KR102434509B1 - Non-contact type water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control and system and method for controlling water level using thereof - Google Patents

Non-contact type water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control and system and method for controlling water level using thereof Download PDF

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for water level measurement. In accordance with the present invention, in order to solve issues of existing ultrasonic water level measurement apparatuses and methods with which a detection range is short due to water level measurement using ultrasonic waves, the level of accuracy and precision is lowered due to an obstacle such as rain, snow, fog or bubbles, and application to an environment with severe dust or steam is not possible, a radar sensor transmitting and receiving E-band millimeter waves of 76-81 GHz band with a considerably high level of permeation and penetration is used to transmit a millimeter wave by controlling frequencies differently depending on a measurement range based on predetermined settings, and a range value is calculated with a transmission/reception time difference and speed of the millimeter wave reflected after a collision with a target, wherein an insulation layer is included between a transmission antenna and a reception antenna to enable physical separation, which can lead to a reduction in the distortion of transmitted and received signals. Therefore, the apparatus can enable measurement without being affected by a measurement environment such as snow, rain, fog, cloud or the like, and can be effectively applied even to an environment with severe dust or steam such as a fine dust silo or the like.

Description

E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법, 이를 이용한 수위제어 시스템 및 방법{Non-contact type water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control and system and method for controlling water level using thereof} Non-contact type water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control and system and method for controlling water level using them}

본 발명은, 예를 들면, 하수처리장이나 오수펌프장 또는 배수지 등에서 탱크 내에 수용된 물이나 액체의 높이(레벨)를 측정하거나 수로에 흐르는 물의 높이(레벨)를 측정하기 위한 수위측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 종래, 일반적으로, 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 구성됨으로 인해 검출거리가 짧고 비나 눈, 안개, 거품 등의 장애물이 있을 경우 정확도 및 정밀도가 떨어지며, 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에는 적용이 불가능한 한계가 있었던 종래기술의 초음파 수위측정 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 침투성과 투과성이 매우 높은 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 밀리미터파 주파수를 송수신하는 레이더 센서를 이용하여, 미리 정해진 설정에 근거하여 측정거리에 따라 주파수를 각각 다르게 제어하여 밀리미터파를 송신하고, 목표물에 부딪혀 반사되는 밀리미터파의 송수신 시간차 및 속도를 이용하여 거리값을 계산하며, 이때, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시키는 것에 의해 송수신 신호의 왜곡을 감소하도록 구성됨으로써, 눈, 비, 안개, 구름 등의 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하고, 미분 사일로(silo) 등과 같이 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to, for example, a water level measuring device and method for measuring the height (level) of water or liquid contained in a tank, such as a sewage treatment plant, a sewage pumping station, or a drainage basin, or measuring the height (level) of water flowing in a water channel. , more specifically, conventionally, in general, because the detection distance is short and there are obstacles such as rain, snow, fog, bubbles, etc., because it is configured to measure the water level using ultrasonic waves, the accuracy and precision are lowered, and there is In order to solve the problems of the ultrasonic level measurement apparatus and methods of the prior art, which had limitations that could not be applied to the environment, using a radar sensor that transmits and receives an E-band millimeter wave frequency of 76 ~ 81 GHz band with very high penetrability and permeability, Based on a predetermined setting, the frequency is controlled differently depending on the measurement distance to transmit the millimeter wave, and the distance value is calculated using the transmission/reception time difference and speed of the millimeter wave that collides with the target and is reflected. By including an insulating layer between the antennas and physically separating them, it is configured to reduce the distortion of the transmission and reception signal, so that measurement is possible without being affected by the measurement environment such as snow, rain, fog, and clouds, and the differential silo ( silo), etc., to a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control configured to be effectively applicable to environments with extreme dust or water vapor.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 측정환경에 영향받지 않고 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능한 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법을 이용하여, 측정된 수위가 미리 설정된 기준값이나 기준범위를 벗어날 경우에는 펌프 및 밸브를 포함하는 수위제어수단을 제어하여 물을 유입시키거나 외부로 배출하도록 구성됨으로써, 정확한 수위측정에 기반하여 항상 일정한 수위를 유지할 수 있도록 구성되는 수위제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention, as described above, is not affected by the measurement environment, and the measured water level is previously Water level control configured to always maintain a constant water level based on accurate water level measurement by controlling a water level control means including a pump and a valve to introduce or discharge water when out of a set reference value or reference range systems and methods.

종래, 일반적으로, 예를 들면, 강이나 하천, 댐, 정수장이나 저수조, 또는, 하수처리장이나 폐수처리장 등과 같이, 물이나 액체의 처리 및 관리를 위해 수위센서와 같은 수위측정 장치가 설치되어 있으며, 이러한 수위측정 장치를 통해 수위를 지속적으로 모니터링하고 수위를 조절한다. Conventionally, in general, for example, a water level measuring device such as a water level sensor is installed for the treatment and management of water or liquid, such as a river or a river, a dam, a water purification plant or a water storage tank, or a sewage treatment plant or a waste water treatment plant, Through this level measuring device, the water level is continuously monitored and the water level is adjusted.

또한, 일반적으로, 수위센서는 크게 나누어 접촉식 센서와 비접촉식 센서로 나누어지며, 먼저, 접촉식 센서는, 예를 들면, 플로트식, 접점식, 기어식 등이 있고, 특정 위치에 설치된 전극이 액체와 접촉하여 통전되면 해당 지점에서 수위를 감지하도록 구성되어 전체적인 구성이 비교적 간단한 장점이 있다. In addition, in general, the water level sensor is largely divided into a contact sensor and a non-contact sensor. First, the contact sensor is, for example, a float type, a contact type, a gear type, etc., and the electrode installed at a specific position is a liquid It is configured to detect the water level at the point when it is energized in contact with the , so the overall configuration is relatively simple.

그러나 상기한 바와 같은 접촉식 수위센서는 전극이 직접 접촉하여야 감지가 이루어짐으로 인해 정확도 및 정밀도가 떨어지고 센서의 설치 및 정비가 용이하지 못한 등의 단점이 있으며, 이에, 최근에는, 초음파를 이용하여 액체와 직접 접촉하지 않고 측정할 수 있는 비접촉식 센서가 널리 사용되고 있다. However, the contact-type water level sensor as described above has disadvantages such as a decrease in accuracy and precision and difficulty in installation and maintenance of the sensor because the detection is performed only when the electrode is in direct contact. A non-contact sensor that can measure without direct contact with the sensor is widely used.

여기서, 상기한 바와 같은 비접촉식 수위측정 장치 및 방법에 대한 종래기술의 예로는, 먼저, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-2351037호에 제시된 바와 같은 "수위측정 시스템"이 있다. Here, as an example of the prior art for the non-contact water level measuring apparatus and method as described above, first, for example, there is a "water level measuring system" as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2351037.

더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-2351037호는, 수위를 측정할 유체가 채워진 수조 내에 설치되며 수조의 깊이 방향을 따라 연장되는 지지배관; 지지배관의 내부 공간에 위치하며 수조의 깊이 방향을 따라 연장되고 내부가 채워지는 지지막대; 지지막대에 부착되며 초음파를 발생시키는 복수개의 초음파 탐촉자; 및 복수 개의 초음파 탐촉자에 연결되며 수조의 수위를 계산하는 수위 계산기를 포함하여, 초음파가 버블 또는 스팀이 발생하지 않는 위치인 지지막대와 지지배관의 내벽 사이를 진행하도록 구성됨으로써, 수조 내부에 버블 또는 스팀이 발생하는 비정상 조건에서도 정확하게 수위를 측정할 수 있도록 구성되는 수위측정 시스템에 관한 것이다. More specifically, the aforementioned Korean Patent No. 10-2351037 discloses, a support pipe installed in a water tank filled with a fluid to measure the water level and extending along the depth direction of the water tank; a support bar located in the inner space of the support pipe and extending along the depth direction of the water tank and filled with the inside; a plurality of ultrasonic transducers attached to the support bar and generating ultrasonic waves; and a water level calculator connected to a plurality of ultrasonic transducers and calculating the water level in the water tank, wherein the ultrasonic waves are configured to travel between the support bar and the inner wall of the support pipe, which is a position where bubbles or steam do not occur, so that bubbles or It relates to a water level measurement system configured to accurately measure the water level even under abnormal conditions in which steam is generated.

아울러, 상기한 바와 같은 비접촉식 수위측정 장치 및 방법에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-2259801호에 제시된 바와 같은 "3차원 모델링을 이용한 수위측정위치의 구조물을 파악할 수 있는 초음파 수위측정장치"가 있다. In addition, as another example of the prior art for the non-contact water level measuring apparatus and method as described above, for example, as presented in Korean Patent Publication No. 10-2259801, "a structure at a water level measurement position using three-dimensional modeling There is an ultrasonic level measuring device that can be grasped.

더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-2259801호는, 초음파 수위측정장치에 있어서, 수위측정장소에 설치되어 수위측정 거리에 따라 설정된 주파수 대역의 초음파를 시간차를 두고 4분할된 방향으로 초음파의 발신방향이 다르게 하여 송수신하는 초음파센서; 초음파센서에 의해 시간차를 두고 송수신되는 초음파를 분석하여 수위측정장소에 설치된 구조물의 유무와 설치방향을 판단하여 3차원 모델링을 구현함으로써 원격지에서 현장상황을 확인할 수 있도록 하고, 초음파센서에 설정 주파수 대역에 맞는 초음파의 송수신을 제어함과 함께 수신되는 초음파중에서 수위측정과 상관없이 수위측정위치에 설치된 수직구조물에 반사되어 오는 초음파를 필터링하는 수직구조물필터링부 및 수평구조물에 반사되어 오는 초음파를 필터링하는 수평구조물필터링부로 구성되어 설치된 수직, 수평구조물에 반사되어 오는 수신 주파수를 필터링하여 수위를 측정하는 변환기를 포함하여, 초음파센서에 의해 송수신되는 초음파를 분석하여 측정장소에 설치된 구조물의 유무와 설치방향을 판단하고 3차원 모델링을 구현함으로써 정확한 수위측정이 가능하도록 구성되는 3차원 모델링을 이용한 수위측정위치의 구조물을 파악할 수 있는 초음파 수위측정장치에 관한 것이다. In more detail, the above-mentioned Korean Patent Publication No. 10-2259801 discloses, in the ultrasonic water level measuring device, the ultrasonic waves of the frequency band installed at the water level measuring place and set according to the water level measuring distance are divided into four directions with a time difference. an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves in different directions; By analyzing the ultrasonic waves transmitted and received with a time difference by the ultrasonic sensor to determine the presence and installation direction of the structure installed at the water level measurement site, 3D modeling is implemented so that the on-site situation can be checked from a remote location, and the ultrasonic sensor is in the set frequency band. A vertical structure filtering unit that filters the ultrasonic waves reflected by the vertical structure installed at the water level measurement position regardless of the water level measurement among the received ultrasonic waves, and a horizontal structure that filters the ultrasonic waves reflected by the horizontal structure Including a transducer that measures the water level by filtering the receiving frequency reflected by the vertical and horizontal structures installed with the filtering unit, and analyzes the ultrasonic waves transmitted and received by the ultrasonic sensor to determine the presence and installation direction of the structure installed in the measuring place, It relates to an ultrasonic water level measuring device capable of grasping a structure at a water level measurement position using 3D modeling, which is configured to enable accurate water level measurement by implementing 3D modeling.

상기한 바와 같이, 종래, 비접촉식 수위측정 장치 및 방법에 대하여 다양한 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들은 다음과 같은 한계가 있는 것이었다. As described above, in the related art, various technical contents have been presented for a non-contact type water level measuring apparatus and method, but the contents of the prior art as described above have the following limitations.

즉, 일반적으로, 상기한 바와 같은 초음파를 이용한 비접촉식 센서들은 초음파가 측정대상의 표면에서 반사되어 되돌아오는 시간과 속도를 이용하여, 센서로부터 바닥면까지의 거리와 센서로부터 측정대상 표면까지의 거리의 차이를 계산하여 수위값을 측정하도록 구성된다. That is, in general, the non-contact sensors using ultrasonic waves as described above use the time and speed at which ultrasonic waves are reflected from the surface of the measurement object and return, so that the distance from the sensor to the floor and the distance from the sensor to the surface of the measurement object are calculated. It is configured to measure the water level value by calculating the difference.

그러나 상기한 바와 같은 종래기술의 초음파 수위측정 장치 및 방법들은, 초음파가 공기 중을 통과하여 측정대상까지 진행한 후 다시 되돌아오는 신호를 수신하여 수위를 측정하도록 구성됨으로 인해 측정환경에 영향을 크게 받는 단점이 있으며, 즉, 예를 들면, 비, 눈, 안개, 거품 등과 같이, 초음파의 진행을 방해하는 장애물이 있을 경우 측정이 어렵고 정밀도가 떨어지며, 그로 인해, 예를 들면, 미분 사일로(silo) 등과 같이, 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에는 적용이 어려운 한계가 있는 것이었다. However, the ultrasonic level measuring apparatus and methods of the prior art as described above are greatly affected by the measurement environment because the ultrasonic wave passes through the air and proceeds to the measurement target and then receives a signal to measure the water level by receiving a return signal. There is a disadvantage, that is, for example, when there is an obstacle that obstructs the progress of ultrasound, such as rain, snow, fog, foam, etc., it is difficult to measure and the precision is low, and therefore, for example, a differential silo, etc. Likewise, there was a limit that it was difficult to apply in an environment with extreme dust or water vapor.

더욱이, 상기한 바와 같은 종래기술의 초음파 수위측정 장치 및 방법들은, 상기한 바와 같이 측정환경에 따라 적용이 어려운 단점이 있는 데 더하여, 일반적으로, 주로 초음파 주파수를 이용함으로 인해 검출거리가 1 ~ 10m로 비교적 짧은 단점도 있는 것이었다. Moreover, the ultrasonic level measuring apparatus and methods of the prior art as described above have disadvantages in that they are difficult to apply depending on the measurement environment as described above, and, in general, the detection distance is 1 to 10 m mainly due to the use of ultrasonic frequencies. There was also a relatively short disadvantage.

따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 초음파 수위측정 장치 및 방법들의 한계를 해결하기 위하여는, 눈, 비, 안개, 구름 등의 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능하도록 구성되는 새로운 구성의 비접촉식 수위측정 장치 및 방법을 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, in order to solve the limitations of the ultrasonic level measuring apparatus and methods of the prior art as described above, it is not affected by the measurement environment such as snow, rain, fog, and clouds, and can be effectively applied to an environment with extreme dust or water vapor It is desirable to present a non-contact water level measuring device and method of a new configuration configured to do so, but there is still no device or method that satisfies all such requirements.

한국 등록특허공보 제10-2351037호 (2022.01.12.)Korean Patent Publication No. 10-2351037 (202.01.12.) 한국 등록특허공보 제10-2259801호 (2021.06.02.)Korean Patent Publication No. 10-2259801 (2021.06.02.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 구성됨으로 인해 검출거리가 짧고 비나 눈, 안개, 거품 등의 장애물이 있을 경우 정확도 및 정밀도가 떨어지며, 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에는 적용이 불가능한 한계가 있었던 종래기술의 비접촉식 초음파 수위측정 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 침투성과 투과성이 매우 높은 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 밀리미터파 주파수를 송수신하는 레이더 센서를 이용하여, 미리 정해진 설정에 근거하여 측정거리에 따라 주파수를 각각 다르게 제어하여 밀리미터파를 송신하고, 목표물에 부딪혀 반사되는 밀리미터파의 송수신 시간차 및 속도를 이용하여 거리값을 계산하며, 이때, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시키는 것에 의해 송수신 신호의 왜곡을 감소하도록 구성됨으로써, 눈, 비, 안개, 구름 등의 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하고, 미분 사일로(silo) 등과 같이 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법을 제시하고자 하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above. Therefore, an object of the present invention is to measure the water level using ultrasonic waves, so that the detection distance is short and there are obstacles such as rain, snow, fog, and bubbles. In order to solve the problems of the prior art non-contact ultrasonic water level measurement devices and methods, which have low accuracy and precision and cannot be applied to environments with extreme dust or water vapor, E in the 76 ~ 81GHz band with very high penetration and permeability -Band using a radar sensor that transmits and receives millimeter wave frequency, transmits millimeter wave by controlling the frequency differently depending on the measurement distance based on a predetermined setting, and uses the transmission/reception time difference and speed of millimeter wave that is reflected by hitting the target to calculate the distance value, and at this time, by including an insulating layer between the transmitting antenna and the receiving antenna to reduce the distortion of the transmitted/received signal by physically separating it, the measurement environment of snow, rain, fog, clouds, etc. To present a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control that can be measured without being affected by will be.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 측정환경에 영향받지 않고 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능한 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법을 이용하여, 측정된 수위가 미리 설정된 기준값이나 기준범위를 벗어날 경우에는 펌프 및 밸브를 포함하는 수위제어수단을 제어하여 물을 유입시키거나 외부로 배출하도록 구성됨으로써, 정확한 수위측정에 기반하여 항상 일정한 수위를 유지할 수 있도록 구성되는 수위제어 시스템 및 방법을 제시하고자 하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to use a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control that is not affected by the measurement environment and can be effectively applied even in an environment with extreme dust or water vapor as described above. When the water level is out of a preset reference value or reference range, the water level control means including the pump and valve is controlled to introduce or discharge water to the outside, so that a constant water level can always be maintained based on accurate water level measurement It is intended to present a water level control system and method.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 비접촉식 수위측정 시스템에 있어서, 수위측정을 위한 레이더 센서를 포함하여 비접촉식으로 수위측정이 수행되도록 이루어지는 측정부; 미리 정해진 설정에 따라 상기 측정부의 상기 레이더 센서를 통하여 송수신되는 측정신호의 주파수 대역을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 주파수제어부; 및 상기 측정부의 상기 레이더 센서를 통해 송수신된 신호에 근거하여 수위를 계산하는 처리가 수행되도록 이루어어지는 수위산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템이 제공된다. In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a non-contact water level measurement system, comprising: a measurement unit including a radar sensor for water level measurement so that water level measurement is performed in a non-contact manner; a frequency control unit configured to perform a process for controlling a frequency band of a measurement signal transmitted and received through the radar sensor of the measurement unit according to a predetermined setting; and a water level calculation unit configured to perform a process of calculating a water level based on a signal transmitted and received through the radar sensor of the measuring unit.

여기서, 상기 시스템은, 상기 시스템의 전체적인 동작 및 상기 수위산출부를 통해 산출된 수위를 포함하는 각종 데이터를 모니터나 디스플레이 및 스피커를 포함하는 출력수단을 통해 출력하는 처리가 수행되도록 이루어지는 출력부; 상기 시스템의 동작을 위한 전원을 공급하는 처리가 수행되도록 이루어지는 전원공급부; 서버나 사용자 단말기를 포함하는 외부 기기와 각각의 측정값 및 처리결과를 포함하는 각종 데이터를 송수신 하기 위해 유선 또는 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 통신을 행하는 처리가 수행되도록 이루어지는 통신부; 및 상기 시스템의 전체적인 동작을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the system may include: an output unit configured to output various data including the overall operation of the system and the water level calculated through the water level calculating unit through an output unit including a monitor, a display, and a speaker; a power supply unit configured to perform a process of supplying power for operation of the system; a communication unit configured to perform a communication process in at least one of wired or wireless communication in order to transmit/receive various data including each measurement value and processing result with an external device including a server or a user terminal; and a control unit configured to perform processing for controlling the overall operation of the system.

또한, 상기 측정부는, 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 밀리미터파 주파수를 송수신하여 측정이 이루어지도록 구성되는 적어도 하나의 레이더 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the measuring unit is configured to include at least one radar sensor configured to transmit and receive an E-band millimeter wave frequency of a band of 76 to 81 GHz to perform measurement.

아울러, 상기 측정부는, 결로 발생에 의한 밀리미터파의 송수신 차단을 방지하고 노이즈의 완화 및 개선을 위해 상기 레이더 센서의 표면이 볼록한 라운드 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the measuring unit is characterized in that the surface of the radar sensor is formed in a convex round shape in order to prevent blocking of transmission and reception of millimeter wave due to the occurrence of dew condensation and to alleviate and improve noise.

더욱이, 상기 측정부는, 상기 레이더 센서의 안테나가 다층 구조로 형성되어 층별로 각각 다른 주파수의 밀리미터파를 생성하고 송수신하도록 구성되며, 상기 레이더 센서의 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 송신용 안테나와 수신용 안테나를 물리적으로 분리시키는 것에 의해 송수신 신호의 왜곡을 감소할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the measuring unit, the antenna of the radar sensor is formed in a multi-layer structure is configured to generate and transmit/receive millimeter waves of different frequencies for each layer, and includes an insulating layer between the transmitting antenna and the receiving antenna of the radar sensor Thus, by physically separating the transmitting antenna and the receiving antenna, it is characterized in that it is configured to reduce the distortion of the transmit/receive signal.

또한, 상기 주파수제어부는, 상기 측정부의 상기 레이더 센서에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 생성하거나, 상기 측정부의 상기 레이더 센서의 주파수를 확인하여 해당하는 주파수의 밀리미터파를 생성하고 송수신하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the frequency control unit generates a signal of a preset frequency according to the radar sensor of the measurement unit, or checks the frequency of the radar sensor of the measurement unit to generate and transmit/receive a millimeter wave of a corresponding frequency. characterized in that it is composed.

또는, 상기 주파수제어부는, 측정거리에 따라 미리 정해진 설정에 근거하여 76 ~ 81GHz의 밀리미터파 대역에서 최적의 주파수를 선택하여 측정 주파수로 설정하고, 해당 주파수의 밀리미터파를 생성하여 송수신하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. Alternatively, the frequency control unit selects an optimal frequency in the millimeter wave band of 76 to 81 GHz based on a preset setting according to the measurement distance, sets it as the measurement frequency, and generates and transmits and receives a millimeter wave of the corresponding frequency. It is characterized in that it is configured to be so.

아울러, 상기 시스템은, 측정환경에 따라 레이더 센서를 교체하거나, 또는, 서로 다른 주파수를 가지는 다수의 레이더 센서나 멀티채널 레이더 센서를 이용하여, 수위측정시 미리 정해진 설정에 따라 최적의 주파수를 선택하고 측정신호의 주파수를 변경하는 것에 의해 오차를 최소화하여 정확하고 정밀한 측정이 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the system selects an optimal frequency according to a predetermined setting when measuring the water level by replacing the radar sensor according to the measurement environment, or using a plurality of radar sensors or multi-channel radar sensors having different frequencies, It is characterized in that it is configured so that an accurate and precise measurement can be made by minimizing an error by changing the frequency of the measurement signal.

더욱이, 상기 수위산출부는, 상기 측정부의 상기 레이더 센서를 통해 측정된 송신 밀리미터파와 수신 밀리미터파의 속도 및 시간차를 이용하여 거리값을 계산하는 것에 의해 수위를 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. Furthermore, the water level calculating unit is configured to calculate the water level by calculating a distance value using the speed and time difference of the transmitted millimeter wave and the received millimeter wave measured through the radar sensor of the measuring unit. do.

여기서, 상기 수위산출부는, 미리 저장된 정상 수위값과 산출된 수위값을 비교하여 두 값의 차이가 미리 정해진 기준값이나 범위를 벗어나는 경우는 정상 수위값에 근거하여 산출값을 보정하는 것에 의해 측정오차를 최소화하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the water level calculation unit compares the previously stored normal water level value with the calculated water level value, and when the difference between the two values is out of a predetermined reference value or range, corrects the calculated value based on the normal water level value to calculate the measurement error. and the minimization process is configured to be performed.

또한, 상기 제어부는, 상기 수위산출부에 의해 산출된 수위가 미리 정해진 기준수위에 도달하거나 측정오차의 크기가 미리 정해진 임계값이나 범위를 벗어나는 경우, 상기 출력부의 디스플레이 및 스피커를 통해 경고메시지를 표시하고 경보를 발생하는 동시에, 상기 통신부를 통하여 담당자나 담당부서를 포함하는 미리 정해진 연락처에 해당 사실을 알리고 유지보수를 요청하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the control unit, when the water level calculated by the water level calculation unit reaches a predetermined reference water level or the magnitude of the measurement error is out of a predetermined threshold value or range, a warning message is displayed through the display and the speaker of the output unit and at the same time generating an alarm, and notifying a predetermined contact information including a person in charge or a department in charge through the communication unit, and requesting maintenance.

아울러, 상기 시스템은, 유량을 제어하기 위한 펌프 및 밸브를 포함하여 이루어지는 유량제어수단을 더 포함하여 구성되고, 상기 제어부는, 상기 수위산출부의 수위 산출값에 근거하여 상기 유량제어수단을 제어하는 것에 의해 수위를 미리 정해진 일정 수준으로 유지하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the system further comprises a flow rate control means comprising a pump and a valve for controlling the flow rate, and the control unit is configured to control the flow rate control means based on the water level calculated value of the water level calculation unit. It is characterized in that it is configured to perform a process for maintaining the water level at a predetermined constant level by the

더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 수위측정 시스템을 이용한 수위측정방법에 있어서, 76 ~ 81GHz의 밀리미터파 대역에서 측정을 위한 레이더 센서의 주파수를 설정하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 주파수제어부를 통해 수행되는 측정주파수 설정단계; 설정된 측정주파수의 밀리미터파 신호를 레이더 센서를 통하여 송신하고 측정대상에서 반사된 밀리미터파 신호를 수신하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 측정부를 통해 수행되는 측정단계; 및 상기 레이더 센서를 통해 송수신된 밀리미터파 신호의 속도 및 송수신 시간차를 이용하여 측정대상까지의 거리를 계산하는 것에 의해 수위를 산출하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 수위산출부를 통해 수행되는 수위산출단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정방법이 제공된다. Furthermore, according to the present invention, in the water level measurement method using the water level measurement system described above, the process of setting the frequency of the radar sensor for measurement in the millimeter wave band of 76 ~ 81 GHz is performed through the frequency control unit of the water level measurement system a measurement frequency setting step to be performed; a measurement step of transmitting a millimeter wave signal of a set measurement frequency through a radar sensor and receiving a millimeter wave signal reflected from a measurement target through a measurement unit of the water level measurement system; and a water level calculation step in which the process of calculating the water level by calculating the distance to the measurement target using the speed of the millimeter wave signal transmitted and received through the radar sensor and the transmission/reception time difference is performed through the water level calculation unit of the water level measurement system. There is provided a water level measurement method, characterized in that it comprises.

여기서, 상기 수위측정방법은, 상기 수위산출단계에서 산출된 수위가 미리 정해진 기준수위에 도달하거나 측정오차의 크기가 미리 정해진 임계값이나 범위를 만족하지 못하는 경우, 상기 수위측정 시스템의 출력부를 통해 경고메시지를 표시하고 경보를 발생하는 동시에, 상기 수위측정 시스템의 통신부를 통해 미리 정해진 연락처에 해당 사실을 알리고 유지보수를 요청하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 제어부를 통해 각각 수행되는 수위경보단계; 및 상기 수위산출단계에서 산출된 수위에 근거하여 수위를 미리 정해진 기준값이나 범위로 제어하는 처리가 상기 제어부를 통해 수행되는 수위제어단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, in the water level measurement method, when the water level calculated in the water level calculation step reaches a predetermined reference water level or the magnitude of the measurement error does not satisfy a predetermined threshold value or range, a warning is issued through the output unit of the water level measurement system a water level alarm step of displaying a message and generating an alarm, notifying a predetermined contact information through the communication unit of the water level measurement system and requesting maintenance, respectively, through the control unit of the water level measurement system; and a water level control step in which a process of controlling the water level to a predetermined reference value or range based on the water level calculated in the water level calculating step is performed through the control unit.

또한, 본 발명에 따르면, 수위제어 시스템에 있어서, 각각의 시설이나 지역마다 설치되어 수위를 측정하고 모니터링하는 처리가 수행되도록 이루어지는 다수의 수위측정 시스템; 각각의 상기 수위측정 시스템으로부터 주기적으로 수위측정 및 모니터링 데이터를 수신하여 미리 정해진 기준값이나 범위로 수위를 제어하고 이상발생시 알림을 전달하는 동시에, 수위측정 및 관리에 대한 빅데이터를 구축하고 사용자의 요청에 따라 해당하는 각종 정보를 맞춤형으로 제공하는 처리가 수행되도록 이루어지는 관제서버; 및 각각의 사용자가 측정된 수위를 확인하고 원하는 정보를 요청하여 제공받기 위해 각각의 상기 수위측정 시스템 및 상기 관제서버와 통신하여 각종 데이터를 송수신하는 처리가 수행되도록 이루어지는 사용자 단말기를 포함하여 구성되고, 상기 수위측정 시스템은, 상기에 기재된 수위측정 시스템을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위제어 시스템이 제공된다. In addition, according to the present invention, in the water level control system, a plurality of water level measurement systems installed in each facility or region to measure and monitor the water level to be performed; By periodically receiving water level measurement and monitoring data from each of the water level measurement systems, it controls the water level within a predetermined reference value or range and delivers a notification when an abnormality occurs, while building big data for water level measurement and management and responding to user requests. a control server configured to perform a process of providing various types of information according to a custom; and a user terminal configured to communicate with each of the water level measurement system and the control server to transmit and receive various data in order to confirm the water level measured by each user and to request and receive desired information, The water level measurement system is provided with a water level control system, characterized in that it is configured using the water level measurement system described above.

여기서, 상기 사용자 단말기는, PC를 포함하는 정보처리장치를 이용하여 구성되거나, 또는, 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 노트북을 포함하는 개인 휴대용 정보통신 단말기에 전용의 어플리케이션을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the user terminal is configured by using an information processing device including a PC, or by installing a dedicated application in a personal portable information communication terminal including a smart phone, tablet PC, or notebook computer. .

아울러, 본 발명에 따르면, 수위제어방법에 있어서, 수위의 측정 및 모니터링을 위해 각각의 시설이나 지역마다 수위를 측정하고 모니터링하는 처리가 수행되도록 이루어지는 수위측정 시스템을 설치하는 처리가 수행되는 시스템 구축단계; 및 상기 시스템 구축단계를 통해 각각의 설비나 지역마다 설치된 상기 수위측정 시스템을 통하여 수위를 측정하고 이상 여부를 모니터링하여 미리 정해진 기준값이나 범위로 제어하는 수위를 제어하는 처리가 수행되는 수위제어단계를 포함하여 구성되고, 상기 수위측정 시스템은, 상기에 기재된 수위측정 시스템을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위제어방법이 제공된다. In addition, according to the present invention, in the water level control method, in order to measure and monitor the water level, the process of installing a water level measurement system in which the process of measuring and monitoring the water level is performed for each facility or region is a system construction step in which a process is performed ; and a water level control step of measuring the water level through the water level measuring system installed for each facility or region through the system building step, monitoring whether there is an abnormality, and controlling the water level to control the water level to a predetermined reference value or range. There is provided a water level control method, characterized in that the water level measurement system is configured using the water level measurement system described above.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 침투성과 투과성이 매우 높은 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 주파수를 이용하여, 미리 정해진 설정에 근거하여 측정거리에 따라 주파수를 각각 다르게 제어하여 밀리미터파를 송신하고, 목표물에 부딪혀 반사되는 밀리미터파의 송수신 시간차 및 속도를 이용하여 거리값을 계산하며, 이때, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시키는 것에 의해 송수신 신호의 왜곡을 감소하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법이 제공됨으로써, 눈, 비, 안개, 구름 등의 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하고, 미분 사일로(silo) 등과 같이 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용할 수 있다. As described above, according to the present invention, using the E-band frequency of the 76 ~ 81 GHz band with very high permeability and permeability, the millimeter wave is transmitted by controlling the frequency differently according to the measurement distance based on a predetermined setting, and , calculates the distance value using the transmission/reception time difference and speed of the millimeter wave reflected by hitting the target. By providing a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control, which is configured to It can be effectively applied even in environments with extreme dust or water vapor.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 침투성과 투과성이 매우 높은 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 주파수를 이용하여 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법이 제공됨으로써, 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 구성됨으로 인해 검출거리가 짧고 비나 눈, 안개, 거품 등의 장애물이 있을 경우 정확도 및 정밀도가 떨어지며, 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에는 적용이 불가능한 한계가 있었던 종래기술의 초음파 수위측정 장치 및 방법들의 문제점을 해결할 수 있다. In addition, according to the present invention, as described above, using the E-band frequency of the 76 ~ 81 GHz band with very high permeability and permeability, E-band multi-frequency control configured to enable measurement without being affected by the measurement environment is provided. By providing a possible non-contact water level measurement system and method, because it is configured to measure the water level using ultrasonic waves, the detection distance is short, and accuracy and precision are reduced when there are obstacles such as rain, snow, fog, or bubbles, and when there is extreme dust or water vapor It is possible to solve the problems of the ultrasonic water level measuring apparatus and methods of the prior art, which had limitations that could not be applied to the environment.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 측정환경에 영향받지 않고 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법을 이용하여, 측정된 수위가 미리 설정된 기준값이나 기준범위를 벗어날 경우에는 펌프 및 밸브를 포함하는 수위제어수단을 제어하여 물을 유입시키거나 외부로 배출하도록 구성되는 수위제어 시스템 및 방법이 제공됨으로써, 정확한 수위측정에 기반하여 항상 일정한 수위를 유지할 수 있다. In addition, according to the present invention, as described above, using the non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control, which is configured to be effectively applicable to an environment with extreme dust or water vapor without being affected by the measurement environment, measurement Provided is a water level control system and method configured to control a water level control means including a pump and a valve to introduce or discharge water to the outside when the set water level is out of a preset reference value or reference range, based on accurate water level measurement Thus, it is possible to maintain a constant water level at all times.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템의 실제 구성예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템에 적용되는 안테나의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템에 단열판이 적용된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템을 이용한 수위측정방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템을 이용한 수위제어 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a non-contact water level measurement system capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an actual configuration example of a non-contact water level measurement system capable of E-band multi-frequency control according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 .
3 is a diagram schematically showing a specific configuration of an antenna applied to a non-contact water level measurement system capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a configuration in which an insulation plate is applied to a non-contact water level measurement system capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a water level measurement method using a non-contact water level measurement system capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a water level control system using a non-contact water level measurement system capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법과 이를 이용한 수위제어 시스템 및 방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control according to the present invention and specific embodiments of the water level control system and method using the same will be described.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다. Here, it should be noted that the content described below is only one embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the content of the embodiment described below.

또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. In addition, in the following description of the embodiments of the present invention, for parts that are the same as or similar to those of the prior art, or that can be easily understood and implemented at the level of those skilled in the art, the detailed description is provided for the sake of brevity. It should be noted that o was omitted.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 구성됨으로 인해 검출거리가 짧고 비나 눈, 안개, 거품 등의 장애물이 있을 경우 정확도 및 정밀도가 떨어지며, 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에는 적용이 불가능한 한계가 있었던 종래기술의 초음파 수위측정 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 침투성과 투과성이 매우 높은 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 주파수를 이용하여, 미리 정해진 설정에 근거하여 측정거리에 따라 주파수를 각각 다르게 제어하여 밀리미터파를 송신하고, 목표물에 부딪혀 반사되는 밀리미터파의 송수신 시간차 및 속도를 이용하여 거리값을 계산하며, 이때, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시키는 것에 의해 송수신 신호의 왜곡을 감소하도록 구성됨으로써, 눈, 비, 안개, 구름 등의 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하고, 미분 사일로(silo) 등과 같이 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법에 관한 것이다. That is, the present invention, as will be described later, is configured to measure the water level using ultrasonic waves, so the detection distance is short, and when there are obstacles such as rain, snow, fog, or bubbles, the accuracy and precision are lowered, and there is extreme dust or water vapor. In order to solve the problems of the ultrasonic level measurement apparatus and methods of the prior art, which had limitations that could not be applied to the environment, measurement based on a predetermined setting using the E-band frequency of the 76 ~ 81GHz band with very high permeability and permeability The millimeter wave is transmitted by controlling the frequency differently according to the distance, and the distance value is calculated using the transmission/reception time difference and speed of the millimeter wave that collides with the target and is reflected. It is configured to reduce the distortion of the transmission/reception signal by physically separating it including, so it is possible to measure without being affected by the measurement environment such as snow, rain, fog, clouds, etc. It relates to a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control configured to be effectively applicable even in an environment with water vapor.

아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 측정환경에 영향받지 않고 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능한 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법을 이용하여, 측정된 수위가 미리 설정된 기준값이나 기준범위를 벗어날 경우에는 펌프 및 밸브를 포함하는 수위제어수단을 제어하여 물을 유입시키거나 외부로 배출하도록 구성됨으로써, 정확한 수위측정에 기반하여 항상 일정한 수위를 유지할 수 있도록 구성되는 수위제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention, as will be described later, is not affected by the measurement environment, and the measured water level is Water level configured to always maintain a constant water level based on accurate water level measurement by controlling a water level control means including a pump and a valve to introduce or discharge water to the outside when it is out of a preset reference value or reference range It relates to a control system and method.

계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법과 이를 이용한 수위제어 시스템 및 방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다. Subsequently, with reference to the drawings, a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control according to the present invention and specific contents of the water level control system and method using the same will be described.

더 상세하게는, 먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)의 실제 구성예를 개략적으로 나타내는 도면이다. More specifically, first, referring to FIGS. 1 and 2 , FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention. and FIG. 2 is a diagram schematically showing an actual configuration example of the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 .

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)은, 크게 나누어, 예를 들면, 레이더 등과 같이, 수위측정을 위한 측정센서를 포함하여 이루어지는 측정부(11)와, 미리 정해진 설정에 따라 측정부(11)의 레이더를 통하여 송수신되는 측정신호의 주파수 대역을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 주파수제어부(12) 및 측정부(11)의 레이더를 통해 송수신된 신호에 근거하여 수위를 계산하는 처리가 수행되도록 이루어어지는 수위산출부(13)를 포함하여 구성될 수 있다. 1 and 2, the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention is largely divided, for example, a radar, etc., for water level measurement. A measurement unit 11 including a sensor, a frequency control unit 12 and a measurement unit ( 11) may be configured to include a water level calculation unit 13 configured to perform a process of calculating a water level based on the signal transmitted and received through the radar.

또한, 상기한 시스템(10)은, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 각 부와 시스템(10)의 전체적인 동작 및 수위산출부(13)를 통해 산출된 수위를 포함하는 각종 데이터를 모니터나 디스플레이 및 스피커 등의 출력수단을 통해 출력하는 처리가 수행되도록 이루어지는 출력부(14)와, 상기한 각 부와 시스템(10)의 동작을 위한 전원을 공급하는 처리가 수행되도록 이루어지는 전원공급부(15)와, 서버나 사용자 단말기 등을 포함하는 외부 기기와 각각의 측정값 및 처리결과를 포함하는 각종 데이터를 주고받기 위해 유선 또는 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 통신을 행하는 처리가 수행되도록 이루어지는 통신부(16) 및 상기한 각 부 및 시스템(10)의 전체적인 동작을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부(17)를 더 포함하여 구성될 수 있다. In addition, the system 10, as shown in FIGS. 1 and 2, receives various data including the overall operation of each unit and the system 10 and the water level calculated through the water level calculation unit 13. An output unit 14 configured to perform a process for outputting output through an output means such as a monitor, display, or speaker, and a power supply unit configured to perform a process of supplying power for the operation of each unit and system 10 described above ( 15) and an external device including a server or a user terminal, and a communication unit configured to perform communication in at least one method of wired or wireless communication in order to exchange various data including measurement values and processing results with an external device (16) and a control unit 17 configured to perform processing for controlling the overall operation of each unit and system 10 described above.

여기서, 상기한 측정부(11)는, 예를 들면, 밀리미터파를 송수신하도록 구성되는 레이더 센서를 이용하여, 후술하는 바와 같이 구성되는 PCB 안테나를 통해 수위측정 거리에 따라 미리 설정된 밀리미터파 주파수를 송신하고 목표(즉, 물이나 액체)의 표면에서 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하여, 밀리미터파의 속도 및 시간차를 통해 목표와의 거리(즉, 수위)를 측정하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Here, the above-described measuring unit 11 transmits, for example, a millimeter wave frequency preset according to the water level measurement distance through a PCB antenna configured as described below, using a radar sensor configured to transmit and receive millimeter waves. and receiving a signal reflected back from the surface of the target (ie, water or liquid), and measuring the distance to the target (ie, water level) through the speed and time difference of the millimeter wave.

이때, 상기한 밀리미터파는, 예를 들면, E-밴드 대역의 주파수를 이용하도록 구성될 수 있으며, 바람직하게는, 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 주파수를 이용하도록 구성될 수 있다. In this case, the millimeter wave, for example, may be configured to use a frequency of an E-band band, and preferably, may be configured to use an E-band frequency of a 76 to 81 GHz band.

즉, 76 ~ 81GHz 대역의 밀리미터파 주파수는 투과성이 매우 우수하여 눈, 비, 안개, 구름 등의 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하며, 그것에 의해, 예를 들면, 미분 사일로(silo) 등과 같이 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 적용 가능하고, 유독성 환경의 수조나 탱크에서도 비접촉으로 정확하고 정밀한 측정이 이루어질 수 있다. That is, the millimeter wave frequency in the 76 ~ 81 GHz band has very good transmittance and can be measured without being affected by the measurement environment such as snow, rain, fog, and clouds. It can be applied to an environment with extreme dust or water vapor, such as, etc., and accurate and precise measurement can be made without contact in a tank or tank in a toxic environment.

아울러, 상기한 측정부(11)는, 밀리미터파가 송수신되는 센서 표면을 볼록한 라운드 형태로 형성함으로써, 결로 발생에 의한 밀리미터파의 송수신 차단을 방지하고 노이즈를 완화 및 개선하도록 구성될 수 있다. In addition, the above-described measuring unit 11 may be configured to prevent transmission and reception of millimeter waves due to condensation and to alleviate and improve noise by forming the sensor surface through which millimeter waves are transmitted and received in a convex round shape.

더욱이, 상기한 주파수제어부(12)는, 측정부(11)의 레이더 센서에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 생성하거나, 측정부(11)의 레이더 센서의 주파수를 확인하여 해당하는 주파수의 밀리미터파를 생성하고 송수신하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Furthermore, the frequency control unit 12 generates a signal of a preset frequency according to the radar sensor of the measurement unit 11 or checks the frequency of the radar sensor of the measurement unit 11 to generate a millimeter wave of the corresponding frequency. It may be configured to generate and transmit/receive processing to be performed.

또는, 상기한 주파수제어부(12)는, 측정거리에 따라 미리 정해진 설정에 근거하여 76 ~ 81GHz의 밀리미터파 대역에서 최적의 주파수를 선택하여 측정 주파수로 설정하고 해당 주파수의 밀리미터파를 생성하여 송수신하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Alternatively, the frequency control unit 12 selects an optimal frequency in the millimeter wave band of 76 to 81 GHz based on a predetermined setting according to the measurement distance, sets it as the measurement frequency, and generates and transmits and receives a millimeter wave of the corresponding frequency. The processing may be configured to be performed.

여기서, 상기한 주파수제어부(12)는, 예를 들면, 디지털 필터와 같은 필터수단을 이용하여 송수신 신호의 노이즈를 각각 제거하도록 구성될 수 있으며, 그것에 의해, 측정의 정확도를 더욱 높일 수 있다. Here, the above-described frequency control unit 12 may be configured to respectively remove noise of the transmission/reception signal using a filter means such as a digital filter, thereby further increasing the accuracy of measurement.

따라서 상기한 바와 같은 구성으로부터, 본 발명에 따르면, 미리 설정된 특정 주파수를 사용하는 도중에 측정환경에 따라 레이더를 교체하거나, 또는, 서로 다른 주파수를 가지는 다수의 레이더나 멀티채널 레이더를 이용하여 측정시 최적의 주파수를 선택하는 등과 같이, 필요에 따라 측정을 위한 밀리미터파의 주파수를 변경하는 것에 의해 오차를 최소화하여 항상 정확하고 정밀한 측정이 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다. Therefore, from the above configuration, according to the present invention, the radar is replaced depending on the measurement environment while using a preset specific frequency, or when measuring using a plurality of radars or multi-channel radars having different frequencies. By changing the frequency of the millimeter wave for measurement as necessary, such as selecting the frequency of , the error can be minimized so that accurate and precise measurement can be always made.

이에 더하여, 본 발명에 따르면, 단일의 주파수제어기를 통해 다양한 주파수 대역을 가지는 다수의 레이더 센서를 연결하는 것이 가능하므로, 센서의 관리가 용이하고 유지보수 비용을 절감할 수 있다. In addition, according to the present invention, since it is possible to connect a plurality of radar sensors having various frequency bands through a single frequency controller, it is possible to easily manage the sensors and reduce maintenance costs.

또한, 상기한 수위산출부(13)는, 상기한 바와 같이 하여 측정부(11)의 레이더 센서를 통해 측정된 송신 밀리미터파와 수신 밀리미터파의 속도와 시간차를 이용하여 거리값을 계산하는 것에 의해 수위를 산출하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. In addition, the water level calculation unit 13 calculates a distance value by using the speed and time difference of the transmitted millimeter wave and the received millimeter wave measured through the radar sensor of the measuring unit 11 as described above. It may be configured to perform a process for calculating .

이때, 상기한 수위산출부(13)는, 미리 저장된 정상 수위값과 산출된 수위값을 비교하여 두 값의 차이가 미리 정해진 기준값이나 범위를 벗어나는 경우는 정상 수위값에 근거하여 산출값을 보정하는 것에 의해 측정오차를 최소화할 수 있도록 구성될 수 있다. At this time, the water level calculation unit 13 compares the previously stored normal water level value with the calculated water level value, and corrects the calculated value based on the normal water level value when the difference between the two values is out of a predetermined reference value or range. It can be configured to minimize measurement error by this.

여기서, 상기한 바와 같이 레이더를 통해 측정된 데이터로부터 거리를 계산하는 과정에 대한 보다 구체적인 내용에 대하여는 기존의 레이더 장치나 수위측정 센서 등을 참고하여 당업자가 적절히 구현할 수 있는 사항이므로, 이에, 본 발명에서는, 설명을 간략히 하기 위해, 상기한 바와 같이 종래기술의 문헌 등을 참조하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. Here, as described above, for more detailed information on the process of calculating the distance from the data measured through the radar, those skilled in the art can appropriately implement it with reference to an existing radar device or a water level measuring sensor. It should be noted that, in order to simplify the description, as described above, detailed descriptions of contents that can be easily understood and practiced by those skilled in the art are omitted with reference to the literature of the prior art.

아울러, 상기한 제어부(17)는, 상기한 바와 같이 하여 계산된 수위가 미리 정해진 기준수위에 도달한 경우나, 또는, 측정오차의 크기가 미리 정해진 임계값이나 범위를 벗어나는 경우, 상기한 출력부(14)의 디스플레이 및 스피커를 통해 경고메시지를 표시하고 경보를 발생하는 동시에, 상기한 통신부(16)를 통하여 담당자나 담당부서 등과 같이 미리 정해진 연락처에 해당 사실을 알리고 유지보수를 요청하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. In addition, the control unit 17, when the water level calculated as described above reaches a predetermined reference water level, or when the magnitude of the measurement error is out of a predetermined threshold value or range, the output unit At the same time, a warning message is displayed through the display and speaker of (14) and an alarm is generated, and at the same time, a process of notifying a predetermined contact information such as a person in charge or a department in charge through the communication unit 16 and requesting maintenance is performed. It can be configured to be

더욱이, 상기한 시스템(10)은, 예를 들면, 펌프나 밸브 등과 같이, 유량을 제어하기 위한 유량제어수단을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이때, 상기한 제어부(17)는, 수위산출부(13)의 수위 산출값에 근거하여, 산출된 수위가 미리 정해진 기준수위보다 낮을 경우는 펌프를 동작시켜 물을 유입시키고, 높을 경우는 밸브를 열어 물을 배출시키도록 제어하는 것에 의해 수위를 항상 일정 수준으로 유지하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Moreover, the system 10 may be configured to further include a flow rate control means for controlling the flow rate, such as a pump or a valve, for example, wherein the control unit 17 includes a water level calculation unit Based on the calculated water level in (13), when the calculated water level is lower than the predetermined reference water level, the water level is always controlled by operating the pump to introduce water, and when it is high, by opening the valve to discharge the water. It may be configured to perform a process that maintains it at a constant level.

또한, 본 발명에 따르면, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시킴으로써 송수신 신호간 왜곡을 감소하여 측정오차를 최소화할 수 있도록 구성될 수 있다. In addition, according to the present invention, it can be configured to minimize the measurement error by reducing the distortion between the transmission and reception signals by physically separating the transmission antenna and the reception antenna by including an insulating layer.

더 상세하게는 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)에 적용되는 안테나의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 멀티주파수 대역의 FMCW 레이더에 대한 송수신단 안테나의 구조를 나타내고 있다. In more detail, referring to FIG. 3 , FIG. 3 is a diagram schematically showing a specific configuration of an antenna applied to the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention. The structure of the antenna at the transmitting and receiving end for the FMCW radar in the frequency band is shown.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)에 적용되는 안테나는, 최상의 밀리미터파 송수신율을 위해 도 3에 나타낸 바와 같이 다층 구조로 형성되어 층별로 각각 다른 주파수의 밀리미터파를 생성하고 송수신하도록 구성될 수 있다. That is, the antenna applied to the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to the embodiment of the present invention is formed in a multi-layer structure as shown in FIG. 3 for the best millimeter wave transmission/reception rate, so that each layer Each may be configured to generate and transmit/receive millimeter waves of different frequencies.

아울러, 상기한 안테나는, 도 3에 나타낸 바와 같은 다층 구조의 1층부터 4층까지 층별로 각각 다른 주파수의 밀리미터파를 생성하여 송신하고 측정대상에서 반사되어 수신되는 밀리미터파를 분석하여 수위를 측정하기 위한 회로유닛을 포함하여 구성될 수 있다. In addition, the antenna generates and transmits millimeter waves of different frequencies for each layer from the first to fourth layers of the multi-layer structure as shown in FIG. 3, and analyzes the millimeter wave reflected and received from the measurement target to measure the water level It may be configured to include a circuit unit for

여기서, 상기한 회로유닛은, 회로의 부품이 안착되고 전기적으로 연결되는 PCB가 다층으로 이루어지고, PCB의 최하부층 기판 전체가 도파관(프레임)과 연결되어 PCB 전체에 정전용량이 균일하게 분포될 수 있도록 구성되는 동시에, 볼트를 이용하여 회로유닛의 PCB 전체를 골고루 프레임과 접촉결합시켜 PCB 전체에 밀리미터파의 진행방향에 균일하게 그라운드 상태가 분포되도록 구성됨으로써, 밀리미터파의 손실을 최소화하고 출력효율을 높일 수 있도록 구성될 수 있다. Here, in the circuit unit, the PCB on which the circuit components are seated and electrically connected is made of a multilayer, and the entire lowermost layer of the PCB is connected to the waveguide (frame) so that the capacitance can be uniformly distributed throughout the PCB. At the same time, the entire PCB of the circuit unit is uniformly contacted with the frame using bolts so that the ground state is uniformly distributed in the traveling direction of the millimeter wave over the entire PCB, thereby minimizing the loss of millimeter wave and improving the output efficiency. It can be configured to increase.

따라서 상기한 바와 같은 구성으로부터 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)을 용이하게 구현할 수 있다. Therefore, it is possible to easily implement the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to the embodiment of the present invention from the above configuration.

즉, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)에 단열판이 적용된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. That is, referring to FIG. 4 , FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration in which an insulation plate is applied to the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면, 투과성이 우수한 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 밀리미터파 멀티주파수를 이용하여 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하며, 그것에 의해, 유독성 환경의 수조나 탱크에서도 비접촉 방식으로 항상 정확하고 정밀한 수위측정이 이루어질 수 있다. As shown in Fig. 4, according to the present invention, it is possible to measure without being affected by the measurement environment using the E-band millimeter wave multi-frequency of the 76 ~ 81 GHz band with excellent transmittance, and thereby, a tank in a toxic environment Even in a tank or tank, accurate and precise water level measurement can always be made in a non-contact manner.

계속해서, 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)을 이용한 수위측정방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다. Subsequently, referring to FIG. 5, FIG. 5 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a water level measurement method using the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수위측정방법은, 크게 나누어, 76 ~ 81GHz의 밀리미터파 대역에서 측정을 위한 레이더 센서의 주파수를 설정하는 처리가 상기한 수위측정 시스템(10)의 주파수제어부(12)를 통해 수행되는 측정주파수 설정단계(S10)와, 설정된 측정주파수의 밀리미터파 신호를 레이더 센서를 통하여 송신하고 측정대상에서 반사된 밀리미터파 신호를 수신하는 처리가 상기한 수위측정 시스템(10)의 측정부(11)를 통해 수행되는 측정단계(S20) 및 레이더 센서를 통해 송수신된 밀리미터파 신호의 속도 및 송수신 시간차를 이용하여 측정대상까지의 거리를 계산하는 것에 의해 수위를 산출하는 처리가 상기한 수위측정 시스템(10)의 수위산출부(13)를 통해 수행되는 수위산출단계(S30)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in Figure 5, the water level measurement method according to the embodiment of the present invention is largely divided, and the process of setting the frequency of the radar sensor for measurement in the millimeter wave band of 76 ~ 81 GHz is the above-described water level measurement system (10) The measurement frequency setting step (S10) performed through the frequency control unit 12 of The water level is calculated by calculating the distance to the measurement target using the measurement step S20 performed through the measurement unit 11 of the system 10 and the speed and transmission/reception time difference of the millimeter wave signal transmitted and received through the radar sensor. The process may be configured to include a water level calculation step (S30) performed through the water level calculation unit 13 of the water level measurement system 10 described above.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 수위측정방법은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 수위산출단계(S30)에서 산출된 수위가 미리 정해진 기준수위에 도달하거나 측정오차의 크기가 미리 정해진 임계값이나 범위를 만족하지 못하는 경우, 상기한 수위측정 시스템(10)의 출력부(14)를 통해 경고메시지를 표시하고 경보를 발생하는 동시에, 상기한 수위측정 시스템(10)의 통신부(16)를 통해 미리 정해진 연락처에 해당 사실을 알리고 유지보수를 요청하는 처리가 상기한 수위측정 시스템(10)의 제어부(17)를 통해 각각 수행되는 수위경보단계(S40)를 더 포함하여 구성될 수 있다. Here, in the water level measuring method according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5 , the water level calculated in the water level calculating step S30 reaches a predetermined reference water level or the size of the measurement error is a predetermined threshold value or range is not satisfied, a warning message is displayed through the output unit 14 of the water level measurement system 10 and an alarm is generated, and at the same time, a predetermined It may be configured to further include a water level alarm step (S40) in which the processing of notifying the contact information and requesting maintenance is performed through the control unit 17 of the water level measurement system 10, respectively.

더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 수위측정방법은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기한 수위산출단계(S30)에서 산출된 수위가 미리 정해진 기준수위보다 낮을 경우는 펌프를 동작시켜 물을 유입시키고 높을 경우는 밸브를 열어 물을 배출시키는 것에 의해 수위를 항상 일정 수준으로 유지하는 처리가 상기한 제어부(17)를 통해 수행되는 수위제어단계(S50)를 더 포함하여 구성될 수 있다. Furthermore, in the water level measuring method according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5 , when the water level calculated in the water level calculation step S30 is lower than a predetermined reference water level, the pump is operated to introduce water and When it is high, the process of always maintaining the water level at a constant level by opening the valve to discharge the water may be configured to further include a water level control step (S50) in which the above-described control unit 17 is performed.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10) 및 방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 다양한 주파수 대역의 레이더 센서를 적용 가능하고 오수펌프장이나 배수지 등의 원격제어, 진단 및 모니터링이 가능한 수위제어 시스템을 용이하게 구현할 수 있다. Therefore, as described above, it is possible to implement the non-contact water level measurement system 10 and method capable of E-band multi-frequency control according to the embodiment of the present invention, whereby radar sensors of various frequency bands can be applied and the sewage pumping station It is possible to easily implement a water level control system capable of remote control, diagnosis, and monitoring of water and drainage basins.

즉, 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)을 이용한 수위제어 시스템(60)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. That is, referring to FIG. 6, FIG. 6 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the water level control system 60 using the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention. to be.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수위제어 시스템(60)은, 크게 나누어, 예를 들면, 액체 저장탱크나 저수지, 하천, 댐 등과 같이, 각각의 시설이나 지역마다 설치되어 수위를 측정하고 모니터링하는 처리가 수행되도록 이루어지는 다수의 수위측정 시스템(61)과, 각각의 수위측정 시스템(61)으로부터 주기적으로 수위측정 및 모니터링 데이터를 수신하여 수위가 낮은 곳은 물을 유입시키고 수위가 높은 곳은 배출시키도록 제어하는 것에 의해 미리 정해진 일정 수준으로 수위를 조절하고 이상발생시 알림을 전달하는 동시에, 수위측정 및 관리에 대한 빅데이터를 구축하고 사용자의 요청에 따라 해당하는 각종 정보를 맞춤형으로 제공하는 처리가 수행되도록 이루어지는 관제서버(62) 및 각각의 사용자가 측정된 수위를 확인하고 원하는 정보를 요청하여 제공받기 위해 각각의 수위측정 시스템(61) 및 관제서버(62)와 통신하여 각종 데이터를 송수신하는 처리가 수행되도록 이루어지는 사용자 단말기(63)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 6 , the water level control system 60 according to the embodiment of the present invention is largely divided, for example, a liquid storage tank or reservoir, a river, a dam, etc., installed for each facility or region, and the water level A plurality of water level measurement systems 61 configured to measure and monitor processes are performed, and water level measurement and monitoring data are periodically received from each water level measurement system 61 to introduce water into a low water level and increase the water level By controlling the discharge at high places, the water level is adjusted to a predetermined level and a notification is delivered when an abnormality occurs, while building big data for water level measurement and management, and customized various information according to the user's request. In order to check the water level measured by the control server 62 and each user to request and receive desired information, the control server 62 configured to perform the provided processing communicates with each water level measurement system 61 and the control server 62 to receive various data It may be configured to include a user terminal 63 in which processing for transmitting and receiving is performed.

여기서, 상기한 수위측정 시스템(61)은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 상기한 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템(10)을 이용하여, 해당 위치에서 수위를 측정하고 이상 유무를 모니터링하여 얻어지는 각종 데이터를 관제서버(62)로 전송하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Here, the above-described water level measurement system 61, using the non-contact water level measurement system 10 capable of E-band multi-frequency control according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 4, the corresponding position It may be configured to perform a process of transmitting various data obtained by measuring the water level and monitoring the presence or absence of an abnormality to the control server 62 .

또한, 상기한 사용자 단말기(63)는, 예를 들면, PC와 같은 단말장치를 이용하여 구성될 수 있고, 또는, 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같이, 개인이 휴대 가능한 정보통신 단말기에 전용의 어플리케이션을 설치하여 구성될 수도 있으나, 본 발명은 반드시 이러한 구성으로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명은 본 발명의 취지 및 본질을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 수정 및 변경하여 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다. In addition, the user terminal 63, for example, may be configured by using a terminal device such as a PC, or, such as a smart phone, tablet PC, or notebook computer, dedicated to an information communication terminal that can be carried by an individual. It may be configured by installing an application, but the present invention is not necessarily limited to this configuration, that is, the present invention is variously modified and changed as needed by those skilled in the art without departing from the spirit and essence of the present invention. It should be noted that it is configurable.

상기한 바와 같은 구성으로부터, 본 발명에 따르면, 각각의 시설이나 지역마다 수위측정 시스템(61)을 설치하여 두고, 각각의 수위측정 시스템(61)들이 서로 통신하여 각종 데이터를 주고받도록 하는 동시에, 관제서버(62)의 요청에 따라, 또는, 미리 정해진 설정에 따라 주기적으로 모니터링 데이터를 관제서버(62)로 각각 전송하도록 구성됨으로써, 예를 들면, 전국 단위의 광범위한 지역에 대하여도 대규모의 수위제어 시스템(60) 및 방법을 용이하게 구축할 수 있다. From the above configuration, according to the present invention, a water level measurement system 61 is installed for each facility or region, and each water level measurement system 61 communicates with each other to exchange various data, and at the same time, control By being configured to periodically transmit monitoring data to the control server 62 at the request of the server 62 or according to a predetermined setting, respectively, for example, a large-scale water level control system for a wide area nationwide. (60) and the method can be easily constructed.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법과 이를 이용한 수위제어 시스템 및 방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 본 발명에 따르면, 침투성과 투과성이 매우 높은 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 주파수를 이용하여, 미리 정해진 설정에 근거하여 측정거리에 따라 주파수를 각각 다르게 제어하여 밀리미터파를 송신하고, 목표물에 부딪혀 반사되는 밀리미터파의 송수신 시간차 및 속도를 이용하여 거리값을 계산하며, 이때, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시키는 것에 의해 송수신 신호의 왜곡을 감소하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법이 제공됨으로써, 눈, 비, 안개, 구름 등의 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하며, 미분 사일로(silo) 등과 같이 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용할 수 있다. Therefore, as described above, it is possible to implement a non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control according to an embodiment of the present invention and a water level control system and method using the same, and thereby, according to the present invention, permeability and Using the highly transparent E-band frequency of the 76 ~ 81GHz band, the millimeter wave is transmitted by controlling the frequency differently depending on the measurement distance based on a predetermined setting, and the transmission/reception time difference of the millimeter wave reflected by hitting the target The distance value is calculated using the speed, and at this time, by including an insulating layer between the transmitting antenna and the receiving antenna, the E-band multi-frequency control is possible non-contact type configured to reduce the distortion of the transmit/receive signal by physically separating it By providing a water level measurement system and method, it is possible to measure without being affected by the measurement environment such as snow, rain, fog, clouds, etc. have.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 침투성과 투과성이 매우 높은 76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 주파수를 이용하여 측정환경에 의한 영향을 받지 않고 측정이 가능하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법이 제공됨으로써, 초음파를 이용하여 수위를 측정하도록 구성됨으로 인해 검출거리가 짧고 비나 눈, 안개, 거품 등의 장애물이 있을 경우 정확도 및 정밀도가 떨어지며, 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에는 적용이 불가능한 한계가 있었던 종래기술의 초음파 수위측정 장치 및 방법들의 문제점을 해결할 수 있다. In addition, according to the present invention, as described above, using the E-band frequency of the 76 ~ 81 GHz band with very high permeability and permeability, E-band multi-frequency control configured to enable measurement without being affected by the measurement environment is provided. By providing a possible non-contact water level measurement system and method, because it is configured to measure the water level using ultrasonic waves, the detection distance is short, the accuracy and precision are reduced when there is an obstacle such as rain, snow, fog, or foam, and It is possible to solve the problems of the ultrasonic water level measuring apparatus and methods of the prior art, which had limitations that could not be applied to the environment.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 측정환경에 영향받지 않고 극심한 분진이나 수증기가 있는 환경에도 효과적으로 적용 가능하도록 구성되는 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법을 이용하여, 측정된 수위가 미리 설정된 기준값이나 기준범위를 벗어날 경우에는 펌프 및 밸브를 포함하는 수위제어수단을 제어하여 물을 유입시키거나 외부로 배출하도록 구성되는 수위제어 시스템 및 방법이 제공됨으로써, 정확한 수위측정에 기반하여 항상 일정한 수위를 유지할 수 있다. In addition, according to the present invention, as described above, using the non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control, which is configured to be effectively applicable to an environment with extreme dust or water vapor without being affected by the measurement environment, measurement Provided is a water level control system and method configured to control a water level control means including a pump and a valve to introduce or discharge water to the outside when the set water level is out of a preset reference value or reference range, based on accurate water level measurement Thus, it is possible to maintain a constant water level at all times.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템 및 방법과 이를 이용한 수위제어 시스템 및 방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다. As described above, the detailed contents of the non-contact water level measurement system and method capable of E-band multi-frequency control according to the present invention and the water level control system and method using the same have been described through the embodiments of the present invention as described above, but the present invention It is not limited only to the contents described in the above embodiment, and therefore, the present invention may be modified, changed, combined in various ways according to design needs and other various factors by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. and substitutions are possible.

10. E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템
11. 측정부 12. 주파수제어부
13. 수위산출부 14. 출력부
15. 전원공급부 16. 통신부
17. 제어부 60. 수위제어 시스템
61. 수위측정 시스템 62. 관제서버
63. 사용자 단말기 10. Non-contact water level measurement system with E-band multi-frequency control
11. Measurement unit 12. Frequency control unit
13. Water level calculation unit 14. Output unit
15. Power supply unit 16. Communication unit
17. Control unit 60. Water level control system
61. Water level measurement system 62. Control server
63. User terminal

Claims (17)

E-밴드 멀티주파수 제어가 가능한 비접촉식 수위측정 시스템에 있어서,
수위측정을 위한 레이더 센서를 포함하여 비접촉식으로 수위측정이 수행되도록 이루어지는 측정부;
미리 정해진 설정에 따라 상기 측정부의 상기 레이더 센서를 통하여 송수신되는 측정신호의 주파수 대역을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 주파수제어부; 및
상기 측정부의 상기 레이더 센서를 통해 송수신된 신호에 근거하여 수위를 계산하는 처리가 수행되도록 이루어어지는 수위산출부를 포함하여 구성되고,
상기 측정부는,
상기 레이더 센서의 안테나가 다층 구조로 형성되어 층별로 각각 다른 주파수의 밀리미터파를 생성하고 송수신하도록 구성되며,
상기 레이더 센서의 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에 절연층을 포함하여 송신용 안테나와 수신용 안테나를 물리적으로 분리시키는 것에 의해 송수신 신호의 왜곡을 감소할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
In the non-contact water level measurement system capable of E-band multi-frequency control,
a measurement unit including a radar sensor for water level measurement so that water level measurement is performed in a non-contact manner;
a frequency control unit configured to perform a process for controlling a frequency band of a measurement signal transmitted and received through the radar sensor of the measurement unit according to a predetermined setting; and
and a water level calculation unit configured to perform a process of calculating the water level based on the signal transmitted and received through the radar sensor of the measuring unit,
The measurement unit,
The antenna of the radar sensor is formed in a multi-layer structure to generate and transmit/receive millimeter waves of different frequencies for each layer,
Water level measurement system, characterized in that it is configured to reduce the distortion of the transmission and reception signal by physically separating the transmission antenna and the reception antenna by including an insulating layer between the transmission antenna and the reception antenna of the radar sensor. .
 제 1항에 있어서,
상기 시스템은,
상기 시스템의 전체적인 동작 및 상기 수위산출부를 통해 산출된 수위를 포함하는 각종 데이터를 모니터나 디스플레이 및 스피커를 포함하는 출력수단을 통해 출력하는 처리가 수행되도록 이루어지는 출력부;
상기 시스템의 동작을 위한 전원을 공급하는 처리가 수행되도록 이루어지는 전원공급부;
서버나 사용자 단말기를 포함하는 외부 기기와 각각의 측정값 및 처리결과를 포함하는 각종 데이터를 송수신 하기 위해 유선 또는 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 통신을 행하는 처리가 수행되도록 이루어지는 통신부; 및
상기 시스템의 전체적인 동작을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
The method of claim 1,
The system is
an output unit configured to perform a process of outputting various data including the overall operation of the system and the water level calculated through the water level calculating unit through an output unit including a monitor, a display, and a speaker;
a power supply unit configured to perform a process of supplying power for operation of the system;
a communication unit configured to perform a communication process in at least one of wired or wireless communication in order to transmit/receive various data including each measurement value and processing result with an external device including a server or a user terminal; and
The water level measurement system, characterized in that it further comprises a control unit configured to perform a process for controlling the overall operation of the system.
 제 1항에 있어서,
상기 측정부는,
76 ~ 81GHz 대역의 E-밴드 밀리미터파 주파수를 송수신하여 측정이 이루어지도록 구성되는 적어도 하나의 레이더 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
The method of claim 1,
The measurement unit,
The water level measurement system, characterized in that it comprises at least one radar sensor configured to transmit and receive E-band millimeter wave frequency in the 76 ~ 81 GHz band to be measured.
 제 1항에 있어서,
상기 측정부는,
결로 발생에 의한 밀리미터파의 송수신 차단을 방지하고 노이즈의 완화 및 개선을 위해 상기 레이더 센서의 표면이 볼록한 라운드 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
The method of claim 1,
The measurement unit,
The water level measurement system, characterized in that the surface of the radar sensor is formed in a convex round shape to prevent transmission and reception of millimeter wave due to condensation and to alleviate and improve noise.
 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 주파수제어부는,
상기 측정부의 상기 레이더 센서에 따라 미리 설정된 주파수의 신호를 생성하거나, 상기 측정부의 상기 레이더 센서의 주파수를 확인하여 해당하는 주파수의 밀리미터파를 생성하고 송수신하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
The method of claim 1,
The frequency control unit,
Water level, characterized in that the processing of generating a signal of a preset frequency according to the radar sensor of the measuring unit or checking the frequency of the radar sensor of the measuring unit to generate and transmit/receive a millimeter wave of a corresponding frequency is performed measuring system.
 제 1항에 있어서,
상기 주파수제어부는,
측정거리에 따라 미리 정해진 설정에 근거하여 76 ~ 81GHz의 밀리미터파 대역에서 최적의 주파수를 선택하여 측정 주파수로 설정하고, 해당 주파수의 밀리미터파를 생성하여 송수신하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
The method of claim 1,
The frequency control unit,
Based on a predetermined setting according to the measurement distance, an optimal frequency is selected from the millimeter wave band of 76 ~ 81 GHz and set as the measurement frequency, and a millimeter wave of the corresponding frequency is generated and transmitted and received. water level measurement system.
 제 1항에 있어서,
상기 시스템은,
측정환경에 따라 레이더 센서를 교체하거나, 또는, 서로 다른 주파수를 가지는 다수의 레이더 센서나 멀티채널 레이더 센서를 이용하여, 수위측정시 미리 정해진 설정에 따라 최적의 주파수를 선택하고 측정신호의 주파수를 변경하는 것에 의해 오차를 최소화하여 정확하고 정밀한 측정이 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
The method of claim 1,
The system is
The radar sensor is replaced according to the measurement environment, or multiple radar sensors or multi-channel radar sensors having different frequencies are used to select the optimal frequency according to a predetermined setting when measuring the water level and change the frequency of the measurement signal The water level measurement system, characterized in that it is configured so that accurate and precise measurement can be made by minimizing the error by doing so.
 제 1항에 있어서,
상기 수위산출부는,
상기 측정부의 상기 레이더 센서를 통해 측정된 송신 밀리미터파와 수신 밀리미터파의 속도 및 시간차를 이용하여 거리값을 계산하는 것에 의해 수위를 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
The method of claim 1,
The water level calculation unit,
and a process for calculating the water level by calculating a distance value using the speed and time difference of the transmitted millimeter wave and the received millimeter wave measured by the radar sensor of the measuring unit is configured to be performed.
 제 9항에 있어서,
상기 수위산출부는,
미리 저장된 정상 수위값과 산출된 수위값을 비교하여 두 값의 차이가 미리 정해진 기준값이나 범위를 벗어나는 경우는 정상 수위값에 근거하여 산출값을 보정하는 것에 의해 측정오차를 최소화하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
10. The method of claim 9,
The water level calculation unit,
By comparing the pre-stored normal water level value and the calculated water level value, if the difference between the two values is out of a predetermined reference value or range, the process for minimizing the measurement error is performed by correcting the calculated value based on the normal water level value. A water level measurement system, characterized in that it becomes.
 제 2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수위산출부에 의해 산출된 수위가 미리 정해진 기준수위에 도달하거나 측정오차의 크기가 미리 정해진 임계값이나 범위를 벗어나는 경우, 상기 출력부의 디스플레이 및 스피커를 통해 경고메시지를 표시하고 경보를 발생하는 동시에, 상기 통신부를 통하여 담당자나 담당부서를 포함하는 미리 정해진 연락처에 해당 사실을 알리고 유지보수를 요청하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
3. The method of claim 2,
The control unit is
When the water level calculated by the water level calculation unit reaches a predetermined reference water level or the magnitude of the measurement error exceeds a predetermined threshold or range, a warning message is displayed through the display and speaker of the output unit and an alarm is generated at the same time , The water level measurement system characterized in that it is configured to notify a predetermined contact information including a person in charge or a department in charge through the communication unit and request maintenance is performed.
 제 2항에 있어서,
상기 시스템은,
유량을 제어하기 위한 펌프 및 밸브를 포함하여 이루어지는 유량제어수단을 더 포함하여 구성되고,
상기 제어부는,
상기 수위산출부의 수위 산출값에 근거하여 상기 유량제어수단을 제어하는 것에 의해 수위를 미리 정해진 일정 수준으로 유지하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정 시스템.
3. The method of claim 2,
The system is
It is configured to further include a flow control means comprising a pump and a valve for controlling the flow rate,
The control unit is
and a process for maintaining the water level at a predetermined constant level by controlling the flow control means based on the water level calculated value of the water level calculating unit is configured to be performed.
 청구항 1항 내지 청구항 4항, 청구항 6항 내지 청구항 12항 중 어느 한 항에 기재된 수위측정 시스템을 이용한 수위측정방법에 있어서,
76 ~ 81GHz의 밀리미터파 대역에서 측정을 위한 레이더 센서의 주파수를 설정하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 주파수제어부를 통해 수행되는 측정주파수 설정단계;
설정된 측정주파수의 밀리미터파 신호를 레이더 센서를 통하여 송신하고 측정대상에서 반사된 밀리미터파 신호를 수신하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 측정부를 통해 수행되는 측정단계; 및
상기 레이더 센서를 통해 송수신된 밀리미터파 신호의 속도 및 송수신 시간차를 이용하여 측정대상까지의 거리를 계산하는 것에 의해 수위를 산출하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 수위산출부를 통해 수행되는 수위산출단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정방법.
In the water level measurement method using the water level measurement system according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 12,
a measurement frequency setting step in which a process of setting a frequency of a radar sensor for measurement in a millimeter wave band of 76 ~ 81 GHz is performed through a frequency control unit of the water level measurement system;
a measurement step of transmitting a millimeter wave signal of a set measurement frequency through a radar sensor and receiving a millimeter wave signal reflected from a measurement target through a measurement unit of the water level measurement system; and
The process of calculating the water level by calculating the distance to the measurement target using the speed of the millimeter wave signal transmitted and received through the radar sensor and the transmission/reception time difference includes a water level calculation step in which the water level calculation unit of the water level measurement system is performed A water level measurement method, characterized in that it is configured.
 제 13항에 있어서,
상기 수위측정방법은,
상기 수위산출단계에서 산출된 수위가 미리 정해진 기준수위에 도달하거나 측정오차의 크기가 미리 정해진 임계값이나 범위를 만족하지 못하는 경우, 상기 수위측정 시스템의 출력부를 통해 경고메시지를 표시하고 경보를 발생하는 동시에, 상기 수위측정 시스템의 통신부를 통해 미리 정해진 연락처에 해당 사실을 알리고 유지보수를 요청하는 처리가 상기 수위측정 시스템의 제어부를 통해 각각 수행되는 수위경보단계; 및
상기 수위산출단계에서 산출된 수위에 근거하여 수위를 미리 정해진 기준값이나 범위로 제어하는 처리가 상기 제어부를 통해 수행되는 수위제어단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위측정방법.
14. The method of claim 13,
The water level measurement method is,
When the water level calculated in the water level calculation step reaches a predetermined reference water level or the magnitude of the measurement error does not satisfy a predetermined threshold value or range, a warning message is displayed through the output unit of the water level measurement system and an alarm is generated. At the same time, a water level alarm step in which a process of notifying a predetermined contact information through the communication unit of the water level measurement system and requesting maintenance is respectively performed through the control unit of the water level measurement system; and
and a water level control step in which a process of controlling the water level to a predetermined reference value or range based on the water level calculated in the water level calculation step is performed through the control unit.
 수위제어 시스템에 있어서,
각각의 시설이나 지역마다 설치되어 수위를 측정하고 모니터링하는 처리가 수행되도록 이루어지는 다수의 수위측정 시스템;
각각의 상기 수위측정 시스템으로부터 주기적으로 수위측정 및 모니터링 데이터를 수신하여 미리 정해진 기준값이나 범위로 수위를 제어하고 이상발생시 알림을 전달하는 동시에, 수위측정 및 관리에 대한 빅데이터를 구축하고 사용자의 요청에 따라 해당하는 각종 정보를 맞춤형으로 제공하는 처리가 수행되도록 이루어지는 관제서버; 및
각각의 사용자가 측정된 수위를 확인하고 원하는 정보를 요청하여 제공받기 위해 각각의 상기 수위측정 시스템 및 상기 관제서버와 통신하여 각종 데이터를 송수신하는 처리가 수행되도록 이루어지는 사용자 단말기를 포함하여 구성되고,
상기 수위측정 시스템은,
청구항 1항 내지 청구항 4항, 청구항 6항 내지 청구항 12항 중 어느 한 항에 기재된 수위측정 시스템을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위제어 시스템.
In the water level control system,
a plurality of water level measurement systems installed for each facility or region to perform a water level measurement and monitoring process;
By periodically receiving water level measurement and monitoring data from each of the water level measurement systems, it controls the water level within a predetermined reference value or range and delivers a notification when an abnormality occurs, while building big data for water level measurement and management and responding to user requests. a control server configured to perform a process of providing various types of information according to a custom; and
In order for each user to check the measured water level and to request and receive desired information, it communicates with each of the water level measurement system and the control server to transmit and receive various data, and a user terminal configured to be performed.
The water level measurement system,
A water level control system, characterized in that it is constructed using the water level measurement system according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 12.
 제 15항에 있어서,
상기 사용자 단말기는,
PC를 포함하는 정보처리장치를 이용하여 구성되거나, 또는, 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 노트북을 포함하는 개인 휴대용 정보통신 단말기에 전용의 어플리케이션을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위제어 시스템.
16. The method of claim 15,
The user terminal,
A water level control system, characterized in that it is configured using an information processing device including a PC, or is configured by installing a dedicated application in a personal portable information communication terminal including a smart phone, a tablet PC, or a notebook computer.
 수위제어방법에 있어서,
수위의 측정 및 모니터링을 위해 각각의 시설이나 지역마다 수위를 측정하고 모니터링하는 처리가 수행되도록 이루어지는 수위측정 시스템을 설치하는 처리가 수행되는 시스템 구축단계; 및
상기 시스템 구축단계를 통해 각각의 설비나 지역마다 설치된 상기 수위측정 시스템을 통하여 수위를 측정하고 이상 여부를 모니터링하여 미리 정해진 기준값이나 범위로 제어하는 처리가 수행되는 수위제어단계를 포함하여 구성되고,
상기 수위측정 시스템은,
청구항 1항 내지 청구항 4항, 청구항 6항 내지 청구항 12항 중 어느 한 항에 기재된 수위측정 시스템을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수위제어방법.
In the water level control method,
A system construction step in which a process of installing a water level measurement system configured to measure and monitor the water level for each facility or region for measuring and monitoring the water level is performed; and
Through the system building step, the water level is measured through the water level measurement system installed for each facility or region, and the process is performed to monitor whether there is an abnormality and control it to a predetermined reference value or range.
The water level measurement system,
A water level control method, characterized in that it is configured using the water level measurement system according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 12.
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