서는, 고전적인 빔-형성 기법이 아닌, 일반화된 빔-형성 기법(functional beamforming method)을 사용한다. 고전적인 빔-형성 기법에서는 식 1을 통해 빔 파워(BP)를 산출하였으나, 일반화된 빔-형성 기법에서는 하기의 식 2를 통해 빔 파워(BP)를 산출한다.In the present invention, a generalized beamforming method is used instead of the classical beamforming technique. In the classical beam-forming technique, beam power BP is calculated through Equation 1, but in the generalized beam-forming technique, beam power BP is calculated through Equation 2 below.

Figure pat00003
(식 2)
Figure pat00003
(Equation 2)

식 2에서 ν 값이 1이라면 식 1과 동일해지는 바, 즉 고전적인 빔-형성 기법과 동일한 결과가 나오게 된다. 그러나 ν 값이 1이 아닐 경우, 다음과 같은 차이가 생긴다. 음원파워 P로 이루어지는 상호 스펙트럴 행렬 C(= PP H)는 메인 로브의 크기에 직접적인 영향을 주고, 시간지연 스캔벡터 W는 사이드 로브의 분포 및 크기에 직접적인 영향을 준다는 점이 잘 알려져 있다. 이 때 W의 크기는 언제나 0에서 1 사이의 값(즉 0 ≤ W < 1)을 갖는다. 식 2에서, ν가 어떤 값을 가지든지 C는 ν 자승 및 1/ν 자승이 서로 상쇄되어 결과적으로 다시 C가 되는 반면, W는 ν 자승 계산이 이루어지므로 ν 값이 커질수록 W의 ν 자승 값은 점점 작아지게 된다. 이를 물리적으로 설명하면, 식 2를 이용하여 빔 파워(BP)를 계산할 경우 ν 값이 커질수록 메인 로브에는 영향이 없는 반면 사이드 로브가 작아지게 된다는 것이다.If the value of ν in Equation 2 is 1, it becomes the same as Equation 1, that is, the result is the same as the classical beam-forming technique. However, when the value of ν is not 1, the following difference occurs. It is well known that the mutual spectral matrix C (= PP H ) made of sound source power P directly affects the size of the main lobe, and the time delayed scan vector W directly affects the distribution and size of the side lobes. At this time, the size of W always has a value between 0 and 1 (ie, 0 ≤ W <1). In Equation 2, regardless of the value of ν, C is the square of ν and 1/ν squared, resulting in C again, whereas W is the ν squared calculation, so as the value of ν increases, the value of ν squared of W Becomes smaller and smaller. Physically explaining this, when calculating the beam power BP using Equation 2, the larger the value of ν, the less the main lobe, while the smaller the side lobe.

도 4는 바로 이러한, 고전적인 빔-형성 기법 및 일반화된 빔-형성 기법 각각으로 산출된 빔 파워 그래프를 비교하여 도시한 것이다. 도 4(A)에 도시된 바와 같이, ν=1인 경우에는 고전적인 빔-형성 기법 그래프와 일반화된 빔-형성 기법 그래프가 완전히 동일하게 나오게 된다. 그러나 도 4(B)에 도시된 바와 같이 ν=10으로 1보다 큰 값을 가지는 경우, 고전적인 빔-형성 기법 그래프가 도 4(A)에서와 동일하게 상당히 크고 많은 사이드 로브를 가지고 있는 것에 비해, 일반화된 빔-형성 기법 그래프는 사이드 로브가 모두 제거되고, 메인 로브도 보다 예리한 피크(peak)를 형성하고 있음을 알 수 있다. 도 4(C)에 도시된 바와 같이 ν=100으로 더 크게 할 경우, 메인 로브는 도 4(B)의 그래프와 비교해서도 더욱더 예리해지며, 즉 ν 값이 커질수록 피크 위치를 훨씬 정확하고도 명확하게 도출할 수 있음을 알 수 있다.4 is a comparison of the beam power graphs calculated by each of these classic beamforming techniques and generalized beamforming techniques. As shown in FIG. 4(A), when ν=1, the classic beam-forming technique graph and the generalized beam-forming technique graph appear completely the same. However, as shown in FIG. 4(B), when ν=10 has a value greater than 1, the classic beam-forming technique graph is significantly larger than that in FIG. 4(A) and has many side lobes. , In the generalized beam-forming technique graph, it can be seen that all side lobes are removed, and the main lobe also forms a sharper peak. As shown in FIG. 4(C), when ν=100 is made larger, the main lobe becomes sharper even when compared with the graph of FIG. 4(B), that is, the larger the ν value, the more accurate the peak position is. It can also be seen that it can be clearly drawn.

본 발명의 측정수단(110)에서는, 복수 개의 상기 음압센서(112)에 의해 측정된 음압파워(P) 및 시간지연(W)값을 일반화된 빔-형성 기법(functional beamforming method)을 이용하여 신호 처리함으로써 음압분포를 산출하도록 이루어진다. 보다 구체적으로는, 상기 측정수단(110)은, 앞서의 식 2, 즉 하기의 식을 사용하여 빔 파워(BP)를 산출하도록 이루어진다.In the measurement means 110 of the present invention, the sound pressure power (P) and time delay (W) values measured by the plurality of sound pressure sensors 112 are signaled using a generalized functional beamforming method. It is made to calculate the sound pressure distribution by processing. More specifically, the measuring means 110 is made to calculate the beam power BP using the above equation 2, that is, the following equation.

Figure pat00004
Figure pat00004

(여기에서, BP: 빔 파워, W: 시간지연 스캔벡터, C: C=PP H로 계산되는 상호 스펙트럴 행렬, P: 음압파워 행렬, ν: 1보다 큰 정수값)(Here, BP: beam power, W: time delay scanning vector, C: cross-spectral matrix, P, which is calculated by C = PP H: sound pressure power matrix, ν: integer greater than 1)

도 4만으로도 직관적으로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 측정수단(110)은 고전적인 빔-형성 기법이 아닌 일반화된 빔-형성 기법을 사용함으로써, 사이드 로브 영향을 비약적으로 저감하고 메인 로브 위치를 훨씬 명확하게 찾아낼 수 있으며, 다시 말해 소음원 위치를 정확하게 검출해 낼 수 있게 된다.As can be seen intuitively from FIG. 4 alone, the measurement means 110 of the present invention uses a generalized beam-forming technique rather than a classic beam-forming technique, dramatically reducing side lobe effects and reducing the main lobe position. It can be found much more clearly, that is, the location of the noise source can be accurately detected.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 빔-형성 기법에서는 음압파워를 측정하는 센서의 개수가 많아질수록 성능이 향상되며, 이상적으로는 센서들이 측정하고자 하는 대상신호 파장의 1/2 이내로 배치되는 것이 바람직하다. 그러나 역시 앞서 설명한 바와 같이, 이처럼 센서를 조밀하게 배치하는 것은 성능을 향상할 수는 있겠으나 장치 가격, 부피, 중량 등을 상승시키는 요인이 되어 현실적으로 적용하기에는 어려움이 있다.On the other hand, as described above, in the beam-forming technique, as the number of sensors for measuring sound pressure power increases, the performance improves, and ideally, the sensors are preferably disposed within 1/2 of the target signal wavelength to be measured. However, as described above, the close arrangement of the sensor may improve performance, but it is a factor that increases device price, volume, and weight, which makes it difficult to apply realistically.

일반화된 빔-형성 기법에서도 이러한 문제는 마찬가지이나, 본 발명에서는 (도 1 등에 도시된 바와 같이) 센서의 원형 배치를 통하여 이러한 문제를 해소한다. 도 5는 일반화된 빔-형성 기법을 사용하는 본 발명의 초음파 카메라의 센서 배치 예시를 도시하고 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에서는, 복수 개의 상기 음압센서(112)들이 상기 카메라(111)를 중심으로 원형을 이루며 배치되도록 하고 있다.This problem is the same in the generalized beam-forming technique, but in the present invention, the problem is solved through a circular arrangement of sensors (as shown in FIG. 1 and the like). 5 shows an example of the sensor arrangement of the ultrasonic camera of the present invention using a generalized beam-forming technique, as shown in FIG. 5, in the present invention, a plurality of the sound pressure sensors 112 are the camera 111 ) To be arranged in a circle.

도 5에서, 상기 음압센서(112)의 측정가능범위는 상기 음압센서(112)를 둘러싸는 점선의 원으로 표시되어 있다. 이 때 본 발명에서는, 복수 개의 상기 음압센서(112)들이, 측정하고자 하는 대상신호 파장의 1/2보다 큰 간격으로 배열되는 저밀도(sparse) 배열을 이루며 배치되도록 한다. 이 때 상기 음압센서(112)의 측정가능범위가 상기 카메라(111)와 겹칠 경우 해당 부분은 데드존이 될 수 있으며, 상기 음압센서(112)가 상기 카메라(111)로부터 지나치게 멀어질 경우 상기 음압센서(112) 배치 면적이 불필요하게 넓어지게 된다. 이러한 사항들을 고려할 때, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 측정수단(110)은, 복수 개의 상기 음압센서(112)들이, 상기 음압센서(112)의 측정가능범위가 형성하는 원의 외주면과 상기 카메라(111)의 외주면이 서로 접하는 위치에 배치되는 형태로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.In FIG. 5, the measurable range of the sound pressure sensor 112 is indicated by a circle of a dotted line surrounding the sound pressure sensor 112. At this time, in the present invention, the plurality of sound pressure sensors 112 are arranged in a low density (sparse) arrangement arranged at intervals greater than 1/2 of the target signal wavelength to be measured. At this time, if the measurable range of the sound pressure sensor 112 overlaps with the camera 111, the corresponding portion may be a dead zone, and when the sound pressure sensor 112 is too far from the camera 111, the sound pressure The area of the sensor 112 is unnecessarily widened. In consideration of these matters, as shown in FIG. 5, the measuring means 110 includes a plurality of the sound pressure sensors 112, the outer circumferential surface of the circle formed by the measurable range of the sound pressure sensor 112 and the camera It is preferable that the outer circumferential surfaces of (111) are made to be disposed at positions in contact with each other.

종래에는 센서들이 저밀도 배열을 이룬다 하더라도 충분히 성능을 향상시키기 위해 많은 개수의 센서들이 넓은 면적 상에 무작위로 배치되도록 하여야 했으며, 이는 센서 개수 및 장치의 부피, 중량 증가의 요인이 되었다. 그러나 본 발명에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 카메라(111)를 둘러싸는 상기 음압센서(112)들의 배열이 단지 1열만 형성되면 된다. 따라서 본 발명에 의하면, 원하는 정도의 충분한 성능을 얻기 위해 필요한 센서의 개수를 종래에 비해 비약적으로 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 센서 배치를 위한 면적 자체도 훨씬 줄어들기 때문에, 결과적으로 장치의 부피 및 중량을 종래에 비해 비약적으로 저감할 수 있게 되는 것이다.Conventionally, even if the sensors are in a low-density arrangement, in order to sufficiently improve performance, a large number of sensors have to be randomly arranged on a large area, which has been a factor of increasing the number of sensors, the volume of the device, and the weight. However, in the present invention, as shown in FIG. 5, the arrangement of the sound pressure sensors 112 surrounding the camera 111 need only be formed in one row. Therefore, according to the present invention, it is possible to dramatically reduce the number of sensors required to obtain a desired level of sufficient performance as compared to the prior art. In addition, since the area for sensor placement itself is much reduced, as a result, the volume and weight of the device can be dramatically reduced compared to the prior art.

본 발명을 위해 진행한 실험들로부터, 상기 음압센서(112)들이 원형을 이루며 배치되기만 하면 됨이 밝혀졌으며, 이 때 상기 음압센서(112)들이 "원형"을 형성한다는 조건이 만족되기 위해서는 상기 음압센서(112)의 개수가 4개보다는 많아야 함이 밝혀졌다. 따라서 본 발명에서, 상기 측정수단(110)에 포함되는 상기 음압센서(112)의 개수는 5개 이상인 것이 바람직하다.From the experiments conducted for the present invention, it has been found that the sound pressure sensors 112 need only be arranged in a circular shape. At this time, the sound pressure sensors 112 are required to satisfy the condition that they form a “circle”. It has been found that the number of sensors 112 should be more than four. Therefore, in the present invention, the number of the sound pressure sensor 112 included in the measuring means 110 is preferably 5 or more.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 상기 음압센서(112)의 개수가 많아질수록 측정 성능이 향상되는 것은 물론이나, 지나치게 상기 음압센서(112)의 개수가 많아질 경우, 센서 개수 증가로 인한 장치 가격 상승의 문제 뿐만 아니라 계산 시간 및 부하의 증가 문제 또한 발생하게 된다. 계산 시간 및 부하가 지나치게 증가하게 되면 계산 성능이 좋은 고성능의 연산회로를 사용하여야 하며, 이는 또다시 장치 가격 상승의 요인이 된다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서는, 상기 음압센서(112)의 개수가 너무 많지 않은 것이 바람직하다. 종래의 초음파 카메라의 경우 센서를 20개 이상 사용하였던 것을 고려하여, 본 발명에서는 예시적으로 상기 측정수단(110)에 포함되는 상기 음압센서(112)의 개수가 10개 이하가 되게 할 수 있다.On the other hand, as described above, as the number of the sound pressure sensors 112 increases, the measurement performance is improved, of course, when the number of the sound pressure sensors 112 increases, the device price increases due to the increase in the number of sensors. In addition to the problems, an increase in calculation time and load also occurs. If the calculation time and load increase excessively, it is necessary to use a high-performance computing circuit with good calculation performance, which in turn causes a rise in device price. In view of this, in the present invention, it is preferable that the number of the sound pressure sensors 112 is not too large. Considering that 20 or more sensors have been used in the case of the conventional ultrasonic camera, in the present invention, the number of the sound pressure sensors 112 included in the measuring means 110 may be set to 10 or less.

보다 구체적으로는, 본 발명을 위해 진행한 일련의 실험들로부터, 경험적으로 상기 음압센서(112)의 개수가 7개일 경우 충분히 고해상도의 측정 결과를 얻을 수 있음과 동시에 계산 시간 및 부하도 적절한 수준이 됨이 확인되었다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 최적 실시예로서, 상기 음압센서(112)의 개수를 7개로 도시하고 있으나, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 즉 결론적으로, 본 발명에서 상기 측정수단(110)은, 상기 음압센서(112)가 5 내지 10개 범위 내로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.More specifically, from a series of experiments conducted for the present invention, empirically, when the number of the sound pressure sensors 112 is 7, it is possible to obtain sufficiently high-resolution measurement results, and at the same time, the calculation time and load are appropriate. It was confirmed. In consideration of this point, in the present invention, as an optimal embodiment, the number of the sound pressure sensors 112 is shown as seven, but of course, the present invention is not limited thereby. That is, in conclusion, in the present invention, the measuring means 110, it is preferable that the sound pressure sensor 112 is made within a range of 5 to 10.

도 6은 종래 및 본 발명의 초음파 카메라의 센서 배치를 비교한 도면이다. 도 6(A)는 도 3과 동일하게 종래의 초음파 카메라의 센서 배치를, 도 6(B)는 도 5와 동일하게 본 발명의 초음파 카메라의 센서 배치를 각각 도시하되, 두 경우에 대하여 동일한 축척이 적용되었다. 도 6(A) 및 도 6(B)에서 카메라의 직경이 동일하게 나타난 것으로 동일한 축척이 적용되었음을 확인할 수 있다.6 is a view comparing the arrangement of the sensor of the ultrasonic camera of the prior art and the present invention. Fig. 6(A) shows the sensor arrangement of the conventional ultrasonic camera as in Fig. 3, and Fig. 6(B) shows the sensor arrangement of the ultrasonic camera of the present invention as in Fig. 5, respectively, but the same scale for both cases. Was applied. 6(A) and 6(B), it can be confirmed that the same scale was applied as the cameras had the same diameter.

도 6(A) 및 도 6(B)를 비교하여 볼 때 직관적으로도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면 종래에 비해 센서 개수를 비약적으로 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 앞서도 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 카메라를 둘러싸고 원형으로 배치되는 센서 어레이가 1열만 형성되면 되기 때문에, 종래에 비하여 측정수단의 크기 또한 비약적으로 줄일 수 있음이 확인된다.As can be seen intuitively when comparing FIGS. 6A and 6B, according to the present invention, the number of sensors can be drastically reduced compared to the prior art. In addition, as described above, according to the present invention, since the sensor arrays arranged in a circle surrounding the camera need only be formed in one row, it is confirmed that the size of the measuring means can be drastically reduced compared to the prior art.

본 발명의 초음파 카메라의 측정 결과Measurement results of the ultrasonic camera of the present invention

도 7 및 도 8은 종래 및 본 발명의 초음파 카메라를 이용한 측정 결과를 비교한 것이다.7 and 8 compare the measurement results using the ultrasonic camera of the prior art and the present invention.

도 7은 구면좌표계에서 θ=0ㅀ, φ=0ㅀ인 위치에 소음원이 존재하는 경우의 측정 결과로서, 도 7(A)가 종래의 초음파 카메라, 즉 고전적인 빔-형성 기법을 이용한 음압분포 측정 결과를, 도 7(B)가 본 발명의 초음파 카메라, 즉 일반화된 빔-형성 기법을 이용한 음압분포 측정 결과를 각각 나타내고 있다. 도 7(A)에 도시된 바와 같이 종래의 경우 사이드 로브의 영향이 상당히 크게 나타나기 때문에, 사실상 음압의 크기만으로는 소음원의 위치를 정확히 특정하기가 어렵고, 분포된 형상을 더 고려해야만 소음원의 위치를 특정해 낼 수 있음을 알 수 있다. 반면 도 7(B)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 경우에는 사이드 로브를 효과적으로 억제함으로써, 도 7(A)에 비해 비약적으로 정확하게 소음원 위치가 특정됨을 명확히 확인할 수 있다.7 is a measurement result when a noise source exists at a position where θ=0ㅀ and φ=0ㅀ in a spherical coordinate system, and FIG. 7(A) is a conventional ultrasonic camera, that is, a sound pressure distribution using a classic beam-forming technique As a result of the measurement, FIG. 7(B) shows the results of measuring the sound pressure distribution using the ultrasonic camera of the present invention, that is, the generalized beam-forming technique. As shown in FIG. 7(A), since the influence of the side lobe is considerably large in the related art, it is difficult to accurately determine the location of the noise source only with the magnitude of sound pressure. You can see that you can do it. On the other hand, as shown in Figure 7 (B), in the case of the present invention, by effectively suppressing the side lobe, it can be clearly confirmed that the position of the noise source is significantly and accurately compared to Figure 7 (A).

도 8은 구면좌표계에서 θ=150ㅀ, φ=-40ㅀ인 위치에 소음원이 존재하는 경우의 측정 결과로서, 도 7과 마찬가지로, 도 8(A)가 종래의 초음파 카메라, 즉 고전적인 빔-형성 기법을 이용한 음압분포 측정 결과를, 도 8(B)가 본 발명의 초음파 카메라, 즉 일반화된 빔-형성 기법을 이용한 음압분포 측정 결과를 각각 나타내고 있다. 도 8(A)에 도시된 바와 같이 종래의 경우 사이드 로브의 영향이 너무나 강하게 나타나서, 이 경우에는 사실상 음압분포 형상을 고려한다 할지라도 소음원 위치 특정이 상당히 난해하다. 반면 도 8(B)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 경우에는 소음원 위치 특정을 난해하게 하는 사이드 로브가 완전히 억제되며, 이에 따라 예리한 피크를 이루며 나타나는 메인 로브만이 음압분포 결과에 나타남으로써, 종래와는 달리 매우 용이하게 소음원 위치를 특정할 수 있다.8 is a measurement result when a noise source exists at a position of θ=150ㅀ and φ=-40ㅀ in a spherical coordinate system. As in FIG. 7, FIG. 8(A) is a conventional ultrasonic camera, that is, a classic beam- As a result of measuring the sound pressure distribution using the shaping technique, FIG. 8(B) shows the results of measuring the sound pressure distribution using the ultrasonic camera of the present invention, that is, the generalized beam-forming technique. As shown in Fig. 8(A), the influence of the side lobe is too strong in the conventional case, so in this case, the location of the noise source is quite difficult even if the shape of the sound pressure distribution is actually considered. On the other hand, as shown in Fig. 8(B), in the case of the present invention, the side lobes that obscure the noise source position are completely suppressed, and accordingly, only the main lobe that forms a sharp peak appears in the sound pressure distribution result. Unlike, it is very easy to locate the noise source.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, the scope of application is diverse, and anyone who has ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications are possible.

100: 초음파 카메라 110: 측정수단
111: 카메라 112: 음압센서
120: 표시수단
150: 몸체 151: 본체부
152: 파지부 153: 입력부
100: ultrasonic camera 110: measuring means
111: camera 112: sound pressure sensor
120: display means
150: body 151: body portion
152: gripping unit 153: input unit

Claims (8)

카메라(111)를 중심으로 복수 개의 음압센서(112)가 원형을 이루며 배치되어, 상기 카메라(111)에 의해 상기 카메라(111)가 향하는 방향의 영상을 취득하고 상기 음압센서(112)에 의해 상기 카메라(111)가 향하는 위치에서 발생되는 소음의 음압을 측정하는 측정수단(110);
상기 카메라(111)에 의해 취득된 영상 및 상기 음압센서(112)에 의해 측정된 음압분포를 겹쳐 표시하는 표시수단(120);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
A plurality of sound pressure sensors 112 are disposed in a circular shape around the camera 111 to obtain an image in the direction that the camera 111 is directed by the camera 111 and the sound pressure sensor 112 to Measuring means for measuring the sound pressure of the noise generated at a position facing the camera 111 (110);
Display means (120) for superimposing the image acquired by the camera (111) and the sound pressure distribution measured by the sound pressure sensor (112);
An ultrasound camera comprising a.
제 1항에 있어서, 상기 측정수단(110)은,
복수 개의 상기 음압센서(112)에 의해 측정된 음압파워(P) 및 시간지연(W)값을 일반화된 빔-형성 기법(functional beamforming method)을 이용하여 신호 처리함으로써 음압분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
The method of claim 1, wherein the measuring means 110,
Characterized in that the sound pressure distribution is calculated by signal processing the sound pressure power (P) and time delay (W) values measured by the plurality of sound pressure sensors 112 using a generalized functional beamforming method Ultrasound camera.
제 2항에 있어서, 상기 측정수단(110)은,
하기의 식을 사용하여 빔 파워(BP)를 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
Figure pat00005

(여기에서, BP: 빔 파워, W: 시간지연 스캔벡터, C: C=PP H로 계산되는 상호 스펙트럴 행렬, P: 음압파워 행렬, ν: 1보다 큰 정수값)
According to claim 2, The measuring means 110,
An ultrasonic camera characterized in that the beam power (BP) is calculated using the following equation.
Figure pat00005

(Here, BP: beam power, W: time delay scanning vector, C: cross-spectral matrix, P, which is calculated by C = PP H: sound pressure power matrix, ν: integer greater than 1)
제 1항에 있어서, 상기 측정수단(110)은,
상기 음압센서(112)가 5 내지 10개 범위 내로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
The method of claim 1, wherein the measuring means 110,
The ultrasonic camera, characterized in that the sound pressure sensor 112 is made within a range of 5 to 10.
제 4항에 있어서, 상기 측정수단(110)은,
복수 개의 상기 음압센서(112)들이, 측정하고자 하는 대상신호 파장의 1/2보다 큰 간격으로 배열되는 저밀도(sparse) 배열을 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
The method of claim 4, wherein the measuring means 110,
An ultrasonic camera, characterized in that a plurality of the sound pressure sensors 112 are arranged in a sparse arrangement arranged at intervals greater than 1/2 of the target signal wavelength to be measured.
제 4항에 있어서, 상기 측정수단(110)은,
복수 개의 상기 음압센서(112)들이, 상기 음압센서(112)의 측정가능범위가 형성하는 원의 외주면과 상기 카메라(111)의 외주면이 서로 접하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
The method of claim 4, wherein the measuring means 110,
The ultrasonic camera, characterized in that a plurality of the sound pressure sensor 112, the outer peripheral surface of the circle formed by the measurable range of the negative pressure sensor 112 and the outer peripheral surface of the camera 111 are in contact with each other.
제 1항에 있어서, 상기 초음파 카메라(100)는,
일방향으로 연장되는 형태로 형성되어 일측 끝단에 상기 측정수단(110)이 형성되고 타측 끝단에 상기 표시수단(120)이 형성되는 본체부(151) 및 사용자 파지가 가능하도록 상기 본체부(151) 하방으로 연장되는 파지부(152)를 포함하는 몸체(150);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
The method of claim 1, wherein the ultrasound camera 100,
It is formed in a form extending in one direction, the measuring means 110 is formed at one end and the display means 120 is formed at the other end of the main body portion 151 and the main body portion 151 to enable user gripping. Body 150 including a grip portion 152 extending to;
An ultrasound camera further comprising a.
제 7항에 있어서, 상기 몸체(150)는,
상기 측정수단(110) 및 상기 표시수단(120)의 작동 ON/OFF 제어를 위한 사용자 입력을 받도록, 버튼을 포함하는 사용자 입력이 가능한 형태로서 상기 파지부(152) 상에 형성되는 입력부(153)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 카메라.
The method of claim 7, wherein the body 150,
An input unit 153 formed on the gripping unit 152 in a form capable of user input including a button so as to receive a user input for operating ON/OFF control of the measuring means 110 and the display means 120 An ultrasound camera further comprising a.
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