드론 기반 리튬 광산 염수 수위 측정 장치
본 제품은 리튬 광산의 염호(염수 호수) 내 염수 수위를 정확하게 측정하여, 리튬 농축 효율 관리 및 채굴 최적화를 실현하기 위한 드론 기반 리튬광산 염수 수위 측정 장치입니다.
드론 기반 리튬광산 염수 높이 측정 장치는 드론 하단의 초음파 센서로 수면까지의 거리를 측정하고, 윈치에 연결된 줄의 길이를 통해 센서 위치를 정밀하게 제어합니다.
드론 하단의 센서가 수면에 닿지 않도록 하여 오염이나 오작동을 방지하며, 안정적인 드론과 수면까지의 높이 측정을 가능하게 합니다. 여기에 수심 데이터를 함께 수집하여 리튬 농축 효율을 판단하고, 증발량 및 채굴 시기를 예측하게 됩니다.
드론은 여러 지점을 순차적으로 이동하며 자동 측정 및 넓은 염호의 정밀 모니터링이 가능할 것입니다. 이 장치는 염수 환경에 강하고 반복 운용에 적합하여 리튬광산 관리의 효율성이 크게 높아집니다.
응용 기술 개발 연락처 : 010-4293-9577, e-mail : nano@nano-i.com
***응용 분야 : 스마트팜 수경재배 및 양액 탱크 수위 측정, 지하수 관정 / 우물 수위 측정 (얕은 관정용), 건물 내 실내 물탱크·청정수 저장조 수위 감지,
반도체·디스플레이 생산용 DIW(초순수) 탱크, 이동형 탱크(IBC, 통) 또는 드럼통 수위 측정, 소형 빗물 저장조 및 재활용수 저장조,
공공시설·욕조·수영장 보조 탱크 수위 측정, 산업 세척 장비 내부 수위 모니터링, 농업용 간이 물통 및 분무기 탱크 수위 확인, 실험실 또는 교육용 수조 수위 센서
1. 부품 및 시스템 구성 내용.
가) 측정용 드론 본체
고정비행 기능을 갖춘 산업용 드론
장착 장치: 고도 측정용 초음파 센서 (하향), 윈치 시스템 (줄 길이 측정 포함), 통신 및 제어 보드 (산업용 제어보드)
나) 수면 높이 측정 로직
드론 하단의 초음파 센서가 드론과 수면 사이 거리(D₁) 측정
윈치에 매달린 수심 측정 센서는 줄을 따라 내려가며, 줄 길이(D₂) 가 실시간 계산됨
최종적으로 수심 측정 센서와 수면까지의 높이(H)는 다음 수식으로 계산:
H = D1 - D2
→ 센서가 수면까지 도달했는지 여부(H=0) 를 바로 확인하여, 수심측정용 초음파센서로부터 염수 바닥간의 높이 (염수 수이) 를 정확하게 측정할 수 있음.
다) 수심 측정용 초음파 센서
수면 아래로 일정 깊이 잠긴 후, 수면 ~ 바닥 간 수심 측정(D₃)
수면 높이(H)와 함께 전체 리튬 농축량 예측에 사용
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수심 측정 센서 : 5cm ~ 6 m 측정 (눈금 분해능 1mm) (물의 탁도에 따라 최소 최대 측정 거리는 달라짐) 수위 측정 센서 : 최대 5미터 측정 (눈금 분해능 1mm) 실외용 결로 방지 기능 흰색 박스는 센서 및 측정 데이터를 통합 제어하는 센서 제어 본체임. (내부 : 센서, 배터리, 배터리 충전 장치, 블루투스 기능이 있는 산업용 제어보드) |
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모의 염수조의 염수 수위 측정 중인 사진 블루투스 통신 기능 |
본체 내부에는 리튬이온 배터리가 내장되어 충전이 가능하고. 블루투스를 통하여 수심과 함께, 배터리 잔량도 수신됨.
나) 온도 센서
수심 측정용 초음파 센서의 염수 높이 보정을 위한 온도 측정
2. 성능 시연
본 실험은 초음파 센서를 이용한 수심 측정의 정확도 검증을 목적으로 진행되었으며, 센서가 인식한 거리값과 실제 눈금자를 기준으로 측정한 수심값 사이의 관계를 선형 회귀 분석을 하였습니다.
수심 (cm) = a * 센서값 + b
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수중초음파 센서 수위 측정 장치 |
눈금자 및 측정 화면 |
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선형 회귀 곡선 |
또한, 레이저 거리 측정 센서를 사용하여 레이저로부터 초음파 센서 본체와의 거리를 측정하여 초음파로 인한 수위 측정값과 서로 비교 분석하였습니다.
본 실험은 레이저 센서로부터 출력되는 전압값을 이용하여 수심을 추정하고, 해당 전압과 실제 눈금자를 이용해 측정한 수심 값 사이의 관계를 선형 회귀 분석을 통해 분석한 것입니다.
회귀 분석을 통해 얻은 선형식: 수심(mm) = 200.2963 × 전압 + 90.65374 ( 결정계수 R² = 0.999901로, 거의 완벽한 선형 상관관계를 나타냄)
이는 레이저 센서의 전압 출력이 수심에 따라 매우 안정적으로 반응하고 있으며,신뢰도 높은 거리 측정이 가능함을 의미하고 있습니다.
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아래 표는 초음파 센서를 이용해 측정한 수심 데이터와, 레이저 센서 전압을 기반으로 계산한 수심값, 그리고 실제 눈금자(Ruler)로 측정한 수심값을 비교하여 측정 방식 간의 정확도 및 신뢰도 차이를 분석하고자 진행된 결과입니다.
레이저 센서의 전압 출력을 기반으로 수심을 계산하고, 눈금자 및 초음파 센서 측정값과 비교한 결과, 상용 레이저 센서는 수 mm 수준의 오차를 가지며 (센서 케이스의 수평 오차 등으로 인한 Tooling 오차로 판단됨), 실험 환경에서는 안정적으로 작동하였습니다. 다만, 투명 아크릴 기둥에 표시된 눈금자를 통한 수동 측정은 1mm 이내의 오차로 가장 신뢰도가 높았으며, 측정 기준값으로 적합함이 확인되었습니다.
본 실험은 실내 고정 조건에서 수행되었기 때문에 외부 환경(특히 야외 염호나 리튬 광산 등)에서는 수심측정 센서의 온도 보정이 반드시 필요하며, 온도에 따라 신호의 미세한 변위와 응답 특성 변화가 발생할 수 있습니다. 따라서 실외용 측정 시스템 개발 시에는 온도센서를 병렬로 설치하고, 센서 전압 보정식을 온도 보정 계수와 함께 적용해야 정밀 수위 측정이 가능할 것입니다.
기술 개발
MEMS 설계, nano-MEMS 응용 (3차원 레이저 스캐너, 3차원 레이저 디스플레이, 수중 초음파 센서 및 회로 등) 기술 개발, 지능 영상, 기타 가능한 가용 지식을 적용한 서비스 관련 내용입니다. 계속 업데이트될 예정입니다.
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