KR102057192B1 - 정전용량 방식을 이용하여 수위를 측정하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

정전용량 방식을 이용하여 수위를 측정하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

실시예에 의한 정전용량 방식을 이용하여 수위를 측정하기 위한 장치 및 그 방법이 개시된다. 상기 수위를 측정하기 위한 장치는 길이 방향으로 나란히 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압이 인가되는 전극부; 및 상기 인가된 전압을 측정하고 상기 측정된 전압을 기초로 미리 결정된 제1 전압에서 제2 전압까지 도달하는데 걸린 기준 충전 시간을 산출하고, 상기 산출된 기준 충전 시간을 기초로 상기 수위를 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

정전용량 방식을 이용하여 수위를 측정하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING WATER LEVEL USING CAPACITANCE TYPE AND METHOD THEREOF}
실시예는 수위 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정확한 수위 측정이 가능한 정전용량 방식을 이용하여 수위를 측정하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
수위계는 저수지, 배수지 등의 수위를 측정하는 계기로 접촉식과 비접촉식이 있으며 액위측정계라고도 합니다. 접촉식에는 투입식, 차압식, 정전용량식, 플로트식 등이 있으며, 비접촉식에는 초음파식이 있다. 수위계는 하천 수위를 측정하거나 실험실에서 고정밀도 수위를 측정하기 위한 목적으로 개발되어 개별 수위계의 단가가 매우 비싸며 개별 데이터를 상호 보완할 수 있는 기능은 대체로 부재한 상황이다.
특히, 정전용량 방식의 수위계는 계측 기구에 일반적인 전기적 성능 지표인 정전용량을 측정하는 회로가 대부분 구성되어 있으며, 정전용량 측정 회로의 정밀도가 수위계의 성능을 대부분 결정한다.
이에 따라 이미 오래전부터 측정 원리가 알려진 정전용량 측정 회로의 정밀도를 높이기 위한 기술 개발이 이루어지고 있으며, 공정 관리를 제외한 대부분은 거의 완결된 상태이다.
그러나 정전용량 측정 방식의 문제점은 이미 측정 회로의 성능이 완벽하게 보장된 상태라도 센서부에 적용된 재료의 시간적인 변화 즉, 노화나 측정 대상이 되는 매질의 상태에 따라 공장에서 캘리브레이션된 값을 기준으로 측정시 오히려 정확한 측정값이 나오지 않으며, 측정 대상도 일반 증류수나 수도물 등으로 한정된다는 한계가 있다.
따라서 이러한 정전용량 측정 방식의 적용상의 문제점을 해결하고 수위 측정 네트워크를 고려한 새로운 방식의 수위 측정 장치를 개발할 필요성이 대두되고 있다.
등록특허공보 제10-1906305호
실시예는 정확한 수위 측정이 가능한 정전용량 방식을 이용하여 수위를 측정하기 위한 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 장치는 길이 방향으로 나란히 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압이 인가되는 전극부; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점과 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 비교부; 및 상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점을 시작 시점으로 설정하고 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 종료 시점으로 설정하고, 상기 설정된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압까지 도달하는데 걸린 기준 충전 시간을 산출하고, 상기 산출된 기준 충전 시간을 기초로 수위를 결정하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 전극은 스틸 재질로 형성되어 제1 부분과 상기 제1 부분의 양단에서 각각 연장 형성된 제2 부분과 제3 부분을 구분되는 ‘ㄷ’자 형태로 형성되고, 상기 제2 전극은 전선으로 형성되어 상기 제1 전극의 상기 제2 부분과 상기 제3 부분의 끝단에 연결되고, 상기 비교부는 비교기를 이용하여 상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로와 상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로로 구현될 수 있다.
상기 제1 전압은 0.5V이고, 상기 제2 전압은 4.5V일 수 있다.
상기 기준 충전 시간은 상기 수위가 높아질수록 길어지고, 상기 수위가 낮아질수록 짧아질 수 있다.
상기 제어부는 상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 시작 시점으로 설정하고, 상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 종료 시점으로 설정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 판단된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압까지 도달하는데 걸린 상기 기준 충전 시간을 산출하고, 상기 산출된 기준 충전 시간을 정전용량으로 환산하고 상기 환산된 정전용량을 기초로 상기 수위를 결정할 수 있다.
삭제
상기 전극부는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 연결하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 전기적으로 연결되지 않도록 하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극의 적어도 일부분은 미리 정해진 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 방법은 비교부가 길이 방향으로 나란히 배치되되, 스틸 재질로 형성되어 제1 부분과 상기 제1 부분의 양단에서 연장된 제2 부분과 제3 부분을 구분되는 ‘ㄷ’자 형태로 형성된 제1 전극과 전선으로 형성되어 상기 제1 전극의 상기 제2 부분과 상기 제3 부분의 끝단에 연결된 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하는 단계; 상기 비교부가 상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점과 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 단계; 제어부가 상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점을 시작 시점으로 설정하고 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 종료 시점으로 설정하고, 상기 설정된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압까지 도달하는데 걸린 기준 충전 시간을 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 산출된 기준 충전 시간을 기초로 수위를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 비교부는 비교기를 이용하여 상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로와 상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로로 구현될 수 있다.
상기 산출하는 단계에서는 상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 시작 시점으로 설정하고, 상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 종료 시점으로 설정할 수 있다.
상기 산출하는 단계에서는 상기 판단된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압까지 도달하는데 걸린 상기 기준 충전 시간을 산출하고, 하고, 상기 산출된 기준 충전 시간을 정전용량으로 환산하고 상기 환산된 정전용량을 기초로 상기 수위를 결정할 수 있다.
실시예에 따르면, 전압이 인가되는 경우 미리 결정된 제1 전압에서 제2 전압까지 도달하는데 걸린 충전 시간을 산출하고 산출된 충전 시간을 정전용량으로 환산하고 환산된 정전용량을 기초로 수위를 결정하도록 함으로써, 회로의 정밀도를 올리는 노력을 최소화하더라도 간단한 측정 방식으로 정확한 수위 측정이 가능할 수 있다.
실시예에 따르면, 간단한 측정 방식으로 제작 단가를 낮출 수 있으며, 간단한 구조로도 매질에 대한 영향을 받지 않아 측정 결과에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 간단한 제품 구성에 대한 유지보수 부담을 현저히 줄일 수 있어 다량의 수위계를 설치하여 건물 등에 수위 측정 네트워크의 구성이 용이하고, 이러한 수의 측정 네트워크의 구성으로 인해 침수 측정에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 전극부의 제1 형태를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1에 도시된 전극부의 제2 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 측정기의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 비교부를 구현한 회로 및 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 수위에 따른 정전 용량의 변화량을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 구현된 수위 측정 장치를 보여주고 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
실시예에서는, 전압이 인가되는 경우 미리 결정된 제1 전압에서 제2 전압까지 도달하는데 걸린 충전 시간을 산출하고 산출된 충전 시간을 정전용량으로 환산하고 환산된 정전용량을 기초로 수위를 결정하도록 한, 새로운 방안을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 장치는 전극부(100), 측정기(200)를 포함할 수 있다.
전극부(100)는 길이 방향으로 배치된 한 쌍의 전극(110, 120)을 포함할 수 있다.
한 쌍의 전극(110, 120)은 길이 방향으로 나란히 배치되도록 형성되고, (-) 전원에 연결되는 제1 전극(110)과 (+) 전원에 연결되는 제2 전극(120) 또는 (+) 전원에 연결되는 제1 전극(110)과 (-) 전원에 연결되는 제2 전극(120)을 포함할 수 있다.
제1 전극(110)과 제2 전극(120)은 소정 간격 이격되고 길이 방향으로 나란히 배치되어 정전 용량을 얻을 수 있는 커패시터(capacitor)를 형성할 수 있다. 이때, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은 적어도 일부가 상시 물에 잠겨 있는 상태를 유지하고, 잠긴 물의 수위 즉, 물에 잠긴 부분의 길이에 따라 정전용량이 달라질 수 있다.
측정기(200)는 한 쌍의 전극(110)에 연결되고, 한 쌍의 전극(110)에 인가되는 전압을 측정하고, 그 측정된 전압을 기초로 충전 시간을 산출할 수 있다.
예컨대, 측정기(200)는 측정된 전압이 하위 기준 전압으로 설정된 제1 전압과 일치하는 시작 시점, 상위 기준 전압으로 설정된 제2 전압과 일치하는 종료 시점을 판단할 수 있다. 여기서, 제1 전압과 제2 전압은 미리 설정된 임계 전압으로, 예컨대, 제1 전압은 0.5V이고, 제2 전압은 4.5V로 설정하는 것이 바람직하다. 이때, 하위 기준 전압인 제1 전압 0.5V과 상위 기준 전압인 제2 전압 4.5V은 일 예로 설명하고 있을 뿐 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 변경될 수 있다.
측정기(200)는 판단된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 기준 충전 시간을 산출하고, 산출된 기준 충전 시간을 정전용량으로 환산하여 환산된 정전용량을 기초로 측정하고자 하는 대상의 수위를 결정할 수 있다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 전극부의 제1 형태를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부는 한 쌍의 제1 전극(110)과 제2 전극(120)이 소정 간격 이격되어 길이 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
제1 전극(110)은 'ㄷ'자 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 제1 전극(110)은 유체 압력 등에 버틸 수 있도록 피복되지 않은 스틸 재질 예컨대, 물과의 접촉에 의한 녹 방지를 위한 스테인리스나 합금 재질의 전극으로 형성될 수 있다.
제2 전극(120)은 제1 전극(110)의 양단에 연결되고, 절연 물질로 피복되지 않은 전선으로 형성될 수 있다. 이러한 전선의 재료로는 예컨대, 구리, 알루미늄, 은 등의 도체가 사용될 수 있다.
이때, 제1 전극(110)의 양단에 제2 전극(120)이 직접 연결되는 경우 단락(short)이 일어나기 때문에, 전류가 흐르지 않는 재질의 연결부(130)가 구비되어 서로 연결될 수 있다. 연결부(130)는 예컨대, 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
또한 제1 전극(110)은 제2 전극(120)과 마주보는 제1 부분과 제1 부분의 양단 각각에서 연장 형성된 제2 부분과 제3 부분으로 구분되는데, 제1 부분은 스틸 재질로 형성되고 제2부분과 제3 부분은 스틸 재질이 아닌 다른 재질로 형성될 수 있다.
또한 도 2a와 같이 제1 전극(110)에는 (+) 전원이 연결되고 제2 전극(120)에는 (-)는 전원이 연결될 수 있지만, 반대로 도 2b와 같이 제1 전극(110)에는 (-) 전원이 연결되고 제2 전극(120)에는 (+)는 전원이 연결될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1에 도시된 전극부의 제2 형태를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부는 베이스 필름(100a)의 상부에 한 쌍의 제1 전극(110', 110˝)과 제2 전극(120', 120˝)이 길이 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
이때, 베이스 필름(100a)은 예컨대, 테프론(Teflon) 필름이 사용될 수 있다.
여기서 제1 전극(110', 110˝)과 제2 전극(120', 120˝)은 동일한 형태로 형성되거나 서로 다른 형태로 형성될 수 있다.
그 일예로, 도 3a를 참조하면, 제1 전극(110')과 제2 전극(120')은 동일한 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(110')과 제2 전극(120')은 전선으로 형성될 수 있다.
다른 예로, 도 3b를 참조하면, 제1 전극(110˝)과 제2 전극(120˝)은 서로 다른 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(110')의 적어도 일부분은 미리 정해진 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 미리 정해진 패턴은 규칙적으로 형성된 패턴일 수 있다. 이러한 미리 정해진 패턴은 정전용량의 대역을 높이기 때문에 측정 정확도가 향상될 수 있다.
제1 전극(110)은 유체 압력 등에 버틸 수 있도록 피복되지 않은 스틸 재질 예컨대, 물과의 접촉에 의한 녹 방지를 위한 스테인리스나 합금 재질의 전극으로 형성될 수 있다.
제2 전극(120)은 절연 물질로 피복되지 않은 박막 형태의 전선으로 형성될 수 있다.
또한 도 3a 내지 도 3b와 같이 제1 전극(110', 110˝)에는 (+) 전원이 연결되고 제2 전극(120', 120˝)에는 (-)는 전원이 연결될 수 있지만, 반대로 도 3b와 같이 제1 전극(110', 110˝)에는 (-) 전원이 연결되고 제2 전극(120', 120˝)에는 (+)는 전원이 연결될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 측정기의 상세한 구성을 나타내는 도면이고, 도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 비교부를 구현한 회로 및 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정기(200)는 비교부(210), 제어부(220), 통신부(230), 충방전부(charger/discharger)((240), 전원부(250)를 포함할 수 있다.
비교부(210)는 한 쌍의 전극 즉, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 일단에 연결되어 제1 전극(110)과 제2 전극(120)에 인가되는 전압을 실시간으로 측정할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 비교부(210)는 전압을 실시간으로 측정하여 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점과 제2 전압과 일치하는 정확한 시점을 정확히 판단할 수 있다.
여기서는 비교기를 이용하여 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로와 측정된 전압이 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로룰 구현한다.
예컨대, 비교기는 입력된 전압이 제1 전압과 일치하는 경우 하이(high) 신호를 출력하고, 반대로 일치하지 않는 경우 로우(low) 신호를 출력하도록 구현될 수 있다.
부연 설명하면, 전압 센서를 이용하여 전압을 주기적으로 측정하여 그 측정된 전압을 이용하여 충전 시간을 산출하게 되면 전압을 측정한 시점이 제1 전압과 일치하는 시점 또는 제2 전압과 일치하는 시점과 정확히 일치하지 않을 수 있기 때문에 실시예와 같이 실시간으로 인가되는 전압을 비교기의 입력값으로 바로 입력하면 제1 전압과 일치하는 시점 또는 제2 전압과 일치하는 시점을 정확히 판단할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제어부(220)는 비교부(210)에 판단된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 기준 충전 시간을 산출하고, 산출된 기준 충전 시간을 정전용량으로 환산하여 환산된 정전용량을 기초로 측정하고자 하는 대상의 수위를 결정할 수 있다.
통신부(230)는 제어부(220)에 의해 결정된 대상의 수위를 외부의 기기로 무선 전송하고, 외부의 기기로부터 수위 측정과 관련된 제어 신호를 수신할 수 있다.
충방전부(240)는 제1 전극(110)과 제2 전극(120)에 전압을 충전하거나 방전할 수 있다.
전원부(250)는 전원을 공급할 수 있다. 이때, 전원부(250)는 제어부(220)를 동작시키기 위한 전원뿐 아니라 전극에 정전용량을 발생시키기 위한 전원을 공급할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 수위에 따른 정전 용량의 변화량을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 한 쌍의 전극(110, 120)에 인가된 전압을 측정하여 측정된 전압을 정전용량으로 환산할 수 있다.
이때, 측정되는 정전 용량은 전압에 비례하며, 한 쌍의 전극(110, 120)의 물에 잠긴 정도 ①, ②, ③에 따라 시간에 따라 전압이 상승하는 정도가 달라짐을 알 수 있다.
도 6c를 참조하면, ①과 같이 수위가 낮아 측정되는 정전 용량이 낮은 경우 전압이 완만히 상승하여 하위 기준 전압 0.5V에서 상위 기준 전압 4.5V에 도달하는 시간이 t1으로 가장 짧아지고, ③과 같이 수위가 높아 측정되는 정전 용량이 높은 경우 전압이 급격히 상승하여 하위 기준 전압 0.5V에서 상위 기준 전압 4.5V에 도달하는 시간이 t3으로 길어짐을 알 수 있다.
따라서 본 발명에서는 미리 정해진 하위 기준 전압 0.5V에서 상위 기준 전압 4.5V에 도달하는 시간 즉, 기준 충전 시간을 기초로 물의 수위를 결정할 수 있다. 여기서는 0.5V에서 4.5V에 도달하는 시간을 기준 충전 시간으로 결정한 경우를 일 예로 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 구현된 수위 측정 장치를 보여주고 있다.
도 7a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 구현된 수위 측정 장치로서, 한 쌍의 전극으로 이루어진 전극부(100)와 수위를 결정하는 측정기(200)로 구성되어 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 도 7a의 전극부(100)를 확대하여 보여주고 있는데, 전극부(100)는 'ㄷ'자 형태의 제1전극(110)과 제1 전극(110)의 양단에 제2 전극(120)이 연결되어 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위를 측정하기 위한 장치(이하 수위 측정장치라고 한다)는 한 쌍의 전극에 전압이 인가되면, 인가된 전압을 측정할 수 있다(S610).
다음으로, 수위 측정장치는 측정된 전압이 하위 기준 전압으로 설정된 제1 전압과 일치하는지를 확인할 수 있다(S620). 수위 측정 장치는 변환된 전압이 제1 전압과 일치하면, 제1 전압과 일치하는 시점을 기준 충전 시간의 시작 시점으로 설정할 수 있다(S640).
이때, 수위 측정 장치는 설정된 시작 시점을 저장할 수 있다(S642).
다음으로, 수위 측정장치는 측정된 전압이 상위 기준 전압으로 설정된 제2 전압과 일치하는지를 확인할 수 있다(S650). 수위 측정 장치는 변환된 전압이 제2 전압과 일치하면, 제2 전압과 일치하는 시점을 기준 충전 시간의 종료 시점으로 설정할 수 있다(S660).
이때, 수위 측정 장치는 설정된 종료 시점을 저장할 수 있다(S662).
다음으로, 수위 측정장치는 설정된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 제1 전압에서 제2 전압까지 도달하는데 걸린 기준 충전 시간을 산출할 수 있다(S670).
다음으로, 수위 측정장치는 산출된 기준 충전 시간을 정전용량으로 환산할 수 있다.
다음으로, 수위 측정장치는 환산된 정전용량을 기초로 수위를 결정할 수 있다(S680). 그리고나서, 수위 측정장치는 이렇게 결정된 측정하고자 하는 대상의 수위 정보를 외부의 기기에 전송함으로써, 관리자는 기기를 통해 수위 정보를 확인할 수 있다.
다음으로, 수위 측정장치는 한 쌍의 전극에 충전된 전압을 모두 방전시킬 수 있다. 이렇게 충전된 전압을 방전시키는 이유는 나중에 다시 수위를 측정하기 위함이다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
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.
100: 전극부
110: 제1 전극
120: 제2 전극
130: 연결부
200: 측정기
210: 비교부
220: 제어부
230: 통신부
240: 충방전부
250: 전원부

Claims (12)

  1. 길이 방향으로 나란히 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압이 인가되는 전극부;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점과 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 비교부; 및
    상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점을 시작 시점으로 설정하고 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 종료 시점으로 설정하고, 상기 설정된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압까지 도달하는데 걸린 기준 충전 시간을 산출하고, 상기 산출된 기준 충전 시간을 기초로 수위를 결정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 전극은 스틸 재질로 형성되어 제1 부분과 상기 제1 부분의 양단에서 각각 연장 형성된 제2 부분과 제3 부분으로 구분되는 ‘ㄷ’자 형태로 형성되고,
    상기 제2 전극은 전선으로 형성되어 상기 제1 전극의 상기 제2 부분과 상기 제3 부분의 끝단에 연결되고,
    상기 비교부는 비교기를 이용하여 상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로와 상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로로 구현된, 수위를 측정하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압은 0.5V이고, 상기 제2 전압은 4.5V인, 수위를 측정하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 충전 시간은 상기 수위가 높아질수록 길어지고, 상기 수위가 낮아질수록 짧아지는, 수위를 측정하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 시작 시점으로 설정하고,
    상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 종료 시점으로 설정하는, 수위를 측정하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 기준 충전 시간을 정전용량으로 환산하고,
    상기 환산된 정전용량을 기초로 상기 수위를 결정하는, 수위를 측정하기 위한 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 연결하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 전기적으로 연결되지 않도록 하는 연결부를 더 포함하는, 수위를 측정하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 적어도 일부분은 미리 정해진 규칙적인 패턴으로 형성된, 수위를 측정하기 위한 장치.
  9. 삭제
  10. 비교부가 길이 방향으로 나란히 배치되되, 스틸 재질로 형성되어 제1 부분과 상기 제1 부분의 양단에서 연장된 제2 부분과 제3 부분을 구분되는 ‘ㄷ’자 형태로 형성된 제1 전극과 전선으로 형성되어 상기 제1 전극의 상기 제2 부분과 상기 제3 부분의 끝단에 연결된 제2 전극에 인가되는 전압을 측정하는 단계;
    상기 비교부가 상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점과 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 단계;
    제어부가 상기 측정된 전압이 제1 전압과 일치하는 시점을 시작 시점으로 설정하고 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 종료 시점으로 설정하고, 상기 설정된 시작 시점과 종료 시점을 기초로 상기 제1 전압에서 상기 제2 전압까지 도달하는데 걸린 기준 충전 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 산출된 기준 충전 시간을 기초로 수위를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 비교부는 비교기를 이용하여 상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로와 상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 판단하는 회로로 구현된, 수위를 측정하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 산출하는 단계에서는,
    상기 측정된 전압이 상기 제1 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 시작 시점으로 설정하고,
    상기 측정된 전압이 상기 제2 전압과 일치하는 시점을 상기 기준 충전 시간의 종료 시점으로 설정하는, 수위를 측정하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 산출된 기준 충전 시간을 정전용량으로 환산하고,
    상기 환산된 정전용량을 기초로 상기 수위를 결정하는, 수위를 측정하기 위한 방법.
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