토양의 수분장력을 근거로 이루어지는 능동형 관수 제어방법 및 관수 제어장치
Active type irrigation method based on soil potential force and irrigation apparatus thereof
특허 요약
본 발명은 토양의 수분장력을 근거로 이루어지는 능동형 관수 제어방법 및 관수 제어장치에 관한 것으로, 토양의 수분장력을 텐시오미터로 측정하여 정확한 시점에 관수를 개시하고 재배작물에 따라 토양에 필요한 최적의 관개수량을 결정하며, 공급관의 압력손실률을 고려하여 관수시간을 결정함으로써 최적의 관수가 이루어질 수 있다. 이러한 본 발명은 관수 제어방법의 경우, 토양에 수분을 공급하기에 앞서 토양의 수분장력을 측정하는 제1단계와; 상기 토양의 수분장력 값이 재배하는 작물에 따른 목표치에 도달하였는지 여부에 대한 판정이 이루어지는 제2단계와; 상기 토양의 수분장력 값이 상기 목표치에 미달하는 경우, 토양의 수분장력 값을 수분함량 값으로 변환하는 제3단계와; 상기 수분함량 값을 이용하여 토양에 필요한 필요 관개수량을 결정하는 제4단계와; 토양에 수분을 공급하는데 사용되는 수분 공급관의 시작단과 끝단의 수압을 각각 측정 및 비교하여 공급관의 압력손실률을 계산하는 제5단계와; 상기 필요 관개수량에 비례하고, 상기 공급관에 따른 공급유량 및 상기 압력손실률에 반비례하도록 관수시간을 결정하는 제6단계와; 상기 제6단계에서 결정된 관수시간동안 상기 토양에 수분을 공급하는 제7단계를 포함하여 이루어진다.
청구항
번호청구항
1

토양에 수분을 공급하기에 앞서 토양의 수분장력을 측정하는 제1단계와;상기 토양의 수분장력 값이 재배하는 작물에 따른 목표치에 도달하였는지 여부에 대한 판정이 이루어지는 제2단계와;상기 토양의 수분장력 값이 상기 목표치에 미달하는 경우, 토양의 수분장력 값을 수분함량 값으로 변환하는 제3단계와;상기 수분함량 값을 이용하여 토양에 필요한 필요 관개수량을 결정하는 제4단계와;토양에 수분을 공급하는데 사용되는 수분 공급관의 시작단과 끝단의 수압을 각각 측정 및 비교하여 공급관의 압력손실률을 계산하는 제5단계와;상기 필요 관개수량에 비례하고, 상기 공급관에 따른 공급유량 및 상기 압력손실률에 반비례하도록 관수시간을 결정하는 제6단계와;상기 제6단계에서 결정된 관수시간동안 상기 토양에 수분을 공급하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

2

제1항에 있어서,상기 토양의 수분장력을 측정하기 위하여 텐시오미터를 사용하는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

3

제1항에 있어서, 상기 필요 관개수량(NW)의 결정은, 관개면적을 TA, 관개깊이를 TH, 관개효율을 TE, 현재 토양의 수분함량 값을 W1, 목표치에 해당하는 적정 수분함량 값을 W0이라고 할 때, 필요 관개수량(NW)을 구하는 수학식,로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

4

제1항에 있어서,상기 제4단계에서 필요 관개수량을 결정하기 위하여 관수시간동안 예상되는 상기 토양으로부터의 수분 증발량을 추가적으로 고려하는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

5

제4항에 있어서,상기 수분 증발량을 예측하기 위하여 대기 중 습도 및 기압을 측정하되, 대기 중에 습도센서와 압력센서를 설치하여 측정하는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

6

제4항에 있어서,상기 수분 증발량을 예측하기 위하여, GPS 수신기를 통해 위치정보를 수신하고, 통신모듈을 통해 상기 위치정보에 상응하는 기상정보 및 시간정보를 요청하여 제공받는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

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제1항에 있어서,상기 관수시간동안 수분의 공급이 이루어진 후 멈춤시간을 갖고 상기 토양의 수분장력을 재차 측정하는 제8단계와; 상기 토양의 수분장력 값이 재배하는 작물에 따른 목표치에 도달하였는지 여부에 대한 판정이 재차 이루어지는 제9단계와;상기 토양의 수분장력 값이 목표치에 미달하는 경우에 추가 관수시간을 결정하는 제10단계와;상기 추가 관수시간동안 추가적인 수분의 공급이 이루어지도록 하는 제11단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

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제7항에 있어서, 상기 추가 관수시간을 결정하는데에는 토양에 대한 수분의 침투속도를 고려하여 가중치를 적용하는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

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제8항에 있어서,상기 수분의 침투속도는, 상기 토양에 대하여 일정시간동안 수분의 공급이 이루어졌을 때 서로 다른 깊이의 두 지점에서 측정된 수분장력 값의 차이를 근거로 계산되는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

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제9항에 있어서, 상기 추가 관수시간(△Ta)의 결정은, 상기 관수시간을 △T, 상기 목표치를 P0, 상기 제1단계에서 측정된 토양의 수분장력 중 제2단계의 판정을 위하여 사용되는 표면 부근 수분장력(P1)과 구분되도록 토양 표면 부근으로부터 깊이 방향으로 일정 거리 이격된 근권부의 수분장력 값을 P2, 상기 관수시간동안 수분의 공급이 이루어진 직후 수분공급이 멈춘 시점의 근권부의 수분장력 값을 P2t1, 수분공급을 멈춘 시간이 경과한 시점에 측정한 근권부의 수분장력 값을 P2t2, 사용자가 입력하는 가중치를 A라고 할 때, 추가 관수시간(△Ta)을 구하는 수학식,로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

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제10항에 있어서,서로 다른 깊이의 두 지점에서 수분장력을 측정하기 위하여, 토양 내부의 표면 부근에 위치하여 삼투압 효과를 발생시키는 제1다공질컵(10a)과, 상기 제1다공질컵(10a) 상부에 구비되며 다공물질의 삼투압 효과에 의해 수위가 변화하는 비압축성 액체 및 공기가 내부 일정 공간에 수용되는 제1튜브관(10b)과, 상기 제1튜브관(10b)내의 수위 변화에 따른 압력신호를 압력센서로 전달할 수 있도록 설치되는 제1압력유도관(10c)을 포함하는 제1수분장력측정기(1a)와;토양 내부의 근권부에 위치하여 삼투압 효과를 발생시키는 제2다공질컵(11a)과, 상기 제2다공질컵(11a) 상부에 구비되며 다공물질의 삼투압 효과에 의해 수위가 변화하는 비압축성 액체 및 공기가 내부 일정 공간에 수용되는 제2튜브관(11b)과, 상기 제2튜브관(11b)내의 수위 변화에 따른 압력신호를 압력센서로 전달할 수 있도록 설치되는 제2압력유도관(11c)을 포함하는 제2수분장력측정기(1b);를 포함하되,상기 제1수분장력측정기(1a)는 제2수분장력측정기(1b) 위에 수분장력 측정 지점의 간극 조절이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 깊이 조절형 텐시오미터를 사용하는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

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제11항에 있어서,상기 제1수분장력측정기(1a)와 제2수분장력측정기(1b)와의 간극 조절은, 상기 제1수분장력측정기(1a) 하단부에 너트형 인입부(10d)가 형성되고, 상기 제2수분장력측정기(1b) 상단부에 볼트형 관입부(11d)가 형성되어, 상기 너트형 인입부(10d)에 볼트형 관입부(11d)가 조립됨에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 관수 제어방법.

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작물이 재배되는 토양으로 수분을 펌핑하는 공급펌프(50)와;상기 공급펌프(50)와 연결되어 펌핑되는 수분을 상기 토양으로 수송하는 공급관(51)과;상기 공급관(51) 상에 설치되어 수분이 공급되거나 차단될 수 있도록 상기 공급관(51)을 개폐시켜주는 개폐밸브(60)와;상기 공급관(51)의 시작단에 설치되어 유량을 측정하는 유량 측정센서(20)와;상기 공급관(51)의 시작단과 끝단에 각각 설치되어 압력손실률을 계산하는데 사용될 각각의 수압을 측정하는 한 쌍의 압력 측정센서(30a,30b)와;상기 토양에 삽입되도록 설치되어 토양의 수분장력을 측정하는 텐시오미터(10)와;대기 중에 설치되어 대기 중 습도를 측정하는 습도센서(90a)와;대기 중에 설치되어 기압을 측정하는 압력센서(90b)와;위치정보를 수신하는 GPS 수신기(70)와;상기 GPS에서 수신된 위치정보에 상응하는 기상정보 및 시간정보를 요청하여 제공받는 통신모듈(80)과;상기 유량 측정센서(20)와, 한 쌍의 압력 측정센서(30a,30b)와, 텐시오미터(10)와, 습도센서(90a)와, 압력센서(90b)와, GPS 수신기(70)와, 통신모듈(80)과 연결되어 이들로부터 측정 및 수신된 측정값과 정보를 전달받으며, 이를 근거로 토양의 수분함량 값, 필요 관개수량, 압력손실률, 관수시간을 결정한 후, 상기 관수시간동안 상기 토양에 수분을 공급하도록 상기 공급펌프(50) 및 개폐밸프(60)를 제어하는 제어기(40)를 포함하여 구성되는 관수 제어장치.