KR20140032109A - 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수질 내 유기오염물 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 수(水)내 유기 오염물질 검출을 위해 흡광 광도법을 이용하고 고감도, 초고속 온라인 수질 계측이 가능한 수질 내 유기오염물 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 온라인 수질 측정 시스템은 소형화, 단순화를 통해 적용 분야, 현장 적응성을 크게 확대하고 고가의 수입 분석 계측장비의 수입대체가 가능하여 국내의 환경 분야 계측 분석 장비 산업 발전에 크게 기여할 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 시스템은 유지 보수가 간편하며, 초기 투자비가 저렴하고 운영비가 낮아 경제적이며 2차 환경오염을 유발하지 않는다는 효과가 있다.
Description
본 발명은 수질 내 유기오염물 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 수(水)내 유기 오염물질 검출을 위해 흡광 광도법을 이용하고 고감도, 초고속 온라인 수질 계측이 가능한 수질 내 유기오염물 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템에 관한 것이다.
우리나라를 포함한 대부분의 국가들은 물을 매우 중요한 자원 중의 하나로 관리하고 있으며, 특히 음용수를 포함한 수질 관리는 환경에 대한 기본적 관리이며 인류 생명에 대한 최소한의 기본 요건이다. 세계 각국에서는 자국의 물을 관리하기 위한 수질 기준을 정해놓고 있으나, 수계를 통하여 순환되는 물은 산업의 고도화에 따른 복잡하고 다양한 환경 오염 현상으로 인해 수질이 날로 악화되어가고 있는 실정이다.
수자원의 이용가치를 높이고 환경오염을 예방하기 위한 수질분석/측정기의 사용 필요성이 증대되고 있어, 수질 관리와 효율적인 수처리 시설 운용을 위한 새로운 측정 분석 방법의 도입과 고도의 측정기술 확보가 당면한 과제로 떠오르고 있다.
일반적으로 COD 측정 방식은 과망간산 칼륨 법이나 전기 화학법을 이용하여 측정하는 방법이 주로 사용되고 있다.
현재 많은 수질 측정 기관 및 업체에서 사용되는 수질 분석기는 일부 국산화가 이루어진 품목도 있으나 대부분 외국에서 수입에 의존하고 있는 실정이다. 특히, 유지관리 기술의 미비와 고가의 부품을 외국에서 직접 조달해야 하는 이중고를 겪고 있는 실정으로 이는 계측기 유지관리의 장애요인으로 지적되고 있으며 A/S, 업그레이드, 기기교정 등이 거의 이루어지지 못하고 있다.
세계적인 개발 추세인 광기술을 이용한 수질 환경 분석기의 광원의 안정성 확보와 오염 물질에 의한 수질 측정 광학부의 오염도를 모니터링하여 분석기에서 요구되어지는 측정치 신뢰성 향상, 유지 보수 용이성을 확보할 수 있다.
수질 측정기술에 관련하여, 등록특허 제10-0622074(2006.09.01)호에는 광학센서를 이용한 수질 측정 방법 및 장치가 개시되어 있고, 이 기술은 대상시료에 자외선과 가시광선의 빛을 조사한 후 얻어지는 형광과 산란광을 광학센서로 측정 분석하여 화학적산소유구량과 부유고형물의 농도를 계측하는 것이 개시되어 있다.
등록특허 제10-0901779(2009.06.02)호에는 인터넷 기반의 수질 계측용 감시 제어 시스템이 개시되어 있고, 수질오염 총량 분석시스템에 있어서 웹상으로 계측값을 직접 전송하는 수질 분석 장치와 인터넷을 통해 전송되는 계측값을 DB로 통합 관리하는 것을 특징으로 하고 있다.
공개특허공보 10-2005-0120698(2005.12.22)호에는 화학적 산소 요구량의 광전기화학적 측정 방법이 개시되어 있고, 광학 활성 작업 전극 및 상대전극을 이용하여 광원으로 작업 전극을 조사하고 샘플에 의해 생성된 총 광전류를 측정하여 화학적 산소요구량을 측정하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명자들은 수자원의 이용 가치를 높이고 환경오염 예방을 위한 수질관리를 위해 수질내 유기 오염물의 실시간 검출이 가능한 온라인 수질 자동 측정 시스템을 개발하기 위해 예의 연구한 결과, 후술하는 바의 수질 내 유기오염물 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템이 이와 같은 요건을 만족시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은, 일면에 있어서, 수자원의 이용 가치를 높이고 환경오염 예방을 위한 수질관리를 위해 수질내 유기 오염물의 실시간 검출이 가능한 다파장 분석 기반 온라인 자동 수질 측정 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은, 추가의 일면에 있어서, 측정 정밀도, 재현성, 반복성 확보와 용이한 유지 보수 관리를 위하여 흡광에 기반한 광학적 방법을 이용하여 유기 오염물을 다파장 분석 광신호 분석 알고리즘을 개발하고 이용하여 측정 분석하고 온라인으로 모니터링이 가능한 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은, 다른 추가의 일면에 있어서, 수(水)내 유기 오염물질 검출을 위해 흡광 광도법을 이용한 고감도, 초고속 온라인 수질 계측기를 설계, 제작하기 위해서 측정 오차발생을 최소화 할 수 있는 정밀 광학 분광광도계를 개발, 계측기의 장수명/신뢰성 확보를 위한 주요 광학 구성 모듈 및 측정부의 오염 모니터링 장치, 다파장(multi-wavelength) 분석 알고리즘, 신호처리 기술을 개발하여 이를 이용한 측정 결과를 유무선으로 모니터링할 수 있는 시스템을 제공하는 데에 있다.
현재, 수질 계측기 시장은 외국산 제품이 대부분이어서 현장 적응성이 크게 떨어지는데 반해, 본 발명에 의한 분석계측 시스템은 소형화, 단순화를 통해 적용 분야, 현장 적응성을 크게 확대하고 고가의 수입 분석 계측장비의 수입대체가 가능하여 국내의 환경 분야 계측 분석 장비 산업 발전에 크게 기여할 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 시스템은 유지 보수가 간편하며, 초기 투자비가 저렴하고 운영비가 낮아 경제적이며 2차 환경오염을 유발하지 않는다는 효과가 있다.
또한, 흡수 강도가 시료 내의 흡수성 물질의 양에 직접 비례하므로 흡수되는 종류의 농도의 정확한 측정이 가능하여 용액 속의 불순물을 정량화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 흡광도 측정 분석 시스템을 나타낸 블록 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 실리카 PLC 광센서 모듈의 구성 예를 나타내는 사시도이며,
도 3은 PLC형 광센서 모듈에 의한 샘플부의 오염도의 모니터링 결과의 일례를 나타내는 그라프도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 구성을 나타낸 개요도이다.
도 6은 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실리카 PLC 광센서 모듈의 구성 예를 나타내는 사시도이며,
도 3은 PLC형 광센서 모듈에 의한 샘플부의 오염도의 모니터링 결과의 일례를 나타내는 그라프도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 구성을 나타낸 개요도이다.
도 6은 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명은, 일면에 있어서,
UV-VIS 영역의 파장 성분을 포함하는 빛을 방출하는 광원부(1);
더블빔(Double beam) 측정 방식의 참고용 시료부(2a)와, 측정하고자 하는 수질을 포함하는 측정시료부(2b) 및 상기 측정 시료부(2b)에 장착되어 측정 시료부의 오염부분을 모니터링하는 PLC형 광센서 모듈(4)로 이루어진 샘플부(2); 및
광원을 샘플에 조사한 후 투과된 UV-VIS 영역의 연속 파장의 광을 그레이팅(grating)에 의해 각 파장별로 분산시키는 장치(6)와; 분산된 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광전소자인 광 다이오드 어레이(Photo Diode Array; PDA) 또는 전자 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD) 중에서 선택된 다중 채널 검출기(7);가 장착되어 측정값을 디지털 신호로 변환하여 신호 처리된 흡광 데이터와 계측값을 RS 485 통신을 통해 컴퓨터로 전송하는 광검출부(3);
로 이루어진 흡광도 측정 분석 시스템(200); 및
상기 흡광도 측정 분석 시스템(200)과 연결되는 시리얼 포트(312)와, 내부 시스템 점검시 사용하는 관리자가 접속하기 위한 콘솔 포트(311)와, 네트워크 방식에 따라 사용 가능하도록 형성되는 이더넷 포트와(313), 전원이 입력되는 전원 포트(314)로 이루어지는 입력부(310)와; 관리자의 입력이 이루어지도록 키패드(321)와, 관리자에게 시스템 상황을 알리도록 표시하는 LCD(322)로 이루어지는 사용자 인터페이스(320)와; 임베디드 리룩스 환경하에 동작되어 시스템을 전반적으로 제어하고, 상기 입력부를 통해 입력되는 계측값의 분석하여 선별 처리하여 중계하고, 해당 제어 신호를 출력하는 중앙 처리 모듈(331)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 경보 발생 제어 신호가 입력되고, 해당 계측값이 전송되면 음향 또는 단문 메시지 또는 전자우편으로 관리자에 보고하는 경보 설정 모듈(332)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 전송되는 상기 데이터 측정부의 가동시간, 계측값이 입력되면, 이를 이용하여 시간별 평균값을 매시간마다 보고서 일보로 저장하고, 일보를 취합하여 주보, 월보, 년보로 저장하여 가동 이력과 계측값의 주요한 이력 데이터를 상기 저장부에 저장시키는 보고서 처리 모듈(333)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 전송되는 계측값의 실시간 추이 현황을 분석하여 제공하는 추이 감시 처리 모듈(334)과, 각 구성부에서 처리되는 해당 데이터를 웹으로 전송하는 웹 처리 모듈(335)과 상기 샘플부의 PLC 플레이트 상의 오염여부에 관한 데이터를 수신하여 세척을 수행하기 위한 세척 모듈(336)을 구비하는 중앙처리부와(330); 상기 중앙처리부로부터 처리된 데이터를 저장하고, 확장이 가능한 플래쉬 디스크를 사용하고, 내부에 임베디드 리룩스에 적합한 DB 엔진이 탑재되는 저장부(340); 및 단문 서비스(SMS) 또는 전자 우편(E-Mail)의 지원을 위한 시리얼 포트와, 인터넷망과 연결되는 이더넷 포트로 이루어지는 출력부(350)로 이루어지는 통합 관리 서버(300)와;
인터넷망을 통해 고유 아이피를 할당받고, 상기 통합 관리 서버에 가상 아이피를 제공하는 아이피 공유기(400); 및
상기 통합 관리 서버에서 웹상으로 계측값을 전송하도록 상기 아이피 공유기를 통해 상기 통합 관리 서버를 인터넷망과 연결시켜주는 모뎀(500)을 포함하는 계측 데이터의 분석 및 제어 시스템;
으로 이루어짐을 특징으로 하는 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템을 제공한다.
본 발명은, 추가의 일면에 있어서, 상기 PLC형 광센서 모듈(4)은
샘플부의 오염물질 흡착여부를 감지하기 위한 광센서 모듈을 포함하는 평탄형 광도파로(PLC, 8);
상기 광도파로의 회로와 광섬유를 연결하는 파이버 블록(9); 및
상기 파이버 블록의 출력단에 접속되어 상기 샘플부의 오염 여부를 감지하여 광신호를 입출력하는 광섬유(10);로 이루어진 것을 특징으로 하는 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템을 제공한다.
본 발명은, 다른 추가의 일면에 있어서,
상기 PLC형 광센서 모듈(4)은 자동 세척장치와 연동되어 오염물질 흡착시 데이터 전송 프로그램에 의하여 세척을 수행하는 것인 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 흡광도 측정 분석 시스템은 200 ~ 800 nm의 파장 범위 내에서 흡수 가능한 고체, 액체 및 기체의 검출 및 정량을 할 수 있는 UV-VIS 분광 분석을 수행한다.
흡광 광도법은(Absorptiometeric Spectrophotometry) 빛이 시료 용액을 통과할 때 흡수나 산란 등에 의하여 강도가 변화하는 것을 이용하는 것으로, 시료의 흡광도를 측정하여 시료 중의 목적 성분을 정량하는 방법으로 보통 200 ~ 800 nm의 파장에서 액체의 흡광도를 측정함으로서 수중의 각종 오염 물질 분석에 적용된다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 발명의 권리범위가 하기 도면으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 의한 흡광도 측정 분석 시스템을 나타낸 블록 구성도로써, 상기 시스템은 크게 광원부(1), 샘플부(2) 및 광검출부(3)로 나누어진다.
상기 광원(1)은 시료에 자외선 및 가시광선 영역의 빛(200 nm ~ 800 nm 영역)을 조사하기 위한 것으로, 크세논(Xenon), 아르곤(Argon) 및 텅스텐(Tungsten) 램프 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 크세논(Xenon) 램프를 사용할 수 있다.
또한, 상기 크세논 램프 광원의 스펙(spec)은 단-아크 크세논 램프(short-arc Xenon lamp)로서, 전력(power)은 5-200 W ( 최대 200 Watt), 평균 수명(Average Life)은 109 pulse, 광대역 출력(broadband output) 200-1100 nm 임을 특징으로 한다. 광 출력은 광전소자를 포화(saturation) 시키지 않도록 감쇄기(attenuator)와 결합될 수 있다.
상기 크세논 램프는 크세논가스 속에서 일어나는 방전에 의한 발광을 이용한 램프로, 각종 광원 중에서 가장 자연광에 가까운 빛을 내는 것으로 알려져 있다. 석영관 속에 한 쌍의 전극을 넣고 이 전극속에서 방전이 일어나게 한다. 전극간격은 수 mm이고, 관이 공 또는 달걀 모양의 것을 단(短)아크 크세논 램프라고 하며, 석영관을 길게 해서 그 양쪽 끝에 전극을 설치한 것을 장(長)아크 크세논 램프라고 한다.
Double beam 측정 방식의 상기 샘플부(2)는 참고용 시료부(2a)와, 측정하고자 하는 수질을 포함하는 측정시료부(2b) 및 상기 측정 시료부(2a)에 장착되어 측정 시료부의 오염부분을 모니터링하는 PLC형 광센서 모듈(4)로 이루어진다.
수질 측정 오차를 유발시키는 주된 요인은 광원(light source)의 노화(aging), 광 검출기(Detector)의 노화, 수질 오염 물질들에 의한 시료부 광학계의 긁힌 자국(scratch), 침전(precipitation)에 기인하는 광경로(optical path)의 변화로 분류할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 PLC 광센서 모듈(4)의 구성 예를 나타내는 사시도이다. 본 발명은 이와 같은 수질 측정 오차를 줄이기 위하여 측정 시료부에 오염 여부를 모니터링할 수 있는 PLC형 광센서 모듈(4)을 장착하고, 이는 자동 세척장치와 연동되어 오염물질 흡착시 데이터 전송 프로그램에 의하여 세척을 수행하도록 구성된다.
본 발명에 따른 PLC형 광센서 모듈(4)은
샘플부의 오염물질 흡착여부를 감지하기 위한 광센서 모듈을 포함하는 평탄형 광도파로(PLC, 8);
상기 광도파로의 회로와 광섬유를 연결하는 파이버 블록(9); 및
상기 파이버 블록의 출력단에 접속되어 상기 샘플부의 오염 여부를 감지하여 광신호를 입출력하는 광섬유(10);
를 포함하여 구성된다.
평면 광도파로(PLC) 소자는 하나 또는 그 이상의 입력단과, 다수개의 출력단으로 구성되어 광신호를 분기시키는 소자이다. 광도파로 소자의 입력단과 출력단 사이에는 광도파로를 형성하여 광신호를 분기시키는 코어(core)와, 상기 코어를 둘러싸는 클래드(clad)가 구성되며, 출력단에는 각각 광섬유가 접속되어 광신호를 입출력시키게 된다.
일반적인 평면 도파로형 광회로는 칩 형상의 광 소자로서, 광신호의 분기, 변조, 스위칭, 신호 다중화 등의 광신호 처리를 목적으로 광범위하게 사용된다. 이러한 평면 도파로형 광회로를 광섬유에 정렬된 상태로 연결하기 위하여 파이버 블럭(fiber block)이 사용된다.
파이버 블럭은 실리콘 재질로서, 고유 습식 식각 공정을 통해서 제작되며, 최근 광통신의 대용량화, 다채널화를 위해 파장 다중소자 및 다채널 광접속 부품에 대한 요구와 사용이 증대되고 있으며, 이에 따라 다채널 평면 광도파로 소자와 광섬유 간의 접속을 위해 파이버 블럭 등이 사용되고 있다.
파이버 블럭은 광섬유와 광소자 간의 광결합을 위한 광부품으로, PLC(planar lightwave circuit, 이하 PLC) 소자 패키징, 광스위치 및 스플리터, 다중화기 등에 널리 사용되고 있다.
파이버 블럭은 평면 광도파로 소자의 입력단 및 출력단에 광섬유를 안정되게 접속시키기 위해서 이용되며, 단심광섬유 또는 다심 광섬유 리본의 단부 외피가 제거된 각각의 광섬유들을 V-그루브(V-groove)에 정렬시키고 에폭시(epoxy)등의 접착제로 고정시킨 것이다.
파이버 블럭은 광섬유의 정렬과 고정을 위해 V-그루브를 구비하고 있다. 싱글 타입의 경우는 하나의 V-그루브을 구비하지만, 통상적으로 파이버 어레이를 많이 사용하고 있기 때문에 다수의 V-그루브을 구비한 어레이 타입의 파이버 블럭이 주를 이루고 있다.
도 3은 PLC형 광센서 모듈에 의한 샘플부의 오염도의 모니터링 결과의 일례를 나타내는 그라프도이다.
상기 도면에 나타낸 바와 같이 샘플부에 오염이 발생하면 광파장의 변화가 생기게 되고, 이러한 오염이 감지되면 이를 모니터링하고 자동 세척 시스템과 연동됨으로써 측정기의 유지보수 소요를 절감할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하여 샘플부의 오염 물질을 모니터링할 수 있는 모듈을 개발하여 자동 세척 시스템과 연동함으로써 유지 보수가 적게 드는 신뢰성이 높은 수질 측정 시스템을 구현하는 것이 가능하다.
상기와 같은 실리카 PLC 광센서 모듈은 시료 측정부 오염도를 모니터링할 수 있는 센서 모듈을 포함하고, 외부 세척시스템과 연동됨으로서 시료 측정부의 오염 신호를 감지하게 되면 이는 광섬유를 통한 데이터 송수신에 의해 세척 시스템이 작동하게 된다.
상기 오염부의 세척 수단은 초음파 또는 브러쉬 등이 수단에 의해 수행할 수 있다.
상기 광검출부(3)는 광원의 조사에 의해 얻어진 흡광 광도를 측정 및 분석하고, 얻어진 결과를 컴퓨터의 제어 시스템으로 전송한다.
본 발명에 따른 상기 광검출부(3)는 광원을 샘플에 조사하여 형성된 흡광을 그레이팅(grating)에 의해 각 파장별로 분산시키는 장치(6)와; 분산된 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광전소자인 광 다이오드 어레이(Photo Diode Array; PDA) 또는 전자 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD) 중에서 선택된 다중 채널 검출기(7);가 장착되고, 측정된 흡광 데이터를 전시 신호로 전환하여 컴퓨터로 전송하는 광전소자를 포함한 장치(5);를 포함한다.
분광광도계는 Single beam type과 Double beam type으로 분류할 수 있으며, Single beam type는 기준시료와 측정 대상 시료를 시간 차이를 두고 측정하는 방식이고, Double beam type는 기준시료와 측정 대상 시료를 동시에 측정하는 방식이다. 따라서, 본 발명에 따른 분광광도계는 Double beam type을 채택하여 시간에 따른 환경 및 기기의 특성 변화로 인해 측정 오차의 발생을 최소화하여 고정밀도를 추구한다.
다중채널 검출기를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역까지 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있는 큰 장점 보유뿐만 아니라 각 파장에서 다른 양상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화 할 수 있다. 기계 장치를 사용하지 않아 기기의 구조를 단순화 시키고, 파장의 재현성이 뛰어나다. 여러 개의 데이터를 빠른 시간에 얻게 하여 높은 신호대 잡음비(Signal to Noise ratio) 이득 구현 가능하고, 분광 광도계가 역광학 구조를 가지게 되어 산란광(stray light)으로부터 자유로울 수 있다. 광학부분의 배열 및 조절(alignment and registration)이 단순화 되어 단색화 장치에서 발생되는 문제점을 최소화 할 수 있어 기기적인 고장의 가능성이 줄어 들고 수리 및 보수에 있어 효율적이다.
본 발명에 적용될 수 있는 분광광도계 및 이에 장착되는 소자들은 통상의 공지된 것을 사용할 수 있다.
분광 광도계에 장착되는 광학센서로는 다중 채널 검출기로는 광 다이오드 어레이(Photo Diode Array; PDA) 또는 전자 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD) 적용하여 검출능을 확보할 수 있으며, UV-VIS 220~700 nm/ UV 220~400 nm 검출기가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 계측 데이터의 분석 및 제어 시스템은
상기 흡광도 측정 분석 시스템(200)과 연결되는 시리얼 포트(312)와, 내부 시스템 점검시 사용하는 관리자가 접속하기 위한 콘솔 포트(311)와, 네트워크 방식에 따라 사용 가능하도록 형성되는 이더넷 포트와(313), 전원이 입력되는 전원 포트(314)로 이루어지는 입력부(310)와; 관리자의 입력이 이루어지도록 키패드(321)와, 관리자에게 시스템 상황을 알리도록 표시하는 LCD(322)로 이루어지는 사용자 인터페이스(320)와; 임베디드 리룩스 환경하에 동작되어 시스템을 전반적으로 제어하고, 상기 입력부를 통해 입력되는 계측값의 분석하여 선별 처리하여 중계하고, 해당 제어 신호를 출력하는 중앙 처리 모듈(331)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 경보 발생 제어 신호가 입력되고, 해당 계측값이 전송되면 음향 또는 단문 메시지 또는 전자우편으로 관리자에 보고하는 경보 설정 모듈(332)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 전송되는 상기 데이터 측정부의 가동시간, 계측값이 입력되면, 이를 이용하여 시간별 평균값을 매시간마다 보고서 일보로 저장하고, 일보를 취합하여 주보, 월보, 년보로 저장하여 가동 이력과 계측값의 주요한 이력 데이터를 상기 저장부에 저장시키는 보고서 처리 모듈(333)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 전송되는 계측값의 실시간 추이 현황을 분석하여 제공하는 추이 감시 처리 모듈(334)과, 각 구성부에서 처리되는 해당 데이터를 웹으로 전송하는 웹 처리 모듈(335)과 상기 샘플부의 PLC 플레이트 상의 오염여부에 관한 데이터를 수신하여 세척을 수행하기 위한 세척 모듈(336)을 구비하는 중앙처리부와(330); 상기 중앙처리부로부터 처리된 데이터를 저장하고, 확장이 가능한 플래쉬 디스크를 사용하고, 내부에 임베디드 리룩스에 적합한 DB 엔진이 탑재되는 저장부(340); 및 단문 서비스(SMS) 또는 전자 우편(E-Mail)의 지원을 위한 시리얼 포트와, 인터넷망과 연결되는 이더넷 포트로 이루어지는 출력부(350)로 이루어지는 통합 관리 서버(300)와;
인터넷망을 통해 고유 아이피를 할당받고, 상기 통합 관리 서버에 가상 아이피를 제공하는 아이피 공유기(400); 및
상기 통합 관리 서버에서 웹상으로 계측값을 전송하도록 상기 아이피 공유기를 통해 상기 통합 관리 서버를 인터넷망과 연결시켜주는 모뎀(500)을 을 포함하여 이루어진다.
도 4는 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 흐름도이고, 5는 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 구성을 나타낸 개요도이고, 도 6은 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 수질 내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템(100)은 상기한 흡광도 측정 분석 시스템(200)과, 통합관리서버(300)와, 아이피 공유기(400)와, 모뎀(500)으로 구성된다.
먼저, 흡광도 측정 분석 시스템(200)은 처리수의 흡광도를 계측하여 계측값의 레벨에 따라 이를 특정 디지털 신호로 변환시켜 계측값을 통신 포트(210)를 통해 출력한다.
여기에서, 흡광도 측정 분석 시스템(200)은 RS 485 통신 및 통신 포트를 통해 각각의 시리얼 포트로 계측 값을 전송하고, 또한, 특정 디지털 신호는 계측값의 레벨에 따라 하이하이, 하이로우, 하이, 로우, 로우하이, 로우로우 등으로 설정될 수 있다.
또, 통합관리서버(300)는 입력부(310)와, 사용자 인터페이스(320)와, 중앙처리부(330)와, 저장부(340)와, 출력부(350)로 구성된다.
입력부(310)는 흡광 데이터 측정부(200)와 연결되는 시리얼 포트(311)와, 내부 시스템 점검시 사용하는 관리자가 접속하기 위한 콘솔 포트(312)와, 네트워크 방식에 따라 사용 가능하도록 형성되는 이더넷 포트(313)와, 전원이 입력되는 전원 포트(314)로 이루어진다.
사용자 인터페이스(320)는 관리자의 입력이 이루어지도록 키패드(321)와, 관리자에게 시스템 상황을 알리도록 표시하는 LCD(322)로 이루어진다.
중앙처리부(330)는 임베디드 리룩스 환경하에 동작되어 시스템을 전반적으로 제어하고, 입력부(310)를 통해 입력되는 계측값의 분석하여 선별 처리한다. 여기에서, 중앙처리부(330)는 각 구성부를 전반적으로 제어하고, 입력부(310)를 통해 입력되는 계측값의 분석하여 선별 처리하여 중계하고, 해당 제어 신호를 출력하는 중앙 처리 모듈(331)과, 중앙 처리 모듈(331)로부터 경보 발생 제어 신호가 입력되고, 해당 계측값이 전송되면 음향 또는 단문 메시지 또는 전자우편으로 관리자에 보고하는 경보 설정 모듈(332)과, 중앙 처리 모듈(331)로부터 전송되는 흡광도 측정 분석 시스템(200)의 가동시간, 계측값이 입력되면, 이를 이용하여 시간별 평균값을 매시간마다 보고서 일보로 저장하고, 일보를 취합하여 주보, 월보, 년보로 저장하여 가동 이력과 계측값의 주요한 이력 데이터를 하기에서 설명할 저장부(340)에 저장시키는 보고서 처리 모듈(333)과, 중앙 처리 모듈(331)로부터 전송되는 계측값의 실시간 추이 현황을 분석하여 제공하는 추이 감시 처리 모듈(334)과, 각 구성부에서 처리되는 해당 데이터를 웹으로 전송하는 웹 처리 모듈(335)과 PLC 플레이트 상의 오염 세척 모듈(336)로 이루어진다. 여기에서 또한, 중앙처리부(330)는 각 구성부에서 처리된 데이터 또는 저장부에 저장된 데이터를 요구하는 경우 입력부(310)의 시리얼 포트(311)와, 콘솔 포트(312)와, 이더넷 포트(313)를 이용하여 제공할 수 있다.
저장부(340)는 중앙처리부(330)로부터 처리된 데이터를 저장하는 데, 확장이 가능한 플래쉬 디스크를 사용하고, 내부에 임베디드 리룩스에 적합한 DB 엔진이 탑재된다.
출력부(350)는 단문 서비스(SMS) 또는 전자 우편(E-Mail)의 지원을 위한 시리얼 포트(미도시)와, 인터넷망과 연결되는 이더넷 포트(미도시)로 이루어진다.
한편, 아이피 공유기(400)는 인터넷망을 통해 고유 아이피를 할당받고, 통합 관리 서버(300)에 가상 아이피를 제공한다.
그리고, 모뎀(500)은 ADSL모뎀으로, 통합 관리 서버(300)에서 웹상으로 계측값을 전송하도록 아이피 공유기(400)를 통해 통합 관리 서버(300)를 인터넷망과 연결시킨다.
이하, 본 발명에 따른 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템의 동작을 도 4, 5 및 도 6을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 관리자가 인터넷이 연결된 컴퓨터에서 해당 단위 수처리 시스템의 홈페이지로 접속한다.
그리고, 관리자는 아이디와 패스워드를 통해 로그인하면, 단위 수처리 시스템의 각종 계측값이 실시간으로 제공된다. 이때, 웹상에는 흡광도 측정 분석 시스템(200)이 아이콘화되어 해당 아이콘에 이들의 계측값이 디스플레이되는 형태를 이룬다.
즉, 관리자가 로그인하면 통합 관리 서버(300)의 중앙처리부(330)는 흡광도 측정 및 분석 시스템(200)로부터 계측값을 입력부를 통해 실시간으로 전송받아 이를 출력부(340)를 통해 웹상에 표시한다.
한편, 관리자가 해당 아이콘 또는 명령 버튼을 클릭하여 보고서를 요청하면, 중앙처리부(330)는 보고서 처리 모듈(333)에 의해 저장부에 DB로 저장된 보고서를 웹 상에 디스플레이시킨다. 이때, 보고서는 일단위, 주단위, 월단위, 연단위로 제공된다.
그리고, 관리자가 해당 아이콘 또는 명령 버튼을 클릭하여 추이 현황을 요청하면, 중앙처리부(330)는 추이 감시 처리 모듈(334)에 의해 저장부에 DB로 저장된 추이 현황을 웹 상에 디스플레이시킨다.
한편, 중앙처리부(330)의 중앙 처리 모듈(331)은 흡광도 측정 분석 시스템(200)으로부터 계측값을 분석하여 계측값에 이상이 발생하는 경우 경보 발생 제어 신호를 발생하여 이를 경보 설정 모듈(332)로 전송하면, 경보 설정 모듈(332)은 음향 또는 단문 메시지 또는 전자우편으로 관리자에 보고하여 관리자가 신속히 대응하도록 한다. 마찬가지로 PLC 플레이트 상에 오염 여부가 감지되면 세척 모듈(336)로 신호가 전송되어 외부에 연동된 자동 세척 시스템이 작동하여 세척을 수행하고 이러한 내용이 기록된다.
또한, 로컬 영역에서 관리자가 네트워크를 통해 통합 관리 서버(300)에 접속하여 통합 관리 서버(300)로부터 계측값, 추이 현황, 보고서를 확인할 수도 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 광원부 2: 샘플부
2a: 참고용 시료부 2b: 측정시료부
3: 광검출부 4: PLC형 광센서 모듈
5: 분광기 6: 검출기
7: 다중 채널 검출기 8: PLC 플레이트
9: 파이버 블록 10: 광섬유
200: 흡광도 측정 분석 시스템 210: 통신포트
300: 통합관리 서버 310: 입력부
320: 사용자 인터페이스 330: 중앙처리부
340: 저장부 350; 출력부
400: 아이피 공유기 500: 모뎀
2a: 참고용 시료부 2b: 측정시료부
3: 광검출부 4: PLC형 광센서 모듈
5: 분광기 6: 검출기
7: 다중 채널 검출기 8: PLC 플레이트
9: 파이버 블록 10: 광섬유
200: 흡광도 측정 분석 시스템 210: 통신포트
300: 통합관리 서버 310: 입력부
320: 사용자 인터페이스 330: 중앙처리부
340: 저장부 350; 출력부
400: 아이피 공유기 500: 모뎀
Claims (3)
- UV-VIS 영역의 파장 성분을 포함하는 빛을 방출하는 광원부(1);
참고용 시료부(2a)와, 측정하고자 하는 수질을 포함하는 측정시료부(2b) 및 상기 측정 시료부(2b)에 장착되어 측정 시료부의 오염 부분을 모니터링하는 PLC 형 광센서 모듈(4)로 이루어진 샘플부(2); 및
광원을 샘플에 조사하여 형성된 흡광을 그레이팅(grating)에 의해 광을 파장별로 분산시키는 다중화기(polychromator)를 포함하는 장치(6)와; 광 다이오드 어레이(Photo Diode Array; PDA) 또는 전자 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD) 중에서 선택된 다중 채널 검출기(7);가 장착되고, 측정값을 디지털 신호로 변환하여 신호 처리된 흡광 데이터와 계측값을 RS 485 통신을 통해 컴퓨터로 전송하는 광검출부(3);
로 이루어진 흡광도 측정 분석 시스템(200); 및
상기 흡광도 측정 분석 시스템(200)과 연결되는 시리얼 포트(312)와, 내부 시스템 점검시 사용하는 관리자가 접속하기 위한 콘솔 포트(311)와, 네트워크 방식에 따라 사용 가능하도록 형성되는 이더넷 포트와(313), 전원이 입력되는 전원 포트(314)로 이루어지는 입력부(310)와; 관리자의 입력이 이루어지도록 키패드(321)와, 관리자에게 시스템 상황을 알리도록 표시하는 LCD(322)로 이루어지는 사용자 인터페이스(320)와; 임베디드 리룩스 환경하에 동작되어 시스템을 전반적으로 제어하고, 상기 입력부를 통해 입력되는 계측값의 분석하여 선별 처리하여 중계하고, 해당 제어 신호를 출력하는 중앙 처리 모듈(331)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 경보 발생 제어 신호가 입력되고, 해당 계측값이 전송되면 음향 또는 단문 메시지 또는 전자우편으로 관리자에 보고하는 경보 설정 모듈(332)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 전송되는 상기 데이터 측정부의 가동시간, 계측값이 입력되면, 이를 이용하여 시간별 평균값을 매시간마다 보고서 일보로 저장하고, 일보를 취합하여 주보, 월보, 년보로 저장하여 가동 이력과 계측값의 주요한 이력 데이터를 상기 저장부에 저장시키는 보고서 처리 모듈(333)과, 상기 중앙 처리 모듈로부터 전송되는 계측값의 실시간 추이 현황을 분석하여 제공하는 추이 감시 처리 모듈(334)과, 각 구성부에서 처리되는 해당 데이터를 웹으로 전송하는 웹 처리 모듈(335)과 상기 샘플부의 PLC 플레이트 상의 오염여부에 관한 데이터를 수신하여 세척을 수행하기 위한 세척 모듈(336)을 구비하는 중앙처리부와(330); 상기 중앙처리부로부터 처리된 데이터를 저장하고, 확장이 가능한 플래쉬 디스크를 사용하고, 내부에 임베디드 리룩스에 적합한 DB 엔진이 탑재되는 저장부(340); 및 단문 서비스(SMS) 또는 전자 우편(E-Mail)의 지원을 위한 시리얼 포트와, 인터넷망과 연결되는 이더넷 포트로 이루어지는 출력부(350)로 이루어지는 통합 관리 서버(300)와;
인터넷망을 통해 고유 아이피를 할당받고, 상기 통합 관리 서버에 가상 아이피를 제공하는 아이피 공유기(400); 및
상기 통합 관리 서버에서 웹상으로 계측값을 전송하도록 상기 아이피 공유기를 통해 상기 통합 관리 서버를 인터넷망과 연결시켜주는 모뎀(500)을 포함하는 계측 데이터의 분석 및 제어 시스템;
으로 이루어짐을 특징으로 하는 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 PLC형 광센서 모듈은
샘플부(2)의 오염물질 흡착 여부를 감지하기 위한 광센서 모듈을 포함하는 평탄형 광도파로(PLC, 8);
상기 광도파로의 회로와 광섬유를 연결하는 파이버 블록(9); 및
상기 파이버 블록의 출력단에 접속되어 상기 샘플부의 오염 여부를 감지하여 광신호를 입출력하는 광섬유(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템. - 제2항에 있어서, 상기 PLC형 광센서 모듈은 자동 세척장치와 연동되어 오염물질 흡착시 데이터 전송 프로그램에 의하여 세척을 수행하는 것인 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템.
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| KR1020120098552A KR101406884B1 (ko) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템 |
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