KR102079609B1 - 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치 - Google Patents

휴대기기 영상 기반 점도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치에 있어서, 일면에 카메라와 조명을 구비하며 상기 카메라에 의해 촬영된 영상처리가 가능한 휴대기기가 안착되는 휴대기기안착부와, 상기 휴대기기안착부에 상기 휴대기기를 고정시키는 휴대기기고정부를 포함하는 휴대기기하우징과; 상기 휴대기기안착부의 하부에 배치되며 점도측정 샘플을 주입하기 위한 제1주입부와, 상기 샘플과 혼합되지 않으며 점도를 알고 있는 유체를 주입하기 위한 제2주입부와, 상기 제1주입부 및 상기 제2주입부와 연결되어 상기 샘플 및 상기 유체가 유입되는 채널부를 포함하는 유로부와; 상기 유로부의 하부에 배치되어 상기 조명으로부터의 빛을 상기 유로부로 반사하는 반사부와; 상기 채널부에 주입되는 상기 샘플 및 상기 유체의 점도 차이에 의해 형성되는 상기 샘플 및 상기 유체의 단면적을 촬영하며, 촬영된 영상에 기초하여 상기 유로부에 흐르는 상기 샘플의 점도를 측정하는 점도측정부를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 휴대기기를 거치할 수 있는 휴대기기 하우징을 포함하며, 휴대기기를 통해 영상을 촬영하기 때문에 유체의 점도를 간편하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 점도 측정장치의 소형화가 가능한 효과가 있다.

Description

휴대기기 영상 기반 점도 측정장치 {A measurement device based on images acquired by mobile device}
본 발명은 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대기기를 거치할 수 있는 휴대기기 하우징을 포함하며, 휴대기기를 통해 영상을 촬영하기 때문에 유체의 점도를 간편하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 장치의 소형화가 가능한 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치에 관한 것이다.
유변학적 특성이란 유체를 점탄성 물질(viscoelastic material)로 볼 때의 특성이고, 유체의 유동(flow)과 변형(deformation)에 의해 나타나는 특성이다. 이러한 유체의 특성을 다룬 학문을 유변학이라 하며, 유체의 유변학적 특성 중 하나인 점도 측정을 통해 유체의 다양한 특성들을 파악할 수 있다. 특히, 산업현장에서 다양한 유체를 사용하기 때문에 주어진 온도에서 전단 변형률에 무관하게 일정한 값을 나타내는 뉴턴유체의 점도 외에도 전단 변형률의 변화에 따라 유체의 점도가 변하는 비뉴턴유체의 점도를 측정하는 점도계 개발이 중요하다. 이러한 점도를 측정하기 위한 여러 점도계가 다음과 같이 이용되고 있다.
첫째, U자형 2중 수직관/단일 모세관 점도계를 이용하는 방법이 있다. 이 방법은 두 개의 수직 모세관 사이에 담긴 유체에 높이차를 주어 중력에 의해 줄어드는 높이차로 점도를 측정하는 방법으로, 일회용으로 사용되어 세척이 필요 없고 전체 전단 변형률에 대한 점도 측정이 가능한 장점이 있다. 하지만 구조적 제약으로 인해 낮은 전단 변형률 영역에서의 점도 측정시 오차가 발생하고, 최소 전단 변형률이 100s-1이다. 이러한 U자형 2중 수직관/단일 모세관 점도계를 이용하여 샘플의 점도를 측정하기 위해서는 3mL의 많은 양의 샘플이 필요한 것이 단점이다.
둘째, 회전식 점도계를 이용하는 방법이다. 회전식 점도계에는 다음과 같이 두 종류가 있다. 두 개의 원통형으로 구성되어 있는 Couette 점도계와 원뿔꼴-원판으로 구성된 Cone-and Plate 점도계가 있다. Couette 점도계는 전단 변형률이 작은 영역에서의 샘플의 점도를 측정하려고 할 때 주로 사용한다. 점도를 측정하고자 하는 샘플을 두 원통 사이에 넣고 밖에 있는 원통 Cup을 회전시키면 내부의 원통 Bob이 아주 작은 각도만큼 회전하게 된다. 이때 회전하는 각도의 크기가 샘플의 점도에 비례하기 때문에 이 회전 각도를 측정함으로써 유체의 점도를 측정할 수 있다. 즉 토크를 특정하여 샘플의 점도를 알 수 있다.
Cone-and Plate 점도계는 구조나 작동이 Couette 점도계보다 간단하고 값이 저렴하다. 또 전단 변형률이 어느 정도 큰 영역에서 샘플의 점도를 측정하고자 할 때 유용하게 쓸 수 있다. 점도를 측정하고자 하는 샘플을 Cone 위에 놓고 그 후 원판을 내려서 제 위치에 오게 한 후 Cone을 일정한 각속도 Ω로 돌린다. 이 경우 샘플의 점도 때문에 원판이 아주 작은 각도만큼 회전하게 되고 이 회전각도, 즉 토크를 스프링이나 광학적 방법으로 측정함으로써 유체의 점도를 결정한다.
이러한 회전식 점도계들은 샘플의 점도를 측정하는데 있어서 여러 문제점을 안고 있다. 회전식 점도계는 하나의 전단 변형률에 대해서만 점도 측정이 가능하므로, 샘플 점도의 경우 전체 전단 변형률에 대한 샘플 점도 측정이 사실상 불가능하다. 따라서 회전율을 하나씩 바꿔가며 점도를 재는데 이 때문에 시간이 많이 필요하며, 일회용으로 사용하는 구조가 아니기 때문에 측정 후 항상 점도계를 씻어야 한다. 이는 세척 과정에서 샘플이 혈액일 경우 혈액에 의한 감염 위험에 노출되어 있다는 단점이 있다.
대한민국특허청 등록특허 제10-1103635호 대한민국특허청 등록특허 제10-1193566호
따라서 본 발명의 목적은, 휴대기기를 거치할 수 있는 휴대기기 하우징을 포함하며, 휴대기기를 통해 영상을 촬영하기 때문에 유체의 점도를 간편하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 장치의 소형화가 가능한 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 일면에 카메라와 조명을 구비하며 상기 카메라에 의해 촬영된 영상처리가 가능한 휴대기기가 안착되는 휴대기기안착부와, 상기 휴대기기안착부에 상기 휴대기기를 고정시키는 휴대기기고정부를 포함하는 휴대기기하우징과; 상기 휴대기기안착부의 하부에 배치되며 점도측정 샘플을 주입하기 위한 제1주입부와, 상기 샘플과 혼합되지 않으며 점도를 알고 있는 유체를 주입하기 위한 제2주입부와, 상기 제1주입부 및 상기 제2주입부와 연결되어 상기 샘플 및 상기 유체가 유입되는 채널부를 포함하는 유로부와; 상기 유로부의 하부에 배치되어 상기 조명으로부터의 빛을 상기 유로부로 반사하는 반사부와; 상기 채널부에 주입되는 상기 샘플 및 상기 유체의 점도 차이에 의해 형성되는 상기 샘플 및 상기 유체의 단면적을 촬영하며, 촬영된 영상에 기초하여 상기 유로부에 흐르는 상기 샘플의 점도를 측정하는 점도측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 반사부는 상기 조명으로부터의 빛이 입사되는 입사거울과; 상기 입사거울로부터 반사되는 빛이 입사되어 상기 유로부로 빛을 반사시키는 반사거울을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 휴대기기고정부는 상기 휴대기기의 네 모서리를 지지하도록 복수 개로 구성되며, 상기 휴대기기의 크기에 맞춰 상기 휴대기기고정부의 위치를 조절가능한 것이 바람직하며, 상기 휴대기기고정부의 위치 조절이 가능하도록 상기 휴대기기안착부는 제1가이드 및 제2가이드를 포함하며, 복수 개의 상기 휴대기기고정부는 상기 휴대기기의 가로 크기에 맞춰 상기 제1가이드를 따라 이동하며, 상기 휴대기기의 세로 크기에 맞춰 상기 제2가이드를 따라 이동하여 상기 휴대기기의 위치를 고정하는 것이 바람직하다.
상기 유로부 및 상기 반사부는 상기 휴대기기하우징 내부에 배치되며, 상기 휴대기기하우징은 투명한 소재로 이루어져 상기 조명으로부터의 빛이 조사되고, 상기 카메라에 의해 상기 유로부의 촬영이 가능한 것이 바람직하며, 상기 휴대기기하우징은 투명한 유리 또는 아크릴 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 샘플 또는 상기 유체 중 어느 하나는 상기 채널부에서 단면적 비교가 가능하도록 색소가 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 휴대기기를 거치할 수 있는 휴대기기 하우징을 포함하며, 휴대기기를 통해 영상을 촬영하기 때문에 유체의 점도를 간편하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 점도 측정장치의 소형화가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치의 사시도이고,
도 2는 점도 측정장치의 측면도이고,
도 3은 휴대기기고정부를 나타낸 사시도이고,
도 4는 유로부의 정면도이고,
도 5는 점도 측정장치를 통해 획득한 영상 및 샘플의 폭 그래프이고,
도 6은 채널부 내부 유동 사이의 압력비에 따른 폭의 변화를 나타낸 사진 및 그래프이고,
도 7은 실시예에 따른 유체의 점도 측정 비교 그래프이고,
도 8은 실시예에 따른 혈액 샘플과 PBS의 유량 변화를 나타낸 사진 및 그래프이고,
도 9는 실시예에 따른 다양한 샘플을 이용한 점도 측정 사진 및 그래프이다.
본 발명을 기술하기에 앞서, 종래 점도계의 단점을 보완하여 보다 적은 유체의 양으로 다양한 전단 변형률에서 유체의 점도를 측정하는 점도계를 제안하는 것은 매우 중요하다. 이에 따라, 본 발명은 누구나 가지고 있는 휴대폰의 영상을 기반으로 유체의 점도를 보다 간편하고 다양하게 측정할 수 있는 제안이 될 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치를 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치(100)는, 휴대기기하우징(110), 유로부(130), 반사부(150) 및 점도측정부(170)를 포함한다. 본 발명은 일면에 카메라와 조명을 구비하여 카메라에 의해 촬영된 영상처리가 가능한 휴대기기(10)를 통해 샘플을 촬영하여 샘플의 점도를 측정 가능하다. 여기서 휴대기기(10)는 휴대폰, 테블릿 PC 등 사이즈에 제한없이 적용 가능하다.
휴대기기하우징(110)은 외부에서 접근 가능하도록 일면 또는 다면이 개방된 상자 형상으로 이루어지며, 휴대기기하우징(110)의 상부에는 휴대기기(10)가 안착되는 휴대기기안착부(111)와, 휴대기기안착부(111)에 휴대기기(10)를 고정시키는 휴대기기고정부(113)를 포함한다. 휴대기기안착부(111)는 휴대폰 또는 테블릿 PC가 안정적으로 안착되도록 편편한 판상으로 이루어진다. 휴대기기고정부(113)의 경우 휴대기기(10)의 네 모서리를 지지할 수 있도록 복수 개로 구성되는데, 바람직하게는 네 모서리에 맞춰 네 개로 이루어질 수 있다. 이러한 휴대기기고정부(113)는 각각 상이한 휴대기기(10)의 크기에 맞춰 휴대기기고정부(113)의 위치를 조절가능하다.
도 3에 도시된 바와 같이 휴대기기고정부(113)의 위치 조절이 가능하도록 휴대기기안착부(111)는 제1가이드(115) 및 제2가이드(117)를 포함한다. 복수 개의 휴대기기고정부(113)는 휴대기기(10)의 가로 크기에 맞춰 제1가이드(115)를 따라 이동하며, 휴대기기(10)의 세로 크기에 맞춰 제2가이드(117)를 따라 이동하여 휴대기기(10)의 크기에 맞게 설정하며 이를 통해 휴대기기(10)의 위치를 고정하게 된다. 휴대기기고정부(113)는 제1가이드(115)를 따라 개별로 이동하여 가로 크기에 맞춰 조절하며, 휴대기기(10)의 세로 크기에 맞추기 위해 휴대기기고정부(113)와 함께 제1가이드(115)가 제2가이드(117)를 따라 이동할 수 있는 구조로 이루어진다. 이는 반대의 구성으로도 가능한데, 휴대기기고정부(113)가 제2가이드를 따라 개별로 이동하여 휴대기기(10)의 세로 크기에 맞춰 조절한 후, 가로 크기에 맞추기 위해 휴대기기고정부(113)와 함께 제2가이드가 제1가이드를 따라 이동할 수 있는 구조로 이루어질 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 유로부(130)는 휴대기기안착부(111)의 하부에 배치되며 샘플의 점도를 측정할 수 있도록 샘플이 주입되는 구성으로, 제1주입부(131), 제2주입부(133) 및 채널부(135)를 포함한다. 즉 유로부(130)는 'Y'자 형상으로 이루어지며, 제1주입부(131) 및 제2주입부(133)가 분기된 형상으로 이루어지고 분기된 제1주입부(131) 및 제2주입부(133)가 하나의 관으로 만나는 채널부(135)를 포함한다. 이때 제1주입부(131) 및 제2주입부(133)는 상호 대칭되는 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1주입부(131)는 점도측정을 위한 샘플을 주입하기 위한 구성이고, 제2주입부(133)는 샘플과 혼합되지 않으며 점도를 알고 있는 유체를 주입하기 위한 구성이다. 또한 채널부(135)는 제1주입부(131) 및 제2주입부(133)와 연결되어 샘플 및 유체가 유입되어 만나도록 하나의 관으로 이루어진다. 이와 같이 채널부(135)에서 만나는 샘플과 유체는 서로 혼합되지 않기 때문에 경계면을 이루어 서로 개별적으로 흐르게 된다. 이와 같이 샘플과 유체가 채널부(135)에 존재하는 단면적을 통해 샘플의 점도를 확인할 수 있다.
이때 샘플과 유체는 점도를 정확하게 확인하기 위해 서로 동일한 압력 및 균일한 유량으로 공급되도록 각각이 펌프를 이용하여 유로부(130)에 공급되는 것이 바람직하다. 여기서 유체는 물 또는 생리식염수(phosphate buffered saline, PBS)를 사용하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 또한 샘플 또는 유체 중 어느 하나는 채널부(135)에서 단면적 비교가 가능하도록 색소가 첨가될 수 있는데, 색소는 형광염료인 로다민B가 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
반사부(150)는 유로부(130)의 하부에 배치되어 휴대기기(10)에 구비된 조명으로부터의 빛을 유로부(130)로 반사하는 역할을 하는데, 이러한 반사부(150)는 입사거울(151) 및 반사거울(153)로 이루어진다. 입사거울(151)은 카메라에 존재하는 조명으로부터의 빛이 입사되도록 배치되며, 반사거울(153)은 입사거울로부터 반사되는 빛이 입사되어 유로부(130)로 빛을 반사시키도록 배치된다. 즉 조명으로부터의 빛이 입사거울(151) 및 반사거울(153)을 거쳐 유로부(130)에 조사 되는데, 이를 통해 유로부(130)에 밝은 빛이 조사되어 유로부(130)를 보다 정밀하게 측정 가능하다.
이와 같은 유로부(130) 및 반사부(150)는 휴대기기하우징(110)의 내부에 배치되며, 조명으로부터의 빛이 유로부(130) 및 반사부(150)에 조사될 수 있도록 휴대기기하우징(110)은 투명한 소재로 이루어져야 한다. 즉 투명한 소재의 휴대기기하우징(110)에 의해 휴대기기안착부(111)에 별도의 통과공이 형성되지 않아도 조명으로부터의 빛이 조사되며, 카메라에 의해 유로부(130)의 촬영이 가능하다. 이와 같이 휴대기기하우징(110)은 투명한 유리 또는 아크릴 소재로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
점도측정부(170)는 채널부(135)에 주입되는 샘플 및 유체의 점도 차이에 의해 형성되는 샘플 및 유체의 단면적을 촬영하며, 촬영된 영상에 기초하여 유로부에 흐르는 샘플의 점도를 측정할 수 있다. 즉 카메라를 통해 촬영된 영상이 휴대기기(10)에 전송되고, 휴대기기(10) 내의 어플리케이션 또는 휴대기기(10)와 연결된 별도의 장치를 통해 샘플의 단면적을 계산하여 샘플의 점도를 확인할 수 있다. 여기서 휴대기기(10) 내의 어플리케이션 또는 휴대기기(10)와 연결된 별도의 장치는 점도측정부에 해당한다.
이하에서는 본 발명의 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치(100)를 통해 샘플의 점도를 측정하는 실시예를 설명한다.
<실시예>
휴대기기 영상 기반 점도 측정장치 중 'Y'형상을 지니며 대칭적으로 제1주입부 및 제2주입부를 포함하는 유로부에서, 제1주입부 및 제2주입부의 폭은 1mm이며 두 관이 합쳐지는 채널부의 폭은 3mm이다. 이러한 유로부의 하부에는 입사거울 및 반사거울을 포함하는 반사부가 형성되며, 유로부 및 반사부는 휴대기기하우징의 내부에 결합된다. 또한 유로부의 상부에는 휴대기기가 거치된다.
점도를 측정하고자 하는 샘플과 점도를 알고 있는 물 또는 식염수를 펌프를 이용하여 유로부의 제1주입부 및 제2주입부로 각각 동일한 속도로 공급한다. 'Y'형상의 유로부의 상부에 위치하는 제1주입부 및 제2주입부를 통하여 샘플 및 유체가 흐르고, 두 관이 합쳐지는 채널부에는 샘플 및 유체가 경계를 형성하여 흐르게 되며 이 혼합액은 이후에 배출되어 버리게 된다.
샘플 및 유체가 흐르는 채널부의 폭은 샘플 및 유체 사이의 압력과 연관이 있으며, 샘플 및 유체가 흐르는 제1주입부 및 제2주입부의 형상은 동일하기 때문에 압력의 식은 점도와 유량에 관한 식으로 간단히 줄일 수 있게 되며 자세한 방법은 하기와 같이 서술된다. 이때 샘플 및 유체의 주입 유량 범위는 0.1 내지 10mL/h 범위로 조절이 가능하며, 이러한 유량에 따라 점도 측정시 전단 변형률을 변형시켜 줄 수 있어 전단 변형률에 따른 점도의 변화도 측정이 가능하다.
이때 장치에 필요한 광원은 휴대기기에 존재하는 조명을 이용하고, 이 조명이 광학렌즈를 통과하여 채널부를 조사하도록 하여 'Y'형상의 유로부 하부에서 혼합액 경계의 영상을 도 5a와 같이 획득할 수 있게 한다. 원하는 유로부 부분이 분석 구간에 들어가도록 영역을 설정하면 도 5b와 같은 영상 분석을 통하여 경계에서 샘플의 폭을 측정할 수 있고, 이를 기반으로 샘플의 점도 측정이 가능하다. 이는 Thresholding 기법을 통해 얻은 Binary 이미지 값의 평균화를 통한 채널부의 폭에 따른 Intensity 값을 구현한 것으로, 원하는 경계 부분이 분석 구간에 들어가도록 영역을 설정하면 도 5b와 같은 영상 분석을 통하여 경계에서 샘플의 폭을 측정할 수 있고 이를 기반으로 점도 측정이 가능하다. 아래에서는 점도 측정 기법과 관련된 식 및 식을 더욱 구체적으로 설명한다.
'Y'형상의 유로부에서 하류부분에 해당하는 채널부에서의 압력 측정을 기반으로 샘플의 점도를 측정한다. 이를 위해서는 샘플과 유체에 해당하는 PBS가 같이 흐르는 부분에서 폭의 비와 압력의 상관관계를 측정 전에 우선 구해야 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널부 내부 유동 사이의 압력비에 따른 폭의 변화이다. 도 6a는 채널부 내부 유동 사이의 압력비에 따른 폭의 변화를 나타낸 것으로, PBS와 로다민B를 처리한 PBS를 유로부 내부에 각각 주입시켜 채널부 내부를 흐르는 유체의 영상을 획득함을 알 수 있다. 도 6b는 폭비를 통해 압력비를 측정하고, 이를 통해 폭비와 압력비의 연관성식(피팅식)을 구함을 알 수 있다.
이러한 도 6에서 보듯이 PBS와 로다민B로 표지된 PBS를 각각의 제1주입부 및 제2주입부에 주입하고, 로다민B로 표지된 PBS의 유량을 변경하면 압력 차이로 인해 PBS가 측면채널을 차지하는 비가 다르게 된다. 유로부 내에 흐르는 유체의 압력(P)은 아래의 수학식 1로 정의된다. 여기서 P는 채널부 내에 흐르는 유체의 압력이고, Q는 유량이고, ΔL은 관의 길이이고, D는 관의 직경이고, μ는 점도이다.
<수학식 1>
Figure 112018024121384-pat00001
PBS와 로다민B로 표지된 PBS의 점도는 거의 동일하고, 제1주입부 및 제2주입부의 형상이 동일하기 때문에 압력의 비는 유량의 비로 표현이 가능하다. 도 6에서 보듯이, 압력 비에 따라 유로부 전체 폭에 대한 PBS의 폭의 비는 변화하며, 이러한 변화를 잘 따르는 fitting 식을 적용하여 아래의 수학식 2와 같은 식을 구한다. 여기서 PTest는 실험 샘플 유동의 압력이고, PRef는 PBS 유동의 압력이고, χ는 PBS 폭의 비이고, a, b, c, d는 fitting인자이다.
<수학식 2>
Figure 112018024121384-pat00002
제안된 형상에서 압력과 폭 비의 연관성에 대한 식을 구하고, 주입 유량을 알 경우 샘플의 점도는 다음의 수학식 3을 이용하여 구할 수 있다. 여기서 Q PBS는 PBS 유량이고, Q Test는 샘플 유량이고, μ PBS는 PBS 점도이다. 따라서 제안된 유로부 내에 유체를 흘려주고, 휴대기기를 통해서 영상을 획득한다면 다양한 전단 변형률에서 유체의 점도 측정이 가능하다.
<수학식 3>
Figure 112018024121384-pat00003
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유체의 점도 측정 비교도이다. 도 7을 참조하면, 휴대기기 영상을 기반한 유로부를 통한 유체의 점도 측정이 얼마나 정확한지 확인하기 위하여 유체의 점도 측정을 하는데 자주 사용하는 유체인 글리세롤의 농도를 조절하여 샘플을 만들고, 이 샘플의 점도를 기존의 상용 장치인 브룩필드 점도계를 이용하여 측정하고, 이를 제안한 방법과 비교한 것임을 알 수 있다. 도 7a는 Brookfield 점도계와 유로부를 이용하여 Glycerol의 점도를 측정한 것으로, 두 개의 서로 다른 점도측정 방법을 통해 유사 점도값을 구한 것이다(R2=0.997). 도 7b는 x축은 두 기법의 점도 측정값의 평균값을 나타내고, y축은 평균값에 대한 차이값을 나타내는 Bland-Altman 기법을 통해 95%의 일치 구간 내에 존재함을 확인할 수 있다. 도 7c는 Glycerol 농도에 따라 측정한 점도 값의 상대 오차를 나타낸 것으로, ±5% 이내에 존재함을 알 수 있다.
이러한 도 7을 통하여 알 수 있듯, 휴대기기 영상을 이용하여 측정한 점도와 브룩필드 점도계를 통하여 측정한 점도는 매우 유사한 값을 가지며, 보다 정확하게 비교를 위해 두 기법 사이의 차이점을 확인하는 방법인 Bland-Altman 기법을 이용하여 두 점도 측정 방법 간의 차이점을 확인하였다. 세로축은 두 기법으로 측정한값의 차이를 나타내며, 가로축은 두 기법으로 측정한 값들 사이의 평균값을 나타낸다. 점선은 두 기법 사이의 95% 일치 범위를 나타내며, 대부분의 값들이 이들 사이에 존재하기에, 두 기법 사이의 차이점은 적다고 생각할 수 있다. 그리고 브룩필드 점도계를 이용하여 측정된 점도 값을 기준으로 휴대기기 영상을 통하여 측정된 점도값의 오차는 ±5% 이내에 존재함을 알 수 있다. 따라서 휴대기기 영상을 이용하여 상대적으로 간단하게 정확한 점도를 측정할 수 있는 것을 검증하였다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혈액 샘플과 PBS의 유량 변화도이다. 도 8a는 50% 헤마토크릿의 혈액과 PBS가 동일한 유량으로 흐를 때 유량에 따른 혈액의 점도변화를 촬영한 영상이고, 도 8b는 유량에 따른 혈액과 혈장의 점도 변화를 나타낸 것이다. 이러한 도 8에서 알 수 있듯, PBS와 혈액 샘플의 유량은 동일하게 흐르고 있다. 유량이 감소할수록 혈액의 전단박하(shear thinning) 현상에 의해 점도가 높아져 PBS의 폭이 감소함을 알 수 있다. 이러한 전단박하 특성을 혈액 샘플 내에 적혈구의 비율(Hematocrit; 헤마토크릿)에 따라서 점도를 측정함으로써 확인해 보았다. 헤마토크릿이 증가함에 따라 전단변형률이 낮아져 점도가 높아지는 정도가 커졌으며, 전체적인 점도 또한 헤마토크릿이 높은 경우 높은 점도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 9a는 신선한 올리브유와 산패된 올리브유를 혼합한 샘플 사진이고, 도 9b는 산패의 정도를 알려주는 기름산도 측정지를 이용하여 기름의 산도 정도를 나타낸 것이고(비색법을 이용한 산가 페이퍼 결과를 판정한 것으로, 산패측정지가 푸른 계통을 나타낼수록 신선한 기름이다.), 도 9c는 산패 정도에 따른 샘플 영상의 intensity 값을 나타낸 것으로, 분석을 위해 영상을 흑백 영상으로 변한 후 최대값으로 나눠줘 무차원화 시켜준 것이며, 도 9d는 샘플에 따라 측정된 점도 값을 나타낸 것이다. 즉 도 9에 도시된 것처럼, 추가실험으로써 올리브유의 점도를 측정하였는데 올리브유의 점도는 산패 정도에 따라 달라지며, 이를 역으로 이용하여 점도 값을 측정하여 산패 정도를 확인할 수 있을 것이다.
그러나 이러한 변화 정도는 매우 적으며, 샘플의 양이 적을 경우는 intensity의 변화가 관측되지 않았다. 이에 반해 점도 값은 산패된 기름이 높을수록 확연히 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 적은 샘플 양으로도 측정이 가능하고 점도 값이 존재하기 때문에 상대 비교가 필요 없다. 따라서 휴대기기 영상을 기반으로 한 본 발명은 일상생활에서 보편적으로 사용되는 휴대기기를 이용하여 점도를 측정하기 때문에 다양한 곳에서 적용이 가능할 것으로 기대된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 휴대기기 100: 점도 측정장치
110: 휴대폰하우징 111: 휴대기기안착부
113: 휴대기기고정부 115: 제1가이드
117: 제2가이드 130: 유로부
131: 제1주입부 133: 제2주입부
135: 채널부 150: 반사부
151: 입사거울 153: 반사거울
170: 점도측정부

Claims (7)

  1. 외부에서 접근가능하도록 일면이 개방된 상자 형상의 투명한 소재로 이루어지며, 편편한 판상으로 이루어져 휴대기기(10)가 안착되는 휴대기기안착부(111)와 상기 휴대기기안착부(111)에 상기 휴대기기(10)를 고정시키는 휴대기기고정부(113)가 상부에 구비되되, 상기 휴대기기(10)는 카메라와 조명을 구비하여 카메라에 의해 촬영된 영상처리가 가능한 것인 휴대기기하우징(110);
    상기 휴대기기하우징(110)의 내부에 배치되고, 상기 휴대기기안착부(111)의 하부에 배치되며, 샘플의 점도를 측정할 수 있도록 샘플이 주입되고, 상호 대칭되는 형상으로 분기된 제1주입부(131)와 제2주입부(133)가 하나의 관으로 만나는 채널부(135)를 포함하여 'Y'자 형상으로 이루어지되, 상기 제1주입부(131)는 점도측정을 위한 샘플이 주입되는 것이고, 상기 제2주입부(133)는 샘플과 혼합되지 않으며 점도를 알고 있는 유체가 주입되는 것이며, 상기 채널부(135)는 상기 샘플과 유체가 서로 혼합되지 않고 경계면을 이루면서 서로 개별적으로 흐르게 되는 것인 유로부(130);
    상기 휴대기기하우징(110)의 내부에 배치되고, 상기 유로부(130)의 하부에 배치되어 상기 휴대기기(10)에 구비된 조명으로부터의 빛을 상기 유로부(130)로 반사하게 되며, 카메라에 존재하는 조명으로부터의 빛이 입사되도록 배치되는 입사거울(151)과 상기 입사거울(151)로부터 반사되는 빛이 입사되어 상기 유로부(130)로 빛을 반사시키도록 배치되는 반사거울(153)을 포함하는 구성으로 이루어지는 반사부(150); 및
    상기 채널부(135)에 주입되는 샘플과 유체의 점도 차이에 의해 형성되는 샘플과 유체의 단면적을 촬영하며, 촬영된 영상에 기초하여 상기 유로부(130)에 흐르는 샘플의 점도를 측정하게 되되, 상기 휴대기기(10)의 카메라를 통해 촬영된 영상이 상기 휴대기기(10)에 전송되고, 상기 휴대기기(10)의 어플리케이션을 통해 샘플의 단면적을 계산하여 샘플의 점도를 확인하게 되는 점도측정부(170);를 포함하는 구성으로 이루어지고,
    상기 휴대기기안착부(111)는,
    상기 휴대기기(10)의 가로 크기에 맞춰 상기 휴대기기고정부(113)가 개별 이동하게 되는 제1가이드(115)와, 상기 휴대기기(10)의 세로 크기에 맞춰 상기 휴대기기고정부(113)가 이동하게 되는 제2가이드(117)를 포함하여 상기 휴대기기고정부(113)의 위치 조절이 가능하도록 하며,
    상기 휴대기기고정부(113)는 상기 휴대기기(10)의 네 모서리를 지지할 수 있도록 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 휴대기기하우징(110)은 투명한 유리 또는 아크릴 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 샘플 또는 상기 유체 중 어느 하나는 상기 채널부(135)에서 단면적 비교가 가능하도록 색소가 첨가되는 것을 특징으로 하는 휴대기기 영상 기반 점도 측정장치.
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