KR20180014581A - 강우량계측기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강우량계측기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 강우량계측기는 본체, 감지센서부, 벽체를 포함한다. 본체는 원뿔 모양의 감지면을 갖는다. 정전용량 감지센서부는 본체의 감지면에 배치되며, 강우량에 따른 정전 용량의 변화를 일으킨다. 벽체는 본체 외주에 상기 본체와 이격되어 본체를 둘러싸는 원통형 바람막이이다. 회로부는 본체 내부에 위치하며, 정전 용량 감지센서부를 구동하여 강우량을 감지하고 산출한다. 출력부는 회로부로부터 산출된 강우량 정보를 출력한다.

Description

강우량계측기{Apparatus For Measuring Amount Of Railfall}

본 발명은 강우량 측정분야에 관한 것으로, 강우량계측기에 관한 것이다.

일반적으로 강우량은 각각의 장소에 따라 강우량이 가변적이기 때문에 강우량 계측기를 통해 강우량에 대한 정확한 정보를 얻는 것은 홍수와 같은 자연 재해의 예측 및 예방에 있어 중요하다.

종래의 강우량 측정기의 강우량 감지센서방식은 전도식과 감지판에 의해 전기전도도를 측정방식이 있다.

먼저 전도식 강우량 측정기로는 티핑 버킷형 우설량 측정기가 있다. 이 장치는 취수구 아래 강수 무게에 의해 교대로 전도되는 두 개의 버킷이 연결되어 있는 구조를 갖고 있어 전도시점을 카운팅하는 방식으로 강우량을 측정하는 기술을 사용한다. 이 기술은 취수구를 통해 유입되는 이물질로 인하여 측정기의 오작동이 유발될 수 있고, 집중호우시 카운팅 오류로 측정 오차가 증가하며, 장치의 부피가 커서 공간을 많이 차지하며 무겁다는 문제점이 있다.

이 점을 보안하여 등장한 강우량측정기로는 대한민국 등록특허 제10-0999366호(2010. 12. 09)에 등록되어있는 전기 전도도를 이용한 우설량계 및 그 제어 방법을 사용한 장치가 있다. 이 장치는 강우를 직접 감지하는 감지판에 노출된 두 개의 전극을 센서로 사용하고 우설량에 따라 두 전극 사이의 전도도 특성이 달라지는 성질을 이용해 강우량을 측정하는 방식을 사용하고 있다.

그러나 노출된 전극패턴이 산화 또는 박리에 의해 손상되기 쉬워 강우량 측정에 오차를 유발하는 단점을 갖는다. 한편, 동파에 대한 우려와 폭설량의 측정불가 상태에 대비하며 전극 사이에 고인 빗물 및 눈을 제거하는 목적으로 히팅장치를 추가하여 사용하고 있는데 이는 히팅장치에 의해 패턴이 부식되는 문제점을 갖는다.

또한 강우량 측정기가 전기 전도도를 이용한 감지판으로써 비탈면을 사용하는 비탈면의 특성상 바람에 따라 유효감지면적이 달라져서 감지특성이 바뀌는 문제점을 갖는다.

대한민국 등록특허공보 제10-0999366호(2010. 12. 09)

따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 먼저, 정전용량 방식을 이용한 감지센서를 사용하고 전극패턴 상부를 비전도성 코팅제로 도포함으로써 패턴의 산화 및 박리를 예방하여 전극패턴을 보호함으로써 강우량계측의 정확도를 높이는 동시에 수명을 늘리고자 하는데 있다.

또한 원뿔형의 감지판을 사용함으로써 바람에 따라 유효감지면적 변화를 줄이고 센서에 비 고임 없어 강우량 측정 정확도를 높이는 데 있다.

또한 히팅장치를 없앰으로써 패턴의 부식을 방지하는 데 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 강우량계측기는 본체, 감지센서부, 벽체를 포함한다. 본체는 원뿔 모양의 감지면을 갖는다. 정전용량 감지센서부는 본체의 감지면에 배치되며, 강우량에 따른 정전 용량의 변화를 일으킨다. 벽체는 본체 외주에 상기 본체와 이격되어 본체를 둘러싸는 원통형 바람막이이다. 회로부는 본체 내부에 위치하며, 정전 용량 감지센서부를 구동하여 강우량을 감지하고 산출한다. 출력부는 회로부로부터 산출된 강우량 정보를 출력한다.

또한 회로부는 구동부, 공진주파수측정부, 강우량산출부를 더 포함할 수 있다. 구동부는 정전용량 감지센서부를 구동한다. 공진주파수측정부는 구동부에 병렬 연결되어 공진주파수를 측정한다. 강우량산출부는 공진주파수측정부에서 측정한 공진주파수로부터 강우량을 산출한다.

그리고 본체는 정전용량 감지센서부 상부를 비전도성 코팅제로 도포할 수 있다.

또한 강우량계측기는 본체와 상기 바람막이 벽체가 리브로 연결되어 일체로 성형될 수 있다.

한편, 강우량산출부는 강우종료시점을 판단하는 강우종료판단부를 더 포함할 수 있다.

그리고 강우량산출부는 공진주파수로부터 정전 용량을 산출하는 정전용량산출부를 더 포함할 수 있다.

또한 강우량산출부는 공진주파수를 룩업테이블의 데이터와 대조하여 강우량을 보정하고 산출할 수도 있다.

한편, 정전용량 감지센서부는 제 1모선, 제 2모선, 제 1브랜치 전극, 제 2 브랜치 전극을 더 포함할 수 있다.

제 1모선과 제 2 모선은 본체를 구성하는 원뿔의 경사면 방향을 따라 나란히 인접하여 배열된다. 제 1브랜치 전극은 제 1모선에서 분기되어 원뿔면을 둘러서 밑면과 나란하게 배열된 복수의 전극을 포함한다. 그리고 제 2브랜치 전극은 제 2모선에서 분기되어 원뿔면을 둘러서 밑면과 나란하게 배열되며, 제 1브랜치 전극을 구성하는 복수의 전극들 사이 사이에 배치된 복수의 전극을 포함한다.

또한 정전용량 감지센서부는 FPCB로 제작될 수 있다.

그리고 벽체는 끝점이 원뿔 밑면보다 높은 위치에, 원뿔 꼭지점 보다는 아래 위치에 형성될 수 있다.

한편, 본체는 원뿔 모양의 감지면을 지지하는 원통형 지지부를 가질 수 있다.

또한 본체 바닥면 주위에는 강우를 배출하기 위해 본체와 벽체가 리브로 연결됨으로써 형성되는 바닥면 강수유출공을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 강우량계측기를 사용함으로써 강우량에 대한 정확한 정보를 제공함으로써 홍수와 같은 자연 재해를 예측하고 자연 재해에 대비할 수 있게 한다.

또한 정전용량 방식을 이용한 감지센서를 사용하고 전극패턴 상부를 비전도성 코팅제로 도포함으로써 패턴의 산화와 박리를 예방하여 전극패턴 보호하여 강우량계측기의 측정 정확도를 높이고 수명을 늘릴 수 있다.

또한 원뿔형의 감지판을 사용함으로써 바람에 따라 유효감지면적 변화를 줄이고 센서에 비 고임 없어 강우량 측정 정확도를 높일 수 있다.

또한 히팅장치를 없앰으로써 패턴의 부식을 방지할 수 있다.

또한 바람유출입공을 포함하는 바람막이 벽체를 사용함으로써 돌풍, 강풍시에도 감지센서의 감지특성 변화를 최소화할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 강우량계측기의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 강우량계측기의 회로부의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 강우량계측기의 정전용량 감지센서부의 일 양상에 따른 도 1에 도시된 본체 원뿔면의 A부분의 단면도를 확대한 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 강우량계측기의 정전용량 감지센서부의 다른 양상에 따른 도 1에 도시된 본체 원뿔면의 A부분의 단면도를 확대한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 강우량계측기의 바닥면의 일 실시예에 따른 저면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 강우량계측기의 강우종료판단부의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 강우량계측기의 정전용량산출부의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 강우량계측기의 룩업테이블의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.
도 8는 본 발명에 따른 강우량계측기의 감지센서부의 전극패턴의 일 실시예에 따른 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 보조배터리(1)에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 강우량계측기(100)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 강우량계측기(100)는 본체(1), 정전용량 감지센서부(3), 회로부(4), 출력부(5)를 포함한다.

본체(1)는 원뿔 모양의 감지면을 갖고 있다. 감지면은 비가 내릴 때 직접 닿는 부위로써 후술할 감지센서부가 장착되어 있는 곳이다. 감지면이 원뿔 모양으로 형성됨에 따라 두 가지 특성을 갖는다. 첫째, 원뿔이 평면도의 관점에서는 방사형을 가짐으로써 바람의 방향에 따라 유효감지면적이 달라지는 것을 최소화시킨다. 두 번째, 경사가 있는 형상이므로 비가 원활하게 흘러내려 강우 종료시 빗물이 고이는 문제를 해결 한다. 빗물이 고이면, 강우가 종료했을 때 감지된 강우 종료 시점이 실제 종료 시점보다 지연되는 심각한 측정 상의 문제점을 야기할 수 있다.

또한 본체(1)는 원뿔 모양 감지면의 꼭지점 부분에 긴 원뿔형 모양의 버드스파이크(Bird Spike)를 가질 수 있다. 버드스파이크는 뾰족한 원뿔형 구조를 갖기 때문에 새들이 물리적으로 앉지 못하게 한다. 따라서 새들이 본체(1)의 감지센서를 파괴하지 못하게 한다. 또한 새똥에 의한 본체(1) 감지센서의 특성변화를 막을 수 있다.

정전용량 감지센서부(3)는 본체(1)의 감지면에 배치되며 강우량에 따른 정전 용량의 변화를 일으킨다. 정전용량 감지센서부(3)는 서로 다른 극성을 갖는 두 개의 전극을 이용하여 정전용량(capacitance)을 형성한다. 또한 정전용량 감지센서부(3)는 비가오면 정전용량 감지센서부(3)의 상부에 빗물 맺힘 또는 빗물 층이 형성된다. 정전용량 감지센서부(3)는 형성된 빗물 맺힘 또는 빗물 층에 의해 추가 정전용량을 형성하며 정전용량의 변화가 발생한다.

또한 후술할 공진주파수측정부(11)에서 측정대상인 공진주파수를 생성할 수 있도록 정전용량 감지센서부(3)에 소정의 소자를 추가함으로써 공진회로를 형성할 수도 있다.

종래 전극 방식은 전극 패턴이 노출되어야 저항 측정이 가능했다. 이에 따라 전극이 공기 또는 빗물에 의해 산화되거나 부식되어 손실되었다. 결과적으로 강우 감지 센서부는 전극의 일부를 소실함으로써 강우를 감지할 수 있는 유효면적이 감소하게 되므로 강우량 측정에 오차가 발생한다. 그리고 산화 또는 부식 진행이 계속됨에 따라 강우량계측기의 수명이 단축되는 문제점을 가졌다. 또한 전극이 노출되어 태양에 의한 열 등에 의해 전극 패턴이 박리되는 문제점도 있었다. 정전용량 방식은 비 접촉 방식이므로 감지 패턴 위에 보호 층을 코팅할 수 있어 상술한 문제점을 해소하므로 강우량계측기(100)의 내구성을 높일 수 있다.

또한 정전용량 감지센서부(3)는 정전용량 방식의 감지센서를 사용함에 따라 전극 사이를 코팅함으로써 비교적 평탄한 감지면을 가지므로 빗물 고임이 없기 때문에 히팅장치를 없앨 수 있으므로 히팅장치 사용에 따른 패턴의 부식을 방지할 수 있게 한다.

일 실시예에 따른 강우량계측기(100)의 정전용량 감지센서부(3)는 다양한 양상에 따라 전극패턴을 형성할 수 있다. 정전용량 감지센서부(3)의 두 개의 전극은 각각이 브랜치 전극을 형성하되 원뿔 감지면을 효과적으로 뒤덮는 구조를 형성할 수 있다.

벽체(2)는 본체(1) 외주에 본체(1)와 이격되어 본체(1)를 둘러싸는 원통형 바람막이다. 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 벽체(2)의 옆면에는 일정한 간격으로 돌출부가 형성되어 있다. 또한 형성된 돌출부에서 벽체(2)의 외측 면에서 내 측면으로 향하는 부분에 바람이 유입 또는 유출 될 수 있는 바람유출입공(6)이 돌출부의 좌우에 벽체(2)의 외부와 내부가 연결되는 형상으로 형성되어 있다. 일 양상에 따르면, 바람유출입공(6)은 원통형 벽체(2)에 일정한 간격으로 형성된 직사각형 모양의 구멍을 포함한다. 직사각형 모양이라 함은 벽체(2)를 위에서 내려다 본 평면도에서 볼 수 있는 원의 접선 방향에 해당하는 가로 길이는 짧고, 세로 길이는 긴 직사각형 모양을 말한다. 이와 같은 직사각형 구멍의 모양은 외부로부터 유입된 바람이 벽체(2)의 내측 중심으로 분산되고 후술할 본체(1)의 바닥면 강수유출공(13)을 통해 효율적으로 유출되도록 한다.

형성된 직사각형 구멍의 상하부 양 끝단에 굽은 형태의 돌출부재가 각각 부착될 수 있다. 이에 따라 벽체(2)는 바람유출입공(6)을 갖는 손잡이 모양의 구조를 가진다. 따라서 직사각형 구멍과 돌출부재 사이에는 돌출부재의 좌우 방향으로 바람의 유입이 가능한 구멍이 형성될 수 있다.

이로써 벽체(2)는 정전용량 감지센서부(3)가 있는 본체(1)를 바람의 직접적인 영향으로부터 보호할 수 있다. 또한 본체(1)의 상부나 벽체(2)의 바람유출입공(6)으로부터 유입될 수 있는 강풍, 돌풍 등의 바람을 벽체(2)의 바람유출입공(6)을 통해 분산시키긴 후 바닥면 강수유출공(13)을 통해 배출시킴으로써 바람의 세기를 크게 줄임으로써 강우량 측정 오차를 줄일 수 있다.

회로부(4)는 본체(1) 내부에 위치하며, 정전용량 감지센서부(3)를 구동하여 강우량을 산출한다.

회로부(4)는 정전용량 감지센서부(3)가 상시 기본 정전용량을 가져야 하므로 정전용량 감지센서부(3)에 필요한 전원을 공급하는 역할을 한다.

일 실시예에 따른 정전용량 감지센서부(3)는 공지된 기술인 정전용량 방식을 따르고 있다. 따라서 회로부(4)는 정전용량 감지센서부(3)에서의 정전용량 변화를 감지함으로써 비가 오지 않을 때와 비가 올 때를 구분하고, 또한 비의 양을 판단하고 산출할 수 있다.

이와 같은 강우량 산출 원리를 이용하는 강우량계측기(100)의 회로부(4)의 일 양상에 따르면 정전용량 감지센서부(3)와 연결된 공진회로를 형성하기 위해 콘덴서를 포함할 수 있다. 또한 회로부(4)는 형성된 공진회로의 공진주파수를 측정할 수 있다. 그 다음, 측정된 공진주파수를 이용하여 강우량을 산출할 수 있는 여러 양상의 방법을 적용함으로써 강우량을 산출할 수 있다. 일예로 측정된 공진주파수로부터 정전용량 변화량을 계산한 후 빗물 등의 유전율을 고려하여 강우량을 직접 산출할 수 있다. 다른 예로는 축적한 실험 데이터를 측정된 공진주파수나 이를 토대로 계산된 정전용량 변화량과 대조함으로써 강우량을 산출할 수도 있다.

출력부(5)는 회로부(4)로부터 산출된 강우량 정보를 출력한다. 출력부(5)는 디스플레이 장치와 데이터를 수신할 수 있는 연결 회선 또는 안테나와 같은 구성을 포함할 수 있다.

회로부(4)에서 출력부(5)로 산출된 강우량 정보를 전송하는 방법은 공지된 기술을 이용하여 다양한 양상으로 구현할 수 있다.

일예로 회로부(4)는 마이크로컴퓨터와 안테나를 포함함으로써 와이파이를 이용하여 강우량 정보를 출력부(5)에 전송할 수 있다. 이 경우, 강우량 뿐 아니라 측정된 강우량계측기(100)의 위치, 강우량 측정 시간 등의 부가적인 정보도 함께 전송이 가능하다.

또 다른 예로는 출력부(5)는 회로부(4)와 유선으로 연결됨으로써 강우량 정보를 회로부(4)로부터 수신할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 회로부(4)의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 회로부(4)는 구동부(10), 공진주파수측정부(11), 강우량산출부(12)를 포함한다.

구동부(10)는 정전용량 감지센서부(3)를 구동한다. 강우량계측기(100)는 정전용량 방식의 원리에 따라 작동되므로 정전용량 감지센서부(3)는 상시 기본 정전용량을 가져야 하기 때문에 전원공급장치를 포함한다. 일예로 구동부(10)는 정전용량 감지센서부(3)의 전극에 연결되고 외부전력 공급원과 연결됨으로써 외부로부터 공급받은 전력을 정전용량 감지센서부(3)의 전극에 상시 공급할 수 있다. 다른 예로 구동부(10)는 자체적으로 전원을 생성하여 정전용량 감지센서부(3)의 전극에 공급하는 구성을 포함할 수 있다.

또한 구동부(10)는 정전용량 감지센서부(3)를 소정의 정전용량을 갖는 하나의 콘덴서로 봤을 때 이 콘덴서와 공진할 수 있는 소자를 추가로 포함할 수 있다.

일예로 구동부(10)는 소정의 저항값을 갖는 저항 또는 콘덴서를 포함할 수 있다. 구동부(10)가 정전용량 감지센서부(3)에 전원을 인가되면 구동부(10)와 정전용량 감지센서부(3)에서 형성된 알씨(RC, Resister Capacitor) 공진 회로는 알씨 공진을 한다.

공진주파수측정부(11)는 구동부(10)에 병렬 연결되어 공진주파수를 측정한다. 공진주파수를 측정하는 방법은 공지된 기술로써 구현 가능하다.

일 양상에 따르면 마이크로컴퓨터를 펄스카운트(PULSE COUNT)함으로써 공진주파수를 측정할 수 있다. 즉, 마이크로컴퓨터는 공진주파수측정부(11)와 연결되어, 공진주파수측정부(11)로부터 생성되는 신호를 기 설정된 시간 동안 카운트함으로써 공진주파수를 측정할 수 있다.

강우량산출부(12)는 공진주파수측정부(11)에서 측정한 공진주파수로부터 강우량을 산출할 수 있다. 강우량계측기(100)의 회로부(4)의 일 실시예에 따른 강우량산출부(12)는 측정된 공진주파수로부터 정전용량 변화량을 계산할 수 있다.

먼저, 정전용량 감지센서부(3)는 다양한 양상에 따라 정전용량을 형성한다. 일 양상에 따라 비의 양이 적을 경우, 정전용량 감지센서부(3)는 감지면에 분포되어 있는 전극 상부에 빗물이 차지하는 면적이 좁고 넓음에 따라 정전용량 변화량이 달라질 수 있다. 즉, 비가 매우 적게 내려 빗물이 정전용량 감지센서부(3) 상부에 맺힘으로써 감지부 상부를 차지하는 면적이 좁다면 정전용량 변화량이 작다. 또한 비가 비교적 많이 내려 빗물이 정전용량 감지센서부(3) 상부에 맺힘으로써 감지부 상부를 차지하는 면적이 넓다면 정전용량 변화량이 비교적 클 것이다. 다른 양상에 따라 비의 양이 많을 경우, 감지면 전반에 걸쳐 빗물이 형성되어 있으므로 정전용량 감지센서부(3)는 감지면 상부에 형성된 빗물 층의 두께에 따라 정전용량을 달리 형성할 수 있다.

상술한 정전용량 감지센서부(3)의 다양한 양상에 따라 정전용량을 형성함을 기초로 일 실시예에 따른 강우량산출부(12)에서 측정된 공진주파수로부터 정전용량 변화량을 계산함으로써 강우의 양을 산출하는 방법을 설명할 수 있다.

이해를 돕기 위해 비가 오지 않는 경우와 비가 많이 오는 경우를 예로 들어 강우량 산출방법을 단순화 시켜 설명할 수 있다. 먼저, 비가 오지 않을 때, 비가 많이 올 때 공진주파수측정부(11)에서 측정되는 공진주파수를 각각 F1, F2라고 놓을 수 있다. 또한 비가 오지 않을 때 정전용량 감지센서부(3)가 순수하게 갖는 정전용량을 C1이라 하고, 비가 많이 왔을 때 정전용량 감지센서부(3)가 갖는 정전용량을 C2라고 생각해 볼 수 있다. F는 공진주파수, R은 저항값, C는 정전용량이라고 놓으면, 식 F=1/(2πRC)를 이용하여 F1, F2로부터 C1과 C2를 각각 구할 수 있고, 정전용량의 변화량인 (C2-C1)을 구할 수 있다. 여기서 정전용량 변화량이라 함은 비가 많이 왔을 때 정전용량 감지센서부(3) 상부에 소정의 빗물 층이 형성됨으로써 정전용량 감지센서부(3)에 추가로 형성되는 정전용량 값을 의미한다. 따라서 산출된 정전용량과 비의 유전율 그리고, 정전용량 감지센서부(3)의 패턴 사양, 감지면의 사양, 전극 상부를 코팅할 경우 코팅 물질 사양 등을 종합적으로 고려하고 식 C= εx A/d 을 이용함으로써 소정의 빗물 층의 두께를 구할 수 있고 강우량을 산출할 수 있다. 식에서 C는 정전용량, Ε는 유전율, A는 전극의 면적, d는 축전기를 형성하는 전극간 거리를 의미한다.

또한 강우량산출부(12)는 일 양상에 따라 강우량에 대응하는 공진주파수를 실험적으로 축적한 데이터로부터 공진주파수측정부(11)에서 측정한 공진주파수에 대응하는 강우량을 찾아서 강우량을 산출할 수도 있다.

또한 강우량산출부(12)는 다른 양상에 따라 강우량에 대응하는 정전용량을 실험적으로 축적한 데이터를 사용하여 공진주파수측정부(11)가 측정한 공진주파수로부터 산출한 정전용량에 대응하는 강우량을 찾아서 강우량을 산출할 수도 있다.

도 3a는 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 정전용량 감지센서부(3)의 일 양상에 따른 도 1에 도시된 본체(1) 원뿔면의 A부분의 단면도를 확대한 것이다.

도 3b는 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 정전용량 감지센서부(3)의 다른 양상에 따른 도 1에 도시된 본체(1) 원뿔면의 A부분의 단면도를 확대한 것이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 강우량계측기(100)는 정전용량 감지센서부(3)의 상부가 비전도성 코팅제로 도포되어 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이 강우량계측기(100)의 정전용량 감지센서부(3)의 일 양상에 따르면 정전용량 감지센서부(3)는 본체(1)의 원뿔면과 접촉하여 원뿔면의 상부에 위치하고 있으며 정전용량 감지센서부(3)의 상부는 비전도성 코팅제로 도포되어 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이 강우량계측기(100)의 정전용량 감지센서부(3)의 다른 양상에 따르면 본체(1)의 원뿔면 하부가 비전도성 코팅제로 도포되어 있고, 비전도성 코팅제로 도포된 부분 하부에는 정전용량 감지센서부(3)가 위치하고 있다. 도 3b에서 코팅부는 본 발명의 정전용량 감지센서부(3)의 일양상에 따른 설계 지향점에 따라 존재할 수도 존재하지 않을 수도 있다.

한편, 도 3a에서 정전용량 감지센서부(3)를 비전도성 코팅제로 도포함으로써 전극패턴의 산화 및 박리를 방지할 수 있다. 또한 일 양상에 따라 실험적으로 강우량측정의 정확도를 높일 수 있는 소정의 유전율을 갖는 비전도성 코팅제를 사용할 수도 있다. 일예로 폴리우레탄을 사용할 수 있다. 폴리우레탄은 유전율이 낮아 센싱감도를 향상시킬 수 있고 기계적 강도가 높으며 화학적으로 비활성이기 때문에 전극패턴을 보호하는 코팅제로 적합하다. 이 외에도 센싱감도를 향상시킬 수 있고 기계적 강도가 높으며 화학적으로 비활성인 비전도성 코팅제를 사용하여 정전용량 감지센서부(3)의 상부를 코팅할 수 있다.

또한, 도 3b에서 정전용량 감지센서부(3)를 본체(1)의 원뿔면 하부에 설치함으로써 전극패턴의 산화 및 박리를 방지할 수 있다. 또한 일 양상에 따라 실험적으로 강우량측정의 정확도를 높일 수 있는 소정의 유전율을 갖는 비전도성 코팅제를 사용할 수도 사용하지 않을 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 바닥면의 일 실시예에 따른 저면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 강우량계측기(100)는 본체(1)와 바람막이 벽체(2)가 리브로 연결되어 일체로 성형되어 있다. 본체(1)와 바람막이 벽체(2)를 각각 설치하는 경우보다 리브 구조를 사용함으로써 얻는 이점은 다음과 같다. 첫째, 리브 구조는 두 종류의 구조체를 연결하는 역할을 하므로 강우량계측기(100)를 설치가 용이하고 안정적이며, 설치 후 관리가 용이한 장점을 갖는다. 또한 리브 구조에 의한 강우량계측기(100)의 강도가 향상되며, 구조의 심미적 효과를 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 강우종료판단부(20)의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 강우량산출부(12)는 강우종료시점을 판단하는 강우종료판단부(20)를 포함한다.

강우종료판단부(20)의 일 실시예에 따르면 강우량산출부(12)는 마이크로컴퓨터를 이용하여 강우종료판단부(20)가 강우종료시점을 판단할 수 있다.

일예로 마이크로컴퓨터에 강우종료를 판단하는 시간으로, 예를 들면 30초를 미리 설정해 놓을 수 있다. 이 경우 공진주파수 강우이벤트가 30초동안 없을 때 강우가 종료된 것으로 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 강우량산출부(12)는 공진주파수측정부(11)로부터 전송된 공진주파수를 기초로 하여 정전용량 변화량(C2-C1) 또는 강우량을 산출할 수 있다. 그리고 강우량산출부(12)는 이 값을 마이크로컴퓨터로 전송한다. 마이크로컴퓨터는 수신된 값이 0이 아니라면 강우이벤트가 발생한 것으로 카운트하고, 0인 경우에는 강우이벤트가 일어나지 않은 것으로 카운트할 수 있다. 이 경우 30초 연속으로 0 이라면 강우가 종료되었다고 판단할 수 있다.

강우종료판단부(20)는 강우종료가 판단되면 강우종료를 출력부(5)에 전송하며 전송방식은 도 1의 일 실시예에 따른 강우량계측기(100)에서 전술한 강우량산출부(12)가 출력부(5)로 강우량 정보를 전송하는 방법과 동일한다.

도 6은 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 정전용량산출부(21)의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.

강우량산출부(12)는, 공진주파수측정부(11)에서 수신한 공진주파수로부터 정전 용량을 산출하는 정전용량산출부(21)를 더 포함한다.

공진주파수로부터 식 F=1/(2πRC) 을 이용하여 정전용량을 산출할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 정전용량을 산출하는 수단의 일예로 마이크로컴퓨터의 마이크로프로세서를 이용할 수 있다.

강우량산출부(12)는 정전용량산출부(21)에서 산출된 정전용량으로부터 직접 강우량을 산출할 수도 있고, 산출된 정전용량과 실험상 데이터를 참조하여 강우량을 산출할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 룩업테이블(22)의 일 실시예에 따른 구성 블록도이다.

도 7에 따르면 강우량산출부(12)는 공진주파수측정부(11)에서 측정한 공진주파수를 룩업테이블(22)의 데이터와 대조하여 강우량을 보정하고 산출한다.

룩업테이블(22)이란 실험상으로 축적된 데이터를 말한다. 일예로 비가 왔을 때 공지되어 있는 정밀한 강우량 측정기로 강우량을 측정하고 강우량을 기록하며, 그 때의 강우량계측기(100)의 공진주파수측정부(11)에서 측정되는 공진주파수를 기록한다. 이와 같은 방식을 수없이 반복한 후 관련 데이터들을 모아 룩업테이블(22)로 만들 수 있다. 따라서 공진주파수측정부(11)의 공진주파수에 대응하는 강우량을 알 수 있는 룩업테이블(22)을 생성할 수 있다.

강우량산출부(12)는 룩업테이블(22)의 공진주파수와 공진주파수측정부(11)에서 수신한 공진주파수를 대조함으로써 같은 값을 갖는 공진주파수가 측정되었을 때의 강우량을 찾아 강우량을 산출할 수 있다.

또한 일 양상에 따라 강우량산출부(12)가 룩업테이블(22)의 공진주파수와 공진주파수측정부(11)에서 수신한 공진주파수를 대조했을 경우 일치하는 값이 없을 경우에는 강우량을 보정하고 산출할 수 있다.

일예로 강우량산출부(12)는 마이크로컴퓨터를 이용해서 룩업테이블(22)의 데이터 패턴을 분석함으로써 동일한 공진주파수가 없더라도, 분석된 패턴을 바탕으로 하여 강우량을 산출할 수 있다.

패턴분석을 시각화하면, 공진주파수를 x축으로, 강우량을 y축으로 하여 곡선 그래프를 형성할 수 있다. 일예로 측정된 공진주파수가 x2이고 x2가 x2와 가장 인접한 값이며 룩업테이블(22) 상에 데이터가 존재하는 x1과 x3 사이에 있다면, 그 중간 값을 취함으로써 패턴상 (x1+x3)/2 값에 대응하는 y값을 패턴상 연산에 의해 취함으로써 강우량을 산출할 수 있다.

도 8는 본 발명에 따른 강우량계측기(100)의 정전용량 감지센서부(3)의 전극패턴의 일 실시예에 따른 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이 정전용량 감지센서부(3)는 제 1모선(30), 제 2모선(31), 제 1브랜치 전극(40), 제 2브랜치 전극(41)을 포함한다.

제 1모선(30)과 제 2 모선은 본체(1)를 구성하는 원뿔의 경사면 방향을 따라 나란히 인접하여 배열되어 있다. 제 1모선(30)과 제 2모선(31)은 각각 전원단자(VCC), 접지단자(GND)에 연결되는 막대모양의 전극이다. 제 1 모선과 제 2모선(31) 사이에는 소정의 각도를 두고 이격될 수 있으며, 각도는 여러 양상에 따라 달리 정하여 패턴을 설계할 수 있다.

제 1브랜치 전극(40)은 제 1모선(30)에서 분기되어 원뿔면을 둘러서 밑면과 나란하게 배열된 복수의 전극을 포함한다.

제 2브랜치 전극(41)은 제 2모선(31)에서 분기되어 원뿔면을 둘러서 밑면과 나란하게 배열된다. 또한 제 2브랜치 전극(41)은 제 1브랜치 전극(40)을 구성하는 복수의 전극들 사이 사이에 배치된 복수의 전극을 포함한다.

정전용량 감지센서부(3)의 전극패턴의 일 실시예에 따른 정전용량 감지센서부(3)의 전극패턴은 두 종류의 전극만을 이용해 원뿔 감지면의 전반에 걸쳐 원호를 그리며 서로 대향하는 패턴을 형성함으로써 주어진 면적을 최대한 효율적으로 이용한다.

또한 정전용량 감지센서부(3)의 전극패턴은 도 8에 도시된 정전용량 감지센서부(3)의 전극패턴과 다른 양상에 따라 형성될 수도 있다. 일예로 도 8에 도시된 제 1브랜치 전극(40)과 제 2브랜치 전극(41)로 구성된 한 쌍의 전극 패턴이 두 쌍으로 분리됨으로써 대칭구조로 형성될 수도 있다. 즉, 1브랜치 전극과 2브랜치전극은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전극 패턴을 이루고, 3브랜치 전극과 4브랜치전극은 서로 다른 극성을 갖는 다른 한 쌍의 전극패턴을 이루어 전극패턴을 형성할 수 있다.

도 8에 도시된 정전용량 감지센서부(3) 패턴은 에프피씨비(FPCB, Flexible Printed circuit Board)로 제작될 수 있다.

정전용량 감지센서부(3)는 굽은 원뿔면 위에 설치되어야 하므로 굴곡에도 견디는 재질의 패턴재료가 필요하다.

FPCB는 내곡성, 내구성을 뿐 아니라 내열성을 갖기 때문에 정전용량 감지센서부(3) 패턴으로서 적합하다. 또한 고밀도 배선이 가능하기 때문에 제한된 면적을 최대한 활용해야 하는 정전용량 감지센서부(3)를 구성하기에 적합하다고 할 수 있다. 또한 배선의 오류가 없고, 조립이 양호하며, 연속생산 방식이 가능하다는 점에서 제작상 유리하다.

도 1에 도시된 바와 같이 벽체(2)의 상부 끝점은 본체(1)의 원뿔 밑면보다 높은 곳에 위치하고 본체(1)의 원뿔 꼭지점 보다는 아래에 위치한다.

벽체(2)의 상부 끝점이 본체(1)의 원뿔 밑면보다 높은 곳에 위치해야 하는 이유는 정전용량 감지센서부(3)를 바람으로부터 보호함으로써 정전용량 감지센서부(3)의 감지특성 변화를 최소화하는 것이다. 또한 정전용량 감지센서부(3)은 낙하하는 비를 충분히 수용하여 비의 양을 감지해야 하므로 벽체(2)의 상부 끝점은 정전용량 감지센서부(3)가 전반에 걸쳐 존재하는 본체(1)의 원뿔 꼭지점 보다는 낮은 곳에 위치해야 정전용량 감지센서부(3)가 비를 충분히 수용하는 것을 막지 않을 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본체(1)는 원뿔 모양의 감지면을 지지하는 원통형 지지부를 갖는다.

일 양상에 따라 원뿔 모양의 감지면을 지지하는 구조를 사용하지 않고 본체(1)를 원뿔 모양 그대로 사용할 수도 있다. 하지만 이 경우를 적용할 경우, 후술할 바닥면 강수유출공(13)과 같은 강수를 유출할 수 있는 공간확보가 되지 않으며, 강수 유출 공간을 확보하기 위해서는 강우량계측기(100)는 더 넓은 바닥면을 확보해야 하므로 제작비용이나 제한된 설치 공간을 고려했을 때 비효율적일 수 있다.

따라서 원뿔면을 지지할 수 있으며 심미적 안정감을 줄 수 있는 구조로 본체(1)의 일실시예에 따라 원통형을 적용할 수 있다.

또한 지지부의 내부에 회로부(4) 등을 안정적으로 설치할 수 있다.

강우량계측기(100)의 바닥면의 일 실시예에 따른 도 4의 도시된 바와 같이 본체(1)의 바닥면 주위에는 강우를 배출하기 위해 본체(1)와 벽체(2)가 리브로 연결됨으로써 형성되는 바닥면 강수유출공(13)을 갖는다.

바닥면 강수유출공(13)이 리브구조를 적용함에 따라 자연적으로 형성되기 때문에 바닥면 강수유출공(13)을 별도로 제작하지 않아도 되므로 제작 비용을 절감할 수 있다. 일 양상에 따르면 리브구조상 내구성을 고려하여 바닥면 강수유출공(13)을 최대한 넓게 제작할 수 있다.

한편, 바닥면 강수유출공(13)은 본체(1)의 정전용량 감지센서부(3)에 낙하하는 빗물을 효과적으로 유출시키는 기능을 한다.

또한 바닥면 강수유출공(13)은 벽체(2)의 바람유출입공(6) 또는 본체(1)의 상부로부터 유입되는 바람을 유출시키는 기능도 할 수 있다.

이와 같이 바닥면 강수유출공(13)은 빗물을 효과적으로 유출시키고 강풍, 돌풍 등의 바람이 강우량계측기(100) 내부에 유입되었을 때 효과적으로 유출시킴으로써 강우량계측기(100)의 정전용량 감지센서부(3)의 감지특성 변화를 최소화 시키는 역할을 할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 강우량계측기 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.

1.본체
2.벽체
3.정전용량 감지센서부
4.회로부
5.출력부
6.바람유출입공
10.구동부
11.공진주파수측정부
12.강우량산출부
13.바닥면 강수유출공
20.강우종료판단부
21.정전용량산출부
22.룩업테이블
30.제 1모선
31.제 2모선
40.제 1브랜치 전극
41.제 2브랜치 전극
100.강우량계측기

Claims (12)

1. 원뿔 모양의 감지면을 가진 본체;
   상기 본체의 감지면에 배치되며, 강우량에 따른 정전 용량의 변화를 일으키는 정전용량 감지센서부;
   상기 본체 외주에 상기 본체와 이격되어 본체를 둘러싸는 원통형 바람막이 벽체;
   본체 내부에 위치하며, 상기 정전 용량 감지센서부를 구동하여 강우량을 감지하고 산출하는 회로부; 및
   상기 회로부로부터 산출된 강우량 정보를 출력하는 출력부;
   를 포함하는 강우량계측기.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 회로부는,
   정전용량 감지센서부를 구동하는 구동부;
   상기 구동부에 병렬 연결되어 공진주파수를 측정하는 공진주파수측정부; 및
   상기 공진주파수측정부에서 측정한 공진주파수로부터 강우량을 산출하는 강우량산출부;
   를 포함하는 강우량계측기.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 본체는,
   상기 정전용량 감지센서부 상부를 비전도성 코팅제로 도포한 강우량계측기.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 본체와 상기 바람막이 벽체가 리브로 연결되어 일체로 성형되는 강우량계측기.
   
5. 제 2항에 있어서, 강우량산출부는,
   강우종료시점을 판단하는 강우종료판단부를
   더 포함하는 강우량계측기.
   
6. 제 2항에 있어서, 강우량산출부는,
   상기 공진주파수로부터 정전 용량을 산출하는 정전용량산출부
   를 더 포함하는 강우량계측기.
   
7. 제 2항에 있어서, 강우량산출부는
   상기 공진주파수를 룩업테이블의 데이터와 대조하여 강우량을 보정하고 산출하는 강우량계측기.
   
8. 제 1항에 있어서, 정전용량 감지센서부는,
   상기 본체를 구성하는 원뿔의 경사면 방향을 따라 나란히 인접하여 배열된 제 1모선 및 제 2모선과,
   상기 제 1모선에서 분기되어 원뿔면을 둘러서 밑면과 나란하게 배열된 복수의 전극을 포함하는 제 1브랜치 전극과; 그리고
   상기 제 2모선에서 분기되어 원뿔면을 둘러서 밑면과 나란하게 배열되며, 상기 제 1브랜치 전극을 구성하는 복수의 전극들 사이 사이에 배치된 복수의 전극을 포함하는 제 2브랜치 전극;
   을 포함하는 강우량 계측기.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 정전용량 감지센서부가 FPCB로 제작된 강우량계측기.
   
10. 제 1항에 있어서, 상기 벽체가,
    상부 끝점이 원뿔 밑면보다 높은 위치에, 원뿔 꼭지점 보다는 아래 위치에
    형성되어 있는 강우량계측기.
    
11. 제 1항에 있어서, 상기 본체가
    상기 원뿔 모양의 감지면을 지지하는 원통형 지지부를 갖는 것을 특징으로 하는 강우량계측기.
    
12. 제 4항에 있어서,
    상기 본체 바닥면 주위에는 강우를 배출하기 위해 상기 본체와 상기벽체가 리브로 연결됨으로써 형성되는 바닥면 강수유출공을 가지는 강우량계측기.
    
    

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