KR102430150B1 - 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로 및 이를 포함하는 스마트 분광 센서 - Google Patents

식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로 및 이를 포함하는 스마트 분광 센서 Download PDF

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Abstract

식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로에 있어서, 모니터링 대상 식생으로부터 입사되는 입력광의 특정 파장 대역에서의 세기를 측정하기 위한 적어도 하나의 발광 다이오드, 입력광의 PAR(Photosynthetically Active Radiation)의 세기를 측정하기 위한 포토 다이오드, 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력을 증폭하여 특정 파장 증폭 신호를 생성하고, 포토 다이오드의 출력을 증폭하여 PAR 증폭 신호를 생성하기 위한 증폭기, 및 특정 파장 증폭 신호 및 PAR 증폭 신호를 조정하여 분광 센서 신호를 생성하기 위한 수동 소자들을 포함하는, 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로가 개시된다.

Description

식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로 및 이를 포함하는 스마트 분광 센서{SPECTROSCOPIC SENSOR CIRCUIT FOR MONITORING VEGETATION AND SMART SPECTROSCOPIC SENSOR INCLUDING THEREOF}
본 발명은 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로 및 이를 포함하는 스마트 분광 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 발광 다이오드 및 포토 다이오드를 단일 모듈형으로 구성하여 식생 모니터링에 관련되는 파장 대역에서의 분광 신호를 검출하는 스마트 분광 센서에 관한 것이다.
특정 지역의 식생은 해당 지역의 탄소 순환 및 물 순환과 밀접한 관계에 있고, 해당 지역의 기후 변화에 민감하게 반응하므로, 지구 환경을 이해하기 위해서는 다양한 지역의 식생을 지속적으로 관측할 것이 요구될 수 있다.
식생 관측은 위성을 이용한 거시적 관측 방식 또는 현지 조사를 통한 미시적 관측 방식으로 이루어질 수 있다. 위성에 의한 식생 관측은 넓은 범위에 대해 이루어질 수 있으나, 위성 관측 자료에 대한 검정 및 보정을 위해 국지적인 현장 관측값이 필요한 경우가 빈번하게 발생할 수 있다. 이를 위해, 지표 레벨에서의 식생 관측을 수행하기 위한 분광 센서가 활용될 수 있다.
기존에는 현장 관측값을 취득하기 위해 분광계(spectrometer)가 활용되어 왔다. 기존의 분광계는 관측 대상 식생에 대한 스펙트럼 분석을 통해 지표 레벨에서의 파장대별 세기를 측정할 수 있으나, 기존의 분광계에 의하면 식생 분석에 필요한 일부 파장 대역 외에도 불필요한 대역에서의 분광 정보가 함께 측정될 수 있어 식생 관측이 비효율적일 수 있다. 또한, 넓은 파장 대역을 분석하는 기존의 분광계는 주로 고가 제품으로 이루어지므로 다수의 제품들을 설치하여 넓은 지역을 관측하는 것이 비용 측면에서 부담이 될 수 있다.
따라서, 불필요한 파장 대역들까지 모두 분석하는 기존 분광계의 비효율성을 해결하고, 관측 영역을 넓게 확보하는 것을 저해하는 기존 분광계의 비경제성을 해결하기 위해서는, 분광 센서의 구조적인 특징을 개선할 것이 요구될 수 있다.
본 발명으로부터 해결하고자 하는 기술적 과제는, 식생을 모니터링하기 위한 분광 센서의 구조를 개선하여 식생 모니터링의 효율성 및 경제성을 개선하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로는, 모니터링 대상 식생으로부터 입사되는 입력광의 특정 파장 대역에서의 세기를 측정하기 위한 적어도 하나의 발광 다이오드; 상기 입력광의 PAR(Photosynthetically Active Radiation)의 세기를 측정하기 위한 포토 다이오드; 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력을 증폭하여 특정 파장 증폭 신호를 생성하고, 상기 포토 다이오드의 출력을 증폭하여 PAR 증폭 신호를 생성하기 위한 증폭기; 및 상기 특정 파장 증폭 신호 및 상기 PAR 증폭 신호를 조정하여 분광 센서 신호를 생성하기 위한 수동 소자들을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로를 포함하는 스마트 분광 센서는, 상기 분광 센서 신호에서 노이즈를 제거하는 필터링을 수행하기 위한 데이터 처리부; 및 외부의 데이터 취득 시스템에서의 요청에 따라 상기 필터링의 결과를 송신하기 위한 통신부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 분광 센서 회로 및 스마트 분광 센서에 의하면, 적어도 하나의 발광 다이오드 및 포토 다이오드가 단일 모듈형으로 구비될 수 있어 식생 모니터링에 필요한 파장 대역들이 효율적으로 관측될 수 있다. 그와 함께, 분광 센서 회로 및 스마트 분광 센서의 간소화된 구조에 의해 종래의 분광계 대비 낮은 비용으로 식생 모니터링이 수행될 수 있으므로, 보다 정확한 식생 분석을 위해 넓은 지역에 다수의 센서를 설치하는 것이 용이해질 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 식생 모니터링 시스템에서 스마트 분광 센서가 동작하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서의 원통형 스택 형태의 메자닌 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로가 구현되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서의 통신부가 구현되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서의 방수 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서의 지지대 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 이하에서의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 따른 권리범위를 제한하거나 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명에 따른 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에 관한 기술 분야에서 널리 사용되는 일반적인 용어로 기재되었으나, 본 발명에서 사용되는 용어의 의미는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 새로운 기술의 출현, 심사기준 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선정될 수 있고, 이 경우 임의로 선정되는 용어의 의미가 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에서 사용되는 용어는 단지 사전적 의미만이 아닌, 명세서의 전반적인 맥락을 반영하는 의미로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 와 같은 용어는 명세서에 기재되는 구성 요소들 또는 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 일부 구성 요소들 또는 단계들은 포함되지 않는 경우, 및 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함되는 경우 또한 해당 용어로부터 의도되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 대해서는 자세한 설명이 생략된다.
도 1은 일부 실시예에 따른 식생 모니터링 시스템(10)에서 스마트 분광 센서(100)가 동작하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 식생 모니터링 시스템(10)은 모니터링 대상 식생(100), 스마트 분광 센서(200) 및 데이터 취득 시스템(300)으로 구성될 수 있다. 식생 모니터링 시스템(10)에서는 스마트 분광 센서(200)가 모니터링 대상 식생(100)으로부터 관측되는 분광 신호를 데이터 취득 시스템(300)에 전달할 수 있다.
모니터링 대상 식생(100)은 시스템(10)에서 스마트 분광 센서(200)의 측정 대상이 되는 식생을 의미할 수 있다. 예를 들면, 모니터링 대상 식생(100)은 원예, 작물, 산림 또는 토양 등의 식물 군락을 의미할 수 있다. 뿐만 아니라, 기후 변화, 지구 온난화, 도시 계획 또는 리빙 랩(living lab) 등의 연구를 위한 관측 대상이라면, 제한 없이 모니터링 대상 식생(100)에 해당할 수 있다.
스마트 분광 센서(200)는 모니터링 대상 식생(100)을 관측하여 센서 신호를 생성할 수 있다. 후술할 바와 같이, 스마트 분광 센서(200)의 센서 신호에 기초하여, NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), EVI(Enhanced Vegetation Index), GI(Greenness Index), fPAR(fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation) 및 LAI(Leaf Area Index) 등의 식생 지수들이 추정될 수 있다.
스마트 분광 센서(200)는 다양한 무선 통신 프로토콜에 기반하여 외부의 데이터 취득 시스템(300)과 통신할 수 있다. 데이터 취득 시스템(300)의 요청에 따라 스마트 분광 센서(200)는 모니터링 대상 식생(100)에 대한 관측 결과를 데이터 취득 시스템(300)에 전송할 수 있다.
스마트 분광 센서(200)는 모니터링 대상 식생(100)의 근방에 설치될 수 있다. 위성 관측 데이터와 같은 광범위 데이터를 검정 또는 보정하기 위한 국지적인 현장 관측값을 생성하기 위하여, 스마트 분광 센서(200)는 지표 레벨에서 모니터링 대상 식생(100)을 모니터링할 수 있다. 스마트 분광 센서(200)의 설치 개수에 따라 모니터링 정확도 또한 변경될 수 있으므로, 높은 정확도를 위해 다수의 스마트 분광 센서(200)가 지표 레벨에서 모니터링 대상 식생(100)의 근방에 설치될 수 있다.
스마트 분광 센서(200)는 지표 레벨에서 모니터링 대상 식생(100)의 근방에 설치되기 때문에, 스마트 분광 센서(200)가 환경 변화에 강인한 특성을 가질 것이 요구될 수 있다. 예를 들면 후술할 도 6 및 도 7에서와 같이, 식물 군락 등 야외에서의 다양한 온도, 수분 또는 습기 환경에 영향을 받지 않기 위해서는 이를 위한 보조 구조물들이 스마트 분광 센서(200)에 구비될 것이 요구될 수 있다.
스마트 분광 센서(200)는 모니터링 대상 식생(100)을 관측하기 위해 분광 센서 회로(210), 데이터 처리부(220) 및 통신부(230)를 구비할 수 있다. 특히, 단일 모듈의 형태로 구비되는 발광 다이오드 및 포토 다이오드를 포함하는 분광 센서 회로(210)에 의하면, 그 간소화된 구조에 의해 식생 모니터링에 필요한 파장 대역을 효율적으로 관측하는 것이 가능해질 수 있으며, 기존의 분광계에서와 같이 불필요한 파장 대역들에 대해서도 스펙트럼 분석이 수행되어 식생 모니터링에 비효율이 초래되는 것이 방지될 수 있다.
데이터 취득 시스템(300)은 모니터링 대상 식생(100)의 근방에 다수 개 설치되는 스마트 분광 센서(200)들에 의한 관측 데이터를 관리할 수 있다. 데이터 취득 시스템(300)은 스마트 분광 센서(200)들에 데이터 전송을 요청할 수 있으며, 요청이 발생하는 경우 스마트 분광 센서(200)의 통신부(230)는, 예를 들면 SDI-12 통신 프로토콜에 따라 데이터 취득 시스템(300)과의 데이터 통신을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이 식생 모니터링 시스템(10)의 스마트 분광 센서(200)는 기존의 분광계가 갖는 비효율성 및 비경제성을 개선하기 위해 개발된 것으로서, 분광 센서 회로(210)의 단일 모듈형 구조에 의해 식생 모니터링에 필요한 파장 대역의 분광 신호 취득이 수행될 수 있으며, 스마트 분광 센서(200)는 기존의 분광계 대비 간소화된 구조로 구현될 수 있다. 따라서, 스마트 분광 센서(200)에 의하면 식생 모니터링의 효율성 및 경제성이 개선될 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서(200)의 원통형 스택 형태의 메자닌(Mezzanine) 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 스마트 분광 센서(200)는 분광 센서 회로(210), 데이터 처리부(220) 및 통신부(230)를 포함할 수 있고, 분광 센서 회로(210), 데이터 처리부(220) 및 통신부(230)는 원통형 스택 형태의 메자닌 구조로 형성될 수 있다.
스마트 분광 센서(200)의 메자닌 구조는 도시된 바와 같이 다층 기판들의 상하로 회로 소자들이 배치되는 구조를 의미할 수 있다. 스마트 분광 센서(200)의 메자닌 구조의 원통 스택 형태는 후술할 도 6에서도 확인될 수 있다.
분광 센서 회로(210)는 모니터링 대상 식생(100)의 입력광을 감지하여 분광 센서 신호를 생성할 수 있다. 분광 센서 회로(210)는 분광 센서 신호를 데이터 처리부(220)에 전달할 수 있다.
데이터 처리부(220)는 분광 센서 신호에서 노이즈를 제거하는 필터링을 수행할 수 있다. 입력광에 외란이 있는 경우 분광 센서 회로(210)의 출력에 노이즈가 포함될 수 있으므로, 이를 제거하기 위해 데이터 처리부(220)의 필터링이 수행될 수 있다. 예를 들면, 분광 센서 신호는 분광 센서 회로(210)에 의해 일정 시간 간격으로 측정될 수 있고, 이에 대한 데이터 처리부(220)의 필터링에 의해 필터링 결과 신호가 일정 시간 간격으로 업데이트될 수 있다.
데이터 처리부(220)는 분광 센서 신호에 대한 필터링을 수행하기 위한 하드웨어 구성을 구비할 수 있다. 예를 들면, 데이터 처리부(220)는 분광 센서 신호에 대한 필터링 등의 각종 데이터 처리를 수행하도록 구성되는 프로세서 및 데이터 처리를 위한 명령어들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
통신부(230)는 외부의 데이터 취득 시스템(300)에서의 요청에 따라 필터링의 결과를 송신할 수 있다. 통신부(230)는 데이터 처리부(220)로부터 분광 센서 신호에 대한 필터링의 결과를 전달받을 수 있고, 데이터 취득 시스템(300)으로부터의 요청이 있는 경우 무선 데이터 통신으로 필터링 결과를 데이터 취득 시스템(300)에 전송할 수 있다.
통신부(230)는 SDI-12 통신 프로토콜에 따라 데이터 취득 시스템(300)과의 데이터 통신을 수행할 수 있다. SDI-12 통신 프로토콜은 다양한 센서 시스템에서 널리 활용되는 방식으로서, SDI-12 통신 프로토콜의 활용에 의해 스마트 분광 센서(200)의 활용성 및 효율성이 향상될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, SDI-12 통신 프로토콜 이외의 다른 다양한 무선 통신 방식이 통신부(230) 및 데이터 취득 시스템(300) 간의 통신에 활용될 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로(210)를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 분광 센서 회로(210)는 적어도 하나의 발광 다이오드(211), 포토 다이오드(212), 증폭기(213) 및 수동 소자들(214)을 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 3에 도시된 요소들 외에 다른 범용적인 요소들이 분광 센서 회로(210)에 더 포함될 수 있다.
적어도 하나의 발광 다이오드(211)는 모니터링 대상 식생(100)으로부터 입사되는 입력광의 특정 파장 대역에서의 세기를 측정할 수 있다.
발광 다이오드(LED)는 일반적으로 정방향의 전압 인가시에 광을 발하는 소자이나, 역방향의 전압이 인가되는 상태에서는 외부에서 입사되는 광에 대응하여 LED에 흐르는 전류, 또는 형성되는 전압을 측정하는 방식으로, 광을 측정하는 용도로 활용될 수도 있다.
따라서, 적어도 하나의 발광 다이오드(211)는 역방향 전압 인가시에 특정 파장의 광에 응답하여 전류 또는 전압을 생성하도록 구성될 수 있고, 그에 따라 적어도 하나의 발광 다이오드(211)는 입력광의 특정 파장 대역에서의 세기를 측정할 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나의 발광 다이오드(211)는 입력광의 적색광 대역, 녹색광 대역, 청색광 대역 및 근적외선 대역에서의 세기들을 측정하기 위한 4개의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 발광 다이오드(211)가 4개의 LED들인 경우 각 LED는 적색광, 녹색광, 청색광 및 근적외선 중 어느 하나의 파장 대역의 광에 반응하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 발광 다이오드(211)가 입력광의 특정 파장 대역에서의 세기를 측정하도록 구성됨에 따라, 분광 센서 회로(210)는 식생 모니터링을 위해 필요한 파장 대역에서의 광 세기를 효율적으로 측정할 수 있다. 따라서, 종래의 분광계의 경우와는 달리, 분광 센서 회로(210)는 넓은 범위 파장 대역들 전부에 대해 스펙트럼 분석을 수행하지 않고서도, 식생 모니터링을 위해 요구되는 일부 파장 대역들만을 분석할 수 있으므로, 스마트 분광 센서(200)의 분광 효율이 향상될 수 있다.
포토 다이오드(212)는 입력광의 PAR(Photosynthetically Active Radiation)의 세기를 측정할 수 있다.
포토 다이오드(photo diode)는 광검출 기능을 하는 다이오드 소자로서, 자외선이나 엑스선 등 다양한 대역의 광 검출에 활용될 수 있다. 적어도 하나의 발광 다이오드(211)와 마찬가지로, 포토 다이오드(212) 또한 역전압 인가시에 특정 파장의 광에 반응하여 전기 저항이 변경되는 특성을 활용하여, 특정 대역의 광을 검출하는 용도로 활용될 수 있다.
포토 다이오드(212)에 의해 검출되는 파장 대역은 PAR일 수 있다. PAR은 식생 또는 식물 군락의 엽록소에서의 광합성 과정에 활용 가능한 태양 복사 스펙트럼의 범위를 의미하는 것으로서, 일반적으로 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 대역을 의미할 수 있다.
적어도 하나의 발광 다이오드(211)와는 별개로, 포토 다이오드(212)가 구비되어 광합성에 관련된 PAR의 세기가 측정될 수 있으므로, 분광 센서 회로(210)에 의해 모니터링 대상 식생(100)의 광합성 활성의 정도가 보다 적절하게 파악될 수 있다. 즉, 분광 센서 회로(210)에서의 적어도 하나의 발광 다이오드(211) 및 포토 다이오드(212)의 일체형 단일 모듈 형태에 의하면, 그 구조의 간소함에도 불구하고 모니터링 대상 식생(100)을 정밀하게 분석하는 것이 가능할 수 있다.
증폭기(213)는 적어도 하나의 발광 다이오드(211)의 출력을 증폭하여 특정 파장 증폭 신호를 생성하고, 포토 다이오드(212)의 출력을 증폭하여 PAR 증폭 신호를 생성할 수 있다.
역전압 인가에 의한 적어도 하나의 발광 다이오드(211)의 출력, 및 포토 다이오드(212)의 출력은 직접 검출하기가 용이하지 않은 매우 미세한 변화일 수 있으므로, 분광 센서 회로(210)에 증폭기(213)가 구비되어 다이오드 출력들이 증폭될 수 있다. 후술할 도 4에서와 같이, 증폭기(213)로는 일반 용도로 활용되는 연산 증폭기가 활용될 수 있다.
수동 소자들(214)은 특정 파장 증폭 신호 및 PAR 증폭 신호를 조정하여 분광 센서 신호를 생성할 수 있다.
증폭기(213)의 증폭에 의해 적어도 하나의 발광 다이오드(211)의 출력을 특정 파장 증폭 신호로 생성하고, 포토 다이오드(212)의 출력을 PAR 증폭 신호로 생성하기 위해서는, 증폭기(213), 적어도 하나의 발광 다이오드(211), 포토 다이오드(212), (+) 전원단 및 (-) 전원단 상호간의 관계에서 다양한 역할을 수행하기 위한 수동 소자들(214)이 적절하게 배치될 것이 요구될 수 있다.
예를 들면, 수동 소자들(214)은 특정 파장 증폭 신호 및 PAR 증폭 신호에 대한 세기 조정을 위한 적어도 하나의 저항 및 신호 안정화를 위한 적어도 하나의 캐패시터를 포함할 수 있다. 그 외에도, 수동 소자들(214)로서 저항 및 캐패시터는 분광 센서 회로(210)의 구성 소자들 사이에서 다양한 기능을 할 수 있으며, 필요에 따라 다양한 방식으로 수동 소자들(214)이 배치될 수 있다.
증폭기(213) 및 수동 소자들(214)을 거쳐 출력되는 분광 센서 회로(210)의 분광 센서 신호는 모니터링 대상 식생(100)의 다양한 정보를 내포하고 있으며, 분광 센서 신호가 스마트 분광 센서(200)를 통해 데이터 취득 시스템(300)에 전달되는 경우, 다양한 식생 지수의 추정에 활용될 수 있다.
예를 들면, 분광 센서 신호는, NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), EVI(Enhanced Vegetation Index), GI(Greenness Index), fPAR(fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation) 및 LAI(Leaf Area Index) 중 적어도 하나를 추정하기 위해 활용될 수 있다. 따라서, 스마트 분광 센서(200)에 의하면 모니터링 대상 식생(100)의 지표 레벨에서의 다양한 특성들이 정량적으로 분석될 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로(210)가 구현되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 분광 센서 회로(210)의 구현 예시가 도시되어 있다. 분광 센서 회로(210)에는 입력광을 감지하기 위한 적어도 하나의 발광 다이오드(211) 또는 포토 다이오드(212)로서 다이오드(D1)가 배치될 수 있고, 그 출력을 증폭하기 위한 증폭기(213)가 배치될 수 있으며, 이들의 연결 관계에서 다양한 수동 소자들(214)이 배치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 다이오드(D1)의 양단이 증폭기(213)의 두 입력 단자에 연결될 수 있고, 광 검출에 따른 전압 변동이 증폭되어 증폭기(213)의 출력 단자에서 출력될 수 있다.
한편, 도 4의 예시에서는 하나의 다이오드만이 도시되어 있으나, 실제 구현시에는 복수 개의 다이오드들이 분광 센서 회로(210)에 배치될 수 있다. 이 경우, 각 다이오드마다 증폭기(213)가 배치될 수 있다. 또한, 수동 소자들(214)로서 저항들 및 캐패시터들의 배치는 예시적인 것이고, 필요에 따라 수동 소자들(214)의 개수, 소자값 또는 연결 위치 등이 변경될 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서(200)의 통신부(230)가 구현되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 통신부(230)의 구현하는 회로도의 예시가 도시되어 있다. 통신부(230)의 예시 회로도에 의하면, SDI-12 통신 프로토콜에 따른 스마트 분광 센서(200) 및 데이터 취득 시스템(300) 간의 데이터 통신이 수행될 수 있다.
통신부(230)의 예시 회로도에 의하면, 입력 신호들(C_SDI12_TX, C_SDI12_DIR, C_SDI12_RX)에 기초하여 송/수신 전환, 데이터 송신 및 데이터 수신 등의 동작이 수행될 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서(200)의 방수 구조(240)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 방수 구조(240)를 포함하는 스마트 분광 센서(200)의 정면도(a) 및 사시도(b)가 도시되어 있다. 스마트 분광 센서(200)는, 분광 센서 회로(210), 데이터 처리부(220) 및 통신부(230)와 함께, 온도 변화, 수분 및 습기로부터 스마트 분광 센서(200)를 보호하기 위한 방수 구조(240)를 더 포함할 수 있다.
방수 구조(240)는 스마트 분광 센서(200)를 내장하기 위해 상면이 개방되는 원통형의 방수 구조 본체(4), 및 방수 구조 본체(4)를 밀폐하기 위해 상면에 배치되고, 입력광을 분광 센서 회로(210)에 균일하게 전달하기 위한 확산판(2)을 포함할 수 있다.
방수 구조 본체(4) 및 확산판(2)에 의하면, 스마트 분광 센서(200)가 방수 구조(240)의 내부에 내장될 수 있으므로, 모니터링 대상 식생(100)의 특성에 따라 온도/습도 환경이 열악한 경우에도, 온도 변화나 수분/습기의 영향이 차단될 수 있다. 또한, 입력광이 확산판(2)을 거치며 분광 센서 회로(210)에 보다 균일하게 입력될 수 있으므로, 스마트 분광 센서(200)의 센싱 성능이 보다 안정화될 수 있다.
한편, 방수 구조(240)는 방수 구조 본체(4) 및 확산판(2)의 결합면을 통한 수분 침투를 방지하기 위한 고무 패킹(3), 확산판(2) 및 고무 패킹(3)을 상면에 밀착하기 위한 덮개부(1), 및 외부와의 통신 및 전원 공급을 위한 커넥터(5)를 더 포함할 수 있다.
고무 패킹(3) 및 덮개부(1) 에 의하면, 방수 구조 본체(4) 및 확산판(2)의 밀폐가 보다 확실하게 이루어질 수 있으므로, 수분이나 습기가 방수 구조(240) 내부의 스마트 분광 센서(200)에 침투하는 것이 더욱 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 커넥터(5)에 의하면 방수 구조(240) 내부의 스마트 분광 센서(200)에 전력선이나 통신선이 인입되는 것이 용이해질 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 스마트 분광 센서(200)의 지지대 구조(250)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 스마트 분광 센서(200)가 장착되는 지지대 구조(250)의 각 구성을 나타내는 분리도(a) 및 구성들이 조립된 상태를 나타내는 조립도(b)가 도시되어 있다.
스마트 분광 센서(200)는, 분광 센서 회로(210), 데이터 처리부(220), 통신부(230) 및 방수 구조(240)와 함께, 방수 구조(240)가 적용되는 스마트 분광 센서(200)가 장착되는 지지대 구조(250)를 더 포함할 수 있다. 즉, 내부에 스마트 분광 센서(200)를 내장하는 방수 구조(240)가 지지대 구조(250)에 장착될 수 있다.
지지대 구조(250)에 의하면, 내부에 스마트 분광 센서(200)를 내장하는 방수 구조(240)가 보다 안정적으로 모니터링 대상 식생(100)의 근방에 설치될 수 있다.
한편, 지지대 구조(250)는, 각각이 스마트 분광 센서(200)의 장착에 활용되는 둘 이상의 센서 장착홀들, 및 수평 확인을 위한 수평계의 장착에 활용되는 수평계 장착홀을 포함할 수 있다.
즉, 지지대 구조(250)에는 내부에 스마트 분광 센서(200)를 내장하는 방수 구조(240)가 두 개 이상 설치될 수 있고, 수평계 장착에 의해 지지대 구조(250)가 훼손되지 않고 정상적으로 설치되어 있는지 여부가 확인될 수 있다. 한편, 지지대 구조(250)에는 스마트 분광 센서(200) 이외에 시중에서 유통되는 다른 광 센서를 부착하기 위한 홀 또한 마련될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명되었으나 본 발명에 따른 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에 기재되어 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명에 따른 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 식생 모니터링 시스템
100: 모니터링 대상 식생
200: 스마트 분광 센서
210: 분광 센서 회로
211: 적어도 하나의 발광 다이오드
212: 포토 다이오드
213: 증폭기
214: 수동 소자들
220: 데이터 처리부
230: 통신부
240: 방수 구조
250: 지지대 구조
300: 데이터 취득 시스템

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 모니터링 대상 식생으로부터 입사되는 입력광의 특정 파장 대역에서의 세기를 측정하기 위한 적어도 하나의 발광 다이오드, 상기 입력광의 PAR(Photosynthetically Active Radiation)의 세기를 측정하기 위한 포토 다이오드, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 출력을 증폭하여 특정 파장 증폭 신호를 생성하고, 상기 포토 다이오드의 출력을 증폭하여 PAR 증폭 신호를 생성하기 위한 증폭기, 및 상기 특정 파장 증폭 신호 및 상기 PAR 증폭 신호를 조정하여 분광 센서 신호를 생성하기 위한 수동 소자들을 포함하는 식생 모니터링을 위한 분광 센서 회로;
    상기 입력광에 외란이 있는 경우, 상기 분광 센서 회로에서 생성된 상기 분광 센서 신호에서 노이즈를 제거하는 필터링을 수행하기 위한 데이터 처리부; 및
    외부의 데이터 취득 시스템에서의 요청에 따라 상기 필터링의 결과를 송신하기 위한 통신부;를 포함하고,
    상기 분광 센서 회로는, 상기 발광 다이오드 및 상기 포토 다이오드를 단일 모듈의 형태로 구비하며,
    상기 분광 센서 회로, 상기 데이터 처리부 및 상기 통신부는 원통형 스택 형태의 메자닌(Mezzanine) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 스마트 분광 센서.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 통신부는, SDI-12 통신 프로토콜에 따라 상기 데이터 취득 시스템과의 데이터 통신을 수행하는, 스마트 분광 센서.
  8. 제 5 항에 있어서,
    온도 변화, 수분 및 습기로부터 상기 스마트 분광 센서를 보호하기 위한 방수 구조; 및
    상기 방수 구조가 적용되는 상기 스마트 분광 센서가 장착되는 지지대 구조를 더 포함하는, 스마트 분광 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방수 구조는,
    상기 스마트 분광 센서를 내장하기 위해 상면이 개방되는 원통형의 방수 구조 본체; 및
    상기 방수 구조 본체를 밀폐하기 위해 상기 상면에 배치되고, 상기 입력광을 상기 분광 센서 회로에 균일하게 전달하기 위한 확산판을 포함하는, 스마트 분광 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방수 구조는,
    상기 방수 구조 본체 및 상기 확산판의 결합면을 통한 수분 침투를 방지하기 위한 고무 패킹;
    상기 확산판 및 상기 고무 패킹을 상기 상면에 밀착하기 위한 덮개부; 및
    외부와의 통신 및 전원 공급을 위한 커넥터를 더 포함하는, 스마트 분광 센서.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지대 구조는,
    각각이 상기 스마트 분광 센서의 장착에 활용되는 둘 이상의 센서 장착홀들; 및
    수평 확인을 위한 수평계의 장착에 활용되는 수평계 장착홀을 포함하는, 스마트 분광 센서.
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