KR20050108734A - 수질오염 모니터링 시스템 - Google Patents

수질오염 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수질을 연속적으로 측정할 수 있는 시스템으로서, 용존 산소량, 수온, 부유물질농도와 같은 수질에 관한 물리량을 전기신호로 변환하는 적어도 하나 이상의 센서, 상기 센서로부터 출력되는 전기신호를 증폭하는 신호증폭회로 및 상기 신호증폭회로에서 증폭된 전기신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함하는 수질오염 모니터링 시스템에 있어서, 상기 A/D 컨버터에서 변환되는 디지털신호를 연산처리하여 수질오염의 정도를 판단하는 제어부; 상기 시스템의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 가열수단 및 상기 시스템의 내부 온도를 하강시킬 수 있는 냉각수단을 포함하며, 상기 시스템 내부 온도가 미리 설정된 온도의 상한 값보다 높은 경우, 이를 감지하여 상기 냉각수단을 구동시키는 상한 온도조절부 및 상기 시스템의 내부 온도가 미리 설정된 온도의 하한 값보다 낮은 경우, 이를 감지하여 상기 가열수단을 구동시키는 하위 온도조절부를 포함하는 내부 온도 조절장치; 및 상기 제어부 및 내부 온도 조절장치를 외부 환경으로부터 보호하는 하우징을 포함하는 수질오염 모니터링 시스템을 제공한다. 본 발명에 의하면, 시스템 내부에 별도의 온도 조절장치를 제공하여 시스템이 실외에 설치될 수 있도록 하며, 센서의 감도가 외부 온도의 영향을 받지 않도록 할 수 있다는 장점이 있다.

Description

수질오염 모니터링 시스템{System for Monitoring Water Pollution}
본 발명은 수질오염 연속 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시스템 내부에 온도 조절장치 및 센서 세정장치를 설치하여 센서의 감도를 일정하게 유지함으로써, 수질 측정의 정확성 및 정밀도를 개선할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
고도의 경제성장으로 인해 기업에서 배출되는 폐수 및 가정하수의 증가로 하천 및 저수지 등의 수질이 크게 악화되고 있다. 물은 인간의 생활과 밀접한 관련이 있는 것으로서, 수질오염은 주변의 생태환경을 크게 파괴하여 인간 생활에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
따라서 수질오염을 최소화하고, 수질오염에 대한 즉각적인 대비책을 마련할 수 있도록 수질을 항시적으로 측정할 수 있는 수질오염 모니터링 시스템이 필요하게 되었다.
종래의 일반적인 수질오염 모니터링 시스템은 다수의 센서를 통해 하천수 등의 용존산소량(dissolved oxygen : DO), pH 등을 측정하여 수질오염 정도를 확인할 수 있도록 한다.
종래에는, 수질오염 모니터링 시스템을 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 하천 근방에 건물 또는 가건물을 축조한 후 그 내부에 모니터링 시스템을 설치하였다. 그러나 이는 건물 축조 비용과 같은 불필요한 비용의 낭비를 초래하는 문제점이 있기 때문에 수질오염 모니터링 시스템 자체를 실외에 설치할 필요성이 증가하게 되었다.
그러나 종래의 수질오염 모니터링 시스템은 건물 내부에 설치되는 것만 고려한 것으로서, 종래의 모니터링 시스템을 실외에 설치하는 경우, 시스템이 외부 온도변화 및 습기와 같은 외부 환경에 크게 영향을 받을 수밖에 없는 문제점이 있었다.
특히, 수질오염 정도를 측정하는 다수의 센서는 온도에 민감한 영향을 받는 것으로서, 외부 온도가 매우 높아지거나 낮아지는 경우, 또는 외부 온도가 급격하게 변화는 경우에는 센서의 감도가 현저하게 낮아져 측정 오차가 크게 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 수질오염 모니터링 시스템은 일반적으로 수질 오염정도가 낮은 상수원의 수질을 측정하기 위해 사용되었는데, 이와 같은 시스템을 오염정도가 심한 하천 또는 농업용수용 저수지에 사용하는 경우, 센서 막에 오염물질이 다수 부착되어 수질의 정확한 측정을 할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 수질오염 모니터링 시스템 내부에 온도 조절장치를 제공하여 센서의 감도가 외부 온도의 영향을 받지 않도록 하는 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 센서 내부에 센서 세정장치를 제공하여 센서의 감도가 오염물질의 영향을 받지 않도록 하는 시스템을 제안하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 수질을 연속적으로 측정할 수 있는 시스템으로서, 용존 산소량, 수온, 부유물질농도와 같은 수질에 관한 물리량을 전기신호로 변환하는 적어도 하나 이상의 센서, 상기 센서로부터 출력되는 전기신호를 증폭하는 신호증폭회로 및 상기 신호증폭회로에서 증폭된 전기신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함하는 수질오염 모니터링 시스템에 있어서, 상기 A/D 컨버터에서 변환된 디지털신호를 연산처리하여 수질오염의 정도를 판단하는 제어부; 상기 시스템의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 가열수단 및 상기 시스템의 내부 온도를 하강시킬 수 있는 냉각수단을 포함하며, 상기 시스템 내부 온도가 미리 설정된 온도의 상한 값보다 높은 경우, 이를 감지하여 상기 냉각수단을 구동시키는 상한 온도조절부 및 상기 시스템의 내부 온도가 미리 설정된 온도의 하한 값보다 낮은 경우, 이를 감지하여 상기 가열수단을 구동시키는 하한 온도조절부를 포함하는 내부 온도 조절장치; 및 상기 제어부 및 내부 온도 조절장치를 외부 환경으로부터 보호하는 하우징을 포함하는 수질오염 모니터링 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수질의 여러 물리량을 검출할 수 있도록 하는 센서 표면을 구비한 센서를 세정하기 위한 센서 세정장치에 있어서, 상기 센서 세정장치에 동력을 전달하는 모터; 상기 모터의 일 말단에 연결되어 상기 모터의 구동에 의해 회전하는 샤프트; 상기 샤프트를 둘러싸며, 상기 샤프트의 회전운동을 왕복운동으로 전환하는 캠-상기 샤프트는 캠의 중심에서 편심되어 배치됨-; 상기 캠의 왕복운동을 가이드 하는 캠 가이드; 및 상기 캠에 의해 왕복운동하는 종동체를 포함하되, 상기 종동체의 일 말단에는 브러시가 부착된 브러시 지지부가 결합되며, 상기 브러시 지지부가 상기 종동체의 왕복운동에 의해 상하 유동함으로써, 상기 브러시가 센서 표면을 세정하는 센서 세정장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수질에 관련된 물리량을 검출할 수 있도록 하는 센서 표면 및 상기 센서 표면에서 검출되는 물리량을 전기신호로 변환하고 증폭하는 센서 회로부를 포함하는 센서를 세정하기 위한 센서 세정장치로서, 압축공기를 생성하는 압축공기 생성수단; 상기 압축공기 생성수단의 일 측단에 연결되며, 상기 센서 내부로 압축공기를 주입할 수 있도록 하는 압축공기 주입구; 및 상기 센서 회로부를 지나 상기 센서 표면까지 연장되어 상기 센서 표면 상부까지 압축공기를 이송하는 압축공기관을 포함하며, 상기 압축 공기관의 끝단에서 배출되는 압축공기가 센서 표면의 오염물질이 제거하는 센서 세정장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수질을 연속적으로 측정할 수 있는 시스템으로서, 용존 산소량, 수온, 부유물질농도와 같은 수질에 관한 물리량을 전기신호로 변환하는 적어도 하나 이상의 센서, 상기 센서로부터 출력되는 전기신호를 증폭하는 신호증폭회로 및 상기 신호증폭회로에서 증폭된 전기신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함하는 수질오염 모니터링 시스템에 있어서, 상기 A/D 컨버터에서 변환된 디지털신호를 연산처리하여 수질오염의 정도를 판단하는 제어부; 상기 적어도 하나 이상의 센서에 구비되는 센서 막을 세정하기 위한 센서 세정장치; 및 상기 제어부 및 내부 온도 조절장치를 외부 환경으로부터 보호하는 하우징을 포함하는 수질오염 모니터링 시스템이 제공된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수질오염 모니터링 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수질오염 모니터링 시스템의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수질오염 모니터링 시스템(100)은 DO(dissolved oxygen) 센서(102), 온도 센서(104), COD(chemical oxygen demand) 센서(106), SS(suspended solid) 센서(108), pH 센서(110), EC(electronic conductivity) 센서(112), 내부 온도설정부(114), 키패드부(116), 표시부(118), 정량펌프(120) 및 하우징(122)을 포함할 수 있다.
DO 센서(102) 및 온도 센서(104)는 각각 물속의 용존 산소량과 수온을 측정하는 센서로서, 용존 산소량(DO) 및 온도는 시료가 외부에서 시스템 내부로 이동하는 동안 변화할 수 있으므로, DO 센서(102) 및 온도 센서(104)는 시스템 외부에서 물과 직접 접촉하여 설치된다.
COD 센서(106) 및 SS 센서(108)는 각각 화학적 산소 요구량과 부유물질농도를 측정하는 센서이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, COD 센서(106) 및 SS 센서(108)는 감지 효율을 높이기 위해, 광학센서로 이루어진다. COD 센서(106) 및 SS 센서(108)의 감지 방법은 하기에서 상세하게 설명될 것이다.
pH 센서(110) 및 EC 센서(112)는 전극으로 이루어지는 센서로서, 각각 수질오염의 척도가 될 수 있는 물속의 pH(수소이온농도)와 전기전도도를 측정한다.
상기한 바와 같은 센서의 감지 원리는 이미 당업자에게 공지되었으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기에서 6개의 센서를 예시하여 설명하였으나, 필요에 따라 다른 수질과 관련된 특성 값을 측정할 수 있는 센서가 더 구비될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
내부 온도조절부(114)는 수질오염 모니터링 시스템 내부의 온도가 일정 범위 내에 유지되도록 한다. 즉, 내부 온도조절부(114)는 시스템 내부의 온도가 미리 설정된 상한보다 높은 경우, 이를 감지하여 냉각수단을 구동시키며, 시스템 내부의 온도가 미리 설정된 하한보다 낮은 경우, 가열수단을 구동시켜 시스템 내부 온도가 일정 범위 내에 있을 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이, 종래의 수질오염 모니터링 시스템은 건물 내부에 설치되는 것만 고려한 것으로서, 시스템 내부의 온도를 조절하기 위한 별도의 수단을 구비하고 있지 않으나, 본 발명에 따른 수질오염 모니터링 시스템은 내부 온도를 제어할 수 있는 내부 온도조절부(114)가 구비되어 있어 다수의 센서의 감도가 외부 온도의 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 시스템 내부의 온도를 조절하기 위한 구성 및 방법은 하기에서 상세하게 설명될 것이다.
키패드부(116)는 사용자가 시스템의 제어변수의 변경 및 특정 센서를 검정 또는 보정하기 위한 수치를 입력할 수 있도록 하며, 표시부(118)는 다수의 센서에서 측정된 수온, DO 및 pH와 같은 수질과 관련된 특성 값을 확인할 수 있도록 한다.
정량펌프(120)는 관로의 내부 압력을 감압하여 시료가 시스템 내부로 유입되도록 한다. 정량펌프(120)의 구동에 의해 시스템 내부로 들어온 시료는 관로를 따라 전극센서인 pH 센서(110) 및 EC 센서(112)를 통과해 광학센서인 COD 센서(106) 및 SS 센서(108)를 지난다.
하우징(122)은 센서, 펌프, 내부 온도조절부와 같은 구성요소를 포함하며, 도면에는 도시되어 있지 않은 도어를 포함한다. 본 발명에 따르면, 하우징(122)은 그 외부 표면이 SUS316(steel use stainless316) 재질로 코팅 처리되며, 도어의 이음새 부분은 고무패킹이 되어 있어 외부 환경에 급격한 변화가 있더라도 내부 장치가 안정하게 동작할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서의 배치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, DO 센서(102) 및 온도 센서(104)는 시스템 외부에 설치되어 측정하고자 하는 물과 직접 접촉한다. 일반적으로 DO 센서(102)는 약 0 ppm 내지 20 ppm 범위 내에서 용존 산소량을 측정할 수 있으며, 온도 센서(104)는 약 -5℃ 내지 60℃ 범위 내에서 수온을 측정할 수 있다.
정량펌프(120)가 구동하여 관로(208)를 따라 시료가 유입되면, 시료는 전극센서인 pH 센서(110) 및 EC 센서(112)를 통과한다. pH 센서(110)는 1 내지 14 범위 내에서 pH를 측정할 수 있으며, EC 센서(112)는 약 10 us/min 내지 5,000 us/min 범위 내에서 전기전도도를 측정할 수 있다.
상기한 바와 같은 전극센서는 물의 용존 산소량, 온도, pH 및 전기전도도를 전류 또는 전압과 같은 전기신호로 변환하여, 이를 제어부(206)에 제공한다.
한편, pH 센서(110) 및 EC 센서(112)를 통과한 시료는 관로(208)를 따라 광학센서인 COD 센서(106) 및 SS 센서(108)를 통과한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학센서는 발광부(200), 광원(202) 및 검출부(204)를 구비하고 있다. 발광부(200)의 광원(202)이 시료를 향해 특정 파장의 빛을 조사하면, 시료를 통과한 빛이 시료 내의 유기물에 의해 산란되거나 흡수되어 빛의 파장 변화가 일어난다. 이때, 변화하는 파장을 검출부(204)에서 검출함으로써, 물속에 포함된 유기물 및 그밖에 부유물질의 양을 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내부 온도 조절장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내부 온도 조절장치는 상위 온도조절부(300), 하위 온도 조절부(302), 팬(304), 히터(306) 및 실내온도 표시부(308)를 포함할 수 있다.
상위 온도 조절부(300)는 사용자가 수질오염 모니터링 시스템 내부에 허용되는 온도 상한 값을 정할 수 있도록 하며, 시스템 내부의 온도가 미리 설정된 상한 값을 넘는 경우, 이를 감지하여 팬(304)을 구동시킨다.
하위 온도 조절부(302)는 사용자가 시스템 내부에 허용되는 온도 하한 값을 정할 수 있도록 하며, 시스템 내부의 온도가 미리 설정된 하한 값보다 낮아지는 경우, 이를 감지하여 히터(306)를 구동시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상위 온도 조절부(300) 및 하위 온도 조절부(302)는 써모스탯(thermostat)으로 구성될 수 있다. 따라서 시스템 내부의 온도가 설정된 온도 상한 값보다 높아지면 상위 온도 조절부(300)가 스위치로서의 기능을 수행하여 팬(304)을 동작시키고, 시스템 내부의 온도가 설정된 온도 하한 값보다 낮아지면 하위 온도 조절부(302)가 스위치로서의 기능을 수행하여 히터(306)를 동작시킨다.
그러나 이는 일예에 불과하며, 별도의 컨트롤러를 제공하여 온도를 조절할 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
이처럼 팬(304) 또는 히터(306)의 구동으로 시스템 내부의 온도가 미리 설정된 상한 값과 하한 값 사이에서 있도록 할 수 있다.
본 발명에서 온도 조절수단으로서, 히터와 팬을 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 시스템 내부의 온도 조절을 위해 그밖에 가열수단 또는 냉각수단이 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
실내온도 표시부(308)는 시스템 내부의 온도를 표시하여 사용자가 이를 확인할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온도 조절방법을 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 상위 온도 설정부로 온도 상한 값(high)을 설정하고(S400), 하위 온도 설정부로 온도 하한 값(low)을 설정한다(S402). 이후, 수질오염 모니터링 시스템의 내부 온도(T)를 측정하고, 내부 온도(T)와 온도 상한 값 및 온도 하한 값을 서로 비교한다(S404).
시스템 내부 온도(T)가 미리 설정된 온도 하한 값(low)보다 작은 경우에는 팬(304)은 동작하지 않은 채로, 히터(306)가 동작하며(S406), 시스템 내부 온도(T)가 미리 설정된 온도 하한 값과 온도 상한 값 사이에 있는 경우(low < T < high), 팬(304) 및 히터(306) 모두가 동작하지 않는다(S408).
또한, 시스템 내부 온도(T)가 미리 설정된 온도 상한 값(high)보다 높은 경우, 히터(306)는 동작하지 않으며, 팬(304)이 동작한다(S410).
이처럼, 미리 설정된 온도 상한 값 및 하한 값에 따라 팬 또는 히터가 동작될 수 있도록 하여 시스템 내부의 온도가 일정 범위 내에 있을 수 있도록 하며, 시스템 내부 온도의 급격한 변화를 방지함으로써, 센서의 정확도 및 정밀도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 브러시식 센서 세정장치를 포함하는 센서의 정면도이며, 도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 브러시식 센서 세정장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학센서는 발광부(200), 검출부(204) 및 세정장치(500)를 포함할 수 있다.
발광부(200) 내부에는 빛을 조사하는 광원(202)이 내장되며, 발광부(200)와 검출부(204) 사이에는 시료의 생물학적 산소 요구량(COD) 및 부유물질농도(SS)를 측정할 수 있도록 한 쌍의 셀(518)이 대향하여 설치된다.
수질오염 시스템을 통해 시료의 수질을 측정하는 동안, 셀의 대향측면에 오염물질이 부착된다.
이와 같이, 셀(518)에 오염물질이 다수 형성되면 센서의 정확도 및 정밀도가 낮아지기 때문에, 본 발명에 따르면, 광학센서의 중간부에 센서 세정장치를 제공하여 셀(518)에 부착된 오염물질을 제거한다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 브러시식 센서 세정장치(500)는 모터(502), 샤프트(shaft)(504), 캠(506), 캠 가이드(508), 가이드 축(510), 종동체(512), 브러시 지지부(514) 및 브러시(516)를 포함할 수 있다.
모터(502)의 구동에 의해, 모터에 연결된 샤프트(504)가 회전한다. 샤프트(504)의 외주면에는 샤프트(504)의 반지름 보다 큰 반지름을 가지는 원 형상의 캠(506)이 형성되어 있다.
본 발명에 따르면, 샤프트(504)가 캠(506)의 중심에 형성되는 것이 아니라, 중심에서 벗어나 편심되어 형성되어 있으므로, 샤프트(504)의 회전에 따라 캠(506)은 왕복운동을 하게 된다.
캠(506)의 왕복운동은 캠(506)의 소정 영역에 형성된 캠 가이드(508)에 전달되고, 캠 가이드(508)가 가이드 축(510)을 따라 왕복운동함에 따라, 캠(506)의 말단에 인접한 종동체(512)가 왕복운동을 하게 된다.
종동체(512)의 말단에는 브러시 지지부(514)가 결합되어 있으며, 브러시 지지부(514)의 양 측면에 브러시(516)가 부착되어 있다.
상기한 바와 같이, 캠(506)에 의해 회전운동이 왕복운동으로 전환되면, 종동체(512)의 말단에 결합한 브러시 지지부(514)가 왕복운동을 하게 되고, 이에 따라 브러시(516)가 셀(518) 표면에 형성된 오염 물질을 제거할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 제어부(206)의 제어신호에 의해 미리 설정된 시간 주기로 모터가 구동하고, 이에 따라 셀의 세정이 이루어질 수 있으므로, 셀(518) 표면에 다량의 오염물질이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 분사식 센서 세정장치를 포함하는 센서의 정면도이며, 도 6b는 도 6a의 측면도이다.
도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분사식 센서 세정장치는 컴프레서(compressor)(600), 압축공기 주입구(602), 압축 공기관(604)을 포함할 수 있다.
컴프레서(600)는 공기를 압축하는 장치로서, 컴프레서(600)에 의해 생성된 압축공기가 압축공기 주입구(602)로 전달된다.
압축공기 주입구(602)로 전달된 압축공기가 압축 공기관(604)을 따라 이동하게 되는데, 본 발명에 따른 압축 공기관(604)은 일 말단에 압축공기 주입구(602)에서 센서 회로부(606)를 지나 센서부(610)까지 연장된다.
압축 공기관(604)을 따라 이동한 압축공기가 압축 공기관(604) 끝단에서 센서 막(612)으로 배출됨으로써, 센서 막(612)에 부착된 오염물질이 제거될 수 있다.
도면에는 도시되어 있지 않으나, 분사식 센서 세정장치의 컴프레서(600)는 솔레노이드 밸브와 연결되어 있으며, 솔레노이드 밸브는 제어부(206)의 제어신호에 따라 주기적으로 컴프레서(600)를 구동시킨다.
본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이, 용존 산소량 측정의 정확성을 위해 DO 센서(102)를 수질오염 모니터링 시스템의 외부로 노출시켜 설치한다. 이처럼 센서가 시스템 외부에 노출되어 설치되면, 모터를 센서와 인접하여 설치할 수 없기 때문에, 브러시식 센서 세정장치를 사용할 수 없다.
이러한 경우, 압축공기에 의한 세정 방식을 사용하는 분사식 센서 세정장치를 사용하면, 컴프레서가 센서와 인접해 있을 필요가 없기 때문에, 시스템 외부에 노출되어 있는 센서의 세정이 가능해진다.
본 발명자는 브러시식 및 분사식 센서 세정장치로 1일에 2회로 센서를 세정하면서 30일 동안 수질과 관련된 특성 값을 측정한 결과, 셀(518)에 피막이 형성되지 않음을 확인할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수질오염 모니터링 시스템의 전체 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수질오염 모니터링 시스템은 수질 측정을 위한 다수의 센서(102,104,106,108,110,112), 키패드부(116), 각 센서에서 출력되는 신호를 전압신호 또는 전류신호로 증폭하는 신호증폭회로(700), A/D 컨버터(analog/digital converter)(702), 제어부(206), 메모리(706), 센서 세정장치 구동부(708), 정량펌프 구동부(710), 표시부(118), 통신포트(712) 및 데이터포트(714)를 포함할 수 있다.
DO 센서(102), 온도 센서(104), COD 센서(106), SS 센서(108), pH 센서(110), EC 센서(112), 키패드부(116) 및 표시부(118)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
수질 측정센서는 수질에 대한 화학적, 물리적 변화에 대하여 매우 미약하게 반응하므로 외부의 전기적인 노이즈는 센서의 정확도 및 정밀도에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 수질오염 모니터링 시스템은 센서로부터 출력되는 신호를 증폭하기 위해, 각각의 센서의 신호 특성에 따라 신호를 증폭할 수 있는 복수의 신호증폭회로(700)를 포함할 수 있다.
DO 센서(102) 및 온도 센서(104)에서 출력되는 신호는 신호증폭회로(700)를 거쳐 1V 내지 5V 범위 내의 전압신호로 증폭된다.
한편, COD 센서(106), SS 센서(108), pH 센서(110) 및 EC 센서(112)에서 출력되는 신호는 신호증폭회로(700)를 거쳐 외부 노이즈에 대하여 안정적인 4.0 mA 내지 20.0 mA 범위 내의 전류신호로 증폭된다.
그러나 상기 DO 센서(102) 및 온도 센서(104)가 전류신호를 출력하도록 할 수도 있으며, 그 외의 센서가 전압신호를 출력하도록 하는 것도 가능하다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
상기한 바와 같이, 신호증폭회로(700)에서 처리된 전압신호 또는 전류신호는 A/D 컨버터(702)를 통해 아날로그 신호에서 제어부(206)에서 처리할 수 있도록 디지털신호로 변환된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 16bit이며, 8개의 채널을 가지는 A/D 컨버터(702)가 사용될 수 있으나 이는 일예에 불과하며, 다른 비트 및 채널을 가지는 A/D 컨버터가 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
제어부(206)는 A/D 컨버터(702)에서 변환된 디지털신호를 연산처리하여 수질의 오염 정도를 판단한다.
한편, 본 발명에 따른 제어부(206)는 메모리(706), 센서 세정장치 구동부(708), 정량펌프 구동부(710), 표시부(118), 통신포트(712) 및 데이터포트(714)와 연결될 수 있다.
메모리(706)는 수질 측정 계산 프로그램 및 전송 프로그램과 같은 수질오염 모니터링 시스템에 적용될 수 있는 프로그램을 저장하며, 제어부(206)에서 연산처리된 계측값을 저장한다.
본 발명에 따르면, 메모리(706)는 메모리의 활용 효율을 높일 수 있도록 FIFO(first-in first-out)방식으로 계측 값을 저장하며, 용량이 초과될 경우, 최근 자료는 저장되고, 가장 이전에 저장된 자료는 삭제된다.
메모리(706)에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리 및 S-램(static random access memory)과 같은 범용의 메모리가 사용될 수 있으며, 그밖에 저장수단을 모두 포함할 수 있다.
센서 세정장치 구동부(708)는 세정장치를 구동시켜 센서를 세정할 수 있도록 한다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세정장치는 브러시식 센서 세정장치와 분사식 센서 세정장치를 포함하는데, 센서 세정장치 구동부(708)는 제어부(206)의 제어신호에 따라 미리 설정된 주기마다 모터(502) 및 컴프레서(600)를 구동시켜 셀(518) 또는 센서 막(612)이 세정될 수 있도록 한다.
정량펌프 구동부(710)는 제어부(206)의 제어신호에 따라 정량펌프(120)를 구동시킨다. 정량펌프(120)의 구동에 의해, 시료가 수질오염 모니터링 시스템 내부로 유입됨으로써, 수질에 관한 계측 데이터를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 수질오염 모니터링 시스템은 수질에 관한 계측 데이터를 원격 송수신할 수 있도록 하는 통신포트(712) 및 데이터포트(714)를 제공한다.
통신포트(712)는 유선 또는 무선으로 데이터를 통신할 수 있도록 하는 것으로서, 도면에서 도시되어 있지 않으나, 통신포트에 모뎀 또는 모바일 폰 등을 연결하여 데이터를 유선 또는 무선으로 송수신할 수 있게 된다.
데이터포트(714)는 인터넷 망을 통해 데이터를 송수신 할 수 있도록 한다. 예를 들어, 데이터포트(714)에 범용의 랜(LAN) 카드를 연결함으로써, 인터넷 망을 통해 원격지에 데이터를 송신할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같이 유무선 방식 또는 인터넷 망을 이용하여 계측 데이터를 송신함으로써, 각 현장에 설치된 수질오염 모니터링 시스템에 저장된 계측 데이터를 수집하기 위해 소요되는 인력 및 시간의 낭비를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수질오염 모니터링 시스템은 시스템 내부의 온도를 조절할 수 있는 내부 온도 조절장치를 제공하여, 시스템을 실외에 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 센서의 감도가 외부 온도에 영향을 받지 않도록 하여 센서의 정확도 및 정밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광학센서와 전극센서 각각에 브러시식 및 분사식 센서 세정장치를 제공하여 주기적으로 셀 및 센서 막을 세정함으로써, 센서의 정확도 및 정밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 분사식 센서 세정장치를 제공함으로써, 수질에 관련된 특성 값의 정확한 측정을 위해, 센서가 시스템 외부에 노출되어 설치되는 경우에도 이를 세정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수질오염 모니터링 시스템의 내부 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 센서의 배치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내부 온도 조절장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온도 조절방법을 도시한 순서도.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 브러시식 센서 세정장치를 포함하는 센서의 정면도.
도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 브러시식 센서 세정장치의 내부 구성을 도시한 도면.
도 6a는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 분사식 센서 세정장치를 포함하는 센서의 정면도.
도 6b는 도 6a의 측면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수질오염 모니터링 시스템의 전체 회로 구성을 도시한 도면.

Claims (16)

  1. 수질을 연속적으로 측정할 수 있는 시스템으로서, 수질에 관한 물리량을 전기신호로 변환하는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 수질오염 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 센서로부터 출력되는 신호를 연산처리하여 수질오염의 정도를 판단하는 제어부;
    상기 시스템의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 가열수단, 상기 시스템의 내부 온도를 하강시킬 수 있는 냉각수단, 상기 시스템 내부 온도가 미리 설정된 온도의 상한보다 높은 경우, 이를 감지하여 상기 냉각수단을 구동시키는 상위 온도조절부 및 상기 시스템의 내부 온도가 미리 설정된 온도의 하한보다 낮은 경우, 이를 감지하여 상기 가열수단을 구동시키는 하위 온도조절부를 포함하는 내부 온도 조절장치; 및
    상기 제어부 및 내부 온도 조절장치를 외부 환경으로부터 보호하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 DO(dissolved oxygen) 센서, 온도 센서, pH 센서, EC(electric conductivity) 센서, COD(chemical oxygen demand) 센서 및 SS(suspended solid) 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 DO 센서 및 온도 센서는 상기 수질오염 모니터링 시스템의 외부에 배치되어 측정하고자 하는 물에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 DO 센서, 온도 센서, pH 센서, EC 센서는 전극센서로 이루어지며, 상기 COD 센서 및 SS 센서는 광학센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상위 온도 조절부 및 하위 온도 조절부는 써모스탯(thermostat)으로 이루어지고, 상기 가열수단은 히터 및 상기 냉각수단은 팬을 포함하며,
    상기 써모스탯은 시스템 내부의 온도가 미리 설정된 온도의 상한보다 높아지면 팬을 동작시키고, 상기 시스템 내부의 온도가 미리 설정된 온도의 하한보다 낮아지면 히터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 개폐가 가능한 도어를 포함하되,
    상기 하우징은 상기 시스템이 외부 환경에 영향을 받지 않도록 외부 표면이 SUS316(steel use stainless316) 재질로 코팅 처리되며, 상기 도어의 이음새 부분이 고무패킹되는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    사용자가 시스템의 제어변수의 변경 및 특정 센서를 검정 또는 보정하기 위한 수치를 입력할 수 있도록 하는 키패드부;
    상기 제어부가 연산처리한 수질의 계측 값을 확인할 수 있도록 하는 표시부; 및
    상기 제어부에서 연산처리된 수질에 대한 계측 데이터를 원격지로 전송할 수 있도록 하는 포트를 더 포함하며,
    상기 포트는 상기 계측 데이터를 유선 또는 무선으로 전송할 수 있도록 하는 통신 포트 및 상기 계측 데이터를 인터넷 망을 통해 전송할 수 있도록 하는 데이터 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서 연산처리된 계측 데이터를 선입선출(FIFO) 방식으로 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  9. 수질의 여러 물리량을 검출할 수 있도록 하는 센서 표면을 구비하는 센서를 세정하기 위한 센서 세정장치에 있어서,
    상기 센서 세정장치에 동력을 전달하는 모터;
    상기 모터의 일 말단에 연결되어 상기 모터의 구동에 의해 회전하는 샤프트;
    상기 샤프트를 둘러싸며, 상기 샤프트의 회전운동을 왕복운동으로 전환하는 캠-상기 샤프트는 캠의 중심에서 편심되어 배치됨-;
    상기 캠의 왕복운동을 가이드 하는 캠 가이드; 및
    상기 캠에 의해 왕복운동하는 종동체를 포함하되,
    상기 종동체의 일 말단에는 브러시가 부착된 브러시 지지부가 결합되며, 상기 브러시 지지부가 상기 종동체의 왕복운동에 의해 상하 유동함으로써, 상기 브러시가 센서 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 센서 세정장치.
  10. 수질에 관련된 물리량을 검출할 수 있도록 하는 센서 표면을 포함하는 센서를 세정하기 위한 센서 세정장치로서,
    압축공기를 생성하는 압축공기 생성수단;
    상기 압축공기 생성수단의 일 측단에 연결되며, 상기 센서 내부로 압축공기를 주입할 수 있도록 하는 압축공기 주입구; 및
    상기 압축공기 주입구에서 상기 센서 표면에 인접한 영역까지 압축공기를 이송하는 압축공기관을 포함하며,
    상기 압축 공기관의 끝단에서 배출되는 압축공기에 의해 센서 표면의 오염물질이 제거되는 것을 특징으로 하는 센서 세정장치.
  11. 제1항에 있어서,
    제10항 내지 제11항에 따른 센서 세정장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  12. 수질을 연속적으로 측정할 수 있는 시스템으로서, 수질에 관한 물리량을 전기신호로 변환하는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 수질오염 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 센서로부터 출력되는 신호를 연산처리하여 수질오염의 정도를 판단하는 제어부;
    상기 적어도 하나 이상의 센서에 구비되는 센서 표면을 세정하기 위한 센서 세정장치; 및
    상기 제어부 및 상기 센서 세정장치를 외부 환경으로부터 보호하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시스템의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 가열수단, 상기 시스템의 내부 온도를 하강시킬 수 있는 냉각수단, 상기 시스템 내부 온도가 미리 설정된 온도의 상한보다 높은 경우, 이를 감지하여 상기 냉각수단을 구동시키는 상위 온도조절부 및 상기 시스템의 내부 온도가 미리 설정된 온도의 하한보다 낮은 경우, 이를 감지하여 상기 가열수단을 구동시키는 하위 온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 센서 세정장치는,
    상기 센서 세정장치에 동력을 전달하는 모터;
    상기 모터의 일 말단에 연결되어 상기 모터의 구동에 의해 회전하는 샤프트;
    상기 샤프트를 둘러싸며, 상기 샤프트의 회전운동을 왕복운동으로 전환하는 캠-상기 샤프트는 캠의 중심에서 편심되어 배치됨-;
    상기 캠의 왕복운동을 가이드 하는 캠 가이드; 및
    상기 캠에 의해 왕복운동하는 종동체를 포함하되,
    상기 종동체의 일 말단에는 브러시가 부착된 브러시 지지부가 결합되며, 상기 브러시 지지부가 상기 종동체의 왕복운동에 의해 상하 유동함으로써, 상기 브러시가 센서 막을 세정하는 브러시식 센서 세정장치인 것을 특징으로 하는 센서 세정장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 센서 세정장치는,
    압축공기 생성수단; 및
    상기 압축공기 생성수단의 일 측단에 연결되는 상기 압축공기 이송수단을 포함하는 분사식 센서 세정장치로 이루어지며,
    상기 압축공기 이송수단의 끝단은 상기 센서의 센서 표면과 인접하여 배치되며, 상기 끝단에서 배출되는 압축공기에 의해 센서 표면의 오염물질이 제거되는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 압축공기 생성 수단은 컴프레서를 포함하며, 상기 압축공기 이송수단은 상기 센서 내부로 압축공기를 주입할 수 있도록 하는 압축공기 주입구 및 상기 센서 표면 상부까지 압축공기를 이송하는 압축공기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 수질오염 모니터링 시스템.
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