KR102199036B1 - 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조석관측을 위한 조위계 설치시 표척 관측의 불편함과 오계측을 방지할 수 있도록 해수면의 수위변화에 대응하여 자동적으로 승하강되는 표척을 구현하고, 이를 지지하는 프레임을 개발하여 쉽고 편리하면서 정확한 조위작업을 수행할 수 있고, 나아가 수심측량 등 다른 관측에도 활용할 수 있도록 개선된 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기에 관한 것이다.

Description

실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기{Ultrasonic Water Level Meter for Real Time Tide Observation}

본 발명은 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조석관측을 위한 조위계 설치시 표척 관측의 불편함과 오계측을 방지할 수 있도록 해수면의 수위변화에 대응하여 자동적으로 승하강되는 표척을 구현하고, 이를 지지하는 프레임을 개발하여 쉽고 편리하면서 정확한 조위작업을 수행할 수 있고, 나아가 수심측량 등 다른 관측에도 활용할 수 있도록 개선된 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기에 관한 것이다.

조석현상은 지구, 달, 태양 등의 상대 위치에 따른 기조력에 의해 발생되는 바다 표면의 주기적 상승, 하강을 말하며; 조석관측은 이러한 조석현상에 의해 발생되는 해수면의 주기적인 승강현상을 연속적으로 관측하는 것을 말한다.

이러한 조석관측 자료는 수심결정, 해안선 결정, 해수면 상승, 토목분야 등 여러분야에서 중요한 자료로 활용된다.

이와 같은 조석관측에 사용되는 대표적인 장비가 조위계로서, 통상 수압식 조위계(pressure type tide gage)가 사용된다.

수압식 조위계는 해수면의 수준을 측정하는데 압력 트랜스듀서 감지장치가 사용되는 조위계로서, 이 장치는 한 개의 상대적인 트랜스듀서를 대기와 통하게 하고 대기압을 측정하며 한 개의 절대 트랜스듀서는 그 위치에서 수압을 측정해 대기압 보정을 수행하는 방식을 취하는 형태이다.

그런데, 이러한 조위계의 설치는 통상 사각프레임에 조위계를 장착한 후 지반에 거치하는 방식으로 이루어지기 때문에 설치 대상 지반의 지지력에 따라 침하되어 자료에 대한 정확도가 떨어지는 경우가 빈번하고, 또한 주변 선박운항에 따른 장비의 망실, 유실 등 위험요소가 항상 도사리고 있는 실정이다.

뿐만 아니라, 장비를 회수한 후 자료를 다운로드한 다음 다시 재설치하기 위해서는 별도의 잠수부가 동원되어야 하며, 작업환경에 따라 안전사고의 위험이 매우 높다.

가장 심플한 조위관측 방법으로는 표척관측을 들 수 있다.

표척관측은 도 1의 예시와 같이, 안벽에서 스타프를 수면선까지 내려 표척 눈금을 읽어 조위를 관측하는 방법이다.

하지만, 이 경우에도 가장 쉽고 저렴한 비용을 설치할 수 있는 장점이 있지만, 반면에 조위 관측시 실족의 위험이 높고, 작업자가 일일이 스타프를 내려 수선면에 맞춰야 하는데 이 작업이 쉽지 않아 정확도를 높일 수 없는 한계를 가지고 있다.

한편, 표척관측은 해수면의 조위 관측만 가능하고 수심을 측량할 수는 없다는 한계도 있다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0073788호(2006.06.29) '안벽용 실시간 조위계측장치'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 조석관측을 위한 조위계 설치시 표척 관측의 불편함과 오계측을 방지할 수 있도록 해수면의 수위변화에 대응하여 자동적으로 승하강되는 표척을 구현하고, 이를 지지하는 프레임을 개발하여 쉽고 편리하면서 정확한 조위작업을 수행할 수 있고, 나아가 수심측량 등 다른 관측에도 활용할 수 있도록 개선된 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기에를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 조위 계측지점의 안벽에 설치 고정되는 안벽고정프레임(100)과, 해수면의 변화에 의해 상기 안벽고정프레임(100)을 따라 승강되는 스타프(200)를 포함하는 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기에 있어서;

상기 안벽고정프레임(100)은 'ㄱ' 형상으로 형성된 프레임이고, 안벽의 설치면에 면접된 상태로 앵커볼팅되는 수평판(110)과, 상기 수평판(110)의 일단에 직교되게 절곡 형성된 수직판(120)을 포함하고;

상기 수직판(120)에는 '⊂' 형상의 가이드브라켓(122)이 다수 설치되며;

상기 가이드브라켓(122)중 최상부의 것은 스타프(200)가 끼워진 후 걸렸을 때 스타프(200)의 상단이 수평판(110)과 동일평면을 이루는 위치에 설치되고;

상기 스타프(200)는 상단이 'ㄱ' 형상으로 절곡되어 절곡연장부(202)를 더 포함하여 상기 가이드브라켓(122)에 끼워졌을 때 걸리도록 구성되며;

상기 절곡연장부(202)의 길이 중앙에서 폭방향으로 돌출되게 센서하우징(206)이 더 형성되고;

상기 센서하우징(206)은 하면 일부가 개방된 사각박스 형상이며, 초음파 조위계측센서(400)가 삽입 설치되었을 때 초음파 조위계측센서(400)의 하단이 상기 수평판(110)과 동일평면 상에 있도록 설계되고;

상기 스타프(200)에는 하단을 통해 플로팅부재(500)가 끼워지며;

상기 플로팅부재(500)는 부재면을 관통하여 삽입공(510)이 형성되고, 이 삽입공(510)에 스타프(200)의 하단이 끼워지며;

상기 플로팅부재(500)가 이탈되지 못하도록 스타프(200)의 하단에는 캡(220)이 씌워진 후 나사고정되고;

상기 플로팅부재(500)의 일측에는 상기 센서하우징(206)의 수직하방에 위치하여 초음파 조위계측센서(400)로부터 발진된 초음파를 반사시키는 반사판부(520)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 조석관측을 위한 조위계 설치시 표척 관측의 불편함과 오계측을 방지할 수 있도록 해수면의 수위변화에 대응하여 자동적으로 승하강되는 표척을 구현하고, 이를 지지하는 프레임을 개발하여 쉽고 편리하면서 정확한 조위작업을 수행할 수 있고, 나아가 수심측량 등 다른 관측에도 활용할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 표척관측식 조위관측예를 보인 예시적인 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기의 초간소화시킨 예시적인 구성 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 조위관측 및 수심측정이 가능한 초음파측정기이 구현예를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기는 안벽고정프레임(100)을 포함한다.

상기 안벽고정프레임(100)은 'ㄱ' 형상으로 형성된 프레임으로서, 안벽의 설치면에 면접된 상태로 앵커볼팅되는 수평판(110)과, 상기 수평판(110)의 일단에 직교되게 절곡 형성된 수직판(120)을 포함한다.

그리하여, 설치하고자 하는 안벽 상에 견착된 상태로 고정할 수 있게 된다.

이때, 상기 수직판(120)에는 '⊂' 형상의 가이드브라켓(122)이 다수, 바람직하게는 적어도 2개 이상 돌출되고, 서로 상하로 간격을 두고 이격되게 설치된다.

그리고, 상기 가이드브라켓(122)을 관통하여 스타프(200)가 끼워진다.

여기에서, 가이드브라켓(122)중 상부의 것을 위치 조절하여 스타프(200)가 끼워진 후 걸렸을 때 스타프(200)의 상단이 수평판(110)과 동일평면을 이루도록 설계한다.

아울러, 스타프(200)는 상단이 'ㄱ' 형상으로 절곡 형성된다.

즉, 절곡연장부(202)가 더 형성되어, 상기 가이드브라켓(122)에 끼워졌을 때 걸리도록 함으로써 스타프(200)가 최종 설치 후 걸려 고정된 구조를 갖도록 한다.

뿐만 아니라, 스타프(200)를 견고히 고정하기 위해 상기 절곡연장부(202)의 길이 중앙에는 나사공(204)이 형성되고, 이와 대응되는 위치의 가이드브라켓(122)에는 체결공(124)을 형성하여 상호 나사체결되게 한다.

그리고, 상기 절곡연장부(202)의 길이 중앙에서 폭방향으로 돌출되게 센서하우징(206)을 더 형성한다.

상기 센서하우징(206)은 하면 일부가 개방된 사각박스 형상이며, 초음파 조위계측센서(400)가 삽입 설치되었을 때 초음파 조위계측센서(400)의 하단이 상기 수평판(110)과 동일평면 상에 있도록 배치 설계되어야 한다. 그래야, 정확한 조위계측이 가능하다.

또한, 상기 스타프(200)에는 하단을 통해 플로팅부재(500)가 끼워진다.

상기 플로팅부재(500)는 사각판상의 경량 부재(플라스틱)로서, 부재면을 관통하여 삽입공(510)이 형성되고, 이 삽입공(510)에 스타프(200)의 하단이 끼워진다.

때문에, 스타프(200)의 하단이 물에 잠기면 상기 플로팅부재(500)는 부력에 의해 떠올라 항상 수면에 위치하게 되면 수면의 변화에 따라 스타프(200)를 타고 승하강하게 된다.

이때, 플로팅부재(500)가 이탈되지 못하도록 하기 위해 스타프(200)의 하단에는 캡(220)이 씌워진 후 나사고정되면 좋다.

특히, 상기 플로팅부재(500)의 일측에는 돌출된 반사판부(520)가 더 형성되는데, 상기 반사판부(520)는 상기 센서하우징(206)의 수직하방에 위치하여 초음파 조위계측센서(400)로부터 발진된 초음파를 반사시키는 역할을 수행함으로써 조위를 계측하도록 하여 준다.

여기에서, 초음파는 본질적으로는 가청범위의 음파와 성질이 같으나, 주파수가 높고 따라서 파장이 짧기 때문에 상당히 강한 진동이 생기므로 보통의 소리에서는 볼 수 없 는 성질도 나타낸다. 예를 들어 그 진로가 방향성을 가지면서 짧은 펄스(pulse) 가 나오게 되는 것 등인데, 박쥐가 어두운 밤에 가느다란 물체까지 식별하는 것은 몸에서 초음파를 나오게 하여 장애물에 비추어 그 반사파를 감지하는 기 능을 가졌기 때문이다. 수심을 측정하는 소나(SONAR:sound navigation and ranging), 어군탐지기도 원리는 이것과 같으며, 물질에 의한 흡수도나 물질 중 에서의 전파속도의 차이를 측정하여 구조물 내의 손상을 찾아내는 초음파탐상 기나 초음파진단기 등도 초음파의 특징을 이용한 것이다.

초음파를 이용한 센서의 경우 초음파를 발사하고, 다시 반사되어 돌아오는 시 간을 계산하여 거리를 측정하게 되는데, 사용주파수는 수십khz에서 수백khz까지이며, 이것은 전적으로 초음파센서의 공진주파수에 의해 결정된다. 만약 40khz 초음파센서를 사용한다면 1파장 길이는 340m/40000 = 0.85cm 가 된다. 즉, 초음파센서의 공진주파수가 높을수록 정밀도도 높아진다.

이와 같은 정보를 토대로 초음파 발진 후 반사수신되는데 까지 걸리는 시간을 측정하여 속도 = 거리 / 시간의 공식으로부터 거리를 산출할 수 있게 된다.

아울러, 상기 초음파 조위계측센서(400)의 상단에는 제어기(410)가 패널 형태로 더 구비되는데, 여기에는 무선통신모듈이 내장되어 WiFi나 블루투스 통신가능하게 구성되며, 이를 통해 계측된 조위값이 인접 위치에서 작업하는 작업자의 휴대폰으로 실시간 전송가능하게 하여 스타프(200)의 눈금을 측위하지 않고도 즉시에 알 수 있도록 하면 더욱 좋다.

물론, 초음파 조위계측센서(400)는 휴대용으로서 필요시에만 삽입설치하여 사용하면 된다.

한편, 도 3의 예시와 같이 수심측정센서(600)가 더 구비된다.

상기 수심측정센서(600)는 초음파센서로서 해저면에 부딪혀 반송되는 반사파를 수신하여 수심을 측정하는 통상적인 소나(SONAR)와 동일한 것이지만, 소형화, 모듈화 된 것이다.

이러한 수심측정센서(600)는 휴대용으로서 이또한 블루투스를 비롯한 근거리무선통신이 가능하여 인접 위치에 있는 작업자의 휴대폰으로 실시간 측정정보를 송신할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

단독으로 설치될 경우에는 안벽에 'ㄱ' 형태로 고정되는 프레임(610), 그리고 상기 프레임(610)에 상기 수심측정센서(600)를 수직하게 결속시키는 결속밴드(620)를 포함한다.

다만, 수심만 측정할 경우에는 도 3의 예시와 같이 별도 설치하여 사용하겠지만, 본 발명에서는 필요할 때 언제라도 수심측정이 가능하도록 하기 위해 도 4의 예시와 같이, 필요시 수심측정센서(600)를 끼워 사용할 수 있도록 센서하우징(206)의 전방면에 동일한 형태와 크기를 갖는 수심측정하우징(700)을 일체로 더 구비한다.

그러면, 수심측정하우징(700)은 센서하우징(206) 보다 더 돌출되어 있기 때문에 그 직하방에 아무것도 없게 되어 반사판부(520)의 간섭을 받지 않으므로 정확하게 수심을 측정할 수 있게 된다.

즉, 발진된 초음파가 해저까지 들어 갔다가 반사되어 나올 수 있게 된다.

이와 같이 이중화 구성으로 구현함으로써 조위 계측과 수심 측정을 필요에 따라 선택적으로 활용하는 장점이 있다.

100: 안벽고정프레임
200: 스타프
400: 초음파 조위계측센서
600: 수심측정센서

Claims (1)

1. 조위 계측지점의 안벽에 설치 고정되는 안벽고정프레임(100)과, 해수면의 변화에 의해 상기 안벽고정프레임(100)을 따라 승강되는 스타프(200)를 포함하는 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기에 있어서;
   상기 안벽고정프레임(100)은 'ㄱ' 형상으로 형성된 프레임이고, 안벽의 설치면에 면접된 상태로 앵커볼팅되는 수평판(110)과, 상기 수평판(110)의 일단에 직교되게 절곡 형성된 수직판(120)을 포함하고;
   상기 수직판(120)에는 '⊂' 형상의 가이드브라켓(122)이 다수 설치되며;
   상기 가이드브라켓(122)중 최상부의 것은 스타프(200)가 끼워진 후 걸렸을 때 스타프(200)의 상단이 수평판(110)과 동일평면을 이루는 위치에 설치되고;
   상기 스타프(200)는 상단이 'ㄱ' 형상으로 절곡되어 절곡연장부(202)를 더 포함하여 상기 가이드브라켓(122)에 끼워졌을 때 걸리도록 구성되며;
   상기 절곡연장부(202)의 길이 중앙에서 폭방향으로 돌출되게 센서하우징(206)이 더 형성되고;
   상기 센서하우징(206)은 하면 일부가 개방된 사각박스 형상이며, 초음파 조위계측센서(400)가 삽입 설치되었을 때 초음파 조위계측센서(400)의 하단이 상기 수평판(110)과 동일평면 상에 있도록 설계되고;
   상기 스타프(200)에는 하단을 통해 플로팅부재(500)가 끼워지며;
   상기 플로팅부재(500)는 부재면을 관통하여 삽입공(510)이 형성되고, 이 삽입공(510)에 스타프(200)의 하단이 끼워지며;
   상기 플로팅부재(500)가 이탈되지 못하도록 스타프(200)의 하단에는 캡(220)이 씌워진 후 나사고정되고;
   상기 플로팅부재(500)의 일측에는 상기 센서하우징(206)의 수직하방에 위치하여 초음파 조위계측센서(400)로부터 발진된 초음파를 반사시키는 반사판부(520)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 실시간 조위관측을 위한 초음파 측정기.
   

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