KR20130094106A - Portable analyzer for hydronic nutrients - Google Patents

Portable analyzer for hydronic nutrients Download PDF

Info

Publication number
KR20130094106A
KR20130094106A KR1020120015511A KR20120015511A KR20130094106A KR 20130094106 A KR20130094106 A KR 20130094106A KR 1020120015511 A KR1020120015511 A KR 1020120015511A KR 20120015511 A KR20120015511 A KR 20120015511A KR 20130094106 A KR20130094106 A KR 20130094106A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
nutrient solution
measuring
concentration
component
Prior art date
Application number
KR1020120015511A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101404666B1 (en
Inventor
김학진
김원경
강창익
노미영
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020120015511A priority Critical patent/KR101404666B1/en
Publication of KR20130094106A publication Critical patent/KR20130094106A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101404666B1 publication Critical patent/KR101404666B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/333Ion-selective electrodes or membranes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02Special apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/333Ion-selective electrodes or membranes
    • G01N27/3335Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/487Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48714Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means for determining substances foreign to the organism, e.g. drugs or heavy metals
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00Control of flow ratio
    • G05D11/02Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
    • G05D11/13Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
    • G05D11/135Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by sensing at least one property of the mixture
    • G05D11/138Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by sensing at least one property of the mixture by sensing the concentration of the mixture, e.g. measuring pH value

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE: A portable nutrient solution analysis device is provided to analyze a nutrient solution by being carried conveniently in a field, and to improve an accuracy of an analysis, a use convenience, and a size and portability. CONSTITUTION: A portable nutrient solution analysis device comprises a measuring terminal (100), a control unit (240), and an analysis device main body (200). The measuring terminal reacts to an ion of a different component included in a nutrient solution. The measuring terminal comprises multiple selectivity measuring electrodes which generate an electric signal, and a standard electrode as one gathered form. The control unit is connected with the measurement terminal either with or without wire. The control unit transmits and analyzes the electric signal obtained from the measuring electrodes. A density value of each component is calculated. The analysis device main body comprises a display unit (250) indicating a content analyzed in the control unit. [Reference numerals] (100) Measuring terminal; (210) Input and output interface unit; (220) Amplification unit; (230) Signal conversion unit; (240) Control unit; (250) Display unit; (260) Power supply unit

Description

휴대용 양액 분석장치{Portable Analyzer for Hydronic nutrients}Portable Analyzer for Hydronic nutrients

본 발명은 양액 분석장치에 관한 것으로, 특히 현장에서 간편하게 휴대하여 양액을 분석할 수 있도록 크기 및 이동성, 사용 편의성에 더해 분석의 정확성까지 향상시킨 휴대용 양액 분석장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a nutrient solution analyzer, and more particularly, to a portable nutrient solution analyzer that improves the accuracy of analysis in addition to size, mobility, and ease of use so that the nutrient solution can be easily carried on site.

최근 안전하고 고품질의 농산물에 대한 높은 요구에 대응할 수 있고 자동화된 작물 재배로 각광받고 있는 식물공장형 양액재배 방법은 한번 사용한 양액을 다시 사용하는 순환식 재배기술을 기본으로 한다. 이같은 순환식 재배기술에서는 사용한 양액 내 존재하는 영양분의 농도를 실시간으로 측정하여 기준 농도에 맞도록 농축배양액을 첨가하여 전체적인 배양액 농도의 균형을 조절해주는 것이 중요하다. In recent years, the plant-based nutrient solution cultivation method which can cope with the high demand for safe and high-quality agricultural products and is attracting attention as an automated crop cultivation method, is based on a circulating cultivation technique in which the nutrient solution once used is reused. In such a circulating culture technique, it is important to measure the concentration of nutrients present in the used nutrient solution in real time and add a concentrated culture solution to meet the reference concentration to adjust the balance of the overall culture concentration.

이와 관련하여, 현재 많이 사용되고 있는 전기전도도(EC) 기반 농도제어는 양액 내 개별 이온의 농도를 알 수 없으며 특정 성분이 저하되거나 높아지는 등 개별 이온 농도의 불균형이 발생할 수 있기 때문에 작물의 생육단계에 따라 부족성분의 보충과 과잉성분의 배제 등 효율적 관리가 거의 불가능하다. 따라서 pH 전극과 같이 질산태질소(NO3-N), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등 작물생장에 필요한 다양한 영양분의 농도를 현장에서 쉽고 빠르게 측정하는 센서기술이 필요하였다. In this regard, current-based (EC) -based concentration control, which is currently being used, is not able to detect the concentration of individual ions in the nutrient solution and may cause unbalance of individual ion concentration, It is almost impossible to efficiently manage the replenishment of deficient components and the elimination of excess components. Therefore, it is necessary to develop a sensor technology that can easily and quickly measure various nutrient concentrations required for crop growth such as nitrate nitrogen (NO 3 -N), potassium (K), calcium (Ca), and magnesium (Mg) .

하지만, 현재까지 개발된 양액 분석기의 경우 현장에 간단히 휴대하여 사용할 수 있을 정도로 크기가 작으며 사용 편의성을 동시에 갖춘 제품이 없는 실정이다.
However, the quantitative analyzer developed to date is small enough to be easily carried in the field and there is no product with convenience at the same time.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 현장에서 간편하게 휴대하여 양액을 분석할 수 있도록 크기 및 이동성, 사용 편의성, 분석의 정확성을 향상시킨 휴대용 양액 분석장치를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the related art as described above, and an object of the present invention is to provide a portable liquid nutrient solution which can be easily carried on site to analyze nutrient solution, And to provide an analysis apparatus.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 휴대용 양액 분석장치는, 양액에 포함된 서로 다른 성분의 이온에 반응하여 전기신호를 생성하는 복수의 선택성 측정전극과 함께 기준전극을 하나의 집합된 형태로 구비한 측정 단말기와; 상기 측정 단말기와 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 측정전극들로부터 얻어진 전기신호를 전송받고 이를 분석하여 상기 각 성분의 농도 값을 산출하는 제어부와, 상기 제어부에서 분석된 내용을 표시하는 디스플레이부를 구비한 분석장치 본체를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the portable nutrient solution analyzing apparatus according to the technical idea of the present invention includes a plurality of selective measuring electrodes for generating electrical signals in response to ions of different components contained in a nutrient solution, A measuring terminal provided in an aggregated form; A control unit connected to the measurement terminal by wires or wirelessly for receiving an electric signal obtained from the measurement electrodes and analyzing the electric signal to calculate a concentration value of each component; and a display unit for displaying contents analyzed by the control unit And an analysis apparatus main body.

여기서, 상기 복수의 측정전극들은 상기 기준전극을 중심으로 원을 그리면서 등간격으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the plurality of measurement electrodes may be arranged at equal intervals while drawing a circle around the reference electrode.

또한, 상기 측정전극은, 상기 양액에 포함된 일 성분의 이온과 반응하면서 기전력을 유도하도록 한 반응액이 내부 챔버에 충진된 전극 몸체와, 상기 전극 몸체의 선단에서 상기 반응액이 상기 챔버에서 외부로 유출되는 것을 차단하면서 상기 양액에 포함된 일 성분의 이온만을 선택적으로 투과시켜주는 이온 선택성 멤브레인을 구비하되, 상기 이온 선택성 멤브레인은 상기 전극 몸체의 선단에 별도의 부품 없이 접합된 것을 특징으로 할 수 있다. The measuring electrode may include an electrode body filled with a reaction liquid to induce an electromotive force while reacting with one component of ions contained in the nutrient solution, And an ion selective membrane which selectively permeates only ions of one component contained in the nutrient solution while preventing leakage of the ionic selective membrane to the electrode body, wherein the ion selective membrane is bonded to the tip of the electrode body without a separate component have.

또한, 상기 전극 몸체의 선단에는 상기 이온 선택성 멤브레인이 안착되도록 요입된 안착홈이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the electrode body may have a recessed groove formed at the tip of the electrode body so that the ion-selective membrane is recessed.

또한, 상기 측정전극의 후단에는 생성된 상기 전기신호를 상기 측정전극 외부로 전달하기 위하여 동(銅) 재질로 이루어진 돌기 형태의 끼움용 플러그가 설치되고, 상기 측정 단말기의 케이싱에는 상기 측정전극별로 상기 플러그를 끼워 지지하는 복수의 소켓이 구비된 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, a protruding plug of a copper material is provided at a rear end of the measuring electrode to transmit the generated electrical signal to the outside of the measuring electrode. And a plurality of sockets for holding the plugs are provided.

또한, 상기 측정 단말기의 케이싱은, 상기 케이싱은, 중앙에 상기 기준전극이 관통하는 관통홀을 구비하고 전면에는 상기 관통홀을 중심으로 원을 그리면서 등간격 배치된 복수의 소켓을 구비하는 메인바디와, 상기 메인바디의 후측에 이격되게 설치되며 상기 기준전극의 후단을 끼워 지지하고, 상기 측정전극 및 기준전극으로부터 전기신호를 전송받는 내부 케이블들과 외부 케이블을 연결하기 위한 연결단자를 구비하는 케이블 박스와, 원통형으로 이루어져 내부 공간에 상기 메인바디를 수용하되 선단부 개구부로는 상기 측정전극 및 기준전극의 선단부가 외부로 돌출되고, 후단부 개구부로는 상기 케이블 박스의 선단부가 나사결합되는 커버로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the casing of the measuring terminal may include a main body having a through hole through which the reference electrode penetrates in the center, and a plurality of sockets arranged at equal intervals in a circle around the through hole, A cable having a connection terminal for connecting an external cable and internal cables which are installed on the rear side of the main body and which hold the rear end of the reference electrode and receive an electric signal from the measurement electrode and the reference electrode, And a cover in which the distal end portion of the measurement electrode and the reference electrode protrudes to the outside and the distal end portion of the cable box is screwed to the rear end opening portion, . ≪ / RTI >

또한, 상기 분석장치 본체에는 상기 측정전극으로부터 전달된 전기신호에 대하여 버퍼링을 수행하고 필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 증폭부가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the main body of the analyzer may further include an amplifying unit for buffering the electrical signal transmitted from the measuring electrode and applying a filter to remove noise.

또한, 상기 증폭부는 연산 증폭기를 이용하여 각 측정전극에서 생성된 전기신호별로 버퍼링을 수행하여 nA 수준의 미소전류를 mA 수준으로 증폭하는 것을 특징으로 할 수 있다. Also, the amplifying unit buffers the electric signals generated by the measuring electrodes using an operational amplifier to amplify the nA-level microcurrent to a mA level.

또한, 상기 제어부는 2점 정규화 방법에 의하여 상기 각 성분의 농도 값을 산출하며, 상기 2점 정규화 방법은, 캘리브레이션(calibration) 식에 농도를 이미 알고 있는 저농도, 고농도 용액의 농도 값을 입력하여 보정의 기준이 되는 기전력 값(Y1n, Y2n)을 산출하는 단계와; 상기 측정전극의 특성을 알기 위하여 이미 농도를 알고 있는 상기 저농도, 고농도 용액의 기전력 값(Y10, Y20)을 상기 측정전극으로 측정하는 단계와; 전 단계에서 구해진 Y1n, Y2n, Y10, Y20 값을 통해 보정계수를 산출하는 단계와; 상기 측정전극에 의해 실제 농도를 알고자 하는 양액의 각 성분을 측정하는 단계와; 상기 측정전극에 의해 양액의 각 성분으로부터 측정된 기전력 값에 대하여 상기 보정계수를 바탕으로 보정하는 단계와; 상기 보정된 값을 상기 캘리브레이션 식에 대입하여 상기 양액의 각 성분 농도 값을 예측하여 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.The two-point normalization method calculates a concentration value of each component by using a two-point normalization method. The two-point normalization method is a method of calibrating a two-point normalization method by inputting a concentration value of a low- Calculating an electromotive force value (Y 1n , Y 2n ) as a reference of the reference voltage; Measuring an electromotive force value (Y 10 , Y 20 ) of the low-concentration and high-concentration solution already known in concentration to obtain the characteristics of the measurement electrode; Calculating a correction coefficient through Y 1n , Y 2n , Y 10 , and Y 20 values obtained in the previous step; Measuring each component of the nutrient solution for which the actual concentration is to be determined by the measurement electrode; Correcting an electromotive force value measured from each component of the nutrient solution by the measuring electrode based on the correction coefficient; And a step of substituting the corrected value into the calibration equation to predict and calculate each component concentration value of the nutrient solution.

또한, 상기 제어부는 상기 2점 정규화 방법과 병행하여 3점 캘리브레이션 방법에 의하여 상기 각 성분의 농도 값을 산출하며, 상기 3점 캘리브레이션 방법은, 측정하고자 하는 상기 양액의 각 성분의 농도 대역을 포함하는 세 가지 이상의 캘리브레이션 용액의 농도 값(Xn) 및 기전력 값(Yn)을 측정하는 단계와; 상기 세 가지 이상의 캘리브레이션 용액의 농도 값(Xn) 및 기전력 값(Yn)에 의해 회귀식을 계산하는 단계와; 상기 측정전극에 의해 실제 농도를 알고자 하는 양액의 각 성분을 측정하는 단계와; 상기 측정전극에 의해 양액의 각 성분으로부터 측정된 기전력 값에 대하여 상기 계산된 회귀식에 역으로 대입함으로써 상기 양액의 각 성분 농도 값을 예측하여 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
Also, the controller calculates concentration values of the respective components by a three-point calibration method in parallel with the two-point normalization method, and the three-point calibration method includes a concentration band of each component of the nutrient solution to be measured Measuring a concentration value (X n) and an electromotive force value (Y n ) of three or more calibration solutions; Calculating a regression equation by the concentration value (X n) and the electromotive force value (Y n ) of the three or more calibration solutions; Measuring each component of the nutrient solution for which the actual concentration is to be determined by the measurement electrode; And estimating and calculating each component concentration value of the nutrient solution by inversely substituting the calculated electromotive force value measured from each component of the nutrient solution by the measuring electrode into the calculated regression equation.

본 발명에 의한 휴대용 양액 분석장치는, 전극들의 방사상 배치방식과 별도의 부품을 사용하지 않는 이온 선택성 멤브레인의 단순 접합방식에 의하여 그 크기를 획기적으로 줄이는 것이 가능하여 간편하게 휴대할 수 있는 콤팩트한 제품을 구현할 수 있다.The portable nutrient solution analyzing apparatus according to the present invention can be greatly reduced in size by a radial arrangement method of electrodes and a simple joining method of an ion selective membrane which does not use a separate component, Can be implemented.

또한, 본 발명은 전극들이 집합된 형태로 구비되면서도 전극 상호간 간격을 동일 면적 대비 최대한 넓게 확보하였고, 전극의 지속적인 사용에 따라 증가되는 오차를 효과적으로 보정할 수 있는 새로운 2점 정규화 방법을 3점 캘리브레이션 방법과 병행하여 적용함으로써 보다 정확한 결과 값을 얻을 수 있다.In addition, the present invention provides a new two-point normalization method capable of effectively compensating an error that is caused by continuous use of an electrode while ensuring that the gap between the electrodes is as wide as possible, It is possible to obtain a more accurate result value.

또한, 본 발명은 소켓방식에 의하여 측정전극 및 기준전극을 간단하게 장착할 수 있다. In addition, the present invention can easily mount the measurement electrode and the reference electrode by a socket method.

또한, 본 발명은 케이싱이 각각의 역할을 담당하는 메인바디, 케이블 박스, 커버의 세 부위로 구성되어 제품의 조립이 간편하게 이루어진다.
In addition, according to the present invention, the main body, the cable box, and the cover, each of which serves as a casing, constitute the three parts, so that the product can be easily assembled.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치의 측정 단말기 및 본체를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기의 선단부를 보여주는 측면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기의 구성을 설명하기 위한 분해 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정전극의 구성을 설명하기 위한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치의 전체 구성도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분석장치 본체의 증폭부를 설명하기 위한 일련의 회로 구성도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 2점 정규화 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 3점 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도.
1 is a perspective view for explaining a measuring terminal and a main body of a portable nutrient solution analyzer according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view of a measurement terminal according to an embodiment of the present invention.
3 is a side view showing a front end portion of a measuring terminal according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded cross-sectional view illustrating a configuration of a measurement terminal according to an embodiment of the present invention.
5 is a sectional view for explaining a configuration of a measuring electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an overall configuration view of a portable nutritive analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
7 to 9 are a series of circuit diagrams for explaining an amplification unit of an analyzer main body according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a two-point normalization method of a control unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart for explaining a three-point calibration method of a control unit according to an embodiment of the present invention.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치는, 현장에서 간편하게 휴대하여 양액을 분석할 수 있도록 크기 및 이동성, 사용 편의성을 향상시켰으며, 이에 더해 분석의 정확성까지 향상되도록 구성된다. The portable nutrient solution analyzing apparatus according to the embodiment of the present invention is improved in size, mobility and ease of use so as to easily carry it in the field and analyze the nutrient solution, and the accuracy of the analysis is further improved.

이를 위해 본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치는, 측정전극과 기준전극을 별도로 사용하던 관행에서 탈피하여 이들을 동시에 사용하면서도, 효과적인 배치방식에 의하여 설치면적 대비 전극 상호간의 간격은 최대한 확보함으로써 콤팩트한 제품을 구현할 수 있도록 구성된다. 더욱이, 새롭게 개발된 2점 정규화 방법을 3점 캘리브레이션 방법과 병행하여 적용함으로써 보다 정확한 농도 값을 산출할 수 있도록 구성된다. To this end, the portable nutrient solution analyzing apparatus according to the embodiment of the present invention is a portable nutrient solution analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a measuring electrode and a reference electrode are separately used, It is configured to implement one product. Further, the newly developed two-point normalization method is applied in parallel with the three-point calibration method, so that a more accurate concentration value can be calculated.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치의 구성을 설명한다. Hereinafter, the configuration of a portable nutrient solution analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치의 측정 단말기 및 본체를 설명하기 위한 사시도이다. 1 is a perspective view illustrating a measuring terminal and a main body of a portable nutrient solution analyzer according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 휴대용 양액 분석장치는, 크게 측정 단말기(100)와 분석장치 본체(200)로 이루어지며, 이들 모두 현장에서 간편하게 휴대하여 사용할 수 있는 콤팩트한 크기로 이루어진다. 특히 상기 측정 단말기(100)의 경우 그 크기를 핸드 타입으로 최소화할 수 있도록 상기 전극들(120,130)의 독창적인 배치기술과, 이온 선택성 멤브레인(124)의 새로운 설치기술이 적용된다. 즉, 도면에서 볼 수 있는 것처럼 양액의 서로 다른 성분에 반응하여 발생하는 기전력을 측정할 수 있도록 한 측정전극(120)이 상기 기준전극(130)을 중심으로 원을 그리면서 등간격으로 배치되어 하나로 집합된 형태를 이루면서도 면적 대비 전극 상호간의 간격을 최대한 확보할 수 있도록 하였다. 나아가, 이온 선택성 멤브레인(124)의 설치로 인하여 상기 측정전극(120)의 굵기가 증가하는 문제를 획기적으로 개선하여 상기 이온 선택성 멤브레인(124)을 상기 전극 몸체(121,122)의 선단에 별도의 부품 없이 직접 접합한 것을 기술적 요지로 한다.
As shown in the figure, in the embodiment of the present invention, the portable nutrient solution analyzing apparatus is largely composed of the measuring terminal 100 and the analyzer main body 200, all of which are compact in size so that they can be easily carried in the field. In particular, in the case of the measuring terminal 100, an original placement technique of the electrodes 120 and 130 and a new installation technique of the ion selective membrane 124 are applied so as to minimize the size of the measuring terminal 100 to a hand type. That is, as can be seen from the figure, the measurement electrodes 120 are arranged at equally spaced intervals around the reference electrode 130 so as to measure the electromotive force generated in response to the different components of the nutrient solution. And the gap between the electrodes is maximized relative to the area while forming the aggregated shape. Furthermore, the problem of increasing the thickness of the measuring electrode 120 due to the ion-selective membrane 124 is remarkably improved, so that the ion-selective membrane 124 can be attached to the tip of the electrode bodies 121 and 122 without any additional parts It is a technical point that it is directly bonded.

아래에서는 상기 측정 단말기(100)와 분석장치 본체(200)의 세부적인 구성에 대해 설명하기로 한다. 다만 설명의 편의상, 상기 측정 단말기(100)의 구성에 대해 먼저 설명하고, 다음으로 상기 분석장치 본체(200)의 구성에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the detailed configuration of the measuring terminal 100 and the analyzer body 200 will be described. However, for convenience of explanation, the configuration of the measuring terminal 100 will be described first, and then the configuration of the analyzer main body 200 will be described.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기의 선단부를 보여주는 측면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기의 구성을 설명하기 위한 분해 단면도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정전극의 구성을 설명하기 위한 단면도이다. FIG. 2 is a sectional view of a measuring terminal according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a side view showing a front end of a measuring terminal according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a view showing a configuration of a measuring terminal according to an embodiment of the present invention Fig. And FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a measurement electrode according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기(100)는, 케이싱(110)과, 복수의 측정전극(120)과, 기준전극(130)으로 매우 간단하게 이루어진다. As shown in the drawing, the measuring terminal 100 according to the embodiment of the present invention is extremely simplified as a casing 110, a plurality of measuring electrodes 120, and a reference electrode 130.

먼저, 상기 케이싱(110)은 메인바디(110a), 케이블 박스(110b), 커버(110c)의 세 부위로 이루어지며, 이들에 의하여 복수의 측정전극(120)과 기준전극(130)을 지지 및 보호하고, 상기 측정전극(120) 및 기준전국(130)에서 생성된 전기신호를 전달하기 위한 내부 케이블(113a)들을 수용하는 역할을 한다. First, the casing 110 is composed of three parts, that is, a main body 110a, a cable box 110b, and a cover 110c, which support and support a plurality of measurement electrodes 120 and a reference electrode 130, And serves to receive the internal cables 113a for transmitting the electric signals generated by the measurement electrode 120 and the reference national 130. [

여기서, 상기 케이싱(110)의 메인바디(110a)는 원기둥 형태로 이루어지며, 중앙에는 상기 기준전극(130)이 관통하는 관통홀(118)을 구비한다. 그리고 상기 메인바디(110a)의 전면에는 상기 관통홀(118)을 중심으로 원을 그리면서 등간격으로 배치된 복수의 소켓(111)이 형성된다. 상기 복수의 소켓(111)은 상기 측정전극(120)별로 그 후단에 설치된 상기 플러그(126)를 억지끼움방식에 의하여 끼워 지지하게 된다. 이로써, 상기 복수의 측정전극(120)을 간단히 끼워 장착할 수 있게 된다. 단, 도면에서는 다섯 개의 측정전극(120)을 끼워 지지할 수 있도록 상기 소켓(111)이 다섯 개 구비된 것으로 도시되었지만 이는 양액에서 농도 값을 측정하고자 하는 성분의 수에 따라 달라질 수 있다.The main body 110a of the casing 110 has a cylindrical shape and a through hole 118 through which the reference electrode 130 passes is formed at the center of the main body 110a. A plurality of sockets 111 are formed on the front surface of the main body 110a. The sockets 111 are formed at equal intervals while forming a circle around the through holes 118. The plurality of sockets 111 are fitted to the plugs 126 provided at the rear end of each of the measurement electrodes 120 in a forced fit manner. As a result, the plurality of measurement electrodes 120 can be easily fitted. In the drawing, five sockets 111 are shown to support five measuring electrodes 120. However, the number of the sockets 111 may vary depending on the number of components to be measured.

또한, 상기 케이싱(110)의 케이블 박스(110b)를 살펴보면, 그 후단에 분석장치 본체(200)로 전기신호를 전송할 수 있도록 외부 케이블(113b)과 연결되는 연결단자(115)를 구비한다. 상기 연결단자(115)에는 상기 메인바디(110a)의 소켓(111)을 통하여 상기 측정전극(120)과 연결되는 복수의 내부 케이블(113a)들이 함께 구비된다. 또한, 상기 케이싱(110)의 케이블 박스(110b)에는 상기 기준전극(130)의 후단이 끼워져 지지될 수 있도록 기준전극용 소켓(111)이 구비된다. 이로써, 상기 기준전극(130)의 경우에도 간단히 끼워 장착할 수 있게 된다. The cable box 110b of the casing 110 is provided with a connection terminal 115 connected to the external cable 113b so as to transmit an electric signal to the main body 200 of the analyzer. The connection terminal 115 is provided with a plurality of internal cables 113a connected to the measurement electrode 120 through the socket 111 of the main body 110a. The cable box 110b of the casing 110 is provided with a reference electrode socket 111 so that the rear end of the reference electrode 130 can be inserted and supported. Thus, the reference electrode 130 can be simply fitted.

또한, 상기 케이싱(110)의 커버(110c)는 넓은 내부 공간을 갖는 원통형의 형태로 이루어져 그 내부 공간에 상기 케이싱(110)의 메인바디(110a)를 수용한다. 이때 상기 메인바디(110a)에 장착된 측정전극(120) 및 케이블 박스(110b)에 장착된 기준전극(130)의 선단부가 상기 케이싱(110)의 커버(110c) 선단부에 형성된 개구부(116a)를 통해 노출되어 양액에 담글 수 있다. 한편, 상기 케이싱(110)의 커버(110c) 후단부에는 상기 케이싱(110)의 케이블 박스(110b) 선단부가 나사결합된다. 이로써 상기 커버(110c) 후단부의 개구부(116b)가 봉쇄된다.The cover 110c of the casing 110 is formed in a cylindrical shape having a wide internal space and accommodates the main body 110a of the casing 110 in its internal space. The tip of the reference electrode 130 mounted on the measurement electrode 120 and the cable box 110b mounted on the main body 110a is inserted into the opening 116a formed in the tip of the cover 110c of the casing 110 And can be immersed in the nutrient solution. The front end of the cable box 110b of the casing 110 is screwed to the rear end of the cover 110c of the casing 110. [ As a result, the opening 116b at the rear end of the cover 110c is blocked.

상기 측정전극(120)은 기준전극(130)을 바탕으로 한 전위차인 기전력을 측정하고 이로부터 전기신호를 생성하는 역할을 하는 것으로, 도 3에 도시된 것처럼 복수의 측정전극(120)이 기준전극(130)을 중심으로 원을 그리면서 등간격으로 배치된다. 이같은 독특한 방사상 배치방식에 의하면 모든 측정전극(120)이 상기 기준전극(130)에 대하여 동일한 간격을 유지하게 되어 기준전극(130)에 의한 영향을 동일하게 받을 수 있으며, 측정전극(120) 상호간에도 동일한 간격을 유지하게 되어 상호간의 간섭으로 인해 예상되는 오차 및 그 편차를 최소화할 수 있게 된다. 더욱이 이같은 방사상 배치방식은 상기 전극들의 면적 대비 상호간 이격거리를 최대화할 수 있으므로 전극간 상호 간섭을 최소화하고 콤팩트한 제품을 가능하게 한다.The measuring electrode 120 measures an electromotive force, which is a potential difference based on the reference electrode 130, and generates an electric signal therefrom. As shown in FIG. 3, Are arranged at equal intervals while drawing a circle around the center 130. According to such a unique radial arrangement method, all the measurement electrodes 120 maintain the same gap with respect to the reference electrode 130, so that they can receive the same influence by the reference electrode 130, It is possible to minimize the error and the deviation thereof due to mutual interference. In addition, the radial arrangement method can maximize the distance between the electrodes, thereby minimizing the inter-electrode interference and enabling a compact product.

한편, 상기 측정전극(120)의 구성을 구체적으로 살펴보면, 내부 챔버(121a)를 구비한 전극 몸체(121,122)와, 이온 선택성 멤브레인(124)과, 백금 전극체(125)와, 끼움용 플러그(126)로 이루어진다. The measurement electrode 120 may include an electrode body 121 having an inner chamber 121a, an ion selective membrane 124, a platinum electrode body 125, a fitting plug 126).

여기서, 상기 전극 몸체(121,122)는 반응액(123), 백금 전극체(125), 끼움용 플러그(126)의 설치를 편리하게 하기 위하여 헤드부(121)와 연결부(122)의 두 개체가 나사결합된 형태로 이루어지며, 상기 헤드부(121)와 연결부(122) 사이에는 오링(127)이 설치되어 상기 반응액(123)의 틈새 누출이 방지된다. 또한, 상기 전극 몸체(121,122)의 내부 챔버(121a)에는 양액에 포함된 일 성분의 이온과 반응하면서 기전력을 유도하도록 한 반응액(123)이 충진된다. 그리고 상기 전극 몸체(121,122)의 선단에는 상기 이온 선택성 멤브레인(124)이 안착되도록 요입된 안착홈(121b)이 형성된다. 본 실시예에서는 양액에 포함된 질산(NO3), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 인(P) 이온을 검출하도록 다섯 개의 측정전극(120)이 구비된 것으로 예시되었으며, 상기 측정전극(120)은 각각 0.01M 농도의 NaNO3 + 0.01M 농도의 NaCl, 0.01M 농도의 KCl, 0.01M 농도의 CaCl2, 0.01 M 농도의 MgCl2 용액을 주입하여 반응액(123)으로 사용한다. 인(P) 이온을 검출하는 측정전극(120)의 경우에도 마찬가지 방법으로 반응액(123)을 마련할 수 있다.Here, the electrode bodies 121 and 122 are formed in such a manner that two objects, that is, the head part 121 and the connection part 122, are screwed in order to facilitate the installation of the reaction liquid 123, the platinum electrode body 125, And an O-ring 127 is provided between the head part 121 and the connection part 122 to prevent the leakage of the reaction solution 123. The inner chamber 121a of the electrode bodies 121 and 122 is filled with a reaction solution 123 that induces electromotive force while reacting with ions of one component contained in the nutrient solution. At the front end of the electrode bodies 121 and 122, a seating groove 121b recessed to seat the ion selective membrane 124 is formed. In this embodiment, it is illustrated that five measuring electrodes 120 are provided to detect nitric acid (NO 3 ), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg) the measurement electrodes 120 are each concentration of 0.01M NaNO 3 + concentration of 0.01M NaCl, 0.01M concentration of KCl, the reaction solution 123 is injected into a MgCl 2 solution of CaCl 2, 0.01 M concentration of 0.01M concentration . In the case of the measuring electrode 120 for detecting phosphorus (P) ions, the reaction liquid 123 can also be provided in the same manner.

또한, 상기 측정전극(120)의 이온 투과성 멤브레인(124)은 상기 전극 몸체(121,122)의 선단에서 상기 반응액(123)이 상기 챔버(121a) 외부로 유출되는 것을 차단하면서 상기 양액에 포함된 일 성분의 이온만을 선택적으로 투과시켜준다. The ion permeable membrane 124 of the measuring electrode 120 may prevent the reaction liquid 123 from flowing out from the tip of the electrode bodies 121 and 122 to the outside of the chamber 121a, And selectively permeates only ions of the component.

주목할 점으로, 상기 이온 투과성 멤브레인(124)은 상기 전극 몸체(121,122)의 선단에 형성된 안착홈(121b)에 안착된 상태에서 별도의 부품을 사용하지 않고 THF(tetrahydrofuran)를 접착제로 도포하는 단순 접합에 의하여 설치된다는 점이다. 이같은 구성은 비록 단순해보이지만 상기 이온 투과성 멤브레인(124)의 설치로 인하여 자칫 비대해질 수 있는 상기 측정전극(120)의 폭을 획기적으로 줄일 수 있는 것이다. 참고로, 종래기술에 의하면 전극의 선단 외측을 감싸는 원통형의 캡(cap)을 별도로 구비하여 멤브레인(124)을 고정하는 방식이 적용되었다. 이같은 별도의 부품인 캡을 사용하는 전통적인 방식은 전극의 폭을 적어도 5%에서 15%까지 증가시키는 문제를 야기하였다. It is noted that the ion permeable membrane 124 has a simple connection structure in which THF (tetrahydrofuran) is applied with an adhesive without using a separate part while being seated in a seating groove 121b formed at the tip of the electrode bodies 121 and 122 . Although this configuration is simple, it is possible to drastically reduce the width of the measurement electrode 120 that can be enlarged due to the installation of the ion-permeable membrane 124. For reference, a method of fixing the membrane 124 by separately providing a cylindrical cap surrounding the outer edge of the electrode according to the prior art has been applied. The traditional way of using this separate part, the cap, has raised the problem of increasing the electrode width by at least 5% to 15%.

한편, 상기 이온 투과성 멤브레인(124)은 양액 성분 중 질산(NO3), 칼륨(K), 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 이온을 검출하기 위해서 고분자(PVC) 지지체 막(matrix membrane)으로 구비되고, 인(P)의 경우는 만족스러운 성능을 갖는 이온 선택성 멤브레인의 형태가 아직까지 보고되지 않았지만 코발트(Co) 물질이 인을 검출할 수 있는 물질인 것으로 보고되어 있으므로(Kim et. al, 2007) 99.95%의 순도를 갖는 코발트 물질을 인 감지물질로서 사용하면 된다. The ion permeable membrane 124 is formed of a polymer membrane (PVC) as a matrix membrane to detect nitric acid (NO 3 ), potassium (K), calcium (Ca), and magnesium (Mg) In the case of phosphorus (P), the type of ion-selective membrane with satisfactory performance has not been reported yet, but it is reported that cobalt (Co) is a substance capable of detecting phosphorus (Kim et al., 2007 ) A cobalt material having a purity of 99.95% may be used as the phosphorus sensing material.

상기 측정전극(120)의 백금 전극체(125)는 니들 형태로 이루어져 반응액(123)이 충진되어 있는 상기 전극 몸체(121,122)의 챔버(121a) 전체에 걸쳐 구비된다. 이로써 상기 백금 전극체(125)는 상기 반응액(123)으로부터 생성된 기전력에 의한 전기신호를 수집하여 안정적으로 전달하는 매개체의 역할을 한다. The platinum electrode body 125 of the measuring electrode 120 is provided over the entire chamber 121a of the electrode bodies 121 and 122 filled with the reaction liquid 123 in the form of a needle. The platinum electrode assembly 125 collects and stably transmits an electric signal generated by the electromotive force generated from the reaction liquid 123.

또한, 상기 측정전극(120)의 플러그(126)는 상기 백금 전극체(125)로부터 수집된 전기신호를 원활하게 전달하면서도 상기 케이싱(110)의 소켓(111)에 끼워져 장착될 수 있도록 동(銅) 재질로 이루어진다. 상기 플러그(126)의 선단부는 상기 전극 몸체(121,122)의 챔버(121a) 후단을 마개처럼 봉합한 형태로 끼워지며, 그 상태에서 선단부에 형성된 끼움홈(126a)이 상기 백금 전극체(125)의 후단을 끼워 결합된다. 그리고 상기 플러그(126)의 후단부는 돌기 형태로 이루어져 상기 케이싱(110)에 구비된 소켓(111)에 끼워진다. 이같이 플러그(126)가 측정전극(120)에 구비되면 상기 백금 전극체(125)로부터 전달되는 전기신호를 계속 전달하면서도 측정전극(120)을 소켓(111)방식에 의하여 간단하게 케이싱(110)에 장착할 수 있게 된다. The plug 126 of the measuring electrode 120 is electrically connected to the copper electrode body 125 so as to be inserted into the socket 111 of the casing 110 while being smoothly transmitted with electric signals collected from the platinum electrode body 125, ). The tip end of the plug 126 is fitted in a state that the rear end of the chamber 121a of the electrode bodies 121 and 122 is sealed like a cap. In this state, the fitting groove 126a formed at the tip end of the plug body 126, And the rear end is engaged. The rear end of the plug 126 is formed in a protrusion shape and is fitted in a socket 111 provided in the casing 110. When the plug 126 is provided on the measuring electrode 120, the measuring electrode 120 can be easily connected to the casing 110 by the socket 111 while continuing to transmit the electric signal transmitted from the platinum electrode body 125. [ So that it can be mounted.

전술된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 측정 단말기(100)는 측정전극(120)과 기준전극(130)을 하나의 집합된 형태로 구비하면서도 상기 기준전극(130)을 중심으로 측정전극(120)을 방사상 배치함으로써 면적 대비 전극 상호간의 간격을 등간격으로 최대한 확보할 수 있도록 하였으며, 이온 선택성 멤브레인(124)의 설치로 인하여 별도의 부품을 사용하지 않고 전극의 폭을 그대로 유지할 수 있도록 하였다. 이에 따라 상기 측정 단말기(100)를 한 손으로도 사용할 수 있는 초소형의 핸드 타입 제품으로까지 구현할 수 있는 것이다.
As described above, the measuring terminal 100 according to the embodiment of the present invention includes the measuring electrode 120 and the reference electrode 130 in one aggregate form, So that the widths of the electrodes can be maintained without using any additional parts due to the installation of the ion selective membrane 124. In addition, Accordingly, the measurement terminal 100 can be realized as a miniature hand type product that can be used with one hand.

계속해서 본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치 중 분석장치 본체(200)에 대해 설명한다.Next, the analysis apparatus main body 200 of the portable nutritive analysis apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 휴대용 양액 분석장치의 전체 구성도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분석장치 본체의 증폭부를 설명하기 위한 일련의 회로 구성도이다. FIG. 6 is an overall configuration diagram of a portable nutrient solution analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 9 are a series of circuit configuration diagrams for explaining an amplifying unit of the analyzer main body according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분석장치 본체(200)는 입출력 인터페이스부(210), 증폭부(220), 신호 변환부(230), 제어부(240), 디스플레이부(250), 전원부(260)로 이루어지며, 도 1을 참조하여 외관을 살펴보면 간단히 가방에 넣어 현장까지 휴대한 후에 측정 단말기(100)를 연결하여 사용할 수 있도록 콤팩트한 형태로 이루어진다. The main body 200 of the analyzer according to the embodiment of the present invention includes an input / output interface unit 210, an amplification unit 220, a signal conversion unit 230, a control unit 240, a display unit 250, Referring to FIG. 1, the external appearance of the apparatus is shown in a compact form so that the apparatus can be easily connected to the measurement terminal 100 after being carried in a bag.

상기 입출력 인터페이스부(210)는 상기 측정 단말기(100)와 연결되어 전기신호를 주고받을 수 있도록 외부 케이블(113b)이 접속되는 접속포트(251)를 구비하며, 그 외에 메모리나 다른 기기들을 꽂아 연계시킬 수 있도록 USB 포트(252), 네트워크를 통한 통신이 가능하도록 LAN 포트(253)를 구비한다. The input / output interface unit 210 includes a connection port 251 to which an external cable 113b is connected so as to be connected to the measurement terminal 100 so as to exchange electric signals. In addition, A USB port 252, and a LAN port 253 for communication via a network.

상기 증폭부(220)는, 측정전극(120)으로부터 전달된 전기신호에 대하여 버퍼링을 수행하고 필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 증폭부(220)는 연산 증폭기(OPerational AMP)를 이용하여 각 측정전극(120)에서 생성된 전기신호별로 버퍼링을 수행하여 nA 수준의 미소전류를 mA 수준으로 증폭한다. The amplification unit 220 buffers an electrical signal transmitted from the measurement electrode 120 and applies a filter to remove noise. To this end, the amplification unit 220 buffers the electric signals generated by the measurement electrodes 120 using an operational amplifier (OP AMP) to amplify the minute current of the nA level to the mA level.

구체적으로 설명하면, 전극에 발생되는 전위차는 굉장히 작은 에너지(수pW~수백pW)를 갖고 있다. 따라서 주변 노이즈에 의한 영향을 받기가 쉬우므로 신호처리가 가능한 수준의 에너지로 증폭하는 기술이 필요하며, 이때 동반되는 노이즈를 효과적으로 제거하는 기술도 함께 필요하다. 상기 증폭부(220)는 연산 증폭기를 사용하여 수집된 전기신호에 대해 버퍼링을 하고 필터를 적용하여 노이즈를 제거하도록 한다. 이때 전압 플로어(Voltage Follower) 회로는 도 7에 도시된 구성을 통해 부하의 영향성을 제거함으로써 각 측정전극(120)에 할당된 채널 당 입력임피던스가 1012 이상이 되도록 한다. 이 회로는 입력저항이나 귀환저항이 없으며 출력을 바로 반전입력단자에 접속시켜 구성한다. 이 회로의 입력저항은 연산증폭기가 갖고 있는 높은 입력저항 그대로이며 출력저항은 아주 작은 값을 가지므로 입력임피던스는 ∞에 가까울 정도로 높고, 출력임피던스는 0에 가까울 정도로 낮다. 한편, 다수의 전기신호를 수집하기 위하여 도 8과 같이 연산증폭기를 이용하여 각 측정전극(120)에 할당된 채널별로 신호의 버퍼링(완충증폭)을 수행하고 입력과 출력을 같게 하면서 nA정도의 미소전류를 mA정도까지 공급할 수 있도록 한다. 그러면 신호감쇄 없이 원활한 측정이 가능해진다. 채널 별 출력 값을 기준전극(130)과 관계시켜 그때의 기전력 값을 수집하여 신호 변환부(230)에 전달되도록 한다. 또한, 도 9와 같이 주변에서 쉽게 노출되는 60 Hz 전원 노이즈를 제거하고 원신호(raw signal)에 최대한 영향을 주지 않도록 2차 능동 Salley-Key 필터를 적용한다. Specifically, the potential difference generated in the electrode has a very small energy (several pW to several hundreds pW). Therefore, since it is easy to be affected by ambient noise, a technique of amplifying the signal with a level of energy capable of signal processing is required, and a technology for effectively eliminating the accompanying noise is also needed. The amplification unit 220 buffers an electrical signal collected using an operational amplifier and applies a filter to remove noise. At this time, the voltage follower circuit removes the influence of the load through the configuration shown in FIG. 7, so that the input impedance per channel allocated to each measurement electrode 120 becomes 10 12 or more. This circuit has no input resistance or feedback resistance, and the output is directly connected to the inverting input terminal. Since the input resistance of this circuit is the same as the high input resistance of the operational amplifier and the output resistance is very small, the input impedance is close to ∞ and the output impedance is low enough to be zero. In order to collect a plurality of electrical signals, an operational amplifier is used to buffer (amplify and amplify) a signal for each channel assigned to each measurement electrode 120 as shown in FIG. 8, So that the current can be supplied to about mA. This enables smooth measurements without signal attenuation. The output value of each channel is related to the reference electrode 130, and the electromotive force value at that time is collected and transmitted to the signal converting unit 230. Also, as shown in FIG. 9, a second active salley-key filter is applied so as to eliminate the easily exposed 60 Hz power source noise and to minimize the influence of the raw signal.

상기 신호 변환부(230)는, 측정전극(120)으로부터 전송된 전기신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한다. The signal converting unit 230 converts an electric signal transmitted from the measuring electrode 120 from an analog signal to a digital signal.

상기 제어부(240)는, 측정전극(120)으로부터 전송받은 전기신호를 분석하여 양액에 포함된 각 성분의 농도 값을 산출한다. 이 과정에서 전극의 지속적인 사용에 의해 누적되는 오차를 보정함으로써 보다 정확한 분석이 가능하도록 한 2점 정규화 방법을 3점 캘리브레이션 방법과 병행하여 적용하게 된다. The controller 240 analyzes the electric signal transmitted from the measuring electrode 120 and calculates the concentration value of each component contained in the nutrient solution. In this process, the two-point normalization method is applied in parallel with the three-point calibration method, which enables more accurate analysis by correcting accumulated errors due to continuous use of the electrodes.

여기서, 상기 2점 정규화 방법은, 실험실에서 이미 학습되어 만들어진 캘리브레이션 식을 현장에서 새롭게 장착된 전극에 바로 적용하기 위하여 실험실에서 측정되었던 두 가지 시료를 현장에서 장착된 전극으로 재측정하면서 얻어진 기울기와 절편값의 변화값을 보정하는 방법이다. 상기 2점 정규화 방법은 도 10에 도시된 흐름에 따라 아래의 여러 단계들을 거치게 된다. Here, the two-point normalization method is a method in which a calibration equation already learned in a laboratory is directly applied to an electrode newly mounted on the field, and a slope and a slice obtained by remeasuring the two samples, Is a method of correcting the change value of the value. The two-point normalization method is performed through the following steps according to the flow shown in FIG.

먼저, 캘리브레이션(calibration) 식에 농도를 이미 알고 있는 저농도, 고농도 용액의 농도 값을 입력하여 보정의 기준이 되는 기전력 값(Y1n, Y2n)을 산출한다.First, the concentration values of the low-concentration and high-concentration solutions that already know the concentration are input in the calibration formula, and the electromotive force values (Y 1n , Y 2n ) serving as the reference of the correction are calculated.

이후, 상기 측정전극(120)의 특성을 알기 위하여 이미 농도를 알고 있는 상기 저농도, 고농도 용액의 기전력 값(Y10, Y20)을 상기 측정전극(120)으로 측정한다. Then, in order to know the characteristics of the measuring electrode 120, the electromotive force values (Y 10 , Y 20 ) of the low concentration and high concentration solutions already known in concentration are measured by the measuring electrode 120.

이후, 전 단계에서 구해진 Y1n, Y2n, Y10, Y20 값을 통해 보정계수를 산출한다. Then, the correction coefficient is calculated through the values Y 1n , Y 2n , Y 10 , and Y 20 obtained in the previous step.

이후, 상기 측정전극(120)에 의해 실제 농도를 알고자 하는 양액의 각 성분을 측정한다. Then, each component of the nutrient solution to be actually measured by the measuring electrode 120 is measured.

이후, 상기 측정전극(120)에 의해 양액의 각 성분으로부터 측정된 기전력 값에 대하여 상기 보정계수를 바탕으로 보정한다. Thereafter, the electromotive force value measured from each component of the nutrient solution by the measuring electrode 120 is corrected based on the correction coefficient.

마지막으로, 상기 보정된 값을 상기 캘리브레이션 식에 대입하여 상기 양액의 각 성분 농도 값을 예측하여 산출한다. Finally, the calibrated value is substituted into the calibration equation, and the concentration value of each component of the nutrient solution is predicted and calculated.

이같은 2점 정규화 방식은 측정전극(120) 및 기준전극(130)을 지속적으로 사용할 때 메모리 효과(Memory effect)로 인한 오차의 증가를 효과적으로 보정할 수 있기 때문에 보다 정확한 분석이 가능하다. This two-point normalization method can more accurately analyze the increase of the error due to the memory effect when the measurement electrode 120 and the reference electrode 130 are continuously used.

한편, 상기 2점 정규화 방법과 병행하여 적용하는 상기 3점 캘리브레이션 방법은, pH 측정기에서 사용하는 관행적인 세 가지 시료 이상의 표준시료를 측정하여 회귀식을 실시간으로 계산하고 그 결과를 측정에 사용하는 방법이다. 상기 3점 캘리브레이션 방법은 도 11에 도시된 흐름에 따라 아래의 여러 단계들을 거치게 된다. Meanwhile, the three-point calibration method applied in parallel with the two-point normalization method is a method in which a regression equation is measured in real time by measuring a standard sample of three or more customary samples used in a pH meter, to be. The three-point calibration method is performed through the following steps according to the flow shown in FIG.

먼저, 측정하고자 하는 상기 양액의 각 성분의 농도 대역을 포함하는 세 가지 이상의 캘리브레이션 용액의 농도 값(Xn) 및 기전력 값(Yn)을 측정한다.First, the concentration value (X n) and the electromotive force value (Y n ) of three or more calibration solutions including the concentration band of each component of the nutrient solution to be measured are measured.

이후, 상기 세 가지 이상의 캘리브레이션 용액의 농도 값(Xn) 및 기전력 값(Yn)에 의해 회귀식을 계산한다. Then, a regression equation is calculated based on the concentration value (X n) and the electromotive force value (Y n ) of the three or more calibration solutions.

이후, 상기 측정전극(120)에 의해 실제 농도를 알고자 하는 양액의 각 성분을 측정한다. Then, each component of the nutrient solution to be actually measured by the measuring electrode 120 is measured.

마지막으로, 상기 측정전극(120)에 의해 양액의 각 성분으로부터 측정된 기전력 값에 대하여 상기 계산된 회귀식에 역으로 대입함으로써 상기 양액의 각 성분 농도 값을 예측하여 산출한다. Finally, the concentration values of the respective components of the nutrient solution are predicted and calculated by inversely substituting the calculated electromotive force values measured from the respective components of the nutrient solution by the measurement electrode 120 into the calculated regression equation.

상기 디스플레이부(250)는, 7인치 정도의 터치패널로 구비되어, 상기 제어기에서 수행하여 산출한 각종 결과 값들을 표시하는 기본 기능을 비롯하여 캘리브레이션, 측정, 전극의 구성 등을 설정하거나 표시하도록 구성된다. The display unit 250 is provided with a touch panel of about 7 inches, and is configured to set or display calibration, measurement, and electrode configuration, as well as a basic function of displaying various result values calculated by the controller .

상기 전원부(260)는 상기 측정 단말기(100)와 분석장치 본체(200)에 전원을 제공하는 역할을 수행하는 것으로, 전원스위치(261)와 휴대용에 적합하도록 충전용 배터리를 구비한다. 그리고 외부 전원을 직접 이용하거나 상기 배터리의 충전을 위해 DC 전원단자를 구비한다.
The power supply unit 260 provides power to the measurement terminal 100 and the analyzer body 200 and includes a power switch 261 and a rechargeable battery suitable for portable use. And has a DC power terminal for directly using external power or for charging the battery.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be suitably modified and applied in the same manner. Therefore, the above description does not limit the scope of the present invention, which is defined by the limitations of the following claims.

100 : 측정 단말기 110 : 케이싱
111 : 소켓 121b : 안착홈
124 : 이온 선택성 멤브레인 120 : 측정전극
130 : 기준전극 200 : 분석장치 본체
210 : 입출력 인터페이스부 220 : 증폭부
230 : 신호 변환부 240 : 제어부
250 : 디스플레이부 260 : 전원부
100: measuring terminal 110: casing
111: socket 121b: seat groove
124: ion selective membrane 120: measuring electrode
130: reference electrode 200: analyzing apparatus main body
210: input / output interface unit 220:
230: signal conversion unit 240:
250: display part 260: power part

Claims (10)

양액에 포함된 서로 다른 성분의 이온에 반응하여 전기신호를 생성하는 복수의 선택성 측정전극과 함께 기준전극을 하나의 집합된 형태로 구비한 측정 단말기와;
상기 측정 단말기와 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 측정전극들로부터 얻어진 전기신호를 전송받고 이를 분석하여 상기 각 성분의 농도 값을 산출하는 제어부와, 상기 제어부에서 분석된 내용을 표시하는 디스플레이부를 구비한 분석장치 본체를 포함하여 구성되는 휴대용 양액 분석장치.
A measurement terminal having a plurality of selective measurement electrodes for generating an electrical signal in response to ions of different components included in the nutrient solution, together with a reference electrode in one aggregated form;
Is connected to the measurement terminal in a wired or wireless manner, the control unit for receiving the electrical signal obtained from the measuring electrodes and analyzing it to calculate the concentration value of each component, and a display unit for displaying the content analyzed by the control unit Portable nutrient solution analysis device comprising an analysis device body.
제1항에 있어서,
상기 복수의 측정전극들은 상기 기준전극을 중심으로 원을 그리면서 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 1,
And the plurality of measuring electrodes are disposed at equal intervals while drawing a circle around the reference electrode.
제1항에 있어서,
상기 측정전극은, 상기 양액에 포함된 일 성분의 이온과 반응하면서 기전력을 유도하도록 한 반응액이 내부 챔버에 충진된 전극 몸체와, 상기 전극 몸체의 선단에서 상기 반응액이 상기 챔버에서 외부로 유출되는 것을 차단하면서 상기 양액에 포함된 일 성분의 이온만을 선택적으로 투과시켜주는 이온 선택성 멤브레인을 구비하되,
상기 이온 선택성 멤브레인은 상기 전극 몸체의 선단에 별도의 부품 없이 접합된 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 1,
The measuring electrode includes an electrode body in which a reaction solution filled with an ionic liquid induces electromotive force while reacting with ions of one component contained in the nutrient solution, and the reaction solution flows from the chamber to the outside at the tip of the electrode body. It is provided with an ion selective membrane for selectively permeating only one component of ions contained in the nutrient solution while blocking the
The ion-selective membrane is a portable nutrient solution analyzer, characterized in that bonded to the tip of the electrode body without a separate component.
제3항에 있어서,
상기 전극 몸체의 선단에는 상기 이온 선택성 멤브레인이 안착되도록 요입된 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 3,
Portable nutrient solution analysis device, characterized in that the recessed groove is formed in the front end of the electrode body to seat the ion-selective membrane.
제1항에 있어서,
상기 측정전극의 후단에는 생성된 상기 전기신호를 상기 측정전극 외부로 전달하기 위하여 동(銅) 재질로 이루어진 돌기 형태의 끼움용 플러그가 설치되고, 상기 측정 단말기의 케이싱에는 상기 측정전극별로 상기 플러그를 끼워 지지하는 복수의 소켓이 구비된 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 1,
A protruding plug made of copper material is installed at the rear end of the measuring electrode to transfer the generated electrical signal to the outside of the measuring electrode, and the plug of each measuring electrode is provided at a casing of the measuring terminal. Portable nutrient solution analysis device characterized in that a plurality of sockets to be fitted.
제5항에 있어서,
상기 측정 단말기의 케이싱은, 상기 케이싱은, 중앙에 상기 기준전극이 관통하는 관통홀을 구비하고 전면에는 상기 관통홀을 중심으로 원을 그리면서 등간격 배치된 복수의 소켓을 구비하는 메인바디와, 상기 메인바디의 후측에 이격되게 설치되며 상기 기준전극의 후단을 끼워 지지하고, 상기 측정전극 및 기준전극으로부터 전기신호를 전송받는 내부 케이블들과 외부 케이블을 연결하기 위한 연결단자를 구비하는 케이블 박스와, 원통형으로 이루어져 내부 공간에 상기 메인바디를 수용하되 선단부 개구부로는 상기 측정전극 및 기준전극의 선단부가 외부로 돌출되고, 후단부 개구부로는 상기 케이블 박스의 선단부가 나사결합되는 커버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 5,
The casing of the measurement terminal, the casing, the main body having a through hole through which the reference electrode penetrates in the center and a plurality of sockets disposed at equal intervals while drawing a circle around the through hole in the front; A cable box installed at a rear side of the main body and spaced apart from each other to support a rear end of the reference electrode, and having a connection terminal for connecting internal cables and external cables to receive electrical signals from the measurement electrode and the reference electrode; And a cylindrical shape to accommodate the main body in an inner space, the front end of the measuring electrode and the reference electrode protruding to the outside, and the rear end of the cable box to the front end of the cable box. Portable nutrient solution analyzer.
제1항에 있어서,
상기 분석장치 본체에는 상기 측정전극으로부터 전달된 전기신호에 대하여 버퍼링을 수행하고 필터를 적용하여 노이즈를 제거하는 증폭부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 1,
Wherein the analyzing apparatus main body further comprises an amplifying unit for buffering an electric signal transmitted from the measuring electrode and applying a filter to remove noise.
제7항에 있어서,
상기 증폭부는 연산 증폭기를 이용하여 각 측정전극에서 생성된 전기신호별로 버퍼링을 수행하여 nA 수준의 미소전류를 mA 수준으로 증폭하는 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 7, wherein
Wherein the amplifying unit buffers the electric signals generated by the measuring electrodes using an operational amplifier to amplify the nA-level microcurrent to the mA level.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 2점 정규화 방법에 의하여 상기 각 성분의 농도 값을 산출하며, 상기 2점 정규화 방법은,
캘리브레이션(calibration) 식에 농도를 이미 알고 있는 저농도, 고농도 용액의 농도 값을 입력하여 보정의 기준이 되는 기전력 값(Y1n, Y2n)을 산출하는 단계와;
상기 측정전극의 특성을 알기 위하여 이미 농도를 알고 있는 상기 저농도, 고농도 용액의 기전력 값(Y10, Y20)을 상기 측정전극으로 측정하는 단계와;
전 단계에서 구해진 Y1n, Y2n, Y10, Y20 값을 통해 보정계수를 산출하는 단계와;
상기 측정전극에 의해 실제 농도를 알고자 하는 양액의 각 성분을 측정하는 단계와;
상기 측정전극에 의해 양액의 각 성분으로부터 측정된 기전력 값에 대하여 상기 보정계수를 바탕으로 보정하는 단계와;
상기 보정된 값을 상기 캘리브레이션 식에 대입하여 상기 양액의 각 성분 농도 값을 예측하여 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
The method of claim 1,
The control unit calculates the concentration value of each component by a two-point normalization method, the two-point normalization method,
Calculating an electromotive force value (Y 1n , Y 2n ) as a reference for correction by inputting concentration values of a low concentration and a high concentration solution having a known concentration in a calibration equation;
Measuring an electromotive force value (Y 10 , Y 20 ) of the low-concentration and high-concentration solution already known in concentration to obtain the characteristics of the measurement electrode;
Calculating a correction coefficient through Y 1n , Y 2n , Y 10 , and Y 20 values obtained in the previous step;
Measuring each component of the nutrient solution for which the actual concentration is to be determined by the measurement electrode;
Correcting an electromotive force value measured from each component of the nutrient solution by the measuring electrode based on the correction coefficient;
And a step of estimating each component concentration value of the nutrient solution by substituting the corrected value into the calibration equation.
제9항에 있어서,
상기 제어부는 상기 2점 정규화 방법과 병행하여 3점 캘리브레이션 방법에 의하여 상기 각 성분의 농도 값을 산출하며, 상기 3점 캘리브레이션 방법은,
측정하고자 하는 상기 양액의 각 성분의 농도 대역을 포함하는 세 가지 이상의 캘리브레이션 용액의 농도 값(Xn) 및 기전력 값(Yn)을 측정하는 단계와;
상기 세 가지 이상의 캘리브레이션 용액의 농도 값(Xn) 및 기전력 값(Yn)에 의해 회귀식을 계산하는 단계와;
상기 측정전극에 의해 실제 농도를 알고자 하는 양액의 각 성분을 측정하는 단계와;
상기 측정전극에 의해 양액의 각 성분으로부터 측정된 기전력 값에 대하여 상기 계산된 회귀식에 역으로 대입함으로써 상기 양액의 각 성분 농도 값을 예측하여 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 양액 분석장치.
10. The method of claim 9,
The control unit calculates the concentration value of each component by a three-point calibration method in parallel with the two-point normalization method, wherein the three-point calibration method,
Measuring concentration values (X n) and electromotive force values (Y n ) of three or more calibration solutions including concentration bands of each component of the nutrient solution to be measured;
Calculating a regression equation by the concentration value (X n) and the electromotive force value (Y n ) of the three or more calibration solutions;
Measuring each component of the nutrient solution for which the actual concentration is to be determined by the measurement electrode;
And estimating and calculating each component concentration value of the nutrient solution by inversely substituting the calculated electromotive force value measured from each component of the nutrient solution by the measuring electrode into the calculated regression equation, Device.
KR1020120015511A 2012-02-15 2012-02-15 Portable Analyzer for Hydronic nutrients KR101404666B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120015511A KR101404666B1 (en) 2012-02-15 2012-02-15 Portable Analyzer for Hydronic nutrients

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120015511A KR101404666B1 (en) 2012-02-15 2012-02-15 Portable Analyzer for Hydronic nutrients

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130094106A true KR20130094106A (en) 2013-08-23
KR101404666B1 KR101404666B1 (en) 2014-06-09

Family

ID=49218080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120015511A KR101404666B1 (en) 2012-02-15 2012-02-15 Portable Analyzer for Hydronic nutrients

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101404666B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102326529B1 (en) * 2021-04-29 2021-11-15 강원대학교산학협력단 Simple measuring device that simultaneously measures nitrogen, phosphoric acid and potassium in soil

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102564683B1 (en) 2021-02-19 2023-08-08 농업회사법인 주식회사 넥스트온 System and method for automatically controlling ionic concentration of nutrient solution

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100343971B1 (en) * 1999-11-16 2002-07-24 한종필 Ion meter
US6780307B2 (en) * 2001-10-12 2004-08-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Ion selective electrodes for direct organic drug analysis in saliva, sweat, and surface wipes
EP2284531B1 (en) * 2009-07-31 2013-09-25 Hach Lange GmbH Water analysis sensor assembly

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102326529B1 (en) * 2021-04-29 2021-11-15 강원대학교산학협력단 Simple measuring device that simultaneously measures nitrogen, phosphoric acid and potassium in soil

Also Published As

Publication number Publication date
KR101404666B1 (en) 2014-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2936132B1 (en) Soil chemistry sensor
MX2010004817A (en) Test strips and system for measuring analyte levels in a fluid sample.
JP6503186B2 (en) Specimen sensing device
BRPI0510668A (en) methods, systems and devices for testing gas sensors and correcting gas sensor output
US11226306B2 (en) Microbial sensor system for monitoring and imaging of an environment
CN105976411B (en) A kind of preposition measurement module and Calibration Method for electrical impedance tomography data collecting system
CN105510388A (en) Wearable apparatus for detecting pH value of sweat
US20160161446A1 (en) Low slope ph electrode with charge transfer component
CN111108374A (en) PH sensor and calibration method for a PH sensor
KR101404666B1 (en) Portable Analyzer for Hydronic nutrients
CN105806915A (en) Device and method for detecting concentration of potassium and sodium ions in nutrient solution
US10830725B2 (en) Electronic chemical sensor
JPWO2017150107A1 (en) Ion concentration measuring apparatus and ion concentration measuring method
EP3472608A1 (en) Chlorine, oxidation - reduction potential (orp), and ph measurement
CN102393415B (en) Device and method for measuring greenhouse crop nitrogen potassium content
Segura et al. Miniaturization of cyclic voltammetry electronic systems for remote biosensing
CN103616416B (en) The method of self-adaptation ionometer and measurement ion concentration thereof
CN202956358U (en) Potential of hydrogen (PH) detector
CN109916975A (en) A kind of portable calcium ion concentration detection device of number direct reading
CN203643391U (en) Self-adaption ion meter
CN218956468U (en) Gardening nutrient solution concentration integrated transmission system and device
CN109991295B (en) Intelligent pH composite electrode with temperature drift self-adjustment function and implementation method thereof
CN210322865U (en) On-line combined detection device for deep groundwater
CN202383104U (en) Device for measuring nitrogen and potassium contents in greenhouse crop
Shoemaker et al. Continuous, short-interval redox data loggers: verification and setup considerations

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160224

Year of fee payment: 6