KR20220163129A - 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템 - Google Patents

초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

초음파 가스미터에서의 유량 측정을 위한 에러 처리 과정을 포함하는 신호 처리 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및 연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있어, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템{Signal processing method and system for flow measurement of ultrasonic gas meter}
본 발명은 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 가스미터에서의 유량 측정을 위한 에러 처리 과정을 포함하는 신호 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.
초음파 가스미터는, 효율적 관리나 검침 데이터 분석 활용이 가능하도록, 정밀 유량측정 및 순간 유량측정을 수행할 수 있다. 이 경우, 초음파 가스미터는, ADC(Analog-digital converter)를 이용한 디지털 신호 처리를 수행할 수 있다.
여기서, 초음파 가스미터는, 위상차 측정 방식 또는 시간차 측정 방식을 통해, 유량을 측정할 수 있으며, 시간차 측정 방식을 이용하는 초음파 가스미터는, 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 방식을 사용할 수 있다.
이러한 시간차 측정 방식을 이용하는 초음파 가스미터는 기계적 구동부가 없는 간단한 구조로 인하여 높은 정밀성 뿐만 아니라 내구수명이 뛰어난 장점이 존재하나, 시간차를 측정하는데 있어서, 음파의 속도가 온도의 영향을 받아, 에러가 발생하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 시간차 측정 방식을 이용하되, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리함으로써, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 방안의 모색이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 초음파 가스미터에서 사용하는 유량관의 정보와 신호의 전달 특성을 반영하여, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있는 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및 연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함한다.
그리고 연산하는 단계는, T12가, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서에서 송신하여 제2 초음파 센서로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간이고, T21가, 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서에서 송신하여 제1 초음파 센서로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간이며, L이, 초음파 신호의 전달 거리이고,
Figure pat00001
가, 초음파 신호 간의 시간 차를 의미하는 상대 전파 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산할 수 있다.
(수식 1)
Figure pat00002
또한, 연산하는 단계는, 음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 에러 처리를 수행하며, 이때, 유량관 구조 정보는, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함될 수 있다.
그리고 연산하는 단계는, 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정될 수 있다.
또한, 결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값(
Figure pat00003
)은, L이, 초음파 신호의 전파 길이이며, C가, 유체에서의 음속이고,
Figure pat00004
가, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고,
Figure pat00005
가, 유량이 최대일 때 유속 값이고,
Figure pat00006
이, 유량이 최소일 때 유속 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 2)
Figure pat00007
그리고
Figure pat00008
및
Figure pat00009
는,
Figure pat00010
가, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고,
Figure pat00011
이, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, A가, 유량 관의 면적이며, K가, 유속을 구하기 위한 교정 계수(calibration factor)인 경우, 하기 수식 3를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 3)
Figure pat00012
또한, 연산하는 단계는, 초음파 신호의 진행 방향이 가스의 이송방향과 동일한 upstream 신호인 경우, upstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면,
Figure pat00013
시간만큼의 index를 더해주고, downstream 신호의 peak index의 경우, downstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면,
Figure pat00014
시간만큼의 index를 빼줌으로써, 에러를 보정할 수 있다.
그리고 가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점(
Figure pat00015
)의 값은, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정될 수 있다.
또한, 가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점(
Figure pat00016
)의 값은, 샘플링된 디지털 데이터의 index 값으로 구현되는 경우, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되되, 중간 값의 소수점 버림을 통해 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템은, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부; 및 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및 연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하고, 연산하는 단계는, 가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템은, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부; 및 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함하고, 연산부는, 가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정되도록 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있어, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템의 설명에 제공된 도면,
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법의 설명에 제공된 도면,
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 연산하는 방법의 설명에 제공된 도면,
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호가 예시된 도면, 그리고
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준점 변경 방법의 설명에 제공된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템의 설명에 제공된 도면이다.
본 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템(이하에서는 '신호 처리 시스템'으로 총칭하기로 함)은, 초음파 가스미터에서 사용하는 유량관의 정보와 신호의 전달 특성을 반영하여, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있다.
이를 위해, 본 신호 처리 시스템은, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 센서부(110)와 센서부(110)를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간(절대 ToF, T12 및 T21) 및 초음파 신호 간의 시간 차(상대 ToF,
Figure pat00017
)를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부(120)를 포함할 수 있다.
이때, 센서부(110)는, 가스에 초음파 신호를 송수신하는 제1 초음파 센서(111) 및 제2 초음파 센서(112)를 포함할 수 있다.
그리고 연산부(120)는, 초음파 신호의 펄스를 생성하는 펄스 생성기(121), 센서부(110)를 통해 획득된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(122), 초음파 신호 각각의 전파 시간을 연산하는 절대 전파 시간 연산부(123), 초음파 신호 간의 시간 차를 연산하는 상대 전파 시간 연산부(124), 유속을 연산하는 유속 연산부(125), 유량을 연산하는 유량 연산부(126)를 포함할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법의 설명에 제공된 도면이다.
본 실시예에 따른 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법은, 도 1을 참조하여 전술한 신호 처리 시스템에 의해 실행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 신호 처리 시스템의 연산부(120)는, 센서부(110)를 통해 송수신되는 초음파 신호를 샘플링 한 후(S210), 가스의 유속 및 유량을 연산하기 위해, 절대 전파 시간 연산부(123)를 통해, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서(111)에서 송신하여 제2 초음파 센서(112)로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간(T12) 및 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서(112)에서 송신하여 제1 초음파 센서(111)로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간(T21)을 연산할 수 있으며(S220), 상대 전파 시간 연산부(124)를 통해, 초음파 신호 간의 시간 차(
Figure pat00018
)를 연산할 수 있다(S230).
이때, 각 초음파 센서(111, 112)의 초음파 송/수신에 걸리는 초음파 전파시간 T12, T21는 각 초음파 센서(111, 112) 사이에서 신호의 전파시간이며 음파의 속도가 온도에 따라 영향을 받기 때문에 절대 초음파 전파시간도 영향을 받게 되어 유량 측정 시 에러가 발생할 수 있다. 또한, 초음파 신호에 존재하는 노이즈와 샘플링 단계에서의 에러들도 유량 측정 과정에서의 에러를 발생시킬 수 있다.
이를 해결하기 위해, 연산부(120)는, 음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 절대 전파 시간 연산부(123)를 통해, 에러 처리를 수행할 수 있다.
이때, 유량관 구조 정보는, 제1 초음파 센서(111) 및 제2 초음파 센서(112)와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함될 수 있다.
예를 들면, 연산부(120)는, 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서(111) 및 제2 초음파 센서(112)와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되도록 할 수 있다.
구체적으로, 결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값(
Figure pat00019
)은, 하기 수식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 2)
Figure pat00020
여기서, L은, 초음파 신호의 전파 길이이며, C는, 유체에서의 음속이고,
Figure pat00021
는, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고,
Figure pat00022
는, 유량이 최대일 때 유속 값이고,
Figure pat00023
은, 유량이 최소일 때 유속 값을 의미한다.
그리고
Figure pat00024
및
Figure pat00025
는, 하기 수식 3를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 3)
Figure pat00026
이때,
Figure pat00027
는, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고,
Figure pat00028
은, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, A는, 유량관의 면적이며, K는, 유속을 구하기 위한 교정 계수(calibration factor)를 의미한다.
한편, 연산부(120)는, 제1 절대 전파 시간(T12), 제2 절대 전파 시간(T21) 및 초음파 신호 간의 시간 차(
Figure pat00029
)를 연산하면, 유속 연산부(125)에서 하기 수식 1을 이용하여, 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산할 수 있다(S250).
(수식 1)
Figure pat00030
여기서, L은 초음파 신호의 전달 거리이다.
이후 연산부(120)는, 연산된 가스의 유속에 유량관의 면적 및 유속을 구하기 위한 교정 계수를 곱하여, 단위 시간당 유량(Q)를 연산할 수 있다(S260).
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 연산하는 방법의 설명에 제공된 도면이고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호가 예시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 연산부(120)는, 초음파 가스미터와 결합되어 동작하는 유량관의 길이(세로, 가로, 폭)와 초음파 신호의 전달 특성을 고려할 경우, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되며 이를 이용하여 초음파 신호의 절대 전파시간 에러를 보정할 수 있다.
즉, 연산부(120)는, 초음파 신호의 최소/최대 이동으로 결정되는 시간 조건 값(
Figure pat00031
)을 계산한 이후(S310), 초음파 신호를 샘플링하고(S320), 샘플링된 신호를 전처리(regression)하여(S330), 도 4에 예시된 바와 같이 신호의 Peak에 도달한 시간(Tpeak, Peak index)을 검출하게 된다(S340).
이때, 연산부(120)는, 초음파 신호의 진행 방향이 가스의 이송방향과 동일한 upstream 신호인 경우(S350-Y), upstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면(S360-N),
Figure pat00032
시간만큼의 index를 더해주고(S370), downstream 신호의 peak index의 경우(S350-N), downstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면(S380-N),
Figure pat00033
시간만큼의 index를 빼줌으로써(S390), 에러를 보정할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준점 변경 방법의 설명에 제공된 도면이다.
가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점(
Figure pat00034
)의 값은, 기준점이 온도/압력 변화에 따른 음속 변화, 초음파 신호의 노이즈 성분 및 샘플링 단계에서의 샘플링 에러 등에 영향을 받으므로 기준점 또한 유량 측정 과정에서 변경이 필요하다.
구체적으로, 연산부(120)는, 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21)을 계산한 이후(S510), 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21)의 계산 결과를 기반으로 기준점(
Figure pat00035
)을 계산하게 된다(S520).
예를 들면, 연산부(120)는, 기존에 연산된 기준점(
Figure pat00036
)과 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21) 간의 차이가 동일하지 않은 경우(S530), 기준점(
Figure pat00037
)의 값이, 제1 절대 전파 시간(T12) 및 제2 절대 전파 시간(T21)의 중간 값으로 결정되도록 할 수 있다(S540).
이때, 기준점(
Figure pat00038
)의 값은, 샘플링된 디지털 데이터의 index 값이므로, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되되, 중간 값의 소수점 버림을 통해 결정될 수 있다.
연산부(120)는, 상기의 조건으로 기준점(
Figure pat00039
)의 값이 변경되면, 변경된 기준점(
Figure pat00040
)을 통하여, ToF 연산의 에러를 보정할 수 있다.
이를 통하여, 음파의 속도에 온도가 영향을 끼쳐 에러가 발생하는 경우, 발생하는 에러를 처리할 수 있어, 유량 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 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.
110 : 센서부
111 : 제1 초음파 센서
112 : 제2 초음파 센서
120 : 연산부
121 : 펄스 생성기
122 : ADC(Analog-Digital Converter)
123 : 절대 전파 시간 연산부
124 : 상대 전파 시간 연산부
125 : 유속 연산부
126 : 유량 연산부

Claims (12)

  1. 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및
    연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    연산하는 단계는,
    T12가, 가스의 이송방향을 따라 제1 초음파 센서에서 송신하여 제2 초음파 센서로 수신되는 upstream 방향에서의 초음파 신호의 제1 절대 전파 시간이고, T21가, 가스의 이송방향의 반대방향을 따라 제2 초음파 센서에서 송신하여 제1 초음파 센서로 수신되는 downstream 방향에서의 초음파 신호의 제2 절대 전파 시간이며, L이, 초음파 신호의 전달 거리이고,
    Figure pat00041
    가, 초음파 신호 간의 시간 차를 의미하는 상대 전파 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 초음파 센서 간의 이송되는 가스의 유속(V)를 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
    (수식 1)
    Figure pat00042

  3. 청구항 2에 있어서,
    연산하는 단계는,
    음파의 속도가 이송되는 가스의 온도의 영향을 받아, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 측정을 통한 유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 유량관 구조 정보를 기반으로 에러 처리를 수행하며,
    유량관 구조 정보는,
    제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이가 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    연산하는 단계는,
    유량 측정 시 에러가 발생하는 경우, 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서와 결합되는 유량관의 세로, 가로 및 폭 길이와 초음파 신호의 전달 특성을 고려하여, 시간 축 영역에서 초음파 신호의 최소/최대 이동이 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    결정된 초음파 신호의 최소/최대 이동을 위해 결정되는 시간 조건 값(
    Figure pat00043
    )은,
    L이, 초음파 신호의 전파 길이이며, C가, 유체에서의 음속이고,
    Figure pat00044
    가, 유량관, 초음파 신호 성분에 따라 결정되는 보정 값이고,
    Figure pat00045
    가, 유량이 최대일 때 유속 값이고,
    Figure pat00046
    이, 유량이 최소일 때 유속 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
    (수식 2)
    Figure pat00047

  6. 청구항 5에 있어서,
    Figure pat00048
    및
    Figure pat00049
    는,
    Figure pat00050
    가, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고,
    Figure pat00051
    이, 유량관에서 출력되는 유량의 최대 값이고, A가, 유량 관의 면적이며, K가, 유속을 구하기 위한 교정 계수(calibration factor)인 경우, 하기 수식 3를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
    (수식 3)
    Figure pat00052

  7. 청구항 5에 있어서,
    연산하는 단계는,
    초음파 신호의 진행 방향이 가스의 이송방향과 동일한 upstream 신호인 경우, upstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면,
    Figure pat00053
    시간만큼의 index를 더해주고, downstream 신호의 peak index의 경우, downstream 신호의 peak index가 기준점을 만족하지 못하면,
    Figure pat00054
    시간만큼의 index를 빼줌으로써, 에러를 보정하는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점(
    Figure pat00055
    )의 값은,
    제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    가스 유량 연산 시, 사용되는 기준점(
    Figure pat00056
    )의 값은,
    샘플링된 디지털 데이터의 index 값으로 구현되는 경우, 제1 절대 전파 시간 및 제2 절대 전파 시간의 중간 값으로 결정되되, 중간 값의 소수점 버림을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
  10. 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부; 및
    센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템.
  11. 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부가, 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 송수신하는 단계; 및
    연산부가, 센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 단계;를 포함하고,
    연산하는 단계는,
    가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법.
  12. 유량관을 통해 이송되는 가스에 초음파 신호를 서로 송수신하는 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서가 구비되는 센서부; 및
    센서부를 통해 송수신된 초음파 신호 각각의 전파 시간 및 초음파 신호 간의 시간 차를 이용하여, 가스 유량을 연산하는 연산부;를 포함하고,
    연산부는,
    가스 유량 연산 시 사용되는 기준점의 값이, 초음파 신호 각각의 전파 시간의 중간 값으로 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002214012A (ja) * 2001-01-22 2002-07-31 Teijin Ltd 超音波式ガス濃度流量測定方法及び装置
KR20060003022A (ko) * 2003-04-21 2006-01-09 데이진 화-마 가부시키가이샤 가스의 농도와 유량을 측정하기 위한 초음파 장치 및 방법
KR20200113377A (ko) * 2019-03-25 2020-10-07 한국전자기술연구원 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002214012A (ja) * 2001-01-22 2002-07-31 Teijin Ltd 超音波式ガス濃度流量測定方法及び装置
KR20060003022A (ko) * 2003-04-21 2006-01-09 데이진 화-마 가부시키가이샤 가스의 농도와 유량을 측정하기 위한 초음파 장치 및 방법
KR20200113377A (ko) * 2019-03-25 2020-10-07 한국전자기술연구원 초음파 스마트 가스미터 측정방법 및 시스템

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