KR20140074078A - 분광 센서를 이용한 시료 분석 장치 - Google Patents
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Abstract
시료 분석 장치는 파장에 따른 각 대상 물질의 빛의 흡수 및 반사에 대한 센싱 데이터를 추출하는 분광 센서 및 상기 분광 센서로부터 상기 센싱 데이터를 전달 받아, 센싱 데이터로부터 상기 각 대상 물질의 특징 데이터를 분석하거나 상기 센싱 데이터를 원격 물질 분석 시스템으로 전달하는 분석기를 포함한다.
Description
본 발명은 분광 센서를 이용한 시료 분석 장치에 관한 것으로, 특히 시료에 빛을 투과하여 흡수 또는 반사되는 파장의 스펙트럼 데이터를 수집하여 이동통신 단말기와 연계하거나 무선 센서망을 통하여 분석 시스템으로 전달하는 장치에 관한 것이다.
사물의 특성을 분석하거나 상태를 감시하는 방법으로 침투에 의한 접촉식 방법과 비침투에 의한 광학적 비접촉식 방법이 있다.
침투식 방법은 분석을 하고자 하는 샘플을 채취하고, 샘플의 특성을 추출할 수 있는 센서를 샘플에 침투시켜서 특성을 분석한다. 이러한 침투식 방법은 그 분석 대상에 따라 각각 서로 다른 센서를 적용하여 물질의 특성 데이터를 획득할 수 있다.
비침투식 방법은 분광 센서를 통하여 발생시킨 빛에 대하여 샘플의 빛의 흡수 및 반사에 대한 스펙트럼 데이터를 분석함으로써, 해당 물질의 특성을 분석한다. 이러한 비침투식 방법은 물질의 종류에 따라 서로 다른 센서를 사용할 필요가 없으며 다양한 물질에 대해 간단한 분석이 가능하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다양한 물질에 대한 정보를 쉽게 획득할 수 있는 시료 분석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 시료 분석 장치가 제공된다. 시료 분석 장치는 분광 센서, 그리고 분석기를 포함한다. 상기 분광 센서는 파장에 따른 각 대상 물질의 빛의 흡수 및 반사에 대한 센싱 데이터를 추출한다. 그리고 상기 분석기는 상기 분광 센서로부터 상기 센싱 데이터를 전달 받아, 센싱 데이터로부터 상기 각 대상 물질의 특징 데이터를 분석하거나 상기 센싱 데이터를 원격 물질 분석 서버로 전달한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 분광 센서를 통하여 분석하고자 하는 물질의 빛의 흡수 및 반사에 대한 광학적 스펙트럼 분석에 의하여 다양한 물질에 대한 분석이 가능하며, 물질의 종류에 따라 서로 다른 센서를 사용할 필요가 없이 간단한 물질 특성 분석이 가능하다.
또한 반사 또는 흡수된 파장의 센싱 데이터를 스마트 폰과 같은 이동통신 단말기와 연계하면 휴대용으로 다양한 액체 물질에 대한 정보를 쉽게 획득할 수 있다.
또한 분광 센서 기반의 센서 노드를 근거리 무선 네트워크를 통하여 물질 분석 서버와 연동하여 원격으로 물질 분석 기능도 제공할 수 있다.
도 1은 침투식 시료 분석 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비침투식 시료 분석 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 분광 센서를 나타낸 도면이다.
도 4는 빛의 파장에 따른 물질의 빛의 흡수 또는 반사 정도에 대한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 분석기의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 분석기의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 센서 노드의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 센서 노드의 다른 일 예 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비침투식 시료 분석 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 분광 센서를 나타낸 도면이다.
도 4는 빛의 파장에 따른 물질의 빛의 흡수 또는 반사 정도에 대한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 분석기의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 분석기의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 센서 노드의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 센서 노드의 다른 일 예 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 시료 분석 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 침투식 시료 분석 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 침투식 액체 분석 장치(10)는 센서(12) 및 분석기(14)를 포함한다. 센서(12)는 용기에 담겨있는 시료(1)의 특징을 추출하기 위해 시료(1)에 침투되어 센싱 데이터를 수집하고, 수집된 센싱 데이터를 분석기(14)로 전달한다. 분석기(14)는 센서(12)로부터 전달된 센싱 데이터를 처리하여 시료(1)의 성분을 분석하고, 그 분석 결과를 나타낸다.
이러한 침투식 물질 분석 장치(10)는 시료에 따라서 각각 서로 다른 센서를 사용해야 하는 단점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비침투식 시료 분석 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 비침투식 시료 분석 장치(100)는 분광 센서(110) 및 분석기(120)를 포함한다.
분광 센서(110)는 다른 종류의 시료(101, 102, 103)에 각각 빛을 출력하고, 파장에 따른 시료(101, 102, 103)의 빛의 흡수 및 반사에 대한 센싱 데이터를 추출하고, 추출한 센싱 데이터를 분석기(120)로 전달한다. 이러한 분광 센서(110)는 MEMS(Microelectromechanical Systems) 기술을 이용한 초소형 센서일 수 있다. 즉, 사용자는 분광 센서(110)를 분석하고자 하는 시료에 접근시켜서 파장에 따른 해당 시료의 센싱 데이터를 추출한다.
분석기(120)는 파장에 대한 물질의 성분을 분석할 수 있다. 또한 분석기(120)는 원격 물질 분석 서버로 센싱 데이터를 전달하고, 원격 물질 분석 서버로부터 분석 결과를 수신할 수 있다.
예를 들어, 분석기(120)는 파장에 대한 물질의 성분을 도출할 수 있는 애플리케이션을 가지고 있는 스마트폰과 같은 이동통신 단말기일 수 있다. 이 경우, 이동통신 단말기는 파장에 대한 물질의 성분을 도출할 수 있는 애플리케이션을 실행시켜서 파장에 대한 물질의 성분을 도출한다. 이때 원격 물질 분석 서버 또는 이동통신 단말기 기반의 분석기는 각 물질에 대하여 파장에 따른 흡수 또는 반사에 대한 데이터베이스가 구축되어 있다고 가정한다.
또는 분석기(120)는 원격 물질 분석 서버로 센싱 데이터를 전달하는 센서 노드일 수도 있다. 원격 물질 분석 장치는 수신한 센싱 데이터를 처리하여 파장에 대한 물질의 성분을 분석할 수 있다.
이러한 비침투식 시료 분석 장치(100)는 분광 센서(110)를 통해서 각 시료(101, 102, 103)들의 빛의 흡수 및 반사에 대한 센싱 데이터를 추출하면 되므로, 침투식 시료 분석 장치(10)와 같이 물질의 종류에 따라 서로 다른 센서를 사용할 필요가 없다.
도 3은 도 2에 도시된 분광 센서를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 분광 센서(110)는 분광부(112), 데이터 수집부(114), 특징 추출 및 분류부(116) 및 정합부(118)를 포함한다.
분광부(112)는 파장에 따라 빛을 분해한다.
데이터 수집부(114)는 파장에 따른 스펙트럼 데이터를 수집한다.
특징 추출 및 분류부(116)는 스펙트럼 데이터로부터 특징 추출과 분류 기능을 수행한다.
정합부(118)는 UART(Universal Asynchronous Receiver & Transmitter) 및 SPI(Serial Peripheral Interface) 등과 같은 직렬 통신을 이용하여 분석기(120)와 접속 기능을 제공한다.
도 4는 빛의 파장에 따른 물질의 빛의 흡수 또는 반사 정도에 대한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 물질(A, B, C)마다 파장에 따른 빛의 흡수 및 반사 정도가 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서, 물질(A, B, C)별 빛의 흡수 및 반사 데이터를 이용하면, 물질의 종류 구분은 물론 특정 하나의 물질에 대하여 순도 및 탁도, 짠맛, 단맛, 신맛 등을 알 수 있으며 물질간의 정도 차이, 예를 들어 물질의 당도 비교 등을 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 비침투식 시료 분석 장치(100)는 물질의 빛의 흡수 및 반사에 대한 센싱 데이터로부터 물질의 성분을 분석한다.
도 5는 도 2에 도시된 분석기의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 분석기(120)는 스마트폰과 같은 이동통신 단말기(500)일 수 있다 이 경우, 물질 분석에 대한 정보를 사용자가 알기 위하여 이동통신 단말기(500)에 응용 애플리케이션이 필요하다. 물질의 종류가 워낙 다양하여 사용자는 단순히 파장의 흡수 및 반사 정도의 정보만으로는 물질의 특성을 알기 힘들다. 따라서 사용자는 응용 애플리케이션으로 특정 물질에 대한 다양한 데이터베이스를 기반으로 정리된 정보를 통하여 물질의 특성을 알 수 있다.
이동통신 단말기(500)는 응용 애플리케이션(510)을 다운로드하고, 응용 애플리케이션을 실행하여 해당하는 물질의 분석 결과를 획득한다. 응용 애플리케이션(510)은 각각의 물질을 분석할 수 있는 애플리케이션(App A, App B, App C)이 물질별로 구성될 수도 있으며, 하나의 통합 애플리케이션(App N)에 관련된 몇 개의 물질 유형을 선택할 수 있도록 구성될 수 있다.
그리고 이동통신 단말기(500)는 분광 센서(110)와의 접속을 위한 외부 접속 포트(520)를 포함한다.
도 6은 도 2에 도시된 분석기의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 분석기(120)는 센서 노드(600)일 수 있다.
센서 노드(600)는 접속부(610), 중앙 제어부(620), 무선 송수신부(630), 전원 공급부(640) 및 위치 측정부(650)를 포함한다.
접속부(610)는 분광 센서(110)와 접속 기능을 제공한다. 접속부(610)는 분광센서(110)로부터 파장에 따른 빛의 흡수 또는 반사에 대한 센싱 데이터를 전달 받으며, 물리적으로는 UART 또는 SPI 등 직렬 통신 인터페이스를 사용할 수 있다.
중앙 제어부(620)는 센서 노드(600)의 전체 제어 기능을 수행한다.
무선 송수신부(630)는 분광 센서(110)로부터의 센싱 데이터를 무선으로 전송한다. 무선 송수신부(630)는 센서망 또는 와이파이망 등의 정합이 가능한 무선 근거리 통신망을 사용할 수 있다.
전원 공급부(640)는 센서 노드(600)에 전원을 공급한다.
위치 측정부(650)는 센서 노드(600)의 위치 정보를 제공한다. 이때 센서 노드(600)의 위치 정보는 분석 대상 물질인 액체 시료에 대한 위치 정보일 수 있다. 위치 측정부(650)는 GPS로부터 GPS 신호를 수신하여 센서 노드(600)의 위치 정보를 제공할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 센서 노드의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참고하면, 센서망(700)은 복수의 센서 노드(710) 및 싱크 노드(720)를 포함한다.
각 센서 노드(710)는 정해진 위치에 고정되어 있을 수 있으며, 해당 위치에서 분광 센서(110)의 센싱 데이터를 주기적으로 싱크 노드(720)로 전달한다.
싱크 노드(720)는 각 센서 노드(710)로부터 전달 받은 센싱 데이터를 코어망(730)과 연결하는 게이트웨이(750)를 통하여 원격 물질 분석 서버(740)로 전달한다. 이때 싱크 노드(720)는 센서망(700)과 코어망(730)을 연결하기 위한 게이트웨이에 구현될 수 있다.
원격 물질 분석 서버(740)는 싱크 노드(720) 및 게이트웨이(750)를 통해 수신한 센싱 데이터를 분석하여 해당 물질의 성분을 분석한다.
도 8은 도 6에 도시된 센서 노드의 다른 일 예 나타낸 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 센서 노드(810)는 도 7과 달리 휴대형으로서, 사용자는 센서 노드(810)를 가지고 이동하면서 서로 다른 위치에 있는 물질(801, 802, 803)에 대한 센싱 데이터를 원격 물질 분석 서버(840)로 전달할 수 있다.
즉, 사용자가 원하는 물질에 접근하여 분광 센서(110)로 빛의 반사 및 흡수 정도에 대한 센싱 데이터를 획득하고, 센서 노드(810) 및 게이트웨이 (820)를 통하여 코어망(830)에 접속하여 원격 물질 분석 서버(840)로 전달할 수 있다. 이때, 센서 노드(810)는 도 6에서 설명한 바와 같이 위치 정보 측정 및 근거리 무선 통신 기능을 가질 수 있다.
예를 들어, 사과, 포도, 수박 등 다양한 과일에 대한 당도를 측정할 경우 기존의 침투식 방법은 시료를 추출하여 당도를 측정하고 과일의 성숙과 수확 시기를 판단하였지만, 본 발명의 실시 예와 같이 휴대형의 센서 노드(810)를 이용하면, 사용자가 개별 측정 물질에 접근하여 분광 센서(110)의 빛의 흡수 및 반사에 대한 센싱 데이터를 획득하여 분석 결과를 확인함으로써 과일과 같은 수분을 함유하고 있는 물질의 특성을 쉽게 알아낼 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
Claims (1)
- 시료 분석 장치로서,
파장에 따른 각 대상 물질의 빛의 흡수 및 반사에 대한 센싱 데이터를 추출하는 분광 센서, 그리고
상기 분광 센서로부터 상기 센싱 데이터를 전달 받아, 센싱 데이터로부터 상기 각 대상 물질의 특징 데이터를 분석하거나 상기 센싱 데이터를 원격 물질 분석 서버로 전달하는 분석기
를 포함하는 시료 분석 장치.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20190000670A (ko) * | 2017-06-23 | 2019-01-03 | 주식회사 제이앤씨글로벌 | 음식물의 성분 분석 장치 |
| KR102606886B1 (ko) * | 2022-09-06 | 2023-11-29 | 한국과학기술연구원 | 식물에 대한 비파괴적 기능성분 예측 방법 및 장치 |
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2012
- 2012-12-07 KR KR1020120142282A patent/KR20140074078A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102606886B1 (ko) * | 2022-09-06 | 2023-11-29 | 한국과학기술연구원 | 식물에 대한 비파괴적 기능성분 예측 방법 및 장치 |
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