KR100401309B1 - 밸브조작감지방법및기록장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브의 개폐를 위해 키이로써 회전 가능한 스핀들을 갖춘 밸브의 작동을 자동 기록하기 위한 장치를 제공하며, 그 장치는 사용할 때 키이로써 수행되는 작동 수단을 포함하며, 그 작동 수단은 소정의 다른 장치(예로써 전자 장치)와는 독립적으로 작동하여 밸브의 작동이 이루어지는 동안 키이의 회전 동작을 감지할 수 있다. 상기 작동 수단은 주변 자기장에 민감한 센서 수단을 포함하며, 그 센서 수단에 의해 발생된 신호의 분석을 통해 키이의 회전을 결정하도록 작동된다. 키이에 의한 작동 수단을 통해 밸브의 작동을 감지하는 것에 의해, 각각의 밸브에 감지 장치를 제공하는 비용은 부적당한 환경하의 밸브에 가능하다면 정밀한 장비를 제공할 필요성에 따라 삭감된다(키이의 총 개수는 전체 밸브의 개수 보다 적음).

Description

밸브 조작 감지 방법 및 기록 장치

물 분배 시스템에서는, 수리를 위해 분배 시스템의 일부를 격리시키기 위하여, 또는 누설이 있는 경우 물을 차단시키기 위하여, 그리고 또한 물 분배 시스템의 일상적인 조작 중에 발생하는 여러 가지 다른 목적들을 위하여, 많은 수의 밸브가 제공된다. 물 분배 시스템의 관리자가 언제라도 밸브의 상태를 결정할 수 있고, 시스템의 거동을 예측하여 시스템의 모든 부분들이 안전하고 효율적으로 조작되는 것을 보장하는 것은 분명히 바람직한 일이다.

종래, 밸브의 상태는, 예를 들면 작업자가 밸브의 조작 시간마다 기록을 취합해서 용지에 기록하는 것으로 모니터하고 있다. 이와 같이 수집된 정보를 조회하여 시스템 전체의 어떤 특정 순간의 상황을 보여주는 것이 가능하다. 그러나, 작업자가 수시로 조작을 기록하는 것을 잊어버리거나, 밸브를 잘못 식별한다거나 하여 시스템의 기록에 부정확을 유발하는 일도 있었음은 분명하다.

밸브 조작을 자동적으로 기록하는 것이 요망되는 경우, 이러한 몇 가지 난점은 극복되어야 한다.

우선, 물 분배 시스템에는 상당히 많은 개수의 밸브들이 존재함에 따라, 이들 밸브에 설치될 장치의 가격이 가급적 저렴할 것이 요구된다.

둘째로, 밸브들이 때때로 습기가 차고 지저분하며 공간적으로 제한된 조건의 땅 속에 설치됨에 따라, 그러한 밸브들에 장착될 장치는 작고 견고하며 장착하기가 간편해야 한다.

셋째로, 밸브 조작 스핀들은 일정 시간 동안 개폐되지 않는 경우, 움직이지 않게 고착되는 경우가 종종 발생하고, 밸브들은 통상 사람이 일정 거리만큼 떨어진 상방으로부터 긴 키이(key)를 사용하여 조작하므로, 작업자가 스핀들을 회전시키려고 노력하는 그러한 경우, 전혀 회전되지 않는 밸브에 힘이 가해져 키이가 밸브 스핀들의 회전축으로부터 벗어나는 일이 종종 발생한다.

본 발명은 밸브에 관한 것으로, 특히 밸브의 개폐를 자동적으로 기록하는(logging) 수단을 갖춘 밸브 및 그러한 밸브를 개폐하는(일반적으로 "조작"으로 지칭됨) 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 키이와 밸브의 부분 단면도.

도 2는 키이 내에 배치된 자기 센서를 개략 도시한 도면.

도 3은 키이가 회전하는 동안 센서에 의해 발생하는 신호를 나타내는 도면.

본 발명의 목적은 밸브의 개폐를 자동적으로 기록하는 한편, 상기와 같은 어려움의 일부 혹은 전부가 미치는 영향을 최소화하는 데 있다.

제1 양태로서, 본 발명은 밸브의 조작을 기록하는 기록 장치를 제공하는데, 이 밸브는 밸브를 개폐시키기 위한 키이에 의하여 회전 가능한 스핀들을 갖춘 형태의 것이다. 상기 기록 장치는 사용 시에는 키이 상에 마련되는 작동 수단을 포함하며, 그 작동 수단은 소정의 다른 장치(예를 들면 전자 장치)와는 관계없이 작동가능하며, 밸브의 조작 중에 키이의 회전 동작을 감지할 수 있다.

가혹한 밸브 주변의 환경에 잠재적으로 섬세한 장치를 마련할 필요가 있는경우, 키이 상에 마련된 작동 수단을 사용하여 밸브의 조작을 감지하는 것으로, 각 밸브에 감지 장치를 마련하는 비용이 절감된다(키이의 총 개수는 전체 밸브의 개수보다 훨씬 적다). 작동 수단은 다른 임의의 장치와 관계없이 작동 가능한데, 즉 감지 기능을 수행함에 있어 다른 장치나 기기를 필요로 하지 않으므로(또는 그러한 장치나 기기에 접속할 필요가 없으므로), 밸브에 부가적으로 수정을 가할 필요가 없다.

기록 장치는 키이에 배치될 수도 있고, 실제로 키이의 일부로서 제조될 수도 있다. 또한, 기록 장치는 기존의 키이에 접속 또는 장착되도록 구성될 수 있다. "키이 상에 마련된다" 거나 "키이에 배치된다" 라고 하는 표현은, 예를 들면 장치가 키이의 일부 표면에 장착된 실시예, 기록 장치가 키이의 일부분의 내부에 있는 실시예, 및/또는 기록 장치가 키이의 소정 부분에 합체되거나 내장되는 실시예 등을 포함한다.

작동 수단은 키이의 회전을 감지하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 키이와 밸브간의 상대 이동이 감지될 수 있으며, 각 밸브에 추가적으로 전자 장비를 설치할 필요가 없다.

기록 장치 내의 작동 수단은 대부분의 실시예에서 주로 전자 장치이다. 바람직한 실시예에서, 작동 수단은 주변의 (바람직하기로는 정상 및 정지 상태의) 자계를 감지하는 센서 수단을 포함하며, 그 센서 수단에 의해서 발생된 신호를 해석함으로써 키이의 회전을 결정하는 기능을 한다. 주변 자계(周邊磁界)에는 그 주요한(또는 유일한) 성분으로 지자계(地磁界)를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 빌딩내부와 같이 다른 자기적 영향(들) 또는 자계(들)가 존재하는 특정의 위치에서는 지자계의 영향은 주변 자계의 오로지 하나 또는 소수의 성분 중 하나일 수 있다.

예를 들면, 센서 수단은 가장 일반적으로는 서로 직각으로 배치된 한 쌍의 지향성 자기 센서로 구성된다. 각 센서에 의해서 감지되는 자계 내의 변화를 모니터함으로써, 키이의 회전을 결정할 수 있다. 변화의 상대적인 위상을 해석함으로써 회전 방향이 정해짐과 동시에, 그 변화율을 키이의 회전 속도를 결정하는 데 이용할 수 있다.

바람직하기로, 센서 수단은 2쌍의 지향성 자기 센서, 예컨대 위상이 직각으로 배치된 자기 센서를 포함한다. 전술한 실시예에서 2개의 센서 각각을 한 쌍의 센서로 대체하는 것이 효과적이다. 각 쌍의 2개의 센서는 평행하지만 정반대 방향으로 대향하게 배치된다. 이러한 배치에 의하여, 한 쌍의 센서의 각 센서에 의해서 발생하는 신호의 합계를 변화 또는 소거하는 데에 도움이 된다. 다시 말해서, 키이의 회전에 따른 센서의 출력에 있어서의 변화는 그대로 이지만, 정상 상태의 성분을 모두 제거할 수 있다.

기록 장치는 밸브의 조작을 위하여 밸브에 키이가 접속되었는지 여부를 감지하는 감지 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

기록 장치는 밸브의 조작 중에 키이의 밸브에 대한 접속 여부나 동작을 기록하는 기록 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

밸브는 "온-오프"방식, 즉 조절 밸브가 아닌 스톱 밸브인 것이 바람직하다.

각 밸브는 기록 장치의 작동 수단에 대해서 밸브를 식별하는 식별 수단을 구비하며, 이로써 조작되는 밸브의 식별을 자동적으로, 예를 들면 기록 수단 등에 의해 자동 기록될 수 있도록 하는 식별 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 식별 수단은 밸브의 일부에 장착된 전자 트랜스폰더(transponder)를 구비하며, 바람직하기로 그러한 트랜스폰더는, 예를 들면, 키이에 있는 작동 수단으로부터 전자 유도 결합을 통해 키이의 작동 수단으로부터 전력을 공급받는다. 따라서, 각 밸브에는 별도의 전원을 마련할 필요가 없다.

또한, 각 밸브에는 키이의 작동 수단에 의하여 데이터가 쓰여지고 읽힐 수 있는 전자 메모리를 마련할 수도 있다. 상기 메모리는 키이에 의한 밸브의 조작에 따른 밸브의 상태에 관한 정보를 축적하는 데 사용될 수 있다.

트랜스폰더 및/또는 메모리는 밸브 내에 취부되도록 밀봉된 견고한 "필(pill)" 내에 합체되어도 좋다. 이 경우, 밸브에 취부된 전자 부품을 견고하고 콤팩트하게 합체시킬 수 있다. 상기 필은 전자 유도 결합을 통한 키이로부터의 전계 또는 자계를 픽업하는 코일을 포함할 수 있고, 그에 따라 작동 수단은 상기 필에 대하여 데이터의 읽기나 쓰기를 행할 수 있다.

많은 밸브들은 회전을 위해 키이에 맞물리기에 용이한 형태와 크기로 형성된 밸브 상부를 구비하며, 그 밸브 상부는 스핀들이나 밸브의 다른 구성 요소에 부착된다. 그러한 밸브에서는, 식별 수단 또는 메모리를 밸브 상부 내에, 특히 필의 내부에 적절히 합체시킬 수 있다. 전술한 밸브 상부는 종래의 밸브 상부와 실질적으로 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하며, 본 발명에 사용될 수 있도록 기존의 벨브를 개조한 개조품으로 마련해도 좋다.

본 발명의 제2 양태에 따라, 본 발명의 제1 양태에 따른 장치를 포함하는 키이가 제공된다.

본 발명의 제3 양태에 따라, 밸브에 대한 키이의 접속을 감지하는 단계 및/또는 그 키이 회전을 감지/기록하는 단계를 포함하는, 밸브 조작 기록 방법을 제공한다.

상기 기록 방법은 키이가 회전한 경우의 주변 자계의 변화를 감지하는 센서 수단을 사용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 변화의 감지를 통해 키이의 회전을 결정할 수 있다. 센서 수단은 다수의 센서들을 포함하는 것이 바람직하며, 그 각 센서들에 의해 감지되는 주변 자계, 예컨대 지자계의 상대적인 위상변화를 해석함으로써 키이의 회전 방향을 결정할 수 있다. 더욱이, 하나 또는 그 이상의 센서의 자계 변화율을 해석함으로써 키이의 회전 속도를 결정할 수 있다.

본 발명의 제4 양태에 따라, 밸브를 개폐시키는 키이에 의해 회전 가능한 스핀들을 갖춘 형태의 밸브 조작을 기록하는 기록 장치가 제공되는데, 그 기록 장치는 사용할 때 키이 상에 마련된 작동 수단을 포함하고, 그 작동 수단은 밸브의 조작을 위해 키이가 밸브에 접속되었는지 여부를 감지하고(하거나), 밸브의 조작 중에 키이의 회전 동작을 감지/기록한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 일례로서 첨부 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하겠다.

먼저, 도 1을 참고로 하면, 급수관(12)에는 선택적으로 물을 흐르게 하거나 차단할 수 있게 작동되는 밸브(10)가 제공된다. 도면에 도시된 바와 같이, 밸브(10)는 통상적으로 땅 속의 공간적으로 한정된 크기의 챔버(11) 내에 배치되며, 그 챔버(11)는 지면의 접근 커버(도시하지 않음)를 통해 개방된다. 밸브(10)에 수행되는 어떠한 일상적인 작업도 챔버(11)의 크기에 의해서 제약을 받게 된다.

스톱 밸브인 밸브(10)는 본체(14), 그 본체(14)로부터 연장하는 스핀들(16), 그리고 밸브 상부(18)로 이루어진다. 스핀들(16)은 밸브 본체(14) 내의 요소에 효과적으로 접속됨으로써, 스핀들을 제1 방향(통상은 반시계 방향)으로 회전시키면 밸브(10)가 개방되어 물이 흐르고, 반대 방향으로 회전시키면 밸브(10)가 폐쇄되어 흐름이 차단된다.

사용시, 밸브(10)는 통상 스핀들(16)이 밸브의 본체(14)로부터 거의 수직 상방으로 돌출하도록 배치되어 있다. 이러한 배치 형태에서, 밸브 상부(18)는 스핀들(16)로 부터 상향 돌출한다. 밸브 상부(18)는 키이(20)와 대응하는 형상 및 치수로 형성되어, 키이를 스핀들(16)에 효과적으로 접속시키므로, 스핀들(16)은 키이(20)에 의해 회전될 수 있게 된다.

키이(20)는 밸브 상부(18)에 맞물리게 적합하게 된 헤드(22)와, 그 헤드(22)에 연결된 샤프트(24)로 구성되며, 그 샤프트(24)는 상기 헤드(22)가 사용시에 밸브 상부(18)에 맞물려 스핀들(16)의 회전축과 거의 동일축 상에 있게 된다. 키이는 또한 상기 샤프트(24)에 접속된 가로 바아(26)를 구비하고, 레버로서 작용함으로써, 그 샤프트(24)가 작동되어 밸브(10)를 조작할 수 있다.

본 발명의 상기 실시예에서, 밸브 상부(18)에 마련된 밀봉 전자 패키지(30)("필"로서 지칭될 수도 있음)는 밸브(10)를 고유하게 인식하는 코드화된 전자 장치를 구비한다. 또한, 밸브 상부(18)에 마련된 전력 수용 수단에 의해서 외부 에너지원으로부터 전력을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 패키지(30)는 외부 자계에 의해 활성화되는 코일을 구비하여 패키지(30)의 동작을 위한 전력을 발생시킬 수 있다.

키이(20)의 헤드(22) 내에는, 전자 커플러(32)가 마련되어 있고, 그것을 매개로 하여 전력은 키이(20)가 조작시에 접속되는 밸브(10)의 패키지(30)로 전달되고, 패키지(30)로부터 데이터를 받을 수 있다. 상기 전자 커플러(32)는 또한 코일을 구비할 수 있다. 이미 공지된 바와 같이, 전력이나 데이터 신호들은 제1 코일에 교류 신호를 인가함에 의하여, 자기적으로 접속된 2개의 코일 사이에서 전달되고, 제2 코일에 유도되는 전압 신호를 발생시킬 수 있다. 데이터는 제2 코일에 적용되는 전하의 변조에 의하여 전달되며, 이것이 제1 코일의 임피던스의 변조로서 나타난다.

키이(20)는 또한 작동 유닛(36)을 구비하고 있다. 작동 유닛(36)은 커플러(32)에 접속되는 전자 회로를 구비하며, 밸브(10)의 패키지(30)에 전력을 전달하고, 패키지(30)로부터 데이터를 받는다. 또한, 작동 유닛은 밸브의 조작 중에야기될 수 있는 키이(20)의 회전 운동을 감지하는 센서 수단을 구비하고 있다.

도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 센서 수단은 제1 지향성 자기 센서(40)와 제2 지향성 자기 센서(42)를 구비한다. 이들 자기 센서(40,42)는 감지축에 대해 위상을 직각으로 하여 배치되어 있다. 즉, 축 둘레로 일정 각도를 두고 배치되어 상호 직각인 감지축을 가져서, 제2 자기 센서(42)는 제1 자기 센서(40)의 (위에서 보았을 때) 시계 방향으로 90° 회전한 위치에 있다. 도2에 도시된 바와 같이, "A"축은 샤프트(24)의 축 연장부로서, 도 2의 지면에 대하여 직각이다. 키이(20)가 회전되면, 각 자기 센서(40,42)의 출력은 그 센서가 지향성 주변 자계에서 회전하기 때문에 키이(2))의 회전 각도(θ)에 따라 정현 곡선의 형태로 변화한다.

도 3을 참조하면, 제1 자기 센서(40) 및 제2 센서(42)로부터의 출력이 각도 θ 에 따라 신호 1 및 신호 2로 각각 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 신호 1의 위상은 신호 2의 위상에 비해 90° 만큼 앞서 있는데, 이로부터 키이가 반시계 방향으로 회전하고 있는 것으로 추정할 수 있다. 만일 신호 2의 위상이 앞서 있다면, 시계 방향 회전을 암시한다. 도 3에서, 주기 T는 1회의 회전을 나타내고 있다. 아울러, 두 개의 신호의 해석으로부터, 직각 위상 해석(quadrature analysis)에 의한 각도 θ의 값을 보다 명확히 할 수 있다.

다른 선택적인 실시예에서, 제1 센서(40)와 제2 센서(42) 각각을 개별적인 한 쌍의 센서로 대체할 수 있다. 쌍을 이루는 2개의 센서는 평행하게 배치되어 있지만, 감지 방향은 정방대이다. 이 경우, 각 센서에 의해 발생하는 교류 신호는 그쌍의 타방의 센서에 의해 발생하는 신호에 부가되지만, 각 센서에 의해 발생하는 정상 상태 신호는 상쇄된다. 따라서, 쌍을 이룬 센서에 의해 발생하는 신호의 합계는 유지되지만, "DC" 부분은 제거될 수 있다.

사용시에는, 키이(20)의 작동 유닛(36)에는, 예를 들면 충전식 배터리에 의하여 전력이 공급되며, 통상 커플러(32)로부터 수신된 신호를 모니터할 수 있는 휴지(休止) 모드(standing mode)로 된다.

커플러(32)로부터의 신호들이, 밸브 상부의 패키지(30)로부터 발신될 수 있는 신호들과 합치하는 경우, 상기 작동 유닛(36)은 작동 모드로 들어간다. 이 모드에서는, 작동 유닛이 최초로 패키지(30)로부터 밸브를 식별하는 코드를 읽으며, 그 후 밸브의 최종 조작 중에 패키지에 축적된 데이터를 읽는다. 그 후, 센서(40,42)로부터의 입력치가 회전에 관하여 모니터되고, 현재의 밸브 상태가 패키지(30)에서 정기적으로 갱신된다.

따라서, 키이(20)가 밸브로부터 분리되었다는 것이 작동 유닛(36)에 의하여 감지되면, 밸브나 그것의 새로운 상태, 밸브 상에서 행해진 조작, 밸브 회전 속도를 식별하는 내부 메모리(도시하지 않음)에 축적한다. 이 데이터는 그 후 컴퓨터에서 다운로드되고, 컴퓨터에 축적된 물 분배 시스템 전반에 관한 데이터를 갱신할 수 있다.

전술한 설명은 단지 하나의 실시예를 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명은 전술한 실시예의 구체적인 부분으로 한정되지 않는다. 당업자는 본실시예가 동등 또는 유사한 목적을 제공하는 특징과 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어,작동 수단은 전술된 바 있는 메모리를 포함하지 않고, 대신에 유무선 접속과 같은 다른 기타의 방법을 통해 외부 컴퓨터나 데이터 자동 기록 장치에 접속될 수 있다. 또한, 선택적으로는 커플러(32) 및 그 관련 회로를 생략할 수도 있다.

Claims (13)

1. 밸브의 조작을 감지하는 방법으로서, 사용시 키이에 배치되어, 키이의 외부의 주변 자계를 감지하는 자기 센서 수단을 사용하는 단계와; 센서 수단이 밸브 키이와 함께 회전함에 따라 센서 수단에 의하여 감지된 주변 자계의 변화를 측정하여 키이의 회전을 결정하는 단계를 포함하며, 상기 주변 자계는 상기 밸브상에 영구적으로 배치되는 어떤 장치와도 관계없이 측정되는 자계인 것인 밸브 조작 감지 방법.
2. 밸브를 개폐시키도록 키이에 의해 회전 가능한 스핀들을 구비하는 형태의 밸브의 조작을 기록하는 밸브 조작 기록 장치로서,

   키이에 배치되어 밸브의 조작 중에 키이의 회전 동작을 감지하는 작동 수단과;

   키이 외부의 주변 자계를 감지하며, 키이의 회전을 결정하기 위하여 상기 작동 수단에 의하여 해석되는 신호를 발생시키는 센서; 그리고

   상기 센서가 감지하는 키이 외부의 주변 자계의 변화를 모니터하여 키이의 회전을 결정하는 수단을 포함하며, 상기 키이 외부의 주변 자계는 상기 밸브상에 영구적으로 배치되는 어떤 장치와도 관계없이 측정되는 자계인 것인 밸브 조작 기록 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 센서 수단은 한 쌍의 지향성 자기 센서를 포함하며, 이들 자기 센서는 사용시에 키이의 회전에 의하여 지자계를 통과하여 이동됨에 따라 신호를 발생시키는 것인 밸브 조작 기록 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 한 쌍의 자기 센서는 각각 서로 다른 위상의 개별적인 신호를 발생시키며, 상기 밸브 조작 기록 장치는 키이의 회전 방향을 결정하기 위하여 상기 주변 자계의 변화에 따른 상대적인 위상을 해석하는 수단을 더 포함하는 것인 밸브 조작 기록 장치.
5. 제3항 항에 있어서, 상기 한 쌍의 센서는 서로 직각으로 배치되는 것인 밸브 조작 기록 장치.
6. 제5항에 있어서, 각 센서는 정반대 방향으로 배치된 한 쌍의 센서를 구비하는 것인 밸브 조작 기록 장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 상대적인 위상을 해석하는 수단은 키이의 회전 속도를 결정하기 위하여 각 센서의 자계의 변화율을 결정하도록 작동 가능한 것인 밸브 조작 기록 장치.
8. 제2항에 있어서, 밸브의 조작을 위한 키이의 밸브에 대한 접속을 감지하는감지 수단을 더 포함하는 것인 밸브 조작 기록 장치.
9. 제2항에 있어서, 조작 중의 키이의 밸브에 대한 접속을 기록하는 기록 수단을 더 포함하는 것인 밸브 조작 기록 장치.
10. 제2항에 있어서, 조작 중의 키이의 회전 운동에 대한 키이의 접속을 기록하는 기록 수단을 더 포함하는 것인 밸브 조작 기록 장치.
11. 제3항에 있어서, 각 센서는 정반대 방향에 배치된 한 쌍의 센서를 구비하는 것인 밸브 조작 기록 장치.
12. 제2항에 있어서, 작동 수단과 관련하여 밸브를 식별하는 식별 수단을 더 포함하는 것인 밸브 조작 기록 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 식별 수단은 상기 작동 수단과의 유도 결합에 의하여 전력이 공급되는 전자 트랜스폰더인 것인 밸브 조작 기록 장치.

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