KR102495751B1 - 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템 - Google Patents
실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102495751B1 KR102495751B1 KR1020210045409A KR20210045409A KR102495751B1 KR 102495751 B1 KR102495751 B1 KR 102495751B1 KR 1020210045409 A KR1020210045409 A KR 1020210045409A KR 20210045409 A KR20210045409 A KR 20210045409A KR 102495751 B1 KR102495751 B1 KR 102495751B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- organic compound
- sensing device
- volatile organic
- data
- real
- Prior art date
Links
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims description 14
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 39
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- -1 polydimethylphenylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 229920002614 Polyether block amide Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- DCGLONGLPGISNX-UHFFFAOYSA-N trimethyl(prop-1-ynyl)silane Chemical compound CC#C[Si](C)(C)C DCGLONGLPGISNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000001824 photoionisation detection Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010223 real-time analysis Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 10
- 239000003570 air Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229920000247 superabsorbent polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 206010043275 Teratogenicity Diseases 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000007519 figuring Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000012502 risk assessment Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000211 teratogenicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
- G01N27/64—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using wave or particle radiation to ionise a gas, e.g. in an ionisation chamber
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D7/00—Indicating measured values
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
- G01N27/622—Ion mobility spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
- G01N27/64—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using wave or particle radiation to ionise a gas, e.g. in an ionisation chamber
- G01N27/66—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using wave or particle radiation to ionise a gas, e.g. in an ionisation chamber and measuring current or voltage
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/64—Electrical detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0047—Organic compounds
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
- G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템은 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 측정하는 유기 화합물 센싱장치와, 외부공기를 흡입하여 유기 화합물 센싱장치로 전달하기 위한 개구부가 형성되고, 유기 화합물 센싱장치를 수용하는 방수 케이스와, 지상에서 케이블을 통해 유기 화합물 센싱장치에 구동전원을 전달하고 데이터를 교환하며, 유기 화합물 센싱장치의 센싱 데이터를 디스플레이에 표시하고 유선 또는 무선 통신망을 통해 센싱 데이터를 외부로 전송하는 컨트롤 박스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 휴대용 센서 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템에 관한 것이다.
불포화대 토양 및 지하수 내의 유기오염물질은 휘발성 유기오염물질(Volatile organic compounds), 잔류성 유기오염물질(Persistent organic pollutants, POPs) 등으로 구분될 수 있다.
이러한 휘발성 유기오염물질은 화석연료의 불완전연소 또는 산업활동에 의하여 생성되어 환경 및 인체에 대한 주요 오염원이 되고 있다. 미량으로도 암을 유발시키거나 돌연변이, 기형발생 등을 일으킬 수 있는 물질로서, 몇몇의 주요 휘발성 유기오염물질은 독성 때문에 인체위해평가를 위한 특정오염물질 발암등급분류(IARC)에서 발암물질로 분류되고 있다.
휘발성 유기오염물질은 유기물 또는 입자성 물질에 대하여 높은 흡착도를 갖는다. 따라서 이들은 자연 상태에서 쉽게 분해되지 않고 지하수 중에 포함되어 있거나, 대기 중으로 휘발되어 입자상 물질에 흡착됨으로써, 동물이나 인체에 흡수되어 축척된다.
이러한 이유로, 최근 휘발성 유기오염물질로 인한 불포화대 토양 및 지하수의 오염정도는 물론, 불포화대 토양 및 지하수로부터 대기로 휘발되는 휘발성 유기오염물질의 휘발량을 측정하는 장치 및 방법에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.
종래의 경우에는, 시료를 직접 채취하여 실험실로 운반한 후 그로부터 목적하는 오염성분을 통상의 유기용매 추출법 등을 이용하여 추출하고 추출물을 가스 또는 액체 크로마토그래피로 분석하였다.
또한, 토양 및 지하수와 대기간의 휘발성 유기오염물질의 농도관계를 파악한 후, 앞서 얻은 휘발성 유기오염물질의 함량을 가지고 그의 휘발량을 예측하였으며, 이러한 방법은 휘발성유기오염물의 손실을 가져와 현장의 정확한 농도를 예측하지 못하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 실시간으로 측정할 수 있는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템을 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 측정하는 유기 화합물 센싱장치와, 지상에서 케이블을 통해 유기 화합물 센싱장치에 구동전원을 전달하고 데이터를 교환하며, 유기 화합물 센싱장치의 센싱 데이터를 디스플레이에 표시하고 유선 또는 무선 통신망을 통해 센싱 데이터를 외부로 전송하는 컨트롤 박스를 포함하는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명에 포함되는 유기 화합물 센싱장치는 휘발성 유기 화합물의 농도를 감지하는 광이온화 센서와, 광이온화 센서의 센싱 데이터를 이동평균(Moving Average)필터를 이용하여 처리하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 측정하는 유기 화합물 센싱장치와, 외부공기를 흡입하여 유기 화합물 센싱장치로 전달하기 위한 개구부가 형성되고, 유기 화합물 센싱장치를 수용하는 방수 케이스와, 지상에서 케이블을 통해 유기 화합물 센싱장치에 구동전원을 전달하고 데이터를 교환하며, 유기 화합물 센싱장치의 센싱 데이터를 디스플레이에 표시하고 유선 또는 무선 통신망을 통해 센싱 데이터를 외부로 전송하는 컨트롤 박스를 포함하는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명에 포함되는 방수 케이스의 개구부에는 균일한 양의 외부 공기를 흡입하기 위한 다이어프램 펌프가 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 유기 화합물 센싱장치는 휘발성 유기 화합물의 농도를 감지하는 광이온화 센서와, 광이온화 센서의 센싱 데이터를 이동평균(Moving Average)필터를 이용하여 처리하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템은, 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템은 측정된 센싱 데이터를 외부의 데이터 서버로 전송하여, 복수의 불포화대 관정의 휘발성 유기 화합물의 농도를 통합 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)의 제1 설치 예시도
도 2는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)의 구성도
도 3은 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)의 실사도
도 4 내지 도 4c는 유기 화합물 센싱장치(100)의 실사도
도 5는 컨트롤 박스(300)에서 내부 보호부(500)의 구성도
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)의 제1 설치 예시도이고, 도 2는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)의 구성도이고, 도 3은 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)의 실사도이다.
본 실시예에 따른 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템(1)은 유기 화합물 센싱장치(100), 방수 케이스(200), 컨트롤 박스(300), 데이터 서버(400)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 휴대용 센서 시스템(1)의 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
유기 화합물 센싱장치(100)는 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 측정한다. 유기 화합물 센싱장치(100)는 광이온화 센서(Photo Ionization Detector, 13), 온도센서, 습도센서, 다이어프램 펌프, 데이터 처리부를 구비하며, 각 부품은 인쇄회로기판에 실장된다.
유기 화합물 센싱장치(100)는 불포화대 관정에 삽입되어 해당 영역의 휘발성 유기 화합물의 농도를 측정하므로 외부환경으로부터 보호되어야 한다.
따라서 유기 화합물 센싱장치(100)는 방수 케이스(200)의 내부에 장착되어 외부환경으로부터 보호되는 형태로 실시되는 것이 바람직하다.
즉, 방수 케이스(200)는 외부공기를 흡입하여 유기 화합물 센싱장치(100)로 전달하기 위한 개구부(11)가 형성되며 유기 화합물 센싱장치(100)를 수용한다. 이때, 방수 케이스(200)의 개구부(11)에는 균일한 양의 외부 공기를 흡입하기 위한 다이어프램 펌프(12)가 삽입될 수 있다.
컨트롤 박스(300)는 지상에서 방수절연 케이블을 통해 유기 화합물 센싱장치(100)에 구동전원을 전달하고 데이터를 교환하며, 유기 화합물 센싱장치(100)의 센싱 데이터를 디스플레이에 표시하고 유선 또는 무선 통신망을 통해 센싱 데이터를 외부로 전송한다.
컨트롤 박스(300)는 220VAC전원을 입력받으며 내부에 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 있어 안정적인 전원 공급은 물론 외부 서지(Surge)로부터 일정부분 보호할 수 있다. 또한 내부에 리튬배터리가 있어 전원공급이 끊어진다 하더라도, 배터리 완충 기준으로 수 시간은 전원공급 없이 장비가 작동될 수 있다.
컨트롤 박스(300) 바깥에는 내구성이 우수한 8인치 터치 패널을 사용하여 센서로부터 전송된 측정 값들이 표시된다.
컨트롤 박스(300) 내부에는 근거리 무선통신을 지원하는 무선모듈과 리튬배터리 및 전원 공급장치가 있다. 또한 근거리 무선통신을 지원하기 때문에 외부에 3db의 지향성 다이폴 안테나가 장착될 수 있다.
데이터 서버(400)는 복수의 컨트롤 박스(300)에서 전송되는 센싱 데이터를 수집한 후, 복수의 불포화대 관정의 휘발성 유기 화합물의 농도를 통합 관리할 수 있다.
도 4 내지 도 4c는 유기 화합물 센싱장치(100)의 실사도이다.
도 4 내지 도 4c를 참조하면, 유기 화합물 센싱장치(100)는 방수 케이스(200)에 수용되어 외부환경으로부터 보호되는 형태로 실시된다. 이때, 방수 케이스(200)에는 외부공기를 흡입하여 광이온화 센서(Photo Ionization Detector, 13)로 전달하기 위한 개구부(11)가 형성된다. 광이온화 센서(Photo Ionization Detector, 13)는 방수 케이스(200)의 개구부(11)와 소정의 이격 거리를 두고 개구부(11)의 수직하부에 배치된다.
방수 케이스(200)의 개구부(11)에는 균일한 양의 외부 공기를 흡입하기 위한 다이어프램 펌프(12)가 삽입되므로, 개구부(11), 다이어프램 펌프(12), 광이온화 센서(Photo Ionization Detector, 13)가 수직한 형태로 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 유기 화합물 센싱장치(100)에 영향을 미치는 전기적인 외부 잡음(노이즈)은 크게 전도성 노이즈와 방사성 노이즈로 구분되며, 전도성 노이즈는 도체가 형성되는 경로(케이블이나 커넥터 등)를 통해 노이즈가 전달되는 것으로 대부분이 전원을 통해 침투한다. 따라서 전원 및 그라운드 라인에 대하여 필터(Filter)회로를 사용하여 노이즈를 제거하도록 구성된다.
아날로그 신호는 회로적으로 저대역 통과 필터인 RC 필터 등을 사용하여 특정 주파수 성분을 제거하여 안정적인 신호를 얻을 수 있는 방법도 있지만, 펌웨어 내에서 신호처리 기법을 사용하여 처리할 수도 있다.
즉, 유기 화합물 센싱장치(100)의 데이터 처리부는 광이온화 센서(Photo Ionization Detector, 13)의 센싱 데이터, 온도/습도 데이터를 이동평균(Moving Average)필터를 이용하여 처리할 수 있다. 이동평균(Moving Average)필터는 2개 이상의 연속된 입력 데이터 값의 평균을 계속적으로 계산해내는 평균화 방법이다.
노이즈 제거에 있어 가장 쉽고 간단한 방법으로 변동(Fluctuation)이 심한 신호를 부드럽게 만들기 때문에 스무딩(Smoothing) 기법이라고도 한다. 이동평균 필터만을 사용한다면 대부분의 변동(Fluctuation)이 많이 제거되어 일정한 신호로 변하지만, 가끔 크게 튀는 신호가 들어오는 경우도 있다. 이런 경우를 대비해 차분 방정식을 사용해 이 튀는 신호를 제거할 수 있다.
차분 방정식은 이전 입력값과 현재 입력값을 비교하여 계산된 변화량(기울기)보다 매우 크게 변할 경우 이를 노이즈로 판단, 이전 변화량 값으로 대입해 현재 값을 보정한다.
유기 화합물 센싱장치(100)의 온도와 습도는 2byte의 정수형 데이터로 표현하여 전송하며, 요청 측에서 고정된 3 바이트 길이의 요청데이터를 보내면, 센서에서는 7바이트의 고정된 길이의 온도와 습도 데이터를 보내준다.
데이터에는 Header와 Tail을 구분하여 처음과 끝을 주어 데이터 파싱 시 구분을 용이하게 하였고, ASCII ‘T’를 첫 바이트에 넣고 tail에 0x0d와 0x0a를 보내면 요청이 완료된다. 같은 구조로 응답 메시지는 첫 바이트에 ASCII‘T’가 오며 온도 데이터 2바이트와 습도 데이터 2바이트가 연속해서 붙어 오고, 마지막에 0x0d와 0x0a 2바이트가 붙어온다.
광이온화 센서(Photo Ionization Detector, 13)는 실시간으로 데이터가 측정되어 나오므로 3바이트의 고정된 길이의 요청 메시지를 보내면 해당 포맷에 따라 7바이트의 고정된 데이터가 온다. 이 중에 맨 첫 헤더와 마지막 2바이트를 제외한 나머지 4바이트가 측정 값이다.
마지막으로 다이어프램 펌프(12)를 제어할 수 있고, 고정된 3바이트의 요청명령으로 펌프를 끄고 킬 수 있다. 2바이트의 tail인 0x0d, 0x0a는 모두 같고, 헤더에 따라 on, off가 구분된다. 첫 번째가 “p”일 경우 펌프가 켜지고, “f”일 경우 펌프가 꺼진다.
또한, 개구부(11)와 다이어프램 펌프(12) 사이에는 다이어프램 펌프(12)를 수분으로부터 보호하기 위한 분리막이 삽입될 수 있다.
분리막은 가스투과성 막(Gas permeable membrane)으로 정의될 수 있으며, 기본적으로 수분을 차단하고 휘발성 유기 화합물을 통과시키는 재질로 형성된다.
제 1 실시예에 따른 분리막은 다공성 지지체와 상기 다공성 지지체에 코팅액이 도포 및 함침되어 형성된다.
상기 다공성 지지체는 내부에 기공이 형성되며, 내부 기공을 따라 휘발성 유기화합물이 확산시키는 역할을 수행한다.
이때, 상기 다공성 지지체는 폴리이미드, 폴리디메틸페닐렌 옥사이드, 폴리설폰, 폴리에스터설폰, 폴리에터이미드, 폴리비닐리덴플루라이드 또는 이들의 조합 중 어느 하나의 고분자를 사용할 수 있다.
상기 코팅액은 휘발성 유기화합물과 친화도가 높고, 높은 자유용적을 가져 휘발성 유기화합물의 확산을 용이하게 한다.
이때, 상기 코팅액은 폴리디메틸실록산(PDMS), poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) (PTMSP), 폴리에테르블록아미드(PEBAX) 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 제 2 실시예에 따른 분리막은 상기 제 1 실시예 따른 분리막에 다공성 무기입자를 더 포함하는 것으로, 상기 다공성 무기입자는 코팅액에 혼합되어 다공성 지지체에 도포 및 함침된다. 상기 다공성 무기입자는 실리카, 제올라이트, 알루미나, 이산화티탄 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 제 3 실시예에 따른 분리막은 제 1 실시예에 따른 분리막 또는 제2 실시예에 따른 분리막의 선단에 수분흡수막을 더 포함하는 복합형 분리막으로 휘발성 유기 화합물을 감지하기에 앞서 수분을 감소 및 제거하여 노이즈를 줄이고, 분리막의 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 수분흡수막은 상술된 다공성 지지체에 친수성 고분자가 코팅되거나 플라즈마를 통해 친수성 개질처리된 것으로, 상기 친수성 고분자는 폴리비닐알코올(PVA, 폴리아크릴산(PAA), 폴리메타크릴산(PMAA), 셀룰로스계 고분자, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
플라즈마 처리시에는 카르복실기, 하이드록실기, 아민기 또는 이들의 조합 중 어느 하나의 친수성기를 도입할 수 있다.
이때 상기 수분흡수막은 고흡수성 고분자(Super Absorbtion Polymer, SAP)입자를 더 포함하여, 수분흡수 및 보유특성을 더욱 향상시키는 것도 가능하다.
또한, 컨트롤 박스(300)의 전원회로에는 내부 보호부가 구비될 수 있다. 즉, 내부회로 보호부(500)를 통해 정전기 또는 의도치 않은 고전압/전류 성분을 외부로 방출시킴으로써 내부회로를 보호할 수 있다
도 5는 컨트롤 박스(300)에서 내부 보호부(500)의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내부 보호부(500)는 고전압 생성부(512), 파워업 신호 조절부(514), 파워다운모드신호 조절부(518) 및 내부 회로 보호부(516)를 포함한다.
고전압 생성부(512)는 외부로부터 인가되는 구동전압(VDD)을 펌핑하여 고전압(HVDD)을 생성하고, 생성된 고전압을 내부회로 보호부(516)로 제공한다. 이때, 고전압 생성부(512)는 내부 회로에서 생성할 수 있는 가장 높은 고전압을 생성함으로써, 내부 회로의 오동작을 방지할 수 있다.
파워업 신호 조절부(514)는 외부로부터 인가되는 구동전압(VDD)에 응답하여 전원 전압의 전위가 일정 전위 이상이 됨을 감지하여 파워업 신호(Powerup)를 생성한다.
또한, 파워업 신호 조절부(514)는 생성된 파워업 신호(Powerup)의 하이 레벨 구간을 일정 시간 지연시켜 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)를 생성하고, 생성된 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)를 내부 회로 보호부(516)로 제공한다.
파워다운(Deep Power Down: 이하 PWRDN라 칭함) 모드 신호 조절부(518)는 센서보드가 동작하지 않는 대기 상태에서 전력 소모를 감소시킬 수 있도록 내부의 불필요한 회로들을 비활성화 시키기 위해 외부로부터 인가되는 CAS(Column Access Strobe), RAS(Row Access Strobe) 등의 명령 신호들의 조합에 의해 생성된 커맨드(command)에 응답하여 딥 파워 다운 신호(PWRDN, 이하 파워다운모드신호라 칭함)를 생성한다.
그리고, 파워다운모드신호 조절부(518)는 생성된 파워다운모드신호(PWRDN)의 하이 레벨 구간을 일정 시간 지연시켜 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay)를 생성한다.
이처럼, 본 발명은 파워업 신호 및 파워다운모드신호(PWRDN)의 하이 레벨 구간을 일정 시간을 지연시킬 수 있다. 이는, 센서보드의 초기화 시 외부 구동전압 및 고전압 등이 0 레벨에서 기설정된 레벨로 점차적으로 증진하게 된다. 그러나, 고전압이 기설정된 레벨에 도달하기도 전에 파워업 신호 및 딥 파워 신호가 활성화됨으로써, 트랜지스터들의 누설 전류가 발생하게 되고, 이에 따라 센서보드의 오동작이 초래된다. 따라서 본 발명은 각 신호의 활성 시간을 고전압이 기 설정된 레벨에 도달할 때까지 지연(Delay)시켜 트랜지스터들의 누설 전류를 방지할 수 있다.
한편, 내부 회로 보호부(516)는 고전압 생성부(512)로부터 입력된 고전압에 기초하여 파워업 신호 조절부(514)로부터 인가된 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)와, 파워다운모드신호 조절부(518)로부터 인가된 파워다운모드신호(PWRDN) 및 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay)를 인가받아 과전류가 내부 회로로 유입되는 것을 방지한다.
본 발명의 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템은, 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템은 측정된 센싱 데이터를 외부의 데이터 서버로 전송하여, 복수의 불포화대 관정의 휘발성 유기 화합물의 농도를 통합 관리할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 유기 화합물 센싱장치
200 : 방수 케이스
300 : 컨트롤 박스
400 : 데이터 서버
11 : 개구부
12 : 다이어프램 펌프
13 : 광이온화 센서(Photo Ionization Detector)
200 : 방수 케이스
300 : 컨트롤 박스
400 : 데이터 서버
11 : 개구부
12 : 다이어프램 펌프
13 : 광이온화 센서(Photo Ionization Detector)
Claims (5)
- 삭제
- 삭제
- 불포화대 관정에 삽입되어 광이온화 감지 기법을 통해 휘발성 유기 화합물의 농도를 측정하는 유기 화합물 센싱장치;
외부공기를 흡입하여 상기 유기 화합물 센싱장치로 전달하기 위한 개구부가 형성되고, 상기 유기 화합물 센싱장치를 수용하는 방수 케이스; 및
지상에서 케이블을 통해 상기 유기 화합물 센싱장치에 구동전원을 전달하고 데이터를 교환하며, 상기 유기 화합물 센싱장치의 센싱 데이터를 디스플레이에 표시하고 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 센싱 데이터를 외부로 전송하는 컨트롤 박스;를 포함하고,
상기 방수 케이스의 개구부에는 균일한 양의 외부 공기를 흡입하기 위한 다이어프램 펌프가 삽입되고, 상기 개구부와 상기 다이어프램 펌프 사이에는 분리막이 삽입되며,
상기 분리막은, 다공성 지지체와 상기 다공성 지지체에 코팅액이 도포 및 함침되어 형성되고, 상기 다공성 지지체는 폴리이미드, 폴리디메틸페닐렌 옥사이드, 폴리설폰, 폴리에스터설폰, 폴리에터이미드, 폴리비닐리덴플루라이드 또는 이들의 조합중 어느 하나의 고분자를 사용하고,
상기 코팅액은 폴리디메틸실록산(PDMS), poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)(PTMSP), 폴리에테르블록아미드(PEBAX) 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템.
- 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 유기 화합물 센싱장치는,
휘발성 유기 화합물의 농도를 감지하는 광이온화 센서; 및
상기 광이온화 센서의 센싱 데이터를 이동평균(Moving Average)필터를 이용하여 처리하는 데이터 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210045409A KR102495751B1 (ko) | 2021-04-07 | 2021-04-07 | 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210045409A KR102495751B1 (ko) | 2021-04-07 | 2021-04-07 | 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220139143A KR20220139143A (ko) | 2022-10-14 |
| KR102495751B1 true KR102495751B1 (ko) | 2023-02-06 |
Family
ID=83599688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210045409A KR102495751B1 (ko) | 2021-04-07 | 2021-04-07 | 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102495751B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102582798B1 (ko) * | 2023-03-28 | 2023-09-25 | 차기룡 | 센서보드 보호 케이스가 구비된 5g 기반 레퍼런스 보드 시스템 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4741125B2 (ja) * | 2001-09-27 | 2011-08-03 | 新コスモス電機株式会社 | 携帯型ガス検知器 |
| KR101766750B1 (ko) | 2017-02-15 | 2017-08-17 | 대구대학교 산학협력단 | 토양 및 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터 |
| KR101802734B1 (ko) * | 2017-04-03 | 2017-11-30 | (주)동명엔터프라이즈 | 토양 및 지하수 오염물질 탐지 시스템 및 그 탐지 시스템을 이용한 오염물질 탐지방법 |
| KR102024074B1 (ko) | 2019-03-21 | 2019-09-24 | 주식회사 효림 | 실시간 지중 휘발성유기화합물의 누출감지시스템 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101662512B1 (ko) | 2016-02-29 | 2016-10-05 | 대구대학교 산학협력단 | 토양 및 지하수의 유무기오염물 채취를 위한 샘플러 |
| EP3699582A1 (en) * | 2019-02-25 | 2020-08-26 | Infineon Technologies AG | Gas sensing device and method for operating a gas sensing device |
-
2021
- 2021-04-07 KR KR1020210045409A patent/KR102495751B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4741125B2 (ja) * | 2001-09-27 | 2011-08-03 | 新コスモス電機株式会社 | 携帯型ガス検知器 |
| KR101766750B1 (ko) | 2017-02-15 | 2017-08-17 | 대구대학교 산학협력단 | 토양 및 지하수의 휘발성 유기화합물을 정량적으로 흡수하기 위한 도시미터 |
| KR101802734B1 (ko) * | 2017-04-03 | 2017-11-30 | (주)동명엔터프라이즈 | 토양 및 지하수 오염물질 탐지 시스템 및 그 탐지 시스템을 이용한 오염물질 탐지방법 |
| KR102024074B1 (ko) | 2019-03-21 | 2019-09-24 | 주식회사 효림 | 실시간 지중 휘발성유기화합물의 누출감지시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220139143A (ko) | 2022-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102495751B1 (ko) | 실시간 휘발성 유기 화합물 분석을 위한 휴대용 센서 시스템 | |
| Kuberský et al. | Towards a fully printed electrochemical NO2 sensor on a flexible substrate using ionic liquid based polymer electrolyte | |
| US5522980A (en) | Gas sensor and sensing device | |
| EP3012626B1 (en) | Method and apparatus for analysis of gases | |
| US8771490B2 (en) | Electrochemical sensor | |
| US10966631B2 (en) | Breath sampling devices and methods of breath sampling using sensors | |
| JP3466503B2 (ja) | 環境水中の揮発性物質検知装置 | |
| US9709523B1 (en) | Gas detection apparatus | |
| WO2017123205A1 (en) | Electrochemical sensor | |
| WO2019056159A1 (en) | IMPROVED ELECTROCHEMICAL SENSOR AND METHOD OF DETECTING FORMALDEHYDE BY VOLTAGE REGULATION TO REDUCE TRANSVERSE SENSITIVITY | |
| CA2467859A1 (en) | Ionisation devices | |
| US10816503B2 (en) | Electrochemical gas sensor for detecting hydrogen cyanide gas | |
| EP1318395B1 (en) | Humidity sensor | |
| JP2002052338A (ja) | シリコーンガス吸着剤及びガスフィルタ及びガスセンサ | |
| CN109716121B (zh) | 具有多气体入口的电化学气体传感器 | |
| CN113203790A (zh) | 气体检测装置和方法 | |
| KR102676711B1 (ko) | 저전력 독립형 휘발성 유기화합물 측정 시스템 | |
| US20180052130A1 (en) | Sensor device and methods | |
| KR20230128710A (ko) | 저전력 독립형 휘발성 유기화합물 측정 시스템 | |
| CN203772613U (zh) | 一种大气除湿装置 | |
| JP4891283B2 (ja) | 酸化性ガスの測定方法および測定装置 | |
| US20210172899A1 (en) | Systems and methods for using a plurality of solid electrolyte sensors for a selective, low resolution formaldehyde detector | |
| OA11800A (en) | Measuring probe and method for measuring the concentration of agents in gases and/or liquids. | |
| Kar et al. | Measurement of phenols on a loop-supported liquid film by micellar electrokinetic chromatography and direct UV detection | |
| CN201859353U (zh) | 蒸汽流量控制装置及含该装置的便携式离子迁移谱探测仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |