KR102249976B1 - An Integrated Module of Non-contact type Optical Sensors - Google Patents
An Integrated Module of Non-contact type Optical Sensors Download PDFInfo
- Publication number
- KR102249976B1 KR102249976B1 KR1020190091507A KR20190091507A KR102249976B1 KR 102249976 B1 KR102249976 B1 KR 102249976B1 KR 1020190091507 A KR1020190091507 A KR 1020190091507A KR 20190091507 A KR20190091507 A KR 20190091507A KR 102249976 B1 KR102249976 B1 KR 102249976B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- sample fluid
- sensor
- light source
- flow cell
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 84
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 14
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 11
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 71
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 9
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 8
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Optical Measuring Cells (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 미리 정해진 파장대역의 광을 이용하여 샘플유체의 pH를 비접촉식으로 측정하는 pH 센서부, 상기 pH 센서부에 샘플유체를 이송하는 연동펌프부, 상기 pH 센서부와 연동펌프부를 내부에 수용하는 센서 하우징부, 및 상기 pH 센서부의 출력을 이용하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하는 제어부를 포함하되, 상기 pH 센서부는, 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제1플로우셀, 상기 제1플로우셀을 유동하는 샘플유체에 각각 가시광선 파장대역의 광과 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 조사하는 제1광원 모듈, 및 상기 제1플로우셀을 투과한 광을 검출하는 제1수광소자를 포함하고, 상기 제어부는 제1광원 모듈에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 가시광선 파장대역 광의 흡광도와 근적외선 파장대역 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하는 것을 특징으로 한다.The non-contact optical sensor integrated module according to the present invention includes a pH sensor unit for non-contact measurement of the pH of a sample fluid using light of a predetermined wavelength band, a peristaltic pump unit for transferring the sample fluid to the pH sensor unit, and the pH sensor unit. And a sensor housing unit accommodating the peristaltic pump unit therein, and a control unit determining the pH of the sample fluid using an output of the pH sensor unit, wherein the pH sensor unit includes a first light-transmitting material through which the sample fluid flows. A flow cell, a first light source module that irradiates light in a visible wavelength band and light in a near-infrared (NIR) wavelength band, respectively, to the sample fluid flowing through the first flow cell, and detects light transmitted through the first flow cell And a first light-receiving element, wherein the control unit determines the pH of the sample fluid by calculating absorbance of light in the visible wavelength band and the absorbance in the near-infrared wavelength band detected by the first light source module and detected by the first light source module. It is characterized by that.
Description
본 발명은 비접촉식 광학센서 통합모듈에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수처리조, 발효조, 미생물 배양조와 같은 반응조에서 내부 용액의 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해 사용되는 복수의 센서가 플로우셀 타입의 비접촉식 광학센서로 이루어짐으로써 반응조 내부 용액의 오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 이들 복수의 센서를 하나의 모듈로 구성함으로써 한 번의 샘플 용액 인출로 복수의 인자를 실시간으로 동시에 측정하는 것이 가능한 비접촉식 광학센서 통합모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a non-contact optical sensor integration module, and more specifically, a plurality of sensors used to monitor the state of an internal solution in real time in a reaction tank such as a water treatment tank, a fermentation tank, and a microorganism culture tank is a flow cell type non-contact optical sensor. In addition to minimizing contamination of the solution inside the reaction tank, it is possible to minimize contamination of the solution inside the reaction tank, and by configuring the plurality of sensors as a single module, it is possible to simultaneously measure multiple factors in real time with a single sample solution. About.
일반적으로, 바이오 분야 또는 환경 분야에서 수처리조, 발효조, 미생물 배양조 등과 같은 반응조 내부에 수용된 용액의 상태를 모니터링하기 위해서는 용액 샘플을 채취하여 반응조 외부에서 각종 센서나 시약을 이용하여 용액의 pH, 용존산소(DO), 또는 광학밀도(OD) 등과 같은 인자들을 측정하게 된다.In general, in the bio field or environment field, in order to monitor the state of a solution contained in a reaction tank such as a water treatment tank, a fermentation tank, a microbial culture tank, etc., a solution sample is collected and the pH of the solution and the solution are dissolved using various sensors or reagents outside the reaction tank Factors such as oxygen (DO) or optical density (OD) are measured.
그러나, 이와 같이 용액 샘플을 채취하여 반응조 외부에서 이들 인자들을 측정하는 경우에는 반응조 내부 용액의 상태를 실시간으로 모니터링하는 것이 불가능할 뿐만 아니라, 용액 샘플의 채취 단계에서 다양한 경로를 통한 오염이 발생되어 반응조 내부의 전체 용액을 손상시키는 문제점이 발생된다.However, in the case of collecting a solution sample and measuring these factors outside the reaction tank, it is not only impossible to monitor the condition of the solution inside the reaction tank in real time. There is a problem that damages the entire solution of.
따라서, 최근에는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 반응조 내부에 이들 인자들을 측정하기 위한 전극이나 프로브 타입의 센서들을 멸균 상태로 삽입하여 반응조 외부에서 실시간으로 내부 용액의 상태를 모니터링하는 방식을 주로 사용하는데, 상기 프로브 타입의 센서 및 이를 적용한 반응조의 구성은 하기 [문헌 1]과 [문헌 2] 등에 구체적으로 개시되어 있다.Therefore, recently, in order to solve the problems of the prior art, electrodes or probe-type sensors for measuring these factors are inserted into the reactor in a sterilized state to monitor the state of the internal solution in real time outside the reactor. However, the configuration of the probe-type sensor and the reaction tank to which it is applied is specifically disclosed in the following [Document 1] and [Document 2].
그러나, 이러한 프로브 타입의 센서들의 경우 반응조 내부의 실시간 모니터링이 가능한 장점은 있으나, 센서 프로브가 용액과 직접 접촉하는 방식이기 때문에 센서 설치시나 교체시에 반응조 내부 용액의 오염이 여전히 발생될 수 있는 문제점이 있다.However, in the case of such probe type sensors, there is an advantage that real-time monitoring inside the reaction tank is possible, but because the sensor probe is in direct contact with the solution, there is a problem that contamination of the solution inside the reaction tank may still occur when the sensor is installed or replaced. have.
또한, 상기 프로브 타입의 센서들의 경우 반응조 내부 반응을 균일하게 하기 위해 교반기에 의해 반응조 내부에 발생되는 수류가 직경이 굵은 프로브의 외면에 의하여 간섭을 받기 때문에 복수의 인자 측정을 위하여 복수의 센서 프로브를 반응조 내부에 설치할 경우 반응조 전체에서 균일한 반응이 이루어지기 곤란한 문제점도 있다. In addition, in the case of the probe type sensors, since the water flow generated inside the reaction tank by the stirrer is interfered by the outer surface of the probe having a large diameter in order to make the reaction inside the reaction tank uniform, a plurality of sensor probes are used to measure a plurality of factors. When installed inside the reaction tank, there is also a problem in that it is difficult to achieve a uniform reaction throughout the reaction tank.
[문헌 1] 한국등록특허 제10-0977067호(2009. 7. 29. 공개)[Document 1] Korean Patent Registration No. 10-0977067 (published on July 29, 2009)
[문헌 2] 미국공개특허 제2019-0153381호(2019. 5. 23. 공개)[Document 2] US Patent Publication No. 2019-0153381 (published on May 23, 2019)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수처리조나 바이오리액터와 같은 반응조에서 내부 용액의 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해 사용되는 복수의 센서가 플로우셀 타입의 비접촉식 광학센서로 이루어짐으로써 반응조 내부 용액의 오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 이들 복수의 센서를 하나의 모듈로 구성함으로써 한 번의 샘플 용액 인출로 복수의 인자를 실시간으로 동시에 측정하는 것이 가능한 비접촉식 광학센서 통합모듈을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is a plurality of sensors used to monitor the state of the internal solution in real time in a reaction tank such as a water treatment tank or a bioreactor is a flow cell type The non-contact optical sensor not only minimizes contamination of the solution inside the reaction tank by being made of a non-contact type optical sensor, but also enables the simultaneous measurement of multiple factors in real time with a single sample solution by configuring the plurality of sensors as a single module. It is to provide an integrated module.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 복수의 센서 중 pH 센서가 복수 개의 가시광선 파장대역의 광과 복수 개의 근적외선(NIR) 광에 대한 용액의 흡광도를 측정하도록 구성됨으로써 발효나 미생물 배양 등에 있어서 배지의 색상 변화에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있는 비접촉식 광학센서 통합모듈을 제공하기 위한 것이다. In addition, another object of the present invention is that the pH sensor among the plurality of sensors is configured to measure the absorbance of a solution for light in a plurality of visible wavelength bands and a plurality of near-infrared (NIR) light. It is to provide a non-contact optical sensor integrated module that can minimize measurement errors due to color change.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 미리 정해진 파장대역의 광을 이용하여 샘플유체의 pH를 비접촉식으로 측정하는 pH 센서부, 상기 pH 센서부에 샘플유체를 이송하는 연동펌프부, 상기 pH 센서부와 연동펌프부를 내부에 수용하는 센서 하우징부, 및 상기 pH 센서부의 출력을 이용하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하는 제어부를 포함하되, 상기 pH 센서부는, 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제1플로우셀, 상기 제1플로우셀을 유동하는 샘플유체에 각각 가시광선 파장대역의 광과 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 조사하는 제1광원 모듈, 및 상기 제1플로우셀을 투과한 광을 검출하는 제1수광소자를 포함하고, 상기 제어부는 제1광원 모듈에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 가시광선 파장대역 광의 흡광도와 근적외선 파장대역 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the integrated non-contact optical sensor module according to the present invention includes a pH sensor unit for non-contact measurement of the pH of a sample fluid using light of a predetermined wavelength band, and for transferring the sample fluid to the pH sensor unit. A peristaltic pump unit, a sensor housing unit accommodating the pH sensor unit and the peristaltic pump unit therein, and a control unit for determining the pH of the sample fluid by using the output of the pH sensor unit, wherein the pH sensor unit includes: A first flow cell made of a flowing light-transmitting material, a first light source module for irradiating light in a visible wavelength band and light in a near-infrared (NIR) wavelength band, respectively, to the sample fluid flowing through the first flow cell, and the first And a first light-receiving element for detecting light transmitted through the flow cell, and the control unit calculates the absorbance of light in the visible wavelength band and the absorbance of light in the near-infrared wavelength band detected by the first light source module and detected by the first light source module. It is characterized in that the pH of the sample fluid is determined.
또한, 상기 제1광원 모듈은 서로 다른 파장대역의 가시광선을 조사하는 복수의 가시광선 발광부재와 서로 다른 파장대역의 근적외선을 조사하는 복수의 근적외선 발광부재를 포함하고, 상기 제어부는 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 각각 산출하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first light source module includes a plurality of visible light emitting members for irradiating visible light in different wavelength bands and a plurality of near infrared light emitting members for irradiating near infrared rays in different wavelength bands, and the control unit includes a visible light emitting member And the absorbance of the light irradiated by the near-infrared light emitting member and detected by the first light receiving element, respectively, to determine the pH of the sample fluid.
또한, 상기 제1광원 모듈은, 상기 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재가 원형으로 배치된 원반형의 광원 지지부재와 상기 광원 지지부재를 회전시키는 모터를 더 포함하되, 상기 제어부는 모터를 이용하여 상기 광원 지지부재를 회전시켜 상기 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재 중 어느 하나가 상기 제1수광소자와 대향하도록 위치하는 경우 해당 발광부재를 점등하여 상기 해당 발광부재에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 산출하는 것을 특징으로 한다. In addition, the first light source module further comprises a disk-shaped light source support member in which the visible light emitting member and the near infrared light emitting member are arranged in a circular shape, and a motor for rotating the light source support member, wherein the controller uses a motor to When any one of the visible light emitting member and the near-infrared light emitting member is positioned to face the first light-receiving element by rotating the light source support member, the light-emitting member is turned on and irradiated from the light-emitting member to be detected by the first light-receiving element. It is characterized in that the absorbance of the light is calculated.
또한, 상기 광원 지지부재의 외측 단부에는 상기 발광부재 각각에 대응되는 위치에 관통공이 형성되고, 상기 제1광원 모듈은 상기 광원 지지부재의 외측 테두리부에 설치되어 상기 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재의 위치를 감지하는 광원위치 감지부재를 더 포함하되, 상기 제어부는 광원위치 감지부재가 상기 관통공 중 어느 하나를 감지하는 경우 해당 발광부재가 상기 제1수광소자와 대향하도록 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, a through hole is formed at an outer end of the light source support member at a position corresponding to each of the light emitting members, and the first light source module is installed on an outer edge of the light source support member to provide the visible light emitting member and the near-infrared light emitting member. Further comprising a light source position detecting member for detecting a position of, wherein the control unit determines that the light emitting member is positioned to face the first light receiving element when the light source position detecting member detects any one of the through holes. It is characterized.
또한, 상기 제1광원 모듈은 샘플유체의 광학밀도(OD)를 비접촉식으로 측정하기 위해 상기 제1플로우셀을 유동하는 샘플유체에 미리 정해진 파장대역의 광을 조사하는 OD 센서용 발광부재를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 OD 센서용 발광부재에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 OD를 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first light source module further includes a light emitting member for an OD sensor that irradiates light of a predetermined wavelength band to the sample fluid flowing through the first flow cell in order to non-contact measurement of the optical density (OD) of the sample fluid. However, the control unit is characterized in that the OD of the sample fluid is determined by calculating the absorbance of light irradiated from the light emitting member for the OD sensor and detected by the first light receiving element.
또한, 미리 정해진 파장대역의 광을 이용하여 상기 샘플유체의 용존산소(DO)를 비접촉식으로 측정하도록 상기 센서 하우징부의 내부에 수용된 DO 센서부를 더 포함하되, 상기 DO 센서부는 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 DO 센서용 플로우셀, 상기 DO 센서용 플로우셀의 내측에 설치된 형광체, 상기 형광체에 자외선(UV) 파장대역의 광을 조사하는 DO 센서용 광원 모듈, 및 상기 DO 센서용 광원 모듈에서 조사된 광에 의해 상기 형광체에서 방출되는 형광을 검출하는 DO 센서용 수광소자를 포함하며, 상기 제어부는 DO 센서용 수광소자에서 검출된 형광의 세기를 이용하여 상기 샘플유체의 DO를 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the DO sensor unit further includes a DO sensor unit accommodated in the sensor housing unit to non-contact measurement of dissolved oxygen (DO) of the sample fluid using light of a predetermined wavelength band, wherein the DO sensor unit transmits light through which the sample fluid flows. A flow cell for a DO sensor made of material, a phosphor installed inside the flow cell for a DO sensor, a light source module for a DO sensor that irradiates light in the ultraviolet (UV) wavelength band to the phosphor, and irradiated from the light source module for the DO sensor. And a light-receiving element for a DO sensor that detects fluorescence emitted from the phosphor by light, and the control unit determines the DO of the sample fluid by using the intensity of fluorescence detected by the light-receiving element for the DO sensor. .
또한, 상기 센서 하우징부의 내부에 수용되고 미리 정해진 파장의 광을 이용하여 각각 비접촉식으로 상기 샘플유체의 광학밀도(OD)를 측정하는 OD 센서부와, 상기 샘플유체의 용존산소(DO)를 측정하는 DO 센서부 중 적어도 어느 하나를 더 포함하되, 상기 OD 센서부는 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제2플로우셀, 제2플로우셀을 유동하는 샘플유체에 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 조사하는 제2광원 모듈, 및 상기 제2플로우셀을 투과한 광을 검출하는 제2수광소자를 포함하고, 상기 DO 센서부는 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제3플로우셀, 상기 제3플로우셀의 내측에 설치된 형광체, 상기 형광체에 자외선(UV) 파장대역의 광을 조사하는 제3광원 모듈, 및 상기 제3광원 모듈에서 조사된 광에 의해 상기 형광체에서 방출되는 형광을 검출하는 제3수광소자를 포함하며, 상기 제어부는 제2광원 모듈에서 조사되어 상기 제2수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 OD를 결정하고, 상기 제3광원 모듈에서 조사되어 상기 제3수광소자에서 검출된 형광의 세기를 이용하여 상기 샘플유체의 DO를 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, an OD sensor unit that is accommodated in the sensor housing unit and measures the optical density (OD) of the sample fluid in a non-contact manner using light of a predetermined wavelength, and the dissolved oxygen (DO) of the sample fluid is measured. Further comprising at least one of the DO sensor unit, wherein the OD sensor unit irradiates light in the near-infrared (NIR) wavelength band to the sample fluid flowing through the second flow cell and the second flow cell made of a light-transmitting material through which the sample fluid flows. And a second light-receiving element configured to detect light transmitted through the second flow cell, and the DO sensor unit comprises a third flow cell made of a light-transmitting material through which a sample fluid flows, and the third flow cell A phosphor installed inside of the phosphor, a third light source module that irradiates the phosphor with light in an ultraviolet (UV) wavelength band, and a third light-receiving device that detects fluorescence emitted from the phosphor by the light irradiated from the third light source module Including, the control unit determines the OD of the sample fluid by calculating the absorbance of the light irradiated from the second light source module and detected by the second light-receiving element, and irradiated from the third light source module in the third light-receiving element. It is characterized in that the DO of the sample fluid is determined using the detected fluorescence intensity.
또한, 상기 제2플로우셀과 제3플로우셀은 각각 상기 샘플유체가 유동하는 경로가 상기 제1플로우셀의 샘플유체 유동 경로와 직렬 또는 병렬로 연결되도록 상기 연동펌프부에 연결되는 것을 특징으로 한다. In addition, the second flow cell and the third flow cell are each connected to the peristaltic pump so that a path through which the sample fluid flows is connected in series or in parallel with a flow path of the sample fluid of the first flow cell. .
본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 샘플유체의 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해 사용되는 복수의 센서부가 플로우셀 타입의 비접촉식 광학센서로 이루어짐으로써 바이오리액터나 발효조 등의 반응조에 사용하는 경우에도 반응조 내부 용액의 오염을 최소화할 수 있는 장점이 있다.In the non-contact optical sensor integrated module according to the present invention, the plurality of sensor units used to monitor the state of the sample fluid in real time are made of flow cell-type non-contact optical sensors, so even when used in a reaction tank such as a bioreactor or fermentation tank, the inside of the reaction tank There is an advantage of minimizing contamination of the solution.
또한, 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 이들 복수의 센서부가 센서 하우징부 내부에 수용되어 하나의 모듈로 구성되기 때문에 반응조에 각각의 센서부를 별도로 설치할 필요가 없어 사용이 편리한 장점이 있다.In addition, the non-contact optical sensor integrated module according to the present invention has the advantage of being convenient to use since it is not necessary to separately install each sensor unit in the reaction tank because the plurality of sensor units are accommodated in the sensor housing unit to be configured as a single module.
또한, 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 센서 하우징부 내부에서 복수의 센서부 각각의 플로우셀이 서로 유동 경로가 직렬 또는 병렬로 연결되도록 구성되기 때문에 한 번의 샘플유체 인출로 복수의 인자를 실시간으로 동시에 측정하는 것이 가능한 장점이 있다.In addition, the non-contact optical sensor integration module according to the present invention is configured such that the flow paths of each of the plurality of sensor units are connected in series or parallel within the sensor housing unit, so that a plurality of factors can be real-time with one sample fluid drawing. There is an advantage that it is possible to measure at the same time.
또한, 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 반응조 등에 사용시 샘플유체의 인출을 위하여 멸균 처리된 가는 직경의 튜브만 반응조 내부로 삽입하면 되기 때문에 반응조 내부 용액이 오염될 가능성이 크게 저하될 뿐만 아니라 반응조 내부 용액의 교반시 수류에 대한 저항이 최소화되어 균일한 반응이 이루어질 수 있는 장점이 있다.In addition, when the non-contact optical sensor integrated module according to the present invention is used in a reaction tank, since only a sterilized thin-diameter tube needs to be inserted into the reaction tank in order to withdraw the sample fluid, the possibility of contamination of the solution inside the reaction tank is greatly reduced. When the internal solution is stirred, resistance to water flow is minimized, so that a uniform reaction can be achieved.
또한, 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 상기 복수의 센서부 중 pH 센서부가 가시광선 파장대역의 광원과 근적외선 파장대역의 광원을 복합적으로 사용하여 각각의 광에 대한 흡광도의 상관관계에 의해 용액의 pH를 결정하는 방식이기 때문에 발효나 미생물 배양 등에 있어서 배지의 색상 변화에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the non-contact optical sensor integration module according to the present invention, the pH sensor unit among the plurality of sensor units uses a light source in the visible wavelength band and a light source in the near-infrared wavelength band in combination. Since it is a method of determining the pH of the medium, there is an advantage of minimizing measurement errors due to color change of the medium in fermentation or microbial culture.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 외관을 나타낸 사시도,
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 내부 구성을 설명하기 위한 도면,
도3은 도2의 "가"부에 대한 확대도,
도4는 도2에 도시한 제1광원 모듈의 상세 구성을 설명하기 위한 사시도,
도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 동작 구성을 설명하기 위한 블럭도, 및
도6 내지 도8은 각각 본 발명의 제2실시예 내지 제4실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view showing the appearance of a non-contact optical sensor integrated module according to a first embodiment of the present invention;
2 is a view for explaining the internal configuration of the non-contact optical sensor integrated module according to the first embodiment of the present invention;
3 is an enlarged view of the "A" part of FIG. 2;
4 is a perspective view for explaining the detailed configuration of the first light source module shown in FIG. 2;
5 is a block diagram for explaining the operation configuration of the non-contact optical sensor integrated module according to the first embodiment of the present invention, and
6 to 8 are views for explaining the internal configuration of the non-contact optical sensor integration module according to the second to fourth embodiments of the present invention, respectively.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 이용하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(제1실시예)(Example 1)
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 외관을 나타낸 사시도이고, 도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view showing the appearance of a non-contact optical sensor integration module according to a first embodiment of the present invention, and Figure 2 is a view for explaining the internal configuration of the non-contact optical sensor integration module according to the first embodiment of the present invention. .
또한, 도3은 도2의 "가"부에 대한 확대도이고, 도4는 도2에 도시한 제1광원 모듈의 상세 구성을 설명하기 위한 사시도이며, 도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 동작 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.In addition, Figure 3 is an enlarged view of the "A" part of Figure 2, Figure 4 is a perspective view for explaining the detailed configuration of the first light source module shown in Figure 2, Figure 5 is a first embodiment of the present invention It is a block diagram for explaining the operation configuration of the non-contact optical sensor integrated module according to.
본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 일예로서 샘플유체의 pH를 비접촉식으로 측정하는 pH 센서부(20), 상기 샘플유체의 광학밀도(optical density, OD)를 비접촉식으로 측정하기 위한 OD 센서부(30), 및 상기 샘플유체의 용존산소(dissolved oxygen, DO)를 측정하기 위한 DO 센서부(40) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는데, 본 실시예에서는 일예로서 상기 3개의 센서부를 모두 포함하는 것으로 구성하였다.The non-contact optical sensor integrated module according to the present invention includes, for example, a
또한, 상기 센서부(20,30,40)는 각각 미리 정해진 파장대역의 광을 이용하여 광학적 방식으로 샘플유체의 pH, OD, DO를 측정하게 된다.In addition, the
또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 센서부(20,30,40)가 pH 센서부(20), OD 센서부(30), DO 센서부(40) 각각의 플로우셀(21,31,41)이 연결튜브(14)에 의하여 순차적으로 서로 직렬로 연결된 경우를 설명하나, 각 센서부(20,30,40)의 연결 순서는 이와 다르게 구성될 수도 있음은 물론이다.In addition, in this embodiment, as an example, the
또한, 상기 pH 센서부(20), OD 센서부(30), 및 DO 센서부(40)는 센서 하우징부(10) 내부에 수용되어 전체로서 하나의 모듈을 구성하도록 이루어지는데, 상기 센서 하우징부(10)는 상기 3개의 센서부(20,30,40)가 수용되는 박스 형상의 하우징(11)과, 상기 하우징(11)의 양측으로 연결된 샘플 유입튜브(12) 및 샘플 배출튜브(13)를 포함하여 구성된다.In addition, the
또한, 상기 센서 하우징부(10)는 하우징(11)의 일측에 설치된 디스플레이모듈(15)과 입력모듈(16)을 더 포함하는데, 상기 입력모듈(16)은 사용자로부터 각 센서부(20,30,40)를 동작시키기 위한 신호, 타이머 세팅 신호 등이 입력될 수 있고 상기 디스플레이모듈(15)에는 입력된 내용과 각 센서부(20,30,40)에서 측정한 샘플유체의 pH, OD, DO 등이 표시될 수 있다. In addition, the
이와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 복수의 센서가 센서 하우징부(10) 내부에 수용되어 하나의 모듈로 구성되기 때문에 반응조 등에 사용시 각각의 센서부를 별도로 설치할 필요가 없어 사용이 편리한 장점이 있다.As described above, the integrated non-contact optical sensor module according to the present invention has a plurality of sensors accommodated in the
또한, 상기 하우징(11)의 내부에는 각 센서부(20,30,40)에 샘플유체를 이송하기 위한 연동펌프(17)가 더 수용될 수 있는데, 상기 연동펌프(17)는 샘플 유입튜브(12)와 연결된 일측(17a)을 통해 샘플유체를 유입하여 타측(17b)을 통해 샘플유체를 상기 센서부(20,30,40)로 이송하게 된다.In addition, a
이 경우 상기 연동펌프(17)는 통상의 peristaltic pump와 마찬가지로 샘플유체를 비접촉식으로 이송시키기 때문에 샘플 인출단계에서 발생되는 샘플유체의 오염을 최소화할 수 있다.In this case, since the
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 반응조 등에 사용시 샘플유체의 인출을 위하여 멸균 처리된 가는 직경의 튜브(즉, 샘플 유입튜브)만 반응조 내부로 삽입하면 되기 때문에 반응조 내부 용액이 오염될 가능성이 크게 저하될 뿐만 아니라 반응조 내부 용액의 교반시 수류에 대한 저항이 최소화되어 균일한 반응이 이루어질 수 있는 장점이 있다. With the above configuration, the non-contact optical sensor integrated module according to the present invention only needs to be inserted into the reaction tank with a sterilized thin-diameter tube (i.e., sample inlet tube) for withdrawal of sample fluid when used in a reaction tank. The possibility of contamination is greatly reduced, and resistance to water flow is minimized when the solution inside the reaction tank is stirred, so that a uniform reaction can be achieved.
한편, 상기 pH 센서부(20)는 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제1플로우셀(21), 상기 제1플로우셀(21)을 유동하는 샘플유체에 각각 가시광선 파장대역의 광과 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 조사하는 제1광원 모듈(22), 및 상기 제1플로우셀(21)을 투과한 광을 검출하는 제1수광소자(23)를 포함하여 구성된다.On the other hand, the
이때, 상기 제1플로우셀(21)은 광학적으로 투명한 석영 등의 재질로 이루어지고, 일측에는 샘플유체가 유입되고 연결튜브(14)에 의해 연동펌프(17)의 타측(17b)과 연결되는 유입구(21a)와 유입된 샘플유체를 OD 센서부(30)측으로 배출하는 배출구(21b)가 형성되어 있다.At this time, the
또한, 상기 제1광원 모듈(22)은 상기 제1플로우셀(21)의 외부 일측에 설치되고, 상기 제1수광소자(23)는 제1광원 모듈(22)과 대향하도록 상기 제1플로우셀(21)의 외부 타측에 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the first
또한, 상기 제1광원 모듈(22)은 서로 다른 파장대역의 가시광선을 조사하는 복수의 가시광선 발광부재(22b)와 서로 다른 파장대역의 근적외선을 조사하는 복수의 근적외선 발광부재(22b')를 포함하도록 구성되는데, 본 실시예에서는 일예로서 상기 가시광선 발광부재(22b)와 근적외선 발광부재(22b')가 각각 3개의 LED로 이루어지는 것으로 구성하였다.In addition, the first
또한, 상기 6개의 발광부재(22b,22b')는 제1플로우셀(21)의 길이 방향으로 배열되도록 구성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 상기 6개의 발광부재(22b,22b')가 제1플로우셀(21)의 측면에 대하여 원형으로 배열되도록 구성하였다.In addition, the six light-emitting
이를 위하여, 상기 제1광원 모듈(22)은 상기 가시광선 발광부재(22b)와 근적외선 발광부재(22b')가 원형으로 배치된 원반형의 광원 지지부재(22a)와, 회전축(22d)에 의해 상기 광원 지지부재(22a)의 중앙부에 연결되어 상기 광원 지지부재(22a)를 회전시키는 모터(22e)를 더 포함하도록 구성된다.To this end, the first
또한, 상기 광원 지지부재(22a)의 외측 단부에는 상기 발광부재(22b,22b') 각각에 대응되는 위치에 관통공(22c)이 형성되고, 상기 제1광원 모듈(22)은 상기 광원 지지부재(22a)의 외측 테두리부에 설치되어 상기 가시광선 발광부재(22b)와 근적외선 발광부재(22b')의 위치를 감지하는 광원위치 감지부재(25)를 더 포함하도록 구성된다.In addition, a through
이때, 광원위치 감지부재(25)는 일예로서 상기 광원 지지부재(22a)의 외측 테두리부를 대략 'ㄷ'자 형태로 감싸는 지지대(25a)와, 상기 지지대(25a)의 서로 대향하는 면에 각각 설치된 발신기(25b)와 수신기(25c)를 포함하여 구성된다.At this time, the light source
상기와 같은 구성에 의하여 상기 광원위치 감지부재(25)는 발신기(25b)의 신호가 관통공(22c)을 통해 수신기가 수신하는 경우에 해당 발광부재(22b,22b')의 위치를 감지하게 되는데, 상기 광원위치 감지부재(25)는 어느 하나의 발광부재(22b,22b')의 위치를 감지하는 경우 해당 발광부재(22b,22b')가 상기 제1수광소자(23)와 대향하는 위치가 되도록 설치되는 것이 바람직하다.According to the above configuration, the light source
다음으로, 상기 OD 센서부(30)는 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제2플로우셀(31), 제2플로우셀(31)을 유동하는 샘플유체에 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 조사하는 제2광원 모듈(32), 및 상기 제2플로우셀(31)을 투과한 광을 검출하는 제2수광소자(33)를 포함하여 구성된다.Next, the
이때, 상기 제2플로우셀(31)은 광학적으로 투명한 석영 등의 재질로 이루어지고, 일측에는 샘플유체가 유입되고 연결튜브(14)에 의해 제1플로우셀(21)의 배출구(21b)와 연결되는 유입구(31a)와 유입된 샘플유체를 DO 센서부(40)측으로 배출하는 배출구(31b)가 형성되어 있다.At this time, the
또한, 상기 제2광원 모듈(32)은 상기 제2플로우셀(31)의 외부 일측에 설치되고, 상기 제2수광소자(33)는 제2광원 모듈(32)과 대향하도록 상기 제2플로우셀(31)의 외부 타측에 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the second
또한, 상기 DO 센서부(40)는 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제3플로우셀(41), 상기 제3플로우셀(41)의 내측에 설치된 형광체(44), 상기 형광체(44)에 자외선(UV) 파장대역의 광을 조사하는 제3광원 모듈(42), 및 상기 제3광원 모듈(42)에서 조사된 광에 의해 상기 형광체(44)에서 방출되는 형광을 검출하는 제3수광소자(43)를 포함하여 구성된다.In addition, the
이때, 상기 제2플로우셀(41)은 광학적으로 투명한 석영 등의 재질로 이루어지고, 일측에는 샘플유체가 유입되고 연결튜브(14)에 의해 제2플로우셀(31)의 배출구(31b)와 연결되는 유입구(41a)와 유입된 샘플유체를 외부로 배출하도록 샘플 배출튜브(13)가 연결되는 배출구(41b)가 형성되어 있다.At this time, the
또한, 상기 제3광원 모듈(42)은 상기 제3플로우셀(41)의 외부 일측에 설치되고, 상기 제3수광소자(43)는 제3광원 모듈(42)과 대향하도록 상기 제3플로우셀(41)의 외부 타측에 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the third
또한, 상기 형광체(44)는 상기 제3수광소자(43)가 설치되는 방향으로(즉, 제3광원 모듈과 대향하는 방향) 설치되는 것이 바람직하며, 상기 DO 센서부(40)는 필요에 따라서는 제3수광소자(43)에서 형광만 연속적으로 검출되도록 상기 형광체(44)가 살치된 제3플로우셀(41)의 외면에 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 제거하는 cut-on 필터(45)가 더 설치될 수도 있다. In addition, the
이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 샘플유체의 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해 사용되는 복수의 센서부가 플로우셀 타입의 비접촉식 광학센서로 이루어짐으로써 바이오리액터나 발효조 등의 반응조에 사용하는 경우에도 반응조 내부 용액의 오염을 최소화할 수 있는 장점이 있다.The non-contact optical sensor integration module according to the present embodiment configured as described above is composed of a plurality of sensor units used to monitor the state of the sample fluid in real time as a flow cell-type non-contact optical sensor, so that it can be used in a reaction tank such as a bioreactor or a fermentation tank. Even when used, there is an advantage of minimizing contamination of the solution inside the reaction tank.
상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 동작 구성을 살펴보면, 입력모듈(16)을 통해 사용자 등으로부터 작동신호가 입력되면 제어부(100)는 메모리부(140)에 미리 저장된 프로그램에 따라 각 센서부(20,30,40)와 연동펌프(17)의 동작을 제어하게 된다.Looking at the operation configuration of the integrated non-contact optical sensor module according to the present embodiment configured as described above, when an operation signal is input from a user through the
이 경우, 상기 제어부(100)는 각 센서부의 광원 모듈(22,32,42)을 동작시키게 되는데, pH 센서부(20)에 대해서는 모터(22e)와 광원위치 감지부재(25)의 동작도 제어하게 된다.In this case, the
이와 같이, 각 센서부(20,30,40)의 광원 모듈(22,32,42)이 동작되면 상기 제어부(100)는 각 센서부의 출력, 즉 각 수광소자(23,33,43)의 출력을 이용하여 각각 pH 산출부(160), DO 산출부(170), OD 산출부(180)를 통해 샘플유체의 pH, DO, OD를 결정하게 된다.In this way, when the
또한, 상기 제어부(100)는 디스플레이모듈(15)을 통하여 상기 결정된 샘플유체의 pH, DO, OD를 표시할 수도 있다. In addition, the
본 실시예에서는 상기 pH 산출부(160), DO 산출부(170), OD 산출부(180)가 별도로 구비된 경우를 일예로서 설명하나. 필요에 따라서는 상기 pH 산출부(160), DO 산출부(170), OD 산출부(180)는 제어부(100)에 통합되어 구성될 수도 있음은 물론이다.In this embodiment, a case in which the
먼저, pH 센서부(20)와 관련하여 상기 제어부(100)는 pH 산출부(160)를 통해 상기 제1광원 모듈(22)에서 조사되어 상기 제1수광소자(23)에서 검출된 가시광선 파장대역 광의 흡광도와 근적외선 파장대역 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하게 된다.First, in relation to the
더욱 구체적으로는, 상기 제어부(100)는 복수의 가시광선 발광부재(22b)와 복수의 근적외선 발광부재(22b')에서 조사되어 상기 제1수광소자(23)에서 검출된 광의 흡광도를 각각 산출하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하게 된다.More specifically, the
이 경우, 상기 제어부(100)는 제1광원 모듈(22)의 모터(22e)를 이용하여 상기 광원 지지부재(22a)를 회전시켜 상기 가시광선 발광부재(22b)와 근적외선 발광부재(22b') 중 어느 하나가 상기 제1수광소자(23)와 대향하도록 위치하는 경우 해당 발광부재(22b,22b')를 점등하여 상기 해당 발광부재(22b,22b')에서 조사되어 상기 제1수광소자(23)에서 검출된 광의 흡광도를 산출하게 된다.In this case, the
또한, 상기 제어부(100)는 광원위치 감지부재(25)가 상기 광원 지지부재(22a)에 형성된 관통공(22c) 중 어느 하나를 감지하는 경우 해당 발광부재(22b,22b')가 상기 제1수광소자(23)와 대향하도록 위치하는 것으로 판단하게 된다.In addition, when the
본 발명에 따른 상기 pH 센서부(20)에서 사용되는 복수의 가시광선 파장대역의 발광부재(22b)는 발효 등으로 인하여 샘플유체의 색상 변화를 감지하기 위한 것이고, 복수의 샘플유체의 실제 pH를 측정하기 위한 것이다. The
일반적으로, 발효 등으로 인하여 샘플유체의 색상이 가시광선 파장 대역에서 변하는 경우 동일한 pH에서도 가시광선 파장대역의 흡광도가 달라지게 되며, 이는 근적외선 파장대역의 흡광도에도 영향을 미치게 된다.In general, when the color of the sample fluid changes in the visible light wavelength band due to fermentation or the like, the absorbance in the visible light wavelength band changes even at the same pH, which also affects the absorbance in the near infrared wavelength band.
따라서, 본 발명에서는 이와 같은 용액의 색상변화에 따른 측정 오차를 보정하기 위하여 가시광선 파장대역의 발광부재(22b)에 대하여 검출된 흡광도와 근적외선 파장대역의 발광부재(22b')에 대하여 검출된 흡광도 사이의 상관관계를 이용하여 샘플유체의 pH를 결정하는 것을 특징으로 한다.Therefore, in the present invention, the absorbance detected for the
이를 위하여, 상기 메모리부(140)는 각 pH 값에 대응되는 가시광선 파장대역에서 pH와 흡광도 사이의 관계 정보, 근적외선 파장대역에서 pH와 흡광도 사이의 관계 정보, 및 용액의 색상변화가 일어난 경우에 상기 가시광선 파장대역의 흡광도와 근적외선 파장대역의 흡광도 사이의 pH 상관관계에 대한 정보가 DB 형태로 저장되어 있는 것이 바람직하다.To this end, the
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 복수의 센서부 중 pH 센서가 발효나 미생물 배양 등에 있어서 배지의 색상 변화에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.With the configuration as described above, the integrated non-contact optical sensor module according to the present invention has the advantage that the pH sensor among the plurality of sensor units can minimize measurement errors due to color change of the medium in fermentation or microbial culture.
한편, 상기 제어부(100)는 OD 센서부(30)에 대해서는 앞서 설명한 pH 센서부(20)와 마찬가지로 제2광원 모듈(32)에서 조사되어 상기 제2수광소자(33)에서 검출된 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 OD를 결정하게 되는데, 이 경우 상기 메모리부(140) 등에는 제2광원 모듈(32)의 파장대역에 대한 OD와 흡광도 사이의 관계 정보가 저장되어 있는 것이 바람직하다.On the other hand, the
또한, 상기 제어부(100)는 DO 센서부(40)에 대해서는 상기 제3광원 모듈(42)에서 조사되어 상기 제3수광소자(43)에서 검출된 형광의 세기를 이용하여 상기 샘플유체의 DO를 결정하게 되는데, 이 경우 상기 메모리부(140) 등에는 제3광원 모듈(42)의 파장대역에 대한 DO와 형광 세기 사이의 관계 정보가 저장되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the
(제2실시예)(Second Example)
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the internal configuration of the non-contact optical sensor integrated module according to the second embodiment of the present invention.
앞서 설명한 제1실시예의 경우 상기 pH 센서부(20), OD 센서부(30), DO 센서부(40)가 서로 직렬로 연결된 경우이었으나, 제2실시예의 경우 이들 센서부(20,30,40)가 서로 병렬로 연결된 것에만 차이가 있기 때문에 각 센서부의 구성 및 측정 방식에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.In the first embodiment described above, the
제1실시예와 제2실시예에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 센서 하우징부 내부에서 복수의 센서부 각각의 플로우셀이 서로 유동 경로가 직렬 또는 병렬로 연결되도록 상기 연동펌프에 연결되기 때문에 한 번의 샘플유체 인출만으로 복수의 인자를 실시간으로 동시에 측정하는 것이 가능한 장점이 있다.As described in the first and second embodiments, the non-contact optical sensor integration module according to the present invention includes the peristaltic pump so that the flow cells of each of the plurality of sensor units are connected in series or parallel to each other in the sensor housing unit. Since it is connected to, it is possible to simultaneously measure multiple factors in real time with only one sample fluid withdrawal.
(제3실시예 및 제4실시예)(Example 3 and Example 4)
도7과 도8은 각각 본 발명의 제3실시예와 제4실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈의 내부 구성을 설명하기 위한 도면인데, 제3실시예와 제4실시예는 각 센서부가 직렬로 연결되거나 병렬로 연결된 것에만 차이가 있기 때문에 중복된 설명을 방지하기 위하여 여기에서는 제3실시예에 대해서만 설명하기로 한다.7 and 8 are diagrams for explaining the internal configuration of the non-contact optical sensor integration module according to the third and fourth embodiments of the present invention, respectively. In the third and fourth embodiments, each sensor unit is in series. Since there is a difference only in connection with or in parallel connection, only the third embodiment will be described here in order to prevent redundant description.
본 발명의 제3실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈은 도7에 도시한 바와 같이 통합 센서부(50)와 DO 센서부(40)가 서로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는데, 상기 통합 센서부(50)는 흡광도 방식인 점에서 공통되는 pH 센서부(20)와 OD 센서부(30)를 하나의 통합 센서부(50)를 결합한 것을 특징으로 한다.The non-contact optical sensor integration module according to the third embodiment of the present invention is characterized in that the
이 경우 제4광원 모듈(52)은 앞서 설명한 제1광원 모듈(22)의 구성에 제2광원 모듈(32)을 결합한 것으로서, 구체적으로는 제1광원 모듈(22)의 발광부재(22b,22b')와 제2광원 모듈(32)로 이루어진 복수의 발광부재(52b)를 광원 지지부재(52a)에 원형으로 배열한 형태이다. In this case, the fourth
이때, 관통공(52c), 회전축(52d), 모터(52e), 광원위치 감지부재(55)의 구성은 앞서 설명한 제1실시예와 동일하기 때문에 중복된 설명은 생략하기로 한다.At this time, since the configurations of the through hole 52c, the
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 따른 비접촉식 광학센서 통합모듈 동일한 흡광도 방식을 적용하는 pH 센서부(20)와 OD 센서부(30)를 하나의 통합 센서부(50)로 통합한 구성이기 때문에 센서모듈의 구성이 더욱 소형화되는 장점이 있다.According to the above configuration, the non-contact optical sensor integrated module according to the third and fourth embodiments of the present invention includes the
10 : 센서 하우징부 20 : pH 센서부
30 : OD 센서부 40 : DO 센서부
50 : 통합 센서부10: sensor housing part 20: pH sensor part
30: OD sensor unit 40: DO sensor unit
50: integrated sensor unit
Claims (8)
미리 정해진 파장대역의 광을 이용하여 샘플유체의 용존산소(DO)를 비접촉식으로 측정하는 DO 센서부;
상기 pH 센서부와 DO 센서부에 샘플유체를 이송하는 연동펌프부;
상기 pH 센서부, DO 센서부, 및 연동펌프부를 내부에 수용하는 센서 하우징부; 및
상기 pH 센서부와 DO 센서부의 출력을 이용하여 상기 샘플유체의 pH 및 DO를 결정하는 제어부를 포함하되,
상기 pH 센서부는, 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제1플로우셀, 상기 제1플로우셀을 유동하는 샘플유체에 각각 가시광선 파장대역의 광과 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 조사하는 제1광원 모듈, 및 상기 제1플로우셀을 투과한 광을 검출하는 제1수광소자를 포함하고,
상기 DO 센서부는, 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 DO 센서용 플로우셀, 상기 DO 센서용 플로우셀의 내측에 설치된 형광체, 상기 형광체에 자외선(UV) 파장대역의 광을 조사하는 DO 센서용 광원 모듈, 및 상기 DO 센서용 광원 모듈에서 조사된 광에 의해 상기 형광체에서 방출되는 형광을 검출하는 DO 센서용 수광소자를 포함하고,
상기 제어부는 제1광원 모듈에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 가시광선 파장대역 광의 흡광도와 근적외선 파장대역 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하고, DO 센서용 수광소자에서 검출된 형광의 세기를 이용하여 샘플유체의 DO를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학센서 통합모듈.A pH sensor unit for non-contact measurement of the pH of the sample fluid using light in a predetermined wavelength band;
DO sensor unit for non-contact measurement of dissolved oxygen (DO) of the sample fluid using light of a predetermined wavelength band;
A peristaltic pump unit for transferring the sample fluid to the pH sensor unit and the DO sensor unit;
A sensor housing unit accommodating the pH sensor unit, the DO sensor unit, and the peristaltic pump unit therein; And
Including a control unit for determining the pH and DO of the sample fluid using the output of the pH sensor unit and the DO sensor unit,
The pH sensor unit includes a first flow cell made of a light-transmitting material through which a sample fluid flows, and an agent for irradiating light in a visible wavelength band and light in a near-infrared (NIR) wavelength band to the sample fluid flowing through the first flow cell, respectively. 1 light source module, and a first light-receiving element for detecting the light transmitted through the first flow cell,
The DO sensor unit includes a flow cell for a DO sensor made of a light-transmitting material through which a sample fluid flows, a phosphor installed inside the flow cell for a DO sensor, and a light source for a DO sensor that irradiates the phosphor with light in an ultraviolet (UV) wavelength band. A module, and a DO sensor light receiving element for detecting fluorescence emitted from the phosphor by the light irradiated from the DO sensor light source module,
The control unit determines the pH of the sample fluid by calculating the absorbance of light in the visible wavelength band and the absorbance in the near-infrared wavelength band detected by the first light-receiving device by being irradiated from the first light source module, and determining the pH of the sample fluid. A non-contact optical sensor integrated module, characterized in that the DO of the sample fluid is determined using the intensity of fluorescence.
상기 제1광원 모듈은 서로 다른 파장대역의 가시광선을 조사하는 복수의 가시광선 발광부재와 서로 다른 파장대역의 근적외선을 조사하는 복수의 근적외선 발광부재를 포함하고,
상기 제어부는 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 각각 산출하여 상기 샘플유체의 pH를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학센서 통합모듈.The method of claim 1,
The first light source module includes a plurality of visible light emitting members for irradiating visible light in different wavelength bands and a plurality of near infrared light emitting members for irradiating near infrared rays in different wavelength bands,
The control unit is a non-contact optical sensor integrated module, characterized in that to determine the pH of the sample fluid by calculating the absorbance of the light irradiated from the visible light emitting member and the near-infrared light emitting member and detected by the first light receiving element, respectively.
상기 제1광원 모듈은,
상기 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재가 원형으로 배치된 원반형의 광원 지지부재와 상기 광원 지지부재를 회전시키는 모터를 더 포함하되,
상기 제어부는 모터를 이용하여 상기 광원 지지부재를 회전시켜 상기 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재 중 어느 하나가 상기 제1수광소자와 대향하도록 위치하는 경우 해당 발광부재를 점등하여 상기 해당 발광부재에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 산출하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학센서 통합모듈. The method of claim 2,
The first light source module,
Further comprising a disk-shaped light source supporting member in which the visible light emitting member and the near-infrared light emitting member are arranged in a circle, and a motor for rotating the light source supporting member,
The control unit rotates the light source support member using a motor so that when any one of the visible light emitting member and the near infrared light emitting member is positioned to face the first light receiving element, the corresponding light emitting member is turned on and irradiated from the corresponding light emitting member. And calculating the absorbance of the light detected by the first light-receiving element.
상기 광원 지지부재의 외측 단부에는 상기 발광부재 각각에 대응되는 위치에 관통공이 형성되고,
상기 제1광원 모듈은 상기 광원 지지부재의 외측 테두리부에 설치되어 상기 가시광선 발광부재와 근적외선 발광부재의 위치를 감지하는 광원위치 감지부재를 더 포함하되,
상기 제어부는 광원위치 감지부재가 상기 관통공 중 어느 하나를 감지하는 경우 해당 발광부재가 상기 제1수광소자와 대향하도록 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학센서 통합모듈.The method of claim 3,
A through hole is formed at a position corresponding to each of the light emitting members at an outer end of the light source support member,
The first light source module further comprises a light source position detection member installed on the outer edge of the light source support member to detect the positions of the visible light emitting member and the near-infrared light emitting member,
Wherein the control unit determines that the light emitting member is positioned to face the first light receiving element when the light source position detecting member detects any one of the through holes.
상기 제1광원 모듈은 샘플유체의 광학밀도(OD)를 비접촉식으로 측정하기 위해 상기 제1플로우셀을 유동하는 샘플유체에 미리 정해진 파장대역의 광을 조사하는 OD 센서용 발광부재를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 OD 센서용 발광부재에서 조사되어 상기 제1수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 OD를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학센서 통합모듈.The method according to any one of claims 2 to 4,
The first light source module further includes a light emitting member for an OD sensor that irradiates light of a predetermined wavelength band to the sample fluid flowing through the first flow cell in order to non-contact measurement of the optical density (OD) of the sample fluid,
The control unit is a non-contact optical sensor integrated module, characterized in that to determine the OD of the sample fluid by calculating the absorbance of the light irradiated from the light emitting member for the OD sensor and detected by the first light-receiving element.
상기 센서 하우징부의 내부에 수용되고 미리 정해진 파장의 광을 이용하여 각각 비접촉식으로 상기 샘플유체의 광학밀도(OD)를 측정하는 OD 센서부를 더 포함하되,
상기 OD 센서부는 샘플유체가 유동하는 광투과성 재질의 제2플로우셀, 제2플로우셀을 유동하는 샘플유체에 근적외선(NIR) 파장대역의 광을 조사하는 제2광원 모듈, 및 상기 제2플로우셀을 투과한 광을 검출하는 제2수광소자를 포함하고,
상기 제어부는 제2광원 모듈에서 조사되어 상기 제2수광소자에서 검출된 광의 흡광도를 산출하여 상기 샘플유체의 OD를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학센서 통합모듈.The method according to any one of claims 1 to 4,
Further comprising an OD sensor unit that is accommodated in the sensor housing unit and measures the optical density (OD) of the sample fluid in a non-contact manner, respectively, using light of a predetermined wavelength,
The OD sensor unit includes a second flow cell made of a light-transmitting material through which a sample fluid flows, a second light source module irradiating light in a near-infrared (NIR) wavelength band to the sample fluid flowing through the second flow cell, and the second flow cell. And a second light-receiving element for detecting light that has passed through,
The control unit is a non-contact optical sensor integrated module, characterized in that to determine the OD of the sample fluid by calculating the absorbance of the light irradiated from the second light source module and detected by the second light receiving element.
상기 제2플로우셀과 DO 센서용 플로우셀은 각각 상기 샘플유체가 유동하는 경로가 상기 제1플로우셀의 샘플유체 유동 경로와 직렬 또는 병렬로 연결되도록 상기 연동펌프부에 연결되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학센서 통합모듈. The method of claim 7,
The second flow cell and the flow cell for the DO sensor are each connected to the peristaltic pump so that a path through which the sample fluid flows is connected in series or in parallel with a flow path of the sample fluid of the first flow cell. Optical sensor integration module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190091507A KR102249976B1 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | An Integrated Module of Non-contact type Optical Sensors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190091507A KR102249976B1 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | An Integrated Module of Non-contact type Optical Sensors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210013819A KR20210013819A (en) | 2021-02-08 |
KR102249976B1 true KR102249976B1 (en) | 2021-05-10 |
Family
ID=74560193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190091507A KR102249976B1 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | An Integrated Module of Non-contact type Optical Sensors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102249976B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102489374B1 (en) * | 2021-03-03 | 2023-01-18 | (주)아이지에스 | Gas Detection and Analysis device of Transformer |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003504638A (en) | 1999-07-16 | 2003-02-04 | ヒューマン ジノーム サイエンシーズ, インコーポレイテッド | Monitoring and control of real-time in-situ biomanufacturing processes in response to infrared spectroscopy |
JP2015518157A (en) * | 2012-05-31 | 2015-06-25 | ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・アクチボラグ | Method and apparatus for measuring absorbance of substances in solution |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09159606A (en) * | 1995-07-31 | 1997-06-20 | Instrumentation Metrics Inc | Liquid-correlation spectrometry |
KR101108561B1 (en) * | 2009-10-07 | 2012-01-30 | 한국표준과학연구원 | Apparatus for measuring pH by using absorptiometric analysis and measuring method using the same |
-
2019
- 2019-07-29 KR KR1020190091507A patent/KR102249976B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003504638A (en) | 1999-07-16 | 2003-02-04 | ヒューマン ジノーム サイエンシーズ, インコーポレイテッド | Monitoring and control of real-time in-situ biomanufacturing processes in response to infrared spectroscopy |
JP2015518157A (en) * | 2012-05-31 | 2015-06-25 | ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・アクチボラグ | Method and apparatus for measuring absorbance of substances in solution |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210013819A (en) | 2021-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2018274916B2 (en) | Aquatic environment water parameter testing systems and methods | |
JP5797911B2 (en) | Solution pH measurement method and solution pH measurement device | |
US11679186B2 (en) | Peritoneal dialysis fluid testing system | |
JP2628406B2 (en) | Methods for detecting biological activity | |
CN105874077A (en) | Combined sterilization indicator incubator and reader system | |
US20090075362A1 (en) | Disposable Bioreactor Comprising a Sensor Arrangement | |
JP4785611B2 (en) | Method and apparatus for measuring the concentration of a specific component in a blood sample | |
US20160091431A1 (en) | Aquatic Environment Water Parameter Testing Systems and Methods Utilizing Conductivity as Calibration for Sensor Measurements | |
KR102287272B1 (en) | Test Apparatus and Control Method thereof | |
US20140273052A1 (en) | Chemical sensing apparatus having multiple immobilized reagents | |
US9080985B2 (en) | Optical sensor | |
US11112380B2 (en) | Sensor arrangement | |
US20160186123A1 (en) | Cell culture apparatus and cell culture method | |
EP3821230B1 (en) | System for analysis of a fluid sample | |
CN107807402A (en) | Air-foam detector | |
WO2009023373A2 (en) | Article, device, and method | |
KR0178397B1 (en) | Apparatus for detection of microorganisms | |
KR102249976B1 (en) | An Integrated Module of Non-contact type Optical Sensors | |
US20130071939A1 (en) | Urine analysis method, device thereof, program used in urine analysis method, and storage medium thereof | |
US20120148452A1 (en) | Non invasive gas analysis | |
CN205027662U (en) | Scope antiseptic solution performance detecting system | |
US20130217039A1 (en) | Optical pathogen detection system and quality control materials for use in same | |
KR20150066722A (en) | Test apparatus and test method of test apparatus | |
KR20090088667A (en) | Optic detecting method of urinalysis strip and the optic detecting module using it's | |
JP2016523373A (en) | Method for determining the concentration of a substance in a deformable container |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |