KR101489793B1 - 초음파 풍향풍속계 및 그 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 변동에 따른 초음파 트랜듀스의 송수신 특성 변화에 대응하여 온도를 보상하도록 한 초음파 풍향풍속계 및 그 운용방법에 관한 것으로, 전원 공급부가 내부에 필요로 하는 전원을 공급하며; 다수 개의 초음파 트랜듀스부가 서로 대향하게 쌍으로 초음파 센서를 고정 설치되며; 신호 처리부가 입출력 모듈, 연산 및 보정 모듈, 펄스 발생(채널 지정) 모듈 및 수신 지연 시간 측정 모듈을 구비하며, 기 설정해 둔 온도를 기준으로 하여, 기준온도 이상인 제1 온도범위와 기준온도 이하인 제2 온도범위로 나누고, 외부의 온도가 제1 온도범위에 속해 있을 경우에 기 설정해 둔 제1 주파수를 가진 초음파를 사용하도록 하며, 제2 온도범위에 속해 있을 경우에 초음파 주파수를 기 설정해 둔 제2 초음파 주파수를 가진 초음파를 사용하도록 하여, 상기 초음파 트랜듀스부의 초음파 송수신 시간을 이용해 풍향 풍속을 계산하며; 외부 기기장치와 상기 신호 처리부 간의 데이터를 입출력하는 외부 입출력부; 초음파 송신부가 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 초음파 트랜듀스부를 통해 제1 주파수 또는 제2 주파수를 가진 초음파를 발생시켜 지정된 채널로 송신하도록 하며; 초음파 수신부가 지정된 채널로부터 상기 초음파 트랜듀스부를 통해 제1 주파수 또는 제2 주파수를 가진 초음파를 수신하여 상기 신호 처리부로 알려주도록 한다.

Description

초음파 풍향풍속계 및 그 운용방법{Apparatus for measuring direction and velocity of wind using ultrasonic and operating method thereof}

본 발명은 초음파 풍향풍속계 및 그 운용방법에 관한 것으로, 특히 온도 변동에 따른 초음파 트랜듀스의 송수신 특성 변화에 대응하여 온도를 보상하도록 한 초음파 풍향풍속계 및 그 운용방법에 관한 것이다.

풍향풍속계는 프로펠러 또는 풍배와 방향판에 의해서 풍속과 풍향을 측정하는데, 이러한 기계적 장치는 강풍에서 제약적인 측정이 가능하며, 또한 회전체의 고장으로 인하여 회전 속도에 이상이 빈번히 발생하여 측정치의 오차가 발생하므로, 정확한 기상 데이터를 취득하기에는 한계가 있었다. 이에, 초음파를 이용한 풍향풍속계를 개발하기에 이르렀으며, 이러한 초음파 풍향풍속계는 지지대 상단부에 고정되는 다수 개의 초음파 송수신관 단부에 대향하여 설치되는 프로브를 사용하여 바람의 속도와 방향을 측정하도록 한다.

초음파 센서가 구성되는 프로브는, 다수 개로 이루어지면서 2개를 한 쌍으로 하여 하나의 초음파 센서가 음파를 발생하는 경우에, 다른 하나의 초음파 센서가 전파된 초음파를 수파한 후 다시 음파를 발생하고, 처음에 전파를 발생한 초음파 센서에서 다시 수파하여 매질의 시간차를 검출하여 풍향 및 풍속을 측정한다. 이와 같은 방식을 사용하여 측정할 때에는, 기본적으로 많은 전자적 계산을 필요로 하고, 또한 측정 오차를 최소화하기 위하여 계산 결과에 대한 보정을 수행해야 하는 등 많은 계산 과정을 수행해야 한다.

한국등록특허 제10-0941289호(2010.02.01 등록)는 초음파 센서를 이용한 풍속 풍향계에 관하여 기재되어 있는데, 초음파의 전달 시간차를 검출함으로써 대기 중에서의 풍속과 풍향과 같은 기상 상태를 측정하기 위한 장치로서, 지지대; 지지대에 고정되어 바람의 방향을 계측하는 포텐셔 미터; 온습도 센서와 기압 센서 및 풍속을 연산하기 위한 제어수단을 포함하는 전자회로가 내장되어 지지대에 회전 가능하게 설치되는 상부케이스; 상부케이스 상부에서 초음파를 송수신하여 풍속을 계측하는 한 쌍의 초음파 송수신부; 상부케이스에 고정되어 풍향을 취득하는 풍판; 그리고 풍판의 회전 방향에 따르는 풍향과, 전자회로에서 취득된 데이터를 포텐셔 미터에 전달하는 데이터전달수단 및 전원공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 초음파를 발사하는 2개의 초음파 센서를 구비하는 초음파 송수신관을 이용하여 초음파의 전달 시간차를 검출하고, 또한 기존의 풍향계에서 사용되는 포텐셔 미터 등을 사용하여 두 가지의 기능을 분리하여 측정 가능토록 함으로서 각각의 개체적 기능성이 분명해지며, 또한 제작원가가 저렴하도록 한다.

한국등록특허 제10-1259634호(2011.06.21 등록)는 전력 소모를 줄일 수 있는 연속파 방식의 풍향 및 풍속 측정 장치 그리고 측정 방법에 관하여 기재되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 주기적으로 초음파를 송신하는 송신 센서; 송신 센서로부터 초음파를 수신하는 복수의 수신 센서; 그리고 송신 센서로부터 복수의 수신 센서 중 적어도 어느 하나의 센서로의 초음파 전달시간 및 복수의 수신 센서 중 적어도 4개의 센서로 수신되는 초음파의 위상차를 이용하여 보상 초음파 전달시간을 산출하고, 보상 초음파 전달시간을 이용하여 보상 초음파 전파속도를 산출하고, 보상 초음파 전파속도를 이용하여 풍향을 산출하고, 보상 초음파 전파속도 및 산출된 풍향을 이용하여 풍속을 산출하는 산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 종래의 초음파 풍향풍속계는, 공기를 전파 매질로 하는 초음파 트랜듀스의 경우에 공기와 초음파 트랜듀스 방사면 사이에 풍압이 가해졌을 때, 수신 세기가 약해져 높은 출력이 요구되어 효율을 감소시키는 단점이 있다.

상술한 바와 같은 종래의 초음파 풍향풍속계는, 온도의 변화에 따라서 초음파 트랜듀스의 압전 세라믹의 커패시턴스(Capacitance)의 값이 온도의 정계수 특성을 가지고 있으므로, 커패시턴스 값이 변화하여 공진 주파수와 구동 주파수가 일치하지 않는 임피던스 미스매칭(mismatching)이 발생하는 단점을 가지고 있다.

상술한 바와 같은 종래의 초음파 풍향풍속계는, 초음파 트랜듀스의 온도에 따른 변화를 최소화하기 위하여 사용하는 히터와 서미스터 온도센서를 사용할 경우에 온도 검출용 서미스터의 단선으로 인한 과열(overheating)이 발생하는 단점도 가지고 있다.

한국등록특허 제10-0941289호 한국등록특허 제10-1259634호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 바와 같은 단점들을 해결하기 위한 것으로, 온도 변동에 따른 초음파 트랜듀스의 송수신 특성 변화에 대응하여 온도를 보상하도록 한 초음파 풍향풍속계 및 그 운용방법을 제공한다.

이러한 과제를 해결하기 위해서는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 내부에 필요로 하는 전원을 공급하는 전원 공급부; 서로 대향하게 쌍으로 초음파 센서를 고정 설치한 다수 개의 초음파 트랜듀스부; 입출력 모듈, 연산 및 보정 모듈, 펄스 발생(채널 지정) 모듈 및 수신 지연 시간 측정 모듈을 구비하며, 기 설정해 둔 온도를 기준으로 하여, 기준온도 이상인 제1 온도범위와 기준온도 이하인 제2 온도범위로 나누고, 외부의 온도가 제1 온도범위에 속해 있을 경우에 기 설정해 둔 제1 주파수를 가진 초음파를 사용하도록 하며, 제2 온도범위에 속해 있을 경우에 초음파 주파수를 기 설정해 둔 제2 초음파 주파수를 가진 초음파를 사용하도록 하여, 상기 초음파 트랜듀스부의 초음파 송수신 시간을 이용해 풍향 풍속을 계산하는 신호 처리부; 외부 기기장치와 상기 신호 처리부 간의 데이터를 입출력하는 외부 입출력부; 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 초음파 트랜듀스부를 통해 제1 주파수 또는 제2 주파수를 가진 초음파를 발생시켜 지정된 채널로 송신하도록 하기 위한 초음파 송신부; 및 지정된 채널로부터 상기 초음파 트랜듀스부를 통해 제1 주파수 또는 제2 주파수를 가진 초음파를 수신하여 상기 신호 처리부로 알려주기 위한 초음파 수신부를 포함하는 초음파 풍향풍속계를 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 전원 공급부는, 외부 전원을 공급하기 위한 전원 공급 선로; 상기 전원 공급 선로를 통해 유입되는 과전류를 차단시켜 회로를 보호하기 위한 과전류 보호회로; 상기 전원 공급 선로를 통해 유입되는 노이즈를 제거하기 위한 노이즈필터; 상기 노이즈 필터를 통과한 서지 전압을 차단시켜 서지 전압에 의한 회로의 파손을 방지하기 위한 과전압 보호회로; 과전압 제한 및 출력전류 제한을 통해 상기 과전압 보호회로를 통과한 전압을 안정화시켜 주기 위한 전압안정화회로; 및 상기 전압안정화회로에서 안정화된 전압을 가진 전원을 각 구성요소로 공급하기 위한 회로 전원 선로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 초음파 풍향풍속계는, 상기 초음파 트랜듀스부의 주변 온도 변화에 따라 열을 발생시켜 주기 위한 히터부; 상기 히터부에서 발생된 열을 전도받아 NTC 서미스터 저항 값을 감소시키고 NTC 서미스터 저항에 걸리는 전압도 감소시켜 온도를 검출하는 온도 센서부; 및 상기 온도 센서부에서 검출한 온도를 인가받고 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 히터부의 구동을 제어하는 히터 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 히터부는, 초음파 트랜듀스 용기 둘레에 설치되며, 열전도체로 감싸지는 구조로 형성되어, 발생시킨 열을 상기 열전도체를 통해 상기 초음파 트랜듀스부와 상기 온도 센서부에 전달하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 초음파 풍향풍속계는, 구동 시에 초기화한 후에 일정 시간 지연한 다음에 히터구동신호를 생성시켜 상기 히터 제어부로 출력하며, 제어신호에 따라 히터구동신호를 끄는 주제어부; 상기 히터부에서 발생되는 전압을 읽어 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 전류 검출부로부터 입력되는 전류를 확인하고, 확인된 전류가 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 벗어나는 경우에 제어신호를 상기 주제어부로 출력하는 히터 단선 검출부; 및 상기 온도 센서부의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되는 경우에 단선검출신호를 상기 히터 제어부로 출력하는 온도센서 단선 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 히터 제어부는, 상기 주제어부로부터 출력되는 히터구동신호에 따라 상기 히터부를 구동시키며, 상기 온도 센서부로부터 입력되는 현재의 온도와 기 설정해 둔 기준 온도를 비교하여 상기 히터부의 구동을 제어하며, 상기 온도센서 단선 검출부로부터 출력되는 단선검출신호에 따라 상기 히터부의 구동을 중단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 전원 공급부가 내부에 필요로 하는 전원을 공급하면, 주제어부가 구동하여 초기화한 후에 일정 시간 지연한 다음에 히터구동신호를 생성시켜 주는 단계; 히터 제어부가 상기 히터구동신호에 따라 히터부를 구동시키며, 상기 히터부가 발생되는 열을 열전도체를 통해 초음파 트랜듀스부와 온도 센서부로 전달하는 단계; 상기 히터 제어부가 상기 온도 센서부에서 검출한 현재의 온도와 기 설정해 둔 기준 온도를 비교하는 단계; 현재의 온도가 기준 온도보다 같거나 작은 경우에, 온도센서 단선 검출부가 상기 온도 센서부의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되는 경우에 단선검출신호를 상기 히터 제어부로 출력하는 단계; 상기 온도 센서부의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되지 않은 경우에, 전류 검출부가 상기 히터부에서 발생되는 전압을 읽어 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 검출하고, 히터 단선 검출부가 상기 전류 검출부로부터 입력되는 전류를 확인하고, 확인된 전류가 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 벗어나는 경우에 제어신호를 상기 주제어부로 출력하고, 상기 주제어부가 상기 히터구동신호를 끄는 단계; 및 상기 히터 제어부가 상기 히터구동신호를 입력받는 경우에, 계속적으로 상기 히터부를 구동시켜 주는 단계를 포함하는 초음파 풍향풍속계의 운용방법을 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 초음파 풍향풍속계의 운용방법은, 상기 현재의 온도가 기준 온도보다 큰 경우, 상기 단선검출신호를 입력받는 경우, 또는 상기 히터구동신호를 입력받지 못하는 경우, 상기 히터 제어부가 히터전원공급 스위치 부품을 꺼 히터전원을 차단시켜 주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 초음파 풍향풍속계의 운용방법은, 마주보는 초음파 트랜듀스부의 쌍에서 송신과 수신되는 초음파의 정방향 시간을 측정하는 단계; 마주보는 초음파 트랜듀스부의 쌍에서 송신과 수신되는 초음파의 역방향 시간을 측정하는 단계; 상기 정방향 시간과 상기 역방향 시간에 대한 평균시간을 구하는 단계; 보상점 경계 구분에 해당하는 경계 구분 시간을 확인한 다음에, 확인된 경계 구분 시간이 상기 평균시간보다 큰지를 확인하는 단계; 상기 경계 구분 시간이 상기 평균시간보다 큰 경우, 상기 경계 구분 시간에 기 설정해 둔 히스테리시스 시간을 가감 연산한 후에, 가감 연산된 결과와 평균시간을 비교하는 단계; 상기 가감 연산된 결과가 상기 평균시간의 값보다 큰 경우, 기 설정해 둔 제1 주파수를 가진 초음파를 송신중인지를 확인하는 단계; 및 상기 제1 주파수를 가진 초음파를 송신중이 아닌 경우에, 현재의 송신 주파수를 상기 제1 주파수로 변경시켜 상기 제1 주파수를 가진 초음파를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 초음파 풍향풍속계의 운용방법은, 상기 경계 구분 시간이 상기 평균시간보다 크지 않은 경우, 상기 경계 구분 시간에 상기 히스테리시스 시간을 합산한 후에, 합산된 결과와 평균시간을 비교하는 단계; 상기 합산된 결과가 상기 평균시간의 값보다 작은 경우, 기 설정해 둔 제2 주파수를 가진 초음파를 송신중인지를 확인하는 단계; 및 상기 제2 주파수를 가진 초음파를 송신중이 아닌 경우에, 현재의 송신 주파수를 상기 제2 주파수로 변경시켜 상기 제2 주파수를 가진 초음파를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 온도 변동에 따른 초음파 트랜듀스의 송수신 특성 변화에 대응하여 온도를 보상해 줌으로써, 온도의 변화에 따라서 구동 주파수를 변경시켜 공진 주파수와 구동 주파수를 매칭시킬 수 있으며, 이에 공진 주파수와 구동 주파수가 일치하지 않는 임피던스 미스매칭(mismatching)을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명에 의하면, 송수신 증폭회로 및 임피던스 매칭회로를 사용하여 적합한 송신 출력이 초음파 트랜듀스로 인가되도록 함으로써, 공기를 전파 매질로 하는 초음파 트랜듀스의 경우에 공기와 초음파 트랜듀스 방사면 사이에 풍압이 가해져 수신 세기가 약해질 때에도, 높은 출력을 유지시켜 효율을 증대할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명에 의하면, 과열(overheating)보호용 단선 검출회로를 사용하도록 함으로써, 초음파 트랜듀스의 온도에 따른 변화를 최소화하기 위하여 사용하는 히터와 서미스터 온도센서를 사용할 경우에 온도 검출용 서미스터의 단선으로 인한 과열 발생을 방지할 수 있는 효과도 가진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초음파 풍향풍속계를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 초음파 트랜듀스부 간의 송수신 시간 차 측정을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 전원 공급부를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에 있는 전원 공급부의 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초음파 풍향풍속계를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 직접 온도 보상 제어를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 직접 온도 보상 제어의 회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부, 히터부 및 온도 센서부를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 직접 온도 보상 제어를 설명하는 순서도이다.
도 10은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 간접 온도 보상 제어를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 간접 온도 보상 제어를 설명하는 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 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.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

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.

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.

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.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 풍향풍속계 및 그 운용방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초음파 풍향풍속계를 설명하는 도면이며, 도 2는 도 1에 있는 초음파 트랜듀스부 간의 송수신 시간 차 측정을 설명하는 도면이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 초음파 풍향풍속계(100)는, 히터를 사용하지 않는 경우로서, 전원 공급부(110), 외부 입출력부(120), 신호 처리부(130), 초음파 송신부(140), 초음파 수신부(150), 다수 개의 초음파 트랜듀스부(160)를 포함한다.

전원 공급부(110)는, 초음파 풍향풍속계(100)의 내부 각 구성요소(즉, 외부 입출력부(120), 신호 처리부(130), 초음파 송신부(140), 초음파 수신부(150), 초음파 트랜듀스부(160))에 필요로 하는 전원으로 변환시켜 공급해 준다.

외부 입출력부(120)는, 외부 기기장치와 신호 처리부(130) 간의 데이터를 입출력해 준다.

신호 처리부(130)는, 입출력 모듈, 연산 및 보정 모듈, 펄스 발생(채널 지정) 모듈 및 수신 지연 시간 측정 모듈을 구비하여, 초음파 트랜듀스부(160)의 펄스(즉, 초음파 송신부(140)와 초음파 수신부(150) 사이의 펄스(즉, 초음파))에 대한 송수신 시간을 이용해 풍향 풍속을 계산한다.

일 실시 예에서, 신호 처리부(130)는, 초음파 트랜듀스부(160) 간의 펄스 전송시간(

,

) 차를 이용해 음속 벡터를 측정하고, 초음파 트랜듀스부(160)의 센서 간 송수신 시간을 계산하여 풍속을 아래의 수학식 1과 같이 계산할 수 있다. 여기서, L은 초음파 트랜듀스부(160) 간의 간격(Distance between transducer faces)이고, C는 음속(Speed of sound)이고, V는 풍속(Velocity of gas flow)이고,

는 제1 초음파 전송 시간(Transit time of ultrasound)이고,

는 제2 초음파 전송 시간이다.

[수학식 1]

일 실시 예에서, 신호 처리부(130)는, 초음파 트랜듀스부(160)의 초음파 센서 간 송수신 차를 이용한 TOF 측정을 수행하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 각 초음파 센서 간 직교 성분을 벡터 합성하고 풍향ㅇ풍속을 측정할 수 있다. 이때, 서로 마주보게 배치한 한 쌍의 송수신 센서를 시분할하여 송신 센서 및 수신 센서로 동작시켰다가, 수신 센서와 송신 센서로 동작시키는 것을 반복하면서 수신된 펄스열의 포락선(envelope)을 검출하는 대신에 송신파와 수신파 간 위상을 측정할 수 있다. 또한, 펄스열의 포락선을 검출하고 이의 피크 위치로부터 도달시간을 측정하기 때문에, 특정 초음파 센서에서의 송신 펄스열 당 1회의 풍속을 측정할 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 처리부(130)는, 대기 조건에 따른 음속 변화를 보상하기 위해서, 처음에 측정 경로당 두 쌍의 초음파 센서를 사용하여 펄스열 형태의 초음파를 서로 반대 방향으로 보내고, 수신 센서에 도달하기까지의 전송 시간을 독립적으로 측정할 수 있다.

초음파 송신부(140)는, 신호 처리부(130)(즉, 펄스 발생(채널 지정) 모듈)의 제어에 따라 초음파 트랜듀스부(160)를 통해 펄스를 발생시켜 지정된 채널로 송신하도록 한다.

초음파 수신부(150)는, 지정된 채널로부터 초음파 트랜듀스부(160)를 통해 펄스를 수신하여 이를 신호 처리부(130)(즉, 수신 지연 시간 측정 모듈)로 알려주도록 한다.

초음파 트랜듀스부(160)는, 다수 개로 서로 대향하게 쌍으로 초음파 센서를 고정 설치하여 형성된다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(100)는, 바람과 접촉하여 풍향과 풍속을 감지하는데, 온도에 따라 변화되는 초음파의 특성(즉, 초음파의 전달속도가 대기 환경의 변화에 민감함)을 감안하여 온도 특성에 따른 주파수 변환 모듈 및 보호 회로모듈을 구비하여, 대기 조건의 변화를 보상(즉, 대기 환경에 따른 음속 변화의 보상)하며, 서로 반대 방향으로의 전송 시간을 측정하고 그 차이를 이용해서 풍속을 정확하게 측정하도록 함으로써, 저온에서 초음파 센서의 감도 세기 변동에 의한 온도에 따라 서로 다른 두 개의 주파수를 사용하여 풍향, 풍속 값의 측정의 정밀도를 높일 수 있으며, 보다 정확한 측정을 통하여 바람으로 인한 사고를 방지하고 이러한 사고에 따른 경제적 손실을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 풍향과 풍속을 움직이는 부품을 사용하지 않아 재 교정(Recalibration)이 필요 없다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(100)는, 경보 기능이 구비된 풍향 풍속 경보부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 초음파 트랜듀스부(160)의 온도 변화에 따른 물리적 특성을 반영하여 보완한 주파수 변환 모듈과, 주파수 변환 모듈 및 초음파 트랜듀스부(160)의 과열보호를 방지하기 위한 보호 회로모듈을 통하여, 풍향 풍속의 측정 정밀도를 높일 수 있으며, 온도에 영향을 받지 않고 측정할 수 있다.

도 3은 도 1에 있는 전원 공급부를 설명하는 도면이며, 도 4는 도 3에 있는 전원 공급부의 회로를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전원 공급부(110)는, 보호 회로 및 전원 안정화 회로를 포함하는데, 전원 공급 선로(111), 과전류 보호 회로(112), 노이즈필터(113), 과전압 보호 회로(114), 전압안정화회로(115), 회로 전원 선로(116)를 포함한다.

전원 공급 선로(111)는, 외부 연결 케이블로서, 외부 전원을 과전류 보호 회로(112) 및 노이즈필터(113)를 거쳐 공급해 준다.

과전류 보호 회로(112)는, 과전압 보호 회로(114)가 쇼트 상태로 파손되는 경우에 과전류가 흐르는 것을 대비하여 과전류로 인한 회로 보호 소자(즉, 수동소자에 의한 과전류 보호 회로)로서, 과전류 제한소자인 폴리스위치(PCT1)(예를 들어, FSMD035-1210-R)를 사용하여, 전원 공급 선로(111)를 통해 유입되는 과전류를 차단시켜 회로를 보호해 준다. 여기서, 폴리스위치의 전기적 특성은 최대 홀드 전류(Hold current(max))가 0.35(A)이고, 최소 트립 전류(Trip current(min))가 0.4(A)이며, 최대 전압(Max voltage)이 16(V)이며, 최대 전류(Max current)가 100(A)이며, 전력(Power)이 0.6(W)이다.

노이즈필터(113)는, 적층세라믹 커패시터(C48, C49)를 사용하여, 전원 공급 선로(111)를 통해 유입되는 노이즈를 제거해 준다.

과전압 보호 회로(114)는, 수동소자에 의한 과전압(서지) 보호 회로로서, TVS 부품(예를 들어, SMBJ39A=ZD104)을 사용하여, 노이즈 필터(113)를 통과한 서지 전압(즉, 전원 공급 선로로 유입되는 서지 전압)을 차단시켜 서지 전압에 의한 회로의 파손을 방지해 준다. 여기서, TVS의 전기적 특성은 브레이크다운 전압(Breakdown voltage)이 최소 37.1(V)에서 최대 41(V)까지이고, 테스트 전류(Test current)가 1(mA)이며, 스탠드오프 전압(Stand-off voltage)이 33.3(V)이고, 최대 클램핑 전압(Maximum clamping voltage)이 53.9(V)이다.

일 실시 예에서, 과전압 보호 회로(114)는, 과전압 보호를 위해서, 입력 전압(Vin)이 42(V)(최대 46(V))로 증가할 때에 전원 차단(Turn OFF)시켜 줄 수 있으며, 또한 과전압 보호 기능에 의해 전원 차단에서 입력 전압(Vin)이 36(V)이 될 때에 다시 전원 공급(Turn ON) 상태로 전환시켜 줄 수 있다.

전압안정화회로(115)는, 커패시터(C45, C51, C52, C53)를 사용하여, 과전압 제한 및 출력전류 제한을 통해 과전압 보호 회로(114)를 통과한 전압을 안정화시켜 회로 전원 선로(116)로 전달해 준다. 여기서, 회로에 공급되는 전압안정화회로(115)의 출력 전류는, 쇼트회로 방지를 위해서, 500(mA)(25℃)로 제한된다.

회로 전원 선로(116)는, 초음파 풍향풍속계(100)의 회로로 공급하기 위한 선로로서, 전압안정화회로(115)에서 안정화된 전압을 가진 전원을 초음파 풍향풍속계(100)의 각 구성요소에 공급해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 전원 공급부(110)는, 전용 로우 드롭 전압 레귤레이터(Low Drop Voltage Regulator)에 의한 보호 회로(U8)(예를 들어, TLE4267G)를 더 포함할 수 있는데, 보호 회로(U8)의 특징은 출력 전압 허용오차가 +-2(%) 이내이고, 400(mA) 출력 전류 공급 능력을 가지며, 대기 상태의 소비 전류가 적으며, 입력 전압이 40(V)까지 가능하며, 400(msec) 이내로 입력 전압 60(V)까지 과전압을 보호하며, 리셋 기능이 출력 전압을 1(V)까지 내리며, 2(KV)까지 ESD보호를 수행하며, 조정 가능한 리셋 시간을 가지며, 온/오프(ON/OFF) 기능을 가지며, 동작온도가 -40 ~ 150도인 과열 보호 회로를 가지며, 역극성 보호 회로를 가지며, 회로 쇼트 방지(500mA제한)를 수행하며, -40 ~ 150도의 넓은 온도범위를 가지며, 자동차용 전자회로 용도로 적당하며, RoHS를 만족시키며, AEC 품질 인증을 받은 제품이다.

일 실시 예에서, 보호 회로(U8)는, 입력 전압의 범위가 5.5V < Vin < 40V 로 출력 전압(Vout)이 5(V)이며, 회로 리셋 기능으로 출력 전압(Vout)이 Vrt(4.5V) 보다 낮으면 리셋 신호(RO=PIN3)를 출력하지만 이 기능을 사용하지 않도록 하며, 출력 핀 RO(Reset Output)가 오픈 컬렉터 출력으로 내부와 30(KΩ)의 저항을 통해 연결되어 있다. 이때, RO 핀의 리셋 신호의 시간 조절은 D(Reset Delay=PIN5) 핀에 연결된 커패시터(C52)에 의해 설정이 가능하지만, 컨트롤러 내에 회로 전압 감시부(BOD)가 있으므로 사용하지 않으며, D 핀에 100(nF)의 커패시터(C52)만 연결해 놓도록 한다.

일 실시 예에서, 보호 회로(U8)는, E2 핀(인히비트 핀)(Inhibit=PIN2), E6 핀(홀드 핀)(Hold=PIN6)에 할당된 2개의 로직 입력을 가지고 있으며, E2 핀은 내부적으로 100(KΩ)의 저항으로 그라운드(Ground)에 풀다운되어 있고, 4(V)보다 높은 전압을 E2 핀에 가하여 전원 투입(Turn ON) 동작을 수행하도록 할 수 있다. 또한, E6 핀은 내부적으로 50(KΩ)의 저항으로 출력 전압에 풀업되어 있으며, 0(V)의 전압이 인가되면 이전 상태 유지(Hold) 또는 전원 투입의 기능으로 동작을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 보호 회로(U8)는, E2 핀과 E6 핀에 외부 신호를 인가하지 않고 디폴트(Default) 상태로 사용할 수 있다.

일 실시 예에서, 보호 회로(U8)는, 선로의 영향을 보상하기 위해 입력단 커패시터가 필요하고 2.2(UF)를 사용하며, 출력 전압의 안정화를 위해 출력단 커패시터가 필요로 하는데, 이때 출력단 커패시터의 용량은 동작 온도 범위 내의 직렬등가저항(ESR)이 3(Ω)보다 적은 조건의 22(UF)보다 큰 커패시턴스 값으로 사용하도록 권장하지만, 에너지 축적 소자를 최소화하기 위해 10(uF)으로 적은 값으로 사용할 수 있다.

일 실시 예에서, 보호 회로(U8)의 회로 내부 구성으로는, 기준 전압과 저항 조정에 의해 분압된 출력 전압을 입력으로 하는 제어 증폭기의 출력을, 버퍼를 경유하여 전원 입력과 전원 출력에 직렬로 연결된 트랜지스터의 베이스에 인가함으로써, 출력 전압 안정화를 실현할 수 있다. 또한, 보호 회로(U8)는, 포화 상태 제어를 수행하는데, 이때, 포화 상태 제어는 부하 전류를 어떤 전원 부품이 포화 상태를 넘어서는 것을 막는 것이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초음파 풍향풍속계를 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 초음파 풍향풍속계(200)는, 히터를 사용하는 경우로서, 전원 공급부(210), 외부 입출력부(220), 신호 처리부(230), 초음파 송신부(240), 초음파 수신부(250), 다수 개의 초음파 트랜듀스부(260), 다수 개의 히터부(270), 다수 개의 온도 센서부(280), 히터 제어부(290)를 포함한다. 여기서, 전원 공급부(210), 외부 입출력부(220), 신호 처리부(230), 초음파 송신부(240), 초음파 수신부(250), 초음파 트랜듀스부(260)는, 도 1에 도시된 전원 공급부(110), 외부 입출력부(120), 신호 처리부(130), 초음파 송신부(140), 초음파 수신부(150), 초음파 트랜듀스부(160)의 구성과 유사하므로, 그 동일한 설명은 생략하고 이하 다른 부분에 대해서만 설명하도록 한다.

신호 처리부(230)는, 온도 특성에 따른 주파수 변환에 있어서 초음파 트랜듀스부(260)의 초음파 센서의 데이터를 처리하는데, 특정 온도(즉, 기 설정해 둔 기준온도)를 기준으로 하여, 온도범위를 기준온도 이상인 제1 온도범위와 기준온도 이하인 제2 온도범위로 나누고, 외부의 온도가 제1 온도범위에 속해 있을 경우에 기 설정해 둔 제1 초음파 주파수(f1)를 가진 초음파를 사용하도록 하며, 제2 온도범위에 속해 있을 경우에 기 설정해 둔 제2 초음파 주파수(f2)를 가진 초음파를 사용하도록 초음파 송신부(240) 및 초음파 수신부(250)를 제어하여, 풍향과 풍속의 값을 측정하도록 한다.

일 실시 예에서, 신호 처리부(230)는, 온도 센서부(280)에서 온도를 측정함에 있어서, 초음파 트랜듀스부(260)의 발신 음파가 수신되는 공간의 매질 온도에 따른 전달 지연 시간에 해당하는 송신 시점과 수신 시점의 시간 차이의 변화량을 측정하여 온도 값으로 환산할 수 있다.

초음파 트랜듀스부(260)는, 압전 세라믹 발진 소자를 사용하며, 히터부(270)에서 열이 발생하는 경우에 해당 발생된 열을 전도받아 온도를 상승시켜 주며, 초음파 센서를 사용하여 신호 처리부(230)의 제어에 따라 제1 초음파 주파수(f1) 또는 제2 초음파 주파수(f2)를 발생시켜 풍향과 풍속을 감지하도록 한다.

히터부(270)는, 초음파 트랜듀스부(260)의 주변 온도 변화에 따라 열을 발생시켜 초음파 트랜듀스부(260)와 온도 센서부(280)로 전도하여, 초음파 트랜듀스부(260)의 주변 온도 변화에 따른 특성 열화를 방지하도록 한다.

온도 센서부(280)는, NTC 서미스터 온도센서를 사용하여, 히터부(270)에서 발생된 열을 전도받아 NTC 서미스터 저항 값을 감소시켜 주며, 이때 흐르는 전류가 일정한 상태에서 NTC 서미스터 저항에 걸리는 전압도 감소시켜 온도를 검출한다.

히터 제어부(290)는, 온도 센서부(280)에서 검출한 온도를 인가받고 신호 처리부(230)의 제어에 따라 히터부(270)의 구동을 제어한다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(200)는, 히터 단선 및 오동작방지회로(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 더 포함하는데, 히터부(270)의 단선 및 온도 센서부(280)의 단선에 의한 과열 및 오동작 감지용 비교회로를 사용하여 히터 단선 및 오동작을 방지하여 초음파 트랜듀스부(260)의 파손 방지 및 측정 오차를 감소시켜 줄 수 있다. 다시 말해서, 초음파 트랜듀스부(260)의 온도에 따른 변화를 최소화하기 위한 히터부(270)와 온도 센서부(280)를 사용하는 경우에, 히터부(270)와 온도 센서부(280)의 오동작을 방지하기 위해서, 온도 특성에 따른 주파수 변환 및 보호 회로에 의하여 과열(overheating) 보호용 단선 검출 회로를 구현할 수 있다. 여기서, 온도 특성에 따른 주파수 변환 및 보호 회로는, 초음파 풍향풍속계(200)의 제조공장에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하며, 정확한 풍향, 풍속을 측정하여 경제적인 손실과 인적 손실과 작업 구조물의 손실을 미연에 예방할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(200)는, 온도 변동에 따른 초음파 트랜듀스부(260)의 송수신 특성 변화에 대응하여 온도를 보상해 줌으로써, 온도의 변화에 따라서 구동 주파수를 변경시켜 공진 주파수와 구동 주파수를 매칭시킬 수 있으며, 이에 공진 주파수와 구동 주파수가 일치하지 않는 임피던스 미스매칭(mismatching)을 방지할 수 있다. 다시 말해서, 바람과 접촉하여 풍향과 풍속을 감지하는 초음파 트랜듀스부(260)가 온도 변화에 따라 커패시턴스(Capacitance) 값을 변화시키는 특성을 해결하기 위해서, 초음파 트랜듀스부(260)의 온도 특성을 반영하여 구동 주파수를 2개 이상으로 사용하여 공진 주파수와 구동 주파수가 일치할 수 있도록 적용한다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(200)는, 송수신 증폭회로 및 임피던스 매칭회로(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 더 포함하는데, 컨트롤러에 의해 약 230(KHz)의 송신 펄스신호가 B급 푸시풀 증폭기로 공급 전압을 초음파 트랜듀스부(260)의 구동에 적합한 전압으로 승압하여, 약 100(Vp-p)의 송신 출력을 초음파 트랜듀스부(260)에 인가시켜 줄 수 있다. 이때, 공기를 전파 매질로 하는 초음파 트랜듀스부(260)는 공기와 초음파 트랜듀스부(260)의 방사면 사이에 풍압이 가해졌을 때에 수신 세기가 약해짐으로 높은 출력이 요구됨으로써, 초음파 풍향풍속계(200)는 매칭회로를 사용하여 효율을 증가시켜 주도록 한다. 다시 말해서, 송수신 증폭회로 및 임피던스 매칭회로를 사용하여 적합한 송신 출력이 초음파 트랜듀스부(260)로 인가되도록 함으로써, 공기를 전파 매질로 하는 초음파 트랜듀스부(260)의 경우에 공기와 초음파 트랜듀스부(260)의 방사면 사이에 풍압이 가해져 수신 세기가 약해질 때에도, 높은 출력을 유지시켜 효율을 증대할 수 있다.

바람의 변화, 특히 풍향과 풍속의 변화는 수많은 변수가 작용하기 때문에, 실외의 산업현장에서는 이러한 바람의 변화를 순간적으로 인지하는 것이 대단히 어렵고 작업위치에 따라서도 서로 다르게 나타나므로 일반적으로 그 풍향과 풍속을 말하는 것은 대단히 어렵다고 할 수 있으나, 상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(200)는 이러한 바람의 변화에 대응하기 위해서, 온도 특성에 따른 주파수 변환 및 보호 회로를 구현하여, 바람에 대한 측정의 정밀도를 높여 주면서, 바람의 풍향과 풍속에 대한 정보를 관측하고 인지하여 바람으로부터 받는 영향으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(200)는, 도 8에 도시된 초음파 트랜듀스부(260)의 용기 재질 표면(510)과 음향 정합층(50)의 탄성률이 온도에 따라 변하므로, 히터부(270)를 사용한 직접적인 가열 방식으로 온도를 보상하는 방식과, 초음파 송신 주파수를 가변하여 간접적으로 온도를 보상하는 방식으로, 초음파의 송수신 파형 특성을 향상시킬 수 있다.

도 6은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 직접 온도 보상 제어를 설명하는 도면이며, 도 7은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 직접 온도 보상 제어의 회로를 나타낸 도면이며, 도 8은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부, 히터부 및 온도 센서부를 설명하는 도면이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 초음파 풍향풍속계(200)는, 초음파 트랜듀스부(260)에 대한 직접적인 온도 보상 제어를 위해서, 전원 공급부(210), 히터부(270), 온도 센서부(280), 히터 제어부(290), 주제어부(310), 전류 검출부(320), 히터 단선 검출부(330), 온도센서 단선 검출부(340)를 포함한다. 여기서, 전원 공급부(210), 히터부(270), 온도 센서부(280), 히터 제어부(290)는 도 4에 도시된 구성과 동일하므로, 동일한 설명은 생략하고 이하 다른 부분에 대해서만 설명하도록 한다.

전원 공급부(210)는, 주제어부(310)에 필요한 전원을 공급하기 위한 주제어부 전원 공급부(211), 히터 제어부(290)에 필요한 전원을 공급하기 위한 히터 제어부 전원 공급부(212)를 포함한다.

히터부(270)는, 도 7에 도시된 커넥터(812)의 3번, 4번(822)에 필름형 히터 1개가 접속되어 있고, 커넥터(812)의 5번, 6번(819)에 필름형 히터 3개가 병렬 접속되어 있으며, 히터 제어부(290)의 구동 제어에 따라 열을 발생시켜 주며, 도 8에 도시된 바와 같은 열전도체(271)로 감싸지는 구조로 형성되어, 필름형 히터가 발생시킨 열을 열전도체(271)를 통해 초음파 트랜듀스부(260)와 온도 센서부(280)에 효율적으로 전달되도록 한다.

일 실시 예에서, 히터부(270)는, 도 7에 도시된 커넥터(812)의 5번, 6번(819)에 설치된 필름형 히터의 경우에 커넥터(812)의 3번, 4번(822)에 연결된 필름형 히터와 동일한 제어량으로 가열될 수 있다.

일 실시 예에서, 히터부(270)는, 직접 가열 방식으로 온도를 보상하기 위해서, 도 8에 도시된 초음파 트랜듀스부(260), 히터부(270), 온도 센서부(280)의 구조도와 같이, 초음파 트랜듀스 용기(510) 둘레에 설치된다.

온도 센서부(280)는, 도 7에 도시된 커넥터(812)의 1번, 2번에 NTC 서미스터 온도센서가 접속되어 있으며, 도 8에 도시된 바와 같은 열전도체(271)에 접속 연결되어, 히터부(270)에서 발생된 열을 열전도체(271)를 통해 검출하는데, 이때 현재 온도를 검출하여 온도센서 단선 검출부(340)를 거쳐 히터 제어부(290)에 알려준다.

일 실시 예에서, 온도 센서부(280)는, 기 설정된 온도에 해당하는 기준 전압을 도 7에 도시된 바와 같이 전압 비교기의 입력으로 공급하며, 이때 전압 비교기가 NTC 서미스터 온도센서에서 온도에 비례하여 검출되는 전압과 비교하여 히터 전원공급 스위치 제어신호(816)로 히터 제어부(290)에 출력할 수 있다.

일 실시 예에서, 온도 센서부(280)는, 도 7에 도시된 커넥터(812)의 5번, 6번(819)에 설치된 필름형 히터에 대해 온도를 검출하지 않을 수 있다.

일 실시 예에서, 온도 센서부(280)는, NTC 서미스터 온도센서의 제어기 전원을 회로공급전원 입력단자(811)를 통해 공급받으며, 이때 회로공급전원 입력단자(811)가 히터전원 공급단자(813)와 별도로 결선되도록 할 수 있다.

히터 제어부(290)는, 주제어부(310)로부터 출력되는 히터구동신호(821)에 따라 히터부(270)를 구동시켜 주며, 온도 센서부(280)로부터 입력되는 현재의 온도와 기 설정해 둔 기준 온도를 비교하고, 해당 비교 결과에 따라 히터부(270)의 구동을 제어한다.

일 실시 예에서, 히터 제어부(290)는, 온도 센서부(280)로부터 출력되는 히터 전원공급 스위치 제어신호(816)에 따라 열이 부족한 경우에 히터 전원공급 스위치부품(817)을 켜고, 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서에서 검출한 온도가 기 설정된 온도에 도달하는 경우에 히터 전원공급 스위치 부품(817)을 끔으로서, 초음파 트랜듀스부(260)의 온도 보상을 실현할 수 있다.

일 실시 예에서, 히터 제어부(290)는, 히터부(270)에 공급되는 전력을 제어하기 위한 제어 회로(817)를 사용하고, 히터부(270)에 공급되는 열량을 제어하기 위한 온도 센서부(280)를 히터부(270)에 열전도가 잘되도록 근접 설치해 둠으로써, 가열되는 열량을 조절할 수 있다.

일 실시 예에서, 히터 제어부(290)는, 온도센서 단선 검출부(340)로부터 출력되는 단선검출신호(815)에 따라 히터전원공급 스위치 부품(817)을 끔으로서 히터전원을 차단시켜, 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서의 단선으로 인한 과열을 방지할 수 있다.

일 실시 예에서, 히터 제어부(290)는, 히터 동작 상태를 표시하는데, 히터 전원공급 스위치 부품(817)이 켜짐 상태가 되면 히터 동작상태 표시 발광다이오드(818)를 점등하며, 반대로 꺼짐 상태가 되면 발광다이오드(818)를 꺼지도록 할 수 있다.

주제어부(310)는, 주제어부 전원 공급부(211)로부터 필요한 전원을 공급받아 구동하여 초기화한 후에 일정 시간 지연한 다음에, 히터구동신호(821)를 생성시켜 히터 제어부(290)로 출력하며, 히터 단선 검출부(330)로부터 출력되는 제어신호(823)에 따라 히터 제어부(290)로 출력하는 히터구동신호(821)를 끔으로써, 히터전원을 차단시켜 온도센서와 열전도를 위해 결합된 히터의 단선으로 인한 과열을 방지하도록 한다.

전류 검출부(320)는, 전류검출용 부품(820)으로서, 히터부(270)에서 발생되는 전압을 읽어서 정상 상태의 히터부(270)가 소비하는 전류를 검출하여 히터 단선 검출부(330)로 입력해 준다.

히터 단선 검출부(330)는, 가열이 멈추면 안 될 경우의 경보 기능인 히터 단선 검출 기능을 수행한다.

일 실시 예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 한 개의 NTC 서미스터 온도센서와 한 개의 필름형 히터가 열이 전도되도록 하기 위한 결합 구조로 이루어져 있으며, 나머지 3개는 온도센서와 결합된 히터의 제어량을 따라가는 방식이므로 온도센서와 결합된 한 개의 필름형 히터가 단선이 되어 열이 발생하지 않는 경우에, NTC 서미스터 온도센서(320)가 계속 가열하도록 하기 위한 제어신호(816)를 출력하여 결국 3개 공통으로 연결(819)된 필름형 히터가 과열됨으로, 이러한 점을 제거하기 위해서, 히터 단선 검출부(330)는, 히터부(270)로부터 입력되는 전류를 확인하고, 해당 확인된 전류가 정상 상태의 히터부(270)가 소비하는 전류를 벗어나는 경우에, 제어신호(823)를 주제어부(310)로 출력할 수 있다.

일 실시 예에서, 히터 단선 검출부(330)는, 3개 공통으로 연결(819)된 필름형 히터의 단선을 검출하지 않을 수도 있다.

온도센서 단선 검출부(340)는, 온도 검출 및 제어신호(816)를 발생하기 위한 전압비교기와, 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서에 대한 단선 상태를 검출하기 위한 전압비교기를 구비하며, 정상 검출 전압을 벗어나는 곳의 전압으로 기준 전압을 설정해 주며, 공급 전원으로부터 직렬 저항을 거쳐 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서에 전류를 공급하고 있으므로, 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되는 경우에, 전압비교기의 검출 전압 입력이 공급 전원과 같은 검출 전압이 인가되어, 정상 범위를 벗어나 단선검출신호(815)를 히터 제어부(290)로 출력해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 초음파 풍향풍속계(200)는, 히터부(270)를 사용하여 직접 온도 보상 방식을 수행하는데, 마주보는 초음파 트랜듀스부(260)의 쌍에 의해 송신면과 수신면에서 반사되는 초음파 파형의 공진 음파의 세기가 초음파 트랜듀스부(260)의 송신면과 수신면에서 음파의 정합상태가 온도에 따라 변하는 현상을 히터부(270)(즉, 필름형 히터)를 사용하여 온도 보상을 실시함으로써, 초음파의 파형 특성을 향상시킬 수 있다.

도 9는 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 직접 온도 보상 제어를 설명하는 순서도이다.

도 9를 참조하면, 우선 전원 공급부(210)에 구비된 주제어부 전원 공급부(211)에서는 주제어부(310)에 필요한 전원을 공급해 주며, 또한 전원 공급부(210)에 구비된 히터 제어부 전원 공급부(212)에서는 히터 제어부(290)에 필요한 전원을 공급해 준다(S901).

주제어부(310)는, 주제어부 전원 공급부(211)로부터 필요한 전원을 공급받아 구동하는데, 먼저 초기화를 진행한 후에 기 설정된 시간이 경과된 다음(즉, 일정 시간 지연 후)에, 히터구동신호(821)를 생성시켜 히터 제어부(290)로 출력해 준다(S902).

히터 제어부(290)는, 주제어부(310)로부터 출력되는 히터구동신호(821)에 따라 히터부(270)를 구동시켜 주게 되며, 이에 히터부(270)는, 히터 제어부(290)의 구동 제어에 따라 열을 발생시켜 주게 된다. 이때, 히터부(270)는, 도 8에 도시된 바와 같은 열전도체(271)로 감싸지는 구조로 형성되어, 발생시킨 열을 열전도체(271)를 통해 초음파 트랜듀스부(260)와 온도 센서부(280)로 전달해 주게 된다.

도 7에 도시된 커넥터(812)의 1번, 2번에 접속되어 있는 온도 센서부(280)는, 현재의 온도를 검출하여 온도센서 단선 검출부(340)를 거쳐 히터 제어부(290)에 알려준다. 이에, 히터 제어부(290)는, 온도 센서부(280)로부터 알려주는 현재의 온도를 입력받아 기 설정해 둔 기준 온도를 판독하며, 해당 입력받은 현재의 온도가 기준 온도보다 큰지를 확인한다(S903).

상술한 단계 S903에서 현재의 온도가 기준 온도보다 같거나 작은 경우에, 온도센서 단선 검출부(340)에서는, 온도 검출 및 제어신호(816)를 발생하기 위한 전압비교기와, 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서에 대한 단선 상태를 검출하기 위한 전압비교기를 구비하며, 정상 검출 전압을 벗어나는 곳의 전압으로 기준 전압을 설정하고 해당 설정된 기준 전압의 정상 범위를 설정해 주며, 전압비교기의 검출 전압 입력이 공급 전원과 같은 검출 전압이 인가되어, 기 설정해 둔 기준 전압의 정상 범위를 벗어나는지를 확인하여 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되는 경우인지를 판단하며, 이에 단선검출신호(815)를 생성시켜 히터 제어부(290)로 출력해 준다. 이에 따라, 히터 제어부(290)는, 온도센서 단선 검출부(340)로부터 출력되는 단선검출신호(815)를 입력받았는지(즉, 온도센서 단선)를 확인한다(S904).

상술한 단계 S904에서 온도센서 단선이 아닌 경우에, 전류 검출부(320)에서는, 히터부(270)에서 발생되는 전압을 읽어서 정상 상태의 히터부(270)가 소비하는 전류를 검출하여 히터 단선 검출부(330)로 입력해 준다. 이에, 히터 단선 검출부(330)는, 히터부(270)로부터 입력되는 전류를 확인하고, 해당 확인된 전류가 정상 상태의 히터부(270)가 소비하는 전류를 벗어나는 경우에, 제어신호(823)를 주제어부(310)로 출력해 준다.

주제어부(310)는, 히터 단선 검출부(330)로부터 출력되는 제어신호(823)에 따라 히터구동신호(821)를 히터 제어부(290)로 출력해 주며, 이에 히터 제어부(290)는, 주제어부(310)로부터 출력되는 히터구동신호(821)를 입력받지 못하였는지(즉, 히터 단선)를 확인한다(S905).

상술한 단계 S905에서 히터 단선이 아닌 경우에, 히터 제어부(290)는, 히터 전원공급 스위치부품(817)을 켜 계속적으로 히터부(270)를 구동시켜 주도록 해 준다(S906).

반면에, 상술한 단계 S903에서 현재의 온도가 기준 온도보다 큰 경우에, 히터 제어부(290)는, 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서에서 검출한 온도가 기 설정된 기준 온도에 도달하는 경우에, 히터 전원공급 스위치 부품(817)을 끔으로서, 초음파 트랜듀스부(260)의 온도 보상을 실현한다(S907).

상술한 단계 S904에서 온도센서 단선인 경우에, 히터 제어부(290)는, 온도센서 단선 검출부(340)로부터 출력되는 단선검출신호(815)에 따라 상술한 단계 S907과 같이 히터전원공급 스위치 부품(817)을 끔으로서, 히터전원을 차단시켜 온도 센서부(280)의 NTC 서미스터 온도센서의 단선으로 인한 과열을 방지하도록 한다.

상술한 단계 S905에서 히터 단선인 경우에, 주제어부(310)는, 히터 단선 검출부(330)로부터 출력되는 제어신호(823)에 따라 히터 제어부(290)로 출력하는 히터구동신호(821)를 끔으로써, 히터 제어부(290)는 주제어부(310)로부터 출력되는 히터구동신호(821)를 입력받지 못하는 경우에 상술한 단계 S907과 같이 히터전원공급 스위치 부품(817)을 꺼 히터전원을 차단시켜 온도센서와 열전도를 위해 결합된 히터의 단선으로 인한 과열을 방지하도록 한다.

도 10은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 간접 온도 보상 제어를 설명하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 초음파 풍향풍속계(200)는, 마주보는 초음파 트랜듀스부(260)의 쌍(520, 530)에서 송신과 수신되는 초음파의 전달 속도와 온도 관계에 의한 보상점을 설정하여 간접적으로 온도 보상을 수행한다. 이때, 초음파 풍향풍속계(200)는, 마주보는 초음파 트랜듀스부(260)의 쌍(520, 530)에서 송신과 수신되는 초음파의 전달 속도(즉, 초음파 전송 시간(Time1))가 온도에 따라 달라지는 특성을 이용하여 보상점 경계 구분(620)을 설정해 주도록 하며, 또한 보상점 경계 구분(620)에 해당하는 경계 구분 시간(Time3)을 설정해 주도록 한다.

도 11은 도 5에 있는 초음파 트랜듀스부에 대한 간접 온도 보상 제어를 설명하는 순서도이다.

도 11을 참조하면, 초음파 풍향풍속계(200)는, 송신 주파수를 변경시켜 간접적인 온도 보상을 수행하도록 한다.

기 설정된 제1 온도(예를 들어, 60도)의 매질 온도 조건에서 제1 초음파 트랜듀스부(520)에서 송신되는 초음파는, 제1 시간(Time_A)(도 10에 도시된 Time1)(이하, 정방향 시간이라 함) 동안에 이동하여 제2 초음파 트랜듀스부(530)에 도달하게 된다. 이때, 신호 처리부(230)는, 초음파 송신부(240)와 초음파 수신부(250)를 통해 마주보는 초음파 트랜듀스부(260)의 쌍(520, 530)에서 송신과 수신되는 초음파의 정방향 시간(Time_A)을 측정하도록 한다(S111).

상술한 단계 S111에서 초음파의 정방향 시간(Time_A)을 측정한 후에, 송신과 수신을 전환시킨 다음에, 제2 초음파 트랜듀스부(530)에서 송신되는 초음파는, 제2 시간(Time_B)(도 10에 도시된 Time1)(이하, 역방향 시간이라 함) 동안에 이동하여 제1 초음파 트랜듀스부(520)에 도달하게 된다. 이때, 신호 처리부(230)는, 초음파 송신부(240)와 초음파 수신부(250)를 통해 마주보는 초음파 트랜듀스부(260)의 쌍(520, 530)에서 송신과 수신되는 초음파의 역방향 시간(Time_B)을 측정하도록 한다(S112).

신호 처리부(230)는, 상술한 단계 S111에서 측정한 초음파의 정방향 시간(Time_A)과 상술한 단계 S112에서 측정한 초음파의 역방향 시간(Time_B)에 대한 평균시간(Time)을 구하도록 함으로써(S113), 공기 매질의 이동(풍속)의 영향이 없어지고 현재 온도에서의 초음파 전송 시간(Time)을 보다 정확하게 구할 수 있게 된다.

신호 처리부(230)는, 도 10에 도시된 보상점 경계 구분(620)에 해당하는 경계 구분 시간(Ttemp)(도 10에 도시된 Time3)을 확인한 다음에, 해당 확인된 경계 구분 시간(Ttemp)이 상술한 단계 S113에서 측정한 평균시간(Time)보다 큰지를 확인한다(S114).

상술한 단계 S114에서 경계 구분 시간(Ttemp)이 평균시간(Time)보다 큰 경우, 신호 처리부(230)는, 경계 구분 시간(Ttemp)의 값에 기 설정해 둔 히스테리시스 시간(Ttha)의 값을 가감 연산한 후에, 해당 가감 연산된 결과(Ttemp-Ttha)의 값과 평균시간(Time)의 값을 비교하여, 해당 가감 연산된 결과(Ttemp-Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 큰지를 확인한다(S115).

상술한 단계 S115에서 가감 연산된 결과(Ttemp-Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 큰 경우, 신호 처리부(230)는, 가감 연산된 결과(Ttemp-Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 큰 경우에 해당하는 제1 주파수(FreqA)(기 설정해 둔 주파수)를 가진 초음파를 송신중인지를 확인한다(S116). 이때, 가감 연산된 결과(Ttemp-Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 크지 않은 경우에는, 신호 처리부(230)는 상술한 단계 S111로 복귀하도록 한다.

상술한 단계 S116에서 제1 주파수(FreqA)를 가진 초음파를 송신중이 아닌 경우에, 신호 처리부(230)는, 현재의 송신 주파수를 제1 주파수(FreqA)로 변경시켜 제1 주파수(FreqA)를 가진 초음파를 송신하도록 해 준다(S117). 이때, 상술한 단계 S116에서 제1 주파수(FreqA)를 가진 초음파를 송신중인 경우에는, 신호 처리부(230)는 상술한 단계 S111로 복귀하도록 한다.

한편, 상술한 단계 S114에서 경계 구분 시간(Ttemp)이 평균시간(Time)보다 크지 않은 경우, 신호 처리부(230)는, 경계 구분 시간(Ttemp)의 값에 기 설정해 둔 히스테리시스 시간(Ttha)의 값을 합산한 후에, 해당 합산된 결과(Ttemp+Ttha)의 값과 평균시간(Time)의 값을 비교하여, 해당 합산된 결과(Ttemp+Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 작은지를 확인한다(S118).

상술한 단계 S118에서 합산된 결과(Ttemp+Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 작은 경우, 신호 처리부(230)는, 합산된 결과(Ttemp+Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 작은 경우에 해당하는 제2 주파수(FreqB)(기 설정해 둔 주파수)를 가진 초음파를 송신중인지를 확인한다(S119). 이때, 상술한 단계 S118에서 합산된 결과(Ttemp+Ttha)의 값이 평균시간(Time)의 값보다 크지 않은 경우에는, 신호 처리부(230)는 상술한 단계 S111로 복귀하도록 한다.

상술한 단계 S119에서 제2 주파수(FreqB)를 가진 초음파를 송신중이 아닌 경우에, 신호 처리부(230)는, 현재의 송신 주파수를 제2 주파수(FreqB)로 변경시켜 제2 주파수(FreqB)를 가진 초음파를 송신하도록 해 준다(S120). 이때, 상술한 단계 S119에서 제2 주파수(FreqB)를 가진 초음파를 송신중인 경우에는, 신호 처리부(230)는 상술한 단계 S111로 복귀하도록 한다.

상술한 바와 같은 동작을 수행하는 초음파 풍향풍속계(200)는, 현재 측정된 값(Time)이 경계 구분 시간(Ttemp)과 히스테리시스 시간(Ttha)을 더한 값보다 큰 값일 때에 제2 주파수(FreqB)로 송신 주파수를 변경하고, 반대로 현재 측정된 값(Time)이 경계 구분 시간(Ttemp)과 히스테리시스 시간(Ttha)을 뺀 값보다 작은 값일 때에 제1 주파수(FreqA)로 송신 주파수를 변경해 줌으로써, 도 10에 도시된 바와 같은 초음파 트랜듀스부(260)의 온도 변화에 의한 파형 특성(610)을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100, 200: 초음파 풍향풍속계
110, 210: 전원 공급부
111: 전원 공급 선로
112: 과전류 보호 회로
113: 노이즈필터
114: 과전압 보호 회로
115: 전압안정화회로
116: 회로 전원 선로
120, 220: 외부 입출력부
130, 230: 신호 처리부
140, 240: 초음파 송신부
150, 250: 초음파 수신부
160, 260: 초음파 트랜듀스부
270: 히터부
280: 온도 센서부
290: 히터 제어부
310: 주제어부
320: 전류 검출부
330: 히터 단선 검출부
340: 온도센서 단선 검출부

Claims (10)

1. 내부에 필요로 하는 전원을 공급하는 전원 공급부;
   서로 대향하게 쌍으로 초음파 센서를 고정 설치한 다수 개의 초음파 트랜듀스부;
   입출력 모듈, 연산 및 보정 모듈, 펄스 발생(채널 지정) 모듈 및 수신 지연 시간 측정 모듈을 구비하며, 기 설정해 둔 온도를 기준으로 하여, 기준온도 이상인 제1 온도범위와 기준온도 이하인 제2 온도범위로 나누고, 외부의 온도가 제1 온도범위에 속해 있을 경우에 기 설정해 둔 제1 주파수를 가진 초음파를 사용하도록 하며, 제2 온도범위에 속해 있을 경우에 초음파 주파수를 기 설정해 둔 제2 초음파 주파수를 가진 초음파를 사용하도록 하여, 상기 초음파 트랜듀스부의 초음파 송수신 시간을 이용해 풍향 풍속을 계산하는 신호 처리부;
   외부 기기장치와 상기 신호 처리부 간의 데이터를 입출력하는 외부 입출력부;
   상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 초음파 트랜듀스부를 통해 제1 주파수 또는 제2 주파수를 가진 초음파를 발생시켜 지정된 채널로 송신하도록 하기 위한 초음파 송신부; 및
   지정된 채널로부터 상기 초음파 트랜듀스부를 통해 제1 주파수 또는 제2 주파수를 가진 초음파를 수신하여 상기 신호 처리부로 알려주기 위한 초음파 수신부를 포함하는 초음파 풍향풍속계.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
   외부 전원을 공급하기 위한 전원 공급 선로;
   상기 전원 공급 선로를 통해 유입되는 과전류를 차단시켜 회로를 보호하기 위한 과전류 보호 회로;
   상기 전원 공급 선로를 통해 유입되는 노이즈를 제거하기 위한 노이즈필터;
   상기 노이즈 필터를 통과한 서지 전압을 차단시켜 서지 전압에 의한 회로의 파손을 방지하기 위한 과전압 보호 회로;
   과전압 제한 및 출력전류 제한을 통해 상기 과전압 보호 회로를 통과한 전압을 안정화시켜 주기 위한 전압안정화회로; 및
   상기 전압안정화회로에서 안정화된 전압을 가진 전원을 각 구성요소로 공급하기 위한 회로 전원 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 초음파 트랜듀스부의 주변 온도 변화에 따라 열을 발생시켜 주기 위한 히터부;
   상기 히터부에서 발생된 열을 전도받아 NTC 서미스터 저항 값을 감소시키고 NTC 서미스터 저항에 걸리는 전압도 감소시켜 온도를 검출하는 온도 센서부; 및
   상기 온도 센서부에서 검출한 온도를 인가받고 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 히터부의 구동을 제어하는 히터 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 히터부는,
   초음파 트랜듀스 용기 둘레에 설치되며, 열전도체로 감싸지는 구조로 형성되어, 발생시킨 열을 상기 열전도체를 통해 상기 초음파 트랜듀스부와 상기 온도 센서부에 전달하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계.
   
5. 제3항에 있어서,
   구동 시에 초기화한 후에 일정 시간 지연한 다음에 히터구동신호를 생성시켜 상기 히터 제어부로 출력하며, 제어신호에 따라 히터구동신호를 끄는 주제어부;
   상기 히터부에서 발생되는 전압을 읽어 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 검출하는 전류 검출부;
   상기 전류 검출부로부터 입력되는 전류를 확인하고, 확인된 전류가 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 벗어나는 경우에 제어신호를 상기 주제어부로 출력하는 히터 단선 검출부; 및
   상기 온도 센서부의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되는 경우에 단선검출신호를 상기 히터 제어부로 출력하는 온도센서 단선 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 히터 제어부는,
   상기 주제어부로부터 출력되는 히터구동신호에 따라 상기 히터부를 구동시키며, 상기 온도 센서부로부터 입력되는 현재의 온도와 기 설정해 둔 기준 온도를 비교하여 상기 히터부의 구동을 제어하며, 상기 온도센서 단선 검출부로부터 출력되는 단선검출신호에 따라 상기 히터부의 구동을 중단하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계.
   
7. 전원 공급부가 내부에 필요로 하는 전원을 공급하면, 주제어부가 구동하여 초기화한 후에 일정 시간 지연한 다음에 히터구동신호를 생성시켜 주는 단계;
   히터 제어부가 상기 히터구동신호에 따라 히터부를 구동시키며, 상기 히터부가 발생되는 열을 열전도체를 통해 초음파 트랜듀스부와 온도 센서부로 전달하는 단계;
   상기 히터 제어부가 상기 온도 센서부에서 검출한 현재의 온도와 기 설정해 둔 기준 온도를 비교하는 단계;
   현재의 온도가 기준 온도보다 같거나 작은 경우에, 온도센서 단선 검출부가 상기 온도 센서부의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되는 경우에 단선검출신호를 상기 히터 제어부로 출력하는 단계;
   상기 온도 센서부의 NTC 서미스터 온도센서가 단선되지 않은 경우에, 전류 검출부가 상기 히터부에서 발생되는 전압을 읽어 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 검출하고, 히터 단선 검출부가 상기 전류 검출부로부터 입력되는 전류를 확인하고, 확인된 전류가 정상 상태의 히터부가 소비하는 전류를 벗어나는 경우에 제어신호를 상기 주제어부로 출력하고, 상기 주제어부가 상기 히터구동신호를 끄는 단계; 및
   상기 히터 제어부가 상기 히터구동신호를 입력받는 경우에, 계속적으로 상기 히터부를 구동시켜 주는 단계를 포함하는 초음파 풍향풍속계의 운용방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 현재의 온도가 기준 온도보다 큰 경우, 상기 단선검출신호를 입력받는 경우, 또는 상기 히터구동신호를 입력받지 못하는 경우, 상기 히터 제어부가 히터전원공급 스위치 부품을 꺼 히터전원을 차단시켜 주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계의 운용방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   마주보는 초음파 트랜듀스부의 쌍에서 송신과 수신되는 초음파의 정방향 시간을 측정하는 단계;
   마주보는 초음파 트랜듀스부의 쌍에서 송신과 수신되는 초음파의 역방향 시간을 측정하는 단계;
   상기 정방향 시간과 상기 역방향 시간에 대한 평균시간을 구하는 단계;
   보상점 경계 구분에 해당하는 경계 구분 시간을 확인한 다음에, 확인된 경계 구분 시간이 상기 평균시간보다 큰지를 확인하는 단계;
   상기 경계 구분 시간이 상기 평균시간보다 큰 경우, 상기 경계 구분 시간에 기 설정해 둔 히스테리시스 시간을 가감 연산한 후에, 가감 연산된 결과와 평균시간을 비교하는 단계;
   상기 가감 연산된 결과가 상기 평균시간의 값보다 큰 경우, 기 설정해 둔 제1 주파수를 가진 초음파를 송신중인지를 확인하는 단계; 및
   상기 제1 주파수를 가진 초음파를 송신중이 아닌 경우에, 현재의 송신 주파수를 상기 제1 주파수로 변경시켜 상기 제1 주파수를 가진 초음파를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계의 운용방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 경계 구분 시간이 상기 평균시간보다 크지 않은 경우, 상기 경계 구분 시간에 상기 히스테리시스 시간을 합산한 후에, 합산된 결과와 평균시간을 비교하는 단계;
    상기 합산된 결과가 상기 평균시간의 값보다 작은 경우, 기 설정해 둔 제2 주파수를 가진 초음파를 송신중인지를 확인하는 단계; 및
    상기 제2 주파수를 가진 초음파를 송신중이 아닌 경우에, 현재의 송신 주파수를 상기 제2 주파수로 변경시켜 상기 제2 주파수를 가진 초음파를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 풍향풍속계의 운용방법.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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