KR102573159B1 - 볼텍스 유속계 - Google Patents

볼텍스 유속계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하천, 수로, 개거(開渠) 또는 하수도 등 수리학적 개수로(開水路)에서의 유속을 측정하는 볼텍스(vortex) 유속계에 관한 것으로, 봉체(39)의 하단에는 측정관(12) 및 삼각주(13) 등으로 구성되는 감지부(10)가 설치되고, 감지부(10) 상부에는 카메라모듈(20)이 장착되어, 카메라모듈(20)에서 송출되는 영상이 스마트폰(40)으로 실시간 출력되는 것이다.
본 발명을 통하여, 볼텍스 유속계의 수면하 투입부 및 주변 수류에 대한 실시간 관측이 가능하여, 유속계 투입부의 위치 및 자세에 대한 정확한 설정이 가능하며, 이로써 볼텍스 유속계의 개수로 유속에 대한 측정 정밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Description

볼텍스 유속계{VORTEX CURRENT METER}
본 발명은 하천, 수로, 개거(開渠) 또는 하수도 등 수리학적 개수로(開水路)에서의 유속을 측정하는 볼텍스(vortex) 유속계에 관한 것으로, 봉체(39)의 하단에는 측정관(12) 및 삼각주(13) 등으로 구성되는 감지부(10)가 설치되고, 감지부(10) 상부에는 카메라모듈(20)이 장착되어, 카메라모듈(20)에서 송출되는 영상이 스마트폰(40)으로 실시간 출력되는 것이다.
볼텍스 유속계는 축방향으로 양단이 개방된 관체 내측 중심부에 삼각형 평단면의 기둥을 설치하여 와류 발생을 유도하고 와류의 발생 주파수를 측정하여 이를 환산함으로써 유속을 계측하는 장치로서, 관련 종래기술로는 특허 제1297198호 등을 들 수 있다.
특허 제1297198호를 비롯한 종래의 볼텍스 유속계는 유체가 통과하는 관로의 내부에 수류를 부분 차단하는 기둥형 부재를 구성하여 인위적으로 와류를 발생시키고 그 빈도를 검출하여 비례 관계에 있는 유속을 산출하는 방식으로 작동하는데, 만관(滿管) 흐름을 전제로 성립되는 바, 일반적으로 개수로 보다는 각종 배관내 관수로 흐름에 대한 측정에 활용되며, 만관 흐름에 따라 통수 면적이 고정되는 바, 유속계 보다는 유량계로 통용되고 있다.
볼텍스 유속계는 개수로 유속계로서 주로 활용되는 로터(rotor)식 유속계와 달리 물리적으로 회전되는 부품이 배재될 뿐 아니라, 구조가 단순하게 구성될 수 있으므로, 고장의 우려가 적고 유지관리가 간편한 장점이 있으며, 측정 정밀도 역시 우수한 특성을 가진다.
그러나, 전술한 바와 같이 볼텍스 유속계는 그 작동 특성상 흐름 방향이 상시 일정한 만관 상태의 관수로에 한하여 유효한 측정치가 검출되는 바, 주로 설비용 배관 등의 관로에 고정된 상태의 유속-유량계로 활용되고 있으며, 하천 또는 하수도 등 개수로용 유속계로 널리 사용되지는 않는데, 이는 측정용 관체가 수류의 유하 방향과 평행을 이루도록 관체의 위치 및 자세를 정확하게 유지하여야만 유의(有意)한 측정치를 획득할 수 있으며, 만일 관체의 중심축과 수류 유하 방향간 경사가 형성될 경우 유속의 편향 성분이 오검출될 뿐 아니라, 관체 유입구 및 관벽 내주면과 수류간 충돌로 인한 이상류(異常流) 또는 와류로 인하여 측정치가 심각하게 왜곡되기 때문이다.
결국, 볼텍스 유속계를 개수로용 유속계로 활용하기 위해서는 유속계의 사용자가 수류내 투입부를 육안으로 지속적으로 관찰하면서 위치 및 자세를 정확하게 설정할 필요가 있는데, 외부에서 육안만으로 수류의 방향을 정확하게 파악하는 것은 사실상 불가능할 뿐 아니라, 하수도 등 고탁도 수류의 경우 외부에서의 수류 방향 파악이 근본적으로 불가능한 바, 종래의 볼텍스 유속계는 상술한 다양한 장점에도 불구하고 하천 또는 하수도 등 개수로용 유속계로는 적용이 사실상 불가능한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여, 사용자가 수면 하측 투입 구성과 수류의 상태를 실시간으로 관측하면서 유속계의 투입 위치 및 자세를 정확하게 설정할 수 있도록 함으로써 볼텍스 유속계를 개수로용 유속계로 활용할 수 있도록 창안된 것으로, 볼텍스 유속계에 있어서, 봉체(39)의 하단에는 수면 하측으로 투입되는 감지부(10)가 설치되되, 감지부(10)는 양단이 개방된 관체인 측정관(12)과 측정관(12)에 내장되어 와류 발생을 감지하는 삼각주(13)로 구성되어 와류 발생 주파수를 유속으로 환산하도록 구성되고, 감지부(10)의 상부에는 카메라모듈(20)이 설치되되, 카메라모듈(20)의 대물렌즈(21)는 수류의 하류측을 시준하며, 카메라모듈(20)은 스마트폰(40)과 연결되어, 카메라모듈(20)에서 송출되는 촬상정보가 스마트폰(40)의 터치스크린(45)으로 실시간 출력됨을 특징으로 하는 볼텍스 유속계이다.
또한, 본 발명은 상기 측정관(12)의 수류 하류측 선단에는 유연한 선재인 표시선(60)이 설치되어, 수류에 따라 표시선(60)이 수류와 평행한 방향으로 전개되고, 카메라모듈(20)의 촬영 영역내 전개된 상태의 표시선(60)이 포함됨을 특징으로 하는 볼텍스 유속계이다.
본 발명을 통하여, 볼텍스 유속계의 수면하 투입부 및 주변 수류에 대한 실시간 관측이 가능하여, 유속계 투입부의 위치 및 자세에 대한 정확한 설정이 가능하며, 이로써 볼텍스 유속계의 개수로 유속에 대한 측정 정밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 수면 하부에 대한 실시간 관측 구성을 수립함에 있어서, 상용 스마트폰(40)을 활용함으로써, 볼텍스 유속계의 전체 구성을 간소화할 수 있으며, 이로써 간편한 휴대가 가능할 뿐 아니라, 제조 비용도 절감할 수 있다.
특히, 스마트폰(40)의 자체 탑재 기억장치(42)를 활용하여, 볼텍스 유속계의 수면 하부 투입부 및 주변 수류의 촬영 영상을 저장할 수 있을 뿐 아니라, 유속계의 제어부(30)와 스마트폰(40)을 연결할 경우, 측정치와 촬영 영상을 동반 저장할 수 있으므로, 내업(內業)시 측정 정보의 활용도를 제고할 수 있다.
도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 부분절단 분해 사시도
도 3은 본 발명의 구성도
도 4는 무선모듈이 적용된 본 발명의 일 실시예 부분절단 사시도
도 5는 도 4 실시예의 구성도
도 6은 제어부와 스마트폰이 연결된 본 발명의 일 실시예 구성도
도 7은 도 6 실시예의 사용자 시점 설명도
도 8은 표시선이 적용된 본 발명의 일 실시예 요부 발췌 사시도
도 9는 도 8 실시예의 스마트폰 화면 예시도
도 10은 발광부가 설치된 본 발명의 일 실시예 요부 발췌 사시도
본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 1은 본 발명의 외관을 예시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 측정관(12)내 발생된 와류의 주파수를 감지하여 이를 유속으로 환산하는 볼텍스 유속계이며, 상기 측정관(12)을 포함하는 감지부(10), 카메라모듈(20), 봉체(39), 제어부(30) 및 스마트폰(40) 등으로 구성된다.
즉, 도 1에서와 같이, 본 발명은 하천, 수로 또는 하수도 등 다양한 형태의 개수로에서 유속을 측정하는 장대 형태의 휴대용 유속계로서, 측정 지점 또는 측정 지점의 수변에서, 사용자가 봉체(39) 상부를 파지하고 봉체(39) 하부의 감지부(10)를 수면 하측으로 투입하여 측정을 실시하게 되며, 측정치는 봉체(39) 상단부에 장착된 제어부(30)의 디스플레이(35)를 통하여 확인하게 된다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 본 발명 유속계의 봉체(39) 하단에는 수면 하측으로 투입되는 감지부(10)가 설치되되, 감지부(10)는 양단이 개방된 관체인 측정관(12)과 측정관(12)에 내장된 삼각형 평단면의 삼각주(三角柱)(13) 등으로 구성되며, 삼각주(13)에는 변형 센서 등의 와류 감지 센서가 내장되어, 측정관(12)을 수류가 통과함에 따라 야기되는 와류의 주파수를 검출하고 이를 유속으로 환산하는 방식으로 작동된다.
또한, 본 발명의 감지부(10)의 상부에는 카메라모듈(20)이 설치되는데, 카메라모듈(20)은 대물렌즈(21)와 촬상소자 및 신호 송출 장치 등으로 구성되는 디지털카메라로서, 수류에 투입되는 점을 감안하여 방수성이 부여되며, 도 2에서 점선으로 표시된 바와 같이, 카메라모듈(20)의 대물렌즈(21)는 수류의 하류측을 시준(視準)한다.
즉, 본 발명의 카메라모듈(20)에 있어서, 대물렌즈(21)는 그 시준선이 측정관(12)의 중심축과 평면상에서는 일치하되 측면상에서는 소폭의 경사를 이루도록 설정되고, 이로써 감지부(10)의 하류측 구역을 촬영하게 되며, 카메라모듈(20)의 화각(畵角)은 감지부(10) 전방측의 구역은 물론 측정관(12) 선단부를 비롯한 감지부(10) 일부가 촬영 영역내 포함될 수 있도록 충분한 광각으로 설정된다.
이러한 카메라모듈(20)은 스마트폰(40)과 연결되어, 카메라모듈(20)에서 송출되는 촬상정보가 스마트폰(40)의 터치스크린(45)으로 실시간 출력되는데, 여기서 연결이란 카메라모듈(20)의 송출 정보가 정보기기인 스마트폰(40)의 CPU(Central Processing Unit)(41)로 입력될 수 있도록 유선 연결 또는 무선 연결되는 상태로서, 각 구성요소간 구체적인 연결 및 정보 전달 상태가 도 3 및 도 5에 예시되어 있다.
우선, 도 3은 유선 연결 상태를 예시한 것으로, 동 도면 및 도 1에서와 같이, 카메라모듈(20)과 스마트폰(40)이 신호선(47)을 통하여 전기적으로 연결되며, 도면상 신호선(47)은 카메라모듈(20)이 아닌 유속계 봉체(39) 상단의 제어부(30)에서 인출되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 신호선(47)의 외부 노출로 인한 파손을 방지하기 위하여 신호선(47)을 봉체(39)에 내장하고 신호선(47) 출력단을 제어부(30) 하우징에서 인출하는 방식을 표현한 것이며, 동 실시예에서는 카메라모듈(20) 및 신호선(47)과 제어부(30)간 실질적 정보 유통은 수행되지 않는다.
따라서, 도 3에서와 같이, 감지부(10)에서 출력되는 유속 측정치는 별도의 배선을 통하여 제어부(30)내 MCU(MicroController Unit)(31)로 입력되어 디스플레이(35)로 출력되며, 이와 별개로 카메라모듈(20)에서 송출되는 촬상정보는 신호선(47)을 경유하여 스마트폰(40)의 데이터커넥터(43)로 전송된 후 CPU(41)로 입력된다.
이렇듯, 스마트폰(40)의 CPU(41)로 입력된 촬상정보는 CPU(41)와 연결된 기억장치(42)에 수록되고 역시 CPU(41)와 연결된 터치스크린(45)으로 출력됨으로써, 사용자가 카메라모듈(20)로 촬영된 수류 영상을 실시간으로 확인할 수 있으며, 영상내 측정관(12)과 수류의 기포 또는 표류물 등을 관찰함으로써 측정관(12)을 비롯한 감지부(10)의 수류내 위치 및 자세를 즉각적으로 확인하고, 이를 정확하게 조정할 수 있다.
도 4 및 도 5는 전술한 카메라모듈(20)과 스마트폰(40)간 연결에 무선통신이 적용된 실시예로서, 카메라모듈(20)에는 무선모듈(50)이 장착되고, 스마트폰(40)에도 무선모듈(50)이 탑재되되, 카메라모듈(20)의 무선모듈(50)과 스마트폰(40)의 무선모듈(50)은 동일한 규격 및 규약(protocol)의 무선모듈(50)이 적용된다.
여기서 무선모듈(50)이란 스마트폰(40)의 이동통신망용 칩셋 및 무선랜용 칩셋 등의 주통신부(46)가 아니라, 블루투스(bluetooth) 또는 지그비(ZigBee) 등 저전력 근거리 무선통신을 수행하는 모듈로서, 카메라모듈(20)의 무선모듈(50)과 스마트폰(40)의 무선모듈(50)이 상호 페어링(pairing)됨에 따라 양자간 통신로(session)가 개설되어 유지되면서 카메라모듈(20)과 스마트폰(40)간 촬상정보가 유통된다.
특히, 현재 시판되는 대다수의 스마트폰(40)은 블루투스 등 저전력 근거리 무선모듈(50)이 기본 탑재되어 있는 바, 상술한 카메라모듈(20)과 스마트폰(40)간 무선모듈(50) 페어링은 무리없이 수행 가능하며, 이 과정에서 스마트폰(40)에 대한 일체의 개조 또는 부가 장치 장착이 요구되지 않는다.
한편, 도 6 및 도 7은 본 발명 유속계의 제어부(30)와 카메라모듈(20) 및 스마트폰(40)이 연결되어, 카메라모듈(20)의 송출 정보가 스마트폰(40)으로 직접 입력되는 것이 아니라, 카메라모듈(20)의 송출 정보가 제어부(30)를 경유하여 스마트폰(40)으로 입력되는 실시예로서, 이를 통하여 유속 측정치 및 촬영 영상 등 제반 정보의 수록, 관리 및 활용상 이점을 얻을 수 있다.
즉, 도 6에서와 같이, 스마트폰(40)의 데이터커넥터(43)는 신호선(47)을 통하여 제어부(30)의 MCU(31)와 연결되고, 카메라모듈(20) 역시 도면상 일점쇄선으로 표시된 별도의 유선 배선을 통하여 제어부(30)의 MCU(31)와 연결되는 구성으로서, 감지부(10)에서 송출되는 유속 측정치 정보가 제어부(30)에 내장된 MCU(31)로 입력된 후 감지부(10)의 디스플레이(35)로 출력됨과 동시에, 카메라모듈(20)에서 송출된 촬상정보도 제어부(30)의 MCU(31)로 우선 입력된 후, 제어부(30)의 MCU(31)를 경유하여 스마트폰(40)의 데이터커넥터(43)로 전송되어 CPU(41)로 최종 입력되는 것이다.
이때, 제어부(30)의 MCU(31)는 카메라모듈(20)의 촬상정보를 스마트폰(40)의 데이터커넥터(43)로 전송함과 동시에, 감지부(10)에서 송출된 유속 측정치 정보도 촬상정보와 동반하여 전송하게 되며, 이로써 사용자는 도 7에서와 같은 상태로 수치화된 유속정보와 실시간 촬영 영상을 동시에 확인할 수 있게 된다.
특히, 전술한 바와 같이, 스마트폰(40)의 기억장치(42)를 통하여 실시간 영상정보는 물론 실시간 유속 측정치를 안정적으로 수록, 저장할 수 있으므로, 추후 내업(內業) 수행시 실시간 영상 및 유속 정보를 일층 유용하게 활용 및 관리할 수 있다.
또한, 도 6에서와 같이, 스마트폰(40)의 CPU(41)에 GPS모듈(48)이 연결되어 당 시점에서의 스마트폰(40)의 위치정보를 획득할 수도 있는데, 현재 시판되는 대다수의 스마트폰(40)에 GPS모듈(48)이 기본 장착되는 바, 이 또한 일체의 개조 또는 부가 장치 장착 없이 실시 가능하며, 이로써 도 7에서와 같이, 유속 측정치 및 수류의 영상은 물론, 해당 지점의 정확한 위치정보도 동반 수록, 관리할 수 있다.
이러한, 위치정보의 동반 수록을 통하여, 측정치 및 영상의 위치별 관리 편의성 및 효율성 등 자료 자체에 대한 의의 뿐 아니라, 현장에서 측정 작업을 수행하는 측정자의 오판 또는 태만 등으로 인하여 야기될 수 있는 측정 위치 오류도 방지 내지 확인할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9는 표시선(60)이 구성된 실시예를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 측정관(12)의 수류 하류측 선단에는 유연한 선재인 표시선(60)이 설치되어, 감지부(10)를 수류에 투입하면 도 9에서와 같이, 수류에 따라 표시선(60)이 수류와 평행한 방향으로 전개된다.
즉, 단순한 수류 영상만으로 수류의 방향을 정확하게 파악하기 어려울 수 있으므로, 수류의 방향을 가시적으로 표시할 수 있는 유연한 선재인 표시선(60)을 설치한 것으로, 이때 카메라모듈(20)의 촬영 영역은 전개된 상태의 표시선(60)이 포함될 수 있도록 설정함으로써, 도 9에서와 같은 화면을 확인할 수 있는 것이다.
이러한 표시선(60)의 소재로는 유연성이 우수한 합성섬유 등이 적용될 수 있으며, 이로써 미세한 유속이 조성된 상황에서도 수류의 방향을 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 표시선(60)의 외주면에 형광도료 또는 야광도료를 도포함으로써 시인성을 극대화할 수도 있다.
특히, 도 9에서와 같이, 스마트폰(40)의 터치스크린(45)을 통하여 수류 등의 영상을 출력함에 있어서, 터치스크린(45) 화면상 기준선(49)을 표시함으로써, 상술한 감지부(10)의 위치 및 자세를 일층 정확하게 확인할 수 있으며, 이는 대물렌즈(21) 등 카메라모듈(20)에 대한 조작 또는 개조 없이도 스마트폰(40)의 영상정보 출력 소프트웨어 설정만으로 가능하며, 카메라모듈(20)의 감지부(10)상 위치는 상시 고정된 상태이므로 터치스크린(45) 화면상 기준선(49)과 표시선(60)을 대조함으로써 수류 방향을 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 도 10에서와 같이, 표시선(60)의 말단 및 측정관(12)의 선단에 각각 발광부(66)를 설치함으로써, 고탁도의 수류 또는 야간 측정시에도 수류의 방향을 정확하게 파악할 수 있는데, 이러한 발광부(66)로는 방수 처리된 LED 등의 소형 광원이 적용될 수 있다.
즉, 혼탁한 수류 또는 야간 측정으로 인하여 표시선(60)을 터치스크린(45) 화면에서 확인할 수 없는 경우에도, 표시선(60) 말단 발광부(66)와 측정관(12) 선단 발광부(66)의 터치스크린(45) 화면상 위치를 확인함으로써, 표시선(60)의 형태 및 방향을 추정할 수 있으며, 이로써 수류의 방향을 파악할 수 있는 것이다.
이때, 표시선(60) 말단의 발광부(66)와 측정관(12) 선단의 발광부(66)는 서로 다른 색상으로 발광되도록 함으로써, 일층 정확하고 용이한 관측이 가능하다.
10 : 감지부
12 : 측정관
13 : 삼각주
20 : 카메라모듈
21 : 대물렌즈
30 : 제어부
31 : MCU
35 : 디스플레이
39 : 봉체
40 : 스마트폰
41 : CPU
42 : 기억장치
43 : 데이터커넥터
45 : 터치스크린
46 : 주통신부
47 : 신호선
48 : GPS모듈
49 : 기준선
50 : 무선모듈
60 : 표시선
66 : 발광부

Claims (2)

  1. 볼텍스 유속계로서, 봉체(39)의 하단에는 수면 하측으로 투입되는 감지부(10)가 설치되되, 감지부(10)는 양단이 개방된 관체인 측정관(12)과 측정관(12)에 내장되어 와류 발생을 감지하는 삼각주(13)로 구성되어 와류 발생 주파수를 유속으로 환산하도록 구성되고, 감지부(10)의 상부에는 카메라모듈(20)이 설치되되, 카메라모듈(20)의 대물렌즈(21)는 수류의 하류측을 시준하며, 카메라모듈(20)은 스마트폰(40)과 연결되어, 카메라모듈(20)에서 송출되는 촬상정보가 스마트폰(40)의 터치스크린(45)으로 실시간 출력되는 볼텍스 유속계에 있어서,
    측정관(12)의 수류 하류측 선단에는 유연한 선재인 표시선(60)이 설치되어, 수류에 따라 표시선(60)이 수류와 평행한 방향으로 전개되고, 카메라모듈(20)의 촬영 영역내 전개된 상태의 표시선(60)이 포함됨을 특징으로 하는 볼텍스 유속계.
  2. 삭제
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KR101297198B1 (ko) * 2012-06-27 2013-08-16 (주)플로트론 볼텍스 유량계
CN211955537U (zh) * 2020-03-24 2020-11-17 四川科盛新环境科技有限公司 一种流速测量装置
CN215573150U (zh) * 2021-07-14 2022-01-18 合肥健威智能科技有限公司 一种便携式多普勒流速流量仪

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