KR101759900B1 - Rfid 융합 전지형 tti - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RFID 융합 전지형 TTI에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RFID, 식품의 포장에 부착되어 식품의 보관 상태를 전기신호로 출력하며, 이 전기신호를 RFID의 동작전원으로 공급하는 전지형 TTI를 포함하고, 전지형 TT에서 출력되는 전기신호는 전압으로 동반 식품의 품질 변화 속도에 해당되며, 품질은 시간-전압의 적산(적분) 값에 의하여 산출되고, 적산 알고리즘은 매시간 측정되는 전압을 계속 더하여 적산된 값을 식품의 품질 변수로 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

RFID 융합 전지형 TTI{RFID Convergence Electrochemically TTI}
본 발명은 RFID 융합 전지형 TTI에 관한 것으로, 더욱 상세하세는 RFID와 전기적으로 연결되고, 식품의 포장 외측에 부착되어 포장내 식품의 보관 상태(시간경과에 따른 온도 경험)를 전기신호로 출력하며, 이 전기신호를 RFID의 동작전원으로 공급할 수 있도록 된 RFID 융합 전지형 TTI에 관한 것이다.
최근들어 식품의 다양화, 고급화 및 간편화의 영향으로 안전하고 편리한 식품 공급 체계에 대한 관심이 높아지고 있다. 기존의 양적인 소비 패턴보다 품질 및 안전성을 인식하며 고품질의 식품을 선호하는 경향이 대두되고 있다.
또한, 식품의 품질에 대한 욕구가 높아짐에 따라 과학적인 품질 변화 예측의 필요성이 요구되고 있으며, 이에 대한 경쟁력을 강화하기 위해서는 식품 유통 중의 품질 변화를 최소화하여야 한다.
이를 위해 최근에는 경제적인 비용으로 품질 변화의 예측을 위한 연구로 어패류, 과일 및 채소, 육류, 유제품 등 다양한 식품의 유통에 TTI의 적용이 보고된 바 있다.
TTI(time temperature integrator)는 저장 및 운반 중 식품이 경험한 시간과 온도에 대한 이력을 정량적으로 나타내는 일종의 센서를 말하는 것으로, 일반적인 TTI는 시간과 온도 이력에 의한 색의 변화를 통하여 동반된 식품의 품질을 예측하는데 사용된다.
TTI는 변화되기 쉬운 식품의 시간과 온도 이력을 용이하게 모니터링할 수 있도록 하고 저렴한 비용으로 모니터링을 수행할 수 있으나, 단순하게 색 변화로 반응을 나타내는데 그 기능이 제한되어 있기 때문에, IT 기반 유통 시스템의 구성으로 적합하지 않은 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2011-0139641(공개일자 2011년12월29일)
본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, RFID와 전기적으로 연결되고, 식품의 포장 외측에 부착되어 포장내 식품의 보관 상태(시간경과에 따른 온도 경험)를 전기신호로 출력하며, 이 전기신호를 RFID의 동작전원으로 공급함으로써, IT 기반 유통 시스템에서 식품의 보관 상태를 검출하는 센서로 사용할 수 있도록 된 RFID 융합 전지형 TTI를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RFID 융합 전지형 TTI는 RFID, 식품의 포장에 부착되어 식품의 보관 상태를 전기신호로 출력하며, 이 전기신호를 RFID의 동작전원으로 공급하는 전지형 TTI를 포함한다.
본 발명의 전지형 TTI에서 출력되는 전기신호는 전압으로 동반 식품의 품질 변화 속도에 해당하며, 품질은 시간-전압의 적산(적분) 값에 의하여 산출되고, 적산 알고리즘은 매시간 측정되는 전압을 계속 더하여 적산된 값을 식품의 품질 변수로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지형 TTI와 전기적으로 연결된 RFID는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 연산부와 표시부가 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연산부와 표시부에는 RFID와 유선 또는 무선 네트워크로 연결되어 상호간에 필요한 정보를 송수신할 수 있도록 유무선 통신모듈이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지형 TTI는 TTI 라벨을 프레임(frame)으로 효소가 채워지는 공간에 전기신호를 출력하는 음극과 양극이 삽입되고, 다른 공간에 기질이 채워지며 두 공간 사이에는 격막이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 음극과 양극 사이에 콘텐서를 병렬로 연결하여 RFID의 지속적인 전압 측정과 연산부(40)의 연산 기능 부하를 최소화하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에서 추구하는 기술적 문제 해결은 TTI의 기능을 향상시키기 위하여 RFID와 용합될 수 있는 전지형 TTI를 제공함으로써, IT 기반 유통 시스템에서 식품의 보관 상태를 검출하는 센서로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 RFID 융합 전지형 TTI가 적용된 IT 기반 유통 시스템의 구성을 계략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전지형 TTI의 구성도이다.
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 전지형 TTI의 전면과 후면을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전지형 TTI에 콘텐서가 연결된 상태를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RFID 융합 전지형 TTI의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전지형 TTI의 구성도이며, 도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 전지형 TTI의 전면과 후면을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전지형 TTI에 콘텐서가 연결된 상태를 나타낸 예시도이다.
우선, 본 발명에 적용되는 TTI(Time Temperature Integrator)는 저장 및 유통 중 식품이 경험한 온도 이력과 시간 이력을 정량적으로 나타내는 센서를 의미하는 것으로, 일반적인 TTI는 시간 이력과 온도 이력에 의하여 색이 변화하여 간접적으로 동반된 식품의 품질을 예측하는데 사용된다. 여기서, TTI의 색 변화는 센서 구성물의 화학적, 물리적, 생물학적 반응에 기초를 두고 있다.
본 발명에 따른 RFID(Radio Frequency Identification) 융합 전지형 TTI(10)는 효소형 TTI를 이용한다. 참고로, 효소형 TTI는 기질로 사용된 지질의 가수분해에 의해 pH의 강하가 생기고 이 변화에 의해 색이 변화된다. 효소형 TTI는 두 개의 구획으로 나눌 수 있는데, 하나의 구획에는 지질분해효소 유화액이 들어있고, 나머지 하나의 구획에는 pH 지시계와 지질 유화액이 함유되어 있다.
사용 목적에 따라 다양한 효소 기질이 사용될 수 있으며, TTI의 활성화는 두 구획을 나누고 있는 막의 인위적인 파괴에 의하여 반응이 시작된다. 기질의 가수분해는 pH 저하를 일으키고 지시계의 색깔을 변화시키거나, 기질의 반응이 직접 지시계의 색깔을 변화시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RFID 융합 전지형 TTI(10)는 예를 들어 식품의 유통 기한 정보를 제공하는 IT 기반 유통 시스템(100)에 적용되는 무선센서로서, 전지형 TTI(20)와 RFID(30)로 구성된다.
전지형 TTI(20)와 전기적으로 연결된 RFID(30)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 연산부(40)와 표시부(50)가 연결된다. 여기서, 연산부(40)와 표시부(50)에는 RFID(30)와 유선 또는 무선 네트워크로 연결되어 상호간에 필요한 정보를 송수신할 수 있도록 유무선 통신모듈이 구비된다.
전지형 TTI(20)는 TTI 라벨을 프레임(frame)으로 하여 음극(22)과 양극(24)이 삽입되는 공간이 마련되고, 음극(22)과 양극(24) 사이에는 콘텐서(26)가 병렬로 연결 구성된다.
TTI 라벨은 두 공간으로 구성되는데 한 쪽에는 효소, 다른 쪽에는 기질이 채워지며 사용시 두 공간 사이의 격막을 손으로 눌러 파괴하여 두 물질이 섞이게 되어 반응이 시작되는 것으로, 효소에 할당된 공간에 양 전극(22, 24)이 삽입되고, 다른 한 공간에 기질을 넣어 TTI 라벨 필름을 봉합하여 제조한다. 단, 양 전극(22, 24)이 삽입되는 공간은 완충용액으로 채워진다.
전지형 TTI(20)의 양 전극(22, 24)은 각각 폴리카모네이트(PC : Polycarbonate)를 기판으로 사용하여 그 위에 스크린프린팅 방법으로 전선에 해당하는 메탈 라인(metal line)을 실버 페이스트(silver paste)로 프린팅한 후 카본 페이스트(carbon paste)를 프린팅한다.
이때, 실버 라인(silver line)과 카본(carbon) 전극은 끝이 접촉하게 하여 전기 전도성을 유지한다. 전극을 프린팅한 후 마무리 작업으로 실버 라인(silver line)이 용액에 닿지 않도록 엑폭시(expoxy)로 패시베이션(passivation)하여 완성한다.
이와 같이, 구성된 전지형 TTI(20)는 양 전극(22, 24)을 통해 전압이 출력되며, 이 출력 전압은 해당 식품의 품질 변화 속도에 해당되고, 품질은 시간-전압의 적산(적분) 값에 의해 정의된다.
연산부(40)에서 수행되는 적산 알고리즘은 매시간 측정되는 전압을 계속 더하여 적산된 값을 식품의 품질 변수로 사용한다. 이 방법은 단순하지만 RFID(30)가 계속하여 전지형 TTI(20)의 전압을 측정해야하는 로드(load)가 예상된다.
RFID(30)의 지속적인 전압 측정과 연산부(40)의 연산 기능을 수행하는 부담을 최소화하기 위하여 하드웨어적으로 전지형 TTI(20)으로부터 출력되는 전압에 적산을 수행한다. 즉, 두 전극(22, 24)에 콘텐서(26)을 병렬로 설치하여 전지형 TTI(20)에서 생성되는 전하가 적산된다. 따라서 콘덴서(26)의 충전량이 식품의 품질 변수값에 해당되며, 콘덴서(26)의 충전량은 전압으로 산출된다.
여기서, 전지형 TTI(20)의 반응변수인 전압은 반응으로부터 생성 전류가 반영된 결과로서 전류(the rate of one coulomb per second)는 시간당 생성되는 전자의 양이므로 반응속도에 해당한다.
Figure 112016004656440-pat00001
여기서, V는 전지형 TTI(20)의 출력전압, X는 효소반응물의 농도이다.
식품품질 변화를 대변하는 변수는 효소반응물의 농도이므로 수학식 1을 적분하면 다음과 같다.
Figure 112016004656440-pat00002
먼저, 전지형 TTI(20)와 식품을 등온저장 실험하여 상관 관계식(f)를 얻은 후 식품 예측에 사용된다.
Figure 112016004656440-pat00003
즉, 식품품질의 예측은 저장 실험 중 전지형 TTI(20)의 X를 f에 대입하면 그 때의 식품품질변수인 Y가 산출된다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예 1. TTI의 온도의존성 조절
전지형 TTI(20)의 식품품질 예측 성능은 동반 식품과의 온도의존성의 유사성에 근거한다. 따라서 0~60mM의 sodium azide를 첨가하여 전지형 TTI(20) 출력 전압의 온도의존성을 조절하였다.
전압 측정은 Potentiometer(recorder type, EYELA, Japan)을 전지형 TTI(20)의 양극(22, 24)에 연결하여 시간에 따른 전압 변화를 기록하였다.
Potentiometer의 전압 범위 옵션을 초기에는 0-100 mV로 설정하였으며, 시간이 지남에 따라 전압이 낮아지면 0-50 mV, 또 연이어서 0-10 mV로 단계적으로 전환하여 측정의 정밀도를 높였다.
온도의존성을 측정하기 위하여 전지형 TTI(20)를 water bath에 담구어 5, 15, 25℃의 등온조건에서 보관하면서 시간에 따라 전압을 측정하였다. Sodium azide의 첨가량을 달리하였을 때 온도의존성을 비교하였다.
Figure 112016004656440-pat00004
여기서, V는 전압, Vo는 아레니우스 상수, Ea는 아레니우스 활성화 에너지, R은 이상기체상수, T는 온도이다.
실험예 2.
전지형 TTI(20)와 우유를 시간-온도가 dynamic하게 조절된 항온기에 넣고 시간에 따른 전지형 TTI(20)의 전압과 우유의 품질을 측정하였다.
우유의 품질 지표는 실험예 2에서 사용된 전지형 TTI(20)의 Ea값과 가장 유사한 Ea을 가지는 일반세균수(AMB) 선택하여 측정하였다. 아래 표 1과 표 2 참고.
Figure 112016004656440-pat00005
Figure 112016004656440-pat00006
전지형 TTI(20)의 전압으로부터 수학식2와 수학식3으로부터 예측된 우유의 품질 변화 값과 실제 측정된 값과 비교 분석하였다.
각 시간-온도 이력 하에서 전지형 TTI(20)의 전압과 우유의 품질의 측정은 3회 반복하여 평균값과 표준편차로 제시하였다.
전지형 TTI(20)의 출력 전압은 산화환원 반응에 관여하는 효소, 기질, mediator의 양에 따라 결정된다. 여기서 효소는 고정화된 양을 의미한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 RFID 융합 전지형 TTI는 RFID와 전기적으로 연결되고, 식품의 포장 외측에 부착되어 포장내 식품의 보관 상태(시간경과에 따른 온도 경험)를 전기신호로 출력하며, 이 전기신호를 RFID의 동작전원으로 공급함으로써, IT 기반 유통 시스템에서 식품의 보관 상태를 검출하는 센서로 사용할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : IT 기반 유통 시스템 10 : RFID 융합 전지형 TTI
20 : 전지형 TTI 22 : 음극
24 : 양극 26 : 콘텐서
30 : RFID 40 : 연산부
50 : 표시부

Claims (6)

  1. RFID; 및
    식품의 포장에 부착되어 식품의 보관 상태를 전기신호로 출력하며, 이 전기신호를 상기 RFID의 동작전원으로 공급하는 전지형 TTI;
    를 포함하며,
    상기 전지형 TTI는,
    상기 전기 신호를 출력하는 음극과 양극이 삽입되고, 효소가 채워지는 공간인 제1 공간; 및
    격막을 통해 상기 제1 공간과 구분되고, 기질이 채워지는 공간인 제2 공간;
    으로 이루어지는 RFID 융합 전지형 시간-온도이력 지시계(TTI, Time-Temperature Integrator).
  2. 제 1 항에 있어서,
    전지형 TTI에서 출력되는 전기신호는 전압으로 동반 식품의 품질 변화 속도에 해당하며, 품질은 시간-전압의 적산(적분) 값에 의하여 산출되고, 적산 알고리즘은 매시간 측정되는 전압을 계속 더하여 적산된 값을 식품의 품질 변수로 사용하는 것을 특징으로 하는 RFID 융합 전지형 시간-온도이력 지시계(TTI, Time-Temperature Integrator).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전지형 TTI와 전기적으로 연결된 RFID는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 연산부와 표시부가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 RFID 융합 전지형 시간-온도이력 지시계(TTI, Time-Temperature Integrator).
  4. 제 3 항에 있어서,
    연산부와 표시부에는 RFID와 유선 또는 무선 네트워크로 연결되어 상호간에 필요한 정보를 송수신할 수 있도록 유무선 통신모듈이 구비된 것을 특징으로 하는 RFID 융합 전지형 시간-온도이력 지시계(TTI, Time-Temperature Integrator).
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    음극과 양극 사이에 콘텐서를 병렬로 연결하여 RFID의 지속적인 전압 측정과 연산부(40)의 연산 기능 부하를 최소화하는 것을 특징으로 하는 RFID 융합 전지형 시간-온도이력 지시계(TTI, Time-Temperature Integrator).
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