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KR20220088783A - 머신 헬스 모니터링 - Google Patents

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KR20220088783A
KR20220088783A KR1020227018092A KR20227018092A KR20220088783A KR 20220088783 A KR20220088783 A KR 20220088783A KR 1020227018092 A KR1020227018092 A KR 1020227018092A KR 20227018092 A KR20227018092 A KR 20227018092A KR 20220088783 A KR20220088783 A KR 20220088783A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
vibration
machine component
acquisition mode
data acquisition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020227018092A
Other languages
English (en)
Inventor
그렉 에이. 글레논
마이클 아이. 풀러
샤디 하와위니
Original Assignee
에버액티브, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에버액티브, 인크. filed Critical 에버액티브, 인크.
Publication of KR20220088783A publication Critical patent/KR20220088783A/ko
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

산업 시스템들에서의 다양한 유형들의 컴포넌트의 모니터링에 관련된 디바이스들, 시스템들 및 기법들이 설명되어 있다. 이들은 그의 환경들으로부터 하베스팅된 전력으로 실행되는 무전지형 모니터들, 설비 내의 컴포넌트들에 대한 모니터 데이터를 획득하는 시스템들, 및/또는 개별 컴포넌트들의 상태 및 기타 시스템 파라미터들을 신뢰가능하게 결정하기 위해 모니터 데이터를 프로세싱하는 기법을 포함한다.

Description

머신 헬스 모니터링
본 출원은 2019년 10월 28일자로 출원된, 발명의 명칭이 "머신 헬스 모니터링(Machine Health Monitoring)"인 미국 특허 출원 제16/665,767호 (대리인 사건 번호 PSIKP006)에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해 참조에 의해 여기에 포함된다.
전형적인 산업 설비는, 예를 들어, 다양한 유형들의 유도 전동기들, 팬, 펌프들 등과 같은 많은 수의 회전하는 기계적 및 전자-기계적 컴포넌트들을 포함한다. 이러한 컴포넌트들의 고장은 위험하고 잠재적으로 치명적인 상태들의 생성뿐만 아니라 확장된 시스템 셧다운들을 초래할 수 있다.
전자 모니터들은 그러한 시스템들에서 모터들을 모니터링하기 위해 개발되었다. 그러나, 오늘날 시장에 나와 있는 대부분의 모니터들은 그것들이 결함 상태들을 검출하는 신뢰성, 및 대부분이 배터리로 전력을 공급받고 따라서 주기적인 배터리 검사 및/또는 교체를 요구한다는 사실 둘 다와 관련된 문제들을 갖는다. 이것은, 적어도 부분적으로, 이러한 모니터들이 설치되는 목적을 무력화시킨다. 또한, 이러한 모니터들을 설치하고 유지하는 비용을 고려하면, 그들의 사용을 그러한 시스템들에 전형적으로 포함되는 무수한 다른 유형들의 컴포넌트로 확장하는 것은 현재 실용적이지 않다.
다양한 구현들에 따르면, 머신 헬스 모니터링을 위한 방법들, 장치들, 디바이스들, 시스템들 및 컴퓨터 프로그램 제품들이 제공된다.
특정한 부류의 구현들에 따르면, 방법들, 장치들, 디바이스들, 시스템들, 및 컴퓨터 프로그램 제품들이 가능해지고, 여기서 디바이스는 하나 이상의 차원에서 머신 컴포넌트의 진동을 나타내는 하나 이상의 신호를 생성하도록 구성된 진동 센서를 포함한다. 제어 회로부는 진동 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호를 이용하여 센서 데이터를 생성하도록 구성된다. 제어 회로부는 진동 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호를 프로세싱하여 제1 진동 데이터를 생성함으로써 제1 데이터 포착 모드에서 센서 데이터를 생성하도록 구성된다. 제어 회로부는 진동 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호를 프로세싱하여 제2 진동 데이터를 생성함으로써 제2 데이터 포착 모드에서 센서 데이터를 생성하도록 구성된다. 제2 진동 데이터의 적어도 일부는 제1 진동 데이터의 대응하는 부분보다 높은 해상도를 특징으로 한다. 송신기는 센서 데이터를 원격 디바이스에 송신하도록 구성된다.
이 부류의 특정 구현에 따르면, 제어 회로부는 제1 기간에 걸쳐 제1 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 센서 데이터를 생성하고, 제2 기간에 걸쳐 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 센서 데이터를 생성하도록 구성된다. 제2 기간은 제1 기간보다 길다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 생성된 센서 데이터는 제1 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 생성된 센서 데이터보다 더 큰 데이터 송신 페이로드를 나타낸다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제어 회로부는 제2 데이터 포착 모드에서보다 더 빈번하게 제1 데이터 포착 모드에서 센서 데이터를 생성하도록 구성된다. 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스는 제1 데이터 포착 모드의 하나 이상의 인스턴스와 관련하여 트리거된다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제어 회로부는, 제1 웨이크업 메시지의 반복된 인스턴스들에 응답하여 제1 데이터 포착 모드에서 센서 데이터를 반복적으로 생성하고, 제2 웨이크업 메시지에 응답하여 제2 데이터 포착 모드에서 센서 데이터를 생성하도록 구성된다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제어 회로부는 하나 이상의 차원 각각에 대한 주파수 도메인 진동 데이터를 생성하기 위해 고속 푸리에 변환을 이용하여 하나 이상의 신호를 프로세싱함으로써 제1 데이터 포착 모드에서 센서 데이터를 생성하도록 구성된다. 더 특정한 구현에 따르면, 주파수 도메인 진동 데이터는 복수의 주파수 빈들을 포함하고, 제어 회로부는 원격 디바이스로의 송신을 위한 주파수 빈들의 서브세트를 선택함으로써 제1 진동 데이터를 생성하도록 추가로 구성된다.
이 부류의 또 다른 특정 구현에 따르면, 제어 회로부는 진동 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호를 프로세싱하여 하나 이상의 차원에 대한 머신 컴포넌트의 진동 에너지의 측정치를 나타내는 진동 에너지 데이터를 생성함으로써 센서 데이터를 생성하도록 구성된다.
이 부류의 또 다른 특정한 구현에 따르면, 자기장 센서는 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된다. 제어 회로부는 자기장 데이터를 생성하기 위하여 자기장 센서에 의해 생성된 신호를 프로세싱함으로써 센서 데이터를 생성하도록 추가로 구성된다. 더 특정한 구현에 따르면, 자기장 센서는 인쇄 회로 기판의 하나 이상의 층 상에 배치된 수동 코일, 및 자기장 센서에 의해 생성된 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기를 포함한다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 에너지 하베스팅 디바이스는 디바이스가 배치되는 환경으로부터 에너지를 하베스팅하도록 구성된다. 에너지 저장 디바이스는 에너지 하베스팅 디바이스에 의해 하베스팅되는 에너지의 적어도 일부를 저장하도록 구성된다. 전력 관리 회로부는 에너지 저장 디바이스에 의한 저장된 에너지의 저장을 제어하고, 저장된 에너지로부터 발생되는 전력을 송신기 및 제어 회로부에 제공하도록 구성된다. 하베스팅된 에너지로부터 유도되는 저장된 에너지는 제어 회로부에 의한 적어도 제1 및 제2 데이터 포착 모드들 및 송신기에 의한 센서 데이터의 송신을 지원하기에 충분하다.
이러한 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 센서 데이터는 머신 컴포넌트의 온도를 표현하는 머신 컴포넌트 온도 데이터, 및 머신 컴포넌트의 환경의 주변 온도를 표현하는 주변 온도 데이터를 더 포함한다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 머신 컴포넌트는 모터, 팬, 펌프, 또는 기어 박스 중 하나이다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 자기장 센서는 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된다. 제어 회로부는 자기장의 주파수와 진동 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호를 사용하여 유도된 주파수 사이의 관계에 기초하여 효율 데이터를 생성하도록 추가로 구성된다. 효율 데이터는 머신 컴포넌트의 동작 효율을 나타낸다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제어 회로부는 머신 컴포넌트의 상태를 결정하기 위해 제1 진동 데이터를 프로세싱함으로써 제1 데이터 포착 모드에서 센서 데이터를 생성하도록 구성된다.
다른 부류의 구현들에 따르면, 방법들, 장치들, 디바이스들, 시스템들, 및 컴퓨터 프로그램 제품들이 가능해지고, 여기서 제1 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 제1 진동 데이터가 수신된다. 제1 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 머신 컴포넌트의 진동을 나타낸다. 제1 진동 데이터를 사용하여, 머신 컴포넌트의 동작이 허용 가능한 것으로 결정된다. 제1 데이터 포착 모드의 제2 인스턴스 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 제2 진동 데이터가 수신된다. 제2 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 머신 컴포넌트의 진동을 나타낸다. 제2 진동 데이터를 사용하여, 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있는 것으로 결정된다. 감지 디바이스에 의한 제2 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스가 트리거된다. 제2 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 제3 진동 데이터가 수신된다. 제3 진동 데이터는 머신 컴포넌트의 진동을 나타낸다. 제3 진동 데이터의 적어도 일부는 제1 및 제2 진동 데이터의 대응하는 부분들보다 높은 해상도를 특징으로 한다. 제3 진동 데이터를 사용하여 머신 컴포넌트의 상태가 결정된다.
이 부류의 특정한 구현에 따르면, 제1 진동 데이터는 제1 기간을 나타내고 제2 진동 데이터는 제2 기간을 나타낸다. 제1 및 제2 기간들은 실질적으로 동일한 지속기간을 갖는다. 제3 진동 데이터는 제3 기간을 나타낸다. 제3 기간은 제1 기간 또는 제2 기간보다 길다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제3 진동 데이터는 제1 또는 제2 진동 데이터보다 더 큰 데이터 송신 페이로드를 나타낸다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 감지 디바이스에 의한 제1 데이터 포착 모드의 복수의 인스턴스들이 트리거된다. 제1 데이터 포착 모드의 인스턴스들의 트리거링은 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스들의 트리거링보다 더 빈번하다.
이 부류의 또 다른 특정 구현에 따르면, 감지 디바이스에 의해 생성된 자기장 데이터가 수신되고, 자기장 데이터는 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타낸다. 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 것은 자기장 데이터를 이용하는 것을 포함한다. 더 특정한 구현에 따르면, 효율 데이터는 자기장의 주파수와 진동 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호를 이용하여 유도된 주파수 사이의 관계에 기초하여 생성된다. 효율 데이터는 머신 컴포넌트의 동작 효율을 나타낸다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제1 진동 데이터는 제1 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 고속 푸리에 변환 데이터의 복수의 빈 전부보다 적은 빈들의 서브세트를 포함한다. 제3 진동 데이터는 제2 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 시계열 데이터 세트 전부를 포함한다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제1 데이터 포착 모드의 제1 및 제2 인스턴스들을 트리거하는 것은 제1 웨이크업 코드가 감지 디바이스로 송신되게 하는 것을 포함한다. 제1 웨이크업 코드는 제1 데이터 포착 모드를 나타낸다. 제2 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스를 트리거하는 것은 제2 웨이크업 코드가 감지 디바이스로 송신되게 하는 것을 포함한다. 제2 웨이크업 코드는 제2 데이터 포착 모드를 나타낸다.
이 부류의 다른 구체적인 구현에 따르면, 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 것은 제1 진동 데이터를 사용하는 것을 포함한다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 감지 디바이스에 의한 제2 데이터 포착 모드의 반복된 인스턴스들이 트리거된다. 제2 데이터 포착 모드의 반복된 인스턴스들 각각 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 대응하는 진동 데이터가 수신된다. 머신 컴포넌트의 동작을 나타내는 하나 이상의 베이스라인 모델은 제2 데이터 포착 모드의 반복된 인스턴스들에 대한 진동 데이터에 기초하여 생성된다. 머신 컴포넌트의 상태를 결정하는 것은 하나 이상의 베이스라인 모델을 이용하는 것을 포함한다.
이 부류의 다른 구체적인 구현에 따르면, 제1 데이터 포착 모드의 제2 인스턴스 동안 포착된 머신 컴포넌트의 온도를 나타내는 머신 컴포넌트 온도 데이터가 수신된다. 제1 데이터 포착 모드의 제2 인스턴스 동안 포착된 머신 컴포넌트의 환경의 주변 온도를 나타내는 주변 온도 데이터가 수신된다. 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 것은 머신 컴포넌트 온도 데이터 및 주변 온도 데이터를 사용하는 것을 포함한다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 것은 하나 이상의 차원에 대한 머신 컴포넌트의 진동 에너지의 측정치를 나타내는 진동 에너지 데이터를 사용하는 것을 포함한다. 보다 구체적인 구현에 따르면, 기간에 걸친 머신 컴포넌트의 진동 에너지의 사용자 인터페이스 플롯이 생성된다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제1 및 제2 진동 데이터 둘 다는 고속 푸리에 변환 데이터를 포함한다. 고속 푸리에 변환 데이터를 포함하는 사용자 인터페이스 폭포 플롯이 생성된다.
다른 부류의 구현들에 따르면, 방법들, 장치들, 디바이스들, 시스템들, 및 컴퓨터 프로그램 제품들이 가능해지고, 여기서 디바이스는 회전 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내는 하나 이상의 신호를 생성하도록 구성된 자기장 센서를 포함한다. 자기장 센서는 제1 평면 배향을 갖는 제1 수동 코일, 및 제1 평면 배향에 실질적으로 직교하는 제2 평면 배향을 갖는 제2 수동 코일을 포함한다. 제어 회로부는 자기장 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호를 사용하여 자기장 데이터를 생성하도록 구성된다. 자기장 데이터는 적어도 2차원의 자기장을 나타낸다. 송신기는 자기장 데이터를 원격 디바이스에 송신하도록 구성된다.
이 부류의 특정 구현에 따르면, 제1 수동 코일은 제1 평면 배향을 갖는 제1 인쇄 회로 기판(PCB) 섹션 상에 배치되고, 제2 수동 코일은 제2 평면 배향을 갖는 제2 PCB 섹션 상에 배치된다.
다른 부류의 구현들에 따르면, 방법들, 장치들, 디바이스들, 시스템들, 및 컴퓨터 프로그램 제품들이 가능해지고, 여기서 제1 위치에서 머신 컴포넌트와 연관된 제1 감지 디바이스에 의해 생성된 제1 진동 데이터가 수신된다. 제1 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 머신 컴포넌트의 진동을 나타낸다. 제2 위치에서 머신 컴포넌트와 연관된 제2 감지 디바이스에 의해 생성된 제2 진동 데이터가 수신된다. 제2 위치는 제1 위치와 이격되어 있다. 제2 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 머신 컴포넌트의 진동을 나타낸다. 제1 진동 데이터와 제2 진동 데이터는 시간적으로 정렬되어, 시간 정렬된 진동 데이터를 생성한다. 머신 컴포넌트의 상태는 시간 정렬된 진동 데이터를 이용하여 결정된다.
이 부류의 특정 구현에 따르면, 제1 진동 데이터와 제2 진동 데이터를 시간적으로 정렬하는 것은 제1 감지 디바이스에 의해 수신된 제1 웨이크업 메시지 및 제2 감지 디바이스에 의해 수신된 제2 웨이크업 메시지와 연관된 타이밍 정보를 이용하는 것을 포함한다.
이 부류의 다른 특정 구현에 따르면, 제1 및 제2 감지 디바이스들 중 하나 또는 둘 다에 의해 생성된 자기장 데이터가 수신된다. 자기장 데이터는 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타낸다. 제1 진동 데이터와 제2 진동 데이터를 시간적으로 정렬하는 단계는 자기장 데이터를 이용하는 단계를 포함한다.
다양한 구현들의 성질 및 이점들의 추가적인 이해는 본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조하여 알 수 있다.
도 1은 본 개시내용에 의해 가능하게 되는 산업 시스템 및 클라우드-연결 모니터링 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 본 개시내용에 의해 가능하게 되는 모니터의 블록도이다.
도 3은 본 개시내용에 의해 가능하게 되는 특정 부류의 구현들의 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 머신 컴포넌트의 자기장을 포착하도록 구성된 자기장 센서를 예시하는 도면들이다.
도 5는 고속 푸리에 변환(FFT) 데이터의 폭포 플롯의 예를 도시한다.
도 6은 진동 데이터의 RMS 측정의 예를 도시한다.
이제, 특정 구현들이 상세히 참조될 것이다. 이러한 구현들의 예들은 첨부 도면들에 도시된다. 이러한 예들은 예시적인 목적들을 위해 설명되고 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 점이 주목되어야 한다. 오히려, 설명되는 구현들의 대안들, 수정들, 및 등가물들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 개시내용의 범위 내에 포함된다. 게다가, 구체적인 상세들은 설명되는 구현들의 철저한 이해를 촉진하기 위해 제공될 수 있다. 본 개시내용의 범위 내의 일부 구현들은 이러한 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다. 또한, 공지된 특징들은 명료성을 위해 상세히 설명되지 않을 수 있다.
본 개시내용은 산업 시스템들 내의 상이한 유형들의 컴포넌트의 모니터링에 관련된 다양한 디바이스들, 시스템들, 및 기법들을 설명한다. 이러한 디바이스들, 시스템들, 및 기법들은 그들의 환경들로부터 하베스팅된 전력으로 실행되는 무전지형(battery-less) 모니터들, 설비 내의(또는 다수의 설비들에 걸친) 시스템의 컴포넌트들에 대한 모니터 데이터를 취득하기 위한 시스템들, 및/또는 개별 컴포넌트들의 상태 및 잠재적으로 다른 시스템 파라미터들 또는 상태들을 신뢰가능하게 결정하기 위해 모니터 데이터를 프로세싱하기 위한 기법들을 포함한다. 설명된 예들은 다양한 조합들로 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 명세서에 설명된 예들 중 적어도 일부는 다른 것들과 독립적으로 구현될 수 있다는 점에 또한 유의해야 한다. 예를 들어, 모니터 데이터를 프로세싱하기 위해 본 명세서에 설명된 기법들은 본 명세서에 설명된 모니터들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 모니터들 중 임의의 것을 사용하여 포착된 데이터를 프로세싱하기 위해 이용될 수 있다. 유사하게, 본 명세서에 설명된 모니터들은 본 명세서에 설명된 시스템들 및 기법들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 모니터링 시스템들 및 데이터 프로세싱 기법들 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다.
도 1은 산업 설비 전체에 걸쳐 배치된 다양한 유형들의 시스템 컴포넌트들(102)을 모니터링하기 위한 모니터링 시스템(100)을 도시한다. 컴포넌트(102)(예를 들어, 모터들, 팬들, 및 펌프들로서 도시됨)는, 예를 들어, 다양한 유형들의 모터들(예를 들어, 유도 및 가변 주파수 구동 모터들), 펌프들, 팬들, 기어 박스들 등을 포함한 임의의 다양한 디바이스일 수 있다. 시스템의 상세사항들은 명료성을 이유로 도시되지 않았다. 또한, 도 1의 시스템은 여기서 설명된 기법들을 이용하여 구현될 수 있는 시스템의 간략화된 예일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 또한, 도 1의 시스템 컴포넌트들은 특정한 유형들의 모터들, 팬들, 또는 펌프들로서 도시되어 있지만, 이들은 여기서 설명된 바와 같이 모니터링될 수 있는 일부 유형의 컴포넌트들의 예들일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 즉, 여기서 설명된 시스템들, 모니터들, 및 기법들은, 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고, 예를 들어, 펌프들, 팬들, 기어 박스들 등의 다양한 각각의 임의의 것을 포함한 임의의 다양한 디바이스들 및 컴포넌트들과 함께 이용될 수 있다.
각각의 컴포넌트(102)는 컴포넌트 상에 또는 그 근처에 장착된 하나 이상의 연관된 모니터(104)를 갖는다. 모니터들(104)은 연관된 컴포넌트(102) 및/또는 그것의 인접한 컴포넌트들에 관한 다양한 유형들의 센서 데이터를 생성한다. 모니터들(104)은 센서 데이터를 제어 노드들(106)에 송신하고, 제어 노드들은 차례로 센서 데이터를 네트워크(110)를 통해 모니터 데이터 서비스(108)에 송신한다. 인지될 바와 같이, 모니터들(104) 및 제어 노드들(106)의 수는 애플리케이션 및 설비에 따라 달라질 것이다.
모니터 서비스(108)는, 예를 들어, 각각이 하나 이상의 서버(112)로 구현되는 하나 이상의 동일 위치에 배치된 서비스 플랫폼과 같은 아주 다양한 아키텍처들 중 임의의 것을 따를 수 있다. 모니터 서비스(108)는 또한 클라우드-기반 컴퓨팅 자원들을 사용하여 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다. 네트워크(110)는, 예를 들어, IP-기반 네트워크를 통한 TCP/UDP, 유니캐스트/멀티캐스트/브로드캐스트 네트워크, 통신 네트워크, 무선 네트워크, 위성 네트워크, 케이블 네트워크, 공용 네트워크, 개인 네트워크, 광역 네트워크, 로컬 영역 네트워크, 인터넷, WWW(World Wide Web), 인트라넷, 엑스트라넷 등을 비롯한 아주 다양한 네트워크 환경들의 임의의 서브세트 또는 조합을 나타낸다.
본 명세서에 설명되는 예들 중 적어도 일부는 컴퓨팅 자원들(예를 들어, 클라우드 기반 네트워크들, 서버들, 저장소, 애플리케이션들, 및 서비스들)의 풀(pool)에 대한 유비쿼터스하고 편리한 온-디맨드(on-demand) 네트워크 액세스를 가능하게 하는 컴퓨팅 모델들에 기초한 구현들을 고려한다. 이해될 바와 같이, 이러한 컴퓨팅 자원들은 모니터 데이터 서비스(108)를 제어하는 동일한 엔티티와 통합될 수 있고 그리고/또는 그 엔티티의 제어 하에 있을 수 있다. 대안적으로, 이러한 자원들은, 예를 들어, 필요에 따라 컴퓨팅 자원들을 소비하기 위해 서비스(108)와 연결하는 컴퓨팅 자원들의 별도의 제공자, 예를 들어, 클라우드 컴퓨팅 플랫폼 또는 서비스의 제어 하에 있는 플랫폼 상에서, 서비스(108)와 독립적일 수 있다.
본 명세서에서의 특정 컴퓨팅 패러다임들 및 소프트웨어 툴들에 대한 임의의 참조들에도 불구하고, 다양한 구현들이 기초하는 컴퓨터 프로그램 명령어들은 매우 다양한 프로그래밍 언어들, 소프트웨어 툴들 및 데이터 포맷들 중 임의의 것에 대응할 수 있고, 임의의 유형의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 메모리 디바이스(들)에 저장될 수 있고, 예를 들어, 클라이언트/서버 모델, 피어-투-피어 모델을 포함하는 다양한 컴퓨팅 모델들에 따라, 독립형 컴퓨팅 디바이스 상에서, 또는 다양한 기능들이 상이한 위치들에서 실시되거나 이용될 수 있는 분산 컴퓨팅 모델에 따라 실행될 수 있다는 점을 또한 주목해야 한다.
모니터들(104)은 매우 다양한 유선 및 무선 프로토콜들 및 기술들 중 임의의 것을 사용하여 제어 노드들(106)과 통신할 수 있다. 일부 구현들에 따르면, 제어 노드들(106) 및 모니터들(104)은 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 EveractiveTM, Inc.에 의해 제공되는 EvernetTM으로서 알려진 독점적인 저전력 통신 프로토콜을 사용하여 통신한다. 이러한 구현들에 사용하기에 적합한 이러한 프로토콜들 및 연관된 회로부의 예들은 미국 특허 제9,020,456호 및 제9,413,403호, 및 미국 특허 공개 제2014/0269563호 및 제2016/0037486호에서 설명되며, 이들 각각의 전체 개시내용은 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로 포함된다. 그러나, 모니터들과 시스템의 나머지 사이의 다른 통신 모드들이 이용되는 구현들이 고려된다는 점에 유의해야 한다.
제어 노드들(106)은 다양한 적절한 산업 인터넷 게이트웨이들 중 임의의 것을 사용하여 구현될 수 있고, 다양한 유선 및 무선 프로토콜들, 예를 들어, 이더넷의 다양한 버전들, 다양한 셀룰러(예를 들어, 3G, LTE, 5G 등), 다양한 wi-fi(802.11b/g/n 등) 등 중 임의의 것을 사용하여 모니터 서비스(108)에 연결될 수 있다. 일부 경우들에서, 다른 종래의 게이트웨이들은 EvernetTM 프로토콜을 구현하는 컴포넌트들을 포함하도록 보강된다.
각각의 모니터(104)는, 진동, 자기장(들), 및 그에 연관된 컴포넌트와 연관된 하나 이상의 온도를 나타내는 센서 데이터, 및 아마도 컴포넌트와 연관된 다른 감지된 데이터를 생성한다. 진동 측정치는, 예를 들어, 하나 이상의 가속도계를 이용하여 하나 이상의 차원에서 포착될 수 있다. 자기장 측정치는 다양한 수동 또는 능동 디바이스들 또는 회로들 중 임의의 것을 이용하여 포착될 수 있다. 온도 측정치는 컴포넌트에 연결된 하나 이상의 온도 센서(예를 들어, 서미스터들)를 이용하여 포착될 수 있다. 모니터들은 또한, 모니터가 배치된 환경의 주변 온도 및/또는 습도를 나타내는 센서 데이터를 포착 및 생성하도록 구성될 수 있다.
특정 구현에 따르면, 각각의 모니터(104)는, 그것의 제어 노드(106) 또는 로컬 웨이크업 타이머로부터의 웨이크업 메시지에 응답하여, 저-전력 모드로부터 전이하고, 그것의 센서들 중 적어도 일부에 대한 판독 값들을 취하고, 판독 값들의 디지털화된 버전들을 각각의 센서와 그것의 판독 값이 (예를 들어, 라벨-값 쌍으로서) 쌍을 이루는 패킷으로 그것의 제어 노드(106)에 송신한다. 패킷은 또한 고유 식별자 및 패킷에서의 판독 값들의 타임스탬프를 갖는 특정 모니터를 식별하는 정보를 (예를 들어, 헤더에) 포함한다. 웨이크업 메시지들은 각각의 제어 노드로부터 그것의 연관된 모니터들에 주기적으로 송신될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 모니터(104)는 그것이 연관되는 컴포넌트를 "연속적으로" 모니터링한다.
각각의 제어 노드(106)는 그것의 모니터들(104)로부터 수신된 패킷들을 로컬 메모리에 저장하고, 저장된 정보를 모니터 데이터 서비스(108)에(예를 들어, 제어 노드가 인터넷에 연결될 때 클라우드 기반 서비스에) 주기적으로 또는 기회적으로 업로드한다. 따라서, 정전이 있는 경우, 제어 노드는 연결이 복구될 때까지 센서 데이터를 캐시할 수 있다. 센서 데이터의 프로세싱의 적어도 일부는 모니터 데이터 서비스(108)에 의해, 예를 들어, 로직(114)을 사용하여 행해질 수 있다. 그러나, 모니터들(104)에 의해 생성된 데이터의 프로세싱의 적어도 일부가 다른 곳에서, 예를 들어, 모니터들(104)에 의해 및/또는 제어 노드들(106)에 의해 수행될 수 있는 구현들이 본 명세서에 설명된다는 점에 유의해야 한다. 모니터 데이터 서비스(108)는 또한 모니터링 시스템(100)에 대한 이력 데이터를 (예를 들어, 데이터 스토어(116)에) 저장할 수 있다. 모니터 데이터 서비스(108)에 의해 생성 및/또는 수신되고 데이터 스토어(116)에 저장된 모니터 데이터 및 다른 시스템 데이터는 모니터링 시스템이 배치되는 설비 또는 설비들과 연관된 책임 직원에 의해 요구 시에 (예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(118) 상의 대시보드에서) 액세스될 수 있다.
일부 구현들에 따르면, 이들이 배치되는 환경들로부터 하베스팅되는 전력을 사용하여 동작하는, 시스템 내의 컴포넌트들에 대한 모니터들이 이용된다. 도 2는 이러한 모니터(200)의 예의 블록도이다. 도시된 구현예에서, 모니터(200)는 모니터(200) 근처의 주변 광으로부터 에너지를 포착하는 광전지(PV) 디바이스(202), 및/또는 예를 들어, 모니터링되는 시스템 컴포넌트 또는 다른 인근의 컴포넌트들로부터 열에너지를 포착하는 열전 발전기(TEG)(204)를 이용하여 그것의 환경으로부터 하베스팅되는 에너지를 사용하여 전력을 공급받는다. 모니터가 (PV 디바이스(202)로부터 VIN으로의 파선에 의해 표시되는 바와 같은) "태양 전용" 모드에서의 "TEG 전용" 모드에서의 TEG, 또는 PV 디바이스로부터의 전력, (PV 디바이스(202)로부터 VCAP으로의 실선에 의해 표시되는 바와 같은) "태양 보조" 모드에서의 둘 모두의 조합을 사용할 수 있도록 모니터의 전력 관리 유닛이 구성될 수 있는 구현들이 참작된다. 이러한 연결들을 구성하기 위한 적절한 스위칭 회로부는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지될 것이며, 따라서 명료함을 위해 도시되지 않는다.
모니터(200)는 부하 스위치(212)를 통한 제어기(208) 및 데이터 송신기(210)로의 전력의 전달을 제어하는 전력 관리 유닛(PMU)(206)을 포함한다. VIN은 PMU(206)로의 하베스팅 입력이고, VCAP, 및 3개의 전압 레일들(명료성을 위해 도시되지 않음)은 생성된 출력들이다. PMU(206)는 (하베스팅 모드에 따라) PV 디바이스(202) 및 TEG(204) 중 어느 하나 또는 둘 다로부터 하베스팅된 에너지를 사용하여 충전 회로(216)를 통해 에너지 저장 디바이스(214)(예를 들어, 슈퍼-커패시터)를 VCAP으로 충전한다. 부하 스위치(212) 및 충전 회로(216)는 에너지 저장 디바이스(214)가 충전하는 동안 에너지 하베스팅을 제어하고 모니터(200)가 기능하게 한다. 일부 구현들에서, 부하 스위치는 사용되지 않고, 대신에 모니터(200)와 연관된 다양한 센서들 및/또는 제어기(208)의 저전력 모드 또는 셧다운 능력들에 의존한다.
모니터(200)는 예를 들어, 그것이 연관되는 시스템 제어 노드로부터 (예를 들어, 웨이크업 수신기(218)를 이용하여) 웨이크업 메시지를 수신한다. 웨이크업 메시지의 수신은 제어기(208)에 전력을 제공하도록 PMU(206)에 의한 부하 스위치(212)의 제어를 트리거한다. 제어기(208)는 먼저 센서의 하베스팅된 에너지의 상태를 결정한다. 에너지가 충분하다면, 전력은 모니터(200)에 의해 모니터링되고 있는 시스템 컴포넌트와 연관된 판독 값들을 포착하기 위해 감지 컴포넌트들에, 그리고 센서 데이터를 제어 노드에 송신하기 위해 송신기(210)에 제공된다. PMU(206)는 또한 디지털 I/O 채널(220)을 통해 제어기(208)와 통신한다. 이것은 PMU(206)의 상태를 모니터링하고, 그것의 구성 또는 캘리브레이션 설정들을 업데이트하기 위해 제어기에 의해 이용될 수 있다.
일단 깨어나고 전원이 켜지면, 제어기(208)는 모니터(200)와 연관된 하나 이상의 센서 세트를 사용하여 판독 값들을 포착한다. 도시된 바와 같이, 이들은 하나 이상의 온도 센서(222)(예를 들어, 서미스터), 하나 이상의 진동 센서(224)(예를 들어, 하나 이상의 가속도계), 및 하나 이상의 자기장 센서(226)(예를 들어, 수동 코일 또는 자력계)를 포함할 수 있다. 다른 파라미터들 또는 유형들의 판독 값들(예를 들어, 주변 온도, 습도(예를 들어, 센서(들)(228)), 주변 광, 음향, 초음파, 기계적 에너지 등)을 검출 또는 측정하는 센서들도 고려된다.
일부 구현들에 따르면, 제어기(208)는 포착된 데이터로부터 키 정보를 추출하여, 제어 노드로 송신되는 데 필요한 데이터를 최소화하여, 제어 노드당 더 많은 센서를 가능하게 할 수 있다. 제어기(208)는 또한 전체 원시 센서 데이터 세트를 송신하는 능력을 가질 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 제어기(208)는 디지털화된 센서 데이터를 패킷화하고 패킷(들)을 데이터 송신기(210)를 통해 연관된 센서 노드에 송신한다.
특정 구현에 따라, PMU(206)는 하베스팅 소스들 중 하나(예를 들어, 모드에 따라 PV 디바이스(202) 또는 TEG(204))로부터 수신되는 상대적으로 낮은 전압 VIN을 에너지 저장 디바이스(예를 들어, 214)를 충전하기 위해 사용되는 그것의 출력에서 더 높은 전압 VCAP으로 부스팅하기 위해 최대 전력 포인트 추적을 이용하는 부스트 DC-DC 컨버터를 포함한다. VCAP가 충분히 높으면, 벅/부스트, 단일-입력-다중-출력(SIMO) DC-DC 컨버터는 턴 온하고 VCAP을 취하여 그것을 (에너지 저장 디바이스(214)의 충전 레벨에 따라) 업 또는 다운시켜서, 3개의 전압 레일들; +2.5, +1.2, 및 제3 프로그래밍 가능한 레일(전형적으로 +0.6 볼트로 설정됨)을 각각 생성한다. 이들 전압 레일들은 모니터(200)의 다른 전자 장치들(예를 들어, 제어기(208) 및 송신기(210))에 전력을 공급하는 데 사용하기 위한 것이다.
"태양 보조" 하베스팅 모드에서, PV 디바이스(202)는 도 2에서 실선 연결로 나타낸 바와 같이 (누설을 방지하기 위해) 다이오드(223)를 통해 VCAP에 직접 부착될 수 있다. 이 모드에서, 그것의 출력이 다이오드(223)를 포워드 바이어스하기에 충분하다고 가정하면, PV 디바이스(202)는 복잡한 제어 전자 장치들을 필요로 하지 않고 에너지 저장 디바이스(214)에서 자연스럽게 결합하는 2개의 하베스팅 소스들의 에너지로 충전 보조를 TEG(204)에 제공할 수 있다. 특정 구현에 따르면, "태양 보조" 모드에서, PV 디바이스(202)는 부스트 컨버터로의 바이어싱이 턴 온되도록 VCAP을 상승시키는 데 사용된다. 이는 부스트가 더 낮은 입력 전압들로부터 하베스팅될 수 있게 한다(예를 들어, TEG(204) 상의 더 낮은 온도 델타들로부터의 하베스팅을 허용함). 다른 구현에서, PV 디바이스(202)는 도 2에 파선으로 나타낸 바와 같이 PMU(206)의 VIN에 연결될 수 있다. 이는 더 낮은 레벨들의 광, 또는 더 낮은 전압의 PV 셀들이 에너지 저장 요소를 재충전하기 위해 부스팅될 수 있게 한다.
대안적으로, 태양 하베스터는 PMU 부스트 컨버터에 직접 연결될 수 있는 반면, 추가적인 승압 회로를 이용하는 TEG 하베스터는 다이오드를 통해 VCAP에 연결되어, 다수의 하베스팅 소스들을 병렬로 제공한다.
보다 일반적으로, 다수의 상이한 에너지 소스들로부터 에너지가 하베스팅되고 그러한 모니터에 전력을 공급하기 위해 임의의 조합으로 사용될 수 있는 구현들이 본 개시내용에 의해 가능하게 된다. 하베스팅을 위한 다른 잠재적인 소스들은 진동 에너지(예를 들어, 압전 기반 또는 선형 모션, 전자기 기반 디바이스를 사용함), 자기장들(예를 들어, 자기장 센서(들)(226)를 사용함), RF 에너지, 전자기장들(예를 들어, 모터 고정자 코일로부터 유래하는 회전 전자기장의 표류 누설을 하베스팅하기 위해 코일을 사용함) 등을 포함한다. 인지될 바와 같이, 이들은 AC 에너지 소스들이고 따라서 AC-DC 컨버터들을 필요로 할 것이다. 그리고, 이들 중 임의의 것으로부터의 결과적인 DC 전압들이 충분히 높지 않은 경우, 이들은 부스트 컨버터를 사용하여 부스팅될 수 있다.
특정 부류의 구현들에 따른 모니터 데이터의 프로세싱이 이제 설명될 것이다. 이하의 설명에서, 유도형 모터들의 모니터링에 대한 참조들이 이루어진다. 이러한 참조들은 단지 예시적인 목적들을 위한 것이고 설명된 기법들은 광범위한 컴포넌트 유형들에 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 본 개시내용의 범위는 임의의 특정 컴포넌트 유형을 참조하여 제한되지 않아야 한다.
다양한 구현들에 따르면, 모니터(본 명세서에서 머신 헬스 모니터 또는 MHM이라고도 지칭됨)는 하나의 회전 머신류(예를 들어, 모터) 상에 배치되고, 3개의 축들에서의 진동에 대한 진단 데이터, 모터의 자기장, 모터 바디의 표면 온도, 및 배치 환경의 주변 온도 및 습도를 제공한다. 위에 논의된 바와 같이, MHM은 배터리들이 없는 (따라서 이와 관련하여 유지 보수가 없는) 자체-전력 공급형 에너지 하베스팅 모니터일 수 있다.
MHM이 배치될 수 있는 설비들의 유형들은, 예를 들어, 급수 설비들(예를 들어, 펌프 모터들), 대형 빌딩들을 위한 HVAC 시스템들(예를 들어, 팬 블레이드 모터들), 식품 가공 및 패키징 설비들(예를 들어, 균질화기들(homogenizers), 유제품 가공 모터들(dairy processing motors), 어셈블리 라인 모터들(assembly line motors), 믹서들), 정제 기구들(예를 들어, 오일 펌프들) 등을 포함한다.
모터 모니터링의 상황에서, 모니터는 모터의 베어링들 위에 장착될 수 있는데, 왜냐하면 거기가 문제가 있는 진동이 가장 분명한 장소이기 때문이다. 모터 바디의 가장 뜨거운 부분인 것으로 예상되는 것의 온도가 또한 모니터링되어 그것이 그것의 정격 내에 머무르는 것을 보장한다. 주변 온도는 모니터 내부에서 또는 모니터에 인접하여 측정된다.
특정 구현에 따르면, 모니터의 동작을 지원하는 데 사용되는 에너지는 TEG(thermo-electric generator)를 사용하여 하베스팅되는 열에너지이고 모터 바디 온도와 주변 온도 사이의 온도 차이에 기초한다. 모니터 내부의 커스텀 실리콘은 하베스팅된 전력만으로 동작하게 한다. 위에 언급된 바와 같이, 또한 또는 대안적으로 주변 광, 자기 에너지, 진동 또는 다른 기계적 에너지, 전자기장들 등을 하베스팅하는 구현들이 고려된다.
초저전력 웨이크업 수신기는, 연관된 제어 노드로부터 웨이크업 코드를 수신할 때 모니터의 센서 회로부를 웨이크업하고, 모니터는 모니터링되고 있는 컴포넌트에 대한 센서 데이터의 스냅샷을 찍는다. 모니터링되고 있는 머신의 복잡성에 따라, 머신의 헬스에 대한 동기화된 스냅샷을 포착하기 위해 실질적으로 동시에 데이터가 취해질 수 있는, 머신 상의 하나 또는 수개의 센서들이 있을 수 있다.
일부 구현들에 따르면, 컴포넌트 상의 상이한 위치들에 배치된 다수의 모니터들로부터의 센서 데이터(예를 들어, 저해상도 또는 고해상도 스냅샷들)는 컴포넌트의 상태에 관한 추가 정보를 제공하기 위해 결합될 수 있다. 예를 들어, 상이한 모니터들로부터의 진동 데이터는 모니터들에 대한 각각의 웨이크업 신호들의 타이밍에 기초하여 위상이 정렬될 수 있다. 이러한 정렬된 데이터는, 차례로, (예를 들어, 샤프트 "워블(wobble)" 또는 소정의 다른 잠재적 고장 표시자로부터 유래할 수 있는) 모니터들 사이의 상대 진동들로부터 (모든 모니터들이 동일한 위상-코히어런트 진동 파형을 기록하는) 기초 진동들을 구별하는 것을 가능하게 할 수 있다. 다른 예에서, 자기장 센서로부터 획득된 시변 자기장 데이터는 2개 이상의 모니터들로부터의 진동 데이터의 위상-정렬을 위해 사용될 수 있다.
구현들의 특정 서브세트에 따르면, 모니터는 모니터의 환경으로부터 직접 하베스팅되는 매우 적은 에너지로 동작하여 배터리를 필요로 하지 않아서, 고객들이 "설치하고 잊어버리는" 것을 허용한다. 모니터는 아주 정말 낮은 전력인데, 그 이유는 그것의 회로부의 대부분이 대부분의 시간 동안 오프 또는 매우 낮은 전력 모드로 유지되고, 그 후 웨이크업 수신기를 사용하여, 데이터를 수집하기 위해 필요에 따라 선택적으로 활성화되기 때문이다.
이제 도 3을 참조하면, 웨이크업 수신기는 웨이크업 코드(302), 예를 들어, RF 신호에서의 비트 시퀀스(이는 저해상도 스냅샷을 시그널링할 수 있음)를 수신하고, 이후 모니터(304)의 다른 회로부(이는 그것이 웨이크업을 수신했음을 표시하기 위해 LED를 플래시하는 것과 같은 것을 행할 수 있음)를 웨이크업한다. 그 후 모니터는 가속도계(들)를 턴 온하고, 그것은 그 데이터를 취한 다음 셧 다운한다(306). 모니터는 또한 증폭기를 턴 온하고, 그것은 모니터에 내장된 수동 자계 루프 코일로부터의 신호를 증폭한 다음 셧 다운한다(308). 이것은 이 목적을 위해 자력계를 사용하는 다른 제품들과 구별되어야 한다. 모니터는 또한 온도 및 습도 센서들을 턴 온 및 오프하고, 그 측정치들을 수집한다(310).
대부분의 종래의 모니터들이 사용하는 전력 소모 자력계(power-hungry magnetometer) 대신에, 모터의 자기장을 포착하는 수동 코일이 (예를 들어, 모니터 내의 인쇄 회로 기판 상에) 제공되고, 이 자기장은 이어서 매우 낮은 전력의 증폭기에 의해 증폭되고 매우 낮은 전력의 온칩 ADC에 의해 샘플링되고 디지털화된다. 이것은 센서 요소에 전력을 공급하고, 센서 신호를 증폭, 필터링, 샘플링, 및 디지털화하기 위해서뿐만 아니라, 디지털 데이터를 오프칩 인터페이스를 통해 송신하기 위해, 많은 전력을 사용하는 자력계의 사용과 비교하여 초저전력 접근법이다. 수동 코일을 사용하는 자기장 센서의 특정의 구현이 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다.
도 4a 및 4b에 도시된 자기장 센서는 PCB 상의 구리 트레이스들로부터 구성된 멀티 턴 수동 코일을 포함한다. 일부 구현들에서, 코일은 페라이트 코어 인덕터에 의해 대체될 수 있다. 코일은 예를 들어 유도 전동기의 고정자 코일과 같은 회전 머신 컴포넌트에 의해 생성되는 자기장을 측정하도록 구성된다. 코일로부터의 신호는 예를 들어 마이크로 또는 나노 와트 범위에서 동작하도록 구성되는 op 앰프와 같은 매우 낮은 전력의 증폭기에 의해 증폭된다.
특정 구현에 따르면, 수동 코일은 PCB의 2개의 층에서 6 밀 트레이스 및 간격으로 구현되는 20-턴 코일이다(즉, 층당 10 턴들). 특정 구현에 따르면, 코일 또는 인덕터 증폭에 사용되는 op 앰프는 600 nA, 100 kHz GBW op 앰프(예를 들어, MCP6141)이다. 예를 들어, 추가적인 PCB 층들을 제공함으로써, 특정 애플리케이션에 적합한 추가적인 턴들이 도입될 수 있다.
이해되는 바와 같이, 자기장 감지에 대한 이러한 접근법은 비용 및 전력 소비(무전지형 모니터와 관련하여 중요한 성능 메트릭) 둘 다의 면에서 전형적인 능동 자력계보다 우수하다. ADC가 온칩으로 구현될 수 있고 따라서 칩간 직렬 인터페이스들과 연관된 것들과 같은 제약조건들에 의해 제한되지 않을 수 있기 때문에, 수동 코일의 사용은 또한 자력계보다 훨씬 더 높은 샘플링 레이트들을 가능하게 한다. 그에 부가하여, 수동 코일은 전형적으로 영구 자석의 존재와 호환될 것인 반면, 자력계는 그렇지 않을 것이다.
패러데이의 법칙에 따르면, 전자기장은, 루프에 의해 둘러싸인 표면을 통한 자속이 시간적으로 변할 때 전도성 루프에서 유도된다. 즉, 코일은 시변 자기장을 시변 전압으로 변환한다. 모터 상의 고정자 코일들은 회전자 샤프트를 회전시키기 위해 회전(및 그에 따라 시변) 자기장을 생성한다. 수동 코일은, 예를 들어, 모터 효율을 결정하고 잠재적으로 특정 종류들의 기계적 마모 또는 고장 모드들을 식별하기 위해 이 자기장을 모니터링하여 그것의 주파수 성분을 포착하는 데 이용된다.
PCB-트레이스 코일은 이 회전 자기장을 도 4b에 도시된 회로를 이용하여 디지털화를 위해 증폭되고 필터링되는 전압으로 변환하기 위한 픽업 코일로서 기능한다. 유의할 점은, 이 전압이 시변 자기장(변화율)의 함수인 반면, 자력계는 순간 자기장의 함수인 데이터를 생성한다는 것이다. 즉, 픽업 코일은 자력계에 의해 생성되는 데이터의 도함수인 데이터를 생성한다.
일부 구현들에 따르면, 제1 코일에 대해 직교 평면(들)에서 배향되는 하나 이상의 추가적인 코일(들)이 제공될 수 있다. 이는 회전 자기장의 2차원 또는 3차원 표현들(예를 들어, 벡터들)을 감지하고 계산하는 것을 가능하게 한다. 이러한 직교 코일 기하구조들은, 예를 들어, 가요 또는 강성-플렉스 PCB 기술 또는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 친숙한 다른 기법들을 사용하여 구현될 수 있다.
일부 데이터 포착 모드들에서, 모니터는, 예를 들어, 제어기(208)를 이용하여, 포착된 신호들에 대한 포스트 프로세싱을 행한다. 이것은 가속도계 데이터에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)뿐만 아니라, 가속도계 데이터의 RMS(root-mean-square) 측정치를 포함할 수 있다. 논의될 바와 같이, RMS 측정치는 시간 경과에 따른 이 에너지에서의 경향들의 효율적인 추적을 허용하는 총 진동 에너지의 표현이다. FFT는 더 상세한 보기이지만, RMS는 단일 지점 표현과 같으며, 시간이 지남에 따라 보다 상세한 보기를 촉발할 수 있는 변화가 있는지 여부를 빠르게 알려줄 수 있다. 이 데이터는 또한 각각의 진동 축에 대한 기본 동작 주파수(예를 들어, 6Hz 내지 3,200Hz 범위) 뿐만 아니라, 각각의 축에 대한 기본, 고조파, 및 측대역 주파수들(예를 들어, 최대 10개의 측정치들)의 크기들을 포함할 수 있다.
각각의 모니터가 아주 정말 낮은 전력이기 때문에, 데이터 포착 스냅샷들은 종래의 모니터들보다 더 빈번하게 취해질 수 있다. 예를 들어, 데이터 포착은 15 내지 30초마다 발생할 수 있고 이는 잠재적인 고장들의 더 빠른 검출 및 그에 대한 반응을 허용한다. 현재 테스트되고 있는 새로운 세대의 모니터 실리콘으로, 스냅샷들이 훨씬 더 빈번하게(예를 들어, 3 또는 4초마다) 포착되는 구현들이 고려된다. 이것은 종래의 모니터들에 대한 샘플 시간들과 비교되는데, 이는 기껏해야 1분에 한 번 샘플링할 수 있지만, 그렇게 하면 배터리 수명이 극적으로 줄어든다.
특정한 부류의 구현들에 따르면, 증가된 레벨의 데이터 포착(고해상도 스냅샷)이 더 낮은 레벨의 데이터 포착(저해상도 스냅샷)에 기초하는 다양한 플래그들 중 임의의 플래그에 의해 트리거되면서 상이한 레벨들의 데이터 포착이 수행될 수 있다. 이들 구현들에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 저해상도 스냅샷이 되풀이하여 빈번하게 취해지고 프로세싱될 수 있으며(314), 주어진 모니터에 대한 다수의 데이터 유형들 중 임의의 유형에 대한 임계값이 트립되거나(tripped) 데이터가 범위 바깥에 있다면(316), 그 모니터에 대한 더 상세한 고해상도 데이터 포착(320-326)을 트리거할 상이한 웨이크업 코드 메시지가 모니터에 전송될 수 있다(318).
저해상도 스냅샷의 경우, 모니터는 포착된 측정치들을 프리 프로세싱하여(312) 클라우드에 전송되는 데이터의 양을 줄일 수 있다. 엣지에서의 이 계산은 네트워크 내의 트래픽을 최소화하고 더 많은 모니터들이 게이트웨이(들)와 통신하는 것을 허용한다. 다음으로, 클라우드의 로직은, 임의의 임계값들이 트립되었거나 문제가 있는 임의의 경향들이 있는지 결정할 수 있고, 만일 그렇다면, 고해상도 스냅샷에 대한 웨이크업코드를 관련 모니터(들)에 전송한다. 다음으로, 이 웨이크업 코드를 수신하는 모니터는, 고해상도 스냅샷을 취하고 네트워크 통신 프로토콜에서 더 큰 타임 슬롯을 요청하며, 그에 의해 클라우드에서의 프로세싱을 위해 고해상도 데이터의 더 큰 세트를 전송할 수 있게 된다.
모니터에 의해 수행되는 센서 데이터의 온보드 프로세싱이, 센서 데이터가 결함 상태를 나타내는지 또는 잠재적으로 나타내는지를 결정하는 것을 포함할 수 있는 구현들이 고려된다. 이것은, 예를 들어, 모니터 펌웨어가 포착된 센서 데이터가 예상된 레벨들 또는 범위들 내에 있는 것 또는 그 밖에 있는 것에 기초하여 "양호한" 또는 "불량한" 상태를 결정하고, 그 후 매우 간단한 상태 응답들, 예를 들어, "양호", "불량", 또는 "상태 변경 없음"으로 웨이크업 메시지들에 응답하는 것을 포함할 수 있다. 이해될 바와 같이, 그러한 응답들에 대한 페이로드는 모니터링 네트워크에서 무선 데이터의 관점에서 매우 작은 풋프린트를 나타낸다.
특정한 구현에 따르면, 저해상도 스냅샷은 (예를 들어, 6 kHz에서 샘플링된) 약 0.5초의 가속도계 데이터를 취하고 FFT를 통해 3개의 진동 축들 각각에 대한 데이터를 실행한다. 이것은 3개의 축들 각각에 대한 다수의 주파수 빈들(예를 들어, 2048)을 야기한다. 클라우드로의 송신을 위해 축들 각각에 대해 어떤 수의 최고 크기 빈들(예를 들어, 15-20)이 선택된다. 일부 경우들에서, 그 수는 가변적일 수 있다. 예를 들어, 소정 레벨에 걸친 크기들을 갖는 빈들만이 전송될 수 있다. 일부 구현들에 따르면, 빈들은 FFT 빈들이 걸쳐 있는 전체 범위에 걸친 다수의 상이한 주파수 범위들 각각으로부터 빈들이 선택되어, 감소된 데이터 세트가 이들 범위들 각각으로부터의 데이터를 포함하게끔 보장하도록 선택될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 특정한 주파수 범위들에서 나타나는 특정한 유형들의 고장들을 식별하고 추적하기 위해 중요할 수 있다.
클라우드에 전송된 저해상도 데이터에 기초하여, FFT 결과들의 폭포 플롯은 시간 경과에 따라 생성될 수 있어서, 이들이 일관되게 유지되는지, 또는 문제를 예측하는 변동들 또는 경향들이 존재하는지가 결정될 수 있다. 이것은 단일 컴포넌트에 대한 시간 경과에 따른 데이터의 비교뿐만 아니라 상이한 컴포넌트들로부터의 데이터의 비교, 예를 들어, 진동이 하나의 컴포넌트에 대해 아래로 그리고 다른 컴포넌트에 대해 위로 진행된 것을 포함할 수 있다. FFT 결과들의 폭포 플롯의 예가 도 5에 도시되어 있다. 3개의 진동 축들에 대한 RMS 측정치의 플롯의 예가 도 6에 도시되어 있다.
특정한 구현에 따르면, 저해상도 스냅샷은, FFT(더 낮은 해상도의 잠재력)를 통해 역시 실행되고 더 적은 수의 빈들(예를 들어, 2개의 빈들)에 대한 데이터가 클라우드에 전송되는 자기장 측정치들을 포함한다. 이것은, 모터의 가동 주파수의 정확한 판독 값을 얻기 위해 더 적은 데이터 포인트들이 요구되기 때문이다. 이들 데이터는 자기장 기본 및 고조파 동작 주파수 크기들(예를 들어, 2개의 측정치)을 포함할 수 있다.
저해상도 스냅샷은 또한 2개의 온도들(주변 온도 및 컴포넌트 바디 또는 피부 온도) 및 습도를 포함하며, 이들 3개 모두는 스냅샷에 대한 단일 값들일 수 있다. 주변 온도에 대한 컴포넌트 바디 온도는 컴포넌트의 상태, 예를 들어, 모터에 문제가 있는지 여부를 나타낸다. 열 에너지가 하베스팅되고 있기 때문에, 모니터는 이미 컴포넌트 바디에 접촉하는 무언가를 갖고 있고, 따라서, 많은 종래의 모니터들과는 달리, 모니터는 이 정보에 대한 액세스를 갖는다. 또한, 바디 온도는 또한 (다시 주변 온도에 대해) TEG에 전력을 공급하기 위해 사용되기 때문에, 그것은 모니터에 전력을 공급하기에 충분한 에너지가 하베스팅되고 있는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 대부분의 모터들은 주변 온도 범위에 대해 정격화되고, 따라서 주변 온도 임계값들은 모터의 동작 환경이 너무 뜨거워질 때 경보를 트리거하도록 설정될 수 있다.
습도 데이터는 웨이크업에 응답하여 턴 온되고 양쪽 측정치들을 취한 다음에 센서가 턴 오프되는 조합 센서를 사용하여 주위 온도와 함께 포착된다. 습도는 환경의 헬스를 모니터링하기에 유용할 수 있다. 예를 들어, 시스템 내의 증기 밸브가 고장 나면 습도를 증가시킬 것이고, 임의의 주변 모니터들은 무언가가 그들의 근처에서 잘못되었다는 것을 표시한다.
모니터는 에너지를 보존하기 위한 에너지-인식 로직(예를 들어, 제어기(208)에 의해 구현되는 온보드 펌웨어)을 포함할 수 있다. 이 로직의 하나의 기능은, 예를 들어, 온도, 가속도계, 또는 자기 측정치들에 기초하여, 모터가 온인지 오프인지를 결정하는 것일 것이다. 자기장 모니터링은 가장 낮은 전력이고 따라서 사용하기에 제일 좋은 것일 것이다. 모터가 오프이면, 모니터는 임의의 웨이크업 코드들을 무시하거나, 또는 어떤 데이터도 취하지 않고 모터가 오프라는 메시지로 웨이크업 코드에 응답하도록 구성될 수 있다. 이것은 장비가 오랜 지속기간 동안 꺼져 있는 설비들에 대해 특히 중요할 것이며, 예를 들어, 대형 건물들에서의 HVAC 시스템들은 종종 야간에 꺼져 있다.
에너지-인식 로직은 또한, 모니터가 데이터를 취하기에 충분한 에너지를 갖는지를 결정하기 위해 에너지 저장 커패시터 상의 전하를 샘플링할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 그것은 웨이크업 코드를 무시할 수 있고/있거나 그것이 그 순간에 데이터 수집을 위해 충분한 전하를 갖지 않는다는 메시지를 시스템에 전송할 수 있다. 충분히 충전되면, 그것은 웨이크업 코드에 대한 그것의 정상 응답을 재개할 수 있다.
특정 구현에 따르면, 웨이크업 메시지에 응답하여, 모니터는 먼저 그것이 데이터 수집을 위한 충분한 전하를 갖는지 체크하고, 그 후 두 번째로 모터가 온인지를 체크한다. 에너지가 충분하지 않거나 모터가 오프이면, 그것은 저전력 상태로 복귀할 것이고 가능하게는 대응하는 메시지를 시스템에 전송할 것이다.
저해상도 센서 데이터는 관심사가 될 무언가를 나타낼 수 있는 경향들을 식별하도록 프로세싱될 수 있다. 예를 들어, 전체 가속도계 에너지 레벨, 각각의 진동 축에 대한 에너지 레벨, 자기장의 회전 속도가 너무 높은지(즉, 모터가 너무 빠르게 동작하고 있는지), 주변 온도가 너무 높은지, 신체와 주변 온도 사이의 델타가 너무 높은지 등을 포함하여, 포착된 데이터 중 임의의 것에 대해 사용자 정의 임계값들이 설정될 수 있다. 이들 모두는, 도달되면, 대응하는 모니터(들)에 대한 통보 및/또는 고해상도 스냅샷을 트리거할 연관된 임계값을 갖고/거나 경황화될 수 있다.
FFT 결과들의 특정 윈도우들은 또한, 예를 들어, 특정 주파수 범위를 나타내는 특정 빈 또는 빈들의 그룹의 크기(들)가 임계값을 초과하면, 상이한 주파수 범위들로 표현되는 상이한 고장 유형들을 포착하도록 프로세싱될 수 있다.
임계값이 트립되거나 경향이 인식될 때, 제어 노드는 웨이크업 코드를 대응하는 모니터에 전송하여 고해상도 스냅샷을 포착한다. 특정한 구현에 따르면, 고해상도 스냅샷은 가속도계 데이터가 포착되는 저해상도 스냅샷보다 훨씬 더 긴 샘플 윈도우(예를 들어, 수 초)를 수반한다. 특정한 구현에 따르면, 원시 시계열 데이터는 원하는 만큼 높은 해상도의 FFT(예를 들어, 저해상도 스냅샷에 대한 빈들의 수보다 훨씬 더 많음)로 프로세싱하기 위해 클라우드에 전송된다. 이것은 프로세싱을 위해 훨씬 더 높은 해상도 진동 데이터 세트를 야기할 것이다. 일부 구현들에서, 가속도계 데이터만이 고해상도 스냅샷에서 포착된다. 그러나, 포착이 지원되는 다른 센서 데이터 중 임의의 것이 추가되어, 추가적인 의미 있는 정보를 제공할 수 있다. 일부 경우들에서, 저해상도 스냅샷들은 어떤 의미 있는 것을 도출할 수 있기에 충분한 해상도의 이들 다른 데이터를 제공할 것이다.
앞서 언급된 바와 같이, 저해상도 및 고해상도 스냅샷들에 대한 웨이크업 코드들은 요청된 데이터 포착 모드들을 모니터에게 통보하도록 상이할 수 있다. 또한, 상이한 웨이크업 코드들은 상이한 유형들의 고해상도 스냅샷들에 대응할 수 있다. 예를 들어, 저해상도 스냅샷으로부터의 데이터가 특정한 고장 부류를 나타낸다면, 그 고장 부류와 가장 관련 있을 데이터의 유형들 또는 범위들을 포착하는 데 초점을 맞춘 특정한 유형의 고해상도 스냅샷이 포착될 수 있다.
위에 논의된 바와 같이, 원시 시계열 가속도계 데이터는 고장 모드들을 식별하기 위해 클라우드에서 고 해상도 FFT로 프로세싱될 수 있다. 이것을 용이하게 하기 위해, 시스템이 정상적으로 동작하고 있을 때 고해상도 스냅샷들이 주기적으로(예를 들어, 하루에 한 번) 취해질 수 있어서 정상 시스템 거동의 베이스라인 모델들이 생성될 수 있다. 이들 베이스라인 모델들은 베이스라인들로부터의 편차들뿐만 아니라, 특정 유형들의 고장들과 상관되는 다양한 FFT 데이터 시그니처들, 예를 들어, 모터가 불균형한 것, 또는 베어링 결함이 발생한 것을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 모터 불균형은 모터의 RPM 또는 동작 주파수가 상당히 감소하는 것을 특징으로 한다. 다른 예에서, 베어링 고장은 훨씬 더 높은 주파수 성분을 특징으로 할 수 있고, 또한 베어링 내의 볼들의 수, 고장이 이너 레이스 상에 있는지 또는 아우터 레이스 상에 있는지, 및 모터가 얼마나 빨리 가동하고 있는지에 의존할 수 있고, 그것은 각각의 유형의 베어링 고장에 대한 수학적 방정식과 일치하는 주파수들 각각에서 더 높은 크기를 제공할 것이다. 다른 예에서, 느슨한 모터 기초는 (전체 모터 어셈블리가 흔들리고 있기 때문에) 상승된 소음 플로어(noise floor)를 특징으로 한다. 다른 예에서, 모터의 상대 효율은 모터 슬립(motor slip)을 측정함으로써, 예를 들어, 모터를 구동하는 자기장의 주파수 대 가속도계에 의해 측정된 모터의 실제 속도의 주파수를 측정함으로써 결정될 수 있다. 자기장 주파수와 측정된 모터 속도 사이의 델타의 증가는 모터 효율의 감소를 나타낼 수 있다. 고해상도 FFT 결과들은 이들 상이한 유형들의 고장들 각각이 인식되는 것을 허용할 것이다. 더욱이, 많은 고장 유형들은 또한 저해상도 데이터로부터 유도된 전체 에너지의 경향들에서 나타날 것이다. 따라서, 그러한 경향이 식별되는 경우, 대응하는 고해상도 스냅샷이 트리거되어 더 상세한 결정을 할 수 있다.
알고리즘들이 모델들을 학습함에 따라, 그것들은 임박한 고장을 인식하거나 경향 데이터에 기초하여 임계값이 트립되기 전에도 고해상도 스냅샷을 트리거하기 시작할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 오퍼레이터들이 모니터링되는 각각의 컴포넌트에 대해 많은 임계값들을 수동으로 설정할 필요가 없도록, 많은 모니터들이 있는 설비에 유용할 수 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 여기서 설명된 구현들의 형태 및 상세사항들에서의 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상이한 데이터 포착 모드들이 용어들 "저해상도" 및 "고해상도"를 이용하여 전술되었다. 그러나, 이들 용어들은 설명의 목적들을 위해 사용되며, 용어들 자체도, 그리고 설명된 데이터 포착 모드들의 특정한 특성들도 본 개시내용의 범위를 과도하게 제한하는 데 이용되어서는 안 된다는 점을 이해해야 한다. 더 일반적으로는, 제1 및 더 빈번한 데이터 포착 모드가, 더 정교한 입도의 및/또는 특별히 포커싱된 데이터가 하나 이상의 모니터로부터 획득되는 제2 데이터 포착 모드를 트리거하는 데 이용되는 구현들이 고려된다. 2개의 데이터 포착 모드들 사이의 차이(들)는 특정한 구현에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 2개의 데이터 포착 모드들은, 다음과 같은 것들 중 하나 이상의 관점에서 상이할 수 있다: 포착된 센서 데이터의 유형(들), 모니터에 의해 송신된 페이로드의 크기, 모니터에 의해 수행된 센서 데이터의 온보드 프로세싱, 제어 노드에 의해 또는 클라우드에서 수행된 센서 데이터의 프로세싱, 결과 데이터의 도메인(예를 들어, 시간 대 주파수), 및/또는 정보 콘텐츠의 상세사항 또는 해상도의 레벨(예를 들어, 정밀 대 대략, 완전-샘플링된 대 희소 등).
또한, 다양한 장점들, 양태들, 및 목적들이 다양한 구현들을 참조하여 설명되었지만, 본 개시내용의 범위는 이러한 장점들, 양태들, 및 목적들을 참조하여 제한되지 않아야 한다. 오히려, 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구항들을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (46)

  1. 디바이스로서,
    하나 이상의 차원에서 머신 컴포넌트의 진동을 나타내는 하나 이상의 신호를 생성하도록 구성된 진동 센서;
    상기 진동 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 사용하여 센서 데이터를 생성하도록 구성된 제어 회로부 -상기 제어 회로부는 제1 진동 데이터를 생성하기 위해 상기 진동 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 프로세싱함으로써 제1 데이터 포착 모드에서 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되고, 상기 제어 회로부는 제2 진동 데이터를 생성하기 위해 상기 진동 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 프로세싱함으로써 제2 데이터 포착 모드에서 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되고, 상기 제2 진동 데이터의 적어도 일부는 상기 제1 진동 데이터의 대응하는 부분보다 더 높은 해상도를 특징으로 함- ; 및
    상기 센서 데이터를 원격 디바이스에 송신하도록 구성되는 송신기
    를 포함하는, 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로부는, 제1 기간에 걸쳐 상기 제1 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 상기 센서 데이터를 생성하고, 제2 기간에 걸쳐 상기 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되고, 상기 제2 기간은 상기 제1 기간보다 더 긴, 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 생성된 상기 센서 데이터는, 상기 제1 데이터 포착 모드의 인스턴스에서 생성된 상기 센서 데이터보다 더 큰 데이터 송신 페이로드를 나타내는, 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 상기 제2 데이터 포착 모드에서보다 더 빈번하게 상기 제1 데이터 포착 모드에서 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되고, 상기 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스는 상기 제1 데이터 포착 모드의 하나 이상의 인스턴스와 관련하여 트리거되는, 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 제1 웨이크업 메시지의 반복된 인스턴스들에 응답하여 상기 제1 데이터 포착 모드에서 상기 센서 데이터를 반복적으로 생성하고, 제2 웨이크업 메시지에 응답하여 상기 제2 데이터 포착 모드에서 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되는, 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 하나 이상의 차원 각각에 대한 주파수 도메인 진동 데이터를 생성하기 위해 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 하나 이상의 신호를 프로세싱함으로써 상기 제1 데이터 포착 모드에서 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되는, 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주파수 도메인 진동 데이터는 복수의 주파수 빈을 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 원격 디바이스로의 송신을 위한 상기 주파수 빈들의 서브세트를 선택함으로써 상기 제1 진동 데이터를 생성하도록 추가로 구성되는, 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 상기 하나 이상의 차원에 대한 상기 머신 컴포넌트의 진동 에너지의 측정치를 나타내는 진동 에너지 데이터를 생성하기 위해 상기 진동 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 프로세싱함으로써 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되는, 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는 자기장 센서를 더 포함하고, 상기 제어 회로부는 자기장 데이터를 생성하기 위해 상기 자기장 센서에 의해 생성된 신호를 프로세싱함으로써 상기 센서 데이터를 생성하도록 추가로 구성되는, 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자기장 센서는 인쇄 회로 기판의 하나 이상의 층 상에 배치되는 수동 코일, 및 상기 자기장 센서에 의해 생성되는 신호를 증폭하도록 구성되는 증폭기를 포함하는, 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    디바이스가 배치되는 환경으로부터 에너지를 하베스팅하도록 구성되는 에너지 하베스팅 디바이스;
    상기 에너지 하베스팅 디바이스에 의해 하베스팅되는 에너지의 적어도 일부를 저장하도록 구성되는 에너지 저장 디바이스; 및
    상기 에너지 저장 디바이스에 의한 상기 저장된 에너지의 저장을 제어하고, 상기 저장된 에너지로부터 생성된 전력을 상기 송신기 및 상기 제어 회로부에 제공하도록 구성된 전력 관리 회로부
    를 더 포함하고,
    상기 하베스팅된 에너지로부터 유도되는 상기 저장된 에너지는 상기 제어 회로부에 의한 적어도 상기 제1 및 제2 데이터 포착 모드들 및 상기 송신기에 의한 상기 센서 데이터의 송신을 지원하기에 충분한, 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 데이터는 상기 머신 컴포넌트의 온도를 표현하는 머신 컴포넌트 온도 데이터, 및 상기 머신 컴포넌트의 환경의 주변 온도를 표현하는 주변 온도 데이터를 더 포함하는, 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 머신 컴포넌트는 모터, 팬, 펌프, 또는 기어 박스 중 하나를 포함하는, 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 자기장 센서를 더 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 자기장의 주파수와, 상기 진동 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 사용하여 유도된 주파수 사이의 관계에 기초하여 효율 데이터를 생성하도록 추가로 구성되고, 상기 효율 데이터는 상기 머신 컴포넌트의 동작 효율을 나타내는, 디바이스.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 상기 머신 컴포넌트의 상태를 결정하기 위해 상기 제1 진동 데이터를 프로세싱함으로써 상기 제1 데이터 포착 모드에서 상기 센서 데이터를 생성하도록 구성되는, 디바이스.
  16. 컴퓨터 구현 방법으로서,
    제1 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 제1 진동 데이터를 수신하는 단계 -상기 제1 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 머신 컴포넌트의 진동을 나타냄- ;
    상기 제1 진동 데이터를 이용하여 상기 머신 컴포넌트의 동작이 허용 가능하다고 결정하는 단계;
    상기 제1 데이터 포착 모드의 제2 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 제2 진동 데이터를 수신하는 단계 -상기 제2 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 상기 머신 컴포넌트의 진동을 나타냄- ;
    상기 제2 진동 데이터를 사용하여 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 단계;
    상기 감지 디바이스에 의해 제2 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스를 트리거하는 단계;
    상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 제3 진동 데이터를 수신하는 단계 -상기 제3 진동 데이터는 상기 머신 컴포넌트의 진동을 나타내고, 상기 제3 진동 데이터의 적어도 일부는 상기 제1 및 제2 진동 데이터의 대응하는 부분들보다 더 높은 해상도를 특징으로 함- ; 및
    상기 제3 진동 데이터를 이용하여 상기 머신 컴포넌트의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 진동 데이터는 제1 기간을 나타내고 상기 제2 진동 데이터는 제2 기간을 나타내고, 상기 제1 및 제2 기간들은 실질적으로 동일한 지속기간을 가지며, 상기 제3 진동 데이터는 제3 기간을 나타내고, 상기 제3 기간은 상기 제1 기간 또는 상기 제2 기간보다 긴, 컴퓨터 구현 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제3 진동 데이터는 상기 제1 또는 제2 진동 데이터보다 큰 데이터 송신 페이로드를 나타내는, 컴퓨터 구현 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 디바이스에 의해 상기 제1 데이터 포착 모드의 복수의 인스턴스들을 트리거하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 데이터 포착 모드의 인스턴스들의 트리거링은 상기 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스들의 트리거링보다 더 빈번한, 컴퓨터 구현 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 디바이스에 의해 생성된 자기장 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 자기장 데이터는 상기 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내고, 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 단계는 상기 자기장 데이터를 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 자기장의 주파수와 상기 진동 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 사용하여 도출된 주파수 사이의 관계에 기초하여 효율 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 효율 데이터는 상기 머신 컴포넌트의 동작 효율을 나타내는, 컴퓨터 구현 방법.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 진동 데이터는 상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 고속 푸리에 변환 데이터의 복수의 빈들 전부보다 적은 빈들의 서브세트를 포함하고, 상기 제3 진동 데이터는 상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 시계열 데이터 세트 전부를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 웨이크업 코드가 상기 감지 디바이스에 송신되게 함으로써 상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제1 및 제2 인스턴스들을 트리거하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 웨이크업 코드는 상기 제1 데이터 포착 모드를 나타내고, 상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스를 트리거하는 단계는 제2 웨이크업 코드가 상기 감지 디바이스에 송신되게 하는 단계를 포함하고, 상기 제2 웨이크업 코드는 상기 제2 데이터 포착 모드를 나타내는, 컴퓨터 구현 방법.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 단계는 상기 제1 진동 데이터를 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 디바이스에 의해 상기 제2 데이터 포착 모드의 반복된 인스턴스들을 트리거하는 단계;
    상기 제2 데이터 포착 모드의 반복된 인스턴스들 각각 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 대응하는 진동 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 반복된 인스턴스들에 대한 상기 진동 데이터에 기초하여 상기 머신 컴포넌트의 동작을 나타내는 하나 이상의 베이스라인 모델을 생성하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 머신 컴포넌트의 상태를 결정하는 단계는 상기 하나 이상의 베이스라인 모델을 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제2 인스턴스 동안 포착된 상기 머신 컴포넌트의 온도를 나타내는 머신 컴포넌트 온도 데이터, 및 상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제2 인스턴스 동안 포착된 상기 머신 컴포넌트의 환경의 주변 온도를 나타내는 주변 온도 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 단계는 상기 머신 컴포넌트 온도 데이터 및 상기 주변 온도 데이터를 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하는 단계는 상기 하나 이상의 차원에 대한 상기 머신 컴포넌트의 진동 에너지의 측정치를 나타내는 진동 에너지 데이터를 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  28. 시스템으로서,
    하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는:
    제1 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스 동안 감지 디바이스에 의해 생성된 제1 진동 데이터를 수신하고 -상기 제1 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 머신 컴포넌트의 진동을 나타냄- ;
    상기 제1 진동 데이터를 사용하여 상기 머신 컴포넌트의 동작이 허용 가능하다고 결정하고;
    상기 제1 데이터 포착 모드의 제2 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 제2 진동 데이터를 수신하고 -상기 제2 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 상기 머신 컴포넌트의 진동을 나타냄- ;
    상기 제2 진동 데이터를 사용하여 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하고;
    상기 감지 디바이스에 의해 제2 데이터 포착 모드의 제1 인스턴스를 트리거하고;
    상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 제3 진동 데이터를 수신하고 -상기 제3 진동 데이터는 상기 머신 컴포넌트의 진동을 나타내고, 상기 제3 진동 데이터의 적어도 일부는 상기 제1 및 제2 진동 데이터의 대응하는 부분들보다 높은 해상도를 특징으로 함- ;
    상기 제3 진동 데이터를 이용하여 상기 머신 컴포넌트의 상태를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 진동 데이터는 제1 기간을 나타내고 상기 제2 진동 데이터는 제2 기간을 나타내고, 상기 제1 및 제2 기간들은 실질적으로 동일한 지속기간을 가지며, 상기 제3 진동 데이터는 제3 기간을 나타내고, 상기 제3 기간은 상기 제1 기간 또는 상기 제2 기간보다 긴, 시스템.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    상기 제3 진동 데이터는 상기 제1 또는 제2 진동 데이터보다 큰 데이터 송신 페이로드를 나타내는, 시스템.
  31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 상기 감지 디바이스에 의해 상기 제1 데이터 포착 모드의 복수의 인스턴스들을 트리거하도록 추가로 구성되고, 상기 제1 데이터 포착 모드의 인스턴스들의 트리거링은 상기 제2 데이터 포착 모드의 인스턴스들의 트리거링보다 더 빈번한 시스템.
  32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 자기장 데이터를 수신하도록 추가로 구성되고, 상기 자기장 데이터는 상기 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내고, 상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 또한 상기 자기장 데이터를 이용하여 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하도록 구성되는, 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 상기 자기장의 주파수와 상기 진동 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 사용하여 유도된 주파수 사이의 관계에 기초하여 효율 데이터를 생성하도록 추가로 구성되고, 상기 효율 데이터는 상기 머신 컴포넌트의 동작 효율을 나타내는, 시스템.
  34. 제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 진동 데이터는 상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 고속 푸리에 변환 데이터의 복수의 빈들 전부보다 적은 빈들의 서브세트를 포함하고, 상기 제3 진동 데이터는 상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 시계열 데이터 세트 전부를 포함하는, 시스템.
  35. 제28항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 제1 웨이크업 코드가 상기 감지 디바이스에 송신되게 함으로써 상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제1 및 제2 인스턴스들을 트리거하도록 추가로 구성되고, 상기 제1 웨이크업 코드는 상기 제1 데이터 포착 모드를 나타내고, 상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 제2 웨이크업 코드가 상기 감지 디바이스에 송신되게 함으로써 상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 제1 인스턴스를 트리거하도록 구성되고, 상기 제2 웨이크업 코드는 상기 제2 데이터 포착 모드를 나타내는, 시스템.
  36. 제28항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 상기 제1 진동 데이터를 이용하여 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하도록 구성되는, 시스템.
  37. 제28항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는,
    상기 감지 디바이스에 의해 상기 제2 데이터 포착 모드의 반복된 인스턴스들을 트리거하고;
    상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 반복된 인스턴스들 각각 동안 상기 감지 디바이스에 의해 생성된 대응하는 진동 데이터를 수신하고;
    상기 제2 데이터 포착 모드의 상기 반복된 인스턴스들에 대한 상기 진동 데이터에 기초하여 상기 머신 컴포넌트의 동작을 나타내는 하나 이상의 베이스라인 모델을 생성하도록
    추가로 구성되고,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 상기 하나 이상의 베이스라인 모델을 이용하여 상기 머신 컴포넌트의 상태를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  38. 제28항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는, 상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제2 인스턴스 동안 포착된 상기 머신 컴포넌트의 온도를 나타내는 머신 컴포넌트 온도 데이터, 및 상기 제1 데이터 포착 모드의 상기 제2 인스턴스 동안 포착된 상기 머신 컴포넌트의 환경의 주변 온도를 나타내는 주변 온도 데이터를 수신하도록 추가로 구성되고, 상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는, 상기 머신 컴포넌트 온도 데이터 및 상기 주변 온도 데이터를 또한 사용하여 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하도록 구성되는 시스템.
  39. 제28항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는, 상기 하나 이상의 차원에 대한 상기 머신 컴포넌트의 진동 에너지의 측정치를 나타내는 진동 에너지 데이터를 이용하여, 상기 머신 컴포넌트의 동작이 하나 이상의 고장 모드를 나타낼 수 있다고 결정하도록 구성되는, 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 기간에 걸쳐 상기 머신 컴포넌트의 진동 에너지의 사용자 인터페이스 플롯을 생성하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  41. 제28항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진동 데이터 둘 다는 고속 푸리에 변환 데이터를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서 및 메모리는 상기 고속 푸리에 변환 데이터를 포함하는 사용자 인터페이스 폭포 플롯을 생성하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  42. 디바이스로서,
    회전하는 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내는 하나 이상의 신호를 생성하도록 구성된 자기장 센서 -상기 자기장 센서는 제1 평면 배향을 갖는 제1 수동 코일, 및 상기 제1 평면 배향에 실질적으로 직교하는 제2 평면 배향을 갖는 제2 수동 코일을 포함함- ;
    상기 자기장 센서에 의해 생성된 상기 하나 이상의 신호를 사용하여 자기장 데이터를 생성하도록 구성된 제어 회로부 -상기 자기장 데이터는 적어도 2개의 차원에서 상기 자기장을 표현함-; 및
    상기 자기장 데이터를 원격 디바이스에 송신하도록 구성되는 송신기
    를 포함하는, 디바이스.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 제1 수동 코일은 상기 제1 평면 배향을 갖는 제1 인쇄 회로 기판(PCB) 섹션 상에 배치되고, 상기 제2 수동 코일은 상기 제2 평면 배향을 갖는 제2 PCB 섹션 상에 배치되는, 디바이스.
  44. 컴퓨터 구현 방법으로서,
    제1 위치에서 머신 컴포넌트와 관련된 제1 감지 디바이스에 의해 생성된 제1 진동 데이터를 수신하는 단계 -상기 제1 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서의 상기 머신 컴포넌트의 진동을 나타냄- ;
    제2 위치에서 상기 머신 컴포넌트와 연관된 제2 감지 디바이스에 의해 생성된 제2 진동 데이터를 수신하는 단계 -상기 제2 위치는 상기 제1 위치로부터 이격되고, 상기 제2 진동 데이터는 하나 이상의 차원에서 상기 머신 컴포넌트의 진동을 나타냄- ;
    상기 제1 진동 데이터와 상기 제2 진동 데이터를 시간적으로 정렬하여, 시간 정렬된 진동 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 시간 정렬된 진동 데이터를 이용하여 상기 머신 컴포넌트의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 제1 진동 데이터와 상기 제2 진동 데이터를 시간적으로 정렬하는 단계는 상기 제1 감지 디바이스에 의해 수신된 제1 웨이크업 메시지 및 상기 제2 감지 디바이스에 의해 수신된 제2 웨이크업 메시지와 연관된 타이밍 정보를 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 감지 디바이스들 중 하나 또는 둘 다에 의해 생성된 자기장 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 자기장 데이터는 상기 머신 컴포넌트와 연관된 자기장을 나타내고, 상기 제1 진동 데이터와 상기 제2 진동 데이터를 시간적으로 정렬하는 단계는 상기 자기장 데이터를 이용하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
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