KR101325270B1

KR101325270B1 - 김치 젖산 함량 측정 장치

Info

Publication number: KR101325270B1
Application number: KR1020130053879A
Authority: KR
Inventors: 권성원
Original assignee: 주식회사 지원하이텍
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2013-11-04

Abstract

본 발명은 김치의 젖산 함량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 김치의 젖산 함량을 중화적정법에 의한 계산식을 이용하여 계산하지 않고, 김치별 젖산함량(신맛 정도)에 따른 전극 센싱값의 변화값을 패턴화하여 자동으로 김치의 젖산 함량을 계산할 수 있는 김치 젖산 함량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

김치 젖산 함량 측정 장치{Lactic acid detecting apparatus for Kimchi}

본 발명은 김치의 젖산 함량을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 김치의 젖산 함량을 중화적정법에 의한 계산식을 이용하여 계산하지 않고, 김치별 젖산 함량(또는 "신맛 정도"라고도 함)에 따른 전극 센싱값(이하 "전극값"이라 함)의 변화기울기를 패턴화하여 자동으로 김치의 젖산 함량을 계산할 수 있는 김치 젖산 함량 측정 장치에 관한 것이다.

한국의 발효식품 중 그 대표는 역시 김치이다. 김치는 배추를 소금에 절여 고춧가루, 파, 마늘, 젓갈 등 양념을 버무려 넣고 담가 발효 과정에서 생성된 젖산의 함량에 따라 혀로 느끼는 신맛의 정도가 다르게 나타난다.

김치는 우리나라 식생활의 가장 중요한 반찬으로, 한 해 평균 소비량이 약 150만 톤에 이른다. 이 중 사먹는 김치(이하 "상품김치"라 함)가 약 70만 톤 정도로 대략 1조 1,000억 원대의 시장을 형성하고 있다. 또한 이 상품김치 시장의 규모는 김치를 담그는데 익숙하지 않은 젊은 세대의 증가, 학교/직장 등 단체급식의 증가 및 외식산업의 발전 등으로 인해 시간이 지날수록 더욱 커질 전망이다. 따라서 김치제조 업계에서는 소비자의 마음을 사로잡기 위해 재료의 국산화, 고급화, 소량 포장 등 그 차별화에 총력을 기울이고 있으며, 출하 전 가장 맛있는 품질 상태를 유지하기 위해 젖산 함량 측정의 중요성이 갈수록 커지고 있다.

일반적으로 젖산 함량은 백분율로 나타낸다. 그러나 일부에서는 pH값으로 젖산함량을 나타내는데 이것은 잘못된 값이다. 김치의 젖산함량은 염기성 용액인 수산화나트륨(NaOH)을 중화점까지 투여하여 pH 8~8.3이 되는 포인트를 엔드 포인트(End Point)로 하여, 이때까지의 수산화나트륨 투여량을 가지고 하기 수학식 1에 의해 계산된다.

여기서, 역가는 사용한 NaOH의 팩터(Factor) 값을 의미하고, 상기 팩터의 값(이하 "팩터값"이라 함)은 옥살산과 페놀프탈레인 용액을 이용하여 미리 구해질 수 있는 값이며, 상당량은 0.1N NaOH 1mL에 상당하는 젖산의 양(g)으로 0.0090이다.

상기 수학식 1을 이용한 젖산함량 측정 방법을 중화 적정법이라 한다.

도 1은 일반적인 김치의 젖산 함량을 측정하기 위한 중화적정 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 일반적인 중화적정법을 이용한 젖산 함량 계산 방법을 설명한다.

김치의 신맛 측정을 위한 일반적인 중화적정 장치는 스탠드(10), 뷰렛(20), 비이커(30), 페하(pH) 미터기(40) 및 교반기(50)를 포함한다.

스탠드(10)의 평판부(1) 위에 교반기(50)가 설치되고, 교반기(50)의 상단부에 비이커(30)가 놓여지고, 스탠드(10)의 고정부재(2)에 수직으로 연결되는 제1고정부(3)에 의해 뷰렛(20)이 비이커(30)의 상부에 놓이도록 설치되며, 상기 고정부재(2)에 수직으로 연결되는 제2고정부(4)에 의해 페하 미터기(40)의 페하 측정 바(42)가 비이커(30)의 내측에 배치되도록 고정된다.

비이커(30)에는 측정할 김치 종류에 대한 김치시료 15g과 증류수 35g이 투여되고 교반용 자석(51)이 놓여진다. 이때, 상기 제2고정부(4)에 의해 페하 측정 바(42)의 페하 측정 전극이 상기 혼합 용액에 잠기도록 고정되어야 한다.

뷰렛(20)은 내측에 수산화나트륨(NaOH)을 채울 수 있도록 상단부가 개방되고 수산화나트륨이 일정 량 단위로 떨어지도록 하단부에 뾰족한 투여 공간이 형성되는 관(21)과 상기 관(21)의 하단부에서 상기 투여 공간을 통해 비이커(30)로 투여될 수산화나트륨을 조절하는 투여량 조절기(22)를 포함한다. 상기 뷰렛(20)의 관(21)에 채워지는 수산화나트륨의 농도는 0.1N이어야 한다.

상기와 같이 비이커(30)에 김치 시료 및 증류수가 정해진 용량과 같이 투여되고 뷰렛(20)의 관(21)에 수산화나트륨이 최상위 눈금까지 채워지면 페하 미터기(40)를 구동하여 비이커(30)의 김치 시료의 페하를 측정하기 시작하고, 측정자가 투여량 조절기(22)를 조절하여 0.1N 수산화나트륨을 비이커(30)의 용액에 투여하기 시작한다. 이때, 교반기(50)를 구동하여 비이커(30) 내부의 교반기 자석(51)에 의해 김치시료와 0.1N 수산화나트륨이 고루 희석되도록 한다.

상기 0.1N 수산화나트륨의 투여는 페하 미터에 표시되는 페하가 엔드 포인트, 즉 8.0~8.3pH가 될 때까지 이루어지고, 상기 엔드 포인트일 때의 뷰렛(20)의 관(21)의 눈금을 통해 김치 시류에 투여된 0.1N 수산화나트륨의 양을 파악하고 상기 수학식 1에 대입하여 상기 김치 시료의 김치에 대한 젖산함량(신맛)을 계산한다.

상술한 바와 같이 일반적인 중화적정법을 이용한 젖산함량 계산 방법은 상술한 바와 같이 중화적정장치를 설치하는 데 많은 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

또한, 일반적인 중화적정법을 이용한 젖산함량 계산 방법은 많은 시험 기자재 및 설치의 복잡함으로 인하여 측정자의 숙련도를 요구하므로 일반인들이 젖산함량을 계산하는데 어려움을 격을 수 있는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 김치의 젖산 함량을 중화적정법에 의한 계산식을 이용하여 계산하지 않고, 김치별 젖산함량(신맛 정도)에 따른 전극값의 기울기를 패턴화하여 자동으로 김치의 젖산 함량을 계산할 수 있는 김치 젖산 함량 측정 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치는: 김치종류를 선택할 수 있는 선택수단을 제공하고 상기 선택수단을 통해 사용자가 김치종류를 선택하면 김치 선택 신호를 출력하는 입력부; 표시부; 김치시료에 담겨 김치의 젖산함량에 따른 전극 신호를 출력하는 전극을 포함하는 전극 바; 김치종류별로 전극값에 따른 젖산함량을 정의하고 있는 김치 젖산함량 데이터베이스들을 저장하고 있는 김치별 젖산함량 데이터베이스; 상기 전극 바로부터 입력되는 전극 신호를 전극값으로 변환하여 출력하는 전극값 측정부; 및 상기 김치 선택 신호 입력 시 입력된 김치 선택 신호에 대응하는 김치 젖산함량 데이터베이스를 설정하고, 상기 전극값 측정부로부터 입력되는 전극값에 대응하는 젖산함량을 상기 김치 젖산함량 데이터베이스에 찾아 상기 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전극 바는 상기 김치시료의 온도에 따른 온도 신호를 출력하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 장치는, 상기 온도 센서로부터 출력된 온도 신호를 디지털 형태의 온도로 변환하여 출력하는 온도 측정부를 더 포함하되, 상기 제어부는 온도 측정부를 통해 상기 김치시료의 온도를 측정하고, 측정된 상기 온도에 따른 온도 보정값을 계산하고, 상기 계산된 젖산함량 값에 상기 온도 보정값을 적용하여 보정 젖산함량 값을 계산하여 최종 젖산함량 값으로 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 하기 수학식 5에 의해 상기 온도 보정값을 계산하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 5]

여기서 C_t는 보정값이고, a는 보정계수로 0.02%/1℃이며, t₀는 기준 온도이고, t₁은 측정 시료온도이다.

상기 전극값 측정부는, 전극 신호를 입력받고 상기 전극 신호에 포함된 잡음을 제거하여 출력하는 전극 신호 입력부; 상기 김치 종류에 따른 최저점 전압 설정 및 기울기를 조정하는 기울기 설정부와, 설정된 최저점 전압 및 상기 김치 선택 신호에 따른 증폭레벨을 설정하여 상기 전극 신호를 상기 설정된 증폭레벨에 따라 증폭하여 출력하는 증폭부를 포함하는 증폭 및 기울기 조절부; 및 상기 증폭된 아날로그 전극 신호를 디지털 형태의 상기 전극값으로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전극 신호 입력부는, 상기 전극 신호에 포함된 잡음을 제거하여 출력하는 잡음 필터; 및 상기 잡음이 제거된 전극 신호를 비반전 단자로 입력받아 1:1 증폭하여 출력하는 완충 증폭기를 포함하되, 상기 잡음 필터는, 상기 전극으로부터 전극 신호를 일단으로 입력받는 제1인덕터; 상기 제1인덕터의 상기 일단에 일단이 연결되는 제1커패시터; 상기 제1인덕터의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지되는 제2커패시터; 및 상기 제1커패시터의 타단과 상기 제2커패시터에 타단에 연결되는 제2인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 증폭부는, 입력되는 전극 신호를 제2최저점 전압에 맞춰 감산하여 출력하는 제1증폭기; 상기 제1증폭기에서 출력되는 전극 신호를 결정된 증폭도 레벨에 따라 증폭하여 출력하는 제2증폭기; 및 다수의 저전압 설정 저항들 및 다수의 증폭도 결정 저항들을 포함하고, 상기 설정된 최저점 전압을 입력받고 상기 최저점 전압 설정 저항들 중 상기 김치 선택 신호에 따른 저전압 설정 저항을 선택하여 상기 제1증폭기의 제2최저점 전압을 설정하고, 상기 증폭도 결정 저항들 중 상기 김치 선택 신호에 따른 증폭도 결정 저항을 선택하여 상기 제2증폭기의 상기 증폭 레벨을 결정하는 증폭도 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도 측정부는, 와어어 보정을 수행하는 4 와이어 타입에 의해 상기 온도센서와 연결되어 상기 온도 신호를 입력받는 시료 온도 신호 입력부; 상기 온도 신호의 전압 레벨 조정 및 상기 온도 신호를 증폭하여 출력하는 온도 설정부; 및 상기 증폭된 아날로그 온도 신호를 디지털 형태의 온도로 출력하는 아날로그/디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 젖산함량 값을 일정 횟수 이상 반복하여 측정한 후 측정된 상기 횟수의 젖산함량 값들에 대한 평균값을 최종 젖산함량 값으로 계산하여 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 한다.

상기 장치는: 외부기기와 연결되어 상기 외부기기와 상기 제어부간의 데이터 통신을 제공하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 젖산함량 값을 백분율로 표시하는 것을 특징으로 한다.

상기 장치는: 배터리인 소스전원에서 공급되는 전원을 검출하여 상기 제어부로 제공하는 전원 감시부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전원 감시부에서 입력되는 검출 전원에 따라 상기 배터리의 잔량 및 에러 여부를 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 김치별 젖산함량(신맛 정도)에 따른 전극 센싱값의 기울기를 패턴화하여 김치의 젖산 함량을 자동 계산하므로 시료의 양과는 상관없이 김치의 젖산함량을 측정할 수 있는 효과를 가지며, NaOH 시약을 필요로 하지 않는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 시료의 양과는 상관없이 김치의 젖산함량을 측정하므로 중화적정을 위해 김치 시료 및 증류수의 용량을 맞추기 위해 저울 및 중화적정장치를 사용하지 않아도 되므로 간단하게 김치의 젖산함량을 측정할 수 있는 효과를 갖는다.

즉 본 발명의 김치 젖산 함량 측정 장치는 숙련도를 요구하지 않으므로 누구나가 쉽게 김치의 전산함량을 측정할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 일반적인 김치의 젖산 함량을 측정하기 위한 중화적정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 전극 신호 입력부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 증폭 및 기울기 조절부의 기울기 조절부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 증폭 및 기울기 조절부의 증폭부 회로도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 시료 온도 신호 입력부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 온도 설정부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 김치별 전극값에 따른 젖산함량 그래프들을 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 구성 및 동작을 설명하고, 상기 김치 젖산 함량 측정 장치에서의 김치 젖산 함량 측정 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 김치별 전극 신호값에 따른 젖산함량 그래프들을 나타낸 도면이다. 이하 도 2 및 도 9를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치는 제어부(110), 김치별 젖산함량 DB(121)를 포함하는 저장부(120), 전원 공급부(130), 전극값 검출부(140), 온도 측정부(150), 입력부(160), 표시부(170), 인터페이스부(180) 및 전극 바(190)를 포함한다.

저장부(120)는 본 발명에 따른 김치별 젖산 함량을 측정하기 위한 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어프로그램을 저장하는 프로그램 영역과, 상기 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 일시 저장하는 임시 영역과, 본 발명에 따라 각 김치별로 전극값에 따른 젖산함량들이 정의되어 있는 김치 젖산함량 데이터베이스(Database: DB)들이 저장되어 있는 김치별 젖산함량 DB(121)가 구축되어 있고 사용자에 의해 측정된 데이터를 저장하는 데이터 영역을 포함한다. 특히, 김치별 젖산함량 DB(121)는 도 9의 (가), (나), (다)에서 보이는 바와 같이, 배추김치, 백김치, 총각김치, 열무김치, 갓김치 등의 그래프와 같이 김치 종류별로 전극값(또는 "전극 데이터"라 함)에 따른 젖산함량 값들이 정의되어 있다.

전원공급부(130)는 가정전원(110V 또는 220V) 또는 배터리의 전원을 소스전원으로 하여 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 각 구성에 필요한 구동 전원 및 상기 전극 바(190)로 제공하는 센서 전원을 공급하는 전원부(131) 및 상기 전원부(131)에서 공급되는 소스전원을 감시하기 위한 전원 감시부(132)를 포함한다.

전극 바(190)는 바(Bar) 형상으로 형성되어 김치시료에 담기는 끝단부에 김치 시료의 젖산 함량에 따른 전압변화가 나타나는 전극(191)과 김치시료의 온도를 측정하는 온도센서(192)가 구성된다.

전극값 검출부(140)는 전극 바(190)의 전극(191)과 연결되어 김치 시료의 젖산함량에 대응하는 전극값을 제어부(110)로 제공한다.

온도 측정부(150)는 전극 바(190)의 온도센서(192)를 통해 김치시료의 온도를 측정하여 제어부(110)로 출력한다.

입력부(160)는 김치 종류를 선택하기 위한 복수의 키를 포함하는 키패드 또는 표시부(170)와 함께 구성되는 터치패드 등으로 구성되어 눌린 키에 대한 키 신호 또는 터치 좌표데이터를 제어부(110)로 제공한다.

표시부(170)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD)로서, 김치 젖산 함량 측정장치의 동작상태 정보 및 김치종류 별로 측정된 김치의 젖산함량(=신맛 정도) 및 시료의 온도 등과 같은 측정정보를 표시한다.

인터페이스부(180)는 RS-232, 블루투스, 지그비 등과 같은 유무선 통신프로토콜에 따라 외부기기와 연결되어 제어부(110)와 외부기기간의 데이터 통신을 제공한다.

제어부(110)는 상기 저장부(120)에 저장된 제어프로그램에 따라 김치별 젖산 함량 측정 장치의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 제어부(110)는 상기 전극값 검출부(140) 및 온도 측정부(150)로부터 측정된 전극값 및 김치시료의 온도를 입력받고, 저장부(120)의 김치별 젖산함량 DB(121)로부터 김치 종류에 대응하는 김치 젖산함량 DB를 찾고, 찾아진 김치 젖산함량 DB에서 온도에 따른 보정을 수행한 전극값에 대응하는 젖산함량을 찾아 표시부(170)에 표시한다.

또한, 제어부(110)는 상기 인터페이스부(180)를 통해 측정된 데이터를 외부기기로 제공하거나 외부기기로부터 데이터를 수신받아 김치별 젖산함량 DB(121)의 데이터를 갱신 및 추가하거나 제어프로그램을 업데이트할 수 있도록 구성될 수도 있을 것이다.

상기 제어부(110)의 상세 동작은 하기 도 8에서 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 전극 신호 입력부의 회로도를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 증폭 및 기울기 조절부의 기울기 조절부의 회로도를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 증폭 및 기울기 조절부의 증폭부의 회로도를 나타낸 도면이다. 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 전극값 측정부(140)의 상세 구성 및 동작을 설명한다.

우선, 도 3을 참조하면, 전극(191)은 김치 (원액) 시료에 대해 기전력을 발생한다. 상기 전극(191)은 김치시료의 젖산함량에 대해 [mV] 단위로 기전력을 생성하며, 생성된 기전력은 전극 신호 입력부(141)의 도 3의 BNC로 입력된다. 상기 전극(191)에 의해 발생되는 기전력은 온도에 따라 미세한 영향을 받는다.

상기 전극 신호 입력부(141)는 잡음 필터(Noise Filter)(1411), (완충)증폭기(AU5) 및 전압 안정화 커패시터(C3)를 포함한다.

상기 잡음 필터(1411)는 제1인덕터(BD1)과 제2인덕터(BD2), 제1커패시터(C1) 및 제2커패시터(C2)로 구성되어, 라인에서 상기 BNC로 입력된 기전력(이하 "전극 신호"라 함)에 유기된 잡음을 제거하여 출력한다. 구체적으로, 상기 잡음 필터(1411)는 상기 전극으로부터 전극 신호를 일단으로 입력받는 제1인덕터(BD1), 상기 제1인덕터(BD1)의 상기 일단에 일단이 연결되는 제1커패시터(C1), 상기 제1인덕터(BD1)의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지되는 제2커패시터(C2) 및 상기 제1커패시터(C1)의 타단과 상기 제2커패시터(C2)에 타단에 연결되는 제2인덕터(BD2)를 포함한다.

증폭기(AU5)는 상기 잡음이 제거된 전극 신호를 1 대 1로 증폭하여 출력한다. 상기 증폭기의 오프셋 전압을 조절하기 위해 오프셋 조정핀에 오프셋 가변저항(OFFSET)이 구성된다.

전압 안정화 커패시터(C3)는 증폭기(AU5)의 출력단에 연결되어 증폭기(AU5)의 출력 전압을 안정화시킨다.

상기 전압 안정화 커패시터(C3)에 의해 안정화된 출력 전압인 전극 신호는 상기 도 3의 TP1을 통해 증폭 및 기울기 조절부(142)로 입력한다.

증폭 및 기울기 조절부(142)는 도 4의 기울기 조절부(1421) 및 도 5의 증폭부(1422)로 구성된다.

도 4의 기울기 조절부(1421)는 제어부(110)이 인식할 수 있는 전극값 내에 입력되는 전극 신호의 전압값이 위치하도록 최저 전압(Low Voltage: LV)을 설정(Low Position Set)하는 최저점 설정(Low Position Set)하고, 김치 종류에 따라 제어부(110)의 제어(UC: Up Counter, DC: Down Counter)를 받아 증폭기(AU6B)의 기울기를 조절하기 위한 전자 볼륨(AU4) 및 상기 전자 볼륨(AU4)에 의해 조절된 최저점 전압 및 기울기에 따라 입력되는 전극 신호를 증폭하여 출력하는 제1증폭기(1421) 및 제1증폭기(AU6B)에서 출력되는 전극 신호를 버퍼링하였다가 출력하는 제2증폭기(AU6A)를 포함한다. 상기 전자 볼륨(AU4)는 DS1809-z, DALLAS를 적용할 수 있을 것이다. 그리고 상기 제1증폭기(AU6B)는 감산기가 될 수 있을 것이다. 상기 기울기를 조절하는 이유는 전극 신호의 전압값이 김치 종류에 따라 서로 다른 기울기를 가지고 움직이고 있기 때문이다.

도 5의 증폭부(1422)는 제1증폭기(U13B), 제2증폭기(U13A), 증폭도 결정부(1423)를 포함한다.

상기 제1증폭기(U13A) 및 제2증폭기(U13B)는 증폭도 결정부(1423)에서 결정된 증폭도에 따라 도 4의 기울기 조절부(1421)의 TP3을 통해 입력되는 전극 신호를 하기 수학식 2에 따라 증폭하여 출력한다.

여기서 LV는 각각의 김치의 증폭 전 최저 전압이며, 전극 신호 입력부(141)에서 제어부(10)의 제어(DC, UC)에 의해 조정된 전압값(TP2)으로 전극의 중성상태의 기본 값이라 할 수 있다.

구체적으로, 제1증폭기(U13A)는 감산기로 입력되는 전극 신호를 김치종류에 따라 선택되는 BR1~BR5 중 하나에 의해 조정된 값만큼 전극신호의 전압값을 감산하여 출력하고, 제2증폭기(U13B)는 김치종류에 따라 선택된 AR1~AR5 중 하나에 의해 결정된 증폭레벨로 전극 신호를 증폭하여 출력한다.

상기 증폭도 결정부(1423)는 4개의 선택기(U14, U15, U16, U17)을 포함하여 제어부(110)로부터 김치 종류에 따라 선택신호(SEL_1, SEL_2, SEL_3, SEL_4, SEL_5)를 입력받고, 입력된 선택 신호에 따라 상기 BR1~BR5 중 하나를 선택하여 상기 제1증폭기(U13A)와 연동하여 전극신호의 전압값을 감산하여 김치종류에 따라 최저점으로 이동시키고, AR1~AR5 중 하나를 선택하고, 선택된 AR1~AR5 중 하나에 의해 상기 Rf를 결정한다.

예를 들어, 배추김치가 선택되어 배추김치 선택신호(SEL_1)가 제어부(110)로부터 출력되면 U15의 BR1이 결정되고 U14의 AR1 및 R44가 결정되어 상기 수학식의 Rf를 결정한다.
여기서 김치종류별로 증폭도를 결정하는 것은 측정된 전극 값과 상기 저장부(120)에 저장된 김치종류별 전극값에 따른 젖산함량 값을 일치시키기 위해 시험평가(교정)에서 측정된 전극 값과 상기 저장부(120)에 정의된 전극값이 일치되도록 조정하기 위한 것이다. 이와 같은 교정으로부터 얻어진 값을 조정하는 것은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 기술일 것이며, 상기 저항값들은 통상의 기술자가 저장부(120)에 정의된 전극값들로부터 실험에 의해 용이하게 구할 수 있을 것이다.

상기 Rf는 김치 종류에 따라 하기 수학식 3과 같이 결정된다.

상기와 같이 증폭된 전극 신호는 아날로그/디지털 변환기(Analog to Digital Converter: ADC)에서 디지털 형태의 전극값으로 변환되어 제어부(110)로 입력된다.

도 6은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 시료 온도 신호 입력부의 회로도를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 장치의 온도 설정부의 회로도를 나타낸 도면이다. 이하 도 6 및 도 7을 참조하여 온도 측정 방법을 설명한다.

김치시료의 온도 측정은 김치의 정확한 젖산함량 측정을 위해 반드시 필요하다. 김치시료의 전극값(전압값)은 온도에 따라 변화가 발생되며, 온도에 따른 변화값은 0.2mV/1℃이다. 이 값은 미세한 값이므로 온도센서(192)는 정밀도가 높은 Pt100을 적용하는 것이 바람직하며, 와이어(Wire) 보정을 포함한 4 와이어 타입(Wire Type)을 적용한다. 도 6의 증폭기, T4B 및 T4C는 라인 보상용 증폭기이다.

증폭기(T4A)를 통해 출력된 온도 신호는 온도 설정부(152)의 제1증폭기(T5A)로 입력된다. 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 상기 온도 신호는 제1증폭기(T5A)를 통해 전압레벨이 조정되고, 제2증폭기(T5B)를 통해 증폭되어 출력된다. 상기 전압 레벨 조정은 0[℃] 레벨을 기준으로 조정되며, VR8에 의해 조정된다.

상기 온도 설정부(152)의 제2증폭기(T5B)에서 출력되는 온도 신호의 전압값(Temp)은 하기 수학식 3에 의해 계산된다.

여기서, V1은 TR15로 입력되는 전압값이다.(단, TR18=TR19)

도 8은 본 발명에 따른 김치 젖산 함량 측정 방법을 나타낸 흐름도이다. 이하 도 2 및 도 8을 참조하여 설명한다.

우선 제어부(110)는 사용자에 의해 김치 종류가 선택되어 입력부(160)로부터 선택된 김치 종류에 따른 김치 선택 신호가 입력되는지를 검사한다(S811).

선택된 김치 선택 신호가 입력되면 제어부(110)는 측정회수 등의 장치 초기화를 수행한(S813) 후, 입력된 김치 종류에 대응하는 김치 젖산함량 DB를 김치별 전산함량 DB(121)로부터 로드하여 적용한다(S815).

선택된 김치 종류에 대응하는 김치 젖산함량 DB가 로드되어 적용되면 제어부(110)는 전원부(130)를 제어하여 전극 바(190)로 측정 전원을 공급한다(S817).

측정 전원이 공급되면 제어부(110)는 전극값 검출부(150) 및 온도 측정부(150)로부터 전극값 및 온도가 입력되는지를 검사한다(S819, S821).

전극값 및 온도가 입력되면 제어부(110)는 상기 로드된 선택 김치종류에 대응하는 김치 젖산함량 DB에서 상기 전극값에 대응하는 젖산함량 값을 로드한다(S823).

상기 젖산함량 값이 로드되면 제어부(110)는 하기 수학식 5를 적용하여 상기 온도 측정부(150)에서 측정된 온도에 따른 온도 보정값을 계산한다.

여기서 C_t는 보정값이고, a는 보정계수로 0.02이며, t₀는 기준온도, t₁은 시료의 측정 온도이다.

보정값을 적용하는 이유는 김치별 젖산함량 DB(121)에 저장된 김치별 전극값에 따른 젖산함량 값들은 기준온도(t0) 20℃를 기준으로 얻어진 값이기 때문이다. 그리고 보정계수는 실험에 의해 구해진 값으로 0.02%/1℃이다.

상기 온도 보정값이 계산되면 제어부(110)는 보정값을 적용한 젖산함량 값을 계산한(S827) 후, 측정 횟수를 카운트한다(S829). 상기 보정값의 적용은 기준온도를 기준으로 높으면 플러스(+) 보정을, 낮으면 마이너스(-) 보정을 수행한다.

상기 측정 횟수의 카운트 후 제어부(110)는 상기 카운트된 횟수가 미리 설정된 기준 횟수와 동일한지를 판단한다(S831). 상기 기준 횟수는 10회 등이 될 수 있을 것이다.

판단 결과 카운트 횟수가 기준 횟수보다 작다면 상기 S817이후의 과정을 반복 수행하고, 상기 카운트 횟수와 기준 횟수가 동일하면, 즉 기준 횟수만큼 젖산함량이 측정되면 제어부(110)는 상기 횟수동안 측정된 젖산함량 값들에 대한 평균 젖산함량 값을 계산하고(S833) 평균 젖산함량 값을 표시부(170)에 표시한다(S835). 상기 평균 젖산함량 값은 100분율로 표시되는 것이 바람직할 것이다. 상기 젖산함량 값의 다수의 측정에 의한 평균값을 최종 젖산함량 값으로 표시하는 것은 정확도를 높이기 위한 것이다.

상기 설명에서는 젖산함량 값에 온도 보정값을 적용하는 경우를 설명하였으나, 측정된 전극값에 대해 보정계수 0.2mv/1℃를 적용한 수학식 5에 의한 보정값을 적용하고, 상기 온도 보정값이 적용된 전극값을 일정횟수 측정 후 평균을 구하고, 상기 김치 젖산함량 DB에서 상기 평균 전극값에 대응하는 젖산함량 값을 구하여 표시하도록 구성될 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

110: 제어부 120: 저장부
121: 김치별 젖산함량 DB 130: 전원 공급부
131: 전원부 132: 전원 감시부
140: 전극값 검출부 141: 전극 신호 입력부
142: 증폭 및 기울기 조절부 143: 아날로그/디지털 변환부
150: 온도 측정부 151: 시료 온도 신호 입력부
152: 온도 설정부 153: 아날로그/디지털 변환부
160: 입력부 170: 표시부
180: 인터페이스부 190: 전극 바
191: 전극 192: 온도 센서

Claims

김치종류를 선택할 수 있는 선택수단을 제공하고 상기 선택수단을 통해 사용자가 김치종류를 선택하면 김치 선택 신호를 출력하는 입력부;
표시부;
김치시료에 담겨 김치의 젖산함량에 따른 전극 신호를 출력하는 전극을 포함하는 전극 바;
김치종류별로 전극값에 따른 젖산함량을 정의하고 있는 김치 젖산함량 데이터베이스들을 저장하고 있는 김치별 젖산함량 데이터베이스;
상기 전극 바로부터 입력되는 전극 신호를 전극값으로 변환하여 출력하는 전극값 측정부; 및
상기 김치 선택 신호 입력 시 입력된 김치 선택 신호에 대응하는 김치 젖산함량 데이터베이스를 설정하고, 상기 전극값 측정부로부터 입력되는 전극값에 대응하는 젖산함량을 상기 김치 젖산함량 데이터베이스에 찾아 상기 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 바는 상기 김치시료의 온도에 따른 온도 신호를 출력하는 온도 센서를 더 포함하고,
상기 온도 센서로부터 출력된 온도 신호를 디지털 형태의 온도로 변환하여 출력하는 온도 측정부를 더 포함하되,
상기 제어부는 온도 측정부를 통해 상기 김치시료의 온도를 측정하고, 측정된 상기 온도에 따른 온도 보정값을 계산하고, 상기 계산된 젖산함량 값에 상기 온도 보정값을 적용하여 보정 젖산함량 값을 계산하여 최종 젖산함량 값으로 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
하기 수학식 5에 의해 상기 온도 보정값을 계산하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
[수학식 5]

여기서 C_t는 보정값이고, a는 보정계수로 0.02%/1℃이며, t₀는 기준 온도이고, t₁은 측정 시료온도이다.
제1항에 있어서,
상기 전극값 측정부는,
전극 신호를 입력받고 상기 전극 신호에 포함된 잡음을 제거하여 출력하는 전극 신호 입력부;
상기 김치 종류에 따른 최저점 전압 설정 및 기울기를 조정하는 기울기 설정부와, 설정된 최저점 전압 및 상기 김치 선택 신호에 따른 증폭레벨을 설정하여 상기 전극 신호를 상기 설정된 증폭레벨에 따라 증폭하여 출력하는 증폭부를 포함하는 증폭 및 기울기 조절부; 및
상기 증폭된 아날로그 전극 신호를 디지털 형태의 상기 전극값으로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 전극 신호 입력부는,
상기 전극 신호에 포함된 잡음을 제거하여 출력하는 잡음 필터; 및
상기 잡음이 제거된 전극 신호를 비반전 단자로 입력받아 1:1 증폭하여 출력하는 완충 증폭기를 포함하되,
상기 잡음 필터는,
상기 전극으로부터 전극 신호를 일단으로 입력받는 제1인덕터;
상기 제1인덕터의 상기 일단에 일단이 연결되는 제1커패시터;
상기 제1인덕터의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지되는 제2커패시터; 및
상기 제1커패시터의 타단과 상기 제2커패시터에 타단에 연결되는 제2인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 증폭부는,
입력되는 전극 신호를 제2최저점 전압에 맞춰 감산하여 출력하는 제1증폭기;
상기 제1증폭기에서 출력되는 전극 신호를 결정된 증폭도 레벨에 따라 증폭하여 출력하는 제2증폭기; 및
다수의 저전압 설정 저항들 및 다수의 증폭도 결정 저항들을 포함하고, 상기 설정된 최저점 전압을 입력받고 상기 최저점 전압 설정 저항들 중 상기 김치 선택 신호에 따른 저전압 설정 저항을 선택하여 상기 제1증폭기의 제2최저점 전압을 설정하고, 상기 증폭도 결정 저항들 중 상기 김치 선택 신호에 따른 증폭도 결정 저항을 선택하여 상기 제2증폭기의 상기 증폭 레벨을 결정하는 증폭도 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 온도 측정부는, 와어어 보정을 수행하는 4 와이어 타입에 의해 상기 온도센서와 연결되어 상기 온도 신호를 입력받는 시료 온도 신호 입력부;
상기 온도 신호의 전압 레벨 조정 및 상기 온도 신호를 증폭하여 출력하는 온도 설정부; 및
상기 증폭된 아날로그 온도 신호를 디지털 형태의 온도로 출력하는 아날로그/디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 젖산함량 값을 일정 횟수 이상 반복하여 측정한 후 측정된 상기 횟수의 젖산함량 값들에 대한 평균값을 최종 젖산함량 값으로 계산하여 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제1항에 있어서,
외부기기와 연결되어 상기 외부기기와 상기 제어부간의 데이터 통신을 제공하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 김치 젖산 함량 측정 장치.
제1항 및 제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 젖산함량 값을 백분율로 표시하는 것을 특징으로 하는 젖산 함량 측정 장치.
제1항에 있어서,
배터리인 소스전원에서 공급되는 전원을 검출하여 상기 제어부로 제공하는 전원 감시부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 전원 감시부에서 입력되는 검출 전원에 따라 상기 배터리의 잔량 및 에러 여부를 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 젖산 함량 측정 장치.