KR101401308B1 - A method of ultrasonic interface detecting with duplication - Google Patents

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KR101401308B1
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이서규
김진우
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웨스글로벌 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a method for measuring an interface by an ultrasonic overlapping method. The method for measuring an interface by an ultrasonic overlapping method which measures a distance between an interface and an ultrasonic sensor with the ultrasonic sensor for detecting a carrier by transmitting ultrasonic waves, comprises: a step of consecutively receiving ultrasonic carrier signals returned by reflecting the transmitted ultrasonic waves from an interface after transmitting the ultrasonic waves to the interface; a step of extracting the reception time information of the ultrasonic carrier signal and extracting a sample signal value by performing sampling on the basis of the reception time information; a step of overlapping the sample signal values and calculating the overlapped and averaged average discrimination value of all ultrasonic carrier signals consecutively transmitted for each signal; a step of considering a signal having a maximum value among the calculated average discrimination values as a valid signal and obtaining the reception time information of the valid signal; and a step of calculating an interface distance on the basis of the time information of the valid time and ultrasonic wave propagation speed according to a medium. Accordingly, the present invention is able to accurately detect the valid signal reflected from an unstable interface on the basis of the reception time information, sampling, average discrimination value, a height value and an area according to a signal, and the final measured signal region information by utilizing the overlapping phenomenon of the carrier signal due to ultrasonic wave transmission, and is able to increase reliability on the measurement of the interface distance by detecting the valid signal without using a filtering function handling a situation according to a property of an interface.

Description

초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법{A method of ultrasonic interface detecting with duplication}[0001] The present invention relates to a method of measuring an ultrasonic wave by an ultrasonic wave superposition method,

본 발명은 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 발신에 의한 반송 신호의 중첩 현상을 활용하여 수신 시간 정보, 신호별 높이값과 면적, 최종 측정 신호 영역 정보를 토대로 계면에서 반사된 유효 신호를 정확히 검출하여 계면 거리를 측정할 수 있는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of measuring an interface by an ultrasonic lapping method, and more particularly, to a method of measuring an interface by using an ultrasonic wave superimposition method using an overlapping phenomenon of a carrier signal by ultrasonic wave transmission, The present invention relates to an interface measuring method using an ultrasonic wave superposition method capable of measuring an interface distance by accurately detecting an effective signal reflected from an ultrasonic probe.

일반적인, 초음파 계면 측정장치는 초음파 발신에 의한 반송파를 감지하는 초음파 센서를 구비하여 계면과 초음파 센서 간의 거리를 측정하는 계측기이다. 초음파 센서를 이용한 계면 간의 거리 측정은 매질과 온도에 따른 초음파의 전달 속도가 일정하다는 원리를 이용한 수처리 분야의 적용 기술로서, 초음파 신호의 반송에 걸리는 시간을 측정하여 계면(예를 들면, 슬러지 계면, 수면)과의 거리를 산출하는 것이다. In general, the ultrasonic interface measuring apparatus includes an ultrasonic sensor for sensing a carrier wave generated by ultrasonic waves, and measures the distance between the interface and the ultrasonic sensor. The distance measurement between the interfaces using the ultrasonic sensor is applied to the water treatment field using the principle that the propagation speed of the ultrasonic wave according to the medium and the temperature is constant. It measures the time taken for the ultrasonic signal to be conveyed and the interface (for example, Water surface) is calculated.

이때, 초음파 계면 측정 장치는 반송되는 여러 신호 중에 계면으로부터 반사된 신호인 유효 신호를 정확히 판별하는 것이 중요하다. 초음파 반사 신호는 전달 매질과 측정 매질의 경계면에서 두 매질간의 음향 임피던스 차로 인한 반사 효율이 높을수록 정확한 계면 높이를 측정할 수 있다.
At this time, it is important that the ultrasonic interface measuring apparatus accurately discriminates the valid signal which is the signal reflected from the interface among the various signals to be conveyed. The higher the reflection efficiency due to the acoustic impedance difference between the two media at the interface between the transmission medium and the measurement medium, the more accurate the interface height can be measured.

도 1은 일반적인 초음파 계면 측정 장치의 액체 계면 측정 현장을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a liquid interface measurement field of a general ultrasonic interface measurement apparatus.

도 1을 참고하면, 일반적인 초음파 계면 측정 장치는 초음파 센서(10)를 이용하여 액체 수면(20)을 측정하는 것으로서, 수면과 이격되어 공기 중에 설치된 초음파 센서(10)가 발신한 초음파 신호가 공기 중을 진행하여 수면인 액체 계면과 만나 반사되는데 걸리는 시간 및 공기라는 매질의 특성에 따른 초음파 속도를 기준으로 액체 수면(20)과 초음파 센서(10) 간의 거리를 산출한다.Referring to FIG. 1, a general ultrasonic interface measuring apparatus measures a liquid surface 20 using an ultrasonic sensor 10, and an ultrasonic signal emitted from an ultrasonic sensor 10, The distance between the liquid surface 20 and the ultrasonic sensor 10 is calculated on the basis of the time taken for the ultrasonic sensor 10 to meet and reflect the surface of the liquid, which is the surface of the water, and the ultrasonic velocity according to the characteristics of the medium of air.

초음파 센서(10)를 이용하여 액체 수면(20)을 측정하는 경우에, 공기의 음향 임피던스는 온도가 15℃이면 대략 410 [kg/m3s]이며, 물의 음향 임피던스는 온도가 15℃이면 1.44 ×106 [kg/m3s]으로 대부분의 초음파 신호는 계면에서 반사된다.When the liquid surface 20 is measured using the ultrasonic sensor 10, the acoustic impedance of the air is about 410 [kg / m 3 s] when the temperature is 15 ° C. and the acoustic impedance of the water is 1.44 × 10 6 [kg / m 3 s], most of the ultrasonic signals are reflected at the interface.

또한, 정확한 측정을 위하여 초음파의 직진, 반사, 산란, 흡수와 같은 특성을 고려하여 초음파 센서(10)와 계면(측정매질)(20)은 수평을 이루어야 하지만 수처리 과정을 통해 파도 등의 유량 흐름 또는 부유물(Scum), 거품 등의 외부 요인으로 인해 계면(20)과 초음파 센서(10)간 수평이 된다는 것은 현실적으로 불가능하다.
For accurate measurement, the ultrasonic sensor 10 and the interface (measurement medium) 20 should be horizontal in consideration of characteristics such as the straightness, reflection, scattering and absorption of the ultrasonic wave. However, It is practically impossible to level the interface 20 and the ultrasonic sensor 10 due to external factors such as scum, bubble or the like.

도 2는 일반적인 수중 계면 측정 장치를 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a general underwater interface measuring apparatus.

도 2를 참고하면, 수중 계면 측정 장치는 수중에 설치된 초음파 센서(11)를 이용하여 슬러지(고형물, 혼탁액, 고체)의 계면(21)을 측정하는 것으로서, 전달 매질은 액체이고, 측정 매질이 슬러지(고형물, 혼탁액, 고체)라는 점에서 도 1에서 설명한 초음파 계면 측정 장치와 차이가 있다.2, the underwater interface measuring apparatus measures the interface 21 of sludge (solid matter, turbid liquid, solid) by using an ultrasonic sensor 11 installed in water, in which the transfer medium is liquid and the measurement medium And is different from the ultrasonic interface measuring apparatus described in FIG. 1 in terms of sludge (solids, turbid liquid, solid).

수중 계면 측정 장치는 기본적으로 액체중 초음파 신호의 진행이 슬러지 계면(21)에서 반사되는 데에 걸리는 시간 및 매질의 특성에 따른 초음파 전달 속도를 기준으로 수중 센서(11)와 슬러지 계면(21)까지의 거리를 산출한다.
The underwater interface measuring apparatus basically includes a water sensor 11 and a sludge interface 21 on the basis of the time taken for the progress of the ultrasonic signal in the liquid to be reflected at the sludge interface 21 and the ultrasonic transmission speed according to the characteristics of the medium Is calculated.

도 3은 슬러지와 물의 혼탁액을 설명하는 도면이고, 도 4는 슬러지의 침전 형태를 설명하는 도면이며, 도 5는 슬러지 부유물의 탈질 현상을 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining the sediment of sludge and water, FIG. 4 is a view for explaining the sedimentation pattern of the sludge, and FIG. 5 is a view for explaining the denitrification phenomenon of the sludge suspension.

도 3을 참고하면, 슬러지는 특성상 물과 혼합되어 있는 혼탁액으로서 물의 음향 임피던스와 슬러지의 음향 임피던스의 차이가 크지 않아 초음파 반사 효율이 떨어진다. Referring to FIG. 3, the sludge is in the form of an opacity mixed with water, and the difference between the acoustic impedance of the sludge and the acoustic impedance of water is not so large, so that the ultrasonic reflection efficiency is reduced.

일반적인 슬러지 계면은 슬러지의 농도, 유량의 흐름으로 인해 음향 임피던스가 균일하지 않으며 이로 인하여 액체와 계면층이 정확하게 분리가 되지 않아 초음파 반사 효율이 높지 않다.In general sludge interface, the acoustic impedance is not uniform due to the flow of sludge concentration and flow rate, and thus the liquid and interface layer are not separated accurately, and thus the ultrasonic reflection efficiency is not high.

도 4를 참고하면, 슬러지는 시간 경과에 따라 침전되어 안정된 계면 형상을 나타내는 것을 알 수 있으며, 슬러지가 안정적으로 침전되어야 초음파 반사효율이 향상될 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the sludge precipitates with a lapse of time to exhibit a stable interface shape, and the sludge must be precipitated stably to improve the ultrasonic reflection efficiency.

정확한 수중 계면 측정을 위하여 슬러지 유입 또는 인발로 인한 슬러지 농도 및 유량 변화가 없어야 하며 슬러지가 안정적으로 침전되어 슬러지 계면이 안정된 형상을 나타내야 하지만, 수처리 과정으로 인하여 슬러지 농도 및 유량의 변화가 발생할 뿐만 아니라 슬러지가 안정적으로 침전되지 않기 때문에 정확한 계면을 측정을 한다는 것은 현실적으로 불가능하다.For accurate underwater interface measurement, there should be no change in sludge concentration and flow rate due to sludge inflow or outflow, and the sludge interface should be stabilized by stable sedimentation of sludge. However, the sludge concentration and flow rate are changed due to the water treatment process, It is practically impossible to measure the precise interface.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 슬러지 침전 탱크에서는 슬러지의 부유물 탈질 현상으로 인하여 측정 오류를 발생하기도 한다.
In addition, as shown in FIG. 5, in the sludge settling tank, a measurement error may occur due to denitrification of sludge.

도 6은 액체 계면 측정시 고정 상황에 따른 계면 형상을 설명하는 도면으로서, 수면 등의 액체 계면(20) 측정시 계면 변화없이 안정되어 있는 계면 형상(20)과 물 유입에 따른 파도 형상(22, 23), 수처리 과정을 통해 발생되는 부유물 형태(24)를 임의로 예상하여 도시한 것이다.FIG. 6 is a view for explaining an interface shape according to a fixed situation during measurement of a liquid interface. The interface shape 20 is stable without changing the interface when measuring the liquid interface 20 such as a water surface, and the wave shapes 22, 23), and the type of suspension (24) generated through the water treatment process.

초음파 계면 측정 장치는 이러한 다양한 환경에서 계면에서 반사되어 수신되는 초음파 신호중 수면에서 반사되는 신호인 유효 신호만을 정확히 판별할 수 있어야 한다.
The ultrasonic interface measuring apparatus should be able to accurately discriminate the valid signal, which is the signal reflected from the water surface, among the ultrasonic signals reflected from the interface in such various environments.

도 7은 도 6의 각 계면에 대한 측정 개시 시점부터 완료 시점까지 초음파 센서를 통하여 수신되는 신호의 형태를 예시하는 도면이고, 도 8은 도 7의 각 액체 계면 신호를 중첩시킨 신호의 파형도를 설명하는 도면이다.FIG. 7 is a view illustrating a form of a signal received through the ultrasonic sensor from the start to the completion of measurement of each interface of FIG. 6, and FIG. 8 is a waveform diagram of signals obtained by superimposing the liquid interface signals of FIG. Fig.

도 7의 (a)는 수면 유동이 없는 상황에서의 신호이며, (b)는 수면 파도로 인한 수신 신호가 감소된 신호이고, (c)는 부유물 유입으로 발생된 신호라고 할 수 있다. 7 (a) is a signal in a situation where there is no water surface flow, (b) is a signal in which a received signal due to a water surface wave is reduced, and (c) is a signal generated in a floater input.

도 8에 도시된 바와 같이, 각 액체 계면 신호들의 중첩 현상에 의해 중첩된 신호를 유효 수신 신호라고 할 경우에, 각 공정에 따른 불규칙한 수위 신호 및 잡음 신호로부터 계면까지의 거리를 측정하는데 자유로울 수 있다. As shown in FIG. 8, when the signals superimposed by the overlapping phenomenon of the liquid interface signals are referred to as effective reception signals, it is possible to measure the irregular level signal according to each process and the distance from the noise signal to the interface .

수면 유동이 없는 이상적인 상황이라면 임계 전압 이상의 신호가 유효신호가 되지만, 실제 상황에서는 수면에서 반사되는 초음파 신호가 임계 전압 이하로 발생되거나 유효 신호에 다양한 잡음신호가 혼합되어 수신된다.In an ideal situation without water flow, a signal above the threshold voltage becomes an effective signal, but under actual conditions, the ultrasound signal reflected from the water surface is generated below the threshold voltage or mixed with various noise signals in the effective signal.

따라서, 초음파 계면 측정 장치는 계면까지의 거리 측정에 있어서 임계 전압 이하로 수신되는 초음파 신호를 판별하기 위한 고신뢰성의 초음파 계면 측정 방법이 필요하다.
Therefore, the ultrasonic interface measuring apparatus requires a highly reliable ultrasonic interface measuring method for discriminating the ultrasonic signal received below the threshold voltage in the distance measurement to the interface.

도 9는 종래의 초음파 계면 측정 장치를 이용하여 수중 계면 측정시 안정적으로 침전된 계면 형상을 설명하는 예시도이고, 도 10은 종래의 초음파 계면 측정 장치를 이용하여 수중 계면 측정시 스크래퍼 이동 및 플럭 발생 형태를 설명하는 예시도이며, 도 11은 종래의 초음파 계면 측정 장치를 이용하여 수중 계면 측정시 슬러지 침전층에 따른 농도값을 설명하는 예시도이다.FIG. 9 is a view for explaining an interfacial shape stably deposited during underwater interface measurement using a conventional ultrasonic interfacial measurement apparatus, and FIG. 10 is a view for explaining an interfacial shape formed by scraper movement and flock generation during underwater interface measurement using a conventional ultrasonic interface measurement apparatus. And FIG. 11 is an exemplary view for explaining density values according to a sludge settling layer in an underwater interface measurement using a conventional ultrasonic interface measuring apparatus.

도 9는 수중에서 고형물, 혼탁액, 고체 등의 슬러지 계면 측정시 슬러지의 농도 및 유량의 변화없이 안정되어 있는 슬러지 계면 형상(41)을 설명하는 것이고, 도 10은 스크래퍼(30)의 이동으로 인하여 계면층의 슬러지 농도 및 계면 변화(42) 및 유량 변화로 인한 플럭의 발생 형태(43)를 설명하는 것이다. Fig. 9 illustrates the sludge interface shape 41 that is stable without changes in the concentration and flow rate of the sludge in the measurement of the sludge interface such as solid matter, turbid liquid, and solid in water. Fig. The sludge concentration and interfacial change 42 of the interfacial layer and the form 43 of the flux due to the flow rate change.

계면 유동이 없는 이상적인 상황이라면 초음파 수신 신호중 임계 전압 이상의 신호가 유효신호가 되지만, 실제 상황에서는 반사되어 수신되는 초음파 신호가 플럭으로 인하여 임계 전압 이하로 발생되거나 유효 신호의 전단에 난반사 신호가 발생된다.In an ideal situation without interfacial flow, a signal above the threshold voltage in the ultrasound reception signal becomes an effective signal, but in actual situations, the reflected ultrasound signal is generated below the threshold voltage due to the flux, or a diffuse reflection signal is generated at the front end of the effective signal.

도 11을 참고하면, 슬러지의 유입 또는 인발로 인한 플럭 발생 및 슬러지 계면이 안정되지 못하고 슬러지의 침전층에 따라 슬러지 농도가 다름을 알 수 있고, 이러한 불안정한 액체 계면 신호를 판별하기 위한 고신뢰성의 계면 측정 방법이 필요하다.
11, the occurrence of flocks and sludge interface due to the inflow or outflow of sludge can not be stabilized and the concentration of sludge varies depending on the sedimentation layer of the sludge. It is also known that a highly reliable interface for discriminating such unstable liquid interface signals A measurement method is required.

본 발명은 초음파 발신에 의한 반송 신호의 중첩 현상을 활용하여 수신 시간 정보, 샘플링, 평균 판별 수치, 신호별 높이값 및 면적, 최종 측정 신호 영역 정보를 토대로 계면에서 반사된 유효 신호를 정확히 검출할 수 있고, 이 유효 신호를 이용하여 계면 거리를 측정에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법을 제공한다.
The present invention can accurately detect an effective signal reflected at an interface based on reception time information, sampling, average discrimination value, height value and area per signal, and final measurement signal area information by utilizing superposition phenomenon of carrier signal by ultrasonic transmission There is provided an interfacial measurement method using an ultrasonic wave superimposition method which can improve the reliability of the measurement of the interface distance by using the effective signal.

실시예들 중에서, 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법은, 초음파 발신에 의한 반송파를 감지하는 초음파 센서를 이용하여 계면과 상기 초음파 센서간의 거리를 측정하는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법에 있어서, 상기 계면으로 초음파를 발신한 후 상기 발신한 초음파가 계면에 반사되어 반송되는 초음파 반송 신호를 연속적으로 수신하는 단계; 상기 초음파 반송 신호의 수신 시간 정보를 추출하고, 상기 수신 시간 정보를 토대로 샘플링하여 샘플 신호값을 추출하는 단계; 상기 샘플 신호값들을 중첩하고, 연속적으로 수신되는 모든 초음파 반송 신호들의 중첩 및 평균화된 평균 판별수치를 각 신호별로 계산하는 단계; 상기 계산한 평균 판별 수치 중에서 최대값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하고, 상기 유효 신호의 수신 시간 정보를 획득하는 단계; 및 상기 유효 신호의 시간 정보 및 매질별 초음파 진행 속도를 토대로 계면 거리를 계산하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, the interface measuring method by the ultrasonic wave superposition method is a method of measuring an interface by an ultrasonic wave superposition method for measuring a distance between an interface and the ultrasonic sensor by using an ultrasonic sensor for sensing a carrier by ultrasonic wave emission, Continuously receiving an ultrasonic carrier signal transmitted from the interface after the ultrasonic wave is transmitted to the interface; Extracting reception time information of the ultrasonic carrier signal, sampling the ultrasonic carrier signal based on the reception time information, and extracting a sample signal value; Calculating superimposed and averaged average discriminant values of all successive ultrasonic carrier signals by superimposing the sample signal values on a per-signal basis; Determining a signal having a maximum value among the calculated average discriminant values as an effective signal and acquiring reception time information of the valid signal; And calculating an interface distance based on the time information of the valid signal and the propagation speed of the ultrasonic wave by the medium.

상기 수신 시간 정보를 토대로 샘플링하여 샘플 신호값을 추출하는 단계는, 상기 초음파 반송 신호를 설정 거리 단위로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호를 인덱스에 저장하는 단계; 및 상기 저장된 인덱스 값은 연속적으로 입력되는 샘플 신호를 측정 주기 및 계면 변화율에 근거하여 중첩시킬 초음파 반송 신호의 인덱스 저장 개수를 지정하는 단계를 포함하는 특징으로 한다.Wherein sampling the sample signal values based on the reception time information comprises sampling the ultrasound carrier signal by a set distance unit and converting the sampled ultrasound carrier signal into a digital signal and storing the converted digital signal in an index; And the stored index value includes the step of designating the number of indexes of the ultrasonic carrier signal to be superimposed based on the measurement period and the rate of change of the interface continuously input sample signals.

상기 샘플 신호값들을 중첩하고, 연속적으로 수신되는 모든 초음파 반송 신호들의 중첩 및 평균화된 평균 판별수치를 각 신호별로 계산하는 단계는, 상기 인덱스 값들을 동일한 거리에서 수집되는 샘플 신호값들을 중첩하여 신호별 높이값을 계산하는 단계; 및 상기 신호별 높이값을 인덱스 저장개수로 나누어 평균 판별 수치를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The step of superimposing the sample signal values and calculating the superimposed and averaged average discriminant values of all successively received ultrasonic carrier signals on a per signal basis includes the step of superimposing the index values on the sample signal values collected at the same distance, Calculating a height value; And calculating an average discriminant value by dividing the signal height value by an index storage number.

상기 계산한 평균 판별 수치 중에서 최대값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하는 단계는, 상기 평균 판별 수치 중에서 최대 높이값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.The step of determining a signal having a maximum value among the calculated average discriminant values as an effective signal is characterized by determining a signal having a maximum height value as an effective signal among the average discriminant values.

상기 계산한 평균 판별 수치 중에서 최대값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하는 단계는, 상기 평균 판별 수치 중에서 기설정된 임계 전압 이상인 신호를 일차 유효 신호로 판단하는 단계; 상기 일차 유효 신호들 중에서 각 신호가 상기 임계 전압을 넘는 시점부터 상기 임계 전압보다 작아지는 시점까지의 면적을 구하는 단계; 및 상기 일차 유효 신호들 중에서 최대 면적을 가지는 신호의 시작점을 유효 신호로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The step of determining a signal having a maximum value as the valid signal among the calculated average discriminant values may include: determining a signal having a predetermined threshold voltage or more as a primary valid signal in the average discriminant value; Calculating an area from a time when each signal exceeds the threshold voltage to a time when the signal becomes smaller than the threshold voltage among the primary effective signals; And determining a starting point of a signal having a maximum area among the primary effective signals as an effective signal.

본 발명의 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법은, 초음파 발신에 의한 반송 신호의 중첩 현상을 활용하여 수신 시간 정보, 샘플링, 평균 판별 수치, 신호별 높이값 및 면적, 최종 측정 신호 영역 정보를 토대로 불안정한 계면에서 반사된 유효 신호를 정확히 검출할 수 있고, 계면 특성에 따라 일일이 대처해야 하는 필터링 기능을 사용하지 않고도 유효 신호를 검출하여 계면 거리를 측정에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
The interface measuring method according to the ultrasonic wave superposition method of the present invention is an interface measurement method using the superimposition phenomenon of the carrier signal by the ultrasonic wave transmission and is based on the reception time information, sampling, average discrimination value, height value and area per signal, It is possible to accurately detect the effective signal reflected at the interface and to improve the reliability of the measurement of the interface distance by detecting the valid signal without using a filtering function to cope with the interface characteristic.

도 1은 일반적인 초음파 계면 측정 장치의 액체 계면 측정 현장을 설명하는 도면이다.
도 2는 일반적인 수중 계면 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 슬러지와 물의 혼탁액을 설명하는 도면이다.
도 4는 슬러지의 침전 형태를 설명하는 도면이다.
도 5는 슬러지 부유물의 탈질 현상을 설명하는 도면이다.
도 6은 액체 계면 측정시 고정 상황에 따른 계면 형상을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6의 각 계면에 대한 측정 개시 시점부터 완료 시점까지 초음파 센서를 통하여 수신되는 신호의 형태를 예시하는 도면이다.
도 8은 도 7의 각 액체 계면 신호를 중첩시킨 신호의 파형도를 설명하는 도면이다.
도 9는 종래의 초음파 계면 측정 장치를 이용하여 수중 계면 측정시 안정적으로 침전된 계면 형상을 설명하는 예시도이다.
도 10은 종래의 초음파 계면 측정 장치를 이용하여 수중 계면 측정시 스크래퍼 이동 및 플럭 발생 형태를 설명하는 예시도이다.
도 11은 종래의 초음파 계면 측정 장치를 이용하여 수중 계면 측정시 슬러지 침전층에 따른 농도값을 설명하는 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 장치를 설명하는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 14는 도 13에서 초음파 반송 신호의 중첩 신호를 설명하는 파형도이다.
도 15는 초음파 진행 방향에 따른 초음파 반사 형태를 설명하는 도면이다. 1 is a view for explaining a liquid interface measurement field of a general ultrasonic interface measurement apparatus.
2 is a view for explaining a general underwater interface measuring apparatus.
3 is a view for explaining a slurry of sludge and water.
Fig. 4 is a view for explaining a sedimentation pattern of the sludge.
5 is a view for explaining the denitrification phenomenon of the sludge suspension.
Fig. 6 is a view for explaining an interface shape according to a fixed situation in liquid interface measurement.
FIG. 7 is a diagram illustrating a form of a signal received through the ultrasonic sensor from the start to the completion of the measurement for each interface in FIG.
8 is a view for explaining a waveform diagram of a signal obtained by superimposing the liquid interface signals of Fig.
FIG. 9 is an exemplary view for explaining an interfacial shape stably deposited during underwater interface measurement using a conventional ultrasonic interface measuring apparatus. FIG.
FIG. 10 is an exemplary view for explaining scraper movement and a form of flapping when measuring underwater interface using a conventional ultrasonic interface measuring apparatus.
FIG. 11 is an exemplary view for explaining concentration values according to a sludge sediment layer in a water interface measurement using a conventional ultrasonic interface measuring apparatus.
FIG. 12 is a block diagram illustrating an interface measuring apparatus using an ultrasonic wave superposition method according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart illustrating a method of measuring an interface by an ultrasonic lapping method according to an embodiment of the present invention.
Fig. 14 is a waveform diagram for explaining the superposition signal of the ultrasonic carrier signal in Fig. 13. Fig.
Fig. 15 is a view for explaining the shape of reflection of ultrasonic waves in accordance with the traveling direction of ultrasonic waves. Fig.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 장치를 설명하는 블록도이다. FIG. 12 is a block diagram illustrating an interface measuring apparatus using an ultrasonic wave superposition method according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참고하면, 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 장치는, 통합 신호 처리장치(200), 디스플레이수단(260), 복수개의 LED(270), 릴레이(380)를 포함한다.12, the apparatus for measuring an interface by the ultrasonic superposition method includes an integrated signal processing apparatus 200, a display means 260, a plurality of LEDs 270, and a relay 380.

통합 신호 처리 장치(200)는 초음파 발신, 초음파 반송 신호의 수신, 계면 측정에 필요한 각종 연산 및 제어를 수행한다. 이러한 통합 신호 처리 장치(200)는 센서 송수신부(210), 제어부(220), 전원부(230), 데이터 저장부(240) 및 외부 출력부(250)를 포함한다.The integrated signal processing apparatus 200 performs various calculations and controls necessary for ultrasonic transmission, reception of an ultrasonic carrier signal, and interface measurement. The integrated signal processing apparatus 200 includes a sensor transceiver 210, a controller 220, a power unit 230, a data storage unit 240, and an external output unit 250.

초음파 센서(100)는 초음파 발신 기능 및 초음파 반송 신호의 수신 기능을 수행하고, 센서 송수신부(210)는 초음파 센서(100)로 초음파 발신 및 수신에 필요한 송신 및 수신 명령을 전송한다. The ultrasonic sensor 100 performs an ultrasonic transmission function and a reception function of an ultrasonic carrier signal. The sensor transmission / reception unit 210 transmits a transmission and reception command necessary for ultrasonic wave transmission and reception to the ultrasonic sensor 100.

제어부(220)는 초음파 반송 신호들 중에서 유효 신호를 판별하고, 초음파 발신 시점부터 초음파 반송 신호의 수신 시점까지의 수신 시간 정보를 측정하여 계면과 초음파 센서(100)간의 거리를 측정하도록 한다. 이러한 제어부(220)는 수신 시간 정보를 획득하기 위해 타이머를 내장할 수 있다. The control unit 220 determines the valid signal among the ultrasonic transmission signals and measures reception time information from the ultrasonic transmission point to the reception point of the ultrasonic transmission signal to measure the distance between the interface and the ultrasonic sensor 100. The controller 220 may include a timer to obtain reception time information.

전원부(230)는 제어부(220)에 장치 구동에 필요한 구동전원을 제공하고, 제어부(220)는 필요에 따라 센서 송수신부(210), 데이터 저장부(240) 및 외부 출력부(250)로 구동전원을 전달한다.The power supply unit 230 supplies driving power for driving the device to the control unit 220 and the control unit 220 drives the sensor transmission and reception unit 210, the data storage unit 240, and the external output unit 250, Power is transmitted.

데이터 저장부(240)는 제어부(220)가 계면 측정에 필요한 계면 측정 알고리즘 및 데이터를 저장하는데, 매질과 온도에 따른 초음파 전달 속도 정보, 임계 전압, 계면 거리 등을 저장한다.The data storage unit 240 stores an interface measurement algorithm and data necessary for interfacial measurement by the control unit 220. The data storage unit 240 stores ultrasound transmission speed information, threshold voltages, interface distances, and the like depending on the medium and the temperature.

외부 출력부(250)는 제어부(220)의 외부 출력 제어 명령에 의해 디스플레이 수단(260)에 계면 측정 데이터를 표시하도록 하고, 초음파 반송 신호들 중 유효신호라고 판별되는 신호가 존재하는 경우 LED(270)의 온/오프 상태로 나타내며, 외부 연동장치와 연결되는 릴레이(280)는 계면 측정 데이터에 의거하여 접점 오픈/클로우즈로 동작하여 외부 연동장치를 제어한다.
The external output unit 250 displays the interface measurement data on the display unit 260 by the external output control command of the controller 220. When there is a signal that is determined to be the valid signal among the ultrasonic carrier signals, And the relay 280 connected to the external interlocking device operates as a contact open / close based on the interface measurement data to control the external interlocking device.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법을 설명하는 순서도이다.13 is a flowchart illustrating a method of measuring an interface by an ultrasonic lapping method according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참고하면, 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법은, 통합 신호 처리 장치(200)가 초음파 센서(100)를 통해 거리를 측정하고자 하는 계면으로 초음파를 발신하고, 이 발신한 초음파가 계면에 반사되어 반송되는 초음파 반송 신호를 연속적으로 수신한다.(S1 및 S2)Referring to FIG. 13, in the interface measurement method using the ultrasonic superposition method, the integrated signal processing apparatus 200 transmits ultrasonic waves to the interface through which the distance is measured through the ultrasonic sensor 100, And successively receives ultrasonic carrier signals reflected and conveyed. (S1 and S2)

일반적으로, 거리를 측정하고자 하는 계면은 가장 큰 면적을 형성하며, 초음파 센서(100)로부터 발신된 초음파 신호는 초음파 입사각을 가지고 있다. 초음파 센서(100)에서 발신된 초음파 신호는 측정하고자 하는 계면에서 초음파 입사각의 단위면적에서 반사된다. 이때, 초음파 신호의 일부는 계면을 투과하여 손실되지만 대부분의 초음파 신호는 초음파 입사각의 단위면적을 가진 계면에서 반사되어 초음파 반송 신호로 초음파 센서(100)에 수신되므로 초음파 반송 신호는 가장 큰 면적을 갖는다는 특징이 있다. 상기에서 설명한 바와 같이 도 6 또는 도 10을 참고하면 계면이 불안정하기 때문에 초음파 센서(100)는 초음파 반송 신호를 불균일하게 수신할 수 밖에 없다. Generally, the interface for measuring the distance forms the largest area, and the ultrasonic signal emitted from the ultrasonic sensor 100 has an ultrasonic incident angle. The ultrasonic signal emitted from the ultrasonic sensor 100 is reflected at a unit area of an ultrasonic incident angle at an interface to be measured. At this time, a part of the ultrasonic signal is lost through the interface, but most of the ultrasonic signals are reflected at the interface having the unit area of the ultrasonic wave incident angle, and are received by the ultrasonic sensor 100 as the ultrasonic carrier signal, so that the ultrasonic carrier signal has the largest area . As described above, referring to FIG. 6 or FIG. 10, since the interface is unstable, the ultrasonic sensor 100 can not receive the ultrasonic carrier signal nonuniformly.

제어부(220)는 초음파 반송 신호의 수신 시간 정보를 추출하고, 수신 시간 정보를 토대로 샘플링하여 샘플 신호값을 추출한다.(S3 및 S4) 이때, 제어부(220)는 아날로그 신호인 초음파 반송 신호를 설정거리(예를 들어, 1㎝ ) 단위로 샘플링(dy)하여 디지털 신호인 샘플 신호값으로 변환하고, 이 샘플 신호값을 수학식 1과 같이 인덱스에 저장한다. The control unit 220 extracts the reception time information of the ultrasonic carrier signal and samples the ultrasonic carrier signal based on the reception time information to extract the sample signal value (S3 and S4). At this time, the control unit 220 sets the ultrasonic carrier signal (D y ) in units of a distance (for example, 1 cm) to convert the digital signal into a sample signal value, and stores the sample signal value in the index as shown in Equation (1).

Figure 112014006333194-pat00001
Figure 112014006333194-pat00001

이처럼 저장한 인덱스 값은 연속적으로 입력되는 샘플 신호의 측정 주기 및 계면 변화율에 근거하여 중첩시킬 신호의 인덱스 저장 개수(n)를 지정하면 하기한 수학식 2와 같이 된다. The stored index value is expressed by Equation (2) below by designating the index storage number (n) of the signal to be superimposed on the basis of the measurement period and the interface change rate of the continuously input sample signal.

Figure 112014006333194-pat00002
Figure 112014006333194-pat00002

Figure 112014006333194-pat00003
Figure 112014006333194-pat00003

제어부(220)는 수집된 인덱스 값들을 동일한 거리에서 수집된 샘플 신호값들을 중첩하여 수학식 3 및 수학식 4과 같이 유효 신호(Ry)의 특성중 하나인 거리에 따른 신호별 높이값(Heighty) 알 수 있다.(S5)The control unit 220 superimposes the sampled signal values collected at the same distance on the collected index values and calculates a height value (Height y (y)) of the signal according to the distance, which is one of the characteristics of the valid signal Ry, as shown in Equations (3) ) (S5)

Figure 112014006333194-pat00004
Figure 112014006333194-pat00004

Figure 112014006333194-pat00005
Figure 112014006333194-pat00005

수학식 3 및 수학식 4와 같이 신호별 높이값을 인덱스 저장개수로 나누게 되면 수학식 5 및 수학식 6과 같이 불균일성을 가진 초음파 수신 신호들의 평균 판별 수치(Avr_Heighty)를 판단할 수 있다.(S6 참고)(Avr_Height y ) of the ultrasonic reception signals having nonuniformity as shown in Equations (5) and (6) can be determined by dividing the signal height value by the index storage number as in Equations (3) and S6)

Figure 112014006333194-pat00006
Figure 112014006333194-pat00006

Figure 112014006333194-pat00007
Figure 112014006333194-pat00007

이와 같이, 초음파 반송 신호의 중첩된 각 신호별 판별수치(Avr_Heighty)를 구하고, 각 신호별 판별수치(Avr_Heighty)가 임계 전압보다 크며 연속적으로 차지하는 면적이 가장 큰 신호를 유효신호(Ry)의 값으로 판단하며, 해당 신호(y)의 거리값을 산출할 수 있다/(Avr_Height y ) for each signal superimposed on the ultrasonic carrier signal is obtained, and a signal having the largest area occupied continuously by the discriminant value Avr_Height y of each signal is greater than the threshold voltage, , And the distance value of the signal y can be calculated /

이때, 평균 판별수치(Avr_Heighty)는 연속적으로 입력되는 모든 신호들의 중첩 및 평균화된 신호이며, 평균 판별수치를 시간축(t)에 따라 디지털화하여 신호의 높이, 면적 및 너비에 대한 정보를 알 수 있다. 여기서, 초음파 반송 신호는 하나의 파형을 나타내는 하나의 신호로서 연속적으로 변화하는 아날로그 신호 형태의 입력 전체를 의미한다.At this time, the average discrimination value (Avr_Height y ) is a superimposed and averaged signal of all signals continuously input, and the average discrimination value is digitized according to the time axis (t) to obtain information on the height, area and width of the signal . Here, the ultrasonic carrier signal means the entire input in the form of an analog signal continuously changing as one signal representing one waveform.

제어부(220)는 수학식 6을 통해 구해진 평균 판별수치(Avr_Heighty)중 최대 높이값(Avr_HeightMAX)을 가진 첫 번째 신호를 유효신호(Ry)라고 판단할 수는 있지만 더욱 정확한 유효신호(Ry) 판별을 위하여 임계 전압(HeightThr) 설정하고, 평균 판별수치의 높이값 (Avr_Heighty)이 임계 전압(HeightThr)보다 높은 신호를 유효신호(Ry)로 판단한다.The controller 220 can determine the first signal having the maximum height value Avr_Height MAX among the average discrimination values Avr_Height y obtained through Equation 6 as the valid signal Ry, A threshold voltage (Height Thr ) is set for discrimination and a signal whose height value (Avr_Heighty) of the average discrimination value is higher than the threshold voltage (Height Thr ) is determined as the valid signal Ry.

임계 전압(HeightThr)은 하기한 수학식 7 및 수학식 8과 같이 Index_Avr의 총합의 평균값으로 구할 수 있으며 이는 현장에 발생하는 잡음이나 불균일한 신호보다 유효신호(Ry)라고 판단되는 신호들의 가중치가 높기 때문에 임계 전압(HeightThr)을 넘는 신호들을 일차 유효신호(Ry_1st)라고 판단할 수 있다. The threshold Thr can be calculated as an average value of the sum of the Index_Avr as shown in Equations (7) and (8) below. This means that the weights of the signals judged as the valid signal (Ry) The signals exceeding the threshold voltage (Height Thr ) can be determined as the primary effective signal Ry_1st.

Figure 112014006333194-pat00008
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Figure 112014006333194-pat00009
Figure 112014006333194-pat00009

또한, 일차 유효신호(Ry_1st)들 중 해당 신호(y)가 임계 전압(HeightThr)이상인 시점부터 임계 전압(HeightThr)보다 작아지기 전까지의 면적(Ry_2nd)을 수학식 9를 통해 구하고, 수학식 10 및 수학식 11을 이용하여 일차 유효신호(Ry_1st)들 중 가장 큰 면적(Ry_2ndMAX)을 가진 해당 신호(y)의 시작점을 유효 신호(Ry)로 판단할 수 있다.(S7)In addition, the primary effective signal (Ry_1st) of the signal (y) of the threshold voltage (Height Thr) obtained through the area (Ry_2nd) the equation (9) in until less than at least the threshold voltage (Height Thr) from the time, equation It is possible to determine the starting point of the corresponding signal y having the largest area Ry_2nd MAX among the primary effective signals Ry_1st as the valid signal Ry by using Equation (10) and Equation (11). (S7)

Figure 112014006333194-pat00010
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Figure 112014006333194-pat00011
Figure 112014006333194-pat00011

Figure 112014006333194-pat00012
Figure 112014006333194-pat00012

제어부(220)는 유효 신호의 수신 시간 정보를 획득하고, 유효 시간의 시간 정보 및 매질별 초음파 진행 속도를 토대로 계면 거리를 계산한 후 계산한 계면 거리를 외부 출력부(250)를 통해 디스플레이 수단(260)에 표시되도록 한다.(S8 및 S9)The control unit 220 obtains the reception time information of the valid signal, calculates the interface distance based on the time information of the effective time and the ultrasonic propagation speed of each medium, and then transmits the calculated interface distance through the external output unit 250 to the display means 260. (S8 and S9)

초음파의 특성상 저주파는 주파수가 낮고 진폭이 크기 때문에 슬러지 입자의 밀도가 낮은 슬러지층은 투과되지만 상대적으로 슬러지 입자의 밀도가 높은 슬러지층은 반사된다. 초음파는 주파수가 올라갈수록 진폭이 좁아지기 때문에 밀도가 낮은 슬러지층에서도 반사효율이 점차적으로 증가된다.Because of the characteristics of ultrasonic waves, low frequency and high amplitude of sludge are transmitted through the low density sludge layer, but relatively high sludge density is reflected from the sludge layer. Since the amplitude of the ultrasonic wave becomes narrower as the frequency increases, the reflection efficiency is gradually increased even at the low density sludge bed.

도 14는 도 13에서 초음파 반송 신호의 중첩 신호를 설명하는 파형도이고, 도 15는 초음파 진행 방향에 따른 초음파 반사 형태를 설명하는 도면이다. FIG. 14 is a waveform chart for explaining the superposition signal of the ultrasonic carrier signal in FIG. 13, and FIG. 15 is a diagram for explaining the ultrasonic wave reflection shape along the ultrasonic wave propagation direction.

도 14 및 도 15를 참고하면, 초음파 센서(100)를 50KHz에서 400KHz까지 연속적으로 조사하고, 그에 따른 초음파 반송 신호의 수신 형상은 각 주파수 대역별(101, 102, 103, 104, 105)로 수신된다.14 and 15, the ultrasonic sensor 100 is continuously irradiated from 50 KHz to 400 KHz, and the receiving shape of the ultrasonic carrier signal is received by the respective frequency bands 101, 102, 103, 104 and 105 do.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법은, 각 주파수 대역별 초음파 반송 신호를 중첩시킨 중첩 신호(110)는 유효 신호로 검출하여 불안정적으로 침전된 슬러지 계면이에서도 계면까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있도록 한다.The superposition signal 110 in which the ultrasonic carrier signals of the respective frequency bands are superimposed is detected as an effective signal, and the unstably deposited sludge interface is detected to the interface So that it can accurately measure the distance of the vehicle.

초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법은 초음파의 전달 매질이 공기 또는 수중일 경우에, 초음파 반사가 이루어지는 계면의 입자들의 밀도나 계면 형상으로 인하여 도 15에 도시된 바와 같이 초음파 반사 형태가 각기 다르기 때문에 실시간 수신되는 초음파 반송 신호를 중첩하여 계면 유효 신호만을 판단할 수 있다. Since the ultrasonic wave reflection method is different from that of the ultrasonic wave reflection method as shown in FIG. 15 due to the density or the interface shape of the interface at which the ultrasonic wave is reflected when the transmission medium of the ultrasonic wave is in the air or water, Only the interface valid signal can be determined by superposing the received ultrasonic carrier signals.

이와 같이, 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법은 기존에 시간 정보만을 활용한 필터링 기법 등으로는 불안정한 계면의 유효 신호를 정확히 구분해 낼 수 없었지만, 불안정한 계면 특성에 따라 일일이 대처해야 하는 필터링 기능을 사용하지 않고도 유효신호를 검출해 낼 수 있다.
As described above, the interface measurement method using the ultrasonic superposition method can not accurately discriminate the valid signal of the unstable interface by using the filtering method utilizing only time information in the past. However, the filtering function to cope with unstable interface characteristics is used It is possible to detect an effective signal.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

100 : 초음파 센서 200 : 통합 신호 처리 장치
210 : 센서 송수신부 220 : 제어부
230 : 전원부 240 : 데이터 저장부
250 : 외부 출력부 260 : 디스플레이 수단100: ultrasonic sensor 200: integrated signal processing device
210: sensor transmitting / receiving unit 220:
230: Power supply unit 240: Data storage unit
250: external output unit 260: display means

Claims (5)

초음파 발신에 의한 반송파를 감지하는 초음파 센서를 이용하여 계면과 상기 초음파 센서간의 거리를 측정하는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법에 있어서,
상기 계면으로 초음파를 발신한 후 상기 발신한 초음파가 계면에 반사되어 반송되는 초음파 반송 신호를 연속적으로 수신하는 단계;
상기 초음파 반송 신호의 수신 시간 정보를 추출하고, 상기 수신 시간 정보를 토대로 샘플링하여 샘플 신호값을 추출하는 단계;
상기 샘플 신호값들을 중첩하고, 연속적으로 수신되는 모든 초음파 반송 신호들의 중첩 및 평균화된 평균 판별수치를 각 신호별로 계산하는 단계;
상기 계산한 평균 판별 수치 중에서 최대값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하고, 상기 유효 신호의 수신 시간 정보를 획득하는 단계; 및
상기 유효 신호의 시간 정보 및 매질별 초음파 진행 속도를 토대로 계면 거리를 계산하는 단계를 포함하는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법.
A method of interfacial measurement by an ultrasonic wave superposition method for measuring a distance between an interface and an ultrasonic sensor using an ultrasonic sensor for detecting a carrier by ultrasonic wave emission,
Sequentially receiving an ultrasonic carrier signal transmitted from the interface after the ultrasonic wave is transmitted to the interface;
Extracting reception time information of the ultrasonic carrier signal, sampling the ultrasonic carrier signal based on the reception time information, and extracting a sample signal value;
Calculating superimposed and averaged average discriminant values of all successive ultrasonic carrier signals by superimposing the sample signal values on a per-signal basis;
Determining a signal having a maximum value among the calculated average discriminant values as an effective signal and acquiring reception time information of the valid signal; And
And calculating an interface distance based on the time information of the valid signal and the propagation speed of the ultrasonic wave by the medium.
제1항에 있어서, 상기 수신 시간 정보를 토대로 샘플링하여 샘플 신호값을 추출하는 단계는,
상기 초음파 반송 신호를 설정 거리 단위로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호를 인덱스에 저장하는 단계; 및
상기 저장된 인덱스 값은 연속적으로 입력되는 샘플 신호를 측정 주기 및 계면 변화율에 근거하여 중첩시킬 초음파 반송 신호의 인덱스 저장 개수를 지정하는 단계를 포함하는 특징으로 하는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법.
2. The method of claim 1, wherein sampling the sample signal values based on the reception time information comprises:
Sampling the ultrasonic carrier signal by a set distance unit, converting the ultrasonic carrier signal into a digital signal, and storing the converted digital signal in an index; And
Wherein the stored index value comprises the step of designating an index storage number of an ultrasonic carrier signal to be superimposed based on a measurement period and a rate of change of interfacial velocity of a continuously input sample signal.
제2항에 있어서, 상기 샘플 신호값들을 중첩하고, 연속적으로 수신되는 모든 초음파 반송 신호들의 중첩 및 평균화된 평균 판별수치를 각 신호별로 계산하는 단계는,
상기 인덱스 값들을 동일한 거리에서 수집되는 샘플 신호값들을 중첩하여 신호별 높이값을 계산하는 단계; 및
상기 신호별 높이값을 인덱스 저장개수로 나누어 평균 판별 수치를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법.
3. The method of claim 2, wherein the step of superimposing the sample signal values and calculating a superimposed and averaged average discriminant value of all successively received ultrasonic carrier signals,
Calculating a height value for each signal by superimposing the sampled signal values collected at the same distance on the index values; And
And calculating an average discrimination value by dividing the height value of each signal by the index storage number.
제3항에 있어서, 상기 계산한 평균 판별 수치 중에서 최대값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하는 단계는,
상기 평균 판별 수치 중에서 최대 높이값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법.
4. The method of claim 3, wherein the step of determining a signal having a maximum value as an effective signal among the calculated average discriminant values comprises:
And a signal having a maximum height value among the average discriminant values is determined as an effective signal.
제3항에 있어서, 상기 계산한 평균 판별 수치 중에서 최대값을 가지는 신호를 유효 신호로 판단하는 단계는,
상기 평균 판별 수치 중에서 기설정된 임계 전압 이상인 신호를 일차 유효 신호로 판단하는 단계;
상기 일차 유효 신호들 중에서 각 신호가 상기 임계 전압을 넘는 시점부터 상기 임계 전압보다 작아지는 시점까지의 면적을 구하는 단계; 및
상기 일차 유효 신호들 중에서 최대 면적을 가지는 신호의 시작점을 유효 신호로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 중첩법에 의한 계면 측정 방법.
4. The method of claim 3, wherein the step of determining a signal having a maximum value as an effective signal among the calculated average discriminant values comprises:
Determining a signal having a predetermined threshold voltage or more as a primary valid signal in the average discrimination value;
Calculating an area from a time when each signal exceeds the threshold voltage to a time when the signal becomes smaller than the threshold voltage among the primary effective signals; And
And determining a starting point of a signal having a maximum area among the primary effective signals as an effective signal.
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