KR20220074238A - 다파장 형광측정센서 - Google Patents
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Abstract
기존의 형광측정 장치는 좁은 광 경로를 형성하여 측정하는 방식으로, 샘플 관과 접촉하여 광을 측정하는 면적이 매우 작아 진동에 의한 접촉 불량으로인한 측정 오차와 샘플관과 포커싱렌즈 사이의 온도차에 의한 결로현상 등으로 측정 오차가 빈번하게 발생하고 있어 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 다파장 형광 측정센서 본체; 및 상기 본체의 상단에 위치하는 UV 광원; 및 상기 UV 광원의 하단에 위치하여 상기 UV 광원의 빛을 측정용 광과 광원의 세기를 모니터링 하는 광원 모니터링 광 다이오드로 나누어주는 빔 스플리터; 및 상기 빔 스플리터에서 측면으로 90도 각도로 나누어진 광의 세기를 측정하는 광원 모니터링 광 다이오드; 및 상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 측정을 위하여 샘플관 방향으로 90도 방향을 전환하는 반사경; 및 상기 본체에서 상기 측정용 광을 상기 샘플관에 전달하면서 상기 본체와 외부를 분리시켜주는 윈도우; 및 상기 샘플관에 삽입되어 상기 윈도우를 통과한 측정용 광이 상기 샘플관 속의 샘플과 반응하여 발생한 형광을 측정부로 전달하는 석영로드로 구성된 광픽업부; 및 상기 석영로드의 끝단에 구비되어 측정하고자하는 파장을 선택하는 다파장 선택용 광학필터휠; 및 상기 광학필터휠에 구비된 필터를 통과한 광을 전기신호로 변환하여 측정하는 형광측정 광다이오드로 구성된 다파장 형광측정센서를 제공한다. 상기와 같은 구성에 의하여 형광이 발생하는 영역인 샘플관과 형광을 측정하는 영역인 측정부 사이의 접촉면을 기존의 작은 면접촉에서 석영로드로 구성된 광픽업부를 샘플관에 삽입하는 형태로 넓은 면적으로 개선함으로써 진동과 온도차에 의한 결로 등에 관계없이 정확하게 형광을 측정할 수 있는 효과가 있는 시스템을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 다파장 형광 측정센서 본체; 및 상기 본체의 상단에 위치하는 UV 광원; 및 상기 UV 광원의 하단에 위치하여 상기 UV 광원의 빛을 측정용 광과 광원의 세기를 모니터링 하는 광원 모니터링 광 다이오드로 나누어주는 빔 스플리터; 및 상기 빔 스플리터에서 측면으로 90도 각도로 나누어진 광의 세기를 측정하는 광원 모니터링 광 다이오드; 및 상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 측정을 위하여 샘플관 방향으로 90도 방향을 전환하는 반사경; 및 상기 본체에서 상기 측정용 광을 상기 샘플관에 전달하면서 상기 본체와 외부를 분리시켜주는 윈도우; 및 상기 샘플관에 삽입되어 상기 윈도우를 통과한 측정용 광이 상기 샘플관 속의 샘플과 반응하여 발생한 형광을 측정부로 전달하는 석영로드로 구성된 광픽업부; 및 상기 석영로드의 끝단에 구비되어 측정하고자하는 파장을 선택하는 다파장 선택용 광학필터휠; 및 상기 광학필터휠에 구비된 필터를 통과한 광을 전기신호로 변환하여 측정하는 형광측정 광다이오드로 구성된 다파장 형광측정센서를 제공한다. 상기와 같은 구성에 의하여 형광이 발생하는 영역인 샘플관과 형광을 측정하는 영역인 측정부 사이의 접촉면을 기존의 작은 면접촉에서 석영로드로 구성된 광픽업부를 샘플관에 삽입하는 형태로 넓은 면적으로 개선함으로써 진동과 온도차에 의한 결로 등에 관계없이 정확하게 형광을 측정할 수 있는 효과가 있는 시스템을 제공한다.
Description
본 출원 발명은 해양을 항해하는 선박의 배출수의 수질을 검사하는 검사 기술에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 시료에 광을 조사하고, 조사된 광에 의하여 상기 시료에 포함된 물질이 방출하는 광을 측정하는 기술에 관한 것이다.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로는 수질 모니터링 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술의 수질 모니터링 시스템은 시료 수에 광을 제공하고 시료 수가 응답하여 방출한 광을 수용하는 수질검사장치; 및 시료수의 오염 정도를 검출하는데 필요한 광을 생산하는 발광부와, 시료수가 응답하여 방출한 광을 전기신호로 변환하는 수광부, 수광부로부터 수신한 전기신호를 분석하여 시료 수에 포함된 수질 오염을 측정하는 분석부를 가지는 수질분석장치;를 포함하고 상기 발광부는 활성상태로 광을 발산하는 주발광 모듈과, 휴면상태로 대기모드로 존재하는 보조발광 모듈을 포함하고 상기 보조발광 모듈은 상기 주발광 모듈과 구성이 동일하여 상기 분석부의 제어로 활성화되면 주발광 모듈을 대체할 수 있는 기술을 개시하고 있다.
또 다른 선행기술로는 선박 등의 밸러스트 수의 수질을 모니터링하여 기준을 확실하게 충족한 상태로 밸러스트 수를 배수할 수 있도록, PSC 검사관에 의한 밸러스트 수 샘플링을 용이하게 한, 밸러스트 수의 수질 감시장치 및 그 장치를 구비한 선박의 제공을 목적으로 하며, 그 목적은 취수 펌프(1), 미생물 처리장치(2), 밸러스트 탱크(4), 모의 밸러스트 탱크, 미생물 측정장치를 구비하고, 상기 밸러스트 탱크(4)를 깊이방향으로 2 이상의 수층영역을 가상적으로 획정하고, 상기 획정된 수층영역과 같은 정도의 높이위치에, 상기 수층영역에 대응하여 상기 모의 밸러스트 탱크를 각각 마련한 구성이 개시되어 있다.
본 출원 발명은 선박에 있어서, 선박의 배기가스를 정화하기 위하여 배기가스 정화 스크러버에 사용한 물을 정화시설을 통하여 배출하는 경우, 또는 선박의 중심을 잡기 위하여 담아두었던 물을 배출하는 경우 모두 수질 기준을 통과하여야 배출할 수 있다. 이를 위하여서는 선박에서 배출되는 물을 광학측정장치로 측정하여 배출되는 배출수 중에 포함된 오염물질을 측정하여 법에 규정된 농도 이하의 물질이 검출되는 경우 배출할 수 있다. 일반적으로 수질검사를 위해서는 형광을 측정하는데, 도1에 기재된 발명이 기존의 방식이다. 이 방식은 광경로를 모두 광원과 일치시키고 있는 점에 특징이고, 측정을 위하여서만, 빔스플릿터를 통하여 측정광과 기준광강도측정광을 나누어 각각 측정센서로 형광과 광강도를 각각측정하고 있다.
이러한 광경로 상의 특징으로 인하여 광이 좁은 광 경로를 형성하여, 수질오염을 측정하여야 하는 샘플 관과 접촉하는 포커싱 렌즈의 면적을 매우 작은 면적으로 구성하고 있다. 이러한 작은 접촉면적으로 인하여, 상기 샘플관과 접촉하는 포커싱렌즈 사이에 진동에 의한 접촉불량으로인한 측정 오차와 샘플관과 포커싱렌즈 사이의 온도차에 의한 결로현상 등으로 측정 오차가 빈번하게 발생하고 있어 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 하기의 과제해결 수단으로 해결하고자 한다.
다파장 형광 측정센서 본체; 및
상기 본체의 상단에 위치하는 UV 광원; 및
상기 UV 광원의 하단에 위치하여 상기 UV 광원의 빛을 측정용 광과 광원의 세기를 모니터링 하는 광원 모니터링 광 다이오드로 나누어주는 빔 스플리터; 및
상기 빔 스플리터에서 측면으로 90도 각도로 나누어진 광의 세기를 측정하는 광원 모니터링 광 다이오드; 및
상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 측정을 위하여 샘플관 방향으로 90도 방향을 전환하는 반사경; 및
상기 본체에서 상기 측정용 광을 상기 샘플관에 전달하면서 상기 본체와 외부를 분리시켜주는 윈도우; 및
상기 샘플관에 삽입되어 상기 윈도우를 통과한 측정용 광이 상기 샘플관 속의 샘플과 반응하여 발생한 형광을 측정부로 전달하는 석영로드로 구성된 광픽업부; 및
상기 석영로드의 끝단에 구비되어 측정하고자하는 파장을 선택하는 다파장 선택용 광학필터휠; 및
상기 광학필터휠에 구비된 필터를 통과한 광을 전기신호로 변환하여 측정하는 형광측정 광다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서를 제공한다.
또한, 상기 광학필터휠에는 1개 이상의 서로다른 파장의 광을 통과시키는 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서를 제공한다.
또한, 상기 샘플관에 구멍과 마개를 구비하여, 상기 구멍을 통하여 기준샘플을 상기 광픽업부 전단까지 삽입하여 상기 다파장 형광측정센서가 설치된 상태에서 상기 기준샘플을 측정함으로써 교정이 가능한 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는,
다파장 형광 측정센서 본체; 및
상기 본체의 상단에 위치하는 UV 광원; 및
상기 UV 광원의 하단에 위치하여 상기 UV 광원의 빛을 측정용 광과 광원의 세기를 모니터링 하는 광원 모니터링 광 다이오드로 나누어주는 빔 스플리터; 및
상기 빔 스플리터에서 측면으로 90도 각도로 나누어진 광의 세기를 측정하는 광원 모니터링 광 다이오드; 및
상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 측정을 위하여 샘플관 방향으로 90도 방향을 전환하는 반사경; 및
상기 본체에서 상기 측정용 광을 상기 샘플관에 전달하면서 상기 본체와 외부를 분리시켜주는 윈도우; 및
상기 샘플관에 삽입되어 상기 윈도우를 통과한 측정용 광이 상기 샘플관 속의 샘플과 반응하여 발생한 형광을 측정부로 전달하는 석영로드로 구성된 광픽업부; 및
상기 석영로드의 끝단에 구비되어 측정하고자 하는 파장의 필터를 전단에 구비한 형광측정 광다이오드를 복수개의 어레이로 구비하여 동시에 여러 파장의 형광을 측정하는 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 형광이 발생하는 영역인 샘플관과 형광을 측정하는 영역인 측정부 사이의 접촉면을 기존의 작은 면접촉에서 석영로드로 구성된 광픽업부를 샘플관에 삽입하는 형태로 개선함으로써 진동과 온도차에의한 결로 등에 관계없이 정확하게 형광을 측정할 수 있는 효과가 있는 시스템을 제공한다.
도 1은 기존의 단파장 형광측정 장치
도 2은 기존의 단파장 형광측정 장치의 문제점
도 3은 본 발명의 정면도와 사시도
도 4는 본 발명의 광학구조와 샘플관 위치
도 5는 기존의 발명과 본 발명의 광 경로 및 개량점 비교
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로 여러파장의 형광을 한번에 측정할 수 있는 다파장 형광 어레이 다이오드 센서를 적용한 예를 도시하고 있다.
도 2은 기존의 단파장 형광측정 장치의 문제점
도 3은 본 발명의 정면도와 사시도
도 4는 본 발명의 광학구조와 샘플관 위치
도 5는 기존의 발명과 본 발명의 광 경로 및 개량점 비교
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로 여러파장의 형광을 한번에 측정할 수 있는 다파장 형광 어레이 다이오드 센서를 적용한 예를 도시하고 있다.
본 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 하기와 같다.
도 1은 기존의 단파장 형광측정 장치를 도시하고 있다. 광원을 중심으로 광이 수직하게 하방으로 움직여 샘플에 도달하고 샘플에서 발생한 형광은 다시 광원의 광축을 중심으로 위쪽으로 올라오고 이를 90도로 꺽어 형광측정 센서에서 형광을 측정하게된다. 이러한 구조 때문에 여러 개의 필터 또는 필터휠을 구비하여 파장대별로 다를 광학필터를 사용할 수 없었다. 본 발명의 주요 목적 중에 하나는 하나의 측정장치로 여러파장의 형광을 측정하는 것으로 이 또한 기존의 기술이 이루지 못한 것이다.
도 2는 기존의 단파장 형광측정 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면으로 샘플관으로부터 형광을 픽업하는 부분이 매우 작아 진동에 취약하고, 측정부와 샘플관 사이에 온도차가 커서 접촉부에서 결로가 발생할 수 있는 구조임을 설명하고 있으며, 앞에서 설명한 것과 같이 측정광과 광원이 동일한 광축을 사용하고 있어, 특별히 설계된 필터이외에는 사용이 어려운 단점도 아울러 가지고 있다.
도 3은 본 발명의 정면도와 사시도로 전체 시스템의 구성을 도시하고 있다. 여러 파장의 형광을 측정하기 위하여 다파장 선택용 광학 필터 휠과 이를 위한 구동부 등을 구비하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 광학구조와 샘플관 위치를 도시하고 있다. UV 광원에서 나온 광이 수직하방으로 내려오며 빔 스플리터에서 측정용 광과 광 강도 모티터링 용으로 나뉘고, 광 강도 모티터링용 광은 90도 측면으로 꺽여 광원 모니터링 광 다이오드에서 측정된다.
상기 빔 스플리터에서 하방으로 내려온 측정광은 반사경을 통하여 샘플관으로 측정광을 내보낸다. 이때 측정기 본체와 외부를 분리하고 측정광을 통과시키는 윈도우를 구비하며, 이렇게 샘플관에 조사된 측정광은 측정하고자 하는 물질에 따라 다른 파장으로 발생하는 형광을 일으킨다. 상기 형광은 석영로드로 구성된 광픽업부에서 측정 광이 다파장 선택용 광학 필터휠에 구비된 필터를 통과하여 형광측정 광다이오드에서 측정된다. 이때 상기 다파장 선택용 광학 필터휠을 구동하는 다 파장 필터 휠 구동 스텝모터에 의하여 측정하고자 하는 파장을 선택하여 측정한다.
도 5는 기존의 발명과 본 발명의 광 경로 및 개량점 비교하고 있다. 본 출원 발명은 광원의 광축과 측정 광의 광축이 분리되어 있어, 다파장 선택을 위한 필터의 설치가 가능한 장점과 형광을 발생하는 면적을 기존의 광축상에서만 가능하였으나, 이를 광경로상 어느 지점이나 가능한 것으로 하여 측정에 사용하는 샘플의 양을 많이 늘릴 수 있고, 광픽업부를 샘플관에 삽입하는 형태로 구성되어 있어, 형광의 측정이 접촉부의 면적, 진동 및 결로 등에 상관없이 측정 가능한 장점이 있으며,
1~ 80mm 지름의 석영로드로 형광을 측정부로 전달하고 있어, 측정광의 유실이 적은 장점이 있다.
본 발명에서는 도 6에 도시한 바와 같이 여러 파장의 형광을 한 번에 측정할 수 있는 다파장 형광 어레이 다이오드 센서를 적용한 예를 도시하고 있다. 이는 내장된 어레이형 형광측정 다이오드를 사용함으로써 한 번에 다파장의 형광 신호를 동시에 측정할 수 있는 수단으로 본 발명의 개량된 광경로에 의하여 이러한 구동도 가능하다.
100 : 다파장 형광측정기
110 : 본체
200 : UV 광원(LED 광원 또는 Flash Xeonon Lamp)
210 : 빔 스플리터
220 : 광원 모니터링용 광 다이오드
230 : 반사경
240 : 윈도우
250 : 석영로드
260 : 다파장 선택용 광학 필터 휠
265 : 다 파장 필터 휠 구동 스텝모터
270 : 형광 측정 광다이오드
280 : 다파장 어레이형 형광측정 광다이오드모듈
300 : 샘플관
400 : 기준샘플
110 : 본체
200 : UV 광원(LED 광원 또는 Flash Xeonon Lamp)
210 : 빔 스플리터
220 : 광원 모니터링용 광 다이오드
230 : 반사경
240 : 윈도우
250 : 석영로드
260 : 다파장 선택용 광학 필터 휠
265 : 다 파장 필터 휠 구동 스텝모터
270 : 형광 측정 광다이오드
280 : 다파장 어레이형 형광측정 광다이오드모듈
300 : 샘플관
400 : 기준샘플
Claims (4)
- 다파장 형광 측정센서 본체; 및
상기 본체의 상단에 위치하는 UV 광원; 및
상기 UV 광원의 하단에 위치하여 상기 UV 광원의 빛을 측정용 광과 광원의 세기를 모니터링 하는 광원 모니터링 광 다이오드로 나누어주는 빔 스플리터; 및
상기 빔 스플리터에서 측면으로 90도 각도로 나누어진 광의 세기를 측정하는 광원 모니터링 광 다이오드; 및
상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 측정을 위하여 샘플관 방향으로 90도 방향을 전환하는 반사경; 및
상기 본체에서 상기 측정용 광을 상기 샘플관에 전달하면서 상기 본체와 외부를 분리시켜주는 윈도우; 및
상기 샘플관에 삽입되어 상기 윈도우를 통과한 측정용 광이 상기 샘플관 속의 샘플과 반응하여 발생한 형광을 측정부로 전달하는 석영로드로 구성된 광픽업부; 및
상기 석영로드의 끝단에 구비되어 측정하고자하는 파장을 선택하는 다파장 선택용 광학필터휠; 및
상기 광학필터휠에 구비된 필터를 통과한 광을 전기신호로 변환하여 측정하는 형광측정 광다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서. - 제1항에 있어서,
상기 광학필터휠에는 1개 이상의 서로다른 파장의 광을 통과시키는 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서. - 제2항에 있어서,
상기 샘플관에 구멍과 마개를 구비하여, 상기 구멍을 통하여 기준샘플을 상기 광픽업부 전단까지 삽입하여 상기 다파장 형광측정센서가 설치된 상태에서 상기 기준샘플을 측정함으로써 교정이 가능한 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서. - 다파장 형광 측정센서 본체; 및
상기 본체의 상단에 위치하는 UV 광원; 및
상기 UV 광원의 하단에 위치하여 상기 UV 광원의 빛을 측정용 광과 광원의 세기를 모니터링 하는 광원 모니터링 광 다이오드로 나누어주는 빔 스플리터; 및
상기 빔 스플리터에서 측면으로 90도 각도로 나누어진 광의 세기를 측정하는 광원 모니터링 광 다이오드; 및
상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 측정을 위하여 샘플관 방향으로 90도 방향을 전환하는 반사경; 및
상기 본체에서 상기 측정용 광을 상기 샘플관에 전달하면서 상기 본체와 외부를 분리시켜주는 윈도우; 및
상기 샘플관에 삽입되어 상기 윈도우를 통과한 측정용 광이 상기 샘플관 속의 샘플과 반응하여 발생한 형광을 측정부로 전달하는 석영로드로 구성된 광픽업부; 및
상기 석영로드의 끝단에 구비되어 측정하고자 하는 파장의 필터를 전단에 구비한 형광측정 광다이오드를 복수개의 어레이로 구비하여 동시에 여러 파장의 형광을 측정하는 것을 특징으로 하는 다파장 형광측정센서.
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