KR100583556B1 - 포락선 신호를 이용한 농도계측장치 및 방법 - Google Patents

포락선 신호를 이용한 농도계측장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체의 농도를 측정함에 있어서 초음파를 이용하되, 수신된 초음파 신호로부터 포락선 신호를 구하고 포락선 에너지를 산출하여 농도를 측정하는, 포락선 신호를 이용한 농도계측 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 초음파 신호 감쇄법을 이용한 농도계측 장치는 수신신호의 피크홀드(Peak Hold) 방식에 따라 구해진 순간순간의 신호 크기를 이용하여 농도를 계산하는데 현장의 다양한 상황을 반영하는데에 한계가 있었으며, 고정 샘플링 어레이 방식의 채택으로 유체의 온도변화에 탄력적으로 대응하지 못하였으며, 계기 출력 조정을 위한 현장 농도 입력 값의 정확성이 측정 데이터의 신뢰성을 결정하게 되는 등 측정 데이터의 신뢰성을 저해할 수 있는 요인이 많았다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하여 측정 농도의 신뢰성을 획기적으로 제고할 수 있도록 함을 목적으로 하는바, 농도를 측정함에 있어서 포락선 신호의 에너지값을 이용하고 가변 샘플링 어레이 방식을 채택함으로써 유체의 환경변화에 반응할 수 있도록 하고, 수신센서를 다수 구비함으로써 공간적 제약으로부터의 오류 가능성을 최소화하도록 한다.
초음파, 농도, 포락선 신호, 가변 샘플링 어레이, 포락선 에너지 평균값

Description

포락선 신호를 이용한 농도계측장치 및 방법{Concentration Measuring System and Method using Envelop Curve}
도 1은 종래의 초음파 농도측정장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 포락선 신호를 이용한 농도계측장치의 구성도이다.
도 3a는 종래의 고정 샘플링 어레이 방식의 샘플링 포인트를 나타내는 그래프이다.
도 3b는 종래의 고정 샘플링 어레이 방식에서의 측정 오류상태를 나타내는 샘플링 포인트 그래프이다.
도 3c는 본 발명에 따른 가변 샘플링 어레이 방식의 샘플링 포인트를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 포락선 신호를 이용한 농도계측장치로서 다수의 수신센서를 구비한 경우의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 포락선 신호를 이용한 농도계측 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 포락선 신호를 이용한 농도계측 방법으로서 다수의 수신센서를 이용한 경우의 농도계측방법의 흐름도이다.
<주요 도면부호에 대한 설명>
201 : 수신센서 202 : 송신센서
203 : 발진부 210 : 농도측정부
본 발명은 유체 중에 포함된 고형물 또는 현탁 물질의 농도을 초음파를 이용하여 측정하는 초음파 농도계측 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 수신된 초음파 신호로부터 포락선 신호를 구하고 포락선 에너지를 산출하여 농도를 측정하는, 포락선 신호를 이용한 농도계측 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 초음파를 이용한 농도계측은 초음파 신호의 감쇄가 측정 유체 중의 고형물 또는 현탁 물질의 농도 값에 거의 비례하여 발생한다는 점에 착안하여 수신신호의 진폭변화를 계측하여 이를 농도로 환산하는 것이다. 이러한 초음파 감쇄법을 사용하는 농도계측 장치의 경우, 그 구성은 도 1에서 보는 바와 같이, 농도측정관(5)에 부착된 송신센서(1)가 유체 속으로 초음파를 송신하고 이를 마주 보고 있는 수신센서(2)가 고형물의 함유량에 비례하여 감쇄된 신호를 수신한다. 이후 이 신호를 농도 측정부(6)내의 필터를 통과시켜 초기 송신된 주파수 성분의 신호만을 걸러내고 이를 증폭기, A/D converter, 피크 검출부를 거친 이후 최종적으로 농도 계산부 내의 비휘발성 메모리 내에 저장되어 있는 농도 보정식에 의해 농도를 계산하는 절차를 거친다.
상술한 바와 같은 종래의 신호 감쇄법을 이용한 농도계측 장치는 주연산기 내에서 수신신호의 피크홀드(Peak Hold) 방식에 따라 구해진 순간순간의 신호 크기 를 비휘발성 메모리에 저장된 농도에 따른 수신신호의 크기를 나타내는 보정식과 비교하여 이값을 농도로 환산하는 연산에 의해서 농도를 계산하기 때문에 고형물의 농도를 측정하는 현장이나 공정의 경우, 유체 중에 포함된 공기방울이나 고형물의 분포가 불균일한 경우 또는 고형물을 함유한 유체의 속도가 빨라서 배관 내에 난류(turbulent flow)가 형성된 경우는 단순한 피크홀드 방식 만으로는 제대로 된 농도 값을 구하기는 무리가 따른다. 또한 순간 순간의 농도측정이 가능한 경우라도 공정에서 발생하는 미세한 농도변화에 반응하지 못하거나 공정의 변화를 감지할 수 없어서 신뢰성 있는 계측이 곤란하다는 것이 현장의 사용자들 간에 많이 논의가 되고 있다. 이 경우 측정의 정확도나 안정성을 향상시킬 목적으로 취할 수 있는 방안으로는 고성능 A/D 변환기를 사용하여 피크 검출량의 세밀화, 측정시 데이터 평균의 횟수를 증대하여 측정값의 변동을 작게 하는 방법이 존재하지만 이를 통하여 구현할 수 있는 성능의 정도는 한계가 있다.
또한 기존의 초음파 감쇄법을 적용하기 위해서는 최초로 현탁 물질을 포함하지 않는 순수(pure water)로 영점 설정(zero setting)을 하고 현장 설치 후 현장 사용자들이 제시하는 농도를 기준으로 계기의 출력을 조정한다. 이때 현장에서 제시하는 값은 일정량의 측정대상 유체를 채집하고 이를 실험실에서 건조한 후 남은 고형물의 양을 증발한 유체의 양과 비교함으로써 농도을 구한 것이다. 이 경우 초기 설치 시 입력하는 값의 신뢰성에 따라 측정할 수 있는 농도의 제한 혹은 동일한 농도가 서로 상이한 농도로 측정될 수 있는 가능성이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수신신호를 선별하지 않고 포락선 신호로 변환하여 시간에 따른 변화 전체를 고려한 신뢰성 있는 농도 계측이 가능하고, 유체 온도 변화에 반응할 수 있으며, 다수의 이격된 수신센서를 채용하여 공간적 특성을 반영함으로써 농도 측정의 정확성을 획기적으로 개선할 수 있는 포락선 신호를 이용한 농도계측 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 현장에서 제시하는 농도값이 측정결과에 중대한 영향을 미치는 만큼 그 값의 유효성을 검증할 수 있는 수단을 제공하고자 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 유체 중에 포함된 고형물 또는 현탁 물질의 농도를 초음파를 이용하여 측정하는 초음파 농도계측 장치에 있어서, 고주파 펄스 신호를 발생하는 발진부, 발진부로부터의 고주파 펄스를 수신하여 측정 대상 유체에 초음파를 전파하는 송신센서, 송신센서로부터 전파된 측정 대상 유체 중 초음파를 수신하여 농도 측정부에 전달하는 3개의 수신센서 및 수신된 초음파 신호를 이용하여 측정 대상 유체의 농도를 측정하는 농도측정부를 포함하되, 상기 농도측정부는 입력 신호를 증폭하는 증폭기, 증폭된 수신신호 포락선 신호로 변환하는 포락선 생성부, 포락선 신호를 필터링하는 필터부, 포락선 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부, 포락선 디지털 신호를 이용하여 포락선 에너지를 구하는 적분기, 수신센서의 경로별 가중치 및 고형물 가중치를 계산하기 위한 가중치 계산기, 상기 가중치를 고려한 포락선 에너지 평균법에 의해 포락선 평균 에너지값을 구하는 에너지 평균기 및, 포락선 에너지를 이용하여 측정 대상 유체의 농도를 계산하는 농도계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측장치를 제공한다.
이때 상기 A/D변환부는 온도에 따라 시작시간을 변경하는 것을 특징으로 하는 가변 샘플링 어레이 방식을 채택할 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 특징에 의하면, 유체 중에 포함된 고형물 또는 현탁 물질의 농도를 초음파를 이용하여 측정하는 초음파 농도계측 방법에 있어서, 농도가 0%인 상태의 포락선 에너지를 산출하는 영점 포락선 에너지 산출단계; 현장의 농도에서 포락선 에너지를 산출하는 현장 포락선 에너지 산출단계; 및 상기 영점 포락선 에너지와 현장 포락선 에너지를 이용하여 농도를 계산하는 농도 산출단계;를 포함하되, 3개의 수신센서를 구비하는 경우에는 농도 0%에서 수신센서별 수신 신호에 대한 포락선 에너지를 구하는 영점 포락선 에너지 산출단계; 송신센서와 마주보는 중앙 센서에 대한 수신센서별 포락선 에너지의 비를 구하는 경로 가중치 산출단계; 수신센서별 영점 포락선 에너지의 평균을 구하는 영점 포락선 평균에너지 산출단계; 현장 농도에서 수신센서별 포락선 에너지를 구하는 현장 포락선 에너지 산출단계; 송신센서와 마주 보는 중앙 수신센서의 영점 포락선 에너지에 대한 현장 포락선 에너지의 비를 구하는 고형물 가중치 산출단계; 상기 경로 가중치와 고형물 가중치를 이용하여 수신센서별 현장 포락선 에너지의 평균을 구하는 현장 포락선 평균 에너지 산출단계; 및 포락선 평균에너지를 이용한 농도 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측방법을 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 농도 계측장치의 제 1실시예에 대한 구성 블럭도인 바, 수신센서(201), 송신센서(202), 발진부(203) 및 농도측정부(210)를 포함하고 상기 농도측정부(210)는 신호 증폭기(211), 포락선 생성부(212), 필터부(213), A/D변환부(214), 적분기(215) 및 농도계산부(216)를 포함할 수 있다.
상기 발진부(203)는 농도 측정을 위한 고주파 펄스 신호를 발생시키며 이 신호는 측정 대상 유체 내에 있는 송신센서(202)에 의해서 수신되고 다시 송신센서(202)는 초음파 신호를 유체 중에 전파시킨다. 이렇게 전파된 신호는 상기 측정 대상 유체 중에서 상기 송신센서와 마주보도록 설치된 수신센서(201)에 의해서 수신되어 농도측정부(210)로 보내진다.
농도측정부(210)에서는 수신신호가 입력되면 우선 신호 증폭기(211)에 의해 수신된 신호를 증폭하여 처리하기 용이하도록 가공하여 출력한다.
상기 포락선 생성부(212)는 상기 신호 증폭기(211)에 의해서 증폭된 수신 신호를 이용하여 포락선 신호를 생성한다.
상기 필터부(213)는 증폭이 완료된 포락선 신호를 입력받아 필터링을 수행한다.
필터링된 포락선 신호는 상기 A/D변환부(214)의 샘플링 어레이에 의해 디지털 값으로 변환되고, 적분기(215)를 통해 포락선 에너지값이 구해진다.
측정유체는 온도가 변화함에 따라 신호의 전파시간 및 감도가 함께 변화하는 특성을 갖는바, 일반적으로 온도가 상승하면 음속이 증가하여 송신신호의 전파시간이 단축되고 센서재료의 연화현상으로 감도가 저하된다. 반대로 온도가 하강하면 음속은 감소하고 송신신호의 전파시간은 증가하는 대신 센서의 감도는 향상된다.
따라서, 도 3a와 같이 시간 축이 고정된 고정 샘플링 어레이 방식은 도 3b와 같이 유체의 온도변화에 따른 송신 전파시간의 변화에 탄력적으로 대응하지 못하여 측정의 오류가 발생하게 된다. 이에 본 발명은 도 3c와 같이 온도의 변화에 따라 샘플링 시작시간의 조절이 가능한 가변 샘플링 어레이 방식을 도입하여 측정의 정확성을 크게 향상시켰다.
상기 농도 계산부(216)는 상기 포락선 에너지값을 이용하여 농도가 0일 때의 포락선 에너지값과의 비교를 통해 농도를 측정한다.
이때 측정의 정확성을 향상시키기 위하여 다수의 수신센서를 구비하는 것이 바람직한바, 도 4는 3개의 수신센서를 구비한 제 2실시예의 구성 블럭도이다.
제 2실시예를 설명함에 있어서, 제 1실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략할 수 있다.
하나의 송신센서(302)에서 출력된 초음파 신호를 다수의 수신센서(301L, 301C, 301R)에서 다중으로 수신하는바, 각 수신센서로부터 수신된 신호에 대한 각각의 포락선 에너지값을 병렬적으로 연산하기 위하여, 통합적 연산이 필요한 에너지 평균기 및 농도 계산부 등을 제외한, 농도측정부(310)의 일부 구성요소들을 병렬적으로 구성하고 있다.
또한 수신센서의 수가 증가함에 따라, 포락선 신호를 재차 증폭하기 위한 후단 증폭기(317), 다수의 포락선 에너지값을 통합하여 포락선 평균 에너지값을 구해야 하기 위해서 가중치 계산기(318) 및 에너지 평균기(319)를 더 포함할 수 있다.
상기 후단 증폭기(317)는 수신 신호로부터 변환된 포락선 신호를 재차 증폭하는바, 이렇게 재차 증폭하는 이유는 마주보는 수신센서(301C)에서 수신된 신호의 크기에 비해 양측면 수신센서(301L, 301R)에서 수신된 신호의 크기차이에 기인한 것으로 증폭을 2회에 나누어 실시함으로써 신호의 왜곡을 줄일 수 있기 때문이다.
상기 가중치 계산기(318)는 송신센서(302)와 마주보는 중앙 수신센서(301C)를 제외한 다른 수신센서(301L, 301R)의 경로 가중치 및 고형물 가중치를 산출하여 에너지 평균기에 제공한다.
상기 에너지 평균기(319)는 경로가중치 및 고형물 가중치를 이용하여 다수의 포락선 에너지에 대한 포락선 평균 에너지를 산출한다.
따라서 농도계산부(309)에서는 농도를 산출함에 있어서, 단일 포락선 에너지 대신 포락선 평균 에너지를 이용하여 계산한다.
도 5는 본 발명에 따른 농도계측장치의 농도계측방법에 대한 흐름도이다.
본 발명에 따른 농도계측장치의 농도계측방법은 영점(농도 0%) 포락선 에너지 산출단계(s41), 현장 포락선 에너지 산출단계(s42) 및 농도 산출단계(s43)를 포함한다.
상기 영점 포락선 에너지 산출단계(s41)에서는 농도가 0%일 경우의 수신 신 호에 대한 포락선 에너지를 구하며 이 단계에서 구해진 영점 포락선 에너지값은 비휘발성 메모리에 저장되어 향후의 농도 측정에 이용된다.
상기 현장 포락선 에너지 산출단계(s42)는 현장에서의 실제 농도를 측정하기 위해서 현장의 측정 대상 유체에서의 수신 신호에 대한 포락선 에너지를 구하며 이 현장 포락선 에너지값은 비휘발성 메모리에 저장되어 향후의 농도 측정에 이용된다.
상기 농도 산출단계(s43)에서는 영점 포락선 에너지와 현장 포락선 에너지를 이용하여 현장의 농도를 산출하는바, 산출방식은 자동측정모드와 수동모드가 있다.
상기 자동측정모드는 측정하고자 하는 농도의 최대값(%max)를 설정해 놓으면 그 이후에는 별도의 농도 입력 작업 없이 자동으로 농도를 측정하는 방식으로서, 현장에서 제시하는 농도 값의 유효성을 검증하는데에 유용하다.
자동측정모드의 농도 산출식은 다음과 같다.
%_농도 = (Rss1_t1 - Rzero_t1) / -A (식 1)
A = Rzero_t1 / %max (식 2)
Rzero_t1 : 온도 t1일 경우 영점 포락선 에너지값
Rss1_t1 : 온도 t1일 경우 현장 포락선 에너지값
A : 농도와 포락선 에너지값의 비례상수(“-”는 반비례관계임을 나타낸다)
%max : 측정하고자 하는 농도의 최대값
%_농도 : 현장 포락선 에너지값에 대응하는 현장 농도
식 1은 농도를 구하는 식이며 A 값은 식 2에 의해서 구할 수 있다.
상기 수동 모드는 현장의 농도을 사용자가 입력하여 농도를 측정하는 방식으로서 산출 식은 다음과 같다.
%_농도 = (Rss2_t1 - Rzero_t1) / -B (식 3)
B = (Rzero_t1 - Rss1_t1) / %사용자 (식 4)
Rss2_t1 : 온도 t1일 경우 사용자에 의해 설정된 포락선 에너지값
Rzero_t1 : 온도 t1일 경우 영점 포락선 에너지값
Rss1_t1 : 온도 t1일 경우 현장 포락선 에너지값
%사용자 : 사용자에 의해 설정된 현장의 농도
%_농도 : 현장 포락선 에너지값에 대응하는 현장 농도
B : 농도와 포락선 에너지값의 비례상수(“-”는 반비례관계임을 나타낸다)
상기 식 3에 의해 농도가 구해지며 B값은 식 4에 의해 구할 수 있다.
도 6는 수신센서가 다수일 경우의 본 발명에 따른 농도계측방법에 대한 흐름도인바, 수신센서별 영점 포락선 에너지 산출단계(s51), 경로 가중치 산출단계(s52), 영점 포락선 평균에너지 산출단계(s53), 수신센서별 현장 포락선 에너지 산출단계(s54), 고형물 가중치 산출단계(s55), 현장 포락선 평균 에너지 산출단계 (s56) 및 농도 산출단계(s57)를 포함한다.
상기 수신센서별 영점 포락선 에너지 산출단계(s51)에서는 수신센서별로 수신된 신호를 토대로 농도 0%일 경우의 영점 포락선 에너지를 산출한다.
상기 경로 가중치 산출단계(s52)에서는 송신센서와 마주보는 수신센서를 제외한 다른 수신센서의 경로 가중치를 다음과 같이 구한다.
예를 들어 3개의 수신센서가 있다고 할 때, 중앙의 수신센서를 제외한 좌우의 수신센서의 경로 가중치를 구하게 되는데, 좌측 경로의 수신센서에 대한 경로가중치는 다음 식에 의한다.
Figure 112005070923763-pat00001
Figure 112005070923763-pat00002
우측경로의 수신에 대한 경로 가중치는 다음 식에 의한다.
Figure 112005070923763-pat00003
Figure 112005070923763-pat00004
상기 영점 포락선 평균에너지 산출단계(s53)에서는 상기 단계(s52)에서 구해진 경로 가중치를 이용하여 다중 수신센서의 영점 포락선 평균 에너지값을 구하는바, 다음 식(식 7)에 의한다.
Figure 112005070923763-pat00005
(식 7)
상기 수신센서별 현장 포락선 에너지 산출단계(s54)에서는 실제 현장에서 특정 농도하에서의 수신센서별 포락선 에너지값을 산출한다.
상기 고형물 가중치 산출단계(s55)에서는 영점에서의 중심센서 출력과 임의의 농도에서의 중심센서의 출력을 비교하여 고형물 가중치(Cs)를 구하면 다음과 같다.
Figure 112005070923763-pat00006
상기 현장 포락선 평균 에너지 산출단계(s56)에서는 경로 가중치 및 고형물 가중치를 이용하여 수신센서별 현장 포락선 에너지의 평균값을 구하는바, 다음 식에 의한다.
Figure 112005070923763-pat00007
상기농도 산출단계(s57)에서는 제 1실시예의 농도 산출식 (식 1 및 식 2)을 이용하되, 수신센서가 다수이므로 영점 포락선 에너지값 대신에 상기 식 7에서 구해진 영점 포락선 평균에너지 값을, 현장 포락선 에너지값 대신에 상기 식 9에서 산출된 현장 포락선 평균 에너지값을 사용하여 농도를 산출한다.
특히, 상기 단계에서 구해진 영점 포락선 평균에너지와 현장 포락선 평균 에너지값은 비휘발성 메모리에 저장되어 이후 장치의 이상이나 공정의 이상 시 표준값으로 사용될 수 있다.
이상 실시예를 통하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였는바, 이는 본 발명 에 대한 이해를 돕기 위함이지 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 예에 국한하고자 함이 아님을 명확히 하며, 특히 수신센서의 수나 농도의 산출을 위한 내부 구성요소는 그 배치순서나 구조에 있어서 다양한 변형이 가능한 부분으로서 그 변형이 당업자에게 자명한 수준의 것이라면 본 발명의 기술적 범위에 포함된다고 할 것이다.
본 발명에 따르면, 초음파 수신신호를 포락선 신호로 변환하여 포락선 에너지를 이용한 농도 측정이 가능하므로 유효 신호의 폭이 증대되어 어떠한 상황하에서도 정확한 측정결과를 제공할 수 있으며 가변 샘플링 어레이 방식에 따라 온도 변화에 따른 측정의 오류를 최소화하였다.
특히 다수의 수신센서를 구비하여 수신센서별 경로 가중치 및 고형물 가중치를 고려한 포락선 에너지의 평균법을 사용함으로써, 종래의 기술에 비해서 최소 3배 이상의 정확도를 제공하며 운용시 유동 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 유체 중에 포함된 고형물 또는 현탁 물질의 농도를 초음파를 이용하여 측정하는 초음파 농도계측 장치에 있어서, 고주파 펄스 신호를 발생하는 발진부, 발진부로부터 고주파 펄스 신호를 수신하여 측정 대상 유체에 초음파를 전파하는 송신센서, 송신센서로부터 전파된 측정 대상 유체 중 초음파를 수신하여 농도 측정부에 전달하는 3개의 수신센서 및 수신된 초음파 신호를 이용하여 측정 대상 유체의 농도를 측정하는 농도측정부를 포함하되,
    상기 농도측정부는 입력 신호를 증폭하는 증폭기, 증폭된 수신신호 포락선 신호로 변환하는 포락선 생성부, 포락선 신호를 필터링하는 필터부, 포락선 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부, 포락선 디지털 신호를 이용하여 포락선 에너지를 구하는 적분기, 수신센서의 경로별 가중치 및 고형물 가중치를 계산하기 위한 가중치 계산기, 상기 가중치를 고려한 포락선 에너지 평균법에 의해 포락선 평균 에너지값을 구하는 에너지 평균기 및, 포락선 에너지를 이용하여 측정 대상 유체의 농도를 계산하는 농도계산부를 포함하는 는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 A/D변환부(214)는 가변 샘플링 어레이 방식을 채택하는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 포락선 신호를 재차 증폭하기 위한 후단 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 3개의 수신센서를 구비하고 유체 중에 포함된 고형물 또는 현탁 물질의 농도를 초음파를 이용하여 측정하는 초음파 농도계측 방법에 있어서,
    1) 농도 0%에서 수신센서별 수신 신호에 대한 포락선 에너지를 구하는 영점 포락선 에너지 산출단계;
    2) 송신센서와 마주보는 중앙 센서에 대한 수신센서별 포락선 에너지의 비를 구하는 경로 가중치 산출단계;
    3) 수신센서별 영점 포락선 에너지의 평균을 구하는 영점 포락선 평균에너지를 다음 식을 이용하여 산출하는 단계;
    Figure 112006025807888-pat00020
    Figure 112006025807888-pat00021
    4) 현장 농도에서 수신센서별 포락선 에너지를 구하는 현장 포락선 에너지 산출단계;
    5) 송신센서와 마주 보는 중앙 수신센서의 영점 포락선 에너지에 대한 현장 포락선 에너지의 비를 구하는 고형물 가중치 산출단계;
    6) 상기 경로 가중치와 고형물 가중치를 이용하여 수신센서별 현장 포락선 에너지의 평균을 다음 식을 이용하여 산출하는 현장 포락선 평균 에너지 산출단계;
    Figure 112006025807888-pat00022
    Figure 112006025807888-pat00023
    7) 포락선 평균에너지를 이용한 농도 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서, 상기 농도 산출단계는 다음 식을 이용하여 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측방법
    %_농도 = (Rss1_t1 - Rzero_t1) / -A
    A = Rzero_t1 / %max
    Rzero_t1 : 온도 t1일 경우 영점 포락선 평균 에너지값
    Rss1_t1 : 온도 t1일 경우 현장 포락선 평균 에너지값
    A : 농도와 포락선 에너지값의 비례상수(“-”는 반비례관계임을 나타낸다)
    %max : 측정하고자 하는 농도의 최대값
    %_농도 : 현장 포락선 에너지값에 대응하는 현장 농도.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 농도 산출단계는 다음 식을 이용하여 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는 포락선 신호를 이용한 농도계측방법
    %_농도 = (Rss2_t1 - Rzero_t1) / -B
    B = (Rzero_t1 - Rss1_t1) / %사용자
    Rss2_t1 : 온도 t1일 경우 사용자에 의해 설정된 포락선 에너지값
    Rzero_t1 : 온도 t1일 경우 영점 포락선 평균 에너지값
    Rss1_t1 : 온도 t1일 경우 현장 포락선 평균 에너지값
    %사용자 : 사용자에 의해 설정된 현장의 농도
    %_농도 : 현장 포락선 에너지값에 대응하는 현장 농도
    B : 농도와 포락선 에너지값의 비례상수(“-”는 반비례관계임을 나타낸다).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005901A (ja) 2000-06-21 2002-01-09 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ、ガス濃度及び流量測定方法
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005901A (ja) 2000-06-21 2002-01-09 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ、ガス濃度及び流量測定方法
JP2004053385A (ja) 2002-07-19 2004-02-19 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 気体濃度計測装置および気体濃度計測方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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