KR101133197B1

KR101133197B1 - 해류 관측용 해저면 계류장치

Info

Publication number: KR101133197B1
Application number: KR1020080116723A
Authority: KR
Inventors: 황상철; 신창웅
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2012-04-19
Also published as: KR20100058054A

Abstract

본 발명은 해류 관측용 해저면 계류장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구성을 통하여 해저면이 평탄치 못한 곳이나 해류에 의해 해저면의 일부가 유실되는 경우에도 해류의 유속 및 파고에 대한 정확한 정보를 감지하여 처리, 저장 및 송수신할 수 있는 해류 관측용 해저면 계류장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치는, 해저면에 안착되는 프레임과, 상기 프레임의 하부에 설치되는 메인 웨이트와, 상기 프레임의 상부에 고정되는 환형의 지지부재와, 상기 지지부재의 내부에 전후로 회전 가능하게 결합되는 환형의 제1 회전부재 및 상기 제1 회전부재의 내부에 좌우로 회전 가능하게 결합되는 환형의 제2 회전부재로 구성된 짐벌기구와, 무게중심이 하방을 향하도록 상기 제2 회전부재의 내주에 고정 결합되어 상기 제2 회전부재와 함께 회전하고, 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지하여 처리 및 저장하는 해류관측부를 포함하여 이루어진다.

해류관측, 해저면, 계류, 유속, 파고, 짐벌, 초음파유속계

Description

해류 관측용 해저면 계류장치{SUBMARINE SURFACE MOORING APPARATUS FOR OCEANCURRENT OBSERVATION}

최근, 수산업의 현대화 및 군사적 응용, 환경감시 및 탐사활동이 활발히 행해짐에 따라 해양 환경에 대한 정보를 수집할 수 있도록 해양 관측용 무인 장치가 널리 연구 및 이용되고 있다. 더욱이, 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라의 경우에는 그 필요성이 더욱 대두 되고 있다.

다양한 해양 환경에 대한 정보 중에서도 해류에 대한 정보는 측정하고자 하는 지역의 기후 및 기상에 큰 영향을 주고, 어류의 이동에 따른 포획이나 어장관리 등을 예상 및 계획하는데 도움이 된다. 이러한 해류는 일정한 방향으로 거의 일정 한 속도를 갖고 이동하는 바닷물의 흐름으로서, 해류에 대한 정보를 측정할 때는 해류의 방향과 속도를 알고자 한다.

일반적으로 해류의 방향과 속도를 알기 위한 방법으로 해류병, GEK(Geomagnetic Electro-Kinetograph), 자기유속계, 레이저유속계, 초음파유속계 및 인공위성 추적부이 등을 사용하여 관측한다.

특히, 초음파유속계를 사용하는 방법은 음파를 발사해 각 수심에서 해류와 함께 움직이는 부유물로부터 반사되는 음파의 도플러(Doppler) 효과를 통해 해류를 관측하는 방법이다. 이 방법은 해양의 한 장소에 고정시키거나 선박에 부착시켜 운항 중에 관측할 수 있는데, 해류의 방향 및 속도 뿐만 아니라 파고, 즉 해수면으로부터 해저면까지의 깊이도 측정할 수 있다. 초음파유속계를 이용한 해류 측정시 선박에 부착시켜 운항 중에 관측할 수도 있으나, 일정 해역의 보다 정확한 해류 관측을 위하여 측정하고자 하는 해역의 해저면에 안착 및 계류시켜 수일 내지 수개월동안 해류 및 파고에 대한 정보를 관측한다.

종래의 해류 관측용 해저면 계류장치는 단순히 프레임의 상부에 해류관측부를 설치하고, 상기 프레임을 측정하고자 하는 해역의 평평한 해저면에 안착시켜 해류에 대한 정보를 측정한다.

그러나, 종래 해류 관측용 해저면 계류장치의 초기 설치시에는 평평한 해저면에 안착시켜 해류에 대한 정보를 정확하게 측정할 수 있겠지만, 해저면이 평탄치 못한 곳을 피해야 하는 불편함과 장시간의 관측시 해류에 의해 해저면의 일부가 유실되는 상황이 발생하는 경우에는 해류에 대한 정보 측정에 많은 오차가 발생하는 문제가 있다.

또한, 종래 해류 관측용 해저면 계류장치의 프레임은 단순하게 외면이 막힌 입체형상으로 제작되어 유체 저항이 심해 해류에 의해 밀려나거나 뒤집어질 우려가 있고, 해저면의 모래가 주위에 쌓이거나 내부로 침투해 장치의 계류 및 회수에 큰 어려움이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 간단한 구성을 통하여 해저면이 평탄치 못한 곳이나 해류에 의해 해저면의 일부가 유실되는 경우에도 해류의 유속 및 파고에 대한 정확한 정보를 감지하여 처리, 저장 및 송수신할 수 있는 해류 관측용 해저면 계류장치를 제공하는 데 있다.

또한, 해류에 의한 유체 저항을 최소화할 수 있고, 장치의 경량화에 의한 계류 및 회수의 용이성이 증대되며, 해저면의 안정적인 안착 및 해류에 관한 보다 정확한 정보를 감지할 수 있어 해류 관측의 신뢰성을 높일 수 있는 해류 관측용 해저면 계류장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 해류 관측용 해저면 계류장치는, 해저면에 안착되는 프레임과, 상기 프레임의 하부에 설치되는 메인 웨이트와, 상기 프레임의 상부에 고정되는 환형의 지지부재와, 상기 지지부재의 내부에 전후로 회전 가능하게 결합되는 환형의 제1 회전부재 및 상기 제1 회전부재의 내부에 좌우로 회전 가능하게 결합되는 환형의 제2 회전부재로 구성된 짐벌기구와, 무게중심이 하방을 향하도록 상기 제2 회전부재의 내주에 고정 결합되어 상기 제2 회전부재와 함 께 회전하고, 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지하여 처리 및 저장하는 해류관측부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 프레임은 각뿔대 형상의 골조 구조로 제작되고, 상기 웨이트는 상기 프레임의 밑면 각 모서리에 설치되고, 상기 지지부재는 상기 프레임의 뿔대 측에 고정될 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 프레임은 삼각뿔대 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해류관측부의 하부에 설치된 서브 웨이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해류관측부는, 상기 제2 회전부재의 내주에 고정 결합되고, 상방을 향해 초음파를 발사한 후 해류의 부유물로부터 반사되는 초음파를 수신하여 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지하는 초음파유속계와, 내부에 상기 초음파유속계로부터 감지된 정보를 처리 및 저장하는 CPU 및 배터리를 구비하고, 상기 초음파유속계의 하부에 연결 설치된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해류관측부는, 상기 CPU에 처리 및 저장된 상기 정보를 송수신할 수 있는 송수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 송수신기는 현재 위치에 관한 정보를 송수신할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치는, 무게중심이 하방을 향한 해류관측부가 짐벌기구에 의해 언제나 바르게 세워지도록 구성하여 해저면이 평탄치 못한 곳이나 해류에 의해 해저면의 일부가 유실되는 경우에도 해류의 유속 및 파고에 대한 정확한 정보를 감지하여 처리, 저장 및 송수신할 수 있다.

또한, 각뿔 형상의 골조구조로 된 프레임을 통해 유체 저항을 최소화할 수 있고, 경량화에 의한 계류 및 회수의 용이성이 증대되며, 메인 웨이트 및 보조 웨이트를 통해 해저면의 안정적인 안착 및 해류관측부를 보다 바르게 세워 정확한 해류 정보를 감지할 수 있어 관측의 신뢰성을 높일 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치의 제1 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예의 측면도이며, 도 3은 도 1의 실시예의 평면도이고, 도 4는 도 1의 실시예가 기울어져 짐벌기구가 작동된 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4의 실시예의 측면도이고, 도 6은 도 1의 실시예 중 해류관측부의 연결상태를 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치의 제2 실시예를 도시한 사시도이며, 도 8은 도 1의 실시예가 해저면에 안착된 모습을 도시한 사용상태도이다.

본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치(1)는, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 프레임(100), 메인 웨이트(200), 지지부재(300), 짐벌기구(400) 및 해류관측부(500)를 포함하여 이루어지고, 서브 웨이트(600)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 짐벌기구(400)는 제1 회전부재(410) 및 제2 회전부재(420)를 포함하여 구성되고, 해류관측부(500)는 초음파유속계(510)와 함께 CPU(521), 배터리(522) 및 송수신기(523)를 포함한 하우징(520)으로 구성된다.

프레임(100)은, 도 8에 도시된 바와 같이 해류에 관한 정보를 관측하고자 하는 해역의 해저면에 안착되고, 도 1 및 7에 도시된 바와같이 각뿔대 형상의 골조 구조로 제작된다. 프레임(100)은 후술할 각종 구성요소가 결합되므로 견고하게 제작되어야 하며, 해저면에 안착되므로 바닷물에 부식되지 않는 스텐리스 스틸로 제작됨이 바람직하다. 프레임(100)은 상협하광의 각뿔대 형상, 특히 도면에 도시된 바와 같이 삼각뿔대 형상으로 제작되어 해저면에 안정적으로 안착될 수 있고, 골조 구조로 제작되어 해류의 유체 저항을 줄이고, 퇴적물이 주위에 쌓이지 않도록 하며, 경량화를 통해 장치의 계류 및 회수를 용이하게 할 수 있다.

메인 웨이트(200)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 상기 프레임(100)의 하부에 설치되며, 특히 프레임(100)이 각뿔대 형상인 경우 상기 프레임(100)의 밑면 각 모서리에 설치된다. 메인 웨이트(200)는 프레임(100)의 해저면 안착시 해류에 의해 프레임(100)이 이동하지 않도록 중량에 의해 고정시켜 주는 역할을 하는 것으로, 프레임(100)의 전체적인 무게 중심이 하방 중앙에 위치하도록 각각 중앙을 중심으로 대칭적으로 설치될 수 있도록 한다. 메인 웨이트(200)는 밀도가 높은 재 질, 예컨대 납과 같은 금속을 사용함으로써 작은 부피에 큰 질량을 가질 수 있도록 함이 바람직하다.

지지부재(300)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 환형으로 제작되어 상기 프레임(100)의 상부에 고정된다. 지지부재(300)는 후술할 짐벌기구(400)를 회전 가능하게 지지하기 위한 역할을 하는 것으로, 프레임(100)이 각뿔대 형상인 경우 상기 프레임(100)의 상부 중앙인 뿔대에 고정된다.

짐벌기구(400)는 상기 프레임(100)이 기울어져도 후술할 해류관측부(500)가 해수면에 대하여 항상 수직으로 세워질 수 있도록 작동하는 2축 회전기구로서, 제1 회전부재(410) 및 제2 회전부재(420)로 구성된다. 도 1, 2, 4 및 5에 도시된 바와 같이, 제1 회전부재(410)는 환형으로 제작되어 상기 지지부재(300)의 내부에 전후로 회전 가능하게 결합되고, 제2 회전부재(420) 역시 환형으로 제작되어 상기 제1 회전부재(410)의 내부에 좌우로 회전 가능하게 결합된다. 즉, 후술할 해류관측부(500)가 상기 제2 회전부재(420)와 함께 회전하도록 상기 제2 회전부재(420)의 내주에 고정 결합됨으로써, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 상기 프레임(100)이 전후 및 좌우로 기울어져도 상기 지지부재(300)를 기준으로 제1 회전부재(410)가 전후로 회전하고, 제1 회전부재(410)를 기준으로 제2 회전부재(420)가 좌우로 회전하여 해류관측부(500)를 언제나 수직으로 세워지도록 작동하는 것이다. 상기 지지부재(300) 및 제1 회전부재(410)와 제2 회전부재(420)는 고리 모양, 즉 환형이면 족하고, 사각형 또는 원형 등 어떠한 모양이든 상관없다. 다만, 순차적으로 내부에 삽입되어 각각이 전후 및 좌우로 회전 가능하게 구성되면 족하다.

해류관측부(500)는 도 1 및 4에 도시된 바와 같이, 무게 중심이 하방을 향하도록 상기 제2 회전부재(420)의 내주에 고정 결합되어 상기 제2 회전부재(420)와 함께 회전하고, 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지하여 처리 및 저장한다. 상기 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지하는 센서로 초음파 또는 레이저와 같은 광을 이용한 센서 등 다양한 종류가 있으나, 본 발명에서는 다층의 보다 높은 정밀도를 가진 초음파를 이용한 센서를 사용하고자 한다. 즉, 상기 해류관측부(500)는 도 6에 도시된 바와 같이, 초음파유속계(510) 및 하우징(520)으로 구성되고, 상기 하우징(520)의 내부에는 CPU(521), 배터리(522) 및 송수신기(523)를 포함한다.

상기 초음파유속계(510)는 도 1 및 8 에 도시된 바와 같이, 상기 제2 회전부재(420)의 내주에 고정 결합되고, 상방을 향해 초음파를 발사한 후 해류의 부유물로부터 반사되는 초음파를 수신하여 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지한다. 즉, 초음파유속계(510)는 도 6에 도시된 바와 같이 초음파발생부(511) 및 초음파수신부(512)를 구비하여 도 8에 도시된 바와 같이 초음파발생부(511)로부터 초음파를 발생시켜 해수면을 향해 초음파를 발사한다. 그에 따라, 발사된 초음파는 해류의 부유물로부터 반사되며, 초음파수신부(512)가 반사된 상기 초음파를 수신한다. 이때, 초음파의 발사 및 수신에 따른 도플러 효과를 이용하여 해류의 유속에 대한 정보를 감지하고, 후술할 하우징(520)에 내장된 CPU(521)에서 상기 정보를 처리 및 저장하게 되는 것이다. 이러한 원리에 근거하여 초음파유속계(510)는 해저면으로부터 해수면까지의 높이, 즉 수심 측정에도 사용되는 것이다. 상기와 같은 초음파 유속계(510)의 기능 및 작용은 종래 기술로 구현 가능하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

하우징(520)은 도 6에 도시된 바와 같이, 해류관측부(500)의 무게중심이 하방으로 향하도록 상기 초음파유속계(510)의 하부에 연결 설치되고, 내부에 상기 초음파유속계(510)로부터 감지된 정보를 처리 및 저장하는 CPU(521) 및 전원을 공급하는 배터리(522)를 구비한다. CPU(521)는 상기 초음파유속계(510)로부터 감지된 정보를 처리 및 저장한다. 따라서, CPU(521)는 감지된 상기 정보를 처리하는 정보처리부(521a) 및 처리된 상기 정보를 저장하는 정보저장부(521b)를 구비할 수 있으며, CPU(521)의 정보에 대한 처리, 저장 및 제어 기술은 종래의 기술로 구현 가능하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 해류관측부(500)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 CPU(440)에 처리 및 저장된 상기 정보를 송수신할 수 있는 송수신기(523)를 더 포함할 수 있다. 송수신기(523)는 외부의 메인컴퓨터(2)나 선박(3) 등에 상기 정보를 송수신할 수 있고, 그 송수신 방식은 어떠한 송수신 방식이든 무선으로 송수신할 수 있으면 족하다. 한편, 송수신기(523)는 현재 위치에 관한 정보를 송수신할 수 있다. 즉, GPS인공위성(4)으로부터 현재 위치에 관한 정보를 수신받아 이를 메인컴퓨터(2)나 선박(3) 등에 현재 위치에 관한 정보를 송신함으로써, 장치가 유실되더라도 용이하게 찾아낼 수 있다. 상기 무선 송수신 기술 및 GPS를 이용한 위치 정보의 송수신 기술은 종래의 기술로 구현 가능하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 해류관측부(500)의 하부에 서브 웨이트(600)를 더 설치할 수 있다. 즉, 해류관측부(500)의 무게 중심이 하방으로 향해 있고, 해저 바닥 부근의 유속이 크지 않더라도 해류관측부(500)에 유체 저항이 미소량 작용할 수 있고, 그에 따라 짐벌기구(400)의 미소 회전에 의해 해류관측부(500)의 직립이 방해를 받을 수 있다. 해류관측부(500)의 직립을 더욱 확고히 하기 위하여 서브 웨이트(600)를 설치함으로써, 해저면의 굴곡에 의해서만 짐벌기구(400)가 작동되도록 해저 바닥 부근의 유속에 관계없이 해류관측부(500)의 정확한 정보 취득을 통해 오차를 줄여 장치의 신뢰성을 확보할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치의 제1 실시예를 도시한 사시도이고,

도 2는 도 1의 실시예의 측면도이며,

도 3은 도 1의 실시예의 평면도이고,

도 4는 도 1의 실시예가 기울어져 짐벌기구가 작동된 상태를 도시한 사시도이며,

도 5는 도 4의 실시예의 측면도이고,

도 6은 도 1의 실시예 중 해류관측부의 연결상태를 나타낸 구성도이고,

도 7은 본 발명에 따른 해류 관측용 해저면 계류장치의 제2 실시예를 도시한 사시도이며,

도 8은 도 1의 실시예가 해저면에 안착된 모습을 도시한 사용상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 해류 관측용 해저면 계류장치

100 : 프레임

200 : 메인 웨이트

300 : 지지부재

400 : 짐벌기구

410 : 제1 회전부재 420 : 제2 회전부재

500 : 해류관측부 510 : 초음파유속계

520 : 하우징 521 : CPU

522 : 배터리 523 : 송수신기

600 : 서브 웨이트

Claims

해저면에 안착되는 프레임과,

상기 프레임의 하부에 설치되는 메인 웨이트와,

상기 프레임의 상부에 고정되는 환형의 지지부재와,

상기 지지부재의 내부에 전후로 회전 가능하게 결합되는 환형의 제1 회전부재 및 상기 제1 회전부재의 내부에 좌우로 회전 가능하게 결합되는 환형의 제2 회전부재로 구성된 짐벌기구와,

무게중심이 하방을 향하도록 상기 제2 회전부재의 내주에 고정 결합되어 상기 제2 회전부재와 함께 회전하고, 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지하여 처리 및 저장하는 해류관측부를 포함하며,

상기 프레임은 해류의 유체 저항을 줄이고, 퇴적물이 주위에 쌓이지 않도록 하며, 경량화를 위해 각뿔대 형상의 골조 구조로 제작되고,

상기 웨이트는 상기 프레임의 밑면 각 모서리에 설치되고,

상기 지지부재는 상기 프레임의 뿔대 측에 고정된 해류 관측용 해저면 계류장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 프레임은 삼각뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 해류 관측용 해저면 계류장치.
제1항에 있어서,

상기 해류관측부의 하부에 설치된 서브 웨이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해류 관측용 해저면 계류장치.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 해류관측부는,

상기 제2 회전부재의 내주에 고정 결합되고, 상방을 향해 초음파를 발사한 후 해류의 부유물로부터 반사되는 초음파를 수신하여 해류의 유속 및 파고에 대한 정보를 감지하는 초음파유속계와,

내부에 상기 초음파유속계로부터 감지된 정보를 처리 및 저장하는 CPU 및 배터리를 구비하고, 상기 초음파유속계의 하부에 연결 설치된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 해류 관측용 해저면 계류장치.
제5항에 있어서,

상기 해류관측부는,

상기 CPU에 처리 및 저장된 상기 정보를 송수신할 수 있는 송수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해류 관측용 해저면 계류장치.
제6항에 있어서,

상기 송수신기는 현재 위치에 관한 정보를 송수신할 수 있는 것을 특징으로 하는 해류 관측용 해저면 계류장치.