WO2010068036A2 - 발광 다이오드를 이용한 수위 표시 장치 및 그를 포함한 수위 측정 시스템 - Google Patents

발광 다이오드를 이용한 수위 표시 장치 및 그를 포함한 수위 측정 시스템 Download PDF

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WO2010068036A2
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김원
김동구
이찬주
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한국건설기술연구원
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    • G01F23/243—Schematic arrangements of probes combined with measuring circuits

Definitions

  • the present invention relates to a water level display device and a water level measurement system using the same, and more particularly, to a water level display device having improved visibility using a light emitting diode and a water level measurement system using the same.
  • a water level measurement system is installed and used to measure the level of a fluid such as a river, a lake, a river, or the like.
  • the data measured by the water level measurement system such as the current water level and the water level change, are used to maintain the bridge, to predict the occurrence of summer floods, or to control traffic for safety when the water level is above a certain level. It is used in a variety of ways.
  • Level gauges provided in the water level measurement system for measuring the water level include a contact level gauge for measuring the water level by directly contacting the water, and a non-contact level gauge for measuring the water level using ultrasonic waves or lasers from the outside of the water.
  • the present invention is to achieve the above object, the technical problem to be achieved in the present invention, to ensure visibility even at night or rainy day, the average water level is displayed high visibility, automatic level recognition function to measure the measurement results in real time
  • the present invention provides a water level display device using a light emitting diode, a water level measurement system, and a method thereof, which can be utilized for analysis.
  • the water level display device a plurality of common terminals; A plurality of water level measuring terminals arranged at regular intervals along the longitudinal direction; A level measurement control unit configured to generate a level measurement result by reading a current state flowing through the plurality of level measurement terminals and measuring a level of a level measurement target after sending a current through the plurality of common terminals; And a light emitting diode unit configured to read the water level measurement result and display it through a plurality of light emitting diodes.
  • the water level measurement system sends a current into a water level measurement object through a plurality of common terminals, reads currents coming into a plurality of water level measurement terminals arranged at regular intervals along the longitudinal direction, and measures the water level.
  • a water level display device for controlling the on / off of the plurality of light emitting diodes arranged to form a number and a scale to display a water level measurement result;
  • a main control module for reading the level measurement result from the level display device and controlling the level display device to display the level measurement result numerically and on a scale through the plurality of light emitting diodes;
  • a power supply module supplying power to the water level display device according to the control of the main control module;
  • a display module for displaying the result of the water level measurement under the control of the main control module.
  • the water level display device and the water level measurement system using the light emitting diode according to the present invention made as described above, can be displayed at high visibility by securing visibility at night or rainy weather, and provides an automatic water level recognition function to display the measurement results It can be used for real-time measurement and analysis.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a water level measurement system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are detailed configuration diagrams of the water level display device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 and 5 are schematic views and photographs of the water level display device for illustratively explaining the operation of the water level display device shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the water level display device of FIG. 1 is installed in a pillar of a bridge.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a water level measurement system according to an embodiment of the present invention.
  • the water level measurement system includes a water level display device 100, a main control module 210, a display module 220, and a power supply module 230.
  • the water level display device 100 is a device installed in a river or a river to measure the current water level and transmit the measured water level information to the main control module 210. It is composed of LED (Light Emitting Diode), and the light emitting diode partly emits light according to the water level, so that it is easy to identify the water level by the naked eye in the harsh environment such as night or rainy weather.
  • LED Light Emitting Diode
  • the water level display device 100 When the water level display device 100 according to the present invention flows a current into a water level measurement object through a common terminal, which is an output terminal, and the water level measurement terminal, which is an input terminal, is submerged in a water level measurement object (fluid such as water), After measuring the water level of the measurement target by amplifying and reading the minute current flowing therein, the water level measurement result is displayed by controlling the on / off of a plurality of light emitting diodes arranged to form a display portion such as a numerical portion and a scale portion. do.
  • the main control module 210 reads the water level measurement results from the plurality of water level display devices 100, comprehensively analyzes the read water level measurement results, and then supplies the water level information according to the analysis results to the respective water level display devices 100. By transmitting, each level display device 100 can display the result of the level measurement using a number, a scale, or the like through a plurality of light emitting diodes.
  • the power supply module 230 is for supplying power to the water level display device 100 under the control of the main control module 210. Since the water level display device 100 does not have a large power consumption based on the driving of the light emitting diodes, the water level display device 100 can be driven only by the solar cell.
  • the display module 220 is an electronic display that displays the result of the water level measurement under the control of the main control module 210, so that a manager or a passenger can easily recognize the information regarding the current water level during flooding or level observation.
  • a plurality of water level display devices (for example, 32) installed in each of the main control module 210 ( After collecting and analyzing the information on the current water level from 100), the current water level is displayed on the display module 220, and the water level information is transferred to another system through a built-in communication line (for example, RS ?? 232 communication). Will be provided.
  • a built-in communication line for example, RS ?? 232 communication
  • FIG. 2 and 3 are detailed configuration diagrams of the water level display device shown in FIG. 1.
  • the water level display device 100 includes a water level measurement control unit 110, a sensor output management unit 120, a sensor input management unit 130, and a light emitting diode unit 140.
  • the sensor output manager 120 includes a plurality of common terminals 122 and a sensor output driver 121
  • the sensor input manager 130 includes a plurality of water level measurement terminals 133, an analog switch unit 132, and a signal.
  • the comparison performing unit 131 is included.
  • the water level measurement control unit 110 is provided inside the water level display device 100 to perform functions such as accurate water level recognition, average water level calculation, and display through the water level measurement control unit 110. This allows for specialized programming.
  • the water level measurement control unit 110 sends a current to the plurality of common terminals 122 and then reads the current state flowing through each of the water level measurement terminals 133 to measure the water level of the water level measurement target to generate a water level measurement result. .
  • the water level measuring terminal 133 is an input terminal and is formed so that a predetermined number (for example, 100) of the water level measuring terminals 133 are exposed to the outside at a predetermined interval (for example, every 10 cm).
  • a predetermined number for example, 100
  • the signal of the common terminal 122 is transmitted to the water level measurement terminal 133 through impurities in the measurement object to the water level measurement terminal 133. Fine current flows.
  • the AC signal entering the water level measurement terminal 133 is transmitted to the water level measurement control unit 110 through the signal comparison performing unit 131, and the water level measurement control unit 110 can detect the water level through the AC signal.
  • the common terminals 122 are arranged in a predetermined number (for example, 16) at regular intervals, and the same alternating current signal having the same electrical phase is input to the common terminal 122.
  • the sensor output manager 120 applies an AC signal of low frequency having the same phase to the plurality of common terminals 122.
  • the plurality of water level measuring terminals 133 are arranged at regular intervals along the vertical direction to form scales as shown in FIG. 3, and the scales for reading the water level are determined according to the arrangement intervals of the water level measuring terminals 133. For example, when the water level measuring terminal 133 is arranged every 10 cm, the water level can be read at intervals of 10 cm.
  • the analog switch unit 132 is an electrical switch for connecting the plurality of water level measurement terminals 133 and the water level measurement control unit 110 with a plurality of water level measurement terminals 133 in sequence. Select and connect the signal input to the water level measurement terminal 133 and the water level measurement control unit 110.
  • the analog switch unit 132 sequentially selects the plurality of water level measurement terminals 133 and transmits the current flowing through each level measurement terminal 133 to the signal comparison performing unit 131, the signal comparison performing unit 131
  • the current flowing through each of the plurality of level measurement terminals 133 is amplified and input to the level measurement control unit 110.
  • the water level measurement controller 110 determines whether each level measurement terminal 133 is locked in the water level measurement object through the current value of each level measurement terminal 133 read from the signal comparison performing unit 131, The water level is recognized according to the judgment result.
  • the light emitting diode unit 140 is to display the water level measurement result by controlling on / off of a plurality of light emitting diodes arranged to form numbers and scales according to the water level measurement result read from the water level measurement control unit 110.
  • the bar type display unit 142 includes a number type display unit 143 and a light emitting diode driver 141.
  • the shape displayed by the light emitting diode unit 140 is not limited to the bar type and the number type as described above, and may be modified in various forms.
  • the water level display device 100 flows a current into the water level measurement object through the common terminal 122, amplifies a minute current flowing when the water level measurement terminal 133 is submerged in the measurement object, and then measures the water level measurement controller 110. After measuring the water level of the object to be measured by reading through), and transmits the water level measurement result to the main control module 210, the light emitting diode unit 140 to display the water level measurement results at the request of the main control module 210 To control.
  • the water level display device 100 includes a plurality of base plates (based on PL # 0 to PL # 9, hereinafter referred to as PL) having a predetermined length (for example, 1 m). PL) can be configured to be used by attaching the desired length.
  • Each base plate PL is composed of a plurality of light emitting diodes, and includes a bar type display unit 142 and a numeric type display unit 143 for displaying the water level measurement results in scale and numbers, respectively.
  • the water level measuring terminals 133 are arranged at 1 cm intervals at a length of 1 m, and the water level is arranged at predetermined intervals.
  • the water level measurement control unit 110 reads the state of the analog switch unit 132 and transmits it to the main control module 210, and turns on the light emitting diode for each position according to the water level measurement result transmitted by the main control module 210.
  • the water level measurement control unit 110 may have a function of turning on / off the hot wire for preventing frost at the request of the main control module 210.
  • the bar type display unit 142 a scale of a predetermined interval located on a straight line with the plurality of water level measurement terminals 133 is formed, a plurality of light emitting diodes are arranged in the horizontal direction for each scale.
  • the bar type display unit 142 displays the water level measurement results numerically by varying whether the plurality of light emitting diodes in the horizontal direction that form each scale are turned on or off according to the water level measurement result.
  • the numeric type display unit 143 a plurality of light emitting diodes for displaying a number is disposed, and the result of the level measurement is numerically displayed by the control of the LED driver 141.
  • the LED driver 141 described above controls the bar type display unit 142 and the numeric type display unit 143 according to the water level measurement result so that the water level measurement result is displayed in scale and numbers.
  • the water level display device 100 may further include an inflow portion 153 and an frost preventing portion 155.
  • the inlet 153 has a plurality of passages through which the fluid of the water level measurement object can enter and exit at regular intervals in the vertical direction.
  • the freezing prevention unit 155 is provided with a heating wire for preventing freezing so that the water level display device 100 can be used even in a winter or low temperature region.
  • the LED consumes little power
  • a separate power source other than a solar cell may be required.
  • the water level display device 100 including the electrical circuit for driving the light emitting diode should be installed in the object to be measured for a long time, pay attention to the waterproofing.
  • the configuration of the base plate PL constituting the water level display device 100 will be described in more detail with reference to the embodiment shown in FIG. 3.
  • the joining member 151 is a space required for wire treatment when connecting the base plates PL to each other.
  • the common terminal 122 is a conductor for measuring the water level, is formed on the surface of the copper foil of a printed circuit board (PCB), and is gold-plated to prevent rust and increase conductivity.
  • the common terminal 122 is a source of current and is arranged at appropriate intervals from below.
  • the bar type display unit 142 arranges a plurality of light emitting diodes in a horizontal direction for displaying the water level, and a bar type display unit 142 is formed for each scale (for example, 1 cm).
  • the water level measuring terminals 133 are arranged one by one for each scale, and are formed on the copper foil surface of the printed circuit board as a conductor for measuring the water level, and are gold plated to prevent corrosion and increase conductivity.
  • the inlet 153 is formed with a plurality of passages 154 through which water level measurement objects can enter and exit, and are positioned adjacent to the common terminal 122 and the water level measurement terminal 133.
  • a hole 152 formed on the body of the base plate PL is required to attach the base plate PL to a structure such as a pillar of a bridge by using a screw or the like.
  • the water level display device 100 sends a current to the common terminal 122 of the basic plate PL configured as described above, and reads the state of the water level measuring terminal 133 arranged for each scale, thereby measuring the current water level. After transmitting the result to the main control module 210 by the built-in water level measurement control unit 110, the plurality of light emitting diodes are turned on / off as required by the main control module 210.
  • FIG. 4 and 5 are for explaining the operation of the water level display device shown in FIG. 1 by way of example, a schematic diagram (FIG. 4) of the water level display device 100 and a photograph of the water level display device 100 (FIG. 5). to be.
  • the main control module 210 of the water level measurement system comprehensively analyzes the water level information collected from the one or more water level display devices 100, and displays a bar type display unit corresponding to the current water level in each water level display device 100 according to the analysis result. Turn on the 142 and the numeric type display unit 143, and displays the information about the water level through the display module 220, or transmits the water level measurement results to the desired place.
  • the water level measurement control unit 110 of each level display device 100 stores the water level information detected by the signal comparison performing unit 131 and, when requested by the main control module 210, the main control module 210.
  • the water level information is transmitted, and the LEDs indicating the water level positions are turned on as shown in FIGS. 4 and 5 at the request of the main control module 210.
  • the water level display device 100 can automatically recognize the water level by the electric conductor forming the common terminal 122 and the water level measurement terminal 133, and improves visibility by the light emitting diodes of the numerical part and the graduation part. In addition, the water level value can be expressed for easy visual identification.
  • the water level display device 100 In the case of driving the LED, when the water level display device 100 is designed to emit light at all parts of the base plate PL and only at the upper part of the current level, the water level display device 100 is shown in FIGS. 4 and 5. Likewise, in the state in which the light emitting diodes of all the numeric type display units 143 are turned on, the light emitting diodes of the bar type display unit 142 positioned at the upper portion BL of the water surface AL are turned on.
  • the water level measurement system automatically measures the current water level or the water level for a period of time through one or more water level display devices 100 installed in a structure in a river or a river such as a pillar of a bridge, and then a manager or a passenger adjusts the water level. Displayed to the light emitting diode unit 140 of the water level display device 100 for easy viewing, and further transmits the value to another system requiring a level measurement result, such as a central control center, thereby displaying the result received by the system. Display it on the module 220, or to collect the data so that it can be used in various ways.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the water level display device of FIG. 1 is installed in a piers.
  • the display module 220 in the upper portion of the bridge has a main control module 210 and a power supply module 230 for supplying DC power.
  • a main control module 210 After installing a plurality of water level display devices 100 (for example, five) for each pier in a specific area of the bridge, the water level measured by each water level display device 100 is measured by the main control module 210. If so, the main control module 210 can comprehensively analyze the water level measurement results of various places while measuring in real time, and can be utilized in all directions such as intensive rain / flood preparation and traffic control.
  • the entire structure except for the electrical conductor is manufactured to protect the circuit portion placed in the water level measurement object for a long time, and is durable to prevent damage to the internal circuits from external shocks. Secure it so that it can stand the impact. Since all the light emitting parts of the water level display device 100 use light emitting diodes with low power consumption, the low power structure can be designed.
  • the base plate PL is attached with an icing prevention part 155 that prevents icing by heat generated by electricity, so that the water level can be measured even when icing.
  • Table 1 below illustrates performance evaluation criteria of the water level display device 100.
  • the present invention can be usefully applied when sound absorption is required.

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Abstract

본 발명은 복수의 공통 단자, 세로 방향을 따라 일정 간격으로 배열되는 복수의 수위 측정 단자, 복수의 공통 단자에 전류를 흘려 보낸 후, 복수의 수위 측정 단자로 흐르는 전류 상태를 읽어 들여 수위 측정 대상의 수위를 측정하는 수위 측정 제어부; 및 수위 측정 결과를 읽어 들여 복수의 발광 다이오드를 통해 표시하는 발광 다이오드부를 포함한다. 본 발명에 따른 수위 측정 시스템은 전술한 수위 표시 장치; 수위 표시 장치로부터 수위 측정 결과를 읽어 들이고, 복수의 발광 다이오드를 통해 숫자 및 눈금으로 수위 측정 결과를 표시하도록 수위 표시 장치를 제어하는 주 제어 모듈; 주 제어 모듈의 제어에 따라 수위 표시 장치로 전원을 공급하는 전원 공급 모듈; 주 제어 모듈의 제어에 따라 수위 측정 결과를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함하는 수위 측정 시스템이다.

Description

발광 다이오드를 이용한 수위 표시 장치 및 그를 포함한 수위 측정 시스템
본 발명은 수위 표시 장치 및 이를 이용한 수위 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 다이오드를 이용하여 시인성을 높인 수위 표시 장치 및 이를 이용한 수위 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 강이나 호수, 하천 등과 같은 유체의 수위를 측정하기 위하여 수위 측정 시스템이 설치되어 사용된다. 현재 수위와 수위 변화 등 수위 측정 시스템에 의해 측정된 자료는 교량의 유지 관리에 쓰이거나, 또는 하절기 홍수의 발생을 예측하거나, 수위가 일정 수준 이상이 될 때 안전을 위해 교통을 통제하기 위한 지표로 쓰이는 등 다양한 방식으로 활용되고 있다. 수위 측정 시스템에 구비되어 수위를 측정하는 수위계로는 물에 직접 접촉하여 수위를 측정하는 접촉식 수위계와, 물의 외측에서 초음파나 레이저 등을 이용하여 수위를 측정하는 비접촉식 수위계가 있다.
이러한 수위 측정 시스템은 주로 하천이나 호수 등에 위치한 교량의 기둥에 설치되는데, 홍수의 발생을 예측하거나, 교통을 안전하게 통제하기 위한 기준이 되는 등과 같은 수위 측정 시스템의 활용분야를 고려할 때, 강이나 하천의 수위가 일정 수준 이상으로 높아지거나 급격한 수위 변화가 있는 경우, 최대한 빠른 시간 내에 교량을 통행하는 사람들이나 관리자에게 이러한 사실을 인식시켜야 한다.
그런데, 종래의 수위 측정 시스템은 야간이나 우천 시 또는 수위 급변 시 육안으로 관측하는 것이 매우 어렵고, 설혹 육안 관측이 가능하더라도 시인성이 부족해 수위 측정 결과에 오차가 발생할 위험이 높을 뿐만 아니라, 측정의 정확도가 현저히 떨어지게 된다. 특히, 홍수가 발생하는 현장에서 측정할 경우, 수시로 변하는 수위를 즉각적으로 눈으로 관측해야만 하므로 종래 수위 측정 시스템은 거의 활용이 불가능하다는 한계가 있다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는, 야간이나 우천 시에도 시인성을 확보하여 평균 수위를 시인성 높게 표시하고, 자동 수위 인식 기능을 제공하여 측정 결과를 실시간 계측과 분석에 활용할 수 있도록 하는 발광 다이오드를 이용한 수위 표시 장치, 수위 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수위 표시 장치는, 복수의공통 단자; 세로 방향을 따라 일정 간격으로 배열되는 복수의 수위 측정 단자; 상기 복수의 공통 단자에 전류를 흘려 보낸 후, 상기 복수의 수위 측정 단자로 흐르는 전류 상태를 읽어 들여 수위 측정 대상의 수위를 측정하여 수위 측정 결과를 생성하는 수위 측정 제어부; 및 상기 수위 측정 결과를 읽어 들여 복수의 발광 다이오드를 통해 표시하는 발광 다이오드부를 포함한다.
본 발명에 따른 수위 측정 시스템은, 복수의 공통 단자를 통해 수위 측정 대상 속으로 전류를 흘려 보내고, 세로 방향을 따라 일정 간격으로 배열된 복수의 수위 측정 단자로 들어오는 전류를 읽어 수위를 측정한 후, 숫자 및 눈금을 형성하도록 배치된 복수의 발광 다이오드의 온/오프를 제어하여 수위 측정 결과를 표시하는 수위 표시 장치; 상기 수위 표시 장치로부터 상기 수위 측정 결과를 읽어 들이고, 상기 복수의 발광 다이오드를 통해 숫자 및 눈금으로 상기 수위 측정 결과를 표시하도록 상기 수위 표시 장치를 제어하는 주 제어 모듈; 상기 주 제어 모듈의 제어에 따라 상기 수위 표시 장치로 전원을 공급하는 전원 공급 모듈; 및 상기 주 제어 모듈의 제어에 따라 상기 수위 측정 결과를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 수위 표시 장치 및 수위 측정 시스템은, 야간이나 우천 시 시인성을 확보하여 평균 수위를 시인성 높게 표시할 수 있으며, 자동 수위 인식 기능을 제공하여 측정 결과를 실시간 계측과 분석에 활용할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 시스템의 전체 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 나타난 수위 표시 장치의 세부 구성도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 나타난 수위 표시 장치의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 수위 표시 장치의 개략도와 사진이다.
도 6는 도 1의 수위 표시 장치가 교량의 기둥에 설치된 모습을 예시한 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 표시 장치 및 그를 포함한 수위 측정 시스템에 대하여 첨부된 도 1 내지 도 6를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 시스템의 전체 구성도이다.
도면에 도시된 것처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 시스템은, 수위 표시 장치(100), 주 제어 모듈(210), 디스플레이 모듈(220) 및 전원 공급 모듈(230)을 포함한다.
수위 표시 장치(100)는 강이나 하천 등에 설치되어 현재의 수위를 측정하고, 측정된 수위 정보를 주 제어 모듈(210)로 전송하는 장치로서, 눈금 부분과 숫자 부분이 온/오프 가능한 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)로 구성되어 있고, 수위에 따라 발광 다이오드가 부분적으로 발광함으로써 시인성을 높여 야간이나 우천 시 등의 열악한 환경에서도 관리자나 통행자가 육안으로 수위를 쉽게 식별할 수 있도록 구성되어 있다.
이러한 본 발명에 따른 수위 표시 장치(100)는, 출력 단자인 공통 단자를 통해 수위 측정 대상 속으로 전류를 흘려 보내고, 입력 단자인 수위 측정 단자가 수위 측정 대상(물 등의 유체) 속에 잠겼을 때, 그 속에 흐르는 미세한 전류를 증폭하여 읽어 들임으로써 측정 대상의 수위를 측정한 후, 숫자 부분, 눈금 부분 등과 같은 표시 부분을 형성하도록 배치된 복수의 발광 다이오드의 온/오프를 제어하여 수위 측정 결과를 표시한다.
주 제어 모듈(210)은 복수 개의 수위 표시 장치(100)로부터 수위 측정 결과를 읽고, 읽어 들인 수위 측정 결과를 종합적으로 분석한 후, 각각의 수위 표시 장치(100)로 분석 결과에 따른 수위 정보를 전달하여, 각각의 수위 표시 장치(100)가 복수의 발광 다이오드를 통해 숫자, 눈금 등을 이용하여 수위 측정 결과를 표시할 수 있도록 한다.
전원 공급 모듈(230)은 주 제어 모듈(210)의 제어에 따라 수위 표시 장치(100)로 전원을 공급하기 위한 것이다. 수위 표시 장치(100)는 발광 다이오드의 구동을 기초로 하여 자체의 전력 소비가 크지 않으므로 태양 전지만으로도 구동 가능하다.
디스플레이 모듈(220)은 주 제어 모듈(210)의 제어에 따라 수위 측정 결과를 표시하는 전광판으로써, 홍수 시 또는 수위 관측 시 관리자나 통행자가 현재 수위에 관한 정보를 쉽게 인식할 수 있도록 한다.
전원 공급 모듈(230)로부터 수위 표시 장치(100)로 직류(DC) 전원이 공급되면, 주 제어 모듈(210)이 각각의 장소에 설치된 여러 개(예를 들면, 32개)의 수위 표시 장치(100)로부터 현재 수위에 대한 정보를 수집하여 분석한 후, 현재 수위를 디스플레이 모듈(220)에 표시하고, 내장된 통신 라인(예를 들면, RS??232 통신)을 통하여 다른 시스템으로 수위 정보를 제공하게 된다.
도 2 및 도 3은 도 1에 나타난 수위 표시 장치의 세부 구성도이다.
도 2에 도시된 실시예에서, 수위 표시 장치(100)에는 수위 측정 제어부(110), 센서 출력 관리부(120), 센서 입력 관리부(130) 및 발광 다이오드부(140)가 포함되어 있다.
센서 출력 관리부(120)는 복수의 공통 단자(122)와 센서 출력 구동부(121)를 포함하고, 센서 입력 관리부(130)는 복수의 수위 측정 단자(133)와 아날로그 스위치부(132), 그리고 신호 비교 수행부(131)를 포함한다.
수위 표시 장치(100)의 내부에는 수위 측정 제어부(110)가 구비되어 있어, 상기 수위 측정 제어부(110)를 통하여 정확한 수위 인식, 평균 수위 계산, 표시 등의 기능을 수행할 수 있고, 관리자 요구에 따라 특성화된 프로그래밍도 가능하게 된다.
수위 측정 제어부(110)는 복수의 공통 단자(122)에 전류를 흘려 보낸 후, 각 수위 측정 단자(133)로 흐르는 전류 상태를 읽음으로써, 수위 측정 대상의 수위를 측정하여 수위 측정 결과를 생성한다.
구체적으로 살펴보면, 외부로 노출된 출력 단자인 공통 단자(122)에 저주파의 교류(AC) 신호가 인가되면, 센서 출력 구동부(121)에서 증폭된 교류 신호가 만들어진다. 수위 측정 단자(133)는 입력 단자로서, 일정 개수(예를 들면, 100개)의 수위 측정 단자(133)가 일정 간격(예를 들면, 10cm마다)으로 외부로 노출되도록 형성되어 있다. 공통 단자(122)와 수위 측정 단자(133)가 동시에 측정 대상에 잠겼을 때, 공통 단자(122)의 신호가 측정 대상 속의 불순물들을 통해 수위 측정 단자(133)에 전달되면서 수위 측정 단자(133)로 미세한 전류가 흐르게 된다. 수위 측정 단자(133)로 들어온 교류 신호는 신호 비교 수행부(131)를 통해 수위 측정 제어부(110)에 전달되며, 수위 측정 제어부(110)는 이 교류 신호를 통해 수위를 검지할 수 있게 된다.
공통 단자(122)는 일정 개수(예를 들면, 16개)가 일정한 간격으로 나열되어 있으며, 전기적으로 동일한 위상의 똑같은 교류 신호가 공통 단자(122)로 입력된다. 센서 출력 관리부(120)는 복수의 공통 단자(122)로 동일한 위상을 갖는 저주파의 교류 신호를 인가한다.
복수의 수위 측정 단자(133)는 도 3에서와 같이 세로 방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 눈금을 형성하고, 수위를 읽을 수 있는 눈금은 수위 측정 단자(133)의 배치 간격에 따라 결정된다. 예를 들면, 10cm마다 수위 측정 단자(133)가 배치된 경우, 10cm 간격으로 수위를 읽을 수 있다.
아날로그 스위치부(132)는 복수 개(예를 들면, 100개)의 수위 측정 단자(133)와 수위 측정 제어부(110)를 연결하기 위한 전기적인 스위치로, 복수의 수위 측정 단자(133)를 순차적으로 선택하여 수위 측정 단자(133)로 입력되는 신호를 수위 측정 제어부(110)와 연결해 준다. 아날로그 스위치부(132)에서 복수의 수위 측정 단자(133)를 순차적으로 선택하여 각 수위 측정 단자(133)에 흐르는 전류를 신호 비교 수행부(131)로 전달하면, 신호 비교 수행부(131)가 복수의 수위 측정 단자(133) 각각에 흐르는 전류를 증폭하여 수위 측정 제어부(110)로 입력한다.
이후, 수위 측정 제어부(110)는 신호 비교 수행부(131)로부터 읽어 들인 각 수위 측정 단자(133)의 전류 값을 통해 각 수위 측정 단자(133)가 수위 측정 대상 속에 잠겨 있는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 수위를 인식하게 된다.
발광 다이오드부(140)는 수위 측정 제어부(110)로부터 읽어 들인 수위 측정 결과에 따라 숫자 및 눈금을 형성하도록 배치된 복수의 발광 다이오드의 온/오프를 제어하여 수위 측정 결과를 표시하기 위한 것으로, 도면에 도시된 실시예에서는 바 타입(bar type) 표시부(142)와 숫자 타입 표시부(143), 발광 다이오드 구동부(141)를 포함하고 있다. 그러나 발광 다이오드부(140)에 의해 표시되는 형태는 위와 같이 바 타입, 숫자 타입에 한정되지 아니하며, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
이와 같이, 수위 표시 장치(100)는 공통 단자(122)를 통해 수위 측정 대상 속으로 전류를 흘려 보내고, 수위 측정 단자(133)가 측정 대상 속에 잠겼을 때 흐르는 미세한 전류를 증폭하여 수위 측정 제어부(110)를 통해 읽음으로써 측정 대상의 수위를 측정한 후, 수위 측정 결과를 주 제어 모듈(210)로 전달하며, 주 제어 모듈(210)의 요청에 따라 수위 측정 결과를 표시하도록 발광 다이오드부(140)를 제어한다.
도 3을 참조하면, 수위 표시 장치(100)는 일정 길이(예를 들면, 1m)의 기본 플레이트(PL#0 내지 PL#9, 이하 PL로 통칭함)를 단위로 하여, 여러 개의 기본 플레이트(PL)를 원하는 길이만큼 붙여서 사용할 수 있도록 구성될 수 있다. 각각의 기본 플레이트(PL)는 복수 개의 발광 다이오드로 이루어져 수위 측정 결과를 눈금과 숫자로 각각 표시하기 위한 바 타입 표시부(142)와 숫자 타입 표시부(143)를 포함한다.
수위 표시 장치(100)를 구성하는 기본 플레이트(PL)가 1m이고, 1cm마다 눈금이 형성된 경우를 가정하면, 1m 길이에 1cm 간격으로 수위 측정 단자(133)들을 배치하고, 소정 간격으로 배치된 수위 측정 단자(133)들을 순차적으로 선택하여 수위 측정 제어부(110)와 연결하는 아날로그 스위치부(132)를 구성함으로써 1cm의 해상도(resolution)로 수위를 감지할 수 있다. 수위 측정 제어부(110)는 아날로그 스위치부(132)의 상태를 읽어 주 제어 모듈(210)로 전송하고, 주 제어 모듈(210)에 의해 전송된 수위 측정 결과에 따라 위치 별로 발광 다이오드를 켜 주게 된다. 또한, 수위 측정 제어부(110)는 주 제어 모듈(210)의 요구에 의해 결빙 방지용 열선을 온/오프하는 기능을 가질 수 있다.
바 타입 표시부(142)의 구성을 살펴보면, 복수의 수위 측정 단자(133)와 일직선 상에 위치하는 소정 간격의 눈금이 형성되고, 각 눈금마다 가로 방향으로 복수의 발광 다이오드가 배열되어 있다. 이러한 바 타입 표시부(142)는 수위 측정 결과에 따라 각 눈금을 형성하는 가로 방향의 복수의 발광 다이오드에 대한 온/오프 여부를 달리함으로써, 수위 측정 결과를 숫자로 표시한다. 숫자 타입 표시부(143)에는 숫자를 표시하기 위한 복수의 발광 다이오드가 배치되며, 발광 다이오드 구동부(141)의 제어에 의해 수위 측정 결과가 숫자로 표시된다.
전술한 발광 다이오드 구동부(141)는 수위 측정 결과에 따라 바 타입 표시부(142) 및 숫자 타입 표시부(143)를 제어하여 수위 측정 결과가 눈금 및 숫자로 표시되도록 한다.
한편, 수위 표시 장치(100)에는 유입부(153)와 결빙 방지부(155)가 추가로 구성될 수 있다. 유입부(153)에는 수위 측정 대상의 유체가 드나들 수 있는 복수의 통로가 세로 방향으로 일정 간격마다 배치된다. 결빙 방지부(155)에는 동절기나 온도가 낮은 지역에서도 수위 표시 장치(100)를 사용할 수 있도록 결빙 방지용 열선이 형성된다.
전술한 바와 같이, 발광 다이오드는 구동 시 전력 소비가 크지 않으므로, 태양 전지를 전원 공급 모듈(230)로 사용하여 태양 전지에 의한 충전으로 수위 표시 장치(100)를 동작시키는 것이 충분히 가능하다. 즉, 전기 공급이 어렵거나 비용적으로 전기 수용이 어려운 경우, 태양 전지에 충전 가능한 배터리를 내장하여 해가 떠 있는 낮 시간 동안 배터리를 충전하여 사용하도록 할 수 있다. 다만, 수위 표시 장치(100)의 부근의 결빙을 방지하기 위해 열선이 설치된 결빙 방지부(155)를 구성하는 경우, 태양 전지 이외의 별도 전원이 필요할 수도 있다. 또한, 발광 다이오드를 구동하기 위한 전기적인 회로를 포함하는 수위 표시 장치(100)는 측정 대상 속에 장기간 설치되어야 하므로, 방수 처리에 주의를 기울여야 한다.
도 3에 도시된 실시예를 참조하여 수위 표시 장치(100)를 이루는 기본 플레이트(PL)의 구성을 보다 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.
기본 플레이트(PL)에서, 접합 부재(151)는 기본 플레이트(PL)들을 서로 연결할 때 전선 처리를 위해 필요한 공간이다. 공통 단자(122)는 수위를 측정하기 위한 도전체로서, 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)의 동박 표면에 형성되며, 녹을 방지하고, 전도도를 높이기 위해 금도금 처리된다. 공통 단자(122)는 전류의 소스가 되며, 아래쪽에서부터 적당한 간격으로 배열된다.
바 타입 표시부(142)는 수위 표시를 위해 가로 방향으로 복수의 발광 다이오드를 배열한 것으로, 각 눈금(예를 들면, 1cm)마다 하나씩 바 타입 표시부(142)가 형성된다.
수위 측정 단자(133)는 각 눈금마다 하나씩 배열되는 것으로, 수위를 측정하기 위한 도전체로서 인쇄 회로 기판의 동박 표면에 형성되며, 부식을 방지하고 전도도를 높이기 위해 금 도금 처리된다.
유입부(153)는 수위 측정 대상이 드나들 수 있는 여러 개의 통로(154)가 형성되어 있는 것으로, 공통 단자(122)와 수위 측정 단자(133)와 인접하도록 위치한다. 기본 플레이트(PL)의 몸체 상에 형성되는 홀(hole)(152)은 나사 등을 이용해 기본 플레이트(PL)를 교량의 기둥 등의 구조물에 부착하기 위해 필요한 것이다.
수위 표시 장치(100)는 이와 같이 구성된 기본 플레이트(PL)의 공통 단자(122)에 전류를 흘려 보내, 각 눈금마다 배열된 수위 측정 단자(133)의 상태를 읽어 들임으로써, 현재 수위를 측정하고, 그 결과를 내장된 수위 측정 제어부(110)에 의해 주 제어 모듈(210)로 전송한 후, 주 제어 모듈(210)의 요구에 따라 복수의 발광 다이오드를 온/오프 해 준다.
도 4 및 도 5는 각각 도 1에 나타난 수위 표시 장치의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 것으로서, 수위 표시 장치(100)의 개략도(도 4)와 수위 표시 장치(100)의 사진(도 5)이다.
수위 측정 시스템의 주 제어 모듈(210)은 하나 이상의 수위 표시 장치(100)로부터 수집된 수위 정보를 종합적으로 분석하고, 분석 결과에 따라 각 수위 표시 장치(100)에서 현재 수위에 해당하는 바 타입 표시부(142)와 숫자 타입 표시부(143)를 켜 주며, 디스플레이 모듈(220)을 통해 수위에 대한 정보를 표시하거나, 원하는 곳으로 수위 측정 결과를 전송해 준다.
각 수위 표시 장치(100)의 수위 측정 제어부(110)는 신호 비교 수행부(131)를 통해 검지된 수위 정보를 보관하고, 주 제어 모듈(210)의 요구가 있을 때, 주 제어 모듈(210)로 수위 정보를 전송하며, 주 제어 모듈(210)의 요구에 의해 도 4 및 도 5와 같이 수위 위치를 표시하는 발광 다이오드들을 점등한다.
수위 표시 장치(100)는 공통 단자(122)와 수위 측정 단자(133)를 형성하는 전기 도전체에 의해 자동으로 수위를 인식할 수 있으며, 숫자 부분과 눈금 부분의 발광 다이오드에 의해 시인성을 높임으로써, 육안 식별이 용이하도록 수위 값을 표출할 수 있다.
발광 다이오드 구동 시, 모든 기본 플레이트(PL)에서 숫자 부분은 항상 발광되고, 눈금 부분은 현재 수위의 상단에 있는 부분만 발광되도록 수위 표시 장치(100)를 설계한 경우, 도 4 및 도 5에서와 같이, 모든 숫자 타입 표시부(143)의 발광 다이오드들이 점등된 상태에서, 수면(AL)의 윗부분(BL)에 위치하는 바 타입 표시부(142)의 발광 다이오드들이 점등된다.
수위 측정 시스템은 교량의 기둥 등 강이나 하천에 있는 구조물에 설치된 하나 이상의 수위 표시 장치(100)를 통해 현재 수위, 또는 일정 기간 동안의 수위를 자동으로 측정한 후, 관리자나 통행자가 그 수위 레벨을 쉽게 볼 수 있도록 수위 표시 장치(100)의 발광 다이오드부(140)로 표출하며, 나아가 그 값을 중앙 통제 센터 등 수위 측정 결과를 필요로 하는 다른 시스템으로 전송함으로써, 해당 시스템이 수신된 결과를 디스플레이 모듈(220)에 표시하거나, 자료로 수집하는 등 다양하게 활용할 수 있도록 한다.
도 6은 도 1의 수위 표시 장치가 교각에 설치된 모습을 예시한 도면이다.
교량의 상부에 있는 디스플레이 모듈(220)에는 주 제어 모듈(210)과, 직류 전원을 공급하기 위한 전원 공급 모듈(230)이 내장되어 있다. 복수 개(예를 들면, 5개)의 수위 표시 장치(100)를 교량의 특정 영역에 있는 각 교각마다 설치한 후, 주 제어 모듈(210)로 각 수위 표시 장치(100)에서 측정된 수위를 공급한다면, 주 제어 모듈(210)이 여러 장소의 수위 측정 결과를 실시간으로 계측하면서 종합적으로 분석하여, 집중 호우/홍수 대비, 교통 통제 등 전방위에서 활용할 수 있다.
수위 표시 장치(100)의 성능 향상을 위해서 몇 가지 요소를 추가적으로 고려할 수 있다.
예를 들면, 수위 표시 장치(100)에서 전기 도전체를 제외한 전체를 방수 구조를 제작하여 장기간 수위 측정 대상 속에 놓여지는 회로 부분을 보호할 수 있도록 하고, 외부의 충격에 내부 회로가 손상되지 않도록 내구성을 확보하여 충격에 버틸 수 있도록 한다. 수위 표시 장치(100)에서 발광되는 모든 부분은 소모 전력이 낮은 발광 다이오드를 사용하므로, 저전력 구조로 설계가 가능하다. 기본 플레이트(PL)에는 전기에 의한 발열로 결빙을 방지하는 결빙 방지부(155)를 부착하여 결빙 시에도 수위를 측정할 수 있도록 한다.
다음의 표 1은 수위 표시 장치(100)의 성능 평가 기준을 예시한 것이다.
표 1
기능 평가 기준 결과
발광 다이오드의 발광 주/야간 발광 다이오드의 발광에 의한 가시거리 주야간 가시거리 20m
수위 자동 인식 수위 변화에 따른 인식 해상도 1cm, 수위 급변 시 이전 10분 측정 평균값 표시 가능, 마이크로프로세서를 이용한 다양한 프로그래밍 가능
방수 기능 회로 보호를 위한 완전 방수 실리콘에 의한 인쇄 회로 기판의 1차 방수, 외부 몰딩에 의한 2차 방수로 구성
내구성 하천 유하물 충돌에 대한 내구성, 온도 변화에 따른 내구성 수위 표시 장치의 전면을 내충격성, 내열성, 내한성이 강한 PC(Poly Carbonate)로 제작
저전력 구조 사용 최대 전력(결빙 방지부 미부착 시) 소비 전력 10W(기본 플레이트 1기당)
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 흡음이 필요한 경우에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 복수의 공통 단자;
    세로 방향을 따라 간격을 두고 배열되는 복수의 수위 측정 단자;
    상기 복수의 공통 단자에 전류를 흘려 보낸 후, 상기 복수의 수위 측정 단자로 흐르는 전류 상태를 읽어 들여 수위 측정 대상의 수위를 측정하는 수위 측정 제어부; 및
    상기 수위 측정 제어부로부터 수위 측정 결과를 읽어 들여 복수의 발광 다이오드를 통해 표시하는 발광 다이오드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 발광 다이오드부는,
    상기 복수의 수위 측정 단자와 일직선 상에 위치하여 간격을 가진 눈금을 형성하고, 각 눈금마다 가로 방향으로 복수의 발광 다이오드가 배열되어 있으며, 상기 수위 측정 결과에 따라 각 눈금을 형성하는 가로 방향의 복수의 발광 다이오드에 대한 온/오프 여부를 달리하여 상기 수위 측정 결과를 눈금으로 표시하는 바 타입 표시부;
    숫자를 표시하기 위한 복수의 발광 다이오드를 포함하여 상기 수위 측정 결과를 숫자로 표시하는 숫자 타입 표시부; 및
    상기 수위 측정 결과에 따라 상기 바 타입 표시부 및 상기 숫자 타입 표시부를 제어하여 상기 수위 측정 결과가 눈금 및 숫자로 표시되도록 하는 발광 다이오드 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 공통 단자로 동일한 위상을 갖는 저주파의 교류 신호를 인가하는 센서 출력 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 수위 측정 단자 각각에 흐르는 전류를 증폭하여 상기 수위 측정 제어부로 전달하는 신호 비교 수행부; 및
    상기 복수의 수위 측정 단자를 순차적으로 선택하여 각 수위 측정 단자에 흐르는 전류를 상기 신호 비교 수행부로 전달하는 아날로그 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 수위 측정 제어부는,
    상기 신호 비교 수행부로부터 읽어 들인 각 수위 측정 단자의 전류 값을 통해 각 수위 측정 단자가 수위 측정 대상의 내부에 잠겨 있는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 수위를 인식하는 것을 특징으로 하는 수위 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    수위 측정 대상이 드나들 수 있는 복수의 통로가 세로 방향으로 일정 간격마다 배치되어 있는 유입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 표시 장치.
  7. 복수의 공통 단자를 통해 수위 측정 대상 속으로 전류를 흘려 보내고, 세로 방향을 따라 간격을 두고 배열된 복수의 수위 측정 단자로 들어오는 전류를 읽어 들여 수위를 측정한 후, 복수의 발광 다이오드의 온/오프를 제어하여 수위 측정 결과를 표시하는 수위 표시 장치;
    상기 수위 표시 장치로부터 상기 수위 측정 결과를 읽어 들이고, 상기 복수의 발광 다이오드를 통해 상기 수위 측정 결과를 표시하도록 상기 수위 표시 장치를 제어하는 주 제어 모듈;
    상기 주 제어 모듈의 제어에 따라 상기 수위 표시 장치로 전원을 공급하는 전원 공급 모듈; 및
    상기 주 제어 모듈의 제어에 따라 상기 수위 측정 결과를 표시하는 디스플레이 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 수위 표시 장치는,
    복수의 공통 단자;
    세로 방향을 따라 간격을 두고 배열되는 복수의 수위 측정 단자;
    상기 복수의 발광 다이오드를 온/오프하여 상기 수위 측정 결과를 표시하는 발광 다이오드부; 및
    상기 복수의 공통 단자에 전류를 흘려 보내며, 상기 복수의 수위 측정 단자로 흐르는 전류 상태를 읽어 들여 수위를 측정한 후 상기 수위 측정 결과를 상기 주 제어 모듈로 전달하며, 상기 주 제어 모듈의 요청에 따라 상기 수위 측정 결과를 표시하도록 상기 발광 다이오드부를 제어하는 수위 측정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 수위 표시 장치에서,
    단위 길이의 기본 플레이트가 복수 개 연결되며, 상기 기본 플레이트는 복수의 발광 다이오드로 이루어져 수위 측정 결과를 눈금과 숫자로 표시하는 바 타입 표시부와 숫자 타입 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 시스템.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 수위 표시 장치는,
    결빙 방지용 열선이 형성되어 있는 결빙 방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 시스템.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 주 제어 모듈은,
    복수의 수위 표시 장치로부터 수위 측정 결과를 읽어 들이고, 읽어 들인 수위 측정 결과를 종합적으로 분석한 후, 분석 결과에 따라 각 수위 표시 장치로 발광 다이오드를 점등하기 위한 수위 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 시스템.
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