KR100517305B1 - 전송선을 이용한 자동차 연료 게이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전송선을 이용한 자동차 연료 게이지에 관한 것이다. 특히 공기의 부력을 이용하지 않고, 가변저항과 같은 소자의 사용이 필요 없는 새로운 형태의 자동차의 연료게이지에 관한 것이다.

본 발명의 구성은 연료통의 내부에 설치되는 전송선과 전송선에 고주파를 발생시켜 연료 깊이에 따라 달라지는 반사파 혹은 캐패시턴스 전압을 측정하는 회로부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연료 게이지가 공기통 등과 같은 기계적 장치가 필요 없는 전자식이기 때문에 기계적 결함에 의한 게이지의 고장이 전혀 발생하지 않는다는 장점이 있다. 또한 전송선 이론에 의한 파장에 따른 전파상수 및 깊이에 의한 반사파 발생 또는 캐패시턴스 전압을 감지하는 원리를 이용하기 때문에 mm 깊이까지 연료의 충만상태를 나타낼 수 있으므로 정확성이 매우 뛰어나다.

Description

전송선을 이용한 자동차 연료 게이지{Fuel Gauge For Car Vehicle using The Transmission Line}

본 발명은 전송선을 이용한 자동차 연료 게이지에 관한 것이다. 상세하게는 공기의 부력을 이용하지 않고, 가변저항과 같은 소자의 사용이 필요 없는 새로운 형태의 자동차의 연료게이지에 관한 것이다.

특히 게이지의 대상이 폭발성이 강한 휘발유 등의 연료이므로 전류가 흐르는 센서 혹은 전등, 전기장치의 직접적인 사용은 안전에 심각한 위험이 될 수 있다는 점을 고려하여 이와 같은 직접적인 전기장치를 사용하지 않는 자동차의 연료 게이지를 제공하고 있다.

현재 이용되고 있는 자동차 연료 게이지는 연료통 속에 공기통을 띄워 연료의 양을 측정하는 방식을 사용하고 있다. 이는 공기가 연료보다 가벼운 원리를 적용하는 것으로, 연료통 속에 있는 공기통이 연료 양만큼 뜨기 때문에 공기통 끝 부분에 부착된 저항값에 따라 연료의 양을 알아내는 방법을 사용하고 있다.

그러나 이 방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 공기통에 이물질이 끼일 경우 부력에 장애가 발생하여 오차가 발생하거나, 고장이 나기 쉽다는 점이다.

둘째, 공기통의 부력에 따라 저항 값이 변하는 가변저항을 사용하기 때문에 가변저항의 접점부 부식에 의한 오차 혹은 고장의 발생이 잦다는 점이다.

따라서 공기의 부력을 이용하지 않고, 가변저항 같은 소자의 사용이 없는 새로운 형태의 게이지 장치가 필요하며, 더구나 게이지의 대상이 폭발성이 강한 휘발유 등의 연료이기 때문에 전류가 흐르는 센서 혹은 전등, 전기장치의 직접적인 사용이 없는 센서장치를 갖춘 연료 게이지의 개발이 요구된다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 공기의 부력을 이용하지 않고, 가변저항 같은 소자를 사용하지 않으며, 전류가 흐르는 센서 혹은 전등, 전기장치를 직접적으로 사용하지 않음으로써 기계적인 결함이나 장치의 부식에 의한 게이지의 결함이나 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있는 연료게이지를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전류가 흐르는 센서 혹은 전등, 전기장치 등을 직접적으로 사용하지 않음으로써 폭발성이 강한 휘발유 등의 연료통에도 안전하게 장착할 수 있는 연료게이지를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공기의 부력 등 기구물에 의한 연료량 측정 방법이 아니고, 또한 기구적인 장치가 아닌, 전송선 이론에 의한 고주파 선로에 의한 반사량 혹은 캐패시턴스 전압으로 연료량을 측정하는 방법이다.

본 발명의 구성은 연료통의 내부에 설치되는 전송선과, 상기 전송선에 고주파를 발생시켜 연료 깊이에 따라 달라지는 전압을 측정하는 회로부와, 상기 회로부는 고무 등으로 방수 처리된 회로부 케이스와 회로부 케이스 내의 회로기판으로 구성되고, 전송선과 회로부의 연결부분은 완전히 방수할 수 있는 방수마개를 구비하는 자동차 연료 게이지에 있어서, 상기 회로부는 전송선에 인가할 신호를 생성하는 고주파 발생부와, 상기 고주파 발생부에서 생성된 신호가 전송선에 인가된 후 반사되어 돌아오는 신호를 검출하여 고주파 발생부의 입력신호와 반사된 신호를 비교하여 반사계수를 계산하고, 계산된 반사계수에 의하여 연료통의 높이값을 계산하는 반사파탐지 및 캐패시턴스 전압 탐지부와, 상기 반사파 탐지 및 캐패시턴스 전압 탐지부에서 출력된 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 전송선에서 반사된 반사파를 측정하고 이를 증폭하여 연료량을 자동차 운전석 앞 표시판에 표시하도록 상기 고주파발생부와 상기 증폭부에 연결하는 커넥터로 구성되고;상기 전송선은 하단부가 뚫린 플라스틱 혹은 유리관 내에 설치되고, 전송선 종단부에 부하저항이 부착되는 것을 특징으로 한다.

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상기 전송선과 부하저항은 우레탄 혹은 비닐수지 등의 부도체로 완전방수 처리하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 1은 2선로 전송선로를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예를 보여주는 도면이며, 도 3은 도 2의 2선로 전송선로에 대한 상세도이다. 도 4는 본 발명의 회로부에 대한 상세단면도이고, 도 5는 본 발명의 회로부에 대한 전자회로 블럭도이다.

본 발명의 원리는 2선로 전송선로를 이용하여 구현한 연료게이지에 있어서, 연료 깊이에 따라 캐패시턴스가 달라짐과 동시에 특성임피던스가 변화하여 반사계수가 달라지므로 반사파 혹은 캐패시턴스 전압을 측정하면 연료의 깊이를 알 수 있는 원리를 이용하여, 전송선에서 반사된 반사파 혹은 캐패시턴스 전압을 측정하고 이를 증폭하여 연료량을 운전석 앞 계기판에 표시하도록 한다.

도 1에 근거하여 2선로 전송선로에서의 반사파를 이용하여 연료량을 측정하는 원리를 설명하면 다음과 같다.

2 선로 전송선 종단에 부하저항 을 설치한다. 이때 선로 사이에 연료가 있기 때문에 이때 특성임피던스를 으로 놓는다.

선로의 특성임피던스는 선로사이 물질의 비 유전율과 선로의 굵기 및 선로폭에 의해 결정된다. 연료의 바닥에서부터 높이를 이라 하면 연료 표면에서의 임피던스는 는

(1)

가 된다. 여기서 는 전송선로의 전파상수이다.

선로 사이에 공기가 채워진 선로의 특성임피던스를로 놓고, 연료로부터의 높이를 , 이때의 전파상수를 로 놓으면, 회로가 장착되는 연료통 밖 부분에서의 입력 임피던스 는

(2)

로 된다. 그러면 반사계수 는 다음이 되어, 반사가 발생된다.

(3)

따라서 반사되는 반사파의 크기가 달라지게 되므로 그 크기로부터 연료량을 알 수 있는 것이다. 다시 설명하면 연료의 깊이가 이면, 연료에 의해 전송선로 특성임피던스가 이 되어, 연료 표면에서의 임피던스가 식 (1)로 된다. 이를 이용하면 식 (3)에 의거 반사계수를 얻을 수 있다.

따라서 이 원리에 의하여 연료 깊이에 따라 반사계수가 달라지므로 반사파를 측정하면 연료의 깊이를 알 수 있는 것이다. 즉 연료가 전송선 사이에 채워짐에 따라 전송선로의 특성임피던스가 달라지고 전송선로 종단에 개방 혹은 부하저항을 연결하여 연료 표면 임피던스가 달라지는 것을 이용하고 있는 것이다.

또한, 선로 사이 캐패시턴스 C는

C = C1 + C2 (4)

이다. 여기서 C1은 연료가 있는 부분의 캐패시턴스이고 C2는 연료가 없는 부분의 캐패시턴스이다.

즉 선로사이의 캐패시턴스는 연료가 있는 부분의 캐패시턴스 C1과 연료가 없는 부분의 캐패시턴스 C2의 합으로 되어 연료의 양에 따라 캐패시턴스 값이 달라지게 된다. 이때 선로 양단에 고주파를 인가하면 캐패시턴스에 따라 다른 전압이 유기되므로 유기된 전압으로 연료의 양을 알 수 있는 것이다.

도 2 및 도 3에 근거하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연료통(1)의 내부에는 전송선(2)이 들어있고, 그 끝 부분에 전송선(2)에 고주파 공급과 반사파를 측정하는 회로부(3)가 연결된다. 도 3에 의하면, 전송선(2)은 하단부가 뚫린 프라스틱 혹은 유리관(4) 내에 설치되어 연료가 전송선 사이에 채워지도록 함과 동시에 자동차 움직임에 따른 급격한 연료의 높이 변화를 막는다.

전송선의 종단에는 칩(chip) 부하저항(5)을 부착한다. 전송선(2)과 부하저항(5)은 우레탄 혹은 비닐수지 등의 부도체로 완전방수 처리한다.

도 4는 상기 도 3의 회로부에 대한 상세도이고, 도 5는 상기 회로부에 대한 전자회로 불럭도이다. 도 4에서 회로부(3)는 고무 등으로 방수 처리된 회로부 케이스(7) 내에 기판(6)이 있고, 전송선(2)과 연결되고, 상기 전송선(2)과 회로부(3)의 연결은 연료통에 완전 방수처리 되도록 방수마개(8)를 구비한다. 도 5에 의하면, 상기 회로부(3)는 입력단의 한 쪽이 고주파 발생부(9)와 커넥터(10)에 연결되고, 타단은 반사파 탐지 및 캐패시턴스전압 탐지부(11)와 증폭부(12)로 연결되어 연료량을 자동차 운전석 연료 표시기까지 커넥터(10)로 연결하도록 한다. 즉, 전송선(2)에서 반사된 반사파를 측정하고 이를 증폭하여 연료량을 운전석 앞 표시판에 표시하도록 한다.

이 방법에 의한 반사파의 발생은 2선로 전송선 대신 스트립(strip), 코프래너 웨이브가이드(CPW : Coplanar Waveguide), 코프래너 스트립, 동축선 등의 고주파 전송선과 같은 여타의 전송선로로도 구현할 수 있다. 그러나 2선로 전송선이 가장 간단하며, 만들기 쉬운 장점을 가지고 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 보호범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 설계변경한 것은 모두 본 발명의 보호범위에 속하는 것을 간주한다.

본 발명에 의한 연료 게이지는 공기통 등과 같은 기계적 장치가 필요 없는 전자식으로 구현되어 있으므로 기계적 결함에 의한 게이지의 고장이나 게이지의 오작동이 거의 없다는 장점이 있다.

또한 전송선 이론에 의한 파장에 따른 전파상수 및 깊이에 의한 반사파 혹은 캐패시턴스 변화에 따른 캐패시턴스 전압발생을 감지하는 원리를 이용하기 때문에 mm 깊이까지 연료의 충만상태를 나타낼 수 있으므로 정확성이 매우 뛰어나다는 장점이 있다.

특히, 본 발명은 아주 미세한 고주파에 의한 측정 시스템이라는 점과 전송선 및 부하저항 등이 완전 방수 처리된다는 점에 있어서 종래의 연료게이지에 비하여 훨씬 안전하다는 장점이 있다.

도 1은 2선로 전송선로를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 일실시예를 보여주는 도면.

도 3은 도 2의 2선로 전송선로에 대한 상세도.

도 4는 본 발명의 회로부에 대한 상세단면도.

도 5는 본 발명의 회로부에 대한 전자회로 블럭도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 자동차 연료통 2 : 전송선

3 : 회로부 4 : 플라스틱 혹은 유리관

5 : 부하저항 6 : 기판

7 : 회로부 케이스 8 : 방수마개

9 : 고주파발생부 10 : 커넥터

11 : 반사파탐지 및 캐패시턴스 전압 탐지부

12 : 증폭부

Claims (6)

1. 삭제
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4. 연료통의 내부에 설치되는 전송선과, 상기 전송선에 고주파를 발생시켜 연료 깊이에 따라 달라지는 전압을 측정하는 회로부와, 상기 회로부는 고무 등으로 방수 처리된 회로부 케이스와 회로부 케이스 내의 회로기판으로 구성되고, 전송선과 회로부의 연결부분은 완전히 방수할 수 있는 방수마개를 구비하는 자동차 연료 게이지에 있어서,

   상기 회로부는 전송선에 인가할 신호를 생성하는 고주파 발생부와, 상기 고주파 발생부에서 생성된 신호가 전송선에 인가된 후 반사되어 돌아오는 신호를 검출하여 고주파 발생부의 입력신호와 반사된 신호를 비교하여 반사계수를 계산하고, 계산된 반사계수에 의하여 연료통의 높이값을 계산하는 반사파탐지 및 캐패시턴스 전압 탐지부와, 상기 반사파 탐지 및 캐패시턴스 전압 탐지부에서 출력된 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 전송선에서 반사된 반사파를 측정하고 이를 증폭하여 연료량을 자동차 운전석 앞 표시판에 표시하도록 상기 고주파발생부와 상기 증폭부에 연결하는 커넥터로 구성되고;

   상기 전송선은 하단부가 뚫린 플라스틱 혹은 유리관 내에 설치되고, 전송선 종단부에 부하저항이 부착되는 것을 특징으로 하는 전송선을 이용한 자동차 연료 게이지.
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