KR101426474B1 - Remote measurement system of water temperature per depth with lidar and process for measuring water temperature - Google Patents

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KR101426474B1 KR1020130051469A KR20130051469A KR101426474B1 KR 101426474 B1 KR101426474 B1 KR 101426474B1 KR 1020130051469 A KR1020130051469 A KR 1020130051469A KR 20130051469 A KR20130051469 A KR 20130051469A KR 101426474 B1 KR101426474 B1 KR 101426474B1
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형성훈
이준석
조성효
김선용
양정수
신대정
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(주)동양화학
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Abstract

The present invention relates to a remote depth-specific water temperature measurement system using a lidar and a remote depth-specific water temperature measurement method using a lidar. According to the present invention, a lidar is used for real-time monitoring of coastal water surface water temperature changes and depth-dependent water temperature changes so that temporal and spatial freshwater and seawater volatility can be known. Also, depth-specific movement and time-specific water temperature are measured and utilized as data for understanding fishery formations, predicting red tide phenomena and the like. In addition, water surface water temperature and depth-specific water temperature can be measured for analysis and quantification of a long-term water temperature trend so that data relating to the climate change and oceanic environmental changes can be collected.

Description

라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템 및 이를 이용한 수온 원격 측정 방법{Remote measurement system of water temperature per depth with lidar and process for measuring water temperature}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a remote measurement system for a water temperature using water,

본 발명은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템 및 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 또는 모니터링하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water temperature telemetry system for water depths using lidar and a method for remotely measuring water temperature or monitoring the water depth by using lidar.

레이저를 이용한 원격 측정 기술(Laser Remote Sensing)은 세계적으로 지리정보, 기상, 환경, 우주, 원자력, 군사 등 다양한 공공 및 산업부분에서 상용화 수준으로 개발되어 활용되고 있다.Laser remote sensing technology has been developed and used in various public and industrial parts such as geographical information, weather, environment, space, nuclear power, and military.

우리나라의 경우에도 황사, 오존 측정 레이저 원격 측정 기술을 도입하여 현장에서 이러한 기술이 활발하게 이용되고 있으며, 해안선 지도 작성 등 국토지리정보 분야에서 활용 가능성도 적극 검토되고 있는 실정이다.In Korea, this technology is actively used in the field by introducing the laser remote measurement technology of the yellow sand and ozone measurement, and the possibility of utilization in the national geographic information field such as the coastal map generation is being actively reviewed.

한편, 수온 측정에 관련하여 등록특허 제10-0873980호(2008.12.08)호에는 3차원 온도 모니터링 장치에 관한 것으로, 호소나 해수, 그 밖의 수면 아래에서의 심도별 온도 분포를 사용자가 원하는 횡단면을 따라 원하는 시간간격으로 연속적인 측정을 가능하게 하고, 결과적으로 입체적인 온도 성상 데이터를 제공할 수 있는 3차원 온도 모니터링 장치가 개시되어 있는데, 이는 다중 포인트의 온도를 동시에 측정하는 온도측정수단, 상기 온도측정수단의 심도를 측정하기 위하여 상기 온도측정수단의 하단에 구비되는 자동수위관측기, 상기 온도측정수단 및 자동수위관측기의 입수상태가 유지될 수 있도록 상기 온도측정수단의 하단에 구비되는 추를 포함하여 이루어지는 온도측정부; 상기 온도측정부의 지도 상에서의 지리적인 위치를 측정하는 위치측정부; 상기 온도측정부의 추 반대쪽 일측에 연결되고 또한 상기 위치측정부와 연결되며, 상기 온도측정부에 신호를 보내어 미리 정해진 시간 간격 및 기간에 따라 그 시간에 측정된 온도를 송신받고, 상기 자동수위관측기에 의해 측정된 심도를 사용하여 상기 온도측정부의 심도를 계산하며, 상기 온도측정부에 의해 측정된 온도ㆍ상기 계산된 심도 및 상기 위치측정부에 의해 측정된 위치를 매칭하여 3차원 온도분포 데이터를 산출 및 저장하는 제어해석부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Regarding the water temperature measurement, Japanese Patent Registration No. 10-0873980 (2008.12.08) discloses a three-dimensional temperature monitoring apparatus, in which a user can obtain a desired cross-sectional profile of temperature distribution under the water surface, A three-dimensional temperature monitoring apparatus capable of continuously measuring at a desired time interval and consequently providing three-dimensional temperature characteristic data is disclosed, which comprises temperature measuring means for simultaneously measuring temperatures of multiple points, An automatic level observer provided at the lower end of the temperature measuring means for measuring the depth of the means, a weight provided at the lower end of the temperature measuring means so that the intake state of the temperature measuring means and the automatic level observer can be maintained A temperature measuring unit; A position measuring unit for measuring a geographical position on the map of the temperature measuring unit; The temperature measuring unit is connected to one side of the temperature measuring unit opposite to the weight and connected to the position measuring unit and sends a signal to the temperature measuring unit to transmit a temperature measured at a predetermined time interval and a predetermined time interval, Calculating a depth of the temperature measurement unit using the depth measured by the temperature measurement unit, calculating the temperature measured by the temperature measurement unit, the calculated depth and the position measured by the position measurement unit, And a control analyzing unit for storing the control information.

그러나, 이러한 방식은 해수에 장비를 직접 투입하여야 하므로 비용이나 효율면에서 비경제적이고, 실시간 온라인 모니터링(real-time on-line monitoring)이 불가능한 문제점이 있으므로, 수면의 온도를 원격으로 측정하는 방식에 대한 필요성이 있다.However, this method is not economical in terms of cost or efficiency and requires real-time on-line monitoring because of necessity of directly inputting equipment into seawater. Therefore, There is a need.

1. 등록특허 제10-0873980호(2008.12.08)1. Registration No. 10-0873980 (2008.12.08)

본 발명자들은 바다, 호수나 댐의 광대역 수온을 실시간 모니터링 가능한 시스템을 개발하기 위하여 예의 연구한 결과, 후술하는 바와 같이 구성된 라이다를 이용한 원격 측정 시스템이 수심별 수온의 원격 모니터링이 가능할 뿐만 아니라 경제성이 있게 수심별 수온을 원격 측정이 가능함을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors have conducted intensive studies to develop a system capable of real-time monitoring of the water temperature of a sea, a lake or a dam. As a result, the remote measurement system using the ladder constructed as described below is capable of remote monitoring of the water temperature according to the water depth, The present inventors have found that the water temperature can be measured remotely.

따라서, 본 발명의 목적은SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly,

수온 측정 장치(12)가 네트워크를 통해 원격제어 및 감시 장치(11)에 작동가능하게 연결되고, A water temperature measuring device 12 is operatively connected to a remote control and monitoring device 11 via a network,

상기 수온 측정 장치(12)는 The water temperature measuring device (12)

물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호를 일정 거리에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 하는 레이저 장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)를 포함하여 구성되는 원격 광 측정 유닛(1)과, A laser device 100, a telescope device 200, and a light source device 100, which function to irradiate a laser at a predetermined position of water, detect a Raman signal of water induced by the laser at a certain distance, collect the signals, A remote light measuring unit 1 including a light coupler 300 and a spectroscope 400,

상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 분석결과를 유,무선네트워크를 통해서 원격 제어 장치(11)로 송수신하는 유무선 송수신장치(2)으로 구성되어 이루어지고, And a wired / wireless transmission / reception device (2) for transmitting and receiving the analysis results of the quantitative data input from the remote optical measurement unit to the remote control device (11) via a wired / wireless network,

상기 원격제어 및 감시 장치(11)는The remote control and monitoring device (11)

상기 송수신된 데이터를 확인하는 터치스크린을 포함하는 단말기(3)와, A terminal 3 including a touch screen for confirming the transmitted and received data,

상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 송수신된 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어하는 제어 유닛(4)으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템(10)을 제공하는 데에 있다.And a control unit 4 for analyzing the quantified data for each wavelength region transmitted from the remote optical measurement unit 1 and controlling the operation of the remote optical measurement unit 1. [ (10) for measuring water temperature according to a used water depth.

본 발명의 추가의 목적은, 다른 일면에 있어서,A further object of the present invention is, in another aspect,

(a) 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 532 nm를 수면에 조사하여 빛을 산란시키는 단계;(a) irradiating 532 nm, which is the wavelength of a Nd: YAG laser as a laser light source, to the water surface to scatter light;

(b) 상기 산란되는 라만 신호를 망원경으로 집광하는 단계;(b) collecting the scattered Raman signal with a telescope;

(c) 상기 망원경으로 집광된 라만신호를 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호를 검출하는 단계;(c) transmitting the Raman signal condensed by the telescope to a spectroscope, a CCD array or a PMT via an optical coupler and an optical fiber to detect a Raman signal at a water temperature;

(d) 상기 분광기에서 검출된 광학신호를 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거치는 단계;(d) subjecting the optical signal detected by the spectroscope to a nonlinear fitting process connected to the control program;

(e) 상기 피팅에 의해 구체적인 수온 데이터를 산출하는 단계; (e) calculating specific water temperature data by the fitting;

(f) 상기 산출된 데이터를 분석하고 네트워크로 연결된 원격제어 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 방법을 제공하는 데에 있다.(f) analyzing the calculated data and transmitting the analyzed data to a remote control device connected to the network.

본 발명에 의하면, 라이다(Lidar)를 이용하여 연안의 수면 수온 변화와 수심에 따른 수온 변화를 실시간으로 모니터링하여 수면의 시공간적 변동성을 파악 할 수 있으며, 담수나 해수의 수심별 이동과 시기별 수온을 측정하여 어장 형성 파악 및 적조현상 예측 등의 자료로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 수면 수온 및 수심별 수온을 측정하여 수온의 장기 변동 추세를 분석, 정량화하여 기후변화와 해양 환경 변화에 대한 데이터를 확보하는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to grasp the spatio-temporal variability of the water surface by monitoring the water temperature change along the coast and the water temperature change along the coast in real time using Lidar, , It can be used as data such as catching fishery formation and prediction of red tide phenomenon. In addition to analyzing and quantifying long-term fluctuation trend of water temperature by measuring water temperature according to water temperature and water depth, data on climate change and marine environment change are acquired It is possible to do.

도 1은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템의 구성도.
도 2는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템의 장치구성도.
도 3은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템의 개념도.
도 4는 광원의 입력파장에 따른 라만산란 신호를 나타내는 그라프도.
도 5는 수온상승에 의한 라만신호 형태 변화를 나타내는 그라프도.
도 6은 비선형 핏팅을 이용하여 수온과 각 함수와의 상관관계 도출하는 그라프도.
도 7은 본 발명에 따르는 장치의 망원경 장치를 보여주는 사진.
도 8은 본 발명에 따르는 광 결합기의 구성을 나타내는 구성도.
도 9는 도 8의 광 결합기의 결합 관계를 보여주는 사진.
도 10은 상기 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 레이저를 활용한 수온 측정 장치에 장착하여 수온을 측정하는 실시형태를 설명하기 위한 사진.
도 11은 무진동 유닛의 예를 나타내는 그래픽도.1 is a schematic view of a water temperature telemetry system according to a water depth using lidar.
2 is a schematic view of a remote measurement system of water temperature according to water depth using a lidar.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a water temperature telemetry system according to water depth using lidar.
4 is a graph showing a Raman scattering signal according to an input wavelength of a light source.
5 is a graph showing a change in Raman signal shape due to a rise in water temperature.
FIG. 6 is a graph showing a correlation between a water temperature and an angular function using nonlinear fitting; FIG.
7 is a photograph showing a telescope device of a device according to the invention;
8 is a configuration diagram showing a configuration of an optical coupler according to the present invention.
9 is a photograph showing the coupling relationship of the optical coupler of FIG.
10 is a photograph for explaining an embodiment in which a safety unit including the ultrasonic sensor is mounted on a water temperature measuring apparatus using laser to measure water temperature.
11 is a graphic diagram showing an example of a non-vibration unit;

본 발명은, 일면에 있어서,The present invention, in one aspect,

수온 측정 장치(12)가 네트워크를 통해 원격제어 및 감시 장치(11)에 작동가능하게 연결되고, A water temperature measuring device 12 is operatively connected to a remote control and monitoring device 11 via a network,

상기 수온 측정 장치(12)는 The water temperature measuring device (12)

물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호를 일정 거리에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 하는 레이저 장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)를 포함하여 구성되는 원격 광 측정 유닛(1)과, A laser device 100, a telescope device 200, and a light source device 100, which function to irradiate a laser at a predetermined position of water, detect a Raman signal of water induced by the laser at a certain distance, collect the signals, A remote light measuring unit 1 including a light coupler 300 and a spectroscope 400,

상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 분석결과를 유,무선네트워크를 통해서 원격 제어 장치(11)로 송수신하는 유무선 송수신장치(2)으로 구성되어 이루어지고, And a wired / wireless transmission / reception device (2) for transmitting and receiving the analysis results of the quantitative data input from the remote optical measurement unit to the remote control device (11) via a wired / wireless network,

상기 원격제어 및 감시 장치(11)는The remote control and monitoring device (11)

상기 송수신된 데이터를 확인하는 터치스크린을 포함하는 단말기(3)와, A terminal 3 including a touch screen for confirming the transmitted and received data,

상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 송수신된 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어하는 제어 유닛(4)으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템을 제공한다.And a control unit 4 for analyzing the quantified data for each wavelength region transmitted from the remote optical measurement unit 1 and controlling the operation of the remote optical measurement unit 1. [ Provides a remote measurement system of water temperature by depth of water used.

본 발명은, 추가의 일면에 있어서, 상기 레이저 장치(100)는 물의 일정 위치에 532nm 중심파장의 레이저를 발진하고, 접속된 레이저 콘트롤러(110)에 의해 작동이 제어되며, 레이저를 조사하는 광원과 빔 확대기(120)와 주사 거울(130)이 작동가능하게 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템을 제공한다.In a further aspect of the present invention, in the laser device 100, the laser device 100 oscillates a laser having a center wavelength of 532 nm at a predetermined position of water, is operated by a connected laser controller 110, And a beam expander 120 and a scanning mirror 130 are operatively connected to each other.

본 발명은, 다른 추가의 일면에 있어서, 상기 망원경 장치(200)는 상기 레이저 장치(100)에 의해 유도된 물의 라만 신호를 일정 거리에서 검출하여 집광시키는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the telescope apparatus 200 detects a Raman signal of water induced by the laser device 100 at a predetermined distance and condenses the light. Of a remote measurement system.

본 발명은, 다른 추가의 일면에 있어서, 상기 광결합기(300)는 원거리에서 발생한 미세 광신호를 원격 광검출 장치를 이용하여 집광한 신호를 광파이버(Optical Fiber)를 통해 분광기로 전달하며, 광신호의 파장영역을 분광기에서 확보하기 위한 광신호 수집장치로 구성되고, 망원경 장치(200)의 후면부에 장착되어 광결합기(300)를 연결하는 커넥터(310), 망원경의 집광 신호를 극대화 하기 위한 망원경 초점 거리 설정으로 광섬유로의 신호전달을 효율적으로 수행하게 하는 프리즘(320), 상기 프리즘(320)을 통과한 신호들에서 설정된 영역의 파장을 필터링하기 위한 필터(330), 광파이버(350)의 위치를 상하 좌우, 전후의 전방향으로 미세하게 조절하는 미세 조절 장치(340), 및 상기 광 결합기(320)의 후면부에 설치되어 필터링된 신호들을 분광기로 전달하는 광 파이버(350)를 포함하여 광신호수집장치를 구성하고, 상기 광 파이버(350)는 일정 길이를 갖도록 형성되어 분광기와 연결되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템을 제공한다.In another embodiment of the present invention, the optical coupler 300 transmits a signal obtained by focusing a fine optical signal generated at a long distance using a remote optical detecting device to an optical fiber through an optical fiber, A connector 310 mounted on a rear portion of the telescope device 200 for connecting the optical coupler 300, a telescope for focusing the telescope's condensed signal, Distance setting enables efficient signal transmission to optical fiber A prism 320, a filter 330 for filtering the wavelength of a predetermined region in the signals having passed through the prism 320, a fine adjustment for finely adjusting the position of the optical fiber 350 in the up, And an optical fiber 350 installed on a rear portion of the optical coupler 320 and transmitting the filtered signals to a spectroscope to form an optical signal collecting apparatus. The optical fiber 350 has a predetermined length And is connected to the spectroscope. The remote measurement system of water temperature according to the water depth is provided.

본 발명은, 더욱 추가의 일면에 있어서, 상기 분광장치(400)는 망원경 장치(200)로부터 집광된 신호들을 각 파장 영역별로 정량화하는 장치로서, 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역까지 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있고 각 파장에서 다른 영상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화하는 분광기와 작은 전하량을 전류로 변환하는 광신호 검출기(500, CCD, Charge coupled device; 전하결합소자)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템을 제공한다.In a further embodiment of the present invention, the spectroscopic apparatus 400 is an apparatus for quantifying signals condensed from the telescope apparatus 200 for each wavelength region, (500, CCD, Charge Coupled Device) that can quickly acquire wavelength data and convert a small amount of charge into current by simultaneously measuring and quantifying multiple components that show different images at each wavelength The present invention provides a remote measurement system for water temperature by water depth using lidar.

이하, 본 발명의 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템 및 이를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 방법에 관하여 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, a remote measurement system of water temperature according to the water depth using the lidar of the present invention and a method of measuring water temperature according to the water depth using the system will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템의 구성도이고, 도 2는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템의 장치구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a water temperature telemetry system according to a water depth using a lidar, and FIG. 2 is a system configuration diagram of a telemetry system for a water temperature according to a water depth using the lidar.

본 발명에 따른 레이저 원격 수온 측정 시스템의 기본 측정 원리는 Nd:YAG 레이저로부터 발생가능한 532 nm의 파장의 레이저광을 조사하면 532 nm의 레이저 광에 의하여 650 ~ 700 nm 정도의 영역에서 빛이 산란되며, 이때 발생하는 산란신호를 분광기와 검출기를 활용하여 선택적으로 관측하여 물의 라만신호를 측정함으로써 이루어진다.The basic measurement principle of the laser remote water temperature measuring system according to the present invention is that if a laser beam having a wavelength of 532 nm generated from an Nd: YAG laser is irradiated, light is scattered in an area of about 650 to 700 nm by a laser beam of 532 nm , And the scattering signal generated at this time is selectively observed using a spectrometer and a detector to measure the Raman signal of the water.

도 3은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템의 개념도이고, 도 4는 광원의 입력파장에 따른 라만산란 신호를 나타내는 그라프도이다.FIG. 3 is a conceptual diagram of a water temperature telemetry system according to water depth using a ladder, and FIG. 4 is a graph showing a Raman scattering signal according to an input wavelength of a light source.

본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 원리에 관하여 도 3 및 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, Nd:YAG 532nm 레이저를 해수(담수)면에 조사하면 도 4에 나타낸 바와 같이 약 680 nm 지점에서 라만 산란 현상(Raman scattering)이 발생하는데, 라만 산란이란 물질에 일정한 주파수의 빛을 조사한 경우, 분자 고유 진동이나 회전 에너지 또는 결정의 격자(格子) 진동 에너지 만큼 달라진 주파수의 빛이 산란되는 현상을 일컫는다. 산란된 빛 중 원래의 에너지를 그대로 유지하면서 산란되는 과정을 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라 하고, 에너지를 잃거나 얻으면서 산란되는 과정을 라만 산란이라고 하는데, 이 산란광은 물질의 고유 특성으로 분자의 분자 구조를 추론할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, when the Nd: YAG 532 nm laser is irradiated on the surface of the sea water (fresh water) according to the present invention, as shown in FIG. 4, Raman scattering occurs at a wavelength of about 680 nm. When Raman scattering is irradiated with a light having a constant frequency, the light having a frequency that is different from that of molecular natural vibration, rotational energy, or crystal lattice vibration energy Refers to the phenomenon of scattering. The scattering process is called Rayleigh scattering, and the process of scattering while losing or obtaining energy is called Raman scattering. The scattering light is a characteristic of the molecule, Structure can be deduced.

한편, 물은 단분자(monomer) 상태의 물분자와 고분자(polymer) 상태의 분자집합으로 구성되어 있는데 물에 레이저를 조사하면 O-H 결합의 진동에 의한 라만현상으로 조사한 레이저보다 장파장의 빛이 산란된다. 단분자 상태의 물 분자와 고분자 상태의 물 분자는 스펙트럼이 라만 이동하는 정도가 달라서 라만 산란된 빛을 분광하면 서로 중첩된 2개의 라만밴드가 관측된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 수온이 증가하면 단분자 상태의 물 분자수가 상대적으로 증가하여 중첩된 2개의 라만밴드 중 단분자 상태의 물 분자에 의한 라만밴드의 크기가 상대적으로 증가하고, 3,233 cm-1 (monomer), 3,393 cm-1 (polymer)에 존재하는 O-H stretching 밴드들의 수온변화에 따른 상대적 비율 변화가 전체 라만 스펙트럼 변화를 가져온다. On the other hand, water is composed of a monomer molecule in a monomer state and a molecular group in a polymer state. When a laser is irradiated with water, light of a longer wavelength is scattered than a laser irradiated by a Raman phenomenon due to OH bond vibration . The water molecules in the unimolecular state and the water molecules in the polymer state differ in the degree of the Raman shift of the spectrum, and when the Raman scattered light is spectroscopically observed, two Raman bands overlapping each other are observed. As it is shown in Figure 5, when the water temperature increases, the water molecules of the monomolecular state, the size of a Raman band due to the water molecules of the monomolecular state of the two Raman bands overlap to relatively increase increases relatively, and 3,233 cm - 1 (monomer) and 3,393 cm -1 (polymer), the change in the relative ratio of the OH stretching bands with the change in water temperature leads to the change of the entire Raman spectra.

따라서, 해수나 담수에 조사된 레이저에 의한 물의 라만 산란밴드를 관측하면 2가지 상태의 물분자의 상대적인 양을 산출함으로써 1℃ 수준의 정확도로 수온 측정 가능하다. 도 6은 비선형 핏팅(nonlinear fitting)을 이용하여 수온과 각 함수와의 상관관계 도출하는 그라프의 예로서, 사용하는 예를 들면, 가우시안 함수 피팅(Gaussian function fitting)법을 사용하여 도출할 수 있다. Therefore, by observing the Raman scattering band of water by the laser irradiated in seawater or fresh water, the relative amount of water molecules in two states can be calculated, and the water temperature can be measured with accuracy of about 1 ° C. FIG. 6 is an example of a graph which shows a correlation between a water temperature and an angular function using a nonlinear fitting, and can be derived using a Gaussian function fitting method, for example.

이하, 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템의 구성에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the configuration of a water temperature telemetry system according to the present invention using a ladder according to the present invention will be described in detail.

도 1을 참조하면, 본 발명의 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템은 크게 수온 측정 장치(12)가 네트워크를 통해 원격제어 및 감시 장치(11)에 연결되어 작동되고, 상기 수온 측정 장치(12)는 원격 광 측정 유닛(1) 및 무선 송수신장치(2)를 포함하고, 상기 원격제어 및 감시 장치(11)는 단말기(3) 및 제어 유닛(4)을 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1, a remote water temperature measuring system according to the present invention includes a water temperature measuring device 12 connected to a remote control and monitoring device 11 via a network, The remote control and monitoring device 11 includes a terminal 3 and a control unit 4. The remote control unit 12 includes a remote light measurement unit 1 and a wireless transceiver 2,

상기 원격 광 측정 유닛(1)은 물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호를 일정 거리 이상에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 갖는다.The remote optical measurement unit 1 has a function of irradiating a laser at a predetermined position of water, detecting a Raman signal of water induced by the laser at a predetermined distance or more, collecting the signals, and quantifying the signals by each wavelength region.

상기 원격 광 측정 유닛(1)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 크게 레이저장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)로 구성된다.2, the remote optical measurement unit 1 mainly includes a laser device 100, a telescope device 200, a photo coupler 300, and a spectroscopic device 400.

상기 레이저 장치(100)는 물의 일정 위치에 532nm 중심파장의 레이저를 발진하는 장치이다. 상기 레이저 장치는 Nd:YAG 레이저가 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있으며, 접속된 레이저 콘트롤러(110)에 의해 제어할 수 있으며, 광원(미도시)과 빔 확대기(120)와 주사 거울(130)이 작동가능하게 연결되어 설치될 수 있다.The laser device 100 is a device for oscillating a laser having a center wavelength of 532 nm at a predetermined position of water. The Nd: YAG laser may be preferably used in the present invention and may be controlled by a connected laser controller 110 and may include a light source (not shown), a beam expander 120, and a scanning mirror 130 And may be operably connected.

상기 레이저 컨트롤러(110)는 레이저의 세기를 조절함으로써, 물의 라만 신호를 원거리에서 측정할 수 있는 민감도와 정밀도를 확보할 수 있다.The laser controller 110 can ensure the sensitivity and accuracy of measuring the Raman signal of water from a distance by adjusting the intensity of the laser.

따라서, 수면과 측정 주변 환경에서 원격 광 측정 유닛(1)으로 들어오는 자연광 및 인공광에 의한 잡음 측정 광신호의 제거를 통한 신뢰성/재현성 확보를 이룰 수 있고, 광원의 온 또는 오프 동작을 제어할 수 있다.Therefore, reliability / reproducibility can be secured by removing the noise measurement optical signal due to the natural light and artificial light entering the remote optical measurement unit 1 in the water surface and the measurement surrounding environment, and the ON or OFF operation of the light source can be controlled .

또한, 레이저 콘트롤러(110)는 광원의 세기, 작동시간 제어를 실시함으로써, 고감도 고신뢰성 측정 데이터를 취득하도록 할 수 있다.Further, the laser controller 110 can control the intensity and operation time of the light source to obtain high-sensitivity and high-reliability measurement data.

도 7은 본 발명에 따르는 망원경 장치(200)를 보여주는 사진이고, 도 8은 본 발명에 따른 광 결합기의 구성을 나타내는 구성도이다.FIG. 7 is a photograph showing a telescope apparatus 200 according to the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical coupler according to the present invention.

상기 망원경 장치(200)는 구경: 25 cm인 대구경의 것으로서 상기 고출력 레이저에 의해 유도된 물의 라만 신호를 일정 거리(예, 원거리)에서 검출하고 상기 신호들을 용이하게 집광시키는 장치이다.The telescope device 200 is a device of a large diameter having a diameter of 25 cm and detects a Raman signal of water induced by the high power laser at a certain distance (e.g., a long distance) and easily converges the signals.

상기 망원경 장치(200)는 리프팅 유닛의 상단에서 사방으로의 자세 조절이 가능한 전동식 조절부(210)에 의해 고정될 수 있다. 상기 전동식 조절부(210)는 상기 제어 유닛(4)으로 제어 신호를 받아 3차원 자세 구동이 가능한 장치이다. 상기 전동식 조절부(210)는 도면에 도시되지는 않았지만 다수의 링크로 연결되는 관절들을 구비할 수도 있고, 각 링크에서는 일정의 마찰력이 형성되어 위치가 가변된 상태에서 자세를 유지할 수 있다. 그리고, 상기 망원경 장치(200)는 상기 관절들 중 끝단이 관절에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 망원경 장치(200)는 3차원의 일정 위치로 이동되어 위치가 고정될 수 있다.The telescope device 200 may be fixed by an electric adjuster 210 which can adjust the posture from the upper end of the lifting unit to every direction. The electric control unit 210 is a device capable of three-dimensional posture driving by receiving a control signal from the control unit 4. [ The electric adjuster 210 may include joints connected by a plurality of links not shown in the figure, and a constant frictional force may be formed in each of the links to maintain the posture while the position is variable. In the telescope device 200, the ends of the joints may be connected to joints. Accordingly, the telescope apparatus 200 can be moved to a fixed position in three dimensions and fixed in position.

상기 망원경 장치(200)는 광결합기(300)와 연결된다. 도 8은 본 발명에 따른 장치에서 광결합기(300)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8의 광 결합기의 결합 관계를 보여주는 사진이다.The telescope device 200 is connected to the optical coupler 300. FIG. 8 is a view showing the configuration of the optical coupler 300 in the apparatus according to the present invention, and FIG. 9 is a photograph showing the coupling relationship of the optical coupler in FIG.

한편, 본 발명에서는 망원경 장치(200)의 후단에 광 결합기(300)를 연결함으로써, 원거리에서 발생한 미세한 광신호를 원격 광 측정 유닛(1)을 이용하여 집광한 신호를 광파이버(350, Optical fiber)를 통해 광손실을 최소화하면서 분광기로 전달할 수 있다.In the present invention, by connecting the optical coupler 300 to the rear end of the telescope device 200, a signal obtained by condensing a minute optical signal generated at a long distance using the remote optical measurement unit 1 is passed through an optical fiber 350, Can be transmitted to the spectroscope with minimal optical loss.

상기 광결합기(300)는 원거리에서 발생한 미세 광신호를 원격 광검출 장치를 이용하여 집광한 신호를 광파이버(Optical Fiber)를 통해 분광기로 전달하는 장치로서 광신호의 파장영역을 분광기에서 확보하기 위한 광신호 수집장치로 구성된다.The optical coupler 300 is a device for transmitting a signal condensed by a remote optical detector to a spectroscope through an optical fiber. The optical coupler 300 is a device for transferring a wavelength range of an optical signal to a spectroscope And a signal collecting device.

상기 광결합기(300)는 커넥터(310), 프리즘(320), 필터(330), 미세조절 장치(340) 및 광파이버(350)를 포함하여 구성될 수 있다.The optical coupler 300 may include a connector 310, a prism 320, a filter 330, a fine adjustment unit 340, and an optical fiber 350.

상기 커넥터(310)는 망원경 장치(200)의 후면부에 장착되는 부재이다. 상기 프리즘(320)은 망원경의 집광 신호를 극대화 하기 위한 망원경 초점 거리 설정으로 광섬유로의 신호전달을 효율적으로 수행하게 하는 부재이고, 상기 필터(330)는 상기 프리즘(320)을 통과한 신호들에서 설정된 영역의 파장을 필터링하기 위한 부재이다.The connector 310 is a member mounted on the rear portion of the telescope device 200. The prism 320 is a telescope focal distance setting unit for maximizing a convergence signal of the telescope, thereby effectively performing signal transmission to the optical fiber And the filter 330 is a member for filtering the wavelength of the set region in the signals passing through the prism 320. [

상기 광 결합기(320)의 후면부에는 필터링된 신호들을 전달하는 광 파이버(350)가 설치된다. 상기 광 파이버(350)는 일정 길이를 갖도록 형성되어 분광기와 연결된다.An optical fiber 350 for transmitting the filtered signals is installed on the rear surface of the optical coupler 320. The optical fiber 350 is formed to have a predetermined length and is connected to the spectroscope.

상기 광 결합기(320)의 후면부에는 상기 광 파이버(350)의 다수 위치에서 다수의 조절 나사의 길이 조절을 통해 자세 조절을 실시하는 미세 위치 조절 장치(340)가 더 설치된다. The microcomputer 340 is further provided at a rear portion of the optical coupler 320 to control the posture of the optical fiber 350 by adjusting the length of the plurality of adjustment screws at a plurality of positions of the optical fiber 350.

또한, 상기 광 결합기(320)를 망원경 장치(200)의 후면부에 장착하여, 측정 대상 광신호의 파장 영역을 분광기에서 확보할 수 있다.Further, the optical coupler 320 may be mounted on the rear portion of the telescope device 200, so that the wavelength region of the optical signal to be measured can be secured in the spectroscope.

그리고, 광 결합기(300)와 분광기를 광파이버(350)를 사용하여 연결함으로써, 원격 광 측정 유닛(1)에서 집광된 미세 측정 광 신호를 광 결합기를 통해 분광기로 손실없이 전송할 수 있다. 상기 광 파이버(350)는 코어 크기가 1000 μm 인 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.By connecting the optical coupler 300 and the spectroscope using the optical fiber 350, it is possible to transmit the condensed fine measurement optical signal in the remote optical measurement unit 1 to the spectroscope through the optical coupler without loss. It is preferable that the optical fiber 350 has a core size of 1000 mu m.

상기 분광장치(400)는 망원경 장치(200)에 집광된 신호들을 각 파장 영역별로 정량화하는 장치로서, 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역까지 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있는 큰 장점 보유뿐만 아니라 각 파장에서 다른 영상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화 할 수 있는 분광기를 포함한다.The spectroscope 400 is a device for quantizing the signals condensed by the telescope device 200 for each wavelength region and has a great advantage of rapidly obtaining data of all wavelengths from the ultraviolet ray to the visible ray region by using the multi- It also includes a spectroscope that can measure and quantify multiple components that show different images at each wavelength simultaneously.

상기 분광기는 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역의 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 각 파장에서 다른 양상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화할 수 있다. 또한, 상기 분광기는 상기 신호들을 다수의 파장 대역에서의 성분을 추출한다. 상기 분광기는 미세 광신호 검출을 위해 입력 구경(Entrance aperture)가 큰 형광검출 목적용 분광 분석기를 사용하는 것이 바람직하다.The spectroscope can rapidly obtain data of all wavelengths from the ultraviolet ray to the visible ray region by using a multi-coloring apparatus, and simultaneously measure and quantify multi-components having different patterns at each wavelength. Further, the spectroscope extracts the components of the signals in a plurality of wavelength bands. It is preferable that the spectroscope employs a fluorescence detection spectrometer having a large entrance aperture for detecting a minute optical signal.

상기 분광장치(400)는 광신호 검출기(500, CCD, Charge coupled device; 전하결합소자)를 포함하는데, 광신호 검출기는 분광분석에 사용되는 것으로서 작은 전하량을 전류로 변환하는데 효과적이며 감도가 뛰어나며 라만이나 발광과 같은 낮은 검출한계를 요구하는 분광계에 이상적인 검출기이다.The spectrometer 400 includes a CCD (Charge Coupled Device) 500, which is used for spectral analysis and is effective in converting a small amount of charge into a current and is excellent in sensitivity, And is ideal for spectrometers that require low detection limits such as luminescence.

상기 광신호 검출기(500)로 부터의 수온에 관한 데이터는 프로그램에 내장되어 분석되는데, 이 데이터는 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이 비선형 핏팅(nonlinear fitting)을 이용하여 수온과 각 함수와의 상관관계를 도출할 수 있고, 유,무선 송수신 장치(2)를 통하여 유,무선으로 연결된 단말기(3)의 디스플레이에서 데이터를 확인할 수 있다. 상기 디스플레이는 상기 제어 유닛(4)으로 정보를 입력할 수 있는 터치 스크린을 포함하며, 상기 분광기(340)로부터 추출되는 다수의 파장 대역에서의 성분을 데이터 분석 프로그램에 의해 가시적으로 출력할 수 있다.Data relating to the water temperature from the optical signal detector 500 is embedded in the program and analyzed, for example, using nonlinear fitting as shown in FIG. 6, And the data can be confirmed on the display of the terminal 3 connected wirelessly via the wireless transmitting / receiving device 2. The display includes a touch screen capable of inputting information to the control unit 4 and can visually output components in a plurality of wavelength bands extracted from the spectroscope 340 by a data analysis program.

또한, 상기 프로그램은 유,무선 모듈을 포함할 수 있으며, 상기 유,무선 모듈은, 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 상기 제어 유닛의 분석결과를, 무선네트워크에 연결된 수온 분석시스템과 원격 제어장치(11)에 전송할 수 있다. 이때 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 상기 제어 유닛의 분석결과는 무선네트워크를 통해서 수온 분석시스템에 전송될 수도 있지만 유선네트워크를 통해서도 수온 분석시스템에 전송될 수 있다.Also, the program may include a wireless module, and the wireless module may transmit the analysis result of the control unit to the quantified data for each wavelength range input from the remote optical measurement unit, To the water temperature analysis system and the remote control device 11 connected to the water temperature analysis system. At this time, the analysis result of the control unit for the data quantized for each wavelength range input from the remote optical measurement unit may be transmitted to the water temperature analysis system through the wireless network, but may also be transmitted to the water temperature analysis system through the wired network .

그러므로, 본 발명에서는 기계적인 장치를 사용하지 않아 기기의 구조가 단순화 되어 있으므로, 파장의 재현성을 높일 수 있다.Therefore, in the present invention, since the mechanical device is not used and the structure of the device is simplified, the reproducibility of the wavelength can be improved.

상기 제어 유닛(4)은 상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 송수신되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어한다. The control unit 4 analyzes the quantified data for each wavelength region transmitted and received from the remote optical measurement unit 1 and controls the operation of the remote optical measurement unit 1. [

상기 단말기(3)의 디스플레이는 상기 제어 유닛(4)과 연결될 수 있고, 상기 제어 유닛(4)은 분광 신호 분석 자동화와, 원격 광 측정 유닛(1)의 망원경 장치(200)의 구동 제어 및, 측정 지역 자동 스캔 역할도 할 수 있다.The display of the terminal 3 can be connected to the control unit 4 and the control unit 4 can be used for automating spectral signal analysis and for controlling the telescopic device 200 of the remote optical measurement unit 1, It can also serve as an auto scan area for measuring areas.

한편, 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템은 고출력의 레이저를 광원으로 사용하기 때문에 상기 장치를 사용하는 동안 인근 대역을 지나는 선박이나 선박에 탑승한 인체와 접촉할 경우 상기 레이저 광에 의한 인적 및 물적 피해가 발생할 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 시스템은 초음파 센서(ultrasonication sensor)를 부착한 세이프티 유닛을 추가로 설치하여 인적 물적 피해를 방지하는 것이 바람직하다.On the other hand, the remote measurement system for water temperature by depth using the ladder according to the present invention uses a high-power laser as a light source. Therefore, when the apparatus is used, when it is in contact with a ship passing through a nearby band or a human body aboard a ship, There is a fear that human and material damage due to light may occur. Therefore, it is preferable that the system of the present invention further includes a safety unit with an ultrasonic sensor to prevent human and material damage.

따라서, 본 발명은 추가의 일면에 있어서 레이저의 접촉으로 인한 피해를 방지하기 위해 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템의 레이저 측정 영역에 물체가 접근할 경우 자동으로 레이져 광원이 Off되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 포함한다.Therefore, in a further aspect of the present invention, there is provided a remote measurement system for water temperature by water depth using lidar to prevent damages caused by contact with a laser, characterized in that the laser light source is automatically turned off when an object approaches the laser measurement area And a safety unit including an ultrasonic sensor.

상기 초음파를 포함하는 세이프티 유닛은 레이저 광 조사와 동시에 구동하여 예를 들면, 레이저 측정 지역의 반경 50m 이내에 물체가 접근할 경우 자동으로 레이져 광원이 Off되도록 구성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the safety unit including the ultrasonic wave is driven simultaneously with the laser light irradiation so that the laser light source is automatically turned off when an object approaches within a radius of 50 m of the laser measurement area.

상기 초음파를 포함하는 세이프티 유닛은 리프팅 유닛에 의해 지지되고 상기 원격 광 측정 유닛과 병행하여 설치될 수 있다.The safety unit including the ultrasonic waves may be supported by a lifting unit and installed in parallel with the remote optical measurement unit.

도 10은 상기 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 레이저를 활용한 수온 측정 장치에 장착하여 수온을 측정하는 실시형태를 설명하기 위한 사진이다.10 is a photograph for explaining an embodiment in which a safety unit including the ultrasonic sensor is mounted on a water temperature measuring apparatus using laser to measure the water temperature.

이와 같이 레이저에 의해 레이저 광을 조사하여 수온을 측정하는 동안 동시에 초음파 센서의 신호에 의해 이상 물체가 감지될 경우 레이저 측정 지역 이내에 물체가 접근할 경우 자동으로 레이져 광원이 Off됨으로써 인적 및 물적 피해를 줄일 수 있다.When an object is detected by the signal of the ultrasonic sensor while measuring the temperature by irradiating the laser light by the laser, the laser light source is automatically turned off when the object approaches within the laser measurement area, thereby reducing human and material damage .

본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템은 선박 및 항공 탑재, 육상에서 고정식으로 사용이 가능하다.The remote measurement system of water temperature according to the depth of water using the ladle according to the present invention can be used in ship, airborne, fixed on the land.

한편, 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템을 선박이나 항공기 등에 탑재하기 위해서는 선박의 자체 미진동, 수면파동 등 외란(Direct force disturbance)에 의해 발생되는 레이저 측정 오차율을 감소시키는 위해 무진동 유닛을 설치하는 것이 필요하다.On the other hand, in order to mount a telemetry system for water temperature according to the present invention using a ladder according to the present invention on a ship or an aircraft, it is necessary to reduce the laser measurement error rate caused by direct force disturbance such as self- It is necessary to install a non-vibration unit.

이와 같은 무진동 유닛은 통상적인 것을 사용할 수 있으며 상부에서 가해지는 하중과 지표나 선박에서 발생하는 진동을 제진기 내의 챔버 안에 충진된 공기압력으로 상쇄시켜 본 발명의 감시 장치가 일정한 위치를 유지하도록 한다.Such non-vibration unit can use a conventional one, and the load applied to the upper part and the vibration generated from the surface or the ship are canceled by the pressure of the air filled in the chamber in the chamber so that the monitoring device of the present invention maintains a constant position.

따라서, 본 발명은 추가의 일면에 있어서 상부에서 가해지는 하중과 지표나 선박에서 발생하는 진동을 제진기 내의 챔버 안에 충진된 공기압력으로 상쇄시켜 측정기가 일정한 위치를 유지하도록 하는 무진동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention includes a vibration-free unit for keeping the measuring device in a constant position by canceling the load applied to the upper part and the vibration generated in the vessel or the vessel by the air pressure filled in the chamber in the further aspect .

도 11은 무진동 유닛의 예를 나타내는 그래픽도로서, 무진동에 대한 원리 등은 잘 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. 상기 무진동 유닛은 리프팅 유닛에 설치하는 것이 바람직하다.Fig. 11 is a graphic diagram showing an example of a non-vibration unit. Since the principle of vibration-free operation is well known, a detailed description thereof will be omitted. The non-vibration unit is preferably installed in the lifting unit.

이와 같이 무진동 유닛은 외부에서 유입된 공기압력을 오리피스에 의해 조절하고 Leveling valve의 작동으로 TOP 진동의 정도에 따라 챔버의 높이가 유동적으로 변함으로써 무진동을 유지한다.In this way, the non-vibration unit adjusts the air pressure introduced from the outside by the orifice, and the height of the chamber changes fluidly according to the degree of the TOP vibration by the operation of the leveling valve, thereby maintaining the non-vibration.

상기와 같은 구성 및 작용을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는 바다, 호수나 댐의 광대역 수온의 모니터링에 사용하거나 선박에 탑재하여 이동형 수온 시스템으로 적용가능함과 아울러, 감시 시스템으로 활용할 수 있다.
Through the above-described structure and operation, the embodiment according to the present invention can be used as a monitoring system, as well as being applicable to a mobile water temperature system by being used for monitoring a wide-band water temperature of an ocean, a lake or a dam, or being mounted on a ship.

위와 같이 구성된 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템은 먼저, 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 532 nm를 담수 또는 해수의 표면에 조사하여 산란되는 라만신호를 망원경으로 집광하고, 망원경으로 집광된 라만 신호는 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호를 파장에 따라 검출하고, 분광기에서 검출된 광학신호는 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거쳐 구체적인 온도 데이터를 산출하게 되는 방식으로 작동된다.In the remote measurement system of water temperature by using the ladder configured as above, first, 532 nm of the Nd: YAG laser, which is a laser light source, is irradiated on the surface of fresh water or seawater and the scattered Raman signal is collected by a telescope, The condensed Raman signal is transmitted to a spectroscope and a CCD array or PMT through a photocoupler and optical fiber to detect the Raman signal at each temperature according to the wavelength and the optical signal detected by the spectrometer is inputted to a nonlinear fitting ), And the specific temperature data is calculated.

따라서, 본 발명은, 추가의 일면에 있어서,Therefore, the present invention provides, in a further aspect thereof,

(a) 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 532 nm를 수면에 조사하여 빛을 산란시키는 단계;(a) irradiating 532 nm, which is the wavelength of a Nd: YAG laser as a laser light source, to the water surface to scatter light;

(b) 상기 산란되는 라만 신호를 망원경으로 집광하는 단계;(b) collecting the scattered Raman signal with a telescope;

(c) 상기 망원경으로 집광된 라만신호를 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호를 검출하는 단계;(c) transmitting the Raman signal condensed by the telescope to a spectroscope, a CCD array or a PMT via an optical coupler and an optical fiber to detect a Raman signal at a water temperature;

(d) 상기 분광기에서 검출된 광학신호를 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거치는 단계;(d) subjecting the optical signal detected by the spectroscope to a nonlinear fitting process connected to the control program;

(e) 상기 피팅에 의해 구체적인 수온 데이터를 산출하는 단계; (e) calculating specific water temperature data by the fitting;

(f) 상기 산출된 데이터를 분석하고 네트워크로 연결된 원격제어 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 방법을 제공한다.(f) analyzing the calculated data and transmitting the analyzed data to a remote control device connected to the network.

물론, 상기 방법은 레이저 및 망원경의 조사 각도, 측정 고도, 마운트의 구동 방향을 선택하는 등 측정 지역의 위치를 미리 선택하는 사전 단계를 포함하는 것은 자명하다.Of course, it is obvious that the method includes a preliminary step of preliminarily selecting the position of the measurement area, such as selecting the irradiation angle of the laser and the telescope, the measurement altitude, and the driving direction of the mount.

상기 방법에 사용되는 시스템(10)은 원격제어장치(11)와 상기 원격제어장치(11)와 네트워크를 통해서 연결된 수온 측정 장치(12)를 포함한다. The system 10 used in the method includes a remote control device 11 and a water temperature measurement device 12 connected to the remote control device 11 via a network.

이때 네트워크는 유선 인터넷 등과 같은 유선네트워크 또는 무선 인터넷, 이동통신망 등과 같은 무선네트워크일 수 있다. 이에 따라서 수온 측정 장치(12)가 호수가 또는 해안가 등에 위치한 경우 원격제어장치(11)와 수온 측정 장치(12)는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해서 상호 간에 데이터 통신을 수행할 수 있다. The network may be a wired network such as a wired Internet or a wireless network such as a wireless Internet, a mobile communication network, or the like. Accordingly, the remote control device 11 and the water temperature measuring device 12 can perform data communication with each other through a wired network or a wireless network when the water temperature measuring device 12 is located in a lake or on the shore.

한편, 수온 측정 장치(12)가 이동하는 선박에 위치한 경우 원격제어장치(11)와 수온 측정 장치(12)는 무선 네트워크를 통해서 상호 간에 데이터 통신을 수행할 수 있다. 이렇게 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해서 데이터 통신을 수행하기 위해서 원격제어장치(11)와 수온 측정 장치(12)는 유선 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 유선통신모듈 또는 무선 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 무선통신모듈을 포함한다On the other hand, when the water temperature measuring device 12 is located on a moving ship, the remote control device 11 and the water temperature measuring device 12 can perform data communication with each other through a wireless network. In order to perform data communication through a wired network or a wireless network, the remote control device 11 and the water temperature measuring device 12 are connected to a wired communication module or a wireless network capable of performing communication by connecting to a wired network, Includes a wireless communication module capable of performing

원격제어장치(11)는 필요에 따라 수온 측정 지역, 예를 들어 호수, 댐, 바다 등에 위치한 수온 측정 장치(12)와 네트워크를 통해서 수온 데이터를 포함하는 정보를 송수신할 수 있다. 이때 수온 측정 장치(12)는 호수가, 댐, 해안가의 고정식으로 설치되거나 또는 선박, 항공기 등에 탑재되어 위치해 있을 수 있다.The remote control device 11 can transmit and receive information including the water temperature data through a network with the water temperature measuring device 12 located in a water temperature measuring area, for example, a lake, a dam, At this time, the water temperature measuring device 12 may be installed as a lake, a dam, a waterfront fixed type, or mounted on a ship, an aircraft or the like.

상기 원격제어 장치(11)는 중앙통제센터의 모니터링 수단과 관리자의 단말기(예, 휴대폰 단말기)에 연결되어 관리자 또는 관리회사의 서버는 수온 데이터를 원격으로 파악할 수 있다.The remote control device 11 is connected to the monitoring means of the central control center and the terminal of the administrator (for example, a mobile phone terminal) so that the server of the manager or management company can remotely grasp the temperature data.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기술에 의하여 연안 고지대에 고정형으로 설치함으로써 인근 양식장의 수온 변화 측정함으로써 적조현상으로 인한 어류 폐사를 사전에 예방할 수 있으며, 기상청에서 사용하고 있는 부이나 등표 등에 활용하여 수온 측정이 가능하다. As described above, according to the technique of the present invention, it is possible to prevent the fish dead due to the red tide phenomenon by measuring the change of the temperature of the nearby farms by installing the fish in the coastal highlands in advance, Water temperature measurement is possible.

100: 레이저 장치 200: 망원경 장치
300: 광검출기 400: 분광장치100: laser device 200: telescope device
300: photodetector 400: spectroscope

Claims (6)

수온 측정 장치(12)가 네트워크를 통해 원격제어 및 감시 장치(11)에 작동가능하게 연결되고,
상기 수온 측정 장치(12)는
물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호를 일정 거리에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 하는 레이저 장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)를 포함하여 구성되는 원격 광 측정 유닛(1)과,
상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 분석결과를 유,무선네트워크를 통해서 원격 제어 장치(11)로 송수신하는 유무선 송수신장치(2)으로 구성되어 이루어지고,
상기 원격제어 및 감시 장치(11)는
상기 송수신된 데이터를 확인하는 터치스크린을 포함하는 단말기(3)와,
상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 송수신된 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어하는 제어 유닛(4)으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템.A water temperature measuring device 12 is operatively connected to a remote control and monitoring device 11 via a network,
The water temperature measuring device (12)
A laser device 100, a telescope device 200, and a light source device 100, which function to irradiate a laser at a predetermined position of water, detect a Raman signal of water induced by the laser at a certain distance, collect the signals, A remote light measuring unit 1 including a light coupler 300 and a spectroscope 400,
And a wired / wireless transmission / reception device (2) for transmitting and receiving the analysis results of the quantitative data input from the remote optical measurement unit to the remote control device (11) via a wired / wireless network,
The remote control and monitoring device (11)
A terminal 3 including a touch screen for confirming the transmitted and received data,
And a control unit 4 for analyzing the quantified data for each wavelength region transmitted from the remote optical measurement unit 1 and controlling the operation of the remote optical measurement unit 1. [ Remote Measurement System of Water Temperature by Using Depth. 제1항에 있어서,
상기 레이저 장치(100)는 물의 일정 위치에 532nm 중심파장의 레이저를 발진하고, 접속된 레이저 콘트롤러(110)에 의해 작동이 제어되며, 레이저를 조사하는 광원과 빔 확대기(120)와 주사 거울(130)이 작동가능하게 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템.The method according to claim 1,
The laser apparatus 100 oscillates a laser having a center wavelength of 532 nm at a predetermined position of water and is operated by a laser controller 110 connected thereto. The laser apparatus 100 includes a light source for irradiating a laser beam, a beam expander 120, and a scanning mirror 130 ) Is operatively connected to the atmospheric temperature sensor. 제1항에 있어서,
상기 망원경 장치(200)는 상기 레이저 장치(100)에 의해 유도된 물의 라만 신호를 일정 거리에서 검출하여 집광시키는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the telescope device (200) detects a Raman signal of water induced by the laser device (100) at a predetermined distance and condenses the light. 제1항에 있어서,
상기 광결합기(300)는 원거리에서 발생한 미세 광신호를 원격 광검출 장치를 이용하여 집광한 신호를 광파이버(Optical Fiber)를 통해 분광기로 전달하며, 광신호의 파장영역을 분광기에서 확보하기 위한 광신호 수집장치로 구성되고, 망원경 장치(200)의 후면부에 장착되어 광결합기(300)를 연결하는 커넥터(310), 망원경의 집광 신호를 극대화 하기 위한 망원경 초점 거리 설정으로 광섬유로의 신호전달을 수행하는 프리즘(320), 상기 프리즘(320)을 통과한 신호들에서 설정된 영역의 파장을 필터링하기 위한 필터(330), 광파이버(350)의 위치를 상하 좌우, 전후의 전방향으로 미세하게 조절하는 미세 조절 장치(340), 및 상기 광 결합기(320)의 후면부에 설치되어 필터링된 신호들을 분광기로 전달하는 광 파이버(350)를 포함하여 광신호수집장치를 구성하고, 상기 광 파이버(350)는 일정 길이를 갖도록 형성되어 분광기와 연결되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템.The method according to claim 1,
The optical coupler 300 transmits a signal obtained by focusing a fine optical signal generated at a long distance using a remote optical detection device to a spectrometer through an optical fiber and outputs an optical signal for securing a wavelength region of the optical signal in the spectroscope A connector 310 mounted on the rear portion of the telescope device 200 for connecting the optical coupler 300 and a connector 310 for transmitting signals to the optical fiber through a telescope focal length setting for maximizing a convergence signal of the telescope A prism 320, a filter 330 for filtering the wavelength of a predetermined region in the signals having passed through the prism 320, a fine adjustment for finely adjusting the position of the optical fiber 350 in the up, And an optical fiber (350) installed at a rear portion of the optical coupler (320) and transmitting the filtered signals to a spectroscope, wherein the optical coupler Server 350 is a depth by the telemetry system of the water temperature using a LA characterized in that is formed to have a predetermined length connected to the spectrometer. 제1항에 있어서,
상기 분광장치(400)는 망원경 장치(200)로부터 집광된 신호들을 각 파장 영역별로 정량화하는 장치로서, 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역까지 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있고 각 파장에서 다른 영상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화하는 분광기와 작은 전하량을 전류로 변환하는 광신호 검출기(500, CCD, Charge coupled device; 전하결합소자)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 시스템.The method according to claim 1,
The spectroscopic apparatus 400 is an apparatus for quantizing the signals condensed from the telescope apparatus 200 for each wavelength region. It can quickly obtain data of all wavelengths from the ultraviolet ray to the visible ray region by using a multi-coloring apparatus, (500, CCD, Charge Coupled Device) for converting a small amount of electric charge into a current, and a spectroscope for simultaneously measuring and quantifying multiple components that show different images. Water temperature telemetry system. (a) 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 532 nm를 수면에 조사하여 빛을 산란시키는 단계;
(b) 상기 산란되는 라만 신호를 망원경으로 집광하는 단계;
(c) 상기 망원경으로 집광된 라만신호를 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호를 검출하는 단계;
(d) 상기 분광기에서 검출된 광학신호를 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거치는 단계;
(e) 상기 피팅에 의해 구체적인 수온 데이터를 산출하는 단계;
(f) 상기 산출된 데이터를 분석하고 네트워크로 연결된 원격제어 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온의 원격 측정 방법.(a) irradiating 532 nm, which is the wavelength of a Nd: YAG laser as a laser light source, to the water surface to scatter light;
(b) collecting the scattered Raman signal with a telescope;
(c) transmitting the Raman signal condensed by the telescope to a spectroscope, a CCD array or a PMT via an optical coupler and an optical fiber to detect a Raman signal at a water temperature;
(d) subjecting the optical signal detected by the spectroscope to a nonlinear fitting process connected to the control program;
(e) calculating specific water temperature data by the fitting;
(f) analyzing the calculated data and transmitting the analyzed data to a remote control device connected to the network.
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