KR101400886B1 - 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공간적으로 떨어진 위치에 여러 개의 시추공을 뚫고 각각의 시추공에 여러 개의 온도센서가 배열된 센서 케이블을 투입한 후 온도센서를 동시에 제어하여 각 시추공의 심도별 지하 온도를 동시에 측정할 수 있도록 하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템은 지하 시추공에 투입되어 주변 온도를 측정하는 온도센서부가 구비된 지하 온도 측정 시스템에 있어서, 상기 복수의 온도센서부(400)가 상호 이격되도록 직렬 배열되어 지하 시추공에 투입되는 센서 케이블(300))과; 공간적으로 분산된 위치에 형성되는 복수의 지하 시추공에 각각 투입되는 센서 케이블(300)과 연결되어, 상기 복수의 센서 케이블(300)의 연결을 개폐하는 스위치 박스(200)와; 상기 스위치 박스(200)를 제어하여 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 동작을 제어하며, 상기 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 주변 온도 데이터를 전송받아 이를 저장하고 표시하는 모니터링 장치(100);를 포함하여 이루어져, 여러 개의 시추공에 대한 지하 심도별 온도를 동시에 측정할 수 있도록 제공된다.

Description

3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템 {3D DISTRIBUTED UNDERGROUND TEMPERATURE MEASURING SYSTEM}

본 발명은 지하 온도 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공간적으로 떨어진 위치에 여러 개의 시추공을 뚫고 각각의 시추공에 여러 개의 온도센서가 배열된 센서 케이블을 투입한 후 온도센서를 동시에 제어하여 각 시추공의 심도별 지하 온도를 동시에 측정할 수 있도록 하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템에 관한 것이다.

지하에 흐르는 지하수나 지하의 열에너지를 효율적으로 이용하기 위해서는 지하 심도에 따른 지하 온도 측정이 정확히 이루어져야 하는데, 이러한 지하의 온도 측정을 위하여 통상 지하에 시추공을 뚫고 이 시추공에 케이블과 연결된 온도센서를 투입하여 지하의 온도 변화를 측정하게 된다.

일반적으로 케이블에는 단일 온도센서가 연결되어 이 온도센서를 통하여 측정되는 온도 데이터는 케이블을 통하여 모니터링 장치에 전송됨으로써 관리자가 외부에서 지하의 온도를 파악할 수 있으며, 이러한 온도 측정은 주기적으로 실시되어 해당 지점의 지하 온도 변화를 모니터링하게 된다.

한편, 이러한 지하의 온도 및 압력은 지하 깊이에 따라 다르게 형성되기 때문에 정확한 지하 온도 변화를 측정하기 위해서는 지하 심도별로 온도 측정이 이루어져야 한다. 따라서, 근래에는 다수의 온도센서를 케이블에 소정 간격으로 이격 설치하여 지하 심도별 온도를 측정할 수 있도록 하는 장치가 제안되었는데, 이러한 심도별 온도 측정 장치로 특허등록 제1035090호 "지하수 다측점 온도 측정장치"가 있다.

도 1은 상기 등록 특허인 지하수 다측점 온도 측정장치의 설치 개념도로서, 이 지하수 다측점 온도 측정장치는 디지털 온도센서와 MPU(Micro Processor Unit), 통신칩 및 레귤레이터가 구비되어 케이블에 직렬 접속되는 복수의 온도측정부와, 상기 온도측정부의 온도 신호값을 요청하여 수신된 값을 표시하는 온도표시부와, 상기 온도표시부로부터 출력된 온도 신호값을 수신하여 저장 및 표시하는 단말부를 포함하여 이루어진다.

상기의 구성으로 이루어진 지하수 다측점 온도 측정장치는 케이블을 통하여 소정 간격으로 직렬 접속되는 여러 개의 온도측정부를 통하여 측정되는 지하 심도별 온도가 RS-485 통신을 통하여 온도표시부로 전송되어 표시될 수 있도록 함으로써 지하 심도별 온도를 외부에서 실시간으로 확인할 수 있도록 하고 있다.

하지만, 상기 등록 특허는 온도센서부의 구성이 복잡하여 소형화가 어려워 케이블에 직렬 연결하여 지하에 설치하는데 어려움이 있었으며, RS-485 통신을 사용함으로써 케이블에 연결되는 온도센서부의 수가 최대 32개로 제한되어 깊은 지하 또는 정밀한 지하 온도 측정시 그 확장이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 상기 등록 특허는 하나의 케이블에 다수의 온도센서부가 직렬 연결되어 하나의 시추공에 대한 심도별 온도 측정은 가능하였으나, 여러 개의 시추공에 대하여 온도 측정을 하는 경우 하나의 시추공에서 온도 측정을 한 후 다른 시추공으로 케이블을 이동시켜 온도 측정을 해야 하기 때문에 온도 측정 과정이 복잡하고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 특히, 공간적으로 떨어진 지역에서 지하수의 심도별 온도를 동시에 측정하여 지하수의 이동 경로를 파악할 필요가 있을 수 있는데, 상기 등록 특허는 여러 개의 시추공에 대한 심도별 온도를 동시에 측정해야 하는 경우 적용할 수 없기 때문에 그 활용 범위에 제약이 따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 공간적으로 분리된 위치에 여러 개의 시추공을 뚫고 이 여러 개의 시추공에 대하여 동시에 지하 심도별 온도를 측정할 수 있도록 하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 지하 심부의 높은 압력 및 수압에 견딜 수 있으며 케이스 내부로의 지하수 유입을 차단하여 안정적으로 동작할 수 있도록 하는 온도센서부가 적용된 지하 온도 측정 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템은 지하 시추공에 투입되어 주변 온도를 측정하는 온도센서부가 구비된 지하 온도 측정 시스템에 있어서, 상기 복수의 온도센서부가 상호 이격되도록 직렬 배열되어 지하 시추공에 투입되는 센서 케이블과; 공간적으로 분산된 위치에 형성되는 복수의 지하 시추공에 각각 투입되는 센서 케이블과 연결되어, 상기 복수의 센서 케이블의 연결을 개폐하는 스위치 박스와; 상기 스위치 박스를 제어하여 센서 케이블에 배열된 온도센서부의 동작을 제어하며, 상기 온도센서부를 통하여 측정되는 주변 온도 데이터를 전송받아 이를 저장하고 표시하는 모니터링 장치를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 상기 모니터링 장치와 스위치 박스 및 센서 케이블에 배열된 온도센서부는 두 개의 전원 라인(VCC, GND)과 하나의 데이터 통신 라인(Data)을 갖는 1-wire 통신 케이블을 통하여 연결되어 전원 공급 및 데이터 송수신이 이루어지게 된다.

또한, 상기 스위치 박스에는 복수의 센서 케이블에 연결된 1-wire 통신 케이블을 동시에 개폐하여 상기 센서 케이블에 배열된 온도센서부의 동작을 동시에 제어하는 1-wire Micro LAN Coupler가 구비되며, 상기 모니터링 장치에는 상기 온도센서부를 통하여 측정된 각 시추공의 심도별 온도 데이터를 원격지의 관리자 단말기에 무선 송출하는 무선 통신부가 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 온도센서부는 고유주소(ID)를 갖는 온도센서와, 상기 온도센서가 탑재되어 상기 센서 케이블과 전원 라인 및 데이터 통신 라인이 연결되는 기판 본체와, 상기 기판 본체를 외측에서 보호하는 스테인리스 케이스를 포함하여 이루어지되, 상기 스테인리스 케이스의 양단은 센서 케이블의 외측에 압착되어 고정되고, 이 스테인리스 케이스의 내측에는 에폭시가 채워지며, 상기 스테인리스 케이스의 외측에는 수축 튜브가 덮어져 보호되게 된다.

여기에서, 상기 수축 튜브는 폴리올레핀 재질로 형성되고, 이 수축 튜브의 내측에는 접착제가 도포되어 스테인리스 케이스에 밀착 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템은 공간적으로 떨어진 위치에 형성된 여러 개의 시추공에 온도센서부가 소정의 간격으로 배열된 센서 케이블을 각각 투입하고 이 센서 케이블을 스위치 박스에 연결하여 동시에 구동시킴으로써 센서 케이블의 이동 없이 여러 개의 시추공의 지하 심도별 온도를 동시에 측정할 수 있으며, 이를 통하여 지하수 유동을 해석하고 지하수 온도특성을 용이하게 규명할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 복수의 센서 케이블에 각각 배열된 온도센서부를 통하여 측정되는 온도 데이터를 모니터링 장치에 저장하고 표시하는 동시에 무선 통신을 통하여 원격의 관리자에게 실시간으로 전송하여 실시간 원격 모니터링이 가능한 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 온도센서부의 내측을 에폭시로 밀봉한 후 케이스 외측을 수축 튜브로 덮어씌워 지하 심부의 높은 압력 및 수압에 견딜 수 있도록 하고 케이스 내부로 지하수가 유입되는 것을 방지하여 안정적으로 동작할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 지하수 다측점 온도 측정장치의 설치 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템의 전체적인 설치 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 온도센서부와 센서 케이블의 연결 구조를 나타낸 설치 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 스위치 박스의 동작 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 모니터링 장치의 블럭 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 지하 온도 측정 시스템을 통하여 각 시추공의 심도별 지하 온도가 측정되는 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템의 전체적인 설치 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템은 다수의 온도센서부(400)가 소정 간격으로 이격되어 직렬 배열된 센서 케이블(300)과, 상기 센서 케이블(300)이 여러 개 연결되어 있어 제어할 센서 케이블(300)을 선택할 수 있는 스위치 박스(200)와, 상기 스위치 박스(200)의 동작을 제어하고 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 데이터를 관리하는 모니터링 장치(100)를 포함하여 이루어진다.

상기 온도센서부(400)는 지하 시추공에 투입되어 지하 온도를 측정하는 온도 측정 센서로서, 이 온도센서부(400)는 소정의 간격으로 이격되어 직렬로 센서 케이블(300)에 배치된다. 상기 센서 케이블(300)은 직렬로 배치되는 다수의 온도센서부(400)를 고정시켜 지지하게 되는데, 이 센서 케이블(300)의 일단은 지하 시추공의 하부로 투입되고 타단은 케이블을 통하여 스위치 박스(200)에 연결된다. 일단이 스위치 박스(200)에 연결되는 센서 케이블(300)은 스위치 박스(200)의 제어에 따라 온도센서부(400)에 전원을 공급하여 온도센서부(400)를 동작시키고, 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 데이터를 스위치 박스(200)를 통하여 모니터링 장치(100)로 전송하는 역할을 수행하게 된다.

이러한 다수의 온도센서부(400)가 소정 간격으로 배열되는 센서 케이블(300)은 지하 온도를 측정하고자 하는 위치에 뚫린 시추공에 각각 투입되어 지하 온도를 측정하게 되는데, 상기 스위치 박스(200)에는 이러한 공간적으로 분리된 위치에 형성되는 지하 시추공에 각각 투입되는 다수의 센서 케이블(300)이 연결되어, 이 다수의 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 동작을 동시에 제어하게 된다. 이때, 상기 스위치 박스(200)는 모니터링 장치(100)의 원격 제어 또는 현장에서 관리자의 제어에 따라 구동되어 센서 케이블(300)에 연결된 온도센서부(400)의 동작을 제어하게 되며, 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 데이터를 모니터링 장치(100)에 전송하게 된다.

상기 모니터링 장치(100)는 스위치 박스(200)와 통신 케이블(10)을 통하여 연결되어 스위치 박스(200)의 동작을 제어하게 된다. 이 모니터링 장치(100)는 스위치 박스(200)의 동작을 제어하여 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)를 동작시키고, 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 데이터를 전송받아 플래쉬 메모리에 저장하고 화면에 표시하여 관리자가 지하 온도를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 제공한다. 또한, 상기 모니터링 장치(100)는 각 시추공에 투입된 센서 케이블(300)의 온도센서부(400)를 동시에 동작시켜 동시간의 각 시추공 심도별 지하 온도를 측정하여 모니터링할 수 있도록 함으로써 지하수의 유동을 해석하고 지하 온도 특성을 규명할 수 있도록 하게 된다. 한편, 상기 모니터링 장치(100)에는 무선 통신부(150)가 구비되어 온도센서부(400)로부터 수신되는 지하 온도 측정 데이터를 원격지의 단말기나 관리자 휴대 단말기에 무선 송출할 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서부와 센서 케이블의 연결 구조를 나타낸 설치 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 온도센서부(400)는 센서 케이블(300)에 직렬로 연결되게 되는데, 이 온도센서부(400)에는 주변의 온도를 측정하는 디지털 온도센서(420)와, 상기 디지털 온도센서(420)가 탑재되는 기판 본체(410)를 포함하여 이루어진다.

상기 디지털 온도센서(420)에는 고유주소(ID)가 등록된 메모리가 구비되는데, 이 고유주소는 센서 케이블(300)을 통한 측정 데이터 전송시 함께 전송되어 모니터링 장치(100)에서 어느 디지털 온도센서(420)에서 측정된 데이터인지를 파악할 수 있도록 한다. 상기 센서 케이블(300)에 연결되어 있는 고유주소가 등록된 각각의 디지털 온도센서(420)는 스위치 박스(200)의 제어에 따라 동시 동작이 가능하여 동시간대의 심도별 지하 온도 측정이 가능하며, 이렇게 디지털 온도센서(420)에 의해 측정되는 데이터는 스위치 박스(200)를 통하여 모니터링 장치(100)에 전송되는 동시에 자체 메모리에 저장되게 된다.

상기 디지털 온도센서(420)가 탑재되는 기판 본체(410)에는 센서 케이블(300)의 전원 라인(VCC, GND)(310) 및 데이터 통신 라인(320)과 연결되는 전원 단자(411) 및 데이터(Data) 통신 단자가 구비되어, 모니터링 장치(100)로부터 공급되는 전원을 디지털 온도센서(420)에 공급하며, 디지털 온도센서(420)를 통하여 측정되는 데이터를 센서 케이블(300)의 데이터 통신 라인(320)을 통하여 스위치 박스(200)를 통해 모니터링 장치(100)로 전송하게 된다. 한편, 상기 기판 본체(410)에는 외부로부터 유입되는 서지 전압 등의 과전압으로부터 디지털 온도센서(420)를 보호하며 디지털 온도센서(420)의 온도 변환시 전원을 보충하기 위한 콘덴서(430)가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 Maxim에서 개발한 1-wire 버스 시스템을 사용하여 모니터링 장치(100)와 온도센서부(400)가 스위치 박스(200) 및 센서 케이블(300)을 경유하여 통신을 수행하게 되는데, 이 1-wire 버스 시스템은 하나의 버스 마스터를 사용하여 하나 이상의 슬레이브 장치를 제어할 수 있도록 해준다. 상기 1-wire 버스 시스템에 적용되는 본 발명에 따른 온도센서(420)는 각기 고유한 64-bit 고유번호를 가지고 있어 여러 개의 장치 중에서 각 장치를 확인할 수 있으며, 개별적으로 작동할 수도 있고 전체 센서를 동시에 작동할 수도 있게 된다. 또한, 9bytes의 메모리를 가지고 있어 위치 정보를 변경/기록할 수 있으며, 이 위치 정보를 이용하여 센서의 설치 위치를 확인할 수 있게 된다. 또한, 하나의 통신 라인(320)으로 데이터 송수신이 가능하므로 +5V(VCC)와 Ground(GND)로 이루어진 두 개의 전원 라인(310) 등 3개의 라인만으로도 여러 위치에 있는 온도센서(420)의 온도를 동시에 측정할 수 있게 된다. 이러한 1-wire 버스 시스템에서는 5V, 1mA의 낮은 소모전류를 가지는 온도센서(420)의 특성상, 3개의 라인으로 이루어진 센서 케이블(300)에 300개의 온도센서(420)를 연결하고도 동시에 온도 측정이 가능해진다. 따라서, 한 개 시추공에 투입되는 센서 케이블(300)에 300개의 온도센서(420)를 연결하고도 단일 온도측정장치를 사용하여 동시에 온도 측정이 가능해지게 되는데, 이러한 온도센서(420)의 수는 RS-485 통신을 사용하여 최대 32개까지 장착 가능한 도 1의 종래 기술에 비해 비약적으로 증가하게 된다. 이러한 1-wire 버스 시스템의 작동 전원은 pull-up 된 통신선에서 공급받거나 외부 5V 전원을 사용할 수 있는데, 외부 5V 전원을 사용하는 경우에는 온도센서(420)가 온도 변환을 할 때 1-wire 버스를 통해 다른 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 실시예에서는 외부 5V 전원을 사용하였으며 온도센서(420)의 작동 전원은 ground 기준으로 +3.0∼+5.5V로, 5.0V 전원을 사용할 때 장거리 케이블 사용에 따른 선로 저항에 의한 전압 강하가 일어나도 온도변환시 센서에 문제가 발생하지 않게 된다.

상기 디지털 온도센서(420) 및 콘덴서(430)가 부착된 기판 본체(410)의 외측은 스테인리스 재질의 케이스(440)를 통하여 보호되는데, 이 스테인리스 케이스(440)의 양단은 센서 케이블(300)의 외측에 압착되어 고정된다. 한편, 상기 기판 본체(410)를 보호하는 스테인리스 케이스(440)의 내측에는 에폭시(445)가 채워져 밀폐됨으로써 기판 본체(410) 및 디지털 온도센서(420)가 외부 충격이나 수압 등에 의해 파손되는 것을 방지하게 된다. 또한, 스테인리스 케이스(440)의 외측은 수축 튜브(450)를 통하여 보호되는데, 이 수축 튜브(450)는 폴리올레핀(polyolefin) 재질로 이루어져 내측에 접착제가 도포되어 스테인리스 케이스(440)의 외측에 밀착 고정되게 된다.

상기의 구성으로 이루어진 온도센서부(400)의 제작 과정은 먼저, 온도센서(420)가 장착된 기판 본체(410)를 납땜을 통해 센서 케이블(300)의 각 라인과 연결한 후, 기판 본체(410)를 스테인리스 케이스(440)에 넣고 케이스(440)의 일측 하부를 센서 케이블(300) 외측에서 압축장치를 통하여 압착시키게 된다. 상기 케이스(440)의 일측 하부가 센서 케이블(300)에 압착되어 고정되면, 유동성이 좋은 에폭시(epoxy)(445)를 주사기 등을 이용하여 케이스(440) 내부에 완전히 채운 후, 케이스(440)의 타측 상부도 센서 케이블(300) 외측에 압착시켜 고정하게 된다. 상기의 과정을 통하여 스테인리스 케이스(440)가 기판 본체(410)의 외측에서 센서 케이블(300)에 고정 설치되면, 내측에 접착제가 도포된 수축 튜브(450)를 스테인리스 케이스(440)에 완전히 덮어씌운 후 고온으로 가열하여 수축시키게 되는데, 고온 가열 과정에서 수축 튜브(450)의 내측에 도포된 접착제가 녹으면서 수축 튜브(450)가 케이스(440) 및 센서 케이블(300)을 완전히 밀착시켜 고정 결합하게 된다.

이와 같이, 스테인리스 케이스(440)의 내측이 에폭시(445)에 의해 채워지고, 케이스(440)의 양단이 센서 케이블(300)에 압착 고정되며, 케이스(440)의 외측에 수축 튜브(450)가 밀착 고정됨으로써 지하 심부의 높은 압력과 수압에도 온도센서(420)의 파손 및 지하수의 침투 현상을 차단할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위치 박스의 동작 개념도를 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스위치 박스(200)는 다수의 시추공에 각각 투입되는 센서 케이블(300)의 연결을 개폐하며, 이를 통해 모니터링 장치(100)가 센서 케이블(300)에 배열된 복수의 온도센서부(400)의 동작을 제어하여 다수의 시추공에서 각 심도에 따른 지하 온도를 동시에 측정할 수 있도록 하는 장치이다.

일반적으로 1-wire 마스터 장치에 다수의 슬레이브 장치를 연결하는 방법에는 하나의 라인에 모든 슬레이브 장치를 연결하거나 여러 개의 라인에 각각 다수의 슬레이브 장치를 연결하는 방법이 있다. 여기에서, 상기 마스터 장치는 본 발명에서 모니터링 장치(100)를, 슬레이브 장치는 온도센서부(400)를 의미한다.

만약, 1개의 시추공 내에서 온도를 측정하는 경우라면 마스터 장치에 다수의 슬레이브 장치가 배열된 단일 센서 케이블을 연결하면 되므로 센서 케이블의 길이와 케이블에 설치된 센서 수를 제어 가능한지 판단하면 되는데, 일반적으로 300m 길이에 300개의 센서 장착이 가능하다. 하지만, 다수의 시추공 내의 온도를 동시에 측정하는 경우에는, 마스터 장치에 다수의 슬레이브 장치가 배열된 다수의 센서 케이블을 연결해야 하므로 단일 센서 케이블을 사용하는 것에 비해 마스터 장치에 부하가 많이 걸려 올바른 측정을 수행할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 다수의 센서 케이블을 연결하고도 단일 센서 케이블을 연결한 것과 같은 효과를 얻기 위해 1-wire Micro LAN Coupler(210)를 사용하여 스위치 박스(200)를 구현하였다.

상기 스위치 박스(200)에 구비된 1-wire Micro LAN Coupler(210)는 1-wire 통신 라인을 개폐할 수 있는 기능이 있어 다수의 Micro LAN Coupler(210)에 각각 센서 케이블(300)이 연결되어 있어도 마치 하나만 연결된 것처럼 조절할 수 있다. 따라서, 실제로는 다수의 센서 케이블(300)이 연결되어 있어도 하나의 센서 케이블(300)만이 연결된 것처럼 조절해 사용함으로써 여러 개의 시추공에 설치된 센서 케이블(300)을 스위치 박스(200)를 통하여 하나의 마스터 장치로 동시에 실시간 온도 측정이 가능해진다.

이러한 스위치 박스(200)는 마스터 장치에 해당하는 모니터링 장치(100)에 의해 그 동작이 제어된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 장치의 블럭 구성도를 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모니터링 장치(100)는 사용자로부터 데이터를 입력받고 처리되는 데이터를 화면에 표시하는 입출력부(120)와, 외부 주변장치와 데이터를 송수신하는 인터페이스부(130)와, 스위치 박스(200) 및 온도센서부(400)를 포함하는 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부(140)와, 온도센서부(400)의 지하 온도 측정 동작을 제어하는 온도측정부(160)와, 온도 측정 관련 데이터가 저장되는 데이터베이스(170)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 중앙제어부(110)를 포함하여 이루어진다.

상기 입출력부(120)는 사용자로부터 조작 데이터를 입력받는 입력장치와 모니터링 장치(100)를 통하여 처리되는 데이터를 화면에 표시하는 출력장치를 의미하며, 상기 인터페이스부(130)는 프린터나 스캐너, USB 메모리 등 외부 주변장치와 데이터를 송수신하는 장치이다.

상기 통신부(140)는 스위치 박스(200)와 온도센서부(400) 및 원격에 위치한 외부 통신장치와 통신을 수행하는 장치로서, 이 통신부(140)에는 스위치 박스(200) 및 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)와 1-wire 통신을 수행하는 1-wire 통신부(145)와, 원격에 위치한 통신장치와 무선 통신을 수행하는 무선 통신부(150)가 구비된다.

상기 온도측정부(160)는 스위치 박스(200) 및 온도센서부(400)의 동작을 제어하여 지하 온도를 측정하는 장치로서, 이 온도측정부(160)에는 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 정보를 관리하는 온도센서 관리모듈(161)과, 스위치 박스(200)의 동작을 제어하여 온도센서부(400)를 동작시키는 스위치 제어모듈(162)과, 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 데이터를 관리하는 측정데이터 관리모듈(163)이 구비된다. 상기 온도센서 관리모듈(161)은 1-wire 통신 케이블(10)을 통하여 연결된 온도센서부(400)의 온도센서 정보를 데이터베이스(170)에 등록하고 관리하는 프로그램 모듈로서, 이 온도센서 관리모듈(161)은 1-wire 통신 케이블(10)을 통하여 연결된 온도센서(420)의 위치 및 고유주소 정보를 데이터베이스(170)에 저장하고 관리하게 된다. 또한, 상기 스위치 제어모듈(162)은 스위치 박스(200)의 동작을 제어하여 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 동작을 제어하게 되는데, 이 스위치 제어모듈(162)은 스위치 박스(200)에 구비된 1-wire Micro LAN Coupler(210) 동작을 제어하여 다수의 시추공에 각각 투입된 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)가 동시에 동작되어 주변 온도를 측정할 수 있도록 한다. 상기 측정데이터 관리모듈(163)은 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 데이터를 전송받아 관리하는 프로그램 모듈로서, 이 측정데이터 관리모듈(163)은 스위치 제어모듈(162)을 통하여 제어되는 온도센서부(400)로부터 주변 온도 측정 데이터를 전송받아 데이터베이스(170)에 등록하고, 관리자가 확인할 수 있도록 각 센서 케이블별 온도센서부(400)의 측정 데이터를 화면에 표시하게 된다. 또한, 이 측정데이터 관리모듈(163)은 온도 측정 데이터를 무선 통신부(150)를 통하여 무선 데이터로 변환하여 원격에 위치한 단말기나 관리자 휴대 단말기에 무선 송신하게 된다.

상기 데이터베이스(170)는 모니터링 장치(100)를 통하여 처리되는 데이터를 저장하고 관리하게 되는데, 이 데이터베이스(170)에는 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 온도센서 정보가 저장되는 온도센서 정보 DB(171)와, 각 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)를 통하여 측정된 주변 온도 측정 데이터가 저장되는 측정 데이터 DB(172)가 구비된다.

상기의 구성으로 이루어진 모니터링 장치(100)는 스위치 박스(200)를 제어하여 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 동작을 제어하게 되며, 상기 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 각 시추공의 심도별 온도 데이터를 전송받아 이를 저장하고 표시하게 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템을 통하여 각 시추공의 심도별 지하 온도가 측정되는 과정을 나타낸 흐름도이다.

단계 S110, S120 : 각 시추공의 심도별 지하 온도를 측정하기 위하여 먼저 센서 케이블(300)에 다수의 온도센서부(400)를 각각 연결하여 직렬로 배치시키게 되며(S120), 이렇게 온도센서부(400)가 배열된 다수의 센서 케이블(300)을 지하 온도 측정 대상 지역에 형성된 시추공에 각각 투입한 후 스위치 박스(200)에 연결하게 된다(S120).

단계 S130 : 상기 스위치 박스(200)에 온도센서부(400)가 배열된 다수의 센서 케이블(300)이 연결되면, 이 스위치 박스(200)와 1-wire 통신 케이블(10)을 통하여 연결된 모니터링 장치(100)는 각 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 정보를 인식하여 데이터베이스(170)에 등록하게 된다. 상기 모니터링 장치(100)에 의해 파악되어 데이터베이스(170)에 등록되는 온도센서부(400)의 정보로는 온도센서부(400)에 탑재된 온도센서(420)의 고유주소 및 이 온도센서부(400)가 배치된 센서 케이블(300) 정보 및 심도 정보 등이 될 수 있다.

단계 S140, S150, S160 : 이후, 사용자의 조작이나 설정 환경에 따라 지하 온도 측정 조건을 만족하게 되면(S140), 모니터링 장치(100)는 스위치 박스(200)에 구비된 1-wire Micro LAN Coupler(210)의 스위칭 동작을 제어하여(S150), 다수의 시추공에 각각 투입된 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)를 동시에 동작시켜 각 시추공의 심도별 온도를 측정하게 된다(S160).

단계 S170 : 상기 온도센서부(400)에 의해 측정되는 각 시추공의 심도별 온도 데이터는 모니터링 장치(100)에 전송되어 모니터링 장치(100)의 데이터베이스(170)에 저장되는 동시에 관리자가 이를 모니터링 할 수 있도록 화면에 표시되게 된다(S170).

단계 S180, S190, S20 : 한편, 모니터링 장치(100)에 표시되는 각 시추공의 심도별 온도 측정 데이터는 필요한 경우(S180), 무선 통신부(150)를 통하여 무선 데이터로 변환되어 관리자 단말기로 무선 송출되게 된다(S190). 이러한 각 시추공에 설치된 센서 케이블(300)의 온도센서부(400)를 통하여 각 시추공의 심도별 온도가 측정되는 과정은 반복 수행될 수 있다(S200).

이와 같이, 본 발명에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템은 여러 개의 지하 시추공에 각각 온도센서부(400)가 배열된 센서 케이블(300)을 투입하고, 이 센서 케이블(300)을 스위치 박스(200)로 연결한 후 모니터링 장치(100)를 통하여 이를 제어함으로써 온도센서부(400)가 동시에 각 지하 시추공의 심도별 온도를 측정하게 된다. 이렇게 온도센서부(400)를 통하여 측정된 각 지하 시추공의 심도별 온도 데이터는 모니터링 장치(100)에 표시되어 관리자가 이를 실시간으로 파악할 수 있으며, 필요에 따라 측정 데이터를 원격에 위치한 관리자 휴대 단말기에 무선 송출하여 원격지의 관리자 또한 이를 실시간으로 확인할 수 있게 된다.

한편, 상술한 실시예에서는 스위치 박스(200)가 각 시추공에 투입되는 센서 케이블(300)에 배열된 다수의 온도센서부(400)를 동시에 제어하는 것으로 설명하였지만, 이는 필요에 따라 각 센서 케이블(300)을 순차적으로 제어하거나 온도 측정이 필요한 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)만을 선택하여 제어할 수 있도록 할 수 있음은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따른 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

100 : 모니터링 장치 110 : 중앙제어부
120 : 입출력부 130 : 인터페이스부
140 : 통신부 145 : 1-wire 통신부
150 : 무선 통신부 160 : 온도측정부
161 : 온도센서 관리모듈 162 : 스위치 제어모듈
163 : 측정데이터 관리모듈 170 : 데이터베이스
171 : 온도센서 정보 DB 172 : 측정 데이터 DB
200 : 스위치 박스 210 : 1-wire Micro LAN Coupler
300 : 센서 케이블 310 : 전원 라인
320 : 데이터 통신 라인 400 : 온도센서부
410 : 기판 본체 411 : 전원단자
420 : 온도센서 430 : 콘덴서
440 : 스테인레스 케이스 445 : 에폭시
450 : 수축 튜브 10 : 1-wire 통신 케이블

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 복수의 온도센서부(400)가 상호 이격되도록 직렬 배열되어 지하 시추공에 투입되는 센서 케이블(300)과; 공간적으로 분산된 위치에 형성되는 복수의 지하 시추공에 각각 투입되는 센서 케이블(300)과 연결되어, 상기 복수의 센서 케이블(300)의 연결을 개폐하는 스위치 박스(200)와; 상기 스위치 박스(200)를 제어하여 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 동작을 제어하며, 상기 온도센서부(400)를 통하여 측정되는 주변 온도 데이터를 전송받아 이를 저장하고 표시하는 모니터링 장치(100);를 포함하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템으로서,
   상기 모니터링 장치(100)와 스위치 박스(200) 및 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)는 두 개의 전원 라인(VCC, GND)(310)과 하나의 데이터 통신 라인(Data)(320)을 갖는 1-wire 통신 케이블(10)을 통하여 연결되어 전원 공급 및 데이터 송수신이 이루어지며,
   상기 스위치 박스(200)에는 복수의 센서 케이블(300)에 연결된 1-wire 통신 케이블(10)을 동시에 개폐하여, 상기 센서 케이블(300)에 배열된 온도센서부(400)의 동작을 동시에 제어하는 1-wire Micro LAN Coupler(210)가 구비된 것을 특징으로 하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 모니터링 장치(100)에는 상기 온도센서부(400)를 통하여 측정된 각 시추공의 심도별 온도 데이터를 원격지의 관리자 단말기에 무선 송출하는 무선 통신부(150)가 구비된 것을 특징으로 하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 온도센서부(400)는 고유주소(ID)를 갖는 온도센서(420)와, 상기 온도센서(420)가 탑재되어 상기 센서 케이블(300)과 전원 라인(310) 및 데이터 통신 라인(320)이 연결되는 기판 본체(410)와, 상기 기판 본체(410)를 외측에서 보호하는 스테인리스 케이스(440)를 포함하여 이루어지되,
   상기 스테인리스 케이스(440)의 양단은 센서 케이블(300)의 외측에 압착되어 고정되고, 이 스테인리스 케이스(440)의 내측에는 에폭시(445)가 채워지며, 상기 스테인리스 케이스(440)의 외측에는 수축 튜브(450)가 덮어져 보호되는 것을 특징으로 하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 수축 튜브(450)는 폴리올레핀 재질로 형성되고, 이 수축 튜브(450)의 내측에는 접착제가 도포되어 스테인리스 케이스(440)에 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 3차원 분포형 지하 온도 측정 시스템.

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