KR20240158780A - Moisture content measurement device, method and system through relative permittivity measurement based on electromagnetic waves - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 양태는 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 장치, 방법 및 시스템을 개시하고 있다. 상기 장치는, 일 면이 매질에 접촉 가능하고, 외부 신호를 차단하는 본체부, 상기 매질에 접촉됨에 기반하여 복수 개의 제 1 전자기파(1st Electromagnetic Wave)를 상기 매질로 입력하고, 상기 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파(2nd Electromagnetic Wave)를 수신하는 RF 안테나 및 상기 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호(Vin) 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호(Vr)를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출하고, 산출 결과를 기반으로 상기 매질에 대한 상대 유전율(Relative Permittivity)을 계산하고, 계산된 상기 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량(Moisture Content)을 측정하는 마이크로 프로세서(Micro Processor)를 포함한다.One aspect of the present invention discloses a device, method, and system for measuring moisture content through relative permittivity measurement based on electromagnetic waves. The device includes a main body having one surface that can contact a medium and blocks external signals, an RF antenna that inputs a plurality of first electromagnetic waves (1 st electromagnetic waves) into the medium based on contact with the medium and receives a plurality of second electromagnetic waves (2 nd electromagnetic waves) reflected from the medium, and a microprocessor that measures input voltage signals (Vin) of the plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals (Vr) of the plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and reception voltage signals, calculates relative permittivity for the medium based on the calculation result, and measures moisture content of the medium based on the calculated relative permittivity.
Description
본 발명은 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 마이크로파(300MHz~300GHz) 대역의 전자기파를 이용하여 매질의 유전율을 측정하고, 이를 기반으로 함수량을 구할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for measuring a moisture content by measuring relative permittivity based on electromagnetic waves, and more specifically, to a device and method for measuring the permittivity of a medium using electromagnetic waves in the microwave (300 MHz to 300 GHz) band and obtaining the moisture content based thereon.
콘크리트에는 다양한 물질이 포함된다. 모래, 자갈, 물, 시멘트 등이 포함되며, 콘크리트의 품질을 높이기 위해서는 각 물질의 배합이 매우 중요하다. 특히, 콘크리트 배합에 있어서 물의 양은 콘크리트의 굳기 속도와 강도에도 매우 큰 역할을 한다. Concrete contains various materials. It includes sand, gravel, water, cement, etc., and the mixing of each material is very important to improve the quality of concrete. In particular, the amount of water in the concrete mix plays a very large role in the hardening speed and strength of the concrete.
콘크리트에 사용되는 모래, 자갈 등을 일반적으로 골재라고 하며, 이러한 골재는 채취한 장소와 보관 방법 등에 따라 골재에 포함된 함수량이 제각각이다. 따라서 콘크리트 제조 시에 적절한 배합을 위해서 투입되는 골재의 함수량을 반영하여, 투입되는 물의 양을 조절해야 양질의 콘크리트를 얻을 수 있다.Sand, gravel, etc. used in concrete are generally called aggregates, and the moisture content contained in these aggregates varies depending on the place where they were mined and how they were stored. Therefore, in order to obtain high-quality concrete, the amount of water added must be adjusted to reflect the moisture content of the aggregate added for proper mixing during concrete production.
최근 전자기파를 이용한 함수량 측정에 대한 관심이 높다. 전자기파를 이용한 방식은 기존의 중량법 등에 비해서 훨씬 더 정확하고, 중성자를 이용한 방식과 비교해서 훨씬 더 안전하다. 이 방식은 전자기파의 반사, 투과 시에 골재에 포함된 함수량에 따라 전자기파의 진행 속도가 달라지고, 매질의 특징에 따라 반사되는 전자파의 크기 및 위상이 달라지는 특징을 이용한다. Recently, there has been a lot of interest in measuring water content using electromagnetic waves. The method using electromagnetic waves is much more accurate than the existing gravimetric method, and much safer than the method using neutrons. This method uses the characteristics that the speed of electromagnetic waves changes depending on the water content contained in the aggregate when reflecting or transmitting electromagnetic waves, and the size and phase of the reflected electromagnetic waves change depending on the characteristics of the medium.
전자기파를 이용한 함수량 측정 방법은 함수량의 비에 따라 달라지는 매질의 상대 유전율을 측정하는 것이다. 이러한 전자기파를 이용한 방식은 수백 MHz에서부터 수GHz의 마이크로파를 사용한다. 일반적으로 전자파 발생기에서 만들어진 전자기파는 도파관을 통하여 안테나까지 전달되며, 안테나를 통하여 전자기파로 방사된다. 방사된 전자기파는 시변(Time varying) 전기장과 자기장으로 서로 연결되어 전파한다.The method of measuring the water content using electromagnetic waves is to measure the relative permittivity of the medium, which varies according to the ratio of the water content. This method using electromagnetic waves uses microwaves from hundreds of MHz to several GHz. Generally, the electromagnetic waves created by the electromagnetic wave generator are transmitted to the antenna through the waveguide and radiated as electromagnetic waves through the antenna. The radiated electromagnetic waves are connected to each other as time-varying electric and magnetic fields and propagate.
아래 식(1)은 공간속에 존재하는 일반적인 전자기파의 수식을 나타낸다. Equation (1) below represents the general formula for electromagnetic waves existing in space.
k는 시변 전파의 방향을 나타내는 파수 벡터이며(wave number vector), 전파가 전파(propagation)하는 매질 내의 유전율(ε)과 투자율(μ) 과 주파수에 의해서 결정된다.k is a wave number vector that indicates the direction of time-varying propagation, and is determined by the permittivity (ε) and permeability (μ) of the medium through which the radio wave propagates and the frequency.
일반적인 공기 중에서 ε·μ=1/c2이며 c는 공기 중에서의 빛의 속도와 동일하며, 공기가 아닌 유전체에서의 전자파의 전파 속도는 공기 중에서보다 느려지게 된다는 것도 알 수 있다. 특히, 유전체의 경우는 유전체의 유전율에 따라 전자파의 전파 속도가 달라지기 때문에 전자파의 전파 속도를 이용하여 유전체의 유전율을 구할 수도 있다.In general air, ε·μ=1/ c2 , where c is the same as the speed of light in air. It can also be seen that the propagation speed of electromagnetic waves in a dielectric, not in air, is slower than in air. In particular, in the case of a dielectric, the propagation speed of electromagnetic waves varies depending on the permittivity of the dielectric, so the permittivity of the dielectric can be obtained using the propagation speed of electromagnetic waves.
또한, z=0인 평면을 기준으로 두 개의 매질로 구성된 공간에서, 각 매질은 균질하다고 가정하고, z>0 공간은 1번 매질 (ε1, μ1), z<0은 공간은 2번 매질이(ε2, μ2) 존재할 경우에 1번 매질에서 수직으로 2번 매질로 전자파가 입사될 경우에, 입사되는 전자파는 일부는 반사되고, 일부는 투과되어 2번 매질로 전파하게 된다. 이때, 반사되는 전자파의 크기(Γ)는 두 매질의 물질 특성에 따라 아래 식(2)와 같이 정의할 수 있다. Also, in a space composed of two media based on a plane where z = 0, assuming that each medium is homogeneous, and if the space where z > 0 has medium 1 (ε 1 , μ 1 ) and the space where z < 0 has medium 2 (ε 2 , μ 2 ), when an electromagnetic wave is incident perpendicularly from
여기서, ε0와 μ0는 공기 중에서의 유전율(permitivity)과 투자율(permeability)을 나타내며, εr_i과 μr_i는 각 매질의 상대 유전율(relative permitivity) 과 상대 투자율(relative permeability)을 나타낸다. 일반적으로 유전율과 투자율은 복소수로 존재하며, 실수부는 전자파의 위상 과 크기에 관여하며, 허수부는 전자파의 손실에 관계된다. Here, ε 0 and μ 0 represent the permitivity and permeability in air, and ε r_i and μ r_i represent the relative permitivity and relative permeability of each medium. In general, permittivity and permeability exist as complex numbers, and the real part is involved in the phase and magnitude of the electromagnetic wave, and the imaginary part is related to the loss of the electromagnetic wave.
한편, 투자율과 유전율이 모두 실수이고, 자성 물질이 아닌 경우는 상대 투자율 μr_i=1인 경우에 반사되는 신호는 아래 식(3)과 같이 간단하게 구할 수 있다. Meanwhile, in the case where both the permeability and permittivity are real numbers and the material is not magnetic, the reflected signal can be simply obtained as in Equation (3) below when the relative permeability μ r_i = 1.
예를 들어, 1번 매질이 공기(εr_1=1)이고, 2번 매질이 상대 유전율 εr_2를 갖는 유전체의 경우라면, 반사값은 음수를 가진다. 이것은 입사되는 신호와 반사되는 신호의 위상이 반대가 된다는 의미이다. 또한, εr_2가 클수록 반사되는 신호의 절대값 크기는 점점 증가하게 된다.For example, if the first medium is air (ε r_1 = 1) and the second medium is a dielectric with relative permittivity ε r_2 , the reflection value is negative. This means that the phases of the incident and reflected signals are opposite. Also, as ε r_2 increases, the absolute value of the reflected signal increases.
한편, 골재에 함수량이 증가할수록 상대 유전율이 증가하는 것으로 알려져 있다. 그 관계식은 다음과 같다. 수식은 함수량이 0.5(50%) 이하인 경우에만 적용이 가능하다. Meanwhile, it is known that the relative permittivity increases as the moisture content of the aggregate increases. The relationship is as follows. The formula is applicable only when the moisture content is 0.5 (50%) or less.
한편, 전자파를 이용하여 상대 유전율을 측정하는 방법에는 몇몇 방법이 있다. 예를 들어, 시간 영역에서 전자기 펄스의 전파 속도를 측정하여, 유전율을 찾는 Time domain reflectometry(TDR) 방법도 있다. TDR 방법은 전자파가 전파되도록 가이드 하는 금속 탐침이 있어야 하고, 또한 시간 정밀성이 매우 중요하여 정밀한 시간을 측정하는 회로가 필요하며, 외부 통신 신호 등에 의한 잡음에 민감하다.Meanwhile, there are several methods for measuring relative permittivity using electromagnetic waves. For example, there is a time domain reflectometry (TDR) method that measures the propagation speed of electromagnetic pulses in the time domain to find permittivity. The TDR method requires a metal probe that guides electromagnetic waves to propagate, and since time precision is very important, a circuit that measures precise time is required, and it is sensitive to noise caused by external communication signals, etc.
또는, 주파수 영역에서 일정 대역에서 규칙적으로 위상을 변조하여 신호를 송신하고, 수신하여 전파의 진행 속도의 차이를 구하는 방법을 취하는 방법인 FMCW(frequency modulated continuous wave)가 있다. FMCW는 외부 전자파 신호에 덜 민감하지만, 정밀한 전파 지연을 찾아내기 위해서 가능한 넓은 대역을 사용해야 한다. 또한, 정밀한 신호 발생기가 필요하며, 송수신 안테나는 일정 간격 이상으로 떨어져 있어야 신호 분리가 가능하며, 협대역 외부 신호에 대해서는 강인하지만 대역폭을 갖는 신호에 의해서는 시스템의 성능이 열화될 수 있다. Or, there is FMCW (frequency modulated continuous wave), which is a method that transmits and receives signals by regularly modulating the phase in a certain band in the frequency domain and calculates the difference in the propagation speed of the radio waves. FMCW is less sensitive to external electromagnetic signals, but it must use the widest possible bandwidth to find precise propagation delay. In addition, a precise signal generator is required, and the transmitting and receiving antennas must be spaced apart from each other by a certain distance to allow signal separation, and although it is robust to narrowband external signals, the performance of the system may be degraded by signals with a bandwidth.
따라서 FMCW의 문제점과 TDR방법의 문제점을 해결할 수 있는 방법을 제시한다. Therefore, we propose a method to solve the problems of FMCW and TDR method.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로파 전자기파를 이용하여 매질의 유전율을 측정하고, 이를 기반으로 함수량을 측정하는 것에 그 목적이 있다.The present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above, and its purpose is to measure the permittivity of a medium using microwave electromagnetic waves and measure the moisture content based on the permittivity.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 장치를 제공한다. 상기 함수량 측정 장치는, 일 면이 매질에 접촉 가능하고, 외부 신호를 차단하는 본체부, 상기 매질에 접촉됨에 기반하여 복수 개의 제 1 전자기파(1st Electromagnetic Wave)를 상기 매질로 입력하고, 상기 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파(2nd Electromagnetic Wave)를 수신하는 RF 안테나 및 상기 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호(Vin) 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호(Vr)를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출하고, 산출 결과를 기반으로 상기 매질에 대한 상대 유전율(Relative Permittivity)을 계산하고, 계산된 상기 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량(Moisture Content)을 측정하는 마이크로 프로세서(Micro Processor)를 포함한다.According to one aspect of the present invention, a moisture content measuring device through relative permittivity measurement based on electromagnetic waves is provided. The moisture content measuring device includes a main body having one surface that can contact a medium and blocks external signals, an RF antenna that inputs a plurality of first electromagnetic waves (1 st Electromagnetic Waves) into the medium based on contact with the medium and receives a plurality of second electromagnetic waves (2 nd Electromagnetic Waves) reflected from the medium, and a microprocessor that measures input voltage signals (Vin) of the plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals (Vr) of the plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and reception voltage signals, calculates relative permittivity for the medium based on the calculation result, and measures moisture content of the medium based on the calculated relative permittivity.
일 측면에서, 상기 마이크로 프로세서는 상기 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비 각각의 간격을 계산하고, 상기 간격을 계산한 결과가 일정하지 않은 적어도 하나를 제외한 나머지를 이용하여 상기 함수량을 측정한다.In one aspect, the microprocessor calculates an interval of each of the plurality of input voltage signals and the received voltage signals, and measures the function quantity using the remainder except for at least one of the results of calculating the intervals that is not constant.
다른 측면에서, 상기 본체부는 원통 또는 다면체 형상의 금속 박스이고, 상기 일 면은 상기 원통 또는 다면체 형상의 상면(Top Surface)이다.In another aspect, the main body is a metal box having a cylindrical or polyhedral shape, and the one side is a top surface of the cylindrical or polyhedral shape.
또 다른 측면에서, 상기 RF 안테나는 상기 복수개의 제 1 전자기파를 입력하는 신호 입력부 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하는 신호 수신부를 포함한다.In another aspect, the RF antenna includes a signal input unit for inputting the plurality of first electromagnetic waves and a signal receiving unit for receiving the plurality of second electromagnetic waves.
또 다른 측면에서, 상기 신호 입력부는 원판 또는 다면체 형상의 그라운드 및 상기 복수 개의 제 1 전자기파를 상기 매질에 입력하는 금속 코어를 포함한다.In another aspect, the signal input section includes a ground in the shape of a disk or polyhedron and a metal core that inputs the plurality of first electromagnetic waves into the medium.
또 다른 측면에서, 상기 신호 수신부는 반원 또는 다면체 형상의 금속 도체 및 상기 금속 도체 내부에 구비되어 상기 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하는 심선을 포함한다.In another aspect, the signal receiving unit includes a metal conductor in the shape of a semicircle or polyhedron and a core wire provided inside the metal conductor to receive the plurality of second electromagnetic waves.
또 다른 측면에서, 상기 복수 개의 제 1 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파는 300MHz 내지 300GHz 사이의 주파수 대역에 속하는 복수 개의 마이크로파이다.In another aspect, the plurality of first and second electromagnetic waves are a plurality of microwaves belonging to a frequency band between 300 MHz and 300 GHz.
또 다른 측면에서, 상기 마이크로 프로세서는 마이크로파 주파수 대역 내에서 선택된 제 1 마이크로파의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호를 기반으로 제 1 유전율을 계산하고, 상기 마이크로파 주파수 대역 내에서 선택된 제 2 마이크로파의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호를 기반으로 제 2 유전율을 계산하고, 상기 제 1 유전율 및 상기 제 2 유전율을 비교하여 상기 상대 유전율을 계산한다.In another aspect, the microprocessor calculates a first permittivity based on an input voltage signal and a received voltage signal of a first microwave selected within a microwave frequency band, calculates a second permittivity based on an input voltage signal and a received voltage signal of a second microwave selected within the microwave frequency band, and compares the first permittivity and the second permittivity to calculate the relative permittivity.
또 다른 측면에서, 상기 마이크로 프로세서는 상기 제 1 유전율의 절대값의 크기 및 상기 제 2 유전율의 절대값의 크기를 계산하고, 상기 제 1 유전율의 절대값 및 상기 제 2 유전율의 절대값의 차이를 계산한다.In another aspect, the microprocessor calculates a magnitude of an absolute value of the first permittivity and a magnitude of an absolute value of the second permittivity, and calculates a difference between the absolute value of the first permittivity and the absolute value of the second permittivity.
또 다른 측면에서, 상기 마이크로 프로세서는 상기 제 1 유전율 및 상기 제 2 유전율의 평균을 계산하고, 상기 상대 유전율이 상기 평균의 범위에 수렴하는지 여부를 판단한다.In another aspect, the microprocessor calculates an average of the first permittivity and the second permittivity and determines whether the relative permittivity converges within a range of the average.
또 다른 측면에서, 상기 마이크로 프로세서는 상기 상대 유전율이 상기 평균의 범위에 수렴하는 것으로 판단하면, 상기 상대 유전율에 대응하는 함수량을 상기 매질의 함수량으로 결정한다.In another aspect, if the microprocessor determines that the relative permittivity converges to the range of the average, it determines the functional amount corresponding to the relative permittivity as the functional amount of the medium.
또 다른 측면에서, 상기 마이크로 프로세서는 상기 상대 유전율이 상기 평균의 범위에 수렴하지 않는 것으로 판단하면, 상기 상대 유전율의 산출에 이용된 주파수와 다른 주파수의 마이크로파를 이용하여 상대 유전율을 재산출한다.In another aspect, if the microprocessor determines that the relative permittivity does not converge within the range of the average, it recalculates the relative permittivity using microwaves of a different frequency from that used to calculate the relative permittivity.
또 다른 측면에서, 상기 제 1 주파수 대역 및 상기 제 2 주파수 대역은 서로 연속하지 않는 주파수 대역이다.In another aspect, the first frequency band and the second frequency band are non-contiguous frequency bands.
또 다른 측면에서, 상기 RF 안테나는 상기 복수 개의 제 1 전자기파 중 적어도 하나의 주파수를 변경하여 상기 매질에 입력하고, 상기 매질로부터 반사된 전자기파를 수신한다.In another aspect, the RF antenna changes the frequency of at least one of the plurality of first electromagnetic waves and inputs it into the medium, and receives an electromagnetic wave reflected from the medium.
또 다른 측면에서, 상기 함수량을 측정한 결과를 서버에 전송하는 통신부를 더 포함한다.In another aspect, it further includes a communication unit that transmits the result of measuring the above functional quantity to a server.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 방법을 제공한다. 상기 함수량 측정 방법은, 외부 신호를 차단하고 매질에 접촉된 상태에서 복수 개의 제 1 전자기파를 상기 매질로 입력하는 단계, 상기 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하는 단계, 상기 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출하는 단계, 산출 결과를 기반으로 상기 매질에 대한 상대 유전율을 계산하는 단계 및 계산된 상기 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량을 측정하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method for measuring a water content by measuring a relative permittivity based on an electromagnetic wave is provided. The method for measuring a water content includes the steps of: inputting a plurality of first electromagnetic waves into a medium while blocking an external signal and in contact with the medium; receiving a plurality of second electromagnetic waves reflected from the medium; measuring input voltage signals of the plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals of the plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and the reception voltage signals; calculating a relative permittivity for the medium based on the calculation result; and measuring the water content of the medium based on the calculated relative permittivity.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 시스템을 제공한다. 상기 함수량 측정 시스템은, 외부 신호를 차단하고 매질에 접촉된 상태에서 복수 개의 제 1 전자기파를 상기 매질로 입력하고, 상기 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하고, 상기 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출하고, 산출 결과를 기반으로 상기 매질에 대한 상대 유전율을 계산하고, 계산된 상기 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량을 측정하는 함수량 측정 센서 및 상기 센서로부터 상기 매질의 함수량을 측정한 결과를 수신하는 서버를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a system for measuring a water content by measuring a relative permittivity based on electromagnetic waves is provided. The system for measuring a water content includes a water content measuring sensor which blocks an external signal, inputs a plurality of first electromagnetic waves into a medium while in contact with the medium, receives a plurality of second electromagnetic waves reflected from the medium, measures input voltage signals of the plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals of the plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and the reception voltage signals, calculates a relative permittivity for the medium based on the calculation result, and measures a water content of the medium based on the calculated relative permittivity, and a server which receives a result of measuring the water content of the medium from the sensor.
일 측면에서, 상기 서버는 함수량 측정에 연관된 빅데이터를 기반으로 함수량을 검증하도록 학습된 데이터 분석 알고리즘을 포함하고, 상기 데이터 분석 알고리즘을 이용하여 상기 매질의 함수량을 측정한 결과를 검증한다.In one aspect, the server includes a data analysis algorithm learned to verify the functional content based on big data related to the functional content measurement, and verifies the result of measuring the functional content of the medium using the data analysis algorithm.
본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Embodiments of the present invention may have effects including the following advantages. However, it should not be understood that the embodiments of the present invention should include all of these, and thus the scope of the rights of the present invention should not be limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 장치는 상대 유전율을 측정하여 효과적으로 함수량을 측정할 수 있다.A device for measuring a water content by measuring a relative permittivity based on an electromagnetic wave according to one embodiment of the present invention can effectively measure a water content by measuring a relative permittivity.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 함수량 측정 방법에서 복수 주파수를 이용한 상대 유전율 측정 방법에 대한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 RF 안테나의 신호 입력부 및 신호 출력부를 나타낸 도면이다.
도 4는 RF 안테나의 신호 입력부 및 신호 출력부의 절단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 함수량 측정 장치에서 신호 입력을 위한 GND, 금속 도체 및 중심 GND와 금속 도체의 조합의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 단층 구조를 이중 층 구조로 확장한 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 RF 안테나의 동작 원리를 나타낸 도면이다.
도 8은 입력 전압 신호와 수신 전압 신호의 비와 위상 차이를 모니터링 하는 것을 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 1 is a drawing for explaining a relative permittivity measurement method using multiple frequencies in a function amount measurement method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a system for measuring a functional quantity through relative permittivity measurement based on electromagnetic waves according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a drawing showing the signal input section and signal output section of an RF antenna.
Figure 4 is a cross-sectional drawing showing the signal input section and signal output section of the RF antenna.
FIG. 5 is a drawing showing an example of a combination of a GND, a metal conductor, and a center GND and a metal conductor for signal input in a function amount measuring device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a drawing showing the single-layer structure of Figure 5 expanded into a double-layer structure.
Figure 7 is a diagram showing the operating principle of an RF antenna.
Figure 8 is a circuit diagram showing monitoring the ratio and phase difference between an input voltage signal and a received voltage signal.
FIG. 9 is a flowchart showing a method for measuring a functional content by measuring relative permittivity based on electromagnetic waves according to one embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.The present invention can have various modifications and embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and/or includes any combination of a plurality of related described items or any item among a plurality of related described items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When it is said that a component is "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but that there may be other components in between. On the other hand, when it is said that a component is "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, it should be understood that the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. In order to facilitate an overall understanding in describing the present invention, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, some components that are irrelevant to the gist of the invention will be omitted or compressed. However, the omitted components do not necessarily mean that they are not necessary for the present invention, and can be combined and used by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs.
전자파는 매질의 유전율에 따라, 반사와 투과되는 특성이 달라진다. 예를 들어, 함수량이 많을 경우는 상대 유전율이 높기 때문에 반사량이 많고, 투과되는 양이 작다. 본 발명에서는 일정 대역에서 복수개의 전자파의 송수신 신호의 크기의 비 만으로 상대 유전율을 측정하는 방법을 사용하는 방법을 제시한다. Electromagnetic waves have different characteristics of reflection and transmission depending on the permittivity of the medium. For example, when the water content is large, the relative permittivity is high, so the amount of reflection is large and the amount of transmission is small. The present invention proposes a method of using a method of measuring the relative permittivity by only comparing the size of the transmission and reception signals of multiple electromagnetic waves in a certain band.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 함수량 측정 방법에서 복수 주파수를 이용한 상대 유전율 측정 방법에 대한 것을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a drawing for explaining a relative permittivity measurement method using multiple frequencies in a function amount measurement method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제시된 각 그래프는 상대 유전율이 다른 매질에 대하여, RF 안테나를 통하여 신호를 입력하고 반사되는 신호를 수신하는 구성에서 입력 전압 신호(Voltage in, Vin)와 수신 전압 신호(Voltage receive, Vr)의 비를 주파수에 따라 나타낸 것이다. 도 1에서처럼, 상대 유전율이 클수록 송신 신호와 수신 신호의 비는 점점 더 낮아진다. 즉, 함수량이 많을수록 송신 신호와 수신 신호의 비는 점점 더 낮아진다. 일 예로, 도 1과 같이 함수량 εr4가 가장 큰 값이고, 함수량 εr1가 가장 작은 값일 경우, 상대 유전율 ε4가 가작 작고, 상대 유전율 ε1가 가장 클 수 있다. 다시 말해, 함수량과 상대 유전율은 서로 반비례하는 특성을 가질 수 있다.Referring to Fig. 1, each graph presented represents the ratio of the input voltage signal (Voltage in, Vin) and the received voltage signal (Voltage receive, Vr) according to the frequency in a configuration in which a signal is input through an RF antenna and a reflected signal is received for a medium with different relative permittivity. As in Fig. 1, the ratio of the transmitted signal to the received signal gradually decreases as the relative permittivity increases. In other words, the ratio of the transmitted signal to the received signal gradually decreases as the functional content increases. For example, as in Fig. 1, the functional content ε r4 has the largest value, When the functional content ε r1 is the smallest, the relative permittivity ε 4 can be the smallest, and the relative permittivity ε 1 can be the largest. In other words, the functional content and the relative permittivity can have the characteristic of being inversely proportional to each other.
또한, 여러 주파수를 사용하여 상대 유전율을 측정할 수 있으며, 주파수가 변경되더라도 상대 유전율의 차이는 많지 않으며, 상대 유전율 차이의 간격은 일정한 경향을 갖는다. 이러한 상대 유전율의 차이에 따라 두 신호의 비의 절대값 크기가 일정한 차이를 갖는 특징을 이용하여, 입력 전압 신호와 수신 전압 신호의 비를 이용하여 상대 유전율을 계산할 수 있다.In addition, the relative permittivity can be measured using multiple frequencies, and even if the frequency changes, the difference in the relative permittivity is not large, and the interval of the difference in the relative permittivity tends to be constant. By utilizing this feature that the absolute value of the ratio of the two signals has a constant difference according to the difference in the relative permittivity, the relative permittivity can be calculated using the ratio of the input voltage signal and the received voltage signal.
이와 같은 특징은 매질의 특징에 의해서 결정되는 것으로, 매질의 고유값으로 생각할 수 있다. 즉, 어떤 방법으로 측정하든지 동일한 물리적 값인 상대 유전율을 구할 수 있다는 것이다.Such characteristics are determined by the characteristics of the medium and can be thought of as eigenvalues of the medium. In other words, the relative permittivity, which is the same physical value, can be obtained regardless of the measurement method.
예를 들어, 공기 중의 송신 신호(입력 전압 신호)와 수신 신호(수신 전압 신호)의 비를 측정하고, 상대 유전율을 알고 있는 물질의 유전율을 측정하면, 임의의 대상 물질에 대한 상대 유전율을 측정할 수 있다. For example, by measuring the ratio of a transmitted signal (input voltage signal) and a received signal (received voltage signal) in the air and measuring the permittivity of a material whose relative permittivity is known, the relative permittivity of any target material can be measured.
또는, 사전 시험을 통하여, 입력된 값을 기준으로 상대 유전율을 측정할 수 있다. Alternatively, the relative permittivity can be measured based on input values through a pre-test.
이러한 방식은 기존의 FMCW처럼 연속적인 신호를 사용하지 않아도 된다. 특히, 사용 주파수를 변경하면서 사용할 수 있어, 외부로부터의 잡음 특성에도 강하다. 또한, 안테나의 구조적인 특징으로 만들어지는 특정 주파수에서의 대역 통과 또는 대역 반사 특성을 갖는 부분을 회피하여 설계할 수 있다.This method does not require the use of continuous signals like conventional FMCW. In particular, it can be used while changing the frequency of use, so it is also strong against external noise characteristics. In addition, it can be designed by avoiding parts that have band-pass or band-reflection characteristics at specific frequencies that are created by the structural characteristics of the antenna.
신호처리 관점에서는 복수개의 주파수에서 얻어진 상대 유전율을 사용하면, 복수 주파수에서의 각각 구해진 상대 유전율 값을 상호 비교하거나 평균을 이용하면, 한 주파수에서만 얻었던 상대 유전율의 오류를 최소화할 수 있다. From a signal processing perspective, if the relative permittivity obtained at multiple frequencies is used, the error in the relative permittivity obtained at only one frequency can be minimized by comparing the relative permittivity values obtained at each of the multiple frequencies with each other or by using the average.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram of a system for measuring a functional quantity through relative permittivity measurement based on electromagnetic waves according to one embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 시스템(200)은 함수량 측정 장치(110) 및 서버(120)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, a water content measurement system (200) using relative permittivity measurement based on electromagnetic waves may include a water content measurement device (110) and a server (120).
함수량 측정 장치(110)는 매질의 상대 유전율을 계산하고 이를 기반으로 매질의 함수량을 측정하는 장치이다. 함수량 측정 장치(110)는 외부 신호를 차단하는 본체부, 매질에 전자기파를 입력하고, 매질로부터 반사되는 전자기파를 수신하는 RF 안테나 및 매질에 입력한 전자기파의 입력 전압 신호와 매질로부터 반사되는 전자기파의 수신 전압 신호를 측정하여 복수 개의 입력 전압 및 수신 전압의 비를 산출하고, 산출 결과를 기반으로 매질에 대한 상대 유전율(Relative Permittivity)을 계산하고, 계산된 상대 유전율을 기반으로 매질의 함수량(Moisture Content)을 측정하는 마이크로 프로세서를 포함할 수 있다. 함수량 측정 장치(110)는 함수량을 측정하는 센서로 구현될 수 있다.The moisture content measuring device (110) is a device that calculates the relative permittivity of a medium and measures the moisture content of the medium based on the calculated relative permittivity. The moisture content measuring device (110) may include a main body that blocks external signals, an RF antenna that inputs electromagnetic waves to a medium and receives electromagnetic waves reflected from the medium, and a microprocessor that measures an input voltage signal of an electromagnetic wave input to the medium and a reception voltage signal of an electromagnetic wave reflected from the medium to calculate a ratio of a plurality of input voltages and reception voltages, calculates the relative permittivity for the medium based on the calculated relative permittivity, and measures the moisture content of the medium based on the calculated relative permittivity. The moisture content measuring device (110) may be implemented as a sensor that measures the moisture content.
이하 함수량 측정 장치(110)의 각 구성요소에 대하여 설명한다.Below, each component of the function measurement device (110) is described.
본체부는 일 면에 매질 접촉면을 포함한다. 함수량 측정 장치(110)의 사용자가 장치 본체를 손으로 매질에 접촉시키거나 별도의 기구 내지는 장치에 연결하여 본체부의 매질 접촉면을 매질에 접촉시킬 수 있다. 본체부의 매질 접촉면은 몸체의 상면(Top surface)에 형성될 수 있으며, 금속 재질로 인하여 외부로부터 전달되는 전자파, 전자기파, 마이크로파 등의 신호가 차단될 수 있다.The main body includes a medium contact surface on one side. The user of the function amount measuring device (110) can contact the medium contact surface of the main body with the medium by touching the main body with the medium by hand or connecting it to a separate device or apparatus. The medium contact surface of the main body can be formed on the top surface of the body, and signals such as electromagnetic waves, electromagnetic waves, and microwaves transmitted from the outside can be blocked due to the metal material.
한편, 본체부는 원통 또는 다면체 형상의 금속 박스로 구현될 수 있다. 이에 따라 본체부의 매질 접촉면은 본체부의 형상에 따라 면적의 모양 내지는 크기가 달라질 수 있다. 일 예로, 본체부가 원통 형상으로 구현된 경우, 본체부의 매질 접촉면 또한 동일하게 원형 면으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the main body may be implemented as a metal box having a cylindrical or polyhedral shape. Accordingly, the shape or size of the medium contact surface of the main body may vary depending on the shape of the main body. For example, if the main body is implemented as a cylindrical shape, the medium contact surface of the main body may also be formed as a circular surface.
RF 안테나는 본체부가 매질에 접촉된 상태에서 복수 개의 제 1 전자기파(1st Electromagnetic Wave)를 매질로 입력한다. 그리고 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파(2nd Electromagnetic Wave)를 수신한다. 복수 개의 제 1 전자기파는 RF 안테나의 신호 입력부를 통해 매질 내로 입력될 수 있다. 복수 개의 제 2 전자기파는 RF 안테나의 신호 수신부를 통해 수신될 수 있다. 즉, 제 1 전자기파가 도 1의 입력 전압 신호에 대응되고, 제 2 전자기파가 도 1의 수신 전압 신호에 대응될 수 있다. 이러한 제 1 전자기파 및 제 2 전자기파는 300MHz 내지 300GHz 사이의 주파수 대역에 속하는 복수 개의 마이크로파일 수 있다. RF 안테나는 복수 개의 제 1 전자기파 중 적어도 하나의 주파수를 변경하여 매질에 입력하고, 매질로부터 반사된 전자기파를 수신할 수 있다. 주파수의 변경은 마이크로파 주파수 대역 내에서 이루어질 수 있다. 다시 말해, RF 안테나는 마이크로파 주파수 대역에 속하는 복수 개의 제 1 전자기파를 매질에 송신하고, 매질로부터 반사되는 제 2 전자기파를 수신할 수 있다.The RF antenna inputs a plurality of first electromagnetic waves into the medium while the main body is in contact with the medium. Then, it receives a plurality of second electromagnetic waves reflected from the medium. The plurality of first electromagnetic waves can be input into the medium through a signal input unit of the RF antenna. The plurality of second electromagnetic waves can be received through a signal receiving unit of the RF antenna. That is, the first electromagnetic waves may correspond to the input voltage signal of FIG. 1, and the second electromagnetic waves may correspond to the reception voltage signal of FIG. 1. The first electromagnetic waves and the second electromagnetic waves may be a plurality of microwaves belonging to a frequency band between 300 MHz and 300 GHz. The RF antenna can input the medium by changing the frequency of at least one of the plurality of first electromagnetic waves and receive the electromagnetic wave reflected from the medium. The change in frequency can be performed within a microwave frequency band. In other words, the RF antenna can transmit a plurality of first electromagnetic waves belonging to the microwave frequency band to a medium and receive second electromagnetic waves reflected from the medium.
마이크로 프로세서는 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호 및 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출한다. 마이크로 프로세서는 산출 결과를 기반으로 매질에 대한 상대 유전율을 계산하고, 계산된 상대 유전율을 기반으로 매질의 함수량을 측정한다. A microprocessor measures input voltage signals of a plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals of a plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and the reception voltage signals. The microprocessor calculates a relative permittivity for a medium based on the calculated relative permittivity, and measures a moisture content of the medium based on the calculated relative permittivity.
마이크로 프로세서는 보다 정확한 함수량을 측정하기 위해서 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비 각각의 간격을 계산하고, 간격을 계산한 결과가 일정하지 않은 적어도 하나를 제외시킬 수 있다. 여기에서 간격이라 함은 특정 주파수 대역의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비와 다른 주파수 대역의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 비교한 계산값을 의미한다. 즉, 복수 개의 전자기파에 대하여 주파수 별로 각각 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 계산하고, 각각의 간격을 비교하여 간격 차이가 일정하지 않은 것은 오류로 판단하여 이를 제외시킬 수 있다. 마이크로 프로세서는 이러한 과정에 따라 오류가 있는 값을 제외한 나머지를 이용하여 함수량을 측정할 수 있다.In order to measure a more accurate amount of function, the microprocessor can calculate the intervals of each of the ratios of a plurality of input voltage signals and received voltage signals, and exclude at least one whose calculated intervals are not constant. Here, the interval refers to a calculated value obtained by comparing the ratios of the input voltage signals and received voltage signals of a specific frequency band with the ratios of the input voltage signals and received voltage signals of another frequency band. That is, the ratios of the input voltage signals and received voltage signals are calculated for each frequency for a plurality of electromagnetic waves, and the intervals are compared to determine that the interval differences are not constant as errors and can be excluded. The microprocessor can measure the amount of function by using the remainder after excluding the values with errors through this process.
한편, 마이크로 프로세서는 주파수 별로 각각 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 계산함에 따라 주파수 별 유전율을 계산할 수 있다. 일 예로, 마이크로파 주파수 대역 내에서 선택된 제 1 마이크로파(제 1 주파수 대역의 마이크로파)의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호를 기반으로 제 1 유전율을 계산할 수 있다. 그리고, 마이크로파 주파수 대역 내에서 선택된 제 2 마이크로파(제 2 주파수 대역의 마이크로파)의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호를 기반으로 제 2 유전율을 계산할 수 있다. 마이크로 프로세서는 제 1 유전율 및 제 2 유전율을 비교하여 매질에 대한 상대 유전율을 계산할 수 있다. 여기에서 제 1 주파수 대역 및 제 2 주파수 대역은 마이크로파 주파수 대역에는 속하되, 서로 연속하지 않는 주파수 대역일 수 있다. 즉, 제 1 유전율 및 제 2 유전율은 서로 연속하는 주파수에 대한 유전율이 아닌 마이크로파 대역 내 임의로 선택된 주파수 대역의 신호로부터 계산된 유전율 수 있다. 마이크로 프로세서는 제 1 유전율의 절대값의 크기 및 제 2 유전율의 절대값의 크기를 계산하고, 제 1 유전율의 절대값 및 제 2 유전율의 절대값의 차이를 계산하여 제 1 유전율 및 제 2 유전율 간의 상대 유전율을 계산할 수 있다.Meanwhile, the microprocessor can calculate the frequency-specific permittivity by calculating the ratio of the input voltage signal and the received voltage signal for each frequency. For example, the first permittivity can be calculated based on the input voltage signal and the received voltage signal of the first microwave (microwave of the first frequency band) selected within the microwave frequency band. And, the second permittivity can be calculated based on the input voltage signal and the received voltage signal of the second microwave (microwave of the second frequency band) selected within the microwave frequency band. The microprocessor can calculate the relative permittivity for the medium by comparing the first permittivity and the second permittivity. Here, the first frequency band and the second frequency band may be frequency bands that belong to the microwave frequency band but are not continuous with each other. That is, the first permittivity and the second permittivity may be permittivities calculated from signals of frequency bands arbitrarily selected within the microwave band, not permittivities for continuous frequencies. The microprocessor can calculate a magnitude of an absolute value of the first permittivity and a magnitude of an absolute value of the second permittivity, and calculate a difference between the absolute value of the first permittivity and the absolute value of the second permittivity to calculate a relative permittivity between the first permittivity and the second permittivity.
한편, 마이크로 프로세서는 제 1 유전율 및 제 2 유전율의 평균을 계산하고, 제 1 유전율 및 제 2 유전율 간의 상대 유전율이 평균의 범위에 수렴하는지 여부를 판단할 수 있다. 마이크로 프로세서는 복수 개의 주파수로부터 얻어진 상대 유전율을 상호 비교하거나 평균과 비교하여 상대 유전율 측정에 대한 오류 발생을 최소화할 수 있다. 여기에서 평균은 직접 계산할 수도 있고, 연결된 서버(120)로부터 매질 별로 상대 유전율에 대한 평균을 측정한 값을 획득하여 이용할 수도 있다. 마이크로 프로세서는 상대 유전율이 평균의 범위에 수렴하는 것으로 판단하면, 상대 유전율에 대응하는 함수량을 매질의 함수량으로 결정할 수 있다. 마이크로 프로세서는 상대 유전율이 평균의 범위에 수렴하지 않는 것으로 판단하면, 상대 유전율의 산출에 이용된 주파수와 다른 주파수의 마이크로파를 이용하여 상대 유전율을 재산출할 수 있다. 즉, RF 안테나를 통해 주파수를 변경한 마이크로파를 입력 및 수신할 수 있다.Meanwhile, the microprocessor can calculate the average of the first permittivity and the second permittivity, and determine whether the relative permittivity between the first permittivity and the second permittivity converges to the range of the average. The microprocessor can minimize the occurrence of errors in the measurement of the relative permittivity by comparing the relative permittivity obtained from a plurality of frequencies with each other or with the average. Here, the average can be calculated directly, or the average value of the relative permittivity for each medium can be obtained and used from the connected server (120). If the microprocessor determines that the relative permittivity converges to the range of the average, the microprocessor can determine the functional amount corresponding to the relative permittivity as the functional amount of the medium. If the microprocessor determines that the relative permittivity does not converge to the range of the average, the microprocessor can recalculate the relative permittivity using a microwave of a different frequency from the frequency used to calculate the relative permittivity. That is, a microwave whose frequency has been changed can be input and received through an RF antenna.
한편, 함수량 측정 장치(110)는 함수량을 측정한 결과를 서버(120)에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다. 통신부는 RS485와 같은 시리얼 통신을 이용하여 함수량 측정 결과를 서버(120)로 전송할 수 있다. 또한 상황에 따라 서버(120)로부터 함수량 측정에 필요한 데이터를 수신할 수도 있다.Meanwhile, the function amount measuring device (110) may further include a communication unit that transmits the result of measuring the function amount to the server (120). The communication unit may transmit the result of measuring the function amount to the server (120) using serial communication such as RS485. In addition, depending on the situation, data necessary for measuring the function amount may be received from the server (120).
서버(120)는 함수량을 측정한 결과를 수신하는 장치이다. 서버(120)는 함수량 측정 결과를 출력하는 전용 UI(User Interface)가 탑재될 수 있다. 일 예로, 전용 UI를 이용하여 센서(함수량 측정 장치)로부터 측정된 결과값을 분석하여 더 정밀한 함수율을 측정하는 데이터를 산출할 수 있다. 이러한 UI는 생산 프로그램과 연동하여 센서로부터 측정된 함수율을 생산 배합비에 실시간으로 적용하는 HMI(Human Machine Interface)로 구현될 수 있다. 일 예로, 측정된 함수율에 대응하는 배합비로 자동 조절하여 생산공정에 반영할 수 있다.The server (120) is a device that receives the results of measuring the water content. The server (120) may be equipped with a dedicated UI (User Interface) that outputs the results of measuring the water content. For example, the results measured from a sensor (water content measuring device) may be analyzed using the dedicated UI to produce data for measuring a more precise water content. This UI may be implemented as an HMI (Human Machine Interface) that applies the water content measured from the sensor to the production mixing ratio in real time in conjunction with a production program. For example, the mixing ratio corresponding to the measured water content may be automatically adjusted and reflected in the production process.
한편, 서버(120)는 함수량 측정에 연관된 빅데이터를 기반으로 함수량을 검증하도록 학습된 데이터 분석 알고리즘을 포함할 수 있다. 서버(120)는 데이터 분석 알고리즘을 이용하여 매질의 함수량을 측정한 결과를 검증할 수 있다. 서버(120)는 PC, 노트북, PDA, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다. 이하에 설명되는 서버(120)는 PC인 경우를 예시로 설명하였으나, 상술한 다른 종류의 장치들을 적용할 수도 있다.Meanwhile, the server (120) may include a data analysis algorithm learned to verify the functional content based on big data related to the functional content measurement. The server (120) may verify the result of measuring the functional content of the medium using the data analysis algorithm. The server (120) may be implemented as a PC, a laptop, a PDA, a smartphone, etc. The server (120) described below is described as an example of a PC, but other types of devices described above may also be applied.
도 3은 RF 안테나의 신호 입력부 및 신호 출력부를 나타낸 도면이다.Figure 3 is a drawing showing the signal input section and signal output section of an RF antenna.
도 3은 RF 안테나의 Top view를 나타낸 것이며, 도 3을 참조하면 RF 안테나는 신호 입력부, 신호 수신부를 포함하며, 신호 입력부 및 신호 수신부는 외부 신호 차단을 위한 금속 박스 내부에 구비된다, 신호 입력부는 둥근 원판형 그라운드(GND) 및 제 1 전자기파를 매질에 입력하는 금속 코어를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이 금속 코어는 그라운드 중심에 위치된다. 신호 수신부는 금속 박스의 모양과 유사한 반원 모양의 금속 도체 및 제 2 전자기파를 수신하는 심선을 포함한다. 금속 도체의 특정 위치에 신호 수신을 위한 금속 심선이 연결되어 있다. 반원 모양의 금속 도체는 금속 박스와 전기적으로 도전된다. 도 3의 예시에서는 신호 입력부의 그라운드를 원판 형태로, 신호 수신부의 금속 도체를 반원 형태로 설명하였으나 이는 다면체 형상으로 구비될 수도 있다.FIG. 3 is a top view of an RF antenna, and referring to FIG. 3, the RF antenna includes a signal input unit and a signal receiving unit, and the signal input unit and the signal receiving unit are provided inside a metal box for blocking external signals. The signal input unit includes a round disc-shaped ground (GND) and a metal core for inputting a first electromagnetic wave into a medium. As shown in FIG. 3, the metal core is located at the center of the ground. The signal receiving unit includes a semicircular metal conductor similar to the shape of the metal box and a core wire for receiving a second electromagnetic wave. The metal core wire for signal reception is connected to a specific position of the metal conductor. The semicircular metal conductor is electrically conductive with the metal box. In the example of FIG. 3, the ground of the signal input unit is described as having a disc shape and the metal conductor of the signal receiving unit is described as having a semicircular shape, but these may also be provided in a polyhedral shape.
도 4는 RF 안테나의 신호 입력부 및 신호 출력부의 절단면을 나타낸 도면이다.Figure 4 is a cross-sectional drawing showing the signal input section and signal output section of the RF antenna.
도 4의 a는 신호 입력부를 기준으로 본체부를 수직으로 절단한 내부를 나타낸 것이며, b는 신호 입력부와 신호 수신부를 모두 포함한 수직 절단면을 나타낸 것이다. 먼저 도 4의 a를 참조하면, 원통형 금속 통(본체부)이 있고, 입력 신호(제 1 전자기파)는 동축 구조를 갖는 신호 입력부를 통하여 입력된다. 원통 금속 홈의 중심에는 아래 위가 원판으로 되어 있고, 각 원판은 비아(via)로 연결된 구조이다. 원판의 중심은 신호 입력부의 심선이 입력될 수 있도록 일정 크기의 홀이 뚫려 있어야 한다. 원판과 이어져 있고, 원통형 금속 홈의 가장 자리를 따라 반원 모양의 금속 도체가 연결되어 있다. 반원 모양의 금속 도체의 종단은 원통형 금속 통과 연결되어 있다.FIG. 4(a) shows the inside of the main body cut vertically based on the signal input section, and FIG. 4(b) shows a vertical cut surface including both the signal input section and the signal receiving section. First, referring to FIG. 4(a), there is a cylindrical metal tube (main body), and an input signal (first electromagnetic wave) is input through a signal input section having a coaxial structure. The center of the cylindrical metal groove has upper and lower discs, and each disc is connected by a via. A hole of a certain size must be formed in the center of the disc so that the core wire of the signal input section can be input. It is connected to the disc, and a semicircular metal conductor is connected along the edge of the cylindrical metal groove. The end of the semicircular metal conductor is connected to the cylindrical metal tube.
도 4의 b는 수신부를 포함한 부분에 대한 단면도이다. 도 4의 b에서처럼 수신부의 심선(core metal)은 반원 모양의 금속 도체의 일정 위치와 연결되어 있고, 원통형 금속 통의 바닥을 통하여 신호(제 2 전자기파)가 전달된다. 신호 전달을 위해서 금속 박스의 밑 부분은 도 4의 b과 같이 동축 형태로 구성하는 것이 바람직하다. 수신 신호(제 2 전자기파)를 받기 위해서, 원통형 금속 통의 바닥은 동축선과 같이 심선과 접지 부분이 있으며, 심선은 반원 모양의 금속 도체와 연결된다. Fig. 4b is a cross-sectional view of a portion including a receiving unit. As in Fig. 4b, the core metal of the receiving unit is connected to a certain position of a semicircular metal conductor, and a signal (second electromagnetic wave) is transmitted through the bottom of the cylindrical metal tube. For signal transmission, it is preferable that the bottom of the metal box be configured in a coaxial shape as in Fig. 4b. In order to receive the receiving signal (second electromagnetic wave), the bottom of the cylindrical metal tube has a core metal and a ground portion like a coaxial line, and the core metal is connected to the semicircular metal conductor.
도 4에서처럼, RF 안테나 모양은 신호 입력부의 위치와 신호 출력부의 위치가 분리된 하나의 안테나일 수 있다. As in Fig. 4, the RF antenna shape may be a single antenna with the positions of the signal input section and the signal output section separated.
신호 입력을 위한 심선 금속은 GND보다 조금 더 위에 있는 것이 바람직하다.It is desirable that the core metal for signal input be slightly above GND.
또한, 매질과 안테나 패턴 사이에 금속 박스보다 큰 상대 유전율을 갖고, 측정하고자 하는 최대 매질보다 더 큰 상대 유전율을 갖는 단단한 보호 유전체를 두는 것이 바람직하다. 이 유전체는 측정하고자 하는 매질에 직접 접촉하게 된다. 매질의 특성이 변화되더라도 안정적으로 신호를 수신할 수 있다. In addition, it is desirable to place a solid protective dielectric between the medium and the antenna pattern, which has a relative permittivity greater than that of the metal box and a relative permittivity greater than that of the maximum medium to be measured. This dielectric is in direct contact with the medium to be measured. It can stably receive signals even if the characteristics of the medium change.
또한, 단면에서처럼, 원판형 GND와 입력신호 금속 심선은 보호 유전체에 가깝게 배치하는 것이 바람직하다. 이를 통하여, 신호 입력을 효율적으로 하고, 입력된 신호가 매질에 투과되어 측정하고자 하는 매질의 특성을 효과적으로 수신 신호에 포함될 수 있도록 할 수 있다.In addition, as in the cross section, it is desirable to place the disc-shaped GND and the input signal metal core wire close to the protective dielectric. Through this, signal input can be efficiently performed, and the input signal can be transmitted through the medium so that the characteristics of the medium to be measured can be effectively included in the received signal.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 함수량 측정 장치에서 신호 입력을 위한 그라운드(GND), 금속 도체 및 중심 그라운드와 금속 도체의 조합의 예를 나타낸 도면이다. 도 5의 a는 중심 그라운드의 모양을 나타낸 것이며, b는 외곽 수신부 도체의 모양을 나타낸 것이며, c는 중심 그라운드와 외곽 수신부 도체가 결합된 모양을 나타낸 것이다.FIG. 5 is a drawing showing an example of a combination of a ground (GND), a metal conductor, and a center ground and a metal conductor for signal input in a function amount measuring device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 a shows the shape of the center ground, b shows the shape of the outer receiving conductor, and c shows the shape of the center ground and the outer receiving conductor combined.
도 5의 a 내지 c를 참조하면 도체는 외부 신호 차단 등을 위한 금속 박스 모양에 따라 반원이 될 수도 있으며, 다면체 모양이 될 수도 있다. 또한, 다양한 조합이 가능하다. 즉, 원형 그라운드와 사각 외곽 모양, 원형 그라운드와 반원 외곽 도체의 조합 등에 대한 예가 가능하다. 원판과 반원 모양의 금속 도체는 모두 일체형으로 인쇄 기판을 이용하여 만드는 것이 유리하다.Referring to Figures 5a to c, the conductor may be a semicircle or a polyhedron, depending on the shape of the metal box for blocking external signals, etc. In addition, various combinations are possible. That is, examples of combinations of a circular ground and a square outer shape, a circular ground and a semicircular outer conductor, etc. are possible. It is advantageous to make both the circular and semicircular metal conductors integrally using a printed circuit board.
도 6은 도 5의 단층 구조를 이중 층 구조로 확장한 것을 나타낸 도면이다.Figure 6 is a drawing showing the single-layer structure of Figure 5 expanded into a double-layer structure.
도 6의 a는 이중 층 구조의 중심 그라운드의 모양을 나타낸 것이며, b는 이중 층 구조의 그라운드에 단일 도체를 결합한 모양을 나타낸 것이며, c는 이중 층 그라운드에 이중 층 도체를 결합한 모양을 나타낸 것이다.Figure 6(a) shows the shape of the center ground of the double-layer structure, figure 6(b) shows the shape of a single conductor combined with the ground of the double-layer structure, and figure 6(c) shows the shape of a double-layer conductor combined with the double-layer ground.
먼저 도 6의 a를 참조하면, 이중 층을 갖는 안테나 시스템에서의 윗면과 아래면의 GND를 구현한 방법이다. 도 6의 a에서처럼, 윗면과 아랫면은 비아(비아 홀)로 연결되어 있으며, 중심은 심선 금속을 위해서 일정한 크기로 뚫려 있다. 내부는 유전체로 채울 수도 있다. First, referring to Fig. 6a, this is a method of implementing GND on the upper and lower surfaces in an antenna system having a double layer. As in Fig. 6a, the upper and lower surfaces are connected by a via (via hole), and the center is opened to a certain size for a core metal. The interior can also be filled with a dielectric.
도 6의 b는 도 5의 단일 층 구조를 이용하여, 이중 층 구조에 적용한 송수신 안테나 시스템의 예이다. 도면에 도시된 바와 같이, 윗면은 단일층 구조와 동일하다. Fig. 6b is an example of a transmitting/receiving antenna system applied to a double-layer structure using the single-layer structure of Fig. 5. As shown in the drawing, the upper surface is the same as the single-layer structure.
도 6의 c는 양면 모두 단일 층 구조에서 제안된 구성을 사용하고 있으며, 윗면과 아래면은 비아로 연결되어 있다. Figure 6c uses the proposed configuration in a single-layer structure on both sides, with the upper and lower surfaces connected by vias.
이 외에도 이중 층 구조는 다양한 모양이 가능하다. 이층 구조를 사용하면, 수신 신호를 좀 더 안정적으로 받을 수 있다. In addition to this, the double-layer structure can have various shapes. Using a double-layer structure, the reception signal can be received more stably.
도 7은 RF 안테나의 동작 원리를 나타낸 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the operating principle of an RF antenna.
도 7을 참조하면, 전자기파는 보호 기판을 지나서 유전율이 있는 곳으로 전파하게 되며, 전파된 신호의 일부는 매질을 투과한 이후에 포트2로 다시 입사된다. 수신 신호에는 보호 기판을 지나서 매질에 반사되어 입력되는 신호도 함께 수신된다. 이 때 수신되는 신호의 세기는 유전율이 높을수록 또는 함수량이 많을수록 작다. 도 7의 우측에 도시된 곡선은 RF 안테나를 이용하여, 유전체에 전자기파가 입사되는 모양을 나타낸다. Referring to Fig. 7, the electromagnetic wave propagates through the protective substrate to a location with a dielectric constant, and some of the propagated signal penetrates the medium and is re-injected into
도 8은 입력 전압 신호와 수신 전압 신호의 비와 위상 차이를 모니터링 하는 것을 나타낸 회로도이다.Figure 8 is a circuit diagram showing monitoring the ratio and phase difference between an input voltage signal and a received voltage signal.
도 8을 참조하면, 송신 신호와 수신 신호를 입력하여, 송신 신호와 수신 신호의 비를 구할 수 있으며, 또한, 이 값은 Log 등의 연산을 취할 수도 있다. 또한, 두 신호의 곱을 이용하면, 두 신호의 위상차(Vph)를 얻을 수 있다. Referring to Fig. 8, by inputting a transmission signal and a reception signal, the ratio of the transmission signal and the reception signal can be obtained, and also, this value can be subject to an operation such as Log. In addition, by using the product of the two signals, the phase difference (Vph) of the two signals can be obtained.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파를 기반으로 상대 유전율 측정을 통한 함수량 측정 방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 9 is a flowchart showing a method for measuring a functional content by measuring relative permittivity based on electromagnetic waves according to one embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면 함수량 측정 방법은 S910 내지 S950 단계를 포함한다. 본 실시예에 따른 함수량 측정 방법은 도 2를 통해 설명한 함수량 측정 센서(110)에 의한 동작으로 설명된다. Referring to Fig. 9, the water content measurement method includes steps S910 to S950. The water content measurement method according to the present embodiment is explained by the operation of the water content measurement sensor (110) described through Fig. 2.
S910 단계에서 함수량 측정 장치(110)는 외부 신호를 차단하고 매질에 접촉된 상태에서 복수 개의 제 1 전자기파를 매질로 입력한다.At step S910, the function measuring device (110) blocks external signals and inputs a plurality of first electromagnetic waves into the medium while in contact with the medium.
S920 단계에서 함수량 측정 장치(110)는 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파를 수신한다.At step S920, the function measuring device (110) receives a plurality of second electromagnetic waves reflected from the medium.
S930 단계에서 함수량 측정 장치(110)는 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 및 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압을 측정하여 복수 개의 입력 전압 및 수신 전압의 비를 산출한다.At step S930, the function measuring device (110) measures the input voltages of a plurality of first electromagnetic waves and the reception voltages of a plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltages and the reception voltages.
S940 단계에서 함수량 측정 장치(110)는 산출 결과를 기반으로 매질에 대한 상대 유전율을 계산한다.At step S940, the function measuring device (110) calculates the relative permittivity for the medium based on the output result.
S950 단계에서 함수량 측정 장치(110)는 계산된 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량을 측정한다.At step S950, the function amount measuring device (110) measures the function amount of the medium based on the calculated relative permittivity.
한편, 상술한 S910 내지 S950 단계를 함수량 측정 장치(110)의 동작으로 설명하였으나 이중 일부는 도 2를 통해 설명한 서버(120)의 동작으로 설명될 수도 있다. 일 예로, 서버(120)가 함수량 측정 장치(110)로부터 제 1 전자기파 및 제 2 전자기파에 대한 정보를 수신하여 S930 내지 S950 단계를 대신 수행할 수 있다.Meanwhile, although the above-described steps S910 to S950 have been described as operations of the function amount measuring device (110), some of them may be described as operations of the server (120) described through FIG. 2. For example, the server (120) may receive information on the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave from the function amount measuring device (110) and perform steps S930 to S950 instead.
이상 도면 및 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above drawings and embodiments, it does not mean that the scope of protection of the present invention is limited by the above drawings or embodiments, and it will be understood that a person skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as described in the following claims.
Claims (18)
일 면이 매질에 접촉 가능하고, 외부 신호를 차단하는 본체부;
상기 매질에 접촉됨에 기반하여 복수 개의 제 1 전자기파(1st Electromagnetic Wave)를 상기 매질로 입력하고, 상기 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파(2nd Electromagnetic Wave)를 수신하는 RF 안테나; 및
상기 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호(Vin) 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호(Vr)를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출하고, 산출 결과를 기반으로 상기 매질에 대한 상대 유전율(Relative Permittivity)을 계산하고, 계산된 상기 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량(Moisture Content)을 측정하는 마이크로 프로세서(Micro Processor)를 포함하는, 함수량 측정 장치.In a device for measuring the amount of water by measuring relative permittivity based on electromagnetic waves,
A main body having one side that can come into contact with a medium and blocks external signals;
An RF antenna that inputs a plurality of first electromagnetic waves (1 st Electromagnetic Waves) into the medium based on contact with the medium and receives a plurality of second electromagnetic waves (2 nd Electromagnetic Waves) reflected from the medium; and
A moisture content measuring device including a microprocessor that measures input voltage signals (Vin) of the plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals (Vr) of the plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and reception voltage signals, calculates relative permittivity for the medium based on the calculated result, and measures moisture content of the medium based on the calculated relative permittivity.
상기 마이크로 프로세서는 상기 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비 각각의 간격을 계산하고, 상기 간격을 계산한 결과가 일정하지 않은 적어도 하나를 제외한 나머지를 이용하여 상기 함수량을 측정하는, 함수량 측정 장치.In paragraph 1,
A function measuring device, wherein the microprocessor calculates the intervals of each of the plurality of input voltage signals and the received voltage signals, and measures the function amount using the remainder except for at least one of the intervals for which the results of calculating the intervals are not constant.
상기 본체부는 원통 또는 다면체 형상의 금속 박스이고, 상기 일 면은 상기 원통 또는 다면체 형상의 상면(Top Surface)인, 함수량 측정 장치.In paragraph 1,
A water content measuring device, wherein the main body is a metal box in the shape of a cylinder or polyhedron, and the one side is the top surface of the cylinder or polyhedron.
상기 RF 안테나는 상기 복수개의 제 1 전자기파를 입력하는 신호 입력부; 및
상기 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하는 신호 수신부를 포함하는, 함수량 측정 장치.In paragraph 1,
The RF antenna has a signal input section for inputting the plurality of first electromagnetic waves; and
A function amount measuring device comprising a signal receiving unit that receives the plurality of second electromagnetic waves.
상기 신호 입력부는 원판 또는 다면체 형상의 그라운드; 및
상기 복수 개의 제 1 전자기파를 상기 매질에 입력하는 금속 코어를 포함하는, 함수량 측정 장치.In paragraph 4,
The above signal input section is a ground in the shape of a disk or polyhedron; and
A function measuring device comprising a metal core that inputs the plurality of first electromagnetic waves into the medium.
상기 신호 수신부는 반원 또는 다면체 형상의 금속 도체; 및
상기 금속 도체 내부에 구비되어 상기 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하는 심선을 포함하는, 함수량 측정 장치.In paragraph 4,
The above signal receiving unit is a metal conductor in the shape of a semicircle or polyhedron; and
A function measuring device comprising a core wire provided inside the metal conductor and receiving the plurality of second electromagnetic waves.
상기 복수 개의 제 1 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파는 300MHz 내지 300GHz 사이의 주파수 대역에 속하는 복수 개의 마이크로파인, 함수량 측정 장치.In paragraph 1,
A function measuring device, wherein the plurality of first and second electromagnetic waves are a plurality of microwaves belonging to a frequency band between 300 MHz and 300 GHz.
상기 마이크로 프로세서는 마이크로파 주파수 대역 내에서 선택된 제 1 마이크로파의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호를 기반으로 제 1 유전율을 계산하고, 상기 마이크로파 주파수 대역 내에서 선택된 제 2 마이크로파의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호를 기반으로 제 2 유전율을 계산하고, 상기 제 1 유전율 및 상기 제 2 유전율을 비교하여 상기 상대 유전율을 계산하는, 함수량 측정 장치.In paragraph 1,
A function measuring device, wherein the microprocessor calculates a first permittivity based on an input voltage signal and a reception voltage signal of a first microwave selected within a microwave frequency band, calculates a second permittivity based on an input voltage signal and a reception voltage signal of a second microwave selected within the microwave frequency band, and calculates the relative permittivity by comparing the first permittivity and the second permittivity.
상기 마이크로 프로세서는 상기 제 1 유전율의 절대값의 크기 및 상기 제 2 유전율의 절대값의 크기를 계산하고, 상기 제 1 유전율의 절대값 및 상기 제 2 유전율의 절대값의 차이를 계산하는, 함수량 측정 장치.In Article 8,
A function measuring device, wherein the microprocessor calculates the magnitude of the absolute value of the first permittivity and the magnitude of the absolute value of the second permittivity, and calculates the difference between the absolute value of the first permittivity and the absolute value of the second permittivity.
상기 마이크로 프로세서는 상기 제 1 유전율 및 상기 제 2 유전율의 평균을 계산하고, 상기 상대 유전율이 상기 평균의 범위에 수렴하는지 여부를 판단하는, 함수량 측정 장치.In Article 8,
A function measuring device, wherein the microprocessor calculates an average of the first permittivity and the second permittivity and determines whether the relative permittivity converges within the range of the average.
상기 마이크로 프로세서는 상기 상대 유전율이 상기 평균의 범위에 수렴하는 것으로 판단하면, 상기 상대 유전율에 대응하는 함수량을 상기 매질의 함수량으로 결정하는,In Article 10,
If the microprocessor determines that the relative permittivity converges to the range of the average, it determines the functional amount corresponding to the relative permittivity as the functional amount of the medium.
상기 마이크로 프로세서는 상기 상대 유전율이 상기 평균의 범위에 수렴하지 않는 것으로 판단하면, 상기 상대 유전율의 산출에 이용된 주파수와 다른 주파수의 마이크로파를 이용하여 상대 유전율을 재산출하는,In Article 10,
If the microprocessor determines that the relative permittivity does not converge to the range of the average, it recalculates the relative permittivity using microwaves of a different frequency from the frequency used to calculate the relative permittivity.
상기 제 1 주파수 대역 및 상기 제 2 주파수 대역은 서로 연속하지 않는 주파수 대역인, 함수량 측정 장치.In Article 8,
A function amount measuring device, wherein the first frequency band and the second frequency band are non-contiguous frequency bands.
상기 RF 안테나는 상기 복수 개의 제 1 전자기파 중 적어도 하나의 주파수를 변경하여 상기 매질에 입력하고, 상기 매질로부터 반사된 전자기파를 수신하는, 함수량 측정 장치.In paragraph 1,
A function measuring device, wherein the RF antenna changes the frequency of at least one of the plurality of first electromagnetic waves and inputs it into the medium, and receives an electromagnetic wave reflected from the medium.
상기 함수량을 측정한 결과를 서버에 전송하는 통신부를 더 포함하는, 함수량 측정 장치.In paragraph 1,
A device for measuring the amount of function, further comprising a communication unit that transmits the result of measuring the amount of function to a server.
외부 신호를 차단하고 매질에 접촉된 상태에서 복수 개의 제 1 전자기파를 상기 매질로 입력하는 단계;
상기 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하는 단계;
상기 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출하는 단계;
산출 결과를 기반으로 상기 매질에 대한 상대 유전율을 계산하는 단계; 및
계산된 상기 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량을 측정하는 단계를 포함하는, 함수량 측정 방법.In a method for measuring the amount of function by measuring relative permittivity based on electromagnetic waves,
A step of blocking an external signal and inputting a plurality of first electromagnetic waves into a medium while in contact with the medium;
A step of receiving a plurality of second electromagnetic waves reflected from the above medium;
A step of measuring input voltage signals of the plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals of the plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and reception voltage signals;
A step of calculating the relative permittivity for the medium based on the output results; and
A method for measuring a water content, comprising the step of measuring the water content of the medium based on the calculated relative permittivity.
외부 신호를 차단하고 매질에 접촉된 상태에서 복수 개의 제 1 전자기파를 상기 매질로 입력하고, 상기 매질로부터 반사된 복수 개의 제 2 전자기파를 수신하고, 상기 복수 개의 제 1 전자기파의 입력 전압 신호 및 상기 복수 개의 제 2 전자기파의 수신 전압 신호를 측정하여 복수 개의 입력 전압 신호 및 수신 전압 신호의 비를 산출하고, 산출 결과를 기반으로 상기 매질에 대한 상대 유전율을 계산하고, 계산된 상기 상대 유전율을 기반으로 상기 매질의 함수량을 측정하는 함수량 측정 센서; 및
상기 센서로부터 상기 매질의 함수량을 측정한 결과를 수신하는 서버를 포함하는, 함수량 측정 시스템.In a function measurement system using relative permittivity measurement based on electromagnetic waves,
A moisture content measuring sensor that blocks external signals, inputs a plurality of first electromagnetic waves into the medium while in contact with the medium, receives a plurality of second electromagnetic waves reflected from the medium, measures input voltage signals of the plurality of first electromagnetic waves and reception voltage signals of the plurality of second electromagnetic waves to calculate a ratio of the plurality of input voltage signals and the reception voltage signals, calculates a relative permittivity for the medium based on the calculation result, and measures the moisture content of the medium based on the calculated relative permittivity; and
A water content measurement system including a server that receives the results of measuring the water content of the medium from the sensor.
상기 서버는 함수량 측정에 연관된 빅데이터를 기반으로 함수량을 검증하도록 학습된 데이터 분석 알고리즘을 포함하고, 상기 데이터 분석 알고리즘을 이용하여 상기 매질의 함수량을 측정한 결과를 검증하는, 함수량 측정 시스템.In Article 17,
A system for measuring the amount of water, wherein the server includes a data analysis algorithm learned to verify the amount of water based on big data related to the measurement of the amount of water, and verifies the result of measuring the amount of water of the medium using the data analysis algorithm.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20240326 |
|
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20240326 Comment text: Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application |