무접점 우량측정장치 {Non Contact Rainfall Gauge Equipment}
본 발명은 기상관측에 있어서 가장 중요한 역할을 하는 강우량을 보다 정확하게 측정하기 위해 기존 티핑 버킷식 전도형 우량계의 단점을 대폭 개량·보완한 무접점 우량측정장치에 관한 것으로, 특히 우량 계측의 정확도와 신뢰도를 높일 수 있도록 우량계의 구조를 변경하고, 1개 또는 다중의 무접점 광 인터럽트 소자를 이용한 것이다. 수문관측에 있어서 가장 중요한 강우량을 정확하게 측정하기 위해서는 고 정밀 고 신뢰 우량계 사용이 필수적이나, 현실적으로 전 세계적으로 가장 많이 사용하는 기존 전도형 우량계는 정밀도와 신뢰도 측면에서 어느 정도의 단점을 가지고 있다. 일반적으로 우량관측에 사용되는 계측기 형식은 전도형(tilting or tipping bucket type), 무게측정형(weighing type) 및 부표형(float type)이 있다. 이중에서 전도형 자기우량계(Tipping-bucket rain recorder)는 우량을 연속적으로 자동 기록하는 관측기계로써 우리 나라를 비롯하여 전 세계적으로 가장 많이 사용하는 우량관측 기상측기이다 전도형 자기우량계는 비교적 장치가 간단하며, 원격측정이 가능하고 관측신호의 디지털화가 용이하므로 자동 기상관측시스템에 널리 사용되고 있다. 전도형 자기우량계는 원격측정용 우량계로써, 그 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 강우량을 집수하여 물받이(Tipping Bucket)에 내려보내는 우량 수수구(1;직경 200mm의 깔때기 모양), 이 우량 수수구(2)에서 떨어지는 강우량을 받아 일정량(무게)이 되면 한쪽으로 전도/기울어(Tilting)지는 물받이(2;Tipping Bucket), 이 물받이(2;Tipping Bucket)가 기울어/전도(Tilting)될 때 펄스(Pulse)를 발생하는 마그네틱 리드 스위치(3;Magnetic Reed Switch), 그리고 계측한 물을 흘러보내는 배수구(4)로 구성되어 있다. 그 동작원리는 강우를 깔때기 모양으로 이루어진 직경 200mm의 우량 수수구(1)에 집수하고, 이 우량 수수구(1)하단에 형성된 배출관(1a)을 통해 3각형 모양의 물받이(2;Tipping bucket)에 고이게 되며, 고인 물이 일정량(0.1mm, 0.5mm, 1mm)이 되면 물의 무게에 의하여 물받이(2)가 회전축을 중심으로 전도(轉倒)되고, 물받이(Tipping bucket)는 좌,우대칭의 한 쌍(2개)으로 되어 있으며, 교대로 전도되면서 마그네틱 리드 스위치(3)를 동작시켜 한번 전도될 때마다 1개의 펄스신호를 발생시킨다. 실제로 현장에서는 계측된 우량 값을 저장하거나 전송하기 위해서는 데이터 로거(Data logger)나 RTU를 사용하며, 우량계에서 펄스(Pulse)가 발생할 때마다 0.1mm/0.5mm/1mm 단위(Tipping bucket의 크기에 따라 결정됨)로 계측된 우량 값을 저장 또는 원격으로 전송하게 된다. 이와 같은 전도형 우량계의 단점은 저 우량 측정에는 5% 미만의 측정오차를 가지고 있으나, 시간당 강우가 50mm 내지 60mm를 초과할 때는 오차가 크게 증가하는 현상이 있었고, 기계적인 접점 구조로 되어 있어 채터링(Chattering) 현상 등에의한 측정 오차 발생이 가장 큰 단점으로 지적되어 왔다.
상기에서 기술하였듯이 종래 전도형 우량계의 최대의 단점이 집중호우나 폭우시 측정오차가 커지며, 기계식 접점에 의한 에러 발생에 있으므로, 이에 대한 개량이 가장 시급하며 중요한 것으로 판단되고 있는바, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 전도형 우량계의 문제점을 극복하고 집중호우 시에도 정확한 강우량이 측정되도록 하여 폭우에 의한 측정오차 감소와 채터링 현상에 의한 측정오차가 발생하지 않도록 하여 보다 정확하고 신뢰도 높은 강우측정이 가능하도록 하는데 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 집중호우와 폭우시 측정오차를 줄이기 위해 우량 집수후 수수구를 통해 물받이(Tipping Bucket)에 떨어지는 강우의 양을 일정하게 유지하도록 우량 수수구 중앙부에 홈이 있는 부표로 이루어진 정량배출수단을 설치하여 집중호우에 의한 측정오차가 발생하지 않도록 하고, 물받이(Tipping Bucket)가 전도/기울어지면서 펄스를 발생시키는 기존의 기계식 마그네틱 리드 스위치를 광 인터럽트 소자를 이용한 무접점 소자로 대체하여 채터링현상에 의한 측정오차의 발생이 없도록 하며, 필요시에는 3개의 무접점 소자를 다중으로 구성하여 측정오차가 발생하지 않도록 하고, 우량 수수구에 강우감지수단을 설치하여 강우의 유·무와 무 강우시 전력소모를 줄일 수 있도록 한 무접점 우량측정장치를 제공한다.
도 1은 종래 티핑 버킷식 전도형 우량측정장치의 구조를 도시한 사시도, 도 2는 본 발명에 의한 전도형 우량측정장치의 개략 구조도, 도 3은 도 2의 A부 확대도, 도 4는 본 발명에 의한 무접점 우량측정장치의 동작원리도이다. * 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 11 : 우량 수수구 11a : 배출관 12 : 강우감지수단 13 : 정량배출수단 13a : 부표 13b : 가이드 포스트 13c : 니들밸브 14 : 물받이 15a,15b,15c : 무접점 광 인터럽트 소자 16a,16b : 배수구
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 의한 무접점 우량측정장치의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명은 강우를 수집하는 깔때기 모양의 우량 수수구(11), 이 우량 수수구(11)의 내부에 설치되는 강우감지수단(12), 상기 우량 수수구(11)하단의 배출관(11a)에 설치되어 강우량의 과다에 따라 상,하로 움직이면서 배출관(11a)으로 배출되는 물의 양을 일정하게 유지시키기 위한 정량배출수단(13), 강우량을 계측하는 물받이(14), 이 물받이(14)가 전도될 때 펄스를 발생하도록 하는 무접점 광 인터럽트 소자(15a,15b,15c), 강우 계측후 밖으로 물받이(14)에 고인 물을 배수하는 배수구(16a,16b)를 포함하여 이루어져 있다. 상기 강우감지수단(12)은 통상적인 우적감지수단인데, 이는 전도성 있는 구리 등의 금속판 한쌍을 미세한 간격으로 평행하게 설치하여 강우(수분)발생 시에만 양 금속판 사이에 전기적으로 도통(ON)되도록 하고, 무강우시에는 무접점 소자(15a,15b,15c)로 공급되는 전원을 차단하여 불필요한 전력소모가 발생되지 않도록 함으로써 강우의 유·무와 무 강우시 전력소모를 최소화 할 수 있도록 되어 있다. 상기 정량배출수단(13)은 도 3의 확대도에서 알 수 있는 바와 같이 우량 수수구(11)의 내부에서 플로트역할을 하는 공모양의 부표(13a)와, 이 부표(13a)의 하단에 연장 형성되고 상기 우량 수수구(11)하단에 형성된 배출관(11a)에 끼워져 부표(13a)가 항시 우량 수수구(11)의 중앙에 위치하도록 하기 위한 가이드 포스트(13b)와, 이 가이드포스트(13b)의 내측에 역삼각뿔 모양으로 형성된 니들밸브(13c)로 이루어져 상기 우량 수수구(11)에 채워지는 강우의 다소에도 불구하고 항시 일정한 양의 물이 배출관(11a)을 통해 배출될 수 있도록 유량을 조절하게 된다. 이와 같은 플로트방식의 정량배출밸브의 원리에 대하여는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 도 4는 본 발명에 의한 무접점 우량측정장치의 원리를 도시한 것으로, 도면상에는 3개의 무접점 광 인터럽트 소자(15a,15b,15c)가 물받이(14)의 중앙과 좌,우 양측에 각각 설치되어 있으며(case#1참조), 물받이(14)가 강우량에 의하여 한쪽으로 기울어 질 때(case#2 및/또는 case#3의 경우), 중앙에 있는 무접점 광 인터럽트 소자(15a)와 물받이(14)의 좌,우 어느 한쪽 무접점 광 인터럽트 소자(15b 또는 15c)가 동시에 온(ON) 또는 오프(OFF)되는 경우에만 정상 신호로 인식할 수 있도록 앤드(AND)회로로 구성하면 중앙에만 접점이 있는 기존 우량계에서 급격/급속한 틸팅 현상이 일어날 경우 접점의 채터링(Chattering)에 의한 측정 에러 발생 문제를 해소할 수 있게 된다. 이와 같이 구성된 본 발명의 우량측정장치는 우량 수수구(11)내부에 플로트방식에 의한 정량배출수단(13)이 설치되어 있어 종래의 전도형 우량계에서 시간당 강우가 50mm 내지 60mm를 초과할 때 우량 수수구(11)에 채워진 수압에 의해 한꺼번에 다량의 강우가 물받이로 배출되어 실제로 정확한 유량을 측정할 수 없었던 문제점을 해소할 수 있어 측정오차를 최소화 할 수 있고, 마그네틱 리드 스위치와 같은 기계적인 접점 구조를 비접촉식의 무접점 광 인터럽트 소자로 대체하고 이를 다중으로 구성함으로써 채터링(Chattering) 현상 및 바람(우량계 하단의 강우 유출구를 통해 들어오는 바람에 의해 티핑버켓의 움직임)등에 의한 측정 오차 발생이 없이 보다 정확한 우량을 측정할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 종래 전도형 우량계의 단점을 완전히 개량/개조한 것으로써, 집중호우 시에도 정량배출수단에 의해 항시 일정한 양의 강우가 물받이에 떨어지도록 함으로써 집중호우와 폭우에 의한 측정오차 감소와 강우 측정의 정확도를 향상시킬 수 있고, 무접점 광 인터럽트 소자를 다중으로 구성하고 이를 2개의 접점이 동시에 펄스를 발생한 경우에만 강우로 인정함으로써 채터링 및 바람(우량계 하단의 강우 유출구를 통해 들어오는 바람에 의해 티핑버켓의 움직임)등에 의한 측정오차 및 에러를 최소화 할 수 있고, 우량 수수구에 강우감지수단을 설치함으로써 강우의 유무 및 불필요한 전력소모를 방지할 수 있으며, 상기 정량배출수단의 부표에 의해 우량 수수구 하단의 배출관이 가려지게 됨으로써 작은 곤충이나 이물질에 의 한 배출관의 막힘 현상을 해소할 수 있는 등의 효과를 갖는다. |
