KR20020016008A - 초음파 센서를 이용한 분체 레벨 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 센서를 수평과 수직방향으로 이동되도록 제어함으로써 분체 탱크내에 저장된 분체의 표면 상태를 보다 정확하게 알 수 있도록 한 초음파센서를 이용한 분체 레벨 측정 장치에 관한 것으로, 분체가 저장된 분체탱크와, 상기 분체탱크의 상부에 가로 및 세로로 설치되는 이동수단과; 상기 이동수단에 설치되어 가로 및 세로로 이동되고 상기 분체로 초음파를 발산하여 분체에 반사되는 신호를 검출하는 초음파센서와; 상기 초음파센서로부터 신호를 입력받는 전치 증폭기와; 상기 전치증폭기로부터 증폭된 신호를 입력받아 디지털로 변환하는 A/D컨버터와; 상기 A/D컨버터로부터 신호를 입력받아 분체레벨을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 분체 탱크의 내에 저장된 분체가 불균일하게 적게된 경우에도 분체의 레벨을 측정오차를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 측정장치의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

Description

초음파 센서를 이용한 분체 레벨 측정 장치{Powder level profiling system using the ultrasonic sensor}

본 발명은 분체 레벨 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 센서를 이용하여 저자용 탱크 내부에 불규칙하게 저장되어 있는 분체의 표면의 상태를 검출하여 탱크 내부에 적재 상태를 알 수 있도록 한 초음파 센서를 이용한 분체 레벨 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 유체 및 분체의 저장상태를 측정하기 위하여 주로 비접촉 방식의 구동 원리를 지니는 초음파를 이용하여 분체 및 유체의 높이를 검출하는 레벨 측정 장치를 사용하게 된다. 이와 같은 초음파센서를 이용한 검출 장치는, 초음파 센서의 검출거리가 0∼6m 정도를 측정거리로 된 장치와, 0∼10m 정도의 측정거리로 된 장치로 크게 분류된다.

이와 같이, 검출장치에서 초음파 센서의 발진 주파수는 약 40㎑ 대략을 주로 사용하게 된다.

여기에서, 초음파 센서는 발진자에서 발생한 초음파 신호가 검출대상까지 도달하여 반사되는 신호를 검출하여, 초음파가 발생에서 검출될 때까지의 시간을 계산하여 공기 중에서의 음속으로 시간과 음속에서부터 검출거리를 계산하게 된다. 즉, 이와 같이 초음파를 이용하여 거리를 검출하는 방식은 초음파가 발생될 때부터 물체에 부딪쳐서 반사되어 되돌아 올 때까지의 시간을 검출하는 것이 중요하다.

이와 같은 초음파를 이용한 레벨측정장치는 주로 액체와 같은 평면의 표면을가지는 경우에 주로 사용되는데, 이는 평면의 표면에서 초음파의 반사가 잘 이루어지기 때문이다.

최근에는 이러한 초음파를 이용하여 분체에도 적용되고 있고, 특히 균일한 입자로 구성되어 균일한 높이로 평면에 가까운 표면을 가지는 분체에 주로 적용된다. 이와 같이 균일한 입자로 구성된 분체의 레벨을 측정하기 위해서는 40㎑의 주파수를 가진 1~10m의 검출거리를 가지는 초음파 센서가 주로 사용되었다.

이와 같은 초음파 센서를 이용한 종래의 분체 레벨 측정장치가 도 1에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 종래의 분체 레벨 측정 장치는 분말이 담겨진 분말 탱크(1)의 상단 위에 초음파 센서(2)가 설치되고, 이 초음파 센서(2)에 제어부(3)가 연결되어, 제어부(3)가 초음파 센서(2)를 제어하도록 된 구조를 가지고 있다.

여기에서, 초음파 센서(2)는 분체 탱크(1)의 상부에 설치되어 분체 탱크(1) 내의 분말(10)의 표면을 향하여 초음파를 방사하여, 분말(10)의 표면에 초음파가 부딪혀 되돌아오는 시간을 체크함으로써, 분체탱크(1)내의 분말(10)의 표면 상태를 `측정하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 구조를 가지는 종래의 분체 레벨 측정 장치에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 분말 탱크(1)에 저장된 분체(10)의 입자가 크거나 불규칙하게 적재되어 있는 경우에는 분말 탱크(1)의 상단에 일정한 위치에 고정되어 있는 초음파 센서(2)에 의해 조사된 초음파가 불규칙하게 적재된 분체(10)의 표면에 의해 급격하게 산란되어 초음파 센서(2)로 반사되는 신호가 미약하여 측정이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 대형 저장탱크 내부에 분체(10)가 인입 인출되는 경우 분체(10)의 적재높이가 매우 불규칙적으로 되기 때문에, 분체(10)의 정확한 레벨 측정이 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 분체 탱크의 상부에 설치된 초음파 센서를 가로 및 세로 방향으로 이동될 수 있도록 함으로써, 분체 탱크의 내에 불규칙하게 마련된 분체의 레벨 측정을 보다 정확하게 할 수 있도록 한 초음파 센서를 이용한 분체 레벨 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 분체 레벨 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 분체 레벨 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 분체 레벨 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

50; 분체 탱크 51; 분체

60; 초음파 센서 61; 전치 증폭기

62; A/D 컨버터 63; 컴퓨터

64; 디스플레이 65; 연결부

66; 메인컴퓨터 71,72; 가로 및 세로 가이드부재

73; 구동부 74; 제어부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분체 레벨 측정 장치는, 분체가 저장된 분체탱크와, 상기 분체탱크의 상부에 가로 및 세로로 설치되는 이동수단과; 상기 이동수단에 설치되어 가로 및 세로로 이동되고 상기 분체로 초음파를 발산하여 분체에 반사되는 신호를 검출하는 초음파센서와; 상기 초음파센서로부터 신호를 입력받는 전치 증폭기와; 상기 전치증폭기로부터 증폭된 신호를 입력받아 디지털로 변환하는 A/D컨버터와; 상기 A/D컨버터로부터 신호를 입력받아분체레벨을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이동수단은 상기 분체 탱크 상부에 가로 및 세로로 설치되는 가로 및 세로 가이드부재와, 상기 가로 및 세로의 가이드부재의 단부에 각각 설치되는 구동부와, 상기 컴퓨터에 연결되어 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분체 레벨 측정 장치의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 분체 레벨 측정장치의 구성을 간략하게 나타낸 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 분체 레벨 측정장치의 구성을 간략하게 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분체 레벨 측정장치는, 분체 탱크(50)의 상단에 설치되어 가로 및 세로로 이동되는 이동수단에 초음파 센서(60)가 설치되어 가로 및 세로로 이동됨으로써, 분체 탱크(50) 내에 적재된 불규칙한 분체(51)의 레벨을 측정하기 위한 구조를 가진다.

상기 분체 탱크(50)의 상단에는 이동수단이 설치되는데, 이동수단은 분체 탱크(50)의 상단에 가로 및 세로로 설치되어 초음파센서(60)의 이동을 가이드하는 가로 및 세로 가이드부재(71)(72)와, 가로 및 세로 가이드부재(71)(72)의 단부에 각각 설치되는 구동부(73)와, 구동부(73)를 제어하는 제어부(74)를 포함한다.

여기에서, 상기 초음파센서(60)는 가로 및 세로 가이드부재(71)(72)에 대하여 이송시키는 구동부(73)는 설치된 벨트(미도시)와 모터인 것이 바람직하다.

한편, 상기 구동부(73)는 여러 가지로 변경 가능한 것으로, 예를 들면, 상기가로 및 세로 가이드부재를 스크류로 적용하고, 스크류의 하단에 모터를 고정하여 작동시키는 방법과, 상기 가로 및 세로 가이드부재의 단부에 실린더를 설치하여 상기 초음파센서를 이동시키는 방법이 있다.

상기 이동수단에 설치되는 초음파 센서(60)에는 전치 증폭기(61)가 연결되고, 상기 전치 증폭기(61)에는 A/D 컨버터(62)가 연결되며, 상기 A/D컨버터(62)에는 컴퓨터(63)가 연결된다. 그리고, 컴퓨터(63)에는 정보를 출력하는 디스플레이(64)가 연결된다. 또한, 상기 컴퓨터(63)는 다수의 분체레벨측정장치를 제어하는 주제어부(66)에 연결부(65)에 의해 연결된다.

여기에서, 상기 전치 증폭기(61)는 초음파 센서(60)에서 검출되는 미약한 신호를 증폭함과 동시에 노이즈도 제거하게 된다. 그리고, A/D컨버터(62)는 전치 증폭기(61)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하게 된다.

상기 구동부(73)를 제어하는 제어부(74)는 컴퓨터(63)에 의해 제어되도록 된 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 분체 레벨 측정장치의 작용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 초음파 센서(60)가 설치된 이동수단을 움직이기 위한 이송신호를 미리 컴퓨터(63)에 입력 시켜 놓는다. 즉, 분체탱크(50)의 상단에 설치된 초음파 센서(60)가 분체탱크(50) 내의 분체(51)로 초음파를 조사하기 위한 다양한 위치로 초음파 센서(60)를 이동시키기 위하여, 상기 이동수단이 이동되는 이송신호를 컴퓨터(63)에 입력시키는 것이다. 그리고, 이러한 이송신호는 각종 분체가분체탱크(50)에 저장된 상태 빛 초음파에 따른 출력특성의 변동에 대한 자료를 바탕으로 작성되는 것이다.

이와 같이, 이동수단이 이동되어질 이송신호가 컴퓨터(63)에 사전에 입력이 완료된 상태에서, 본 발명에 따른 분체레벨 측정장치를 작동시키면, 컴퓨터(63)에 연결된 제어부(74)는 이동수단을 작동시켜 초음파센서(60)가 분체탱크(50) 내에 있는 분체(51)의 레벨을 측정하기 위한 위치로 이동되도록 한다. 이후에, 이동수단의 작동이 중지되고, 초음파센서(60)가 작동되어 초음파를 분체(51)로 발산하여 그에 따른 분체 레벨을 측정하게 된다.

이와 같이, 초음파센서(60)에 의해 분체 레벨의 측정이 되면, 초음파센서(60)는 그 정보를 전치증폭기(61)로 전송하여 그에 따른 정보를 증폭시키고, 이 정보에 포함된 노이즈는 제거하여, A/D컨버터(62)로 전송시킨다. 그러면, A/D컨버터(62)에서는 증폭되고 노이즈가 제거된 정보를 디지털 신호로 전환하여 컴퓨터(63)로 전송한다. 그러면, 컴퓨터(63)에서는 그 정보를 토대로 분체레벨을 정확하게 측정하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 분체 탱크의 내에 저장된 측정대상물 즉, 분체가 불균일하게 적게된 경우에도 분체의 레벨을 측정오차를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 측정장치의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 분체가 저장된 분체탱크와;

   상기 분체탱크의 상부에 가로 및 세로로 설치되는 이동수단과;

   상기 이동수단에 설치되어 가로 및 세로로 이동되고 상기 분체로 초음파를 발산하여 분체에 반사되는 신호를 검출하는 초음파센서와;

   상기 초음파센서로부터 신호를 입력받는 전치 증폭기와;

   상기 전치증폭기로부터 증폭된 신호를 입력받아 디지털로 변환하는 A/D컨버터와;

   상기 A/D컨버터로부터 신호를 입력받아 분체레벨을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 분체 레벨 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 이동수단은 상기 분체 탱크 상부에 가로 및 세로로 설치되는 가로 및 세로 가이드부재와;

   상기 가로 및 세로의 가이드부재의 단부에 각각 설치되는 구동부와;

   상기 컴퓨터에 연결되어 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분체 레벨 측정 장치.