KR101748367B1 - 수질 모니터링 시스템 - Google Patents

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KR101748367B1
KR101748367B1 KR1020160153008A KR20160153008A KR101748367B1 KR 101748367 B1 KR101748367 B1 KR 101748367B1 KR 1020160153008 A KR1020160153008 A KR 1020160153008A KR 20160153008 A KR20160153008 A KR 20160153008A KR 101748367 B1 KR101748367 B1 KR 101748367B1
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Abstract

본 발명은 수질 모니터링 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 수질 모니터링 시스템은 시료수에 광을 제공하고 시료수가 응답하여 방출한 광을 수용하는 수질검사장치; 및 시료수의 오염 정도를 검출하는데 필요한 광을 생산하는 발광부와, 시료수가 응답하여 방출한 광을 전기신호로 변환하는 수광부, 수광부로부터 수신한 전기신호를 분석하여 시료수에 포함된 수질 오염을 측정하는 분석부를 가지는 수질분석장치;를 포함하고 상기 발광부는 활성상태로 광을 발산하는 주발광 모듈과, 휴면상태로 대기모드로 존재하는 보조발광 모듈을 포함하고 상기 보조발광 모듈은 상기 주발광 모듈과 구성이 동일하여 상기 분석부의 제어로 활성화되면 주발광 모듈을 대체할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

수질 모니터링 시스템{System for monitering Water Quality}
본 발명은 수질 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광부의 광 세기를 자가검진하는 시스템을 구비하여 검사대상인 수질에 항상 일정한 광을 발산함으로써 수질검사시 오차를 줄일 수 있는 수질 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근 수질 측정에 광을 이용하는 광분석 센서가 각광받고 있다. 광분석 센서에서 이용되는 분광법은 물질의 판별 및 특성을 알아내기 위해 정량/정성적 분석을 총칭하는 말로서 원자, 분자 및 이온이 흡수, 방출, 산란하는 복사강도를 분광계를 이용하여 검출하는 원리이다. 분광법의 종류는 빛의 흡수에 따른 물질의 농도를 측정하는 흡광법, UV-Vis 영역의 빛 흡수에 의한 형광법과 발광법, 결정 물질의 확인 및 분석을 위한 회절방법, 샘플에 의한 빛의 산란을 이용한 산란법, 그리고 간섭에 의한 굴절방법 등이 있다.
한편, 수질을 측정하고자 하는 대상이 다양한 해양생물이나 유기물을 함유하는 해수(sea water)이거나, 담수(fresh water)라도 수중에 부유하는 침전물이나 각종 부유물질이 존재할 수 있는데, 이러한 수중에 존재하는 다양한 유기물/무기물은 수도 공급관(pipe) 내부 표면에 스케일을 형성하여 공급관에서 유체 흐름을 방해할 수 있다. 특히, 이물질에 의한 스케일은 수도 공급관(pipe) 내부를 유동하는 수질에 대해 광분석 센서의 검출성능을 현저히 저하시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 광 방출용 LED의 오작동이나 노후로 인해 광 세기가 감소하더라도 이를 즉시 확인할 수 없어 수질오염 측정이 정밀하지 못하였다. 또한, 종래의 광분석 센서는 검출부에 미생물이나 부유물질 등이 침착되었을 때 기기의 검출 성능이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
이렇게, 시료에 일정한 세기의 광을 전달하기 어려운 단점은 광센서의 정밀성을 떨어뜨리는 중대한 결점이라 할 수 있으며, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 목적에서 안출 되었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1490738호 "플랑크톤 검사장치"
앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 수질 비교값이 세척영역에 해당하는 경우 세척제어신호를 생성하고 수질검진영역에 해당하는 경우 수질검진측정 정보를 생성하는 세척판단 모듈을 구비하는 수질검진부를 포함하여, 수질 검진시 석영관 또는 투명창에 쌓인 이물질에 의해 광 세기가 약해지는 것을 방지하여 수질 검진의 정밀도를 높일 수 있는 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 제1 광과 초기광의 비교값이 자기보정영역에 해당하는 경우 자가보정 제어신호를 생성하여 상기 발광다이오드의 광 세기를 정상상태로 보정 하는 자가보정 모듈을 포함하여, 발광다이오드의 사용기간을 연장할 수 있어 경제적인 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제1 광과 초기광의 비교값이 교체영역에 해당하는 경우 발광 모듈 교체신호를 생성하여 발광부에 전달하는 광교체 모듈을 포함하여, 자기보정으로 해결되지 아니하는 경우만 발광모듈을 교체함으로써 발광다이오드의 사용기간을 연장할 수 있어 경제적일 뿐만 아니라 시료수에 일정한 세기의 광을 전달하여 수질측정의 오차를 줄일 수 있는 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구동되는 발광부에 대응되어 출력신호 주파수가 변경되도록 구축되는 락인앰프를 포함하여, 시료수에 포함된 탁도 등의 농도가 매우 적은 경우도 농도 검출이 가능하여 정밀한 수질측정이 가능한 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 각기 다른 파장의 광을 발생시키는 복수 개의 발광다이오드를 포함하고 상기 복수 개의 발광다이오드는 순차적으로 점등 또는 점멸됨으로써 측정하고자 하는 수질 항목에 대응하는 다양한 파장의 광을 생성하는 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 활성상태로 광을 발산하는 주발광 모듈과 휴면상태로 대기모드로 존재하는 보조발광 모듈을 포함하고 상기 보조발광 모듈은 상기 주발광 모듈과 구성이 동일하여 상기 분석부의 제어로 활성화되면 주발광 모듈을 대체할 수 있도록 구성하여, 시료수에 일정한 세기의 광을 전달하여 수질측정의 오차를 줄이고 발광부의 교체를 자동으로 수행하여 시스템 운영의 편의성을 제공하는 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 휴대용 수질검사장치에 전달되는 광 세기가 정상범주에 속하는지 판단하기 위한 검진 광을 제공하는 자가검진채널을 포함하되 자가검진채널은 발광부에서 분배되어 수광부로 직접 연결되도록 구성하여, 발광부에서 생산되는 현재 광 세기를 오차 없이 정확하게 확인할 수 있는 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 실시예에 의해 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 수질 모니터링 시스템은 시료수에 광을 제공하고 시료수가 응답하여 방출한 광을 수용하는 수질검사장치; 및 시료수의 오염 정도를 검출하는데 필요한 광을 생산하는 발광부와, 시료수가 응답하여 방출한 광을 전기신호로 변환하는 수광부, 상기 수광부로부터 수신한 전기신호를 분석하여 시료수에 포함된 수질 오염을 측정하는 분석부를 가지는 수질분석장치;를 포함하고 상기 발광부는 활성상태로 광을 발산하는 주발광 모듈과, 휴면상태로 대기모드로 존재하는 보조발광 모듈을 포함하고 상기 보조발광 모듈은 상기 주발광 모듈과 구성이 동일하여 상기 분석부의 제어로 활성화되면 주발광 모듈을 대체할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 발광부는 하나의 광섬유를 통해 주발광 모듈로부터 전달되는 광을 분리하여 발광채널 및 자가검진채널로 전달하는 스플리터;를 추가로 포함하고, 상기 발광채널 및 자가검진채널을 통해 전달되는 광 세기는 동일한 광량인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 자가검진채널은 상기 발광부에서 분배되어 수광부로 연결되는 채널로 상기 발광채널을 통해 상기 수질검사장치에 전달되는 광 세기가 정상범주에 속하는지 판단하기 위한 검진 광을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 주발광 모듈은 각기 다른 파장의 광을 발생시키는 복수 개의 발광다이오드;를 포함하고 상기 복수 개의 발광다이오드는 순차적으로 점등 또는 점멸됨으로써 측정하고자 하는 수질 항목에 대응하는 파장의 광을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 주발광 모듈은 일단은 복수의 입력단을 구비하며 상기 발광다이오드에 구비된 복수 개의 발광다이오드에 연결되고 타단은 단일 출력단을 구비하여 스플리터에 연결되는 발광 커플러;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 수광부는 상기 수광용 광섬유를 통해 시료수가 응답하여 방출한 광을 수신하여 광의 파장대역을 필터링하여 잡음을 제거하는 필터모듈; 및 일단은 자가검진채널 및 수광채널과 연결되는 복수의 입력단을 구비하고 타단은 필터모듈에 연결되는 단일 출력단을 구비하는 수광 커플러;를 포함하며 상기 필터모듈은 필터링 하는 파장대역이 상이한 복수 개의 대역필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 수광부는 상기 필터모듈을 통해 필터링된 광을 수신하여 필터링된 광에 대응하는 전기신호를 출력하는 광검출부; 및 상기 광검출부에서 출력되는 전기신호를 증폭하는 증폭모듈;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 분석부는 상기 수광부에서 출력되는 신호를 참조신호와 승산하고 승산결과신호를 필터를 통해 출력하여 측정하고자 하는 신호성분 이외의 노이즈를 제거하는 락인앰프;를 포함하고 상기 락인앰프는 구동되는 발광부에 대응되어 출력신호 주파수가 변경되도록 구축되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 분석부는 자가검진채널의 제1 광을 수광채널의 제2 광과 비교하여 수질 비교값을 산출하는 수질검진부;를 추가로 포함하고 상기 수질검진부는 수질 비교값이 세척영역에 해당하는 경우 세척제어신호를 생성하고 수질검진영역에 해당하는 경우 수질검진측정 정보를 생성하는 세척판단 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 수질검진부는 제1 광 및 제2 광의 수질 비교값에 기초하여 수질오염 측정하는 수질측정 모듈;을 추가로 포함하고 상기 수질측정 모듈은 상기 세척판단 모듈로부터 수질검진측정 정보를 전달받는 경우에 한해 수질측정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 분석부는 자가검진채널을 통해 수신되는 광 세기를 기초로 상기 발광부를 제어하는 광검진부;를 추가로 포함하고 상기 광검진부는 자가검진채널의 제1 광을 상기 수광부로부터 전달받아 데이타베이스에 저장된 초기광과 비교하여 비교값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 광검진부는 제1 광과 초기광의 비교값이 자기보정영역에 해당하는 경우 자가보정 제어신호를 생성하여 상기 발광다이오드의 광 세기를 정상상태로 보정하는 자가보정 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 광검진부는 제1 광과 초기광의 비교값이 교체영역에 해당하는 경우 발광 모듈 교체신호를 생성하여 발광부에 전달하는 광교체 모듈;을 추가로 포함하고, 상기 발광부는 상기 광교체 모듈로부터 발광 모듈 교체신호를 전달받으면 휴면상태의 보조발광 모듈을 활성상태로 전환 시켜 교체 전 주발광 모듈이 수행하던 기능을 대체하여 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은, 수질 비교값이 세척영역에 해당하는 경우 세척제어신호를 생성하고 수질검진영역에 해당하는 경우 수질검진측정 정보를 생성하는 세척판단 모듈을 구비하는 수질검진부를 포함하여, 수질 검진시 석영관 또는 투명창에 쌓인 이물질에 의해 광 세기가 약해지는 것을 방지하여 수질 검진의 정밀도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 제1 광과 초기광의 비교값이 자기보정영역에 해당하는 경우 자가보정 제어신호를 생성하여 상기 발광다이오드의 광 세기를 정상상태로 보정 하는 자가보정 모듈을 포함하여, 발광다이오드의 사용기간을 연장할 수 있어 경제적인 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은, 제1 광과 초기광의 비교값이 교체영역에 해당하는 경우 발광 모듈 교체신호를 생성하여 발광부에 전달하는 광교체 모듈을 포함하여, 자기보정으로 해결되지 아니하는 경우만 발광모듈을 교체함으로써 발광다이오드의 사용기간을 연장할 수 있어 경제적일 뿐만 아니라 시료수에 일정한 세기의 광을 전달하여 수질측정의 오차를 줄일 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은, 구동되는 발광부에 대응되어 출력신호 주파수가 변경되도록 구축되는 락인앰프를 포함하여, 시료수에 포함된 탁도 등의 농도가 매우 적은 경우도 농도 검출이 가능하여 정밀한 수질측정이 가능한 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은, 각기 다른 파장의 광을 발생시키는 복수 개의 발광다이오드를 포함하고 상기 복수 개의 발광다이오드는 순차적으로 점등 또는 점멸됨으로써 측정하고자 하는 수질 항목에 대응하는 다양한 파장의 광을 생성하는 효과를 가진다.
본 발명은, 활성상태로 광을 발산하는 주발광 모듈과 휴면상태로 대기모드로 존재하는 보조발광 모듈을 포함하고 상기 보조발광 모듈은 상기 주발광 모듈과 구성이 동일하여 상기 분석부의 제어로 활성화되면 주발광 모듈을 대체할 수 있도록 구성하여, 시료수에 일정한 세기의 광을 전달하여 수질측정의 오차를 줄이고 발광부의 교체를 자동으로 수행하여 시스템 운영의 편의성을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은, 휴대용 수질검사장치에 전달되는 광 세기가 정상범주에 속하는지 판단하기 위한 검진 광을 제공하는 자가검진채널을 포함하되 자가검진채널은 발광부에서 분배되어 수광부로 직접 연결되도록 구성하여, 발광부에서 생산되는 현재 광 세기를 오차 없이 정확하게 확인할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 전체 개략도이며,
도 2는 도 1의 수질검사장치를 상세하게 보여주는 회로도이며,
도 3은 Beer-Lambert Law를 설명하기 위한 개념도이며,
도 4는 도 1의 수질분석장치를 상세하게 보여주는 블럭도이며,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 수질분석장치에서 수행되는 광 검진 및 수질 검진을 수행하는 핵심 구성만을 보여주는 블럭도이며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 수질분석장치에서 수행되는 광 검진시 제어영역을 판단하는 기준표시도면이며,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 수질분석장치에서 수행되는 수질 검진시 제어영역을 판단하는 기준표시도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
그러면 도면을 참고하여 본 발명의 수질 모니터링 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 전체 개략도이며, 도 2는 도 1의 수질검사장치를 상세하게 보여주는 회로도이며, 도 3은 Beer-Lambert Law를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 수질 모니터링 시스템(1)은 수질검사장치(10) 그리고 수질분석장치(20)를 포함하여, 시료수에 광을 조사하고 시료수를 통과한 광을 분석하여 수질 오염도를 측정할 수 있다.
수질검사장치(10)는 광섬유(11), 집광부(12), 그리고 하우징(13)을 포함하여, 시료수가 유동하는 배관(P)에 결합되어 시료수에 광을 발산하고 시료수가 응답하여 방출한 광을 수용할 수 있다. 본 발명에서 시료수는 오염도 측정대상을 의미하는 것으로 하천, 호수와 같은 담수(fresh water)뿐만 아니라 해수(sea water) 등을 포함하며 배관(P) 내부를 유동하는 유체(fluid)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에서, 시료수가 응답하여 방출한 광은 광섬유(11)에 의해 방출되는 광이 시료수를 투과하여 배관(P) 내부에서 반사되어 되돌아 오는 광을 포함한다. 즉, 수질검사장치(10)는 시료수의 흡광도를 검출하되 배관(P) 내부에서 반사되어 되돌아 오는 흡광도를 집광하여 수질분석장치(20)로 전달할 수 있다. 다시 설명하면, 본 발명은 Beer-Lambert Law를 기초로 분자와 빛의 상호작용을 이용하여 분자에 대한 정보를 알아내는 흡광법을 이용할 수 있다.
광섬유(11)는 수질분석장치(20)에서 생성된 광을 배관(P) 내부를 유동하는 시료수로 전달하는 발광용 광섬유(111) 그리고 집광부(12)가 집광한 광을 수질분석장치(20)로 전달하는 수광용 광섬유(112)를 포함할 수 있다. 발광용 광섬유(111)는 이하 설명할 발광채널(CHE)에 연결되어 하우징(13)의 일측까지 연장된다. 또한, 수광용 광섬유(112)는 하우징(13)의 타측에 위치하는 집광부(12)에서부터 수광채널(CHa)까지 연장된다.
발광용 광섬유(111) 및 수광용 광섬유(112)는 유리 광섬유나 플라스틱 광섬유를 이용할 수 있고, 바람직하게는 유리 광섬유보다 광학적 특성과 가공성이 우수한 플라스틱 광섬유를 이용한다. 플라스틱 광섬유는 단면적 대비 코어(core) 비율이 매우 크다. 예를 들어, 1mm Out-dia 규격의 광섬유 core dia는 0.98mm, Clad dia는 0.02mm이므로 광섬유 단면적 대비 core 비율은 98％이다. 이는 플라스틱 광섬유의 빛 전달 효율이 매우 높음을 의미한다. 또한, 플라스틱 광섬유는 저가격화가 가능하고 뛰어난 벤딩(Bending) 특성으로 인해 설치가 용이하고 외부 충격에도 강한 장점을 지니고 있다.
집광부(12)는 파라볼라 반사경(121), 부경(122), 그리고 광터널(123)을 포함하여, 배관(P) 내부에서 반사되어 되돌아 오는 광을 집광하여 수광용 광섬유(112)에 전달할 수 있다.
도 2를 참고하면, 발광용 광섬유(111)가 배관(P) 내부를 유동하는 시료수로 광을 전달하면, 광은 시료수(유기물)을 통과할 때 흡수, 투과 및 산란이 발생하게 된다. 이때 흡수는 입사광이 시료 통과 후 빛에너지가 감소하여 투과되는 것이고, 투과는 입사 방향과 투과 방향이 같은 빛의 방향성으로 흡수와 상관관계를 보이며, 산란광은 입사광으로부터 시료를 통과할 때 빛이 다른 방향으로 퍼지는 현상을 말한다. 도 3을 참고하면, 투과도(Transmittance) T = P/Po이며, %T = P/Po×100, 그리고 흡광도(Absorbance) A= -logT =log(Po/P)를 의미하며, 이러한 수치적인 연산은 이하 설명할 수질분석장치(20)의 분석부(23)에서 수행될 수 있다. 여기서, Po는 입사광(incident light), P는 투과광(transmitted light)이다.
파라볼라 반사경(121)은 배관(P) 내부에서 반사되어 되돌아 오는 광을 초점 근방으로 모으는 구성으로, 포물선형의 오목거울 형태의 반사경(반사판)으로 구현될 수 있다. 따라서, 수질검사장치(10)는 배관(P) 내부에서 반사되어 되돌아 오는 산발적인 광들을 초점으로 모을 수 있어 흡광법 이용시 투과광(P)의 집광 효율성을 높일 수 있다.
부경(122)은 파라볼라 반사경(121) 뒤쪽에 초점이 형성되도록 하여, 상기 파라볼라 반사경(121)에 의해 모아진 광의 경로를 반대방향으로 변경하여 경로가 변경된 광이 광터널(123)을 통과하도록 할 수 있다.
광터널(123)은 상기 부경(122)에 의해 경로가 변경된 광이 통과하는 홀(hole)로서 파라볼라 반사경(121)의 뒤쪽 초점의 연장선이 파라볼라 반사경(121)과 만나는 지점에 형성된다. 또한, 광터널(123)은 수광용 광섬유(112)와 연결되어 집광부(12)에서 집광된 광을 전달할 수 있다.
하우징(13)은 배관(P)과 접촉하는 면에 투명창(131)을 포함할 수 있으며, 발광용 광섬유(111)를 통해 임의의 파장을 가지는 광이 투명창(131)으로 투광되어 배관(P)에 유동하는 시료수로 입사된다. 시료수로 입사된 광은 시료수에 존재하는 미립자, 또는 미생물 등에 의해 일부 흡수되고, 흡수되지 아니한 투과광이 산란 및 반사되어 투명창(131)으로 투광되어 집광부(12)에서 집광될 수 있다. 집광된 광은 수광용 광섬유(112)에 전달될 수 있다.
투명창(131)은 유리 또는 투명 아크릴로 형성될 수 있으며 하우징(13)에 구비될 수 있다. 또 다른 실시예는, 하우징(13)과 연결되는 배관(P)의 일부 구간을 석영관(투명관, P1)으로 구성하는 것을 포함하고, 이 경우, 하우징(13)은 배관(P)과 접촉하는 영역을 개방하도록 구성하여 투명창(131)을 구비하지 아니할 수도 있다.
바람직한 실시예는, 배관(P)의 일부 구간을 석영관(P1)으로 구성하고, 하우징(13)은 배관(P)과 접촉하는 영역을 개방하여 투명창(131)을 구비하지 아니하도록 구성함으로써, 발광용 광섬유(111)에서 방출되는 광이 배관(P) 내부에 유동하는 시료수로 입사될 때 광 세기가 변경되는 것을 최소화할 수 있도록 구성하는 것이다.
도 4는 본 발명의 수질분석장치를 상세하게 보여주는 블럭도이다.
도 4를 참고하면, 수질분석장치(20)는 발광부(21), 수광부(22), 분석부(23) 그리고 표시부(24)를 포함할 수 있으며, 수질검사장치(10)로부터 시료수의 투과광을 전달받고 분석하여 수질 오염을 측정할 수 있다. 특히, 본 발명의 수질분석장치(20)는 발광부(21)를 제어하여 일정한 세기의 광을 수질검사장치(10)에 제공하는데 기술적 특징이 있다.
발광부(21)는 주발광 모듈(211), 보조발광 모듈(212) 그리고 스플리터(213)을 포함할 수 있으며, 시료수의 오염 정도를 검출하는데 필요한 광을 생산할 수 있는 광원이다.
본 발명에서, 발광부(21)는 발광 모듈을 복수 개 구비할 수 있는데, 활성상태로 광을 발산하는 발광 모듈을 주발광 모듈(211), 주발광 모듈(211)이 노후하거나 고장 등으로 본래의 기능을 수행하기 어려운 경우 주발광 모듈(211)을 대체하여 발광부(21)의 기능을 수행하기 위해 휴면상태의 발광 모듈을 보조발광 모듈(212)로 정의할 수 있다.
도 4를 참고하면, 발광부(21)는 발광 모듈 두 개를 포함하며 하나는 주발광 모듈(211) 그리고 나머지는 보조발광 모듈(212)로 도시하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 발광부(21)는 복수 개의 발광 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광부(21)가 발광 모듈 4개를 구비하는 경우, 최선순위 발광 모듈이 주발광 모듈(211)이며, 나머지 3개의 발광 모듈은 모두 보조발광 모듈(212)로 정의할 수 있다. 만약, 첫 번째 발광 모듈이 노후 등으로 제 기능을 수행하지 못하여 두번째 발광 모듈로 대체되는 경우, 두 번째 발광 모듈이 주발광 모듈(211)로 변경되어 수질검사장치(10)에 광을 전달하고 세 번째 및 네 번째 발광 모듈은 보조발광 모듈(212)로 휴면상태에 있게 된다.
즉, 본 발명은 발광부(21)가 구성 및 기능이 동일한 복수 개의 발광 모듈을 구비하고 하나의 발광 모듈만 활성상태로 광을 발생하여 수질검사장치(10)에 전달하는 주발광 모듈(211)로서 기능을 수행하고 나머지 발광 모듈은 휴면상태인 보조발광 모듈(212)로 대기모드로 존재할 수 있다. 복수의 보조발광 모듈(212)은 분석부(23)의 제어로 순서대로 활성화되어 주발광 모듈(211)로 대체되어 기능을 수행할 수 있다. 더 자세한 사항은 이하 분석부(23)의 설명에서 부연 설명하며, 이하 주발광 모듈(211)이 구비하는 구성은 보조발광 모듈(212)도 동일하게 구비하는 것으로 전제한다.
주발광 모듈(211)은 발광다이오드(LED, 2111), 그리고 발광 커플러(2112)를 포함할 수 있으며, 활성상태의 발광 모듈로 광을 발생시켜 스플리터(213)로 전달할 수 있다.
발광다이오드(2111)는 각기 다른 파장의 광을 발생시키는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 분석부(23)의 제어로 주파수가 변조되어 발광 되는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)는 순차적으로 점등 또는 점멸됨으로써 측정하고자 하는 수질 항목에 대응하는 파장의 광을 생성하는 기술내용을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 분석부(23)의 제어로 주파수가 변조되어 발광 되는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)가 동시에 점등 또는 점멸됨으로써 넓은 파장 대역을 광을 생성하는 기술내용을 포함할 수 있다.
본 발명은 대장균, 세균과 같은 유해 미생물뿐만 아니라 BOD, COD, PH, 암모니아(NH3), 아질산(NO2), 질산염(NO3), 인(P), 탁도와 같은 다양한 수질오염의 기준이 되는 항목을 검출하기 위해 다양한 파장 대역을 선택적으로 제공할 수 있는 발광다이오드(2111)를 구비할 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따라, 본 발명의 발광다이오드(2111)는 수질오염 측정시 임의의 파장 대역을 커버 하기 위해 파장이 짧은 발광다이오드를 복수 개 구비하되 복수 개의 발광다이오드의 파장 대역을 달리하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 수중에 존재하는 유기물 함량을 측정하여 수질 오염도를 판별하고자 하는 경우, 200nm ~ 400nm 영역에서 농도별로 흡광도가 변화하고, 250nm ~ 300nm 영역에서 농도별 흡광도가 뚜렷하게 관찰되는 것을 전제로, 발광다이오드(2111)는 200nm ~ 400nm 영역 또는 250nm ~ 300nm 영역을 커버 할 수 있도록 단일파장의 광을 발생하는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)를 구비할 수 있다.
다른 예를 들어, 발광다이오드(2111)는 350nm ~ 700nm 영역을 커버 하는 것이 필요한 경우, 395, 410, 450, 470, 495, 530, 560, 600, 625, 650, 675, 700nm 파장을 각각 방출하는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)를 포함하도록 구성할 수 있다. 상기 각 발광다이오드의 반치폭(Full Width of Half Maximum)값이 25 내지 40nm 정도로 가정하면 상기와 같이 12개의 LED를 파장 별로 적용하는 것이 가장 효율적일 수 있다.
발광 커플러(2112)는 다(多) 입력(input) 단일 출력(output)을 제공하는 구성으로 일단은 복수의 입력단을 구비하며 상기 발광다이오드(2111)에 구비된 복수 개의 발광다이오드에 연결되고 타단은 단일 출력단을 구비하여 스플리터(213)에 연결될 수 있다.
즉, 발광 커플러(2112)는 광 커플러(optical coupler)로 구현될 수 있으며 상기 발광다이오드(2111)에 구비된 복수 개의 발광다이오드에서 나오는 광을 하나로 모으는(결합하는) 구성으로, 모아 진 광은 하나의 광섬유(optical fiber)를 통해 스플리터(213)로 전달될 수 있다.
보조발광 모듈(212)은 발광다이오드(LED, 2111), 그리고 발광 커플러(2112)를 포함할 수 있으며, 휴면상태의 발광 모듈이다. 휴면상태의 발광 모듈은 광을 발생시켜 스플리터(213)로 전달하지 아니하나, 분석부(23)의 제어로 활성상태로 전환되는 경우에는 주발광 모듈(211)로 대체되어 주발광 모듈(211)이 수행하는 기능을 동일하게 수행할 수 있다. 정리하면, 본 발명에서 발광부(21)는 복수 개의 발광 모듈을 포함하며, 광을 생성하는 활성상태의 발광 모듈을 주발광 모듈(211), 그 이외 휴면상태의 발광 모듈을 보조발광 모듈(212)로 정의할 수 있다.
스플리터(213)는 단일 입력(input) 다(多) 출력(output)을 제공하는 구성으로 일단은 단일 입력단을 구비하며 발광 커플러(2112)에 연결되고 타단은 다 출력단을 구비하여 발광채널(CHE) 및 자가검진채널(CHBIT)에 연결될 수 있다.
즉, 스플리터(213)는 하나의 광섬유(optical fiber)를 통해 주발광 모듈(211)로부터 전달되는 광을 분리하여 발광채널(CHE) 및 자가검진채널(CHBIT)로 전달한다. 따라서, 본 발명에서, 발광채널(CHE) 및 자가검진채널(CHBIT)을 통해 전달되는 광 세기(광량)는 하나의 광섬유에서 분리되어 진 것으로 동일한 광량인 것으로 가정한다.
한편, 발광부(21)는 복수 개의 발광 모듈을 포함하고 있으므로 스플리터(213)는 복수 개의 발광 모듈에 대응되는 개수의 광섬유와 연결되나 실제 활성상태인 발광 모듈에 연결되는 광섬유에서만 광을 전달받는다. 따라서, 스플리터(213)는 주발광 모듈(211)의 발광 커플러(2112)로부터 전달되는 하나의 광섬유를 분리하여 복수의 채널로 분배하는 것이다.
발광채널(CHE)은 발광용 광섬유(111)와 연결되는 접속단자이며, 발광용 광섬유(111)는 발광채널(CHE)에 연결되어 발광부(21)로부터 전달되는 광을 전달받아 시료수에 광을 발산할 수 있다. 본 발명은 일 실시예로, 수질검사장치(10)를 복수 개 구비할 수 있고, 복수 개의 수질검사장치(10a, 10b,…,10n)와 연결되기 위해 발광채널(CHE)도 복수 개로 구현될 수 있다. 이 경우, 스플리터(213)는 주발광 모듈(211)의 발광 커플러(2112)로부터 전달되는 하나의 광섬유를 분리하여 복수 개의 발광채널(CHE1, CHE2,…, CHEn)과 하나의 자가검진채널(CHBIT)로 분배할 수 있다.
자가검진채널(CHBIT)은 발광부(21)에서 분배되어 수광부(22)로 연결되는 채널로 발광채널(CHE)을 통해 수질검사장치(10)에 전달되는 광 세기가 정상범주에 속하는지 판단하기 위한 검진 값을 얻기 위한 광을 제공하는 채널에 해당한다. 즉, 발광채널(CHE) 및 자가검진채널(CHBIT)은 동일한 광량을 전송하므로 시료를 통과하기 전 발광부(21)의 광 세기를 검진하기 위해 본 발명은 자가검진채널(CHBIT)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
수광부(22)는 수광 커플러(221), 필터모듈(222), 광검출부(223), 그리고 증폭모듈(224)을 포함할 수 있으며, 시료수로부터 얻은 투과광을 전기신호로 변환하여 분석부(23)로 전달할 수 있다.
수광 커플러(221)는 다(多) 입력(input) 단일 출력(output)을 제공하는 구성으로 일단은 복수의 입력단을 구비하며 발광부(21)에서 분배되어 연결되는 자가검진채널(CHBIT) 및 수광채널(CHa)에 연결되고 타단은 단일 출력단을 구비하여 필터모듈(222)에 연결될 수 있다. 수광 커플러(221)는 광 커플러(optical coupler)로 구현될 수 있다.
수광채널(CHa)은 수광용 광섬유(112)와 연결되는 접속단자이며, 수광용 광섬유(112)는 수광채널(CHa)에 연결됨으로써 수광창(112)을 통해 입사되는 광을 수광부(22)로 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 수질검사장치(10)를 복수 개 구비하는 경우, 복수 개의 수질검사장치(10a, 10b,…,10n)와 연결되기 위해 수광채널(CHa)도 복수 개로 구현될 수 있다. 이 경우, 수광 커플러(221)의 일단은 복수 개의 수광채널(CHa1,CHa2,…,CHan)과 하나의 자가검진채널(CHBIT)에 연결될 수 있다.
필터모듈(222)은 시료수로부터 얻은 투과광을 수신하여 광의 파장대역을 필터링하여 잡음을 제거하는 역할을 수행한다. 이는 특정파장의 광만을 통과시킴으로써 유효한 파장의 광만을 효과적으로 분석하도록 하여 분해능 및 분석효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 필터모듈(222)은 필터링 하는 파장대역이 상이한 복수 개의 대역필터(Band-Pass Filter)로 구현되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 분석부(23)의 제어로 주파수가 변조되어 발광 되는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)가 순차적으로 점등 또는 점멸됨으로써 발광부(21)가 측정하고자 하는 수질 항목에 대응하는 파장의 광을 다양하게 생성하는 경우, 필터모듈(222)은 측정하고자 하는 파장 대역만 필터링하도록 필터링 하는 파장대역이 상이한 복수 개의 대역필터를 제어할 수 있다. 복수 개의 대역필터를 제어하는 방법은 대역필터들 각각을 휠 형태로 회전시켜 스위칭하는 방식으로 구동하거나 대역필터들을 선형으로 배열하여 슬라이딩 방식으로 구동하는 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 분석부(23)의 제어로 주파수가 변조되어 발광 되는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)가 동시에 점등 또는 점멸됨으로써 발광부(21)가 넓은 파장 대역을 광을 생성하는 경우에도, 필터모듈(222)은 측정하고자 하는 파장 대역만 필터링하도록 복수 개의 대역필터를 제어할 수 있다.
광검출부(223)는 상기 필터모듈(222)을 통해 필터링된 광을 수신하여 필터링된 광에 대응하는 전기신호를 출력할 수 있다. 광검출부(223)는 포토 다이오드(PD: Photo Diode)와 같은 소자로 구현될 수 있다. 광검출부(223)는 갈륨비소(GaAs) 또는 실리콘(Si) 반도체를 이용한 소자인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 갈륨비소(GaAs) 반도체를 이용한 소자인 것이 효과적이다. 이는 종래의 광검출부에 비해 누설전류가 현저히 낮고 UV에서부터 가시광선영역까지 모든 영역에서 게인(Gain)이 높은 장점이 있다.
본 발명은 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)로 이루어진 발광부(21)와 고감도 광검출부(223)를 조합하여 사용함으로써, 종래에 감도를 높이기 위해 사용된 PMT(Potomultiplier tube)를 사용하지 않고도 측정감도를 현저히 향상시킬 수 있다. 광검출부(223)는 헤테로접합 광트랜지스터(HPT)소자를 포함하며, 입사하는 광자의 개수에 비례하는 전기적 펄스 또는 연속적인 전기신호를 발생시키는 광자 계수기(Photon Counter)를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 종래보다 월등히 낮은 전압에서도 뛰어난 감도를 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 광검출부(223)는 상기 필터모듈(222)에서 필터링된 광을 전기신호로 변환하며, 상기 전기신호는 전압 펄스인 것이 바람직하다. 이는 광을 전압펄스로 변환함으로써, 광 세기를 수치화하기 용이한 장점이 있다.
증폭모듈(224)은 상기 광검출부(223)에서 출력되는 전기신호를 증폭하여 분석부(23)에 전달한다. 시료수로부터 얻은 투과광에 대한 전기신호는 그 세기가 작아 분석부(23)에서 판단하기 어려울 수 있다. 따라서, 증폭모듈(224)은 광검출부(223)에서 출력되는 약한 전기신호를 입력받아 증폭함으로써 큰 전기신호를 분석부(23)에 전달할수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 수질분석장치에서 수행되는 광 검진 및 수질 검진을 수행하는 핵심 구성만을 보여주는 블럭도이다.
분석부(23)는 락인앰프(231) 그리고 MPU(232)를 포함할 수 있으며, 수광부(22)로부터 수신한 전기신호를 분석하여 시료수에 포함된 수질 오염을 측정할 수 있다. 특히, 본 발명의 분석부(23)는 자가검진채널(CHBIT)을 통해 수신되는 광 세기를 검토하여 발광부(21)를 제어하거나 또는, 수광채널(CHa)을 통해 수신되는 광 세기를 검토하여 배관(P)의 석영관(투명관, P1) 세척 여부를 판단하여 일정한 세기의 광이 시료수에 제공되도록 하는데 기술적 특징이 있다.
락인앰프(Lock-In Amp)(231)는 수광부(22)에서 출력되는 신호 중 측정하고자 하는 신호성분 이외의 노이즈를 제거할 수 있다.
락인앰프(231)는 구동되는 발광부(21)에 대응되어 출력신호 주파수가 변경될 수 있도록 구축된다. 본 발명의 일 실시예로, 발광부(21)는 세개의 발광다이오드(2111a, 2111b, 2111c)를 포함하고, MPU(232)의 제어로 주파수가 변조되어 세개의 발광다이오드(2111a, 2111b, 2111c)가 순차적으로 점등과 점멸되는 경우를 상정할 수 있다. 이 경우, 제1 발광다이오드(2111a) 구동시에는 제1 발광다이오드(2111a)의 중심주파수에 대응되는 주파수의 참조신호(Ref)가 출력되고, 제2 발광다이오드(2111b) 구동시에는 제2 발광다이오드(2111b)의 중심주파수에 대응되는 주파수의 참조신호(Ref)가 출력되고, 제3 발광다이오드(2111c) 구동시에는 제3 발광다이오드(2111c)의 중심주파수에 대응되는 주파수의 참조신호(Ref)가 출력되게 락인앰프(231)는 구축될 수 있다.
여기서, MPU(232)는 제1 내지 제3 발광다이오드(2111a, 2111b, 2111c)의 선택 구동 제어시 이에 대응되게 락인앰프(231)에서 출력되는 참조신호(Ref)의 주파수가 구동대상 발광다이오드(2111)의 중심주파수 신호를 출력하게 락인앰프(231)도 함께 제어할 수 있다. 이러한 락인앰프(231)는 수광부(22)에서 출력되는 신호를 참조신호(Ref)와 승산하고 승산 된 신호를 필터링 할 수 있다. 상기와 같은 기능을 수행하기 위해, 락인앰프(231)는 참조신호(Ref)를 생성하는 참조신호(Ref) 발생기(미도시), 수광부(22)에서 출력되는 신호를 참조신호(Ref)와 승산하는 승산기(미도시), 승산 된 신호를 필터링하는 필터(미도시)와 같은 구성을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 측정하고자 하는 신호에 대응되는 참조신호(Ref) 주파수에 대응되는 신호만 로우패스 필터를 통해 출력되게 함으로써 수광부(22)에서 출력되는 초저농도의 흡광량 신호를 검출할 수 있게 된다.
도 4 및 도 5를 참고하면, MPU(232)는 광검진부(2321), 수질검진부(2322), 그리고 데이타베이스(2323)를 포함하며, 수광부(22)로부터 수신한 전기신호를 분석하여 시료수에 포함된 수질 오염을 측정할 수 있다. 특히, 본 발명의 MPU(232)는 자가검진채널(CHBIT)을 통해 수신되는 발광부(21)의 광 세기를 검토하고 발광부(21)를 제어하거나 또는, 수광채널(CHa)을 통해 수신되는 광 세기를 검토하여 배관(P)의 석영관(투명관)의 세척 여부를 판단하여 일정한 세기의 광이 시료수에 제공되도록 하는데 기술적 특징이 있다.
MPU(232)는 중앙처리장치(Micro Processor Unit)의 기능을 수행하는 것으로 연산회로, 제어회로를 포함하여 제어동작을 실행하는 연산장치를 포함하는 개념이나 용어 의미에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 있어 MPU(232)는 발광부(21)에서 생산되는 광 세기를 판단하여 제어하는 기능 및 수광채널(CHa)을 통해 수신되는 전기신호를 분석하여 석영관(투명관)의 세척 여부판단과 시료수에 포함된 수질 오염을 측정할 수 있는 연산처리장치를 포함하는 개념이다.
광검진부(2321)는 자가보정 모듈(2321a) 그리고 광교체 모듈(2321b)을 포함할 수 있으며, 자가검진채널(CHBIT)을 통해 수신되는 발광부(21)의 광 세기를 기초로 자가보정 또는 광교체 여부를 판단하여 발광부(21)를 제어할 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 발명에서 광 세기를 채널에 따라 구별할 수 있다. 우선 앞서 설명한 대로, 발광부(21)는 스플리터(213)를 통해 동일한 광을 분배하여 발광채널(CHE) 및 자가검진채널(CHBIT)을 통해 방출하므로, 발광채널(CHE) 및 자가검진채널(CHBIT)을 통해 방출되는 광 세기를 제1 광(A)으로 정의할 수 있다. 다음으로, 수광부(22)는 수광채널(CHa)을 통해 시료수로부터 얻은 투과광을 수광하는데 투과광 세기를 제2 광(B)이라고 정의할 수 있다. 따라서, 수광부(22)는 수광 커플러(221)를 통해 자가검진채널(CHBIT)로부터 제1 광(A) 및 수광채널(CHa)로부터 제2 광(B)을 입력받아 분석부(23)에 전달할 수 있다. 또한, 데이타베이스(2323)에는 발광부(21)의 발광다이오드(LED, 2111) 자체의 광 세기를 저장하며 이를 초기광(C)으로 정의할 수 있다.
본 발명은 발광부(21)의 발광다이오드(2111)가 방출하는 제1 광(A)과 데이타베이스(2323)에 저장된 초기광(C)은 같음을 전제로 한다. 보다 상세하게 설명하면, 광검진부(2321)는 발광다이오드(2111)가 발광부(21)에 최초 장착시 광 세기인 제1 광(A)을 데이타베이스(2323)에 초기광(C)으로 저장하는 것이다. 한편, 발광다이오드(2111)가 발광부(21)에 장착된 이후 동작하는 과정에서 오동작, 고장 또는 노후 등을 원인으로 광 세기가 낮아질 수 있으며, 이 경우 발광다이오드(2111)가 방출하는 제1 광(A)은 데이타베이스(2323)에 저장된 초기광(C)과 달라질 수 있다.
광검진부(2321)는 자가검진채널(CHBIT)의 제1 광(A)을 수광부(22)로부터 전달받아 데이타베이스(2323)에 저장된 초기광(C)을 비교하여 그 비교값을 산출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 광검진부(2321)는 비교값을 백분율(percentage)로 산출할 수 있으며, 또는 단순한 산술적인 광 세기의 비교값 등 다양한 비교 결과 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 초기광(C)이 100Lux인 경우 제1 광(A)이 80Lux로 산출되면 비교값을 -20%로 산출할 수 있으며, 제1 광(A)이 40Lux이면 비교값을 -60%로 산출할 수 있다.
본 발명은 광검진부(2321)가 산출하는 비교값에 대하여 비교기준이 되는 제1 기준값 및 제2 기준값에 대한 정보를 데이타베이스(2323)에 저장할 수 있다. 여기서, 제1 기준값은 -20%, 제2 기준값은 -50%로 예시할 수 있는데, 제1 기준값은 비교값이 존재하나 자기보정으로 발광부(21)를 보정할 수 있는 기준이며, 제2 기준값은 자기보정으로 보정이 불가하여 발광 모듈을 교체해야 하는 기준을 의미하는 것으로 정의할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 수질분석장치에서 수행되는 광 검진시 제어영역을 판단하는 기준표시도면이다.
도 6을 참고하면, 본 발명은 일 실시예에 따라, 정상영역, 자기보정영역, 교체영역으로 세분화할 수 있다. 정상영역은 비교값이 제1 기준값(ex, -20%)의 절대값(20%)보다 작은 경우로 제1 광(A)이 초기광(C)과의 차이가 미비하여 정상상태로 볼 수 있는 상태를 의미한다. 자기보정영역은 비교값이 제1 기준값(ex, -20%)의 절대값(20%)보다 크나 제2 기준값(ex, -50%)의 절대값(50%)보다 작은 경우로 제1 광(A)이 초기광(C)과 차이가 있으나 발광부(21)에 제어신호로 제1 광(A)의 세기를 증가시키는 보정을 수행하는 경우, 증가 된 제1 광(A)에 대한 비교값이 정상영역으로 옮겨갈 수 있는 상태를 의미한다. 교체영역은 비교값이 제2 기준값(ex, -50%)의 절대값(50%)보다 커서 자기보정으로 보정이 불가능한 상태를 의미한다.
자가보정 모듈(2321a)은 제1 광(A)과 초기광(C)의 비교값이 자기보정영역에 해당하는 경우 자가보정 제어신호를 생성하여 발광다이오드(2111)의 광 세기를 정상상태로 보정 할 수 있다. 발광다이오드(2111)의 정상상태는 광 세기 즉, 제1 광(A)이 초기광(C)과 동일하거나 차이가 있더라도 미비하여 그 차이값이 정상영역에 속하는 것을 의미한다.
여기서, 자가보정 제어신호는 발광다이오드(2111)에 입력되는 전력(또는 전류 세기)을 증가시켜 발광다이오드(2111)에서 방출되는 광 세기를 증가시키는 제어신호이다. 뿐만 아니라, 본 발명의 자가보정 제어신호는 발광다이오드(2111)의 광 세기를 정상상태로 보정 하는 다양한 형태의 제어신호를 포함할 수 있다.
광교체 모듈(2321b)은 제1 광(A)과 초기광(C)의 비교값이 교체영역에 해당하는 경우 발광 모듈 교체신호를 생성하여 발광부(21)에 전달한다. 여기서, 발광부(21)가 발광 모듈 교체신호를 전달받으면 휴면상태의 보조발광 모듈(212)은 활성상태로 전환되고 교체 전 주발광 모듈(211)이 수행하는 기능을 동일하게 수행할 수 있다.
즉, 광교체 모듈(2321b)의 제어로 발광 모듈이 교체되면, 교체 전 활성상태의 발광 모듈은 휴면상태로 변경되고, 교체 전 휴면상태의 발광 모듈이 활성상태로 변경되어 주발광 모듈(211)이 된다. 그리고 스플리터(213)는 교체 후 활성상태인 발광 모듈에 연결되는 광섬유에서만 광을 전달받아 발광채널(CHE) 및 자가검진채널(CHBIT)로 분배하게 된다.
수질검진부(2322)는 세척판단 모듈(2322a), 그리고 수질측정 모듈(2322b)를 포함할 수 있으며, 수광채널(CHa)로부터 수신되는 광 세기(전기신호)를 기초로 세척여부 판단 또는 수질오염 측정을 할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이, 수광부(22)는 수광 커플러(221)를 통해 자가검진채널(CHBIT)로부터 제1 광(A) 및 수광채널(CHa)로부터 제2 광(B)을 입력받아 수신한 광을 전기신호로 변환하여 분석부(23)에 전달할 수 있다.
수질검진부(2322)는 자가검진채널(CHBIT)의 제1 광(A)을 수광채널(CHa)의 제2 광(B)과 비교하여 수질 비교값을 산출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 수질검진부(2322)는 수질 비교값을 백분율(percentage)로 산출할 수 있으며, 또는 단순한 산술적인 광 세기의 비교값 등 다양한 비교 결과 형태를 포함할 수 있다. 또한, 수질 비교값은 제1 광(A) 및 제2 광(B)의 광 세기에 대응하는 전기신호에 대한 비교값을 의미한다.
본 발명은 수질검진부(2322)가 산출하는 수질 비교값에 대하여 비교기준이 되는 수질 기준값에 대한 정보를 데이타베이스(2323)에 저장할 수 있다. 여기서, 수질 기준값은 -70% 또는 -50% 등으로 사용자 설정으로 정해질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 수질분석장치에서 수행되는 수질 검진시 제어영역을 판단하는 기준표시도면이다.
도 7을 참고하면, 본 발명은 일 실시예에 따라, 수질 검진시 제어영역은 세척영역 및 수질검진영역으로 구분할 수 있다. 세척영역은 비교값이 수질 기준값(ex, -70%)의 절대값(70%)보다 큰 경우로 제1 광(A)이 제2 광(B)과의 차이가 매우 커서 흡광도 계산시 도출되기 어려울 정도의 차이를 보이는 상태를 의미한다. 수질검진영역은 제1 광(A)이 제2 광(B)을 비교하여 수질 오염 정도를 검진하는 영역이다. 본 발명은 세척영역에 해당하는지 판단한 이후 수질검진을 수행하는 것을 기술적 특징으로 한다.
예를 들어, 시료수가 해수인 경우, 시료수에는 다양한 유기물 및 이물질 들이 포함되어 있고, 이러한 시료수가 계속해서 배관(P) 내부를 유동하는 경우 배관(P) 내부에 이물질이 쌓이게 되고 특히, 본 발명에서 광이 투광되는 석영관(P1)이나 투명창(131) 부분에도 이물질이 쌓일 수 있게 된다. 이 경우, 석영관(P1)이나 투명창(131)에 쌓인 이물질에 의해 광 세기가 약해지고 이는 시료수 내부의 유기물에 의한 흡광량을 측정하는데 매우 큰 변수로 작용하여 수질 검진의 정밀도를 떨어뜨리는 문제를 야기할 수 있다.
세척판단 모듈(2322a)는 제1 광(A) 및 제2 광(B)의 수질 비교값이 세척영역에 해당하는 경우 세척제어신호를 생성할 수 있다. 세척제어신호가 생성되면 표시부(24)는 세척상태정보를 알리는 표시를 제시할 수 있다.
세척판단 모듈(2322a)는 제1 광(A) 및 제2 광(B)의 수질 비교값이 수질검진영역에 해당하는 경우 수질검진측정 정보를 생성할 수 있다. 또한, 세척판단 모듈(2322a)는 생성한 수질검진측정 정보를 수질측정 모듈(2322b)에 전달할 수 있다. 수질검진측정 정보는 석영관(P1)이나 투명창(131)에 이물질 등으로 인한 문제가 없으므로 정상적인 수질 검진 수행이 가능하다는 정보를 포함한다.
수질측정 모듈(2322b)은 제1 광(A) 및 제2 광(B)의 수질 비교값에 기초하여 수질오염 측정을 할 수 있다. 또한, 수질측정 모듈(2322b)은 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)가 순차적으로 점등 또는 점멸됨으로써 측정하고자 하는 수질 항목에 대응하는 파장의 광이 선택적으로 생성되도록 발광부(21)를 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다. 특히, 본 발명에서 수질측정 모듈(2322b)은 세척판단 모듈(2322a)로부터 수질검진측정 정보를 전달받는 경우에 한해 발광부(21)를 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 수질측정 모듈(2322b)은 발광부(21) 제어에 대응하여 측정하고자 하는 파장 대역만 필터링하도록 수광부(22)의 필터모듈(222)을 제어할 수 있다. 앞서 설명한대로, 수질측정 모듈(2322b)은 대역필터들 각각을 휠 형태로 회전시켜 스위칭하는 방식으로 구동하거나 대역필터들을 선형으로 배열하여 슬라이딩 방식으로 구동하도록 수광부(22)를 제어할 수 있다.
이와 같이, 수질측정 모듈(2322b)은 각기 다른 파장의 광을 발생시키는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)를 선택적으로 제어하거나 전체를 동시에 제어함으로서 발광부(21)가 방출할 수 있는 파장 대역의 영역을 자유롭게 조절할 수 있다. 또한, 수질측정 모듈(2322b)은 다른 영역의 파장대역을 통과시키는 복수 개의 대역필터들을 선택적으로 선택적으로 제어하거나 전체를 동시에 제어함으로서 수광부(22)가 통과시키는 파장 대역의 영역을 자유롭게 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명은 각기 다른 파장의 광을 발생시키는 복수 개의 발광다이오드(2111a, 2111b,…,2111n)를 구비하는 발광부(21), 다른 영역의 파장대역을 통과시키는 복수 개의 대역필터들을 구비하는 수광부(22), 그리고 상기 발광부(21)와 수광부(22)를 통합제어하는 수질측정 모듈(2322b)을 포함하는 분석부(23)를 개시하여 대장균, 세균과 같은 유해 미생물뿐만 아니라 BOD, COD, PH, 암모니아(NH3), 아질산(NO2), 질산염(NO3), 인(P), 탁도와 같은 다양한 수질오염의 기준이 되는 다양한 항목을 동시 검출하는데 용이할 뿐만 아니라 필요한 항목을 선택적으로 검출할 수 있는데 기술적 특징이 있다.
데이타베이스(2323)는 수질분석장치(20)에 운영에 필요한 각종 데이터를 저장할 수 있다. 특히, 데이타베이스(2323)는 제1 기준값, 제2 기준값, 초기광(C), 그리고 수질 기준값에 대한 정보를 저장하는 것을 기술적 특징으로 한다.
표시부(24)는 분석부(23)의 분석결과를 표시하는 디스플레이장치로 수질분석장치(20)의 외관에 구비될 수 있다. 표시부(24)는 수질분석 표시창(미도시) 및 자가검진 표시창(미도시)를 구별하여 표시할 수 있다.
수질분석 표시창은 수질검진부(2322)에서 수행되는 수질 검진 상태를 표시할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 복수 개의 수질검사장치(10a, 10b,…,10n)와 연결될 수 있도록 복수 개의 발광채널(CHE1, CHE2,…, CHEn) 및 복수 개의 수광채널(CHa1,CHa2,…,CHan)이 수질분석장치(20)에 구비되는 경우, 표시부(24)는 각 채널에 대응되는 복수 개의 수질분석 표시창을 포함할 수 있다.
자가검진 표시창(미도시)은 광검진부(2321)에서 수행되는 광 검진 상태를 표시할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다.
10: 수질검사장치 11: 광섬유
12: 집광부 13: 하우징
20: 수질분석장치 21: 발광부
22: 수광부 23: 분석부
24: 표시부

Claims (13)

  1. 시료수에 광을 제공하고 시료수가 응답하여 방출한 광을 수용하는 수질검사장치와; 시료수의 오염 정도를 검출하는데 필요한 광을 생산하는 발광부와, 시료수가 응답하여 방출한 광을 전기신호로 변환하는 수광부와, 상기 수광부로부터 수신한 전기신호를 분석하여 시료수에 포함된 수질 오염을 측정하는 분석부를 가지는 수질분석장치;를 포함하고,
    상기 발광부는, 광을 발생시키는 발광다이오드와, 일단은 상기 발광다이오드에 연결되고 타단은 단일 출력단을 구비하는 발광 커플러를 포함하는 발광모듈과; 상기 발광 커플러의 단일 출력단에 연결되어 전달받은 광을 분리하여 발광채널 및 자가검진채널로 전달하는 스플리터를; 포함하며, 상기 발광 커플러가 상기 스플리터와 하나의 광섬유로 연결되고,
    상기 발광모듈은 복수 개로 구성되어 활성상태로 광을 발산하는 주발광 모듈과, 휴면상태로 대기모드로 존재하는 보조발광 모듈로 구분되고,
    상기 보조발광 모듈은 상기 주발광 모듈과 구성이 동일하여 상기 분석부의 제어로 활성화되면 주발광 모듈을 대체할 수 있는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광부는, 상기 발광채널 및 자가검진채널을 통해 전달되는 광 세기가 동일한 광량인 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자가검진채널은
    상기 발광부에서 분배되어 수광부로 연결되는 채널로 상기 발광채널을 통해 상기 수질검사장치에 전달되는 광 세기가 정상범주에 속하는지 판단하기 위한 검진 광을 제공하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광 모듈은, 각기 다른 파장의 광을 발생시키는 복수 개의 발광다이오드;를 포함하고,
    상기 복수 개의 발광다이오드는 점등 또는 점멸됨으로써 측정하고자 하는 수질 항목에 대응하는 파장의 광을 생성하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 수광부는, 시료수가 응답하여 방출한 광을 수신하여 광의 파장대역을 필터링하여 잡음을 제거하는 필터모듈; 및
    일단은 자가검진채널 및 수광채널과 연결되는 복수의 입력단을 구비하고 타단은 필터모듈에 연결되는 단일 출력단을 구비하는 수광 커플러;를 포함하며
    상기 필터모듈은 필터링 하는 파장대역이 상이한 복수 개의 대역필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수광부는
    상기 필터모듈을 통해 필터링된 광을 수신하여 필터링된 광에 대응하는 전기신호를 출력하는 광검출부; 및
    상기 광검출부에서 출력되는 전기신호를 증폭하는 증폭모듈;
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분석부는
    상기 수광부에서 출력되는 신호를 참조신호와 승산하고 승산결과신호를 필터를 통해 출력하여 측정하고자 하는 신호성분 이외의 노이즈를 제거하는 락인앰프;를 포함하고
    상기 락인앰프는 구동되는 발광부에 대응되어 출력신호 주파수가 변경되도록 구축되는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 분석부는
    자가검진채널의 제1 광을 수광채널의 제2 광과 비교하여 수질 비교값을 산출하는 수질검진부;를 추가로 포함하고
    상기 수질검진부는 수질 비교값이 세척영역에 해당하는 경우 세척제어신호를 생성하고 수질검진영역에 해당하는 경우 수질검진측정 정보를 생성하는 세척판단 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수질검진부는
    제1 광 및 제2 광의 수질 비교값에 기초하여 수질오염 측정하는 수질측정 모듈;을 추가로 포함하고
    상기 수질측정 모듈은 상기 세척판단 모듈로부터 수질검진측정 정보를 전달받는 경우에 한해 수질측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분석부는
    자가검진채널을 통해 수신되는 광 세기를 기초로 상기 발광부를 제어하는 광검진부;를 추가로 포함하고
    상기 광검진부는 자가검진채널의 제1 광을 상기 수광부로부터 전달받아 데이타베이스에 저장된 초기광과 비교하여 비교값을 산출하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광검진부는
    제1 광과 초기광의 비교값이 자기보정영역에 해당하는 경우 자가보정 제어신호를 생성하여 상기 발광다이오드의 광 세기를 정상상태로 보정하는 자가보정 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 모니터링 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광검진부는
    제1 광과 초기광의 비교값이 교체영역에 해당하는 경우 발광 모듈 교체신호를 생성하여 발광부에 전달하는 광교체 모듈;을 추가로 포함하고,
    상기 발광부는 상기 광교체 모듈로부터 발광 모듈 교체신호를 전달받으면 휴면상태의 보조발광 모듈을 활성상태로 전환 시켜 교체 전 주발광 모듈이 수행하던 기능을 대체하여 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수질검사장치를 구비하는 수질 모니터링 시스템.





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