KR20150121311A - 다항목 수질 측정 장치 - Google Patents

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KR20150121311A
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Abstract

본 발명은, 수질을 측정하는 복수의 센서를 포함하는 센서모듈, 상기 복수의 센서에서 측정된 상기 수질을 수치화하여 표시하는 표시모듈, 상기 복수의 센서 각각에서 측정된 센서신호에 포함된 노이즈를 제어하는 센서신호처리모듈 및 상기 센서신호처리모듈에서 출력된 센서신호에 대한 수치화 데이터를 생성하여, 상기 표시모듈에 수치화 표시되게 상기 수치화 데이터를 전송하여 제어하는 제어모듈을 포함하는 수질 측정 장치를 제공한다.

Description

다항목 수질 측정 장치{MULTI-ITEM MEASURING APPARATUS OF WATER QUALITY}
본 발명은 수질 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 센서에서 측정된 신호들 사이의 간섭을 방지하고, 수질 측정이 용이하는 센서신호 처리모듈을 갖는 수질 측정 장치에 관한 것이다.
최근 사람들의 환경에 대한 인식이 증대되고 있고, 특히 수질오염에 대한 관심이 급격히 높아지고 있다. 물의 오염 여부를 판단하고, 오염된 물을 처리하고, 그리고 물의 오염을 방지하기 위한 대책을 수립하기 위한 첫 단계가 수질을 분석하여 수질의 현황을 파악하는 것이다.
상기와 같은 필요성에 의하여, 현재 다양한 종류의 수질 측정 장치가 개발되어 물의 온도, 전기 전도도, 탁도, 잔류염소, COD, 용존산소, 염도, 산도(pH) 등의 수질항목을 측정하고 있다. 특히 최근에는 상기한 여러 가지 수질 항목을 동시에 측정하거나, 또는 동일한 수질항목을 다수의 위치에서 동시에 측정할 수 있는 다채널 수질 측정 장치가 개발되어 능률적으로 수질을 분석할 수 있다.
통상적인 다채널 수질 측정 장치는 각각의 수질항목을 측정할 수 있는 다수개의 센서들과, 이들 센서들에 전기를 공급하는 전원공급장치와, 그리고 각각의 센서들에서 감지된 전기신호를 가공하여 각각의 수질항목 값을 연산하고 그 결과를 외부로 송출하는 데이터처리부로 구성된다.
데이터처리부에서 송출된 각각의 수질항목 값은 별도의 표시장치에 표시하거나, 인쇄장치로 프린트하여 볼 수있게 하거나, 컴퓨터로 전송하여 이용할 수 있게 하너나, 내부 기억장치에 저장하여 이용할 수 있게 한다.
위와 같은 다채널 수질 측정 장치는 동시에 여러 수질항목을 측정하거나, 동일한 수질항목을 여러 지점에서 동시에 측정하여 평균수질을 알 수 있는 등의 장점이 있다. 그러나 통상의 다채널 수질 측정 장치는 외부의 상업용 교류 전기를 센서에 필요한 직류전원으로 변환하여 각 센서로 공급하는 하나의 전원공급장치를 사용하고 있는데, 이와 같은 경우 여러 개의 센서를 하나의 수조에 투입하여 다수 개의 수질항목을 동시에 측정을 할 때, 동일한 전원공급장치에서 전기를 공급받는 센서들 상호 간에 신호의 간섭이 일어나 정확한 수질측정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 복수의 센서에서 측정된 신호들 사이의 간섭을 방지하고, 수질분석이 용이하는 센서신호 처리모듈을 갖는 수질 측정 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 수질 측정 장치는, 수질을 측정하는 복수의 센서를 포함하는 센서모듈, 상기 복수의 센서에서 측정된 상기 수질을 수치화하여 표시하는 표시모듈, 상기 복수의 센서 각각에서 측정된 센서신호에 포함된 노이즈를 제어하는 센서신호처리모듈 및 상기 센서신호처리모듈에서 출력된 센서신호에 대한 수치화 데이터를 생성하여, 상기 표시모듈에 수치화 표시되게 상기 수치화 데이터를 전송하여 제어하는 제어모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서신호처리모듈은, 상기 복수의 센서 각각에 연결된 복수의 센서신호처리부를 포함할 수 있다.
상기 센서신호처리부는, 상기 센서신호를 입력시 상기 센서신호에 포함된 노이즈를 제거한 제1 센서신호를 출력하는 필터부, 상기 제1 센서신호를 광 변환하여 제2 센서신호를 출력하는 신호변환부 및 상기 제2 센서신호를 증폭하여 상기 제어모듈로 전송하는 증폭부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터부는, 상기 센서신호에 포함된 노이즈를 제거하는 저항 및 커패시터를 포함하는 RC 필터 및 상기 RC 필터에서 출력된 센서신호를 상기 제1 센서신호로 증폭하는 제1 연산증폭기를 포함할 수 있다.
상기 신호변환부는, 상기 제1 센서신호를 광 신호로 변환하는 광송신 변환부 및 상기 광 신호를 수신하여 상기 제2 센서신호를 출력하는 광수신 변환부를 포함할 수 있다.
상기 광송신 변환부 및 상기 광수신 변환부는, 광 커플러를 포함할 수 있다.
상기 증폭부는, 상기 제2 센서신호를 증폭하는 제2 연산증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수질 측정 장치는, 복수의 센서 각각에 연결되어 각각의 센서신호를 센싱할 수 있는 복수의 센서신호 처리부를 포함하는 센서신호 처리모듈을 구비함으로써, 복수의 센서 각각에서 출력된 센서신호를 간섭 또는 감쇄없이 신호처리하여 수질분석을 용이하게 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 수질 측정 장치는, 센서신호 처리모듈에 포함된 복수의 센서신호 처리부가 각각의 센서에서 측정된 센서신호를 동시 또는 개별적으로 센싱할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수질 측정 장치의 제어구성을 나타낸 제어블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 센서신호처리모듈에 포함된 하나의 센서신호처리부를 나타낸 제어블록도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 센서신호처리부를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 1에 나타난 전원분산모듈을 나타낸 회로도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 네트워크 상의 제1 구성요소와 제2 구성요소가 연결되어 있거나 접속되어 있다는 것은, 유선 또는 무선으로 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 데이터를 주고 받을 수 있음을 의미한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다.
각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 수질 측정 장치의 제어구성을 나타낸 제어블록도이고, 도 4는 도 1에 나타난 전원분산모듈을 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면, 수질 측정 장치는 전원공급모듈(110), 전원분산모듈(120), 센서모듈(130), 센서신호처리모듈(140), 표시모듈(150) 및 제어모듈(160)을 포함할 수 있다.
전원공급모듈(110)은 전원분산모듈(120)에 전원을 공급할 수 있다. 전원은 육지로부터 전원선을 통해 공급받거나, 건전지나 축전기, 또는 풍력/조력 발전에 의한 전원일 수 있다. 전원공급모듈(110)의 최종 출력은 교류인 것이 바람직하다.
전원분산모듈(120)은 전원공급모듈(110)으로부터 공급받은 전원을 센서모듈(130), 센서신호처리모듈(140), 표시모듈(150) 및 제어모듈(160)로 개별 공급할 수 있다. 전원분산모듈(120)은 각 모듈로 공급되는 전원을 각 모듈에 적합한 전원으로 변환할 수 있다.
전원공급모듈(110)에서 공급하는 전원이 건전지나 축전기와 같이 직류인 경우, 전원분산모듈(120)에서 전원이 각 모듈로 개별적으로 분산되기 위해 복수의 건전지로 구성될 수 있다. 이 경우 전원분산모듈(120)은 각 모듈에 복수의 건전지 각각을 연결하는 역할만 할 수도 있다. 전원공급모듈(110)의 초기 전원이 축전지인 경우, 전원공급모듈(110)은 축전지의 직류 전원을 교류로 변환하여 출력하는 인버터를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 명세서에서 전원공급모듈(110)의 최종 출력 전원은 교류라고 가정한다.
도 4를 참조하면, 전원분산모듈(120)은 복수의 전기 트랜스포머(310) 및 복수의 직류 변환기(320)을 포함할 수 있다.
전기 트랜스포머(transfomer)는 일단이 전원공급모듈(110)에 연결되고, 타단은 직류 변환기에 연결될 수 있다. 트랜스포머는 일단의 회로와 타단의 회로를 전기적으로 분리할 수 있다. 트랜스포머는 일단의 전원을 기설정된 전원으로 변환할 수 있다. 복수의 트랜스포머(310)는 전원공급모듈(110)과 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
직류 변환기(320)는 일단에 연결된 트랜스포머의 교류 전원을 적정한 직류 전원으로 변환하여 타단으로 출력할 수 있다. 복수의 직류 변환기(320) 각각은 필요에 따른 직류 전원(DC1 ~ DC3)을 공급할 수 있으며, 서로 접지(G1 ~ G3)를 다르게 하여, 전기적으로 절연이 되도록 할 수 있다.
전원분산모듈(120)은 센서모듈(130)에 포함된 복수의 센서(미도시) 각각으로 전원레벨이 조절된 전원을 개별적으로 공급할 수 있다. 전원분산모듈(120)은 복수의 센서가 서로 절연되도록, 즉 루프가 형성되지 않도록, 전원을 분산하여 각각의 복수의 센서에 공급할 수 있다. 전원분산모듈(120)은 복수의 센서 뿐만 아니라, 센서신호처리모듈(140)에 별도의 하나 이상의 개별 전원을 공급할 수 있다.
센서모듈(130)은 복수의 센서를 포함하며, 상기 복수의 센서 각각은 온도, 전기전도도, 탁도, 잔류염소, COD, 용존산소, 염도 및 산도(pH) 등을 측정할 수 있다.
센서모듈(130)은 상기 복수의 센서 각각을 센서처리모듈(140)에 개별적으로 연결함으로써, 상기 복수의 센서가 개별적으로 수질을 측정하는 경우 서로 간의 센서신호에 대한 간섭으로 인한 노이즈가 발생하지 않도록 할 수 있다.
센서신호처리모듈(140)은 상기 복수의 센서 각각에 연결되어, 상기 복수의 센서 각각에서 수질을 측정한 복수의 센서신호를 센싱하는 복수의 센서신호 처리부를 포함할 수 있다. 복수의 센서신호 처리부 각각은 연결된 센서로부터 입력된 센서신호를 절연시킬 수 있음으로써, 주변의 다른 센서신호 처리부에서 처리되는 센서신호에 대한 간섭을 최소화할 수 있다. 센서신호처리모듈(140)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
표시모듈(150)은 센서모듈(130)에서 측정된 수질, 예를 들면 온도, 전기전도도, 탁도, 잔류염소, COD, 용존산소, 염도 및 산도(pH) 등을 수치화하여 외부에서 확인할 수 있도록 표시할 수 있다.
표시모듈(150)는 상술한 수질항목 및 작동상태에 대한 내용을 사용자가 확인할 수 있도록 할 수 있으며, 여러 종류의 디스플레이 장치 중 어느 하나일 수 있다.
제어모듈(160)은 센서신호처리모듈(140)로부터 센싱된 상기 복수의 센서신호를 수신할 수 있다. 제어모듈(160)는 복수의 센서신호에 대한 신호레벨에 따라 각 수질에 대응하여 수치화된 데이터가 표시모듈(150)에 표시되게 제어할 수 있다.
제어모듈(160)은 센서신호처리모듈(140)에서 센싱된 상기 복수의 센서신호를 수신하는 수신부(162), 수신된 상기 복수의 센서신호를 처리하여 수치화된 데이터를 출력하는 연산부(164), 상기 수치화된 데이터를 표시모듈(150)에 표시되게 제어하는 제어부(166)를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 센서신호처리모듈에 포함된 하나의 센서신호처리부를 나타낸 제어블록도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 센서신호처리부를 나타낸 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 센서신호처리부(142)는 센서신호처리모듈(140)에 포함되며, 센서모듈(130)에 포함된 임의의 센서에 연결될 수 있다.
센서신호처리부(142)은 임의의 센서로부터 측정된 센서신호(s)를 입력받아 노이즈를 제어하는 필터부(210), 필터부(210)에서 노이즈가 제거된 제1 센서신호(s1)를 광신호(ss)로 변환하고, 광신호(ss)를 제2 센서신호(s2)로 변환하여 출력하는 신호변환부(220) 및 신호변환부(220)에서 출력된 제2 센서신호(s2)를 증폭하여 제어모듈(160)로 전달하는 증폭부(230)를 포함할 수 있다.
필터부(210)는 센서신호(s)에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 저항(R) 및 커패시터(C)가 병렬연결된 RC 필터(F) 및 RC 필터(F)를 통해 노이즈가 제거된 센서신호(s)를 소정 증폭하여 제1 센서신호(s1)를 출력하는 제1 연산증폭기(op1)를 포함할 수 있다.
신호변환부(220)는 필터부(210)에서 출력된 제1 센서신호(s1)를 광 신호(ss)로 변환하는 광송신 변환부(bd1) 및 광송신 변환부(bd1)에서 출력된 광 신호(ss)를 제2 센서신호(s2)로 변환하는 광수신 변환부(bd2)를 포함할 수 있다.
광송신 변환부(bd1) 및 광수신 변환부(bd2)는 광 커플러일 수 있으며, 이외에 다른 소자를 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
광송신 변환부(bd1) 및 광수신 변환부(bd2) 사이에는 서로 절연, 즉 회로패턴으로 연결되지 않고 광신호(ss)를 이용하여 전기신호인 제1, 2 센서신호(s1, s2)가 다른 센서신호에 의한 전기적인 간섭을 방지할 수 있다.
증폭부(230)는 신호변환부(220)에서 출력된 제2 센서신호(s2)의 신호크기가 매우 낮을 수 있으므로, 제2 센서신호(s2)를 증폭하여 제어모듈(160)로 전송할 수 있다.
증폭부(230)는 제1 연산 증폭기(op1)와 동일한 제2 연산 증폭기(op2)를 포함할 수 있으며, 이 외에 다른 증폭기를 사용할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제어모듈(160)는 센서모듈(130)에 포함된 복수의 센서에 대응하는 복수의 센서신호 처리부(142)로부터 복수의 제2 센서신호(s2)를 수신할 수 있으며, 복수의 제2 센서신호(s2)를 기반으로 표시모듈(150)에 수치화되도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 수질측정장치는 수질, 즉 전기전도도, 탁도, 잔류염소, COD, 용존산소, 염도 및 산도(pH) 등을 측정하는 복수의 센서에서 측정된 복수의 센서신호에 포함된 노이즈를 신호변환부(220)에서 제거할 수 있음으로써, 정확한 수질을 측정할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 전원공급모듈 120: 전원분산모듈
130: 센서모듈 140: 센서신호처리모듈
150: 표시모듈 160: 제어모듈

Claims (8)

  1. 수질을 측정하는 복수의 센서를 포함하는 센서모듈;
    상기 복수의 센서 각각에서 측정된 센서신호에 포함된 노이즈를 제어하는 센서신호처리모듈; 및
    상기 센서신호처리모듈에서 출력된 센서신호에 대한 수치화 데이터를 생성하도록 제어하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 센서신호처리모듈은 상기 복수의 센서 각각에 연결되어 상기 복수의 센서에서 출력되는 복수의 센서 신호 각각이 개별적으로 접지되도록 하는 복수의 센서신호처리부를 포함하는 수질 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서신호처리부 중 하나는,
    상기 센서신호를 입력시 상기 센서신호에 포함된 노이즈를 제거한 제1 센서신호를 출력하는 필터부;
    상기 제1 센서신호를 광 변환하여 제2 센서신호를 출력하는 신호변환부; 및
    상기 제2 센서신호를 증폭하여 상기 제어모듈로 전송하는 증폭부를 포함하는 수질 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터부는,
    상기 센서신호에 포함된 노이즈를 제거하는 저항 및 커패시터를 포함하는 RC 필터; 및
    상기 RC 필터에서 출력된 센서신호를 상기 제1 센서신호로 증폭하는 제1 연산증폭기를 포함하는 수질 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호변환부는,
    상기 제1 센서신호를 광 신호로 변환하는 광송신 변환부; 및
    상기 광 신호를 수신하여 상기 제2 센서신호를 출력하는 광수신 변환부를 포함하는 수질 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광송신 변환부 및 상기 광수신 변환부는 광 커플러를 포함하는 수질 측정 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 증폭부는 상기 제2 센서신호를 증폭하는 제2 연산증폭기를 포함하는 수질 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서, 제어모듈, 및 상기 복수의 센서신호처리부에 개별 전원을 공급하는 전원분산모듈을 더 포함하는 수질 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전원분산모듈은
    교류 전원을 공급하는 교류 전원;
    일단이 상기 교류 전원에 각각 병렬 연결되어 상기 교류 전원과 별도의 회로를 구성하는 복수의 전기 트랜스포머; 및
    상기 복수의 전기 트랜스포머 각각의 타단에 연결되어 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 복수의 직류 변환기를 포함하고,
    상기 복수의 전기 트랜스포머 각각의 접지는 서로 상이한 수질 측정 장치.
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