KR100972005B1 - 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치 및 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 해양자원 탐사장치 전력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치 및 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 해양자원 탐사장치 전력 제어 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 탐사장치에 공급되는 전원의 소비전력을 줄이고, 탐사장치에 공급되는 전원을 안정적으로 공급하며, 탐사장치에 공급되는 전원을 효율적으로 이용하여 장시간 동안 탐사를 수행하고, 탐사장치를 보다 용이하게 회수하는 데 있다.

이를 위해 제 1 스위칭 소자; 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 제 2 스위칭 소자; 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 양극 및, 상기 제 2 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 음극을 구비하는 전력 발생부; 및 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자가 연결되는 지점에 전기적으로 연결되는 제 1 단자와, 음극과 전기적으로 연결되는 제 2 단자를 구비하는 전기전도도 검출부로 이루어지는, 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 해양자원 탐사장치 전력 제어 방법을 개시한다.

전기전도도, 소비 전력 저감, 해양자원, 탐사장치, 무인 잠수정

Description

전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치 및 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 해양자원 탐사장치 전력 제어 방법{POWER DRIVING DEVICE USING A DIRELECTRIC CONDUCTIVITY AND POWER SYSTEM OF EXPLORATION DEVICE FOR MARINE RESOURCES AND POWER CONTROL METHOD BY USING THE SAME}

본 발명은 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치 및 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 해양자원 탐사장치 전력 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저면에 형성된 해저 망간각 및 열수광상 등의 자원을 탐사하는 탐사장치의 전해질 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치 및 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 해양자원 탐사장치 전력 제어 방법에 관한 것이다.

최근 동남아 지역의 눈부신 경제성장으로 국제 자원 시장의 불균형 현상이 나타나고 있으며, 철강, 구리, 망간 등의 전략금속 자원의 수요가 급속히 증가하면서 자원의 무기화까지 초래할 수 있는 우려를 낳고 있다. 이와 같이 육상자원이 고갈됨에 따라 세계 각국은 해저 광물자원 개발 분야에 많은 노력을 기울이고 있으며, 이를 위해 해저면에 근접하여 해저 망간각, 열수광상 등 자원재를 탐사할 수 있는 지능형 탐사장치의 개발을 하고 있다. 그러나 해저 망간각, 열수광상 등 극한지역에서의 자원탐사는 유삭식 탐사장치(Remotely Operated Vehicle)를 이용하는 경우 광역해양자원의 탐사에 많은 제약요인으로 작용하고 있다. 그래서 해저자원 탐사의 효율성을 높이고, 장시간 광대역 탐사를 위해서 자율 무인 잠수정(Autonomous Underwater Vehicle)을 활용하고 있다.

그러나, 자율 무인 잠수정은 배터리에 의존해서 장시간 운용해야하기 때문에 소비전력의 저감은 중요한 설계요소 중의 하나이다. 이러한 소비전력의 저감을 위해서, 일부 자율 무인 잠수정에서는 마그네틱 스위치를 이용하여 수중에 진수(Launching)시 전력을 공급하고, 탐사가 완료되면, 마그네틱 스위치를 이용해서 자율 무인 잠수정에 공급되는 전력을 차단하는 전력 제어 방법을 이용하고 있다. 하지만, 이러한 전력제어 방법은 운용자의 조작에 의해 공급전력의 단속이 이루어지고, 탐사가 완료되어 장비를 회수(Recovery)하는 경우에도 지속적으로 전력을 소모하게 되어 전력소비의 효율성이 떨어지는 문제가 있다.

상기한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 기술적 과제는, 탐사장치에 공급되는 전원의 소비전력을 줄이기 위한, 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 다른 기술적 과제는, 탐사장치에 공급되는 전원을 안정적으로 공급하기 위한, 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 탐사장치에 공급되는 전원을 효율적으로 이용하여 장시간 동안 탐사를 하기 위한, 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 탐사장치를 보다 용이하게 회수하기 위한, 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치는, 제 1 스위칭 소자; 상기 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 제 2 스위칭 소자; 상기 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 양극 및, 상기 제 2 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 음극을 구비하는 전력 발생부; 및 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자가 연결되는 지점에 전기적으로 연결되는 제 1 단자와, 상기 음극과 전기적으로 연결되는 제 2 단자를 구비하는 전기전도도 검출부를 포함하여 형성되며, 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 주변의 매질과 접촉하여 전기전도도를 검출하며, 검출된 전기전도도가 없을 경우 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 오프시키고, 검출된 전기전도도가 있을 경우, 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 온시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 해양자원 탐사장치용 전력제어 시스템은, 구동부 및, 탐사 장치부를 포함하여 형성되는 전력 소모부; 상기 전력 소모부와 전기적으로 연결되며, 상기 전력소모부의 구성원들 각각에 전력을 공급하는 제어부; 및 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 주변의 매질과 접촉하여 전기전도도를 검출하며, 검출된 전기전도도가 없을 경우 상기 제어부의 전원을 차단하고 상기 검출된 전기 전도도가 있을 경우 상기 제어부의 전원을 인가시키는 전력구동장치를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 전력구동장치는 상기 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 대응하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 해양자원 탐사장치용 전력제어 시스템은 원격 조정부를 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 원격 조정부는 상기 제어부와 연결되며, 상기 제어부에 제어신호를 입력하여 상기 제어부를 원격으로 조정할 수 있다.

또한, 상기 원격 조정부는 상기 제어부에 제어신호를 입력하여 상기 제어부가 상기 전력 소모부의 구성원들의 전원을 공급시키거나 차단시킬 수 있으며, 상기 전력소모부와 연결되고 상기 전력소모부에 제어신호를 입력하여 상기 전력소모부의 구동부 및 탐사장치부의 기능을 실행하거나 정지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 해양자원 탐사장치용 전력제어 시스템은 상기 원격 조정부와 상기 제어부 간에 통신을 중계하는 통신중계수단을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 통신중계수단은 상기 원격조정부와 상기 전력소모부 간에도 통신을 중계할 수 있다.

또한, 상기 통신 중계수단은, 상기 제어부 및 상기 전력소모부와 전기적으로 연결되는 잠수정용 통신 모뎀; 상기 원격조정부와 연결되는 모선용 통신 모뎀; 및 상기 잠수정용 통신 모뎀과 상기 모선용 통신 모뎀을 연결하는 광케이블을 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 잠수정용 통신 모뎀은 상기 전력소모부와 전기적으로 연결되어 상기 원격조정부와 상기 전력소모부와의 통신을 수행할 수 있다.

또는, 상기 통신 중계수단은, 상기 제어부 및 상기 전력소모부와 전기적으로 연결되는 잠수정용 신호 변환기; 상기 잠수정용 신호 변환기와 전기적으로 연결되는 잠수정용 수중 초음파 센서; 상기 잠수정용 수중 초음파 센서와 초음파 통신을 하는 모선용 수중 초음파 센서; 및, 상기 모선용 수중 초음파 센서와 상기 원격조정부에 사이에 전기적으로 연결되는 모선용 신호 변환기를 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 잠수정용 신호 변환기는 상기 전력소모부와 전기적으로 연결되어 상기 원격조정부와 상기 전력소모부와의 통신을 수행할 수 있다.

한편, 상기 제어부는 상기 전력 구동장치와 전기적으로 연결되고 상기 원격 조정부에서 출력되는 제어신호에 의해 내부에 내장된 프로그램을 실행시키는 마이크로 컨트롤러 유닛; 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 마이크로 컨트롤러에서 출력되는 제어신호를 의해 상기 전력소모부의 구동부 및 탐사장치부에 가운데 적어도 어느 하나에 선택적으로 전원이 인가되도록 온 또는 오프되는 스위칭 유닛을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 스위칭 유닛은 트랜지스터, 전계효과 트랜지스터 및, 계전기 가운데 적어도 어느 하나를 선택하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 전력소모부의 탐사 장치부는 복수 개의 센서를 구비한 센서부, 화상카메라 및, 소나 시스템을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 센서부는 전기전도도 센서, 압력 센서 및, 온도 센서를 포함하여 형성될 수 있다. 더불어, 상기 전력소모부의 구동부는 프로펠러가 구비된 수중모터를 포함하여 형성될 수 있다.

또 다른 한편, 본 발명의 해양자원 탐사장치용 전력제어 시스템의 전력 구동 장치는 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 같이, 제 1 스위칭 소자; 상기 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 제 2 스위칭 소자; 상기 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 양극 및, 상기 제 2 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 음극을 구비하는 전력 발생부; 및 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자가 연결되는 지점에 전기적으로 연결되는 제 1 단자와, 상기 음극과 전기적으로 연결되는 제 2 단자를 구비하는 전기전도도 검출부를 포함하여 형성되며, 상기 전력 구동 장치의 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 주변의 매질과 접촉하여 전기전도도를 검출하며, 검출된 전기전도도가 없을 경우 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 오프시키고, 검출된 전기전도도가 있을 경우, 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 온시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제 2 스위칭 소자는 외부에서 트리거 신호를 인가 받아 상기 트리거 신호의 하이 레벨의 신호가 입력될 경우 턴 온 되어 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 온 상태로 유지시키고, 상기 트리거 신호의 하이 레벨의 신호가 입력되지 않는 경우 턴 오프 되어 상기 제 1 스위칭 소자의 턴 온 상태의 유지를 해제시킬 수 있다.

또한, 상기 전력구동 장치는, 상기 전력발생부의 양극과 상기 제 1 단자에 전기적으로 연결되는 제 1 전압강하용 저항을 더 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 전력구동 장치는, 상기 양극을 순방향으로 하여 상기 양극과 상기 제 1 단자에 전기적으로 연결되어 과전압보호용 다이오드를 더 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 전력구동 장치는, 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭 소자가 전기적으로 연결되는 지점과, 상기 제 1 단자에 사이에 전기적으로 연결되는 로우 패스 필터를 더 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 로우 패스 필터는 상기 제 1 단자가 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자 사이에 전기적으로 연결되는 저항과, 상기 제 1 단자와 상기 음극 사이에 전기적으로 연결되는 캐패시터를 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 전력구동 장치는, 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭 소자가 전기적으로 연결되는 지점과 상기 전력발생부 사이에 전기적으로 연결되는 제 2 로우 패스 필터를 더 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 로우 패스 필터는 상기 제 1 단자와 상기 음극 사이에 전기적으로 연결되는 캐패시터와, 상기 캐패시터와 전기적으로 연결되며 상기 양극과 상기 제 1 단자에 전기적으로 연결되는 제 1 전압강하용 저항을 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 전력구동장치의 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭 소자는 게이트와 소오스와 드레인을 구비하는 전계효과트랜지스터로 형성되고, 상기 제 1 스위칭 소자의 게이트는 상기 제 2 스위칭 소자의 드레인 및 상기 제 1 단자 와 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 스위칭 소자의 소오스는 출력단과 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 스위칭 소자의 드레인은 상기 전력발생부의 양극과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 스위칭 소자의 게이트는 외부에서 트리거 신호가 입력되며, 상기 제 2 스위칭 소자의 소오스는 상기 전력발생부의 음극과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 스위칭 소자의 드레인은 상기 제 1 스위칭 소자의 게이트 및 상기 제 1 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 전력 구동 장치는, 상기 제 2 스위칭 소자의 게이트와 상기 전력발생부의 음극에 전기적으로 연결되는 제 2 전압강하용 저항을 더 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 전력 구동 장치의 상기 제 1 스위칭 소자는 P-채널 전계효과 트랜지스터 또는 N-채널 전계효과 트랜지스터로 형성될 수 있으며, 상기 제 2 스위칭 소자는 P-채널 전계효과 트랜지스터 또는 N-채널 전계효과 트랜지스터로 형성될 수 있다.

또한, 상기 전력 구동 장치의 상기 전력 발생부는 직류전압을 발생시키는 배터리를 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 해양 자원 탐사장치 전력 제어 방법은, 탐사장치의 주 전원을 모두 차단한 상태로 대기하는 대기단계; 상기 탐사장치에 주 전원을 인가하여 구동되며, 주변 환경의 전기전도도를 검출하여 주변의 전기 전도도가 있을 경우 상기 탐사장치에 전력을 공급하고, 주변 환경의 전기전도도를 검출하여 전기 전도도가 있을 경우 상기 탐사장치에 전력을 공급하기 위해 대기하는 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계; 및 상기 주변환경의 전기전도도가 있을 경우 상기 탐사장치가 해저를 탐사하기 위한 탐사모드별로 전력을 공급하는 제 2 전력 제어 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 대기단계에서는 상기 탐사장치가 이동하기 위한 구동부, 상기 탐사장치가 해저면을 촬영하기 위한 화상카메라 및, 상기 탐사장치가 해저면의 지형도를 스캔하기 위한 소나 시스템의 전원을 모두 차단하는 상태일 수 있다.

또한, 상기 제 1 전력제어단계 및 상기 제 2 전력 제어 단계에서는 상기 탐사장치가 비상탈출의 필요시 비상탈출 단계가 구동되어 상기 탐사장치의 저전력 경고시 상기 탐사장치를 해수면으로 부양시킬 수 있다. 이 경우, 상기 탐사장치의 저전력 경고시에는 상기 탐사장치는 상기 탐사장치의 운항 제어 기능 이외의 전력을 차단한 상태에서 자동으로 상기 탐사장치에 부착된 하강 벨러스트를 제거하여 상기 탐사장치를 해수면으로 부양 시킬 수 있다.

또한, 상기 비상탈출 단계에서 저전력 경고의 판단은 상기 탐사장치의 내부에 장착된 배터리의 전압이 어느 임계값 미만일 경우, 상기 탐사장치를 해수면으로 부양시킬 수 있다.

또는, 상기 비상탈출 단계에서 저전력 경고의 판단은 상기 배터리의 전압이 제 1 임계값 미만일 경우 상기 탐사장치를 해수면으로 부양시키는 탐사장치 부양 단계; 상기 배터리의 전압이 상기 제 1 임계값부터 상기 제 1 임계값보다 큰 제 2 임계값까지의 미만의 범위 일 경우 상기 탐사장치의 탐사 정보 데이타를 우선 순위 별로 취득하는 것 데이터 우선순위 취득단계; 및 상기 배터리의 전압이 상기 제 2 임계값 이상일 경우, 상기 탐사장치의 정상으로 전력을 공급하는 정상 전력 공급단계를 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 탐사장치 부양 단계와, 상기 데이터 우선순위 취득단계 및, 상기 정상 전력 공급단계들 각각에서의 상기 배터리 전압값은 해수면에 위치하는 모선의 원격조정부에 시각적 및 청각적 가운데 적어도 어느 하나의 방법으로 상기 배터리의 잔류용량값을 알릴 수 있다.

더불어, 상기 탐사장치 부양 단계와, 상기 데이터 우선순위 취득단계 및, 상기 정상 전력 공급단계들에서는 상기 탐사장치의 저전력 경고시, 해수면에 위치하는 모선의 원격조정부에서 상기 탐사장치에 신호를 출력하여 상기 탐사장치에 부착된 하강 벨러스트를 제거하여 탐사장치를 해수면으로 부양시킬 수 있다. 이 경우도, 상기 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계 및 상기 제 2 전력 제어단계에서는 비상탈출 단계가 구동되어 원격 조정부의 신호에 의해 상기 탐사장치를 해수면으로 부양시킬 수 있다.

한편, 상기 제 2 전력 제어 단계에서는 해수면의 모선에 위치하는 원격조정부에서 상기 탐사장치가 입력되는 신호에 의해 탐사를 진행하기 위한 전력소모부에 전력을 공급하고, 원격 조정부에서 일정시간 동안 신호가 입력되지 않을 시에 전력소모부에 공급되는 전력을 차단할 수 있다.

또한, 상기 제 2 전력 제어 단계에서는 상기 탐사장치가 측정한 전기전도도, 온도 및 압력이 어느 특정 정보와 일치하는 경우, 화상카메라와 소나 시스템을 구비하는 전력소모부에 전력을 공급시켜 구동시킬 수 있다.

본 발명의 상기 대기단계, 상기 제 1 전력제어단계 및, 상기 제 2 전력 제어 단계를 이용하는 탐사장치는 무인 잠수정일 수 있다.

본 발명의 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법은 탐사장치가 해수와 접촉하지 않을 경우에는 전력이 차단되므로, 소모 전력을 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치는 해수중에서 공기중으로 갑자기 노출될 경우에 대비하여 출력단으로 출력되는 전력이 즉시 차단되지 않도록 하므로, 출력단에서 전력을 공급받는 전력 소모원이 안정적으로 전력을 공급받도록 한다.

또한, 본 발명의 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법은 탐사장치에 공급되는 전원을 효율적으로 이용하여 탐사장치를 장시간 운영할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치와 이를 이용한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법은 탐사장치의 저전력 경고시 자동적으로 해수면을 향하여 부양하므로, 탐사장치를 보다 쉽게 회수할 수 있는 효과가 있다.

이상의 효과는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 간략히 서술하였으며, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서 본 발명의 특징과 대응하는 효과를 보다 상세히 기재하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하기로 하며, 동일한 구성요소의 형태와, 결합관계, 구동상태, 작용 및 효과에 대한 중복되는 설명은 가능한 하지 않기로 한다.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치의 블럭도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동장치(100)는, 제 1 스위칭 소자(110), 제 2 스위칭 소자(120), 전력 발생부(130) 및, 전기전도도 검출부(140)를 포함하여 형성된다. 도 1a에서는 신호 입력단(IN)과, 출력단(OUT)을 도시하였다. 또한, 본 실시예에서는 전력 발생부(130)의 음극(132)이 전기전도도를 이용한 전력 구동장치(100)의 접지단과 전기적으로 연결되어 공통의 접지를 형성한 상태로 설명하기로 한다.

상기 제 1 스위칭 소자(110)는 스위칭 기능이 구비된 전기 소자로 형성되며, 제 1 스위칭 소자(110)는 게이트(110G)와 소오스(110S)와 드레인(110D)을 구비하는 N-채널 전계효과 트랜지스터 또는 P-채널 전계효과 트랜지스터로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 N-채널 전계효과 트랜지스터로 도시하여 설명하기로 한다. 또한, 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트(110G)는 제 2 스위칭 소자(120)의 드레인(120D)과 전기적으로 연결되고, 제 1 단자(141)와 전기적으로 연결된다. 또한, 제 1 스위칭 소자(110)의 소오스(110S)는 출력단(OUT)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제 1 스위칭 소자(110)의 드레인(110D)은 전력 발생부(130)의 양극(131)과 전기적으로 연결된다.

상기 제 2 스위칭 소자(120)는 제 1 스위칭 소자(110)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 제 2 스위칭 소자(120)는 제 1 스위칭 소자(110)와 같은 게이트(120G)와 소오스(120S) 및 드레인(120D)을 구비하는 N채널 전계효과 트랜지스터 또는 P채널 전계효과 트랜지스터로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 N-채널 전계효과 트랜지스터로 도시하여 설명하기로 한다. 제 2 스위칭 소자(120)의 게이트(120G)는 신호입력단(IN)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제 2 스위칭 소자(120)의 소오스(120S)는 전력 발생부(130)의 음극(132)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제 2 스위칭 소자(120)의 드레인(120D)은 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트(110G)와 전기적으로 연결되고, 제 1 단자(141)와 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 제 2 스위칭 소자(120)의 게이트(120G)는 전력 발생부(130)의 음극(132)과 연결된 제 2 전압강하용 저항(160)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 2 전압강하용 저항(160)에 의해 제 2 스위칭 소자(120)의 게이트(120G)와 제 2 스위칭 소자(120)의 소오스(120S) 사이에는 전압강하가 형성된다. 전압강하가 형성된 제 2 스위칭 소자(120)는 게이트(120G)에 신호가 입력될 경우, 드레인(120D)에서 소오스(110S)으로 전류를 흘릴 수 있다.

상기 전력 발생부(130)는 양극(131)과 음극(132)을 가진다. 여기서, 양극(131)은 제 1 스위칭 소자(110)와 전기적으로 연결되고, 음극(132)은 제 2 스위 칭 소자(120)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 전력 발생부(130)는 해저에서 자체적으로 전력을 공급하기 위한 직류 전압을 발생시키는 배터리일 수 있다. 본 실시예의 경우, 전력 발생부(130)인 배터리의 직류 전압은 +5V이다.

상기 전기전도도 검출부(140)는 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)를 포함하여 형성된다. 여기서, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)는 금속 재질의 단자로서 주변의 매질과 접촉하게 된다. 즉, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)는 공기중에 있는 경우, 매질인 공기와 접촉하고, 해수 중에 있는 경우에는 해수와 접촉하게 된다.

상기 제 1 단자(141)는 제 1 스위칭 소자(110)와 제 2 스위칭 소자(120)가 연결되는 지점에 전기적으로 연결된다. 여기서, 제 1 단자(141)의 재질은 구리, 금, 은, 스테인레스강, 백금, 팔라듐, 이리듐, 루테늄과, 철, 니켈 및 크롬을 이용한 재질로 형성될 수 있으며, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금의 재질로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 단자(141)는 앞서 설명한 재질 중 둘 이상의 재질을 각각 선택하여 도금 또는 압연과 같은 공정으로 서로 간에 적층시켜 형성할 수 있다.

상기 제 2 단자(142)는 상기 전력 발생부(130)의 음극(132)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 제 2 단자(142)의 재질은 제 1 단자(141)의 재질과 동일한 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 전력 발생부(130)의 양극(131)과 제 1 단자(141)는 제 1 전압강하용 저항(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 제 1 전압강하용 저항(150)은 전력 발생부(130)에서 출력되는 전압을 전압강하시켜 제 1 단자(141)에 인가되도록 할 수 있다.

또한, 상기 전력 발생부(130)의 양극(131)과 제 1 단자(141) 사이에는 전력 발생부(130)의 양극(131)을 순방향으로 하는 과전압보호용 다이오드(170)가 전기적으로 더 연결될 수 있다. 여기서, 과전압보호용 다이오드(170)는 캐패시터(182)가 충/방전을 할 때 발생하는 리플 전압이 발산하는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 과전압보호용 다이오드(170)는 제 1 스위칭 소자(110)와 제 2 스위칭 소자(120)가 전기적으로 연결되는 지점의 바이어스에 인가되는 기준전압값이 상승되지 않도록 한다.

또한, 제 1 스위칭 소자(110) 및 제 2 스위칭 소자(120)가 전기적으로 연결되는 지점과, 제 1 단자(141) 사이에는 로우 패스 필터(180)가 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예의 경우, 로우 패스 필터(180)는 제 1 단자(141)가 제 1 스위칭 소자(110)와 제 2 스위칭 소자(120) 사이에 전기적으로 연결되는 저항(181)과, 제 1 단자(141)와 전력 발생부(130)의 음극(132) 사이에 전기적으로 연결되는 캐패시터(182)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 제 1 스위칭 소자(110) 및 제 2 스위칭 소자(120)가 전기적으로 연결되는 지점과, 상기 전력발생부(130)의 양극(131) 사이에는 제 2 로우 패스 필터(182, 150)가 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 제 1 전압강하용 저항(150)과 캐패시터(182)가 서로간에 전기적으로 연결되어 제 2 로우 패스 필터(182, 150)를 형성한다. 제 2 로우 패스 필터(182, 150)는 전력발생부(130)의 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시 순간적으로 발생하는 임펄스 전압을 완충시 켜 전력 구동 장치(100)의 손상을 방지한다.

이하에서는 본 발명의 전해질의 전기 전도도를 이용한 전력 구동 장치에 따른 일 실시예의 구동원리에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1b는 도 1a에 도시된 신호 입력단(IN)에 인가되는 트리거(TRIGGER) 신호의 타임차트이다. 도 1c은 도 1b에 입력된 트리거 신호의 수학식이다. 도 1d는 도 1a에 도시된 전력 구동 장치의 상태와 신호 입력단(IN) 및 출력단(OUT)의 상태를 나타낸 타임차트이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 구동 장치(100)는, 비전해질인 공기 중에 위치하고 있는 경우와, 전해질인 해수 중에 위치하고 있는 두 가지의 경우에 따라 출력단(OUT)에 전력을 공급하거나 차단하는 동작을 한다. 이러한, 전력 구동 장치(100)는 양전하를 띤 입자와 음전하를 띤 입자를 가지는 전해질 수용액과 같은 환경에서 제 1 단자(141) 및 제 2 단자(142)가 놓이게 될 때, 제 1 단자(141) 및 제 2 단자(142) 사이에 전류가 흐르는 것을 이용하여 구동된다.

이하의 설명에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 구동 장치(100)가 비전해질인 공기중에 위치하고 있는 경우와 전해질인 해수 중에 위치하고 있는 경우로 나누어 설명하기로 한다.

[전기전도도를 이용한 전력 구동 장치가 비전해질인 공기중에 위치하고 있는 경우]

상기한 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치(100)가 비전해질인 공기 중에 위치하고 있는 경우에는, 전력 발생부(130)의 양극(131)과 전기적으로 연결된 제 1 단자(141)와, 전력 발생부(130)의 음극(132)과 전기적으로 연결된 제 2 단자(142)간에 전류가 흐르지 않는 상태이다. 즉, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)는 공기중에 있으므로, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)간에 전기적 폐루프를 형성하지 않게 된다.

이 경우, 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트(110G)에는 바이어스가 형성되지 않으므로, 제 1 스위칭 소자(110)의 드레인(110D)에서 소오스(110S)로는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 본 발명의 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치(100)가 비전해질인 공기중에 위치하고 있는 경우에는 출력단(OUT)에 전력이 공급되지 않게 된다.

[전기전도도를 이용한 전력 구동 장치가 전해질인 해수중에 위치하고 있는
경우]

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 구동 장치(100)가 전해질인 해수 중에 위치하고 있는 경우에는 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)가 전해질 환경에 놓이게 되므로, 출력단(OUT)에 전력을 공급하게 된다.

이를 좀 더 상세하게 설명하면, 제 1 단자(141)와, 제 2 단자(142)가 전해질 환경에 놓이게 될 경우, 해수의 전기전도도에 의해 양전하를 띤 입자는 음극인 제 1 단자(141)로 이동하고, 음전하를 띤 입자는 양극인 제 2 단자(142)로 이동하여 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)간에는 전류가 흐르게 된다.

이 경우, 제 1 스위칭 소자(110)와 제 2 스위칭 소자(120)가 전기적으로 연결되는 지점인 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트(110G)단에는 바이어스가 형성된다. 따라서, 제 1 스위칭 소자(110)는 드레인(110D)에서 소오스(110S)로 전류가 흐르게 되므로, 출력단(OUT)에는 전력이 공급 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 구동 장치(100)는 해수중에 위치하고 있는 경우에 출력단(OUT)에 전력을 공급시켜 전력 소모원 또는 부하가 전력을 소모할 수 있도록 한다.

또한, 전력 구동 장치(100)는 신호 입력단(IN)에 도 1b에 도시된 주기 10s 중 20ms의 오프 신호를 가지는 트리거 신호가 입력된다. 도 1b에 도시된 트리거 신호가 신호 입력단(IN)에 입력되는 경우에는 주기 10S 중 20ms를 제외한 시간동안 하이레벨의 신호를 입력시키므로, 이 기간에 제 2 스위칭 소자(120)는 턴 온(Turn On) 상태로 있게 되고, 드레인(120D)에서 소오스(120S)로는 전류가 흐르게 된다. 따라서, 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트(110G)에는 바이어스가 형성된다. 반면, 주기 10S 중 20ms의 시간 동안에는 제 2 스위칭 소자(120)가 턴 오프(Turn Off) 상태로 있게 되므로, 드레인(120D)에서 소오스(120S)로 전류가 흐르지 않게 되어 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트(110G)에는 바이어스가 형성되지 않게 된다. 즉, 제 2 스위칭 소자(120)는 턴 온 동작 및 턴 오프 동작을 트리거 신호에 의해 계속적으로 반복하게 되므로, 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트(110G)단에는 바이어스가 인가되는 경우와 차단되는 경우를 반복하게 된다.

여기서, 전력 구동 장치(100)는 해수 중에 있는 상태이므로, 제 1 스위칭 소자(110)가 턴 온되어 출력단(OUT)에 전력을 공급하고 있는 상태이다. 이 경우, 제 2 스위칭 소자(120)는 턴 온 또는 턴 오프 동작을 계속적으로 반복하여도 제 1 스위칭 소자(110)는 계속적인 턴 온 상태이므로, 출력단(OUT)에 계속적으로 전력이 공급된다.

그런데, 전력 구동 장치(100)는 공기와 해수의 경계인 해수면 부근에 위치하는 경우, 파도와 같은 해수면의 출렁 거림등으로 인하여, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)가 공기중에 노출될 수 있다. 전력 구동 장치(100)가 공기중에 노출되는 경우, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)는 전류가 흐르지 않아 제 1 스위칭 소자(110)의 게이트단(110G)에 바이어스가 형성되지 않게 되므로 출력단(OUT)에 전력이 공급되지 않게 된다. 이 경우, 전력구동장치(100)는 제 1 스위칭 소자(110)가 턴 오프 상태가 되지 않도록 하기 위해서, 제 2 스위칭 소자(120)의 게이트(120G)에 입력되는 트리거 신호의 주기 10S 중 20ms를 제외한 시간동안 하이레벨의 신호를 공급시킴으로, 제 1 스위칭 소자(110)를 턴 온 상태로 유지하게 된다. 하지만, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)는 계속적으로 공기중에 노출되는 경우, 제 2 스위칭소자의 게이트(120G)에 트리거 신호의 주기 10S 중 20ms 시간동안 하이 레벨의 신호가 공급되지 않게 되므로, 제 2 스위칭 소자(120)는 턴 오프 상태가 된다. 따라서, 제 1 스위칭 소자(110)와 제 2 스위칭 소자(120)는 모두 턴 오프 상태가 되므로, 전력구동 장치(100)는 출력단(OUT)으로 전력을 공급하지 않게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치(100)는 해수중에서 공기중으로 갑자기 노출될 경우에 대비하여 출력단(OUT)으로 출력되는 전력이 즉시 차단되지 않도록 하므로, 출력단(OUT)에서 전력을 공급받는 전력 소모원이 안정적으로 전력을 공급받도록 한다.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해질의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치(100)는 비전해질인 공기중에서는 전력을 발생시키지 않고, 전해질인 해수중에서만 전력을 발생시키므로, 해수 중에 이용되는 탐사장치 및, 무인 구동 장비등이 소비하는 전력을 효율적으로 이용할 수 있도록 한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양자원 탐사장치용 전력 시스템의 블럭도이다. 도 2b은 도 2a에 도시된 전력소모부와 제어부를 더 상세하게 나타낸 부분 블럭도이다. 도 2c은 도 2a에 도시된 통신중계수단을 더 상세하게 나타낸 부분 블록도이다. 도 2d은 도 2c에 도시된 통신중계수단의 변형예에 대한 부분 블럭도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)은, 전력 구동 장치(100), 전력 소모부(210), 제어부(220)를 포함하여 구성된다. 또한, 탐사장치용 전력 시스템(200)은 원격 조정부(230)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 탐사장치용 전력 시스템(200)은 통신중계수단(240)을 더 포함하여 형성된다. 본 실시예에서의 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)은 해저광물을 찾아내기 위한 탐사장치인 무인 잠수정에 장착되는 것으로 설명하기로 한다.

상기 전력 구동 장치(100)는 제 1 스위칭 소자(110)와, 제 2 스위칭 소자(120), 전력 발생부(130) 및, 전기전도도 검출부(140)를 포함하여 형성된다. 여기서, 전력 구동 장치(100)는 전력발생부(130)에 의해 전력을 공급받아 구동된다.

또한, 전력 구동 장치(100)는 전기전도도 검출부(140)에 의해 주변의 전기 전도도가 있는지와 없는지를 검출한다. 이 경우, 전력 구동 장치(100)는 전기전도 도 검출부(140)에 의해 주변 환경이 공기일 경우와 해수일 경우의 전기 전도도를 검출한다. 주변환경이 해수일 경우 제 1 스위칭 소자(110)를 턴 온시켜 전력 발생부(130)에서 공급되는 전력을 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)에 공급하여 마이크로 컨트롤러 유닛(221)의 전원을 온(on) 상태로 한다. 한편, 본 실시예의 전력 발생부(130)는 제 1 배터리(131) 및 제 2 배터리(132) 및 전압변환기(133)를 포함하여 형성된다. 제 1 배터리(131)와 제 2 배터리(132)는 양극(131)과 음극(132)을 가지며, +12V의 전압을 공급하는 배터리일 수 있으며, 서로 간에 직렬로 연결되어 이용될 수 있다. 전압변환기(133)는 제 1 배터리(131)에서 발생하는 +12V의 전압을 +5V로 변환하여 전력 구동 장치(100)에 공급시킬 수 있다. 본 실시예에서의 전력 발생부(130)는 무인 잠수정에 탑재되어 자체적으로 전력을 발생시키므로, 무인 잠수정의 구동을 보다 자유롭게 할 수 있으며, 무인 잠수정에 탑재된 전력소모부(210)의 구성원들 각각에 전력을 공급할 수 있다. 여기서, 제 1 스위칭 소자(110)와, 제 2 스위칭 소자 및, 전기전도도 검출부(140)는 앞서 설명하였던 실시예의 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치(100)와 동일한 구성과 동일한 작동을 할 수 있으므로, 중복되는 설명은 하지 않기로 하며, 전력 구동 장치(100)의 결합관계에 따른 작용에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.

상기 전력 소모부(210)는 무인 잠수정에 탑재되는 구동부 및 탐사 장치부를 포함하여 형성된다. 이 경우, 구동부는 도 2b에 도시된 바와 같이, 무인 잠수정을 이동시킬 수 있는 프로펠러가 구비된 수중모터(211)이거나, 무인 잠수정의 방향을 조절하는 방향타 등일 수 있다. 또한, 탐사 장치부는 센싱부(212), 조명부, 소나 시스템(213) 및, 화상카메라(214)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 센싱부(212)는 전기전도도 센서, 온도 센서 및, 압력 센서들로 이루어져 해수의 물리화학적 정보를 검출한다. 상기 전기전도도 센서, 온도 센서 및, 압력 센서는 해수의 전기전도도, 온도 및 압력을 측정하여 특정 전기전도도, 온도 및, 압력을 가지는 열수광상을 찾아내는데 이용된다. 또한, 소나 시스템(213)은 초음파를 이용하여 해저면의 지형도를 측정하는 장치이며, 화상카메라(214)는 해저면의 사진 또는 동영상을 촬영하기 위한 장치이다.

상기 제어부(220)는 마이크로 컨트로러 유닛(221)과 스위칭 유닛(222)을 포함하여 형성된다. 여기서, 제어부(220)는 전력 소모부(210) 및, 전력 구동 장치(100)와 전기적으로 연결되며, 전력 구동 장치(100)의 전력 발생부(130)에서 공급되는 전력을 전력 소모부(230)의 구동부 및 탐사 장치부에 공급하거나 차단하는 역할을 한다.

상기 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 전력 구동 장치(100)의 출력단(OUT)과 전기적으로 연결되며, 전력 구동 장치(100)의 출력단(OUT)에서 공급되는 전력에 의해 구동된다. 또한, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 통신중계수단(240)과 전기적으로 연결되며, 통신중계수단(240)과 통신을 수행하는 원격 조정부(230)에서 출력되는 신호를 입력 받는다. 이와 같은, 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 내부 또는 외부에 형성되는 기억장치에 전력 제어 알고리즘으로 이루어진 프로그램이 내장되고, 스위칭 유닛(222)에 제어 신호를 출력하여 스위칭 유닛(222)을 제어할 수 있다.

또한, 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 내부에 신호 발생 기능이 내장되어 트리거 신호를 발생시킬 수 있으며, 발생된 트리거 신호를 전력구동 장치(100)의 신호입력단(IN)에 입력시킬 수 있다. 마이크로 컨트롤러 유닛(221)이 발생시킬 수 있는 트리거 신호는 앞서 도 1b에 도시된 트리거 신호를 발생시킬 수 있다. 여기서, 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 트리거 신호의 온/오프 간격과, 주기를 변경할 수 있는 신호 발생 기능이 내장된 마이크로 프로세서로 형성될 수 있으며, 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 서로 다른 온/오프 간격과 주기를 가지며, 복수 개의 트리거 신호가 발생될 수 있도록 전기소자들을 전기적으로 결합하여 형성될 수 있다.

상기 스위칭 유닛(222)은 도 2b에 도시된 바와 같이 복수 개의 스위칭 소자(222a) 및 복수 개의 계전기(222b)를 포함하여 형성된다.

상기 스위칭 소자(222a)는 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(221)과 전기적으로 연결되어 마이크로 컨트롤러 유닛(221)에서 출력되는 제어신호를 입력 받아 턴 온 또는 턴 오프 된다. 또한, 스위칭 소자(222a)는 스위칭 기능이 구비된 트랜지스터 및 전계효과 트랜지스터와 같은 스위칭 소자로 형성되며, 계전기(222b)의 릴레이를 구동시키기 위해 +12V의 전원을 인가받을 수 있다.

상기 계전기(222b)는 복수 개로 구비되며, 복수 개의 계전기(222b)는 상기 복수 개의 스위칭 소자(222a)들과 각각 연결된다. 또한, 계전기(222b)는 수중모터(211), 조명부, 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)의 각각에 전기적으로 연결된다. 여기서, 복수 개의 스위칭 소자(222a)들 각각이 턴 온 될 경우, 스위칭 소자(222a)들 각각과 전기적으로 연결된 계전기(222b)는 접점이 단락되 어 수중모터(211), 조명부, 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)들 각각에 +24V의 전압을 선택적으로 인가한다. 즉, 계전기(222b)는 마이크로 컨트롤러 유닛(221)의 제어신호에 의해 턴 온되는 스위칭 소자(222a)들에 의해 접점이 단락 됨므로서, 전력소모부(210)의 구성원들에 선택적으로 전원을 공급하게 된다.

상기 원격 조정부(230)는 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(221)에 제어신호를 입력하여 마이크로 컨트롤러 유닛(221)이 신호입력단(IN)에 인가되는 트리거 신호를 발생하도록 조정할 수 있다. 이 경우, 원격 조정부(230)는 제어신호를 마이크로 컨트롤러 유닛(221)에 보내 마이크로 컨트롤러 유닛(221)이 도 1b에 도시된 신호를 발생하도록 할 수 있다.

또한, 원격 조정부(230)는 제어부(220)에 제어신호를 입력하여 제어부(220)의 기능을 실행하거나 정지시킬 수 있다. 이 경우, 원격 조정부(240)는 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)에 제어신호를 입력하므로서, 스위칭 유닛(222)에 구비된 각각의 스위칭 소자(222a)들을 선택적으로 온(on)시켜 계전기(222b)의 접점을 단락시키거나 차단하게 된다. 따라서, 전력소모부(210)의 구성원들인 수중모터(211), 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214) 등은 원격 조정부(240)에 의해 선택적으로 전력을 공급받을 수 있다.

또한, 원격 조정부(230)는 통신 중계수단(240)에 의해 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221) 및 전력 소모부(210)와 통신을 수행할 수 있다. 이 경우, 원격 조정부(230)는 전력 소모부(210)인 수중모터(211), 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)에 제어 신호를 입력하여 이들이 가지고 있는 기능을 실행하거나 정지시킬 수 있다.

상기 통신중계수단(250)은, 도 2c에서 보는 바와 같이, 무인 잠수정 내부에 장착되며 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)과 전기적으로 연결되는 잠수정용 통신 모뎀(241)과, 해수면에 위치하는 모선에 설치되며 원격조정부(230)와 연결되는 모선용 통신 모뎀(242) 및, 잠수정용 통신 모뎀(241)과 모선용 통신 모뎀(242)을 연결하는 광케이블(243)을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 잠수정용 통신 모뎀(241) 및 모선용 통신 모뎀(242)은 광신호를 전기적인 신호로 변조시키는 광통신 모뎀이다. 이 경우, 원격 조정부(240)는 광케이블(243)을 사용하여 잠수정용 통신 모뎀(241) 및 모선용 통신 모뎀(242)간의 통신을 수행함으로써, 온도와 매질 및 다중경로 페이딩에 따른 통신 장애를 방지하게 된다. 또한, 잠수정용 통신 모뎀(241)은 수중모터(211), 조명부, 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)들 각각과 전기적으로 연결되어, 원격조정부(230)에서 출력되는 제어신호를 수중모터(211), 조명부, 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)들 각각에 전달한다.

또한, 도 2d에서 보는 바와 같이, 통신중계수단(340)은 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)과 전기적으로 연결되며 무인 잠수정 내부에 장착되는 잠수정용 신호 변환기(341), 잠수정용 신호 변환기(341)와 전기적으로 연결되는 잠수정용 수중 초음파 센서(342), 해수면에 위치하는 모선용 수중 초음파 센서(343) 및, 모선용 수중 초음파 센서(343)와 원격조정부(230)에 사이에 전기적으로 연결되는 모선용 신호 변환기(344)를 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 잠수정용 수중 초음파 센서(342)는 압전소자를 이용한 초음파센서로 형성될 수 있으며, 송신시에는 잠수정용 신호변환기(341)에서 입력되는 전기적인 신호를 초음파 신호로 출력시키고, 수신시에는 모선용 수중 초음파 센서(343)에서 입력되는 초음파 신호를 전기적인 신호로 변환하여 잠수정용 신호 변환기(341)에 출력시킬 수 있다. 여기서, 모선용 수중 초음파 센서(343)는 잠수정용 수중 초음파 센서(342)와 동일하게 형성되며, 모선용 수중 초음파 센서(343) 및 잠수정용 수중 초음파 센서(342)들은 서로 간에 수중 초음파를 이용한 양방향 통신을 수행 할 수 있다. 또한, 잠수정용 신호 변환기(341)는 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하여 마이크로 컨트롤러 유닛(221)간에 디지털 통신을 수행할 수 있도록 한다. 더불어, 모선용 신호 변환기(344)는 아날로그 전압을 디지털 전압으로 변환하여 원격조정부(230)와 디지털 통신을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 잠수정용 신호 변환기(341)는 수중모터(211), 조명부, 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)들 각각과 전기적으로 연결되어, 원격조정부(230)에서 출력되는 제어신호를 수중모터(211), 조명부, 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)들 각각에 전달한다.

이하에서는 상기한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)의 구동원리에 대해 도 2a 내지 도 2h를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2e는 도 2a에 도시된 마이크로 프로세서 유닛의 내부에서 발생되는 신호도이다. 도 2f은 도 2e에 도시된 트리거 신호의 수학식이다. 도 2g는 도 2a에 도시된 전력발생부의 전원과, 원격조정부의 신호입력 상태와, 마이크로 컨트롤러 유닛의 자체단속 신호상태 및, 마이크로 컨트롤러 유닛의 모드를 시간에 따라 나타낸 타임 챠트이다. 도 2h은 도 2g에 도시된 타임 차트의 제어 흐름을 나타내는 플로어 차트이다.

본 설명에서는 전력 구동 장치(100), 전력소모부(210), 제어부(220) 및, 잠수정용 통신모뎀(241)이 무인 잠수정에 장착된 상태로 설명하기로 하며, 원격조정부(230) 및 모선용 통신모뎀(242)은 해수면에 위치하는 모선에 설치된 상태로 설명하기로 한다.

먼저, 해저를 탐사하기 위한 무인 잠수정을 진수시키기 위해서 무인 잠수정을 모선 상에 대기시킨다. 이 경우에는 무인잠수정이 공기중에 위치하므로, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)의 전기전도도가 거의 없게 되고, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)간에 전류가 흐르지 않아 전력 구동 장치(100)는 출력단(OUT)으로 전력을 발생시키지 않는다. 따라서, 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 전원이 차단된 상태로 있게 된다. 즉, 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)을 이용한 무인 잠수정은 공기중에 있을 경우, 소비전력을 최소한으로 저감시켜 무인 잠수정을 장시간 운영할 수 있게 한다.

다음으로, 무인잠수정을 해수면에 위치시킬 경우, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)는 전기전도도가 형성되는 전해질 환경에 놓이게 되어, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)간에 미세한 전류가 발생된다. 이 경우, 제 1 스위칭 소자(110)는 턴 온 상태로 되어 출력단(OUT)으로 전력을 공급하게 되므로, 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 전원을 공급받아 동작하게 된다.

여기서, 해수면에 위치하는 무인잠수정은 파도등에 의한 영향으로 출렁거림으로서, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)가 공기중에 노출될 경우가 발생할 수 있는데, 이 경우, 도 1b에 도시된 트리거 신호가 입력되는 제 2 스위칭 소자(120)가 제 1 스위칭 소자(110)의 턴 온 상태를 일정시간 동안 유지시키므로, 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)에 안정된 전원을 공급하게 된다.

이어서, 무인잠수정은 해수중에 진수하여 해저면의 탐사를 진행하게 된다. 이 경우, 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)은 탐사모드별로 무인잠수정의 전력을 제어하게 된다. 여기서, 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)을 구비한 무인 잠수정은 해수중의 전기전도도와 압력 및 온도를 측정하거나, 소나시스템을 이용한 지형정보, 화상카메라를 이용한 정지화상 및 동영상을 촬영하는 등의 탐사를 진행할 수 있다.

무인잠수정이 해저에서 광물을 탐사 중에 원격 조정부(240)는 제어신호를 제어부(220)의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)에 인가시켜 마이크로 컨트롤러 유닛(221)이 내부에서 도 2e 및 도 2g에 도시된 자체단속 신호를 발생시키도록 한다. 도 2e 및 도 2g의 자체단속 신호는 마이크로 컨트롤러 유닛(221) 내부에서 1s 주기로 20ms의 시간 동안 하이레벨의 상태를 유지하게 된다. 20ms의 시간 동안 마이크로 프로세서 유닛(221)은 원격조정부(230)에서 입력되는 제어신호가 8ms 동안 지속적으로 입력되는지를 확인하며, 원격조정부(230)에서 8ms동안 지속적으로 입력된 경우의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 도 2h에 도시된 바와 같이 웨이크 업 모드(Wake Up Mode) 상태로 된다. 반대로, 마이크로 컨트롤러 유닛(221)는 내부에서 발생하는 자체 단속 신호를 1s 주기 중 20ms의 시간 동안 모니터링 하여 원격조정부(230)에서 8ms동안 제어신호가 들어오지 않는 경우, 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 슬립 모드(Sleep Mode)상태로 들어가게 된다. 슬립 모드 상태의 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 스위칭 유닛(222)을 오프 상태로 하여 전력소모부(210)가 사용하는 소비전력을 저감시키게 된다. 즉, 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)은 무인 잠수정이 탐사를 시행하지 않을 시에 소비 전력을 저감시켜 무인 잠수정을 장시간 운영할 수 있게 한다.

한편, 본 발명의 해양자원 탐사장치용 전력 시스템(200)을 이용하는 무인 잠수정은 웨이크 업 모드(Wake Up Mode)일 경우, 원격 조정부(230)에서 출력되는 제어 신호에 의해 스위칭 유닛(222)을 구동시켜 전력소모부(210)의 구성원들에 선택적으로 전력을 공급 한 후, 원격 조정부(230)에서 센싱부(214), 소나 시스템(213), 화상카메라(214), 조명부 및, 모터(211)에 신호를 보내 이들의 기능을 실행하거나 정지시킬 수 있다. 예들 들면, 원격조정부(230)는 화상카메라(214)에 신호를 보내 해저면의 지형을 촬영하거나, 소나 시스템(213)에 신호를 보내 해저면의 지형도를 스캔하는 등의 기능을 실행시킬 수 있다.

도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사장치 전력 제어 방법의 흐름도이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 탐사장치 전력 제어 방법을 더욱 상세하게 도시한 플로어 차트이다. 도 3c는 도 3b에 도시된 비상탈출 단계의 흐름도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 자원 탐사장치 전력 제어 방법은, 대기단계(S10)와, 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20) 및 제 2 전력 제어 단계(S30)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 대기단계(S10)와, 상기 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20) 및, 상기 제 2 전력 제어 단계(S30)를 진행하던 중에는 비상탈출단계(S40)가 진행될 수 있다. 이하의 설명에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 자원 탐사장치 전력 제어 방법에 대해 해양자원 탐사장치용 전력 시스템이 도시된 도 2a를 더 참조하여 설명하기로 한다. 또한, 본 실시예에서는 탐사장치의 일 예로 무인 잠수정에 대해 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 대기단계(S10)는 무인잠수성의 주전원인 전력발생부(130)의 전원을 차단한 상태이다. 즉, 대기단계(S10)는 전력 구동 회로(100)가 구동되지 않는 상태로서, 최초 해수면에 위치하는 모선의 갑판에 무인 잠수정이 대기하는 상태이고, 무인 잠수정이 이동하기 위한 동력원 및 무인잠수정이 해저면의 지형정보를 스캔하기 위한 소나 시스템등의 전력 소모부(210)의 전원을 모두 차단하는 상태이다.

상기 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20)는 무인잠수정의 주전원인 전력발생부(130)에 전원을 인가하여 전력 구동 회로(100)를 구동시킨다. 그러면, 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20)는 도 2a에 도시된 바와 같이 주변 환경의 전기전도도를 검출하고, 전기전도도가 있는 주변환경이 해수일 경우 무인잠수정에 전력을 공급한다. 주변환경이 해수일 경우에 출력단(OUT)에 출력되는 전력은 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)가 주변 매질과 접촉되어 인식되는 전기전도도에 따라 공급된다. 즉, 주변환경이 해수일 경우에는 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142) 에 전기전도도가 발생함에 따라 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)간에 전류가 흐르게 되므로, 제 1 스위칭 소자(110)와 제 2 스위칭 소자(120)가 연결되는 지점에 바이어스가 형성되며, 제 1 스위칭 소자(110)는 출력단(OUT)으로 전력을 공급하여 마이크로 컨트롤러 유닛(221)을 구동시키게 된다. 한편, 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20)는 전기전도도가 없는 주변 환경이 공기일 경우 무인잠수정에 전력을 공급하기 위해 대기한다. 이 경우, 제 1 단자(141)와 제 2 단자(142)는 공기와 접촉되므로 전기전도도를 형성하지 않게 되고, 그로 인해 제 1 스위칭 소자(110)는 오프 상태로 되어 출력단(OUT)에 전류를 흐리지 않게 되므로, 제어부(220)는 전력을 공급받지 않게 되어 유휴 전력을 절감시키게 된다. 한편, 마이크로 컨트롤러 유닛(221)은 전력 구동 장치(100)의 신호 입력단(IN)에 도 1b에 도시된 트리거 신호를 공급하여 무인 잠수정이 공기중에 잠시동안 노출되어도 전력구동장치(100)의 출력단(OUT)에서 공급되는 전력이 차단되지 않게 한다.

또한, 상기 제 2 전력 제어 단계(S30)는 주변환경의 전기전도도가 해수의 전기 전도도일 경우, 무인 잠수정이 해저를 탐사하기 위한 탐사모드별로 전력을 공급할 수 있다. 그에 따른 제 2 전력 제어 단계(S30)에서는 무인잠수정이 해저에 진수하여 자원을 탐사하는 중에 도 2e와 도 2g에 도시된 바와 같이 마이크로 컨트롤러 유닛(221)이 1s 주기 중 20ms의 시간 동안의 하이레벨 신호를 자체적으로 발생시키고, 20ms의 시간 동안 원격조정부(230)에서 입력되는 제어신호가 8ms 동안 지속적으로 입력되는지를 확인하게 된다. 여기서, 원격조정부(230)에서 입력되는 제어신호가 8ms시간 동안 지속적으로 입력될 경우에는 도 2g 및 도 2h에 도시된 바와 같 이 마이크로 컨트롤러 유닛(221)이 웨이크 업 모드(Wake Up Mode) 상태가 된다. 이 경우, 원격조정부(230)는 제어부(220)에 구비되는 스위칭 유닛(222)의 스위칭 소자 및 계전기들을 구동(on)시켜 수중모터(211), 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)들에 전원을 공급한다. 그리고, 원격조정부(230)는 수중모터(211), 센싱부(212), 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)등에 제어신호를 출력하여 이들의 기능을 실행하거나 정지하여 탐사를 진행하게 된다.

반면, 원격조정부(230)에서 입력되는 제어신호가 8ms 미만의 시간일 경우에는 도 2g 및 도 2h에 도시된 바와 같이 마이크로 컨트롤러 유닛(221)이 슬립모드(Sleep mode)로 상태가 되어 스위칭 유닛(222)의 제어를 중지하게 된다. 따라서, 원격조정부(210)에서 제어신호가 입력되지 않는 경우, 전력소모부(210)는 전력을 소비하지 않게 되므로, 무인잠수정의 소비전력은 저감된다.

또한, 슬립모드 상태의 무인잠수정은 열수광상과 같은 자원의 존재를 감지하기 위해서, 원격조정부(230)에서 출력되는 제어신호에 의해 마이크로 컨트롤러 유닛(221)을 웨이크 업 모드 상태로 하여 무인잠수정에 장착된 전기전도도 검출 센서, 온도 센서 및, 압력 센서등을 간헐적으로 동작시키고, 광물의 존재가능성이 높은 특정 정보의 유입시 해저면의 지형정보를 습득하기 하기 위해 소나 시스템(213) 및 화상카메라(214)를 동작시켜 탐사를 진행하게 된다.

즉, 무인잠수정은 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20)에 의해 해저면의 근처까지 이동한 후, 제 2 전력 제어 단계(S30)를 수행하여 원격 조정부(240)에서 입력되는 제어 신호에 의해 필요시에만 전력 소모부(210)에 전력을 공급시킬 수 있다.

한편, 상기 대기단계(S10)와, 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20) 및, 제 2 전력 제어 단계(S30)에서는 비상탈출 단계(S40)가 구동되어 무인잠수정의 저전력 경고시 무인잠수정을 해수면으로 부양시킬 수 있다. 즉, 무인잠수정은 전력 발생부(130)의 전력이 소모되어 전력의 공급이 단전될 때, 무인잠수정의 회수는 불가능한 상태로 되거나 무인잠수정의 회수가 매우 어려운 상태가 발생할 수 있다. 이 경우에 대비하여 무인잠수정은 저전력 경고시 자동으로 부양될 수 있다. 따라서, 무인잠수정은 비상탈출 단계(S40)에 의해 해저에서 유실되는 것이 방지될 수 있다.

여기서, 상기 무인잠수정의 부양은 무인잠수정에 부착된 하강 벨러스트를 제거하여 무인잠수정을 해수면으로 부양시킬 수 있다. 즉, 무인잠수정은 전력 발생부(130)에 전력이 남은 경우, 전력 발생부(130)의 잔존하는 전력에 의해 모터의 구동부가 구동되어 해수면 위로 부양될 수 있지만, 전력 발생부(130)의 열화로 순간적인 방전이 이루어 지거나 얘기치 못한 저전력 상황의 발생시에 무인잠수정에 부착된 하강 밸러스트를 신속히 제거하므로서, 무인잠수정은 양성 부력을 이용하여 해수면으로 상승할 수 있다. 이 경우, 무인잠수정은 무인잠수정의 운항 제어 기능 이외의 전력을 차단한 상태에서 해수면의 모선에 위치하는 원격 조정부(230)에서 출력된 제어신호에 의해 원격으로 부양될 수 있다.

더불어, 무인잠수정은 내부에 장착된 전원 발생부(130)의 저전력 경고시 무인잠수정의 운항 제어 기능 이외의 전력을 차단한 상태에서 자동으로 부양될 수도 있다.

여기서, 상기 비상탈출 단계(S40)에서 저전력 경고의 판단은 무인잠수정의 내부에 장착된 전력발생부(130)의 배터리(131, 132)들의 전압이 어느 임계값 미만일 경우, 무인잠수정을 해수면으로 부양시킬 수 있다. 즉, 비상탈출 단계(S40)에서는 저전력 경고의 판단을 하기 위한 기준으로 전력발생부(130)의 배터리(131, 132)들의 전압을 검출하여 무인잠수정을 해수면으로 부양시키므로, 무인잠수정이 해저에서 유실되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 비상탈출 단계(S40)에서 저전력 경고의 판단은 도 3c에 도시된 바와 같이, 탐사장치 부양 단계(S41)와, 데이터 우선순위 취득단계(S42) 및, 정상 전력 공급단계(S43)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 탐사장치 부양 단계(S41)는 전력 공급부인 배터리의 전압이 제 1 임계값인 16V 미만일 경우 무인잠수정을 해수면으로 부양시킬 수 있다. 이 경우는 무인잠수정에 전력이 끊겨 해저에서 유실되는 것을 방지하기 위한 단계이다. 상기 데이터 우선순위 취득단계(S42)는 전력발생부(13)의 배터리들(131, 132)의 전압이 제 1 임계값인 16V부터 제 1 임계값보다 큰 제 2 임계값인 22V까지의 범위에 해당하는 경우, 무인잠수정의 탐사 정보 데이타를 우선 순위별로 취득할 수 있다. 즉, 데이터 우선 순위 취득단계(S42)에서는 열수광상과 같은 해저지형의 판별시에 화상카메라(214)에 의한 해저지형 촬영사진 데이타, 소나 시스템(213)에 의한 해저 지형도의 데이타 및, 해저면의 탐사 위치별로 습득된 전기전도도와 해수의 온도 및 해수의 압력데이타로 이루어지는 환경 데이타등에 우선 순위를 매겨 운선 순위별로 데 이타를 저장할 수 있다. 따라서, 데이터 우선순위 취득단계(S42)는 중요 데이타를 우선적으로 저장하여 저전력으로 인한 데이터의 소실을 방지한 후, 배터리의 전압이 제 1 임계값인 16V가 된 경우 무인잠수정을 해수면으로 부양시켜 무인잠수정을 수거하게 된다.

또한, 데이터 우선순위 취득단계(S42)에서는 기능상 우선 순위가 낮고, 전력소모가 상대적으로 많은 기능을 가지는 전력소모부(210)의 구성원들의 전력을 차단할 수 있다. 예를 들면, 화상카메라(214)의 동영상 촬영 기능과, 정지영상 촬영 기능을 실행하는 경우, 동영상 촬영기능은 정지영상 촬영기능 보다 상대적으로 많은 전력을 소모하므로, 동영상 촬영기능을 정지시켜 전력발생부(130)의 소비전력을 절감시키고, 정지영상 촬영의 기능에 높은 우선 순위를 매겨 중요 데이터를 저장할 수 있도록 한다.

상기 정상 전력 공급단계(S43)는 전력발생부(130)의 배터리들(131, 132)의 전압이 제 2 임계값인 22V 이상일 경우, 무인잠수정에 정상적으로 전력을 공급한다. 이 경우, 정상 전력 공급단계(S43)는 앞서 설명하였던 제 2 전력 제어단계(S30)에서의 전력 제어를 시행하여 무인잠수정에 전력을 공급할 수 있다.

또한, 상기 비상탈출 단계(S40)에서는 배터리인 전력발생부(130)의 잔여 용량의 정보를 원격 조정부(230)로 송신할 수 있다. 이 경우, 배터리의 잔여 용량 정보는 탐사장치 부양 단계(S41), 데이터 우선순위 취득단계(S42) 및, 정상 전력 공급단계(S43)의 각각에 해당하는 경우의 배터리 전압 정보를 원격 조정부(240)에 출력할 수 있다. 즉, 탐사장치 부양 단계(S41)에서와 같이, 배터리의 전압이 제 1 임 계값인 16V 미만일 경우와, 데이터 우선순위 취득단계(S42)에서 같이 배터리의 전압이 제 1 임계값인 16V부터 제 1 임계값보다 큰 제 2 임계값인 22V까지의 범위에 해당하는 경우 및, 정상 전력 공급단계(S43)에서와 같이 배터리의 전압이 제 2 임계값인 22V 이상일 경우에 해당하는 배터리의 잔류 용량 정보를 원격 조정부(240)에 보내 모선에서 배터리(131, 132)의 잔류용량을 시각적으로 판별할 수 있다. 이 경우, 배터리의 잔류 용량 정보는 알람이나 부저를 이용하여 사용자에게 청각적으로도 알릴 수 있다.

또한, 상기 대기 단계(S10)와, 상기 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20) 및 상기 제 2 전력 제어단계(S30)에서는 원격조정부(230)에서 원격으로 신호를 보내 무인잠수정을 해수면으로 부양시키는 탐사장치 회수단계를 진행할 수 있다. 즉, 무인잠수정이 해저면의 탐사를 마친 후, 탐사장치에 신호를 보내 탐사장치를 해수면으로 부양시켜, 수동적으로 탐사장치를 회수할 수 있다.

상기한 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법을 평가하기 위한 자료로서, 도 4a은 앞서 설명한 각각의 단계로 이루어진 탐사장치 전력 제어 방법을 평가하기 위한 블럭도이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 탐사장치의 전력제어 방법의 평가는 대기단계(S10)와, 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20), 제 2 전력 제어 단계(S30) 및, 비상탈출 단계(S40)에서 출력된 신호의 단속파형을 적분기로 적분하여 극한을 취하고, 적분기에서 출력된 신호를 전력 최대치 검출기에 입력하여 전력들 의 최대치를 검출한다. 또한, 각각의 단계들에서는 검출된 최대치의 전력값에 대해 아이들(Idle) 상태인 대기단계(S10)와 나머지 단계들의 최대치 전력값을 전력비교기로 비교한다.

또한, 도 4b은 도 4a에 탐사장치 전력 제어 방법에 대해 시뮬링크(Simulink)를 이용하여 전력제어에 따른 소비전력의 시뮬레이션을 구성한 블럭도이다. 도 4c은 도 4b의 시뮬링크에서 출력된 파형으로서 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20)의 소비전력 저감특성을 나타내었고, 도 4d는 도 4b의 시뮬링크에서 출력된 파형으로서 제 2 전력 제어 단계(S30)의 소비전력 저감특성을 나타내었으며, 도 4e은 도 4b의 시뮬링크에서 출력된 파형으로서 비상탈출 단계(S40)에서의 소비전력 저감특성을 나타낸 신호파형이다. 즉, 도 4c 내지 20 각각에서는 제어방법에 따른 해양자원 탐사장치용 전력 시스템의 출력단(OUT)에서 출력되는 전압의 듀티비(Duty Ratio)가 서로 다른 경우들의 전력량을 각각 도시하였다.

먼저, 도 4c를 참조하면, 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20)에서는 마이크로 컨트롤러 유닛(221) 및, 잠수정용 통신 모뎀(241)과 같이 전력소모가 적은 요소들이 주로 전력을 사용하게 되므로, 출력단(OUT)에서 출력된 전압을 적분기로 통과시켜 극한을 취해보면 적분기를 통과한 전력량의 최대치가 가장 낮게 나타나게 된다.

또한, 도 4d를 참조하면, 제 2 전력 제어 단계(S30)에서는 불규칙한 주기로 공급되는 전력을 단속제어 하므로, 출력단(OUT)에서 출력된 전압을 적분기에 통과시켜 획득한 전압의 극한을 취하면 공급전원의 절반에 수렴하는 특성을 보이게 된 다.

또한, 도 4e를 참조하면, 비상탈출 단계(S40)에서는 저전력 비상탈출의 발생빈도가 상대적으로 낮아서, 출력단(OUT)에서 출력된 전압을 적분기에 통과시켜 획득한 전압의 극한을 취해 보면, 소비전력의 저감특성이 낮게 나타나게 된다.

한편, 도 4f는 도 4c 내지 도 4e에 도시된 출력파형 중 최대값 및 최소값을 기록한 신호 파형이다.

도 4f에 도시된 바와 같이, 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계(S20)에서는 가장 낮은 소비전력을 사용되므로, 가장 높은 소비전력의 저감효과를 나타내게 된다. 또한, 비상탈출 단계(S30)에서는 소비전력이 최대로 사용되므로, 소비전력의 저감효과가 가장 낮은 것을 보이게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사장치 전력 제어 방법은 무인잠수정이 탐사를 개시할 때부터 종료시점까지의 단계를 분류하여 전력을 효율적으로 관리하게 된다.

상기한 바와 같이, 해양자원 탐사장치용 전력 시스템 및 탐사장치 전력 제어 방법은 탐사장치가 공기 중에 있을 때와, 해수중에 있을 때에 전력의 공급을 달리하여 탐사장치의 전력 낭비를 줄여 탐사장치를 장시간동안 운영할 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사장치 전력 제어 방법은 탐사장치가 해수중에 있는 경우에 탐사장치가 이동시키는 구동부나 소나 시스템에 선택적으로 전력으로 공급하므로 전력의 소모를 줄여 탐사장치를 장시간 동안 운영할 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사장치 전력 제어 방법은 탐사장치가 저전력으로 인해 해저에서 유실되는 것을 방지하기 위해 비상탈출단계가 시행되므로, 탐사장치의 유실을 방지하고, 탐사장치의 회수를 쉽게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사장치 전력 제어 방법은 외부에서 탐사장치에 신호를 보내 탐사장치의 탐사기능을 실행하거나 탐사장치를 회수할 수 있도록 하여 탐사장치의 조정을 보다 쉽게 할 수 있다.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기전도도를 이용한 전력 구동 장치의 블럭도이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 신호 입력단(IN)에 인가되는 트리거(TRIGGER) 신호의 타임차트이다.

도 1c은 도 1b에 입력된 트리거 신호의 수학식이다.

도 1d는 도 1a에 도시된 전력 구동 장치의 상태와 신호 입력단(IN) 및 출력단(OUT)의 상태를 나타낸 타임차트이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양자원 탐사장치용 전력 시스템의 블럭도이다.

도 2b은 도 2a에 도시된 전력소모부와 제어부를 더 상세하게 나타낸 부분 블럭도이다.

도 2c은 도 2a에 도시된 통신중계수단을 더 상세하게 나타낸 부분 블록도이다.

도 2d은 도 2c에 도시된 통신중계수단의 변형예에 대한 부분 블럭도이다.

도 2e는 도 2a에 도시된 마이크로 프로세서 유닛의 내부에서 발생되는 신호도이다.

도 2f은 도 2e에 도시된 트리거 신호의 수학식이다.

도 2g는 도 2a에 도시된 전력발생부의 전원과, 원격조정부의 신호입력 상태와, 마이크로 컨트롤러 유닛의 자체단속 신호상태 및, 마이크로 컨트롤러 유닛의 모드를 시간에 따라 나타낸 타임 챠트이다.

도 2h는 도 2g에 도시된 타임 차트의 제어 흐름을 나타내는 플로어 차트이다.

도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사장치 전력 제어 방법의 흐름도이다.

도 3b는 도 3a에 도시된 탐사장치 전력 제어 방법을 더욱 상세하게 도시한 플로어 차트이다.

도 3c는 도 3b에 도시된 비상탈출 단계의 흐름도이다.

도 4a은 도 3b에 도시된 탐사장치 전력 제어 방법을 평가하기 위한 블럭도이다.

도 4b은 도 4a에 탐사장치 전력 제어 방법에 대해 시뮬링크(Simulink)를 이용하여 전력제어에 따른 소비전력의 시뮬레이션을 구성한 블럭도이다.

도 4c은 도 4b에서 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계의 소비전력 저감특성을 나타낸 신호 파형이다.

도 4d는 도 4b에서 제 2 전력 제어 단계의 소비전력 저감특성을 나타낸 신호파형이다.

도 4e은 도 4b에서 비상탈출 단계의 소비전력 저감특성을 나타낸 신호 파형이다.

도 4f는 도 4c 내지 도 4e에 도시된 출력파형 중 최대값 및 최소값을 기록한 신호 파형이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ; 전력 구동 장치 110 ; 제 1 스위칭 소자

120 ; 제 2 스위칭 소자 130 ; 전력 발생부

140 ; 전기전도도 검출부 141 ; 제 1 단자

142 ; 제 2 단자 150 ; 제 1 전압강하용 저항

160 ; 제 2 전압강하용 저항 170 ; 과전압보호용 다이오드

180 ; 로우 패스 필터 210 ; 전력 소모부

220 ; 제어부 221 ; 마이크로 컨트롤러 유닛

222 ; 스위칭 유닛 222a; 스위칭 소자

222b ; 계전기 230 ; 원격조정부

240, 340 ; 통신 중계 수단 241 ; 잠수정용 통신 모뎀

242 ; 모선용 통신 모뎀 243 ; 광케이블

341 ; 잠수정용 신호 변환기 342 ; 잠수정용 수중 초음파 센서

343 ; 모선용 수중 초음파 센서 344 ; 모선용 신호 변환기

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 구동부 및, 탐사 장치부를 포함하여 형성되는 전력 소모부;

   상기 전력 소모부와 전기적으로 연결되며, 상기 전력소모부의 구성원들 각각에 전력을 공급하는 제어부;

   상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 주변의 매질과 접촉하여 전기전도도를 검출하며, 검출된 전기전도도가 없을 경우 상기 제어부의 전원을 차단하고 상기 검출된 전기 전도도가 있을 경우 상기 제어부의 전원을 인가시키는 전력구동장치와,

   상기 제어부에 제어신호를 입력하여 제어부의 기능을 실행하거나 정지시키는 원격 조정부와,

   해저의 탐사장치와 해수면에 위치하는 모선에 설치되어 통신을 중계하는 통신중계수단을 포함하여 이루어지며,

   상기 전력구동장치는,

   제 1 스위칭 소자;

   상기 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 제 2 스위칭 소자;

   상기 제 1 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 양극 및, 상기 제 2 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 음극을 구비하는 전력 발생부; 및

   상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자가 연결되는 지점에 전기적으로 연결되는 제 1 단자와, 상기 음극과 전기적으로 연결되는 제 2 단자를 구비하는 전기전도도 검출부를 포함하여 이루어지며,

   상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 주변의 매질과 접촉하여 전기전도도를 검출하며, 검출된 전기전도도가 없을 경우 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 오프시키고, 검출된 전기전도도가 있을 경우, 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 온시키는 것을 특징으로 하며,

   상기 제 2 스위칭 소자는 외부에서 트리거 신호를 인가 받아 상기 트리거 신호의 하이 레벨의 신호가 입력될 경우 턴 온 되어 상기 제 1 스위칭 소자를 턴 온 상태로 유지시키고, 상기 트리거 신호의 하이 레벨의 신호가 입력되지 않는 경우 턴 오프 되어 상기 제 1 스위칭 소자의 턴 온 상태의 유지를 해제시키는 것을 특징으로 하는 해양자원 탐사장치용 전력제어 시스템.
4. 삭제
5. 탐사장치의 주 전원을 모두 차단한 상태로 대기하는 대기단계;

   상기 탐사장치에 주 전원을 인가하여 구동되며, 주변 환경의 전기전도도를 검출하여 주변의 전기 전도도가 있을 경우 상기 탐사장치에 전력을 공급하고, 주변 환경의 전기전도도를 검출하여 전기 전도도가 있을 경우 상기 탐사장치에 전력을 공급하기 위해 대기하는 전기전도도를 이용한 제 1 전력제어단계;

   상기 주변환경의 전기전도도가 있을 경우 상기 탐사장치가 해저를 탐사하기 위한 탐사모드별로 전력을 공급하는 제 2 전력 제어 단계;

   전력이 소모되어 전력의 공급이 단전되거나 저전력 경고시 탐사장치를 자동으로 부양시키는 단계를 포함하여 이루어지며,

   상기 제 1 전력제어단계 및 상기 제 2 전력 제어 단계에서는, 상기 탐사장치의 비상탈출의 필요시 비상탈출 단계가 구동되어 상기 탐사장치의 저전력 경고시 상기 탐사장치를 해수면으로 부양시키는 것을 특징으로 하는 해양 자원 탐사장치 전력 제어 방법.

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