KR20210015992A

KR20210015992A - 배지의 수분 유출입량 산출방법

Info

Publication number: KR20210015992A
Application number: KR1020210012137A
Authority: KR
Inventors: 조진형
Original assignee: 아이오크롭스 주식회사
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2021-02-10
Also published as: KR102341345B1

Abstract

본 발명은 측정된 배지의 중량만으로 배지의 수분 유출입량을 산출할 수 있는 배지 함수량 측정 장치 및 배지의 수분 유출입량 산출 방법에 관한 것으로서, 식물이 식재되는 배지 중량의 변화율을 측정하여 도출된 측정변화율을 통해 배지의 수분 유출입량을 산출하는 방법에 있어서 배지에 양액이 공급되는 급액구간인 경우 측정변화율과 미리 설정된 제1기준변화율과 비교하여 배지의 수분 유출입량을 산출하는 급액구간 산출단계 및 배지에 양액 공급이 중단된 비급액구간인 경우 측정변화율과 미리 설정된 제2기준변화율과 비교하여 배지의 수분 유출입량을 산출하는 비급액구간 산출단계를 포함하는 배지의 수분 유출입량 산출방법을 제공한다.

Description

배지의 수분 유출입량 산출방법{Method for calculating moisture fluxes of plants growing medium}

본 발명은 배지의 수분 유출입량 산출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조비용이 절감되면서 조립성이 우수하고, 측정된 배지의 중량만으로 배지의 수분 유출입량을 산출할 수 있는 배지의 수분 유출입량 산출 방법에 관한 것이다.

양액 관수(灌水, Irrigation)는 토지를 이용하지 않고 배지에 식물을 식재(植栽) 또는 파종(播種)하여 다양한 방법으로 심은 뒤 식물 생육에 요구되는 필수원소들을 설정된 조성 비율에 따라 함유하고 있는 양액을 식물 생장을 위해 공급하는 식물 재배 방식을 의미한다. 양액 관수를 통한 식물의 재배는 토지에 식물을 심어 재배하는 방식과 달리 식물이 심어진 토양의 환경을 정밀하고 균일하게 조절할 수 있음에 따라 식물을 대량 생산에 적극적으로 이용되고 있다. 아울러, 양액 관수를 통한 식물의 재배 방식은 충분한 토지의 확보나 토지 오염으로 인해 식물 재배가 어려운 공간이더라도 양액 관수를 통한 식물의 재배영역의 구축이 가능함에 더욱 널리 이용되고 있는 실정이다.

양액 관수를 통한 식물의 재배는 배지 내 적절한 함수량에 의해 커다란 영향을 받는다. 일반적으로 배지 내 함수량이 높을 경우 작물은 영양생장을 하며 함수량이 낮을 경우 생식 생장을 하게 된다. 그러나 배지 내에 지나치게 높은 함수량은 작물의 뿌리에 좋지 않은 영향을 주며 또한 지나치게 낮은 함수량은 뿌리의 발육은 좋게 하나 강한 광조건 하에서 작물이 쉽게 시들어 해를 줄 수 있음으로 적절한 관리가 배우 중요하다.

이러한 배지 내 적절한 함수량을 적절하게 관리하기 위해 한국등록특허 10-1326596을 통해 배지의 함수량 측정장치가 고안되어 사용되게 되었다. 하지만 배지를 올려놓는 트레이의 가장자리에 측벽이 형성되어 배액이 고이게 되어 정확한 함수량 측정이 이루어지지 않으며, 측벽을 형성하기 위해서는 용접이라는 공정이 추가로 요구되며, 이와 더불어 배액을 모으는 구조 역시 용접 공정이 추가로 요구되는 문제점이 있다.

나아가 부속품들의 크기가 커서 온실 내 작업 반경에 지장을 주고, 무게를 측정할 샘플 배지의 높이가 기존 다른 배지들에 비해 높아서, 드리퍼의 수두(압력) 차이에 의해 급액량이 다를 수 있으며, 또한 체결되는 부속품의 종류가 많기 때문에 제작 공정상 큰 비용이 발생하게 되고 체결 부위 등에 잎사귀, 꽃잎 등 이물질의 침투로 부정확한 측정값이 나타날 수 있는 문제점이 있다.

또한, 배지를 안착시키는 상판 트레이의 경우, 집수를 위해 구조물 용접이 필요하며 코너 가장자리 또는 배지와 접해있는 부위에 물이 고여있게 되어 부정확한 측정값이 나타날뿐더러 녹조 등 이물질이 축적되거나 습한 환경으로 인해 병해충 피해의 시작점이 될 수 있는 문제점이 있다.

한편, 양액 관수를 통한 식물의 재배에 있어서, 하루 중의 배지 내 수분의 변화도 식물의 생육에 커다란 영향을 끼친다. 작물의 생육은 일일 중 함수량의 차이를 이용해서 을 조절할 수가 있다. 예를 들면 일일 함수율의 변화가 6∼8%, 생식생장을 유도 시 8~10%, 영양생장 유도 시 4~6% 등으로 유지된 상태에서 양액 관수를 통한 식물의 재배가 이루어지기도 한다. 그러나 이와 같이 배지 내 수분을 측정하고 적절한 변화를 주는 것은 간단한 일이 아니다.

이러한 배지 내 수분을 측정하고 적절한 변화를 주기 위해 한국등록특허 10-1843883을 통해 양액재배 관리장치가 고안되어 상용되게 되었으며, 이러한 양액재배 관리장치를 통해 시간별 변화에 따른 일정한 패턴을 보이는 슬라브 무게, 양액 공급량, 배액량을 기초로 양액 관리에 이상 발생시 양액을 자동 관리할 수 있게 되었다. 하지만 슬라브 무게, 급액량, 배액량 등을 측정하기 위하여 센서 등이 포함된 급액감지부, 배액감지부, 무게감지부가 별도로 구비되어있어 제작 비용이 증가하며, 잦은 고장 발생으로 측정값이 부정확하고 유지보수가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

한국등록특허 10-1843883

본 발명은 일 실시예를 통하여, 단순한 구조로 유지보수가 용이하고 정확하게 측정값을 얻을 수 있고, 저렴하게 제작할 수 있는 배지 함수량 측정 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 일 실시예를 통하여, 도의 센서 설치 없이 배지의 수분 유출입량을 산출할 수 있는 배지의 수분 유출입량 산출 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 배지가 안착하는 안착면; 및 상기 안착면보다 높이가 낮은 바닥면을 포함하며 상기 배지로부터 배출되어 낙하하는 양액을 일방향으로 가이드하는 가이드부;를 포함하는 배지프레임; 상기 배지프레임에 이동 가능하게 구비되며, 상기 가이드부로부터 가이드되는 양액을 수집하여 배출하는 양액배출부; 및 상기 배지의 중량을 측정하는 배지중량측정부;를 포함하는 배지함수량 측정장치를 제공한다.

상기 양액배출부는 상기 가이드부에 결합하도록 결합슬릿이 형성된 결합플레이트가 구비되며, 상기 가이드부는 상기 결합슬릿을 통과한 복수의 체결부제가 체결되는 복수의 결합홀이 구비될 수 있다.

성기 양액배출부는 하부플레이트; 상기 하부플레이트 일측이 절곡되어 형성되는 한 쌍의 가이드플레이트; 및 상기 한 쌍의 가이드플레이트의 일측이 각각 절곡되어 상기 가이드부에 결합하도록 형성될 수 있다.

상기 양액배출부는 상기 한 쌍의 가이드플레이트가 상호 이격되어 양액이 배출되는 공간이 형성될 수 있다.

상기 배지중량측정부는 상기 배지프레임이 안착할 수 있도록 상방으로 돌출되는 상부지지부가 구비되는 상부패널; 상기 상부패널과 결합하는 상부 돌출부가 일측 단부에 구비되고, 상기 일측 단부와 반대편에 위치한 타측 단부에 하부 돌출부가 구비되는 로드셀(load cell); 및 상기 하부 돌출부와 결합하며 하방으로 돌출되는 하부지지가 구비될 수 있다.

상기 상부지지부는 상기 배지프레임의 길이방향을 따라 이격되어 복수 개를 이루어, 상기 배지프레임이 중량 쏠림에 의해 상기 상부지지부의 일부를 중심으로 소정의 각도만큼 회전이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명은 식물이 식재되는 배지 중량의 변화율을 측정하여 도출된 측정변화율을 통해 배지의 수분 유출입량을 산출하는 방법에 있어서, 상기 배지에 양액이 공급되는 급액구간인 경우, 상기 측정변화율과 미리 설정된 제1기준변화율과 비교하여 상기 배지의 수분 유출입량을 산출하는 급액구간 산출단계; 및 상기 배지에 양액 공급이 중단된 비급액구간인 경우, 상기 측정변화율과 미리 설정된 제2기준변화율과 비교하여 상기 배지의 수분 유출입량을 산출하는 비급액구간 산출단계;를 포함하는 배지의 수분 유출입량 산출 방법을 제공함으로써 상술한 과제를 해결한다.

상기 급액구간 산출단계는 상기 측정변화율이 상기 제1기준변화율과 유사하면, 양액이 상기 배지로 공급되나 상기 배지로부터 배출되지 않는 구간으로 판단하여 증산량 및 급액량을 산출할 수 있다.

상기 급액구간 산출단계는 상기 측정변화율이 상기 제1기준변화율과 유사하지 않으면, 양액이 상기 배지로 공급되면서 상기 배지로부터 배출되는 구간으로 판단하여 증산량, 급액량 및 배액량을 산출할 수 있다.

상기 제1기준변화율은 미리 설정한 기간 동안 양액 공급이 없는 상태를 유지한 후 최초로 양액 공급이 개시된 후 배액이 수행되지 않는 소정의 기간 동안 산출할 수 있다.

비급액구간 산출단계는 상기 측정변화율이 상기 제2기준변화율과 유사하면, 상기 배지로부터 양액이 배출되는 구간으로 판단하여 증산량 및 배액량을 산출할 수 있다.

비급액구간 산출단계는 상기 측정변화율이 상기 제2기준변화율과 유사하지 않으면, 상기 배지로부터 양액이 배출되지 않는 구간으로 판단하여 증산량을 산출할 수 있다.

상기 비급액구간 산출단계는 상기 급액구간 산출단계 이전에 수행되는 제1비급액구간 산출단계 및 상기 급액구간 산출단계 이후에 수행되는 제2비급액구간 산출단계을 포함하며, 상기 제2비급액구간 산출단계의 제2기준변화율은 상기 제1비급액구간 산출단계의 종료시점 이전 소정의 기간 동안 급액 및 배액이 중단된 상태에서 산출할 수 있다.

상기 비급액구간 산출단계와 상기 급액구간 산출단계는 번갈아 수행되며, 상기 제2기준변화율은 상기 비급액구간 산출단계마다 산출할 수 있다.

상기 제2비급액구간 산출단계의 제2기준변화율은 상기 제1비급액구간 산출단계 이후에 수행되는 상기 급액구간 산출단계에서 증산량 산출을 위해 사용될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 실시예에 따른 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배지 함수량 측정 장치을 단순한 구조로 제작가능함에 따라 유지보수가 용이하고, 정확하게 측정값을 얻을 수 있고, 저렴하게 제작할 수 있는 효과를 제공한다.

둘째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 별도의 센서 설치 없이 배지의 수분 유출입량을 산출할 수 있는 효과를 제공한다.

세째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 식물의 증산량을 잎의 온도를 측정해서 증산 모델 경험식에 대입하여 간접적으로 유추하는 방법이 아닌 배지 기반 작물에서 정량적으로 측정할 수 있는 효과를 제공한다.

네째, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 식물체 내 정량적인 수분 이동 모니터링을 통해 정밀한 관수 전략을 수립하고 최적의 재배 조건을 통해 생산량을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배지 함수량 측정장치를 나타내는 사시도이다다.
도 2는 도 1에서 도시된 배지 함수량 측정장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에서 도시된 양액배출부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 4는 도 1에서 도시된 양액배출부의 가공을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에서 도시된 배지중량측정부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 1에서 도시된 배지중량측정부와 배지프레임 간의 결합관계를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1에서 도시된 배지중량측정부에서 측정된 배지의 수분 유출입량의 시간별 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 7에서 P로 표시된 부분의 확대도이다.

이하에서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배지 함수량 측정장치(1)를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에서 도시된 배지 함수량 측정장치(1)를 나타내는 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배지 함수량 측정장치(1)는, 배지프레임(100), 양액배출부(300) 및 배지중량측정부(500)를 포함한다.

배지프레임(100)은 배지가 안착하도록 형성된 프레임바디(110) 및 프레임바디(110)의 적어도 일측에 구비되어 배지로부터 배출되는 양액을 일방향으로 가이드하는 가이드부(130)를 포함한다.

프레임바디(110)는 상면에 배지가 안착할 수 있도록 안착면으로 이루어지며, 편평한 플레이트 형상으로 형성된다.

가이드부(130)는 안착면에 안착한 배지로부터 배출되는 양액이 낙하하여 일시적으로 수용될 수 있도록 공간이 형성된 긴 유로를 이룬다. 가이드부(130)는 프레임바디(110)의 하측에 구비된다. 구체적으로 가이드부(130)는 안착면보다 낮은 높이의 바닥면(131), 바닥면(131)의 일단부로부터 상방으로 연장 형성되며 프레임바디(110)에 결합하는 내측벽(133), 바닥면(131)의 타단부로부터 상방으로 연장 형성되는 외측벽(135)을 포함한다.

외측벽(135)은 후술하는 양액배출부(300)가 이동 가능하게 결합하도록 결합홀(137)이 복수개 구비된다.

한편 배지프레임(100)은 프레임바디(110) 및 가이드부(130)가 일체로 형성될 수 있다. 구체적으로 배지프레임(100)을 이루는 하나의 플레이트의 가장자리를 절곡하여 상술한 가이드부(130)의 내측벽(133), 바닥면(131) 및 외측벽(135)이 형성될 수 있다. 이 경우 가이드부(130)를 프레임바디(110)에 용접 등을 통해 결합시킬 필요가 없고 공정이 간단하여 비용이 절감된다.

이러한 배지프레임(100)은 안착면을 둘러싸는 측벽이 없으므로 배지로부터 배출된 양액이 일측에 고이지 않으며, 곧장 가이드부(130)로 낙하한다. 배지프레임(100)이 후술하게 될 배지중량측정부(500)에 의해 일방향으로 하향 경사지게 안착되므로 낙하한 양액은 가이드부(130)를 통해 일방향으로 가이드된다.

이하 양액배출부(300)에 대해 도 3 및 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 도 1에서 도시된 양액배출부(300)를 나타내는 부분 사시도이며, 도 4는 도 1에서 도시된 양액배출부(300)의 가공을 설명하는 도면이다.

도 3 및 4를 참조하면, 양액배출부(300)는 배지프레임(100)에 이동 가능하게 구비되며, 가이드부(130)로부터 가이드되는 양액을 수집하여 배출하는 기능을 수행한다.

양액배출부(300)는 일측에 결합슬릿(351)이 형성되며, 결합슬릿(351)과 결합홀(137)을 통과하는 볼트 등의 체결부재를 통해 가이드부(130)에 이동 가능하게 결합한다. 이 경우 결합슬릿(351)은 양액배출부(300)의 이동방향을 따라 길게 연장 형성되며, 결합홀(137) 간의 이격거리는 결합슬릿(351)의 길이보다 짧다.

이러한 양액배출부(300)는 내부에 양액을 일시적으로 수용하는 수용공간(371)이 형성되며, 바닥을 형성하는 하부플레이트(310), 하부플레이트(310)의 선단으로부터 상방으로 연장 형성되는 가이드플레이트(330) 및 가이드플레이트(330)가 측단부로부터 하부플레이트(310) 후단을 향하여 연장 형성되는 결합플레이트(350)를 포함한다.

하부플레이트(310)는 배지프레임(100)의 하부에 배치되되 배지프레임(100)으로부터 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 배치된다. 이에 따라 가이드부(130)로부터 가이드된 양액이 낙하하여 양액배출부(300)에 수집된 이후 하부플레이트(310)를 따라 하부플레이트(310)의 낮은 일측으로 이동하여 배출된다.

가이드플레이트(330)는 하부플레이트(310)을 따라 이동한 양액이 배출되도록 일측에 배출을 위한 배출공간이 형성된다. 또한 가이드플레이트(330)는 배출공간을 중심으로 소정의 각도를 형성한다. 따라서 가이드플레이트(330)는 수용공간(371)에 양액이 고이는 것을 방지할 수 있다.

한편, 가이드플레이트(330)는 서로 이격되어 한 쌍을 이룰 수 있다. 이 경우 배출공간은 한 쌍의 가이드플레이트(330) 사이에 형성된 공간이다.

결합플레이트(350)는 가이드플레이트(330)의 타단 즉 배출공간으로 가장 멀지 이격된 부분에 구비된다. 결합플레이트(350)는 한 쌍으로 구비되며, 상술한 가이드부(130)의 외측벽(135)과 이동 가능하게 결합하기 위해 길게 연장된 결합슬릿(351)이 구비된다. 결합홀(137)과의 결합구조는 상술한 바와 같으며 결합플레이트(350)와 가이드부(130)의 외측벽(135)은 면 접촉 할 수 있다.

한편 양액배출부(300)의 하부플레이트(310), 가이드플레이트(330) 및 결합플레이트(350)는 일체로 형성될 수 있다. 일 예로 하부플레이트(310)를 이루는 하나의 플레이트를 소정의 형상으로 레이저 컷팅하여 선단을 상방으로 절곡하여 가이드플레이트(330)를 형성하고, 가이드플레이트(330)의 일측을 절곡하여 결합플레이트(350)를 형성할 수 있다. 이 경우 용접 등이 필요 없어 공정이 간단하여 비용이 절감된다.

이하 배지중량측정부(500)에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 도 1에서 도시된 배지중량측정부(500)를 나타내는 사시도이며, 도 6은 도 1에서 도시된 배지중량측정부(500)와 배지프레임(100) 간의 결합관계를 설명하는 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 배지중량측정부(500)는 상부패널(510), 로드셀(530, load cell), 하부패널(550)을 포함한다.

상부패널(510)은 배지프레임(100)이 안착할 수 있도록 형성된다. 구체적으로 상부패널(510)은 플레이트 형상으로 형성되되 강도을 확보하기 위해 가장자리가 하방으로 절곡되어 상부플렌지(513)를 형성한다.

상부패널(510)에는 하중을 지지하는 상부지지부(511)가 복수개 구비된다. 상부지지부(511)는 높낮이가 조절되어 지지되는 물체가 경사를 이룰 수 있다. 상술한 배지프레임(100) 역시 상부지지부(511)에 안착되며 상부지지부(511)에 의해 경사지게 배치된다.

로드셀(530)은 힘(Force)이나 하중(Load)과 같은 물리량을 측정할 수 있는 센서(감지기)로서, 힘이 가해지면 그 힘만큼 전기 신호가 발생하게 되며, 표시기, 마이크로컨트롤러, 컴퓨터 장치 등으로 전기신호를 재해석하면 kg, g 등의 단위로 무게를 표시할 수 있다. 상세한 원리는 공지기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

로드셀(530)은 상부측에 상방으로 돌출된 상부돌출부(531)가 양단부의 상면에 각각 구비되며, 하부측에 하방으로 돌출된 하부돌출부(533)가 양단부의 하면에 각각 구비된다.

상부돌출부(531) 중 어느 하나에 상부결합편(561)이 구비되며, 상부돌출부(531)가 구비된 일단부와 반대편에 위치한 타단부에 하부돌출부(533)에 하부결합편(562)이 구비된다.

상부결합편(561)은 상부패널(510)과 로드셀(530) 사이에 배치되어 볼트(BT) 등과 같은 체결부재를 통해 양자를 결합시키며. 하부결합편(562)은 로드셀(530)과 하부패널(550) 사이에 배치되어 볼트(BT) 등과 같은 체결부재를 통해 양자를 결합시킨다.

하부패널(550)은 로드셀(530)이 안착되도록 형성된다. 구체적으로, 하부패널(550)은 플레이트 형상으로 형성되되 강도을 확보하기 위해 가장자리가 상방으로 절곡되어 하부플렌지(553)를 형성한다.

하부패널(550)의 하면에는 하부플렌지(553)를 지지하는 하부지지부(551)가 복수개 구비된다. 하부지지부(551)는 높낮이가 조절되며 배지중량측정부(500)가 수평이 되도록 각각의 높낮이가 조절될 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 배지프레임(100)과 같은 물체가 올려지는 플레이트(PL)이 상부지지부(511)에 안착되어 물체의 중량이 측정될 때, 물체가 플레이트(PL)의 일측으로 이동하여 일측에 화살표과 같이 하중이 가해지는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우 물체가 이동하는 일측에 위치한 상부지지부(511)에 회전력과 같은 모멘트가 가해져 결국 상부결합편(561)이 결합된 부분 또는 로드셀(530)의 최대 허용 하중 범위를 넘어서 로드셀(530)을 영구 손상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배지 함수량 측정장치(1)는 이러한 문제점을 해결하고자 상부지지부(511)가 배지프레임(100)의 하중을 지지하는데 그치며 배지프레임(100)과 결합하지 않는다. 따라서 하중의 쏠림 현상이 발생하면 배지프레임(100)이 상부지지부(511)를 중심으로 회전하는 경우라 발생할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 배지의 수분 유출입량 산출방법에 대해 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7은 도 1에서 도시된 배지중량측정부(500)에서 측정된 배지의 수분 유출입량의 시간별 변화를 나타낸 그래프이며, 도 8은 도 7에서 P로 표시된 부분의 확대도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배지의 수분 유출입량 산출방법은 식물이 식재되는 배지 중량의 변화율 측정에 의해 도출된 측정변화율을 통해 배지의 수분 유출입량을 산출하며, 배지 중량값 이외의 값을 측정하기 위한 센서 등을 사용하지 않는다.

일반적으로 토마토, 파프리카, 오이 등과 같이 배지 기반 양액 재배를 하는 작물에서는 관수 전략에 따라 작물의 생장이 크게 달라지게 된다. 양액을 조금씩 자주 주는 관수 방법과 한번에 많이 씩 긴 시간 간격으로 주는 관수 방법에 따라 작물의 생육이 크게 영향을 받기 때문에 양액 공급량과 배액량 그리고 식물의 증산량을 정량화하여 모니터링 함으로써 관수 전략을 수립할 수 있다.

배지의 무게를 측정하면 배지 함수량뿐만 아니라 작물이 수분을 흡수(증산)하는 패턴을 정량적으로 파악할 수 있다. 여기서 배지 함수량이란 배지 속에 있는 수분의 양을 나타내는 지표이다. 배지 부피에 대한 수분의 부피의 비율인 용적 기준 함수율이 사용되기도 한다.

이러한 배지 무게 측정을 통해 계산하는 작물의 증산량 값을 이용하여 양액기에 입력하는 1회 급액량, 급액 간격, 관수 시작, 종료 시간 등을 설정하는 데에 도움을 받을 수 있으며, 이를 반영하여 계절과 작물의 생육 상태에 따라 적절한 관수 방법을 제시할 수 있다.

종래의 함수량 측정기들은 재배 공간 내 차지하는 부피가 커서 작업 반경과 정확한 측정에 영향을 주며 부속품과 체결부위가 많아 제작 비용이 크게 발생하였다. 또한, 종래의 함수량 측정기에 사용되는 상판 트레이의 경우 물이 고여있게 되어 측정이 부정확하며 이물질 축적이나 병해충의 원인이 될 수 있었다. 나아가 급액량, 배액량, 증산량 등을 측정하기 위해서는 별도 센서 설치가 필요하여 제작 비용 및 유지보수 항목이 증가하며, 녹조 발생 및 비료 결정화 등으로 인해 부정확한 측정이 이루어지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명의 일 실시예에 따른 배지의 수분 유출입량 산출방법은 상술한 배지 함수량 측정장치(1)를 사용하며, 배지의 중량 및 그 변화량(순간 기울기)을 측정하여 배지의 수분 유출입량을 산출한다. 배지의 수분 유출입량은 급액량, 배액량 및 증산량이다. 배지의 수분 유출입량 산출은 로드셀(530)의 입출력 단자로부터 신호를 입력 받는 제어부(700)에서 수행된다.

배지 함수량 측정장치(1)에서 배지는 증산량 측정을 정확히 산출하기 위해 비닐 등과 같이 배지로부터 공기 중으로 수분이 증발되는 것을 방지하는 부재로 둘러싸인다.

도 7을 참조하면, 그래프상 왼쪽 y축은 배지의 중략(kg)을 나타내고, 오른쪽 y축은 작물의 증산(stomatal transpiration)량(kg)을 나타내며, x축은 하루 24시간의 흐름을 나타낸다. 낸다. x축의 좌측단 및 우측단은 자정을 나타낸다.

작물의 증산은 하루 24시간 내내 발생(수행)되며, 도 7에서와 같이 증산 누적량선(TR)은 자정에서 다음날 자정까지 오른쪽을 향하여 상방으로 경사진다. 작물의 증산은 낮 시간에 활발하게 수행되며 밤 시간에 더디게 수행되며, 도 7의 그래프상에서도 밤 시간의 기울기가 낮 시간의 기울기보다 작다.

배지에 양액을 공급하는 급액은 밤 시간 동안 수행되지 않으며, 낮 시간 중 일정한 시간 동안 소정의 간격으로 복수 번 이루어진다. 급액이 이루어져 양액이 배지의 최대 함수량을 초과하면 양액이 배지로부터 배출되는 배액이 수행된다.

도 7에서 도시한 바와 같이, 배지 중량을 나타내는 배지중량선(WE)은 자정으로부터 아침에 가까울수록 점차 감소하며, 아침 이후 급액이 수행되면 상방으로 점프한다. 이 경우 급액량은 밤 시간 동안 수분이 말라있던 배지가 전부 흡수하여 배출하지 않을 정도로 조절될 수 있다.

이 때 배지중량선(WE)은 후술하게 될 제1기준변화율(SUref)로 사용된다. 제1기준변화율(SUref)은 급액이 수행되나 배지로부터 배액이 수행되지 않는 배지의 중량변화율을 의미한다.

한편 상술한 배지중량선(WE)이 점프할 때의 급액량은 제1기준변화율(SUref)을 이용하여 산출될 수 있다.

이후 급액이 여러 차례 소정의 시간 간격으로 수행되며. 이에 따라 배지중량선(WE)은 톱니파형을 나타낸다. 저녁시간이 되면, 급액은 중단되며, 배지중량선(WE)은 우측방향으로 하향 경사지게 형성된다.

밤 시간의 배지의 수분 유출입량은 증산량에 해당한다. 이러한 증산량은 측정된 배지중량선의 기울기를 이용하여 산출될 수 있다. 배지중량선의 기울기는 각 지점에서 순간 기울기로 표현될 수 있다. 또한 순간 기울기는 선형회귀를 통해 작은 구간에서의 평균 기울기로도 표현될 수 있다. 제어부(700)는 일 예로 로드셀(530)의 입출력 단자로부터 신호를 입력 받아 밤 시간의 증산량의 평균 기울기를 산출한 후 해당 시간을 이용하여 밤 시간의 증산량을 산출할 수 있다. 여기서 평균 기울기의 구간은 임의로 설정될 수 있으며, 특정 구간으로 제한되는 것은 아니다.

낮 시간의 배지의 수분 유출입량은 급액량, 배액량 및 증산량을 포함한다. 낮 시간중 급액구간(S10)과 배액구간(S30)을 제외하고 나머지 구간에서 배지의 수분 유출입량은 증산량만 존재하므로 밤 시간에서 배지의 수분 유출입량을 구하는 방식으로 산출가능하다.

낮 시간 중 급액구간(S10)과 배액구간(S30)은 도 7의 톱니파형 부분에 해당하며, 이 구간에서 배지의 수분 유출입량을 산출하는 방법은 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8을 참조하면, 제1시점(ta)부터 급액이 개시되며, 제2시점(tb)부터 급액 중 배액이 수행되며, 제3시점(tc)부터 급액이 중단되고 배액만이 수행되며, 제4시점(td)부터 급액 및 배액 모두 수행되지 않는다. 제1시점(ta) 이전 구간은 급액 및 배액 모두 수행되지 않는 구간이다.

이 경우 양액이 공급되는 배액구간(S30)과 양액이 배출되는 배액구간(S30)은 서로 중첩됨에 따라 중첩구간(OL)이 형성되며, 작물의 증산이 수행되는 증산구간(S50)은 상술한 바와 같이 전 구간이다.

이하 도 8의 그래프에 의해 형성되는 영역을 A 내지 D영역 그리고 A’영역으로 구별하여 배지의 수분 유출입량 산출방법에 대해 순차적으로 설명한다.

A영역 및 A’영역은 증산만이 이루어지는 구간이다. B영역은 급액 및 증산이 수행되는 영역이다. C영역은 급액, 배액 및 증산이 이루어지는 영역이다. D영역은 배액 및 증산이 이루어지는 영역이다.

배지중량선(WE)은 예를 들면 태양의 고도가 높아져 작물의 증산작용이 활발할 수록 A영역보다 A’영역에서의 기울기가 높다. 이후 예를 들면 태양의 고도가 낮아져 작물의 증산작용이 둔화될수록 배지중량선(WE)은 A영역보다 A’영역에서의 기울기가 낮다.

이 경우 A영역 중 B영역 직전에 소정의 시간 동안 산출된 기울기를 제2기준변화율(TR1)로 설정한다. 제2기준변화율(TR1)은 B영역, C영역 및 D영역에서 동일하게 나타나는 것으로 가정한다. 이에 따라 B영역, C영역, D영역의 증산량은 제2기준변화율(TR1)을 사용하여 산출 가능하다.

나아가 제1기준변화율(SUref) 역시 B영역 및 C영역에서 동일한 것으로 가정한다. 이에 따라 B영역 및 C영역에서 급액량은 제1기준변화율(SUref)을 통하여 산출 가능하다.

B영역에서는 급액 및 증산이 수행되며, 배지중량선(WE)과 제1기준변화율(SUref)와 비교하는 단계가 수행된다. 배지중량선(WE)의 기울기가 제1기준변화율(SUref)과 유사하지 않는다고 판단되면 C영역이 개시되는 것으로 판단된다. 유사여부 판단은 일 예로 제1기준변화율(SUref) 값으로부터 이탈되는 이탈비율로 판단하며, 이탈비율이 작게 설정될수록 정확도가 상승한다. 예를 들면, 제1기준변화율(SUref)의 크기가 10이고 배지중량선(WE)의 기울기 크기가 11로서 제1기준변화율(SUref)의 크기와 배지중량선(WE)의 기울기의 크기의 차이 값이 1이라면, 이탈비율은 10%로 판단될 수 있다.

B영역에서의 배지의 수분 유출입량은 일 예로 배지중량선(WE)을 통해 배지무게 증가분을 산출하고 제2기준변화율(TR1)을 통해 증산량을 산출한 후 배지무게 증가분에 증산량을 더한 값을 급액량을 산출 가능하다. 다른 예로 B영역에서의 배지의 수분 유출입량은 제1기준변화율(SUref)을 통해 급액량을 산출하고 제2기준변화율(TR1)을 통해 증산량을 산출할 수 있다.

C영역에서는 급액, 배액 및 증산이 수행되며, 배지중량선(WE)과 제1기준변화율(SUref)와 비교하는 단계가 수행되지 않고, 배지중량선(WE)의 기울기가 음수로 변화하는지 여부를 판단하는 단계가 수행된다. 배지중량선(WE)의 기울기가 음수로 변화하면, D영역이 개시되는 것으로 판단된다.

C영역에서의 배지의 수분 유출입량은 제1기준변화율(SUref)을 통해 급액량을 산출하고, 배지중량선(WE)을 통해 배지무게 증가량을 산출하고, 제2기준변화율(TR1)을 통해 증산량을 산출한 후, 배지무게 증가량, 급액량 및 증산량을 합하여 배액량을 산출한다.

D영역에서는 배액 및 증산이 수행되며, 배지중량선(WE)과 제2기준변화율(TR1)과 비교하는 단계가 수행된다. 배지중량선(WE)이 제2기준변화율(TR1)과 유사하지 않으면, A’영역이 개시되는 것으로 판단된다. 유사여부 판단은 B영역에서 수행한 유사여부 판단과 동일한 방법으로 수행된다.

D영역에서의 배지의 수분 유출입량은 제2기준변화율(TR1)을 통해 증산량을 산출하고, 배지중량선(WE)을 통해 배지무게 감소량을 산출한 후, 배지무게 감소량으로부터 증산량을 뺀 값을 배액량으로 산출한다.

A’영역에서는 상술한 바와 같이 작물의 증산만이 수행된다. 따라서 증산량은 배지무게 감소량과 동일하다. 이 경우 예를 들면 A’영역 이후 B영역과 유사한 패턴의 B’영역이 개시되는 경우 B’영역 개시 직전에 소정의 시간 동안 산출된 기울기를 다른 제2기준변화율(TR2)로 설정한다. 다른 제2기준변화율(TR2)은 B영역, C영역, D영역과 각각 유사한 패턴의 B’영역, ‘C영역, D’영역이 개시되는 경우 동일 값을 가지는 것으로 가정할 수 있다.

상술한 방법에 의하면 배지의 무게 변화량을 나타내는 배지중량선(WE)을 이용하여 배지의 수분 유출입량을 산출할 수 있으며, 종래기술과 달리 급액량 및 배액량을 감지하는 센서는 사용되지 않는다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100: 배지프레임
110: 프레임바디
130: 가이드부
300: 양액배출부
310: 하부플레이트
330: 가이드플레이트
350: 결합플레이트
500: 배지중량측정부
510: 상부패널
530: 로드셀
550: 하부패널

Claims

식물이 식재되는 배지 중량의 변화율을 측정하여 도출된 측정변화율을 통해 배지의 수분 유출입량을 산출하는 방법에 있어서,
상기 배지에 양액이 공급되는 급액구간인 경우, 상기 측정변화율과 미리 설정된 제1기준변화율과 비교하여 상기 배지의 수분 유출입량을 산출하는 급액구간 산출단계; 및
상기 배지에 양액 공급이 중단된 비급액구간인 경우, 상기 측정변화율과 미리 설정된 제2기준변화율과 비교하여 상기 배지의 수분 유출입량을 산출하는 비급액구간 산출단계;를 포함하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제1항에 있어서,
상기 급액구간 산출단계는
상기 측정변화율이 상기 제1기준변화율과 유사하면, 양액이 상기 배지로 공급되나 상기 배지로부터 배출되지 않는 구간으로 판단하여 증산량 및 급액량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제1항에 있어서,
상기 급액구간 산출단계는
상기 측정변화율이 상기 제1기준변화율과 유사하지 않으면, 양액이 상기 배지로 공급되면서 상기 배지로부터 배출되는 구간으로 판단하여 증산량, 급액량 및 배액량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제1항에 있어서,
상기 제1기준변화율은
미리 설정한 기간 동안 양액 공급이 없는 상태를 유지한 후 최초로 양액 공급이 개시된 후 배액이 수행되지 않는 소정의 기간 동안 산출된 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제1항에 있어서,
비급액구간 산출단계는
상기 측정변화율이 상기 제2기준변화율과 유사하면, 상기 배지로부터 양액이 배출되는 구간으로 판단하여 증산량 및 배액량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제1항에 있어서,
비급액구간 산출단계는
상기 측정변화율이 상기 제2기준변화율과 유사하지 않으면, 상기 배지로부터 양액이 배출되지 않는 구간으로 판단하여 증산량을 산출하는 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제1항에 있어서,
상기 비급액구간 산출단계는 상기 급액구간 산출단계 이전에 수행되는 제1비급액구간 산출단계 및 상기 급액구간 산출단계 이후에 수행되는 제2비급액구간 산출단계을 포함하며,
상기 제2비급액구간 산출단계의 제2기준변화율은 상기 제1비급액구간 산출단계의 종료시점 이전 소정의 기간 동안 급액 및 배액이 중단된 상태에서 산출된 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제7항에 있어서,
상기 비급액구간 산출단계와 상기 급액구간 산출단계는 번갈아 수행되며,
상기 제2기준변화율은 상기 비급액구간 산출단계마다 산출되는 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.
제7항에 있어서,
상기 제2비급액구간 산출단계의 제2기준변화율은
상기 제1비급액구간 산출단계 이후에 수행되는 상기 급액구간 산출단계에서 증산량 산출을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 배지의 수분 유출입량 산출방법.