KR102266887B1 - 토양 수분 측정장치 및 이를 이용한 토양 수분 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양 수분 측정장치 및 이를 이용한 토양 수분 측정방법에 관한 것으로, 본 발명은 측정대상 지역의 토양에 삽입되는 다공성의 외측용기 부재와 측정대상 지역의 토양을 적재하거나 정제된 토양을 적재하여 상기 외측용기 부재와 결착되는 다공성의 내측용기 부재를 포함하는 토양추를 이용함으로써, 사용편의가 우수하고 구조가 단순하면서도 간편한 방법으로 여러 곳의 토양 수분을 정확히 측정할 수 있는 토양 수분 측정장치 및 이를 이용한 간편하면서도 측정 오차가 적은 토양 수분 측정방법에 관한 것이다.

Description

토양 수분 측정장치 및 이를 이용한 토양 수분 측정방법{DEVICE FOR MEASURING SOIL MOISTURE AND METHODE FOR MEASURING SOIL MOISTURE USING THE SAME}

본 발명은 토양 수분 측정장치 및 이를 이용한 토양 수분 측정방법에 관한 것이다.

식물 재배시 토양 내 수분 함량을 관리하는 것은 매우 중요하다. 식물의 뿌리 주변의 수분 함량이 높으면 증산작용이 잘 이루어질 수 있으나, 수분 함량이 과다할 경우 뿌리 주변의 공기가 부족하여 뿌리의 호흡 작용이 힘들어지고 토양의 미생물이 증식하기가 힘들어져 식물에 공급되는 영양이 부족해진다.

따라서 토양 내 수분 함량을 측정하여 적절한 수분 함량을 유지할 수 있도록 조절하는 것이 요구된다. 또한, 토양 내 수분 함량을 정확히 파악해야만 식물의 생장 상태에 따라 필요로 하는 만큼의 물을 공급할 수가 있다.

이러한 이유로, 식물 재배 분야에서 토양 내 수분 함량을 측정하기 위한 기법이 사용되고 있으며, 대표적인 것으로 텐시오미터법과 TDR 법이 있다.

텐시오미터법은 토양이 물을 끌어당기는 힘을 이용한 것으로, 토양 속에 석고로 만든 포러스 컵을 묻고 물을 채워 두면 물이 포러스 컵을 통해 토양 속으로 이동을 하는데, 토양의 함수량과 평형이 되었을 때 부압계나 수은 액주계를 사용해서 토양 공극의 부압을 측정하여 함수량을 구하는 방법이다.

TDR(Time Domain Reflectometry) 법은 고주파 신호를 방사하고 수신하는 탐침을 이격 거리에 매설하여, 방사된 고주파 신호가 반사되어 돌아온 시간으로부터 나온 토양의 유전상수를 통해 수분 함량을 측정하는 방법이다.

텐시오미터법을 이용한 토양 수분 측정장치는 센서의 구조가 복잡하고 가격이 비싸며, 측정 범위가 좁으며, 토양수분의 변화 혹은 포러스컵과토양과의 밀착성이 결여되면 공기가 유입되어 부압의 에러가 발생하므로 정밀성을 유지하기 위한 따른 관리가 번거롭다는 단점이 있다. TDR 법을 이용한 장치의 경우 프로브의 특성상 길이와 형태에 있어 측정 깊이의 한계가 있으며, 원리상 두 탐침의 끝점 사이의 수분 함량을 측정하는 것이어서 국소 영역을 측정하는 것에 그치며, 측정할 때마다 값이 위치에 따라 값이 달라진다는 단점이 있다. 또한 이들 토양 수분 측정방법은 온도의 영향을 받아 변동된다는 단점이 있다. 또한 유전율 센서들은 용적 수분을 측정하는 방식으로 토성에 따라 수분 함량에 대한 토양의 수분 포텐셜 값이 상이한 간접적인 측정방법이다.

본 발명의 하나의 목적은 사용편의가 우수하고 구조가 단순하면서도 간편한 방법으로 토양 수분의 위치에 따른 변화를 최소화하는 토양 수분이 평형을 이루었을 때의 토양 수분 중량을 정확히 측정할 수 있는 토양 수분 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 토양 수분 측정장치를 이용하여 간편하면서도 측정 오차가 적은 토양 수분 측정방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 토양에 삽입 고정되고 상부가 개방된 외측용기 부재, 상기 외측용기 부재에 삽입되고 상부가 개방되어 토양이 적재되는 내측용기 부재 및 상기 내측용기 부재 상부에 결합되는 커버 부재를 포함하는 토양추; 상기 토양추의 커버 부재와 연결되어 토양추의 중량 변화를 측정하는 감지 부재; 상기 감지 부재로부터 제공받은 토양의 중량 변화량으로부터 토양 수분 함량을 산출하는 제어부; 및 내부 공간에 상기 감지 부재와 제어부를 포함하고, 수분 측정 시 토양 표면상에 배치되는 몸체부;를 포함하는 토양 수분 측정장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 측정대상 토양의 일부를 채굴 후 외측용기 부재를 삽입하고, 토양이 채워진 내측용기 부재를 상기 외측용기 부재 내로 삽입 후 커버 부재를 결합하고, 상기 커버 부재와 감지 부재를 결착한 뒤, 감지 부재를 이용하여 토양추의 중량을 측정하고, 측정된 중량 값을 이용하여 제어부를 통해 토양 수분 함량을 구하는 토양 수분 측정방법을 제공한다.

본 발명에 따른 토양 수분 측정장치 및 이를 이용한 토양 수분 측정방법은 측정대상 지역의 토양에 삽입되는 다공성의 외측용기 부재와 측정대상 지역의 토양을 적재하고 상기 외측용기 부재와 결착되는 다공성의 내측용기 부재를 포함하는 토양추를 이용함으로써, 외측용기 부재에 의해 뿌리에 의한 토양추 밀착의 교란을 차단하여 토양 수분의 이동을 원활하게 할 뿐 아니라, 사용 편의가 우수하고 구조가 단순하면서도 간편한 방법으로 여러 곳의 토양 수분을 정확히 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토양 수분 측정장치의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토양 수분 측정장치의 토양추의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 석고저항 수분 센서와 유전율 센서의 온도에 따른 변동성을 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 토양추에 의한 토성별 토양수분의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 토양추에 의한 토양 중량 수분 함량과 용적 수분의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 토양 수분 수준별 토양추의 토양수분함량의 변화(반응성)를 나타내는 그래프이다
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 토양추 이용 중량수분 측정장치이다.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.

또한, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토양 수분 측정장치의 구성을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토양 수분 측정장치의 토양추의 구성을 도시한 것이다.

도 1 및 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 토양 수분 측정장치(10)는 토양에 삽입 고정되고 상부가 개방된 외측용기 부재(110), 상기 외측용기 부재(110)에 삽입되고 상부가 개방되어 토양이 적재되는 내측용기 부재(120) 및 상기 내측용기 부재(120) 상부에 결합되는 커버 부재(130)를 포함하는 토양추(100); 상기 토양추(100)의 커버 부재(130)와 연결되어 토양추의 중량 변화를 측정하는 감지 부재(200); 상기 감지 부재(200)로부터 제공받은 토양의 중량 변화량으로부터 토양 수분 함량을 산출하는 제어부(300); 및 내부 공간에 상기 감지 부재(300)와 제어부(400)를 포함하고, 수분 측정시 토양 표면상에 배치되는 몸체부(400);를 포함한다.

상기 내측용기 부재(120)은 외측용기 부재(110)없이 단독으로 대상 토양에 직접 삽입하여 측정할 수도 있다. 주변토양의 붕괴, 미소동물이나 뿌리에 의한 토양추의 밀착성 교란을 방지하기 위해서는 상기 외측용기 부재(110)는 측정대상 토양에 삽입 고정될 수 있다. 외측용기 부재(110)는 측정대상 토양의 일부를 채굴한 후 삽입한다. 반복 측정이 필요한 경우 외측용기 부재(110)는 측정대상 토양에 그대로 삽입된 채로 이용될 수도 있다. 또한, 복수의 지점에서 토양의 수분 측정이 필요한 경우에는 복수 개로 구비되어 각 측정 지점에 상시 배치될 수도 있다. 외측용기 부재(110)가 토양에 고정되어 사용되는 경우에는 별도의 덮개를 이용하여 외측용기 부재(110)의 상부를 밀봉함으로써, 미사용시 외측용기 내부(110)로 미세동물이나 이물질 등이 침투하는 것을 방지할 수도 있다.

상기 내측용기 부재(120)는 상기 외측용기 부재(110)에 삽입되고 상부가 개방되어 있어, 내측용기 부재(120)는 외측용기 부재(110)와 분리되도록 구성된다. 또한, 내측용기 부재(120)는 토양 수분의 정확한 측정을 위하여 외측용기 부재(110)에 삽입시 외측면이 외측용기 부재(110)의 내측면에 밀착될 수 있도록 형성된다. 상기 내특용기 부재(120)에는 채굴된 측정대상 토양이 적재될 수 있으며, 정제된 다른 토양을 적재하여 사용할 수도 있다.

상기 커버 부재(130)는 상기 내측용기 부재(120) 상부에 밀착되게 결합된다. 커버 부재(130)는 내측용기 부재(130)의 개방된 상부를 막아줌으로써, 비나 눈이 내리는 경우 수분이 내측용기 부재(130)의 개방된 상부를 통하여 직접 침투하는 것을 방지하고, 이물질이나 미세동물이 주입되는 것을 방지함으로써, 내측용기 부재(130)에 적재된 토양의 중량 변화의 간섭을 예방하여 토양 수분 측정의 정확성을 높일 수 있다. 커버 부재(130)는 내측용기 부재(130)와의 체결력을 향상시키기 위해 하부 일부가 내측용기 부재(130)의 내부로 맞물리게 삽입되는 형상을 구비할 수도 있다.

커버 부재(130)는 토양 수분 측정장치(10)의 몸체부(400) 내부에 구비되어 토양추(100)의 질량 변화값을 측정하는 감지 부재(200)와 연결된다. 커버 부재(130)는 상부에 걸개 부재(140)를 구비할 수도 있다.

상기 걸개 부재(140)는 상기 커버 부재(130)와 감지 부재(200)를 탈착 가능하도록 연결할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 상기 걸개 부재(140)는 고리 형태일 수도 있으며, 연결부분이 - 또는 + 형태로 형성되어 一 또는 十 형태의 홈에 삽입된 후, 회전되어 체결되는 형태일 수도 있다. 이 경우 걸개 부재(140)의 작동을 몸체부(400) 외부에서 실시할 수 있도록 레버 등의 부재(미도시)가 구비될 수도 있다. 걸개 부재(140)가 탈착가능한 방식으로 구성되는 경우 토양추(10)를 탈착할 수 있어, 내측용기 부재(120)에 토양을 적재하고 커버 부재(130)을 결합하고 토양 수분 측정장치(10)를 배치하는 등의 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.

토양추(100)는 외측용기 부재(110), 내측용기 부재(120) 및 커버 부재(130)를 포함하며, 삽입이 용이하고 수분의 증발과 이동이 균일하게 일어나 토양추(100)의 중량의 변화가 균일하게 이뤄지도록 토양에 삽입되는 방향을 따라 상부보다 하부가 좁아지는 형태로 형성될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 토양추(100)는 원추형이 되도록 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 토양추(100)를 구성하는 외측용기 부재(110), 내측용기 부재(120) 및 커버 부재(130)는 수분을 투과할 수 있는 다공성 재질일 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나 예를 들어 고령토 등 흙으로 빚은 초벌구이 재질, 석고 또는 세라믹 재질일 수 있다. 이와 같은 다공성 재질을 이용함으로써, 토양추(100)의 내외로 수분은 투과하면서 측정대상 토양 주변에 식생하고 있는 식물의 뿌리나 미세동물이 토양추(100) 내로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

감지 부재(200)는 토양추(100)의 무게 또는 중량을 측정하는 부재이다. 하나의 구체적인 실시예로, 상기 감지 부재(200)는 이에 제한되는 것은 아니나, 빔형, 판형, 원주형 또는 S자형 로드셀 등일 수 있다. 감지 부재(200)는 연결된 토양추(100)의 정확한 무게 또는 중량의 측정을 위하여 토양추의 무게 중심을 관통하는 수직선 상에 감지 부재의 감지부가 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

제어부(300)는 감지 부재(200)를 통해 측정되는 토양추의 무게 또는 중량을 측정하거나 중량 변화량을 입력받아 토양 수분 함량을 산출하고, 토양 수분 측정장치의 작동을 제어할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 제어부(300)는 실시간으로 토양 수분 측정장치(10)가 토양의 수분 함량을 실시간으로 계량 또는 측정하도록 제어할 수 있으며, 사용자가 측정 방법, 작동 시간 또는 토양추(100)의 무게 또는 중량 변화에 따른 작동 조건 등을 미리 설정하여 입력할 경우 이에 맞추어 토양 수분 측정장치(10)가 작동하도록 제어할 수도 있다.

상기 토양 수분 측정장치(10)를 이용한 토양 수분 측정방법은 측정대상 토양의 일부를 채굴 후 외측용기 부재(110)를 삽입하거나 토양이 채워진 내측용기 부재(120)를 상기 외측용기 부재(110) 내로 삽입 후 커버 부재(130)를 결합하고, 상기 커버 부재(130)와 감지 부재(200)를 결착한 뒤, 감지 부재(200)를 이용하여 토양추(100)의 중량을 측정하고, 측정된 중량 값을 이용하여 제어부(300)를 통해 토양 수분 함량을 구함으로써, 토양의 수분을 측정하는 것일 수 있다.

상기 측정된 중량 값은 토양 수분 측정장치(10)가 작동 후 미리 설정된 시간 경과 후의 토양추(100)의 중량 변화량일 수 있다.

한편, 상기 제어부(300)에는 측정대상 지역의 토양이 채워진 내측용기 부재(120)를 물에 침지 후 중력수가 빠진 상태에서 측정한 포장 용수량 값과 포장 용수량 측정 후 수분이 0%가 되도록 건조한 상태에서 측정한 중량값으로부터 산출된 회귀식이 미리 입력되어 있어, 이를 이용함으로써, 상기 중량 값 또는 중량 변화량으로부터 측정대상 지역의 토양 수분을 측정하는 것일 수 있다.

10 : 토양 수분 측정장치 100 : 토양추
110 : 외측용기 부재 120 : 내측용기 부재
130 : 커버 부재 140 : 걸개 부재
200 : 감지 부재 300 : 제어부
400 : 몸체부

Claims (10)

1. 토양에 삽입 고정되고 상부가 개방된 외측용기 부재, 상기 외측용기 부재에 삽입되고 상부가 개방되어 토양이 적재되는 내측용기 부재 및 상기 내측용기 부재 상부에 결합되는 커버 부재를 포함하는 토양추;
   상기 토양추의 커버 부재와 연결되어 토양추의 중량을 측정하는 감지 부재;
   상기 감지 부재로부터 제공받은 토양의 중량값으로부터 토양 수분 함량을 산출하는 제어부; 및
   내부 공간에 상기 감지 부재와 제어부를 포함하고 수분 측정시 토양 표면상에 배치되는 몸체부;를 포함하고,
   여기서, 상기 내측용기 부재는 상기 외측용기 부재의 개방된 상부로 삽입되고 분리되도록 구성된 것이고,
   상기 외측용기 부재 및 내측용기 부재는 수분을 투과할 수 있는 다공성 재질이고,
   상기 외측용기 부재와 상기 내측용기 부재의 내외부로 수분이 투과하여 토양 수분이 평형을 이루었을 때 상기 감지 부재가 토양추의 중량을 측정하고,
   상기 제어부는 측정대상 지역의 토양이 채워진 내측용기 부재를 물에 침지 후 중력수가 빠진 상태에서 측정한 포장 용수량 값과 포장 용수량 측정 후 수분이 0%가 되도록 건조한 상태에서 측정한 중량값으로부터 산출된 회귀식이 미리 입력되어 있고, 상기 감지 부재로부터 제공받은 토양의 중량값과 상기 회귀식을 이용하여 토양 수분 함량을 산출하는,
   토양 수분 측정장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측용기 부재 및 내측용기 부재는 초벌구이 고령토, 석고 또는 다공성 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 토양 수분 측정장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측용기 부재 및 내측용기 부재는 원추형인 것을 특징으로 하는 토양 수분 측정장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 감지 부재는 로드셀을 이용하는 것을 특징으로 하는 토양 수분 측정장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   걸개 부재를 더 포함하고, 상기 걸개 부재는 상기 커버 부재와 감지 부재를 탈착 가능하도록 연결하는 것을 특징으로 하는 토양 수분 측정장치.
7. 제 1 항에 따른 토양 수분 측정장치를 이용한 토양 수분 측정방법에 있어서,
   토양의 일부를 채굴 후 외측용기 부재를 삽입하고,
   토양이 채워진 내측용기 부재를 상기 외측용기 부재 내로 삽입 후 커버 부재를 결합하고,
   상기 커버 부재와 감지 부재를 결착한 뒤,
   감지 부재를 이용하여 토양추의 중량을 측정하고,
   측정된 중량 값을 이용하여 제어부를 통해 토양 수분 함량을 구하는 토양 수분 측정방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 내측용기 부재에 채워지는 토양은 채굴된 측정대상 토양인 것을 특징으로 하는 토양 수분 측정방법.
    

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