WO2015072592A1 - 토양의 함수량 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양의 함수량 측정장치에 관한 것으로서, 함수량 측정장치에 함수량을 측정할 수 있는 프로그램이 탑재되어, 보일-샤를의 법칙에 의한 토양의 함수량 계산을 별도로 할 필요가 없으므로, 정확한 함수량의 측정이 가능하며, 함수량의 측정이 매우 용이하도록 하고, 위치를 측정하여, 특정위치에서의 토양의 성질을 파악하며, 데이터 전송을 위한 연결부가 마련되어 즉시 데이터를 송수신할 수 있다.

Description

토양의 함수량 측정장치

본 발명은 토양의 함수량 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 함수량 측정대상 토양시료와 칼슘카바이드가 장입되는 챔버가 구비된 토양의 함수량 측정장치에 있어서, 상기 함수량 측정장치는, 디지털 디스플레이 수단; 함수량 측정대상 토양시료로부터 발생되는 수분으로부터 발생되는 압력을 측정하는 압력측정수단; 챔버 외부의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 구비하는 온도측정수단; 상기 함수량 측정대상 토양의 위치를 검출하는 GPS 장치; 상기 압력측정수단, 온도측정수단, GPS 장치를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되며, 상기 함수량은 압력측정수단으로부터 측정된 압력으로부터 환산되며, 압력으로부터 함수량을 환산하는 프로그램이 상기 제어부에 탑재되는 것을 특징으로 하는 토양의 함수량 측정장치를 제공한다.

토목공사 현장 또는 대단위 건축공사 현장에서는 지반의 특성을 파악하여 토양의 지지력 보강 또는 기초공사를 위한 여러 가지 조치를 하게 되는데, 그러한 중요 특성중의 하나로서 작업 현장에서 실시간으로 토양속의 수분 함량을 짧은 시간 내에 정확히 측정하는 일이 매우 중요하다

종래에 영국특허 GB939678(A)에서 나타낸 바와 같이 알루미늄 합금 재료로 이루어진 측정용 챔버속에 약 20g 내외의 시료와 10g 내외의 분말상태의 칼슘카바이드(일명 카바이트)를 넣은 다음 시료와 칼슘카바이드가 잘 섞이도록 직경 30mm 의 철재 볼 2개를 추가로 넣어 준 다음 완전히 밀폐한 후에 용기속의 내용물이 잘 섞이도록 용기를 힘차게 흔들어 주면 시료속의 수분과 칼슘카바이드가 반응하여 아세틸렌 가스가 발생하게 되는데, 이때 발생한 가스의 압력을 측정하여 보일-샤를의 법칙에 의한 공식에 따라 계산하면 시료속의 수분의 량을 5분 이내에 빠르고 간단하게 측정할 수 있었다.

그러나, 종래의 함수량 측정장치는 함수량 측정 작업 중 발생한 아세틸렌 가스의 압력을 기계적 압력계로 측정하는 경우에 수치의 변동 또는 시료인 토양 등이 압력계에 오염되어 고장을 일으키는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 함수량 측정장치는 내부의 압력이 부로든 관에 가해지면 부로든 관이 변형되고, 부로든 관의 변형에 따라 부로든 관의 끝에 부착된 바늘이 회전하여 소정의 압력을 지시하도록 되어 있는데, 이때 부로든 관의 변형이 항상 일정하지 못하거나 재질의 경시 변화에 의해 표시값이 부정확해지는 일이 발생하며, 시료인 토양 또는 토양에 포함되었던 불순물이 부로든 관에 유입되어 부로든 관의 변형에 영향을 주어 역시 측정값의 오차를 초래하는 일이 많았다. 이는 아날로그 방식의 함수량 측정장치에 의해 빈발하는 문제로서, 아날로그 방식을 이용하는 경우 피할 수 없는 문제점으로 여겨지고 있다.

또한, 측정된 압력을 보일-샤르 법칙에 의한 공식에 따라 시료인 토양중의 수분의 함량을 계산하는데도 복잡한 수치 대입에 의한 계산이 필요하여 계산에 불편함이 있었고, 계산 결과에 오류가 발생될 가능성이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 함수량을 측정할 수 있는 프로그램이 탑재되어, 보일-샤를의 법칙에 의한 토양의 함수량 계산을 별도로 할 필요가 없으므로, 정확한 함수량의 측정이 가능하며, 함수량의 측정이 매우 용이하도록 하는 토양의 함수량 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 토양의 함수량 측정시 GPS 장치에 의하여 해당 토양의 위도 및 경도 데이터를 수득하도록 함으로써, 토양의 함수량과 지역적 특성을 함께 고려할 수 있도록 하는 토양의 함수량 측정장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 측정된 데이터들을 별도로 저장하고, 이를 외부 저장장치와 연결가능한 포트를 통해 외부로 전송하도록 함으로써, 데이터의 보존 및 취급이 용이하도록 하는 토양의 함수량 측정장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 토목공사 또는 대단위 건축공사 현장에서 지반의 특성을 파악하여 토양의 지지력 보강 또는 기초공사 설계를 위한 중요 특성중의 하나인 토양 중의 수분함량을 작업 현장에서 실시간으로 짧은 시간 내에 정확히 측정할 수 있도록 하는 토양의 함수량 측정장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 함수량 측정대상 토양시료와 칼슘카바이드가 장입되는 챔버가 구비된 토양의 함수량 측정장치에 있어서, 상기 함수량 측정장치는, 디지털 디스플레이 수단; 함수량 측정대상 토양시료로부터 발생되는 수분으로부터 발생되는 압력을 측정하는 압력측정수단; 챔버 외부의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 구비하는 온도측정수단; 상기 함수량 측정대상 토양의 위치를 검출하는 GPS 장치; 상기 압력측정수단, 온도측정수단, GPS 장치를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되며, 상기 함수량은 압력측정수단으로부터 측정된 압력으로부터 환산되며, 압력으로부터 함수량을 환산하는 프로그램이 상기 제어부에 탑재되는 것을 특징으로 하는 토양의 함수량 측정장치를 제공한다.

상기 함수량 측정장치는 상기 측정된 수분의 양, 외부 온도, 토양의 위치를 포함하는 데이터를 저장하는 저장수단;을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 함수량 측정장치는 상기 데이터를 송수신하기 위한 데이터 전송모듈; 상기 데이터 전송모듈을 통해 데이터를 송수신 받도록 외부 저장장치를 연결하기 위한 결합포트;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 토양의 급속한 증발을 이용하여 프로그램을 통하여 함수량을 측정함으로써, 케이스마다 보일-샤를의 법칙에 의한 토양의 함수량 계산을 별도로 할 필요가 없으므로, 정확한 함수량의 측정이 가능하며, 함수량의 측정이 매우 용이하도록 하는 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 토양의 함수량 측정시 GPS 장치에 의하여 해당 토양의 위도 및 경도 데이터를 수득하도록 함으로써, 토양의 함수량과 지역적 특성을 함께 고려할 수 있도록 하여, 해당 지역의 토양의 특성을 용이하고, 신속하게 파악하며, 이를 데이터베이스화 하여 보존, 활용할 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 측정된 데이터들을 별도로 저장하고, 이를 외부 저장장치와 연결가능한 포트를 통해 외부로 전송하도록 함으로써, 데이터의 보존 및 취급이 용이하도록 하는 작용효과가 기대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 함수량 측정장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 함수량 측정장치를 이용하여 토양의 함수량을 측정하고 이를 분석하여 그래프로 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예 및 첨부되는 도면을 기초 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변형이 가능하고, 여러가지 추가적인 실시예의 도출이 예상될 수 있으며, 따라서, 하기에서 설명하는 실시예들은 본 발명을 특정한 형태에 대해 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 입각한 다양한 변형례, 균등 형태 등을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 토양의 함수량 측정장치(100)는 밀폐형 디지털방식의 수분측정수단과 온도센서, 경도, 위도 측정장치(GPS Instrument), 마이크로 프로세서를 결합하고 운영 프로그램을 탑재하여 건설현장에서 신속하고 정확하게 시료중의 수분을 실시간으로 분석, 산출함과 동시에 시료측정시의 온도, GPS 시스템을 이용하여 시료 측정장소의 경도, 위도를 측정하여 종합, 기록 및 저장하고, 필요시 이동식 저장 장치(USB)로 저장된 자료를 내려 받아 컴퓨터에 저장 관리할 수 있도록 하여 현장의 위치에 따른 토양중의 수분함량을 정확하고 간편하게 측정 관리할 수 있도록 하였다.

상기 함수량 측정장치는 압력 측정을 위한 프로그램이 제어부에 탑재되어 있는 바, 상기 프로그램은 다음과 같은 순서에 의해 압력을 측정한다.

먼저, 함수량 측정지점의 시료를 채취하고 이를 계량하여 장치에 수용한다. 또한 상기 시료와 반응함으로써 함수량을 측정하기 위한 기준 재료로써 카바이트계물질을 함께 수용한다. 이 때, 카바이트계 물질 또한 시료의 양에 대응하여 계량한다.

여기에, 금속구슬 2개를 넣고, 장치의 덮개를 덮은 다음 장치를 밀폐하고 흔들어준다.

밀폐를 위한 조임장치(101)는 기계식 압축장치로서, 통상적인 수단이다.

흔드는 방법은 장치를 파지하고 흔들 수 있으나, 본 발명에 의한 함수량 측정장치(100)는 전체적으로 원통형상을 이루고 있으며, 내부의 금속구슬이 자유롭게 운동할 수 있도록 원통형상을 굴림으로써 내부의 카바이드계 물질에 금속구슬이 가압력을 작용시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 의한 함수량 측정장치의 중앙부(102)는 양단부에 비하여 보다 큰 단면 직경을 가지고 있어서, 충분한 양의 시료가 수용되며, 금속구슬의 이동경로가 커서 카바이드계 물질에 대한 금속구슬의 가압력을 크게 할 수 있다.

이상은 종래의 영국특허 GB939678(A)에서 개시되므로, 구체적 설명은 생략한다.

장치를 흔들어줌에 따라서 시료에 존재하는 수분과 상기 카바이트계 물질이 상호 반응하여 증기가 발생된다. 이 때, 상기 증기량은 수분량에 따라서 그 양이 변화된다. 상기 증기에 의해 장치내에 발생하는 가스압을 압력측정수단, 즉 예를 들어 수증기압을 측정하는 압력센서 또는 습도계를 이용하여 측정하고, 측정된 가스압을 제어부에 마련된 프로그램에 따라 백분율로 환산하여 함수량으로 표시한다.

이와 같은 압력측정수단을 구체적으로 도시하지는 아니하였으나, 장치의 토양시료가 수용되는 공간의 일면에 마련되어, 발생하는 증기로부터 그 압력을 측정하게 된다.

이 때, 표시되는 가스압의 측정 장소를 GPS를 이용하여 좌표값으로 저장하고, 측정한 날짜와 시간을 함께 저장한다.

이와 같이 측정된 가스압, 측정 환경관련 데이터 등을 메모리에 저장하고 이를 USB 등 외부 저장장치에 저장하거나, 단말기에 연결하여 이를 분석할 수 있다.

상기 압력 측정방법은 프로그램에 의하여 계산되므로, 계산이 신속하고, 정확하며, 따라서 주어진 시간내에 여러 위치의 토양에 관한 함수량을 측정할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서는 가스압을 압력센서에 의해 직접 측정하고 이를 백분율로 표시함으로써 보일 샤를의 법칙을 이용하여 측정하는 경우보다 정확하게 측정할 수 있으며, 이를 실시간으로 해당 토양의 위치 등과 함께 데이터로 축적하여 보다 정확한 함수량 측정에 기여할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 의한 함수량 측정장치는 온도센서를 포함하고 있는데, 상기 온도센서는 외기의 온도를 측정하는 것으로서, 외기의 온도를 측정할 수 있는 적절한 위치에 센서를 부착하며, 이를 디지털 디스플레이 수단에 표시하는데, 토양의 함수량의 관계에 있어서 중요한 것이다. 즉, 외기의 온도가 함수량을 결정에 참고자료가 될 수 있다. 본 발명은 함수량 측정의 정밀도를 높이고, 함수량을 결정하는데 있어서 객관적인 데이터를 축적하는데 있어서 모든 장치를 집약한 것이다.

또한, 본 발명에 의한 함수량 측정장치는 GPS 장치를 포함하고 있는데(미도시), GPS 장치는 통상적으로 이동체 등의 현재의 위치를 좌표로 표시할 수 있도록 위성과 연결되는 장치로서, 이를 본 발명의 함수량 측정장치에 부가함으로써, 함수량 측정시 매우 중요한 요소인 지역적 요소를 고려할 수 있고, 별도로 지역의 위치를 측정하거나 계산할 필요없이, 매우 구체적이고 상세한 지역적 데이터를 함수량의 측정과 연동할 수 있어, 지역 토양의 함수량 데이터를 축적할 수 있고, 다양하게 활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 함수량 측정장치는 위 측정된 압력, 온도, 토양의 지리적 위치 등을 디지털 디스플레이 수단(103)에 현시할 수 있도록 하고, 또한 측정된 데이터를 함수량 측정장치에 마련된 저장수단에 저장하도록 하는 제어부를 구비한다(미도시).

한편, 본 발명에 의한 함수량 측정장치는 내부에 데이터의 송수신을 위한 데이터 송수신 수단을 구비하며, 외부 저장장치가 연결되도록 결합포트가 마련되어(미도시), USB와 같은 외부 저장장치를 결합포트에 결합함으로써, 상기 제어부에 의하여 저장수단에 저장되는 측정 데이터들을 다운로드 받거나, 또는 외부 저장장치로부터 데이터를 수신받을 수도 있다. 이 때, 측정장치가 수신받는 데이터는 압력측정 프로그램과 같은 운용 프로그램일 수 있다.

한편, 저장된 데이터를 이용하면, 각종 응용프로그램을 사용하여 토양의 특성을 종합적으로 판단할 수 있고, 이로부터 토양의 특성에 대한 측정의 취지에 맞는 각종 토목계획, 도시계획, 건설계획 등을 구축할 수 있다. 이를 도 2에 나타내었다. 도 2의 가로축은 시험 횟수, 세로축은 함수량을 의미한다.

본 발명에 의하면, 토양의 함수량을 압력센서와 탑재된 프로그램에 의하여 정확히 측정할 수 있다는 점, 그리고, 측정된 토양의 위치를 계산하여 동일한 온도 및 동일한 재질의 시료, 그리고 동일한 시료양으로부터 토양의 위치에 따라 다르게 측정될 수 있는 토양의 함수량 값을 수득할 수 있으며, 토양의 함수량 측정자료의 정확성과 객관성을 부여할 수 있고, 따라서 함수량 측정자료를 위치에 따라 적절하게 활용할 수 있다. 한편, 온도측정, 함수량 측정, 위치 측정 등을 한꺼번에 특정하고 이를 데이터화할 수 있으므로, 함수량 측정에 따른 오류를 최소화할 수 있으며, 데이터의 활용폭을 크게 넓힐 수 있는 장점이 있다.

그러므로, 본 발명의 토양의 함수량 측정 장치는, 장치의 특화된 각부 구성요소의 유기적 결합관계에 의해 객관적이고도 정확한 함수량 측정이 가능하는 특유의 효과를 구유한다.

Claims (3)

1. 함수량 측정대상 토양시료와 칼슘카바이드가 장입되는 챔버가 구비된 토양의 함수량 측정장치에 있어서, 상기 함수량 측정장치는,

   디지털 디스플레이 수단;

   함수량 측정대상 토양시료로부터 발생되는 수분으로부터 발생되는 압력을 측정하는 압력측정수단;

   챔버 외부의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 구비하는 온도측정수단;

   상기 함수량 측정대상 토양의 위치를 검출하는 GPS 장치;

   상기 압력측정수단, 온도측정수단, GPS 장치를 제어하는 제어부;

   를 포함하여 구성되며,

   상기 함수량은 압력측정수단으로부터 측정된 압력으로부터 환산되며, 압력으로부터 함수량을 환산하는 프로그램이 상기 제어부에 탑재되는 것을 특징으로 하는 토양의 함수량 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 함수량 측정장치는 상기 측정된 수분의 양, 외부 온도, 토양의 위치를 포함하는 데이터를 저장하는 저장수단;

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토양의 함수량 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 함수량 측정장치는 상기 데이터를 송수신하기 위한 데이터 전송모듈;

   상기 데이터 전송모듈을 통해 데이터를 송수신 받도록 외부 저장장치를 연결하기 위한 결합포트;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토양의 함수량 측정장치.

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