KR101441006B1 - 오차 보정형 자왜식 위치측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위치측정을 위하여 전류 펄스를 인가하는 펄스 발생기와; 상기 펄스 발생기에서 발생된 펄스파를 안내하는 웨이브 가이드와; 상기 웨이브 가이드의 몸체를 따라 슬라이딩 이동되며, 상기 펄스파가 도달하면 합성 자장을 발생시키는 변위 마그네트부와; 상기 변위 마그네트부에서 유도된 합성 자장이 초음파로 변환되어 상기 웨이브 가이드를 따라 반사되면, 상기 초음파를 감지하여 응답 전기신호로 변환하는 픽업 코일부와; 상기 픽업 코일부에서 감지된 응답 전기신호와 상기 펄스 발생기의 전류 펄스 사이의 지연시간으로 거리를 산출하여 출력시키는 제어회로부로 구성되는 자왜식 위치측정장치에 있어서, 상기 웨이브 가이드의 몸체부에 위치가 고정된 영점 마그네트가 더 포함되어 구성되며, 상기 제어회로부에는 상기 영점 마그네트의 설치 거리를 미리 입력시켜, 상기 변위 마그네트의 거리 측정시 상기 제어회로부가 상기 전류 펄스에 대한 변위 마그네트의 응답 전기신호와 상기 영점 마그네트의 응답 전기신호를 동시에 입력받아 상기 응답 전기신호의 응답 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하여 온도나 압력 등의 외부 환경에 의하여 가변되는 상기 웨이브 가이드의 물성변화를 자동적으로 보정하여 정확한 변위 마그네트의 위치 정보를 출력시키는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치가 제공되는 이점이 있다.
본 발명에 의하여 온도나 압력 등의 외부 환경에 의하여 가변되는 상기 웨이브 가이드의 물성변화를 자동적으로 보정하여 정확한 변위 마그네트의 위치 정보를 출력시키는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치가 제공되는 이점이 있다.
Description
본 발명은 위치측정을 위하여 전류 펄스를 인가하는 펄스 발생기와; 상기 펄스 발생기에서 발생된 펄스파를 안내하는 웨이브 가이드와; 상기 웨이브 가이드의 몸체를 따라 슬라이딩 이동되며, 상기 펄스파가 도달하면 합성 자장을 발생시키는 변위 마그네트부와; 상기 변위 마그네트부에서 유도된 합성 자장이 초음파로 변환되어 상기 웨이브 가이드를 따라 반사되면, 상기 초음파를 감지하여 응답 전기신호로 변환하는 픽업 코일부와; 상기 픽업 코일부에서 감지된 응답 전기신호와 상기 펄스 발생기의 전류 펄스 사이의 지연시간으로 거리를 산출하여 출력시키는 제어회로부로 구성되는 자왜식 위치측정장치에 있어서, 상기 웨이브 가이드의 몸체부에 위치가 고정된 영점 마그네트가 더 포함되어 구성되며, 상기 제어회로부에는 상기 영점 마그네트의 설치 거리를 미리 입력시켜, 상기 변위 마그네트의 거리 측정시 상기 제어회로부가 상기 전류 펄스에 대한 변위 마그네트의 응답 전기신호와 상기 영점 마그네트의 응답 전기신호를 동시에 입력받아 상기 응답 전기신호의 응답 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치에 관한 것이다.
본 발명은 자왜식 위치측정장치에 관한 것으로서, 상기 자왜식 위치측정장치는 펄스 발생기와 웨이브 가이드와 변위 마그네트부와 픽업 코일부와 제어회로부로 구성된다.
상기 자왜식 위치측정장치는 선행기술특허 미국등록공보 US004654590A, US005258707A, US005804961A 및 한국특허출원 10-2006-0048276 등에 의하여 공지된 기술로 널리 알려져 있다.
이하, 도 2를 참고하여 상기 공지 기술에 나타난 바에 따라 상기 자왜식 위치측정장치를 간략히 설명하면, 상기 자왜식 위치측정장치는 펄스 발생기(510)와 웨이브 가이드(10)와 변위 마그네트부(30)와 픽업 코일부(60)와 제어 회로부(50)로 구성되는데, 상기 펄스 발생기(510)는 위치측정을 위하여 전류 펄스를 인가하는 회로부이며, 상기 웨이브 가이드(10)는 상기 펄스 발생기(510)에서 발생된 펄스파를 안내하는 장치이다.
상기 변위 마그네트부(30)는 상기 웨이브 가이드(10)의 몸체를 따라 슬라이딩 이동되며, 상기 펄스파가 도달하면 합성 자장을 발생시키며, 상기 변위 마그네트부(30)에서 유도된 합성 자장은 초음파로 변환되어 상기 웨이브 가이드를 따라 반사된다.
상기 픽업 코일부(60)는 상기 초음파를 감지하여 응답 전기신호로 변환하는 장치이며, 상기 제어 회로부(50)는 상기 픽업 코일부(60)에서 감지된 응답 전기신호와 상기 펄스 발생기의 전류 펄스 사이의 지연시간으로 거리를 산출하여 출력시키는 회로부이다.
그런데, 이와 같이 구성되는 자왜식 위치측정장치는 주로 수조나 유류탱크 내 액위를 측정하는데 사용되고 있는데, 상기 펄스파나 반사파의 이동시간은 상기 웨이브 가이드의 물성에 의해 영향을 받게 되는 문제점이 있다.
상기 수조나 유류 탱크의 깊이는 실제 펄스파의 웨이브 가이드 이동 속도에 비교하면, 매우 짧은 거리에 해당되므로 상기 웨이브 가이드의 물성은 상기 펄스파나 반사파의 이동시간에 큰 영향을 끼치게 된다.
즉, 상기 웨이브 가이드의 물성은 온도나 압력 등의 외부 환경에 의하여 가변되는데, 이에 따라 동일 위치의 변위 마그네트부(30)라도 온도나 압력과 같은 외부 환경에 의하여 응답 특성이 달라지게 된다.
따라서, 상기 자왜식 위치측정장치는 주, 야간 또는 계절별 측정 오차가 발생되게 되므로 이에 대한 보정이 필수적으로 선행되어야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 온도나 압력 등의 외부 환경에 의하여 가변되는 상기 웨이브 가이드의 물성변화를 자동적으로 보정하여 정확한 변위 마그네트의 위치 정보를 출력시키는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 위치측정을 위하여 전류 펄스를 인가하는 펄스 발생기와; 상기 펄스 발생기에서 발생된 펄스파를 안내하는 웨이브 가이드와; 상기 웨이브 가이드의 몸체를 따라 슬라이딩 이동되며, 상기 펄스파가 도달하면 합성 자장을 발생시키는 변위 마그네트부와; 상기 변위 마그네트부에서 유도된 합성 자장이 초음파로 변환되어 상기 웨이브 가이드를 따라 반사되면, 상기 초음파를 감지하여 응답 전기신호로 변환하는 픽업 코일부와; 상기 픽업 코일부에서 감지된 응답 전기신호와 상기 펄스 발생기의 전류 펄스 사이의 지연시간으로 거리를 산출하여 출력시키는 제어회로부로 구성되는 자왜식 위치측정장치에 있어서, 상기 웨이브 가이드의 몸체부에 위치가 고정된 영점 마그네트가 더 포함되어 구성되며, 상기 제어회로부에는 상기 영점 마그네트의 설치 거리를 미리 입력시켜, 상기 변위 마그네트의 거리 측정시 상기 제어회로부가 상기 전류 펄스에 대한 변위 마그네트의 응답 전기신호와 상기 영점 마그네트의 응답 전기신호를 동시에 입력받아 상기 응답 전기신호의 응답 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치를 기술적 요지로 한다.
여기서 상기 영점 마그네트는 상기 펄스 발생기와 변위 마그네트 사이에 고정되거나, 상기 웨이브 가이드의 단부에 고정되어 상기 펄스 발생기의 전류 펄스에 대한 영점 응답신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오차 보정형 자왜식 위치측정장치는 상기 웨이브 가이드는 수조 내에 직선으로 세워지며, 상기 펄스 발생기는 상기 웨이브 가이드의 상단에 위치되고, 상기 변위 마그네트에는 부이가 결합되어 수표면에 위치되어 수조 내 수위를 측정하는 수위 측정 장치로 사용되는 것으로서, 상기 웨이브 가이드를 따라 등간격으로 온도 센서가 형성되어 각 위치별 온도 신호를 감지하여 상기 제어 회로부로 전송하며, 상기 펄스 발생기측에는 수조 내부를 향하여 압력센서가 설치되어 수조 내 압력을 감지하여 상기 제어 회로부로 전송하여, 상기 제어 회로부가 수조 내 수위 및 온도, 압력 정보를 동시에 획득하여 출력시키는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치로 되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여 온도나 압력 등의 외부 환경에 의하여 가변되는 상기 웨이브 가이드의 물성변화를 자동적으로 보정하여 정확한 변위 마그네트의 위치 정보를 출력시키는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치가 제공되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 구조도
도 2는 종래기술장치의 구조도
도 3은 자왜식 위치 측정장치의 응답 그래프
도 4는 수조 내에 설치된 자왜식 위치 측정장치의 단면 구조도.
도 2는 종래기술장치의 구조도
도 3은 자왜식 위치 측정장치의 응답 그래프
도 4는 수조 내에 설치된 자왜식 위치 측정장치의 단면 구조도.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하의 도 1은 본 발명의 구조도이며, 도 2는 종래기술장치의 구조도이며, 도 3은 자왜식 위치 측정장치의 응답 그래프이며, 도 4는 수조 내에 설치된 자왜식 위치 측정장치의 단면 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 자왜식 위치측정장치에 관한 것으로서, 상기 자왜식 위치측정장치는 펄스 발생기(510)와 웨이브 가이드(10)와 변위 마그네트부(30)와 픽업 코일부(60)와 제어 회로부(50)로 구성된다.
상기 펄스 발생기(510)는 위치측정을 위하여 전류 펄스를 인가하는 회로부이며, 상기 웨이브 가이드(10)는 상기 펄스 발생기에서 발생된 펄스파를 안내하는 장치이다.
상기 변위 마그네트부(30)는 상기 웨이브 가이드(10)의 몸체를 따라 슬라이딩 이동되며, 상기 펄스파가 도달하면 합성 자장을 발생시키는 장치이다.
상기 변위 마그네트부(30)에서 유도된 합성 자장은 초음파로 변환되어 상기 웨이브 가이드(10)를 따라 반사된다.
상기 픽업 코일부(60)는 상기 초음파를 감지하여 응답 전기신호로 변환하는 장치이며, 상기 제어 회로부(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 픽업 코일부(60)에서 감지된 응답 전기신호와 상기 펄스 발생기(510)의 전류 펄스 사이의 지연시간(SN)으로 거리를 산출하여 출력시키는 회로부이다.
이와 같이 구성되는 자왜식 위치측정장치는 도 4에 도시된 바와 같이 주로 수조나 유류탱크 내 액위를 측정하기 위하여 사용되고 있는데, 상기 펄스파나 반사파의 이동시간은 상기 웨이브 가이드의 물성에 의해 영향을 받게 된다.
한편, 상기 수조나 유류 탱크의 깊이는 실제 펄스파의 웨이브 가이드(10) 이동 속도에 비교하면, 매우 짧은 거리에 해당되므로 상기 웨이브 가이드(10)의 물성은 상기 펄스파나 반사파의 이동시간에 큰 영향을 끼치게 된다.
그런데, 상기 웨이브 가이드의 물성은 온도나 압력 등의 외부 환경에 의하여 가변되는데, 이에 따라 변위 마그네트부(30)가 동일 위치에 있어도 응답 특성이 달라지게 된다.
따라서, 상기 자왜식 위치측정장치는 주, 야간 또는 계절별 측정 오차가 발생되게 되므로 이에 대한 보정이 필수적으로 선행되어야 한다.
본 발명은 이를 개선하기 위한 것으로서, 상기 웨이브 가이드(10)의 몸체에 위치가 고정된 영점 마그네트(300)를 더 포함하여 구성된다.
상기 영점 마그네트(300)에 의하여 도 3에서 도시된 바와 같이 상기 웨이브 가이드(10)에는 영점 마그네트(300)와 변위 마그네트부(30)의 반사파가 서로 다른 지연시간(SN, LR)을 가지면서 함께 안내되어, 상기 픽업 코일부(60)에서 검출된다.
상기 제어 회로부(50)에서는 상기 픽업 코일부(60)에서 상기 전류 펄스에 대한 변위 마그네트부(30)의 응답 전기신호와 상기 영점 마그네트(300)의 응답 전기신호를 동시에 입력받아 상기 응답 전기신호의 응답 오차를 보정한다.
즉, 상기 제어 회로부(50)에서는 상기 영점 마그네트(300)의 설치 거리를 미리 입력시켜 두고, 상기 영점 마그네트(300)의 응답 전기신호로 외부 환경에 대한 응답 전기신호의 오차를 연산하여, 상기 변위 마그네트부(30)의 응답 전기신호를 보정하여 정확한 실제 거리를 연산 출력시킨다.
따라서, 본 발명에 의하면 온도나 압력과 같은 외부 환경변화에도 불구하고 항상 정확한 변위 마그네트부(30) 위치가 출력되는 자왜식 위치측정장치가 제공된다.
이하, 상기 영점 마그네트(300)에 의한 위치 보정 원리를 도 5와 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.
전기 펄스 신호는 광속으로 웨이브 가이드를 통과하게 되고, 비틀림 펄스는 초음속으로 웨이브 가이드를 따라 전파된다.
즉, 발사된 전류 펄스가 광속 로 영점 마그네트(300)가 놓여진 지점에 당도하는 순간 에서, 스트레인 초음파 펄스가 발생하는데, 이는 속도 로 시간 후에 발사지점의 픽업 코일부(60)에 당도할 것이다. 여기서, 의 위치에 고정된 영점 마그네트는 초음파의 속도를 자동으로 계산하기 위한 것이며, 다음과 같은 수식에 의해 계산될 수 있다.
그리고, 광속과 초음파 속도가 상이하고 시간 또한 다르므로, 펄스의 발사로부터 반사되어 되돌아오기 까지의 시간은 이며, 왕복 거리는 와 같이 쓸 수 있다. 와 그리고 는 기지의 값 또는 측정을 통하여 알 수 있는 값이므로,
본 발명에서는 미리 인지하는 의 위치에 영점 마그네트(300)를 위치시켜 그 위치에서 발생하는 를 측정하여, 초음파의 속도를 수식(5)에서 자동으로 계산하여 이용하는 방법이다. 이렇게 함으로써, 위치 측정 장치의 측정 거리 변화 또는 도파선 재료의 차이 등에 의한 초음파 속도의 오차를 최소화 할 수 있으며, 측정 거리가 길어지는 경우, 광속에 따른 거리 오차 를 자동 보정할 수 있다.
본 발명에서 상기 영점 마그네트(300)는 상기 웨이브 가이드(10)에서 미리 인지하고 있는 위치에 고정되어 반사파를 생성시키는 것이 요지이므로, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 펄스 발생기(510)와 변위 마그네트부(30) 사이(300-1의 위치)에 고정되어 수조나 유류탱크의 상단에 설치되거나, 상기 웨이브 가이드(10)의 단부(300-2의 위치)에 고정되어 상기 펄스 발생기의 전류 펄스에 대한 영점 응답신호를 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 일반적으로 수조나 유류탱크 내부의 액위를 측정하는 장치로 널리 사용되므로 상기 웨이브 가이드(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 수조 내에 직선으로 세워지며, 상기 펄스 발생기(510)는 상기 웨이브 가이드(10)의 상단에 위치되고, 상기 변위 마그네트부(30)에는 부이가 결합되어 수표면에 위치되어 수조 내 수위를 측정하는 수위 측정 장치로 사용할 수 있다.
이때, 상기 웨이브 가이드(10)를 따라 등간격으로 온도 센서(20)를 형성시키면, 수조내 높이별 온도를 감지하여 상기 제어회로부(50)로 전송할 수 있다.
또한, 수조 내부를 향하여 압력센서(40)를 설치하면 수조 내 압력을 감지하여 상기 제어회로부(50)로 전송할 수 있다.
즉, 수조 내 기압을 측정하면, 수조 내 기온, 날씨, 계절 변화에 의한 기압 변화 또는 유증기에 의한 기압 상승 등을 판단할 수 있으므로 수조의 관리 감독에 유용하게 사용할 수 있다. 따라서, 상기 압력센서(40)는 기압의 측정을 위하여 수조의 상부에 설치되는 것이 바람직한데, 일반적으로 자왜식 위치측정장치는 펄스 발생기(510)와 픽업 코일부(60)와 제어 회로부(50)가 케이스에 하우징되어 수조 상단에 설치되고, 웨이브 가이드(10)와 변위 마그네트부(30)가 수조 내부로 연장되는 형상을 가지므로, 상기 압력센서(40)는 수조를 향하도록 상기 케이스의 하단에 설치한다.
이와 같은 장치에 의하여 본 발명은 상기 제어 회로부가 수조 내 수위 및 온도, 압력 정보를 동시에 획득하여 출력시킬 수 있으므로 수조 내부 환경 변화에 대한 자세한 정보를 획득하는 데 유용하다.
또한, 상기 제어회로부(50)의 출력을 원격지에서 이용할 수 있으므로, 수조에서 이격된 위치에 표시장치(500)를 설치하거나, 컴퓨터나 인터넷 망으로 수조 내부 환경을 인지하고 관리 감독할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 웨이브 가이드 20 : 온도 센서
30 : 변위 마그네트부 40 : 압력 센서
50 : 제어회로부 60 : 픽업 코일부
300 : 영점 마그네트
500 : 표시장치 510 : 펄스발생기
30 : 변위 마그네트부 40 : 압력 센서
50 : 제어회로부 60 : 픽업 코일부
300 : 영점 마그네트
500 : 표시장치 510 : 펄스발생기
Claims (4)
- 삭제
- 위치측정을 위하여 전류 펄스를 인가하는 펄스 발생기와; 상기 펄스 발생기에서 발생된 펄스파를 안내하는 웨이브 가이드와; 상기 웨이브 가이드의 몸체를 따라 슬라이딩 이동되며, 상기 펄스파가 도달하면 합성 자장을 발생시키는 변위 마그네트부와; 상기 변위 마그네트부에서 유도된 합성 자장이 초음파로 변환되어 상기 웨이브 가이드를 따라 반사되면, 상기 초음파를 감지하여 응답 전기신호로 변환하는 픽업 코일부와; 상기 픽업 코일부에서 감지된 응답 전기신호와 상기 펄스 발생기의 전류 펄스 사이의 지연시간으로 거리를 산출하여 출력시키는 제어회로부로 구성되는 자왜식 위치측정장치에 있어서,
상기 웨이브 가이드의 몸체부에 위치가 고정된 영점 마그네트가 더 포함되어 구성되며,
상기 제어회로부에는 상기 영점 마그네트의 설치 거리를 미리 입력시켜,
상기 변위 마그네트의 거리 측정시 상기 제어회로부가 상기 전류 펄스에 대한 변위 마그네트의 응답 전기신호와 상기 영점 마그네트의 응답 전기신호를 동시에 입력받아 상기 응답 전기신호의 응답 오차를 보정하는 것으로서,
발사된 전류 펄스가 광속 로 영점 마그네트가 놓여진 지점에 당도하는 순간 에서, 응답 초음파 속도 로 시간 후에 발사지점의 픽업 코일부에 당도할 때,
발사지점부터 영점 마그네트까지의 거리 는
(1)
전류 펄스의 발사로부터 반사되어 되돌아오기까지의 시간은 이며,
왕복 거리는 일 때(와 그리고 는 기지의 값 또는 측정을 통하여 알 수 있는 값)
(2)
(3)
(4)
로 초음파의 전파속도 를 구하는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치. - 제2항에 있어서 상기 영점 마그네트는
상기 펄스 발생기와 변위 마그네트 사이에 고정되거나,
상기 웨이브 가이드의 단부에 고정되어
상기 펄스 발생기의 전류 펄스에 대한 영점 응답신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치. - 제3항에 있어서 상기 오차 보정형 자왜식 위치측정장치는
상기 웨이브 가이드는 수조 내에 직선으로 세워지며,
상기 펄스 발생기는 상기 웨이브 가이드의 상단에 위치되고,
상기 변위 마그네트에는 부이가 결합되어 수표면에 위치되어 수조 내 수위를 측정하는 수위 측정 장치로 사용되는 것으로서,
상기 웨이브 가이드를 따라 등간격으로 온도 센서가 형성되어 각 위치별 온도 신호를 감지하여 상기 제어 회로부로 전송하며,
상기 펄스 발생기측에는 수조 내부를 향하여 압력센서가 설치되어 수조 내 압력을 감지하여 상기 제어 회로부로 전송하여,
상기 제어 회로부가 수조 내 수위 및 온도, 압력 정보를 동시에 획득하여 출력시키는 것을 특징으로 하는 오차 보정형 자왜식 위치측정장치.
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