KR20180018291A - 외부물질이동 감지센서 및 이를 포함하는 외부물질이동 감지시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부물질이동 감지센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 센서가 설치된 설치지점에의 외부물질의 이동여부, 이동속도 및 이동량 등의 외부물질이동을 감지하는 외부물질이동 감지센서에 관한 것이다.
본 발명은 미리 설정된 설치위치에 설치되어 설치위치에 있는 외부물질의 이동(이하, 외부물질이동)을 감지하기 위한 외부물질이동 감지센서(100)로서, 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지는 제1부재(110)와; 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 마찰 시 상기 제1부재(110)와 전위차를 형성하는 물성을 가지는 제2부재(120)와; 상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이의 접촉을 방지하기 위하여 상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이에 구비되는 분리층(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100)를 개시한다.

Description

외부물질이동 감지센서 및 이를 포함하는 외부물질이동 감지시스템{Friction detection system and sensor for external motion}
본 발명은 외부물질이동 감지센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 센서가 설치된 설치지점에의 외부물질의 이동여부, 이동속도 및 이동량 등의 외부물질이동을 감지하는 외부물질이동 감지센서에 관한 것이다.
자연 환경에서 존재하는 전해질 용액(지하수, 바닷물, 수돗물, 강물, 상하수도 등등)이나 전해질 용액 내에서 갈바닉(Galvanic) 부식을 이용한 셀(Cell)은 볼타 전지와 동일한 화학적 반응으로 부식하는데 높은 전위차와 높은 전류를 만드는 조건의 조합은 Active(-)쪽 금속이 빠르게 부식되어 소멸된다.
반대로 내 부식성 전도성 물질을 이용한 조합은 부식 반응이 거의 일어나지 않거나 시간이 지남에 따라 산화피막에 의해 부식 반응이 약화되어 전위차가 0V, 전류가 0mA에 가까지는 것으로 이를 자연 환경에서 존재하는 전해질 용액에서 이용 가능한 센서로 사용은 불가능하다.
즉, 종래의 센서는 전해질 용액 내에서 강한 부식성을 가져 반 영구적으로 사용할 수 없다.
동일한 전도성 물질을 사용할 경우(예로서, 철-철, 알루미늄-알루미늄) 자연 환경에서 존재하는 전해질 용액 내에서 금속 양쪽 모두 부식되어 전위차가 거의 발생하지 않거나 불규칙한 낮은 전위차 역전으로 인해 센서로 사용될 수 없다.
따라서, 전해질 용액이 제공되는 자연 환경에서 측정 가능한 전위차를 발생시키면서도 강한 내부식성을 가져 반영구적인 사용이 가능한 센서의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 센서의 설치지점에서 외부물질이동에 의한 마찰에 의해 한 쌍의 부재 사이에 발생되는 전위차를 이용하여 외부물질의 이동을 감지하는 외부물질이동 감지센서를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 미리 설정된 설치위치에 설치되어 설치위치에 있는 외부물질의 이동(이하, 외부물질이동)을 감지하기 위한 외부물질이동 감지센서(100)로서, 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지는 제1부재(110)와; 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 마찰 시 상기 제1부재(110)와 전위차를 형성하는 물성을 가지는 제2부재(120)와; 상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이의 접촉을 방지하기 위하여 상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이에 구비되는 분리층(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100)를 개시한다.
상기 제1부재(110)는, 외부물질이동에 의한 마찰 시 상기 제2부재(120) 보다 낮은 전위를 형성하여 상기 제2부재(120)와의 관계에서 음극을 이룰 수 있다.
상기 제1부재(110) 및 상기 제2부재(120)는, 서로 동일한 재질로 이루어지거나 또는 서로 상이한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1부재(110)는, 갈바닉계열 상 상기 제2부재(120)보다 활성방향에 위치된 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1부재(110)는, 미리 설정된 길이를 가지는 파이프형상으로 이루어지며, 상기 제2부재(120) 및 상기 분리층(140)은, 상기 제1부재(110)의 내측에 배치될 수 있다.
상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 상기 제1부재(110), 상기 분리층(140) 및 상기 제2부재(120)가 순차적으로 적층된 적층구조를 가질 수 있다.
상기 분리층(140)은, 절연체로 이루어질 수 있다.
상기 절연체는, 투수성재질로 이루어지며, 상기 분리층(140)은, 상기 절연체에 함침되는 전해액을 더 포함할 수 있다.
상기 분리층(140)은, 투수성재질로 이루어지는 절연체이며, 상기 제1부재(110)는, 상기 분리층(140)에 외부로부터 전해액이 공급되도록 상기 분리층(140)의 적어도 일부를 외부에 노출시키는 하나 이상의 관통공(110a)이 형성될 수 있다.
상기 제1부재(110)는, 기 설정된 강도 이상의 충격에 의해 형태가 변형되거나 또는 절단되는 하나 이상의 돌출부(110b)가 외주면에 구비될 수 있다.
상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 상기 제1부재(110)의 외주면에 구비되며, 외부물질이동에 의해 기 설정된 강도 이상의 세기로 마찰되는 경우 상기 제1부재(110)의 외주면에서 박리되어 상기 제1부재(110)를 외부에 노출시키는 피복부재(180)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 상기 외부물질이동 감지센서(100)가 설치된 지점의 온도값, 지자기값, 가속도값, 압력값, 습도값 및 진동값 중 적어도 하나를 포함하는 보조측정값을 측정하는 보조센서(150)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 지중 또는 수중에 설치되어 주변의 토사 또는 유체의 이동을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 외부물질이동 감지시스템은, 외부물질이동에 의한 마찰 시 전도성재질로 이루어진 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이의 전위차신호를 발생시키는 외부물질이동 감지센서(100)와; 상기 외부물질이동 감지센서(100)와 전기적으로 연결되어 상기 외부물질이동 감지센서(100)에서 발생되는 전위차신호를 처리하는 신호처리부(200)를 포함할 수 있다.
상기 신호처리부(200)는, 상기 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차를 측정하는 전위차측정부(210)를 포함할 수 있다.
상기 신호처리부(200)는, 상기 전위차측정부(210)를 통해 측정된 전위차를 기초로 미리 설정된 시간간격에서 전위차의 변화율을 산출하는 연산처리부(220) 추가로 포함할 수 있다.
상기 연산처리부(220)는, 상기 전위차 변화율을 기초로, 외부물질의 이동속도, 변위 및 이동량 중 적어도 하나를 산출값으로 산출할 수 있다.
상기 외부물질이동 감지시스템은, 상기 신호처리부(200)에서 산출된 정보를 시각 및 청각 중 적어도 하나를 통해 디스플레이하는 디스플레이부(240)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 상기 외부물질이동 감지센서(100)가 설치된 지점의 온도값, 지자기값, 가속도값, 압력값, 습도값 및 진동값 중 적어도 하나를 포함하는 보조측정값 측정하는 보조센서(150)를 추가로 포함하며, 상기 보조센서(150)에서 측정된 상기 보조측정값을 기초로 상기 연산처리부(220)에서 산출된 상기 전위차의 변화율을 보정하는 결과값보정부(230)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 외부물질이동 감지시스템은, 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들을 포함하며, 상기 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들은, 미리 설정된 복수의 설치지점들에 설치되어 상기 신호처리부(200)와 직렬연결, 병렬연결 또는 직병렬연결 될 수 있다.
본 발명에 따른 외부물질이동 감지센서는, 센서의 설치지점에서 외부물질이동에 의한 마찰에 의해 한 쌍의 부재 사이에 발생되는 전위차를 이용하여 외부물질의 이동을 감지할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명은 한 쌍의 부재들을 동일재질로 구성하더라도 가해지는 마찰정도의 차이를 둠으로써 한 쌍의 부재들 사이에 전위차를 형성하므로 한 쌍의 부재의 재질을 동일하게 하여 센서를 구성할 수 있으며, 그에 따라 내부식성이 강한 재질을 활용하는 경우, 센서의 수명을 반영구적으로 연장할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 외부물질이동 감지센서는, 텅스텐(-)-탄소(+)와 같은 내구성 및 내열성이 우수한 한 쌍의 전도성 부재들을 활용할 수 있어 2500도 이상의 고온의 극한환경에서도 사용가능하며 반 영구적으로 사용 가능한 이점이 있다.
도 1a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부물질이동 감지시스템을 보여주는 평면도, 도 1b는, 도 1a의 외부물질이동 감지시스템을 보여주는 단면도이다.
도 2는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템의 외부물질이동 감지센서의 구성을 보여주는 반단면도로, 본 발명의 제1실시예에 따른 외부물질이동 감지센서를 보여주는 도면이다.
도 3a는, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ방향 단면도로, 본 발명의 제2실시예에 따른 외부물질이동 감지센서를 보여주는 도면이다.
도 3b는, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ방향 단면도로, 본 발명의 제2실시예에 따른 외부물질이동 감지센서를 보여주는 도면이다.
도 4는, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ방향 단면도로, 본 발명의 제3실시예에 따른 외부물질이동 감지센서를 보여주는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제4실시예에 따른 외부물질이동 감지센서를 보여주는 반단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제5실시예에 따른 외부물질이동 감지센서를 보여주는 반단면도이다.
도 7은, 본 발명의 제6실시예에 따른 외부물질이동 감지센서를 보여주는 반단면도이다.
도 8은, 본 발명의 외부물질이동 감지센서의 구성 일부를 보여주는 사시도이다.
도 9는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템의 구성 일부를 설명하는 블록도이다.
도 10은, 도 2의 외부물질이동 감지센서의 변형례를 보여주는 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 외부물질이동 감지센서 및 이를 포함하는 외부물질이동 감지시스템에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 외부물질이동 감지시스템은, 바다, 하천, 강 등의 수중이나 또는 지중(지하수, 바닷물, 수돗물, 강물, 상하수도 등등의 수분을 포함할 수 있음) 등에 설치되어 수중 또는 지중에 있는 외부물질의 이동을 감지함으로써, 센서가 설치된 설치지점의 외부환경변화를 감지하기 위한 시스템으로 특정감지분야에 한정되지 않는다.
예로서, 상기 외부물질이동 감지시스템은, 토사 또는 유체 등의 외부물질이동 감지센서(100) 외부에 존재하는 외부물질의 이동을 감지함으로써 외부물질로 구성된 외부환경의 변화, 예를 들어, 지반침하현상과 같은 지하의 변화, 수중 다리 또는 보의 침식, 상하수도관 누수현상, 용융 금속이나 용암의 흐름변화 등을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 외부물질이동 감지시스템은, 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 외부물질이동에 의한 마찰 시 전도성 재질로 이루어진 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이의 전위차신호를 발생시키는 하나 이상의 외부물질이동 감지센서(100)와; 외부물질이동 감지센서(100)와 전기적으로 연결되어 외부물질이동 감지센서(100)에서 발생되는 전위차신호를 처리하는 신호처리부(200)를 포함할 수 있다.
상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 미리 설정된 설치위치에 설치되어 설치위치에 있는 외부물질의 이동(이하, 외부물질이동)을 감지하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 외부물질이동에 의한 마찰에 의해 한 쌍의 부재(110, 120) 사이에 전위차신호가 발생되는 원리를 이용한다.
구체적으로, 상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 전해질환경에 있는 한 쌍의 전도성 부재(110, 120)들 중 하나에 마찰을 가하거나, 한 쌍의 전도성 부재(110, 120)들 각각에 서로 다른 정도(크기)의 마찰을 가할 때, 한 쌍의 전도성 부재(110, 120)들 사이에 전위차가 발생되어 도선으로 연결된 한 쌍의 전도성 부재(110, 120)들에 전류가 흐르는 원리를 이용할 수 있다.
실험을 통해, 티타늄과 탄소를 전해액에 담그고 티타늄에 마찰을 가하는 경우 티타늄과 탄소 사이의 전위차가 증가됨이 확인되었다.
이때, 상기 한 쌍의 전도성 부재(110, 120)들이 상대적으로 갈바닉 계열의 반대극성을 가지는 경우뿐만 아니라 동일한 재질로 이루어진 경우에도 한 쌍의 전도성 부재(110, 120)들 사이에 전위차가 발생됨을 확인하였다.
이는, 상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 전해질환경 내에 설치되어 한 쌍의 전도성 부재(110, 120)들 중 외부물질이동에 의해 마찰되는 부재(110)에서 열전기 현상과 산화반응이, 나머지 부재(120)에서 환원반응이 일어나 전위차가 형성되는 것으로 해석된다.
열전기현상이란, 종류가 서로 다른 두 금속의 두 끝을 서로 잇고 그 접합부의 온도를 달리할 때에 전류가 흐르는 현상을 의미하는데, 외부물질이동에 의한 마찰에 의해 마찰에 의한 열전기 현상이 산화반응과 함께 발생될 수 있다.
그런데, 티타늄에 마찰을 가하는 경우 가열하였을 때 발생하는 전류 및 전압 값과 거의 동일한 값(대략 2mV 내외)을 얻기 위해 에너지는 가열하였을 때 소요되는 에너지의 2% 내외에 불과하다.
즉, 열전기 현상에 의한 전류값 및 전압값은 열을 가하는 경우보다 마찰을 가하는 경우에 보다 용이하게 얻어질 수 있는 것이다.
이러한 마찰에 의한 열전기현상은, 대기 중 보다 자연환경의 수중과 같은 전해질환경에서 보다 효과적으로 발생된다.
한편, 일반적으로, 자연 환경에서 존재하는 전해질환경에서 갈바닉 부식 반응에서 높은 전위차와 높은 전류를 만드는 조건의 조합은 산화되는 측(active, 음극) 부재가 빠르게 부식되어 소멸되기 때문에 오랜 기간 사용되는 센서에 활용할 수 없다.
이러한 이유로, 오랜 기간 반 영구적인 사용을 위해 내부식성 전도성 부재의 조합을 이용한다고 하더라도 이러한 경우는 반응성이 작아 부식반응이 거의 일어나지 않거나 시간이 지남에 따라 부식반응이 약화되어 한 쌍의 전도성 부재들 사이의 전위차가 0V, 전류가 0mA에 가까지므로 자연 환경에서 존재하는 전해질환경에서 이용 가능한 센서에 이용될 수 없다.
이에, 본 발명은, 종래 전해질환경에서 센서로 사용될 수 없는 강한 내 부식성 및 전도성을 가지는 한 쌍의 부재들(예로서, 티타늄-티타늄, 티타늄-탄소봉,....) 중 하나에 마찰을 가하면 마찰이 가해지지 않는(혹은, 마찰의 상대적인 크기(정도)가 작은) 나머지 하나와 일정 정도 이상(예로서, 0.5V 이상)의 전위차와 일정 정도 이상(예로서, 1mA 이상)의 전류가 발생하여 전해질환경에 반응성을 보이는 산화환원원리와 열전기 현상을 이용하여 외부물질이동 감지센서(100)를 구성한다.
이를 통해, 본 발명은, 설치위지의 외부환경변화가 없어 외부물질이동이 거의 없는 경우 부식반응이 거의 일어나지 않으므로 센서의 수명이 매우 길며, 외부물질에 의한 마찰에 의해 부식반응이 일어나도 외부물질에 의한 마찰이 가해지는 부분에만 부식이 일어나며 내부식성이 매우 큰 재질을 활용할 수 있기 때문에 센서를 반 영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
예로서, 상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 미리 설정된 설치위치에 설치되어 설치위치에 있는 외부물질의 이동(이하, 외부물질이동)을 감지하기 위한 외부물질이동 감지센서(100)로서, 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지는 제1부재(110)와; 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 마찰 또는 변형 시 제1부재(110)와 전위차를 형성하는 물성을 가지는 제2부재(120)와; 상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이의 접촉을 방지하기 위하여 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 구비되는 분리층(140)을 포함할 수 있다.
상기 제1부재(110)는, 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 직간접적인 마찰이 가해지는 구성으로 다양한 재질, 크기 및 형상이 가능하다.
상기 제1부재(110)는, 전도성을 가진다면 다양한 재질로 이루어질 수 있으나, 반 영구적인 사용을 위하여 전해질 환경에서 내부식성이 강한 재질, 예를 들어, 티타늄 등의 내부식성이 강한 금속재질로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제1부재(110)는, 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지므로 외부물질이동에 의한 직접적 또는 간접적인 마찰이 가해질 수 있도록 설치됨이 바람직하다.
여기서, 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 직접적인 마찰이란, 외부물질이동 감지센서(100)의 외부에 존재하는 외부물질의 이동에 의해 외부물질과 제1부재(110)가 직접 마찰되는 경우를 의미할 수 있다.
예로서, 지중에 설치된 외부물질이동 감지센서(100)의 제1부재(110)가 지중의 토사의 이동 시 토사에 의해 직접 마찰되는 경우가 해당될 수 있다.
비슷하게, 외부물질이동에 의한 간접적인 마찰이란, 외부물질이동 시 제1부재(110)에 가해지는 외력에 의해 외부물질이동 감지센서(100) 내부에 존재하는 물질과 제1부재(110)가 마찰되는 경우를 의미할 수 있다.
예로서, 지중에 설치된 외부물질이동 감지센서(100)의 제1부재(110)가 지중의 토사의 이동 시 발생되는 외력에 의해 변형되어 외부물질이동 감지센서(100)의 내부에 포함된 마찰층(마찰되는 물질을 포함하는 층)과 마찰되는 경우가 해당될 수 있다.
상기 제2부재(120)는, 전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 마찰 시 제1부재(110)와 전위차를 형성하는 물성을 가지는 구성으로 다양한 재질, 크기 및 형상이 가능하다.
상기 제2부재(120)는, 전도성을 가진다면 다양한 재질로 이루어질 수 있으나, 반 영구적인 사용을 위하여 전해질 환경에서 내부식성이 강한 재질, 예를 들어, 티타늄 등의 내부식성이 강한 금속재질로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제2부재(120)는, 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 마찰 시 제1부재(110)와 전위차를 형성하기 위하여 외부물질이동에 의한 마찰에 노출되지 않거나 노출이 최소화 되도록 설치됨이 바람직하다.
한편, 상기 제1부재(110) 및 상기 제2부재(120)는, 서로 다른 재질 또는 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1부재(110) 및 상기 제2부재(120)가 동일한 재질, 예로서, 티타늄 재질로 이루어진 경우, 제1부재(110) 및 제2부재(120) 중 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지거나 더 큰 강도의 마찰이 가해지는 쪽이 다른 쪽에 대해 더 낮은 전위를 형성할 수 있다.
따라서, 상기 제1부재(110)에 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지는 경우, 제1부재(110)는 제2부재(120) 보다 낮은 전위를 형성하여 제2부재(120)와의 관계에서 음극을 이룰 수 있다.
반대로, 상기 제2부재(120)에 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지는 경우, 제2부재(120)는 제1부재(110) 보다 낮은 전위를 형성하여 제1부재(110)와의 관계에서 음극을 이룰 수 있다.
예로서, 상기 제1부재(110)는, 갈바닉계열 상 제2부재(120)보다 활성방향에 위치된 재질로 이루지거나 또는 동일한 전도성재질로 이루어 질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1부재(110)가 티타늄재질로 이루어진 경우, 제2부재(120)는, 탄소재질로 이루어지거나 또는 제1부재(110)와 동일한 티타늄재질로 이루어질 수 있다.
이러한 경우, 상기 제1부재(110)는, 외부물질이동에 의한 마찰을 통해 제2부재(120) 보다 낮은 전위를 형성하여 제2부재(120)와의 관계에서 음극을 이루고, 제2부재(120)는 제1부재(110)와의 관계에서 양극을 이룸으로써 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 전위차가 형성될 수 있다.
한편, 상기 외부물질이동 감지센서(100)의 설치장소 또는 설치방법에 따라, 제1부재(110)가 지속적으로 전해질환경에 노출되는 경우, 제1부재(110)에 마찰이 가해지지 않는 때에도 제2부재(120) 보다 상대적으로 낮은 전위값을 형성한다.
즉, 외부환경의 변화가 없어 제1부재(110)가 외부물질이동에 의해 마찰되지 않는 경우에도 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 결합관계 및 제1부재(110)의 설치장소(설치방법)에 따라 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 일정한 전위차가 형성될 수 있는 것이다.
예로서, 제1부재(110)가 티타늄이고, 제2부재(120)가 탄소로 이루어진 경우, 외부환경의 변화가 없는 상태에서 제1부재(110)가 자연의 전해질 환경(지하수 등)에 노출될 때 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차는 대략 0.6V로 나타난다.
이때, 외부환경의 변화가 발생하여 제1부재(110)가 외부물질이동에 의해 마찰되거나 제1부재(110)에 외부물질이동에 의한 변형력이 가해지는 경우, 제1부재(110)의 전위값이 변화된다.
이러한 전위값의 변화는 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차변화를 야기하므로, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차변화 정도를 측정함으로써 외부환경의 변화 여부를 감지할 수 있다.
상기 분리층(140)은, 상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이의 접촉을 방지하기 위하여 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 구비되는 층으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 분리층(140)은, 제1부재(110)와 제2부재(120)가 직접적으로 접촉하여 전기적으로 단락 되는 것을 방지하며 이온의 이동통로를 제공하는 이온 이동 가능한 절연층으로 구성됨 바람직하다.
상기 절연체는, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 직접적인 접촉을 방지하면서 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이에서 이온의 이동통로를 제공한다면 다양한 재질, 형상 및 크기로 구성될 수 있다.
예로서, 상기 분리층(140)은, 투수성재질의 절연체로 이루어지며, 절연체에 함침되는 전해액을 포함할 수 있다.
이때, 상기 절연체는, 전해액의 함침을 통한 이온이동을 위하여 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
예로서, 상기 절연체는, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 재질의 다공성의 분리막, 다공성 분리필름, 다공성 섬유 또는 공극을 형성하는 입자들(예로서, 모래, 자갈 등)로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 분리층(140)은, 서로 동일하거나 서로 다른 재질의 복수의 절연층들로 구성될 수 있다.
상기 전해액은, 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이의 이온의 이동을 위한 이온전도의 매체로서, 용도에 따라 다양한 화학적 조성 및 pH를 가질 수 있다.
다른 예로서, 상기 분리층(140)은, 투수성의 절연체로, 절연체에 함침되지 않은 상태로 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이에 구비될 수 있다.
이때, 상기 분리층(140)은, 외부물질이동 감지센서(100)가 설치되는 장소의 전해질환경에서 제공되는 전해액이 외부물질이동 감지센서(100)의 내측으로 유입됨으로써 함침될 수 있다.
상기 전해액의 외부로부터의 유입은, 외부물질이동 감지센서(100)에 미리 형성된 전해액유입수단을 통해 이루어지거나 또는 외부물질이동에 의한 외부물질이동 감지센서(100)의 변형이나 파손을 통해 이루어질 수 있다.
한편, 상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 외부물질이동 감지센서(100)가 설치된 지점의 온도값, 지자기값, 가속도값, 압력값, 습도값 및 진동값 중 적어도 하나를 포함하는 보조측정값 측정하는 보조센서(150)를 추가로 포함할 수 있다.
예로서, 상기 보조센서(150)는, 제1부재(110) 및 제2부재(120) 중 적어도 하나의 내측에 설치되거나 또는 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이에 형성되는 공간에 설치될 수 있다.
상기 보조센서(150)는, 외부물질이동의 감지에 필요한 보조적 데이터(온도값, 지자기값, 가속도값, 압력값, 습도값 또는 진동값 등)를 제공하기 위한 자이로센서, 초음파센서, 압전센서, 근접센서 등의 다양한 센서들을 포함할 수 있다.
상기 신호처리부(200)는, 외부물질이동 감지센서(100)와 전기적으로 연결되어 외부물질이동 감지센서(100)에서 발생되는 전위차신호를 처리하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 신호처리부(200)는, 외부물질이동 감지센서(100)와 연결케이블(300)을 통해 전기적으로 연결되어 외부물질이동 감지센서(100)에서 발생되는 전위차신호를 처리하는 구성으로 PCB기판 상에 형성된 프로세서(MICOM), 전원, 디지털컨버터 등의 회로적 구성일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 중앙처리부(200)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차를 측정하는 전위차측정부(210)와, 전위차측정부(210)를 통해 측정된 전위차를 기초로 미리 설정된 시간간격에서 전위차의 변화율을 산출하는 연산처리부(220)와, 보조센서(150)에서 측정된 상기 보조측정값을 기초로 연산처리부(220)에서 산출된 전위차의 변화율을 보정하는 결과값보정부(230)와, 신호처리부(200)에서 산출된 정보를 시각 및 청각 중 적어도 하나를 통해 디스플레이하는 디스플레이부(240)를 포함할 수 있다.
상기 전위차측정부(210)는, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차를 측정하는 하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다. 예로서, 상기 전위차측정부(210)는, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차를 측정하는 전압계 또는 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차에 의해 흐르는 전류를 측정하는 전류계로 구성될 수 있다.
상기 전위차측정부(210)는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들이 설치된 경우, 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들과 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 전위차측정부(210)는, 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들과 병렬 또는 직병렬 연결될 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들은, 수중 또는 지중에 연직방향 또는 수평방향을 따라 설치될 수 있는데, 이러한 경우, 각 외부물질이동 감지센서(100)들 사이의 거리(D)는, 2.5m 로 형성됨이 바람직하다.
이러한 경우, 상기 전위차측정부(210)는, 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들에서 측정된 전위차가 모두 더해진 전위값이 측정될 수 있다.
상기 연산처리부(220)는, 전위차측정부(210)를 통해 측정된 전위차를 기초로 미리 설정된 시간간격에서 전위차의 변화율을 산출하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 연산처리부(220)는, 미리 설정된 시간간격에 따른 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차변화를 산출할 수 있다. 상기 시간간격은, 외부물질이동 감지센서(100)의 용도, 설치장소, 설치방법 등에 따라 결정될 수 있다.
이때, 상기 연산처리부(220)는, 산출된 전위차 변화율(예를 들어, 산출된 전위차변화율의 크기, 변화지속시간, 변화패턴 등)을 기초로, 외부물질의 이동속도, 변위 및 이동량 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.
상기 결과값보정부(230)는, 보조센서(150)에서 측정된 상기 보조측정값을 기초로 연산처리부(220)에서 산출된 전위차의 변화율을 보정하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 결과값보정부(230)를 통해 연산처리부(220)를 통해 산출된 결과값이 보정됨으로써, 외부물질이동 감지, 즉, 외부환경 변화감지가 보다 정확히 수행될 수 있다.
상기 디스플레이부(240)는, 신호처리부(200)에서 산출된 정보를 시각 및 청각 중 적어도 하나를 통해 디스플레이하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 디스플레이부(240)는, 외부물질이동 감지센서(100)에 의해 지반침식, 다리침식, 수도누수 등의 위급상황이 감지되면, 이를 경고음 또는 화면상에 시각적 표시로 디스플레이 하는 스피커, 디스플레이패널, LED 경고등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 중앙처리부(200)는, 전위차측정부(210), 연산처리부(220), 결과값보정부(230), 디스플레이부(240) 및 보조센서(150) 등에 전원을 제공하기 위한 전원공급부(260)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 전원공급부(260)는, 도 9에 도시된 바와 같이 외부물질이동 감지센서(100)와 독립적으로 구성되어 연결케이블(300)을 통해 연결되거나 또는 외부물질이동 감지센서(100)와 직접결합 될 수 있다.
예로서, 상기 전원공급부(260)는, 태양에 노출되어 태양으로부터의 빛에너지를 통해 자체적인 전력을 형성하는 솔라셀부(170)로 구성될 수 있다.
상기 솔라셀부(170)는, 빛에너지를 모으기 위한 투명부재(172)와 솔라에너지를 전기에너지로 변환하는 솔라셀(174)로 구성될 수 있다.
상기 솔라셀부(170)는, 외부물질이동 감지센서(100)와 독립적으로 신호처리부(200) 측에 설치되거나 또는 외부물질이동 감지센서(100)의 일측에 결합될 수 있다.
그리고, 상기 중앙처리부(200)는, IoT(Internet of Thing) 등의 통신기능을 위하여 외부단말과 통신 가능한 통신부(250)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 통신부(250)는, BLUETOOTH, ZIGBEE 등의 근거리통신망이나 저전력 광역 무선통신(LPWAN) 등의 통신망을 바탕으로 외부단말과 무선통신을 통해 통신하여 외부단말과 외부물질이동 감지센서(100)를 통해 산출된 데이터 및 외부물질이동 감지시스템을 제어하기 위한 제어데이터 등을 송수신할 수 있다.
여기서, 상기 연결케이블(300)은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 하나의 외부물질이동 감지센서(100)를 다른 외부물질이동 감지센서(100)와 전기적으로 연결하거나 또는 중앙처리부(200)와 전기적으로 연결하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 연결케이블(300)은, 외부물질이동 감시시스템의 전기적 연결을 위한 구성으로 +단자 및 -단자로 이루어진 단자부(312, 314)를 구비할 수 있다.
상기 연결케이블(300)은, 제1부재(110), 제2부재(120), 신호처리부(200) 및 보조센서(150)들을 전기적으로 연결하는 도선으로, 직병렬 등 다양한 전기적 결합을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 연결케이블(300)은, 내부에 제1부재(110) 및 제2부재(120)의 외부연결단자영역과 연결되는 단자부(312, 314)를 가지는 하나 이상의 도선과; 도선을 보호하는 절연피막(320)을 포함할 수 있다.
상기 연결케이블(300)은, 제1부재(110) 및 제2부재(120)의 표면에 전기적으로 접속되거나 중심을 관통하도록 설치될 수 있다.
상기 연결케이블(300)은, 도 13, 도 15, 도 17, 도 18 및 도 19에서 외부물질이동 감지센서(100)의 내부를 관통하는 것으로 도시되나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 상기 연결케이블(300)의 설치가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 연결케이블(300)은, 외부물질이동 감지센서(100)의 신호선으로써 기능한다면 다양한 구조, 형상 및 배치가 가능하다.
또한, 상기 연결케이블(300)은, 외부물질이동 감지센서(100)가 연직방향 또는 수평방향의 일렬로 배치되도록 설치될 수 있을 뿐만 아니라, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 기 설정된 분기지점에서 분기되어 분기지점에 복수의 외부물질이동 감지센서(100)가 연결되도록 설치될 수 있음은 물론이다.
이를 통해, 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들이 그물망이나 방사상 형태를 이루며 지중 또는 수중에 설치될 수 있다.
상기 단자부(312, 314)는, 외부물질이동 감지센서(100) 내의 적절한 위치(예를 들어, 제2부재(120)와 절연층(140) 사이 또는 절연층(140))에 설치될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 외부물질이동 감지센서(100)의 구체적인 용도, 설치장소, 설치장소의 외부환경 등에 따라 다양한 형상, 크기, 결합관계를 가질 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 8 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)를 설명한다.
이하, 설명하는 외부물질이동 감지센서(100)는 도 1과 같은 특정 감지시스템에 한정되지 않고 다양한 외부물질이동 감지시스템에 적용될 수 있음은 물론이다.
먼저, 도 2 및 도 10를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)를 자세히 설명한다.
상기 제1실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템에 설치된 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들 중 하나일 수 있다.
도 1의 외부물질이동 감지시스템은, 지중에 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들이 수평방향으로 방사상으로 설치된 예를 도시하였으나, 단일한 하나의 외부물질이동 감지센서(100)를 구비하거나 수직방향 또는 경사방향으로 설치되는 등 다양한 변형례가 가능함은 물론이다.
상기 제1실시예에서, 외부물질이동 감지센서(100)는, 분리층(140)에 의해 서로 분리된 상태로 외부물질이동 감지센서(100)의 길이방향으로 연장된 다심형 구조를 가질 수 있다.
여기서, 상기 제1부재(110) 및 제2부재(120)는, 전도성재질의 도선라인 또는 전도성재질의 시트 등 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 도 2 및 도 10에 도시된 바와 같이, 원형 또는 각형의 기둥형태로 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1부재(110)는, 미리 설정된 길이를 가지는 파이프형상으로 이루어지며, 제2부재(120) 및 분리층(140)은, 제1부재(110)의 내측에 배치될 수 있다.
상기 제1부재(110)는, 내측에 중공이 형성된 원형 또는 각형의 파이프형상으로, 외부물질이동 감지센서(100)의 외곽부에 배치될 수 있다.
상기 제2부재(120)는, 제1부재(110)의 내측에 형성된 중공에 배치되고, 상기 분리층(140)은, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 배치될 수 있다.
도 2 및 도 10에서, 상기 제1부재(110)는 제2부재(120)의 외측둘레 전체를 감싸는 형태로 도시되어 있으나 제2부재(120)의 외측둘레 일부를 감싸거나 또는 길이방향 일부를 감싸는 형태로 구성되는 것도 가능하다.
상기 제1부재(110)가 제2부재(120)의 외측둘레 전체를 감싸는 형태로 구성되는 경우, 상기 제1부재(110)는, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 분리층(140)의 전해액 함침을 통해 제2부재(120)가 전해질환경에 노출될 수 있도록 측면에 하나 이상의 관통공(110a)이 형성될 수 있다.
상기 관통공(110a)는, 분리층(140)에 외부로부터 전해액이 공급되도록 분리층(140)의 적어도 일부를 외부에 노출시키는 구성으로 다양한 형상 및 크기가 가능하다.
이때, 상기 분리층(140)에 전해액이 함침된 상태로 설치되는 경우, 관통공(110a)은 필수적 구성에 해당하지 않음은 물론이다.
상기 관통공(110a)은 지하수, 해수, 담수 등의 외부 전해질이 제1부재(110)를 통해 분리층(140)으로 이동할 수 있도록 하기 위한 하나의 예시이며 제1부재(110)를 통해 외부 전해질이 분리층(140)으로 이동할 수 있다면 다양한 변형례가 가능함은 물론이다.
예로서 제1부재(110)는 절연체(140)을 둘러싸는 여러 가닥의 도선으로 구성되어 여러 가닥의 도선들 사이로 전해질이 이동되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 제1부재(110)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 기 설정된 강도 이상의 충격에 의해 형태가 변형되거나, 절단되거나 또는 파손되는 하나 이상의 돌출부(110b)가 외주면에 구비될 수 있다.
상기 돌출부(110b)는, 외부물질이동 시 발생하는 변형력에 의해 부러짐으로써 전위값이 변화되어 제2부재(120)와의 전위차를 형성하는 부재로 다양한 재질, 형상 및 크기로 구성될 수 있다.
상기 돌출부(110b)는, 제1부재(110)와 동일한 재질로 이루어지거나 또는 절연체가 외부에 코팅된 금속합금(예를 들어, 부식반응이 잘 일어나는 아연 또는 알루미늄합금, 마그네슘 합금)으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 돌출부(110b)는, 제1부재(110)와 일체로 형성되거나 또는 제1부재(110)의 외주면에 용접되거나 또는 제1부재(110)의 외주면에 끼움결합되는 등 다양한 방식으로 제1부재(110)의 외주면에 구비될 수 있다.
외부물질이동에 의해 돌출부(110b)들이 마찰, 변형, 파손 또는 절단되는 경우, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 형성되는 전위차의 크기가 보다 크게 형성될 수 있어, 외부물질이동 감지센서(100)의 감도가 보다 향상되는 이점이 있다.
상기 돌출부(110b)의 재질, 두께, 길이 및 형상 등은 외부물질이동 감지센서(100)의 용도, 설치위치, 설치방식 등에 따라 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
상기 돌출부(110b)가 전해질환경에서 우수한 부식작용을 나타내는 재질(예를 들어, 절연체 코팅된 알루미늄(돌출부(110b))-탄소봉(제2부재(120)), 절연체 코팅된 아연(돌출부(110b))-탄소봉(제2부재(120)) 등의 조합....)로 형성되는 경우, 마찰이나 변형을 알루미늄이나 아연에 가하면 전위차가 0.7V 수준(절연체로 코팅되지 않은 상태)에서 1.2V까지 상승하고 전류가 1-2mA 수준(절연체로 코팅되지 않은 상태)에서 3-5mA까지 상승한다.
이러한 조합은 부식작용으로 인해 수명이 짧아 단기간 사용하는데 적합하나, 저렴한 비용으로 우수한 전위차 응답신호를 얻을 수 있는 이점이 있다.
상기 돌출부(110b)는, 선택적으로 적용 가능한 구성으로 필수적 구성이 아님은 물론이다.
한편, 상기 외부물질이동 감지센서(100)가, 투수성노면 아래에 설치되는 경우, 외부환경의 변화가 거의 없는 경우에도 투수성노면에 의해 제1부재(110)에서 산화반응 및 열전기반응이 일어나는 것을 방지하기 위하여 외부환경의 변화가 거의 없는 경우 제1부재(110)와 외부물질이동에 의한 마찰을 방지하기 위한 피복부재(180)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 피복부재(180)는, 도 2 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1부재(110)의 외주면에 구비되며, 외부물질이동에 의해 기 설정된 강도 이상의 세기로 마찰되는 경우 제1부재(110)의 외주면에서 박리되어 제1부재(110)를 외부에 노출시키는 구성으로 다양한 재질, 형상 및 두께로 구성될 수 있다.
상기 피복부재(180)는, 외부물질이동에 의해 기 설정된 강도 이상의 세기로 마찰되는 경우 벗겨져 제1부재(110)를 외부에 노출시키기 위하여 제1부재(110)의 외주연에 설치됨이 바람직하다.
또한, 상기 피복부재(180)는, 투수성재질로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 피복부재(180)는, 투수성플라스틱재질로 형성될 수 있다.
이러한 경우에도, 앞서 설명한 바와 같이, 제1부재(110)가 티타늄재질로 형성되고 제2부재(120)가 탄소재질로 형성되는 경우 긴 수명과 우수한 신호값이 보장될 수 있다.
다음으로, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)를 제1실시예와 차이점을 중심으로 자세히 설명한다.
상기 제2실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템에 설치된 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들 중 하나일 수 있다.
상기 제2실시예에서, 외부물질이동 감지센서(100)는, 다층형으로 구성된 분리층(140)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 분리층(140)은, 복수의 층이 적층되어 구성될 수 있다.
예로서, 상기 분리층(140)은, 제1부재(110) 측과 접촉하는 제1분리층(142)과, 제2부재(120) 측과 접촉하는 제2분리층(144)을 포함할 수 있다.
상기 제1분리층(142) 및 제2분리층(144)는, 서로 동일한 재질로 이루어지거나 또는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1분리층(142)과 제2분리층(144)이 서로 다른 재질로 이루어지는 경우, 상기 분리층(140)은, 제1분리층(142)과 제2분리층(144)을 구분하기 위한 경계층(146)이 추가로 구비할 수 있다.
상기 경계층(146)은, 투수성을 가지는 다공성 구조를 갖는다면 다양한 재질, 형상 및 두께로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제1분리층(142)은 제1부재(110)와의 접촉 시 마찰강도가 큰 단단한 입자들(예로서, 모래, 자갈 또는 합성수지)로 이루어지고, 제2분리층(144)은 제2부재(120)와의 접촉 시 마찰강도가 작은 유연한 섬유재질로 이루어질 수 있다.
이러한 경우, 외부물질이동에 의해 외부물질이동 감지센서(100)가 변형되는 경우, 제1부재(110)는 제1분리층(142)과 상대적으로 큰 강도로 마찰되고, 제2부재(120)는 제2분리층(144)과 상대적으로 약한 강도로 마찰되므로, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 전위차가 발생될 수 있다.
반대로, 상기 제2분리층(144)은 제2부재(120)와의 접촉 시 마찰강도가 큰 단단한 입자들(예로서, 모래, 자갈 또는 합성수지)로 이루어지고, 제1분리층(142)은 제1부재(110)와의 접촉 시 마찰강도가 작은 유연한 섬유재질로 이루어질 수 있음은 물론이다.
또한, 제1분리층(142)과 제2분리층(144)이 모두 유연한 섬유재질로 이루어진 경우에도, 제1분리층(142) 및 제2분리층(144) 중 하나의 층에 마찰강도가 큰 단단한 입자들(예로서, 모래, 자갈 또는 합성수지) 등을 첨가하는 경우에도 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 마찰강도에 차이가 발생하므로 상술한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1분리층(142) 및 제2분리층(144)은 절연층을 이루는 입자들(예로서, 모래, 자갈 또는 합성수지)로 이루어지고, 경계층(146)은 투수성 섬유층으로 이루어질 수 있다. 이때, 경계층(146)은 선택적으로 포함될 수 있는 것으로, 필수적 구성요소가 아님은 물론이다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)를 상술한 다른 실시예들과의 차이점을 중심으로 자세히 설명한다.
상기 제3실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템에 설치된 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들 중 하나일 수 있다.
상기 제3실시예에서, 외부물질이동 감지센서(100)는, 다층형으로 구성된 분리층(140)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 분리층(140)은, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 구비되는 전해액(141)과, 전해액(141)과 제1부재(110)의 접촉을 방지하기 위해 전해액(141)과 제1부재(110) 사이에 배치되며 전해액(141)을 내측에 수용하는 전해액수용층(143)을 포함할 수 있다.
상기 전해액수용층(143)은, 미리 설정된 강도 이상의 외력이 가해지거나 변형력이 가해지는 경우 깨지는 성질을 가지는 취성재질로 이루어짐이 바람직하다.
예로서, 상기 전해액수용층(143)은, 취성의 합성수지 또는 글라스로 이루어질 수 있다.
이러한 경우, 외부물질이동에 의해 외부물질이동 감지센서(100)가 변형되는 경우, 상기 전해액수용층(143)이 파손되며 파손된 전해액수용층(143)이 제1부재(110)와 마찰될 수 있고, 전해액수용층(143)의 내측의 전해액(141)이 흘러나와 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차가 측정될 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제4실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)를 상술한 다른 실시예들과의 차이점을 중심으로 자세히 설명한다.
상기 제4실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템에 설치된 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들 중 하나일 수 있다.
상기 제4실시예에서, 외부물질이동 감지센서(100)의 제1부재(110)는, 제2부재(120) 및 분리층(140)의 외주면을 감싸며 선회하는 코일스프링형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 경우, 제1부재(110)에 전해액 투과를 위한 관통공(110a)을 형성하지 않더라도 분리층(140)에 외부로부터 유입된 전해액이 함침될 수 있고, 외부물질이동 감지센서(100)의 제작, 조립 등이 용이한 이점이 있다.
다음으로, 도 6를 참조하여, 본 발명의 제5실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)를 상술한 다른 실시예들과의 차이점을 중심으로 자세히 설명한다.
상기 제5실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템에 설치된 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들 중 하나일 수 있다.
상기 제5실시예에서, 외부물질이동 감지센서(100)의 제1부재(110) 및 제2부재(120)는, 상호 분리된 상태로 구성되어 지중 또는 수중에 설치될 수 있다.
이러한 경우, 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이의 전해질환경이 분리층(140)으로써의 기능을 수행할 수 있다.
예로서, 상기 외부물질이동 감지센서(100)가 지중에 설치된 경우, 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 지중의 토양환경이 분리층(140)으로 기능하여 전해질환경을 제공할 수 있다.
토양환경을 구성하는 모래, 자갈 등은 분리층(140)을 구성하는 투수성 절연층으로 기능할 수 있고, 토양환경에 존재하는 미량의 지하수, 빗물 등이 절연층에 함침되는 전해질로 기능할 수 있다.
제5실시예에서, 상기 제1부재(110)는, 외부물질이동에 의한 마찰이 발생되기 쉬운 지표 측에 가깝게 설치되고, 상기 제2부재(120)는 지표 측에서 먼 쪽에 설치됨이 바람직하다.
이때, 상기 제1부재(110)는, 피복부재(180)에 의해 감싸진 상태로 설치되며, 제2부재(120)는, 피복부재(180)에 의해 감싸지지 않은 상태로 외부환경에 노출될 수 있다.
지표 측에 가깝게 설치된 제1부재(110)의 피복부재(180)가 파손 또는 마모되어 내부의 제1부재(110)가 외부로 노출되면 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 마찰에 의해 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 전위차가 형성될 수 있다.
그리고, 제1부재(110) 및 제2부재(120)는, 설치환경에 따라 다양한 위치에서 다양한 각도로 절곡되거나 휘어진 상태로 설치될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제6실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)를 상술한 다른 실시예들과의 차이점을 중심으로 자세히 설명한다.
상기 제6실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)는, 도 1의 외부물질이동 감지시스템에 설치된 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들 중 하나일 수 있다.
상기 제6실시예에 따른 외부물질이동 감지센서(100)의 제1부재(110)는, 전해액의 투과를 위한 관통공(110a) 대신 전해액의 이동이 가능한 틈이 형성된 비늘구조로 이루어질 수 있다.
이러한 경우, 제1부재(110)에 전해액 투과를 위한 관통공(110a)을 형성하지 않더라도 비늘구조 사이 사이의 틈을 통해 분리층(140)에 외부로부터 유입된 전해액이 함침될 수 있는 이점이 있다.
상기 실시예들을 통해, 분리층(140) 및 제2부재(120)가 제1부재(110)의 내측 중공에 배치되는 실시예를 설명하였으나, 본 발명에 따른 외부물질이동 감지센서는 제1부재(110), 분리층(140) 및 제2부재(120)가 순차적으로 적층된 적층구조를 가질 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 외부물질이동 감지센서(100)의 제1부재(110), 분리층(140) 및 제2부재(120)는, 미리 설정된 방향(연직, 수평 또는 경사)으로 일렬로 적층됨이 바람직하다.
이때, 상기 제1부재(110) 및 제2부재(120)는, 외부물질이동 감지센서(100)의 용도, 설치장소 및 설치방법 등에 따라 다양한 형상, 크기 및 형태로 이루어질 수 있음은 물론이다. 예로서, 상기 제1부재(110) 및 제2부재(120)는, 각각 원통형으로 형성되어 길이방향으로 적층되거나 또는 길이방향에 대해 평면형상의 크기가 감소하는 원뿔형으로 형성되도록 적층될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 제2부재(120)는, 제1부재(110)의 내측에 배치되지 않으므로, 제2부재(120)가 외부물질이동시 마찰되는 것을 방지하기 위하여 제2부재(120)의 외측 노출면을 커버하는 커버부재(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 커버부재와 제1부재(110)에 의해 형성되는 내측 내부공간에 제2부재(120)가 설치됨으로써 제2부재(120)가 외부물질이동에 의해 마찰되는 것이 최대한 방지될 수 있다.
상술한 구성에 의해, 본 발명은, 제1부재(110) 및 제2부재(120)가 내부식성 및 내열성이 강한 소재로 이루어져 전해질환경에서 형성되는 전위차가 매우 낮은 경우에도, 제1부재(110)가 외부물질이동에 의한 마찰이나 변형력에 영향을 받게 함으로 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이에 전위차변화를 발생시켜, 오랜 내구성, 내열성을 가지고 및 우수한 신호값을 보장하는 센서를 구현할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 외부물질이동 감지센서 110: 제1부재
120: 제2부재

Claims (20)

  1. 미리 설정된 장소에 설치되어 외부물질의 이동(이하, 외부물질이동)을 감지하기 위한 외부물질이동 감지센서(100)로서,
    전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 마찰이 가해지는 제1부재(110)와;
    전도성재질로 이루어지며, 외부물질이동에 의한 제1부재(110)의 마찰 시 상기 제1부재(110)와 전위차를 형성하는 물성을 가지는 제2부재(120)와;
    상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이의 접촉을 방지하기 위하여 상기 제1부재(110)와 상기 제2부재(120) 사이에 구비되는 분리층(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1부재(110)는,
    외부물질이동에 의한 마찰 시 상기 제2부재(120) 보다 낮은 전위를 형성하여 상기 제2부재(120)와의 관계에서 음극을 이루는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1부재(110) 및 상기 제2부재(120)는, 서로 동일한 재질로 이루어지거나 또는 서로 상이한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1부재(110)는, 갈바닉계열 상 상기 제2부재(120)보다 활성방향에 위치된 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1부재(110)는, 미리 설정된 길이를 가지는 각형 또는 원통형 파이프형상으로 이루어지며,
    상기 제2부재(120) 및 상기 분리층(140)은, 상기 제1부재(110)의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부물질이동 감지센서(100)는,
    상기 제1부재(110), 상기 분리층(140) 및 상기 제2부재(120)가 순차적으로 적층된 적층구조를 갖는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리층(140)은, 절연체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 절연체는, 투수성재질로 이루어지며,
    상기 분리층(140)은, 상기 절연체에 함침되는 전해액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 분리층(140)은, 투수성재질로 이루어지는 절연체이며,
    상기 제1부재(110)는, 상기 분리층(140)에 외부로부터 전해액이 공급되도록 상기 분리층(140)의 적어도 일부를 외부에 노출시키는 하나 이상의 관통공(110a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  10. 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1부재(110)는, 기 설정된 강도 이상의 충격에 의해 형태가 변형되거나 또는 절단되는 하나 이상의 돌출부(110b)가 외주면에 구비되는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 외부물질이동 감지센서(100)는,
    상기 제1부재(110)의 외주면에 구비되며, 외부물질이동에 의해 기 설정된 강도 이상의 세기로 마찰되는 경우 상기 제1부재(110)의 외주면에서 박리되어 상기 제1부재(110)를 외부에 노출시키는 피복부재(180)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부물질이동 감지센서(100)가 설치된 지점의 온도값, 지자기값, 가속도값 및 진동값 중 적어도 하나를 포함하는 보조측정값을 측정하는 보조센서(150)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 외부물질이동 감지센서(100)는, 지중 또는 수중에 설치되어 주변의 토사 또는 유체의 이동을 감지하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지센서(100).
  14. 외부물질이동에 의한 마찰 시 전도성재질로 이루어진 제1부재(110) 및 제2부재(120) 사이의 전위차신호를 발생시키는 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 하나에 따른 외부물질이동 감지센서(100)와;
    상기 외부물질이동 감지센서(100)와 전기적으로 연결되어 상기 외부물질이동 감지센서(100)에서 발생되는 전위차신호를 처리하는 신호처리부(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 신호처리부(200)는, 상기 제1부재(110)와 제2부재(120) 사이의 전위차를 측정하는 전위차측정부(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 신호처리부(200)는,
    상기 전위차측정부(210)를 통해 측정된 전위차를 기초로 미리 설정된 시간간격에서 전위차의 변화율을 산출하는 연산처리부(220) 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 연산처리부(220)는,
    상기 전위차 변화율을 기초로, 외부물질의 이동속도, 변위 및 이동량 중 적어도 하나를 산출값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지시스템.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 외부물질이동 감지시스템은,
    상기 신호처리부(200)에서 산출된 정보를 시각 및 청각 중 적어도 하나를 통해 디스플레이하는 디스플레이부(240)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지시스템.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 외부물질이동 감지센서(100)는,
    상기 외부물질이동 감지센서(100)가 설치된 지점의 온도값, 지자기값, 가속도값, 압력값, 습도값 및 진동값 중 적어도 하나를 포함하는 보조측정값 측정하는 보조센서(150)를 추가로 포함하며,
    상기 보조센서(150)에서 측정된 상기 보조측정값을 기초로 상기 연산처리부(220)에서 산출된 상기 전위차의 변화율을 보정하는 결과값보정부(230)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지시스템.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 외부물질이동 감지시스템은, 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들을 포함하며,
    상기 복수의 외부물질이동 감지센서(100)들은, 미리 설정된 복수의 설치지점들에 설치되어 상기 신호처리부(200)와 직렬연결, 병렬연결 또는 직병렬연결 되는 것을 특징으로 하는 외부물질이동 감지시스템.
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