KR102315901B1 - 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

식물관리를 위해서는 필수 요소인 토양의 수분을 전자회로를 이용한 시간차 측정방식에 의해 쉽고 간편하게 측정할 수 있도록 함은 물론 보다 정밀성과 휴대성을 확보할 수 있는 식물관리용 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 토양함수량 측정방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
지면 토양함수량 측정을 위한 프로브유닛을 구비한 것과, 상기 프로브유닛에는 전파의 측정 정밀도 향상을 위한 외부전파 방지 쉴드유닛을 구비한 것과, 상기 프로브유닛의 편측에는 탈착형으로 연결되고 사용자의 몸에 휴대하면서 상기 프로브유닛의 측정데이터를 비교분석하는 측정센서회로와 상기 측정센서회로를 통해 산출된 데이터를 외부로 보내 육안으로 식별 및 제어할 수 있는 토양수분 제어컨트롤회로를 일체로 포함하는 휴대묘듈유닛을 구비한다.
따라서 본 발명은 쉴드유닛을 통해 측정에 불필요한 전파를 차단하여 발신봉과 수신봉 주변의 방해전파를 신속하게 차단하여 측정효율을 높일 수 있는 이점이 있고, 상기 프로브유닛의 발신봉과 수신봉에서 전파를 펄스 형태로 발신 또는 수신이 이루어질 때 휴대묘듈유닛을 통해 신속한 측정 및 측정에 따른 측정정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 이점이 있다.

Description

토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정방법 및 그 장치{The Method and apparatus for measuring soil moisture content for plant management with measurement efficiency and portability}

본 발명은 전파가 이동되면서 펄스형태의 전압 변화량과 시간차를 이용한 토양함수량 측정방법과 그 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식물관리를 위해서는 필수 요소인 토양의 수분을 전자회로를 이용한 시간차 측정방식에 의해 쉽고 간편하게 측정할 수 있도록 함은 물론 보다 정밀성과 휴대성을 확보할 수 있는 식물관리용 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 토양함수량 측정방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

최근 다양한 기술발전과 여러 수요계층의 증가로 인해 일정한 토지에 많은 식물 재배 및 농작물 재배를 위한 다양한 시설과 재배방법이 발전되고 있다.

특히, 식물 재배의 경우 대규모 시설과 환경에서 성장에 필요한 토양 속 수분이 필수적인 것으로 토양함수량의 측정이 요구되고 있는 실정에 있다.

또, 대량 식물 재배 및 농작물 재배에서 필요한 토양함수량 측정을 위해 현재 다양한 방식의 수분 측정 방식이 개발되어 사용되고 있다.

통상, 여러 측정방식 중에서 시간영역 반사법(TDR: Time Domain Reflectometry)은 고주파 발진기에서 발진되는 고주파 신호가 탐침 사이를 왕복하는데 걸리는 시간이 토양의 수분 함량과 일정한 관계가 있다는 원리를 이용한다.

도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 TDR 방식의 토양 수분 측정장치(10)는 고주파 발진기 및 반사파를 수신하여 수분 함량을 측정하는 신호처리부를 내부에 포함하며, 외부에 돌출된 2개의 프로브(탐침)(20,30)를 포함하고, 측정회로(11)에서 발신된 고주파 신호(P)는 신호라인(12)을 통해 프로브(20)로 전달된다. 이때 고주파 신호(P)가 프로브(20)의 단부(21)에 이르면 반사파(R)가 생성되어 측정회로(12)로 전송되고, 이 반사파(R)를 수신하는 시간과 반사파의 세기를 측정하여 토양의 수분 함량을 구할 수 있도록 사용하고 있고, 이러한 종래의 TDR 방식의 측정장치에서 프로브(20,30)는 지름 5mm 미만의 금속으로 수십 센티미터의 길이를 가지며, 따라서 토양속 얕은 지역의 수분만 측정할 수 있다. 토양의 깊은 곳(예컨대 지면에서 1m 내외의 영역)을 측정할 경우에는 구덩이를 깊게 파고 그곳에 사람이 들어가 측정장치(10)를 설치한 다음 구덩이를 흙으로 메우는 방식으로 진행한다.

이러한 TDR 방식을 이용한 토양함수량 측정방법 및 장치와 관련된 다양한 형태의 선행기술이 공지되어 있다.

한 예로 국내 등록특허공보 제10-0732935호(공개일자: 2007.05.08)에서는 “유전체 기판; 상기 유전체 기판 일면에 임펄스가 입출력되도록 직선의 마이크로스트립 라인으로 형성된 기준선로; 상기 기준선로의 입출력단 사이에서 일부 분리되어, 상기 기준선로의 입력단에서 입력된 임펄스가 우회하여 상기 기준선로의 출력단으로 출력되도록 마이크로 스트립 라인으로 형성된 지연선로; 및 상기 기준선로가 형성된 면과 상기 유전체 기판 반대면에 형성된 그라운드층(GND)를 포함하는 평판형 도파관으로 형성된 측정 프로브”가 있고,

또, 국내 등록특허공보 제10-2041230호(공개일자: 2019.06.13)에서는 “동축 케이블을 이용한 TDR 방식의 토양 수분 측정장치로서, 토양 수분 측정시 토양에 삽입되는 프로브용 동축 케이블(130); 신호라인에 의해 상기 프로브용 동축케이블(130)의 외부 도체인 쉴드(C3)와 전기적으로 연결된 측정회로(110); 선단부(150); 및 연결부재(140);를 포함하고 상기 측정회로는 상기 신호라인을 통해 상기 프로브용 동축 케이블(130)에 고주파 신호를 공급하고 상기 프로브용 동축 케이블(130)로부터 반사파를 수신하여 토양 수분을 측정하도록 구성되어 있고, 선단부(150)는 상기 프로브용 동축 케이블의 하단부에 결합되어 있고, 상기 프로브용 동축 케이블과 상기 선단부가 전기적으로 절연되어 있고, 상기 연결부재(140)는 프로브용 동축 케이블과 선단부 사이에 개재되어 있고, 상기 연결부재(140)는 통 형상의 절연성 바디(141)로 구성되고, 상기 프로브용 동축케이블과 상기 선단부 사이

를 이격시키는 절연성 부재이며, 상기 절연성 바디(141)는 상부 결합부(142)와 하부 결합부(143)를 포함하고, 상기 상부 결합부(142)는 상기 프로브용 동축케이블의 하단부와 결합되고, 상기 하부 결합부(143)는 상기 선단부의 상단에 결합되는 것을 특징으로 하는 동축 케이블을 이용한 TDR 방식의 토양 수분 측정장치”가 있으며,

또, 국내 등록특허공보 제10-1948058호(공개일자: 2019.02.14)에서는 “지중의 수분 함유량을 측정하는 지중 수분 함량 측정 장치로서, 길게 형성되어 지중으로 삽입되는 본체부와; 본체부 하단에 설치되어 측정이 필요한 깊이까지 삽입되며, TDR(Time Domain Reflectometry) 센서가 구비되는 측정부; 및, 본체부 상부와 연결되며, 데이터 로깅 및 연산 유닛이 구비되는 제어부;로 구성되되, 상기 TDR 센서는 측정부 내부에 내장되고, 측정부는 주위 수분만 내부로 유입시킴으로써, 측정부는 지중 토양뿐만 아니라 지중 불포화 암반 내부의 수분 측정까지 가능하고, 상기 측정부는 메시 형태의 스크린 하우징으로 둘러싸여, 측정 위치의 수분이 스크린 하우징을 통해 측정부 내부로 유입되며, 측정부 중심에는 중공 관 형태의 부재인 붕대가 설치되어, 지상으로부터 상기 본체부 내부를 따라 이어져서 TDR 센서까지 연결되는 센서 케이블이 붕대에 내장되고, TDR 센서는 붕대와 스크린 하우징 사이 공간에 설치되며, 상기 센서 케이블 하단은 붕대 외부로 노출된 TDR 센서와 연결되며,

상기 붕대와 스크린 하우징 사이 공간에는 투수계수가 전 범위에 걸쳐 균일한 모래 또는 흙으로 이루어지는 균일 투수계수 부재로 채워져, 스크린 하우징 내부로 유입되는 수분의 양은 균일 투수계수 부재의 유전율 측정을 통해 계측 가능한 것을 특징으로 하는 TDR 센서를 활용한 지중 수분함량 측정 장치”가 있고,

또, 국내 등록실용신안공보 제20-0340338호(공개일자: 2004.02.11)에서는 “고주파 펄스를 발진시켜 안테나부를 통해 토양속으로 방사하고, 상기 안테나부와 토양 사이의 임피던스 불연속면에서 다시 반향되어 되돌아온 변화된 고주파 펄스를 판독하여 토양의 수분함량을 측정하고 이를 외부로 표시해주는 장치에 있어서, 높은 주파수의 고주파 펄스와 낮은 주파수의 고주파 펄스를 동시에 발진시키는 2개의 발진기로 된 발진부; 저항을 갖는 링브릿지회로와 동축케이블로 구성되어 상기 각 저항은 동축케이블의 임피던스와 동일하게 매칭시키고, 상기 동축케이블은 공진이 일어나는 길이를 갖도록 구성된 임피던스 변환부; 상기 임피던스 변환부의 동축케이블과 연결되고 토양속에 삽입되어 임피던스 불연속면을 이루도록 되며, 상기 높은 주파수의 고주파 펄스와 낮은 주파수의 고주파 펄스를 동시에 방사하여 토양속의 정전용량과 저항치에 따라 각각의 변화된 고주파 펄스를 반향시키는 안테나부; 상기 임피던스 변환부의 링브릿지회로와 동축케이블의 사이에 연결되어 상기 반향되어 되돌아온 각각의 정재파를 높은 주파수의 고주파 펄스는 하이패스 필터로 통과시키고, 낮은 주파수의 고주파 펄스는 로우패스 필터로 각각 분리하여 통과시키는 패스필터회로부; 및 상기 각 패스 필터를 통과한 고주파 펄스를 각각 전류로 변환하는 고주파 평형 전류 검출부를 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 토양의 수분 및 염도 측정장치”가 알려지고 있다.

상기와 같이 다양한 형태의 토양함수량 측정방법 및 장치에 관한 기술내용들이 공지되어 사용되고 있다.

상기 등록특허공보 제10-0732935호에서는 극초단 펄스를 사용하며, 두 경로가 형성된 평판형 도파관 형태의 측정 프로브를 측정매질에 놓고 상기 프로브를 통과하는 펄스의 지연시간을 측정함으로써, 신호의 동기화 과정없이 용이하고 정확하

게 유전율을 측정할 수 있도록 하는 유전율 측정 프로브 및 그 측정방법을 제공에 관한 것과, 등록특허공보 제10-1948058호에서는 토양뿐만 아니라 토양과 달리 분산된 공극이 형성되어 있지 않은 불포화 암반 내부의 수분 분포 또한 정확하게 측정할 수 있는 지중 수분함량 측정 장치에 관한 것이지만, TDR 방식을 이용하여 측정 펄스 지연시간을 측정한 다음 상기 지연펄스에서 측정 매질을 탐침하여 그 탐침된 유전율을 계산하는 방법은 휴대성이 떨어지는 문제점이 있고, 측정 주변환경에 따라 상기 측정 매질의 탐침에 방해요소로 작용하여 상대적으로 불규칙한 탐침 정보를 측정하게 되어 부정확한 측정을 하게 되는 문제점이 있다.

또, 등록특허공보 제10-2041230호에서는 동축 케이블을 TDR 방식의 수분 측정장치의 프로브로 사용함으로써 프로브를 토양 깊은 곳까지 삽입할 수 있고 프로브가 토양 내부에서 일직선으로 곧게 뻗은 상태가 쉽게 유지되도록 구성하고, 상기 고주파 신호가 동축 케이블의 외부 도체를 따라 내려가면서 유전율이 상이한 경계면을 지날 때마다 반사파가 생성되고, 측정회로가 이 반사파를 수신한 시간과 반사파의 세기를 측정함으로써 토양 깊이에 따른 수분 함량의 연속적인 계측이 가능한 측정장치를 구비하고 있으나, 선단부 연결부재 및 각 동축케이블의 조립구조가 복잡하여 제조에 따른 비용상승에 대한 문제점이 발생하고 또한, 측정중에 발생하는 주변환경에 영향을 감소시켜주기 위한 구조가 없어 측정의 방해요소로 작용하여 상대적으로 불규칙한 정보를 측정하게 되는 문제점이 있다.

또, 등록실용신안공보 제20-0340338호에서는 크기가 다른 고주파 펄스 2개를 발진시켜 높은 주파수의 고주파 펄스로는 토양 내부의 정전용량을 측정하여 수분함량을 측정토록 하고, 낮은 주파수의 고주파 펄스로는 토양 내부의 저항값을 측정하여 염도를 측정토록 함으로써 하나의 기기로 습도측정기와 염도측정기의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 함은 물론 그 습도 및 염도의 측정에 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 토양의 습도 및 염도 측정장치가 제공하고 있으나, 높은 주파수의 고주파 펄스와 낮은 주파수의 저주파 펄스를 동시에 발진시키는 2개의 발진기로 측정해야 되는 문제점이 있고, 휴대성이 떨어져 이에 대한 개선안이 요구되고 있는 실정에 있다.

·국내 등록특허공보 제10-0732935호(공개일자: 2007.05.08) ·국내 등록특허공보 제10-2041230호(공개일자: 2019.11.27) ·국내 등록특허공보 제10-1948058호(공개일자: 2019.02.14) ·국내 등록실용신안공보 제20-0340338호(공개일자: 2004.02.11)

없음

이에 본 발명은 종래 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 측정정밀성을 높일 수 있는 프로브유닛과 상기 프로브유닛의 외부 전파를 방해하는 요소들을 원천적으로 차단할 수 있는 외부전파 방지 쉴드유닛을 구비하여 전파 송수신 효율을 극대화시켜 정밀한 식물관리용 토양함수량을 측정할 수 있도록 구비하고,

상기 토양함수량을 측정하기 위해 휴대성과 작동효율성을 높일 수 있도록 휴대묘듈유닛을 사용자의 몸에 착용할 수 있도록 구비하여 작업효율성을 높일 수 있는 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정방법 및 그 장치를 제공함에 주안점을 두고 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 식물관리용 토양함수량 측정장치에 있어서,

지면 토양함수량 측정을 위한 프로브유닛을 구비한 것과, 상기 프로브유닛에는 전파의 측정 정밀도 향상을 위한 외부전파 방지 쉴드유닛을 구비한 것과, 상기 프로브유닛의 편측에는 탈착형으로 연결되고 사용자의 몸에 휴대하면서 상기 프로브유닛의 측정데이터를 비교분석하는 측정센서회로와 상기 측정센서회로를 통해 산출된 데이터를 외부로 보내 육안으로 식별 및 제어할 수 있는 토양수분 제어컨트롤회로를 일체로 포함하는 휴대묘듈유닛을 구비한 것과

상기 휴대묘듈유닛에는 측정센서회로와 제어컨트롤회로를 설정 및 제어를 블루투스 또는 와이파이를 구비한 통신모듈에 의해 휴대폰, PDA, 스마트 와치 또는 전용 무선 단말기를 통해 실시간으로 상기 토양함수량 측정장치를 제어 및 통제할 수 있도록 구비한 것과,

상기 프로브유닛은 각형 형태의 바디를 구비하고, 상기 바디의 하측에는 금속재질의 발신봉과 수신봉을 구비하되, 상기 발신봉과 수신봉의 전파 발생 및 측정 신호의 전달을 위해 상기 바디의 외측에 연결단자)를 구비하며, 상기 발신봉과 수신봉은 탈부착 형태로 상·하 길이 조절되는 확장블럭을 구비하되, 상기 확장블럭의 하측에는 지면침투용 삽입블럭을 나사결합형태로 구비할 수 있도록 구비하고, 상기 발신봉과 수신봉에는 좌·우 폭 조절용 간격조절유닛을 구비하며, 상기 바디의 외면에는 지면 고정설치를 위한 지면받침대를 구비하고, 상기 지면받침대는 바디의 양측에 대칭으로 힌지구멍을 구비하되, 그 양측 중심에 힌지핀를 구비하며, 상기 힌지핀에는 걸림되어 삽설고정되는 힌지판을 구비하되, 상기 힌지판의 내면에는 돌기가 상기 바디의 걸림홈에 걸림 고정되도록 구비한 것과,

상기 폭조절용 간격조절유닛은 상기 바디의 하측에 지지판을 구비하되, 상기 지지판의 편측에는 고정형태의 발신봉을 체결되도록 구비하고, 상기 발신봉의 편측에는 수평 길이방향으로 장공레일홈을 구비하며, 상기 장공레일홈의 상측에는 원형걸림테를 구비한 수신봉을 구비하되, 그 하측에 축봉이 상기 장공레일홈을 따라 이동되도록 구비하고, 상기 축봉 하측에는 나사조임 형태로 상기 지지판이 가압고정되도록 조절너트를 구비한 것과,

상기 외부전파 방지 쉴드유닛은 상기 바디의 외면에 원형 또는 각형 형태의 삽입홈을 양측에 구비하되, 그 내면 편측에는 걸림핀을 구비하고, 상기 각 걸림핀에 대응되는 음각 형태의 걸림홈을 구비한 삽입고정핀을 구비하되, 상기 삽입고정핀은 상기 삽입홈에 끼워져 고정지지 되도록 구비하며, 상기 삽입고정핀의 양측에는 꺾임턱을 구비하여 상기 바디에 삽입구멍에 걸림 고정되도록 구비하고, 상기 삽입고정핀의 하측에는 지지축바를 구비하되, 상기 지지축바는 일정 간격으로 길이가 조절되는 단차조절유닛을 구비하며, 상기 지지축바의 하측에는 동 또는 철판이 코팅되거나 감싸지는 “ㄷ”형태의 차폐판을 구비하되, 그 내측 양측에는 돌출걸림턱과 음각 걸림홈을 구비하고, 상기 차폐판의 저면에는 지면투입용 삽입날을 구비하고, 상기 단차조절유닛은 상기 지지축바의 내측에 수직으로 음각레일홈을 구비하되, 상기 음각레일홈 양측에는 일정간격으로 걸림홈을 구비하며, 상기 걸림홈에 탈부착형태로 돌출턱을 갖는 간격조절축과 높이가 조절되면서 끼워질 수 있도록 구비한 것과,

상기 휴대묘듈유닛은 위·아래로 분리되는 몸체케이스를 구비하되, 상기 몸체케이스의 외곽에는 음각레일홈을 구비하고, 상기 음각레일홈에는 기밀 유지용 고무패킹이 삽설되도록 구비하되, 그 고무패킹의 양측에는 수밀유지보강을 위한 보강패킹을 구비하며, 상기 양측 보강패킹의 중심하부에 맞물리는 가압턱을 구비한 몸체케이스가 고정지지 되도록 구비하고, 상기 몸체케이스 내부에는 측정센서회로와 토양수분 제어컨트롤회로를 구비하고, 상기 휴대묘듈유닛의 편측에는 외부연결단자와 케이블형태로 연결될 수 있는 프로부연결부을 구비하고, 그 타측에는 LCD,OLED 및 상태 표시창과 제어버튼을 구비하는 표시제어부을 구비하며,

상기 측정센서회로에는 상기 프로브유닛의 연결단자와 연결된 프로브연결부로부터 펄스 형태의 전파와 시간차를 측정할 수 있도록 입출력 통신이 이루어지는 메인 PCB 회로기판을 구비하여 상기 발신봉과 수신봉의 전파 발신 및 수신정보를 측정하도록 구비하며,

상기 측정센서회로와 프로브유닛의 모든 작동 전원은 토양수분 제어컨트롤회로의 전원회로에 제어에 의해 공급받도록 구비한 것과,

상기 착용유닛의 몸체케이스에는 사용자가 쉽게 몸에 착용할 수 있도록 상기 몸체케이스의 어느 편측 외면에는 꺾임 형태의 마름모 형태의 걸림브라켓을 구비하고, 그 아래 측에는 대칭으로 이탈방지 보조브라켓을 구비하며, 상기 걸림브라켓과 보조브라켓에는 벨트 또는 손목밴드를 끼워넣어 체결고정지지하는 벨트삽입홈을 구비한 것과,

상기 PCB 회로기판은 전파의 발신 및 수신정보를 측정하는 RF송수신부를 구비하고, 상기 RF송수신부의 신호 중에서 측정에 필요한 데이터를 필터링 하는 필터회로를 구비하며, 상기 필터회로에서 추출되는 신호를 증폭시키는 증폭회로를 구비하고, 상기 증폭회로를 통해 증폭된 신호는 전파의 전압과 시간차를 측정하는 시간차측정회로를 구비하며, 상기 시간차측정회로를 통해 측정된 전파를 디지털 신호로 변환시키는 ADC회로를 구비하고,상기 ADC회로를 통해 변환된 정보를 분석하여 해석하는 비교분석회로를 구비하며, 상기 비교분석회로를 통해 분석된 정보는 토양수분 제어컨트롤회로의 회로연결부을 연결되어 제어회로와 정보를 교환할 수 있도록 구비한 것과,

상기 토양수분 제어컨트롤회로는 상기 측정센서회로를 통해 전원, 측정정보 및 시간차등 각종정보가 상기 회로연결부에 연결되어 실시간으로 데이터를 주고 받을 수 있도록 구비하고, 상기 회로연결부는 측정신호 전달단자, DC전원 인가단자 및 제어 컨트롤단자을 구비하며, 상기 측정신호 전달단자의 데이터가 제어회로의 통신연결단자에 전달되도록 구비하고, 상기 DC전원 인가단자를 통해 상기 제어회로의 전원회로로부터 DC 전원을 인가받을 수 있도록 구비하며, 상기 제어 컨트롤단자를 통해 전달되는 데이터는 상기 제어회로의 외부제어회로에 전달되고 상기 전달된 정보에 의해 외부 LCD 표시 및 상기 토양함수량 측정장치의 전체 전원을 ON/OFF 할 수 있는 표시제어부에 연결되도록 구비하고, 상기 제어회로에는 자체 내장 배터리와 외부 태양 패널을 이용하여 전원을 공급받는 전원부의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 충전 및 방전회로에 연결되어 제어되도록 구비하며, 상기 제어컨트롤회로에는 DC전원 인가단자, 배터리 충전 및 방전회로, 통신연결단자 및 전원회로를 통합제어하도록 구비한 것과,

토양에 일정한 간격이 유지된 발신봉과 수신봉을 각각 설치한 상태에서, 상기 발신봉에 펄스 형태의 전파를 인가한 시간과 상기 수신봉으로부터 전파가 검출된 시간을 비교한 그 차이점의 시간차를 이용하여 토양 내의 수분을 측정하는 함수량 측정방법에 있어서,

지면에 토양함수량 측정을 위해 발신봉과 수신봉의 높이 및 폭을 조절하여 설치하는 프로브 설치단계, 상기 프로브 설치단계를 통해 프로브 설치 후 상기 발신봉과 수신봉 외주면의 방해전파를 차단하도록 설치하는 외부전파 차단단계, 상기 외부전파 차단단계를 통해 차단된 프로브유닛을 휴대묘듈유닛에 연결하는 연결단계, 상기 휴대묘듈유닛 연결단계를 통해 연결된 상태에서 상기 휴대묘듈유닛(250)을 통해 모든 전원 ON/OFF, 측정, 측정값 표시등을 제어하는 제어단계, 상기 제어단계를 통해 작동 전원을 통제하는 작동전원 제어단계, 발신봉에서 발신되는 전파는 수신봉을 통해 되돌아 오는 전파를 받아들여 다른 회로로 전송하는 RF송수신단계, 상기 RF송수신단계를 통해 전송된 전파는 측정에 필요한 전파만을 분리하는 필터링단계, 상기 필터링단계를 통해 산출된 전파는 증폭시켜 최초 메인 CPU에 신호를 받아 발신봉에 전파 신호를 발송될 때 시간과 수신봉을 통해 되돌아올 때 전파 시간차를 측정하는 시간차측정단계, 상기 시간차측정단계를 통해 산출된 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환시키는 ADC 회로변환단계, 상기 ADC 회로변환단계를 통해 변환된 전파 데이터는 상기 메인 MCU 제어단계의 메인 CPU에서 전파를 발생시킨 시간과 발생 후 돌아오는 시간을 디지털로 변환된 전파값을 입력받아 실제로 사용되는 수학적인 계산을 통해 처리하고, 상기 측정된 처리 값을 육안으로 표시 및 제어할 수 있도록 구비한다.

이상과 같은 본 발명은 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정방법 및 그 장치는 쉴드유닛을 통해 발신봉과 수신봉 주변의 방해전파를 신속하게 차단하여 측정효율을 높일 수 있는 이점이 있고,

상기 쉴드유닛 내부에서 지면 토양의 식물관리를 위한 토양함수량을 신속하면서도 정밀하게 측정할 수 있는 이점이 있으며,

또, 상기 프로브유닛의 발신봉과 수신봉에서 전파를 펄스 형태로 발신 또는 수신이 이루어질 때 휴대성을 갖는 휴대묘듈유닛을 통해 신속한 측정과 동시에 측정정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 이점이 있고,

상기 휴대묘듈유닛을 통해 프로브유닛, 측정센서회로 및 제어컨트롤회로의 모든 전원을 통제 및 제어할 수 있는 이점이 있으며,

상기 프로브유닛의 구조를 단순화시켜 다양한 형태의 지면에 폭과 길이를 사용자가 설치환경에 대응하여 조절할 수 있는 발신봉 및 수신봉을 구비하여 작업효율성을 높일 수 있는 이점이 있고,

또한, 각 발신봉과 수신봉의 간격을 임의로 조절하여 측정할 수 있어 다양한 식물관리를 위한 토양에 적용시킬 수 있는 이점이 있는 등 그 기대하는 바가 실로 다대한 발명이라 할 수 있다.

도 1은 종래 토양함수량 측정를 나타낸 예시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 상태를 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 휴대묘듈유닛의 실시 개념도 및 측·단면예시도
도 4는 본 발명의 전체 시스템 제어 개념도
도 5는 본 발명의 프로브유닛의 바람직한 실시 상태를 나타낸 예시도
도 6은 본 발명의 프로브유닛의 측·단면예시도 및 간격조절유닛의 작동실시 상태를 나타낸 예시도
도 7은 본 발명의 프로브유닛에 쉴드유닛이 설치되는 작동실시 상태예시도
도 8은 본 발명의 쉴드유닛의 또 다른 응용실시 상태를 나타낸 예시도
도 9는 본 발명의 프로브유닛에 설치되는 지면받침대의 작동실시 상태를 나타낸 예시도
도 10은 본 발명의 측정방법에 대한 흐름도임.

본 발명은 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정방법 및 그 장치는 첨부된 각 도면에 의거보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

식물관리용 토양함수량 측정장치(A)에 있어서,

도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이 지면 토양 함수량 측정을 위한 프로브유닛(1)을 구비한 것과,

상기 프로브유닛(1)에는 전파의 측정 정밀도 향상을 위한 외부전파 방지 쉴드유닛(150)을 구비한 것과,

상기 프로브유닛(1)의 편측에는 탈착형으로 연결되고 사용자의 몸에 휴대하면서 상기 프로브유닛(1)의 측정데이터를 비교분석하는 측정센서회로(2)와 상기 측정센서회로(2)를 통해 산출된 데이터를 외부로 보내 육안으로 식별 및 제어할 수 있는 토양수분 제어컨트롤회로(3)를 일체로 포함하는 휴대묘듈유닛(250)을 구비한다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 휴대묘듈유닛(250)에는,

측정센서회로(2)와 제어컨트롤회로(3)를 설정 및 제어를 블루투스 또는 와이파이를 구비한 통신모듈(350)에 의해 휴대폰, PDA, 스마트 와치 또는 전용 무선 단말기를 통해 실시간으로 상기 토양함수량 측정장치(A)를 제어 및 통제할 수 있도록 구비한 것과,

도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이 상기 프로브유닛(1)은

각형 형태의 바디(110)를 구비하고,

상기 바디(110)의 하측에는 금속재질의 발신봉(101)과 수신봉(102)을 구비하되, 상기 발신봉(101)과 수신봉(102)의 전파 발생 및 측정 신호의 전달을 위해 상기 바디(110)의 외측에 연결단자(110-1)를 구비하며,

상기 발신봉(101)과 수신봉(102)은 탈부착 형태로 상·하 길이 조절되는 확장블럭(151)(152)을 구비하되, 상기 확장블럭(151)(152)의 하측에는 지면침투용 삽입블럭(155)을 나사결합형태로 구비할 수 있도록 구비하고,

상기 발신봉(101)과 수신봉(102)에는 좌·우 폭 조절용 간격조절유닛(120)을 구비하며,

상기 바디(110)의 외면에는 지면 고정설치를 위한 지면받침대(130)를 구비하고,

상기 지면받침대(130)는 바디(110)의 양측에 대칭으로 힌지구멍(110-9)을 구비하되, 그 양측 중심에 힌지핀(132)를 구비하며,

상기 힌지핀(132)에는 걸림되어 삽설고정되는 힌지판(133)을 구비하되, 상기 힌지판(133)의 내면에는 돌기(135)가 상기 바디(110)의 걸림홈(111-8)에 걸림 고정되도록 구비한 것과,

도 6의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 상기 폭조절용 간격조절유닛(120)은,

상기 바디(110)의 하측에 지지판(110-2)을 구비하되, 상기 지지판(110-2)의 편측에는 고정형태의 발신봉(101)을 체결되도록 구비하고,

상기 발신봉(101)의 편측에는 수평 길이방향으로 장공레일홈(110-3)을 구비하며,

상기 장공레일홈(110-3)의 상측에는 원형걸림테(110-4)를 구비한 수신봉(102)을 구비하되, 그 하측에 축봉(110-5)이 상기 장공레일홈(110-3)을 따라 이동되도록 구비하고,

상기 축봉(110-5) 하측에는 나사조임 형태로 상기 지지판(110-2)이 가압고정되도록 조절너트(110-6)를 구비한 것과,

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 외부전파 방지 쉴드유닛(150)은 상기 바디(110)의 외면에 원형 또는 각형 형태의 삽입홈(111)을 양측에 구비하되, 그 내면 편측에는 걸림핀(111-1)을 구비하고,

상기 각 걸림핀(111-1)에 대응되는 음각 형태의 걸림홈(112-1)을 구비한 삽입고정핀(112)을 구비하되, 상기 삽입고정핀(112)은 상기 삽입홈(111)에 끼워져 고정지지 되도록 구비하며,

상기 삽입고정핀(112)의 양측에는 꺾임턱(114)을 구비하여 상기 바디(110)에 삽입구멍(111-9)에 걸림 고정되도록 구비하고,

상기 삽입고정핀(112)의 하측에는 지지축바(115)를 구비하되, 상기 지지축바(115)는 일정 간격으로 길이가 조절되는 단차조절유닛(160)을 구비하며,

상기 지지축바(115)의 하측에는 동 또는 철판이 코팅되거나 감싸지는 “ㄷ”형태의 차폐판(116)을 구비하되, 그 내측 양측에는 돌출걸림턱(116a)과 음각 걸림홈(116b)을 구비하고,

상기 차폐판(116)의 저면에는 지면투입용 삽입날(116-1)을 구비한 것과,

상기 단차조절유닛(160)은 상기 지지축바(115)의 내측에 수직으로 음각레일홈(115-1)을 구비하되, 상기 음각레일홈(115-1) 양측에는 일정간격으로 걸림홈(115-2)을 구비하고,

상기 걸림홈(115-2)에 탈부착형태로 돌출턱(116-9)을 갖는 간격조절축(116-2)과 높이가 조절되면서 끼워질 수 있도록 구비한 것과,

도 3에 도시된 바와 같이 상기 휴대묘듈유닛(250),

위·아래로 분리되는 몸체케이스(201)(202)를 구비하되, 상기 몸체케이스(201)의 외곽에는 음각레일홈(201-1)을 구비하고,

상기 음각레일홈(201-1)에는 기밀 유지용 고무패킹(203)이 삽설되도록 구비하되, 그 고무패킹(203)의 양측에는 수밀유지보강을 위한 보강패킹(203-1)을 구비하며,

상기 양측 보강패킹(203-1)의 중심하부에 맞물리는 가압턱(202-1)을 구비한 몸체케이스(202)가 고정지지 되도록 구비하고,

상기 몸체케이스(201)(202) 내부에는 측정센서회로(2)와 토양수분 제어컨트롤회로(3)를 구비하며,

상기 휴대묘듈유닛(250)의 편측에는 외부연결단자(110-1)와 케이블형태로 연결될 수 있는 프로부연결부(210)을 구비하고, 그 타측에는 LCD, OLED 및 상태 표시창과 제어버튼을 구비하는 표시제어부(340)을 구비하며,

도 4에 도시된 바와 같이 상기 측정센서회로(2)에는,

상기 프로브유닛(1)의 연결단자(110-1)와 연결된 프로브연결부(210)로부터 펄스 형태의 전파와 시간차를 측정할 수 있도록 입출력 통신이 이루어지는 메인 PCB 회로기판(220)을 구비하여 상기 발신봉(101)과 수신봉(102)의 전파 발신 및 수신정보를 측정하도록 구비하며,

상기 측정센서회로(2)와 프로브유닛(1)의 모든 작동 전원은 토양수분 제어컨트롤회로(3)의 전원회로(324)에 제어에 의해 공급받도록 구비한 것과,

도 3에 도시된 바와 같이 상기 휴대묘듈유닛(250)의 몸체케이스(201)(202)에는,

사용자가 쉽게 몸에 착용할 수 있도록 상기 몸체케이스(201)(202)의 어느 편측 외면에는 꺾임 형태의 마름모 형태의 걸림브라켓(250-1)을 구비하고,

그 아래 측에는 대칭으로 이탈방지 보조브라켓(250-2)을 구비하며,

상기 걸림브라켓(250-1)과 보조브라켓(250-2)에는 벨트(B) 또는 손목밴드(B-1)를 끼워넣어 체결고정지지하는 벨트삽입홈(250-3)을 구비한 것과,

도 4에 도시된 바와 같이 상기 PCB 회로기판(220)은,

전파의 발신 및 수신정보를 측정하는 RF송수신부(221)를 구비하고,

상기 RF송수신부(221)의 신호 중에서 측정에 필요한 데이터를 필터링 하는 필터회로(222)를 구비하며,

상기 필터회로(222)에서 추출되는 신호를 증폭시키는 증폭회로(223)를 구비하고,

상기 증폭회로(223)를 통해 증폭된 신호는 전파의 전압과 시간차를 측정하는 시간차측정회로(224)를 구비하며,

상기 시간차측정회로(224)를 통해 측정된 전파를 디지털 신호로 변환시키는 ADC회로(225)를 구비하고,

상기 ADC회로(225)를 통해 변환된 정보를 분석하여 해석하는 비교분석회로(226)를 구비하며,

상기 비교분석회로(226)를 통해 분석된 정보는 토양수분 제어컨트롤회로(3)의 회로연결부(310)로 연결되어 제어회로(320)와 정보를 교환할 수 있도록 구비한 것과,

도 4에 도시된 바와 같이 상기 토양수분 제어컨트롤회로(3)는,

상기 측정센서회로(2)를 통해 전원, 측정정보 및 시간차등 각종정보가 상기 회로연결부(310)에 연결되어 실시간으로 데이터를 주고 받을 수 있도록 구비하고,

상기 회로연결부(310)는 측정신호 전달단자(311), DC전원 인가단자(312) 및 제어 컨트롤단자(313)을 구비하며,

상기 측정신호 전달단자(311)의 데이터가 제어회로(320)의 통신연결단자(323)에 전달되도록 구비하고,

상기 DC전원 인가단자(312)를 통해 상기 제어회로(320)의 전원회로(324)로 부터 DC 전원을 인가받을 수 있도록 구비하며,

상기 제어 컨트롤단자(313)를 통해 전달되는 데이터는 상기 제어회로(320)의 외부제어회로(321)에 전달되고 상기 전달된 정보에 의해 외부 LCD, OLED 및 상태표시창등에 표시할 수 있는 표시제어부(340)에 연결되도록 구비하고,

상기 제어회로(320)에는 자체 내장 배터리와 외부 태양 패널을 이용하여 전원을 공급받는 전원부(330)의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 충전 및 방전회로(331)에 연결되어 제어되도록 구비하며,

상기 제어컨트롤회로(3)에는 DC전원 인가단자(312), 배터리 충전 및 방전회로(331), 통신연결단자(323) 및 전원회로(324)를 통합제어하는 메인MCU회로(325)를 구비한다.

도 10에 도시된 바와 같이 토양에 일정한 간격이 유지된 발신봉과 수신봉을 각각 설치한 상태에서, 상기 발신봉에 펄스 형태의 전파를 인가한 시간과 상기 수신봉으로부터 전파가 검출된 시간을 비교한 그 차이점의 시간차를 이용하여 토양 내의 수분을 측정하는 토양함수량 측정방법에 있어서,

지면에 토양함수량 측정을 위해 발신봉과 수신봉의 높이 및 폭을 조절하여 설치하는 프로브 설치단계,

상기 프로브 설치단계를 통해 프로브 설치 후 상기 발신봉과 수신봉 외주면의 방해전파를 차단하도록 설치하는 외부전파 차단단계,

상기 외부전파 차단단계를 통해 차단된 프로브유닛을 휴대묘듈유닛에 연결하는 연결단계,

상기 휴대묘듈유닛 연결단계를 통해 연결된 상태에서 상기 휴대묘듈유닛(250)을 통해 모든 전원 ON/OFF, 측정, 측정값 표시등을 제어하는 제어단계,

상기 제어단계를 통해 작동 전원을 통제하는 작동전원 제어단계,

발신봉에서 발신되는 전파는 수신봉을 통해 되돌아 오는 전파를 받아들여 다른 회로로 전송하는 RF송수신단계,

상기 RF송수신단계를 통해 전송된 전파는 측정에 필요한 전파만을 분리하는 필터링단계,

상기 필터링단계를 통해 산출된 전파는 증폭시켜 최초 메인 CPU에 신호를 받아 발신봉에 전파 신호를 발송될 때 시간과 수신봉을 통해 되돌아올 때 전파 시간차를 측정하는 시간차측정단계,

상기 시간차측정단계를 통해 산출된 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환시키는 ADC 회로변환단계,

상기 ADC 회로변환단계를 통해 변환된 전파 데이터는 상기 메인 MCU 제어단계의 메인 CPU에서 전파를 발생시킨 시간과 발생 후 돌아오는 시간을 디지털로 변환된 전파값을 입력받아 실제로 사용되는 수학적인 계산을 통해 처리하고, 상기 측정된 처리 값을 육안으로 표시 및 제어할 수 있도록 구비한다.

이하, 상기한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정방법 및 그 장치에 대하여 살펴보면,

지면의 토양함수량 측정을 위해서 발신봉(101)과 수신봉(102) 지면에 삽입시킨 다음 외부 방해전파를 차단하고 측정효율을 높일 수 있는 쉴드유닛(150)과, 지면에 견고하고 고정지지될 수 있는 지면받침대(130)를 폴딩형태가 될 수 있도록 구비한 프로브유닛(1)을 구비하여 작업자가 신속하게 사용할 수 있도록 구비하여 다양한 환경에 설치하여 사용할 수 있도록 하고,

상기 프로브유닛(1)은 사용자가 휴대하고 있는 휴대묘듈유닛(250)과 유선상으로 케이블 형태로 연결되어 측정정보를 실시간으로 교환할 수 있도록 작동하며,

상기 휴대묘듈유닛(250)에서는 측정되는 정보를 실시간으로 측정센서회로(2)와 컨트롤회로(3)을 통해 측정, 분석 및 표시될 수 있도록 작동하고,

또, 상기 휴대묘듈유닛(250)에 별도의 블루투스 또는 와이파이 통신묘듈(350)을 구비하여 휴대폰, PDA, 스마트 와치 또는 전용 무선 단말기를 통해 실시간으로 제어 및 측정할 수 있도록 작동하며,

상기 블루투스 또는 와이파이 통신방식은 통상적인 공공통신 방식이므로 세부적인 구성 및 작동관계를 생략하기로 한다.

상기 프로브유닛(1)은 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이 상기 바디(110)의 중심 하측에 발신봉(101)과 수신봉(102)를 구비하되, 상기 바디(110)의 편측에는 상기 휴대묘듈유닛(250) 연결을 위한 연결단자(110-1)를 구비하여 쉽게 탈부착 형태로 하네스 단자 또는 전용단자로 연결될 수 있도록 설치하고,

상기 발신봉(101)과 수신봉(102)은 탈부착 형태로 높이가 조절될 수 있도록 하나 이상 분리되는 확장블럭(151)(152)을 구비하여 사용환경에 맞게 조절하여 나사조임형태로 조절할 수 있도록 조립하며,

상기 조립된 확장블럭(151)(152)의 하측에는 지면투입용이성을 가지도록 끝이 뽀족한 형태의 삽입블럭(155)을 구비하여 쉽게 지면에 침투하여 하강할 수 있도록 작동하고,

상기 발신봉(101)과 수신봉(102)은 좌·우폭 조절용 간격조절유닛(120)을 구비하여 작업환경에 따라 지면의 토질형태에 맞게 간격을 조절할 수 있도록 작동하며,

상기 바디(110)의 외면에는 지면에 견고히 일정한 기울어짐 없이 수평으로 유지할 수 있도록 지면받침대(130)를 폴딩형태로 구비하여 측정시 정밀한 측정이 가능하도록 작동하고,

상기 도 6의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 폭조절용 간격조절유닛(120)은 상기 바디(110)의 하측에 지지판(110-2)을 구비하되, 상기 지지판(110-2)의 편측에는 고정형태의 발신봉(101)이 고정형태로 구비한 측정용 전파가 발생될 수 있도록 작동하고,

상기 발신봉(101)의 편측에는 상기 지지판(110-2)의 중심에 수평 길이방향으로 장공레일홈(110-3)을 구비하여 최소 1cm ~ 3cm 범위 내에서 이동될 수 있도록 작동하며,

상기 장공레일홈(110-3)의 상측에는 상기 수신봉(102)의 위치 이동에 따른 고정체결을 위해서 상기 장공레일홈(110-3)의 상단에 걸림 되는 원형걸림테(110-4)를 구비한 수신봉(102)을 구비하되, 그 하측에는 외면에 나사산을 구비한 축봉(110-5)을 구비하여 상기 축봉(110-5)에는 조절너트(110-6)가 체결되어 상기 장공레일홈(110-3)의 하측을 가압고정 되도록 작동하고,

상기 축봉(110-5)의 하측에는 하나 이상 분리되는 확장블럭(151)(152)이 체결시켜 그 하측 삽입블럭(155)을 고정되어 지면에 설치되도록 작동한다.

상기 바디(110)의 외면에는 힌지구멍(110-9)을 양측에 구비하되 그 힌지구멍(110-9)에는 힌지핀(132)이 끼워져 체결되어 힌지회전되는 힌지판(133)을 갖는 지면받침대(130)을 구비하여 상기 지면받침대(130)의 폴딩회전에 따라 지면에 고정지지 되도록 작동하되,

상기 바디(110)이 폴딩시 일정한 위치를 유지할 수 있도록 돌기(135)를 구비하여 사용자가 펼쳐서 사용한 다음 접을 때 원하지 않는 동작으로 다시 펼쳐지지 않도록 상기 걸림홈(111-8)에 끼움 고정되도록 작동한다.

상기 수신봉(102)과 발신봉(101)은 도 6 내지 도 도 7에 도시된 바와 같이 동일한 구성으로 혼용으로 사용될 수 있다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 외부전파 방지 쉴드유닛(150)은 바디(110)의 양측에 탈부착형태로 끼움 결합고정이 될 수 있도록 상기 바디(110)의 외면에 원형 또는 각형 형태의 삽입홈(111)을 양측에 구비하여 그 삽입홈(111)의 내면에 돌출형태의 걸림핀(111-1)을 구비하여 이와 대응되는 음각 형태의 걸림홈(112-1)을 구비한 삽입고정핀(112)이 끼워져 걸림 고정되도록 작동하고,

상기 삽입고정핀(112)의 양측에는 꺾임턱(114)을 구비하여 상기 바디(110)에 삽입구멍(111-9)에 걸림 고정 구비하여 상기 삽입고정핀(112)의 지면삽입에 따른 충격을 완화 시키면서 보강되도록 작동하며,

상기 삽입고정핀(112)의 하측에는 지지축바(115)를 구비하되, 상기 지지축바(115)는 일정 간격으로 길이가 조절되는 단차조절유닛(160)을 구비하여 사용환경에 따라 발신봉(101)과 수신봉(102)의 높이 단자가 변동될 때 이와 대응되도록 높이를 조절할 수 있도록 작동하고,

상기 지지축바(115)의 하측에는 동 또는 철판이 코팅되거나 감싸지는 “ㄷ”형태의 차폐판(116)을 구비하되, 그 내측 양측에는 돌출걸림턱(116a)과 음각 걸림홈(116b)을 구비하여 서로 대칭으로 구성되는 차폐판(116)이 서로 고정지지되어 지면 투입시 신속하게 투입될 수 있도록 작동하며,

상기 차폐판(116)의 저면에는 지면투입용 삽입날(116-1)을 구비하여 경사면을 따라 쉽게 지면에 투입될 수 있도록 작동하고,

도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 상기 단차조절유닛(160)은 상기 지지축바(115)의 내측에 수직으로 음각레일홈(115-1)을 구비하되, 상기 음각레일홈(115-1) 양측에는 일정간격으로 걸림홈(115-2)을 구비하여 일정한 간격으로 조절하여 탈부착형태로 고정지지 시킬 수 있도록 작동하며,

상기 걸림홈(115-2)에 탈부착형태로 돌출턱(116-9)을 갖는 간격조절축(116-2)과 높이가 조절되면서 끼워질 수 있도록 구비하여 다양한 지면환경, 발신봉 및 수신봉의 높낮이 조절에 맞게 조절하여 높이를 조절할 수 있도록 작동하고,

상기 휴대묘듈유닛(250) 도 3에 도시된 바와 같이 위·아래로 분리되는 몸체케이스(201)(202)를 구비하되, 상기 몸체케이스(201)의 외곽에는 음각레일홈(201-1)을 구비하여 그 음각레일홈(201-1)에는 보강패킹(203-1)을 구비한 기밀 유지용 고무패킹(203)이 삽설되어 고정시켜 상기 가압턱(202-1)이 맞물려지는 몸체케이스(202)가 기밀이 유지되도록 작동하며,

상기 몸체케이스(201)(202) 내부에는 측정센서회로(2)와 토양수분 제어컨트롤회로(3)을 구비하여 외부 습기 및 물기에 의한 내부 부품 파손을 방지하도록 작동하고,

도 4에 도시된 바와 같이 상기 측정센서회로(2)에는 상기 휴대묘듈유닛(250)의 외면에 프로브연결부(210)를 구비하여 상기 프로브유닛(1)의 연결단자(110-1)와 연결되어 펄스 형태의 전파가 이동될 때 펄스 형태의 전압의 변화량과 시간차를 측정정보를 실시간으로 전달할 수 있도록 입출력 통신이 이루어져 측정정보가 디지털신호로 변환하여 이를 토양수분 제어컨트롤회로(3)에 전달될 수 있도록 작동하며,

상기 PCB 회로기판(220)에서는 상기 프로브유닛(1)에 발신봉(101)과 수신봉(102)이 상기 토양수분 제어컨트롤회로(3) 제어에 의해 전파를 흘려 이를 측정하는 RF송수신부(2221)에 의해 아날로그 형태의 전파가 전달될 수 있도록 작동하고,

상기 RF송수신부(221)를 통해 전달된 신호는 측정에 필요한 전파범위만을 분리하여 필터회로(222)를 통해 여과되도록 작동하며,

상기 필터회로(222)를 통해 여과된 전파는 증폭회로(223)를 통해 증폭되도록 작동하고,

상기 증폭회로(223)를 통해 증폭된 신호는 발신봉(101)과 수신봉(102)의 이동시 발생되는 시간차를 측정하는 시간차측정회로(224)를 통해 측정되도록 작동하며,

상기 시간차측정회로(224)를 통해 측정된 전파 및 시간 정보들은 디지털 신호로 변환시키는 ADC회로(225)를 통해 변환되도록 작동하며,

상기 ADC회로(225)를 통해 변환된 정보는 비교분석회로(226)에서 비교분석하여 토양함수량 정보를 추출하여 회로연결부(310)에 연결되어 제어회로(320)와 정보가 전달되도록 작동하고,

상기 프로브연결부(210)에는 연결단자(110-1)에 연결된 프로브유닛(1)은 발신봉(101)과 수신봉(102)의 전파 발신 및 수신정보를 측정하도록 작동하며,

상기 측정센서회로(2)와 프로브유닛(1)의 모든 작동 전원은 토양수분 제어컨트롤회로(3)의 전원회로(324) 제어에 의해 공급받도록 작동하고,

도 3에 도시된 바와 같이 상기 휴대묘듈유닛(250)의 몸체케이스(201)(202)에는,

사용자가 쉽게 몸에 착용할 수 있도록 상기 몸체케이스(201)(202)의 어느 편측 외면에는 꺾임 형태의 마름모 형태의 걸림브라켓(250-1)을 구비하여 벨트(B) 또는 손목밴드(B-1)의 측면으로 끼워넣어 쉽게 고정될 수 있도록 작동하며,

상기 걸림브라켓(250-1)의 그 아래 측에는 대칭으로 이탈방지 보조브라켓(250-2)을 구비하여 걸림된 벨트(B) 또는 손목밴드(B-1)가 외부로 이탈되지 않도록 지지해 주도록 작동하고,

상기 걸림브라켓(250-1)과 보조브라켓(250-2) 사이에는 벨트삽입홈(250-3)을 구비하여 벨트(B) 또는 손목밴드(B-1)를 끼워넣을 수 있도록 공간을 구비하여 쉽게 고정지지할 수 있도록 작동하며,

도 4에 도시된 바와 같이 상기 토양수분 제어컨트롤회로(3)는 회로연결부(310)을 통해 상기 측정센서회로(2)를 통해 토양함수량 측정 데이터를 실시간으로 정보를 교환할 수 있도록 작동하고,

상기 제어컨트롤회로(3)에 전달된 토양함수량 측정 데이터는 메인MCU회로(325)의 제어에 의해 회로연결부(310), 제어회로(320) 및 전원부(330)를 통제, 표시 및 제어할 수 있도록 작동하며,

상기 회로연결부(310)에는,

측정된 정보 중에서 전파 및 시간차 정보를 교환하는 측정신호 전달단자(311)을 구비하여 상기 측정신호 전달단자(311)는 제어회로(320)의 통신연결단자(323)에 정보가 교환될 수 있도록 작동하고,

또, DC전원 인가단자(312)가 전원회로(324)에 연결되어 상기 측정센서회로(2) 및 프로브유닛(1)의 ON/OFF 전원을 공급할 수 있도록 작동하며,

또한, 제어 컨트롤단자(313)를 구비하여 상기 제어 컨트롤단자(313)에 의해 외부제어회로(321)와 표시제어부(340)에 의해 상기 측정센서회로(2)의 측정 정보가 LCD, OLED 및 상태표시창 등의 표시가 이루어지도록 작동하고,

상기 제어컨트롤회로(3)의 제어회로(320)에는 배터리 충전 및 방전회로(331)를 갖는 전원부(330)을 구비하여 상기 자체 내장 배터리와 외부 태양 패널을 이용하여 전원을 상기 표시제어부(340)에 도시되는 정보를 사용자가 제어하여 상기 외부제어회로(321)에 신호가 전달되면 상기 제어회로(320)에서는 제어컨트롤회로(3), 측정센서회로(2) 및 프로브유닛(1)에 전원 사용 및 ON/OFF 등의 제어를 할 수 있도록 작동하며,

상기 제어컨트롤회로(3)에는 DC전원 인가단자(312), 배터리 충전 및 방전회로(331), 통신연결단자(323) 및 전원회로(324)를 통합제어 하도록 작동하고,

도 10에 도시된 바와 같이 지면에 토양함수량 측정을 위해 발신봉(101)과 수신봉(102)의 높이 및 폭을 조절하여 설치하는 프로브 설치단계를 구비하여 사용자가 쉽고 간편하게 설치하여 사용할 수 있도록 설치하고,

상기 프로브 설치단계를 통해 프로브 설치 후 상기 발신봉(101)과 수신봉(102) 외주 면의 방해전파를 차단하도록 설치하는 외부전파 차단단계를 구비하여 사용주에 외부 방해 전파를 최소화시켜 측정정밀성을 높이면서도 간편하게 측정할 수 있도록 하며,

상기 외부전파 차단단계를 통해 차단된 프로브유닛(1)을 휴대묘듈유닛(250)에 연결하는 연결단계를 통해 쉽게 외부에서 간편하게 설치하여 측정할 수 있도록 하고,

상기 휴대묘듈유닛(250) 연결단계를 통해 연결된 상태에서 상기 휴대묘듈유닛(250)을 통해 모든 전원 ON/OFF, 측정, 측정값 표시등을 제어하는 제어단계를 통해 사용자가 휴대하면서 쉽게 조작하여 제어할 수 있도록 하며,

상기 제어단계를 통해 작동 전원을 통제하는 작동전원 제어단계를 휴대묘듈유닛(250)에서 제어할 수 있도록 하고,

발신봉(101)에서 발신되는 전파는 수신봉(102)을 통해 되돌아 오는 전파를 받아들여 다른 회로로 전송하는 RF송수신단계(221)를 통해 토양에 침투된 발신봉(101)과 수신봉(102)을 송·수신값을 실시간으로 측정하며,

상기 RF송수신단계(221)를 통해 전송된 전파는 측정에 필요한 전파만을 분리하는 필터링단계(222)를 통해 측정에 필요한 전파만을 추출할 수 있도록 하고,

상기 필터링단계(222)를 통해 산출된 전파는 증폭시켜 최초 메인 CPU에 신호를 받아 발신봉에 전파 신호를 발송될 때 시간과 수신봉을 통해 되돌아올 때 전파 시간차를 측정하는 시간차측정단계(224)를 통해 전파를 발송할 때 펄스형태의 전압이 토양을 통과하면서 발생되는 지연시간과 통과된 펄스 형태의 전압을 측정하도록 하며,

상기 시간측정단계(224)를 통해 산출된 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환시키는 ADC 회로변환단계(225)를 통해 측정된 측정값을 디지털 신호로 변환시켜 분석할 수 있도록 하고,

상기 ADC 회로변환단계(225)를 통해 변환된 전파 데이터는 상기 메인 MCU 제어단계의 메인 CPU에서 전파를 발생시킨 시간과 발생 후 돌아오는 시간을 디지털로 변환된 전파값을 입력받아 실제로 사용되는 수학적인 계산을 통해 처리하여 측정된 처리 값을 특정 로직값에 의해 추출된 결과를 육안으로 표시 및 제어할 수 있도록 한다.

A: 측정장치 B: 벨트
B-1: 손목밴드 1: 프로브유닛
2: 측정센서회로 3: 제어컨트롤회로
101: 발신봉 102: 수신봉
110: 바디 110-1: 연결단자
110-2: 지지판 110-3: 장공레일홈
110-4: 원형걸림테 110-5: 축봉
110-6: 조절너트 110-9: 힌지구멍
111: 삽입홈 111-1: 걸림핀
111-9: 삽입구멍 112-1: 걸림홈
112: 삽입고정핀 114: 꺾임턱
115: 지지축바 115-1: 음각레일홈
115-2: 걸림홈 116: 차폐판
116a: 돌출걸림턱 116-1: 삽입날
116-9: 돌출턱 116-2: 간격조절축
116b: 음각 걸림홈 120: 간격조절유닛
130: 지면받침대 132: 힌지핀
133: 힌지판 135; 돌기
150: 쉴드유닛 151,152: 확장블럭
155: 삽입블럭 160: 단차조절유닛
203: 고무패킹 210: 프로브연결부
220: PCB 회로기판 250: 휴대묘듈유닛
250-1: 걸림브라켓 250-2: 보조브라켓
250-3: 벨트삽입홈 310: 회로연결부
311: 측정신호 전달단자 312; DC전원 인가단자
313: 제어 컨트롤단자 320: 제어회로
321: 외부제어회로 323: 통신연결단자
324: 전원회로 325: 메인MCU회로
330: 전원부 331: 배터리 충전 및 방전회로
340: 표시제어부 350: 통신모듈

Claims (10)

1. 지면 토양함수량 측정을 위한 프로브유닛(1)을 구비하고, 상기 프로브유닛(1)에는 전파의 측정 정밀도 향상을 위한 외부전파 방지 쉴드유닛(150)을 구비하며, 상기 프로브유닛(1)의 편측에는 탈착형으로 연결되고 사용자의 몸에 휴대하면서 상기 프로브유닛(1)의 측정데이터를 비교분석하는 측정센서회로(2)와 상기 측정센서회로(2)를 통해 산출된 데이터를 외부로 보내 육안으로 식별 및 제어할 수 있는 토양수분 제어컨트롤회로(3)를 일체로 포함하는 휴대묘듈유닛(250)을 구비한 식물관리용 토양함수량 측정장치(A)에 있어서,
   
   상기 프로브유닛(1)은
   각형 형태의 바디(110)를 구비하고,
   상기 바디(110)의 하측에는 금속재질의 발신봉(101)과 수신봉(102)을 구비하되, 상기 발신봉(101)과 수신봉(102)의 전파 발생 및 측정 신호의 전달을 위해 상기 바디(110)의 외측에 연결단자(110-1)를 구비하며,
   상기 발신봉(101)과 수신봉(102)은 탈부착 형태로 상·하 길이 조절되는 확장블럭(151)(152)을 구비하되, 상기 확장블럭(151)(152)의 하측에는 지면침투용 삽입블럭(155)을 나사결합형태로 구비할 수 있도록 구비하고,
   상기 발신봉(101)과 수신봉(102)에는 좌·우 폭 조절용 간격조절유닛(120)을 구비하며,
   상기 바디(110)의 외면에는 지면 고정설치를 위한 지면받침대(130)를 구비하고,
   상기 지면받침대(130)는 바디(110)의 양측에 대칭으로 힌지구멍(110-9)을 구비하되, 그 양측 중심에 힌지핀(132)를 구비하며,
   상기 힌지핀(132)에는 걸림되어 삽설고정되는 힌지판(133)을 구비하되, 상기 힌지판(133)의 내면에는 돌기(135)가 상기 바디(110)의 걸림홈(111-8)에 걸림 고정되도록 구비한 것을 특징으로 한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 폭조절용 간격조절유닛(120)은,
   상기 바디(110)의 하측에 지지판(110-2)을 구비하되, 상기 지지판(110-2)의 편측에는 고정형태의 발신봉(101)을 체결되도록 구비하고,
   상기 발신봉(101)의 편측에는 수평 길이방향으로 장공레일홈(110-3)을 구비하며,
   상기 장공레일홈(110-3)의 상측에는 원형걸림테(110-4)를 구비한 수신봉(102)을 구비하되, 그 하측에 축봉(110-5)이 상기 장공레일홈(110-3)을 따라 이동되도록 구비하고,
   상기 축봉(110-5) 하측에는 나사조임 형태로 상기 지지판(110-2)이 가압고정되도록 조절너트(110-6)를 구비한 것을 특징으로 한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정장치
3. 제1항에 있어서,
   상기 외부전파 방지 쉴드유닛(150)은
   바디(110)의 외면에 원형 또는 각형 형태의 삽입홈(111)을 양측에 구비하되, 그 내면 편측에는 걸림핀(111-1)을 구비하고,
   상기 각 걸림핀(111-1)에 대응되는 음각 형태의 걸림홈(112-1)을 구비한 삽입고정핀(112)을 구비하되, 상기 삽입고정핀(112)은 상기 삽입홈(111)에 끼워져 고정지지 되도록 구비하며,
   상기 삽입고정핀(112)의 양측에는 꺾임턱(114)을 구비하여 상기 바디(110)에 삽입구멍(111-9)에 걸림 고정되도록 구비하고,
   상기 삽입고정핀(112)의 하측에는 지지축바(115)를 구비하되, 상기 지지축바(115)는 일정 간격으로 길이가 조절되는 단차조절유닛(160)을 구비하며,
   상기 지지축바(115)의 하측에는 동 또는 철판이 코팅되거나 감싸지는 “ㄷ”형태의 차폐판(116)을 구비하되, 그 내측 양측에는 돌출걸림턱(116a)과 음각 걸림홈(116b)을 구비하고,
   상기 차폐판(116)의 저면에는 지면투입용 삽입날(116-1)을 구비한 것과,
   상기 단차조절유닛(160)은 상기 지지축바(115)의 내측에 수직으로 음각레일홈(115-1)을 구비하되, 상기 음각레일홈(115-1) 양측에는 일정간격으로 걸림홈(115-2)을 구비하고,
   상기 걸림홈(115-2)에 탈부착형태로 돌출턱(116-9)을 갖는 간격조절축(116-2)과 높이가 조절되면서 끼워질 수 있도록 구비한 것을 특징으로 한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정장치
4. 제1항에 있어서,
   상기 휴대묘듈유닛(250),
   위·아래로 분리되는 몸체케이스(201)(202)를 구비하되, 상기 몸체케이스(201)의 외곽에는 음각레일홈(201-1)을 구비하고,
   상기 음각레일홈(201-1)에는 기밀 유지용 고무패킹(203)이 삽설되도록 구비하되, 그 고무패킹(203)의 양측에는 수밀유지보강을 위한 보강패킹(203-1)을 구비하며,
   상기 양측 보강패킹(203-1)의 중심하부에 맞물리는 가압턱(202-1)을 구비한 몸체케이스(202)가 고정지지 되도록 구비하고,
   상기 몸체케이스(201)(202) 내부에는 측정센서회로(2)와 토양수분 제어컨트롤회로(3)를 구비하며,
   상기 휴대묘듈유닛(250)의 편측에는 외부연결단자(110-1)와 케이블형태로 연결될 수 있는 프로부연결부(210)을 구비하고, 그 타측에는 LCD, OLED 및 상태 표시창과 제어버튼을 구비하는 표시제어부(340)을 구비하며,
   
   상기 측정센서회로(2)에는,
   상기 프로브유닛(1)의 연결단자(110-1)와 연결된 프로브연결부(210)로부터 펄스 형태의 전파와 시간차를 측정할 수 있도록 입출력 통신이 이루어지는 메인 PCB 회로기판(220)을 구비하여 발신봉(101)과 수신봉(102)의 전파 발신 및 수신정보를 측정하도록 구비하며,
   상기 측정센서회로(2)와 프로브유닛(1)의 모든 작동 전원은 토양수분 제어컨트롤회로(3)의 전원회로(324)에 제어에 의해 공급받도록 구비한 것을 특징으로 한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정장치
5. 제4항에 있어서,
   상기 휴대묘듈유닛(250)의 몸체케이스(201)(202)에는,
   사용자가 쉽게 몸에 착용할 수 있도록 상기 몸체케이스(201)(202)의 어느 편측 외면에는 꺾임 형태의 마름모 형태의 걸림브라켓(250-1)을 구비하고,
   그 아래 측에는 대칭으로 이탈방지 보조브라켓(250-2)을 구비하며,
   상기 걸림브라켓(250-1)과 보조브라켓(250-2)에는 벨트(B) 또는 손목밴드(B-1)를 끼워넣어 체결고정지지하는 벨트삽입홈(250-3)을 구비한 것을 특징으로 한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정장치
6. 제4항에 있어서,
   상기 PCB 회로기판(220)은,
   전파의 발신 및 수신정보를 측정하는 RF송수신부를 구비하고,
   상기 RF송수신부의 신호 중에서 측정에 필요한 데이터를 필터링 하는 필터회로를 구비하며,
   상기 필터회로에서 추출되는 신호를 증폭시키는 증폭회로를 구비하고,
   상기 증폭회로를 통해 증폭된 신호는 전파의 전압과 시간차를 측정하는 시간차측정회로를 구비하며,
   상기 시간차측정회로를 통해 측정된 전파를 디지털 신호로 변환시키는 ADC회로를 구비하고,
   상기 ADC회로를 통해 변환된 정보를 분석하여 해석하는 비교분석회로를 구비하며,
   상기 비교분석회로를 통해 분석된 정보는 토양수분 제어컨트롤회로(3)의 회로연결부(310)을 연결되어 제어회로(320)와 정보를 교환할 수 있도록 구비한 것을 특징으로 한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정장치
7. 제1항에 있어서,
   상기 토양수분 제어컨트롤회로(3)는,
   상기 측정센서회로(2)를 통해 전원, 측정정보 및 시간차등 각종정보가 회로연결부(310)에 연결되어 실시간으로 데이터를 주고 받을 수 있도록 구비하고,
   
   상기 회로연결부(310)는 측정신호 전달단자(311), DC전원 인가단자(312) 및 제어 컨트롤단자(313)을 구비하며,
   
   상기 측정신호 전달단자(311)의 데이터가 제어회로(320)의 통신연결단자(323)에 전달되도록 구비하고,
   상기 DC전원 인가단자(312)를 통해 상기 제어회로(320)의 전원회로(324)로 부터 DC 전원을 인가받을 수 있도록 구비하며,
   상기 제어 컨트롤단자(313)를 통해 전달되는 데이터는 상기 제어회로(320)의 외부제어회로(321)에 전달되고 상기 전달된 정보에 의해 외부 LCD, OLED 및 상태표시창등에 표시할 수 있는 표시제어부(340)에 연결되도록 구비하고,
   
   상기 제어회로(320)에는 자체 내장 배터리와 외부 태양 패널을 이용하여 전원을 공급받는 전원부(330)의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 충전 및 방전회로(331)에 연결되어 제어되도록 구비하며,
   
   상기 제어컨트롤회로(3)에는 DC전원 인가단자(312), 배터리 충전 및 방전회로(331), 통신연결단자(323) 및 전원회로(324)를 통합제어하도록 구비한 것을 특징으로 한 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 식물관리용 토양함수량 측정장치
8. 토양에 일정한 간격이 유지된 발신봉과 수신봉을 각각 설치한 상태에서, 상기 발신봉에 펄스 형태의 전파를 인가한 시간과 상기 수신봉으로부터 전파가 검출된 시간을 비교한 그 차이점의 시간차를 이용하여 토양 내의 수분을 측정하는 함수량 측정방법에 있어서,
   
   지면에 토양함수량 측정을 위해 발신봉과 수신봉의 높이 및 폭을 조절하여 설치하는 프로브 설치단계,
   상기 프로브 설치단계를 통해 프로브 설치 후 상기 발신봉과 수신봉 외주면의 방해전파를 차단하도록 설치하는 외부전파 차단단계,
   상기 외부전파 차단단계를 통해 차단된 프로브유닛을 휴대묘듈유닛에 연결하는 연결단계,
   상기 휴대묘듈유닛 연결단계를 통해 연결된 상태에서 상기 휴대묘듈유닛(250)을 통해 모든 전원 ON/OFF, 측정, 측정값 표시등을 제어하는 제어단계,
   상기 제어단계를 통해 작동 전원을 통제하는 작동전원 제어단계,
   발신봉에서 발신되는 전파는 수신봉을 통해 되돌아 오는 전파를 받아들여 다른 회로로 전송하는 RF송수신단계,
   상기 RF송수신단계를 통해 전송된 전파는 측정에 필요한 전파만을 분리하는 필터링단계,
   상기 필터링단계를 통해 산출된 전파는 증폭시켜 최초 메인 CPU에 신호를 받아 발신봉에 전파 신호를 발송될 때 시간과 수신봉을 통해 되돌아올 때 전파 시간차를 측정하는 시간차측정단계,
   상기 시간차측정단계를 통해 산출된 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환시키는 ADC 회로변환단계,
   상기 ADC 회로변환단계를 통해 변환된 전파 데이터는 상기 메인 MCU 제어단계의 메인 CPU에서 전파를 발생시킨 시간과 발생 후 돌아오는 시간을 디지털로 변환된 전파값을 입력받아 실제로 사용되는 수학적인 계산을 통해 처리하고,
   상기 측정된 처리 값을 육안으로 표시 및 제어할 수 있도록 구비한 것을 특징으로 포함하는 식물관리용 토양의 수분 측정 효율성과 휴대성을 갖는 토양함수량 측정방법
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