KR20240048109A - 센싱신호로부터 노이즈를 제거하기 위한 장치 및 노이즈 제거하기 위한 방법 - Google Patents

센싱신호로부터 노이즈를 제거하기 위한 장치 및 노이즈 제거하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 장치는 연관필터 획득부와 신호 처리부로 이루어지고, 상기 연관필터 획득부(100)는 기 수집된 센싱신호에 기초하여 연관필터를 획득하는 연관필터 획득부(100)와, 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하고 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거하는 신호 처리부(200)로 이루어지고,
상기 연관필터 획득부(100)는 기 수집된 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 데이터 변환모듈(110)과, 하나 이상의 평활화 필터를 저장하는 필터 저장모듈(120)과, 상기 변환된 디지털 센싱신호를 기초로 하나 이상의 평활화 필터로부터 연관필터를 획득하는 연관필터 획득모듈(130)과, 입력되는 센싱신호에 대응하는 연관필터를 독출하는 연관필터 제공모듈(140)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 방법은 기 수집된 센싱신호를 입력받고 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 단계(S100)와, 저장된 평활화 필터로부터 상기 변환된 센싱신호에 대응하는 연관필터를 획득하는 단계(S200)와, 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하는 단계(S300)와, 상기 입력되는 센싱신호에 연관필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 단계(S400)를 포함한다.

Description

센싱신호로부터 노이즈를 제거하기 위한 장치 및 노이즈 제거하기 위한 방법{LEAK SENSING SYSTEM AND MOTHOD FOR THE SAME}
본 발명은 기 수집된 센싱신호와 상기 기 수집된 센싱신호가 처리된 변환신호를 기초로 연관필터를 획득하고, 입력되는 센싱신호 특성에 대응하는 연관필터를 사용하여 입력되는 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 제거장치에 관한 것이다.
물체의 상태는 물체로부터 발생되는 진동으로부터 알 수 있다. 진동은 기계장치인 경우 고장지점으로부터 발생될 수도 있고, 유체인 경우 배관의 파손부위로부터 발생될 수 있다. 나아가, 물체로부터 발생되는 진동으로부터 정상상태나 고장, 파손상태의 진행 정도를 검출할 수 있다.
진동을 검출하기 위한 소자는 주로 가속도 센서, 음파 센서 등과 같은 센서가 사용될 수 있다. 진동검출 소자로부터 검출된 진동신호는 다양한 노이즈를 포함한다. 이러한 노이즈는 파손이나 노후화로부터 발생되는 진동신호의 분석을 어렵게 하고 있다. 물체의 현재 상태를 진단하기 위하여, 검출된 진동신호에 포함된 노이즈를 효과적으로 제거하는 것이 필요하다.
진동검출소자에 의해 검출된 신호 즉, 센싱신호에 포함된 노이즈 제거를 위하여, 정류회로를 이용한 평활화 처리가 사용되었다. 공개특허 제10-2007-0119741호는 신호의 평활화를 이용하여 노이즈를 제거하는 방법을 제안하고 있다.
선행문헌의 노이즈 제거 방법은 입력신호 중의 노이즈 피크를 감쇠시켜 평활화된 신호를 얻은 다음, 배경 노이즈 추정치에 기초하여, 평활화된 신호를 상기 입력 신호와 블렌딩하여 출력 신호를 획득하는 방법을 채택하고 있다.
컴퓨팅 장치의 발달에 따라, 신호 속에 포함된 노이즈 제거를 위하여 노이즈 제거 필터 알고리즘을 사용하고 있다. 노이즈 제거 필터 알고리즘은 서로 다른 처리 효율을 가질 수 있다. 어느 하나의 신호에 포함된 노이즈 제거에는 효과적일 수 있으나, 다른 신호에 포함된 노이즈 제거에는 별다른 효과를 나타낼 수 없을 수도 있다.
등록특허공보 제10-0549133호, 노이즈 감소 방법 및 장치 공개특허공보 제10-2007-0119741호, 음색 노이즈 강인성을 위한 신호 처리 시스템 등록특허공보 제10-0679789호, 노이즈 검출 장치, 노이즈 검출 방법, 신호 처리 장치 및 신호 처리 방법 공개특허공보 제10-2011-0116984호, 저 노이즈 및 노이즈 제거 아날로그 및 디지털 신호 처리의 조합을 이용한 프로그램 가능한 노이즈 게이트 및 오디오 증폭기
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 검출된 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 장치 및 노이즈 제거 방법을 제공하려는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 장치는 연관필터 획득부와 신호 처리부로 이루어지고, 상기 연관필터 획득부(100)는 기 수집된 센싱신호에 기초하여 연관필터를 획득하는 연관필터 획득부(100)와, 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하고 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거하는 신호 처리부(200)로 이루어지고,
상기 연관필터 획득부(100)는 기 수집된 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 데이터 변환모듈(110)과, 하나 이상의 평활화 필터를 저장하는 필터 저장모듈(120)과, 상기 변환된 디지털 센싱신호를 기초로 하나 이상의 평활화 필터로부터 연관필터를 획득하는 연관필터 획득모듈(130)과, 입력되는 센싱신호에 대응하는 연관필터를 독출하는 연관필터 제공모듈(140)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 방법은 기 수집된 센싱신호를 입력받고 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 단계(S100)와, 저장된 평활화 필터로부터 상기 변환된 센싱신호에 대응하는 연관필터를 획득하는 단계(S200)와, 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하는 단계(S300)와, 상기 입력되는 센싱신호에 연관필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 단계(S400)를 포함한다.
여기서, 상기 특징요소는 센서의 설치위치, 센싱신호의 검출대상, 검출시간, 센싱신호의 피크 주파수의 특징요소 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면, 평활화 필터들 중에서, 기 수집된 어느 하나의 센싱신호에 적합한 필터를 연관필터로 획득하고, 입력되는 입력되는 센싱신호 특성에 대응하는 연관필터를 사용하여 입력되는 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 때문에 센싱신호에 적합한 연관필터를 선택적으로 채택하여 보다 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 노이즈 제거장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 센싱신호로부터 노이즈를 제거하는 방법을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 실시 예들에 사용된 장치, 부, 모듈 등의 용어는 하드웨어와 소프트웨어가 조합된 구성일 수 있다. 하드웨어는 CPU 또는 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있으며, 소프트웨어는 하드웨어에서 실행되는 프로그램(program)을 지칭할 수 있다.
본 발명은 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 장치에 관한 것이다. 이하에서는, 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 장치를 간략히 노이즈 제거장치라 지칭한다. 센싱신호를 검출하기 위한 센서는 가속도 센서, 피에조 센서 등일 수 있다. 다른 실시예로서 센서는 진동신호를 검출하기 위한 다른 방식의 소자를 사용할 수 있다.
센서로부터 검출되는 센싱신호에는 노이즈가 포함되어 있을 수 있다. 상기 노이즈는 진동원점으로서 센서 설치위치 사이에서 유입되는 진동신호일 수 있다. 상기 노이즈(noise)는 다양한 크기(magnitude) 및 피크 주파수(frequency)를 가질 수 있다. 이렇게 유입되는 노이즈는 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예컨대, 노이즈는 생활진동이 원인일 수 있고, 또 다른 종류의 진동신호가 포함되어 전달될 수도 있다. 센싱신호에 포함된 노이즈는 정확한 신호분석에 방해요소로 작용한다.
본 발명에 따른 노이즈 제거장치는 기 수집된 센싱신호와 상기 기 수집된 센싱신호가 처리된 변환신호를 기초로 연관필터를 획득하고, 입력되는 센싱신호 특성에 대응하는 연관필터를 사용하여 입력되는 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거한다.
도 1은 본 발명에 따른 노이즈 제거장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 노이즈 제거장치는 연관필터 획득부(100)와, 신호 처리부(200)를 포함한다. 상기 연관필터 획득부(100)는 기 수집된 센싱신호에 기초하여 연관필터를 획득하고, 상기 신호 처리부(200)는 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하고 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거한다.
상기 연관필터 획득부(100)는 기 수집된 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 데이터 변환모듈(110)과, 하나 이상의 평활화 필터를 저장하는 필터 저장모듈(120)과, 상기 변환된 디지털 센싱신호를 기초로 하나 이상의 평활화 필터로부터 연관필터를 획득하는 연관필터 획득모듈(130)과, 입력되는 센싱신호에 대응하는 연관필터를 독출하는 연관필터 제공모듈(140)을 포함한다.
상기 데이터 변환모듈(110)은 기 수집된 센싱신호에 포함된 정크 영역(junk region)을 우선하여 제거한다. 이어서, 데이터 변환모듈은 미리 검출된 센싱 신호를 후속 처리부의 데이터 처리를 위한 데이터 변환을 수행한다. 데이터 변환모듈은 아날로그 또는 디지털 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환한다. 실시예로서, 센서로 검출되는 센싱신호는 아날로그 신호 또는 디지털 신호일 수 있다. 데이터 변환모듈은 센싱신호를 디지털 데이터로 변환한다.
상기 필터 저장모듈(120)에는 하나 이상의 평활화 필터가 저장된다. 상기 필터 저장모듈에 저장되는 필터는 Percentile Filter, Savitzky-Golay Filter, Kalman Filter, Adjacent-Averaging Filter, FFT Filter와 같은 노이즈 제거를 위한 평활화 필터일 수 있다.
상기 연관필터 획득모듈(130)은 변환된 센싱신호를 기초로, 기 저장된 하나 이상의 평활화 필터로부터 연관필터를 획득한다. 실시예로서, 연관필터 획득모듈은 변환된 센싱신호를 입력받고 상기 변환된 센싱신호와 유사도를 갖는 연관 필터를 획득한다.
상기 연관필터는 기 저장된 평활화 필터들 중 어느 하나일 수 있다. 알려진 평활화 필터들은 서로 다른 노이즈 제거특성을 가질 수 있다. 예컨대, 어느 하나의 센싱신호에 대하여, 필터 A 보다 필터 C가 상대적으로 높은 노이즈 제거성능을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 연관필터 획득모듈은, 변환된 센싱신호에 대하여 최적의 노이즈 제거성능을 갖는 평활화 필터 즉, 연관필터를 획득한다. 다른 실시예로서, 연관필터의 획득은 기계학습 또는 신경망을 이용한 학습 방식으로 획득할 수도 있다. 이 경우, 기 수집된 센싱신호를 학습하고 검출된 센싱신호와 유사도를 갖는 연관필터를 획득할 수 있다.
이와 같이 획득된 연관필터는 변환된 센싱신호의 특징요소와 함께 연관필터 제공모듈(140)으로 출력한다.
상기 연관필터 제공모듈(140)은 변환된 센싱신호와 연관필터를 매칭하여 저장한다. 또한 연관필터 제공모듈은 입력되는 센싱신호의 특징요소를 입력받고, 해당 특징요소에 대응하는 연관필터를 검출하여 신호 처리부(200)로 출력한다.
상기 연관필터 제공모듈에는 변환된 센싱신호와, 해당 변환된 센싱신호의 특징요소와, 상기 변환된 센싱신호에 대응하는 연관필터가 매칭되어 룩업 테이블 형태로 저장될 수 있다. 여기서 센서가 진동센서인 경우, 상기 변환된 센싱신호의 특징요소는 센서의 설치위치, 센싱신호의 검출대상, 검출시간, 센싱신호의 피크 주파수 특징요소 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 연관필터 제공모듈에서 이루어지는 연관필터의 검출은 피크 주파수의 특징요소에 의해 이루어질 수 있다. 상기 피크 주파수의 특징요소는 피크 주파수 크기, 피크 주파수의 이격거리일 수 있다. 여기서 피크 주파수의 이격거리는 제1 피크 주파수와 제2 또는 제3 피크 주파수의 이격거리일 수 있다.
본 발명에 따른 신호 처리부(200)는 입력되는 센싱신호의 특징요소를 검출하고, 상기 특징요소를 연관필터 제공모듈로 출력한다. 또한 신호 처리부는 상기 연관필터 제공모듈로부터 출력되는 연관필터를 이용하여 입력되는 센싱신호를 평활화한다.
상기 입력되는 센싱신호는 기계장치에서 전달되는 진동신호일 수 있고, 유체가 이동하는 배관에서 전달되는 진동신호일 수도 있다. 상기 신호 처리부로부터 필터링되어 출력되는 신호는 주파수 분석을 위한 처리장치로 출력될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 센싱신호로부터 노이즈를 제거하는 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 센싱신호로부터 노이즈를 제거하는 방법을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 센싱신호로부터 노이즈를 제거하는 방법은, 기 수집된 센싱신호를 입력받고 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 단계(S100)와, 저장된 평활화 필터로부터 상기 변환된 센싱신호에 대응하는 연관필터를 획득하는 단계(S200)와, 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하는 단계(S300)와, 상기 입력되는 센싱신호에 연관필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 단계(S400)를 포함한다.
1. 기 수집된 센싱신호를 입력받고 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 단계(S100);
상기 S100 단계는 데이터 변환모듈에서 수행될 수 있다. 이 단계에서는 기 수집된 센싱신호에 포함된 정크영역을 제거하고, 상기 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환한다. 이러한 변환은 연관필터 획득모듈에서 수행되는 신호처리를 위한 전처리 과정일 수 있다. 일반적으로 센싱신호는 아날로그 신호일 수 있고, 디지털 신호일 수 있다. 이러한 센싱신호들은 후속되는 데이터 처리에 적합한 신호로 변환하여야 한다. 데이터 변환모듈은 기 수집된 아날로그 또는 디지털 센싱신호를 연관필터 획득모듈에 처리 가능한 디지털 센싱신호로 변환한다.
2. 저장된 평활화 필터로부터 상기 변환된 센싱신호에 대응하는 연관필터를 획득하는 단계(S200);
이 단계는 연관핀터 획득모듈에서 수행된다. 변환된 센싱신호를 기초로, 상기 센싱신호의 특징요소에 매칭되는 평활화 필터를 추출한다. 상기 추출된 평활화 필터는 센싱신호의 특징요소에 매칭되는 연관필터로 선택된다. 여기서 센싱신호가 진동신호인 경우 해당 센싱신호 특징요소는 센서의 설치위치, 센싱신호의 검출대상, 검출시간, 센싱신호의 피크 주파수의 특징요소 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 검출된 어느 하나의 센싱신호는 기 저장된 평활화 필터들로부터 처리되고, 최종적으로 최적의 결과값을 출력하는 평활화 필터가 연관필터로 선택될 수 있다.
3. 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하는 단계(S300);
이 단계는 신호 처리부(200), 연관필터 제공모듈(140), 및 연관필터 획득모듈(130)에서 수행된다. 신호처리부로 입력되는 센싱신호(input signal)는 우선하여 특징요소를 추출한 후, 특징요소를 연관필터 제공모듈로 전송한다. 이에 따라 연관필터 제공모듈은 연관필터 획득모듈에 저장된 상기 특징요소에 대응하는 연관필터를 전송받고, 신호처리부로 전송한다.
4. 입력되는 센싱신호에 연관필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 단계(S400);
이 단계는 신호 처리부에서 수행된다. 신호처리부는 연관필터 제공모듈로부터 전송되는 필터를 사용하여 입력되는 센싱신호(input signal)의 노이즈를 제거한 후, 출력 센싱신호(output signal)로 출력한다.
본 발명에 따르면, 평활화 필터들 중에서, 기 수집된 어느 하나의 센싱신호에 적합한 필터를 연관필터로 획득하고, 입력되는 입력되는 센싱신호 특성에 대응하는 연관필터를 사용하여 입력되는 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 때문에 센싱신호에 적합한 연관필터를 선택적으로 채택하여 보다 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 연관필터 획득부
110 : 데이터 변환모듈
120 : 평활화필터 저장모듈
130 : 연관필터 획득모듈
140 : 연관필터 제공모듈
200 : 신호 처리부

Claims (3)

  1. 상기 연관필터 획득부(100)는 기 수집된 센싱신호에 기초하여 연관필터를 획득하는 연관필터 획득부(100)와, 입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하고 센싱신호에 포함된 노이즈를 제거하는 신호 처리부(200)로 이루어지고,
    상기 연관필터 획득부(100)는,
    기 수집된 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 데이터 변환모듈(110)과, 하나 이상의 평활화 필터를 저장하는 필터 저장모듈(120)과, 상기 변환된 디지털 센싱신호를 기초로 하나 이상의 평활화 필터로부터 연관필터를 획득하는 연관필터 획득모듈(130)과, 입력되는 센싱신호에 대응하는 연관필터를 독출하는 연관필터 제공모듈(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 기 수집된 센싱신호를 입력받고 센싱신호를 디지털 센싱신호로 변환하는 단계(S100)와,
    저장된 평활화 필터로부터 상기 변환된 센싱신호에 대응하는 연관필터를 획득하는 단계(S200)와,
    입력되는 센싱신호의 특징요소에 기초하여 연관필터를 독출하는 단계(S300)와,
    상기 입력되는 센싱신호에 연관필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 특징요소는 센서의 설치위치, 센싱신호의 검출대상, 검출시간, 센싱신호의 피크 주파수의 특징요소 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
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