KR20100017473A

KR20100017473A - 바다에서 사용하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템

Info

Publication number: KR20100017473A
Application number: KR1020097024887A
Authority: KR
Inventors: 토마스 오셰르스트룀; 안데르스 벨린
Original assignee: 로즈마운트 탱크 레이더 에이비
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2010-02-16
Also published as: CN102538908A; US7541969B2; JP2010528317A; US20080297403A1; CN101680796A; KR101413614B1; WO2008147300A1; CN101680796B; CN102538908B

Abstract

본 발명에 따르면 이동유닛에 갖추어진 탱크내 액체의 충진레벨을 판단하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템이 개시되어 있다. 상기 시스템은 수신된 에코신호를 기초로 컨테이너의 탱크내 소정위치에 다른 시간에서의 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하기 위한 처리회로를 구비하고, 상기 이동유닛의 이동으로 인해 탱크내 표면파에 따른 상기 국소적인 순간적 충진레벨들 간의 변화를 식별하도록 더 형성되어 있다. 이 식별결과는 탱크의 평균충진레벨 추정시 정확도를 향상시키기 위해 사용된다.

레이더 레벨 게이지 시스템, 충진레벨, 탱크, 선박

Description

바다에서 사용하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템{Radar Level Gauging System For Use At Sea}

본 발명은 이동유닛에 갖추어진 탱크내에, 특히, 해양선박 또는 플랫폼에 갖추어진 탱크내에 포함된 액체의 충진레벨을 판단하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 탱크내에 저장된 액체에 표면파가 있을 경우 충진레벨 추정의 정확도를 향상시킨다. 본 발명은 또한 이러한 충진레벨을 판단하기 위한 해당 방법에 관한 것이다.

다양한 충진재료의 레벨을 측정하기 위한 레이더 레벨 측정(RLG)은 탱크, 컨테이너 등에서 레벨을 측정하기 위한 더욱 더 중요한 방법으로서, 다른 많은 타입의 RLG 시스템들이 앞서 공지되어 있다.

RLG 시스템이 통상적으로 사용되는 한 분야는 액화가스, 석유, 화학제 등의 저장을 위한 해양 플랫폼 또는 운반선(tanker ship)등과 같은 이동유닛속의 탱크이다. 이들 탱크는 통상적으로 높이가 40m까지 이르며 축구장 정도의 크기 만큼 기저면적이 매우 클 수 있는 직사각형 블록으로 설계된다. 이러한 타입의 탱크의 기저면적이 크기 때문에, 액체 레벨을 고정확도로 읽을 수 있는 것이 매우 중요해 진다. 큰 면적은 액체 레벨에서의 작은 변화가 액체량에서 상대적으로 큰 변화에 해 당하는 것을 의미한다.

현대적 운반선의 작업은 종래 항만 터미널 밖에서의 작업을 포함하도록 진보했으며, 상기 작업은 예컨대 보관이송 사양에 따라 필요한 탱크측정 시스템의 정확도를 따를 것을 요구한다. 조우되는 상황은 부표 지점에서 운행되는 LNG(Liquefied Natural Gas) 선박 및 다른 중력기반의 구조물(Gravity Based Structure, GBS)과 같이 앞바다에 위치한 시설들에서의 하적, 및 공해에서 선박간 이송, 셔틀 운반선과 바지선 작업을 위해 하적하는 부유식 원유생산 저장하역 설비(Floating Prodcution, Storage and Offloading, FPSO)를 포함한다.

이러한 환경에서, 선박은 무제한 탱크 충진레벨에 따른 안전작업을 위한 보장한계까지 화물 수송동안 해상조건을 따를 것이다.

보관이송 측정시스템(Custody Transfer Measurement System, CTMS)이 고도의 정확도로 이송 작업을 위한 시작 및 최종 충진레벨을 측정해야 할 필요가 있다. 또한, LNG를 보유한 작업이 잦으면 하적선은 선적항까지 공선항해(ballast voyage)동안 탱크를 차게 유지하기 위해 탱크내에 소정량의 액체를 남겨두고 연이은 사용을 위해 증발가스를 제공하는 것이 필요하다.

통제되는 환경에서, 예컨대, 항구내 선박상에서 사용되는 종래 레이더 레벨 게이지 시스템에 대하여, 로우패스 필터링(low pass filtering) 또는 이동평균필터(moving aveage filter)와 같은 게이지 파라미터(탱크 레벨/감소량)의 조작자가 해석을 쉽게하는 방안들이 공지되어 있다. 그러나, 간단한 사전설정된 필터 또는 심지어 적응필터는 여러가지 제한이 있다. 예컨대, 공해(公海) 환경에서 명백한 안 정레벨을 제공하는 하이필터(hing filter) 인수를 갖는 설정은 항만 작업시 사용하기에 너무 느리게 반응하게 된다. 또한 현재 레벨 애플리케이션에 사용되는 필터들은 일반적으로 액체 이동시 더 작은 변화만을 다루거나 전자장치/마이크로파 회로에서 불완전함을 제거하도록 설계되어 있고, 극한 환경이 내부 탱크환경에 크게 영향을 끼치기 시작하는 상황을 다루는 방법은 현재 알려져 있지 않다.

또한, LGN 선박에서, 아래의 매우 낮은 레벨까지 정확하게 동작하는 것이 필요한 탱크측정 시스템은 현재 또한 무풍상태에서 항만 작업시에서와 같이 동일한 보관이송의 손쉬운 정확도와 공해 환경에서 명백한 안정적인 레벨을 제공하도록 요구된다.

운반선 애플리케이션에서 측정 정확도를 높이려는 몇몇 시도들이 있었다. 예컨대, 동일 출원인에 의한 WO 01/029523은 LNG 탱크 바닥 가까이에서 레벨 측정의 불확실도를 줄이기 위한 특별한 방법을 개시하고 있다. 이와 같은 레벨측정 시스템은 계산된/보정된 레벨 또는 감소량의 로우패스 필터링을 이용하여 가벼운 팽창, 진동 또는 탱크로/탱크로부터의 펌핑에 직면한 선박에 의해 야기된 통상적인 소량의 탱크 액체표면 동요에 대한 현재 레벨값 및 기록된 레벨값을 "진정(smoothing)"시킨다. 게다가, 또한 본 출원인에 의한 WO 01/029523은 탱크 바닥반사를 줄이기 위해 탱크의 바닥에 사용되는 흡수제의 사용을 교시하고 있다. 더욱이, 실제 온도와 측정된 낮은 레벨을 상관시키기 위해 바닥에 있는 온도센서를 사용하여 LNG 탱크에서 매우 낮은 레벨에 대한 판단을 향상시키는 것이 공지되어 있다. 이 때 온도가 액체온도보다 상당히 더 높을 경우(LNG는 일반적으로 약 -160℃임), 탱크는 측 정지점이 "마른" 것을 의미한다. 선박이 항만 터미널에 있을 경우에 텅빈 탱크에 대한 강력한 결정을 위한 이러한 데이터 상관관계가 적합하나, 공해상에서는 레벨의 주기적 행동(일반적으로 0.1Hz)간에 명백한 불일치 뿐만 아니라 바닥 온도와 통상 사용되는 진정 필터로 인해 적합하지 않다.

따라서, 상술한 이유와, LNG 및 이동유닛에 탑재된 다른 애플리케이션 모두로 인해, 상기 이동유닛의 이동으로 인해 저장된 액체에서 표면파가 있는 이동유닛에 장착된 탱크내 액체의 충진레벨을 판단하기 위한 향상된 RLG가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 향상된 레이더 레벨 게이지 시스템과 종래 기술의 상술한 문제를 해소하거나 적어도 경감시키는 레이더 레벨측정 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구의 범위에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템 및 방법으로 달성된다.

본 발명의 제 1 태양에 따르면, 이동유닛에 갖추어진 탱크내 액체의 충진레벨을 판단하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서, 상기 액체로 마이크로파 신호를 보내기 위한 송신기와, 상기 탱크로부터 반사된 에코신호를 수신하기 위한 수신기와, 상기 수신된 에코신호를 기초로 컨테이너의 탱크내 소정 위치에 다른 시간에서의 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하기 위한 처리회로를 구비하고, 상기 처리회로는 상기 이동유닛의 이동으로 인한 탱크내 표면파에 따른 상기 국소적인 순간적 충진레벨에서의 변화를 식별하고 탱크의 평균충진레벨 추정시 정확도를 향상시키기 위해 식별 결과를 이용하도록 더 형성되는 레이더 레벨 게이지 시스템이 제공된다.

탱크내 표면파에 따른 변화의 식별은 탱크의 평가된 평균충진레벨의 정확도를 직접적으로 증가시키는 식으로 그리고 추정된 평균충진레벨이 신뢰가 떨어질 경우 경보신호를 보내는 식으로 많은 다양한 보정동작을 실행할 수 있다. 이로써, 조작자에게 항상 즉각적인 행동을 위해 일정한 충진레벨 판독이 제공될 수 있다.

게다가, 본 발명에 따른 게이지는 현재 탱크환경조건에 행동을 적용할 수 있다. 이로써, 게이지의 강건도(robustness)가 극적으로 증가된다. 이전에 실험된 모호성의 제거로 게이지가 탱크상태의 넓은 스펙트럼하에서 레벨값을 생성하는 것을 조작자가 항상 신뢰할 수 있고, 다양한 탱크환경조건을 위해 빠른 적용이 가능하다.

따라서, 본 발명의 RLG 시스템은 강건도를 향상시키고 정확도를 높이며 전반적으로 화물 레벨의 왜곡된 평가를 방지하고, 가령 방출과정의 종료시 남아있는 화물을 평가하기 위한 예컨대 LNG 애플리케이션에 유용하며, 일반적으로 5㎜의 불확실도로 현대 레이더 기반의 CTMS의 완벽한 정확도를 이용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 또한 탑재된 이동유닛에서 탱크내 다른 많은 애플리케이션 타입들에도 또한 유용하다. 향상된 정확도와 신뢰도는 경제적으로 상당히 중요하며, 본 발명에 따라, 탱크내 레벨 측정으로 인한 불확실도는 기타 관련 불확실도에 비해 무시되어 진다.

따라서, 본 발명은 통상의 항만 터미날 작동에서 성능, 정확도 및 강건도를 향상시키고, 공해 상황에서 또한 임의의 해면에서 비교가능한 레벨 정확도를 달성한다. 상기 방법은 임의의 액체 화물 및 예컨대 가벼운 액화가스 뿐만 아니라 탱크 바닥에 침전물을 누적시키지 않는 임의의 다른 투명한 액체 화학물질에 적합하다.

실시예의 일예에 따르면, 식별 결과는 탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 검출을 위해 사용된다. 바람직하기로, 처리회로는 판단된 국소적인 순간적 충진레벨의 필터링을 기초로 탱크의 평균충진레벨을 평가하도록 갖추어져 있고, 탱크의 바닥레벨과 같아진는 국소적인 순간적 충진레벨의 소정 시간에서의 식별된 발생은 정확도 지표로서 사용될 수 있다.

이로써, 낮은 레벨 정확도에 있어 큰 향상이 달성될 수 있다. 이는 탱크내 액체가 선박의 바다 효과로 인해 이동시 탱크내 낮은 레벨에서 평균레벨에 대한 최상의 가능한 판단을 하도록 측정지점에서 연이어 액체가 있음을 알아내야 하는 본 발명의 구현으로 인한 것이다.

따라서, 평균충진레벨은 예컨대 연속적으로 판단된 순간적 충진레벨의 로우패스 필터링을 기초로 추정 혹은 계산될 수 있고, 동시에 추정된 평균충진레벨은 조우된 환경상황에 적용될 수 있다.

탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 발생은 바람직하게는 수신된 에코신호의 진폭 및/또는 신호강도 간의 관계와 임계치를 기초로 식별된다. 이로써, 반향된 레이더 에코의 신호 진폭/강도가 정의된 임계치 보다 큰지 또는 미만인지 실시간으로(일반저으로 1Hz 샘플링으로) 식별될 수 있으며, 상기 임계치는 액체 에코와, LNG 탱크 바닥에서 낮은 진폭/강도를 갖는 흡수제 장치로부터의 에코나 또 다른 운반선의 탱크 바닥으로부터의 더 높은 에코를 식별한다.

바닥레벨과 같아지는 충진레벨의 발생은, 예컨대, 조작자가 적절한 행동을 취하도록 듀티-싸이클 형태로 조작자에 고지될 수 있다. 이러한 행동은 a) 추정이 왜곡되기 전에 남아있는 화물에 대한 평균 레벨의 가장 정확한 판단을 가능하게 하도록 방출을 중단시키거나, b) 더 이상 액체 검출이 전혀 없고 완전히 비워져 건조된 것으로 간주될 수 있을 때까지, 바람직하게는 온도센서에 의해 바닥 부근에서 온도의 연이은 측정과 같이 2차 지표의 상관관계로 검증될 수 있을 때까지 방출을 계속할 수 있다.

또한, LNG 탱크내 레이더 레벨 게이지 시스템은 바람직하게는 수직 배열된 파이프 형태의 도파관을 구비하고, 이를 통해 송수신 마이크로파 신호가 전파하며, 이로써 상기 파이프에 있는 소정 위치에 또는 상기 파이프의 개구 아래에서 충진레벨이 판단된다. 상기 파이프는 해당기술분야에 잘 알려진 바와 같이 바람직하게는 다공성이다. 또한, 마이크로파의 흡수체가 파이프의 개구 아래에서 탱크의 기저부에 입사한 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 흡수하도록 LNG 탱크의 바닥에 있는 것이 바람직하다. 이 경우 그리고 탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 식별 덕분에, 흡수제가 현재 요건들이 "건조" 탱크에서 검출될 수 없어도 더 이상적이게, 즉, 가능한 한 완벽하게 감쇠되게 할 수 있다. 이 경우, 시스템은 탱크가 빈 경우 바닥측정을 위한 표현으로 가상의 레벨을 발생할 수 있다. 이전에 실행가능하지 않은 흡수제의 최적 성능은 불일치하는 탱크 에코를 줄이고 가상의 건조 레벨이 나타나기 전에 LNG 탱크내 저영역에서 측정 불확실도를 더 줄이게 된다.

바람직하게는, 탱크의 평균충진레벨은 판단된 국소적인 순간적 충진레벨의 필터링을 기초로 평가된다.

또 다른 실시예에 따르면, 처리회로는 국소적인 순간적 충진레벨에서의 변화의 식별을 기초로, 탱크내 표면파의 크기를 판단하고, 이를 기초로, 상기 평균충진레벨의 평가를 위해 상기 필터링을 적용하도록 더 갖추어져 있다.

적절한 필터링의 자동선택에 의해, 안정적인 평균 탱크레벨이 파도와 난류에도 불구하고 확립될 수 있는데, 이는 게이지가 공해에서 조우되는 현재 외부환경조건에 대해 자동적으로 자체 조절되기 때문이다. 또한, 게이지를 적용시키고 현재 탱크환경조건이 허용하는 가능한 한 빨리 액체상태에서의 변화에 응답할 수 있게 함으로써, 게이지의 강건도가 크게 향상된다. 탱크내 표면파의 감시로, 적절한 필터특성타입이 자동으로 결정될 수 있기 때문에 통상의 정확도 미만의 낮은 변화들을 가진 출력을 산출할 수 있다. 이로써, 필터특성타입은 항상 탱크내 현재 환경조건에 대해 가장 빠른 액체변화를 제공하는 최적의 필터를 제공하도록 선택될 수 있다.

배에 탑재된 탱크내 일반적인 파주기는 8-10초이며, 현재 레이더 레벨 게이지는 1초 보다 더 짧은 속도로 레벨검출을 할 수 있다. 충진레벨은 표면레벨의 "추적"과 적절하게 높은 속도로 확립될 수 있고, 국소적인 난류 또는 레이더 에코를 순간적으로 줄이는 기타 표면효과로 인한 에코의 산발적인 손실에 대해 검출은 면제될 수 있다.

표면파의 크기는 바람직하게는 국소적인 순간적 충진레벨으로부터 판단된 파고 및/또는 파주기를 기초로 결정된다.

처리회로는 바람직하게는 탱크내 표면파의 판단된 크기를 기초로 복수의 이용가능한 필터특성타입들 중 하나를 선택하도록 갖추어져 있다. 필터특성타입은 소프트웨로 구현될 수 있고 소프트웨어 디렉토리 등에 컨트롤러용으로 이용될 수 있다. 이용가능한 필터특성타입은 예컨대 항만상태에 대한 필터특성, 낮은 크기의 표면파를 갖는 바다상태의 다른 타입에 대해 적절합 필터특성타입과 높은 크기의 표면파에 대한 필터특성타입의 세트일 수 있다. 기본적으로 임의의 타입의 필터특성타입은 예컨대, 로우패스 필터링, 버터워스 필터링(Butterworth filtering)등에 사용될 수 있다. 필터링은 바람직하게는 소프웨어로 이루어진다.

또한, 처리회로는 바람직하게는 추정된 평균 충진레벨의 변화를 연속적으로 감시하고, 상기 감시된 변화에 따라 선택된 필터특성타입의 필터 파라미터 설정을 조절하도록 형성된다. 예컨대, 출력값이 감시될 수 있고, ±5㎜ 처럼 구성가능한 값인 허용된 변화가 유지되지 않는다면, 선택된 필터설정은 현재 탱크상태에 따라 자동으로 조절된다. 이 루프는 액체의 추정된 평균레벨이 항상 통상의 정확도 범위내에 변화를 가짐을 확실히 하기 위해 출력값을 연이어 감시한다.

또한, 처리회로는 탱크내 표면파의 크기와 필터링 적용의 판단을 규칙적으로 반복하도록 더 갖추어져 있다.

처리회로는 탱크내 표면파의 판단된 크기가 정의된 임계치를 초과하는 경우 경보신호를 보내도록 더 갖추어질 수 있다.

처리회로는 바람직하게는 적어도 0.5Hz의 주파수로 가장 바람직하게는 적어도 1Hz의 주파수로 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하도록 적용될 수 있다.

본 발명은 특히 해양선박에 갖추어진 탱크내 레벨측정을 위해 사용되며, 상기 선박의 이동은 바다로 인해 일렁거린다.

레벨 게이지 시스템은 연속 신호를 방출하도록 형성된 송신기를 이용할 수 있고, 처리회로는 수신된 에코신호와 기준신호 간의 위상 및/또는 주파수 차이를 기초로 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하도록 형성되어 있다. 대안으로, 송신기는 펄스신호를 방출하도록 형성될 수 있고, 처리회로는 펄스신호의 방출과 상기 신호의 에코의 수신 간에 시간을 기초로 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하도록 형성되어 있다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 이동유닛에 갖추어진 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법으로서, 상기 액체의 표면을 향해 마이크로파 측정신호를 송신하는 단계와, 상기 탱크로부터 에코신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 에코신호를 기초로 컨테이너의 탱크내 소정 위치에 다른 시간에서 국소적인 순간적 충진레벨을 결정하는 단계와, 상기 이동유닛의 이동으로 인해 상기 탱크내 표면파에 따른 상기 국소적인 순간적 충진레벨내 변화를 식별하는 단계와, 상기 탱크의 평균충진레벨 추정시 정확도를 향상시키기 위해 상기 식별 결과를 이용하는 단계를 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법이 제공된다.

이 태양에 따르면, 제 1 태양에 따라 상술한 바와 같이 유사한 이점과 바람직한 특징이 달성될 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 태양은 하기에 기술된 실시예에 대하여 명백하며 알게 될 것이다.

예시를 위해, 본 발명은 첨부도면에 도시된 실시예를 참조로 하기에 더 상세하게 기술되어 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템의 부분 분해 및 부분 횡단면 개략도이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템의 부분 분해 및 부분 횡단면 개략도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동필터선택 및 필터조절 방법을 도시한 개락 흐름도이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 2개의 다른 실시예에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템(1)을 도시한 것이다.

간략히, 도 1 및 도 2의 시스템은 운반선에 갖추어진 탱크(2)내에 포함된 액체의 충진레벨을 판단하기 위한 예시적인 레이더 레벨 게이지 시스템이다. 충진재료는 석유, 정유제품, 화학제 및 액화가스와 같은 제품일 수 있다. 시스템은 탱크(2)내 충진재료의 레벨(8)을 판단하기 위해 레이더 신호를 송수신하고 수신된 신호를 처리하기 위한 처리회로를 갖는 전자유닛(3), 탱크로 레이더파를 송수신하기 위해 탱크내에 장착된 안테나(4) 및 전자유닛(3)과 안테나(4) 간에 신호를 가이드 하기 위한 레이더파 가이드 어셈블리(5)(도 2에 미도시됨)를 포함한다. 출력 복사를 방출하기 위한 송신기와 반사된 에코신호를 수신하기 위한 수신기로서 동일한 안테나가 바람직하게 사용될 수 있으나, 이들 기능용으로 별도의 안테나를 사용할 수 있다. 레이더 레벨 게이지는 바람직하게는 탱크 지붕(7)에 장착되고, 도파관(5)이 탱크 개구(6)를 통해 탱크로 돌출하도록 구성되어 있다. 도 1의 실시예에서, 안테나는 탱크에 자유롭게 퍼져나가는 반면, 도 2의 실시예는 파이프 형태의 수직 도파관(9)을 구비한다. 파이프는 전자기 신호가 탱크내 구조물과 같이 교란 물체없이 액체 표면으로 전송되도록 할 수 있는 도파관으로서 작용한다. 도파관(9)은 탱크의 기저부 위에 멈추고 도파관은 아래방향으로 개방되어 있다. 도파관(9)의 개구 아래에, 바람직하게는 흡수제(10)가 갖추어져 있다. 흡수제는 바람직하게는 컨테이너의 기저부에 갖추어져 있고, 액체표면으로 전송되고 이 표면에 의해 반사되지 않는 마이크로파 에너지의 상당한 부분 또는 모두를 흡수함으로써, 바닥 에코를 방지한다. 상술한 실시예의 전반적 요약은 그 자체로 이미 공지되어 있으며, 예컨대 WO 01/29523 및 WO 03/001160에 개시되어 있고, 상기 참조문헌 모두는 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.

사용시, 레이더 레벨 게이지(1)는 탱크 지붕부를 통해 도파관(5)을 따라 복사 에너지를 전송하고 액체표면(8)으로부터 반사된 에너지를 수신하여 탱크내 액체 레벨에 대한 표시를 제공한다. 레이더 레벨 게이지(1)는 신호선 등을 통해 원격위치(예컨대 조정실)에 연결될 수 있다.

해당기술분야에 그 자체로 잘 알려진 계산유닛 및 컨트롤 유닛에서 송수신 빔 간의 시간차를 비교하고 평가함으로써 충진레벨에 대한 판단이 이루어질 수 있다. 다양한 레이더 원리들이 레이더 레벨 게이지용으로 사용될 수 있다. 이들 중 하나는 임펄스 지연방법(펄스 레이더 방법)이고, 또 다른 하나는 주파수변조 연속파(FMCW) 레이더 방법이다. FMCW 레이더 방법에서, 간접적인 방식으로 주파수 변조신호를 전송하고 송수신 순간주파수(momentary frequency) 간의 차를 만듦으로써 지연이 결정된다. 다른 한편으로, 펄스 레이더 방법은 또한 버스트로 알려진 짧은 마이크로파 펄스의 복사를 이용하며, 개개의 송수신 펄스 간에 직접적인 시간지연이 결정된다. 수신신호는 충진레벨을 판단하기 위해 신호를 분석하기 위한 소프트웨어를 갖는 프로세서에 의해 처리될 수 있고, 상기 프로세서는 바람직하게는 마이크로프로세서계열의 회로이다. 상기 신호 프로세서에 의해 실행되며, 일부는 하드웨에서 구현될 수 있고, 일부는 소프트웨어에서 구현될 수 있는 기능 및 알고리즘이 해당기술분야에 그 자체로 공지되어 있어, 본 명세서에 더 이상 논의하지 않을 것이다.

처리회로는 도 2의 도파관(9)내에 또는 아래에서와 같이 컨테이너의 탱크내 소정 위치에 때때로 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하도록 갖추어져 있다. 처리회로는 상기 이동유닛의 이동으로 인해 탱크내 표면파에 따른 국소적 충진레벨과 순간적 충진레벨 간의 변화를 식별하고, 탱크의 평균충진레벨 평가시 정확도를 향상시키기 위해 상기 식별 결과를 이용하도록 형성되어 있다.

일실시예에 따르면, 순간적 충진레벨의 변화의 감시는 파고(波高) 및 파주기를 감시함으로써 탱크내 표면파를 분석하기 위해 사용된다. 이 정보로부터 필터특 성타입이 결정되고 이로써 게이지가 진술한 장비 정확도 범위내에 출력값 변화를 유지하도록 타겟에 따른 최상의 필터특성타입을 선택함으로써 자동으로 현재 탱크상태에 대해 적용된다.

자동필터선택 및 필터조절방법의 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 여기서, 국소적인 순간적 충진레벨이 결정되고(단계 S1), 탱크내 표면파가 파고 및/또는 파주기를 측정함으로써 감시된다(단계 S2). 게이지에는 하나 이상의 필터특성타입 세트가 제공되고 상기 측정된 파고 및/또는 파주기를 기초로 현재 환경조건에 대해 최상인 필터특성타입이 선택된다(단계 S3). 이용가능한 필터특성타입은 예컨대 표면파가 전혀 없는 것에 대한 필터특성타입일 수 있으며, 이는 시스템의 디폴트 필터링, 표면파의 낮은 크기에 대한 필터특성타입 및 표면파의 높은 크기에 대한 필터특성타입일 수 있다. 기본적으로 로우패스 필터링, 다른 개수의 극 등을 이용한 버터워쓰 필터링(Butterworth filtering)과 같은 임의의 타입의 필터특성타입이 사용될 수 있다. 필터링은 바람직하게는 소프트웨어로 행해진다. 필터는 수학적 알고리즘으로 표현될 수 있기보다는 가상으로 임의의 필터링 효과를 달성할 수 있다.

자동필터선택 및 필터조절방법의 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 이 결과, 국소적인 순간 충진레벨이 결정되고(단계 S1), 파고 및/또는 파 주기성을 측정함으로써 탱크내 표면파가 감시된다(단계 S2). 하나 이상의 필터특성타입 세트가 게이지에 제공되고, 측정된 파고/주기성을 기초로 현재 환경조건에 최상인 필터특성타입이 선택된다(단계 S3). 이용가능한 필터특성타입은 예컨대 시스템의 디폴트 필터링과 같을 수 있는 표면파가 없는 필터특성타입, 표면파의 낮은 크기의 필터특성타 입 및 표면파의 높은 크기의 필터특성타입이 될 수 있다. 로우패스 필터링, 다른 개수의 극 등을 이용한 버트워스 필터링과 같이 기본적으로 임의의 타입의 필터특성타입이 사용될 수 있다. 필터는 수학적 알고리즘으로 표현될 수 있는 임의의 필터링 효과를 가상으로 달성할 수 있다.

적절한 필터특성타입이 선택되면, 게이지는 선택된 필터특성타입에 대한 필터 파라미터의 디폴트 설정을 기초로 평균충진레벨의 추정을 나타내는 출력값을 생성하기 시작한다. 그런 후 출력값이 감시되고(단계 S4), 예컨대 ±5㎜의 구성값인 변화 요건이 유지되지 않으면, 논리는 선택된 필터설정을 조절하게 된다(단계 S5). 이는 필요한 변화가 얻어질 때까지 반복되고, 루프는 바람직하게는 명백히 관찰된 액체표면이 즉시 항상 이들 한계내에 있음을 확실히 하기 위해 연이어 출력값을 감시한다.

또한, 수정 필터특성타입이 사용된 것을 확실히 하기 위해, 파고와 파주기가 바람직하게는 정규적으로 검사된다(단계 S6). 또 다른 필터특성타입 또는 필터 타입의 조합에 대한 기준이 현재 탱크환경조건에 더 적합한 경우, 게이지 로직이 이를 선택하고 과정은 단계 S1으로 되돌아 간다.

이러한 프로세스에 의해, 필터특성타입과 필터설정은 탱크내 현재 환경조건에 대하여 가장 빠른 평균액체 변화를 제공하는 최적필터를 항상 제공하도록 선택될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 탱크의 바닥 레벨과 같은 국소적인 순간 충진레벨의 검출을 위해 순간 충진레벨의 변화에 대한 감시가 이용된다. 이들 실시예는 LGN 애플리케이션에 특히 유용하다.

이러한 실시예에서, 예컨대 조우되는 환경상황에 적용되는 연속적인 로우패스 필터 레벨을 기초로 평균충진레벨이 계산되고 표현된다. 또한, 시스템은 적절하게 실시간으로 일반적으로 1Hz 샘플링으로, 신호진폭 또는 반향된 레이더 에코를 감시하고, LNG 탱크 바닥에서 낮은 진폭/강도를 갖거나 또 다른 운반선의 탱크 바닥으로부터 더 높은 에코로 흡수제 장치로부터의 에코와 액체 에코를 식별하는 임계치가 설정된다.

이로써, 탱크의 바닥레벨과 같은 국소적인 순간적 충진레벨의 발생이 식별될 수 있고, 예컨대, 적절한 행동을 취하도록 조작자에게 알리기 위해 조작자에 고지될 수 있다. 이러한 행동은 a) 추정이 왜곡되기 전에 남은 화물에 대한 평균레벨의 가장 정확한 판단을 하도록 방출을 중단하거나 b) 더 이상 액체 검출이 없고 탱크가 완전히 비워져 건조된 것으로 간주될 수 있을 때까지 방출이 계속될 수 있으며, 건조된 것으로의 간주는 바람직하게는 연속적인 (더 높은) 바닥온도의 상관관계로 검증될 수 있다.

탱크의 바닥레벨과 같아진 국소적인 순간 충진레벨의 발생을 고지하기 위해, 경보신호를 보내기 위해 처리회로가 갖추어질 수 있고, 1회 또는 수회 경보를 작동시키게 사용될 수 있다. 경보유닛은 여러가지 방식으로 현재 상황에 대해 조작자에 주의를 환기시키게 설계될 수 있다. 몇가지 예로써, 음향신호가 작동될 수 있고, 경보등에 불이 들어오거나 깜빡일 수 있거나, 몇몇 종류의 신호가 제어판에 작동될 수 있고, 컴퓨터 스크린에 경보를 보내거나 원격유닛(전화, 미니콜(minicall), 무 전기 등)이 작동된다.

2차 표시기로서, 탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 발생을 나타내기 위해 온도센서(11)(도 2 참조)가 탱크의 바닥에 또는 바닥 부근에 갖추어질 수 있다. 이러한 바닥에 있는 온도센서는 낮은 레벨상태를 나타내는데 사용될 수 있는데, 이는 이 지점에서 온도가 액체온도(LNG는 일반적으로 약 -160℃임)보다 상당히 더 높은 경우, 탱크가 측정지점에서 "건조"된 것을 의미하기 때문이다. 이에 의해, 온도센서로부터의 입력은 이전에 식별된 탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 검증을 위해 사용될 수 있고, 시스템의 강건도와 신뢰도를 높일 수 있다.

상술한 레이더 레벨 게이지 시스템은 매우 튼튼하고 신뢰할 수 있으며 높거나 낮은 레벨경보, 과충진 제어 등의 실행을 위해 또한 사용될 수 있다.

상술한 실시예들과 개시된 레이더 레벨 게이지 시스템의 고유한 특징들의 다양한 조합들이 가능한 것이 당업자들에 명백할 것이다. 예컨대, 자동필터선택 기능이 낮은 레벨검출기능과 결합될 수 있다. 또한, 상술한 실시예들은 선박과 관련하여 기술하였더라도, 본 발명은 액체를 저장하기 위한 탱크를 구비한 모든 이동유닛에 사용될 수 있는 것이 명백하다. 이런 및 다른 다양한 변형들이 청구의 범위에 정의된 것처럼 본 발명의 범위내에 있는 것으로 간주될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 포함됨.

Claims

이동유닛에 갖추어진 탱크내 액체의 충진레벨을 판단하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서,

상기 액체로 마이크로파 신호를 보내기 위한 송신기와,

상기 탱크로부터 반사된 에코신호를 수신하기 위한 수신기와,

상기 수신된 에코신호를 기초로 컨테이너의 탱크내 소정 위치에 다른 시간에서의 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하기 위한 처리회로를 구비하고,

상기 처리회로는 상기 이동유닛의 이동으로 인한 탱크내 표면파에 따른 상기 국소적인 순간적 충진레벨에서의 변화를 식별하고 탱크의 평균충진레벨 추정시 정확도를 향상시키기 위해 식별 결과를 이용하도록 더 형성되는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 식별 결과는 탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 검출을 위해 사용되는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 처리회로는 판단된 국소적인 순간적 충진레벨의 필터링을 기초로 탱크의 평균충진레벨을 추정하기 위해 갖추어져 있고, 상기 탱크의 바닥레벨과 같아지 는 국소적인 순간적 충진레벨의 소정 시간에서의 식별된 발생은 정확도 지표로서 사용될 수 있는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 처리회로는 수신된 에코신호의 신호강도와 진폭 중 적어도 하나와 정의된 임계치 간의 관계를 기초로 탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 발생을 식별하도록 형성되는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리회로는 탱크의 바닥레벨과 같아지는 국소적인 순간적 충진레벨의 발생시 경보신호를 보내도록 더 갖추어지는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리회로는 충진레벨이 탱크의 바닥레벨과 같아질 때 탱크의 방출기능을 제어하기 위한 제어신호를 보내도록 더 갖추어지는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

탱크의 바닥 부근에 갖추어진 온도센서를 더 포함하고, 상기 온도센서는 충진레벨이 상기 탱크의 바닥레벨과 같거나 가까워지는 2차 지표를 제공하도록 형성되는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리회로는 판단된 국소적인 순간적 충진레벨의 필터링을 기초로 탱크의 평균충진레벨을 추정하도록 구비된 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 처리회로는 상기 국소적인 순간적 충진레벨에서의 변화 식별을 기초로 탱크내 표면파의 크기를 판단하고, 이를 기초로, 평균충진레벨을 추정하기 위해 상기 필터링을 적용하도록 더 갖추어지는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 표면파의 크기는 국소적인 순간적 충진레벨으로부퍼 판단된 파고(波高)와 파주기 중 적어도 하나를 기초로 판단되는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 처리회로는 탱크내 표면파의 판단된 크기를 기초로 복수의 이용가능한 필터특성타입 중 하나를 선택하도록 갖추어져 있는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 11 항에 있어서,

상기 이용가능한 필터특성타입은 전혀 없는 표면파에 대한 필터특성타입, 낮 은 크기의 표면파에 대한 필터특성타입 및 높은 크기의 표면파에 대한 필터특성타입을 적어도 구비하는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 12 항에 있어서,

전혀 없는 표면파에 대한 상기 필터특성타입은 시스템의 디폴트 필터링인 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 10 항에 있어서,

상기 처리회로는 추정된 평균충진레벨의 변화를 연속적으로 감시하고, 상기 변화가 설정 요건내에 유지되도록 선택된 필터특성타입의 필터 파라미터 설정을 조절하도록 갖추어지는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리회로는 탱크내 표면파의 크기에 대한 판단과 필터링의 적용을 규칙적으로 반복하도록 더 갖추어진 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리회로는 탱크내 표면파의 판단된 크기가 정의된 임계치를 초과하는 경우 경보신호를 보내도록 더 갖추어진 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리회로는 최소 0.5Hz의 주파수로 국소적인 순간적 충진레벨을 판단하도록 형성되는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크는 해양선박에 갖추어져 있고, 상기 선박은 바다로 인해 일렁거리며 이동하는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액체는 탱크 바닥에 침전물을 누적시키지 않는 액화가스 또는 액화 화학물질인 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

수직 배열된 파이프 형태의 도파관을 더 구비하고, 상기 도파관을 통해 송수신 마이크로파 신호가 전파되며, 이로써 상기 파이프내 위치에 있거나 상기 파이프의 개구 아래에 있는 충진레벨이 판단되는 레이더 레벨 게이지 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 파이프의 개구 아래에서, 상기 탱크의 바닥에 입사된 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 흡수하도록 상기 탱크의 바닥에 위치된 마이크로파에 대한 흡 수제를 더 구비하는 레이더 레벨 게이지 시스템.
이동유닛에 갖추어진 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법으로서,

상기 액체의 표면을 향해 마이크로파 측정신호를 송신하는 단계와,

상기 탱크로부터 에코신호를 수신하는 단계와,

상기 수신된 에코신호를 기초로 컨테이너의 탱크내 소정 위치에 다른 시간에서 국소적인 순간적 충진레벨을 결정하는 단계와,

상기 이동유닛의 이동으로 인해 상기 탱크내 표면파에 따른 상기 국소적인 순간적 충진레벨내 변화를 식별하는 단계와,

상기 탱크의 평균충진레벨 추정시 정확도를 향상시키기 위해 상기 식별 결과를 이용하는 단계를 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 탱크의 바닥레벨과 같아지는 상기 국소적인 순간적 충진레벨의 검출을 위해 상기 식별결과를 이용하는 단계를 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 탱크의 평균충진레벨의 추정은 상기 판단된 국소적인 순간적 충진레벨의 필터링을 기초로 하고, 상기 탱크의 바닥레벨과 같아지는 상기 국소적인 순간적 충진레벨의 소정 시간에서 식별된 발생은 정확도 지표로서 사용되는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 국소적인 순간적 충진레벨의 소정 시간에서 식별된 발생은 상기 수신된 에코신호의 신호 강도와 진폭 중 적어도 하나와 정의된 임계치 간의 관계를 기초로 식별되는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크의 바닥레벨과 같아지는 충진레벨의 발생이 식별될 때 경보를 보내는 단계를 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크의 바닥레벨과 같아지는 충진레벨의 발생이 식별될 때 탱크의 방출기능을 제어하기 위해 제어신호를 보내는 단계를 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 22 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크의 바닥 부근에서의 온도를 측정하는 단계와,

상기 탱크의 바닥레벨과 같거나 가까워지는 충진레벨의 2차 지표로서 상기 온도측정을 이용하는 단계를 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 22 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크의 평균 충진레벨의 추정은 정해진 국소적인 순간적 충진레벨의 필터링을 기초로 하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 29 항에 있어서,

상기 국소적인 순간적 충진레벨에서 변화의 식별을 기초로 상기 탱크내 표면파의 크기에 대해 판단하고 이를 기초로 상기 평균 충진레벨을 추정하기 위해 상기 필터링의 적용을 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 30 항에 있어서,

상기 표면파의 크기는 상기 국소적인 순간적 충진레벨으로부터 판단된 파고와 파주기 중 적어도 하나를 기초로 결정되는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 30 항에 있어서,

상기 탱크내 표면파의 판단된 크기를 기초로 복수의 이용가능한 필터특성타입 중 하나의 선택을 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 32 항에 있어서,

상기 이용가능한 필터특성타입은 전혀 없는 표면파에 대한 필터특성타입, 낮은 크기의 표면파에 대한 필터특성타입 및 높은 크기의 표면파에 대한 필터특성타입을 적어도 구비하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 33 항에 있어서,

상기 전혀 없는 표면파에 대한 필터특성타입은 시스템의 디폴트 필터링인 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 31 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리회로는 추정된 평균충진레벨의 변화를 연속적으로 감시하고, 상기 변화에 대한 설정요건에 따라 선택된 필터특성타입의 필터 파리미터 설정을 조절하도록 형성되는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 30 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크내 표면파의 크기에 대한 판단과 상기 필터링의 적용이 규칙적으로 반복되는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 30 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크내 표면파의 판단된 크기가 정의된 임계치를 초과하는 경우 경보신 호를 보내는 단계를 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 22 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,

충진레벨 곡선은 최소 0.5Hz의 주파수로 판단된 충진레벨을 기초로 하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 22 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 탱크는 해양선박에 갖추어져 있고 상기 선박은 바다로 인해 일렁거리며 이동하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 22 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액체는 탱크 바닥에 침전물을 누적시키지 않는 액화가스 또는 액화 화학물질인 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 22 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 신호는 수직 배열된 파이프 형태의 도파관을 통해 전송되고, 상기 충진레벨은 상기 파이프내 위치에서 또는 상기 파이프의 개구 아래에서 판단되는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.
제 41 항에 있어서,

상기 파이프의 개구 아래에서, 상기 탱크의 기저부에 입사된 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 흡수하도록 상기 탱크의 바닥에 마이크로파용 흡수제를 제공하는 단계를 더 포함하는 탱크내 액체 충진레벨을 판단하는 방법.