(57)【要約】      （修正有）【課題】水中移動体に搭載して常時的な水質測定及び水質監視環境を提供するのに適した水質測定装置及び水質測定のためのセンシング装置を提供する。【解決手段】制限された大きさの水中移動体で多数の水質情報を収容するための水質測定装置であって、前記多数の水質情報をセンシングするセンサ３００と、前記センサが挿入され、前記センサでセンシングされる水質情報を演算して演算情報を出力するセンシング装置２００と、前記水中移動体に固定装着されて前記センシング装置が取付脱着される固定枠１００と、前記固定枠の内部面に装着されて前記センシング装置２００の前記演算情報を受信する第１通信装置１０４と、前記固定枠１００の外部面に装着されて前記第１通信装置１０４を通じて受信される前記演算情報を前記水中移動体に送信する第２通信装置１０６とを含む。【選択図】図１
2012132903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制限された大きさの水中移動体で多数の水質情報を収容するための水質測定装置であって、
前記多数の水質情報をセンシングするセンサと、
前記センサが挿入され、前記センサでセンシングされる水質情報を演算して演算情報を出力するセンシング装置と、
前記水中移動体に固定装着され、前記センシング装置が取付脱着される固定枠と、
前記固定枠の内部面に装着されて前記センシング装置の前記演算情報を受信する第１通信装置と、
前記固定枠の外部面に装着されて前記第１通信装置を通じて受信される前記演算情報を前記水中移動体に送信する第２通信装置と
を含む水質測定装置。
【請求項２】
前記水質測定装置は、
前記固定枠の内部面に装着されて磁力により前記センシング装置と前記固定枠を互いに密着させる磁性体を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
【請求項３】
前記センシング装置は、前記磁性体の磁性により前記固定枠に取付脱着可能であることを特徴とする請求項２に記載の水質測定装置。
【請求項４】
前記磁性体は、永久磁石又は電磁石を含むことを特徴とする請求項２に記載の水質測定装置。
【請求項５】
前記水質測定装置は、
前記センサを支持するセンサ支持部と、
前記センサ支持部と結合され、水中で前記センサを保護するためのセンサ保護ケースを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
【請求項６】
前記センサは、電位液センサ又は電気伝導度センサ又は光センサのうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
【請求項７】
前記電位液センサは、水素イオン濃度センサ又は溶存酸素量センサのうちの１つを含み、前記光センサは濁度センサ又は浮遊物質センサのうちの１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の水質測定装置。
【請求項８】
前記センシング装置は、少なくとも２つ以上の互いに独立した構造を含むことを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
【請求項９】
前記第１通信装置は、近距離無線通信装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
【請求項１０】
前記第２通信装置は、直列通信装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の水質測定装置。
【請求項１１】
前記水質測定装置は、前記固定枠が前記水中移動体の背面に挿入される構造を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水質測定装置。
【請求項１２】
水質測定用センサにより測定されるセンシング情報をインターフェースするセンサインターフェース部と、
前記センサインターフェース部を通じて提供されるセンシング情報を演算して演算データを生成する制御部と、
前記制御部により生成される演算データを水中移動体に伝達する通信部と
を含む水質測定のためのセンシング装置。
【請求項１３】
前記センシング装置は、前記水中移動体の背面に挿入されることを特徴とする請求項１２に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【請求項１４】
前記センシング装置は、前記水中移動体の背面に固定装着される固定枠に挿入されることを特徴とする請求項１３に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【請求項１５】
前記センシング装置は、磁性体により前記固定枠と互いに密着することを特徴とする請求項１４に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【請求項１６】
前記水質測定用センサは、水素イオン濃度センサ又は電気伝導度センサ又は溶存酸素量センサ又は濁度センサ又は浮遊物質センサのうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１２に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【請求項１７】
前記センシング装置は、前記センシング装置の駆動のための電力を供給する電源部を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記センサインターフェース部を通じて前記水質測定用センサの状態情報を生成することを特徴とする請求項１２に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【請求項１９】
前記通信部は、近距離無線通信装置を含むことを特徴とする請求項１２に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【請求項２０】
前記近距離無線通信装置は、赤外線通信装置を含むことを特徴とする請求項１９に記載の水質測定のためのセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水質測定技術に関し、特に水中移動体に搭載して常時的な水質測定及び水質監視環境を提供するのに適した水質測定装置及び水質測定のためのセンシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の河川情報モニタリングシステムは河川の全体領域のうち、ごく一部の位置でのみ手作業、或いは水質測定装置による半自動化方式で多様な項目の河川情報を測定している。半自動化方式で水質を測定する関連の先行技術が下記の特許文献１に開示されている。
【０００３】
例えば、現在韓国の４大河川の５２カ所の測定所で５つの共通項目（例えば、水温、電気伝導度、ｐＨ、溶存酸素、全有機炭素量など）及び１１個の選択項目（例えば、生物監視、揮発性有機化合物、総窒素量、総リン量、濁度など）のうち、一部の項目を測定しており、全国の河川／湖／都市／工業団地の約１５００カ所の水質測定所で月に１回採水して手動で測定している。
【０００４】
また、米国の場合は、ニューヨークのハドソン川にＵＳＮ水中環境モニタリング試験サービスの実施のためのＲＥＯＮ（Ｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｅｓｔｕａｒｙ Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）プロジェクトをビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）研究所とＩＢＭが２００８年から共同で進めており、無線通信システム以外に太陽電池基盤の自己充電型モバイルセンサノード及びこれに搭載される河川情報（水温／電気伝導度／ｐＨ／溶存酸素／濁度）測定用複合センサを開発している。
【０００５】
ところが、このような測定に用いられるセンサは価格が非常に高いため、メンテナンスが容易でないという短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国公開特許第２００４−１０２７１２号（公開日：２００４.１２.０８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、河川の一部地域ではなく、全体地域を対象に水中状態で自由に遊泳が可能な移動体を用いて常時的な水質監視機能を提供できる水質測定装置を提案することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、水中で自由遊泳が可能な移動体を用いて水質監視を行おうとするとき、取付脱着が可能なセンシング装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題を解決するための水質測定装置は、制限された大きさの水中移動体で多数の水質情報を収容するための水質測定装置であって、前記多数の水質情報をセンシングするセンサと、前記センサが挿入され、前記センサでセンシングされる水質情報を演算して演算情報を出力するセンシング装置と、前記水中移動体に固定装着され、前記センシング装置が取付脱着される固定枠と、前記固定枠の内部面に装着されて前記センシング装置の前記演算情報を受信する第１通信装置と、前記固定枠の外部面に装着されて前記第１通信装置を通じて受信される前記演算情報を前記水中移動体に送信する第２通信装置とを含むことができる。
【００１０】
また、前記水質測定装置は、前記固定枠の内部面に装着されて磁力により前記センシング装置と前記固定枠を互いに密着させる磁性体を更に含むことができる。
【００１１】
さらに、前記センシング装置は、前記磁性体の磁性により前記固定枠に取付脱着され得る。
【００１２】
また、前記磁性体は、永久磁石又は電磁石を含むことができる。
【００１３】
さらに、前記水質測定装置は、前記センサを支持するセンサ支持部と、前記センサ支持部と結合され、水中で前記センサを保護するためのセンサ保護ケースを更に含むことができる。
【００１４】
また、前記センサは、電位液センサ又は電気伝導度センサ又は光センサのうちの１つ以上を含むことができる。
【００１５】
さらに、前記電位液センサは水素イオン濃度センサ又は溶存酸素量センサのうちの１つを含み、前記光センサは濁度センサ又は浮遊物質センサのうちの１つを含むことができる。
【００１６】
また、前記センシング装置は、少なくとも２つ以上の互いに独立した構造を含むことができる。
【００１７】
さらに、前記第１通信装置は、近距離無線通信装置を含むことができる。
【００１８】
また、前記第２通信装置は、直列通信装置を含むことができる。
【００１９】
さらに、前記水質測定装置は、前記固定枠が前記水中移動体の背面に挿入される構造を有することができる。
【００２０】
本発明の実施形態による水質測定のためのセンシング装置は、水質測定用センサにより測定されるセンシング情報をインターフェースするセンサインターフェース部と、前記センサインターフェース部を通じて提供されるセンシング情報を演算して演算データを生成する制御部と、前記制御部により生成される演算データを水中移動体に伝達する通信部とを含むことができる。
【００２１】
また、前記センシング装置は、前記水中移動体の背面に挿入され得る。
【００２２】
さらに、前記センシング装置は、前記水中移動体の背面に固定装着される固定枠に挿入され得る。
【００２３】
また、前記センシング装置は、磁性体により前記固定枠と互いに密着できる。
【００２４】
さらに、前記水質測定用センサは、水素イオン濃度センサ又は電気伝導度センサ又は溶存酸素量センサ又は濁度センサ又は浮遊物質センサのうちの１つ以上を含むことができる。
【００２５】
また、前記センシング装置は、前記センシング装置の駆動のための電力を供給する電源部を更に含むことができる。
【００２６】
さらに、前記制御部は、前記センサインターフェース部を通じて前記水質測定用センサの状態情報を生成できる。
【００２７】
また、前記通信部は、近距離無線通信装置を含むことができる。
【００２８】
さらに、前記近距離無線通信装置は、赤外線通信装置を含むことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、河川の広い領域のうち、ごく一部の位置でのみ多様な項目の河川情報を手作業又は半自動化方式で測定する既存の河川情報モニタリングシステムとは異なり、常時的に水中で自由遊泳を行う移動体に水質監視のための核心センサ装置を搭載することによって、河川の水質情報を持続的に管理でき、これにより、河川の汚染が広く広がる前に予め措置することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態による水質測定装置に対する構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による水質測定装置が水中移動体に装着される場合を例示的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態による水質測定のためのセンシング装置の形状を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による水質測定のためのセンシング装置に対する構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付する図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現することができ、但し本実施形態は本発明の開示が完全なようにし、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求の範囲の範疇により定義されるだけである。明細書全体にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。
【００３２】
本発明の実施形態を説明するにおいて公知となった機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがあると判断される場合にはその詳細な説明を省略し、後述する用語は、本発明の実施形態での機能を考慮して定義された用語であって、これはユーザ、運用者の意図又は慣例などによって変わり得る。従って、その定義は本明細書全般にわたる内容に基づいてなされるべきである。
【００３３】
以下、本発明の実施形態について添付する図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態による水質測定装置に対する構成図である。
【００３５】
図１を参照すれば、水質測定装置は、固定枠１００、磁性体１０２、第１通信装置１０４、第２通信装置１０６、センシング装置２００ａ、２００ｂ、センサ３００ａ、３００ｂ、センサ支持部３０２ａ、３０２ｂ、センサ保護ケース４００ａ、４００ｂを含む。
【００３６】
固定枠１００は、後述する水中移動体に固定装着され、センシング装置２００ａ、２００ｂが取付脱着され得るように実現する。
【００３７】
磁性体１０２は、例えば永久磁石又は電磁石を含み、固定枠１００の内部面に装着され、磁力によりセンシング装置２００ａ、２００ｂと固定枠１００を互いに密着させる機能をする。水中で水質測定装置を常時運用するためには、簡単なメンテナンス性が優先されなければならないが、磁性体１０２の磁性によりセンシング装置２００ａ、２００ｂが固定枠１００に取付脱着され得るので、メンテナンスが容易になるという長所がある。
【００３８】
第１通信装置１０４は、固定枠１００の内部面に装着されてセンシング装置２００ａ、２００ｂの演算データを受信する。第１通信装置１０４は、近距離無線通信装置、例えば、赤外線通信装置を含むが、近距離無線通信装置を利用することによって、水中での運用性を強化し、特に有線の電気的雑音のような外乱を克服して水質センシングデータを歪曲させないことが可能である。
【００３９】
第２通信装置１０６は、固定枠１００の外部面に装着されて第１通信装置１０４を通じて受信される演算データを水中移動体に送信する。第２通信装置１０６は、ポーリング（ｐｏｌｌｉｎｇ）方式の直列通信装置、例えば、ＲＳ-２３２Ｃ方式の通信装置を含む。
【００４０】
センシング装置２００ａ、２００ｂは、少なくとも２つ以上の互いに独立した構造を含み、それぞれのセンシング装置２００ａ、２００ｂ内にはセンサ３００ａ、３００ｂがそれぞれ挿入される。センシング装置２００ａ、２００ｂは、センサ３００ａ、３００ｂでセンシングされる水質情報を演算して演算データを出力する。これ以外にも、センシング装置２００ａ、２００ｂは内部のセンサの種類を感知し、それぞれのセンサに合う動作を実行でき、内部センサの全般的な状態情報、例えば、温度、バッテリ残量、センサの不良有無などの情報を生成できる。このように出力される演算データ及び／又は状態情報は、第１通信装置１０４を通じて固定枠１００に提供される。
【００４１】
センサ３００ａ、３００ｂは、センシング装置２００ａ、２００ｂにそれぞれ挿入されて水中での多数の水質情報をセンシングする。このようなセンサ３００ａ、３００ｂは、例えば水素イオン濃度ｐＨセンサ又は電気伝導度（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ、ＥＣ）センサ又は溶存酸素量（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ、ＤＯ）センサ又は濁度センサ又は浮遊物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）センサのうちの１つ以上を含むことができる。ここで、水素イオン濃度センサや溶存酸素量センサは電位液センサであり、濁度センサや浮遊物質センサは光センサとして分類され得る。
【００４２】
センサ支持部３０２ａ、３０２ｂは、それぞれのセンサ３００ａ、３００ｂを支持するための手段であって、例えば水素イオン濃度センサの場合、ガラス管状からなっており、センサ支持部３０２ａ、３０２ｂはこのガラス管を支持する機能をする。
【００４３】
センサ保護ケース４００ａ、４００ｂは、それぞれのセンサ支持部３０２ａ、３０２ｂと結合され、水中でそれぞれのセンサ３００ａ、３００ｂを保護する機能をする。例えば、水素イオン濃度センサの場合、ガラス管状からなっているため、水圧や水中の障害物によりガラス管が破損し得るが、センサ保護ケース４００ａ、４００ｂはこのようなそれぞれのセンサ３００ａ、３００ｂを外部要因から保護できる。
【００４４】
図２は、図１に示す水質測定装置が水中移動体に装着される場合を例示的に示す図である。
【００４５】
図２に示すように、水質測定装置は水中移動体１０の背面に挿入される形態で装着され得る。水中移動体１０は、制限された大きさ、例えば長さが４０〜５０ｃｍ未満に製作され得、例えば魚形状のロボットであって、水中での自由遊泳が可能な移動体である。
【００４６】
水質測定装置が水中移動体１０の背面に装着される理由は、水素イオン濃度センサや溶存酸素量センサの場合には電位液が入っており、正常な動作のためには、このような電位液が常にセンサの下端に位置していなければ、水質を測定できないという点を考慮した。さらに、濁度センサや浮遊物質センサのような光センサはレンズが逆に水面に向かったり、横面に向かうようになれば、自然光（太陽光）の影響を受けて測定エラーが発生し得るという点を考慮した。
【００４７】
図２では２つの互いに独立したセンシング装置２００ａ及びセンシング装置２００ｂが制限された大きさの水中移動体１０に装着され、水中移動体１０が水中で移動するとき、２つのセンシング装置２００ａ、２００ｂにより一回に２種類の水質情報を収集できるようになる。しかし、システム環境や大きさなどによってセンシング装置は他の個数で実現してもよく、これは後述する特許請求の範囲により、さらに明確になる。
【００４８】
センシング装置２００ａ、２００ｂは、水中移動体１０に固定装着される固定枠１００を通じて水中移動体１０の背面に挿入される。
【００４９】
図３は、本発明の実施形態による水質測定のためのセンシング装置の形状を示す図であって、図３に示すように、１つのセンシング装置２００ａには１つのセンサ３００ａが装着されて水質情報をセンシングする。
【００５０】
図４は、１つのセンシング装置２００ａの内部動作及び機能を説明するための構成ブロック図である。
【００５１】
図４を参照すれば、センシング装置２００ａは、センサインターフェース部２０２、制御部２０４、通信部２０６、電源部２０８を含む。
【００５２】
センサインターフェース部２０２は、センシング装置２００ａの内部に挿入されるセンサにより測定されるセンシング情報をインターフェースする。
【００５３】
制御部２０４は、センサインターフェース部２０２を通じて提供されるセンシング情報、即ち、アナログ情報をデジタル情報に演算し、演算されるセンシング情報に対する演算データを生成する。また、制御部２０４はセンサインターフェース部２０２を通じて内部のセンサの種類を感知し、それぞれのセンサに合う動作を実行し、内部センサの全般的な状態情報、例えば温度、バッテリ残量、センサの不良有無などの状態情報を生成する。
【００５４】
通信部２０６は、近距離無線通信装置、例えば赤外線通信装置を含み、制御部２０４により生成される演算データ及び／又は状態情報を水中移動体１０に伝達する。
【００５５】
電源部２０８は、センシング装置２００ａの駆動のための電力を供給するためのものであって、例えばバッテリなどを含むことができる。
【００５６】
一方、本発明の実施形態による水質測定装置と水中移動体１０との通信は、直列通信方式、例えば、ＲＳ-２３２Ｃ方式を利用すると言及したが、このようなＲＳ-２３２Ｃ通信方式に対する詳細規格を定義すれば、以下の通りである。
【００５７】
１）まず、通信規格は下記の[表１]の通りである。
【表１】
2012132903.tif 000003
【００５８】
２）通信コマンドコードは、下記の[表２]の通りである。
【表２】
2012132903.tif 000004
【００５９】
３）通信コマンドの内容
通信コマンドコードとは、ホスト側装置である水中移動体側から水質測定装置に送るリアルタイム測定資料の伝送要請及び校正資料の伝送要請などの命令をいい、例えば以下のように例示され得る。
０ｘ０２ＤＡＴＡ０ｘ０３ＸＸ＜ＣＲ＞：リアルタイム測定資料の伝送要請
０x０２：文章の始まり
ＤＡＴＡ：リアルタイム測定資料の伝送要請
０ｘ０３：文章の終わり
ＸＸ：エラー検定コード
０ｘ０ｄ：キャリッジリターン
【００６０】
[表２]の通信コマンドコードにおいて資料の伝送方式であるＦＯＲＭＡＴ-１は、下記の[表３]のように表現され得る。
【表３】
2012132903.tif 000005
【００６１】
また、状態出力コードは、下記の[表４]のように表現され得る。
【表４】
2012132903.tif 000006
０ｘ０２ＣＣＨＫ０ｘ０３ＸＸ＜ＣＲ＞：測定機器の校正資料伝送要請
０ｘ０２：文章の始まり
ＣＣＨＫ：測定機器の校正資料伝送要請
０ｘ０３：文章の終わり
ＸＸ：エラー検定コード
０ｘ０ｄ：キャリッジリターン
【００６２】
[表２]の通信コマンドコードにおいて校正資料の伝送方式であるＦＯＲＭＡＴ-２は、下記の[表５]のように表現され得る。
【表５】
2012132903.tif 000007
【００６３】
エラー検証コードの生成方式は、以下の通りである。
Ｃコード
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＭａｋｅｃｈｅｃｋＳｕｍ（ｃｈａｒ*ｄａｔａ,ｉｎｔ ｌｅｎ）{
ｉｎｔ Ｉ;ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ａ;ａ=０;
ｆｏｒ（ｉ=０;<ｌｅｎ;ｉ++）ａ=ｃｈａｒ（ａ+*（ｄａｔａ+ｉ）
ｒｅｔｕｒｎ ａ;}
／*Ｃｈｅｃｋｓｕｍを伝送するために２ｂｙｔｅに分割*／
ｃｈｋ１=（Ｃｈｅｃｋｓｕｍ＆０ｘＦ０）>>４|０ｘ０３;
ｃｈｋ２=（Ｃｈｅｃｋｓｕｍ＆０ｘ０Ｆ）>>０|０ｘ０３;
【００６４】
以上、説明したような本発明の実施形態によれば、常時的に水中状態で自由遊泳を行う移動体、例えば魚ロボットのような水中ロボットシステムに水質監視のための核心センサ装置を搭載でき、これにより、河川の水質情報を持続的に管理できる環境を提供する。
【図１】
2012132903.tif 000008
【図２】
2012132903.tif 000009
【図３】
2012132903.tif 000010
【図４】
2012132903.tif 000011