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KR20210085030A - 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템 - Google Patents

고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템 Download PDF

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KR20210085030A
KR20210085030A KR1020190177640A KR20190177640A KR20210085030A KR 20210085030 A KR20210085030 A KR 20210085030A KR 1020190177640 A KR1020190177640 A KR 1020190177640A KR 20190177640 A KR20190177640 A KR 20190177640A KR 20210085030 A KR20210085030 A KR 20210085030A
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정우영
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Abstract

고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템은, 표층 해수를 유입하도록 유입펌프를 구비한 해수 공급부와, 유입펌프로부터 유입된 해수의 수온과 염분 및 전도도를 측정하기 위한 해수측정센서와, 상기 해수측정센서를 통과한 해수를 배출하기 위한 배출펌프를 구비한 해수 배출부를 포함하고, 선박에 설치되어 선박이 위치한 해수의 수온과 염분 및 전도도를 측정하기 위한 표층수온염분측정 시스템으로서, 상기 유입펌프와 상기 배출펌프 사이에는, 상기 해수측정센서의 고장여부를 판단하기 위한 고장진단수단이 마련되고, 상기 고장진단수단은, 상기 해수측정센서로 공급되는 해수의 온도를 측정하도록 상기 유입펌프와 상기 해수측정센서 사이에 설치되는 제1 온도센서; 및 상기 해수측정센서를 통과한 해수의 온도를 측정하도록 상기 해수측정센서와 상기 배출펌프 사이에 설치되는 제2 온도센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템{Thermosalinograph System for High Resolution and Real-time Data Aquisition}
본 발명은 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선박 내부에 설치하여 선박이 항해 또는 정선해 있는 위치의 표층 해수에 대한 고정밀의 수온, 염분, 전도도 데이터를 연속적이고 실시간으로 관측할 수 있으며, 자체 고장 진단이 가능하도록 고안된 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 여객선이나 화물선을 포함하는 선박의 운행 또는 정박시에 표층 해수에 대한 수온, 염분, 전도도 등을 측정한다.
이러한 표층 해수의 수온, 염분, 전도도 측정에 사용되는 센서로서, 표층수온염분측정센서(TSG : Thermosalinograph)가 사용된다.
표층수온염분측정센서는 별도의 공급장치에 의해 유입된 표층 해수가 시스템을 통과하는 동안 해수의 수온과 염분 및 전도도 등을 측정하게 된다.
이러한 해수의 조사 활동을 통하여 선박이 위치한 해양의 정보(수온, 염분, 전도도 등)를 실시간으로 획득함으로써, 단기간으로는 수온과 염분 변화를 통해 어장분초 변동을 바로 알 수 있고, 장기적으로는 기후변화에 의한 한반도 주변 해역의 연속적인 표층 변화를 모니터링하여 빅데이터를 구축할 수 있게 된다.
이러한 해수의 염분을 측정하기 위한 선행기술로서, 대한민국공개실용신안 제20-2008-0002787호(공개일 : 2008.07.23)에는 선박용 다기능 염분측정장치가 개시되어 있다.
그러나 이러한 선박용 다기능 염분측정장치는 조수기에서 생성된 담수의 염분을 측정함과 동시에 조수기에서 생성된 담수의 양을 유량측정장치를 이용하여 측정 및 표시하여주는 기능을 갖는 것으로, 표층 해수의 염분 및 수온, 전도도 등을 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
. 대한민국공개실용신안 제20-2008-0002787호(공개일 : 2008.07.23)
본 발명의 목적은, 선박 내부에 설치하여 선박이 항해 또는 정선해 있는 위치의 표층 해수에 대한 고정밀의 수온, 염분, 전도도 데이터를 실시간으로 관측할 수 있고, 자체적으로 고장진단을 수행할 수 있으며, 측정 신뢰도를 높일 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 표층 해수를 유입하도록 유입펌프를 구비한 해수 공급부와, 유입펌프로부터 유입된 해수의 수온과 염분 및 전도도를 측정하기 위한 해수측정센서와, 상기 해수측정센서를 통과한 해수를 배출하기 위한 배출펌프를 구비한 해수 배출부를 포함하고, 선박에 설치되어 선박이 위치한 해수의 수온과 염분 및 전도도를 측정하기 위한 표층수온염분측정 시스템으로서, 상기 유입펌프와 상기 배출펌프 사이에는, 상기 해수측정센서의 고장여부를 판단하기 위한 고장진단수단이 마련되고, 상기 고장진단수단은, 상기 해수측정센서로 공급되는 해수의 온도를 측정하도록 상기 유입펌프와 상기 해수측정센서 사이에 설치되는 제1 온도센서; 및 상기 해수측정센서를 통과한 해수의 온도를 측정하도록 상기 해수측정센서와 상기 배출펌프 사이에 설치되는 제2 온도센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템에 의해 달성된다.
상기 제1 온도센서와 상기 해수측정센서 사이, 그리고 상기 제2 온도센서와 상기 버퍼탱크 사이에는, 통과되는 해수의 유량 및 유압을 측정하기 위한 유량계와 유압계가 각각 설치될 수 있다.
상기 제1 온도센서와 해수측정센서 사이, 그리고 상기 해수측정센서와 상기 제2 온도센서 사이에는, 유량을 측정하기 위한 유량계가 각각 설치될 수 있다.
상기 버퍼탱크에는, 상기 해수측정센서를 통과한 해수의 수위를 감지하기 위한 수위감지센서가 마련될 수 있다.
본 발명에 의하면, 선박 내부에 설치하여 선박이 항해 또는 정선해 있는 위치의 표층 해수에 대한 고정밀의 수온, 염분, 전도도 데이터를 실시간으로 관측할 수 있음은 물론, 해수측정센서와 제1,2 온도센서가 감지한 해수의 온도값을 토대로 해수측정센서의 고장유무를 파악할 수 있어서 측정 신뢰도를 현저하게 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 해수측정센서와 배출펌프 사이에 버퍼탱크가 구비됨으로써 시스템 내의 유체의 유량과 유속이 안정화되어 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템을 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표층수온염분측정 시스템의 개략적 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 버퍼탱크의 개략적 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
그리고, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템을 설명하기 위한 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 표층수온염분측정 시스템의 개략적 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 버퍼탱크의 개략적 구성도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템(10)은, 선박(100)에 설치되어 선박(100)이 위치한 해역의 표층 해수를 유입시켜 수온과 염분 및 전도도를 측정한 후 배출하도록 된 것으로, 표층 해수를 유입하도록 유입펌프(22)를 구비한 해수 공급부(20)와, 유입펌프(22)로부터 유입된 해수의 수온과 염분 및 전도도를 측정하기 위한 해수측정센서(30)와, 해수측정센서(30)를 통과한 해수를 배출하기 위한 배출펌프(42)를 구비한 해수 배출부(40)를 포함한다.
그리고, 유입펌프(22)와 배출펌프(42) 사이에는, 해수측정센서(30)의 고장여부를 판단하기 위한 고장진단수단(50)이 마련된다.
고장진단수단(50)은, 해수측정센서(30)로 공급되는 해수의 온도를 측정하도록 유입펌프(22)와 해수측정센서(30) 사이의 유로관(70A)에 설치되는 제1 온도센서(52)와, 해수측정센서(30)를 통과한 해수의 온도를 측정하도록 해수측정센서(30)와 배출펌프(42) 사이의 유로관(70B)에 설치되는 제2 온도센서(54)로 이루어진다.
한편, 제2 온도센서(54)와 배출펌프(42) 사이의 유로관(70B)에는, 해수측정센서(30)를 통과한 해수가 자연 배수되도록 하여 유량과 유속을 안정시키기 위한 버퍼탱크(60)가 마련된다.
이러한 버퍼탱크(60)에는 해수측정센서(30)를 통과한 해수의 수위를 감지하기 위한 수위감지센서(62)가 마련된다.
그리고, 제1 온도센서(52)와 해수측정센서(30) 사이의 유로관(70A)에는 유량계(80A)가 설치되고, 해수측정센서(30)와 제2 온도센서(54) 사이의 유로관(70B) 또는 제2 온도센서(54)와 버퍼탱크(60) 사이의 유로관(70B)에는 유압을 측정하기 위한 유압계(80B)가 각각 설치된다. 유량계(80A)는 해수측정센서(30)로 유입되는 해수의 양을 측정하고, 유압계(80B)는 해수측정센서(30)로부터 배출되는 해수의 압력을 측정하기 위한 것이다.
한편, 해수감지센서(30)는, 'SBE21' 모델과 비교해 수온과 전도도의 분해능이 10 배나 높아 정밀한 데이터 획득이 가능한 'SBE45' 모델을 적용한다. 반면 해당 해수감지센서(30)는 ‘SBE21’ 모델과 비교해 요구 유량이 10~16 ㎖/sec으로 현저히 낮기 때문에 대량으로 입력되는 해수의 유량을 낮춰 일정하게 공급해야 하며, 이를 위해 유입펌프(22)는 소형 입력 펌프를 적용한다.
또한, 버퍼탱크(60)는 해수측정센서(30)를 통과하여 사용된 해수의 일정하고 안정적인 배출을 위한 것으로, 해수측정센서(30)의 끝부분(유로관)이 배출펌프(42)와 직결될 경우, 배출펌프(42)의 동작시 해수의 강제 배출이 이루어져 시스템(10)의 유로관(70A,70B) 내부를 이동하는 유체의 유량 및 유속의 불규칙한 변동이 발생하게 되고, 이로 인해 데이터의 손실이 발생하게 된다.
따라서 배출펌프(42)의 작동력이 해수측정센서(30)에 영향을 미치지 않도록 배출펌프(42)의 영향력(해수를 강제배출시키는 힘)이 해수측정센서(30)(30)에 미치지 않도록 배출펌프(42)와 해수측정센서(30) 사이, 정확하게는 제2 온도센서(54)와 배출펌프(42) 사이에 전술한 버퍼탱크(60)가 설치되는 것이다.
이러한 버퍼탱크(60)는, 해수측정센서(30)를 통과한 해수가 자연 배수되어 모이고, 일정 수위가 되면 수위감지센서(62)가 이를 감지하여 배출펌프(42)가 작동되록 한다. 이 과정으로 사용이 완료된 해수는 배출될 수 있으며, 이러한 구조에 의해 시스템(10) 내부의 유량과 유속을 안정시켜 노이즈 없는 데이터의 취득이 가능하게 된다.
한편, 고장진단수단(50)은, 다음과 같이 작동된다. 즉, 해수가 시스템(10)을 이동하는 과정에서, 유입되는 해수의 온도를 제1 온도센서(52)가 측정하고, 제1 온도센서(52)를 통과하여 유입되는 해수의 온도를 해수측정센서(30)가 측정하며, 해수측정센서(30)를 통과한 해수의 제2 온도센서(544)가 감지하고, 제어부(90)는 제1 온도센서(52)와 해수측정센서(30) 및 제2 온도센서(54)가 감지한 해수의 온도값을 비교 분석하여 해수측정센서(30)의 고장유무를 판단할 수 있고, 고장으로 판단되는 경우에 경고메시지를 발생시켜 시스템(10)을 정지시키는 등을 조치를 취하도록 할 수 있다.
그리고, 전술한 과정으로 해수측정센서(30)로부터 취득한 해수에 대한 데이터는, 제어부(90)에 의해 취득된 데이터와 취득된 시간, 선박(100)의 위치 정보(GPS)를 함께 저장할 있다. 그리고 실시간 모니터링 기능이 통합된 운영 소프트웨어를 통해 시스템(10) 전체를 직관적이고 효율적으로 운용할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 표층수온염분측정 시스템(10)의 작용을 설명한다.
유입펌프(22)에 의해 유입된 해수는 제1 온도센서(52)를 통하여 해수측정센서(30)를 통과하면서 해수측정센서(30)에 의해 수온, 염분 및 전도도가 측정된다. 이어서 해수측정센서(30)를 통과한 해수는 제2 온도센서(54)를 통과한 후 버퍼탱크(60)에 임시 저장된다. 이와 같이 해수측정센서(30)를 통과한 해수가 버퍼탱크(60)로 자연배수되므로 해수측정센서(30)를 포함한 유로관(70A,70B) 내의 유량 및 유압, 유속 등이 일정하게 된다.
한편, 해수가 유입펌프(22)를 통과하여 제1 온도센서(52), 해수측정센서(30)와 제2 온도센서(54)를 통과하는 동안 제1 온도센서(52), 해수측정센서(30)와 제2 온도센서(54)가 해수의 온도를 측정한 후 이를 비교하여 해수측정센서(30)의 고장여부를 판단하게 된다. 이 과정으로 측정 신뢰도를 높일 수 있다.
이와 같은 시스템(10)은, 국내 및 국외의 다양한 해양 관측 연구선의 유사한 표층수온염분측정 시스템에 적용 가능하다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 표층수온염분측정 시스템 20 : 유입부
22 : 유입펌프 30 : 해수측정센서
40 : 배출부 42 : 배출펌프
50 : 고장진단수단 52 : 제1 온도센서
54 : 제2 온도센서 60 : 버퍼탱크
62 : 수위센서 70A,70B : 유로관
80A : 유량계 80B : 유압계
90 : 제어부 100 : 선박

Claims (4)

  1. 표층 해수를 유입하도록 유입펌프를 구비한 해수 공급부와, 유입펌프로부터 유입된 해수의 수온과 염분 및 전도도를 측정하기 위한 해수측정센서와, 상기 해수측정센서를 통과한 해수를 배출하기 위한 배출펌프를 구비한 해수 배출부를 포함하고, 선박에 설치되어 선박이 위치한 해수의 수온과 염분 및 전도도를 측정하기 위한 표층수온염분측정 시스템으로서,
    상기 유입펌프와 상기 배출펌프 사이에는, 상기 해수측정센서의 고장여부를 판단하기 위한 고장진단수단이 마련되고, 상기 고장진단수단은,
    상기 해수측정센서로 공급되는 해수의 온도를 측정하도록 상기 유입펌프와 상기 해수측정센서 사이에 설치되는 제1 온도센서; 및 상기 해수측정센서를 통과한 해수의 온도를 측정하도록 상기 해수측정센서와 상기 배출펌프 사이에 설치되는 제2 온도센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도센서와 상기 배출펌프 사이에는,
    상기 해수측정센서를 통과한 해수가 자연 배수되도록 하여 유량과 유속을 안정시키기 위한 버퍼탱크가 마련되는 것을 특징으로 하는,
    고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도센서와 상기 해수측정센서 사이, 그리고 상기 제2 온도센서와 상기 버퍼탱크 사이에는, 통과되는 해수의 유량 및 유압을 측정하기 위한 유량계와 유압계가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는,
    고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 버퍼탱크에는,
    상기 해수측정센서를 통과한 해수의 수위를 감지하기 위한 수위감지센서가 마련되는 것을 특징으로 하는,
    고정밀 실시간 표층수온염분측정 시스템.



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