KR20130014706A - 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원부, 송수신부, 펌프제어부 및 마이콤부를 포함하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템에 있어서, 상기 전원부는 전원 안정화 회로단을 포함하고, 상기 송수신부는 신호 안정화 회로단 및 시간변이 조정부를 포함하며, 상기 송수신부는 저장소에 설치되니 초음파 센서의 신호값을 송수신하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템에 관한 것으로, 저장소 내 액체의 수위를 정확하게 감지하고 수위 검출 값의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템{System for detecting liquid level with an ultrasonic sensor}

본 발명은 초음파 센서를 이용한 수위감지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 센서로 저장공간 내 액체 수위를 감지하고, 감지된 신호값을 처리하여 수위를 판정하고, 저장공간 내 액체의 유입 및 배출을 제어함으로써 저장공간 내의 수위를 일정하게 유지되도록 조절할 수 있는 초음파 센서를 이용한 수위감지 시스템에 관한 것이다.

수위 감지 시스템은 정수장, 하수처리장, 폐수처리장, 저수조, 강, 하천, 저수지, 댐 등의 수처리가 필요한 곳이나, 기타 액체의 관리가 필요한 산업현장에서 수위를 측정하기 위해 기본적으로 필요한 시스템이다.

수위 감지 시스템은, 수위센서를 설치하고 이 센서값을 제어하여 수위를 지속적, 연속적으로 모니터링하고 수위를 조절한다.

예를 들어 수처리 공정에 있어서 일정량 이상의 물이 되어야만 공정이 진행되도록 하거나, 일정량 이하의 수위에서는 공정을 중단하여 불필요한 작업 및 오작동이 일어나지 않도록 하기 위해서도, 수위관리는 비용절감, 공정의 효율성을 제고하기 위해서 필요하다.

또한, 수위센서는 단순히 수위를 측정하기 위한 목적으로 단일하게 구성할 수도 있지만, 한정된 저장소 내에 일정량 이상의 액체가 유입되면 액체를 유출시키고, 일정량 이하가 되면 액체를 유입시켜 수위를 일정하게 관리하기 위해 펌프 등 다양한 제어기기와 연결함으로써 복합적인 수위감지 시스템을 구성할 수도 있다.

수위감지 센서의 종류는, 크게 비접촉식과 접촉식으로 나누어 지는데 접촉식은 전극센서에 전류를 흘려 보내고, 액체와 닿아 통전되는 경우 신호처리를 제어하여 수위를 감지하는 센서이며 플로트식, 접점식, 기어식 등이 있다.

상기 접촉식 센서는 선(wire)상태의 센서연결부를 통해 액체 속에 센서를 가라앉혀 액체의 압력을 검출하여 그 수위를 검출하는 센서로서, 화학약품, 점성물질과 같은 액체의 수위측정은 어렵고 충격에 약하다는 단점이 있다.

상기 접촉식 센서는 유체의 부력과 리드 스위치를 이용하는 방법, 전기저항값을 이용하는 방법을 사용하는데, 저장소 내의 액체의 수면이 불규칙하게 출렁이거나 요동치는 특성 상 저장소의 내부에 설치되는 종래의 수위감지 센서는 수위 검출 값이 정확하지 않아 순차적으로 연동하는 기기 오작동의 원인이 된다.

이와 같은 이유로, 접촉식 센서는 정밀도가 떨어지며 센서의 설치 및 고장 시 정비의 문제점도 있으며 제거도 번거롭다.

다음으로 비접촉식 센서는 액체와 직접적으로 접촉하지 않고 측정하는 것으로, 측정방식에 따라 레이더 방식, 레이저 방식, 로드셀(load cell) 방식, 뉴클리어 (nuclear) 방식, 초음파(ultrasonic) 방식으로 나뉘어 진다.

본 발명에서는, 액체와 직접 닿지 않고 측정할 수 있는 비접촉식 방식이면서, 개수로의 유량 측정, 하수 처리과정뿐만 아니라 제철소, 석유화학, 식음료 산업에서도 다양하게 이용되고 있는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템을 제안하고자 한다.

초음파 센서를 이용한 수위 측정방법은, 초음파가 공기 중을 통과하여 측정하고자 하는 물체의 표면을 맞고 되돌아오는 시간과 속도를 계산하는 원리를 이용하여, 센서에서부터 저장소 바닥 면까지의 거리와 센서에서부터 물체표면까지의 거리의 차이를 계산함으로써 최종적으로 수위값을 보여주게 된다.

즉, 센서부터 물체표면까지의 공간거리를 측정하여 수위값으로 환산하는 과정을 거치게 되는 것이다.

상기 초음파 센서는 설치 조건에 따라 원형 또는 포물선 형태 또는 가느다란 파이프 모양 등 다양한 형태가 가능하며, 화학약품을 처리하기 위해 부식성에 강한 테프론센서를 이용하거나, 방사능에 강해 원자력발전소에 사용될 수 있는 스테인레스센서를 이용하는 등 다양한 소재를 활용할 수도 있다.

초음파 센서에 따라서 주파수대역은 20kHz 이상이며, 측정거리는 작게는 15cm 에서부터 많게는 수십 미터 이상 측정할 수 있다.

한편, 초음파의 강도는 센서부터 측정된 물체까지 거리의 제곱에 비례한다. 그러나 이러한 신호의 세기는 측정하고자 하는 곳이 멀리 떨어질수록 또는 물질의 상태나 그 물질의 표면에 존재하는 거품 등으로 작아질 수가 있는데, 그러한 문제점을 해결하기 위해서는 원형모양의 센서가 이러한 영향을 최소한으로 줄여주는 역할을 한다. 물론, 측정하고자 하는 주파수 또한 신호의 강도가 감소되는 것과 관계가 있으므로 이러한 문제를 해결할 필요성이 있다.

일반적으로 음파와 초음파는 SPAN의 0.25%의 정확성을 가진 정밀함이 있으나, 난기류, 짙은 안개, 거품 또는 장애물이 될 수 있는 조건은 정확도를 떨어뜨리는 요인으로 작용하며, 액체의 수위조절을 이용하는 공정을 가지는 산업 현장에서는 저장소 내 액체에, 불순물이나 거품이 발생하는 경우에도 초음파를 이용한 수위측정에 문제를 일으켜 공정이 마비될 수 있다.

한편, 초음파의 속도에 영향을 미치는 요인으로는 온도가 크게 좌우하는데, 초음파 센서 감지부분에 외부와의 온도차이는 초음파 센서감지기의 오작동 및 고장을 일으킬 수 있다.

특히, 초음파 센서 주위로 결로가 생길 경우, 초음파 센서는 저장소 내 액체의 수위를 100%로 감지하게 되는데, 이를 오인하여 저장소 내의 액체를 유출시킨다면 공정에 큰 차질을 빚게 될 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 저장소 내 액체의 수위를 정확하게 감지하고 수위 검출 값의 정밀도를 향상시키는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 초음파를 이용한 수위측정과 더불어 수위에 따라 펌프의 작동을 자동적으로 제어함으로써 저장소의 수위가 일정하게 유지되도록 하는 수위조절 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 초음파 센서를 통해 수위를 감지함에 있어서, 저장소 내 액체의 불순물이나 장애물로 인해 발생할 수 있는 초음파 센서의 오작동 및 파손을 간편하게 유지, 보수할 수 있는 사후 서비스의 편의성을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은, 전원부, 송수신부, 펌프제어부 및 마이콤부를 포함하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템에 있어서, 상기 전원부는 전원 안정화 회로단을 포함하고, 상기 송수신부는 신호 안정화 회로단 및 시간변이 조정부를 포함하며, 상기 송수신부는 저장소에 설치되니 초음파 센서의 신호값을 송수신하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템은 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 초음파 센서의 신호값은 상기 마이콤부로 수집되고, 상기 마이콤부로부터 디지털 입력신호로 변환된 값은 상기 디스플레이부로 전달되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 디스플레이부는 현재수위값, 고수위 경보 및 저수위 경보의 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템은 정수장, 하수처리장, 폐수처리장, 저수조, 강, 하천, 저수지, 댐의 수처리가 필요한 곳 또는 액체의 관리가 필요한 산업현장에 적용되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템은 저장소 내 액체의 수위를 정확하게 감지하고 수위 검출 값의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 초음파를 이용한 수위측정과 더불어 수위에 따라 펌프의 작동을 자동적으로 제어함으로써 저장소의 수위가 일정하게 유지되도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 초음파 센서를 통해 수위를 감지함에 있어서, 저장소 내 액체의 불순물이나 장애물로 인해 발생할 수 있는 초음파 센서의 오작동 및 파손을 간편하게 유지, 보수할 수 있는 사후 서비스의 편의성을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템의 회로구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 수위감지 시스템의 처리과정을 간략하게 도시한 도면이며, 도 3은 그 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예로 디스플레이부의 기본 화면구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 수위감지 시스템의 초기 설정 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 도 5에 대한 초음파 수위 감지장치의 초기 거리 설정을 도시한 도면이다.
도 7은 초음파 센서의 고장 종류별 대처법을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템의 회로구성을 간략하게 도시한 블록도이다.

도 1을 참조한 바, 상기 제어부의 메인 회로도의 구성은 크게 전자회로 부분과 기구적인 메커니즘으로 구성되며, 수위 합부판정을 모니터링하기 위해 디스플레이부(70)가 구성된다.

메인 회로도의 주요 구성은 전원부(10), 송수신부(20), 펌프제어부(50), 입출력신호를 제어하는 마이콤(MCU: Micro Controller Unit)부(60)으로 구성되며, 상기 전원부(10)는 전원 안정화 회로단(11)을 포함하고, 상기 송수신부(20)는 신호 안정화 회로단(30) 및 시간변이 조정부(40)를 포함한다.

이하, 메인 회로도의 주요 구성품에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 전원부(10)는 AC 220V로 입력되며, 낙뢰나 전원 공급의 차질로 인한 과전압, 과전류, 서지현상 등으로부터 회로를 보호하기 위해 전원안정화 회로단을 구성하고 TNR을 삽입하여 정류기를 거쳐 DC 24V전압으로 변환하여 마이콤(60)을 구동할 수 있다.

마이콤부(60)는 본 발명의 초음파를 이용한 수위 조절 시스템 구성의 다양한 특성을 컨트롤하는 역할을 하도록, 소프트웨어를 이식한 시스템 반도체로서 본 발명의 목적으로서의 다양한 기능을 발휘할 수 있도록 한다.

다음으로, 송수신부(20)에서는 저장소 내측 상부에 설치된 초음파 센서를 작동하여 그 신호값을 송수신한다.

이때, 초음파 신호를 송신함에 있어서 상기 초음파 신호는 제어 안정화 회로를 통해 송신하게 되며, 상기 초음파 신호를 수신함에 있어서는, 수십 미터 떨어진 상기 저장소 내의 액체로부터 반사되어 돌아온 미약한 음파를 증폭 트랜스로 일정수준으로 증폭제어한 후 신호를 수신할 수 있다.

또한, 상기 송수신부(20)의 증폭 트랜스 제어된 수신 음파는 1차증폭단에서 신호가 증폭되고, 2차 증폭단에서 신호가 증폭되며, 3차 증폭단에서 신호가 한번 더 증폭된 후에 신호 안정화 회로단(30)을 통해 노이즈를 제거하고 기준 신호와 비교하여 안정된 신호를 마이콤(60)로 입력하게 된다.

이때, 수신된 초음파 신호는 전력공급의 영향이나 음파 수신시의 여러 장애요인으로 인해 노이즈를 동반할 수 있는데, 이를 신호 안정화 회로단(30)에서 안정화키시는 역할을 할 수 있다.

외부 입력 노이즈, 디지털 노이즈의 발생을 억제하기 위하여, 각 부품 주변에 노이즈 필터 및 평활 콘덴서를 부착 하여 전압 불균형에서 발생하는 신호의 잡음을 억제할 수 있으며, 전력공급의 안정성을 위하여 상기 전원부(10)에서도 전원 안정화 회로단의 작용을 상술하였다.

한편, 음속은 온도에 크게 영향을 받는다는 특징이 있으며, 액체 저장소에 설치된 초음파 센서도 주변의 온도변화에 의해 잘못된 수위값이 산출될 수 있다.

이를 방지하기 위해 본 발명에서는 시간변이 조정부(TVG)(40) 제어장치를 통해 수신된 초음파의 시간적 불균일성을 보정할 수 있다.

상기, 시간변이 조정부(TVG)(40)는 저항(R)과 콘덴서(C)로 구성된 증폭기로서, 초음파 발신기로부터 멀리 위치한 물체의 반향신호를 반향시간에 비례적으로 더 증폭하여, 수중 물체까지의 거리에 관계없이 평균적인 반향강도를 출력하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 송수신 제어장치이다.

상기 신호 안정화 회로단(30)을 거친 초음파 신호는 시간변이 조정부(TVG)(40)를 거치면서, 최초 입력신호의 증폭은 약하게 하고 시간이 증가할수록 증폭율을 증가시키고, 이렇게 증폭된 신호는 완충기(Buffer)를 거쳐서 주파수 변환부로 인가된다.

상기와 같이, 송수신부(20)에서는 신호 안정화 회로단(30)과 시간변이 조정부(40)를 통해 보다 정밀한 초음파 신호를 송수신할 수 있다.

다음으로, 신호 안정화 과정을 거쳐 보다 정밀하게 입력된 초음파 신호는 마이콤(60)으로 수집되어 분석 과정을 거치게 된다.

한편, 초음파 센서가 감지한 신호의 출력전압은 0~0.8V의 변화값을 가지며, 이 신호를 증폭하여 마이콤(60)의 아날로그 처리신호로 0~5V로 변환한다.

또한, 초음파 센서로부터 수십 미터 이상 떨어진 위치의 마이콤(60)이 측정할 때, 선로의 저항으로 전압의 손실이 발생하여 출력값이 떨어질 수 있으므로, 선로의 저항과 상관없이 직렬인 전류값 4~20mA로 변환하여 송신하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 4-20mA로 변환한 초음파 센서 값을 마이콤(60)에서 수집하고, 상기 마이콤(60)에 입력된 신호는 분석화 과정을 거친 후에 액체의 수위값을 산출하게 되며, 상기 수위값을 토대로 마이콤(60)에서는 적절한 수위 조절을 위하여 할당된 신호를 내리게 되고, 이를 릴레이로 펌프제어부(50)에 전달하여 펌프의 가동여부를 결정하고 수위조절을 할 수 있게 된다.

또한, 상기 마이콤(60)으로부터 디지털 입력신호로 변환된 값은, 초음파 수위계의 고도측정 결과를 육안으로 식별할 수 있도록 한 디스플레이부(70)로도 전달할 수 있다.

상기 디스플레이부(70)는 입력신호 전달 스위치와 마이콤(60)에서 출력된 신호를 표시하는 식별 LCD로 나뉘어 질 수 있으며, 현재 수위값, 고수위 경보, 저수위 경보 등이 상태표시가 상기 디스플레이부(70)에 나타내어진다.

이에 대한 상세한 설명은, 도 4에서 후술하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 수위감지 시스템의 처리과정을 간략하게 도시한 도면이며, 도 3은 그 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 초음파 센서를 이용한 수위감지 시스템의 처리과정을 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에서 초음파 센서가 장착된 액체저장소로부터 제어부까지의 거리는 연결전선 30m 이내로 설계되었으며, 다만 본 발명의 실시예로 한정하는 것은 아니다.

보다 원거리의 장소에서 작업자가 제어를 해야 하는 경우, 상기 제어부에 추가로 출력 전선을 연결하여 PLC(Programable Logic Controlle)회로를 구성하여 펌프를 제어할 수도 있다.

한편, 초음파의 강도는 센서부터 측정된 물체까지 거리의 제곱에 비례한다.

본 발명에서 초음파 센서는 50kHz 이상의 초음파 신호를 송수신할 수 있도록 설계되었으며, 30m 이내의 원거리에 제어부가 위치하고 있으므로 그 수신감도가 떨어질 수 있다.

이러한 점을 보완하기 위해, 초음파 센서는 원형모양으로 제작되어 이러한 영향을 줄어주도록 했으며, 액체 저장소 내측 상부에 하부방향 센서빔 각도 5도 이상으로 설계하였다.

물론, 상기의 설계만으로도 초음파 수신 감도가 약할 수 있으므로 후술할 바, 여러 단계의 증폭장치를 송수신부(20)에 구성하였다.

다음으로, 도 3을 통해, 초음파 센서를 이용한 수위감지 시스템의 처리과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 저장소에 액체가 유입되면(S10), 그와 동시에 액체의 유입을 감지하여 저장소 내측 상부에 설치된 초음파 센서가 작동하게 된다. (S20)

다음으로, 초음파 센서가 저장소의 수위를 감지한 후 초음파 신호를 수십미터 떨어진 제어부로 전달하게 된다. (S30)

이때, 상기 제어부의 구성은 크게 전자회로 부분과 기구적인 메커니즘으로 구성되며 신호의 전달과정은 도 1을 통하여 상술하였다.

다음으로, 상기 제어부에서 초음파 센서로부터 수신된 신호를 처리하여 수위를 감지하고, 초기 설정한 수위 합부 여부를 판정하게 된다. (S40)

다음으로, 수위 합부 판정이 나면, 제어부에서는 펌프의 동작유무를 결정하고(S50), 저장소 내의 액체를 유출 하거나 유입하도록 제어하여 수위량을 조절한다. (S60)

한편, 상기 디스플레이부(70)부는 초음파를 이용하는 수위 감지 시스템의 동작을 표시하도록 구성되어 있으며, 이를 제어하는 제어부와 연결되어 저장소내 액체의 유입, 배출등을 조작하고 세팅할 수 있도록 키를 조작하는 알고리즘으로 구성되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 실시예로 디스플레이부의 기본 화면구성도이다.

먼저 도 4를 참조한 바, 디스플레이부(70) 상단에는 LCD화면 표시부를 구성하여, 현재 수위값, 고수위 경보, 저수위 경보 등의 상태가 나타나도록 했다.

먼저, 상기 디스플레이부(70)의 LCD화면 표시부(71)의 a~e 기호에 대해 설명하면, a는 저장소의 빈 공간의 높이를 나타내고, b는 저장소에 채워진 액체의 수위를 나타내고, c는 현재 측정거리의 이상유무를 나타내고, d는 노이즈값을 나타내며, e는 현재 수위(%)를 나타낸다.

도 4의 LCD화면 표시부(71)를 실시예로 들면, 현재 저장소에 액체가 200cm 채워져 있으며, 빈 공간이 200cm이며, 센서 측정거리 이상유무는 없고, 높이가 400cm인 저장소의 50%만큼 수위를 차지하고 있다는 말이다.

이때, a 및 b 값은 업(UP)키를 길게 누른 뒤 떼면 액체높이만 표시하게 되며, 다시 상기 동작을 반복하면 원상 복구되어 LCD화면 표시부(71)에 빈공간과 액체높이가 같이 나타난다.

한편 본 발명에서는, 초음파 센서의 이상유무 및 정확한 수위 감지를 위해 상기 디스플레이부(70)의 LCD화면 표시부(71)에 특이사항 유무가 표시되도록 하고, 상기 디스플레이부(70) 하단에 이상유무 점검 세팅이 가능하도록 버튼부(72)를 구성하여, 그 신호를 제어부를 통해 센서로 출력하도록 하였으며, 이상유무 점검은 도 7를 통해 후술하기로 한다.

도 4를 참조한 바, 상기 디스플레이부(70)는 수위값 확인 뿐 아니라, 저장소 액체 최저 높이, 최고 높이를 초기에 설정할 수 있도록, 셋(SET)키, 업(UP)키, 다운(DOWN)키 등으로 구성되어 있다.

다음으로, 상기 디스플레이부(70)의 버튼부(72)을 조작하여 초음파를 이용한 수위감지 시스템을 초기설정하는 방법에 대해 도 5를 참조하여 설명하고자 한다.

도 5는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 수위감지 시스템의 초기 설정 방법에 대한 흐름도이다.

먼저 초기 설정을 위해 상기 버튼부(72)의 셋(SET)키를 길게 누르면, 초음파 센서의 세팅으로 진입한다.

다음으로 업(UP)키 또는 다운(DOWN)키를 눌러 초음파 센서로부터 저장소 바닥까지의 높이를 설정하게 된다. (S1)

다음으로 업(UP)키 또는 다운(DOWN)키를 눌러 초음파 센서로부터 저장소 최고 수위까지 높이를 설정하게 된다. (S2)

한편, 초음파 센서는 상기 S1 단계에서의 저장소 높이값을 20mA로 설정하고, 상기 S2 단계에서의 저장소 내 최고 수위값을 4mA로 인식하여 신호값을 출력하여 마이콤(60)으로 보내게 되는데, 상기 S2 단계에서의 거리는 50cm 이하는 불감지거리로 인식하지 못한다.

다음으로 초음파 신호의 측정 표시 주기를 업(UP)키 또는 다운(DOWN)키를 눌러 설정하게 되는데, 상기 측정표시주기는 일반적으로 3~5초로 하며, 0~9초까지 설정 가능하다.(S3)

다음으로 초음파 송신감도를 설정하는데, 일반적으로 0으로 설정한다. (S4)

다음으로 바닥에서 고수위 높이(HH)를 설정하는데, 설정치보다 크면 HH가 ON 된다.(S5)

다음으로 바닥에서 펌프 Stop 높이(H)를 설정하는데, H설정치보다 크면 H가 ON 되고, L 설정치보다 작으면 OFF 된다.(S6)

다음으로 바닥에서 펌프 Start의 높이를 설정하는데, L 설정치보다 작으면 L이 ON 되고, H 설정치보다 크면 OFF 된다.(S7)

다음으로 바닥에서 저수위 높이(LL)를 설정하는데, LL 설정치 보다 작으면 ON 된다. (S8)

다음으로 릴레이 수동출력을 위한 테스트를 자동적으로 하는데 HH. H. L. LL 차례로 ON 된다.

도 6은 도 5에 대한 초음파 수위 감지장치의 초기 거리 설정을 도시한 도면으로, 450cm 높이의 저장소를 실시예로 하였다.

도 6을 참조한 바, 펌프의 작동유무는, H동작위치를 350cm로 하여 저장소 내에 수위가 350cm 이상이 되면 펌프작동을 OFF 시켜 액체의 유입을 차단하고, L동작위치를 100cm로 하여 저장소 내에 수위가 100cm 이하가 되면 펌프작동을 ON 시켜 액체가 유입되도록 제어할 수 있다.

또한, 비상시를 대비한 경보의 출력은, 저장소 총높이인 450cm를 고려하여, HH경보 출력위치를 400cm로, LL경보 출력위치를 50cm로 설정하였다.

도 7은 상기 디스플레이부(70) 하단 버튼부(72)를 통해, 센서의 고장 종류별 대처법을 도시한 도면이다.

도 7의 실시예들은 3.5m 높이의 저장소를 예로 하였다.

먼저, 도 7(a)를 살펴보면, 저장소 내의 액체 높이와 빈 공간의 높이가 표시되지 않고 하나의 값 163cm만 표시되고 있다.

이 문제를 해결하기 위해 업(UP)키를 2초 정도 눌렀다 놓으면 원상복구 된다. 도 7(a)의 예에서는 원상복귀 된 결과값으로, 빈공간 높이 200cm, 액체높이 150cm, 측정거리에 이상 없으며(=), 노이즈 정도는 0(0)이고, 현재수위는 85%(%85)를 나타낸다.

이때, 측정거리 표시가 = 또는 - 인 경우는 정상측정 되었다는 것을 의미하고, X는 측정이 안 되었다는 것을 의미하고, ? 는 헌팅발생을 의미한다. ^, l 인 경우는 이상이 있다는 것이며, 노이즈 값이 2 이내로는 양호하다고 할 수 있다.

다음으로 도 7(b)를 살펴보면 저장소 내의 액체와의 거리가 173(173)이고 센서 바닥에서 54cm 지점에 이물질이 인식되었으며(?054?), 그로 인해 거리측정에 이상이 있음(?)을 나타내고 있다.

이 문제는 저장소 내의 이물질을 제거함으로써 해결할 수 있다.

다음으로 도 7(c)를 살펴보면, n425n 값은 센서 주변에 노이즈가 발생하고 있으며 그 값이 425라는 의미이다.

이때 노이즈 값이 300~700 사이의 경우에는 측정거리가 1/2 내지 1/3 감소될 수 있으므로 주의해야 한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템은 저장소 내 액체의 수위를 정확하게 감지하고 수위 검출 값의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 초음파를 이용한 수위측정과 더불어 수위에 따라 펌프의 작동을 자동적으로 제어함으로써 저장소의 수위가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 초음파 센서를 통해 수위를 감지함에 있어서, 저장소 내 액체의 불순물이나 장애물로 인해 발생할 수 있는 초음파 센서의 오작동 및 파손을 간편하게 유지, 보수할 수 있는 사후 서비스의 편의성을 제공할 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 전원부 11: 전원 안정화 회로단
20: 송수신부 30: 신호 안정화 회로단
40: 시간변이 조정부 50: 펌프제어부
60: 마이콤부 70: 디스플레이부
71: LCD화면 표시부 72: 버튼부

Claims (4)

1. 전원부, 송수신부, 펌프제어부 및 마이콤부를 포함하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템에 있어서,
   상기 전원부는 전원 안정화 회로단을 포함하고, 상기 송수신부는 신호 안정화 회로단 및 시간변이 조정부를 포함하며,
   상기 송수신부는 저장소에 설치되니 초음파 센서의 신호값을 송수신하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템은 디스플레이부를 더 포함하며,
   상기 초음파 센서의 신호값은 상기 마이콤부로 수집되고,
   상기 마이콤부로부터 디지털 입력신호로 변환된 값은 상기 디스플레이부로 전달되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 디스플레이부는 현재수위값, 고수위 경보 및 저수위 경보의 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템은 정수장, 하수처리장, 폐수처리장, 저수조, 강, 하천, 저수지, 댐의 수처리가 필요한 곳 또는 액체의 관리가 필요한 산업현장에 적용되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 수위 감지 시스템.

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