KR102284023B1 - 라만 분광법을 이용한 미세입자 검출 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
라만 분광법을 이용한 미세입자 검출 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 광원과 상기 광원으로부터 조사되는 광을 미세 입자가 포함된 유체로 전달하고, 상기 미세 입자로부터 방출되는 라만 신호를 센싱하는 광학계 및 상기 광학계가 센싱한 라만신호를 분석하여 유체 내 포함된 미세 입자의 성분과 포함량을 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 광원과 상기 광원으로부터 조사되는 광을 미세 입자가 포함된 유체로 전달하고, 상기 미세 입자로부터 방출되는 라만 신호를 센싱하는 광학계 및 상기 광학계가 센싱한 라만신호를 분석하여 유체 내 포함된 미세 입자의 성분과 포함량을 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치를 제공한다.
Description
본 발명은 라만 분광법을 이용하여 미세입자를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
미세 플라스틱은 5mm 미만 크기의 작은 플라스틱 조각을 말한다. 미세 플라스틱은 처음부터 미세 플라스틱으로 제조되거나, 플라스틱 제품이 부서지면서 생성된다. 미세 플라스틱은 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 치약, 세정제 또는 스크럽 등에 포함되어 있는데, 예컨대, 150ml 제품에는 대략 280만 개의 미세 플라스틱이 함유돼 있는 것으로 알려져 있다.
미세 플라스틱은 너무 작아 하수처리시설에 걸러지지 않고, 바다와 강으로 그대로 유입된다. 예컨대, 2015년 사이언스지에 실린 <해양 플라스틱 쓰레기> 논문에 따르면, 2010년도에 바다로 유입된 플라스틱 쓰레기는 대략 480만~1,270만t이다. 이 플라스틱은 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 나일론 등이 포함된 석유화합물이기 때문에, 다른 오염 물질과 만나 새로운 환경 문제를 야기하게 되며, 또 버려진 플라스틱이 시간이 지나면서 미세 플라스틱으로 변하기도 한다. 2015년 영국에서 발표된 <해양 속 작은 플라스틱 쓰레기에 관한 국제 목록> 논문에 따르면, 바닷속에는 최소 15조에서 최대 51조의 미세 플라스틱이 있는 것으로 추정된다.
미세 플라스틱은 환경을 파괴하는 것은 물론 인간의 건강을 위협한다는 점에서도 문제가 된다. 미세 플라스틱을 먹이로 오인해 먹은 강·바다의 생물들을 결국 인간이 섭취하게 되기 때문이다. 미세 플라스틱은 장폐색을 유발할 수 있으며 에너지 할당 감소, 성장 등에도 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 이처럼 인체에 악영향을 미치는 미세 플라스틱 입자들이 유체 내에 포함되어 있는지 여부를 검출하는 것에 대한 수요가 존재한다.
본 발명의 일 실시예는, 라만 분광법을 이용하여 유체 내 포함된 미세입자를 간편하게 검출할 수 있는 미세입자 검출장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 유체 내 포함된 미세입자를 검출함에 있어, 유체가 흐르는 도중에 유체 내 미세입자를 포집하여 정확하게 검출할 수 있는 미세입자 검출장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 광원과 상기 광원으로부터 조사되는 광을 미세 입자가 포함된 유체로 전달하고, 상기 미세 입자로부터 방출되는 라만 신호를 센싱하는 광학계 및 상기 광학계가 센싱한 라만신호를 분석하여 유체 내 포함된 미세 입자의 성분과 포함량을 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 미세 입자는 미세 플라스틱인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 미세 입자는 성분마다 방출하는 라만신호의 파장대역이 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 검출부는 라만 신호를 이용하여, 유체 내 포함된 미세입자가 검출하고자 하는 성분인지 아닌지를 분석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 라만 분광계로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 미세 입자가 포함된 유체로 광을 조사하는 조사과정과 미세 입자로부터 방출되는 라만신호를 센싱하는 센싱과정과 센싱한 라만신호를 분석하는 분석과정 및 분석한 라만신호를 이용하여 미세 입자의 성분과 유체 내 포함량을 검출하는 검출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 미세 입자는 미세 플라스틱인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 미세 입자는 성분마다 방출하는 라만신호의 파장대역이 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 분석과정은 라만 신호를 이용하여, 유체 내 포함된 미세입자가 검출하고자 하는 성분인지 아닌지를 분석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 조사과정은 라만 분광계를 이용하여 미세 입자가 포함된 유체로 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 광원과 미세입자가 포함된 유체가 지나도록 하는 유체 이동통로와 상기 광원으로부터 조사되는 광이 상기 유체 이동통로로 전달되도록 하고, 상기 유체 이동통로를 지나는 유체로부터 방출되는 라만 신호를 센싱하는 광학계 및 상기 광학계가 센싱한 라만신호를 분석하여 유체 내 포함된 미세 입자의 성분과 포함량을 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 유체 이동통로는 유체가 상기 유체 이동통로 내부로 유입될 수 있도록 하는 유입구 및 유입된 유체가 배출될 수 있도록 하는 유출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 유체 이동통로는 광이 투과될 수 있는 재질로 구현되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 라만 분광법을 이용하여 유체 내 포함된 미세 입자를 간편하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 흐르는 중간에도 유체 내 미세입자를 포집하여 정확하게 유체 내 미세입자를 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치 내 광학계의 변형례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치 내 유체 이동통로를 도시한 도면이다.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치에 의해 검출되는 미세입자 성분 또는 기타 성분의 라만 신호의 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치 내 광학계의 변형례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치 내 유체 이동통로를 도시한 도면이다.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치에 의해 검출되는 미세입자 성분 또는 기타 성분의 라만 신호의 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치(100)는 광원(110), 광학계(120) 및 검출부(130)를 포함한다.
미세입자 검출장치(100)는 광이 어떠한 매질을 통과할 때 발생하는 라만 산란을 이용하여 미세입자를 검출하는 장치로서, 미세입자로부터 산란되는 라만 신호를 센싱함으로써 미세입자의 성분과 함량을 검출한다. 미세입자의 성분에 따라 라만 신호의 파장과 그 파장 대역에서의 세기가 상이해지기 때문에, 미세입자 검출장치(100)는 미세입자로부터 산란된 라만 신호를 센싱함으로써 미세입자의 성분과 함량을 검출할 수 있다. 여기서, 미세입자 검출장치(100)가 검출하고자 하는 미세입자는 미세 플라스틱일 수 있다. 미세 플라스틱은 주로 폴리스틸렌(PS: Polystyrene), 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), 폴리염화비닐(PVC: Polyvinyl Chloride) 또는 폴리에틸렌(PE: Polyethylene) 성분을 포함한다. 미세입자 검출장치(100)는 유체 내 포함된 미세 플라스틱의 성분과 함량을 구분하여 검출할 수 있다.
광원(110)은 미세입자로부터 라만 산란을 유도하기 위한 광을 조사한다. 미세입자의 성분에 따라 라만 신호의 파장과 그 파장 대역에서의 세기가 상이해지는 것을 이용하기 위해, 광원(110)은 미세입자에서 라만 산란이 발생할 수 있도록 광을 조사한다.
광학계(120)는 광원(110)으로부터 조사된 광을 유입되는 유체로 전달하고, 유체 내 미세입자로부터 산란된 라만 신호를 센싱한다. 광학계(120)는 다양한 광학부품을 포함함으로써, 광원(110)에서 조사된 광이 유체로 전달될 수 있도록 하고, 유체 내 미세입자로부터 발생하는 라만 신호를 센서를 이용하여 센싱한다. 광학계(120)는 미세입자로부터 발생하는 라만 신호를 센싱하기 위해 라만 분광계로 구현될 수 있다. 광학계(120)에 대한 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
검출부(130)는 광학계(120)에서 센싱된 센싱값을 토대로, 유체 내 어떠한 성분의 미세입자가 어느 정도 포함되어 있는지를 검출한다. 미세입자의 각 성분의 라만 신호가 각 파장대역에서 서로 다른 세기를 갖는 특성을 이용하여, 검출부(130)는 광학계(120)에서 센싱된 라만 신호를 분석하여 유체 내 포함된 미세입자의 성분과 함량을 검출한다. 예를 들어, 미세입자의 성분에 따라, 라만신호는 특정 파장대역에서 고유하게 일정한 세기를 갖거나, 특정 파장대역에서 다른 성분의 라만 신호에 비해 월등히 큰 세기를 가질 수 있다. 검출부(130)는 센싱된 라만신호에 대해 기 설정된 파장대역에서의 세기를 분석하여, 미세입자의 성분과 포함량을 검출한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치 내 광학계의 변형례를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 광학계(120)는 제1 필터(210), 다이크로익 미러(220), 렌즈(230), 제2 필터(240), 슬릿(250), 미러(260, 265), 격자(Grating, 270), 센서(280) 및 유체 이동통로(290)를 포함한다.
제1 필터(210)는 광원(110)으로부터 조사된 광만이 광학계(120) 내부로 입사할 수 있도록 기타 잡광을 필터링한다. 제1 필터(210)는 라인 필터(Line Filter)로 구현될 수 있으며, 특정 방향에서 입사되는 광 만을 통과시키고 그 외의 방향에서 입사하는 광은 필터링함으로써, 광학계(120) 내부로 광원(110)에서 조사된 광만이 입사할 수 있도록 한다.
다이크로익 미러(220)는 제1 필터(210)를 거쳐 입사되는 광을 유체 이동통로(290)로 반사시키고, 유테 이동통로(290)를 흐르는 유체로부터 산란되어 나오는 산란광(라만 신호)을 투과시킨다.
제1 렌즈(230)는 다이크로익 미러(220)로부터 반사되어 오는 광을 유체 이동통로(280)의 특정 위치로 집광한다. 광원(110)에서 조사된 광이 여러 광학부품을 거치며 충분한 광량의 광이 유체 이동통로(280)로 조사되지 못할 수 있다. 이에 따라, 유체 이동통로(280)를 따라 이동하는 유체 내 미세입자로부터 센싱하는데 충분한 양의 방출광이 방출되지 못할 우려가 존재한다. 이러한 우려를 해소하고자, 제1 렌즈(230)는 다이크로익 미러와 유체 이동통로(280)의 사이에 배치되어, 다이크로익 미러로부터 반사되어 유체 이동통로(280)로 입사하는 광을 포커싱하여 유체 내 미세입자에 충분한 양의 광이 조사될 수 있도록 한다.
제2 필터(240)는 유체 내 미세입자로부터 산란되어 나오는 산란광 이외의 잡광을 필터링한다. 특히, 제2 필터(240)는 광원(110)으로부터 조사된 광이 산란광과 함께 포함되어 유입되는 경우가 존재한다. 산란광만이 센서에 의해 센싱되어야 하며, 광원(110)으로부터 조사된 광은 센싱되지 말아야할 노이즈에 해당하게 된다. 제2 필터(240)는 검출하고자 하는 파장대역 이외의 나머지 파장대역의 광은 필터링함으로써, 검출 결과의 신뢰성을 확보한다.
제2 필터(240)를 거친 산란광은 슬릿(250)과 격자(270)를 거치며 파장별로 나누어진다. 이처럼 산란광은 슬릿(250)과 격자(270)에 의해 파장별로 나뉘며 센서(280)에서 산란광에 대한 스펙트럼을 센싱할 수 있다.
미러(260, 265)는 각각 산란광을 격자(270)와 센서(280)로 반사시킨다. 미러(260)는 슬릿(250)을 통과한 산란광을 격자(270)로 반사시키며, 미러(265)는 격자(270)를 거친 산란광을 센서(280)로 반사시킨다.
센서(280)는 슬릿(250)과 격자(270)에 의해 파장별로 나뉜 산란광에 대한 스펙트럼을 센싱한다. 센서(280)에 의해 센싱되는 산란광(라만 신호)의 스펙트럼은 미세입자의 성분에 따라 상이해진다. 센싱되는 산란광의 스펙트럼에 대한 예시는 도 4 내지 7에 도시하였다.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치에 의해 검출되는 미세입자 성분 또는 기타 성분의 라만 신호의 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 4는 미세입자의 일예인 폴리에틸렌(PE)의 라만 신호 스펙트럼을 도시한 그래프이며, 도 5는 미세입자의 일예인 폴리스틸렌(PS)의 라만 신호 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 도 6은 미세입자의 일예인 폴리프로필렌(PP)의 라만 신호 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 7은 검출하고자 하는 미세입자 외에 기타성분의 라만 신호 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 폴리에틸렌의 라만신호는 1050㎛, 1125㎛, 1280㎛ 및 1400㎛에서 강한 세기를 보였으며, 특히 1280㎛에서 다른 성분의 라만 신호에 비해 유독 강한 세기를 보였다.
도 5를 참조하면, 폴리스틸렌의 라만신호는 1000㎛ 및 1560㎛에서 일정 수준 이상의 세기를 보였으며, 특히, 1560㎛에서는 다른 성분의 라만 신호와 달리 유일하게 일정 수준 이상의 세기를 보였다.
도 6을 참조하면, 폴리프로필렌의 라만신호는 330㎛, 800㎛, 1200㎛, 1300㎛ 및 1450㎛에서 다양하게 일정 수준 이상의 세기를 보였으며, 특히, 330㎛에서는 다른 성분의 라만 신호와는 달리 유일하게 일정 수준 이상의 세기를 보였다.
도 7을 참조하면, 기타성분(SiO2)의 라만신호는 도 4 내지 6을 참조하여 설명한 미세입자가 일정 수준 이상의 세기를 보인 파장대역(300㎛ 내지 2000㎛ 대역)에서는 아주 미약한 신호의 세기만을 보이며, 해당 파장대역을 벗어난 3000 내지 3500㎛ 대역에서 아주 강한 세기를 보였다.
다시 도 2를 참조하면, 검출부(130)는 센서(280)가 센싱한 미세입자의 산란광 스펙트럼을 분석하여, 미세입자의 성분과 함량을 검출한다. 전술한 대로, 검출하고자 하는 미세입자 성분은 기 설정된 파장대역(300㎛ 내지 2000㎛ 대역) 내에서 일정한 세기 이상(기 설정된 기준치 이상)의 세기를 보이는 반면, 미세입자가 아닌 기타 성분은 해당 파장대역을 벗어난 파장대역에서 일정한 세기 이상(기 설정된 기준치 이상)의 세기를 보였다. 이를 참조하여, 검출부(130)는 센싱된 라만 신호의 스펙트럼 내에서 1차적으로 기 설정된 기준치 이상의 세기가 기 설정된 파장대역 내에서 확인되는지를 판단하여, 미세입자와 기타 성분을 구분한다. 이후, 기 설정된 파장대역 내에서 기 설정된 기준치 이상의 세기가 검출된 경우, 검출부(130)는 기 설정된 파장에서 기 설정된 기준치 이상의 세기가 검출되었는지를 판단하여 미세입자의 성분과 함량을 검출한다. 예를 들어, 1280㎛ 파장에서 기 설정된 기준치 이상의 강한 세기의 라만 신호가 검출된 경우, 검출부(130)는 유체 내 폴리에틸렌이 포함되어 있음을 검출할 수 있으며 해당 파장대역에서의 라만 신호의 세기를 구분하여 유체 내 폴리에틸렌이 어느 정도 포함되었는지도 검출할 수 있다. 다른 예로, 1560㎛ 파장에서 기 설정된 기준치 이상의 세기의 라만 신호가 검출된 경우, 검출부(130)는 유체 내 폴리스틸렌이 포함되어 있음을 검출할 수 있으며, 신호의 세기를 이용하여 함량도 함께 검출할 수 있다. 또한, 330㎛ 파장에서 기 설정된 기준치 이상의 세기의 라만 신호가 검출된 경우, 검출부(130)는 유체 내 폴리스틸렌이 포함되어 있음을 검출할 수 있으며, 신호의 세기를 이용하여 함량도 함께 검출할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 검출부(130)는 유체 내 검출하고자 하는 미세입자가 포함되어 있는지, 포함되어 있다면 어떠한 성분의 미세입자가 얼마만큼 포함되어 있는지를 검출할 수 있다.
유체 이동통로(290)는 미세입자가 포함되었는지를 검사하기 위한 유체가 이동할 수 있도록 한다. 미세입자 검출장치(100)는 광을 조사하고 미세입자로부터 반사되어 방출되는 방출광을 수광하기만 하면 되기 때문에, 미세입자의 존부가 검사될 유체는 특정 용기에 담겨있을 필요가 없으며 흐르는 상태로도 검사가 진행될 수 있다. 이에 따라, 미세입자 검출장치(100)는 조사를 위한 유체의 일부가 내부로 흐르도록 하는 유체 이동통로(290)를 포함한다. 유체 이동통로(290)는 조사의 정확성과 편의성을 향상시키기 위해 도 3와 같이 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출장치 내 유체 이동통로를 도시한 도면이다.
유체 이동통로(290)는 유체가 유체 이동통로(290) 내부로 유입될 수 있도록 하는 유입구(310)를 포함한다. 유체 이동통로(290)는 유체가 유입구(310) 내로 보다 용이하게 유입될 수 있도록 경사면을 가질 수 있다. 유체 이동통로(290)는 광이 투과될 수 있는 재질로 구현되어, 내부를 흐르는 유체로 제1 렌즈(230)를 거친 광이 유체 (내 미세입자)로 입사될 수 있도록 한다.
유체 이동통로(290)는 내벽(315)에 일정한 각도로 배치되는 미세입자 필터(320)를 포함한다. 미세입자 필터(320)는 유체 내 용해되어 있는 다양한 성분은 통과시키되, 미세입자는 필터링하여 이동하지 못하도록 한다. 유체 이동통로(290)로 광이 입사될 경우, 미세입자 외에 유체 내 용해되어 있는 다양한 성분들에 의해서도 광이 반사되어 방출될 여지가 존재한다. 이러한 광들은 노이즈로서 제외되어야 결과의 정확도가 향상되기 때문에, 유체 이동통로(290)는 내벽(315)에 배치되는 미세입자 필터(320)를 이용하여 미세입자만을 필터링한다. 유체 내 미세입자가 미세입자 필터(320)에 의해 필터링되기 때문에, 제1 렌즈(230)도 미세입자 필터(320)를 초점으로 광을 포커싱할 수 있어 미세입자로부터 방출되는 방출광의 광량이 증가하는 효과도 가질 수 있다.
유체 이동통로(290)로 유입된 유체는 유출구(330)로 배출된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 검출방법을 도시한 순서도이다.
미세입자 검출장치(100)는 유체로 광을 조사한다(S810). 광원(110)은 광을 조사하며, 광학계(120)는 광원(110)으로부터 조사된 광을 유체로 전달한다.
미세입자 검출장치(100)는 미세 입자로부터 반사되는 라만 신호를 수신한다(S820). 광학계(120)는 유체로 조사되어 유체 내 미사입자로부터 산란되는 산란광(라만 신호)을 수신하여 산란광의 스펙트럼을 센싱한다.
미세입자 검출장치(100)는 라만 신호를 분석하여 유체 내 포함된 미세입자의 성분 및 포함량을 검출한다(S830). 검출부(130)는 센싱된 산란광의 스펙트럼을 분석하여, 유체 내 미세입자가 포함되었는지, 포함되었을 경우 어떠한 성분의 미세입자가 얼만큼 포함되었는지를 검출한다.
도 8에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 8에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 8은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 8에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 미세입자 검출장치
110: 광원
120: 광학계
130: 검출부
210: 제1 필터
220: 다이크로익 미러
230: 렌즈
240: 제2 필터
250: 슬릿
260, 265: 미러
270: 격자
280: 센서
290: 유체 이동통로
310: 유입구
315: 내벽
320: 미세입자 필터
330: 유출구
110: 광원
120: 광학계
130: 검출부
210: 제1 필터
220: 다이크로익 미러
230: 렌즈
240: 제2 필터
250: 슬릿
260, 265: 미러
270: 격자
280: 센서
290: 유체 이동통로
310: 유입구
315: 내벽
320: 미세입자 필터
330: 유출구
Claims (13)
- 광원;
상기 광원으로부터 조사되는 광을 미세 입자가 포함된 유체로 전달하고, 상기 미세 입자로부터 방출되는 라만 신호를 수신하여 상기 라만 신호를 파장 대역별로 분리하여 센싱하는 광학계; 및
상기 광학계가 센싱한 라만 신호를 분석하여 유체 내 포함된 미세 입자의 성분과 포함량을 검출하는 검출부를 포함하며,
상기 광학계는,
미세입자가 포함된 유체가 내부로 유입되는 유입구와, 내벽에 기 설정된 각도로 배치되어 유체 내 미세입자만 필터링하여 포집하는 미세입자 필터와, 유체가 배출되는 유출구를 포함하는 유체 이동통로;
상기 광원으로부터 조사되는 광만을 내부로 입사시키고, 나머지 입사 광은 필터링하는 제1 필터;
상기 제1 필터를 거쳐 입사되는 광을 상기 유체 이동통로로 반사시키고, 상기 유체 이동통로를 흐르는 유체로부터 산란되어 나오는 산란광인 라만 신호를 투과시키는 다이크로익 미러;
상기 다이크로익 미러와 유체 이동통로 사이에 배치되어, 상기 다이크로익 미러로부터 반사되어 오는 광을 유체 이동통로의 상기 미세입자 필터를 초점 위치로 하여 집광시키는 제1 렌즈;
유체 내 미세입자로부터 산란되어 나오는 산란광 이외의 잡광을 필터링하는 제2 필터;
상기 제2 필터를 거친 산란광을 파장 대역별로 분리하는 슬릿 및 격자; 및
상기 슬릿을 통과한 산란광을 격자로 반사시키고, 상기 격자를 거친 산란광을 센서로 반사시키는 미러를 포함하는 것이고,
상기 센서는 상기 슬릿 및 격자에 의해 파장 대역별로 나뉜 산란광에 대한 스펙트럼을 센싱하는 것이며,
상기 검출부는,
상기 미세 입자가 각 성분마다 방출하는 라만 신호의 파장 대역이 상이하고, 각 미세 입자의 각 성분의 라만 신호의 파장 대역에서 서로 다른 세기를 갖는 미세 플라스틱인 것을 이용하여, 상기 센서에서 센싱된 라만신호에 대한 스펙트럼 내 기 설정된 파장대역에서 기 설정된 기준치 이상의 세기가 검출되면 상기 미세 입자의 성분을 검출하고, 라만 신호의 세기를 이용하여 유체 내 해당 미세입자의 포함량을 검출하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 검출부는,
라만 신호를 이용하여, 유체 내 포함된 미세입자가 검출하고자 하는 성분인지 아닌지를 분석하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치. - 제1항에 있어서,
상기 광학계는,
라만 분광계로 구현되는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치. - 미세입자 검출장치가 미세 입자를 검출하는 방법에 있어서,
미세 입자가 포함된 유체가 지나도록 하는 유체 이동통로로 전달되도록 광을 조사하는 조사과정;
광학계를 통해 미세 입자로부터 방출되는 라만신호를 수신하여 상기 라만신호를 파장 대역별로 분리하여 센싱하는 센싱과정;
센싱한 라만신호를 분석하는 분석과정; 및
상기 미세 입자가 각 성분마다 방출하는 라만 신호의 파장 대역이 상이하고, 각 미세 입자의 각 성분의 라만 신호의 파장 대역에서 서로 다른 세기를 갖는 미세 플라스틱인 것을 이용하여, 상기 센싱한 라만신호에 대한 스펙트럼 내 기 설정된 파장대역에서 기 설정된 기준치 이상의 세기가 검출되면 상기 미세 입자의 성분을 검출하고, 라만 신호의 세기를 이용하여 유체 내 해당 미세입자의 포함량을 검출하는 검출과정을 포함하며,
상기 광학계는,
미세입자가 포함된 유체가 내부로 유입되는 유입구와, 내벽에 기 설정된 각도로 배치되어 유체 내 미세입자만 필터링하여 포집하는 미세입자 필터와, 유체가 배출되는 유출구를 포함하는 유체 이동통로;
광원으로부터 조사되는 광만을 내부로 입사시키고, 나머지 입사 광은 필터링하는 제1 필터;
상기 제1 필터를 거쳐 입사되는 광을 상기 유체 이동통로로 반사시키고, 상기 유체 이동통로를 흐르는 유체로부터 산란되어 나오는 산란광인 라만 신호를 투과시키는 다이크로익 미러;
상기 다이크로익 미러와 유체 이동통로 사이에 배치되어, 상기 다이크로익 미러로부터 반사되어 오는 광을 유체 이동통로의 상기 미세입자 필터를 초점 위치로 하여 집광시키는 제1 렌즈;
유체 내 미세입자로부터 산란되어 나오는 산란광 이외의 잡광을 필터링하는 제2 필터;
상기 제2 필터를 거친 산란광을 파장 대역별로 분리하는 슬릿 및 격자; 및
상기 슬릿을 통과한 산란광을 격자로 반사시키고, 상기 격자를 거친 산란광을 센서로 반사시키는 미러를 포함하는 것이고,
상기 센서는 상기 슬릿 및 격자에 의해 파장 대역별로 나뉜 산란광에 대한 스펙트럼을 센싱하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출방법. - 삭제
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 분석과정은,
라만 신호를 이용하여, 유체 내 포함된 미세입자가 검출하고자 하는 성분인지 아닌지를 분석하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출방법. - 제6항에 있어서,
상기 조사과정은,
라만 분광계를 이용하여 미세 입자가 포함된 유체로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유체 이동통로는,
광이 투과될 수 있는 재질로 구현되는 것을 특징으로 하는 미세입자 검출장치.
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