KR20200011773A - 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수 모니터링 방법 - Google Patents

부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 지하수 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감지센서와 함께 관측정에 투입되는 모니터링유닛의 부력을 수중에서 자동으로 조절가능하게 구성함으로써 모니터링유닛이 자동 부력조절을 통해 관측정을 따라 승강하면서 지하수의 상태를 탐색할 수 있는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수 모니터링 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 감지센서와 함께 관측정에 투입되는 모니터링유닛의 부력이 원격제어를 통해 자동조절됨에 따라 모니터링유닛이 부력제어를 통해 관측정을 따라 승강하면서 수중 상태를 제공할 수 있다.

Description

부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수 모니터링 방법{FLOATING TYPE MONITORING DEVICE FOR MULTI-LEVEL GROUNDWATER AND MONITORING METHOD FOR GROUNDWATER}
본 발명은 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 지하수 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감지센서와 함께 관측정에 투입되는 모니터링유닛의 부력을 수중에서 자동으로 조절가능하게 구성함으로써 모니터링유닛이 자동 부력조절을 통해 관측정을 따라 승강하면서 지하수의 상태를 탐색할 수 있는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 해안지역에서는 과다한 지하수 사용으로 지하수의 수위가 낮아짐으로써 지하수에 염수(바닷물)가 유입되어 오염이 되고, 이로 인하여 지하수를 식수뿐만 아니라 농업용수나 공업용수로도 사용하지 못하는 위험에 노출되고 있다.
이에 따라, 해안지역에서는 지하수 관측정을 뚫고, 관측정에 지하수위, 온도, 전기전도도의 값, 담염수 경계면의 위치 등을 측정하는 유선 또는 무선 측정센서를 설치하여 지하수의 변화를 감시하는 지하수 관측시스템을 운영해오고 있다.
여기서, 담염수 경계면(지하수의 담수와 염수의 경계면)은 지하수의 과다한 양수활동, 강우, 조석현상, 지구온난화에 의한 해수면의 상승 등 다양한 복합적인 현상에 의하여 위치가 수시로 변화하기 때문에 변화되는 위치를 정확하게 추적할 수 있는 장치들이 개발되고 있다.
한편, 실제 해안지역의 지하수 관측정에 설치되는 측정센서는 유무선과 관계없이 고정된 심도에 설치되어 측정하기 때문에 실시간으로 담염수 경계면의 위치를 파악하기 어려운 문제점이 있었고, 지하수 염수면 추적장치를 지하수 관측정에 삽입 제거하는데 있어서 관측정의 직경에 따라 이를 회수하는 장치를 정확하게 지하수 염수면 추적장치의 상부에 위치시켜 설치 및 제거하는데 어려움이 있었다.
또한, 지하수 담수와 염수의 경계면에 정확히 지하수 염수면 추적장치를 위치시키기 위해 부력을 조절하기 위해 염수 농도와 동일한 수조를 준비하여 중력을 조절함에 있어서 농도 조절의 어려움과 중력 조절을 위해 일일이 수조에서 중력을 조절해야 되는 불편이 있었다.
본 발명의 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0977155호에 제안된 담염수 경계면 위치 추적장치가 있다.
선행기술은 내부공간을 가지는 관으로 형성되어 하부는 밀폐되고, 상부에는 분리가능한 밀폐용 캡(14)이 설치되고, 하부 중심부분에는 관통홀(12a)이 형성된 부라켓(12)이 형성되고, 밀폐용 캡(14)에는 자석물질에 붙는 금속(15)이 설치되며, 상기 내부공간에 수용되는 증류수의 양을 조절하여 부력을 조절하는 부력유도체(10)와; 상기 부력유도체(10)의 하부에 설치되는 무선측정센서(20)와; 상기 부력유도체(10)의 하부에 설치되어 무선측정센서(20)의 외부를 감싸는 타공관(30);으로 구성된다.
그런데, 상기와 같은 선행기술은 부력유도체(10)를 관측정에 투입하기 전에 부력유도체(10)에 증류수를 추가하거나 배출하면서 부력유도체(10)의 부력을 조절한 후 투입해야 하는 문제점이 있으며, 현장상황에 따라 부력유도체(10)의 부력을 변경할 경우에는 관측정에서 부력유도체(10)를 회수한 후 다시 수조에서 부력을 조절하여야 하기 때문에 매우 번거로운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 감지센서와 함께 관측정에 투입되는 모니터링유닛의 부력을 수중에서 자동으로 조절가능하게 구성함으로써 모니터링유닛이 자동 부력조절을 통해 관측정을 따라 승강하면서 지하수의 상태를 모니터링할 수 있는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수의 모니터링 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
구체적으로, 본 발명은 관측정의 외부의 원격제어 또는 모니터링 유닛의 내부제어를 통해 모니터링유닛에 구비된 중공부의 크기를 가변시키거나 중공부에 채워지는 기체의 양을 조절함으로써 모니터링유닛의 부력을 원활하게 조절할 수 있는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수의 모니터링 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
또한, 본 발명은 지하수의 수면에 위치하는 중계유닛을 매개로 모니터링유닛과 통신이 이루어지도록 함으로써 지하수의 정확한 상태는 물론, 모니터링 유닛의 위치 및 지하수의 수면의 위치를 감지할 수 있는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수의 모니터링 방법을 제공하는 것이 다른 목적이다.
또한, 본 발명은 모니터링유닛이 무선충전될 수 있는 충전스테이션을 중계유닛 또는 관측정에 구비함으로써 모니터링유닛이 관측정에 투입된 상태에서도 자동부력조절을 통해 충전스테이션에 도킹하여 충전할 수 있는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수의 모니터링 방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치는, 지하수를 관측하기 위한 관측정에 투입되어 지하수의 상태를 탐색하는 모니터링 장치에 있어서, 지하수의 수중에서 부력을 조절하여 승강하면서 상기 관측정 내부상태를 모니터링하여 모니터링된 데이터를 상기 관측정의 외부로 인가하는 모니터링유닛;을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 모니터링유닛과 분리된 상태로 상기 관측정에 투입되어 상기 모니터링유닛과 초음파, 적외선(IR), 무선(RF) 및 레이저 중 하나 이상의 신호로 무선통신하면서 신호의 시간차이 또는 위상차의 변화를 감지하여 상기 모니터링유닛과의 거리를 측정하고, 측정된 거리데이터를 상기 모니터링유닛에서 인가된 데이터와 함께 상기 관측정의 외부로 중계하는 중계유닛;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 관측정에 설치되어 상기 모니터링유닛에 무선으로 전원을 제공하면서 상기 모니터링유닛의 전기장치를 충전시키는 무선충전유닛;을 더 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 모니터링유닛은, 상기 관측정에 투입된 상태로 지하수의 염도, PH농도, 수온, 수압, 탁도, 용존산소, 방사능농도, 음파, 진동 및 영상 중 적어도 하나를 측정하는 감지센서; 상기 감지센서가 내장되는 센서하우징; 상기 센서하우징과 분리가능하게 결합되고, 기체가 채워지는 중공부가 형성되어 부력을 가지며, 상기 중공부의 크기를 가변시키거나 상기 중공부에 채워지는 기체의 양을 제어하여 부력을 조절하면서 상기 관측정을 따라 승강하는 추적기 하우징; 및 상기 추적기 하우징에 분리가능하게 결합되어 상기 관측정의 외부와 통신하면서 외부의 제어신호를 통해 상기 추적기 하우징을 제어하는 통신모듈이 내장되며, 전자석 견인기에 의한 견인을 허용하는 금속체가 부착된 통신하우징;을 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 추적기 하우징은, 상기 센서하우징과 분리가능하게 결합되며, 일단부가 개구된 관체형으로 형성되어 내부에 중공부를 갖는 제1 중공체; 상기 통신하우징과 분리가능하게 결합되고, 함체형으로 형성되어 내부에 중공부를 가지면서 상기 제1 중공체에 슬라이드 가능하게 결합되며, 상기 제1 중공체의 길이방향을 따라 전후진하면서 상기 제1 중공체의 중공부 크기를 가변시키는 제2 중공체; 및 상기 제1 중공체와 상기 제2 중공체를 연결하면서 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 상기 제2 중공체를 전후진시키는 전후진커넥터;를 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 전후진커넥터는, 상기 제1 중공체에 회전가능하게 구비된 상태로 상기 제2 중공체에 나사결합되는 회전축; 및 상기 통신모듈을 통한 제어에 의해 작동하면서 상기 회전축을 정회전시키거나 역회전시키는 전후진모터;를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 달리, 상기 추적기 하우징은, 상기 센서하우징과 일단부가 분리가능하게 결합되면서 상기 통신하우징과 타단부가 분리가능하게 결합되고, 내부에 중공부를 갖는 관체형으로 형성되면서 외주면에 복수의 주름이 형성되어 길이가 신축하는 주름관; 및 상기 주름관에 내장된 상태로 길이가 신축가능하게 형성되어 양단부가 상기 주름관의 양단부에 결합되고, 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 작동하면서 상기 주름관의 길이를 가변시키는 주름관리프트;를 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 상기 추적기 하우징은, 상기 센서하우징과 일단부가 분리가능하게 결합되면서 상기 통신하우징과 타단부가 분리가능하게 결합되고, 내부에 중공부를 갖는 탱크형태로 형성되면서 기체가 주입되는 주입구 및 기체가 배출되는 배출구를 갖는 부력챔버; 상기 부력챔버의 주입구에 연결된 상태로 압축기체를 저장하고, 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 상기 부력챔버의 중공부로 기체를 공급하는 가스탱크; 및 상기 부력챔버의 배출구에 개폐가능하게 구비되고, 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 상기 부력챔버의 중공부에서 기체를 배출시키는 배출밸브;를 포함하여 구성될 수도 있다.
예컨대, 상기 중계유닛은, 지하수의 수중의 데이터를 감지하여 인가하는 감지센서가 내장되는 중계센서 하우징; 및 상기 중계센서 하우징과 분리가능하게 결합되고, 기체가 채워지는 중공부가 형성되어 부력을 가지면서 지하수의 수면에 뜨며, 상기 모니터링유닛 및 상기 관측정의 외부와 통신하는 통신모듈이 내장되고, 전자석 견인기에 의한 견인을 허용하는 금속체가 부착된 중계기 본체;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 중계기 본체는, 상기 중공부의 양측이 돌출형성되어 수면을 지지하면서 중심을 유지시키는 중심유지날개부가 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 무선충전유닛은, 상기 관측정의 내주면에 설치되면서 설정된 수심위치에 구비되고, 외부와 연결되어 전원을 공급받는 충전스테이션; 및 상기 모니터링유닛에 설치되어 상기 모니터링유닛과 함께 상기 관측정을 따라 승강하고, 상기 충전스테이션과 대면하면서 전원을 무선으로 공급받아 상기 모니터링유닛의 전기장치를 충전시키는 충전패드;를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 지하수의 모니터링 방법은, 지하수의 수중에서 부력을 조절하여 승강하면서 상기 관측정 내부상태를 모니터링하여 모니터링된 데이터를 상기 관측정의 외부로 인가하는 모니터링유닛을 상기 관측정에 투입하는 유닛투입단계; 및 상기 모니터링유닛에서 인가되는 수중의 데이터를 기반으로 상기 모니터링유닛의 부력을 원격제어하면서 상기 모니터링유닛을 설정된 지점으로 이동시키는 유닛이동단계;를 포함하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 유닛이동단계는, 상기 모니터링유닛에서 인가되는 수중의 데이터를 상기 관측정의 외부에 설치된 제어유닛에서 수신하는 데이터 수신단계; 상기 모니터링유닛에서 수신된 데이터를 설정된 수심에 부합하는 기저장된 데이터와 비교하는 데이터 비교단계; 및 상기 제어유닛이 상기 데이터 비교단계에서 비교된 데이터를 기반으로 상기 모니터링유닛에 형성된 중공부의 크기를 가변시키거나 상기 중공부에 채워지는 기체의 양을 제어하여 부력을 조절하는 부력조절단계;를 포함하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 모니터링 방법은, 상기 유닛투입단계가 수행된 이후에 수행되며, 상기 모니터링유닛과 분리된 상태로 상기 모니터링유닛과 무선통신하면서 상기 모니터링유닛에서 인가된 데이터를 상기 관측정의 외부로 중계하는 중계유닛을 상기 관측정으로 투입하는 중계유닛 투입단계; 및 상기 중계유닛이 상기 모니터링유닛과 초음파, 적외선(IR), 무선(RF) 및 레이저 중 복수의 신호로 무선통신하면서 신호간의 시간차이 또는 위상 변화를 감지하여 상기 모니터링유닛과의 거리를 측정하고, 측정된 거리데이터를 상기 모니터링유닛에서 인가된 데이터와 함께 상기 관측정의 외부로 인가하는 거리측정단계;를 더 포함하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 이에 의한 지하수의 모니터링 방법에 의하면, 감지센서와 함께 관측정에 투입되는 모니터링유닛의 부력이 원격제어를 통해 자동조절됨에 따라 모니터링유닛이 부력제어를 통해 관측정을 따라 승강하면서 수중 상태를 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 모니터링유닛을 구성하는 추적기 하우징이 서로 슬라이드 가능하게 결합되는 제1 중공체 및 제2 중공체로 구성되거나 신축가능한 주름관으로 구성될 경우에는 중공부의 크기를 가변시키면서 부력을 조절할 수 있으며, 추적기 하우징이 부력챔버와 가스탱크로 구성될 경우에는 중공부에 채워지는 기체의 가변시키면서 부력을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 중계유닛이 구비될 경우에는 모니터링유닛의 위치정보 및 수중데이터가 중계유닛을 매개로 중계됨에 따라 수중데이터가 장애없이 원활하게 제공될 수 있으며, 중계유닛에 의해 지하수 수면의 위치가 제공되므로 지표에서 수면거리 및 수면에서 모니터링유닛과의 거리를 감지할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선충전유닛을 구성하는 충전스테이션이 관측정에 설치되면서 충전패드가 모니터링유닛에 설치됨에 따라 모니터링유닛이 충전이 요구될 경우 부력조절을 통해 승강하면서 충전패드를 통해 충전스테이션에 도킹함으로써 관측정의 내부에 용이하게 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 모니터링유닛을 구성하는 추적기 하우징의 제1 실시예 및 작동상태를 나타내는 종단면도.
도 3은 본 발명의 모니터링유닛을 구성하는 추적기 하우징의 제2 실시예 및 작동상태를 나타내는 종단면도.
도 4는 본 발명의 모니터링유닛을 구성하는 추적기 하우징의 제3 실시예 를 나타내는 종단면도.
도 5는 본 발명에 중계유닛이 추가된 상태를 나타내는 구성도.
도 6은 도 5에 도시된 중계유닛을 나타내는 종단면도.
도 7은 본 발명에 무선충전유닛이 추가된 상태를 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 담염수 경계면의 위치 추적방법을 나타내는 블록도.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치는, 지하수를 관측하기 위한 관측정(1)에 투입되어 지하수의 상태(염도, PH농도, 수온, 수압, 탁도, 용존산소, 방사능농도, 음파 ,진동, 영상 등)를 탐색하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 모니터링유닛(10) 및 제어유닛(C)을 포함하여 구성될 수 있다.
모니터링유닛(10)은 관측정(1)에 투입된 상태로 지하수의 수중에서 부력을 조절하여 관측정(1)을 따라 승강하면서 지하수의 상태를 관측정(1) 외부에 설치되는 제어유닛(C)에 인가하는 구성요소이다.
이러한 모니터링유닛(10)은 감지센서(S)와 함께 관측정을 승강하면서 수중데이터를 제어유닛(C)에 인가한다.
감지센서(S)는 모니터링유닛(10)에 설치된 상태로 관측정(1)에 투입되어 지하수 수중의 데이터를 감지하여 후술되는 제어유닛(C)으로 인가하는 부재이다.
이러한 감지센서(S)는 지하수의 염도, PH농도, 수온, 수압, 탁도, 용존산소, 방사능농도, 음파, 진동을 감지하여 인가할 수 있으며, 수중을 촬영하여 관측정 내부의 영상을 인가할 수도 있다.
예컨대, 감지센서(S)는 관측정 내의 담수와 염수의 경계면인 담염수 경계면을 탐지할 경우에는 관측정 내의 염도를 측정하여 제어유닛(C)으로 인가한다. 즉, 감지센서(S)는 모니터링유닛(10)의 부력제어에 의해 모니터링유닛(10)과 함께 지하수로 하강하면서 지하수의 염도를 감지하여 인가하며, 담염수 경계면에 부합되는 염도가 감지될 경우에는 제어유닛(C)의 제어를 통해 모니터링유닛(10)과 함께 담염수 경계면에 위치하게 된다.
제어유닛(C)은 도 1에 도시된 바와 같이 관측정(1)의 외부에 설치되어 감지센서(S)에서 감지된 수중의 데이터를 인가받으며, 모니터링유닛(10)의 부력을 제어하여 모니터링유닛(10)을 승강시키면서 심도별로 지하수의 상태를 인가받는다.
또한, 제어유닛(C)은 모니터링유닛(10)과의 거리를 도출하여 모니터링유닛(10)이 위치하는 지하수의 심도를 감지할 수도 있다.
이러한 제어유닛(C)은 수중에서는 예컨대, 초음파, 적외선(IR), 무선(RF) 또는 레이저를 이용하여 통신할 수 있으며, 수면의 외부에서는 예컨대, 초음파, 적외선(IR), 블루투스, 지그비(Zigbee), 무선(RF), RFID, WIFI, 근거리무선통신(NFC) 또는 레이저를 이용하여 통신할 수 있다.
또한, 제어유닛(C)은 미도시된 서버에 연결될 수도 있다.
모니터링유닛(10)은 기체가 채워지는 중공부를 통해 부력을 가지면서 감지센서(S)와 함께 관측정에 투입되며, 감지센서(S)의 감지신호를 기반으로 한 제어유닛(10)의 제어에 따라 담염수 경계면에 대응하는 부력으로 자동조절되면서 관측정(1)을 따라 승강한다.
구체적으로, 모니터링유닛(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 센서하우징(100)과 추적기 하우징(200) 및 통신하우징(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
센서하우징(100)은 전술한 감지센서(S)가 내장되는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 유입홀(110)이 관통형성되어 지하수를 감지센서(S)로 소통시킨다.
추적기 하우징(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 센서하우징(100)의 상부에 분리가능하게 결합되어 센서하우징(100)과 함께 관측정(1)에 투입되고, 기체가 채워지는 중공부가 구비되어 부력을 가지며, 제어유닛(C)에 의한 중공부의 크기 조절이나 중공부에 채워지는 기체의 양 조절을 통해 부력이 조절되면서 관측정을 따라 승강한다.
여기서, 추적기 하우징(200)은 센서하우징(100)과 나사결합에 의해 결합될 수 있다.
통신하우징(300)은 추적기 하우징(200)의 상부에 분리가능하게 결합되어 센서유닛(C)과의 통신을 위한 통신모듈(310)이 설치되며, 미도시된 전자석 견인기에 의한 견인을 가능하게 하는 금속체(320)가 부착된다.
즉, 통신하우징(300)은 모니터링유닛(10)의 상단부를 이루면서 금속체(320)를 통해 전자석 견인기에 고정된 상태로 관측정(1)에 투입되고, 관측정(1)에 투입된 후에는 전자석 견인기의 전자력이 해제됨에 따라 전자석 견인기에서 분리되며, 관측정에서 회수시에는 금속체(320)를 통해 전자석 견인기에 고정되어 회수된다.
이러한 통신하우징(300)은 센서하우징(100)과 나사결합에 의해 결합될 수 있다.
종합하면, 제어유닛(C)은 추적기 하우징(200)의 부력을 조절하면서 추적기 하우징(200)을 승강시키면서 감지센서(S)에서 감지된 수중의 데이터를 인가받는다.
예컨대, 관측정의 담염수 경계면을 담지할 경우, 제어유닛(C)은 감지센서(S)에서 감지된 염도를 담염수 경계면에 부합하는 염도와 비교하여 추적기 하우징(200)의 부력을 조절하면서 추적기 하우징(200)을 승강시키며, 감지센서(S)에서 감지된 염도가 담염수 경계면에 부합되는 염도일 경우에는 추적기 하우징(200)의 부력 조절을 멈춰서 추적기 하우징을 담염수 경계면에 위치시킨다.
그리고, 제어유닛(C)은 통신모듈(310)을 통해 추적기 하우징(200)과 통신하면서 추적기 하우징(200)과의 거리를 도출하여 담염수 경계면의 위치를 감지한다.
한편, 전술한 추적기 하우징(200)은 제1 실시예로서 도 2에 도시된 바와 같이 제1 중공체(210), 제2 중공체(220) 및 전후진커넥터(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 중공체(210)는 하단부에 전술한 센서하우징(100)이 결합되고, 상단부가 개구된 관체형으로 형성되어 내부에 중공부를 가지면서 후술되는 제2 중공체(220)에 의해 차폐된다.
제2 중공체(220)는 제1 중공체(210)의 중공부 크기를 가변시키는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 중공부를 갖는 함체형으로 형성되어 제1 중공체(210)에 슬라이드 가능하게 결합되며, 후술되는 전후진커넥터(230)에 의해 전후진 하면서 제1 중공체(210)의 중공부 크기를 가변시킨다.
전후진커넥터(230)는 제1 중공체(210)와 제2 중공체(220)를 연결하면서 제어유닛(C)의 제어를 통해 작동하여 제2 중공체(220)를 전후진시키는 구성요소이다.
즉, 전후진커넥터(230)는 제2 중공체(220)를 전진시켜서 제1 중공체(210)의 중공부를 축소시키고, 제2 중공체(220)를 후진시켜서 제1 중공체(210)의 중공부를 확장시킨다.
이러한 전후진커넥터(230)는 회전축(231) 및 전후진모터(232)를 포함하여 구성될 수 있다.
회전축(231)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 중공체(210)에 피벗회전이 가능하게 결합된 상태로 상부로 연장되면서 제2 중공체(220)에 나사결합된다.
전후진모터(232)는 제어유닛(C)에 의해 작동하면서 회전축(231)을 정회전 또는 역회전시킴으로써 제2 중공체(220)를 전후진시킨다.
즉, 제2 중공체(220)는 전후진모터(232)의 정회전에 의해 전진하면서 제1 중공체(210)의 중공부를 축소시키고, 전후진모터(232)의 역회전에 의해 후진하면서 제1 중공체(210)의 중공부를 확장시킨다.
따라서, 추적기 하우징(200)은 중공부의 크기가 축소될 경우 부력이 작아지게 되므로 관측정(1)의 하부로 하강하고, 중공부의 크기가 확장될 경우 부력이 커지게 되므로 관측정(1)의 상부로 상승한다.
한편, 추적기 하우징(200)은 제2 실시예로서 도 3에 도시된 바와 같이 주름관(240) 및 주름관리프트(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
주름관(240)은 외주면에 복수의 주름이 형성되어 길이가 신축하는 구성요소로서, 내부에 중공부가 형성된 상태로 양단부가 각각 센서하우징(100) 및 통신하우징(300)과 분리가능하게 결합되며, 후술되는 주름관리프트(250)에 의해 길이가 신축되면서 중공부의 크기가 가변되면서 부력이 조절된다.
주름관리프트(250)는 제어유닛(C)에 의해 작동하면서 주름관(240)의 길이를 가변시키는 구성요소로서, 도 3에 도시된 바와 같이 주름관(240)에 내장된 상태로 양단부가 주름관(240)의 양단부에 각각 체결되고, 제어유닛(C)에 의해 길이가 가변되면서 주름관(240)의 길이를 신축시킴으로써 주름관(240)의 중공부 크기를 가변시킨다.
이러한 주름관리프트(250)는 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 X형태로 반복되는 X링크(251)와, 제어유닛(C)에 의해 X링크(251)의 단부를 오므리거나 벌리면서 X링크(251)의 길이를 신축시키는 리프트모터(252)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 달리, 주름관리프트(250)는 유압이나 공압에 의해 길이가 신축하는 실린더구조로 구성될 수도 있다.
한편, 추적기 하우징(200)은 제3 실시예로서 도 4에 도시된 바와 같이 부력챔버(260), 가스탱크(270) 및 배출밸브(280)를 포함하여 구성될 수도 있다.
부력챔버(260)는 내부에 중공부가 형성된 탱크 형태로 형성되어 부력을 제공하며, 기체가 주입되는 주입구(261)와 기체가 배출되는 배출구(262)가 형성되어 기체의 주입량을 통해 부력이 조절된다.
가스탱크(270)는 부력챔버(260)에 기체를 공급하는 것으로, 기체를 압축된 상태로 저장하면서 부력챔버(260)의 주입구(261)에 연결되며, 제어유닛(C)의 제어에 의해 주입구(261)로 압축기체를 공급하여 부력챔버(260) 내부의 기체 양을 증가시킴으로써 부력챔버(260)의 부력을 증가시킨다.
배출밸브(280)는 부력챔버(260) 내부의 기체를 배출시키는 것으로, 부력챔버(260)의 배출구(262)를 개폐가능하게 차폐하고, 제어유닛(C)의 제어에 의해 배출구(262)를 개방하여 부력챔버(260) 내부의 기체 양을 감소시킴으로써 부력챔버의 부력을 감소시킨다.
한편, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 중계유닛(20)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
중계유닛(20)은 모니터링유닛(10)와 제어유닛(C) 간의 통신을 중계하는 매개체로서, 모니터링유닛(10)과 분리된 상태를 이루면서 관측정(1)에 투입되어 지하수의 수면에 뜬 상태를 이루고, 모니터링유닛(10)과 무선통신하면서 모니터링유닛(10)과의 거리를 측정하여 모니터링유닛(10)의 위치정보를 수중데이터와 함께 제어유닛(C)으로 중계한다.
구체적으로, 중계유닛(20)은 초음파, 적외선(IR), 무선(RF) 및 레이저 중 복수의 신호를 이용하여 모니터링유닛(10)과 무선통신하면서 신호간의 시간차이 또는 위상변화를 감지하여 모니터링유닛(10)과의 거리를 측정한다.
또한, 중계유닛(20)은 모니터링유닛(10)에서 인가되는 수중데이터를 제어유닛(C)으로 중계하며, 지하수면의 위치 및 모니터링유닛(10)과의 거리데이터를 제어유닛(C)으로 인가한다.
이에 따라, 제어유닛(C)은 중계유닛(20)을 통해 수중데이터를 정확하게 제공받을 수 있고, 중계유닛(20)의 위치정보 및 중계유닛(20)과 모니터링유닛(10)간의 거리데이터를 통해 모티너링유닛(10)의 위치를 도출할 수 있다.
이러한 중계유닛(20)은 중계센서하우징(400) 및 중계기 본체(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
중계센서하우징(400)은 수중의 데이터를 감지하여 인가하는 감지센서(S)가 내장된다. 감지센서(S)는 전술한 모니터링유닛(10)의 감지센서와 마찬가지로 수중의 여러 데이터를 감지하여 인가한다.
중계기 본체(500)는 중공부가 형성된 부력체로 이루어지면서 중계센서하우징(400)이 분리가능하게 결합되고, 통신모듈(510)이 내장되어 모니터링유닛(10) 및 제어유닛(C)과 통신하며, 상단부에 금속체(520)가 부착되어 전자석 견인기에 의해 견인된다.
여기서, 중계기 본체(500)는 중공부의 양측에 중심유지날개부(530)가 돌출형성되어 수면을 지지하면서 중심을 유지시킬 수 있다.
즉, 중계유닛(20)은 중계기 본체(500)의 부력을 통해 지하수의 수면에 뜬 상태를 이루면서 모니터링유닛(10)과 수중통신하면서 모니터링유닛(10)과의 거리를 인가받고, 제어유닛(C)과 통신하면서 지하수면의 위치정보를 인가한다.
이에 따라, 제어유닛(C)은 중계유닛(20)과의 거리 및 중계유닛(20)과 모니터링유닛(10)과의 거리를 통해 담염수 경계면의 위치를 도출한다.
한편, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 무선충전유닛(30)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
무선충전유닛(30)은 관측정(1)에 투입된 모니터링유닛(10)에 전원을 무선으로 제공함으로써 모니터링유닛(10) 내부의 센서나 모터 등과 같은 전기장치를 충전시키는 구성요소이다.
이러한 무선충전유닛(30)은 관측정(1)의 설정된 수심에 적어도 하나가 설치되면서 관측정(1)의 내주면에 설치되는 충전스테이션(600) 및 모니터링유닛(10)에 설치되는 충전패드(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
충전스테이션(600)은 관측정(1)의 내주면에 설치되어 충전을 위한 도킹이 이루어지는 도킹부위를 이루며, 외부와 연결되어 외부전원을 공급한다.
충전패드(700)는 모니터링유닛(10)을 구성하는 통신하우징(300)의 상면에 설치되어 모니터링유닛(10)의 승강에 의해 충전스테이션(600)과 대면하여 도킹하면서 전원을 무선으로 공급받아서 모니터링유닛(10)의 전기장치를 무선충전시킨다.
즉, 모니터링유닛(10)은 전기장치의 충전이 필요한 경우 제어유닛(C)의 제어에 의한 부력조절을 통해 충전스테이션(600)으로 이동하여 충전패드(700)를 통해 무선충전을 수행한다.
상기와 같은 구성요소를 포함하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치를 이용하여 지하수를 모니터링하는 방법을 설명한다. 예컨대, 관측정의 지하수 중 담수와 염수의 경계인 담염수 경계면을 모니터링할 경우를 예를 들어 설명한다.
사용자는 관측정(1)의 외부에서 모니터링유닛(10)에 감지센서(S)를 설치함과 아울러, 제어유닛(C)을 설치하여 측정을 준비한다(S100).
그리고, 사용자는 관측정(1)의 내부에 모니터링유닛(10)을 투입시킨다(S200). 이때, 모니터링유닛(10)은 통신하우징(300)의 상면에 부착된 금속체를 통해 전자석 견인기에 고정된 상태로 관측정(1)에 투입되고, 투입이 완료된 후에는 전자석 견인기로부터 분리된다.
그리고, 사용자는 감지센서(S)에서 인가되는 지하수의 데이터(염도)를 기반으로 모니터링유닛(10)의 부력을 조절하여 모니터링유닛(10)을 승강시키면서 담염수 경계면으로 이동시킨다(S300).
이때, 제어유닛(C)은 감지센서(S)에서 인기되는 지하수의 데이터(염도)를 수신(S310)하여 담염수 경계면에 부합하는 데이터(염도)와 비교하고(S320), 비교된 데이터(염도)를 기반으로 모니터링유닛(10)에 구비된 중공부의 크기를 가변시키거나 중공부에 채워지는 기체 양을 가변시키면서 모니터링유닛(10)의 부력을 담염수 경계면에 부합하는 부력으로 조절한다(S330).
그리고, 제어유닛(C)은 모니터링유닛(10)의 통신모듈과 통신하여 제어유닛(C)과 모니터링유닛(10)의 거리를 도출함으로써 감염수 경계면의 위치를 감지한다(S400).
한편, 전술한 중계유닛(20)을 이용할 경우에는 모니터링유닛(10)이 투입된 이후에 전자석 견인기를 이용하여 중계유닛(20)을 관측정(1)에 투입한다.
이때, 중계유닛(20)은 지하수 수면에 뜬 상태로 모니터링유닛(10)과 수중통신하면서 모니터링유닛(10)과의 거리를 감지하여 제어유닛(C)으로 인가한다. 그리고, 제어유닛(C)은 중계유닛(20)과 통신하면서 중계유닛(20)과의 거리를 감지하여 담염수 경계면의 위치를 도출한다.
즉, 제어유닛(C)은 중계유닛(20)을 통해 도출된 지표와 지하수 수면 사이의 거리와, 모니터링유닛(10)을 통해 도출된 지하수면과 담염수 경계면 사이의 거리를 연산하여 지표로부터의 담염수 경계면의 위치를 도출한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치 및 추적방법에 따르면, 감지센서(S)와 함께 관측정(1)에 투입되는 모니터링유닛(10)의 부력이 제어유닛(C)의 원격제어를 통해 자동조절됨에 따라 모니터링유닛(10)을 관측정에서 회수하지 않고도 부력을 조절할 수 있으며, 또한, 모니터링유닛(10)과 제어유닛(C)의 사이에 중계유닛(20)이 구비되어 모니터링유닛(10)의 위치정보가 중계유닛(20)을 매개로 제어유닛(C)에 제공됨에 따라 수중 데이터 및 모니터링유닛(10)의 위치를 좀 더 정확하게 감지할 수 있다.
사용자는 담염수 경계면의 위치 감지가 완료된 경우, 전자석 견인기를 관측정(1)에 투입하여 중계유닛(20) 및 모니터링유닛(10)을 순차적으로 회수하여 완료한다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 모니터링유닛
20 : 중계유닛
30 : 무선충전유닛
100 : 센서하우징
200 : 추적기 하우징
210 : 제1 중공체
220 : 제2 중공체
230 : 전후진커넥터
231 : 회전축
232 : 배터리
240 : 주름관
250 : 주름관리프트
260 : 부력챔버
270 : 가스탱크
280 : 배출밸브
300 : 통신하우징
310 : 통신모듈
320 : 금속체
400 : 중계센서하우징
500 : 중계기 본체
600 : 충전스테이션
700 : 충전패드

Claims (14)

  1. 지하수를 관측하기 위한 관측정에 투입되어 지하수의 상태를 탐색하는 모니터링 장치에 있어서,
    지하수의 수중에서 부력을 조절하여 승강하면서 상기 관측정 내부상태를 모니터링하여 모니터링된 데이터를 상기 관측정의 외부로 인가하는 모니터링유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모니터링유닛과 분리된 상태로 상기 관측정에 투입되어 상기 모니터링유닛과 초음파, 적외선(IR), 무선(RF) 및 레이저 중 하나 이상의 신호로 무선통신하면서 신호의 시간차이 또는 위상차의 변화를 감지하여 상기 모니터링유닛과의 거리를 측정하고, 측정된 거리데이터를 상기 모니터링유닛에서 인가된 데이터와 함께 상기 관측정의 외부로 중계하는 중계유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 관측정에 설치되어 상기 모니터링유닛에 무선으로 전원을 제공하면서 상기 모니터링유닛의 전기장치를 충전시키는 무선충전유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 모니터링유닛은,
    상기 관측정에 투입된 상태로 지하수의 염도, PH농도, 수온, 수압, 탁도, 용존산소, 방사능농도, 음파, 진동 및 영상 중 적어도 하나를 측정하는 감지센서;
    상기 감지센서가 내장되는 센서하우징;
    상기 센서하우징과 분리가능하게 결합되고, 기체가 채워지는 중공부가 형성되어 부력을 가지며, 상기 중공부의 크기를 가변시키거나 상기 중공부에 채워지는 기체의 양을 제어하여 부력을 조절하면서 상기 관측정을 따라 승강하는 추적기 하우징; 및
    상기 추적기 하우징에 분리가능하게 결합되어 상기 관측정의 외부와 통신하면서 외부의 제어신호를 통해 상기 추적기 하우징을 제어하는 통신모듈이 내장되며, 전자석 견인기에 의한 견인을 허용하는 금속체가 부착된 통신하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 추적기 하우징은,
    상기 센서하우징과 분리가능하게 결합되며, 일단부가 개구된 관체형으로 형성되어 내부에 중공부를 갖는 제1 중공체;
    상기 통신하우징과 분리가능하게 결합되고, 함체형으로 형성되어 내부에 중공부를 가지면서 상기 제1 중공체에 슬라이드 가능하게 결합되며, 상기 제1 중공체의 길이방향을 따라 전후진하면서 상기 제1 중공체의 중공부 크기를 가변시키는 제2 중공체; 및
    상기 제1 중공체와 상기 제2 중공체를 연결하면서 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 상기 제2 중공체를 전후진시키는 전후진커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전후진커넥터는,
    상기 제1 중공체에 회전가능하게 구비된 상태로 상기 제2 중공체에 나사결합되는 회전축; 및
    상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 작동하면서 상기 회전축을 정회전시키거나 역회전시키는 전후진모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 추적기 하우징은,
    상기 센서하우징과 일단부가 분리가능하게 결합되면서 상기 통신하우징과 타단부가 분리가능하게 결합되고, 내부에 중공부를 갖는 관체형으로 형성되면서 외주면에 복수의 주름이 형성되어 길이가 신축하는 주름관; 및
    상기 주름관에 내장된 상태로 길이가 신축가능하게 형성되어 양단부가 상기 주름관의 양단부에 결합되고, 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 작동하면서 상기 주름관의 길이를 가변시키는 주름관리프트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 추적기 하우징은,
    상기 센서하우징과 일단부가 분리가능하게 결합되면서 상기 통신하우징과 타단부가 분리가능하게 결합되고, 내부에 중공부를 갖는 탱크형태로 형성되면서 기체가 주입되는 주입구 및 기체가 배출되는 배출구를 갖는 부력챔버;
    상기 부력챔버의 주입구에 연결된 상태로 압축기체를 저장하고, 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 상기 부력챔버의 중공부로 기체를 공급하는 가스탱크; 및
    상기 부력챔버의 배출구에 개폐가능하게 구비되고, 상기 통신모듈을 통한 외부의 제어에 의해 상기 부력챔버의 중공부에서 기체를 배출시키는 배출밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 중계유닛은,
    지하수의 수중의 데이터를 감지하여 인가하는 감지센서가 내장되는 중계센서 하우징; 및
    상기 중계센서 하우징과 분리가능하게 결합되고, 기체가 채워지는 중공부가 형성되어 부력을 가지면서 지하수의 수면에 뜨며, 상기 모니터링유닛 및 상기 관측정의 외부와 통신하는 통신모듈이 내장되고, 전자석 견인기에 의한 견인을 허용하는 금속체가 부착된 중계기 본체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 중계기 본체는,
    상기 중공부의 양측이 돌출형성되어 수면을 지지하면서 중심을 유지시키는 중심유지날개부가 형성된 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 무선충전유닛은,
    상기 관측정의 내주면에 설치되면서 설정된 수심위치에 구비되고, 외부와 연결되어 전원을 공급받는 충전스테이션; 및
    상기 모니터링유닛에 설치되어 상기 모니터링유닛과 함께 상기 관측정을 따라 승강하고, 상기 충전스테이션과 대면하면서 전원을 무선으로 공급받아 상기 모니터링유닛의 전기장치를 충전시키는 충전패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 장치.
  12. 지하수를 관측하기 위한 관측정을 통해 지하수의 상태를 모니터링하는 방법으로서,
    지하수의 수중에서 부력을 조절하여 승강하면서 상기 관측정 내부상태를 모니터링하여 모니터링된 데이터를 상기 관측정의 외부로 인가하는 모니터링유닛을 상기 관측정에 투입하는 유닛투입단계; 및
    상기 모니터링유닛에서 인가되는 수중의 데이터를 기반으로 상기 모니터링유닛의 부력을 원격제어하면서 상기 모니터링유닛을 설정된 지점으로 이동시키는 유닛이동단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 방법.
  13. 청구항 13에 있어서,
    상기 유닛이동단계는,
    상기 모니터링유닛에서 인가되는 수중의 데이터를 상기 관측정의 외부에 설치된 제어유닛에서 수신하는 데이터 수신단계;
    상기 모니터링유닛에서 수신된 데이터를 설정된 수심에 부합하는 기저장된 데이터와 비교하는 데이터 비교단계; 및
    상기 제어유닛이 상기 데이터 비교단계에서 비교된 데이터를 기반으로 상기 모니터링유닛에 형성된 중공부의 크기를 가변시키거나 상기 중공부에 채워지는 기체의 양을 제어하여 부력을 조절하는 부력조절단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 유닛투입단계가 수행된 이후에 수행되며, 상기 모니터링유닛과 분리된 상태로 상기 모니터링유닛과 무선통신하면서 상기 모니터링유닛에서 인가된 데이터를 상기 관측정의 외부로 중계하는 중계유닛을 상기 관측정으로 투입하는 중계유닛 투입단계; 및
    상기 중계유닛이 상기 모니터링유닛과 초음파, 적외선(IR), 무선(RF) 및 레이저 중 복수의 신호로 무선통신하면서 신호간의 시간차이 또는 위상 변화를 감지하여 상기 모니터링유닛과의 거리를 측정하고, 측정된 거리데이터를 상기 모니터링유닛에서 인가된 데이터와 함께 상기 관측정의 외부로 인가하는 거리측정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부력제어형 지하수 다중 심도 모니터링 방법.
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