• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.85-85
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• 2011

홍수기에 안전하고 정확한 유량측정을 통하여 물관리에 필요한 기초수문자료를 확보하고자 한국수자원공사에서 1993년도부터 홍수유량측정기술 확보를 위한 연구를 시작하였다. 그간의 연구성과를 바탕으로 1999년도에 하천의 유속을 비접촉식으로 측정할 수 있는 홍수용 전자파표면유속계를 개발하여 특허등록하였고 그와 동시에 이의 상품화를 추진하여 2010년도까지 75대를 보급하여 실무에서 이용하고 있다. 이동식인 홍수용 전자파표면유속계를 바탕으로 2001년도에는 고정식 실시간 홍수유량측정측정시스템을 개발하여 특허등록하였고, 이 시제품을 현재 용담 수자원시험유역의 동향지점에서 시험운영하고 있다. 또한, 현장 유량측정실무자들의 홍수용 전자파표면유속계 개선요구에 따라 편각용 전자파표면유속계 시제품을 개발하였으며, 이는 임의의 한 지점에 설치한 한 대의 장비로 좌우 여러 측선의 유속을 동시에 측정할 수 있는 다점 측정기능을 갖도록 성능을 개선하였다. 이에 따라 홍수시 유량측정에 소요되는 시간이 줄어들어 신속하게 유량측정을 완료할 수 있는 계기를 마련하였다. 이와 더불어 유속측정 범위를 확장하여 홍수시의 고유속 뿐만 아니라 0.5 m/s 이하의 저유속까지 측정할 수 있는 범용 전자파표면유속계의 시제품을 추가로 개발하였다. 이 장비는 최저유속 0.03 m/s의 측정을 실내시험을 통하여 입증하였다. 범용 전자파표면유속계는 상품화 시제품의 개발을 목표로 기존 시제품의 현장시험을 통하여 현장적용상의 문제점에 대한 해결에 주력하였다. 첫째, 평갈수용 전자파표면유속계의 사용편의를 개선하기 위하여 소형화 및 경량화를 추진하였고, 이를 위하여 사용주파수를 기존의 10 GHz에서 24 GHz로 변경함으로써 $35{\times}35\;cm$ 크기의 기존안테나를 $22{\times}22\;cm$ 크기로 소형화하였으며 송수신부의 무게는 기존 18 kg에서 3.3 kg으로 혁신적으로 줄이는데 성공하였다. 이를 위하여 안테나는 기존의 반사형안테나에서 도파관슬롯배열안테나로 변경하였다. 둘째, 측정값의 안정화를 위하여 안테나의 특성을 개선하여 부엽(side-lobe) 레벨 30 dB 이하 그리고 전후방비(front-back ratio) 50 dB 이하로 개선하여 안테나가 지향하는 방향 이외의 위치에서 반사되는 불필요한 신호를 줄였다. 또한 적응형 이득제어(adaptive gain control)기법의 채택으로 미소 신호에 대한 안정적 측정 및 과다 신호에 대한 능동적 감쇄를 할 수 있도록 시스템을 구성하여 전 유속범위에 대한 안정적 측정을 가능토록 설계 및 제작하였다. 셋째, 자가점검 기능을 탑재하여 유속측정 전에 기기의 상태에 대한 self test기능을 통하여 측정자가 기기의 상태를 사전에 파악 가능토록함으로써, 기기 오작동에 대한 능동 대처할 수 있도록 하였다. 이외에도 저전력 회로설계를 통하여 배터리 사용시간을 확장하였고, 기존의 전자파표면유속계가 가지고 있던 방습 및 방수에도 내성을 갖는 제품으로 설계하였으며 스마트기기를 이용한 무선측정 및 세련된 디자인 등 사용자의 요구사항을 충분히 반영하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권8호
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• pp.613-623
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• 2015

홍수기 유량측정의 어려움을 극복하고자 물과 비접촉식으로 유속을 측정하여 유량을 산정하는 전자파표면유속계를 개발하여 실무에 적용하고 있다. 기존에 사용 중인 전자파표면유속계는 홍수용으로 연중 활용도가 낮아 이의 활용도를 높이고자 전자파표면유속계의 성능개선을 통하여 유속측정범위를 확장하여 평 갈수기에도 하천 유량측정이 적용할 수 있게 하였다. 즉 기존 홍수용 전자파표면유속계의 유속측정범위가 0.5~10.0m/s이었던 반면, 금번 개발된 고성능 범용 전자파표면유속계는 0.03~20.0m/s로 홍수기뿐만 아니라 평수기에 유속측정이 가능하도록 성능을 개선하였다. 전자파표면유속계를 이용한 저유속의 측정을 위해서 필요한 요소를 조사한 결과, 송신신호의 수신단 유입을 차단하여 저유속의 미세한 수신신호에 대한 검출능력을 향상할 수 있도록 송수신 격리도의 개선, 이와 함께 공진기의 위상잡음 특성개선이 저유속의 검출에 필수사항임을 파악하였다. 따라서 이를 감안하여 안테나의 송신부와 수신부가 분리된 안테나를 개발함으로써 송수신 격리도를 개선하였고, 기존 공진기의 위상잡음 특성을 개선하기 위하여 위상고정주파수합성기를 공진기로 적용함으로써 저유속 검출 성능을 개선하였다. 또한 고성능 범용 전자파표면 유속계의 사용편의성 증진을 위하여 안테나의 소형, 경량화 제작을 가능토록 하고자 사용주파수(10 GHz$\rightarrow$24GHz)를 변경하였다. 이와 더불어 기존 전자파표면유속계 사용자들의 개선요구사항-측정유속 안정화, 자체점검기능, 저전력, 방수 방습-을 반영함으로써 현장에서 유량측정하기에 간편한 기기로 개발하였다.

• 생태와환경
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• 제47권3호
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• pp.225-231
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• 2014

본 연구는 홍수기 유량측정의 어려움을 극복하고자 물과 비접촉식으로 유속을 측정하여 유량을 산정하는 전자파표면유속계(microwave water surface current meter, MWSCM)의 성능개선 제품인 범용 MWSCM에 대하여 소개하고자 하였다. 기존에 사용 중인 MWSCM은 홍수용으로써 연중 활용도가 낮아 이것의 이용성을 높이고자 성능을 개선하였다. 유속측정 범위를 확장하여 평 갈수기에도 하천 유량측정이 가능하게 하였다. 즉 기존 홍수용 MWSCM의 유속측정 범위가 $0.5{\sim}10.0ms^{-1}$이었던 반면, 금번에 개발된 범용 MWSCM은 $0.03{\sim}20.0ms^{-1}$로 홍수기 및 평수기 측정이 가능하도록 성능을 개선하였다. 이를 위해서 사용주파수의 변경($10GHz{\rightarrow}24GHz$), 안테나 및 송수신부 회로가 새롭게 설계 제작되었다. 이와 더불어 기존 홍수용 MWSCM 사용자들의 개선요구사항-기기 경량화, 유속 안정화, 자체점검기능, 저전력, 방수 및 방습-을 파악하여 반영함으로써 현장에서 유량을 측정하기에 용이한 기기로 개발하였다.