KR20030047158A - 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는, 수리시설물의 누수에 의해 발생되는 자연전위값의 이상을 균질한 매질을 이용하여 축조된 수리시설물의 표면에서 연속적으로 측정함으로서, 수리구조물의 일부 구간에서 발생한 누수 유로 추적이 가능한 자연전위 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법{DEVICE FOR MONITORING SELF-POTENTIAL USING NON-POLARIZABLE ELECTRODE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는, 수리시설물의 누수에 의해 발생되는 자연전위값의 이상을 균질한 매질을 이용하여 축조된 수리시설물의 표면에서 연속적으로 측정함으로서, 수리구조물의 일부 구간에서 발생한 누수 유로 추적이 가능한 자연전위 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 다공질 매질 (porous medium)을 통한 유체의 흐름 등은 전위를 발생시키는데, 이러한 전위를 유동전위 (streaming potential) 또는 자연전위 (self- potential)라 하며, 자연전위법이란 이러한 자연적으로 발생되는 전위를 측정하여 지하광체나 지하수 유동 등을 탐사하는 방법을 말한다. 자연전위값의 크기는 전기비저항, 유전상수 (dielectric constant), 유체의 점도, 유체와 매질간의 결합계수 (coupling coefficient) 등과 관련이 있다.
자연전위는 지층 내 전해질의 유동에 의한 전기역학적 전위, 이동성이 서로 다른 전해액의 접촉에 의한 확산전위, 셰일의 반투막 작용 및 광화작용에 의한 광화전위 등의 자연적인 전위로 구분되며, 일반적으로는 전기역학적 또는 전기화학적 현상에 의한 배경전위와 광화작용에 의한 광화전위로 나뉜다. 배경전위는 보통 수 십 mV 정도로 양 (+) 또는 음 (-)의 값을 가지나, 광화전위의 경우는 수 백 mV 정도로 상대적으로 큰 값이 나타난다. 또한 지형경사가 매우 급한 지역의 기반암 비저항값이 수 만 ohm-m 이상인 경우 수 천 mV 정도의 매우 큰 자연전위값이 보고되기도 하였다.
자연전위의 발생원인에 대하여는 아직까지도 그 발생 기구 (mechanism)가 명확하게 밝혀지지 않았지만 크게 전기화학적 (electrochemical) 효과, 열전기적 (thermoelectric) 효과 및 전기역학적 (electrokinetic) 효과 등 3가지로 구분되고 있는데, 이 중 전기역학적 효과와 열전기적 효과에 대한 발생 기구에 대하여는 지속적으로 연구가 진행되고 있다. 이에 비하여 전기화학적 효과에 의한 자연전위발생 기구는 광화대 탐사의 자료해석에 주로 이용되었는데 전도체 상하부의 산화정도의 차이, 전도체 주변 지하수의 산화정도 차이 및 전도체 주변의 산화전위와 멀리 떨어진 기준점에서의 전위차에 의한 현상 등으로 원인이 일부 밝혀져 있다. 열전기적 효과는 지층 내에 온도구배가 존재하는 경우에 상응되는 전위구배가 존재하는 일명 Soret 효과가 발생하는데, 이는 공극 내 전해질의 이온과 암석 matrix속의 전자가 서로 다른 열적 확산을 발생시키기 때문에 생기는 현상으로 알려져 있다.
자연전위법의 적용사례는 지열과 관련된 각종 적용 사례 (Corwin and Hoover, 1979; Ishido et al., 1997; Apostolopoulos et al., 1997), 지진 등 지구조적인 운동과 관련된 연구 (Fitterman, 1978; Corwin and Morrison, 1977), 지질공학적 적용 사례 (Ogilvy et al., 1969; Bogoslovsky and Ogilvy, 1977) 등이 대표적이다.
최근 국내에서는 전기역학적 효과를 고려한 단층의 파쇄대나 대수층을 대상으로 적용한 탐사와 전기역학적 효과에 의해 발생되는 유동전위 측정으로 각종 양수시험 및 저수지 제당 및 방조제의 누수 부위 탐사에 적용된 사례 등이 있다.
실제 현장에서 이용되는 자연전위법은 크게 두가지로 기준점에 대한 절대전위를 측정하는 방법 ("fixed-base" survey configuration; total field SP)과 일정한 전극간의 전위차이를 측정하는 방법 ("leapfrog" or "gradient" survey configuration; gradient SP) 등으로 구분된다. 이때 일정 간격의 전극간의 전위차를 측정하는 방법은 기준점에 대한 절대전위의 변화율 (gradient)을 의미한다.
기준점에 대한 절대전위 측정법은 하나의 전극을 조사지역의 영향이 미치지못하는 원거리에 설치하여 이를 자연전위의 기점으로 설정하고, 나머지 한 전극을 각 측점으로 이동시키면서 기준점에 대한 상대적인 전위차를 측정하여 이를 절대전위로 간주하는 방법이다. 이 방법은 기준점으로부터 긴 전선이 필요하며 탐사과정이 복잡한 단점이 있지만 상대적으로 자료의 신뢰도가 높다. 반면 일정한 전극간의 전위차를 측정하는 방법은 각 전위의 측정간격을 일정하게 유지시킴으로써 탐사과정이 신속하고 간편하지만, 측정자료의 신뢰도는 기준점 방식에 비해 상대적으로 떨어진다.
지금까지 자연전위법은 주로 정성적인 해석 위주로 이용되어 왔지만, 1980년대부터 열전기적 효과 또는 전기역학적 효과의 일종인 유동전위 모형에 의거하여 이론적인 수치계산이 시도되고 이러한 결과들에 대한 해석이 실제 현장에서 응용되고 있는 추세이다 (Fitterman, 1983; Sill, 1983). 도 1은 저수지 및 방조제에서 자연전위법을 이용한 종래의 자료 측정 방법을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 자료 측정 방법은 저수지 제당 및 방조제의 영향이 미치지 않는 외곽부에 기준점 전극 (P1)을 설정하고, 대상이 되는 지점(A - A′)에 대하여 움직이는 전극 (P2)을 이용 측정하는 방법으로 자료를 취득하였고, 취득된 자료를 정량적인 해석방법에 적용하였다. 이러한 자연 전위 측정 방법은 기존의 탐사용 장비 또는 임피던스가 큰 디지털 멀티미터기로 필요한 채널을 선택하면서 측정하였으나, 반복적 측정을 이용한 모니터링과 같이 측정지점이 많은 경우 측정에 소요되는 시간이 길어져 한 측선에 대한 비교 시 자연전위값의 지연 효과로 해석에 어려움이 발생하는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 복수의 측정 지점을 동일한 측정 방법으로 동시에 계측할 수 있는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모니터링 작업의 경우에 자료의 정밀성을 높여주고, 장기적으로 모니터링할 수 있으며, 신속한 자료처리도 병행할 수 있는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 저수지 및 방조제에서 자연전위법을 이용한 종래의 자료 측정 방법을 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 자연전위 측정 방법을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극의 안정성을 측정하기 위한 실험장치의 구성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극을 실험하기 위한 시험포의 토양 특성을 파악하기 위하여 토양시료 채취용 오거를 이용하여 격자망으로 채취한 시료에 대한 입도분포 곡선을 도시한 도면.
도 8 (a), (b)는 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극을 지중 매설 깊이와 온도와의 상관 관계를 비교한 결과를 도시한 도면.
도 9 (a), (b)는 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극을 지중 매설 깊이와 토양수분함량과의 상관 관계를 비교한 결과를 도시한 도면.
도 10 (a), (b)는 본 발명의 실험을 위한 실제 수리시설물의 단극배열 전기비저항 탐사 결과를 도시한 도면.
도 11 (a), (b)는 본 발명의 실험이 실시된 실제 수리시설물이 위치한 해안의 조위 변화에 대한 자연전위 기준점의 전위측정 비교도.
도 12 (a), (b)는 본 발명의 실험이 실시된 기간동안 실제 수리시설물에서 측정한 자연전위 2차원 단면도.
도 13 (a), (b)는 본 발명의 실험이 실시된 기간동안 해안의 조위 변화에 따른 실제 수리시설물의 누수지점에서의 자연전위 변화도.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 바람직한 일실시예에 따르면, 누수에 의해 발생되는 자연전위값의 이상을 모니터링하기 위해 복수의 측정 지점을 동시에 측정하는 자연전위 측정 장치에 있어서, 기준 전극과, 자연전위를 측정하기 위한 복수의 측정 지점에 설치되는 복수의 측정 전극과, 상기 복수의 측정 전극으로부터 아날로그 신호를 입력받는 아날로그 입력 단자와, 상기 아날로그 입력 단자로부터 출력된 복수의 아날로그 신호중 하나의 아날로그 신호를 선택하기 위한 복수의 멀티플렉서와, 상기 복수의 멀티플렉서에 의해 선택된 아날로그 신호로부터 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 아날로그 신호를 증폭하는 신호 처리 장치와, 상기 기준 전극으로부터 입력된 기준 전위와 상기 신호 처리 장치로부터 출력된 아날로그 신호와의 전위차를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 장치와, 미리 정해진 운영 프로그램에 의해, 상기 복수의 멀티플렉서를 제어하여 상기 복수의 측정 전극중 임의의 측정 전극으로부터의 아날로그 신호를 선택하고, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 출력되는 상기 디지털 신호를 미리 정해진 형식에 따라 처리하는 마이크로 프로세서와, 상기 미리 정해진 운영 프로그램 및 상기 디지털 신호를 저장하는 저장 장치 및 상기 미리 정해진 형식에 따라 처리된 상기 디지털 신호를 외부 전자정보처리장치로 전송하고, 상기 미리 정해진 운영 프로그램을 변경하기 위한 변경 정보를 수신하는 통신 장치를 포함하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치가 제공된다. 여기서, 상기 신호 처리 장치는, 10Hz 주파수 대역 이하의 아날로그 신호만을 통과시키는 저역 통과 필터 및 상기 저역 통과 필터로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 신호 증폭 장치를 포함하며, 상기 아날로그-디지털 변환 장치는, 상기 기준 전극으로부터 입력된 기준 전위와 상기 신호 처리 장치로부터 출력된 아날로그 신호와의 전위차를 적어도 16 비트 이상의 디지털 신호로 변환할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 프로세서는 미리 정해진 운영 프로그램에 따라 일정한 측정시간 간격으로 복수의 측정 전극을 순차적으로 측정하며, 복수의 측정 전극별로 적어도 2회 이상 측정한 측정값을 상기 저장 장치에 일시 저장하고, 상기 복수의 측정 전극별로 측정값의 평균을 산출할 수 있다.
또한, 자연전위 측정 장치는 상기 기준 전극과 상기 아날로그-디지털 변환 장치에 각각 연결되며, 상기 기준 전극으로부터 입력되는 상기 기준 전위를 조절할수 있는 가변 저항을 더 포함할 수 있다.
또한, 자연전위 측정 장치는 상기 마이크로 프로세서에 의해 제어되는 디스플레이 구동 드라이버 및 상기 디스플레이 구동 드라이버에 의해 구동되는 디스플레이 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 바람직한 다른 실시예에 따르면, 누수에 의해 발생되는 자연전위값의 이상을 모니터링하기 위해 복수의 측정 지점을 동시에 측정하는 자연전위 측정 방법에 있어서, 미리 지정된 측정 일자, 측정 시간 및 측정시간 간격을 읽어오는 단계와, 상기 측정 일자, 상기 측정 시간 및 측정시간 간격과 현재 시간을 비교하여 측정 여부를 판단하는 단계와, 복수의 측정 전극의 전위값을 순차적으로 측정하는 단계와, 상기 복수의 측정 전극별로 측정된 각각의 전위값과 기준 전위값의 차이를 산출하는 단계 및 상기 복수의 측정 전극별로 산출된 각각의 전위차를 저장하는 단계를 포함하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 방법이 제공된다.
자연전위 측정 방법은 상기 측정된 전위값을 디지털 신호로 변환하는 단계와, 상기 복수의 측정 전극의 전위값을 적어도 2회 이상 반복하여 순차적으로 측정하는 단계 및 상기 복수의 측정 전극별로 산출된 각각의 전위차의 평균값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
자연전위 측정 장치 및 방법
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
자연전위 측정에 사용되는 장치는 크게 측정부분과 전극부분으로 나뉘어 진다. 측정은 두 전극간의 전위차를 측정할 수 있는 기존의 전기탐사기 이외에도 1 Mohm 이상의 임피던스가 큰 멀티메타도 가능하다. 전극의 경우는 자연적으로 발생되는 미약한 전위를 측정해야 하기 때문에 전극과 대지간의 간섭에 의해 발생되는 잡음 (noise)의 영향을 최소화하기 위하여 비분극전극 (non-polarizable electrode 또는 porous pot)을 사용하였다. 그러나 비분극전극의 경우 제작비용 및 전해질 용액의 정기적인 보충 등의 제한 요소들 때문에 장기모니터링 시 금속전극인 CCE (copper clad electrode)를 이용하는 경우도 있다.
이러한 배경에 따라 자연전위 측정을 위한 장치로 다채널 장기 모니터링용 자연전위 측정 시스템 (multi-channel SP data monitoring system)과 비분극전극을 자체 제작하였고, 현장적용 전 단계로 이들 장치들에 대한 각종 잡음요소를 검토하여 현장적용 시 기초자료로 사용하였다.
도 2를 참조하면, 자연전위 측정 장치는 효율성을 높이기 위해서 DO/DI, 시리얼포트, 제어 프로그램용 RAM이 내장되어 있는 Micro-Processor를 CPU로 사용하였으며, 그 외 필요한 장치는 별도의 IC Chip을 포함한다.
기준 전극(10)은 측정 전극이 설치된 수리시설물로부터 일정한 거리에 설치되는 비분극전극이다. 여기서, 일정한 거리는 측정 전극(11)이 설치된 수리시설물에서의 자연 전위 변화에 영향을 받지 않을 정도의 거리로서, 기준 전극(10)을 통해 측정된 자연 전위는 측정 전극(11)을 통해 측정된 자연 전위와의 차이를 산출하는데 사용된다.
복수의 측정 전극(11a, 11b...11n; 11로 통칭함)은 수리시설물의 자연 전위를 측정하기 위한 복수의 측정 지점에 설치되는 복수의 비분극전극이다.
복수의 아날로그 입력 단자(20a, 20b; 20으로 통칭함)는 복수의 측정 전극으로부터 측정된 자연 전위를 입력받는 장치이다. 측정된 자연 전위는 아날로그 신호이며, 대략 ±200 mV 이내의 저전압 신호이다. 아날로그 입력 단자(20)는 복수의 측정 전극(11)과 1:N으로 결합되어 있으며, 여기서 N은 복수의 측정 전극(11)의 개수이다. 본 발명에서는 총 128지점에서의 자연 전위를 측정할 수 있도록 자연전위 측정 장치를 구성하였으나, 구체적인 실시예에서는 아날로그 입력 단자(20)의 수를 증감함으로써, 측정 전극의 수가 128개로 제한되지 않을 것이다. 아날로그 입력 단자(20)는 복수의 멀리플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d)와 1:n으로 결합되어 있으며, 여기서 n은 복수의 멀티플렉서의 개수이다. 본 발명에서는 총 8개의 16 채널 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d)를 사용하였으나, 구체적인 실시예에서는 멀티플렉서의 채널수 및 측정 전극의 개수에 따라 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d)의 수가 8개로 제한되지 않을 것이다.
복수의 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d)는 상기 아날로그 입력 단자로부터 출력된 복수의 아날로그 신호중 하나의 아날로그 신호를 선택한다. 복수의 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d)는 자연전위측정 장치에서 많은 공간을 차지하는 부분으로, 128 채널 멀티플렉서로 동시에 128개 전극에서 측정이 가능하도록 하였다. 이를 위해, 128 채널 중 하나의 채널만을 선택하기 위해서 16개 채널을 가진 아나로그 멀티플렉서 (DG506) 8개를 조합하여 128 채널 멀티플렉서를 구현한다. 구체적인 실시예에서, 측정 전극의 개수가 증감할 경우에는 멀티플렉서의 개수를 적절히 증감할 수 있다.
특히, 측정이 끝난 후 다음 채널 선택 시 복수의 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d) 내의 잔류 전압을 제거하여 다른 채널의 전압에 영향을 받지 않도록 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d) 입력 전압 범위를 -5∼+5 V로 설정하는 것이 입력전압의 다양성에 대비하기 위해 바람직하다.
신호 처리 장치(40)는 복수의 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d)에 의해 선택된 아날로그 신호로부터 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 아날로그 신호를 증폭한다. 신호 처리 장치(40)는 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
아날로그-디지털 변환 장치(50)는 기준 전극(10)으로부터 입력된 기준 전위와 상기 신호 처리 장치(40)로부터 출력된 아날로그 신호와의 전위차를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 보통 현장에서 측정되는 자연전위는 약 ±200 mV 수준의 미약한 전위로 1 mV 이하의 변화에 대해서도 계측이 가능해야 하므로, 0∼65,536 사이의 분해능을 가진 16 Bit ADC (AD7136)을 사용하는 것이 바람직하다.
마이크로 프로세서(60)는 미리 정해진 운영 프로그램에 의해, 복수의 멀티플렉서(30a, 30b, 30c, 30d, 31a, 31b, 31c, 31d)를 제어하여 복수의 측정 전극중 임의의 측정 전극으로부터의 아날로그 신호를 선택하고, 아날로그-디지털 변환기(50)로부터 출력되는 디지털 신호를 미리 정해진 형식에 따라 처리하는 프로그램은 순차적으로 채널을 선택한다. 바람직하게는, 복수의 측정 전극별로 50 회를 측정하여 평균값을 메모리에 저장 후 화면 표시 장치(72)에 표시되도록 한다. 여기서, 미리 정해진 형식은 측정된 자연 전위를 구분하여 저장 및 재생할 수 있는 형식이다.
드라이버(70)는 화면 표시 장치(72)의 구동을 제어한다.
화면 표시 장치(72)는 드라이버(70)의 제어에 의해 마이크로 프로세서(60)의 처리 진행 상황 또는 처리 결과를 표시한다. 화면 표시 장치(72)는 CRT 또는 LCD 이다.
저장 장치(74)는 미리 정해진 운영 프로그램 및 디지털 신호를 저장한다. 현장에서 측정된 자료는 자연전위 측정 장치 내의 메모리에 저장되어야 하므로, 마이크로 프로세서(60) 내에 할당된 메모리는 프로그램 내장용으로 사용하고, 자료저장용으로는 CMOS SRAM을 사용하는 것이 바람직하다. SRAM 메모리에는 3 V 밧데리(76)를 연결하여 외부 전원이 차단되는 경우도 자료가 유실되지 않도록 한다.
시리얼 드라이버(78)는 시리얼 포트(78)의 동작을 제어한다.
시리얼 포트(79)는 미리 정해진 형식에 따라 처리된 디지털 신호를 외부 전자정보처리장치(예: 컴퓨터)로 전송하고, 상기 미리 정해진 운영 프로그램을 변경하기 위한 변경 정보를 수신한다.
기준 전극 및 측정 전극에서 측정되는 신호가 자연전위 측정 장치 내로 돌아오는 영향을 제거하기 위하여 자연전위 측정 장치의 입력신호는 DC 12 V 단일전원(92)를 전원 조절 장치(90)를 통해 +5V, -5V 변환하여 사용한다. 바람직하게는, 전압변동에 대하여 안정적인 전압을 제어장치 내에 공급할 수 있도록 변환형 전원 (switching mode power supply)을 사용한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 신호 처리 장치는 자연전위 측정의 기본이 되는 비분극전극으로부터 측정되는 신호를 처리하는 장치로서, 증폭 회로와 외부로부터의 잡음을 제거하기 위한 필터를 포함한다.
기준 전극과 128 측정 전극으로부터 모든 주파수를 가진 신호가 시스템으로 입력되는데, 특히 60 Hz 부근의 신호는 AC 전원으로부터 나오는 잡음으로 간주하여 10 Hz 주파수 대역 이하만 통과시키는 저역통과 필터 (low-pass filter)를 사용한다. 1차 통과된 기준점의 신호는 ADC의 In-단자에 연결하여 ADC 입력신호의 저수준 기준전압으로 사용하며, 측정하고자 하는 전극의 전압은 비반전 증폭기를 사용하여 신호 증폭한 후 ADC의 In+단자에 연결한다. 이와 같이 연결함으로써 각각의 비분극전극에서 출력되는 전위는 기준 전극 전위차이로 측정되어 LCD에 표시되거나 메모리에 저장된다.
또한 측정의 정밀도를 높여주기 위하여 현장 여건을 고려하여 ADC의 Vref의 전압을 가변저항으로 임의적으로 조정할 수 있게 하여, 현장의 전위 차이가 ±200 mV 이상 또는 이하가 되는 경우는 Vref의 전압과 증폭기의 이득 (gain)을 조정하여 ±5 V까지 사용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 자연전위 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
자연전위 측정 장치의 자료측정 프로그램은 C-언어로 작성 및 코딩하여 CPU 내 RAM에 내장하여 운영할 수 있다. 도 4에 도시된 흐름도는 자연전위 측정 장치에서 사용된 프로그램의 순서도를 나타낸 것으로, 운영프로그램은 자연전위 측정 장치에 전원이 투입되면 독자적으로 실행할 수 있게 하였다.
날짜, 시간 및 측정시간 간격은 RAM에 저장되어 있는 값을 초기값으로 하였고, 측정시간 간격 조정, 측정된 자료 다운로드, 시간 및 날짜변경을 하기 위해서는 시리얼 통신포트를 통하여 컴퓨터로 변경이 가능토록 하였다.
단계 S10에서, 자연전위 측정 장치의 전원이 온(ON)되면, 단계 S12로 진행하여 메모리에 저장된 측정 일자, 측정 시간 및 측정시간 간격을 읽어온다.
단계 S14에서, 현재 시간과 읽어온 측정 일자, 상기 측정 시간 및 측정시간 간격을 비교하여 측정 개시 여부를 판단한다. 판단 결과, 측정 시간에 해당하면 단계 S16으로 진행하고, 그렇지 않으면 단계 S22로 진행한다.
단계 S16에서, 복수의 멀티 플렉서를 제어하여 복수의 측정 전극의 전위값을 순차적으로 입력받는다.
단계 S18에서, 입력받은 상기 복수의 측정 전극별로 측정된 각각의 전위값과 기준 전위값의 차이를 산출한다. 상기 측정된 전위값과 기준 전위값의 차이(전위차)는 디지털 신호로 변환하는 것이 바람직하며, 상기 S18단계는 적어도 2회 이상 반복하여 전위차의 평균값을 산출하는 것이 바람직하다.
단계 S20에서, 산출된 상기 복수의 측정 전극별 전위차를 메모리에 저장한다.
단계 S22에서, 측정 시간에 해당하지 않는 경우, 현재 시간을 표시한 후 사용자로부터 입력을 대기한다.
단계 S24에서 통신 장치를 통해 사용자로부터 명령이 입력되었는지를 판단한다. 사용자로부터 명령이 입력되면 단계 S26으로 진행하고, 그렇지 않으면 단계 S14로 되돌아간다.
단계 S26에서 사용자로부터 입력된 명령을 분석하여 필요한 작업을 수행한다. 즉, 사용자가 입력한 명령이 현재 시간 변경, 측정 시간/측정시간 간격 변경, 저장된 측정값 삭제 중 어느 것인지를 판단하고, 해당하는 작업을 수행한다.
비분극전극 제작 및 검증
도 5는 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극의 구성을 도시한 도면이다.
자연전위는 측정하고자 하는 대상으로 부터의 이상과 다양한 형태의 환경적인 잡음 (environmental noise)이 복합적으로 나타나므로 장기간의 자연전위 모니터링을 위한 전극 형태의 선택은 매우 중요하다. 자연전위 측정을 위한 다양한 연구결과는 다른 형태의 전극에 비해 비분극전극 형태가 상대적으로 유용한 것으로 알려져 있다.
그러나 최근 장기간의 전극쌍에 대한 연구결과(Perrier et al., 1997)로부터 비분극전극 제작에 대한 정량적인 방법을 제시하고 있지만 전기화학적인 효과를 정확하게 규명하지 못하는 현실이다.
Petiau and Dupis (1980)는 장기관측 자료를 이용하여 여러 가지 형태의 비분극전극들에 대하여 잡음 범위 (noise spectrum), 온도 계수 (temperature coefficient), 시간 경과에 따른 안정성 등에 대한 연구결과를 제시하였고, 이러한 결과를 기초로 Ag-AgCl 비분극전극이 가장 안정적이지만 현장 적용에 적합한 전극으로 Pb-PbCl2비분극전극을 제시하였다. Perrier et al. (1997)은 프랑스의 가르쉬 (Garchy) 지역에서 1 년 동안 서로 다른 50 여개의 전극쌍을 대상으로 강수, 토양수분함량, 지전류의 일변화 등 다양한 형태의 잡음요소에 대한 전극의 안정성을 실험하였다. 이 결과 현장적용에 적정한 비분극전극은 젖은 토양의 경우 0.5 mV/월, 건조토양의 경우 0.2 mV/월 정도의 편차 (drift) 내에 해당될 수 있는 전극이 안정한 것으로 제시하였다.
한편 Corwin and Butler (1989)는 3가지 형태의 전극을 대상으로 1 년 동안 현장 및 실험실 내에서 각종 실험을 실시한 결과 Cu-CuSO4비분극전극이 납 전극과구리를 입힌 금속전극에 비해 짧은 시간 내에 안정화되며, 장기간 동안 안정된 전위값을 유지하는 것으로 제시하였다. 그러나 비분극전극의 경우 안정된 측정값을 보여주는데 비하여 전해액의 보충 등의 추가작업이 소요되므로, 구리를 입힌 금속전극의 경우 잡음요소가 크다는 단점에도 불구하고 약 3∼6 개월 동안의 장기간 안정화 기간을 거치는 경우 현장적용이 가능한 것으로 제시하였다.
본 발명에서는 지금까지의 연구결과를 토대로 비분극전극을 이용하였고, 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형 아크릴 재질로 장기모니터링 시 전해질 용액 유지와 대지와의 접지를 효율적으로 하기 위하여 반지름 3 cm, 높이 약 20 cm 정도의 비교적 큰 규격으로 제작하였다. 이때 전극 자체에서 발생될 수 있는 잡음을 최소화하기 위하여 전극제작의 모든 재질은 부도체를 사용하였다. 대지와 접촉되는 다공질 매질은 대지와의 접지를 효과적으로 하기 위하여 평면으로 하였으며, 재질은 초벌구이판과 석고판을 이용하였다. 전극봉은 포화염 용액과 같은 재질로 직경 10 mm 규격을 이용하였고, 전극봉과 다공질 부분은 접촉되지 않도록 분리하였다.
초벌구이판을 이용하여 제작된 비분극전극에 충전되는 내용물은 전극봉과 같은 양이온을 포함하는 포화염 용액이다. 이때 장기간의 탐사를 위하여 겔 (gel) 상태의 석고를 섞어 사용하는 것을 원칙으로 하였으나, 석고판을 사용하는 경우는 포화염 용액만을 사용하였다. 이 연구에서 이용된 포화염 용액의 배합은 PbCl2인 경우 물 (1ℓ) : PbCl2(15g) : NaCl (360g)의 비율로 제작하였다. 한편 겔 상태의 석고는 제작된 PbCl2용액에 포화시키는데, 이때의 배합은 PbCl2용액 (50 ㎖) : 석고(25 g)의 비율로 제작하였다.
석고판을 이용하여 제작된 비분극전극은 다공질 부분인 석고판 제작을 위하여 증류수 : 석고의 배합비를 1 : 2로 하여 20 일 이상 고화시켰으며, 이때 이용된 포화염 용액의 배합은 초벌구이판을 이용한 비분극전극과 동일한 배합비로 제작하였다.
도 6은 본 발명의 실시에 사용되는 비분극적극의 안정성을 측정하기 위한 실험장치의 구성을 도시한 도면이다. 좀 더 상세히 설명하면, 도 6에 도시된 장치는 비분극전극을 이용한 현장 잡음 요소를 분석하기 위한 실험에 사용된 실험장치이다.
자연전위법은 기존의 물리탐사법 중 신호대 잡음 비가 매우 작은 방법 중의 하나로 본 발명에서는 제작된 비분극전극에 대하여 현장적용 이전 단계로 잡음요소에 대한 장기 모니터링 실험을 실시하였다. 이때 검토된 현장 잡음요소는 환경에 의한 잡음인 기온, 강수, 토양수분함량 및 지중온도 등으로, 도 6과 같이 12×26 m2면적의 시험포장을 제작하여 각 요소들에 대한 자연전위 반응을 검토하였다.
본 발명에서 기온, 강수 등의 기상요소는 시험포장에 설치되어 있는 자동기상관측 시스템 (AWS)을 이용하여 측정하였다. 한편 접촉전위의 영향을 검토하기 위한 토양수분함량 측정을 위하여 TDR (time domain reflectometry) 장비와 토양온도 측정을 위한 지중온도계를 10 m 거리에 심도별로 각각 설치하여 동일 장소에 설치된 비분극전극의 자료와 상호 비교하였다. 이용된 TDR 장비는 미국 Automata사의 AQUA-TEL-TDR로, 지표면에 노출된 부분은 태양으로부터의 직사광선을 차단하기 위하여 별도의 차광장치를 설치하였다.
도 7은 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극을 실험하기 위한 시험포의 토양 특성을 파악하기 위하여 토양시료 채취용 오거를 이용하여 격자망으로 채취한 시료에 대한 입도분포 곡선을 도시한 도면이다. 채취된 토양시료는 입경이 0.074 mm 이하로 KS F 2302 방법으로 비중계분석 (hydrometer analysis)을 실시하였다.
그 결과 Fetter (1994)가 제시한 균등계수 (uniformity coefficient, Cu = d60/d10)는 391.9로서 입도분포는 양호하지만 분급이 불량 (poorly sorted)한 퇴적물로 분류되며, 유효입자 크기 (d10)가 0.0059 mm인 fine silt에 속한다. 토양의 입도 조성은 모래 74.1 %, 실트 15.7 %, 점토 10.2 %로 통일흙분류 (unified soil classifi- cation system)에 의하면 SM에 해당된다.
도 8은 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극을 지중 매설 깊이와 온도와의 상관 관계를 비교한 결과를 도시한 도면이다.
비분극전극에 대한 온도 효과는 다양한 해석적인 방법으로 유도될 수 있지만 (Ives and Janz, 1961), Morrison et al. (1979)은 다양한 실험 조건 하에서 Cu-CuSO4비분극전극에 대한 온도계수를 평균 약 +0.5 mV/。F로 제시하였다. 이러한온도계수는 전극 주변 토양의 온도 영향 보다 비분극전극 내의 금속성분의 영향이 커서 비분극전극 내의 금속봉의 가열에 의한 자연전위 변화와 토양의 온도 사이에는 약간의 시간 지연이 나타난다는 사실을 밝혔다. Corwin and Butler (1989)는 실험실에서 구리를 입힌 금속전극을 대상으로 온도계를 이용하여 전극 하나를 가열하면서 두 전극의 온도를 각 각 측정한 결과 평균 약 +1 mV/。F의 온도계수를 산출하였는데, 이는 비분극전극에 비해 약 2 배 정도 높은 결과이다.
Petiau and Dupis (1980)는 장기관측 자료를 기초로 Pb-PbCl2비분극전극을 사용한 경우 약 -40 μV/℃의 매우 낮은 온도 계수와 약 1 mV/월의 장기간의 안정성을 제시하였고, 10 Hz 이하의 주파수 대역에 대한 매우 높은 적용성을 밝혔다.
도 8은 대기온도와 15 cm 깊이에 설치한 지중 온도를 동일 시간에 얻어진 심도별 자연전위와 비교한 결과이다. 30 일 동안의 지중 온도변화는 대기온도 변화에 대하여 약 8∼11 시간 정도의 지연효과가 나타났으며, 대기온도가 약 15 ℃ 이상으로 올라간 경우는 T9 지점의 온도가 T10 지점에 비하여 일변화가 약 3∼4 배 정도 크게 나타났다. 도 8 (a)는 지하 10 cm 깊이에 설치한 비분극전극의 전위 변화를 나타낸 결과로 전체적으로 2 mV의 일변화를 보여주며, 전위변화가 대기온도 변화와 거의 일치되게 나타났다. 이는 전극의 상부가 대기와 노출됨에 따라 전극의 금속성분을 통해 대기온도의 전도 효과가 나타난 것으로 판단된다.
도 8 (b)는 지하 20 cm 깊이에 설치한 비분극전극의 전위변화로 전체적으로 1 mV 이하의 변화를 보여주며, 지중온도 변화에 약 8∼11 시간의 지연을 보이며 미약한 변화가 나타났다. 이러한 결과는 전극이 대기에 노출된 경우는 Morrison et al. (1979)이 제시한 약 +0.5 mV/。F의 온도계수가 적용될 수 있지만, 지표하에 설치한 경우는 전체 2 mV 이하의 자연전위 변화 중 약 0.5 mV 이하의 미약한 영향이 일정한 시간지연을 반영하는 것으로 판단된다.
도 9는 본 발명의 실시에 사용되는 비분극전극을 지중 매설 깊이와 토양수분함량과의 상관 관계를 비교한 결과를 도시한 도면이다.
Morrison et al. (1978, 1979)은 비분극전극을 이용하여 자연전위 값을 측정하는 경우 가장 크게 영향을 미치는 요소가 전극 주변의 토양수분함량 효과임을 본 발명을 통해 밝혔다. 이는 토양수분함량 1 % 증가에 따라 전위는 평균 약 +1 mV 정도 증가되며, 건조 토양에 설치된 전극에 비하여 습윤한 토양에 설치된 전극이 상대적으로 양의 값을 가지는 것으로 제시하였다.
본 발명에서는 시험포장에 설치된 비분극전극쌍 들과 동일한 위치에 두 구간 (0∼23 cm, 23∼46 cm)으로 구분하여 TDR 장비를 설치하여 30분 간격으로 토양수분을 측정하였다. 이 장비는 기존의 장력계 (tensiometer)를 이용한 모세관의 압력수두를 측정하는 전통적인 방법과 달리 현장의 천이상태 (transient state)를 반영할 수 있는 장점이 있어 최근 오염과 관련된 많은 연구에서 이용되는 추세이다 (김동주 등, 1999; 박재현, 1998). 일반적으로 TDR이란 파형 발생기에서 발생되는 구형 (spherical)의 전자기파가 전송선을 따라 흐르다가 전송선의 변화에 따라 전자기파가 반사 (reflection)되는 특성을 이용하여 유전상수와 전기전도도(electrical conductivity)를 측정하는 장비로 본 발명에 이용된 장비는 9 inch 길이의 센서가 주변 토양의 수분함량과 밀접한 관련이 있는 유전상수를 측정하여, 4∼20 mA의 전류로 전송하는 방식으로 측정 전류를 함수량으로 계산하게 된다.
도 9는 TDR을 이용 심도별로 얻어진 토양수분함량과 깊이 10 cm와 20 cm에 각각 설치한 비분극전극의 자연전위를 비교한 결과이다. 측정된 토양수분함량은 각 위치별로 약 3 %의 변화폭을 가지며, 상부가 하부에 비해 약 15 % 정도 작게 나타난다. 또한 토양수분함량의 변화는 대기온도 변화에 비해 약 8∼11 시간 정도의 시간지연 효과가 나타났으며, 이는 지중온도 변화에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다.
지표 하 10 cm 깊이에 설치한 전극의 경우는 도 8 (a)에서 밝혀진 바와 같이 대기온도의 변화가 그대로 나타나므로, 토양수분함량의 변화가 나타나지 않았다. 그러나 지표 하 20 cm 깊이에 설치한 전극의 경우는 토양수분??량 변화가 그대로 나타나므로, 전극을 묻어 설치하는 경우는 토양수분함량이 주요한 영향임이 나타났다.
이러한 결과로부터 땅속에 묻어 설치한 비분극전극에서 1∼2 mV의 미약한 편차의 주요한 요소는 토양수분함량 변화임을 알 수 있다.
실시예
도 10 내지 도 13은 본 발명을 실제 수리구조물에 적용하여 얻은 결과를 도시한 도면이다.
현장 적용은 전라북도 군산시에 위치한 어은방조제를 대상으로 실시하였는데, 이 방조제의 길이는 5.4 km, 높이는 8 m인 농업용 수리시설물이다. 일차적으로 방조제 내측부에 대한 육안조사로부터 만조시에 방조제 내측부로 해수가 유입되는 지점을 현장적용 대상으로 선정하였다. 현장 조사는 해수 유입 지점을 포함하는 60 m 구간에 대하여 일차적으로 단극배열 전기비저항 탐사와 24시간 동안 1시간 간격으로 동일지점에 대하여 자연전위 모니터링을 실시하였으며, 해수유입 방지를 위한 보강공사로 해수 유입이 차단된 후 동일 구간에 대한 모니터링을 통해 자연전위법의 적용성을 평가하였다.
도 10 (a), (b)는 본 발명의 실험을 위한 실제 수리시설물의 단극배열 전기비저항 탐사 결과를 도시한 도면이다. 도 10은 단극배열 전기비저항 탐사에 의한 겉보기 비저항 가단면도와 2차원 비저항 단면도로 전체 60 m 구간에 대하여 전극간격 3 m, 전극전개수 8로 설정하였고, 무한 전류전극 (C1) 및 전위전극 (P1)은 측선 양쪽으로부터 450 m 거리에 각각 설치하여 입력전류를 100∼200 mA로 측정한 결과이다.
겉보기 비저항값의 범위는 전극전개수 3 이상에서 5 ohm-m 이하로 매우 낮은 값을 보여주며, 2차원 역산법을 이용하여 얻어진 단면도에서도 심도 약 6 m 이하에서 전체적으로 1 ohm-m 이하로 해수에 의해 포화된 것으로 나타났다. 특히 No. 3∼No. 5 구간에서는 0.3 ohm-m의 매우 낮은 저비저항대가 나타나는데, 이러한 전기비저항은 해수의 평균값인 0.2 ohm-m (Telford et al., 1990)과 유사하므로 해수에 의해 완전하게 포화된 것을 알 수 있다.
이 방조제에 적용한 자연전위법은 단극배열 전기비저항 탐사의 전극지점과 동일한 지점에 대하여 기준점 고정방식으로 실시하였고, 기준점에 대한 외부로부터의 잡음을 제거하기 위하여 측정 전후에 기준점 전위를 측정하여 실제 측정값을 보정하였다.
도 11 (a), (b)는 본 발명의 실험이 실시된 실제 수리시설물이 위치한 해안의 조위 변화에 대한 자연전위 기준점의 전위측정 비교도이다.
도 11 (a),(b)는 해수유입 방지를 위한 보강공사 이전과 이후에 기준점에서 측정한 자연전위값과 조위의 변화를 시간별로 도시한 결과로, 이 지구의 조위는 농업기반공사 금강하구둑 관리소의 측정 자료를 이용하였고, 기준점의 자연전위가 조석의 영향을 받지 않았음을 알 수 있다.
도 12 (a), (b)는 본 발명의 실험이 실시된 기간동안 실제 수리시설물에서 측정한 자연전위 2차원 단면도이다.
도 12 (a)는 해수유입 방지를 위한 보강공사 이전에 실시한 자연전위법의 적용 결과로 전체 구간에 걸쳐 약 0∼+20 mV 사이에서 안정된 변화가 나타나지만, No. 3∼No. 6 사이의 4개 지점의 측정결과는 -20∼-50 mV의 음의 이상을 보여준다. 이 구간은 만조시 누수가 발생된 구간과 일치되며, 단극배열 전기비저항 탐사에서 해수 유입 구간으로 나타난 0.3 ohm-m 내외의 저비저항대와 일치하고 있다.
도 12 (b)는 해수유입 방지를 위한 보강공사 이후에 실시한 자연전위법의 적용 결과로 전체 구간에서 보강공사 이전과 유사한 결과를 보여준다.
도 13 (a), (b)는 본 발명의 실험이 실시된 기간동안 해안의 조위 변화에 따른 실제 수리시설물의 누수지점에서의 자연전위 변화도이다.
도 13 (a)는 보강공사 이전에 No. 3∼No. 6 사이의 4개 지점에 대하여 시간별 자연전위 측정값을 조위변화와 비교한 결과로 전체적으로 조석에 의한 영향이 나타났다. 또한 No. 3 및 No. 6 지점에서의 자연전위 측정값이 No. 4 및 No. 5 지점에서의 측정값 보다 약 20 mV 높고, 변화폭도 상대적으로 적은 것으로 볼 때 No. 4 및 No. 5 지점을 통한 해수 유입이 더욱 큰 것으로 판단된다.
도 13 (b)는 보강공사 이후에 No. 3∼No. 6 사이의 4개 지점에 대하여 시간별 자연전위 측정값을 조위변화와 비교한 결과로 보강공사 이전에 나타났던 조석에 의한 영향이 현저하게 줄어든 것으로 나타나며, 육안으로도 해수 유입 현상이 관찰되지 않아 이 구간을 통한 해수 유입이 차단되어 유동전위가 감소되어 나타난 현상으로 판단된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해 복수의 측정 지점을 동일한 측정 방법으로 동시에 계측할 수 있는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법이 제공되었다.
또한, 본 발명에 의해 모니터링 작업의 경우에 자료의 정밀성을 높여주고, 장기적으로 모니터링할 수 있으며, 신속한 자료처리도 병행할 수 있는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법이 제공되었다.

Claims (8)

  1. 누수에 의해 발생되는 자연전위값의 이상을 모니터링하기 위해 복수의 측정 지점을 동시에 측정하는 자연전위 측정 장치에 있어서,
    기준 전극;
    자연전위를 측정하기 위한 복수의 측정 지점에 설치되는 복수의 측정 전극;
    상기 복수의 측정 전극으로부터 아날로그 신호를 입력받는 아날로그 입력 단자;
    상기 아날로그 입력 단자로부터 출력된 복수의 아날로그 신호중 하나의 아날로그 신호를 선택하기 위한 복수의 멀티플렉서;
    상기 복수의 멀티플렉서에 의해 선택된 아날로그 신호로부터 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 아날로그 신호를 증폭하는 신호 처리 장치;
    상기 기준 전극으로부터 입력된 기준 전위와 상기 신호 처리 장치로부터 출력된 아날로그 신호와의 전위차를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 장치;
    미리 정해진 운영 프로그램에 의해, 상기 복수의 멀티플렉서를 제어하여 상기 복수의 측정 전극중 임의의 측정 전극으로부터의 아날로그 신호를 선택하고, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 출력되는 상기 디지털 신호를 미리 정해진 형식에 따라 처리하는 마이크로 프로세서;
    상기 미리 정해진 운영 프로그램 및 상기 디지털 신호를 저장하는 저장 장치; 및
    상기 미리 정해진 형식에 따라 처리된 상기 디지털 신호를 외부 전자정보처리장치로 전송하고, 상기 미리 정해진 운영 프로그램을 변경하기 위한 변경 정보를 수신하는 통신 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 장치는,
    10Hz 주파수 대역 이하의 아날로그 신호만을 통과시키는 저역 통과 필터; 및
    상기 저역 통과 필터로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 신호 증폭 장치
    를 포함하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환 장치는,
    상기 기준 전극으로부터 입력된 기준 전위와 상기 신호 처리 장치로부터 출력된 아날로그 신호와의 전위차를 적어도 16 비트 이상의 디지털 신호로 변환하는비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 미리 정해진 운영 프로그램에 따라 일정한 측정시간 간격으로 복수의 측정 전극을 순차적으로 측정하며, 복수의 측정 전극별로 적어도 2회 이상 측정한 측정값을 상기 저장 장치에 일시 저장하고, 상기 복수의 측정 전극별로 측정값의 평균을 산출하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전극과 상기 아날로그-디지털 변환 장치에 각각 연결되며, 상기 기준 전극으로부터 입력되는 상기 기준 전위를 조절할 수 있는 가변 저항
    을 더 포함하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서에 의해 제어되는 디스플레이 구동 드라이버; 및
    상기 디스플레이 구동 드라이버에 의해 구동되는 디스플레이 장치
    를 더 포함하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치.
  7. 누수에 의해 발생되는 자연전위값의 이상을 모니터링하기 위해 복수의 측정 지점을 동시에 측정하는 자연전위 측정 방법에 있어서,
    미리 지정된 측정 일자, 측정 시간 및 측정시간 간격을 읽어오는 단계;
    상기 측정 일자, 상기 측정 시간 및 측정시간 간격과 현재 시간을 비교하여 측정 여부를 판단하는 단계;
    복수의 측정 전극의 전위값을 순차적으로 측정하는 단계;
    상기 복수의 측정 전극별로 측정된 각각의 전위값과 기준 전위값의 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 복수의 측정 전극별로 산출된 각각의 전위차를 저장하는 단계
    를 포함하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산출된 전위차를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 복수의 측정 전극의 전위값을 적어도 2회 이상 반복하여 순차적으로 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 측정 전극별로 산출된 각각의 전위차의 평균값을 산출하는 단계
    를 더 포함하는 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 방법.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2081246A2 (en) 2008-01-18 2009-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell and control method thereof
EP2113959A1 (en) 2008-04-25 2009-11-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell system and control method thereof
KR101146288B1 (ko) * 2010-05-26 2012-05-16 (주)제이에스 시스템 자동 교정 장치, 자동 교정 방법 및 자동 교정 방법을 기록한 프로그램 기록 매체
KR101340446B1 (ko) * 2013-05-23 2013-12-11 한국지질자원연구원 센서 네트워크 기반의 자연전위 측정 시스템 및 방법
KR101436259B1 (ko) * 2013-07-30 2014-08-29 한국지질자원연구원 광대역 유도분극 반응을 이용한 황화광물 함량 측정 장치
KR20190056495A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 (주)지오룩스 지진 예측을 위한 지전류 모니터링 데이터 분석 시스템 및 방법
CN115112319A (zh) * 2022-06-30 2022-09-27 天津大学 一种帷幕渗漏检测快速分析方法
CN117348090A (zh) * 2023-10-13 2024-01-05 山东科技大学 基于自然电位法的煤自燃井下探测系统及探测方法
CN118091766A (zh) * 2024-04-17 2024-05-28 山东科技大学 一种热电场电位测量装置及观测方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103941293A (zh) * 2014-04-30 2014-07-23 武汉普瑞通科技有限公司 一种自然电场动电观测系统
CN104458811B (zh) * 2014-11-14 2017-01-04 中国石油天然气集团公司 一种实验室岩样群自然电位自动控制测量系统及测量方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH028733A (ja) * 1988-04-04 1990-01-12 Nakagawa Boshoku Kogyo Kk コンクリート中の鋼材腐食評価方法
US5214384A (en) * 1991-07-24 1993-05-25 Mobil Oil Corporation Method including electrical self potential measurements for detecting multiphase flow in a cased hole
KR100200161B1 (ko) * 1996-04-18 1999-06-15 정해룡 부식감지장치 및 그 분석제어방법
KR100364749B1 (ko) * 2000-03-14 2002-12-16 주식회사 동남물산 전기 방식용 디지털 정류기의 자동 제어 장치 및 자동제어 시스템

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2081246A2 (en) 2008-01-18 2009-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell and control method thereof
EP2113959A1 (en) 2008-04-25 2009-11-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell system and control method thereof
KR101146288B1 (ko) * 2010-05-26 2012-05-16 (주)제이에스 시스템 자동 교정 장치, 자동 교정 방법 및 자동 교정 방법을 기록한 프로그램 기록 매체
KR101340446B1 (ko) * 2013-05-23 2013-12-11 한국지질자원연구원 센서 네트워크 기반의 자연전위 측정 시스템 및 방법
KR101436259B1 (ko) * 2013-07-30 2014-08-29 한국지질자원연구원 광대역 유도분극 반응을 이용한 황화광물 함량 측정 장치
KR20190056495A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 (주)지오룩스 지진 예측을 위한 지전류 모니터링 데이터 분석 시스템 및 방법
CN115112319A (zh) * 2022-06-30 2022-09-27 天津大学 一种帷幕渗漏检测快速分析方法
CN115112319B (zh) * 2022-06-30 2024-05-24 天津大学 一种帷幕渗漏检测快速分析方法
CN117348090A (zh) * 2023-10-13 2024-01-05 山东科技大学 基于自然电位法的煤自燃井下探测系统及探测方法
CN118091766A (zh) * 2024-04-17 2024-05-28 山东科技大学 一种热电场电位测量装置及观测方法

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