KR101890300B1 - Fuel level and Diameter change instrument use ultrasonic wave - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 계측기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하여 CNG 잔여량 측정, CNG 탱크 직경변화율 검출, CNG 탱크 및 CNG 연료의 이상상태 파악, CNG 탱크 직경변화에 따른 CNG 잔여량 측정 오차 보정, CNG 잔여량 측정 노이즈 최소화가 가능한, 초음파 계측기에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic measuring instrument, and more particularly, to an ultrasonic measuring instrument, and more particularly, to an ultrasonic measuring instrument using ultrasound to measure CNG remaining amount, CNG tank diameter change rate detection, CNG tank and CNG fuel anomaly, CNG remaining amount measurement error correction, The present invention relates to an ultrasonic measuring instrument capable of minimizing residual noise measurement noise.

Description

직경변화 검출이 가능한 초음파 연료레벨 계측기 {Fuel level and Diameter change instrument use ultrasonic wave}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ultrasonic fuel level meter,

본 발명은 직경변화 검출이 가능한 초음파 연료레벌 계측기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CNG(Compressed natural gas)를 통과하며 나타나는 초음파의 감쇠를 이용하여 CNG의 잔량을 측정하고, 초음파의 거리 변화, 주파수 지연현상 중 어느 하나 이상을 이용하여 가변되는 CNG 탱크의 직경을 측정하여, CNG 잔량 측정 신뢰성을 향상시킴과 동시에 장치의 안전성 또한 향상시킬 수 있는, 초음파 계측기에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic fuel level meter capable of detecting a change in diameter, and more particularly, to an ultrasonic fuel level meter capable of detecting a change in diameter, and more particularly, to a method of measuring an amount of CNG using ultrasonic wave attenuation through a compressed natural gas (CNG) The present invention relates to an ultrasonic measuring instrument capable of improving the reliability of CNG residual quantity measurement and measuring the diameter of a CNG tank which can be varied by using at least one of a plurality of CNG tanks.

종래에는, 자동차의 연료 측정을 위하여 연료탱크의 상단부에 다수개의 레이저센서 또는 초음파센서를 장착한 후, 연료표면까지의 거리를 평균값으로 검출한 후 이를 통해 연료의 잔량과 주행가능거리 및 평균연비 등을 측정하는 연료측정 장치가 널리 사용되었다. Conventionally, a plurality of laser sensors or ultrasonic sensors are mounted on the upper end of a fuel tank for measuring the fuel of an automobile, and the distance to the fuel surface is detected as an average value, and the remaining amount of fuel, Is widely used.

도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 연료측정 장치는 연료가 저장되며 내부에 소정의 공간을 갖는 연료탱크와, 연료탱크에 남아있는 연료의 잔량을 정밀하게 검출하기 위하여 연료탱크의 천장에 다수개 설치되어 연료 표면까지의 거리를 측정하는 센서부와, 센서부에서 검출된 신호를 입력받아 평균값을 계산하고, 그 평균값을 다시 내부에 내장된 연료탱크의 부피와 비교 연산하여 연료탱크에 남아있는 연료의 양을 기본적으로 산출하며, 이렇게 산출된 연료량으로 주행가능거리 및 연비 등을 추정하도록 프로그램된 제어부와, 제어부의 출력신호를 전달받아 연료의 잔량, 주행가능거리 및 평균연비 등을 표시하는 디스플레이 등을 포함하여 이루어졌다.1, a conventional fuel measuring apparatus includes a fuel tank in which fuel is stored and has a predetermined space therein, a plurality of fuel tanks in the ceiling of the fuel tank for precisely detecting the remaining amount of fuel remaining in the fuel tank A sensor unit for measuring the distance to the surface of the fuel; an average value calculation unit for calculating a mean value by receiving a signal detected by the sensor unit, and comparing the average value with the volume of the fuel tank built in, And a display unit for receiving the output signal of the control unit and displaying a remaining amount of fuel, a distance traveled by the vehicle, and an average fuel consumption rate, etc. .

그러나, 종래의 연료측정 장치는 연료탱크의 상부에서 액화된 연료의 표면까지의 거리값을 이용하여 연료탱크에 잔여된 연료의 양을 측정하기 때문에, 액화 연료인 휘발유와, 경우, LPG(액화석유가스)의 잔여량 측정에는 효율적이지만, 기체 상태로 구비되는 CNG(압축천연가스)의 잔여량 측정이 어려운 단점이 발생하였다.However, since the conventional fuel measuring apparatus measures the amount of fuel remaining in the fuel tank by using the distance value from the top of the fuel tank to the surface of the liquefied fuel, the amount of the fuel, which is the liquefied fuel, Gas), it is difficult to measure the residual amount of CNG (compressed natural gas) provided in a gaseous state.

이러한 단점을 해소하고자, 도 2에 도시된 바와 같인 연료탱크(1)의 배출구에 압력 측정장치(2)를 부착하여 배출되는 압축천연가스의 압력을 측정함으로서 연료탱크(1) 내부에 남아있는 압축천연가스의 양을 측정하는 방법을 사용하였으나, 압축 천연가스는 순수 가스로 온도에 따라 그 부피가 크게 변하기 때문에 실질적으로 연료탱크(1)에 잔존하는 압축천연가스의 양을 정확히 측정하기 어려운 실정이다.In order to solve this disadvantage, the pressure measuring device 2 is attached to the outlet of the fuel tank 1 as shown in FIG. 2, and the pressure of the compressed natural gas discharged is measured, It is difficult to measure the amount of compressed natural gas remaining in the fuel tank 1 because the compressed natural gas is a pure gas and the volume of the natural gas varies greatly according to the temperature .

따라서, 연료탱크 내부에 구비된 압축천연가스의 양을 정확하게 측정할 수 있는 연료측정 장치의 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, there is a need for a fuel measuring device capable of accurately measuring the amount of compressed natural gas provided in the fuel tank.

한국공개특허 제2005-0038461호Korean Patent Publication No. 2005-0038461

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 초음파가 가스 상태로 존재하는 압축천연가스의 입자와 부딪히며 감쇠되는 원리를 이용하여 가스탱크에 남아있는 압축천연가스의 정확한 잔량을 측정하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for reducing the amount of compressed natural gas remaining in a gas tank by using the principle that the ultrasonic waves collide with particles of compressed natural gas, The remaining amount is measured.

또한, CNG의 팽창현상으로 변화되는 CNG 탱크의 직경을 파악하여, CNG 탱크의 정상상태 유무를 판단하는 것이다.Further, the diameter of the CNG tank changed by the expansion phenomenon of the CNG is grasped and the presence or absence of the normal state of the CNG tank is judged.

또한, CNG 탱크의 팽창현상에 대응하여 가변되는 CNG 탱크의 직경 변화를 실시간으로 CNG 잔량을 구하는 과정에 대입하여, CNG 잔량 측정 오차를 최소화 하는 것이다.Further, the change in the diameter of the CNG tank, which changes in response to the expansion of the CNG tank, is substituted in the process of obtaining the CNG remaining amount in real time, thereby minimizing the error in the CNG remaining amount measurement.

그리고, 측정되는 초음파의 감쇠신호 중 초음파의 양을 나타내는 잔량측정영역을 한정하여 측정되는 신호에 포함된 노이즈 값이 CNG 잔량 측정에 영향을 미치는 것을 방지하는 것이다.The remaining amount measurement region, which represents the amount of ultrasonic waves, is limited among the attenuation signals of the ultrasonic waves to be measured, thereby preventing the noise value included in the measured signal from affecting the CNG remaining amount measurement.

아울러, 잔량측정영역 밖에서 발생하는 노이즈 임계점을 설정하여 노이즈가 임계점 이상으로 증폭될 경우 이상 유무를 표시하여 사용자가 이상 변화에 대응할 수 있게 하는 것이다. In addition, by setting a noise threshold that occurs outside the remaining amount measurement area, if the noise is amplified to a threshold value or more, it is displayed so that the user can respond to the abnormal change.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 초음파 연료레벨 계측기는 CNG 탱크 일측에 부착되어 초음파를 방출하는 초음파 송신센서(110)와, CNG 탱크 타측에 초음파 송신센서(110)와 대향 배치되며 상기 초음파 송신센서(110)에서 방출한 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신센서(120)를 포함하는 초음파 송수신부(100); 및 상기 초음파 송수신부(100)에서 측정된 초음파 신호를 이용하여 CNG 탱크의 직경을 검출하는 직경 검출부(200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the ultrasonic fuel level measuring instrument according to the present invention includes an ultrasonic transmission sensor 110 attached to one side of a CNG tank to emit ultrasonic waves, an ultrasonic transmission sensor 110 disposed on the other side of the CNG tank, An ultrasonic transmission / reception unit (100) including an ultrasonic reception sensor (120) for receiving an ultrasonic signal emitted from the transmission sensor (110); And a diameter detector 200 for detecting the diameter of the CNG tank using the ultrasonic signals measured by the ultrasonic transmitting / receiving unit 100.

또한, 상기 직경 검출부(200)는 상기 초음파 송수신부(100)에서 측정되는 초음파의 거리 변화와, 주파수 지연 현상 중 어느 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 한다.The diameter detecting unit 200 may use at least one of a distance change of the ultrasonic waves measured by the ultrasonic transmitting and receiving unit 100 and a frequency delay phenomenon.

또한, 상기 직경 검출부(200)는 검출된 CNG 탱크의 직경 변화를 기반으로 CNG 탱크의 정상상태 유무를 파악하는 정상유무 판단부(210)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The diameter detector 200 further includes a normal presence / absence determiner 210 for determining whether the CNG tank is in a steady state based on a change in the diameter of the detected CNG tank.

또한, 상기 초음파 송수신부(100)에서 측정된 초음파의 감쇠를 이용하여 CNG 탱크 내부에 위치되는 CNG 잔량을 측정하는 잔량 검출부(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The ultrasonic transducer 100 may further include a residual quantity detector 300 for measuring the residual quantity of CNG located in the CNG tank using the attenuation of the ultrasonic wave measured by the ultrasonic transmitter-receiver 100.

또한, 상기 직경 검출부(200)에서 검출된 CNG 탱크의 직경 데이터와 상기 잔량 상기 검출부(300)에서 측정된 CNG 잔량 데이터를 연동시켜 CNG 탱크의 직경 변화에 따른 잔량 측정 오차를 보정하는 통합 제어부(10)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.An integrated controller (10) that correlates the diameter data of the CNG tank detected by the diameter detector (200) with the CNG remaining amount data measured by the remaining amount detecting unit (300) to correct the remaining amount measurement error due to the diameter change of the CNG tank ). ≪ / RTI >

또한, 상기 잔량 검출부(300)는 CNG 잔량 측정에 사용되는 초음파 신호 영역을 한정하는 오차 보정부(310)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The remaining amount detecting unit 300 further includes an error correcting unit 310 that defines an ultrasonic signal area used for the CNG remaining amount measurement.

또한, 상기 오차보정부(310)는 상기 잔량측정영역(A) 밖에서 나타나는 초음파 신호의 임계값을 설정하고, 초음파 신호가 임계값 초과 시 이상 상태를 표시하는 하는 신호 표시부(11)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The error correction unit 310 includes a signal display unit 11 that sets a threshold value of an ultrasonic signal appearing outside the residual measurement area A and displays an abnormal state when the ultrasonic signal exceeds a threshold value .

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 CNG 잔량 검출 방법은, 내부에 CNG 연료가 위치되는 CNG 탱크의 일측에서 초음파를 송신하고, 타측에서 초음파를 수신하는 초음파 송수신단계(S100); 상기 초음파 송수신단계(S100)에서 측정된 초음파의 거리변화와, 주파수 지연 현상 중 어느 하나 이상을 이용하여 CNG 탱크의 직경을 측정하는 직경 측정단계(S200); 및 상기 직경 측정단계(S200)에서 측정된 CNG 탱크의 직경과, 상기 초음파 송수신단계(S100)에서 측정된 초음파 감쇠를 이용하여 CNG 연료 잔량을 검출하는 잔량 검출단계(S300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a CNG residual amount detection method, including: an ultrasonic transmission / reception step (S100) of transmitting an ultrasonic wave from one side of a CNG tank in which a CNG fuel is located, and receiving ultrasonic waves from the other side; A diameter measuring step (S200) of measuring the diameter of the CNG tank using at least one of a distance change of the ultrasonic wave measured in the ultrasonic transmission and reception step (S100) and a frequency delay phenomenon; A remaining amount detecting step (S300) of detecting the CNG fuel remaining amount using the diameter of the CNG tank measured in the diameter measuring step (S200) and the ultrasonic attenuation measured in the ultrasonic transmitting and receiving step (S100); And a control unit.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 초음파 계측기는 초음파 신호를 이용하여 CNG 탱크의 직경을 측정 가능하므로, CNG 탱크의 정상상태 유무를 판단 가능한 장점이 있다.The ultrasonic measuring instrument according to the present invention can measure the diameter of the CNG tank using the ultrasonic signal, and thus it is possible to determine whether or not the CNG tank is in a steady state.

또한, 가변되는 CNG 탱크의 직경 변화를 실시간으로 계측함과 동시에 CNG 잔량 또한 측정 가능하므로, 측정되는 CNG 탱크 직경을 CNG 잔량 측정 과정에 대입시켜 CNG 잔량 측정 신뢰성을 향상시키는 장점이 있다.In addition, since the CNG tank diameter can be measured in real time and the CNG remaining amount can be measured in the variable CNG tank, the CNG tank diameter can be substituted into the CNG remaining amount measurement process to improve the reliability of the CNG remaining amount measurement.

그리고, CNG 잔량을 측정하는 초음파 신호 영역을 한정하여 주변계 또는 외부에서 가해지는 힘에 의해 발생되는 노이즈를 제거 가능하므로, CNG 잔량 측정 신뢰성을 한층 더 향상시키는 장점이 있다.Further, since the ultrasonic signal region for measuring the remaining amount of CNG can be defined, the noise generated by the force applied by the peripheral system or the outside can be removed, thereby further improving the reliability of the CNG residual amount measurement.

아울러, 주변계 현상 또는 외력에 의해 발생되는 노이즈의 임계점을 지정하여 노이즈가 임계점을 초과하게 되면 이를 사용자에게 인지시켜 안전사고를 방지하는 장점이 있다.In addition, when a threshold of a noise generated by a peripheral system phenomenon or an external force is designated and a noise exceeds a critical point, the user is notified of the noise, thereby preventing a safety accident.

도 1은 종래의 연료 측정장치를 나타낸 사시도 1.
도 2는 종래의 연료 측정장치를 나타낸 사시도 2.
도 3은 본 발명인 초음파 계측기의 외부 개념도.
도 4는 본 발명인 초음파 계측기의 CNG 탱크 내부 개념도.
도 5는 본 발명인 초음파 계측기의 CNG 탱크 직경 변화를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명인 초음파 계측기의 CNG 탱크 직경 변화에 따라 나타나는 초음파의 밀림 현상을 나타낸 실험 데이터.
도 7은 본 발명인 초음파 계측기의 외부 개념도.(잔량 측정 부 형성 시)
도 8은 본 발명인 초음파 계측기의 감쇠를 이용한 잔량측정 방법을 나타낸 개념도.
도 9는 본 발명인 초음파 계측기의 잔량 측정방법을 나타낸 실험 데이터.
도 10은 본 발명인 초음파 계측기의 외부 개념도.(오차 보정부 및 신호표시부 형성 시)
도 11은 본 발명인 초음파 계측기의 오차 보정방법을 나타낸 실험 데이터.
도 12는 본 발명인 초음파 계측기의 개념도.(잔량 측정부, 직경 측정부, 오차 보정부, 및 디스플레이부 형성 시)
1 is a perspective view showing a conventional fuel measuring device.
2 is a perspective view showing a conventional fuel measurement device.
3 is an external conceptual diagram of an ultrasonic measuring instrument according to the present invention.
4 is a conceptual view of the inside of a CNG tank of the ultrasonic measuring instrument of the present invention.
5 is a conceptual diagram showing a change in diameter of a CNG tank of an ultrasonic measuring instrument according to the present invention.
6 is an experimental data showing the swelling phenomenon of the ultrasonic wave according to the change of the diameter of the CNG tank of the ultrasonic measuring instrument of the present invention.
7 is an external schematic diagram of an ultrasonic measuring instrument according to the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a residual amount measurement method using attenuation of an ultrasonic measuring instrument according to the present invention.
9 is an experimental data showing a method for measuring the remaining amount of an ultrasonic meter according to the present invention.
10 is an external conceptual diagram of the ultrasonic measuring instrument of the present invention (at the time of forming the error correction part and the signal display part)
11 is an experimental data showing an error correction method of the ultrasonic meter of the present invention.
12 is a conceptual diagram of an ultrasonic measuring instrument according to the present invention (at the time of forming the remaining amount measuring portion, the diameter measuring portion, the error correcting portion, and the display portion)

천연가스(NG)는 메탄인(메탄)을 주성분으로 하는 화석연료로, 저장 방법에 따라 압축 천연 가스인 CNG(Compressed Natural GAS)와, 액화천연가스인 LNG(Liquefied Natural Gas), 흡착천연가스인 ANG(Adsorbed Natural Gas)로 나뉘며, 이때 압축 천연가스인 CNG는 천연가스를 200~250kg/cm 2의 고압으로 압축한 것이고, LNG는 천연가스를 -161.5도 이하로 냉각시켜 액체 상태로 만든 것이고, ANG는 활성탄 등의 흡착제에 천연가스를 30~60kg/cm 2 로 압축한 것이다.Natural gas (NG) is a fossil fuel mainly composed of methane (methane). Compared to compressed natural gas (CNG), liquefied natural gas (LNG) and adsorbed natural gas (CNG) compressed natural gas at a high pressure of 200 ~ 250kg / cm 2 , and LNG is made by cooling the natural gas to -161.5 ° C or lower to be in a liquid state, ANG is a natural gas compressed to 30 to 60 kg / cm 2 on an adsorbent such as activated carbon.

LNG의 경우 고가의 냉각과정이나 초저온 탱크(단열 장치)가 필요하지만 CNG의 경우 그런 장치가 필요 없어 비용을 절감할 수 있다. 반면 CNG는 부피가 LNG의 3배 정도 높고, 고압 연료탱크를 사용해야 하기 때문에 저장용기(연료탱크)가 파열하면 폭발할 위험이 있으나, CNG 자체는 자연발화온도가 높아 화재 위험에 대해선 안전하다. CNG, LNG 등의 천연가스는 대기오염의 주범인 황산화물, 질소산화물 등의 배출이 거의 없고, 이산화탄소의 배출량도 휘발유(가솔린)나 경유, LPG(액화석유가스)보다 적어 친환경적 연료라 할 수 있다.LNG requires expensive cooling or cryogenic tanks (insulation), but CNG does not require such equipment and can save money. On the other hand, CNG has a volume three times as high as LNG and has to use a high-pressure fuel tank, so there is a risk of explosion when the storage container (fuel tank) ruptures, but CNG itself is safe against fire risk due to high auto ignition temperature. Natural gas such as CNG and LNG has almost no emissions of sulfur oxides and nitrogen oxides, which are the main pollutants of air pollution, and the amount of carbon dioxide emissions is less than gasoline (gasoline), light oil and LPG (liquefied petroleum gas) .

천연가스를 연료로 하는 천연가스자동차는 1930년대에 처음 제작되었으며, 1970년대 이후 에너지 절약수단으로 보급되었고, 1990년대에 들어서면서부터 대기오염을 예방하는 수단으로 보급되고 있다. 한국에서 2000년부터 보급되기 시작한 천연가스버스는 CNG를 연료로 쓰기 때문에 CNG버스라고도 불리며, 세계 상당수의 대도시도 CNG버스를 확대 보급하고 있다.Natural gas powered natural gas vehicles were first built in the 1930s and have become a means of energy conservation since the 1970s and have become a means of preventing air pollution since the early 1990s. Natural gas buses, which have been in service in Korea since 2000, are also called CNG buses because they use CNG as a fuel, and a large number of cities in the world are expanding CNG buses.

최근 이러한 CNG를 연료로 쓰는 자동차가 널리 사용되며, CNG의 양을 정확하게 측정할 수 있는 장치의 필요성이 대두되고 있으며, 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명인 초음파 계측기에 대하여 설명하도록 한다.In recent years, automobiles using CNG as a fuel have been widely used, and there is a need for a device capable of accurately measuring the amount of CNG. Hereinafter, an ultrasonic measuring instrument according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 3을 참조하면, 본 발명인 초음파 계측기는 CNG탱크(3) 일측에 부착되어 초음파를 방출하는 초음파 송신센서(110)와, CNG 탱크(3) 타측에 초음파 송신센서(110)와 대향 배치되며 상기 초음파 송신센서(110)에서 방출한 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신센서(120)를 포함하는 초음파 송수신부(100), 및 초음파 송수신부(100)에서 측정된 초음파를 이용하여 CNG 탱크(3)의 직경을 검출하는 직경 검출부(200)를 포함하여 이루어진다.3, the ultrasonic measuring instrument according to the present invention includes an ultrasonic transmission sensor 110 attached to one side of a CNG tank 3 to emit ultrasonic waves, and an ultrasonic transmission sensor 110 disposed on the other side of the CNG tank 3, An ultrasound transmitting and receiving unit 100 including an ultrasonic receiving sensor 120 for receiving an ultrasonic signal emitted from the ultrasonic transmitting sensor 110 and an ultrasonic transmitting and receiving unit 120 for receiving ultrasonic signals emitted from the CNG tank 3 using the ultrasonic waves measured by the ultrasonic transmitting and receiving unit 100. [ And a diameter detector (200) for detecting the diameter.

도 4를 참조하여 설명하면, 상기 직경 검출부(200)는 초음파가 상기 초음파 송신센서(110)에서 방출되어 상기 초음파 수신센서(120)로 전달되는 과정에서 측정되는 초음파의 이동거리 변화와, 거리변화에 따른 주파수 지연 현상 중 어느 하나 이상을 이용하여 CNG 탱크(3)의 직경변화율을 검출하는 것이다.Referring to FIG. 4, the diameter detector 200 detects a change in the movement distance of the ultrasonic waves measured in the course of the ultrasonic wave being emitted from the ultrasonic transmission sensor 110 and transmitted to the ultrasonic reception sensor 120, Of the CNG tank 3 is detected by using at least one of the frequency delay phenomena according to the above-described equation (1).

상세히 설명하면, CNG 탱크(3)는 도 5에 도시된 바와 같이 외부에서 입력되는 CNG의 압력팽창에 의해 기존의 D1 직경에서 D2 직경으로 변화될 수 있으며, CNG 탱크(3)가 팽창되어 직경이 D1에서 D2로 변화될 경우, 측정되는 초음파 신호는 도 6에 도시된 바와 같이 이상적인 CNG양 레벨 신호(a)에서 직경변화에 의한 레벨 신호(b)로 변화된다. 5, the CNG tank 3 can be changed from the existing D1 diameter to the D2 diameter by the pressure expansion of the CNG inputted from the outside as shown in FIG. 5, and the CNG tank 3 is expanded, When changing from D1 to D2, the measured ultrasonic signal changes from the ideal CNG both-level signal (a) to the level signal (b) due to the diameter change as shown in Fig.

즉, 상기 직경 검출부(200)는 거리(Distance)와 수신되는 전압(Voltage)으로 초음파의 변화를 측정하므로, CNG 탱크(3)의 직경이 변화될 경우 수신되는 초음파 신호가 위치되는 거리가 가변되므로 CNG 탱크(3)가 정상상태일 때의 초음파 신호가 위치되는 거리를 기준점으로 설정하고, CNG 탱크(3)의 직경이 가변되며 나타나는 초음파 수신신호의 위치변화(

Figure 112016129773268-pat00001
)를 측정하여 CNG 탱크(3)의 정상상태 유무를 판별 가능한 것이다.That is, since the diameter detector 200 measures the change of the ultrasonic wave by the distance and the received voltage, when the diameter of the CNG tank 3 is changed, the distance of the received ultrasonic signal is varied The distance at which the ultrasonic signal is positioned when the CNG tank 3 is in the steady state is set as a reference point and the change in the position of the ultrasonic reception signal in which the diameter of the CNG tank 3 is varied
Figure 112016129773268-pat00001
) To determine whether or not the CNG tank 3 is in the steady state.

이때, 상기 직경 검출부(200)는 CNG 탱크(3)의 정상상태 초음파 신호의 거리값이 저장되어 있어, 초음파 수신신호의 위치변화(

Figure 112016129773268-pat00002
)에 따른 CNG 탱크(3)의 직경 변화를 판단하여, 초음파 수신신호의 위치변화가 일정 이상에 이르면 사용자에게 CNG(3) 탱크에 이상이 생겼음을 알리는 정상유무 판단부(210)를 포함할 수 있음은 물론이다.At this time, the diameter detecting unit 200 stores the distance value of the steady state ultrasonic signal of the CNG tank 3, and changes the position of the ultrasonic receiving signal
Figure 112016129773268-pat00002
And a normal presence / absence determiner 210 for informing the user that an abnormality has occurred in the CNG tank 3 when the change in the position of the ultrasonic reception signal reaches a predetermined value or more Of course it is.

또한, 본 발명인 초음파 계측기는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 초음파 송수신부(100)에서 측정된 초음파의 감쇠를 이용하여 CNG 탱크(3) 내부에 위치되는 CNG잔량을 측정하는 잔량 검출부(300)를 더 포함할 수 있다.7, the ultrasonic measuring instrument according to the present invention includes a residual amount detecting unit 300 for measuring the residual amount of CNG located in the CNG tank 3 using the attenuation of the ultrasonic wave measured by the ultrasonic transmitting / receiving unit 100 .

상세히 설명하면, 초음파는 인간의 귀로 들을 수 없는 높은 주파수를 갖는 음파를 말하며, 보통 20,000HZ 이상의 음파를 초음파라 한다. 이렇게 주파수가 높은 초음파는 공기 중에서는 거의 전달이 되지 않고 액체나 고체 등에서는 전달이 잘 된다. 이러한 초음파는 직진, 투과, 굴절, 반사, 산란, 감쇠, 분해능, 집속, 전파 등의 성질을 가지는데, 이때, 본 발명에서는 감쇠(초음파가 전파되며 나타나는 흡수, 산란, 확산) 등에 의해 약해지는 특징을 이용한 것이다.Specifically, ultrasound refers to a sound wave having a high frequency that can not be heard by the human ear, and a sound wave having a frequency of 20,000 Hz or more is called ultrasound. Such high frequency ultrasonic waves are hardly transmitted in the air and are easily transmitted in liquid or solid. Such ultrasonic waves have properties such as linearity, transmission, refraction, reflection, scattering, attenuation, resolution, focusing, propagation, etc. At this time, in the present invention, the characteristics of weakening by attenuation (absorption, scattering, diffusion appearing by propagation of ultrasonic waves) .

도 8을 참조하여 설명하면, 상기 초음파 송신센서(110)에서 방출된 초음파는 상기 초음파 수신센서(120)로 이동하는 도중 상기 CNG 탱크(3) 내부에 기체상태로 존재하는 CNG 입자(4)와 접촉하며 흡수, 산란, 확산 등이 발생하여 그 신호가 감쇠되며, 초음파 신호가 감쇠되는 변화량은 CNG 입자(4)의 수 및 양에 비례하게 된다. 즉, 상기 CNG 탱크(3) 내부에 위치되는 CNG 입자(4)가 많으면 감쇠가 커지고, CNG 입자(4)가 적어지면 감쇠가 작아지는 것이다. 8, the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transmission sensor 110 are transmitted to the ultrasonic reception sensor 120 through the CNG particles 4 existing in the gaseous state inside the CNG tank 3, The signal is attenuated due to absorption, scattering, diffusion, etc., and the amount of change in attenuation of the ultrasonic signal is proportional to the number and amount of CNG particles (4). That is, if the number of the CNG particles 4 located inside the CNG tank 3 is large, the attenuation becomes large, and if the number of the CNG particles 4 is small, the attenuation becomes small.

따라서, 본 발명은 CNG 입자(4)의 개수에 대응하여 초음파 신호가 변화되므로 주변계(외부, CNG 탱크)에 의해 CNG의 온도가 변화되어, CNG탱크(3) 내부에 위치하는 CNG의 압력이 변화 되더라도 정확한 CNG의 잔여량 측정이 가능하다.Accordingly, since the ultrasonic signal changes according to the number of the CNG particles 4, the CNG temperature is changed by the peripheral system (external, CNG tank) and the pressure of the CNG located inside the CNG tank 3 It is possible to measure the remaining amount of CNG accurately.

아울러, 상기 잔량 검출부(300)는 측정된 초음파 신호를 이용하여 CNG탱크(3) 내부에 위치하는 CNG의 양을 레벨별(총량을 일정하게 나누어 표시한 것)로 나타낼 수 있다.In addition, the remaining amount detecting unit 300 can display the amount of CNG located inside the CNG tank 3 by the level (the total amount is divided into a constant amount) by using the measured ultrasonic signal.

도 9를 참조하여 설명하면, 초음파는 감쇠되는 정도에 따라 Voltage값으로 그 차이가 나타나게 되므로, 상기 신호 측정부(200)에서 측정된 초음파 신호의 감쇠 수치에 대응하여 변화되는 Voltage 값을 CNG의 양을 나타는 레벨로 표시하여, 차량을 운행하는 운전자가 잔여 CNG 양을 확인할 수 있게 한 것이다.Referring to FIG. 9, since the ultrasonic wave shows a difference in the voltage value according to the degree of attenuation, the voltage value corresponding to the attenuation value of the ultrasonic signal measured by the signal measuring unit 200 is expressed as the amount of CNG So that the driver operating the vehicle can check the remaining CNG amount.

도 9에 도시된 실험 데이터에서는 상기 CNG 탱크(3) 내부에 위치된 CNG의 양이 많을수록 신호 측정부(200)에서 측정되는 Voltage값이 커지고, CNG탱크(10) 내부에 위치된 CNG의 양이 적을수록 신호 측정부(200)에서 측정되는 Voltage값이 작아지는 것을 도시하였지만, 이는 일 실시예일 뿐이며 알고리즘이나 표시 방법에 따라 다양하게 변화될 수 있으며, CNG의 양에 대응하여 Voltage 값이 변화되면 충분하므로 이는 한정하지 않는다. 그리고, 본 발명인 초음파 감쇠신호를 이용한 CNG 연료 레벨 계측기는 신호 층정부(200)에서 나타나는 Voltage의 넓이(면적)를 측정하여, CNG의 잔량을 측정 가능하다.9, the voltage measured by the signal measuring unit 200 increases as the amount of CNG located in the CNG tank 3 increases, and the amount of CNG located inside the CNG tank 10 increases And the voltage value measured by the signal measuring unit 200 is reduced as the number of CNGs is decreased. However, the voltage value may be varied according to an algorithm or a display method. This is not a limitation. The CNG fuel level meter using the ultrasonic attenuation signal of the present invention can measure the remaining amount of CNG by measuring the area (area) of the voltage appearing in the signal layer 200.

또한, 본 발명인 초음파 계측기는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 직경 검출부(200)와 상기 잔량 검출부(300)가 서로 연동하여, CNG 탱크(3)의 직경 변화에 대응하여 상기 잔량 검출부(300)에서 측정되는 CNG 잔량 측정 오차를 보정할 수 있다.7, the diameter detecting unit 200 and the remaining amount detecting unit 300 are interlocked with each other so that the ultrasonic measuring unit 300 can detect the diameter of the CNG tank 3, It is possible to correct the measured CNG remaining amount measurement error.

상세히 설명하면, 상기 직경 검출부(200)에서 측정되는 CNG 탱크의 실시간 직경을 상기 잔량 검출부(300)에서 측정되는 초음파 신호 데이터에 적용하여, CNG 탱크의 직경 변화에 대응하여 발생하는 CNG 잔량 검출 오차를 보정하는 것이다.In detail, the real-time diameter of the CNG tank measured by the diameter detecting unit 200 is applied to the ultrasonic signal data measured by the remaining amount detecting unit 300, and the CNG remaining amount detecting error corresponding to the diameter change of the CNG tank .

다시한번 설명하면, CNG 탱크(3) 내부에 위치되는 CNG 연료의 잔량 측정은 초음파의 감쇠에 대응하여 나타나므로, 온도에 대응하여 가변되는 CNG 연료의 부피 변화에 대한 CNG 잔량 측정 오차가 최소화 된다. 그러나, 내압에 의해 CNG 탱크의 내경 및 외경이 커질 경우 초음파가 통과하는 구간에 위치된 CNG 연료 입자(4)가 적어져 오차가 발생할 수 있으므로, 직경 검출부(200)에서 가변되는 CNG 탱크의 직경을 잔량 검출부(300)로 입력하여, CNG 탱크의 직경 변화에 대응하여 잔량 검출부(300)에서 검출되는 CNG 잔량 오차를 최소화한 것이다.In other words, since the measurement of the remaining amount of the CNG fuel located inside the CNG tank 3 corresponds to the attenuation of the ultrasonic wave, the measurement error of the residual amount of CNG with respect to the change in the volume of the CNG fuel that varies in accordance with the temperature is minimized. However, when the inner diameter and the outer diameter of the CNG tank are increased due to the internal pressure, the CNG fuel particles 4 located in the region through which the ultrasonic waves pass may be reduced and an error may occur. Therefore, the diameter of the CNG tank, which is variable in the diameter detecting portion 200, The remaining amount of the CNG detected by the remaining amount detecting unit 300 is minimized corresponding to the change in the diameter of the CNG tank.

또한, 본 발명에서 상기 잔량 검출부(300)는 CNG 잔량 측정에 사용되는 초음파 신호 영역을 한정하는 오차 보정부(310)를 더 포함할 수 있다.Also, in the present invention, the remaining amount detecting unit 300 may further include an error correcting unit 310 that defines an ultrasound signal area used for CNG remaining amount measurement.

도 11을 참조하여 상세히 설명하면, CNG 양을 측정하기 위하여 데이터를 수신받을 경우, 수신데이터는 CNG 양 측정에 사용되는 잔량측정영역(A)이 지정된 일정한 영역에서 발생하므로, 상기 오차 보정부(310)에서 잔량측정영역(A)과 노이즈영역(B)에서 나타나는 신호를 서로 분리하고, 잔량측정영역(A)에서 나타나는 데이터만을 CNG 양 측정에 반영함으로서, 노이즈로 인한 오차를 최소화 하는 것이다.11, when data is received in order to measure the CNG amount, the received data is generated in a predetermined area in which the remaining amount measurement area A used for CNG amount measurement is designated. Therefore, the error corrector 310 , The signals appearing in the remaining region A and the region B are separated from each other and only the data appearing in the remaining region A is reflected in the CNG amount measurement to minimize the error due to the noise.

또한, 본 발명인 초음파 계측기는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 오차보정부(310)의 잔량측정영역(A) 밖에서 나타나는 초음파 신호의 임계점을 설정하고, 초음파 신호가 임계값(C)을 초과 시 신호 표시부(11)를 통하여 이상상태를 표시할 수 있다.11, the threshold value of the ultrasonic signal appearing outside the remaining-amount measurement area A of the error corrector 310 is set, and when the ultrasonic signal exceeds the threshold value C, The abnormal state can be displayed through the display unit 11. [

상세히 설명하면, 초음파 신호는 주변계(압력, 온도 등)의 변화 및 CNG 탱크로 전달되는 외력에 민감하게 반응하며, 이러한 초음파 신호는 외부 변화가 커질수록 외부에서 전달되는 외력이 강해질수록 강한 노이즈 값으로 노이즈영역(B) 상에서 표시되므로, 문제가 발생할 수 있는 일정 이상의 노이즈 값을 노이즈 임계값으로 지정하고, 노이즈가 임계값 초과 시 신호 표시부(11)에서 표시하여 사용자에게 이상 유무를 알리는 것이다.More specifically, the ultrasonic signal is sensitive to a change of a peripheral system (pressure, temperature, etc.) and an external force transmitted to the CNG tank. The ultrasonic signal becomes stronger as the external change becomes stronger, The noise value exceeding a certain level at which a problem may arise is designated as the noise threshold value and the signal is displayed on the signal display unit 11 when the noise exceeds the threshold value to notify the user of the abnormality.

이때, 상기 신호 표시부(11)는 시야로 전달되는 시각적 신호를 구현하는 장치일 수 있고, 소리로 전달되는 청각적 신호를 구현하는 장치일 수 있으며, 이 외에도 운전자의 핸들의 온도변화 또는 표면 거칠기 변화로 나타나는 촉각적 신호를 구현하는 장치일 수 있으므로 한정하지 않는다.At this time, the signal display unit 11 may be a device that implements a visual signal transmitted in the field of view, and may be an apparatus that implements an auditory signal transmitted by sound. In addition, And may be a device that implements a tactile signal represented by "

또한, 본 발명인 초음파 연료레벨 계측기는 도 12에 도시된 바와 같이 초음파 송수신부(100)를 이용하여 CNG 탱크(3)의 직경을 검출하는 직경 검출부(200)와, CNG의 잔량을 측정하는 잔량 검출부(300)와, 오차 보정부(310)가 통합 제어부(10)에 의해 통합제어될 수 있다.12, the ultrasonic fuel level meter of the present invention includes a diameter detecting unit 200 that detects the diameter of the CNG tank 3 using the ultrasonic transmitting / receiving unit 100, a remaining amount detecting unit 200 that measures the remaining amount of CNG, (300) and the error corrector (310) can be integrally controlled by the integrated controller (10).

상세히 설명하면, 상기 잔량 검출부(300)에서 측정되는 CNG 잔량을 상기 직경 검출부(200)에서 측정되는 CNG 탱크(3)의 직경을 이용하여 보정하여 좀더 정확한 CNG 잔량을 측정하고, 보정된 CNG 잔량 신호에서 나타나는 노이즈를 상기 오차 보정부(310)에서 입력되는 신호를 이용하여 보정한 후, 보정된 연료레벨을 디스플레이부(400)에서 사용자에게 표시하여 주는 것이다.More specifically, the CNG remaining amount measured by the remaining amount detecting unit 300 is corrected using the diameter of the CNG tank 3 measured by the diameter detecting unit 200 to measure a more accurate CNG remaining amount, And the corrected fuel level is displayed on the display unit 400 to the user.

아울러, 본 발명인 CNG 잔량 검출 방법은 내부에 CNG 연료가 위치되는 CNG 탱크(3)의 일측에서 초음파를 송신하고, 타측에서 초음파를 수신하는 초음파 송수신단계(S100)와, 상기 초음파 송수신단계(S100)에서 측정된 초음파의 거리변화와, 주파수 지연 현상 중 어느 하나 이상을 이용하여 CNG 탱크(4)의 직경을 측정하는 직경 측정단계(S200), 및 직경 측정단계(S200)에서 측정된 CNG 탱크의 직경변과, 초음파 송수신단계(S100)에서 측정된 초음파 감쇠 신호를 이용하여, CNG 연료 잔량을 검출하는 잔량 검출단계(S300)를 포함하여 이루어질 수 있다.The CNG remaining amount detecting method of the present invention includes an ultrasonic transmitting and receiving step S100 for transmitting ultrasonic waves from one side of a CNG tank 3 in which a CNG fuel is located and receiving ultrasonic waves from the other side, A diameter measuring step S200 of measuring the diameter of the CNG tank 4 using at least one of a distance change of the ultrasonic wave measured in the diameter measurement step S200 and a frequency delaying effect of the CNG tank 4 measured in the diameter measuring step S200, And a remaining amount detecting step S300 for detecting the remaining amount of CNG fuel using the ultrasonic attenuation signal measured in the ultrasonic transmitting and receiving step S100.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

A : 잔량측정영역
1 : 종래의 CNG 탱크
2 : 종래의 측정장치
3 : CNG 탱크
4 : CNG 입자
10 : 통합 제어부
11 : 신호 표시부
100 : 초음파 송수신부
110 : 송신센서 120 : 수신센서
200 : 직경 검출부
300 : 잔량 검출부
310 : 오차 보정부
400 : 디스플레이부
A:
1: Conventional CNG tank
2: Conventional measuring device
3: CNG tank
4: CNG particles
10:
11: Signal display section
100: Ultrasonic transmission /
110: transmitting sensor 120: receiving sensor
200: diameter detector
300:
310: error correction unit
400:

Claims (8)

CNG 탱크(3) 일측에 부착되어 초음파를 방출하는 초음파 송신센서(110)와, CNG 탱크(3) 타측에 초음파 송신센서(110)와 대향 배치되며 상기 초음파 송신센서(110)에서 방출한 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신센서(120)를 포함하는 초음파 송수신부(100); 및
상기 초음파 송수신부(100)에서 측정된 초음파 신호를 이용하여 CNG 탱크(3)의 직경을 검출하는 직경 검출부(200);를 포함하되,
상기 직경 검출부(200)는 초음파의 이동거리 변화와, 거리변화에 따른 주파수 지연 현상 중 어느 하나 이상을 이용하여 CNG 탱크(3)의 직경변화율을 검출하고, CNG 탱크(3)가 정상상태일 때의 초음파 신호가 위치되는 거리를 기준점으로 설정하고 CNG 탱크(3)의 직경이 가변되며 나타나는 초음파 수신신호의 위치변화(Δd)를 측정하여 CNG 탱크(3)의 정상상태 유무를 판별하고, 초음파 밀림 현상에 따라 초음파 수신신호의 위치변화가 일정 이상에 이르면 사용자에게 CNG 탱크(3)에 이상이 생겼음을 알리는 정상유무 판단부(210)를 포함하며,
CNG 탱크(3)가 정상상태일 경우, 상기 초음파 송수신부(100)에서 측정된 초음파의 감쇠를 이용하여 CNG 탱크(3) 내부에 위치되는 CNG 잔량을 측정하는 잔량 검출부(300);를 더 포함하고,
상기 잔량 검출부(300)는 CNG 입자(4)의 수 및 양에 비례하여 초음파 신호가 감쇠되는 변화량을 이용하여 CNG 탱크(3) 내부에 위치되는 CNG 잔량을 측정하고, 측정된 CNG 잔량을 레벨로 표시하며,
상기 직경 검출부(200)에서 측정된 CNG 탱크(3)의 실시간 직경을 상기 잔량 검출부(300)에서 측정되는 CNG 잔량 데이터를 연동시켜, CNG 탱크(3)의 직경 변화에 대응하여 발생하는 CNG 잔량 검출 오차를 보정하는 통합제어부(10);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 연료레벨 계측기.
An ultrasonic transmission sensor 110 attached to one side of the CNG tank 3 to emit ultrasonic waves and an ultrasonic transmission sensor 110 disposed opposite to the ultrasonic transmission sensor 110 on the other side of the CNG tank 3, (100) including an ultrasonic receiving sensor (120) for receiving ultrasonic waves; And
And a diameter detector (200) for detecting the diameter of the CNG tank (3) using the ultrasonic signal measured by the ultrasonic transmitting / receiving unit (100)
The diameter detector 200 detects a change rate of the diameter of the CNG tank 3 using at least one of a change in travel distance of the ultrasonic wave and a frequency delay phenomenon in accordance with the change in distance. When the CNG tank 3 is in a normal state And determines the presence or absence of the steady state of the CNG tank 3 by measuring the position change? D of the ultrasonic reception signal, which is variable in diameter of the CNG tank 3, And a normal presence / absence determiner (210) for informing the user that an abnormality has occurred in the CNG tank (3) when the positional change of the ultrasound reception signal reaches a predetermined level or more according to the development,
And a remaining amount detecting unit 300 for measuring the remaining amount of CNG located in the CNG tank 3 by using the attenuation of the ultrasonic wave measured by the ultrasonic transmitting and receiving unit 100 when the CNG tank 3 is in a normal state and,
The remaining amount detecting unit 300 measures the remaining amount of CNG located in the CNG tank 3 using the amount of change in which the ultrasonic signal is attenuated in proportion to the number and the amount of the CNG particles 4, Display,
The real-time diameter of the CNG tank 3 measured by the diameter detecting unit 200 may be correlated with the CNG remaining amount data measured by the remaining amount detecting unit 300 to detect the CNG remaining amount corresponding to the diameter change of the CNG tank 3 And an integrated controller (10) for correcting the error.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 잔량 검출부(300)는 CNG 잔량 측정에 사용되는 초음파 신호 영역을 한정하는 오차 보정부(310)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 연료레벨 계측기.
The method according to claim 1,
Wherein the remaining amount detecting unit (300) further includes an error correcting unit (310) that defines an ultrasonic signal area used for CNG remaining amount measurement.
제 6항에 있어서,
상기 오차보정부(310)는 잔량측정영역(A) 밖에서 나타나는 초음파 신호의 임계값을 설정하고, 초음파 신호가 임계값 초과 시 디스플레이화 하는 신호 표시부(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초음파 연료레벨 계측기.
The method according to claim 6,
The error correction unit 310 includes a signal display unit 11 that sets a threshold value of an ultrasonic signal appearing outside the remaining amount measurement area A and displays the ultrasonic signal when the ultrasonic signal exceeds a threshold value. Level meter.
삭제delete
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