KR101333571B1 - 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템 - Google Patents

3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템 Download PDF

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이동성
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Abstract

본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템은 띠 형태의 일반 줄자를 감고 풀기 위한 권선기와, 상기 권선기 일측에 부착되는 수신부 모듈과, 상기 권선기에 일측이 고정되어 권선기의 드럼 회전에 의하여 감기고 풀리는 것으로 길이 표시가 새겨진 띠 형상의 일반 줄자와, 상기 일반 줄자 끝단에 밴드로 체결되는 3 전극식 측정기로 구성된 것이고 상기 3 전극식 측정기는 3 전극식 측정기 끝단에서 감지극 1, 상기 감지극 1에 비해 길이가 긴 감지극 2 및 상기 감지극 2에 비해 길이가 긴 감지극 3으로 구성된 감지부와, 상기 감지부가 체결되는 것으로 송신부 모듈, 전원공급부와, 몸체부를 분리하여 배터리를 교체할 수 있도록 하기 위한 체결부, 상기 체결부에 방수를 유지하기 위한 방수 패킹으로 구성되는 몸체부와, 상기 몸체부 상부에 구성되며 몸체부를 밀폐하여 방수되도록 형성된 상부 몰딩부와, 상기 체결부에 일체로 체결되는 하부 몰딩부로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템{Underwater Level Measuring System by Using 3 Electrode Sensor and wireless communication}
일반적으로 지하수는 관정을 통하여 그 깊이를 측정하고 있으며 상기와 같은 지하수 관정은 눈으로 확인할 수 없어서 센서 방식을 이용하여 지하수 수위를 측정하고 있는 것이다. 본 발명은 상기와 같은 센서에 의한 지하수 수위 측정하는 방법에 있어서 다수의 감지극을 이용하여 에러를 줄이고 지하수 수위를 정확히 측정하며 측정 정보를 무선으로 지상의 수신 모듈로 전송하여 측정된 수위를 확인할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.
본 발명과 관련한 종래의 기술은 대한민국 등록 특허 제10-0379294호(2003. 04. 08 공고)에 개시되어 있다. 도 1은 상기 종래의 이동통신망을 이용한 지하수 원격 관측 시스템의 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 이동통신망을 이용한 지하수 원격 관측 시스템은 현장 계측장치(100), 이동통신 시스템(200), 관리자 이동통신 단말기(250), 원격 제어장치(300), 무선 인터넷 단말기(410) 및 PC (420)를 포함하여 구성되는 것이다. 상기에서 현장 계측장치(100)는 지하수의 상태(수위, 수온, 전기 전도도 등)를 측정하기 위한 소정의 지역에 설치되어 해당 지역의 지하수에 대한 상태를 측정하고 그에 상응하는 계측 데이터를 생성하여 무선으로 전송하는 역할을 하는 것이고, 이러한 현장 계측장치(100)는 수위 센서(110), 수온 센서(120), 전기전도도 센서(130), 데이터 기록장치(140), 제 1 무선 통신수단 (150)을 포함하여 구성되는 것이다. 또한 상기 수위 센서(110)는 지하수의 수위를 측정하는 수단이고, 수온 센서 (120)는 지하수의 온도를 측정하는 수단이며, 전기전도도 센서(130)는 지하수의 전기 전도도를 측정하는 수단이다. 이러한 각각의 센서는 후술하는 데이터 기록장치(140)의 제어하에 구동되어 지하수의 수위, 수온 및 전기 전도도에 대응하는 각각의 센싱 신호를 발생하고 이를 다시 데이터 기록장치(140)로 전송하는 것이다. 또한 상기 데이터 기록장치(140)는 각각의 센서(110, 120, 13)로부터 제공되는 각각의 센싱 신호를 수신하여 지하수의 수위, 수온 및 전기 전도도를 포함하는 소정의 계측 데이터를 생성 및 저장하는 수단으로서, 일종의 데이터 로거(Data Logger)역할을 하며 생성된 계측 데이터를 후술하는 제 1 무선 통신수단(150)을 통해 이동통신 시스템(200)으로 전송하는 역할을 수행한다. 즉 제 1 무선 통신수단(150)은 데이터 기록장치(140)에 의해 생성된 계측 데이터 또는 경고 메시지를 수신하여 이동통신 시스템(200)을 통해 원격 제어장치(300)로 무선 송출하며 또한, 이동통신 시스템(200)을 통해 원격 제어 장치 (300)로부터 제공된 각 센서(110, 120, 130)의 동작 주기 등에 대한 정보를 수신하여 데이터 기록장치(140)로 전달하는 기능도 수행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같은 종래의 이동통신망을 이용한 지하수 원격 관측 시스템은 무선으로 센서의 측정 정보를 전송하는 것이므로 편리하기는 하나 수위 센서가 하나의 센서로 이루어져 센서가 지하수 수면 이하로 하강하는 경우 또는 관정 내에 거미줄과 같은 물질이 있는 경우 수위로 인식하는 에러가 발생하여 수위 측정이 부정확한 문제점이 있는 것이다. 또한 상기와 같은 종래의 이동통신망을 이용한 지하수 원격 관측 시스템은 통신비가 소요되는 문제점이 있는 것이다. 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 지하수 관정 내의 지하수 수위를 에러 없이 정확히 측정하기 위한 것이고, 무선으로 수위 정보를 지상으로 전송하여 현장 작업자가 지하수 수위 정보를 실시간으로 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템은 띠 형태의 일반 줄자를 감고 풀기 위한 권선기와, 상기 지상에 위치하는 권선기 일측에 부착되는 수신부 모듈과, 상기 권선기에 일측이 고정되어 권선기의 드럼 회전에 의하여 감기고 풀리는 것으로 길이 표시가 새겨진 띠 형상의 일반 줄자와, 상기 일반 줄자 끝단에 밴드로 체결되는 3 전극식 측정기로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기에서 3 전극식 측정기는 3 전극식 측정기 끝단에서 감지극 1, 상기 감지극 1에 비해 길이가 긴 감지극 2 및 상기 감지극 2에 비해 길이가 긴 감지극 3으로 구성된 감지부와, 상기 감지부가 체결되는 것으로 송신부 모듈, 전원공급부, 몸체부를 분리하여 배터리를 교체할 수 있도록 하기 위한 체결부, 상기 체결부에 방수를 유지하기 위한 방수 패킹으로 구성되는 몸체부와, 상기 몸체부 상부에 구성되며 몸체부를 밀폐하여 방수되도록 형성된 상부 몰딩부와, 상기 체결부 하단에 일체로 체결되는 하부 몰딩부로 구성된 것이다. 또한 상기 수신부 모듈에는 감지부의 감지 신호를 수신하여 표출하는 LED와 상기 LED와 함께 연결 부착되어 감지부 감지 시에 감지 신호를 수신하여 음성으로 표출하는 부저가 구성된 것으로 본 발명에 적용되는 3전극 측정기는 수밀 형태를 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템은 측정기와 권선기를 연결하는 줄자를 일반 줄자를 사용함으로써 제조 비용이 절감되는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명은 3 전극을 채택하여 이용함으로써 측정 오류를 줄이고 관정에 있는 거미줄 등에 의한 에러를 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명의 다른 효과는 3전극 측정기의 지그비 송신부 모듈과 지그비 수신 모듈을 통하여 수위 정보를 무선으로 실시간으로 수신함으로써 편리하게 지하수 수위를 측정할 수 있는 것이다.
도 1은 종래의 지하수 자동 측정 장치 구성도,
도 2는 본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템 전체 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 3 전극식 측정기 단면 구성도,
도 4는 본 발명에 적용되는 3 전극식 측정기의 지하수 면과의 접촉 상태를 나타내는 상태도,
도 5은 본 발명에 적용되는 송신부 모듈구성도,
도 6은 본 발명에 적용되는 송신부 모듈의 상세 회로도
도 7은 본 발명에 적용되는 수신부 모듈의 구성도,
도 8은 본 발명에 적용되는 수신부 모듈의 상세 회로도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템을 도 2 내지 도 8을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템 전체 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템은 띠 형태의 일반 줄자(10)를 감고 풀기 위한 권선기(20)와, 상기 지상에 위치하는 권선기 일측에 부착되는 수신부 모듈(80)과, 상기 권선기에 일측이 고정되어 권선기의 드럼 회전에 의하여 감기고 풀리는 것으로 길이 표시가 새겨진 띠 형상의 일반 줄자(10)와, 상기 일반 줄자(10) 끝단에 밴드(41)로 체결되는 3 전극식 측정기(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 3 전극식 측정기(40)는 3 전극식 측정기 끝단에서 감지극 1(42), 상기 감지극 1에 비해 길이가 긴 감지극 2(42) 및 상기 감지극 2에 비해 길이가 더 긴 감지극 3(43)으로 구성된 감지부(45)와, 상기 감지부(45)와 몸체부 사이에 체결되는 것으로 방수를 위한 하부 몰딩부(74)와, 상기 감지부(45)와 전기적으로 연결되는 송신부 모듈(50)과 상기 송신부 모듈 및 감지부와 전기적으로 연결되는 배터리로 구성된 전원공급부(60)와 상기 전원공급부와 몸체부(70)를 체결하고 분리하여 배터리(60)를 교체할 수 있도록 하기 위한 체결부(65)와 상기 체결부(65)에 방수를 유지하기 위한 방수 패킹(67)으로 구성되는 몸체부(70)와, 상기 몸체부(70) 상부에 구성되며 몸체부를 밀폐하여 방수되도록 형성된 상부 몰딩부(72)로 구성된 것이다. 상기에서 송신부 모듈(50)은 3 전극이 센싱한 수위 신호를 수신하여 수신부 모듈(80)로 전송하여 상기 수신부 모듈(80)에는 감지부(45)의 감지 신호를 표출하는 LED와 상기 LED와 함께 연결 부착되어 감지부 감지 시에 음성 신호를 표출하는 부저가 구성된 것으로 본 발명에 적용되는 3 전극 측정기는 수밀 형태를 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 3 전극식 측정기 단면 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명에 적용되는 3 전극식 측정기(40)는 권선기(20)에서 감고 풀릴 수 있는 일반 줄자(10)에 고정 밴드(41)에 의하여 체결될 수 있는 것이고, 상기 3 전극식 측정기(40)는 3 전극식 측정기 끝단에 체결되는 감지극 1(42), 상기 감지극 1에 비해 길이가 긴 감지극 2(42) 및 상기 감지극 2에 비해 길이가 긴 감지극 3(44)으로 구성된 감지부(45)와, 상기 감지부(45)와 전기적으로 연결되도록 체결되는 것으로 송신부 모듈(50)과 상기 감지부(45)에 전원을 공급하는 배터리로 구성된 전원공급부(60)와 상기 전원공급부 및 몸체부(70)를 결합하고 분리하여 배터리를 교체할 수 있도록 하기 위한 체결부(65)와 상기 체결부(65)에 방수를 유지하기 위한 방수 패킹(67)으로 구성되는 몸체부(70)와, 상기 몸체부(70) 상부에 구성되며 몸체부를 밀폐하여 방수되도록 형성된 상부 몰딩부(72)와, 상기 체결부(65)와 감지부(45) 사이에 일체로 구성되어 방수 기능을 하는 하부 몰딩부(74)와, 상기 감지부(45)를 감싸는 전극 보호캡(46)과, 상기 전극 보호캡(46)에 형성된 것으로 물과 공기의 유동을 용이하게 하는 공기 배출구(47)로 구성된 것이다. 상기와 같이 구성된 3 전극식 측정기(40)는 일반 줄자(10)에 밴딩하여 본 3 전극식 측정기를 지하수 관정에 삽입하고 권선기(20)를 작동시켜 하강시키면 상기 3 전극 측정기의 감지부(45)가 지하수 관정 내의 지하수 면에 접촉하여 수위 신호를 전송하고 상기 수위 신호는 송신부 모듈(50)에 의하여 권선기에 부착된 수신부 모듈(80)로 무선으로 전송되는 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 3 전극식 측정기의 지하수 수면과의 접촉 상태를 나타내는 상태도 이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 3 전극식 측정기는 지하수 수면에 접촉할 수 있는 3 감지극으로 구성된 것으로 (a)는 지하수 수면에 닿기 전의 상태를 나타내고, (b)는 3 감지극 중 2 개의 감지극 1(42) 및 감지극 2(43)가 지하수 수면에 접촉한 상태를 나타낸 것으로 이 경우에는 부저 1(92) 및 LED 1(94)이 작동하는 것이고, (c)는 3 감지극 모두 지하수 수면에 접촉한 상태로서 이 경우에는 부저 2(96) 및 LED 2(98)가 작동하는 것이다. 상기와 같이 3 감지극을 구성한 이유는 지하수 관정 내의 거미줄과 같은 이물질에 의하여 전극이 지하수 면으로 착각하여 오류를 일으키는 것을 방지하며, 감지극 1(42) 및 감지극 2(43)가 지하수 수면에 접촉하면 부저 1(92) 및 LED 1(94)가 연속 점멸하여 측정기기 정확히 수위면과 접촉한 것을 나타내는 것이고, 3 감지극 모두 지하수 수면과 접촉하는 경우에는 부저 2(96) 및 LED 2(98)가 단속 점멸하여 측정기가 과투입 된 것으로 판단하는 방식으로 정확한 지하수 수위 면을 센싱하는 것이다. 따라서 사용자는 상기에서 부저 1(92) 및 LED 1(94)가 연속 점멸하는 경우에 3 전극 측정기에 체결된 일반 줄자의 길이를 측정하여 수위를 측정하는 것이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 송신부 모듈 구성도이다. 상기도 5에서 본 발명에 적용되는 송신부 모듈(50)은 전원 공급부(60)로부터 전원을 공급받는 것으로 제어부의 제어에 의하여 감지부(45)의 수위 신호를 무선 안테나 1(51)로 전송하는 무선통신 모듈(53)과, 상기 수위 신호를 수신부 모듈(80)로 전송하는 무선안테나 1(51) 및 상기 감지부(45)의 지하수 수위 신호를 수신하여 무선통신 모듈 및 무선 안테나 1을 통하여 수신부 모듈로 전송하도록 제어하는 제어부(55)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 전원공급부(60)는 감지부(45), 무선통신 모듈(53) 및 무선 안테나 1(51)에 전원을 공급하는 것으로 배터리로 구성될 수 있는 것이고, 상기 무선통신 모듈(53)은 지그비 통신 모듈 또는 블루투스 모듈이 적용될 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 송신부 모듈의 상세 회로도이다. 상기도 6에서 송신부 모듈은 9v의 건전지 입력이 5V로 강압하여 제어부(CPU)(55)로 공급되는 것이고, 또한 상기 5V 전원은 3.3V로 강압하여 무선통신 모듈(53) 및 무선안테나 1(51)에 입력되는 것이다. 또한 상기 송신부 모듈(50)에 연결되는 감지부(45)는 감지극 1(42), 감지극 2(43) 및 감지극 3(44)으로 구성되고 지하수 수위를 감지하고 감지된 수위 신호를 제어부(55)로 전송하고 제어부는 수신된 수위 신호를 무선통신 모듈 및 무선 안테나 1을 통하여 전송하도록 제어하는 구성된 것을 나타내고 있는 것이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 수신부 모듈의 구성도이다. 상기도 7에서 본 발명에 적용되는 수신부 모듈(80)은 지상에 위치하는 권선기(20) 일측에 설치될 수 있으며 수위신호를 수신하는 무선 안테나 2(81)와, 상기 무선 안테나 2(81)에 연결되는 것으로 수위신호를 무선 안테나 2로부터 수신하여 부저 및 LED부(83)로 전송하는 수신부 무선통신 모듈(85)과, 상기 수신부 무선 통신 모듈(85)의 제어에 의하여 동작하는 부저 및 LED부(83)와, 상기 수신부 무선통신 모듈(85), 무선 안테나 2(81) 및 부저 및 LED부(83)에 전원을 공급하는 전원공급부 2(62)로 구성되는 것이다. 상기에서 수신부 무선 통신모듈(85)은 무선 안테나 2(81)로부터 수신된 수위 신호를 수신하고 상기 부저 및 LED부(83)를 작동하도록 제어하는 것이다. 또한 상기 부저 및 LED부(83)는 3 전극 측정기(40)의 감지극 1(42) 및 감지극 2(43)가 지하수 수위에 의하여 센싱되는 경우에는 송신부 모듈을 통하여 수신받고 부저 1(92) 및 LED 1(94)이 구동되는 것이고, 3 전극 측정기의 감지극 1(42), 감지극 2(43) 및 감지극 3(44)이 지하수 수위에 의하여 모두 센싱되는 경우에는 송신부 모듈(50)을 통하여 수신받고 부저 2(96) 및 LED 2(98)가 구동하는 것이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 수신부 모듈의 상세 회로도이다. 상기도 8에서 본 발명에 적용되는 수신부 모듈은 무선 안테나 2(81), 수신부 무선통신 모듈(85), 부저 및 LED 부(83) 및 전원공급부 2(87)로 구성되고 상기 수신부 모듈(80)은 송신부 모듈(50)에서 무선으로 전송된 수위 신호를 무선 안테나 2(81)를 통하여 수신받아 수신부 무선통신 모듈(85)로 전송하고 상기 수신부 무선통신 모듈(85)은 상기 수위 신호에 따라 부저 1(92) 및 LED 1(94)을 구동시키거나, 부저 2(96) 및 LED 2(98)를 구동시키도록 작용하는 것이다. 상기에서 수신부 무선통신 모듈(85)은 지그비 통신 모듈 또는 블루투스 모듈일 수 있는 것이다. 상기와 같이 순차적으로 부저 및 LED부(83)를 작동하도록 함으로써 감지부의 수위 센싱을 정확히 판단할 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 수위 무선 측정시스템은 지하수 관정 내의 지하수 수위를 에러 없이 정확히 측정할 수 있으며, 저렴한 비용으로 지하수 수위를 측정할 수 있는 장점이 있는 것이다.
10 : 일반 줄자, 20 ; 권선기,
40 ; 3전극 측정기, 50 : 송신부 모듈,
60 : 전원공급부, 70 : 몸체부,
80 : 수신부 모듈, 92 : 부저 1
94 : LED 1, 100 : 현장 계측장치,
200 : 이동통신 시스템, 300 : 원격 제어장치

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  5. 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템에 있어서,
    상기 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템은,
    띠 형태의 일반 줄자(10)를 감고 풀기 위한 권선기(20)와;
    상기 권선기 일측에 설치되고 3 전극식 측정기로부터 수위 신호를 수신하여 표시하며 수위 신호를 수신하는 무선 안테나 2(81)와 무선 안테나 2(81)로부터 수신한 수위 신호를 이용하여 부저 및 LED를 구동시키는 수신부 무선통신 모듈(85) 및 전원을 공급하는 전원공급부 2(87)로 구성된 것으로 3전극식 측정기의 감지극 1 과 감지극 2가 지하수 수위와 접촉하여 센싱되고 송신부 모듈을 통하여 수신하는 경우 부저 1(92) 및 LED 1(94)가 구동되고 3전극 측정기의 감지극 1(42), 감지극 2(43) 및 감지극 3(44)이 센싱되어 송수신 모듈을 통하여 수신되는 경우에는 부저 2(96) 및 LED 2(98)이 구동하도록 제어하는 수신부 모듈(80)과;
    상기 권선기에 일측이 고정되어 권선기의 드럼 회전에 의하여 감기고 풀리는 것으로 길이 표시가 새겨진 띠 형상의 일반 줄자(10);
    및 상기 일반 줄자(10) 끝단에 밴드(41)로 체결되고 지하수 수위를 감지하여 상기 수신부 모듈로 전송하며 길이가 상이한 감지극 1, 감지극 2 및 감지극 3으로 구성된 감지부(45)와, 상기 감지부(45)가 체결되며 상기 감지부가 감지한 수위 신호를 수신하여 수신부 모듈로 무선으로 전송하는 것으로 상기 감지부(45)와 전기적으로 연결되는 송신부 모듈(50)과 상기 송신부 모듈 및 감지부와 전기적으로 연결되는 배터리로 구성된 전원공급부(60)와 상기 전원공급부와 몸체부(70)를 체결하고 분리하여 배터리(60)를 교체할 수 있도록 하기 위한 체결부(65) 및 상기 체결부(65)에 방수를 유지하기 위한 방수 패킹(67)으로 구성된 몸체부(70)와, 상기 몸체부와 감지부 사이에 일체로 체결되는 하부 몰딩부(74) 및 상기 몸체부(70) 상부에 구성되며 몸체부를 밀폐하여 방수되도록 형성된 상부 몰딩부(72)로 구성된 것을 특징으로 하는 3 전극식 측정기로 구성된 것을 특징으로 하는 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템.
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  7. 제5항에 있어서,
    상기 송신부 모듈은,
    전원 공급부(60)로부터 전원을 공급받는 것으로 제어부의 제어에 의하여 감지부(45)의 수위 신호를 무선 안테나 1(51)로 전송하는 무선통신 모듈(53)과;
    상기 수위 신호를 수신부 모듈(80)로 전송하는 무선안테나 1(51);
    및 상기 감지부(45)의 지하수 수위 신호를 수신하여 무선통신 모듈 및 무선 안테나 1을 통하여 수신부 모듈로 전송하도록 제어하는 제어부(55)로 구성된 것을 특징으로 하는 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템.
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  9. 제7항에 있어서,
    상기 무선통신 모듈(53)은,
    지그비 통신 모듈 또는 블루투스 모듈인 것을 특징으로 하는 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수신부 무선통신 모듈(85)은,
    지그비 통신 모듈 또는 블루투스 모듈인 것을 특징으로 하는 3 전극식 측정기를 이용한 지하수 무선 측정 시스템.


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