KR102230121B1 - Device for measuring fluid properties - Google Patents

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KR102230121B1
KR102230121B1 KR1020190130195A KR20190130195A KR102230121B1 KR 102230121 B1 KR102230121 B1 KR 102230121B1 KR 1020190130195 A KR1020190130195 A KR 1020190130195A KR 20190130195 A KR20190130195 A KR 20190130195A KR 102230121 B1 KR102230121 B1 KR 102230121B1
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tube
fluid
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calculation unit
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KR1020190130195A
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김회준
류채현
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a fluid characteristic measuring apparatus comprises: a first measuring unit installed to surround the outside of a tube through which a fluid flows; and a second measuring unit spaced apart from the first measuring unit and installed to surround the outside of the tube. The first measuring unit or the second measuring unit may measure a tensile stress acting in the circumferential direction of the tube at each installed position, and analyze the characteristics of the fluid from the tensile stress.

Description

유체 특성 측정 장치{DEVICE FOR MEASURING FLUID PROPERTIES}Fluid property measurement device {DEVICE FOR MEASURING FLUID PROPERTIES}

유체 특성 측정 장치가 개시된다.A fluid property measurement device is disclosed.

일반적으로 유체는 유속이 높아지면 압력이 감소하고, 유속이 낮아지면 압력이 증가한다. 따라서 유체가 단면적이 작은 공간을 통과할 때에는 유속이 빨라지므로 압력이 감소하고, 단면적이 큰 곳을 통과할 때에는 유속이 느려지므로 압력이 증가하게 된다. 이러한 유체 거동의 원리는 '베르누이의 정리'로써 공식화되었으며, 베르누이의 정리는 에너지 보존 법칙을 유체의 흐름에 적용한 것으로 볼 수 있다. 즉, 베르누이의 정리는 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합이 항상 일정함을 나타내는 방정식으로 표현된다. 그러나, 실제 유체는 유동하는 과정에서 고체 경계에 영향을 받기 때문에 마찰로 인한 에너지 손실이 발생한다.In general, the pressure of a fluid decreases when the flow rate increases, and the pressure increases when the flow rate decreases. Therefore, when the fluid passes through a space with a small cross-sectional area, the pressure decreases because the flow velocity increases, and when the fluid passes through a large cross-sectional area, the pressure increases because the flow rate decreases. This principle of fluid behavior was formulated as'Bernoulli's Theorem', and Bernoulli's Theorem can be seen as applying the law of conservation of energy to the flow of fluid. In other words, Bernoulli's theorem is expressed as an equation indicating that the sum of the potential energy and kinetic energy of a fluid is always constant. However, since the actual fluid is affected by the solid boundary in the process of flowing, energy loss due to friction occurs.

예를 들어, 혈액은 심장의 동력에 의해 혈관을 통과하면서 그 위치에 따라 유속이 달라질 수 있고, 이에 따라 혈관이 받게 되는 압력, 즉 혈압 또한 변화할 수 있다. 이러한 혈압에 영향을 주는 요인에는 혈류량 및 점도 등이 있는데, 점도는 유체 유동의 관점에서 전술한 마찰과 관련이 있다. For example, as blood passes through a blood vessel by the power of the heart, the flow rate may vary depending on its location, and accordingly, the pressure received by the blood vessel, that is, blood pressure may also change. Factors that affect blood pressure include blood flow and viscosity, and the viscosity is related to the aforementioned friction in terms of fluid flow.

구체적으로 혈액은 비뉴턴 유체로서 점도 측정이 어려우나, 심혈관계 질환의 진단에 있어서 혈류는 매우 중요한 인자이며, 따라서 혈류의 특성을 분석할 필요가 있다.Specifically, blood is a non-Newtonian fluid, and it is difficult to measure viscosity, but blood flow is a very important factor in diagnosing cardiovascular diseases, and therefore, it is necessary to analyze the characteristics of blood flow.

또한, 혈관은 압력에 따라 수축 또는 팽창될 수 있으며, 이에 따라 혈관의 단면적, 즉 혈관 반경이 변한다. 이러한 혈관의 변형과 압력 사이의 관계는 고체역학적으로도 정의될 수 있으며, 이로부터 역으로 변형으로부터 압력을 분석할 수 있다. In addition, the blood vessel may contract or expand according to the pressure, and accordingly, the cross-sectional area of the blood vessel, that is, a blood vessel radius is changed. The relationship between the pressure and the deformation of the blood vessel can also be defined in a solid state, from which it is possible to analyze the pressure from the deformation in reverse.

이와 관련된 기술로, 2014년 10월 20일자로 출원된 공개특허공보 제10-2016-0046407호는 "정전용량 기반의 혈관삽입형 바이오센서를 이용한 심혈관 질환 진단 데이터 획득 시스템 및 방법"을 개시하고 있다.As a related technology, Korean Patent Publication No. 10-2016-0046407 filed on October 20, 2014 discloses "a system and method for acquiring cardiovascular disease diagnosis data using a capacitive-based vascular implantable biosensor".

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지 기술이라고 할 수는 없다. The above-described background technology is possessed or acquired by the inventor in the derivation process of the present invention, and is not necessarily a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

일 실시예에 따른 목적은 튜브 및 유량 조절 시스템을 이용하여 유체의 특성을 분석하는 장치를 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to provide an apparatus for analyzing the properties of a fluid using a tube and a flow control system.

일 실시예에 따른 목적은 부피가 크고 비용이 많이 드는 장비 대신에 간단한 구조로 구성되어 유체의 특성을 용이하게 분석하는 장치를 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to provide an apparatus for easily analyzing the characteristics of a fluid by having a simple structure instead of a bulky and expensive equipment.

일 실시예에 따른 목적은 혈관에 직접 설치하지 않고 혈액 샘플 채취만으로도 혈관 특성에 따른 혈류 파형 및 혈액의 특성을 분석하는 장치는 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to provide an apparatus for analyzing blood flow waveforms and characteristics of blood according to blood vessel characteristics by simply collecting a blood sample without being directly installed in a blood vessel.

실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved in the embodiments are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 유체 측정 특성 장치는 내부에 유체가 흐르는 튜브의 외측을 둘러싸도록 설치된 제1 측정부; 및 상기 제1 측정부로부터 이격되어 상기 튜브의 외측을 둘러싸도록 설치된 제2 측정부;를 포함하고, 상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부는 각각이 설치된 위치에서 상기 튜브의 원주 방향으로 작용하는 인장 응력을 측정하고, 상기 인장 응력으로부터 유체의 특성을 분석할 수 있다.A fluid measurement characteristic device according to an embodiment for achieving the above object includes: a first measurement unit installed to surround an outside of a tube through which a fluid flows; And a second measurement unit spaced apart from the first measurement unit and installed to surround the outer side of the tube, wherein the first measurement unit or the second measurement unit respectively act in the circumferential direction of the tube at the installed position. Tensile stress can be measured, and properties of the fluid can be analyzed from the tensile stress.

일 측에 의하면, 상기 제1 측정부 또는 제2 측정부로부터 측정된 값을 통해 상기 유체의 특성을 분석하는 연산부를 더 포함하고, 상기 연산부는 상기 인장 응력으로부터 유체가 튜브 내벽에 미치는 압력을 연산할 수 있다.According to one side, further comprising a calculation unit for analyzing the characteristics of the fluid through the value measured from the first measurement unit or the second measurement unit, the calculation unit calculates the pressure exerted by the fluid on the inner wall of the tube from the tensile stress can do.

일 측에 의하면, 상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부는 각각이 설치된 위치에서 상기 튜브의 내부를 흐르는 유체에 의해 인장 응력이 변화되는 시점의 정보를 상기 연산부로 전달하고, 상기 연산부는, 상기 제1 측정부와 상기 제2 측정부 사이의 이격 거리 및 상기 제1 측정부와 상기 제2 측정부의 인장 응력이 변화된 시간 차이로부터 유체의 속도를 연산할 수 있다.According to one side, the first measurement unit or the second measurement unit transmits information of a time point at which the tensile stress is changed by the fluid flowing inside the tube at each installed position to the calculation unit, and the calculation unit comprises: The velocity of the fluid may be calculated from a separation distance between the first measurement unit and the second measurement unit and a time difference at which the tensile stress of the first measurement unit and the second measurement unit is changed.

일 측에 의하면, 상기 연산부는, 상기 유체의 속도로부터 유량 또는 전단율을 연산하고, 상기 연산부는, 상기 유체가 상기 제1 측정부를 지날 때 튜브 내벽에 미치는 압력 및 속도, 상기 제2 측정부를 지날 때 튜브 내벽에 미치는 압력 및 속도, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부 사이의 이격 거리와 상기 유량 또는 상기 전단율로부터 유체의 점도를 산출할 수 있다.According to one side, the calculation unit calculates a flow rate or shear rate from the velocity of the fluid, and the calculation unit includes a pressure and a velocity applied to the inner wall of the tube when the fluid passes through the first measurement unit, and the second measurement unit passes. In this case, the viscosity of the fluid may be calculated from the pressure and speed applied to the inner wall of the tube, the separation distance between the first measuring unit and the second measuring unit, and the flow rate or the shear rate.

일 측에 의하면, 상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부는 각각 일 측에 와이어가 구비되고, 각각의 상기 와이어로부터 상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부의 저항 변화율이 측정될 수있다.According to one side, a wire is provided on one side of each of the first measurement unit or the second measurement unit, and a rate of change in resistance of the first measurement unit or the second measurement unit may be measured from each of the wires.

일 측에 의하면, 상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부는 탄성 재질로 마련되어 튜브의 수축 또는 팽창에 따라 변형될 수 있다.According to one side, the first measurement unit or the second measurement unit may be made of an elastic material and may be deformed according to contraction or expansion of the tube.

일 측에 의하면, 상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 상기 제2 측정부가 설치된 위치에서 유체가 튜브 내벽에 미치는 압력(P2)이 산출되고, According to one side, in the calculation unit, the pressure (P 2 ) that the fluid exerts on the inner wall of the tube at the position where the second measurement unit is installed is calculated according to the following equation,

Figure 112019106729492-pat00001
Figure 112019106729492-pat00001

이때, σH는 제2 측정부에서 측정되는 인장 응력이고, ro는 튜브의 외측 반경이고, ri는 튜브의 내측 반경이며,At this time, σ H is the tensile stress measured by the second measuring unit, r o is the outer radius of the tube, r i is the inner radius of the tube,

상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 상기 압력에 의해 변형된 튜브의 변형량(Δr)이 산출되고,In the calculation unit, the deformation amount (Δr) of the tube deformed by the pressure is calculated by the following equation,

Figure 112019106729492-pat00002
Figure 112019106729492-pat00002

이때, r1은 변형 전의 튜브의 내측 반경이고, E는 튜브의 영률이며,At this time, r 1 is the inner radius of the tube before deformation, E is the Young's modulus of the tube,

상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 변형 후의 튜브의 단면적(A2)이 산출되고,In the calculation unit, the cross-sectional area (A 2 ) of the tube after deformation is calculated by the following equation,

Figure 112019106729492-pat00003
Figure 112019106729492-pat00003

상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 튜브의 변형에 의한 탄성 위치에너지(ΔU)가 산출되고,In the calculation unit, the elastic potential energy (ΔU) due to the deformation of the tube is calculated by the following equation,

Figure 112019106729492-pat00004
Figure 112019106729492-pat00004

이때, t는 튜브의 두께이고, ls는 제2 측정부의 길이이며,At this time, t is the thickness of the tube, l s is the length of the second measurement part,

상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 상기 제2 측정부에서의 유체의 속도(v2)가 산출되고,In the calculation unit, the velocity (v 2 ) of the fluid in the second measurement unit is calculated by the following equation,

Figure 112019106729492-pat00005
Figure 112019106729492-pat00005

이때, A1은 상기 제1 측정부에서의 튜브의 단면적이고, v1은 상기 제1 측정부에서의 유체의 속도이다.In this case, A 1 is a cross-sectional area of the tube in the first measurement unit, and v 1 is the velocity of the fluid in the first measurement unit.

일 측에 의하면, 상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 유체의 마찰계수가 산출되고,According to one side, in the calculation unit, the friction coefficient of the fluid is calculated by the following equation,

Figure 112019106729492-pat00006
Figure 112019106729492-pat00006

이때, γ는 유체의 비중량이고, g는 중력가속도이고, f는 유체의 마찰계수이며, 상기 연산부는 상기 마찰계수로부터 유체의 점도를 산출할 수 있다.Here, γ is the specific weight of the fluid, g is the gravitational acceleration, f is the friction coefficient of the fluid, and the calculation unit may calculate the viscosity of the fluid from the friction coefficient.

일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치에 의하면, 튜브 및 유량 조절 시스템을 이용하여 유체의 특성을 분석할 수 있는 효과가 있다.According to an apparatus for measuring fluid properties according to an embodiment, it is possible to analyze the properties of a fluid using a tube and a flow rate control system.

일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치에 의하면, 부피가 크고 비용이 많이 드는 장비 대신에 간단한 구조로 구성되어 유체의 특성을 용이하게 분석할 수 있는 효과가 있다.According to an apparatus for measuring fluid properties according to an embodiment, it is constructed in a simple structure instead of a device that is bulky and expensive, so that it is possible to easily analyze the properties of a fluid.

일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치에 의하면, 혈관에 직접 설치하지 않고 혈액 샘플 채취만으로도 혈관 특성에 따른 혈류 파형 및 혈액의 특성을 분석하는 장치는 제공하는 효과가 있다.According to an apparatus for measuring fluid properties according to an embodiment, there is an effect of providing an apparatus for analyzing blood flow waveforms and characteristics of blood according to blood vessel characteristics by simply collecting a blood sample without being directly installed in a blood vessel.

일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the fluid property measuring apparatus according to an embodiment are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치로부터 측정된 시간에 따른 튜브 반경의 변형률 그래프를 도시한다.
도 3은 혈류의 특성을 실험적으로 측정하기 위한 측정 어셈블리를 개략적으로 나타낸다.
도 4a는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 유량에 따른 정압 그래프를 도시한다.
도 4b는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 유량에 따른 변형률 그래프를 도시한다.
도 5a는 PVC 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 산출된 유량에 따른 정압 그래프를 도시한다.
도 5b는 PVC 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 산출된 유량에 따른 변형률 그래프를 도시한다.
도 6a은 라텍스 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 저항 변화율을 도시한다.
도 6b는 도 6a의 일부를 확대한 그래프를 도시한다.
도 7a은 라텍스 튜브를 사용하였을 때 시간에 따른 스트레인 센서의 저항 변화율을 도시한다.
도 7b는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 유량에 따른 저항 변화율을 도시한다.
도 8a는 도 7의 측정 어셈블리에 점도가 다른 유체를 이용하여 측정된 시간에 따른 스트레인 센서의 저항 변화율을 도시한다.
도 8b는 도 7의 측정 어셈블리에 점도가 다른 유체를 이용하여 측정된 유량에 따른 저항 변화율을 도시한다.
도 9는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 변형률에 따른 저항 변화율을 도시한다.
도 10은 도 4b와 도 7b를 비교한 그래프를 도시한다.
도 11a는 PVC 튜브를 사용하였을 때 시간에 따른 스트레인 센서의 저항 변화율을 도시한다.
도 11b는 PVC 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 유량에 따른 저항 변화율을 도시한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.1 schematically shows an apparatus for measuring fluid properties according to an embodiment.
2 is a graph showing a strain rate of a tube radius as a function of time measured by a fluid property measuring apparatus according to an exemplary embodiment.
3 schematically shows a measurement assembly for experimentally measuring the characteristics of blood flow.
4A shows a graph of static pressure according to the theoretically calculated flow rate when a latex tube is used.
4B shows a graph of strain according to the theoretically calculated flow rate when a latex tube is used.
5A shows a graph of static pressure according to a calculated flow rate theoretically calculated when a PVC tube is used.
5B shows a graph of strain according to the calculated flow rate that is theoretically calculated when a PVC tube is used.
6A shows the rate of change of resistance measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a latex tube is used.
6B is an enlarged view of a portion of FIG. 6A.
7A shows the rate of change of resistance of the strain sensor over time when a latex tube is used.
7B shows a rate of change of resistance according to a flow rate measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a latex tube is used.
FIG. 8A illustrates a rate of change in resistance of the strain sensor over time measured using a fluid having a different viscosity in the measurement assembly of FIG. 7.
FIG. 8B shows a rate of change of resistance according to a flow rate measured using a fluid having a different viscosity in the measurement assembly of FIG. 7.
FIG. 9 shows the rate of change of resistance according to the strain measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a latex tube is used.
10 shows a graph comparing FIG. 4B and FIG. 7B.
11A shows the rate of change of resistance of the strain sensor over time when using a PVC tube.
FIG. 11B shows the rate of change of resistance according to the flow rate measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a PVC tube is used.
The following drawings attached to the present specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention. It is limited and should not be interpreted.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the constituent elements of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are for distinguishing the constituent element from other constituent elements, and the nature, order, or order of the constituent element is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Components included in one embodiment and components including common functions will be described using the same name in other embodiments. Unless otherwise stated, the description in one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description will be omitted in the overlapping range.

도 1은 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치(10)를 개략적으로 나타낸다.1 schematically shows an apparatus 10 for measuring fluid properties according to an embodiment.

도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치(10)는 제1 측정부(101) 및 제2 측정부(102)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus 10 for measuring fluid properties according to an exemplary embodiment may include a first measurement unit 101 and a second measurement unit 102.

제1 측정부(101)는 내부에 유체가 흐르는 튜브(T)의 외측을 둘러싸도록 설치될 수 있다.The first measurement unit 101 may be installed to surround the outside of the tube T through which the fluid flows.

제2 측정부(102)는 제1 측정부(101)로부터 이격되어 상기 튜브(T)의 외측을 둘러싸도록 설치될 수 있다.The second measurement unit 102 may be spaced apart from the first measurement unit 101 and may be installed to surround the outside of the tube T.

이때, 상기 튜브(T)는 인공 튜브, 혈관 등 내부에 유체가 흐를 수 있는 임의의 관을 포함할 수 있다. 또한, 튜브(T)는 탄성을 가지며, 유체의 흐름에 따라 팽창 또는 수축할 수 있다.In this case, the tube T may include an artificial tube, a blood vessel, or any tube through which a fluid can flow. In addition, the tube T has elasticity and may expand or contract according to the flow of the fluid.

제1 측정부(101) 및 제2 측정부(102)는 튜브(T) 상에 설치된 각각의 위치에서 튜브(T)의 원주 방향으로 작용하는 인장 응력을 측정하기 위해, 예를 들어 스트레인 게이지로 마련될 수 있다.The first measurement unit 101 and the second measurement unit 102 are, for example, using a strain gauge to measure tensile stress acting in the circumferential direction of the tube T at each position installed on the tube T. Can be provided.

스트레인 게이지는 물체가 외력에 의해 변형될 때 그 변형을 측정할 수 있는 측정기를 지칭하며, 물체에 부착하여 변형을 측정할 수 있다. 스트레인 게이지에는 저항선이 마련되어 있으며, 이러한 저항선은 인장방향의 변형을 받으면 길이가 증가하므로 단면적이 감소되어 전기저항이 증가하게 된다. 스트레인 게이지는 그 증가분을 측정함으로써 변형을 측정할 수 있다. Strain gauge refers to a measuring device capable of measuring the deformation when an object is deformed by an external force, and can be attached to an object to measure the deformation. A resistance wire is provided in the strain gauge, and the length of the resistance wire increases when it is deformed in the tensile direction, so that the cross-sectional area decreases and the electrical resistance increases. Strain gauges can measure strain by measuring the increment.

따라서, 유체 거동의 원리 및 스트레인 게이지를 융합하여 혈류 또는 혈액 특성 분석할 수 있고, 이를 다양한 심혈관 질환을 진단하는데 적용할 수 있다. 또한, 전술한 원리 및 장치는 혈액에만 한정되지 않고 다양한 유체의 특성을 분석하는데 이용될 수 있다.Therefore, it is possible to analyze blood flow or blood characteristics by fusing the principle of fluid behavior and a strain gauge, and this can be applied to diagnose various cardiovascular diseases. In addition, the above-described principles and devices are not limited to blood and can be used to analyze the properties of various fluids.

또한, 제1 측정부(101) 및 제2 측정부(102)는 일 측에 각각 한 쌍의 와이어(1011, 1021)가 구비될 수 있다. In addition, the first measurement unit 101 and the second measurement unit 102 may be provided with a pair of wires 1011 and 1021, respectively, on one side.

제1 측정부(101)에는 제1 와이어(1011)가 구비되며, 제1 와이어(1011)를 통해 제1 측정부(101)의 저항 변화가 측정될 수 있다. 제2 측정부(102)에는 제2 와이어(1021)가 구비되며, 제2 와이어(1021)를 통해 제2 측정부(102)의 저항 변화가 측정될 수 있다. A first wire 1011 is provided in the first measurement unit 101, and a change in resistance of the first measurement unit 101 may be measured through the first wire 1011. A second wire 1021 is provided in the second measurement unit 102, and a change in resistance of the second measurement unit 102 may be measured through the second wire 1021.

구체적으로, 제1 와이어(1011) 또는 제2 와이어(1021)는 펄스 측정이 가능한 외부 장치와 전기적으로 연결되어서, 튜브(T)가 팽창 또는 수축함에 따라 변화하는 제1 측정부(101) 또는 제2 측정부(102)의 저항 변화율의 진폭을 제1 와이어(1011) 또는 제2 와이어(1021)를 통해 측정할 수 있다.Specifically, the first wire 1011 or the second wire 1021 is electrically connected to an external device capable of pulse measurement, so that the first measuring unit 101 or the first measuring unit 101 or the second measuring unit 101 that changes as the tube T expands or contracts. 2 The amplitude of the resistance change rate of the measurement unit 102 may be measured through the first wire 1011 or the second wire 1021.

추가로, 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치(10)는 연산부를 더 포함할 수 있다.Additionally, the apparatus 10 for measuring fluid properties according to an exemplary embodiment may further include an operation unit.

연산부는 제1 측정부(101) 또는 제2 측정부(102)로부터 측정된 값을 통해 유체의 특성을 분석할 수 있다. 이를 위해 연산부에는 유체 특성을 산출하기 위한 다양한 관계식들이 내장되어 있을 수 있다.The calculation unit may analyze the characteristics of the fluid through a value measured from the first measurement unit 101 or the second measurement unit 102. To this end, various relational expressions for calculating fluid properties may be embedded in the calculation unit.

구체적으로, 연산부에는 인장 응력으로부터 유체가 튜브(T) 내벽에 미치는 압력을 연산할 수 있다. Specifically, the calculation unit may calculate a pressure exerted by the fluid on the inner wall of the tube T from the tensile stress.

또한, 연산부에는 제1 측정부(101) 또는 제2 측정부(102)는 각각이 설치된 위치에서 튜브(T)의 내부를 흐르는 유체에 의해 인장 응력이 변화되는 시점의 정보 전달될 수 있다. 연산부는 제1 측정부(101)와 제2 측정부(102)의 인장 응력이 변화된 시간 차이 및 제1 측정부(101)와 제2 측정부(102) 사이의 이격 거리로부터 유체의 속도를 연산할 수 있다.In addition, the first measurement unit 101 or the second measurement unit 102 may transmit information about a time point at which the tensile stress is changed by the fluid flowing inside the tube T at the position where each of the first measurement units 101 or the second measurement unit 102 is installed. The calculation unit calculates the velocity of the fluid from the time difference in which the tensile stress of the first measurement unit 101 and the second measurement unit 102 is changed and the separation distance between the first measurement unit 101 and the second measurement unit 102 can do.

또한, 연산부는 유체의 속도로부터 유량 또는 전단율을 연산하고, 유량 또는 전단율로부터 유체의 점도를 산출할 수 있다.In addition, the calculation unit may calculate a flow rate or shear rate from the velocity of the fluid, and may calculate the viscosity of the fluid from the flow rate or shear rate.

도 2는 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치로부터 측정된 시간에 따른 튜브 반경의 변형률 그래프를 도시한다.2 is a graph showing a strain rate of a tube radius as a function of time measured by a fluid property measuring apparatus according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하여, 튜브(T)는 유체가 통과하면서 발생한 압력에 의해 반경 방향으로 팽창될 수 있다. 튜브(T)의 원주 방향으로 팽창에 저항하는 응력이 발생할 수 있다.Referring to FIG. 2, the tube T may be expanded in a radial direction by a pressure generated while a fluid passes through it. Stress that resists expansion may occur in the circumferential direction of the tube T.

도 2의 우측 그래프는 예를 들어 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치를 사용하여 혈류의 특성을 실험하였을 때, 제1 측정부(101) 또는 제2 측정부(102)의 시간(Time)에 따른 저항 변화율(ΔR/R0)의 진폭을 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 혈류로 인해 혈관, 즉 튜브(T)는 팽창하게 되고, 튜브(T)를 둘러싸고 있는 제1 측정부(101) 또는 제2 측정부(102)에 응력이 인가된다. 이에 따라 전기적으로 저항 변화율을 측정할 수 있다. The graph on the right of FIG. 2 shows, for example, when a blood flow characteristic is tested using the fluid characteristic measuring device according to an embodiment, the time of the first measuring unit 101 or the second measuring unit 102 This is a graph showing the amplitude of the resistance change rate (ΔR/R 0 ). Specifically, the blood vessel, that is, the tube T expands due to blood flow, and a stress is applied to the first measurement unit 101 or the second measurement unit 102 surrounding the tube T. Accordingly, the rate of change of resistance can be electrically measured.

측정된 값은 연산부로 전달되고, 그래프에 나타난 저항 변화율의 진폭 측정을 통하여 혈압을 측정할 수 있으며, 제1 측정부(101) 및 제2 측정부(102)의 이격 거리와 제1 측정부(101) 및 제2 측정부(102) 각각의 저항 변화가 측정된 시간 차이를 이용하여 혈류의 속도를 측정할 수 있다. 또한, 혈류 속도를 이용하여 전단율 및 혈류량도 산출하는 것이 가능하며, 이로부터 혈액의 특성, 예를 들어 점도, 밀도 등을 얻을 수 있다.The measured value is transmitted to the calculation unit, and the blood pressure can be measured by measuring the amplitude of the resistance change rate shown in the graph, and the separation distance between the first measurement unit 101 and the second measurement unit 102 and the first measurement unit ( 101) and the second measuring unit 102 may measure the speed of blood flow by using a time difference in which resistance changes are measured. In addition, it is possible to calculate the shear rate and the amount of blood flow using the blood flow rate, and from this, properties of blood, for example, viscosity, density, and the like can be obtained.

도 3은 혈류 또는 유체 특성 측정 실험을 수행하기 위해 도 1의 유체 특성 측정 장치(10)를 모사한 측정 어셈블리를 개략적으로 나타낸다.3 schematically shows a measurement assembly that simulates the fluid property measurement apparatus 10 of FIG. 1 in order to perform a blood flow or fluid property measurement experiment.

도 3을 참조하여, 측정 어셈블리는 모터 펌프(111), 스트레인 센서(112), 튜브(T'), 모터 펌프 컨트롤러(C), 수조(Fluid reservoir)(R) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the measurement assembly may include a motor pump 111, a strain sensor 112, a tube T', a motor pump controller C, a fluid reservoir R, and the like.

여기서 모터 펌프(111)는 도 1의 유체 특성 측정 장치(10)의 제1 측정부(101)의 역할을 할 수 있고, 스트레인 센서(112)는 도 1의 제2 측정부(102)의 역할을 할 수 있다.Here, the motor pump 111 may serve as the first measurement unit 101 of the fluid property measurement device 10 of FIG. 1, and the strain sensor 112 serves as the second measurement unit 102 of FIG. 1 can do.

실제로 제1 측정부(101)의 인장 응력은 유체 거동에 따라 다양한 값으로 측정될 수 있으나, 도 3의 측정 어셈블리에서는 모터 펌프 컨트롤러(C)를 통해 모터 펌프(111)로부터 토출되는 유체의 압력, 속도 등을 설정값으로 입력하여 실험하기로 한다. 따라서, 도 3의 측정 어셈블리는 모터 펌프(111)로부터 스트레인 센서(112)로 혈액이 유동하면서 발생하는, 스트레인 센서(112)가 설치된 위치에서의 튜브(T')의 인장 응력을 측정함으로써, 혈류의 특성을 분석할 것이다.In fact, the tensile stress of the first measurement unit 101 may be measured in various values depending on the fluid behavior, but in the measurement assembly of FIG. 3, the pressure of the fluid discharged from the motor pump 111 through the motor pump controller C, It is decided to experiment by inputting speed, etc. as a set value. Accordingly, the measurement assembly of FIG. 3 measures the tensile stress of the tube T'at the position where the strain sensor 112 is installed, which occurs while blood flows from the motor pump 111 to the strain sensor 112, Will analyze the characteristics of.

튜브(T')는 모터 펌프(111)로부터 스트레인 센서(112)로 유체를 전달하기 위한 통로의 역할을 할 수 있다. 여기서 튜브(T')는 혈관, 즉 동맥을 모사할 수 있으며, 탄성을 가질 수 있다. 구체적으로, 튜브(T')는 내측 직경이 4mm이고, 두께가 1mm일 수 있다. 이 실험에서, 튜브(T')는 라텍스 또는 PVC 재질 등의 연질 튜브로 구성될 수 있다.The tube T'may serve as a passage for transferring fluid from the motor pump 111 to the strain sensor 112. Here, the tube T'may simulate a blood vessel, that is, an artery, and may have elasticity. Specifically, the tube T'may have an inner diameter of 4 mm and a thickness of 1 mm. In this experiment, the tube T'may be made of a soft tube made of latex or PVC.

모터 펌프 컨트롤러(C)는 컴퓨터 등의 장치로부터 설정된 모터 펌프(111)의 토출 압력, 속도 등에 따라 모터 펌프(111)의 구동을 제어할 수 있다. The motor pump controller C may control the driving of the motor pump 111 according to the discharge pressure and speed of the motor pump 111 set from a device such as a computer.

수조(R)는 실험에 사용하는 유체를 저장하고 순환시킬 수 있다.The water tank R can store and circulate the fluid used in the experiment.

추가로, 도 3의 측정 어셈블리는 연산부를 더 포함할 수 있다.Additionally, the measurement assembly of FIG. 3 may further include an operation unit.

연산부에는 제1 관계식 내지 제7 관계식이 내장될 수 있으며, 연산부에서는 관계식들에 의해서 유체의 압력, 속도, 점도 등 다양한 특성이 산출될 수 있다.The first to seventh relational expressions may be embedded in the calculation unit, and various characteristics such as pressure, velocity, and viscosity of the fluid may be calculated by the relational expressions in the calculation unit.

제1 관계식은 다음과 같다.The first relational expression is as follows.

Figure 112019106729492-pat00007
Figure 112019106729492-pat00007

이때, At this time,

σH는 제2 측정부에서 측정되는 인장 응력이고,σ H is the tensile stress measured in the second measuring unit,

ro는 튜브의 외측 반경이고,r o is the outer radius of the tube,

ri는 튜브의 내측 반경이다.r i is the inner radius of the tube.

이와 같이 연산부에서는 제1 관계식에 의해서 스트레인 센서(112)가 설치된 위치에서 유체가 튜브 내벽에 미치는 압력(P2)이 산출될 수 있다. In this way, in the calculation unit, the pressure P 2 exerted by the fluid on the inner wall of the tube at the position where the strain sensor 112 is installed may be calculated by the first relational expression.

제2 관계식은 다음과 같다.The second relational expression is as follows.

Figure 112019106729492-pat00008
Figure 112019106729492-pat00008

이때,At this time,

r1은 변형 전의 튜브의 내측 반경이고,r 1 is the inner radius of the tube before deformation,

E는 튜브의 영률이다.E is the Young's modulus of the tube.

이와 같이 연산부에서는 제2 관계식에 의해서 압력에 의해 변형된 튜브(T')의 변형량(Δr)이 산출될 수 있다.In this way, in the calculation unit, the deformation amount Δr of the tube T'deformed by the pressure may be calculated by the second relational expression.

제3 관계식은 다음과 같다.The third relational expression is as follows.

Figure 112019106729492-pat00009
Figure 112019106729492-pat00009

이와 같이 연산부에서는 제3 관계식에 의해서 압력에 의해 변형된 후의 튜브(T')의 단면적(A2)이 산출될 수 있다. In this way, in the calculation unit, the cross-sectional area A 2 of the tube T'after being deformed by pressure may be calculated by the third relational expression.

제4 관계식은 다음과 같다.The fourth relational expression is as follows.

Figure 112019106729492-pat00010
Figure 112019106729492-pat00010

이때,At this time,

t는 튜브의 두께이고,t is the thickness of the tube,

ls는 제2 측정부의 길이이다.l s is the length of the second measurement part.

이와 같이 연산부에서는 제4 관계식에 의해서 튜브(T')의 변형으로 인한 탄성 위치에너지(ΔU)가 산출될 수 있다.In this way, in the calculation unit, the elastic potential energy ΔU due to the deformation of the tube T'may be calculated by the fourth relational expression.

제5 관계식은 다음과 같다.The fifth relational expression is as follows.

Figure 112019106729492-pat00011
Figure 112019106729492-pat00011

이때,At this time,

A1은 상기 제1 측정부에서의 튜브의 단면적이고,A 1 is the cross-sectional area of the tube in the first measurement unit,

v1은 상기 제1 측정부에서의 유체의 속도이다.v 1 is the velocity of the fluid in the first measurement unit.

이와 같이 연산부에서는 제5 관계식에 의해서 스트레인 센서(112)에서의 유체의 속도(v2)가 산출될 수 있다.In this way, in the calculation unit, the velocity v 2 of the fluid in the strain sensor 112 may be calculated by the fifth relational expression.

제6 관계식은 다음과 같다.The sixth relational expression is as follows.

Figure 112019106729492-pat00012
Figure 112019106729492-pat00012

이때, At this time,

P1은 모터 펌프(111)에서 유체가 토출되는 압력이고,P 1 is the pressure at which the fluid is discharged from the motor pump 111,

γ는 유체의 비중량이고,γ is the specific weight of the fluid,

g는 중력가속도이다.g is the acceleration due to gravity.

Z1 및 Z2는 각각 모터 펌프(111) 및 스트레인 센서(112)의 위치에너지이고, 여기에서는 모터 펌프(111) 및 스트레인 센서(112)의 높이 차이가 없으므로 생략될 수 있다.Z 1 and Z 2 are potential energy of the motor pump 111 and the strain sensor 112, respectively, and here, since there is no difference in height between the motor pump 111 and the strain sensor 112, they may be omitted.

또한, hL은 에너지 손실이고, 여기에서는 유체가 모터 펌프(111)로부터 스트레인 센서(112)에 도달한 시점까지 마찰에 의해 손실된 에너지를 고려할 수 있다. hL은 다음의 식으로 나타낼 수 있다.In addition, h L is an energy loss, and in this case, the energy lost by friction from the motor pump 111 to the strain sensor 112 may be taken into account. h L can be represented by the following equation.

Figure 112019106729492-pat00013
Figure 112019106729492-pat00013

이때,At this time,

f는 유체의 마찰계수이고,f is the coefficient of friction of the fluid,

l은 모터 펌프(111) 및 스트레인 센서(112) 사이의 거리이고,l is the distance between the motor pump 111 and the strain sensor 112,

D는 튜브(T')의 직경이다.D is the diameter of the tube T'.

따라서, 제6 관계식은 상기 식 및 제1 관계식 내지 제5 관계식에 의해 다음과 같이 정리할 수 있다.Accordingly, the sixth relational expression can be summarized as follows by the above expression and the first relational expressions to the fifth relational expressions.

Figure 112019106729492-pat00014
Figure 112019106729492-pat00014

이때, At this time,

이와 같이 연산부에서는 제6 관계식에 의해서 유체의 마찰계수가 산출될 수 있다.In this way, in the calculation unit, the friction coefficient of the fluid may be calculated by the sixth relational equation.

제7 관계식은 다음과 같다.The seventh relational expression is as follows.

Figure 112019106729492-pat00015
Figure 112019106729492-pat00015

이때, At this time,

ε은 튜브(T')의 변형률이고,ε is the strain of the tube (T'),

Re는 레이놀즈 수이다.Re is the Reynolds number.

이와 같이 연산부에서는 제7 관계식에 의해서 유체의 레이놀즈 수가 산출될 수 있다. 또한, 레이놀즈 수는 유속, 직경 및 동점성계수의 관계식으로 나타낼 수 있으며, 레이놀즈 수는 동점성계수와 반비례 관계이다. 따라서, 연산부는 레이놀즈 수로부터 유체의 점도, 밀도 등의 유체의 특성을 더 산출할 수 있다.In this way, in the calculation unit, the Reynolds number of the fluid may be calculated by the seventh relational expression. In addition, the Reynolds number can be expressed as a relational expression of flow velocity, diameter, and dynamic viscosity, and the Reynolds number is inversely proportional to the dynamic viscosity coefficient. Accordingly, the calculation unit may further calculate fluid properties such as viscosity and density of the fluid from the Reynolds number.

이하에서 도 4 내지 도 5를 참조하여, 매트랩을 사용하여 이론적으로 구한 유량에 따른 정압 및 유량에 따른 변형률의 관계를 설명하기로 한다. 여기서 유체는 1cP의 점성을 가질 수 있다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 5, a relationship between a static pressure according to a flow rate theoretically obtained using MATLAB and a strain rate according to a flow rate will be described. Here, the fluid may have a viscosity of 1 cP.

도 4a는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 유량에 따른 정압 그래프를 도시한다.4A shows a graph of static pressure according to the theoretically calculated flow rate when a latex tube is used.

도 4a를 참조하여, 상기 유체는 튜브 내부의 유량이 증가함에 따라 정압이 선형적으로 증가한다.Referring to FIG. 4A, the static pressure of the fluid linearly increases as the flow rate inside the tube increases.

도 4b는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 유량에 따른 변형률 그래프를 도시한다.4B shows a graph of strain according to the theoretically calculated flow rate when a latex tube is used.

도 4b를 참조하여, 상기 유체는 튜브 내부의 유량이 증가함에 따라 튜브의 변형률이 선형적으로 증가한다.Referring to FIG. 4B, the strain of the tube linearly increases as the flow rate inside the tube increases.

도 5a는 PVC 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 유량에 따른 정압 그래프를 도시한다.5A shows a graph of static pressure according to the theoretically calculated flow rate when a PVC tube is used.

도 5a를 참조하여, 상기 유체는 튜브 내부의 유량이 증가함에 따라 정압이 선형적으로 증가한다.Referring to FIG. 5A, the static pressure of the fluid linearly increases as the flow rate inside the tube increases.

도 5b는 PVC 튜브를 사용하였을 때 이론적으로 산출되는 유량에 따른 변형률 그래프를 도시한다.5B shows a graph of strain according to the theoretically calculated flow rate when a PVC tube is used.

도 5b를 참조하여, 상기 유체는 튜브 내부의 유량이 증가함에 따라 튜브의 변형률이 선형적으로 증가한다. 이때, 유량 증가에 따라 증가하는 PVC 튜브의 변형률은 라텍스 튜브의 변형률보다 더 큰 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5B, the strain of the tube linearly increases as the flow rate inside the tube increases. At this time, it can be seen that the strain rate of the PVC tube, which increases as the flow rate increases, is greater than the strain rate of the latex tube.

도 6a은 라텍스 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 저항 변화율을 도시한다.6A shows the rate of change of resistance measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a latex tube is used.

도 6b는 도 6a의 일부를 확대한 그래프를 도시한다.6B is an enlarged view of a portion of FIG. 6A.

도 6a를 참조하여, 그래프는 10주기 동안 모터 펌프(111)에 인가된 전압에 대한 스트레인 센서(112)의 저항 변화율을 도시한다.Referring to FIG. 6A, the graph shows the rate of change of resistance of the strain sensor 112 with respect to the voltage applied to the motor pump 111 for 10 cycles.

이때, 모터 펌프(111)로부터 0.5초 동안 유량을 흘려주고, 1.5초 동안 흐름을 통제하는 2초 주기의 흐름으로 저항 변화율을 측정하였다. 또한, 각각의 주기에서 0.5초 동안 흐르는 유량은 7l/min으로 동일하다At this time, a flow rate of 0.5 seconds was passed from the motor pump 111 and a rate of change of resistance was measured in a 2-second cycle of controlling the flow for 1.5 seconds. In addition, the flow rate that flows for 0.5 seconds in each cycle is the same as 7 l/min.

도 6b를 참조하여, 그래프는 1주기 동안 모터 펌프(111)에 인가된 전압에 대한 스트레인 센서(112)의 저항 변화율을 도시하며, 유량이 증가함에 따라 저항 변화율이 증가함을 알 수 있다.Referring to FIG. 6B, the graph shows the rate of change of resistance of the strain sensor 112 with respect to the voltage applied to the motor pump 111 during one cycle, and it can be seen that the rate of change of resistance increases as the flow rate increases.

도 7a는 도 6a와 마찬가지로 모터 펌프(111)로부터 유량이 서로 다른 유체를 주기적으로 흘려주면서 시간에 따른 스트레인 센서(112)의 저항 변화율을 도시한다.7A shows the rate of change of resistance of the strain sensor 112 over time while periodically flowing fluids having different flow rates from the motor pump 111, as in FIG. 6A.

도 7b는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 유량 변화에 따른 저항 변화율을 도시한다.7B shows a rate of change of resistance according to a change in flow rate measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a latex tube is used.

도 7a 및 도 7b을 참조하여, 유량이 5l/min에서 8l/min 증가함에 따라 저항 변화율이 대략 선형적으로 증가함을 알 수 있다.Referring to FIGS. 7A and 7B, it can be seen that the resistance change rate increases approximately linearly as the flow rate increases from 5 l/min to 8 l/min.

도 8a는 모터 펌프(111)로부터 점도가 서로 다른 유체를 주기적으로 흘려주면서 시간에 따른 스트레인 센서(112)의 저항 변화율을 도시한다.8A illustrates a rate of change in resistance of the strain sensor 112 over time while periodically flowing fluids having different viscosities from the motor pump 111.

도 8b는 도 7의 측정 어셈블리에 점도가 서로 다른 유체를 이용하여 측정된 유량에 따른 저항 변화율을 도시한다.FIG. 8B shows a rate of change of resistance according to a flow rate measured using fluids having different viscosities in the measurement assembly of FIG. 7.

도 8a 및 도 8b를 참조하여, 각각의 유체는 점도가 1.0 cP 내지 2.0 cP로 상이하며, 유량은 5l/min으로 동일한 조건으로 저항 변화율을 측정하였다. 도 8로부터 점도가 증가할수록 저항 변화율이 증가하는 것을 알 수 있다.8A and 8B, the viscosity of each fluid was different from 1.0 cP to 2.0 cP, and the flow rate was 5 l/min, and the resistance change rate was measured under the same conditions. It can be seen from FIG. 8 that the resistance change rate increases as the viscosity increases.

도 9는 라텍스 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 변형률에 따른 저항 변화율을 도시한다.9 shows the rate of change of resistance according to the strain measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a latex tube is used.

구체적으로, 튜브(T')의 길이 방향으로 변형을 가함에 따라 변화하는 저항 변화율을 측정하였으며, 도 9를 참조하여, 튜브(T')의 인장 변형에 따라 저항 변화율이 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다.Specifically, the resistance change rate that changes as the deformation is applied in the longitudinal direction of the tube T'was measured, and referring to FIG. 9, it is observed that the resistance change rate linearly increases according to the tensile deformation of the tube T'. Able to know.

도 10은 도 4b와 도 7b를 비교한 그래프를 도시한다.10 shows a graph comparing FIG. 4B and FIG. 7B.

도 10을 참조하여, 라텍스 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 저항 변화율과 이론적으로 산출되는 저항 변화율은 동일하게 유량이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 10, it was confirmed that the rate of change of resistance measured from the measurement assembly of FIG. 3 and the rate of change of resistance theoretically calculated from the measurement assembly of FIG. 3 when using the latex tube increased linearly as the flow rate increased.

도 11a는 PVC 튜브를 사용하여, 도 7a와 마찬가지로 모터 펌프(111)로부터 유량이 서로 다른 유체를 주기적으로 흘려주면서 시간에 따른 스트레인 센서(112)의 저항 변화율을 도시한다.FIG. 11A shows a rate of change of resistance of the strain sensor 112 over time while periodically flowing fluids having different flow rates from the motor pump 111 as in FIG. 7A using a PVC tube.

도 11b는 PVC 튜브를 사용하였을 때 도 3의 측정 어셈블리로부터 측정된 유량에 따른 저항 변화율을 도시한다.FIG. 11B shows the rate of change of resistance according to the flow rate measured from the measurement assembly of FIG. 3 when a PVC tube is used.

도 11a 및 도 11b를 참조하여, PVC 튜브는 라텍스 튜브보다 탄성계수가 높으며, 이에 따라 도 7에 도시된 그래프보다 유량의 증가에 따라 저항 변화율 더 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 11A and 11B, it can be seen that the PVC tube has a higher modulus of elasticity than the latex tube, and accordingly, the resistance change rate increases more linearly with an increase in flow rate than the graph shown in FIG. 7.

도 4 내지 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치(10)를 사용하여 신뢰할 만한 유체 특성을 도출해 낼 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치(10)를 사용함으로써, 튜브 및 유량 조절 시스템을 이용하여 유체의 특성을 분석할 수 있다. 또한, 부피가 크고 고비용의 장비를 사용하거나 커패시턴스 변화를 측정하지 않고도 튜브의 팽창을 간단하게 측정할 수 있는 스트레인 게이지를 이용하여 유체의 특성, 예를 들어, 맥박, 혈류량, 혈액의 점도 등을 용이하게 측정할 수 있다. 아울러, 일 실시예에 따른 유체 특성 측정 장치(10)를 심혈관계 질환의 진단에 적용함으로써, 혈관에 직접 설치하지 않고 혈액 샘플 채취만으로도 혈관 특성에 따른 혈류 파형 및 혈액의 특성을 분석하는 것이 가능하다.As described with reference to FIGS. 4 to 11, reliable fluid properties may be derived using the fluid property measuring apparatus 10 according to an exemplary embodiment. Therefore, by using the fluid property measuring apparatus 10 according to an embodiment, it is possible to analyze the properties of the fluid using a tube and a flow rate control system. In addition, by using a strain gauge that can simply measure the expansion of the tube without using bulky and expensive equipment or measuring capacitance change, it is easy to determine the characteristics of the fluid, such as pulse rate, blood flow, and viscosity of blood. Can be measured. In addition, by applying the fluid characteristic measuring device 10 according to an embodiment to the diagnosis of cardiovascular disease, it is possible to analyze the blood flow waveform and the characteristics of the blood according to the characteristics of the blood vessel only by collecting a blood sample without being installed directly in the blood vessel. .

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, the embodiments of the present invention have been described by specific matters such as specific components, and limited embodiments and drawings, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above embodiments. It is not, and a person having ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as the described structure, device, etc. are combined or combined in a form different from the described method, or in other components or equivalents. Even if substituted or substituted by, appropriate results can be achieved. Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that have equivalent or equivalent modifications to the claims as well as the claims to be described later will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

10: 유체 특성 측정 장치
101: 제1 측정부
1011: 제1 와이어
102: 제2 측정부
1021: 제2 와이어
111: 모터 펌프
112: 스트레인 센서10: fluid property measurement device
101: first measurement unit
1011: first wire
102: second measuring unit
1021: second wire
111: motor pump
112: strain sensor

Claims (8)

내부에 유체가 흐르는 튜브의 외측을 둘러싸도록 설치된 제1 측정부; 및
상기 제1 측정부로부터 이격되어 상기 튜브의 외측을 둘러싸도록 설치된 제2 측정부;
를 포함하고,
상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부는 각각이 설치된 위치에서 상기 튜브의 원주 방향으로 작용하는 인장 응력을 측정하며,
상기 인장 응력으로부터 유체의 특성을 분석하고,
상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부 각각은 일측에 와이어가 구비되어 스트레인 게이지로 마련되고,
상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부 각각은 상기 와이어를 통하여 변형에 의한 저항 변화율이 측정되는, 유체 특성 측정 장치.
A first measuring unit installed to surround the outside of the tube through which the fluid flows; And
A second measurement unit spaced apart from the first measurement unit and installed to surround the outside of the tube;
Including,
The first measurement unit or the second measurement unit measures a tensile stress acting in the circumferential direction of the tube at each installed position,
Analyze the properties of the fluid from the tensile stress,
Each of the first measurement unit and the second measurement unit is provided with a wire on one side to be provided as a strain gauge,
Each of the first measurement unit and the second measurement unit measures a rate of change of resistance due to deformation through the wire.
 제1항에 있어서,
상기 제1 측정부 또는 제2 측정부로부터 측정된 값을 통해 상기 유체의 특성을 분석하는 연산부를 더 포함하고,
상기 연산부는 상기 인장 응력으로부터 유체가 튜브 내벽에 미치는 압력을 연산하는, 유체 특성 측정 장치.
The method of claim 1,
Further comprising a calculation unit for analyzing the characteristics of the fluid through the value measured from the first measurement unit or the second measurement unit,
The calculation unit calculates a pressure exerted by the fluid on the inner wall of the tube from the tensile stress.
 제2항에 있어서,
상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부는 각각이 설치된 위치에서 상기 튜브의 내부를 흐르는 유체에 의해 인장 응력이 변화되는 시점의 정보를 상기 연산부로 전달하고,
상기 연산부는, 상기 제1 측정부와 상기 제2 측정부 사이의 이격 거리 및 상기 제1 측정부와 상기 제2 측정부의 인장 응력이 변화된 시간 차이로부터 유체의 속도를 연산하는, 유체 특성 측정 장치.
The method of claim 2,
The first measurement unit or the second measurement unit transmits information on a point in time at which the tensile stress is changed by the fluid flowing through the tube at the position where each is installed, to the calculation unit,
The calculation unit calculates the velocity of the fluid from a distance between the first measurement unit and the second measurement unit and a time difference at which the tensile stress of the first measurement unit and the second measurement unit is changed.
 제3항에 있어서,
상기 연산부는, 상기 유체의 속도로부터 유량 또는 전단율을 연산하고,
상기 연산부는, 상기 유체가 상기 제1 측정부를 지날 때 튜브 내벽에 미치는 압력 및 속도, 상기 제2 측정부를 지날 때 튜브 내벽에 미치는 압력 및 속도, 상기 제1 측정부 및 상기 제2 측정부 사이의 이격 거리와 상기 유량 또는 상기 전단율로부터 유체의 점도를 산출하는, 유체 특성 측정 장치.
The method of claim 3,
The calculation unit calculates a flow rate or a shear rate from the velocity of the fluid,
The calculation unit may include a pressure and speed exerted on the inner wall of the tube when the fluid passes through the first measuring unit, a pressure and velocity exerted on the inner wall of the tube when passing through the second measuring unit, and between the first measuring unit and the second measuring unit. A fluid property measuring device that calculates the viscosity of the fluid from the separation distance and the flow rate or the shear rate.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 측정부 또는 상기 제2 측정부는 탄성 재질로 마련되어 튜브의 수축 또는 팽창에 따라 변형되는, 유체 특성 측정 장치.
The method of claim 1,
The first measurement unit or the second measurement unit is made of an elastic material and is deformed according to contraction or expansion of the tube.
 제2항에 있어서,
상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 상기 제2 측정부가 설치된 위치에서 유체가 튜브 내벽에 미치는 압력(P2)이 산출되고,
Figure 112019106729492-pat00016

이때,
σH는 제2 측정부에서 측정되는 인장 응력이고,
ro는 튜브의 외측 반경이고,
ri는 튜브의 내측 반경이며,
상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 상기 압력에 의해 변형된 튜브의 변형량(Δr)이 산출되고,
Figure 112019106729492-pat00017

이때,
r1은 변형 전의 튜브의 내측 반경이고,
E는 튜브의 영률이며,
상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 변형 후의 튜브의 단면적(A2)이 산출되고,
Figure 112019106729492-pat00018

상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 튜브의 변형에 의한 탄성 위치에너지(ΔU)가 산출되고,
Figure 112019106729492-pat00019

이때,
t는 튜브의 두께이고,
ls는 제2 측정부의 길이이며,
상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 상기 제2 측정부에서의 유체의 속도(v2)가 산출되고,
Figure 112019106729492-pat00020

이때,
A1은 상기 제1 측정부에서의 튜브의 단면적이고,
v1은 상기 제1 측정부에서의 유체의 속도인, 유체 특성 측정 장치.
The method of claim 2,
In the calculation unit, the pressure (P 2 ) exerted by the fluid on the inner wall of the tube at the position where the second measurement unit is installed is calculated according to the following equation,
Figure 112019106729492-pat00016

At this time,
σ H is the tensile stress measured in the second measuring unit,
r o is the outer radius of the tube,
r i is the inner radius of the tube,
In the calculation unit, the deformation amount (Δr) of the tube deformed by the pressure is calculated by the following equation,
Figure 112019106729492-pat00017

At this time,
r 1 is the inner radius of the tube before deformation,
E is the Young's modulus of the tube,
In the calculation unit, the cross-sectional area (A 2 ) of the tube after deformation is calculated by the following equation,
Figure 112019106729492-pat00018

In the calculation unit, the elastic potential energy (ΔU) due to the deformation of the tube is calculated by the following equation,
Figure 112019106729492-pat00019

At this time,
t is the thickness of the tube,
l s is the length of the second measuring part,
In the calculation unit, the velocity (v 2 ) of the fluid in the second measurement unit is calculated by the following equation,
Figure 112019106729492-pat00020

At this time,
A 1 is the cross-sectional area of the tube in the first measurement unit,
v 1 is the velocity of the fluid in the first measurement unit, the fluid property measurement device.
 제7항에 있어서,
상기 연산부에서는 아래의 식에 의해서 유체의 마찰계수가 산출되고,
Figure 112019106729492-pat00021

이때,
P1은 상기 제1 측정부가 설치된 위치에서 유체가 튜브 내벽에 미치는 압력이고,
γ는 유체의 비중량이고,
g는 중력가속도이고,
f는 유체의 마찰계수이며,
상기 연산부는 상기 마찰계수로부터 유체의 점도를 산출하는, 유체 특성 측정 장치.
The method of claim 7,
In the calculation unit, the friction coefficient of the fluid is calculated by the following equation,
Figure 112019106729492-pat00021

At this time,
P 1 is the pressure exerted by the fluid on the inner wall of the tube at the position where the first measuring unit is installed,
γ is the specific weight of the fluid,
g is the acceleration due to gravity,
f is the coefficient of friction of the fluid,
The calculation unit calculates the viscosity of the fluid from the coefficient of friction.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07333133A (en) * 1994-06-09 1995-12-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Spoil viscosity measuring apparatus
JP2007248350A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Hitachi Plant Technologies Ltd Method and device for measuring flow rate in pipe
KR101178038B1 (en) * 2012-05-31 2012-08-29 주식회사 태산에너지기술 Differential pressure-type mass flow meter with double nozzles
JP2018132364A (en) * 2017-02-14 2018-08-23 株式会社鷺宮製作所 Flow rate abnormality detector, flow rate abnormality detection unit, fluid supply device, and method for detecting abnormal flow rate

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07333133A (en) * 1994-06-09 1995-12-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Spoil viscosity measuring apparatus
JP2007248350A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Hitachi Plant Technologies Ltd Method and device for measuring flow rate in pipe
KR101178038B1 (en) * 2012-05-31 2012-08-29 주식회사 태산에너지기술 Differential pressure-type mass flow meter with double nozzles
JP2018132364A (en) * 2017-02-14 2018-08-23 株式会社鷺宮製作所 Flow rate abnormality detector, flow rate abnormality detection unit, fluid supply device, and method for detecting abnormal flow rate

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