KR101695418B1 - 휴대용 IoT 아날로그 굴절계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 IoT광학 굴절계에 관한 것으로, 구체적으로는 측정하고자 하는 대상 시료의 농도에 따라 빛의 굴절량이 변동되고 상기 변동되는 굴절량을 아날로그 방식으로 표현하는 아날로그형 굴절계; 상기 아날로그 방식으로 표현된 굴절량 결과를 확대하는 스마트기기 카메라부; 및 상기 스마트기기 카메라부에서 확대된 굴절량 결과를 디지털값으로 나타내고, 상기 디지털값을 저장하는 스마트기기에 내장된 어플리케이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 IoT 광학 굴절계에 관한 것이다.

Description

휴대용 IoT 아날로그 굴절계{Portable IoT analog refractometer}

본 발명은 휴대용 IoT광학 굴절계에 관한 것으로, 구체적으로는 아날로그형 굴절계와 다기능을 수행할 수 있는 어플리케이션이 내장된 스마트기기가 접목된 휴대용 IoT광학 굴절계에 관한 것이다.

일반적으로 널리 알려져 있는 액체 농도 측정기는 빛의 굴절 원리를 응용한 굴절식과 근적외선을 쏘아 반사되는 파장을 분석하는 비파괴형이 있다.

비파괴형은 대상물을 파괴하지 않고도 농도를 확인할 수 있다는 장점이 있으나 부피가 크고 무거워 휴대성이 낮을뿐더러 가격도 1,000만원 내외의 고가이기 때문에 일부 연구기관 등에서만 사용하고 있는 실정으로, 범용적으로 사용되는 액체 농도 측정기는 굴절식을 이용한 측정기이다.

굴절식은 공기 중의 빛이 액체로 입사할 때, 기체와 액체의 밀도 차이로 인해 빛이 굴절하게 되는 원리를 이용하는 것으로, 액체의 밀도가 높을수록 빛의 굴절률도 커지는 특성을 가지고 있다. 또한 굴절식은 측정방법에 따라 프리즘을 이용한 아날로그 방식과 분광식 디지털 방식으로 구분되며, 아날로그 방식은 가격이 저렴하고 조작법이 간편하다는 장점이 있으나, 접안렌즈(Eyepiece)가 작아 측정값을 확인하기 어렵고 온도에 따라 측정 오류가 발생할 가능성이 높다는 단점이 있다. 이에 반해 디지털 방식은 측정값이 디지털 액정에 표시되어 간편하게 확인할 수 있고 자동 온도 보정기능이 있어 측정 오류가 발생할 확률이 낮으나, 비파괴형과 마찬가지로 가격이 비싸고 조작법이 상대적으로 복잡하다는 단점이 있다.

또한 굴절식과 비파괴식 농도 측정기 모두 현재 판매되고 있는 시중의 모든 액체 농도 측정기는 별도의 데이터 저장 기능이 없을 뿐만 아니라 이러한 데이터를 수집하고 관리할 수 있는 시스템이 구축되어 있지 않다.

특히, 당도와 직접적으로 관련된 과일의 경우, 소비자의 선호도와 과일 구매의 결정력은 당도에 달려 있지만 과일의 출하 당도 기준이 맞지 않는 경우가 많아 믿고 구매할 수 있는 환경이 조성되어 있지 않다. 비록 소비자가 측정 데이터를 수기로 작성하여 보관, 활용하고 있지만, 대부분 아날로그 방식의 굴절계를 사용하기 때문에 데이터의 신뢰도가 낮아 측정값을 잘못 작성하는 경우가 발생할 수 있다.

따라서 비교적 가격이 저렴하고 휴대가 간편하면서도 데이터의 신뢰성과 활용성을 겸비한 굴절계의 개발이 시급한 상황이다.

한국공개특허공보 제10-2009-0064889호 한국등록특허 제817,807호 한국등록특허 제1,344,149호

본 발명은 상기 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비교적 저렴하면서도 휴대가 간편한 아날로그형 굴절계를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 굴절계의 신뢰도와 활용성을 증가시키기 위하여 측정데이터를 저장하고 그 결과를 메인서버로 전송할 수 있도록 정보통신기술을 접목한 아날로그형 굴절계를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휴대용 IoT 광학 굴절계는, 측정하고자 하는 대상 시료의 농도에 따라 빛의 굴절량이 변동되고 상기 변동되는 굴절량을 아날로그 방식으로 표현하는 아날로그형 굴절계, 상기 아날로그 방식으로 표현된 굴절량 결과를 확대하는 스마트기기 카메라부, 상기 스마트기기 카메라부에서 확대된 굴절량 결과를 디지털값으로 나타내고, 상기 디지털값을 저장하는 스마트기기에 내장된 어플리케이션 및 상기 아날로그형 굴절계가 탈부착 가능한 스마트기기 케이스를 포함하되,
상기 굴절계는 시료가 놓여지는 경사면, 놓여진 시료를 경사면에 균일하게 분포시키는 슬라이드 방식 또는 상하로 오픈되는 커버형 프리즘 커버, 상기 경사면에 접하는 프리즘; 상기 프리즘 후방에 위치하는 대물렌즈; 상기 스마트기기와 광축정렬을 위한 상기 대물렌즈 후방에 위치하는 반사 프리즘, 상기 반사 프리즘을 통과한 빛을 상기 카메라부로 전달하기 위한 접안렌즈, 상기 프리즘 하방에 위치하는 온도에 따른 농도 보정을 위한 온도센서 모듈, 상기 프리즘 하방에 위치하는 조명모듈과 상기 대물렌즈 하방에 위치하는 광량을 제어하는 조명모듈 제어부, 상기 반사프리즘 하방에 위치하는 유선 또는 무선 통신모듈 및 충전지를 포함하고,
상기 어플리케이션은 대상 시료의 종류, 측정하고자 하는 농도, 사용자 위치정보 및 날씨 정보 데이터를 선택하거나 입력할 수 있는 표시창 및 굴절량 결과, 대상 시료의 종류, 측정하고자 하는 농도의 종류, 사용자 위치정보 및 날씨 정보를 메인서버로 전송하는 기능이 부가되고,
상기 스마트기기 케이스와 아날로그형 굴절계는 벨크로테이프 또는 자석으로 탈부착가능한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 휴대용 IoT 광학 굴절계는, 상기 측정하고자 하는 농도의 종류는 당도, 염도, 와인 농도 또는 꿀 수분량 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

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또한 본 발명의 휴대용 IoT 광학 굴절계는, 상기 스마트기기는 스마트폰 또는 태블릿PC인 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따른 굴절계는 스마트기기의 어플리케이션을 활용하여 측정 데이터를 확인하므로 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 굴절계는 콤팩트한 구조와 저렴한 가격으로 인해 사용자의 부담을 경감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 굴절계는 데이터를 저장하고 전송할 수 있는 정보통신기술을 접목시키고 있어 대상 시료의 농도에 대한 활용성이 용이하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 휴대용 IoT 광학 굴절계의 개략도를 나타낸 도면이다.
도 2은 본 발명의 제1실시예에 따른 굴절계의 구성을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 굴절계의 구성을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 휴대용 굴절계와 스마트 기기를 결합하기 위한 스마트기기 전용케이스를 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 아날로그 결과를 디지털 결과로 나타내기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 스마트기기에 표현되는 표시창의 예시를 나타내는도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 본 발명의 휴대용 IoT(Internet of Things) 광학 굴절계에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 아날로그형 굴절계(100) 및 카메라부(201)와 다양한 기능을 수행하도록 어플리케이션이 내장된 스마트기기(200)가 포함된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 휴대용 IoT 광학 굴절계의 개략도를 나타낸 도면이고, 도 2은 본 발명의 제1실시예에 따른 굴절계의 구성을 확대한 도면이다.

먼저 도 1을 참조하여 본 발명의 휴대용 IoT(Internet of Things) 광학 굴절계의 개략도를 살펴보면, 아날로그형 굴절계(10)는 후술할 스마트기기(200) 후면부에 결합될 수 있다.

본 발명의 아날로그형 굴절계(100)의 구체적 구성은 도 2에 도시한 바와 같이, 경사면(101), 상기 경사면(101)에 접하는 프리즘(102); 상기 프리즘(102) 후방에 위치하는 대물렌즈(103); 상기 대물렌즈(103) 후방에 위치하는 반사 프리즘(104); 및 접안렌즈(105)를 포함한다.

상기 경사면(101)은 측정하고자 하는 대상 액상 시료가 놓여지는 곳이며, 상기 경사면(101)에 접하는 프리즘(102)은 상기 경사면(101)의 대상 액상 시료의 농도를 확인할 수 있도록 입사되는 빛을 굴절률에 따라 넓게 분산시키는 역할을 수행한다. 또한 상기 대물렌즈(103)와 상기 접안렌즈(105)은 상기 프리즘(102)에서 분산된 빛을 결상시키는 역할을 수행하는 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 상기 대물렌즈(103)는 상기 프리즘(102)을 통과한 빛을 집광시키고, 상기 접안렌즈(105)는 집광된 빛을 확대시켜 상으로 나타내는 기능을 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 아날로그형 굴절계(100)에 의하면, 측정하고자 하는 대상 시료를 액체 상태로 준비하여 상기 경사면(101)에 위치시키면 대상 액상 시료에 빛이 투과되어 액상의 밀도에 따라 빛의 굴절도가 변화한다. 이렇게 굴절된 빛은 상기 프리즘(102) 후방에 설치된 대물렌즈(103)를 경유하여, 굴절된 빛을 상기 스마트기기(200)와 광축으로 정렬시키는 반사프리즘(105)에 도달한 후, 접안렌즈(105)를 통하여 후술할 스마트기기의 카메라부(201)로 전달되게 된다.

전술한 바와 같이, 일반적으로 널리 사용되고 있는 아날로그 방식의 굴절계는 가격이 저렴하고 조작법이 간편하지만, 접안렌즈(Eyepiece)가 작아 측정값을 확인하기 어렵고 온도에 따라 측정 오류가 발생할 가능성이 높다는 단점이 있다. 물론 접안렌즈를 크게 하여 측정오차를 줄일 수 있으나, 이 경우 굴절계의 대형화와 고비용은 또 다른 문제점으로 작용할 수 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명에서는 기존의 아날로그 방식의 굴절계를 채용하여 가격이 저렴하고 사용이 간편하다는 장점을 최대한 이용하면서도, 단점으로 지적되는 측정값의 확인과 온도에 따른 측정 오류는 후술할 스마트기기(200)에 내장되는 어플리케이션을 통해 극복할 수 있다는 점은 본 발명의 주요 특징부 중의 하나이다.

한편, 도 2에 도시된 굴절계는 일 실시예에 불과할 뿐, 다양한 형태의 아날로그형 굴절계가 적용될 수 있음은 자명하다.

또한 본 발명에서 측정하고자 하는 시료의 대상과 농도는 기체와 액체의 밀도 차이로 인해 빛이 굴절하고, 이러한 빛의 굴절 원리를 이용하여 측정할 수 있는 것이라면 제한하지 않는다. 예를 들면, 측정하고자 하는 대상은 꿀, 잼, 두유, 액상조미료, 와인, 음료수, 과일, 야채 및 각종 액상혼합물일 수 있으며, 측정하고자 하는 성분의 농도는 당도, 염도, 알코올함량 또는 수분함량일 수 있다.

여기서, 상기 굴절계(100)와 결합하는 스마트기기(200)는 상술한 바와 같이 상기 아날로그 방식의 굴절계(100)가 갖는 단점을 보완하며 아울러 다양한 활용방안을 가능하게 할 수 있는 어플리케이션이 내장된다.

즉, 휴대가 편리하도록 굴절계를 소형화하면 측정 데이터를 확인할 수 있는 접안렌즈(105)도 함께 작아지기 때문에 기존 방식과 같이 육안으로 측정 데이터를 확인하기가 곤란하다. 하지만 본 발명에서는 굴절계(100)의 접안렌즈(105)를 스마트기기의 카메라부(201)와 결합/부착시키고, 상기 카메라부(201)로 전달된 결과를 확대 및 디지털 값으로 변환시키는 어플리케이션을 구비시킴으로써 기존 아날로그형 굴절계의 단점을 극복할 수 있다(도 6 참조).

이 외에도 대상 시료의 종류, 측정하고자 하는 시료의 농도, 사용자 위치정보 또는 날씨 정보 중 어느 하나 이상의 데이터를 선택하거나 입력할 수 있는 표시창(400)을 더 구비하는 스마트기기 어플리케이션을 포함할 수 있다.

또한 상기 어플리케이션은 굴절량 결과, 대상 시료의 종류, 측정하고자 하는 농도의 종류, 사용자 위치정보 또는 날씨 정보 중 어느 하나 이상의 데이터를 메인 서버로 전송하는 기능이 더 부가된 것일 수 있고, 이러한 어플리케이션을 통하여 사용자 개인이 쉽게 측정 데이터를 저장/관리할 수 있을 뿐만 아니라, 어플리케이션 관리자가 지역별/시기별/사용자 별로 광대한 범위의 데이터를 쉽게 수집할 수 있고 활용할 수 있다.

여기서, 상기 스마트기기(200)와 상기 굴절계(100)를 결합시키거나 부착시키는 방법은 특별히 제한하지 않는다.

예를 들면, 상기 스마트기기(200)와 상기 굴절계(100)가 접하는 부분 일측에 자석을 구비시키거나, 암나사와 수나사 체결방식, 벨크로테이프 등 공지의 다양한 결합방식을 채용할 수 있다.

또한 상기 스마트기기(200)는 카메라부(201)가 구비된 것이라면 특별히 제한하지 않지만, 바람직하게 범용적으로 휴대가 용이한 스마트폰 또는 태블릿PC인 것이 바람직하다.

한편, 측정하고자 하는 액상 시료의 농도를 정확하게 측정하기 위해서는 상기 경사면(101)과 접하는 프리즘(102)에 시료를 균일하게 분포시키는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서는 시료를 넓게 퍼트리기 위하여 상기 경사면(101)에 프리즘 커버(106)를 부착시킬 수 있다. 여기서 상기 프리즘 커버(106)는 슬라이드 방식, 상하로 오픈 되는 커버형 등 상기 시료를 균일하게 분포시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한하지 않는다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 굴절계(100)에 대한 바람직한 제2실시예에 관하여 설명하기로 한다.

제2실시예에서의 스마트기기(200)와 상기 스마트기기(200)에 구비되는 어플리케이션은 상기 바람직한 제1실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하고, 제1실시예와 차이가 있은 굴절계(100)의 구성에 관해 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 굴절계(100)는 온도센서 모듈(107), 조명모듈(108), 조명모듈 제어부(109), 유선 또는 무선 통신 모듈(110) 및 충전지(111)를 더 포함할 수 있다.

시료의 온도와 광량은 아날로그형 굴절계의 측정값에 영향을 주거나측정값을 확인하는데 어려움을 주는 인자들이다.

즉, 빛의 굴절률은 환경과 시료의 온도에 따라 측정 데이터의 값이 달라 질 수 있는데, 이는 온도에 따라 공기와 시료의 밀도가 달라지면서 측정값의 차이가 발생하기 때문이다.

또한 빛의 양이 적은 밤이나 어두운 곳에서는 측정값을 확인하기 어렵다. 즉, 기존의 아날로그형 굴절계는 프리즘에 조사되는 빛의 양이 적을 경우, 눈금에 맺히는 기준선이 명확하게 표시되지 않아 측정값을 확인하기가 불편하다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들에 대처할 수 있도록, 측정 대상 시료의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서 모듈(107)과, 시간과 장소에 구애 받지 않고 충분하고 균일한 광량을 조사할 수 있는 조명모듈(108)을 상기 프리즘(102) 하부에 구비시킬 수 있다. 여기서, 상기 조명모듈(108)은 조명모듈 제어부(109)에 의해 제어될 수 있다.

한편, 상기 조명모듈 제어부(109)로의 신호는 사용자의 선택이나 외부 조도를 감지하여 자동으로 상기 조명모듈(108)을 제어하도록 신호를 전송할 수 있으며, 또한 상기 온도 센서 모듈(107)로부터 측정된 온도 데이터를 상기 스마트기기(200)로 전송하고 전송된 온도 데이터를 스마트기기(200)의 어플리케이션에서 해석하도록 연계시킬 수 있다.

여기서, 상기의 조명모듈 제어 신호와 온도 데이터의 전송은 유선 또는 무선 통신모듈(110)을 이용할 수 있고, 또 상기 온도센서모듈(107), 조명모듈(108), 조명모듈 제어부(109) 및 통신모듈(110)에 필요한 전기를 공급할 수 있도록 충전지(111)를 더 구비시킬 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서의 굴절계(100)는 온도센서 모듈(107)과 통신 모듈(110)을 구비하고 있어, 종래의 아날로그형 굴절계에서는 해결할 수 없었던 온도 보정에 의한 측정값의 정확도를 향상시킬 수 있고, 또 조명모듈(108), 조명모듈 제어부(109) 및 통신모듈(110)의 설치로 인하여 장소와 시간에 구애 받지 않고 굴절계(100)의 측정값을 읽을 수 있어 편리성이 향상되는 효과가 있다.

여기서, 온도센서 모듈(107), 조명모듈(108), 조명모듈 제어부(109), 유선 또는 무선 통신 모듈(110) 및 충전지(111)는 상기 굴절계(100)에 고정되어 구비되어 있는 경우뿐만 아니라, 필요시에만 부착시킬 수 있는 탈착형으로도 구비될 수 있다. 탈착형으로 구비시킬 경우 본 발명의 광학 굴절계의 전체적인 부피를 줄일 수 있어 휴대성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 스마트기기 전용케이스(300)가 구비된 실시예에 관하여 설명하기로 한다.

아날로그 굴절계는 접안렌즈(105)를 보는 위치와 각도에 따라 측정 값 해석의 오차가 발생할 수 있기 때문에, 접안렌즈(105)와 카메라 렌즈의 광축(Align)을 일치시키는 것이 매우 중요하다. 즉, 스마트 기기의 카메라부(201)와 굴절계의 접안렌즈 광축(Align)이 어긋날 경우, 영상에 왜곡이 발생할 가능성이 높고 이는 얻어진 데이터의 신뢰도를 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 굴절계(100)가 스마트기기(200)에 항상 같은 위치와 각도로 결합하여 굴절계의 접안렌즈(115)와 광축(Align)을 일치시킬 수 있는 스마트기기 전용케이스(300)를 더 구비시킬 수 있다.

또한 상기 스마트기기 전용케이스(300)는 상기 스마트기기(200)를 외부에서 감싸는 형상으로 누구나 쉽게 탈착 또는 부착이 가능할 뿐만 아니라 색상이나 형상을 다양이 할 수 있어 심미적 효과도 유발시킬 수 있다.

여기서, 상기 스마트기기 전용케이스(300)와 상기 스마트기기(200)가견고하게 결합될 수 있다면, 억지끼움방식 등 스마트기기 전용케이스(300)와 상기 스마트기기(200)와의 결합방법은 특별히 제한하지 않는다.

100 : 아날로그형 굴절계
101 : 경사면
102 : 프리즘
103 : 대물렌즈
104 : 반사 프리즘
105 : 접안렌즈
106 : 프리즘 커버
107 : 온도센서 모듈
108 : 조명모듈
109 : 조명모듈 제어부
110 : 유선 또는 무선 통신모듈
111 : 충전지
200 : 스마트기기
201 : 카메라부
300 : 스마트기기 전용케이스
400 : 표시창

Claims (12)

1. 측정하고자 하는 대상 시료의 농도에 따라 빛의 굴절량이 변동되고 상기 변동되는 굴절량을 아날로그 방식으로 표현하는 아날로그형 굴절계;
   상기 아날로그 방식으로 표현된 굴절량 결과를 확대하는 스마트기기 카메라부;
   상기 스마트기기 카메라부에서 확대된 굴절량 결과를 디지털값으로 나타내고, 상기 디지털값을 저장하는 스마트기기에 내장된 어플리케이션; 및
   상기 아날로그형 굴절계가 탈부착 가능한 스마트기기 케이스를 포함하되,
   상기 굴절계는 시료가 놓여지는 경사면; 놓여진 시료를 경사면에 균일하게 분포시키는 슬라이드 방식 또는 상하로 오픈되는 커버형 프리즘 커버; 상기 경사면에 접하는 프리즘; 상기 프리즘 후방에 위치하는 대물렌즈; 상기 스마트기기와 광축정렬을 위한 상기 대물렌즈 후방에 위치하는 반사 프리즘; 상기 반사 프리즘을 통과한 빛을 상기 카메라부로 전달하기 위한 접안렌즈; 상기 프리즘 하방에 위치하는 온도에 따른 농도 보정을 위한 온도센서 모듈; 상기 프리즘 하방에 위치하는 조명모듈과 상기 대물렌즈 하방에 위치하는 광량을 제어하는 조명모듈 제어부; 상기 반사프리즘 하방에 위치하는 유선 또는 무선 통신모듈; 및 충전지를 포함하고,
   상기 어플리케이션은 대상 시료의 종류, 측정하고자 하는 농도, 사용자 위치정보 및 날씨 정보 데이터를 선택하거나 입력할 수 있는 표시창; 및 굴절량 결과, 대상 시료의 종류, 측정하고자 하는 농도의 종류, 사용자 위치정보 및 날씨 정보를 메인서버로 전송하는 기능이 부가되고,
   상기 스마트기기 케이스와 아날로그형 굴절계는 벨크로테이프 또는 자석으로 탈부착가능한 것을 특징으로 하는 휴대용 IoT 광학 굴절계.
   
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5. 제1항에 있어서, 상기 측정하고자 하는 농도의 종류는 당도, 염도, 와인 농도 또는 꿀 수분량 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 휴대용 IoT 광학 굴절계.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 스마트기기는 스마트폰 또는 태블릿PC인 것을 특징으로 하는 휴대용 IoT 광학 굴절계.
   
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