KR100832679B1 - 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템 - Google Patents

수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최근 물 부족사태를 대비하고 우리의 건강을 보호하며 현재 대부분 상수원으로 이용되어지고 있는 댐 및 저수지 등에 신뢰도 높은 수질측정부이시스템을 설치하고, 특히 강수량이 불규칙한 상태에서 더욱이 산악 지역이 많은 우리나라의 댐에서의 관측부이가 바람 및 불규칙한 수위변화에 자동으로 적응하여 정확한 관측지점을 지속 유지시키는 기술과 관측부이시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 수질측정부이시스템은, 담수의 수질을 측정하는 수질측정부를 포함하고, 수질측정을 원하는 수심까지 수질측정부를 수직 이동시켜 수질을 측정한 데이터를 획득하여 저장하는 측정부이, 측정부이에 연결되고 측정부이를 고정시키는 복수의 부력부이, 및 부력부이에 연결되고 담수의 바닥에 고정되는 싱커를 포함하고, 부력부이는 무게추를 포함하고, 무게추와 싱커가 로프로 연결되어 있어, 측정부이가 수평으로 이동하지 않도록 한다.
수질측정부이시스템, 측정부이, 부력부이, 무게추, 계류라인

Description

수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템{Water quality measuring buoy system of automatic adaptability on water depth}
도 1은 종래기술에 따른 직경 3m 크기의 디스커스 부이(Discus Buoy)를 나타내는 도.
도 2a는 종래기술에 따른 6m 길이의 노마드 부이(NOMAD Buoy)를 나타내는 도.
도 2b는 도 2a의 노마드 부이의 계류 방식을 설명하기 위한 도.
도 3은 본 발명에 따른 담수용 수질측정부이시스템의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 담수용 수질측정부이시스템의 평면도.
도 5는 측정부이의 평면도.
도 6은 측정부이에서 데이터 처리 및 송신을 위한 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 7은 측정부이의 다른 실시예의 측면도.
도 8a는 외력이 없을 경우의 수질측정부이시스템의 측면도.
도 8b는 외력이 없을 경우의 수질측정부이시스템의 평면도.
도 8c는 부력부이와 싱커간에 작용하는 힘의 방향 및 크기를 나타내는 도.
도 8d는 풍속 20m/s의 외력이 있을 경우의 수질측정부이시스템의 측면도.
도 8e는 풍속 20m/s의 외력이 있을 경우의 수질측정부이시스템의 단면도.
도 9a는 측정부이에서 윈치의 동작을 조작하기 위한 장치를 설명하기 위한 도.
도 9b는 제2 자력검출센서의 오프(off) 동작시 설명하기 위한 도.
도 9c는 제2 자력검출센서의 온(on) 동작시 설명하기 위한 도.
본 발명은 수질측정부이시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강,하천,호수, 저수지 및 해양에서에서 수질을 측정하는 측정부이로서 특히 담수에서 바람 등의 영향으로 움직이지 않도록 고정시키는 담수용 수질측정부이시스템에 관한 것이다.
통상, 부이(buoy)는 부력을 갖고 수표면에 떠서 여러 가지 목적으로 사용된다. 선박의 안전한 항해를 돕기 위하여 항로를 지시하거나 암초 침몰선 등 항해상의 위험물의 존재를 경고하기 위하여 설치되며, 일반적으로 부이의 계류(고정)는 부이 몸체를 해저와 체인 또는 로프 등 으로 연결하여 한 장소에서 이탈하지 못하도록 한다. 또한 부이는 항해 안전용 뿐 아니라 과학적인 자료를 검출하기 위한 특수한 경우에도 이용된다. 특히, 바다, 호수 등의 수질을 측정할 수 있는 수질측정부이시스템을 장착하여 자료를 획득하여 각 분야에서 응용한다.
도 1은 종래기술에 따른 직경 3m 크기의 디스커스 부이(Discus Buoy)를 나타 낸 것이다. 도 1에 도시된 부이는, 부력통 내부에 전자함체 및 전원부를 삽입하고 공기중에 위치한 삼각대에 측정센서를 장착하며, 수중 측정장치는 부력통 내부에서 직접 돌출되거나 공기중에 별도의 기구물을 설치하여 측정한다. 공기중에 위치한 삼각대에는 태양전지판을 부착하여 부력통 내부에 위치한 전원부의 배터리를 충전시킨다. 부력통 상단에는 내부 전자함체 및 전원부의 유지보수를 위한 개폐잠금장치가 있고, 이 잠금장치는 방수처리되어져 물이 부력통 상단으로 튀기거나 일시적으로 부이가 물속에 잠겨도 물이 스며들지 않는다.
도 2a는 종래기술에 따른 6m 길이의 노마드 부이(NOMAD Buoy)를 나타낸 것이다. 도 2a에 도시된 부이는, 길이가 6m인 배형태의 부이로서 유속이 빠른 곳에서 유속방향으로의 물 마찰력을 줄여 부이의 안정성을 향상시킨 형태이다. 도 1과 마찬가지로, 부력통 내부에 전자함체를 설치하고, 개폐잠금장치로 유지보수 및 방수처리가 되어져있다.
도 2b는 도 2a의 노마드 부이의 계류 방식을 설명하기 위한 것이다. 이 방식은 1점식 계류방식으로서, 계류라인 중간에 부력제를 넣어 부이 자체가 계류라인에서 발생하는 모든 힘들을 감당하지 않도록 한 것이다.
통상, 해수에서는 높은 파고와 해류로 인하여 부이의 안정성이 매우 떨어지고 조석차에 의한 수심변화가 크고 해류의 방향이 바람에 의해 자주 바뀌므로, 이러한 1점식 계류방식의 부이를 사용한다.
그러나, 댐,호수와 같은 곳에서는 일정한 위치에서 정확한 수질을 측정하려 하므로, 바람에 의해 위치가 이동되는 1점식 계류방식은 적당하지 못하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 댐, 호수와 같은 담수에서 수질의 자료를 측정하는 측정부이가 바람의 영향 및 수위의 급속한 변화에 대처하여 자동적으로 적응하고 항상 같은 지점에 위치할 수 있도록 하는 수질측정부위시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템은, 담수의 수질을 측정하는 수질측정부를 포함하고, 수질측정을 원하는 수심까지 상기 수질측정부를 수직 이동시켜 수질을 측정한 데이터를 획득하여 저장하는 측정부이; 상기 측정부이에 연결되고, 상기 측정부이를 고정시키는 복수의 부력부이; 및 상기 부력부이에 연결되고, 상기 담수의 바닥에 고정되는 싱커를 포함하고, 상기 부력부이는 무게추를 포함하고, 상기 무게추와 상기 싱커가 로프로 연결되어 있어, 상기 측정부이가 수평으로 이동하지 않도록 한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템의 측면도를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 수질측정부이시스템은 측정부이(100), 부력부이(200) 및 싱커(sinker)(240)를 포함한다.
측정부이(100)는 원하는 수심의 담수의 수질을 측정하여 측정된 데이터를 저장한다.
부력부이(200)는 측정부이(100)에 연결되어 있어, 측정부이(100)를 고정시키기 위한 것으로서, 무게추(210), 수위조절라인(220) 및 도르래(230)를 포함한다. 무게추는 수위조절라인(220) 및 계류라인(250)으로 연결되어 있다.
싱커(240)는 담수의 바닥에 고정되어, 바람이 불더라도 부력부이(200)를 고정시키기 위한 것으로서, 계류라인(250)으로 부력부이(200)와 연결되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템의 평면도를 나타낸 것으로서, 부력부이(200)가 3개로 이루어져 있고, 각각의 부력부이에 싱커(240)가 연결되어 있다.
도 5는 측정부이의 평면도를 나타낸 것으로서, 측정부이(100)는 지지대(110), 윈치(winch)(120), 외부 함체(函體)(130), 배터리고정용 함체(140 및 150), 태양전지 고정대(160) 및 하우징(170)을 포함한다.
지지대(110)는 수질측정부를 고정하기 위한 것이고, 윈치(120)는 수질측정부를 수직방향으로 이동시키기 위한 것이다.
외부 함체(130)는 수질측정부에서 측정된 데이터를 처리, 저장 및 송신하기 위한 장치를 내부에 장착한 것으로서, 개폐잠금장치로 유지보수 및 방수처리가 되 도록 한다.
배터리고정용 함체(140 및 150)는 배터리(미도시)를 내부에 장착한 것으로서, 개폐잠금장치로 유지보수 및 방수처리가 되도록 한다.
태양전지 고정대(160)는 태양에너지원을 사용하기 위한 것으로서, 태양전지를 남쪽을 향하도록 고정시키는 것이다.
하우징(170)은 수질측정부를 보호하기 위한 것으로서, 수질측정부를 둘러싸고 있다.
도 6은 측정부이에서 데이터 처리 및 송신을 위한 장치의 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 측정부이(100)는 수질 측정부(185), 데이터 처리부(190), 데이터 저장부(192) 및 데이터 송신부(195)를 포함한다.
수질 측정부(185)는 수심(水深), 탁도(濁度), 온도, 용존산소(DO: Dissolved Oxygen), NO3 농도, pH, ORP(Oxidation Reduction Potential: 산화환원전위), 전기전도도, 염분도, TDS(Total Dissolved Solid: 총고형물질) 등을 측정한다.
데이터 처리부(190)는 수질 측정부(185)에서 측정된 데이터를 데이터 저장부(192)에 저장시키며, 데이터 저장부(192)에 저장된 데이터를 송신을 위해 데이터 송신부(195)로 보낸다. 데이터 저장부(192)는 수질 측정부(185)에서 측정된 데이터를 저장한다.
데이터 송신부(195)는 데이터 저장부(192)에 저장된 데이터를 무선통신 망(300)을 통해 서버(400)로 송신한다. 서버(400)는 수신된 데이터를 DB(database)(410)에 저장시킨다.
도 7은 측정부이의 다른 실시예의 측면도를 나타낸 것이다.
측정부이(100a)는 지지대(110), 윈치(120), 하우징(170) 및 부력통(180)을 포함한다.
지지대(110), 윈치(120) 및 하우징(170)은 도 5에 도시된 측정부이(100)와 동일하다.
측정부이(100)가 부력통이 일체형인데 반해, 측정부이(100a)는 분리할 수 있는 부력통(180)을 가진다. 이 실시예에서는, 측정부이(100a)에는 4개의 부력통(180)을 장착한다. 측정부이(100a)는 지지대(110), 윈치(120), 하우징(170) 및 부력통(180)이 각각 분리 운반할 수 있는 것으로서, 측정부이(100)를 사용하고자 하는 곳에서 용이하게 조립할 수 있다.
도 8a는 외력이 없을 경우의 수질측정부이시스템의 측면도를 나타낸 것이고, 도 8b는 외력이 없을 경우의 수질측정부이시스템의 평면도를 나타낸 것이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 측정부이(100)를 중심으로 3개의 부력부이(200a, 200b 및 200c)가 120° 간격으로 배치되어 있고, 부력부이(200a, 200b 및 200c)에는 싱커(240a, 240b 및 240c)가 각각 연결되어 있다.
도 8c는 부력부이와 싱커간에 작용하는 힘의 방향 및 크기를 나타낸 것이다.
무게추(210)의 115kg의 무게로 인하여, 중력방향으로 F1=1127N의 힘이 발생 하고, 로프의 장력으로 인해 F2=1127N의 힘이 발생한다. 결국 수평방향으로는 F3=356N(1127N×cos71.6°)의 힘이 발생한다. 이 F3의 힘이 중앙의 측정부이에 대하여 3개의 부력부이에 동시에 작용하기 때문에, 부력부이와 측정부이를 연결한 로프는 항상 팽팽한 장력을 갖고 있다. 즉, 수평으로 움직이려는 힘은 중력방향으로 향하는 무게추에 의해 균형을 이루어, 측정부이는 항상 같은 자리에 있게 된다.
본 발명에 따른 계류방식의 경우, 일정한 외력 이상이 지속적으로 작용할 때에는 무게추와의 힘의 균형이 무너져 측정부이가 이동될 수 밖에 없다. 따라서 무게추 무게, 싱커 무게, 수심을 고려한 계류라인 길이, 측정부이 무게, 부력부이 무게, 바람력, 물의 정지마찰계수 등을 고려하여 수학적으로 계산되어진 값들을 이용하여 설계된다. 그 결과, 본 발명에 따른 수질측정부이시스템은 풍속 20m/s 이하인 경우에는 이동하지 않지만, 20m/s 이상인 경우에는 이동한다.
도 8d는 풍속 20m/s의 외력이 있을 경우의 수질측정부이시스템의 측면도를 나타낸 것이고, 도 8e는 풍속 20m/s의 외력이 있을 경우의 수질측정부이시스템의 단면도를 나타낸 것이다.
도 8d 및 도 8e를 참조하면, 풍속 20m/s의 외력이 있을 경우, 측정부이(100)는 40m를 이동하고, 이 때 발생하는 복원력은 mgsin38°+2mgsin18.4°cos60°이다. 바람이 멈추면 복원력이 작용하여 측정부이(100)는 원래의 자리로 돌아오게 된다.
도 9a는 측정부이에서 윈치의 동작을 조작하기 위한 장치를 설명하기 위한 것이다.
도 9a를 참조하면, 제1 자력검출센서(112)가 지지대(110)의 도르래 하단에 설치되어 있고, 자력을 검출하는 기능을 가진다. 제1 자석뭉치(114)는 하우징(170)의 위쪽에 설치되어 있고, 자력성분을 포함한다. 제1 자력검출센서(112) 및 제1 자석뭉치(114)는 윈치의 동작으로 센서가 상향으로 이동시 수심센서의 값을 데이터 처리부가 정확히 인지하지 못하여 적정 수심에서 윈치의 동작을 중단시키지 못하였을 경우 자동적으로 윈치의 동작을 멈추게 하는 역할을 한다.
제1 자석뭉치(114)는 자력성분을 갖는 여러 개의 동전 모양 금속조각으로 이루어져 있고, 각각의 금속조각은 물에 의한 부식을 막기 위해 플라스틱 코팅처리가 되어 있다.
제1 자력검출센서(112)는 진공관 내에 자력에 민감한 2장의 금속체로 이루어져 있고, 자력이 발생하면 2장의 금속체가 붙어 전류가 흐르고, 자력이 없으면 2장의 금속체는 떨어져 전류가 흐르지 않도록 되어 있다.
제2 자력검출센서(122)는 하우징(170)의 하단에 설치되어 있고, 방수가 되지 않기 때문에 관속에 존재하고, 항상 수중에 위치하기 때문에 수중 컨넥터를 사용하여 완전 방수가 된다.
제2 자석뭉치(124)는 역삼각형의 모양으로 좌측면에서는 직사각형의 금속자석이 플라스틱 코팅되어 부착되어 있고, 하측면에는 구멍을 뚫어 바닥감지추(126)와 스텐레스 와이어로 연결되어 있다.
제2 자력검출센서(122) 및 제2 자석뭉치(124)의 동작은 도 9b 및 도 9c를 참조하여 상세히 설명한다.
도 9b는 제2 자력검출센서의 오프(off) 동작시 설명하기 위한 도이고, 도 9c는 제2 자력검출센서의 온(on) 동작시 설명하기 위한 도이다.
도 9b를 참조하면, 바닥감지추(126)가 바닥면에 닿지 않았을 경우 바닥감지추(126)에 의해 발생되는 스텐레스 와이어의 장력으로 제2 자석뭉치(124)가 제2 자력검출센서(122)에 접촉하지 않으므로 윈치가 계속적으로 동작한다. 바닥감지추(126)가 바닥면에 닿았을 경우 스텐레스 와이어의 장력이 없어지면서 제2 자석뭉치(124)가 제2 자력검출센서(122)에 접촉하여, 윈치의 동작을 멈추게 한다.
제1 자력검출센서(112), 제1 자석뭉치(114), 제2 자력검출센서(122), 제2 자석뭉치(124) 및 바닥감지추(126)의 동작으로 인해, 수질측정부의 파괴, 케이블의 절단 등을 방지할 수 있고, 윈치에 매우 큰 전류가 흘러들어 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 측정부위의 높이를 사용자가 자유롭게 조절할 수 있으며, 수위변화에 따라 부위의 위치가 변하지 않고 일정게 유지될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 발명에 따른 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템은 유속이 존재하거나 바람이 많이 부는 지역에서 무게추에 의해 발생하는 중력방향의 힘을 수평방향 으로 작용하게 함으로써, 소정의 유속 또는 풍속하에서는 이동하지 않고 고정된 위치에 머무르게 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 측정하고자 하는 위치의 수질을 정확히 측정할 수 있다.
또한, 대부분 상수원으로 사용 되어질 수원지인 댐, 호수 등 담수에서 신뢰도가 높은 수질의 자료를 측정하는 측정부이가 바람의 영향, 특히 우리나라와 같은 강수량이 불규칙한 산악지역에서 수위의 급속한 변화에 대처하여 자동적으로 적응 할 수 있어 측정부이가 항상 같은 지점에 유지되는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 담수의 수질을 측정하는 수질측정부를 포함하고, 수질측정을 원하는 수심까지 상기 수질측정부를 수직 이동시켜 수질을 측정한 데이터를 획득하여 저장하는 측정부이;
    상기 측정부이에 연결되고, 상기 측정부이를 고정시키는 복수의 부력부이; 및
    상기 부력부이에 연결되고, 상기 담수의 바닥에 고정되는 싱커를 포함하고,
    상기 부력부이는 무게추를 포함하고, 상기 무게추와 상기 싱커가 로프로 연결되어 있어, 상기 측정부이가 수평으로 이동하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정부이는,
    상기 수질측정부를 보호하기 위한 하우징;
    상기 수질측정부를 고정시키기 위한 지지대; 및
    상기 지지대에 도르래로 연결되어 있어, 상기 수질측정부를 수직 이동시키는 윈치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
  3. 제2항에 있어서, 상기 측정부이는,
    상기 획득된 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및
    상기 저장된 데이터를 무선통신을 이용하여 외부의 서버로 송신하는 데이터 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
  4. 제2항에 있어서, 상기 측정부이는,
    상기 하우징의 위쪽에 설치되어, 자력성분을 포함하는 제1 자석뭉치; 및
    상기 지지대에 설치되어, 자력을 검출하는 제1 자력검출센서를 포함하고,
    상기 제1 자석뭉치가 상기 제1 자력검출센서의 근처에 도달하면, 상기 윈치의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
  5. 제2항에 있어서, 상기 측정부이는,
    상기 하우징의 아래쪽에 설치되어, 자력성분을 포함하는 제2 자석뭉치; 및
    상기 하우징과 상기 제2 자석뭉치 사이에 설치되어, 자력을 검출하는 제2 자력검출센서를 포함하고,
    상기 제2 자석뭉치가 상기 제2 자력검출센서의 근처에 도달하면, 상기 윈치의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정부이는 조립식인 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
  7. 제1항에 있어서,
    상기 부력부이는 3개인 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
  8. 제1항에 있어서, 상기 측정부이는,
    착탈가능한 부력통을 포함하는 것을 특징으로 하는 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템
KR1020070040547A 2006-04-25 2007-04-25 수심 자동적응기능성 수질측정부이시스템 KR100832679B1 (ko)

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KR20060037100 2006-04-25

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