KR100991866B1

KR100991866B1 - 전기저항식 교량 수위 계측 시스템

Info

Publication number: KR100991866B1
Application number: KR1020080086609A
Authority: KR
Inventors: 황윤국; 박기태; 주봉철
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2010-11-05
Also published as: KR20100027619A

Abstract

구성이 간단하여 실제 수위를 측정하고자 하는 구조물에 용이하게 적용할 수 있으며, 내구성이 우수하여 환경적 요인에 의한 측정 오차가 적고, 무선통신 기술을 이용하여 교량의 수위를 원격으로 계측할 수 있는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템이 제공된다. 전기저항식 교량 수위 계측 시스템은, 하천 교량의 수위를 계측하는 시스템에 있어서, 교량의 교각에 설치되고, 교량 수위에 따라 병렬 연결되거나 개방되는 복수의 저항으로 이루어진 전기저항 어레이(Resistor Array); 복수의 저항 각각의 일측 단자로서, 교량 수위에 대응하여 수면에 접촉할 경우, 복수의 저항 각각에 연결되어 온(On) 상태로 절환시키는 복수의 접촉 스위치(Contact Switch); 및 교각 상부에 설치되며, 전기저항 어레이의 병렬 연결된 각각의 저항값으로부터 전체 저항값을 계산하고, 계산된 전체 저항값에 대응하는 수위 데이터를 판별하며, 판별된 수위 데이터를 무선으로 송신하는 수위 감지기를 포함하되, 전체 저항값은 교량 수위 변화에 대응하여 변화하는 것을 특징으로 한다.

수위계, 전기저항식, 하천, 교량, 교각, 저항 어레이, 데이터 로거

Description

전기저항식 교량 수위 계측 시스템 {SYSTEM FOR MEASURING WATER-LEVEL OF ELECTRICAL RESISTOR TYPE IN BRIDGE}

본 발명은 수위 계측 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 하천 교량의 수위를 계측하기 위한 전기저항식 교량 수위 계측 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 수위 계측 장치, 즉 수위계는 하천이나 호수 등에 설치되어 그 수위를 측정하는데, 이와 같이 측정된 자료는 주로 하절기 강우로 인한 홍수의 발생을 예측하는데 이용된다. 특히, 수위계는, 하천에 교량이 있는 경우, 일정 수위 이상일 때 안전을 위해 교량을 통과하는 교통을 통제하는 지표가 된다.

이러한 하천 수위 측정을 위해서 사용되는 수위계는 접촉 방식의 수위계와 비접촉 방식의 수위계로 구분할 수 있다.

이 중에서 접촉 방식의 수위계는 우물통을 기본으로 하는 부자식이 있으며, 비접촉 접촉 방식의 수위계는 기포 방식, 압력 방식, 레이저 방식, 초음파 방식 및 레이더 방식 등 다양한 장비가 사용되고 있다.

이러한 비접촉식 장비는 모두 간접적인 방법으로 수위를 측정하기 때문에 기준값에 근거하여 보정이 필요하며, 장비의 특성에 따라 여러 가지 장단점을 갖는 다.

도 1은 종래 기술에 따른 부자식 수위계의 정면 및 측면을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 부자식 수위계(10)는, 일측에는 수면 위에 뜨는 부자(14)를 구비하고, 와이어(13)를 통해 도르래(12)를 거쳐 연결되는 타 측에는 무게추(15)를 구비하여, 상기 부자(14)가 수면(20) 위에 떠있는 높이의 변화에 따라 상기 도르래(12)가 회전된다. 부자식 수위계(10)의 기록부(11)에는 연속적으로 공급되는 기록지(11b)와, 상기 기록지(11b) 상에 위치되어 상기 도르래(12)의 회전에 따라 횡방향으로 이동하며 상기 원통형 기록지(11b)에 그 위치를 표시함으로써 연속 선도를 남기는 기록침(11a)이 구비된다.

이러한 부자식 수위계(10)는 외부의 간섭 없이 기계적인 동작에 의해 실측하여 기록하므로, 전기적 또는 전자적인 이유의 고장 염려가 없다는 장점을 가지는 반면, 강우로 인해 기록지가 손상되어 계측 자료가 소실되기 쉽고, 주기적으로 사람이 직접 점검하고 기록지(11b)를 교체하여야 하는 단점이 있으며, 특히, 기록지(11b)를 수거하여 기록된 데이터를 읽어야 하므로 실시간으로 측정 데이터를 얻을 수 없다.

이에 따라 부자식 수위계(10)는 집중적인 강우가 있을 때에 신속한 판단을 요하는 홍수 통제 용도의 사용에 부적합하다는 문제점이 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 압력식 수위계를 예시하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 압력식 수위계(30)는, 예를 들면, 하천 바닥(50) 상의 교각(40)에 설치되고, 이때, 수중에 압력의 변화를 감지하는 압력센서(31)를 배치하여 수위(20)의 변화로 인해 발생하는 수압의 차이를 감지한다. 이러한 압력센서(31)는 압력저항식 또는 정전용량식 등으로 구분될 수 있으나, 공통적으로 압력의 변화에 따라 전기적 신호를 발생시킨다.

발생된 전기적 신호는 주로 수면 밖의 교각(40) 상부에 설치되는 제어부(33)로 전달되는데, 상기 제어부(33)는 상기 전기적 신호를 수치화하고, 필요에 따라서는 데이터 로거(Data loger)를 구비함으로써, 상기 압력센서(31)로부터 발생한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 메모리 장치에 일정한 시간 주기에 따라 저장하기도 한다. 상기 압력센서(31)와 상기 제어부(33)는 케이블(32)을 통해 전기적으로 연결되는데, 상기 케이블(32)을 외부의 물리력으로부터 보호하기 위해 PVC관 등을 이용하기도 한다.

이와 같은 압력식 수위계(30)의 가장 큰 문제점은 하천이 결빙되는 동절기에 동파되기 쉽다는 것이다.

낮은 수온이 전기적으로 민감하게 작동되어야 하는 압력센서(31)에 나쁜 영향을 미칠 수 있으며, 특히, 압력센서(31)가 수중에 설치되기 때문에, 대부분의 중소 하천에서와 같이 동절기에 하천의 유량이 줄어든 상태로 결빙되면 동파의 위험이 더욱 높아진다는 문제점이 있다.

도 3은 종래 기술에 따른 레이저 방식의 수위계를 예시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 레이저 방식의 수위계(60)는, 광학 발신기에서 펄스광을 발생시키고, 측정 대상인 수면에서 반사되는 광파를 수신기를 통 해 수광함으로써 광파의 전파 시간을 고속 카운터를 사용하여 측정하고 이를 거리로 환산하여 레벨을 측정한다.

예를 들면, 하천 바닥(50) 상의 교각(40)에 수직으로 설치되는 파이프(61), 상기 파이프(61) 내의 수면에 부유하며 그 수위에 따라 수직방향으로 이동하는 부표(62), 상기 파이프(61)의 상단부에 설치되어 상기 부표(62)까지의 거리를 측정함으로써 수면(20)의 높이 변화를 계측하는 레이저 거리측정기(65), 및 상기 레이저 거리측정기(65)와 연결되는 데이터 로거(66)를 포함할 수 있다.

상기 파이프(61)의 하부는 항상 물에 잠겨있고, 수면(20)으로부터 부유물이 유입되지 않을 정도의 충분한 거리가 확보되는 깊이의 파이프(61) 측면 또는 하단면에 관통구멍 형태의 통수구멍(63)이 형성된다.

상기 통수구멍(63)을 통해 물이 유입 또는 유출되며 상기 파이프(61) 내부와 외부의 수위가 동일하게 유지된다.

이때, 도 3의 A 영역에 도시된 바와 같이, 상기 통수구멍(63)은 다수의 관통구멍을 파이프 측면 또는 하단면에 직접 형성될 수도 있다.

도 4는 종래 기술에 따른 초음파 방식의 수위계를 예시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 종래 기술에 따른 초음파 방식의 수위계(70)는, 먼저, 측정하고자 하는 개수로를 선정한 뒤, 측정 지점과 가까운 교량(80)에 지지용 포스트(81)의 일측 끝 면을 지면에 수직으로 고정시킨다. 지지용 포스트(81)의 측면에는 지지용 암(82)의 일측 끝 면을 결합시킨다. 지지용 암(82)의 타측 끝 면에 초음파 수위계(70)를 결합하여 운용한다. 초음파 수위계(70)는 송신부(71), 수신 부(72) 및 제어부를 포함하며, 무선 데이터 로거(73)와 연결될 수 있다.

이러한 초음파 수위계(70)는 측정하고자 하는 수면에 직접 닿지 않고 측정할 수 있는 비접촉 방식의 수위계로서, 초음파가 공기 중을 통과하여 측정하고자 하는 물체의 표면, 즉, 수면을 맞고 되돌아오는 시간과 속도를 계산하는 원리를 근간으로 초음파 센서에서 바닥까지의 거리(d1)와 초음파 센서에서 수면까지의 거리(d2)의 차이를 계산함으로써, 최종적인 수위 값을 나타내게 된다.

즉, 초음파 센서로부터 수면까지의 공간 거리를 측정하여 수위 값으로 환산하는 과정을 거친다.

종래의 기술에 따른 부자식 수위계의 경우, 오래 전부터 사용되어 안정적으로 수위를 측정할 수 있는 것으로 평가되고 있지만, 우물통 막힘 등으로 인해 오측 또는 결측이 발생할 우려가 있고, 우물통 설치에 많은 비용이 발생하게 된다.

또한, 이러한 접촉식의 경우, 물속에 센서가 위치하고 있기 때문에 홍수 시에 센서 유실 및 고장의 우려가 있으며, 잦은 고장의 원인이 되기도 한다.

또한, 최근에 많이 사용되고 있는 센서식 장비의 경우, 센서에 의한 정기적인 보정이 필요하며, 일부 장비의 경우, 온도에 따라 측정값이 변화할 수 있다는 단점이 있다.

실제로, 전술한 비접촉식 방식인 초음파나 레이더 방식의 수위계의 경우, 온도에 따라 보정이 필요하거나 수면과의 거리가 커지면 오차가 커지는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 구성이 간단하여 실제 수위를 측정하고자 하는 구조물에 용이하게 적용할 수 있는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 우수한 내구성을 가짐으로써, 환경적 요인에 의한 측정 오차가 적은 전기저항식 교량 수위 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 무선통신 기술을 이용하여 교량의 수위를 원격으로 계측할 수 있는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템은, 하천 교량의 수위를 계측하는 시스템에 있어서, 교량의 교각에 설치되고, 교량 수위에 따라 병렬 연결되거나 개방되는 복수의 저항으로 이루어진 전기저항 어레이(Resistor Array); 상기 복수의 저항 각각의 일측 단자로서, 상기 교량 수위에 대응하여 수면에 접촉할 경우 상기 복수의 저항 각각에 연결되어 온(On) 상태로 절환시키는 복수의 접촉 스위치(Contact Switch); 및 상기 교각 상부에 설치되며, 상기 전기저항 어레이의 병렬 연결된 각각의 저항값으로부터 전체 저항값을 계산하고, 상기 계산된 전체 저항값에 대응하는 수위 데이터를 판별 하며, 상기 판별된 수위 데이터를 무선으로 송신하는 수위 감지기를 포함하되, 상기 전체 저항값은 상기 교량 수위 변화에 대응하여 변화하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전기저항 어레이는 일정 저항값을 갖는 저항이 측정하고자 하는 교량 수위의 간격에 대응하여 일정 간격으로 병렬 배치되며, 상기 교량의 교각에 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전기저항 어레이의 병렬 연결된 각각의 저항으로부터 계측되는 전체 저항값은 상기 교량 수위가 높아질수록 감소하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복수의 접촉 스위치는 수면에 뜨는 부자일 수 있고, 상기 부자는 평형 위치에 있다가 상기 수위가 상승하면 하천 진행 방향으로 꺽이거나 상승함으로써, 개방(open)되어 있던 상기 전기저항 어레이의 저항을 온 상태로 절환시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수위 감지기는, 상기 전기저항 어레이에 전원전압을 공급하는 전원 공급부(Power supply); 상기 전기저항 어레이로부터 측정된 아날로그 저항값을 디지털 값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(A/D Converter); 상기 디지털 값으로 변환된 저항값을 산출하는 저항값 계산부; 각각의 저항값에 대응하는 하천 수위 데이터가 저장된 기준값 데이터베이스; 및 상기 저항값 계산부로부터 산출된 디지털 저항값에 따라 상기 기준값 데이터베이스에 저장된 하천 수위 데이터 중 하나를 선택하는 수위 계산부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 수위 감지기는, 상기 수위 계산부에서 판별된 수위 데이터를 상기 교량으로부터 이격되어 설치된 수위 관측소에 무선으로 통신하기 위한 무선 통신 모듈을 추가로 포함할 수 있고, 상기 무선 통신 모듈은, 근거리 통신을 위한 블루투스 모듈(Bluetooth Module)이거나 또는 원거리 통신을 위한 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 방식의 모뎀일 수 있다.

여기서, 상기 수위 감지기는 서버와 클라이언트로 구성되는 무선 데이터 로거(Data Loger)일 수 있다.

본 발명에 따르면, 구성이 간단하여 실제 수위를 측정하고자 하는 구조물에 용이하게 적용할 수 있다. 즉, 우물통 등을 이용하는 기존의 부자식 수위계 방식과 비교하면 부가 구조물의 필요 없기 때문에 설치비용이 매우 저렴하고, 기존 초음파나 레이더 방식의 수위계와 비교하면 그 구성 및 동작 원리가 간단하다.

본 발명에 따르면, 우수한 내구성을 가짐으로써 환경적 요인에 의한 측정 오차가 적다. 즉, 기존 부유식 수위계를 하천에 적용할 경우, 부유물이 유속에 의하여 수평 이동하는 것을 방지하기 위한 추가 설비가 필요하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 우물통이 없는 기존의 부유식 수위계와 비교하여 유속에 관계없이 수위를 측정함으로써 환경적 요인에 의한 측정 오차가 적다.

본 발명에 따르면, 무선통신 기술을 이용하여 교량의 수위를 원격으로 계측할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한 다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명의 실시예로서, 하천 교량의 교각에 설치되고, 병렬 연결되는 전기저항 어레이로부터 하천 수위를 간단하게 계측하며, 무선통신 기술을 이용하여 교량의 수위를 원격으로 계측할 수 있는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템이 제공된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 블록 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템(100)은, 접촉 스위치(Contact Switch: 110), 전기저항 어레이(Resistor Array: 120) 및 수위 감지기(130)를 포함하며, 수위 감지기(130)는 전원 공급부(Power supply: 131), 아날로그/디지털 변환부(A/D Converter: 132), 저항값 계산부(133), 수위 계산부(134), 기준값 데이터베이스(135) 및 무선 통신모듈(136)을 포함하는 무선 데이터 로거(Data Loger)일 수 있다.

전기저항 어레이(120)는 교량의 교각에 설치되고, 교량 수위에 따라 병렬 연결되거나 개방되는 복수의 저항으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 전기저항 어레이(120)는 일정 저항값을 갖는 저항이 측정하고자 하는 교량 수위의 간격에 대응하여 일정 간격으로 병렬 배치되며, 상기 교량의 교각에 수직으로 설치될 수 있다. 이때, 상기 전체 저항값은 상기 교량 수위 변화에 대응하여 변화하는데, 예를 들면, 상기 전기저항 어레이(120)의 병렬 연결된 각각의 저항으로부터 계측되는 전체 저항값은 상기 교량 수위가 높아질수록 감소하게 된다. 또한, 상기 전기저항 어레이(120)는 통상적인 전기회로에 사용되는 것일 수 있지만, 또는 일반적인 도체이면서 부식이 되지 않는 구리관을 사용하여 형성할 수도 있다.

접촉 스위치(110)는 상기 복수의 저항 각각의 일측 단자로서, 상기 교량 수위에 대응하여 수면에 접촉할 경우 상기 복수의 저항 각각에 연결되어 온(On) 상태로 절환시킨다.

상기 복수의 접촉 스위치(110)는 수면에 뜨는 부자일 수 있고, 상기 부자는 평형 위치에 있다가 상기 수위가 상승하면 하천 진행 방향으로 꺽이거나 상승함으로써, 개방(open)되어 있던 상기 전기저항 어레이(120)의 저항을 온 상태로 절환시킨다.

수위 감지기(130)는 상기 교각 상부에 설치되며, 상기 전기저항 어레이(120)의 병렬 연결된 각각의 저항값으로부터 전체 저항값을 계산하고, 상기 계산된 전체 저항값에 대응하는 수위 데이터를 판별하며, 상기 판별된 수위 데이터를 무선으로 송신한다.

상기 수위 감지기(130)의 전원 공급부(131)는 상기 전기저항 어레이(120)에 전원전압을 공급하며, 상기 A/D 변환부(132)는 상기 전기저항 어레이(120)로부터 측정된 아날로그 저항값을 디지털 값으로 변환한다.

이후, 상기 수위 감지기(130)의 저항값 계산부(133)는 상기 디지털 값으로 변환된 저항값을 산출하며, 상기 수위 계산부(134)는 상기 저항값 계산부로부터 산출된 디지털 저항값에 따라 상기 기준값 데이터베이스에 저장된 하천 수위 데이터 중 하나를 선택하게 된다.

이때, 상기 기준값 데이터베이스(135)는 각각의 저항값에 대응하는 하천 수위 데이터가 저장되어 있다.

또한, 상기 수위 감지기(130)의 무선 통신 모듈(136)은, 상기 수위 계산부(134)에서 판별된 수위 데이터를 상기 교량으로부터 이격되어 설치된 수위 관측소(도시되지 않음)에 무선으로 통신할 수 있으며, 이때, 상기 무선 통신 모듈(136)은, 1.2km 미만의 근거리 통신을 위한 블루투스 모듈(Bluetooth Module)이거나 또는 원거리 통신을 위한 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 방식의 모뎀일 수 있다.

여기서, 블루투스(Bluetooth)는 근거리에 놓여 있는 컴퓨터와 이동통신 단말, 가전제품 등을 무선으로 연결하여 쌍방향으로 실시간 통신을 가능하게 해주는 규격을 말하거나 그 규격에 맞는 제품을 이르는 말이다.

또한, CDMA 모뎀에서, CDMA는 확산대역기술을 채택한 디지털 이동통신 방식으로 시간과 주파수를 공유하면서 신호를 송수신할 수 있다.

또한, 상기 수위 감지기(130)는 서버와 클라이언트로 구성되는 무선 데이터 로거(Data Loger)일 수 있으며, 무선 데이터 로거에 대해서는 후술하기로 한다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템은, 하천에 위치하는 교량의 자동 수위 측정 또는 기준치 이상의 수위 상승을 감지하는 곳 에 적용될 수 있으며, 이러한 교량의 수위 관측을 통한 안전 관리 및 홍수 관리를 위한 통계자료를 확보하는데 사용될 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 전기저항식 교량 수위 계측 시스템이 교량에 설치되는 것을 예시하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템(100)은 교량(Bridge: 200)의 안전을 확보하고 교량(200)에 직접적인 영향을 미치는 수위를 측정하기 위해 상기 교량의 교각(Bridge Bent: 220)에 설치될 수 있다.

일반적인 교량(200)은 차량 등의 하중을 직접 지지하는 상부 구조물과 이러한 상부 구조물을 떠받치는 교대(Bridge Abutment: 230) 또는 교각(220) 등의 하부 구조물로 구성되며, 이때, 상부 구조물은 상판(Upper Plate: 210), 난간(Guide Rail) 및 교명주(Bridge Name Post) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 교대(230) 또는 교각(220)과 상부 구조물의 사이에서 상부 구조물에 작용하는 하중을 수용하고, 계절의 온도 변화나 바람, 지진 등의 충격에 의한 상대 변위 및 수평으로 작용하는 전단 변위를 수용하여 교량(200)의 내구 수명을 연장하기 위해 적어도 하나 이상의 교량 받침(Bridge Support: 221)이 설치된다.

또한, 하천 바닥에는 상기 교각(220)을 지지하기 위한 교각 받침(222)이 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템(100)은 교각(220)에 수직으로 설치되어, 하천수(300)의 수위(H)를 계측하게 되며, 상기 하천 수(300)의 수위(H)에 따라 복수의 접촉 스위치가 전기저항 어레이와 병렬 연결함으로써, 병렬 연결된 전체 저항값에 대응하는 수위(H)를 판독하게 된다.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교각에 설치되는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교각에 설치되는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템(100)이, 교량(200)의 상판(210)을 지지하는 교각(220)에 수직으로 설치되는데, 이때, 전기저항식 교량 수위 계측 시스템(100)의 수위 감지기인 데이터 로거(130)는 상기 교각(220)의 상부에 설치될 수 있다.

상기 데이터 로거(130) 내의 전원공급부로부터 전류 흐름 방향으로 전원이 공급되고 있는 상태에서 하천 교량의 수위가 변화하면, 이러한 수위 변화에 따른 전기저항 어레이(120)의 전체 저항의 변화를 감지할 수 있고, 이에 따라 하천(300)의 수위 데이터를 획득할 수 있게 된다.

여기서, 접촉 스위치(110)는 예를 들면, 수면 위에 뜨는 부자일 수도 있으며, 상기 접촉 스위치(110)에 의해 온 상태로 절환된 전기저항 어레이(120)의 전체 저항(R)은 다음과 같다.

예를 들면, 전기저항 어레이(120) 중에서 6번째 저항인 R6의 위치까지 수위가 상승한 경우, 병렬 연결된 R1부터 R6까지의 전체 저항값을 계산하고, 이 저항값 에 해당하는 수위 데이터를 판별함으로써 하천 교량의 수위 데이터를 획득하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 경우, 접촉식 수위계의 일종이기 때문에, 홍수시 장비와 저항 회로가 물속에 잠기게 되지만, 그 회로 구성이 간단하여 방수 처리가 용이하고, 또한 고장의 원인이 작기 때문에 종래 기술에 따른 접촉식 방식의 수위계의 단점을 효과적으로 극복할 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 교량 수위 측정 동작을 상세하게 예시하는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템(100)에서, 도 8의 a)는 회로 구성을 나타내며, 도 8의 b) 내지 d)는 접촉 스위치의 구성예를 나타낸다.

예를 들면, 접촉 스위치(110)가 수면에 뜨는 부자(110a, 110b, 110c)인 경우, 이러한 부자(110a, 110b, 110c)가 부착된 전기저항식 교량 수위 계측 시스템(100)에서, 상기 부자(110a, 110b, 110c)는, 도면부호 B, C 및 D로 도시된 바와 같이, 평소 평형 위치에 있다가, 수위 상승으로 인해 순차적으로 물받이가 하천 진행 방향으로 꺽이거나, 부유물이 상승함으로써, 개방(open)되어 있던 전기저항 어레이(120)의 저항 회로가 스위치(122) 연결되고, 이를 교량 상부에 설치된 수위 감지기(130)가 인식하게 된다.

이때, 전기저항 어레이(120)는 각 회로마다 소정의 저항값을 갖는 저항(121)이 부착되며, 상기 수위 감지기(130)가 저항값의 변동량을 파악하고, 이에 따라 수 위로 환산하게 된다.

여기서, 도면부호 140은 지지대로서, 상기 복수의 접촉 스위치(110) 및 전기저항 어레이(120)를 상기 교각(220)에 수직으로 고정하기 위한 것이다.

특히 도 9a 및 도 9b는 부자(110a,110b)가 꺽이면서 개방(open)되어 있던 전기저항 어레이(120)의 저항 회로가 스위치(122) 연결되는 예를 도시한 것으로서,

상기 도 9a의 경우에는 부자(110a)가 탄성스프링(111a)에 의하여 수위변화에 따라 수중에 잠기면서 물받이(112a)가 유량진행방향으로 꺽이는 예가 도시된 것이고,

상기 도 9b의 경우에는 부자(110b)가 활절부(111b)에 의하여 수위변화에 따라 수중에 잠기면서 물받이(112b)가 상방으로 꺽이는 예가 도시된 것이다.

특히 도 9c는 부자(110c)가 상승하면서 개방(open)되어 있던 전기저항 어레이(120)의 저항 회로가 스위치(122) 연결되는 예를 도시한 것으로서, 부유물(111c)이 수위에 따라 상승하도록 하되 그 하부는 와이어에 의하여 구속되도록 하는 예가 도시되어 있음을 알 수 있다.

표 1은 각각의 전체 저항값에 대응하는 교량 수위를 예시하며, 해당 수위에 도달할 경우, 각 저항들이 병렬 연결되고, 이와 같이 병렬 연결된 전체 저항값을 계산함으로써, 교량 수위를 판별하게 된다.

예를 들면, R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6이고, 이때, 각각의 저항값이 1,000Ω인 경우를 예를 들어 설명한다.

이때, 전체 저항은 1000/6Ω에 해당하며, 수위 감지기(130)는 기준값 데이터베이스에 저장된 1000/6Ω에 해당하는 교량 수위인 30cm를 판별하게 되고, 결국 하천 수위는 30cm가 된다. 이것은 단지 예시를 위한 것이며, 상기 저항값은 다른 저항값을 가질 수도 있으며, 교량 수위의 간격 또한 임의적으로 달라질 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 로거 시스템은 근거리 또는 원거리 시스템으로부터 실시간으로 수위 데이터를 취득하고, 이를 활용하게 된다.

작업 설비의 구역이 넓어짐에 따라 수집할 수위 데이터 영역이 광범위하게 형성되어 있는 시스템에서 현장 데이터를 실시간 또는 일정 주기로 데이터를 취득하게 된다.

최근 유무선 통신과 전자장비의 발달로 인해 실시간 현장 데이터를 취득하는데 있어서, 수동적인 시스템에서 원격검사 시스템과 무인 자동화 시스템으로의 변화가 확산되고 있는 추세이다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 데이터 로거 시스템을 이용하여 무선통신 장비나 시스템의 상태를 실시간으로 모니터링함으로써 안정성과 효율성을 증대시킬 수 있다.

현재 자동화시스템과 함께 더불어 데이터 로거 시스템은 관측 시스템, 검침 시스템 및 환경 및 산업시설 관리 시스템 등의 많은 분야에 사용되고 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 무선 데이터 로거의 구성을 예시하는 도면으로서, 그 구성은 이에 국한되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이터 로거(400)는 통상적인 네트워크 환경에서 구성되는 서버(410)와 클라이언트(420)의 두 부분으로 구성된다.

즉, 서버(410)와 클라이언트(420)는 기존에 구성된 LAN 또는 WAN 등의 네트워크 환경을 이용하여 구성하며, 이때, 서버(410)는 하나지만 클라이언트(420)는 여러 개를 구비할 수 있다.

서버(410)는 파일 시스템(411) 및 서버 프로그램(412)을 포함하며, 클라이언트(420)는 파일 시스템(421), 클라이언트 프로그램(422) 및 마스터(423)와 슬레이브(424)로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템에서, 서버(410)는 수위 관측소에 설치될 수 있고, 클라이언트(420)는 교량에 설치될 수 있다.

먼저, 서버(410)는 클라이언트(420)에 지시하여 수위 데이터를 취득하고 저장한다.

이것은 관리자에게 데이터를 모니터링하는 화면을 보여주며, 클라이언트(420)를 제어하는 기능을 가진다.

서버(410)는 클라이언트(420)의 상태를 설정하거나 클라이언트(420)의 요청에 의해 설정 데이터를 전송하게 된다.

클라이언트(420)는 마스터 기능을 포함할 수 있으며, 서버(410)로부터 수위 데이터 취득 요구를 받거나 기설정된 시간에 마스터(423)를 통하여 각 슬레이브(424)로부터 수위 데이터를 취득하고, 이를 서버(410)로 전송하는 기능을 한다. 또한, 관리자에게 슬레이브(424)의 상태를 모니터링하는 기능을 제공한다. 클라이언트(420)는 슬레이브(424)로부터 입수한 데이터 또는 변경된 환경 설정값을 서버(410)에게 전송한다.

마스터(423)와 슬레이브(424)는 로컬 영역으로 무선 통신 방식으로 통신한다.

마스터(423)는 여러 개의 슬레이브(424)를 가지며, 많은 수의 슬레이브(424)를 가질 경우, 예를 들면, 멀티플렉서를 사용하여 버스를 분배하여 연결한다.

마스터(423)는 수위 데이터 취득 요구를 받게 되면, 슬레이브(424)로부터 무선으로 통신하여 수위 데이터를 취득하게 된다.

슬레이브(424)는 무선 통신모듈(424a) 및 수위 데이터를 수집하는 수위 데이터 수집부(424b)를 구비하며, 무선 통신모듈(424a)을 통해 마스터(423)의 수위 데이터 취득 명령을 받아 명령을 수행하며, 또한 수위 데이터를 취득하고 그 수위 데이터를 마스터(423)의 무선 통신모듈(423a)에게 전송하는 기능을 한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 전기저항식 교량 수위 계측 시스템이 교량에 설치되는 것을 예시하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교각에 설치되는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 교량 수위 측정 동작을 상세하게 예시하는 도면이다.

도 9a, 도 9b 및 도 9c는 실시예 따른 부자의 작동예를 도시한 것이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전기저항식 교량 수위 계측 시스템의 무선 데이터 로거의 구성을 예시하는 도면이다.

< 도면부호의 간단한 설명 >

100: 전기저항식 교량 수위 계측 시스템 110: 접촉 스위치

120: 전기저항 어레이 121: 저항

122: 연결 스위치 130: 수위 감지기

131: 전원 공급부 132: A/D 변환부

133: 저항값 계산부 134: 수위 계산부

135: 기준값 데이터베이스(DB) 136: 무선 통신모듈

200: 교량 210: 교량 상판(Upper Plate)

220: 교각(Bridge Bent) 221: 교량 받침(Bridge Support)

222: 교각 받침(Bridge Bent Support) 230: 교대(Bridge Abutment)

300: 하천수 400: 데이터 로거(Data Loger)

Claims

하천 교량의 수위를 계측하는 시스템에 있어서,

교량의 교각에 설치되고, 교량 수위에 따라 병렬 연결되거나 개방되는 복수의 저항으로 이루어진 전기저항 어레이(Resistor Array);

상기 복수의 저항 각각의 일측 단자로서, 상기 교량 수위에 대응하여 수면에 접촉할 경우 상기 복수의 저항 각각에 연결되어 온(On) 상태로 절환시키는 복수의 접촉 스위치(Contact Switch); 및

상기 교각 상부에 설치되며, 상기 전기저항 어레이의 병렬 연결된 각각의 저항값으로부터 전체 저항값을 계산하고, 상기 계산된 전체 저항값에 대응하는 수위 데이터를 판별하며, 상기 판별된 수위 데이터를 무선으로 송신하는 수위 감지기를 포함하되, 상기 전체 저항값은 상기 교량 수위 변화에 대응하여 변화하는 것을 특징으로 하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전기저항 어레이는 일정 저항값을 갖는 저항이 측정하고자 하는 교량 수위의 간격에 대응하여 일정 간격으로 병렬 배치되며, 상기 교량의 교각에 수직으로 설치되는 것을 특징으로 하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제2항에 있어서, 상기 전기저항 어레이의 병렬 연결된 각각의 저항으로부터 계측되는 전체 저항값은 상기 교량 수위가 높아질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 접촉 스위치는 수면에 뜨는 부자인 것을 특징으로 하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제4항에 있어서, 상기 부자는 평형 위치에 있다가 상기 수위가 상승하면 하천 진행 방향으로 꺽이거나 상승함으로써, 개방(open)되어 있던 상기 전기저항 어레이의 저항을 온 상태로 절환시키는 것을 특징으로 하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수위 감지기는, 상기 전기저항 어레이에 전원전압을 공급하는 전원 공급부(Power supply); 상기 전기저항 어레이로부터 측정된 아날로그 저항값을 디지털 값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(A/D Converter); 상기 디지털 값으로 변환된 저항값을 산출하는 저항값 계산부; 각각의 저항값에 대응하는 하천 수위 데이터가 저장된 기준값 데이터베이스; 및 상기 저항값 계산부로부터 산출된 디지털 저항값에 따라 상기 기준값 데이터베이스에 저장된 하천 수위 데이터 중 하나를 선택하는 수위 계산부를 포함하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제6항에 있어서, 상기 수위 감지기는, 상기 수위 계산부에서 판별된 수위 데이터를 상기 교량으로부터 이격되어 설치된 수위 관측소에 무선으로 통신하기 위한 무선 통신 모듈을 추가로 포함하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제7항에 있어서, 상기 무선 통신 모듈은, 근거리 통신을 위한 블루투스 모듈(Bluetooth Module)이거나 또는 원거리 통신을 위한 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 방식의 모뎀인 것을 특징으로 하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.
제6항에 있어서, 상기 수위 감지기는 서버와 클라이언트로 구성되는 무선 데이터 로거(Data Loger)인 것을 특징으로 하는 전기저항식 교량 수위 계측 시스템.