KR100503020B1 - 탁도의측정방법및장치 - Google Patents

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KR100503020B1
KR100503020B1 KR10-1998-0007813A KR19980007813A KR100503020B1 KR 100503020 B1 KR100503020 B1 KR 100503020B1 KR 19980007813 A KR19980007813 A KR 19980007813A KR 100503020 B1 KR100503020 B1 KR 100503020B1
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토키오 오토
켄지 하라다
아키노리 사사키
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후지 덴키 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 종래 탁도계에서는 곤란한 저탁도에 있어서의 탁도측정을 실현하기 위한 것으로서, 시료수에 광빔을 조사하고, 시료수 속의 미립자에 의해 산란된 광을 광전변환소자로 광전변환하고, 상기 광빔 속을 상기 미립자가 통과할 때마다 상기 광전변환에 의해 얻어진 단위시간내의 각 펄스신호를 입력신호(7)로서 입력하고, 피크홀드회로(19)에서 그 파고치를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 입자직경 구분에 기초한 시료수 속의 미립자의 개수농도를 구하여 그 각 개수농도에 대하여 이바직경구분에 의한 개별 계수를 승산하여 시료수의 탁도를 구한다.

Description

탁도의 측정방법 및 장치
본 발명은 탁도의 측정방법 및 장치에 관한 것이다.
수처리(水處理)에는 원수(raw water)나 정수(purified water)의 탁도를 측정하기 위해 탁도계(turbidity meter)가 이용되고 있으며, 투과광 방식, 산란광 방식, 표면 산란광 방식, 투과 산란광 방식이 채용되고 있다.
투과광 방식에 있어서는, 플로우 셀(flow cell)내를 통과하여 흐르는 시료수가 광원으로부터의 광빔에 의래 조사될 때, 그 유체중을 투과한 광이 광전 변환기에 의해 수광되고, 변환된 전압이 탁도로 재변환되는 방법이 있다. 이 방식은 고탁도의 시료수를 측정하는데 적합하다.
산란광 방식에 있어서는, 플로우 셀내를 통과하여 흐르는 시료수가 광원으로부터의 광빔에 의해 조사될 때, 그 유체중의 미립자에 의해 산란된 광이 광전 변환기에 의해 수광되고, 변환된 전압이 탁도로 재변환되는 방법이 있다. 이 방식은 저탁도의 시료수를 측정하는데 적합하다.
표면 산란광 방식에 있어서는, 시료수의 표면이 플로우 셀을 경유하여 조사되지 않으나 광원으로부터의 광빔에 의해 직접 조사될 때, 그 시료수 표면부근의 미립자에 의해 산란된 광이 광전 변환기에 의해 수광되고, 변환된 전압이 탁도로 재변환되는 방법이 있다. 이 방식은 플로우 셀과 시료수가 광빔 조사영역에서 서로 접촉하지 않기 때문에 시료수가 플로우 셀의 오염에 의해 영향을 받지 않는다는 특징이 있다.
투과-산란광 방식에 있어서는, 산란된 광강도를 투과광 강도로 나눈 양이 탁도로 재변환된다. 이 방식은 저탁토로부터 고탁도까지 측정이 가능하다.
최근의 정수의 수질에 관한 관리는 크립토스포리디움(cryptospolydium) 등에 대처하기 위해 상당히 강화되어 왔으며, 후생성에 의한 임시 가이드 원칙에 따라 "탁도는 크립토스포리디움에 의래 도시의 원수가 오염될 수 있는 임의의 정수장의 여과 저수조의 출구에서 0.1 이하를 유지하여야 한다"라고 발표되었다. 결국, 0.1 이하의 탁도를 안정하게 측정할 수 있는 온라인 탁도계가 필수적이다. 그러나, 종래의 탁도계는 관측영역내의 미립자의 수가 상당히 작아서, 미립자에 의한 광빔의 산란 및 투과를 그룹의 형태로 포착하도록 설계되어 있기 때문에 통상의 종래의 탁도계로 이러한 저탁도를 측정하기란 매우 어렵다. 상술한 측정을 가능하게 하기 위해서는, 투과광 시스템에서는 광경로가 증가하거나, 산란광 시스템에서는 광빔 조사영역이 확대되는 등, 종래의 탁도계를 수정함으로써 미립자의 존재확률을 증가시켜야 한다. 그러나, 상술한 수정은 탁도계의 광학 시스템을 결과적으로 증대시키기 때문에, 크기의 제한을 고려하면 2자리수의 고감도 탁도측정을 얻는 것은 거의 불가능하다.
더욱이, 막처리 기술이 수처리에 이용되기 시작하고 있고, 막처리로부터 얻어진 처리수의 안정성을 보장하기 위해, 탁도계와 미립자 카운터가 처리수를 감시하기 위해 사용된다. 그러나, 종래의 탁도계는 막의 파단에 의해 상당량의 원수가 처리수로 흘러 들어가게 되는 경우에만 검출을 위해 사용가능한 것이고, 일부의 막이 균열되었을 때 소량의 원수가 흘러나가는 것을 검출하도록 사용할 수는 없다. 이 때의 표시되는 탁도의 값은 정상인 막처리에 대한 수와 거의 동일한 영(제로)이다. 그러므로, 그 초기단계의 탁도측정을 통해 처리수의 비정상 상태를 발견하는 것은 어렵다. 반면에 미립자 카운터는 막이 파단 또는 균열되었을 때 미립자의 증가를 감시하기 위하여 수처리에서 막의 공칭 구멍 직경보다 큰 입자직경을 갖는 미립자의 개수농도를 측정하기 위해 사용된다. 미립자의 개수농도는 각각의 미립자에 의해 하나씩 산란되거나 차단된 광펄스를 계수함으로써 구해지기 때문에 관측영역에서 미립자의 존재확률이 낮은 영역의 탁도에 비해 감도가 양호하므로, 미립자 카운터는 막의 비정상 상태를 검사하는데 적합하다. 그러나, 관측영역의 미립자 존재확률이 증가하면, 미립자의 수를 잘못 카운트하는 에러를 관찰할 수 있도록 주의해야 한다.
극저 탁도영역에서의 측정의 경우, 즉, 탁도 0.1이하에서 처리수와 막처리수의 정우, 종래의 탁도계의 감도는 불충분하고, 결국, 처리수내의 미립자의 개수농도를 측정하기 위해서는 미립자 카운터를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 이제까지 수처리의 분야에서는 탁도를 수년동안 사용하여 온 역사가 없으며, 정수장 등에서 측정된 미립자 개수농도의 값을 기초로 수질을 판단하는 것에 관한 경험이 없다.
본 발명은 상술한 관점에서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 탁도측정이 블가능한 저탁도 영역에서도 측정가능한 미립자의 개수농도를 탁도로 변환하여 출력하는 방법과 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적달성을 위한 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 시료수에 광빔을 조사하는 단계와, 시료수중의 미립자에 의해 산란되는 광을 광전변환하기 위해 광전변환 수단을 이용하는 단계와, 상기 미립자가 상기 광빔중을 통과할 때마다 상기 광전변환수단으로부터 구할 수 있는 펄스신호에 따르는 입자 직경 구분마다의 시료수 중의 미립자의 개수농도를 구하는 단계와, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해 상기 입자직경 구분마다 상기 개수농도에 개별계수를 곱한후 그 결과 값의 총합계를 구하는 단계를 포함하는 탁도 측정방법이 제공된다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 시료수에 광빔을 조사하는 단계와, 시료수의 미립자를 통해 투과되는 광을 광전변환하기 위해 광전변환 수단을 이용하는 단계와, 상기 미립자가 상기 광빔을 차단할 때마다 상기 광전변환수단으로부터 구할 수 있는 펄스신호에 따르는 입자 직경 구분마다의 시료수중의 미립자의 개수농도를 구하는 단계와, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해 상기 입자직경 구분마다 상기 개수농도에 개별계수를 곱한후 그 결과 값의 총합계를 구하는 단계를 포함하는 탁도측정방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 상기 개별계수는 각 입자직경 구분의 평균 입자직경과, 광빔의 파장과, 시료수 및 미립자의 굴절률에 기초하여 구해지는 광산란 단면적이다.
본 발명의 제 4 특징에 따르면, 시료수에 광빔을 조사하는 단계와, 시료수중의 미립자에 의해 산란되는 광을 광전변환하기 위해 광전 변환수단을 이용하는 단계와, 상기 미립자가 상기 광빔중을 통과할 때마다 상기 광전변환수단으로부터 구할 수 있는 단위시간내의 각 펄스신호의 피크값을 가산하는 단계와, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해 상기 가산된 값에 고정계수를 곱하는 단계를 포함하는 탁도 측정방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 특징에 따르면, 시료수에 광빔을 조사하는 단계와, 시료수의 미립자를 통하여 투과되는 광을 광전변환하기 위해 광전 변환수단을 이용하는 단계와, 상기 미립자가 상기 광빔중을 통과할 때마다 상기 광전변환수단으로부터 구할 수 있는 단위시간내의 각 펄스신호의 피크값을 가산하는 단계와, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해, 상기 가산된 값에 고정계수를 곱하는 단계를 포함하는 탁도 측정방법이 제공된다.
본 발명의 제 6 특징에 의하면, 상기 고정계수는 상기 광빔의 단면적을 상기 가산시의 시료수의 유량 및 상기 광빔의 강도로 나눈 값에 기초하여 구해진다.
본 발명의 제 7 특징에 의하면, 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 상기 광빔 조사영역을 통과하는 시료수중의 미립자에 의해 산란되는 광을 광전 변환하는 광전변환 수단과, 상기 미립자가 상기 광빔중을 통과할 때마다 상기 광전변환수단으로부터 구할 수 있는 펄스신호에 따르는 입자 직경 구분마다의 시료수중의 미립자의 개수농도를 구하고, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해 상기 입자직경 구분마다의 상기 개수농도에 개별계수를 곱하는 연산수단을 포함하는 탁도 측정장치가 제공된다.
본 발명의 제 8 특징에 의하면, 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 상기 광빔 조사영역중을 통과하는 시료수를 투과하는 광을 광전 변환하는 광전 변환수단과, 상기 미립자가 상기 광빔을 차단할 때마다 상기 광전 변환수단으로부터 구할 수 있는 펄스신호에 따르는 입자 직경 구분마다의 시료수중의 미립자의 개수농도를 구하고, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해, 상기 입자직경 구분마다의 상기 개수 농도에 개별계수를 곱한후 그 결과 값의 총합계를 구하는 연산수단을 포함하는 탁도 측정장치가 제공된다.
본 발명의 제 9 특징에 의하면, 상기 개별계수는 각 입자직경 구분의 평균 입자직경과, 광빔의 파장과, 시료수 및 미립자의 굴절률에 기초하여 구해지는 광산란 단면적이다.
본 발명의 제 10 특징에 따르면, 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 광빔 조사영역중을 통과하는 시료수중의 미립자에 의해 산란되는 광을 광전 변환하는 광전변환수단과, 상기 미립자가 상기 광빔중을 통과할 때마다 상기 광전변환수단으로부터 구할 수 있는 단위시간내의 각 펄스신호의 피크값을 가산하고, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해 상기 가산된 값에 고정계수를 곱하는 연산수단을 포함하는 탁도 측정장치가 제공된다.
본 발명의 제 11 특징에 따르면, 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 광빔 조사영역중을 통과하는 시료수를 투과하는 광을 광전 변환하는 광전변환수단과, 상기 미립자가 상기 광빔을 차단할 때마다 상기 광전변환수단으로부터 구할 수 있는 단위시간내의 각 펄스신호의 피크값을 가산하고, 상기 시료수의 탁도를 구하기 위해, 상기 가산된 값에 고정계수를 곱하는 연산수단을 포함하는 탁도 측정장치가 제공된다.
본 발명의 제 12 특징에 따르면, 상기 고정계수는 상기 광빔의 단면적을 상기 가산시의 시료수의 유량 및 상기 광빔의 강도로 나눈 값에 기초하여 구해진다.
본 발명의 제 13 특징에 따르면, 상기 연산수단은 상기 광전 변환수단으로부터의 펄스신호의 피크값을 측정하는 피크홀드 회로로부터의 측정된 값에 기초하여 상기 탁도를 구한다.
본 발명의 제 14 특징에 따르면, 상기 연산수단은 상기 광전 변환수단으로부터의 펄스신호의 피크값을 각각 다른 최소한계값과 비교하는 복수의 비교기로부터의 비교출력에 기초하여 상기 탁도를 구한다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명과 청구범위를 통해 보다 분명해 질 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
(제 1 실시예)
광학시스템에 전방 산란광방식을 채용하여 탁도를 측정하는 본 발명의 각 실시형태에 공통 장치의 광학시스템을 도 1에 나타내었다. 도 1에 있어서 광원(1)으로부터 조사된 광빔(1A)은 플로우 셀(2)의 광빔조사영역을 통과하는 시료수 속에 존재하는 미립자에 의해 산란된다. 시료수와 플로우 셀(2)을 통과하는 광원(1)으로부터의 직접광은 광원(1)으로부터 볼 때 플로우 셀(2)의 뒤쪽에 설치된 빔스트립(3)에 의해 차단되고, 빔스플립(3)에 설치된 구멍을 통과한 상기 미립자에 의한 산란광의 일부는 광빔의 광축(4A)과 같은 축상에 설치된 집광렌즈(4)에 의하여 집속되어 미광(迷光)을 차단하기위해 설치된 홀(5)을 통과한 후 상기 광 빔의 광축(4A)과 같은 축상에 설치된 광변환소자(6)에 의해 전기신호로 변환된다. 상기 전기신호는 도 2와 같이 광빔조사영역을 미립자가 통과할 때마다 미립자의 크기에 따라서 파고치를 갖는 펄스로서 검출되고, 프리앰프(8), 메인앰프(9)에서 증폭된 후 저역필터(이하 제2 LPF 라함)(11)에서 노이즈가 제거된다. 한편, 메인앰프(9)로부터 출력된 전기신호를 제2 LPF(11) 보다 컷오프 주파수가 충분히 낮은 제1 LPF(10)에 의해 평활시킴으로써 해당 전기신호의 평균치, 즉 미광 등에 의한 직류성분이 얻어진다.
다음에, 제1 LPF(10)에 의해 얻어진 당해 전기신호의 평균치를 차동증폭부(12)에서 상기 제2 LPF(11)를 통과한 전기신호로부터 감산함으로써 미광 등에 의한 직류성분을 차감한 전기신호가 얻어지고, 피크 홀드회로(13)에서 해당 전기신호에서 발생하는 펄스신호의 파고치("피크값"이라고도 한다)가 측정된다. 그리고, 예를들어 플로우 셀 내의 시료수의 유량이 10-100ml/min 일 때 제1 LPF(10)의 컷오프 주파수는 30Hz 이하, 동일하게 제2 LPF(11)의 컷오프주파수는 100kz 이하가 바람직하다. 광빔조사영역을 미립자가 통과하여 펄스신호가 발생할 때마다 피크 홀드회로(13)에 의해 측정되는 상기 파고치는 연산회로(14)에서 미리 정해진 입자직경구분에 상당하는 드레숄드값구분과 비교하고, 입자직경구분에 기초하여 카운트를 행한다. 샘플링 시간 경과 후 상기 각 구분 마다의 카운트 수를 단위 시간당 카운트 수로 변환한 값으로 계수를 승산하고, 샘플링 유량으로 나누면 입자직경구분에 기초하여 미립자의 개수농도가 구해지고, 또 그 입자직경 구분에 기초하여 다른 광산란 단면적을 승산하면 탁도를 구할 수 있고, 표시.출력회로(15)에 의해 탁도 또는 각 입자직경구분을 기초로 미립자의 개수농도를 표시.출력할 수 있다.
상기 탁도측정의 내용을 수식으로 표시하면 아래와 같다.
먼저, 시료수 속의 미립자의 입자직경d가 일정, 즉, 단일 분산의 경우 탁도D1은 단위체적 당의 상기 미립자의 개수n1과 상기 미립자의 광산란단면적 C1을 이용하여
로 표시된다. 따라서 본 발명에 따른 장치에서 관측되고 미립자의 개수에 비례하는 펄스신호의 수로 광산란단면적을 승산하면 탁도가 된다. 그러나, 광산란단 면적은 입자직경에 의해 변동하는 양이고, 단일분산의 시료수를 측정하는 것이 좋겠지만 실제의 시료수가 단일분산인 것은 없으므로 식(1)은 통상의 시료수와 관련하여서는 성립이 안된다. 따라서, 식(2)와 같이 입자직경구분에 기초하여 개별 산란단면적을 각 입자직경구분에 기초한 미립자 개수 농도로 승산하고, 그 합계로 탁도D를 구할 수밖에 없다.
Cd는 미립자의 직경구분d에 있어서의 광산란단면적으로 Mie의 광산란이론에 의한 시뮬레이션으로 구할 수 있다. Mie의 광산란이론은 파장보다 작은 미립자에서 발생하는 레일레이(Rayleigh)산란, 파장과 같은 정도의 크기를 갖는 미립자에서 발생하는 Mie산란, 파장보다 큰 미립자에서 발생하는 프라운호퍼(Fraunhofer)회절 모두의 구형입자에 관한 산란광강도를 맥스웰의 전자방정식으로부터 완전해법으로 얻을 수 있는 이론이다. 구체적으로는 조사광의 파장, 시료수의 굴절율, 미립자의 굴절율, 미립자의 반경에 기초하여 소정의 수광영역으로 적분된 산란광강도에 비례하는 광산란단면적을 계산한다. 도 4는 이와같은 계산에 의해 파장 780mm의 물속(굴절율 1.88)에서 굴절율 1.595의 재질로된 미립자에 있어서 입자직경과 광산란단면적의 관계를 나타내는 것이다. nd는 단위체적당 입자직경구분d에 있어서의 미립자의 개수이지만 본 장치에서 측정된 단위시간당의 미립자의 개수Nd와 샘플링 유량F를 이용하면 식(2)는
으로 표시될 수 있다. 여기서 예를들면 입자직경구분을 ①0.5 - 1μm, ②1 - 2μm, ③2μm 이상이 되도록 하면 식 (3)은
로 표시된다. 여기서 N1 - N3은 입자직경구분① - ③에 있어서의 단위시간 당의 미립자의 개수, C1 - C3는 광산란 시뮬레이션으로부터 구하는 각각의 입자직경구분 내의 광산란단면적의 평균치이고, C1 = 5.32 × 10-13, C2 = 5.36 × 10-12, C3 = 5.18 × 10-11이다.
도 5는 실제로 본 발명에 따른 장치에 시료수를 유량 50mL/min으로 흐르게 한 결과의 탁도연산치를 표시한 것이고, 비교를 위해 동 시료수에 적용한 투과-산란광방식의 탁도계의한 측정치가 0인 저탁도에 있어서도 본 발명장치에서는 탁도측정이 가능하고, 종래의 1000배의 감도를 갖는 것이 가능하다.
또, 시료수에 포함된 미립자 중 빛을 흡수하는 입자가 많이 존재하는 경우에는 산란광시뮬레이션으로부터 구한 광산란단면적을 입자직경구분을 기초로한 미립자개수농도에 대하여 승산하여도 광산란단면적과 흡수단면적으로 나타나는 감쇠단면적을 입자직경구분으로 기초로한 미립자개수농도에 대하여 승산함으로써 탁도를 구하는 쪽이 보다 정확하다.
또, 본 실실형태에서는 광산란단면적을 입자직경구분을 기초로한 미립자개수 농도에 대하여 승산함으로써 탁도를 구하지만 미리 실험에 의해 입자직경구분을 기초로한 미립자 1개의 탁도에 대한 기여도(탁도변환계수)를 구하여두고, 그 값을 입자직경구분을 기초로한 미립자개수농도에 대하여 승산한 후 각각을 가산함으로써 농도를 구하는 방식이 보다 바람직한 경우도 있다.
또, 연산회로(14)에 있어서, 제1 LPF(10)로부터의 출력을 관측하고, 해당 출력이 소정의 상한치를 초과한 경우에는 플로우 셀(2)의 오염이 측정에 지장을 주는 상태가되는 것을 검출하고, 해당 출력이 소정의 하한치를 하회하는 경우는 광원(1)으로부터 광빔이 조사되지 않는 것, 즉 광원(1)이 이상상태로되는 것을 검출하므로, 각각의 검출출력을 표시.출력회로(15)에 공급하여 표시한다.
(제2실시예)
실시예1에서는 피크 홀드회로를 이용하여 펄스파고치를 검출하고, 입자직경구분을 기초로 미립자개수농도를 측정하지만 입자직경구분이 작으면 도 6에서와 같이 피크홀드회로 대신에 입자직경구분의 수만큼 비교기를 배치하고, 각 입자직경구분에 대응하는 드레숄드값을 설치하여 입자직경구분에 기초한 미립자개수농도를 측할 수도 있다. 입자직경구분을 실시예1과 같이 ①0.5 - 1μm, ②1 - 2μm, ③2μm 이상으로 3개일 때 탁도측정에 대하여 다음에 설명한다.
광빔조사영역을 미립자가 통과할 때마다 검출되는 미립자에 있어서 그 크기에 따른 파고치를 갖는 광전변환소자(6)로부터의 펄스신호는 실시예1과 같이 입력신호(16)로서 도 6의 전자회로에 입력되고, 프리앰프(17), 메인앰프(18)에서 증폭된 후 저역필터("제2 LPF"라 한다)(20)에서 노이즈가 제거된다. 다음에 상기 제2 LPF(20)를 통과한 전기신호로부터 제1 LPF(19)에서 상기 전기신호를 평활하여 얻어지는 상기 전기신호의 평균치를 차동증폭부(21)에서 감산함으로써 미광 등에의한 직류성분을 감산한 전기신호는 수개의 비교기(22)-(24)에 입력된다. 상기 수개의 비교기의 드레숄드값(22A)-(24A)을 도 7에서와 같이 각 입자직경구분에 대응한 전압으로 설정하고, 펄스신호를 2치화하여 각 입자직경구분에 대응하는 드레숄드값 이하의 파고치를 갖는 펄스를 연산회로(25)에서 카운트하면 실시예 1과 같이 입자직경구분을 기초로한 미립자개수농도가 측정되고, 그 값에 대하여 실시예1과 같은 연산을 행함으로써 탁도를 구할 수 있고, 표시.출력회로(26)에서 탁도 또는 각 입자구분에 기초한 미립자의 개수농도를 표시.출력할 수 있다.
(실시예 3)
실시예1 및 실시예 2에서는 입자직경구분을 기초로 미립자개수농도를 측정하여 탁도를 구하지만 이하의 방법에 이해 탁도를 구할 수도 있다.
실시예1과 같은 미립자에 의한 펄스신호를 피크홀드하고, 단위시간 내의 각 펄스의 파고치를 연산회로로 가산하고, 해당 파고치의 가산치에 계수를 승산한다. 그리고, 입자직경구분을 기초로한 미립자의 개수농도도 포함하여 측정할 경우에는 상기 피크홀드된 파고치를 단위시간 내에서 그대로 기억하여 두고 상기 기억된 파고치의 가산치에 계수를 승산한다.
그 결과 얻어진 값이 탁도로서, 입자분포가 다른 시료수에 있어서도 종래의 탁도와 상관관계가 있다. 또, 미립자의 개수농도를 측정하는 경우에는 미리 정해진 입자직경구분에 상당하는 드레숄드값구분과 상기 기억된 파고치를 비교하여 입자직경구분에 기초하여 카운트한다.
상기 탁도측정의 내용을 수식으로 표시하면 다음과 같다.
본발명에 따른 장치에서 관측되는 입자직경d를 갖는 미립자에 의한 펄스파고치Vd는 식(5)와 같이 비례값이 된다.
여기서, Io는 광빔의 강도, W는 광원의 파장대역에서의 광변화소자의 수광감도, R은 광전변환된 신호를 전압신호로 변환하기위한 부하저항치, Av는 프리앰프, 메인앰프를 포함한 회로의 증폭율, S는 관측영역의 광빔의 단면적이다. 따라서, 실시예1의 식(3)에서는 입자직경구분에 기초하여 관측된 미립자의 개수농도에 대하여 일괄하고, 상기 입자직경구분에 대응하는 광산란단면적을 승산하여 농도로하지만 본 실시예와같이 단위시간 내에서 측정된 펄스의 파고치를 각각 가산하여도 탁도를 구할 수 있다. 즉, 단위시간 내에 N개의 펄스가 관측되면 식(3)과 (5)로부터 탁도는
로 표시할 수 있다.
식(6)에 있어서는 입자직경구분을 기초로한 총합계를 시계열적인 총합계로 치환하므로 식(3)에 있어서의 d는 i로, 또 (Nd, Vd)는 Vi로 치환할 수 있다. 또, W,R,Av는 회로상수이므로 상기 파고치의 가산치로 승산하는 계수는 S/(F Io)이다.
본 실시예에 따른 방법에 의하면 실시예1 및 실시예2에서 기술한 입자직경구분을 다수 설치한 경우에 상당하므로 보다 정밀도가 높은 탁도측정을 실현하는 특징이 있다. 또, 탁도와 입자직경구분을 기초로한 미립자의 개수농도를 동시에 측정한 경우에는 각 펄스개수에 파고치를 기억할 필요가 있고, 메모리의 용량은 여유분이 필요하므로 실시예1 또는 실시예2의 방법을 채용하는 것이 바람직한 경우도 있다.
또, 본 실시예에서는 각 미립자의 펄스파고치에 광빔의 단면적을 승산하고, 샘플링유량과 광빔의 강도로 나누어 탁도를 구하지만 미리 탁도표준액을 측정하고, 각 미립자의 펄스파고치에 곱한 계수를 정하여두는 쪽이 바람직한 경우도 있다.
이상, 실시예1-3에서는 광학시스템에 전방산란광방식을 채용하지만 그밖에 측방산란광방식이나 양자를 조합한 광학시스템 또는 광차단방식 등을 이용하여도 좋고, 미립자의 개수농도를 입자직경구분을 기초로 출력하는 기능이 있으면 용이하게 탁도로 변환하는 것이 가능하다. 에를들면 광차단방식이 있으면 도 1에 있어서 빔스플리트(3) 대신에 광빔(1A) 만을 통과시킨(즉 산란광을 차단하는)구멍을 갖는 스토퍼를 설치하고, 이 스토퍼의 구멍을 통과한 빛을 빔홀(5)을 통해 광전변환소자(6)로 광전변환할 수도 있으며, 그 출력은 도 3, 도 6의 홈에 의해 동일하게 처리될 수 있다.
또, 본 발명은 빔 내 강도분포가 균일한 조건으로 측정할 필요가 있지만 이것을 실현하는 방법으로서 예를들면 일본국 특허공개 1990-6246호에 개시되어 있는 바와같은 편평빔을 광원으로 이용하거나 일본국 특허공개 1986-288139호에 개시된 바와같은 빔을 주사하는 방법 등이 알려져 있다.
본 발명에 의하면 1개의 미립자가 갖는 탁도에 대해 그 기여량을 미립자를 기초로하여 가산함으로써 종래의 탁도계에서는 곤란한 저탁도에 있어서의 탁도측정을 실현하고, 또 입자분포가 다른 시료수를 측정하여도 종래의 탁도와 상관이 있는 탁도측정이 가능하다. 따라서, 본 발명은 여과저장소의 출구에서의 수질유지관리나 막처리(膜處理)시스템에 있어서의 막모듈의 이상검지센서에 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 장치의 광학 시스템의 구성도.
도 2는 미립자에 기인한 펄스신호와 펄스 파고치 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따르는 장치의 전자회로 시스템(피크홀딩 회로 사용)을 도시한 블록도.
도 4는 입자직경과 광산란 단면적 사이의 관계를 나타낸 그래프.
도 5는 카올린 농도와 측정된 탁도값 사이의 관계를 그래프.
도 6은 본 발명에 따르는 장치의 전자회로 시스템(비교기 사용)을 도시한 블록도.
도 7은 미립자에 기인하는 펄스신호와 비교기의 임계값 사이의 관계를 나타낸 도면.
* 도면의 부호에 대한 간단한 설명 *
8 : 프리앰프 9 : 메인 앰프
10, 11 : LPF 12 : 차동 증폭기
13 : 피크홀드 회로 14 : 연산회로
15 : 표시·출력회로

Claims (10)

  1. 시료수에 광빔을 조사하고, 시료수안의 미입자에 의해 산란되는 빛을 광전변환수단으로 광전변환하며, 상기 광빔안을 상기 미입자가 통과할 때마다 상기 광전변환에 의해 얻어지는 펄스신호를 기초로 입자직경구분마다의 시료수안의 미입자의 개수농도를 구하고, 이 각 개수농도에 대해 입자직경구분마다 개별계수를 곱하고 이러한 각각의 개수농도와 개별개수의 곱을 모두 합하여 시료수의 탁도를 구하는 것을 특징으로 하는 탁도의 측정방법.
    (상기 미입자의 개수농도는 시료수의 단위체적중에 포함되는 미입자의 수이고, 개별계수는 각 입자직경 구분의 평균입자직경과, 광빔의 파장과, 시료수 및 미입자의 굴절율을 기초로 구하는 광산란 단면적임)
  2. 시료수에 광빔을 조사하고, 시료수를 투과하는 빛을 광전변환수단으로 광전변환하며, 상기 광빔을 상기 시료수안의 미입자가 차단할 때 마다 상기 광전변환에 의해 얻어지는 펄스신호를 기초로 입자직경구분마다의 시료수안의 미입자의 개수농도를 구하고, 이 각 개수농도에 대해 입자직경구분마다 개별계수를 곱하고 이러한 각각의 개수농도와 개별개수의 곱을 모두 합하여 시료수의 탁도를 구하는 것을 특징으로 하는 탁도의 측정방법.
    (상기 미입자의 개수농도는 시료수의 단위체적중에 포함되는 미입자의 수이고, 개별계수는 각 입자직경 구분의 평균입자직경과, 광빔의 파장과, 시료수 및 미입자의 굴절율을 기초로 구하는 광산란 단면적임)
  3. 시료수에 광빔을 조사하고, 시료수안의 미입자에 의해 산란되는 빛을 광전변환수단으로 광전변환하며, 상기 광빔안을 상기 미입자가 통과할 때마다 상기 광전변환에 의해 얻어지는 각 펄스 신호의 피크값을 단위시간 동안 가산하고, 이 가산치에 고정계수를 곱하여 시료수의 탁도를 구하는 것을 특징으로 하는 탁도의 측정방법.
    (상기 고정계수는 상기 광빔의 단면적을 상기 가산치의 시료수의 유량 및 상기 광빔의 강도로 나눈 값을 기초로 구한 것임)
  4. 시료수에 광빔을 조사하고, 시료수를 투과하는 빛을 광전변환수단으로 광전변환하며, 상기 광빔을 상기 시료수안의 미입자가 차단할 때 마다 상기 광전변환에 의해 얻어지는 각 펄스 신호의 피크값을 단위시간동안 가산하고, 이 가산치에 고정계수를 곱하여 시료수의 탁도를 구하는 것을 특징으로 하는 탁도의 측정방법,
    (상기 고정계수는 상기 광빔의 단면적을 상기 가산치의 시료수의 유량 및 상기 광빔의 강도로 나눈 값을 기초로 구한 것임)
  5. 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 상기 광빔 조사영역내를 통과하는 시료수안의 미입자에 의해 산란되는 빛을 광전변환하는 광전변환수단과, 상기 광빔안을 상기 미입자가 통과할 때 마다 상기 광전변환수단으로부터 얻어지는 펄스신호를 기초로 입자직경구분마다의 시료수안의 미입자의 개수농도를 구하고, 이 각 개수농도에 대해 입자직경구분마다 개별계수를 곱하고 이러한 각각의 개수농도와 개별개수의 곱을 모두 합하여 시료수의 탁도를 구하는 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 탁도의 측정장치.
    (상기 미입자의 개수농도는 시료수의 단위체적중에 포함되는 미입자의 수이고, 개별계수는 각 입자직경 구분의 평균입자직경과, 광빔의 파장과, 시료수 및 미입자의 굴절율을 기초로 구하는 광산란 단면적임)
  6. 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 상기 광빔 조사영역내를 통과하는 시료수를 투과하는 빛을 광전변환하는 광전변환수단과, 상기 광빔을 상기 시료수안의 미입자가 차단할 때 마다 상기 광전변환수단으로부터 얻어지는 펄스신호를 기초로 입자직경구분마다의 시료수안의 미입자의 개수농도를 구하고, 이 각 개수농도에 대해 입자직경구분마다 개별계수를 곱하고 이러한 각각의 개수농도와 개별개수의 곱을 모두 합하여 시료수의 탁도를 구하는 연산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 탁도의 측정장치.
    (상기 미입자의 개수농도는 시료수의 단위체적중에 포함되는 미입자의 수이고, 개별계수는 각 입자직경 구분의 평균입자직경과, 광빔의 파장과, 시료수 및 미입자의 굴절율을 기초로 구하는 광산란 단면적임)
  7. 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 상기 광빔 조사영역내를 통과하는 시료수안의 미입자에 의해 산란되는 빛을 광전변환하는 광전변환수단과, 상기 광빔안을 상기 미입자가 통과할 때 마다 상기 광전변환수단으로부터 얻어지는 각 펄스신호의 피크값을 단위시간동안 가산하고, 이 가산치에 고정계수를 곱하여 시료수의 탁도를 구하는 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 탁도의 측정장치.
    (상기 고정계수는 상기 광빔의 단면적을 상기 가산치의 시료수의 유량 및 상기 광빔의 강도로 나눈 값을 기초로 구한 것임)
  8. 시료수에 광빔을 조사하는 광원과, 상기 광빔조사영역내를 통과하는 시료수를 투과하는 빛을 광전변환하는 광전변환수단과, 상기 광빔을 상기 미입자가 차단할 때 마다 상기 광전변환수단으로부터 얻어지는 각 펄스신호의 피크값을 단위시간동안 가산하고, 이 가산치에 고정계수를 곱하여 시료수의 탁도를 구하는 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 탁도의 측정장치.
    (상기 고정계수는 상기 광빔의 단면적을 상기 가산치의 시료수의 유량 및 상기 광빔의 강도로 나눈 값을 기초로 구한 것임)
  9. 제 5항, 제6항, 제7항 및 제 8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산수단은 상기 광전변환수단으로부터의 각 펄스신호의 피크값을 단위시간동안 측정하는 피크홀드회로로부터의 측정치를 기초로 상기 탁도를 구하는 것을 특징으로 하는 탁도의 측정장치.
  10. 제 5항, 제6항, 제7항 및 제 8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산수단은 상기 광전변환수단으로부터의 각 펄스신호의 피크값을 각각의 최소 한계값과 비교하는 복수의 비교기로부터의 비교출력을 기초로 상기 탁도를 구하는 것을 특징으로 하는 탁도의 측정장치.
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