WO2011129512A1 - 입자계수기 - Google Patents

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WO2011129512A1
WO2011129512A1 PCT/KR2010/008779 KR2010008779W WO2011129512A1 WO 2011129512 A1 WO2011129512 A1 WO 2011129512A1 KR 2010008779 W KR2010008779 W KR 2010008779W WO 2011129512 A1 WO2011129512 A1 WO 2011129512A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
flow tubes
lens
particle counter
light source
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2010/008779
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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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Gwangju Institute of Science and Technology filed Critical Gwangju Institute of Science and Technology
Publication of WO2011129512A1 publication Critical patent/WO2011129512A1/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • G01N2015/1486—Counting the particles

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 reaction, 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.
  • a transparent tube through which a fluid to be measured flows and a sensing unit receiving light passing through the transparent tube are disposed at a ratio of 1: 1 for each one, so that the time required for measuring the entire measurement target fluid is increased.
  • the problem is that it takes a long time.
  • the conventional optical particle counter must include a lens so that light irradiated from the light source passes through the transparent tube to be collected by the sensing unit, the overall size and volume is increased in consideration of the focal length according to the arrangement of the lens. have.
  • an object of the present invention is to provide a particle counter with an improved structure so as to reduce the measurement time of the entire measurement fluid.
  • another object of the present invention is to provide a particle counter with an improved structure so that the lens arrangement robustness from external vibration or impact can be secured along with the reduction of the focal length according to the lens arrangement.
  • a light source, n flow tubes provided with a flow of light irradiated from the light source, and the fluid containing the fine particles to be measured have n flow paths and the light source, and the light source N detectors disposed with n flow pipes interposed therebetween for sensing n light quantities transmitted through the n flow pipes, and light disposed between the light source and the n detectors irradiated from the light source.
  • a plurality of lens units for guiding the n flow tubes and the n sensing units.
  • the sensing unit is preferably a photoelectric conversion element for outputting the sensed light in the amount of change in voltage.
  • the plurality of lens units may include a first lens for guiding light emitted from the light source to parallel light, and a plurality of lens parts disposed between the first lens and the n number of flow tubes and guided by the first lens. And n second lenses for guiding light to n of the flow tubes, respectively.
  • the particle counter includes a light guide member which is supported by the light source, the n sensing parts, and the lens part on one side, and totally reflects the light incident from the light source into the flow tube and the sensing part. It may further include.
  • the n number of flow tubes may be integrally formed inside the light guide member.
  • At least one side of the light guide member may be provided with a total reflection reinforcing member for reinforcing total reflection inside the light guide member.
  • the plurality of lens units may be integrally provided with the light guide member.
  • a light source a light guide member for totally reflecting the light incident from the light source and a light integrally formed inside the light guide member and irradiated from the light source is transmitted.
  • n flow tubes in which the fluid containing the microparticles to be measured flow, respectively, and n corresponding to the n flow tubes, and detecting n amounts of light passing through the n flow tubes, respectively, and outputting them as a change in voltage.
  • a particle counter characterized in that it comprises n second lenses for guiding the given light to each of the n flow tubes All.
  • n lens units for guiding light to n flow tubes, n sensing units, and n flow tubes, respectively may be provided to count fine particles flowing into n flow tubes, thereby 1
  • a particle counter is provided that can shorten the measurement time by / n.
  • n flow tubes, n sensing parts, and n lens parts in the light guide member capable of total reflection, a particle counter having a slimmer and compact structure as a whole can be realized.
  • the lens rearrangement time according to the focal length can be reduced by integrally manufacturing the n lens parts and the light guide member, the manufacturing time of the particle counter can be reduced.
  • the flow tube through which the fluid flows is formed in the tunnel structure inside the light guide member to protect the flow tube from external impact, thereby improving the reliability of the product.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a particle counter according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side schematic configuration diagram of a particle counter according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a particle counter according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic manufacturing 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 amount of voltage change with time according to the operation of the particle counter according to an embodiment of the present invention.
  • the second preferred embodiment of the present invention includes a further embodiment including the total reflection reinforcing member, and the same configuration of the additional embodiment including the total reflection reinforcing member is also indicated by the same reference numerals.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a particle counter according to a first embodiment of the present invention.
  • the particle counter 1 includes a light source 10, a flow tube 30, a sensing unit 50, and a lens unit 70.
  • the particle counter 1 according to the first embodiment of the present invention further includes a housing (not shown) for supporting and supporting the light source 10, the flow tube 30, the sensing unit 50, and the lens unit 70. It may include.
  • the light source 10 of the present invention is disposed on the same axis of the flow tube 30 and the sensing unit 50 to irradiate light to the flow tube 30 and the sensing unit 50.
  • the light source 10 may be a known device such as a laser diode and an infrared lamp having a straightness.
  • the flow pipe 30 is disposed at a predetermined distance from the light source 10 and forms a flow path through which the fluid to be measured flows.
  • the flow pipe 30 of the present invention is provided with n flow pipes 30. That is, the n flow tubes 30 are each formed by a flow path in which the fluid flow, it is possible to reduce the fluid flow time by 1 / n. This reduction in fluid transfer time by 1 / n can reduce the measurement time of the fine particle counts by 1 / n.
  • five flow tubes 30 are provided. However, more or less than five may be arranged according to a design change of the inner accommodation space of the housing. Of course, as the number of flow tubes 30 increases, the rate of decrease of the flow time of the fluid may increase. However, when the number of the flow tubes 30 increases more than a predetermined size, the overall size of the particle counter 1 may increase. The number of flow tubes 30 should be arranged in consideration of the overall size.
  • the sensing unit 50 is disposed in number n with the n flow tubes 30 interposed with respect to the light source 10. That is, the sensing unit 50 corresponds 1: 1 to the n flow tubes 30 so as to receive n quantity of light passing through the n flow tubes 30.
  • the sensing unit 50 corresponds to each flow tube 30 to receive light passing through each flow tube 30.
  • the sensing unit 50 of the present invention uses a photoelectric conversion element for outputting the detected light in the amount of change in voltage.
  • the lens unit 70 is disposed between the light source 10 and the n sensing units 50 to guide the light emitted from the light source 10 to the n flow tubes 30 and the n sensing units 50. do.
  • the lens unit 70 of the present invention includes a first lens 72 and a second lens 74.
  • the first lens 72 guides the light emitted from the light source 10 to parallel light.
  • the first lens 72 may be configured by a combination of spherical, aspherical or Fresnel lenses.
  • the second lens 74 is disposed between the first lens 72 and the n flow tubes 30.
  • the second lenses 74 are arranged in n corresponding to the n flow tubes 30.
  • the second lens 74 collects the light guided by the first lens 72 into the parallel light to the corresponding flow tube 30.
  • the number of the flow tubes 30 and the sensing units 50 are arranged in n pieces, and the light is condensed in n pieces of the n flow tubes 30 by n.
  • the n second lenses 74 are provided, which may reduce the measurement time by 1 / n.
  • FIG. 2 is a side schematic configuration diagram of a particle counter according to a second preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic schematic configuration diagram of a particle counter according to a second preferred embodiment of the present invention
  • the particle counter 100 includes a light source 110, a light guide member 130, a flow tube 150, and a sensing unit. And a lens unit 180.
  • the light source 110 is disposed on one side surface of the light guide member 130 to inject light into the light guide member 130.
  • the light source 110 may be a known device such as a laser diode and an infrared lamp having a linearity of light.
  • the light guide member 130 supports the light source 110 and totally reflects the light incident from the light source 110.
  • the light guide member 130 is made of polymethyl methacrylate (PMMA) having excellent mechanical properties, optical properties, physical properties, and the like, compared to other resins.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the light guide member 130 of the present invention may be made of a light guide plate having a plate shape, but may also be made of a light guide film having a film shape.
  • the light guide member 130 is manufactured by a molding method such as injection or extrusion. Of course, the light guide member 130 may also be manufactured by a machining method such as machining or other cutting.
  • the light guide member 130 of the present invention includes a body 132, a light source accommodating part 134, and a sensing part accommodating part 136.
  • the body 132 forms an appearance of the light guide member 130, and on one side of the body 132, n light source accommodating parts 134 and n sensing parts 170 are accommodated.
  • the sensor receiver 136 is formed.
  • five sensing unit accommodating units 136 are formed corresponding to five sensing units 170.
  • a flow tube 150 Inside the body 132 of the light guide member 130 is formed inside the body 132 of the light guide member 130.
  • the flow pipe 150 is formed in a tunnel shape inside the light guide member 130 and is provided in n pieces. That is, the number of flow pipes 150 is formed adjacent to the n sensing units 170 in correspondence with the n sensing unit accommodation parts 136 formed on the plate surface of the light guide member 130. Light transmitted through the n flow tubes 150 is received by the sensing unit 170 corresponding to each flow tube 150.
  • the sensing unit 170 is accommodated in the n number of sensing unit receiving unit 136 formed on the plate surface of the light guide member 130, respectively.
  • the sensing unit 170 receives the light transmitted through the flow tube 150 formed in the light guide member 130.
  • the sensing unit 170 uses a photoelectric conversion element that receives the light transmitted through the flow tube 150 and outputs the change amount of the voltage.
  • the lens unit 180 includes a first lens 182 and a second lens 184.
  • the lens unit 180 guides the light totally reflected inside the light guide member 130 to the n flow tubes 150.
  • the lens unit 180 is disposed on the plate surface of the light guide member 130, that is, the plate surface of the light guide member 130 on which the light source accommodating part 134 and the detector accommodating part 136 are formed.
  • the lens unit 180 is manufactured integrally with the light guide member 130 to shorten the time required for the manufacturing process and reduce the time required for the lens unit 180.
  • the lens unit 180 may be provided integrally with the light guide member 130 by insert injection.
  • the first lens 182 collimates and focuses the light incident into the light guide member 130 to guide the second lens 184.
  • two first lenses 182 are disposed on the same plate surface of one side of the light guide member 130, but may be disposed on one side and the other plate surface of the light guide member 130, respectively.
  • n second lenses 184 are disposed between the first lens 182 and the n flow tubes 150 to correspond to the n flow tubes 150.
  • the second lens 184 collects the light incident by the first lens 182 into the n flow tubes 150 with n lights.
  • the lens unit 180 capable of guiding n lights in the n flow tubes 150 may be disposed to reduce the measurement time.
  • Figure 5 is a schematic side view showing a total reflection reinforcing member is included in the particle counter according to a second embodiment of the present invention.
  • the particle counter 100 according to the second embodiment of the present invention further includes a total reflection reinforcing member 190.
  • the total reflection reinforcing member 190 is disposed on at least one side of the light guide member 130 to reinforce the total reflection inside the light guide member 130. In one embodiment of the present invention, the total reflection reinforcing member 190 is disposed on both side surfaces of the light guide member. The total reflection reinforcing member 190 of the present invention is disposed on both sides of the light guide member 130, that is, on the plate surface opposite to the plate surface of the light guide member 130 on which the light source accommodating part 134 and the sensing part accommodating part 136 are formed. do.
  • the total reflection reinforcing member 190 may be disposed on the plate surface on which the light source accommodating part 134 and the sensing part accommodating part 136 are formed, or the other side surface opposite thereto.
  • 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 130 may be used.
  • Figure 6 is a graph showing the amount of voltage change with time according to the operation of the particle counter according to a preferred embodiment of the present invention.
  • fluid is flowed into n flow tubes 30 from a reservoir (not shown) connected to the outside.
  • the light source 10 is operated to irradiate light to the first lens 72 positioned on the same axis. Light is guided by parallel light to the first lens 72.
  • n second lenses 74 are disposed in correspondence to the n flow tubes 30 so that the light may be focused on the n flow tubes 30.
  • Light passing through the n second lenses 74 is incident to the n flow tubes 30 as n light.
  • Each light incident on the n flow tubes 30 is received by the n sensing units 50 corresponding to the n flow tubes 30.
  • the light received by the n sensing units 50 is output as a change amount of voltage as shown in FIG. 6 according to the amount of light.
  • n lens units for guiding light to n flow tubes, n sensing units, and n flow tubes, respectively, may be provided to count fine particles flowing into n flow tubes, thereby reducing measurement time by 1 / n. You can.
  • n flow tubes, n sensing parts, and n lens parts in the light guide member capable of total reflection, a particle counter having a slimmer and compact structure as a whole can be realized.
  • the present invention can be used in the industrial field of the particle counter to measure the number of fine particles contained in the fluid at the ppm or ppb level.

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Abstract

본 발명은 n개의 유동관, n개의 감지부 및 n개의 유동관으로 각각 빛을 안내하는 n개의 렌즈부가 마련되어 n개의 유동관으로 유동되는 미세입자를 계수할 수 있고, 이에 따라 1/n 만큼으로 측정 시간을 단축시킬 수 있는 입자계수기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입자계수기는 광원과, 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체가 n개의 유동로를 가지고 유동되도록 마련되는 n개의 유동관과, 광원에 대해 n개의 유동관을 사이에 두고 배치되어 n개의 유동관을 각각 투과한 n개의 광량을 감지하는 n개의 감지부와, 광원과 n개의 감지부 사이에 배치되어 광원으로부터 조사된 빛을 n개의 유동관 및 n개의 감지부로 안내하는 복수의 렌즈부를 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 함유된 미세입자를 계수하여 수질 오염도를 측정하는 장치로 구분된다. 또한, 입자계수기는 그 방식에 따라 광학적 성능을 이용한 입자계수기 및 화학적 반응을 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 측정대상인 유체가 유동되는 투명관 및 투명관을 투과한 빛을 수광하는 감지부가 각 1개씩 1:1로 배치되어, 전체의 측정대상 유체를 측정하는 데 소요시간이 오랜 걸린다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 광학적 입자계수기는 광원으로부터 조사된 빛이 투명관을 투과하여 감지부로 집광되도록 렌즈를 포함해야 되며, 이러한 렌즈의 배치에 따른 초점 거리등이 고려되어 전체적인 크기 및 부피가 증대되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전체 측정대상 유체의 측정 시간을 감소시킬 수 있도록 구조가 개선된 입자계수기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 렌즈 배치에 따른 초점 거리 축소와 함께 외부의 진동 또는 충격으로부터의 렌즈 배치 견고성이 확보될 수 있도록 구조가 개선된 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 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체가 n개의 유동로를 가지고 유동되도록 마련되는 n개의 유동관과, 상기 광원에 대해 n개의 상기 유동관을 사이에 두고 배치되어 n개의 상기 유동관을 각각 투과한 n개의 광량을 감지하는 n개의 감지부와, 상기 광원과 n개의 상기 감지부 사이에 배치되어 상기 광원으로부터 조사된 빛을 n개의 상기 유동관 및 n개의 상기 감지부로 안내하는 복수의 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 감지부는 감지된 빛을 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자인 것이 바람직하다.
복수의 상기 렌즈부는, 상기 광원으로부터 조사된 빛을 평행광으로 안내하는 제1렌즈와, 상기 제1렌즈와 n개의 상기 유동관 사이에 n개의 상기 유동관에 대응 배치되어 상기 제1렌즈에 의해 안내된 빛을 각각 n개의 상기 유동관으로 안내하는 n개의 제2렌즈를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 입자계수기는, 상기 광원, n개의 상기 감지부 및 상기 렌즈부가 일측면에 지지되며, 상기 광원으로부터 내부로 입사된 빛을 상기 유동관 및 상기 감지부로 전반사 시키는 도광부재(light guide member)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게 n개의 상기 유동관은 상기 도광부재의 내부에 일체로 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게 상기 도광부재의 적어도 일측면에는 상기 도광부재 내부의 전반사를 보강하는 전반사 보강부재가 마련될 수 있다.
또한, 바람직하게 복수의 상기 렌즈부는 상기 도광부재와 일체로 마련될 수 있다.
한편, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 광원과, 상기 광원으로부터 내부로 입사된 빛을 전반사 시키는 도광부재와, 상기 도광부재의 내부에 일체로 형성되고 상기 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체가 각각 유동되는 n개의 유동관과, n개의 상기 유동관에 인접하게 대응 배치되어 n개의 상기 유동관을 각각 투과한 n개의 광량을 감지하여 전압의 변화량으로 출력하는 n개의 광전변환소자와, 상기 도광부재 내부에 전반사 되는 빛을 평행광으로 안내하는 제1렌즈 및 상기 제1렌즈와 n개의 상기 유동관 사이에 n개의 상기 유동관에 대응 배치되도록 마련되어 상기 제1렌즈에 의해 안내된 빛을 각각 n개의 상기 유동관으로 안내하는 n개의 제2렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기에 의해서도 이루어진다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, n개의 유동관, n개의 감지부 및 n개의 유동관으로 각각 빛을 안내하는 n개의 렌즈부가 마련되어 n개의 유동관으로 유동되는 미세입자를 계수할 수 있고, 이에 따라 1/n 만큼으로 측정 시간을 단축시킬 수 있는 입자계수기가 제공된다.
또한, n개의 유동관, n개의 감지부 및 n개의 렌즈부를 전반사가 가능한 도광부재에 배치하여 전체적으로 슬림화 및 콤팩트한 구조를 갖는 입자계수기를 구현할 수 있다.
더불어, n개의 렌즈부와 도광부재를 일체로 제작하여 초점거리에 따른 렌즈 재배치 시간을 감소시킬 수 있으므로, 입자계수기의 제작 공정 소요시간을 감소시킬 수 있다.
그리고, 유체가 유동되는 유동관이 도광부재 내부에 터널 구조로 형성되어 외부의 충격으로부터 유동관을 보호할 수 있고, 이에 따라 제품의 신뢰성을 향상시킬 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 평면 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 측면 개략 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 평면 개략 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 개략 제작 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기에 전반사 보강부재가 포함된 측면 개략 구성도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 입자계수기의 작동에 따른 시간에 대한 전압 변화량을 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 제2실시 예는 전반사 보강부재가 포함된 추가 실시 예를 포함하고 있으며, 전반사 보강부재가 포함된 추가 실시 예의 동일한 구성은 동일한 도면부호로 기재되었음도 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기의 평면 개략 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기(1)는 광원(10), 유동관(30), 감지부(50) 및 렌즈부(70)를 포함한다. 물론, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 입자계수기(1)는 광원(10), 유동관(30), 감지부(50) 및 렌즈부(70)를 지지 수용하는 하우징(미도시)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 광원(10)은 유동관(30) 및 감지부(50)로 빛을 조사할 수 있도록 유동관(30) 및 감지부(50)의 동일 축선 상에 배치된다. 광원(10)은 직진성을 갖는 레이저 다이오드와 적외선램프 등과 같은 공지된 장치가 사용될 수 있다.
유동관(30)은 광원(10)과 일정 간격을 두고 배치되며, 측정대상 유체가 유동하는 유동로를 형성한다. 본 발명의 유동관(30)은 n개의 유동관(30)으로 마련된다. 즉, n개의 유동관(30)은 각각 유체 유동되는 유동로가 형성됨으로써, 1/n 만큼으로 유체 유동 시간을 감소시킬 수 있다. 이렇게 유체 이동 시간의 1/n 만큼으로의 감소는 미세입자 계수의 측정 시간을 1/n 만큼으로 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, 유동관(30)은 5개로 마련된다. 그러나, 하우징의 내부 수용공간 등의 설계 변경에 따라 5개보다 많은 개수 또는 적은 개수로 배치될 수 있다. 물론, 유동관(30)의 개수가 늘어나면 유체의 유동 시간의 감소비율이 커질 수 있으나, 유동관(30)의 개수가 일정 이상 많아질 경우 전체적인 입자계수기(1)의 크기가 커질 수 있으므로, n개의 유동관(30)의 개수는 전체적인 크기를 고려하여 배치되어야 한다.
감지부(50)는 광원(10)에 대해 n개의 유동관(30)을 사이에 두고 n개로 배치된다. 즉, 감지부(50)는 n개의 유동관(30)을 투과한 n개의 광량을 수광할 수 있도록 n개의 유동관(30)에 1:1 대응되는 것이다. 감지부(50)는 각각의 유동관(30)에 대응되어 각각의 유동관(30)을 투과한 빛을 수광한다. 본 발명의 감지부(50)는 감지된 빛을 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자가 사용된다.
다음으로 렌즈부(70)는 광원(10)과 n개의 감지부(50) 사이에 배치되어, 광원(10)으로부터 조사된 빛을 n개의 유동관(30) 및 n개의 감지부(50)로 안내한다. 본 발명의 렌즈부(70)는 제1렌즈(72) 및 제2렌즈(74)를 포함한다.
제1렌즈(72)는 광원(10)으로부터 조사된 빛을 평행광으로 안내한다. 제1렌즈(72)는 구면, 비구면 또는 프레넬 렌즈 등의 조합으로 구성될 수 있다.
제2렌즈(74)는 제1렌즈(72)와 n개의 유동관(30) 사이에 대응 배치된다. 제2렌즈(74)는 n개의 유동관(30)에 대응되어 n개로 배치된다. 제2렌즈(74)는 제1렌즈(72)에 의해 평행광으로 안내된 빛을 대응되는 유동관(30)으로 집광하는 역할을 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1실시 예에 따른 입자계수기(1)는 유동관(30) 및 감지부(50)를 n개로 배치하고, n개의 유동관(30)에 빛이 n개로 각각 집광되도록 n개의 제2렌즈(74)가 마련되어, 측정 시간을 1/n 만큼으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 측면 개략 구성도, 도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 평면 개략 구성도, 그리고 도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기의 개략 제작 구성도이다.
본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 광원(110), 도광부재(light guide member)(130), 유동관(150), 감지부(170) 및 렌즈부(180)를 포함한다.
광원(110)은 도광부재(130)의 일측 판면에 배치되어, 도광부재(130) 내부로 빛을 입사 시킨다. 여기서, 광원(110)은 빛의 직진성을 갖는 레이저 다이오드와 적외선램프 등과 같은 공지된 장치가 사용될 수 있다.
도광부재(130)는 광원(110)을 지지하며, 광원(110)으로부터 내부로 입사된 빛을 전반사 시킨다. 도광부재(130)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(130)는 플레이트 형상인 도광판으로 제작되나, 필름 형상인 도광 필름으로도 제작될 수도 있다. 이러한 도광부재(130)는 사출 또는 압출 등과 같은 성형법으로 제작된다. 물론, 도광부재(130)는 기계 가공 또는 기타 절삭 가공과 같은 가공법으로도 제작될 수 있다.
본 발명의 도광부재(130)는 몸체(132), 광원수용부(134) 및 감지부 수용부(136)를 포함한다. 몸체(132)는 도광부재(130)의 외관을 형성하며, 몸체(132)의 일측면에는 광원(110)이 수용되는 광원수용부(134) 및 n개의 감지부(170)가 수용되는 n개의 감지부 수용부(136)가 형성된다. 본 발명의 일 실시 예로서, 감지부 수용부(136)는 5개로 마련된 감지부(170)에 대응되어 5개가 형성된다. 도광부재(130)의 몸체(132) 내부에는 후술할 유동관(150)이 형성된다.
다음으로 유동관(150)은 도광부재(130)의 내부에 터널 형상으로 형성되고, n개로 마련된다. 즉, 유동관(150)은 도광부재(130)의 판면에 형성된 n개의 감지부 수용부(136)에 대응하여 n개의 감지부(170)에 인접하게 n개로 형성되는 것이다. n개의 유동관(150)을 투과한 빛은 각각의 유동관(150)에 대응된 감지부(170)에 수광된다.
감지부(170)는 도광부재(130)의 판면에 형성된 n개의 감지부 수용부(136)에 각각 n개로 수용된다. 감지부(170)는 도광부재(130)의 내부에 형성된 유동관(150)을 투과한 빛을 수광한다. 감지부(170)는 유동관(150)을 투과한 빛을 수광하여 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자가 사용된다.
렌즈부(180)는 제1렌즈(182)와 제2렌즈(184)를 포함한다. 렌즈부(180)는 도광부재(130) 내부에서 전반사되는 빛을 n개의 유동관(150)으로 각각 안내하는 역할을 한다. 렌즈부(180)는 도광부재(130)의 판면, 즉 광원수용부(134) 및 감지부 수용부(136)가 형성된 도광부재(130)의 판면에 배치된다. 여기서, 렌즈부(180)는 제작 공정 상의 소요 시간 단축 및 렌즈부(180) 배치에 따른 소요 시간을 감소시키기 위해 도광부재(130)와 일체로 제작된다. 예를 들어, 렌즈부(180)는 인서트 사출에 의해 도광부재(130)와 일체로 마련될 수 있다.
제1렌즈(182)는 도광부재(130) 내부로 입사된 빛을 시준(collimating) 및 집중(focusing)하여 제2렌즈(184)로 안내하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 제1렌즈(182)는 도광부재(130)의 일측 동일 판면 상에 2개로 배치되나, 도광부재(130)의 일측과 타측 판면에 각각 1개씩 배치될 수도 있다.
반면, 제2렌즈(184)는 제1렌즈(182)와 n개의 유동관(150) 사이에 n개의 유동관(150)에 대응되도록 n개가 배치된다. 제2렌즈(184)는 제1렌즈(182)에 의해 입사된 빛을 n개의 유동관(150)에 각각 n개의 빛으로 집광하는 역할을 한다. 이렇게 n개의 유동관(150)에 n개의 빛을 안내할 수 있는 렌즈부(180)가 배치되어, 측정 시간을 감소를 구현할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기에 전반사 보강부재가 포함된 측면 개략 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 입자계수기(100)는 전반사 보강부재(190)를 더 포함한다.
전반사 보강부재(190)는 도광부재(130)의 적어도 일측면에 배치되어 도광부재(130) 내부의 전반사를 보강한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 전반사 보강부재(190)는 도광부재의 양측면에 배치된다. 본 발명의 전반사 보강부재(190)는 도광부재(130)의 양측면, 즉 광원수용부(134) 및 감지부 수용부(136)가 형성된 도광부재(130)의 판면과 대향된 판면에 각각에 배치된다.
그러나, 전반사 보강부재(190)는 광원수용부(134) 및 감지부 수용부(136)가 형성된 판면 또는 이에 대향된 타측 판면에 각각 배치될 수도 있다. 전반사 보강부재(190)는 본 발명의 일 실시 예로서, 도광부재(130)의 상부 및 하부의 외곽층에 전반사되는 물질의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖는 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
다음으로 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 입자계수기의 작동에 따른 시간에 대한 전압 변화량을 도시한 그래프이다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 바람직한 제1 및 제2실시 예에 따른 입자계수기(1, 100)의 작동 과정을 이하에서 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 입자계수기(1)의 작동 과정을 설명하기에 앞서, 제1실시 예를 대표적으로 설명함을 미리 밝혀둔다.
우선, 외부에 연결된 저장고(미도시)로부터 유체를 n개의 유동관(30)으로 각각 유동시킨다. 광원(10)을 작동하여 동일축선 상에 위치한 제1렌즈(72)로 빛을 조사한다. 제1렌즈(72)에 의해 빛은 평행광으로 안내된다.
제1렌즈(72)에 의해 평행광으로 안내된 빛은 제1렌즈(72)와 유동관(30) 사이에 배치된 제2렌즈(74)로 입사된다. 여기서, 제2렌즈(74)는 n개의 유동관(30)으로 각각 빛이 집광될 수 있도록 n개의 유동관(30)에 대응되어 n개가 배치된다. n개의 제2렌즈(74)를 통과한 빛은 n개의 빛으로 각각의 n개의 유동관(30)으로 입사된다.
n개의 유동관(30)으로 입사된 각각의 빛은 n개의 유동관(30)에 대응 배치되는 n개의 감지부(50)로 수광된다. n개의 감지부(50)에 수광된 빛은 광량에 따라 도 6에 도시된 바와 같이, 전압의 변화량으로 출력된다.
이에, n개의 유동관, n개의 감지부 및 n개의 유동관으로 각각 빛을 안내하는 n개의 렌즈부가 마련되어 n개의 유동관으로 유동되는 미세입자를 계수할 수 있고, 이에 따라 1/n 만큼으로 측정 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, n개의 유동관, n개의 감지부 및 n개의 렌즈부를 전반사가 가능한 도광부재에 배치하여 전체적으로 슬림화 및 콤팩트한 구조를 갖는 입자계수기를 구현할 수 있다.
더불어, n개의 렌즈부와 도광부재를 일체로 제작하여 초점거리에 따른 렌즈 재배치 시간을 감소시킬 수 있으므로, 입자계수기의 제작 공정 소요시간을 감소시킬 수 있는 장점이 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 입자계수기의 산업분야에 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 광원과;
    상기 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며, 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체가 n개의 유동로를 가지고 유동되도록 마련되는 n개의 유동관과;
    상기 광원에 대해 n개의 상기 유동관을 사이에 두고 배치되어, n개의 상기 유동관을 각각 투과한 n개의 광량을 감지하는 n개의 감지부와;
    상기 광원과 n개의 상기 감지부 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 조사된 빛을 n개의 상기 유동관 및 n개의 상기 감지부로 안내하는 복수의 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 감지된 빛을 전압의 변화량으로 출력하는 광전변환소자인 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 렌즈부는,
    상기 광원으로부터 조사된 빛을 평행광으로 안내하는 제1렌즈와;
    상기 제1렌즈와 n개의 상기 유동관 사이에 n개의 상기 유동관에 대응 배치되어, 상기 제1렌즈에 의해 안내된 빛을 각각 n개의 상기 유동관으로 안내하는 n개의 제2렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입자계수기는,
    상기 광원, n개의 상기 감지부 및 상기 렌즈부가 일측면에 지지되며, 상기 광원으로부터 내부로 입사된 빛을 상기 유동관 및 상기 감지부로 전반사 시키는 도광부재(light guide member)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  5. 제4항에 있어서,
    n개의 상기 유동관은 상기 도광부재의 내부에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 도광부재의 적어도 일측면에는 상기 도광부재 내부의 전반사를 보강하는 전반사 보강부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  7. 제4항에 있어서,
    복수의 상기 렌즈부는 상기 도광부재와 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
  8. 광원과;
    상기 광원으로부터 내부로 입사된 빛을 전반사 시키는 도광부재와;
    상기 도광부재의 내부에 일체로 형성되고 상기 광원으로부터 조사된 빛이 투과되며, 측정 대상인 미세입자가 함유된 유체가 각각 유동되는 n개의 유동관과;
    n개의 상기 유동관에 인접하게 대응 배치되어, n개의 상기 유동관을 각각 투과한 n개의 광량을 감지하여 전압의 변화량으로 출력하는 n개의 광전변환소자와;
    상기 도광부재 내부에 전반사 되는 빛을 평행광으로 안내하는 제1렌즈와, 상기 제1렌즈와 n개의 상기 유동관 사이에 n개의 상기 유동관에 대응 배치되도록 마련되어 상기 제1렌즈에 의해 안내된 빛을 각각 n개의 상기 유동관으로 안내하는 n개의 제2렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수기.
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