KR101938564B1 - 센서 교정 유무 판단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 센서 교정 유무 판단 방법은 다수의 센서들로부터 출력되는 센서출력값을 수신하는 센서출력값 수신단계(S10)와, 센서출력값을 수신받아 오차 공분산값을 산출하는 오차 공분산 산출단계(S20)와, 오차 공분산값을 수신받아 오차 공분산 예측값을 산출하는 오차 공분산 예측 산출단계(S30)와, 오차 공분산값과 오차 공분산 예측값에 의해 칼만 이득을 산출하는 칼만이득 산출단계(S40)와, 칼만 이득에 의해 센서들의 센서데이터 추정값을 산출하는 센서데이터 추정값 산출단계(S50)와, 센서출력값과 센서데이터 추정값을 수신받아, 센서데이터 추정값과 센서출력값의 차이인 잔차값과 사용자에 의해 정해준 기준값을 비교하여, 잔차값이 기준값 보다 작으면 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하지 않고, 잔차값이 기준값 이상이면 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하는 센서 교정 판단단계(S60)로 구성된다.

Description

센서 교정 유무 판단 방법{Method for determination of sensor calibration}
본 발명은 센서 교정 유무 판단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센서가 설치되어 있는 상태에서 센서로부터 출력되는 센서출력값을 칼만필터 알고리즘에 의해 센서데이터 추정값을 산출하고, 센서출력값과 센서데이터 추정값을 비교하여 센서의 교정이 요구되는지 여부를 판단하여 센서 교정이 요구되는 센서들에 대해서만 교정을 행하고, 센서 교정이 불필요한 센서들에 대해서는 센서 교정을 실행하지 않도록 하여 센서 교정을 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 센서 교정을 위한 센서 분리 및 장착 횟수를 경감시켜 센서 분리 및 장착에 따른 센서 고장발생율을 저감시키고, 작업자들의 방사선에 노출되는 환경을 줄일 수 있는 센서 교정 유무 판단 방법에 관한 것이다.
원전에서는 운전성 향상과 안전성 확보를 목적으로 다수의 센서를 설치하여, 실시간으로 취득된 신호를 발전소 감시계통과 보호계통의 감시에 이용하고 있으며, 특히, 원전의 안전계통 관련 계측센서들은 계측신호의 정확도와 신뢰도를 보장하기 위하여 다중 계측기 개념을 채택하고 있으며, 운영기술지침서 상에서 매 핵연료교체 주기 마다 각 센서들의 점검과 교정을 수행하고 있다.
안전계통에 관련된 센서들 뿐만 아니라, 발전소 효율 유지에 중요한 계측센서들도 주기적으로 점검과 교정을 수행하고 있다.
상기의 계측센서들의 교정과 관련된 선행기술로는, 한국 등록실용신안공보 20-0287369호 "원자로에서 사용되는 냉작제 펌프의 오일 레벨 센서 교정장치"(등록일자 : 2002.08.16)와, 한국 등록특허공보 10-1348603호 "극저온 온도센서 교정기"(등록일자 : 2013.12.31)에 개시되어 있다.
종래의 계측센서들의 점검 및 교정을 수행하기 위해서는 점검 및 교정을 수행할 모든 센서들을 각각 물리적으로 시스템에서 분리하거나 장착된 센서에 정해진 값을 가해주기 위해 시스템을 변경시켜야 하나, 이러한 계측센서들의 점검 및 교정을 위해서는 시간과 비용이 많이 소모되고, 작업자들이 방사선 환경에 많이 노출되며, 센서를 교정하기 위하여 센서를 분리하고 조립하는 과정에서 오히려 센서에 고장을 일으키는 문제점이 있다.
종래의 경우 모든 계측센서들에 대해 주기적으로 반드시 교정을 하고 있으나, 조사에 따르면 90% 이상의 대상 센서들이 교정이 불필요한 것으로 나타났다.
한국 등록실용신안공보 20-0287369호 "원자로에서 사용되는 냉작제 펌프의 오일 레벨 센서 교정장치"(등록일자 : 2002.08.16) 한국 등록특허공보 10-1348603호 "극저온 온도센서 교정기"(등록일자 : 2013.12.31)
본 발명의 목적은 센서가 설치되어 있는 상태에서 센서로부터 출력되는 센서출력값을 칼만필터 알고리즘에 의해 센서데이터 추정값을 산출하고, 센서출력값과 센서데이터 추정값을 비교하여 센서의 교정이 요구되는지 여부를 판단하여 센서 교정이 요구되는 센서들에 대해서만 교정을 행하고, 센서 교정이 불필요한 센서들에 대해서는 센서 교정을 실행하지 않도록 하여 센서 교정을 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 센서 교정을 위한 센서 분리 및 장착 횟수를 경감시켜 센서 분리 및 장착에 따른 센서 고장발생율을 저감시키고, 작업자들의 방사선에 노출되는 환경을 줄일 수 있는 센서 교정 유무 판단 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 센서 교정 유무 판단 방법은, 다수의 센서들로부터 출력되는 센서출력값을 수신하는 센서출력값 수신단계; 상기 센서출력값을 수신받아 오차 공분산값을 산출하는 오차 공분산 산출단계; 상기 오차 공분산값을 수신받아 오차 공분산 예측값을 산출하는 오차 공분산 예측 산출단계; 상기 오차 공분산값과 오차 공분산 예측값에 의해 칼만 이득을 산출하는 칼만이득 산출단계; 상기 칼만 이득에 의해 상기 센서들의 센서데이터 추정값을 산출하는 센서데이터 추정값 산출단계; 및 상기 센서출력값과 센서데이터 추정값을 수신받아, 상기 센서데이터 추정값과 센서출력값의 차이인 잔차값과 사용자에 의해 정해준 기준값을 비교하여, 상기 잔차값이 기준값 보다 작으면 상기 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하지 않고, 상기 잔차값이 기준값 이상이면 상기 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하는 센서 교정 판단단계를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 센서 교정 유무 판단 방법은 센서가 설치되어 있는 상태에서 센서로부터 출력되는 센서출력값을 칼만필터 알고리즘에 의해 센서데이터 추정값을 산출하고, 센서출력값과 센서데이터 추정값을 비교하여 센서의 교정이 요구되는지 여부를 판단하여 센서 교정이 요구되는 센서들에 대해서만 교정을 행하고, 센서 교정이 불필요한 센서들에 대해서는 센서 교정을 실행하지 않도록 하여 센서 교정을 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 센서 교정을 위한 센서 분리 및 장착 횟수를 경감시켜 센서 분리 및 장착에 따른 센서 고장발생율을 저감시키고, 작업자들의 방사선에 노출되는 환경을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 센서 교정 유무 판단 방법을 도시한 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 센서 교정 유무 판단 방법을 상세히 설명하곶 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 센서 교정 유무 판단 방법은 다수의 센서들로부터 출력되는 센서출력값을 수신하는 센서출력값 수신단계(S10)와, 센서출력값을 수신받아 오차 공분산값을 산출하는 오차 공분산 산출단계(S20)와, 오차 공분산값을 수신받아 오차 공분산 예측값을 산출하는 오차 공분산 예측 산출단계(S30)와, 오차 공분산값과 오차 공분산 예측값에 의해 칼만 이득을 산출하는 칼만이득 산출단계(S40)와, 칼만 이득에 의해 센서들의 센서데이터 추정값을 산출하는 센서데이터 추정값 산출단계(S50)와, 센서출력값과 센서데이터 추정값을 수신받아, 센서데이터 추정값과 센서출력값의 차이인 잔차값과 사용자에 의해 정해준 기준값을 비교하여, 잔차값이 기준값 보다 작으면 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하지 않고, 잔차값이 기준값 이상이면 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하는 센서 교정 판단단계(S60)로 구성된다.
상기의 구성에 따른 본 발명인 센서 교정 유무 판단 방법의 동작은 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 센서출력값 수신단계(S10)는 원전에 장착된 다수의 계측센서들을 정상 동작 상태로 운전시킨 후, 정상 동작 중인 다수의 센서들로부터 출력되는 센서출력값을 수신한다.
센서출력값 수신단계(S10)에서 수신된 센서출력값을 수신받아, 오차 공분산 산출단계(S20)와, 오차 공분산 예측 산출단계(S30)와, 칼만이득 산출단계(S40)와, 센서데이터 추정값 산출단계(S50)를 실행하는 칼만필터 알고리즘을 사용하여 수신받은 센서출력값을 실시간으로 연산을 통해 최적의 값을 추적한다, 여기서 최적이란 랜덤 변수
Figure 112017015692566-pat00001
의 평균 제곱 추정 오차의 최소화를 말한다.
칼만필터 알고리즘 다음식과 같은 형태로 시스템을 모델링 합니다.
Figure 112017015692566-pat00002
위의 식에서
Figure 112017015692566-pat00003
는 상태 변수로서
Figure 112017015692566-pat00004
의 형태를 가지며,
Figure 112017015692566-pat00005
는 측정값으로서
Figure 112017015692566-pat00006
의 형태로 나타내진다. A는
Figure 112017015692566-pat00007
의 열벡터로
Figure 112017015692566-pat00008
와
Figure 112017015692566-pat00009
의 관계를 나타내준다. 즉, 시간에 따라 시스템이 어떻게 움직이는 지를 나타내는 것으로, 시스템의 상태전이행렬이라 불린다.
Figure 112017015692566-pat00010
는 상태 변수에 영향을 주는 노이즈이며,
Figure 112017015692566-pat00011
는 센서에서 측정되는 노이즈이다.
센서들이 정상 상태의 운전시 A는
Figure 112017015692566-pat00012
의 형태로 센서의 수 만큼
Figure 112017015692566-pat00013
의 행렬값을 입력해주면 되고, H는 정상 상태의 운전시 1을 입력하여 사용한다.
오차 공분산 산출단계(S20)는 센서출력값을 수신받아 오차 공분산값(
Figure 112017015692566-pat00014
)을 산출하는 것으로, 오차 공분산값(
Figure 112017015692566-pat00015
)은 다음의 식에 의해 산출된다.
Figure 112017015692566-pat00016
상기 식에서
Figure 112017015692566-pat00017
는 상태 변수의 예측추정치이고, 는 칼만이득이고,
Figure 112017015692566-pat00019
는 오차 공분산 예측치이다.
오차 공분산 예측 산출단계(S30)는 오차 공분산값(
Figure 112017015692566-pat00020
)을 수신받아 오차 공분산 예측값(
Figure 112017015692566-pat00021
)산출하는 것으로, 오차 공분산 예측값(
Figure 112017015692566-pat00022
)은 다음의 식의 의해 산출된다.
Figure 112017015692566-pat00023
상기 식에서 E는 기대치이고,
Figure 112017015692566-pat00024
는 에러이고,
Figure 112017015692566-pat00025
는 입력된 데이터 각각의 표준편차값에 의해 산출되는 값이고, T는 전치행렬을 의미한다.
칼만이득 산출단계(S40)는 오차 공분산값과 오차 공분산 예측값에 의해 칼만 이득(
Figure 112017015692566-pat00026
)을 산출하는 것으로, 칼만 이득(
Figure 112017015692566-pat00027
)은 다음의 식에 의해 산출된다.
Figure 112017015692566-pat00028
상기 식에서
Figure 112017015692566-pat00029
는 입력된 데이터의 최소의 기울기 값으로 데이터의 각 점과 점 사이의 값에 의해 산출된다.
센서데이터 추정값 산출단계(S50)는 칼만 이득(
Figure 112017015692566-pat00030
)에 의해 센서들의 센서데이터 추정값(
Figure 112017015692566-pat00031
)을 산출하는 것으로, 센서데이터 추정값(
Figure 112017015692566-pat00032
)은 다음의 식에 의해 산출된다.
Figure 112017015692566-pat00033
센서 교정 판단단계(S60)는 센서출력값과 센서데이터 추정값(
Figure 112017015692566-pat00034
)을 수신받아, 센서데이터 추정값(
Figure 112017015692566-pat00035
)과 센서출력값의 차이인 잔차값과 사용자에 의해 정해준 기준값인 센서 제조사에서 제공하는 센서의 허용 정확도 범위값을 비교하여, 잔차값이 기준값 보다 작으면, 즉 센서의 허용되는 정확도 범위 내에 있는 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하지 않고, 잔차값이 기준값 이상이면, 즉 센서의 허용되는 정확도 범위를 벗어난 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하도록 사용자에게 알려준다.
상기와 같이 본 발명의 센서 교정 유무 판단 방법은 센서가 설치되어 있는 상태에서 센서로부터 출력되는 센서출력값을 칼만필터 알고리즘에 의해 센서데이터 추정값(
Figure 112017015692566-pat00036
)을 산출하고, 센서 교정 판단단계(S60)에서 센서출력값과 센서데이터 추정값(
Figure 112017015692566-pat00037
)에 의해 잔차값을 산출하고, 잔차값과 기준값을 비교하여 센서의 교정이 요구되는지 여부를 판단하여 센서 교정이 요구되는 센서들에 대해서만 교정을 행하고, 센서 교정이 불필요한 센서들에 대해서는 센서 교정을 실행하지 않도록 하여 센서 교정을 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 센서 교정을 위한 센서 분리 및 장착 횟수를 경감시켜 센서 분리 및 장착에 따른 센서 고장발생율을 저감시키고, 작업자들이 방사선에 노출되는 환경을 줄일 수 있다.

Claims (1)

  1. 다수의 센서들로부터 출력되는 센서출력값을 수신하는 센서출력값 수신단계(S10);
    상기 센서출력값을 수신받아 오차 공분산값을 산출하는 오차 공분산 산출단계(S20);
    상기 오차 공분산값을 수신받아 오차 공분산 예측값을 산출하는 오차 공분산 예측 산출단계(S30);
    상기 오차 공분산값과 오차 공분산 예측값에 의해 칼만 이득을 산출하는 칼만이득 산출단계(S40);
    상기 칼만 이득에 의해 상기 센서들의 센서데이터 추정값을 산출하는 센서데이터 추정값 산출단계(S50): 및
    상기 센서출력값과 센서데이터 추정값을 수신받아, 상기 센서데이터 추정값과 센서출력값의 차이인 잔차값과 사용자에 의해 정해준 기준값을 비교하여, 상기 잔차값이 기준값 보다 작으면 상기 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하지 않고, 상기 잔차값이 기준값 이상이면 상기 센서들에 대해서 센서 교정을 실행하는 센서 교정 판단단계(S60)를 구비한 것을 특징으로 하는 센서 교정 유무 판단 방법.
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