KR20040081616A - 탁도측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시료수(試料水)의 탁도(濁度)를 측정하는 장치에 관한 것으로서,

상기 시료수에 광원을 조사하는 레이저다이오드와; 상기 레이저다이오드로부터 발광되는 광을 수광하여 탁도측정/발광량조정부로 피드백하는 포토다이오드를 포함하는 발광부와; 상기 발광부 전단부에 위치하며 시료수에 조사되는 광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이터렌즈와; 상기 콜리메이터렌즈 전단부에 위치하며 시료수를 저장하는 샘플셀과; 상기 샘플셀 내의 시료수에 포함된 미립자에 의해 산란된 광을 수광하되 상기 발광부로부터 조사된 광이 지나가는 경로와 수직하게 위치한 수광부와; 상기 수광부로부터 입사되는 산란광의 광량을 측정하여 상기 시료수의 탁도를 측정하고 상기 포토다이오드로부터 피드백된 레이저다이오드의 발광량을 검출하여 상기 레이저다이오드의 발광량을 일정하게 제어하는 탁도측정/발광량조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탁도측정장치{Apparatus for measuring turbidity of water}

본 발명은 시료수(試料水)의 탁도(濁度)를 측정하는 장치에 관한 것이다.

탁도(濁度)란 물의 흐림정도를 나타낸 것으로, 정체된 상태에 있는 물에서의 탁도는 대부분 콜로이드의 분산과 미세한 분산질에 의하여 생겨나며, 하천수와 같이 흐르는 상태의 물에서는 대부분 비교적 굵은 분산질에 의하여 생겨난다.

이와 같은 탁도(濁度)의 이용은 상수원수에서 화학적 응집과 여과의 특별한 처리를 해야 할지의 여부를 판단하는데 다른 여러자료와 함께 이용되며, 각각의 약품 및 그 투여량에 따른 처리의 효율성을 판단하는데 이용된다.

현재 원수(raw water)나 정수(purified water)의 탁도(濁度)를 측정하기 위해 탁도측정장치(turbidimeter)가 이용되고 있으며 산란광 방식, 투과광 방식, 표면 산란광 방식, 투과 산란광 방식이 채용되고 있다.

그 중 산란광 방식은 저탁도의 시료수(試料水)를 측정하는데 적합하다. 상기 산란광 방식의 탁도측정장치의 구조는 도 4에 도시된 바와 같이 측정관의 내부에 유리관(103)이 삽입 설치되고, 유리관(103)의 외측에 적외선발광소자(100)와 수신소자(101)가 90°각도를 이루도록 각각 설치되며, 적외선 발광소자(100)와 수신소자(101)의 전단부(유리관방향)에 집광렌즈(102)가 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 종래 탁도계는 적외선발광소자(100)로부터 조사된 적외선빔을 집광광렌즈(102)를 통해 유리관에 적외선빔을 조사하게 하고, 이때 유리관내의 시료수(W)속의 혼탁입자에 의해 적외선빔이 산란되며, 90°각도로 산란된 산란광의 강도를 측정하여 시료수의 탁도를 NTU등으로 환산하여 나타내었다.

상기 산란광 방식은 광의 산란정도를 측정하는 것이 때문에 발광부로부터 발광되는 광량이 일정하여야 한다. 그래서 종래에는 광량을 일정하게 유지하기 위해 전류가 발광부로 일정하게 흐르도록 하는 방법을 사용하여 왔다.

그러나, 상기 적외선 발광소자에 흐르는 전류는 외부의 영향 즉, 온도, 전압 등에 의해 쉽게 바뀌기 때문에 종래의 탁도측정장치는 시료수의 탁도측정이 정밀하지 못한 문제가 있었다.

한편, 휴대용 탁도측정장치는 배터리로부터 발광소자에 공급되는 전원이 불안정하여 발광소자의 발광량이 일정하지 않으며 이에 따라 수광소자의 감도 (sensitivity)도 일정하지 않아 탁도측정값을 신뢰할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명은 레이저다이오드를 광원으로 사용하여 높은 정밀도로 시료수의 탁도를 측정할 수 있는 탁도측정장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 신뢰성 있는 탁도측정이 가능한 휴대용 탁도측정장치를 제공함을 또다른 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 탁도측정장치의 외관 사시도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 탁도측정장치의 구성블록도이다.

도 3 은 본 발명에 따른 탁도측정/발광량조정부의 구성블록도이다.

도 4 는 종래 탁도측정장치의 구성블록도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탁도측정장치의 일 양상에 따르면, 시료수의 탁도를 측정하는 장치에 있어서,

상기 시료수에 광원을 조사하는 레이저다이오드와; 상기 레이저다이오드로부터 발광되는 광을 수광하여 탁도측정/발광량조정부로 피드백하는 포토다이오드를 포함하는 발광부와;

상기 발광부 전단부에 위치하며 시료수에 조사되는 광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이트렌즈와;

상기 콜리메이트렌즈 전단부에 위치하며 시료수를 저장하는 샘플셀과;

상기 샘플셀 내의 시료수에 포함된 미립자에 의해 산란된 광을 수광하되 상기 발광부로부터 조사된 광이 지나가는 경로와 수직하게 위치한 수광부와;

상기 수광부로부터 입사되는 산란광의 광량을 측정하여 상기 시료수의 탁도를 측정하고 상기 포토다이오드로부터 피드백된 레이저다이오드의 발광량을 검출하여 상기 레이저다이오드의 발광량을 일정하게 제어하는 탁도측정/발광량조정부;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기본적인 양상은 시료수의 탁도를 측정하기 위해 레이저다이오드를 광원으로 하되 상기 레이저다이오드에서 발광되는 광량을 측정하여 항상 일정한 광량이 출력되도록 하는 것이다.

이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 탁도측정장치는 종래보다 반복 측정에 따른 재현성이 우수하고, 보다 정밀하게 측정할 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탁도측정장치의 외관을 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탁도측정장치(10)의 몸체 상측면에는 조작부(11)와 표시부(12)와 샘플셀 장착부(13)를 포함한다.

조작부(11)는 상기 탁도측정장치의 동작을 조작하기 위한 다수의 키버튼, 예를 들어 파워 온/오프버튼, 측정단위설정버튼, 측정모드선택버튼, 측정실행버튼 등을 포함한다. 상기 측정모드는 싱글모드와 평균모드로 분류되며 상기 싱글모드는 한번에 시료수의 탁도를 측정하는 것이고, 평균모드는 여러번에 걸쳐 시료수의 탁도를 측정하여 평균값을 얻는 것이다.

표시부(12)는 샘플셀 내 시료수의 탁도를 측정한 결과를 표시한다. 상기 표시부(12)는 액정디스플레이로 구현될 수 있다.

샘플셀 장착부(13)는 탁도를 측정하기 위해 채취한 시료수를 저장하는 샘플셀을 장착한다. 상기 샘플셀 장착부(13)에는 샘플셀에 외부 광원의 유입을 차단하기 위한 덮개(13a)가 설치된다.

이하, 본 발명에 따른 탁도측정장치의 내부구성을 도시한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탁도측정장치의 구성블록도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탁도측정장치는 발광부(14)와 콜리메이터렌즈(15)와 샘플셀(16)과 수광부(17)와 탁도측정/발광량조정부(18)를 포함한다.

발광부(14)는 GaAs와 Ga_1-XAl_XAs의 p-n접합으로 형성된 반도체를 이용한 레이저다이오드(14a)와 상기 레이저다이오드(14a)로부터 발광되는 광을 감지하는 포토다이오드(14b)를 포함한다.

상기 레이저다이오드(14a)는 칩형태로 제조되어 양면으로 발광을 하는데 한쪽면에서 발광되는 레이저빔은 샘플셀(16) 내의 시료수(W)에 조사되고, 다른쪽 면에서 발광되는 레이저빔은 상기 포토다이오드(14b)에 수광된다.

콜리메이터렌즈(15)는 상기 레이저다이오드(14a)로부터 발광되는 광빔을 평행광으로 바꾸어준다. 상기 콜리메이터렌즈(15)는 상기 레이저다이오드(14a)의 전단부에 위치한다.

샘플셀(16)은 탁도를 측정하고자 하는 시료수를 담기 위한 것으로 도 1 에 도시된 샘플셀 장착부(13)에 장착된다.

수광부(17)는 시료수(W)에 포함되어 있는 미립자에 의해 산란된 광을 감지하여 상기 산란광의 강도에 비례하는 전기에너지를 출력하는 것으로 PIN 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하나 애벌란시 포토다이오드나 포토트랜지스터를 사용할 수 도 있다. 본 실시예에서 상기 PIN 포토다이오드는 보통 동작 영역이 1개로 되어 있으나 본 발명에서는 산란광의 광량 정보를 고속 고점도로 검출하기 위해 동작영역이 4개로 분할된 하마마츠사에서 제작된 S5980, S5981를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 수광부(17)는 상기 발광부로부터 조사되는 광 경로와 수직한 위치에 설치되어 상기 샘플셀(16)로부터 출력되는 산란광을 수광한다.

탁도측정/발광량조정부(18)는 상기 수광부(17)로부터 입사되는 산란광의 광량을 측정하여 상기 시료수의 탁도를 측정하고, 상기 포토다이오드(14b)로부터 피드백된 레이저다이오드(14a)의 발광량을 검출하여 상기 레이저다이오드(14a)의 발광량을 일정하게 제어한다.

한편, 종래기술에서 기술한 바와 같이 휴대용 탁도측정장치는 전원이 불안정하여 포토다이오드(14b)로부터 피드백된 레이저다이오드(14a)의 발광량이 일정하지 않으면 상기 수광부(17)로부터 입사되는 산란광의 광량도 일정하지 않다. 이에 바람직한 실시예에 있어서 상기 탁도측정/발광량조정부(18)는 포토다이오드(14b)로부터 피드백된 레이저다이오드(14a)의 발광량이 일정하지 않으면 상기 산란광의 광량에 대한 측정값을 보상하여 출력하도록 할 수 있다. 예를 들어 첫번째 측정시 피드백된 레이저다이오드(14a)의 발광량이 10인 경우 수광부(17)로부터 입사되는 산란광의 광량이 5인데, 그 다음 측정시 피드백된 레이저다이오드(14a)의 발광량이 9인 경우 수광부(17)로부터 입사되는 산란광의 광량에 대한 측정값이 5가 되도록 보상출력하여 측정의 신뢰성을 높일 수 있다.

이하, 상기 탁도측정/발광량조정부의 구성을 도시한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 탁도측정/발광량조정부의 구성블록도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탁도측정/발광량조정부(18)는 전류구동회로(181)와 제 1, 제 2 전류/전압변환부(182,183)와 제 1, 제 2 A/D변환기(184,185)와 마이크로프로세서(186)를 포함한다.

전류구동회로(181)는 레이저다이오드(14b)에 구동전류를 인가하기 위한 것으로서 간단한 전기소자를 포함하는 회로로 구성된다.

제 1 전류/전압변환부(182)는 상기 레이저다이오드(14a)로부터 출력되는 광을 수광하는 포토다이오드(14b)로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환하며 OP앰프와 증폭기를 포함하는 회로로 구성된다.

제 1 A/D변환기(184)는 상기 제 1 전류/전압변환부(182)로부터 출력되는 전압을 인가받아 디지털 데이터로 변환하여 마이크로프로세서(186)로 출력한다.

제 2 전류/전압변환부(183)는 샘플셀 내의 시료수에 포함된 미립자에 의해 산란된 광을 수광하는 수광소자(17)로부터 산란광 강도에 비례하여 출력되는 전류를 전압으로 변환하며 OP앰프와 증폭기를 포함하는 회로로 구성된다.

제 2 A/D변환기(185)는 상기 제 2 전류/전압변환부(183)로부터 전압을 인가받아 디지털 데이터로 변환하여 마이크로프로세서(186)로 출력한다.

마이크로프로세서(186)는 상기 제 2 A/D변환기(185)로부터 입력되는 디지털 데이터로부터 시료수의 탁도를 측정하고, 제 1 A/D변환기(184)로부터 입력되는 디지털 데이터로부터 레이저다이오드(14a)의 발광량을 검출하여 상기 전류구동회로 (181)의 동작을 제어한다.

본 발명에서 상기 마이크로프로세서(186)는 제 1 A/D변환기(184)로부터 입력되는 디지털 데이터로부터 레이저다이오드(14a)의 발광량을 검출하여 그에 따라 제 2 A/D변환기(185)로부터 입력되는 산란광의 광량을 측정한 값을 보상하여 출력하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 탁도측정장치의 작동 및 효과를 도시된 도면을 참조하여 설명한다.

우선 측정할 물의 시료수를 샘플셀에 담아 저장한 후 상기 샘플셀을 도 1 에 도시된 샘플셀 장착부(13)에 장착한다. 이때 상기 샘플셀 장착부(13)의 덮개(13a)가 완전히 닫혀지지 않으면 표시부(12)에 ERROR(에러)가 표시된다. 이는 레이저다이오드(14a)에 전원이 인가되지 않은 상태에서 상기 샘플셀(13)에 외부 광원이 입사되어 시료수의 탁도측정이 이루어지는 경우가 발생함을 미연에 차단하기 위한 것이다. 샘플셀 장착부(13)에 시료수를 저장한 샘플셀(16)을 장착하고 덮개(13a)가 제대로 닫혔음이 확인되면 조작부(11)를 조작하여 시료수의 탁도를 측정한다.

조작부(11)의 측정실행버튼을 누르면 전류구동회로(181)에 전원이 인가되고 상기 전류구동회로(181)로부터 레이저다이오드(14a)에 전원이 인가되어 광이 조사된다. 이 때 상기 레이저다이오드(14a)로부터 조사되는 광은 도 3 에 도시된 바와 같이 발광량을 피드백하기 위해 상기 레이저다이오드(14a)와 일체로 제작된 포토다이오드(14b)에 의해 수광된다. 상기 포토다이오드(14b)에 수광된 광은 제 1 전류/전압변환부(182)와 제 1 A/D 변환기(184)를 통해 마이크로프로세서(186)에 입력된다. 상기 마이크로프로세서(186)는 상기 제 1 A/D 변환기(184)로부터 입력되는 데이터로부터 상기 전류구동회로(181)의 동작을 제어하는 제어신호를 출력한다. 따라서 레이저다이오드의 발광량은 일정하게 유지되는 것이다.

상기 레이저다이오드(14a)로부터 조사되는 광은 약 8°∼22°의 각도로 방출하게 된다. 이렇게 방출된 광은 콜리메이트렌즈(15)를 통하여 평행광으로 변환되어 샘플셀(16) 내의 시료수에 조사된다.

상기 샘플셀(16) 내의 시료수에 조사된 광은 미립자에 의해 산란되고 상기 산란광은 수광부(17)에 의해 수광되어 제 2 전류/전압변환부(183)와 제 2 A/D 변환기(185)를 통해 마이크로프로세서(186)에 입력된다. 상기 마이크로프로세서(186)는 상기 제 2 A/D 변환기(185)로부터 입력되는 데이터로부터 시료수의 탁도를 측정한다.

이와 같은 구성을 이루고 있는 탁도 측정장치는 종래보다 정밀하게 탁도를 측정할 수 있을뿐 아니라 광원으로 사용되는 레이저다이오드의 수명이 길기 때문에 반 영구적으로 사용이 가능하고 제작비용을 절감할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 탁도 측정장치는 레이저다이오드를 이용함으로써 시료수의 탁도를 정확하게 측정할 수 있으며 종래보다 반복 측정에 따른 재현성이 우수하고, 보다 정밀하게 측정할 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 탁도 측정장치는 광원으로 사용되는 레이저다이오드의수명이 길기 때문에 반 영구적으로 사용이 가능하고 제작비용을 절감할 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다라는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 시료수의 탁도를 측정하는 장치에 있어서,

   상기 시료수에 광원을 조사하는 레이저다이오드와; 상기 레이저다이오드로부터 발광되는 광을 수광하여 탁도측정/발광량조정부로 피드백하는 포토다이오드를 포함하는 발광부와;

   상기 발광부 전단부에 위치하며 시료수에 조사되는 광을 평행광으로 바꾸어 주는 콜리메이터렌즈와;

   상기 콜리메이터렌즈 전단부에 위치하며 시료수를 저장하는 샘플셀과;

   상기 샘플셀 내의 시료수에 포함된 미립자에 의해 산란된 광을 수광하되 상기 발광부로부터 조사되는 광 경로와 수직하게 위치한 수광부와;

   상기 수광부로부터 입사되는 산란광의 광량을 측정하여 상기 시료수의 탁도를 측정하고, 상기 포토다이오드로부터 피드백된 레이저다이오드의 발광량을 검출하여 상기 레이저다이오드의 발광량을 일정하게 제어하는 탁도측정/발광량조정부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁도측정장치.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 탁도측정/발광량조정부가:

   상기 레이저다이오드에 구동전류를 인가하기 위한 전류구동회로와;

   상기 포토다이오드로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 제 1 전류/전압변환부와;

   상기 제 1 전류/전압변환부로부터 출력되는 전압을 인가받아 디지털 데이터로 변환하는 제 1 A/D변환기와;

   상기 수광소자로부터 산란광 강도에 비례하여 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 제 2 전류/전압변환부와;

   상기 제 2 전류/전압변환부로부터 전압을 인가받아 디지털 데이터로 변환하는 제 2 A/D변환기와;

   상기 제 2 A/D변환기로부터 입력되는 디지털 데이터로부터 시료수의 탁도를 측정하고, 제 1 A/D변환기로부터 입력되는 디지털 데이터로부터 레이저다이오드의 발광량을 검출하여 상기 전류구동회로의 동작을 제어하는 마이크로프로세서;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁도측정장치.
3. 청구항 2 에 있어서, 상기 마이크로프로세서가:

   상기 제 1 A/D변환기로부터 입력되는 디지털 데이터로부터 레이저다이오드 의 발광량을 검출하여 그 검출결과에 따라 상기 제 2 A/D변환기로부터 입력되는 산란광의 광량을 측정한 값을 보상하여 출력하는 것을 특징으로 하는 탁도측정장치.