[Controls] Analog 신호 Noise 처리 방법 (Signal Processing)

 

  신호처리 (Signal Processing)의 목적

세상의 모든 종류의 물리량의 신호를 디지털 장치, 이를 테면 컴퓨터, 계측장치, 수집장치 등에서 사용하기 위해서는 물리적인 신호를 디지털로 변환하는 방법이 1차원적으로는 이루어져야 합니다.

 

2024.05.31 - [Controls] - [Control] 아날로그(4-20mA) 를 디지털 신호로 변환 (A/D Converting)

 

Analog 신호를 Digital 신호로 변환하였지만, 이렇게 변화하는 동안 전기적인 Noise나 물리적인 Noise로 인해 변환된 디지털 값에 영향을 미칠때가 발생합니다. 

 

예를 들어, 초음파 센서를 이용해서 탱크의 레벨을 측정하는 장치가 있다고 가정했을 때, 가장 이상적으로 생각하는 환경은 아래 그림과 같을 겁니다. 초음파 센서를 이용해 초음파가 왕복하는 시간을 계산하여 높이를 구하겠죠. 

 

 

하지만, 실제 환경에서는 밑의 그림처럼 탱크안에 담겨있는 공기중에 떠다니는 분체, 미세입자, 공기중의 먼지 등으로 인해 실제의 높이와는 다른 값들이 입력되는 상황이 생길 수 있습니다.

 

 

탱크의 미세입자나 먼지같은 것들로 인해 항상 균일하게 들어와야 할 데이터가 순간적으로 튀는 현상이 발생할 때,

그리고 만약 그러한 튀는 데이터들로 인해 우리가 제어해야 하는 모터나, 밸브등이 순간적으로 과출력 되거나 소출력 될때 후에 처리되는 공정에서 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.

 

 

 

Process 공정이라 함은 유체,액체,분체,온도 등의 흐름성을 제어하는 공정인데, 반응 속도가 느린 공정, 제일 대표적인 예로 온도같은 것들은 사실 순간 순간 오입력된 계측 값들로 인해 공정 전체에 심각한 영향을 끼치거나 하진 않습니다.

하지만 아주 미량으로 제어해야 하는 원유나 밀가루, 소금, 설탕, 우유 등과 같은 것들을 제어할 때는 오입력된 계측값으로 인해 허용치 이상의 제어가 되는 순간 공정에서 발생할 수 있는 인적/물적 재해가 발생 할 수 있기 때문에 신호를 안정화 해줘야 합니다.

 

  신호처리 (Signal Processing)의 방법

그렇다면, 신호처리는 어떤식으로 해야 할까요.

하드웨어의 필터링 방법이나, 소프트웨어적으로 저역통과,고역통과,대역통과 필터등을 사용 할 수도 있습니다.

물론 하드웨어필터나 소프트웨어 필터를 이용해 잡음이 섞인 신호를 필터링 하는 방법도 있지만,

일반적으로 아날로그데이터가 흔들릴때 많이들 사용하는 기법을 사용해보려고 합니다.

 

그 방법에 대해서는 다음 포스팅에서 알아보도록 하겠습니다.