KR20210150115A - Vibration measuring devices for ships structure using smart sensors, methods of measuring using them, and ships applying them - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 진동과 소음 측정 및 모니터링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운항중인 선박의 주요 구조물에 스마트센서를 부착하고, 선박 구조물의 진동을 실시간으로 해석하여 측정하는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to vibration and noise measurement and monitoring, and more particularly, to a system for attaching a smart sensor to a main structure of a ship in operation and analyzing and measuring the vibration of a ship structure in real time.
최근 대양을 운항하는 선박(예 : 컨테이너선, 유조선, LNG선 등)에 대해 스마트 쉽(Smart Ship) 기술을 적용하는 사례가 증가하고 있다. 스마트 쉽은 선박에 운항데이터 수집장비와 위성통신 전송모듈을 설치하여 선박의 중요 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 데이터베이스화하고 자산화하는 기술이다. 또한, 수집된 선박항해 데이터는 위성을 통해 육상관제본부에 전송됨으로써, 운영자의 의사결정에 활용되고 있다. Recently, cases of applying smart ship technology to ships operating in the ocean (eg, container ships, oil tankers, LNG carriers, etc.) are increasing. Smart ship is a technology that collects important data of a ship by installing navigation data collection equipment and satellite communication transmission module on a ship, and makes the collected data into a database and asset. In addition, the collected ship navigation data is transmitted to the land control center through satellite, and thus is utilized for operator decision making.
이러한 관점에서, 운항중인 선박에 대해 수집되는 데이터는 전력, 통신, 진동, 소음, 유량, 속도, 위치, 기상 등 다양하다. 이들중 선박의 안전 및 운항일정에 가장 큰 영향을 미치는 것은 선박의 엔진, 발전기, 보일러, 펌프 등의 기계 부품류 및 전체 선박구조물의 변형과 진동이다. From this point of view, data collected for a vessel in operation are various, such as power, communication, vibration, noise, flow rate, speed, location, weather, and the like. Among them, the biggest influence on the safety and operation schedule of a ship is the deformation and vibration of the ship's engine, generator, boiler, pump, and other mechanical parts and the entire ship structure.
선박의 엔진, 발전기, 보일러 등의 기계 부품류는 운항 기간(예 20일 ~ 40일) 동안 멈춤없이 24시간 동작된다. 따라서, 운전중 운전 상태에 대해 지속적인 모니터링 및 유지관리가 필요하다. 이러한 모니터링중 선박 엔진, 발전기, 보일러, 펌프로 부터 발생되는 진동과 소음은 정상 동작여부, 유지보수의 예측을 판단하는데 산업표준의 파라미터가 된다(Condition monitoring and diagnostics of machines, ISO.FDIS 17359:2002(E) 참조). Machine parts such as engines, generators, and boilers of ships operate 24 hours a day without stopping during the operation period (eg 20 to 40 days). Therefore, continuous monitoring and maintenance of the operating state during operation is required. During such monitoring, vibration and noise generated from marine engines, generators, boilers, and pumps become industry standard parameters for judging normal operation and maintenance prediction (Condition monitoring and diagnostics of machines, ISO.FDIS 17359:2002). See (E)).
아울러, 선박 구조물(선박의 선두, 유류 저장탱크, 격벽, 선실이나 객실 등)은 운항중 화물의 중량, 파도, 바람, 운항 속도 등에 따라 끊임없이 탄성 변형과 진동을 반복한다. 특히, 고정적으로 설치된 기계류와 달리 선박은 물위에 떠 있기 때문에 모든 방향(3축 각각의 인장, 압축과 굽힘, 3축각각의 비틀림 모멘트)으로 변형과 진동이 발생할 수 있고, 이러한 변형과 진동은 각각 독립적이기 보다는 상호 복합적으로 작용하여 공진을 일으킬 수 있다. 또한, 허용치 이내의 변형과 진동이라 하더라도 장시간에 걸친 운항으로 피로파괴가 일어날 수 있는 위험도 있다. In addition, ship structures (head of the ship, oil storage tanks, bulkheads, cabins, cabins, etc.) constantly repeat elastic deformation and vibration according to the weight of cargo, waves, wind, and operating speed during operation. In particular, unlike fixedly installed machinery, since a ship floats on water, deformation and vibration may occur in all directions (tension, compression and bending, and torsional moment for each of the three axes). Rather than being independent, they may act in combination with each other to cause resonance. In addition, there is a risk that fatigue failure may occur due to long-term operation even if the deformation and vibration are within the allowable values.
이를 위해, 기계류나 선박 구조물에 부착하여 사용할 수 있는 다양한 진동센서나 음향센서들이 제공되고 있다. 그러나, 각각의 진동센서나 음향센서 마다, 배선을 연결하여야 해서 1회성 모니터링은 가능했으나 상시적인 모니터링은 어려웠다. 특히 철재로 제작된 협소한 공간이면서 방수를 감안하여 제작된 선박의 내부공간이라는 점을 감안하면, 이미 운항중인 선박에 대해 추가적으로 센서 배선을 하는 것은 거의 불가능하다. To this end, various vibration sensors or acoustic sensors that can be attached to machinery or ship structures are provided. However, one-time monitoring was possible because wiring had to be connected for each vibration sensor or acoustic sensor, but regular monitoring was difficult. In particular, considering that it is a narrow space made of steel and an internal space of a ship made with waterproofing in mind, it is almost impossible to additionally wire the sensor to a ship that is already in operation.
또한, 진동과 소음에 관해 24시간 모니터링 하는 경우 대량의 데이터가 발생하는데, 이는 온도 또는 압력센서 등 일반 센서와 달리 진동과 소음센서의 신호는 다량의 데이터를 획득하여야만 이를 이용하여 주파수분석이 가능하기 때문이다. 주파수분석과정에서 주파수분석분해능을 높이기 위해서는 많은 수의 시간데이터를 필요로 하며 이때 주파수분석을 위한 FFT의 계산복잡도는 아래식과 같이 표현된다. In addition, when monitoring vibration and noise for 24 hours, a large amount of data is generated. Unlike general sensors such as temperature or pressure sensors, the signals of vibration and noise sensors must acquire a large amount of data before frequency analysis is possible. Because. In order to increase the frequency analysis resolution in the frequency analysis process, a large number of time data is required. In this case, the computational complexity of the FFT for frequency analysis is expressed as the following equation.
FFT 계산복잡도 = N log2 NFFT computational complexity = N log 2 N
이 식에 따르면 처리데이터수(N))가 2,048개의 경우에 비하여 N이 32,000인 경우 약 21.26배로 계산복잡도가 높아지고, 이는 계산량의 증가에 따라 CPU, Memory 등의 하드웨어, 소프트웨어 등의 성능제약과 더불어 분석결과가 나오는데까지 시간지연이 발생하게 된다. 아울러, 이를 전송, 처리 및 저장하기 위해서는 대규모의 컴퓨터 리소스(Resource)를 필요로 한다. According to this formula, the computational complexity increases by about 21.26 times when N is 32,000 compared to the case where the number of processed data (N)) is 2,048. There is a time delay until the analysis results are displayed. In addition, a large-scale computer resource is required to transmit, process, and store them.
또한, 종래의 진동 센서 또는 소음 센서에서 측정된 신호는 RAW 데이터 형태 그대로 전송되었다. 그런데, RAW 데이터를 무선으로 전송하는 과정에서 손상이 발생하여 RAW 데이터의 일부가 누락되거나 변형되더라도 수신측에서 이를 확인할 수 없었다. 이로 인해, 진동과 소음에 대한 이상 유무의 판단은 잘못된 데이터를 이용할 수 밖에 없었다. In addition, the signal measured by the conventional vibration sensor or noise sensor was transmitted in the form of RAW data. However, even if a part of the RAW data is missing or deformed due to damage in the process of wirelessly transmitting the RAW data, the receiver could not confirm it. For this reason, it was necessary to use erroneous data to determine whether there is an abnormality in vibration and noise.
따라서, 선박내에서 실현될 수 있는 효과적인 진동소음 모니터링을 위해서 최적의 모니터링 방법이나 시스템 구성에 연구개발이 필요한 실정이다. 더욱이 최근 스마트 쉽 기술분야에서는 운항중인 선박에서 발생하는 진동소음을 육상관제본부가 거의 실시간으로 공유하고자 하는 니즈(Needs)도 있다. Therefore, there is a need for R&D on an optimal monitoring method or system configuration for effective vibration and noise monitoring that can be realized in a ship. Moreover, in the recent smart ship technology field, there is a need for the land control headquarters to share the vibration noise generated by ships in operation in near real time.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 운항중인 선박의 진동과 소음을 상시적으로 해석하여 모니터링할 수 있는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치, 이를 이용한 측정방법 및 이를 적용한 선박을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and the object to be solved is the vibration of a ship structure using a smart sensor that can constantly analyze and monitor the vibration and noise of a ship in operation. To provide a measuring device, a measuring method using the same, and a ship to which the same is applied.
본 발명의 또 다른 목적은, 운항중인 선박 구조물의 진동과 소음을 측정함으로써 선박 전체의 진동모드를 해석할 수 있는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치, 이를 이용한 측정방법 및 이를 적용한 선박을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor capable of analyzing the vibration mode of the entire ship by measuring the vibration and noise of the ship structure in operation, a measuring method using the same, and a ship to which the same is applied will do
본 발명의 또 다른 목적은, 선박내에서 스마트 센서에 관한 배선을 생략하고, 통신에 관한 배선을 최소화하면서도, 통신중의 데이터 손상, 변형 등이 발생하지 않도록 RAW 데이터 형태가 아닌 파일 형태의 정보를 전송하도록 구성하여, 신규 선박 또는 운행중인 선박에 대해서도 설치가 가능한 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치, 이를 이용한 측정방법 및 이를 적용한 선박을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to omit the wiring related to the smart sensor in the ship and minimize the wiring related to communication, and to save data in the form of a file, not in the RAW data form, so that data damage or deformation during communication does not occur. It is to provide an apparatus for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor that is configured to transmit and can be installed even on a new ship or a ship in operation, a measurement method using the same, and a ship to which the same is applied.
본 발명의 또 다른 목적은, 선박내의 통신설비에 큰 부하로 작용하지 않으면서도 효과적으로 해석하여 모니터링할 수 있는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치, 이를 이용한 측정방법 및 이를 적용한 선박을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor that can effectively analyze and monitor without acting as a large load on communication facilities in the ship, a measuring method using the same, and a ship to which the same is applied .
본 발명의 또 다른 목적은, 운항중인 선박에서 발생하는 진동소음을 육상관제본부와 거의 실시간으로 공유할 수 있는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치, 이를 이용한 측정방법 및 이를 적용한 선박을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor that can share vibration noise generated by a ship in operation with a land control center in near real time, a measurement method using the same, and a ship to which the same is applied will be.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 선박 구조물의 복수 위치에 설치되는 스마트센서; 스마트센서와 데이터통신이 가능한 AP부; 및 AP부와 연결된 서버장치;를 포함하고, 스마트센서는, (i-1) 설치된 선물 구조물의 진동 또는 소음 중 하나를 측정하는 센서부; (i-2) 센서부의 측정신호에 기초하여 시간영역 데이터파일을 생성하는 시간데이터 파일생성부; 및 (i-3) 시간영역 데이터파일을 AP부로 송신하고, AP부로부터 제어명령을 수신하는 센서통신부;를 포함하고, 서버장치는, (ii-1) AP부로부터 수신된 상기 시간영역 데이터파일을 저장하는 저장부; (ii-2) 시간영역 데이터파일에 기초하여 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 진동해석및측정부; 및 (ii-3) 시간영역 데이터파일과 선박구조 측정부의 해석 결과를 위성으로 전송하는 위성통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치가 제공된다.In order to achieve the above technical task, a smart sensor installed in a plurality of locations of the ship structure; AP unit capable of data communication with smart sensors; and a server device connected to the AP unit; including, a smart sensor, (i-1) a sensor unit for measuring either vibration or noise of the installed gift structure; (i-2) a time data file generating unit for generating a time domain data file based on the measurement signal of the sensor unit; and (i-3) a sensor communication unit that transmits the time domain data file to the AP unit and receives a control command from the AP unit, wherein the server device includes, (ii-1) the time domain data file received from the AP unit. a storage unit for storing the (ii-2) a vibration analysis and measurement unit that analyzes and measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file; and (ii-3) a satellite communication unit for transmitting the time domain data file and the analysis result of the ship structure measurement unit to the satellite;
또한, 시간데이터 파일생성부는 30초 ~ 3분 범위에서 센서부의 신호를 수신하여 시간영역 데이터파일을 생성할 수 있다.In addition, the time data file generation unit may generate a time domain data file by receiving a signal from the sensor unit in a range of 30 seconds to 3 minutes.
또한, 시간데이터 파일생성부는 주기적으로 시간영역 데이터파일을 생성하거나 또는 서버장치로부터 출력되는 동기화명령에 따라 시간영역 데이터파일을 생성한다. In addition, the time data file generator periodically generates a time domain data file or generates a time domain data file according to a synchronization command output from the server device.
또한, 서버장치는, (ii-4) 미리 저장된 진동기준과 소음기준에 기초하여 시간영역 데이터파일을 비교하여 이상 여부를 판단하는 제어부; 및 (ii-5) 제어부의 판단 결과를 외부로 표출하는 알람부를 더 포함할 수 있다.In addition, the server device, (ii-4) a control unit for determining whether an abnormality by comparing the time-domain data file based on the vibration standard and the noise standard stored in advance; And (ii-5) may further include an alarm unit for expressing the determination result of the control unit to the outside.
또한, 서버장치는, (ii-6) 시간영역 데이터파일을 주파수영역 데이터로 변환하는 FFT부를 더 포함하고, 그리고 진동해석 및 측정부는 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터에 기초하여 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정한다.In addition, the server device further includes (ii-6) an FFT unit that converts the time domain data file into frequency domain data, and the vibration analysis and measurement unit measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file and the frequency domain data. interpret and measure
또한, 선박 구조물에 설치된 복수의 스마트센서와 유선으로 연결되며, AP부와 무선통신이 가능한 측정부를 더 포함할 수 있다.In addition, it is connected to a plurality of smart sensors installed in the ship structure by wire, and may further include a measurement unit capable of wireless communication with the AP unit.
또한, AP부는 복수개의 측정부와 무선통신이 가능하다.In addition, the AP unit is capable of wireless communication with a plurality of measurement units.
또한, 스마트센서는, 선박의 길이방향을 따라 설치되는 복수의 스마트센서이다.In addition, the smart sensor is a plurality of smart sensors installed along the longitudinal direction of the ship.
또한, 스마트센서는, 선박 구조물의 길이방향을 따라 선두에 설치되는 한쌍의 선두 스마트센서; 길이방향을 따라 선두 스마트센서의 후방에 설치되는 한쌍의 선미 스마트센서; 및 선두 스마트센서와 선미 스마트센서 사이에 설치되는 한쌍의 선중 스마트센서;를 포함할 수 있다.In addition, the smart sensor, a pair of leading smart sensors installed in the lead along the longitudinal direction of the ship structure; A pair of stern smart sensors installed at the rear of the leading smart sensor along the longitudinal direction; and a pair of smart sensors in the ship installed between the front smart sensor and the stern smart sensor.
또한, 스마트센서는, 선박의 높이방향을 따라 설치되는 복수의 스마트센서이다.In addition, the smart sensor is a plurality of smart sensors installed along the height direction of the ship.
또한, 스마트센서는, 선박의 폭 방향을 따라 좌현에 설치되는 좌현 스마트센서; 및 폭 방향을 따라 우현에 설치되는 우현 스마트센서;를 포함할 수 있다.In addition, the smart sensor, the port smart sensor installed on the port along the width direction of the ship; and a starboard smart sensor installed on the starboard along the width direction.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 또 다른 카테고리의 제 1 실시예로써, 전술한 진동 측정장치를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법에 있어서, 선박 구조물에 분산 배치된 복수의 스마트센서가 각 설치 위치에서의 진동 또는 소음을 측정하는 단계(S100); 스마트센서의 시간데이터 파일생성부가 측정된 신호에 기초하여 시간영역 데이터파일을 생성하는 단계(S110); 스마트센서의 센서통신부가 시간영역 데이터파일을 AP부로 전송하는 단계(S130); AP부가 시간영역 데이터파일을 서버장치로 전송하는 단계(S140); 및 서버장치가 시간영역 데이터파일에 기초하여 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 단계(S160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, as a first embodiment of another category, in the method for measuring the vibration of a ship structure using the above-described vibration measuring device, a plurality of smart sensors distributedly disposed in the ship structure are installed at each installation location. Measuring vibration or noise (S100); generating a time domain data file based on the signal measured by the time data file generation unit of the smart sensor (S110); Transmitting the time domain data file to the AP unit by the sensor communication unit of the smart sensor (S130); transmitting the time domain data file to the server device by the AP (S140); and the server device analyzing and measuring the vibration of the ship structure based on the time domain data file (S160).
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 또 다른 카테고리의 제 2 실시예로써, 전술한 진동 측정장치를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법에 있어서, 선박 구조물에 분산 배치된 복수의 스마트센서가 각 설치 위치에서의 진동 또는 소음을 측정하는 단계(S200); 스마트센서의 시간데이터 파일생성부가 측정된 신호에 기초하여 시간영역 데이터파일을 생성하는 단계(S210); 시간데이터 파일생성부가 시간영역 데이터파일을 측정부로 전송하는 단계(S220); 측정부가 복수의 시간영역 데이터파일을 AP부로 전송하는 단계(S230); AP부가 시간영역 데이터파일을 서버장치로 전송하는 단계(S240); 서버장치가 시간영역 데이터파일에 기초하여 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 단계(S260);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, as a second embodiment of another category, in the method for measuring the vibration of a ship structure using the above-described vibration measuring device, a plurality of smart sensors distributedly disposed in the ship structure are installed at each installation location. Measuring vibration or noise (S200); generating a time domain data file based on the signal measured by the time data file generation unit of the smart sensor (S210); Transmitting the time data file generation unit to the time domain data file to the measurement unit (S220); transmitting, by the measuring unit, a plurality of time domain data files to the AP unit (S230); transmitting the time domain data file to the server device by the AP (S240); The server device analyzes and measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file (S260); a method for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor is provided, comprising: a.
선택적으로, 해석 및 측정단계(S160, S260)는, FFT부가 시간영역 데이터파일을 주파수영역 데이터로 변환하는 단계(S150, S250)를 더 포함하고, 그리고 서버장치는 시간영역 데이터파일 및 주파수영역 데이터에 기초하여 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정할 수 있다.Optionally, the analyzing and measuring steps (S160, S260) further include the step (S150, S250) of the FFT unit converting the time-domain data file into the frequency-domain data, and the server device includes the time-domain data file and the frequency-domain data Based on this, vibrations of ship structures can be analyzed and measured.
선택적으로, 해석 및 측정단계(S160, S260)는, 서버장치의 진동해석 및 측정부가 선박 구조물의 진폭, 진동수, 변형, 감쇠 중 적어도 하나를 측정한다.Optionally, in the analysis and measurement steps (S160, S260), the vibration analysis and measurement unit of the server device measures at least one of the amplitude, frequency, deformation, and damping of the ship structure.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전술한 진동 측정장치를 갖는 것을 특징으로 하는 선박이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, there is provided a ship characterized in that it has the above-described vibration measuring device.
본 발명의 일실시예에 따르면, 선박의 진동과 소음을 24시간 무인으로 모니터링할 수 있어, 모니터링 인력을 최소화할 수 있다. 또한, 선박의 전체 구조물에 대한 다양한 진동 모드를 빠르고 직관적으로 파악할 수 있으므로 안전한 운항 조건을 결정하는데 도움이 될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to monitor the vibration and noise of the vessel unattended for 24 hours, so that the monitoring manpower can be minimized. In addition, since it is possible to quickly and intuitively grasp various vibration modes for the entire structure of the ship, it can be helpful in determining safe operating conditions.
또한, 선박내에서 스마트 센서에 관한 배선을 생략하고, 통신에 관한 배선을 최소화하여, 신규 선박 또는 운행중인 선박에 대해서도 설치가 가능하다.In addition, by omitting the wiring related to the smart sensor in the vessel and minimizing the wiring related to the communication, it is possible to install it on a new vessel or a vessel in operation.
그리고, 진동소음에 관한 데이터 파일을 최소화하고, 모니터링 주기를 최적화하여 선박내의 통신망에 큰 부하로 작용하지 않는다. 따라서, 대용량의 서버장치나 저장장치, 고속의 처리장치가 필요하지 않는 경제성이 있다. 아울러, 통신중의 데이터 손상, 변형 등이 발생하지 않도록 데이터 형태가 아닌 파일 형태의 정보를 전송하도록 구성하여 데이터의 신뢰성을 높이고, 확실한 신호 전달이 확보될 수 있는 효과가 있다. And, by minimizing the data file related to vibration and noise and optimizing the monitoring period, it does not act as a large load on the communication network in the ship. Accordingly, there is an economical efficiency that does not require a large-capacity server device, storage device, or high-speed processing device. In addition, there is an effect that data reliability can be improved and reliable signal transmission can be ensured by transmitting information in a file format instead of a data format so that data damage or deformation during communication does not occur.
그리고, 대양을 운항중인 선박에서 발생하는 진동소음을 육상관제본부와 거의 실시간으로 공유할 수 있으므로, 고장이나 비정상 상황이 발생하였을 때 외부 인력의 정확한 조언을 구할 수 있는 장점이 있다. In addition, since vibration noise generated from ships operating in the ocean can be shared with the land control center in almost real time, there is an advantage in that it is possible to obtain accurate advice from external personnel when a breakdown or abnormal situation occurs.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트센서를 이용한 선박의 전체적인 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 선박(5)내에서 제 1 실시예에 따른 시스템 블럭도,
도 3a는 제 1 실시예에 따라, 엔진(30), AP부(1200) 및 선박 구조물과 서버장치(1300)와의 통신 연결을 나타내는 설명도,
도 3b는 본 발명에 따른 선박(5)에서 스마트센서의 부착 위치를 나타내는 사시도,
도 4a는 도 3b에 도시된 선박(5)이 길이방향으로 굽힘 진동하는 일예를 나타낸 측면도,
도 4b는 도 3b에 도시된 선박(5)의 구조해석을 통해 응력이 집중되는 곳에 스마트센서를 추가로 부착하는 것을 나타내는 사시도,
도 4c는 도 3b에 도시된 선박(5)이 폭방향으로 진동하는 일예를 나타낸 종단면도,
도 4d는 도 3b에 도시된 선박(5)이 길이방향을 따라 비틀림 진동하는 일예를 나타낸 사시도,
도 5는 제 1 실시예에 따른 스마트센서(10)의 사시도,
도 6은 제 1 실시예에 따른 스마트센서(10)의 내부 블럭도,
도 7은 도 6에 도시된 스마트센서(10)의 동작을 나타내는 타이밍도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 시간영역 데이터파일의 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 발전부(80)중 질량부재(84)가 하단에 위치할 때의 부분 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 발전부(80)중 질량부재(84)가 상단에 위치할 때의 부분 단면도,
도 11은 제 1 실시예에 따른 선박의 진동소음 측정 방법을 나타내는 흐름도,
도 12는 도 1에 도시된 선박(5)내에서 제 2 실시예에 따른 시스템 블럭도,
도 13은 제 2 실시예에 따라, 엔진(30)과 선박구조물의 스마트센서(10), 측정부(1400), AP부(1200) 및 서버장치(1300)와의 통신 연결을 나타내는 설명도,
도 14는 제 2 실시예에 따른 스마트센서(10)의 내부 블럭도,
도 15는 제 2 실시예에 따른 측정부(1400)의 내부 블럭도,
도 16은 제 2 실시예에 따른 선박의 진동소음 측정 방법을 나타내는 흐름도,
도 17은 제 3 실시예에 따른 스마트센서(10)의 내부 블럭도이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later. It should not be construed as being limited only to
1 is an overall schematic view of a ship using a smart sensor according to the present invention;
Fig. 2 is a block diagram of a system according to a first embodiment in the
3A is an explanatory diagram illustrating a communication connection between the
Figure 3b is a perspective view showing the attachment position of the smart sensor in the ship (5) according to the present invention,
4A is a side view showing an example in which the
Figure 4b is a perspective view showing that the smart sensor is additionally attached to a place where stress is concentrated through the structural analysis of the
4c is a longitudinal sectional view showing an example in which the
4D is a perspective view showing an example in which the
5 is a perspective view of the
6 is an internal block diagram of the
7 is a timing diagram showing the operation of the
8 is a block diagram of a time domain data file according to an embodiment of the present invention;
9 is a partial cross-sectional view when the
10 is a partial cross-sectional view when the
11 is a flowchart illustrating a method for measuring vibration and noise of a ship according to the first embodiment;
Fig. 12 is a block diagram of a system according to a second embodiment in the
13 is an explanatory diagram showing a communication connection between the
14 is an internal block diagram of the
15 is an internal block diagram of the
16 is a flowchart illustrating a method for measuring vibration and noise of a ship according to a second embodiment;
17 is an internal block diagram of the
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiment described in the text. That is, since the embodiment may have various changes and may have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, it should not be understood that the scope of the present invention is limited thereby.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component. When a component is referred to as being “connected to” another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Meanwhile, other expressions describing the relationship between elements, that is, "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression is to be understood to include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprise" or "have" are not intended to refer to the specified feature, number, step, action, component, part or any of them. It is intended to indicate that a combination exists, and it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in general used in the dictionary should be interpreted as having the same meaning in the context of the related art, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
제 1 실시예의 구성Construction of the first embodiment
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the preferred embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정 시스템의 전체적인 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선박(5)이나 복수의 다른 선박(5a)은 대양을 운항하는 컨테이너선, 유조선, LNG선, 화물선, 크루즈선 등이 될 수 있다. 이러한 선박(5)이나 복수의 다른 선박(5a)은 위성(2)을 통해 육상관제서버(3)와 개별적인 통신이 가능하고, 양방향 데이터 전송이 가능하다. 1 is an overall schematic view of a system for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor according to the present invention. As shown in FIG. 1 , the
도 2는 도 1에 도시된 선박(5)내에서 제 1 실시예에 따른 시스템 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선박(5)내에는 서버장치(1300)와 복수의 스마트센서(11a, 11b, ... 15a, 15b) 및 복수의 AP부(1200)가 설치된다. FIG. 2 is a block diagram of a system according to a first embodiment in the
서버장치(1300)는 서버컴퓨터, 워크스테이션 등으로 구성할 수 있다.The
위성통신부(1320)는 일일 1 ~ 5회에 걸쳐 저장부(1330)에 저장된 시간영역 데이터파일 및 주파수영역 데이터파일을 위성(2)으로 전송한다. 또는 특이상황이나 위험상황이 되었을 때 사용자의 명령에 따라 해당 파일을 전송한다. 또한, 위성통신부(1320)는 육상관제서버(3)로부터 제어명령(예 : 원격제어)이나 데이터를 수신할 수 있다. The
저장부(1330)는 AP부(1200)로부터 수신된 시간영역 데이터파일 및 FFT부(1360)가 변환한 주파수영역 데이터파일을 저장한다. 저장부(1330)는 하드디스크 드라이브, SSD, 플래쉬메모리, CD-ROM writer 등이 될 수 있다. The
진동해석 및 측정부(1350)는 FFT부(1360)가 변환한 주파수영역 데이터를 이용하여 주파수영역 데이터파일을 생성한다. 또한, 진동해석 및 측정부(1350)는 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터파일로부터 주기적으로 선박구조물의 평균진폭, 최대진폭, 진폭, 진동수, 진동대역폭, 변형량, 변형률, 감쇠 등의 데이터를 산출하여 해석한다. The vibration analysis and
그밖에도 진동해석 및 측정부(1350)는 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터파일을 이용하여 다양한 add on 해석 알고리즘(예 : 구조물의 진동 슬로우모션 동영상, 응력분포와 응력집중(유한요소법), 모달 테스트(Modal Test) 시뮬레이션, 고유진동수 산출 등)을 실행한다. In addition, the vibration analysis and
디스플레이(1340)는 제어부(1310)의 처리과정이나 처리결과를 표출하는 모니터, 스피커 등이 될 수 있다. The display 1340 may be a monitor, a speaker, or the like that displays the processing process or processing result of the
FFT부(Fast Fourier Transformation, 1360)는 시간영역 데이터파일을 이용하여 주파수 대역별 데이터를 생성한다. An FFT unit (Fast Fourier Transformation, 1360) generates data for each frequency band using a time domain data file.
데이터베이스부(1370)(예 : SCADA DB)는 전체 시스템의 유지 관리를 위한 데이터베이스 테이블 및 전송된 측정데이터를 저장하는 데이터베이스 테이블로 구성된다. 데이터베이스 테이블중 센서관리DB(미도시)는 스마트센서(10)의 일련번호, 위치, 제조년월일, 구매일, 펌웨어 업데이터 버전과 업데이트일 등의 필드가 정의된다. 오류 및 이상DB(미도시)는 기계의 진동과 소음에 관한 오류, 결함, 이상의 이력이 순차적으로 저장된다. 이를 위해, 오류 및 이상DB는 발생순서, 발생일, 오류의 종류, 후속조치 등의 필드를 갖는다.The database unit 1370 (eg, SCADA DB) includes a database table for maintenance of the entire system and a database table for storing transmitted measurement data. In the database table, the sensor management DB (not shown) defines fields such as the serial number, location, date of manufacture, date of purchase, firmware updater version and update date of the
알람부(1380)는 기준치를 벗어나는 진동, 소음 또는 온도가 감지되었을 때 이를 알리는 부재이다. 알람부(1380)는 스피커, 경광등, 부저나 디스플레이(1340) 상의 경고 표시가 될 수 있다. The
게이트웨이(1390)의 입력단은 복수의 AP부(1200)와 연결되고, 출력단은 서버장치(1300)의 제어부(1310)와 연결된다. An input terminal of the
제어부(1310)는 서버장치(1300)의 동작, 제어, 지시, 연산, 판단 등을 수행하며, CPU 등이 될 수 있다. The
각각의 AP부(Access Point, 1200)는 복수개(예 : 2 ~ 6개)의 스마트센서(11a,11b, ... 15a, 15b)와 무선통신이 가능하고, 이러한 AP부(1200)는 선박(5)내의 벽 또는 천정 등에 각각 부착된다. 이를 위해 AP부(1200)는 블루투스 통신모듈, 와이파이 통신모듈, 적외선 통신모듈, LAN 통신모듈, 및 USB통신모듈 중 적어도 하나를 포함한다.Each AP unit (Access Point, 1200) is capable of wireless communication with a plurality of (eg, 2 to 6) smart sensors (11a, 11b, ... 15a, 15b), and these
도 3a는 제 1 실시예에 따라, 엔진(30), 선박 구조물, AP부(1200) 및 서버장치(1300)의 통신 연결을 나타내는 설명도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 엔진(30)은 선박의 메인엔진이며 높이가 9 ~ 10 m 이고, 운전중 진동, 소음 및 고온을 발생한다. 발전기(32)는 전기를 생산하기 위한 것이고, 보조엔진(33)(예 : 디젤엔진)에 의해 동작한다. 3A is an explanatory diagram illustrating communication connections between the
AP부(1200)는 기관실 내의 각 데크의 천정이나 벽체에 부착하여 설치할 수 있다. 기관실은 상부데크(37a)로부터 하부데크(37e)까지 뚫려 있으므로 각 데크마다 AP부(1200)를 설치하기 보다는 최소의 갯수로 설치하는 것이 좋다. 각 AP부(1200)는 배선을 통해 게이트웨이(1390)에 연결된다. The
도 3a에 도시된 바와 같이 엔진스마트센서(10b)는 엔진(30)상에 여러 위치에 설치된다. 예를 들어, 엔진스마트센서(10b)는 엔진(30)의 상부측의 여러 곳, 중간 위치의 여러 곳 및 하부 위치의 여러 곳 그리고 회전축의 베어링 하우징 등에 설치할 수 있다. 그리고, AP부(1200)는 3 ~ 5대의 엔진스마트센서(10b) 당 한대씩 설치할 수 있다.As shown in FIG. 3A , the engine
그리고, 발전기(32) 및 보조엔진(33)에 다수의 발전기스마트센서(10a)를 설치하고, 이를 담당하는 하나의 AP부(1200)를 설치할 수 있다. And, a plurality of generator
선박(5)의 구조물중 뱃머리 부분에는 맨 앞부분 상부 및 맨 앞부분 하부에 각각 선단스마트센서(11a, 11b)를 설치할 수 있다. 선박(5)의 구조물중 선단스마트센서(11a, 11b)의 후방 좌우측에 선두스마트센서(12a, 12b)를 설치한다. 뱃머리 부분의 중간영역에 설치되는 AP부(1200)는 선단스마트센서(11a, 11b)와 선두스마트센서(12a, 12b)와 각각 데이터 통신이 가능하다. 도 3a에서는 선박(5)의 앞부분만 도시하고 설명하였으나 같은 방식으로 선박(5)의 중간영역, 선미에 대해서도 동일한 구성이 적용된다. In the bow portion of the structure of the ship (5), the tip
예를 들어, 도 3b는 본 발명에 따른 선박(5)에서 스마트센서의 부착 위치를 나타내는 사시도이다. 선박(5)에 부착되는 스마트센서는 부착위치에 따라 상이한 부재번호와 명칭이 사용되나 도 5 및 도 6에 도시된 스마트센서(10)가 동일하게 적용될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 선박(5) 구조물의 진동을 해석하고 측정하기 위하여 선박의 길이 방향을 따라 선단스마트센서(11a, 11b), 선두스마트센서(12a, 12b), 선중스마트센서(13a, 13b, 13c, 13d), 기관실스마트센서(14a, 14b, 14c, 14d), 선미스마트센서(15a, 15b)가 부착된다. 각 스마트센서는 좌우 대칭(좌현 및 우현 스마트센서)이 되도록 설치될 수 있고, 높이에 따라 복수개가 설치될 수 있다. 구체적으로 스마트센서는 선박(5)의 주요 구조물(예 : 기둥, 격벽, 외벽, H빔), 주요 시설물(유류탱크, LNG탱크, 기관실, 엔진, 보일러, 객실, 화물칸, 밸러스트 탱크, 바우쓰러스트 룸, 마스트 등)에 고정 설치할 수 있다. For example, Figure 3b is a perspective view showing the attachment position of the smart sensor in the ship (5) according to the present invention. The smart sensor attached to the
도 4a는 도 3b에 도시된 선박(5)이 길이방향으로 굽힘 진동하는 일예를 나타낸 측면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 선박(5)은 운항중 파도나 바람의 외력에 의해 굽힘 진동이 발생할 수 있다. 선박(5)과 화물의 안전한 운항을 위해서는 허용 범위 이내의 굽힘 진폭과 굽힘 진동수이어야 한다. 4A is a side view illustrating an example in which the
도 4b는 도 3b에 도시된 선박(5)의 구조해석을 통해 응력이 집중되는 곳에 스마트센서를 추가로 부착하는 것을 나타내는 사시도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이 선박(5)의 설계 단계에서 구조해석의 시뮬레이션을 통해 응력이 집중되는 곳을 미리 확인할 수 있다. 이러한 응력이 집중되는 곳은 더 많은 모니터링과 측정이 필요하다. 도 4b에서 밝은 곳은 응력이 집중되는 곳을 나타내며, 이 곳에 응력집중 스마트센서(16a, 16b)를 추가로 설치하여 진동, 소음 등을 측정한다. Figure 4b is a perspective view showing the additional attachment of a smart sensor to a place where stress is concentrated through the structural analysis of the
도 4c는 도 3b에 도시된 선박(5)이 폭방향으로 진동하는 일예를 나타낸 종단면도이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 선박(5)은 폭방향(측면방향)으로 전단 변형과 전단 진동을 일으킨다. 선박(5)의 중간영역에서 하부 좌우에 선중스마트센서(13c, 13d)를 설치하고, 상부 좌우에 선중스마트센서(13a, 13b)를 설치한다. 이러한 선중스마트센서(13a, 13b, 13c, 13d)의 출력신호를 상호 상대비교하거나 다른 스마트센서와 비교함으로써 폭방향 진동의 진폭과 진동수를 해석하고 측정할 수 있다. 4C is a longitudinal cross-sectional view illustrating an example in which the
도 4d는 도 3b에 도시된 선박(5)이 길이방향을 따라 비틀림(Torsion)) 진동하는 일예를 나타낸 사시도이다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 선박(5)이 선두에서 편향된 외력(예 : 파도나 바람)이 가해지는 경우 길이방향을 따라 비틀림 진동이 발생할 수 있다. 선박(5)과 화물의 안전한 운항을 위해서는 허용 범위 이내의 비틀림 각과 비틀림 진동수이어야 한다. 4D is a perspective view illustrating an example in which the
도 5는 제 1 실시예에 따른 스마트센서(10)의 사시도이고, 도 6은 제 1 실시예에 따른 스마트센서(10)의 내부 블럭도이다. 도 5와 도 6의 스마트센서(10)는 도3과 도4에 도시된 각종 스마트센서(10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 13c, 13d, 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 16a, 16b)와 같은 구성이다. 5 is a perspective view of the
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 스마트센서(10)의 상면에는 결함알림부(900)가 노출되고, 중간에는 발전부(80)가 설치되며, 하부에는 고정을 위한 부착부(20)가 구성된다. 부착부(20)는 영구자석으로 구성될 수 있어 강철로 이루어진 기계의 표면에 손쉽게 부착할 수 있고, 손으로 떼어낼 수 있다. 따라서, 사용자는 기계의 이곳 저곳에 스마트센서(10)를 대어 보면서 진동과 소음을 측정할 수도 있다. 부착부(20)는 접착제에 의해 접착도 가능하고, 볼트나 나사에 의한 기계와의 결합도 가능하다. 선택적으로, 부착부(20)의 하면은 원통형 부재(예 : 파이프)의 표면에 형상맞춤으로 설치될 수 있도록 곡면부(25)를 형성할 수 있다. 5 and 6, a
도 6에 도시된 바와 같이, 센서부는 진동센서(100), 음향센서(200) 외에 자이로스코프, 온도센서, 습도센서, 가속도 센서 등을 포함할 수 있다. 진동센서(100)는 X축, Y축, Z축 방향의 진동을 각각 측정할 수 있다. 음향센서(200)는 주변의 소음을 감지하며, 마이크가 될 수 있다. 진동센서(100), 음향센서(200) 및 온도센서, 습도센서, 가속도 센서는 0.1 초 ~ 1 초 간격(0.1 ~ 1 Hz)의 출력 주파수를 가질 수 있다. As shown in FIG. 6 , the sensor unit may include a gyroscope, a temperature sensor, a humidity sensor, an acceleration sensor, etc. in addition to the
신호처리부(300)는 필터, 증폭기, ADC(Analog-Digital Converter), DSP(Digital Signal Processor) 등을 포함한다. 신호처리부(300)는 센서부의 전기신호를 이산 데이터로 변환한다. 이러한 구성요소는 공지의 구성요소이므로 구체적인 내부 설명은 생략하도록 한다. The
시간데이터 파일생성부(400)는 신호처리부(300)가 처리한 신호를 입력받아 시간데이터 파일을 생성한다. 시간데이터 파일생성부(400)는 30초 ~ 3분 범위에서 센서부의 신호를 수신하여 시간영역 데이터파일을 생성한다. 바람직하게는 1분 동안 수신하는 것이 좋다. 그리고, 시간데이터 파일생성부(400)는 주기적(예 : 5분 ~ 15분 주기)으로 시간영역 데이터파일을 생성하거나 또는 서버장치(1300)로부터 주기적으로 출력되는 동기화명령에 따라 시간영역 데이터파일을 생성할 수 있다. 바람직하게는 10분 주기로 파일을 생성하는 것이 좋다.The time data
또한, 시간데이터 파일생성부(400)는 1분 동안 수신할 때 0.1 ~ 1 Hz의 시간 해상도를 가질 수 있다. 이와 같은 시간 범위와 해상도는 파일 크기를 줄여 전체 통신 부하를 최소화할 수 있고, 최적의 진폭 해상도를 얻을 수 있기 때문이다.Also, the time data
본 발명의 변형예로써, 시간데이터 파일생성부(400)는 스마트센서(10)가 부착된 기계류와 구조물의 종류에 따라 시간해상도를 더 작게 또는 더 크게 설정할 수 있다. 예를 들어, 엔진(30)은 400 Hz 미만의 진동주파수 범위를 가지므로 시간해상도를 1 Hz로 설정하고, 발전기(32)는 1.6 KHz 미만의 진동주파수 범위를 가지므로 시간해상도를 0.5 Hz로 설정하고, 펌프는 3.2 KHz 미만의 진동주파수 범위를 가지므로 시간해상도를 0.1 Hz로 설정할 수 있다. As a modified example of the present invention, the temporal data
센서데이터저장부(1000)는 매 10분마다 생성된 시간영역 데이터파일을 저장한다. 센서데이터저장부(1000)는 플래쉬메모리나 SSD가 될 수 있다. 센서데이터저장부(1000)는 저장용량을 초과하는 경우 전송되었거나 오래된 파일부터 순차적으로 삭제하여 저장공간을 확보한다. The sensor
센서통신부(1100)는 센서데이터저장부(1000)에 저장된 데이터를 AP부(1200)로 송신하고, AP부(1200)로부터 제어명령을 수신한다. 센서통신부(1100)는 블루투스 통신모듈, 와이파이 통신모듈, 적외선 통신모듈, LAN 통신모듈, 및 USB통신모듈 중 적어도 하나의 무선통신이거나 유선통신일 수 있다.The
센서전원부(50)는 발전부(80)에서 생산된 전력을 공급받아 충전할 수 있는 2차 전지일 수 있다. 센서전원부(50)는 센서제어부(70)와 스마트센서(10) 전반에 걸쳐 전력을 공급한다.The sensor
센서제어부(70)는 스마트센서(10) 전체의 제어, 연산, 판단 및 동작을 제어하며, CPU, MICOM 등으로 구현할 수 있다. The
AP부(1200)는 블루투스 통신모듈, 와이파이 통신모듈, 적외선 통신모듈, LAN 통신모듈, 및 USB통신모듈 중 적어도 하나를 채택하여 센서통신부(1100)와 양방향 통신이 가능하다. AP부(1200)는 배선을 통해 게이트웨이(1390)와 연결된다. AP부(1200)는 전송받은 시간영역 데이터파일이 손상되었는지 여부를 판단한다. 만약, 손상된 파일이거나 전송과정중 에러가 발생한 경우 시간영역 데이터파일의 재전송을 요청하고, 이러한 과정은 파일이 손상되지 않았다고 판단할 때까지 반복된다.The
도 7은 도 6에 도시된 스마트센서(10)의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 센서제어부(70)의 제어에 따라 시간데이터 파일생성부(400)는 10분 주기로 센서부(예 : 음향센서(200)와 진동센서(100) 등)의 출력 신호에 기초하여 시간영역 데이터 파일을 생성한다. 10분의 주기내에서 처음 1분동안 음향센서(200)와 진동센서(100)의 출력 신호를 처리하여 시간영역 데이터파일을 생성하고, 센서데이터저장부(1000)에 저장하며, 곧이어 AP부(1200)로 전송한다(약 1~2초 소요). 시간데이터 파일생성부(400) 및 AP부(1200)는 이러한 과정을 10분 주기로 반복하게 된다. 7 is a timing diagram showing the operation of the
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 시간영역 데이터파일의 구성도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 시간영역 데이터파일은 텍스트(TEXT) 파일 포맷이고, 이를 공지의 압축 포맷(예 : ZIP 파일)으로 압축하여 전송할 수 있다. 이러한 압축 전송은 전송시간과 네트워크 부하를 경감하는 효과가 있다. 8 is a block diagram of a time domain data file according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8 , the time domain data file is in a text (TEXT) file format, and may be compressed and transmitted in a known compression format (eg, a ZIP file). Such compressed transmission has the effect of reducing transmission time and network load.
시간영역 데이터파일은 해당 스마트센서(10)가 설치된 위치(예 : 엔진상, 엔진하, 보일러 중, 펌프1, 선두1, 선미1, 기관실1 등), 스마트센서(10)의 일련번호(예 : 001, 002 등), 측정시간(예 : 20200325_18161212 : 2020년 5월 1일 18시16분12초12)을 포함한다. 그리고, 해당 스마트센서(10)가 측정한 X축 진폭(예 : 0.2315), Y축 변위(예 : 0. 8723), Z축변위(예 : 0.0001), 음향신호(예 : 76 dB) 중 적어도 하나를 포함한다. 그 밖에 에러코드(예 : 1(정상), 0(저전력), 2(통신장애), 3(센서오동작) 등), 온도 데이터, 습도 데이터 가속도 데이터 등도 포함할 수 있다. The time domain data file includes the location where the
시간영역 데이터파일은 측정시간을 기준으로 1분 동안의 센서부 데이터를 포함한다. The time domain data file includes sensor unit data for 1 minute based on the measurement time.
도 9는 본 발명에 따른 발전부(80)중 질량부재(84)가 하단에 위치할 때의 부분 단면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 발전부(80)중 질량부재(84)가 상단에 위치할 때의 부분 단면도이다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 발전부(80)는 스마트센서(10)가 부착된 기계장치(예 : 엔진)의 진동을 전기에너지로 변환하는 구성요소이다. 기계장치의 진동에 따라, 간격유지스프링(86)에 의해 지지되는 질량부재(84)는 상하로 진동한다. 이 때, 자석(85)을 축선방향으로 왕복하는 보빈(83)과 코일(89)에 의해 전류가 발생하여 발전을 하게 된다. 도 9 및 도 10에서는 왕복식 발전부(80)를 도시하고 설명하였으나 편심부재(미도시)에 의한 회전식 발전부(80), 좌우진동식 발전부(80) 등 다양한 발전 메카니즘이 적용될 수 있다. 9 is a partial cross-sectional view when the
제 1 실시예의 동작Operation of the first embodiment
도 11은 제 1 실시예에 따른 선박 구조물의 진동 측정방법을 나타내는 흐름도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 먼저, 센서제어부(70)가 일정 주기(예 : 10분)마다 시간데이터 파일생성부(400)에 지령하거나 서버장치(1300)로부터 AP부(1200)를 통해 동기화된 지령을 스마트센서(10)로 전송한다. 센서제어부(70)는 10분 주기내에서 약 1분30초를 동작모드로 하고, 8분30초를 대기모드로 하여 에너지 소비를 최소화할 수 있다.11 is a flowchart illustrating a method for measuring vibration of a ship structure according to the first embodiment. As shown in FIG. 11 , first, the
이러한 지령에 따라, 시간데이터 파일생성부(400)는 1분 동안 신호처리부(300)로부터 신호처리된 센서부의 출력(예 : 진동센서(100), 음향센서(200), 온도센서, 습도센서, 가속도센서의 출력)을 입력받는다(S100). 그후, 시간데이터 파일생성부(400)는 도 8과 같이 미리 정해진 형태의 텍스트 파일(시간영역 데이터파일)을 생성한다(S110). 선택적으로 텍스트 파일은 압축될 수 있다. According to this command, the time data
생성된 시간영역 데이터파일은 센서데이터저장부(1000)에 저장된다(S120). The generated time domain data file is stored in the sensor data storage unit 1000 (S120).
그 다음, 센서제어부(70)는 시간영역 데이터파일을 센서통신부(1100)를 통해 AP부(1200)로 무선 전송한다(S130). 그 다음, AP부(1200)는 수신된 복수의 시간영역 데이터파일을 게이트웨이(1390)를 통해 서버장치(1300)로 전송한다(S140). Then, the
그 다음, 전송된 시간영역 데이터파일은 일단 저장부(1330)에 저장되며, 진동해석및측정부(1350)는 FFT부(1360)를 이용하여 주파수영역 데이터파일을 생성한다(S150). 생성된 주파수영역 데이터파일 역시 저장부(1330)에 저장된다. Then, the transmitted time domain data file is once stored in the
진동해석및측정부(1350)는 FFT부(1360)가 변환한 주파수영역 데이터를 이용하여 주파수영역 데이터파일을 생성한다. 또한, 진동해석및측정부(1350)는 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터파일로부터 선박구조물의 평균진폭, 최대진폭, 진폭, 진동수, 진동대역폭, 변형량, 변형률, 감쇠 등의 데이터를 산출하여 해석한다(S160). The vibration analysis and
그밖에도 진동해석및측정부(1350)는 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터파일을 이용하여 다양한 add on 해석 알고리즘(예 : 구조물의 진동 슬로우모션 동영상, 응력분포와 응력집중(유한요소법), 모달 테스트(Modal Test) 시뮬레이션, 고유진동수 산출 등)을 실행한다. 실행 결과는 디스플레이부(1340)를 통해 표시되고, 알람부(1380)를 통해 경고될 수 있다. In addition, the vibration analysis and
그리고, 제어부(1310)는 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터 파일에 기초하여 진동과 소음의 임계치 및 주파수 대역 임계범위를 벗어나는지 여부를 판단한다. 만약, 임계범위를 벗어나는 경우 제어부(1310)는 알람부(1380)를 동작시키고, 관련 정보와 이력을 데이터베이스부(1370)에 저장한다. 또한, 제어부(1310)는 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터 파일을 위성통신부(1320)를 통해 위성(2)으로 전송함으로써 육상관제서버(3)가 거의 동시에 공유할 수 있도록 한다. Then, the
정상적인 운항상황일 때, 위성통신부(1320)는 일일 1 ~ 5회 정도 시간영역 데이터파일과 주파수영역 데이터 파일을 전송한다. Under normal operating conditions, the
이와 같은 과정을 통해 운항중인 선박의 각 구조물과 기계류에서 발생하는 진동, 소음, 온도, 습도, 가속도를 서버장치(1300)를 통해 손쉽게 통합관리 및 기록할 수 있다. 또한, 멀리 대양을 항해중인 선박일지라도 선박내 진동, 소음, 온도, 습도, 가속도에 관한 데이터를 육상관제서버(3)가 거의 동시에 공유할 수 있으므로 육상관제본부, 선박 조타실, 기관실의 협업이 가능하다. Vibration, noise, temperature, humidity, and acceleration generated in each structure and machinery of a ship in operation can be easily integrated and managed and recorded through the
제 2 실시예second embodiment
도 12는 도 1에 도시된 선박(5)내에서 제 2 실시예에 따른 시스템 블럭도이고, 도 13은 제 2 실시예에 따라, 스마트센서(10a, .., 15b), 측정부(1400), AP부(1200) 및 서버장치(1300)와의 통신 연결을 나타내는 설명도이다. 제 2 실시예의 구성중 제 1 실시예와 동일한 구성의 설명은 생략하도록 한다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, AP부(Access Point, 1200)는 복수개(예 : 2 ~ 6개)의 측정부(1400)와 무선통신이 가능하다. 12 is a block diagram of a system according to a second embodiment in the
측정부(1400)는 엔진(30)을 담당하도록 엔진(30)에 하나 설치되고, 보조엔진(33)과 발전기(32)를 담당하도록 보조엔진(33)에 설치될 수 있다. 그리고, 측정부(1400)는 선박의 선두 영역, 중간영역, 기관실 영역, 선미영역에 각각 하나씩 설치될 수 있다. AP부(1200)는 3 ~ 5대의 측정부(1400)당 한대씩 설치할 수 있다.One
도 14는 제 2 실시예에 따른 스마트센서(10)의 내부 블럭도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예의 스마트센서(10)는 센서부(음향센서(200), 진동센서(100), 온도센서, 습도센서, 가속도 센서 등), 신호처리부(300), 시간데이터 파일생성부(400), 발전부(80), 센서전원부(50) 및 센서제어부(70)로 구성된다.14 is an internal block diagram of the
제 2 실시예의 시간데이터 파일생성부(400)는 유선 또는 무선을 통해 측정부(1400)와 연결된다. The time data
측정부(1400)는 시간데이터 파일생성부(400)와 무선 또는 배선으로 연결되며, 시간영역 데이터파일을 전송받아서 AP부(1200)에 무선으로 전송하는 기능을 한다. 특히, 측정부(1400)는 3 ~ 5대의 스마트센서(10)로부터 입력되는 시간영역 데이터파일을 순차적으로 전송할 수 있다. The
시간데이터 파일생성부(400)는 10분의 주기내에서 처음 1분동안 음향센서(200)와 진동센서(100)의 출력 신호를 처리하여 시간영역 데이터파일을 생성하고 곧이어 측정부(1400)로 전송하고(약 1~2초 소요), 그 다음 측정부(1400)에서 시간영역 데이터파일을 AP부(1200)로 전송한다(약 1~2초 소요). 시간데이터 파일생성부(400), 측정부(1400) 및 AP부(1200)는 이러한 과정을 10분 주기로 반복하게 된다. The time data
도 15는 제 2 실시예에 따른 측정부(1400)의 내부 블럭도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 측정부(1400) 내부에는 통신부(1420), 무선통신부(1430) 및 보조전원부(1440)가 구성된다. 15 is an internal block diagram of the
통신부(1420)는 유선 또는 무선 통신으로 스마트센서(10)와 통신이 가능하다. 스마트센서(10)에서 발전부(80) 및/또는 센서전원부(50)는 보조전원부(1440)로 인해 생략될 수 있다. 그리고 스마트센서(10)와 측정부(1400)는 서브배선(1410)으로 연결될 수 있다. 서브배선(1410)은 스마트센서(10)에 전원을 공급하기 위해 전원선 및 스마트센서(10)로부터의 데이터신호를 수신하기 위한 통신선 등을 포함한다. The
무선통신부(1430)는 AP부(1200)와 무선통신을 하기 위한 구성요소이다. 즉, 무선통신부(1430)는 복수의 스마트센서(10)로부터 수신되는 시간영역 데이터파일을 AP부(1200)에 전송한다. 본 발명의 실시예에서는 무선통신부(1430)가 와이파이(WiFi)모듈을 사용하였다. The
보조전원부(1440)는 교체 가능한 대용량 충전배터리가 될 수 있고, 스마트센서(10)에 필요한 전력을 공급한다. 그 밖의 통신과 제어에 관한 사항은 제 1 실시예와 동일하다.The
도 16은 제 2 실시예에 따른 선박 구조물의 진동 측정방법을 나타내는 흐름도이다. 제 2 실시예의 S200, S210, S240, S250, S260 단계는 각각 제 1 실시예의 S100, S110, S140, S150, S160 단계와 동일하다. 16 is a flowchart illustrating a method for measuring vibration of a ship structure according to a second embodiment. Steps S200, S210, S240, S250, and S260 of the second embodiment are the same as steps S100, S110, S140, S150, and S160 of the first embodiment, respectively.
S210 단계 이후, 시간데이터 파일생성부(400)는 생성된 시간영역 데이터파일을 측정부(1400)로 전송한다(S220).After step S210 , the time data
그 다음 측정부(1400)는 복수의 스마트센서(10)로부터 수신된 복수의 시간영역 데이터파일을 순차적으로 AP부(1200)로 무선 전송한다(S230).Then, the
이후, AP부(1200)와 서버장치(1300)의 실행 과정은 제 1 실시예와 동일하다.Thereafter, the execution process of the
제 3 실시예third embodiment
도 17은 제 3 실시예에 따른 스마트센서(10)의 내부 블럭도이다. 도 17에 도시된 제 3 실시예의 구성과 동작은 제 1, 2 실시예와 대략 유사하며, 이하에서는 제 3 실시예의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 비교부(600)는 기준설정부(800)로부터 독출되는 진동, 진폭, 주파수, 소음, 온도, 습도, 가속도의 임계치에 기초하여, 시간영역 데이터파일의 센서 데이터와 각각 비교한다. 예를 들어, 비교부(600)는 시간영역 데이터파일로부터 Crest Factor를 이용하여 이상유무의 판정기준으로 한다. Crest Factor는 RMS 값에 대한 Peak 값의 비(Peak/RMS)로 정의된다. Crest Factor는 충격성 신호(Impulse Signal) 성분이나 단기 현상(Short Event)에 의한 신호를 검출하여 모니터링을 하는 것으로서, 베어링의 깨짐, 기어파손 등에 의하여 발생하는 순간적인 진동의 변화를 감지함으로써 진단할 수 있는 요소이다. 일반적인 신호와 기계에 이상이 있을 때 발생하는 진동신호의 Crest Factor는 정해진 기준이 있으므로, 측정된 진동신호의 Crest Factor를 구해보면 베어링의 이상유무를 알 수 있다. 또한, 비교부(600)는 진동의 진폭이 허용되는 최대 진폭을 초과하는 경우 진동 이상으로 판단하고, 음향신호값이 소음기준을 초과하는 경우 소음 이상으로 판단한다. 또한, 진동, 소음, 온도, 습도, 가속도의 임계치를 초과하지 않더라도 결함이나 고장의 징조 또는 전조라고 판단되면 "결함"으로 판단한다. 17 is an internal block diagram of the
결함알림부(900)는 비교부(600)의 비교 결과(정상 또는 결함)에 기초하여 비교결과를 외부로 표출한다. 표출방식은 램프, LED, LCD등, 경광등, 스피커, 부저 등이 가능하고, 센서통신부(1100)를 통한 문자전송도 가능하다. 결함알림부(900)가 LED인 경우, 진동과 소음이 정상인 경우에는 "녹색" 발광이고, 결함인 경우에는 "적색"발광이고, 주의인 경우에는 "황색"발광이 될 수 있다. The
센서데이터저장부(1000) 및 센서통신부(1100)는 도 6의 제 1 실시예와 동일한 구성과 동작을 한다. 단, 선택적으로 센서통신부(1100)는 AP부(1200) 또는 측정부(1400)와 통신할 수 있다. 그 밖의 통신과 제어에 관한 사항은 전술한 실시예와 동일하다. The sensor
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.The detailed description of the preferred embodiments of the present invention disclosed as described above is provided to enable any person skilled in the art to make and practice the present invention. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention. For example, those skilled in the art can use each configuration described in the above-described embodiments in a way in combination with each other. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, claims that are not explicitly cited in the claims may be combined to form an embodiment, or may be included as new claims by amendment after filing.
2 : 위성,
3 : 육상관제서버,
5 : 선박,
5a : 다른 선박,
5b : 비틀림 변형선박,
5c : 굽힘 변형선박,
10 : 스마트센서,
10a : 발전기 스마트센서,
10b : 엔진 스마트센서,
11a, 11b : 선단 스마트센서,
12a, 12b : 선두 스마트센서,
13a, 13b, 13c, 13d : 선중 스마트센서,
14a, 14b, 14c, 14d : 기관실 스마트센서,
15a, 15b : 선미 스마트센서,
16a, 16b : 응력집중 스마트센서,
20 : 부착부,
25 : 곡면부,
30 : 엔진,
32 : 발전기,
33 : 보조엔진,
50 : 센서전원부,
70 : 센서제어부,
80 : 발전부,
82 : 지지스프링,
83 : 보빈,
84 : 질량부재,
85 : 자석,
86 : 간격유지스프링,
87 : 코어,
88 : 지지대,
89 : 코일,
90 : 몸체,
100 : 진동센서,
200 : 음향센서,
300 : 신호처리부,
400 : 시간데이터 파일생성부,
600 : 비교부,
800 : 기준설정부,
850 : 단자부,
900 : 결함알림부,
1000 : 센서데이터 저장부,
1100 : 센서통신부,
1200 : AP부,
1300 : 서버장치,
1310 : 제어부,
1320 : 위성통신부,
1330 : 저장부,
1340 : 디스플레이,
1350 : 진동해석및측정부,
1360 : FFT부,
1370 : 데이터베이스부,
1380 : 알람부,
1390 : 게이트웨이,
1400 : 측정부,
1410 : 서브배선,
1420 : 통신부,
1430 : 무선통신부,
1440 : 보조전원부.2: satellite, 3: land control server,
5: vessel, 5a: other vessel;
5b: torsional deformed vessel, 5c: bending deformed vessel,
10: smart sensor, 10a: generator smart sensor,
10b: engine smart sensor, 11a, 11b: tip smart sensor,
12a, 12b: Leading smart sensor,
13a, 13b, 13c, 13d: smart sensor in the ship,
14a, 14b, 14c, 14d: engine room smart sensor,
15a, 15b: stern smart sensor,
16a, 16b: stress concentration smart sensor,
20: attachment part, 25: curved part,
30: engine, 32: generator,
33: auxiliary engine, 50: sensor power unit,
70: sensor control unit, 80: power generation unit,
82: support spring, 83: bobbin,
84: mass member, 85: magnet,
86: gap maintaining spring, 87: core,
88: support, 89: coil,
90: body, 100: vibration sensor,
200: acoustic sensor, 300: signal processing unit,
400: time data file generation unit, 600: comparison unit,
800: standard setting part, 850: terminal part,
900: defect notification unit, 1000: sensor data storage unit,
1100: sensor communication unit, 1200: AP unit,
1300: server device, 1310: control unit,
1320: satellite communication unit, 1330: storage unit,
1340: display, 1350: vibration analysis and measurement unit,
1360: FFT unit, 1370: database unit,
1380: alarm unit, 1390: gateway,
1400: measurement unit, 1410: sub wiring,
1420: communication unit, 1430: wireless communication unit,
1440: Auxiliary power supply.
Claims (16)
상기 스마트센서와 데이터통신이 가능한 AP부; 및
상기 AP부와 연결된 서버장치;를 포함하고,
상기 스마트센서는,
(i-1) 설치된 상기 선박 구조물의 진동 또는 소음 중 하나를 측정하는 센서부;
(i-2) 상기 센서부의 측정신호에 기초하여 시간영역 데이터파일을 생성하는 시간데이터 파일생성부; 및
(i-3) 상기 시간영역 데이터파일을 상기 AP부로 송신하고, 상기 AP부로부터 제어명령을 수신하는 센서통신부;를 포함하고
상기 서버장치는,
(ii-1) 상기 AP부로부터 수신된 상기 시간영역 데이터파일을 저장하는 저장부;
(ii-2) 상기 시간영역 데이터파일에 기초하여 상기 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 진동해석 및 측정부; 및
(ii-3) 상기 시간영역 데이터파일과 상기 선박구조 측정부의 해석 결과를 위성으로 전송하는 위성통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치.Smart sensors installed in multiple locations of the ship structure;
AP unit capable of data communication with the smart sensor; and
Including; a server device connected to the AP unit;
The smart sensor is
(i-1) a sensor unit for measuring either vibration or noise of the installed ship structure;
(i-2) a time data file generating unit for generating a time domain data file based on the measurement signal of the sensor unit; and
(i-3) a sensor communication unit for transmitting the time domain data file to the AP unit and receiving a control command from the AP unit; and
The server device,
(ii-1) a storage unit for storing the time domain data file received from the AP unit;
(ii-2) a vibration analysis and measurement unit that analyzes and measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file; and
(ii-3) a satellite communication unit for transmitting the time domain data file and the analysis result of the vessel structure measurement unit to a satellite;
상기 시간데이터 파일생성부는 30초 ~ 3분 범위에서 상기 센서부의 신호를 수신하여 시간영역 데이터파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
The time data file generating unit receives the signal from the sensor unit in the range of 30 seconds to 3 minutes to generate a time domain data file.
상기 시간데이터 파일생성부는 주기적으로 상기 시간영역 데이터파일을 생성하거나 또는 상기 서버장치로부터 출력되는 동기화명령에 따라 상기 시간영역 데이터파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
The time data file generator periodically generates the time domain data file or generates the time domain data file according to a synchronization command output from the server device.
상기 서버장치는,
(ii-4) 미리 저장된 진동기준과 소음기준에 기초하여 상기 시간영역 데이터파일을 비교하여 이상 여부를 판단하는 제어부; 및
(ii-5) 상기 제어부의 판단 결과를 외부로 표출하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
The server device,
(ii-4) a control unit for determining whether there is an abnormality by comparing the time domain data file based on a previously stored vibration standard and a noise standard; and
(ii-5) Vibration measuring apparatus of a ship structure using a smart sensor, characterized in that it further comprises an alarm unit for expressing the determination result of the control unit to the outside.
상기 서버장치는,
(ii-6) 상기 시간영역 데이터파일을 주파수영역 데이터로 변환하는 FFT부를 더 포함하고, 그리고
상기 진동해석 및 측정부는 상기 시간영역 데이터파일과 상기 주파수영역 데이터에 기초하여 상기 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
The server device,
(ii-6) further comprising an FFT unit for converting the time domain data file into frequency domain data, and
The vibration analysis and measurement unit is a vibration measuring device of a ship structure using a smart sensor, characterized in that it analyzes and measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file and the frequency domain data.
상기 선박 구조물에 설치된 복수의 상기 스마트센서와 유선으로 연결되며,
상기 AP부와 무선통신이 가능한 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
It is connected to the plurality of smart sensors installed in the ship structure by wire,
Vibration measuring device of a ship structure using a smart sensor, characterized in that it further comprises a measurement unit capable of wireless communication with the AP unit.
상기 AP부는 복수개의 상기 측정부와 무선통신이 가능한 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. 7. The method of claim 6,
The AP unit is a vibration measuring device of a ship structure using a smart sensor, characterized in that wireless communication with a plurality of the measuring unit is possible.
상기 스마트센서는, 상기 선박의 길이방향을 따라 설치되는 복수의 스마트센서인 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
The smart sensor is a vibration measuring device of a ship structure using a smart sensor, characterized in that a plurality of smart sensors installed along the longitudinal direction of the ship.
상기 스마트센서는,
상기 길이방향을 따라 선두에 설치되는 한쌍의 선두 스마트센서;
상기 길이방향을 따라 상기 선두 스마트센서의 후방에 설치되는 한쌍의 선미 스마트센서; 및
상기 선두 스마트센서와 상기 선미 스마트센서 사이에 설치되는 한쌍의 선중 스마트센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. 9. The method of claim 8,
The smart sensor is
A pair of leading smart sensors installed at the head along the longitudinal direction;
A pair of stern smart sensors installed in the rear of the lead smart sensor along the longitudinal direction; and
A pair of smart sensors in the ship installed between the lead smart sensor and the stern smart sensor; Vibration measuring device of a ship structure using a smart sensor comprising a.
상기 스마트센서는, 상기 선박의 높이방향을 따라 설치되는 복수의 스마트센서인 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
The smart sensor is a vibration measuring device of a ship structure using a smart sensor, characterized in that a plurality of smart sensors installed along the height direction of the ship.
상기 스마트센서는,
상기 선박의 폭 방향을 따라 좌현에 설치되는 좌현 스마트센서; 및
상기 폭 방향을 따라 우현에 설치되는 우현 스마트센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정장치. The method of claim 1,
The smart sensor is
a port smart sensor installed on the port side along the width direction of the vessel; and
Starboard smart sensor installed on the starboard along the width direction; Vibration measuring device of a ship structure using a smart sensor comprising a.
상기 선박 구조물에 분산 배치된 복수의 스마트센서가 각 설치 위치에서의 진동 또는 소음을 측정하는 단계(S100);
상기 스마트센서의 시간데이터 파일생성부가 측정된 신호에 기초하여 시간영역 데이터파일을 생성하는 단계(S110);
상기 스마트센서의 센서통신부가 상기 시간영역 데이터파일을 AP부로 전송하는 단계(S130);
상기 AP부가 상기 시간영역 데이터파일을 서버장치로 전송하는 단계(S140); 및
상기 서버장치가 상기 시간영역 데이터파일에 기초하여 상기 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 단계(S160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법.In the method for measuring the vibration of a ship structure using the vibration measuring device according to any one of claims 1 to 11,
A plurality of smart sensors distributed in the ship structure measuring vibration or noise at each installation location (S100);
generating a time domain data file based on the signal measured by the time data file generation unit of the smart sensor (S110);
Transmitting the time domain data file to the AP unit by the sensor communication unit of the smart sensor (S130);
transmitting, by the AP unit, the time domain data file to a server device (S140); and
The server device analyzes and measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file (S160); A method for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor, comprising: a.
상기 선박 구조물에 분산 배치된 복수의 스마트센서가 각 설치 위치에서의 진동 또는 소음을 측정하는 단계(S200);
상기 스마트센서의 시간데이터 파일생성부가 측정된 신호에 기초하여 시간영역 데이터파일을 생성하는 단계(S210);
상기 시간데이터 파일생성부가 생성한 상기 시간영역 데이터파일을 측정부로 전송하는 단계(S220);
상기 측정부가 복수의 상기 시간영역 데이터파일을 AP부로 전송하는 단계(S230);
상기 AP부가 상기 시간영역 데이터파일을 서버장치로 전송하는 단계(S240);
상기 서버장치가 상기 시간영역 데이터파일에 기초하여 상기 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 단계(S260);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법.In the method for measuring the vibration of a ship structure using the vibration measuring device according to any one of claims 1 to 11,
A plurality of smart sensors distributed in the ship structure measuring vibration or noise at each installation location (S200);
generating a time domain data file based on the signal measured by the time data file generator of the smart sensor (S210);
transmitting the time domain data file generated by the time data file generating unit to the measuring unit (S220);
transmitting, by the measuring unit, the plurality of time domain data files to the AP unit (S230);
transmitting, by the AP unit, the time domain data file to a server device (S240);
The server device analyzes and measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file (S260); A method for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor, comprising: a.
상기 해석 및 측정단계(S160, S260)는,
FFT부가 상기 시간영역 데이터파일을 주파수영역 데이터로 변환하는 단계(S150, S250)를 더 포함하고, 그리고
상기 서버장치는 상기 시간영역 데이터파일 및 상기 주파수영역 데이터에 기초하여 상기 선박 구조물의 진동을 해석하고 측정하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법.14. The method according to claim 12 or 13,
The analysis and measurement steps (S160, S260) are,
The FFT unit further comprises the steps of converting the time domain data file into frequency domain data (S150, S250), and
The server device is a method for measuring vibration of a ship structure using a smart sensor, characterized in that it analyzes and measures the vibration of the ship structure based on the time domain data file and the frequency domain data.
상기 해석 및 측정단계(S160, S260)는, 상기 서버장치의 진동해석 및 측정부가 상기 선박 구조물의 진폭, 진동수, 변형, 감쇠 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 스마트센서를 이용한 선박 구조물의 진동 측정방법.15. The method of claim 14,
In the analysis and measurement steps (S160, S260), the vibration analysis and measurement unit of the server device measures at least one of amplitude, frequency, deformation, and damping of the ship structure. Vibration of a ship structure using a smart sensor How to measure.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X601 | Decision of rejection after re-examination |