KR20030015279A - 광학 방사 센서 장치 및 유체의 방사선 투과율을 결정하는방법 - Google Patents

광학 방사 센서 장치 및 유체의 방사선 투과율을 결정하는방법 Download PDF

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Abstract

소정의 두께를 갖는 방사선 필드 내의 방사선을 감지하기 위한 광학 방사선 센서 장치이다. 상기 장치의 양호한 실시예는 방사선 공급원과, 방사선 공급원으로부터 나온 방사선을 수용하도록 배치된 방사선 센서 부재를 포함한다. 방사선 필드의 두께를 제1의 두께에서 제2의 두께로 변경하는 모터(혹은 다른 동력 수단)가 제공된다. 상기 센서 부재는 제1의 두께와 제2의 두께에서 방사선 공급원으로부터 나온 입사 방사선을 감지 및 응답 가능하다. 광학 방사선 센서 장치는 관심 대상의 유체의 방사선 투과율을 결정할 수 있다.

Description

광학 방사 센서 장치 및 유체의 방사선 투과율을 결정하는 방법{OPTICAL RADIATION SENSOR SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING RADIATION TRANSMITTANCE OF A FLUID}
광학 방사선 센서는 수많은 응용례에 널리 사용되는 것으로 알려져 있다. 광학 방사선 센서의 주요한 용례들 중 하나는 자외선 방사 유체 살균 장치의 분야에 있다.
자외선광을 물에 조사하면, 조사 및 노출 기간이 최저 "1회 분량" 레벨 이상일 경우(종종 제곱 센티미터당 밀리와트 세컨드 혹은 mW·s/cm2의 단위로 측정), 물속의 미생물의 비활성화에 의해 물이 살균되는 것으로 알려져 있다. 트라잰 테크놀로지스 인코퍼레이티드(Trojan Technologies Inc.)에서 시판하는 상품명 트로잰(Trojan) UVMaxTM, 트로잰 UVSwiftTM, 트로잰 UVLogicTM등의 자외선 물 살균 장치는 식수로 사용하도록 물을 살균하기 위해 이러한 원리를 이용하였다. 일반적으로, 살균 대상의 물은 자외선으로 가득 차 있는 압축 스테인레스강의 실린더를통과한다. 트라잰 테크놀로지스 인코퍼레이티드에서 시판하는 상품명 UV3000 및 UV4000 등의 대형 도시형 폐수 처리 장치는 폐수를 살균하기 위해 동일한 원리를 이용한다. 일반적으로, 이러한 처리 장치의 실제 용례는 처리 모듈 혹은 시스템을 개방 채널 내에 잠수시켜 폐수가 램프를 통과할 때 그것이 방사선에 노출되게 하는 것과 관련이 있다. 자외선 방사를 이용하는 유체 살균 장치의 추가 설명에는 다음의 특허들 중 하나가 참조될 수 있다.
미국 특허 제4,482,809호
미국 특허 제4,872,980호
미국 특허 제5,006,244호
미국 특허 제5,418,370호
미국 특허 제5,539,210호
미국 특허 재발행 번호 제36,896호
많은 응용례에 있어서, 물(혹은 다른 유체) 내에 존재하는 자외선 방사 레벨을 처리 혹은 다른 조사를 위해 모니터 하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 따라, 연속적으로 또는 반연속적으로 자외선 방사 레벨, 나아가 살균 공정의 전체 효율 및 유효성을 얻을 수 있게 된다.
작동 램프로부터 멀리 떨어져 있는 특정의 위치 및 방향에서 그 작동 램프 근처에 하나 또는 그 이상의 수동적인 센서 장치를 배치시킴으로써 자외선 방사 레벨을 모니터 하는 방법이 종래에 알려져 있다. 이러한 수동적인 센서 장치는 광다이오드, 광레지스터 혹은 반복 가능한 신호 레벨(예컨대, 볼트 혹은 엠프)을 출력리드선 상에 생성함으로써 특정의 방사선 파장 혹은 관심 대상의 방사선 파장 범위의 방사선과의 충돌에 반응하는 다른 장치일 수 있다.
가장 널리 사용되고 있는 자외선 물 살균 장치에 있어서, 작동 비용에서 단독으로 가장 많이 드는 것은 자외선 방사 램프에 동력을 공급하는데 드는 전기료이다. 유체의 투과율이 시간에 따라 변할 경우, 주어진 시간에서 장치에 의해 처리될 유체(또는 조사 대상의 유체)의 투과율을 측정할 수 있는 편리한 수단을 구비하는 것이 매우 바람직하다. 유체 투과율이 상대적으로 높은 것으로 밝혀질 경우, 램프의 출력을 낮추어 그 램프의 동력 소모를 줄일 수 있다. 이러한 방법에 따라, 상당량의 전기료를 절약할 수 있다.
강도만을 측정하는 것은 방사선 필드 전체의 특성을 나타내기에는 불충분하며, 즉, 램프 노화와 더러워지는 선형적 효과를 투과율의 지수 함수적인 효과로부터 분리하는 것이 불가능해지기 때문에, 유체 투과율을 측정하는 것이 바람직하다. 더욱이, 1회 분량의 방출은 모든 유체가 동일한 경로를 취하지 않기 때문에 방사선 필드 전체의 함수이다.
종래에는 신뢰성 있는 방사선(특히 자외선) 투과율 측정 장치의 개발을 위해 노력하여 왔다.
예컨대, 단일의 측정 방법을 사용하는 것이 알려져 있다. 불행하게도, 단일의 측정 거리는 불결성을 밝히기 위해 투과율을 미리 알고 있는 유체로 재보정하는 것이 요구된다.
또한, 제1 센서를 공기 중에 배치하고 제2 센서를 물에 배치한 2 센서 장치를 사용하는 것이 알려져 있다. 이러한 방법이 갖는 문제점은 각각의 센서에 상이한 불결성이 초래되어 에러가 발생한다는 것이다.
더욱이, 몇몇 장치는 유체가 흐르고 있는 채널로부터 샘플을 채취한 다음 그 샘플의 방사선 투과율을 측정하는 것이 요구된다. 불행하게도 이러한 방법은 대표성이 없는 샘플로 이어질 수 있는 추가의 유체 취급 측정의 사용을 필요로 한다.
따라서, 종래 기술의 장점에도 불구하고, 유체의 방사선 투과율을 측정할 수 있는 개량된 장치의 필요성이 존재한다. 이상적으로는, 이 장치는 아래의 특징, 즉 간단한 구조를 지닐 수 있다는 점, 잠수 가능하다는 점, 단지 단일의 센서를 필요로 한다는 점, 온라인 혹은 무작위 측정 방법으로 유체의 자외선 투과율의 측정을 행할 수 있다는 점 중 하나 또는 그 이상의 특징을 가진다.
본 발명의 하나의 관점은 광학 방사선 센서 장치에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 관점은 유체의 방사선 투과율을 측정하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 방사선 센서 장치의 측면도이며,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 단면도이고,
도 3은 도 2에 도시된 광학 방사선 센서의 변형례를 도시한 단면도이며,
도 4는 도 2에 도시된 광학 방사선 센서의 또 하나의 변형례를 도시한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 광학 방사선 센서 장치의 변형례를 도시한 단면도이며,
도 6은 도 2에 도시된 광학 방사선 센서의 또 하나의 변형례를 도시한 단면도이고,
도 7은 도 2에 도시된 광학 방사선 센서의 또 다른 변형례를 도시한 단면도이다.
본 발명의 목적은 전술한 종래의 단점들 중 적어도 하나 이상을 없애거나 완화시킬 수 있는 신규한 광학 센서 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 종래의 단점들 중 적어도 하나 이상을 없애거나 완화시킬 수 있는 신규한 방사선 공급원 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 방사선 필드에서 유체의 투과율을 측정하기 위한 신규한 방법을 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명의 하나의 관점에서, 본 발명은 소정의 두께를 갖는 방사선 필드에서 방사선을 감지하기 위한 광학 방사선 센서 장치를 제공하며, 이 장치는,
방사선 공급원과,
상기 방사선 공급원으로부터 나온 방사선을 수용하도록 배치된 방사선 센서 부재와,
방사선 필드의 두께를 제1의 두께에서 제2의 두께로 변경하는 동력 수단을 포함하며,
상기 센서 부재는 상기 제1의 두께와 제2의 두께에서 방사선 공급원으로부터 나온 입사 방사선을 감지 및 응답 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 하나의 관점에서, 본 발명은 방사선 필드 내의 유체의 투과율을 측정하는 방법을 제공하며, 이 방법은,
(ⅰ) 상기 방사선 필드 내의 유체의 제1의 두께를 규정하기 위해 간격을 둔 상태로 방사선 공급원과 방사선 센서를 배치하는 단계와,
(ⅱ) 상기 제1의 두께에서 센서 부재에 의해 수용된 방사선과 일치하는 제1의 방사선 강도를 감지하는 단계와,
(ⅲ) 제2의 두께를 규정하기 위해 제1의 두께를 변경하는 단계와,
(ⅳ) 상기 제2의 두께에서 센서 부재에 의해 수용된 방사선과 일치하는 제2의 방사선 강도를 감지하는 단계와,
(ⅴ) 상기 제1의 방사선 강도와 상기 제2의 방사선 강도로부터 방사선 필드 내의 유체의 방사선 투과율을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 하나의 관점에서, 본 발명은 관심 대상의 유체에서 발생한 방사선 필드 내의 방사선을 감지하기 위한 광학 방사선 센서 장치에 관한 것으로, 이 장치는,
관심 대상의 상기 유체 내에 잠수 가능한 방사선 공급원과,
상기 방사선 공급원으로부터 제1의 거리에 관심 대상의 유체에 배치된 잠수 가능한 제1의 방사선 센서 부재와,
상기 방사선 공급원으로부터 제2의 거리에 관심 대상의 유체에 배치된 잠수 가능한 제2의 방사선 센서 부재를 포함하며,
(ⅰ) 상기 제1의 거리는 상기 제2의 거리와 상이하며, (ⅱ) 상기 제1의 방사선 센서 부재는 상기 제1의 거리에서 방사선 공급원으로부터 나온 입사 방사선을 감지 및 응답 가능하며, (ⅲ) 상기 제2의 방사선 센서 부재는 상기 제2의 거리에서 방사선 공급원으로부터 나온 입사 방사선을 감지 및 응답 가능한 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 단일의 램프와 단일의 센서 부재를 필요로 하는 간단한 구조를 갖는 신규의 광학 센서 장치를 구비한다. 센서 부재 및 방사선 공급원(양호하게는 자외선 방사 램프)은 이들 사이에 유체층을 생성하기 위해 배열되어 있다. 유체층의 두께를 변경시킴으로써, 복합적인 기지의 유체층 두께에서 방사선 강도 입력치의 배수화(즉, 2배수 혹은 3배수)가 가능하다. 종래의 계산 방식을 사용하여 이러한 수치가 얻어지면, 유체의 방사선 투과율을 쉽게 계산할 수 있다. 유체의 투과율을 측정하기 위한 방법은 또한 본 발명의 광학 방사선 센서 장치의 실시를 참조하여 설명될 것이다. 다른 장점들은 당업자들에게는 명백할 것이다.
본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 이하에 기술될 것이다.
도 1 및 도 2에는 광학 방사선 센서 장치(100)가 도시되어 있다. 센서 장치(100)는 센서 하우징(110)과 방사선 공급원 하우징(115)을 구비하는 유체가 새어들지 않는 하우징(105)을 포함한다.
센서 하우징(110)의 단부에는 부트(120)가 부착되어 있다. 이 부트(120)는 유체가 새지 않고 그것을 사용하는 가혹한 방사선 환경에 견딜 수 있는 임의의 적절한 가요성 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 부트(120)는 네오프렌(NeopreneTM), 비턴(VitonTM) 등으로 구성될 수 있다. 부트(120)는 종래의 소정의 방식(도시 생략)에 따라 센서 하우징(110)의 말단부에 밀봉 가능하게 부착될 수 있다. 부트(120)의 말단부에는 방사선 투과창(125)이 배치되어 있다.
센서 하우징(110) 내에는 모터(130)가 배치된다. 또한, 한 쌍의 로드(140, 145)에 연결된 활주 가능한 제1 디스크(135)가 센서 하우징(110) 내부에 배치된다. 로드(140, 145)는 차례로 방사선 투과창(125)에 배치된 제2 디스크(150)에 연결되어 있다. 상기 로드(140, 145) 사이에는 광다이오드(도시 생략) 또는 다른 방사선 센서 재료를 포함하는 광학 센서(155)가 배치되어 있다. 상기 센서 자체는 종래의 센서로 선택될 수 있다. 예컨대, IFW(독일)에서 시판하는 센서가 적절하다.
도시된 바와 같이, 나사 로드(160)는 모터(130)와 제1 디스크(135)를 상호 연결한다.
방사선 공급원 하우징(115) 내에는 자외선 방사 램프 등의 방사선 공급원을 제어하기 위해 사용되는 블라스트(165)가 배치되어 있다.
연결 블록(170)은 유체가 새어들지 않도록 방사선 공급원 하우징(115)의 말단부에 연결되어 있다.
방사선 공급원(175)은 광을 발하고 연결 블록(170)과 유체가 새어들지 않게 맞물려 있다. 방사선 공급원(175)은 종래의 것이다. 양호하게는, 방사선 공급원(175)은 자외선 방사 램프이고, 더욱 바람직하게는 방사선 투과성 보호 슬리브(예컨대, 석영으로 만든 슬리브)에 내장된 램프이다.
당업자들에 잘 알려진 바와 같이, 전기 리드선은 센서 하우징(110)과 방사선 공급원 하우징(115)을 통해 각각 모터(130), 광학 센서(155) 및 블라스트(165)로부터 나온 다음 유체가 새어들지 않는 도관(180)을 통과한다. 도시된 실시예를 간략하게 하고 이해를 돕기 위해 전기 리드선의 도시는 생략하였다. 따라서, 당업자들에게는, 도시된 광학 방사선 센서 장치(100)가 관심 대상의 유체 내에 완전히 잠수 가능하게 설계되어 있다는 것으로 인식될 것이다.
도시된 바와 같이, 광학 센서 장치(100)를 통과하는 유체는 적어도 부분적으로 제2 디스크(150)와 방사선 공급원(175) 사이에 형성된 간극(A)을 통과하게 된다. 본 명세서에서는 이 간극을 유체층, 특히 특정의 두께를 갖는 유체층으로 칭할 것이다.
디스크(150)와 방사선 공급원(175) 사이의 유체층 두께는 다음과 같은 방법으로 변할 것이다. 따라서, 모터(130)는 제1 디스크(135)와 로드(140, 145)를 센서 하우징(110)으로 수축시키는 기능을 하는 작동 나사 로드(160)를 작동시킨다. 이는 제2 디스크(150)와 방사선 공급원(175) 사이의 간극(A)의 두께를 증가시키는 효과, 다시 말해서 유체층의 두께를 증가시키는 효과를 발휘한다.
종래의 스테퍼(stepper) 모터, 위치 센서, 기계적 구속 장치(예컨대, 솔레노이드, 캠, 크랭크샤프트와 같은 고정물 이송 수단, 물리적 정지 기구 및 그 밖의 비교적 간단한 기계 장치) 등을 사용하여, 간극(A)에 해당하는 여러 가지의 기지의 값에서 센서(155)에 의해 감지된 방사선 강도를 측정할 수 있다. 다양한 간극에서의 다양한 강도를 알 경우, 광학 방사선 센서 장치(100)를 통과하는 유체의 방사선 투과율은 이하에서 설명한 바와 같이 쉽게 결정할 수 있다.
당업자들에게 잘 알려진 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따르면, 센서(155)와 방사선 공급원(175)은 고정식이다. 구체적으로, 유체층의 두께는 방사선 공급원(175)에 대한 제2 디스크(150)의 움직임에 의해 변하게 된다.
도 3 및 도 4는 유체층의 두께를 변화시킨 변형례를 도시한 것이다. 도 1 내지 도 4에서, 동일한 참조 번호를 동일한 요소에 병기하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1에서 추출 및/또는 변형된 구성 요소에 대한 참조 번호는 번호 뒤에 "a"를 첨가하였다. 마찬가지로, 도 4에서, 도 1에서 추출 및/또는 변형된 구성 요소에 대한 참조 번호는 번호 뒤에 "b"를 첨가하였다.
도 3을 참조하면, 센서 하우징(110)의 말단부는 그 내부에서 센서(155a)가 이동할 수 있는 본체(185)를 포함하도록 변형된 것으로 도시되어 있다. 센서(155a)의 운동은, 모터(130a)를 나사 로드(160a)를 경유하여 센서(155a)에 상호 연결되도록 배치함으로써 달성될 수 있다. 유체층의 두께를 변경하고자 할 때에는, 나사 로드(160a)가 작동되도록 모터(130a)를 작동시켜, 나사 로드(160a)의 회전에 따라 센서(155a)가 방사선 공급원(175)을 향해 또는 그곳에서 멀어지게 이동하게 만든다.
도 4를 참조하면, 전술한 유체층의 두께를 변경시키기 위한 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 표면(156)을 갖는 방사선 센서(155)는 고정식이고, 방사선 공급원(175)은 이동 가능하여 센서(155)와 방사선 공급원(175) 사이의 유체층의 두께를 변경할 수 있다. 방사선 공급원(175)의 운동은, 모터(130b)를 나사 로드(160b)를 경유하여 연결 블록(170)에 상호 연결되도록 배치함으로써 달성될 수 있다. 표면(156)과 방사선 공급원(175) 사이의 유체층의 두께는 다음의 방법에 따라 변경될 수 있다. 모터(130b)의 작동에 의해 나사 로드(160b)가 작동되며, 이 로드(160b)는 이것의 회전에 따라 (ⅰ) 방사선 공급원(175)과 로드(140b, 145b)를 방사선 공급원 하우징(115)으로 수축시키거나 (ⅱ) 방사선 공급원 하우징으로부터 방사선 공급원(175) 및 로드(140b, 145b)를 확장시키는 기능을 할 것이다. 이는 상기 표면(156)과 방사선 공급원(175) 사이의 간극(A)의 두께를 증가시키는 효과, 다시 말해서 유체층의 두께를 증가시키는 효과를 발휘한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 방사선 센서 장치의 변형례인 광학 방사선 센서 장치(200)가 도시되어 있다.
따라서, 이 장치(200)는 실질적으로 유체가 새어들지 않는 하우징(205)을 포함한다. 이 하우징(205)은 이것에 부착된 플레이트(212)를 구비한 벽(210)을 포함한다. 플레이트(212)에는 제1 방사선 센서(215)와 제2 방사선 센서(220)가 배치되어 있다. 방사선 센서(215)는 O형 링(217)을 경유하여 플레이트(212)와 유체가 새어들지 않게 맞물려 유지된다. 방사선 센서(220)는 O형 링(222)을 경유하여 플레이트(212)와 유체가 새어들지 않게 맞물려 유지된다.
브래킷(225)은 볼트(230)를 매개로 플레이트(212)와 벽(210)에 부착되어 있다. 볼트(235)는 플레이트(212)를 벽(210)에 더욱 고정시킨다.
브래킷(225)에 방사선 공급원 조립체(240)가 부착되어 있다. 방사선 공급원 조립체(240)는 방사선 투과성 보호 슬리브(250) 내부에 배치된 방사선 공급원(245)을 포함한다. 도시한 바와 같이, 보호성 슬리브(250)에 있어서, 그 일단부는 폐쇄되고 타단부는 개방되어 있다. 보호성 슬리브(250)의 개방단에는 플러그(255)가배치되어 있으며, 이 플러그(255)에 반하여 보호성 슬리브(250)의 개방단이 맞닿게 된다. O형 링(260)은 플러그(255) 내에 마련되고, 커플링 너트(265) 및 슬리브 (270)는, 커플링 너트(265)가 죄어질 때, 슬리브(270)가 O형 링(260)을 압박하여 유체가 새어들지 않는 구조를 만드는 역할을 하는 플러그(255)에 반하여 편향되도록 나사식(혹은 다른 방식)으로 체결된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 센서(215)와 제2 센서(220)는 방사선 공급원 조립체(240)로부터 상이한 거리에 배치되어 있는 각각의 표면을 구비한다. 당업자가 잘 알 수 있는 바와 같이, 제1 센서(215)와 제2 센서(220) 각각에 배치되어 있는 센서 부재(도시 생략)는 동일한 거리 혹은 상이한 거리, 즉, 방사성 공급원(245)과 제1 센서(215) 사이, 더 중요한 방사선 공급원(245)과 제2 센서(220) 사이의 각각의 유체층 두께 차이에서 방사선을 감지하게 될 것이다. 따라서, 상기 장치(200)는 방사선 공급원으로부터 2가지의 거리에서 방사선 강도 입력치를 피드백할 수 있다.
도 6은 유체층의 두께를 변화시키기 위해 도 2에 도시된 장치의 또 다른 변형례를 도시한 것이다. 도 2 및 도 6에서, 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타내는 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도 2에서 추출 및/또는 변형된 구성 요소에 대한 참조 번호는 번호 뒤에 "c"를 첨가하였다.
따라서, 도 6을 참조하면, 도 2에 도시된 실시예와 주요한 차이는 평평한 패널 방사선 공급원(175c)이 설치되어 있다는 데 있다.
도 7에는 방사선 공급원 모듈(300)의 일부가 도시되어 있다. 당업자들에게명백한 바와 같이, 방사선 공급원 모듈(300)은 본 명세서에 참조한 미국 특허 제4,482,809 호, 제4,872,980호, 제5,006,244호에 개시된 것과 유사한 구조로 되어 있다. 따라서, 방사선 공급원 모듈(300)은 제1 지지 레그(305)와 제2 지지 레그(310)를 포함한다. 도시된 실시예에 따르면, 제2 지지 레그(310)는 한 쌍의 슬리브(315, 320)의 일부를 에워싸도록 서로 유지되는 한 쌍의 분열 플레이트를 포함한다. 각각의 슬리브(315, 320)는 석영 등의 방사선 투과성 재료로 구성된다.
제1 지지 레그(305)는 슬리브(315, 320)의 개방단을 각각 수용하도록 그 레그에 용접(또는 결합)된 한 쌍의 소켓(325, 330)을 더 포함한다. 한 쌍의 커플링 너트(335, 340)는 각각의 슬리브(315, 320)를 각각의 소켓(325, 330)에 유체가 새어들지 않도록 연결하기 위해 사용된다. 특정의 구조 및 밀봉 메카니즘이 전술한 여러 특허에 개시되어 있으므로 당업자들에는 쉽게 이해 될 것이다.
슬리브(315) 내에는 자외선 방사 램프 등의 방사선 공급원(도시 생략)이 배치되어 있다. 슬리브(315) 내에 배치된 방사선 공급원을 위한 전기 리드선은 소켓(325)과 지지 레그(305)를 통해 전기 공급원(도시 생략)에 연결되어 있다.
슬리브(320)는 모터(355) 혹은 다른 적절한 동력 수단을 매개로 가이드(350)를 따라 슬리브(320) 내에서 이동할 수 있는 방사선 센서(345)를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 슬리브(315, 320)는 기울어진 상태로 있거나 서로에 대해 실질적으로 평행하지 않은 관계로 배치되어 있다. 따라서, 이러한 관계에 있어서, 센서(345)가 가이드(350)를 따라 이동할 때, 센서(345)와 슬리브(315) 사이의 유체층 두께(즉, 센서(345)로부터 슬리브(315) 내에 배치된 방사선 공급원까지의 거리)는 예컨대 제1 유체층 두께(A)와 제2 유체층 두께(B) 사이에서 변하게 된다. 따라서, 상기 실시예에서, 모터(355)(혹은 다른 적절한 동력 수단)는, 방사선 센서를 방사선 공급원에 대해 평행하지 않는 방식으로 종방향으로 이동시킴으로써 방사선 공급원과 방사선 센서 사이의 유체층 두께를 변화시키게 된다.
요약하면, 도 5에 도시된 실시예는 한 쌍의 정적 센서의 사용을 포함하는 반면에 도 1 내지 도 4와 도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 단일 센서를 동적인 방법으로 사용하는 것으로 도시되어 있다. 공통의 특징은, 도 1 내지 도 7에 도시된 실시예들이 관심 대상의 방사선 공급원으로부터 적어도 2개 이상의 거리에서의 강도 입력치를 얻기 위해 제공된다는 것이다. 이들 강도 입력치 각각은 각각(2개 이상)의 유체 층 두께(각각의 두께는 센서와 방사선 공급원 사이의 거리로 규정)에서 센서에 의해 감지된 방사선 측정치를 나타낸다. 이것이 완료되면, 방사선(양호하게는 자외선) 투과율 분석은 다음과 같이 행해질 수 있다.
단일의 램프와 단일의 센서를 포함하는 시스템을 고려한다. 유체층은 이 램프와 센서 사이에 제공된다. 상기 램프는 그 표면에서 I0강도를 갖는다. 유체층의 두께는 x 와 유체 두께 y 사이에서 변한다. 이들 거리는 모터 혹은 다른 동력 수단으로부터의 피드백, 측정치, 광학 방사선 센서 시스템의 구조 및/또는 살균 시스템의 구조에 의해 쉽게 결정된다.
센서의 눈(optic)은 단일의 기지의 평면 혹은 공급원 상의 위치로부터 방사선을 받아들이도록 설계될 수 있으며, 이는 센서에 도달하는 모든 빛이 실질적으로 동일한 거리로 진행하였다는 것을 의미한다. 유체 두께(d)를 통해 공급원으로부터도달하는 빛에 대한 센서의 출력(Sd)은 다음의 식으로 주어지는 것으로 알려져 있다.
Sd= Iokakgflfse-kd
여기서, Io는 램프에서의 강도, ka는 센서의 이득 인자, kg는 기하학적 인자, fl은 램프 슬리브의 불결로 인한 리덕션(reduction), fs는 센서 창의 불결로 인한 리덕션, k 는 l/거리 단위의 유체 흡수율이다. 기하학적 인자는 센서 창, 구멍 및 렌즈의 주의 깊은 설계를 통해 일정하게 유지될 수 있다.
2개의 유체 두께(x 와 y)에서의 강도 입력치와, 2개의 입력치의 비율을 취함으로써 다음의 식이 만들어진다.
여기서, 램프 출력, 센서 이득 및 불결성을 포함하는 모든 인자는 생략하였고, 이 식에서 나타나 있지 않다. 2개의 센서 입력치와 유체 두께는 알고 있어, 유체 흡수율 혹은 투과율을 계산할 수 있다.
전술한 설명은 단일 센서와 단일 램프를 사용하는 경우(예컨대, 도 1 내지 도 4 및 도 6 및 도 7에 도시된 실시예)에 특히 적합할 수 있지만, 2개의 센서 각각에 대한 Sd를 계산함으로써 2개의 센서를 사용하는 경우(예컨대, 도 5에 도시된 실시예)에 용이하게 적용된다. 그 이유는 램프 출력, 센서 이득 및/또는 불결성은 이전의 단락에서 설명한 바와 같이 생략할 수 없기 때문이다.
당업자들은 또한, 전술한 설명을 이끌어 낸 비어 람버트 법칙(Beer-Lambert law)은 10을 밑으로 하는 대수의 항으로, 또는 투과율을 기준으로 직접 기록될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 흡수율 혹은 투과율을 결정하는 것 이후의 일반적인 원리는 전술한 것과 동일하다.
당업자들은, 명확화를 위해 전술한 개념의 명백한 제시를 용이하게 하기 위해 여러 가지의 간략화가 행해졌다는 것을 인식할 것이다. 표준 모델링 및 더 복잡한 계산은 전술한 이상적인 법칙으로부터의 유추를 밝히기 위해 사용할 수 있다.
본 발명은 바람직하고 구체적으로 도시한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 상기 실시예들은 당업자들에 의해 본 발명의 정신 및 범주 내에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형이 가능하다는 것으로 인식될 것이다. 예컨대, 본 발명은 "독립형(stand alone)" 방사선 공급원 모듈을 참조하여 예시되었으며, 이 모듈은 미국 특허 제4,872,980호, 제5,006,244호, 제5,418,370호, 제5,539,210호, 재발행 번호 제36,896호에 개시된 전체 구조와 유사한 임의의 방사선 처리 모듈 및/또는 장치에서 유체의 방사선(양호하게는 자외선) 투과율을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 독립형 방사선 공급원 모듈은 일시적으로 혹은 영구적으로 유체 처리 장치 내에 설치될 수 있다. 더욱이, 전술한 방법은 물론 상기 미국 특허에 언급한 것과 같은 유체 처리 장치의 일부를 형성하는 실질적인 방사선 공급원 모듈에서 구체적으로 예시된 실시예에 합체될 수 있다. 또한, 상품명 트로잰(Trojan) UVMaxTM, 트로잰 UVSwiftTM, 트로잰 UVLogicTM등으로 트로잰에서 시판하는 유체 처리 장치에 본발명의 광학 방사선 센서 장치를 사용할 수 있다. 또한, 물(예컨대, 폐수) 등의 액체 처리에 본 발명을 사용하는 것이 가장 적합하지만, 가스 처리 장치에 본 발명의 광학 방사선 센서 장치를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 몇몇 응용례에서 방사선 공급원(175)을 위한 보호성 슬리브(예컨대, 석영으로 구성)를 생략할 수도 있다. 본 발명의 정신 및 범주에서 벗어나지 않는 다른 변형도 당업자들에게는 명백할 것이다.
본 명세서에서 참조한 모든 공보, 특허, 특허 출원은, 개개의 공보, 특허 혹은 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 완전히 참조된 것과 동일한 정도로 완전히 참조되었다.

Claims (39)

  1. 소정의 두께를 갖는 방사선 필드 내의 방사선을 감지하기 위한 광학 방사선 센서 장치로서,
    방사선 공급원과,
    상기 방사선 공급원으로부터 나온 방사선을 수용하도록 배치된 방사선 센서 부재와,
    방사선 필드의 두께를 제1의 두께에서 제2의 두께로 변경하는 동력 수단을 포함하며,
    상기 센서 부재는 상기 제1의 두께와 제2의 두께에서 방사선 공급원으로부터 나온 입사 방사선을 감지 및 응답 가능한 것인 광학 방사선 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 두께는 방사선 공급원과 방사선 센서 사이의 거리에 의해 규정되는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 동력 수단은 방사선 공급원과 방사선 센서 사이의 상대 거리를 제1의 거리에서 제2의 거리로 변경하는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 방사선 공급원은 고정식이며, 상기 동력 수단은 센서 부재를 이동시키는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 센서 부재는 고정식이며, 상기 동력 수단은 방사선 공급원을 이동시키는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동력 수단은 방사선 공급원과 방사선 센서 사이의 상대적인 직선 거리를 변경하는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 두께는 경계 요소와 방사선 공급원 사이의 거리로 규정되는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 동력 수단은 경계 요소와 방사선 공급원 사이의 상대 거리를 제1의 거리에서 제2의 거리로 변경하는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  9. 제7항 내지 제8항에 있어서, 상기 방사선 공급원은 고정식이며 상기 동력 수단은 상기 경계 요소를 이동시키는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  10. 제7항 내지 제8항에 있어서, 상기 경계 요소는 고정식이며 상기 동력 수단은 방사선 공급원을 이동시키는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동력 수단은 경계 요소와 방사선 공급원 사이의 상대적인 직선 거리를 변경시키는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 부재는 고정식인 것인 광학 방사선 센서 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중에 어느 한 항에 있어서, 상기 동력 수단은 방사선 필드의 두께를 계단식으로 변경시키는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  14. 제1항 내지 제12항 중에 어느 한 항에 있어서, 상기 동력 수단은 방사선 필드의 두께를 연속적으로 변경시키는 것인 광학 방사선 센서 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중에 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 관심 대상의 유체에 잠수 가능한 것인 광학 방사선 센서 장치.
  16. 제1항 내지 제14항 중에 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 관심 대상의 액체에 잠수 가능한 것인 광학 방사선 센서 장치.
  17. 제1항 내지 제14항 중에 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 물에 잠수 가능한 것인 광학 방사선 센서 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중에 어느 한 항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 것인 방사선 공급원 모듈.
  19. 제1항 내지 제17항 중에 어느 한 항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 것인 유체 처리 장치.
  20. 제1항 내지 제17항 중에 어느 한 항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 것인 물 처리 장치.
  21. 제1항 내지 제17항 중에 어느 한 항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 것인 물 살균 장치.
  22. 방사선 필드 내의 유체의 튜과율을 측정하는 방법으로,
    (ⅰ) 상기 방사선 필드 내의 유체의 제1의 두께를 규정하기 위해 간격을 둔 상태로 방사선 공급원과 방사선 센서 부재를 배치하는 단계와,
    (ⅱ) 상기 제1의 두께에서 센서 부재에 의해 수용된 방사선과 일치하는 제1의 방사선 강도를 감지하는 단계와,
    (ⅲ) 제2의 두께를 규정하기 위해 제1의 두께를 변경하는 단계와,
    (ⅳ) 상기 제2의 두께에서 센서 부재에 의해 수용된 방사선과 일치하는 제2의 방사선 강도를 감지하는 단계와,
    (ⅴ) 상기 제1의 방사선 강도와 상기 제2의 방사선 강도로부터 방사선 필드 내의 유체의 방사선 투과율을 계산하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 방사선 공급원과 방사선 센서 사이의 상대 거리를 제1의 두께와 일치하는 제1의 거리에서 상기 제2의 두께와 일치하는 제2의 거리로 변경시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 방사선 공급원을 고정시킨 상태로 유지하면서 센서 부재를 이동시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  25. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 센서 부재를 고정시킨 상태로 유지하면서 상기 방사선 공급원을 이동시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 방사선 공급원과 상기 방사선 센서 사이의 상대적인 직선 거리를 변경시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 단계 (ⅰ)은 경계 요소와 방사선 공급원 사이의 제1의 두께를 규정하기 위해 센서 부재와 방사선 공급원 사이에 경계 요소를 개재하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은, 경계 요소와 방사선 공급원 사이의 상대 거리를 제1의 두께와 일치하는 제1의 거리에서 상기 제2의 두께와 일치하는 제2의 거리로 변경시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 방사선 공급원을 고정시킨 상태로 유지하면서 상기 경계 요소를 이동시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  30. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 경계 요소를 고정시킨 상태로 유지하면서 상기 방사선 공급원을 이동시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  31. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 방사선 공급원과 상기 방사선 센서 사이의 상대적인 직선 거리를 변경시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  32. 제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 부재는 고정식인 것인 방법.
  33. 제27항 내지 제32항 중에 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 방사선 필드의 제1의 두께를 계단식으로 변경시키는 것인 방법.
  34. 제27항 내지 제32항 중에 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (ⅲ)은 상기 방사선 필드의 제1의 두께를 연속적으로 변경시키는 것인 방법.
  35. 관심 대상의 유체에서 발생한 방사선 필드 내의 방사선을 감지하기 위한 광학 방사선 센서 장치로,
    관심 대상의 상기 유체 내에 잠수 가능한 방사선 공급원과,
    상기 방사선 공급원으로부터 제1의 거리에서 관심 대상의 유체 내에 배치된 잠수 가능한 제1의 방사선 센서 부재와,
    상기 방사선 공급원으로부터 제2의 거리에서 관심 대상의 유체 내에 배치된 잠수 가능한 제2의 방사선 센서 부재를 포함하며,
    (ⅰ) 상기 제1의 거리는 상기 제2의 거리와 상이하며, (ⅱ) 상기 제1의 방사선 센서 부재는 상기 제1의 거리에서 방사선 공급원으로부터 나온 입사 방사선을 감지 및 응답 가능하며, (ⅲ) 상기 제2의 방사선 센서 부재는 상기 제2의 거리에서 방사선 공급원으로부터 나온 입사 방사선을 감지 및 응답 가능한 것인 광학 방사선 센서 장치.
  36. 제35항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 방사선 공급원 모듈.
  37. 제35항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 유체 처리 장치.
  38. 제35항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 물 처리 장치.
  39. 제35항에 따른 광학 센서 장치를 포함하는 물 살균 장치.
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