KR102615508B1 - 탁도 이상진단 시스템 - Google Patents

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KR102615508B1
KR102615508B1 KR1020230046991A KR20230046991A KR102615508B1 KR 102615508 B1 KR102615508 B1 KR 102615508B1 KR 1020230046991 A KR1020230046991 A KR 1020230046991A KR 20230046991 A KR20230046991 A KR 20230046991A KR 102615508 B1 KR102615508 B1 KR 102615508B1
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turbidity
concentration
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low concentration
measuring device
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KR1020230046991A
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손호정
이나은
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주식회사 워터비
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Abstract

실시예는 탁도 이상진단 시스템에 관한 것이다.
구체적으로, 이러한 시스템은 수돗물의 탁도를 측정하는 방식 중에서 저농도 측정에 적합한 산란광 방식을 기반으로, 탁도 측정장치에서 스트레이 광 특성을 나타내는 저농도 구간의 스트레이 광 보정식을 구하여 탁도를 보정한다.
그래서, 저농도 구간에서 오차를 줄여 정확하게 측정하여, 수돗물의 수질을 정확하게 진단한다.

Description

탁도 이상진단 시스템{System for diagnosis and turbidity}
본 명세서에 개시된 내용은 수돗물의 탁도를 측정하여 수질을 진단하는 설비에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로, 수돗물의 수질을 진단하기 위해 수돗물의 잔류염소나 또는 수돗물의 탁도를 이용한다.
이 중에서 수돗물의 탁도는 물의 흐림 정도를 나타내는 것으로, 빛의 통과를 방해하여 빛의 산란과 흡수를 발생시키는 부유물질을 포함하고 있어 혼탁한 입자들에 대한 산란도를 측정하는 네펠로법(Nephelometry)을 많이 이용한다.
이러한 측정 방식에는 산란광 방식과 투과광 방식, 표면 산란광 방식, 투과 산란광 방식이 있다.
특히, 산란광 방식은 저탁도를 측정하는데 적합하다고 알려져 있다. 상기 산란광 방식은 적외선 발광소자와 수신소자가 90°각도를 이루도록 설치된다. 그래서, 시료수에 조사한 광이 혼탁 입자에 의해 산란되며, 이 산란광의 세기를 측정하여 탁도를 측정한다.
그런데, 측정부 표면의 가공 상태나 오염에 의해 산란광의 측정 오차가 발생하며, 특히 저농도 구간에서 오차를 발생시켜 실제 상수도에서 정확한 측정을 어렵게 한다.
이러한 점은 원격지의 관리 정보처리장치에서 수돗물의 수질을 진단하는 데에도 어려움을 준다.
이러한 배경의 선행기술은 아래의 문헌 정도이다.
(특허문헌 0001) KR 200315453 B1
(특허문헌 0002) KR 100572370 B1
상기 문헌 1은 레이저다이오드를 광원으로 사용하여 산란광의 세기를 통해 탁도를 측정한다. 그리고, 문헌 2는 광원의 광량과 2지점에서 산란광의 세기를 동시에 측정하여 저농도의 탁도를 측정한다.
개시된 내용은, 수돗물의 탁도를 측정하는 방식 중에서 저농도 측정에 적합한 산란광 방식을 기반으로, 저농도 구간에서 오차를 줄여 정확하게 측정하여 수질을 정확하게 진단하는 탁도 이상진단 시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템은,
먼저 기존 산란광 방식을 사용하여. 수질이 진단될 수돗물에 광원을 통해 광을 조사하고, 상기 광원에 대해 설정된 거리 이내에서 90도 각도로 부착된 검출기로 산란광의 세기를 검출하여 탁도를 측정한다.
이러한 경우, 측정부 표면의 가공 상태나 오염에 의해 스트레이 광(Stray light)이 발생하여 오차를 일으키며, 저농도 구간에서 주로 발생한다.
그래서, 실시예에서는 이러한 스트레이 광 특성을 나타내는 저농도 구간을 탁도 측정 장치별로 각각 설정하여, 설정된 저농도 구간의 스트레이 광 보정식을 통해 각 저농도 구간별로 보정하여 정확하게 측정한다.
이를 통해 탁도의 이상 여부를 정확하게 판별하여 수질을 정확하게 진단하는 것을 특징으로 한다.
실시예들에 의하면, 수돗물의 탁도를 측정하는 방식 중에서 저농도 측정에 적합한 산란광 방식을 기반으로, 저농도 구간에서 오차를 줄여 정확하게 측정하여, 수돗물의 수질을 정확하게 진단한다.
도 1과 도 2는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템을 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 3과 도 4는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 탁도 측정과 스트레이 광 보정을 설명하기 위한 도면
도 5는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템을 전체적으로 도시한 도면
도 6은 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 제어장치의 구성을 도시한 블록도
도 7은 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 관리 정보처리장치의 구성을 도시한 블록도
도 8은 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템의 동작을 순서대로 도시한 절차 흐름도
도 9는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 조작키 및 화면을 보여주는 도면
도 1과 도 2는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로는, 도 1은 이러한 시스템에 적용한 복합 측정장비를 통해 탁도 이상진단 동작을 설명하기 위한 도면이다. 참고로, 이 복합 측정장비는 잔류염소 및 탁도를 측정하는 것이며, 도 2는 이러한 장비를 통한 잔류염소 이상진단 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 이상진단 시스템은 먼저 수돗물의 탁도를 측정하는 방식 중에서 저농도 측정에 적합한 산란광 방식을 기반으로 한다. 그래서, 수질이 진단될 수돗물에 광원을 통해 광을 조사하고, 상기 광원에 대해 설정된 거리 이내에서 90도 각도로 부착된 검출기로 산란광의 세기를 검출하여, 이에 비례하여 탁도를 측정한다.
이러한 경우, 측정부 표면의 가공 상태나 오염에 의해 스트레이 광(Stray light)이 발생하여 오차를 일으키며, 저농도 구간에서 주로 발생한다.
그래서, 일실시예에서는 이러한 스트레이 광 특성을 나타내는 저농도 구간을 탁도 측정 장치별로 각각 설정하여, 설정된 저농도 구간의 스트레이 광 보정식을 통해 각 저농도 구간별로 탁도를 보정하여 정확하게 측정한다.
이를 통해 탁도의 이상 여부를 정확하게 판별하여 수질을 정확하게 진단한다.
참고로, 탁도는 물의 흐림 정도로, 빛의 통과를 방해하여 빛의 산란과 흡수를 발생시키는 부유물질을 포함하고 있어 혼탁한 입자들에 대한 산란도를 측정한다. 예컨대, 종래의 네펠로법을 이용한다.
따라서, 일실시예는 수돗물의 탁도를 측정하는 방식 중에서 저농도 측정에 적합한 산란광 방식을 기반으로, 저농도 구간에서 오차를 줄여 정확하게 측정하여, 수돗물의 수질을 정확하게 진단한다.
한편, 이러한 측정 방법에 적용한 복합 측정장비와 관리 정보처리장치(200)를 상세하게 설명한다.
상기 복합 측정장비(100)는 크게 탁도 측정장치와 잔류염소 측정장치 및 제어장치를 포함한다.
상기 잔류염소 측정장치는 회전전극 방식을 기반으로 하며, 수질이 진단될 수돗물이 pH 6~8 사이에서 pH 미보상으로 기준 전극과 회전하는 구동 전극의 사이에 위치된다. 그래서, 상기 회전 시의 기준 전극과 구동 전극의 전위차에 따른 확산 전류량으로 잔류염소 농도를 측정한다.
구체적으로는, 반영구적 모터를 통해 상기 구동 전극을 구동하여 미리 설정된 회전수를 유지하고, 상기 구동 전극과 상기 기준 전극의 사이에 전압을 인가한다. 그래서, 상기 구동 전극의 환원 반응과 상기 기준 전극의 산화 반응을 통해 발생한 확산 전류량을 검출해서, 이에 비례하여 잔류염소 농도를 측정한다.
특히, pH 7~8 구간에서 pH 센서의 오차나 반응속도 성능저하가 발생하게 되면 잔류염소 측정에 큰 영향을 주기 때문에, pH 미보상으로 독립적인 운영을 하여 HOCl와 OCl를 동시 측정하여 잔류염소 반응속도 및 측정정확도를 높인다. 이 경우, 회전전극 방식으로 기포 및 유량의 영향을 최소화하여 높은 신뢰도의 측정값을 제공한다.
상기 탁도 측정장치는 수질이 진단될 수돗물에 광원을 통해 광을 조사하고, 상기 광원에 대해 설정된 거리 이내에서 90도 각도로 부착된 검출기로 산란광의 세기를 검출하여, 이에 비례하여 탁도를 측정한다.
이러한 경우, 탁도 측정부 표면의 가공 상태나 오염에 의해 스트레이 광이 발생하여 오차를 일으키며, 저농도 구간에서 주로 발생한다.
그래서, 실시예에서는 이러한 스트레이 광 특성을 나타내는 탁도 저농도 구간을 탁도 측정장치 유형별로 서로 다르게 설정하여, 설정된 각 탁도 저농도 구간별로 대응되는 스트레이 광 보정식을 통해 해당 탁도를 보정하여 정확하게 측정한다.
참고로, 탁도는 물의 흐림 정도로, 빛의 통과를 방해하여 빛의 산란과 흡수를 발생시키는 부유물질을 포함하고 있어 혼탁한 입자들에 대한 산란도를 측정한다. 예컨대, 종래의 네펠로법을 이용한다.
상기 제어장치는 상기 잔류염소 측정장치 또는 상기 탁도 측정장치에 개별적으로 연결 설치하여 측정 동작을 제어하여, 각 잔류염소 농도 또는 탁도를 표시한다.
상기 관리 정보처리장치(200)는 원격지에 설치되어, 이러한 잔류염소 농도와 탁도의 정확한 측정 결과를 이용하여 수돗물의 수질을 정확하게 진단하여 관리자에게 알려 준다.
따라서, 일실시예는 수돗물의 잔류염소 농도를 회전전극 방식 기반으로 pH 미보상으로 잔류염소의 반응속도를 높여 측정하고, 수돗물의 탁도도 함께 저농도 구간에서 스트레이 광 보정으로 오차를 줄여 정확하게 측정하여, 수돗물의 수질을 정확하게 진단한다.
도 3과 도 4는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 탁도 측정과 스트레이 광 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 탁도 측정은 먼저, 수질이 측정될 수돗물에 광원을 통해 광을 조사하여, 상기 광원에 대해 설정된 거리 이내에서 90도 각도로 부착된 검출기로 산란광의 세기를 검출하여 수돗물의 탁도를 측정한다.
이러한 경우, 광원은 텅스텐램프로 400~600nm 사이의 파장 영역을 가지고, 산란도를 측정하는 포토다이오드로 구성된 센서는 특정 저항으로부터 검출되는 전류 및 전압 정도를 증폭하여 탁도의 농도를 산출한다.
구체적으로는, 상기 제어장치는 먼저 광원의 하부에 시준기를 고정하여 암실 측정부에 조사한다. 참고로, 시준기는 분광기와 같은 광학 기기에서, 대물렌즈의 초점에 슬릿을 놓아 좁은 틈으로 들어오는 광선을 평행 광선으로 만드는 장치이다.
그리고, 조사된 광원에 의해 시료 중의 입자에 의해 부딪혀 발생한 산란광의 세기를 상기 센서로 검출한다.
하지만, 이러한 경우에 측정부 표면의 가공 상태나 오염에 의해 산란광의 측정 오차가 발생하며 즉, 스트레이 광을 발생한다. 스트레이 광은 저농도 구간에서 오차를 발생시켜 실제 상수도에서 정확한 측정을 어렵게 한다.
이를 해결하기 위해, 실시예에서는 스트레이 광 보정을 수행한다. 즉, 탁도 측정장치의 내부에 스트레이 광 보정식을 탑재하고 제로교정과 스팬교정을 통해 스트레이 광의 오차를 최소화하여 저농도에서 정확한 측정이 가능하다.
먼저, 탁도 측정장치별로 각각 스트레이 광 특성을 나타내는 탁도 저농도 구간을 설정하여, 설정된 각 탁도 저농도 구간별로 특정 스트레이 광 보정식을 설정 등록한다.
다음, 탁도 측정장치에서 측정된 탁도가 상기 등록된 해당 탁도 측정장치의 탁도 저농도 구간 내인지 여부를 판별한다.
상기 판별 결과, 판별된 탁도가 해당 탁도 측정장치의 탁도 저농도 구간 내인 경우 해당 스트레이 광 보정식으로 보정하여 표시하고, 해당 탁도 측정장치의 탁도 저농도 구간 외인 경우 측정 정보를 그대로 표시한다.
그래서, 이러한 보정으로 저농도 구간에서 오차를 보상하여 정확하게 측정한다.
이 경우, 산란광의 세기는 입자의 평균분자량과 크기에 비례함으로 산란광 세기의 측정을 통해 용액 내 함유된 물질의 농도를 산출한다.
추가적으로, 상기 스트레이 광 보정식은 예를 들어, 도 4와 같은 탁도 측정장치 유형인 경우에 0.015 ~ 0.3 NTU의 저농도 구간에서 만들어진다.
여기에서, 스트레이 광 보정 전에는 0.085 NTU(Nethelometric Paultity Unit)로, 실제 탁도 농도인 0.015와 비교해 보면 오차가 있음을 알 수 있다.
상기 스트레이 광 보정식은 0.015 ~ 0.3 NTU에서 탁도 농도에 대해 비선형 특성을 나타내는 비선형 함수를 구해서, 관련 근사다항함수로 선형 피팅을 수행하여 선형화 함수로서 만들어진다. 상기 탁도 농도는 검출기의 출력인 산란광의 세기를 나타낸다.
상기 선형화 함수는 상기 검출기에서 측정부의 재질과 두께, 크기, 성능 등의 특성과 상태를 감안하여, 이 출력 비선형 특성에서 오차를 줄이는 선형 피팅 계수를 구하여 적용한다.
예를 들어, 일차함수 형식인 y = ax + b로, 여기서, y는 최종 탁도 농도, a는 선형 피팅 계수, x는 보정 전 스트레이 광, b는 보정 상수이다.
이 경우, 상기 선형 피팅 계수와 보정 상수는 탁도 측정장치별로 각각 스트레이 광 특성을 나타내는 저농도 구간을 설정하여, 각 저농도 구간별로 맞게 만들어진다.
상기 탁도 측정장치는 크게 현장용과 휴대용으로 구분하며, 현장용인 경우에 상대적으로 선형 피팅 계수가 동일한 상황에서 휴대용보다 더 낮은 값으로 정해진다. 실질적인 값은 현장용 탁도 측정장치의 출력 비선형 특성에 따라 정해진다.
이러한 현장용 탁도 측정장치는 다시 기능별로 수영장이나 정수장 등에 따라 상세하게 구분한다. 수영장인 경우에 다른 기능보다 상대적으로 동일한 상황에서 더욱 더 낮은 값이 정해질 것이다. 참고로, 휴대용도 동일하게 적용한다.
예컨대, 도 4와 같은 현장용으로 정수장에서 사용하는 탁도 측정장치인 경우에 선형 피팅 계수는 0.05 ~ 3.05의 값으로 정해지며, 보정 상수는 0.05 ~ 2.05의 값이다. 바람직하게는, 스트레이 광 보정식은 y=1.0182x-0.0689이다.
이를 통해, 도 4와 같이, 스트레이 광 보정 전에는 0.085 NTU였는데, 보정 후에는 0.015로 실제 탁도 농도와 같아진 효과를 얻을 수 있었다. 이러한 효과는 0.120과 0.260, 0.310, 0.360, 0.560 등에서 모두 동일하게 얻어진다.
한편, 이러한 보정은 교정동작에도 동일하게 적용하여 정확한 교정을 수행한다. 상기 교정동작은 탁도 측정의 측정 오차를 줄이기 위한 것이다.
먼저, 증류수 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 제 1안정화시간 동안 대기한다. 제 1안정화시간을 경과한 경우에 상기 광원의 하부에 시준기를 고정하여 암실 측정부에 조사한다. 그리고, 조사된 광원에 의해 시료 중의 입자에 부딪혀 발생한 산란광의 세기를 검출기로 검출한다.
다음, 검출된 산란광의 세기가 제로인지의 여부를 판별해서 제로교정 여부를 결정한다.
상기 판별 결과, 해당 산란광의 세기가 제로인 경우에 설정된 스팬교정을 개시하고, 다른 값이 나올 경우에는 제로일 경우까지 반복적으로 제로교정을 수행한다.
그래서, 스팬교정에 따라 증류수 20L에 희석된 탁도 포마진 용액을 9 NTU 상태까지 주입하여 스팬용액을 만들고, 해당 스팬용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 제 2안정화시간 동안 대기한다.
제 2안정화시간을 경과한 경우에 상기 광원의 하부에 시준기를 고정하여 암실 측정부에 조사한다. 그리고, 조사된 광원에 의해 시료 중의 입자에 부딪혀 발생한 산란광의 세기를 검출기로 검출한다.
다음, 산란광의 세기에 해당하는 탁도가 해당 탁도측정 장치의 저농도 구간 내인지 여부를 판별한다.
상기 판별 결과, 판별된 탁도가 해당 탁도측정 장치의 저농도 구간 내인 경우에 한해 해당 스트레이 광 보정식으로 보정한다.
아울러 보정된 탁도에 해당하는 산란광의 세기가 미리 설정된 시간 동안 스팬에 해당하는지의 여부를 판별한다.
상기 판별 결과, 해당 산란광이 스팬에 해당하는 경우에 정도시험을 진행하고, 다른 상태인 경우에는 스팬에 해당할 경우까지 스팬교정을 수행한다.
추가적으로, 실시예는 이 정도시험에 따라 측정 동작을 수행한 경우에 이상 여부를 확인하여 관리자에게 알려 준다.
먼저, 해당 측정 동작을 개시한 경우, 상기 탁도 측정장치에서 측정된 탁도가 해당 탁도장치의 저농도 구간 내인지 여부를 판별한다.
상기 판별 결과, 판별된 탁도가 해당 탁도 측정장치의 저농도 구간 내인 경우에 한해 해당 스트레이 광 보정식으로 보정한다.
그리고, 보정된 탁도를 설정된 기준값과 비교하거나 또는 저농도 구간 외인 경우에 해당 탁도를 상기 기준값과 비교하여, 기준값보다 이상인 경우에 이상 상태로 판별해서, 관리자에게 경보를 출력한다. 예컨대, 경보 정보를 표시하거나 경보음을 출력한다.
참고로, 전술한 정도시험은 아래와 같다.
1) 반복성 및 반응속도
① 제로교정 및 스팬교정을 수행한다.
② 제로용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
③ 안정화 시간 5분 후 측정값을 기록한다.
④ 스팬용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑤ 안정화 시간 5분 후 측정값을 기록한다.
⑥ ②~⑤을 4번 반복하여 측정한다.
⑦ 반응속도는 스팬주입 후 측정값이 변화 시작하면 시간을 측정한다.
⑧ 반응속도 측정 시작 후 측정값의 90%에 도달하는 시간을 기록한다.
* 시료를 순환하는 경우 10분 동안 외부 배출 후 순환한다.
2) 직선성
① 제로교정 및 스팬교정을 수행한다.
② 제로용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
③ 30% 스팬용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
④ 안정화 시간 후 5분 간격으로 측정값을 기록한다(15, 20, 25분).
⑤ 제로용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑥ 50% 스팬용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑦ 안정화 시간 후 5분 간격으로 측정값을 기록한다(15, 20, 25분).
⑧ 제로용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑨ 80% 스팬용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑩ 안정화 시간 후 5분 간격으로 측정값을 기록한다(15, 20, 25분).
3) 제로/스팬 드리프트
① 제로교정 및 스팬교정을 수행한다.
② 제로용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
③ 안정화 시간 5분 후 측정값을 기록한다.
④ 스팬용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑤ 안정화 시간 5분 후 측정값을 기록한다.
⑥ 제로용액을 2hr 이상 순환하여 준다.
⑦ 스팬용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑧ 안정화 시간 5분 후 측정값을 기록한다.
⑨ 제로용액 20L를 200mL/min 속도로 주입하여 10분간 안정화 시간을 준다.
⑩ 안정화 시간 5분 후 측정값을 기록한다.
* 시료를 순환하는 경우 10분 동안 외부 배출 후 순환한다.
도 5는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템을 전체적으로 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 이상진단 시스템은 크게 현장에 설치하는 복합 측정장비(100) 및 원격지의 관리 정보처리장치(200)를 포함한다.
일실시예의 복합 측정장비(100)는 예를 들어, 정수장(A)으로부터 수용가로 이어지는 공급관로 주요지점에 고정형으로 설치되어, 수돗물의 잔류염소 농도와 탁도를 상시 실시간 측정한다.
그리고, 관리 정보처리장치(200)는 이러한 복합 측정장비(100)에서 잔류염소 농도 및 탁도 정보를 받아 감시 관리하며, 관리자 단말기(300)는 이 정보를 관리 정보처리장치(200)에서 받아 현장에서 신속하게 조치한다.
부가적으로, 복합 측정장비(100)는 아래의 특징을 가진다.
먼저 상기 구동 전극 및 상기 기준 전극의 표면 오염방지 및 자동세정을 통해 항시 전극을 일정한 상태로 유지하여 별도의 유지관리 없이 운영한다.
또한, 측정 수조의 유입부와 연결하여 시료를 주입하고 유출부를 통해 측정된 시료를 배출하며, 드레인부는 측정 수조의 세정을 위해 자동 또는 수동으로 내부 시료를 배출하여 세정한다. 그래서, 소량의 시료 채취에 사용하며, 별도의 소모품 교체 없이 장기간 정밀한 측정을 제공한다.
참고로, 복합 측정장비(100)는 1) 먹는물, 정수처리공정, 생활용수 2) 상수관망, 마을상수도, 소규모 급수시설 등의 다양한 곳에 사용한다.
상기 관리 정보처리장치(200)는 원격지에 설치되어, 상기 제어장치에 의해 전술한 보정과 연계하여 서로 다른 현장별로 잔류염소 농도와 탁도 정보를 전달받아 각 측정장치별로 구분하여 수질을 진단한다.
도 6은 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 제어장치(110)는 키신호 입력부(111)와 전원부(112), 측정장치 연결부(113), 아날로그 출력부(114), 통신부(115), 외부입력부(116), 릴레이출력부(117), 표시부(118) 및 제어부(119)를 포함한다.
상기 키신호 입력부(111)는 일실시예에 따른 잔류염소 및 탁도의 측정을 위한 각종 관리자 설정정보를 입력받는다. 예컨대, 측정대상 정보와 교정정보이다.
상기 전원부(112)는 각 부에 전원을 공급하기 위한 것이다.
상기 측정장치 연결부(113)는 잔류염소 측정장치 또는 탁도 측정장치와 개별적으로 연결하여 잔류염소 농도 또는 탁도 정보를 입력받는다.
상기 아날로그 출력부(114)는 다수의 채널을 가지며, 제 1채널로는 잔류염소 농도 정보 또는 탁도 정보를 주변의 등록 제어용 설비기기에 전송하고, 제 2채널로는 수온정보를 동일한 방식으로 전송한다.
상기 통신부(115)는 상기 잔류염소 측정장치에 의해 측정된 잔류염소 농도정보와 수온정보를 원격지의 등록 관리 정보처리장치(200)로 전송하거나, 상기 탁도 측정장치에 의한 탁도 정보를 원격지의 관리자 측에 전송한다.
상기 외부입력부(116)는 외부의 각종 감지장치 등과 연결한다.
상기 릴레이출력부(117)는 상기 드레인부의 세정용 제 1릴레이와 상기 잔류염소 측정장치 또는 탁도 측정장치의 각 측정값에 이상이 발생한 경우에 경보하기 위한 제 2릴레이 및 상기 제 1릴레이와 제 2릴레이의 선택용 제 3릴레이를 구비한 것이다. 이러한 경우, 수동 세정과 경보 해제를 위한 수동용 릴레이를 더 포함한다. 그래서, 제어부(119)는 잔류염소 농도값을 미리 설정된 값과 비교하여 이상인 경우에 상기 제 2릴레이를 통해 경보를 출력한다. 또한, 제어부(119)는 측정 수조의 세정을 위해 미리 설정된 세정 주기정보 또는 미리 설정된 세정 시간정보에 따라 상기 드레인부의 배출 동작을 제어한다. 이러한 동작은 탁도에도 동일하게 사용한다.
상기 표시부(118)는 상기 제어부(119)의 제어에 의해 측정된 잔류염소 농도정보와 탁도 정보를 표시한다.
상기 제어부(119)는 상기 전원부(112)와 측정장치 연결부(113), 아날로그 출력부(114), 통신부(115), 릴레이출력부(117)를 제어하여 잔류염소 농도와 탁도를 정확하게 측정한다. 그리고, 산출된 잔류염소 농도값 또는 탁도 농도값에 따라 상기 아날로그 출력부(114)와 통신부(115)의 전송 동작을 각각 제어한다.
도 7은 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 관리 정보처리장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 관리 정보처리장치(200)는 크게, 키신호 입력부(201)와 인터페이스부(202), 저장부(203), 표시부(204) 및 제어부(205)를 포함한다.
상기 키신호 입력부(201)는 수돗물 관리를 위한 잔류염소 및 탁도의 이상진단을 위한 각종 관리자 설정정보를 입력받는다. 예컨대, 측정대상과 측정장비 정보이다.
상기 인터페이스부(202)는 현장에 설치된 제어장치와 연결하여, 각각의 제어장치에서 잔류염소 농도와 탁도 정보를 전달받거나, 이상 상태를 확인한 경우에 해당 제어장치에 알림한다.
상기 저장부(203)는 상기 제어부(205)의 제어에 의해 각 측정장치별로 잔류염소 농도와 탁도 농도 정보를 분류 저장한다.
상기 표시부(204)는 상기 제어부(205)의 제어에 의해 수질의 진단 결과를 알림한다.
상기 제어부(205)는 각 부를 제어하는 것으로, 먼저 각 측정장치에서 잔류염소 농도와 탁도 농도 정보를 전달받아 각 측정장치별로 미리 설정된 포맷에 따라 이상 여부를 판별하여 수질을 진단한다.
예를 들어, 상기 포맷은 아래와 같이 만들어진다.
먼저, 수돗물의 탁도 농도를 탁도 측정장치 또는 탁도 측정장치 유형별로 축적 학습하여, 상기 수돗물의 수질진단 시의 기준 탁도를 산출하는 방식을 정의한다.
그리고, 각 탁도 측정장치별로 탁도 농도 정보를 축적하여 특징을 나타내는 정보를 추출한다.
다음, 이 정보를 정규 처리해서 학습하여, 기준 탁도 정보를 설정한다.
또한, 이러한 정보를 사용하여 각 탁도 측정장치별로 기준 탁도 농도 정보를 산출하기 위한 변수도 설정한다.
상기 변수는 독립변수와 종속변수이며, 독립변수는 탁도 측정장치 정보이고, 종속변수는 기준 탁도 농도의 정보이다.
도 8은 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템의 동작을 순서대로 도시한 절차 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 이상진단 시스템은 먼저 복합 측정장비(100)에서 탁도 측정장치를 제어장치에 연결하여 수돗물의 탁도를 측정한다.
상기 수돗물에 광원을 통해 광을 조사하고, 상기 광원에 대해 설정된 거리 이내에서 90도 각도로 부착된 검출기로 산란광의 세기를 검출하여, 이에 비례하여 탁도를 측정한다.
이러한 경우, 탁도 측정장치별로 각각 스트레이 광 특성을 나타내는 탁도 저농도 구간을 설정하여, 설정된 각 탁도 저농도 구간별로 스트레이 광 보정식을 등록한다.
다음, 탁도 측정장치에서 측정된 탁도가 상기 등록된 해당 탁도 측정장치의 저농도 구간 내인지 여부를 판별한다.
상기 판별 결과, 판별된 탁도가 해당 탁도 측정장치의 저농도 구간 내인 경우 해당 스트레이 광 보정식으로 보정하여 정확하게 산출한다. 그리고, 이 결과를 관리자에게 표시하고, 반면에 해당 탁도가 해당 탁도 측정장치의 저농도 구간 외인 경우 측정 정보를 그대로 표시한다.
이러한 상태에서, 상기 관리 정보처리장치(200)는 산출된 탁도 농도 정보를 탁도 측정장치별로 축적 학습하여, 상기 수돗물의 수질진단 시의 기준 탁도 농도를 산출하는 포맷을 설정 등록한다.
그리고 나서, 상기 제어장치에서 산출된 탁도 농도 정보를 상기 등록된 포맷에 따른 기준 탁도와 비교한다.
상기 비교 결과, 상기 제어장치의 탁도 농도 정보와 상기 기준 탁도 농도 정보의 차이값이 미리 설정된 범위 내인 경우 정상으로 진단하고, 미리 설정된 범위 외인 경우 이상으로 진단한다.
다음, 복합 측정장비(100)에서 잔류염소 측정장치를 제어장치에 연결하여 잔류염소 농도를 측정한다.
즉, 잔류염소 농도를 측정하기 위해, 잔류염소 측정장치에서 기준 전극을 고정하고, 일정 거리에 위치한 구동 전극과의 사이에 수질이 측정될 수돗물이 위치된다. 그래서, 상기 제어장치를 통해 pH 6~8 사이에서 회전전극 방식을 이용하여 측정한다.
먼저 상기한 반영구적 모터를 통해 구동 전극을 구동하여 미리 설정된 회전수를 유지하고, 상기 구동 전극과 상기 기준 전극의 사이에 미리 설정된 전압을 인가한다. 그래서, 상기 구동 전극의 환원 반응과 상기 기준 전극의 산화 반응을 통해 발생한 확산 전류량을 검출한다.
그래서, 상기 확산 전류량에 비례하는 잔류염소를 산출하여, 산출된 잔류염소 농도를 표시한다.
한편, 이러한 잔류염소 농도의 이상진단은 전술한 탁도 이상진단과 동일한 방식을 적용한다.
이상과 같이, 일실시예는 수돗물의 탁도를 측정하는 방식 중에서 저농도 측정에 적합한 산란광 방식을 기반으로, 저농도 구간에서 오차를 줄여 정확하게 측정하여, 수돗물의 수질을 정확하게 진단한다.
도 9는 일실시예에 따른 탁도 이상진단 시스템에 적용한 조작키와 적용화면을 각기 보여주는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 조작키와 적용화면은 전술한 바와 같이, 탁도 측정장치를 통해 산란광의 세기를 측정한 경우, 스트레이 광 보정을 수행하여 저농도 구간에서 오차를 보정한다. 그리고, 이에 비례하여 탁도 농도를 산출해서 알람한다. 이 동작은 잔류염소에도 동일하게 적용한다. 참고로, 이를 위한 조작키에는 각종 설정정보를 입력한다. 예를 들어, 측정대상과 측정정보, 교정정보 등이다. 그리고, 드레인부 등의 조작을 위한 정보를 입력한다.
100 : 복합 측정장비
200 : 관리 정보처리장치
300 : 관리자 단말기

Claims (3)

  1. 산란광 방식을 이용한 탁도 측정장치 및 제어장치; 상기 제어장치를 원격 제어하는 관리 정보처리장치; 상기 관리 정보처리장치가 상기 제어장치를 통해 탁도를 측정하여 진단하는 시스템에 있어서,
    상기 제어장치는
    상기 탁도 측정장치에서 스트레이 광 특성을 나타내는 저농도 구간의 스트레이 광 보정식을 설정하여 측정된 탁도 농도를 보정하여 제공하고,

    상기 관리 정보처리장치는
    상기 제어장치에서 제공된 탁도 농도 정보를 탁도 측정장치별로 축적 학습하여, 상기 진단 시의 기준 탁도 농도를 산출하는 포맷을 설정 등록하는 제 1단계;
    상기 제어장치에서 제공된 탁도 농도 정보를 상기 제 1단계에서 등록된 포맷의 기준 탁도 농도와 비교하는 제 2단계; 및
    상기 제 2단계에서, 상기 제어장치의 탁도 농도 정보와 상기 제 1단계의 기준 탁도 농도 정보의 차이값이 미리 설정된 기준범위 내인 경우 정상으로 진단하고, 상기 기준범위 외인 경우 이상으로 진단하는 제 3단계;를 포함하고,

    상기 제어장치는
    상기 탁도 측정장치에서 스팬용액에 조사한 광의 산란광 세기를 측정하여 탁도 농도를 산출하는 제 a-1단계;
    상기 저농도 구간과 상기 제 a-1단계에서 산출된 탁도 농도를 비교하는 제 a-2단계;
    상기 제 a-2단계에서, 상기 저농도 구간 내에 상기 제 a-1단계의 탁도 농도가 속하는 경우 해당 스트레이 광 보정식으로 탁도 농도를 보정하는 제 a-3단계;
    상기 제 a-3단계에서 보정된 탁도 농도에 해당하는 산란광의 세기의 스팬 여부를 판별하거나 상기 저농도 구간 외에 상기 제 a-1단계의 탁도 농도가 속하는 경우 해당 탁도 농도의 스팬 여부를 판별하는 제 a-4단계; 및
    상기 제 a-4단계에서, 탁도 농도에 해당하는 산란광의 세기가 스팬인 경우에 정도시험을 개시하여 수행하는 제 a-5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁도 이상진단 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스트레이 광 보정식은
    y = ax + b로, y는 보정 후 탁도 농도, a는 선형 피팅 계수, x는 보정 전 탁도 농도, b는 상수이고, 상기 a는 0.05 ~ 3.05의 값이며, 상기 b는 0.05 ~ 2.05의 값인 것을 특징으로 하는 탁도 이상진단 시스템.

















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