KR20170068181A - 유체저장탱크의 수위 측정 시스템 및 선박의 흘수 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 유체저장탱크의 수위 측정 시스템은, 측정용 광을 발광하는 광원, 광섬유를 통해 상기 광원으로부터의 빛을 측정 지점까지 전달하는 광섬유 클러스터, 상기 광섬유 클러스터로부터의 반사광을 검출하는 광검출기 및 상기 광검출기에 의해 검출된 빛을 처리하는 신호처리장치를 포함함으로써, 본 발명의 측정 시스템에 의하면, 측정할 위치에 따라 상관없이 적용이 가능하고, 계측함에 있어서 충분한 정밀도를 보장할 수 있으며, 측정 정밀도 설정이 용이하여 선박에서 중요한 계측 대상이 되는 유체저장탱크의 수위와 선박의 흘수의 측정에 적용이 가능하다.

Description

유체저장탱크의 수위 측정 시스템 및 선박의 흘수 측정 시스템{FLUID LEVEL DETECTING SYSTEM OF CARGO TANK AND DRAFT DETECTING SYSTEM OF THE VESSEL}

본 발명은 선박에 구비되는 유체저장탱크에 저장된 유체의 수위를 측정하기 위한 시스템 및 선박의 흘수를 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.

현재 선박 또는 해양 플랜트에 구비되는 유체저장탱크 내의 저장된 유체의 수위는 측심관(sounding pipe)을 설치한 후 줄자나 봉을 집어 넣어 측정하고 있다.

그리고, 선박 또는 해양 플랜트의 흘수(draft, 吃水), 트림(trim)은 소형선을 이용하여 육안으로 파악하고 있으며, 정밀한 측정을 위해서는 선박 또는 해양 플랜트에 접근하여 수동 게이지를 이용하여 계측하고 있다.

종래의 유체의 레벨을 측정하는 장치에는 초음파 수위계, 압력 수위계, 정전용량 센서를 이용한 것 등이 있으나, 초음파 수위계나 압력 수위계는 유체가 탱크 내에 있지 않은 경우에는 설치가 불가능하고, 정전용량 센서를 이용한 것은 응답속도가 느리고 무게가 무거우며 고가인 단점이 있었는 바, 전기적인 안정성과 소자의 신뢰성이 보장되는 광섬유를 이용한 방식에 대한 연구가 이루어지고 있다.

도 1은 종래의 광섬유형 방향성 결합기의 광 분비비를 이용한 수위 센서 연구 논문(손경락 외 1명, 한국마린엔지니어링학회지, 사단법인 한국마린엔지니어링학회, 2010.09., 제34권, 제6호, pp. 846~851)에 개재된 수위 레벨 측정 방식에 관한 것이다.

도 1에 의한 종래의 수위 레벨 측정 방식은 하나의 입사광에 대해서 광섬유형 겹합기에 의해 광 분배비에 따라 광을 이분할하고, 이분할된 광의 반사광의 간섭에 의해서 달라지는 광의 세기에 의해서 광센서의 유체 접촉 여부를 추단하기 위한 방법이다.

즉, 종래의 방식은 입사하는 광의 세기를 분배비(m%, n%)에 따라 두 경로(S1, S2)의 입사광의 세기가 달라지게 하는 방식으로서, 분배비에 따라 반사광의 레벨이 달라지기 때문에 그러한 연구 결과에 의해서 적용하는 유체저장소에 따라 다른 분배비를 결정하여야 하고, 또한 광섬유형 결합기에 의해서 하나의 광원을 몇 개로 분할하여야 일정한 정밀도를 갖는 측정이 가능한지에 대해서도 실험적으로 얻어야 하며, 그러기 위해 달라지는 광분할 수에 따라 각각 검출값이 다르기 때문에 그에 대한 기준 또한 경우에 따라 명확히 할 필요가 있다.

그리고, 광섬유 센서의 측정 레벨을 어느 정도 다양화하여야 하는지를 개별적으로 결정하여야 하고, 광분할 수에 따른 판단 기준을 각각 모두 정립하여야 실질적으로 계측이 가능한 기술인 바, 실질적으로 선박 등에 적용하기에는 한계가 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 측정할 위치에 따라 상관없이 적용이 가능하고, 계측함에 있어서 충분한 정밀도를 보장할 수 있으며, 측정 정밀도 설정이 용이하여 선박에서 중요한 계측 대상이 되는 유체저장탱크의 수위와 선박의 흘수의 측정에 적용이 가능한 유체저장탱크의 수위 측정 시스템 및 선박의 흘수 측정 시스템을 제공한 데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 유체저장탱크의 수위 측정 시스템은, 측정용 광을 발광하는 광원, 광섬유를 통해 상기 광원으로부터의 빛을 측정 지점까지 전달하는 광섬유 클러스터, 상기 광섬유 클러스터로부터의 반사광을 검출하는 광검출기 및 상기 광검출기에 의해 검출된 빛을 처리하는 신호처리장치를 포함한다.

여기서, 상기 광원은 n개의 입사광을 발광하고, 상기 광섬유 클러스터는 n개의 광섬유 센서를 포함하며, 상기 광검출기는 n개의 반사광을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광섬유 클러스터는, n개의 광섬유 센서 및 n개의 광결합성 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 n개의 광섬유 센서 각각의 길이는 서로 다른 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

나아가, 상기 광섬유 클러스터는, 상기 n개의 광섬유 센서가 통과되는 n개 이상의 홀을 가지는 광 가이드부 및 상기 광 가이드부를 둘러싸는 피복재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 피복재의 일 측에는 자성체가 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광 가이드부는 곡면 가이드부를 더 포함하고, 상기 곡면 가이드부는 다른 광 가이드부보다 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 의한 선박의 흘수 측정 시스템은, 측정용 광을 발광하는 광원, 광섬유를 통해 상기 광원으로부터의 빛을 측정 지점까지 전달하는 광섬유 클러스터, 상기 광섬유 클러스터로부터의 반사광을 검출하는 광검출기 및 상기 광검출기에 의해 검출된 빛을 처리하는 신호처리장치를 포함하되, 상기 측정 지점은 선박의 외측면으로서, 상기 광섬유 클러스터는 선박이 물에 잠긴 높이를 측정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광원은 n개의 입사광을 발광하고, 상기 광검출기는 n개의 반사광을 검출하며, 상기 광섬유 클러스터는 n개의 광섬유 센서 및 n개의 광결합성 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 n개의 광섬유 센서 각각의 길이는 서로 다른 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 광섬유 클러스터가 설치되는 선박의 외측면은 선수측, 선미측 및 중앙의 최소 셋의 측정지점을 포함하는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템에 의하면, 광섬유 센서를 이용하여 유체저장탱크의 수위를 측정하기 때문에 누전의 위험이 없고, 시스템의 크기를 작게 할 수 있으며, 고압 및 폭발 위험이 존재하는 유체저장탱크에 적합하다.

그리고, 계측함에 있어서의 정밀도를 필요에 따라 충분하게 설정이 가능해진다.

또한, 계측 대상을 다르게 적용하더라도 시스템의 변경을 초래하지 않아 호환적이고 실용적으로 시스템을 적용할 수 있다.

한편, 본 발명의 선박의 흘수 측정 시스템에 의하면, 선체에 직접적으로 적용하여 신호를 계측하는 것에 의해서 제어시스템에 의해서 모니터링이 가능하게 하여 실질적으로 선박에 적용될 수 있다.

도 1은 종래의 광섬유센서에 의해 수위 레벨을 측정하는 방식에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템의 일부를 부분 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템의 추가 구성을 개념적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 선박의 흘수 측정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템을 설명하기 위해 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템을 개략적으로 도시한 것이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템의 일부를 부분 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 유체저장탱크의 수위 측정 시스템의 추가 구성을 개념적으로 도시한 것이다.

도 2 및 도 3에서 참조되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 유체저장탱크의 수위 측정 시스템은, 광섬유 센서를 이용하여 유체저장탱크의 수위를 측정하기 때문에 누전의 위험이 없고, 시스템의 크기를 작게 할 수 있으며, 고압 및 폭발 위험이 존재하는 유체저장탱크에 적합한 시스템이다.

그리고, 계측함에 있어서의 정밀도를 필요에 따라 충분하게 설정이 가능하고, 계측 대상을 다르게 적용하더라도 시스템의 변경을 초래하지 않아 호환적이고 실용적으로 적용할 수 있는 시스템이다.

이러한 유체저장탱크의 수위 측정 시스템은, 광원(10), 광섬유 클러스터(20), 광검출기(30) 및 신호처리장치 등을 포함한다.

광원(10)은 측정용 광을 발광하기 위한 power source이다.

광섬유 클러스터(20)는 광원으로부터의 빛을 광섬유를 통해서 전파함으로써 빛을 측정지점까지 전달하기 위한 것이다.

본 발명은 광섬유 클러스터(20)에서 측정지점까지 빛이 전파된 후 반사되는 빛을 광검출기(30)에 의해 검출하여 그 빛의 세기를 측정하기 위한 것이다.

이를 위해 광검출기(30)에서 검출된 빛을 신호처리장치(미도시)로 전달되고, 신호처리장치는 광전변환소자, 신호인식보드, 신호처리기 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 광섬유 클러스터(20)는 광섬유 센서(21)와 광결합성 커플러(22)를 포함하는데, 본 발명은 광원으로부터의 n개의 입사광이 n개의 광섬유 센서(21)를 통해 빛이 전달되도록 하고, n개의 광섬유 센서(21)로부터의 n개의 반사광이 광 검출기(30)로 전달되는 것을 특징으로 한다.

이를 위해서, 광섬유 클러스터(20)는 n개의 광섬유 센서에 대해서 n개의 광결합성 커플러(22)를 구비한다.

도시에는 광섬유 센서, 광결합성 커플러, 입사광, 반사광이 5개인 경우를 예로 들었다.

도시와 같이 5개의 광섬유 센서(21)는 그 길이가 다르게 설정된다.

이렇게 각각의 광섬유 센서(21)가 길이가 다르게 설정됨으로써, 반사광의 차이에 의해서 수위를 측정 가능하게 한다.

즉, 광섬유 센서(21)의 끝단에서 변경되는 매질이 공기일 때는 반사광의 세기가 크고, 매질이 유체일 경우에는 그보다 약한 반사광이 검출된다.

그래서, 각각 길이를 달리한 광섬유 센서(21)에 의해서, 가장 긴 광섬유 센서로부터 어느 몇 번째 짧은 길이의 광섬유 센서(21)부터 그 세기가 강하게 검출된다면, 해당 높이까지 유체가 차 있다고 판단할 수 있는 것이다.

도시에는 이를 5개로 한정하여 예로 설명하였지만, 이는 측정 정확도를 위해서 얼마든지 늘릴 수가 있다.

이는 입사광과 광섬유 센서를 통한 측정광 및 반사광이 1:1:1로 대응되기 때문에 광섬유 센서의 수를 길이를 달리하여 물리적으로 허용되는 범위 내에서 얼마든지 늘리더라도, 측정되는 값이 공기 매질과 접촉하는지 유체 매질과 접촉하는지 분명하게 나타나기 때문에 분배비를 이용하여 별도의 실험 등에 의해 도출된 값을 미리 설정하여야 실제로 적용이 가능한 것이 아닌 것이다.

그러므로, 측정 대상에 따라 얼마든지 원하는 측정의 정밀도를 적용할 수 있고, 측정 대상이 달라진다 하더라도 전체 시스템을 그대로 변경없이 호환 적용이 가능해진다.

그리고, 다수의 광섬유 센서가 하나의 단위를 형성함으로써 본 발명에서는 이를 광섬유 클러스터라 명명하였다.

나아가, 광섬유 클러스터(20)는 n개의 광섬유 센서(21)가 통과되는 n개 이상의 홀(24)을 포함하는 광 가이드부(23)를 포함하고, 광 가이드부를 둘러싸는 피복재(25)가 구비된다.

그리고, 피복재의 일 측에는 자성체(26)가 부착됨으로써, 자성체(26)를 유체저장탱크 내벽 등에 부착하여 설치하는 것이 가능하다.

이는 광섬유가 주변 자기장으로부터 영향을 받지 않기 때문에 적용이 가능해진다.

또한, 본 발명이 적용되는 유체저장탱크는 고압의 특성을 가지고, 폭발 위험도 가지고 있지만, 본 발명의 광섬유를 이용한 수위 측정 시스템은 이러한 환경에서도 구축이 가능한 특징을 갖는다.

다음으로, 도 7은 본 발명의 선박의 흘수 측정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 7에서 참조되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 흘수 측정 시스템은, 선체에 직접적으로 적용하여 신호를 계측하는 것에 의해서 제어시스템에 의해서 모니터링이 가능하게 하여 실질적으로 선박에 적용될 수 있다.

도 7에 적용되는 본 발명의 선박의 흘수 측정 시스템은 앞서 설명된 유체저장탱크의 수위 측정 시스템과 동일한 구성 및 원리가 적용된다.

다만, 본 발명의 선박의 흘수 측정 시스템은 측정하고자 하는 대상이 선박의 흘수(draft,吃水)인 바, 선체 외벽을 그 측정 위치로 하고, 광섬유 클러스터는 선체 외벽의 측정지점까지 연장 설치되어야 한다.

그래서, 선체 외벽의 일 지점에 설치되는 광섬유 클러스터를 통해서 해당 지점이 물에 접촉하였는지를 판단하여 흘수를 판단하게 된다.

나아가, 본 발명의 선박의 흘수 측정 시스템은 다수 지점의 흘수를 측정함으로써 선박의 트림(trim)의 계산이 가능하다.

이를 위해 최소한 설치 위치는 선수, 선미, 중앙의 셋을 포함하면 선박의 트림의 측정이 가능해진다.

이상과 같이 본 발명에 의한 유체저장탱크의 수위 측정 시스템은, 광섬유 센서를 이용하여 유체저장탱크의 수위를 측정하기 때문에 누전의 위험이 없고, 시스템의 크기를 작게 할 수 있으며, 고압 및 폭발 위험이 존재하는 유체저장탱크에 적합하다. 그리고, 계측함에 있어서의 정밀도를 필요에 따라 충분하게 설정이 가능해진다. 또한, 계측 대상을 다르게 적용하더라도 시스템의 변경을 초래하지 않아 호환적이고 실용적으로 시스템을 적용할 수 있다.

한편, 본 발명의 선박의 흘수 측정 시스템은, 선체에 직접적으로 적용하여 신호를 계측하는 것에 의해서 제어시스템에 의해서 모니터링이 가능하게 하여 실질적으로 선박에 적용될 수 있는 시스템이다.

이상과 같이 본 발명에 의한 유체저장탱크의 수위 측정 시스템 및 선박의 ㅎ흘수 측정 시스템은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

10 : 광원
20 : 광섬유 클러스터
21 : 광섬유 센서
22 : 광결합성 커플러
23 : 광가이드부 24 :홀
25 : 피복재
26 : 자성체
30 : 광검출기

Claims (8)

1. 측정용 광을 발광하는 광원;
   광섬유를 통해 상기 광원으로부터의 빛을 측정 지점까지 전달하는 광섬유 클러스터;
   상기 광섬유 클러스터로부터의 반사광을 검출하는 광검출기; 및
   상기 광검출기에 의해 검출된 빛을 처리하는 신호처리장치를 포함하는,
   유체저장탱크의 수위 측정 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광원은 n개의 입사광을 발광하고,
   상기 광섬유 클러스터는 n개의 광섬유 센서를 포함하며,
   상기 광검출기는 n개의 반사광을 검출하는 것을 특징으로 하는,
   유체저장탱크의 수위 측정 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 광섬유 클러스터는,
   n개의 광섬유 센서; 및
   n개의 광결합성 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   유체저장탱크의 수위 측정 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 n개의 광섬유 센서 각각의 길이는 서로 다른 것을 특징으로 하는,
   유체저장탱크의 수위 측정 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 광섬유 클러스터는,
   상기 n개의 광섬유 센서가 통과되는 n개 이상의 홀을 가지는 광 가이드부; 및
   상기 광 가이드부를 둘러싸는 피복재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   유체저장탱크의 수위 측정 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 피복재의 일 측에는 자성체가 부착되는 것을 특징으로 하는,
   유체저장탱크의 수위 측정 시스템.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 광 가이드부는 곡면 가이드부를 더 포함하고,
   상기 곡면 가이드부는 다른 광 가이드부보다 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
   유체저장탱크의 수위 측정 시스템.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 수위 측정 시스템을 사용하여 선박의 흘수를 측정하는,
   선박의 흘수 측정 시스템.

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