KR101256678B1 - 레이저 거리 측정기의 보호장치 및 방법 - Google Patents

레이저 거리 측정기의 보호장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 연속 발사 레이저 거리 측정기를 보호하기 위하여 발사시간과 대기시간에 따른 카운터 및 레이저 내부 온도를 이용한 레이저 발사 기준값 초과 여부를 계산하여 한계치를 초과할 경우 레이저 거리 측정기의 작동을 중지시키도록 하여 장치를 보호토록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기의 보호장치 및 방법에 관한 것으로,
저전압 공급부와, 고전압 공급부와, 레이저 신호 제어부와, 레이저 발진부와, 거리 계측부와, 레이저 수신부와, 거리 표시부와, 온도센서와, 카운터 및, 레이저 발사 스위치를 구비하여 이루어지고; 레이저 신호 제어부는 레이저 발사 스위치로부터 레이저 발사 명령이 입력되면 고전압 공급부를 제어하여 고전압이 레이저 발진부에 공급하게 되어 레이저가 출력되도록 하고, 레이저 발사시간 및 대기시간을 카운터에 저장하며, 레이저 운용주기를 이용하여 계산한 제한 카운터 값이 기준범위를 벗어나는지를 판단하여 기준범위를 벗어나면 레이저 발사를 중지시키도록 제어하는 것이 특징이다.
레이저, 거리, 측정, 보호, 장치, 방법

Description

레이저 거리 측정기의 보호장치 및 방법{A Protecting Unit of a LASER Road Measuring Unit and Method Thereof}
도 1은 본 발명의 구성도.
도 2는 본 발명의 타이밍도.
도 3은 본 발명의 동작 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 저전압 공급부
110: 고전압 공급부
120: 레이저 신호 제어부
130: 레이저 발진부
140: 거리 계측부
150: 레이저 수신부
160: 거리 표시부
170: 온도센서
180: 카운터
190: 레이저 발사 스위치
본 발명은 레이저 거리 측정기의 보호장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 고출력 연속 발사 레이저 거리 측정기를 보호하기 위하여 발사시간과 대기시간에 따른 카운터 및 레이저 내부 온도를 이용한 레이저 발사 기준값 초과 여부를 계산하여 한계치를 초과할 경우 레이저 거리 측정기의 작동을 중지시키도록 하여 장치를 보호토록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기의 보호장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 거리 측정기는 발사된 레이저가 표적에서 반사되어 되돌아와 검출될때 까지의 시간차이를 이용하여 표적까지의 거리를 계산하는 장치이다.
레이저 거리 측정기는 사용 목적상 표적의 속도가 저속인 경우와 고속인 경우가 있으며, 고속 표적의 거리를 측정하기 위한 레이저 거리 측정기는 초당 10 - 20회의 펄스를 생성한다.
고반복 펄스의 운용주기를 가지는 레이저일수록 고출력이 요구되고, 연속해서 사용시 내부에 고열이 발생하여 레이저 거리 측정기가 고장을 일으킬 수 있다.
그래서 레이저 거리 측정기는 정해진 운용주기(Duty Cycle) 기준을 설정하여 그 기준 범위 이내에서 사용하도록 권장된다.
즉, 레이저 거리 측정기의 발사시간 및 대기시간은 10%발사, 90%대기, 또는 10초 발사, 50초 대기 등으로 이루어지며, 10%발사, 90% 대기 시간의 운용주기를 가진 경우, 100초 동안 레이저를 발사했다면 9배인 900초 동안 대기상태를 유지해야만 레이저 거리 측정기에 무리를 주지 않게 되는 것이다.
또한, 레이저 거리 측정기는 정해진 내부 온도 한계이상으로 상승시 발사가 중지되기 때문에 레이저 거리 측정기의 내부 온도가 높아질 수록 발사 가능한 운용주기를 단축하여야 장비의 고장을 예방할 수 있게 된다.
즉, 레이저 거리 측정기의 발사 시간 및 대기 시간은 10% 발사, 90%대기, 또는 10초 발사, 50초 대기 등으로 이루어지며, 10%발사, 90% 대기 시간의 운용주기를 가진 경우, 100초 동안 레이저를 발사했다면 9배인 900초 동안 대기상태를 유지해야만 레이저 거리 측정기에 무리를 주지 않게 되는 것이다.
그러나, 사용자가 매 운용시 이러한 운용주기 및 발사시간을 기록하면서 사용하기에는 곤란한 점이 있으며, 이에 따라 운용주기를 초과해서 사용할 가능성이 매우 크고, 레이저 거리 측정기의 수명을 단축시키는 원인으로 작용하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 고출력 연속 발사 레이저 거리 측정기를 보호하기 위하여 발사시간과 대기시간에 따른 카운터 및 레이저 내부 온도를 이용한 레이저 발사 기준값 초과 여부를 계산하여 한계치를 초과할 경우 레이저 거리 측정기의 작동을 중지시키도록 하여 장치를 보호토록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 주전원을 변환하여 레이저 거리 측정장치의 각 부분에 필요한 전압을 공급하는 저전압 공급부(100)와; 주전원을 변환하여 레이저 발진에 필요한 높은 에너지를 공급하는 고전압을 발생하는 고전압 공급부(110)와; 레이저 발사명령이 입력되면 레이저가 출력되도록 제어하는 레이저 신호 제어부(120)와; 고전압을 사용한 레이저 신호를 송신하고, 레이저 신호를 송신했다고 알리는 신호를 출력하는 레이저 발진부(130)와; 레이저 신호를 송신했다고 알리는 신호를 입력하여 카운트를 시작하고, 레이저 신호 수신부(150)로부터 레이저 신호 감지를 알리는 신호를 받으면 카운트를 중지하며, 카운트 수로 계산된 레이저의 왕복시간과 레이저의 속도로 레이저가 도달한 목표물까지의 거리를 산출하는 거리 계측부(140)와; 레이저 발진부(130)에서 출력한 레이저 신호가 어떤 목표물에 맞고 반사되어 들어올 때 그 반사된 레이저빔을 감지하여 거리 계측부(140)에 레이저 신호 감지를 알리는 신호를 출력하는 레이저 신호 수신부(150)와; 거리 계측부(140)로부터 산출된 거리를 표시하는 거리 표시부(160)와; 레이저 장치 내부의 온도를 센싱하여 레이저 신호 제어부에 출력하는 온도센서(170)를 구비하는 것이 특징이다.
또한, 레이저 거리 측정기의 보호장치는 레이저 발사시간과 대기시간을 카운트하여 레이저 신호 제어부에 출력하는 카운터(180)를 더 포함하며, 레이저 신호 제어부(120)는 레이저 발사 스위치로부터 레이저 발사 명령이 입력되면 고전압 공급부(110)를 제어하여 고전압을 레이저 신호 발진부(130)에 공급하여 레이저가 출력되도록 하고, 레이저 발사시간 및 대기시간을 카운터에 저장하며, 레이저 거리 측정기의 온도와 운용주기를 이용하여 제한 카운터의 기준범위를 결정하고, 레이저 운용시간에 따른 제한 카운터 값이 기준범위를 벗어나면 레이저 발사를 중지시키도록 제어하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제한 카운터 기준범위는 최대 발사 허용시간과 레이저 펄스수를 곱한 값으로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 카운터는 레이저 발사 시간을 카운트 하는 발사 카운터와, 대기 시간을 카운트 하는 대기 카운터와, 기준범위를 결정하는 제한 카운터로 이루어짐이 특징이다.
또한, 레이저 거리 측정기를 가동하면 레이저 거리 측정기의 온도를 측정하는 단계(S10)와; 레이저 거리 측정기의 온도와 레이저 거리 측정기의 운용주기를 이용하여 레이저 제한 카운트의 기준범위를 계산하는 단계(S20)와; 레이저가 발사되면 발사주기와 대기주기를 카운트하여 제한 기준범위를 벗어나면 레이저 발사를 중지시키는 단계(S30)로 이루어짐이 특징이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 레이저 거리 측정장치의 구성도로서, 저전압 공급부(100)와, 고전압 공급부(110)와, 레이저 신호 제어부(120)와, 레이저 발진부(130)와, 거리 계측부(140)와, 레이저 수신부(150)와, 거리 표시부(160)와, 온도센서(170)와, 카운터(180) 및, 레이저 발사 스위치(190)를 구비한다.
저전압 공급부(100)는 주전원을 변환하여 레이저 거리 측정기의 각 부분에 필요한 전압을 공급한다.
고전압 공급부(110)는 주전원을 변환하여 레이저 발진에 필요한 높은 에너지를 공급하는 고전압을 발생한다.
레이저 신호 제어부(120)는 레이저 발사명령이 입력되면 레이저가 출력되도록 제어한다.
레이저 발진부(130)는 고전압을 사용한 레이저 신호를 송신하고, 레이저 를 송신했다고 알리는 신호를 출력한다.
거리 계측부(140)는 레이저를 송신했다고 알리는 신호를 입력하여 카운트를 시작하고, 레이저 수신부(150)로부터 레이저 감지를 알리는 신호를 받으면 카운트를 중지하며, 카운트 수로 계산된 레이저의 왕복시간과 레이저의 속도로 레이저가 도달한 목표물까지의 거리를 산출한다.
레이저 수신부(150)는 레이저 발진부(130)에서 출력한 레이저가 어떤 목표물 에 맞고 반사되어 들어올 때 그 반사된 레이저 빔을 감지하여 거리 계측부(140)에 레이저 신호 감지를 알리는 신호를 출력한다.
거리 표시부(160)는 거리 계측부(140)로부터 산출된 거리를 표시한다.
온도센서(170)는 레이저 장치 내부의 온도를 센싱하여 레이저 신호 제어부(120)에 출력한다.
카운터(180)는 레이저 발사시간과 대기시간을 카운트하여 레이저 신호 제어부(120)에 출력한다.
레이저 발사 스위치(190)는 레이저 신호 제어부(120)에 레이저 발사신호를 입력한다.
레이저 신호 제어부(120)는 레이저 발사 스위치로부터 레이저 발사 명령이 입력되면 고전압 공급부(110)를 제어하여 고전압이 레이저 발진부(130)에 공급하게 되어 레이저가 출력되도록 하고, 레이저 발사시간 및 대기시간을 카운터에 저장하며, 레이저 거리 측정기의 온도와 운용주기를 이용하여 제한 카운터의 기준범위를 결정하고, 레이저 운용시간에 따른 제한 카운터 값이 기준범위를 벗어나면 레이저 발사를 중지시키도록 제어한다.
상기 카운터(180)는 레이저 발사 시간을 카운트 하는 발사 카운터(181)와, 대기 시간을 카운트 하는 대기 카운터(182)와, 발사 카운터 및 대기 카운터 값으로부터 계산되어 레이저 발사주기가 기준범위를 벗어나는지를 나타내는 제한 카운터(183)로 이루어진다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 거리 측정장치의 각 장치의 신호 타이밍도를 도시한 것으로서, 먼저 (a)에 도시된 바와 같이 주전원이 공급되면 저전압 공급부(100)는 즉시 그 주전원을 변환하여, (b)와 같이 나머지 디바이스들(120 - 160)에 저전압의 시스템 전원 또는 구동 전원을 공급한다.
(c)에 도시된 바와 같이 외부로부터 레이저 발사 명령 신호가 입력되면, 레이저 신호 제어부(120)는 (d)와 같이 고전압 공급부(110)를 제어하는 제어신호를 출력하여 (e)와 같은 고전압이 레이저 발진부(120)로 출력되게 한다.
(f)와 같이 고전압을 이용하여 레이저 신호를 송신하면 송신된 레이저 신호가 소정의 목표물에 맞고 반사되어 돌아온다.
레이저 발진부(120)에서 레이저 신호를 송신하여 레이저 수신부(150)에서 (g)와 같이 레이저 신호를 감지했다고 알릴 때까지 거리 계측부(140)는 (h)에 도시된 바와 같이 시간 카운트를 수행한다. 카운트로 계산된 레이저 빔의 송신에서 수신까지의 경과 시간과 빛의 속도 값으로 레이저가 도달한 목표물까지의 거리를 계산하여 거리 표시부에 전달한다.
본 발명의 레이저 거리 측정기는 레이저 신호 제어부(120)의 제어를 받아 발사 및 중지를 하고, 측정 데이터를 제어부에 피드백한다. 그리고, 레이저 신호 제어부(120)는 운용방식에 따라서 레이저의 발사 및 대기 시간을 발사 카운터 및 대기 커운터에 저장하거나 읽어 온다.
레이저 설계시에 개발자가 제안하는 최대 발사 허용시간과 레이저 펄스수를 곱한 값을 제한 카운터의 기준범위로 결정하고, 제한 카운터 값이 기준범위에 근접하면 경고 메세지를 출력하고, 기준범위를 초과하면 레이저 운용을 중단시킨다.
그리고, 레이저 발사명령 시작과 동시에 발사 시간 카운터 값을 증가시키고, 발사 중지시 카운터 값을 중지시켜 그 값을 발사 카운터에 저장한다.
또한, 레이저 발사 대기시에는 대기 카운터 값을 증가시키고, 발사 명령시 발사 카운터값을 증가시킨다.
운용주기 비율 K값은 발사시간(%)/대기시간(%)로 정의한다.
그리고, 제한 카운터 = (발사 카운터 * 펄스수) - (대기 카운터 * 펄스수 * K)로 계산한다.
한편, 제한 카운터(183)의 수치 계산의 궁극적인 목적은 레이저 거리 측정기의 과도한 레이저 발사로 인한 고열 발생으로 장비가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 현재의 레이저 측정 장치 내부 온도가 높아질 수록 발사가능한 운용주기를 단축시켜야 장비의 고장을 예방할 수 있다.
즉, 내부 온도에 따른 제한 카운터 값을 변경하여, 내부의 온도가 높을 수록 제한 카운터가 빨리 증가하여, 요구되는 대기시간이 길어지도록 온도변수(T)를 설정한다.
따라서, 기준온도 이상(예)(≥40도) 일때에는 T = 0.8,
기준온도 이내(예)(10 - 40도)일 때에는 T = 1,
기준온도 이하(예)(≤10도)일 때에는 T = 1.2를 적용한다.
또한, 복수의 운용주기로 운용되는 장비는 각 운용주기별로 발사 카운터(181)와 대기 카운터(182)를 계산하여 각각의 제한 카운터(183)에 합해주어야 하는바, 가장 낮은 발사주기와 그때의 최대 발사허용 시간을 곱한 값을 제한 카운터 기준범위로 정하며, 복수의 운용주기를 고려하여야 하므로 제한 카운트의 비례상수를 결정한다.
예를 들어 6pps 에서 최대 300초 발사후 300초 이상 대기하거나, 12pps에서 최대 10초 발사후 80초 이상 대기하는 복수의 운용주기를 가지는 장비일 경우, 6pps로 300초 발사하는 것과, 12pps로 10초 발사하는 것이 동일한 제한 카운터를 발생시키므로,
6pps * 300s = a *(12pps *10s)로 정리할 수 있어, 여기서 a 값은 15이다.
즉, 12pps 로 운용시에는 6pps 로 운용하는 것의 15배의 제한 요인이 발생한다.
그러므로 실시예에 의한 장비는,
제한 카운터 = (발사 카운터(6pps) * 6pps) - (대기 카운터(6pps) * 6pps *1/1) + a * (발사 카운터(12pps) * 12pps) - (대기 카운터(12pps) * 12pps * 1/8)이다.
따라서, 이 장비의 제한 카운터 기준범위는 가장 낮은 발사주기와 그 때의 최대 발사허용 시간을 곱한 값 즉, 6pps * 300s = 1800 이므로, 제한 카운터 계산값이 1800 이상으로 상승하는 경우 레이저 발사를 중시키도록 한다.
결론적으로, 발사율 A pps 일때 운용주기 비율이 KA(발사시간/대기시간), 발사율 B pps 일때 운용주기 비율이 KB 인 레이저 거리 측정기의 경우,
제한 카운터 기준범위 = A * KA
a = (B * KB)/(A*KA),
제한 카운터 = (발사카운터 A pps * A pps) - (대기 카운터 A pps * A pps * KA) + a * (발사 카운터 B pps * B pps) - (대기 카운터 B pps * B pps * KB) * T이다.
이를 근거로, 계산된 제한 카운터가 기준범위(A * KA)에 근사하게 증가하면 레이저 신호 제어부(120)는 발사 경고 신호를 출력하고, 기준범위를 초과하면 레이저 발사를 중지시키도록 한다.
도 3은 본 발명의 동작 순서도이다.
레이저 거리 측정기의 온도를 측정하는 단계(S10)와;
레이저 거리 측정기의 온도와 레이저 거리 측정기의 운용주기를 이용하여 레이저 발사 제한 기준범위를 계산하는 단계(S20)와;
레이저 발사시 발사주기와 대기주기로 계산한 제한 카운터 값이 제한 기준범위를 벗어나면 레이저 발사를 중지시키는 단계(S30)로 이루어진다.
상술한 바와 같이 본 발명은 발사시간과 대기시간에 따른 카운터 및 레이저 내부 온도를 이용한 레이저 발사 기준값 초과 여부를 계산하여 한계치를 초과할 경우 레이저 거리 측정기의 작동을 중지시키도록 하여 레이저 거리 측정장치를 보호하는 효과를 제공한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능 하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (5)

  1. 주전원을 변환하여 레이저 거리 측정장치의 각 부분에 필요한 전압을 공급하는 저전압 공급부(100);
    상기 주전원을 변환하여 레이저 발진에 필요한 에너지를 공급하는 고전압을 발생하는 고전압 공급부(110);
    레이저 발사명령이 입력되면 레이저가 출력되도록 제어하는 레이저 신호 제어부(120);
    고전압을 사용한 레이저 신호를 송신하고, 레이저 신호를 송신했다고 알리는 신호를 출력하는 레이저 발진부(130);
    상기 레이저 신호를 송신했다고 알리는 신호를 입력하여 카운트를 시작하고, 레이저 신호 수신부(150)로부터 레이저 신호 감지를 알리는 신호를 받으면 카운트를 중지하며, 카운트 수로 계산된 레이저의 왕복시간과 레이저의 속도로 레이저가 도달한 목표물까지의 거리를 산출하는 거리 계측부(140);
    상기 레이저 발진부(130)에서 출력한 레이저 신호가 어떤 목표물에 맞고 반사되어 들어올 때 그 반사된 레이저빔을 감지하여 상기 거리 계측부(140)에 레이저 신호 감지를 알리는 신호를 출력하는 레이저 신호 수신부(150);
    상기 거리 계측부(140)로부터 산출된 거리를 표시하는 거리 표시부(160);
    내부의 온도를 센싱하여 레이저 신호 제어부에 출력하는 온도센서(170); 및
    레이저 발사시간과 대기시간을 카운트하여 레이저 신호 제어부(120)에 출력하는 카운터(180);를 포함하되,
    상기 레이저 신호 제어부(120)는 레이저 발사 스위치로부터 레이저 발사 명령이 입력되면 고전압 공급부(110)를 제어하여 고전압을 레이저 신호 발진부(130)에 공급하여 레이저가 출력되도록 하고, 레이저 발사시간 및 대기시간을 카운터에 저장하며, 레이저 거리 측정기의 온도와 운용주기를 이용하여 제한 카운터의 기준범위를 결정하고, 레이저 운용시간에 따른 제한 카운터 값이 기준범위를 벗어나면 레이저 발사를 중지시키도록 제어하고.
    상기 제한 카운터 기준범위는 최대 발사 허용시간과 레이저 펄스수를 곱한 값이며,
    상기 카운터는 레이저 발사 시간을 카운트 하는 발사 카운터와, 대기 시간을 카운트 하는 대기 카운터와, 기준범위를 결정하는 제한 카운터로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 레이저 거리 측정기의 보호장치.
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  3. 삭제
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