KR102136350B1

KR102136350B1 - 유체의 점도 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102136350B1
Application number: KR1020180115009A
Authority: KR
Inventors: 남기봉
Original assignee: 바디텍메드(주)
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-07-21
Also published as: KR20200035652A

Abstract

본 발명은 유연전극의 축전기 진동을 이용하여 유체의 점도를 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 점도 측정장치는, 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 유연막(111)(112)과; 상기 유연막(111)(112) 사이에 구비되어 한 쌍의 유연막(110)(112) 각각의 테두리를 고정하게 되는 스페이서(120)와; 상기 유연막 각각의 표면에 구비되는 한 쌍의 유연 전극부(131)(132)와; 상기 유연 전극부(131)(132)에 교류 전원을 공급하게 되는 전원부(140)와; 상기 전원부(140)에서 인가된 교류 전원에 의해 상기 유연 전극부(131)(132)의 가진 상태에서의 공명 주파수를 검출하기 위한 검출기(150)를 포함한다.

Description

유체의 점도 측정 장치 및 방법{System and method for measuring viscosity of fluid}

본 발명은 유연전극의 축전기 진동을 이용하여 유체의 점도를 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

액체를 시료 혹은 원료 물질로 사용하는 연구 및 생산활동 분야에서는 액체의 물성에 대한 자료를 계속 측정 및 관리하여야 하며, 이렇게 관리 대상이 되는 물체의 물성 중에서 가장 많이 측정되는 기계적인 양으로는 밀도, 점도 및 압축률 등이 있다. 이런 응용 사례 중에서 특정한 하나의 예로는 혈액의 점도 변화 측정을 들 수 있다.

혈액, 특히 전혈(whole blood)의 점도는 혈관 내에서 흐르는 혈액의 흐름에 대한 저항 특성을 알아 볼 수 있는 지표로 불 수 있으며, 이에 직접 관여하는 요소들로는 혈액 내에 존재하는 여러 가지 생화학적 원소들 중에서도 특히 혈장 혈구비(hematocrit), 혈장 단백질의 농도의 종류 등이 주목되는데, 이 중에서도 혈장혈구비의 기여도가 혈장단백질 영향보다 크다. 일반적으로 혈장의 점도는 순수한 물의 1.5배 정도이다. 즉 정해진 단면적의 혈관을 같은 유량속력 (㎥/sec)으로 통과하자면 혈장은 물 보다 1.5배의 압력을 필요로 한다.

혈액과 관련하여 주목하게 되는 중요 지표 중에서 혈액응고시간(clotting time)이 있다. 혈관이 손상되어 혈액이 누출 될 경우, 인체는 일련의 생화학 반응을 통하여 손상부위를 막는 처치를 진행시킨다. 궁극적으로는 손상부위를 1차적으로 혈소판이 차단하고, 추가적으로 적혈구와 백혈구들이 엉기며 이들을 피브린(fibrin)이 서로 고박시키면서 응고과정을 마무리한다. 이 응고 과정에는 응고측진(procoagulant) 반응과 응고 저항(anticoagulant) 반응이 적시에 적절하게 개입하면서 그 전개과정을 조절한다. 유전적 요인이나 기타 원인으로 이들 균형이 무너지면 과다 출혈 또는 혈전증(thrombotic disease)이 유발될 수 있다.

이 응고 과정에 소요되는 시간을 응고시간이라 하는데, 일반적인 검사 방법에는 자연적인 응고시간을 재는 것 보다는 잘 정의된 용량의 혈장 시료에 일정량의 응고 유발 물질(Activator)을 첨가한 뒤 피브린(fibrin)이 형성되기까지의 시간을 측정하여 이를 응고시간이라 한다. 혈액 응고와 관련된 2종 약물의 효과를 진단하기 위하여 aPTT(activated Partial Thromboplastic Time), PT(Prothrombin Time) 등을 측정하고 있으며, 단위는 초(sec)이다. 근래에는 측정 결과를 국제 규격화 비(International Normalized Ratio, INR)로 표기하고 있으며, 정상인의 경우 이 값은 2∼3 범위에 있다. INR을 측정하는 과정에서의 핵심은 응고가 시작되면서 피브린이 생기는 시점을 확정하는 기술에 있다. Quick 등이 1935년에 제안한 PT 측정방법이 아직까지도 대부분의 측정기기에 사용되는 기본 원리이다. 이 방법에서는 혈장에 트롬보플라스틴(Thromboplastin)을 혼합한 뒤 칼슘이온을 첨가하고 37℃에서 응고가 관측되는 시점을 측정한다. 이후로 이를 변형한 여러 가지 검사법이 개발되어 있다.

등록특허공보 제10-1476924호(2014.12.26. 공고)

본 발명은 유체를 사이로 배치되는 한 쌍의 유연전극으로 구성된 축전기의 가진(excitation)을 통하여 유체의 점도를 측정할 수 있는 점도 측정 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체의 점도 측정장치는, 서로 이격되게 배치되어 절연성을 갖는 한 쌍의 유연막과; 상기 유연막 사이에 구비되어 한 쌍의 유연막 각각의 테두리를 고정하게 되는 스페이서와; 상기 유연막 각각의 표면에 도전성을 갖고 구비되는 한 쌍의 유연 전극부와; 상기 유연 전극부에 교류 전원을 공급하게 되는 전원부와; 상기 전원부에서 인가된 교류 전원에 의해 상기 유연 전극부의 가진 상태에서의 공명 주파수를 검출하기 위한 검출기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 검출기는 상기 유연 전극부 사이의 임피던스를 검출하기 위한 임피던스 검출기이며, 상기 스페이서는 상기 유연막에 의해 상하 개구부가 밀폐되는 원통형의 시료 수용홀이 형성되며, 보다 바람직하게는, 상기 스페이서는 상기 시료 수용홀과 관통 형성되는 적어도 하나 이상의 포트가 형성된다.

다음으로 본 발명에 따른 유체의 점도 측정방법은, 이격 배치되어 진동 가능한 한 쌍의 막판 구조의 유연 전극부를 포함하는 센서 모듈 내에 유체가 저장되고 상기 유연 전극부에 교류 전원을 인가하여 유체의 가진에 의한 공명 진동수를 검출하며, 상기 센서 모듈의 고유 진동수와 상기 공명 진동수로부터 감쇠계수를 산출하고 상기 감쇠계수로부터 유체의 점도를 산출한다.

바람직하게는, 상기 공명 진동수는 상기 유연 전극부 사이의 임피던스 변화를 통해 결정된다.

본 발명에 따른 유체의 점도 측정 장치 및 방법은, 진동 가능한 한 쌍의 막판 구조의 유연 전극부를 포함하는 센서 모듈 내에 유체가 저장되고, 강제 감쇠 조화진동자 모델을 이용하여 유체의 가진에 의해 결정된 공명 진동수와 센서 모듈의 고유 진동수로부터 감쇠계수를 산출하고 이 감쇠계수를 이용하여 유체의 점도 산출이 가능하여 소형의 유체 점도 측정 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체의 점도 측정장치의 단면 구성도,
도 2의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 요부 구성인 한 쌍의 유연막으로 구성된 유연성 정전용량 타입의 센서의 진동 메커니즘을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 요부 구성인 한 쌍의 유연막으로 구성된 유연성 정전용량 타입의 센서에서 정전 용량의 수식에서 사용된 유연막의 변위 결정 변수(shape factor; α)의 유연막 변위와 반지름 사이의 관계를 보여주는 그래프,
도 4는 본 발명의 요부 구성인 한 쌍의 유연막으로 구성된 유연성 정전용량 타입의 센서에서 유연막의 변위 결정 변수(α)에 의해 계산된 정전 용량(C)을 보여주는 그래프,
도 5는 본 발명의 요부 구성인 한 쌍의 유연막으로 구성된 유연성 정전용량 타입의 센서에서, 감쇠계수(γ)의 변화에 따른 공명 주파수의 변화를 보여주는 그래프,
도 6은 시그모이드 모델의 시간에 따른 감쇠계수을 보여주는 그래프,
도 7은 본 발명의 요부 구성인 한 쌍의 유연막으로 구성된 유연성 정전용량 타입의 센서에서 점도의 증가에 따라서 공명 진동수와 임피던스의 시간에 대한 이동을 보여주는 그래프.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체의 점도 측정장치의 단면 구성도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 유체 점도 측정장치는, 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 유연막(111)(112)과, 유연막(111)(112) 사이에 구비되는 스페이서(120)와, 각 유연막(111)(111)의 표면에 구비되는 도전성을 갖는 한 쌍의 유연 전극부(131)(132)와, 유연 전극부(131)(132)에 전원을 공급하게 되는 전원부(140)와, 유연 전극부(131)(132)의 가진 상태에서의 공명 주파수를 검출하기 위한 검출기(150)를 포함한다.

본 실시예에서 스페이서(120)는 수직 관통된 원통 형상의 시료 수용홀(121)이 형성되며, 이 시료 수용홀(121)을 덮도록 스페이서(120)의 상면과 하면에는 제1유연막(111)과 제2유연막(112)이 구비된다. 측정 대상인 액상 시료(1)는 한 쌍의 유연막(111)(112)에 의해 봉인된 시료 수용홀(121) 내에 수용되어 측정이 이루어진다.

유연막(flexible membrane)은 절연성의 탄성을 갖는 판상 구조를 가지며, 각 유연막(111)(112)은 면 접합되는 유연 전극부(131)(132)가 구비된다. 유연 전극부(131)(132)는 유연막(111)(112)에 도포되는 은 도료(sliver paint)에 의해 제공될 수 있으나, 소재 또는 도포 방법은 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는, 유연 전극부(131)(132)는 유연막(111)(112)의 탄성 거동을 방해하지 않도록 박막 형태로 제공된다. 이러한 유연막(111)(112)은 스페이서(120)의 원통 형상의 시료 수용홀(121)을 덮게 되어 외력에 의해 진동 가능한 원형(circular)의 진동막으로 기능한다.

스페이서(120)는 시료 수용홀(121)과 관통되는 포트(122)를 더 포함할 수 있으며, 이 포트(122)를 통해 시료 수용홀(121)에 시료의 주입이 이루어질 수 있다. 한편, 포트의 숫자는 복 수개일 수 있으며, 이때 특정 포트는 시료의 주입을 위해 사용되고 나머지는 시료의 주입 과정에서 시료 수용홀의 공기가 배출되는 배기홀로 사용되어 시료 수용홀 내에 시료의 주입 과정에서 내부가 압축되는 것을 방지하여 시료의 원활한 주입이 이루어질 수 있다. 또한 시료의 주입 후에 각 포트는 별도의 마개 또는 실런트(sealant) 등에 의해 밀봉되어 측정 과정에서 시료 수용홀(121)의 시료가 바깥으로 유출되지 않도록 한다.

한 쌍의 유연막(111)(112)에 도포된 한 쌍의 유연 전극부(131)(132)는 축전기를 구성하게 되며, 이때 시료 수용홀(121)에 충전된 액상 시료(1)는 두 유연 전극부(131)(132) 사이의 유전물질이 된다.

이와 같이 각각 유연 전극부(131)(132)가 구비된 한 쌍의 유연막(111)(112)과, 유연막을 지지하게 되는 스페이서(120)는 샘플 유체가 저장되어 점도를 측정하기 위한 센서 모듈을 구성한다. 이러한 센서 모듈은 강제 감쇠 조화진동자 모델링을 이용하여 유체의 감쇠계수를 결정할 수 있으며, 이 감쇠계수로부터 유체의 점도 산출이 가능하다.

전원부(140)는 유연 전극부(131)(132)에 교류 신호를 인가하여 두 전극이 주기적인 쿨롱 힘이 작용하게 되며, 바람직하게는, 일정 대역의 주파수를 가변하여 신호를 발생시킬 수 있는 가변 주파수 발진기에 의해 제공된다.

검출기(150)는 각 유연막(111)(112)과 일체로 구성된 두 유연 전극부(131)(132)의 형상의 변화에 따른 변위를 검출하여 공명 주파수를 검출하기 위한 것이며, 바람직하게는, 축전용량을 임피던스로 검출할 수 있는 임피던스 검출기에 의해 제공된다. 이와 같이 가진 상태의 유연 전극부(131)(132)의 임피던스 변화를 실시간으로 모니터링하여 공진 주파수를 검출하여 유체의 점도 측정이 이루어질 수 있다. 한편, 이러한 검출기(150)는 임피던스만을 측정할 수 있는 단일 검출수단만을 한정하는 것은 아니며, 검출 신호를 연산 처리하여 측정된 점도를 산출할 수 있는 연산처리소자 또는 주지의 메모리 소자 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 이와 같이 구성된 측정장치에 의해 유체의 점도측정 과정을 설명한다.

도 2의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 요부 구성인 한 쌍의 유연막으로 구성된 유연성 정전용량 타입의 센서의 진동 메커니즘을 보여주는 도면으로서, (c)는 유연 전극부(131)(132)에 전원이 인가되지 않은 상태의 유연막(111)(112)을 보여주고 있으며, (a)(b)(d)(e)는 전원이 인가된 상태의 유연막을 보여주고 있다.

이러한 원형(circular)의 유연막의 변위(휨, deflection), w(r)은 Wygant에 의해 제안된 모델[참고문헌 1]에 의해 다음의 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

[수학식 1]에서 a는 유연막의 반경이며, r은 중심으로부터의 거리이며, w_pk는 유연막 재질의 물성을 반영한 상수이다. Wygant의 모델에서 하부 유연막은 고정 전극이나, 본 모델에서는 제1유연 전극부(131)와 제2유연 전극부(132)는 모두가 동일 물성의 유연 전극으로 가정하며, 구조적 차이가 있더라도 유연막의 변위는 [수학식 1]에서 크게 벗어나지 않는다고 가정하였다.

한편, 이러한 원형의 유연 전극으로 이루어진 축전기의 정전용량(C)은 다음의 [수학식 2]와 같다.

[수학식 2]

[수학식 2]에서 α는 유연막의 변위를 결정하는 변수(shape factor)이며, 도 3에서는 유연막의 변위(displacement)와 반지름(radial distance)에 대해 α의 기능을 나타내었다. 예를 들어, α가 0이면 유연막이 변위가 없는 상황이며, α가 1인 경우에 유연막은 최대로 변이가 이루어져 제1유연막과 제2유연막은 서로 맞닿는 상황이 된다.

실제 구현 가능한 축전기의 물리적 수치들은 직경(2×a)이 10^-2 m이고 두께(c)가 10^-4m로 하며, 유연 전극 자체의 두께 및 유전상수(ε)는 무시하였으며, 시료 수용홀에 혈액을 채운다고 할 경우에 그 상대 유전상수를 5260으로 설정하였을 때, α에 따른 정전 용량(C)은 [수학식 2]를 이용하여 도 4의 그래프를 얻을 수 있다. 한편, 유연막의 두께를 0.5×10^-4 m로 가정한다면 두 유연 전극부 사이의 간격이 증가하므로 도 5에서 정전 용량(C)의 그래프는 아래로 이동하는 것을 예상할 수 있다.

한편, 이러한 두 유연 전극부 사이에 교류 신호가 인가되면, 신호 1 주기당 유연 전극부는 2회 진동이 이루어지는 것을 예상할 수 있으며, 이러한 유연 전극부의 진동 특성은 유체의 점도의 변화와 관련된다.

구체적으로는, 도 2에 예시된 것과 같이, 서로 마주 하는 두 유연 전극부(131)(132)는 인가된 교류 신호에 의해 서로 인력을 작용하게 되고, 두 유연 전극부(131)(132)의 전하가 0으로 진행되면서 유연막의 탄성에 의해 평행상태로 복귀된다(도 2의 (c) 참고).

이와 같이 유연 전극부(131)(132)를 구동하는 외부의 주기적인 구동력(F0)과, 유체의 점성에 의한 저항력과, 유연막(111)(112)에 의한 탄성 복원력이 작용하는 계(system)는 강제 조화진동자(driven damped harmonic oscillator)로 표현될 수 있으며, 이러한 일정 진동수(ω)의 외력(F₀)이 작용하는 계는 다음의 [수학식 3]의 운동방정식을 따른다.

[수학식 3]

[수학식 3]의 일반해는 다음의 [수학식 4]의 형태로 하여 [수학식 5]의 진폭(A)과 위상각(φ)을 구할 수 있다.

[수학식 4]

[수학식 5]

[수학식 5]에서

이며, ω₀는 탄성계수(k)와 질량(m)에 의해 결정되는 고유 진동수이며, γ는 감쇠계수이다.

[수학식 5]에서 관심의 대상이 되는 물리량은 최대 진폭(공명 진동수)에 해당하는 진동수(ω_r)이며, 이는 [수학식 6]의 미분으로부터 다음의 [수학식 7]과 같이 유도된다.

[수학식 6]

공명 진동수(ω_r)에 해당하는 진폭은 다음의 [수학식 7]과 같이 구해진다.

[수학식 7]

유체 시료의 점도(위 수학식에서는 감쇠계수를 나타내는 γ)를 측정하기 위해서는 한 쌍의 유연 전극부(131)(132)에 교류 신호를 인가하고 신호의 주기에 대한 진폭의 측정하고 [수학식 5]를 이용하여 얻을 수 있다. 한편, [수학식 5]에서 고유 진동수(ω₀)는 유체의 점도 측정 전에 시료 수용홀(121) 내에 유체 시료가 없는 상태에서 측정하여 구할 수 있다. 이후 시료 수용홀(121) 내에 측정 대상의 유체 시료를 주입한 후에 새로운 공명 진동수(ω_r)를 측정하고 [수학식 6]을 이용하여 점도와 관련된 상수(γ)를 산출할 수 있다. 한편, 감쇠계수(γ)와 점도(μ)는 선형적으로 비례하며, 따라서 산출된 감쇠계수(γ)로부터 점도(μ)을 구할 수 있다[참고문헌 2].

도 5는 감쇠계수(γ)의 변화에 따른 공명 주파수의 변화를 보여주는 그래프이다.

공명 진동수(ω_r)의 측정은 시료 수용홀(121)에 측정대상의 시료 샘플이 주입된 상태에서 전원부에서 인가되는 교류 신호의 주파수를 연속적으로 변화(sweeping)하고 그에 따른 진동 진폭이 최대가 되는 것을 검출하여 공명 진동수를 측정할 수 있다. 한편, 진동의 진폭은 직접 기계적으로 측정하기가 용이하지 않으나, 유연 전극막의 변형에 의해 발생되는 상대적 변위의 크기는 축전기의 정전 용량 또는 축전기 전후의 임피던스를 측정하여 쉽게 구할 수 있다. 즉, 공명 시점에서 각 유연 전극부의 진동 진폭이 최대가 되어 두 유연 전극부 사이의 간격이 최소가 되며, 이때 정전 용량은 최대가 되어 임피던스(1/ωC)은 최소값으로 측정된다. 따라서 유연 전극부 사이의 임피던스를 검출하여 공명 진동수(ω_r)를 결정할 수 있다.

한편, 점도는 역학 점도(dynamic viscosity)와 동점도(kinetic viscosity)로 구분될 수 있으며, 역학 점도는 유동상태에서 그 물질의 운동 방향에 거슬러 저항하는 "끈끈함 정도"를 절대값으로 나타내며, 동점도는 유체의 유동성이 얼마나 좋은가를 나타낸다. 본 발명의 유체의 물성으로 검출되는 점도는 한 쌍의 유연 전극부 사이에서 유연 전극부의 변형에 의해 유체 시료를 유동시키는 특성을 검출하게 되므로 동점도 개념에 가깝다할 수 있다.

한편, 역학점도는 (동점도)×(액체 밀도)와 비례하는 관계식을 가지며, 따라서 별도의 역학점도를 검출함으로써 유체 시료의 밀도를 구할 수 있다. 예를 들어, 이와 같이 산출된 혈액의 밀도(ρ)는 다음의 [수학식 8]의 관계식[참고문헌 3]을 이용하여 혈장내 혈구비(Hemotocrit; Hct)를 구할 수 있다.

[수학식 8]

다음으로, 감쇠계수(γ)가 시간에 따라서 변화하는 경우를 고려하여 보면, 도 5에서 감쇠계수에 따라서 공명 진동수(ω_r)가 고유 진동수(ω₀)로부터 벗어나 그 감쇠계수에 대응하는 새로운 고유 진동수로 이동하는 것을 알 수 있다. 만약 γ=γ(t)의 관계가 있고, γ(t)가 시간에 따라서 증가하는 특성을 갖는다고 할 경우에 공명 진동수도 시간에 따라서 감소하는 거동을 나타낼 것으로 예상할 수 있다. 도 5에서 감쇠계수가 50에서 100으로 증가하는 과정에서 각각에 대응하는 공명 진동수가 줄어드는 방향으로 이동하는 경향을 나타내며, 이를 [수학식 6]을 이용하여 구체적인 수치로 하여 감쇠 계수별 공명 진동수를 산출하여 다음의 [표 1]을 얻을 수 있다.

[표 1]

감쇠계수의 시간에 대한 변화는 실측으로 측정할 수 있으나, 많은 생화학적 물질들과 같이 감쇠계수는 시그모이드(sigmoid) 형태를 나타낼 것으로 가정하여 살펴보면[참고문헌 3], 점도는 무한대로 증가할 수는 없으므로 임의로 설정한 감쇠계수들의 시간 변화를 도 6과 같이 설정하기로 한다. 초기에 50으로 가정한 감쇠계수가 10시간 단위(통상 sec) 이후에 100으로 증가하며, 이 과정은 시그모이드 형태를 따른다고 본 것이다. 시간 함수가 결정된 후에 이를 이용하여 일정 시간 간격에 대한 공명 주파수의 이동을 구한 결과가 도 7에 나와 있다. 즉 시간이 경과하면서 공명 주파수도 시그모이트 형태로 감소하는 것을 확인할 수 있다.

액상 시료를 생화학 처리하여 경화가 빠르게 진행되도록 하였을 경우(대부분 30초 전후)에, 반응이 진행되면서 감쇠계수가 시그모이드 식으로 증가하고, 그에 따라서 고유 진동수가 연속적으로 감소하는 거동이 나타나며, 경화 시작점(혈액의 경우 응고시간)의 설정은 실제 기존 기법들과의 비교 검증을 통하여 결정될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

[참고문헌]

[1] I.O. Wygant, M. Kupnik and B. T. K Khuri-Yakub, 2008 IEEE Ultrasonics Symposium, Beijing, pp. 2111-2114.(2008)

[2] M. Radiom, B. Robbins, C. D. F. Honig, J. Y. Walz, M. R. Paul, W. A. Ducker, Review of Scientific Instruments 83, 043908 (2012)

[3] S.Chien, J. Dormandy, E. Ernst, A. Matrai, Clinical Hemorheology,(Maertinus Publishers, Dordrecht, 1987)

111, 112 : 유연막 120 : 스페이서
131, 132 : 유연 전극부 140 : 전원부
150 : 검출기

Claims

서로 이격되게 배치되어 절연성을 갖는 한 쌍의 유연막과;
상기 유연막 사이에 구비되어 한 쌍의 유연막 각각의 테두리를 고정하게 되는 스페이서와;
상기 유연막 각각의 표면에 도전성을 갖고 구비되는 한 쌍의 유연 전극부와;
상기 유연 전극부에 교류 전원을 공급하게 되는 전원부와;
상기 전원부에서 인가된 교류 전원에 의해 상기 유연 전극부의 가진 상태에서의 공명 주파수를 검출하기 위한 검출기를 포함하며,
상기 스페이서는 상기 유연막에 의해 상하 개구부가 밀폐되는 원통형의 시료 수용홀이 형성됨을 특징으로 하는 유체의 점도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 검출기는 상기 유연 전극부 사이의 임피던스를 검출하기 위한 임피던스 검출기인 것을 특징으로 하는 유체의 점도 측정장치.
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제1항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 시료 수용홀과 관통 형성되는 적어도 하나 이상의 포트가 형성됨을 특징으로 하는 유체의 점도 측정장치.
중공 형상의 시료 수용홀을 갖는 스페이서와, 상기 스페이서의 상하 개구부를 밀폐하게 되는 한 쌍의 막판 구조의 유연 전극부를 포함하여 상기 시료 수용홀 내에 유체가 저장되는 센서 모듈을 이용한 유체의 점도 측정방법에 있어서,
상기 유연 전극부에 교류 전원을 인가하여 유체의 가진에 의한 공명 진동수를 검출하며, 상기 센서 모듈의 고유 진동수와 상기 공명 진동수로부터 감쇠계수를 산출하고 상기 감쇠계수로부터 유체의 점도를 산출하는 것을 특징으로 하는 유체의 점도 측정방법.
제5항에 있어서, 상기 공명 진동수는 상기 유연 전극부 사이의 임피던스 변화를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 점도 측정방법.