KR100849955B1 - 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템 및방법 - Google Patents

무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기나 물과 같은 유체 속에 프로브를 직접 넣지 않고 투명한 벽뿐만 아니라 불투명한 벽 내부의 유체 속도를 계측할 수도 있으며 다양한 분야에 적용 가능한 유속 계측 시스템 및 방법에 관한 것이다.
유체 유동, 속도 계측, RFID, 무선통신

Description

무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템 및 방법{system and method for measuring fluid flow velocity using wireless communication technology}
도 1은 본 발명에 따른 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템을 도시한 것이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
1, 2, 3: RFID 리더 안테나
4, 5, 6: RF 감지부
7: 마이크로캡슐
8: 유체 유동
9: 관심 유체 영역
10: RFID 리더
11: RF 감지 제어부
12: 중앙컴퓨터
본 발명은 RFID와 같은 무선통신기술을 이용하여 유체 유동의 속도를 계측할 수 있는 기술에 관한 것이다.
종래의 유동 계측 기술은 피토관이나 hot film, hot wire와 같이 직접 유체 중에 속도 계측용 프로브(probe)를 집어넣거나, LDV(laser doppeler velocimetry) 또는 PIV(particle image velocimetry)와 같이 유체 중에 프로브를 직접 넣지 않고 광학적인 방법을 사용하여 유체의 속도를 측정하여 왔다. 이 경우 광학적인 유동 속도계는 유체 중에 직접 프로브를 직접 넣지 않기 때문에 유체에 간섭을 일으키지 않고 유속을 정확히 계측할 수 있는 장점이 있다.
그러나 이러한 광학적인 유동 속도계는 투명한 창을 통하여 레이저 빔을 유체 속으로 조사하거나 레이저 평면광을 유체 내에 조사해야 하기 때문에 유체 유동의 속도를 계측하기 위해서는 광학적인 특성이 우수한 투명 창(window)이 반드시 필요하다. 또한 LDV의 광신호 감지부나 PIV의 CCD 카메라 등의 원활한 동작을 위해서 투명 창이 꼭 필요하다. 그러므로 투명 창이 없는 불투명한 벽(wall)으로 둘러싸인 유체의 유속은 광학적인 유동 속도계로써 계측이 불가능하다. 이외에도 연기(smoke)를 이용한 가시화나 부이(buoy) 등을 이용한 물 표면의 유동 가시화의 경우 정확성이 많이 떨어지고 특정한 분야 외에는 적용이 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 공기나 물과 같은 유체 속에 프로브를 직접 넣지 않고 투명한 벽뿐만 아니라 불투명한 벽 내부의 유체 속도를 계측할 수도 있으며 다양한 분야에 적용 가능한 유속계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, RFID 태그를 내장한 상태에서 관심 유체 영역(9) 속에 투입되어 유동하게 되는 마이크로캡슐(7); 관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개가 부착되어 있으며 근접 지점을 흘러 통과하는 상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 ID(identification) 번호를 감지하는 RFID 리더 안테나(1, 2, 3); 상기 RFID 리더 안테나(1, 2, 3)가 감지한 신호를 수신하는 RFID 리더(10); 관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개가 부착되어 있으며 근접 지점을 흘러 통과하는 상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 RF(전자파) 강도를 측정하는 RF 감지부(4, 5, 6); 상기 RF 감지부(4, 5, 6)가 감지한 신호를 수신하고 제어하는 RF 감지 제어부(11); 및 상기 RFID 리더(10)로부터 입력받은 RFID 태그의 ID(identification) 번호 및 위치 정보를 바탕으로 하여 관심 유체 영역(9)의 유체 흐름 속도를 계산하는 중앙컴퓨터(12)를 포함하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명은, 관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개의 RFID 리더 안테나(1, 2, 3)와 RF 감지부(4, 5, 6)를 부착하는 단계; 무선 통신을 위한 RFID 태그를 내장한 마이크로캡슐(7)을 관심 유체 영역(9) 속에 투입하는 단계; RFID 리더(10)에서 읽혀진 RFID 태그의 ID(identification) 번호 및 위치 정보와 RF 감지부(4, 5, 6)로부터 얻어진 RFID 태그의 전자파 강도에 대한 정보들을 취합하여 중앙컴퓨터(12)로 전송하는 단계; 및 중앙컴퓨터(12)가 각 RFID 태그에 부여된 ID(identification) 번호 및 위치 정보를 이용하여 유체 유동의 속도를 계산하는 단계를 포함하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법을 제시한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
마이크로캡슐(7)은 RFID 태그를 내장한 상태에서 관심 유체 영역(9) 속에 투입되어 유동하게 된다. 이처럼 RFID 태그를 마이크로캡슐(7)에 내장함으로써 RFID 태그가 유체에 의하여 부식되거나 망실되는 것을 방지할 수 있다.
마이크로캡슐(7)에 내장되는 RFID 태그는 수동형이고, 작동 거리는 최대 10 미터이며, 그 크기는 10 마이크로미터 이내인 것이 바람직하다. 그리고 RFID 태그를 작동시키는 전자파는 자기장(magnetic field) 또는 전기장(electric filed) 둘 다 가능하다.
마이크로캡슐(7)의 재질은 세라믹 또는 폴리머인 것이 바람직한데, 이 경우 마이크로캡슐(7)의 비중은 물과 비슷해져 유체 중에 투입되었을 경우 유체의 거동을 잘 추종할 수 있게 된다. 이러한 마이크로캡슐(7)의 평균 크기는 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터인 것이 바람직하다.
RFID 리더 안테나(1, 2, 3)는 관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개가 부착되어서 근접 지점을 흘러 통과하는 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 ID(identification) 번호를 감지하며, RFID 리더(10)는 RFID 리더 안테나(1, 2, 3)가 감지한 신호를 수신한다.
RF 감지부(4, 5, 6)는 관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개가 부착되어서 근접 지점을 흘러 통과하는 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 RF(전자파) 강도를 측정하며, RF 감지 제어부(11)는 RF 감지부(4, 5, 6)가 감지한 신호를 수신하고 제어한다.
중앙컴퓨터(12)는 RFID 리더(10)로부터 입력받은 RFID 태그의 ID(identification) 번호 및 위치 정보를 바탕으로 하여 관심 유체 영역(9)의 유체 흐름 속도를 계산한다. 즉, 중앙컴퓨터(12)는 특정 RFID 태그의 위치(이동 거리)를 계속적으로 추적(합산)하고 이를 측정 시간으로 나눔으로써 관심 유체 영역(9)의 흐름 속도를 계산하는 것이다.
또한 중앙컴퓨터(12)는 RF 감지 제어부(11)로부터 입력받은 RFID 태그의 RF(전자파) 강도에 관한 정보를 바탕으로 하여 마이크로캡슐(7)의 3차원적인 기하학적 위치를 인식하는데, 이로써 관심 유체 영역(9)의 3차원적인 유동 형태를 파악할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템은 RFID 태그 및 RFID 리더 안테나(1, 2, 3) 대신 Rubee 태그 및 Rubee 리더 안테나를 사용할 수도 있다. 최근 국제전기표준회의(IEEE)에서는 RFID를 대신할 근거리 무선통신 규격으로서 Rubee를 추진하고 있는데, 이러한 Rubee는 물체를 가리지 않는 원활한 통신이 가능하고(액체를 비롯한 주위 환경에 영향을 받지 않고 알미늄 호일에 덮여 있어도 정보를 읽어낸다), 상대적으로 긴 통신거리를 갖고 있으며, 관련 기기 양산 비용이 저렴한 장점이 있다.
본 발명은, 관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개의 RFID 리더 안테나(1, 2, 3)와 RF 감지부(4, 5, 6)를 부착하는 단계; 무선 통신을 위한 RFID 태그를 내장한 마이크로캡슐(7)을 관심 유체 영역(9) 속에 투입하는 단계; RFID 리더(10)에서 읽혀진 RFID 태그의 ID(identification) 번호 및 위치 정보와 RF 감지부(4, 5, 6)로부터 얻어진 RFID 태그의 전자파 강도에 대한 정보들을 취합하여 중앙컴퓨터(12)로 전송하는 단계; 및 중앙컴퓨터(12)가 각 RFID 태그에 부여된 ID(identification) 번호 및 위치 정보를 이용하여 유체 유동의 속도를 계산하는 단계를 포함하는 무선 통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법을 제시하는 바, 구체적인 실시예는 상기에서 설명한 바와 같다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면 불투명한 벽으로 둘러싸인 유체의 이동 속도를 계측할 수 있어 플라스틱이나 얇은 철판으로 만들어진 관(pipe) 내의 유체 속도를 측정할 수 있게 된다. 현재 홀로그래픽(holographic) PIV 등을 이용하여 유체 내 작은 체적 내부의 3차원 유속을 계측하고자 하는 시도가 계속되고 있는데 본 발명을 이용하여 보다 쉽게 3차원 유속을 계측할 수 있게 된다. 각 태그 캡슐에서 반향되는 전자파는 각 태그의 인식 번호뿐만 아니라 위치 정보를 줄 수 있기 때문에 일정한 시간 간격으로 계측된 반향파로부터 유체의 3차원 속도 정보를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

Claims (18)

  1. RFID 태그를 내장한 상태에서 관심 유체 영역(9) 속에 투입되어 유동하게 되는 마이크로캡슐(7);
    관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개가 부착되어 있으며 근접 지점을 흘러 통과하는 상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 ID(identification) 번호를 감지하는 RFID 리더 안테나(1, 2, 3);
    상기 RFID 리더 안테나(1, 2, 3)가 감지한 신호를 수신하는 RFID 리더(10);
    관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개가 부착되어 있으며 근접 지점을 흘러 통과하는 상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 RF(전자파) 강도를 측정하는 RF 감지부(4, 5, 6);
    상기 RF 감지부(4, 5, 6)가 감지한 신호를 수신하고 제어하는 RF 감지 제어부(11); 및
    상기 RFID 리더(10)로부터 입력받은 RFID 태그의 ID(identification) 번호 및 위치 정보를 바탕으로 하여 관심 유체 영역(9)의 유체 흐름 속도를 계산하는 중앙컴퓨터(12)
    를 포함하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그는 수동형 태그인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 작동 거리는 최대 10 미터인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 크기는 10 마이크로미터 이내인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그를 작동시키는 전자파는 자기장(magnetic field) 또는 전기장(electric filed)인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)의 재질은 세라믹 또는 폴리머인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙컴퓨터(12)는 상기 RF 감지 제어부(11)로부터 입력받은 RFID 태그의 RF(전자파) 강도에 관한 정보를 바탕으로 하여 상기 마이크로캡슐(7)의 3차원적인 기하학적 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 항에 따른 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템은 상기 RFID 태그 및 RFID 리더 안테나(1, 2, 3) 대신 Rubee 태그 및 Rubee 리더 안테나를 사용하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 시스템.
  10. 관심 유체 영역(9) 주위에 다수 개의 RFID 리더 안테나(1, 2, 3)와 RF 감지부(4, 5, 6)를 부착하는 단계;
    무선 통신을 위한 RFID 태그를 내장한 마이크로캡슐(7)을 관심 유체 영역(9) 속에 투입하는 단계;
    RFID 리더(10)에서 읽혀진 RFID 태그의 ID(identification) 번호 및 위치 정 보와 RF 감지부(4, 5, 6)로부터 얻어진 RFID 태그의 전자파 강도에 대한 정보들을 취합하여 중앙컴퓨터(12)로 전송하는 단계; 및
    중앙컴퓨터(12)가 각 RFID 태그에 부여된 ID(identification) 번호 및 위치 정보를 이용하여 유체 유동의 속도를 계산하는 단계
    를 포함하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 작동 거리는 최대 10 미터인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그의 크기는 10 마이크로미터 이내인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그는 수동형 태그인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)에 내장된 RFID 태그를 작동시키는 전자파는 자기 장(magnetic field) 또는 전기장(electric filed)인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐(7)의 재질은 세라믹 또는 폴리머인 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
  16. 삭제
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 중앙컴퓨터(12)는 상기 RF 감지 제어부(11)로부터 입력받은 RFID 태그의 RF(전자파) 강도에 관한 정보를 바탕으로 하여 상기 마이크로캡슐(7)의 3차원적인 기하학적 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    제 10 항에 따른 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법은 상기 RFID 태그 및 RFID 리더 안테나(1, 2, 3) 대신 Rubee 태그 및 Rubee 리더 안테나를 사용하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기술을 이용한 유체 유동 속도 계측 방법.
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