KR102634777B1 - Signal processing method and system for flow measurement of ultrasonic gas meter - Google Patents
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Abstract
초음파 가스미터에서의 유량 측정을 위한 에러 처리 과정을 포함하는 신호 처리 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및 연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있어, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. A signal processing method and system including an error handling process for flow measurement in an ultrasonic gas meter are provided. A signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention includes the steps of transmitting and receiving an ultrasonic signal to gas transported through a flow pipe by a sensor unit equipped with a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor; And a step where the calculation unit calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals. As a result, when temperature affects the speed of sound waves and errors occur, the errors that occur can be processed and the precision of flow measurement can be improved.
Description
본 발명은 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 가스미터에서의 유량 측정을 위한 에러 처리 과정을 포함하는 신호 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a signal processing method and system for measuring flow rate in an ultrasonic gas meter, and more specifically, to a signal processing method and system including an error processing process for measuring flow rate in an ultrasonic gas meter.
초음파 가스미터는, 효율적 관리나 검침 데이터 분석 활용이 가능하도록, 정밀 유량측정 및 순간 유량측정을 수행할 수 있다. 이 경우, 초음파 가스미터는, ADC(Analog-digital converter)를 이용한 디지털 신호 처리를 수행할 수 있다. Ultrasonic gas meters can perform precise flow measurement and instantaneous flow measurement to enable efficient management or analysis of meter reading data. In this case, the ultrasonic gas meter can perform digital signal processing using an analog-digital converter (ADC).
여기서, 초음파 가스미터는, 위상차 측정 방식 또는 시간차 측정 방식을 통해, 유량을 측정할 수 있으며, 시간차 측정 방식을 이용하는 초음파 가스미터는, 가스를 가로지르는 한 쌍의 마주보는 센서를 구성하고, 이를 서로 발사 및 수신 센서로 사용하여 가스의 유속에 따라 각각의 시간을 측정하여 이를 비교함으로써 유속을 측정한 후에 단면적을 곱하여 유량으로 환산하는 방식을 사용할 수 있다. Here, the ultrasonic gas meter can measure the flow rate through a phase difference measurement method or a time difference measurement method, and the ultrasonic gas meter using the time difference measurement method configures a pair of facing sensors that cross the gas, and connect them to each other. By using it as a launching and receiving sensor, each time can be measured and compared according to the flow rate of the gas. After measuring the flow rate, it can be converted to a flow rate by multiplying the cross-sectional area.
이러한 시간차 측정 방식을 이용하는 초음파 가스미터는 기계적 구동부가 없는 간단한 구조로 인하여 높은 정밀성 뿐만 아니라 내구수명이 뛰어난 장점이 존재하나, 시간차를 측정하는데 있어서, 음파의 속도가 온도의 영향을 받아, 에러가 발생하는 경우가 발생할 수 있다. Ultrasonic gas meters using this time difference measurement method have the advantage of not only high precision but also excellent durability due to their simple structure without mechanical driving parts. However, when measuring time difference, the speed of sound waves is affected by temperature, causing errors. There may be cases where this happens.
따라서, 시간차 측정 방식을 이용하되, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리함으로써, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 방안의 모색이 요구된다. Therefore, there is a need to find a way to improve the precision of flow measurement by using the time difference measurement method and handling the error when temperature affects the speed of the sound wave.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 초음파 가스미터에서 사용하는 유량관의 정보와 신호의 전달 특성을 반영하여, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있는 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템을 제공함에 있다.The present invention was created to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to reflect the information and signal transmission characteristics of the flow pipe used in the ultrasonic gas meter, and to prevent errors caused by temperature affecting the speed of sound waves. The goal is to provide a signal processing method and system for flow measurement that can handle errors that occur when an error occurs.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및 연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함한다.In order to achieve the above object, a signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention includes a sensor unit provided with a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor, and the gas transported through the flow pipe. Transmitting and receiving ultrasonic signals; And a step where the calculation unit calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals.
그리고 연산하는 단계는, T12가, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서에서 송신하여 제2 초음파 센서로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간이고, T21가, 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서에서 송신하여 제1 초음파 센서로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간이며, L이, 초음파 신호의 전달 거리이고, 가, 초음파 신호 간의 시간 차를 의미하는 상대 전파 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산할 수 있다. And in the calculating step, T 12 is the first absolute propagation time of the ultrasonic signal in the upstream direction transmitted from the first ultrasonic sensor along the transport direction of the gas and received by the second ultrasonic sensor, and T 21 is the is the second absolute propagation time of the ultrasonic signal in the downstream direction transmitted from the second ultrasonic sensor in the direction opposite to the transfer direction and received by the first ultrasonic sensor, where L is the transmission distance of the ultrasonic signal, In the case of relative propagation time, which refers to the time difference between ultrasonic signals, the flow rate (V) of the gas transferred between ultrasonic sensors can be calculated using Equation 1 below.
(수식 1) (Formula 1)
또한, 연산하는 단계는, 음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 에러 처리를 수행하며, 이때, 유량관 구조 정보는, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함될 수 있다. In addition, in the calculating step, if an error occurs when measuring the flow rate through measurement of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time because the speed of the sound wave is affected by the temperature of the transported gas, the flow pipe structure information is Error processing is performed based on this, and at this time, the flow pipe structure information may include the vertical, horizontal, and width lengths of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor.
그리고 연산하는 단계는, 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정될 수 있다. In the calculation step, if an error occurs when measuring the flow rate, the vertical, horizontal, and width lengths of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor and the transmission characteristics of the ultrasonic signal are taken into consideration in the time axis domain. The minimum/maximum movement of the ultrasonic signal may be determined.
또한, 결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값()은, L이, 초음파 신호의 전파 길이이며, C가, 유체에서의 음속이고, 가, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고, 가, 유량이 최대일 때 유속 값이고, 이, 유량이 최소일 때 유속 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출될 수 있다. In addition, the time condition value determined for the minimum/maximum movement of the determined ultrasonic signal ( ) is, L is the propagation length of the ultrasonic signal, C is the speed of sound in the fluid, A, is a correction value determined according to the flow pipe and ultrasonic signal components, A, is the flow rate value when the flow rate is maximum, If this is the flow rate value when the flow rate is minimum, it can be calculated using Equation 2 below.
(수식 2) (Formula 2)
그리고 및 는, 가, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, 이, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, A가, 유량 관의 면적이며, K가, 유속을 구하기 위한 교정 계수(calibration factor)인 경우, 하기 수식 3를 이용하여 산출될 수 있다. and and Is, A, is the maximum value of the flow rate output from the flow pipe, If this is the maximum value of the flow rate output from the flow pipe, A is the area of the flow pipe, and K is a calibration factor for calculating the flow rate, it can be calculated using Equation 3 below.
(수식 3) (Formula 3)
또한, 연산하는 단계는, 초음파 신호의 진행 방향이 가스의 이송방향과 동일한 upstream 신호인 경우, upstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면, 시간만큼의 index를 더해주고, downstream 신호의 peak index의 경우, downstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면, 시간만큼의 index를 빼줌으로써, 에러를 보정할 수 있다. Additionally, in the calculation step, if the direction of movement of the ultrasonic signal is an upstream signal that is the same as the direction of gas transport, if the peak index of the upstream signal does not satisfy the reference point, Add the index corresponding to the time, and in the case of the peak index of the downstream signal, if the peak index of the downstream signal does not meet the reference point, The error can be corrected by subtracting the index corresponding to the time.
그리고 가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점()의 값은, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정될 수 있다. And when calculating the gas flow rate, the reference point used ( ) can be determined as the intermediate value of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time.
또한, 가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점()의 값은, 샘플링된 디지털 데이터의 index 값으로 구현되는 경우, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되되, 중간 값의 소수점 버림을 통해 결정될 수 있다. In addition, when calculating gas flow rate, the reference point used ( ), when implemented as an index value of sampled digital data, is determined as the intermediate value of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time, and may be determined by truncating the decimal point of the intermediate value.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템은, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부; 및 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, a signal processing system for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter is a sensor provided with a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic signals to gas transported through a flow pipe. wealth; and a calculation unit that calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및 연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하고, 연산하는 단계는, 가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정될 수 있다. And according to another embodiment of the present invention, a signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter includes a sensor unit equipped with a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor transmitting and receiving an ultrasonic signal to the gas transported through the flow pipe. steps; And a step where the calculation unit calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals, and the calculating step includes the value of the reference point used when calculating the gas flow rate. This can be determined as the intermediate value of the propagation time of each ultrasonic signal.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템은, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부; 및 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함하고, 연산부는, 가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정되도록 할 수 있다. In addition, according to another embodiment of the present invention, a signal processing system for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter includes a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor that transmit and receive ultrasonic signals to the gas transported through the flow pipe. sensor unit; And a calculation unit that calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals, wherein the calculation unit determines the value of the reference point used when calculating the gas flow rate for each ultrasonic signal. It can be determined as the intermediate value of the propagation time of .
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있어, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. As described above, according to embodiments of the present invention, when an error occurs due to temperature affecting the speed of a sound wave, the error that occurs can be processed, thereby improving the precision of flow measurement.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템의 설명에 제공된 도면,
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법의 설명에 제공된 도면,
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 연산하는 방법의 설명에 제공된 도면,
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호가 예시된 도면, 그리고
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준점 변경 방법의 설명에 제공된 도면이다. 1 is a diagram provided to explain a signal processing system for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a diagram provided to explain a signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram provided to explain a method of calculating the propagation time of each ultrasonic signal and the time difference between ultrasonic signals according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram illustrating an ultrasonic signal according to an embodiment of the present invention, and
Figure 5 is a diagram provided to explain a method for changing a reference point according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템의 설명에 제공된 도면이다. 1 is a diagram provided to explain a signal processing system for measuring flow rate of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템(이하에서는 '신호 처리 시스템'으로 총칭하기로 함)은, 초음파 가스미터에서 사용하는 유량관의 정보와 신호의 전달 특성을 반영하여, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있다.The signal processing system (hereinafter collectively referred to as 'signal processing system') for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter according to this embodiment reflects the information and signal transmission characteristics of the flow pipe used in the ultrasonic gas meter. , if an error occurs due to temperature affecting the speed of the sound wave, the error that occurs can be handled.
이를 위해, 본 신호 처리 시스템은, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 센서부(110)와 센서부(110)를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간(절대 ToF, T12 및 T21) 및 초음파 신호 간의 시간 차(상대 ToF, )를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부(120)를 포함할 수 있다. For this purpose, this signal processing system includes a sensor unit 110 that transmits and receives ultrasonic signals to gas transported through a flow pipe, and the propagation time (absolute ToF, T 12 and T 21 ) and the time difference between the ultrasound signals (relative ToF, ) may include a calculation unit 120 that calculates the gas flow rate.
이때, 센서부(110)는, 가스에 초음파 신호를 송수신하는 제1 초음파 센서(111) 및 제2 초음파 센서(112)를 포함할 수 있다. At this time, the sensor unit 110 may include a first ultrasonic sensor 111 and a second ultrasonic sensor 112 that transmit and receive ultrasonic signals to gas.
그리고 연산부(120)는, 초음파 신호의 펄스를 생성하는 펄스 생성기(121), 센서부(110)를 통해 획득된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(122), 초음파 신호 각각의 전파 시간을 연산하는 절대 전파 시간 연산부(123), 초음파 신호 간의 시간 차를 연산하는 상대 전파 시간 연산부(124), 유속을 연산하는 유속 연산부(125), 유량을 연산하는 유량 연산부(126)를 포함할 수 있다. And the calculation unit 120 includes a pulse generator 121 that generates pulses of the ultrasonic signal, an ADC 122 that converts the ultrasonic signal acquired through the sensor unit 110 into a digital signal, and calculates the propagation time of each ultrasonic signal. It may include an absolute propagation time calculator 123 that calculates the time difference between ultrasonic signals, a relative propagation time calculator 124 that calculates the flow rate, a flow rate calculator 125 that calculates the flow rate, and a flow rate calculator 126 that calculates the flow rate.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법의 설명에 제공된 도면이다. Figure 2 is a diagram provided to explain a signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 도 1을 참조하여 전술한 신호 처리 시스템에 의해 실행될 수 있다. The signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter according to this embodiment can be executed by the signal processing system described above with reference to FIG. 1.
도 2를 참조하면, 신호 처리 시스템의 연산부(120)는, 센서부(110)를 통해 송수신되는 초음파 신호를 샘플링 한 후(S210), 가스의 유속 및 유량을 연산하기 위해, 절대 전파 시간 연산부(123)를 통해, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서(111)에서 송신하여 제2 초음파 센서(112)로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간(T12) 및 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서(112)에서 송신하여 제1 초음파 센서(111)로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간(T21)을 연산할 수 있으며(S220), 상대 전파 시간 연산부(124)를 통해, 초음파 신호 간의 시간 차()를 연산할 수 있다(S230). Referring to FIG. 2, the calculation unit 120 of the signal processing system samples the ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit 110 (S210) and then uses an absolute propagation time calculation unit (S210) to calculate the flow rate and flow rate of the gas. 123), the first absolute propagation time (T 12 ) of the ultrasonic signal in the upstream direction transmitted from the first ultrasonic sensor 111 along the transport direction of the gas and received by the second ultrasonic sensor 112 and the gas The second absolute propagation time (T 21 ) of the ultrasonic signal in the downstream direction transmitted from the second ultrasonic sensor 112 in the direction opposite to the transfer direction and received by the first ultrasonic sensor 111 can be calculated (S220) ), through the relative propagation time calculation unit 124, the time difference between ultrasonic signals ( ) can be calculated (S230).
이때, 각 초음파 센서(111, 112)의 초음파 송/수신에 걸리는 초음파 전파시간 T12, T21는 각 초음파 센서(111, 112) 사이에서 신호의 전파시간이며 음파의 속도가 온도에 따라 영향을 받기 때문에 절대 초음파 전파시간도 영향을 받게 되어 유량 측정 시 에러가 발생할 수 있다. 또한, 초음파 신호에 존재하는 노이즈와 샘플링 단계에서의 에러들도 유량 측정 과정에서의 에러를 발생시킬 수 있다. At this time, the ultrasonic propagation time T 12 and T 21 required for transmitting/receiving ultrasonic waves of each ultrasonic sensor 111 and 112 is the propagation time of the signal between each ultrasonic sensor 111 and 112, and the speed of the sound wave is affected by temperature. Therefore, the absolute ultrasonic propagation time is also affected and errors may occur when measuring flow rate. Additionally, noise present in the ultrasonic signal and errors in the sampling stage may also cause errors in the flow measurement process.
이를 해결하기 위해, 연산부(120)는, 음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 절대 전파 시간 연산부(123)를 통해, 에러 처리를 수행할 수 있다. To solve this, the calculation unit 120 determines the flow rate when the speed of the sound wave is affected by the temperature of the transported gas and an error occurs when measuring the flow rate through measurement of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time. Error processing can be performed through the absolute propagation time calculation unit 123 based on pipe structure information.
이때, 유량관 구조 정보는, 제1 초음파 센서(111) 및 제2 초음파 센서(112)와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함될 수 있다. At this time, the flow pipe structure information may include the vertical, horizontal, and width lengths of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor 111 and the second ultrasonic sensor 112.
예를 들면, 연산부(120)는, 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서(111) 및 제2 초음파 센서(112)와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되도록 할 수 있다. For example, if an error occurs when measuring the flow rate, the calculation unit 120 calculates the vertical, horizontal, and width lengths of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor 111 and the second ultrasonic sensor 112 and the ultrasonic signal. Considering the transmission characteristics, the minimum/maximum movement of the ultrasonic signal in the time domain can be determined.
구체적으로, 결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값()은, 하기 수식 2를 이용하여 산출될 수 있다. Specifically, the time condition value determined for the minimum/maximum movement of the determined ultrasonic signal ( ) can be calculated using Equation 2 below.
(수식 2) (Formula 2)
여기서, L은, 초음파 신호의 전파 길이이며, C는, 유체에서의 음속이고, 는, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고, 는, 유량이 최대일 때 유속 값이고, 은, 유량이 최소일 때 유속 값을 의미한다. Here, L is the propagation length of the ultrasonic signal, C is the speed of sound in the fluid, is a correction value determined according to the flow pipe and ultrasonic signal components, is the flow rate value when the flow rate is maximum, means the flow rate value when the flow rate is minimum.
그리고 및 는, 하기 수식 3를 이용하여 산출될 수 있다. and and Can be calculated using Equation 3 below.
(수식 3) (Formula 3)
이때, 는, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, 은, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, A는, 유량관의 면적이며, K는, 유속을 구하기 위한 교정 계수(calibration factor)를 의미한다. At this time, is the maximum value of the flow rate output from the flow pipe, is the maximum value of the flow rate output from the flow pipe, A is the area of the flow pipe, and K is the calibration factor for calculating the flow rate.
한편, 연산부(120)는, 제1 절대 전파 시간(T12), 제2 절대 전파 시간(T21) 및 초음파 신호 간의 시간 차()를 연산하면, 유속 연산부(125)에서 하기 수식 1을 이용하여, 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산할 수 있다(S250). Meanwhile, the calculation unit 120 calculates the first absolute propagation time (T 12 ), the second absolute propagation time (T 21 ), and the time difference between the ultrasonic signals ( ), the flow rate calculation unit 125 can calculate the flow rate (V) of the gas transferred between ultrasonic sensors using Equation 1 below (S250).
(수식 1) (Formula 1)
여기서, L은 초음파 신호의 전달 거리이다. Here, L is the transmission distance of the ultrasonic signal.
이후 연산부(120)는, 연산된 가스의 유속에 유량관의 면적 및 유속을 구하기 위한 교정 계수를 곱하여, 단위 시간당 유량(Q)를 연산할 수 있다(S260).Thereafter, the calculation unit 120 may calculate the flow rate (Q) per unit time by multiplying the calculated gas flow rate by a correction coefficient for calculating the area and flow rate of the flow pipe (S260).
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 연산하는 방법의 설명에 제공된 도면이고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호가 예시된 도면이다. FIG. 3 is a diagram provided to explain a method of calculating the propagation time of each ultrasonic signal and the time difference between ultrasonic signals according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the ultrasonic signal according to an embodiment of the present invention. This is an illustrative drawing.
도 3을 참조하면, 연산부(120)는, 초음파 가스미터와 결합되어 동작하는 유량관의 길이(세로, 가로, 폭)와 초음파 신호의 전달 특성을 고려할 경우, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되며 이를 이용하여 초음파 신호의 절대 전파시간 에러를 보정할 수 있다. Referring to FIG. 3, when considering the length (vertical, horizontal, width) of the flow pipe that operates in combination with the ultrasonic gas meter and the transmission characteristics of the ultrasonic signal, the calculation unit 120 calculates the minimum/min of the ultrasonic signal in the time axis domain. The maximum movement is determined, and this can be used to correct the absolute propagation time error of the ultrasonic signal.
즉, 연산부(120)는, 초음파 신호의 최소/최대 이동으로 결정되는 시간 조건 값()을 계산한 이후(S310), 초음파 신호를 샘플링하고(S320), 샘플링된 신호를 전처리(regression)하여(S330), 도 4에 예시된 바와 같이 신호의 Peak에 도달한 시간(Tpeak, Peak index)을 검출하게 된다(S340). That is, the calculation unit 120 determines the time condition value determined by the minimum/maximum movement of the ultrasonic signal ( ) is calculated (S310), the ultrasonic signal is sampled (S320), the sampled signal is pre-processed (regression) (S330), and the time at which the peak of the signal is reached (Tpeak, Peak index) is calculated as shown in Figure 4. ) is detected (S340).
이때, 연산부(120)는, 초음파 신호의 진행 방향이 가스의 이송방향과 동일한 upstream 신호인 경우(S350-Y), upstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면(S360-N), 시간만큼의 index를 더해주고(S370), downstream 신호의 peak index의 경우(S350-N), downstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면(S380-N), 시간만큼의 index를 빼줌으로써(S390), 에러를 보정할 수 있다. At this time, if the traveling direction of the ultrasonic signal is an upstream signal that is the same as the gas transport direction (S350-Y), the calculation unit 120, if the peak index of the upstream signal does not satisfy the reference point (S360-N), Add the index corresponding to the time (S370), and in the case of the peak index of the downstream signal (S350-N), if the peak index of the downstream signal does not meet the reference point (S380-N), By subtracting the index corresponding to the time (S390), the error can be corrected.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준점 변경 방법의 설명에 제공된 도면이다. Figure 5 is a diagram provided to explain a method for changing a reference point according to an embodiment of the present invention.
가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점()의 값은, 기준점이 온도/압력 변화에 따른 음속 변화, 초음파 신호의 노이즈 성분 및 샘플링 단계에서의 샘플링 에러 등에 영향을 받으므로 기준점 또한 유량 측정 과정에서 변경이 필요하다.When calculating gas flow rate, the reference point used ( ) The value of the reference point is affected by changes in sound speed due to temperature/pressure changes, noise components of ultrasonic signals, and sampling errors in the sampling stage, so the reference point also needs to be changed during the flow measurement process.
구체적으로, 연산부(120)는, 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21)을 계산한 이후(S510), 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21)의 계산 결과를 기반으로 기준점()을 계산하게 된다(S520).Specifically, after calculating the first absolute propagation time (T 12 ) and the second absolute propagation time (T 21 ), the calculation unit 120 calculates the first absolute propagation time (T 12 ) and the second absolute propagation time (S510). Based on the calculation result of time (T 21 ), the reference point ( ) is calculated (S520).
예를 들면, 연산부(120)는, 기존에 연산된 기준점()과 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21) 간의 차이가 동일하지 않은 경우(S530), 기준점()의 값이, 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21)의 중간 값으로 결정되도록 할 수 있다(S540). For example, the calculation unit 120 uses a previously calculated reference point ( ) and the difference between the first absolute propagation time (T 12 ) and the second absolute propagation time (T 21 ) is not the same (S530), the reference point ( ) can be determined as the intermediate value of the first absolute propagation time (T 12 ) and the second absolute propagation time (T 21 ) (S540).
이때, 기준점()의 값은, 샘플링된 디지털 데이터의 index 값이므로, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되되, 중간 값의 소수점 버림을 통해 결정될 수 있다. At this time, the reference point ( ) is an index value of sampled digital data, so it is determined as the middle value of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time, and can be determined by truncating the decimal point of the middle value.
연산부(120)는, 상기의 조건으로 기준점()의 값이 변경되면, 변경된 기준점()을 통하여, ToF 연산의 에러를 보정할 수 있다.The calculation unit 120 determines the reference point ( ) is changed, the changed reference point ( ), the error in ToF calculation can be corrected.
이를 통하여, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있어, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. Through this, when an error occurs due to temperature affecting the speed of the sound wave, the error that occurs can be processed, improving the precision of flow measurement.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.Meanwhile, of course, the technical idea of the present invention can be applied to a computer-readable recording medium containing a computer program that performs the functions of the device and method according to this embodiment. Additionally, the technical ideas according to various embodiments of the present invention may be implemented in the form of computer-readable code recorded on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium can be any data storage device that can be read by a computer and store data. For example, of course, computer-readable recording media can be ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, hard disk drive, etc. Additionally, computer-readable codes or programs stored on a computer-readable recording medium may be transmitted through a network connected between computers.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.
110 : 센서부
111 : 제1 초음파 센서
112 : 제2 초음파 센서
120 : 연산부
121 : 펄스 생성기
122 : ADC(Analog-Digital Converter)
123 : 절대 전파 시간 연산부
124 : 상대 전파 시간 연산부
125 : 유속 연산부
126 : 유량 연산부110: sensor unit
111: first ultrasonic sensor
112: second ultrasonic sensor
120: calculation unit
121: pulse generator
122: ADC (Analog-Digital Converter)
123: Absolute propagation time calculation unit
124: Relative propagation time calculation unit
125: Flow rate calculation unit
126: Flow calculation unit
Claims (12)
연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하고,
연산하는 단계는,
T12가, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서에서 송신하여 제2 초음파 센서로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간이고, T21가, 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서에서 송신하여 제1 초음파 센서로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간이며, L이, 초음파 신호의 전달 거리이고, 가, 초음파 신호 간의 시간 차를 의미하는 상대 전파 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산하며,
(수식 1)
연산하는 단계는,
음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 에러 처리를 수행하며,
유량관 구조 정보는,
제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함되고,
연산하는 단계는,
유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되고,
결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값()은,
L이, 초음파 신호의 전파 길이이며, C가, 유체에서의 음속이고, 가, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고, 가, 유량이 최대일 때 유속 값이고, 이, 유량이 최소일 때 유속 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
(수식 2)
A sensor unit including a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor transmitting and receiving an ultrasonic signal to gas transported through a flow pipe; and
Comprising a step where the calculation unit calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals,
The calculation steps are,
T 12 is the first absolute propagation time of the ultrasonic signal in the upstream direction transmitted from the first ultrasonic sensor along the gas transport direction and received by the second ultrasonic sensor, and T 21 is the opposite direction to the gas transport direction. Accordingly, is the second absolute propagation time of the ultrasonic signal in the downstream direction transmitted from the second ultrasonic sensor and received by the first ultrasonic sensor, and L is the transmission distance of the ultrasonic signal, In the case of relative propagation time, which refers to the time difference between ultrasonic signals, the flow rate (V) of the gas transferred between ultrasonic sensors is calculated using Equation 1 below,
(Formula 1)
The calculation steps are,
If the speed of the sound wave is affected by the temperature of the transported gas and an error occurs when measuring the flow rate through measurement of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time, error processing is performed based on the flow pipe structure information. ,
Flow pipe structure information is:
The vertical, horizontal and width lengths of the flow pipe coupled with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are included,
The calculation steps are,
If an error occurs during flow measurement, the minimum/maximum of the ultrasonic signal in the time axis region is determined by considering the vertical, horizontal, and width of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor and the transmission characteristics of the ultrasonic signal. The move is decided,
The time condition value determined for the minimum/maximum movement of the determined ultrasonic signal ( )silver,
L is the propagation length of the ultrasonic signal, C is the speed of sound in the fluid, A, is a correction value determined according to the flow pipe and ultrasonic signal components, A, the flow rate value when the flow rate is maximum, A signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter, characterized in that the flow rate value when the flow rate is minimum is calculated using Equation 2 below.
(Formula 2)
및 는,
가, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, 이, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, A가, 유량 관의 면적이며, K가, 유속을 구하기 위한 교정 계수(calibration factor)인 경우, 하기 수식 3를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
(수식 3)
In claim 1,
and Is,
A, is the maximum value of the flow rate output from the flow pipe, This is the maximum value of the flow rate output from the flow pipe, A is the area of the flow pipe, and K is a calibration factor for calculating the flow rate. It is characterized in that it is calculated using Equation 3 below. Signal processing method for flow measurement in ultrasonic gas meters.
(Formula 3)
연산하는 단계는,
초음파 신호의 진행 방향이 가스의 이송방향과 동일한 upstream 신호인 경우, upstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면, 시간만큼의 index를 더해주고, downstream 신호의 peak index의 경우, downstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면, 시간만큼의 index를 빼줌으로써, 에러를 보정하는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
In claim 1,
The calculation steps are,
If the ultrasonic signal is an upstream signal in the same direction as the gas transport direction, if the peak index of the upstream signal does not meet the reference point, Add the index corresponding to the time, and in the case of the peak index of the downstream signal, if the peak index of the downstream signal does not meet the reference point, A signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter, characterized in that the error is corrected by subtracting the index corresponding to the time.
가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점()의 값은,
제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
In claim 7,
When calculating gas flow rate, the reference point used ( ) The value of
A signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter, characterized in that determined by the intermediate value of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time.
가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점()의 값은,
샘플링된 디지털 데이터의 index 값으로 구현되는 경우, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되되, 중간 값의 소수점 버림을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
In claim 8,
When calculating gas flow rate, the reference point used ( ) The value of
When implemented as an index value of sampled digital data, the flow rate measurement of an ultrasonic gas meter is determined by the intermediate value of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time, and is determined by rounding off the decimal point of the intermediate value. Signal processing method for.
센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함하고,
연산부는,
T12가, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서에서 송신하여 제2 초음파 센서로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간이고, T21가, 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서에서 송신하여 제1 초음파 센서로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간이며, L이, 초음파 신호의 전달 거리이고, 가, 초음파 신호 간의 시간 차를 의미하는 상대 전파 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산하며,
(수식 1)
연산부는,
음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 에러 처리를 수행하며,
유량관 구조 정보는,
제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함되고,
연산부는,
유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되도록 하고,
결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값()은,
L이, 초음파 신호의 전파 길이이며, C가, 유체에서의 음속이고, 가, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고, 가, 유량이 최대일 때 유속 값이고, 이, 유량이 최소일 때 유속 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템.
(수식 2)
A sensor unit provided with a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic signals to gas transported through a flow pipe; and
It includes a calculation unit that calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals,
The calculation department,
T 12 is the first absolute propagation time of the ultrasonic signal in the upstream direction transmitted from the first ultrasonic sensor along the gas transport direction and received by the second ultrasonic sensor, and T 21 is the opposite direction to the gas transport direction. Accordingly, is the second absolute propagation time of the ultrasonic signal in the downstream direction transmitted from the second ultrasonic sensor and received by the first ultrasonic sensor, and L is the transmission distance of the ultrasonic signal, In the case of relative propagation time, which refers to the time difference between ultrasonic signals, the flow rate (V) of the gas transferred between ultrasonic sensors is calculated using Equation 1 below,
(Formula 1)
The calculation department,
If the speed of the sound wave is affected by the temperature of the transported gas and an error occurs when measuring the flow rate through measurement of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time, error processing is performed based on the flow pipe structure information. ,
Flow pipe structure information is,
The vertical, horizontal and width lengths of the flow pipe coupled with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are included,
The calculation department,
If an error occurs during flow measurement, the minimum/maximum of the ultrasonic signal in the time axis region is determined by considering the vertical, horizontal, and width of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor and the transmission characteristics of the ultrasonic signal. Let the movement be decided,
The time condition value determined for the minimum/maximum movement of the determined ultrasonic signal ( )silver,
L is the propagation length of the ultrasonic signal, C is the speed of sound in the fluid, A, is a correction value determined according to the flow pipe and ultrasonic signal components, A, the flow rate value when the flow rate is maximum, A signal processing system for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter, characterized in that the flow rate value when the flow rate is minimum is calculated using Equation 2 below.
(Formula 2)
연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하고,
연산하는 단계는,
가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정되며,
연산하는 단계는,
T12가, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서에서 송신하여 제2 초음파 센서로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간이고, T21가, 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서에서 송신하여 제1 초음파 센서로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간이며, L이, 초음파 신호의 전달 거리이고, 가, 초음파 신호 간의 시간 차를 의미하는 상대 전파 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산하며,
(수식 1)
연산하는 단계는,
음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 에러 처리를 수행하며,
유량관 구조 정보는,
제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함되고,
연산하는 단계는,
유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되고,
결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값()은,
L이, 초음파 신호의 전파 길이이며, C가, 유체에서의 음속이고, 가, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고, 가, 유량이 최대일 때 유속 값이고, 이, 유량이 최소일 때 유속 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
(수식 2)
A sensor unit including a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor transmitting and receiving an ultrasonic signal to gas transported through a flow pipe; and
Comprising a step where the calculation unit calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals,
The calculation steps are,
The value of the reference point used when calculating gas flow rate is determined by the median value of the propagation time of each ultrasonic signal.
The calculation steps are,
T 12 is the first absolute propagation time of the ultrasonic signal in the upstream direction transmitted from the first ultrasonic sensor along the gas transport direction and received by the second ultrasonic sensor, and T 21 is the opposite direction to the gas transport direction. Accordingly, is the second absolute propagation time of the ultrasonic signal in the downstream direction transmitted from the second ultrasonic sensor and received by the first ultrasonic sensor, and L is the transmission distance of the ultrasonic signal, In the case of relative propagation time, which refers to the time difference between ultrasonic signals, the flow rate (V) of the gas transferred between ultrasonic sensors is calculated using Equation 1 below,
(Formula 1)
The calculation steps are,
If the speed of the sound wave is affected by the temperature of the transported gas and an error occurs when measuring the flow rate through measurement of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time, error processing is performed based on the flow pipe structure information. ,
Flow pipe structure information is,
The vertical, horizontal and width lengths of the flow pipe coupled with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are included,
The calculation steps are,
If an error occurs during flow measurement, the minimum/maximum of the ultrasonic signal in the time axis region is determined by considering the vertical, horizontal, and width lengths of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor and the transmission characteristics of the ultrasonic signal. The move is decided,
The time condition value determined for the minimum/maximum movement of the determined ultrasonic signal ( )silver,
L is the propagation length of the ultrasonic signal, C is the speed of sound in the fluid, A, is a correction value determined according to the flow pipe and ultrasonic signal components, A, the flow rate value when the flow rate is maximum, A signal processing method for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter, characterized in that the flow rate value when the flow rate is minimum is calculated using Equation 2 below.
(Formula 2)
센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함하고,
연산부는,
가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정되도록 하고,
연산부는,
T12가, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서에서 송신하여 제2 초음파 센서로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간이고, T21가, 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서에서 송신하여 제1 초음파 센서로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간이며, L이, 초음파 신호의 전달 거리이고, 가, 초음파 신호 간의 시간 차를 의미하는 상대 전파 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산하며,
(수식 1)
연산부는,
음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 에러 처리를 수행하며,
유량관 구조 정보는,
제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함되고,
연산부는,
유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되도록 하고,
결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값()은,
L이, 초음파 신호의 전파 길이이며, C가, 유체에서의 음속이고, 가, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고, 가, 유량이 최대일 때 유속 값이고, 이, 유량이 최소일 때 유속 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템.
(수식 2)
A sensor unit provided with a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic signals to gas transported through a flow pipe; and
It includes a calculation unit that calculates the gas flow rate using the propagation time of each ultrasonic signal transmitted and received through the sensor unit and the time difference between the ultrasonic signals,
The calculation department,
The value of the reference point used when calculating the gas flow rate is determined by the intermediate value of the propagation time of each ultrasonic signal,
The calculation department,
T 12 is the first absolute propagation time of the ultrasonic signal in the upstream direction transmitted from the first ultrasonic sensor along the gas transport direction and received by the second ultrasonic sensor, and T 21 is the opposite direction to the gas transport direction. Accordingly, is the second absolute propagation time of the ultrasonic signal in the downstream direction transmitted from the second ultrasonic sensor and received by the first ultrasonic sensor, and L is the transmission distance of the ultrasonic signal, In the case of relative propagation time, which refers to the time difference between ultrasonic signals, the flow rate (V) of the gas transferred between ultrasonic sensors is calculated using Equation 1 below,
(Formula 1)
The calculation department,
If the speed of the sound wave is affected by the temperature of the transported gas and an error occurs when measuring the flow rate through measurement of the first absolute propagation time and the second absolute propagation time, error processing is performed based on the flow pipe structure information. ,
Flow pipe structure information is:
The vertical, horizontal and width lengths of the flow pipe coupled with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are included,
The calculation department,
If an error occurs during flow measurement, the minimum/maximum of the ultrasonic signal in the time axis region is determined by considering the vertical, horizontal, and width of the flow pipe combined with the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor and the transmission characteristics of the ultrasonic signal. Let the movement be decided,
The time condition value determined for the minimum/maximum movement of the determined ultrasonic signal ( )silver,
L is the propagation length of the ultrasonic signal, C is the speed of sound in the fluid, A, is a correction value determined according to the flow pipe and ultrasonic signal components, A, the flow rate value when the flow rate is maximum, A signal processing system for measuring the flow rate of an ultrasonic gas meter, characterized in that the flow rate value when the flow rate is minimum is calculated using Equation 2 below.
(Formula 2)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| KR20220163129A KR20220163129A (en) | 2022-12-09 |
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- 2021-06-02 KR KR1020210071664A patent/KR102634777B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| KR20220163129A (en) | 2022-12-09 |
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