KR200322759Y1 - 산성 강우 및 강설 채취를 통한 피에취, 전도도 그리고강우량 측정 및 전송장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 대기를 통해 강하하는 산성 강하물과 건성 강하물을 채취하고 이를 측정하는 장치로서, 대기를 통해 강하하는 산성비(이후 산성우로 표기) 및 산성눈(이후 산성우로 표기) 강하물을 채취하여 산성 강하물의 PH, 전도도, 대기온도, 물의 온도 그리고 강우량을 측정하는 장치에 관한 것이다.

산성우의 PH, 전도도, 온도 그리고 강우량은 원거리 전송을 위해 전화 선로의 모뎀 및 LAN을 이용하며, 각기 설치 된 장소에서 송출되는 데이터는 중앙 계측소의 PC에 연결되고 수신된 데이터는 데이터베이스화 된 엑셀 형태로 5분 및 30분 단위로 저장된다.

산성우 채취장치는 케이스(1) 상단에 건성(3) 및 습성 강하물 채취용기(2)와, 강우센서(42) 그리고 상기 건성(3) 및 습성 강하물 용기(2)를 개폐시키도록 설치된 용기의 개폐수단(38)과, 상기 습성 강하물 채취 용기로 채집되는 산성 강하물을 수집할 수 있는 용기(16)와, 산성강하물의 온도와 레벨을 감지하는 용기(24, 24-1, 25, 26)와, PH를 측정하는 센서 및 용기(20, 21), 산성우의 흐름을 제어하는 밸브 수단(27, 28, 29, 30, 31, 32)과, 각 용기(16, 26, 21, 23)을 세척하기 위해 물탱크(11), 펌프(12), 노즐(37)이 있고, 시간대 별로 채취된 산성우를 채취원반(34)을 돌려가며 채취하기 위한 12개의 채취병(33)과 제어를 위한 메인 제어 보드(9)와 모니터링 및 수동 조작을 위한 터치 스크린(8)과, 채취 된 데이터를 메인 제어 보드에서 분석하여 송출하는 모뎀(10)으로 구성된다.

본 고안에 의해 산성 강하물을 채취할 수 있으며, 원거리에서도 지역별 산성우의 PH, 전도도, 온도 그리고 강우량을 모뎀 및 LAN을 통해 전송받을 수 있으며, 시간대 별로 산성우를 채취병에 채취 가능하며, 산성우 세척을 위한 노즐 장치와 각종 히터가 구비되었으며, 시스템의 모니터링과 밸브 온/오프의 수동 조작은 터치판넬을 통해 행할 수 있는 효과를 가진다.

Description

산성 강우 및 강설 채취를 통한 피에취, 전도도 그리고 강우량 측정 및 전송장치{Measurement and transmition device for measuring a PH, conductivity and rain volume by collecting acid rain and snow. }

본 고안은 산성 강하물을 강우센서(42)로 감지하고 이를 채취하고 그 성분을 분석하여 원거리로 송출하는 장치로서 산성우의 시간대 별 측정 및 샘플을 추출하기 위한 채취기술과 원거리 데이터 베이스 구축에 관한 것이다.

출원번호 실1985-0017218은 "강우설의 PH 및 전도도 측정장치", 출원번호 2-1999-0008557은 "산성우 채취기", 그리고 출원번호 10-2001-005194의 "강하물 채취장취"는 산성 강하물의 건성 강하물과 습성 강하물을 분리 채취할 수 있으며, 습성강하물은 자동 분취기를 사용함으로써 강수량별로 초기 및 후속 강우를 채취할 수 있고 빗물을 모두 채취 함으로서 빗물의 가중 평균 PH를 구할 수 있는 효과를 얻는 것으로 알려져 있다.

상기 언급한 발명들은 본 고안과 비교하여 시스템 자체는 흡사하다고 평가된다. 그러나 상기 발명들과 본 고안의 차이점은 상기 발명의 단점을 대폭 해소 하고 기능면뿐 아니라 새로운 장치를 부가시킨 개선 된 새로운 형태라는 것이다.

우선 터치 판넬(8)을 사용함으로써 산성우 시스템의 각종 흐름을 일목요연하게 볼 수 있도록, 터치 스크린화(8) 하였고, 터치스크린상에서 자동으로 장치를 작동시키고 수동으로 밸브(27, 28, 29, 30, 31, 32)를 온/오프 조작 할 수 있는 것이다.

상기에 언급한 장치의 채취용기(33)는 채집한 강우가 누적되어 저부를 향하는 구조로 되어 있기 때문에 시간대 별 강우 채취가 불가능하다. 일정구간에 걸쳐 내린 강우가 평균되는 결과가 초래되어 초기의 산성우와 일정시간 지난 후의 산성우 값의 차를 샘플을 통해서는 알기가 힘든 단점을 본 고안에서 해결 하였다.

본 고안에서는 원반데이블(34)에 올려 진 12개의 채취용기(33)에 강우를 시간별로 채취 시키고 채취 종료 후, 채취 원반(34)을 회전시켜 가면서 또 다른 산성우를 채집하므로, 초기 값부터 시간별 구간대에서 채취한 강우를 채집할 수 있는 장점을 가진다.

본 고안에서는 덮게(5)의 개폐수단이 2개의 모터(17, 18)를 사용하여 상/하/좌/우로 이동 가능한 캠구조와 리미트 스위치로서 구성하였고 덮개 내부에 세척용 노즐을 설치한 것으로 상기 언급한 발명과는 전혀 다른 것이다.

기존에는 PH와 전도도를 측정하는 정도이었으나, 본 고안에서는 통합적인 개념으로 PH와 전도도를 측정함에 있어, 제어 보드(9)에 알고리즘을 적용하고 강우량, 내부/외부의 온도를 추가적으로 검출할 수 있도록 하였고, 더불어 마이컴이 내장된 제어보드(9)에서 처리한 데이터를 모뎀(10) 및 LAN으로 전화선 및 LAN망을 타고 원거리로 데이터가 송출되도록 하여 데이터 베이스화가 용이하게 된 것이 전혀 다른 것이다.

각 지역에 설치 된 측정소의 산성우 측정장치를 통해 송출되는 데이터는 5분 및 30분 단위로 데이터 베이스화 되어 PC상에저장 처리된다.

출원번호 실1997-005701에서 "강우 및 강설의 감지를 통한 온실용 부하 제어장치" 중에서 투명 인쇄회로 기판으로 구성된 강우를 감지하는 센서에 관하여 언급하고 있다. 이 장치는 투명 인쇄회로 기판상에 정부극성의 소정간격을 두고 지그재그로 형성된 구성을 갖고, 경사진 박스의 상측면에 설치되어 강우/강설을 전기적인 신호를 감지하도록 구성한 것이나, 본 고안에서 센싱을 위해 PCB 상에 금도금을 하여 전도가 용이하도록 구성하고 강우를 센싱하는 부분의 감도를 높이기 위해 감지면을 3면으로 되도록 구성한 것이 근본적으로 다른것이다. 또한 강우가 없게되면 히터의 저면을 히터가 구동하여 PCB표면의 강우 및 얼어붙은 부분을 없애는 것이 다른 것이다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것이고 그 목적은 산성우의 시간대 별 강우를 계측하여 분석하고 이를 터치판넬에 저장, 모뎀 및 LAN을 통한 원거리 데이터 송신 그리고 채취병에 시간대 별 강우를 수집할 수 있는 자동화되고 개선된 강하물 채취장치를 제공하는데 있다.

PH, 전도도, 온도 그리고 강우량과 같은 다수의 데이터량을 원격으로 검침할 수 있도록 함으로서 오지에 설치 된 장치의 산성우 데이터 검침을 위해 오가는 수고를 더는 또 다른 목적이 있다.

도 1은 산성우 측정장치의 전체 구성을 도시한 블록도

도 2는 산성우 채취 및 분석을 위한 장치의 제어 흐름도

도 3는 산성우 채취 원반 및 채취병의 구동 및 구성도

도 4는 강우 센서의 구성도

도 5는 덮게를 움직이기위한 모터와의 상관 관계를 나타낸 사시도

도 6은 덮개 및 노즐의 구성을 나타내는 사시도

도 7은 산성우 장치의 네트웍 개념도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:산성우 측정장치 2:습성 강하물 채취기

3:건성 강하물 채취기 4:건성 강하물 채취용기

5:습성 및 건성 강하물 채취기의 덮개

6:피뢰침 7:강우량 측정장치

8:모니터용 터치 스트린 9:제어용 메인 PCB

10:데이터 전송 모뎀 11:세정용 물탱크

12:펌프 13:시스템 전원 온/오프 스위치

14:시스템 리셋 스위치 15:히터

16:산성우 채취 용기 17:상/하 이동용 모터

18:좌/우 이동용 모터 19:노즐 전용 수로

20:PH 전극 21:PH측정용 용기

22:전도도 전극 23:전도도 측정용 용기

24, 24-1:Level 센서 25:온도센서

26:온도 및 레벨 측정용 용기

27, 28, 28, 30, 31, 32 :솔레노이드밸브

33:채취병 34:채취용 원반 테이블

35:채취 용기 판별용 근접 스위치 36:원반 테이블 구동용 모터

37:분사 노즐 38:덮개 이동 수단

39, 40, 41:세라믹 히터 42:강우 센서

43:대기 온도 센서 44~69:강우 처리 루틴

70:채취병 지지대 71:모터 지지 브라켓

72:강우 전극 하우징 74:강우 전극

75:강우 전극 + 76:강우 전극-

77:강우 전극 지지대 78:산성우 방울

79:리미트 스위치 3 80:리미트 스위치 4

81:리미트 스위치 1 82:리미트 스위치 2

83:캠 84:좌우 감지 축

85:샤프트 86: 86-1, 86-2:베어링

87:중앙관측소용 PC 88:중앙 관측소 멀티 포트 RS-232C

89:중앙 관측소용 모뎀 90:지역 별 산성우 장치

이하 본 고안과 관련한 내용을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 산성우 채취기를 도시한 사시도이다.

상기에 도면에 따른 장치의 흐름도로서 표시하면 도 2와 같다.

강우를 강우 감지기(42)가 검지하기까지 약 10초간 기다리고 계속 비가 오는 것으로 간주되면 강우를 수집하기 시작한다. 모터 2(M2, 18)는 캠을 구동하여 샤프트를 상하로 운동시키는 기능할 담당하며, 상측과 하측의 이동 여부는 상측 리미트 스위치(L/S #3, 79)와 하측 리미트 스위치(L/S #4, 80)로서 구분한다.

모터 2(18)가 회전함에 따라 캠(83)이 상측으로 이동하고, 이 동작으로 덮게가 열리며 상측 리미트 스위치(L/S #3)가 "ON"되면 모터 2는 "OFF"가 된다. 다음으로 산성우를 채취하기 위해 습성 강하물 채취기(2)의 덮개를 여는 동작을 취하게 되는데, 모터 1이 회전하여 덮게가 고정축(38)을 기준으로 180˚ 회전하여 우측 건성강하물 채취기(3)상에 놓이게 된다. 도 1에서 보다시피 모터 1(M1, 17)은 좌/우로 회전하여 덮게를 이동시키는데 사용한다. 우측(건성 강하물 채취기 위치)으로 회전하였는지 확인하는 리미트 스위치(L/S #1, 81)와 좌(습성 강하물 채취기 위치)로 회전하는 가를 확인하는 리미트 스위치(L/S#2, 82)가 있다.

덮게가 우측으로 이동하여 산성우의 채취가 시작되면 밸브 1(V1, 27)를 열어 산성우의 채집을 시작한다. 습성강하물 채집기는 좁다란 관을 통해 채취 용기(16)에 고이게 된다. 수위 레벨 스위치(24, 24-1)는 채취용기(16)의 수위가 차는지를 감시하다가 수위 레벨 스위치(24, 24-1)가 "ON"되면 밸브 1(V1, 27)를 닫고 산성우의 PH와 전도도를 측정하기 위해, 밸브 2(V2, 28)를 열고 용기(21, 23)에 용기(16)의 산성우를 흘려 용기(21, 23)에 내용을 채운다. 용기(23)는 흘러들어오는 양이 많을 경우, 우측 배수구로 물이 드레인 되도록 구성된다.

일정시간(55) 동안 지연 시간을 가지면서 용기(21, 23)에 채집 된 산성우를 PH 센서(20)와 전도도 센서(22)로서 계측하는 것이다.

측정이 끝난 후, 산성우의 샘플을 수집하기 위해 밸브 3, 4, 5(31, 32, 30)를 열어 채취병(33)에 산성우를 채운다.

본 고안에서 제작한 산성우 채취기는 기본적으로 12개의 샘플을 담을 수 있도록 준비가 되어 있는데, 모터 3(36)을 구동하여 채취용 원반테이블을 돌려 다음 채취병이 샘플 산성우를 수집할 수 있는 위치에 자리하도록 한다. 카운터를 1증가시키고 12개가 넘었는 가를 확인 하는 절차를 밟는데, 12개의 채취병에 산성우가 다 채워지면 더 이상 채취병에는 산성우가 담기지 않고 밖으로 드레인 된다.

다시 수위 레벨 스위치가 "ON"되었는 가를 확인하고 다음 프로세스를 진행한다. 강우감지기가 "OFF"시에는 세척루틴(여기서는 도시하지 않았슴)으로 진행하여 용기의 세척을 실시한다.

그리고 강우 감지기가 계속 "ON"이라면 계속해서 산성우를 측정하고 샘플링하는 과정을 되풀이 하게 된다.

도 3은 산성우 샘플을 채취를 돕는 주변 장치를 도시한다.

밸브 5(30)이 열렸을 때, 배수관을 통해 채취병(33)에 산성우 샘플이 담기게 된다. 그리고 나서 다음 샘플링을 위해 원반(34)는 회전하게 되는데 다음 채취병의위치는 채취병 하부에 자리한 센서(35)를 검지 함으로서 위치가 결정된다.

본 고안에서는 샘플 채취를 위해 12개의 채취병(33)을 준비되어 있으며, 필요에 따라 24개 또는 그 이상으로 설치할 수 있다.

도 4는 강우 전극(74)를 나타낸 것으로 인쇄회로기판 상에 지그재그 형태의 전극(75, 76) 패턴을 일정한 간격을 두고 형성되도록 한 구성 형태를 가지며 3면이 일정각도로 구성 된 강우 센서(74)에 산성우(77)가 +전극(75)과 -전극(76)사이에 떨어지면 전극(75, 76)간에 흐르는 전류를 감지하여 강우 및 강설상태를 측정하도록 한 것이다. 강우를 감지하는 면은 3면으로 확장됨으로 인해 감도가 높아짐으로 인해 정밀하게 강우 및 강설을 감지할 수 있다.

도 1를 토대로 설명하자면 강우 센서 내부에는 히터(41)가 부착되어 강우가 없을 때, 또는 동절기에 강우센서 표면을 건조시켜 전극을 말리는 기능을 한다.

그림 1의 히터는 내부장치가 동절기에 어는 것을 방지하는 것으로 장치내의 온도를 일정하게 유지하는 것이다.

도 5는 습성 강하물 채취기(2)와 건성 강하물 채취기(3) 상에 위치하는 덮개(5)를 이동시키는 동작을 도시 한 것이다.

덮개(5)가 좌에서 우로 180˚ 이동하기 위해서 캠에 의해 샤프트(85)가 상측 으로 이동하고 난 후, 우로 사프트(85)를 회전 시키는 동작을 행한다.

덮게를 이용하기 위한 동작을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

상하로 샤프트(85)를 이동하기 위해서는 모터(17)를 정회전시키게 되고 모터(17)의 중심축에 접속된 정(83)이 회전하게 되는데, 이 회전하는 힘에 의해 샤프트(85)가 상측으로 이동하게 된다. 통상 캠은 상측과 하측의 크기가 균형이 이루어지지 않은 형태이다.

샤프트(85)를 하측으로 이동하게 하는 방법은 반대이다. 반대로 이동하는 경우는 비가 오지 않을때 건성 강하물 용기에 먼지가 들어가지 않도록 하는 동작이다.

좌에서 우로 덮게(5)를 이동하기 위해서는 모터(18)를 회전 시켜 샤프트를 회전시켜야 한다. 정확하게 우측으로 이동했는지의 여부는 리미트 센서(82)가 "온"되었는지를 확인한다.

도 6에 샤프트를 포함한 덮게의 전체적인 이동도를 도시한다.

덮개(5)내에는 노즐(37)이 설치 되어 있으며, 본 고안에서는 이동축과 통하는 샤프트와 나란히 수로를 배선되며 덮게내부의 노즐과 나란히 연결된다. 비가 오지 않을 경우 이전에 남아있던 산성우 용액을 세척하기 위해 물탱크(11)에서 펌프(12)를 통해 노즐(37)로 세척수가 분사되고, 각 용기의 산성우 성분이 메인보드의 순차 프로세서에 의해서 세척을 행한다.

강우량 측정장치(7)를 통해 채집 된 산성우는 일정량이 되면 스위치(도시하지 않았슴)를 "온" 시켜 펄스를 발생시키고 내용물을 비운다. 이 펄스는 제어보드(9)에서 카운트하고 카운트한 펄스수로서 강우량을 산출한다.

제어보드는 5분마다 PH, 전도도, 강우량을 터치판넬(8), 모뎀(10)으로 전송하는 절차를 가지는데, 터치판넬에는 최근 12회 샘플링 한 데이터를 저장하고 있다. 그리고 모뎀으로는 PH, 전도도, 강우량은 5분단위로 중앙 계측소로 전송한다.

모뎀을 통해 PC로 수신된 데이터의 내용을 아래와 같이 상세히 설명한다.

중앙 계측소에서는 각 지역에서 올라온 데이터를 수집하여 5분 및 30분위로 데이터 베이스화 할 수 있다. 이때, 설정되는 내용들은 지역코드, 배출업소 코드, D/L 번호이며 수집되는 데이터는 산성우와 선성설의 PH, 전도도, 온도, 강우량(분당, 시간당)이다. 이들은 5분단위로 저장이 되며, 30분단위로 평균치가 합산되어 표시된다.

이와 같이 본 고안에 따른 산성우 채취장치는 종합적인 데이터 수집을 계측장소에서 자체적 및 중앙 계측소에서 통합적인 관리가 용이하다는 잇점을 준다. PH, 전도도, 강우량등을 30분단위로 장시간에 걸쳐 전체적인 데이터를 취합 함으로서 시간대 별 지역별 평균치를 구할 수 있다.

기존에 산성우를 채집하는 과정에서 수작업을 통한 방법으로 데이터를 수집/측정하였으나 본 고안을 통해 샘플 수집으로 부터 측정/전송까지 전자동으로 데이타를 수집할 수 있음으로 인해 보다 정확한 데이터를 수집할 수 있는 산성우 채집장치이다.

Claims (4)

1. 산성강우와 산성설의 PH, 전도도, 온도 및 강우량(분당, 시간당) 데이터 수집을 하여 원격으로 전송이 가능한 산성우 측정장치에 있어서,

   산성우 측정장치는 케이스(1) 상단에 건성(3) 및 습성 강하물 채취용기(2)와,

   강우센서(42) 그리고 상기 건성(3) 및 습성 강하물 용기(2)를 개폐시키도록 설치된 용기의 개폐수단(38)과,

   상기 습성 강하물 채취 용기로 채집되는 산성 강하물을 수집할 수 있는 용기(16)와,

   산성강하물의 온도와 레벨을 감지하는 용기(24, 24-1, 25, 26)와,

   PH를 측정하는 센서 및 용기(20, 21)와 산성우의 흐름을 제어하는 밸브 수단(27, 28, 29, 30, 31, 32)과,

   각 용기(16, 26, 21, 23)를 세척하는 물탱크(11), 펌프(12), 노즐(37)과,

   시간대 별로 채취된 산성우를 채취원반(34)을 돌려가며 채취하는 채취병(33)과

   상기 각부의 동작을 제어하는 메인 제어 보드(9)와,

   모니터링 및 수동 조작을 하는 터치 스크린(8)과,

   채취 된 데이터를 메인 제어 보드에서 분석하여 송출하는 모뎀(10)으로 구성됨을 특징으로 한 산성우 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 채취병(33)은 다수개로 구성되며, 모터(36)를 회전시켜 센서수단(35)에 의해 채취병의 위치를 정확히 검지하도록 함을 특징으로하는 산성우 측정 장치
3. 제 1항에 있어서, 상기 터치스크린은

   산성우 측정 장치의 흐름과 PH, 전도도 및 강우량을 표시 하고, 전도도 및 PH를 조작하며,

   스크린을 통해 밸브를 수동으로 조작할 수 있도록 함을 특징으로 하는 산성우 측정 장치.
4. 제 1항에 있어서 상기 강우 센서는 강우계측을 위한 3개의 면으로 구성됨을 특징으로 하는 산성우 측정 장치.