KR20180009376A - 레이저광을 이용한 수위감지 시스템 - Google Patents

레이저광을 이용한 수위감지 시스템 Download PDF

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석형준
박상훈
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(주)에스엔엘코리아
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Abstract

본 발명에 따른 레이저광을 이용한 수위감지 시스템은 맑은 물을 저장하기 위한 탱크에 설치되어 수위를 감지하기 위한 수위감지시스템으로서, 탱크 상부에 설치되에 레이저광을 조사하는 레이저광발진부; 레이저광발진부의 전방에 설치되고 모터에 의해 회전 구동되어 맑은 물 표면의 넓은 영역에 걸쳐 레이저광을 조사하도록 하는 반사거울; 탱크 상부에 레이저광발진부 쪽을 향하도록 기울어져 설치되고 레이저광의 집속을 위한 렌즈를 구비하여 레이저광발진부로부터 조사된 레이저광을 감지하는 레이저광감지부; 및 시간비행법에 의해 레이저광발진부로부터 조사되어 레이저광감지부에 감지된 레이저광을 통해 거리를 계산하는 거리계산부를 포함한다.

Description

레이저광을 이용한 수위감지 시스템{SYSTEM FOR CALCULATING WATER POSITION USING LASER}
본 발명은 레이저광을 이용한 수위감지 시스템에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 탱크 내부에 수용되는 맑은 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광을 통해 수위를 감지할 수 있도록 구성되는 레이저광을 이용한 수위감지 시스템에 관한 발명이다.
물을 저장하여 공급하기 위한 물탱크에는 탱크 내부 물의 높이를 측정하기 위한 수위센서가 설치되는 경우가 있다.
탱크 내부 물의 높이를 측정하기 위한 센서로서는, 초음파센서 또는 레이저센서와 같은 음파 또는 광을 이용한 거리 감지센서와 탱크 내부에 수용된 물에 의해 가해지는 압력을 감지하는 압력감지식 센서가 있다.
여기서, 상기 압력감지식 수위 센서의 경우 설치가 매우 어려우며, 설치비용이 높은 단점이 있다.
레이저 광을 이용한 수위측정 장치에 관한 종래기술로서는, 대한민국 공개특허 KR 10-2006-0025450 호 등이 있다.
레이저광을 이용한 수위감지 장치에서는 레이저광이 목표물의 표면에 의해 반사된 지연시간을 측정하는 시간비행법(TOF : Time of Flight)이 주로 이용된다.
그런데, 탱크 내부에 수용되는 물이 깨끗한 경우에는, 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광의 양이 극히 적으므로, 이러한 경우 시간비행법에 의해 수면까지의 거리를 산출하는 것이 매우 어렵고 오차 역시 커지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 KR 10-2006-0025450
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 탱크 내부에 수용되는 맑은 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광이 보다 효율적으로 레이저광감지부로 입사되도록 구성되는 레이저광을 이용한 수위감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 맑은 물을 저장하기 위한 탱크에 설치되어 수위를 감지하기 위한 수위감지시스템으로서, 상기 탱크 상부에 설치되에 레이저광을 조사하는 레이저광발진부; 상기 레이저광발진부의 전방에 설치되고 모터에 의해 회전 구동되어 맑은 물 표면의 넓은 영역에 걸쳐 레이저광을 조사하도록 하는 반사거울; 상기 탱크 상부에 상기 레이저광발진부 쪽을 향하도록 기울어져 설치되고 레이저광의 집속을 위한 렌즈를 구비하여 상기 레이저광발진부로부터 조사된 레이저광을 감지하는 레이저광감지부; 및 시간비행법에 의해 상기 레이저광발진부로부터 조사되어 상기 레이저광감지부에 감지된 레이저광을 통해 거리를 계산하는 거리계산부를 포함하는 레이저광을 이용한 수위감지 시스템이 제공될 수 있다.
상기 거리계산부에는 상기 레이저광발진부로부터 상기 탱크의 바닥부분까지의 거리가 입력 저장되어 시간비행법에 의해 상기 레이저광감지부에 의해 감지되는 레이저광을 계산한 거리 중에서 상기 레이저광발진부로부터 상기 탱크의 바닥부분까지의 거리를 제외하도록 하는 프로그램이 저장될 수 있다.
상기 레이저광발진부는 레이저광의 확산을 위한 렌즈를 구비할 수 있다.
상기 탱크에 수용된 맑은 물에 불규칙한 파동을 일으키도록 상기 탱크에는 진동발생부재가 설치될 수 있다.
본 발명에 의해, 맑은 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광이 효율적으로 레이저광감지부로 입사되도록 함으로써, 탱크 내부에 수용되는 맑은 물의 수위를 보다 정확히 감지할 수 있다.
첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 레이저광을 이용한 수위감지 시템의 개념도이며,
도 2 는 상기 시스템의 다른 실시예의 개념도이며,
도 3 은 또다른 실시예에 따른 상기 시스템이 수면까지의 거리를 측정하는 원리를 도시한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 레이저광을 이용한 수위감지 시템의 개념도이며, 도 2 는 상기 시스템의 다른 실시예의 개념도이며, 도 3 은 또다른 실시예에 따른 상기 시스템이 수면까지의 거리를 측정하는 원리를 도시한 개념도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저광을 이용한 수위감지 시스템은 물을 저장하기 위한 탱크(30)에 설치되어 수위를 감지하기 위한 수위감지 시스템으로서, 상기 탱크(30) 상부에 설치되는 레이저광발진부(10)와, 상기 레이저광발진부(10)로부터 조사된 레이저광을 감지하기 위한 레이저광감지부(20)와, 상기 레이저광발진부(10)로부터 조사되어 상기 레이저광감지부(20)에 감지된 레이저광을 통해 거리를 계산하는 거리계산부(25)를 포함하며, 상기 레이저광발진부(10)는 수직 방향으로부터 미리 지정된 각도(a1) 기울어진 방향으로 레이저광이 조사되도록 설치되며, 상기 레이저광감지부(20)는 상기 레이저광발진부(10)로부터 조사된 레이저광이 상기 탱크(30)의 바닥부분에 의해 반사되어 상기 레이저광발진부(10) 높이에 이르는 지점(R)보다 방사상 내측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저광발진부(10)는 레이저광을 발진시켜 탱크(30) 내부에 수용되는 물의 표면으로 조사하는 구성으로서, 탱크(30) 내부에서 상부에 설치된다.
상기 레이저광발진부(10)는 수직 방향으로부터 미리 지정된 각도 a1 만큼 기울어져 물의 표면으로 레이저광을 조사하도록 설치된다.
맑은 물은 거의 투명에 가까우므로, 맑은 물의 표면에 레이저광이 조사되는 경우, 물의 표면에서 레이저광이 반사되지 못하고 대부분이 투과된다.
그리하여, 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광의 양이 매우 적으므로, 이를 감지하여 물 표면까지의 거리를 계산하는 것이 어렵게 되는 경우가 발생된다.
상기와 같이 수직 방향으로부터 기울어져 설치되는 레이저광발진부(10)로부터 조사된 광 중에서 매우 일부만이 투명에 가까운 맑은 물의 표면으로부터 반사되고, 나머지는 대부분 투과되어 탱크(30)의 바닥부분으로부터 반사된다.
상기와 같이, 탱크(30)의 바닥부분으로부터 반사되는 레이저광은 입사각(a1)과 동일한 반사각(a1)으로 반사되어 탱크 상부로 향하게 된다.
여기서, 상기 탱크 바닥부분으로부터 반사되는 레이저광을 상기 레이저광감지부(20)가 감지하지 못하도록, 상기 레이저광감지부(20)는 상기 레이저광발진부(10)로부터 조사된 레이저광이 상기 탱크(30)의 바닥부분에 의해 반사되어 다시 상기 레이저광발진부(10) 높이에 이르게 되는 지점(R)보다 방사상 내측에 배치된다.
이때, 바람직하게는 상기 레이저광감지부(20)는 상기 레이저광발진부(10) 쪽을 향하도록 소정 각도 기울어져 설치된다.
그리하여, 상기 레이저광감지부(20)는 상기 레이저광발진부(10)로부터 조사된 레이저광 중에서 탱크(30) 바닥 부분으로부터 반사되는 레이저광을 제외하고, 탱크(30) 내부에 수용된 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광을 감지하도록 구성된다.
탱크(30) 내부에 수용되는 실제 물의 수위(WM)는 통상적으로 최저 수위(WL)와 최고 수위(WH) 사이가 되도록 제어된다.
상기 레이저광발진부(10)로부터 조사된 레이저광이 상기 최저 수위(WL)와 최고 수위(WH) 사이의 실제 수위(WM) 표면으로부터 반사되는 경우에는, 탱크(30)의 바닥부분으로부터 반사되어 상기 레이저광발진부(10) 높이에 이르는 경우의 위치(R)에 비해 방사상 내부로 향하게 되며, 따라서 상기 레이저광감지부(20)를 상기 위치에 배치시킴으로서, 탱크 바닥부분으로부터 반사되는 레이저광을 제외하고 실제 수위(WM) 표면으로부터 반사되는 레이저광을 감지하도록 구성된다.
그리고, 상기 거리계산부(25)에는 상기 레이저광발진부(10)로부터 탱크(30)의 바닥부분까지의 거리가 입력 저장되며, 시간비행법에 의해 측정되는 거리 중에서 상기 탱크(30)의 바닥부분까지의 거리를 제외하도록 구성된다.
즉, 상기 레이저광발진부(10)로부터 발진되어 상기 레이저광감지부(20)에 의해 감지되는 레이저광을 통해 계산한 거리 중에서, 상기 거리계산부(25)에 미리 입력 저장된 탱크(30) 바닥 부분까지의 거리는 프로그램을 통해 제외하도록 구성된다.
그리하여, 탱크(30) 내부에 수용되는 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광에 기초하여 수위를 계산하도록 구성된다.
*한편, 상기 레이저광발진부(10)에는 레이저광을 확산시켜 조사하기 위한 렌즈(12)가 설치될 수 있다.
그리하여, 상기 렌즈(12)를 통해 물의 표면으로 조사되는 레이저광의 강도를 증가시키거나, 보다 넓은 범위로 레이저광이 조사되도록 함으로써, 수면으로부터 반사되는 레이저광의 조사 범위를 증대시키도록 구성된다.
그리하여, 결과적으로 맑은 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광이 약한 경우에도, 상기 렌즈(12)를 통해 애초 물의 표면으로 조사되는 레이저광의 강도 또는 범위를 증대시킴으로써, 보다 강한 레이저광이 물의 표면으로부터 반사되거나 보다 넓은 범위에서 레이저광이 반사되어 상기 레이저광감지부(20)로 입사되는 확률을 높이도록 구성된다.
또는, 상기 레이저광감지부(20)를 방사상 상기 위치 R 보다 내측에 복수 개 설치함으로써, 맑은 물의 표면으로부터 반사되는 레이저광을 감지하는 확률을 높이도록 구성될 수도 있다.
즉, 레이저광이 약한 경우에도 상기 레이저광감지부(20)의 갯수를 증가시킴으로써, 전체 레이저광감지부(20)에 의해 레이저광이 감지되는 확률을 높이도록 구성될 수도 있다.
또는, 상기 레이저광감지부(20)에 레이저광의 집속을 위한 오목 또는 볼록 렌즈(22)를 설치함으로써, 약한 레이저광의 경우에도 상기 레이저광감지부(20)가 감지할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 약한 레이저광의 경우에도 상기 레이저광감지부(20)로 입사되는 확률을 높이기 위해, 도 2 에 도시되는 바와 같이, 상기 레이저광발진부(10)의 전방에 반사거울(14, 18)을 설치한 상태에서, 모터(16)로써 반사거울(18)을 구동시킴으로써, 물 표면의 넓은 영역에 걸쳐 레이저광을 조사하도록 구성될 수도 있다.
그리하여, 레이저광이 물의 표면으로부터 반사되어 상기 레이저광감지부(20)로 입사되는 확률을 높일 수 있다.
상기 탱크(30)에는 물의 유입을 위한 유입부(32)와 유출을 위한 유출부(34)가 설치되는데, 물의 유출입 과정에서는 도 3 에 도시된 바와 같이, 수면에 불규칙한 파동이 발생된다.
이러한 경우에는 상기 수면으로 조사되는 레이저광이 넓은 영역으로 비산되고, 따라서 상기 레이저광감지부(20)로 유입되는 확률이 높아진다.
상기와 같이, 수면에 불규칙한 파동을 일으켜, 수면으로 조사되는 레이저광이 레이저광감지부(20)로 유입되는 확률을 높이기 위해, 상기 탱크(30)의 일측에 진동발생부재(36)가 설치될 수도 있다.
그리하여, 상기 진동발생부재(36)를 통해 탱크(30) 내부에 수용되는 물에 불규칙한 파동을 일으키도록 구성될 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
10: 레이저광발진부
14, 18: 반사거울
16: 구동모터
20: 레이저광감지부
25: 거리계산부
30: 탱크
36: 진동발생부재

Claims (4)

  1. 맑은 물을 저장하기 위한 탱크에 설치되어 수위를 감지하기 위한 수위감지시스템으로서,
    상기 탱크 상부에 설치되에 레이저광을 조사하는 레이저광발진부;
    상기 레이저광발진부의 전방에 설치되고 모터에 의해 회전 구동되어 맑은 물 표면의 넓은 영역에 걸쳐 레이저광을 조사하도록 하는 반사거울;
    상기 탱크 상부에 상기 레이저광발진부 쪽을 향하도록 기울어져 설치되고 레이저광의 집속을 위한 렌즈를 구비하여 상기 레이저광발진부로부터 조사된 레이저광을 감지하는 레이저광감지부; 및
    시간비행법에 의해 상기 레이저광발진부로부터 조사되어 상기 레이저광감지부에 감지된 레이저광을 통해 거리를 계산하는 거리계산부를 포함하는 레이저광을 이용한 수위감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리계산부에는 상기 레이저광발진부로부터 상기 탱크의 바닥부분까지의 거리가 입력 저장되어 시간비행법에 의해 상기 레이저광감지부에 의해 감지되는 레이저광을 계산한 거리 중에서 상기 레이저광발진부로부터 상기 탱크의 바닥부분까지의 거리를 제외하도록 하는 프로그램이 저장되는 레이저광을 이용한 수위감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저광발진부는 레이저광의 확산을 위한 렌즈를 구비하는 레이저광을 이용한 수위감지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크에 수용된 맑은 물에 불규칙한 파동을 일으키도록 상기 탱크에는 진동발생부재가 설치되는 레이저광을 이용한 수위감지 시스템.
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