KR20200113377A - 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템 - Google Patents

초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템 Download PDF

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KR20200113377A
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Abstract

기체상태의 가스 유량에 사용하는 방법 중 초음파를 이용하여 전달시간을 측정함으로써 시간차를 이용해 유속을 측정하는 방식을 가스 유량측정에 도입하여 가스 유량을 측정하는 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템은, 가스가 이송되는 유량 측정관; 유량 측정관에 마련되어, 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서; 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산하는 프로세서; 및 가스 유량의 연산 결과를 AMI 관리 서버에 전송하는 통신부;를 포함한다. 이에 의해, 가스 유량의 측정 결과에 높은 정확도를 확보하되, 가스 유량 측정 과정에서 저전력 운영을 할 수 있다. 그리고, 초음파를 이용하여 가스 유량을 측정하되, 초음파 전송 경로가 연장되도록 하며, 가스의 흐름이 일정하게 유지되도록 하고, 초음파 신호의 왜곡을 방지할 수 있다.

Description

초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템{Method and System for measuring ultrasonic smart gas meter}
본 발명은 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체상태의 가스 유량에 사용하는 방법 중 초음파를 이용하여 전달시간을 측정함으로써 시간차를 이용해 유속을 측정하는 방식을 가스 유량측정에 도입하여 가스 유량을 측정하는 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템에 관한 것이다.
종래에는 가정용 가스, 수도, 난방 등의 가스 측정용으로 사용되고 있는 계량기로 저가형 기계식(다이어프램식) 계량기가 널리 사용되고 있다.
이러한 기계식 계량기는 부피단위로 사용량을 계량하는 방식으로 이미 도입 된지 30년 이상 지난 기술로 더 이상의 성능 개선이 이루어지지 않아, 정확도 개선 및 첨단 IoT 융합기술 적용이 어렵다는 한계점이 존재한다.
또한, 다이어프램 기계식 계량기의 경우, 구조적 한계로 인한 측정 정밀도 및 시간이 지남에 따라 계량오차의 증가하는 내구성의 문제점이 존재한다.
반면, 초음파 기반의 전자식 계량기는 정밀 유량측정, 순간유량측정을 통한 효율적 관리나 검침 데이터 분석 활용이 가능하다.
구체적으로, 초음파 기반의 전자식 계량기에서 이용되는 유량 측정방법에는 위상차 측정방식과 일반적으로 많이 사용하는 시간차 측정방식이 있는데, 이중 시간차 측정방식은 가스를 가로지르는 한 쌍의 마주보는 센서를 구성하고, 이를 서로 발사 및 수신 센서로 사용하여 가스의 유속에 따라 각각의 시간을 측정하여 이를 비교함으로써 유속을 측정한 후에 단면적을 곱하여 유량으로 환산하는 방식으로, 이러한 시간차 측정방식을 이용하는 전자식 계량기는, 기계적 구동부가 없는 간단 구조로 인하여 높은 정밀성 뿐만 아니라 내구수명이 뛰어난 장점이 존재하나, 시간차를 측정하는데 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 초음파 센서의 위치를 대각선 방향으로 마주보도록 하는 방법을 사용하는데, 이는 센서 간의 거리가 충분하지 못하여 저유량대에서의 측정이 어렵다는 문제점이 존재한다.
또한, 종래의 초음파 기반의 전자식 계량기는 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여, 가스사의 운영관리 서버에 전달하는데, 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정에서 배터리 전원의 소비량이 커 저전력 운영이 어렵다는 문제점이 존재한다.
따라서, 초음파 기반의 가스 유량 측정시, 높은 정확도를 확보하되, 저전력 운영이 가능한 방안의 모색이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 가스 유량의 측정 결과에 높은 정확도를 확보하되, 가스 유량 측정 과정에서 저전력 운영이 가능하도록, 이송되는 가스를 통과한 초음파 신호를 수신하여, 기준 값 이상의 신호 레벨의 검출 결과 및 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 측정하는 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 가스의 유량 측정관의 구조를 개선하여, 초음파를 이용하여 가스 유량을 측정하되, 초음파 전송 경로가 연장되도록 하며, 가스의 흐름이 일정하게 유지되도록 하고, 초음파 신호의 왜곡을 방지하는 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 초음파 스마트 가스미터 측정시스템은, 가스가 이송되는 유량 측정관; 유량 측정관에 마련되어, 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서; 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산하는 프로세서; 및 가스 유량의 연산 결과를 AMI 관리 서버에 전송하는 통신부;를 포함한다.
그리고 프로세서는, 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하는 비교기; 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Alog-Digital Converter); 및 기준 값 이상의 신호 레벨의 검출 결과와 디지털 신호를 기반으로 가스 유량을 연산하는 MCU(Micro Controller Unit);를 포함할 수 있다.
또한, 프로세서는, 비교기와 ADC를 함께 동작하도록 하되, 저전력 동작을 위하여, 비교기에서 기준 값 이상의 신호 레벨 검출 시, ADC가 동작하도록 할 수 있다.
그리고 프로세서는, 신호 왜곡 방지를 위해, 비교기가 수신된 초음파 신호의 첫 번째 신호는 배제하고, 두 번째 신호 또는 그 이후의 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하도록 할 수 있다.
또한, 프로세서는, 제한된 배터리 전원을 안정적으로 이용하기 위해, 초음파 신호를 송수신하는 동안에 통신부의 동작이 제한되도록 하고, 가스 유량의 연산 결과를 전송하는 동안에 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서의 동작이 제한되도록 할 수 있다.
그리고 프로세서는, 가스 유량의 연산 결과를 기반으로 가스 사용시, 초음파 신호를 송수신하는 빈도(frequency)가 가스 미사용시 보다 증가하도록 할 수 있다.
또한, 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서는, 초음파의 전송 경로가 연장되도록, 유량 측정관의 일측에 나란하게 마련되어, 각각의 트랜스듀서가 초음파 신호를 유량 측정관의 내측면을 향해 송신하고, 내측면에 반사된 초음파 신호를 각각 수신하되, 초음파 신호의 왜곡을 방지하도록, 초음파 신호의 굴절각 및 반사각이 45°를 유지하도록 할 수 있다.
그리고 유량 측정관은, 모서리 부분을 거쳐 이송되는 가스의 흐름이 일정하게 유지되도록, 모서리 부분의 단면 형상이 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 프로세서는, 보안 키가 내장된 보안모듈이 구비되어, 가스 유량이 연산되면, 연산 결과를 암호화할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 스마트 가스미터 측정방법은, 이송되는 가스에 초음파 신호를 송신 및 수신하는 단계; 및 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 스마트 가스미터 측정시스템은, 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서; 및 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산하는 프로세서;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 스마트 가스미터 측정방법은, 이송되는 가스에 초음파 신호를 송신 및 수신하는 단계; 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하는 단계; 기준 값 이상의 신호 레벨 검출 시, 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 기준 값 이상의 신호 레벨의 검출 결과 및 디지털 신호를 기반으로 가스 유량을 연산하는 단계;를 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 가스 유량의 측정 결과에 높은 정확도를 확보하되, 가스 유량 측정 과정에서 저전력 운영을 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예들에 따르면, 초음파를 이용하여 가스 유량을 측정하되, 초음파 전송 경로가 연장되도록 하며, 가스의 흐름이 일정하게 유지되도록 하고, 초음파 신호의 왜곡을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템을 설명하기 위해 제공된 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 제공된 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기를 이용하여 수신된 초음파 신호를 검출하는 과정을 설명하기 위해 제공된 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ADC를 이용하여 수신된 초음파 신호를 검출하는 과정을 설명하기 위해 제공된 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서 간의 초음파 신호의 송수신 시간차를 설명하기 위해 제공된 도면,
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교기 및 ADC를 복합적으로 이용하여 수신된 초음파 신호를 검출하는 과정을 설명하기 위해 제공된 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호의 신호처리 알고리즘을 설명하기 위해 제공된 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호의 송수신 동작과 연산 결과의 송신 동작의 스케줄링 과정을 설명하기 위해 제공된 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호의 송수신 경로를 설명하기 위해 제공된 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 측정관의 구조를 설명하기 위해 제공된 도면, 그리고
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정방법을 설명하기 위해 제공된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템을 설명하기 위해 제공된 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템은 가스 유량의 측정 결과에 높은 정확도를 확보하되, 가스 유량 측정 과정에서 저전력 운영이 가능하도록 할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템은, 유량 측정관(10), 제1 트랜스듀서(100), 제2 트랜스듀서(200), 프로세서(300), 통신부(400), 온도센서(500) 및 압력센서(600)를 포함할 수 있다.
유량 측정관(10)은, 가스가 이송되도록 하며, 일측에 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)가 마련되어, 이송되는 가스를 향해 초음파 신호를 송신할 수 있다.
제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)는 초음파 신호를 송수신하는 초음파 센서로서, 유량 측정관(10)의 일측에 나란히 마련되어, 각각 유량 측정관(10)의 내측면을 향해 초음파 신호를 송신하고, 내측면에 반사된 초음파 신호를 수신하는 방식으로 초음파 신호를 서로 간에 송수신할 수 있다.
프로세서(300)는, 수신된 초음파 신호를 신호처리하여 가스 유량을 연산할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(300)는, 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하고, 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여, 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산할 수 있다.
통신부(400)는, AMI(advanced metering infrastructure) 관리 서버와 통신 연결되어, 데이터를 송수신하는 통신 수단으로, 가스 유량의 연산 결과를 AMI 관리 서버에 전달할 수 있다.
온도센서(500) 및 압력센서(600)는 유량 측정관(10)의 내부 온도 및 내부 압력을 측정하여, 프로세서(300)에 전달할 수 있으며, 프로세서(300)는, 내부 온도 및 내부 압력에 대한 데이터를 유량 측정관(10) 내부의 가스 유속 및 가스 유량 연산시 반영하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 제공된 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 프로세서(300)는, 초음파 센서 인터페이스(310), 아날로그 필터(320), 비교기(330), ADC(340), DSP(350), TDC(360), MCU(370), 센서 인터페이스(380) 및 보안모듈(390)을 포함할 수 있다.
초음파 센서 인터페이스(310)는, 구동 회로 및 증폭 회로가 구비되어, 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)가, 기설정된 스케줄에 따라 주기적으로 서로 간에 초음파 신호를 송수신하도록 할 수 있다.
아날로그 필터(320)는, 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)를 통해 수신된 초음파 신호를 필터링하여, 비교기(330) 및 ADC(340)에 전달할 수 있다.
비교기(330)는, 도 4에 도시된 바와 같이 초음파 신호에 대하여 기준 값(Comp1~comp4) 이상의 신호 레벨(피크)을 검출할 수 있다.
일반적으로, 초음파 신호는 현장설치 등의 환경적 요인에 따라 70% 정도의 신호는 정상적이나, 30% 정도의 신호는 감쇄나 왜곡이 발생하게 되는데, 비교기(330)는, 초음파 신호 검출시, 소비 전력이 적어 저전력 운영이 가능하나, 초음파 신호가 변형(감쇄나 왜곡)되었을 시에, 초음파 신호의 검출이 어렵다는 단점이 존재한다.
ADC(340)는, 도 5에 도시된 바와 같이 초음파 신호의 형상을 검출하여 초음파 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이때, ADC(340)는, 최소 4배 정도의 샘플링이 필요하며, 비교기(330)에 비하여, 정밀한 신호처리가 가능하나, 소비 전력이 비교기(330)에 비해 상대적으로 크다는 단점이 존재한다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 비교기(330) 및 ADC(340)를 이용하여, 가스 유량을 연산하되, ADC(340)의 동작을 제한하여, 소비 전력이 절감되도록 한다.
DSP(350)는, 비교기(330)를 통해 검출된 기준 값 이상의 신호 레벨의 검출 결과와 ADC(340)를 통해 변환된 디지털 신호를 조합하여 신호처리하고, 신호의 영점을 안정화시키고, TDC(360)에 전달할 수 있다.
TDC(360)는, DSP(350)로부터 신호처리된 결과를 수신하여, 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200) 간의 초음파 신호의 송수신 시간차(T1)를 검출할 수 있다.
이때, 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)는, 기설정된 스케줄에 따라 초음파 신호를 송신하기 때문에, TDC(360)는, 초음파 신호의 송신 시간을 확인할 수 있어, 도 6에 도시된 바와 같이 송신 시간과 초음파 신호를 수신한 수신 시간의 시간차를 산출할 수 있다.
MCU(370)는 가스 속도 및 가스 유량 연산할 수 있으며, 가스 속도 및 가스 유량 연산 시, 내부 온도 및 내부 압력에 대한 데이터를 반영할 수 있으며, 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)의 동작 여부, 가스 밸브의 개폐 여부 및 통신부(400)를 제어할 수 있다.
예를 들면, MCU(370)는, TDC(360)로부터 수신되는 초음파 신호의 송신 시간, 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 디지털 신호를 기반으로 가스 속도 및 가스 유량(순간 유량 또는 전산 유량)을 연산할 수 있다.
구체적으로, MCU(370)는, 도 7에 도시된 바와 같이 비교기(330)와 ADC(340)가 함께 동작하도록 하여, 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 디지털 신호를 획득하고, 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 디지털 신호를 복합적으로 이용하여 가스 유량을 연산할 수 있다.
그리고 MCU(370)는, 저전력 동작을 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이 비교기(330)와 ADC(340)를 함께 동작하도록 하되, 비교기(330)와 ADC(340)의 동작 시간을 제한할 수 있다.
구체적으로, MCU(370)는, 저전력 동작을 위하여, 초음파 신호의 송신 후, 수신 시간의 예상시간(T2) 이후에, 비교기(330)만 동작하도록 하고, 수신 시간의 예상시간(T2) 이후, 비교기(330)에서 기준 값 이상의 신호 레벨 검출 시, 비교기(330)는 동작 상태를 유지하고, ADC(340)가 동작하도록 할 수 있다.
그리고 이때, MCU(370)는, 신호 왜곡 방지를 위해, 도 9에 도시된 바와 같이 비교기(330)가 수신된 초음파 신호의 첫 번째 신호는 배제하고, 두 번째 신호 또는 그 이후의 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하도록 할 수 있다.
즉, MCU(370)는, 초음파 신호의 첫번째 굴곡신호는 반사의 영향으로 왜곡될 우려가 있어, 첫 번째 도착한 신호가 아닌, 두 번째 혹은 그 이후의 신호를 감지하여 이를 시간측정의 기준으로 하여, 신호 왜곡을 방지할 수 있다.
또한, MCU(370)는, 유량측정을 위하여 1~3초에 한번 초음파 신호를 송수신하여 순간 유량값 및 적산유량을 연산할 수 있으며, 통신부(400)를 통해, 무선통신 방식으로 원격검침을 수행할 경우, 제한된 배터리 전원이 불안정해 질 수 있어, 이를 방지하고, 제한된 배터리 전원을 안정적으로 이용하기 위해, 도 10에 도시된 바와 같이 초음파 신호를 송수신하는 동안에 데이터를 전송하는 통신부(400)의 동작이 제한되도록 스케줄링하고, 가스 유량의 연산 결과를 전송하는 동안에 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)의 동작이 제한되도록 스케줄링할 수 있다.
예를 들면, MCU(370)는, 통신부(400)가 LoRa 통신을 이용하여, 데이터를 전송하는 경우, 데이터 전송에 3초 이상이 소요됨으로 통신부(400)의 동작 시간과 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)의 동작 시간이 겹치지 않게 스케줄링할 수 있다.
그리고 MCU(370)는, 가스 유량의 연산 결과를 기반으로 가스 사용시, 초음파 신호를 송수신하는 빈도(frequency)가 가스 미사용시 보다 증가하도록 하여, 가스 사용시 정밀한 가스 유량 및 가스 유속의 측정이 가능하도록 하되, 가스 미사용시, 배터리의 전원 소모가 절감되도록 할 수 있다.
센서 인터페이스(380)는, 온도센서(500) 및 압력센서(600)에 연결되어, 온도센서(500) 및 압력센서(600)로부터 유량 측정관(10)의 내부 온도 및 내부 압력에 대한 데이터를 수신하여, MCU(370)에 전달할 수 있다.
보안모듈(390)은, MCU(370)에 의해, 연산된 가스 유량 및 유속에 대한 데이터를 암호화할 수 있다. 이때, 보안모듈(390)에 내장된 보안 키와 AMI 관리 서버에 내장된 보안 키는 서로 대응되도록 마련되어, 암호화된 데이터가 AMI 관리 서버에서 복호화되도록 할 수 있다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호의 송수신 경로를 설명하기 위해 제공된 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 측정관(10)의 구조를 설명하기 위해 제공된 도면이다. 구체적으로, 도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 측정관(10)의 일측에 마련된 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)를 정면에서 바라본 모습이 도시된 도면이고, 도 11b는 평면에서 바라본 모습이 도시된 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정시스템은, 초음파를 이용하여 가스 유량을 측정하되, 초음파 전송 경로가 연장되도록 하며, 가스의 흐름이 일정하게 유지되도록 하고, 초음파 신호의 왜곡을 방지할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)는, 도 11a 내지 도 11b에도 도시된 바와 같이, 초음파의 전송 경로가 연장되도록 하기 위해, 유량 측정관(10)의 일측에 나란하게 마련되고, 각각의 트랜스듀서가 초음파 신호를 유량 측정관(10)의 내측면을 향해 송신하고, 내측면에 반사된 초음파 신호를 각각 수신할 수 있다.
이때, 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)는, 초음파 신호의 굴절각 및 반사각이 45°를 유지하도록, 반사 횟수를 제한하여, 초음파 신호의 왜곡을 방지할 수 있다.
유량 측정관(10)은, 도 12에 도시된 바와 같이 내측면의 단면이 직사각형으로 구성되어, 초음파 신호의 굴절각 및 반사각이 동일하게 형성되면서, 초음파 신호를 반사할 수 있도록 하고,
이를 통해, 각각의 트랜스듀서의 설치방향 및 초음파 신호의 송수신 경로의 굴절각 및 반사각이 45°인 V형태로 구성되어, 시간측정 경로가 연장되고, 내부에 흐르는 가스에 대한 측정 면적이 증가하여, 보다 정확한 가스 유량의 측정이 가능하도록 할 수 있다.
그리고 유량 측정관(10)은, 단면의 모양이 직사각 형상일 경우(A), 모서리에서 유량이 매끄럽지 않기 때문에 측정 정확도에 영향을 줄 수 있어, 이에 단면의 모서리를 둥글게 처리하여(B), 유체의 흐름이 매끄럽게 이루어 지도록 할 수 있다.
즉, 유량 측정관(10)은, 내측면의 단면이 직사각형으로 구성되되, 모서리 부분의 단면 형상만 곡면으로 형성되어(B), 모서리 부분을 거쳐 이송되는 가스의 흐름이 일정하게 유지되도록 하는 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정방법을 설명하기 위해 제공된 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스마트 가스미터 측정방법은, 제1 트랜스듀서(100) 및 제2 트랜스듀서(200)가 서로 간에 초음파 신호를 송수신하고(S1310, S1315), 수신된 각각의 초음파 신호에 대한 데이터를 프로세서(300)에 전달할 수 있다(S1320, S1325).
각각의 초음파 신호에 대한 데이터가 수신되면, 프로세서(300)는, 수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하고(S1330), 기준 값 이상의 신호 레벨 검출 시, 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하여(S1340), 기준 값 이상의 신호 레벨의 검출 결과 및 디지털 신호를 기반으로 가스 속도 및 가스 유량을 연산할 수 있다(S1350).
또한, 연산된 가스 속도 및 가스 유량에 대한 데이터는 암호화되어, 통신부(400)를 통해, AMI 관리 서버에 전송될 수 있다. 이를 통해, 가스 유량의 측정 결과에 높은 정확도를 확보하되, 가스 유량 측정 과정에서 저전력 운영을 할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 유량 측정관
100 : 제1 트랜스듀서
200 : 제2 트랜스듀서
300 : 프로세서
310 : 초음파 센서 인터페이스
320 : 아날로그 필터
330 : 비교기
340 : ADC(Alog-Digital Converter)
350 : DSP(Digital Signal Processor)
360 : TDC(Time to Digital Converter)
370 : MCU(Micro Controller Unit)
380 : 센서 인터페이스
390 : 보안모듈
400 : 통신부
500 : 온도센서
600 : 압력센서

Claims (12)

  1. 가스가 이송되는 유량 측정관;
    유량 측정관에 마련되어, 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서;
    수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산하는 프로세서; 및
    가스 유량의 연산 결과를 AMI 관리 서버에 전송하는 통신부;를 포함하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    프로세서는,
    수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하는 비교기;
    수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Alog-Digital Converter); 및
    기준 값 이상의 신호 레벨의 검출 결과와 디지털 신호를 기반으로 가스 유량을 연산하는 MCU(Micro Controller Unit);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    프로세서는,
    비교기와 ADC를 함께 동작하도록 하되, 저전력 동작을 위하여, 비교기에서 기준 값 이상의 신호 레벨 검출 시, ADC가 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    프로세서는,
    신호 왜곡 방지를 위해, 비교기가 수신된 초음파 신호의 첫 번째 신호는 배제하고, 두 번째 신호 또는 그 이후의 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    프로세서는,
    제한된 배터리 전원을 안정적으로 이용하기 위해, 초음파 신호를 송수신하는 동안에 통신부의 동작이 제한되도록 하고, 가스 유량의 연산 결과를 전송하는 동안에 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서의 동작이 제한되도록 하는 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    프로세서는,
    가스 유량의 연산 결과를 기반으로 가스 사용시, 초음파 신호를 송수신하는 빈도(frequency)가 가스 미사용시 보다 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서는,
    초음파의 전송 경로가 연장되도록, 유량 측정관의 일측에 나란하게 마련되어, 각각의 트랜스듀서가 초음파 신호를 유량 측정관의 내측면을 향해 송신하고, 내측면에 반사된 초음파 신호를 각각 수신하되,
    초음파 신호의 왜곡을 방지하도록, 초음파 신호의 굴절각 및 반사각이 45°를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    유량 측정관은,
    모서리 부분을 거쳐 이송되는 가스의 흐름이 일정하게 유지되도록, 모서리 부분의 단면 형상이 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    프로세서는,
    보안 키가 내장된 보안모듈이 구비되어, 가스 유량이 연산되면, 연산 결과를 암호화하는 것을 특징으로 하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  10. 이송되는 가스에 초음파 신호를 송신 및 수신하는 단계; 및
    수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하는 초음파 스마트 가스미터 측정방법.
  11. 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서; 및
    수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출한 검출 결과와 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환한 변환 결과를 기반으로 가스 유량을 연산하는 프로세서;를 포함하는 초음파 스마트 가스미터 측정시스템.
  12. 이송되는 가스에 초음파 신호를 송신 및 수신하는 단계;
    수신된 초음파 신호에 대하여 기준 값 이상의 신호 레벨을 검출하는 단계;
    기준 값 이상의 신호 레벨 검출 시, 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    기준 값 이상의 신호 레벨의 검출 결과 및 디지털 신호를 기반으로 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하는 초음파 스마트 가스미터 측정방법.
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