KR101525594B1 - 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근적외선, 백색광, 칼라센서를 이용하여 액상 물지의 농도, 탁도, 오염 및 부유물의 형태를 측정할 수 있도록 하는 수질오염 측정 장치에 관한 것으로, 오염 물질이 통과하도록 공간부를 형성하는 본체; 상기 공간부의 일측에 위치하도록 상기 본체에 구비되어 상기 공간부로 근적외선을 조사하는 근적외선 발광소자; 상기 근적외선 발광소자에서 조사되는 빛을 수광하도록 상기 공간부의 타측에 위치하도록 상기 본체에 구비되는 근적외선 수광소자; 상기 공간부로 백색광을 조사하도록 상기 본체에 구비되는 백색램프; 및 상기 근적외선 발광소자에서 조사되는 빛을 수광하도록 상기 공간부의 타측에 구비되는 칼라센서를 포함한다.

Description

복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치{WATER QUALITY MEASUREMENT APPARATUS USING PHOTO SENSOR}
본 발명은 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근적외선, 백색광, 칼라센서를 이용하여 액상 물지의 농도, 탁도, 오염 및 부유물을 측정할 수 있도록 하는 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치에 관한 것이다.
통상환경오염에 대하여 "대기오염은 피할 수 없지만, 수질오염은 발견되면 쉽게 피할 수 있다."란 말이 있듯이, 수질이 오염되는 경우 조기에 그 오염원을 발견하여 제거할 수 있다면, 오염의 확산을 방지하여 획기적으로 수질환경을 개선할 수 있을 것이다.
이를 위하여 무엇보다 필요한 것이 수질오염을 제대로 측정할 수 있어야 한다.
우리나라의 경우 대기오염 문제는 대기오염측정 TMS의 설치로 부분적으로는 오염원을 쉽게 찾을 수 있게 되어 있으나, 수질오염 측정은 강, 하천 등의 수계권에 한정하여 측정 및 감시를 하고 있으며 지하수 등에 대한 측정 및 검사는 분기별로 하는 등 정확한 오염원을 찾지 못하고 있는 실정이다.
통상의 수질오염에 대한 측정은 발광미생물을 이용하는 방법이 많이 이용되고 있다.
발광미생물을 이용한 수질중의 독성물질에 의한 오염도 측정은 발광미생물의 발광량이 독성물질의 양에 따라 감소하는 것을 이용하는 방법이다. 발광미생물이 빛을 내는 기작은 미생물의 호흡작용에 의해서 발생하기 때문에 독성물질에 매우 민감한 특징을 나타내며 독성물질의 농도가 증가함에 비례하여 빛이 감소하기 때문에 독성물질의 정량도 가능하다.
이러한 수계의 독성물질 검사에 사용되는 발광미생물중에서 가장 대표적인 것은 포토박테리움 포스포레움(Photobacterium phosphoreum)이다. 포토박테리엄 포스포럼을 이용한 종래의 방법은 먼저 동결건조된 미생물을 특정 용액으로 활성화하여 측정하려고 하는 시료용액과 혼합시킨 후 발광량의 감소를 측정하는 방법이다.
그런데 발광미생물을 이용하여 수질오염 측정방법의 가장 큰 걸림돌은 배양된 발광미생물을 보관하는 방법이다. 또,일정한 시간간격으로 지속적으로 측정하는 문제도 해결되어야 한다.
현재 상용화되고 있는 마이크로톡스 시스템(Microtox TM system, 미국 Azur Env.사)은 발광미생물을 동결건조하여 보관하였다가 실제 수질오염을 측정할 때 시약을 사용하여 동결건조된 발광미생물을 활성화시켜 사용한다.
즉, 활성화시킨 발광미생물에 시료용액을 넣어 발광량을 측정하여 그 발광량에 의해 오염도를 측정한다.
수질오염에 대한 측정의 다른 방법으로는 생물반응기를 이용한 방법이 있다. 이 방법은 미생물을 연속 배양하면서 배양기로부터 유출된 미생물을 포함하는 용액을 측정시료와 혼합하여 일정시간동안 발광량의 감소를 측정하는 방법이다. 즉, 이 방법은 따로 발광미생물을 보관하지 않고 측정현장에서 연속 배양하여 이용하는 기술이다.
또 다른 방법은 발광미생물을 고정화하여 비드(bead) 형태로 보관하였다가 측정현장에서 고정화된 발광미생물을 활성화시켜 사용한다. 즉, 배양된 발광미생물을 알지네이트(alginate) 용액에 혼합시키고 스트론튬 용액에 적하시켜 비드(bead)를 형성하여 고정시킨다. 이렇게 고정된 발광미생물은 균일한 분포를 가지고 보다 장기간 안정적으로 보관할 수 있다. 그리고 측정현장에서 고정된 발광미생물을 활성화시켜 시료용액을 넣어 발광량을 센싱함으로써 수질오염을 측정한다.
그런데, 상기와 같은 종래의 수질오염 측정 장치는 사용되는 탁도센서가 오염되면 부유물의 구별이 어려울 뿐만 아니라, 부유물이 많은 경우 발광소자의 빛을 수광소자가 수관하지 못하여 오류가 많이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0977067호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 개발된 것으로, 근적외선, 백색광, 칼라센서를 이용하여 액상 물지의 농도, 탁도, 오염 및 부유물을 측정하도록 하여 수질 측정시 오류를 현저할게 줄일 수 있도록 하는 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 오염 물질이 통과하도록 공간부를 형성하는 본체; 상기 공간부의 일측에 위치하도록 상기 본체에 구비되어 상기 공간부로 근적외선을 조사하는 근적외선 발광소자; 상기 근적외선 발광소자에서 조사되는 빛을 수광하도록 상기 공간부의 타측에 위치하도록 상기 본체에 구비되는 근적외선 수광소자; 상기 공간부로 백색광을 조사하도록 상기 본체에 구비되는 백색램프; 및 상기 근적외선 발광소자에서 조사되는 빛을 수광하도록 상기 공간부의 타측에 구비되는 칼라센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 백색램프에서 조사되는 빛을 반사하도록 상기 공간부에 구비되는 반사부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 반사부재가 상기 공간부의 일측에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 근적외선 발광소자가 결합되는 제1 하우징과, 상기 공간부를 형성하도록 상기 제1 하우징과 이격되며 상기 근적외선 수광소자, 백색램프, 칼라센서가 결합되는 제2 하우징으로 이루어진 본체를 포함하는 수질오염 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 본체의 제1 하우징보다 상기 제2 하우징이 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 수질오염 측정 장치.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치에 의하면, 근적외선, 백색광, 칼라센서를 이용하여 액상 물지의 농도, 탁도, 오염 및 부유물을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 수질 측정시 오류를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치의 측정 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치의 다른 측정 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치(100)는 수질의 오염도, 농도를 측정할 수 있도록 오염 물질 속으로 투입되는 본체(110), 이 본체(110)에 구비되는 근적외선 발광소자(120), 근적외선 수광소자(130), 백색램프(140) 및 칼라센서(150)를 포함한다.
또한, 본 실시 에에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치(100)는 본체(110)에 구비되는 반사부재(160) 및 상기 근적외선 발광소자(120), 근적외선 수광소자(130), 백색램프(140), 칼라센서(150)에서 발생하는 신호를 통해 오염 물질의 상태를 표시하도록 본체(110)와 연결되는 표시 단말기(170)를 더 포함한다.
본체(110)는 오염 물질의 부유물이 통과하도록 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(113)에 의해 부유물이 통과하는 공간부(110a)를 형성한다.
또한, 본체(110)는 제1 하우징(111)에 근적외선 발광소자(120)가 설치되고, 제2 하우징(113)에 근적외선 수광소자(130), 백색램프(140) 및 칼라센서(150) 구비된다.
이러한, 본체(110)는 보다 넓은 영역의 부유물을 측정할 수 있도록 제1 하우징(111)의 길이(L1)가 제2 하우징(113)의 길이(l2)보다 작게 형성된다. 더하여, 본체(110)는 제1 하우징(111)에 백색램프(140)의 빛을 반사하는 반사부재(160)가 부착된다.
더하여, 본체(110)는 근적외선 수광소자(130)가 근적외선 발광소자(120)와 대응하는 위치에 설치되도록 제2 하우징(113)에 설치되고, 백색램프(140) 및 칼라센서(150)가 근적외선 수광소자(130)의 하측 및 상측에 각각 위치한다.
이러한, 본체(110)는 인터페이스를 통해 표시 단말기(170)와 연결되며, 제1 하우징(111)과 제2 하우징(113)이 투명하게 형성된다.
근적외선 발광소자(120)는 제1 하우징(111)에 결합되어 공간부(110a)를 통해 근적외선 수광소자(130)로 빛을 조사한다. 그리고, 근적외선 발광소자(120)에서 조사되는 빛은 부유물을 통과하거나 부유물에 의해 굴절되면서 근적외선 수광소자(130) 및 칼라센서(150)로 전달된다.
본 실시 예에 따른 근적외선 발광소자(120)는 850nm 내지 950nm 파장을 가지는 빛을 조사한다.
근적외선 수광소자(130)는 제2 하우징(113)에 구비되어 근적외선 발광소자(120)에서 조사하는 빛을 수광한다.
칼라센서(150) 또한 제2 하우징(113)에 구비되어 근적외선 발광소자(120)에서 조사하는 빛을 수광한다.
본 실시 예에 따른 근적외선 수광소자(130) 및 칼라센서(150)는 백색램프(140)에서 조사되어 반사부재(160) 및 부유물을 통해 반사되는 빛도 수광한다.
본 실시 예에 따른 칼라센서(150)로는 RGB 칼라센서가 사용된다.
표시 단말기(170)는 본체(110)에서 송신하는 빛의 전류와 전압신호를 수신하고 이 신호를 이용하여 오염 물질의 오염상태를 검출하고 표시한다.
이러한, 표시 단말기(170)는 본체(110)에서 수신되는 신호를 이용하여 특정 파라메타를 검출하여 오염 물질의 오염상태를 검출하는 제어부(171)와, 이 제어부(171)에서 검출된 오염정보를 저장하는 저장부(173)와, 오염정보를 표시하는 디스플레이부(175)를 구비한다.
상기와 같이 구성되는 본 실시 예에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치(100)는 근적외선 발광소자(120)에서 발광하는 빛이 수광소자(130)와 컬러센서(150) 수신하게 되며, 근적외선 수광소자(130)가 수광되는 빛의 양을 감지하고, 컬러센서(150)가 수광되는 빛을 통해 물질 오염의 농도와 형태를 감지한다.
또한, 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치(100)는 백색램프(140)에서 조사되는 빛이 반사부재(160) 및 부유물에 반사되고, 이를 수광소자(130)와 컬러센서(150)가 수신하여 물질의 색에 따른 변화를 감지한다.
더하여, 본 실시 예에 따른 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치(100)는 부유물질로 인하여 근적외선 발광소자(120)의 빛을 근적외선 수광소자(130)와 컬러센서(150)가 수신하지 못할 경우, 백색램프(140)에서 조사되는 빛이 부유물에 반사되어 근적외선 수광소자(130)와 컬러센서(150)로 수신되므로, 부유물에 의한 측정오차를 현저하게 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
110 : 본체 111 : 제1 하우징
113 : 제2 하우징 120 : 근적외선 발광소자
130 : 근적외선 수광소자 140 : 백색램프
150 : 칼라센서 160 : 반사부재

Claims (5)

  1. 오염 물질이 통과하도록 공간부를 형성하는 본체;
    상기 공간부의 일측에 위치하도록 상기 본체에 구비되어 상기 공간부로 근적외선을 조사하는 근적외선 발광소자;
    상기 근적외선 발광소자에서 조사되는 빛을 수광하도록 상기 공간부의 타측에 위치하도록 상기 본체에 구비되는 근적외선 수광소자;
    상기 공간부로 백색광을 조사하도록 상기 본체에 구비되는 백색램프; 및
    상기 근적외선 발광소자에서 조사되는 빛을 수광하도록 상기 공간부의 타측에 구비되는 칼라센서를 포함하며,
    상기 본체는,
    상기 근적외선 발광소자가 결합되는 제1 하우징과,
    상기 공간부를 형성하도록 상기 제1 하우징과 이격되며, 상기 근적외선 수광소자, 상기 백색램프 및 상기 칼라센서가 결합되는 제2 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백색램프에서 조사되는 빛을 반사하도록 상기 공간부에 구비되는 반사부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사부재는 상기 공간부의 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 상기 제1 하우징보다 상기 제2 하우징이 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합형 광센서를 이용한 수질 측정 장치.
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