WO2011129511A1 - 입자계수기 - Google Patents

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WO2011129511A1
WO2011129511A1 PCT/KR2010/008778 KR2010008778W WO2011129511A1 WO 2011129511 A1 WO2011129511 A1 WO 2011129511A1 KR 2010008778 W KR2010008778 W KR 2010008778W WO 2011129511 A1 WO2011129511 A1 WO 2011129511A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
light source
flow tube
guide member
lens
Prior art date
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Ceased
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PCT/KR2010/008778
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English (en)
French (fr)
Inventor
손준곤
강훈수
박영호
석희용
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gwangju Institute of Science and Technology
Original Assignee
Gwangju Institute of Science and Technology
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/51—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid inside a container, e.g. in an ampoule
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G—PHYSICS
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    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1486—Counting the particles
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/532—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke with measurement of scattering and transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Definitions

  • the present invention relates to a particle counter, and more particularly, to a particle counter for measuring the number of fine particles contained in the fluid at the ppm or ppb level.
  • the particle counter is a device for counting the number of microparticles contained in the fluid to be measured in order to calculate the parts per million (ppm) or parts per billion (ppb) contained in the fluid to be measured.
  • Such a particle counter is divided into a device for measuring the air pollution by counting the fine particles in the air and a device for measuring the water pollution by counting the fine particles contained in the water.
  • the particle counter may be classified into a particle counter using optical performance, a particle counter using chemical performance, and the like according to the method.
  • OPC Optical Particle Counter
  • an optical particle counter using optical performance of the particle counter connects the reservoir where the fluid to be measured is stored in a fine transparent tube to flow the fluid, and then uses the light from the light source. Count the fine particles.
  • the optical particle counter counts the number of fine particles contained in the fluid by comparing the amount of light irradiated from the light source with the amount of light received by the detector that receives the light transmitted through the transparent tube.
  • the conventional optical particle counter must include a lens so that the light emitted from the light source passes through the transparent tube to be collected by the detection unit, the overall size and volume is increased in consideration of the focal length according to the arrangement of the lens. have.
  • the conventional optical particle counter has a problem that the time required to replace the lens during the placement or use of the lens in the manufacturing process increases, the difficulty of mass production and the difficulty of maintenance can be increased.
  • Another object of the present invention is to provide a particle counter that can reduce the cost and time according to the maintenance by simplifying the lens arrangement or repositioning process.
  • a flow tube formed with a light source, a flow path formed with a predetermined distance from the light source and the flow path of the fluid containing the fine particles to be transmitted and the light irradiated from the light source, and the A sensing unit arranged to interpose the flow tube with respect to a light source to sense an amount of light passing through the flow tube, and disposed between the light source and the sensing unit to guide light emitted from the light source to the flow tube and the sensing unit; A light guide member for supporting one lens, the light source, the flow tube, the sensing unit, and the lens, and totally reflecting the light therein such that light emitted from the light source is guided to the sensing unit via the flow tube.
  • a particle counter characterized in that it comprises a.
  • the sensing unit is preferably a photoelectric conversion element for outputting the sensed light in the amount of change in voltage.
  • the flow tube may be disposed between the light source and the sensing unit, and the lens may be disposed between the light source and the sensing unit to guide the light totally reflected inside the light guide member to the flow tube and the sensing unit. .
  • the lens may include a first lens disposed between the light source and the flow tube to guide the total reflection of light incident to the light guide member to the flow tube, and light disposed between the flow tube and the sensing unit and transmitted through the flow tube. It may include a second lens for guiding the total reflection to the sensor.
  • the flow tube may be stacked between the sensing unit and the plate surface of the light guide member, and the lens may be disposed between the light source and the flow tube.
  • the lens and the light guide member may be integrally provided.
  • the total reflection reinforcing member may be provided on at least one side of the light guide member to reinforce the total reflection inside the light guide member.
  • the light source may further include a guide lens disposed under the light source and the sensing unit to guide the light incident to the light guide member from the light source and the light received by the sensing unit in a horizontal direction with respect to the plate surface of the light guide member.
  • a flow tube formed with a light source, a flow path formed with a predetermined distance from the light source and the flow path of the fluid containing the fine particles to be transmitted and the light irradiated from the light source and And a light guide member that is supported by the light source and the flow tube and totally reflects the light incident from the light source, and is supported by the light guide member with the flow tube interposed with respect to the light source, and passes through the flow tube.
  • a photoelectric conversion element that senses the amount of light and outputs it as a change amount of voltage, at least one lens disposed between the light source and the sensing unit to guide the light totally reflected inside the light guide member to the flow tube and the photoelectric conversion element; A total reflection disposed on at least one side of the light guide member to reinforce the total reflection of light incident into the light guide member; In that it comprises a steel member made by the particle counter according to claim.
  • a particle counter that can implement a slimmer and compact structure as a whole by arranging the light source, the flow tube, the sensing unit and the lens in the light guide member capable of total reflection.
  • the lens is disposed on the light guiding member to protect the lens from external impact and reduce the replacement time when the lens is damaged, it is possible to reduce maintenance costs.
  • the lens repositioning time according to the focal length can be reduced by integrally manufacturing the lens and the light guide member, the manufacturing time of the particle counter can be reduced.
  • FIG. 1 is a side schematic configuration diagram of a particle counter according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic side view of a total counter reinforcement member is included in the particle counter according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic side view of a particle counter including a guide lens in accordance with a first preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a side schematic configuration diagram of a particle counter according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic side view of a total counter reinforcement member including a particle counter according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a graph showing the voltage change with respect to the time according to the operation of the particle counter according to the present invention.
  • first and second exemplary embodiments of the present invention are configured to separate the embodiments in which the additional configuration is included in each embodiment, the embodiments in which the additional configuration of each embodiment is the same for the same configuration. It is also known in advance that it is described by reference numerals.
  • Figure 1 is a side schematic configuration diagram of a particle counter according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a side schematic configuration diagram including a total reflection reinforcing member in the particle counter according to a first embodiment of the present invention.
  • the particle counter 1 is a light source 10, the flow tube 30, the sensing unit 40, the lens 60 and the light guide member (light) guide member) (70).
  • the light source 10 is disposed on one side surface of the light guide member 70 to inject light into the light guide member 70.
  • the light source 10 may be a known device such as a laser diode and an infrared lamp having a straightness.
  • the flow tube 30 is disposed on the plate surface of the light guide member 70 at a predetermined distance from the light source 10.
  • the flow pipe 30 is made of a transparent material so that light can be transmitted.
  • Flow path cross-sectional shape inside the flow pipe 30 may have a variety of shapes, such as cylindrical, square or hexagon.
  • the passage cross-sectional phenomenon inside the flow tube 30 preferably has a circular cross-sectional shape in order to reduce the flow resistance of the fluid flowing.
  • the flow tube 30 of the present invention is located at a half point of the separation distance between the light source 10 and the sensing unit 40, that is, between the light source 10 and the sensing unit 40 in one embodiment.
  • the sensing unit 40 is spaced apart from the light source 10 with the flow tube 30 interposed therebetween and disposed on the plate surface of the light guide member 70.
  • the light source 10, the flow tube 30, and the sensing unit 40 are disposed on the same plate surface of the light guide member 70.
  • the sensing unit 40 receives the light transmitted through the flow tube 30.
  • the sensing unit 40 of the present invention includes a photoelectric conversion element for outputting the detected amount of light as a change amount of voltage.
  • the lens 60 is disposed on the plate surface of the light guide member 70 so that the light emitted from the light source 10 is guided to the flow tube 30 and the sensing unit 40.
  • the lens 60 is disposed on the same plate surface of the light guide member 70 as that of the light source 10, the flow tube 30, and the sensing unit 40, but may be disposed on the other plate surface.
  • the plurality of lenses 60 may be disposed separately on the plate surfaces of the different light guide members, respectively.
  • the lens 60 is manufactured integrally with the light guide member 70 to be described later.
  • the lens 60 may be provided detachably with respect to the light guide member 70, but it is preferable that the lens 60 is integrally provided in consideration of a manufacturing process.
  • the lens 60 of the first embodiment of the present invention includes a first lens 62 and a second lens 64.
  • the first lens 62 is disposed between the light source 10 and the flow tube 30.
  • two first lenses 62 are disposed, but the number of arrangements may be changed by a combination of spherical, aspherical and fresnel lenses.
  • the second lens 64 is disposed between the flow tube 30 and the sensing unit 40.
  • two second lenses 64 are also arranged like the first lens 62, but the number of arrangements may be changed by a combination of spherical, aspherical and fresnel lenses.
  • the first lens 62 is moved from the light source 10 into the light guide member 70 to allow total reflection of light in the light guide member 70 between the light source 10 and the flow tube 30. Collimating and focusing the incident light.
  • the second lens 64 serves to collimate and concentrate the light transmitted through the flow tube 30 so that total reflection of the light can be induced in the light guide member 70 between the flow tube 30 and the sensing unit 40. do.
  • the light guide member 70 supports the light source 10, the flow tube 30, the sensing unit 40, and the lens 60, and the light irradiated from the light source 10 passes through the flow tube 30. Totally reflect the light incident from the inside to be guided by).
  • the light guide member 70 is made of polymethyl methacrylate (PMMA), which is superior to other resins in mechanical properties, optical properties, and physical properties as an embodiment of the present invention.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the light guide member 70 of the present invention is made of a light guide plate having a plate shape, but may be made of a light guide film having a film shape.
  • the light guide member 70 is manufactured by a molding method such as injection or extrusion. Of course, the light guide member 70 may be manufactured by a processing method such as machining or other cutting.
  • the particle counter 1 according to the first embodiment of the present invention may further include a total reflection reinforcing member 80.
  • the total reflection reinforcing member 80 is disposed on at least one side of the light guide member 70 to reinforce the total reflection inside the light guide member 70.
  • the total reflection reinforcing member 80 of the present invention is formed on both sides of the light guide member 70, that is, the plate surface of the light guide member 70 in which the light source 10, the flow tube 30, the sensing unit 40, and the lens 60 are disposed. It is disposed on the other side of the plate opposite thereto.
  • the total reflection reinforcing member 80 is selectively disposed on the plate surface of the light guide member 70 on which the light source 10, the flow tube 30, the sensing unit 40, and the lens 60 are disposed, and the other plate surface opposite thereto. May be
  • a material having a refractive index lower than the refractive index of the material totally reflected on the upper and lower outer layers of the light guide member 70 may be used.
  • FIG 3 is a schematic side view illustrating a guide lens included in a particle counter according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • the particle counter 10 may further include a guide lens 90.
  • the guide lens 90 is disposed under the light source 10 and the sensing unit 40 to guide the light incident from the light source 10 to the light guide member 70 and the light received by the sensing unit 40. Guide in the transverse direction with respect to the plate surface of 70).
  • the guide lens 90 is disposed inside the light guiding member 70, but also between the light source 10 and the plate surface of the light guiding member 70 and between the sensing unit 40 and the light guiding member 70. Can be arranged.
  • the guide lens 90 of the present invention is disposed with a constant inclined surface, the shape may vary depending on the design change.
  • the particle counter 1 may include the total reflection reinforcing member 80 and the guide lens 90 together, or may include selectively each.
  • Figure 4 is a side schematic configuration diagram of a particle counter according to a second preferred embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a side schematic configuration diagram including a total reflection reinforcing member in the particle counter according to a second preferred embodiment of the present invention to be.
  • the particle counter 100 includes a light source 110, a flow tube 120, a sensing unit 140, a lens 150, and a light guide member. And 170.
  • the second embodiment of the present invention has the same configuration as the first embodiment of the present invention except for the lens 150.
  • the difference between the first embodiment and the second embodiment of the present invention is that the light source 110, the flow tube 120, the sensing unit 140 and the lens 150 relative to the light guide member 170, the present invention,
  • the particle counter 100 of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the arrangement of the light source 110, the flow tube 120, the sensing unit 140, and the lens 150.
  • the flow tube 120 of the second embodiment of the present invention is disposed between the sensing unit 140 and the light guide member 170. That is, the flow tube 120 is stacked on the plate surface of the light guide member 170, and the sensing unit 140 is stacked on the flow tube 120. By stacking the flow tube 120 and the sensing unit 140 in this way, there is an advantage in that the number of lens 150 arrangements between the light source 110 and the flow tube 120 can be reduced.
  • the particle counter 100 may further include a total reflection reinforcing member 180 to reinforce the total reflection inside the light guide member 170 as in the first embodiment of the present invention.
  • the total reflection reinforcing member 180 is disposed on at least one side of the light guide member 170.
  • the particle counter 100 according to the second embodiment of the present invention may also include the guide lens 90 of the first embodiment not shown in the drawings.
  • FIG. 6 is a graph showing the voltage change with respect to the time according to the operation of the particle counter according to the present invention.
  • a fluid is flowed into the flow pipe 30 from a reservoir (not shown) connected to the outside.
  • the light source 10 is operated to inject light into the light guide member 70.
  • Light incident on the light guide member 70 is collimated and concentrated by the first lens 62 to be guided to the flow tube 30.
  • the light guided to the flow tube 30 passes through the flow tube 30. At this time, the amount of light passing through the flow tube 30 is reduced according to the number of fine particles contained in the fluid.
  • the light passing through the flow tube 30 is collimated and concentrated by the second lens 64 to be totally guided inside the light guide member 70.
  • Light guided totally inside the light guide member 70 is received by the sensing unit 40.
  • the sensing unit 40 is provided as a photoelectric conversion element and, as shown in FIG. 5, outputs the received light amount as a change amount of voltage. That is, the sensing unit 40 outputs an amount of change in voltage with respect to time according to the amount of light received.
  • the light source, the flow tube, the sensing unit, and the lens may be disposed in the light guide member capable of total reflection, thereby realizing a slimmer and compact structure as a whole.
  • the lens is disposed on the light guiding member to protect the lens from external impact and reduce the replacement time when the lens is damaged, it is possible to reduce maintenance costs.
  • the lens repositioning time according to the focal length can be reduced by integrally manufacturing the lens and the light guide member, the manufacturing time of the particle counter can be reduced.
  • the present invention can be used in the particle counter industry to measure the number of fine particles contained in the fluid at the ppm or ppb level.

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Abstract

본 발명은 광원, 유동관, 감지부 및 렌즈를 전반사가 가능한 도광부재에 배치하여 전체적으로 슬림화 및 콤팩트한 구조를 구현할 수 있는 입자계수기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입자계수기는 광원과, 광원과 일정 간격을 두고 배치되고 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체의 유동로가 형성된 유동관과, 광원에 대해 유동관을 사이에 두고 배치되어 유동관을 투과한 광량을 감지하는 감지부와, 광원과 감지부 사이에 배치되어 광원으로부터 조사된 빛을 유동관 및 감지부로 안내하는 적어도 하나의 렌즈와, 광원, 유동관, 감지부 및 렌즈가 지지되며 광원으로부터 조사된 빛이 유동관을 경유하여 감지부로 안내되도록 내부에서 빛을 전반사 시키는 도광부재(light guide member)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

입자계수기
본 발명은, 입자계수기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유체에 함유되어 있는 미세입자의 개수를 ppm 또는 ppb 수준으로 측정하는 입자계수기에 관한 것이다.
일반적으로 입자계수기는 측정 대상 유체에 함유된 미세입자를 ppm(parts per million) 또는 ppb(parts per billion)로 산출하기 위해 측정 대상 유체에 함유되어 있는 미세입자의 개수를 계수하는 장치이다.
이러한 입자계수기는 대기 중의 미세입자를 계수하여 대기 오염도를 측정하는 장치 및 물에 포함된 미세입자를 계수하여 수질 오염도를 측정하는 장치로 구분된다. 또한, 입자계수기는 그 방식에 따라 광학적 성능을 이용한 입자계수기 및 화학적 성능을 이용한 입자계수기 등으로 분류될 수 있다.
한편, 입자계수기 중 광학적 성능을 이용한 광학적 입자계수기인 OPC(Optical Particle Counter)는 측정 대상인 유체가 저장된 저장고를 미세한 투명관으로 연결하여 유체를 유동시킨 후, 광원으로부터의 빛을 이용하여 유체에 함유된 미세입자를 계수한다. 상세히 설명하면, 광학적 입자계수기는 광원으로부터 조사된 광량과 투명관을 투과한 빛을 수광하는 감지부의 수광량을 대비함으로써, 유체 내에 함유된 미세입자의 개수를 계수한다.
그런데, 종래의 광학적 입자계수기는 광원으로부터 조사된 빛이 투명관을 투과하여 감지부로 집광되도록 렌즈를 포함해야 되며, 이러한 렌즈의 배치에 따른 초점 거리 등이 고려되어 전체적인 크기 및 부피가 증대되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 광학적 입자계수기는 제작 과정에서 렌즈의 배치 또는 사용 중 렌즈 교체에 따른 소요시간이 증대됨으로써, 대량 생산의 곤란성 및 유지보수의 곤란성이 증대될 수 있는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 렌즈 배치에 따른 초점 거리 축소와 함께 외부의 진동으로부터 렌즈 배치 견고성을 확보할 수 있도록 구조가 개선된 입자계수기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 렌즈 배치 또는 재배치 과정을 간소화하여 유지보수에 따른 비용 및 시간을 절감시킬 수 있는 입자계수기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 광원과, 상기 광원과 일정 간격을 두고 배치되고 상기 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체의 유동로가 형성된 유동관과, 상기 광원에 대해 상기 유동관을 사이에 두고 배치되어 상기 유동관을 투과한 광량을 감지하는 감지부와, 상기 광원과 상기 감지부 사이에 배치되어 상기 광원으로부터 조사된 빛을 상기 유동관 및 상기 감지부로 안내하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 광원, 상기 유동관, 상기 감지부 및 상기 렌즈가 지지되며 상기 광원으로부터 조사된 빛이 상기 유동관을 경유하여 상기 감지부로 안내되도록 내부에서 빛을 전반사 시키는 도광부재(light guide member)를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 감지부는 감지된 빛을 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자인 것이 바람직하다.
바람직하게 상기 유동관은 상기 광원과 상기 감지부 사이에 배치되고, 상기 렌즈는 상기 광원과 상기 감지부 사이에 복수개로 배치되어 상기 도광부재 내부에서 전반사된 빛을 상기 유동관 및 상기 감지부로 안내할 수 있다.
상기 렌즈는, 상기 광원과 상기 유동관 사이에 배치되어 상기 도광부재에 입사된 빛을 상기 유동관으로 전반사 안내하는 제1렌즈와, 상기 유동관과 상기 감지부 사이에 배치되어 상기 유동관을 투과한 빛을 상기 감지부로 전반사 안내하는 제2렌즈를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 유동관은 상기 감지부와 상기 도광부재의 판면 사이에 적층 배치되고, 상기 렌즈는 상기 광원과 상기 유동관 사이에 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게 상기 렌즈와 상기 도광부재는 일체로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 도광부재의 적어도 일측면에는 상기 도광부재 내부의 전반사를 보강하는 전반사 보강부재가 마련될 수 있다.
여기서, 상기 광원 및 상기 감지부의 하부에 배치되어, 상기 광원으로부터 상기 도광부재로 입사되는 빛 및 상기 감지부로 수광되는 빛을 상기 도광부재의 판면에 대해 가로 방향으로 안내하는 가이드 렌즈를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 광원과, 상기 광원과 일정 간격을 두고 배치되고 상기 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체의 유동로가 형성된 유동관과, 상기 광원 및 상기 유동관이 지지되며 상기 광원으로부터 내부로 입사된 빛을 전반사 시키는 도광부재(light guide member)와, 상기 광원에 대해 상기 유동관을 사이에 두고 상기 도광부재에 지지되며 상기 유동관을 투과한 광량을 감지하여 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자와, 상기 광원과 상기 감지부 사이에 배치되어 상기 도광부재 내부에서 전반사되는 빛을 상기 유동관 및 상기 광전변환소자로 안내하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 도광부재의 적어도 일측면에 배치되어 상기 도광부재 내부에 입사된 빛의 전반사를 보강하는 전반사 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기에 의해서도 이루어진다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, 광원, 유동관, 감지부 및 렌즈를 전반사가 가능한 도광부재에 배치하여 전체적으로 슬림화 및 콤팩트한 구조를 구현할 수 있는 입자계수기가 제공된다.
또한, 도광부재에 렌즈를 배치하여 외부의 충격으로부터 렌즈를 보호함과 더불어 렌즈 파손 시 교체 소요시간을 감소시킬 수 있으므로, 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
더불어, 렌즈와 도광부재를 일체로 제작하여 초점거리에 따른 렌즈 재배치 시간을 감소시킬 수 있으므로, 입자계수기의 제작 공정 소요시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기의 측면 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기에 전반사 보강부재가 포함된 측면 개략 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기에 가이드 렌즈가 포함된 측면 개략 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 측면 개략 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기에 전반사 보강부재가 포함된 측면 개략 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 입자계수기의 작동에 따른 시간에 대한 전압변화량을 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 구성 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시 예는 제1 및 제2실시 예로 구분되며, 제1 및 제2실시 예의 명확한 구분을 위해 동일한 구성이라도 상이한 도면 부호로 기재되었음을 미리 밝혀둔다.
그리고, 본 발명의 바람직한 제1 및 제2실시 예는 각각의 실시 예에 추가적인 구성이 포함된 실시 예를 구분하여 도면 구성되었으나, 각각의 실시 예의 추가적인 구성이 포함된 실시 예는 동일한 구성에 대해 동일한 도면 부호로 기재되었음도 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기의 측면 개략 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기에 전반사 보강부재가 포함된 측면 개략 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 입자계수기(1)는 광원(10), 유동관(30), 감지부(40), 렌즈(60) 및 도광부재(light guide member)(70)를 포함한다.
광원(10)은 도광부재(70)의 일측 판면에 배치되어, 도광부재(70) 내부로 빛을 입사시킨다. 광원(10)은 직진성을 갖는 레이저 다이오드와 적외선램프 등과 같은 공지된 장치가 사용될 수 있다.
유동관(30)은 광원(10)과 일정 간격을 두고 도광부재(70)의 판면에 배치된다. 유동관(30)은 빛이 투과될 수 있도록 투명 재질로 제작된다. 유동관(30) 내부의 유동로 단면 형상은 원통, 사각형 또는 육각형과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다. 그러나, 유동관(30) 내부의 유동로 단면 현상은 유동되는 유체의 흐름 저항을 감소시키기 위해 원형 단면 형상을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 유동관(30)은 광원(10)과 감지부(40) 사이, 즉 일 실시 예로서 광원(10)과 감지부(40) 사이의 이격 거리의 1/2 지점에 위치된다.
감지부(40)는 유동관(30)을 사이에 두고 광원(10)과 이격되어 도광부재(70)의 판면에 배치된다. 물론, 광원(10), 유동관(30) 및 감지부(40)는 도광부재(70)의 동일한 판면 상에 배치된다. 감지부(40)는 유동관(30)을 투과한 빛을 수광한다. 본 발명의 감지부(40)는 감지된 광량을 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자를 포함한다.
렌즈(60)는 광원(10)으로부터 조사된 빛이 유동관(30) 및 감지부(40)로 안내되도록 도광부재(70)의 판면에 배치된다. 본 발명의 일 실시 예로서, 렌즈(60)는 광원(10), 유동관(30) 및 감지부(40)와 동일한 도광부재(70)의 판면에 배치되나, 타측 판면에도 배치될 수 있다. 또한, 복수의 렌즈(60)가 각각 상이한 도광부재의 판면에 개별적으로 배치될 수도 있다. 렌즈(60)는 후술할 도광부재(70)의 제작 시, 일체형으로 제작된다. 물론, 렌즈(60)는 도광부재(70)에 대해 착탈식으로 마련될 수도 있으나, 제조 공정 등을 고려하여 일체형으로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1실시 예의 렌즈(60)는 제1렌즈(62) 및 제2렌즈(64)를 포함한다. 제1렌즈(62)는 광원(10)과 유동관(30) 사이에 배치된다. 여기서, 제1렌즈(62)는 2개가 배치되나, 구면, 비구면 렌즈 및 프레넬 렌즈 등의 조합에 의해서 배치 개수는 설계 변경될 수 있다. 그리고, 제2렌즈(64)는 유동관(30)과 감지부(40) 사이에 배치된다. 물론, 제2렌즈(64)도 제1렌즈(62)와 같이 2개가 배치되나, 구면, 비구면 렌즈 및 프레넬 렌즈 등의 조합에 의해서 배치 개수의 설계 변경이 이루어질 수 있다.
상세하게 설명하면, 제1렌즈(62)는 광원(10)과 유동관(30) 사이의 도광부재(70) 내부에서 빛의 전반사가 유도될 수 있도록 광원(10)으로부터 도광부재(70) 내부로 입사된 빛을 시준(collimating) 및 집중(focusing)시킨다. 제2렌즈(64)는 유동관(30)과 감지부(40) 사이의 도광부재(70) 내부에서 빛의 전반사가 유도될 수 잇도록 유동관(30)을 투과한 빛을 시준 및 집중시키는 역할을 한다.
도광부재(70)는 광원(10), 유동관(30), 감지부(40) 및 렌즈(60)가 지지되며, 광원(10)으로부터 조사된 빛이 유동관(30)을 경유하여 감지부(40)로 안내되도록 내부에서 입사된 빛을 전반사 시킨다. 도광부재(70)는 본 발명의 일 실시 예로서, 기계적 성질, 광학적 성질 및 물리적 성질 등이 타 수지에 비하여 우수한 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate)로 제작된다. 본 발명의 도광부재(70)는 플레이트이 형상인 도광판으로 제작되나, 필름 형상인 도광 필름으로 제작될 수도 있다. 이러한 도광부재(70)는 사출 또는 압출 등과 같은 성형법으로 제작된다. 물론, 도광부재(70)는 기계 가공 또는 기타 절삭 가공과 같은 가공법으로 제작될 수도 있다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 입자계수기(1)는 전반사 보강부재(80)를 더 포함할 수 있다. 전반사 보강부재(80)는 도광부재(70)의 적어도 일측면에 배치되어 도광부재(70) 내부의 전반사를 보강한다. 본 발명의 전반사 보강부재(80)는 도광부재(70)의 양측면 즉, 광원(10), 유동관(30), 감지부(40) 및 렌즈(60)가 배치된 도광부재(70)의 판면과 이에 대향된 타측 판면에 배치된다. 그러나, 전반사 보강부재(80)는 광원(10), 유동관(30), 감지부(40) 및 렌즈(60)가 배치된 도광부재(70)의 판면과 이에 대향된 타측 판면에 각각 선택적으로 배치될 수도 있다. 전반사 보강부재(80)는 본 발명의 일 실시 예로서, 도광부재(70)의 상부 및 하부의 외곽층에 전반사되는 물질을 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖는 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기에 가이드 렌즈가 포함된 측면 개략 구성도이다.
더불어, 본 발명의 제1실시 예에 따른 입자계수기(10)는 가이드 렌즈(90)를 더 포함할 수 있다. 가이드 렌즈(90)는 광원(10) 및 감지부(40)의 하부에 배치되어, 광원(10)으로부터 도광부재(70)로 입사되는 빛 및 감지부(40)로 수광되는 빛을 도광부재(70)의 판면에 대해 가로 방향으로 안내한다. 가이드 렌즈(90)는 본 발명의 일 실시 예로서, 도광부재(70) 내부에 배치되나, 광원(10)과 도광부재(70) 판면 사이 및 감지부(40)와 도광부재(70) 사이에도 배치될 수 있다. 그리고, 본 발명의 가이드 렌즈(90)는 일정한 경사면을 가지고 배치되나, 그 형상은 설계 변경에 따라 변동될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제1실시 예에 따른 입자계수기(1)는 전반사 보강부재(80) 및 가이드 렌즈(90)를 함께 포함하거나 , 각각 선택적으로 포함할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 측면 개략 구성도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기에 전반사 보강부재가 포함된 측면 개략 구성도이다.
본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 광원(110), 유동관(120), 감지부(140), 렌즈(150) 및 도광부재(170)를 포함한다. 본 발명의 제2실시 예의 구성은 렌즈(150)의 구성 이외에는 본 발명의 제1실시 예와 동일한 구성으로 마련된다.
본 발명의 제2실시 예의 광원(110), 유동관(120), 감지부(140), 렌즈(150) 및 도광부재(170)의 특징은 상술한 본 발명의 제1실시 예에서 상세히 설명하였으므로, 이하에서 생략하기로 한다.
다만, 본 발명의 제1실시 예와 제2실시 예의 상이점은 도광부재(170)에 대해 광원(110), 유동관(120), 감지부(140) 및 렌즈(150)의 배치 관계이므로, 본 발명의 제2실시 예의 입자계수기(100)는 광원(110), 유동관(120), 감지부(140) 및 렌즈(150)의 배치에 특징을 두고 설명하기로 한다.
본 발명의 제2실시 예의 유동관(120)은 본 발명의 제1실시 예와 달리, 감지부(140)와 도광부재(170) 사이에 배치된다. 즉, 유동관(120)은 도광부재(170)의 판면에 적층 배치되고, 감지부(140)는 유동관(120)의 상부에 적층 배치된다. 이렇게 유동관(120)과 감지부(140)를 적층 배치함으로써, 광원(110)과 유동관(120) 사이의 렌즈(150) 배치 개수를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
여기서, 본 발명의 제2실시 예에 따른 입자계수기(100)는 본 발명의 제1실시 예와 같이, 도광부재(170) 내부의 전반사를 보강하는 전반사 보강부재(180)를 더 포함할 수 있다. 전반사 보강부재(180)는 도광부재(170)의 적어도 일측면에 배치된다.
물론, 본 발명의 제2실시 예에 따른 입자계수기(100)는 도면에 도시되지 않은 제1실시 예의 가이드 렌즈(90)도 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 입자계수기의 작동에 따른 시간에 대한 전압변화량을 도시한 그래프이다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 입자계수기(1, 100)의 작동 과정을 이하에서 살펴보면 다음과 같다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 제1 및 제2실시 예의 작동 과정은 유사하므로, 대표적은 본 발명의 제1실시 예에 따른 입자계수기(1)의 작동 과정을 설명함을 미리 밝혀둔다.
우선, 외부에 연결된 저장고(미도시)로부터 유체를 유동관(30)으로 유동시킨다. 광원(10)을 작동하여 도광부재(70) 내부로 빛을 입사시킨다. 도광부재(70) 내부에 입사된 빛은 제1렌즈(62)에 의해 시준 및 집중되어 유동관(30)으로 안내된다.
유동관(30)으로 안내된 빛은 유동관(30)을 투과한다. 이때, 유체 내부에 함유된 미세입자의 개수에 준하여 유동관(30)을 투과하는 빛의 광량이 감소하게 된다.
유동관(30)을 투과한 빛은 제2렌즈(64)에 의해 시준 및 집중되어 도광부재(70) 내부에서 전반사 안내된다. 도광부재(70) 내부에 전반사 안내된 빛은 감지부(40)에 의해 수광된다. 감지부(40)는 광전변환소자로 마련되어 도 5에 도시된 바와 같이, 수광된 광량을 전압의 변화량으로 출력한다. 즉, 감지부(40)는 수광되는 광량에 따라 시간에 대해 전압의 변화량을 출력하는 것이다.
이에, 광원, 유동관, 감지부 및 렌즈를 전반사가 가능한 도광부재에 배치하여 전체적으로 슬림화 및 콤팩트한 구조를 구현할 수 있다.
또한, 도광부재에 렌즈를 배치하여 외부의 충격으로부터 렌즈를 보호함과 더불어 렌즈 파손 시 교체 소요시간을 감소시킬 수 있으므로, 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
더불어, 렌즈와 도광부재를 일체로 제작하여 초점거리에 따른 렌즈 재배치 시간을 감소시킬 수 있으므로, 입자계수기의 제작 공정 소요시간을 감소시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 유체에 함유되어 있는 미세입자의 개수를 ppm 또는 ppb 수준으로 측정하는 입자계수기 산업분야에 이용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 광원과;
    상기 광원과 일정 간격을 두고 배치되고 상기 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며, 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체의 유동로가 형성된 유동관과;
    상기 광원에 대해 상기 유동관을 사이에 두고 배치되어, 상기 유동관을 투과한 광량을 감지하는 감지부와;
    상기 광원과 상기 감지부 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 조사된 빛을 상기 유동관 및 상기 감지부로 안내하는 적어도 하나의 렌즈와;
    상기 광원, 상기 유동관, 상기 감지부 및 상기 렌즈가 지지되며, 상기 광원으로부터 조사된 빛이 상기 유동관을 경유하여 상기 감지부로 안내되도록 내부에서 빛을 전반사 시키는 도광부재(light guide member)를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 감지된 빛을 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자인 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동관은 상기 광원과 상기 감지부 사이에 배치되고,
    상기 렌즈는 상기 광원과 상기 감지부 사이에 복수개로 배치되어, 상기 도광부재 내부에서 전반사된 빛을 상기 유동관 및 상기 감지부로 안내하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈는,
    상기 광원과 상기 유동관 사이에 배치되어, 상기 도광부재에 입사된 빛을 상기 유동관으로 전반사 안내하는 제1렌즈와;
    상기 유동관과 상기 감지부 사이에 배치되어, 상기 유동관을 투과한 빛을 상기 감지부로 전반사 안내하는 제2렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유동관은 상기 감지부와 상기 도광부재의 판면 사이에 적층 배치되고,
    상기 렌즈는 상기 광원과 상기 유동관 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈와 상기 도광부재는 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도광부재의 적어도 일측면에는 상기 도광부재 내부의 전반사를 보강하는 전반사 보강부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 감지부의 하부에 배치되어, 상기 광원으로부터 상기 도광부재로 입사되는 빛 및 상기 감지부로 수광되는 빛을 상기 도광부재의 판면에 대해 가로 방향으로 안내하는 가이드 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  9. 광원과;
    상기 광원과 일정 간격을 두고 배치되고 상기 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며, 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체의 유동로가 형성된 유동관과;
    상기 광원 및 상기 유동관이 지지되며, 상기 광원으로부터 내부로 입사된 빛을 전반사 시키는 도광부재(light guide member)와;
    상기 광원에 대해 상기 유동관을 사이에 두고 상기 도광부재에 지지되며, 상기 유동관을 투과한 광량을 감지하여 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자와;
    상기 광원과 상기 감지부 사이에 배치되어, 상기 도광부재 내부에서 전반사되는 빛을 상기 유동관 및 상기 광전변환소자로 안내하는 적어도 하나의 렌즈와;
    상기 도광부재의 적어도 일측면에 배치되어, 상기 도광부재 내부에 입사된 빛의 전반사를 보강하는 전반사 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
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