KR101324889B1 - 고수위 경보용 음파센서 - Google Patents

고수위 경보용 음파센서 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 선박의 밸러스트 탱크 등 유체가 저장되는 탱크에 설치되어 경보수위에 도달한 상태를 정밀하게 측정할 수 있고, 전체적인 구조가 간단하여 제작이 용이한 고수위 경보용 음파센서를 제공하는 것이다. 이에 따라 본 발명에 따른 고수위 경보용 음파센서는, 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자와, 상기 압전소자의 하면에 접합되는 세라믹연결판과, 상기 세라믹연결판의 하면에 접합되어 압전소자에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 봉형상의 금속제 기판과, 상기 압전소자가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자가 수신한 음파 또는 초음파에 의해 생성된 전기신호를 전달받아 그 전기신호의 변화정도를 판별하는 판별회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고수위 경보용 음파센서{A sonic sensor for alarm of limit level}
본 발명은 고수위 경보용 음파센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 밸러스트탱크나, 액체를 저장하는 액체저장탱크에서 설정된 수위에 도달했는지 여부를 감지하여 경보신호를 생성할 수 있는 음파센서에 관한 것이다.
선박의 밸러스트탱크, 대용량의 액체저장탱크 등에는 내부에 물 또는 액체의 수위를 확인하기 위하여 수위를 확인할 수 있는 센서가 설치되어 경계수위에 도달했는지 여부를 확인하여 경보할 수 있다.
상기 센서에 의한 수위확인을 통하여 작업자는 탱크 내의 물 또는 액체의 주입작업을 중단하거나 그 속도를 조절할 수 있다.
그와 같은 역할을 위해 탱크 내에 설치될 수 있는 센서가 도 1 및 도 2에 예시되어 있다.
도 1은 한국등록실용신안공보 제20-0190973호에 기재된 것으로, 초음파를 이용한 유류저장탱크의 유량측정장치에 관한 것이다.
도 1을 참고하면, 유류저장탱크(3)의 상단 천정부에 송신용 초음파 진동자(1)가 설치되고 그 초음파 진동자(1)가 일정시간동안 허가받은 초음파 신호를 유면으로 발산한다. 이후, 유면(2)에 반사되어 들어오는 반사파를 수신하여 유면까지 초음파가 도달하는데 소요되는 시간을 검출할 수 있는데, 그 수신된 시간에 의해 초음파진동자(1)로부터 유면까지의 거리산출이 가능하므로 유면(2)의 레벨확인이 가능하다.
그러나, 상기와 같은 구조의 유량측정장치는 초음파의 발생 및 반사되는 초음파의 시간을 측정하여 유면까지의 거리를 산출하되 초음파가 탱크 내부의 공간에서 진행하는 방식이므로 잡음에 의한 간섭이 많고, 선박이 운행하는 극한의 환경에서는 탱크(3) 내의 압력이 수시로 변화하므로 초음파의 전파속도의 변동이 발생한다. 따라서, 상기 유량측정장치의 경우, 설정된 레벨에 유면(2)이 도달하였는지를 측정하는 정밀한 측정은 이루어질 수 없다.
한편, 도 2는 한국공개특허공보 제2003-0078048호에 기재된 것으로서, 선박의 밸러스트 탱크에 설치된 침수감지장치를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 커넥터(5)를 통해 신호출력단자 및 전원공급단자를 미도시된 알람패널과 서로 연결시키고, 침수검출회로(6)에 전원을 공급하여 알람패널과 침수검출회로(6)를 서로 전기적으로 접속시킨다.
이후, 제 1 히터(7a)에 높은 전류를 공급하게 되며, 제 2 히터(7b)에 낮은 전류를 공급하게 됨으로써 제1, 제2 히터(7a)(7b)는 서로 다른 온도로 발열하게 되고, 상기 제1, 제2 히터(7a)(7b)로부터 발생되는 열은 외부를 감싸고 있는 제1, 제2 열전도체(8a)(8b)로 확산되어 고르게 분포된다.
이때, 상기 제1, 제2 온도센서(9a)(9b)는 각각의 제1, 제2 열전도체(8a)(8b)의 온도를 센싱하여 침수검출회로(6)에 각각 인가됨으로써 상기 제1, 제2 온도센서(9a)(9b)의 출력전압의 차이를 검출할 수 있다.
선박의 침수가 발생되어 밸러스트 탱크에 유입된 물의 수위가 침수감지장치가 설치된 부분까지 도달하여 제1, 제2 열전도체(8a)(8b)와 접촉하게 되면, 물이 제1, 제2 열전도체(8a)(8b)에 고르게 분포되어 있는 열이 물에 전도되어 급속히 방출하게 된다. 이후, 일정시간이 경과하면 제1, 제2 열전도체(8a)(8b)의 온도는 거의 동일한 온도, 즉 물의 온도와 같아지게 되므로, 상기 제1, 제2 온도센서(9a)(9b)의 차이 값이 거의 발생하지 않게 되어 경보수위에 도달하였음을 알릴 수 있다.
그러나, 도 2와 같은 침수감지센서의 경우에도, 극지방과 같은 극한의 환경에서 운항하는 선박에 설치되면, 열전도체가 물에 접촉하지 않아도 쉽게 열이 방출되어 오작동할 수 있고, 전체적인 구조가 복잡한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선박의 밸러스트 탱크 등 유체가 저장되는 탱크에 설치되어 경보수위에 도달한 상태를 정밀하게 측정할 수 있고, 전체적인 구조가 간단하여 제작이 용이한 고수위 경보용 음파센서를 제공하는 것이다.
이에 따라 본 발명에 따른 고수위 경보용 음파센서는, 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자와, 상기 압전소자의 하면에 접합되는 세라믹연결판과, 상기 세라믹연결판의 하면에 접합되어 압전소자에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 봉형상의 금속제 기판과, 상기 압전소자가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자가 수신한 음파 또는 초음파에 의해 생성된 전기신호를 전달받아 그 전기신호의 크기를 기준치와 비교하는 판별회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압전소자 및 상기 세라믹연결판은 서로 동일한 직경의 디스크형상으로 이루어지고, 상기 기판의 상단도 상기 직경과 동일한 직경의 원판면이 형성되며, 상기 원판면에 상기 세라믹연결판과 상기 압전소자가 중심이 서로 일치하도록 적층된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 기판이 상단부에 형성되고 직경이 일정한 상측연결부와, 하단부에 형성되고 상기 상측연결부보다 작은 직경으로 직경이 일정한 하단접합부와, 상기 상측연결부와 상기 하단접합부 사이에서 하측으로 갈수록 직경이 점차 작아지는 테이퍼형상부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압전소자와 상기 세라믹연결판은 450℃이하의 온도에서 용융되는 저융점 접합제에 의해 접합되고, 상기 세라믹연결판과 상기 기판은 500℃ 이상의 온도에서 접합되는 고융점 접합제에 의해 접합되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
상기에서 저융점 접합제는, 분말형태인 SiO2파우더가 20~30중량%, P2O5파우더가 30~40중량%, ZnO파우더가 20~30중량%, V2O5파우더가 10~20중량%의 유리결정체로 구성된 유리접합제; 에폭시, 멜라민, 요소, 페놀, 실리콘 중에서 선택된 하나의 재료를 주성분으로 하는 합성수지접합제; 및, SiO2파우더, Al2O3파우더, ZrO2파우더와 MgO파우더 중 어느 하나가 혼합된 50~ 90중량%의 글라스파우더와, H2O, MgO 및 P가 혼합된 10~50중량%의 경화제가, 혼합되어 있는 접합제; 중에서 선택된 어느 하나의 접합제로 할 수 있다.
한편, 다른 관점에서 본 발명은 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자와, 상기 압전소자의 하면에 접합되는 세라믹연결판과, 상기 세라믹연결판의 하면에 접합되어 압전소자에서 발생한 음파 또는 초음파가 내부에서 진행하는 봉형상의 금속제 기판과, 상기 압전소자가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자가 수신한 음파 또는 초음파의 전기신호를 전달받아 설정치와 비교하는 판별회로부를 포함하는 고수위 경보용 음파센서의 제조방법에 있어서, 상기 기판이 준비되는 1단계와, 상기 기판과 상기 세라믹연결판을 500℃ 이상의 온도에서 접합되는 고융점 접합제를 매개로 접합하는 2단계와, 상기 2단계후, 상기 세라믹연결판과 상기 압전소자를 450℃ 이하의 온도에서 접합되는 저융점 접합제를 사용하여 접합하는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에서 상기 저융점 접합제는, 분말형태인 SiO2파우더가 20~30중량%, P2O5파우더가 30~40중량%, ZnO파우더가 20~30중량%, V2O5파우더가 10~20중량%의 유리결정체로 구성된 유리접합제; 에폭시, 멜라민, 요소, 페놀, 실리콘 중에서 선택된 하나의 재료를 주성분으로 하는 합성수지접합제; 및, SiO2파우더, Al2O3파우더, ZrO2파우더와 MgO 중 어느 하나가 혼합된 50~ 90중량%의 글라스파우더와, H2O, MgO 및 P가 혼합된 10~50중량%의 경화제가, 혼합되어 있는 접합제; 중에서 선택된 어느 하나의 접합제로 할 수 있다.
본 발명에 따른 고수위 경보용 음파센서는, 기판의 내부에서 전달되는 음파 또는 초음파를 이용하고 있으므로 극지방 등 극한 환경에서 운항하는 선박의 밸러스트 탱크 등에 설치된 경우라도 설정수위의 도달여부를 정확하게 감지할 수 있다.
또한, 전체적인 구조가 단순하여 제작이 용이하고 오작동의 위험성이 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 음파센서 제작에 있어서, 기판과 세라믹연결판은 고온접합제에 의해 견고한 접합이 이루어지고, 그후 세라믹연결판과 압전소자의 접합이 저온접합제에 의해 이루어지도록 제작공정이 설계됨으로서 고온의 접합작업에서 압전소자의 압전성이 파괴되는 위험을 제거하고 있다.
또한, 본 발명의 음파센서를 구성하는 기판이 테이퍼형상부를 구비함으로써 음파 또는 초음파를 집속하여 전달할 수 있음과 함께, 하단접합부의 직경이 감소될 수 있으므로 금속공진체의 접합돌기체와 작은 면적으로 접합될 수 있도록 한다. 이는 본 발명의 음파센서와 금속공진체가 접합되는 과정에서 발열량이 작고 작업이 신속히 진행될 수 있게 하므로 압전소자로 전달될 수 있는 열을 최소화한다.
도 1은 종래 초음파를 이용한 유류저장탱크의 유량측정장치의 일예를 도시하는 구성도
도 2는 종래 선박의 밸러스트 탱크에 설치되는 침수감지센서의 일예를 도시하는 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서의 분해사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서의 단면구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서가 선박의 밸러스트 탱크에 설치된 상태를 도시하는 설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서의 작용을 설명하는 설명도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서를 금속공진체와 접합하는 상태를 도시하는 설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서가 금속공진체와 결합된 상태에서 음파가 전달되는 상태를 액체의 접촉여부에 따라 도시하는 설명도
도 9는 반사파에 의해 압전소자에서 생성된 전기신호(전류)의 크기변화가 실제로 나타나고 있는 모니터 화면의 캡쳐 사진
본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고수위 경보용 음파센서의 단면구성도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 고수위 경보용 음파센서(10)는 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자(20)와, 상기 압전소자(20)의 하면에 접합되는 세라믹연결판(30)과, 상기 세라믹연결판(30)의 하면에 접합되어 압전소자(20)에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 봉형상의 금속제 기판(50)과, 상기 압전소자(20)가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자(20)가 수신한 음파 또는 초음파에 의해 생성된 전기신호를 전달받아 그 전기신호의 크기를 기준치와 비교하는 판별회로부(80)를 포함한다.
상기 압전소자(20)는 양측에 접압을 인가하여 발진하는 통상의 PZT압전소자가 사용되며, 직경이 약 8mm, 두께가 약 2.0~2.5mm 정도인 디스크형상으로 성형된다. 디스크형상의 상면 및 하면에 각각 전극단자(23,24)가 연결되어 전압이 인가되고, 상기 양측의 전극단자(23,24)는 판별회로부(80)에 연결되어 있다.
판별회로부(80)는 압전소자(20)가 발진하여 음파 또는 초음파를 발생시킬 수 있도록 상기 양측의 전극단자(23,24)에 전기신호를 인가한다. 또한, 압전소자(20)가 반사음을 수신한 경우에 진동하면서 발생시키는 전기신호를 수신한 후, 수신된 전류값의 크기를 이용해 기준치와 비교한 후, 수면 또는 액체면과의 접촉여부를 판별한다. 기준치는 사전에 설정된 값일 수 있고, 수면과 접촉하지 않은 상태에서의 전류값을 저장하여 기준치로 사용될 수 있다.
상기 세라믹연결판(30)은 압전소자(20)와 기판(50)의 전기적 접촉을 차단하고, 압전소자(20)에서 발진한 음파 또는 초음파를 기판(50)으로 전달하고 있다. 또한, 세라믹 연결판(30)은 금속제의 기판(50)과 압전소자(20)의 접합을 위한 매개부재의 역할을 한다.
세라믹연결판(30)은 직경이 약 8mm이고, 두께가 약 1.0~1.2mm의 디스크형상으로 제작되어 상면이 압전소자(20)의 하면과 저융점 접합제(40)에 의해 접합되고, 하면은 기판(50)의 상단면(54)과 고융점 접합제(60)에 의해 접합된다. 고융점 접합제(60)에 의한 결합이 일반적으로 보다 견고하나, 압전소자(20)의 압전성이 파괴되지 않도록 압전소자(20)와 세라믹연결판(30) 사이에서는 저온접합이 이루어진다.
상기 기판(50)은 세라믹연결판(30)의 하면에 접합되어 압전소자(20)에서 발생한 음파 또는 초음파가 내부에서 진행하는 봉형상으로 이루어진다. 재질은 금속제로 구성되되, SUS316 재질이 가장 적합하고, 250~270mm정도의 길이로 형성된다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에서 봉형상은 길이방향을 따라 직경이 받드시 일정한 것만을 의미하지 않는다.
상기 압전소자(20) 및 상기 세라믹연결판(30)은 서로 동일한 직경의 디스크형상으로 이루어지고, 기판(50)의 상단면(54)도 상기 직경과 동일한 약 8mm의 직경의 원판면이 형성되어, 그 원판면에 세라믹연결판(30)과 압전소자(20)가 중심이 서로 일치하도록 적층된 구조를 이룬다.
상기 기판(50)은 상단부에 형성되고 직경이 일정한 상측연결부(51)와, 하단부에 형성되고 상측연결부(51)보다 작은 직경으로 직경이 일정한 하단접합부(52)와, 상기 상측연결부(51)와 상기 하단접합부(52) 사이에서 하측으로 갈수록 직경이 점차 작아지는 테이퍼(taper)형상부(53)를 포함한다.
상기 상측연결부(51)는 세라믹연결판(30)을 매개로 압전소자(20)와 접합되어 연결되는 부분이고, 상기 하단접합부(52)는 후술하는 금속공진체와 접합되어 연결되는 부분이다.
상기 테이퍼형상부(53)는 테이퍼(Taper) 형상으로 직경이 하측으로 가면서 점차 감소하는 형상으로서, 압전소자(20)에서 발생된 진동이 내부에서 전달되면서 집속되는 효과가 있다.
물론, 기판(50)은 직경이 상하로 동일한 원형봉의 형상으로 구성할 수도 있다.
한편, 상기 고융점 접합제(60)는 세라믹과 금속을 접합하는 브레이징(brazing)에 사용되는 접합제로서 활성금속(Ti, Zr 등)을 포함하고 있는 활성금속 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 Ag 63.5중량%, Cu 34.2중량%, Sn 1중량%, Ti 1.75중량%으로 이루어진 용가재를 사용한다. 물론 세라믹과 금속의 접합제로 사용될 수 있는 Ag, Cu, Ni, Ta 이외에 다른 조성의 금속 조성물도 사용 가능하다. 그 접합제(60)는 박판 형태로 제작되어, 기판(50)과 세라믹연결판(30) 사이에 위치한다. 고융점 접합제(60)의 용융온도는 500℃ 이상이고, 일반적으로는 대략 700~800℃의 온도에서 접합된다. 위 고융점 접합제는 저융점 접합제로 대체할 수도 있을 것이나, 견고한 접합강도를 유지하기 위한 목적으로 고융점 접합제가 사용된다.
상기 저융점 접합제(40)는 분말형태인 SiO2파우더가 20~30중량%, P2O5파우더가 30~40중량%, ZnO파우더가 20~30중량%, V2O5파우더가 10~20중량%의 유리결정체로 구성된 저융점 유리접착제를 사용할 수 있고, 상기 유리결정체로 구성된 파우더의 총 중량에 대하여 Al2O3파우더가 10~ 20중량%, B2O3파우더가 10~20중량% 이 더 혼합되어 사용될 수 있다. 그 접착재의 접착은 200℃ 내지 450℃ 범위에서 이루어진다.
또한, 상기 저융점 접합제(40)는 에폭시, 멜라민, 요소, 페놀, 실리콘 등의 어느 하나가 전체에서 가장 큰 비중을 차지하는 주성분 재료인 합성수지 접합제로도 구성될 수 있고, 그 경우에는 60℃내지 120℃의 온도에서 경화시켜 접합이 가능하다.
또한, 상기 저융점 접합제(40)는 SiO2파우더, Al2O3파우더, ZrO2파우더와 MgO파우더 중 어느 하나가 혼합된 50~ 90중량%의 글라스파우더와; H2O, MgO 및 P이 혼합된 10~50중량%의 경화제;가 혼합되어 있는 접합제도 사용될 수 있다.
상기 저융점 접합제는 450℃ 이하의 온도에서 용융되어 접합이 이루어짐으로써 압전소자의 성질의 변화를 방지할 수 있고, 450℃ 이하의 범위에서 압전소자의 재질에 따라 압전성이 유지될 수 있는 온도를 결정할 필요가 있다. 가장 바람직하기는 100℃ 내지 250℃ 범위의 용융온도를 가진 저융점 접합제를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 상기와 같은 저융점 접합제(40) 및 고융점 접합제(60)를 이용하여 본 실시예의 음파센서를 제작하는 경우, 기판(50)과 세라믹연결판(30)과, 압전소자(20)를 준비하여, 기판(50)과 세라믹연결판(30)의 접합이 먼저 이루어진다. 즉, 세라믹연결판(30)과 기판(50) 사이에 고융점 접합제(60)가 위치한 상태에서 통상의 브레이징(brazing)법에 의한 접합이 진행된다.
상기 고융점 접합제(60)의 접합 후, 상기 기판(50)에 접합되어 있는 세라믹연결판(30)과 상기 압전소자(20) 사이에는 저융점 접합제(40)를 얇게 도포 또는 박판의 형태로 위치시킨 후, 가열하여 접합이 이루어진다. 세라믹연결판(30)과 상기 압전소자(20) 사이의 접합시는 전극단자(24)를 개재시켜 전극단자(24)가 압전소자의 하면에 전기적으로 연결된 상태를 형성한다.
상기 저융점 접합제(40)가 용융되는 온도는 고융점 접합제의 용융온도보다 낮으므로 고융점 접합제의 접합상태를 파괴하지 않고, 압전소자(20)에 대한 영향도 최소화된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 음파센서의 작동을 설명한다.
본 실시예의 음파센서는 액체가 탱크에 채워져 설정치에 도달했는지 여부를 체크할 수 있는 것으로서, 도 4는 본 실시예의 음파센서가 선박(90)의 밸러스트 탱크(91)의 상단에 설치되어, 수위가 설정치에 도달했는지 여부를 판별하는 고수위 경보용으로 사용된 예를 도시하고 있다.
밸러스트 탱크(91)에 물이 채워져 음파센서(10)의 하단(56)에 물이 접촉하는 경우에는, 압전소자(20)에서 발생된 음파가 기판(50)을 따라 진행된 후, 반사되어 되돌아 올 때, 그 진폭이 현저히 감소된다.
도 6는 그와 같은 경우를 예시하고 있는 것으로서, 기판(50)의 하단(56)에 수면이 도달하여 물과 접촉한 상태를 도시하고 있다. 도 6의 (b)와 같이, 기판(50)의 하단(56)이 물과 접촉한 상태에서는 기판(50)의 하단(56)에서 반사되어 압전소자(20)로 전달되는 반사파의 진폭이 감소한 상태로 압전소자(20)를 진동시킨다. 이에 따라, 압전소자(20)의 진동으로 인해 압전소자(20)에서 발생된 전기신호는 전류값으로 판별회로부(80)로 전달되고, 기판(50)의 하단(56)이 물과 접촉하지 않은 상태의 전류값과 차이가 발생하므로 판별회로부(80)는 경보수위에 도달했음을 판별하게 된다. 판별사항은 별도의 표시 또는 경보장치에 전달하여 관리자에게 통지할 수 있다.
한편, 도 6에서는 본 실시예의 음파센서가 직접 물과 접촉하도록 설치한 경우를 도시하였으나, 그 경우 반사파가 미미하므로 도 7과 같이, 기판(50)의 하단(56)에 금속공진체(70)를 부착하여 사용하는 것이 바람직하다.
금속공진체(70)의 상단에는 기판(50)의 하단과 접합될 수 있도록 접합돌기체(71)가 형성되어 있고, 접합돌기체(71)에 의해 기판(50)의 하단과 접합됨으로써 압전소자(20)에서 발진한 음파는 기판(50)을 거쳐 금속공진체(70)로 전달될 수 있다.
도 8은 금속공진체(70)에 전달된 음파가 전달되는 상태를 액체의 접촉여부에 따라 도시하고 있다.
금속공진체(70)로 전달된 음파는 금속공진체(70)의 하단에서 반사되어 반사파가 압전소자(20)를 향하여 다시 전달된다. 이 때, 금속공진체(70)의 하단이 수면에 접하지 않은 경우에 비하여 금속공진체(70)의 하단이 수면과 접합 경우에 반사파의 진폭이 현저히 감소하게 된다.
그 감소된 진폭의 반사파는 압전소자(20)에 전달되어 압전소자(20)가 전기신호를 생성하고, 압전소자(20)에서 생성된 전기신호가 판별회로부(80)로 전달됨으로써 진폭의 감소정도를 판별하게 된다. 진폭의 감소는 전류의 크기감소로 나타난다.
도 9는 반사파에 의해 압전소자(20)에서 생성된 전기신호(전류)의 크기변화가 실제 측정된 화면이다. 도 9의 (a)는 금속공진체(70)의 하단이 물과 접촉하지 않은 경우이며, 도 9의 (b)는 금속공진체(70)의 하단이 물과 접촉한 경우로서, 전류의 크기 즉, 진폭이 현저히 감소되어 나타난다.
판별회로부(80)에서는 실험에 의해 전기신호의 변화정도에 대하여 미리 판별기준을 설정함으로써 수면 또는 액체면과의 접촉여부에 대하여 판별하고, 별도의 표시장치 또는 경보장치를 통해 고수위 상황을 통지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
1; 진동자 2; 유면
3; 유류저장탱크 5; 커넥터
6; 침수검출회로 7a,7b; 히터
8a,8b; 열전도체 9a,9b; 온도센서
10; 음파센서 20; 압전소자
23,24; 전극단자 30; 세라믹연결판
40; 저융점 접합제 50; 기판
51; 측연결부 52; 하단접합부
53; 테이퍼형상부 54; 상단면
56; 하단 60; 고융점 접합제
70; 금속공진체 71; 접합돌기체
80; 판별회로부 90; 선박
91; 밸러스트 탱크

Claims (7)

  1. 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자(20)와,
    상기 압전소자(20)의 하면에 접합되는 세라믹연결판(30)과,
    상기 세라믹연결판(30)의 하면에 접합되어 압전소자(20)에서 발생한 음파 또는 초음파를 내부에서 진행시키기 위한 봉형상의 금속제 기판(50)과,
    상기 압전소자(20)가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자(20)가 수신한 음파 또는 초음파에 의해 생성된 전기신호를 전달받아 그 전기신호의 크기를 기준치와 비교하는 판별회로부(80)를 포함하는 고수위 경보용 음파센서에 있어서,
    상기 압전소자(20)와 상기 세라믹연결판(30)은 450℃이하의 온도에서 용융되는 저융점 접합제에 의해 접합되고,
    상기 세라믹연결판(30)과 상기 기판(50)은 500℃ 이상의 온도에서 접합되는 고융점 접합제에 의해 접합되되,
    상기 저융점 접합제(40)는,
    분말형태인 SiO2파우더가 20~30중량%, P2O5파우더가 30~40중량%, ZnO파우더가 20~30중량%, V2O5파우더가 10~20중량%의 유리결정체로 구성된 유리접합제;
    에폭시, 멜라민, 요소, 페놀, 실리콘 중에서 선택된 하나의 재료가 가장 큰 비중을 차지하는 합성수지접합제; 및,
    SiO2파우더, Al2O3파우더, ZrO2파우더와 MgO파우더 중 어느 하나가 혼합된 50~90중량%의 글라스파우더와, H2O, MgO 및 P가 혼합된 10~50중량%의 경화제가, 혼합되어 있는 접합제; 중에서
    선택된 어느 하나의 접합제인 것을 특징으로 하는 고수위 경보용 음파센서
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자(20) 및 상기 세라믹연결판(30)은 서로 동일한 직경의 디스크형상으로 이루어지고,
    상기 기판(50)의 상단도 상기 직경과 동일한 직경의 원판면이 형성되며,
    상기 원판면에 상기 세라믹연결판(30)과 상기 압전소자(20)가 중심이 서로 일치하도록 적층된 것을 특징으로 하는 고수위 경보용 음파센서
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판(50)은
    상단부에 형성되고 직경이 일정한 상측연결부(51)와,
    하단부에 형성되고 상기 상측연결부(51)보다 작은 직경으로 직경이 일정한 하단접합부(52)와,
    상기 상측연결부(51)와 상기 하단접합부(52) 사이에서 하측으로 갈수록 직경이 점차 작아지는 테이퍼형상부(53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고수위 경보용 음파센서
  4. 상단에 설치되어 음파 또는 초음파를 발생시키는 압전소자(20)와,
    상기 압전소자(20)의 하면에 접합되는 세라믹연결판(30)과,
    상기 세라믹연결판(30)의 하면에 접합되어 압전소자(20)에서 발생한 음파 또는 초음파가 내부에서 진행하는 봉형상의 금속제 기판(50)과,
    상기 압전소자(20)가 음파 또는 초음파를 발진하도록 전기신호를 전달하고 상기 압전소자(20)가 수신한 음파 또는 초음파의 전기신호를 전달받아 설정치와 비교하는 판별회로부(80)를 포함하는 고수위 경보용 음파센서의 제조방법에 있어서,
    상기 기판(50)이 준비되는 1단계와,
    상기 기판(50)과 상기 세라믹연결판(30)을 500℃ 이상의 온도에서 접합되는 고융점 접합제(60)를 매개로 접합하는 2단계와,
    상기 2단계후, 상기 세라믹연결판(30)과 상기 압전소자(20)를 450℃ 이하의 온도에서 접합되는 저융점 접합제(40)를 사용하여 접합하는 3단계를 포함하되,
    상기 저융점 접합제(40)는,
    분말형태인 SiO2파우더가 20~30중량%, P2O5파우더가 30~40중량%, ZnO파우더가 20~30중량%, V2O5파우더가 10~20중량%의 유리결정체로 구성된 유리접합제;
    에폭시, 멜라민, 요소, 페놀, 실리콘 중에서 선택된 하나의 재료가 가장 큰 비중을 차지하는 합성수지접합제; 및,
    SiO2파우더, Al2O3파우더, ZrO2파우더와 MgO파우더 중 어느 하나가 혼합된 50~ 90중량%의 글라스파우더와,
    H2O, MgO 및 P가 혼합된 10~50중량%의 경화제가, 혼합되어 있는 접합제; 중에서
    선택된 어느 하나의 접합제인 것을 특징으로 하는 고수위 경보용 음파센서의 제조방법
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101553592B1 (ko) 2014-07-21 2015-09-17 주식회사 앤에스티 음파센서용 공진구조체 및 그것이 포함된 수위 감지장치
CN112432704A (zh) * 2020-11-30 2021-03-02 包头职业技术学院 一种汽车发动机噪声检测装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08191497A (ja) * 1995-01-10 1996-07-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 超音波送受信素子及びその製造方法
KR20000053591A (ko) * 1999-01-25 2000-08-25 사토 요시하루 초음파센서를 사용하여 검출대상으로서의 용기내의 액체를검출하는 시스템 및 방법
KR20100035162A (ko) * 2007-06-11 2010-04-02 포르슝스젠트룸 드레스덴-로센도르프 에.파우. 액상 용융물의 국부 유량을 측정하는 초음파 센서
JP2010071813A (ja) * 2008-09-18 2010-04-02 Ricoh Elemex Corp 超音波液面計

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08191497A (ja) * 1995-01-10 1996-07-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 超音波送受信素子及びその製造方法
KR20000053591A (ko) * 1999-01-25 2000-08-25 사토 요시하루 초음파센서를 사용하여 검출대상으로서의 용기내의 액체를검출하는 시스템 및 방법
KR20100035162A (ko) * 2007-06-11 2010-04-02 포르슝스젠트룸 드레스덴-로센도르프 에.파우. 액상 용융물의 국부 유량을 측정하는 초음파 센서
JP2010071813A (ja) * 2008-09-18 2010-04-02 Ricoh Elemex Corp 超音波液面計

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101553592B1 (ko) 2014-07-21 2015-09-17 주식회사 앤에스티 음파센서용 공진구조체 및 그것이 포함된 수위 감지장치
CN112432704A (zh) * 2020-11-30 2021-03-02 包头职业技术学院 一种汽车发动机噪声检测装置

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