KR20110116747A - Sonic wide range level measuring method and apparatus - Google Patents

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KR20110116747A
KR20110116747A KR1020100036344A KR20100036344A KR20110116747A KR 20110116747 A KR20110116747 A KR 20110116747A KR 1020100036344 A KR1020100036344 A KR 1020100036344A KR 20100036344 A KR20100036344 A KR 20100036344A KR 20110116747 A KR20110116747 A KR 20110116747A
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장학수
유병준
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Abstract

본 발명은 측정도파관과 길이를 따라 여러 개의 수음기가 배열되어있는 기준도파관으로 구성된 음파수위계에 있어서, 수위 측정 폭이 큰 경우 측정도파관 내의 수면으로부터 바로 위에 설치된 기준도파관 내의 수음기까지의 간격에 이 수음기와 수면에서 바로 밑에 설치된 수음간의 음파펄스 전파 시간을 이용하여 수면 바로 위에 설치된 수음기와 수면까지의 간격을 측정하여 이를 합하여 수위를 측정하는 방법을 제고하는데, 이 방법에 따르면 기준도파관 내에 배열 설치되는 수음기의 수를 현저히 감소하면서도 높은 정확도로 수위를 측정하게 되며 또 기준도파관을 측정도파관 내부에 동심이 되게 설치하게 되어있어서 두 도파관 내의 공기 온도분포를 동일하게 함으로써 수위측정 정확도를 제고하는 장치를 제공한다.
The present invention relates to an acoustic wavemeter consisting of a measuring waveguide and a reference waveguide in which a plurality of receivers are arranged along its length. This method improves the method of measuring the water level by measuring the interval between the sound absorber installed on the water surface and the water surface by using the sound wave pulse propagation time between the sound absorber and the sound wave installed directly below the water surface. It is possible to measure the water level with high accuracy while remarkably reducing the number of installed receivers and to install the reference waveguide concentrically inside the measurement waveguide so that the air temperature distribution in the two waveguides is the same to improve the water level measurement accuracy. Provide a device.

Description

음파 대폭수위측정방법 및 장치{Sonic wide range level measuring method and apparatus}Sonic wide range level measuring method and apparatus

본 발명은 음파를 이용하여 수위변화폭이 큰 저수지, 대 하천에서의 수위를 측정하는 기술 분야에 속한다.The present invention belongs to the technical field of measuring the water level in reservoirs and large rivers with a large change in water level using sound waves.

종래에는 저수지, 하천 등에서의 수위 원격 측정 또는 자동기록을 하기 위해 부구를 이용한 뜨개식 수위계를 가장 널리 이용하고 있었고 근래에 와서 수중압력센서 및 기포식수위계를 이용하려는 경향이다. Conventionally, a float level gauge using a float is most widely used for remote measurement or automatic recording of water level in reservoirs, rivers, etc., and in recent years, there is a tendency to use an underwater pressure sensor and a bubble level gauge.

그러나 이와 같은 수위계들의 측정오차가 크므로 현재의 사회적 분위기에 따라 수요자의 요구를 만족시키지 못하고 있으며 또 그들의 보수운영이 복잡하여 널리 이용되지 못하고 있다. However, due to the large measurement error of such water gauges, they do not satisfy the demands of consumers according to the current social atmosphere, and their maintenance operations are complicated and are not widely used.

이런 배경에서 설치비가 저렴하고 수위변화폭이 클 때도 비교적 높은 정확도로 수위를 측정하는 음파수위계가 개발되었다. Against this background, a sonic water level gauge was developed to measure the water level with relatively high accuracy even when the installation cost is low and the water level change is large.

음파수위계 중 가장 정확도가 높은 대폭음파수위계가 1995년에 개발 되었다. The most accurate Acoustic Wave Level Meter was developed in 1995.

실 예를 들면, 명칭이 “대폭수위측정장치 및 방법”으로 한국특허 제 150714호(1998.6.16)로 등록되고, 미국특허 제5,842,374호(1998.12.01)로 등록되었으며, 일본특허 제2756647호(1998.03.13)로 등록 되어있다. For example, the name is registered in Korean Patent No. 150714 (1998.6.16) as a "wide water level measuring apparatus and method", US Patent No. 5,842,374 (1998.12.01), Japanese Patent No. 2756647 ( 1998.03.13).

이와 같은 음파수위계의 단점은 수위측정정확도를 높이기 위해서는 도파관 내부에 설치되는 수음기(마이크)의 수가 상당히 많이 필요하다. The disadvantage of the sonic water level meter is that a large number of receivers (microphones) installed in the waveguide are required to increase the level measurement accuracy.

예를 들어 수위측정범위가

Figure pat00001
가 될 때 측정 전 범위에서 수위측정오차를
Figure pat00002
로 보장하기 위해서는 수음기들 간의 간격을
Figure pat00003
정도로 선택해야 하는데 이때 수음기의 수는
Figure pat00004
개나 필요하다. 따라서 수위계가 너무 복잡해진다.For example, if the level measurement range
Figure pat00001
Level measurement error in the entire measurement range when
Figure pat00002
To ensure that the gap between the masturbation
Figure pat00003
Should be selected as the number of
Figure pat00004
I need a dog. Therefore, the water level becomes too complicated.

이와 같은 단점을 해결하는 다른 음파수위측정방법이 제안되었다, 실 예를 들면, 명칭 “음파수위측정방법” 한국특허 제0374428호(2003.02.19)와 캐나다 특허 제2,329,944호(2005.06.28)가 등록되었다. 이 방법에 따르면 수음기의 수를 훨씬 감소하면서도 필요한 정확도를 보장할 수 있다. 이 방법을 설명하는 도면을 도1에 도시했다. 도1에서 1은 음파펄스발사기, 2는 도파관,

Figure pat00005
은 도파관 안에 배치된 수음기들이다. 수음기(
Figure pat00006
)가 배치된 지점이 측정 원점이고 이 원점의 수위가
Figure pat00007
이다. 수문(水文)관측은 수위를 해발고(높이)로 측정한다. 음파로 직접 측정하는 값은 측정원점의 수음기(
Figure pat00008
)에서 수면까지의 간격
Figure pat00009
이다. 따라서 수면의 수위
Figure pat00010
는 다음과 같이 연산된다.Another sonic water level measurement method has been proposed, which solves this drawback. For example, the name “Sound wave water level measurement method” is registered with Korean Patent No. 0374428 (2003.02.19) and Canadian Patent No. 2,329,944 (July 28, 2005) It became. This method ensures the required accuracy while significantly reducing the number of receivers. A diagram illustrating this method is shown in FIG. 1 is a sound wave pulse launcher, 2 is a waveguide,
Figure pat00005
Are the receivers arranged in the waveguide. Masturbator (
Figure pat00006
) Is the measurement origin and the water level of this origin
Figure pat00007
to be. Hydrologic observations measure the water level above sea level. The value measured directly by sound waves is based on the sound receiver (
Figure pat00008
) To sleep
Figure pat00009
to be. Thus the level of sleep
Figure pat00010
Is computed as:

Figure pat00011

Figure pat00011

여기서, 구간

Figure pat00012
의 측정방법은 다음과 같다.Where
Figure pat00012
The measurement method of is as follows.

우선 음파펄스가 도파관(2)를 따라 구간

Figure pat00013
을 전파하고 수면에서 반사하여 원점으로 전파한 시간
Figure pat00014
를 측정한다. 여기서
Figure pat00015
는 구간
Figure pat00016
에서의 음속이다. First, the sound wave pulse is a section along the waveguide (2)
Figure pat00013
Time when it propagates and reflects from the surface of water
Figure pat00014
Measure here
Figure pat00015
Is the interval
Figure pat00016
Sound velocity at.

그 다음 수면에서 바로 위에 배치된 수음기(

Figure pat00017
)를 음파펄스가 통과하여 물 표면에서 반사하여 수음기(
Figure pat00018
)까지 전파한 시간
Figure pat00019
을 측정하는 동시에 수음기(
Figure pat00020
)와 도파관(2) 내의 바로 위에
Figure pat00021
간격으로 배치된 수음기(
Figure pat00022
) 사이를 전파하는 시간 을 측정한다. 여기서
Figure pat00024
은 구간
Figure pat00025
구간에서의 음속이고,
Figure pat00026
은 수음기
Figure pat00027
과
Figure pat00028
간의 구간
Figure pat00029
에서의 음속이다. Then, on the surface of the water,
Figure pat00017
) Is passed through the sound wave pulse and reflects off the surface of the water.
Figure pat00018
Time to propagate
Figure pat00019
While measuring the sound
Figure pat00020
) And directly within the waveguide (2)
Figure pat00021
Spacers arranged at intervals (
Figure pat00022
Time to propagate between Measure here
Figure pat00024
Silver section
Figure pat00025
Sound velocity in the interval,
Figure pat00026
Silver masturbation
Figure pat00027
and
Figure pat00028
Interval
Figure pat00029
Sound velocity at.

구간

Figure pat00030
는 다음과 같이 측정한다.section
Figure pat00030
Is measured as follows.

수학식(1)Equation (1)

Figure pat00031

Figure pat00031

여기서 구간

Figure pat00032
은 측정원점 수음기(
Figure pat00033
)에서 수음기(
Figure pat00034
)까지 간격을 사전에 측정하여 수위 연산장치에 입력하여 사전에 기억시킨 값이다. 즉, 구간
Figure pat00035
전부를 측정하는 것이 아니고 이 구간에서 전파한 시간
Figure pat00036
에 비해 가장 차이가 작은 전파시간에 해당되는 위치에 설치된 수음기(
Figure pat00037
)를 선택하고 상기 수학식(1)에서 구간
Figure pat00038
을 측정하여 알고 있는 구간
Figure pat00039
과 합하여 구간
Figure pat00040
을 측정하는 방법이다. 수학식(1)에서
Figure pat00041
에 해당되는 항을 전개하면 다음과 같이 된다. Where
Figure pat00032
Is a measuring origin receiver (
Figure pat00033
) On the
Figure pat00034
The distance is measured in advance and input into the water level calculator and stored in advance. That is, the interval
Figure pat00035
The time of propagation in this section, not all
Figure pat00036
The receiver installed at the position corresponding to the smallest propagation time compared to
Figure pat00037
) And the interval in Equation (1)
Figure pat00038
Measure the known interval
Figure pat00039
In combination with
Figure pat00040
How to measure. In equation (1)
Figure pat00041
Expanding the term corresponds to

수학식(2)Equation (2)

Figure pat00042
Figure pat00042

만일 구간

Figure pat00043
에서의 음속
Figure pat00044
과 간격
Figure pat00045
에서의 음속
Figure pat00046
이 동일하다면 If section
Figure pat00043
Sound velocity at
Figure pat00044
And thickness
Figure pat00045
Sound velocity at
Figure pat00046
If it is the same

Figure pat00047
로 일치될 것이다. 그러나
Figure pat00048
과
Figure pat00049
은 동일할 수 없고 측정오차
Figure pat00050
가 발생한다. 측정오차
Figure pat00051
에 대한 측정상대오차
Figure pat00052
은 다음과 같다.
Figure pat00047
Will be matched with. But
Figure pat00048
and
Figure pat00049
Cannot be the same and measurement error
Figure pat00050
Occurs. Measurement error
Figure pat00051
Relative Error for
Figure pat00052
Is as follows.

수학식(3)Equation (3)

Figure pat00053
Figure pat00053

한편, 종래기술의 한국특허 제0374428호에서는 측정오차

Figure pat00054
와 수음기들 간의 간격
Figure pat00055
을 선택하는 수식을 다음과 같이 제시하고 있다. 즉, 도파관 내에서 도파관 측정원점에서의 공기 온도가
Figure pat00056
이고 물 표면에서의 공기온도가 물의 온도
Figure pat00057
와 일치되는데, 여름철에는
Figure pat00058
가 되는 바 공기온도 분포가On the other hand, in the Korean Patent No. 0374428 of the prior art measurement error
Figure pat00054
And the gap between the masturbation
Figure pat00055
The formula for selecting is presented as follows. That is, the air temperature at the waveguide measuring origin in the waveguide
Figure pat00056
And the air temperature at the water surface is the water temperature
Figure pat00057
In summer,
Figure pat00058
Air temperature distribution

Figure pat00059
의 구배를 갖는 직선으로 된다고 가정하고
Figure pat00060
과
Figure pat00061
을 계산한다. 공기 중에서의 음속은 공기의 압력이 변하지 않으면 공기온도에 따라 변한다.
Figure pat00059
Suppose you have a straight line with a gradient of
Figure pat00060
and
Figure pat00061
. The speed of sound in air changes with air temperature unless the air pressure changes.

수학식(4)Equation (4)

Figure pat00062
Figure pat00062

여기서

Figure pat00063
는 공기의 온도가
Figure pat00064
때의 음속이고,
Figure pat00065
은 음속의 온도계수이다. here
Figure pat00063
The air temperature
Figure pat00064
The speed of sound
Figure pat00065
Is the temperature coefficient of the speed of sound.

그러므로 간격

Figure pat00066
에서의 평균온도
Figure pat00067
과 구간
Figure pat00068
에서의 평균온도
Figure pat00069
을 구하여 음속의 수학식(4)에 대입하여 수학식(3)에 대입하면 구간
Figure pat00070
의 측정상대오차
Figure pat00071
은 대략 다음과 같이 된다. Therefore the thickness
Figure pat00066
Average temperature at
Figure pat00067
And interval
Figure pat00068
Average temperature at
Figure pat00069
Obtaining and substituting into Equation (4) of sound velocity and substituting into Equation (3),
Figure pat00070
Relative Error of Measurement
Figure pat00071
Is approximately as follows:

수학식(5)Equation (5)

Figure pat00072

Figure pat00072

여기서

Figure pat00073
here
Figure pat00073

Figure pat00074
의 최대절대오차
Figure pat00075
은 간격
Figure pat00076
에서 다음 식과 같이 된다.
Figure pat00074
Absolute error of
Figure pat00075
Silver thickness
Figure pat00076
In the equation

수학식(6)Equation (6)

Figure pat00077
Figure pat00077

수학식(6)에서 간격

Figure pat00078
에서 측정허용최대오차
Figure pat00079
가 주어졌을 때 필요한 수음기들 간의 간격
Figure pat00080
을 다음 수학식(7)로 구한다. Spacing in equation (6)
Figure pat00078
Permissible error
Figure pat00079
The interval between the necessary masturbation hands
Figure pat00080
Is obtained by the following equation (7).

수학식(7)Equation (7)

Figure pat00081

Figure pat00081

만일 도파관 상부의 온도

Figure pat00082
가
Figure pat00083
이고 물의 온도
Figure pat00084
가
Figure pat00085
이며 허용최대오차
Figure pat00086
가
Figure pat00087
이고 간격
Figure pat00088
가
Figure pat00089
라면
Figure pat00090
이 된다. 측정범위
Figure pat00091
가
Figure pat00092
라면 수음기의 수는 약 16개가 필요하다. 그 이유는 구간
Figure pat00093
가 작아질수록 간격
Figure pat00094
이 작아져야 하기 때문이다. 이와 같은 종래의 기술은 한국특허 제 150714호에서 85개가 필요한 것에 비하면 수음기의 수가 5배나 감소되는 큰 효과가 있다.If the temperature above the waveguide
Figure pat00082
end
Figure pat00083
And the temperature of water
Figure pat00084
end
Figure pat00085
Allowable error
Figure pat00086
end
Figure pat00087
And thickness
Figure pat00088
end
Figure pat00089
Ramen
Figure pat00090
Becomes Measuring range
Figure pat00091
end
Figure pat00092
The ramen receiver needs about 16 pieces. The reason is section
Figure pat00093
Becomes smaller
Figure pat00094
Because it should be small. This conventional technique has a great effect that the number of the receivers is reduced by five times compared to 85 required in Korean Patent No. 150714.

그러나 이와 같은 음파수위계들에는 한 가지 큰 문제가 있다. 즉, 도파관1에서 도시된 것과 같이 수위 변화에 따라 수음기들이 물속으로 들어갔다 나왔다 하게 된다. 이와 같이 수음기가 물에 잠기게 되기 때문에 수음기는 철저하게 방수가 되어 있어야 하는데 수음기의 감도가 현저히 저하되지 않게 하기 위해 수음기의 수음 표면은 얇은 방수막으로 되어 있을 수밖에 없다.However, there is one big problem with such sound levels. That is, as shown in the waveguide 1, the receivers enter and exit the water according to the change of the water level. As the receiver is submerged in water like this, the receiver must be thoroughly waterproof, but in order for the sensitivity of the receiver not to be significantly reduced, the surface of the receiver must be a thin waterproof membrane.

그런데 저수지, 대 하천에서의 수위가 최고로 되었다가 (간격

Figure pat00095
가 짧아지고 물에 잠기는 수음기의 수는 증가) 최하로 될 때까지 상당히 긴 시간이 요하게 된다. 심하면 몇 개월 걸릴 수도 있다. 따라서 수음기의 수음표면의 방수막은 장시간 동안 수주압의 영향을 받아 변형도 되지만 방수막 표면에 수중 미생물 층이 생기며 또 부유소립자들이 방수막에 부착되면서 토사층이 생긴다. 또한, 수위가 내려가 수음기가 물 바깥의 공기 중으로 나왔을 때 형성된 미생물층, 토사층 때문에 수음기가 동작하지 않게 된다. 이런 원인으로 수위계 동작이 중단되는 현상이 자주 발생되어 종전의 음파수위계의 이용률이 현저히 저하되고 말았다. By the way, the water level in the reservoirs and large rivers became the highest
Figure pat00095
Will be shortened and the number of submerged masts will increase). Severe months can take. Therefore, the waterproof membrane of the sound absorbing surface of the receiver can be deformed under the influence of water pressure for a long time, but the microbial layer is formed on the surface of the waterproof membrane, and the soil layer is formed as the floating particles are attached to the waterproof membrane. In addition, the water level is lowered because of the microbial layer, the soil layer formed when the sounder comes out of the air outside the water, the sounder will not operate. Because of this, the operation of the water gauge often occurs, and the utilization rate of the conventional sound level gauge is significantly reduced.

이와 같은 문제를 해결하는 고 정밀 음파수위측정장치 및 방법이 한국 특허 제10-0673604호(2007.01.17)에 개시되어 있다. 이 특허에서 개시된 음파 수위계의 동작원리를 설명하는 도면을 도2에 도시 했으며 도1에서와 같은 동일 부품에는 동일 부호를 병기 하였다. 도2에서 4는 기준도파관이며, 이 기준도파관(4)의 안으로는 물이 들어오지 않는다. 즉 하단부가 밀폐되어있다. 2는 측정도파관이다.A high precision sound wave level measuring apparatus and method for solving such a problem are disclosed in Korean Patent No. 10-0673604 (January 17, 2007). A diagram illustrating the operation principle of the sonic water gauge disclosed in this patent is shown in FIG. 2, and the same components as in FIG. In FIG. 2, 4 is a reference waveguide, and water does not enter into the reference waveguide 4. That is, the lower end is sealed. 2 is the measurement waveguide.

구간

Figure pat00096
의 측정원점이 되는 위치에 측정 및 기준도파관에 수음기 (
Figure pat00097
)과 (
Figure pat00098
)들이 배치되어 있고 기준도파관 안에 수음기
Figure pat00099
들이 간격
Figure pat00100
로 배치되어 있다. section
Figure pat00096
The receiver at the point of measurement of the measuring instrument and the reference waveguide (
Figure pat00097
) And (
Figure pat00098
) Is placed inside the reference waveguide
Figure pat00099
Gap
Figure pat00100
It is arranged.

수위 측정방법은 한국특허 제 150714호의 측정방법과 유사하다. 즉, 구간

Figure pat00101
에서의 왕복전파시간
Figure pat00102
를 측정하고,
Figure pat00103
와 가장 비슷한 수음기(
Figure pat00104
)와 수음기(
Figure pat00105
)간의 전파시간
Figure pat00106
을 측정하여 다음 수학식(8)에 따라 구간
Figure pat00107
을 산출한다.The level measurement method is similar to the measurement method of Korean Patent No. 150714. That is, the interval
Figure pat00101
Round Trip Propagation Time at
Figure pat00102
Is measured,
Figure pat00103
Most similar to
Figure pat00104
) And masturbation (
Figure pat00105
Propagation time between
Figure pat00106
Is then measured according to the following equation (8)
Figure pat00107
To calculate.

수학식(8)Equation (8)

Figure pat00108
Figure pat00108

따라서 구간

Figure pat00109
의 측정오차는 다음과 같이 된다.Therefore
Figure pat00109
The measurement error of is as follows.

Figure pat00110
Figure pat00110

여기서

Figure pat00111
는 수음기(
Figure pat00112
)부터 수음기(
Figure pat00113
)간의 구간이다. 그리고
Figure pat00114
는 구간
Figure pat00115
에서의 음속이고,
Figure pat00116
는 구간
Figure pat00117
에서의 음속이다.here
Figure pat00111
Is a
Figure pat00112
) From
Figure pat00113
) Section. And
Figure pat00114
Is the interval
Figure pat00115
Is the speed of sound at
Figure pat00116
Is the interval
Figure pat00117
Sound velocity at.

측정도파관(2)의 내부의 공기온도분포와 기준도파관(4) 내의 공기온도분포가 동일한 조건에서 구간

Figure pat00118
와
Figure pat00119
가 동일하면, 음속
Figure pat00120
이 음속
Figure pat00121
으로 되어 구간
Figure pat00122
의 측정오차가 0이 될 것이다. 만일, 구간
Figure pat00123
와
Figure pat00124
가 일치되지 않는 경우 구간
Figure pat00125
의 측정오차를 작게 하기 위해서는 수음기들 간의 간격
Figure pat00126
을 상당히 작게 선택해야 한다. The air temperature distribution in the measurement waveguide 2 and the air temperature distribution in the reference waveguide 4 are equally spaced.
Figure pat00118
Wow
Figure pat00119
Is equal to, the speed of sound
Figure pat00120
The speed of sound
Figure pat00121
Section
Figure pat00122
The measurement error of will be zero. If
Figure pat00123
Wow
Figure pat00124
If does not match
Figure pat00125
To reduce the measurement error
Figure pat00126
Should be chosen quite small.

고 정밀 음파수위계는 우선 다양한 위어를 이용하여 개수로에서 유량을 측정하는데 사용되는 것이고 수위변화폭이

Figure pat00127
를 초과하지 않는다. 직각(
Figure pat00128
)형 삼각위어인 경우에는 수위측정범위가
Figure pat00129
에서
Figure pat00130
까지 인바,
Figure pat00131
의 측정범위 내에 수음기(
Figure pat00132
) 네 개만 설치해도 그들 간의 간격
Figure pat00133
은 불과
Figure pat00134
가 되어 구간
Figure pat00135
와
Figure pat00136
의 최대차이는
Figure pat00137
가 되기 때문에 매우 높은 정확도로 구간
Figure pat00138
을 측정할 수 있다.The high precision sonic water level gauge is used to measure the flow rate in the channel by using various weirs.
Figure pat00127
Do not exceed right angle(
Figure pat00128
) In the case of) triangular weir
Figure pat00129
in
Figure pat00130
Until Inba,
Figure pat00131
Within the measuring range of
Figure pat00132
) If you install only four, the gap between them
Figure pat00133
Is only fire
Figure pat00134
Section
Figure pat00135
Wow
Figure pat00136
The maximum difference of
Figure pat00137
Interval with very high accuracy
Figure pat00138
Can be measured.

이와 같은 기술의 장점은 물이 채워지지 않는 기준도파관에 수음기들을 배치하기 때문에 수음기의 방수대책도 필요 없고, 또 수음기는 물과 접촉을 하지 않아서 위에서 살펴본 다른 음파수위계에 비해 고장율이 현저히 감소된다는 것이다. 그러나 측정범위가 수십 미터 되는 경우에는 종전의 기술과 마찬가지로 엄청난 수의 수음기들을 기준도파관에 배치해야 한다는 문제가 생긴다. The advantage of this technique is that the receivers are placed in the reference waveguide, which is not filled with water, so there is no need for watertight measures of the receivers, and the receivers do not come into contact with water, which significantly reduces the failure rate compared to the other sonar levels. It is. However, when the measuring range is several tens of meters, as with the conventional technology, a problem arises in that a huge number of receivers must be placed in the reference waveguide.

그 외에 공기 중으로 노출된 도파관들의 길이가 클 경우 도파관을 직사하는 태양광선의 방향에 따라 기준도파관과 측정도파관 내부의 공기온도분포의 차이가 발생하여 수위측정오차가 상당히 커질 수 있다. In addition, when the length of the waveguides exposed to the air is large, a difference in the air temperature distribution between the reference waveguide and the measurement waveguide may occur according to the direction of the solar ray which directs the waveguide, which may cause the water level measurement error to be significantly increased.

본 발명의 목적은 기준 도파관을 이용하되 모든 종전의 기술에 비해 수위측정 정확도를 높이면서도 The purpose of the present invention is to use a reference waveguide, while increasing the water level measurement accuracy compared to all conventional techniques

1) 기준 도파관에 배치되는 수음기의 수를 현저히 감소시키는 과제를 본 발명은 해결하는 것이다.1) The present invention solves the problem of significantly reducing the number of receivers arranged in a reference waveguide.

2) 기준 도파관은 하단이 밀폐된 구조이므로 물 온도의 영향을 도파관 외벽을 통하여 전도되고, 측정도파관은 물 온도의 영향을 직접 받는 구조이므로 기준 도파관과 측정도파관이 서로 밀착되어 있다 하더라도 내부공기 온도분포가 동일하지 않아 오차가 더 많이 발생된다.2) Since the reference waveguide is a closed structure at the bottom, the influence of water temperature is conducted through the outer wall of the waveguide, and the measurement waveguide is directly affected by the water temperature. Therefore, even though the reference waveguide and the measurement waveguide are in close contact with each other, the internal air temperature distribution is Are not the same, resulting in more errors.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하는 것이다.The present invention solves this problem.

본 발명에 따른 음파수위측정방법은 음파펄스가 측정도파관에서 수면까지 전파되어 반사하여 상기 수음기

Figure pat00139
를 통과하는 순간까지의 전파시간
Figure pat00140
을 측정하며, 동시에 기준도파관에서 측정원점에 배치된 수음기
Figure pat00141
로부터 시간
Figure pat00142
보다 약간 작은 전파시간이 되는 구간
Figure pat00143
에 설치된 수음기(
Figure pat00144
)까지의 전파시간
Figure pat00145
과
Figure pat00146
보다 좀 더 큰 전파시간을 이루는 구간
Figure pat00147
에 배치된 수음기(
Figure pat00148
) 까지의 전파시간
Figure pat00149
을 측정하고, 측정원점에서 측정도파관 내에 놓인 수면까지의 구간
Figure pat00150
을 다음 식에 의해 구하는 단계들로 이루어진다. Sound wave level measurement method according to the invention the sound wave pulse is propagated from the measurement waveguide to the water surface to reflect the sound
Figure pat00139
Propagation time to the moment passing
Figure pat00140
And a receiver placed at the origin of measurement at the reference waveguide
Figure pat00141
Time from
Figure pat00142
Slightly smaller propagation time
Figure pat00143
Installed on the
Figure pat00144
Propagation time to
Figure pat00145
and
Figure pat00146
A section with a larger propagation time than
Figure pat00147
Receiver placed on the
Figure pat00148
Propagation time to
Figure pat00149
The distance from the measuring origin to the surface of the water wave
Figure pat00150
Is made up of the following equations.

Figure pat00151
Figure pat00151

Figure pat00152
Figure pat00152

Figure pat00153
Figure pat00153

여기서, 구간

Figure pat00154
는 수면까지의 구간
Figure pat00155
바로 위쪽에 기준도파관 내에 배치된 수음기
Figure pat00156
와 수위측정원점의 수음기
Figure pat00157
까지의 간격이고 사전에 정확히 측정하여 수위연산장치에 사전 입력되어 기억시킨 값이고,
Figure pat00158
는
Figure pat00159
보다 좀 더 아래쪽에 배치된
Figure pat00160
번의 수음기
Figure pat00161
와
Figure pat00162
번의 수음기
Figure pat00163
간의 간격이며, 수위측정원점의 수음기
Figure pat00164
에서
Figure pat00165
번째 수음기까지의 구간
Figure pat00166
도 사전에 정확히 측정하여 사전에 연산장치에 입력하여 기억시킨 값이 되므로, 간격
Figure pat00167
는 Where
Figure pat00154
Section to the surface of the water
Figure pat00155
A receiver placed in the reference waveguide just above it
Figure pat00156
And receiver of level measurement origin
Figure pat00157
It is an interval until and is a value that has been accurately measured in advance and inputted and stored in the water level calculator.
Figure pat00158
Is
Figure pat00159
Placed a little bit lower than
Figure pat00160
Burner
Figure pat00161
Wow
Figure pat00162
Burner
Figure pat00163
Interval between the two
Figure pat00164
in
Figure pat00165
To the first masturbator
Figure pat00166
The interval is precisely measured in advance and the value is entered and stored in the computing device in advance.
Figure pat00167
Is

Figure pat00168
Figure pat00168

또한, 기준도파관 내에 배치되는 수음기들 간의 간격

Figure pat00169
은 다음 식으로 선택된다. Also, the spacing between the receivers disposed in the reference waveguide
Figure pat00169
Is chosen by

Figure pat00170
Figure pat00170

여기서

Figure pat00171
은 수위측정 허용 절대오차이고 here
Figure pat00171
Is absolute tolerance for level measurement

Figure pat00172
는 수면의 온도이고,
Figure pat00173
는 기준도파관 내부의 측정원점에서의 공기의 온도
Figure pat00174
와 물의 온도
Figure pat00175
와의 온도차이고,
Figure pat00172
Is the temperature of your sleep,
Figure pat00173
Is the temperature of air at the origin of measurement inside the reference waveguide
Figure pat00174
And water temperature
Figure pat00175
Is the temperature difference between

Figure pat00176
인바
Figure pat00177
는 공기 중에서의 음속의 온도계수이고
Figure pat00178
는 공기의 온도가
Figure pat00179
때의 음속이다.
Figure pat00176
Inba
Figure pat00177
Is the temperature coefficient of the speed of sound in the air
Figure pat00178
The air temperature
Figure pat00179
When is the speed of sound.

한편, 수위측정범위가 클 경우 기준도파관을 측정도파관 안에 동심이 되게 설치하는 음파수위계의 도파관 구조로 하며, 측정도파관이 열전도도가 낮은 재질로 하고 기준 도파관은 열전도도가 높은 재질로 만들어진다. On the other hand, when the water level measurement range is large, the waveguide structure of the acoustic wavemeter is installed so that the reference waveguide is installed concentrically in the measurement waveguide. The measurement waveguide is made of a material having low thermal conductivity and the reference waveguide is made of a material having high thermal conductivity.

기준도파관이 측정도파관 내부에 동심이 되게 배치되어 있어 태양 직사광이 도파관을 조사하는 방향과 관계없이 두 도파관 내의 공기 온도를 동일하게 보장함으로써 수위측정 정확도를 높이는 동시에 본 발명 측정방법은 기준도파관 내에 배열되는 수음기의 수를 현저히 감소시킴으로써 음파수위계의 구조가 상당히 간소화된다. The reference waveguide is arranged concentrically inside the measurement waveguide to ensure the same air temperature in the two waveguides irrespective of the direction in which the direct sunlight irradiates the waveguide, thereby increasing the level measurement accuracy while the measurement method of the present invention is arranged in the reference waveguide. By significantly reducing the number of receivers, the structure of the sonar level is considerably simplified.

도1은 종래 기술에 따라 도파관 내부에 일정한 간격으로 수음기들이 배치되어있고 음파를 이용하여 수위를 측정하는 방법을 설명하는 개략적인 도면.
도2는 또 다른 종래 기술에 따라 수음기들이 물과 접촉하지 않도록 하단을 밀폐한 기준도파관을 이용하여 수위를 음파로 측정하는 방법을 설명하는 개략적인 도면.
도3은 본 발명에 따라 음파를 이용하여 수위를 측정하는 수위측정방법을 설명하는 도면.
도 4는 측정도파관과 기준도파관 내부의 공기온도 분포도.
도 5는 종전의 기술에 있어 측정도파관과 기준도파관에 태양 직사광이 조사되는 방향에 따라 두 도파관 내부의 공기온도분포가 일치되지 않음을 설명하는 개략적인 도면.
도 6A 및 도 6B들은 본 발명에 따라 측정도파관과 기준도파관을 동심으로 축조한 동심도파관 구조체를 구비한 음파수위측정장치의 개략적인 단면도와 동심도파관 구조체를 상세히 보인 사시도들이다.
1 is a schematic diagram illustrating a method of measuring water levels using sound waves, in which receivers are arranged at regular intervals within a waveguide according to the prior art.
Figure 2 is a schematic diagram illustrating a method of measuring the water level with sound waves using a reference waveguide sealed at the bottom so that the receivers do not come into contact with water according to another prior art.
3 is a view for explaining a water level measuring method for measuring the water level using sound waves according to the present invention.
4 is an air temperature distribution diagram inside a measurement waveguide and a reference waveguide.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating that the air temperature distributions inside two waveguides do not coincide with each other in a direction in which direct sunlight is irradiated to the measuring waveguide and the reference waveguide in the conventional art.
6A and 6B are schematic cross-sectional views of a sound wave level measuring apparatus having a concentric waveguide structure constructed concentrically with a measuring waveguide and a reference waveguide according to the present invention, and a perspective view showing the concentric waveguide structure in detail.

본 발명에 따른 음파 대폭수위측정방법을 도3과 도4를 참고로 하여 설명하고자 한다. Sound wave width level measurement method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

도3에 도시된 소자에 병기된 부호들은 도2의 동일 소자에 병기된 부호와 같고, 도4는 측정 도파관과 기준도파관 내의 공기 온도 분포를 도시했으며, 온도 분포

Figure pat00180
이 측정도파관(2)에 해당되며 온도분포
Figure pat00181
이 기준도파관(4)에 해당하는 그래프이다. 구간
Figure pat00182
와
Figure pat00183
들은 측정원점으로 되는 수음기
Figure pat00184
로부터 수음기(
Figure pat00185
)와 (
Figure pat00186
)들까지의 간격이다. The symbols written in the device shown in FIG. 3 are the same as those written in the same device in FIG. 2, and FIG. 4 shows the air temperature distribution in the measurement waveguide and the reference waveguide, and the temperature distribution.
Figure pat00180
Corresponds to this measuring waveguide (2) and has a temperature distribution.
Figure pat00181
This is a graph corresponding to the reference waveguide 4. section
Figure pat00182
Wow
Figure pat00183
Receiver which is the origin of measurement
Figure pat00184
From the (
Figure pat00185
)Wow (
Figure pat00186
Is the interval between them.

도4의 도시와 같이, 구간

Figure pat00187
의 지점에서 기준도파관(2) 내에 공기온도가 물 표면의 온도
Figure pat00188
와 일치하지 않으며, 구간
Figure pat00189
지점에서
Figure pat00190
만큼 더 내려간 지점에서 물의 온도
Figure pat00191
와 일치한다.(종전의 기술에서는 이런 차이를 무시하고 있음) 수위측정원점에서 물 표면까지의 구간
Figure pat00192
는 다음 수학식(9)과 같이 측정된다. As shown in Fig. 4, the section
Figure pat00187
The air temperature in the reference waveguide (2) at the point of
Figure pat00188
Does not match
Figure pat00189
At the point
Figure pat00190
The temperature of the water at the point further down
Figure pat00191
(The previous technique ignores this difference) The interval from the water level origin to the surface of the water
Figure pat00192
Is measured as in Equation (9) below.

수학식(9)Equation (9)

Figure pat00193
Figure pat00193

Figure pat00194

Figure pat00194

여기서,

Figure pat00195
은 수음기(
Figure pat00196
)에서부터 구간
Figure pat00197
의 지점부터 바로 위에 설치된 수음기(
Figure pat00198
)까지 전파한 시간이고,
Figure pat00199
는 구간
Figure pat00200
지점에서 더 아래 측에 배치된 수음기(
Figure pat00201
)까지의 전파시간이다.
Figure pat00202
은 수음기(
Figure pat00203
)와 수음기(
Figure pat00204
)간의 간격이다. 한편, 종래 기술에서는
Figure pat00205
을 수학식(1)으로 측정하게 되어 있었으나, 수학식(9)는 수학식(1)과 전혀 다르다. here,
Figure pat00195
Silver masturbation (
Figure pat00196
) From
Figure pat00197
From the point in
Figure pat00198
Time to propagate
Figure pat00199
Is the interval
Figure pat00200
A receiver placed further down the branch (
Figure pat00201
Propagation time up to
Figure pat00202
Silver masturbation (
Figure pat00203
) And masturbation (
Figure pat00204
Is the interval between On the other hand, in the prior art
Figure pat00205
Is measured by Equation (1), but Equation (9) is completely different from Equation (1).

수학식(9)을 전개하면 다음 수학식(10)과 같이 된다. If equation (9) is expanded, it becomes as following equation (10).

수학식(10)Equation (10)

Figure pat00206
Figure pat00206

여기서,

Figure pat00207
은 구간
Figure pat00208
을 기준으로 그의 위와 아래에 기준도파관(4) 내에 배치된 수음기(
Figure pat00209
)와 (
Figure pat00210
)간의 간격 에서의 음속이고,
Figure pat00212
은 구간
Figure pat00213
에서 수면까지의 측정도파관(2) 내에서의 간격
Figure pat00214
구간에서의 음속이다.
Figure pat00215
과
Figure pat00216
이 일치 안 되면,
Figure pat00217
은
Figure pat00218
과 일치 안 되고 오차가 발생하는데, 이때 상대오차
Figure pat00219
는 다음 수학식(11)과 같이 된다.here,
Figure pat00207
Silver section
Figure pat00208
A receiver arranged in the reference waveguide 4 above and below it with reference to
Figure pat00209
)Wow (
Figure pat00210
Spacing between) Is the speed of sound at
Figure pat00212
Silver section
Figure pat00213
Spacing in the measurement waveguide (2)
Figure pat00214
Sound velocity in the interval.
Figure pat00215
and
Figure pat00216
If this doesn't match,
Figure pat00217
silver
Figure pat00218
Does not match with the error, but the relative error
Figure pat00219
Is as shown in equation (11).

수학식(11)Equation (11)

Figure pat00220
Figure pat00220

여기서,

Figure pat00221
은 기준도파관(4) 내의 간격
Figure pat00222
에서의 공기의 평균온도이고,
Figure pat00223
은 측정도파관(2) 내의
Figure pat00224
구간에서의 평균온도이며,here,
Figure pat00221
Is the spacing in the reference waveguide (4)
Figure pat00222
Average temperature of air in
Figure pat00223
In the measuring waveguide (2)
Figure pat00224
Average temperature in the interval,

Figure pat00225
이다.
Figure pat00225
to be.

Figure pat00226
은 공기온도가
Figure pat00227
때의 음속이다.
Figure pat00226
Is the air temperature
Figure pat00227
When is the speed of sound.

평균온도

Figure pat00228
과
Figure pat00229
을 도 4에 따라 구하자. 도 4에 도시한 온도 분포상태는 물 표면의 온도
Figure pat00230
가 기준 및 측정 도파관(2, 4)들을 둘러싼 주변공기 온도에 비해 낮게 되는 여름철인 경우다. 저수지, 하천의 물과 직접 접촉하지 않고, 수면 위에 나와 있는 도파관들은 주변공기온도에 의해 가열되고 도파관 내에서 가열된 공기는 상부에 모이게 된다. 이 경우 가열 공기가 도파관 상부에서 빠져나갈 구멍이 있다 해도 도파관 내 상부의 공기온도
Figure pat00231
은 주변 공기온도보다 좀 더 높다. 태양 직사광으로부터 도파관들을 차단시키지 않으면
Figure pat00232
가 여름철에
Figure pat00233
이상으로 된다. 따라서 도파관들이 태양 직사광으로부터 보호되어 있다고 가정하고, 우선
Figure pat00234
를 구한자. Average temperature
Figure pat00228
and
Figure pat00229
Let be obtained according to FIG. The temperature distribution shown in Figure 4 is the temperature of the water surface
Figure pat00230
This is the case in the summer, when the temperature is lower than the ambient air temperature surrounding the reference and measurement waveguides (2, 4). Without direct contact with reservoirs and river water, the waveguides above the water surface are heated by the ambient air temperature and the heated air in the waveguides collects at the top. In this case, the air temperature in the upper part of the waveguide even if there is a hole through which the heated air will escape from the upper part of the waveguide.
Figure pat00231
Is higher than the ambient air temperature. If you don't block the waveguides from direct sunlight,
Figure pat00232
In the summer
Figure pat00233
That is all. Therefore, assuming that the waveguides are protected from direct sunlight,
Figure pat00234
Saved.

Figure pat00235
이 되는데,
Figure pat00235
This is

여기서

Figure pat00236
,
Figure pat00237
here
Figure pat00236
,
Figure pat00237

따라서

Figure pat00238
은 다음 수학식(12)과 같이 된다.therefore
Figure pat00238
Is as shown in Equation (12).

수학식(12)Equation (12)

Figure pat00239
Figure pat00239

기준도파관(4) 내의 간격

Figure pat00240
에서의 평균온도
Figure pat00241
은 좀 더 복잡하다. Spacing in reference waveguide 4
Figure pat00240
Average temperature at
Figure pat00241
Is a bit more complicated.

구간

Figure pat00242
에서의 평균온도
Figure pat00243
가 된다. 그리고 간격
Figure pat00244
에서의 평균온도는
Figure pat00245
가 된다. 이 두 개의 평균온도들의 평균온도, 즉 간격
Figure pat00246
에서의 평균온도는 다음 수학식(13)과 같이 된다.section
Figure pat00242
Average temperature at
Figure pat00243
Becomes And thickness
Figure pat00244
The average temperature at
Figure pat00245
Becomes The average temperature of these two average temperatures, ie the interval
Figure pat00246
The average temperature at is given by the following equation (13).

수학식(13)Equation (13)

Figure pat00247
Figure pat00247

Figure pat00248
Figure pat00248

실험결과에 의하면 간격

Figure pat00249
은 구간
Figure pat00250
에 따라 약간 변하는데 구간
Figure pat00251
이 클 경우
Figure pat00252
, 구간
Figure pat00253
가 짧을 경우(1~2m정도) 간격
Figure pat00254
은 증가하여
Figure pat00255
정도까지 된다. According to the test results, the interval
Figure pat00249
Silver section
Figure pat00250
Varies slightly depending on
Figure pat00251
If large
Figure pat00252
, section
Figure pat00253
Interval is short (about 1-2m)
Figure pat00254
Is increasing
Figure pat00255
To the extent.

그 다음, 수학식(12)과 수학식(13)을 수학식(11)에 대입하면 구간

Figure pat00256
의 측정상대오차
Figure pat00257
의 수학식(14)이 된다. Subsequently, substituting Equation (12) and Equation (13) into Equation (11) is performed.
Figure pat00256
Relative Error of Measurement
Figure pat00257
(14) is obtained.

수학식(14)Equation (14)

Figure pat00258
Figure pat00258

만일,

Figure pat00259
경우,
Figure pat00260
이라 하고(종래의 기술과 동일한 온도조건), 그리고 구간
Figure pat00261
가
Figure pat00262
에서
Figure pat00263
구간 내에서 변한다고 가정하자. 이때 구간
Figure pat00264
의 측정상대오차
Figure pat00265
와 절대오차
Figure pat00266
의 변화상태를 표1에 기입했다. 여기서,
Figure pat00267
로 봤다.if,
Figure pat00259
Occation,
Figure pat00260
(The same temperature condition as the conventional technology), and the interval
Figure pat00261
end
Figure pat00262
in
Figure pat00263
Suppose that it changes within an interval. At this time
Figure pat00264
Relative Error of Measurement
Figure pat00265
Absolute error
Figure pat00266
Table 1 shows the change state of. here,
Figure pat00267
Saw.

Figure pat00268
Figure pat00268
3030 3131 3232 3333 3434 3535 35.535.5 3636
Figure pat00269
Figure pat00269
 00 1One 22 33 44 55 5.55.5 66
Figure pat00270
Figure pat00270
 ~ 0To 0
Figure pat00271
Figure pat00271
Figure pat00272
Figure pat00272
Figure pat00273
Figure pat00273
Figure pat00274
Figure pat00274
Figure pat00275
Figure pat00275
Figure pat00276
Figure pat00276
Figure pat00277
Figure pat00277
Figure pat00278
Figure pat00278
 ~ 0To 0 -0.347-0.347 -1.07-1.07 -1.74-1.74 -1.98-1.98 -1.44-1.44 -0.79-0.79 -0.16-0.16

따라서 구간

Figure pat00279
가 34m 때 최대오차가 나타나는데, 이때
Figure pat00280
측정결과는 다음과 같이 된다.
Figure pat00281
이다. Therefore
Figure pat00279
Is the maximum error when is 34m
Figure pat00280
The measurement result is as follows.
Figure pat00281
to be.

<표1>을 보면, 구간

Figure pat00282
의 측정최대오차가
Figure pat00283
부근에서 발생한다. 그리고 이 오차는 항상
Figure pat00284
부호로 나타나고 있다. 다만
Figure pat00285
때 오차가
Figure pat00286
로 나타났는데 이것은 구간
Figure pat00287
에서 기준도파관(4) 내의 공기온도와 측정도파관(2) 내에서의 온도가 일치하지 않으며 기준도파관(4)에서의 온도가 약간 높기 때문이다. 그러나
Figure pat00288
정도의 오차는 무시할 정도로 작다.In Table 1, the section
Figure pat00282
The maximum measurement error of
Figure pat00283
Occurs in the vicinity. And this error always
Figure pat00284
It is indicated by the sign. but
Figure pat00285
When the error
Figure pat00286
This is the interval
Figure pat00287
This is because the air temperature in the reference waveguide 4 and the temperature in the measurement waveguide 2 do not coincide with each other, and the temperature in the reference waveguide 4 is slightly higher. But
Figure pat00288
The error of degree is small enough to be ignored.

Figure pat00289
때, 오차가 가장 커진다는 것을 고려하여 수학식(14)에
Figure pat00290
대신
Figure pat00291
을 대입하고, 간격
Figure pat00292
값을 구하면 다음 수학식(15)와 같이 된다.
Figure pat00289
In consideration of the fact that the error is the largest,
Figure pat00290
instead
Figure pat00291
Is substituted, the interval
Figure pat00292
When the value is obtained, the following equation (15) is obtained.

수학식(15)Equation (15)

Figure pat00293

Figure pat00293

수학식(15)의 좌우 항에

Figure pat00294
을 곱하면 다음과 같이 된다. In left and right terms of equation (15)
Figure pat00294
Multiply by.

수학식(16)Equation (16)

Figure pat00295

Figure pat00295

여기서,

Figure pat00296
정도 된다고 보면,
Figure pat00297
은
Figure pat00298
정도가 되어
Figure pat00299
은
Figure pat00300
정도로 된다. 그리나 수학식(16)에 여유 있게 값
Figure pat00301
를 대입하자. here,
Figure pat00296
If you think about it,
Figure pat00297
silver
Figure pat00298
About
Figure pat00299
silver
Figure pat00300
It becomes about. However, the value is relaxed in equation (16).
Figure pat00301
Let's assign it.

Figure pat00302
은 최대허용절대오차인데, <표1>에서 알 수 있는 바와 같이 이 오차는 항상
Figure pat00303
부호이다. 따라서 수학식(16)에서는 분자, 분모가 다
Figure pat00304
부호가 된다는 것을 염두에 두고 수학식(16)에서 간격
Figure pat00305
의 값은 다음 수학식(17)과 같이 된다.
Figure pat00302
Is the maximum allowable absolute error, and as shown in Table 1, this error is always
Figure pat00303
It is a sign. Therefore, in (16), the numerator and denominator are different.
Figure pat00304
The interval in equation (16) with the sign in mind
Figure pat00305
The value of is given by the following equation (17).

수학식(17)Equation (17)

Figure pat00306
Figure pat00306

수학식(17)을 이용하여 수음기들 간의 간격들을 계산할 수 있다. Equation (17) can be used to calculate the intervals between the receivers.

종래의 기술과 대비하기 위해 동일한 온도조건에서 실 예를 들면, 온도

Figure pat00307
는
Figure pat00308
이고 온도
Figure pat00309
는
Figure pat00310
이며, 측정범위가
Figure pat00311
이고, 허용최대측정오차가
Figure pat00312
인 경우의 수음기들 간의 간격
Figure pat00313
들을 계산한 결과를 <표2>에 기입했다.For example, the temperature at the same temperature conditions to contrast with the prior art
Figure pat00307
Is
Figure pat00308
And temperature
Figure pat00309
Is
Figure pat00310
The measuring range is
Figure pat00311
The maximum allowable measurement error
Figure pat00312
Gap between the receivers when
Figure pat00313
The results of these calculations are shown in <Table 2>.

간격

Figure pat00314
은 구간
Figure pat00315
가 최대 인 때부터 계산한다. interval
Figure pat00314
Silver section
Figure pat00315
Calculate from when is max.

Figure pat00316
Figure pat00316

Figure pat00317
Figure pat00317

Figure pat00318

Figure pat00318

Figure pat00319
까지 필요한 수음기들 간의 간격을 계산한다. 계산 결과를 <표2>에 기입했다.
Figure pat00319
Calculate the spacing between the necessary masturbation hands. The calculation results are listed in <Table 2>.

Figure pat00320
Figure pat00320
Figure pat00321
Figure pat00321
Figure pat00322
Figure pat00322
Figure pat00323
Figure pat00323
Figure pat00324
Figure pat00324
Figure pat00325
Figure pat00325
Figure pat00326
Figure pat00326
Figure pat00327
Figure pat00327
 0 ~ 1.50 to 1.5 1.5 ~ 5.51.5 to 5.5 5.5 ~ 11.45.5 to 11.4 11.4 ~ 1911.4 ~ 19 19 ~ 2819 to 28 28 ~ 3828 to 38 수음기
번호Masturbation
number
Figure pat00328
Figure pat00328
Figure pat00329
Figure pat00329
Figure pat00330
Figure pat00330
Figure pat00331
Figure pat00331
Figure pat00332
Figure pat00332
Figure pat00333
Figure pat00333

허용오차를

Figure pat00334
가 되게 보장하려면,
Figure pat00335
,
Figure pat00336
로 되고,
Figure pat00337
일 때에 비해 1.5배 이상 짧아져야 한다. Tolerance
Figure pat00334
To ensure that
Figure pat00335
,
Figure pat00336
Becomes
Figure pat00337
It should be 1.5 times shorter than when.

Figure pat00338
경우, 수음기의 총수
Figure pat00339
가 6개인데
Figure pat00340
을 보장하려면 수음기의 수
Figure pat00341
는 14개가 필요하다.
Figure pat00338
If, the total number of masturbators
Figure pat00339
There are six
Figure pat00340
To ensure the number of masturbators
Figure pat00341
Requires 14.

본 발명의 효과를 보기 위해 <표3>에 종전의 기술방법으로 수학식(5)로

Figure pat00342
을 측정할 때의 그의 오차를 보였다. In order to see the effect of the present invention in Table 3 by the conventional method described in equation (5)
Figure pat00342
His error when measuring was shown.

Figure pat00343
Figure pat00343
3030 3131 3232 3333 3434 3535 3636
Figure pat00344
Figure pat00344
 00 1One 22 33 44 55 66
Figure pat00345
Figure pat00345
Figure pat00346
Figure pat00346
Figure pat00347
Figure pat00347
Figure pat00348
Figure pat00348
Figure pat00349
Figure pat00349
Figure pat00350
Figure pat00350
Figure pat00351
Figure pat00351
Figure pat00352
Figure pat00352
Figure pat00353
Figure pat00353
 00 2.652.65 5.155.15 7.57.5 9.689.68 12.7512.75 13.713.7 본 발명에 따른
Figure pat00354
According to the invention
Figure pat00354
 00 -0.347-0.347 -1.07-1.07 -1.74-1.74 -1.98-1.98 -1.44-1.44 0.160.16

본 발명의 음파수위측정방법에서 오차가 가장 큰 것은 간격

Figure pat00355
가 될 때
Figure pat00356
가 되는데 종래의 음파수위측정 방법에서는
Figure pat00357
나 된다. 종래의 방법에 의하면
Figure pat00358
때 오차가
Figure pat00359
나 되는데, 본 발명에 따르면
Figure pat00360
밖에 안 된다. In the sound wave level measurement method of the present invention, the largest error is the interval
Figure pat00355
When it becomes
Figure pat00356
In the conventional sound level measurement method
Figure pat00357
It becomes me. According to the conventional method
Figure pat00358
When the error
Figure pat00359
According to the present invention
Figure pat00360
It can only be.

<표4>에는 종래의 음파수위측정방법에 따라 수음기들 간의 간격을 계산한 결과를 보였다. 이는 수학식(7)에 근거하며, <표2>의 조건에 따른 것이다. Table 4 shows the results of calculating the intervals between the sound receivers according to the conventional sound wave level measurement method. This is based on Equation (7) and follows the conditions shown in Table 2.

Figure pat00361
Figure pat00361
1.181.18 1.381.38 1.571.57 1.761.76 1.961.96 2.142.14 2.32.3
Figure pat00362
Figure pat00362
 0~3.820 ~ 3.82 3.823.82 5.25.2 6.776.77 8.548.54 10.510.5 12.6612.66 14.814.8 수음기
번호Masturbation
number
Figure pat00363
Figure pat00363
Figure pat00364
Figure pat00364
Figure pat00365
Figure pat00365
Figure pat00366
Figure pat00366
Figure pat00367
Figure pat00367
Figure pat00368
Figure pat00368
Figure pat00369
Figure pat00369
Figure pat00370
Figure pat00370
Figure pat00371
Figure pat00371
Figure pat00372
Figure pat00372
 2.52.5 2.72.7 2.92.9 3.13.1 3.283.28 3.483.48 3.63.6
Figure pat00373
Figure pat00373
Figure pat00374
Figure pat00374
 17.317.3 2020 22.922.9 2626 29.5229.52 3333 36.636.6 수음기
번호Masturbation
number
Figure pat00375
Figure pat00375
Figure pat00376
Figure pat00376
Figure pat00377
Figure pat00377
Figure pat00378
Figure pat00378
Figure pat00379
Figure pat00379
Figure pat00380
Figure pat00380
Figure pat00381
Figure pat00381
Figure pat00382
Figure pat00382

(종전의 기술에 따르면)이 경우에는 사용 되는 수음기의 총 수는 16개가 필요하다. 이때 측정오차

Figure pat00383
를 보장할 수 있다. In this case, the total number of receivers used is 16. Measurement error
Figure pat00383
Can be guaranteed.

본 발명에 따르면 수음기의 수는 6개면 충분하다.(<표2> 참조)According to the present invention, the number of the receivers is enough six (see <Table 2>).

이와 같이 본 발명에 따르면 수위의 측정정확도가 몇 배나 높아지며 동시에 기준도파관에 설치되는 수음기들의 수도 몇 배나 작아져 수위계가 훨씬 간단해진다. As described above, according to the present invention, the measurement accuracy of the water level is increased several times, and at the same time, the number of receivers installed in the reference waveguide is also several times smaller, which makes the water gauge much simpler.

이상에서와 같이 설명한 음파수위측정방법에서 측정오차와 수음기들 간의 간격에 대한 계산 값의 실 예들은 도파관들에 태양광선이 직사하지 않는 경우이다. 만일, 수위의 측정범위가 수십 미터나 되어 도파관 길이가 길 경우 도파관들에 태양 직사광이 조사되지 않게 하기 위한 장치의 규모가 커진다. 만일에 간단히 도파관들을 열전도도가 낮은 재질로 된 예를 들어 파이프 안에 삽입하여 보호한다 하여도 측정도파관과 기준도파관 내의 공기온도 분포상태가 서로 차이가 날 수 있다. Examples of the calculated value for the measurement error and the interval between the sound receivers in the sound wave level measurement method described above are cases in which sunlight does not shine directly on the waveguides. If the measurement range of the water level is several tens of meters and the waveguide length is long, the size of the device for preventing the waveguides from being exposed to direct sunlight is large. If the waveguides are simply inserted into a pipe of low thermal conductivity material, for example, and protected, the air temperature distributions in the measuring waveguide and the reference waveguide may be different from each other.

즉, 도5에 도시한 것처럼 태양광선이 화살표 방향(ａ)로 조사 된다면 측정도파관 (2)의 내부공기온도가 기준도파관(4)에 비해 더 높아질 수 있고, 반대로 화살표 방향(ｆ)으로 조사 된다면 기준도파관(4) 내의 공기 온도가 더 높아질 수 있다. 이로 인하여 측정 및 기준도파관(2)와 (4)에서의 공기의 온도분포상태가 서로 달라지며 측정오차가 증가한다. That is, as shown in FIG. 5, if the sunlight is irradiated in the arrow direction a, the internal air temperature of the measuring waveguide 2 may be higher than that of the reference waveguide 4, and conversely, if the sunlight is irradiated in the arrow direction a, The air temperature in the reference waveguide 4 can be higher. This results in different temperature distributions of the air in the measurement and reference waveguides (2) and (4) and increases the measurement error.

본 발명에서 태양광선의 직접 조사로 인한 이와 같은 오차증가를 제거하기 위해서 측정도파관(2)과 기준도파관(4)을 서로 동심(同心)을 이루는 이중 도파관 형태로 제작한다. In the present invention, the measurement waveguide 2 and the reference waveguide 4 are manufactured in the form of a double waveguide concentric with each other in order to eliminate such an increase in error caused by the direct irradiation of sunlight.

도 6a 및 도 6b에는 본 발명에 따르는 동심도파관구조체(20)를 도시 했다. 이 동심도파관구조체(20)는 측정범위가 커서 도파관들의 길이가 길 경우 도파관의 견고성을 고려하여 두께가 큰 구경이 큰 파이프를 이용해야 한다. 6A and 6B show a concentric waveguide structure 20 according to the present invention. The concentric waveguide structure 20 should use a pipe having a large diameter in consideration of the robustness of the waveguide when the length of the waveguides is long because the measurement range is large.

Figure pat00384
인 경우, 측정도파관(2)의 구경은 커야 하며, 예를 들어 내경이
Figure pat00385
정도 되어야 한다. 기준도파관(4)의 구경
Figure pat00386
는
Figure pat00387
에 비해 훨씬 작아도 된다. 예를 들어
Figure pat00388
로 선택한다.
Figure pat00384
If the diameter of the measuring waveguide (2) should be large, for example,
Figure pat00385
Should be enough. Caliber of the reference waveguide (4)
Figure pat00386
Is
Figure pat00387
It may be much smaller than. E.g
Figure pat00388
To select.

동심도파관구조체(20)는 기준도파관(4)이 측정도파관(2) 안에 설치되는 구조로 된다. The concentric waveguide structure 20 has a structure in which the reference waveguide 4 is installed in the measurement waveguide 2.

도면부호 5는 기준도파관(4)과 측정도파관(2)을 동심으로 배치되게 하는 지지핀이다. 이 지지핀(5)들은 측정도파관(2)의 상부로부터 시작하여 전장에 걸쳐 하부로 일정 간격으로 기준도파관(4)과의 사이에 설치된다. Reference numeral 5 denotes a support pin for concentrically arranging the reference waveguide 4 and the measurement waveguide 2. These support pins 5 are provided between the reference waveguide 4 at regular intervals starting from the top of the measurement waveguide 2 and down the entire length.

도면부호6은 기준도파관(4)을 지지하는 지지판이며, 측정도파관(2)의 하단에 용접되어 있다. Reference numeral 6 is a support plate for supporting the reference waveguide 4, and is welded to the lower end of the measurement waveguide 2.

도면부호7은 기준도파관(7)을 삽입할 수 있는 실린더이고, Reference numeral 7 denotes a cylinder into which the reference waveguide 7 can be inserted.

도면부호 8은 수위변화에 따라 저수지, 하천 물이 측정도파관(2) 내에 들어갔다 나왔다 하도록 지지판(6) 상에 실린더(7)의 원주 둘레를 따라 소정 크기로 천공한 다수의 유통구멍들이다. Reference numeral 8 denotes a plurality of distribution holes drilled in a predetermined size along the circumference of the cylinder 7 on the support plate 6 so that the reservoir and the river water enter and exit the measuring waveguide 2 as the water level changes.

지지핀(5)은 가는 철봉으로 실 예를 들면, 직경

Figure pat00389
으로 만들어져 측정도파관(2)에서 음파펄스가 전파할 때 지지핀(5)로부터 반사되는 음파펄스의 강도는 매우 약하고 잡음으로 나타나게 한다. 이런 잡음들이 나타나는 위치는 사전에 알고 있기 때문에 음파펄스수신회로에서 윈도우신호로 잡음을 차단하게 하면 된다. The support pins 5 are thin rods, for example in diameter
Figure pat00389
When the sound wave pulse propagates in the measuring waveguide 2, the intensity of the sound wave pulse reflected from the support pin 5 is very weak and appears as noise. Since the location of these noises is known in advance, the sound wave pulse receiving circuit can block the noise with a window signal.

측정도파관(2)는 열전도도가 낮은 재질로 제작된 파이프를 이용하는 것이 좋고, 실 예를 들면, PVC가 사용되고, 또 파이프 외면을 태양광선을 잘 반사시키는 코팅을 하면 더욱 좋다. It is preferable to use a pipe made of a material having low thermal conductivity as the measurement waveguide 2, for example, PVC is used, and the outer surface of the pipe may be coated to reflect the sunlight well.

기준도파관(4)는 열전도도가 높은 금속관을 이용한다. 실 예를 들어 동관 또는 스테인레스관들이 좋다. 물과 접촉하는 부분은 물의 온도로 잘 냉각되어 측정도파관(2)과 기준도파관(4)의 수면부근의 공기온도가 동일하게 하기 위한 것이다. The reference waveguide 4 uses a metal tube with high thermal conductivity. Examples are copper or stainless tubes, for example. The part in contact with water is well cooled to the temperature of the water so that the air temperature near the water surface of the measuring waveguide 2 and the reference waveguide 4 is the same.

이미 설명된 도면부호9는 음파펄스발사기(1)와 동심도파관구조체(20)를 연결하는 덮개(10)에 가열된 공기가 빠져 나오게 천공한 환기구멍이다. Reference numeral 9 already described is a ventilation hole perforated to exit the heated air to the cover 10 connecting the sound wave pulse launcher 1 and the concentric waveguide structure 20.

이와 같이 측정도파관(2)과 기준도파관(4)을 동심 원형으로 구성하면 태양 직사광이 조사하는 방향과 무관하게 두 도파관 내의 온도분포상태가 매우 흡사해지고 수위측정오차를 감소시킨다. 이와 같이 도파관을 동심형으로 구성함으로써 현지에서 설치하는 작업도 간소화된다.As such, when the measurement waveguide 2 and the reference waveguide 4 are concentrically formed, the temperature distribution in the two waveguides is very similar to each other regardless of the direction of direct sunlight, and the water level measurement error is reduced. By constructing the waveguide concentrically, the installation work in the field is simplified.

1: 음파펄스발생기
2: 측정도파관
3: 수음기(마이크)
4: 기준도파관
5: 지지핀
6: 지지판
7: 실린더
10: 덮개
20: 동심도파관구조체
1: Acoustic Pulse Generator
2: measuring waveguide
3: masturbation (microphone)
4: reference waveguide
5: support pin
6: support plate
7: cylinder
10: cover
20: concentric waveguide structure

Claims (3)

음파수위측정방법에 있어서,
측정도파관에서 그의 상부에 측정원점이 되는 수음기
Figure pat00390
를 음파펄스가 통과한 순간부터 수면까지 전파하여 반사되며 반사 후 다시 전파하여 상기 수음기를 통과하는 순간까지의 전파시간
Figure pat00391
을 측정하며,
기준 도파관에서 측정원점에 배치된 수음기
Figure pat00392
로부터 시간
Figure pat00393
보다 약간 작은 전파시간이 되는 간격
Figure pat00394
에 설치된 수음기(
Figure pat00395
)까지의 전파시간
Figure pat00396
과
Figure pat00397
보다 좀 더 큰 전파시간을 이루는 구간
Figure pat00398
에 배치된 다음 수음기(
Figure pat00399
)까지의 전파시간
Figure pat00400
을 측정하고,
측정원점에서 측정도파관 내에 놓인 수면까지의 간격
Figure pat00401
을 다음 식에 의해 구하는 단계들로 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 음파수위측정방법.
Figure pat00402

Figure pat00403

Figure pat00404



여기서, 구간
Figure pat00405
는 수면까지의 구간
Figure pat00406
바로 위쪽에 기준도파관 내에 배치된 수음기(
Figure pat00407
)와 수위측정원점의 수음기
Figure pat00408
까지의 간격이고 사전에 정확히 측정하여
Figure pat00409
의 연산장치에 사전에 입력되어 기억시킨 값이고,
Figure pat00410
는
Figure pat00411
보다 좀 더 아래쪽에 배치된
Figure pat00412
번의 수음기(
Figure pat00413
)와
Figure pat00414
번의 수음기(
Figure pat00415
)간의 간격이며, 수위측정원점의 수음기
Figure pat00416
에서
Figure pat00417
번째 수음기까지의 간격
Figure pat00418
도 사전에 정확히 측정하여
Figure pat00419
의 연산장치에 입력하여 기억시킨 값이 되므로, 간격
Figure pat00420
는
Figure pat00421
로 계산된다.In the sound wave level measurement method,
Receiver, measuring origin on top of measuring waveguide
Figure pat00390
Propagation time from the moment the sound wave pulse passes to the water surface is reflected and propagated after the reflection and passes through the receiver
Figure pat00391
Measure the
A receiver placed at the measurement origin in the reference waveguide
Figure pat00392
Time from
Figure pat00393
Spacing is slightly smaller
Figure pat00394
Installed on the
Figure pat00395
Propagation time to
Figure pat00396
and
Figure pat00397
A section with a larger propagation time than
Figure pat00398
Next to the receiver
Figure pat00399
Propagation time to
Figure pat00400
Is measured,
The distance from the measuring origin to the water surface in the measuring waveguide
Figure pat00401
Sound wave level measurement method characterized in that consisting of the steps obtained by the following equation.
Figure pat00402

Figure pat00403

Figure pat00404



Where
Figure pat00405
Section to the surface of the water
Figure pat00406
A receiver placed in the reference waveguide immediately above
Figure pat00407
And receiver of level measurement origin
Figure pat00408
Interval between and accurately measured in advance
Figure pat00409
It is a value that has been input and stored in advance in the operation unit of
Figure pat00410
Is
Figure pat00411
Placed a little bit lower than
Figure pat00412
Horn
Figure pat00413
)Wow
Figure pat00414
Horn
Figure pat00415
), And the receiver of the water level measurement origin
Figure pat00416
in
Figure pat00417
Interval to the first masturbation
Figure pat00418
By accurately measuring in advance
Figure pat00419
The value entered and stored in the calculation unit of the
Figure pat00420
Is
Figure pat00421
. 제1항에 있어서,
기준도파관 내에 배치되는 수음기들 간의 간격
Figure pat00422
은 다음 식으로 선택되게 한 것을 특징으로 하는 음파수위측정방법.
Figure pat00423



여기서
Figure pat00424
은 수위측정허용절대오차이고(m),
Figure pat00425
는 수면의 온도이고,
Figure pat00426
는 도파관들 내부 상부 측의 측정원점에서의 공기의 온도
Figure pat00427
와 물의 온도
Figure pat00428
와의 온도차이고,
Figure pat00429
인바
Figure pat00430
는 공기 중에서의 음속의 온도계수이고
Figure pat00431
는 공기의 온도가
Figure pat00432
때의 음속이다.

The method of claim 1,
Spacing between receivers disposed within the reference waveguide
Figure pat00422
Sound wave level measurement method characterized in that the selected by the following equation.
Figure pat00423



here
Figure pat00424
Is the absolute level error (m)
Figure pat00425
Is the temperature of your sleep,
Figure pat00426
Is the temperature of the air at the origin of measurement on the upper side inside the waveguides
Figure pat00427
And water temperature
Figure pat00428
Is the temperature difference between
Figure pat00429
Inba
Figure pat00430
Is the temperature coefficient of the speed of sound in the air
Figure pat00431
The air temperature
Figure pat00432
When is the speed of sound.

하부말단이 밀폐된 기준도파관이 측정도파관 내부에 배치되어있어 기준도파관과 측정도파관이 동심체를 구성하게 되어있고 음파펄스발사기는 동심체 상부와 연결된 캡에 배치되어있는 장치.
단 기준도파관 축선이 측정도파관 축선과 일치되게 기준도파관 외벽면과 측정도파관 내벽간의 간격을 유지하는 지지핀들이 기준도파관 길이를 따라 일정간격으로 배치되어 있으며 기준도파관 하부말단에 삽입되어 견고하게 고정시킬 수 있는 실린더가 중심에 있는 원판을 밀착시켜 기준도파관에 물의 유입을 막고, 수위변화에 따라 측정도파관 안으로 물이 자유롭게 유입, 방출 되도록 실린더 원주를 따라 다수의 유통구멍이 천공 되어있고,
도파관 내부에 가열된 공기가 빠져 나오게 환기구멍을 천공한 상부 덮개로 구성 한 것을 특징으로 하는 음파수위측정장치.A reference waveguide with a closed lower end is arranged inside the measurement waveguide so that the reference waveguide and the measurement waveguide form a concentric body, and the sound wave pulse generator is arranged in a cap connected to the upper portion of the concentric body.
However, support pins that maintain the gap between the reference waveguide outer wall and the measurement waveguide inner wall are arranged at regular intervals along the reference waveguide length so that the reference waveguide axis coincides with the measurement waveguide axis. Close the cylinder in the center to prevent the inflow of water into the reference waveguide, and a plurality of distribution holes are drilled along the cylinder circumference so that water can flow freely into and out of the measuring waveguide as the water level changes.
Acoustic water level measuring device comprising a top cover perforated with a ventilation hole so that heated air escapes inside the waveguide.
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