KR100367979B1 - Apparatus for measuring particle concentration using optical fiber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온 및 고압하에 멸균 가능하며 빛의 송신측과 수신측간의 위치 정합을 통한 후방 산란광 검출을 통해 입자의 농도를 고정밀하게 측정할 수 있도록 한 광섬유를 이용한 입자 농도 측정 장치에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 송신용 광섬유와 수신용 광섬유를 갖는 대물부를 N개의 송신용 광섬유와 각 송신용 광섬유를 둘러싸는 형태로 구성되는 N+M개의 수신용 광섬유로 형성하거나 혹은 동일한 수의 다수의 송신용 광섬유 및 다수의 수신용 광섬유를 교번적으로 혼재하는 형태로 구성하여, 산란광의 산란각 분포 특성에 따른 후방 산란광의 검출 감도를 대폭 증진시킴으로써, 저농도의 입자도 고감도로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 고온 및 고압하에 멸균 가능하고 발효조의 세포 농도를 연속적으로 측정할 수 있으며, 또한 어떠한 전자 회로 또는 소자를 내장하지 않으므로 내부식성이 강한 장점을 갖는 것이다.The present invention relates to a particle concentration measurement apparatus using an optical fiber that can be sterilized under high temperature and high pressure and to accurately measure the concentration of particles through backscattered light detection through position matching between a transmitting side and a receiving side of light. To this end, the present invention is to form an object having a transmission optical fiber and a reception optical fiber with N + M optical fibers for the transmission and the N + M receiving optical fibers formed in a form surrounding each transmission optical fiber or a plurality of the same number of transmission By constructing a mixture of credit optical fibers and a plurality of receiving optical fibers alternately, the detection sensitivity of back scattered light according to the scattering angle distribution characteristics of scattered light is greatly improved, so that low concentration particles can be detected with high sensitivity and high temperature. And can be sterilized under high pressure and can continuously measure the cell concentration of the fermenter, It does not have a built-in circuit or device has a strong corrosion resistance advantage.
Description
본 발명은 광섬유를 이용하여 입자 농도를 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멸균 가능하며 광섬유와 빛의 산란 특성을 이용하여 세포 농도 또는 탁도를 고정밀하게 측정하는 데 적합한 광섬유를 이용한 입자 농도 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring particle concentration using an optical fiber, and more specifically, to sterilization, and to measure particle concentration using an optical fiber suitable for accurately measuring cell concentration or turbidity using optical fiber and light scattering characteristics. Relates to a device.
이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 물질에 입사된 빛은 물질과의 상호작용을 통해 흡수, 굴절, 반사 및 산란되어 그 강도, 방향, 파장 및 위상 등이 변화한다. 특히, 빛의 흡수와 굴절은 물질에 따라 고유의 흡수 계수 및 굴절 계수를 가지면서 일어나므로 화학 분야에서 물질의 농도를 결정하는 데 이용되어 왔다. 또한, 빛의 반사와 산란은 물질을 구성하는 화학 성분에 무관하게 액체 또는 기체 내 부유 입자의 농도 또는 크기를 결정하는 데 주로 이용되어 왔다.As is well known in the art, light incident on a material is absorbed, refracted, reflected and scattered through interaction with the material, changing its intensity, direction, wavelength and phase and the like. In particular, the absorption and refraction of light occurs with intrinsic absorption and refraction coefficients depending on the material and thus has been used in the chemical field to determine the concentration of the material. In addition, light reflection and scattering have been used primarily to determine the concentration or size of suspended particles in a liquid or gas, regardless of the chemical composition of the material.
한편, 빛의 흡수 특성을 이용하여 액상 내 부유 입자의 농도를 결정하는 방법은, 빛의 흡수 특성이 입자의 농도 외에 용액의 분자적 특성(주로 색)의 영향을 받는 단점이 있다. 이 방법의 구체적인 예로는, 프루브 내에 광원과 감지 소자를 일정한 간격을 두어 내장하고 이 간격에 유입된 반응 물질의 광 흡수도를 측정하는것으로, 이 경우 광수신부의 위치와 광원의 광축이 정확히 일치하도록 해야만 하기 때문에 그 제작에 있어서 고도의 기술과 많은 비용이 소요된다는 문제가 있다.On the other hand, the method of determining the concentration of suspended particles in the liquid phase by using the light absorption characteristics, there is a disadvantage that the light absorption characteristics are affected by the molecular characteristics (mainly color) of the solution in addition to the concentration of the particles. A specific example of this method is to embed light sources and sensing elements at regular intervals in the probe and measure the light absorption of the reactants introduced into the gaps, in which case the position of the light receiver and the optical axis of the light source are exactly the same. There is a problem in that it requires a high technology and a high cost in production.
다른한편, 빛의 산란 특성을 이용하여 액상 내 부유 입자의 농도를 결정하는 방법은 비교적 정확하며 특히 소량의 입자에도 적용가능한 장점이 있다. 특히, 이 방법을 생물 공정에 적용하면 발효액 중의 세포를 작은 부유 입자로 간주하여 세포 농도를 측정할 수 있으며, 이와같이 빛의 산란 특성을 이용하여 입자 농도를 계측하는 구체적인 방법으로는, 액상 시료에 일정한 세기의 단색 광선을 입사시킨 후 산란광의 세기(즉, 광량의 크기)를 측정하는 방법이 있다. 이때, 광학 측정 기기의 기하학적 배치 및 매질의 광흡수로 인한 오차가 발생하게 되는 데, 이러한 오차는 수치적 또는 광학적으로 보정할 수 있다. 이러한 방법은 상 하수, 공업용수 또는 실험용수 중의 부유 물질을 측정하는 데 주로 사용되어 왔다.On the other hand, the method of determining the concentration of suspended particles in the liquid phase using the scattering properties of light is relatively accurate, and particularly has the advantage that can be applied to a small amount of particles. In particular, if the method is applied to a biological process, the cell concentration can be measured by considering the cells in the fermentation broth as small suspended particles.As a specific method of measuring particle concentration using light scattering characteristics, There is a method of measuring the intensity of the scattered light (that is, the amount of light) after the incident monochromatic light of intensity. At this time, an error occurs due to the geometrical arrangement of the optical measuring device and light absorption of the medium, and the error can be corrected numerically or optically. This method has been mainly used to measure suspended solids in water, industrial water or experimental water.
그러나, 상술한 바와같은 방법으로 입자 농도(세포 농도 또는 탁도)를 측정하는 종래의 장치는 고온 및 고압하에 이루어지는 멸균 공정에 사용할 수 없기 때문에 오염을 피해야 하는 발효 공정 등의 생물 공정에는 적용할 수 없다는 단점을 갖는다.However, the conventional apparatus for measuring particle concentration (cell concentration or turbidity) by the method described above cannot be used for sterilization processes under high temperature and high pressure, and thus cannot be applied to biological processes such as fermentation processes that should avoid contamination. Has disadvantages.
따라서, 상술한 바와같은 문제점(즉, 생물 공정에서의 적용 불가)을 해결하기 위한 방편으로써, 광 산란 강도를 측정하여 입자 농도를 측정하는 방식, 즉 송신용 광섬유와 수신용 광섬유가 따로 배치되는 구조를 이용하여 후방 산란광의 강도를 검출함으로써, 목표로하는 입자 농도(세포 농도 또는 탁도)를 측정하는 방식이 제안되었다.Therefore, as a means to solve the above problems (that is, not applicable in biological processes), a method of measuring the particle concentration by measuring the light scattering intensity, that is, a structure in which the optical fiber for transmission and the optical fiber for reception are arranged separately By detecting the intensity of the backscattered light using the method of measuring the target particle concentration (cell concentration or turbidity) has been proposed.
즉, 종래의 입자 농도 측정 장치는, 일예로서 도 11에 도시된 바와같이, 지지관(802)내의 내부 공간(804)에서 일정 간격만큼 이격되는 형태로 형성되는 송신용 광섬유(806)와 수신용 광섬유(808)로 된 대물부를 갖는다.That is, the conventional particle concentration measuring apparatus, as shown in FIG. 11 as an example, for transmitting and receiving optical fiber 806 formed in a shape spaced apart by a predetermined interval in the internal space 804 in the support tube 802 It has an objective portion made of optical fiber 808.
한편, 피측정물인 액상으로부터의 후방 산란 신호는 부유 입자의 크기와 밀도에 따라 다르게 나타나는 특성(산란광의 산란각 분포 특성)을 갖는 데, 빛을 발하는 송신측과 후방 산란광을 검출하는 수신측이 서로 다른 위치에 이격되어 형성된 종래 측정 장치의 경우 송신측과 수신측간의 위치 차이로 인해 산란광의 검출 감도가 떨어진다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 입자 농도의 측정 정밀도(또는 측정 감도)를 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.On the other hand, the backscattered signal from the liquid phase to be measured has a characteristic (scattering angle distribution characteristic of the scattered light) depending on the size and density of the suspended particles, the light emitting side and the receiving side detecting the back scattered light In the case of the conventional measuring device formed at a different position, there is a problem that the detection sensitivity of the scattered light is reduced due to the positional difference between the transmitting side and the receiving side. It is working.
따라서, 본 발명은, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온 및 고압하에 멸균 가능하며 빛의 송신측과 수신측간의 위치 정합을 통한 후방 산란광 검출을 통해 입자의 농도를 고정밀하게 측정할 수 있는 광섬유를 이용한 입자 농도 측정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems of the prior art, it is possible to sterilize under high temperature and high pressure and to accurately measure the concentration of particles through the detection of backscattered light through position matching between the transmitting side and the receiving side of the light. It is an object of the present invention to provide an apparatus for measuring particle concentration using optical fibers.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 송신용 광섬유 커넥터를 통해 외부의 광원으로부터 제공되는 광을 피측정물에 입사시키고, 상기 광의 입사에 따라 발생하는 후방 산란광을 검출하여 수신용 광섬유 커넥터를 통해 외부의 광전 변환기로 제공하는 대물부를 갖는 입자 농도 측정 장치에 있어서, 상기 대물부는, 일정 간격만큼 서로 이격되어 배치되는 N개의 송신용 광섬유 다발과 상기 각 송신용 광섬유를 각각 둘러싸는 형태로 배치된 N+M개의 수신용 광섬유 다발로 구성되고, 상기 각 송신용 광섬유 사이에는 적어도 하나의 수신용 광섬유가 게재되며, 상기 농도 측정 장치는: 상기 대물부로부터 연장되어 송신용 및 수신용 광섬유가 하나의 다발을 이루면서 반응계에 침지되는 침지 대역; 상기 침지 대역로부터 연장되며 송신용 및 수신용 광섬유가 혼합된 하나의 다발을 이루는 혼합 광섬유 대역; 상기 혼합 광섬유 대역에 연결되며 상기 송신용 및 수신용 광섬유 다발을 분리하는 분지 대역; 상기 분지 대역의 분지점에서 각각 연장되는 상기 송신용 광섬유 다발로 이루어진 송신용 광섬유 대역과 상기 수신용 광섬유 다발로 이루어진 수신용 광섬유 대역; 및 상기 송신용 광섬유 대역 및 상기 수신용 광섬유 대역과 상기 송신용 커넥터 및 수신용 커넥터를 각각 연결하는 송신용 어댑터 및 수신용 어댑터로 이루어진 광섬유를 이용한 입자 농도 측정 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, through the optical fiber connector for transmitting the light from the external light source to the object to be measured, and detects the back-scattered light generated by the incident of the light to the external through the optical fiber connector A particle concentration measuring apparatus having an objective portion provided by a photoelectric converter of the present invention, wherein the objective portion is N + optical fiber bundles arranged to be spaced apart from each other by a predetermined interval and N + disposed in a form surrounding the respective optical fibers for transmission. And M receiving optical fiber bundles, wherein at least one receiving optical fiber is placed between each transmitting optical fiber, and the concentration measuring device extends from the objective portion so that the optical fiber for transmission and reception receives one bundle. Immersion zone immersed in the reaction system while making; A mixed optical fiber band extending from the immersion band and constituting a bundle in which transmission and reception optical fibers are mixed; A branch band connected to the mixed optical fiber band and separating the transmission and reception optical fiber bundles; A receiving optical fiber band consisting of the transmitting optical fiber bundle and the receiving optical fiber bundle each extending from a branch point of the branch band; And it provides a particle concentration measuring apparatus using the optical fiber consisting of a transmission adapter and a reception adapter for connecting the transmission optical fiber band and the reception optical fiber band and the transmission connector and the reception connector, respectively.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유를 이용한 입자 농도 측정 장치의 모식도,1 is a schematic diagram of a particle concentration measuring apparatus using an optical fiber according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2a는 도 1에 도시된 입자 농도 측정 장치에 채용되는 일실시예에 따른 집중형 대물부를 정면에서 절단하여 N배 확대한 확대 단면도,FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of an N-fold enlarged front view of a concentrated object according to an exemplary embodiment employed in the particle concentration measuring apparatus shown in FIG. 1;
도 2b는 도 1에 도시된 입자 농도 측정 장치에 채용되는 일실시예에 따른 송신용 광섬유 대역을 절단하여 N배 확대한 확대 단면도,FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of cutting the optical fiber band for transmission according to the embodiment employed in the particle concentration measuring apparatus shown in FIG.
도 2c는 도 1에 도시된 입자 농도 측정 장치에 채용되는 일실시예에 따른 수신용 광섬유 대역을 절단하여 N배 확대한 확대 단면도,FIG. 2C is an enlarged cross-sectional view of a receiving optical fiber band cut by N times according to an embodiment employed in the particle concentration measuring apparatus shown in FIG. 1;
도 3은 도 1에 도시된 입자 농도 측정 장치에 채용되는 다른 실시예에 따른 혼합형 대물부를 정면에서 절단하여 N배 확대한 확대 단면도,3 is an enlarged cross-sectional view of an enlarged N-fold by cutting a mixed object in accordance with another embodiment of the present invention employed in the particle concentration measuring apparatus shown in FIG. 1;
도 4는 혼합형 대물부를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치를 사용하여 시험한 결과로서 얻어진 우유의 농도에 따른 출력 전압의 변화를 보여주는 그래프,4 is a graph showing a change in output voltage according to the concentration of milk obtained as a result of the test using the particle concentration measuring apparatus of the present invention having a mixed objective;
도 5는 집중형 대물부를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치를 사용하여 시험한 결과로서 얻어진 우유의 농도에 따른 출력 전압의 변화를 보여주는 그래프,5 is a graph showing a change in output voltage according to the concentration of milk obtained as a result of the test using the particle concentration measuring apparatus of the present invention having a concentrated objective;
도 6은 혼합형 대물부를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치를 사용하여 시험한 결과로서 얻어진 요구르트의 농도에 따른 출력 전압의 변화를 보여주는 그래프,6 is a graph showing a change in output voltage according to the concentration of yogurt obtained as a result of the test using the particle concentration measuring apparatus of the present invention having a mixed objective;
도 7은 집중형 대물부를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치를 사용하여 시험한 결과로서 얻어진 요구르트의 농도에 따른 출력 전압의 변화를 보여주는 그래프,7 is a graph showing a change in output voltage according to the concentration of yogurt obtained as a result of the test using the particle concentration measuring apparatus of the present invention having a concentrated objective;
도 8은 혼합형 대물부를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치를 사용하여 시험한 결과로서 얻어진 탁주의 농도에 따른 출력 전압의 변화를 보여주는 그래프,8 is a graph showing a change in output voltage according to the concentration of turbidity obtained as a result of the test using the particle concentration measuring apparatus of the present invention having a mixed objective;
도 9는 집중형 대물부를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치를 사용하여 시험한 결과로서 얻어진 탁주의 농도에 따른 출력 전압의 변화를 보여주는 그래프,9 is a graph showing a change in output voltage according to the concentration of turbidity obtained as a result of the test using the particle concentration measuring apparatus of the present invention having a concentrated objective;
도 10은 집중형 대물부를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치를 사용하여 시험한 결과로서 얻어진 발효조에서의 대장균 성장에 따른 출력 전압의 변화를 보여주는 그래프,10 is a graph showing the change of the output voltage according to the growth of E. coli in the fermenter obtained as a result of testing using the particle concentration measuring apparatus of the present invention having a concentrated objective;
도 11 종래의 입자 농도 측정 장치의 대물부를 정면에서 절단하여 N배 확대한 확대 단면도.11 is an enlarged cross-sectional view of an objective portion of a conventional particle concentration measurement apparatus cut out from the front to be enlarged N times.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
102 : 대물부 104 : 침지 대역102: objective 104: immersion band
106 : 혼합 광섬유 대역 108 : 분지 대역106: mixed optical fiber band 108: branch band
110 : 송신용 광섬유 대역 112 : 송신용 어댑터110: optical fiber band for transmission 112: adapter for transmission
114 : 송신용 커넥터 116 : 수신용 광섬유 대역114: transmitting connector 116: receiving optical fiber band
118 : 수신용 어댑터 120 : 수신용 커넥터118: receiving adapter 120: receiving connector
202a, 202b, 202c, 302 : 지지관202a, 202b, 202c, 302: support tube
204 : 내부 공간 206, 306 : 송신용 광섬유204: internal space 206, 306: optical fiber for transmission
208, 308 : 수신용 광섬유208, 308: receiving optical fiber
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 입자 농도 측정 장치의 대물부, 즉 송신용 광섬유와 수신용 광섬유를 갖는 대물부를 N개(예를들면, 3개)의 송신용 광섬유와 각 송신용 광섬유를 둘러싸는 형태로 구성되는 N+M개(예를들면, 15개)의 수신용 광섬유로 형성하여 광의 송신측(즉, 광원측)과 후방 산란광의 검출측(또는 수신측)간의 위치를 검출이 용이한 근접 거리로 정합(집중형 대물부)시키거나 혹은 동일한 수의 다수의 송신용 광섬유 및 다수의 수신용 광섬유를 교번적으로 혼재하는 형태(혼합형 대물부)로 구성함으로써, 산란광의 산란각 분포 특성에 따른 후방 산란광의 검출 감도를 대폭 증진시킨다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.First, a key technical aspect of the present invention is to provide N (e.g., three) transmission optical fibers and each transmission optical fiber in the objective portion of the particle concentration measuring apparatus, that is, the objective portion having the optical fiber for transmission and the optical fiber for reception. N + M (e.g., 15) receiving optical fibers configured in an enclosed form can be used to detect the position between the transmitting side of the light (i.e., the light source side) and the detecting side (or receiving side) of the backscattered light. Scattering angle distribution of scattered light by matching (concentrated objective) at easy proximity distance or by configuring the same number of transmitting optical fibers and receiving optical fibers alternately (mixed objective) By greatly improving the detection sensitivity of the backscattered light according to the characteristics, it is easy to achieve the object of the present invention through this technical means.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유를 이용한 입자 농도 측정 장치의 모식도로써, 본 발명의 입자 농도 측정 장치는 대물부(102), 침지 대역(104), 혼합 광섬유 대역(106), 분지 대역(108), 송신용 광섬유 대역(110), 송신용 어댑터(112), 송신용 커넥터(114), 수신용 광섬유 대역(116), 수신용 어댑터(118) 및 수신용 커넥터(120)를 포함한다.1 is a schematic diagram of a particle concentration measuring apparatus using an optical fiber according to a preferred embodiment of the present invention, the particle concentration measuring apparatus of the present invention is the objective portion 102, immersion band 104, mixed optical fiber band 106, branch Band 108, transmitting optical fiber band 110, transmitting adapter 112, transmitting connector 114, receiving optical fiber band 116, receiving adapter 118 and receiving connector 120 do.
도 1을 참조하면, 대물부(102)는 입자 농도 측정시에 피측정물인 발효액 등에 대향하는 방향으로 지향되는 송신용 광섬유 다발 및 수신용 광섬유 다발이 종단이 서로 혼재하는 형태, 즉 일예로서 도 2a에 도시된 바와같이, 일정 간격만큼 이격된 N개(예를들면, 3개)의 송신용 광섬유(206)와 각 광섬유를 둘러싸는 형태로 구성되는 N+M개(예를들면, 15개)의 수신용 광섬유(208)로 형성된다(이하, 집중형 대물부라 칭함). 도 2a에 있어서, 참조번호 202a는 지지관이고, 204는 송신용 및 수신용 광섬유 다발을 수용하는 내부 공간이다.Referring to FIG. 1, the objective part 102 has a form in which the ends of the transmitting optical fiber bundle and the receiving optical fiber bundle which are directed in a direction opposite to the fermentation broth as the object to be measured when the particle concentration is measured, that is, as an example, FIG. 2A. As shown in FIG. 9, N (eg, 3) transmission optical fibers 206 spaced by a predetermined interval and N + M (eg, 15) configured to surround each optical fiber. Is formed of a receiving optical fiber 208 (hereinafter referred to as a concentrated objective). In FIG. 2A, reference numeral 202a is a support tube, and 204 is an inner space for receiving a bundle of optical fibers for transmission and reception.
예를들어, 구경 수치(NA : Numerical Aperture)가 0.39이고, 섬유 중심부의 직경이 200㎛이며, 사용 온도가 125℃이고, 880nm 파장의 빛에 대한 감쇄율이 최대 10㏈/㎞ 인 광섬유(예를들면, 3M사 제품) 18개(송신용 광섬유 3개, 수신용 광섬유 15개)를 이용하여 집중형 대물부를 구성할 수 있다.For example, an optical fiber with a numerical aperture (NA: Numerical Aperture) of 0.39, a fiber center diameter of 200 µm, an operating temperature of 125 ° C, and an attenuation of up to 10 nm / km for light having a wavelength of 880 nm (for example, For example, a centralized objective can be constructed using 18 3M's products (3 transmission optical fibers and 15 optical fibers).
이때, 광섬유 다발은 몰딩, 양극피막 등의 처리를 하였으며, 제조된 측정 장치의 침지 대역에서 섬유접속경은 2.6 ㎜이고 외경은 6.0 ㎜이며, 분지된 송신용 광섬유 다발에서 섬유접속경은 1.10 ㎜이고 외경은 3.0 ㎜이며, 분지된 수신용 광섬유 다발에서 섬유접속경은 2.35 ㎜이고 외경은 3.0 ㎜이었다.At this time, the optical fiber bundle was treated with molding, anode coating, etc., in the immersion band of the manufactured measuring device, the fiber connection diameter was 2.6 mm, the outer diameter was 6.0 mm, and in the branched transmission fiber bundle, the fiber connection diameter was 1.10 mm and the outer diameter was 3.0 mm, in the branched receiving optical fiber bundle, the fiber connection diameter was 2.35 mm and the outer diameter was 3.0 mm.
따라서, 대물부(102)는 송신용 광섬유(206)의 종단이 제공하는 광원 지점과 수신용 광섬유(208)의 종단이 제공하는 광수신 지점들이 산란광의 산란 분포 특성에 적합하도록 서로 인접하게 배열되어, 송신용 광섬유(206)를 통해 피측정물(액상, 발효액 등)측으로 광원을 입사시키고, 다수의 수신용 광섬유(208)를 통해 피측정물중의 입자에 의한 후방 산란광을 검출하며, 여기에서 검출되는 후방 산란 검출 신호는 침지 대역(104), 혼합 광섬유 대역(106), 분지 대역(108), 수신용 광섬유 대역(116), 수신용 어댑터(118) 및 수신용 커넥터(120)를 경유하여 도시 생략된 광전 변환기로 전달된다. 따라서, 도시 생략된 광전 변화기를 통해 입자 농도 검출신호에 대응하는 출력 전압에 의거하여 피측정물의 입자 농도를 고정밀하게 측정하게 된다.Therefore, the object portion 102 is arranged adjacent to each other so that the light source point provided by the end of the transmitting optical fiber 206 and the light receiving point provided by the end of the receiving optical fiber 208 are suitable for the scattering distribution characteristic of the scattered light. The light source is incident to the object to be measured (liquid, fermentation liquid, etc.) through the optical fiber 206 for transmission, and backscattered light by particles in the object is detected through the plurality of receiving optical fibers 208, where The backscatter detection signal detected is via the immersion band 104, the mixed optical fiber band 106, the branch band 108, the receiving optical fiber band 116, the receiving adapter 118 and the receiving connector 120. Transfer to a photoelectric converter not shown. Therefore, the particle concentration of the object to be measured is accurately measured based on an output voltage corresponding to the particle concentration detection signal through a photoelectric transformer (not shown).
또한, 대물부(102)에는, 도 1에서의 도시는 생략되었으나, 일정한 굴절률을 가진 광학 렌즈(수정체)를 추가로 장착할 수도 있는 데, 광학 렌즈를 채용하는 경우 그 위치는 측정 대상에 따라 임의로 조절 가능하도록 장착하는 것이 바람직하다.In addition, although the illustration in FIG. 1 is omitted, the objective portion 102 may be further equipped with an optical lens (crystal) having a constant refractive index. It is preferable to mount so that adjustment is possible.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 3개의 송신용 광섬유와 15개의 수신용 광섬유를 이용하여 대물부(이하, 집중형 대물부라 칭함)를 구성하는 것으로하여 기술 및 설명하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 이 기술분야의 숙련자라면 송신용 광섬유와 수신용 광섬유의 더 적게 사용하거나 더 많게 사용하는 방식으로 변형할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.On the other hand, in the preferred embodiment of the present invention by using three transmission optical fibers and 15 receiving optical fibers to describe and describe the objective portion (hereinafter referred to as the centralized objective portion), but the present invention is necessarily It is not limited, and one skilled in the art will readily understand that the modifications can be made to the use of less or more of the transmitting and receiving fibers.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 침지대역에서의 섬유접속경이 2.6mm이고 외경이 6.0mm이라고 기술 및 설명하고 있으나 본 발명이 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 발효조의 용량에 따라 확대가능하며 이때 송신용 광섬유와 수신용 광섬유의 개수는 침지대역의 외경에 비례하여 증가하게 된다. 또한, 분지된 송신용 광섬유 다발의 섬유접속경과 외경, 분지된 수신용 광섬유 다발의 섬유접속경과 외경의 크기는 침지대역의 외경의 크기에 따라 비례하여 증가한다.In addition, the preferred embodiment of the present invention describes and describes that the fiber connection diameter in the immersion band is 2.6mm and the outer diameter is 6.0mm, but the present invention is not necessarily limited thereto and can be expanded according to the capacity of the fermenter, wherein the optical fiber for transmission The number of and receiving optical fibers increases in proportion to the outer diameter of the immersion band. Further, the fiber connection diameter and outer diameter of the branched transmission optical fiber bundle, and the size of the fiber connection diameter and outer diameter of the branched receiving optical fiber bundle increase proportionally with the size of the outer diameter of the immersion band.
또한, 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치에 채용되는 대물부는, 일예로서 도 3에 도시된 바와같이, 송신용 광섬유(306)와 수신용 광섬유(308)가 교번적으로 혼재하는 형태로 된 다수의 광섬유로 구성, 예를들어 2000개의 광섬유로 대물부(이하, 혼합형 대물부라 칭함)를 구성한다고 가정할 때 1000개의 송신용 광섬유와 1000개의 수신용 광섬유가 서로 교번적으로 혼재하는 형태로 구성할 수도 있다. 도 3에서, 참조번호 302는 지지관이다.In addition, the objective portion employed in the particle concentration measuring apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 3 as an example, a plurality of forms in which the transmission optical fiber 306 and the receiving optical fiber 308 are alternately mixed. For example, assuming that an object part (hereinafter, referred to as a hybrid object part) is composed of 2000 optical fibers, 1000 transmitting optical fibers and 1000 receiving optical fibers may be alternately mixed with each other. have. In Fig. 3, reference numeral 302 denotes a support tube.
예를들어, 구경 수치(NA)가 0.39이고, 섬유 중심부의 직경이 50㎛이며, 사용 온도가 최대 125℃이고, 880nm 파장의 빛에 대한 감쇄율이 최대 10㏈/㎞ 인 광섬유(예를들면, 3M사 제품) 2000개(송신용 광섬유 1000개, 수신용 광섬유 1000개)를 이용하여 혼합형 대물부를 구성할 수 있는 데, 광섬유 다발은 SUS316으로 제작된 관에 밀집되게 에폭시 수지로 몰딩하여 고정시키고, 송신용 광섬유 다발과 수신용 광섬유 다발에는 각각 표준형 광섬유 커넥터를 연결하여 혼합형 대물부를 형성할 수 있다.For example, an optical fiber having a numerical aperture (NA) of 0.39, a fiber center diameter of 50 µm, an operating temperature of up to 125 ° C, and an attenuation of up to 10 kHz / km for light of 880 nm wavelength (e.g., 3M Co., Ltd.) 2000 pieces (1000 transmission optical fiber, 1000 optical fiber for receiving) can be used to construct a mixed object part, and the optical fiber bundle is densely molded by fixing with epoxy resin in a tube made of SUS316, The optical fiber bundle for transmission and the optical fiber bundle for reception can each be connected to a standard optical fiber connector to form a mixed objective.
다음에, 침지 대역(104)은, 입자 농도 측정시에 반응계(또는 피측정물)에 침지되는 대역인 것으로, 광섬유 다발, 즉 송신용 광섬유 다발 및 수신용 광섬유 다발을 지지하며, 고온 및 고압의 조건에서도 광섬유 다발이 견딜 수 있는 재질, 예를들면 스테인레스 강(SUS316)으로 된 외부 지지관을 갖는다. 또한, 혼합 광섬유 대역(106)은 침지 대역(104)으로부터 연장되는 송신용 및 수신용 광섬유가 혼합된 하나의 다발을 이루는 대역이다.Subsequently, the immersion zone 104 is a band immersed in the reaction system (or the object to be measured) at the time of particle concentration measurement, and supports an optical fiber bundle, that is, a transmission optical fiber bundle and a reception optical fiber bundle, The condition also has an external support tube made of a material that the fiber bundle can withstand, for example stainless steel (SUS316). In addition, the mixed optical fiber band 106 is a band forming one bundle in which the transmitting and receiving optical fibers extending from the immersion band 104 are mixed.
또한, 분지 대역(108)은 혼합 광섬유 대역(106)으로부터 신장되는 송신용 광섬유 다발과 수신용 광섬유 다발을 분리하여 송신측과 수신측으로 분지시키는 것으로, 이러한 분지 대역(108)에서의 광섬유 다발은 통상적인 방법에 따라 양극피막 처리할 수 있다.In addition, the branch band 108 separates the transmitting optical fiber bundle and the receiving optical fiber bundle extending from the mixed optical fiber band 106 and branches them to the transmitting side and the receiving side. It can be anodized by the phosphorus method.
한편, 분지 대역(108)의 분지점으로부터 연장된 송신용 광섬유 다발(즉, 일예로서 도 2b에 도시된 바와같이 3개의 송신용 광섬유(206)로 된 광섬유 다발)로 이루어진 송신용 광섬유 대역(110)은 송신용 어댑터(112)에 연결되고, 송신용 어댑터(112)는 송신용 커넥터(114)에 연결되며, 송신용 커넥터(114)는 도시 생략된 측정 시스템내 광원(예를들면, 적외선을 발생하는 발광 다이오드)에 연결된다. 도 2b에 있어서, 참조번호 202b는 송신용 광섬유(206) 다발을 유지하기 위한 지지관이다.On the other hand, the transmission optical fiber band 110 consisting of a transmission optical fiber bundle (ie, an optical fiber bundle consisting of three transmission optical fibers 206 as shown in FIG. 2B) extending from the branch point of the branch band 108. ) Is connected to the transmission adapter 112, the transmission adapter 112 is connected to the transmission connector 114, the transmission connector 114 is a source of light (e.g., infrared light in the measurement system, not shown) Generating light emitting diodes). In Fig. 2B, reference numeral 202b is a support tube for holding a bundle of optical fibers 206 for transmission.
여기에서, 광원으로부터 송출되는 적외선으로는, 예를들면 800 내지 1000nm 범위의 파장을 갖는 광을 사용할 수 있으며, 이때 광원에서 발생하는 적외선 파장은 측정 장치에서 선택한 특정한 파장을 중심으로 스펙트럼 대역폭이 대략 50nm인 적외선을 만들어내는 것이 바람직하다.Here, as the infrared rays emitted from the light source, light having a wavelength in the range of, for example, 800 to 1000 nm can be used, wherein the infrared wavelength generated by the light source has a spectral bandwidth of approximately 50 nm around a specific wavelength selected by the measuring device. It is desirable to produce phosphorus infrared.
또한, 분지 대역(108)의 분지점으로부터 연장된 수신용 광섬유 다발(즉, 일예로서 도 2c에 도시된 바와같이 15개의 수신용 광섬유(208)로 된 광섬유 다발)로 이루어진 수신용 광섬유 대역(116)은 수신용 어댑터(118)에 연결되고, 수신용 어댑터(118)는 수신용 커넥터(120)에 연결되며, 수신용 커넥터(120)는 도시 생략된 측정 시스템내 광전 변환기에 연결된다. 도 2c에 있어서, 참조번호 202c는 수신용 광섬유(208) 다발을 유지하기 위한 지지관이다.Also, a receiving optical fiber band 116 consisting of a receiving optical fiber bundle (ie, an optical fiber bundle of 15 receiving optical fibers 208 as shown in FIG. 2C) extending from the branch point of the branch band 108. ) Is connected to the receiving adapter 118, the receiving adapter 118 is connected to the receiving connector 120, the receiving connector 120 is connected to the photoelectric converter in the measurement system, not shown. In Fig. 2C, reference numeral 202c denotes a support tube for holding a bundle of receiving optical fibers 208.
상술한 바와같은 구조를 갖는 입자 농도 측정 장치에 있어서, 혼합 광섬유 대역(106), 송신용 광섬유 대역(110) 및 수신용 광섬유 대역(116)에 수용된 광섬유 다발은 내구성과 유연성이 좋은 자바라 등에 넣어 보호하는 것이 바람직하며, 송신용 및 수신용 어댑터(112, 118)와 이에 각각 연결되는 송신용 및 수신용 커넥터(114, 120)로는, 수증기로 멸균하더라도 성능 변화에 영향을 받지 않는 SUS 또는 고분자 물질로 구성된 어댑터 및 커넥터를 사용하는 것이 바람직하며, 그 대표적인 예로는 SMA905 표준 광섬유 연결부가 있다.In the particle concentration measuring apparatus having the structure as described above, the optical fiber bundles accommodated in the mixed optical fiber band 106, the transmitting optical fiber band 110 and the receiving optical fiber band 116 are protected by putting them in a bellows having excellent durability and flexibility. Preferably, the transmission and reception adapters 112 and 118 and the transmission and reception connectors 114 and 120 connected to the transmission and reception adapters 112 and 118, respectively, are made of SUS or a polymer material which is not affected by performance change even if sterilized with water vapor. It is preferred to use configured adapters and connectors, a representative example of which is the SMA905 standard fiber optic connection.
따라서, 상술한 바와같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치는, 측정 시스템내 적외선 광원으로부터 발광되어 반응계(또는 피측정물)로 적외선을 송출하는 N개의 송신용 광섬유와 각각의 송신용 광섬유를 둘러싸는 형태로 형성되며 반응계로부터의 적외선(즉, 후방 산란광)을 검출하여 이를 도시 생략된 측정 시스템내 광전 변환기로 전달하는 수신용 광섬유로 된 대물부(102)를 반응계에 침지시켜 반응계내의 입자 농도(즉, 세포 농도 또는 탁도)를 측정한다.Accordingly, the particle concentration measuring apparatus according to the present invention having the structure as described above includes N transmission optical fibers and respective transmission optical fibers that emit light from an infrared light source in the measurement system and transmit infrared rays to a reaction system (or an object to be measured). Formed in a shape surrounding the particle and immersed in the reaction system an object portion 102 made of a receiving optical fiber which detects infrared light (ie backscattered light) from the reaction system and transmits it to a photoelectric converter in a measurement system (not shown). The concentration (ie cell concentration or turbidity) is measured.
한편, 본 발명의 입자 농도 측정 장치에 사용되는 광섬유는 화학적으로 안정된 실리카 재질로 제작하는 것이 바람직하고, 광섬유의 직경은 특별한 제한은 없으나 광섬유 케이블의 유연성 확보 문제를 고려할 때 대략 200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 광섬유 자체의 광손실을 최소한으로 줄일 수 있도록 광원의 발광 파장 영역에서 손실율이 20㏈/㎞ 이하인 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, the optical fiber used in the particle concentration measuring apparatus of the present invention is preferably made of a chemically stable silica material, the diameter of the optical fiber is not particularly limited, but considering the problem of securing the flexibility of the optical fiber cable to about 200㎛ or less It is preferable to use an optical fiber having a loss ratio of 20 dB / km or less in the light emission wavelength region of the light source so as to minimize the optical loss of the optical fiber itself.
또한, 광섬유의 구경 수치(NA)는 대략 0.3 내지 0.5로 큰 구경 수치를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직한 데, 이것은 광원으로부터 발생하는 적외선을 효과적으로 도파시키고, 발효조 등의 반응계내의 화학적 환경 및 멸균 공정이 수행되는 고온 및 고압의 조건에서도 안정성을 가지며, 광범위한 산란각 분포에도 불구하고 후방 산란광을 효과적으로 감지(또는 검출)할 수 있도록 하기 위해서이다.In addition, it is preferable to use an aperture number NA of the optical fiber having a large aperture value of approximately 0.3 to 0.5, which effectively guides infrared rays generated from the light source, and is performed by chemical environment and sterilization process in a reaction system such as a fermenter. This is to ensure stability even at high temperature and high pressure, and to effectively detect (or detect) backscattered light despite a wide range of scattering angles.
다른한편, 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치는, N개(예를들면, 3개)의 송신용 광섬유 각각을 N+M개(예를들면, 15개)의 수신용 광섬유가 둘러싸는 형태로 분포하는 광섬유 구조(즉, 집중형 대물부 또는 혼합형 대물부)를 채용하여, 산란 중심을 여러 지점에 분포시켜 여러 방향의 지점에서 후방 산란광을 수신하도록 하기 때문에, 후방 산란광의 큰 산란각 분포에도 불구하고 검출 감도(즉, 후방 산란광의 검출 감도)가 매우 높아 세포의 크기와 밀도에 무관하게 후방 산란광을 고감도로 검출할 수 있다.On the other hand, the particle concentration measuring apparatus according to the present invention comprises N + M (e.g., 15) receiving optical fibers surrounded by N (e.g., three) optical fibers for transmission. In spite of the large scattering angle distribution of the backscattered light, the optical fiber structure (i.e., the concentrated or mixed object part) is used to distribute the scattering center at various points to receive backscattered light at various points. The detection sensitivity (i.e., the detection sensitivity of the backscattered light) is very high, and the backscattered light can be detected with high sensitivity regardless of the size and density of the cells.
이때, 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치에 집중형 대물부(즉, 하나의 송신용 광섬유를 다수의 수신용 광섬유가 둘러싸는 형태로 된 대물부)는 특히 세포농도가 104세포/㎖ 이하로 낮은 발효액에서의 입자 농도 검출에 적합하며, 더욱 바람직하게는 103세포/㎖ 이하의 범위가 적합하다.In this case, the concentrated objective part (that is, the objective part in which one receiving optical fiber is surrounded by a plurality of receiving optical fibers) in the particle concentration measuring apparatus according to the present invention has a cell concentration of 10 4 cells / ml or less. Suitable for particle concentration detection in low fermentation broths, more preferably in the range of 10 3 cells / ml or less.
또한, 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치에 혼합형 대물부(즉, 다수의 송신용 및 수신용 광섬유가 교번적으로 서로 혼재하는 형태로 구성된 대물부)는 세포 농도가 105내지 109세포/㎖의 범위인 고농도의 발효액에서의 입자 농도 검출에 적합하며, 더욱 바람직하게는 105내지 107세포/㎖의 범위가 적합하다.In addition, in the particle concentration measuring apparatus according to the present invention, the mixed objective part (that is, the objective part composed of a plurality of transmitting and receiving optical fibers alternately mixed with each other) has a cell concentration of 10 5 to 10 9 cells / ml. It is suitable for detecting the particle concentration in a high concentration of fermentation broth in the range of, more preferably in the range of 10 5 to 10 7 cells / ml.
따라서, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 입자 농도 측정 장치는, 후방 산란된 적외선을 효과적으로 감지하므로 측정 장치내 광원 지점과 광수신 지점의 거리가 짧아 장치의 고안이 간단하며, 또한 저농도의 입자에 대해서도 대단히 높은 감지능을 유지할 수 있다.Therefore, the particle concentration measuring apparatus of the present invention having the structure as described above effectively detects the backscattered infrared rays, so that the distance between the light source point and the light receiving point in the measuring device is short, so that the design of the device is simple, and the particles of low concentration Very high sensitivity can be maintained.
또한, 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치는 어떠한 전자 회로 또는 소자도 내장하지 않기 때문에 광원과 광전 변환기를 갖는 측정 시스템으로부터 분리하여 독립적으로 고온 및 고압 조건에서 멸균 처리를 할 수 있고, 발효액 등의 반응계에 담근 채로 사용할 수 있으므로 연속적으로 입자 농도를 측정할 수 있으며, 또한 종래 측정 장치에 비해 내부식성이 강한 특성을 갖는다.In addition, since the particle concentration measuring apparatus according to the present invention does not have any electronic circuit or device built therein, the particle concentration measuring apparatus can be separated from a measuring system having a light source and a photoelectric converter to be sterilized independently under high temperature and high pressure conditions, and a reaction system such as a fermentation broth. Since it can be used soaking in, it can measure particle concentration continuously, and also has the characteristic of corrosion resistance strong compared with the conventional measuring apparatus.
따라서, 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치는, 발효액 뿐만 아니라 하수, 오수, 축산 폐수 또는 산업 폐수에서 입자 농도 또는 탁도를 측정하거나 생물 공정에서 세포 농도를 측정하는 데 효과적으로 사용할 수 있다.Therefore, the particle concentration measuring apparatus according to the present invention can be effectively used to measure the particle concentration or turbidity in fermentation broth as well as sewage, sewage, livestock wastewater or industrial wastewater, or to measure cell concentration in biological processes.
다른한편, 본 발명의 발명자들은 본 발명에 따른 입자 농도 측정 장치에 대한 신뢰성을 확보하기 위하여 시중에서 시판중인 우유, 요구르트, 탁주에 대해 농도 측정 시험을 하였으며, 그 결과는 다음과 같다.On the other hand, the inventors of the present invention, in order to ensure the reliability of the particle concentration measuring apparatus according to the present invention was carried out a concentration measurement test for commercial milk, yogurt, Takju, the results are as follows.
[시험예 1][Test Example 1]
본 시험예에서는 시판중인 우유(서울 우유)를 증류수로 0.1% - 10% 농도로 희석시킨 후, 일예로서 도 3에 도시된 바와같은 혼합형 대물부를 채용한 농도 측정 장치를 희석액에 담근 다음 광전 변환기에서의 출력 전압을 조사하였으며, 그 결과는 도 4에 도시된 바와같다.In this test example, commercially available milk (Seoul milk) is diluted with distilled water at a concentration of 0.1% to 10%, and then, as an example, a concentration measuring device employing a mixed objective as shown in FIG. The output voltage of was investigated, and the result is as shown in FIG.
도 4를 참조하면, 우유 농도가 대략 0.5% 이하인 경우에는 우유 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 다소 상승하는 경향을 보이지만, 0.5% 이상인 경우에는 우유 농도가 증가함에 따라 출력 전압도 95.16%의 선형성을 가지면서 감소함을 할 수 있었다.Referring to FIG. 4, when the milk concentration is about 0.5% or less, the output voltage tends to increase slightly as the milk concentration increases, but when the milk concentration is 0.5% or more, the output voltage also increases by 95.16%. It could be diminished while having.
[시험예 2][Test Example 2]
본 시험예에서는 시판중인 우유(서울 우유)를 증류수로 0.1% - 10% 농도로 희석시킨 후, 일예로서 도 2a에 도시된 바와같은 집중형 대물부를 채용한 농도 측정 장치를 희석액에 담근 다음 광전 변환기에서의 출력 전압을 조사하였으며, 그 결과는 도 5에 도시된 바와같다.In this test example, commercially available milk (Seoul milk) is diluted with distilled water at a concentration of 0.1% to 10%, and then, as an example, a concentration measuring device employing a concentrated objective as shown in FIG. The output voltage at was investigated, and the result is as shown in FIG.
도 5를 참조하면, 우유 농도가 대략 0.8% 이하인 경우에는 우유 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 다소 상승하는 경향을 보이지만, 0.8% 이상인 경우에는 우유 농도가 증가함에 따라 출력 전압도 98.94%의 선형성을 가지면서 감소함을 할 수있었다. 즉, 동일한 조건에서 우유 농도를 측정하는 경우 혼합형 대물부를 채용하는 농도 측정 장치에 비해 집중형 대물부를 채용하는 농도 측정 장치에서의 선형성이 보다 양호함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, when the milk concentration is about 0.8% or less, the output voltage tends to increase slightly as the milk concentration is increased. However, when the milk concentration is 0.8% or more, the output voltage is also 98.94%. It was possible to have a decrease. That is, when measuring the milk concentration under the same conditions, it can be seen that the linearity is better in the concentration measuring device employing the concentrated objective compared to the concentration measuring device employing the mixed objective.
[시험예 3][Test Example 3]
본 시험예에서는 시판중인 요구르트(매일 요구르트)를 증류수로 0.1% - 20% 농도로 희석시킨 후, 도 3에 도시된 바와같은 혼합형 대물부를 채용한 농도 측정 장치를 희석액에 담근 다음 광전 변환기에서의 출력 전압을 조사하였으며, 그 결과는 도 6에 도시된 바와같다.In this test example, commercially available yogurt (daily yogurt) was diluted with distilled water at a concentration of 0.1% to 20%, and then the concentration measuring device employing the mixed objective as shown in FIG. The voltage was investigated and the result is as shown in FIG.
도 6을 참조하면, 요구르트 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 86.42%의 선형성을 가지면서 감소하며, 특히 1.0% 이상의 경우에는 농도에 비례하여 출력 전압이 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that as the yogurt concentration increases, the output voltage decreases with a linearity of 86.42%. In particular, the output voltage decreases in proportion to the concentration.
[시험예 4][Test Example 4]
본 시험예에서는 시판중인 요구르트(매일 요구르트)를 증류수로 0.1% - 20% 농도로 희석시킨 후, 도 2a에 도시된 바와같은 집중형 대물부를 채용한 농도 측정 장치를 희석액에 담근 다음 광전 변환기에서의 출력 전압을 조사하였으며, 그 결과는 도 7에 도시된 바와같다.In this test example, commercially available yogurt (daily yogurt) was diluted with distilled water at a concentration of 0.1% to 20%, and then a concentration measuring device employing a concentrated object part as shown in FIG. The output voltage was investigated and the result is as shown in FIG.
도 7을 참조하면, 요구르트 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 95.83%의 선형성을 가지면서 감소함을 알 수 있다.Referring to Figure 7, it can be seen that as the yogurt concentration increases, the output voltage decreases with a linearity of 95.83%.
[시험예 5][Test Example 5]
본 시험예에서는 시판중인 탁주(포천이동 막걸리)를 증류수로 0.1% - 30% 농도로 희석시킨 후, 도 3에 도시된 바와같은 혼합형 대물부를 채용한 농도 측정 장치를 희석액에 담근 다음 광전 변환기에서의 출력 전압을 조사하였으며, 그 결과는 도 8에 도시된 바와같다.In this test example, commercially available Takju (Pocheon migrating rice wine) was diluted with distilled water at a concentration of 0.1% to 30%, and then a concentration measuring device employing a mixed objective as shown in FIG. The output voltage was investigated and the result is as shown in FIG.
도 8을 참조하면, 탁주 농도가 3% 이하인 경우에는 부유 물질이 적어 출력 전압이 매우 불안정하였으며, 탁주 농도가 3% 이상인 경우에는 농도가 증가함에 따라 출력 전압도 64.60%의 선형성을 가지면서 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, when the turbidity concentration was 3% or less, the output voltage was very unstable due to the small amount of suspended solids. When the turbidity concentration was 3% or more, the output voltage also decreased with a linearity of 64.60%. It can be seen.
[시험예 6][Test Example 6]
본 시험예에서는 시판중인 탁주(포천이동 막걸리)를 증류수로 0.1% - 30% 농도로 희석시킨 후, 도 2a에 도시된 바와같은 집중형 대물부를 채용한 농도 측정 장치를 희석액에 담근 다음 광전 변환기에서의 출력 전압을 조사하였으며, 그 결과는 도 9에 도시된 바와같다.In this test example, after diluting a commercially available Takju (Pocheon migrating rice wine) to distilled water at a concentration of 0.1% to 30%, a concentration measuring device employing a concentrated objective as shown in FIG. The output voltage of was investigated, and the result is as shown in FIG.
도 9를 참조하면, 탁주 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 99.75%의 높은 선형성을 가지면서 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that as the turbidity concentration increases, the output voltage decreases with a high linearity of 99.75%.
[시험예 7][Test Example 7]
본 시험예에서는 2.5ℓ의 LB 배지가 포함된 발효조에 대장균(E.coliXL1-Blue)을 접종한 후, 연속적으로 배양(37℃, 200 rpm, 필터를 통과한 공기를 주입하는 조건)하면서 광전변환기의 출력 전압을 조사하였으며, 그 결과는 도 10에 도시된 바와같다.In this test example, E. coli XL1-Blue was inoculated into a fermenter containing 2.5 L of LB medium, followed by continuous incubation (37 ° C., 200 rpm, conditions for injecting air through a filter). The output voltage of the converter was investigated and the result is as shown in FIG.
도 10을 참조하면, 대장균의 적응 단계(lag phase)인 초기 2 시간 동안은 출력 전압이 소폭 변화를 보여 안정적이다가, 대장균이 지수함수적으로 증식하는 단계(log phase)인 2 시간 이후부터는 출력 전압이 급격히 상승하였으며, 약 20 시간 이후에는 출력 전압의 증가폭이 다소 감소하고, 대략 30 시간 후에는 일정한 출력 전압을 보임을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 농도 측정 장치는 발효액 중의 낮은 세포 농도도 고감도로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 발효액 중에 세포 농도를 연속적으로 측정할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, the output voltage shows a small change during the initial 2 hours, which is the lag phase of E. coli, and is stable, but the output is performed after 2 hours, the log phase of the E. coli exponentially multiplying. The voltage increased sharply, and after about 20 hours, the increase in the output voltage decreased slightly, and after about 30 hours, the output voltage was constant. From these results, it can be seen that the concentration measuring device according to the present invention can not only sense the low cell concentration in the fermentation broth with high sensitivity but also continuously measure the cell concentration in the fermentation broth.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 송신용 광섬유와 수신용 광섬유를 갖는 대물부를 N개(예를들면, 3개)의 송신용 광섬유와 각 송신용 광섬유를 둘러싸는 형태로 구성되는 N+M개(예를들면, 15개)의 수신용 광섬유로 형성(집중형 대물부)하거나 혹은 동일한 수의 다수의 송신용 광섬 및 다수의 수신용 광섬유를 교번적으로 혼재하는 형태(혼합형 대물부)로 구성하여, 산란광의 산란각 분포 특성에 따른 후방 산란광의 검출 감도를 대폭 증진시킴으로써, 저농도의 발효액도 고감도로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 고온 및 고압하에 멸균 가능하고 발효조에 담근 채로 사용할 수 있으므로 발효액 중의 세포 농도를 연속적으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 농도 측정 장치는 어떠한 전자 회로 또는 소자를 내장하지 않으므로 내부식성이 강한 장점을 갖는다.As described above, according to the present invention, there are N + M pieces formed in the form of enclosing N (for example, three) optical fibers for transmission and each optical fiber for transmitting and receiving optical fibers. (E.g., 15 pieces) of receiving optical fiber (intensive object part) or of a plurality of transmitting optical islands and a plurality of receiving optical fibers alternately mixed (mixed object part) By greatly improving the detection sensitivity of the backscattered light according to the scattering angle distribution characteristic of the scattered light, it is possible not only to detect the low concentration fermentation liquid with high sensitivity but also to sterilize under high temperature and high pressure and to use it in the fermenter, so that the cell concentration in the fermentation broth Can be measured continuously. In addition, the concentration measuring apparatus of the present invention has a strong corrosion resistance because it does not incorporate any electronic circuit or element.
따라서, 본 발명에 따른 농도 측정 장치는 발효조 내 발효액의 세포 농도 측정 외에도 하수 처리, 오수, 축산 폐수, 산업 폐수 방류수 관리, 펄프/제지 산업의 연속적 관리, 석유 화학 공업의 고분자 반응 제어 등에도 유용하게 사용할 수 있다.Therefore, the concentration measuring apparatus according to the present invention is useful for sewage treatment, sewage, livestock wastewater, industrial wastewater discharge management, continuous management of pulp / paper industry, polymer reaction control of petrochemical industry, etc., in addition to measuring cell concentration of fermentation broth in fermenter. Can be used.
Claims (11)
Priority Applications (1)
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| KR10-1999-0061877A KR100367979B1 (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Apparatus for measuring particle concentration using optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5761935A (en) * | 1980-10-01 | 1982-04-14 | Toshiba Corp | Concentration sensor |
| JPH04184151A (en) * | 1990-11-17 | 1992-07-01 | Nippondenso Co Ltd | Liquid concentration sensor and detection of liquid concentration |
| JPH11128209A (en) * | 1997-09-05 | 1999-05-18 | Samsung Electron Co Ltd | Bloodless method and device for measuring concentration of blood contents |
-
1999
- 1999-12-24 KR KR10-1999-0061877A patent/KR100367979B1/en not_active IP Right Cessation
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| JPH11128209A (en) * | 1997-09-05 | 1999-05-18 | Samsung Electron Co Ltd | Bloodless method and device for measuring concentration of blood contents |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000012778A (en) | 2000-03-06 |
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