KR101338038B1 - 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 원격 광 측정 유닛과, 상기 원격 광 측정기를 지지하며, 승강 가능한 리프팅 유닛과, 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛 및 리프팅 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛과, 상기 리프팅 유닛의 하단에 설치되며, 지면 상에서 구를 수 있는 롤러들을 갖는 이동 유닛을 포함하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치를 제공한다.

Description

레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치{APPARATUS FOR MONITORING RED TIDE AND GREEN TIDE OCCURRENCE}

본 발명은 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 관한 것으로서, 보다 자세 하게는 바다 강이나 호수에서 빈번히 발생하고 있는 적조 및 녹조 현상을 원격으로 광대역으로 측정 및 감시할 뿐만 아니라 녹조유발 미생물을 정량화할 수 있는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 관한 것이다.

1970년대 산업화 이후 배출오염원의 증가로 인하여 국내의 많은 호수와 하천들이 오염되었고 조류의 대량발생 등의 부영양화현상도 빈번히 발생하여 큰 사회문제가 되고 있다.

최근 상수원으로 이용되는 몇몇 호수에서의 남조류의 대량발생으로 인하여 이취미 문제, 독소 문제 등의 정수상의 문제가 발생하고 있다.

녹조 및 적조 현상은 하천과 호수 등에서 수온이 상승하고 물의 흐름이 완만해지면서 수중의 녹조 또는 남조류가 대량으로 증식하여 수체가 녹색 또는 남색을 띄는 현상으로 녹조 발생시 다음과 같은 악영향이 발생한다.

첫째, 시각적으로 착색 또는 스컴 형성, 죽은 물고기 등으로 인한 시각적인 불쾌감 유발 및 레크리에이션 활동의 저해를 받는다.

둘째, 공중위생측면에서 볼 때, 남조류 독소에 의한 인체 및 가축에의 건강상의 손상, 이취미 발생으로 인한 불쾌감 유발한다.

셋째, 생태학적으로는 생태계 파괴로 인한 토종 동물의 사멸 또는 서식처 이동, 개체군 변화, 먹이 손실이 야기된다.

넷째, 경제적으로도 레크리에이션 활동 및 여행의 저해로 인한 지역 경제적 손실, 농업용수, 산업용수 부족으로 인한 경제적 손실이 있게 되고, 조류 독소에 의한 가축이나 야생동물의 폐사, 대량 증식한 조류의 분해동안 수중 용존산소 감소로 인한 물고기 및 수중생물의 폐사하여 동물건강에 영향을 미친다.

또한, 남조류 독소발생, 이취미생성, 상수처리과정 중 여과지 폐쇄, 응집침전저해, 과다염소처리로 인한 THM 생성하여 상수원에도 악영향을 미친다.

상기와 같이 수계에 많은 악영향을 미치는 조류는 탄소 동화 작용을 하는 단순한 단세포, 다세포성 미생물로서 남조류, 녹조류, 규조류 등으로 구분된다.

남조류는 부영양화된 수역에서 우점하는 조류로 질소 고정능을 가지며, 불리한 환경에서 내구성이 강한 휴면포자를 형성하여 견디다가 환경이 좋아지면 발아하여 재증식하며, 높은 수온과 pH에 대한 적응성이 강하기 때문에 여름철 대량 증식이 일어날 수 있다. 그리고 녹조류는 계절적으로는 늦봄부터 초가을에 걸쳐 증식하며 상수도 시설에서는 침전지나 완속여과지의 여과막을 형성하며 급격히 증식하면 물에 냄새를 나게 하며 여과지를 폐쇄시키는 경우가 있다. 규조류는 클로로필-a와 b 외에 규조소, 크산토필 등의 색소를 포함하고 해수로부터 담수, 토양속 등 도처에 생식하고 부유성, 부착성인 것이 있으며 부유성인 것은 호수 등에서 초봄에 대증식을 일으켜 정수처리에 영향을 준다. 과다할 경우 응집 및 침전을 방해하고, 여과지를 막히게 한다.

한편, 적조는 식물성 플랑크톤(phytoplankton), 특히 와편모조류가 대량으로 번식하여 바닷물 색깔을 적색 혹은 황갈색으로 변화시키는 것을 말한다. 수중에 유기물질이 풍부한 상태에서 일조량과 수온이 적당할 경우 적조가 나타난다. 대량 번식된 플랑크톤의 분해를 위하여 산소가 많이 소비되므로 물고기는 산소 부족으로 대량 폐사하는 상황이 발생된다. 또한, 대량 번식된 플랑크톤은 물고기의 아가미에 붙어서 물고기를 질식시키기도 하며, 편모 조류인 코콜리디니움은 독을 내뿜어 물고기를 죽인다.

적조는 연안해역에서 대부분 발생되며, 표층수의 수온이 상승한 경우나 폭우, 장마 등으로 인한 담수의 유입으로 영양염이 크게 증가한 경우 또는 무풍상태가 계속되어 해수의 혼합이 잘 안되는 경우 등에 일어나고 있다. 우리나라의 경우 7, 8월 장마 기간 중 육지의 오염물질이 바다로 대량 유입되어 바닷물을 부영양화시키면서 9월부터 적조가 집중 발생하고 있다.

현재 적조 경보는 국립수산진흥원과 수산연구소에서 적조현상이 발생하여 그 세력이 크거나 유독종이 출현하여 어업피해가 발생될 위험이 있을 때 적조 경보를 발령한다. 적조 경보에는 적조주의보, 적조경보, 적조속보, 적조해제가 있으며, 적조생물의 밀도가 크면 피해도 클 것으로 예상되나 반드시 그렇지는 않고, 주로 적조 원인 생물에 따라서 피해가 달라진다. 따라서 적조경보 발령 시 유독성 적조생물의 출현 여부에 대해 각별히 주의를 기울여야 할 것이다. 왜냐하면 대량 폐사 이외 마비성 패독이나 설사성 패독이 문제되기 때문이다.

이러한 적조 발생에 대한 탐지 방법은 종래에는 직접 바다에서 채수하여 현미경을 이용해 취수된 해수의 적조 농도를 육안 체크하고, 그 확인 결과 적조 농도가 기준치 이상 검출되면 부근 해역에 인위적으로 적조 경보를 내려 해상에 적조가 발생 되었음을 알리게 된다. 또한, 등록특허 제10-0252381호에서는 적조를 탐지하는 수단으로 적조 센서를 사용하여 적조를 감지하고 있음을 알 수 있다. 적조 감지 센서로 클로로필 센서나 탁도계 등을 사용할 수도 있고, 유류 오염 등과 같은 유해물질의 농도를 측정할 수 있는 센서를 사용하고 있다고 기술하고 있다.

하지만, 채수에 의한 적조 탐지 방법은 채수한 후 분석하는데 시간을 요할 뿐만 아니라, 넓은 해역을 광범위하게 조사할 수 없다는 한계가 있으며, 적조 감지센서를 이용하여 적조를 탐지하는 방법은 고정 부위에서만 적조를 감지하므로, 이동하면서 유해 적조를 탐지할 수 없고, 유해 적조의 빠른 확산 속도 및 발생 판정 속도 등을 고려할 때 신속성 면에서 떨어진다는 문제점이 있었다. 또한, 적조 세기를 디지털 자료로 생성하여 기지국으로 직접 데이터를 송신하기도 어렵다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 갖는 녹조 및 적조를 실시간으로 감시하기 위해, 근래에 들어 조사관이 녹조발생지역에 나가 육안으로 관찰하거나 채수하여 광학현미경으로 녹조발생 유무를 판단하는 방법을 사용한다.

그러나, 이와 같은 방벙은 녹조 및 적조에 대한 정량분석이 불가능하고 상시 모니터링이 불가능한 문제점이 있다.

근래에 들어, 수중에 존재하는 클로로필-a에서 발생하는 형광량을 측정하여 수중 조류의 존재를 정량적으로 측정하는 방식을 사용하고 있다.

상기와 같은 방식은 녹조발생 지역에서 측정대상 시료를 별도로 채수하여 측정하므로 실시간 온라인 모니터링(real-time on-line monitoring)이 불가능한 문제점이 있다.

이에 따라, 녹조 및 적조를 실시간으로 감시할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

1. 등록특허 제10-0813035(2008.03.06) 2. 등록특허 제10-0252381(2000.01.18) 3. 공개특허공보 10-2011-0135714(2011.12.19) 4. 공개특허공보 10-2010-0137938(2010.12.31)

본 발명의 목적은, 바다, 호수나 댐의 광대역 녹조발생 모니터링에 사용하거나 선박에 탑재하여 이동형 녹조 감시 및 모니터링 시스템으로 적용가능함과 아울러, 담수의 적조 시 감시 시스템으로 활용할 수 있는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 원격 광 측정 유닛과; 상기 원격 광 측정기를 지지하며, 승강 가능한 리프팅 유닛; 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛 및 리프팅 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛; 및 상기 리프팅 유닛의 하단에 설치되며, 지면 상에서 이동 가능한 롤러들을 갖는 이동 유닛을 포함하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치를 제공한다.

상기 원격 광 측정 유닛은, 상기 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하는 광 검출부와, 상기 광 검출부의 전면부 중앙에 설치되어 물의 일정 위치에 레이저를 조사하는 광원부와, 상기 광 검출부와 연결되며, 집광한 상기 신호들을 각 파장 영역별로 정량화 하는 분광부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 광원부는, 레이저를 조사하는 광원과, 상기 광원과 연결되며, 상기 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절 모듈과, 상기 초점 조절 모듈과 연결되는 마운트와, 상기 마운트와 상기 초점 조절 모듈의 사이에 설치되어 다수의 위치에서 길이가 조절 가능한 나사를 구비하여 상기 광원과 상기 광 검출부와의 정렬을 실시하는 정렬 모듈을 구비한다.

상기 마운트는, 상기 광 검출부의 전면부 중앙에 고정되는 것이 바람직하다.

상기 광원부는, 상기 광원에서의 레이저의 세기를 조절하는 광원 구동 모듈을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 광 검출부는, 상기 리프팅 유닛의 상단에서 사방으로의 자세 조절이 가능한 전동식 조절부에 의해 고정되는 것이 바람직하다.

상기 분광부는, 상기 광 검출부의 후면부에 연결되는 커넥터와, 상기 커넥터에 연결되며, 집광된 상기 신호에서 설정된 영역의 파장을 필터링하는 광 결합기와, 상기 광 결합기에 연결되며, 필터링된 신호들을 전달하는 광 파이버와, 상기 광 파이버와 연결되며, 상기 신호들을 다수의 파장 대역에서의 성분을 추출하는 분광기를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 광결합기의 후면부에는, 상기 광 파이버의 다수 위치에서 다수의 조절 나사의 길이 조절을 통해 자세 조절을 실시하는 미세 위치 조절기가 더 설치되는 것이 바람직하다.

상기 리프팅 유닛은, 상기 이동 유닛의 상단에 직립 상태로 설치되며, 승강 가능한 실린더 축을 갖는 승강 실린더를 포함하고, 상기 실린더 축의 상단에는 설치 박스가 설치된다.

또한, 상기 설치 박스의 내부에는, 상기 광원 구동 모듈과 상기 분광기가 내장되는 것이 바람직하다.

상기 이동 유닛의 상부에는 직립 상태로 설치되는 지지대가 설치되고, 상기 지지대의 상단에는 다관절의 링크가 설치되고, 상기 링크의 단부에는 디스플레이가 설치된다.

상기 디스플레이는 상기 디스플레이는 상기 제어 유닛의 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들의 분석결과를 가시적으로 출력한다.

본 발명은 바다, 호수나 댐의 광대역 녹조발생 모니터링에 사용하거나 선박에 탑재하여 이동형 녹조 감시 및 모니터링 시스템으로 적용가능함과 아울러, 담수의 적조발생 유무의 시 감시 시스템으로 활용할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 다른 도면이다.
도 3은 도 2의 리프팅 유닛의 일 예를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따르는 광원부를 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따르는 광 검출부를 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명에 따르는 광원부와 광 검출부와의 결합 관계를 보여주는 사진이다.
도 7은 본 발명에 따르는 광 결합기를 갖는 분광부의 구성을 보여주는 개념도이다.
도 8은 도 7의 커넥터와 광 결합기와의 결합 관계를 보여주는 사진이다.
도 9는 상기 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 장착하여 적조를 예찰하는 실시형태를 설명하기 위한 사진이다.
도 10은 무진동 유닛의 예를 나타내는 그래픽도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 다른 도면이고, 도 3은 본 발명에 따르는 리프팅 유닛의 일예를 보여주는 사진이다.

도 1을 참조 하면, 본 발명의 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치는 크게 원격 광 측정 유닛(1), 리프팅 유닛(2), 이동 유닛(3) 및 제어 유닛(미도시)로 구성된다. 상기 제어 유닛은 상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1) 및 리프팅 유닛(2)의 동작을 제어한다.

먼저, 상기 리프팅 유닛(2) 및 이동 유닛(3)을 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 리프팅 유닛(2)은 승강 실린더(400)를 포함한다. 상기 승강 실린더(400)는 상부로 돌출되는 실린더 축(410)을 갖는다.

상기 승강 실린더(400)는 전자식의 승강 장치일 수도 있고, 유압식의 승강장치 또는 공압식의 승강장치일 수도 있다.

따라서, 승강 실린더(400)는 실린더 축(410)을 일정 위치로 승강 시킬 수 있다.

여기서, 상기 승강 실린더(400)의 실린더 축(410)의 상단에는 상기의 원격 광 측정 유닛(1)이 고정되어 설치된다.

상기와 같이 구성되는 리프팅 유닛(2)은 상기 이동 유닛(3)의 상단에 직립되는 상태로 설치된다.

상기 이동 유닛(3)은 상기 리프팅 유닛(2)이 직립되어 설치되는 이동 플레이트(500)와, 상기 이동 플레이트(500)의 하단에 설치되는 다수의 롤러들(510)로 구성된다.

상기 다수의 롤러들(510)은 지면에 배치되어 구를 수 있는 부재이고, 롤러들(510)의 구름 동작에 의해 리프팅 유닛(2)을 일정 위치로 이동 위치될 수 있다.

다음은, 본 발명에 따르는 원격 광 측정 유닛(1)의 구성을 설명한다.

상기 원격 광 측정 유닛(1)은 물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 갖는다.

상기 원격 광 측정 유닛(1)은 크게 광원부(200)와, 광 검출부(100)와, 분광부(300)로 구성된다.

상기 광원부(200)는 물의 일정 위치에 레이저를 조사하는 역할을 한다.

상기 광원부(200)는 광원(미도시)과, 초점 조절 모듈(220)과, 마운트(230)와, 정렬 모듈(240)로 구성된다.

상기 광원은 레이저를 조사하는 부재이다.

상기 초점 조절 모듈(220)은 광원에 연결되고, 상기 광원으로부터 조사되는 레이저의 초점을 조절하는 장치이다.

상기 마운트(230)는 초점 조절 모듈(220)과 연결되고, 상기 광원을 고정하는 역할을 한다.

상기 정렬 모듈(240)은 상기 광원과 후술되는 광 검출부(100)와의 정렬을 실시할 수 있는 장치이다.

예컨대, 상기 정렬 모듈(240)은 길이 조절이 가능한 다수의 나사(241)를 구비하고, 나사들(241) 각각을 일 방향 또는 타 방향으로 돌림으로써 광원과 광 검출부(100)와의 사이에서 정렬을 미세하게 조절할 수 있다.

이에 더하여, 상기 광원부(200)는 광원 구동 모듈(250)과 연결된다. 상기 광원 구동 모듈(250)은 전류의 세기를 조절함으로써, 광원에서 조사되는 레이저가 세기를 가변적으로 조절할 수 있는 장치이다.

상기와 같이 구성되는 광원부(200)는 광 검출부(100)에 설치된다.

먼저, 상기 광 검출부(100)의 구성을 설명한다.

도 5는 본 발명에 따르는 광 검출부를 보여주는 사진이고, 도 6은 본 발명에 따르는 광원부와 광 검출부와의 결합 관계를 보여주는 사진이다.

도 5를 참조 하면, 상기 광 검출부(100)는 상기 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하는 장치이다.

상기 광 검출부(100)는 텔레스코프인 것이 좋다. 이와 같은 광 검출부(100)는 상기 리프팅 유닛(2)의 상단에서 사방으로의 자세 조절이 가능한 전동식 조절부(110)에 의해 고정된다. 상기 전동식 조절부(110)는 상기 제어 유닛으로 제어 신호를 받아 3차원 자세 구동이 가능한 장치이다.

상기 전동식 조절부(110)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 광 검출부(100)는 상기 관절들 중 끝단이 관절에 연결될 수 있다.

따라서, 상기 광 검출부(100)는 3차원의 일정 위치로 이동되어 위치가 고정될 수 있다.

또한, 도 6에 도시되는 바와 같이, 상기 광원부(200)는 광 검출부(100)의 전면부 중앙에 고정되는 것이 좋다.

여기서, 광원부(200)의 마운트(230)는 상기 광 검출부(100)의 전면부 중앙의 일정 위치에 별도의 고정 수단(미도시)을 통해 고정된다.

도 7은 본 발명에 따르는 광 결합기를 갖는 분광부의 구성을 보여준다.

상기와 같이 구성되는 광원부(200)가 설치되는 광 검출부(100)는 분광부(300)와 연결된다.

상기 분광부(300)는 광 검출부(100)에 집광한 신호들을 각 파장 영역별로 정량화 하는 장치이다.

상기 분광부(300)는 커넥터(310)와, 광 결합기(320)와, 광 파이버(330)와, 분광기(340)로 구성된다.

상기 커넥터(310)는 광 검출부(100)의 후면부에 장착되는 부재이다.

상기 광 결합기(320)는 상기 커넥터(310)에 연결된다. 따라서, 상기 커넥터(310)는 상기 광 검출부(100)와 상기 광 결합기(320)를 서로 연결시킬 수 있다.

상기 광 결합기(320)는 집광한 신호들에서 설정된 영역의 파장을 필터링할 수 있다. 상기 광 결합기(320)는 프리즘 및 신호를 필터링하기 위한 필터를 포함한다.

상기 광 결합기(320)의 후면부에는 필터링된 신호들을 전달하는 광 파이버(330)가 설치된다.

상기 광 파이버(330)는 일정 길이를 갖도록 형성되어 분광기(340)와 연결된다.

상기 광 결합기(320)의 후면부에는 상기 광 파이버(330)의 다수 위치에서 다수의 조절 나사의 길이 조절을 통해 자세 조절을 실시하는 미세 위치 조절기(미도시)가 더 설치된다.

상기 분광기(340)는 리프팅 유닛(2)의 상단, 바람직하게는 실린더 축(410)의 상단에 설치된다.

또한, 상기 분광기(340)는 상기 신호들을 다수의 파장 대역에서의 성분을 추출한다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조 하면, 상기 실린더 축(410)의 상단에는 설치 박스(420)가 설치된다.

또한, 상기 설치 박스(420)의 내부에는, 상기 광원 구동 모듈(250)과 상기 분광기(340)가 내장된다.

이에 더하여, 본 발명에 따르는 이동 유닛(3)의 상부에는 직립 상태로 설치되는 지지대(600)가 설치된다.

상기 지지대(600)는 리프팅 유닛(2)과 나란하게 설치된다.

또한, 도 2에 도시되는 바와 같이 상기 지지대(600)의 상단에는 다관절의 링크(610)가 설치될 수 있다.

상기 링크(610)의 단부에는 디스플레이(700)가 설치된다. 상기 디스플레이(700)는 상기 제어 유닛으로 정보를 입력할 수 있는 터치스크린을 포함하며, 상기 분광기(340)로부터 추출되는 다수의 파장 대역에서의 성분을 가시적으로 출력한다.

또한, 상기 지지대(600)에는 무선 모듈(800)이 설치되고, 상기 무선 모듈(800)은, 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 상기 제어 유닛의 분석결과를, 무선네트워크에 연결된 녹조 및 적조 분석시스템(미도시)에 전송할 수 있다. 이때 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 상기 제어 유닛의 분석결과는 무선네트워크를 통해서 녹조 및 적조 분석시스템에 전송될 수도 있지만 유선네트워크를 통해서도 녹조 및 적조 분석시스템에 전송될 수 있다.

다음은, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치의 각 구성부에 대한 작용을 설명한다.

본 발명에 따르는 광원은 적조 센서의 소형화, 경량화, 현장 적응성, 사용자 편의성 등을 고려하여 광원으로 고출력 레이저 다이오드를 사용하여, 원거리에서 적조 생물의 형광 신호와 적조 생물 정량화를 위한 물의 라만 신호를 검출하기 위해서 대상 물질들(해수)을 여기(excitation)시킬 수 있다.

또한, 광원부(200)에서 초점 조절 모듈(220)은, 광원의 초점을 조절함으로써, 원거리에서 측정지점의 적조 생물의 형광신호와 물의 라만 신호를 검출하기 위해서 측정 지점에 고출력의 레이저가 조사(irradiation)되도록 할 수 있다.

따라서, 레이저의 빔 퍼짐(beam divergence) 현상을 방지할 수 있다.

또한, 정렬 모듈(240)을 통해 광 검출부(100)와 정렬을 실시함으로써, 원거리에서 레이저 다이오드에 의해 여기된 측정 지점의 물의 라만 신호와 적조 생물에 의한 형광 신호를 정밀하게 측정할 수 있다.

이에 더하여, 광원 구동 모듈(250)을 사용하여 레이저의 세기를 조절함으로써, 물의 라만 신호, 적조 형광 신호를 원거리에서 측정할 수 있는 민감도와 정밀도를 확보할 수 있다.

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.

또한, 광원 구동 모듈(250)은 광원의 세기, 작동시간 제어를 실시함으로써, 고감도 고신뢰성 측정 데이터를 취득하도록 할 수 있다.

한편, 본 발명에 따르는 광 검출부(100)는 대구경 망원경을 사용함으로써, 고출력 레이저에 의해 유도된 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 원거리에서 검출하고 상기 신호들을 용이하게 집광할 수 있다.

상기의 광 검출부(100)는 전동식 조절부(110)에 고정된다.

상기 전동식 조절부(110)에 의해 광원부(200)와 결합된 광 검출부(100)는 3차원의 일정의 좌표 위치로 용이하게 이동되어 위치됨으로써, 측정 위치의 가변이 용이할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 광 검출부(100)의 후단에 광 결합기(320)를 연결함으로써, 원거리에서 발생한 미세한 광신호를 원격 광 측정 유닛(1)을 이용하여 집광한 신호를 광 파이버(330, Optical fiber)를 통해 광손실을 최소화하면서 분광기(340)로 전달할 수 있다.

또한, 상기 광 결합기(320)를 광 검출부(100)의 후면부에 장착하여, 측정 대상 광신호의 파장 영역을 분광기에서 확보할 수 있다.

그리고, 광 결합기(330)와 분광기(340)를 광 파이버(330)를 사용하여 연결함으로써, 원격 광 측정 유닛(1)에서 집광된 미세 측정 광 신호를 광 결합기를 통해 분광기(340)로 손실없이 전송할 수 있다. 상기 광 파이버(330)는 코어 크기가 1000 μm 인 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 분광기(340)는 미세 광신호 겸출을 위해 입력 구경(Entrance aperture)가 큰 형광검출 목적용 분광 분석기를 사용한다.

상기 분광기(340)는 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.

그러므로, 본 발명에서는 기계적인 장치를 사용하지 않아 기기의 구조가 단순화 되어 있으므로, 파장의 재현성을 높일 수 있다.

이에 더하여, 디스플레이는 상기 제어 유닛과 연결될 수 있고, 상기 제어 유닛은 분광 신호 분석 자동화와, 원격 광 측정 유닛(1)의 전동식 조절부(110)의 구동 제어 및, 측정 지역 자동 스캔 역할도 할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치는 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 장치는 초음파 센서(ultrasonication sensor)를 부착한 세이프티 유닛을 추가로 설치하여 인적 물적 피해를 방지하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 추가의 일면에 있어서 레이저의 접촉으로 인한 피해를 방지하기 위해 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 레이저 예찰 영역에 물체가 접근할 경우 자동으로 레이져 광원이 Off되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 포함한다.

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.

상기 초음파를 포함하는 세이프티 유닛은 리프팅 유닛에 의해 지지되고 상기 원격 광 측정 유닛과 병행하여 설치될 수 있다.

도 9는 상기 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 장착하여 적조를 예찰하는 실시형태를 설명하기 위한 사진이다.

이와 같이 레이저에 의해 레이저 광을 조사하여 적조 및 녹조를 예찰하는 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.

국내 적조 발생 예찰 및 예보 발령, 통보는 국립수산과학원 적조 상황실(국립수산과학원 수산연구소, 사산 사무소, 해양경찰청 등 유관기관 합동)에서 담당하고 있으며, 본 발명에 따른 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치는 실시간 정량 모니터링은 물론 높은 감도를 통해 조기 예보를 가능하므로 적조예보 관련 기관을 통하여 양식장, 선박, 육상, 항공 감시에 사용하여 적조 피해를 획기적으로 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치는 선박 및 항공 탑재, 육상에서 고정식으로 사용이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치를 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.

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.

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.

도 10은 무진동 유닛의 예를 나타내는 그래픽도로서, 무진동에 대한 원리 등은 잘 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 무진동 유닛은 리프팅 유닛에 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 무진동 유닛은 외부에서 유입된 공기압력을 오리피스에 의해 조절하고 Leveling valve의 작동으로 TOP 진동의 정도에 따라 챔버의 높이가 유동적으로 변함으로써 무진동을 유지한다.

상기와 같은 구성 및 작용을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는 바다, 호수나 댐의 광대역 녹조발생 모니터링에 사용하거나 선박에 탑재하여 이동형 녹조 감시 및 모니터링 시스템으로 적용가능함과 아울러, 적조 감시 시스템으로 활용할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1 : 원격 광 측정 유닛 2 : 리프팅 유닛
3 : 이동 유닛 100 : 광 검출부
200 : 광원부 300 : 분광부
400 : 승강 실린더 500 : 롤러
600 : 지지대 700 : 디스플레이

Claims (12)

1. 물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 원격 광 측정 유닛;
   상기 원격 광 측정 유닛을 지지하며, 승강 가능한 리프팅 유닛;
   상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛 및 리프팅 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛; 및
   상기 리프팅 유닛의 하단에 설치되며, 지면 상에서 이동할 수 있는 롤러들을 갖는 이동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 원격 광 측정 유닛은,
   상기 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하는 광 검출부;
   상기 광 검출부의 전면부 중앙에 설치되어 물의 일정 위치에 레이저를 조사하는 광원부; 및
   상기 광 검출부와 연결되며, 집광한 상기 신호들을 각 파장 영역별로 정량화 하는 분광부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 광원부는,
   레이저를 조사하는 광원;
   상기 광원과 연결되며, 상기 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절 모듈과,
   상기 초점 조절 모듈과 연결되는 마운트; 및
   상기 마운트와 상기 초점 조절 모듈의 사이에 설치되어 다수의 위치에서 길이가 조절 가능한 나사를 구비하여 상기 광원과 상기 광 검출부와의 정렬을 실시하는 정렬 모듈을 구비하되,
   상기 마운트는, 상기 광 검출부의 전면부 중앙에 고정되는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 광원부는,
   상기 광원에서의 레이저의 세기를 조절하는 광원 구동 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 광 검출부는,
   상기 리프팅 유닛의 상단에서 사방으로의 자세 조절이 가능한 전동식 조절부에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 분광부는,
   상기 광 검출부의 후면부에 연결되는 커넥터;
   상기 커넥터에 연결되며, 집광된 상기 신호에서 설정된 영역의 파장을 필터링하는 광 결합기;
   상기 광 결합기에 연결되며, 필터링된 신호들을 전달하는 광 파이버; 및
   상기 광 파이버와 연결되며, 상기 신호들을 다수의 파장 대역에서의 성분을 추출하는 분광기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 광결합기의 후면부에는,
   상기 광 파이버의 다수 위치에서 다수의 조절 나사의 길이 조절을 통해 자세 조절을 실시하는 미세 위치 조절기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 리프팅 유닛은,
   상기 이동 유닛의 상단에 직립 상태로 설치되며, 승강 가능한 실린더 축을 갖는 승강 실린더를 포함하고,
   상기 실린더 축의 상단에는 설치 박스가 설치되고,
   상기 설치 박스의 내부에는, 상기 광원 구동 모듈 및 상기 분광기가 내장되는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 이동 유닛의 상부에는 직립 상태로 설치되는 지지대가 설치되고,
   상기 지지대의 상단에는 다관절의 링크가 설치되고,
   상기 링크의 단부에는 디스플레이가 설치되고,
   상기 디스플레이는 상기 제어 유닛의 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들의 분석결과를 가시적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서, 선박 또는 항공기에 탑재하거나, 육상에서 고정식으로 설치되는 것인 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 리프팅 유닛 내에 설치되고, 상부에서 가해지는 하중과 지표나 선박에서 발생하는 진동을 제진기 내의 챔버 안에 충진된 공기압력으로 상쇄시켜 측정기가 일정한 위치를 유지하도록 하는 무진동 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치.

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