KR102659560B1 - 수질측정시스템 - Google Patents
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Abstract
수질측정시스템에 관한 기술이 개시된다. 상기 수질측정시스템은 제1발광전기신호를 통해 광을 발하는 제1발광부, 상기 제1발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제1광검출전기신호를 생성하는 제1광수신부 및 제어부를 포함한다. 상기 수질측정시스템은 제2발광전기신호를 통해 광을 발하는 제2발광부 및 상기 제2발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제2광검출전기신호를 생성하는 제2광수신부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호 및 상기 제2광검출전기신호가 각각 온도의 변화에 관계없이 소정의 값 및 미리 설정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 또 한편, 상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호를 조절하는 제1옵셋제어부를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제2시료수용부에 제2기준시료를 수용한 후, 상기 제1시료수용부에 기준농도의 기준대상물이 포함된 제1기준시료 및 측정대상물이 포함된 측정시료를 순차적으로 수용한 후 상기 기준농도, 상기 제1광검출전기신호, 상기 제2광검출전기신호 및 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호와 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호를 통하여 람베르트-비어 법칙에 따라 흡광상수 K를 추출한 후 이를 토대로 하는 상기 측정대상물의 농도를 온도의 변화에 관계없이 정확하게 추출할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제2시료수용부에 제2기준시료를 수용한 후, 상기 제1시료수용부에 기준농도의 기준대상물이 포함된 제1기준시료 및 측정대상물이 포함된 측정시료를 순차적으로 수용한 후 상기 기준농도, 상기 제1광검출전기신호, 상기 제2광검출전기신호 및 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호와 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호를 통하여 람베르트-비어 법칙에 따라 흡광상수 K를 추출한 후 이를 토대로 하는 상기 측정대상물의 농도를 온도의 변화에 관계없이 정확하게 추출할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
Description
본 명세서에 개시하는 기술은 대체로 수질측정시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발광부와 광수신부 사이에 마련되는 기준시료와 측정시료의 흡광도 분석을 통하여 측정시료 내의 측정대상물의 농도를 추출하는 광학식 센서에 기반한 수질측정시스템에 관한 것이다.
최근에 실시간으로 수질 오염원의 정보 획득이 가능한 스마트 센서에 대한 수요가 높아지고 있다. 일반적으로 전기 화학 원리를 이용한 비광학식 센서가 상용 수질 센서의 대부분을 차지하고 있다. 비광학식 센서는 감지대상물과 반응하는 물질의 물리적, 화학적 특성변화를 통해 감지대상물을 감지한다. 이 과정에서 감지대상물과 반응하는 물질이 지속적으로 소모되어 유지와 보수에 있어서 비용이 발생하며, 감지대상물 이외에 불필요한 물질과 반응하는 간섭현상이 발생하는 문제점이 있다.
이에 반하여 광학식 센서는 발광부 및 광수신부가 고장 나지 않는 한 오랜 기간 사용할 수 있고, 비광학식 센서에 비하여 월등히 우수한 선택도(selectivity) 및 민감도(sensitivity)를 가져 비광학식 센서의 대체제로서 관심을 받고 있다.
광학식 센서를 이용한 흡광도 검출기와 관련한 종래기술로는 대한민국등록특허 KR 제10-2196250호 “반응기 일체형 흡광도 검출기” 등이 있다. 종래기술은 흡광도 검출기에 관한 것으로서 시료, 시약 반응과 이에 의해 생성된 화합물의 흡광도 측정이 하나의 장치에서 동시에 이루어지는 일체형 흡광도 검출기에 대한 기술을 개시하고 있다. 종래기술은 센서의 동작 환경에서 온도 변화에 따른 센서의 물리적 특성 변화로 인한 센서 파라미터의 변화에 따른 검출기의 성능이 변화한다는 문제점이 있다. 또한, 종래기술의 경우 시약과 시료의 반응을 통해 생성되는 착화합물을 통해 흡광도를 추출하는 기술을 개시하고 있다. 종래기술의 경우 보관환경 및 사용시간에 따른 시약의 특성변화로 인한 흡광도 측정시 측정오차가 발생한다는 문제점이 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 온도변화 등 센서의 동작환경 변화에 따른 센서의 파라미터 변화를 최소화하여 센서의 온도특성, 분해도(Resolution), 동적 영역(Dynamic range)을 증대시킬 수 있는 수질측정시스템에 관한 기술을 제공하는 것이다.
특히, 본 명세서에서 개시하는 기술은 수질측정시스템이 동작하는 온도 환경에 관계없이 발광부가 제공하는 광을 수신하여 광수신부가 생성하는 광검출전기신호를 미리 정한 일정한 값을 유지하도록 제어함으로써 온도 변화에 따른 센서의 파라미터 변화에 따른 측정오차를 최소화한 수질측정시스템에 관한 기술을 제공하는 것이다.
아울러 본 명세서에서 개시하는 기술은 발색제를 활용한 수질측정과정에서 상기 발색제가 보관환경 및 사용시간에 따라 특성이 변화되더라도 기준대상물을 포함하는 제1기준시료 및 측정대상물을 포함하는 측정시료로부터 각각 흡광상수 및 상기 흡광상수를 기초로 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 과정에서 실질적으로 동일한 시점에 동일한 발색제를 활용함으로써 상기 측정대상물의 상기 농도 추출시 측정오차를 개선할 수 있는 수질측정시스템에 관한 기술을 제공하는 것이다.
수질측정시스템에 관한 기술이 개시(disclosure)된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 수질측정시스템은 제1발광전기신호를 통해 광을 발하는 제1발광부, 상기 제1발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제1광검출전기신호를 생성하는 제1광수신부 및 상기 제1광검출전기신호와 제1설정전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이 경우, 상기 제1설정전기신호는 상기 온도의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 제어된다.
상기 제어부는 제1제어부를 포함할 수 있다. 상기 제1제어부는 상기 제1설정전기신호를 제공하는 제1설정전기신호제공부, 상기 제1광검출전기신호와 상기 제1설정전기신호의 상기 차이를 비교하는 제1신호신호비교부, 상기 제1신호신호비교부의 출력값을 기초로 상기 제1광검출전기신호가 상기 소정의 값을 가지도록 상기 제1발광전기신호를 제어하는 제1발광전기신호제어부 및 상기 제1신호신호비교부의 상기 출력값을 기초로 상기 제1광검출전기신호가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 제어하는 제1광검출전기신호제어부를 포함할 수 있다.
상기 수질측정시스템은 상기 제1발광부 및 상기 제1광수신부 사이에 마련되는 제1시료수용부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물을 포함하는 제1기준시료가 수용될 수 있다. 상기 제어부는 상기 기준대상물의 상기 기준농도, 상기 제1광검출전기신호 및 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 흡광상수를 추출할 수 있다.
상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료는 외부로 배출될 수 있다. 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 측정대상물을 포함하는 측정시료가 수용될 수 있다. 상기 제어부는 상기 흡광상수, 상기 제1광검출전기신호 및 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 상기 측정대상물의 농도를 추출할 수 있다.
또 한편, 상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물이 용해된 용액인 제1기준시료 및 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제가 수용될 수 있다. 상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수될 수 있다. 상기 제어부는 상기 기준대상물의 상기 기준농도, 상기 제1광검출전기신호 및 발색된 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 흡광상수를 추출할 수 있다.
일례로, 상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출되며, 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료 및 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 수용될 수 있다. 상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 상기 제어부는 상기 흡광상수, 상기 제1광검출전기신호 및 발색된 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 상기 측정대상물의 농도를 추출할 수 있다.
다른 예로, 상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출될 수 있다. 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용될 수 있다. 상기 측정시료 수용 후 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 제공될 수 있다. 상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 상기 제어부는 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 수질측정시스템은 제2발광전기신호를 통해 광을 발하는 제2발광부 및 상기 제2발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제2광검출전기신호를 생성하는 제2광수신부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2광검출전기신호는 상기 제1설정전기신호로 작용할 수 있다. 상기 제2광검출전기신호는 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 제어할 수 있다. 한편, 상기 제어부는 상기 제2광검출전기신호와 제2설정전기신호의 차이를 기초로 상기 제2광검출전기신호가 상기 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 제2설정전기신호는 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어부는 제1제어부 및 제2제어부를 포함할 수 있다. 상기 제1제어부는 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 상기 차이를 비교하는 제1신호신호비교부 및 상기 제1신호신호비교부의 출력값을 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하는 제1발광전기신호제어부를 포함할 수 있다. 상기 제2제어부는 상기 제2설정전기신호를 제공하는 제2설정전기신호제공부, 상기 제2광검출전기신호와 상기 제2설정전기신호의 상기 차이를 비교하는 제2신호신호비교부 및 상기 제2신호신호비교부의 출력값을 기초로 상기 제2광검출전기신호가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 미리 설정한 값을 가지도록 제어하는 제2광검출전기신호제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 제3제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제3제어부는 옵셋전기신호를 제공하는 옵셋전기신호제공부, 상기 제2광검출전기신호제어부의 출력값에 상기 옵셋전기신호에 기초한 제1옵셋신호를 더하는 제1합산기, 상기 제1합산기의 출력값을 기초로 상기 제1광검출전기신호를 조절하는 제1옵셋제어부를 포함할 수 있다.
상기 수질측정시스템은 상기 제1발광부 및 상기 제1광수신부 사이에 마련되는 제1시료수용부 및 상기 제2발광부 및 상기 제2광수신부 사이에 마련되는 제2시료수용부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물이 용해된 용액인 제1기준시료가 수용될 수 있다. 상기 제2시료수용부에는 제2기준시료가 수용될 수 있다. 이 경우, 상기 제2기준시료는 상기 기준대상물이 제거된 상기 제1기준시료와 동일할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 상기 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호 모두 상기 소정의 값을 가지도록 제어할 수 있다.
상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제가 제공될 수 있다. 상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수될 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1기준시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 제1기준시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 기준대상물의 상기 기준농도 및 상기 제1광검출전기신호로부터 흡광상수를 추출할 수 있다.
일례로, 상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출될 수 있다. 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용될 수 있다. 상기 측정시료 수용 후 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 제공될 수 있다. 상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 상기 제어부는 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출할 수 있다. 이 경우, 상기 수질측정시스템은 상기 제1시료수용부에 수용된 상기 측정대상물을 전처리하는 전처리부를 더 포함할 수 있다. 상기 전처리부는 상기 제1시료수용부에 산화제를 제공할 수 있도록 마련되는 산화제수용부 및 상기 제1시료수용부에 자외선 또는 열을 제공할 수 있도록 마련되는 촉진부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1시료수용부에 상기 측정대상물을 발색시키는 상기 발색제가 제공되기 전에 상기 산화제수용부를 제어하여 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 산화제를 제공한 후 상기 촉진부를 제어하여 상기 제1시료수용부에 상기 자외선 또는 상기 열을 제공함으로써 상기 측정대상물을 전처리할 수 있다. 상기 제어부는 상기 측정대상물이 전처리된 후 상기 측정시료가 s수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출할 수 있다.
또 한편, 상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물이 용해된 용액인 제1기준시료가 수용될 수 있다. 상기 제2시료수용부에는 제2기준시료가 수용될 수 있다. 상기 제2기준시료는 상기 기준대상물이 제거된 상기 제1기준시료와 동일할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 상기 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호 모두 상기 소정의 값을 가지도록 제어할 수 있다. 상기 제어부는 옵셋전기신호를 조절하여 상기 제1발광전기신호가 상기 제2발광전기신호와 동일한 값을 가지도록 제어할 수 있다.
상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제가 제공될 수 있다. 상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수될 수 있다. 상기 제어부는 상기 제2발광전기신호, 상기 제1기준시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 기준대상물의 상기 기준농도 및 상기 제1광검출전기신호로부터 흡광상수를 추출할 수 있다.
상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출될 수 있다. 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용될 수 있다. 상기 제1시료수용부에 수용된 상기 측정대상물을 전처리하는 전처리부를 더 포함할 수 있다. 상기 전처리부는 상기 제1시료수용부에 산화제를 제공할 수 있도록 마련되는 산화제수용부 및 상기 제1시료수용부에 자외선 또는 열을 제공할 수 있도록 마련되는 촉진부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 산화제수용부를 제어하여 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 산화제를 제공한 후 상기 촉진부를 제어하여 상기 제1시료수용부에 상기 자외선 또는 상기 열을 제공함으로써 상기 측정대상물을 전처리할 수 있다. 상기 제어부는 상기 옵셋전기신호를 추가적으로 조절하여 상기 제1발광전기신호가 상기 제2발광전기신호와 동일한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이후 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 전처리된 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 제공될 수 있다. 상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 상기 제어부는 상기 제2발광전기신호, 전처리된 상기 측정대상물이 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 제1발광부의 광에 의해 제1광수신부에서 생성되는 제1광검출전기신호를 제1설정전기신호와 비교하고, 비교된 결과를 토대로 제1발광부에 인가되는 제1발광전기신호를 제어하고, 상기 제1설정전기신호를 제어하는 제어부를 통하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어함으로써 상기 제1발광부와 상기 제1광수신부 사이에 마련되는 제1시료수용부에 수용되는 시료의 흡광도가 변화하더라도 상기 제1발광전기신호를 온도의 변화에 관계없이 일정하게 유지할 수 있는 기술을 제시한다. 이를 통하여 상기 제1광수신부로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 상기 제1시료수용부에 수용되는 상기 시료의 흡광도 또는 농도 대비 상기 제1발광전기신호의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 상기 시료의 상기 흡광도 또는 상기 농도 측정의 정확성을 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 상기 시료의 상기 흡광도 또는 상기 농도는 상기 제어부에 의해 제어되는 상기 제1발광전기신호로부터 추출할 수 있다. 특히, 본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제어부에 의한 상기 제1설정전기신호의 제어를 통하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 함으로써 상기 제1광수신부로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류의 크기가 온도에 따라 변화되지 않도록 함으로써 상기 시료의 상기 흡광도 또는 상기 농도 측정의 정확성을 보다 더 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제1시료수용부에 기준농도의 기준대상물이 포함된 제1기준시료를 수용한 후 상기 기준농도, 상기 제1광검출전기신호 및 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호를 통하여 상기 제어부가 흡광상수를 추출하는 기술을 개시하고 있다. 상기 흡광상수 추출 후, 상기 제1시료수용부에 농도를 측정하고자 하는 측정대상물을 포함하는 측정시료가 수용되면, 추출한 상기 흡광상수, 상기 제1광검출전기신호 및 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 상기 제어부는 상기 측정대상물의 농도를 추출할 수 있다. 다시 말하면, 본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제1시료수용부에 상기 기준농도를 가지는 기준대상물이 포함된 상기 제1기준시료를 수용하고 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호를 측정한 후 상기 제1시료수용부에 농도를 측정하고자 하는 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료를 수용하고 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호를 측정하는 것만으로도 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 아울러 본 명세서에서 개시하는 기술은 발색제를 활용한 수질측정과정에서 상기 발색제가 보관환경 및 사용시간에 따라 특성이 변화되더라도 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료 및 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료로부터 각각 상기 흡광상수 및 상기 흡광상수를 기초로 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출하는 과정에서 실질적으로 동일한 시점에 상기 발색제로서 동일한 발색제를 활용함으로써 상기 측정대상물의 상기 농도 추출시 측정오차를 개선할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제1발광부, 상기 제1광수신부 및 상기 제1시료수용부에 대응하여 제2발광부, 제2광수신부 및 제2시료수용부를 도입하고, 제1제어부를 통해 상기 제1발광부가 제공하는 광에 의한 상기 제1광수신부의 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2발광부가 제공하는 광에 의한 상기 제2광수신부의 제2광검출전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호를 제어함으로써 온도변화에 따른 상기 제1발광부의 파라미터 특성 변화에 의해 상기 제1광검출전기신호가 변화되고 이에 따라 상기 제1발광전기신호가 변화되는 것을 자동으로 보정하는 효과를 제공해 줄 수 있다. 구체적으로 말하면, 본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제1제어부를 통해 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호를 제어함으로써 온도변화에 따른 상기 제1발광부의 파라미터 특성 변화에 의한 상기 제1광검출전기신호의 변화를 온도변화에 따른 상기 제2발광부의 파라미터 특성 변화에 의한 상기 제2광검출전기신호의 변화를 통해 상쇄시킴으로써 온도변화에 따른 상기 제1발광부의 파라미터 특성 변화에 의한 상기 제1발광전기신호가 변화되는 것을 자동으로 보정하여 측정의 정확도를 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 상기 제1발광부, 상기 제1광수신부 및 상기 제1시료수용부에 대응하여 제2발광부, 제2광수신부 및 제2시료수용부를 도입하고, 상기 제1제어부를 통해 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호를 제어하고, 상기 제1발광전기신호와 상기 제2발광전기신호를 상호 비교하여 상기 제1시료수용부에 수용되는 제1기준시료 및 측정시료를 측정함으로써 온도변화에 따른 상기 제1발광부 및 상기 제2발광부의 파라미터 변화에 따라 상기 흡광상수 및 상기 측정대상물의 상기 농도가 달라지는 영향을 자동으로 보정하여 상기 흡광상수 및 상기 측정대상물의 상기 농도를 보다 더 정확하게 측정할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제2제어부를 통해 상기 제2광검출전기신호를 제2설정전기신호와 비교하여 상기 제2광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 함으로써 온도변화에 관계없이 상기 제1광수신기 및 상기 제2광수신기가 일정한 이득을 유지하도록 할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제3제어부가 제공하는 옵셋전기신호를 통해 상기 흡광상수 측정전 또는 상기 측정대상물의 농도 측정전에 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호를 동일한 값으로 설정하고, 상기 제1발광전기신호와 상기 제2발광전기신호를 동일한 값으로 설정한 후 상기 제1시료수용부에 상기 제1기준시료를 수용한 후 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호와 상기 제2발광전기신호의 상호 비교 또는 상기 제1시료수용부에 상기 측정시료를 수용한 후 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호와 상기 제2발광전기신호의 상호 비교함으로써 상기 제1발광전기신호와 상기 제2발광전기신호의 상호 비교만으로 상기 흡광상수, 상기 측정대상물의 상기 농도를 손쉽게 측정할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
도 1은 흡광도 분석을 통한 광학식 센서의 시료의 농도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 일례를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 일례를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소에 "마련"이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 마련되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소에 "제공"이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 제공되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 흡광도 분석을 통한 광학식 센서의 시료(C)의 농도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 일례(100)를 보여주는 도면이다. 도 3의 (a)는 제1제어부(132)를 통하여 제1발광부(110)가 제공하는 광에 의한 제1광수신부(120)의 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 차이를 기초로 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 3의 (b)는 본 명세서에서 개시하는 전처리부(180)를 예로서 보여주는 도면이다. 도 4는 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 다른 예(100a)를 보여주는 도면이다. 도 4는 제1발광부(110) 및 제1광수신부(120)에 대응하여 제2발광부(150) 및 제2광수신부(160)을 도입하고, 제1제어부(132)를 통하여 제1발광부(110)가 제공하는 광에 의한 제1광수신부(120)의 제1광검출전기신호(10b)를 제2발광부(150)가 제공하는 광에 의한 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b)를 제1설정전기신호(10c)로 하여 이들의 차이를 기초로 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)를 제어하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 4에 예로서 도시한 바와 같이, 제2광검출전기신호(20b)를 제1설정전기신호(10c)로 활용함으로써 제1발광전기신호(10a)와 제2발광부(150)에 인가되는 제2발광전기신호(20a)는 상호 비교되며, 이를 통해 온도의 변화에 따른 제1발광부(110)의 파라미터 특성변화에 따라 제1광검출전기신호(10b) 역시 온도의 변화에 따라 변화함에 의해 제1발광전기신호(10a)가 온도의 변화에 따라 변화하는 것을 자동으로 보정하는 모습을 보여주는 도면이다. 또한, 도 4는 제2제어부(134)를 통하여 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b)와 제2설정전기신호(20c)의 차이를 기초로 제2광검출전기신호(20b)가 상기 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어함으로써 제1광수신부(120)의 제1광검출전기신호(10b) 및 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b) 모두가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 미리 설정한 값을 가지도록 함으로써 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)가 상기 온도의 변화에 관계없이 일정한 이득을 유지하도록 하는 모습을 예로서 보여주는 도면이다. 도 5는 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템의 또 다른 예(100b)를 보여주는 도면이다. 도 5는 제3제어부(136)의 옵셋전기신호제공부(136a)가 제공하는 옵셋전기신호(30)를 통해 제1옵셋제어부(136c)가 제1광검출전기신호(10b)를 조절하여 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)는 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지고, 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a)는 동일한 값을 가지는 모습을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하여 발광부(A)와 광수신부(B)를 활용하여 흡광도 분석을 통한 시료(C)의 농도를 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
발광부(A)에서 시료(C)로 입사되는 입사광(Incident Light)은 광경로 상에 마련되는 시료(C)에서 적어도 일부 흡수되며, 시료(C)를 투과한 투과광(Transmitted Light)이 광수신부(B)에 도달하게 된다. 발광부(A)가 제공하는 입사광의 광량에 대한 광수신부(B)에 도달하는 도달광의 광량으로부터 시료(C)의 흡광도를 분석할 수 있고, 분석된 상기 흡광도로부터 시료(C)의 농도를 파악할 수 있다.
시료(C)의 흡광도 또는 농도를 분석하기 위한 종래의 광학식 센서를 구동하기 위한 흡광도 측정회로는 도 2에 예로서 도시한 회로로 일반적으로 구성된다. 도 2에는 발광부(A)으로서 LED가 예시되어 있으며, 광수신부(B)로서 포토다이오드(photo diode)가 예시되어 있다. 종래의 흡광도 측정회로는 전류원(Constant Current Source)을 통하여 LED 발광부(A)에 인가되는 입력전류(Iref)에 따라 LED 발광부(A)가 광을 방사하면, 광수신부(B)인 포토다이오드는 LED 발광부(A)가 방사하는 광의 적어도 일부를 흡수하여 이를 출력전류(ISS)로 변환하며, 변환된 출력전류(ISS)의 크기로부터 시료(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다. 포토다이오드와 같은 반도체 소자는 일반적으로 온도변화에 따른 파라미터(parameter)의 특성변화가 커서 예로서 광수신부(B)인 포토다이오드에 흐르는 출력전류(ISS)의 크기는 온도변화에 민감한 문제점이 있다. 또한, 발광부(A)에 인가되는 입력전류(Iref)의 크기에 따른 발광부(A)가 광수신부(B)에 제공하는 투과광의 광량에 따라 광수신부(B)가 감지할 수 있는 동적 영역 및 분해능이 달라지는 문제점이 있다. 또한, LED와 같은 반도체 소자 역시 일반적으로 온도변화에 따른 파라미터의 특성변화가 커서 예로서 발광부(A)인 LED가 방사하는 상기 광의 광량은 온도변화에 민감한 문제점이 있다. 이로 인해 광수신부(B)에 제공하는 상기 투과광의 광량 역시 온도변화에 민감하며, 이로 인해 광수신부(B)에 흐르는 출력전류(ISS)의 크기 역시 온도변화에 민감한 문제점이 있다.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 명세서에서 개시하는 수질측정시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 수질측정시스템은 제1발광부(110), 제1광수신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 상기 수질측정시스템은 선택적으로(optionally) 제1시료수용부(140), 제2발광부(150), 제2광수신부(160), 제2시료수용부(170) 및 전처리부(180)를 더 포함할 수도 있다.
도 3에는 제1발광부(110), 제1광수신부(120) 및 제어부(130)를 포함하는 수질측정시스템(100)이 예시되어 있다. 또한, 도 3에는 산화제수용부(182) 및 촉진부(184)를 포함하는 전처리부(180)이 예로서 표현되어 있다.
제1발광부(110)은 제1발광전기신호(10a)를 통해 광을 발한다. 제1발광부(110)으로는 LED가 예로서 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 제1발광부(110)에 제공되는 제1발광전기신호(10a)로서 전류(Iout)가 예시되어 있으나 제1발광부(110)에 제공되는 제1발광전기신호(10a)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1발광부(110)에 제공되는 제1발광전기신호(10a)로서 전류(Iout)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1광수신부(120)는 제1발광부(110)가 발하는 상기 광을 수신하여 제1광검출전기신호(10b)를 생성한다. 제1광수신부(120)로는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 차이를 기초로 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어한다. 제1설정전기신호(10c)는 상기 온도의 변화에 따라 제어부(130)에 의해 제어된다. 도 3에는 제1설정전기신호(10c)로서 전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 제1설정전압(10c, Vref)이 예시되어 있으나 제1설정전기신호(10c)는 전류의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1설정전기신호(10c)로서 제1설정전압(10c, Vref)을 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
한편, 전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 제1설정전압(10c, Vref)은 전압설정부(Voltage Setting)에 제1설정전압(10c, Vref)을 직접 셋팅하는 방식으로 제공되거나, 전압설정부(Voltage Setting)에 설정을 원하는 제1광검출전기신호(10b)의 값(예로서, 전류값)을 입력하고 이를 제1설정전압(10c, Vref)으로 변환하는 방식을 통하여 제공될 수도 있다. 후술하는 내용과 같이, 제어부(130)는 제1설정전기신호(10c)에 따라 제1광검출전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다. 제1설정전기신호(10c)는 상기 온도의 변화에 따라 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다.
제1시료수용부(140)는 제1발광부(110) 및 제1광수신부(120) 사이에 마련될 수 있다. 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)는 제1발광부(110)가 발하는 상기 광의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 제어부(130)는 제1발광전기신호(10a)의 크기로부터 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 제어부(130)가 제1발광전기신호(10a)의 상기 크기로부터 제1시료(140a)의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정하는 과정은 후술하기로 한다.
일 실시 예에 있어서, 제어부(130)는 제1제어부(132)를 포함할 수 있다. 제1제어부(132)는 제1설정전기신호(10c)를 제공하는 제1설정전기신호제공부(132a), 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 차이를 비교하는 제1신호신호비교부(132b), 제1신호신호비교부(132b)의 출력값을 기초로 제1광검출전기신호(10b)가 소정의 값을 가지도록 제1발광전기신호(10a)를 제어하는 제1발광전기신호제어부(132c) 및 제1신호신호비교부(132b)의 상기 출력값을 기초로 제1광검출전기신호(10b)가 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 제어하는 제1광검출전기신호제어부(132d)를 포함할 수 있다.
도면에는 제1광검출전기신호(10b)로서 제1발광부(110)로부터 방사된 후 제1시료수용부(140)를 경유하여 제1광수신부(120)에 도달하여 흡수되는 제1발광부(110)의 광에 의해 제1광수신부(120)에 흐르는 전류(ISS2)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제1광검출전기신호(10b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1광검출전기신호(10b)로서 전류(ISS2)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1광검출전기신호(10b)인 전류(ISS2)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압(Vout)으로 출력되어 제1신호비교부(132b)에 인가될 수 있다. 차동증폭기(Av1)로는 예로서 OP앰프가 활용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 제1신호비교부(132b)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제1신호비교부(132b)로서 입력되는 전류의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 사용될 수도 있다. 에러증폭기(Error AMP)로는 예로서 OP앰프가 활용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 설명의 편의상 제1신호비교부(132b)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1설정전기신호제공부(132a)는 제1설정전기신호(10c)로서 제1설정전압(10c, Vref)을 제공할 수 있다. 제1설정전기신호제공부(132a)가 제공하는 제1설정전압(10c, Vref)은 상기 온도의 변화에 따라 가변되도록 제어될 수 있다.
제1신호비교부(132b)는 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 차이를 비교하여 이를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제1발광전기신호제어부(132c)에 제공할 수 있다. 제1발광전기신호제어부(132c)는 제1발광전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다. 상술한 과정은 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 상기 차이가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다.
도면에는 제1발광전기신호제어부(132c)로서 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 예로서 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 상기 차이에 따라 제1신호비교부(132b)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1발광부(110)에 전류를 제공할 수 있다. 다르게는, 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 예로서 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 상기 차이에 따라 제1신호비교부(132b)가 제공하는 상기 전압에 의해 구동되는 OP앰프(미도시)에 의해 제1발광부(110)에 전류를 제공할 수도 있다. 이 경우, 상기 OP앰프의 입력단(미도시)과 출력단(미도시)에는 저항(미도시)이 연결될 수 있으며, 상기 저항을 통해 상기 OP앰프에 입력되는 입력신호인 제1신호비교부(132b)가 제공하는 상기 전압은 소정의 비율로 증폭, 감쇄, 그대로 유지되어 제1발광부(110)에 상기 전류를 제공할 수도 있다. 상기 OP앰프를 활용한 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 통상의 OP앰프 증폭회로가 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제1신호비교부(132b)의 출력값을 기초로 제1발광부(110)에 상기 전류를 제공할 수 있는 한 제1발광전기신호제어부(132c)의 회로구성에는 제한이 없다. 도면에 예로서 도시한 바와 같이, 제1발광전기신호제어부(132c)가 제1발광부(110)에 제공하는 전류는 센싱저항(RS2)과 차동증폭기(Av2)에 의해 전압으로 변환되어 전류감지부(Current Sensing)에 제공되고, 전류감지부(Current Sensing)는 제공되는 전압으로부터 제1발광전기신호제어부(132c)가 제1발광부(110)에 제공하는 제1발광전기신호(10a)인 전류(Iout)를 확인할 수 있다. 차동증폭기(Av2)로는 예로서 OP앰프가 활용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에는 제1광검출전기신호제어부(132d)로서 드라이브증폭기(132d, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(132d, Drive AMP)는 예로서 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 상기 차이에 따라 제1신호비교부(132b)가 제공하는 상기 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1광수신부(120)에 전류(ISS2)를 제공할 수 있다. 다르게는, 드라이브증폭기(132d, Drive AMP)는 예로서 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)의 상기 차이에 따라 제1신호비교부(132b)가 제공하는 상기 전압에 의해 구동되는 OP앰프(미도시)에 의해 제1광수신부(120)에 전류(ISS2)를 제공할 수도 있다. 이 경우, 상기 OP앰프의 입력단(미도시)과 출력단(미도시)에는 저항(미도시)이 연결될 수 있으며, 상기 저항을 통해 상기 OP앰프에 입력되는 입력신호인 제1신호비교부(132b)가 제공하는 상기 전압은 소정의 비율로 증폭, 감쇄, 그대로 유지되어 제1광수신부(120)에 전류(ISS2)를 제공할 수도 있다. 상기 OP앰프를 활용한 드라이브증폭기(132d, Drive AMP)는 통상의 OP앰프 증폭회로가 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제1신호비교부(132b)의 출력값을 기초로 제1광수신부(120)에 전류(ISS2)를 제공할 수 있는 한 제1광검출전기신호제어부(132d)의 회로구성에는 제한이 없다. 도면에 예로서 도시한 바와 같이, 제1광검출전기신호제어부(132d)가 제1광수신부(120)에 제공하는 전류(ISS2)는 제1광수신부(120)의 동작전류로서 역할을 수행할 수 있다. 제1설정전기신호제공부(132a)가 제공하는 제1설정전기신호(10c)의 크기는 제어될 수 있으며, 이를 통해 제1광검출전기신호제어부(132d)가 제1광수신부(120)에 제공하는 전류(ISS2)의 크기 역시 제어될 수 있다. 제1설정전기신호제공부(132a)를 통한 제1설정전기신호(10c)의 제어를 통하여 제1광검출전기신호제어부(132d)가 제1광수신부(120)에 제공하는 전류(ISS2)가 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은 제1제어부(132)를 통하여 제1발광부(110)가 제공하는 광에 의한 제1광수신부(120)의 제1광검출전기신호(10b)를 제1설정전기신호(10c)와 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)를 원하는 값으로 제어할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1설정전기신호제공부(132a)를 통한 제1설정전기신호(10c)의 제어를 통하여 제1광검출전기신호제어부(132d)가 제1광수신부(120)에 제공하는 전류(ISS2)가 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 기술에서 제시하는 수질측정시스템(100)의 동작을 일반적인 광학식 센서의 동작과 비교하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 발광부(A)에서 시료(C)로 입사되는 입사광(Incident Light)은 시료(C)에서 적어도 일부 흡수되며, 시료(C)를 투과한 투과광(Transmitted Light)이 광수신부(B)에 도달하게 된다. 발광부(A)가 제공하는 입사광의 광량에 대한 광수신부(B)에 도달하는 도달광의 광량으로부터 시료(C)의 흡광도 또는 농도를 분석할 수 있다. 시료(C)의 흡광도 또는 농도의 분석은 발광부(A)의 광량과 광수신부(B)에 도달하는 광량을 비교하여 분석될 수도 있고, 발광부(A)의 동작을 위해 인가되는 입력전류(Iref)와 광수신부(B)에 도달하는 광량이 광수신부(B)에 의해 변환되어 광수신부(B)에 흐르는 출력전류(ISS)를 비교하여 분석될 수도 있다.
도 2에 예로서 도시한 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로는 전류원(Constant Current Source)으로부터 미리 정해진 크기로 제공되는 전류(Iref)에 의해 광을 발하는 발광부(A)가 제공하는 광의 적어도 일부를 광수신부(B)가 수신하여 이를 광전류(ISS)로 변환하는 구성을 취한다. 발광부(A)와 광수신부(B) 사이에 흡광도 또는 농도를 측정하기 위한 시료(C)를 놓고, 발광부(A)가 제공하는 광량과 광수신부(B)가 수신하여 변환하는 광전류(ISS)의 크기 비교를 통하여 시료(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다. 한편, 발광부(A)가 제공하는 광량은 발광부(A)에 인가되는 전류(Iref)의 크기를 통하여 판단할 수도 있다.
발광부(A)가 제공하는 광량 또는 발광부(A)에 인가되는 전류(Iref)의 크기를 일정하게 둘 경우, 시료(C)의 농도변화에 따라 광수신부(B)에 수신되는 광량은 달라지게 되며, 이에 따라 광전류(ISS)의 크기 역시 달라지게 된다. 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로는 발광부(A)가 제공하는 광량을 일정하게 두고 광경로상에 위치하는 시료(C)의 흡광도 또는 농도 변화에 따라 변화하는 광전류(ISS)의 크기로부터 시료(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다. 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로를 통하여 시료(C)의 흡광도 또는 농도를 측정할 때, 시료(C)의 최대 농도 즉, 최대 흡광도에서도 광수신부(B)에는 광수신부(B)가 감지할 수 있는 광량이 수신되어야 하므로 발광부(A)가 제공하는 광량은 이를 고려하여 결정되어야 한다. 이로 인하여 시료(C)가 최소 농도 즉, 최소 흡광도를 가질 경우에 광수신부(B)에서 수신되는 광량과 시료(C)가 최대 농도 즉, 최대 흡광도를 가질 경우에 광수신부(B)에서 수신되는 광량은 큰 편차를 가지게 된다.
일반적으로 광수신부(B)로 주로 사용되는 포토다이오드의 경우, 수신되는 광량 대비 광수신부(B)가 변환하여 출력하는 광전류(ISS)의 크기의 비는 비선형성을 보이며, 기준 광량 이상의 광이 수신될 경우에는 포화(saturation) 특성을 보인다. 상술한 바와 같이, 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로의 경우에 시료(C)가 최소 농도 즉, 최소 흡광도를 가질 경우에 광수신부(B)에서 수신되는 광량과 시료(C)가 최대 농도 즉, 최대 흡광도를 가질 경우에 광수신부(B)에서 수신되는 광량은 큰 편차를 가지게 된다. 이로 인해 시료(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 따라 발광부(A)에 의해 광수신부(B)가 수신하는 투과광의 광량이 큰 편차를 가지며 이로 인해 광수신부(B)가 감지할 수 있는 동적 영역 및 분해능이 달라지는 문제가 발생한다.
이와 달리, 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)은 제어부(130)의 제어를 통하여 제1발광부(110)와 제1광수신부(120) 사이에 마련되는 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제1발광전기신호(10a)의 크기를 제어할 수 있다. 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 하기 위하여 제어부(130)는 제1제어부(132)를 통하여 제1광검출전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다. 본 기술의 수질측정시스템(100)은 제어부(130)에 의해 제어되는 제1발광전기신호(10a)의 상기 크기로부터 제1시료(140a)의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정할 수 있다.
한편, LED와 같은 반도체 소자는 일반적으로 온도변화에 따른 파라미터의 특성변화가 커서 제1발광부(110)로서 LED가 예로서 사용될 경우 LED가 방사하는 광의 광량은 온도변화에 민감한 문제점이 있다. 이로 인해 제1광수신부(120)가 수신하는 제1발광부(110)가 발하는 광의 광량 역시 온도변화에 민감하며, 이로 인해 제1광수신부(120)에 흐르는 제1광검출전기신호(10b)인 전류(ISS2)의 크기 역시 온도변화에 민감한 문제점이 있다. 온도변화에 따른 제1광검출전기신호(10b)인 전류(ISS2)의 상기 크기의 변화는 제1광수신부(120)의 이득을 변화시키는 문제로 작용할 수 있다. 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)은 제1설정전기신호제공부(132a)를 통한 제1설정전기신호(10c)의 제어를 통하여 제1광검출전기신호제어부(132d)가 제1광수신부(120)에 제공하는 전류(ISS2)가 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 할 수 있다. 이를 통하여 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)은 온도의 변화에 관계없이 제1광수신부(120)가 일정한 이득을 유지하도록 할 수 있다.
이하 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)을 활용하여 본 기술의 수질측정시스템(100)이 제1시료수용부(140)에 수용되는 측정시료 내의 측정대상물의 농도를 추출하는 과정을 설명하기로 한다. 본 기술의 수질측정시스템(100)을 통한 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 방법으로는 예로서 람베르트-비어(Lambert-Beer Law) 법칙을 활용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 람베르트-비어 법칙을 활용하여 본 기술의 수질측정시스템(100)을 통해 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 방법을 설명하기로 한다. 본 기술의 수질측정시스템(100)을 활용하여 상기 농도를 추출할 수 있는 상기 측정대상물은 예로서 용매인 물 속에 용해된 용질인 인(P)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
람베르트-비어 법칙은 광이 용액 내부를 통과할 때 상기 용액에 입사되는 입사광의 세기 및 상기 용액을 통과한 통과광의 세기를 통해 상기 용액의 흡광도를 나타내는 법칙을 말하며, 람베르트-비어 법칙에 따른 흡광도는 아래의 [수식 1]을 만족한다. 상기 용액은 예로서 물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 측정의 정확성을 기하기 위해 상기 기준대상물이 용해된 상기 용액과 후술하는 상기 측정대상물이 용해된 상기 용액은 동일한 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
[수식 1]
여기서, A는 흡광도, I0는 상기 입사광의 세기, It는 상기 투과광의 세기, k는 흡광계수, C는 상기 용액 내의 용질의 농도, L은 상기 광이 상기 용액을 통과한 거리를 의미한다. k는 상기 입사광의 파장, 상기 용액 내의 상기 용질의 종류에 의해 결정될 수 있다.
람베르트-비어 법칙에 따르면, 제1시료수용부(140)에 제1시료(140a)로서 용질인 기준대상물이 기준농도인 C0의 농도로 용해된 용액(예로서, 물)인 제1기준시료가 수용될 경우에 아래의 식을 만족한다. 아래의 식에서 I0는 상기 제1기준시료에 입사되는 제1기준입사광의 세기, It는 상기 제1기준시료를 투과한 제1기준투과광의 세기로 정의하자. I0 및 It는 측정 가능하며, C0는 미리 알고 있는 값이므로 아래의 [수식 2]을 통하여 본 명세서에서 정의한 흡광상수인 K값을 추출할 수 있다.
[수식 2]
K값을 활용하여 제1시료수용부(140)에 수용되는 측정시료에 용해된 측정대상물의 농도를 추출할 수 있다. 상기 측정시료는 상기 제1기준시료가 수용되었던 제1시료수용부(140) 또는 제1시료수용부(140)와 실질적으로 동일한 수용부(미도시)에 수용되며, 상기 측정대상물은 상기 기준대상물과 동일한 종류의 용질이며, 상기 측정시료에는 상기 제1기준시료에 제공되는 광과 동일한 파장의 광이 제공된다고 가정하자. 제1시료수용부(140)에 입사되는 입사광의 파장을 동일하게 유지하고, 상기 기준대상물과 상기 측정대상물이 동일한 종류의 용질이고, 제1시료수용부(140)에 입사되는 상기 광이 제1시료(140a)를 투과한 거리를 동일하게 유지할 경우에 K값은 일정한 값을 가질 수 있다. 이러한 조건 하에서 상기 측정시료 내에 용해된 상기 측정대상물의 농도를 C'이라 할 경우, K와 농도 C'는 아래의 [수식 3] 및 [수식 4]을 만족한다.
[수식 3]
C'을 기준으로 정리하면 다음과 같다.
[수식 4]
여기서, I0'은 상기 측정시료에 입사되는 입사광의 세기, It는 상기 측정시료를 투과한 투과광의 세기를 의미한다.
람베르트-비어 법칙에 따른 상술한 식에서 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)에 입사되는 입사광의 세기 및 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)를 투과하는 투과광의 세기는 각각 제1발광부(110)가 발하는 광의 세기 및 제1광수신부(120)가 수신하는 광의 세기로부터 추출할 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광의 세기 및 제1광수신부(120)가 수신하는 상기 광의 세기는 각각 제1발광전기신호(10a)의 크기 및 제1광검출전기신호(10b)의 크기와 선형적으로 비례하는 관계에 있으므로 제1발광부(110)가 발하는 상기 광의 세기 및 제2광수신부(120)가 수신하는 상기 광의 세기는 각각 제1발광전기신호(10a) 및 제1광검출전기신호(10b)로부터 추출할 수 있다. 따라서 [수식 2]에서의 상기 제1기준시료에 입사되는 상기 제1기준입사광의 상기 세기인 I0 및 상기 제1기준시료를 투과한 상기 제1기준투과광의 상기 세기 It는 각각 상기 제1기준시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a) 및 상기 제1기준시료에 대응되는 제1광검출전기신호(10b)로 치환되어 적용될 수 있다. 마찬가지로, [수식 4]에서의 상기 측정시료에 입사되는 상기 입사광의 세기인 I0' 및 상기 측정시료를 투과한 상기 투과광의 상기 세기 It는 각각 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a) 및 상기 측정시료에 대응되는 제1광검출전기신호(10b)로 치환되어 적용될 수 있다.
이하 제1발광전기신호(10a) 및 제1광검출전기신호(10b)를 활용하여 본 기술의 수질측정시스템(100)을 통하여 상기 측정시료의 상기 측정대상물의 상기 농도 C'을 추출하는 과정을 설명하기로 한다. 설명에 앞서 상술한 바와 같이, 본 기술의 수질측정시스템(100)은 제어부(130)의 제어를 통하여 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)의 농도에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이를 통해 본 기술의 수질측정시스템(100)은 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)의 농도가 변화하더라도 제1광검출전기신호(10b)를 상기 소정의 값으로 유지하기 위해 제1시료(140a)의 농도가 변화함에 따라 변화하는 제1발광전기신호(10a)의 크기로부터 제1시료(140a)의 농도를 추출할 수 있다는 점을 기술적 사상으로 하고 있음을 밝혀둔다. 이에 따라 상기 제1기준시료를 투과한 상기 제1기준투과광의 상기 세기와 상기 측정시료를 투과한 상기 투과광의 상기 세기는 모두 It로 표현하였음을 밝혀둔다.
일례로, 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 미리 정해진 농도인 기준농도 C0를 가지는 기준대상물을 포함하는 제1기준시료가 수용될 수 있다. 제어부(130)는 상기 기준대상물의 상기 기준농도인 C0, 제1광검출전기신호(10b) 및 상기 제1기준시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a)로부터 상기 흡광상수인 K를 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 흡광상수인 K의 추출은 상술한 [수식 2]를 통해 수행될 수 있다. 상기 흡광상수인 K 추출 후 제어부(130)에 의해 상기 제1기준시료는 외부로 배출되며, 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 농도를 측정하고자 측정대상물을 포함하는 측정시료가 수용될 수 있다. 제어부(130)는 상기 흡광상수인 K, 제1광검출전기신호(10b) 및 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a)로부터 상기 측정대상물의 농도인 C'를 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 농도 C'의 추출은 상술한 [수식 4]를 통해 수행될 수 있다.
한편, 용질인 기준대상물 및 측정대상물이 용해된 용액이 투명할 경우에 상기 용질에 반응하는 발색제를 통해 상기 용액을 발색시킨 후 상기 용액 내에 용해된 상기 용질의 농도를 측정할 필요가 있다. 이 경우, 제어부(130)에 의한 상기 흡광상수 K의 추출은 예로서 다음의 과정을 통해 수행될 수 있다.
제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 미리 정해진 농도인 기준농도 C0를 가지는 기준대상물이 용해된 용액인 제1기준시료 및 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제(이하 기준대상물 발색제라 칭하기로 한다)가 수용될 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수될 수 있다. 제어부(130)는 상기 기준대상물의 상기 기준농도인 C0, 제1광검출전기신호(10b) 및 발색된 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a)로부터 상기 흡광상수 K를 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 흡광상수인 K의 추출은 상술한 [수식 2]를 통해 수행될 수 있다. 제1시료수용부(140)에 수용되는 상기 제1기준시료 및 상기 기준대상물 발색제는 제어부(130)에 의해 동시 또는 시간 차이를 두고 제1시료수용부(140)에 수용될 수 있다.
제어부(130)에 의한 상기 흡광상수 K의 추출 후 측정시료 내의 측정대상물의 농도는 예로서 다음의 과정을 통해 수행될 수 있다.
일례로, 상기 흡광상수 K 추출 후 제어부(130)에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 기준대상물 발색제는 외부로 배출되며, 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 농도를 측정하고자 하는 상기 측정대상물이 용해된 용액인 상기 측정시료 및 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제(이하 측정대상물 발색제라 칭하기로 한다)가 수용될 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 제어부(130)는 상기 흡광상수 K, 제1광검출전기신호(10b) 및 발색된 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a)로부터 상기 측정대상물의 농도인 C'을 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 농도 C'의 추출은 상술한 [수식 4]를 통해 수행될 수 있다.
다른 예로, 상기 흡광상수 K 추출 후 제어부(130)에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 기준대상물 발색제는 외부로 배출되며, 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 농도를 측정하고자 하는 상기 측정대상물이 용해된 용액인 상기 측정시료가 수용될 수 있다. 상기 측정시료 수용 후 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제(이하 측정대상물 발색제라 칭하기로 한다)가 제공될 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 제어부(130)는 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10b), 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a), 상기 흡광상수 K 및 제1광검출전기신호(b)로부터 상기 측정대상물의 농도인 C'을 추출할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 측정시료에는 상기 기준대상물 이외에 흡광도를 변화시키는 이물질이 포함될 수 있다. 제어부(130)는 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10b)와 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물 발색제에 의해 발색된 상기 측정대상물만을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10b)를 추출할 수 있다. 제어부(130)는 상기 흡광상수 K, 제1광검출전기신호(10b) 및 상기 측정대상물 발색제에 의해 발색된 상기 측정대상물만을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물의 농도인 C'을 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 농도 C'의 추출은 상술한 [수식 4]를 통해 수행될 수 있다. 이를 통하여 상기 농도 C'의 측정의 정확성을 높일 수 있다. 이 경우, [수식 4]에서의 I0'은 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a)에서 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a)의 차이에 대응될 수 있다. It는 제1광검출전기신호(10b)에 대응될 수 있다.
또 다른 예로, 본 기술의 수질측정시스템(100)은 제1시료수용부(140)에 수용된 상기 측정대상물을 전처리하는 전처리부(180)를 더 포함할 수 있다. 전처리부(180)는 제1시료수용부(140)에 산화제를 제공할 수 있도록 마련되는 산화제수용부(182) 및 제1시료수용부(140)에 자외선 또는 열을 제공할 수 있도록 마련되는 촉진부(184)를 포함할 수 있다. 본 기술의 수질측정시스템(100)을 통하여 추출하고자 하는 상기 측정대상물의 상기 농도 C'은 예로서 용매인 물에 포함된 인(P)의 농도인 총인 농도일 수 있다. 총인 농도는 수질의 부영양화 정도를 나타내는 지표로서 수질오염 분석에 활용된다. 이 경우, 용매인 물 속에 존재하는 총인 농도를 정확히 측정하기 위해서는 인산염 형태로 용매인 물에 존재하는 인 이외에 유기화합물 형태로 용매인 물에 존재하는 인을 인산염의 형태로 전처리할 필요가 있다. 이 경우, 상기 산화제로는 유기화합물 형태로 존재하는 상기 인을 가수분해시켜 인산염 형태로 전환하기 위해 과황산칼륨 용액이 예로서 사용될 수 있다. 이 경우, 후술하는 상기 측정대상물 발색제로는 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액이 사용될 수 있다. 일례로, 상기 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액은 몰리브덴산 암모늄 및 아스크로빈산을 각각 따로 제1시료수용부(140)에 제공할 수 있다. 다른 예로, 상기 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액은 몰리브덴산 암모늄 및 아스크로빈산을 혼합한 후 이를 제1시료수용부(140)에 제공할 수도 있다. 인산염은 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액과 반응하여 발색(예로서, 파란색)될 수 있다. 본 기술의 수질측정시스템(100)은 상술한 흡광도(A) 분석을 통해 인산염의 농도를 추출함으로써 용매인 물에 포함된 인(P)의 농도인 총인 농도를 추출할 수 있다. 촉진부(184)는 용매인 물 속에 유기화합물 형태로 존재하는 상기 인이 과황산칼륨과 반응하여 인산염 형태로 전환되는 것을 촉진하는 작용을 수행할 수 있다. 촉진부(184)는 예로서 제1시료수용부(140) 또는 상기 측정대상물에 열을 인가하는 발열체 또는 제1시료수용부(140) 또는 상기 측정대상물에 자외선을 인가하는 자외선 발생부를 포함할 수 있다.
이 경우, 제어부(130)는 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물을 발색시키는 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전에 산화제수용부(182)를 제어하여 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 산화제를 제공한 후 촉진부(184)를 제어하여 제1시료수용부(140)에 상기 자외선 또는 상기 열을 제공함으로써 상기 측정대상물을 전처리할 수 있다. 제어부(130)는 상기 측정대상물이 전처리된 후 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a), 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a), 상기 흡광상수 K 및 제1광검출전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물의 상기 농도 C'을 추출할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 측정시료에는 상기 기준대상물 이외에 흡광도를 변화시키는 이물질이 포함될 수 있다. 제어부(130)는 전처리부(180)를 통해 상기 측정대상물을 전처리 한 후, 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10b)와 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물 발색제에 의해 발색된 상기 측정대상물만을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10b)를 추출할 수 있다. 제어부(130)는 상기 흡광상수 K, 제1광검출전기신호(10b) 및 상기 측정대상물 발색제에 의해 발색된 상기 측정대상물만을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물의 농도인 C'을 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 농도 C'의 추출은 상술한 [수식 4]를 통해 수행될 수 있다. 이를 통하여 상기 농도 C'의 측정의 정확성을 보다 더 높일 수 있다. 이 경우, [수식 4]에서의 I0'은 상기 측정대상물이 전처리된 후 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a)에서 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a)의 차이에 대응될 수 있다. It는 제1광검출전기신호(10b)에 대응될 수 있다.
정리하면, 본 기술은 제어부(130)의 제1제어부(132)를 통하여 제1발광전기신호(10a)의 크기를 제어하여 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 본 기술은 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 따라 다른 값을 가지는 제1발광전기신호(10a)의 상기 크기로부터 제1시료(140a)의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정할 수 있다. 이때, 본 기술의 수질측정시스템(100)은 람베르트-비어 법칙을 활용함으로써 제1시료수용부(140)에 수용되는 미리 정해진 농도인 기준농도 C0를 가지는 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료에 대한 제1발광전기신호(10a) 및 제1시료수용부(140)에 수용되는 농도를 측정하고자 하는 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료에 대한 제1발광전기신호(10a)를 측정하고, 이들에 공통되는 제1광검출전기신호(10b)를 측정하는 것만으로 상기 측정대상물의 농도인 C'를 추출할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 본 기술의 수질측정시스템(100)은 기준농도 C0를 가지는 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료에 대한 제1발광전기신호(10a), 농도를 측정하고자 하는 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료에 대한 제1발광전기신호(10a) 및 제1광검출전기신호(10b)를 통해 상기 측정대상물의 농도인 C'를 추출함으로써 제1광수신부(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다.
도 4에는 제1발광부(110), 제1광수신부(120), 제어부(130), 제1시료수용부(140), 제2발광부(150), 제2광수신부(160) 및 제2시료수용부(170)를 포함하는 수질측정시스템(100a)이 예시되어 있다. 이하 구성요소들 중 도 3과 관련하여 상술한 중복되는 내용은 설명의 편의상 생략하여 서술하기로 한다.
제2발광부(150)는 제2발광전기신호(20a)를 통해 광을 발할 수 있다. 제2발광부(150)으로는 LED가 예로서 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 제2발광부(150)에 제공되는 제2발광전기신호(20a)로서 전류(Iref)가 예시되어 있으나 제2발광부(150)에 제공되는 제2발광전기신호(20a)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2발광부(150)에 제공되는 제2발광전기신호(20a)로서 전류(Iref)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2광수신부(160)는 제2발광부(150)가 발하는 상기 광을 수신하여 제2광검출전기신호(20b)를 생성한다. 제2광수신부(160)로는 실리콘 광배전관(silicon photomultiplier, SiPM)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2광검출전기신호(20b)는 제1설정전기신호(10c)로 작용할 수 있으며, 제2광검출전기신호(20b)는 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다.
제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 기초로 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 제어할 수 있다. 일례로, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1제어부(132)를 통하여 제1광검출전기신호(10b)를 제1설정전기신호(10c)인 제2광검출전기신호(20b)와 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)를 제1설정전기신호(10c)인 제2광검출전기신호(20b)와 같아지도록 제어할 수도 있다.
도 4에는 제1설정전기신호(10c)인 제2광검출전기신호(20b)로서 제2발광부(150)로부터 방사된 후 제2시료수용부(170)를 경유하여 제2광수신부(160)에 도달하여 흡수되는 제2발광부(150)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광수신부(160)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2광검출전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2광검출전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
한편, 제어부(130)는 제2광검출전기신호(20b)와 제2설정전기신호(20c)의 차이를 기초로 제2광검출전기신호(20b)가 상기 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제2설정전기신호(20c)는 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 제2설정전기신호(20c)는 상기 온도의 변화에 관계없이 제2광검출전기신호(20b)가 상기 미리 설정한 값을 가지도록 상기 온도의 변화에 따라 제어부(130)에 의해 그 값이 제어될 수 있다. 도 4에 예로서 도시한 바와 같이, 제2광검출전기신호(20b)를 제1설정전기신호(10c)로 작용하도록 하고, 제2광검출전기신호(20b)와 제2설정전기신호(20c)의 상기 차이를 기초로 한 제어부(130)의 제어를 통하여 제2광검출전기신호(20b)가 상기 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어함으로써 제1광검출전기신호(10b) 및 제2광검출전기신호(20b) 모두 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 미리 설정한 값을 가지도록 할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제어부(130)에 의한 제2설정전기신호(20c)의 제어를 통해 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)에 인가되는 동작전류인 전류(ISS1)와 전류(ISS2)가 온도가 변화하더라도 일정한 값을 가지도록 함으로써 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다.
도 4에는 제2설정전기신호(20c)로서 전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 제2설정전압(20c, Vset)이 예시되어 있으나 제2설정전기신호(20c)는 전류의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2설정전기신호(20c)로서 제2설정전압(20c, Vset)을 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
전압설정부(Voltage Setting)에 의해 제공되는 제2설정전압(20c, Vset)은 전압설정부(Voltage Setting)에 제2설정전압(20c, Vset)을 직접 셋팅하는 방식으로 제공되거나, 전압설정부(Voltage Setting)에 설정을 원하는 제2광검출전기신호(20b)의 값(예로서, 전류값)을 입력하고 이를 제2설정전압(20c, Vset)으로 변환하는 방식을 통하여 제공될 수도 있다. 후술하는 내용과 같이, 제어부(130)는 제2설정전기신호(20c)에 따라 제2광검출전기신호(20b)의 크기를 제어할 수 있다. 제2설정전기신호(20c)는 상기 온도의 변화에 따라 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다.
제2시료수용부(170)는 제2발광부(150) 및 제2광수신부(160) 사이에 마련될 수 있다. 제2발광부(150)가 발하는 상기 광은 제2시료수용부(170)에 수용되는 제2시료(170a)를 통과하여 제2광수신부(160)에 전달된다. 후술하는 바와 같이, 제2시료(170a)는 제1발광부(110) 및 제1광수신부(120) 사이에 마련되는 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)의 농도를 측정함에 있어 기준시료로서 작용할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 도 4에 예로서 도시한 바와 같이, 제어부(130)는 제1제어부(132) 및 제2제어부(134)를 포함할 수 있다.
제1제어부(132)는 제1광검출전기신호(10b)와 도 3의 제1설정전기신호(10c)로서 작용하는 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 비교하는 제1신호비교부(132b) 및 제1신호비교부(132b)의 출력값을 기초로 제1발광전기신호(10a)를 제어하는 제1발광전기신호제어부(132c)를 포함할 수 있다.
제2제어부(134)는 제2설정전기신호(20c)를 제공하는 제2설정전기신호제공부(134a), 제2광검출전기신호(20b)와 제2설정전기신호(20c)의 차이를 비교하는 제2신호비교부(134b) 및 제2신호비교부(134b)의 출력값을 기초로 제2광검출전기신호(20b)가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 미리 설정한 값을 가지도록 제어하는 제2광검출전기신호제어부(134c)를 포함할 수 있다.
제1제어부(132)와 관련하여 도 4에는 제2광검출전기신호(20b)로서 제2발광부(150)로부터 방사된 후 제2시료수용부(170)를 경유하여 제2광수신부(160)에 도달하여 흡수되는 제2발광부(150)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광수신부(160)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2광검출전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2광검출전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2광검출전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압(Vref)으로 출력되어 제1신호비교부(132b)에 인가될 수 있다. 도면에는 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항으로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 출력 센싱저항(RS1)과 동일한 경우가 예시되어 있으나 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항은 다른 저항값을 가질 수도 있다. 또한, 도면에는 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 차동증폭기(Av1)와 동일한 경우가 예로서 표현되어 있으나, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기는 다른 증폭기가 사용될 수도 있다. 또한, 도면에는 제1신호비교부(132b)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제1신호비교부(132b)로서 입력되는 전류의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 사용될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제1신호비교부(132b)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제1신호비교부(132b)는 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 상기 차이를 비교하여 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제1발광전기신호제어부(132c)에 제공할 수 있다. 제1발광전기신호제어부(132c)는 제1신호비교부(132b)의 출력값을 기초로 제1발광전기신호(10a)를 제어할 수 있다. 상술한 과정은 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 상기 차이가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)의 크기를 제어할 수 있다.
도면에는 제1발광전기신호제어부(132c)로서 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 예로서 제1신호비교부(132b)의 상기 출력값에 따라 제1신호비교부(132b)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1발광부(110)에 전류를 제공할 수 있다. 다르게는, 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 예로서 제1신호비교부(132b)의 상기 출력값에 따라 제1신호비교부(132b)가 제공하는 상기 전압에 의해 구동되는 OP앰프(미도시)에 의해 제1발광부(110)에 상기 전류를 제공할 수도 있다. 이 경우, 상기 OP앰프의 입력단(미도시)과 출력단(미도시)에는 저항(미도시)이 연결될 수 있으며, 상기 저항을 통해 상기 OP앰프에 입력되는 입력신호인 제1신호비교부(132b)의 상기 출력값은 소정의 비율로 증폭, 감쇄, 그대로 유지되어 제1발광부(110)에 상기 전류를 제공할 수도 있다. 상기 OP앰프를 활용한 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 통상의 OP앰프 증폭회로가 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제1신호비교부(132b)의 상기 출력값을 기초로 제1발광부(110)에 상기 전류를 제공할 수 있는 한 제1발광전기신호제어부(132c)의 회로구성에는 제한이 없다. 도면에 예로서 도시한 바와 같이, 제1발광전기신호제어부(132c)가 제1발광부(110)에 제공하는 전류는 센싱저항(RS2)과 차동증폭기(Av2)에 의해 전압으로 변환되어 전류감지부(Current Sensing)에 제공되고, 전류감지부(Current Sensing)는 제공되는 전압으로부터 제1발광전기신호제어부(132c)가 제1발광부(110)에 제공하는 제1발광전기신호(10a)인 전류(Iout)를 확인할 수 있다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1제어부(132)를 통하여 제1발광부(110)가 발하는 광에 의한 제1광수신부(120)의 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)로서의 제2발광부(150)가 발하는 광에 의한 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)를 제어할 수 있다. 또한, 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제2발광전기신호(20a)의 크기 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기의 차이로부터 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 이 경우, 제2시료수용부(170)에는 제1시료(140a)의 상기 흡광도 또는 상기 농도 측정의 기준이 되는 제2시료(170a)가 수용될 수 있다. 제2시료(170a)는 예로서 상술한 상기 제1기준시료에서 상기 기준대상물을 제거하여 마련될 수 있다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1제어부(132)의 제1설정전기신호(10c)로서 제2발광부(150)가 발하는 광에 의한 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b)를 활용함으로써 온도변화에 따라 변화되는 제1발광부(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1광검출전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1발광전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있다.
제2제어부(134)와 관련하여 도 4에는 제2광검출전기신호(20b)로서 제2발광부(150)으로부터 방사된 후 제2시료수용부(170)를 경유하여 제2광수신부(160)에 도달하여 흡수되는 제2발광부(140)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광수신부(150)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2광검출전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2광검출전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2광검출전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압(Vref)으로 출력되어 제2신호비교부(134a)에 인가될 수 있다. 도 4에는 제2신호비교부(134b)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 예로서 표현되어 있다. 에러증폭기(Error AMP)로는 예로서 OP앰프가 활용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2신호비교부(134b)로서 입력되는 전류의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)가 사용될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2신호비교부(134b)로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2제어부(134)와 관련하여 도 4에는 제2설정전기신호제공부(134a)의 예로서 전압설정부(Voltage Setting)가 표현되어 있다. 제2설정전기신호제공부(134a)는 제2설정전기신호(20c)로서 제2설정전압(20c, Vset)을 제공할 수 있다. 제2설정전기신호제공부(134a)가 제공하는 제2설정전압(20c, Vset)은 온도의 변화에 따라 가변되도록 제어될 수 있다.
또한, 제2제어부(134)와 관련하여 도 4에는 제2광검출전기신호(20b)로서 제2발광부(150)으로부터 방사된 후 제2시료수용부(170)를 경유하여 제2광수신부(160)에 도달하여 흡수되는 제2발광부(140)의 광의 적어도 일부에 의해 제2광수신부(160)에 흐르는 전류(ISS1)가 예로서 표현되어 있다. 도면에 도시한 바와 달리, 제2광검출전기신호(20b)는 전압의 형태일 수도 있다. 이하 설명의 편의상 제2광검출전기신호(20b)로서 전류(ISS1)를 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
제2신호비교부(134b)는 제2광검출전기신호(20b)와 제2설정전기신호(20c)의 차이를 비교하여 이를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제2광검출전기신호제어부(134c)에 제공할 수 있다.
제2광검출전기신호제어부(134c)는 제2신호비교부(134b)의 출력값을 기초로 제2광검출전기신호(20b)가 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 도면에는 제2광검출전기신호제어부(134c)로서 드라이브증폭기(134c, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(134c, Drive AMP)는 예로서 제2신호비교부(134b)의 상기 출력값에 따라 제2신호비교부(134b)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제2광수신부(160)에 전류(ISS1)를 제공할 수 있다. 다르게는, 드라이브증폭기(134c, Drive AMP)는 예로서 제2신호비교부(134b)의 상기 출력값에 의해 구동되는 OP앰프(미도시)에 의해 제2광수신부(160)에 전류(ISS1)를 제공할 수도 있다. 이 경우, 상기 OP앰프의 입력단(미도시)과 출력단(미도시)에는 저항(미도시)이 연결될 수 있으며, 상기 저항을 통해 상기 OP앰프에 입력되는 입력신호인 제2신호비교부(134b)의 상기 출력값은 소정의 비율로 증폭, 감쇄, 그대로 유지되어 제2광수신부(160)에 전류(ISS1)를 제공할 수도 있다. 상기 OP앰프를 활용한 드라이브증폭기(134c, Drive AMP)는 통상의 OP앰프 증폭회로가 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제2신호비교부(134b)의 상기 출력값을 기초로 제2광검출전기신호(20b)가 온도의 변화에 관계없이 상기 미리 설정한 값을 가지도록 제어할 수 있는 한 제2광검출전기신호제어부(134c)의 회로구성에는 제한이 없다. 도면에 예로서 도시한 바와 같이, 제2광검출전기신호제어부(134c)가 제2광수신부(160)에 제공하는 전류(ISS1)는 센싱저항(RS1)과 차동증폭기(Av1)에 의해 전압으로 변환되어 제2신호비교부(134b)에 제공될 수 있다. 제2설정전기신호제공부(134a)가 온도의 변화에 따라 가변되는 제2설정전압(20c, Vset)을 제공함으로써 제2광검출전기신호제어부(134c)가 제2광수신부(160)에 제공하는 전류(ISS1)는 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어될 수 있다. 상술한 과정은 예로서 제2광검출전기신호(20b)와 제2설정전기신호(20c)의 상기 차이가 실질적으로 0이 될 때까지 반복될 수 있으며, 이를 통하여 제어부(130) 즉, 제2제어부(134)는 제2광검출전기신호(20b)의 크기를 제어할 수 있다.
제2광검출전기신호제어부(134c)가 제2광수신부(160)에 제공하는 제2광검출전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 제1광수신부(160)에 제공하는 전류(ISS2)로도 인가되는 바, 제2제어부(134)를 통해 제1광검출전기신호(10b)의 크기 역시 제어할 수 있다. 이 경우, 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)는 같아지게 된다. 다시 말하면, 제2설정전기신호(20c)인 제2설정전압(20c, Vset)은 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각에 인가되는 동작전류를 제어할 수 있다. 제2설정전기신호제공부(134a)가 제공하는 제2설정전압(20c, Vset)을 온도의 변화에 따라 가변되도록 제어함으로써 제2제어부(134)는 온도변화에 상관없이 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각의 이득 또는 제1광검출전기신호(10b) 및 제2광검출전기신호(20b)를 일정하게 유지할 수 있다.
제1광검출전기신호(10b)는 상술한 바와 같이 제1제어부(132)에 의한 제1발광부(110)의 제1발광전기신호(10a)의 조절을 통해 크기가 조절될 수 있다. 일례로, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1제어부(132)를 통하여 제1광검출전기신호(10b)를 제1설정전기신호(10c)인 제2광검출전기신호(20b)와 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)를 제1설정전기신호(10c)인 제2광검출전기신호(20b)와 같아지도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 제1발광부(110), 제1광수신부(120) 및 제1시료수용부(140)의 전기적 특성, 구조, 배치 등을 제2발광부(150), 제2광수신부(160) 및 제2시료수용부(170)의 전기적 특성, 구조, 배치 등을 서로 동일 조건으로 마련할 경우 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a) 역시 서로 같아지도록 제어할 수 있다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제2제어부(134)에 의한 제2설정전기신호(20c)의 제어를 통해 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각에 인가되는 상기 동작전류을 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1광검출전기신호(10b) 및 제2광검출전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하여 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 기술에서 개시하는 수질측정시스템(100a)의 동작을 도 2의 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로의 동작 및 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)과 비교하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
설명에 앞서, 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)에 대한 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)의 차이점은 다음과 같다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)에 제2발광부(150), 제2광수신부(160) 및 제2시료수용부(170)를 추가하고 제1설정전기신호(10c)로서 제2발광부(150)가 발하는 광에 의한 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b)를 활용하고 있다. 또한, 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제2발광전기신호(20a)의 크기 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기의 차이로부터 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 이러한 차이점에 의해 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 온도변화에 따라 변화되는 제1발광부(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1광검출전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1발광전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있는 차별화된 효과를 추가적으로 제공해 줄 수 있다.
도 2에 예로서 도시한 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로는 전류원(Constant Current Source)으로부터 미리 정해진 크기로 제공되는 전류(Iref)에 의해 발광하는 발광부(A)가 발하는 광의 적어도 일부를 광수신부(B)가 수신하여 이를 광전류(ISS)로 변환하는 구성을 취한다. 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로는 발광부(A)와 광수신부(B) 사이에 흡광도 또는 농도를 측정하기 위한 시료(C)를 놓고, 발광부(A)가 제공하는 광량과 광수신부(B)가 수신하여 변환하는 광전류(ISS)의 크기 비교를 통하여 시료(C)의 흡광도 또는 농도를 측정한다는 점은 앞서 상술한 바와 같다. 또한, 앞서 상술한 바와 같이, 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로는 시료(C)의 흡광도 또는 농도의 변화에 따라 발광부(A)에 의해 광수신부(B)가 수신하는 투과광의 광량이 큰 편차를 가지며 이로 인해 광수신부(B)가 감지할 수 있는 동적 영역 및 분해능이 달라지는 문제가 발생한다.
도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)은 제어부(130) 즉, 제1제어부(132)의 제어를 통하여 제1발광부(110)와 제1광수신부(120) 사이의 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제1발광전기신호(10a)의 크기를 제어할 수 있다. 이를 통해 제1광수신부(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다는 점은 앞서 상술한 바와 같다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제어부(130) 즉, 제1제어부(132)를 통해 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호제공부(132a)가 제공하는 제1설정전기신호(10c)의 차이를 비교하여 제1발광전기신호(10a)의 출력값을 제어하는 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)과 달리, 제1제어부(132)를 통하여 제1발광부(110)가 발하는 광에 의한 제1광수신부(120)의 제1광검출전기신호(10b)와 제1설정전기신호(10c)로서 제2발광부(150)가 발하는 광에 의한 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)를 원하는 값으로 제어할 수 있다. 일례로, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1제어부(132)를 통하여 제1광검출전기신호(10b)를 제1설정전기신호(10c)인 제2광검출전기신호(20b)와 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)를 제1설정전기신호(10c)인 제2광검출전기신호(20b)와 같아지도록 제어할 수도 있다. 이를 통해 제1광수신부(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있어 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다. 이와 함께, 도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1설정전기신호(10c)로서 제2발광부(150)가 발하는 광에 의한 제2광수신부(160)의 제2광검출전기신호(20b)를 사용함으로써 온도변화에 따라 변화되는 제1발광부(110)의 파라미터 특성 변화에 따라 제1광검출전기신호(10b)가 온도변화에 따라 변화함에 따라 제1발광전기신호(10a)의 크기가 변화되는 것을 자동으로 보정할 수 있다.
도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)이 도 3에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100)과 달리 온도변화에 따른 제1발광전기신호(10a)의 변화를 자동으로 보정할 수 있는 점을 예로서 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
이하 설명의 편의상 제1발광부(110), 제1광수신부(120) 및 제1시료수용부(140)를 측정회로라 칭하고, 제2발광부(150), 제2광수신부(160) 및 제2시료수용부(170)를 기준회로라 칭하기로 한다. 상기 측정회로의 제1시료수용부(140)에는 제1시료(140a)가 마련되고, 상기 기준회로의 제2시료수용부(170)에는 제2시료(170a)가 마련될 수 있다.
제1광수신부(120)는 예로서 실리콘 광배전관(SiPM)이 사용될 수 있고, 제2광수신부(150)는 예로서 실리콘 광배전관(SiPM)이 사용될 수 있다.
일례로, 제1발광부(110) 및 제2발광부(150)는 동일한 특성의 광을 발할 수 있다. 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)는 전기적 특성이 동일할 수 있다. 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각의 양단에는 동일한 동작전류가 인가될 수 있다. 제1발광부(110) 및 제1광수신부(120) 사이의 간격과 제2발광부(150) 및 제2광수신부(160) 사이의 간격은 서로 동일할 수 있다. 제1발광부(110) 또는 제1광수신부(120)를 기준으로 한 제1시료수용부(140)의 위치 및 제2발광부(150) 또는 제2광수신부(160)를 기준으로 한 제2시료수용부(170)의 위치는 서로 동일하거나 서로 대응될 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광이 제1시료(140a)를 투과하는 거리와 제2발광부(150)가 발하는 상기 광이 제2시료(170a)를 투과하는 거리는 서로 동일할 수 있다.
제어부(130) 즉, 제1제어부(132)는 제1광검출전기신호(10b)의 크기가 제2광검출전기신호(20b)의 크기와 동일하게 되도록 제1발광전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 입력값으로 하는 제1신호비교부(132b)를 포함할 수 있다. 제1신호비교부(132b)는 예로서 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 에러증폭기(Error AMP)일 수 있다. 제1신호비교부(132b)는 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 상기 차이를 비교하여 이를 그대로 또는 미리 정해진 방식에 따라 증폭하거나 감쇄하여 제1발광전기신호제어부(132c)에 제공할 수 있다. 제1발광전기신호제어부(132c)는 제1신호비교부(132b)가 제공하는 신호를 제1발광부(110)의 제1발광전기신호(10a)인 전류(Iout)로 변환할 수 있다. 제1발광전기신호제어부(132c)는 예로서 드라이브증폭기(Drive AMP)일 수 있다. 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 예로서 제1신호비교부(132b)의 출력값에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1발광부(110)에 전류(Iout)를 제공할 수 있다. 다르게는, 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 예로서 제1신호비교부(132b)의 상기 출력값에 의해 구동되는 OP앰프(미도시)에 의해 제1발광부(110)에 전류(Iout)를 제공할 수도 있다. 이 경우, 상기 OP앰프의 입력단(미도시)과 출력단(미도시)에는 저항(미도시)이 연결될 수 있으며, 상기 저항을 통해 상기 OP앰프에 입력되는 입력신호인 제1신호비교부(132b)의 상기 출력값은 소정의 비율로 증폭, 감쇄, 그대로 유지되어 제1발광부(110)에 전류(Iout)를 제공할 수도 있다. 상기 OP앰프를 활용한 드라이브증폭기(132c, Drive AMP)는 통상의 OP앰프 증폭회로가 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제1신호비교부(132b)의 상기 출력값을 기초로 제1발광부(110)에 전류(Iout)를 제공할 수 있는 한 제1발광전기신호제어부(132c)의 회로구성에는 제한이 없다.
전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 저항으로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 저항(RS1)과 동일한 저항을 사용하고, 전류(ISS1)를 전압(Vref)으로 출력하기 위한 증폭기로서 전류(ISS2)를 전압(Vout)으로 출력하기 위한 차동증폭기(Av1)와 동일한 증폭기를 사용한 경우를 가정하자. 이때, 상기 측정회로의 제1시료수용부(140) 및 상기 기준회로의 제2시료수용부(170) 각각에 제1시료(140a) 및 제2시료(170a)가 수용되기 전이거나 동일한 시료가 수용된 경우라면, 제2광검출전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 제1광검출전기신호(10b)인 전류(ISS2)와 동일하게 된다. 제2광검출전기신호(20b)인 전류(ISS1)는 제2발광전기신호(20a)를 수신하여 광을 발하는 제2발광부(150)에 의해 생성되므로 결과적으로 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)는 상기 기준회로의 제2발광전기신호(20a)와 동일하게 된다. 이를 통하여 도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 온도변화에 따른 제1광수신부(120)의 특성변화에 상관없이 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)를 상기 기준회로의 제2발광전기신호(20a)와 동일하게 유지할 수 있다. 즉, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제어부(130)의 제1제어부(132)를 통해 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 상기 차이를 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어함으로써 온도변화에 따른 제1발광부(110)의 파라미터의 특성변화에 상관없이 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)가 상기 기준회로의 제2발광전기신호(20a)와 동일하게 유지되도록 자동 보정할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 제2제어부(134)는 제2광검출전기신호(20b)와 제2설정전기신호(20c)의 차이를 기초로 제2광검출전기신호(20b)가 상기 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제2설정전기신호(20c)는 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 제2설정전기신호(20c)는 상기 온도의 변화에 관계없이 제2광검출전기신호(20b)가 상기 미리 설정한 값을 가지도록 상기 온도의 변화에 따라 제어부(130)에 의해 그 값이 제어될 수 있다. 제1광검출전기신호(10b)인 전류(ISS2)는 제2광검출전기신호(20b)인 전류(ISS1)과 동일한 값을 가질 수 있으며, 이 경우, 제1광검출전기신호(10b)인 전류(ISS2)는 제2광검출전기신호(20b)인 전류(ISS1) 모두 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가질 수 있다. 이를 통하여 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)와 상기 기준회로의 제2발광전기신호(20a)가 온도의 변화에 관계없이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다. 동시에 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)와 상기 기준회로의 제2발광전기신호(20a) 역시 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 할 수 있다.
상기 측정회로의 제1시료수용부(140) 및 상기 기준회로의 제2시료수용부(170) 각각에 서로 동일한 시료인 제1시료(140a) 및 제2시료(170a)가 수용된 경우라면, 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)와 상기 기준회로의 제2발광전기신호(20a)는 온도의 변화에 관계없이 서로 동일한 값을 가지며, 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)와 상기 기준회로의 제2발광전기신호(20a) 역시 온도의 변화에 관계없이 서로 동일한 값을 가질 수 있다.
이후, 상기 측정회로의 제1시료수용부(140)에 광흡수체가 상기 시료에 분산 또는 용해되어 마련되면, 제1발광부(110)가 방사하는 광의 적어도 일부는 상기 광흡수체에 흡수되어 제1광수신부(120)에 도달하는 광량은 상기 광흡수체가 마련되기 전에 비하여 줄어들게 된다. 제1광수신부(120)에 도달하는 광량의 감소는 제1광검출전기신호(10b)의 감소를 야기할 수 있다. 이후, 제1제어부(132)의 제1신호비교부(132b)는 제2광검출전기신호(20b)의 크기 대비 제1광검출전기신호(10b)의 크기의 차이를 판별하고, 상기 차이를 그대로 또는 증폭하여 제1발광전기신호제어부(132c)에 제공할 수 있다. 제1발광전기신호제어부(132c)는 제1발광전기신호(10a)의 출력값을 증가시켜 제1발광부(110)가 발하는 광량을 증가시킬 수 있다. 상술한 과정은 제2광검출전기신호(20b)의 크기 대비 제1광검출전기신호(10b)의 크기의 상기 차이가 실질적으로 0이 될 때까지 반복되며, 이를 통하여 제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)의 크기가 제2광검출전기신호(20b)의 크기와 같아지도록 제1발광전기신호(10a)의 출력값을 제어할 수 있다.
도 4에서 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1발광전기신호(10a)의 출력값으로부터 상기 광흡수체의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1발광전기신호(10a)의 출력값 대비 제2발광전기신호(20a)의 크기로부터 온도변화에 따른 제1광수신부(120)의 특성변화에 상관없이 상기 광흡수체의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다.
다시 말하면, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제어부(130)의 제1제어부(132)를 통하여 제1발광전기신호(10a)의 크기를 제어하여 상기 광흡수체의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이 경우, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1설정전기신호(10c)로서 제2발광전기신호(20b)에 의해 출력이 제어되는 제2광검출전기신호(20b)를 활용하고, 제어부(130)의 제1제어부(132)를 통해 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 비교한 후 제1발광부(110)에 인가되는 제1발광전기신호(10a)를 제어함으로써 제1발광전기신호(10a)의 출력값 대비 제2발광전기신호(20a)의 크기로부터 온도변화에 따른 제1광수신부(120)의 특성변화에 상관없이 상기 광흡수체의 흡광도 또는 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해, 제1광수신부(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지고, 온도변화에 따라 광전류(ISS2)의 크기가 변화하더라도 본 기술을 통할 경우에 상기 광흡수체의 흡광도 또는 농도 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있고, 온도변화에 따른 제1발광부(110), 제1광수신부(120)의 특성변화로 인한 오차는 자동보정 될 수 있어 상기 광흡수체의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다.
결과적으로 본 기술의 수질측정시스템(100a)를 활용할 경우, 상기 기준회로의 제2광수신부(160)가 감지할 수 있는 최소의 광량을 제2발광부(150)가 발할 수 있는 수준으로 제2발광전기신호(20a)의 크기를 정하면 높은 분해능을 가지며, 상기 측정회로의 제1발광전기신호(10a)의 크기를 상기 광흡수체의 흡광도 또는 농도에 따라 제1발광부(110)의 최대 구동 전류영역까지 사용함으로써 도 2의 일반적인 광학식 센서의 흡광도 측정회로 대비 동적영역이 확대되거나 동적영역을 최대로 활용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하 도 4에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100a)을 활용하여 본 기술의 수질측정시스템(100a)이 제1시료수용부(140)에 수용되는 측정시료 내의 측정대상물의 농도 C'을 추출하는 과정을 설명하기로 한다. 본 기술의 수질측정시스템(100a)을 통한 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 방법으로는 예로서 람베르트-비어(Lambert-Beer Law) 법칙을 활용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 람베르트-비어 법칙을 활용하여 본 기술의 수질측정시스템(100a)을 통해 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 방법을 설명하기로 한다. 한편, 후술하는 내용은 예로서 다음의 조건 하에서 서술된다고 가정하자. 물론 다음의 조건은 설명의 편의상 제시한 것이며, 본 기술은 일반적으로 적용될 수 있음을 자명하다 할 것이다. 조건은 예로서 다음과 같다. 제1발광부(110) 및 제2발광부(150)는 동일한 특성의 광을 발할 수 있다. 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)는 전기적 특성이 동일할 수 있다. 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각의 양단에는 동일한 동작전류가 인가될 수 있다. 제1발광부(110) 및 제1광수신부(120) 사이의 간격과 제2발광부(150) 및 제2광수신부(160) 사이의 간격은 서로 동일할 수 있다. 제1발광부(110) 또는 제1광수신부(120)를 기준으로 한 제1시료수용부(140)의 위치 및 제2발광부(150) 또는 제2광수신부(160)를 기준으로 한 제2시료수용부(170)의 위치는 서로 동일하거나 서로 대응될 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광이 제1시료(140a)를 투과하는 거리와 제2발광부(150)가 발하는 상기 광이 제2시료(170a)를 투과하는 거리는 서로 동일할 수 있다. 또 한편, 본 기술의 수질측정시스템(100a)을 활용하여 상기 농도를 추출할 수 있는 상기 측정대상물은 예로서 용매인 물 속에 용해된 용질인 인(P)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 내용에서 사용되는 용어는 앞서 도 3과 관련한 상세한 설명에서 사용한 용어에 대응됨을 밝혀둔다.
제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 미리 정해진 농도인 기준농도 C0를 가지는 기준대상물을 포함하는 제1기준시료가 수용될 수 있다. 제어부(130)에 의해 제2시료수용부(170)에는 제2기준시료가 수용될 수 있다. 이 경우, 상기 제2기준시료는 상기 기준대상물이 제거된 상기 제1기준시료와 동일할 수 있다. 제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 기초로 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b) 모두 소정의 값을 가지도록 제어할 수 있다. 상기 기준대상물은 예로서 인(P)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1기준시료는 예로서 상기 기준대상물인 인이 용해된 물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제인 기준대상물 발색제가 제공될 수 있다. 상기 기준대상물 발색제는 예로서 상기 기준대상물의 예인 물에 용해된 인(P)을 발색시키는 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액일 수 있으나 상기 기준대상물의 종류에 대응되어 다른 발색제가 사용될 수도 있음은 자명하다 할 것이다. 일례로, 상기 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액은 몰리브덴산 암모늄 및 아스크로빈산을 각각 따로 제1시료수용부(140)에 제공할 수 있다. 다른 예로, 상기 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액은 몰리브덴산 암모늄 및 아스크로빈산을 혼합한 후 이를 제1시료수용부(140)에 제공할 수도 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수될 수 있다. 제어부(130)는 상기 제1기준시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 기준대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a), 상기 제1기준시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 기준대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a), 상기 기준대상물의 상기 기준농도인 C0 및 제1광검출전기신호(10b)로부터 흡광상수 K를 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 흡광상수인 K의 추출은 상술한 [수식 2]를 통해 수행될 수 있다. 이 경우, [수식 2]에서의 I0는 제1시료수용부(140)에 상기 기준대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a)에 대한 제1시료수용부(140)에 상기 기준대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a)의 차이에 대응될 수 있다. It는 제1광검출전기신호(10b)에 대응될 수 있다. C0는상기 기준대상물의 상기 기준농도에 대응될 수 있다.
일례로, 상기 흡광상수 K 추출 후 제어부(130)에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 기준대상물 발색제는 외부로 배출되며, 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용될 수 있다. 상기 측정시료 수용 후 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제인 측정대상물 발색제가 수용될 수 있다. 상기 측정대상물은 상기 기준대상물과 동일한 종류의 물질이 사용될 수 있으며, 상기 측정대상물 발색제는 상기 기준대상물 발색제와 동일한 종류의 발색제일 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 제어부(130)는 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a), 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a), 상기 흡광상수 K 및 제1광검출전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물의 상기 농도 C'을 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 농도 C'의 추출은 상술한 [수식 4]를 통해 수행될 수 있다. 이 경우, [수식 4]에서의 I0'은 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a)에서 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a)의 차이에 대응될 수 있다. It는 제1광검출전기신호(10b)에 대응될 수 있다.
다른 예로, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1시료수용부(140)에 수용된 상기 측정대상물을 전처리하는 전처리부(180)를 더 포함할 수 있다. 전처리부(180)는 제1시료수용부(140)에 산화제를 제공할 수 있도록 마련되는 산화제수용부(182) 및 제1시료수용부(184)에 자외선 또는 열을 제공할 수 있도록 마련되는 촉진부(184)를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물을 발색시키는 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전에 산화제수용부(182)를 제어하여 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 산화제를 제공한 후 촉진부(184)를 제어하여 제1시료수용부(140)에 상기 자외선 또는 상기 열을 제공함으로써 상기 측정대상물을 전처리할 수 있다. 제어부(130)는 상기 측정대상물이 전처리된 후 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a), 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a), 상기 흡광상수 K 및 제1광검출전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물의 상기 농도 C'을 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 농도 C'의 추출은 상술한 [수식 4]를 통해 수행될 수 있다. 이 경우, [수식 4]에서의 I0'은 상기 측정대상물이 전처리된 후 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a)에서 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공되기 전의 제1발광전기신호(10a)의 차이에 대응될 수 있다. It는 제1광검출전기신호(10b)에 대응될 수 있다.
정리하면, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제어부(130)의 제1제어부(132)를 통하여 제1발광전기신호(10a)의 크기를 제어하여 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 또한, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제어부(130)의 제2제어부(134)에 의한 제2설정전기신호(20c)의 제어를 통해 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각에 인가되는 상기 동작전류을 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1광검출전기신호(10b) 및 제2광검출전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하여 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다. 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 따라 다른 값을 가지는 제1발광전기신호(10a)의 상기 크기로부터 제1시료(140a)의 상기 흡광도 또는 상기 농도를 측정할 수 있다. 이때, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 람베르트-비어 법칙을 활용함으로써 제1시료수용부(140)에 수용되는 미리 정해진 농도인 기준농도 C0를 가지는 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a) 및 제1시료수용부(140)에 수용되는 농도를 측정하고자 하는 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a)를 측정하고, 이들에 공통되는 제1광검출전기신호(10b)를 측정하는 것만으로 상기 측정대상물의 농도인 C'를 추출할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 본 기술의 수질측정시스템(100)은 기준농도 C0를 가지는 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a), 농도를 측정하고자 하는 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a) 및 제1광검출전기신호(10b)를 통해 상기 측정대상물의 농도인 C'를 추출함으로써 제1광수신부(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있고, 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)의 광검출 이득을 일정하게 유지할 수 있어 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다.
도 5에는 제1발광부(110), 제1광수신부(120), 제어부(130), 제1시료수용부(140), 제2발광부(150), 제2광수신부(160) 및 제2시료수용부(170)를 포함하는 수질측정시스템(100b)이 예시되어 있다. 도 5에는 제3제어부(136)을 더 포함하는 제어부(130)가 예시되어 있다. 이하 구성요소들 중 도 3 및 도 4와 관련하여 상술한 중복되는 내용은 설명의 편의상 생략하여 서술하기로 한다.
제3제어부(136)는 옵셋전기신호(30)를 제공하는 옵셋전기신호제공부(136a), 제2광검출전기신호제어부(134c)의 출력값에 옵셋전기신호(30)에 기초한 제1옵셋신호를 더하는 제1합산기(136b) 및 제1합산기(136b)의 출력값을 기초로 제1광검출전기신호(10b)를 조절하는 제1옵셋제어부(136c)를 포함할 수 있다.
도 5에는 옵셋전기신호제공부(136a)로서 옵셋전압제공부(Offset Voltage)가 예로서 표현되어 있고, 옵셋전기신호(30)로서 상기 옵셋전압제공부가 제공하는 옵셋전압이 예시되어 있으나 옵셋전기신호제공부(136a)로서 옵셋전류제공부(Offset Current)가 사용될 수 있고, 옵셋전기신호(30)로서 옵셋전류가 사용될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 옵셋전기신호제공부(136a)로서 상기 옵셋전압제공부(Offset Voltage), 옵셋전기신호(30)로서 상기 옵셋전압을 활용하여 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
도 5에는 제1합산기(136b)로서 OP AMP와 저항을 활용한 경우가 예로서 표현되어 있으나, 제2광검출전기신호제어부(134c)의 상기 출력값에 옵셋전기신호(30)에 기초한 상기 제1옵셋신호를 더할 수 있는 한 제1합산기(136b)의 회로구성에는 제한이 없다.
도 5에는 제1옵셋제어부(136c)로서 제1합산기(136b)의 상기 출력값에 따라 구동되는 드라이브증폭기(136c, Drive AMP)가 예로서 표현되어 있다. 드라이브증폭기(136c, Drive AMP)는 예로서 제1합산기(136b)의 상기 출력값에 따라 제1합산기(136b)가 제공하는 전압에 의해 구동되는 전압제어저항(Voltage Controlled Register, VCR, 미도시)에 의해 제1광검출전기신호(10b)를 조절할 수 있다. 다르게는, 드라이브증폭기(136c, Drive AMP)는 예로서 제1합산기(136b)의 상기 출력값에 의해 구동되는 OP앰프(미도시)에 의해 제1광검출전기신호(10b)를 조절할 수도 있다. 이 경우, 상기 OP앰프의 입력단(미도시)과 출력단(미도시)에는 저항(미도시)이 연결될 수 있으며, 상기 저항을 통해 상기 OP앰프에 입력되는 입력신호인 제1합산기(136b)의 상기 출력값은 소정의 비율로 증폭, 감쇄, 그대로 유지되어 제1광검출전기신호(10b)를 조절할 수도 있다. 상기 OP앰프를 활용한 드라이브증폭기(136c, Drive AMP)는 통상의 OP앰프 증폭회로가 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제1합산기(136b)의 상기 출력값을 기초로 제1광검출전기신호(10b)를 조절할 수 있는 한 제1옵셋제어부(136c)의 회로구성에는 제한이 없다.
도 5에 예로서 도시한 제3제어부(136)를 통해 제1광검출전기신호(10b) 및 제2광검출전기신호(10b)의 크기를 조절할 수 있다. 제3제어부(136)를 통해 제1광검출전기신호(10b)의 크기를 조절할 수 있고, 이를 통해 제1발광전기신호(10a)의 크기를 조절할 수 있다. 예로서, 제1발광전기신호(10a)의 크기와 제2발광전기신호(20a)의 크기를 동일한 값으로 조절할 필요가 있을 경우 제3제어부(136)를 통한 제1광검출전기신호(10b)의 크기 조절을 통해 제1발광전기신호(10a)의 상기 크기와 제2발광전기신호(20a)의 상기 크기를 동일한 값으로 조절할 수 있다.
이하 도 5에 예로서 도시한 본 기술의 수질측정시스템(100b)을 활용하여 본 기술의 수질측정시스템(100b)이 제1시료수용부(140)에 수용되는 측정시료 내의 측정대상물의 농도 C'을 추출하는 과정을 설명하기로 한다. 본 기술의 수질측정시스템(100b)을 통한 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 방법으로는 예로서 람베르트-비어(Lambert-Beer Law) 법칙을 활용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 람베르트-비어 법칙을 활용하여 본 기술의 수질측정시스템(100b)을 통해 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 방법을 설명하기로 한다. 한편, 후술하는 내용은 예로서 다음의 조건 하에서 서술된다고 가정하자. 물론 다음의 조건은 설명의 편의상 제시한 것이며, 본 기술은 일반적으로 적용될 수 있음을 자명하다 할 것이다. 조건은 예로서 다음과 같다. 제1발광부(110) 및 제2발광부(150)는 동일한 특성의 광을 발할 수 있다. 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)는 전기적 특성이 동일할 수 있다. 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각의 양단에는 동일한 동작전류가 인가될 수 있다. 제1발광부(110) 및 제1광수신부(120) 사이의 간격과 제2발광부(150) 및 제2광수신부(160) 사이의 간격은 서로 동일할 수 있다. 제1발광부(110) 또는 제1광수신부(120)를 기준으로 한 제1시료수용부(140)의 위치 및 제2발광부(150) 또는 제2광수신부(160)를 기준으로 한 제2시료수용부(170)의 위치는 서로 동일하거나 서로 대응될 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광이 제1시료(140a)를 투과하는 거리와 제2발광부(150)가 발하는 상기 광이 제2시료(170a)를 투과하는 거리는 서로 동일할 수 있다. 또 한편, 본 기술의 수질측정시스템(100a)을 활용하여 상기 농도를 추출할 수 있는 상기 측정대상물은 예로서 용매인 물 속에 용해된 용질인 인(P)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 내용에서 사용되는 용어는 앞서 도 3 및 도 4와 관련한 상세한 설명에서 사용한 용어에 대응됨을 밝혀둔다.
제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 미리 정해진 농도인 기준농도 C0를 가지는 기준대상물을 포함하는 제1기준시료가 수용될 수 있다. 제어부(130)에 의해 제2시료수용부(170)에는 제2기준시료가 수용될 수 있다. 이 경우, 상기 제2기준시료는 상기 기준대상물이 제거된 상기 제1기준시료와 동일할 수 있다. 제어부(130)는 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)의 차이를 기초로 제1발광전기신호(10a)를 제어하여 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b) 모두 상기 소정의 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 옵셋전기신호(30)를 조절하여 제1발광전기신호(10a)가 제2발광전기신호(20a)와 동일한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 상기 기준대상물은 예로서 인(P)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1기준시료는 예로서 상기 기준대상물인 인이 용해된 물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제인 기준대상물 발색제가 제공될 수 있다. 상기 기준대상물 발색제는 예로서 상기 기준대상물의 예인 물에 용해된 인(P)을 발색시키는 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액일 수 있으나 상기 기준대상물의 종류에 대응되어 다른 발색제가 사용될 수도 있음은 자명하다 할 것이다. 일례로, 상기 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액은 몰리브덴산 암모늄 및 아스크로빈산을 각각 따로 제1시료수용부(140)에 제공할 수 있다. 다른 예로, 상기 몰리브덴산 암모늄-아스크로빈산 혼합액은 몰리브덴산 암모늄 및 아스크로빈산을 혼합한 후 이를 제1시료수용부(140)에 제공할 수도 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수될 수 있다. 제어부(130)는 제2발광전기신호(20a), 상기 제1기준시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 기준대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a), 상기 기준대상물의 상기 기준농도인 C0 및 제1광검출전기신호(10b)로부터 흡광상수 K를 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 흡광상수인 K의 추출은 상술한 [수식 2]를 통해 수행될 수 있다. 이 경우, [수식 2]에서의 I0는 제1시료수용부(140)에 상기 기준대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a)에 대한 제2발광전기신호(20a)의 차이에 대응될 수 있다. It는 제1광검출전기신호(10b)에 대응될 수 있다. C0는상기 기준대상물의 상기 기준농도에 대응될 수 있다.
상기 흡광상수 K 추출 후 제어부(130)에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 기준대상물 발색제는 외부로 배출되며, 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용될 수 있다. 수질측정시스템(100b)는 제1시료수용부(140)에 수용된 상기 측정대상물을 전처리하는 전처리부(180)를 더 포함할 수 있다. 전처리부(180)는 제1시료수용부(140)에 산화제를 제공할 수 있도록 마련되는 산화제수용부(182) 및 제1시료수용부(140)에 자외선 또는 열을 제공할 수 있도록 마련되는 촉진부(184)를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 산화제수용부(182)를 제어하여 상기 측정시료가 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 산화제를 제공한 후 촉진부(184)를 제어하여 제1시료수용부(140)에 상기 자외선 또는 상기 열을 제공함으로써 상기 측정대상물을 전처리할 수 있다. 제어부(130)는 옵셋전기신호(30)를 추가적으로 조절하여 제1발광전기신호(10a)가 제2발광전기신호(20a)와 동일한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이후 제어부(130)에 의해 제1시료수용부(140)에는 전처리된 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제인 측정대상물 발색제가 제공될 수 있다. 상기 측정대상물은 상기 기준대상물과 동일한 종류의 물질이 사용될 수 있으며, 상기 측정대상물 발색제는 상기 기준대상물 발색제와 동일한 종류의 발색제일 수 있다. 제1발광부(110)가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수될 수 있다. 제어부(130)는 제2발광전기신호(20a), 전처리된 상기 측정대상물이 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a), 상기 흡광상수 K 및 제1광검출전기신호(10b)로부터 상기 측정대상물의 상기 농도 C'을 추출할 수 있다. 제어부(130)에 의한 상기 농도 C'의 추출은 상술한 [수식 4]를 통해 수행될 수 있다. 이 경우, [수식 4]에서의 I0'은 전처리된 상기 측정대상물이 수용된 제1시료수용부(140)에 상기 측정대상물 발색제가 제공된 후의 제1발광전기신호(10a)에 대한 제2발광전기신호(20a)의 차이에 대응될 수 있다. It는 제1광검출전기신호(10b)에 대응될 수 있다.
정리하면, 본 기술의 수질측정시스템(100b)은 제어부(130)의 제1제어부(132)를 통하여 제1발광전기신호(10a)의 크기를 제어하여 제1시료수용부(140)에 수용되는 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도의 변화에 관계없이 제1광검출전기신호(10b)가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다. 또한, 본 기술의 수질측정시스템(100a)은 제어부(130)의 제2제어부(134)에 의한 제2설정전기신호(20c)의 제어를 통해 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160) 각각에 인가되는 상기 동작전류을 제어함으로써 온도가 변화하더라도 제1광검출전기신호(10b) 및 제2광검출전기신호(20b)가 일정한 값을 가지도록 하여 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)의 광검출 이득이 일정한 값을 가지도록 할 수 있다. 또한, 본 기술의 수질측정시스템(100b)은 제3제어부(136)가 제공하는 옵셋전기신호(30)를 통해 상기 흡광상수 K 측정전 또는 상기 측정대상물의 농도 C' 측정전에 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)를 동일한 값으로 설정하고, 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a)를 동일한 값으로 설정한 후 제1시료수용부(140)에 상기 제1기준시료를 수용한 후 상기 제1기준시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a)의 상호 비교 또는 제1시료수용부(140)에 상기 측정시료를 수용한 후 상기 측정시료에 대응되는 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a)의 상호 비교함으로써 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a)의 상호 비교만으로 상기 흡광상수 K, 상기 측정대상물의 상기 농도 C'을 측정할 수 있다. 이를 통해, 본 기술의 수질측정시스템(100b)은 제1광수신부(120)로 주로 사용되는 포토다이오드가 수신되는 광량 대비 변환하여 출력하는 광전류(ISS2)의 크기의 비가 비선형성 및 포화특성을 가지더라도 본 기술을 통할 경우에 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 대비 제1발광전기신호(10a)의 크기는 선형성을 유지할 수 있고, 제1광수신부(120) 및 제2광수신부(160)의 광검출 이득을 일정하게 유지할 수 있어 제1시료(140a)의 흡광도 또는 농도 측정의 정확성을 높일 수 있다. 또한, 본 기술의 수질측정시스템(100b)은 옵셋전기신호(30)를 통해 상기 흡광상수 K 측정전 또는 상기 측정대상물의 농도 C' 측정전에 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b)를 동일한 값으로 설정하고, 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a)를 동일한 값으로 설정할 수 있어 본 기술의 수질측정시스템(100b)에 사용되는 제1발광부(110)와 제2발광부(150) 사이의 특성 차이, 제1광수신부(120)와 제2광수신부(160) 사이의 특성 차이, 제1시료수용부(140)와 제2시료수용부(170) 사이의 특성 차이로 인해 제1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a) 또는 제1광검출전기신호(10b)와 제2광검출전기신호(20b) 사이에 오차가 발생하더라도 이를 조절할 수 있다. 이를 통해 1발광전기신호(10a)와 제2발광전기신호(20a)의 상호 비교만으로 상기 흡광상수 K, 상기 측정대상물의 상기 농도 C'을 측정하는 경우에 측정의 정확성을 높일 수 있다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
A: 발광부
B: 광수신부
C: 시료
10a: 제1발광전기신호
10b: 제1광검출전기신호
10c: 제1설정전기신호
20a: 제2발광전기신호
20b: 제2광검출전기신호
20c: 제2설정전기신호
30: 옵셋전기신호
100, 100a, 100b: 수질측정시스템
110: 제1발광부
120: 제1광수신부
130: 제어부
132: 제1제어부
132a: 제1설정전기신호제공부
132b: 제1신호비교부
132c: 제1발광전기신호제어부
132d: 제1광검출전기신호제어부
134: 제2제어부
134a: 제2설정전기신호제공부
134b: 제2신호비교부
134c: 제2광검출전기신호제어부
136: 제3제어부
136a: 옵셋전기신호제공부
136b: 제1합산기
136c: 제1옵셋제어부
140: 제1시료수용부
140a: 제1시료
150: 제2발광부
160: 제2광수신부
170: 제2시료수용부
170a: 제2시료
180: 전처리부
182: 산화제수용부
184: 촉진부
B: 광수신부
C: 시료
10a: 제1발광전기신호
10b: 제1광검출전기신호
10c: 제1설정전기신호
20a: 제2발광전기신호
20b: 제2광검출전기신호
20c: 제2설정전기신호
30: 옵셋전기신호
100, 100a, 100b: 수질측정시스템
110: 제1발광부
120: 제1광수신부
130: 제어부
132: 제1제어부
132a: 제1설정전기신호제공부
132b: 제1신호비교부
132c: 제1발광전기신호제어부
132d: 제1광검출전기신호제어부
134: 제2제어부
134a: 제2설정전기신호제공부
134b: 제2신호비교부
134c: 제2광검출전기신호제어부
136: 제3제어부
136a: 옵셋전기신호제공부
136b: 제1합산기
136c: 제1옵셋제어부
140: 제1시료수용부
140a: 제1시료
150: 제2발광부
160: 제2광수신부
170: 제2시료수용부
170a: 제2시료
180: 전처리부
182: 산화제수용부
184: 촉진부
Claims (20)
- 제1발광전기신호를 통해 광을 발하는 제1발광부;
상기 제1발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제1광검출전기신호를 생성하는 제1광수신부; 및
상기 제1광검출전기신호와 제1설정전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제1설정전기신호는 상기 온도의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 제어되며,
상기 제어부는 제1제어부를 포함하며,
상기 제1제어부는
상기 제1설정전기신호를 제공하는 제1설정전기신호제공부;
상기 제1광검출전기신호와 상기 제1설정전기신호의 상기 차이를 비교하는 제1신호비교부;
상기 제1신호비교부의 출력값을 기초로 상기 제1광검출전기신호가 상기 소정의 값을 가지도록 상기 제1발광전기신호를 제어하는 제1발광전기신호제어부; 및
상기 제1신호비교부의 상기 출력값을 기초로 상기 제1광검출전기신호가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 제어하는 제1광검출전기신호제어부를 포함하는 수질측정시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1발광전기신호를 통해 광을 발하는 제1발광부;
상기 제1발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제1광검출전기신호를 생성하는 제1광수신부;
상기 제1발광부 및 상기 제1광수신부 사이에 마련되는 제1시료수용부; 및
상기 제1광검출전기신호와 제1설정전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제1설정전기신호는 상기 온도의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 제어되며,
상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물을 포함하는 제1기준시료가 수용되며,
상기 제어부는 상기 기준대상물의 상기 기준농도, 상기 제1광검출전기신호 및 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 흡광상수를 추출하는 수질측정시스템. - 제4항에 있어서,
상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료는 외부로 배출되며, 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 측정대상물을 포함하는 측정시료가 수용되며,
상기 제어부는 상기 흡광상수, 상기 제1광검출전기신호 및 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 수질측정시스템. - 제1발광전기신호를 통해 광을 발하는 제1발광부;
상기 제1발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제1광검출전기신호를 생성하는 제1광수신부;
상기 제1발광부 및 상기 제1광수신부 사이에 마련되는 제1시료수용부; 및
상기 제1광검출전기신호와 제1설정전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제1설정전기신호는 상기 온도의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 제어되며,
상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물이 용해된 용액인 제1기준시료 및 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제가 수용되며,
상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수되며,
상기 제어부는 상기 기준대상물의 상기 기준농도, 상기 제1광검출전기신호 및 발색된 상기 기준대상물을 포함하는 상기 제1기준시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 흡광상수를 추출하는 수질측정시스템. - 제6항에 있어서,
상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출되며, 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료 및 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 수용되며,
상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수되며,
상기 제어부는 상기 흡광상수, 상기 제1광검출전기신호 및 발색된 상기 측정대상물을 포함하는 상기 측정시료에 대응되는 상기 제1발광전기신호로부터 상기 측정대상물의 농도를 추출하는 수질측정시스템. - 제6항에 있어서,
상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출되며, 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용되며,
상기 측정시료 수용 후 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 제공되며,
상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수되며,
상기 제어부는 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출하는 수질측정시스템. - 제1발광전기신호를 통해 광을 발하는 제1발광부;
상기 제1발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제1광검출전기신호를 생성하는 제1광수신부;
제2발광전기신호를 통해 광을 발하는 제2발광부;
상기 제2발광부가 발하는 상기 광을 수신하여 제2광검출전기신호를 생성하는 제2광수신부; 및
상기 제1광검출전기신호와 제1설정전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호가 온도의 변화에 관계없이 소정의 값을 가지도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제1설정전기신호는 상기 온도의 변화에 따라 상기 제어부에 의해 제어되며,
상기 제2광검출전기신호는 상기 제1설정전기신호로 작용하되, 상기 제2광검출전기신호는 상기 제어부에 의해 제어되며,
상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 소정의 값을 가지도록 제어하는 수질측정시스템. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2광검출전기신호와 제2설정전기신호의 차이를 기초로 상기 제2광검출전기신호가 상기 온도의 변화에 관계없이 미리 설정한 값을 가지도록 제어하되,
상기 제2설정전기신호는 상기 제어부에 의해 제어되는 수질측정시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제어부는 제1제어부 및 제2제어부를 포함하며,
상기 제1제어부는
상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 상기 차이를 비교하는 제1신호비교부; 및
상기 제1신호비교부의 출력값을 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하는 제1발광전기신호제어부를 포함하며,
상기 제2제어부는
상기 제2설정전기신호를 제공하는 제2설정전기신호제공부;
상기 제2광검출전기신호와 상기 제2설정전기신호의 상기 차이를 비교하는 제2신호비교부; 및
상기 제2신호비교부의 출력값을 기초로 상기 제2광검출전기신호가 상기 온도의 변화에 관계없이 상기 미리 설정한 값을 가지도록 제어하는 제2광검출전기신호제어부를 포함하는 수질측정시스템. - 제11항에 있어서,
상기 제어부는 제3제어부를 더 포함하며,
상기 제3제어부는
옵셋전기신호를 제공하는 옵셋전기신호제공부;
상기 제2광검출전기신호제어부의 출력값에 상기 옵셋전기신호에 기초한 제1옵셋신호를 더하는 제1합산기; 및
상기 제1합산기의 출력값을 기초로 상기 제1광검출전기신호를 조절하는 제1옵셋제어부를 포함하는 수질측정시스템. - 제9항에 있어서,
상기 제1발광부 및 상기 제1광수신부 사이에 마련되는 제1시료수용부; 및
상기 제2발광부 및 상기 제2광수신부 사이에 마련되는 제2시료수용부를 더 포함하는 수질측정시스템. - 제13항에 있어서,
상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물이 용해된 용액인 제1기준시료가 수용되며,
상기 제2시료수용부에는 제2기준시료가 수용되되, 상기 제2기준시료는 상기 기준대상물이 제거된 상기 제1기준시료와 동일하며,
상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 상기 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호 모두 상기 소정의 값을 가지도록 제어하는 수질측정시스템. - 제14항에 있어서,
상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제가 제공되며,
상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수되며,
상기 제어부는 상기 제1기준시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 제1기준시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 기준대상물의 상기 기준농도 및 상기 제1광검출전기신호로부터 흡광상수를 추출하는 수질측정시스템. - 제15항에 있어서,
상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출되며, 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용되며,
상기 측정시료 수용 후 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 제공되며,
상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수되며,
상기 제어부는 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출하는 수질측정시스템. - 제16항에 있어서,
상기 제1시료수용부에 수용된 상기 측정대상물을 전처리하는 전처리부를 더 포함하되,
상기 전처리부는
상기 제1시료수용부에 산화제를 제공할 수 있도록 마련되는 산화제수용부; 및
상기 제1시료수용부에 자외선 또는 열을 제공할 수 있도록 마련되는 촉진부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1시료수용부에 상기 측정대상물을 발색시키는 상기 발색제가 제공되기 전에 상기 산화제수용부를 제어하여 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 산화제를 제공한 후 상기 촉진부를 제어하여 상기 제1시료수용부에 상기 자외선 또는 상기 열을 제공함으로써 상기 측정대상물을 전처리하며,
상기 제어부는 상기 측정대상물이 전처리된 후 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공되기 전의 상기 제1발광전기신호, 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출하는 수질측정시스템. - 제13항에 있어서,
상기 제1시료수용부에는 미리 정해진 농도-이하 기준농도라 함-를 가지는 기준대상물이 용해된 용액인 제1기준시료가 수용되며,
상기 제2시료수용부에는 제2기준시료가 수용되되, 상기 제2기준시료는 상기 기준대상물이 제거된 상기 제1기준시료와 동일하며,
상기 제어부는 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호의 상기 차이를 기초로 상기 제1발광전기신호를 제어하여 상기 제1광검출전기신호와 상기 제2광검출전기신호 모두 상기 소정의 값을 가지도록 제어하되,
상기 제어부는 옵셋전기신호를 조절하여 상기 제1발광전기신호가 상기 제2발광전기신호와 동일한 값을 가지도록 제어하는 수질측정시스템. - 제18항에 있어서,
상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 상기 기준대상물을 발색시키는 발색제가 제공되며,
상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 기준대상물에 의해 흡수되며,
상기 제어부는 상기 제2발광전기신호, 상기 제1기준시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 기준대상물의 상기 기준농도 및 상기 제1광검출전기신호로부터 흡광상수를 추출하는 수질측정시스템. - 제19항에 있어서,
상기 흡광상수 추출 후 상기 제어부에 의해 상기 제1기준시료 및 상기 발색제는 외부로 배출되며, 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 농도를 측정하고자 하는 측정대상물이 용해된 용액인 측정시료가 수용되며,
상기 제1시료수용부에 수용된 상기 측정대상물을 전처리하는 전처리부를 더 포함하되,
상기 전처리부는
상기 제1시료수용부에 산화제를 제공할 수 있도록 마련되는 산화제수용부; 및
상기 제1시료수용부에 자외선 또는 열을 제공할 수 있도록 마련되는 촉진부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 산화제수용부를 제어하여 상기 측정시료가 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 산화제를 제공한 후 상기 촉진부를 제어하여 상기 제1시료수용부에 상기 자외선 또는 상기 열을 제공함으로써 상기 측정대상물을 전처리하며,
상기 제어부는 상기 옵셋전기신호를 추가적으로 조절하여 상기 제1발광전기신호가 상기 제2발광전기신호와 동일한 값을 가지도록 제어하며,
이후 상기 제어부에 의해 상기 제1시료수용부에는 전처리된 상기 측정대상물을 발색시키는 발색제가 제공되며,
상기 제1발광부가 발하는 상기 광의 적어도 일부는 발색된 상기 측정대상물에 의해 흡수되며,
상기 제어부는 상기 제2발광전기신호, 전처리된 상기 측정대상물이 수용된 상기 제1시료수용부에 상기 발색제가 제공된 후의 상기 제1발광전기신호, 상기 흡광상수 및 상기 제1광검출전기신호로부터 상기 측정대상물의 상기 농도를 추출하는 수질측정시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020220062540A KR102659560B1 (ko) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | 수질측정시스템 |
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| KR1020220062540A KR102659560B1 (ko) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | 수질측정시스템 |
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Citations (1)
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| KR102267243B1 (ko) | 2019-12-13 | 2021-06-22 | 경북대학교 산학협력단 | 열적으로 강화된 광촉매 반응을 활용한 수질 분석 소자 및 그 제조 방법, 이를 활용한 수질 분석 장치 |
Family Cites Families (1)
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| KR102499593B1 (ko) * | 2020-07-28 | 2023-02-14 | (주)메디센텍 | 광검출기 신호처리회로 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102267243B1 (ko) | 2019-12-13 | 2021-06-22 | 경북대학교 산학협력단 | 열적으로 강화된 광촉매 반응을 활용한 수질 분석 소자 및 그 제조 방법, 이를 활용한 수질 분석 장치 |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 구성모 '비색법 기반 광학식 센서의 온도 및 동적영역 특성 개선을 위한 신호처리회로' (경희대학교 석사위논문, 2020.12.31.) |
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| KR20230163033A (ko) | 2023-11-30 |
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