KR20120007238A - 토양의 수분측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토양밀도값을 산출 및 보정하여 토양에 포함된 수분율을 정밀하게 측정할 수 있는 토양의 수분측정장치에 관한 것으로, 토양의 둘 이상의 다른 깊이의 수분을 측정하는 복수의 수분측정부와; 상기 복수의 수분측정부에 의해 수분의 하강속도를 계산하고, 측정된 하강속도를 근거로 토양밀도값을 산출하여 상기 복수의 수분측정부에 의해 측정된 값에 보정하여 토양의 수분율을 측정하는 제어부;가 포함되어 이루어진다.

Description

토양의 수분측정장치{DEVICE FOR MEASURING WATER CONTENT OF SOIL}
본 발명은 토양밀도값을 산출 및 보정하여 토양에 포함된 수분율을 정밀하게 측정할 수 있는 토양의 수분측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 시설하우스에서 작물을 재배시 성장에 가장크게 영향을 미치는 것을 수분으로서, 농업에서 가장 어려운 관수제어를 효과적으로 하기 위해서는 보다 정밀한 토앵내 수분을 측정하는 것이 필요하다.
토양내 함수율의 변화는 작물별, 생육시기별, 기온, 지온 및 비료의 영양상태에 따라 필요로 하는 수분요구량의 변화가 있으므로 수분의 부족과 과잉공급의 미세한 변화는 작물의 생육과 품질, 수량에 지대한 영향을 미친다.
최근에 많은 농가들은 작물재배시 적절한 수분공급 및 비료의 살포를 위해 정밀관수를 요구하고 있으나, 정확한 토양의 환경을 고려하지 않고 관행농법에 따른 급수로 토양 및 지하수의 오염을 초래하며 환경문제로 대두되고 있다.
한편, 토양수분감지 방법에는 크게 텐션미터(tentionmeter)방법, 석고블럭을 이용한 측정방법, TDR측정방법 및 전기저항을 이용한 방법 등이 있다.
텐션미터방법은 텐션미터라는 센서를 이용하여 토양 중의 수분량을 측정하며, 텐션미터는 물을 보충하는 물기둥부, 수분을 감지하는 세라믹감지부, 수분량을 지시하는 압력게이지로 구성된다. 텐션미터는 정확도가 떨어지고 물을 일정량 유지하기 위한 추가적인 보충이 필요하며 세라믹감지부가 쉽게 파손되는 등의 단점이 있다. 텐션미터 방법에는 토양수분의 압력을 이용하여 토양속에 포함된 수분량을 감지하는 방법으로 토양속의 포함된 수분량을 pf라는 단위를 사용하여 표시한다.
그리고 석고블럭을 이용한 측정방법은 평판에 장착하여 토양 내에 삽입한 후 석고와 토양수분의 함수율이 평형을 이룰때까지 수분을 측정하는 방법이다. 이는 토양 내의 수분에 의한 석고의 부식에 따라 수분측정값의 오차가 커질 수 있으며, 석고블럭을 자주 교체해야하는 번거로움이 있다.
TDR(Time Domain Reflectometry)방식은 파형발생기에서 발생된 전자기파가 전송선을 통해서 흐르게 되는데 전자기파가 전송선을 통하여 흐르던 중 전송선의 단면이 변하면 그 지점의 임피던스가 변하여 그 구간에서 전자기파가 반향되어 오게 된다. 전송선을 통과하는 전자기파의 전파속도를 알고 있다면 반향시간을 통해 전송선의 길이를 구할 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 유전율의 변화에 따른 파의 전파속도가 변하는 성질을 이용하여 토양의 함수비를 구할 수 있다. TDR측정방법은 토양의 밀도에 따라 측정값의 변화가 커서 토양밀도별로 별도의 측정기가 추가되어 하므로, 농업현장별로 운영방법이 달라야 하는 문제가 있다.
그리고 전기저항을 이용한 방법은 두 지점사이의 전기저항값의 변화를 이용하여 토양 내의 수분율을 측정하는 방법이다. 전기저항을 이용하는 방법 또한 토양의 밀도와 토양의 온도의 변화를 고려하지 않아 토양의 밀도에 따라 토양수분의 값변화가 발생해도 이를 인식하지 못하는 단점이 있다.
한편 토양 내의 온도를 측정하여 보정하여 토양 내의 수분을 측정하는 토양내 수분스위치가 일본공개특허 제2004-271494호로 제안된 바 있다. 상기 토양내 수분스위치의 경우 토양의 온도의 변화를 고려하여 보정은 하였으나, 여전히 토양의 밀도를 반영하지 않아 토양밀도별로 상이한 수분값이 측정되는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 토양밀도값을 산출 및 보정하여 토양에 포함된 수분율을 정밀하게 측정할 수 있는 토양의 수분측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
토양의 둘 이상의 다른 깊이의 수분을 측정하는 복수의 수분측정부와;
상기 복수의 수분측정부에 의해 수분의 하강속도를 계산하고, 측정된 하강속도를 근거로 토양밀도값을 산출하여 상기 복수의 수분측정부에 의해 측정된 값에 보정하여 토양의 수분율을 측정하는 제어부;가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양의 수분측정장치.를 제공한다.
상기 제어부는 상기 복수의 수분측정부의 각 측정깊이차 및 상기 복수의 수분측정부의 각 수분변환시점의 시간차를 근거로 수분의 하강속도를 계산하는 것이 좋다.
그리고 토양 내의 온도를 측정하는 온도측정부가 더 구비되고,
상기 제어부는 상기 온도측정부에 감지된 온도 및 토양밀도값을 상기 복수의 수분측정부에 의해 측정된 값에 보정하여 토양의 수분을 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 저면에 길이가 상이한 상기 복수의 수분측정부와 온도측정부가 설치되는 몸체가 구비되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 복수의 수분측정부는 상기 몸체의 저면에 탈착이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 토양의 수분측정장치는 토양의 밀도값을 산출하여 수분측정부에 의해 측정값을 보정함에 따라 토양의 수분율을 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한 몸체로부터 복수의 수분측정부를 탈착 가능하도록 구성함으로써, 일반토양, 인공토양 등의 토양 종류와 수분흡수를 하는 식물종류에 따른 뿌리깊이의 차이에 따라 적정한 길이를 갖는 복수의 수분측정부로 교체할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 토양의 수분측정장치의 일예를 개략적을 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 토양의 수분측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3은 몸체로부터 복수의 수분측정부가 분리된 상태를 나타내는 분리사시도이다.
이하, 본 발명의 토양의 수분측정장치를 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 토양의 수분측정장치의 일예를 개략적을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 토양의 수분측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 토양의 수분측정장치는 도 1 및 도 2와 같이 크게 몸체(10), 상기 몸체(10)의 저면에 구비되는 복수의 수분측정부(20) 및 제어부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 수분측정부(20)는 토양의 둘 이상의 다른 깊이의 수분을 측정하기 위한 것으로서, 토양의 둘 이상의 다른 깊이의 수분을 측정할 수 있는 구조로 이루어지면 족하고, 또한 토양의 유전율, 전기저항값 등을 측정하여 수분을 측정할 수 있는 등 여러 방법을 이용하여 측정할 수 있다.
특히 도 1과 같이 상기 복수의 수분측정부(20)를 길이가 상이한 복수의 수분측정봉(210,220,230)으로 구성하고, 상기 복수의 수분측정봉(210,220,230)의 단부에 각각 토양의 전기저항값을 측정하기 위한 전극부(212,224,232)를 구비하는 것이 좋다.
예를 들면, 상기 복수의 수분측정봉(210,220,230) 중 제1 수분측정봉(210)의 길이가 5cm, 제2 수분측정봉(220)의 길이가 10cm, 제3 수분측정봉(230)의 길이가 15cm로 각각 구성된다. 상기 복수의 수분측정봉(210,220,230)은 2개 이상이면 족하나 사용 목적에 따라 3개 이상으로 구성할 수 도 있다.
그리고 상기 제어부(50)는 상기 복수의 수분측정부(20)에 의해 토양 내 수분의 하강속도를 계산하고, 수분의 하강속도를 근거로 토양밀도값을 산출하여 상기 복수의 수분측정부(20)에 의해 측정된 값을 보정하여 토양의 수분을 측정한다.
토양의 밀도는 수분의 하강속도와 반비례하기 때문에 하기의 수학식 1과 같이 수분의 하강속도에 의해 계산할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1의 계수 k는 건조중량법에 의한 토양밀도 측정값과, 수분의 하강속도를 이용하여 계산된다.
그리고 수분의 하강속도는 상기 복수의 수분측정부(20)의 측정깊이차, 상기 복수의 수분측정부(20)의 각 수분변환시점의 시간차에 의해 계산할 수 있다.
상기 제어부(50)는 토양밀도값을 초기 설정 등 기타 토양밀도값 측정신호가 입력된 경우 수분의 하강속도를 계산하여 토양밀도값을 산출하고, 산출된 토양밀도값은 메모리(60)에 저장된다.
상기 복수의 수분측정부(20)의 측정깊이차는 각 수분측정부의 측정깊이의 차이를 말하는 것으로, 예를 들면 제1 수분측정봉(210)의 길이가 5cm, 제2 수분측정봉(220)의 길이가 10cm, 제3 수분측정봉(230)의 길이가 15cm로 각각 구성되는 경우 제1 수분측정봉(210)과 제2 수분측정봉(220)의 측정깊이차는 5cm, 제1 수분측정봉(210)과 제3 수분측정봉(230)의 측정깊이차는 10cm이다.
그리고 상기 복수의 수분측정부(20)의 각 수분변환시점의 시간차는 토양에 물이 공급된 경우 상기 복수의 수분측정부(20)의 각 수분측정부의 수분이 변화하는 시점의 시간차를 일컫는다. 예를 들면 제1 수분측정봉(210), 제2 수분측정봉(220) 및 제3 수분측정봉(230)에 각각 수분의 변화가 발생하는 시점을 T1, T2, 및 T3라 하면, 제1 수분측정봉(210)과 제2 수분측정봉(220)의 수분변환시점의 시간차는 T2-T1, 제1 수분측정봉(210)과 제3 수분측정봉(230)의 수분변환시점의 시간차는 T3-T1이다.
상기 제어부(50)는 산출된 토양밀도값을 상기 복수의 수분측정부(20)에 의해 측정된 값에 보정하여 토양의 수분을 측정함으로서, 더욱 정밀하게 토양에 함유된 수분율을 측정할 수 있다. 상기 복수의 수분측정부(20)에 의해 측정된 값은 상기 복수의 수분측정부(20) 중 어느 하나의 수분측정부에 의해 측정된 값이거나, 상기 복수의 수분측정부(20) 중 둘 이상의 수분측정부에 의해 측정된 평균값이다.
한편, 토양의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부(30)를 구비하고, 상기 제어부(50)는 상기 복수의 수분측정부(20)에 의해 측정된 값에 토양밀도값 및 상기 온도측정부(30)에 의해 측정된 온도를 보정하여 토양의 수분율을 산출하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고 상기 제어부(50)는 산출된 토양밀도값 및 수분율을 표시부(70)에 출력하여 디스플레이할 수도 있고, 별도의 관수장치와 유·무선 통신장치에 의해 통신가능하도록 구성될 수 있다.
도 3은 몸체(10)로부터 복수의 수분측정부(20)가 분리된 상태를 나타내는 분리사시도이다.
일반토양 및 인공토양 등 토양의 종류에 따라 상기 복수의 수분측정부(20)의 길이를 간편하게 탈착할 수 있도록 도 3과 같이 상기 몸체(10)의 저면에 나사홈(110,120,130)을 형성하고, 상기 복수의 수분측정부(20)의 상단부를 상기 몸체(10)의 나사홈(110,120,130)에 나사결합되도록 구성하는 것이 좋다. 일반토양, 인공토양 등 토양의 종류에 따라 수분을 흡수하는 식물의 뿌리의 깊이가 상이함에 따라 토양의 종류에 따라 식불이 뿌리의 깊이와 대응되는 길이를 가지는 상기 복수의 수분측정부(20)의 길이로 교체함으로써, 더욱 정밀하게 관수제어를 할 수 있어 작물의 생육과, 품질 및 수량을 크게 개선할 수 있다.
10: 몸체,
20: 복수의 수분측정부,
30: 온도측정부,
50: 제어부,
60: 메모리,
70: 표시부

Claims (5)

  1. 토양의 둘 이상의 다른 깊이의 수분을 측정하는 복수의 수분측정부와;
    상기 복수의 수분측정부에 의해 수분의 하강속도를 계산하고, 측정된 하강속도를 근거로 토양밀도값을 산출하여 상기 복수의 수분측정부에 의해 측정된 값에 보정하여 토양의 수분율을 측정하는 제어부;가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양의 수분측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 수분측정부의 각 측정깊이차 및 상기 복수의 수분측정부의 각 수분변환시점의 시간차를 근거로 수분의 하강속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 토양의 수분측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    토양 내의 온도를 측정하는 온도측정부가 더 구비되고,
    상기 제어부는 상기 온도측정부에 감지된 온도 및 토양밀도값을 상기 복수의 수분측정부에 의해 측정된 값에 보정하여 토양의 수분을 측정하는 것을 특징으로 하는 토양의 수분측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    저면에 길이가 상이한 상기 복수의 수분측정부와 온도측정부가 설치되는 몸체가 구비되는 것을 특징으로 하는 토양의 수분측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수분측정부는 상기 몸체의 저면에 탈착이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토양의 수분측정장치.
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