KR101221878B1

KR101221878B1 - 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치

Info

Publication number: KR101221878B1
Application number: KR1020100121031A
Authority: KR
Inventors: 이익재; 김한수; 강창익; 김지선; 최일환
Original assignee: 주식회사 과학기술분석센타
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2013-01-16
Also published as: KR20120059325A; CN102478532A; CN102478532B

Abstract

본 발명은 수질 측정 센서의 센서별 전압차가 동일 농도에서 재현성 있게 발생됨을 이용해 전압차를 이용한 항목별 패턴을 획득함으로써, 오염 물질의 분석을 실효성 있게 수행하여 샘플 오염수의 오염 성분 및 오염 정도를 효과적으로 측정할 수 있는 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치에 관한 것이다.

Description

오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치{apparatus which estimates pollution ingredient pattern of pollutant}

수질 측정 센서 어레이는 측정대상(납, 카드뮴, 수은, 구리, 염소이온, 질산성질소) 물질에 노출되면 노출된 항목 측정용 센서뿐만 아니라 다른 어레이 센서도 상호간의 간섭에 의해 센서별 전압 변화가 발생된다. 일반적인 ISE 센서는 미량의 측정물질을 낮은 농도범위까지도 검출하는 장비로 널리 알려져 있으나, 전기적 성질이 유사한 이온들이 섞여 있는 경우, 선택적으로 측정물질을 검출하기 어려우며 유사물질을 측정물질로 오인하여 정량값을 표현하기도 하여 전처리가 불가피한 장비로 알려져 있다.

본 발명은 수질 측정 센서의 센서별 전압차가 동일 농도에서 재현성 있게 발생됨을 이용해 전압차를 이용한 항목별 패턴을 획득함으로써, 오염 물질의 분석을 실효성 있게 수행하여 샘플 오염수의 오염 성분 및 오염 정도를 효과적으로 측정할 수 있는 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 동일한 오염수에 대하여 서로 다른 수질 측정값을 나타내도록, 상기 동일한 오염수의 오염 성분 중 적어도 하나의 오염 성분을 상이하게 감지하는 다수의 수질 측정 센서(100); 상기 다수의 수질 측정 센서(100)로부터 샘플 오염수의 수질 측정값을 각각 획득하여, 상기 샘플 오염수의 오염 성분 패턴인 샘플 오염 성분 패턴을 획득하는 샘플 오염 성분 패턴 획득부(200); 상기 샘플 오염 성분 패턴과 상기 다수의 수질 측정 센서로부터 미리 획득된 기준 오염수의 오염 성분 패턴인 기준 오염 성분 패턴과의 유사여부를 비교하는 오염 성분 패턴 비교부(800); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 샘플 오염 성분 패턴은 상기 샘플 오염수의 오염 성분을 스펙트럼(spectrum) 방식으로 표시한 샘플 오염 성분 스펙트럼이고, 상기 기준 오염 성분 패턴은 상기 기준 오염수의 오염 성분을 스펙트럼(spectrum) 방식으로 표시한 기준 오염 성분 스펙트럼일 수 있다.

본 발명은 상기 기준 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 다수의 수질 측정 센서 중 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값을 Sd#j, 상기 샘플 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값을 Ss#j 라 할 때, Rk#j = Sd#j/Ss#j 인 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소 비율을 획득하는 스펙트럼 요소 비율 획득부(400); 상기 다수의 수질 측정 센서의 개수를 n이라 할 때, Cs = (Rk#1 + Rk#2 + ... + Rk#n)/n 인 스펙트럼 요소 비율 평균값을 획득하는 스펙트럼 요소 비율 평균값 획득부(500); Wk#j = Sd#j/Cs 인 상기 스펙트럼 요소 비율 평균값에 대한 상기 기준 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값의 비율을 획득하는 스펙트럼 비율 획득부(600); Rnk#j = Rk#j/Cs 인 상기 스펙트럼 요소 비율 평균값에 대한 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 상기 스펙트럼 요소 비율의 비율을 획득하는 평균 스펙트럼 비율 획득부(700); 를 포함하되, 상기 오염 성분 패턴 비교부(800)는 S=(Rnk#1×Wk#1 +...+ Rnk#n×Wk#n) 로 정의되는 유사도 S를 획득할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 오염 성분 패턴 비교부(800)는 상기 유사도 S가 특정값 이상인 경우 상기 기준 오염 성분 패턴이 상기 샘플 오염 성분 패턴과 유사한 것으로 판별할 수 있다.

본 발명은 수질 측정 센서 어레이가 측정대상(납, 카드뮴, 수은, 구리, 염소이온, 질산성질소) 물질에 노출되어 상호간의 간섭에 의해 센서별 전압 변화가 발생된 경우에도 샘플 오염수의 오염 성분 및 오염 정도를 효과적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예의 블록 구성도.
도2는 도1의 수질 측정 센서부를 구성하는 다수의 수질 측정 센서의 개략도.
도3은 도1의 샘플 오염 성분 획득부에서 획득되는 샘플 오염 성분 스펙트럼(spectrum)의 일례.
도4는 도1의 기준 오염 성분 패턴 저장부에 저장되는 다수개의 기준 오염 성분 스펙트럼의 일례.
도5는 도1의 오염 성분 패턴 비교부에 의한 기준 오염 성분 패턴과 샘플 오염 성분 패턴의 유사도 비교의 일례.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예의 블록 구성도를, 도2는 도1의 수질 측정 센서부를 구성하는 다수의 수질 측정 센서의 개략도를, 도3은 도1의 샘플 오염 성분 획득부에서 획득되는 샘플 오염 성분 스펙트럼(spectrum)의 일례를, 도4는 도1의 기준 오염 성분 패턴 저장부에 저장되는 다수개의 기준 오염 성분 스펙트럼의 일례를, 도5는 도1의 오염 성분 패턴 비교부에 의한 기준 오염 성분 패턴과 샘플 오염 성분 패턴의 유사도 비교의 일례를 나타낸다.

도1을 참조하면 본 발명의 일실시예는 수질 측정 센서부(WS)를 가진다.

도2를 참조하면 수질 측정 센서부(WS)는 다수의 수질 측정 센서(100)를 포함한다. 수질 측정 센서부(WS)는 동일한 오염수에 대하여 서로 다른 수질 측정값을 나타내도록, 상기 동일한 오염수의 오염 성분 중 적어도 하나의 오염 성분을 상이하게 감지하는 다수의 수질 측정 센서(100)를 포함하여 구성된다. 즉, 상기 동일한 오염수에 대하여 각각의 수질 측정 센서(101, 102, … , 100 + j, … , 100 + n)는 서로 다른 수질 측정값을 나타낸다. 각각의 수질 측정 센서(101, 102, … , 100 + j, … , 100 + n)는 BOD, COD 등의 일반 항목을 측정하기 위한 센서 외에 중금속을 포함하는 서로 다른 특정 오염 성분을 민감하게 감지하기 위한 센서일 수 있다.

도1을 참조하면 본 발명의 일실시예는 샘플 오염 성분 패턴 획득부(200)를 포함한다. 샘플 오염 성분 패턴 획득부(200)는 다수의 수질 측정 센서(100)로부터 샘플 오염수의 수질 측정값을 각각 획득하여, 상기 샘플 오염수의 오염 성분 패턴인 샘플 오염 성분 패턴을 획득하기 위한 것이다. 상기 샘플 오염 성분 패턴은 상기 샘플 오염수의 오염 성분을 스펙트럼(spectrum) 방식으로 표시한 것이다. 이하, 이를 샘플 오염 성분 스펙트럼이라 한다.

스펙트럼 방식은 각각의 수질 측정 센서(100)에서 측정된 수질 측정값의 합을 기준으로 각각의 수질 측정 센서(100)의 수질 측정값이 해당되는 비율을 산정하고, 이러한 비율을 스팩트럼의 요소로 표현하는 것이다. 즉, 모든 수질 측정 센서(100)의 수질 측정값의 합을 100으로 가정할 때, 각각의 수질 측정 센서(100)의 수질 측정값이 차지하는 값을 각각의 수질 측정 센서(100)의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값으로 할당하여 하나의 스펙트럼을 완성할 수 있다. 도3에는 샘플 오염수의 오염 성분 스펙트럼(spectrum)인 샘플 오염 성분 스펙트럼의 일례가 도시되어 있다.

이와 같이 스펙트럼 방식으로 상기 샘플 오염 성분 패턴을 나타내면, 복합적인 오염 성분으로 이루어진 수질 오염을 코드화(encode)하여 명확하게 구분할 수 있으며, 후술하는 오염 성분 패턴 비교부(800)에서 상기 샘플 오염 성분 패턴과 기준 오염 성분 패턴(후술함)을 비교 분석하는 것이 용이하며, 상기 샘플 오염 성분 패턴을 시각적으로 나타낼 수 있다.

도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 기준 오염 성분 패턴 저장부(300)를 가진다.

기준 오염 성분 패턴 저장부(300)는 다수의 수질 측정 센서(100)로부터 기준 오염수의 수질 측정값을 각각 획득하여, 상기 기준 오염수의 오염 성분 패턴인 기준 오염 성분 패턴을 저장하기 위한 것이다. 상기 기준 오염 성분 패턴은 상기 기준 오염수의 오염 성분을 스펙트럼(spectrum) 방식으로 표시한 것이다. 이하, 이를 기준 오염 성분 스펙트럼이라 한다. 기준 오염 성분 패턴 저장부(300)에는 m 개의 서로 다른 기준 오염수에 대한 기준 오염 성분 스펙트럼이 각각 미리 저장된다. 도4에는 기준 오염수에 대한 오염 성분 스펙트럼(spectrum)인 기준 오염 성분 스펙트럼 4개가 일례로 도시되어 있다.

도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 스펙트럼 요소 비율 획득부(400)를 가진다.

스펙트럼 요소 비율 획득부(400)는 상기 기준 오염 성분 스펙트럼 가운데 j번째 수질 측정 센서(100+j)의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값을 Sd#j, 상기 샘플 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 j번째 수질 측정 센서(100+j)의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값을 Ss#j 라 할 때, Rk#j = Sd#j/Ss#j 인 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소 비율을 획득하기 위한 것이다. 여기서, Rk#j의 소문자 k는 Sd#j가 기준 오염 성분 패턴 저장부(300)에 저장된 값 중 k번째 기준 오염수에 대응하는 값임을 나타낸다.

스펙트럼 요소 비율 획득부(400)에서는 모든 수질 측정 센서(100)의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소 비율이 획득되므로, j = 1 부터 n 까지 모두 n 개의 스펙트럼 요소 비율이 획득된다.

도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 스펙트럼 요소 비율 평균값 획득부(500)를 가진다.

스펙트럼 요소 비율 평균값 획득부(500)는 상기 다수의 수질 측정 센서(100)의 개수를 n이라 할 때, Cs = (Rk#1 + Rk#2 + ... + Rk#n)/n 인 스펙트럼 요소 비율 평균값을 획득하기 위한 것이다.

도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 스펙트럼 비율 획득부(600)를 가진다.

스펙트럼 비율 획득부(600)는 Wk#j = Sd#j/Cs 인 상기 스펙트럼 요소 비율 평균값에 대한 상기 기준 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값의 비율을 획득하기 위한 것이다. 여기서, Wk#j의 소문자 k는 Sd#j가 기준 오염 성분 패턴 저장부(300)에 저장된 값 중 k번째 기준 오염수에 대응하는 값임을 나타낸다.

도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 평균 스펙트럼 비율 획득부(700)를 가진다.

평균 스펙트럼 비율 획득부(700)는 Rnk#j = Rk#j/Cs 인 상기 스펙트럼 요소 비율 평균값에 대한 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 상기 스펙트럼 요소 비율의 비율을 획득하기 위한 것이다.

도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 오염 성분 패턴 비교부(800)를 가진다. 오염 성분 패턴 비교부(800)는 상기 샘플 오염 성분 패턴과 상기 기준 오염 성분 패턴과의 유사여부를 비교하기 위한 것이다. 따라서, 오염 성분 패턴 비교부(800)에는 상기 샘플 오염 성분 스펙트럼과 상기 기준 오염 성분 스펙트럼과의 유사여부를 비교하게 된다. 이를 위하여 오염 성분 패턴 비교부(800)는 유사도 S를 획득하게 된다. 유사도 S는 S=(Rnk#1×Wk#1 +...+ Rnk#n×Wk#n) 로 정의된다.

오염 성분 패턴 비교부(800)는 상기 유사도 S가 특정값 이상인 경우 상기 k번째 기준 오염수의 기준 오염 성분 패턴이 상기 샘플 오염 성분 패턴과 유사한 것으로 판별하게 된다. 즉, 상기 유사도 S가 특정값 이상인 경우 상기 샘플 오염수는 상기 k번째 기준 오염수와 유사한 오염 성분 및 오염 성분비로 오염되었다고 판별할 수 있다. 상기 특정값은 70% 일 수 있다. 도5에는 도1의 오염 성분 패턴 비교부에 의한 기준 오염 성분 패턴과 샘플 오염 성분 패턴의 유사도 비교 과정이 도시되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 일실시예는 하나의 특정한 상기 샘플 오염수와 k = 1 부터 m 까지 모든 기준 오염수의 유사도 S를 획득할 수 있다.

100:수질 측정 센서 200:샘플 오염 성분 패턴 획득부
300:기준 오염 성분 패턴 저장부 400:스펙트럼 요소 비율 획득부
500:스펙트럼 요소 비율 평균값 획득부 600:스펙트럼 비율 획득부
700:평균 스펙트럼 비율 획득부 800:오염 성분 패턴 비교부

Claims

삭제
동일한 오염수에 대하여 서로 다른 수질 측정값을 나타내도록, 상기 동일한 오염수의 오염 성분 중 적어도 하나의 오염 성분을 상이하게 감지하는 다수의 수질 측정 센서(100);
상기 다수의 수질 측정 센서(100)로부터 샘플 오염수의 다수의 수질 측정값을 각각 획득하여, 상기 샘플 오염수의 오염 성분 패턴인 샘플 오염 성분 패턴을 획득하는 샘플 오염 성분 패턴 획득부(200);
상기 샘플 오염 성분 패턴과 상기 다수의 수질 측정 센서 (100) 로부터 미리 획득된 기준 오염수의 오염 성분 패턴인 기준 오염 성분 패턴과의 유사여부를 비교하는 오염 성분 패턴 비교부(800);
를 포함하되,
상기 샘플 오염 성분 패턴은 상기 샘플 오염수의 다수의 수질 측정값의 합을 기준으로 상기 샘플 오염수의 다수의 수질 측정값 중 각각의 수질 측정값이 차지하는 비율을 스펙트럼의 요소로 표현한 샘플 오염 성분 스펙트럼이고,
상기 기준 오염 성분 패턴은 상기 다수의 수질 측정 센서(100)를 이용하여 측정된 상기 기준 오염수의 다수의 수질 측정값의 합을 기준으로 상기 기준 오염수의 다수의 수질 측정값 중 각각의 수질 측정값이 차지하는 비율을 스펙트럼의 요소로 표현한 기준 오염 성분 스펙트럼인 것을 특징으로 하는 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치.
제2항에 있어서,
상기 기준 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 다수의 수질 측정 센서 중 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값을 Sd#j, 상기 샘플 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값을 Ss#j 라 할 때, Rk#j = Sd#j/Ss#j 인 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소 비율을 획득하는 스펙트럼 요소 비율 획득부(400);
상기 다수의 수질 측정 센서의 개수를 n이라 할 때, Cs = (Rk#1 + Rk#2 + ... + Rk#n)/n 인 스펙트럼 요소 비율 평균값을 획득하는 스펙트럼 요소 비율 평균값 획득부(500);
Wk#j = Sd#j/Cs 인 상기 스펙트럼 요소 비율 평균값에 대한 상기 기준 오염 성분 스펙트럼 가운데 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 스펙트럼 요소값의 비율을 획득하는 스펙트럼 비율 획득부(600);
Rnk#j = Rk#j/Cs 인 상기 스펙트럼 요소 비율 평균값에 대한 상기 j번째 수질 측정 센서의 수질 측정값에 대응하는 상기 스펙트럼 요소 비율의 비율을 획득하는 평균 스펙트럼 비율 획득부(700);
를 포함하되,
상기 오염 성분 패턴 비교부(800)는 S=(Rnk#1×Wk#1 +...+ Rnk#n×Wk#n) 로 정의되는 유사도 S를 획득하는 것을 특징으로 하는 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치.
제3항에 있어서,
상기 오염 성분 패턴 비교부(800)는 상기 유사도 S가 특정값 이상인 경우 상기 기준 오염 성분 패턴이 상기 샘플 오염 성분 패턴과 유사한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 오염수의 오염 성분 패턴 판별 장치.