KR20180042897A - System and method for monitoring state of structure based compressive sensing - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a compressive sensing based structure state diagnosis system capable of effectively diagnosing a state of a rotary device, and a method thereof. According to the present invention, the method comprises: a vibration measurement step (S100) of measuring vibration generated in an object to be measured from a plurality of vibration sensors installed in the object to be measured; a compressive sensing step (S200) of using a preset compressive sensing method to a measurement value measured in the vibration measurement step (S100) to generate a compressive measurement signal; and a state diagnosis step (S300) of analyzing the compressive measurement signal generated in the compressive sensing step (S200) to perform a state diagnosis for the object to be measured.

Description

압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법 {System and method for monitoring state of structure based compressive sensing}[0001] The present invention relates to a system and method for monitoring a state of a compression sensing infrastructure,

본 발명은 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 압축센싱(compressive sensing) 기법을 이용하여 구조물에서 발생하는 진동에 대한 압축센싱 신호를 실시간 측정하여, 정확하게 구조물의 상태를 파악할 수 있는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system and method for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing and a method for detecting the state of a structure accurately And more particularly, to a system and method for diagnosing a state of a compression sensing infrastructure.

더 상세하게는, 측정한 압축센싱 신호를 별도의 신호 복원 과정 없이, ROC(Receiver Operating Characteristic) 선도 분석기법을 이용하여 구조물의 손상발생 여부를 판별하고, 손상에 따른 손상 분류의 민감성 파악과 손상 심화도까지 진단할 수 있는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method and system for determining damage occurrence of a structure using ROC (Receiver Operating Characteristic) analysis method without any signal restoration process, The present invention relates to a system for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing and a method thereof.

회전기기는 산업전반에 사용되고 있는 대표적인 기기이자, 이를 포함하는 회전체 시스템은 가장 보편적인 기계 시스템이다.Rotating machinery is a typical machine used throughout the industry, and the rotating system including it is the most common mechanical system.

이러한 회전체 시스템은 빠른 회전 속도와 복잡한 구조로 인하여 고장발생 빈도가 높으며, 고장(사고) 발생시, 큰 손실을 야기한다. 특히, 원자력 발전소의 냉각 펌프의 경우, 발전소 운영에 있어서 중요 시설인 만큼 회전체 시스템의 이상 유무를 정확하게 판별하는 상태진단 시스템의 필요성이 대두되고 있다.Such a rotating system has a high frequency of occurrence of faults due to a rapid rotation speed and a complicated structure, and causes a great loss when a fault occurs. In particular, in the case of cooling pumps for nuclear power plants, there is a need for a condition diagnosis system that accurately discriminates the abnormality of the rotor system as it is an important facility in the operation of the power plant.

종래 회전체의 상태진단 기술은 시스템에서 발생하는 진동 신호를 실시간으로 측정하여, 측정한 진동 신호를 결함의 물리적 특성과 진동신호의 통계학적 분석을 통해, 회전체 구조물의 상태를 판별함으로써 실시간으로 상태 진단이 이루어지고 있다. 그렇지만, 신호 측정 과정에서의 높은 샘플링 주파수 영역대에서 진동 신호 측정이 이루어지고, 다수개의 센서를 운용하는 센서 네트워크로 인해 데이터 측정 및 데이터 분석 과정에서 높은 에너지 소비와 방대한 데이터 처리의 어려움이 존재한다. The state diagnosis technology of the conventional rotating body measures the vibration signal generated in the system in real time and determines the state of the rotating body structure through the statistical analysis of the physical characteristics of the defect and the vibration signal, Diagnosis is being made. However, vibration signal measurement is performed in a high sampling frequency region in the signal measurement process, and there is a problem of high energy consumption and massive data processing in the data measurement and data analysis process due to the sensor network that operates a plurality of sensors.

상세하게는, 종래에 사용되고 있는 회전체 상태진단 시스템의 진동 데이터 측정 방식은 Shannon-Nyquist 이론에 기초하며, Shannon-Nyquist 이론은 아날로그 신호의 최대 2배 주파수로 측정이 진행되었을 경우, 온전한 아날로그 신호로 복원이 가능하다는 이론으로서 높은 주파수의 성분을 갖는 진동신호를 측정할 경우, 측정 데이터 수가 비약적으로 증가하고 짧은 시간 동안 많은 양의 데이터를 측정하기 때문에, 데이터 측정 장비의 에너지 소비가 크다는 단점이 있다.More specifically, the vibration data measurement method of the conventional rotating state diagnostic system is based on the Shannon-Nyquist theory and the Shannon-Nyquist theory shows that when the measurement is performed at a frequency twice as high as that of the analog signal, When a vibration signal having a high frequency component is measured, the number of measured data increases drastically and a large amount of data is measured for a short time. Therefore, there is a disadvantage that the energy consumption of the data measuring equipment is large.

또한, 데이터를 압축 및 복원하는 과정에서 불가피하게 오류가 발생할 수 있는 가능성을 늘 포함하고 있는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that errors are inevitably involved in the process of compressing and restoring data.

이에 따라, 신호처리 효율성 향상과 회전체 시스템에 부착된 센서 노드의 에너지 효율 향상을 위한 데이터 압축 기술과 데이터 측정 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.As a result, there is a growing interest in data compression techniques and data measurement techniques for improving signal processing efficiency and energy efficiency of sensor nodes attached to a rotating system.

국내등록특허 제10-1374840호(등록일 : 2014.03.10., 명칭 : 해양구조물의 회전체 상태진단 시스템 및 방법)에서는 온도 및 진동 신호를 이용하여 해양구조물에 설치되는 회전체의 회전축 및 베어링의 상태를 진단하여, 회전축 및 베어링의 고장 유무 및 예측이 가능한 해양구조물의 회전체 상태 진단 시스템 및 방법을 개시하고 있다.In Korean Registered Patent No. 10-1374840 (Registered on Apr. 31, 2014, entitled "System and Method for Diagnosing Rotor Condition of Offshore Structures"), temperature and vibration signals are used to determine the state of rotation shaft and bearing Discloses a system and method for diagnosing a rotating body condition of an offshore structure capable of diagnosing whether a rotating shaft and a bearing are faulty or not.

이러한 시스템 및 방법은 진동 신호를 측정하는데 종래의 방법을 그대로 채용하고 있어, 상술한 문제점을 그대로 포함하고 있을 뿐 아니라, 이를 해결하기 위한 구성에 대해서는 전혀 언급하지 않고 있다.Such a system and method adopt a conventional method as it is for measuring a vibration signal, and the above-described problems are not directly included, but the configuration for solving the problem is not mentioned at all.

국내등록특허 제10-1374840호(등록일 : 2014.03.10., 명칭 : 해양구조물의 회전체 상태진단 시스템 및 방법)Korean Registered Patent No. 10-1374840 (Registered on Apr. 20, 201, Name: System and Method for Diagnosing Rotor Condition of Offshore Structures)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 압축센싱(compressive sensing) 기법을 이용하여 구조물에서 발생하는 진동에 대한 압축센싱 신호를 실시간 측정하여, 측정한 신호에 대한 별도의 신호 복원 과정 없이, ROC(Receiver Operating Characteristic) 선도 분석기법을 이용하여 구조물의 손상발생 여부를 판별하고, 손상에 따른 손상 분류의 민감성 파악과 손상 심화도까지 진단할 수 있는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for real-time measurement of a compression sensing signal for a vibration generated in a structure by using a compressive sensing technique, (ROC) analysis method without using a separate signal restoration process, and it is possible to identify the damage of the structure, and to detect the sensitivity of the damage classification and the damage intensification degree. State diagnostic system and method therefor.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템은, 측정 대상물에 구비되어, 상기 측정 대상물에서 발생되는 진동을 측정하는 다수의 진동센서를 포함하는 진동 센서부(100), 상기 진동 센서부(100)로부터 측정된 측정값을 전달받아 기설정된 압축센싱(Compressive sensing) 기법을 활용하여 압축센싱 신호(Compressive measurement)로 생성하는 신호 처리부(200) 및 상기 신호 처리부(200)로부터 전달받은 상기 압축센싱 신호를 분석하여, 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행하는 분석부(300) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The system for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention includes a vibration sensor unit 100 including a plurality of vibration sensors provided in a measurement object for measuring vibration generated in the measurement object, A signal processing unit 200 for receiving a measurement value measured from the signal processing unit 200 and generating a compressed sensing signal using a compressed sensing technique, And an analysis unit 300 for analyzing the compression sensing signal and diagnosing the state of the measurement object.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법은, 측정 대상물에 구비된 다수의 진동센서로부터 상기 측정 대상물에서 발생되는 진동을 측정하는 진동 측정 단계(S100), 상기 진동 측정 단계(S100)에서 측정된 측정값을 기설정된 압축센싱(Compressive sensing) 기법을 활용하여 압축센싱 신호(Compressive measurement)를 생성하는 압축센싱 단계(S200) 및 상기 압축센싱 단계(S200)에서 생성한 상기 압축센싱 신호를 분석하여 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행하는 상태진단 단계(S300) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention includes a vibration measurement step (S100) for measuring vibration generated in the measurement object from a plurality of vibration sensors provided in a measurement object, A compression sensing step S200 for generating a compression sensing signal by using a compression sensing technique which is previously set to a measurement value measured in the compression sensing step S200, And a state diagnosis step (S300) of analyzing the state of the measurement object by analyzing the state of the measurement object.

종래의 상태진단 시스템의 효율을 향상시키고자 본 발명의 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법은 새로운 데이터 측정 방법과 신호 처리 방법을 제공하는 것으로, 압축센싱(compressive sensing) 기법이라는 새로운 데이터 측정 방법을 진동 데이터 측정 과정에 적용시켜, 기존의 압축된 신호의 복원 과정없이, 시간 영역의 데이터 신호를 통계학적으로 분석할 수 있어, 데이터 획득 단계에서 적은 데이터만을 이용하여 회전기기(또는 회전체 시스템)의 상태를 효과적으로 진단할 수 있는 장점이 있다.The present invention provides a new data measurement method and a signal processing method for improving the efficiency of a conventional state diagnosis system and a new data measurement method called a compressive sensing method Can be applied to the vibration data measurement process and the data signal of the time domain can be statistically analyzed without restoring the existing compressed signal. In the data acquisition step, the rotation device (or the rotating body system) It is possible to effectively diagnose the condition of the patient.

상세하게는, 본 발명의 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법은 압축센싱 기법을 이용하여 구조물에서 발생하는 진동에 대한 압축센싱 신호를 실시간 측정하여, 종래보다 적은 데이터를 가지고 높은 정확성으로 구조물의 상태를 파악할 수 있으며, 별도의 신호 복원 과정 없이, 측정한 압축센싱 신호에 대해서 ROC(Receiver Operating Characteristic) 선도 분석기법을 이용하여 구조물의 손상발생 여부를 판별하고, 손상에 따른 손상 분류의 민감성 파악과 손상 심화도까지 진단할 수 있는 장점이 있다.More particularly, the present invention provides a system and method for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing based on a real-time measurement of a compression sensing signal for vibration generated in a structure using a compression sensing technique, It is also possible to identify the damage of the structure using ROC (Receiver Operating Characteristic) line analysis technique for the measured compression sensing signal without additional signal restoration process, There is an advantage that the degree of damage can be diagnosed to a degree.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법의 압축센싱 기법 활용 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법의 압축센싱 신호 연산 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법의 ROC 선도 분석기법에 따라 생성된 2개의 통계학적 모델을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법의 ROC 선도 분석기법에 따라 산출된 ROC 선도를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 종래의 Shannon-Nyquist 기법에 따른 측정 대상물의 측정 신호와 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법에 따른 측정 대상물의 측정 신호를 비교한 도면이다.
1 is a simplified block diagram of a system for diagnosing a state of a compression sensing infrastructure according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a system for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention and a process of utilizing the compression sensing technique of the method.
4 is a diagram illustrating a system for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention and a process of calculating a compression sensing signal in the method.
FIG. 5 is a diagram illustrating two statistical models generated according to the ROC analysis method of the system for diagnosing state of a structure of a compression sensing infrastructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a ROC diagram of a system for diagnosing state of a structure of a compression sensing infrastructure according to an embodiment of the present invention and a ROC diagram analysis method of the method.
7 and 8 are views for comparing measured signals of a measurement object according to the conventional Shannon-Nyquist technique, a system for diagnosing a condition of a compression sensing based structure according to an embodiment of the present invention, and measurement signals of a measurement object according to the method .

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a system and method for diagnosing a state of a compression sensing infrastructure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.In this case, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In the following description and the accompanying drawings, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the description of the present invention will be omitted.

본 발명의 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법은 능동 센싱 기반 결함 탐지와 회전체 상태 진단에 압축센싱 기법을 적용하여 효율적이면서도 기존의 Shannon-Nyquist 기반 신호처리 방법과 대비하여 동등한 정확도를 갖는 상태진단 시스템에 관한 것으로서, 실험 결과, 압축센싱 기법을 통해서 획득한 진동 신호에 대해서 별도의 복원 과정없이, 압축된 데이터 만을 이용하여 회전체의 결함 탐지 및 결함 분류가 가능함을 증명하였다. 또한, 실험 결과를 통해, 신호 처리 과정 속도 향상 및 실제 데이터 측정 기기에 적용할 경우, 전력소모 감소의 가능성을 확인하였으며, 복원하지 않은 압축된 데이터를 이용하더라도 종래의 Shannon-Nyquist 기반 측정 데이터와 유사한 결과가 도출됨을 알 수 있다.The present invention provides a system and method for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing based on a method of efficiently detecting a state of an equal accuracy in comparison with a conventional Shannon-Nyquist-based signal processing method by applying a compression sensing technique to an active sensing- As a result of experiments, it has been proved that the defect detection and defect classification of the rotating body can be performed using only the compressed data without a separate recovery process for the vibration signal obtained through the compression sensing technique. In addition, through the experimental results, we confirmed the possibility of power consumption reduction when speeding up the signal processing and applying it to actual data measuring instruments. Even if using uncompressed compressed data, it is similar to conventional Shannon-Nyquist based measurement data The results are shown in Fig.

이하, 본 발명의 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법은 압축센싱 기법(Compressive sensing)이라는 새로운 데이터 측정 방법을 데이터 측정과정에 적용하고, 기존의 압축된 신호를 복원하는 과정 없이, 시간영역의 데이터 신호를 통계학적으로 분석함으로써, 데이터 획득 과정에서 적은 데이터만을 이용하여 측정 대상물(특히, 회전기기, 회전체 시스템 등)의 상태를 효율적으로 파악할 수 있다.Hereinafter, a system and method for diagnosing a condition of a structure of a compression sensing infrastructure according to the present invention apply a new data measurement method called a compressive sensing method to a data measurement process and, without restoring an existing compressed signal, By statistically analyzing the data signal, it is possible to efficiently grasp the state of the object to be measured (in particular, the rotating device, the rotating system, etc.) using only a small amount of data in the data acquisition process.

이러한 압축센싱 기법은 도 3에 도시된 바와 같이, 압축된 신호의 복원 과정이 필요치 않아, 기존 측정 기법에 비해 신속하게 측정 대상물의 상태진단 결과를 도출할 수 있으며, 압축된 신호를 복원하는 과정에서 발생하는 복원 오류에 따른 상태진단의 오류를 줄일 수 있다.As shown in FIG. 3, such a compression sensing technique does not require a decompression process of a compressed signal, so that it is possible to derive a condition diagnosis result of a measurement object more quickly than an existing measurement technique, It is possible to reduce the error of the state diagnosis due to the occurrence of the restoration error.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참고로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템을 상세히 설명한다.1 is a block diagram of a system for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a system for diagnosing state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 진동 센서부(100), 신호 처리부(200) 및 분석부(300)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 진동 센서부(100), 신호 처리부(200) 및 분석부(300)는 각각 유선 또는 무선으로 연결되어, 상호간의 신호 및 데이터를 송수신할 수 있으며, 상기 신호 처리부(200) 및 분석부(300)는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템의 관리자(작업자) 단말기를 통해 수행되는 것이 바람직하다.1, the system for diagnosing a state of a compression sensing infrastructure according to an exemplary embodiment of the present invention may include a vibration sensor unit 100, a signal processing unit 200, and an analysis unit 300, The vibration sensor unit 100, the signal processing unit 200 and the analysis unit 300 may be connected to each other by wires or wirelessly to transmit and receive signals and data to each other. The signal processing unit 200 and the analysis unit 300 Is preferably performed through a manager terminal of the compression sensing infrastructure condition diagnosis system.

각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each configuration,

상기 진동 센서부(100)는 측정 대상물에 구비되는 다수의 진동센서를 포함하여 구성되어, 상기 측정 대상물에서 발생되는 진동을 측정할 수 있다.The vibration sensor unit 100 includes a plurality of vibration sensors provided on a measurement object, and can measure vibrations generated from the measurement object.

여기서, 상기 측정 대상물은, 산업전반에 가장 대표적, 보편적으로 사용되고 있는 회전기기인 것이 가장 바람직하며, 상술한 바와 같이, 회전체 시스템은 빠른 회전속도와 복잡한 구조로 인하여 고장 발생 빈도가 높아, 이상 유무를 정확하게 판별하는 상태진단 시스템의 필요성이 대두되고 있는 바, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 역시, 측정 대상물을 회전체 시스템으로 한정하여 실험하였다. 그렇지만, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 진동을 측정하여 상태진단을 수행할 수 있는 모든 측정 대상물에 적용 가능하다.It is most preferable that the object to be measured is a rotating machine that is most representative and commonly used in the industry as a whole. As described above, since the rotating system has a high rotation frequency and a complicated structure, the frequency of occurrence of faults is high, The state of the system for diagnosing a state of the structure based on the compression sensing according to an embodiment of the present invention is also limited to a rotating body system. However, this is only an embodiment of the present invention, and is applicable to all measurement objects capable of measuring the vibration and performing the condition diagnosis.

상기 신호 처리부(200)는 상기 진동 센서부(100)로부터 측정된 측정값을 전달받아, 미리 설정된 압축센싱(Compressive sensing) 기법을 적용시켜, 압축센싱 신호(Compressive measurement)로 생성할 수 있다.The signal processing unit 200 receives the measurement value measured from the vibration sensor unit 100 and generates a compression sensing signal by applying a preset compression sensing technique.

상기 신호 처리부(200)는 상기 진동 센서부(100)로부터 전달받은 측정값 중 '0'을 제외한 나머지 측정값에 대해서 상기 압축센싱 기법을 적용시켜, 정규분포를 갖는 2차 행렬 연산과정을 통해 상기 압축센싱 신호를 생성할 수 있다.The signal processing unit 200 applies the compression sensing technique to the remaining measurement values except for '0' among the measurement values transmitted from the vibration sensor unit 100, and performs a second matrix operation with a normal distribution, A compression sensing signal can be generated.

정류분포를 갖는 2차 행렬은 하기의 수학식과 같이 정의한다.A quadratic matrix having a rectification distribution is defined by the following mathematical expression.

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서, y는 압축센싱 신호,(Where y is a compression sensing signal,

x는 원 측정값(측정 신호),x is the original measurement (measurement signal),

Ф는 기설정된 압축센싱 측정행렬(Compressive measurement matrix))Ф is a predetermined compression sensing matrix (Compressive measurement matrix)

상세하게는, 상기 신호 처리부(200)의 압축센싱 기법은 도 4에 도시된 바와 같이, 선형적 측정 모델을 통해서 데이터 측정이 진행된다. 원 측정값인 x를 M*N (N=원신호의 데이터 크기, M=압축센싱 신호의 데이터 크기) 형태의 2차 행렬 연산 과정을 통해 압축된 압축센싱 신호를 생성할 수 있으며,More specifically, as shown in FIG. 4, the compression sensing technique of the signal processing unit 200 performs data measurement through a linear measurement model. It is possible to generate a compressed sensing signal through a second matrix operation process in the form of a raw measurement value x, M * N (N = data size of original signal and M = data size of compression sensing signal)

이 때, 상기 압축센싱 측정행렬 Ф는 RIP(Restricted Isometry Property) 조건에 만족하는 것이 바람직하다. RIP 조건이란, 압축센싱 측정행렬 Ф가 원 측정값 x를 균일한 에너지로 투사하는 것이며, 일정한 에너지로 투사된 신호는 안정적인 압축과 복원이 가능하게 된다. 이에 따라, 생성된 상기 압축센싱 신호는 아날로그 신호인 원 측정값 x의 성질과 특성을 그대로 반영하고 있어, 추가적인 복원과정 없이, 압축된 상기 압축센싱 신호를 그대로 이용하여 측정 대상물의 상태진단을 수행할 수 있다.At this time, it is preferable that the compression sensing measurement matrix? Satisfy the RIP (Restricted Isometry Property) condition. The RIP condition is that the compression sensing measurement matrix Φ projects the original measured value x with a uniform energy, and the signal projected with a constant energy can be compressed and restored reliably. Accordingly, the generated compression sensing signal reflects the properties and characteristics of the original measurement value x, which is an analog signal, and performs the condition diagnosis of the measurement object using the compressed sensing signal as it is .

이 때, 보편적으로 RIP 조건을 충족시키는 측정행렬의 종류는 Random Gaussian 행렬과 Random Binary 행렬과 같은 행렬 내 성분들이 랜덤(불규칙적)으로 분포되어 있는 행렬이며, 이는 압축센싱 과정이 일정한 샘플링 주파수로 데이터를 측정하는 과정이 아닌 랜덤으로 데이터를 측정하는 과정임을 의미한다.In this case, the types of the measurement matrix that generally satisfy the RIP condition are a matrix in which matrix components such as a Random Gaussian matrix and a Random Binary matrix are distributed randomly (irregularly). This is because the compression- This means that it is a process of measuring data at random rather than a process of measuring.

연속적으로 진행되는 압축센싱 과정에서 측정신호의 길이가 증가함에 따라, 측정행렬의 크기가 비약적으로 증가하게 되면서 필연적으로 저장 메모리의 증가와 시스템 처리의 복잡성이 증가하게 된다.As the length of the measurement signal increases in the continuous compression sensing process, the size of the measurement matrix drastically increases, which inevitably increases the storage memory and the complexity of the system processing.

이에 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템의 경우, 회전체 상대 진단에 적합한 데이터 크기와 최적 압축비를 고려하여, 상술한 바와 같이, x를 M*N 형태의 측정행렬을 초기에 설정함으로써, 데이터 처리의 복잡성과 저장 메모리 증가 문제를 용이하게 해결할 수 있다.On the other hand, in the case of the state-of-the-art diagnosis system for a compression sensing infrastructure according to an embodiment of the present invention, considering the data size and optimal compression ratio suitable for relative diagnosis of the rotating body, By initially setting the matrix, the problem of data processing complexity and storage memory increase can be easily solved.

또한, 보편적으로 압축센싱에서의 측정행렬 성분의 배열 형태를, 매 측정 시마다 변하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템은 일정한 측정행렬을 사용하기 때문에, 더 높은 정확성으로 구조물의 결함 판별이 가능한 장점이 있다.In addition, although the arrangement form of the measurement matrix components in the universal compression sensing varies from one measurement to another, the compression sensing infrastructure condition diagnosis system according to the embodiment of the present invention uses a constant measurement matrix, There is an advantage that defect can be discriminated.

상기 분석부(300)는 상기 신호 처리부(200)로부터 전달받은 상기 압축센싱 신호를 분석하여, 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행할 수 있다.The analysis unit 300 may analyze the state of the measurement object by analyzing the compression sensing signal received from the signal processing unit 200.

상세하게는, 상기 분석부(300)는 상기 측정 대상물의 상태를 정량적으로 나타내도록 미리 설정된 신호 특징에 상기 신호 처리부(200)로부터 전달받은 압축센싱 신호를 대입시켜, 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행하여 손상 발생 여부를 판별할 수 있으며, 더 나아가, 손상 부위까지 판단할 수 있다.In detail, the analysis unit 300 substitutes a compression sensing signal received from the signal processing unit 200 into signal characteristics previously set so as to quantitatively indicate the state of the measurement object, thereby diagnosing the state of the measurement object It is possible to judge whether or not the damage has occurred, and furthermore, the damaged area can be judged.

즉, 상기 분석부(300)는 통계학적 상태진단 기법을 이용하여, 하기의 표 1과 같이, 상기 측정 대상물의 상태를 정량적으로 나타낼 수 있는 다양한 신호 특징을 미리 설정하고, 상기 압축센싱 신호에서 상기 신호 특징 값들의 통계학적 분포를 분석하여, 손상 발생 여부를 판별할 수 있다.That is, the analyzer 300 may set various signal characteristics that can quantitatively indicate the state of the measurement object, as shown in Table 1 below, using the statistical diagnostic method, The statistical distribution of the signal feature values can be analyzed to determine whether the damage has occurred.

또한, 일치되는 신호 특징에 따라 손상 부위까지 판단할 수 있다.In addition, it is possible to judge the damaged part according to the matching signal characteristic.

FeaturesFeatures FormulaFormula FeaturesFeatures FormulaFormula P1P1

Figure pat00002
Figure pat00002
P11P11
Figure pat00003
Figure pat00003
P2P2
Figure pat00004
Figure pat00004
P12P12
Figure pat00005
Figure pat00005
P3P3
Figure pat00006
Figure pat00006
P13P13
Figure pat00007
Figure pat00007
P4P4
Figure pat00008
Figure pat00008
P14P14
Figure pat00009
Figure pat00009
P5P5
Figure pat00010
Figure pat00010
P15P15
Figure pat00011
Figure pat00011
P6P6
Figure pat00012
Figure pat00012
P16P16
Figure pat00013
Figure pat00013
P7P7
Figure pat00014
Figure pat00014
P17P17
Figure pat00015
Figure pat00015
P8P8
Figure pat00016
Figure pat00016
P18P18
Figure pat00017
Figure pat00017
P9P9
Figure pat00018
Figure pat00018
P19P19
Figure pat00019
Figure pat00019
P10P10
Figure pat00020
Figure pat00020
P20P20
Figure pat00021
Figure pat00021

이 때, 상기의 표 1과 같이, 미리 설정된 다양한 신호특징은 시간영역의 신호 특징을 나타내는 것이 보편적이다.At this time, as shown in Table 1, it is common that various signal characteristics set in advance indicate signal characteristics in the time domain.

더불어, 상기 분석부(300)는 미리 설정된 ROC(Receiver operating Characteristic) 선도 분석기법을 이용하여, 상기 신호 처리부(200)로부터 전달받은 압축센싱 신호에 대해 2개의 통계학적 모델을 생성하여, 상기 통계학적 모델들의 중첩정도에 따라 상기 측정 대상물의 손상 분류에 대한 민감성 및 손상 심화도를 판단할 수 있다.In addition, the analysis unit 300 generates two statistical models for the compression sensing signal transmitted from the signal processing unit 200 using a preset ROC (Receiver Operating Characteristic) analysis scheme, The degree of sensitivity and degree of damage to the damage classification of the measurement object can be determined according to the degree of overlapping of the models.

상세하게는, 상기 분석부(300)는 상기 ROC 선도 분석기법을 이용하여, 상기 압축센싱 신호에 대해 도 5와 같이, 2개의 통계학적 모델을 생성할 수 있다. 상태진단 기준선을 기준으로 2개의 통계학적 모델의 중첩정도를 판단하고 하기의 수학식2를 통해서 2개의 통계학적 모델의 중첩정도의 민감도(Sensitivity)와 특이도(Specificity)를 산출할 수 있다.In detail, the analysis unit 300 can generate two statistical models for the compression sensing signal, as shown in FIG. 5, using the ROC line analysis technique. The degree of overlap of two statistical models can be determined based on the state diagnostic reference line and the sensitivity and specificity of the degree of overlap of two statistical models can be calculated through Equation (2) below.

Figure pat00022
Figure pat00022

Figure pat00023
Figure pat00023

산출한 민감도와 특이도를 통해 도 6과 같이, ROC 선도(curve)를 구할 수 있다. ROC 선도의 면적에 해당하는 값은 AUC(Area Under Curve)값으로 정의할 수 있으며, AUC값을 통해서 2개의 통계학적 모델의 중첩정도를 정량적으로 표현할 수 있다. 이를 통해서, 상기 측정 대상물의 손상에 따른 손상 분류의 민감성을 파악할 수 있으며, 손상 심화도까지 파악할 수 있다.Based on the calculated sensitivity and specificity, the ROC curve can be obtained as shown in FIG. The value corresponding to the area of the ROC line can be defined as the Area Under Curve (AUC) value, and the degree of overlap of the two statistical models can be quantitatively expressed through the AUC value. Accordingly, the sensitivity of the damage classification due to damage of the measurement object can be grasped, and the degree of damage can be grasped.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2를 참고로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법을 상세히 설명한다.2 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a state of a structure based on a compression sensing according to an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 2, a method for diagnosing a state of a compression sensing based structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 진동 측정 단계(S100), 압축센싱 단계(S200) 및 상태진단 단계(S300)로 이루어질 수 있다.The method for diagnosing a state of a compression sensing infrastructure according to an embodiment of the present invention may include a vibration measurement step S100, a compression sensing step S200, and a state diagnosis step S300, as shown in FIG.

각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each step,

상기 진동 측정 단계(S100)는 상기 진동 센서부(100)을 통해서, 상기 측정 대상물에서 발생되는 진동을 측정할 수 있다.The vibration measurement step (S100) can measure the vibration generated in the measurement object through the vibration sensor unit (100).

상기 신호 처리부(200)에서, 상기 압축센싱 단계(S200)는 상기 진동 측정 단계(S100)에 의해 측정된 측정값을 전달받아, 미리 설정된 압축센싱(Compressive sensing) 기법을 적용시켜, 압축센싱 신호(Compressive measurement)로 생성할 수 있다.In the signal processing unit 200, the compression sensing step S200 receives a measurement value measured by the vibration measuring step S100 and applies a predetermined compression sensing technique to the compression sensing signal S200, Compressive measurement.

상기 압축센싱 단계(S200)는 상기 진동 측정 단계(S100)로부터 전달받은 측정값 중 '0'을 제외한 나머지 측정값에 대해서 상기 압축센싱 기법을 적용시켜, 정규분포를 갖는 2차 행렬 연산과정을 통해 상기 압축센싱 신호를 생성할 수 있다.In the compression sensing step S200, the compression sensing technique is applied to the remaining measurement values except for '0' among the measurement values received from the vibration measurement step S100, and a second matrix calculation process having a normal distribution is performed The compression sensing signal can be generated.

정류분포를 갖는 2차 행렬은 상기의 수학식 1과 같이 정의한다.The quadratic matrix having the rectification distribution is defined as Equation (1).

상세하게는, 상기 압축센싱 단계(S200)의 압축센싱 기법은 도 4에 도시된 바와 같이, 선형적 측정 모델을 통해서 데이터 측정이 진행된다. 원 측정값인 x를 M*N 형태의 정류분포를 갖는 2차 행렬 연산 과정을 통해 압축된 압축센싱 신호를 생성할 수 있으며,More specifically, as shown in FIG. 4, the compression sensing method of the compression sensing step (S200) proceeds with data measurement through a linear measurement model. The compressed sensing signal can be generated through a second matrix operation with a rectified distribution of x * M * N,

이 때, 상기 압축센싱 측정행렬 Ф는 RIP(Restricted Isometry Property) 조건에 만족하는 것이 바람직하다. RIP 조건이란, 압축센싱 측정행렬 Ф가 원 측정값 x를 균일한 에너지로 투사하는 것이며, 일정한 에너지로 투사된 신호는 안정적인 압축과 복원이 가능하게 된다. 이에 따라, 생성된 상기 압축센싱 신호는 아날로그 신호인 원 측정값 x의 성질과 특성을 그대로 반영하고 있어, 추가적인 복원과정 없이, 압축된 상기 압축센싱 신호를 그대로 이용하여 측정 대상물의 상태진단을 수행할 수 있다.At this time, it is preferable that the compression sensing measurement matrix? Satisfy the RIP (Restricted Isometry Property) condition. The RIP condition is that the compression sensing measurement matrix Φ projects the original measured value x with a uniform energy, and the signal projected with a constant energy can be compressed and restored reliably. Accordingly, the generated compression sensing signal reflects the properties and characteristics of the original measurement value x, which is an analog signal, and performs the condition diagnosis of the measurement object using the compressed sensing signal as it is .

상기 분석부(300)에서, 상기 상태진단 단계(S300)는 상기 압축센싱 단계(S200)에 의해 전달받은 상기 압축센싱 신호를 분석하여, 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행할 수 있다.In the analysis unit 300, the state diagnosis step S300 may analyze the state of the measurement object by analyzing the compression sensing signal transmitted in the compression sensing step S200.

상기 상태진단 단계(S300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 정량 분석 단계(S310) 및 ROC 분석 단계(S320)로 이루어지는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the state diagnosis step S300 preferably includes a quantitative analysis step S310 and an ROC analysis step S320.

상기 정량 분석 단계(S310)는 상기 측정 대상물의 상태를 정량적으로 나타내도록 미리 설정된 신호 특징에 상기 압축센싱 단계(S200)에 의해 전달받은 압축센싱 신호를 대입시켜, 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행하여 손상 발생 여부를 판별할 수 있으며, 더 나아가, 손상 부위까지 판단할 수 있다.In the quantitative analysis step S310, the state of the measurement object is diagnosed by substituting the compression sensing signal transmitted by the compression sensing step S200 on a signal characteristic preset to quantitatively indicate the state of the measurement object It is possible to determine whether or not the damage has occurred, and furthermore, the damaged area can be judged.

상기 정량 분석 단계(S310)는 통계학적 상태진단 기법을 이용하여, 상기의 표 1과 같이, 상기 측정 대상물의 상태를 정량적으로 나타낼 수 있는 다양한 신호 특징을 미리 설정하고, 상기 압축센싱 신호에서 상기 신호 특징 값들의 통계학적 분포를 분석하여, 손상 발생 여부를 판별할 수 있다.In the quantitative analysis step S310, various signal characteristics capable of quantitatively indicating the state of the measurement object are set in advance, as shown in Table 1, using statistical condition diagnosis techniques, and the signal The statistical distribution of the feature values can be analyzed to determine whether the damage has occurred.

또한, 일치되는 신호 특징에 따라 손상 부위까지 판단할 수 있다.In addition, it is possible to judge the damaged part according to the matching signal characteristic.

상기 ROC 분석 단계(S320)는 미리 설정된 ROC 선도 분석기법을 이용하여, 상기 압축센싱 단계(S200)에 의해 전달받은 압축센싱 신호에 대해 2개의 통계학적 모델을 생성하여, 상기 통계학적 모델들의 중첩정도에 따라 상기 측정 대상물의 손상 분류에 대한 민감성 및 손상 심화도를 판단할 수 있다.The ROC analysis step (S320) generates two statistical models for the compression sensing signal transmitted by the compression sensing step (S200) using a preset ROC line analysis technique, and calculates the overlapping degree of the statistical models The degree of sensitivity and degree of damage to the damage classification of the measurement object can be determined.

상세하게는, 상기 ROC 분석 단계(S320)는 상기 ROC 선도 분석기법을 이용하여, 상기 압축센싱 신호에 대해 도 5와 같이, 2개의 통계학적 모델을 생성할 수 있다. 상태진단 기준선을 기준으로 2개의 통계학적 모델의 중첩정도를 판단하고 상기의 수학식2를 통해서 2개의 통계학적 모델의 중첩정도의 민감도(Sensitivity)와 특이도(Specificity)를 산출할 수 있다.In more detail, the ROC analysis step (S320) may generate two statistical models for the compression sensing signal, as shown in FIG. 5, using the ROC line analysis technique. The degree of overlap of two statistical models is determined based on the state diagnostic baseline and the sensitivity and specificity of the degree of overlap of the two statistical models can be calculated through Equation (2).

산출한 민감도와 특이도를 통해 도 6과 같이, ROC 선도(curve)를 구할 수 있다. ROC 선도의 면적에 해당하는 값은 AUC(Area Under Curve)값으로 정의할 수 있으며, AUC값을 통해서 2개의 통계학적 모델의 중첩정도를 정량적으로 표현할 수 있다. 이를 통해서, 상기 측정 대상물의 손상에 따른 손상 분류의 민감성을 파악할 수 있으며, 손상 심화도까지 파악할 수 있다.Based on the calculated sensitivity and specificity, the ROC curve can be obtained as shown in FIG. The value corresponding to the area of the ROC line can be defined as the Area Under Curve (AUC) value, and the degree of overlap of the two statistical models can be quantitatively expressed through the AUC value. Accordingly, the sensitivity of the damage classification due to damage of the measurement object can be grasped, and the degree of damage can be grasped.

종래의 상태진단 시스템에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템 및 그 방법은 측정 샘플링 주파수 대비 매우 적은 데이터 값으로 정확하게 측정 대상물의 상태를 진단(파악) 가능하다는 것을 확인하기 위하여, 실험 결과, 도 7 및 도 8과 같이, 비교 결과를 확인할 수 있다.Compared to the conventional state diagnosis system, the system for diagnosing state of the structure of the compression sensing infrastructure according to the embodiment of the present invention and the method thereof can confirm (diagnose) the state of the measurement object accurately with a very small data value as compared with the measurement sampling frequency As a result of the experiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the comparison result can be confirmed.

상세하게는, 도 7은 Shannon-Nyquist 샘플링 주파수를 기반으로 측정된 데이터에서 추출한 정상과 베어링 결함의 신호특징과, Shannon-Nyquist 샘플링 주파수 대비 1/4에 해당하는 압축센싱 신호로 추출한 정상과 베어링 결함의 신호특징을 나타낸 도면이다.In detail, FIG. 7 shows the signal characteristics of the normal and bearing defects extracted from the data measured based on the Shannon-Nyquist sampling frequency, the normal and bearing defects extracted by the compression sensing signal corresponding to 1/4 of the Shannon-Nyquist sampling frequency Fig.

도 7에 도시된 바와 같이, 정상과 결함의 신호특징값 차이가 유사함을 확인할 수 있으며, 상세하게는, Shannon-Nyquist 샘플링 주파수를 기반으로 측정된 데이터에서 추출한 정상과 베어링 결함의 신호특징의 경우, 정상과 결함의 신호특징값 차이가 약 1.91배이며, Shannon-Nyquist 샘플링 주파수 대비 1/4에 해당하는 압축센싱 신호로 추출한 정상과 베어링 결함의 신호특징의 경우, 정상과 결함의 신호특징값 차이가 약 1.97배인 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the difference in the signal characteristic values between the normal and the defect is similar. More specifically, in the case of the signal characteristics of the normal and the bearing defects extracted from the data measured based on the Shannon-Nyquist sampling frequency , The signal feature value difference between normal and defect is about 1.91 times, and in case of signal characteristics of normal and bearing defect extracted by compression sensing signal corresponding to 1/4 of Shannon-Nyquist sampling frequency, Can be confirmed to be about 1.97 times.

또한, 도 8은 Shannon-Nyquist 샘플링 주파수를 기반으로 측정된 데이터의 정상 및 베어링 결함 상태의 ROC 곡선의 AUC 값과, Shannon-Nyquist 샘플링 주파수 대비 1/4에 해당하는 압축센싱 신호로 측정된 데이터의 정상 및 베어링 결함 상태의 ROC 곡선의 AUC 값을 나타낸 도면이다.8 is a graph showing the relationship between the AUC value of the ROC curve of the normal and bearing defect states of the data measured based on the Shannon-Nyquist sampling frequency and the AUC value of the data measured with the compression sensing signal corresponding to 1/4 of the Shannon- Lt; RTI ID = 0.0 > ROC < / RTI > curve of normal and bearing fault conditions.

도 8에 도시된 바와 같이, 통계학적 모델의 분포 개형과 ROC 곡선의 AUC값이 손상 발생 부위, 손상 종류에 따라 모두 일치함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 8, it can be seen that the distribution model of the statistical model and the AUC value of the ROC curve coincide with each other according to the damaged area and the type of damage.

이를 통해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축센싱 기반 상태 진단 시스템 및 그 방법이 종래의 상태진단 시스템과 동일한 진단 결과를 도출하면서도, 저비용의 낮은 주파수 영역대의 DAQ 장비 구성이 가능하며, 종래의 상태진단 시스템 대비 신호 처리 및 에너지 효율이 비약적으로 상승하는 효과가 있다.Accordingly, it is possible to construct a low-cost, low-frequency-area DAQ device while deriving the same diagnosis result as that of the conventional state diagnostic system, and a compression-sensing-based condition diagnosis system and method thereof according to an embodiment of the present invention, There is an effect that the signal processing and the energy efficiency are remarkably increased as compared with the diagnostic system.

또한, 상술한 바와 같이, 압축된 압축센싱 신호의 복원 과정이 필요치 않아, 복원하는 과정에서 발생되는 오류를 최소화할 수 있어 효율적으로 적용이 가능한 장점이 있다.In addition, as described above, there is no need to restore a compressed compression sensing signal, so that an error generated in a restoration process can be minimized, and thus, it can be efficiently applied.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, it is to be understood that the subject matter of the present invention is not limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims are included in the scope of the present invention will be.

100 : 진동 센서부
200 : 신호 처리부
300 : 분석부
100: vibration sensor unit
200: Signal processor
300: Analysis section

Claims (7)

측정 대상물에 구비되어, 상기 측정 대상물에서 발생되는 진동을 측정하는 다수의 진동센서를 포함하는 진동 센서부(100);
상기 진동 센서부(100)로부터 측정된 측정값을 전달받아 기설정된 압축센싱(Compressive sensing) 기법을 활용하여 압축센싱 신호(Compressive measurement)로 생성하는 신호 처리부(200); 및
상기 신호 처리부(200)로부터 전달받은 상기 압축센싱 신호를 분석하여, 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행하는 분석부(300);
를 포함하는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템.
A vibration sensor unit (100) comprising: a vibration sensor unit (100) including a plurality of vibration sensors provided on a measurement object to measure vibrations generated in the measurement object;
A signal processor 200 receiving the measurement values measured by the vibration sensor 100 and generating a compressed sensing signal using a compressive sensing technique; And
An analysis unit (300) for analyzing the compression sensing signal transmitted from the signal processing unit (200) and diagnosing the state of the measurement object;
And a system for diagnosing condition of a structure of a compression sensing infrastructure.
제 1항에 있어서,
상기 신호 처리부(200)는
상기 진동 센서부(100)로부터 전달받은 측정값 중 '0'을 제외한 나머지 측정값에 대해서 압축센싱 기법을 활용하여, 정규분포를 갖는 2차 행렬(y = Фx) 연산과정을 통해 상기 압축센싱 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템.
(여기서, y는 압축센싱 신호,
x는 원 측정값(측정 신호),
Ф는 기설정된 압축센싱 측정행렬(Compressive measurement matrix))
The method according to claim 1,
The signal processing unit 200
(Y = [phi] x) calculation process using a compression sensing technique for the remaining measured values except for '0' among the measured values transmitted from the vibration sensor unit 100, Wherein the system is configured to generate the state of the compression sensing based structure.
(Where y is a compression sensing signal,
x is the original measurement (measurement signal),
Ф is a predetermined compression sensing matrix (Compressive measurement matrix)
제 1항에 있어서,
상기 분석부(300)는
상기 측정 대상물의 상태를 정량적으로 나타내도록 기설정된 신호 특징에 상기 신호 처리부(200)로부터 전달받은 압축센싱 신호를 대입시켜, 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행하여, 손상 발생 여부를 판별하고, 손상 부위를 판단하는 것을 특징으로 하는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템.
The method according to claim 1,
The analyzing unit 300
The state of the measurement object is diagnosed by substituting the compression sensing signal transmitted from the signal processing unit 200 into the predetermined signal characteristic so as to quantitatively indicate the state of the measurement object, Based on the result of the comparison.
제 3항에 있어서,
상기 분석부(300)는
기설정된 ROC(Receiver operating Characteristic) 선도 분석기법을 이용하여, 상기 신호 처리부(200)로부터 전달받은 압축센싱 신호에 대해 2개의 통계학적 모델을 생성하여, 상기 통계학적 모델들의 중첩정도에 따라 상기 측정 대상물의 손상 분류에 대한 민감성 및 손상 심화도를 판단하는 것을 특징으로 하는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 시스템.
The method of claim 3,
The analyzing unit 300
And generates two statistical models for the compression sensing signal transmitted from the signal processing unit 200 by using a predetermined ROC (Receiver Operating Characteristic) leading analysis technique, Wherein the sensitivity and the degree of intensification of the damage classification of the damage detection system are determined.
측정 대상물에 구비된 다수의 진동센서로부터 상기 측정 대상물에서 발생되는 진동을 측정하는 진동 측정 단계(S100);
상기 진동 측정 단계(S100)에서 측정된 측정값을 기설정된 압축센싱(Compressive sensing) 기법을 활용하여 압축센싱 신호(Compressive measurement)를 생성하는 압축센싱 단계(S200); 및
상기 압축센싱 단계(S200)에서 생성한 상기 압축센싱 신호를 분석하여 상기 측정 대상물의 상태진단을 수행하는 상태진단 단계(S300);
를 포함하는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법.
A vibration measuring step (S100) of measuring vibrations generated in the measurement object from a plurality of vibration sensors provided in the measurement object;
A compression sensing step (S200) of generating a compression sensing signal by using a predetermined compression sensing technique based on the measured value measured in the vibration measuring step (S100); And
A state diagnosis step (S300) of analyzing the compression sensing signal generated in the compression sensing step (S200) and performing a state diagnosis of the measurement object;
Wherein the method comprises the steps of:
제 5항에 있어서,
상기 압축센싱 단계(S200)는
상기 진동 측정 단계(S100)로부터 전달받은 측정값 중 '0'을 제외한 나머지 측정값에 대해서 압축센싱 기법을 활용하여, 정규분포를 갖는 2차 행렬(y = Фx) 연산과정을 통해 상기 압축센싱 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법.
(여기서, y는 압축센싱 신호,
x는 원 측정값(측정 신호),
Ф는 기설정된 압축센싱 측정행렬(Compressive measurement matrix))
6. The method of claim 5,
The compression sensing step (S200)
(Y = [phi] x) calculation process using a compression sensing technique for the remaining measurement values except for '0' among the measurement values received from the vibration measurement step S100, Based on the first signal and the second signal.
(Where y is a compression sensing signal,
x is the original measurement (measurement signal),
Ф is a predetermined compression sensing matrix (Compressive measurement matrix)
제 5항에 있어서,
상기 상태진단 단계(S300)는
상기 압축센싱 단계(S200)로부터 전달받은 상기 압축센싱 신호를 상기 측정 대상물의 상태를 정량적으로 나타내도록 기설정된 신호 특징에 대입시켜, 상기 측정 대상물의 손상 발생 여부를 판별하고, 손상 부위를 판단하는 정량 분석 단계(S310); 및
기설정된 ROC(Receiver operating Characteristic) 선도 분석기법을 이용하여, 상기 압축센싱 신호에 대해 2개의 통계학적 모델을 생성한 후, 상기 통계학적 모델들의 중첩정도에 따라 상기 측정 대상물의 손상 분류에 대한 민감성 및 손상 심화도를 판단하는 ROC 분석 단계(S320);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축센싱 기반 구조물 상태진단 방법.
6. The method of claim 5,
The state diagnosis step (S300)
The compression sensing signal transmitted from the compression sensing step (S200) is substituted into a predetermined signal characteristic to quantitatively indicate the state of the measurement object to determine whether or not a damage has occurred to the measurement object, Analysis step S310; And
The method comprising: generating two statistical models for the compression sensing signal using a pre-established ROC (Receiver Operating Characteristic) leading analysis technique; and then, based on the degree of overlap of the statistical models, An ROC analysis step (S320) of judging the degree of damage intensification;
Wherein the first and second sensors are configured to detect the state of the structure based on the compression sensing.
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