KR102201202B1 - Rf 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치 - Google Patents

Abstract

부도체관에 장착하는 각 코일 안테나를 적어도 두 개로 분할하여 하나로 조립과 분리하거나 경첩을 이용하여 회전하여 조립할 수 있게 구성하므로, 때에 따라 부도체관에서 코일 안테나를 쉽게 분리하거나 조립하여 필요한 작업을 할 수 있다. 특히, 분할한 적어도 두 개의 코일 안테나를 연결하는 결합 브래킷에 부도체관을 지지하는 보조 브래킷을 장착하고, 보조 브래킷이 부도체관의 중심을 향해 움직일 수 있게 구성하므로, 부도체관이 가는 것을 사용하더라도 항상 코일 안테나의 중심 위치에 부도체관이 놓이게 하여 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 서브 코일 안테나의 코어 사이의 간격을 조절할 수 있게 구성하므로, 코일 안테나의 자속 밀도의 세기를 조절할 수 있게 구성하여 외부 영향을 최소화하면서 정확하게 측정할 수 있다.

Description

RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치{NON-CONTACT MEASUREMENT APPARATUS FOR CONDUCTIVITY AND PERMITTIVITY CHANGE OF NON-CONDUCTOR USING RF SIGNAL}

본 발명은 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 코일 안테나를 적어도 두 개로 분할하고, 분할한 상태에서 부도체관에 감싸면서 하나로 조립하거나 분리할 수 있게 구성한 것이다. 또한, 이처럼 분할한 코일 안테나는 경첩을 이용하여 회전할 수 있게 구성하거나, 결합 브래킷에 보조 브래킷을 장착하여 지름이 다른 부도체관도 쉽게 지지 고정할 수 있게 한 것이다. 그리고 부도체관의 지름이 커짐에 따라 코일 안테나도 커질 때는 서브 코일 안테나의 마주하는 코어 사이의 간격을 조절하여 자속 밀도를 조절함으로써 외부 영향을 최소화하여 정확하게 측정할 수 있게 한 것이다.

아래의 (특허문헌 1)에는, 비접촉 방식으로 전도도와 비전도체의 유전율 특성 변화를 측정할 수 있는 장치가 개시되어 있다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1885666호

본 발명은 어느 하나의 코일 안테나로는 정해진 주파수의 RF 신호를 출력하고 나머지 하나의 코일 안테나로는 매질을 통해 전달되는 주파수(RF) 유도 전류신호를 수신받아 신호 세기 차이를 검출하고, 이 주파수의 신호 세기를 주파수별 신호 세기를 기준으로 매질상태에 따라 미리 측정하여 제어기에 저장해 놓은 각 주파수 신호 세기 비교표와 비교하여 전도도 및 비전도체 특성변화를 검출할 수 있게 구성함으로써, 전도체 매질의 고형질 용해도 TDS, 온도, 양에 따라 전도도가 변하는 특성과 비전도체의 유전율 변화 특성을 활용하여 정확하고 다양한 요소들의 측정이 가능할 뿐만 아니라, 단순 구조로 제작과 설치가 쉽고 경제적이며, 비접촉 방식으로 안전하면서도 편리하게 전도도 및 비전도체 특성변화를 측정할 수 있다.

하지만, 기존 비접촉 방식으로 전도도와 비전도체 특성변화를 측정하는 장치는 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 무선주파수(RF) 신호를 감지하는 코일 안테나가 부도체관에 일체로 장착한 구조로 이루어지므로, 부도체관에서 코일 안테나를 분리할 수 없는 문제가 발생한다.

(2) 특히, 부도체관을 교환하거나 다른 부도체관으로 대체할 수 없어 일부가 고장이 나거나 수리할 수 없을 때 측정장치 전체를 폐기해야 할 상황이 발생하기도 한다.

(3) 또한, 전도도와 비전도체 특성 변화를 측정할 때는 부도체관의 지름이 달라질 수 있는데, 이에 맞춰 여러 개의 측정장치를 갖추는데 번거로움이 있을 뿐만 아니라 구매 비용과 관리 비용이 많이 필요하다.

(4) 특히, 부도체관의 지름이 커짐에 따라 코일 안테나의 지름도 커지면 코일 안테나에서 발생하는 자속 밀도도 이 지름에 비례하여 커지게 되므로, 코일 안테나 주변의 외부 영향을 받아 자속 밀도가 필요 이상으로 커져서 민감하게 반응하여 정확한 측정에 어려움이 있다.

한국등록특허 제10-1885666호 (등록일: 2018.07.31)

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 부도체관에 장착하는 각 코일 안테나를 적어도 두 개로 분할하여 하나로 조립과 분리하거나 경첩을 이용하여 회전하여 조립할 수 있게 구성하므로, 때에 따라 부도체관에서 코일 안테나를 쉽게 분리하거나 조립하여 필요한 작업을 할 수 있게 한 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 분할한 적어도 두 개의 코일 안테나를 연결하는 결합 브래킷에 부도체관을 지지하는 보조 브래킷을 장착하고, 보조 브래킷이 부도체관의 중심을 향해 움직일 수 있게 구성하므로, 부도체관이 가는 것을 사용하더라도 항상 코일 안테나의 중심 위치에 부도체관이 놓이게 하여 정확하게 측정할 수 있게 한 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 갭지 삽입과 같은 방법으로 서브 코일 안테나의 코어 사이의 간격을 조절할 수 있게 구성하여 코일 안테나의 지름이 커짐에 따라 함께 커지는 자속 밀도의 세기를 조절할 수 있게 구성하므로, 외부 영향을 최소화하면서 측정에 필요한 적절한 자속 밀도로 조절하여 사용할 수 있게 한 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치는, 유체를 흐르게 하기 위한 부도체관(100); 상기 부도체관(100)에 미리 정한 간격(W)을 두고 끼워서 설치한 두 개의 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b); 및 주파수(RF) 신호의 주파수 및 신호 세기를 분석하여 전도도 및 비전도체 물질의 특성변화를 측정 제어하는 제어기(300)를 포함하되;, 상기 제어기(300)는, (1) 상기 제1코일 안테나(200a)에서 유도한 자기장을 통해 주파수(RF) 신호를 부도체관(100) 안의 매질로 전달하여 유도 전류화하고, (2) 상기 제2코일 안테나(200b)에서 매질을 통해 전달된 주파수(RF)를 갖는 유도전류 신호를 수신하게 하며, (3) 상기 제1코일 안테나(200a)에서 송신한 주파수 신호와 상기 제2코일 안테나(200b)에서 수신한 주파수 신호 세기의 차이와, 제어기(300)에 미리 저장해 놓은 송신한 주파수(RF) 신호의 주파수 및 신호 세기를 기준으로 매질의 상태에 따라 달라지는 각 주파수(RF) 신호 세기의 차이를 비교하여 유체의 전도도 및 비전도체 특성변화(유전율변화)를 검출하게 하고;, 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는, 각각, 적어도 두 개의 서브 코일 안테나(220', 220")로 구획하되, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")의 서로 마주하는 면에는 각각 결합 브래킷(222)을 갖추고 하나로 결합하거나 분리할 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 부도체관(100)은, 유리, 도자기, 합성수지, 또는 고무로 제작하고, 양단에는 매질을 공급을 위해 다른 관을 연결할 수 있도록 커넥터(110)를 갖춘 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는, 각각 토로이달 코일 형태이며, 에어 토로이달 또는 각 중앙에 페라이트 코어가 삽입된 페라이트 토로이달 방식인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 서브 코일 안테나(220', 220")는, 상기 결합 브래킷(222)으로 연결한 부분 중, 적어도 하나를 제외하고 나머지를 경첩(221)으로 연결하여 회전할 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")는, 코일의 단면이 원, 정사각형, 직사각형, 또는 정다각형으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")의 양단에서 서로 마주하여 하나로 조립하는 결합 브래킷(222) 사이에는, 상기 부도체관(100)의 중심을 향해 신축하면서 상기 부도체관(100)의 지름(D)에 따라 가변하여 지지할 수 있도록 보조 브래킷(230)을 갖춘 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 보조 브래킷(230)은, 폭 단면이 호 형상으로 이루어져서 부도체관(100)의 외부를 지지하는 지지 부분(231); 및 상기 지지 부분(231)에서 돌출하고, 서로 마주하여 하나로 결합하는 두 개의 결합 브래킷(222) 사이에서 상기 지지 부분(231)이 부도체관(100)의 중심을 향해 신축할 수 있게 안내하는 가이드(232);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 서브 코일 안테나(220', 220")의 양단에서 서로 마주하여 하나로 조립하는 결합 브래킷(222) 사이에는, 상기 부도체관(100)의 지름이 커짐에 따라 상기 각 서브 코일 안테나(220', 220")의 코어 사이의 간격을 조절할 수 있게 구성하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제어기(300)는, 고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid), 온도, 및 유량 중에서 적어도 하나를 디스플레이시켜 주는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치는, 상술한 측정 장치로 검출한 전도도를 통해, 정수기의 전도도(고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid))를 통해 수질 검사, 세탁기에 입수하는 물과 배수하는 물의 순수도를 비교하여 세탁기의 헹굼 정도나 세제의 잔존 정도를 검출, 에어컨과 제습기에서 배출하는 배출수의 전도도를 측정하여 오염 물질량을 검출하여 실내의 오염 정도 검출, 상수도의 입구와 출구 사이의 전도도를 통해 수질 상태 검출, 보일러의 순환수에 이물 함유량을 고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid)로 검출하여 순환수의 교환 주기 등을 검출, 커피 머신의 농도 검출, 그리고 산업용 용수의 전도도나 고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid)를 검출, 유체의 온도와 유량 검출, 그리고 비전도체인 엔진 오일의 사용시간에 따른 유전율 변화 검출과 교환 시기 검출 및 비전해질인 당의 온도 측정에 이용할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 부도체관에 장착한 각 코일 안테나를 적어도 두 개의 서브 코일 안테나로 분리할 수 있게 구성하므로, 때에 따라 부도체관에서 코일 안테나를 분리하거나 분리한 뒤에 다시 조립하여 사용할 수 있다.

(2) 특히, 부도체관이나 코일 안테나의 수리나 교체, 점검 등을 위해 쉽게 분리하여 편리하게 수리하거나 교체하여 사용할 수 있다.

(3) 한편, 서브 코일 안테나를 연결하는 결합 브래킷 중 적어도 하나를 경첩으로 연결하여 서브 코일 안테나를 회전할 수 있게 구성하므로, 부도체관을 교환하거나 대체할 때 이 경첩을 중심으로 서브 코일 안테나를 회전하게 하여 쉽고 편리하게 사용할 수 있다.

(4) 또한, 서브 코일 안테나를 연결하는 결합 브래킷에는 부도체관의 중심을 향해 움직일 수 있도록 보조 브래킷을 갖춤으로써, 코일 안테나의 지름보다 작은 부도체관을 설치할 때 결합 브래킷에서 보조 브래킷을 인출하게 하여 안정적으로 지지 고정할 수 있다.

(5) 부도체관의 지름이 큰 것을 사용함에 따라 코일 안테나의 지름이 커지더라도 서브 코일 안테나의 코어 사이의 간격을 조절하여 유도 자기장의 세기를 줄일 수 있게 구성하므로, 코일 안테나가 커지더라도 자속 밀도가 커지는 것을 방지하여 외부 영향에 민감하게 반응하는 것을 막아 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

[도 1]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 물질의 특성 변화 측정장치의 전체 구성을 보여주는 사시도이다.
[도 2]는 본 발명의 [실시예 1]에 따른 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 물질의 특성 변화 측정장치의 전체 구성을 보여주는 측면도이다.
[도 3]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 물질의 특성 변화 측정장치에서 제어기의 내부 구성을 함께 보여주는 측면도이다.
[도 4]는 본 발명의 [실시예 1]에 따른 코일 안테나의 구성을 보여주기 위한 정면도이다.
[도 5]는 본 발명의 [실시예 1]에 따른 코일 안테나를 분리한 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
[도 6]은 본 발명의 [실시예 2]에 따른 코일 안테나의 구성을 보여주기 위한 정면도이다.
[도 7]은 본 발명의 [실시예 2]에 따른 코일 안테나를 회전한 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
[도 8]은 본 발명의 [실시예 3]에 따른 코일 안테나의 구성을 보여주기 위한 정면도이다.
[도 9]는 본 발명의 [실시예 3]에 따른 코일 안테나로 지름이 작은 부도체관을 지지한 상태를 보여주기 위한 정면도이다.
[도 10]은 토로이달 코일에서 코일 중간에 갭이 없는 상태(a)와 1,375㎛의 에어 갭이 있는 상태(b)에서의 자속 밀도를 시뮬레이션한 결과를 보여준다.
[도 11]은 본 발명의 [실시예 4]에 따라 결합 브래킷 사이에 갭지를 삽입하여 서브 코일 안테나의 코어 사이에 간격을 두어 코일 안테나의 지름이 커지더라도 자속 밀도가 커지지 않게 조절하는 상태를 보여주는 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 [실시예 1]에 따른 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치는, [도 1] 내지 [도 5]와 같이, 부도체관(100), 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b), 그리고 제어기(300)를 포함한다.

특히, 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는 각각 적어도 두 개의 서브 코일 안테나(220', 220")로 구획하고, 서로 마주하는 면에는 결합 브래킷(222)을 갖춰서 분리하거나 조립할 수 있게 구성함으로써, 때에 따라 부도체관(100)에서 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)를 분리하거나 교체할 수 있게 한 것이다.

또한, 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는 부도체관(100)에 미리 정한 간격만큼 떨어지게 설치하여 어느 하나에서는 주파수(RF) 신호를 송신하고, 다른 하나에서는 이 주파수 신호를 수신한다. 특히, 상기 제어기(300)는 이 송신 주파수 신호와 수신 주파수 신호의 세기 차이와, 이 제어기(300)에 미리 저장한 주파수에 따른 신호 세기 변화값표를 비교하여 유체의 전도도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있게 한 것으로 이 전도도 값을 분석하여 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid), 온도, 유량, 사용시간 등을 분석해 낼 수 있도록 한 것이며 비전도 매질의 경우 통과 주파수별 신호 세기를 분석하여 측정물의 상태 변화를 측정할 수 있도록 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

가. 부도체관

부도체관(100)은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 전도도 및 비전도체 물질의 특성 변화를 측정하려고 하는 유체가 흐르게 하기 위한 관을 말한다. 특히, 부도체관(100)은 후술할 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)를 통해서 주파수(RF) 신호를 송수신해야 하므로, 이때 주파수(RF) 신호의 송수신에 방해되지 않도록 부도체로 제작하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 부도체관(100)은 이처럼 주파수(RF) 신호를 송수신할 때 방해가 되지 않는 재질이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 예시적으로, 유리, 도자기, 합성수지, 또는 고무 등을 예로 들 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 부도체관(100)은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 미리 정한 길이를 가진 직선 형태로 제작하여 유체가 직선 형태로 통과하게 구성함으로써, 부도체관(100)을 지나는 매질도 직진성을 갖게 하여 송수신하는 주파수(RF) 신호가 정확도를 높일 수 있게 구성하는 것이 바람직하나, 전도도 측정만을 위한다면 곡선형태와 같이 구부러진 형태의 부도체관 형태도 사용할 수 있다.

마지막으로, 상기 부도체관(100)에는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 양단에 각각 커넥터(110)를 갖춘다. 커넥터(110)는 측정을 위한 유체를 부도체관(100)에 공급할 때 사용하는 다른 관을 이 부도체관(100)에 쉽게 연결하거나 분리할 수 있게 구성한 연결구를 말한다. 이러한 커넥터(110)는 통상 커플링이나 피팅으로 불리는 통상의 기술로 제작한 것을 사용할 수 있다.

나. 제1 및 제2코일 안테나

제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 루프 안테나(Loop Antenna)라고도 하며, 구리선을 코일 형태로 감고 그 양쪽 끝을 한 곳으로 모아서 원형으로 만들어서 코일 내부에 인가하는 전류의 세기에 따라 자기장이 유도되게 구성한 통상의 코일 안테나를 말한다.

이러한 코일 안테나는 전체적인 형상이 도넛과 유사한 형태가 되므로 외부에서 코일 안테나에 약한 충격이 가해짐에 따라 쉽게 변형될 우려가 있다. 이에, 코일 안테나 내부에는 철심, 예를 들어서 페라이트 코어를 제작하여 여기에 코일을 감아서 코일 안테나를 제작한다. 이때, 페라이트 코어는 코일 안테나의 전체적인 형상을 유지하는 기능과 더불어 자기장 유도가 잘 이루어질 수 있게 적정 투자율을 가진 것을 사용한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는 각각 토로이달 코일을 이용하는 것이 바람직하다. 토로이달 코일은 통상 "E"형 철심을 사용하는 것과 비교하여 누설 자속이 적어 주변 전자기기 등에 영향을 덜 주며, 특히 이처럼 자속 누설이 적어 정밀한 측정이 가능하기 때문이다. 이때 철심은 주파수나 안테나의 크기 등을 고려하여 적절한 투자율을 가진 페라이트 코어를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 적어도 두 개의 서브 코일 안테나(220', 220")로 구획한다. 여기서, 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는 같은 구성이므로, 하나의 구성, 즉 제1코일 안테나(200a)에 관해서만 설명한다. 도면에서는 두 개의 서브 코일 안테나로 구획한 예를 보여준다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")는, [도 1] 및 [도 5]와 같이, 서로 마주하는 면에 각각 결합 브래킷(222)을 갖추고, 이들 결합 브래킷(222)을 하나로 결합하거나 때에 따라 분리할 수 있게 장착한다. 도면에서, 상기 결합 브래킷(222)은 볼트로 체결하여 분리·결합할 수 있게 구성한 예를 보여주고 있으나, 이에 한정하지 않고 클립이나 고정구, 손으로도 쉽게 조립하거나 분리할 수 있는 원터치 레버 등 결합 브래킷(222)을 분리하거나 조립할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있음을 본 발명이 속한 기술분야의 종사자라면 누구든지 쉽게 알 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")는, 사용하는 코일 단면은 원, 정사각형, 직사각형, 그리고 정다각형 등 다양한 형태로도 제작하여 사용할 수 있다.

도면에서, 미설명부호 "210"은 제어기(300) 위에 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)를 지지할 수 있게 고정하는 지지대를 각각 나타낸다.

다. 제어기

제어기(300)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)를 제어하고, 이들을 통해 얻은 주파수(RF) 신호 세기를 미리 만들어 저장한 이 주파수(RF)신호들의 신호 세기 기준표를 기준으로 매질상태에 따라 달라지는 주파수(RF) 신호들의 세기 차이를 비교하여 전도도 및 비전도체 물질의 특성변화를 검출한다.

여기서, 상기 제어기(300)는, [도 1] 및 [도 2]에서, 플레이트 형태로 형성한 예를 보여주고 있으나, 이는 제어기(300)를 기판 형태로 제작한 예를 보여주는 것으로 다른 구성을 지지할 수 있는 형태라면 어떤 형상으로라도 제작할 수 있음을 해당 업계 종사자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

한편, 상기 제어기(300)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 제1코일 안테나(200a)를 통해 미리 정한 주파수(RF) 신호를 송신하고, 제2코일 안테나(200b)를 통해 부도체관(100) 안의 매질을 통해 전달된 주파수(RF) 신호를 수신하게 한다. 이를 위해, 제어기(300)는 [도3]과 같이 제1코일 안테나에 원하는 여러 주파수의 RF 신호를 인가하기 위하여 주파수 합성기(330)를 구성 제어하고, 주파수 합성기에서의 신호를 사인파 형태에 가깝고 불필요한 고조파 신호를 억압하기 위한 파형변환기(310)를 통과시킨 후 제1코일 안테나(200a)에 공급한다.

그리고, 상기 제어기(300)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 제2코일 안테나(200b)를 통해 미리 부도체관(100)을 통과하는 유체를 통해 전달된 주파수(RF) 신호를 수신한다. 이때, 제2코일 안테나(200b)를 통해 픽업된 RF 신호는 수신신호 변환기(320)을 통하여 증폭 처리 후 직류 전압으로 변환 하여 다음 단계 처리부에서 각 용도에 맞춰 사용 될 수 있도록 한다. 수신신호 변환기(320)를 거친 직류전압 신호는 주파수별 신호처리부(340), 온도관련 신호처리부(350), 유량관련 신호처리부(360)에서 정해진 값들과 비교 분석 처리 한 후 MCU로 보내져 ADC(Analog to Digital Conversion)후 정해진 통신 프로토골에 맞추어 FORMAT(정형)화 한 후 RS-232, USB 등의 디지털 통신포트를 사용하여 외부에서 제어 신호를 받거나 측정 DATA값을 내줄 수 있도록 한다.

또한, 상기 제어기(300)는 이처럼 제1코일 안테나(200a)에 인가한 주파수 신호와 제2코일 안테나(200b)에서 수신한 주파수 신호 세기를 비교하여 그 차이를 검출하고, 이 검출 값과 제어기(300)에 미리 저장한 주파수별 신호 신호 세기 비교표와의 비교를 통하여 전도도 및 비전도체 물질의 특성변화를 검출한다. 여기서, "제어기(300)에 미리 저장한 주파수별 신호 세기 비교표와의 차이"는, 제1코일 안테나(200a)에 인가하는 주파수를 기준으로 매질의 상태에 따라 달라지는 주파수(RF)신호 세기 차이를 미리 얻은 다음, 이 데이터를 제어기(300)에 저장하여 사용하게 한 것으로 이러한 비교표의 구성은 사용되는 여러 주파수 별로 신호 세기를 측정 구성된다.

즉, 부도체관(100)을 흐르는 유체가 완전도체 이면 주파수 신호 세기의 차이 변화는 거의 없으나, 순수성분 물의 경우 부도체에서 이 유체에 이물이 많아짐에 따라 도전성 매질이 늘어나서 전도도가 높아짐에 따라 주파수에 따라 신호 세기의 차이가 커진다. 이에, 본 발명에서는 정수(淨水)에 미리 정한 신호 세기의 주파수 신호를 인가하고, 여기에 전도도를 달리하면서 미리 전도도에 따라 주파수 신호 세기가 어느 만큼 차이를 보이는지 미리 표와 같은 형태로 만들어 이를 제어기(300)에 저장한 다음, 이때 인가했던 같은 특정 주파수 및 세기의 신호를 제1코일 안테나(200a)에 인가한 뒤 제2코일 안테나(200b)에서 수신한 다음 그 신호 세기 차이를 알면, 미리 표 형태로 제어기(300)에 저장한 데이터를 바탕으로 대조하여 전도도를 알 수 있게 한 것이다. 여기서, 전도도는 유체에 전해질이 많아짐에 따라 높아지고 전해질은 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid)가 높아짐에 따라 많아지므로 전도도와 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid)는 비례 관계에 있고, 이에 전도도나 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid) 중에서 어느 하나를 알면 다른 하나도 쉽게 알 수 있음을 해당 업계 종사자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

또한, 전도도는 매질의 온도에 따라 제안된 범위 내에서 변화함으로 이러한 변화를 분석하여 매질의 온도를 측정 할 수 있다. 여기에 일정한 온도와 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid)를 유지하는 매질일 경우 전도도 값을 통하여 통과 유량을 파악 할 수도 있다.

특히, 이러한 본 발명에 따른 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 물질의 특성변화 측정장치는, 유체를 이용하는 곳이라면 어디든 손쉽게 장착하여 전도도 및 비전도체 물질의 특성변화를 검출할 수 있고, 이렇게 검출한 전도도를 통해 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid), 온도 유량 사용 시간 등을 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 정수기의 전도도(혼탁도)를 통해 수질의 온도, 유량, 사용시간 등의 검사, 세탁기에 입수하는 물과 배수하는 물의 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid)를 비교하여 세탁기의 헹굼 정도나 세제의 잔존 정도를 검출, 에어컨과 제습기에서 배출하는 배출수의 전도도를 측정하여 공기 중의 용해성 오염 물질량을 측정하여 실내공기의 오염 정도 검출, 상수도의 입구와 출구 사이의 전도도를 통해 수질 상태 검출, 보일러의 순환수에 이물 함유량을 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid)로 검출하여 순환수의 순도에 따른 교환 주기 등을 검출, 커피 머신의 농도 검출, 그리고 산업용 용수의 전도도나 고형질 용해도TDS(Total Dissolved Solid)를 검출하는 데 활용할 수 있고 비전도체(유전체)를 통과하는 RF 신호의 세기가 주파수에 따라 변하는 특성을 활용하여 비전해질인 당(설탕 등)의 농도 변화와 엔진 오일 등의 상태변화(유전율 변화)와 비전도체인 기름(연료 등) 종류의 상태변화를 검출·활용 할 수 있다.

이상과 같이 이루어진 본 발명은 각 코일 안테나를 적어도 두 개의 서브 코일 안테나로 구획하고, 서로 마주하는 면에 조립과 분리할 수 있도록 결합 브래킷을 갖춤으로써, 때에 따라 부도체관에서 코일 안테나를 분리했다가 다시 조립하거나 수리 교체할 수 있게 된다.

본 발명의 [실시예 2]에 따른 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치는, [도 6] 및 [도 7]과 같이, 상술한 [실시예 1]과 같은 구성이나, 경첩(221)을 이용한다는 점에서 차이가 있다. 이에, 여기서는 [실시예 1]과 같은 구성에 관해서는 상세한 설명을 생략하고 차이 구성에 관해서만 설명한다.

[실시예 2]는, [도 6] 및 [도 7]과 같이, [실시예 1]과 같이 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)를 각각 적어도 두 개의 서브 코일 안테나(220', 220")로 구획하되, 이들을 회전하여 하나로 결합하거나 분리할 수 있도록 경첩(221)을 이용하여 연결한 것이다.

즉, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")는 이웃한 두 개의 결합 브래킷(222)을 경첩(221)을 이용하여 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)가 회전하면서 부도체관(100)에 조립할 수 있게 구성한 것이다. 이때, 상기 경첩(221)은 이처럼 서브 코일 안테나(220', 220")가 회전할 수 있게 적어도 하나의 결합 브래킷(222)에는 경첩(221)을 장착하지 않고 분리 결합할 수 있게 한다.

예를 들어, 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)를 2개로 구획했을 때는 서로 마주하는 한쪽에는 결합 브래킷(2220)을 장착하고 다른 한쪽에는 경첩(221)을 장착하고, 3개로 구획했을 때는 2개의 경첩을 사용하여 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)를 회전하여 부도체관(100)에 장착과 분리할 수 있게 된다.

본 발명의 [실시예 3]에 따른 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치는, [도 8] 및 [도 9]와 같이, 상술한 [실시예 1]과 같은 구성이나, 서브 코일 안테나(220', 220")를 연결하는 결합 브래킷(222)에 보조 브래킷(230)을 추가한 것이다. 이에, 여기서는 [실시예 1]과 같은 구성에 관해서는 상세한 설명을 생략하고 추가 구성을 중심으로 설명한다. 여기서, 도면부호 "100'"는 상술한 다른 실시예에서 사용했던 부도체관보다 지름(D)이 작은 부도체관을 나타낸다.

[실시예 3]은, [도 8] 및 [도 9]와 같이, 서브 코일 안테나(220', 220")의 서로 마주하는 면에 장착한 결합 브래킷(222) 사이에 보조 브래킷(230)을 장착한 것이다. 이때, 상기 보조 브래킷(230)은 제1 및 제2코일 안테나(220a, 220b) 안에 장착하는 부도체관(100)의 중심을 향해 신축할 수 있게 구성함으로써, 기존 부도체관(100)보다 작은 지름(D)의 부도체관(100')을 제1 및 제2코일 안테나(220a, 220b)에 장착할 때, 이 부도체관(100')이 제1 및 제2코일 안테나(220a, 220b)의 중심에 위치할 수 있게 지지하게 한다.

이러한 보조 브래킷(230)은, [도 8] 및 [도 9]와 같이, 지지 부분(231)과 가이드(232)를 포함한다.

가. 지지 부분

지지 부분(231)은, [도 7] 및 [도 8]과 같이, 상술한 서브 코일 안테나(220', 220")의 서로 마주하는 면에 장착한 결합 브래킷(222)에서 후술할 가이드(232)의 안내를 받아 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)의 중심을 향해 움직일 수 있게 구성한다. 이때, 상기 지지 부분(231)은 호 형상으로 제작함으로써, 이처럼 중심을 향해 움직일 때 지지 부분(231)이 부도체관(100)의 외면에 밀착하여 지지 고정할 수 있게 구성한다.

나. 가이드

가이드(232)는, [도 8] 및 [도 9]와 같이, 상술한 밀착 부분(231)의 한쪽 면, 바람직하게는 결합 브래킷(222)과 마주하는 면에서 밖으로 돌출하게 형성한다. 이때, 상기 가이드(232)는 상술한 지지 부분(231)이 움직이는 방향과 나란하게 결합 브래킷(222)에 형성한 가이드 구멍(222')에 끼워져서 길이 방향으로 안내를 받을 수 있게 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 가이드(232)는 가이드 구멍(222')에 어느 정도 힘을 가해야 길이 방향으로 조절할 수 있게 구성함으로써, 적어도 2곳에서 부도체관(100)의 중심을 향하는 적어도 두 개의 지지 부분(231)이 어느 정도 힘으로 부도체관(100)을 지지 고정할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가이드(232)는 결합 브래킷(222)을 느슨하게 결합한 상태에서 부도체관(100)의 지름에 맞게 조절한 상태에서 이 결합 브래킷(222)을 견고하게 체결함에 따라 일체로 고정하여 부도체관(100)을 지지 고정하게 하여 사용할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 서브 코일 안테나를 연결하거나 분리할 수 있게 장착한 결합 브래킷에 보조 브래킷을 장착하고, 이 보조 브래킷을 통해 지름이 다른 부도체관도 코일 안테나의 중심 위치에 맞춰서 안정적으로 지지 고정할 수 있게 된다.

본 발명의 [실시예 4]에 따른 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치는, [도 10] 및 [도 11]과 같이, 상술한 [실시예 1]과 비교하여 이웃한 서브 코일 안테나(220', 220")의 코어 사이의 틈새를 조절할 수 있게 구성함으로써, 코일 안테나(200a)의 지름이 커짐에 따라 자속 밀도가 세지는 것을 막아 자속 밀도가 측정 주변의 환경에 영향을 받지 않고 측정할 수 있게 한 것이다.

이처럼 코어 사이의 간격 조절을 할 수 있는 방법으로, [도 11]과 같이, 예를 들어, 서로 마주하는 서브 코일 안테나(220', 220")를 연결하는 결합 브래킷(222) 사이에 갭지(223)를 삽입하여 일체로 고정함으로써, 서브 코일 안테나의 코어 사이가 벌어지게 하여 자속 밀도를 조절할 수 있게 한 것이다.

즉, 코일 안테나의 자속 밀도는, [도 10]에서 분홍색으로 보이는 바와 같이, [도 10(a)]의 에어 갭(air gap)이 없을 때가, [도 10(b)]의 에어 갭(1,375㎛)이 있을 때보다 더 강하게 나타나고, 또한 코일 안테나의 지름이 커질 때가 더 강하게 발생한다.(한국마린엔지니어링확회지 제41권 제6호(2017.7), "대전류 용접기를 이용한 무배선통신 특성 연구" 내용 중 Figure 8 등 참조)

이는, [도 11]과 같이, 적어도 두 개로 구획한 본 발명에 따른 제1코일안테나(200a)에 지름(D')이 큰 부도체관(100)을 장착함에 따라 제1코일 안테나(200a)의 지름도 커지면서 자속 밀도가 높아진다. 이처럼 높아지는 자속 밀도는 제1코일 안테나(200a) 주변에 작업자나 공구와 같이 주변 환경에도 민감하게 반응하게 되어 정확한 측정을 방해한다. 여기서, 도면부호 "a"는 후술할 갭지의 두께를, "(D'+a)"는 원래 지름이 "D'"인 제1코일 안테나(200a)가 큰 지름을 가진 부도체관(100")에 사용함에 따라 그만큼 커진 제1코일 안테나(200a)의 지름를 나타낸다.

이에, 본 발명은, [도 11]과 같이, 제1코일 안테나(200a)를 구성하는 서브 코일 안테나(220', 220")를 연결하는 결합 브래킷(222) 사이에 갭지(223)를 삽입하여 이들 서브 코일 안테나(220', 220")의 코어 사이의 간격이 생기게 장착함으로써, 코일 안테나의 지름이 커지더라도 그 자속 밀도가 세지지 않게 하여 주변 환경에 민감하게 반응하지 않고 적절한 자속 밀도로 갖게 하여 측정을 할 수 있게 한 것이다. 즉, 자기장의 세기가 너무 강하면 그만큼 자기장이 영향을 미치는 범위가 넓어지게 되므로, 강한 자기장의 영향으로 RF 신호 세기에도 영향을 미쳐 정확한 측정을 방해하게 된다. 이에, 측정에 방해되지 않도록 자속 밀도의 세기를 줄여줌으로써, RF 신호 세기에 영향을 받지 않게 하여 정확한 측정이 이루어지게 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 갭지(223)는 서로 마주하는 결합 브래킷(222) 사이에서 소정의 두께를 가지면서 자기장이 통과할 수 있는 재질, 예를 들어서 마일라 재질을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 마일라 재질은 미국 뒤퐁사에서 제조한 전기 절연재료로 얇은 막으로 만들 수 있고, 기계적인 강도와 내열성이 있으며, 전기기기의 절연이나 콘덴서의 유전체(誘電體) 등에 널리 사용하는 통상의 기술로 제작한 것을 사용한다.

또한, 상기 갭지(223)는, 상술한 [실시예 1]에서만 사용하는 것으로 설명하고 있으나, 다른 실시예에서도 결합 브래킷(222) 사이에 갭지(223)를 추가하여 결합함에 따라 같은 효과를 얻을 수 있음을 본 발명이 속한 기술분야의 종사자라면 누구든지 쉽게 알 수 있을 것이다.

한편, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")의 코어 사이 간격을 조절하는 방법으로 갭지를 삽입하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어서, 서로 마주한 두 개의 결합 브래킷(222) 중에서 어느 하나에 볼트가 제자리 회전할 수 있게 장착하고, 이 볼트가 회전함에 따라 다른 하나의 결합 브래킷이 볼트의 길이 방향으로 움직이면서 간격 조절이 이루어질 수 있게 구성할 수도 있다.

100 : 부도체관
200a, 200b : 제1, 제2코일 안테나
220', 220": 서브 코일 안테나
221: 경첩
222: 결합 브래킷
223: 갭지
230: 보조 브래킷
231: 지지 부분
232: 가이드
300 : 제어기
310 : 파형 변환기
320 : 수신신호변환기
330 : 주파수 합성기
340 : 주파수별 신호처리부
350 : 온도관련 신호처리부
360 : 유량관련 신호처리부

Claims (10)

1. 유체를 흐르게 하기 위한 부도체관(100); 상기 부도체관(100)에 미리 정한 간격(W)을 두고 끼워서 설치한 두 개의 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b); 및 주파수(RF) 신호의 주파수 및 신호 세기를 분석하여 전도도 및 비전도체 물질의 특성변화를 측정 제어하는 제어기(300)를 포함하되,
   상기 제어기(300)는, (1) 상기 제1코일 안테나(200a)에서 유도한 자기장을 통해 주파수(RF) 신호를 부도체관(100) 안의 매질로 전달하여 유도 전류화하고, (2) 상기 제2코일 안테나(200b)에서 매질을 통해 전달된 주파수(RF)를 갖는 유도전류 신호를 수신하게 하며, (3) 상기 제1코일 안테나(200a)에서 송신한 주파수 신호와 상기 제2코일 안테나(200b)에서 수신한 주파수 신호 세기의 차이와, 제어기(300)에 미리 저장해 놓은 송신한 주파수(RF) 신호의 주파수 및 신호 세기를 기준으로 매질의 상태에 따라 달라지는 각 주파수(RF) 신호 세기의 차이를 비교하여 유체의 전도도 및 비전도체 특성변화(유전율변화)를 검출하게 하고,
   상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는, 각각, 적어도 두 개의 서브 코일 안테나(220', 220")로 구획하되, 상기 서브 코일 안테나(220', 220")의 서로 마주하는 면에는 각각 결합 브래킷(222)을 갖추고 하나로 결합하거나 분리할 수 있게 구성하고,
   상기 서브 코일 안테나(220', 220")의 양단에서 서로 마주하여 하나로 조립하는 결합 브래킷(222) 사이에는,
   상기 부도체관(100)의 중심을 향해 신축하면서 상기 부도체관(100)의 지름(D)에 따라 가변하여 지지할 수 있도록 보조 브래킷(230)을 갖춘 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.
   
2. 제1항에서,
   상기 부도체관(100)은,
   유리, 도자기, 합성수지, 또는 고무로 제작하고,
   양단에는 매질을 공급을 위해 다른 관을 연결할 수 있도록 커넥터(110)를 갖춘 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.
   
3. 제1 항에서,
   상기 제1 및 제2코일 안테나(200a, 200b)는,
   각각 토로이달 코일 형태이며, 에어 토로이달 또는 각 중앙에 페라이트 코어가 삽입되어 있는 페라이트 토로이달 방식인 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.
   
4. 제1항에서,
   상기 서브 코일 안테나(220', 220")는,
   상기 결합 브래킷(222)으로 연결한 부분 중, 적어도 하나를 제외하고 나머지를 경첩(221)으로 연결하여 회전할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.
   
5. 제1항에서,
   상기 서브 코일 안테나(220', 220")는,
   코일의 단면이 원, 정사각형, 직사각형, 또는 정다각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.
   
6. 삭제
7. 제1항에서,
   상기 보조 브래킷(230)은,
   폭 단면이 호 형상으로 이루어져서 부도체관(100)의 외부를 지지하는 지지 부분(231); 및
   상기 지지 부분(231)에서 돌출하고, 서로 마주하여 하나로 결합하는 두 개의 결합 브래킷(222) 사이에서 상기 지지 부분(231)이 부도체관(100)의 중심을 향해 신축할 수 있게 안내하는 가이드(232);를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.
   
8. 삭제
9. 제1항에서,
   상기 제어기(300)는,
   고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid), 온도, 및 유량 중에서 적어도 하나를 디스플레이시켜 주는 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.
   
10. 제1항 내지 제5항, 제7항 및 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 측정 장치로 검출한 전도도를 통해,
    정수기의 전도도(고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid))를 통해 수질 검사, 세탁기에 입수하는 물과 배수하는 물의 순수도를 비교하여 세탁기의 헹굼 정도나 세제의 잔존 정도를 검출, 에어컨과 제습기에서 배출하는 배출수의 전도도를 측정하여 오염 물질량을 검출하여 실내의 오염 정도 검출, 상수도의 입구와 출구 사이의 전도도를 통해 수질 상태 검출, 보일러의 순환수에 이물 함유량을 고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid)로 검출하여 순환수의 교환 주기 등을 검출, 커피 머신의 농도 검출, 그리고 산업용 용수의 전도도나 고형질 용해도 TDS(Total Dissolved Solid)를 검출, 유체의 온도와 유량 검출, 그리고 비전도체인 엔진 오일의 사용시간에 따른 유전율 변화 검출과 교환 시기 검출 및 비전해질인 당의 농도 측정에 이용할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 RF 신호를 이용한 비접촉 방식의 전도도 및 비전도체 유전율 특성변화 측정장치.

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