KR101684407B1 - 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템 및 수질 오염 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 센서를 이용하여 수중에 존재하는 유기물 오염 농도를 측정하는 수질 오염 측정 시스템에 관한 것이다. 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템은, 수질을 측정하고자 하는 시료가 위치하는 시료부; 시료부를 향하여 빛을 조사하는 광원부; 광원부로부터 시료부로 빛을 가이드하는 제1 광섬유; 제1 광섬유와 시료부를 연결하고, 제1 광섬유를 통해 가이드된 빛을 집광시키는 집광렌즈를 구비하며, 집광된 빛을 시료부로 출력시키는 광출력부; 시료부에 결합되고, 시료부를 통과한 빛을 집광시키는 집광렌즈를 구비하는 제1 광입력부; 제1 광입력부에 결합되어 제1 광입력부에서 집광된 빛을 입력받아 가이드하는 제2 광섬유; 제2 광섬유를 통해 가이드된 빛의 데이터를 수집하는 검출부; 및 검출부에 수집된 데이터로부터 시료의 수질을 측정하는 연산부; 를 포함한다. 이에 의해, 광섬유를 사용하여 빛이 진행하는 동안의 손실이 적고, 광섬유가 시료부에 결합되므로 시료부로 출력되는 빛과 시료부로부터 입력되는 빛의 위치를 고정시킬 수 있다. 또한, 가변부를 구비하여 광범위한 농도의 시료를 측정할 수 있다.
Description
본 발명은 광학 센서를 이용하여 수중에 존재하는 유기물 오염 농도를 측정하는 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템에 관한 것이다.
하, 폐수와 같이 유기물을 포함하는 물의 수질을 측정하기 위한 요소로는 총 유기탄소가 있다. 총 유기탄소를 분석하는 방법은 시료에 포함되어 있는 탄산이온과 같은 무기탄소를 제거하는 과정, 산화제를 이용하여 유기물을 이산화탄소로 산화시키는 과정 및 산화된 시료를 분석하는 과정으로 구성될 수 있다.
무기탄소를 제거하는 과정은 시료에 산을 첨가하여 수소이온농도(pH)를 낮춘 뒤 기체로 버블링(Bubbling)시켜 유리되는 무기탄소를 제거한다.
산화시키는 과정은 크게 습식산화와 연소산화로 구분된다. 습식산화는 시료에 자외선을 조사하여 산화시키는 방법으로 산화력을 높이기 위해 과황산염(persulfate) 또는 오존을 투입하거나 온도를 높이는 단계가 추가된다. 연소산화는 650℃ ~ 950℃의 중, 고온에서 유기물을 산화시키는 방법이다. 일반적으로 습식산화는 저농도나 부유물이 적은 시료 분석에 적합하고, 연소산화는 고농도나 부유물이 많은 시료 분석에 적합하므로 분석을 위한 시료에 따라 산화 방법을 선택한다.
산화 과정에서 유기물을 최대한 산화시키는 것은 수질을 측정하기 위한 총 유기탄소 분석의 정확성 및 재현성을 높이기 위한 중요한 요소이다. 특히 습식산화의 경우 연소산화에 비하여 산화력이 낮기 때문에 산화력을 높일 필요가 있는데, 산화력을 높이기 위해 산화제, 촉매, 오존 등을 투입함에도 산화가 충분하지 않아 총 유기탄소의 정확한 측정이 곤란하였다. 또한, 산화 과정이 포함됨으로써 소요되는 시간이 길어지고, 전체 분석 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.
산화된 시료를 분석하는 과정은 산화과정에서 발생하는 이산화탄소를 비분산적외선(NDIR : Non-Dispersive Infrared Absorption) 방법으로 정량화하는 방법과 시료가 산화되기 전과 후의 전기전도도를 측정하여 비교하는 방법이 사용된다. 이러한 전기전도도를 측정하는 방법은 초저농도의 시료 분석에 적합하며 일반적으로는 비분산적외선 방법이 많이 사용되고 있다.
종래의 한국 공개특허공보 제10-2005-0095371호에 의하면, 시료에 빛을 조사하는 광원을 구비하고, 빛이 시료를 통과하면서 생성된 형광과 산란광을 광학센서를 이용하여 측정한 뒤, 측정된 데이터를 컴퓨터로 전송하여 시료의 수질을 분석하는 수질 측정 장치에 대하여 기재되어 있다.
그러나 광원으로부터 광학센서까지의 광손실이 크고, 광원과 광학센서의 위치에 따라 형광 및 산란광으로부터 측정되는 데이터가 변화하여 정확하게 수질을 측정하기에 어려움이 있었다.
또한, 시료의 농도에 따라 각 농도 측정에 적합한 분석방법을 사용해야 하므로 그 과정이 번거로웠고, 고농도에서 저농도 또는 저농도에서 고농도로 농도가 변화하는 시료를 측정하는 경우 종래의 수질 측정 장치로는 농도 측정이 불가능하다는 단점이 있었다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광원부와 검출부의 위치에 상관없이 광원부로부터 검출부까지의 광손실을 최소화하여 측정 정확도를 높인 수질 오염 측정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광범위한 농도의 시료를 측정할 수 있는 수질 오염 측정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템은, 수질을 측정하고자 하는 시료가 위치하는 시료부; 상기 시료부를 향하여 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부로부터 상기 시료부로 빛을 가이드하는 제1 광섬유; 상기 제1 광섬유와 상기 시료부를 연결하고, 상기 제1 광섬유를 통해 가이드된 빛을 상기 시료부로 출력시키는 광출력부; 상기 시료부에 결합되고, 상기 시료부를 통과한 빛을 수광하는 제1 광입력부; 상기 제1 광입력부에 결합되어 상기 제1 광입력부에 수광된 빛을 입력받아 가이드하는 제2 광섬유; 상기 제2 광섬유를 통해 가이드된 빛의 데이터를 수집하는 검출부; 및 상기 검출부에 수집된 데이터로부터 시료의 수질을 측정하는 연산부; 를 포함한다.
바람직하게, 상기 광출력부와 상기 제1 광입력부 중 적어도 어느 하나는 집광렌즈를 구비한다.
바람직하게, 상기 광원부는, 파장이 200nm ~ 800nm 인 빛을 상기 시료부에 조사하는 LED로 구성된다.
바람직하게, 상기 제1, 제2 광섬유의 코어 직경은 500μm ~1100μm로 이루어진다.
바람직하게, 상기 시료부는, 상기 시료가 담겨지는 시료 셀 및 상기 시료 셀을 고정시키는 셀 홀더를 구비하고, 상기 광출력부와 상기 제1 광입력부는, 상기 셀 홀더에 결합된다.
바람직하게, 상기 제1 광입력부는, 상기 광출력부와 광축이 동일하게 배치된다.
바람직하게, 상기 시료부를 통과한 빛의 산란광을 상기 검출부로 가이드하는 제3 광섬유; 및 상기 광출력부와 광축이 수직하게 배치되도록 상기 시료부와 상기 제3 광섬유를 연결하며, 상기 시료부를 통과한 산란광을 집광시키는 집광렌즈를 구비하고, 집광된 빛을 상기 제3 광섬유에 입력시키는 하나 이상의 제2 광입력부; 를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 시료부는, 시료가 유동하는 유로가 형성되고, 상기 광출력부와 상기 제1 광입력부의 광축은 시료의 유동 방향에 수직하게 배치된다.
바람직하게, 상기 유로의 적어도 일측에 결합되어, 상기 광출력부의 출력단과 상기 제1 광입력부의 입력단 중 적어도 어느 하나를 상기 유로 내부로 전후진시키는 가변부; 를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 가변부는, 텔레스코프(telescope) 방식으로 시료를 통과하는 광로의 길이를 조절한다.
바람직하게, 상기 출력단과 상기 입력단 중 적어도 어느 하나에 집광렌즈를 추가로 구비한다.
상술한 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수질 오염 측정 장치는, 시료의 수질을 측정하기 위해 빛을 조사하는 광원부와 연결된 광출력부가 결합되고, 조사된 빛의 데이터를 수집하는 검출부와 연결된 제1 광입력부가 결합되는 수질 오염 측정 장치에 있어서, 상기 시료가 유동하는 유로; 및 상기 유로의 적어도 일측에 결합되어, 상기 광출력부의 출력단과 상기 제1 광입력부의 입력단 중 적어도 어느 하나를 상기 유로 내부로 전후진시키는 가변부; 를 포함한다.
본 발명의 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템에 의하면, 광섬유를 사용하여 광원부와 검출부의 위치에 상관없이 광원부로부터 검출부까지의 광손실을 최소화 하고, 이로써 수질 오염 측정의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 시료부에 유로를 형성하여 시료의 수질을 실시간으로 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은 가변부를 구비하여 시료의 농도에 따라 출력단 또는 입력단을 전후진시킴으로써 광범위한 농도의 시료를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 광원부로 백색광 또는 내구성이 좋은 LED를 사용하고, 검출기로 정밀도가 우수한 분광기 또는 저가의 포토디텍터를 사용하여 수질 오염 측정의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 빛의 진행 경로에 집광렌즈를 구비하여 검출부로 수집되는 빛의 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 수질 오염 측정 방법과 달리 산화 과정이 생략됨으로써 산화 과정에 따른 폐액 발생을 방지하고, 전체 분석 공정이 간단해지며, 분석 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수질 오염 측정 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 수질 오염 측정 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 수질 오염 측정 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 가변부의 변화를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 다중회귀분석에 따른 결과 그래프.
도 6은 본 발명의 농도별 흡광도 그래프.
도 7은 본 발명의 타겟파장에 대한 농도별 흡광도 그래프.
도 8은 저농도에서 본 발명의 정확성을 나타내는 그래프.
도 9는 미세농도에서 본 발명의 정확성을 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 수질 오염 측정 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 수질 오염 측정 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 가변부의 변화를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 다중회귀분석에 따른 결과 그래프.
도 6은 본 발명의 농도별 흡광도 그래프.
도 7은 본 발명의 타겟파장에 대한 농도별 흡광도 그래프.
도 8은 저농도에서 본 발명의 정확성을 나타내는 그래프.
도 9는 미세농도에서 본 발명의 정확성을 나타내는 그래프.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템은 제1 내지 제3 실시예로 구분할 수 있으며, 각 실시예의 구성요소는 기본적으로 동일하나, 일부 구성에 있어서 차이가 있다. 또한 본 발명의 여러 실시예 중 동일한 기능과 작용을 하는 구성요소에 대해서는 도면상의 도면부호를 동일하게 사용하기로 하고, 도 1 내지 도 4에서, 점선은 검출기(40)에서 수집되는 빛이 시료를 통과하는 경로를 나타낸다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 크게 시료부(110), 광원부(10), 제1 광섬유(20), 제2 광섬유(30), 제3 광섬유(50), 제4 광섬유(60), 검출부(40) 및 연산부로 이루어진다.
시료부(110)는 수질을 측정하고자 하는 시료(1)가 위치하며, 시료 셀(111) 및 셀 홀더(112)로 구성된다. 시료 셀(111)은 시료(1)가 담겨지는 용기로, 광원부(10)로부터 조사된 빛의 감쇠가 작은 석영으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 시료 셀(111)로는 큐벳(cuvette)을 사용할 수 있다. 셀 홀더(112)는 시료 셀(111)을 고정하여 후술되는 광섬유와의 연결을 용이하게 한다.
광원부(10)는 시료부(110)를 향해 빛을 조사하고, 이러한 광원부(10)는 파장이 200nm ~ 800nm인 자외선 내지 가시광선 영역의 빛을 조사하는 LED로 구성된다.
제1 광섬유(20)는 광원부(10)로부터 조사된 빛을 시료부(110)로 가이드하고, 제1 광섬유(20)와 시료부(110)는 광출력부(21)에 의해 연결된다. 이로써, 광원부(10)로부터 시료부(110)까지의 광손실을 최소화할 수 있다.
광출력부(21)는 셀 홀더(112)에 결합되어 제1 광섬유(20)와 시료부(110)를 연결하고, 제1 광섬유(20)를 통해 가이드된 빛을 집광시키는 집광렌즈(22)를 구비하며, 집광된 빛을 시료부(110)로 출력시킨다. 이에 의해, 광출력부(21)는 빛을 집광시킴으로써 검출기(40)에서의 빛의 수집을 용이하게 하며, 광원부(10)의 위치에 상관없이 시료부(10)로 출력되는 빛의 위치를 고정시킬 수 있다.
제2 광섬유(30)는 시료부(110)로부터 입력된 빛을 검출기(40)로 가이드하고, 제2 광섬유(20)와 시료부(110)는 제1 광입력부(31)에 의해 연결된다. 이로써, 시료부(110)로부터 검출기(40)까지 광손실을 최소화할 수 있다.
제1 광입력부(31)는 셀 홀더(112)에 결합되어 제2 광섬유(30)와 시료부(110)를 연결하고, 시료부(110)를 통과한 빛을 집광시키는 집광렌즈(32)를 구비하며, 집광된 빛을 제2 광섬유(30)로 입력시킨다. 이에 의해, 제1 광입력부(31)는 빛을 집광시킴으로써 검출기(40)에서의 빛의 수집을 용이하게 하며, 검출기(10) 위치에 상관없이 시료부(10)로부터 입력되는 빛의 위치를 고정시킬 수 있다. 한편, 제1 광입력부(31)는 시료(1)의 흡광 데이터를 입력받기 위하여 광출력부(21)와 광축이 동일하게 배치되는 것이 바람직하다.
제3 광섬유(50)는 시료부(110)로 출력된 빛 중 산란광을 검출기(40)로 가이드하고, 제3 광섬유(50)와 시료부(110)는 제2 광입력부(51)에 의해 연결된다. 이로써, 시료부(110)로부터 검출기(40)까지 산란광의 손실을 최소화할 수 있다.
제2 광입력부(51)는 셀 홀더(112)에 결합되어 광출력부(21)와 광축이 수직하게 배치되도록 제3 광섬유(50)와 시료부(110)를 연결하고, 시료부(110)를 통과한 산란광을 집광시키는 집광렌즈(52)를 구비하며, 집광된 빛을 제3 광섬유(50)로 입력시킨다. 이에 의해, 제2 광입력부(51)는 빛을 집광시킴으로써 검출기(40)에서의 산란광의 수집을 용이하게 하며, 검출기(10) 위치에 상관없이 시료부(10)로부터 입력되는 산란광의 위치를 고정시킬 수 있다.
제4 광섬유(60)는 상술한 제3 광섬유(50)와 동일한 기능을 가지며, 제4 광섬유(60)와 시료부(110)는 제3 광입력부(61)에 의해 연결된다.
제3 광입력부(61)는 상술한 제2 광입력부(51)와 동일한 기능을 가지며, 광출력부(21)와 광축이 수직하고, 셀 홀더(112)에서 제2 광입력부(51)와 마주보는 면에 결합되어 제4 광섬유(60)와 시료부(110)를 연결한다.
상술한 바와 같이 광섬유(20, 30, 50, 60)를 구비함으로써 광원부(10)와 검출부(40)의 위치에 상관없이 광원부(10)로부터 검출부(40)까지의 광손실을 최소화 할 수 있고, 이로써, 시료의 농도를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 광섬유(20, 30, 50, 60)의 코어 직경은 광손실을 최소화 하기 위하여 500μm ~ 1100μm로 이루지는 것이 바람직하다. 광섬유의 코어 직경은 분해능과 비례하므로 다양한 시료의 농도 측정에 적절한 분해능을 갖는 광섬유 코어 직경을 선택해야 한다.
검출부(40)는 제2, 제3, 제4 광섬유(30, 50, 60) 후단에 연결되어 광섬유(30, 50, 60)를 통해 가이드된 빛의 데이터를 수집한다. 이로써, 시료(1)를 통과한 빛의 흡광 신호와 산란광 신호를 얻을 수 있다.
이러한 검출기(40)로는 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis : Ultraviolet-Visible Spectrophotometer) 영역에 해당하는 파장의 빛 데이터를 획득할 수 있는 분광기 및 포토디텍터를 사용할 수 있다.
예컨대, 분광기로는 5nm 이하의 분해능과 CCD(Charge-coupled Devices) 어레이 형태인 체르니 터너형 분광기를 사용할 수 있고, 포토디텍터로는 빛 검출부위가 0.8mm2인 규소(Si) 기반의 포토디텍터를 사용할 수 있다.
분광기는 시료의 흡광 신호를 수집하고, 흡광도 도출 계산법에 의해 흡광 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이에 의해, 표준 용액의 농도에 따른 흡광도를 측정한 결과 자외선 영역에서 흡광도가 선명하게 나타나므로 시료의 유기물 농도를 측정하기 위한 정량화가 가능하다. 이때 시료의 표준 용액으로는 수질 오염 공정 실험법에서 사용중인 프탈산수소칼륨(KHP, Potassium hydrogenphthalate)을 이용할 수 있다.
포토디텍터는 랩뷰(Labview) 프로그램을 이용하여 실시간으로 흡광 신호의 변화를 측정할 수 있는 프로그램을 구성할 수 있다. 이에 의해, 표준 용액의 농도에 따른 흡광도를 측정한 결과 고농도와 저농도 모두에서 흡광도가 선명하게 나타나므로 시료의 유기물 농도를 측정하기 위한 정량화가 가능하다.
연산부는, 검출부(40)에서 수집한 데이터로부터 시료의 수질을 측정하도록 연산한다. 구체적으로 다중회귀분석 알고리즘으로 정량화된 데이터를 바탕으로 흡광 신호를 정량화한다.
다중회귀 모형은 아래의 식과 같이 k개의 독립변수 X1, X2,…,Xk 에 따른 종속변수 Y로 정의할 수 있다.
상술한 바와 같은 다중회귀분석의 결과는 도 5에 도시한 바와 같고, 흡광계수를 구하여 시료의 농도를 환산할 수 있다. 본 실시예의 결정계수(R2)는 0.964로 표준용액과 계산값 사이의 상관관계가 높음을 알 수 있다.
도 6 내지 도 9의 그래프를 살펴보면, 도 6은 10ppm ~ 300ppm의 광범위한 농도에 190nm ~ 310nm 파장의 자외선(UV)램프를 조사한 흡광 반응 데이터를 나타낸다. 그래프에 의하면, 농도에 따른 흡광도를 구분할 수 있는 파장은 270nm ~ 285nm 영역의 파장이고, 270nm 이하의 영역에서는 고농도의 구분이 어렵다.
통상적으로 270nm ~ 285nm 영역의 파장에서 유기물에 의한 흡광이 관찰되며, 본 실험에서는 농도를 가장 정확하게 구분할 수 있는 280nm의 파장을 타겟 파장으로 정하고, 시료에 280nm의 타겟파장을 조사한 흡광 반응 데이터를 도 7에 나타낸다.
도 8은 1ppm ~ 5ppm의 저농도에 해당하는 유기물의 농도를 측정하기 위하여 200nm ~ 1000nm 영역의 파장을 감지할 수 있는 포토디텍터를 사용한 농도별 빛 강도 데이터를 나타내며, 저사양의 포토디텍터를 사용했음에도 불구하고 농도를 구분할 수 있다.
도 9는 0.2ppm ~ 0.8ppm의 미세농도에 해당하는 유기물의 농도에 대한 빛 강도 데이터를 나타내며, 미세농도의 차이를 구분할 수 있음을 보여준다.
따라서 본 발명은 고가의 측정 장비 대신 저렴한 저사양의 구성요소를 사용하여 수질 오염 측정 시스템을 구성함에도 불구하고, 농도의 정확한 측정이 가능하다.
또한, 본 발명의 수질 오염 측정 시스템은 종래의 기술에 비하여 산화 과정이 생략된다. 이로써 산화 과정에 따른 폐액 발생을 방지하고, 산화 시간을 소요하지 않아 분석 시간을 단축시킬 수 있으며, 전체 분석 공정이 간단해진다.
또한 각 장치의 구성을 소형화시켜 휴대성을 높일 수 있다.
본 발명의 제2 실시예는 도 2에 도시한 바와 같이 제1 실시예와 대비하여 시료부의 구성에 있어 차이가 있다. 이하에서는 제1 실시예와 차이를 가지는 구성요소를 중심으로 설명한다.
시료부(120)는 수질을 측정하고자 하는 시료(1)가 유동하는 유로(121)가 형성되고, 유로(121)를 고정시키는 유로 홀더(122)를 추가로 구비할 수 있다.
이때, 광출력부(21)와 제1 광입력부(31)는 유로 홀더(122)에 결합되고, 광출력부(21)와 제1 광입력부(31)의 광축은 시료(1)의 유동 방향에 수직하게 배치되는 것이 바람직하다.
이로써, 시료(1)가 유동하는 상태에서 시료(1)의 수질을 실시간으로 검출할 수 있고, 수질 측정 시간이 단축되는 이점이 있다.
본 발명의 제3 실시예는 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이 제2 실시예와 대비하여 가변부를 부가적으로 구성한다는 점에서 차이가 있다. 이하에서는 제2 실시예와 차이를 가지는 구성요소를 중심으로 설명한다.
시료부(130)는 수질을 측정하고자 하는 시료(1)가 유동하는 유로(131)가 형성되고, 유로(131)의 적어도 일측에 가변부(132, 134)가 결합된다.
가변부(132, 134)는 출력단(133)과 입력단(135) 중 적어도 어느 하나를 유로(131) 내부로 전후진시킨다. 여기서 출력단(133)은 광출력부(21)에서 시료(1)로 출력되는 부분을 의미하고, 입력단(135)은 시료(1)로부터 제1 광입력부(31)에 입력되는 부분을 의미한다. 이로써, 광출력부(21)로부터 출력되어 제1 광입력부(31)로 입력되는 빛 중 시료를 통과하는 광로의 길이(d1, d2)를 조절할 수 있다. 이때, 가변부(132, 134)는 텔레스코프(telescope) 방식으로 구비되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 가변부(132, 134)를 늘여 각 가변부(132, 134)의 선단인 출력단(133)과 입력단(135) 사이의 거리(d1)를 가깝게 하면, 저농도의 시료를 측정하기에 용이하다. 반대로 도 4에 도시한 바와 같이, 가변부(132, 134)를 줄여 출력단(133)과 입력단(135) 사이의 거리(d2)를 멀게 하면, 고농도의 시료를 측정하기에 용이하다. 즉, 저농도의 시료는 시료에 포함된 유기물의 양이 매우 적기 때문에 유량을 최소로 줄여 좁은 간격을 통과하는 것이 유기물 농도 측정에 유리하고, 반대로 고농도의 시료는 시료에 포함된 유기물의 양이 많기 때문에 유량을 최대로 하여 넓은 간격을 통과하는 것이 유기물 농도 측정에 유리하다. 따라서 고농도의 시료와 저농도의 시료를 측정하기 위해 광원의 파워를 조절하지 않고, 가변부(132, 134)에 의해 시료를 통과하는 광로의 길이(d1, d2)를 2mm ~ 30mm 로 조절하여 광범위한 농도의 시료를 측정할 수 있다.
한편, 출력단(133)과 입력단(135) 중 적어도 어느 하나에 집광렌즈를 추가로 구비할 수 있다. 출력단(133)에 구비된 집광렌즈는 빛이 시료(1)로 출력되기 직전에, 입력단(135)에 구비된 집광렌즈는 빛이 시료(1)로부터 입력된 직후에 집광시켜 검출기(40)에서의 빛의 수집을 용이하게 할 수 있다.
또한 가변부(132, 134)는 유로(131)의 일측에만 하나가 구비될 수도 있고, 양측에 하나씩 두개가 구비될 수도 있는데, 양측에 구비된 경우, 두 가변부(132, 134)가 동시에 구동될 수도 있고, 하나의 가변부만 구동될 수도 있다.
도 1 내지 도 4에서, 점선은 검출기(40)에서 수집되는 빛이 시료를 통과하는 경로를 나타내며, 집광렌즈의 반달 방향은 빛의 진행 방향을 나타낸다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상을 중심으로 그 변형물 또는 균등물에까지 미침은 자명하다 할 것이다.
100 : 시료부
1 : 시료
111 : 시료셀
112 : 셀 홀더
131 : 유로
132, 134 : 가변부
10 : 광원부
20 : 제1 광섬유
21 : 광출력부
30 : 제2 광섬유
31 : 제1 광입력부
40 : 검출부
50 : 제3 광섬유
51 : 제2 광입력부
60 : 제4 광섬유
61 : 제3 광입력부
1 : 시료
111 : 시료셀
112 : 셀 홀더
131 : 유로
132, 134 : 가변부
10 : 광원부
20 : 제1 광섬유
21 : 광출력부
30 : 제2 광섬유
31 : 제1 광입력부
40 : 검출부
50 : 제3 광섬유
51 : 제2 광입력부
60 : 제4 광섬유
61 : 제3 광입력부
Claims (12)
- 수질을 측정하고자 하는 시료가 위치하는 시료부;
상기 시료부를 향하여 빛을 조사하는 광원부;
상기 광원부로부터 상기 시료부로 빛을 가이드하는 제1 광섬유;
상기 제1 광섬유와 상기 시료부를 연결하고, 상기 제1 광섬유를 통해 가이드된 빛을 상기 시료부로 출력시키는 광출력부;
상기 시료부에 결합되고, 상기 시료부를 통과한 빛을 수광하는 제1 광입력부;
상기 제1 광입력부에 결합되어 상기 제1 광입력부에 수광된 빛을 입력받아 가이드하는 제2 광섬유;
상기 제2 광섬유를 통해 가이드 된 빛의 데이터를 수집하는 검출부; 및
상기 검출부에 수집된 데이터로부터 시료의 수질을 측정하는 연산부; 를 포함하고,
상기 시료부는, 시료가 유동하는 유로가 형성되고,
상기 광출력부와 상기 광입력부는, 상기 유로의 외부에 구비되며, 광축이 시료의 유동 방향에 수직하게 배치되고,
상기 유로의 적어도 일측에 결합되어, 상기 광출력부의 출력단과 상기 제1 광입력부의 입력단 중 적어도 어느 하나에 구비된 집광렌즈를 상기 유로 내부로 전 후진시키는 가변부; 를 더 포함하고,
상기 가변부는, 텔레스코프(telescope) 방식으로 시료를 통과하는 광로의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 수질 오염 측정 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 광원부는, 파장이 200nm ~ 800nm 인 빛을 상기 시료부에 조사하는 LED인 것을 특징으로 하는 수질 오염 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1, 제2 광섬유의 코어 직경은 500μm ~1100μm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질 오염 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 시료부는, 상기 시료가 담겨지는 시료 셀 및 상기 시료 셀을 고정시키는 셀 홀더를 구비하고,
상기 광출력부와 상기 제1 광입력부는, 상기 셀 홀더에 결합되는 것을 특징으로 하는 수질 오염 측정 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 광입력부는, 상기 광출력부와 광축이 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 수질 오염 측정 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 시료부를 통과한 빛의 산란광을 상기 검출부로 가이드하는 제3 광섬유; 및
상기 광출력부와 광축이 수직하게 배치되도록 상기 시료부와 상기 제3 광섬유를 연결하며, 상기 시료부를 통과한 산란광을 상기 제3 광섬유에 입력시키는 하나 이상의 제2 광입력부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 오염 측정 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 시료의 수질을 측정하기 위해 빛을 조사하는 광원부와 연결된 광출력부가 결합되고, 조사된 빛의 데이터를 수집하는 검출부와 연결된 제1 광입력부가 결합되는 수질 오염 측정 장치에 있어서,
상기 시료가 유동하는 유로; 및
상기 유로의 적어도 일측에 결합되어, 상기 광출력부의 출력단과 상기 제1 광입력부의 입력단 중 적어도 어느 하나에 구비된 집광렌즈를 상기 유로 내부로 전 후진시키는 가변부; 를 포함하고,
상기 광출력부와 상기 광입력부는 상기 유로의 외부에 구비되며, 광축이 시료의 유동 방향에 수직하게 배치되고,
상기 가변부는, 텔레스코프(telescope) 방식으로 시료를 통과하는 광로의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 수질 오염 측정 시스템.
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