KR102555505B1 - pH 전극을 활용한 회전 전극방식의 전기화학식 잔류염소센서를 장착한 수질다항목 측정시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온도 센서, 작업 전극과 상대 전극을 포함하는 회전 전극체, 상기 온도 센서 감지값과 상기 회전 전극체의 회전 속도에 비례하여 신호값 변화가 발생되는 잔류 염소 센서값 및 회전축의 전극 회전 속도 데이터를 포함하는 수질 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부로 수집한 수질 측정 데이터에 기반하여 수신한 수질 측정 데이터가 정상 데이터인지 여부를 판별하되, 회전축의 전극 회전 속도가 기설정된 속도 이상이면 정상 데이터로 판별하는 상태 판별부, 상기 상태 판별부에서의 판별 결과에 따라 비정상 데이터로 판별되면 상기 데이터 수집부로 수집한 적어도 하나 이상의 수질 측정 데이터 간 상관관계 분석 결과를 이용하여 비정상 원인을 파악하는 원인 파악부, 상기 원인 파악부에서 파악된 비정상 원인에 기반하여 보정 상수를 산출하여 비정상 상태의 수질 측정 데이터를 보정하는 보정부 및 상기 보정부에서 보정된 수질 측정 데이터에 기반하여 잔류 염소를 측정하는 측정부를 포함하는 잔류염소 측정시스템에 의해 측정값에 오차가 발생할 경우에 그 원인이 특정 센서의 오동작인지 분석 대상 시료의 문제인지를 정확히 파악할 수 있는 방안을 제시할 수 있는 효과가 도출된다.
Description
본 발명은 수질 측정 기술에 관한 것으로 보다 상세하게는 pH 전극을 활용한 회전전극방식의 전기화학식 잔류염소센서를 장착한 수질다항목 측정시스템에 관한 것이다.
일반적으로 하천수, 호수, 상수원수, 저수지, 지하수, 수돗물, 먹는 샘물 등의 물과, 정수, 수처리, 급수, 이송, 보관, 공급, 이용, 재사용 등의 물 관련 시설에 설정 되어진 환경기준이나 물의 이용 목적을 만족시키기 위해 수질관리를 수행한다.
수질관리를 효과적으로 수행하기 위해서는 현장 특성에 따라 다양한 항목을 측정하여 수질에 대한 정확한 평가가 필요하다. 따라서 수질의 상태를 실시간으로 판단할 수 있는 중요한 변수인 탁도, pH, 전기전도도, 잔류염소, 수온, 중금속, 영양염류, 용존산소 등 적어도 하나 이상의 간접 인자를 동시에 측정함으로써 종합적인수질을 평가할 수 있는 수질계측기의 개발이 필요하다.
한편 등록특허 10-1135697호 "복합 센싱을 이용한 수질 계측기"는 하나의 챔버에 하나 이상의 센서들을 장착하여 공급수의 수질을 판단할 수 있는 다양한 항목을 측정함으로써 보다 정확하고, 효과적으로 수질관리를 수행하는 기술을 개시하고 있다.
이때 센서 민감도가 떨어지는 기울기 또는 발생주기는 시료의 오염도 및 주변 환경 요건에 따라 상이하게 나타날 수 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 도출된 것으로, 다항목 수질 측정기의 측정값에 오차가 발생할 경우에 그 원인이 특정 센서의 오동작인지 분석 대상 시료의 문제인지를 정확히 파악할 수 있는 방안을 제시할 수 있는 pH 전극을 활용한 회전전극방식의 전기화학식 잔류염소를 장착한 수질다항목 측정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한 직접에 현장에 방문하지 않더라도 다항목 수질 측정기의 측정 값의 정상 여부를 파악할 수 있어 작업 인력 및 시간 효율성을 높일 수 있는 pH 전극을 활용한 회전전극방식의 전기화학식 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템을 제공하고자 한다.
뿐만 아니라 비정상 데이터로 감지되는 경우 보정 상수값을 자동 산출하여 적용함으로써 자동 보정 기능을 수행하는 pH 전극을 활용한 회전전극방식의 전기화학식 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
즉 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 전극을 활용한 회전 전극 방식의 전기화학식 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템은 온도 센서, 작업 전극과 상대 전극을 포함하는 회전 전극체, 상기 온도 센서 감지값과 상기 회전 전극체의 회전 속도에 비례하여 신호값 변화가 발생되는 잔류 염소 센서값 및 회전축의 전극 회전 속도 데이터를 포함하는 수질 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부로 수집한 수질 측정 데이터에 기반하여 수신한 수질 측정 데이터가 정상 데이터인지 여부를 판별하되, 회전축의 전극 회전 속도가 기설정된 속도 이상이면 정상 데이터로 판별하는 상태 판별부, 상기 상태 판별부에서의 판별 결과에 따라 비정상 데이터로 판별되면 상기 데이터 수집부로 수집한 적어도 하나 이상의 수질 측정 데이터 간 상관관계 분석 결과를 이용하여 비정상 원인을 파악하는 원인 파악부, 상기 원인 파악부에서 파악된 비정상 원인에 기반하여 보정 상수를 산출하여 비정상 상태의 수질 측정 데이터를 보정하는 보정부 및 상기 보정부에서 보정된 수질 측정 데이터에 기반하여 잔류 염소를 측정하는 측정부를 포함한다.
본 발명에 의하면 다항목 수질 측정기의 측정값에 오차가 발생할 경우에 그 원인이 특정 센서의 오동작인지 분석 대상 시료의 문제인지를 정확히 파악할 수 있는 방안을 제시할 수 있는 pH 전극을 활용한 회전 전극 방식의 전기화학식 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템을 제공할 수 있는 효과가 도출된다.
또한 직접에 현장에 방문하지 않더라도 다항목 수질 측정기의 측정 값의 정상 여부를 파악할 수 있어 작업 인력 및 시간 효율성을 높일 수 있다.
뿐만 아니라 비정상 데이터로 감지되는 경우 보정 상수값을 자동 산출하여 적용함으로써 자동 보정 기능을 수행하는 pH 전극을 활용한 회전 전극 방식의 전기화학식 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템을 제공할 수 있는 효과가 도출된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템에서의 수질 측정 데이터 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템에서의 수질 측정 데이터 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템은 적어도 하나의 컴퓨터 장치에 의해 구현될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 데이터 보정 방법은 잔류 염소 측정 시스템에 포함되는 적어도 하나의 컴퓨터 장치를 통해 수행될 수 있다.
이때 컴퓨터 장치에는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램이 설치 및 구동될 수 있고, 컴퓨터 장치는 구동된 컴퓨터 프로그램의 제어에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 수질 측정 데이터 보정 방법을 수행할 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 장치와 결합되어 수질 측정 데이터 보정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위해 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1의 네트워크 환경은 본 실시예들에 적용 가능한 환경들 중 하나의 예를 설명한 것이고 본 실시예들에 적용 가능한 네트워크 환경이 도 1의 네트워크 환경으로 한정되는 것은 아니다.
잔류 염소 측정 시스템(10)은 수질의 수온, pH(수소이온농도), DO(용존산소), EC(전기전도도), TOC(총유기탄소) 항목에 대한 측정값을 수집한다. 일 실시예에 있어서 전류 염소 측정 시스템(10)은 기준전극(pH전극활용)과 작업 전극 및 상대전극이 일체화된 회전 전극체(102)를 이용한 잔류염소 측정시스템으로 3전극을 이용한 구조로 구현되며 정확도 및 전극의 안정도를 향상시킬 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
사용자 단말(20)은 컴퓨터 장치로 구현되는 고정형 단말이거나 이동형 단말일 수 있다. 사용자 단말(20)의 예를 들면, 스마트폰(smart phone), 휴대폰, 내비게이션, 컴퓨터, 노트북, 디지털방송용 단말, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등이 있다.
사용자 단말(20)은 실질적으로 무선 또는 유선 통신 방식을 이용하여 네트워크(30)를 통해 사용자 단말 및/또는 잔류 염소 측정 시스템과 통신할 수 있는 다양한 물리적인 컴퓨터 장치들 중 하나를 의미할 수 있다. 일 실시예에 있어서 사용자 단말(20)은 수질 관리를 수행하는 관리자가 소지하는 단말장치를 포괄하도록 해석될 수 있다.
통신 방식은 제한되지 않으며, 네트워크(30)가 포함할 수 있는 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크(30)는, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크(30)는 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 통신 인터페이스(110), 메모리(120), 입출력 인터페이스(130) 및 프로세서(140)를 포함한다.
통신 인터페이스(110)는 네트워크(30)를 통해 잔류 염소 측정 시스템(10)이 다른 장치(일례로, 앞서 설명한 저장 장치들)와 서로 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 잔류 염소 측정 시스템(10)의 프로세서(140)가 메모리(120)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이나 명령, 데이터, 파일 등이 통신 인터페이스(110)의 제어에 따라 네트워크(30)를 통해 다른 장치들로 전달될 수 있다. 역으로, 다른 장치로부터의 신호나 명령, 데이터, 파일 등이 네트워크(30)를 거쳐 잔류 염소 측정 시스템(10)의 통신 인터페이스(110)를 통해 잔류 염소 측정 시스템(10)으로 수신될 수 있다. 통신 인터페이스(110)를 통해 수신된 신호나 명령, 데이터 등은 프로세서(140)나 메모리(120)로 전달될 수 있고, 파일 등은 잔류 염소 측정 시스템(10)이 더 포함할 수 있는 저장 매체(상술한 영구 저장 장치)로 저장될 수 있다.
메모리(120)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 여기서 ROM과 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치는 메모리(120)와는 구분되는 별도의 영구 저장 장치로서 잔류 염소 측정 시스템(10)에 포함될 수도 있다.
또한, 메모리(120)에는 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 메모리(120)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로부터 메모리(120)로 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체가 아닌 통신 인터페이스(110)를 통해 메모리(120)에 로딩될 수도 있다. 예를들어, 소프트웨어 구성요소들은 네트워크(30)를 통해 수신되는 파일들에 의해 설치되는 컴퓨터 프로그램에 기반하여 잔류 염소 측정 시스템(10)의 메모리(120)에 로딩될 수 있다.
입출력 인터페이스(130)는 입출력 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 마이크, 키보드 또는 마우스 등의 장치들, 그리고 출력 장치는 디스플레이, 스피커와 같은 장치를 포함할 수 있다.
다른 예로 입출력 인터페이스(130)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 입출력 장치는 잔류 염소 측정 시스템(10)과 하나의 장치로 구성될 수도 있다.
프로세서(140)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(120) 또는 통신 인터페이스(110)에 의해 프로세서(140)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(140)는 메모리(120)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.
일 실시에에 따른 잔류 염소 측정 시스템(10)은 시설 관리자를 대상으로 시설 관리자가 소지하는 사용자 단말(20)에 설치된 전용 어플리케이션이나 잔류 염소 측정 시스템(10)과 관련된 웹/모바일 사이트 접속을 통해 수질 측정 데이터 보정 서비스를 제공할 수 있다.
일예로 잔류 염소 측정 시스템(10)은 독립적으로 동작하는 프로그램 형태로 구현되거나 혹은 특정 어플리케이션에서 동작 가능하도록 구현될 수도 있다.
프로세서(140)의 구성요소들은 잔류 염소 측정 시스템(10)에 저장된 프로그램 코드가 제공하는 명령에 따라 프로세서(140)에 의해 수행되는 서로 다른 기능들(different function)의 표현들일 수 있다.
프로세서(140)는 잔류 염소 측정 시스템(10)의 제어와 관련된 명령이 로딩된 메모리(120)로부터 필요한 명령을 읽어들일 수 있다. 읽어들인 명령은 프로세서(140)가 후술할 수질 측정 데이터 보정 방법을 실행하도록 제어하기 위한 명령을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서 프로세서(140)는 데이터 수집부(1410), 상태 판별부(1420), 원인 파악부(1430), 보정부(1440), 고장 알림부(1450) 및 측정부(1460)를 포함한다.
데이터 수집부(1410)는 수적어도 하나 이상의 측정 센서로 측정된 수질 측정 데이터를 수신한다.
일 실시예에 있어서 데이터 수집부(1410)는 수소이온농도(pH), 탁도(Turbidity), RC(Residual Chlorine: 잔류염소), EC(Electrical Conductivity:전기전도도), 수온의 5개 항목의 일괄 측정결과를 수집할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 데이터 수집부(1410)는 산화환원전위(ORP), 용존산소(DO), 전기전도도(Conductivity), 활성오니부유물질농도(MLSS), 부유물질농도(SS)의 수질 관련 정보를 감지하는 다수개의 센서로부터 측정값을 수집할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 데이터 수집부(1410)는 온도 센서(100)에서 감지된 온도 센서 감지값과 작업 전극과 상대 전극을 포함하는 회전 전극체(102)의 회전 속도에 비례하여 신호 값 변화가 발생되는 잔류 염소 센서값 및 회전축의 전극 회전 속도 데이터를 포함하는 수질 측정 데이터를 수집한다.
데이터 수집부(1410)는 측정 데이터값과 데이터 상태 정보를 수집한다. 이때 데이터 상태 정보는 정상, 에러, 정지 교정 중과 같은 데이터 상태를 식별할 수 있는 정보를 포함한다. 일 실시예에 있어서 데이터 수집부(1410)는 적어도 하나 이상의 센서들 각각에 대한 개별 상태 정보를 수집할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 데이터 수집부(1410)는 적어도 하나 이상의 측정 센서의 개별 상태 정보를 모드 버스 채널 및 FW 수정을 통해 수집한다. 또는 다수개의 센서에 직접 연결되어 수질 관련 정보를 수신할 수도 있다.
모드 버스는 기계들을 자동화하고 제어하는 목적으로 사용되는 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller, PLC)들과의 통신에 사용할 목적으로 만들어진 프로토콜이다. 이는 장비 제어와 모니터링에 필요한 기능들을 수행할 수 있다. 모드 버스는 다양한 측정값을 센싱하는 측정 센서로부터 측정 결과를 데이터 수집부(1410)로 보고하도록할 수 있다.
일 실시예에 있어서 데이터 수집부(1410)는 모드 버스 채널을 통해 측정정보취득 및 관리제어, 업데이트, 상한값 하한값설정, 알람 설정 및 다운로드 기능을 수행할 수 있다.
잔류 염소 측정 시스템(10)은 단독으로 처리하기 어려운 기능은 이더넷망과 같은 레거시 형태의 망과 ATM망 간에서 데이터 링크 계층과 네트워크 계층 정보를 사용하여 패킷을 전달하는 종단장치(Edge device)와 연동하여 수행하도록 구현될 수도 있다.
상태 판별부(1420)는 데이터 수집부(1410)로 수집한 수질 측정 데이터에 기반하여 수신한 수질 측정 데이터가 정상 데이터인지 여부를 판별한다. 즉, 수질 인자 간 상관관계에 기반하여 측정값의 이탈범위가 기준이상인 수질 인자를 파악하여 해당 수질 인자에 대한 수질 측정 데이터의 정상 여부를 판별할 수 있다.
또한 일 실시예에 있어서 상태 판별부(1420)는 데이터 수집부(1410)로 수집한 수질 측정 데이터 및 데이터 상태 정보에 따라 데이터의 정상 상태 여부를 판단할 수 있다.
상태 판별부(1420)는 데이터 수집부(1410)에서 수집된 다목적 수질 측정기로부터의 데이터 상태 정보에 따라 정상, 에러, 정지 교정 중과 같은 데이터 상태를 파악할 수 있다.
데이터 처리부(1425)는 데이터 수집부(1410)로 수집한 잔류염소센서값은 측정된 pH, 탁도, RC(Residual Chlorine: 잔류염소), EC(Electrical Conductivity:전기전도도), 수온의 데이터를 기반으로 잔류염소센서값을 보상하여 최종 잔류염소값을 도출한다.
원인 파악부(1430)는 상태 판별부(1420)에서의 판별 결과에 따라 비정상 데이터로 판별되면 상기 데이터 수집부로 수집한 적어도 하나 이상의 수질 측정 데이터 간 상관관계 분석 결과를 이용하여 비정상 원인을 파악한다.
원인 파악부(1430)는 상태 판별부(1420)에서 비정상 데이터로 판별된 경우에 비정상 원인이 장비의 문제인지 분석 대상의 문제인지를 구분할 수 있다.
그리고 원인 파악부(1430)는 상태 판별부(1420)에서의 판별 결과에 따라 수질 측정기의 어떤 센서에 문제가 있는지 여부를 파악할 수 있다.
일 실시예에 있어서 원인 파악부(1430)는 수질 측정기에 구비된 적어도 하나 이상의 측정 센서의 측정 항목간 상관 관계를 분석하여 특정 센서의 오동작인지 분석 대상의 문제인지를 판단할 수 있다.
즉, 원인 파악부(1430)는 데이터 수집부(1410)에서 수집된 적어도 하나 이상의 측정 센서에서 감지된 수질 측정 데이터들의 상관관계 분석 결과를 이용하여 특정 센서의 오동작 여부를 파악한다.
보정부(1440)는 원인 파악부(1430)에서 파악된 비정상 원인에 기반하여 보정 상수를 산출하여 비정상 상태의 수질 측정 데이터를 보정한다. 이에 따라 예지 보전 기능을 구현할 수 있다. 즉 정확한 원인 분석 및 그에 대한 보정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 있어서, 보정부(1440)는 보정(calibration) 시점별 수질 측정 데이터의 변화량을 기반으로 보정 상수를 산출한다.
이때 보정 상수 값은 데이터 수집부(1410)에서 측정값을 수집하는 적어도 하나 이상의 측정 센서 각각에 대해 도출될 수 있다. 예를 들어 센서의 민감도가 떨어지는 기울기 또는 발생 주기는 시료의 오염도 및 주변 환경 요건에 따라 상이하다. 즉 동일한 시료 오염도 및 주변 환경 요건에서 동작한 수질 측정기에 구비되는 적어도 하나 이상의 측정 센서들 각각에 대해 감도 변화량을 비교하여 그 변화량이 다른 측정 센서의 변화량보다 기준 비율 이상 큰 측정 센서의 측정값은 비정상 데이터로 판단하고 다른 센서들의 변화량과 일치시키도록 보정 상수를 산출한다.
즉 비정상 데이터로 판단되는 센서 측정값에 다른 측정값의 변화량을 반영하여 다른 측정값 변화량과 유사하게 변화량을 조절하도록 산출되는 보정 상수를 적용하여 보정할 수 있다.
보정부(1440)는 보정 상수의 산출 과정을 반복 수행하면서 인공지능 기반으로 학습을 통해 그 정확도를 향상시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서 보정부(1440)는 시스템 관리자로부터 보정 결과에 대한 피드백을 수신하여 수신되는 피드백 데이터를 기반으로 학습할 수 있다.
보정부(1440)는 데이터 수집부(1410)에서 수집된 적어도 하나 이상의 측정 센서들의 측정값의 상관관계에 기반한 보정 상수 연산에 필요한 학습을 수행한다.
또한 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템(10)은 데이터 수집부(1410)가 적어도 하나 이상의 수질 측정기로부터 측정 데이터를 수집하고, 보정부(1440)는 적어도 하나 이상의 수질 측정기로부터 측정 데이터를 비교하여 비교 결과를 보정상수 산출에 반영한다. 즉 복수의 수질 측정기로부터의 측정값을 비교하여 데이터 적합도(정확도)를 높여 분석에 활용할 수 있다.
보정부(1440)는 적어도 하나의 상이한 수질 측정기로부터 측정 데이터를 수집하여 수질 측정기에 구비되는 적어도 하나 이상의 센서 각각에 대한 상관 관계를 산출하고, 산출 결과에 기반하여 보정을 수행할 수 있다.
예를 들어 제1 수질 측정기에서 측정된 pH, 탁도, RC(Residual Chlorine: 잔류염소), EC(Electrical Conductivity:전기전도도), 수온과 같은 인자들에 대한 상관 관계를 산출하고, 제2 수질 측정기에서 측정된 pH, 탁도, RC(Residual Chlorine: 잔류염소), EC(Electrical Conductivity:전기전도도), 수온과 같은 인자들에 대한 상관 관계를 산출하여 비교분석한다.
본 발명의 추가적인 양상에 있어서, 고장 알림부(1450)는 상태 판별부(1420)에서 판별 결과 비정상 데이터로 판별되면, 고장 알람 신호를 출력한다.
고장 알림부(1450)는 가시적인 데이터 또는 가청 주파수 형태로 고장 알람 신호를 출력할 수 있다. 또한 고장 알림부(1450)는 시스템 관리자가 소지하는 기저장된 사용자 단말(20)의 식별 정보에 따라 사용자 단말(20)로 고장 알림 메시지를 송출할 수 있다.
고장 알림 메시지는 이상 데이터로 판별된 측정값 및 이상 동작으로 파악되는 센서 정보 또는 이상이 감지된 수질 측정기 정보를 포함할 수 있다.
나아가 고장 알림부(1450)는 보정부(1440)에서 자동 보정을 수행한 경우에 보정 완료 메시지 및 보정 내용에 대한 정보를 더 출력할 수 있다.
측정부(1460)는 보정부(1440)에서 보정된 수질 측정 데이터에 기반하여 잔류 염소를 측정한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 pH 전극을 활용한 회전전극방식의 전기화학식 잔류 염소 측정 시스템을 도시한 것이다.
온도센서(100)는 잔류염소를 측정하기 위한 주변조건(온도)을 고려하고자 채택된 것으로서, 온도센서에서 감지된 물 온도는 정전위 전류계에서 온도 함수로 이용될 수 있다.
도 2 의 (a)는 기준전극 및 pH 전극을 별도로 구성한 잔류 염소 측정 시스템의 예시도이고, 도 2의 (b)는 pH 전극으로만 구성된 잔류 염소 측정 시스템의 예시도이다.
잔류 염소란, 차(하이포)아염산 등(HOCl, OCl-, Cl2 등)의 유리형 유효염소(유리잔류염소)와 클로라민(Chloramine)과 같은 결합성 유효염소(결합잔류염소)를 말하며, 염소를 투입하여 30분 후에 잔류하는 염소의 양을 mg/L으로 나타낸 것을 말한다.
일 실시예에 있어서 잔류 염소 측정 시스템(10)은 측정액에 포함된 잔류 염소의 농도를 측정하는 계측기로서, 측정액에 접촉되는 작업 전극과 상대 전극을 이용하여 작업 전극과 상대 전극 간에 흐르는 전류를 측정하여 잔류 염소 농도를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템(10)은 기준전극(pH 전극 활용)과 작업전극 및 상대전극이 일체화된 회전 전극체(102)를 이용한 3전극을 이용한 잔류염소 측정기와 연결될 수 있다. 이는 정확도 및 전극의 안정도를 향상시킬 수 있다.
도 2 와 같이 회전 전극체(102)는 작업 전극 및 상대전극이 일체화된 구조로 구비될 수 있다. 작업전극은 백금(Pt) 또는 금(Au)을 사용하고, 상대전극은 백금(Pt)과 같은 귀금속을 사용하며, 기준전극(pH 전극 활용)은 포화칼로멜 전극(saturated calomel electrode; SCE) 혹은 은/염화은(Ag/AgCl)으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 있어서 회전 전극체(102)는 하단부에 작업 전극 및 상대전극이 상하로 이격 부착된 원통형의 전극 지지체와, 상단부에 베어링부를 매개로 연결되는 커넥터로 구성될 수 있다.
이때, 회전 전극체(102)의 전극 지지체는 원통형 단면으로 형성되고, 전극 지지체의 하단부에 작업 전극 및 상대 전극을 부착하기 위한 장착 홈이 형성될 수도 있다.
이에, 상기 작업전극 및 상대전극을 각각 일정 두께로 절단하되, 전극 지지체에 형성된 장착 홈의 깊이보다 더 큰 두께로 절단한 후, 전극 지지체의 원통형 곡면에 맞게 절곡한 다음, 장착홈내에 부착할 수 있다.
작업 전극 및 상대전극은 전극 지지체의 내부 도전체(미도시됨)를 통하여 커넥터까지 도전 가능하게 연결된다.
그리고 회전 전극체(102)는 연속 흐름식 측정셀의 상부플레이트에 회전 가능하게 관통 장착되어, 그 하단부의 작업 전극 및 상대전극이 일체화된 부분이 측정공간내의 중앙부에 내재되는 상태로 구현된다.
일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템(10)를 적용하여 온도 및 pH에 따른 온도와 pH를 동시에 측정하여 측정값을 보상함으로써 보다 정확도 높은 결과를 도출할 수 있다.
또한 온도 보상 및 pH 보상을 병합하여 정확도 및 정밀도를 향상시킬 수 있다. 특히 pH 측정을 위한 pH 전극을 잔류염소 측정시 기준전극으로 병행하여 사용하도록 구현될 수 있다.
이때 작업전극과 상대전극은 중공축 모터에 의해 회전이 이루어지며, 이때 내부 충진물인 세라믹비드에 의해 세정연마되어 작업전극 및 상대전극의 표면의 오염 및 비활성화를 감소시켜 장기간 안정적인 측정이 가능하다.
일례로, 작업 전극과 상대 전극은 상호 다른 산화/환원 반응성을 가져 별도의 전압 인가 없이도 자체의 반응성을 통해 전류가 흐를 수 있다.
작업 전극과 상대 전극은 갈바닉 전지법을 이용한 전극일 수 있으나, 다만, 여기에 한정되는 것은 아니며, 작업 전극과 상대 전극에 일정한 전압을 인가할 수도 있다.
회전 전극체(102)에 의해 작업 전극의 표면에 이물질이 침적되는 것이 방지되도록 측정액에 투하된 비즈(일례로, 세라믹 비드)와 마찰되기 위해 측정액 상에서 회전될 수 있다.
보정부(1440)가 측정 오차가 증가함에 따라 측정값을 보정 상수를 통해 보상해줌으로써 보다 정확한 결과를 도출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 데이터 수집부(1410)는 도 2에 도시된 잔류 염소 측정을 위한 pH 전극을 활용한 회전 전극방식의 전기화학식 잔류 염소 측정 시스템(10)으로부터 작업 전극과 상대 전극의 회전 속도에 비례하여 신호값 변화가 발생되는 잔류 염소 센서값 및 회전축의 전극 회전 속도 데이터를 수집할 수 있다.
작업 전극과 상대 전극의 회전속도에 따른 잔류 염소의 센서값은 회전속도에 비례하여 신호값의 변화가 발생된다.
이때 회전 전극의 회전 속도에 따른 측정값의 오차를 최소화하기 위해 회전축에 전극 회전 속도를 모니터링하는 회전 속도 모니터링 센서(104)가 부착될 수 있다.
즉 데이터 수집부(1410)는 회전축에 구비되어 전극 회전 속도를 모니터링하는 회전 속도 모니터링 센서(104)로부터 전극 회전 속도 데이터를 수집한다.
상태 판별부(1420)는 회전 속도가 기설정된 속도 이상이면 정상 데이터로 판별하고, 회전 속도가 기설정된 속도보다 적은 경우에는 비정상 데이터로 판단할 수 있다.
그리고 보정부(1440)는 상태 판별부(1420)에서 비정상 데이터로 판단된 경우 보정을 수행한다. 일 실시예에 따르면 보정부(1440)는 측정된 전극 회전 속도에 따라 정해진 회전 속도 이하에서는 고장 알람을 표시하고 속도에 따른 측정값을 보상함으로써 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 보정부(1440)는 회전 속도가 기설정된 속도보다 작은 경우에 소정 시간 이전에 측정된 회전 속도 측정값을 반영하여 전극 회전 속도를 일정하게 보정하도록 구현될 수 있다.
예를 들어 회전 속도가 기설정된 속도보다 작은 경우에 시간 변화량(Δt)에 대한 해당 전극 회전 속도 감소량 변화량(Δφ)을 보정하도록 보정상수(
)를 적용하여 회전 속도를 일정하게 보정한다. 이에 따라 잔류 염소 측정 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.
연속 흐름식 측정셀 내에 기준전극(pH 전극 활용), 작업전극 및 상대전극 등이 내재되어, 도 2 와 같이 잔류염소 측정을 위한 3-전극계 센서로 구성되고, 각 전극은 정전위 전류계(potentiostat)에 전기적으로 연결되며, 정전위 전류계는 기록계에 연결될 수 있다.
정전위 전류계로 구현되는 측정부(1460)는 상부플레이트 상에 장착되어, 작업 전극에 기준전극(pH 전극 활용)의 전위를 기준으로 조절된 전류를 인가하고, 작업 전극과 상대 전극 사이에 오존 농도에 비례하는 전류가 흐르는 것을 감지하여 실질적인 잔류염소 농도를 측정할 수 있다.
이때, 측정부(1460)가 잔류염소를 측정하려면, 두 개의 전극 즉, 작업전극(working electrode)과 상대 전극(counter electrode) 간의 전위차를 측정해야 하고, 인가전압(V)이 기전력(E)과 같게 하기 위하여 전류 i=0의 평형 조건이 성립되어야 하며, 이를 위해 전위가 안정된 전극을 선택하여 사용해야 한다.
일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템(10)은 작업전극(working electrode)과 상대전극(counter electrode) 외에 기준전극(pH 전극 활용)(reference electrode)을 포함한 3-전극계를 기반으로 잔류 염소를 측정할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템에서의 수질 측정 데이터 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템에서의 수질 측정 데이터 보정 방법은 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 컴퓨터 장치에서 수행된다.
일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템에서의 수질 측정 데이터 보정 방법은 수질 측정기로부터 적어도 하나 이상의 측정 센서로 측정된 수질 측정 데이터를 수집한다(S200).
일 실시예에 있어서 데이터 수집 단계는 수질 측정기로부터 수소이온농도(pH), 탁도(Turbidity), RC(Residual Chlorine: 잔류염소), EC(Electrical Conductivity:전기전도도), 수온의 5개 항목의 일괄 측정결과를 수집할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 데이터 수집 단계는 산화환원전위(ORP), 용존산소(DO), 전기전도도(Conductivity), 활성오니부유물질농도(MLSS), 부유물질농도(SS)의 수질 관련 정보를 감지하는 수질 측정기의 다수개의 센서로부터 측정값을 수집할 수 있다.
그리고 데이터 수집 단계에서 수집한 수질 측정 데이터에 기반하여 수신한 수질 측정 데이터가 정상 데이터인지 여부를 판별한다(S210).
즉, 상태 판별 단계는 수질 인자 간 상관관계에 기반하여 측정값의 이탈범위가 기준이상인 수질 인자를 파악하여 해당 수질 인자에 대한 수질 측정 데이터의 정상 여부를 판별할 수 있다.
또한 일 실시예에 있어서 상태 판별 단계는 데이터 수집단계에서 수집한 수질 측정 데이터 및 데이터 상태 정보에 따라 데이터의 정상 상태 여부를 판단할 수 있다. 상태 판별 단계는 데이터 수집 단계에서 수집된 다항목 수질 측정기로부터의 데이터 상태 정보에 따라 정상, 에러, 정지 교정 중과 같은 데이터 상태를 파악할 수 있다.
이후에 상태 판별 단계에서의 판별 결과에 따라 비정상 데이터로 판별되면(S230) 데이터 수집 단계에서 수집한 적어도 하나 이상의 수질 측정 데이터 간 상관관계 분석 결과를 이용하여 비정상 원인을 파악한다(S240).
원인 파악 단계는 상태 판별 단계에서 비정상 데이터로 판별된 경우에 측정항목간 상관 관계에 기반하여 비정상 원인이 장비의 문제인지 분석 대상의 문제인지를 구분할 수 있다.
원인 파악 단계는 상태 판별 단계에서의 판별 결과에 따라 수질 측정기의 어떤 센서에 문제가 있는지 여부를 파악할 수 있다. 일 실시예에 있어서 원인 파악 단계는 수질 측정기에 구비된 적어도 하나 이상의 측정 센서의 측정 항목 간 상관 관계를 분석하여 특정 센서의 오동작인지 분석 대상의 문제인지를 판단할 수 있다.
즉, 원인 파악 단계는 데이터 수집 단계에서 수집된 적어도 하나 이상의 측정 센서에서 감지된 수질 측정 데이터들의 상관관계 분석 결과를 이용하여 특정 센서의 오동작 여부를 파악한다.
이후에 원인 파악 단계에서 파악된 비정상 원인에 기반하여 보정 상수를 산출하여 비정상 상태의 수질 측정 데이터를 보정한다(S250).
보정 단계는 보정(calibration) 시점별 수질 측정 데이터의 변화량을 기반으로 보정 상수를 산출한다.
이때 보정 상수 값은 수질 측정기에 구비되는 적어도 하나 이상의 측정 센서 각각에 대해 도출될 수 있다. 예를 들어 센서의 민감도가 떨어지는 기울기 또는 발생 주기는 시료의 오염도 및 주변 환경 요건에 따라 상이하다. 즉 동일한 시료 오염도 및 주변 환경 요건에서 동작한 수질 측정기에 구비되는 적어도 하나 이상의 측정 센서들에 대해 감도 변화량을 비교하여 비정상 데이터로 판단되는 센서 측정 값에 다른 측정값의 변화량을 반영하여 산출되는 보정 상수를 적용하여 보정할 수 있다.
보정 단계는 보정 상수의 산출 과정을 반복 수행하면서 인공지능 기반으로 학습을 통해 그 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한 일 실시예에 따른 잔류 염소 측정 시스템에서의 수질 측정 데이터 보정 방법은 데이터 수집 단계가 적어도 하나 이상의 수질 측정기로부터 측정 데이터를 수집하고, 보정 단계는 적어도 하나 이상의 수질 측정기로부터 수신되는 측정 데이터를 비교하여 비교 결과를 보정상수 산출에 반영할 수 있다. 즉 복수의 수질 측정기로부터의 측정값을 비교하여 데이터 적합도(정확도)를 높여 분석에 활용할 수 있다.
보정 단계는 적어도 하나의 상이한 수질 측정기로부터 측정 데이터를 수집하여 수질 측정기에 구비되는 적어도 하나 이상의 센서 각각에 대한 상관 관계를 산출하고, 산출 결과에 기반하여 보정을 수행할 수 있다.
전술한 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작업하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 잔류 염소 측정 시스템 20 : 사용자 단말
30 : 네트워크 110 : 통신 인터페이스
120 : 메모리 130 : 입출력 인터페이스
140 : 프로세서
30 : 네트워크 110 : 통신 인터페이스
120 : 메모리 130 : 입출력 인터페이스
140 : 프로세서
Claims (4)
- 온도 센서;
작업 전극과 상대 전극을 포함하는 회전 전극체;
상기 온도 센서 감지값과 상기 회전 전극체의 회전 속도에 비례하여 신호값 변화가 발생되는 잔류 염소 센서값 및 회전축의 전극 회전 속도 데이터를 포함하는 수질 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부로 수집한 수질 측정 데이터에 기반하여 수신한 수질 측정 데이터가 정상 데이터인지 여부를 판별하되, 회전축의 전극 회전 속도가 기설정된 속도 이상이면 정상 데이터로 판별하는 상태 판별부;
상기 데이터 수집부로 수집한 잔류염소센서값은 측정된 pH, 탁도, RC(Residual Chlorine: 잔류염소), EC(Electrical Conductivity:전기전도도), 수온의 데이터를 기반으로 하여 잔류염소센서값을 보상하여 최종 잔류염소값을 도출하는 데이터 처리부;
상기 상태 판별부에서의 판별 결과에 따라 비정상 데이터로 판별되면 상기 데이터 수집부로 수집한 적어도 하나 이상의 수질 측정 데이터 간 상관관계 분석 결과를 이용하여 비정상 원인을 파악하는 원인 파악부;
상기 원인 파악부에서 파악된 비정상 원인에 기반하여 보정 상수를 산출하여 비정상 상태의 수질 측정 데이터를 보정하는 보정부; 및
상기 보정부에서 보정된 수질 측정 데이터에 기반하여 잔류 염소를 측정하는 측정부;를 포함하는, 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 보정부는,
보정 시점별 수질 측정 데이터의 변화량을 기반으로 보정 상수를 산출하는, 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 수집부는,
회전축에 구비되어 전극 회전 속도를 모니터링하는 회전 속도 모니터링 센서로부터 전극 회전 속도 데이터를 수집하는, 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 상태 판별부에서 판별 결과 비정상 데이터로 판별되면, 고장 알람 신호를 출력하는 고장 알림부를 더 포함하는, 잔류염소를 장착한 수질 다항목 측정시스템.
Priority Applications (1)
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| KR1020230033918A KR102555505B1 (ko) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | pH 전극을 활용한 회전 전극방식의 전기화학식 잔류염소센서를 장착한 수질다항목 측정시스템 |
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| KR (1) | KR102555505B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116756136A (zh) * | 2023-08-16 | 2023-09-15 | 深圳市明心数智科技有限公司 | 鱼塘监测设备数据自动化处理方法、装置、设备及介质 |
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