KR20230046059A - 선박용 압력 및 온도 센서를 위한 스마트 인디케이터와 이를 이용한 빅데이터 분석시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박용 압력 및 온도 센서를 위한 스마트 인디케이터와 이를 이용한 빅데이터 분석시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인디케이터는 복수의 증폭기; 상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항; 상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항; 상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 디스플레이부; 및 상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하는 것일 수 있다.
Description
본 발명은 선박용 압력 및 온도 센서를 위한 스마트 인디케이터와 이를 이용한 빅데이터 분석시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 선박 및 선박엔진의 핵심 센서로서 압력과 온도의 사용량 증대에 따라 측정 정밀도 및 신뢰성이 보다 향상된 스마트 인디케이터를 제공하고, 이를 이용한 계측 값을 기반으로 효과적인 데이터 수집 및 분석이 가능한 빅데이터 분석시스템을 제공한다.
최근 조선 및 해양 분야의 트렌드는 친환경과 무인화 기술이 적극적으로 도입되고 있다. 이러한 트렌드에 따라 해당 분야의 설비 및 장비의 운영 상태에 대한 모니터링 및 진단 시스템에 대한 성능 개선이 요구되고 있다. 또한 최근 발효된 국제해사기구의 강력한 환경규제에 따라 LNG 선박에 대한 수요가 증가하고 있으며, 선박분야에 있어, 추가적인 배기가스 배출 기준 강화가 예상되고 있기 때문에 이러한 추세를 반영하기 위하여 선박의 고효율 친환경 기술에 대한 수요가 높아지고 있다.
특히, 선박 및 선박엔진의 핵심 센서로서 압력과 온도의 사용량이 높아지게 됨에 따라 이에 대한 측정 정밀도 및 그 신뢰성 향상에 대한 요구 사항 역시 높아지고 있는 실정이다.
또한 친환경 이슈 이외의 다른 측면으로서, 선박 등의 자율 운항 및 무인화 운영을 구현하기 위해서는 종래에 인간이 직접 수행하였던 정보의 수집, 진단, 판단 등에 대한 행위를 선박에 설치된 다수의 센서를 통하여 다양한 정보가 입력되고, 센싱된 정보가 유/무선으로 연결된 네트워크를 통하여 수집 및 집중되어야 한다. 특히 수집된 정보를 기반으로 적절한 데이터 분석을 통하여 원격진단 및 유지보수를 진행할 수 있는 수단, 즉 인공지능화를 위한 플랫폼 적용이 요구되고 있다.
이러한 추세 속에서 위와 같은 기술 구현을 위해 무선 센싱 및 신호 전송 기술이 보다 중요해지고 있다고 볼 수 있다.
또한 상술한 바와 같이 선박에 탑재되는 센서가 많아지고 이로부터 수집되는 정보량의 증가하고 있기 때문에 다양한 선박장비에 대하여 데이터를 모니터링하고 선택된 선박장비에 대하여 고장을 감지할 수 있는 효율성 및 신뢰성이 높은 인디케이터(indicator)에 대한 요구가 높아지고 있다.
특히, 선박용 압력 및 온도 센서를 위한 스마트 인디케이터로서, 센싱된 정보를 효율적으로 수집 및 출력하여 측정 정밀도와 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 계측 값을 기반으로 효과적인 데이터 수집 및 분석이 가능한 빅데이터 분석시스템에 대한 필요성이 보다 높아지고 있다.
본 발명의 목적은 친환경 또는 무인선박에 적용될 수 있는 디지털 기반의 인디케이터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 근거리 무선통신과 차별화 된 무선 센서 네트워트를 기반으로 우수한 측정 정밀도 및 신뢰성을 가지는 선박용 압력 및 온도 센서를 위한 스마트 인디케이터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 상기 인티케이터를 포함하며 수집된 센싱 값을 기반으로 선박의 운용 및 관리에 적용할 수 있는 빅데이터 분석 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인디케이터는 복수의 증폭기; 상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항; 상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항; 상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 디스플레이부; 및 상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하는 것일 수 있다.
상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원하는 것일 수 있다.
상기 복수의 증폭기는, 적어도 하나의 비반전 증폭기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는, 상기 복수의 증폭기, 상기 입력 저항, 상기 출력 저항, 상기 A/D 변환부 및 상기 통신 모듈을 내부에 보관하기 위한 하우징;을 더 포함하고, 상기 하우징은 실링(sealing) 처리된 것일 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는, 상기 출력값을 필터링하는 제1 필터; 및 상기 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트 인디케이터를 이용한 빅데이터 분석 시스템은 상기 스마트 인디케이터; 및 상기 스마트 인디케이터에서 측정된 데이터를 수신하고 학습하는 서버;를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 친환경 또는 무인선박에 적용될 수 있는 디지털 기반의 인디케이터를 제공한다.
본 발명은 근거리 무선통신과 차별화 된 무선 센서 네트워트를 기반으로 우수한 측정 정밀도 및 신뢰성을 가지는 선박용 압력 및 온도 센서를 위한 스마트 인디케이터를 제공한다.
본 발명은 상기 인티케이터를 포함하며 수집된 센싱 값을 기반으로 선박의 운용 및 관리에 적용할 수 있는 빅데이터 분석 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인디케이터는 복수의 증폭기; 상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항; 상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항; 상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 디스플레이부; 및 상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하는 것일 수 있다.
상기 증폭기는 증폭기는 신호의 전력을 증대시킬 수 있는 모든 수단을 포함하며, 유/무선 장치를 포함한다.
상기 A/D변환기는 전류에서 변환되어 증폭된 전압의 Pass-Band를 기반으로 A/D변환기의 Sample Rate를 동기화 하여 내부 프로세서로 데이터를 전달하는 것이다. 추출된 데이터는 A/D변환기에서 내부 레지스터에 저장되는 것일 수 있다. 이를 통하여 발생가능한 오차를 줄이면서 모니터링 장치로부터 수신되는 교정정보를 연산하도록 할 수 있다.
레지스터에 저장된 A/D변환 데이터는 Average, Moving Average, FIR, IIR 등의 디지털 Low-Pass Filter(LPF)를 사용하여 신호처리 과정을 거치며 원 신호를 복원하기 위한 연산이 필요하다. 따라서 상기 스마트 케이터는 디지털 필터 설계 및 신호처리 알고리즘이 적용된 것일 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는 력 및 온도 전기신호의 추출을 위한 신호처리 인터페이스를 포함하는 것일 수 있다. 일반적인 전류출력 센서는 수백 옴에서도 출력전류를 유지할 수 있도록 회로를 제공하며, 작은 저항을 사용하여 전기신호를 추출할수록 원 신호를 유지할 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는 1 내지 10Ω 수준에서 전류 측정할 수 있는 전자회로를 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 선박에 적용되어 출력에 영향이 가지 않기 때문에 안정적인 설치 및 운용이 가능하다.
상기 통신모듈은 무선통신 장치일 수 있다. 또한 상기 통신모듈은 임베디드 프로세서와 UART 통신을 하며, 내부 AT명령어를 통해 초기화 및 통신연결 하는 것일 수 있다.
선박용 로컬 스마트 무선 센서 네트워크 환경에서는 일대다(多) 또는 다대다의 통신이 필요한 경우가 많다. 따라서 부족한 자원의 임베디드 시스템에서는 비교적 가볍고 단순한 메시징 프로토콜인 MQTT가 적합할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 프로토콜은 최초로 IBM에서 유전 장비와의 위성 통신을 위해 개발되었으며 신뢰성과 저전력이 특징으로 IoT(Internet of Things) 환경에 적합하다. 또한 네트워크 노드간 메시지를 관리하고 라우팅하기 위해 브로커가 필요하며 이러한 중앙브로커를 통해 다중 클라이언트 간의 메시지를 전달하며 다대다(many-to-many) 통신 프로토콜에 적합할 수 있다.
상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원하는 것일 수 있다.
종래의 경우 유선 통신망을 이용한 신호 및 계측 값 수집(기존 알람모니터링 시스템 확보)하기 때문에 상기 유선 통신망 활용에 따른 설치 및 유지보수가 어렵다는 현실적 한계점이 있다. 또한 무선 통신수단의 경우에도 주로 NFC 근거리 무선을 사용하기 때문에 무선통신망을 통한 신호 및 계측 값의 수집에 분명한 한계를 가지며, 수집된 데이터량이 증가할 수록 효과적인 관리 및 제어가 곤란하다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원함으로서, 무선 통신망을 이용한 신호 및 계측 값 수집할 수 있고, 게이트웨이 구성을 통한 정보 전달 효율성과 확장 및 이식성이 높아지는 효과를 나타낼 수 있다. 특히 데이터가 폭발적으로 증가하는 환경에서도 게이트웨이에서 클라우드 서비스로 빅데이터를 형성하여 효과적인 분석 및 관리가 가능할 수 있도록 하는 장점을 가진다.
상기 복수의 증폭기는, 적어도 하나의 비반전 증폭기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는, 상기 복수의 증폭기, 상기 입력 저항, 상기 출력 저항, 상기 A/D 변환부 및 상기 통신 모듈을 내부에 보관하기 위한 하우징;을 더 포함하고, 상기 하우징은 실링(sealing) 처리된 것일 수 있다.
상기 스마트 인디케이터는, 상기 출력값을 필터링하는 제1 필터; 및 상기 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터;를 더 포함하는 것일 수 있다.
선박으로부터 수집된 데이터는 환경에 따라 쉽게 변할 수 있다는 특징을 가진다. 따라서 수집된 데이터를 그대로 사용하는 경우 민감한 환경 변화에 따라 일정한 주기 등을 특정하기 어렵다는 문제를 가진다. 따라서 효과적인 데이터 분석 및 활용이 어렵게 되는 한계를 가진다. 따라서 예외상황을 발생시키는 값이 누락된 센서가 있는 시점의 데이터, 도선작업 등으로 인해 발생한 불특정 주기의 일반적이지 못한 센서의 데이터 값을 필터링이 중요하며, 상기 제 1필터를 통하여 출력값 중 미리 정해 놓은 기준에 따라 일반적인 것으로 취급되지 않는 불특정 주기를 가지는 데이터를 필터하고, 제1 필터를 거치 데이터를 기반으로 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터를 포함하여 데이터 분석의 효과를 높일 수 있다.
구체적으로 상기 제1 필터는 실시간으로 수집된 데이터에서 회귀분석을 통해 상관계수를 계산하여 효과적인 분석을 할 수 있도록 상관계수가 높은 데이터쌍만 추출한다. 이후 예측 값을 생성하고 신뢰구간 95%를 적용하여 예측구간을 생성하는 단계를 통하여 데이터를 필터하는 것일 수 있다. 이 경우 불특정 주기에 의한 오차를 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트 인디케이터를 이용한 빅데이터 분석 시스템은 상기 스마트 인디케이터; 및 상기 스마트 인디케이터에서 측정된 데이터를 수신하고 학습하는 서버;를 포함하는 것일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (6)
- 복수의 증폭기;
상기 복수의 증폭기에 전류를 입력하기 위한 입력 저항;
상기 복수의 증폭기에 따라 증폭된 출력값을 출력하기 위한 출력 저항;
상기 출력 저항과 전기적으로 연결되고, 상기 출력값을 디지털 변환하기 위한 A/D 변환부;
상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 데이터를 표시하는 디스플레이부; 및
상기 디지털 데이터를 외부에 전송하는 통신 모듈;을 포함하는,
스마트 인디케이터. - 제1항에 있어서,
상기 통신 모듈은 와이파이 통신 규격을 지원하는 것인,
스마트 인디케이터. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 증폭기는,
적어도 하나의 비반전 증폭기를 포함하는 것인,
스마트 인디케이터. - 제1항에 있어서,
상기 스마트 인디케이터는,
상기 복수의 증폭기, 상기 입력 저항, 상기 출력 저항, 상기 A/D 변환부 및 상기 통신 모듈을 내부에 보관하기 위한 하우징;을 더 포함하고,
상기 하우징은 실링(sealing) 처리된 것인,
스마트 인디케이터. - 제1항에 있어서,
상기 스마트 인디케이터는,
상기 출력값을 필터링하는 제1 필터; 및
상기 디지털 데이터를 복원하는 제2 필터;를 더 포함하는 것인,
스마트 인디케이터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 스마트 인디케이터; 및
상기 스마트 인디케이터에서 측정된 데이터를 수신하고 학습하는 서버;를 포함하는,
스마트 인디케이터를 이용한 빅데이터 분석 시스템.
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