KR20090103215A - Apparatus for metering water level with low band filter and functions of upper and lower limiting - Google Patents

Apparatus for metering water level with low band filter and functions of upper and lower limiting

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KR20090103215A
KR20090103215A KR1020080028661A KR20080028661A KR20090103215A KR 20090103215 A KR20090103215 A KR 20090103215A KR 1020080028661 A KR1020080028661 A KR 1020080028661A KR 20080028661 A KR20080028661 A KR 20080028661A KR 20090103215 A KR20090103215 A KR 20090103215A
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Abstract

PURPOSE: An apparatus for metering water level with a low band filter and upper and lower limiting functions is provided to measure water level accurately by changing measurement error range according to the size of the saving facility. CONSTITUTION: An apparatus(100) for metering water level with a low band filter and upper and lower limiting functions comprises a measuring part, a zero adjustment part, a pulse computing part, and a communication part. The measuring part comprises a pulley, a weight compensation part, and an incremental pulse encoder or an absolute pulse encoder or an ultrasonic sensor. The pulley(101) measures the water level of the water stored in the saving facility. The weight compensation part(104) hangs on the both sides of the pulley and compensates a floater(102) and the weight of the floater. The incremental pulse encoder or the absolute pulse encoder or the ultrasonic sensor measures the rotation quantity of the pulley. The zero adjustment part set up center value of the pulse value calculated from the water level and the pulse computing part of the water measured in the measuring part. The pulse computing part sets up the upper value and the lower value of the pulse value of the water level measured in the measuring part as a band. The pulse computing part has a low-band filter filtering the low-pass pulse value. The communication part transmits the water level calculated from the pulse computing part.

Description

저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치 {APPARATUS FOR METERING WATER LEVEL WITH LOW BAND FILTER AND FUNCTIONS OF UPPER AND LOWER LIMITING}Water level measuring device with low pass filter and high and low limit function {APPARATUS FOR METERING WATER LEVEL WITH LOW BAND FILTER AND FUNCTIONS OF UPPER AND LOWER LIMITING}

본 발명은 저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물에 뜨는 부유체를 이용하여 물의 수위를 측정하며, 바람이나 너울 등 자연적인 요인에 의해 발생되는 수위변형량을 보정할 수 있어 정밀한 수위측정이 가능한 저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low level filter and a water level measuring device having a high and low limit function. More specifically, the water level is measured by using a floating body floating in the water, and the water level generated by natural factors such as wind or spring. The present invention relates to a low-pass filter capable of correcting the amount of deformation and capable of precise level measurement, and a level measurement device having upper and lower limit functions.

일반적으로 댐, 저수지와 같이 대규모로 물을 저장하는 시설에는 저수량의 효율적인 관리를 위해 물의 수위를 측정하기 위한 장치가 설치된다. In general, large-scale water storage facilities such as dams and reservoirs are equipped with a device for measuring the water level in order to efficiently manage the reservoir.

이와 같이 대규모로 물을 저장하는 시설에서 물의 수위가 미소량, 일례로 1cm가 변화하더라도, 저장시설의 전체 유역을 계산하면 수백만톤의 물이 유입되거나 방류된 것과 같다. 따라서, 이와 같은 시설의 수위를 정확하게 측정하기 위한 측정장치의 정확도가 요구되고 있다.Even if the water level in a large-scale water storage facility changes by a small amount, for example, 1 cm, the total watershed of the storage facility is calculated as if millions of tons of water were introduced or discharged. Therefore, the accuracy of the measuring apparatus for accurately measuring the water level of such a facility is calculated | required.

종래의 수위측정장치로는 물에 뜨는 부유체를 이용한 수위측정장치가 주로 사용된다. 상기 수위측정장치는 물의 표면에 뜨는 부유체(플로트 : Float)와 풀리, 그리고, 줄에 의해 상기 풀리에 감기며 상기 부유체의 무게를 보상하는 추를 포함한다. 그리고, 상기 풀리에는 물의 수위 변화에 의해 승강하는 부유체에 의해 발생되는 회전량을 전기적 신호로 변환하는 계측기가 연결된다.As a conventional water level measuring device, a water level measuring device using a floating body floating in water is mainly used. The level measuring device includes a float floating on the surface of the water (float) and a pulley, and a weight that is wound on the pulley by a string and compensates for the weight of the float. And, the pulley is connected to a measuring device for converting the amount of rotation generated by the floating body to rise and rise by the change in the water level of the electric signal.

이와 같이 구성된 종래의 기계식 수위계는 풀리축에 회전량이 미미한 경우, 즉, 수위의 변동이 1cm이내인 경우 1cm 단위로 그 값을 유지시키는 미세수위변위 보정장치가 설치된다.The conventional mechanical water level gauge configured as described above is provided with a micro level displacement correction device that maintains the value in units of 1 cm when the rotation amount is insignificant on the pulley shaft, that is, when the variation of the water level is within 1 cm.

도 1은 종래 기술에 따른 수위측정장치의 미세변위 보정장치를 도시한 간략도로서, 이러한 미세변위 보정장치로는 래치장치(10)가 사용되며, 상기 래치장치(10)의 구성은 풀리의 중심축에 설치된 풀리축(12)과 라쳇기어(11), 볼베어링(13), 스프링(14)을 포함한다.Figure 1 is a simplified diagram showing a microdisplacement correction device of the water level measurement apparatus according to the prior art, the latch device 10 is used as the microdisplacement correction device, the configuration of the latch device 10 is the center of the pulley And a pulley shaft 12, a ratchet gear 11, a ball bearing 13, and a spring 14 provided on the shaft.

상기 래치장치(10)는 수위가 변함에 따라 상기 풀리가 회전하며, 상기 풀리와 연결된 풀리축(12)이 회전함에 따라 라쳇기어(11)가 회전한다. 상기 풀리가 회전하기 위해서는 상기 라쳇기어(11)의 톱니가 상기 볼베어링(13) 및 상기 스프링(14)을 밀어야만 이동할 수 있다.As the level of the latch device 10 changes, the pulley rotates, and the ratchet gear 11 rotates as the pulley shaft 12 connected to the pulley rotates. In order for the pulley to rotate, the teeth of the ratchet gear 11 can be moved only by pushing the ball bearing 13 and the spring 14.

이때, 상기 라쳇기어(11) 마루의 직경과 상기 라쳇기어(11) 골의 직경의 차이값에다 스프링 상수(k)를 곱한 값(F1 : 수학식 1)이 수위 1cm 변화에 따른 부력의 변화보다 큰 값(F2 : 수학식 2)인 경우, 수위 1cm의 변화를 정확하게 계측할 수 없는 한계가 있다.At this time, the value of the difference between the diameter of the floor of the ratchet gear 11 and the diameter of the valley of the ratchet gear 11 multiplied by the spring constant k (F 1 : Equation 1) is the change of buoyancy according to the change of the water level 1 cm. In the case of a larger value (F 2 : Equation 2), there is a limit in which a change in the water level of 1 cm cannot be accurately measured.

한편, 종래의 수위측정장치는 바람이나 너울 등에 의해 상기 부유체가 출렁임에 따라 계측기의 값이 변화되며, 상기 계측기의 값이 변화됨에 따라 수량의 물리적 변화가 매우 크게 된다.On the other hand, in the conventional water level measuring device, the value of the measuring instrument changes as the floating body floats due to wind or a swell, and the physical change of the quantity becomes very large as the value of the measuring instrument changes.

이를 개선하기 위해 종래의 수위측정장치는 기계적으로 백래쉬의 구조를 갖도록 고안되어, 바람이나 너울 등에 의해 물의 수위가 변경될 경우 그 중간값이 측정되도록 하고 있다.In order to improve this, the conventional water level measuring device is designed to have a structure of a backlash mechanically, so that the intermediate value is measured when the water level is changed by wind or a shoulder.

그러나, 종래의 수위측정장치는 기계적인 백래쉬의 구조가 복잡하고 조정이 까다로워 실용적이지 못하다. 또한, 종래의 수위측정장치는 기계적인 백래쉬 구조가 서로 마찰되며, 이에 따라 수위의 변화를 신속하고 정확하게 반영할 수 없으며, 물의 저장시설의 크기, 규모에 따른 오차를 감안할 수 없는 한계가 있다.However, the conventional water level measuring device is not practical because the structure of the mechanical backlash is complicated and difficult to adjust. In addition, the conventional water level measuring device is a friction between the mechanical backlash structure, and thus can not reflect the change of the water level quickly and accurately, there is a limit that can not consider the error according to the size, size of the water storage facility.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 댐이나 저수지 등의 물의 저장시설에 저장된 물의 수위를 정확하게 측정할 수 있으며, 바람이나 너울 등에 의해 수위 변화량을 보정할 수 있어 측정오차를 줄일 수 있도록 한 저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, it is possible to accurately measure the water level of the water stored in the water storage facilities, such as dams or reservoirs, and to correct the amount of change in the water level by the wind or spring, measurement error It is to provide a water level measuring device having a low pass filter and an upper, lower limit function so as to reduce the.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치는 물을 대량으로 저장하는 저장시설에 설치되며, 상기 저장시설의 수위를 측정하는 수위측정장치로서, 상기 저장시설에 저장된 물의 수위를 계측하기 위해 풀리와, 줄에 의해 상기 풀리의 양측으로 걸리며 수면에 뜨는 부유체 및 상기 부유체의 무게를 보상하는 무게보상부와, 상기 풀리의 회전량을 측정하는 증분형 펄스 엔코더 또는 절대형 펄스 엔코더 또는 초음파 센서를 갖는 계측부와, 상기 계측부에서 계측된 물의 수위 및 상기 펄스연산부에서 산출되는 펄스값의 중심값을 초기값으로 설정하는 영점조절부와, 상기 계측부에서 계측된 수위의 펄스값의 상한값 및 하한값을 밴드로 설정하여, 상기 밴드내에서 측정되는 펄스값의 중심값을 산출하기 위해 상기 계측부에서 측정된 물의 수위에 파동에 의한 펄스값에 저역펄스값을 필터링하는 저역필터를 갖는 펄스연산부와, 상기 펄스연산부에서 산출된 수위를 전송하는 통신부를 포함한다.The low-pass filter and the water level measuring device having a high and low limit function according to the present invention for achieving the above object is installed in a storage facility for storing a large amount of water, as a water level measuring device for measuring the water level of the storage facility, To measure the water level of the water stored in the storage facility, a pulley, a weight compensating unit that is suspended on both sides of the pulley by a rope and compensates the weight of the floating body and the floating body, and measures the amount of rotation of the pulley A measuring unit having an incremental pulse encoder or an absolute pulse encoder or an ultrasonic sensor, a zero point adjusting unit for setting an initial value of a water level measured by the measuring unit and a pulse value calculated by the pulse calculating unit as an initial value, and in the measuring unit By setting the upper and lower limits of the measured pulse level pulse value as a band, the center value of the pulse value measured in the band is calculated. And a communication unit for the pulse calculating section has a low-pass filter for filtering low-band pulse values to the pulse wave value according to the water level of the water measured by the measuring unit transmits the water level calculated by the calculating section to the pulse group.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치는 댐이나 저수지 등의 물의 저장시설에 저장된 물의 수위를 정확하게 측정할 수 있으며, 바람이나 너울 등에 의해 수위 변화량을 보정할 수 있어 측정오차를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 저장시설의 크기에 따라 측정오차범위를 용이하게 변경할 수 있어 더욱 정밀한 측정이 가능해진다.The low pass filter and the water level measuring device having the upper and lower limit functions according to the present invention configured as described above can accurately measure the water level stored in the water storage facilities such as dams or reservoirs, It can be calibrated to reduce the measurement error. In addition, the present invention can easily change the measurement error range according to the size of the storage facility it is possible to make a more precise measurement.

도 1은 종래 기술에 따른 수위측정장치의 래치장치를 도시한 간략도.1 is a simplified view showing a latch device of the water level measuring apparatus according to the prior art.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 수위측정장치의 정면도 및 측면도.2 and 3 are a front view and a side view of the water level measuring device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 수위측정장치의 펄스연산부를 도시한 블록도.Figure 4 is a block diagram showing a pulse calculation unit of the water level measuring device according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 수위측정장치의 펄스엔코더를 이용한 수위계의 데이터처리 흐름도.5 is a data processing flowchart of a water level meter using a pulse encoder of the water level measuring device according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 수위측정장치의 영점설정과정을 도시한 순서도.6 is a flowchart illustrating a zero point setting process of the water level measuring device according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 수위측정장치의 수위값 연산과정을 도시한 순서도.7 is a flow chart showing a level value calculation process of the water level measuring device according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 수위측정장치에 의해 취득된 측정데이터를 종래의 수위측정장치와 비교하여 도시한 그래프.8 is a graph showing measurement data obtained by the water level measuring device according to the present invention in comparison with a conventional water level measuring device.

도 9는 본 발명에 따른 수위측정장치의 방향판별로직을 설명하기 위한 참고도.9 is a reference diagram for explaining the weaving of the direction plate of the water level measuring apparatus according to the present invention.

도 10은 FIR 필터에 의한 수위변화의 특성을 도시한 도.10 is a view showing the characteristics of the water level change by the FIR filter.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위측정장치의 펄스연산부를 도시한 블록도.11 is a block diagram showing a pulse calculation unit of the water level measuring device according to another embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위측정장치의 초음파센서를 이용한 수위계의 데이터처리 흐름도.12 is a data processing flowchart of the water level gauge using the ultrasonic sensor of the water level measuring device according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 수위측정장치의 정면도 및 측면도이다.2 and 3 are a front view and a side view of the water level measuring device according to the present invention.

본 발명에 따른 저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치(100)는 물을 대량으로 저장하는 저장시설에 설치되어, 상기 저장시설에 저장된 물의 수위를 측정한다.The water level measuring device 100 having a low pass filter and a high and low limit function according to the present invention is installed in a storage facility for storing a large amount of water, and measures the water level of the water stored in the storage facility.

이를 위해 상기 수위측정장치(100)는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 작업장소에 고정하기 위한 거치대(105)가 마련된다. 그리고, 상기 거치대(105)에는 상기 저장시설에 저장된 물의 수위를 계측하는 계측부가 설치된다.To this end, the water level measuring apparatus 100, as shown in Figure 2 and 3, is provided with a cradle 105 for fixing to the work place. In addition, the cradle 105 is provided with a measuring unit for measuring the level of water stored in the storage facility.

상기 계측부는 상기 거치대(105)에 회전가능하게 설치된 풀리(101)를 포함하며, 상기 풀리(101)에는 줄(103)에 의해 연결되어 상기 풀리(101)의 양측으로 걸리는 부유체(102) 및 무게보상부(104)가 설치된다. 상기 부유체(102)는 수면에 일정한 높이로 뜨도록 이루어지며, 상기 무게보상부(104)는 상기 부유체(102)의 무게를 보상하여 수위의 변화에 따라 상기 부유체(102)가 원활하게 이동할 수 있도록 한다. 또한, 상기 풀리(101)와 연동하며 수위의 변화량을 측정하는 엔코더(116)가 설치된다.The measuring unit includes a pulley 101 rotatably installed in the holder 105, the pulley 101 is connected to the pulley 101 by a string 103 is suspended to both sides of the pulley 101 and Weight compensation unit 104 is installed. The floating body 102 is made to float to a certain height on the surface of the water, the weight compensation unit 104 compensates the weight of the floating body 102, the floating body 102 smoothly in accordance with the change in the water level Allow it to move. In addition, an encoder 116 interlocked with the pulley 101 and measuring a change amount of the water level is installed.

이를 위해, 상기 풀리(101)의 회전축에는 샤프트(111)가 설치되고, 상기 샤프트(111)는 지지대 몸통(112)에 설치된 베어링(113)에 의해 지지된다. 그리고, 상기 샤프트(111) 및 상기 엔코더(116)에는 상, 하 타이밍 풀리(115a, 115b)가 설치되며, 상기 상, 하 타이밍 풀리(115a, 115b)는 타이밍 벨트(114)에 의해 연결된다.To this end, the shaft 111 is installed on the rotating shaft of the pulley 101, the shaft 111 is supported by a bearing 113 installed on the support body 112. In addition, upper and lower timing pulleys 115a and 115b are installed at the shaft 111 and the encoder 116, and the upper and lower timing pulleys 115a and 115b are connected by a timing belt 114.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 계측부는 부유체(102), 풀리(101), 무게보상부(104), 엔코더(116)를 포함하여 부유체(102)의 변위에 따른 수위를 측정하도록 이루어질 수 있다.In the embodiment of the present invention, the measuring unit is made to measure the water level according to the displacement of the floating body 102, including the floating body 102, the pulley 101, the weight compensation unit 104, the encoder 116. Can be.

한편, 상기 계측부는 직접 거리를 측정할 수 있는 초음파 센서 등으로 이루어지는 것도 물론 가능하다.On the other hand, the measurement unit may also be made of an ultrasonic sensor that can measure the distance directly.

상기 계측부는 상기 부유체(102)의 이동 변위에 따라 상기 엔코더(116)가 계측한 수위의 펄스값을 유효펄스값으로 연산하는 펄스연산부(200)가 마련된다.The measurement unit is provided with a pulse operation unit 200 for calculating the pulse value of the water level measured by the encoder 116 as an effective pulse value in accordance with the displacement of the floating body (102).

상기 펄스연산부(200)는 바람이나 너울 등 자연환경에 따른 수위의 변화량에 따른 오차를 감소시키기 위한 구성으로, 계측된 수위의 펄스값의 상한값 및 하한값을 밴드로 설정하여, 상기 밴드내에서 측정되는 펄스값의 중심값을 산출한다.The pulse operation unit 200 is configured to reduce the error according to the amount of change of the water level according to the natural environment, such as wind or swell, by setting the upper and lower limits of the pulse value of the measured water level as a band, which is measured in the band The center value of the pulse value is calculated.

도 4는 본 발명에 따른 수위측정장치의 펄스연산부를 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 수위측정장치의 펄스엔코더를 이용한 수위계의 데이터처리 흐름도이다.Figure 4 is a block diagram showing a pulse calculation unit of the water level measuring device according to the present invention, Figure 5 is a flow chart of the water level meter using a pulse encoder of the water level measuring device according to the present invention.

도 4와 도 5를 참고하여, 상기 펄스연산부(200)를 상세히 설명하면 다음과 같다.4 and 5, the pulse operation unit 200 will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 수위측정장치(100)의 펄스연산부(200)는 중앙처리장치(CPU)(204)와, 파라미터를 입력하거나 상태확인 기능을 위한 표시장치(201)와 키보드(202), 펄스엔코더(214)의 신호를 적산하고 저장하는 펄스적산부(203), 플레쉬 롬(Flash ROM)과 스테틱 램(Static RAM) 등으로 구성된 메모리(205), 외부 장치로 수위 데이터를 보내는 기능을 하는 유/무선 통신부(206), 수위계의 초기값을 설정하기 위한 영점스위치(207)와 디지털 입력부(208), 수위값을 아날로그값으로 출력하기 위한 아날로그 출력부(209), 펄스엔코더(214)의 신호를 받아서 파형을 정형화하고 방향신호와 펄스입력을 분리하는 펄스입력부(210), 순간적인 혹은 장기적으로 정전이 되었을 때 중심값 혹은 현재값 등을 유지하기 위하여 연산장치에 전원을 공급하는 백업 밧데리(211), 외부기기로 수위값을 BCD(Binary Coded Decimal) 형태로 출력하는 BCD 출력부(212), 4~20mA 출력부(213), 펄스엔코더(214), 전원을 공급하는 전원부(215)로 구성된다.The pulse calculating unit 200 of the water level measuring apparatus 100 according to the present invention includes a central processing unit (CPU) 204, a display device 201, a keyboard 202, a pulse encoder for inputting a parameter or checking a status. A pulse integrating unit 203 for integrating and storing the signal of 214, a memory 205 composed of a flash ROM, a static RAM, and the like, and having a function of sending water level data to an external device. / Wireless communication unit 206, zero switch 207 and digital input unit 208 for setting the initial value of the water level, analog output unit 209, pulse encoder 214 for outputting the water level value as an analog value Pulse input unit 210 for shaping a waveform and separating direction signal and pulse input, and a backup battery 211 for supplying power to arithmetic unit to maintain a center value or a current value in case of a momentary or long-term power failure. ), The water level value to the external device is BCD (Bina It is composed of a BCD output unit 212, 4 ~ 20mA output unit 213, a pulse encoder 214, a power supply unit 215 for supplying power.

상기 유/무선 통신부(206)는 수위값을 출력하는데 있어서, BCD 출력 혹은 4~20mA 외에 RS-232C 혹은 RS-485 방식으로 소정의 포로토콜에 의하여 통신하는 유선통신방식 중 어느 하나와, 424MHz 혹은 지그비 통신(ZIGBEE), 블루투스(Bluetooth), CDMA 모뎀과 같은 어느 하나의 무선 통식방식을 선택하여 사용한다. 여기에서, 지그비 통신(ZIGBEE), 블루투스(Bluetooth)방식은 전송속도가 높은 반면에 환경적인 영향을 많이 받아 나뭇잎이나 건물에 의하여 가시거리가 확보되지 않으면 통신장애가 생기게 되지만, 424MHz의 경우 상대적으로 주파수가 낮아서 야외에서 원활하게 데이터 전송이 가능하게 된다.The wired / wireless communication unit 206 outputs a water level value, either a BCD output or a wired communication method communicating with a predetermined protocol by RS-232C or RS-485 in addition to 4 to 20 mA, 424 MHz or Select one of the wireless communication methods such as ZIGBEE, Bluetooth, and CDMA modem. Here, Zigbee communication (ZIGBEE), Bluetooth (Bluetooth) is a high transmission speed, but due to the environmental impact a lot of communication obstacles are not secured by the leaves or buildings, but in the case of 424MHz Low data enables smooth data transmission outdoors.

또한, CDMA를 사용사면 소정의 사용료가 부가되기는 하지만 전국적으로 많은 기지국이 설치되어 있어서 핸드폰이 송수신되는 지역이면 전국 어디서나 용이하게 데이터 전송이 가능하게 되는 장점이 있다.In addition, if the use of CDMA, a predetermined fee is added, but many base stations are installed throughout the country, and thus, there is an advantage in that data can be easily transmitted anywhere in the country when a cell phone is transmitted and received.

상기 펄스엔코더(214)는 증분형 펄스 엔코더와 절대형 펄스 엔코더가 주로 사용된다. 상기 증분형 펄스 엔코더는 A 신호와 90도 위상 차이가 있는 두 개의 신호로 출력되는 형식으로 A 와 B 신호의 위상을 판별하여 펄스의 증가 혹은 감소 신호를 판별하여 출력한다.As the pulse encoder 214, an incremental pulse encoder and an absolute pulse encoder are mainly used. The incremental pulse encoder outputs two signals having a 90 degree phase difference from the A signal, and determines the phases of the A and B signals to determine a pulse increase or decrease signal.

한편, 상기 펄스적산부(203)는 상기 펄스엔코더(214)의 신호를 적산하고 저장하는 것으로서, 상기 증분형 펄스 엔코더가 사용된 경우, A와 B 신호의 위상을 분석하여 정방향 혹은 역방향신호로 구분한다. 또한, 상기 펄스적산부(203)는 상기 풀리(101)의 샤프트(111)가 시계방향으로 회전하면 정방향 펄스를 출력하고, 반시계방향이면 역방향 펄스를 출력하는 회로를 보유하며, 이들 신호를 적산하여 수위의 변화를 연속적으로 저장하게 된다.Meanwhile, the pulse integrator 203 integrates and stores the signal of the pulse encoder 214, and when the incremental pulse encoder is used, analyzes the phases of the A and B signals and divides them into forward or reverse signals. do. In addition, the pulse integrating unit 203 has a circuit for outputting a forward pulse when the shaft 111 of the pulley 101 rotates clockwise, and a reverse pulse when the shaft 111 of the pulley 101 rotates clockwise, and integrating these signals. The change in water level is stored continuously.

또한, 상기 펄스적산부(203)는 상기 절대형 펄스 엔코더가 사용된 경우, 회전당 출력비트가 10비트(1회전/1024) 혹은 12비트(1회전/4096) 등으로 출력되며, 이에 따라 상기 펄스적산부(203)는 언제나 축의 회전값을 읽어 낼 수가 있다.In addition, when the absolute pulse encoder is used, the pulse integrator 203 outputs 10 bits (1 rotation / 1024) or 12 bits (1 rotation / 4096) or the like per rotation. The pulse integration unit 203 can always read the rotation value of the axis.

일반적으로 풀리(101)의 원주 길이는 1m로서, 풀리(101)의 1회전은 곧 수위 1m가 변화한 것이 된다. 따라서, 상기 계측부의 상, 하 타이밍 풀리(115a, 115b)의 잇수를 동일한 것을 사용하고 엔코더(116)를 회전당 1000펄스가 출력되는 것을 사용한다면 펄스연산부(200)의 분해능을 4배로 향상시키므로 엔코더(116)의 1회전에 4000펄스의 신호를 얻게 된다.In general, the circumferential length of the pulley 101 is 1 m, and one rotation of the pulley 101 is such that the water level is 1 m. Therefore, if the number of teeth of the upper and lower timing pulleys 115a and 115b of the measuring unit is the same and the encoder 116 is used to output 1000 pulses per revolution, the resolution of the pulse operation unit 200 is increased by four times. One round of 116 will give you a signal of 4000 pulses.

이때 상기 엔코더(116)에서 얻을 수 있는 펄스당 최소정밀도(dx)를 계산하면, [수학식 3]과 같다.At this time, if the minimum precision (dx) per pulse obtained by the encoder 116 is calculated, Equation (3).

이와 같이, 상기 엔코더(116)에서 얻을 수 있는 펄스당 최소정밀도(dx)는, 0.025mm가 되며, 기존 수위측정장치의 분해능인 1cm에 비하여 400배의 정확한 수위계측이 가능하다.As such, the minimum precision (dx) per pulse obtained by the encoder 116 is 0.025 mm, and 400 times more accurate level measurement is possible than 1 cm, which is the resolution of the existing level measurement apparatus.

일반적으로 저장시설에 저장된 물의 수위는 해발고도로 표현하며, 상기 수위측정장치(100)의 초기 위치를 해발고도에 대한 위치로 영점설정한다.In general, the water level of the water stored in the storage facility is represented by the altitude above sea level, and the initial position of the water level measuring apparatus 100 is set to a position relative to the altitude above sea level.

본 발명에 따른 수위측정장치(100)의 영점설정과정을 도시한 순서도인 도 6을 참고하면, 영점설정순서는 초기값을 파라미터에 설정하는 단계(S11)와 영접입력신호가 'ON'이면 ON시간을 적산하는 단계(S12, S13), ON시간 적산값이 설정값과 같거나 큰지를 검사하는 단계(S14), 만일 ON시간 적산값이 설정값 보다 같거나 크면 중심값에 초기값을 입력하는 단계(S15), 현재값에 초기값을 입력하는 단계(S16)로 구성된다.Referring to FIG. 6, which is a flowchart illustrating a zero setting process of the water level measuring apparatus 100 according to the present invention, the zero setting sequence is ON when the initial value is set to a parameter (S11) and the zero input signal is 'ON'. Integrating the time (S12, S13), checking whether the ON time integration value is greater than or equal to the set value (S14), and if the ON time integration value is greater than or equal to the setting value, inputting an initial value to the center value. Step S15 consists of inputting an initial value to the present value (S16).

이때 ON시간 적산값이 설정값과 같거나 큰지를 검사하는 단계는 영점신호가 외부의 외란(잡음 등)에 의하여 일시적으로 짧게 입력되었다 사라지는 경우에 임의로 중심값과 현재값이 초기값으로 입력되는 현상을 방지하기 위하여 ON신호가 설정값 이상 유지되어야만 중심값과 현재값이 초기화되도록 한다.At this time, the step of checking whether the integrated value of ON time is equal to or larger than the set value is when the zero signal is temporarily inputted by external disturbance (noise) and disappears. To prevent this problem, the center value and the present value must be initialized only when the ON signal is kept above the set value.

더불어, 상기 펄스연산부(200)의 작용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 상기 수위측정장치(100)는 mm단위로 수위를 계측함에 있어서, 바람의 영향이나 달이나 행성과 같은 지구환경적인 영향으로 수면의 파동이 생겨 수위 데이터가 수 mm 이내에서 빈번히 변경될 수 있으며, 이와 같이 데이터 값이 빈번히 변화되면 계산상의 오차가 발생하기 쉽고, 빈번한 데이터의 변경에 의한 데이터의 신뢰성이 떨어지는 요인이 될 수 있다. 따라서, 상기 펄스연산부(200)는 계측된 수위의 펄스값의 상한값 및 하한값을 밴드로 설정하여, 상기 밴드내에서 측정되는 펄스값의 중심값을 산출한다.In addition, the operation of the pulse operation unit 200 will be described in more detail as follows. In measuring the water level in mm units, the water level measuring apparatus 100 may generate waves of the surface due to wind influences or global environmental effects such as moons and planets, and thus the water level data may be frequently changed within several mm. Likewise, if the data value changes frequently, calculation errors are likely to occur, and the reliability of the data may be deteriorated due to frequent data changes. Therefore, the pulse operation unit 200 sets the upper and lower limit values of the measured pulse level pulse values as a band, and calculates the center value of the pulse values measured in the band.

이를 위해, 상기 펄스연산부(200)는 종래의 기계적인 백래쉬 기능과 유사한 기능을 소프트웨어로 구현한다. 이와 같이 펄스연산부(200)는 미세오차를 소프트웨어로 구현함에 따라 기계적인 구동에 의한 마찰 등에 의해 발생하는 오차를 감소시킬 수 있으며, 상기 저장시설의 규모 등에 따른 미세오차의 설정이 용이하고 실제 적용에 편리하다.To this end, the pulse operation unit 200 implements a function similar to the conventional mechanical backlash function in software. As described above, the pulse operation unit 200 may reduce the error caused by friction due to mechanical driving as the micro-error is implemented by software, and it is easy to set the micro-error according to the size of the storage facility. It is convenient.

도 7은 본 발명에 따른 수위측정장치(100)의 수위값 연산과정을 도시한 순서도이다. 도 7을 참고하면, 상기 펄스연산부(200)의 작용에 의한 수위값 연산 단계는 매번 연산시간을 1씩 증가시키는 단계(S21), 연산시간이 설정주기보다 같거나 큰지 검사하는 단계(S22), 만일 연산시간 적산값이 설정주기와 같거나 크면 연산시간을 '0'으로 설정하는 단계(S23), 중심값과 상한밴드를 더하여 상한값으로 대입하는 단계(S24), 중심값에서 하한밴드를 빼서 하한값으로 대입하는 단계(S25), 현재값이 상한값보다 큰지 검사하는 단계(S26), 만일 현재값이 상한값보다 크면 현재값에서 상한밴드를 빼서 중심값으로 대입하는 단계(S27), 현재값이 하한값보다 작은지 검사하는 단계(S28), 만일 현재값이 하한값 보다 작으면 현재값과 하한밴드를 더해서 중심값으로 대입하는 단계(S29)로 구성된다.7 is a flow chart showing a level value calculation process of the water level measurement apparatus 100 according to the present invention. Referring to FIG. 7, the step of calculating the water level value by the action of the pulse calculating unit 200 includes increasing the calculation time by one each time (S21), checking whether the calculation time is equal to or greater than a setting period (S22), If the total value of the calculation time is equal to or greater than the setting period, the operation time is set to '0' (S23), the center value and the upper limit band are added to the upper limit value (S24), and the lower limit band is subtracted from the center value. Step S25, checking whether the present value is greater than the upper limit value (S26), if the present value is greater than the upper limit value, subtracting the upper band from the present value and substituting it into the center value (S27), and the present value is lower than the lower limit value. It is a step of checking whether it is small (S28), and if the present value is smaller than the lower limit, adding the present value and the lower limit band and substituting it into the center value (S29).

한편, 본 발명에 따른 수위측정장치(100)에서 상기 엔코더(116)의 정지 토오크는 약 10g-cm 이하로서, 상기 풀리(101)의 반경에 수위변화에 따른 부력의 변화를 곱한 값보다 매우 적으며, 수위 변화에 따른 상기 부유체(102)의 상하운동에 거의 영향을 주지 않는다.On the other hand, in the water level measuring device 100 according to the present invention, the stop torque of the encoder 116 is about 10 g-cm or less, which is much smaller than the value of the radius of the pulley 101 multiplied by the change in buoyancy according to the water level change. And, there is little effect on the vertical movement of the floating body 102 according to the change in water level.

표 1은 같은 장소에서 종래의 수위측정장치(100)와 본 발명에 따른 수위측정장치(100)에 의해 취득된 측정데이터를 비교한 표이다. 또한, 도 8은 본 발명에 따른 수위측정장치(100)에 의해 취득된 측정데이터를 종래의 수위측정장치(100)와 비교하여 도시한 그래프이다. 종래의 수위측정장치(100)로 측정한 데이터를 보면 1cm 단위로 변화하여 계단식으로 표시된 반면에, 본 발명의 수위측정장치(100)는 1mm 단위로 정밀하게 계측되는 것을 확인할 수 있다.Table 1 is a table comparing the measurement data obtained by the conventional water level measuring apparatus 100 and the water level measuring apparatus 100 according to the present invention at the same place. 8 is a graph showing the measurement data obtained by the water level measuring apparatus 100 according to the present invention in comparison with the conventional water level measuring apparatus 100. Looking at the data measured by the conventional water level measuring device 100 can be confirmed that the water level measuring device 100 of the present invention is precisely measured in units of 1mm, while being displayed in a stepwise manner in units of 1 cm.

한편, 표 1을 자세히 고찰해보면 바람에 의한 수면의 파동이나 달과 지구 환경에 따른 장주기의 너울 등의 영향을 받을 수 있게 된다.On the other hand, if you look at Table 1 in detail, you can be affected by wind fluctuations of the surface of the water or the long cycle of the moon and the global environment.

본 발명에 따른 수위측정장치(100)의 방향판별로직을 설명하기 위한 참고도인 도 9를 참고하면, 펄스연산부(200)의 데이터 흐름은 펄스엔코더(214)에서 수위의 변화에 따른 펄스를 입력받아 도 9와 같이 방향판별로직에서 A와 B상의 위상차를 비교하여 A상이 상승할 때 B상이 '0'이면 증가신호, A상이 상승할 때 B상이 '1'이면 감소신호로 판별하여 펄스적산부(203)에 보내면 펄스를 적산한다.Referring to FIG. 9, which is a reference diagram for explaining the direction of the direction plate of the water level measuring apparatus 100 according to the present invention, the data flow of the pulse calculating unit 200 inputs a pulse according to the change of the water level in the pulse encoder 214. As shown in Fig. 9, the phase difference between the A and B phases is compared in each direction plate, and when the A phase rises, the B phase is '0' and the B phase is '1' when the A phase rises. If it is sent to (203), the pulses are integrated.

그리고, 상기 펄스적산부(203)에 적산된 펄스에 펄스 한 개당 수위값을 설정하는 기계상수 파라미터를 곱하여 펄스수를 mm 단위로 환산하고, 저역필터(Low Band Filter)를 이용하여 노이즈성 신호를 제거한다. 여기서 상기 저역필터는 저주파수의 변화값을 필터링 하는 것으로서, 로우패스필터(Low Pass Filter)라고도 한다.The pulse number is multiplied by a mechanical constant parameter for setting a water level value per pulse to the pulse integrated part 203, and the number of pulses is converted into mm units, and a noise signal is generated using a low band filter. Remove In this case, the low pass filter is a low pass filter for filtering the change value of the low frequency (Low Pass Filter).

상기 저역필터를 이용한 디지털 필터링방법은 IIR(Infinite Impulse Response methode), FIR 방식(Finite Impulse Response methode)으로 나뉘어 지는데, FIR 필터의 h(k)는 유한한 값들을 가지지만 IIR필터의 h(k)는 무한대의 값들을 가진다. 실제로 계산하기 위해서는 무한대의 계산은 불가능하므로 IIR 필터의 경우 현재의 y(n)을 계산하기 위해 현재의 값에 일정량의 과거의 출력값도 피드백하여 사용하는 방식으로 되어 있다.The digital filtering method using the low pass filter is divided into Infinite Impulse Response methode (IIR) and Finite Impulse Response methode (FIR), where h (k) of the FIR filter has finite values but h (k) of the IIR filter. Has infinite values. Indeed, it is impossible to calculate infinite in order to calculate. In the case of IIR filter, a certain amount of past output value is fed back to the present value to calculate the present y (n).

여기에서, FIR 필터는 항상 안정적(stable)이며, linear phase response 성질을 가지지만 IIR 필터는 항상 안정적(stable)하다고 보장할 수 없고 Phase response가 비선형적(nonlinear)성질을 갖는다.Here, the FIR filter is always stable and has a linear phase response property, but the IIR filter cannot always be guaranteed to be stable and the phase response is nonlinear.

FIR 필터의 차수(Order)는 값이 많을수록 데이터 필터링은 향상되지만 신호의 지연이 생기게 되는 점이 있다.The higher the order of the FIR filter, the better the data filtering but the delay of the signal.

본 발명의 수위측정장치(100)에서는 필터의 차수를 파라미터에 설정할 수 있도록 하여 현장 여건에 따라 선정할 수 있도록 한다.In the water level measuring apparatus 100 of the present invention, it is possible to set the order of the filter in the parameter so that it can be selected according to the site conditions.

FIR 필터의 수식 y(n)은 [수학식 4]와 같이 표현된다.Equation y (n) of the FIR filter is expressed as shown in [Equation 4].

이때, FIR 필터에 의한 수위변화의 특성은, 도 10에 명시한다.At this time, the characteristic of the water level change by a FIR filter is shown in FIG.

이와 같이, 본 발명의 수위측정장치(100)는 안정적인 FIR 필터를 사용하여 저역필터(Low Band Filter)를 사용하여 적절히 계수값을 조정하면 바람이나 너울에 의한 노이즈성분을 제거하고 좀더 정확한 수위값을 도출해낼 수가 있다.As such, the water level measuring apparatus 100 of the present invention removes noise components caused by wind or spring and adjusts the water level more accurately by adjusting the coefficient value appropriately using a low band filter using a stable FIR filter. Can be derived.

또한, FIR방식의 저역필터에서 필터차수 파라미터에 의한 노이즈성 신호를 제거하고 상하밴드 파라미터에 의한 상한 및 하한밴드로 수위값 연산 처리를 하여 중심값을 출력하게 된다.In addition, the low-pass filter of the FIR method removes the noisy signal by the filter order parameter and performs a level value calculation process on the upper and lower bands by the upper and lower band parameters to output the center value.

따라서 수위측정장치(100)의 펄스연산부(200)에 계측된 데이터를 메모리(205)에 순차적으로 저장하고 소프트웨어적으로 수치해석방법을 사용하여 평균화하거나 필터링을 거치면 이러한 노이즈 성분이 제거된 더욱 정확한 진정한 수위값을 산출해낼 수 있게 된다.Therefore, if the data measured by the pulse operation unit 200 of the water level measuring device 100 is sequentially stored in the memory 205 and averaged or filtered using a numerical analysis method in software, this noise component is removed more accurately. The level value can be calculated.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위측정장치(100)의 펄스연산부(200)를 도시한 블록도이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위측정장치(100)의 초음파센서를 이용한 수위계의 데이터처리 흐름도이다.11 is a block diagram illustrating a pulse calculating unit 200 of the water level measuring apparatus 100 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an ultrasonic sensor of the water level measuring apparatus 100 according to another embodiment of the present invention. Flow chart of water level using

도 11에 따르면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위측정장치(100)의 펄스연산부(300)는 중앙처리장치(CPU)(304)와, 파라미터를 입력하거나 상태확인 기능을 위한 표시장치(301)와 키보드(302), 플레쉬 롬(Flash ROM)과 스테틱 램(Static RAM) 등으로 구성된 메모리(305), 외부 장치로 수위 데이터를 보내는 기능을 하는 유/무선 통신부(306), 수위계의 초기값을 설정하기 위한 영점스위치(307)와 디지털 입력부(308), 수위값을 아날로그값으로 출력하기 위한 아날로그 출력부(309), 초음파센서(314)로부터 발생된 초음파 신호에 의한 반사파를 입력받는 센서 정합부(310), 순간적인 혹은 장기적으로 정전이 되었을 때 중심값 혹은 현재값 등을 유지하기 위하여 연산장치에 전원을 공급하는 백업 밧데리(311), 외부기기로 수위값을 BCD(Binary Coded Decimal) 형태로 출력하는 BCD 출력부(312), 및 4~20mA 출력부(313)와, 초음파센서(314), 전원을 공급하는 전원부(315)로 구성된다.Referring to FIG. 11, the pulse operation unit 300 of the water level measuring device 100 according to another embodiment of the present invention is a central processing unit (CPU) 304 and a display device 301 for inputting parameters or checking status. ) Memory 305 consisting of keyboard 302, Flash ROM, Static RAM, etc., Wire / Wireless communication unit 306 for sending water level data to external devices, Initial level of water level meter A zero point switch 307 and a digital input unit 308 for setting a value, an analog output unit 309 for outputting a water level value as an analog value, and a sensor for receiving a reflected wave by an ultrasonic signal generated from the ultrasonic sensor 314 Matching unit 310, a backup battery 311 for supplying power to the operation unit to maintain the center value or the current value in the case of a momentary or long-term power failure, BCD (Binary Coded Decimal) BCD output unit 312 for outputting in the form, 4 ~ 20mA an output unit 313 and the ultrasonic sensor 314, a power supply 315 for supplying power.

도 12를 참고하면, 계측부가 초음파센서(314)로 이루어진 수위측정장치(100)로서, 트리거 신호 발생부의 트리거 신호에 의하여 소정의 펄스가 발생하여 초음파센서(314)를 여자시키면, 상기 초음파센서(314)에서 초음파가 출력된다. 그리고, 상기 초음파센서(314)에서 발사된 초음파는 어떤 물체에 반사되어 반사파를 발생하게 된다. 그리고, 신호증폭부에서 반사파를 증폭하여 반사시간검출부에서 트리거 신호에 의하여 타이머가 초기화되고 기준시간 생성부의 클럭을 적산하다가 반사파 신호가 입력되면 트리거 신호 발생으로부터 반사파가 입력된 시간값을 시간-변위 연산부에 전달되고, 입력된 시간값을 온도에 따른 음파의 전파시간 상수를 곱하여 거리를 환산하게 된다.Referring to FIG. 12, when the measurement unit is a water level measuring device 100 including an ultrasonic sensor 314, a predetermined pulse is generated by a trigger signal of a trigger signal generator to excite the ultrasonic sensor 314. At 314, the ultrasound is output. The ultrasonic waves emitted by the ultrasonic sensor 314 are reflected by an object to generate reflected waves. When the reflected signal is amplified by the signal amplifier and the timer is initialized by the trigger signal by the reflection time detector, the clock is accumulated by the reference time generator, and when the reflected signal is input, the time-displacement calculator inputs the time value from the trigger signal generation. The distance is converted to the input time value by multiplying the propagation time constant of the sound wave according to the temperature.

이 경우도 초음파센서(314)를 이용한 수위측정장치(100)의 데이터처리 흐름도인 도 12와 같이 저역필터를 거쳐 상, 하한밴드 연산부에서 계산값에 제한을 두어 중심값을 출력하면, 초음파센서(314)의 특성상 중심값이 심하게 흔들리는 현상을 제거하여 안정적인 수위측정이 가능하게 된다.In this case, as shown in FIG. 12, which is a data processing flow chart of the water level measuring device 100 using the ultrasonic sensor 314, the upper and lower limit band calculators output the center value by limiting the calculated value. Due to the characteristic of 314), the center value is severely shaken to remove the phenomenon, thereby enabling stable water level measurement.

결과적으로 수위측정에 있어서 측정된 데이터를 파라미터에 의하여 차수가 조절되는 저역필터를 구현하여 노이즈 성분을 제거한 후 이를 재차 파라미터로 설정이 가능한 상한 및 하한밴드를 구현하며, 이 밴드 내에서는 현재값이 빈번히 변동되어도 중심값이 출력될 수 있다.As a result, a low-pass filter that adjusts the order of the measured data by the parameter in the water level measurement is implemented to remove the noise component and implement the upper and lower bands that can be set again as parameters. In this band, the current value is frequently The center value can be output even if it changes.

이상과 같이 본 발명에 따른 수위측정장치(100)를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.Although the water level measuring apparatus 100 according to the present invention as described above with reference to the illustrated drawings, the present invention is not limited by the embodiments and drawings described above, the present invention within the scope of the claims Of course, various modifications and variations can be made by those skilled in the art.

Claims (1)

물을 대량으로 저장하는 저장시설에 설치되며, 상기 저장시설의 수위를 측정하는 수위측정장치로서,It is installed in a storage facility that stores a large amount of water, and is a water level measuring device for measuring the water level of the storage facility, 상기 저장시설에 저장된 물의 수위를 계측하기 위해 풀리와, 줄에 의해 상기 풀리의 양측으로 걸리며 수면에 뜨는 부유체 및 상기 부유체의 무게를 보상하는 무게보상부와, 상기 풀리의 회전량을 측정하는 증분형 펄스 엔코더 또는 절대형 펄스 엔코더 또는 초음파 센서를 갖는 계측부와,To measure the water level of the water stored in the storage facility, a pulley, a weight compensating unit that is suspended on both sides of the pulley by a rope and compensates the weight of the floating body and the floating body, and measures the amount of rotation of the pulley A measuring unit having an incremental pulse encoder or an absolute pulse encoder or an ultrasonic sensor, 상기 계측부에서 계측된 물의 수위 및 상기 펄스연산부에서 산출되는 펄스값의 중심값을 초기값으로 설정하는 영점조절부와,A zero point adjusting unit for setting the water level measured by the measuring unit and the center value of the pulse value calculated by the pulse calculating unit as an initial value; 상기 계측부에서 계측된 수위의 펄스값의 상한값 및 하한값을 밴드로 설정하여, 상기 밴드내에서 측정되는 펄스값의 중심값을 산출하기 위해 상기 계측부에서 측정된 물의 수위에 파동에 의한 펄스값에 저역펄스값을 필터링하는 저역필터를 갖는 펄스연산부와,In order to calculate the center value of the pulse value measured in the band by setting the upper limit value and the lower limit value of the pulse value of the water level measured by the measurement unit as a band, the low-pass pulse to the pulse value caused by the wave in the water level measured by the measurement unit. A pulse calculation unit having a low pass filter for filtering a value, 상기 펄스연산부에서 산출된 수위를 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저역필터 및 상, 하한 리미트 기능을 갖는 수위측정장치.And a low pass filter and a high and low limit function, characterized in that it comprises a communication unit for transmitting the water level calculated by the pulse calculation unit.
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