KR101606925B1 - 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템에 관한 것으로, 그 구성은 대지전계를 통해 코로나 방전을 유도하여 대지전계를 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 침단 코로나 측정부;와, 일정한 면적의 도체 표면상에 뇌운에 의해 유기되는 전하량을 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 필드밀(EFM:Electric Field Mill) 측정부;와, 상기 침단 코로나 측정부에서 전송하는 측정정보를 수신받는 동시에, 상기 필드밀 측정부에서 전송하는 측정정보를 기반으로 대지전계의 세기를 선형적인 수치로 산출하는 마이크로프로세서(MPU);와, 상기 침단 코로나 측정부는 뇌운이 위치하는 상방으로 노출되게 결합 고정하고, 상기 필드밀 측정부 및 마이크로프로세서는 내부에 내장하되, 상기 필드밀 측정부는 대지가 위치되는 하방으로 노출되게 하는 고정케이스;와, 상기 마이크로프로세서에서 산출한 대지전계에 대한 수치 및 상기 침단 코로나 측정부에서 전송된 측정정보를 영상으로 출력하여 제공하는 영상출력부;로 된 것을 특징으로 하는 것으로서,
코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 침단 코로나 측정부와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 필드밀 측정부에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도가 매우 우수하여 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 미연에 안정적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 루프센서를 통해 낙뢰 발생 지점의 위치를 추정할 수 있어 더욱 효과적으로 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 안정적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템{Precision measurement for Electric field Intensity and lightning warning system}

본 발명은 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 침단 코로나 측정부와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 필드밀 측정부에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도가 매우 우수하여 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 미연에 안정적으로 예방할 수 있는 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 천둥이나 번개 등의 발생원인이 되는 가장 보편적인 것은 뇌운으로서, 이러한 뇌운은 전기로 충전되어 있고 대체로 상부는 양전하를 띤 얼음결정을 이루고, 하부는 음전하를 띤 물방울로 이루어져 있다.

이러한 뇌운은 강력한 상승 기류가 존재하는 적운 단계, 상승 하강 기류와 돌풍 천둥 번개 그리고 소나기를 동반하는 성숙 단계 및 하강 기류가 우세하면서 안정을 되찾는 소멸단계를 거쳐 생성되는데, 종종 고온 다습한 공기가 불안정한 환경에서 상승하는 경우 발생하기 쉽다.

낙뢰는 뇌운이 가진 전하를 공기절연파괴를 통해 대지로 방출하는 현상이며, 이 과정에서 전자장이 발생하여 대기중을 전파하게 된다. 낙뢰발생의 위치를 분석하는 기술은 뇌운의 활동과 이동경로, 낙뢰의 발생을 예지할 수 있게 해줌으로써 우주선 발사시 기상조건의 관측, 지상 주요 건축물과 전력설비에서의 안전대책, 골프장과 운동장에서 활동의 안전성 확보 등 다양한 분야에서 기상관측과 낙뢰에 의한 피해방지 대책의 수단으로 적용되고 있다.

낙뢰는 매년 100만여 건 정도 발생하는 것으로 통계되는데, 이러한 낙뢰로 인해 발생하는 피해 및 그 규모는 지상을 비롯한 해상, 항공 영역까지 날로 늘어나고 있다.

종래의 낙뢰경보 시스템은 첨예한 침단을 뇌운이 위치하는 방향으로 직립시켜 뇌운과 침단 사이에 발생하는 코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 방식을 사용하였다.

하지만, 종래의 낙뢰경보 시스템은 코로나 방전을 유도하여 대지전계를 측정하는 방식으로 1 내지 2㎸/m 이상의 높은 전계에서는 코로나 방전이 유도되어 대지전계가 측정가능하나, 그 미만의 낮은 전계에서는 측정이 불가능하여 대지전계의 정확한 측정이 곤란하다는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래의 낙뢰경보 시스템은 1 내지 2㎸/m 이상의 높은 전계에서 대지전계가 측정되더라도 선형적인 대지전계의 측정이 불가능하여 측정감도가 낮다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 낙뢰경보 시스템은 우천시에 빗방울에 의해 정확한 측정이 곤란하여 더욱 측정감도가 낮아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 침단 코로나 측정부와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 필드밀 측정부에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도가 매우 우수하여 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 미연에 안정적으로 예방할 수 있는 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템을 제공함에 있다.

또한, 루프센서를 통해 낙뢰 발생 지점의 위치를 추정할 수 있어 더욱 효과적으로 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 안정적으로 예방할 수 있는 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템은 대지전계를 통해 코로나 방전을 유도하여 대지전계를 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 침단 코로나 측정부;와, 일정한 면적의 도체 표면상에 뇌운에 의해 유기되는 전하량을 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 필드밀(EFM:Electric Field Mill) 측정부;와, 상기 침단 코로나 측정부에서 전송하는 측정정보를 수신받는 동시에, 상기 필드밀 측정부에서 전송하는 측정정보를 기반으로 대지전계의 세기를 선형적인 수치로 산출하는 마이크로프로세서(MPU);와, 상기 침단 코로나 측정부는 뇌운이 위치하는 상방으로 노출되게 결합 고정하고, 상기 필드밀 측정부 및 마이크로프로세서는 내부에 내장하되, 상기 필드밀 측정부는 대지가 위치되는 하방으로 노출되게 하는 고정케이스;와, 상기 마이크로프로세서에서 산출한 대지전계에 대한 수치 및 상기 침단 코로나 측정부에서 전송된 측정정보를 영상으로 출력하여 제공하는 영상출력부;를 포함하여 구성되어,

코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 상기 침단 코로나 측정부와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 상기 필드밀 측정부에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도를 향상시키며,
상기 필드밀 측정부는 회전력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터의 축에 결합되어 상기 축과 함께 회전하되, 중심을 기준으로 원주 방향으로 둘 이상 회전날개가 등각 간격으로 형성되는 회전도체와, 상기 회전도체의 하부에 위치되며, 중심을 기준으로 원주 방향으로 둘 이상의 고정날개가 등각간격으로 형성되는 고정도체와, 상기 고정도체의 위치를 고정하는 동시에, 상기 구동모터의 위치를 고정하되, 상기 고정케이스와 결합되어 위치가 고정되는 고정프레임과, 상기 고정도체와 전기적으로 연결되어 상기 고정도체에서 유기되는 전하량에 대한 값을 상기 마이크로프로세서로 전송하는 제1전송부와, 일단은 상기 회전도체와 접촉되는 상기 구동모터와 전기적으로 연결되고, 타단은 대지와 접지되어 상기 회전도체에 형성되는 전하를 대지로 방전하는 접지부를 포함하여 구성되어,
상기 구동모터로부터 회전력을 제공받아 상기 회전도체가 일정한 속도로 회전하여 상기 회전도체에 의해 상기 고정도체의 날개가 연속적으로 외부로 노출되었다가 폐쇄되도록 하면, 상기 고정도체가 외부로 노출시 뇌운에 의해 상기 고정도체의 표면에 전하가 형성되었다가 상기 고정도체가 폐쇄시 뇌운에 의해 형성된 전하가 유기되는데, 이때 상기 제1전송부는 유기되는 전하량을 상기 마이크로프로세서로 전송하여 상기 마이크로프로세서에서 뇌운에 의한 대지전계의 세기가 수치로 산출되도록 유도하며,
상기 회전도체의 회전속도를 측정하고, 그 측정정보를 상기 마이크로프로세서로 전송하는 회전감지부;를 더 포함하여 구성하되,
상기 마이크로프로세서는 상기 회전감지부에서 연속적으로 측정 전송하는 회전속도 값을 기준으로 상기 회전도체가 일정한 속도로 회전하도록 상기 회전도체의 회전속도를 느리게 또는 빠르게 조절 제어하여 상기 필드밀 측정부에서 상기 마이크로프로세서로 전송되는 측정정보에 대한 신뢰도가 향상되도록 하는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

이상에서와 같이 본 발명에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템에 의하면, 코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 침단 코로나 측정부와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 필드밀 측정부에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도가 매우 우수하여 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 미연에 안정적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 루프센서를 통해 낙뢰 발생 지점의 위치를 추정할 수 있어 더욱 효과적으로 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 안정적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 개념도
도 2는 도 1에 도시된 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 사시도
도 3은 도 1에 도시된 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 분리 사시도
도 4는 도 1에 도시된 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 사용상태도

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템을 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 개념도를, 도 2는 도 1에 도시된 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 사시도를, 도 3은 도 1에 도시된 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 분리 사시도를, 도 4는 도 1에 도시된 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템의 사용상태도를 각각 나타낸 것이다.

상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템(100)은 침단 코로나 측정부(10)와, 필드밀(EFM:Electric Field Mill) 측정부(20)와, 마이크로프로세서(30:MPU)와, 고정케이스(40)와, 영상출력부(50)를 포함하고 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 침단 코로나 측정부(10)는 대지전계를 통해 코로나 방전을 유도하여 대지전계를 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 것으로,

상부가 뇌운이 위치하는 상방으로 수직되게 세워지되, 끝단은 코로나 방전을 유도하기 위해 첨예하게 형성되는 안테나(11)와, 상기 안테나(11)의 하부에 위치되어 코로나 방전에 의해 상기 안테나(11)에 흐르는 코로나 전류를 감지하고, 그 감지된 정보를 후설될 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하는 대역통과 필터(12:Band-pass Filter)를 포함하여 구성된다.

즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 뇌운과 대지의 전계에 의해 상기 안테나(11)에 코로나 방전이 유도되어 상기 안테나(11)에 코로나 전류가 흐르면 상기 대역통과 필터(12)에서 이를 감지하여 상기 마이크로프로세서(30)로 감지정보를 전송하게 된다.

여기서, 통상 코로나 방전은 1 내지 2㎸/m의 높은 대지전계에서 발생함으로 상기 침단 코로나 측정부(10)에 대지전계가 감지됨은 뇌운과 대지 사이에 높은 대지전계가 형성되었음은 의미한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 필드밀(EFM) 측정부(20)는 일정한 면적의 도체 표면상에 뇌운에 의해 유기되는 전하량을 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 것으로,

회전력을 제공하는 구동모터(21)와, 상기 구동모터(21)의 축(21a)에 결합되어 상기 축(21a)과 함께 회전하되, 중심을 기준으로 원주 방향으로 둘 이상 회전날개(22a)가 등각 간격으로 형성되는 회전도체(22)와, 상기 회전도체(22)의 하부에 위치되며, 중심을 기준으로 원주 방향으로 둘 이상의 고정날개(23a)가 등각간격으로 형성되는 고정도체(23)와, 상기 고정도체(23)의 위치를 고정하는 동시에, 상기 구동모터(21)의 위치를 고정하되, 상기 고정케이스(40)와 결합되어 위치가 고정되는 고정프레임(24)과, 상기 고정도체(23)와 전기적으로 연결되어 상기 고정도체(23)에서 유기되는 전하량에 대한 값을 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하는 제1전송부(25)와, 일단은 상기 회전도체(22)와 접촉되는 상기 구동모터(21)와 전기적으로 연결되고, 타단은 대지와 접지되어 상기 회전도체(22)에 형성되는 전하를 대지로 방전하는 접지부(26)를 포함하여 구성되다.

즉, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 구동모터(21)로부터 회전력을 제공받아 상기 회전도체(22)가 일정한 속도로 회전하는 과정에서 상기 고정도체(23)가 외부로 노출되면, 뇌운에 의해 상기 고정도체(23)의 표면에 전하가 형성되는데, 이때 상기 고정도체(23) 표면에 형성되는 전하량은 뇌운의 세기에 비례하여 형성됨은 물론이다.

그런 후, 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 회전도체(22)가 일정한 속도로 회전하는 과정에서 상기 회전도체(22)에 상기 고정도체(23)가 폐쇄되면, 뇌운에 의해 상기 고정도체(23) 표면에 형성된 전하가 유기되는데, 이때 상기 제1전송부(25)는 유기되는 전하량을 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하게 된다. 그러면, 상기 마이크로프로세서(30)에서는 유기되는 전하량을 기준으로 뇌운에 의한 대지전계의 세기가 수치로 산출하여 제공하게 된다.

여기서, 상기 회전도체(22)와 고정도체(23)는 대지를 바라보도록 하방으로 위치되는데, 그 이유는 상기 도체(22,23)가 전계를 측정하기 위해 외부로 노출되는 특성상 상기 도체(22,23)가 상방으로 위치되면 비와 같은 외부 환경에 영향을 받아 기계기 쉽게 노후되거나 외부 환경으로 인한 측정 값의 오차가 발생하여 측정감도를 저하시킬 수 있으므로 상기 회전도체(22) 및 고정도체(23)는 하방으로 바로보게 위치시키는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 도체(22,23)에 형성되는 전하는 뇌운에 의해 대지에 형성되는 전하에 대응하여 전하가 형성되어 결과적으로 뇌운의 세기가 측정되도록 한다.

한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전도체(22)의 회전속도를 측정하고, 그 측정정보를 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하는 회전감지부(60);를 더 포함하여,

도 4b와 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로프로세서(30)는 상기 회전감지부(60)에서 연속적으로 측정 전송하는 회전속도 값을 기준으로 피드백하여 상기 회전도체(22)가 일정한 속도로 회전하도록 상기 구동모터(21)의 회전력을 제어하여 상기 필드밀 측정부(20)에서 상기 마이크로프로세서(30)로 전송되는 측정정보에 대한 신뢰도가 향상되도록 함이 바람직하다.

즉, 비나 바람 등의 외부 환경적인 요인에 의해 상기 회전도체(22)의 회전이 일정하게 유지되지 않고 변화되면 상기 필드밀 측정부(20)에서 측정되는 측정 값에 대한 신뢰가 낮아지므로, 상기 회전감지부(60)의 측정 값을 통해 상기 구동모터(21)의 회전력을 제어하여 상기 회전도체(22)의 일정한 회전속도를 유지하여 상기 필드밀 측정부(20)의 측정 값에 대한 신뢰도를 확보하도록 한다.

도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로프로세서(30)는 상기 침단 코로나 측정부(10)에서 전송하는 측정정보를 수신받는 동시에, 상기 필드밀 측정부(20)에서 전송하는 측정정보를 기반으로 대지전계의 세기를 선형적인 수치로 산출하여 제공하도록 한다.

여기서, 도 4a와 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 마이크로프로세서(30)로 전송된 측정정보 및 산출 값은 후설될 상기 영상출력부(50)로 전송 출력되어 관리자에게 영상으로 제공되도록 한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정케이스(40)는 상기 침단 코로나 측정부(10)는 뇌운이 위치하는 상방으로 노출되게 결합 고정하고, 상기 필드밀 측정부(20) 및 마이크로프로세서(30)는 내부에 내장하되, 상기 필드밀 측정부(20)는 대지가 위치되는 하방으로 노출되게 위치시켜 비의 영향을 최소한으로 받도록 유도한다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 영상출력부(50)는 상기 마이크로프로세서(30)에서 산출한 대지전계 세기에 대한 수치(산출 값) 및 상기 침단 코로나 측정부(10)에서 전송된 측정정보를 영상으로 출력하여 관리자에게 제공하도록 한다.

즉, 상기와 같은 구성요소로 이루어진 본 발명의 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템(100)은 코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 상기 침단 코로나 측정부(10)와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 상기 필드밀 측정부(20)에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도(신뢰도)를 확보할 수 있다.

여기서, 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 침단 코로나 측정부(10)를 통해 대지전계가 감지되는 동시에, 상기 필드밀 측정부(20)를 통해 측정되는 대지전계가 3㎸/m 이상으로 3초 이상 유지되면, 상기 마이크로프로세서(30)에서는 경보등(81)이나 경보음(82)을 통해 낙뢰 위험을 경보하여 위험지역으로부터 안전한 대피를 유도하도록 한다.

즉, 상기 침단 코로나 측정부(10)에 대지전계가 감지되고, 동시에 상기 필드밀 측정부(20)에서 높은 대지전계가 측정되면 낙뢰가 발생할 위험성이 높다고 판별되고, 그 판별 감도는 우수한 신뢰성이 포함되므로 낙뢰위험을 경보하여 안전한 대피를 유도함이 바람직하다.

한편, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 상기 마이크로프로세서(30)로부터 측정정보를 유·무선 통신을 통해 전송받는 관리서버(90);를 더 포함하여,

도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로프로세서(30)에서 낙뢰 위험을 경보하면 상기 관리서버(90)에서는 위험 지역 주변의 휴대용 단말기로 낙뢰위험 경보를 실시간으로 전송하여 낙뢰를 통한 인명피해를 최소화하도록 함이 바람직하다.

또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고정케이스(40)의 상부에 위치되어 낙뢰 발생에 의해 방사되는 자계를 감지하여 낙뢰가 발생하는 위치를 추정하고, 그 추정된 위치정보를 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하는 루프센서(70:Loop sensor);를 더 포함하여 구성하되,

상기 루프센서(70)는 코일이 환형으로 감겨 수직으로 직립되게 위치되어 낙뢰 발생에 의한 자계의 크기를 측정하고, 그 측정 값을 전송하는 X방향 루프코일(71)과, 코일이 환형으로 감겨 수직으로 직립되게 위치되되, 상기 X방향 루프코일(71)과 직교되게 위치되어 낙뢰 발생에 의한 자계의 크기를 측정하고, 그 측정 값을 전송하는 Y방향 루프코일(72)과, 상기 X방향 루프코일(71)과 Y방향 루프코일(72)에 전송되는 측정 값을 검출하여 낙뢰 발생 지점의 위치를 추정하는 검출부(73)를 포함하여 구성된다.

즉, 도 4e에 도시된 바와 같이 상기 루프센서(70)의 X방향 루프코일(71)과 Y방향 루프코일(72) 각각은 낙뢰에 의해 발생하는 자계를 측정하고, 그 측정 값을 상기 검출부(73)로 전송하며, 상기 검출부(73)는 상기 X방향 루프코일(71)과 Y방향 루프코일(72)에서 각각 전송된 측정 값을 산출하여 낙뢰가 발생하는 지역을 추정하고, 그 추정된 위치정보를 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하여 낙뢰 발생지역으로부터 안전한 대피를 유도하게 된다.

여기서, 상기 검출부(73)에서 상기 루프코일(71,72)에서 측정되는 측정 값을 기준으로 낙뢰 위험지역을 추정하는 산출방식은 일반적인 맥스웰 방정식(Maxwell equation)의 원리를 기초로 추정되므로 산출방식에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

즉, 상기와 같은 구성요소로 이루어지는 본 발명의 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템(100)은 코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 상기 침단 코로나 측정부(10)와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 상기 필드밀 측정부(20)에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도가 매우 우수하여 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 미연에 안정적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 루프센서(70)를 통해 낙뢰 발생 지점의 위치를 추정할 수 있어 더욱 효과적으로 낙뢰로 인한 인명 및 금전적인 피해를 안정적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템(100)은 다음과 같이 운영한다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 뇌운과 대지의 전계에 의해 침단 코로나 측정부의 안테나(11)에 코로나 방전이 유도되어 상기 안테나(11)에 코로나 전류가 흐르면 대역통과 필터(12)에서 이를 감지하여 마이크로프로세서(30)로 감지정보를 전송하며, 이렇게 전송된 감지정보는 영상출력부(50)를 통해서 출력되어 관리자에게 제공된다.

여기서, 코로나 방전은 1 내지 2㎸/m의 높은 대지전계에서 발생함으로 상기 침단 코로나 측정부(10)에 대지전계가 감지됨은 뇌운과 대지 사이에 높은 대지전계가 형성되었음은 의미한다.

그런 후, 도 4b와 도 4c에 도시된 바와 같이 필드밀 측정부(20)의 구동모터(21)의 회전력에 회전도체(22)가 일정한 속도로 회전하는 과정에서 고정도체(23)가 외부로 노출되어 표면에 뇌운에 의해 전하가 형성되었다가 상기 고정도체(23)가 상기 회전도체(22)에 폐쇄되어 상기 고정도체(23)에 형성된 전하가 유기되는 과정이 연속적으로 수행되는데, 이때 제1전송부(25)는 유기되는 전하량을 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하여 뇌운에 의한 대지전계의 세기가 수치로 산출되고, 그 산출된 산출 값은 상기 영상출력부(50)를 통해 출력되어 관리자에게 제공된다.

이때, 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 침단 코로나 측정부(10)를 통해 대지전계가 감지되는 동시에, 상기 필드밀 측정부(20)를 통해 측정되는 대지전계가 3㎸/m 이상으로 3초 이상 유지되면, 상기 마이크로프로세서(30)에서는 경보등(81)이나 경보음(82)을 통해 낙뢰 위험을 경보하여 위험지역으로부터 안전한 대피를 유도하여 낙뢰로 인한 인명피해 및 금전적 피해를 최소화하도록 한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.

10. 침단 코로나 측정부 11. 안테나
12. 대역통과 필터 20. 필드밀 측정부
21. 구동모터 21a. 축
22. 회전도체 22a. 회전날개
23. 고정도체 23a. 고정날개
24. 고정프레임 25. 제1전송부
26. 접지부 30. 마이크로프로세서
40. 고정케이스 50. 영상출력부
60. 회전감지부 70. 루프센서
71. X방향 루프코일 72. Y방향 루프코일
73. 검출부 81. 경보등
82. 경보음 90. 관리서버
100. 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템

Claims (7)

1. 낙뢰경보를 위해 뇌운에 의한 대지전계를 측정하고 경보하는 대지전계 측정 및 낙뢰경보 시스템에 있어서,
   대지전계를 통해 코로나 방전을 유도하여 대지전계를 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 침단 코로나 측정부(10);
   일정한 면적의 도체 표면상에 뇌운에 의해 유기되는 전하량을 측정하고, 그 측정정보를 전송하는 필드밀(EFM:Electric Field Mill) 측정부(20);
   상기 침단 코로나 측정부(10)에서 전송하는 측정정보를 수신받는 동시에, 상기 필드밀 측정부(20)에서 전송하는 측정정보를 기반으로 대지전계의 세기를 선형적인 수치로 산출하는 마이크로프로세서(30:MPU);
   상기 침단 코로나 측정부(10)는 뇌운이 위치하는 상방으로 노출되게 결합 고정하고, 상기 필드밀 측정부(20) 및 마이크로프로세서(30)는 내부에 내장하되, 상기 필드밀 측정부(20)는 대지가 위치되는 하방으로 노출되게 하는 고정케이스(40); 및
   상기 마이크로프로세서(30)에서 산출한 대지전계 세기에 대한 수치 및 상기 침단 코로나 측정부(10)에서 전송된 측정정보를 영상으로 출력하여 제공하는 영상출력부(50);를 포함하여 구성되어,
   코로나 방전을 통해 대지전계를 측정하는 상기 침단 코로나 측정부(10)와, 뇌운에 의해 도체 표면상에 유기되는 전하량을 통해 대지전계를 측정하는 상기 필드밀 측정부(20)에서 측정되는 2가지의 측정정보를 기반으로 낙뢰위험을 판별하여 경보함으로, 낙뢰경보에 대한 정확도를 향상시키며,
   상기 필드밀 측정부(20)는 회전력을 제공하는 구동모터(21)와, 상기 구동모터(21)의 축(21a)에 결합되어 상기 축(21a)과 함께 회전하되, 중심을 기준으로 원주 방향으로 둘 이상 회전날개(22a)가 등각 간격으로 형성되는 회전도체(22)와, 상기 회전도체(22)의 하부에 위치되며, 중심을 기준으로 원주 방향으로 둘 이상의 고정날개(23a)가 등각간격으로 형성되는 고정도체(23)와, 상기 고정도체(23)의 위치를 고정하는 동시에, 상기 구동모터(21)의 위치를 고정하되, 상기 고정케이스(40)와 결합되어 위치가 고정되는 고정프레임(24)과, 상기 고정도체(23)와 전기적으로 연결되어 상기 고정도체(23)에서 유기되는 전하량에 대한 값을 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하는 제1전송부(25)와, 일단은 상기 회전도체(22)와 접촉되는 상기 구동모터(21)와 전기적으로 연결되고, 타단은 대지와 접지되어 상기 회전도체(22)에 형성되는 전하를 대지로 방전하는 접지부(26)를 포함하여 구성되어,
   상기 구동모터(21)로부터 회전력을 제공받아 상기 회전도체(22)가 일정한 속도로 회전하여 상기 회전도체(22)에 의해 상기 고정도체(23)의 날개(23a)가 연속적으로 외부로 노출되었다가 폐쇄되도록 하면, 상기 고정도체(23)가 외부로 노출시 뇌운에 의해 상기 고정도체(23)의 표면에 전하가 형성되었다가 상기 고정도체(23)가 폐쇄시 뇌운에 의해 형성된 전하가 유기되는데, 이때 상기 제1전송부(25)는 유기되는 전하량을 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하여 상기 마이크로프로세서(30)에서 뇌운에 의한 대지전계의 세기가 수치로 산출되도록 유도하며,
   상기 회전도체(22)의 회전속도를 측정하고, 그 측정정보를 상기 마이크로프로세서(30)로 전송하는 회전감지부(60);를 더 포함하여 구성하되,
   상기 마이크로프로세서(30)는 상기 회전감지부(60)에서 연속적으로 측정 전송하는 회전속도 값을 기준으로 상기 회전도체(22)가 일정한 속도로 회전하도록 상기 회전도체(22)의 회전속도를 느리게 또는 빠르게 조절 제어하여 상기 필드밀 측정부(20)에서 상기 마이크로프로세서(30)로 전송되는 측정정보에 대한 신뢰도가 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는 대지전계 고정도 측정 및 낙뢰경보 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images