KR20220052531A - 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물속에 함유되어 있는 무생물 형태나 생물 형태의 이물질을 실시간으로 샘플링하여 광학 방식이나 전기화학 방식, 촬영방식을 활용하여 물 속에 함유된 이물질의 종류를 파악할 수 있으며 영상으로 통해 육안판독이 가능하도록 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는
측정할 대상 유동하는 물을 샘플링하여 측정하는 측정부, 측정부의 측정데이터를 무선으로 전송받는 무선데이터수신부, 측정부와 무선데이터수신부의 데이터를 전달받아 분산저장하는 블록체인부, 블록체인부의 분산 저장 데이터를 분석 및 학습모델링하는 AI플랫폼, AI플랫폼의 분석 데이터를 전달받아 관리하는 관리부, 관리부의 자료를 전달받아 개별 단위로 확인하는 모니터링부를 구성하여; 물 속에 함유된 무생물 형태나 살아 움직이는 생물의 존재를 측정하여 분석가능함으로써 특히 음용수 관련 분야에서 신뢰성을 입증과 측정에 대한 정확도를 확인 수 있는 효과가 있다.
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Description
본 발명은 물에 함유된 이물질을 측정하는 시스템에 관한 것으로, 특히 물속에 함유되어 있는 무생물 형태나 생물 형태의 이물질을 다양한 방식으로 측정하기 위한 시스템으로 물을 사용하는 발전소, 식품제조업종, 음용수를 취급하는 상수도업종 등에 적용하여 이용할 수 있는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 시민들의 수돗물 직접 음용 비율이 낮은 데 근본적인 불신 이유는 상수원수의 수질 문제와 정수된 수돗물에 이물질과 녹물발생 등 상수관망의 노후화로 기인된 것이기 때문에 취수원 다변화를 통한 양질의 원수 확보와 함께 수돗물의 적정배분 및 노후관·급수관 갱생작업 등을 통해 수돗물의 불안감 해소를 위한 근본대책 마련이 필요하다.
물의 맛과 냄새와 같은 항목은 수돗물 안심기준으로 수도사업자가 준수해야 하는 정수장 위생관리 기준을 구체화해야 한다. 적수의 발생 및 유충 발생과 같이 이물질이 있음에도 현재 수질기준항목에 이물질을 포함하여 맛과 냄새와 같은 측정법과 기준은 없는 상황이다. 하지만 먹는 물속에 이물질이 발견되면 음용중지, 음용권고 및 주민행동요령 등의 기준을 제시해야 한다.
기본적으로 정수장 내부로 유충 등 생물체 유입을 원천 차단하기 위해 미세방충망과 포충기 등을 설치하고, 빅데이터 기반으로 정수처리 공정을 운영하는 인공지능 정수장을 갖추어야 한다.
그리고 생물체 유입·유출 차단 조치와 함께 인공지능 정수장을 도입을 위해서는 녹물 및 생물체 등 이물질센서를 이용하여 수질관리항목으로 관리하고 고도 정수처리시설별로 맞춤형 운영관리 지침서를 마련하는 것이 시급하다.
일반적으로 수중에서 이물질이 생기는 원인으로 다음과 같다.
- 대기 중의 성분이 물에 녹아서 이물질이 생길 수 있다.
- 여과기의 여재교체 시기와 응집제 투입량을 의심해 볼 수 있다. 응집제 과투여에 의한 수조 내 응집물이거나 여과장치의 여재교체가 되지 않아 투과할 수도 있다.
- 수도관 청소 시 녹물, 유기화합물질, 무기화합물질, 기타 부유물질 등이 침체되어 있다. 이러한 이유로 이물질이 발생되어 청소하는 것도 좋지만 청소를 하면서 2차 오염도 발생되며 관련 기준이 모호하다.
- 수도관은 물이 흐르는 관이기 때문에 물이 흐르면서 각종 물때나 스케일이 생겨 나오면서 각종 오염물질을 발생하기도 한다. 이러한 수도관은 6~12개월에 1~2회 정도 청소를 하는 정도인데 이물질이라는 것은 수시로 발생 가능성이 있어 항시 감시 대상이다.
이른바 수돗물 위생관리 종합대책은 수돗물 위기시 다음과 같은 예방·대응 안전망을 구축한다.
먼저 출입문과 창문에 미세방충망을 설치하여 생물체가 정수장 건물 안으로 유입되는 것을 막고 건물 내 포충기를 설치하여 유입된 생물체를 퇴치한다. 또한 활성탄지에 유입을 방지하는 시설도 설치하여 생물체의 유입을 3중으로 원천 차단하는 것이다.
상기와 같은 차단조치에도 불구하고 날파리 등이 유입될 경우에 대비하여 활성탄 세척주기를 단축하여 유충 번식을 차단하고, 활성탄 지하부 집수장치의 여과기능을 강화하여 생물체의 유출을 2중으로 원천 방지해 향후 예상치 못한 위험요인까지도 차단하도록 한다.
종래의 이물질을 측정하는 방식으로는 시료가 아주 작은 불순물이나, 원하지 않은 물질이 생성되기도 하여 이것의 분석을 해야 할 때가 있다. 특히 전자산업, 식품산업에서 발견되는 경우가 많으며, 이 물질의 유입원인을 규명하고 대처하여야 한다. 이물질 측정은 이물질의 크기가 아주 작은 마이크로 이물질까지 포함한다. 즉, 이 작은 이물질이 유기물인지, 무기물인지 그리고, 더 구체적으로 플라스틱/고무/섬유인지, 혹은 유리가루인지를 구별하며, 또한 성분적으로 예를 들어 polyester인지, SiO2/TiO2성분인지를 구별하고 있다.
일 예로, 식품이물질분석하는 방법으로는 식품 안에서 발견된 이물질은, 다양한 재질의 성분이 발견된다. 이것은 가령 크로마토그래피, 스펙트로스코피, 현미경 분석 등을 통하여, 재질이나 성분을 파악하고 있다. 이물질이 합성물, 금속, 유리로 되어 있는 경우, 재질분석은 가능하나, 이물질이 천연물(탄수화물, 단백질, 지방)에서 유래한 것으로 판정된 경우, 식품자체가 천연물이고, 천연물의 종류가 너무 다양하기 때문에, 더 구체적인 재질구분은 어렵게 된다. 즉, 천연물로 판정하거나 추가정밀분석이 필요하며, 이물질 종류와 분석가능여부는 아래 표 1 통해 살펴보면 아래와 같다.
| 분석서비스명 | 추정재질 | 분석가능여부 |
| 이물질분석 | 금속, 유리 | 재질파악 가능 |
| 플라스틱, 비닐, 고무 | 재질파악 가능 | |
| 섬유, 의복, 종이, 머리카락 | 재질파악 가능 | |
| 천연물, 천연 탄화물, 벌레, 곰팡이 | 재질파악 어려움 경우에 따라 곰팡이 동정시험 필요 |
다른 예로써, 전자산업에서의 마이크로 이물질분석방식은 PCB기판이나, 미세정밀부품에 이물질이 묻거나 발생하여 소자의 이상 작동을 일으키는 경우가 있다. 재발방지를 위해서라도, 이물질을 동정하고 그 유입경로를 조사하여야 한다. 마이크로 물질의 경우, 마이크로 IR이나 전자현미경/EDX 등을 이용하여 이물질분석을 수행할 수 있다.
그러나, 식품이나 전자산업에서 적용하는 이물질분석 방식은 물 특히 음용수나 수돗물에 적용하기 한계가 있으며 물을 측정하는 센서는 대부분 물의 특성인 수소이온농도(pH), 용존산소농도, 잔류염소농도, 전기전도도, 온도 등을 측정하는 센서 및 방식과 이를 온라인방식으로 실시간으로 측정하여 데이터를 처리하는 측정시스템이 제안되었으나, 최근에 대두된 수돗물에서 발견된 유충을 사전에 감지 측정하기는 적합하지 않은 문제점이 있었다.
특히, 최근에 환경부는 인천 수돗물 유충 사고 재발 방지와 안심하고 마실 수 있는 수돗물 공급을 위한 ‘수돗물 위생관리 종합대책’이 정세균 국무총리 주재로 열린 제112회 국정현안점검조정회의에서 확정됐다고 밝혔다. 대책은 올해 7월 발생한 인천 수돗물 유충 사고에 대한 합동정밀조사단 조사 결과와 제안, 전국 484개 정수장에 대한 일제 점검 결과, 각계 전문가 의견을 수렴해 마련됐다.
정수장 시설 대책으로 2022년까지 1311억원을 들여 생물체 유입·유출 5중 차단 조치가 추진된다. 출입문·창문에 미세방충망을 설치해 생물체가 정수장 건물 안으로 들어가는 것을 막고, 내부에는 포충기를 설치해 유입된 생물체를 퇴치한다. 활성탄지 유입을 방지하는 시설도 구축해 생물체의 유입을 3중으로 차단하기로 했다. 날파리 등의 유입에 대비해 활성탄 세척 주기를 단축해 유충 번식을 차단하고, 활성탄 지하부 집수장치의 여과 기능을 강화해 유출 2중 조치도 마련할 계획이다.
2021년부터 정수장에 인공지능(AI) 개념을 도입하고, 24시간 원격감시시스템(TMS)을 구축해 고품질의 수돗물을 생산하기로 했다. 특히 정수장 위생관리 강화 방안으로 한국형 수도시설 위생관리 인증제를 도입한다. 식품 제조공장에 적용하는 국제표준규격(ISO22000) 및 식품안전관리제도(HACCP) 등에서 정수장에 적용 가능한 내용을 참고해 위생안전 인증제도를 마련할 예정이다.
운영 관리도 강화해 2021년부터 수질 관리항목에 ‘이물질’을 도입한다. 지난해 인천 적수 및 유충 발생처럼 이물질 발견에도 수질 기준을 충족해 오히려 국민 불신과 불안을 가중시킨다는 지적을 따른 것이다. 이물질 발견 시 음용 중지와 음용 권고 및 주민행동요령 등 새로운 기준도 제시하기로 했다.
운영 인력 전문성 강화를 위해 수도시설 규모별 최소 운영인력 배치 기준을 마련한다. 정수장의 전담 연구사를 확충하고 광역·기초지방자치단체, 지자체·전문기관 간 교환 근무로 전문지식 및 운영법이 시설 운영에 접목될 수 있도록 개선할 계획이다. 특히 관리 능력 부족으로 7일 이상 수돗물 음용 곤란 등 중대한 사고 등을 일으켜 수돗물 공급에 차질이 발생한 지자체에 대해 전문기관 위탁을 활성화한다는 방침이다. 정 총리는 “깨끗한 수돗물을 공급하는 것은 국가의 기본 책무”라며 “먹는물 수질과 정수장 위생관리 기준을 국민 눈높이에 맞도록 구체화하고 국민 요구에 즉시 응답할 수 있도록 환경부 내 수돗물안전상황실을 상설화하겠다”고 강조하겠다는 뉴스 기사가 나왔다.(출처:http://m.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20200904011002&wlog_tag1=#csidx0ac99ee01ba9d8ca6d93184a3958793)
이로 인하여, 빅데이터를 기반으로 정수처리 공정별로 최적 운영방안을 도출할 수 있도록 정수장에도 인공지능(AI) 개념을 도입하고, 원격감시시스템(TMS) 구축으로 정수 상황을 24시간 확인해 고품질의 수돗물을 생산해야 한다.
즉, 취수원부터 수도꼭지까지 수질·유량을 실시간으로 측정·관리하고, 관련 정보를 즉시 제공하는 등 소비자에게 맞춤형 수돗물관리 서비스를 제공하는 전 과정을 말하는 스마트물관리시스템의 구축이다. 이러한 구축의 일환으로 도입되어, 보다 깨끗하고 안전한 물을 제공한다. 이에 상수도 기반시설의 녹색전환에 따른 기후·환경위기 대응 안전망 구축의 효과를 극대화할 수 있을 것이다.
현행 상수도시설 유지관리 메뉴얼이 방대하여 숙지하기 어렵고, 대부분 관행에 따라 실시하고 있는 유지관리 업무의 체계화를 위해 수돗물 생산·공급 전 과정에 대한 점검항목은 물론 관리 계측 및 내용을 근무자가 쉽게 활용할 수 있도록 스마트폰 앱으로도 가능하다.
이에 수도시설 규모별 최소 운영인력 배치기준을 마련할 수 있고 정수장에서 근무하는 전담 연구사 확충 및 광역-기초지자체, 지자체-전문기관(한국수자원공사 등) 간 교환 근무로 전문지식 및 운영 방법이 수도시설 운영에 접목될 수 있다.
또한, 정수시설운영관리사 배치기준을 의무규정으로 개정해 미준수 시 과태료를 부과하고, 관리능력 부족으로 중대한 사고(7일 이상 수돗물 음용 곤란 등 사회적 물의를 야기한 사고 발생 지자체, 수도사업자 운영관리 실태평가 부진 지자체)등 등을 일으켜 수돗물 공급에 차질이 발생한 지자체에 대해서는 전문기관 위탁을 활성화 할 수 있다.
스마트 이물질 센서는 환경부 내에 '수돗물 안전관리 상황실'과 연동되어 지자체별까지 측정 및 제어 통제 등이 가능하다. 또한 이미 운영 중인 국가상수도정보시스템을 활용하여 담당자 간 소통시스템 구축 구축하여 수돗물 사고에 선제적이고 신속하게 대처할 수 있다.
이에 수돗물 유충 발생과 같은 사고의 재발을 방지하고, 국민이 안심할 수 있는 수돗물을 생산해 수돗물 신뢰를 회복할 수 있을 것이다.
이로써, 본 발명은 물 속에 함유된 다양한 생물 또는 무생물 형태의 이물질을 실시간으로 측정할 수 있으며, 측정 대상 물의 특성 및 측정환경에 따라 광학식, 전기화학식을 이용하여 측정하고 촬영방식을 이용하여 영상으로 확인하며 블록체인기술을 접목하여 보안성을 확보하고, AI학습데이터링을 통한 분석과 체계적인 관리를 통해 신뢰성과 대응성을 향상시킬 수 있도록 개선된 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템이 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 물 속에 함유된 무생물 형태나 살아 움직이는 생물의 존재를 측정하여 분석가능한 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 설정 실시간 시간 단위별로 측정 대상 물을 샘플링하여 측정하고, 광학방식이나 전기화학방식과 촬영방식을 다양하게 적용하여 측정하는 데 있다.
더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 세정부를 이용하여 지속적으로 측정 대상 물의 유입과 배수가 진행되는 과정에서 발생하는 물 이끼 및 이물질의 침착물을 제거하는 데 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 측정 대상 물에 대한 데이터를 수집 및 저장, 분석과 AI학습을 통해 시간별, 일별, 월별, 연간 단위로 물의 특성을 대기 온도나 오염도 등과 비교 판단하여 물 관리를 위한 정보 및 기준안과 대책안을 마련하는 데 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 측정시 진동을 발생을 방지하고 외부의 빛이나 열을 차단함으로써 측정에 정확도를 향상시키는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 측정할 물을 샘플링하여 물에 함유된 생물 또는 무생물 형태의 이물질을 측정하며 진동을 흡수하는 무진동판의 상부에 설치하는 측정부, 상기 측정부의 측정값 데이터를 무선방식으로 전달받는 무선테이터수신부, 상기 무선테이터수신부에 전송하는 측정부의 측정값 데이터를 유선방식으로 전달받는 동시에 무선테이터수신부의 전송 데이터를 임의적 가공이나 설정 단계를 거치지 않고 전송받아 분산 저장하는 블록체인부, 상기 블록체인부에 분산 저장된 공통의 측정값 데이터를 통합 수집, 저장, 백업, 수소이온농도, 잔류염소, 용존산소, 전기전도도, 탁도를 측정하는 별도의 측정기와 서로 연동되어 먹는물의 소독전과 소독후 측정데이터를 비교 분석하여 물 속 기포 등 비 이물질과 깔딱구과의 유충 및 수생생물의 이물질 특성을 분석 및 학습모델링 판독하는 AI플랫폼, 상기 AI플랫폼의 통합분석 데이터를 전달받아 관리하는 관리부, 상기 관리부를 통해 실시간으로 관리자나 이용자가 개별단위로 확인하는 모니터링부를 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템을 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 물 속에 함유된 무생물 형태나 살아 움직이는 생물의 존재를 측정하여 분석가능함으로써 특히 음용수 관련 분야에서 신뢰성을 입증과 측정에 대한 정확도를 확인할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 설정 실시간 시간 단위별로 측정 대상 물을 샘플링하여 측정하고, 광학방식이나 전기화학방식과 촬영방식을 다양하게 적용하여 측정 대상 물의 종류 및 상태에 알맞은 측정 방식을 선택하여 적용가능한 효과가 있다.
더불어, 세정부를 이용하여 지속적으로 측정 대상 물의 유입과 배수가 진행되는 과정에서 발생하는 물 이끼 및 이물질의 침착물을 제거할 수 있어 측정에 정밀도를 일정하게 유지가능한 효과가 있다.
아울러, 측정 대상 물에 대한 데이터를 수집 및 저장, 분석과 AI학습을 통해 시간별, 일별, 월별, 연간 단위로 물의 특성을 대기 온도나 오염도 등과 비교판단하여 물 관리를 위한 정보 및 기준안과 대책안을 마련할 수 있어 물의 상태에 따라 실시간 상황대처 및 안전성을 미리 확보가능한 효과가 있다.
그리고, 측정시 진동을 발생을 방지하고 외부의 빛이나 열을 차단함으로써 측정에 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부를 나타낸 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부를 나타낸 결합사시도,
도 4는 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부를 나타낸 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부의 병렬배열방식 및 직렬배열방식을 나타낸 설치 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 측정셀과 스크린을 나타낸 분해사시도,
도 8은 본 발명에 따른 측정셀에 비전부가 설치된 단면도 및 비전촬영 개념도를 나타낸 개념도,
도 9에서 도면 a는 광학 측정방식을 나타낸 측정전극을 나타낸 평면도이고, 도면 b는 단면도,
도 10에서 도면 a는 전기화학 측정방식을 나타낸 측정전극을 나타낸 평면도이고, 도면 b는 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부에 세정부가 설치된 단면도 및 작동도,
도 12는 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 AI분석플랫폼을 나타낸 구성도,
도 13은 측정부의 측정몸체에 측정 대상 물이 충진 된 후 이물질이 측정셀의 상부에 침전된 개념도,
도 14는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 광학 측정방식을 이용하여 측정한 결과를 그래프 및 수치로 나타내는 측정 예시도,
도 15는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 광학 측정방식을 이용하여 측정시 생물이 존재하여 측정 수치가 변화하는 측정 예시도,
도 16은 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 전기화학 측정방식을 이용하여 측정한 결과를 그래프 및 수치로 나타내는 측정 예시도,
도 17은 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 전기화학 측정방식을 이용하여 측정시 생물이 존재하여 측정 수치가 변화하는 측정 예시도,
도 18은 본 발명에 따른 모니터링부에서 휴대폰 화면을 통해 측정데이터를 확인하는 사용 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부를 나타낸 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부를 나타낸 결합사시도,
도 4는 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부를 나타낸 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부의 병렬배열방식 및 직렬배열방식을 나타낸 설치 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 측정셀과 스크린을 나타낸 분해사시도,
도 8은 본 발명에 따른 측정셀에 비전부가 설치된 단면도 및 비전촬영 개념도를 나타낸 개념도,
도 9에서 도면 a는 광학 측정방식을 나타낸 측정전극을 나타낸 평면도이고, 도면 b는 단면도,
도 10에서 도면 a는 전기화학 측정방식을 나타낸 측정전극을 나타낸 평면도이고, 도면 b는 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 측정부에 세정부가 설치된 단면도 및 작동도,
도 12는 본 발명에 따른 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 AI분석플랫폼을 나타낸 구성도,
도 13은 측정부의 측정몸체에 측정 대상 물이 충진 된 후 이물질이 측정셀의 상부에 침전된 개념도,
도 14는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 광학 측정방식을 이용하여 측정한 결과를 그래프 및 수치로 나타내는 측정 예시도,
도 15는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 광학 측정방식을 이용하여 측정시 생물이 존재하여 측정 수치가 변화하는 측정 예시도,
도 16은 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 전기화학 측정방식을 이용하여 측정한 결과를 그래프 및 수치로 나타내는 측정 예시도,
도 17은 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템의 전기화학 측정방식을 이용하여 측정시 생물이 존재하여 측정 수치가 변화하는 측정 예시도,
도 18은 본 발명에 따른 모니터링부에서 휴대폰 화면을 통해 측정데이터를 확인하는 사용 예시도이다.
이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템은 측정할 대상 유동하는 물을 샘플링하여 측정하는 측정부(10), 측정부(10)의 측정데이터를 무선으로 전송받는 무선데이터수신부(20), 측정부(10)와 무선데이터수신부(20)의 데이터를 전달받아 분산저장하는 블록체인부(30), 블록체인부(30)의 분산 저장 데이터를 분석 및 학습모델링하는 AI플랫폼(40), AI플랫폼(40)의 분석 데이터를 전달받아 관리하는 관리부(50), 관리부(50)의 자료를 전달받아 개별 단위로 확인하는 모니터링부(60)로 측정시스템(100)을 구성한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 측정시스템(100)은 실시간 연속 측정방식인 온라인 측정방식 및 사용자가 임의적 샘플링 측정을 할 수 있는 간헐 측정방식으로 선택적 측정이 가능한 것이며, 측정할 물을 샘플링하여 물에 함유된 생물 또는 무생물 형태의 이물질을 측정하며 진동을 흡수하는 무진동판(11)의 상부에 설치하는 측정부(10)를 형성한다.
상기 측정부(10)는 측정할 물이 유입수 밸브와 유량계(10a) 및 레귤레이터(10b)를 통해 유입되어 반대 방향으로 배출되며 내측면에는 이물질이나 물 이끼가 달라붙지 않는 코팅층(12a)을 형성하는 측정몸체(12)를 형성한다.
상기 측정몸체(12)의 상부에 결합하는 상부캡(13)을 형성한다.
상기 측정몸체(12)의 하부에 결합하는 하부캡(14)을 형성한다.
상기 측정몸체(12)와 상부캡(13), 하부캡(14)은 서로 다른 재질로 제작할 수도 있으나 본 발명에서는 동일 재질로 제작하며, 제작에 이용할 수 있는 재질로는 유리 또는 아크릴이 적합하며 본 발명에서는 파손과 안전성을 고려하여 아크릴 재질을 이용하여 제조함을 예로 들어 설명한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 측정부(10)는 서로 이격되게 설치하는 직렬방식배치나 서로 일직선상에 배치하는 병렬방식으로 배치하여 설치할 수 있다.
상기 측정몸체(12)와 상부캡(13), 하부캡(14)은 나선 체결 방식으로 결합하도록 형성하며, 측정몸체(12)의 외표면에는 측정 장소나 측정을 위한 시설물 또는 구조물에 별도 브라켓을 이용하여 고정 설치할 수 있도록 설치홈(12d)을 형성한다.
상기 측정몸체(12)의 외표면에는 외부의 빛이 투과되지 않도록 차단도료층(12b)을 형성함으로써 측정에 영향을 주는 외부 광원을 차단함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다..
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 측정몸체(12)의 외표면에 형성되는 차단도료층(12b)을 일부분 제거하여 확인창(12c)을 형성하는데, 상기 확인창(12c)과 대응하는 투영창(16a)이 형성하며 외표면에는 외부의 빛이 투과되지 않는 차단막층(16b)을 형성하며, 내측면에는 물의 온도변화를 최소화와 측정몸체(12)를 보호하기 위한 단열쿠션층(16c)을 형성한 상태로 측정몸체(12)의 외측에 회전되게 끼워지는 스크린(16)을 형성한다.
상기 스크린(16)은 측정몸체(12)의 내부를 확인할 필요성이 있을 경우 회전시켜 확인창(12c)과 투영창(16a)을 일치시켜 관리자가 육안으로 간편하게 확인한 후, 스크린(16)을 회전시켜 확인창(12c)과 투영창(16a)을 불일치시켜 측정에 영향을 주는 외부 광원을 차단함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다..
상기 차단도료층(12b)의 차단도료는 무기계 산화물로 이루어지며 점착제와 혼합하여 도포하여 형성하는 것으로, 가시광선(Visible Light) 및 자외선(UV: Ultraviolet), 근적외선(NIR: Near Infrared) 차단할 수 있도록 도료에 함유되어 있는 가시광선을 차단하기 위해서는 실리카 나노분말을 사용하고, 자외선을 차단하기 위해서는 TiO2, WO3, ZnO, CeO의 나노분말이 사용하며, 근적외선을 차단하기 위해서는 ATO, Sb2O3-ZnO, ITO의 나노분말을 사용함으로써, 무기계 산화물의 특징은 유기계 차단제보다 열적으로 안정하여 내구성이 높은 특징이 있어 본 발명에 적용한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물이나 측정상태의 물 전체를 영상으로 촬영할 수 있도록 일측면에 별도로 전원을 공급받아 설치하며 촬영데이터를 IoT방식으로 무선데이터수신부(20)로 전송하는 풀비전부(70)를 형성한다.
상기 풀비전부(70)는 광 조사 방식을 이용하는 광포토센서 방식으로 종류로는 Photo diode, PIN photo diode, Photo avalanche diode, Photo transistor, Solarbattery, CdS cell, Selenium, CCD, CPD, CID, Phototube, PSD 등을 적용할 수 있다.
상기 풀비전부(70)는 측정몸체(12)를 기준으로 외표면에 세로 방향으로 배치 또는 측정몸체(12)의 외표면에 원형 배치로 설치할 수 있을 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하부캡(14)의 바닥에 설치하며 측정몸체(12)의 하부측 내부공간에 위치되어 침전된 이물질의 비변동 면적 대비 변동 면적 변화율을 측정하는 측정셀(15)을 형성한다.
상기 측정셀(15)은 별도 전원을 공급받아 작동하며, 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물 속 이물질이 침전되면 물의 부피와 측정면적을 산정한 설정값에 비교하여, 침전된 이물질에 발광램프(17a)의 빛이 반사되어 수광램프(17b)로 수광되는 수광비율과 비수광되는 비율에 따라 이물질 면적을 광학방식으로 측정하고, 설정시간 경과 후 이물질 수광비율 면적이 변화되면 물 속에 깔따구과(Chironomidae) 유충이나 수생생물이 존재함을 판별할 수 있는 광학측정셀(17)을 형성한다.
상기 광학측정셀(17)은 광학셀몸체(17d)의 내부에는 전원 제어 및 발광램프(17a) 및 수광램프(17b)의 작동 및 제어를 위한 광학PCB기판(17e)이 설치되며, 광학셀몸체(17d)의 상부면에는 이물질이 침전되어 올려진 후 발광램프(17a)이 투영되어 수광램프(17b)로 수광할 수 있는 광학카트리지(17c)를 형성한다.
상기 광학카트리지(17c)는는 사파이어, 석영 등 투과율이 좋고 내마모성이 우수한 보석류 또는 광물재질로 이루어지는 원판 형태로 형성한다.
상기 광학측정셀(17)의 상부에 설치되는 광학카트리지(17c)의 일측면에는 물의 수온을 측정하도록 노출되는 광학온도센서(19)를 형성한다.
도10에 도시된 바와 같이, 상기 측정셀(15)은 별도 전원을 공급받아 작동하며, 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물의 부피와 측정면적을 산정한 설정값에 비교하여, 침전된 이물질이 서로 접점하지 않는 양전극(18a)과 음전극(18b)에 접촉되어 통전되는 통전면적과 비 통전면적을 환산하는 전기화학방식으로 측정하고, 설정시간 경과 후 이물질 통전 면적이 변화되면 물 속에 깔따구과(Chironomidae) 유충이나 수생생물이 존재함을 판별할 수 있는 전기화학측정셀(18)을 형성한다.
상기 전기화학측정셀(18)은 전기화학셀몸체(18d)의 내부에는 전원 제어 및 양전극(18a)과 음전극(18b)의 작동 및 제어를 위한 전기화학PCB기판(18e)이 설치되며, 전기화학셀몸체(18d)의 상부면에는 이물질이 침전되어 올려진 후 양전극(18a)과 음전극(18b)이 상부면으로 노출되는 전기화학카트리지(18c)를 형성한다.
상기 전기화학측정셀(18)의 상부에 설치되는 비전도성 수지층(18f)의 상부로 노출되도록 통전성 및 내부식성을 갖는 귀금속, 금속, 흑연 중 하나로 이루어지는 양전극(18a)과 음전극(18b)을 형성하는 전기화학카트리지(18c)의 일측면에는 물의 수온을 측정하도록 노출되는 전기화학온도센서(19)를 형성한다.
즉, 상기 전기화학카트리지(18c)의 양전극(18a)과 음전극(18b)는 통전성이 좋은 백금, 금, 은 등의 귀금속 또는 부식이 발생하지 않는 스테인리스와 같은 금속계열 및 흑연으로 형성하며, 양전극(18a)과 음전극(18b)의 상호 접점을 방지하도록 테프론과 같은 비전도성 수지층(18f)의 상부면에 일예로 양전극(18a)은 직선 형태이며 음전극(18b)은 양전극(18a)과 직교 배치를 이루지만 요철 형태로 형성한다.
상기와 같은, 광학온도센서(19)와 전기화학온도센서(19)는 써모커플, 측온저항체, 써미스터 중 하나로 형성할 수 있다.
상기 광학측정셀(17)과 전기화학측정셀(18)은 하부캡(14)의 상부에 올려져 측정몸체(12)의 내부 공간 하단에 끼움되는 것으로 내구연한이 만료된 경우에는 간단하게 교체할 수 있도록 형성한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 측정부(10)를 세정할 수 있는 세정부(80)를 형성한다.
상기 세정부(80)는 측정몸체(12)의 상부에 결합되는 상부캡(13)의 상부면 일측에 수직으로 설치하는 안내로드(81)를 형성하는데, 안내로드(81)의 일측면에는 렉기어(81a)를 형성한다.
상기 안내로드(81)와 기어 연결되어 상하방향으로 이동하는 수직모터(82)의 피니언기어(82a)를 형성한다.
상기 수직모터(82)를 설치하며 안내로드(81)에 끼워서 상하방향으로 슬라이드 이동하는 브라켓(83)을 형성하는데, 상기 브라켓(83)의 일측에는 안내로드(81)가 끼움되고 타측에는 수직모터(82)를 설치한다.
상기 브라켓(83)의 일측에 설치되는 회전모터(84)에 연결되며 상부캡(13)을 관통하여 측정몸체(12)의 내부공간에 위치하는 회전축(84a)을 형성한다.
상기 회전축(84a)의 끝단에 측정몸체(12)의 내측면 및 측정셀(15)의 상부면을 세정하는 원판 형태의 세정브러쉬(85)를 형성하는데, 상기 세정브러쉬(85)는 원판의 원형 테두리 끝다과 하부면에 브러쉬(85a)를 형성하며 회전축(84a)에서 나선 체결되어 브러쉬(85a)의 수명이 만료될 경우 간단히 교체할 수 있도록 형성한다.
즉, 상기 측정몸체(12)와 측정셀(15)의 오염이 발생할 경우 정확한 측정이 불가함으로써 회전모터(84)를 회전시킨 상태에서 수직모터(82)를 작동시켜 안내로드(81)를 따라 브라켓(83)이 하부 방향으로 이동하면서 세정브러쉬(85)의 브러쉬(85a)가 측정몸체(12)의 내벽면 및 측정셀(15)의 상부면을 세정한 후 수직모터(82)의 역회전으로 상승하여 원위치 되도록 함으로써 간단히 세정 작업을 종료할 수 있으며 세정 후 잔여물은 물을 순환시켜 배수홀(12f)을 통해 배수시킨다.
도 1 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 무선데이터수신부(20)에 전송하는 측정부(10)의 측정값 데이터를 유선방식으로 전달받는 동시에 무선데이터수신부(20)의 전송 데이터를 임의적 가공이나 설정 단계를 거치지 않고 전송받아 분산 저장하는 블록체인부(30)를 형성한다.
상기 블록체인부(30)의 블록체인(Block Chain)은 측정부(10)에서 측정된 관리 대상 데이터를 '블록'이라고 하는 소규모 데이터들을 P2P 방식을 기반으로 생성된 체인 형태의 연결고리 기반 분산 데이터 저장 환경에 저장하여 누구라도 임의로 수정할 수 없고 누구나 변경의 결과를 열람할 수 있는 분산 컴퓨팅 기술 기반의 원장 관리 기술이며, 근본적으로 분산 데이터 저장기술의 한 형태로, 지속적으로 변경되는 데이터를 모든 참여 노드에 기록한 변경 리스트로서 분산 노드의 운영자에 의한 임의 조작이 불가능하도록 적용하였다.
그리고, 상기 블록체인부(30)에 분산 저장된 공통의 측정값 데이터를 통합 수집, 저장, 백업, 수소이온농도, 잔류염소, 용존산소, 전기전도도, 탁도를 측정하는 별도의 측정기(300)와 서로 연동되어 먹는물의 소독전과 소독후 측정데이터를 비교 분석하여 물 속 기포 등 비 이물질과 깔딱구과의 유충 및 수생생물의 이물질 특성을 분석 및 학습모델링 판독하는 AI플랫폼(40)을 형성한다.
상기 AI플랫폼(40)은 측정부(10)에서 측정된 테이터를 수집하는 데이터수집부(41)를 형성한다.
상기 데이터수집부(41)에 수집된 데이터를 저장하는 데이터저장부(42)를 형성한다.
상기 데이터저장부(42)의 저장된 데이터를 백업하는 백업부(43)를 형성한다.
상기 데이터저장부(42)에 저장된 데이터를 설정된 시간적 단위로 분석하여 물의 특성을 AI방식으로 학습모델링하여 월별, 계절별의 강수량, 대기 기온 값, 오염도를 적용하여 물의 상태를 예측하는 동시에 물의 특성을 측정하는 수소이온농도, 잔류염소, 용존산소, 전기전도도, 탁도를 측정하는 별도의 측정기(300)와 서로 연동되어 먹는물의 소독전과 소독후 측정데이터를 비교 분석하여 물 속 기포 등 비 이물질과 깔딱구과의 유충 및 수생생물의 이물질 특성을 분석 및 학습모델링 판독하는 AI학습모델링부(44)를 형성한다.
상기 AI학습모델링부(44)는 이물질 중 생물 이물질의 제스처인식, 행동패턴분석, 활동패턴을 통한 생체신호인식, 지능형인터페이스아이마우스햅틱, 사용자인식, 사용자행동습관학습 등을 학습모델링하도록 형성한다.
상기 데이터수집부(41), 데이터저장부(42), 백업부(43), AI학습모델링부(44)의 정보를 송수신 하기 위한 IoT플랫폼(45)을 형성한다.
상기 AI플랫폼(40)은 측정부(10)에서 측정되는 측정 데이터 수치는 AI플랫폼(40)의 디스플레이창에 세로축은 측정변화값을 나타내고, 가로축에는 시간을 기준으로 하여 그래프 형태로 나타낼 수 있도록 형성한다.
상기 측정부(10)에서 측정되는 측정 데이터 수치는 AI플랫폼(40)의 디스플레이창에 평균값, 변화에 따른 최대값과 최소값, 측정하는 물의 수온을 표시하도록 형성한다.
한편, 상기 AI플랫폼(40)의 통합분석 데이터를 전달받아 관리하는 관리부(50)를 형성하는데, 상기 관리부는 측정 대상 물을 취급하는 관리관공서, 관리공공기관, 서브관리기관, 관리업체, 시설유지관리업체 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 관리부(50)를 통해 실시간으로 관리자나 이용자가 개별단위로 확인하는 모니터링부(60)는 개인PC, 개인휴대용 단말기, 휴대폰, PDA 등으로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 측정시스템(100)은 측정부(10)를 설치하기 위해서는 여러 가지 설치방식이 존재 하지만 본 발명에서는 별도의 설치판(200)에 설치하는 것을 일 예로 들어 설명하는데, 상부캡(13)과 광학측정셀(17)과 전기화학측정셀(18)중 선택되어진 측정셀(15)이 올려진 하부캡(14)을 체결한 후, 측정몸체(12)의 설치홈(12d)에 설치브라켓을 이용하여 설치판(200)에 고정하는데 하부캡(14)이 설치판(200)에 설치된 무진동판(11)에 올려지도록 설치한다.
이후, 상기 설치판(200)의 일측으로 측정할 대상 물이 최초 유입되는 유량계(10a)를 지나 레귤레이터(10b)를 통해 측정몸체(12)의 하부측 유입홀(12e)로 유입되어 오버플로우될 경우 상부 반대측 배수홀(12f)을 통해 배수되도록 설치한다.
그리고, 상기 측정부(10)와 무선데이터수신부(20), 블록체인부(30), AI플랫폼(40)과 관리부(50)를 상호 유무선 통신이 가능하도록 연결 및 설정한다.
다음으로, 측정 대상 물은 유량계(10a)를 통해 안정된 유량으로 공급된 후 레귤레이터(10b)를 거쳐 일정한 압력으로 공급되면서 측정몸체(12)의 유입홀(12e)을 통해 물이 유입되어 배수홀(12f)을 통해 일정량 배수되면 유량계(10a)에서 물의 공급을 차단한다.
그 다음으로, 상기 측정몸체(12)의 내부에 측정 대상 물이 충진된 상태에서 일정시간 약 1~2분 정도 지체시켜 물 속에 함유된 이물질이 측정셀(15)의 상부로 가라앉도록 침전시킨다.
이후, 상기 측정셀(15)에서 침전된 이물질을 측정하는 광학식측정셀(15)과 전기화학측정셀(15)의 측정 과정을 설명하면 아래와 같다.
1. 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 광학식측정셀(15)을 이용한 측정 과정은 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물 속 이물질의 침전이 완료되면 측정몸체(12)에 충진된 물의 부피와 광학식카트리지(17c)의 측정면적을 산정한 설정값에 비교한다.
이후, 발광램프(17a)에서 빛이 발산되면 침전된 이물질에 반사되어 수광램프(17b)로 수광되는 수광비율과 비수광되는 비율에 따라 이물질 면적을 광학방식으로 측정한다.
다음으로, 측정이 완료되면 생물이 존재할 경우 활동성을 확인하기 위한 설정시간 경과 후 이물질 수광비율 면적이 변화되면 물 속에 깔따구과(Chironomidae) 유충이나 수생생물이 존재함을 판별하는 과정을 통해 측정한다.
2. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 전기화학식측정셀(15)을 이용한 측정 과정은 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물의 물 속 이물질이 침전이 완료되면 측정몸체(12)에 충진된 물의 부피와 측정면적을 산정한 설정값에 비교한다.
이후, 양전극(18a)과 음전극(18b)에 접촉되는 침전된 이물에 의한 통전되는 통전면적과 비 통전면적을 환산하는 전기화학방식으로 측정한다.
자세하게 전기화학식측정셀(15)의 측정 원리를 설명하면 양전극(18a)과 음전극(18b)에는 일정량의 전류가 공급되는 상태에서 비전도성 수지층(18f)에 의해 서로 분리된 상태로 깨끗한 물이 유입될 경우 저항의 증가 없이 통전이 이루어지지만, 물에 함유된 이물질이 양전극(18a)과 음전극(18b)의 상부로 침전되면 양전극(18a)과 음전극(18b)의 사이에 통전이 원활히 이루어지지 않아 저항이 증가하는 변화량을 통해 측정한다.
다음으로, 측정이 완료되면 생물이 존재할 경우 활동성을 확인하기 위한 설정시간 경과 후 이물질의 비 통전 면적이 변화되면 물 속에 깔따구과(Chironomidae) 유충이나 수생생물이 존재함을 판별하는 과정을 통해 측정한다.
공통적으로, 상기 광학식측정셀(15)과 전기화학측정셀(15)을 이용하여 이물질을 측정할 경우 온도센서(19)에 의해 측정몸체(12)의 내부에 충진된 측정 대상 물의 수온을 측정하는 것이다.
이러한, 상기 광학식측정셀(15)과 전기화학측정셀(15)과 온도센서(19)에 의해 측정이 완료되면 유량계(10a)를 재 작동시켜 측정이 완료된 물은 배수홀(12f)을 통해 완전히 배수한 다음 새로운 물을 충진하여 측정을 시행하는데 물의 충진과 배수, 측정시간은 설정된 시간 단위로 진행한다.
아울러, 상기 광학식측정셀(15)과 전기화학측정셀(15)을 이용하여 이물질을 측정시 AI플랫폼(40)에 의해 제어 작동하는 무진동판(11)에 의해 외부 진동을 상쇄하여 이물질이 재 부유하는 것을 방지하고 생물의 이물질이 존재하는 경우 진동으로 인한 움직임을 최소화하도록 하는 특징이 있다.
한편, 상기 풀비전부(70)를 이용하여 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물이나 측정상태의 물 전체를 영상으로 촬영한 촬영데이터를 IoT방식으로 무선데이터수신부(20)로 전송하면 AI플랫폼(40)을 통해 관리부(50)로 전송된 후 모니터링부(60)에서 간단히 물의 상태를 확인할 수 있는 특징이 있다.
이렇게, 상기 광학식측정셀(15)과 전기화학측정셀(15)과 온도센서(19)에 의해 측정된 데이터 값은 무선 발신을 통해 무선데이터수신부(20)로 전달되는 동시에 블록체인부(30)로 전달되어 분산저장되며, 무선데이터수신부(20)로 수신된 데이터는 블록체인부(30)로 전달되어 실시간 측정 데이터가 임의로 가공되지 않고 순수한 데이터 값으로 저장할 수 있어 측정 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있는 특징이 있다.
상기 블록체인부(30)로 분산 저장된 측정 데이터는 AI플랫폼(40)으로 전달되면 데이터수집부(41)에서 데이터를 수집한 후 데이터저장부(42)에 저장하고, 저장 안전성을 확보하기 위하여 백업부(43)에 백업하며, AI학습모델링부(44)에서 저장된 데이터를 설정된 시간적 단위로 분석하여 물의 특성을 AI방식으로 학습모델링하여 월별, 계절별의 강수량, 대기 기온 값, 오염도를 적용하여 물의 상태를 예측한 후 데이터저장부(42)에 저장한다.
이때, 상기 측정부(10)에서 측정되는 측정 데이터 수치는 AI플랫폼(40)의 디스플레이창에 세로축은 측정변화값을 나타내고, 가로축에는 시간을 기준으로 하여 그래프 형태로 나타낸다.
아울러, 상기 측정부(10)에서 측정되는 측정 데이터 수치는 AI플랫폼(40)의 디스플레이창에 평균값, 변화에 따른 최대값과 최소값, 측정하는 물의 수온을 표시한다.
즉, 상기 AI플랫폼(40)에서 측정부(10)를 통해 측정된 데이터는 이물질이 침전 된 후 생물이 존재하지 않을 경우 측정값 그래프와 수치가 일정하게 유지되지만, 이물질 침전 완료 후 안정된 상태에서 측정값 그래프 곡선과 수치가 순간적으로 변화되거나 그래프 곡선과 수치가 변화 될 경우 생물이 존재함을 정확히 판단할 수 있는 특징이 있다.
이후, 상기 IoT플랫폼(45)을 이용하여 데이터수집부(41), 데이터저장부(42), 백업부(43), AI학습모델링부(44)의 정보를 관리부(50)로 전송한다.
이러한, 상기 AI플랫폼(40)은 관리부(50)에 측정부(10)의 작동에 관한 이상 신호도 전송할 수 있으며 관리부(50)에서는 AI플랫폼(40)으로 측정에 관한 설정값 데이터를 전송받을 수도 있으며 측정에 관한 제어 명령을 전달할 수도 있어 관리적인 측면이 사물인터넷 방식으로 편리하게 이루어지도록 하는 특징이 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 상기 관리부(50)에서 전달받은 측정 데이터는 모니터링부(60)에서 요구하는 방식이나 형태에 따라 정보를 전달하여 관리자나 이용자는 AI플랫폼(40)에서 표시되는 그래프나 수치화된 데이터를 휴대폰 등을 이용하여 쉽게 확인할 수 있는 특징이 있는 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 측정시스템(100)은 물에 침적하여 측정하는 침적형 또는 물이 흐는 상태에서 측정하는 삽입형 형태의 프로토타입으로 변형 적용 가능한 것으로, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10 : 측정부
10a : 유량계
10b : 레귤레이터 11 : 무진동판
12 : 측정몸체 12a : 코팅층
12b : 차단도료층 12c : 확인창
12d : 설치홈 12e : 유입홀
12f : 배수홀 13 : 상부캡
14 : 하부캡 15 : 측정셀
16 : 스크린 16a : 투영창
16b : 차단막층 16c : 단열쿠션층
17 : 광학측정셀 17a : 발광램프
17b : 수광램프 17c : 광학카트리지
17d : 광학셀몸체 17e : 광학PCB기판
18 : 전기화학측정셀 18a : 양전극
18b : 음전극 18c : 전기화학카트리지
18d : 전기화학셀몸체 18e : 전기화학PCB기판
18f : 비전도성 수지층
19 : 온도센서
20 : 무선테이터수신부
30 : 블록체인부 40 : AI플랫폼
41 : 데이터수집부 42 : 데이터저장부
43 : 백업부 44 : AI학습모델링부
45 : IoT플랫폼 50 : 관리부
60 : 모니터링부 70 : 풀비전부
80 : 세정부 81 : 안내로드
81a : 렉기어 82 : 수직모터
82a : 피니언기어 83 : 브라켓
84 : 회전모터 84a : 회전축
85 : 세정브러쉬 85a :브러쉬
100 : 측정세스템 200 : 설치판
300 : 측정기
10b : 레귤레이터 11 : 무진동판
12 : 측정몸체 12a : 코팅층
12b : 차단도료층 12c : 확인창
12d : 설치홈 12e : 유입홀
12f : 배수홀 13 : 상부캡
14 : 하부캡 15 : 측정셀
16 : 스크린 16a : 투영창
16b : 차단막층 16c : 단열쿠션층
17 : 광학측정셀 17a : 발광램프
17b : 수광램프 17c : 광학카트리지
17d : 광학셀몸체 17e : 광학PCB기판
18 : 전기화학측정셀 18a : 양전극
18b : 음전극 18c : 전기화학카트리지
18d : 전기화학셀몸체 18e : 전기화학PCB기판
18f : 비전도성 수지층
19 : 온도센서
20 : 무선테이터수신부
30 : 블록체인부 40 : AI플랫폼
41 : 데이터수집부 42 : 데이터저장부
43 : 백업부 44 : AI학습모델링부
45 : IoT플랫폼 50 : 관리부
60 : 모니터링부 70 : 풀비전부
80 : 세정부 81 : 안내로드
81a : 렉기어 82 : 수직모터
82a : 피니언기어 83 : 브라켓
84 : 회전모터 84a : 회전축
85 : 세정브러쉬 85a :브러쉬
100 : 측정세스템 200 : 설치판
300 : 측정기
Claims (10)
- 측정할 물을 샘플링하여 물에 함유된 생물 또는 무생물 형태의 이물질을 측정하며 진동을 흡수하는 무진동판(11)의 상부에 설치하는 측정부(10),
상기 측정부(10)의 측정값 데이터를 무선방식으로 전달받는 무선데이터수신부(20),
상기 무선데이터수신부(20)에 전송하는 측정부(10)의 측정값 데이터를 유선방식으로 전달받는 동시에 무선데이터수신부(20)의 전송 데이터를 임의적 가공이나 설정 단계를 거치지 않고 전송받아 분산 저장하는 블록체인부(30),
상기 블록체인부(30)에 분산 저장된 공통의 측정값 데이터를 통합 수집, 저장, 백업, 수소이온농도, 잔류염소, 용존산소, 전기전도도, 탁도를 측정하는 별도의 측정기와 서로 연동되어 먹는물의 소독전과 소독후 측정데이터를 비교 분석하여 물 속 기포 등 비 이물질과 깔딱구과의 유충 및 수생생물의 이물질 특성을 분석 및 학습모델링 판독하는 AI플랫폼(40),
상기 AI플랫폼(40)의 통합분석 데이터를 전달받아 관리하는 관리부(50),
상기 관리부(50)를 통해 실시간으로 관리자나 이용자가 개별단위로 확인하는 모니터링부(60)를 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 측정부(10)는 측정할 물이 유입수 밸브와 유량계 및 레귤레이터를 통해 유입되어 반대 방향으로 배출되며 내측면에는 이물질이나 물 이끼가 달라붙지 않는 코팅층(12a)을 형성하는 측정몸체(12),
상기 측정몸체(12)의 상부에 결합하는 상부캡(13),
상기 측정몸체(12)의 하부에 결합하는 하부캡(14),
상기 하부캡(14)의 바닥에 설치하며 측정몸체(12)의 하부측 내부공간에 위치되어 침전된 이물질의 비변동 면적 대비 변동 면적 변화율을 측정하는 측정셀(15)을 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 측정몸체(12)의 외표면에는 외부의 빛이 투과되지 않도록 차단도료층(12b)을 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 측정몸체(12)의 외표면에 형성되는 차단도료층(12b)을 일부분 제거하여 확인창(12c)을 형성하고,
상기 확인창(12c)과 대응하는 투영창(16a)이 형성하며 외표면에는 외부의 빛이 투과되지 않는 차단막층(16b)을 형성하며, 내측면에는 물의 온도변화를 최소화와 측정몸체(12)를 보호하기 위한 단열쿠션층(16c)을 형성한 상태로 측정몸체(12)의 외측에 회전되게 끼워지는 스크린(16)을 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물이나 측정상태의 물 전체를 영상으로 촬영할 수 있도록 일측면에 별도로 전원을 공급받아 설치하며 촬영데이터를 IoT방식으로 무선데이터수신부(20)로 전송하는 풀비전부(70)를 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 측정셀(15)은 별도 전원을 공급받아 작동하며, 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물 속 이물질이 침전되면 물의 부피와 측정면적을 산정한 설정값에 비교하여, 침전된 이물질에 발광램프(17a)의 빛이 반사되어 수광램프(17b)로 수광되는 수광비율과 비수광되는 비율에 따라 이물질 면적을 광학방식으로 측정하고, 설정시간 경과 후 이물질 수광비율 면적이 변화되면 물 속에 깔따구과(Chironomidae) 유충이나 수생생물이 존재함을 판별할 수 있는 광학측정셀(17),
상기 광학측정셀(17)의 상부에 설치되며 투광율과 내마모성을 갖는 보석류 또는 광물재로 이루어지는 광학카트리지(17c)의 일측면에는 물의 수온을 측정하도록 노출되는 온도센서(19)를 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 측정셀(15)은 별도 전원을 공급받아 작동하며, 측정몸체(12)의 내부에 샘플링된 물의 부피와 측정면적을 산정한 설정값에 비교하여, 침전된 이물질이 서로 접점하지 않는 양전극(18a)과 음전극(18b)에 접촉되어 통전되는 통전면적과 비 통전면적을 환산하는 전기화학방식으로 측정하고, 설정시간 경과 후 이물질 통전 면적이 변화되면 물 속에 깔따구과(Chironomidae) 유충이나 수생생물이 존재함을 판별할 수 있는 전기화학측정셀(18),
상기 전기화학측정셀(18)의 상부에 설치되는 비전도성 수지층(18f)의 상부로 노출되도록 통전성 및 내부식성을 갖는 귀금속, 금속, 흑연 중 하나로 이루어지는 양전극(18a)과 음전극(18b)을 형성하는 전기화학카트리지(18c)의 일측면에는 물의 수온을 측정하도록 노출되는 온도센서(19)를 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 측정부(10)를 세정할 수 있는 세정부(80)를 형성하되,
상기 세정부(80)는 측정몸체(12)의 상부에 결합되는 상부캡(13)의 상부면 일측에 수직으로 설치하는 안내로드(81),
상기 안내로드(81)와 기어 연결되어 상하방향으로 이동하는 수직모터(82),
상기 수직모터(82)를 설치하며 안내로드(81)에 끼워서 상하방향으로 슬라이드 이동하는 브라켓(83),
상기 브라켓(83)의 일측에 설치되는 회전모터(84)에 연결되며 상부캡(13)을 관통하여 측정몸체(12)의 내부공간에 위치하는 회전축(84a),
상기 회전축(84a)의 끝단에 측정몸체(12)의 내측면 및 측정셀(15)의 상부면을 세정하는 원판 형태의 세정브러쉬(85)를 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 AI플랫폼(40)은 측정부(10)에서 측정된 테이터를 수집하는 데이터수집부(41),
상기 데이터수집부(41)에 수집된 데이터를 저장하는 데이터저장부(42),
상기 데이터저장부(42)의 저장된 데이터를 백업하는 백업부(43),
상기 데이터저장부(42)에 저장된 데이터를 설정된 시간적 단위로 분석하여 물의 특성을 AI방식으로 학습모델링하여 월별, 계절별의 강수량, 대기 기온 값, 오염도를 적용하여 물의 상태를 예측하는 동시에 물의 특성을 측정하는 수소이온농도, 잔류염소, 용존산소, 전기전도도, 탁도를 측정하는 별도의 측정기와 서로 연동되어 먹는물의 소독전과 소독후 측정데이터를 비교 분석하여 물 속 기포 등 비 이물질과 깔딱구과의 유충 및 수생생물의 이물질 특성을 분석 및 학습모델링 판독하는 AI학습모델링부(44),
상기 데이터수집부(41), 데이터저장부(42), 백업부(43), AI학습모델링부(44)의 정보를 송수신 하기 위한 IoT플랫폼(45)을 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 측정부(10)에서 측정되는 측정 데이터 수치는 AI플랫폼(40)의 디스플레이창에 세로축은 측정변화값을 나타내고, 가로축에는 시간을 기준으로 하여 그래프 형태로 나타내거나,
상기 측정부(10)에서 측정되는 측정 데이터 수치는 AI플랫폼(40)의 디스플레이창에 평균값, 변화에 따른 최대값과 최소값, 측정하는 물의 수온을 표시하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템.
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| KR1020200136588A KR20220052531A (ko) | 2020-10-21 | 2020-10-21 | 물속 생물 및 무생물 형태의 이물질 측정시스템 |
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