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KR102088358B1 - Method for controlling frequency of scale-removal apparatus and scale-removal apparatus thereof - Google Patents

Method for controlling frequency of scale-removal apparatus and scale-removal apparatus thereof Download PDF

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KR102088358B1
KR102088358B1 KR1020180130412A KR20180130412A KR102088358B1 KR 102088358 B1 KR102088358 B1 KR 102088358B1 KR 1020180130412 A KR1020180130412 A KR 1020180130412A KR 20180130412 A KR20180130412 A KR 20180130412A KR 102088358 B1 KR102088358 B1 KR 102088358B1
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KR
South Korea
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sub
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amplitude
Prior art date
Application number
KR1020180130412A
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Inventor
박은식
Original Assignee
박은식
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Abstract

The present invention relates to a method of controlling an apparatus for removing scale by using a cavitation generated by the ultrasonic wave, wherein the apparatus comprises: an oscillator unit which outputs an electric signal; and an ultrasonic wave generation unit which changes an output signal of the oscillator unit into a physical vibration to generate an ultrasonic wave. According to the present invention, the controlling method may comprise the steps of: dividing a concerned frequency area, which is a frequency area where a frequency sweep is performed, into a plurality of subareas; performing, in each of the divided subareas, the frequency sweep at a first sweep interval which is greater than the minimum sweep interval and thus acquiring amplitude sizes of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generation unit; determining the ranking of an average amplitude size between the subareas based on the amplitude sizes of the acquired ultrasonic wave; determining the ranking in maintaining a high point in accordance with the result of adding the average amplitude size of each of the plurality of subareas and the average amplitude size of at least one subarea adjacent to each of a plurality of subsections, for each of the plurality of subareas; and determining the frequency sweep sequence among the plurality of subsections based on the determined ranking of the average amplitude size and the determined ranking in maintaining a high point.

Description

스케일 제거 장치의 주파수 조정 방법 및 이를 이용한 스케일 제거 장치 {Method for controlling frequency of scale-removal apparatus and scale-removal apparatus thereof}Method for controlling frequency of scale removing device and scale removing device using same {Method for controlling frequency of scale-removal apparatus and scale-removal apparatus thereof}

본 개시는 스케일 제거 장치의 주파수를 조정하는 방법 및 이를 이용한 스케일 제거 장치 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전기적 신호를 초음파 에너지로 변환하고, 초음파의 음압을 이용하여 스케일을 제거하는 장치의 주파수를 조정하여 효율적으로 스케일을 제거하기 위한 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 발명에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for adjusting the frequency of a scale removing device and a scale removing device using the same, more specifically, by converting an electrical signal into ultrasonic energy and adjusting the frequency of a device for removing the scale using sound pressure of ultrasonic waves. The invention relates to a method for removing a scale and an apparatus using the same.

보일러나 열 교환 시스템 등에서, 유체가 흐르는 관의 내부에는 찌꺼기나 다양한 유기물이 증착 될 수 있다. 이 때, 화학 물질을 이용해 증착된 유기물을 제거할 수 있으나, 화학 물질로 인해 인체에 유해한 물질이 생성될 수 있다는 문제점이 있다.In a boiler or a heat exchange system, debris or various organic substances may be deposited inside the pipe through which the fluid flows. At this time, it is possible to remove the organic material deposited by using a chemical substance, but there is a problem that a substance harmful to the human body may be generated due to the chemical substance.

따라서, 화학적 처리의 대안으로서, 초음파를 이용한 물리적인 스케일 제거 방식이 요구된다. 이 때, 초음파의 주파수가 스케일을 제거하고자 하는 대상 물체의 공진 주파수와 일치할 경우, 높은 에너지의 초음파가 발생하여 효과적으로 스케일을 제거할 수 있다.Therefore, as an alternative to chemical treatment, a physical scale removal method using ultrasound is required. At this time, when the frequency of the ultrasonic wave coincides with the resonant frequency of the target object to remove the scale, high energy ultrasonic waves are generated to effectively remove the scale.

공진이 발생하도록 스케일 제거 장치에 포함된 발진부의 출력 신호 주파수를 일회적으로 조정한다고 하더라도, 이후 스케일 등이 증착되거나 스케일을 제거하고자 하는 대상이 노후함에 따라 공진 주파수가 변경될 수 있다. 따라서, 공진 주파수와 일치하는 초음파를 생성하기 위해 발진부의 주파수를 효율적으로 조정하는 방식이 필요하다.Even if the output signal frequency of the oscillation unit included in the descaling unit is adjusted once to generate resonance, the resonance frequency may be changed after the scale is deposited or the object to remove the scale is aged. Accordingly, there is a need for a method of efficiently adjusting the frequency of the oscillation unit in order to generate ultrasonic waves matching the resonance frequency.

스케일 제거 장치의 주파수 조정 방법 및 이를 이용한 스케일 제거 장치 를 제공하는데 있다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.It is to provide a method for adjusting the frequency of a scale removing device and a scale removing device using the same. The technical problems to be achieved by the present embodiment are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may be inferred from the following embodiments.

일 측면에 따른, 전기적 신호를 출력하는 발진부 및 발진부의 출력 신호를 물리적 진동으로 변화시켜 초음파를 발생시키는 초음파 발생부를 포함하고, 초음파에 의해 생성된 케비테이션(cavitation)을 이용해 스케일(scale)을 제거하는 장치의 제어 방법은 주파수-스윕(frequency-sweep)이 수행되는 주파수 영역인 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할하는 단계, 분할된 서브 영역들 각각에서, 장치에 의해 구별되는 인접한 주파수들간의 최소 주파수 간격인 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라, 초음파 발생부에 의해 생성된 초음파의 진폭 크기들 및 주파수들을 획득하는 단계, 획득된 초음파의 진폭 크기들에 기초하여, 서브 영역들간의 평균 진폭 크기의 순위를 결정하는 단계, 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 복수의 서브 영역들 각각에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기의 합산 결과에 따라 결정되는 고점 유지도 순위를, 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 결정하는 단계, 및 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위의 가중치 합에 기초하여, 복수의 서브 영역들간의 주파수-스윕 순서를 결정하는 단계, 결정된 순서에 따라, 최선 순위의 서브 영역 내에 제 1 스윕 간격으로 결정된 연속된 임의의 3 개의 스윕 주파수들을 f1, f2, 및 f3라 하고(이 때, f1<f2<f3), 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 진폭들을 I_u1, I_u2, 및 I_u3라 하고, 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 주파수들을 f_u1, f_u2 및 f_u3라 할 때, 하기 수학식 1을 만족하는 공진 주파수 포함 조건에 부합하는지 결정하는 단계, 및 According to an aspect, an oscillation unit for outputting an electrical signal and an ultrasonic generator for generating ultrasonic waves by changing the output signal of the oscillation unit into physical vibrations, and removing scale by using cavitation generated by ultrasonic waves The control method of the apparatus includes dividing a frequency region of interest, which is a frequency domain in which frequency-sweep is performed, into a plurality of sub-regions, and in each of the divided sub-regions, between adjacent frequencies distinguished by the apparatus. Acquiring amplitude magnitudes and frequencies of the ultrasonic waves generated by the ultrasonic generator as the frequency-sweep is performed at a first sweep interval greater than the minimum sweep interval, which is the minimum frequency interval, based on the amplitude amplitudes of the obtained ultrasonic waves Thus, determining the rank of the average amplitude size between the sub-regions, the average true of each of the plurality of sub-regions Determining, for each of the plurality of sub-regions, a high-point maintenance ranking determined according to a sum of the magnitude and the average amplitude magnitude of at least one sub-region adjacent to each of the plurality of sub-regions, and Determining a frequency-swept order between a plurality of sub-regions, based on the weighted sum of the ranking and the determined high-potential maintenance ranking, in a sequence of any randomly determined first sweep interval within the sub-region of the highest ranking The three sweep frequencies are called f1, f2, and f3 (where f1 <f2 <f3), and the amplitudes of ultrasonic waves at each of the three sweep frequencies are called I_u1, I_u2, and I_u3, and each of the three sweep frequencies When the frequencies of the ultrasonic waves are called f_u1, f_u2, and f_u3, determining whether they satisfy a condition including a resonance frequency satisfying Equation 1 below, and

-수학식 1--Equation 1-

Figure 112018107077588-pat00001
Figure 112018107077588-pat00001

공진 주파수 포함 조건에 부합한다고 결정함에 따라, f1부터 f3까지의 주파수 영역에 대해 최소 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Upon determining that the conditions for resonant frequency inclusion are met, the step of performing frequency-swept with a minimum sweep interval for the frequency domains f1 to f3 may be included.

다른 일 측면에 따른, 스케일 제거 장치는 전기적 신호를 출력하는 발진부, 발진부의 출력 신호를 물리적 진동으로 변화시켜 초음파를 생성하는 초음파 생성부, 초음파를 감지하여 감지된 초음파의 진폭 및 주파수 정보를 포함하는 전기적 신호를 출력하는 초음파 감지부, 및 초음파 감지부의 출력 신호를 이용하여 발진부의 출력 신호에 대한 주파수-스윕을 수행하는 프로세서를 포함하고, 프로세서는, 주파수-스윕이 수행되는 주파수 영역인 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할하고, 분할된 서브 영역들 각각에서, 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라 초음파 생성부에 의해 생성된 초음파의 진폭 크기들을 획득하고, 획득된 초음파의 진폭 크기들에 기초하여, 서브 영역들간의 평균 진폭 크기의 순위를 결정하고, 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 복수의 서브 영역들 각각에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기의 합산 결과에 따라 결정되는 고점 유지도 순위를, 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 결정하며, 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위에 기초하여, 복수의 서브 영역들간의 주파수-스윕 순서를 결정하고, 결정된 순서에 따라, 최선 순위의 서브 영역 내에 제 1 스윕 간격으로 결정된 연속된 임의의 3 개의 스윕 주파수들을 f1, f2, 및 f3라 하고(이 때, f1<f2<f3), 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 진폭들을 I_u1, I_u2, 및 I_u3라 하고, 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 주파수들을 f_u1, f_u2 및 f_u3라 할 때, 하기 수학식 2를 만족하는 공진 주파수 포함 조건에 부합하는지 결정하고, According to another aspect, the scale removing device includes an oscillation unit that outputs an electrical signal, an ultrasonic generator that generates ultrasonic waves by changing the output signal of the oscillation unit into physical vibration, and includes amplitude and frequency information of ultrasonic waves sensed by detecting ultrasonic waves. An ultrasonic sensing unit for outputting an electrical signal, and a processor for performing frequency-sweeping on the output signal of the oscillation unit by using the output signal of the ultrasonic sensing unit, the processor is a frequency domain of interest, which is a frequency domain in which frequency-sweeping is performed. Is divided into a plurality of sub-regions, and in each of the divided sub-regions, amplitude magnitudes of ultrasonic waves generated by the ultrasonic generator are obtained by performing frequency-swept with a first sweep interval greater than a minimum sweep interval, Based on the amplitude amplitudes of the acquired ultrasound waves, rank the average amplitude magnitudes among the sub-regions. A high-point maintenance rank determined according to a sum result of the average amplitude size of each of the plurality of sub-regions and the average amplitude size of at least one sub-region adjacent to each of the plurality of sub-regions, to each of the plurality of sub-regions The frequency-swept order between the plurality of sub-regions, and based on the determined order, based on the determined average amplitude magnitude ranking and the determined high-spotness ranking, at a first sweep interval in the best-ranked sub-region. The determined consecutive three sweep frequencies are called f1, f2, and f3 (where f1 <f2 <f3), and the amplitudes of ultrasonic waves at each of the three sweep frequencies are called I_u1, I_u2, and I_u3, and 3 When the frequencies of the ultrasonic waves at each of the sweep frequencies are f_u1, f_u2, and f_u3, it is determined whether or not a condition including a resonance frequency satisfying Equation 2 is satisfied.

-수학식 2--Equation 2-

Figure 112018107077588-pat00002
Figure 112018107077588-pat00002

공진 주파수 포함 조건에 부합한다고 결정함에 따라, f1부터 f3까지의 주파수 영역에 대해 최소 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행할 수 있다.As it is determined that the conditions for resonant frequency inclusion are met, frequency-swept may be performed in a frequency range from f1 to f3 with a minimum sweep interval.

도 1은 일 실시 예에 따른 스케일 제거 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 발진부의 출력 신호, 초음파 생성부 및 초음파의 주파수와 진폭의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 스케일을 제거하는 장치에 의해 수행되는 스케일 제거 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 스케일을 제거하는 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 서브 영역들의 스윕 순서를 결정하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 각각의 서브 영역 내에서 스윕 간격을 조정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 일 실시 예에 따른 스케일 제거 장치에 의해 수행되는 주파수 스윕 방법의 흐름도이다.
1 is a diagram schematically illustrating a method for removing scale according to an embodiment.
2 is a view for explaining the relationship between the frequency and the amplitude of the output signal of the oscillation unit, the ultrasonic generation unit, and ultrasonic waves according to an embodiment.
3 is a flowchart illustrating a scale removing method performed by an apparatus for removing scale according to an embodiment.
4 is a block diagram of an apparatus for removing a scale according to an embodiment.
5 and 6 are diagrams for describing an algorithm for determining a sweep order of sub-regions.
7 is a view for explaining a method of adjusting the sweep interval within each sub-region.
8 is a flowchart of a frequency sweep method performed by a scale removing device according to another embodiment.

본 실시 예들에서 사용되는 용어는 본 실시 예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원 인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시 예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시 예들 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terminology used in the present embodiments has been selected from the general terms that are currently widely used as possible while considering the functions in the present embodiments, but this may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art or the appearance of new technology. Also, in certain cases, some terms are arbitrarily selected by the applicant, and in this case, their meanings will be described in detail in the corresponding parts. Therefore, the terms used in the present embodiments should be defined based on the meanings of the terms and the contents of the present embodiments, not simply the names of the terms.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 실시 예들에서 기재된 구성요소들의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 프로세싱하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is connected to another part, this includes not only the case of being directly connected, but also the case of being electrically connected with another element in between. Also, when a part includes a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified. In addition, the terms of the components described in the present exemplary embodiments mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.

도 1은 일 실시 예에 따른 스케일 제거 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a method for removing scale according to an embodiment.

발진부는 전기적 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 발진부는 목표로 하는 초음파의 주파수에 기초하여 결정된 주파수를 가지는 전기적 신호를 출력할 수 있다.The oscillation unit may output an electrical signal. At this time, the oscillation unit may output an electrical signal having a frequency determined based on the target ultrasound frequency.

예를 들어, 발진부는 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으로 펄스파 신호를 출력할 수 있고, 이 때, 출력 신호의 주파수는 1초 동안 출력되어 전송되는 펄스의 개수를 나타낼 수 있다.For example, the oscillation unit may output a pulse wave signal in a pulse width modulation (PWM) method, and at this time, the frequency of the output signal may be output for 1 second to indicate the number of transmitted pulses.

이 때, 초음파 생성부와 발진부는 소정의 물리적 구조를 가지는 연결부에 의해 연결될 수 있다. 연결부를 통해, 발진부는 고정된 상태로 초음파 생성부만이 진동하도록 함으로써, 발진부를 보호할 수 있다.At this time, the ultrasonic generator and the oscillation unit may be connected by a connection unit having a predetermined physical structure. Through the connection portion, the oscillation portion can be protected by allowing only the ultrasonic generator to vibrate in a fixed state.

발진부로부터 출력된 전기적 신호는 초음파 생성부에 인가될 수 있다. 초음파 생성부는 예를 들어, 발진부로부터 인가된 전기적 신호를 물리적 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 초음파 생성부는 전기적 신호를 인가 받음에 따라 물리적으로 변형될 수 있다. 이 때, 초음파 생성부의 물리적 변형 패턴은 인가된 전기적 신호의 주파수 및 진폭에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 초음파 생성부는 인가된 전기적 신호의 주파수 및 진폭에 대응하도록 물리적으로 진동할 수 있다. 또한, 초음파 생성부는 물리적으로 진동함에 따라, 주변 공기의 압력을 변화시켜 초음파를 생성할 수 있다.The electrical signal output from the oscillation unit may be applied to the ultrasonic generator. The ultrasonic generator may convert, for example, an electrical signal applied from the oscillation unit into a physical signal. For example, the ultrasonic generator may be physically deformed upon receiving an electrical signal. At this time, the physical deformation pattern of the ultrasonic generator may be determined according to the frequency and amplitude of the applied electrical signal. For example, the ultrasonic generator may physically vibrate to correspond to the frequency and amplitude of the applied electrical signal. Also, as the ultrasonic generator physically vibrates, ultrasonic pressure may be generated by changing the pressure of the surrounding air.

이 때, 발진부로부터 출력된 전기적 신호는 증폭기를 거쳐 증폭되고, 증폭된 전기적 신호가 초음파 생성부에 인가될 수 있다.At this time, the electrical signal output from the oscillation unit is amplified through an amplifier, and the amplified electrical signal can be applied to the ultrasonic generator.

예를 들어, 초음파 생성부는 자왜 소자를 포함할 수 있다. 자왜 소자는 전기적 신호, 예를 들어, 펄스파 신호, 교류 신호 등이 인가됨에 따라 야기되는 자기적 성질의 변화로 인해 물리적으로 진동할 수 있다. For example, the ultrasonic generator may include a magnetostrictive element. The magnetostrictive element may physically vibrate due to a change in magnetic properties caused by the application of an electrical signal, for example, a pulse wave signal or an alternating current signal.

초음파 생성부는 자왜 소자의 물리적 진동을 외부 열 처리 관에 전달하기 위한 가이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가이드의 일 말단은 자왜 소자와 브레이징(brazing) 등의 접합 방식으로 결합될 수 있다. 또한, 가이드의 타 말단은 청소 대상인 열 처리 관 등의 외부에 용접되어, 자왜 소자로부터 발생한 물리적 진동이 가이드를 통하여 열 처리 관에 전달됨으로써, 열처리 관의 내부 및 외부로 진행하는 초음파가 생성될 수 있다. The ultrasonic generator may include a guide for transmitting the physical vibration of the magnetostrictive element to an external heat treatment tube. For example, one end of the guide may be combined by a magnetostrictive element and a brazing method such as brazing. In addition, the other end of the guide is welded to the outside of the heat treatment tube or the like to be cleaned, and the physical vibration generated from the magnetostrictive element is transmitted to the heat treatment tube through the guide, so that ultrasonic waves proceeding to the inside and outside of the heat treatment tube can be generated. have.

초음파 감지부는, 초음파의 음압으로 인해 물리적으로 변형될 수 있다. 이 때, 초음파 감지부의 변형 패턴은 초음파 주파수 및 초음파의 세기에 따라 결정될 수 있다. 또한, 초음파 감지부는 물리적인 변형에 대응하는 전기적 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 초음파 감지부는 초음파 감지부의 주파수 정보 및 초음파의 세기 정보를 포함하는 전기적 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 초음파 감지부는 박막형 압전 소자로 구현될 있으나 이에 제한되지 아니한다.The ultrasonic sensing unit may be physically deformed due to sound pressure of ultrasonic waves. At this time, the deformation pattern of the ultrasonic sensor may be determined according to the ultrasonic frequency and the intensity of ultrasonic waves. Also, the ultrasonic sensing unit may output an electrical signal corresponding to physical deformation. For example, the ultrasonic sensing unit may output an electrical signal including frequency information of the ultrasonic sensing unit and intensity information of the ultrasonic. For example, the ultrasonic sensor may be implemented as a thin film piezoelectric element, but is not limited thereto.

초음파는 보일러관 내의 액체 매질을 통과하면서 액체 매질의 온도와 압력의 지엽적 변화를 야기한다. 이에 따라 액체 매질이 교란되어 액체 내부에 공동, 즉, 케비테이션(cavitation)이 생성된다.Ultrasound passes through the liquid medium in the boiler tube and causes a local change in the temperature and pressure of the liquid medium. As a result, the liquid medium is disturbed and a cavity, ie, cavitation, is created inside the liquid.

이 때, 생성된 케비테이션이 붕괴함에 따라 발생한 압력 및 열로 인해, 보일러 관에 부착된 찌꺼지(스케일)가 제거된다.At this time, debris (scale) attached to the boiler tube is removed due to pressure and heat generated as the generated cavitation collapses.

도 2는 일 실시 예에 따른 발진부의 출력 신호, 초음파 생성부 및 초음파의 주파수와 진폭의 관계를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the relationship between the frequency and the amplitude of the output signal of the oscillation unit, the ultrasonic generation unit, and ultrasonic waves according to an embodiment.

도 2를 참조하면 위에서부터 차례대로, 발진부의 출력 신호, 초음파 생성부의 진동 및 초음파의 시간 파형이 도시된다.Referring to FIG. 2, the output signal of the oscillation unit, the vibration of the ultrasonic generation unit, and the time waveform of the ultrasonic waves are sequentially shown from the top.

발진부의 출력 신호는 펄스파 신호로서 주기는 Te이며, 주파수는 fe(=1/Te)로 나타낸다. 실제 구현 시 완벽한 펄스파가 아닌 일정 부분 왜곡된 신호 형태를 나타낼 수 있으며, 이 외에도 다양한 형태의 신호가 생성될 수 있다.The output signal of the oscillation unit is a pulse wave signal, the period is Te, and the frequency is represented by fe (= 1 / Te). In actual implementation, it may represent a part of a distorted signal, not a perfect pulse wave, and various other signals may be generated.

또한, 초음파 생성부의 진동에 대한 시간 파형을 참조하면, 정현파로서, 주기는 Tm이며, 주파수는 fm(=1/Tm)로 나타낸다. 이 때, 초음파 생성부의 진동 주기(주파수)는, 펄스파 신호의 주기(주파수)에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 초음파 생성부의 진동 주기(주파수)와 동일할 수 있다.Further, referring to the time waveform for the vibration of the ultrasonic generator, the period is Tm, and the frequency is fm (= 1 / Tm) as a sinusoidal wave. At this time, the vibration period (frequency) of the ultrasonic generator may be determined based on the period (frequency) of the pulse wave signal. For example, it may be the same as the vibration period (frequency) of the ultrasonic generator.

마찬가지로, 초음파 생성부의 진동에 대한 시간 파형을 참조하면, 정현파로서, 주기는 Tu이며, 주파수는 fu(=1/Tu)로 나타낸다. 초음파의 주기(주파수)는 펄스파의 신호의 주기(주파수) 또는 초음파 생성부의 진동 주기(주파수) 또는 초음파 생성부의 진동 주기(주파수)와 동일할 수 있다.Similarly, referring to the time waveform for the vibration of the ultrasonic generator, the period is Tu as a sinusoidal wave, and the frequency is represented by fu (= 1 / Tu). The period (frequency) of the ultrasonic wave may be the same as the period (frequency) of the signal of the pulse wave or the vibration period (frequency) of the ultrasonic generator or the vibration period (frequency) of the ultrasonic generator.

도 2에서, 초음파 진동부의 시간파형 및 초음파의 시간파형은 정현파로 도시되어 있으나, 노이즈나 주파수 특성에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 정현파는 최대 주파수 성분을 갖는 최대 진폭 주파수의 정현파를 나타낸 것으로서, 도 2에 도시된 3 개의 파형의 주파수는 이론적으로 동일할 수 있으나 다양한 요인에 의해 차이가 발생할 수 있다.In FIG. 2, the time waveform of the ultrasonic vibration unit and the time waveform of the ultrasonic wave are shown as sinusoidal waves, but may have various forms according to noise or frequency characteristics. The sinusoidal wave illustrated in FIG. 2 represents a sinusoidal wave having a maximum amplitude frequency having a maximum frequency component, and the frequencies of the three waveforms illustrated in FIG. 2 may be theoretically the same, but a difference may occur due to various factors.

또한, 펄스파가 초음파 생성부의 진동으로 변환되고 이로부터 초음파가 발생하는 과정에서 각각의 변환 시에 시간 지연이 발생할 수 있다.In addition, a time delay may be generated at each conversion in the process in which the pulse wave is converted into vibration of the ultrasonic generator and ultrasonic waves are generated therefrom.

도 3은 일 실시 예에 따른 스케일을 제거하는 장치에 의해 수행되는 스케일 제거 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a scale removing method performed by an apparatus for removing scale according to an embodiment.

도 3을 참조하여 설명하는 방법은, 전기적 신호를 출력하는 발진부 및 발진부의 출력 신호를 물리적 진동으로 변화시켜 초음파를 발생시키는 초음파 발생부를 포함하고, 초음파에 의해 생성된 케비테이션을 이용해 스케일을 제거하는 장치에 의해 수행될 수 있다.The method described with reference to FIG. 3 includes an oscillation unit that outputs an electrical signal and an ultrasonic generation unit that generates ultrasonic waves by changing the output signal of the oscillation unit into physical vibration, and removes the scale using cavitation generated by ultrasonic waves. Can be performed by.

발진부로부터 출력된 전기적 신호를 물리적 진동으로 변환함으로써 생성된 초음파의 진폭 및/또는 초음파의 주파수와 같은 특성을 발진부의 출력 신호 또는 발진부로부터 인가된 입력 신호의 주파수에 대한 "주파수 응답 특성"이라 한다.The characteristics such as the amplitude and / or the frequency of the ultrasonic wave generated by converting the electrical signal output from the oscillating portion into physical vibration are referred to as "frequency response characteristics" with respect to the frequency of the output signal of the oscillating portion or the input signal applied from the oscillating portion.

주파수-스윕(frequency-sweep)은 미리 결정된 주파수 차이로 주파수를 변경하며, 이에 대한 주파수 응답을 분석하는 것을 나타낸다. 이 때, 복수의 스윕 주파수(sweep frequency)들이 정의될 수 있다. 주파수-스윕을 통해, 스윕 주파수들로 각각에 대한 주파수 응답의 분석이 수행된다.Frequency-sweep refers to changing the frequency to a predetermined frequency difference and analyzing the frequency response to it. At this time, a plurality of sweep frequencies may be defined. Through frequency-sweep, analysis of the frequency response for each of the sweep frequencies is performed.

이 때, 인접한 스윕 주파수들간의 주파수 차이는 스윕 간격(sweep interval)이라 한다. 스윕 간격이 좁을수록 세밀하게 주파수-스윕을 수행하여 신뢰도가 높은 주파수 응답 분석 결과를 획득할 수 있으나, 이에 소모되는 시간이 증가한다.At this time, the frequency difference between adjacent sweep frequencies is called a sweep interval. The narrower the sweep interval, the more frequency-swept can be obtained to obtain a highly reliable frequency response analysis result, but the time spent on it increases.

관심 주파수 범위(영역) 또는 주파수-스윕 영역은 스윕이 수행되는 전체 영역으로서, 주파수-스윕의 목적에 따라 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 전기적 신호로부터 발생하는 초음파의 진폭 및 주파수를 분석하는 경우, 초음파의 주파수와 전기적 신호의 상관성을 고려하여, The frequency range (region) or the frequency-swept region of interest is the entire region in which the sweep is performed, and may be preset according to the purpose of the frequency-swept. For example, when analyzing the amplitude and frequency of ultrasound generated from an electrical signal, considering the correlation between the frequency of the ultrasound and the electrical signal,

관심 주파수 대역 및 스윕 간격이 결정됨에 따라, 주파수-스윕이 수행되는 복수의 스윕 주파수들이 결정될 수 있다. 이 때, 임의의 서로 다른 두 개의 스윕 주파수들의 관계를 정의하면, 두 개의 스윕 주파수들 중 상대적으로 작은 주파수는 다른 주파수에 대한 선행 주파수라 정의하며, 반대로 상대적으로 큰 주파수는 다른 주파수에 대한 후행 주파수라 정의한다.As the frequency band of interest and the sweep interval are determined, a plurality of sweep frequencies at which frequency-sweep is performed may be determined. In this case, if the relationship between two different sweep frequencies is defined, a relatively small frequency of the two sweep frequencies is defined as a leading frequency for another frequency, whereas a relatively large frequency is a trailing frequency for another frequency. Define.

또한, 어떠한 스윕 주파수에 인접한 주파수는 해당 스윕 주파수보다 스윕 간격만큼 크거나 작은 주파수를 나타낸다. 또한, m 개의 인접한 주파수들은 해당 스윕 주파수와의 차이가 작은 순서로 결정된 m 개의 서로 다른 주파수들을 나타낸다.Also, a frequency adjacent to a sweep frequency represents a frequency that is greater or less than the sweep frequency by a sweep interval. In addition, m adjacent frequencies represent m different frequencies determined in the order in which the difference from the corresponding sweep frequency is small.

단계 310에서, 장치는 발진부의 출력 신호에 대해 주파수-스윕이 수행되는 주파수 영역인 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할할 수 있다. In operation 310, the apparatus may divide a frequency region of interest, which is a frequency region in which frequency-sweeping is performed on the output signal of the oscillation unit, into a plurality of sub-regions.

상술한 바와 같이 관심 주파수 영역은 발진부의 출력 신호에 대한 주파수-스윕을 수행함에 있어서, 미리 결정된 하한 주파수와 상한 주파수에 의해 정의되는 주파수 영역을 나타낸다. 관심 주파수 영역은 예를 들어, 하한이 15kHz이고, 상한이 28kHz인 주파수 구간일 수 있으나, 이에 제한되지 아니하며, 스케일 제거 대상의 구조 및 종류 등에 따라 다양한 범위로 결정될 수 있다.As described above, the frequency domain of interest represents a frequency domain defined by a predetermined lower limit frequency and an upper limit frequency in performing frequency-sweeping on the output signal of the oscillation unit. The frequency region of interest may be, for example, a frequency section in which the lower limit is 15 kHz and the upper limit is 28 kHz, but is not limited thereto, and may be determined in various ranges according to the structure and type of the scale removal target.

장치는 결정된 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할할 수 있다. 예를 들어, 장치는 관심 주파수 영역을 동일한 구간 길이를 가지는 복수의 서브 영역들로 분할할 수 있다. 서브 영역들의 개수는 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 서브 영역들의 개수가 증가할수록, 하기 설명하는 바와 같이 서브 영역들간의 스윕 순서의 신뢰도가 증가할 수 있으나, 이에 소모되는 시간이 증가할 수 있다.The apparatus may divide the determined frequency region of interest into a plurality of sub-regions. For example, the device may divide the frequency region of interest into a plurality of sub-regions having the same section length. The number of sub-regions can be variously determined. For example, as the number of sub-regions increases, the reliability of the sweep order between sub-regions may increase as described below, but the time spent on this may increase.

예를 들어, 서브 영역들 각각의 구간 길이는 주파수에 따른 초음파의 진폭 특성에 따른 공진 주파수의 대역폭의 예측 값에 일정 배수로 결정될 수 있다. 이 때, 주파수 영역들의 개수가 증가할 수록, 즉, 서브 영역들 각각의 구간 길이가 감소할 수록, 하기의 상술하는 바와 같이 평균 진폭 크기의 순위에 대한 가중치는 증가하고, 고점 유지도 순위에 대한 가중치는 작아질 수 있다.For example, the section length of each of the sub-regions may be determined by a predetermined multiple of the predicted value of the bandwidth of the resonant frequency according to the amplitude characteristic of the ultrasound according to the frequency. At this time, as the number of frequency domains increases, that is, as the interval length of each of the sub-regions decreases, the weight for the rank of the average amplitude magnitude increases as described below, and the The weight can be reduced.

단계 320에서, 장치는 분할된 서브 영역들 각각에서, 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행하면서, 각각의 스윕 주파수에서, 초음파 발생부에 의해 생성된 초음파의 진폭 크기들을 획득 할 수 있다.In step 320, the device acquires amplitude amplitudes of the ultrasonic waves generated by the ultrasonic generator at each sweep frequency, while performing frequency-swept in each of the divided sub-regions at a first sweep interval greater than a minimum sweep interval. can do.

장치는 복수의 서브 영역들에서, 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로, 발진부의 출력 신호의 주파수를 스윕 할 수 있다.The device may sweep the frequency of the output signal of the oscillation unit in a plurality of sub-regions, at a first sweep interval greater than a minimum sweep interval.

또한, 장치는 주파수를 스윕함에 따라, 출력 신호의 주파수에 대응하는 초음파의 진폭 크기를 획득할 수 있다. 따라서, 장치는 서브 영역에서 제 1 스윕 간격으로 주파수를 스윕함에 따라 결정되는 복수의 스윕 주파수들 각각에 대하여, 출력 신호로부터 발생하는 초음파의 진폭 크기들 각각을 획득할 수 있다.In addition, as the device sweeps the frequency, the amplitude of the ultrasonic wave corresponding to the frequency of the output signal can be obtained. Accordingly, the apparatus may acquire each of amplitude amplitudes of ultrasonic waves generated from the output signal, for each of the plurality of sweep frequencies determined by sweeping the frequency at the first sweep interval in the sub-region.

제 1 스윕 간격은 최소 스윕 간격의 미리 결정된 배수에 해당할 수 있다. 관심 주파수 영역 내에서 복수의 서브 영역들 각각의 특성을 결정함에 있어서, 제 1 스윕 간격은 정밀도를 결정한다. 제 1 스윕 간격은 미리 수행된 표본 실험 결과 또는 시뮬레이션 결과에 기초하여, 결정될 수 있다.The first sweep interval may correspond to a predetermined multiple of the minimum sweep interval. In determining the characteristics of each of the plurality of sub-regions within the frequency domain of interest, the first sweep interval determines precision. The first sweep interval may be determined based on a previously performed sample experiment result or simulation result.

단계 330에서, 장치는 획득된 초음파의 진폭 크기들에 기초하여, 서브 영역들간의 평균 진폭 크기의 순위를 결정할 수 있다.In operation 330, the apparatus may determine a ranking of the average amplitude magnitude between sub-regions based on the amplitude magnitudes of the acquired ultrasound waves.

장치는 서브 영역별로, 초음파의 평균 진폭의 크기를 획득할 수 있다. 이 때, 장치는 소정의 임계 진폭 이상의 크기를 가지는 초음파의 진폭 크기들만을 이용하여, 초음파의 평균 진폭의 크기를 산출할 수 있다. 이 때, 초음파의 진폭 크기는 주파수 영역 분석을 통하여 획득된 초음파를 구성하는 최대 주파수 성분에 대응하는 초음파의 진폭 크기를 나타낼 수 있다. 또는, 초음파의 진폭 크기는 발진부의 주파수, 즉, 각각의 스윕 주파수의 주파수 성분에 대응하는 초음파의 진폭 크기를 나타낼 수 있다. 그러나 이 외에도 다양한 방식으로 초음파의 평균 진폭 크기를 산출하기 위한 초음파의 진폭이 처리될 수 있다.The device may acquire the magnitude of the average amplitude of ultrasonic waves for each sub-region. At this time, the apparatus may calculate the magnitude of the average amplitude of the ultrasound using only amplitude magnitudes of the ultrasound having a magnitude equal to or greater than a predetermined threshold amplitude. At this time, the amplitude of the ultrasound may indicate the amplitude of the ultrasound corresponding to the maximum frequency component constituting the ultrasound obtained through frequency domain analysis. Alternatively, the amplitude size of the ultrasound may indicate the frequency of the oscillation unit, that is, the amplitude of the ultrasound corresponding to the frequency component of each sweep frequency. However, in addition to this, the amplitude of the ultrasonic waves for calculating the average amplitude size of the ultrasonic waves may be processed in various ways.

장치는 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 산출된 평균 진폭 크기를 비교하여, 평균 진폭 크기의 순위를 결정할 수 있다. 이 때, 평균 진폭 크기의 순위를 결정하기 위하여, 장치는 평균 진폭 크기를 소정의 양자화 구간에 따라 양자화할 수 있다. 이는 노이즈나 오차로 인하여 발생한 적은 차이가 결과에 미치는 영향을 감소시키기 위함이다.The apparatus may determine the rank of the average amplitude size by comparing the average amplitude size calculated for each of the plurality of sub-regions. At this time, in order to determine the rank of the average amplitude size, the device may quantize the average amplitude size according to a predetermined quantization interval. This is to reduce the effect of small differences caused by noise or errors on the results.

단계 340에서, 장치는 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 복수의 서브 영역들 각각에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기의 합산 결과의 크기에 따라 결정되는 고점 유지도 순위를, 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 결정할 수 있다.In step 340, the apparatus determines a high-point maintenance ranking determined according to the size of a sum result of the average amplitude size of each of the plurality of sub-regions and the average amplitude size of at least one sub-region adjacent to each of the plurality of sub-regions, the plurality of It can be determined for each of the sub-regions.

이 때, 두 개의 서브 영역들이 인접 하다는 것은, 두 개의 서브 영역들 중 일 서브 영역의 상한이 다른 서브 영역의 하한과 동일함을 나타낼 수 있다. 또는, 일 서브 영역과 인접한 k 개의 인접한 서브 영역들이라 함은 일 서브 영역 이외의 서브 영역들 중 일 서브 영역으로부터 이격된 정도가 작은 순서로 결정된 k 개의 서브-관심 주파수 영역들을 나타낸다.At this time, the fact that the two sub-regions are adjacent may indicate that the upper limit of one sub-region of the two sub-regions is the same as the lower limit of the other sub-regions. Alternatively, k adjacent sub-regions adjacent to one sub-region indicate k sub-interesting frequency regions determined in a small order of distance from one sub-region among sub-regions other than one sub-region.

고점 유지도 순위는 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기에 기초하여 결정될 수 있다. 일 서브 영역의 고점 유지도 순위는 해당 일 서브 스윕-주파수의 하한과 인접한 서브-주파수 영역의 평균 진폭 크기, 해당 일 서브 영역의 평균 진폭 크기 및 해당 일 서브 영역의 상한에 인접한 서브 영역의 평균 진폭 크기의 평균에 기초하여 결정될 수 있다. 이 때, 평균 진폭 크기 대신 평균 진폭 크기의 순위가 이용될 수 있다. 서브 영역의 하한이나 상한이 각각 전체 관심 주파수 영역의 하한이나 상한과 동일한 경우, 가장 작은 스윕-주파수를 포함하는 첫 번째 서브 영역이거나 가장 큰 스윕-주파수를 포함하는 마지막 서브 영역인 경우, 각각 해당 구간의 상한 또는 하한에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기 또는 평균 진폭 크기의 순위를 이용하여 고점 유지도 순위가 결정될 수 있다.The high-maintenance ranking may be determined based on the average amplitude size of each of the plurality of sub-regions and the average amplitude size of at least one adjacent sub-region. The high-maintenance ranking of one sub-region is the average amplitude size of the sub-frequency region adjacent to the lower limit of the day sub-swept-frequency, the average amplitude magnitude of the day sub-region, and the average amplitude of the sub-region adjacent to the upper limit of the day sub-region. It can be determined based on the average of the sizes. At this time, the rank of the average amplitude size may be used instead of the average amplitude size. If the lower limit or upper limit of the sub-area is equal to the lower or upper limit of the entire frequency domain of interest, respectively, if it is the first sub-region containing the smallest sweep-frequency or the last sub-region containing the largest sweep-frequency, the corresponding interval, respectively The high-maintenance ranking may be determined using an average amplitude size or a rank of the average amplitude size of at least one sub-region adjacent to the upper or lower limit of.

단계 350에서, 장치는 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위에 기초하여, 복수의 서브 구간들간의 주파수-스윕 순서를 결정할 수 있다.In operation 350, the apparatus may determine a frequency-swept order between the plurality of sub-intervals based on the determined rank of the average amplitude magnitude and the determined rank of the highest peak retention.

장치는 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위 각각에 대한 가중치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 평균 진폭 크기의 순위의 가중치는 복수의 서브 영역들의 개수가 작을수록 감소할 수 있다. 또한, 고점 유지도 순위의 가중치는 복수의 서브 영역들의 개수가 작을수록 감소할 수 있다. 이 때, 순위는 해당 스윕-주파수 서브 구간 및/또는 인접한 스윕-주파수 서브 구간의 진폭의 크기에 반비례 할 수 있고, 가중치를 감소시킨다는 것은 대응하는 평균 진폭 크기의 순위의 중요도를 증가시킴을 나타낼 수 있다. 또한, 이때, 주파수-스윕 순서는 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위의 가중치 합이 작은 순서대로 결정할 수 있다.The device may determine weights for each of the determined average amplitude magnitude ranking and the determined high peak maintenance ranking. For example, the weight of the rank of the average amplitude size may decrease as the number of the plurality of sub-regions is small. In addition, the weight of the high-point maintenance rank may decrease as the number of the plurality of sub-regions is small. At this time, the rank may be inversely proportional to the magnitude of the amplitude of the corresponding sweep-frequency sub-section and / or adjacent sweep-frequency sub-section, and reducing the weight may indicate an increase in the importance of the rank of the corresponding average amplitude magnitude. have. In addition, at this time, the frequency-sweep order may be determined in the order of the smallest sum of the weights of the rank of the average amplitude magnitude and the determined high-spotness rank.

또한, 장치는 결정된 주파수 스윕 순위에 따라, 순위가 높은 서브 영역부터 제 2 스윕 간격으로 주파수 스윕을 수행할 수 있다. 이 때, 제 2 스윕 간격은 하나의 서브 영역 내에서도 가변적일 수 있다.In addition, the device may perform frequency sweeps at a second sweep interval from a sub-region having a higher rank according to the determined frequency sweep rank. At this time, the second sweep interval may be variable even within one sub-region.

예를 들어, 장치는 결정된 주파수-스윕 순서에 따라 최선 순위의 서브 구간을 결정할 수 있다. 또한, 장치는 최선 순위의 서브 구간 내에 제 1 스윕 간격에 따른 복수의 스윕 주파수들 중 제 1 스윕 간격으로 인접한 두 개의 스윕 주파수들간의 대응하는 초음파의 진동수 변화 대비 초음파의 진폭 변화를 나타내는 기울기들을 산출할 수 있다. 또한, 장치는 산출된 기울기들에 기초하여, 복수의 스윕 주파수들 중 제 1 스윕 간격만큼 앞서는 인접한 선행 스윕 주파수와 기울기가 인접한 후행 스윕 주파수와의 기울기보다 큰 첨점 스윕 주파수를 결정할 수 있다. 이 때, 장치는 결정된 첨점 스윕 주파수에 인접한 선행 스윕 주파수로부터 첨점 스윕 주파수에 인접한 후행 스윕 주파수까지의 영역에 대하여, 제 1 스윕 간격보다 작은 제 2 스윕 간격으로 주파수 스윕을 수행할 수 있다. 이 때, 제 2 스윕 간격은 최소 스윕 간격일 수 있다.For example, the device may determine the best-ranked sub-interval according to the determined frequency-sweep order. In addition, the apparatus calculates slopes representing the amplitude change of the ultrasound compared to the frequency change of the corresponding ultrasound between two adjacent sweep frequencies at the first sweep interval among the plurality of sweep frequencies according to the first sweep interval in the sub-section of the highest priority. can do. In addition, the apparatus may determine, based on the calculated slopes, a peak sweep frequency that is greater than a slope between an adjacent preceding sweep frequency and a slope adjacent to the adjacent trailing sweep frequency by a first sweep interval among a plurality of sweep frequencies. In this case, the apparatus may perform frequency sweep in a second sweep interval smaller than the first sweep interval, in a region from a preceding sweep frequency adjacent to the determined peak sweep frequency to a trailing sweep frequency adjacent to the peak sweep frequency. At this time, the second sweep interval may be the minimum sweep interval.

예를 들어, 상술한 단계 320에서, 제 1 스윕 간격으로 결정된 복수의 스윕 주파수들 각각에 대하여, 획득된 초음파의 주파수 및 진폭 정보를 이용하여 공진 주파수가 포함된 영역을 결정할 수 있다. 구체적으로, 결정된 순서에 따라, 최선 순위의 서브 영역 내에 제 1 스윕 간격으로 결정된 연속된 임의의 3 개의 스윕 주파수들을 f1, f2, 및 f3라 하고(이 때, f1<f2<f3), 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 진폭들을 I_u1, I_u2, 및 I_u3라 하고, 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 주파수들을 f_u1, f_u2 및 f_u3라 할 때, 장치는 3 개의 스윕 주파수들이 하기 수학식 1 만족하는 공진 주파수 포함 조건에 부합하는지 결정할 수 있다.For example, in the above-described step 320, for each of the plurality of sweep frequencies determined at the first sweep interval, a region including the resonance frequency may be determined using the obtained frequency and amplitude information of ultrasonic waves. Specifically, according to the determined order, any three consecutive sweep frequencies determined by the first sweep interval in the sub-rank of the highest rank are referred to as f1, f2, and f3 (where f1 <f2 <f3), and three When the amplitudes of ultrasonic waves at each of the sweep frequencies are called I_u1, I_u2, and I_u3, and the frequencies of ultrasonic waves at each of the three sweep frequencies are f_u1, f_u2, and f_u3, the device satisfies Equation 1 below. Can be determined to meet the conditions including the resonance frequency.

Figure 112018107077588-pat00003
Figure 112018107077588-pat00003

공진 주파수 포함 조건에 부합한다고 결정함에 따라, f1부터 f3까지의 주파수 영역에 대해 최소 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행할 수 있다.As it is determined that the conditions for resonant frequency inclusion are met, frequency-swept may be performed in a frequency range from f1 to f3 with a minimum sweep interval.

이 때, 최선 순위의 서브 영역 외에도 차선 순위의 서브 영역 등 그 다음 순위의 서브 영역에 대해서도 상술한 공진 주파수 포함 조건에 부합하는지 여부를 결정할 수 있고, 복수의 영역이 공진 주파수 포함 조건에 부합하는 경우 해당 복수의 영역에서 초음파의 진폭 값이 최대인 스윕 주파수가 공진 주파수로 결정될 수 있다.At this time, it is possible to determine whether the sub-regions of the next rank, such as sub-regions of the next highest rank, also meet the above-described resonance frequency inclusion conditions, and when a plurality of regions meet the resonance-frequency inclusion conditions In a plurality of regions, a sweep frequency at which the amplitude value of ultrasonic waves is maximum may be determined as a resonance frequency.

도 4는 일 실시 예에 따른 스케일을 제거하는 장치의 블록도를 도시한 도면이다.4 is a block diagram of an apparatus for removing a scale according to an embodiment.

도 4를 참고하면, 장치(400)는 프로세서(410), 발진부(420), 초음파 생성부(430) 및 초음파 감지부(440)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the device 400 may include a processor 410, an oscillation unit 420, an ultrasonic generation unit 430, and an ultrasonic sensing unit 440.

도 4에 도시된 장치(400)에는 본 실시 예들과 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 장치(400)에는 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 도 4에 도시된 장치(400)는 도 3은 물론 다른 도면을 참조하여 설명된 실시 예를 수행할 수 있다.In the apparatus 400 illustrated in FIG. 4, only components related to the present exemplary embodiments are illustrated. Accordingly, it will be apparent to those skilled in the art that the device 400 may further include other general-purpose components in addition to those shown in FIG. 4. The apparatus 400 illustrated in FIG. 4 may perform the embodiment described with reference to FIG. 3 as well as other drawings.

프로세서(410)는 CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), AP(application processor) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The processor 410 may be implemented as a central processing unit (CPU), graphics processing unit (GPU), or application processor (AP), but is not limited thereto.

발진부(420)는 프로세서에 의해 결정된 전기적 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 프로세서에 의해 주파수-스윕이 수행됨에 따라, 발진부(420)는 각각의 스윕 지점에서, 해당하는 스윕 주파수를 가지는 펄스파를 생성할 수 있으나 이에 제한되지 아니한다. 이 때, 펄스파는 다양한 듀티 사이클(duty cycle)을 가질 수 있으며, 50%의 듀티 사이클을 가질 수 있으나 이에 제한되지 아니한다.The oscillator 420 may output an electrical signal determined by the processor. For example, as frequency-sweep is performed by the processor, the oscillator 420 may generate a pulse wave having a corresponding sweep frequency at each sweep point, but is not limited thereto. At this time, the pulse wave may have various duty cycles, and may have a 50% duty cycle, but is not limited thereto.

초음파 생성부(430)는 전기적 신호를 인가 받음에 따라, 물리적으로 진동할 수 있다. 이 때, 초음파 생성부(430)는 주변 압력을 변화시킴으로써 초음파를 생성할 수 있다. 초음파 생성부(430)는 발진부(420)로부터 출력된 전기적 신호를 입력 신호로 수신할 수 있다. 이 때, 발진부(420)의 출력 신호는 증폭기를 통하여 증폭된 뒤 초음파 생성부(430)에 입력될 수 있다. 상술한 바와 같이 초음파 생성부(430)는 전기적 신호에 의해 자기적 특성이 변형되어 물리적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 초음파 생성부(430)는 자왜 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 자왜 소자는 전기적 신호를 물리적 진동 에너지로 변환할 수 있다.The ultrasonic generator 430 may physically vibrate as an electrical signal is applied. At this time, the ultrasonic generator 430 may generate ultrasonic waves by changing the ambient pressure. The ultrasonic generator 430 may receive an electrical signal output from the oscillator 420 as an input signal. At this time, the output signal of the oscillation unit 420 may be amplified through an amplifier and then input to the ultrasonic generator 430. As described above, the ultrasonic generator 430 may be physically deformed by magnetic properties being deformed by an electrical signal. For example, the ultrasonic generator 430 may include a magnetostrictive element. At this time, the magnetostrictive element may convert an electrical signal into physical vibration energy.

또한, 초음파 생성부(430)는 가이드를 포함할 수 있다. 주파수는 가이드(430)를 통해 물리적 진동 에너지를 가이드와 접촉하는 스케일 제거 대상에 전달할 수 있다. 예를 들어, 스케일 제거 대상이 열 전달 관인 경우 가이드를 통해 열 전달 관과 접촉하고, 초음파 생성부(430)에서 생성된 물리적 진동 에너지가 열 전달 관에 전달됨으로써, 열 전달 관의 외부 및 내부로 전파하는 초음파가 생성될 수 있다.Also, the ultrasonic generator 430 may include a guide. The frequency may transmit physical vibration energy through the guide 430 to a scale removal object contacting the guide. For example, when the object to be descaled is a heat transfer tube, it contacts the heat transfer tube through a guide, and the physical vibration energy generated by the ultrasonic generator 430 is transferred to the heat transfer tube, thereby allowing the heat transfer tube to be external and internal. Propagating ultrasound waves may be generated.

이 때, 초음파 생성부(430)의 물리적 진동 주파수가 열 전달 관의 고유 주파수와 동일한 경우 공진을 일으켜 더 큰 진폭을 가지는 진동이 발생할 수 있다. 또한, 공진 시, 초음파의 음압이 관 내부에 흐르는 유체에 영향을 미쳐 케비테이션이 효과적으로 생성될 수 있다. 이 때, 생성된 케비테이션이 붕괴함에 따라 생성된 압력 및 열을 통해, 관 내부의 스케일이 제거될 수 있다.At this time, when the physical vibration frequency of the ultrasonic generator 430 is the same as the natural frequency of the heat transfer tube, resonance may occur and vibration having a larger amplitude may occur. In addition, when resonating, cavitation can be effectively generated because the sound pressure of ultrasonic waves affects the fluid flowing inside the tube. At this time, the scale inside the tube may be removed through pressure and heat generated as the generated cavitation collapses.

초음파 감지부(440)는 생성된 초음파를 감지할 수 있다. 예를 들어, 초음파 감지부(440)는 초음파의 음압에 의해 물리적으로 변형되고, 이를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이 초음파 감지부(440)는 압전 소자일 수 있고, 예를 들어, 박막 형태를 가질 수 있다.The ultrasonic sensing unit 440 may detect the generated ultrasonic waves. For example, the ultrasonic sensing unit 440 may be physically deformed by sound pressure of ultrasonic waves, and convert them into electrical signals. As described above with reference to FIG. 1, the ultrasonic sensing unit 440 may be a piezoelectric element, and may have, for example, a thin film shape.

초음파 감지부(440)에 의해 변환된 전기적 신호는 초음파의 진폭 정보 및 주파수 정보를 포함할 수 있다. 초음파 감지부(440)는 변환된 전기적 신호를 프로세서(410)에 전송할 수 있다.The electrical signal converted by the ultrasonic sensor 440 may include amplitude information and frequency information of ultrasonic waves. The ultrasonic sensing unit 440 may transmit the converted electrical signal to the processor 410.

프로세서(410)는 초음파 감지부(440)로부터 수신한 전기적 신호를 피드백 신호로 하여 발진부(420)의 출력 신호의 주파수를 조정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(410)는 주파수-스윕을 수행하면서 발진부(420)의 주파수를 변경할 수 있다. 또한, 프로세서(410)는 초음파 감지부(440)로부터 수신한 전기적 신호에 기초하여 초음파의 진폭 정보를 획득할 수 있다. 또한, 프로세서(420)는 주파수 분석, 예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform)을 수행하여 수신한 전기적 신호로부터 초음파의 주파수 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(420)는 최대 진폭 성분을 가지는 주파수와 그 때의 최대 진폭 성분을 획득할 수 있다.The processor 410 may adjust the frequency of the output signal of the oscillation unit 420 using the electrical signal received from the ultrasonic sensing unit 440 as a feedback signal. For example, the processor 410 may change the frequency of the oscillator 420 while performing frequency-sweep. In addition, the processor 410 may acquire amplitude information of ultrasonic waves based on an electrical signal received from the ultrasonic sensor 440. In addition, the processor 420 may acquire frequency information of ultrasonic waves from the received electrical signal by performing frequency analysis, for example, Fast Fourier Transform (FFT). For example, the processor 420 may acquire a frequency having a maximum amplitude component and a maximum amplitude component at that time.

프로세서(410)는 발진부(420)의 출력 신호에 대해 주파수-스윕이 수행되는 주파수 영역인 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할할 수 있다. The processor 410 may divide a frequency domain of interest, which is a frequency domain in which frequency-swept is performed on the output signal of the oscillator 420, into a plurality of sub-regions.

상술한 바와 같이 관심 주파수 영역은 발진부(420)의 출력 신호에 대한 주파수-스윕을 수행함에 있어서, 미리 결정된 하한 주파수와 상한 주파수에 의해 정의되는 주파수 영역을 나타낸다. 관심 주파수 영역은 예를 들어, 하한이 15kHz이고, 상한이 28kHz인 주파수 구간일 수 있으나, 이에 제한되지 아니하며, 스케일 제거 대상의 구조 및 종류 등에 따라 다양한 범위로 결정될 수 있다.As described above, the frequency domain of interest represents a frequency domain defined by a predetermined lower frequency and upper frequency in performing frequency-sweeping on the output signal of the oscillator 420. The frequency region of interest may be, for example, a frequency section in which the lower limit is 15 kHz and the upper limit is 28 kHz, but is not limited thereto, and may be determined in various ranges according to the structure and type of the scale removal target.

프로세서(410)는 결정된 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(410)는 관심 주파수 영역을 동일한 구간 길이를 가지는 복수의 서브 영역들로 분할할 수 있다. 서브 영역들의 개수는 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 서브 영역들의 개수가 증가할수록, 하기 설명하는 바와 같이 서브 영역들간의 스윕 순서의 신뢰도가 증가할 수 있으나, 이에 소모되는 시간이 증가할 수 있다.The processor 410 may divide the determined frequency region of interest into a plurality of sub-regions. For example, the processor 410 may divide the frequency region of interest into a plurality of sub-regions having the same section length. The number of sub-regions can be variously determined. For example, as the number of sub-regions increases, the reliability of the sweep order between sub-regions may increase as described below, but the time spent on this may increase.

예를 들어, 서브 영역들 각각의 구간 길이는 주파수에 따른 초음파의 진폭 특성에 따른 공진 주파수의 대역폭의 예측 값에 일정 배수로 결정될 수 있다. 이 때, 주파수 영역들의 개수가 증가할 수록, 즉, 서브 영역들 각각의 구간 길이가 감소할 수록, 하기의 상술하는 바와 같이 평균 진폭 크기의 순위에 대한 가중치는 증가하고, 고점 유지도 순위에 대한 가중치는 작아질 수 있다.For example, the section length of each of the sub-regions may be determined by a predetermined multiple of the predicted value of the bandwidth of the resonant frequency according to the amplitude characteristic of the ultrasound according to the frequency. At this time, as the number of frequency domains increases, that is, as the interval length of each of the sub-regions decreases, the weight for the rank of the average amplitude magnitude increases as described below, and the The weight can be reduced.

프로세서(410)는 분할된 서브 영역들 각각에서, 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행하면서, 각각의 스윕 주파수에서, 초음파 생성부(430)에 의해 생성된 초음파의 진폭 크기들을 획득 할 수 있다.The processor 410 performs frequency-sweeping at a first sweep interval greater than a minimum sweep interval in each of the divided sub-regions, and at each sweep frequency, the amplitude amplitude of the ultrasound waves generated by the ultrasound generator 430 Can be obtained.

프로세서(410)는 복수의 서브 영역들에서, 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로, 발진부(420)의 출력 신호의 주파수를 스윕 할 수 있다.The processor 410 may sweep the frequency of the output signal of the oscillation unit 420 at a first sweep interval greater than a minimum sweep interval in a plurality of sub-regions.

또한, 프로세서(410)는 주파수를 스윕함에 따라, 출력 신호의 주파수에 대응하는 초음파의 진폭 크기를 획득할 수 있다. 따라서, 프로세서(410)는 서브 영역에서 제 1 스윕 간격으로 주파수를 스윕함에 따라 결정되는 복수의 스윕 주파수들 각각에 대하여, 출력 신호로부터 발생하는 초음파의 진폭 크기들 각각을 획득할 수 있다. 상술한 바와 같이 프로세서(410)는 초음파 감지부(440)로부터 수신한 전기적 신호를 분석하여, 초음파의 진폭 크기들 각각을 획득할 수 있다.Also, as the processor 410 sweeps the frequency, the amplitude of the ultrasound corresponding to the frequency of the output signal may be obtained. Accordingly, the processor 410 may acquire each of amplitude amplitudes of ultrasonic waves generated from the output signal, for each of the plurality of sweep frequencies determined by sweeping the frequency at the first sweep interval in the sub-region. As described above, the processor 410 analyzes the electrical signal received from the ultrasonic sensor 440 to obtain each of the amplitudes of the ultrasonic waves.

제 1 스윕 간격은 최소 스윕 간격의 미리 결정된 배수에 해당할 수 있다. 관심 주파수 영역 내에서 복수의 서브 영역들 각각의 특성을 결정함에 있어서, 제 1 스윕 간격은 정밀도를 결정한다. 제 1 스윕 간격은 미리 수행된 표본 실험 결과 또는 시뮬레이션 결과에 기초하여, 결정될 수 있다.The first sweep interval may correspond to a predetermined multiple of the minimum sweep interval. In determining the characteristics of each of the plurality of sub-regions within the frequency domain of interest, the first sweep interval determines precision. The first sweep interval may be determined based on a previously performed sample experiment result or simulation result.

프로세서(410)는 획득된 초음파의 진폭 크기들에 기초하여, 서브 영역들간의 평균 진폭 크기의 순위를 결정할 수 있다.The processor 410 may determine the rank of the average amplitude size between sub-regions based on the amplitude sizes of the acquired ultrasound waves.

프로세서(410)는 서브 영역별로, 초음파의 평균 진폭의 크기를 획득할 수 있다. 이 때, 프로세서(410)는 소정의 임계 진폭 이상의 크기를 가지는 초음파의 진폭 크기들만을 이용하여, 초음파의 평균 진폭의 크기를 산출할 수 있다. 이 때, 초음파의 진폭 크기는 주파수 영역 분석을 통하여 획득된 초음파를 구성하는 최대 주파수 성분에 대응하는 초음파의 진폭 크기를 나타낼 수 있다. 또는, 초음파의 진폭 크기는 발진부(420)의 주파수, 즉, 각각의 스윕 주파수의 주파수 성분에 대응하는 초음파의 진폭 크기를 나타낼 수 있다. 그러나 이 외에도 다양한 방식으로 초음파의 평균 진폭 크기를 산출하기 위한 초음파의 진폭이 처리될 수 있다.The processor 410 may acquire the magnitude of the average amplitude of ultrasound for each sub-region. At this time, the processor 410 may calculate the average amplitude size of the ultrasound waves using only amplitude sizes of the ultrasound waves having a size equal to or greater than a predetermined threshold amplitude. At this time, the amplitude of the ultrasound may indicate the amplitude of the ultrasound corresponding to the maximum frequency component constituting the ultrasound obtained through frequency domain analysis. Alternatively, the amplitude size of the ultrasound may indicate the frequency of the oscillation unit 420, that is, the amplitude of the ultrasound corresponding to the frequency component of each sweep frequency. However, in addition to this, the amplitude of the ultrasonic waves for calculating the average amplitude size of the ultrasonic waves may be processed in various ways.

프로세서(410)는 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 산출된 평균 진폭 크기를 비교하여, 평균 진폭 크기의 순위를 결정할 수 있다. 이 때, 평균 진폭 크기의 순위를 결정하기 위하여, 프로세서(410)는 평균 진폭 크기를 소정의 양자화 구간에 따라 양자화할 수 있다. 이는 노이즈나 오차로 인하여 발생한 적은 차이가 결과에 미치는 영향을 감소시키기 위함이다.The processor 410 may compare the average amplitude magnitude calculated for each of the plurality of sub-regions to determine the rank of the average amplitude magnitude. At this time, in order to determine the rank of the average amplitude size, the processor 410 may quantize the average amplitude size according to a predetermined quantization interval. This is to reduce the effect of small differences caused by noise or errors on the results.

프로세서(410)는 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 복수의 서브 영역들 각각에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기의 합산 결과의 크기에 따라 결정되는 고점 유지도 순위를, 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 결정할 수 있다.The processor 410 ranks the high-end retention ranking determined according to the size of the sum of the average amplitude size of each of the plurality of sub-regions and the average amplitude size of at least one sub-region adjacent to each of the plurality of sub-regions, It can be determined for each of the sub-regions.

이 때, 두 개의 서브 영역들이 인접 하다는 것은, 두 개의 서브 영역들 중 일 서브 영역의 상한이 다른 서브 영역의 하한과 동일함을 나타낼 수 있다. 또는, 일 서브 영역과 인접한 k 개의 인접한 서브 영역들이라 함은 일 서브 영역 이외의 서브 영역들 중 일 서브 영역으로부터 이격된 정도가 작은 순서로 결정된 k 개의 서브-관심 주파수 영역들을 나타낸다.At this time, the fact that the two sub-regions are adjacent may indicate that the upper limit of one sub-region of the two sub-regions is the same as the lower limit of the other sub-regions. Alternatively, k adjacent sub-regions adjacent to one sub-region indicate k sub-interesting frequency regions determined in a small order of distance from one sub-region among sub-regions other than one sub-region.

고점 유지도 순위는 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기에 기초하여 결정될 수 있다. 일 서브 영역의 고점 유지도 순위는 해당 일 서브 스윕-주파수의 하한과 인접한 서브-주파수 영역의 평균 진폭 크기, 해당 일 서브 영역의 평균 진폭 크기 및 해당 일 서브 영역의 상한에 인접한 서브 영역의 평균 진폭 크기의 평균에 기초하여 결정될 수 있다. 이 때, 평균 진폭 크기 대신 평균 진폭 크기의 순위가 이용될 수 있다. 서브 영역의 하한이나 상한이 각각 전체 관심 주파수 영역의 하한이나 상한과 동일한 경우, 가장 작은 스윕-주파수를 포함하는 첫 번째 서브 영역이거나 가장 큰 스윕-주파수를 포함하는 마지막 서브 영역인 경우, 각각 해당 구간의 상한 또는 하한에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기 또는 평균 진폭 크기의 순위를 이용하여 고점 유지도 순위가 결정될 수 있다.The high-maintenance ranking may be determined based on the average amplitude size of each of the plurality of sub-regions and the average amplitude size of at least one adjacent sub-region. The high-maintenance ranking of one sub-region is the average amplitude size of the sub-frequency region adjacent to the lower limit of the day sub-swept-frequency, the average amplitude magnitude of the day sub-region, and the average amplitude of the sub-region adjacent to the upper limit of the day sub-region. It can be determined based on the average of the sizes. At this time, the rank of the average amplitude size may be used instead of the average amplitude size. If the lower limit or upper limit of the sub-area is equal to the lower or upper limit of the entire frequency domain of interest, respectively, if it is the first sub-region containing the smallest sweep-frequency or the last sub-region containing the largest sweep-frequency, the corresponding interval, respectively The high-maintenance ranking may be determined using an average amplitude size or a rank of the average amplitude size of at least one sub-region adjacent to the upper or lower limit of.

프로세서(410)는 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위에 기초하여, 복수의 서브 구간들간의 주파수-스윕 순서를 결정할 수 있다.The processor 410 may determine a frequency-swept order between a plurality of sub-intervals based on the determined rank of the average amplitude magnitude and the determined rank of the high peak retention.

프로세서(410)는 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위 각각에 대한 가중치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 평균 진폭 크기의 순위의 가중치는 복수의 서브 영역들의 개수가 작을수록 감소할 수 있다. 또한, 고점 유지도 순위의 가중치는 복수의 서브 영역들의 개수가 작을수록 감소할 수 있다. 이 때, 순위는 해당 스윕-주파수 서브 구간 및/또는 인접한 스윕-주파수 서브 구간의 진폭의 크기에 반비례 할 수 있고, 가중치를 감소시킨다는 것은 대응하는 평균 진폭 크기의 순위의 중요도를 증가시킴을 나타낼 수 있다. 또한, 이때, 주파수-스윕 순서는 평균 진폭 크기의 순위 및 결정된 고점 유지도 순위의 가중치 합이 작은 순서대로 결정할 수 있다.The processor 410 may determine weights for each of the determined average amplitude magnitude ranking and the determined high peak maintenance ranking. For example, the weight of the rank of the average amplitude size may decrease as the number of the plurality of sub-regions is small. In addition, the weight of the high-point maintenance rank may decrease as the number of the plurality of sub-regions is small. At this time, the rank may be inversely proportional to the magnitude of the amplitude of the corresponding sweep-frequency sub-section and / or adjacent sweep-frequency sub-section, and reducing the weight may indicate an increase in the importance of the rank of the corresponding average amplitude magnitude. have. In addition, at this time, the frequency-sweep order may be determined in the order of the smallest sum of the weights of the rank of the average amplitude magnitude and the determined high-spotness rank.

도 5 및 도 6은 서브 영역들의 스윕 순서를 결정하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.5 and 6 are diagrams for describing an algorithm for determining a sweep order of sub-regions.

단계 505에서, 장치는 진폭 문턱값 I_th를 설정할 수 있다. 이 때, 진폭 문턱 값은 노이즈 등으로 인하여 초음파의 진폭이 정확히 측정되지 못할 경우 이를 제외하기 위한 기준 값이다.In step 505, the device may set the amplitude threshold value I_th. At this time, the amplitude threshold value is a reference value for excluding if the amplitude of the ultrasonic wave cannot be accurately measured due to noise or the like.

또한, 장치는 제 1 스윕 간격 f_sw,sub를 설정할 수 있다. 상술한 바와 같이 복수의 서브 영역들의 스윕 순서를 결정함에 있어서, 최소 스윕 간격보다 큰 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함으로써 관심 주파수 영역 전체를 최소 스윕 간격으로 스윕하는 경우보다 소모되는 시간을 줄일 수 있다.In addition, the device may set the first sweep interval f_sw, sub. In determining the sweep order of a plurality of sub-regions as described above, by performing frequency-swept with a sweep interval greater than the minimum sweep interval, time spent than sweeping the entire frequency domain of interest with the minimum sweep interval can be reduced. .

또한, 장치는 N 개의 서브 영역들 각각의 식별 인덱스 n의 초기 값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 장치는 n을 1로 설정할 수 있다. 이 때, n은 1부터 N까지의 정수를 나타내나 이 외에도 복수의 서브 영역들을 구별하는 다양한 방식으로 인덱스를 복수의 서브 영역들 각각에 부여할 수 있다.Also, the device may set an initial value of the identification index n of each of the N sub-regions. For example, the device may set n to 1. At this time, n represents an integer from 1 to N, but in addition, an index may be assigned to each of the plurality of sub-regions in various ways to distinguish the plurality of sub-regions.

단계 510은 현재 서브 영역인 제 n 서브 영역의 하한 주파수 f_l,n 및 상한 주파수 f_u,n을 획득할 수 있다. 이 때, 한한 주파수 f_l,n부터 상한 주파수 f_u,n까지의 주파수 영역이 제 n 서브 영역에 해당한다.In operation 510, a lower limit frequency f_l, n and an upper limit frequency f_u, n of the nth sub-region, which is the current sub-region, may be obtained. At this time, the frequency domain from the limit frequency f_l, n to the upper limit frequency f_u, n corresponds to the nth sub-region.

이하, 단계 515에서 단계 540은 서브 영역에 대하여 주파수-스윕을 수행하는 알고리즘을 나타낸다.Hereinafter, step 515 to step 540 represents an algorithm for performing frequency-swept on a sub-region.

단계 515에서, 장치는 발진부로부터 출력되는 신호의 주파수인 발진 주파수 fo를 제 n 서브 영역의 하한 주파수 f_l,n으로 설정할 수 있다. 이는 상향식 주파수-스윕 방식에서 초기 스윕 주파수를 설정하는 일 예로서, 이 외에도 다양한 방식이 이용될 수 있다.In step 515, the apparatus may set the oscillation frequency fo, which is the frequency of the signal output from the oscillation unit, to the lower limit frequency f_l, n of the nth sub-region. This is an example of setting an initial sweep frequency in a bottom-up frequency-sweep method, and various other methods may be used.

단계 520에서, 장치는 발진 주파수 fo에 대응하는 초음파의 진폭 fu 및 진폭 Iu를 획득할 수 있다.In step 520, the device may acquire amplitude fu and amplitude Iu of the ultrasonic wave corresponding to the oscillation frequency fo.

이 때, 발진 주파수에 대응하는 초음파의 주파수 및 진폭이란, 발진부의 출력 신호의 주파수를 해당 발진 주파수(또는 스윕 주파수)로 설정함에 따라, 초음파 생성부에 의해 생성된 초음파의 주파수 및 진폭을 나타낸다.At this time, the frequency and amplitude of the ultrasonic wave corresponding to the oscillation frequency indicate the frequency and amplitude of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generator by setting the frequency of the output signal of the oscillator to the corresponding oscillation frequency (or sweep frequency).

예를 들어, 초음파는 에너지 변환 과정에서 주파수 특성 변동 등으로 발진 주파수 fo의 주파수 성분 외에도 연속적인 혹은 이산적인 복수의 주파수 성분을 가질 수 있다. 따라서, 초음파의 주파수 fu는 최대 주파수 성분을 나타내는 중심 주파수이고, 초음파의 진폭 Iu는 중심 주파수에서 진폭을 나타낼 수 있다. 이 때, 초음파의 주파수 fu는 발진 주파수 fo와 유사하거나 동일한 주파수일 수 있으나 이에 제한되지 아니한다.For example, ultrasonic waves may have a plurality of continuous or discrete frequency components in addition to the frequency components of the oscillation frequency fo due to fluctuations in frequency characteristics during energy conversion. Therefore, the frequency fu of the ultrasonic wave is a center frequency representing the maximum frequency component, and the amplitude Iu of the ultrasonic wave can represent the amplitude at the center frequency. At this time, the frequency fu of ultrasonic waves may be the same or the same frequency as the oscillation frequency fo, but is not limited thereto.

단계 525에서, 장치는 획득된 초음파의 진폭 Iu가 진폭 문턱값 I_th보다 큰지 여부를 결정할 수 있다. 상술한 바와 같이 노이즈 등으로 인해 초음파의 진폭 Iu이 문턱값 I_th 이하인 경우 해당 진폭은 서브 구간 내에 평균 진폭을 산출할 때 제외되도록 하기 위함이다.In step 525, the apparatus may determine whether the amplitude Iu of the obtained ultrasound wave is greater than the amplitude threshold value I_th. As described above, when the amplitude Iu of the ultrasound is less than or equal to the threshold I_th due to noise or the like, the corresponding amplitude is excluded when calculating the average amplitude within the sub-section.

만약 단계 525에서 초음파의 진폭 Iu가 진폭 문턱값 I_th보다 크다고 판단한 경우 제 n 서브 영역에서 획득된 진폭들의 리스트인 List_Iu에 획득된 초음파의 진폭 Iu를 추가할 수 있다. 진폭 리스트 List_Iu는 다음 서브 영역에 대해 주파수-스윙을 스윕하기 전 리셋 될 수 있다.If it is determined in step 525 that the amplitude Iu of the ultrasound is greater than the amplitude threshold value I_th, the amplitude Iu of the acquired ultrasound may be added to List_Iu, which is a list of amplitudes acquired in the nth sub-region. The amplitude list List_Iu can be reset before sweeping the frequency-swing for the next sub-region.

단계 535에서, 장치는 발진 주파수를 제 1 스윕 간격 f_sw,sub으로 스윕할 수 있다. 즉, 현재 발진 주파수를 f_sw,sub만큼 변경(fo = fo+f_sw,sub) 할 수 있다. In step 535, the device may sweep the oscillation frequency into the first sweep interval f_sw, sub. That is, the current oscillation frequency can be changed by f_sw, sub (fo = fo + f_sw, sub).

단계 540에서, 장치는 변경된 발진 주파수 fo가 제 n 서브 영역의 상한 주파수 f_un보다 작은지 결정할 수 있다.In operation 540, the apparatus may determine whether the changed oscillation frequency fo is smaller than the upper limit frequency f_un of the nth sub-region.

단계 540에서, 장치는 fo가 f_un보다 작다고 결정함에 따라, 단계 520으로 돌아가 반복적으로 주파수-스윕을 수행할 수 있다.In step 540, as the device determines that fo is less than f_un, it may return to step 520 and perform frequency-swept repeatedly.

단계 540에서, 장치는 fo가 f_un보다 작지 않다고 결정함에 따라, 단계 545를 수행할 수 있다.In step 540, the device may perform step 545 as it determines that fo is not less than f_un.

단계 545에서, 장치는 제 n 서브 영역의 평균 진폭을 획득할 수 있다. 예를 들어, 장치는 제 n 서브 영역에서 주파수-스윕을 수행함에 따라 획득된 진폭 리스트 List_Iu를 이용하여 제 n 서브 영역에서 초음파의 평균 진폭 I_n,avg를 획득할 수 있다.In step 545, the device may obtain an average amplitude of the nth sub-region. For example, the apparatus may acquire the average amplitude I_n, avg of ultrasonic waves in the n-th sub-region by using the amplitude list List_Iu obtained by performing frequency-swept in the n-th sub-region.

또한, 단계 550에서, 장치는 현재 제 n 서브 영역이 마지막 서브 영역인지를 판단하기 위해 서브 영역 인덱스 n인 서브 영역의 개수 N과 동일한지 결정할 수 있다.In addition, in step 550, the apparatus may determine whether the number of sub-regions N equal to the sub-region index n is equal to determine whether the current n-th sub-region is the last sub-region.

단계 550에서 장치는 n이 N과 동일하지 않다고 결정함에 따라, 다음 서브 영역에 대하여 주파수-스윕을 수행하기 위해 단계 555에서 서브 영역의 인덱스 n을 n+1로 갱신하고, 단계 510으로 되돌아가 이후의 단계들을 수행할 수 있다.In step 550, as the device determines that n is not equal to N, in step 555 the index n of the sub-region is updated to n + 1 in order to perform a frequency-sweep on the next sub-region, and the process returns to step 510. Can perform the steps of

단계 550에서 장치는 n이 N과 동일하다고 결정함에 따라, 단계 560을 수행할 수 있다.In step 550, the device may perform step 560 as it determines that n is equal to N.

단계 560에서, 장치는 N 개의 서브 영역들 각각의 스윕 순서를 결정할 수 있다. 이에 대하여, 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.In step 560, the apparatus may determine the sweep order of each of the N sub-regions. This will be described with reference to FIG. 6.

도 6에서, 단계 605에서 장치는 N 개의 서브 영역들의 스윕 순서를 결정하기 위해 서브 영역을 식별하기 위한 인덱스 n을 0으로 설정하고, 단계 610에서 장치는 n을 n+1로 갱신하여 첫 번째 서브 영역에 대하여 이후의 단계들을 수행한다.In FIG. 6, in step 605, the device sets the index n to identify the sub-region to 0 to determine the sweep order of the N sub-regions, and in step 610 the device updates n to n + 1 to first sub The subsequent steps are performed on the region.

단계 615에서, 장치는 제 n 서브 영역이 첫 번째 서브 영역인지 결정하기 위해 n이 1인지 결정할 수 있다. 이 때, 장치는 n이 1이라고 결정함에 따라, 단계 625에서 고점 유지도를 산출하기 위한 인접구간의 평균 진폭 I_n,cont를 I_n+1,avg와 I_n,avg의 평균 값, 즉, (I_2,avg + I_1,avg)/2로 결정할 수 있다. 이는 제 1 서브 영역보다 낮은 대역의 서브 영역이 존재하지 않기 때문에 제 2 서브 영역의 평균 진폭만을 이용하기 위함이다. 그러나, 이 외에도 다양한 방식으로 제 1 서브 영역의 인접구간의 평균 진폭을 산출할 수 있다.In step 615, the device may determine whether n is 1 to determine whether the nth sub-region is the first sub-region. At this time, as the device determines that n is 1, in step 625, the average amplitude I_n, cont of the adjacent section for calculating the high-point retention is the average value of I_n + 1, avg and I_n, avg, that is, (I_2, It can be determined as avg + I_1, avg) / 2. This is to use only the average amplitude of the second sub-region because there is no sub-region of a lower band than the first sub-region. However, in addition to this, the average amplitude of adjacent sections of the first sub-region can be calculated in various ways.

단계 625에서 n이 1이 아니라고 결정함에 따라, 단계 620에서 장치는 현재 제 n 서브 영역이 마지막 서브 영역인지 결정하기 위해 n이 N인지 결정할 수 있다. 단계 620에서 n이 N이라고 결정함에 따라, 단계 635에서 장치는 인접구간의 평균 진폭 I_n,cont를 I_n-1,avg와 I_n,avg의 평균값, 즉, (I_N-1,avg + I_N,avg)/2로 결정할 수 있다. 제 1 서브 영역과 유사하게 제 N 서브 영역보다 높은 대역의 서브 영역이 존재하지 않기 때문에 제 N-1 서브 영역과 제 N+1 서브 영역의 평균 진폭만을 이용하여 인접영역의 평균 진폭을 산출하는 것으로서, 이 외에도 다양한 방식으로 인접영역의 평균 진폭을 산출할 수 있다.As it is determined in step 625 that n is not 1, in step 620 the device may determine whether n is N to determine whether the current nth sub-region is the last sub-region. In step 620, as n is determined to be N, in step 635, the device sets the average amplitudes I_n, cont of adjacent sections to the average values of I_n-1, avg and I_n, avg, that is, (I_N-1, avg + I_N, avg) / 2. Similar to the first sub-region, since there is no sub-region of a higher band than the N-th sub-region, the average amplitude of the adjacent region is calculated using only the average amplitude of the N-1 sub-region and the N + 1 sub-region. In addition to this, the average amplitude of the adjacent regions can be calculated in various ways.

단계 620에서 n이 N이 아니라고 결정함에 따라, 단계 635에서 장치는 제 n 서브 영역의 인접영역 평균 진폭 I_n,cont를 선행 인접 서브 영역, 현재 서브 영역, 후행 인접 서브 영역의 평균, 즉, I_n,cont = (I_n-1,avg + I_n,avg + I_n+1,avg)/3으로 결정할 수 있다.As determining in step 620 that n is not N, in step 635, the device sets the neighbor region average amplitude I_n, cont of the n-th sub-region to the average of the preceding adjacent sub-region, the current sub-region, the trailing adjacent sub-region, i.e., I_n, It can be determined as cont = (I_n-1, avg + I_n, avg + I_n + 1, avg) / 3.

단계 620 및 단계 630을 수행한 이후에는 다음 서브 영역에 대해 인접영역의 평균 진폭을 산출하기 위해 단계 610으로 되돌아가 서브 영역 인덱스 n을 n+1로 갱신하고 이후의 단계들을 수행할 수 있다.After performing steps 620 and 630, the process returns to step 610 to calculate the average amplitude of the adjacent region for the next sub-region, and updates the sub-region index n to n + 1, and then performs the subsequent steps.

단계 620에서 n이 N이라고 결정함에 따라 현재 제 n 서브 영역이 마지막 서브 영역이므로, 장치는 단계 635를 수행한 뒤 단계 640을 수행할 수 있다.As n is determined to be N in step 620, since the current nth sub-region is the last sub-region, the apparatus may perform step 635 after performing step 635.

단계 640에서, 장치는 N 개의 서브 영역들 각각의 스윕 순서 Rank_n을 결정할 수 있다. 장치는 서브 영역들 각각의 평균 진폭의 크기 순서에 따른 평균 진폭 크기의 순위 Rank1_n 및 인접구간의 평균 진폭의 크기에 따른 고점 유지도 순위 Rank2_n에 각각 가중치 w1 및 w2를 합산한 결과를 이용할 수 있다. 상술한 바와 같이 평균 진폭 크기의 순위 중요도는 서브 영역들의 개수가 많을수록 증가할 수 있고, 고점 유지도 순위의 중요도는 감소할 수 있다. 이 때, 스윕 순서 Rank_n이 작을수록 우선 순위의 서브 영역을 나타내므로, 진폭 크기의 순위의 중요도가 높아질수록 w1이 작아짐을 나타낼 수 있으며, w2도 이와 같이 고점 유지도 순위의 중요도와 반비례할 수 있다. In operation 640, the apparatus may determine the sweep order Rank_n of each of the N sub-regions. The apparatus may use the result of summing the weights w1 and w2 to the rank rank1_n of the average amplitude size according to the magnitude order of the average amplitude of each of the sub-regions, and the high-ranking rank rank2_n according to the average amplitude size of the adjacent sections, respectively. As described above, the ranking importance of the average amplitude size may increase as the number of sub-regions increases, and the importance of the high-maintenance ranking may decrease. At this time, as the sweep order Rank_n is smaller, it indicates a sub-region of priority, so as the importance of the amplitude magnitude increases, w1 becomes smaller, and w2 can also be inversely proportional to the importance of the high-point maintenance ranking. .

도 7은 각각의 서브 영역 내에서 스윕 간격을 조정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a method of adjusting the sweep interval within each sub-region.

도 7에 도시된 그래프에서, 가로축은 주파수를 나타내며 세로축은 주파수에 대응하는 초음파의 진폭을 나타낸다. 이 때, fs로부터 fe까지의 주파수 영역은 관심 주파수 영역이며, 도 5에는 관심 주파수 영역의 서브 영역들이 5개의 서브 영역들이 도시되어 있으나, 서브 영역들의 개수는 이에 제한되지 아니한다.In the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents the amplitude of ultrasonic waves corresponding to the frequency. At this time, the frequency domain from fs to fe is the frequency domain of interest, and in FIG. 5, five sub-regions of sub-regions of the frequency domain of interest are illustrated, but the number of sub-regions is not limited thereto.

도 7에서 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라 획득된 최소 진폭 크기의 순위 및 고점 유지도 순위에 기초하여 결정된 주파수-스윕 순서에 의할 때, 제4 서브 영역이 최우선 순위를 가진다.According to the frequency-swept order determined based on the ranking of the minimum amplitude magnitude obtained by performing the frequency-sweep with the first sweep interval greater than the minimum sweep interval in FIG. 7 and the peak retention rank, the fourth sub-region It has the highest priority.

이 때, f1은 제4 서브 영역의 하한 주파수를 나타내며, f2, f3은 f1부터 순차적으로 제 1 스윕 간격을 가지는 주파수들이다. f1, f2, f3는 모두 서브 영영들의 주파수-스윕 순서를 결정하기 위해 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행하는 단계에서 결정된 스윕 주파수들에 해당한다. 이는 가로축이 발진부의 출력 신호의 주파수를 나타내는 경우이다.At this time, f1 represents the lower limit frequency of the fourth sub-region, and f2 and f3 are frequencies having a first sweep interval sequentially from f1. f1, f2, and f3 all correspond to the sweep frequencies determined in the step of performing frequency-swept at a first sweep interval to determine the frequency-sweep order of sub-projections. This is the case where the horizontal axis represents the frequency of the output signal of the oscillation unit.

최우선 순위인 제 4 서브 영역을 제 1 스윕 간격보다 정밀하게 주파수-스윕을 수행함에 있어서, 스윕 간격이 조정될 수 있다.In performing the frequency-sweep in the fourth priority sub-area with higher priority than the first sweep interval, the sweep interval may be adjusted.

이 때, 주파수-스윕의 효율성을 높이기 위하여 최소 단위로 주파수-스윕을 수행할 주파수 영역을 결정할 수 있다. 이는, 상술한 제 1 스윕 간격의 주파수-스윕을 통하여 획득된 초음파의 진폭 및/또는 주파수 정보를 이용하여 수행될 수 있다.At this time, in order to increase the efficiency of the frequency-sweep, it is possible to determine the frequency domain to perform the frequency-sweep in a minimum unit. This may be performed using the amplitude and / or frequency information of ultrasonic waves obtained through the frequency-sweep of the first sweep interval described above.

예를 들어, 발진 주파수가 f1일 때 획득된 초음파의 주파수를 f_u1, 초음파의 진폭을 I_u1이라 나타내고, 발진 주파수가 f2일 때 획득된 초음파의 주파수를 f_u2, 초음파의 진폭을 I_u2라 나타내며, 발진 주파수가 f3일 때 획득된 초음파의 주파수를 f_u3, 초음파의 진폭을 I_u3라 나타내도록 한다.For example, the frequency of the ultrasonic wave obtained when the oscillation frequency is f1 is represented by f_u1, the amplitude of the ultrasonic wave is I_u1, the frequency of the ultrasonic wave obtained when the oscillation frequency is f2, f_u2, the amplitude of the ultrasonic wave is represented by I_u2, and the oscillation frequency When f3 is f_u3, the frequency of the acquired ultrasonic wave is represented by f_u3, and the amplitude of the ultrasonic wave is I_u3.

이 때, 하기 수학식 2를 만족하는 경우 f1와 f3 사이에 공진 주파수가 있다고 판단할 수 있다.At this time, when the following equation (2) is satisfied, it can be determined that there is a resonance frequency between f1 and f3.

Figure 112018107077588-pat00004
Figure 112018107077588-pat00004

또한, 장치는 f1와 f3 사이에 공진 주파수가 있다고 판단함에 따라, f1부터 f3 구간까지 최소 스윕 간격으로 주파수 스윕을 수행하여, 초음파의 진폭이 최대일 때의 스윕 주파수로 발진부의 출력 신호의 주파수를 설정할 수 있고, 이 때 생성된 초음파의 주파수가 공진 주파수에 해당한다.In addition, the device determines that there is a resonance frequency between f1 and f3, and performs frequency sweep with a minimum sweep interval from f1 to f3 to determine the frequency of the output signal of the oscillation unit at the sweep frequency when the amplitude of ultrasonic waves is the maximum. It can be set, and the frequency of the ultrasonic wave generated at this time corresponds to the resonance frequency.

상술한 바와 같이 초음파의 진폭들 I_u1 내지 I_u3 및 초음파의 주파수들 f_u1 내지 f_u3는 모두 상술한 제 1 스윕 간격의 주파수-스윕 단계에서 획득된 값을 이용할 수 있으므로, 공진 주파수가 존재하는 서브 영역 내의 일부 영역 즉 도 7의 f2부터 f3까지의 영역을 결정하기 위해 별도의 주파수-스윕이 필요하지 않게 되어 공진 주파수를 맞추기 위한 주파수-스윕에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 도 7에서 f1, f2, f3는 설명을 위하여 설정된 임의의 연속된 제 1 스윕 간격의 3 개의 주파수들로서 f1이 제 4 서브 영역의 하한 주파수가 아닐 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 또한, 수학식 2에서 이용되는 주파수는 초음파의 주파수 대신 각각의 스윕 주파수 f1, f2, f3가 이용될 수도 있다.As described above, since the amplitudes I_u1 to I_u3 of the ultrasound waves and the frequencies f_u1 to f_u3 of the ultrasound waves can all use the values obtained in the frequency-sweep step of the first sweep interval described above, some of the sub-regions in which the resonance frequency exists Since a separate frequency-sweep is not required to determine the area, that is, the area from f2 to f3 in FIG. 7, it is possible to reduce the time required for frequency-sweep to match the resonance frequency. It is apparent to those skilled in the art that f1, f2, and f3 in FIG. 7 are three frequencies of an arbitrary first sweep interval set for explanation, and f1 may not be the lower limit frequency of the fourth sub-region. In addition, the sweep frequency f1, f2, f3 may be used instead of the frequency of ultrasonic waves.

도 8은 다른 일 실시 예에 따른 스케일 제거 장치에 의해 수행되는 주파수 스윕 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of a frequency sweep method performed by a scale removing device according to another embodiment.

도 8의 방법은 도 4의 장치(도 4의 400)에 의해 수행될 수 있다.The method of FIG. 8 may be performed by the apparatus of FIG. 4 (400 of FIG. 4).

단계 810에서, 장치는 주파수-스윕이 수행되는 주파수 영역인 관심 주파수 영역에서 최소 스윕 간격보다 큰 제 3 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라 선택된 출력 신호의 주파수인 스윕 주파수들 각각에서, 초음파 발생부에 의해 생성된 초음파의 진폭 크기 및 초음파의 주파수를 획득할 수 있다.In step 810, the device generates ultrasonic waves at each of the sweep frequencies, which are frequencies of the selected output signal, as the apparatus performs frequency-swept with a third sweep interval greater than a minimum sweep interval in a frequency domain of interest, which is a frequency domain in which frequency-sweep is performed. It is possible to obtain the amplitude of the ultrasonic wave generated by the unit and the frequency of the ultrasonic wave.

단계 820에서, 장치는 제 3 스윕 간격으로 연속된 3 개의 스윕 주파수들 중 제 1 스윕 주파수와 제 1 스윕 주파수보다 큰 제 2 스윕 주파수간의 초음파의 주파수 변화 대비 진폭 변화 비율인 제 1 기울기를 획득할 수 있다. 즉, 발진 주파수가 제 1 스윕 주파수인 경우, 해당 출력 신호에 의해 생성된 초음파의 주파수와 초음파의 진폭 및 발진 주파수가 제 2 스윕 주파수인 경우, 해당 출력 신호에 의해 생성된 초음파의 주파수와 초음파의 진폭을 이용하여, 초음파의 주파수 차이에 대한 초음파의 진폭 차이의 비율을 제 1 기울기를 획득할 수 있다.In step 820, the device acquires a first slope that is a ratio of amplitude change to frequency change of ultrasonic waves between a first sweep frequency and a second sweep frequency that is greater than the first sweep frequency among the three sweep frequencies consecutive at the third sweep interval. You can. That is, when the oscillation frequency is the first sweep frequency, the frequency of the ultrasonic wave generated by the corresponding output signal and the amplitude and the oscillation frequency of the ultrasonic wave is the second sweep frequency, the frequency of the ultrasonic wave and the ultrasonic wave generated by the corresponding output signal Using the amplitude, the first slope of the ratio of the amplitude difference of the ultrasound to the frequency difference of the ultrasound can be obtained.

단계 830에서, 장치는 제 2 스윕 주파수와 제 3 스윕 주파수간의 초음파의 주파수 변화 대비 진폭 변화 비율인 제 2 기울기를 획득할 수 있다.In operation 830, the device may acquire a second slope that is a ratio of amplitude change to frequency change of ultrasonic waves between the second sweep frequency and the third sweep frequency.

단계 840에서, 장치는 획득된 제 1 기울기보다 획득된 제 2 기울기가 작은지 여부를 결정할 수 있다.In operation 840, the device may determine whether the obtained second slope is smaller than the obtained first slope.

단계 850에서, 장치는 제 1 기울기가 제 2 기울기보다 작다고 판단함에 따라 제 1 스윕 주파수부터 제 3 스윕 주파수 구간까지 제 4 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행할 수 있다. 이 때, 제 4 스윕 간격은 최소 스윕 간격일 수 있다. In operation 850, the device may perform frequency-swept at a fourth sweep interval from a first sweep frequency to a third sweep frequency period as it determines that the first gradient is less than the second gradient. At this time, the fourth sweep interval may be the minimum sweep interval.

장치는 제 4 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라, 생성된 초음파의 진폭이 최대인 스윕 주파수를 발진부의 주파수로 결정할 수 있다. 즉, 이 때 생성된 초음파의 주파수가 공진 주파수임을 나타낸다.As the apparatus performs frequency-sweeping at a fourth sweep interval, the sweep frequency at which the amplitude of the generated ultrasonic waves is maximum can be determined as the frequency of the oscillation unit. That is, it indicates that the frequency of the ultrasonic wave generated at this time is the resonance frequency.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration only, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention. .

Claims (5)

전기적 신호를 출력하는 발진부 및 상기 발진부의 출력 신호를 물리적 진동으로 변화시켜 초음파를 발생시키는 초음파 발생부를 포함하고, 상기 초음파에 의해 생성된 케비테이션(cavitation)을 이용해 스케일(scale)을 제거하는 장치의 제어 방법에 있어서,
주파수-스윕(frequency-sweep)이 수행되는 주파수 영역인 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할하는 단계;
상기 분할된 서브 영역들 각각에서, 상기 장치에 의해 구별되는 인접한 주파수들간의 최소 주파수 간격인 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라, 상기 초음파 발생부에 의해 생성된 초음파의 진폭 크기들 및 주파수들을 획득하는 단계;
상기 획득된 초음파의 진폭 크기들에 기초하여, 상기 서브 영역들간의 평균 진폭 크기의 순위를 결정하는 단계;
상기 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 상기 복수의 서브 영역들 각각에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기의 합산 결과에 따라 결정되는 고점 유지도 순위를, 상기 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 결정하는 단계; 및
상기 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 상기 결정된 고점 유지도 순위의 가중치 합에 기초하여, 상기 복수의 서브 영역들간의 주파수-스윕 순서를 결정하는 단계;
상기 결정된 순서에 따라, 최선 순위의 서브 영역 내에 상기 제 1 스윕 간격으로 결정된 연속된 임의의 3 개의 스윕 주파수들을 f1, f2, 및 f3라 하고(이 때, f1<f2<f3), 상기 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 진폭들을 I_u1, I_u2, 및 I_u3라 하고, 상기 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 주파수들을 f_u1, f_u2 및 f_u3라 할 때, 하기 수학식 1을 만족하는 공진 주파수 포함 조건에 부합하는지 결정하는 단계; 및
-수학식 1-
Figure 112018107077588-pat00005

상기 공진 주파수 포함 조건에 부합한다고 결정함에 따라, 상기 f1부터 상기 f3까지의 주파수 영역에 대해 최소 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
An oscillation unit for outputting an electrical signal and an ultrasonic generator for generating ultrasonic waves by changing the output signal of the oscillation unit into physical vibrations, and controlling a device for removing scale by using cavitation generated by the ultrasonic waves In the way,
Dividing a frequency domain of interest, which is a frequency domain in which frequency-sweep is performed, into a plurality of sub-regions;
In each of the divided sub-regions, as the frequency-swept is performed at a first sweep interval greater than a minimum sweep interval, which is a minimum frequency interval between adjacent frequencies distinguished by the device, ultrasound generated by the ultrasound generator Obtaining amplitude magnitudes and frequencies of;
Determining a rank of an average amplitude magnitude between the sub-regions based on the amplitude magnitudes of the acquired ultrasound waves;
Each of the plurality of sub-regions may have a high-point maintenance ranking determined according to a sum result of an average amplitude size of each of the plurality of sub-regions and an average amplitude size of at least one sub-region adjacent to each of the plurality of sub-regions, respectively. Determining against; And
Determining a frequency-swept order between the plurality of sub-regions based on the weighted sum of the determined average amplitude magnitude and the determined high point maintenance ranking;
According to the determined order, three consecutive sweep frequencies determined by the first sweep interval in the highest priority sub-area are referred to as f1, f2, and f3 (where f1 <f2 <f3), and the three When the amplitudes of ultrasonic waves at each of the sweep frequencies are referred to as I_u1, I_u2, and I_u3, and the frequencies of ultrasonic waves at each of the three sweep frequencies are f_u1, f_u2, and f_u3, a condition including a resonance frequency satisfying Equation 1 below Determining whether or not to meet; And
-Equation 1-
Figure 112018107077588-pat00005

And determining that the resonant frequency inclusion condition is met, performing frequency-swept with a minimum sweep interval for the frequency domains from f1 to f3.
제 1 항에 있어서,
상기 f1부터 상기 f3까지 최소 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라, 초음파의 진폭을 획득하는 단계; 및
상기 획득된 초음파의 진폭이 최대인 스윕 주파수를 공진 주파수로 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
According to claim 1,
Acquiring an amplitude of ultrasonic waves by performing frequency-swept at a minimum sweep interval from f1 to f3; And
And determining a sweep frequency at which the amplitude of the obtained ultrasonic wave is the maximum as a resonance frequency.
스케일 제거 장치에 있어서,
전기적 신호를 출력하는 발진부;
상기 발진부의 출력 신호를 물리적 진동으로 변화시켜 초음파를 생성하는 초음파 생성부;
초음파를 감지하여 감지된 초음파의 진폭 및 주파수 정보를 포함하는 전기적 신호를 출력하는 초음파 감지부; 및
초음파 감지부의 출력 신호를 이용하여 상기 발진부의 출력 신호에 대한 주파수-스윕을 수행하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
주파수-스윕이 수행되는 주파수 영역인 관심 주파수 영역을 복수의 서브 영역들로 분할하고,
상기 분할된 서브 영역들 각각에서, 최소 스윕 간격보다 큰 제 1 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행함에 따라 상기 초음파 생성부에 의해 생성된 초음파의 진폭 크기들을 획득하고,
상기 획득된 초음파의 진폭 크기들에 기초하여, 상기 서브 영역들간의 평균 진폭 크기의 순위를 결정하고,
상기 복수의 서브 영역들 각각의 평균 진폭 크기 및 상기 복수의 서브 영역들 각각에 인접한 적어도 하나의 서브 영역의 평균 진폭 크기의 합산 결과에 따라 결정되는 고점 유지도 순위를, 상기 복수의 서브 영역들 각각에 대하여 결정하며,
상기 결정된 평균 진폭 크기의 순위 및 상기 결정된 고점 유지도 순위에 기초하여, 상기 복수의 서브 영역들간의 주파수-스윕 순서를 결정하고,
상기 결정된 순서에 따라, 최선 순위의 서브 영역 내에 상기 제 1 스윕 간격으로 결정된 연속된 임의의 3 개의 스윕 주파수들을 f1, f2, 및 f3라 하고(이 때, f1<f2<f3), 상기 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 진폭들을 I_u1, I_u2, 및 I_u3라 하고, 상기 3 개의 스윕 주파수들 각각에서 초음파의 주파수들을 f_u1, f_u2 및 f_u3라 할 때, 하기 수학식 2를 만족하는 공진 주파수 포함 조건에 부합하는지 결정하고,
-수학식 2-
Figure 112018107077588-pat00006

상기 공진 주파수 포함 조건에 부합한다고 결정함에 따라, 상기 f1부터 상기 f3까지의 주파수 영역에 대해 최소 스윕 간격으로 주파수-스윕을 수행하는, 장치.
In the descaling device,
An oscillation unit for outputting an electrical signal;
An ultrasonic generator that generates ultrasonic waves by changing the output signal of the oscillator into physical vibration;
An ultrasonic sensing unit that senses ultrasonic waves and outputs electrical signals including amplitude and frequency information of the detected ultrasonic waves; And
It includes a processor for performing a frequency-sweep on the output signal of the oscillation unit using the output signal of the ultrasonic sensor,
The processor,
The frequency domain of interest, which is a frequency domain in which frequency sweep is performed, is divided into a plurality of sub-regions,
In each of the divided sub-regions, amplitude amplitudes of ultrasonic waves generated by the ultrasonic generator are obtained by performing frequency-swept with a first sweep interval greater than a minimum sweep interval,
Based on the amplitude amplitudes of the acquired ultrasound waves, a ranking of the average amplitude size between the sub-regions is determined,
Each of the plurality of sub-regions may have a high-point maintenance ranking determined according to a sum result of an average amplitude size of each of the plurality of sub-regions and an average amplitude size of at least one sub-region adjacent to each of the plurality of sub-regions, respectively. Decide on,
The frequency-swept order between the plurality of sub-regions is determined based on the determined rank of the average amplitude magnitude and the determined rank of high point retention,
According to the determined order, three consecutive sweep frequencies determined by the first sweep interval in the highest priority sub-area are referred to as f1, f2, and f3 (where f1 <f2 <f3), and the three When the amplitudes of the ultrasonic waves at each of the sweep frequencies are called I_u1, I_u2, and I_u3, and the frequencies of the ultrasonic waves at each of the three sweep frequencies are f_u1, f_u2, and f_u3, a condition including a resonance frequency satisfying Equation 2 below To determine if
-Equation 2-
Figure 112018107077588-pat00006

Upon determining that the resonant frequency inclusion condition is met, the apparatus performs frequency-swept with a minimum sweep interval for the frequency domains from f1 to f3.
제 3 항에 있어서,
상기 초음파 생성부는 상기 발진부의 출력 신호를 인가 받음에 따라, 자기적 특성이 변형되어 물리적으로 진동하는 자왜 소자를 포함하는, 장치.
The method of claim 3,
The ultrasonic generator includes a magnetostrictive element that physically vibrates by changing magnetic characteristics when the output signal of the oscillation unit is applied.
제 4 항에 있어서,
상기 초음파 감지부는 초음파의 음압에 의해 물리적으로 변형됨에 따라, 상기 초음파의 진폭 및 주파수에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 출력하는, 장치.
The method of claim 4,
The ultrasonic sensing unit outputs an electrical signal including information on the amplitude and frequency of the ultrasonic wave as it is physically deformed by the sound pressure of the ultrasonic wave.
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