KR20190082507A - Level sensor - Google Patents

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KR20190082507A
KR20190082507A KR1020180000187A KR20180000187A KR20190082507A KR 20190082507 A KR20190082507 A KR 20190082507A KR 1020180000187 A KR1020180000187 A KR 1020180000187A KR 20180000187 A KR20180000187 A KR 20180000187A KR 20190082507 A KR20190082507 A KR 20190082507A
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박광석
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세빈기술주식회사
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Abstract

The present invention relates to a level sensor comprising: a power part for supplying power; a transmitting part for radiating an ultra-high frequency signal; a receiving part which receives a reflected signal reflected from the transmitting part by the ultra-high frequency signal radiated from the transmitting part and returned to an object; and a control part for measuring a level by converting a time difference between the radiated signal of the transmitting part and the reflected signal received from the receiving part into a distance. Therefore, an objective of the present invention is to provide the level sensor which is small in size and can measure an object level of a long distance using an ultra-high frequency signal.

Description

레벨센서{Level sensor} Level sensor {Level sensor}

본 발명은 레벨센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초고주파 신호를 이용하여 대상물의 레벨을 측정하는 레벨센서에 관한 것이다.The present invention relates to a level sensor, and more particularly, to a level sensor for measuring a level of an object using a very high frequency signal.

일반적으로 초음파 센서는 20㎑~300MHz의 고주파수 대역 음파를 이용하여 물체의 위치나 거리를 감지하는 센서로서, 대상물에 초음파를 발사하여 그에 반사되어 되돌아온 반사파를 수신하는 원리를 이용한 것으로 하천의 수위계, 저장 용기의 용량계 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.Generally, an ultrasonic sensor is a sensor that detects the position or distance of an object by using a high frequency band sound wave of 20 kHz to 300 MHz. It uses a principle of emitting ultrasonic waves to an object and receiving reflected waves reflected therefrom. It is used in various fields such as container capacity meter.

초음파는 음속으로 파장이 진행되고 반사면에 부딪힌 후 같은 속도로 되돌아오기 때문에 초음파 발사 후 반사되어 되돌아온 반사파의 수신되는 시간에 음속을 곱한 후 2로 나누면 거리로 환산된다.Since the ultrasonic wave propagates at the speed of sound and collides with the reflection surface and then returns to the same speed, it is converted into the distance by multiplying the sound speed by the reception time of the reflected wave reflected after the ultrasonic emission and dividing by 2.

그러나, 이러한 종래의 초음파 센서는 크기가 크고 탐지 거리가 짧아 먼 거리에 있는 대상물의 레벨을 측정하기 어려운 문제점이 있다. However, such a conventional ultrasonic sensor has a problem in that it is difficult to measure the level of an object at a long distance because of its large size and short detection distance.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 크기가 작고 초고주파 신호를 이용하여 먼 거리의 대상물 레벨을 측정할 수 있는 레벨센서를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a level sensor which is small in size and can measure an object level at a long distance using a very high frequency signal.

또한, 본 발명의 다른 목적은 대상물의 레벨에 대한 안정적인 검출로 측정의 신뢰성을 높일 수 있는 레벨센서를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a level sensor capable of increasing the reliability of measurement by stably detecting the level of an object.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벨센서는 전원을 공급하는 전원부; 초고주파 신호를 방사하는 송신부; 상기 송신부로부터 방사된 초고주파 신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하는 수신부; 및 상기 송신부의 방사 신호와 수신부에서 수신한 반사 신호의 시간차를 거리로 환산하여 레벨을 측정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a level sensor comprising: a power supply unit for supplying power; A transmitter for radiating a very high frequency signal; A receiving unit for receiving a reflected signal reflected from an object by a very high frequency signal radiated from the transmitting unit; And a controller for measuring a level by converting a time difference between the radiation signal of the transmission unit and the reflection signal received by the reception unit into a distance.

상기 송신부는 초고주파 신호를 연속적으로 생성하는 국부신호 발생부; 및 상기 국부신호 발생부에 의해 생성된 초고주파 신호를 외부로 방사하는 송신안테나;를 포함하고, 상기 국부신호 발생부는 주파수 신호를 생성하는 진동자; 상기 진동자로부터 발생된 기준 주파수 신호를 감쇄하여 감쇄변조신호를 생성하는 감쇄기; 상기 감쇄기를 통해 감쇄된 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭기의 출력 신호에 기초하여 공급되는 저역 주파수 성분을 필터링하는 제1 저역필터; 상기 제1 저역필터 신호의 주파수와 동일한 주파수의 안정된 발진을 출력하는 위상고정루프; 상기 위상고정루프의 출력 전압을 증폭하는 제2 증폭기; 상기 제2 증폭기를 통해 증폭한 전압을 발진하여 초고주파 신호를 생성하는 전압제어 발진기; 및 상기 전압제어 발진기에 의해 생성된 초고주파 신호의 주파수를 분배하는 분배기;를 포함할 수 있다. The transmitter includes a local signal generator for continuously generating a very high frequency signal; And a transmission antenna for radiating a very high frequency signal generated by the local signal generator to the outside, wherein the local signal generator comprises: a vibrator for generating a frequency signal; An attenuator for attenuating a reference frequency signal generated from the vibrator to generate an attenuated modulated signal; A first amplifier for amplifying the attenuated signal through the attenuator; A first low-pass filter for filtering a low-frequency component supplied based on an output signal of the first amplifier; A phase locked loop outputting a stable oscillation having the same frequency as the frequency of the first low pass filter signal; A second amplifier for amplifying an output voltage of the phase locked loop; A voltage controlled oscillator for oscillating a voltage amplified through the second amplifier to generate a very high frequency signal; And a divider for dividing the frequency of the very high frequency signal generated by the voltage controlled oscillator.

상기 수신부는 상기 송신부의 송신안테나로부터 방사된 초고주파 신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하는 수신안테나; 상기 수신안테나로부터 출력되는 반사 신호를 주파수 혼합부로 전달하기 위한 증폭하는 저잡음증폭기; 상기 주파수 혼합부로부터 출력되는 중간주파수 신호를 증폭하는 제3 증폭기; 상기 제3 증폭기를 통해 출력되는 중간주파수 신호에서 중간주파수 이외의 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 제2 저역필터; 및 상기 제2 저역필터의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기;를 포함할 수 있다.Wherein the receiving unit includes: a receiving antenna for receiving a reflected signal reflected from a target by a very high frequency signal radiated from a transmitting antenna of the transmitting unit; A low noise amplifier for amplifying a reflection signal output from the reception antenna to transmit the reflection signal to a frequency mixing unit; A third amplifier for amplifying an intermediate frequency signal output from the frequency mixing unit; A second low pass filter for filtering a signal corresponding to a frequency band other than the intermediate frequency from the intermediate frequency signal output through the third amplifier; And an A / D converter for converting an analog signal of the second low pass filter into a digital signal.

상기와 같이, 본 발명에 따르면 크기가 작고 초고주파 신호를 이용하여 먼 거리의 대상물 레벨을 정확히 측정하여 신뢰성을 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to accurately measure an object level at a long distance by using a small-sized and high-frequency signal, thereby improving reliability.

도 1은 본 발명에 따른 레벨센서의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a level sensor according to the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 레벨센서에 대하여 설명한다.Hereinafter, a level sensor according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명에 따른 레벨센서의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a level sensor according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레벨센서는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 전원을 공급하는 전원부(100)와, 초고주파 신호를 외부로 방사하는 한편, 초고주파 신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하여 중간주파수 신호를 출력하는 센서부(1000)와, 상기 센서부(1000)부터 출력되는 신호를 수신하고 내장된 소프트웨어와의 상호작용에 의해 신호를 처리하여 그 결과를 토대로 대상물의 레벨을 측정하는 제어부(400)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a level sensor according to the present invention includes a power supply unit 100 for converting an AC power source to a DC power source and supplying power to the power source unit 100, a high- And outputs the intermediate frequency signal. The signal processing unit 1000 receives a signal output from the sensor unit 1000, processes the signal by interaction with the embedded software, and outputs the level of the object based on the result And a control unit 400 for measuring the temperature.

상기 센서부(1000)는 고주파 신호를 방사하는 송신부(200)와, 상기 송신부(200)에서 방사된 초고주파 신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하는 수신부(300)를 포함한다. The sensor unit 1000 includes a transmitter 200 that emits a high frequency signal and a receiver 300 that receives the reflected signal reflected by the object and reflected by the object.

상기 송신부(200)는 초고주파 신호를 연속적으로 생성하는 위상고정루프(Phase Locked Loop: PLL) 방식의 국부신호 발생부(210)와, 상기 국부신호 발생부(210)에 의해 생성된 초고주파 신호를 외부로 방사하는 송신안테나(220)를 포함한다. The transmitter 200 includes a local signal generator 210 of a phase locked loop (PLL) scheme for continuously generating a very high frequency signal, and a transmitter 220 for transmitting the ultra high frequency signal generated by the local signal generator 210 to the outside (Not shown).

여기서, 상기 국부신호 발생부(210)는 기준 주파수 신호를 생성하는 진동자(211)와, 상기 진동자(211)로부터 발생된 기준 주파수 신호를 감쇄하여 감쇄변조신호를 생성하는 감쇄기(212)와, 상기 감쇄기(212)를 통해 감쇄된 신호를 증폭하는 제1 증폭기(213)와, 상기 제1 증폭기(213)의 출력 신호에 기초하여 공급되는 저역 주파수 성분을 필터링하는 제1 저역필터(214)와, 상기 제1 저역 필터(214) 신호의 주파수와 동일한 주파수의 안정된 발진을 출력하는 위상고정루프(215)와, 상기 위상고정루프(215)의 출력 전압을 증폭하는 제2 증폭기(216)와, 상기 제2 증폭기(216)를 통해 증폭한 전압을 발진하여 초고주파 신호를 생성하는 전압제어 발진기(217)와, 상기 전압제어 발진기(217)에 의해 생성된 초고주파 신호의 주파수를 분배하는 분배기(218)를 포함한다. The local signal generator 210 includes a vibrator 211 for generating a reference frequency signal, an attenuator 212 for attenuating the reference frequency signal generated from the vibrator 211 to generate an attenuated modulated signal, A first amplifier 213 for amplifying an attenuated signal through an attenuator 212, a first low-pass filter 214 for filtering a low-frequency component supplied based on an output signal of the first amplifier 213, A phase locked loop 215 for outputting stable oscillation having the same frequency as the frequency of the first low pass filter 214, a second amplifier 216 for amplifying the output voltage of the phase locked loop 215, A voltage controlled oscillator 217 for generating a very high frequency signal by oscillating the voltage amplified through the second amplifier 216 and a divider 218 for distributing the frequency of the very high frequency signal generated by the voltage controlled oscillator 217 .

한편, 상기 국부신호 발생부(210)의 동작을 살펴보면, 진동자(211)에서 발생한 10MHz의 기준 주파수 신호는 위상고정루프(215)에 의해 출력된 전압을 증폭기(216)로 증폭하여 전압제어 발진기(217)를 통해 24.16GHz의 초고주파 신호로 생성되어 출력된다. 이때, 24.16GHz의 정확한 주파수를 갖는 초고주파 신호를 출력하기 위한 피드백 신호를 제공하기 위해 전압제어 발진기(217)를 통해 출력되는 초고주파 신호의 주파수에 대하여 1/6로 분주하여 1.51GHz의 주파수를 갖는 신호를 생성한다.The reference frequency signal of 10 MHz generated in the oscillator 211 is amplified by the amplifier 216 by the voltage output from the phase locked loop 215 and then supplied to the voltage controlled oscillator 217) and output as a 24.16 GHz high frequency signal. At this time, in order to provide a feedback signal for outputting a very high frequency signal having a precise frequency of 24.16 GHz, the frequency of the very high frequency signal outputted through the voltage controlled oscillator 217 is divided by 1/6 to obtain a signal having a frequency of 1.51 GHz .

상기 수신부(300)는 송신안테나(210)로부터 방사된 초고주파 신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하는 수신안테나(310)와, 상기 수신안테나로부터 출력되는 반사 신호를 주파수 혼합부로 전달하기 위한 증폭하는 저잡음증폭기(320)와, 상기 주파수 혼합부(330)로부터 출력되는 중간주파수 신호를 증폭하는 제3 증폭기(341)와, 상기 제3 증폭기(341)를 통해 출력되는 중간주파수 신호에서 중간주파수 이외의 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 제2 저역필터(342)와, 상기 제2 저역필터(342)의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(350)를 포함한다. 여기서, 상기 주파수 혼합부(330)는 국부신호 발생부(210)에 의해 생성된 초고주파 신호를 분배기(218)에서 분배한 신호와 수신안테나(310)를 통해 수신된 반사 신호를 혼합한다.The receiving unit 300 includes a receiving antenna 310 for receiving a reflected signal reflected from an object by a microwave signal radiated from the transmitting antenna 210 and an amplifying unit 310 for transmitting a reflected signal output from the receiving antenna to a frequency mixing unit A third amplifier 341 for amplifying an intermediate frequency signal outputted from the frequency mixer 330 and a second amplifier 342 for amplifying an intermediate frequency signal outputted from the third amplifier 341, A second low pass filter 342 for filtering a signal corresponding to a frequency band of the second low pass filter 342 and an A / D converter 350 for converting an analog signal of the second low pass filter 342 into a digital signal. The frequency mixer 330 mixes a signal obtained by dividing the super-high frequency signal generated by the local signal generator 210 by the splitter 218 with a signal received through the receive antenna 310.

상기 제어부(400)는 송신부(200)의 방사 신호와 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하는 송신부(200)의 신호의 시간차를 계산하여 거리로 환산하여 레벨을 측정할 수 있다.The control unit 400 may calculate a time difference between signals of the transmitter 200 receiving the reflection signal reflected by the object 200 and the reflection signal of the transmitter 200, and measure the level by converting the distance.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

100: 전원부 200: 송신부
210: 국부신호 발생부 220: 송신안테나
300: 수신부 310: 수신안테나
330: 주파수 혼합부 400: 제어부
1000: 센서부100: power supply unit 200:
210: Local signal generator 220: Transmission antenna
300: Receiving unit 310: Receiving antenna
330: frequency mixing unit 400:
1000:

Claims (3)

전원을 공급하는 전원부;
초고주파 신호를 방사하는 송신부;
상기 송신부로부터 방사된 초고주파 신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하는 수신부; 및
상기 송신부의 방사 신호와 수신부에서 수신한 반사 신호의 시간차를 거리로 환산하여 레벨을 측정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨센서.A power supply for supplying power;
A transmitter for radiating a very high frequency signal;
A receiving unit for receiving a reflected signal reflected from an object by a very high frequency signal radiated from the transmitting unit; And
And a controller for measuring a level by converting a time difference between the radiation signal of the transmitter and the reflection signal received by the receiver into a distance. 제1항에 있어서,
상기 송신부는,
초고주파 신호를 연속적으로 생성하는 국부신호 발생부; 및
상기 국부신호 발생부에 의해 생성된 초고주파 신호를 외부로 방사하는 송신안테나;를 포함하고,
상기 국부신호 발생부는,
주파수 신호를 생성하는 진동자;
상기 진동자로부터 발생된 기준 주파수 신호를 감쇄하여 감쇄변조신호를 생성하는 감쇄기;
상기 감쇄기를 통해 감쇄된 신호를 증폭하는 제1 증폭기;
상기 제1 증폭기의 출력 신호에 기초하여 공급되는 저역 주파수 성분을 필터링하는 제1 저역필터;
상기 제1 저역필터 신호의 주파수와 동일한 주파수의 안정된 발진을 출력하는 위상고정루프;
상기 위상고정루프의 출력 전압을 증폭하는 제2 증폭기;
상기 제2 증폭기를 통해 증폭한 전압을 발진하여 초고주파 신호를 생성하는 전압제어 발진기; 및
상기 전압제어 발진기에 의해 생성된 초고주파 신호의 주파수를 분배하는 분배기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨센서.The method according to claim 1,
The transmitter may further comprise:
A local signal generator for continuously generating a very high frequency signal; And
And a transmission antenna for radiating the microwave signal generated by the local signal generator to the outside,
Wherein the local signal generator comprises:
A vibrator for generating a frequency signal;
An attenuator for attenuating a reference frequency signal generated from the vibrator to generate an attenuated modulated signal;
A first amplifier for amplifying the attenuated signal through the attenuator;
A first low-pass filter for filtering a low-frequency component supplied based on an output signal of the first amplifier;
A phase locked loop outputting a stable oscillation having the same frequency as the frequency of the first low pass filter signal;
A second amplifier for amplifying an output voltage of the phase locked loop;
A voltage controlled oscillator for oscillating a voltage amplified through the second amplifier to generate a very high frequency signal; And
And a divider for dividing the frequency of the very high frequency signal generated by the voltage controlled oscillator. 제1항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 송신부의 송신안테나로부터 방사된 초고주파 신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신하는 수신안테나;
상기 수신안테나로부터 출력되는 반사 신호를 주파수 혼합부로 전달하기 위한 증폭하는 저잡음증폭기;
상기 주파수 혼합부로부터 출력되는 중간주파수 신호를 증폭하는 제3 증폭기;
상기 제3 증폭기를 통해 출력되는 중간주파수 신호에서 중간주파수 이외의 주파수 대역에 해당하는 신호를 필터링하는 제2 저역필터; 및
상기 제2 저역필터의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨센서. The method according to claim 1,
The receiver may further comprise:
A receiving antenna for receiving a reflected signal reflected from an object by a very high frequency signal radiated from a transmitting antenna of the transmitting unit;
A low noise amplifier for amplifying a reflection signal output from the reception antenna to transmit the reflection signal to a frequency mixing unit;
A third amplifier for amplifying an intermediate frequency signal output from the frequency mixing unit;
A second low pass filter for filtering a signal corresponding to a frequency band other than the intermediate frequency from the intermediate frequency signal output through the third amplifier; And
And an A / D converter for converting an analog signal of the second low pass filter into a digital signal.
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