KR101773981B1 - 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템 - Google Patents

밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템에 관한 것으로, 챔버의 밀폐를 감지하여 챔버가 개방된 상태에서 취득한 이산화탄소 데이터를 필터링함으로써 모니터링의 신뢰성을 향상하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템은, 하나 이상의 개방부가 구비되며 내부에 식물이 수납되는 챔버 본체, 상기 챔버 본체의 개방부를 개폐하는 도어를 포함하여 구성되며, 식물의 잎과 가지 및 줄기에 선택적으로 설치되어 내부에 밀폐 공간을 조성하는 공기수집 챔버와; 상기 공기수집 챔버와 흡입튜브와 배출튜브를 통해 연결되어 상기 공기수집 챔버 내부의 공기를 공급받아 이산화탄소 농도를 측정하고 다시 상기 공기수집 챔버로 복귀시키는 이산화탄소 농도 측정기와; 상기 이산화탄소 농도 측정기에서 분석된 이산화탄소 농도를 데이터 로거를 통해 저장 및 상기 이산화탄소 농도 측정기와 상기 공기수집 챔버를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 공기수집 챔버의 밀폐를 감지하는 밀폐 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밀폐 센서의 센싱 결과 상기 공기수집 챔버가 밀폐되지 않은 것으로 판단되면 이때 측정한 이산화탄소 농도의 데이터를 필터링하여 상기 공기수집 챔버가 밀폐된 상태에서 측정한 이산화탄소 농도의 데이터만을 취급하도록 하는 제어한다.

Description

밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템{AUTO MONITERING SYSTEM FOR LEAF RESPIRATION AND PHOTOSYNTHESIS RATE OF PLANTS USING SELA SENSING OF CHAMBER}
본 발명은 밀폐순환법에 의한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버의 밀폐를 감지하여 챔버가 개방된 상태에서 취득한 이산화탄소 데이터를 필터링함으로써 정확한 모니터링이 가능한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동모니터링 시스템에 관한 것이다.
녹색식물에 의한 대기권의 탄소를 생물권으로 가져오는 독립영양 고정(fixation)과 탄소를 다시 대기권으로 돌려보내는 호흡(respiration) 사이의 균형을 정량적으로 규명하는 것이 매우 중요하다.
지구상에서의 대부분 호흡활동은 토양 및 식물에서 일어나는데, 토양호흡은 유기잔류물의 분해, 뿌리호흡 및 토양유기물(soil organic matter)의 느린 분해에 의한 것이라 할 수 있다.
그리고, 식물호흡은 광합성에 의해서 저장된 에너지를 회수하고 세포의 생장과 유지에 사용되는 탄소 골격을 얻기 위해서 탄수화물이나 기타물질이 산화되는 일련의 경로를 말한다.
특히, 고등 식물은 정상적인 대사를 위해서 산소를 필요로 하는 산소성 생물로서, 이들은 생장과 유지에 필요한 에너지와 탄소를 광합성 산물을 산화함으로써 획득한다. 즉, 광합성은 물과 이산화탄소를 원료로 빛에너지를 사용하여 생명체가 요구하는 탄수화물을 만들게 되는데 이탄수화물을 생물체의 생활에너지로 전환하는 과정을 호흡이라 하며, 이런 호흡은 세포의 세포질과 미토콘드리아에서 일어나고 있다.
한편, 식물은 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내보내는 광합성만을 한다고 생각하는 경우가 종종 있지만, 실제로는 식물도 동물과 마찬가지로 하루 24시간 내내 호흡을 한다.
식물도 동물처럼 호흡을 통해 양분을 분해함으로써 생활에 필요한 에너지를 얻으며, 이 과정에서 산소를 흡수하고 이산화탄소를 방출한다.
낮에 식물이 광합성을 할 때도 호흡은 일어나는데, 이때 호흡 과정에서 생기는 이산화탄소는 광합성에 바로 사용되므로 밖으로 나오지 않고 또 광합성의 결과 생성된 산소를 호흡에 바로 이용하기 때문에 산소가 흡수되는 것을 확인할 수 없다. 즉, 낮에는 광합성이 호흡보다 더 활발하게 일어나기 때문에 외관상 이산화탄소가 흡수되고 산소가 방출되므로 낮에는 호흡을 하지 않는 것처럼 보이지만, 실제적으로는 낮에도 식물들은 호흡을 하는 것이다.
그리고, 밤에는 광합성은 일어나지 않고 호흡만 일어나 산소를 흡수하고 이산화탄소를 내보내게 되므로, 식물의 호흡은 쉽게 확인된다.
물론 낮이더라도 빛을 계속 쬐지 못하거나 빛이 약하면 호흡이 광합성보다 우세해져 이산화탄소를 방출하게 되므로 식물의 호흡은 확인이 가능하다.
한편, 식물에서 광합성은 엽록체를 가진 세포가 있는 녹색 부위(주로 잎)에서만 일어나지만, 호흡은 잎, 줄기, 뿌리, 꽃 등을 가리지 않고 식물체의 모든 살아 있는 세포에서 일어난다.
이러한 식물의 호흡작용을 통해, 식물로부터 배출되는 이산화탄소량을 측정하여 삼림 전체의 이산화탄소 수지를 정량적으로 평가하는 연구 활동을 수행하게 된다.
식물의 잎이 광합성 작용을 하면서 흡수하는 이산화탄소의 농도가 변화되는 속도를 통해 잎의 호흡속도를 측정할 수 있다.
이를 위해, 광합성 측정 장치가 제공되며, 일 예로 "LI-COR 사의 LI-6400XT" 가 있다.
상기 광합성 측정 장치는 휴대용으로서, 나무의 잎에 대한 광합성 작용을 측정하기 위해서는 광합성 측정장치의 본체에 연결된 리더기를 나뭇잎에 고정하여 잎이 광합성 작용하는 과정에서의 이산화탄소 농도를 측정하게 된다.
이때, 리더기는 나뭇잎에 클립과 같은 체결수단을 이용해 끼움 결합되거나, 스카치 테이프를 이용해 나뭇잎에 접착된다. 이후, 리더기를 통해, 잎의 광합성 작용 과정에서 변화되는 이산화탄소 농도량을 측정하여 광합성 측정장치의 본체에 전달함으로써 잎의 호흡 속도를 측정할 수 있게 된다.
하지만, 상기와 같은 종래의 식물 잎에 대한 호흡속도 측정방식은 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 측정하고자 하는 나무의 크기가 작은 경우에는 상관없으나, 나무가 크거나 삼림에서 높이가 높은 나무들의 잎에 대한 광합성 측정 작업이 필요한 경우, 관측자는 사다리 등을 이용해 상기 광합성 측정장치를 나뭇잎 근처에까지 들고 올라가서 측정을 실시해야만 했다.
이에 따라, 측정 작업에 대한 효율성이 떨어질 뿐만 아니라, 30kg 정도의 무게를 갖는 광합성 측정 장치를 관측자가 직접 운반해야하므로 관측자의 피로도가 증가되는 문제가 발생하였다.
둘째, 나뭇잎에 대한 광합성 측정을 장기간동안 지속적으로 수행하기 어려운 문제가 있었다.
관측자가 광합성 측정 장치를 들고 고소에서 직접 측정 작업을 수행해야 하므로, 장기간 동안 지속적으로 측정 작업을 수행하기에는 한계가 있었던 것이다.
즉, 종래 기술에 따른 나뭇잎에 대한 광합성 측정 작업은 단기간 또는 1회성 측정 작업에 그치게 되므로 식물의 잎에 대한 호흡속도를 사계절 동안 장기적으로 면밀히 연구하기에는 다소 무리가 있는 것이 사실이다.
셋째, 나뭇잎에 결합된 리더기가 쉽게 떨어질 수 있는 문제가 있었다.
즉, 스카치 테이프나 클립을 이용해 리더기를 나뭇잎에 고정시키는 방법은 견고한 결합력을 제공하기 어려워 측정에 대한 정확도를 높이기 어려웠던 것이다.
도 1은 일반적인 식물의 광합성 측정장치의 구성을 보인 블록도로서, 공기 수집 챔버에서 수집된 공기를 흡입하는 에어펌프와, 흡입한 공기의 일부만 샘플링하는 가스샘플러와, 샘플링된 공기의 양을 측정하는 가스유량계와, 공기의 이물질을 걸러주는 공기필터와, 샘플링된 공기의 이산화탄소 농도를 측정하는 농도 분석기(예컨대 적외선 분석기)와, 농도 분석기에 의해 분석된 이산화탄소 농도의 데이터를 저장하고 측정 시스템 전체를 제어하는 제어부로 구성된다.
본 출원인은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다수의 특허(등록특허 제10-1326269호, 등록특허 제10-1326270호, 등록특허 제10-1348077호)를 등록받은바 있다.
전술한 특허문헌들은 잎이 광합성 작용을 하는 동안에 감소되는 이산화탄소 농도 감소량 측정에 대한 정확도를 높일 수 있고 사계절 기후 변화에 따른 식물의 잎 주변의 이산화탄소 농도 감소량을 연속적으로 측정할 수 있는 이점이 있지만, 챔버의 밀폐를 감지하지 못하여 챔버가 개방된 상태에서 챔버가 밀폐된 것으로 간주하여 이산화탄소 측정데이터를 그대로 이용하는 문제점이 있다.
구체적으로 설명하면, 챔버는 다양한 요인에 의해 밀폐되지 못한다.
예를 들어, 도어는 열림과 닫힘 동작을 하며, 도어가 열림 상태에서 닫히기 전에 나뭇가지가 챔버와 도어 사이에 끼일 수 있으며, 이 상태에서 도어는 구동수단에 의해 닫힘 동작한 하더라도 실제로는 챔버와 도어 사이에 나뭇가지에 의한 틈이 생길 수밖에 없다. 챔버가 밀폐되지 못하는 요인은 충격, 바람, 곤충, 진액 등 다양하게 존재한다.
이러한 이유로 인하여 챔버가 밀폐되지 못하면 식물에서 발생되는 이산화탄소가 챔버 외부의 대기로 누출됨은 물론 대기 중의 기체가 챔버 내부에 침투하게 되고 결과적으로 챔버 내부는 식물의 호흡과 광합성에 의해 조성된 환경이라 할 수 없지만, 종래에는 이를 확인할 수 없기 때문에 챔버가 개방된 상태에서 취득한 데이터를 그대로 이용하여 신뢰성이 떨어진다.
또한, 챔버가 밀폐되지 못하였지만 챔버가 밀폐된 것으로 판단한 상태에서 펌프, 이산화탄소 농도 분석기, 통신모듈 등의 장치가 구동하는데 따른 손실이 있다.
등록특허 제10-1326269호 등록특허 제10-1326270호 등록특허 제10-1348077호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 식물의 잎이 호흡 및 광합성 작용을 하는 동안 잎 주변의 공기를 수집하여 공기중에 포함된 이산화탄소의 변화량 측정을 통해 식물의 잎 호흡 및 광합성 속도를 측정하되, 잎 주변의 공기 수집 위치에 대한 환경 조건이 늘 자연 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 관측자 없이도 자연 상태 조건하에서의 나뭇잎 호흡속도 측정이 장기간 동안 연속적으로 이루어질 수 있도록 하고, 아울러 챔버가 개방된 상태에서 취득한 이산화탄소 데이터를 필터링함으로써 정확한 모니터링이 가능한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템은, 하나 이상의 개방부가 구비되며 내부에 식물이 수납되는 챔버 본체, 상기 챔버 본체의 개방부를 개폐하는 도어를 포함하여 구성되며, 식물의 잎과 가지 및 줄기에 선택적으로 설치되어 내부에 밀폐 공간을 조성하는 공기수집 챔버와; 상기 공기수집 챔버와 흡입튜브와 배출튜브를 통해 연결되어 상기 공기수집 챔버 내부의 공기를 공급받아 이산화탄소 농도를 측정하고 다시 상기 공기수집 챔버로 복귀시키는 이산화탄소 농도 측정기와; 상기 이산화탄소 농도 측정기에서 분석된 이산화탄소 농도를 데이터 로거를 통해 저장 및 상기 이산화탄소 농도 측정기와 상기 공기수집 챔버를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 공기수집 챔버의 밀폐를 감지하는 밀폐 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 밀폐 센서의 센싱 결과 상기 공기수집 챔버가 밀폐되지 않은 것으로 판단되면 이때 측정한 이산화탄소 농도의 데이터를 필터링하여 상기 공기수집 챔버가 밀폐된 상태에서 측정한 이산화탄소 농도의 데이터만을 취급하도록 하는 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템에 의하면, 일정시간마다, 공기수집 챔버 내부에 대한 개폐가 정기적으로 이루어지므로 공기수집 챔버 내의 환경은 늘 자연상태를 유지하게 되고, 이에 따라, 잎이 광합성 작용을 하는 동안에 감소되는 이산화탄소 농도 감소량 측정에 대한 정확도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 사계절 기후 변화에 따른 식물의 잎 주변의 이산화탄소 농도 감소량을 연속적으로 측정할 수 있는 효과가 있으며, 특히 공기수집 챔버가 도어에 의해 폐쇄되는 밀폐 조건으로 제어되었지만 실제로는 나뭇잎 등의 끼임에 의해 밀폐되지 못하고 개방된 상태에서 취득한 이산화탄소 데이터를 필터링함으로써 정확한 모니터링이 가능하므로 신뢰도를 높일 수 있고, 또한, 이산화탄소 농도 측정기의 정지 제어를 통해 불필요한 가동에 따른 손실을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 광합성 측정장치의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템에 적용된 밀폐 센서의 설치 예를 보인 공기수집 챔버의 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템이 다수개의 공기수집 챔버를 이용하는 예를 보인 도면.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템의 구성을 보인 블록도.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
<실시예 1>
도 2에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템은, 공기수집 챔버(10), 밀폐 센서(20), 이산화탄소 농도 측정기(30), 제어부(40)로 구성되며, 밀폐 센서(20)를 통해 공기수집 챔버(10)의 밀폐를 감지하고, 제어부(40)는 밀폐 센서(20)에 의한 감지 데이터를 근거로 하여 공기수집 챔버(10)가 비밀폐 상태로 판단되는 경우[공기수집 챔버(10)를 폐쇄 제어하여 공기수집 챔버(10)가 밀폐를 유지하는 상황을 전제로 한다] 이때 취득한 이산화탄소 농도 측정 데이터를 필터링하도록 구성된다.
공기수집 챔버(10)와 이산화탄소 농도 측정기(30)는 본 출원인에 의해 특허받은 전술한 특허문헌에 구체적으로 나타나 있으므로 당업자의 실시 가능하며, 간략히 설명하면, 공기수집 챔버(10)는 하나 이상의 개방부가 구비되며 내부에 식물이 수납되는 챔버 본체, 제어부(40)의 제어를 받아 구동하는 구동수단을 통해 상기 챔버 본체의 개방부를 개방 또는 폐쇄하는 도어, 상기 챔버 본체 내부의 공기를 혼합하는 혼합팬, 상기 챔버 본체와 이산화탄소 농도 측정기(30)를 연결하는 관로로서 배출튜브와 흡입튜브, 이산화탄소 농도 측정기(30)와 상기 챔버 본체 내부를 공기가 순환하도록 하는 공기순환펌프를 포함한다.
공기수집 챔버(10)는 식물의 잎, 가지, 줄기 등에 설치 가능하고, 설치 장소에 맞춰 지면에 지지되는 타워를 통해 설치되거나, 줄기와 가지를 감싸도록 구성된다.
이산화탄소 농도 측정기(30)는 에어 펌프, 가스샘플러, 가스유량계, 공기필터, 이산화탄소 농도 분석기(예를 들어 적외선 분석기)를 포함한다.
제어부(40)는 공기수집 챔버(10)와 이산화탄소 농도 측정기(30)를 제어하는 것은 종래 기술과 동일하며 본 실시예에 추가된 밀폐 센서(20)의 감지 데이터를 근거로 하여 이산화탄소 농도 측정기(30) 등을 추가로 제어하는 점에서 종래의 제어부와 상이하고, 이하 본 실시예에 의해 신규한 구성에 대해 설명한다.
밀폐 센서(20)는 공기수집 챔버(10)의 챔버 본체와 도어에 의한 밀폐를 감지하는 것이며, 거리센서 등이 사용 가능하고, 상기 챔버 본체의 어디에든 장착 가능하며 예를 들어 도 3은 본 출원인의 특허 제10-1348077호를 예로 들어 도시한 공기수집 챔버(10)로서, 공기수집 챔버(10)는 도 3 기준 상하 양측이 각각 개방된 챔버 본체(11), 챔버 본체(11)의 상하 양측의 개방부를 각각 개폐하는 도어(12,13)로 구성되고, 밀폐 센서(30)는 챔버 본체(11)의 내부에 도어(12,13)와 각각 대응하도록 설치되어 도어(12,13)와의 거리를 감지한다.
밀폐 센서(20)는 제어부(40)의 제어를 통해 도어(12,13)가 챔버 본체(11)를 폐쇄하는 동안에만 작동할 수 있으며, 예를 들어 도어(12,13)의 폐쇄 동작 직후 또는 도어(12,13)의 폐쇄 동작 직후부터 도어(12,13)의 개방까지 일정 시간을 주기로 작동하고, 왜냐하면 도어(12,13)가 개방 동작된 상태에서는 공기수집 챔버(10)가 개방되기 때문이다.
제어부(40)는 구동수단을 통해 도어(12,13)를 폐쇄 제어한 상태에서 밀폐 센서(20)에서 감지한 데이터를 근거로 하여 공기수집 챔버(10)의 밀폐와 비밀폐를 판단하고, 비밀폐로 판단될 때 이산화탄소 측정기(30)에서 측정한 데이터를 필터링한다. 필터링은 데이터의 삭제, 데이터의 표시(다른 데이터와 다른 색상 등) 등 다양한 방법이 가능하다.
도 4를 참조하여 본 실시예에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 방법을 설명하며, 본 발명에 의한 신규한 방법에 대해서만 설명하고 본 발명에서 기재되지 않은 기술은 본 출원인의 특허문헌 등 공지 기술과 동일하게 적용된다.
1. 시작(S10).
제어부(40)는 공기수집 챔버(10)와 이산화탄소 측정기(30) 및 밀폐 센서(20)를 시작 제어한다.
2. 공기수집 챔버 밀폐(S20).
제어부(40)는 챔버 본체의 개방부를 다음과 같이 밀폐 제어한다. 제어부(40)는 도어(12,13)의 구동수단을 폐쇄 제어하고, 따라서 도어(12,13)가 구동수단에 의해 챔버 본체(11)의 개방부를 덮어 폐쇄한다.
3. 공기수집 챔버 밀폐 센싱(S30).
도어(12,13)가 폐쇄 동작된 후 밀폐 센서(20)는 제어부(40)의 제어를 통해 작동하여 공기수집 챔버(10)의 밀폐를 감지한다.
예를 들어, 제어부(40)에는 공기수집 챔버(10)가 밀폐 상태일 때 밀폐 센서(20)에 의한 감지 데이터(거리 "0")가 저장될 수 있고, 제어부(40)의 제어를 통해 도어(12,13)가 폐쇄 동작한 상태에서 밀폐 센서(20)에 의한 감지 데이터가 "0"으로 입력되면 제어부(40)는 공기수집 챔버(10) 내부를 밀폐로 판단하는 한편"0"이 아닌 다른 값으로 입력되면 공기수집 챔버(10) 내부를 비밀폐로 판단한다.
4. 데이터 저장(S40).
공기수집 챔버 밀폐 센싱(S30) 공정에서 공기수집 챔버(10)가 밀폐 상태인 것으로 감지되면 이 과정 중에 이산화탄소 농도 측정기(30)에서 측정한 데이터를 저장한다.
5. 데이터 필터링.
공기수집 챔버 밀폐 센싱(S30) 공정에서 공기수집 챔버(10)가 밀폐되지 않은 비밀폐 상태인 것으로 감지되면 이 과정 중에 이산화탄소 농도 측정기(30)에서 측정한 데이터를 필터링(삭제)한다. 즉, 공기수집 챔버(10)가 밀폐되지 않은 조건에서 이산화탄소 농도 측정기(30)가 이산화탄소 농도를 측정하지만 측정된 데이터를 필터링(삭제)함으로써 통계 자료에는 기록되지 않아 이로 인한 오류를 일으키지 않는다.
한편, 도 2는 하나의 공기수집 챔버(10)가 하나의 이산화탄소 측정기(30)와 연결되어 사용되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 5에서 보이는 것처럼, 2개 이상의 공기수집 챔버(10-1,10-2,,,10-n)가 하나의 이산화탄소 측정기(30)가 연결되는 한편 2개 이상의 공기수집 챔버(10-1,10-2,,,10-n)와 밀폐 센서(20-1,20-2,,,20-n)가 각각 연결되면서 이들 밀폐 센서(20-1,20-2,,,20-n)가 제어부(40)와 연결되는 것도 가능하다.
<실시예 2>
도 6에서 보이는 바와 같이, 본 실시예 에 의한 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템은, 공기수집 챔버(10), 밀폐 센서(20), 이산화탄소 농도 측정기(30), 제어부(40)로 구성되는 것은 실시예 1과 동일하고, 공기수집 챔버(10)와 이산화탄소 농도 측정기(30)의 공기 순환을 위한 관로인 배출튜브(50)와 유입튜브(60)를 개폐하는 밸브(51,61)를 더 포함하고, 제어부(40)가 밸브(51,61)의 개폐를 제어하는 점에서 실시예 1과 차이점이 있다.
배출튜브(50)과 유입튜브(60)는 어느 하나만 개폐 제어될 수 있고 2개 모두 개폐 제어될 수 있다.
제어부(40)는 밀폐 센서(20)의 센싱 값을 근거로 하여 공기수집 챔버(10)의 비밀폐를 판단하면 밸브(51,61) 중 하나 이상을 오프 제어한다.
아울러, 이산화탄소 농도 측정을 위한 구성인 이산화탄소 농도 측정기(30), 공기순환펌프, 혼합 팬 등을 정지 제어한다.
물론, 본 실시예는 밸브(51,61)의 폐쇄없이 이산화탄소 농도 측정을 위한 구성인 이산화탄소 농도 측정기(30), 공기순환펌프, 혼합 팬 등을 정지 제어하는 것만도 가능하다.
본 실시예에 따르면, 공기수집 챔버(10)가 도어에 의해 밀폐된 상태에서 밀폐 센서(20)가 공기수집 챔버(10)의 밀폐를 감지한 결과 밀폐로 판단되면 공기수집 챔버(10)과 이산화탄소 농도 측정기(30)가 정상적으로 작동한다. 한편, 밀폐 센서(20)의 밀폐 감지 결과 공기수집 챔버(10)가 비밀폐로 판단되면 제어부(40)는 밸브(51,61)를 폐쇄하고 아울러 이산화탄소 농도 측정을 위한 구성인 이산화탄소 농도 측정기(30), 공기순환펌프, 혼합 팬 등을 정지 제어한다.
따라서, 공기수집 챔버(10)의 비밀폐시에는 이산화탄소 농도 측정이 이루어지지 않아 잘못된 정보에 의한 식물의 호흡과 광합성의 판단 오류를 일으키지 않는다.
본 발명은 공기수집 챔버(10)의 밀폐 제어 모드에서 비밀폐가 감지되는 경우 관리자에게 알려주기 위한 알람이 적용될 수 있다. 이를 통해 관리자에 의한 신속한 유지 보수가 가능하다.
이하 본 발명에 의한 이산화탄소 농도 측정의 과정을 구체적으로 설명한다.
공기수집 챔버(10)의 챔버 본체 내부에 식물의 잎을 투입하며, 예를 들어, 챔버 본체의 둘레부에 형성된 출입공을 통해 식물의 잎을 챔버 본체 내에 투입한다. 이때, 잎은 챔버 본체 내부에 메쉬가 적용된 경우 상기 메쉬에 안착이 된다.
배출튜브는 가스샘플러에 연결되고, 흡입튜브는 적외선 분석기에 연결된다.
이와 같이 식물의 잎에 공기수집 챔버의 설치가 완료되면 제어부(40)를 통해 도어로 하여금 챔버 본체의 내부를 폐쇄한다. 즉, 도어는 구동수단을 통해 가동하여 챔버 본체의 개방부를 폐쇄한다. 잎을 챔버 본체에 투입하기 위한 출입공이 적용된 경우 이 출입공은 무독성 실리콘 등을 밀폐된다.
이후, 제어부(40)를 통해 에어펌프 및 공기순환펌프 그리고 혼합팬을 가동시켜 잎 주변의 이산화탄소 변화량 측정을 실시한다.
이때, 공기순환펌프에 의해 공기는 흡입튜브의 흡입공을 통해 공기수집 챔버(10) 내부로 유입이 되고, 공기수집 챔버(10) 내로 유입된 공기는 혼합팬에 의해 배출튜브 측으로 이동된다.
이때, 에어펌프에 의해 공기수집 챔버(10) 내의 공기는 배출튜브의 배출공을 통해 빨려 들어가는데, 이때, 공기의 양은 대략 5 ℓmin-1이다. 이후 공기는 가스샘플러를 통해 가스 유량계 및 공기필터를 거친 후, 0.7 ℓmin-1의 유량의 공기만이 샘플링되어 적외선분석기에 의해 이산화탄소의 농도가 측정된다.
이때, 적외선 분석기는 1초마다 샘플링된 공기의 이산화탄소 농도를 측정하고, 10초 간격으로 측정된 평균값을 제어부(40)에 저장한다.
이후, 이산화탄소 농도 측정을 마친 샘플링된 공기와 샘플링되지 못한 나머지 공기는 다시 합해진 상태로 흡입튜브를 통해 공기수집 챔버(10) 내로 유입된다.
이와 같은 일련의 공기 흐름을 통해 나무의 잎 호흡 및 광합성에 의해 변화되는 이산화탄소의 농도를 측정하게 된다.
이때, 이산화탄소 농도가 증가되는 속도를 분석하여 나무의 잎 호흡속도를 측정하며, 이산화탄소 농도가 감소되는 속도를 분석하여 나무의 잎 광합성량을 측정하게 된다.
한편, 공기수집 챔버(10)의 도어에 의해 챔버 본체의 내부가 밀폐된 상태로 유지되는 시간 즉, 이산화탄소 농도에 대한 측정이 이루어지는 시간은 예를 들어 120초임이 바람직하다. 이는, 챔버 본체의 내부가 밀폐된 상태로 120초가 넘으면 나뭇잎이 호흡하는 과정에서 챔버 본체 내부에 습기가 차게 됨에 따라 나뭇잎의 호흡이 정상적으로 이루어지지 못하게 된다.
이에 따라, 챔버 내의 이산화탄소 변화량 측정이 정확하게 이루어지지 못하게 되므로 식물의 잎 호흡 속도를 정확하게 측정하기 어렵게 된다.
따라서, 챔버 본체의 밀폐된 상태를 120초 동안만 유지시킨 상태에서 챔버 내의 이산화탄소 변화량을 측정하게 되며, 120초가 지나면 도어는 구동수단에 의해 자동으로 열리게 된다. 본 발명은 이와 같이 챔버 본체가 밀폐되는 조건에서 챔버 본체의 밀폐를 감지하여 이산화탄소 농도 데이터의 필터링, 이산화탄소 농도 측정기의 제어가 이루어지는 것이다.
도어가 열리면, 챔버 본체의 내부는 환기되면서 다시 자연 상태가 된다.
이후, 챔버 본체의 내부가 환기되어 자연 상태로 이루어지면, 도어는 다시 챔버 본체의 개방부를 폐쇄하여 챔버 본체의 내부를 밀폐시키게 되며, 챔버 본ㅊ의 내부가 밀폐됨과 동시에 전술한 일련의 공기 흐름이 다시 시작된다. 이때, 도어가 챔버 본체의 내부를 개폐하는 시간은 대략 105초임이 바람직하다. 즉, 챔버 본체의 내부가 자연 상태로 바뀌는 시간은 105초 정도이면 충분한 것이다. 물론 도어에 의해 챔버 본체의 내부가 밀폐되고 개방되는 시간 조절은 제어부(40)를 통해 가능하다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 공기수집 챔버, 20 : 밀폐 센서
30 : 이산화탄소 농도 측정기, 40 : 제어부
50 : 배출튜브, 51,61 : 밸브
60 : 흡입튜브,

Claims (5)

  1. 하나 이상의 개방부가 구비되며 내부에 식물이 수납되는 챔버 본체, 구동수단을 통해 상기 챔버 본체의 개방부를 개폐하는 도어를 포함하여 구성되며, 식물의 잎과 가지 및 줄기에 선택적으로 설치되어 내부에 밀폐 공간을 조성하는 공기수집 챔버(10)와; 상기 공기수집 챔버와 흡입튜브와 배출튜브를 통해 연결되어 상기 공기수집 챔버 내부의 공기를 공급받아 이산화탄소 농도를 측정하고 다시 상기 공기수집 챔버로 복귀시키는 이산화탄소 농도 측정기(30)와; 상기 도어의 구동수단을 제어함과 아울러 상기 이산화탄소 농도 측정기에서 분석된 이산화탄소 농도를 데이터 로거를 통해 저장 및 상기 이산화탄소 농도 측정기와 상기 공기수집 챔버를 제어하는 제어부(40)와; 상기 공기수집 챔버의 밀폐를 감지하는 밀폐 센서(20)와; 상기 밀폐 센서에 의한 상기 공기수집 챔버의 감지시 상기 공기수집 챔버의 개방을 알리는 알람을 포함하고,
    상기 밀폐 센서는 상기 챔버 본체의 둘레부에 설치되며 상기 챔버 본체를 폐쇄하는 동안에 상기 도어와의 거리를 근거로 하여 상기 챔버 본체의 밀폐를 감지하는 거리센서이며,
    상기 제어부는 상기 밀폐 센서의 센싱 결과 상기 공기수집 챔버가 밀폐되지 않은 것으로 판단되면 이때 측정한 이산화탄소 농도의 데이터를 필터링하여 상기 공기수집 챔버가 밀폐된 상태에서 측정한 이산화탄소 농도의 데이터만을 취급하도록 하는 제어하며, 이에 의하여, 상기 제어부는 상기 공기수집 챔버와 이산화탄소 농도 측정기 및 밀폐 센서를 시작 제어하고 상기 도어의 구동수단을 통해 상기 도어를 구동시켜 상기 공기수집 챔버를 폐쇄하며, 상기 도어에 의해 상기 공기수집 챔버를 폐쇄한 후 상기 밀폐 센서에 의해 상기 공기수집 챔버의 밀폐를 감지하며, 상기 공기수집 챔버가 밀폐 상태로 감지되면 상기 이산화탄소 농도 측정기에서 측정한 데이터를 저장하며 한편 상기 공기수집 챔버가 밀폐되지 않은 것으로 감지되면 상기 이산화탄소 농도 측정기에서 측정한 데이터를 필터링하여 밀폐 상태에서 측정한 데이터만 제공하고 상기 알람을 통해 도어의 개방을 알리는 것을 특징으로 하는 밀폐순환법 적용 챔버의 개폐감지 작동을 이용한 식물의 호흡과 광합성량 자동 모니터링 시스템.





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