WO2014084516A1

WO2014084516A1 - 음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치

Info

Publication number: WO2014084516A1
Application number: PCT/KR2013/009898
Authority: WO
Inventors: 김현태; 최은규; 문병은; 백경윤; 진병옥; 이상윤; 김치호; 김명훈
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2014-06-05

Abstract

내부에 작물이 생육가능하도록 배양액이 저장된 생육공간이 제공되되 상기 배양액 내부에는 생육되는 작물의 뿌리가 삽수되어 있는 배드본체와, 상기 배드본체 외부 일측에 구비되며 소정의 음파가 발생되는 음파발생장치와, 상기 배드본체 일면에 설치되고 상기 음파발생장치와 전기적으로 연결되며 상기 음파발생장치에서 생성된 음파가 작물이 생육되는 생육공간 내부로 발신되도록 하는 음파발신기와, 상기 배드본체 타면에 설치되고 상기 배양액 내부를 통과하면서 내부에 삽수된 작물의 뿌리에 의해 위상차가 발생된 음파가 수신되는 음파수신기와, 상기 배드본체 외부 타측에 구비되고 상기 음파수신기와 전기적으로 연결되어 상기 음파수신기에 수신된 음파가 수집 및 저장되는 음파수집 및 저장장치와, 상기 음파수집 및 저장장치와 전기적으로 연결되어 수집 및 저장된 음파가 분석되는 음파분석장치를 포함하는, 음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치를 사용하면, 배양액 내에 작물의 뿌리가 삽수되어 재배되는 담액수경(deep flow technique) 재배시 육안으로 관찰할 수 없는 뿌리 생육 정도를 음파를 이용해 계측함으로써 대형 온실 및 식물공장에서 다양한 환경에 따른 작물의 생육을 측정할 수 있다.

Description

명세서

음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치 기술분야 본 발명은 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 측정 장치에 관한 것으로， 보다 상세하게는 대형 온실 및 식물공장에서 다양한 환경에 따른 작물의 생육을 측정할 수 있는 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치에 관한 것이다. 배경기술 현재의 농업은 환경 제어가 용이하고， 작물을 계획 생산할 수 있는 대형온실 및 식물공장에 대한 연구가 활발히 진행 중이지 만， 이와 같은 식물공장 및 대형 온실에서는 다양한 환경 이 존재하므로, 다양한 환경에 따른 생육과 작물의 성장을 측정할 수 있는 방안이 다각도로 모색되고 있다. 일반적으로 온실이나 식물공장에서는 수경 재배시스템이 많이 이용되고 있는데 , 수경 재배 (水耕栽培, water culture)란， 홁을 사용하지 않고 물과 수용성 영 양분으로 만든 배양액 속에서 식물을 키우는 방법을 말하는 것으로， 새싹채소， 열매채소， 녕쿨식물, 기타 일반식물 등이 수경 재배를 이용해 재배할 수 있다.

다양한 수경 재배 방식 중에서도 담액수경 (DFT) 방식 이 가장 많은 비중을 차지하고 있는데 담액수경 이 란 배드 내에 배양액을 채우고 작물을 생육하며， 일정시간이 지나면 양액을 순환시 키는 시스템으로 작물의 뿌리가 직 접 적으로 양액에 담겨져 양분을 흡수하는 방식을 말한다.

그런데 작물에 있어서 뿌리는 양분을 흡수 및 저장하고 작물의 생육을 판가름할 수 있는 중요한 기능을 한다는 점에서 이를 통한 작물의 생육조건 연구가 진행되어야 하지 만, 통상적으로 작물의 뿌리는 육안으로 관찰할 수 없는 지하부에서 생육하기 때문에 이를 비파괴 적인 방법을 이용해 연구할 수 있는 방법 이 요구되는 실정 이다. 발명의 요약

따라서 , 본 발명은， 배양액 내에 작물의 뿌리가 삽수되어 재배되는 담액수경 (deep flow technique) 재배시 육안으로 관찰할 수 없는 뿌리 생육 정도를 음파를 이용해 계측함으로써 대형 온실 및 식물공장에서 다양한 환경에 따른 작물의 생육을 측정할 수 있는 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

내부에 작물이 생육가능하도톡 배양액이 저장된 생육공간이 제공되되 상기 배양액 내부에는 생육되는 작물의 뿌리가 삽수되어 있는 배드본체와， 상기 배드본체 외부 일측에 구비되며 소정의 음파가 발생되는 음파발생장치와, 상기 배드본체 일면에 설치되고 상기 음파발생장치와 전기 적으로 연결되며 상기 음파발생장치에서 생성 된 음파가 작물이 생육되는 생육공간 내부로 발신되도록 하는 음파발신기와， 상기 배드본체 타면에 설치되고 상기 배양액 내부를 통과하면서 내부에 삽수된 작물의 뿌리에 의해 위상차가 발생된 음파가 수신되는 음파수신기와, 상기 배드본체 외부 타측에 구비되고 상기 음파수신기와 전기 적으로 연결되 어 상기 음파수신기에 수신된 음파가 수집 및 저장되는 음파수집 및 저장장치와, 상기 음파수집 및 저장장치와 전기 적으로 연결되어 수집 및 저장된 음파가 분석되는 음파분석장치를 포함하는， 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치를 제공한다.

본 발명에서 상기 음파발신기로부터 배양액을 향해 발신되는 음파는 상기 배드본체 내에 저장된 배양액의 구성물질 및 압력에 따라 고유한 진동주기를 갖는 음파이고， 상기 음파수신기에서 수신되는 음파는 상기 배양액 내부에 삽수된 작물의 뿌리에 의해 위상차가 발생된 진동주기를 갖는 음파인 것으로 한다.

본 발명에서 상기 음파분석장치는 상기 음파발신기에서 발신된 음파와 상기 음파수신기에서 수신된 음파 간 진동주기를 비교해 그 위상차를 계산하여 생육되는 작물뿌리의 부피 및 생육상태를 비파괴적 방법에 의해 분석 처리하는 것으로 한다. 도면의 간단한설명 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치의 전체적인 작동과정에 대한 순서도이다. 발명의 상세한설명 이하에서는， 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만， 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지， 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다. 그리고 각각의 실시예에 있어서 동일한 구성부재에 대해서는 동일부호를 사용함을 밝혀둔다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치 (1)는 내부에 작물이 생육가능하도록 배양액이 저장된 생육공간이 제공되되 상기 배양액 내부에는 생육되는 작물의 뿌리가 삽수되어 있는 배드본체 (100)와， 상기 배드본체 (100) 외부 일측에 구비되며 소정의 음파가 발생되는 음파발생장치 (200)와， 상기 배드본체 (100) 일면에 설치되고 상기 음파발생장치 (200)와 전기적으로 연결되며 상기 음파발생장치 (200)에서 생성된 음파가 작물이 생육되는 생육공간 내부로 발신되도록 하는 음파발신기 (300)와， 상기 배드본체 (100) 타면에 설치되고 상기 배양액 내부를 통과하면서 내부에 삽수된 작물의 뿌리에 의 해 위상차가 발생된 음파가 수신되는 음파수신기 (400)와， 상기 배드본체 (100) 외부 타측에 구비 되고 상기 음파수신기 (400)와 전기 적으로 연결되어 상기 음파수신기 (400)에 수신된 음파가 수집 및 저장되는 음파수집 및 저장장치 (500)와， 상기 음파수집 및 저 장장치 (500)와 전기 적으로 연결되어 수집 및 저 장된 음파가 분석되는 음파분석장치 (600)를 포함한다. ^' 이하에는 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직 한 일 실시 예에 따른 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치 (1)의 각각의 구성부재 및 그 연동관계에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 여기서 배드본체 (100)는 작물이 생육되며， 생육되는 작물의 뿌리의 부피 및 생육상태가 비파괴 적 방법으로 분석할 수 있도록 그 내， 외부에 추후에 설명될 구성부재들이 설치되는 역할을 하는 것 이다.

이와 같은 배드본체 (100)는 그 내부에서 작물이 생육될 수 있도록 배양액이 저장된 생육공간이 제공되 되 배양액 내부에는 생육될 작물의 뿌리 부분이 영 양분과 수분 및 산소를 공급받을 수 있도록 삽수 처 리된다. 이 때 전술한 배드본체 (100)의 크기 , 설치개수 및 설치방법은 다양하게 변경 실시될 수 있는데 이 러 한 배드본체 (100)는 종래기술에 따른 수경재배용 배드와 동일한 것으로 하여 더 이상의 상세한 설명은 명세서의 간략화를 위 해 생략하기로 한다. 한편， 전술한 배드본체 (100)의 외부 일측에는 음파발생장치 (200)가 구비되는데 이 음파발생장치 (200)는 작물 뿌리의 부피 및 생육상태 분석에 사용되는 음파를 발생시키는 역할을 하는 것이다. 이와 같은 음파발생장치 (200)에는 음파를 발생시키 는 음파발생회로 (도시되지 않음)가 구비되어 있는데, 이는 피 검사물을 수중에 담구어 음파를 수중을 통하여 물체로 입사시 키 는 종래기술에 따른 비파괴 방법에 사용되는 음파발생장치 (200)와 동일한 원리로 작동되는 것으로 하여 더 이상의 상세한 설명은 명세서의 간략화를 위해 생략하기로 한다. 그리고 전술한 배드본체 (100)의 일면에는 음파발신기 (300)가 설치되는데 이 음파발신기 (300)는 전술한 음파발생장치 (200)로부터 음파를 전달받은 뒤 이 음파가 배드본체 (100)의 배양액 내부로 발신되도록 하는 역할을 하는 것이다.

이를 위해 전술한 음파발신기 (300)는 배드본체 (100) 내부 일면에 설치되고 음파발생장치 (200)와 전기 적으로 연결되어 음파발생장치 (200)에서 생성된 음파가 작물이 생육되는 생육공간 내부로 발신되도록 한다. 이 때 전술한 음파발신기 (300)로부터 배양액을 향해 발신되는 음파는 배드본체 (100) 내에 저 장된 배양액의 구성물질 및 압력에 따라 고유한 진동주기를 갖는 음파인 것으로 한다. 이와 같은 음파발신기 (300)는 종래기술에 따른 음파발신기 (300)와 동일한 것으로 하여 더 이상의 상세한 설명은 명세서의 간략화를 위해 생략하기로 한다. 그리고 전술한 배드본체 (100)의 타면에는 음파수신기 (400)가 설치되는데 이 음파수신기 (400)는 배양액 내부를 통과하면서 내부에 삽수 된 작물의 뿌리 에 의해 위상차가 발생된 음파가 수신되는 역할을 하는 것이다. 이때 음파수신기 (400)에서 수신되는 음파는 배양액 내부에 삽수된 작물의 뿌리에 의해 위상차가 발생된 진동주기를 갖는 음파인 것으로 한다. 이와 같은 음파수신기 (400)는 배드본체 (100)의 타면 내부에 위치 되되 전술한 음파발신기 (300)로부터 발신되는 음파가 효과적으로 수신될 수 있도록 음파발신기 (300)와 마주 보이는 반대편에 설치되는 것 이 바람직 하다. 그리고 전술한 음파발신기 (300)와 마찬가지로 종래기술에 따른 음파수신기 (400)와 동일한 것으로 하여 더 이상의 상세한 설명은 명세서의 간략화를 위해 생략하기로 한다. 한편 전술한 배드본체 (100)의 외부 타측에는 음파수집 및 저장장치 (500)가 구비되는데， 이 음파수집 및 저장장치 (500)는 전술한 음파수신기 (400)에서 수신된 음파가 추후에 설명될 음파분석 장치 (600)에서 분석 될 수 있도록 수집 및 저 장되는 역할을 하는 것으로 전술한 음파수신기 (400)와 전기 적으로 연결된다. 이와 같은 음파수집 및 저장장치 (500)의 수집 및 저장방법은 종래기술에 따른 방법과 동일한 것으로 하여 더 이상의 상세한 설명은 명세서 의 간략화를 위해 생략하기로 한다. 그리고 전술한 음파수집 및 저장장치 (500)의 일축에는 음파분석장치 (600)가 구비되는데 이 음파분석장치 (600)는 전술한 음파수집 및 저장장치 (500)에서 수집 및 저장된 음파를 전달받아 분석 처리 함으로써 생육되는 작물의 성 장 여부를 판별하는 역할을 하는 것 이다. 이를 위해 전술한 음파분석 장치 (600)는 전술한 음파수집 및 저장장치 (500)와 수집 및 저장된 음파의 송, 수신이 가능하도록 전기 적으로 연결되며 내부에는 음파분석을 위 한 프로그래밍 이 탑재되어 있다.

즉, 전술한 음파분석장치 (600)에서는 탑재된 프로그램을 이용해 음파발신기 (300)에서 발신된 음파와 음파수신기 (400)에서 수신된 음파 간 진동주기를 비교해 그 위상차를 계산하여 생육되는 작물뿌리의 부피 및 생육상태가 비파괴 적 방법에 의 해 분석 처 리 될 수 있게 된다. 이와 같은 음파분석장치 (600)는 종래기술에 따른 음파분석장치 (600) 및 이를 이용한 방법과 동일한 것으로 하여 더 이상의 상세한 설명은 명세서 의 간략화를 위 해 생략하기로 한다. 이하에는 도 2를 참조하여 본 발명의，바람직 한 일 실시 예에 따른 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치 (1)의 전체적 인 작동방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 먼저 배드본체 (100)의 일측에는 음파발생장치 (200)를 위치시 키고, 타측에는 음파수집 및 저장장치 (500)와 음파분석장치 (600)를 위치시키며, 배드본체 (100)의 내부 일면에는 음파발생장치 (200)와 연결된 음파발신기 (300)를， 내부 타면에는 음파수집 및 저장장치 (500)와 연결된 음파수신기 (400)를 각각 설치한 다음, 배드본체 (100)의 생육공간 내에 배양액이 저장되도록 한다.

그런 다음 ' 작물의 뿌리가 삽수되기 전 배양액 내에 음파발생장치 (200) 및 음파발신기 (300)를 통해 음파를 발생시키고 음파수신기 (400), 음파수집 및 저장장치 (500)， 음파분석장치 (600)를 통해 수신된 음파를 이용해 순수 배양액의 구성물질 및 압력에 따른 고유한 진동주기를 측정하고, 이 데이터를 음파분석장치 (600)에 입력한다.

그런 다음 배드본체 (100)의 배양액 내에 생육될 작물의 뿌리가 삽수되도록 한 뒤 전술한 방법과 마찬가지로 배양액 내에 음파발생장치 (200) 및 음파발신기 (300)를 통해 음파를 발생시키고 음파수신기 (400)， 음파수집 및 저장장치 (500)， 음파분석장치 (600)를 통해 수신된 음파를 이용해 뿌리에 의해 위상차가 발생된 진동주기를 측정하고 이를 음파분석장치 (600)에 입력된 순수 배양액 진동주기와 대비 분석하여 그 위상차를 계산함으로써 생육되는 작물뿌리의 부피 및 생육상태를 비파괴적 방법에 의해 분석 처리할 수 있게 된다. 위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며， 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다. _r

[부호의 설명]

1： 음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치

100： 배드본체 음파발생장치

음파발신기

： 음파수신기

： 음파수집 및 저장장치 ： 음파분석장치

Claims

톡허청구범위

1. 내부에 작물이 생육가능하도록 배양액이 저장된 생육공간이 제공되되 상기 배양액 내부에는 생육되는 작물의 뿌리가 삽수되 어 있는 배드본체 (100); 상기 배드본체 (100) 외부 일측에 구비되며 소정의 음파가 발생되는 음파발생장치 (200);

상기 배드본체 (100) 일면에 설치되고 상기 음파발생장치 (200)와 전기 적으로 연결되며 상기 음파발생장치 (200)에서 생성된 음파가 작물이 생육되는 생육공간 내부로 발신되도록 하는 음파발신기 (300);

상기 배드본체 (100) 타면에 설치 되고 상기 배양액 내부를 통과하면서 내부에 삽수된 작물의 뿌리에 의해 위상차가 발생된 음파가 수신되는 음파수신기 (400);

상기 배드본체 (100) 외부 타측에 구비 되고 상기 음파수신기 (400)와 전기 적으로 연결되어 상기 음파수신기 (400)에 수신된 음파가 수집 및 저장되는 음파수집 및 저장장치 (500); 및

상기 음파수집 및 저장장치 (500)와 전기 적으로 연결되 어 수집 및 저장된 음파가 분석되는 음파분석장치 (600)를 포함하는， 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 축정장치 .

2. 제 1 항에 있어서，

상기 음파발신기 (300)로부터 배양액을 향해 발신되는 음파는 상기 배드본체 (100) 내에 저장된 배양액의 구성물질 및 압력에 따라 고유한 진동주기를 갖는 음파이고， 상기 음파수신기 (400)에서 수신되는 음파는 상기 배양액 내부에 삽수된 작물의 뿌리 에 의 해 위상차가 발생된 진동주기를 갖는 음파인 것을 특징 으로 하는， 음파를 이용한 수경 재배 식물의 뿌리 생육상태 측정 장치 .

3. 제 2 항에 있어서， 상기 음파분석장치 (600)는 상기 음파발신기 (300)에서 발신된 음파와 상기 음파수신기 (400)에서 수신된 음파 간 진동주기를 비교해 그 위상차를 계산하여 생육되는 작물뿌리의 부피 및 생육상태를 비파괴적 방법에 의해 분석 처리하는 것을 특징으로 하는, 음파를 이용한 수경재배 식물의 뿌리 생육상태 측정장치.