KR102480716B1 - 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치 - Google Patents

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Abstract

광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치에 관한 것으로, 강수량을 측정하고자 하는 위치에 수평으로 고정 설치되는 베이스, 상기 베이스 상부에 고정 설치되는 원통 형상의 커버, 상기 커버 내부로 유입된 물을 일정량씩 모아서 배출하는 버킷 및 광섬유 격자센서를 이용해서 버킷에서 물이 배출되는 횟수를 감지하는 감지부를 포함하는 구성을 마련하여, 광섬유 격자센서를 이용해서 버킷에서 배출되는 일정량의 물에 의해 집수조에 작용하는 하중의 변화를 감지하고, 광섬유 격자센서에 출력되는 광의 파장 변화 횟수를 이용해서 강수량을 정밀하게 측정할 수 있다.

Description

광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치{PRECIPITATION MESURING APPARTUS USING FIBER BRAGG GRATING SENSOR}
본 발명은 강수량 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 격자센서를 이용해서 강수량을 측정하는 강수량 측정장치에 관한 것이다.
강수량은 강수가 일정 시간 내에 수평한 지표면 또는 지표의 수평투영면에 낙하하여 증발되거나 유출되지 않고 그 자리에 고인 물의 깊이를 말한다.
이러한 강수량은 비가 내린 강우량과, 눈이나 우박 등이 내린 강설량을 통칭하고, 눈, 싸락눈, 우박 등 강수가 얼음인 경우, 이를 녹인 물의 깊이를 말하며, 이슬, 서리, 안개를 포함한다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 1에는 강수량을 측정하는 강수량계 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 유입되는 물을 집수받는 버킷을 좌우로 구획하고, 회전축을 중심으로 정량의 물이 채워진 버킷 측으로 기울어져 배수통에 선택적으로 정량의 물을 배출하도록 시소 타입으로 동작하는 티핑버킷형 강수량 측정장치 구성이 기재되어 있다.
이러한 티핑버킷형 강수량계는 티핑버킷의 동작 횟수를 전기식 계측센서로 감지해서 강수량을 측정한다.
그러나 특허문헌 1과 같은 티핑버킷형 강수량계는 전기식 계측센서가 적용됨에 따라, 강수로 인한 습기에 매우 취약하고, 우천시 번개 등에 의한 오작동이 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 광섬유 센서(optical fiber sensor)는 광섬유를 지나가는 빛의 세기, 광섬유의 굴절률 및 길이, 모드, 그리고 편광상태의 변화 등을 이용하여 피측정량을 추정하는 센서이다.
광섬유 코어로 입사된 빛은 굴절률이 높은 코어층과 굴절률이 낮은 클래딩층의 경계면에서 반사되어 광섬유 코어 부분을 따라 전파된다.
이러한 광섬유 센서는 이용되는 효과에 따라 세기형, 위상형, 회절격자형, 모드변조형, 편광형, 분포측정형 등으로 구분되며, 전압, 전류, 온도, 압력, 스트레인, 회전율, 음향, 가스농도 등 다양한 측정값을 제공한다.
따라서 광섬유 센서는 초정밀 광대역 측정이 가능하고, 전자파의 영향을 받지 않으며, 원격측정이 용이하고, 센서부에서 전기를 사용하지 않으며, 실리카 재질의 뛰어난 내부식성으로 사용 환경에 대한 제약이 거의 없는 특징을 갖는다.
광섬유 센서 중에서 대표적인 것은 광섬유 격자센서(Fiber Bragg Grating Sensor) 타입의 광섬유 센서이다
상기 광섬유 격자센서는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도나 강도 등의 외부의 조건 변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다.
따라서 광섬유 격자센서는 격자가 형성된 광섬유에 물리적인 힘의 작용으로 인하여 변형이 생겼을 때 격자에서의 빛 굴절 변화가 유발되고, 이러한 굴절 변화를 측정하여 광섬유의 변형률을 측정함으로써, 광섬유가 고정되는 구조물의 변형률을 측정하여 구조물에 작용하는 하중 및 응력을 알 수 있다.
광섬유 격자센서는 광섬유 코어부의 굴절률을 일정한 주기로 변화시킨 것으로서, 특정 파장의 광만을 선택적으로 반사한다.
이러한 광섬유 격자센서는 고유한 파장 값을 가지며, 전자기파의 영향을 받지 않는 등 물리적인 특성이 매우 우수하여 기존의 전기식 게이지를 대체해가고 있는 우수한 물리량 측정소자로서, 현재 그 활용범위가 급속도로 증대되고 있다.
그래서 광섬유 격자센서는 광섬유 내에서 굴절률이 높은 물질에서 낮은 물질로 빛이 진행될 때, 그 경계면에서 일정한 각도 내의 빛이 모두 반사되는 전반사의 원리를 이용해서 변형률, 각도, 가속도, 변위, 온도, 압력변위 등을 감지하는 감지센서로 사용되고 있다.
예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 광섬유 격자센서를 이용한 기술을 개시하여 출원해서 등록받은 바 있다.
대한민국 특허 등록번호 10-1034954호(2011년 5월 17일 공고) 대한민국 특허 등록번호 10-1057309호(2011년 8월 16일 공고) 대한민국 특허 등록번호 10-0992628호(2010년 11월 5일 공고)
따라서 강수량계에 광섬유 격자센서를 적용해서 습기나 번개와 같은 외부의 환경조건에 의한 오작동을 방지하고, 강수량계에서 측정된 강수량에 대한 신뢰도를 높일 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광섬유 격자센서를 이용해서 시소 타입 버킷의 회전 동작 횟수를 감지하여 강수량을 정밀하게 측정할 수 있는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 습도나 번개 등 외부의 환경조건에 의한 오작동을 방지하고, 정밀한 측정값을 제공할 수 있는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 강우량과 강설량을 모두 측정할 수 있는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치는 강수량을 측정하고자 하는 위치에 수평으로 고정 설치되는 베이스, 상기 베이스 상부에 고정 설치되는 원통 형상의 커버, 상기 커버 내부로 유입된 물을 일정량씩 모아서 배출하는 버킷 및 광섬유 격자센서를 이용해서 버킷에서 물이 배출되는 횟수를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치에 의하면, 광섬유 격자센서를 이용해서 버킷에서 배출되는 일정량의 물에 의해 집수조에 작용하는 하중의 변화를 감지하고, 광섬유 격자센서에 출력되는 광의 파장 변화 횟수를 이용해서 강수량을 정밀하게 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 광섬유 격자센서를 이용함에 따라, 습기나 번개와 같은 외부의 환경조건에 의한 오작동을 방지하고, 강수량계에서 측정된 강수량에 대한 신뢰도를 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 감지부와 집수조를 서로 다른 위치에 분리 설치하고, 연결모듈을 이용해서 감지부와 집수조를 연결해서 이동 중 집수조의 유동으로 인한 광섬유의 끊어짐이나 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 의하면, 강수량 측정장치에 발열모듈을 적용해서 눈, 싸락눈, 우박, 서리 등을 가열해서 녹이고, 가열에 의해 녹은 물을 집수조로 공급해서 강설량을 측정할 수도 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명은 집수조에 마련된 배출구와 배출호스를 통해 물을 지면으로 배출하여 집수조에서 물이 배출되는 속도를 조절함으로써, 집수조에 집수된 물의 하중 변화를 감지할 수 있는 계측 가능 시간을 연장할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 단시간 내에 집중적으로 내리는 강우로 인해 계측 가능 시간이 짧아지는 경우에 발생하는 측정 오차를 미연에 예방하고, 강수량계의 경제성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 강수량 측정장치의 내부를 도시한 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 감지부의 확대도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량의 동작 상태도,
도 5는 도 4에 도시된 광섬유 격자센서에서 출력되는 광의 파장을 보인 그래프,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치의 부분 확대도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치의 부분 확대도,
도 8은 도 7에 도시된 광섬유 격자센서에서 출력되는 광의 파장을 보인 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 특허문헌 1에 기재된 티핑버킷형 강수량 측정장치의 구성을 원용하여 설명한다.
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 일정량의 강수를 반복적으로 배출할 수 있도록 다양하게 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 강수량 측정장치의 내부를 도시한 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 감지부의 확대도이다.
이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 강수량을 측정하고자 하는 위치에 수평으로 고정 설치되는 베이스(11), 베이스(11) 상부에 고정 설치되는 원통 형상의 커버(12), 커버(12) 내부로 유입된 물을 일정량씩 모아서 배출하는 버킷(20) 및 광섬유 격자센서(32)를 이용해서 버킷(20)에서 물이 배출되는 횟수를 감지하는 감지부(30)를 포함한다.
커버(12)의 상단에는 빗물이 유입되는 입수구(13)가 형성되고, 커버의 내측에는 여과망(14)과, 입수구(13)를 통해 유입된 빗물을 집수하는 입수조(15)가 대략 깔대기 형상으로 마련될 수 있다.
입수조(15)의 하단에는 입수조(15)를 통해 배출되는 물을 집수하여 안정적으로 하방으로 투출하는 집수컵(16)이 상부 브래킷(17)에 설치되며, 집수컵(16)의 하단에는 투하된 빗물의 양에 따라 좌우로 시소 동작하는 버킷(20)이 하부 브래킷(18)에 연결 설치될 수 있다.
버킷(20)의 양측에는 각각 일정량의 물이 채워지는 좌측 및 우측 집수부(21,22)가 마련될 수 있다.
일반적으로, 강수량계는 측정되는 빗물의 단위량에 따라 1.0㎜형과 0.5㎜형이 있다.
상기 1.0mm형은 1평방미터(m2)의 면적에 1㎜의 높이로 빗물이 쌓이면, 이때의 강수량을 '1'이라 하며, 이때 빗물의 무게는 약 31.42g이 된다.
상기 0.5㎜형은 1평방미터의 면적에 0.5㎜의 높이로 빗물이 쌓이면, 이때의 강수량을 '0.5'이라 하며, 이때 빗물의 무게는 약 15.71g이 된다.
본 실시 예에서는 0.5㎜형을 기준으로 설명한다.
버킷(20)의 양측 하단 베이스(11) 상에는 버킷(20)에 담겨진 물이 시소 동작에 의해 배출되면서 받아지는 한 쌍의 배수관(23)의 마련될 수 있다.
여기서, 종래기술에 따른 강수량계는 배수관(23) 대신에, 버킷(20)의 양측 하부에 배수통(도면 미도시)을 설치하고, 버킷(20)에서 배출된 물을 받아 지면으로 배수되도록 안내하였다.
반면, 본 실시 예에서 한 쌍의 배수관(23)은 베이스(11)의 하부로 연장되고, 각 배수관(23)의 하단은 집수조(24)의 상부에 배치될 수 있다.
집수조(24)는 감지부(30)에 마련된 광섬유(31)에 의해 베이스(11)에서 하방으로 일정 간격만큼 이격된 위치에 고정된다.
집수조(24)의 일측에는 배수관(23)을 통해 배출되어 집수조(24) 내부에 집수된 물을 외부로 배출하는 슬릿(25)이 형성될 수 있다.
따라서 감지부(30)는 베이스(11)의 하면과 집수조(24) 사이에 설치되는 광섬유(31)와, 광섬유(31) 상에 설치되고 버킷(20)의 시소 동작에 의해 물이 배출되는 횟수를 감지하는 광섬유 격자센서(32)를 포함할 수 있다.
광섬유(31)의 양단은 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 베이스(11)의 하부에 설치된 고정블록(26)에 고정되고, 광섬유(31)의 중앙부는 집수조(24)에 설치된 고정부재(27)의 외면을 따라 설치될 수 있다.
고정부재(27)는 대략 원기둥 형상으로 형성되고, 집수조(24) 내부에 설치된 설치 브래킷(28)에 수평 방향을 따라 설치되는 축 상에 설치될 수 있다.
따라서 광섬유(31)의 일단은 고정블록(26)의 일면에 고정되고, 고정부재(27)의 외면을 따라 설치된 후, 고정블록의 타단은 고정블록의 타면에 고정될 수 있다.
여기서, 광섬유(31)의 일단에는 측정장치(도면 미도시)로부터 광이 입사되고, 광섬유(31)의 타단은 입사된 광이 광섬유 격자센서(32)를 통과하면서 집수조(24)에 작용하는 하중에 따라 파장이 변화된 광을 출력할 수 있다.
이하에서는 광이 입사되는 광섬유(31)의 일단을 '입력단'이라 하고, 광이 출력되는 광섬유(31)의 타단을 '출력단'이라 한다.
상기 측정단말은 복수의 강수량 측정장치(10)를 동시에 모니터링할 수 있다.
이를 위해, 광섬유(31)는 복수의 강수량 측정장치(10)에 연속적으로 설치될 수 있다.
즉, 광섬유(31)의 출력단은 다음 강수량 측정장치(10)의 입력단으로 연결되고, 최종단에 마련된 강수량 측정장치(10)에 설치된 광섬유(31)의 출력단은 다시 측정장치에 연결될 수 있다.
여기서, 각 강수량 측정장치(10)에 마련된 광섬유 격자센서(32)는 집수조(24)의 하중 변화에 따라 서로 다른 파장대의 광을 출력할 수 있다.
따라서 측정단말은 하나의 광섬유(31)를 이용해서 연속적으로 연결된 복수의 강수량 측정장치(10)를 동시에 실시간으로 모니터링해서 서로 다른 위치의 강수량을 측정할 수 있다.
한편, 도 3에서 광섬유(31)는 집수조(24)의 평형 상태를 유지하기 위해, 고정부재(27)에 중앙부가 감긴 상태에서 고정블록(26)에 양단이 연결되도록 한 쌍으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 광섬유(31)의 일단을 고정블록(26)에 고정하고, 광섬유(31)의 타단을 집수조(24)나 고정부재(27) 또는 설치 브래킷(28)에 고정해서 한 가닥의 광섬유(31)를 이용해서 집수조(24)를 고정하도록 변경될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 광섬유 격자센서를 이용해서 버킷의 시소 동작에 의해 배출되는 일정량의 물에 의해 집수조에 작용하는 하중의 변화를 감지하고, 광섬유 격자센서에 출력되는 광의 파장 변화 횟수를 이용해서 강수량을 정밀하게 측정할 수 있다.
다음, 도 4 및 도 5를 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량의 동작 상태도이고, 도 5는 도 4에 도시된 광섬유 격자센서에서 출력되는 광의 파장을 보인 그래프이다.
도 4에는 버킷(20)이 우측 하방으로 회전해서 우측 집수부(22)에 채워진 일정량의 물을 배출하는 상태가 도시되어 있다.
먼저, 작업자는 베이스(11)의 상부에 상부 브래킷(17)을 설치하고, 상부 브래킷(17)에 집수컵(16)을 설치한다.
그리고 작업자는 하부 브래킷(18)에 버킷(20)을 좌우 방향으로 시소 동작 가능하게 버킷(20)을 설치한다.
이때, 버킷(200의 양측에는 좌측 및 우측 집수부(21,22)가 마련되고, 각 집수부(21,22)는 일정량의 물이 채워지면 좌측 또는 우측 하방으로 회전한다.
예를 들어, 버킷(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 우측 집수부(22)에 일정량의 물이 집수되면, 우측 하방으로 회전해서 집수된 물을 배출한다. 이어서, 상부에 배치된 좌측 집수부(21)는 집수컵(16)에서 배출되는 물을 집수한다.
이를 위해, 작업자는 베이스(11)의 양측에 한 쌍의 배수관(23)을 설치하고, 각 배수관(23)의 하단을 집수조(24)에 연결한다.
집수조(24)는 감지부(30)에 마련된 광섬유(31)를 이용해서 베이스(11) 하부에 고정 설치된다.
이때, 작업자는 광섬유(31)의 중간부를 집수조(24)에 마련된 고정부재(27)의 외면을 따라 배치한 후, 광섬유(31)의 양단을 베이스(11)의 하면에 설치된 고정블록(26)에 고정한다.
이와 같은 과정을 통해, 강수량 측정장치(10)의 조립이 완료되면, 버킷(20)은 양측에 마련된 좌측 또는 우측 집수부(21,22)에 일정량의 물이 채워지면 시소 동작에 의해 채워진 물을 배출한다.
버킷(20)에서 배출된 물은 배수관(23)을 통해 집수조(24)에 채워진다.
그러면, 광섬유 격자센서(32)는 집수조(24)에 작용하는 하중에 따라 파장이 변화된 광을 출력하고, 측정단말은 광섬유(31)를 통해 수신된 광의 파장 변화 횟수를 이용해서 강수량을 정밀하게 측정한다.
여기서, 측정단말은 도 5에 도시된 바와 같이, 광섬유 격자센서(32)에서 출력된 광의 파장값이 미리 설정된 기준값을 초과하면 1회로 카운트해서 전체 카운트된 횟수를 이용해서 강수량을 측정할 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 광섬유 격자센서를 이용해서 버킷의 시소 동작에 의해 배출되는 일정량의 물에 의해 집수조에 작용하는 하중의 변화를 감지하고, 광섬유 격자센서에 출력되는 광의 파장 변화 횟수를 이용해서 강수량을 정밀하게 측정할 수 있다.
한편, 상기의 실시 예에 따른 강수량 측정장치(10)에서 집수조(24)는 광섬유(31)를 이용해서 베이스(11)의 하부에 설치된다.
그래서 강수량 측정장치(10)를 최초 설치하거나, 설치된 위치를 이동시키 위해 강수량 측정장치(10)를 이동하는 과정에서 집수조(24)의 유동이 발생함에 따라, 집수조(24)와 베이스(11)를 연결하는 광섬유(31)가 끊어지거나 손상될 우려가 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 본 발명은 집수조(24)와 감지부(30)를 분리 설치하고, 별도의 연결모듈을 이용해서 집수조에 작용하는 하중을 감지부(30)로 전달하도록 변경될 수 있다.
예를 들어, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치의 부분 확대도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치(10)는 도 6에 도시된 바와 같이, 집수조(24)과 감지부(30)가 서로 다른 위치에 분리 설치되고, 연결모듈(40)에 의해 연결된다.
연결모듈(40)은 베이스(11)의 일측에 상하 방향을 따라 설치되는 지지바(41) 및 지지바(11)의 하단에 회전축을 중심으로 상하 방향을 따라 회전 동작 가능하게 축 결합되는 연결바(42)를 포함할 수 있다. 연결바(42)는 내측단이 하방으로 절곡되어 단면이 대략 '━┓' 형상으로 형성될 수 있다.
집수조(24)는 연결바(42)의 하단에 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 설치되고, 감지부(30)는 연결바(42)의 외측단에 설치될 수 있다.
즉, 광섬유(31)의 일단, 도 6에서 보았을 때 상단은 연결바(42)의 외측단에 고정되고, 광섬유(31)의 하단은 지면이나 커버(12)에 고정 설치되는 설치블록(43)에 고정될 있다.
따라서 광섬유(31) 상에 설치된 광섬유 격자센서(32)는 연결바(42)를 통해 집수조(24)에 작용하는 하중의 변화를 전달받고, 하중의 변화에 따라 파장이 변화된 광을 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 감지부와 집수조를 서로 다른 위치에 분리 설치하고, 집수조에 작용하는 하중의 변화에 따른 연결바의 회전 동작에 의해 하중 변화를 감지해서 파장이 변화된 광을 출력할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 강수량 측정장치의 이동 중 집수조의 유동으로 인한 광섬유의 끊어짐이나 손상을 방지할 수 있다.
물론, 본 발명은 연결바(42)의 회전동작을 제한하거나, 집수조(24)를 고정해서 집수조(24)의 유동을 방지하는 스토퍼(도면 미도시)를 더 적용하도록 변경될 수도 있다.
상기 스토퍼는 베이스(11)의 하면에 돌출 형성되어 연결바(42)를 고정하거나, 집수조(24)와 베이스(11) 사이, 또는 집수조(24)와 커버(12) 사이에 마련될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치의 부분 확대도이고, 도 8은 도 7에 도시된 광섬유 격자센서에서 출력되는 광의 파장을 보인 그래프이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정창치(10)는 도 7에 도시된 바와 같이, 집수조(24)의 측면에 슬릿(25)을 형성하는 대신에, 집수조(24)의 하면에 하나 이상의 배출구를 형성하고, 상기 배출구에는 배출호스(29)가 연결될 수 있다.
그래서 집수조(24)에 집수된 물은 배출구 및 배출호스(29)를 통해 지면으로 배출된다.
이때, 집수조(24)에서 배출되는 물은 집수조(24)에 물이 집수된 후 배출되는 초기에는 위치 에너지만 가짐에 따라 상대적으로 느린 속도로 배출된다.
반면, 배출되는 물이 배출호스(29)를 통해 지면에 도달하면, 위치에너지가 운동에너지로 전환되면서 배출속도가 점차적으로 빨라진다. 그러면, 물의 점성에 의해 집수조(24)에 집수된 물을 배출호스(29) 측으로 흡입하는 흡입력이 발생함에 따라, 집수조(24)에서 물이 배출되는 속도가 점차적으로 빨라지게 된다.
그래서 본 실시 예에서는 집수조에 집수된 물의 초기 배출속도를 감소시키고, 시간이 경과함에 따라 물이 배출속도를 점차적으로 증가시킬 수 있다.
이로 인해, 광섬유 격자센서(32)에서 출력되는 광은 도 8에 도시된 바와 같이, 물의 초기 배출시에는 기준값보다 높은 파장값을 유지하고, 초기 배출된 물이 지면에 도달해서 배출속도가 증가함에 따라 파장값이 빠르게 하강한다.
즉, 도 5에 도시된 광의 파장값에 비교하면, 도 8에 도시된 광의 파장값은 기준값 이상으로 유지되는 시간이 길게 연장됨을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 집수조에 마련된 배출구와 배출호스를 통해 물을 지면으로 배출하여 집수조에서 물이 배출되는 속도를 조절함으로써, 집수조에 집수된 물의 하중 변화를 감지할 수 있는 계측 가능시간을 연장할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 단시간 내에 집중적으로 내리는 강우로 인해 계측 가능시간이 짧아지는 경우에 발생하는 측정 오차를 미연에 예방하고, 강수량계의 경제성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이, 강수량 측정장치(10)는 강우량과 강설량을 측정한다.
이를 위해, 본 발명은 커버나 여과망, 입수조 또는 집수컵에 히팅 코일과 같은 발열모듈을 적용해서 눈, 싸락눈, 우박, 서리 등을 가열해서 녹이고, 가열에 의해 녹은 물을 집수조로 공급해서 강설량을 측정할 수 있다.
즉, 본 발명은 강우량을 측정하는 강수량 측정장치와 발열모듈이 적용되어 강설량을 측정하는 강수량 측정장치를 별도로 설치하거나, 발명모듈이 적용된 하나의 강수량 측정장치를 이용해서 강우량과 강설량을 모두 측정하도록 변경될 수도 있다.
이를 위해, 발열모듈이 적용된 강수량 측정장치는 측정단말과 통신이 가능하게 연결되고, 측정단말의 제어신호에 따라 발열모듈을 구동해서 눈 등을 가열하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 발열모듈은 측정단말의 전원공급부를 통해 전원을 공급받거나, 강수량 측정장치와 함께 설치되는 태양광 모듈 등의 발전모듈로부터 전원을 공급받을 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 광섬유 격자센서를 이용해서 강수량을 정밀하게 측정하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치 기술에 적용된다.
10: 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치
11: 베이스 12: 커버
13: 입수구 14: 여과망
15: 입수조 16: 집수컵
17: 상부 브래킷 18: 하부 브래킷
20: 버킷 21,22: 좌측, 우측 집수부
23: 배수관 24: 집수조
25: 슬릿 26: 고정블록
27: 고정부재 28: 설치 브래킷
29: 배출호스
30: 감지부 31: 광섬유
32: 광섬유 격자센서 33: 설치블록
40: 연결모듈 41: 지지바
42: 연결바

Claims (8)

  1. 강수량을 측정하고자 하는 위치에 수평으로 고정 설치되는 베이스,
    상기 베이스 상부에 고정 설치되는 원통 형상의 커버,
    상기 커버 내부로 유입된 물을 일정량씩 모아서 배출하는 버킷 및
    광섬유 격자센서를 이용해서 버킷에서 물이 배출되는 횟수를 감지하는 감지부를 포함하며,
    상기 베이스의 하부에는 상기 버킷에서 배출되는 물을 집수하는 집수조가 마련되고,
    상기 감지부는 상기 베이스와 집수조 사이에 설치되는 광섬유 및
    상기 광섬유 상에 설치되고, 상기 버킷에서 집수조로 일정량의 물이 배출되는 횟수를 감지하는 광섬유 격자센서를 포함하고,
    상기 광섬유 격자센서는 상기 집수조에 작용하는 하중에 따라 파장이 변화된 광을 출력하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 베이스의 일측에 마련되고,
    상기 감지부와 집수조는 연결모듈로 연결되며,
    상기 연결모듈은 양단이 상기 집수조와 광섬유의 일단에 각각 연결되는 연결바를 포함하고,
    상기 광섬유의 타단은 상기 커버 또는 지면에 고정 설치되는 설치블록에 고정되며,
    상기 연결바는 상기 집수조에 작용하는 하중의 변화에 따라 회전축을 중심으로 상하 방향을 따라 회전 동작하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스에는 상기 버킷의 양측에 마련된 좌측 및 우측 집수부에서 각각 배출되는 물을 상기 집수조로 배출하는 한 쌍의 배수관이 마련되고,
    상기 집수조의 일측에는 내부에 집수된 물을 외부로 배출하는 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스에는 상기 버킷의 양측에 마련된 좌측 및 우측 집수부에서 각각 배출되는 물을 상기 집수조로 배출하는 한 쌍의 배수관이 마련되고,
    상기 집수조에는 상기 집수조에서 물이 배출되는 속도를 조절해서 상기 집수조의 하중 변화를 감지할 수 있는 계측 가능 시간을 연장하도록, 내부에 집수된 물을 외부로 배출하는 배출구가 형성되며,
    상기 배출구에는 배출되는 물을 지면으로 안내하는 배출호스가 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유의 일단에는 측정단말에서 조사되는 광이 입사되고,
    상기 광섬유의 타단은 상기 측정단말 또는 다음 강수량 측정장치의 광섬유와 연결되며,
    상기 측정단말은 상기 광섬유에 연결된 복수의 강수량 측정장치에서 출력되는 광을 이용해서 복수 위치의 강수량을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    이동시 상기 집수조의 유동을 방지하도록, 상기 집수조를 고정하는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치.
  8. 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버를 통해 유입된 강수가 얼음인 경우, 상기 얼음을 가열해서 녹이는 발열모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 강수량 측정장치.
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