KR20230021441A

KR20230021441A - 밀폐된 구조물 내부를 관찰할 수 있는 3d 레이더 센서

Info

Publication number: KR20230021441A
Application number: KR1020210103310A
Authority: KR
Inventors: 성용태
Original assignee: 주식회사 가가
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2023-02-14
Also published as: KR102619507B1

Abstract

본 발명은 3D 레이더 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사일로(Silo) 내 분체 등의 원료에 대해 입체적으로 레벨을 측정할 수 있는 3D 레이더 센서에 관한 것이다.
본원에서는 3D 레이더 센서가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 3D 레이더 센서는 레이더를 송출하고 반사되는 레이더를 수신하는 송수신부와 상기 송수신부의 레이더 송출 각도가 변경되도록 상기 송수신부의 위치를 변경하는 회전조절부 및 상기 송수신부가 방출된 레이더를 수신하면 상기 회전조절부를 제어하는 동작신호를 상기 회전조절부로 송신하여 상기 송수신부의 위치를 설정하고, 특정 위치에 고정된 상기 송수신부에 수신되는 레이더의 수신시간을 연산하여 상기 송수신부와 원료 사이의 거리를 연산하는 제어동작을 기설정된 횟수로 수행하여 상기 원료의 레벨이 연속적으로 측정되도록 동작되는 제어부를 포함한다.

Description

밀폐된 구조물 내부를 관찰할 수 있는 3D 레이더 센서{3D RADAR SENSOR FOR OBSERVING INSIDE ENCLOSED STRUCTURES}

본 발명은 본 발명은 본 발명은 3D 레이더 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사일로(Silo) 내 분체 등의 원료에 대해 입체적으로 레벨을 측정할 수 있는 3D 레이더 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 유체 및 분체의 저장상태를 측정하기 위하여 주로 비접촉 방식의 구동 원리를 지니는 초음파를 이용하여 분체 및 유체의 높이를 검출하는 레벨 측정 장치를 사용하게 된다. 이러한 초음파 센서를 이용한 검출 장치는, 초음파 센서의 검출거리가 0~6m 정도를 측정거리로 된 장치와, 0~10m 정도의 측정거리로 된 장치로 크 게 분류된다. 이와 같이, 검출장치에서 초음파 센서의 발진 주파수는 약 40㎑ 대략을 주로 사용하게 된다. 여기에서, 초음파 센서는 발진자에서 발생한 초음파 신호가 검출대상까지 도달하여 반사되는 신호를 검출하여, 초음파가 발생에서 검출될 때까지의 시간을 계산하여 공기 중에서의 음속으로 시간과 음속에서부터 검출거리를 계산하게 된다. 즉, 이와 같이 초음파를 이용하여 거리를 검출하는 방식은 초음파가 발생될 때부터 물체에 부딪 쳐서 반사되어 되돌아올 때까지의 시간을 검출하는 것이 중요하다. 이와 같은 초음파를 이용한 레벨측정장치는 주로 액체와 같은 평면의 표면을 가지는 경우에 주로 사용되는데, 이는 평면의 표면에서 초음파의 반사가 잘 이루어지기 때문이다. 최근에는 분체에도 이러한 초음파를 이용한 레벨측정장치가 적용되고 있고, 특히 균일한 입자로 구성되어 균일 한 높이로 평면에 가까운 표면을 가지는 분체에 주로 적용된다. 이와 같이 균일한 입자로 구성된 분체의 레벨을 측정하기 위해서는 40㎑의 주파수를 가진 1~10m의 검출거리를 가지는 초음파 센서가 주로 사용되었다. 그러나, 종래의 분체 레벨 측정 장치에는 저장 탱크에 저장된 분체의 입자가 크거나 불규칙하게 적재되어 있는 경우에는 저장 탱크의 상단의 일정한 위치에 고정되어 있는 초음파 센서에 의해 조사된 초음파가 불규칙하게 적재된 분체의 표면에 의해 급격하게 산란되어, 초음파 센서로 반사되는 신호가 미약하여 측정이 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 대형 저장 탱크 내부에 분체가 인입 또는 인출되는 경우 분체의 적재 높이가 매우 불규칙적으로 되기 때문에, 분체의 정확한 레벨 측정이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 원통형의 사일로 형상에 최적화되지 않은 사각형태의 36개 지점에 대한 거리를 스캔하게 되면 원통을 벗어나는 지점들에 대해서는 3D 영상 구현에 아무런 도움이 되지 못하는 결과를 초래하는 문제점이 있었다.

또한, 사일로 내부의 레벨을 측정하는 전파환경이 사일로에 저장되는 물질 및 레벨에 따라 수시로 변하기 때문에 고정된 전파환경만을 기준으로 사일로 레벨을 측정할 경우 오차가 발생할 확률이 높아지는 문제점이 있었다.

또한, 송수신용 안테나로 동일한 안테나 및 주파수를 사용하는 경우, 신호간 왜곡이나 기생전류등의 영향으로 사일로 내부의 레벨 측정을 하는데 있어 오차가 발생할 확률이 높아지는 문제점이 있었다.

또한, 고정된 레이더 센서위치로 인해 센서로부터 일정거리까지는 거리를 측정할 수 없는 지역이 발생하고, 기계적 틸팅 장치의 오류 발생시 측정지점이 고정되는 문제점이 있었다.

따라서, 레이더 송수신 환경에서 오류를 최소화하여 사일로 내부를 3D 이미지로 구현할 수 있는 시스템의 도입이 요구되고 있다.

국내 등록특허 제10-2001054호 국내 등록특허 등록번호 제10-1372259호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사일로에 저장되는 물질의 종류에 따라 내부를 확인할 수 없는 경우에도 정밀하고 입체적으로 레벨 측정할 수 있는 사일로 3D 레이더 센서를 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 사일로(Silo) 내 표면이 고르지 못하여 높이가 일정하지 않은 원료에 대하여 정밀하고 입체적으로 레벨 측정할 수 있는 3D 레이더 센서를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 레퍼런스 환경값과 채널 환경값을 비교한 결과를 이용하여 거리 측정 오차를 보정하여 사일로 내부의 레벨 측정을 하는데 있어 오차를 최소화하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 사용자에 의해 설정된 사일로 형상과 대응되도록 선택된 특정패턴을 이용하여 사일로 레벨을 보다 정밀한 3D 이미지로 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 송신용 안테나와 수신용 안테나간에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시킴으로써 송수신 신호간 왜곡을 줄여 사일로 내부의 레벨 측정을 하는데 있어 오차를 최소화하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 기계적 틸트와 전기적 위상제어를 통한 빔포밍을 통해 측정 불가능 지역을 최소화하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 레이더에 복수의 주파수를 적용하여 측정 당시의 최적의 성능을 갖는 주파수를 선택하여 오차를 최소화하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 레밀리미터파로 변조된 레이더를 방출하고 반사되는 레이더를 수신하는 송수신부와 상기 송수신부의 레이더 송출 각도가 변경되도록 상기 송수신부의 위치를 변경하는 회전조절부(1300) 및 상기 송수신부가 방출된 레이더를 수신하면 상기 회전조절부(1300)를 제어하는 동작신호를 상기 회전조절부(1300)로 송신하여 상기 송수신부의 위치를 설정하여 조절하고, 특정 위치에 고정된 상기 송수신부에 수신되는 레이더의 수신시간을 연산하여 상기 송수신부와 원료 사이의 거리를 연산하는 제어동작을 기설정된 횟수로 수행하여 상기 원료의 레벨이 연속적으로 측정되도록 동작되고, 트레이닝 신호를 이용하여 설정된 레퍼런스 환경값과 레이더 신호에 의해 채널 환경값을 비교한 결과를 이용하여 거리 측정 오차를 보정하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(1400)는 상기 레퍼런스 환경값과 상기 채널 환경값을 측정하기 위한 상기 트레이닝 신호가 반사되어 측정된 레이더의 수신 레벨값이 사용자에 의해 설정된 값보다 클 때까지 복수의 주파수들 중에서 선택되어 상기 송수신부에서 방출할 것을 지시하며, 반사되는 레이더의 모든 수신 레벨값이 사용자에 의해 설정된 값보다 작으면 수신 레벨값들 중 최대값을 갖는 트레이닝 신호를 이용하여 레퍼런스 환경값과 채널 환경값으로 결정하고, 상기 회전조절부(1300)를 제어하여 기계적 틸트를 조정함과 동시에 레이더 안테나에 공급되는 전기적인 신호의 위상을 제어하여 방출되는 레이더의 빔 폭, 빔의 강도, 및 빔의 방향을 조절하고, 상기 회전조절부(1300)의 동작 불능시 전기적인 신호의 위상을 제어를 통해 빔포밍을 할 수 있도록 제어할 수 있다.

회전조절부(1300)는 스텝모터와 기어로 구성되며, 제어부의 제어에 의해 도 6에 도시된 패턴에 맞춰 안테나 지향 각도를 이동시킬 수 있다.

즉, 패턴에 따른 지점에 대해 송수신부(1200)가 레이더를 송출함으로써 높이가 일정하지 않은 원료에 대해 정밀하게 레벨 정보를 수집할 수 있다.

또한, 동일한 패턴이라도 측정된 레벨에 따라 안테나 지향 각도가 달라지므로 이를 레벨에 따라 조절함으로써 정확한 레벨 및 적치된 수용물의 레벨을 산출할 수 있다.

또한, 회전조절부(1300)는 일측면은 개방되어 있고, 상기 일측면과 대향되는 타측면은 폐쇄되어 있으며, 상기 일측면과 교차되는 방향으로 배치되는 교차면을 포함하고, 상기 제어부의 하측에 배치되는 몸체와 상기 몸체를 틸트시키지 않으며, 상기 몸체를 로테이션 시키는 제1 회전부를 포함하고, 상기 제1 회전부는, 상기 몸체의 타측면에 상기 몸체와 함께 회전되도록 연결되고 상기 제어부와 몸체 사이에 배치되는 Y1 기어와; 상기 몸체의 폐쇄된 교차면에서 샤프트가 상기 몸체의 타측면 방향으로 향하도록 설치되는 제1 모터와; 상기 제1 모터의 샤프트에 회전 가능하도록 연결되어 상기 Y1 기어로 상기 제1 모터의 회전력을 전달하고, 상기 Y1 기어보다 작은 Y2 기어;를 포함하여, 상기 제어부의 동작신호에 따라 제1 모터의 샤프트를 기설정된 각도로 회전시켜 상기 몸체를 대응되는 각도로 로테이션 시킬 수 있다.

또한, 송수신부(1200)에서 방출하는 상기 레이더는 복수의 주파수 대역에서 선택된 주파수로 전송되고, 방출되는 레이더를 전송하기 위한 주파수는 순차적으로 가변되는 트레이닝 신호에 의해 측정된 채널 환경값을 기준으로 선택되고, 사용자에 의해 설정된 사일로의 형상에 따라 특정 패턴을 선택하고, 상기 특정 패턴은 적어도 36포인트 이상을 포함하여 구성되며, 각각의 포인트에 대해 측정된 거리를 이용하여 삼차원 이미지를 생성하여 디스플레이할 수 있다.

또한, 레퍼런스 환경값은 반사되어 수신된 레이더의 파형의 왜곡, 주파수 변동, 및 수신 신호 레벨을 이용하여 결정될 수 있다.

또한, 레이더는 80㎓ 대역의 밀리미터파를 이용할 수 있다. 밀리미터파는 침투성이 강하고 투과성이 극히 높은 파장대로서 눈, 비, 안개, 구름 등의 대기 상태에 의한 영향이 적고, 분진이나 수증기도 뚫고 측정하기 때문에 극심한 분진(미분 사이로)이나 수증기가 있는 환경에 효과적이다.

또한, 송수신부(1200)는, 송신용 안테나와 수신용 안테나가 물리적으로 분리되어 있고, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에는 전기적으로 분리시키는 절연층이 포함되어 송신 신호와 반사되어 수신되는 신호간의 왜곡을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다.

본 발명의 실시예는 사일로(Silo) 내 높이가 일관되지 않은 분체 등의 원료에 대하여 정밀하고 입체적으로 레벨을 측정할 수 있다.

또한, 복수 개의 목표지점에 대하여 송수신부가 레이더를 송출하는 과정에서 회전조절부의 진동을 최소화하여 흔들림없이 작동되도록 설계되어 보다 정밀하게 원료에 대한 레벨을 측정할 수 있다.

또한, 사일로에 저장되는 물질의 종류에 따라 내부를 확인할 수 없는 경우에도 정밀하고 입체적으로 레벨 측정할 수 있다.

또한, 사일로(Silo) 내 표면이 고르지 못하여 높이가 일정하지 않은 원료에 대하여 정밀하고 입체적으로 레벨 측정할 수 있다.

또한, 레퍼런스 환경값과 채널 환경값을 비교한 결과를 이용하여 거리 측정 오차를 보정하여 사일로 내부의 레벨 측정을 하는데 있어 오차를 최소화할 수 있다.

또한, 사용자에 의해 설정된 사일로 형상과 대응되도록 선택된 특정패턴을 이용하여 사일로 레벨을 보다 정밀한 3D 이미지로 제공할 수 있다.

또한, 송신용 안테나와 수신용 안테나간에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시킴으로써 송수신 신호간 왜곡을 줄여 사일로 내부의 레벨 측정을 하는데 있어 오차를 최소화할 수 있다.

또한, 기계적 틸트와 전기적 위상제어를 통한 빔포밍을 통해 측정 불가능 지역을 최소화할 수 있다.

또한, 레이더에 복수의 주파수를 적용하여 측정 당시의 최적의 성능을 갖는 주파수를 선택하여 오차를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명인 3D 레이더 센서에 따르는 실시예가 적용되어 구현된 3D 이미지
도 2는 상기 실시예를 나타내는 상측사시도,
도 3은 상기 실시예를 나타내는 하측사시도,
도 4는 상기 실시예를 나타내는 정면도,
도 5는 상기 실시예를 나타내는 사용상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사일로 형상에 대응되는 패턴도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시예(1000)에 따른 3D 레이더 센서에 대해 상술한다.

도 1은 본 발명인 3D 레이더 센서에 따르는 실시예가 적용되어 구현된 3D 이미지로서, 3D 레이더 센서가 사일로(Silo)의 상면에 끼워져 사일로 내 높이가 고르지 못한 분체 등의 원료에 대하여 레이더를 다양한 각도로 송출하여 측정된 원료에 대한 레벨을 3D로 구현하여 표시한 것이다.

사용자는 레벨을 측정하기 위해 사일로에 대한 형상을 수동으로 또는 자동으로 입력하여 설정할 수 있다. 수동으로 설정하는 하는 경우 사일로의 형태가 몇 각형인지 여부 및 크기(가로, 세로, 높이 등)를 수동으로 입력하여 설정할 수 있다.

자동으로 설정하는 하는 경우 사일로 모델명을 이용하여 인터넷에 접속된 단말을 통해 사일로의 제원을 다운로드 받아 사일로의 형상을 설정할 수 있다.

사일로의 형상을 설정하는 이유는 직경이 동일한 원통형 사일로와 사각형 사일로의 경우를 예로 들면, 레벨이 서로 같은 경우라도 사각형 모퉁이에 대한 거리 측정시 원통형 사일로보다 거리가 멀게 측정되므로 사일로의 형상에 따라 레벨 특정의 오류가 발생할 수 있기 때문이다.

도 2는 본 발명인 3D 레이더 센서에 따르는 실시예(1000)를 도시하는 사시도로서, 실시예(1000)는 몸체(1100)와 송수신부(1200)와 회전조절부(1300) 그리고 제어부(1400)를 포함한다.

몸체(1100)는 후술할 제2 회전부(1320)가 장착되어 고정되는 구성으로, 도 2과 같이 측면에 대향하는 한 쌍의 개방된 교차면을 포함한다. 개방된 교차면은 후술할 송수신부(1200)가 장애없이 X축을 기준으로 회전될 수 있도록 공간을 제공한다.

구체적으로 몸체(1100)는 일측면은 개방되고, 상기 일측면에 대향하는 타측면은 폐쇄되어 있으며, 일측면과 교차되는 방향으로 배치되는 교차면을 포함한다. 실시예(1000)의 몸체(1100)는 도 2와 같이 교차면 중 대향하는 한 쌍은 개방되고, 다른 한 쌍은 폐쇄됨으로써, 송수신부(1200)는 개방된 교차면 방향으로 틸트될 수 있다. 즉, 송수신부(1200)의 레이더를 송출, 수신하는 부분이 몸체(1100)의 개방된 일측면에 위치되도록 몸체(1100)에 고정된 상태에서, 송수신부(1200)는 몸체(1100)의 개방된 교차면을 통해 장애없이 틸트될 수 있다.

몸체(1100)는 하측면이 개구되어 송수신부(1200)가 송출하는 레이더가 사일로(Silo) 내 분체 등과 같은 원료에 도달될 수 있고, 나아가 원료에서 반사된 레이더를 수신할 수 있다.

몸체(1100)의 상측면은 후술할 Y1 기어(1314)와 연결되어, 몸체(1100)는 Y1 기어(1314)의 회전으로 로테이션될 수 있다. 송수신부(1200)는 후술할 X축 구동바(1325) 및 브라켓(1330)을 통해 몸체(1100)와 연결되어 몸체(1100)와 함께 회전된다.

몸체(1100)에서 도 3와 같이 대향하는 한 쌍의 폐쇄된 교차면은 하측의 양 귀퉁이가 모따기(Chamfer)로 처리된 형상과 유사하게 절개될 수 있다. 나아가 상기 측면의 하측은 X축 구동바(1325)가 삽입되는 홀이 트여 형성되는 절개된 부분을 포함할 수 있다.

몸체(1100)에서 측면의 하측은 X축 구동바(1325)가 회전을 하여 진동이 강하게 발생되므로, X축 구동바(1325)의 회전에 따른 진동을 완화할 필요가 있다. 몸체(1100)에서 측면은 하측에 X축 구동바(1325)가 삽입되는 홀이 트이도록 절개된 부분을 포함하여, 상기 측면의 하측은 절개된 부분의 폭이 미세하게 증감될 수 있어, 몸체(1100)는 X축 구동바(1325)의 회전에 따른 진동을 상쇄시킬 수 있다.

송수신부(1200)는 레이더를 사일로(Silo) 내 분체와 같은 원료로 송출하고 원료로부터 반사되는 레이더를 수신하는 구성으로서, 도 3와 같이 송수신부(1200)는 하면에 구비된 렌즈(1210)를 통해 레이더를 방출한다.

송수신부(1200)에 수용되는 송신용 안테나와 수신용 안테나간에 절연층을 포함하여 물리적으로 분리시킴으로써 송수신 신호간 왜곡을 줄여 사일로 내부의 레벨 측정을 하는데 있어 오차를 최소화할 수도 있다.

송수신부(1200)에서 방출되는 레이더는 80㎓ 대역의 주파수를 이용한 밀리미터파를 이용한다. 밀리미터파는 빛에 아주 가까운 전파로서, 주파수 대역이 약 30~300㎓인 파(Wave)를 말하며, 파장이 짧고 회절이 적어 높은 해상도를 제공하고, 적외선과 달리 안개 및 구름과 같은 대기의 상태에 따른 영향을 적게 받는다. 80GHz의 밀리미터파인 경우 안테나의 크기는 수mm에 불과하여 레이더 센서에 적용하기에 적합하다.

밀리미터파는 침투성이 강하고 투과성이 극히 높은 파장대로서 눈, 비, 안개, 구름 등의 대기 상태에 의한 영향이 적고, 분진이나 수증기도 뚫고 측정하기 때문에 극심한 분진(미분 사이로)이나 수증기가 있는 환경에 효과적이다.

본 발명은 원료에 대한 레벨측정 성능을 향상시킨 3D 레이더 센서로서, 본 발명은 레이더를 다양한 방향으로 송출하여 높이가 일관되지 않은 원료에 대해 레벨측정을 정밀하게 진행할 수 있다. 본 발명은 사일로(Silo) 내 일정높이까지 채워지되 높이가 일정하지 않은 분체에 대해 송출된 레이더가 도달하는 목표지점을 지속적으로 변경하여, 한 개 이상의 목표지점에 대한 레벨정보를 생성함으로써 원료에 대한 높이를 정밀하게 측정할 수 있다.

이러한 본 발명의 기능을 구현하기 위해 실시예(1000)는 송수신부(1200)가 한 개 이상의 목표지점에 대해 레이더를 송출할 수 있도록 도 4와 같이 회전조절부(1300)를 포함한다.

회전조절부(1300)는 Y축을 기준으로 송수신부(1200)를 회전시키는 제1 회전부(1310)와 X축을 기준으로 송수신부(1200)를 회전시키는 제2 회전부(1320)를 포함한다.

제1 회전부(1310)는 몸체(1100)의 폐쇄된 교차면에 장착되는 제1 모터(1311)를 포함한다. 제1 모터(1311)는 동력이 발생되는 구성으로, 도 4과 같이 몸체(1100)의 일측면에 회전을 전달하기 위해 몸체(1100)의 일측면에서 상측에 장착되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 회전부(1320)도 몸체(1100)의 폐쇄된 교차면에 장착되는 제2 모터(1321)를 포함한다. 도4 과 같이 제2 모터(1321)는 제1 모터(1311)와 달리 몸체(1100)의 폐쇄된 교파면에서 하측에 장착된다. 즉, 제2 모터(1321)는 제1 모터(1311)가 장착된 몸체(1100)의 교차면에 대향하는 교차면에 장착되고, 제2 모터(1321)는 제1 모터(1311)가 장착된 상측과 반대되는 위치인 하측에 장착된다.

모터는 회전에 의해 진동이 강하게 발생되는 구성으로, 몸체는 모터로 인해 강하게 진동된다. 본 발명인 3D 레이더 센서는 전자기기부터 기어 등 다양한 부품들이 상호 결합되어 원료에 대한 레벨을 측정하기 위해 레이더를 방출하는 기술로서, 정밀한 레벨 측정을 위해 흔들림이 최대한 없어야 한다. 따라서 모터로 인한 진동을 최대한 상쇄시켜 몸체와 레이더에 전달되는 진동을 최소화하는 것이 본 발명인 3D 레이더 센서의 원료 레벨 측정이라는 기능을 원활하게 수행시킬 수 있는 중요한 요소 중에 하나이다.

본 발명에 따른 실시예(1000)는 몸체(1100)와 송수신부(1200)에 전달되는 진동을 최소화하고 송수신부(1200)의 최적화된 회전 구동을 고려하여 제1 모터(1311)와 제2 모터(1321)가 장착된다.

따라서 제1 모터(1311)는 몸체(1100)의 교차면에서 상측에 장착되고 제2 모터(1321)는 반대측 몸체(1100)의 교차면에서 하측에 장착되어, 몸체(1100)에 전달되는 진동을 최대한 분산시켜, 송수신부(1200)에 전달될 수 있는 진동을 최소화한다.

제1 회전부(1310)는 모터로부터 발생되는 동력을 전달하는 Y2 기어(1313)와 Y1 기어(1314)를 포함한다.

Y2 기어(1313)는 제1 모터(1311)에 연결되어 Y1 기어(1314)로 동력을 전달하는 구성으로, 몸체(1100)에서 교차면의 상측에 장착된 제1 모터(1311)는 상측에 수평하게 배치되어 Y축을 기준으로 회전할 수 있는 Y2 기어(1313)와 연결된다.

Y1 기어(1314)는 Y2 기어(1313)로부터 동력을 전달받아 송수신부(1200)를 회전시키는 구성으로, Y1 기어(1314)는 Y2 기어(1313)와 맞물려 회전될 수 있도록 Y2 기어(1313)와 치합된다.

송수신부(1200)를 회전시켜 원료에 대한 레벨측정을 정밀하게 측정하기 위해, Y1 기어(1314)의 반경이 Y2 기어(1313)의 반경보다 크다. 즉, Y1 기어(1314)는 치합면에 형성된 '이'의 개수가 Y2 기어(1313)의 치합면에 형성된 '이'의 개수보다 많아, 모터의 구동으로 인한 Y2 기어(1313)의 회전으로 Y1 기어(1314)의 회전각을 세밀하게 설정할 수 있어, 송수신부(1200)의 회전을 정밀하게 조절할 수 있다.

제1 회전부(1310)는 Y1 기어(1314)와 몸체(1100)를 관통하는 Y축 구동바(1315)를 더 포함하여, 몸체(1100)는 Y1 기어(1314)의 회전으로 회전된다.

Y축 구동바(1315)는 Y1 기어(1314)의 회전에 따라 몸체(1100)가 함께 회전할 수 있도록 연결하는 구성으로, Y1 기어(1314)의 하측으로 연장되어 몸체(1100)의 일측면을 관통한다. 관통된 Y축 구동바(1315)는 단부에 플랜지 형태의 Y축 걸림판(1315a)이 구비되어, 몸체(1100)를 안정적으로 고정시킨다.

실시예(1000)는 Y축 구동바(1315)가 몸체(1100)를 관통하고 Y축 걸림판(1315a)의 밀착으로 몸체(1100)의 상면에 견고하게 고정되어 몸체(1100)가 Y1 기어(1314) 및 Y축 구동바(1315)와 함께 회전하나, 반드시 이에 한정되지 아니한다. 따라서 Y축 구동바(1315)가 몸체(1100)를 관통하되 송수신부(1200)의 상면과 직접 연결되어, Y축 구동바(1315)의 회전이 직접 송수신부(1200)의 회전을 일으킬 수도 있다.

제2 회전부(1320)는 모터로부터 발생되는 동력을 전달하는 X2 기어(1323)와 X1 기어(1324)를 포함한다. 제2 회전부(1320)는 제1 회전부(1310)와 유사한 방식으로 X2 기어(1323)와 X1 기어(1324)가 장착되어, 제1 회전부(1310)와 다른 점에 집중하여 이하 설명한다.

X2 기어(1323)는 제2 모터(1321)의 하측에 장착되어 X1 기어(1324)로 모터의 동력을 전달하는 구성이고, X1 기어(1324)는 송수신부(1200)를 회전시키는 구성이다.

도 4과 같이 X2 기어(1323)가 수평하게 배치되어 X축을 기준으로 회전되는 X1 기어(1324)를 회전시키기 위해, X2 기어(1323)와 X1 기어(1324)는 기어면이 비스듬하게 경사진 형태를 갖는 베벨 기어의 형태로 구성된다. 따라서 도 4과 같이 실시예(1000)에서 X2 기어(1323)는 수평하게 배치(Y축을 기준으로 회전될 수 있도록 배치)되고 X1 기어(1324)는 수직하게 배치(X축을 기준으로 회전될 수 있도록 배치)되어, X2 기어(1323) 및 X1 기어(1324)는 대략 수직한 형태로 치합된 상태로 회전된다.

X1 기어(1324)는 몸체(1100)와 이격되되 사이에 X2 기어(1323)가 배치되어 X2 기어(1323)와 맞물려 회전된다. 제2 회전부(1320)는 X1 기어(1324)로부터 일방향으로 연장되는 X축 구동바(1325)를 포함한다.

X축 구동바(1325)는 도 4과 같이 몸체(1100)에서 대향하는 한 쌍의 교차면을 관통하되, 교차면의 하측을 관통하여 송수신부(1200)는 몸체(1100)의 하측을 기준으로 회전된다. 또한, X축 구동바(1325)는 X1 걸림판(1325a)과 X2 걸림판(1325b)을 포함하여, 몸체(1100)의 측면에서 좌우이동되지 않도록 방지한다.

몸체(1100)를 관통하는 X축 구동바(1325)는 작동 중 진동이나 예상치 못한 외부 충격으로 좌우이동될 수 있으나, X1 기어(1324)에서 가까운 곳에 위치한 몸체(1100)의 교차면에는 X1 걸림판(1325a)이 끼워지고, X1 기어(1324)에서 상대적으로 먼 곳에 위치한 몸체(1100)의 교차면에는 X2 걸림판(1325b)이 끼워지어, X축 구동바(1325)의 좌우움직임을 제한할 수 있다. 즉, X축 구동바(1325)는 몸체(1100)의 양교차면에서 바깥면에 접하도록 끼워진 X1 걸림판(1325a) 및 X2 걸림판(1325b)으로 좌우움직임이 제한되어 안정적으로 고정된 위치에서 회전될 수 있다.

X축 구동바(1325)는 도 4과 같이 몸체(1100)를 관통하여 송수신부(1200)가 끼워진 브라켓(1330)와 연결된다. 브라켓(1330)는 제1 회전부(1310)와 제2 회전부(1320)에 의해 송수신부(1200)가 회전될 수 있도록 보조하는 구성으로서, 일방향으로 연장되는 실린더 형태의 송수신부(1200)가 끼워질 수 있도록 도 3와 같이 관통홀(1332)을 포함한다.

브라켓(1330)는 양측면에 도 4과 같이 X축 구동바(1325)와 연결되어, X1 기어(1324) 및 X축 구동바(1325)와 함께 회전된다. 브라켓(1330)에 의해 고정된 송수신부(1200)는 브라켓(1330)의 회전으로 함께 회전된다. 또한, 브라켓(1330)은 X축 구동바(1325)와 회전 보조 바(1331)를 통해 연결되어, 송수신부(1200) 및 브라켓(1330)은 몸체(1100)에 의해 고정된다.

송수신부(1200)는 브라켓(1330)와 X축 구동바(1325)에 의해 고정된 상태를 유지할 수 있다. 안정적으로 고정된 송수신부(1200)는 도 5의 (a)에서와 같이 제2 회전부(1320)에 의해 X축을 기준으로 회전되어 원료의 다른 목표지점으로 레이더를 송출할 수 있고, 나아가 도 5의 (b)에서 도시하는 바와 같이 제1 회전부(1310)에 의해 Y축을 기준으로 회전되어 원료의 또 다른 목표지점으로 레이더를 송출할 수 있다. 다양한 지점에 대해 송수신부(1200)가 레이더를 송출함으로써 높이가 일정하지 않은 원료에 대해 정밀하게 레벨 정보를 수집할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 송수신부(1200)는 제어부(1400)의 제어에 의해 트레이닝 신호를 방출할 수 있다. 방출된 신호를 수신하여 제어부의 전송하면 제어부에서는 수신된 레이더 신호에 포함된 트레이닝 주파수에 대한 정보를 분석하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)로 대상 신호를 분석하여 송신된 트레이닝 신호와 수신된 트레이닝 신호를 비교하여 신호의 왕복시간 및 신호의 파형을 포함하는 비교값을 포함하는 레퍼런스 환경값을 산출하는데 이용된다.

제어부(1400)는 송수신부(1200)를 통해 수신된 레이더를 이용하여 원료의 레벨정보를 생성하고 회전조절부(1300)의 움직임을 제어하는 구성으로서, 사일로(Silo)의 홀에 끼워지는 원판형태의 끼움부재(1500)에 안착되어 고정된다. 따라서 사일로(Silo) 내 원료에 대한 레벨을 측정하기 위해 사일로의 홀에 끼워진 본 발명인 3D 레이더 센서는 사일로 내부에서 송수신부(1200)와 회전조절부(1300)로 원료의 다양한 지점에 대하여 레이더를 송출 및 수신하고, 끼움부재(1500)의 상측에 안착된 제어부(1400)는 사일로 외부에서 원료에 대한 레벨정보를 생성하고 사용자의 조작으로 회전조절부(1300)의 회전각을 제어한다.

제어부(1400)가 원료에 대해 입체적으로 레벨정보를 생성하는 과정은, 송수신부(1200)가 방출된 레이더를 수신하면 회전조절부(1300)를 제어하는 동작신호를 회전조절부(1300)로 송신하여 송수신부(1200)의 위치를 설정한다. 송수신부(1200)가 특정 위치로 로테이션되면, 제어부(1400)는 특정 위치에 고정된 송수신부(1200)에 수신되는 레이더의 수신시간을 연산하여 송수신부(1200)와 원료 사이의 거리를 연산하는 제어동작을 기설정된 횟수로 수행하여 원료에 대한 레벨을 연속적으로 측정한다.

측정된 레벨의 평균값을 이용하여 레벨을 결정할 수도 있다.

따라서, 본 발명인 3D 레이더 센서는 제어부에 의해 기설정된 횟수로 송수신부를 서로 다른 축을 기준으로 로테이션하여 원료에 대하여 입체적으로 레이더를 송출 및 수신함으로써, 높이가 균일하지 않은 원료에 대하여 정밀하고 입체적으로 레벨 정보를 측정할 수 있다.

예를 들어, 실시예(1000)는 약 36회의 레이더 송수신을 통해 원료에서 36개의 목표지점에 대한 레벨 측정을 한 후, 제어부(1400)는 36개의 목표지점에 대하여 생성된 레벨 정보를 입체적으로 통합하여 원료에 대한 레벨을 정밀하게 측정할 수 있다.

원통형의 사일로 형상에 최적화되지 않은 사각형태의 36개 지점에 대한 거리를 스캔하게 되면 원통을 벗어나는 지점들에 대해서는 3D 영상 구현에 아무런 도움이 되지 못하는 결과를 초래한다.

이런 문제점을 해결하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 36개의 목표지점은 사용자에 의해 설정된 사일로의 형상에 따라 특정 패턴을 선택하여 36개의 목표지점은 설정할 수 있다. 사일로의 형상에 매칭되는 각각의 특정패턴은 사일로의 형상을 3D로 구현하는데 최적화되어 외곽을 포함하는 점들로 구성된다. 사전에 설정할 수 있는 사일로 형상은 원통형 기둥 및 다각기둥을 포함하고, 사일로의 상부와 하부의 규격을 달리하여 설정할 수 도 있다.

사일로 형상의 설정은 레이더 센서와 연결된 관리장치 또는 레이더 센서에 부착된 설정버튼을 이용하여 설정할 수 있다. 레이더 센서에는 LCD가 부착되어 설정과 동시에 직접 확인할 수 있다.

관리장치가 레이더 센서와 RS485, RS232C, 또는 USB등과 같은 PC접속 규격으로 연결되면, 측정된 결과는 관리장치로 전송되어 저장되고, 관리장치와 연결된 관리자용 모니터에 3D 영상이 구현된 사일로 레벨을 실시간으로 디스플레이할 수 있다. 또한, 모바일 장치에서도 어플리케이션을 통해 사일로 레벨을 원격지에서도 관리할 수도 있다.

제어부는 실제 사일로에 원료가 적치된 상태의 3차원적 레벨 정보를 취득하기 위한 레이더 신호를 송출한다. 수신된 제어부(1400)가 원료에 대해 입체적으로 레벨정보를 생성하는 과정은, 송수신부(1200)가 방출된 레이더를 수신하면 회전조절부(1300)를 제어하는 동작신호를 회전조절부(1300)로 송신하여 송수신부(1200)의 위치를 설정한다. 송수신부(1200)가 특정 위치로 로테이션되면, 제어부(1400)는 특정 위치에 고정된 송수신부(1200)에 수신되는 레이더의 수신시간을 연산하여 송수신부(1200)와 원료 사이의 거리를 연산하는 제어동작을 기설정된 횟수로 수행하여 원료에 대한 레벨을 연속적으로 측정한다.

초기에 송수신부(1200)가 첫 번째 목표지점에 대하여 레이더를 송신하고 원료로부터 반사된 레이더를 수신하는 과정에서 제어부(1400)는 레이더의 송수신에 따라 발생된 시간차를 연산하여, 제어부(1400)는 레이더 속도 및 시간차 통해 송수신부(1200)와 원료 간 거리를 산출하고, 사용자에 의해 설정된 사일로(Silo)의 크기를 고려하여 첫 번째 목표지점에 대한 원료의 높이를 산출한다.

이에 연속하여 송수신부(1200)는 제 2 회전부(1320)에 의해 기설정된 각도만큼 회전하여 두 번째 목표지점에 대하여 레이더를 송신 및 수신하여, 전술한 연산과정을 통해 두 번째 목표지점에 위치한 원료의 레벨을 측정한다.

그 이후에는 송수신부는 사용자의 선택에 의해 설정된 제1 회전부(1310) 및 제2 회전부(1320) 중 어느 하나에 의해 기설정된 각도만큼 회전하여 그 이후의 목표지점에 대하여 레이더를 송신 및 수신하여, 해당 목표지점에 위치한 원료에 대하여 레벨을 측정함으로써 레벨 정보를 생성한다.

또한, 본 발명에서는 카메라(도면에는 도시되어 있지는 않음)를 이용하여 레벨 측정 및 3D이미지를 표시하기 위한 보조수단으로 삼을 수 있다.

사일로 레벨을 측정하기 전에 1D 레이더 센서 하단에 설치된 카메라를 통해 사일로 내부를 촬영한다. 촬영된 이미지는 제어부의 영상처리 과정을 거쳐 대략적인 사일로 내부의 적치 상황을 판단한다.

촬영된 이미지에서는 사일로 내부에 위치하는 구조물 형태, 적치상황 등을 추출하여 사일로 레벨 판단의 오류를 수정한다. 예를 들면, 카메라의 영상을 판독하여 구조물의 형태와 중복되는 레벨 측정지점은 레벨 측정 대상에서 삭제하고, 카메라를 이용하여 촬영된 영상에 구조물이 수용물에 덮여 가려진 경우에는 레벨을 측정함으로써 정확한 레벨 측정 및 3D 이미지를 구현할 수도 있다.

또 다른 실시예로는 사일로 내부에는 적치물을 섞어주기 위한 회전 날개 등이 있을 수 있다. 이 때 촬영된 영상 판독 결과, 레벨 측정 포인트가 회전 날개의 현재 위치와 겹치는 경우, 해당 지점의 레벨은 무시하고 겹치지 않는 지점들 간의 평균값으로 레벨을 보정할 수도 있다. 또는 회전 날개를 강제로 회전시켜 반복적으로 레벨을 측정하여 회전날개 아래에 적치된 레벨을 측정할 수도 있다.

측정된 레벨을 3D 이미지로 표현하는데 카메라에 의해 촬영된 이미지를 덧 씌워 증강현실로 구현함으로써, 레벨 측정시 발생할 수 있는 오류를 관리자가 쉽게 판단할 수 있도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 자이로센서(도면에는 도시되어 있지는 않음)를 이용하여 레벨 측정을 위한 보조수단으로 삼을 수 있다.

자이로 센서는 어떤 물체의 각운동을 검출하고, 검출된 각운동에 대응하는 전압을 출력하는 장치이다.

사일로 레벨을 측정하기 전에 3D 레이더 센서 하단에 설치된 자이로센서를 통해 사일로가 지표면과 이루는 각도를 측정한다. 사일로의 중심축이 지표면과의 수직방향과 일치하지 않는 경우 사일로 내부 적치되는 물질이 사일로 횡단면과 수평으로 적치되는 것이 아닌 한쪽으로 치우치는 형상을 이루게 된다.

이 경우 사일로가 지표면과 이루는 각도와 측정된 레벨을 고려하여 사일로 내부의 적치된 물질의 잔량을 계산할 수 있다. 기울어진 형상의 최대점과 최저점의 평균을 적치물의 잔량으로 계산하여 관리 단말로 전송할 수도 있다.

또한, 자이로 센서는 3D 레이더 센서를 사일로에 설치시 3D 레이더 센서에 부착된 디스플레이에 현재 설치 각도를 표시하여 정확한 각도로 3D 레이더 센서를 설치할 수 있도록 해주는 역할도 한다.

이러한 일련의 과정을 거치어 제어부(1400)는 36개의 목표지점에 대하여 측정한 레벨 정보를 통합하여 사일로(Silo) 내 높이가 일정하지 않은 분체 등의 원료에 대하여 도 1에서 도시하는 바와 같이 입체적이고 정밀하게 원료의 레벨을 감지하여, 사용자는 원료에 대하여 3차원적 레벨 정보를 취득함으로써 사일로 내 원료의 잔여량과 같은 정보를 정확하게 인지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제어부(1400)는 송수신부(1200)와 원료 사이의 거리를 연산하는 제어동작을 기설정된 횟수로 수행하기 전에 트레이닝 주파수를 이용할 수 있다.

먼저, 송수신부(1200)에서 이용되는 주파수들 중 중심주파수를 트레이닝 주파수로 선정한다. 송수신부에서 트레이닝 주파수로 내용물이 비어있는 사일로(silo)를 향해 레이더 신호를 방출하고 대상물에서 반사되는 레이더 신호를 수신하고, 그 신호를 제어부로 전송한다.

제어부(1400)는 수신된 레이더 신호에 포함된 트레이닝 주파수에 대한 정보를 분석하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)로 대상 신호를 분석하여 송신된 트레이닝 신호와 수신된 트레이닝 신호를 비교하여 신호의 왕복시간 및 신호의 파형을 포함하는 비교값을 산출한다.

이 때 산출된 비교값은 송수신부(1200)와 사일로 내부 밑면과의 레퍼런스 환경값으로 저장하여 이용한다. 레퍼런스 환경값은 레이더를 설치하면서 최초 구동할 때 측정하는 것이 이상적이지만 기타의 조건에서는 통상의 기술자가 필요할 때 별도로 측정할 수도 있다. 또한, 높이별로 도달하는 복수 회 측정하여 레퍼런스 환경 값을 산출해서 이용할 수도 있따. 레퍼런스 환경값을 설정하는 이유는 사일로의 형태가 대부분 유사하기는 하지만 크기, 재질, 또는 구조에 따라 레이더의 채널환경이 각각 다르기 때문이다.

다음으로, 실제 사일로에 원료가 적치된 상태의 3차원적 레벨 정보를 취득하기 위한 레이더 신호를 송출하는 단계에서 트레이닝 주파수를 이용한 레이더 신호를 방출한다.

이 때 방출하는 레이더 신호는 레퍼런스 환경 값을 설정할 때 사용된 트레이닝 주파수와 동일한 주파수이다. 측정 대상물에서 반사되는 레이더 신호를 수신하고, 그 신호를 분석부로 전송한다.

이 때 산출된 비교값은 송수신부와 사일로 내부에 내용물이 포함된 상태에서의 레이더 신호의 전파 환경값이 된다. 제어부는 앞서 산출한 레퍼런스 환경 값과 전파 환경 값의 차이를 이용하여 전파 환경에 의해 발생하는 신호의 왜곡을 분석하여 채널 보정 값으로 결정하여 오프셋 값으로 설정하고 레벨 측정을한다.

송수신되는 레이더 신호의 시간 차이를 이용하여 측정된 원료에 대한 레벨에 트레이닝 신호를 이용하여 산출된 채널 보정 값을 이용하여 최종적인 레벨을 특정한다. 이렇게 함으로써 보다 정밀한 레벨 측정을 할 수 있게 된다.

제어부(1400)는 특정 위치에 고정된 송수신부(1200)에 수신되는 레이더의 수신시간을 연산하여 송수신부(1200)와 원료 사이의 거리를 연산하는 제어동작을 기설정된 횟수로 수행하여 원료에 대한 레벨을 연속적으로 측정한다.

따라서, 본 발명인 3D 레이더 센서는 제어부(1400)에 의해 기설정된 횟수로 송수신부를 서로 다른 축을 기준으로 로테이션하여 원료에 대하여 입체적으로 레이더를 송출 및 수신함으로써, 높이가 균일하지 않은 원료에 대하여 정밀하고 입체적으로 레벨 정보를 측정할 수 있다.

본 발명에서 트레이닝 주파수의 채용은 사용자의 선택에 따라 제조사에 주문할 때 기능을 포함시키거나 배제할 수 있고, 또한 주문시 기능을 포함시켜 제작후에 단순히 기능의 적용만을 레이더 센서 동작단계에서 선택할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 레이더 센서에 사용되는 주파수를 가변할 수 있다. 사일로에는 일반적으로 분진, 액체, 또는 알갱이와 같은 다양한 형태의 물질들이 적치된다. 특히 분진형태로 이루어진 세제물질이 적치되는 경우 레이더 센서를 오랜 시간동안 사용하면 송수신부에 흡착되어 성능이 떨어질 우려가 있다. 밀리미터파를 이용하면 물질 투과율이 높아 별다른 성능 저하는 없으나, 약간의 오차가 발생할 수도 있다.

트레이닝 주파수 및 측정 주파수를 가변함으로써 흡착된 분진에 의한 오차를 줄일 수 있다. 예를 들면, 흡착된 분진이 제 1 주파수에 영향을 많이 끼치는 물질이라면 제 1 주파수에 강한 특성을 갖는 트레이닝 주파수 및 측정 주파수로 변경하여 레이더 센서를 동작시킬 수 있다. 트레이닝 주파수 및 측정 주파수가 변경되는 경우라도 레벨측정을 위해 전파 환경값을 측정하는 과정을 거쳐야 하며, 전파 환경값을 측정하기 위한 트레이닝 주파수가 변경되면 변경된 트레이닝 주파수에 해당하는 레퍼런스 환경값을 기준으로 전파 환경 값을 보정한다.

가변 가능한 트레이닝 주파수를 이용하여 전파 환경값을 측정하는 과정은 다음과 같다. 송수신부에서 방출된 신호가 반사되어 수신되면 수신된 신호의 레벨을 먼저 측정한다. 측정된 레벨이 사용자가 설정한 임계 값과 비교하여 낮은 경우라면 새로운 트레이닝 주파수로 변경하여 레이더 신호를 방출하고, 수신된 신호가 일정 값을 넘어서는 경우까지 반복한다. 일정 값을 넘어서는 주파수가 없을 때는 방출된 주파수들 중 가장 높은 신호레벨을 갖는 주파수를 트레이닝 주파수로 삼아 전파 환경값을 측정하고 사일로에 적치된 물질의 레벨을 측정한다.

사용자가 설정한 임계 값을 넘어서는 주파수가 있으면 반복을 중지하고 해당 주파수를 트레이닝 주파수로 삼아 전파 환경값을 측정하고 사일로에 적치된 물질의 레벨을 측정한다.

본 발명은 트레이닝 주파수 및 측정 주파수를 가변할 수 있으므로 전파 채널에 의한 신호 왜곡이나 외부 환경의 영향을 최소화할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 회전조절부(1300)의 움직임에 의한 기계적인 틸트뿐만 아니라 빔포밍을 이용하여 측정 대상 범위를 넓힐 수 있다.

송수신부에 존재하는 안테나는 다중안테나를 포함하여 구성된다. 다중안테나는 안테나 요소 각각에 공급되는 전기적인 신호의 위상 및 진폭을 제어함으로써 레이더의 빔 폭, 빔의 강도, 및 빔의 방향을 조절하여 빔을 형성할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

빔포밍은 안테나 여러 개를 배열한 형태로 두어 여러 안테나 패턴(antenna pattern)을 겹치게 한 상태에서 각 안테나로 송수신되는 신호의 진폭과 위상을 변조하여 특정한 방향으로는 신호가 세게, 다른 방향으로는 신호가 약하게 송수신되도록 하는 기술이다. 즉, 여러 안테나에서 송수신되는 신호가 특정한 방향의 빔(beam)과 같이 마치 하나의 안테나처럼 동작하여 신호를 세게 송수신한다. 빔형성으로 신호를 특정한 방향으로 세게 송수신하면 커버리지가 확대된다. 일반적으로 N개의 안테나로 빔포밍을 하는 경우 생성되는 빔의 안테나 패턴은 빔의 방향으로 N배의 이득이 생기고 빔폭은 N배 좁아진다. 따라서 빔형성에 사용하는 안테나의 수가 많아질수록 빔폭이 좁고 안테나 이득이 큰 빔이 만들어진다.

송수신부의 다중 안테나에 빔포밍을 적용함으로써 레이더 센서가 적용가능한 사일로의 크기를 확대시킬 수도 있고, 원하는 개수의 빔을 형성함으로써 복수 개소의 레벨을 빠르게 측정할 수 있다.

본 발명에서는 기계식의 틸트와 빔포밍을 결합하여 레이더 센서를 동작 시킬 수 도 있고, 기계식의 틸팅과 빔포밍을 각각 단독으로 레이더 센서를 동작 시킬 수 도 있다.

또한, 기계적 틸팅 장치의 오류 발생시 측정지점이 고정되는 문제점이 있었으나, 전기적 신호의 위상제어에 의한 빔포밍 만으로 동작가능하여 복수의 측정 지점들을 선택하여 레벨을 측정할 수도 있다.

이상, 본 발명의 여러 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 전술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

또한, 본원에서 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

몸체 : 1100
송수신부 : 1200
렌즈 : 1210
회전조절부 : 1300
제1 회전부 : 1310
제1 모터 : 1311
Y2 기어 : 1313
Y1 기어 :1314
Y축 구동바 : 1315
Y축 걸림판 : 1315a
제2 회전부 : 1320
제2 모터 : 1321
X2 기어 : 1323
X1 기어 : 1324
X축 구동바 : 1325
X1 걸림판 : 1325a
X2 걸림판 : 1325b
브라켓 : 1330
회전 보조 바 : 1331
관통홀 : 1332
제어부 : 1400
끼움부재 : 1500

Claims

밀폐된 사일로 내부를 관찰할 수 있는 3D 레이더 센서에 있어서,
밀리미터파로 변조된 레이더를 방출하고 반사되는 레이더를 수신하는 송수신부(1200);
상기 송수신부(1200)의 레이더 송출 각도가 변경되도록 상기 송수신부(1200)의 위치를 변경하는 회전조절부(1300); 및
상기 송수신부(1200)가 방출된 레이더를 수신하면 상기 회전조절부(1300)를 제어하는 동작신호를 상기 회전조절부(1300)로 송신하여 상기 송수신부(1200)의 위치를 설정하여 조절하고, 특정 위치에 고정된 상기 송수신부(1200)에 수신되는 레이더의 수신시간을 연산하여 상기 송수신부(1200)와 원료 사이의 거리를 연산하는 제어동작을 기설정된 횟수로 수행하여 상기 원료의 레벨이 연속적으로 측정되도록 동작되고, 트레이닝 신호를 이용하여 설정된 레퍼런스 환경값과 레이더 신호에 의해 채널 환경값을 비교한 결과를 이용하여 거리 측정 오차를 보정하는 제어부(1400);를 포함하고,
상기 제어부(1400)는 상기 레퍼런스 환경값과 상기 채널 환경값을 측정하기 위한 상기 트레이닝 신호가 반사되어 측정된 레이더의 수신 레벨값이 사용자에 의해 설정된 값보다 클 때까지 복수의 주파수들 중에서 선택되어 상기 송수신부(1200)에서 방출할 것을 지시하며, 반사되는 레이더의 모든 수신 레벨값이 사용자에 의해 설정된 값보다 작으면 수신 레벨값들 중 최대값을 갖는 트레이닝 신호를 이용하여 레퍼런스 환경값과 채널 환경값으로 결정하고, 상기 회전조절부(1300)를 제어하여 기계적 틸트를 조정함과 동시에 레이더 안테나에 공급되는 전기적인 신호의 위상을 제어하여 방출되는 레이더의 빔 폭, 빔의 강도, 및 빔의 방향을 조절하고, 상기 회전조절부(1300)의 동작 불능시 전기적인 신호의 위상을 제어를 통해 빔포밍을 할 수 있도록 제어하고,
상기 회전조절부(1300)는
일측면은 개방되어 있고, 상기 일측면과 대향되는 타측면은 폐쇄되어 있으며, 상기 일측면과 교차되는 방향으로 배치되는 교차면을 포함하고, 상기 제어부(1400)의 하측에 배치되는 몸체(1100)와;
상기 몸체(1100)를 틸트시키지 않으며, 상기 몸체(1100)를 로테이션 시키는 제1 회전부(1310);를 포함하고,
상기 제1 회전부(1310)는,
상기 몸체(1100)의 타측면에 상기 몸체(1100)와 함께 회전되도록 연결되고 상기 제어부(1400)와 몸체(1100) 사이에 배치되는 Y1 기어(1314)와;
상기 몸체(1100)의 폐쇄된 교차면에서 샤프트가 상기 몸체(1100)의 타측면 방향으로 향하도록 설치되는 제1 모터(1311)와;
상기 제1 모터(1311)의 샤프트에 회전 가능하도록 연결되어 상기 Y1 기어(1314)로 상기 제1 모터(1311)의 회전력을 전달하고, 상기 Y1 기어(1314)보다 작은 Y2 기어(1313);를 포함하여,
상기 제어부(1400)의 동작신호에 따라 제1 모터(1311)의 샤프트를 기설정된 각도로 회전시켜 상기 몸체(1100)를 대응되는 각도로 로테이션 시키며,
상기 송수신부(1200)에서 방출하는 상기 레이더는 복수의 주파수 대역에서 선택된 주파수로 전송되고, 방출되는 레이더를 전송하기 위한 주파수는 순차적으로 가변되는 트레이닝 신호에 의해 측정된 채널 환경값을 기준으로 선택되고,
사용자에 의해 설정된 사일로의 형상에 따라 특정 패턴을 선택하고, 상기 특정 패턴은 적어도 36포인트 이상을 포함하여 구성되며, 각각의 포인트에 대해 측정된 거리를 이용하여 삼차원 이미지를 생성하여 디스플레이하는 것을 특징으로 하는,
3D 레이더 센서.
제1항에 있어서,
상기 레퍼런스 환경값은 반사되어 수신된 레이더의 파형의 왜곡, 주파수 변동, 및 수신 신호 레벨을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 레이더 센서.
제1항에 있어서,
상기 레퍼런스 환경값은 사일로 내부에 적치된 물질이 없는 경우, 레벨을 측정하기 전에 적어도 1회 이상 수행하여 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 레이더 센서.
제1항에 있어서,
상기 채널 환경값은 사일로가 설치된 후 사일로 내부에 적치된 물질이 있는 경우, 레벨을 측정하기 전에 적어도 1회 이상 수행하여 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 레이더 센서.
제1항에 있어서,
상기 레이더는 80㎓ 대역의 밀리미터파를 이용하고, 상기 반사되어 수신되는 레이더는 FFT(Fast Fourier Transform)으로 분석하는 것을 특징으로 하는, 3D 레이더 센서.
제1항에 있어서,
상기 송수신부(1200)는, 송신용 안테나와 수신용 안테나가 물리적으로 분리되어 있고, 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이에는 전기적으로 분리시키는 절연층이 포함되어 송신 신호와 반사되어 수신되는 신호간의 왜곡을 최소화하는 것을 특징으로 하는, 3D 레이더 센서.
제1항에 있어서,
상기 트레이닝 주파수는 레이더에 이용되는 주파수 대역들 각각의 중심주파수인 것을 특징으로 하는, 3D 레이더 센서.