KR101504344B1

KR101504344B1 - 회전수 측정 알고리즘, 회전수 측정 장치, 및 회전수 측정 방법

Info

Publication number: KR101504344B1
Application number: KR1020140008510A
Authority: KR
Inventors: 이승렬
Original assignee: 주식회사 유시스
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-03-30

Abstract

본 발명은 회전수 측정 알고리즘, 회전수 측정 장치, 및 회전수 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 알고리즘으로서, 회전기의 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 도출하며, 주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m개 (m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하며, 상기 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고, 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출하는 회전수 측정 알고리즘에 관한 것이다.

Description

회전수 측정 알고리즘, 회전수 측정 장치, 및 회전수 측정 방법{ROTATION MEASURING ALGORYTHM AND ROTATION MEASURING APPARATUS AND ROTATION MEASURING METHOD}

회전 운동을 인가하거나, 또는 회전운동을 받는 회전기는 현대 산업 사회에서 가장 기본적인 장치로서 발전기에서 자동차에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 회전기의 사용에 있어서, 회전기의 회전에 따른 진동 및 회전 속도에 관한 정보가 회전기의 제원에 중요한 정보로 활용된다. 특히 회전 속도의 경우 이를 기반으로 각 부품의 진동수를 계산하므로, 중요한 정보로 활용된다.

이러한 회전기의 회전수는 일반적으로 회전기의 스펙으로서 회전기 케이스에 기재되어 있는 경우가 많으나, 슬립 현상 또는 회전기에 인가되는 부하에 의해서 스펙상의 회전수를 정확히 나타내지 못하는 경우가 종종 발생한다. 또한, 장시간 동안 운용한 설비에서는 정확한 스펙을 나타낼 수 없는 경우도 있다.

따라서, 더욱 자세하게 회전기의 회전수를 측정할 수 있는 장치 및 알고리즘이 필요하다.

대한민국 등록특허 10-1141433

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 알고리즘으로서, 회전기의 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 도출하며, 주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m개 (m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하며, 상기 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고, 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출하는 회전수 측정 알고리즘을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 회전수 측정 알고리즘은, 회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 알고리즘으로서, 회전기의 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 도출하며, 주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m개 (m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하며, 상기 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고, 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출한다.

본 발명에 따른 회전수 측정 장치는, 회전기의 진동을 감지하는 센서부; 및 상기 센서부에서 측정된 진동을 사용하여 회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 알고리즘을 갖는 제어부;를 포함하며,

상기 회전수 측정 알고리즘은, 상기 센서부에서 감지된 회전기의 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 나타내며, 주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m개 (m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하며, 상기 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고, 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출한다.

본 발명에 따른 회전수 측정 방법은, 회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 방법으로서, 회전기의 진동을 측정하는 단계; 상기 측정된 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 나타내는 단계; 주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m 개(m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하는 단계; 상기 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하는 단계; 상기 평균값을 비교하는 단계; 및 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따라서, 별도의 회전수 계측 장비가 없이도 회전기의 회전수를 측정할 수 있다. 즉, 예컨대 타코미터와 같은 전용 회전수 계측기는 구매 비용, 및 회전기에 대한 부착의 불편성이 발생하고, 또한 계측기 자체의 관리문제가 있을 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 회전수 측정 알고리즘 및 이를 포함한 회전수 측정기는 단지 회전기의 진동을 통해 회전기의 회전수를 측정 가능하므로 부대비용이 절감되며 간편한 측정이 가능해질 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전수 측정기의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2 는 본 발명의 회전수 측정 알고리즘에서 적용되는 하모닉스 현상을 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 회전수 측정 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 “하부", "상부", “측부” 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 부재 또는 구성 요소들과 다른 부재 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 부재의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 부재를 뒤집을 경우, 다른 부재의 “상부"로 기술된 부재는 다른 부재의 "하부”에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "상부"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 부재는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는”은 언급된 부재 외의 하나 이상의 다른 부재의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각부의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 실시예에서 본 발명의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 본 발명을 이루는 구조에 대한 설명에서, 방향에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전수 측정기의 구조를 나타낸 개념도이고, 도 2 는 본 발명의 회전수 측정 알고리즘에서 적용되는 하모닉스 현상을 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 회전수 측정 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 회전수 측정 장치는, 회전기의 진동을 감지하는 센서부(100); 및 상기 센서부(100)에서 측정된 진동을 사용하여 회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 알고리즘(300)을 갖는 제어부(200);를 포함하며, 상기 회전수 측정 알고리즘(300)은, 상기 센서부(100)에서 감지된 회전기의 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 나타내며, 주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m개 (m>1) 선택하여 1X Order 주파수로 설정하며, 상기 1X Order 주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고, 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 주파수를 회전기의 회전수로 도출한다.

센서부(100)는 회전기의 진동을 감지하는 진동 센서로 구성된다. 진동 센서는 예컨대 소정의 진동편 및 센서 유닛을 포함할 수 있으며, 진동 센서의 구체적인 구성은 한정하지 않는다.

센서부(100)에서 감지된 진동에 관한 정보는 소정의 제어부(200)로 전달된다. 이때, 상기 진동에 관한 정보는 센서부(100)에서 생성된 소정의 전기 신호로서 소정의 전기 통신 회선 등을 통해 제어부(200)로 전달될 수 있다.

제어부(200)는 상기 진동에 관한 정보를 전달받으며, 정보를 처리하여 회전수를 도출한다. 이에 따라서, 상기 제어부(200)는 소정의 연산 장치 및 중앙 처리 장치(CPU)를 포함할 수 있다.

제어부(200)는 상기 진동에 관한 정보를 처리하여 회전수를 도출하는 회전수 측정 알고리즘(300)을 포함할 수 있다. 회전수 측정 알고리즘(300)은 예컨대 소정의 프로그램으로서 제어부(200) 내에 입력될 수 있다.

이하에서는 상기 제어부(200)에 포함된 회전수 측정 알고리즘(300)에 대해 설명한다.

상기 회전수 측정 알고리즘(300)은, 먼저, 상기 센서부(100)에서 감지된 회전기의 진동을 변환하여 주파수 대역으로 나타낸다. 따라서 회전수 측정 알고리즘(300)은 소정의 변환 알고리즘을 부수적으로 포함하며, 이러한 변환에는 푸리에 변환이 사용될 수 있다. 즉, 변환 알고리즘은 진동에 관한 정보가 주파수 대역으로 나타내도록 하는 푸리에 변환을 수행한다.

상기 변환을 통해 진동에 관한 정보가 주파수 대역으로 나타나며, 이러한주파수 대역으로 도출된 결과 중 상대적으로 높은 진동이 발생한 주파수가 나타날 수 있다. 이는 회전기의 속도 주파수의 N 배 되는 주파수들에서 높은 진동이 발생하는 하모닉스 현상에 의한 것이며, 이러한 하모닉스 현상에 따라서 예컨대 1800 RPM 으로 작동하는 회전기의 경우 30 Hz 의 배수의 주파수에서 높은 진동이 발생한다. 여기서, 30 Hz 의 주파수를 1X Order 주파수라 하며, 상기 1X Order 주파수의 배수되는 60 Hz, 90 Hz, 120 Hz, 30x N Hz 를 각각 2X, 3X, 4X, NX Order 라 하고, 스펙트럼 그래프에서 볼 때 해당 주파수에서 타 주파수 대비 높은 진동이 발생하게 된다. 이에 따라서, 회전기의 진동에 관한 정보를 주파수 대역으로 나타낸 결과는 도 2 에 도시된 바와 같으며, 도 2 에서 원으로 표시된 바와 같이 소정의 주파수에서 높은 진동이 나타난다.

본 발명에 따른 회전수 측정 알고리즘(300)은 임의의 주파수를 m (m>1) 개 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정한다. 예컨대, 30 Hz, 40 Hz, 또는 이에 인접한 주파수에서 높은 진동이 발생할 경우, 각각의 주파수를 1X Order 예측주파수로 설정할 수 있다. 여기서, 선택되는 주파수는 상대적으로 높은 진동값을 나타내는 임의의 주파수일 수 있으며, 이는 한정하지 않고, 복수일 수 있으며, 한번에 모든 주파수가 선택될 필요 없이 수회에 걸쳐서 순차적으로 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 회전수 측정 알고리즘(300)은 상기와 같이 선택된 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고, 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값을 나타내는 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출한다.

상술한 바와 같이, 선택된 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수에서는 다른 주파수에 비해 비교적 높은 진동값이 나타날 수 있다. 이에 따라서, 각각의 선택된 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 비교할 경우, 회전기의 실제 1X Order 와 일치하는 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값의 합산 평균값이 가장 크게 나타난다. 이에 따라서, 회전기의 1X Order 를 도출할 수 있다.

본 발명에 따라서, 별도의 회전수 계측 장비가 없이도 회전기의 회전수를 측정할 수 있다. 즉, 예컨대 타코미터와 같은 전용 회전수 계측기는 구매 비용, 및 회전기에 대한 부착의 불편성이 발생하고, 또한 계측기 자체의 관리문제가 있을 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 회전수 측정 알고리즘(300) 및 이를 포함한 회전수 측정기는 단지 회전기의 진동을 통해 회전기의 회전수를 측정 가능하므로 부대비용이 절감되며 간편한 측정이 가능해질 수 있다.

본 발명에 따른 회전수 측정 방법은 상기 회전수 측정 알고리즘(300)을 활용하는 방법으로서, 구체적으로는 하기와 같다.

본 발명에 따른 회전수 측정 방법은, 회전기의 진동을 측정하는 단계; 상기 측정된 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 나타내는 단계; 주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m 개(m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하는 단계; 상기 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하는 단계; 상기 평균값을 비교하는 단계; 및 상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 1X Order 예측주파수를 설정하고 상기 1X Order 예측주파수주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하는 단계는, 1X Order 예측주파수의 수에 따라서 복수 회 이루어질 수 있으며, 동시에 이루어지거나 또는 순차적으로 이루어질 수 있고, 이에 한정하지 않는다.

즉, 도 3 에 도시된 바와 같이 1X Order 예측주파수를 입력하여 진동값을 합산평균하되, 할당하지 아니한 주파수 영역이 있을 경우 다시 1X Order 예측주파수를 입력하여 진동값을 새로 합산평균하고 이를 반복할 수 있다.

이어서, 합산평균한 각각의 예측 주파수 중 가장 큰 예측값을 선별하며, 상기 가장 큰 예측값이 회전기의 회전수로 도출된다.

이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100: 센서부
200: 제어부
300: 회전수 측정 알고리즘

Claims

회전기의 진동을 감지하는 센서부; 및
상기 센서부에서 측정된 진동을 사용하여 회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 알고리즘을 갖는 제어부;를 포함하며,
상기 회전수 측정 알고리즘은,
상기 센서부에서 감지된 회전기의 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 나타내며,
주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m개 (m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하며,
상기 1X Order 예측주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고,
상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출하는 회전수 측정기.
회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 알고리즘으로서,
회전기의 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 도출하며,
주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m개 (m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하며,
상기 1X Order 의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하고,
상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출하는 회전수 측정 알고리즘.
회전기의 회전수를 측정하는 회전수 측정 방법으로서,
회전기의 진동을 측정하는 단계;
상기 측정된 진동을 푸리에 변환하여 주파수 대역으로 나타내는 단계;
주파수 대역으로 도출된 결과 중 임의의 주파수를 m 개(m>1) 선택하여 1X Order 예측주파수로 설정하는 단계;
상기 1X Order 주파수의 n 배 (n>1)의 주파수의 진동값을 합산하여 평균값을 계산하는 단계;
상기 평균값을 비교하는 단계; 및
상기 m 개의 평균값 중 가장 높은 결과값의 1X Order 예측주파수를 회전기의 회전수로 도출하는 단계;를 포함하는 회전수 측정 방법,