WO2018074721A1 - 무선 진동 계측 시스템 - Google Patents

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WO2018074721A1
WO2018074721A1 PCT/KR2017/008946 KR2017008946W WO2018074721A1 WO 2018074721 A1 WO2018074721 A1 WO 2018074721A1 KR 2017008946 W KR2017008946 W KR 2017008946W WO 2018074721 A1 WO2018074721 A1 WO 2018074721A1
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vibration pattern
measurement
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PCT/KR2017/008946
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서종철
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모루기술 주식회사
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Definitions

  • the present invention comprises a plurality of vibration sensors; And a vibration analysis means.
  • the acceleration sensor included in the vibration sensor is composed of a MEMS type microminiature sensor, and a wireless network is formed between the vibration sensor and the vibration analysis means to solve the inconvenience of the existing wired system and of course, it is difficult to install the wired cable. It has the advantage that it can be applied to a moving body such as a structure or a rotating body.
  • vibration pattern database according to the measurement object, part, measurement location, part life and season, it is possible to determine whether the vibration pattern of the object currently being measured is normal and analyze the source of abnormal vibration. have.
  • the measurement object by configuring the measurement object, parts, measurement location, parts life, season and cumulative average pattern in the context, it has the characteristics that can determine the parts that are currently in a steady state or probable malfunction in the future.
  • Vibration measurement system using vibration sensor is widely used for automobile R & D, aircraft structural analysis, R & D of mechanical structures or condition monitoring of mechanical moving objects such as pumps and motors.
  • a cable having a distance of several km should be installed between a measurement object such as a pump and a motor and data analysis equipment due to the characteristics of a nuclear power plant.
  • the use of wired systems was very limited, such as the problem of attaching cables with ⁇ 40 vibration sensors and removing cables after testing.
  • the sensor or equipment constituting the system is imported products, and the mechanical installation system has a high initial installation cost and maintenance cost, there was a limit to the system dissemination. That is, the piezoelectric acceleration sensor (piezoelectric type), which is an acceleration sensor mainly used in the related art, is expensive and has a limitation in wirelessization because a mechanical conversion system is used.
  • the present applicant uses a micro MEMS acceleration sensor manufactured using a semiconductor manufacturing process as an acceleration sensor included in the vibration sensor, and enables wireless communication between the vibration sensor and the analysis means.
  • the analysis means devised a wireless vibration measurement system capable of performing pattern analysis and risk signal probability analysis.
  • Claim 1 is a wireless measuring device that obtains data generated from the structure to provide a monitoring device for analyzing the analysis, acceleration, humidity, temperature, noise and to detect the vibration, humidity, temperature, noise and photo characteristics of the structure
  • a sensor module including a photo sensor
  • a control module for acquiring, processing, and storing dynamic data output from each sensor of the sensor module, and determining a measurement status of the structure according to a control signal provided from the monitoring device;
  • a wireless modem interlocked with the monitoring device to perform wireless communication with the monitoring device, to transmit dynamic data of each sensor output from the control module to the monitoring device, and a control signal transmitted from the monitoring device.
  • It includes a wireless communication module for providing to the control module, the wireless measuring device for monitoring the structure, characterized in that to integrate the sensor module, the control module and the wireless communication module in one device.
  • Korean Patent No. 10-0524138 discloses an 'intelligent sensor using a wireless communication technology and a vibration measuring method using the same'.
  • the intelligent sensor (S) for measuring the vibration generated in the machine facilities and transmits it wirelessly the sensing unit 10 is in close contact with the specific surface to measure a variety of signals from various equipment, and acquired A signal processing unit 20 for filtering the signal and processing the FFT signal in real time after A / D conversion, and the signal processed from the signal processing unit 20 is transmitted and received through a wireless module.
  • the receiver 30 is a Bluetooth module, and includes a Bluetooth module in at least one of a personal portable terminal, a personal computer, and a laptop computer to receive a vibration measurement signal transmitted from the Bluetooth module of the transmitting side, and the data corresponding thereto is decoded.
  • the intelligent sensor the application of wireless technologies, characterized in that the play is described.
  • the senor is similar to the present invention in that it employs a sensor capable of wireless communication, but it has not been reached until analyzing a vibration pattern and detecting a specific signal using the vibration pattern.
  • the technical problem of the present invention is to use an ultra-small MEMS acceleration sensor as an acceleration sensor included in the vibration sensor, and to wirelessly communicate between the vibration sensor and the analysis means, and the analysis means determines whether it is normal through vibration pattern analysis.
  • an ultra-small MEMS acceleration sensor as an acceleration sensor included in the vibration sensor, and to wirelessly communicate between the vibration sensor and the analysis means, and the analysis means determines whether it is normal through vibration pattern analysis.
  • the present invention at least one vibration sensor attached to the measurement object; And vibration analysis means, comprising:
  • the vibration sensor detects a sensing value including a vibration and a vibration pattern by using an acceleration sensor and wirelessly transmits the vibration value to the vibration analysis means.
  • a wireless vibration measuring system characterized in that it determines whether the vibration source and the vibration pattern is normal.
  • the vibration analysis means by providing a wireless vibration measurement system, characterized in that determining whether the vibration pattern is normal, by using the measurement target, the component, the measurement position, the component life and the normal vibration pattern for each season, To solve.
  • the acceleration sensor is to provide a wireless vibration measuring system, characterized in that the MEMS type semiconductor sensor, to solve the technical problem.
  • the vibration analysis means after configuring the object to be measured, parts, measuring location, parts life, season and cumulative average pattern as a context to verify whether the context of the desired unit of time, and after the change of the context to determine the future measurement It is intended to solve the technical problem by providing a wireless vibration measuring system, characterized in that it is possible to determine whether the operation abnormality.
  • the vibration analysis means to provide a wireless vibration measurement system, characterized in that it is possible to set the operating frequency range, sampling method and analysis time zone of the vibration sensor, to solve the technical problem.
  • the continuous production method of the pulp of the present invention can achieve the effect of mass production of pulp using red algae.
  • red algae which is a waste of the agar manufacturing process, in addition to the red algae before agar extraction. It can manufacture.
  • FIG. 1 is an external perspective view of main components of a wireless vibration measuring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the main configuration and function of the wireless vibration measurement system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view of main components of a wireless vibration measurement system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the main configuration and function of the wireless vibration measurement system according to an embodiment of the present invention to be.
  • the wireless vibration measuring system includes N vibration sensors 100 and vibration analysis means 200. (N is a natural number)
  • the vibration sensor 100 is attached to the structure or the moving body to measure the acceleration, temperature and angle. That is, the 'vibration sensor' in the present invention reveals that it is used as a concept of a single device having all the sensors installed to grasp the vibration, the driving means of the sensors, and the communication means of the sensors.
  • Each vibration sensor 100 is configured to transmit the RF signal based on the IP and configured to be identified by the IP.
  • the sensor node may be configured as a sensor network protocol by having a unique identifier as a sensor node.
  • the main configuration of the vibration sensor 100 includes a housing, a drive board, a sensing unit and a transmission unit.
  • a battery is included to supply power.
  • the housing is formed to closely adhere the vibration sensor to the object to be measured, and is formed to allow a fixed adhesion by using a mounting stud or a magnetic. This is for close contact with the object under test to avoid resonance within the vibration measurement range.
  • the drive board is protected and configured in an optimized shape to accurately transmit vibrations to the sensing unit.
  • the drive board is a PCB board and includes a sensing unit, a power supply module for supplying power to the sensing unit, and a transmission unit for wireless communication with the vibration analyzing unit.
  • the A / D conversion module converts the vibration analog signal into a digital signal.
  • the noise canceling module removes noise from the analog signal.
  • the anti-aliasing module performs the function of eliminating aliasing for frequency analysis.
  • the sensors may each include sensors measuring acceleration, temperature and angle. Depending on the design conditions, of course, other types of sensors may be included.
  • the MEMS acceleration sensor manufactured in a very small using a semiconductor manufacturing process is employed.
  • MEMS accelerometers can be mass-produced in a batch process, and have the advantages of low cost and low power because they are very small semiconductors.
  • the temperature sensor may employ a semiconductor type sensor to suit the purpose of the present invention.
  • the vibration pattern measuring unit divides the values measured by the acceleration sensor according to a predetermined time interval and a frequency band to store a time band vibration pattern and a frequency band vibration pattern.
  • the transmitter performs a function of transmitting a signal of the sensing unit to the vibration analyzing means 200. That is, the detection values from the various sensors included in the sensing unit are collected and transmitted to the vibration analysis means 200, and are designed to be transmitted in order or in real time according to the setting of the vibration analysis means 200.
  • Vibration analysis means 200 performs the function of recognizing and setting the N vibration sensors 100 for each position, by collecting the signals of each sensor intelligently. It is mainly configured to include a sensor setting unit, a signal processor, a signal analyzer, and a memory.
  • the sensor setting unit sets a signal channel with the vibration sensor to receive a signal from the vibration sensor.
  • each of the vibration sensors to transmit the sensing value in order or to perform the function to set to transmit immediately in real time.
  • some vibration sensors do not send sensing values and other vibration sensors send selective sensing settings.
  • the frequency range, sampling method, and analysis time band of each vibration sensor may be set.
  • the signal processor processes sensing values of all vibration sensors to enable analysis of the time domain and the frequency domain.
  • FFT analysis is performed for frequency domain analysis. For example, when 10 vibration sensors transmit sensing values in real time, an analysis is performed to simultaneously display 10 sensing values or to display a singular signal for each time or frequency band.
  • the vibration pattern among the sensing values transmitted from the sensing unit determines whether the vibration pattern is the same at each time interval and the frequency interval, and displays the vibration pattern that is not the same so that the user can notice.
  • identity does not mean an average but rather iterative identicality of a signal waveform within a minimum range.
  • the signal pattern beyond the allowable range may be defined as not equal in the accumulated average value.
  • the memory basically stores the sensing value transmitted from the vibration sensor.
  • it is configured to have a database of each vibration pattern according to the measurement target, parts, measurement location, parts life and season for customized analysis.
  • the signal analysis unit performs a customized analysis of vibration measurement targets using a database stored in memory and provides a guide for finding problem parts and recommending replacement of parts.
  • the reason why the signal analysis unit is required is that the structure of the measurement object to which the system of the present invention can be applied and the functions of the components belonging to the measurement object are various.
  • the area where the motor is present is inevitably vibrated more than other measurement sites, and thus a high probability of generating a singular signal and the motor is likely to be a source of vibration.
  • the vibration pattern of the portion where the motor is mounted is not closely examined, it may not be possible to determine whether abnormal vibration or vibration of another portion due to the age of the motor is due to the vibration of the motor.
  • the signal analyzer analyzes the abnormality of the vibration pattern currently being measured by using the normal vibration pattern database according to the measurement object, the component, the measurement position, the component life, and the season.
  • other types of vibration pattern databases may be included as long as the object of the invention can be met.
  • the vibration pattern database according to the car, engine, upper plate, lower plate, engine life and winter, it is determined whether the normal using the vibration pattern of the car, engine, top plate, lower plate currently measured. That is, the vibration pattern according to the life and the season can be regarded as the vibration pattern within the allowable range from the basic vibration pattern. Depending on the design conditions, the average value of the vibration pattern measured for a certain time after the start of measurement may be defined as a normal pattern and analyzed.
  • the signal analyzer can perform the function of judging parts that can be operated normally or in the future with probability by constructing a measurement object, part, measuring location, part life, season, and cumulative average pattern as context.
  • a week is divided into seven days, the week is divided into four quarters, and 24 hours are divided into four quarters. Then, each hour is pre-processed every 10 minutes to convert to a time context with a hierarchical tree structure. This allows indexing a total of 1,008 time slots (1 ⁇ 7 ⁇ 4 ⁇ 6 ⁇ 6) over a week. After indexing, the context can be matched in weeks, days, hours, and minutes. Then, graphing the changing pattern of the context pattern can identify when the parts or parts are likely to be malfunctioning in the future.
  • weights may be calculated for each pattern element and configured. For example, parts life can be multiplied by a weight of 2, and the rest can be multiplied by a weight of 1, or a part life can be multiplied by a weight of 2, a cumulative average by a weight of 1.5, and the rest by a weight of 1. have.
  • Table 1 shows, as an example, the result of determining the ANTI-similarity based on the upper and lower pattern ranges in which patterns of 10 hour intervals were measured in units of 10 minutes. After determining the ANTI-similarity, the total ANTI-similarity can be obtained by adding each ANTI-similarity or multiplying the ANTI-similarity by weight.
  • the overall vehicle has a vibration value of ⁇ 1 dB for the first 10 minutes of measurement, and has a vibration value of ⁇ 1.2 dB for 10 minutes of measurement after 10 hours.
  • the similarity goes up.
  • a 100-hour measurement of these experiments will allow us to graph the behavior of the change and predict the potential for up to ⁇ 5 dB of possible future malfunction.
  • FIGS. 1 and 2 described above describe only the main matters of the present invention, and the present invention is limited to the configurations and functions of FIGS. 1 and 2 as many designs are possible within the technical scope. It is not clear.

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Abstract

본 발명은 복수 개의 진동센서; 및 진동분석수단;을 포함한 무선 진동 계측 시스템에 관한 것이다. 특히, 진동센서에 포함된 가속도 센서를 MEMS 타입 초소형 센서로 구성하고, 진동센서 및 진동분석수단 사이에 무선네트워크를 구성하여, 기존 유선 시스템의 불편함을 해소하는 것은 물론 유선 케이블 설치가 어려운 형상의 구조물이나 회전체와 같은 운동체에도 적용할 수 있는 장점을 보유하고 있다. 또한, 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명 및 계절 각각에 따른 진동패턴 데이터베이스를 이용하여 현재 측정하고 있는 대상의 진동패턴이 정상적인 여부를 판단하고 이상 진동의 발생원을 분석할 수 있는 특징을 보유하고 있다. 또한, 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명, 계절 및 누적평균 패턴을 컨텍스트로 구성하여 현재는 정상상태이나 향후 확률적으로 작동이상 가능성이 있는 부품을 판단할 수 있는 특징을 보유하고 있다.

Description

무선 진동 계측 시스템
본 발명은 복수 개의 진동센서; 및 진동분석수단;을 포함한 무선 진동 계측 시스템에 관한 것이다.
특히, 진동센서에 포함된 가속도 센서를 MEMS 타입 초소형 센서로 구성하고, 진동센서 및 진동분석수단 사이에 무선네트워크를 구성하여, 기존 유선 시스템의 불편함을 해소하는 것은 물론 유선 케이블 설치가 어려운 형상의 구조물이나 회전체와 같은 운동체에도 적용할 수 있는 장점을 보유하고 있다.
또한, 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명 및 계절 각각에 따른 진동패턴 데이터베이스를 이용하여 현재 측정하고 있는 대상의 진동패턴이 정상적인 여부를 판단하고 이상 진동의 발생원을 분석할 수 있는 특징을 보유하고 있다.
또한, 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명, 계절 및 누적평균 패턴을 컨텍스트로 구성하여 현재는 정상상태이나 향후 확률적으로 작동이상 가능성이 있는 부품을 판단할 수 있는 특징을 보유하고 있다.
진동센서를 이용한 진동계측시스템은 자동차 연구개발, 항공기 구조분석, 기계 구조물의 연구개발 또는 펌프나 모터와 같은 기계적인 운동체의 상태 모니터링에 널리 사용된다.
종래에는 유선 진동 계측 시스템이 이용되었는데 진동센서, 데이터 획득장비 및 분석 장비 간에 모두 케이블로 연결되어 있어서, 위험지역이나 계측이 용이하지 않은 시설물에 대해서는 정기적인 정밀계측이 불가능하였다.
예를 들어, 종래의 유선 진동 계측 시스템을 사용하는 경우, 원자력 발전소 특성상 펌프와 모터 등의 측정물과 데이터 분석 장비간에는 수 km 거리의 케이블이 설치되어야 되는 문제점이 있었고, 차량 주행시험시 차량에 30~40개의 진동센서를 부착하면서 케이블을 연결하고 시험 후에는 다시 케이블을 철거해야 되는 문제점과 같이 유선 시스템 사용은 매우 제한적이었다.
또한, 시스템을 이루는 센서나 장비 등이 수입 제품이고 기계적 변환 시스템을 이용하여서 초기 설치비용과 유지관리 비용이 높아 시스템 보급에 한계가 있었다. 즉, 종래 주로 사용되는 가속도 센서인 압전형 가속도 센서(piezoelectric type)는 기계적 변환 시스템을 이용하였기 때문에 고가이고 무선화에 한계가 있었다.
또한, 종래 시스템은 진동을 감지 및 취합하는 것에서 그치는 것이 많고, 패턴을 분석한다거나 특이 진동이 일어나는 발생원을 분석하는 것 등의 분석 기법까지는 채용하고 있지 않았다.
따라서 본 출원인은 상기와 같은 한계들을 극복하기 위해, 진동센서에 포함되는 가속도 센서로서 반도체 제작공정을 이용하여 제작된 초소형 MEMS 가속도 센서를 이용하고, 진동센서와 분석 수단 간에 무선으로 통신할 수 있도록 하며, 분석 수단은 패턴 분석과 위험신호 확률분석까지 수행할 수 있는 무선 진동 계측 시스템을 안출하였다.
선행문헌을 검토해보면, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0065694호에는 '구조물의 모니터링을 위한 무선 계측 방법 및 그 장치'가 기재되어 있다. 청구항 1에는 '구조물로부터 발생되는 데이터를 획득하여 이를 분석하는 모니터링 장치로 제공하는 무선 계측 장치에 있어서, 구조물의 진동, 습도, 온도, 소음 및 포토 특성을 검출하기 위한 가속도, 습도, 온도, 소음 및 포토 센서를 포함하는 센서 모듈; 상기 센서 모듈의 각 센서들로부터 출력되는 동적 데이터의 획득 및 처리, 저장을 수행하고, 상기 모니터링 장치로부터 제공되는 제어신호에 따라 구조물의 계측상황을 결정하는 제어 모듈; 및 상기 모니터링 장치와 연동된 무선 모뎀을 포함하여 상기 모니터링 장치와 무선 통신을 수행하고, 상기 제어 모듈로부터 출력되는 상기 각 센서의 동적 데이터를 상기 모니터링 장치에 전송하며, 상기 모니터링 장치로부터 전송되는 제어신호를 상기 제어 모듈에 제공하는 무선 통신 모듈을 포함하되, 상기 센서 모듈, 제어 모듈 및 무선 통신 모듈을 하나의 장치 내에서 일체화하는 것을 특징으로 하는 구조물의 모니터링을 위한 무선 계측 장치'가 기재되어 있다.
개략적으로 검토해보면, 각종 센서들과 제어모듈 및 통신모듈을 하나의 장치에 일체화하였다는 것이 특징이나, 센싱된 값의 패턴을 분석하는데까지는 이르지 못했음을 알 수 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0524138호에는 '무선통신기술을 응용한 지능형 센서와 이를 이용한 진동 측정방법'이 기재되어 있다. 청구항 1을 살펴보면, '기계설비등에서 발생되는 진동을 측정하여 이를 무선으로 송신하는 지능형센서(S)는, 피특정면에 밀착되어 각종 설비로부터 다양한 신호를 측정하는 센싱부(10)와, 취득된 신호를 필터링하여 A/D변환후 실시간으로 FFT신호로 처리하는 신호처리부(20)와, 상기 신호처리부(20)로부터 처리된 신호는 무선모듈을 통해 송·수신하는 무선 송,수신부(30)와, 피특정면에 밀착되는 센싱부(10)를 지지하고 있는 베이스부(40)와, 상기한 구성으로 된 센서(S) 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원부(50)를 포함하되, 상기 무선 송,수신부(30)는 블루투스모듈이며, 개인용휴대단말기와 개인용컴퓨터, 노트북컴퓨터중 적어도 어느하나에 불루투스모듈을 구비하여 상기 송신측 블루투스모듈에서 송신되는 진동측정신호를 수신하여 이에 따른 데이타가 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 응용한 지능형 센서'가 기재되어 있다.
개략적으로 검토해보면, 무선 통신이 가능한 센서를 채용했다는 점에서 본 출원발명과 일부 유사하나, 진동패턴을 분석하는 것 및 진동패턴을 이용하여 특이 신호를 검출하는 것 까지는 이르지 못했음을 알 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는，진동센서에 포함되는 가속도 센서로서 초소형 MEMS 가속도 센서를 이용하고, 진동센서와 분석 수단 사이에 무선으로 통신할 수 있도록 하며, 분석 수단은 진동패턴 분석을 통해 정상 여부를 판단하여 이상 진동의 발생원을 분석할 수 있는 무선 진동 계측 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 나아가서, 진동패턴 분석을 통해 현재는 정상상태이나 향후 확률적으로 작동이상 가능성이 있는 부품을 판단할 수 있는 무선 진동 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은, 측정대상에 부착되어 있는 1개 이상의 진동센서; 및 진동분석수단;을 포함하는 무선 진동 계측 시스템으로서,
진동센서는, 가속도 센서를 이용하여 진동 및 진동패턴을 포함하는 센싱값을 검출한 후에 진동분석수단에 무선으로 전송하고,
진동분석수단은 상기 센싱값을 이용하여,
- 시간 및 주파수 대역에서 센싱값을 신호처리하여 분석하고,
- 진동패턴을 분석한 후에,
진동 발생원과 진동패턴의 정상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 무선 진동 계측 시스템을 제공하여, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
또한, 상기 진동분석수단은, 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명 및 계절별 정상적인 진동패턴을 이용하여, 진동패턴의 정상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 무선 진동 계측 시스템을 제공하여, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
또한. 상기 가속도 센서는, MEMS 타입 반도체 센서인 것을 특징으로 하는, 무선 진동 계측 시스템을 제공하여, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
또한, 상기 진동분석수단은, 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명, 계절 및 누적평균 패턴을 컨텍스트로 구성하여 원하는 시간 단위로 컨텍스트의 동일성 여부를 검증한 후 컨텍스트의 변화양상을 파악한 후에 향후 측정대상의 동작 이상 여부를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는, 무선 진동 계측 시스템을 제공하여, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
또한, 상기 진동분석수단은, 상기 진동센서의 동작 주파수 범위, 샘플링 방법 및 분석 시간대를 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는, 무선 진동 계측 시스템을 제공하여, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
상술한 본 발명에 따른 특징으로 인하여 본 발명의 펄프의 연속식 제조방법은 홍조류를 이용한 펄프의 양산이 가능한 효과를 달성할 수 있다.
또한, 연속식 공정에 의해서도 홍조류의 추출공정을 효율적으로 수행할 수 있고, 한천 추출 전의 홍조류 외에 한천 제조 공정의 폐기물인 홍조류를 이용하여 펄프를 제조함으로써, 폐기물을 재활용하면서도, 친환경적인 공정으로 펄프를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 진동 계측 시스템의 주요 구성요소의 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 진동 계측 시스템의 주요 구성 및 기능을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며，발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로，본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하，도면을 참조하여 설명하기에 앞서，본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나，구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 진동 계측 시스템의 주요 구성요소의 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 진동 계측 시스템의 주요 구성 및 기능을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 진동 계측 시스템은 N개의 진동센서(100) 및 진동분석수단(200)을 포함한다.(N은 자연수)
진동센서(100)는 구조물 또는 운동체에 부착되어 가속도, 온도 및 각도를 측정하게 된다. 즉 본 발명에서의 '진동센서'는 진동을 파악하기 위해서 설치되는 센서들, 상기 센서들의 구동수단 및 상기 센서들의 통신수단을 모두 갖추고 있는 단일 디바이스의 개념으로 사용되고 있음을 밝힌다.
각 진동센서(100)는 IP 기반으로 RF 신호를 전송하도록 구성하며 IP로 식별될 수 있도록 구성한다. 설계조건에 따라서는, 센서노드로서 고유 식별자를 갖도록 하여 센서네트워크 프로토콜로 구성할 수도 있다.
진동센서(100)의 주요 구성으로는, 하우징, 드라이브 보드, 센싱부 및 송신부를 포함한다. 그 외에도 배터리가 포함되어 전력공급을 수행한다.
하우징은 피측정물에 진동센서를 밀착부착하도록 형성되는데, 마운팅 스터드 또는 마그네틱을 이용하여 고정 밀착부착이 가능하도록 형성한다. 이는 진동 측정범위 내에서 공진을 회피하도록 피측정물과의 밀착이 이루어지도록 하기 위함이다. 또한, 드라이브 보드를 보호하고 센싱부에 정확히 진동을 전달할 수 있도록 최적화된 형상으로 구성한다.
드라이브 보드는 PCB 기판으로서, 센싱부, 센싱부에 전원을 공급하기 위한 전원공급모듈, 및 진동분석수단과의 무선 통신을 위한 송신부가 위치된다.
센싱부는 A/D 변환모듈, 노이즈제거모듈, ANTI-ALIASING 모듈, 각종 센서들 및 진동패턴 측정수단을 포함하도록 구성한다.
A/D 변환모듈은 진동 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 노이즈 제거모듈은 아날로그 신호에서 노이즈를 제거하는 기능을 수행한다. 안티-알리아싱 모듈은 주파수 분석을 위해 알리아싱을 제거하는 기능을 수행한다.
센서들로는 가속도, 온도 및 각도를 측정하는 센서들을 각각 포함할 수 있다. 설계조건에 따라서는, 다른 종류의 센서가 포함될 수 있음은 물론이다.
본 발명에서는 가속도 및 각도에 따른 진동을 측정하기 위한 가속도 센서로서, 반도체 제작공정을 이용하여 초소형으로 제작된 MEMS 가속도 센서를 채용한다.
MEMS 가속도 센서는 일괄 공정에 의해 대량생산이 가능해지고 초소형 타입의 반도체이기 때문에 저가격과 저전력의 장점을 갖는다. 온도센서는 본 발명의 목적에 맞게끔 반도체 타입의 센서를 채용할 수 있다.
진동패턴 측정수단은 가속도 센서에서 측정한 값들을 일정 시간 간격 및 주파수 대역에 따라 분할하여 시간 대역 진동패턴과 주파수 대역 진동패턴을 저장하는 기능을 수행한다.
송신부는 센싱부의 신호를 진동분석수단(200)으로 전송하는 기능을 수행한다. 즉 센싱부에 포함된 각종 센서들로부터의 검출값을 취합하여 진동분석수단(200)에 전송하되, 진동분석수단(200)의 설정에 따라 순서에 따라 또는 실시간으로 전송하도록 설계된다.
기본적으로는 IP 기반의 RF 신호를 전송하도록 구성되어 있다.
진동분석수단(200)은 N개의 진동센서(100)를 위치별로 인지 및 설정하고, 각 센서들의 신호들을 취합하여 지능적으로 분석하는 기능을 수행한다. 주요하게 센서설정부, 신호처리부, 신호분석부 및 메모리를 포함하도록 구성된다.
센서설정부는 진동센서의 신호를 받기 위하여 진동센서와의 신호 채널을 설정한다. 또한, 각 진동센서들이 센싱값을 순서에 맞게 전송하도록 하거나 실시간으로 바로 전송하도록 설정하는 기능을 수행한다. 또한, 어떤 진동센서는 센싱값을 보내지 않게 하고 다른 진동센서는 센싱값을 보내는 것과 같은 선별적 수신 설정도 가능하다. 또한, 각 진동센서들의 주파수 범위, 샘플링 방법 및 분석 시간 대역도 설정할 수 있다.
신호처리부는 시간 도메인 및 주파수 도메인의 분석이 가능하도록 모든 진동센서들의 센싱값을 처리한다. 주파수 도메인 분석을 위해서 FFT 분석이 이루어지는 것은 당연하다. 예를 들어, 10개의 진동센서가 실시간으로 센싱값을 전송했을 경우에, 시간대역 또는 주파수 대역별로 10개의 센싱값을 동시에 디스플레이하거나 특이 신호를 나타내거나 하는 분석을 수행한다.
특히, 센싱부에서 전달된 센싱값 중에서 진동패턴에 대해서는, 각각의 시간 간격 및 주파수 간격에서 진동패턴의 동일성 여부를 판단하여 동일하지 않은 진동패턴에 대해서는 사용자가 주목할 수 있을 정도로 디스플레이하는 기능을 수행한다. 여기에서, 동일성 여부는 평균적인 의미가 아니라 최소 범위 이내에서의 신호 파형의 반복적인 동일을 의미한다. 설계조건에 따라서는, 누적된 평균치에서 허용 범위보다 넘어서는 신호 패턴을 동일하지 않다고 규정할 수도 있다.
기본적으로는 신호처리부의 분석만으로도 특이 진동을 발생시키는 발생원을 발견할 수도 있다.
메모리는 기본적으로는 진동센서에서 전송된 센싱값을 저장하는 기능을 수행한다. 또한, 맞춤형 분석을 위해서 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명 및 계절에 따른 각각의 진동패턴 데이터베이스를 구비하도록 구성한다.
신호분석부는 메모리에 저장된 데이터베이스를 이용하여 진동 측정 대상 맞춤형 분석을 수행하고 문제부품 발견과 부품 교체 권고 등의 가이드를 제공하는 기능을 수행한다. 신호분석부가 필요한 이유는 본 발명의 시스템이 적용될 수 있는 측정대상의 구조 및 측정대상에 속해있는 부품들의 기능이 다양하기 때문이다.
예를 들어, 모터 등과 같은 운동 부품이 존재하는 측정대상에서는 모터가 존재하는 부위는 다른 측정부위보다 진동이 심할 수밖에 없기 때문에 특이 신호를 낼 가능성이 높고 모터가 진동 발생원이 될 가능성이 높다. 그러나 그 후에 모터가 장착된 부위의 진동패턴을 면밀히 살피지 않게 되면 모터의 노후에 따른 이상 진동이나 다른 부위의 진동이 모터의 진동 때문인지 여부에 대해서는 알아낼 수가 없게 된다.
신호분석부는 측정대상, 부품, 측정위치, 부품 수명 및 계절에 따른 각각의 정상적인 진동패턴 데이터베이스를 이용하여, 현재 측정되고 있는 진동패턴의 이상 여부를 분석한다. 설계조건에 따라, 발명의 목적을 충족시킬 수 있다면 다른 종류의 진동패턴 데이터베이스가 포함될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 자동차, 엔진, 상판, 하판, 엔진 수명 및 겨울에 따른 정상적인 진동패턴 데이터베이스를 이용하여, 현재 측정하고 있는 자동차, 엔진, 상판, 하판의 진동패턴을 이용하여 정상 여부를 판단한다. 즉 수명 및 계절에 따른 진동패턴 은 기본적인 진동패턴에서 허용 범위 내에 있는 진동패턴이라고 볼 수 있다. 설계조건에 따라서는, 측정 시작 후 일정 시간 측정된 진동패턴의 평균치를 정상 패턴이라고 규정하고 분석할 수도 있다.
신호분석부는 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명, 계절 및 누적평균 패턴을 컨텍스트로 구성하여 현재는 정상상태이나 향후 확률적으로 작동이상 가능성이 있는 부품을 판단하는 기능을 수행할 수 있다.
즉 (측정대상 진동패턴, 부품 진동패턴, 측정위치 진동패턴, 부품수명 진동패턴, 계절 진동패턴, 누적평균 진동패턴)을 하나의 컨텍스트로 취급하되, 계층적 시간 컨텍스트로 변환하여 처리한다.
예를 들어, 1주일을 요일로 7등분하고, 하루 24시간을 4등분 하여 6시간씩 시간을 수치화한 후, 다시 매시간을 10분 단위로 전처리하여 계층적 트리 구조를 갖는 시간 컨텍스트로 변환한다. 그렇게 되면 1주일을 총 1,008개(1×7×4×6×6)의 시간 가지 수로 인덱싱이 가능하다. 인덱싱 후에는 컨텍스트의 일치 여부를 '주', '일', '시간' , '분' 단위로 수행할 수 있게 된다. 그 다음에 컨텍스트 패턴의 변화 양상이 이루어지는 것을 그래프 처리하여 보면 향후의 작동이상 가능성이 높은 시기 또는 부품을 확인할 수 있게 된다.
설계조건에 따라서는, 컨텍스트로 전처리할 대, 각 패턴 요소에 가중치를 산정하여 구성할 수도 있다. 예를 들어, 부품수명에는 가중치를 2를 곱하고 나머지는 가중치를 1을 곱한다거나 또는 부품수명에는 가중치 2, 누적평균에는 가중치 1.5를 곱하고 나머지는 가중치 1을 곱하거나 하는 식으로도 컨텍스트를 구성할 수 있다.
하기의 표 1은 일 예로서, 10시간 간격의 패턴을 10분 단위로 측정한 상하한의 패턴 범위에 기초하여 ANTI-유사도를 판정한 결과이다. ANTI-유사도를 판정한 후에는 각 ANTI-유사도를 더하거나 ANTI-유사도에 가중치를 곱한 후 더하거나 해서 총 ANTI-유사도를 구할 수 있게 된다.
즉 차량 전체적으로 최초 측정 10분 동안 ±1 dB 정도의 진동값을 갖는다고 볼 때 10시간 후에 측정할 때의 10분 동안 ±1.2 dB 정도의 진동값을 갖게 되므로 0.4 정도의 간격이 벌어지게 되고 ANTI-유사도는 올라가게 된다. 이러한 실험을 100시간 정도 측정한다고 했을 때 변화양상을 그래프화할 수 있게 되고 향후의 작동이상 가능성인 ±5 dB 까지의 예상 시기가 나올 수 있게 된다.
측정대상 부품 측정위치 부품수명 계절 누적평균
구체적 예 차량 엔진 상판 10년 겨울 10분
패턴범위 ±1 ±2 ±3 ±5 ±2.2 ±2.5
패턴범위(10시간후) ±1.2 ±2.1 ±2.9 ±5 ±2.15 ±2.6
ANTI-유사도 0.4 0.2 0.2 0 0.1 0.2
상기에서 도 1 및 도 2를 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 및 도 2의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (1)

  1. 측정대상에 부착되어 있는 1개 이상의 진동센서; 및 진동분석수단;을 포함하는 무선 진동 계측 시스템으로서,
    진동센서는,
    MEMS 타입 반도체 가속도 센서를 이용하여 진동 및 진동패턴을 포함하는 센싱값을 검출한 후에 진동분석수단에 무선으로 전송하고,
    진동분석수단은,
    상기 진동센서의 동작 주파수 범위, 샘플링 방법 및 분석 시간대를 설정할 수 있으며,
    시간 및 주파수 대역에서 상기 센싱값을 신호처리한 신호값을 이용하여 진동패턴을 분석한 후에 진동 발생원과 진동패턴의 정상 여부를 판단하되,
    - 측정대상, 부품, 측정위치, 부품수명 및 계절 각각의 정상적인 진동패턴을 이용하여, 진동패턴의 정상 여부를 판단하는 기법과,
    - 측정대상 진동패턴, 부품 진동패턴, 측정위치 진동패턴, 부품수명 진동패턴, 계절 진동패턴, 누적평균 진동패턴을 한 단위의 컨텍스트로 처리하되, 상기 컨텍스트를 계층적 시간 컨텍스트로 변환하여 처리하고, 상기 계층적 시간 컨텍스트를 원하는 시간 단위로 동일성을 검증하되, 각 진동패턴의 시간 단위별 ANTI-유사도를 판정하고 각 진동패턴에 가중치를 설정하여 시간 단위별 ANTI-유사도 및 상기 가중치를 이용하여 계산함으로써 동일성을 검증한 후에, 상기 동일성을 이용하여 컨텍스트의 변화양상을 파악하여 향후 측정대상의 동작 이상 여부를 판단하는 기법을 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는, 무선 진동 계측 시스템.
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