WO2024090647A1 - 탁도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2024090647A1
WO2024090647A1 PCT/KR2022/017871 KR2022017871W WO2024090647A1 WO 2024090647 A1 WO2024090647 A1 WO 2024090647A1 KR 2022017871 W KR2022017871 W KR 2022017871W WO 2024090647 A1 WO2024090647 A1 WO 2024090647A1
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WO
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light
turbidity
fluid
light source
scattered
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PCT/KR2022/017871
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조정훈
이기혁
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엘지전자 주식회사
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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
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • 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
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water

Definitions

  • the present disclosure relates to a turbidity measuring device and method that can measure the turbidity of water used in home appliances.
  • Turbidity refers to the concentration of light-scattering particles or light-absorbing particles floating in the fluid. When turbidity increases in the fluid, light transmittance may vary depending on the distribution of suspended particles in the fluid, refractive index, surface characteristics, etc.
  • This water quality turbidity information can be used to minimize waste of water, power, detergent, etc. by changing the washing cycle or purification cycle of home appliances, provide drinking water purified under optimal conditions, or provide tableware washed under optimal conditions. and clothing, etc. can be provided.
  • the present disclosure aims to solve the above-described problems and other problems.
  • the purpose of the present disclosure is to provide a turbidity measurement device and method capable of broadband sensing to measure water quality from a low turbidity region to a high turbidity region by amplifying a low turbidity optical signal using a reflector.
  • a turbidity measuring device includes a fluid storage unit including a reflector, a first light source that emits light to the fluid inside the fluid storage unit, and a second light source that receives scattered light scattered by suspended particles in the fluid.
  • a fluid storage unit including a reflector, a first light source that emits light to the fluid inside the fluid storage unit, and a second light source that receives scattered light scattered by suspended particles in the fluid.
  • the present disclosure further includes a second light source that emits light to the fluid inside the fluid storage unit, and the second light source is spaced apart from the first light source at a predetermined angle with the fluid storage unit as the center. It may be arranged to face the first light receiving unit.
  • control unit receives the first light receiving signal from the first light receiving unit when the first light source is on and the second light source is off, and when the first light source is off and the second light source is on. , the second light-receiving signal from the first light-receiving unit is received, and the turbidity of the fluid can be measured based on the first light-receiving signal and the second light-receiving signal.
  • the control unit when measuring the turbidity of the fluid, if there is no change in the first light-receiving signal due to the saturation state of the first light-receiving unit and the second light-receiving signal is normally received, the control unit adjusts the turbidity of the fluid to a high turbidity region. It is possible to classify and measure the high turbidity value of the fluid based on the second light-receiving signal.
  • the control unit when measuring the turbidity of the fluid, if there is no change in the second light-receiving signal due to the saturation state of the first light-receiving unit and the first light-receiving signal is normally received, the control unit adjusts the turbidity of the fluid to a low turbidity region. It is possible to classify and measure the low turbidity value of the fluid based on the first light reception signal.
  • the present disclosure further includes a second light receiving unit for receiving scattered light scattered by suspended particles of a fluid, the second light receiving unit being spaced apart from the first light receiving unit at a predetermined angle with the fluid storage unit as the center, and the first light receiving unit It may be positioned to face the light source.
  • a turbidity measurement method of a turbidity measurement device includes receiving a user input requesting turbidity measurement, and when the user input is received, turning on the first light source and turning off the second light source. (off), receiving a first light receiving signal from the light receiving unit, turning off the first light source and turning on the second light source, receiving a second light receiving signal from the light receiving unit, and the first light receiving signal and It may include measuring the turbidity of the fluid based on the second light-receiving signal.
  • the turbidity measuring device is capable of broadband sensing that measures water quality from a low turbidity region to a high turbidity region by amplifying a low turbidity optical signal using a reflector.
  • the present disclosure can ensure the safety of drinking water through detection of low turbidity of water in water-using appliances.
  • the present disclosure allows custom filter replacement according to water pollution level, so unnecessary replacement costs can be reduced by setting a custom filter replacement cycle according to pollution standards.
  • the present disclosure can be applied to home appliances such as water purifiers and dishwashers that use various water qualities with a broadband sensing function.
  • the light source can be implemented with a low-cost LED
  • the present disclosure enables a low-cost sensor configuration and can be widely applied to various home appliances.
  • the present disclosure can provide water quality control and customer relief services through real-time monitoring and measurement of water quality.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a structural cross-sectional view taken along line II' of FIG. 1.
  • 3 to 5 are diagrams for explaining a fluid storage unit of a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6 is a diagram for explaining a reflector of a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a turbidity measurement method of a turbidity measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 8 is a diagram for explaining a turbidity measuring device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a turbidity measurement method of a turbidity measurement device according to another embodiment of the present disclosure.
  • Figure 10 is a diagram for explaining the reflector position setting of the turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 11 is a diagram for explaining the position setting of the light receiver of the turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figures 12 and 13 are diagrams for explaining the corresponding optical signal amplification before and after applying a reflector of a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 14 is a flowchart for explaining a turbidity measurement method of a turbidity measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a structural cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 .
  • the turbidity measuring device of the present disclosure includes a fluid storage unit 100 including a reflector 200, and emitting light to the fluid 110 inside the fluid storage unit 100.
  • a first light source 310 and a second light source 320, a light receiving unit 400 that receives scattered light scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110, a first light source 310, and a second light It may include a control unit 500 that measures the turbidity of the fluid 110 by controlling the source 320 and the light receiving unit 400.
  • the fluid storage unit 100 may have a cylindrical shape in which fluid is stored therein.
  • the fluid storage unit 100 may have a pipe shape with a through hole formed therein to allow fluid to flow, but this is only an example and is not limited thereto.
  • the entire surface of the fluid storage unit 100 may be formed of a light-transmitting member.
  • the reason is to cause light emitted from an external light source to enter the internal fluid of the fluid storage unit 100 and to receive internal scattered light.
  • only a portion of the surface of the fluid storage unit 100 may be formed as a light-transmitting member.
  • the fluid storage unit 100 may have a light-transmitting member formed only on an incident surface where light from the outside enters the inside and an exit surface where internal scattered light is emitted to the outside.
  • the reflector 200 may be attached to the inner surface of the fluid storage unit 100.
  • the fluid storage unit 100 has a light-transmitting member formed only on the incident surface where light from the outside is incident to the inside, the exit surface where the internal scattered light is emitted to the outside, and the attachment surface where the reflector 200 is attached. It could be.
  • the reflector 200 may be attached to the outer surface of the fluid storage unit 100.
  • the reflector 200 may serve to amplify the scattered light by reflecting or re-reflecting the scattered light scattered by the suspended particles inside the fluid storage unit 100 in the direction of the suspended particles inside the fluid storage unit 100.
  • the reflector 200 can maximize the light reflection characteristics of low-turbidity particles with low light scattering.
  • the reflector 200 may be located between a first surface of the fluid storage unit 100 facing the first light source 310 and a second surface facing the light receiving unit 400.
  • the reason is that when the reflector 200 is located in the area between the first surface facing the first light source 310 and the second surface facing the light receiving unit 400 among the surfaces of the fluid storage unit 100, This is because it is possible to obtain a light-receiving signal from the light-receiving unit 400 that maximizes turbidity variation and low-turbidity classification.
  • the present disclosure can accurately measure water quality in a low turbidity area by analyzing the light reception signal of the light receiving unit 400, which maximizes the amount of turbidity variation and low turbidity classification.
  • the reflector 200 may be at least one of a retroreflective film and a light reflection film, but this is only an example and is not limited thereto.
  • the reflector 200 may amplify the scattered light by reflecting or re-reflecting the scattered light to the suspended particles 120 of the fluid 110.
  • the reflector 200 may amplify the scattered light by reflecting or re-reflecting the scattered light in the direction of the suspended particles 120 located at the inner center of the fluid storage unit 100.
  • the length of the reflector 200 may be less than or equal to the length of the fluid storage unit 100, and the width of the reflector 200 may be equal to or less than the length of the fluid storage unit 100, and the width of the reflector 200 may be less than or equal to the length of the fluid storage unit 100. It may be less than or equal to the width between the surface and the second surface of the fluid storage unit 100 facing the light receiving unit 400.
  • the first light source 310 and the light receiving unit 400 may be positioned around the fluid storage unit 100 and spaced apart from each other at a predetermined angle with the fluid storage unit 100 as the center.
  • the first light source 310 and the light receiving unit 400 may be arranged in directions perpendicular to each other with the fluid storage unit 100 as the center.
  • the second light source 320 may be arranged to be spaced apart from the first light source 310 at a predetermined angle with the fluid storage unit 100 as the center and face the light receiving unit 400 .
  • the second light source 320 may be perpendicular to the first light source 310 with the fluid storage unit 100 as the center.
  • the second light source 320 and the light receiving unit 400 may be arranged symmetrically on both sides of the fluid storage unit 100 along a line passing through the center point of the fluid storage unit 100.
  • the second light source 320 passes through the center point of the fluid storage unit 100. It may be located on a second line having a predetermined angle to the first line.
  • the second light source 320 may be located on a second line perpendicular to the first line while passing through the center point of the fluid storage unit 100.
  • the light output intensity of the second light source 320 may be the same as the light output intensity of the first light source 310.
  • the light output intensity of the second light source 320 may be different from the light output intensity of the first light source 310.
  • the first light source 310 and the second light source 320 may include light emitting diodes, but this is only an example and is not limited thereto.
  • control unit 500 turns off the second light source 320 when the first light source 310 is turned on, or turns off the second light source 320 when the first light source 310 is turned off.
  • the first light source 310 and the second light source 320 may be alternately controlled to turn on the light source 320 .
  • control unit 500 receives the first light receiving signal from the light receiving unit 400 when the first light source 310 is on and the second light source 320 is off, and the first light source 310 When is off and the second light source 320 is on, the second light receiving signal from the light receiving unit 400 is received, and the turbidity of the fluid 110 can be measured based on the first light receiving signal and the second light receiving signal. .
  • the first light reception signal of the light receiving unit 400 includes first scattered light 210 in which the light emitted from the first light source 310 is primarily scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110, and The first scattered light 210 is reflected or re-reflected by the reflector 200, and the reflected light 230 includes a plurality of second scattered lights 220 that are secondary scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110. It may be a light-receiving signal generated based on scattered light.
  • the second light reception signal of the light receiving unit 400 is based on the first scattered light 210 in which the light emitted from the second light source 320 is primarily scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110. It may be a light-receiving signal that is generated.
  • the control unit 500 determines that if there is no change in the first light-receiving signal due to the saturation state of the light-receiving unit 400 and the second light-receiving signal is normally received, the fluid 110
  • the turbidity of can be classified into a high turbidity region, and the high turbidity value of the fluid 110 can be measured based on the second light-receiving signal.
  • the control unit 500 when measuring the high turbidity value of the fluid 110, the control unit 500 measures the high turbidity of the fluid 110 within a range that is greater than 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) and less than 2000 NTU based on the second light-receiving signal. Values can be measured.
  • 1 NTU Nethelometric Paultity Unit
  • the second light-receiving signal may be a light-receiving signal generated based on the first scattered light 210 in which light emitted from the second light source 320 is primarily scattered by suspended particles of the fluid 110.
  • the control unit 500 when measuring the turbidity of the fluid 110, the control unit 500, if there is no change in the second light-receiving signal due to the saturation state of the light-receiving unit 400 and the first light-receiving signal is normally received, the fluid 110 The turbidity of can be classified into a low turbidity area, and the low turbidity value of the fluid 110 can be measured based on the first light-receiving signal.
  • control unit 500 may measure the low turbidity value of the fluid 110 that is 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) or less based on the first light-receiving signal.
  • NTU Nethelometric Paultity Unit
  • the first light reception signal is the first scattered light 210 in which the light emitted from the first light source 310 is primarily scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110, and the first scattered light 210
  • the reflected light 230 reflected or re-reflected by the reflector 200 is generated based on a plurality of scattered lights including the second scattered light 220 secondaryly scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110. It may be a light reception signal.
  • control unit 500 analyzes the ADC (Analog Digital Converter) pattern for each angle of the reflector 200 centered on the fluid storage unit 100 based on the first light receiving signal from the light receiving unit 400 to determine the amount of turbidity variation and low The position of the reflector 200 where turbidity separation is maximized can be determined.
  • ADC Analog Digital Converter
  • the light source and the reflector 200 are fixed and the light receiver 400 is positioned at a specific position where the amount of turbidity variation and low turbidity distinction are maximized.
  • the light source and the light receiving unit 400 may be fixed and the reflector 200 may be placed at a specific location where the amount of turbidity variation and low turbidity distinction are maximized.
  • the present disclosure enables broadband sensing to measure water quality from a low turbidity region to a high turbidity region by amplifying a low turbidity optical signal using a reflector.
  • the present disclosure can ensure the safety of drinking water through detection of low turbidity of water in water-using appliances.
  • the present disclosure allows custom filter replacement according to water pollution level, so unnecessary replacement costs can be reduced by setting a custom filter replacement cycle according to pollution standards.
  • the present disclosure can be applied to home appliances such as water purifiers and dishwashers that use various water qualities with a broadband sensing function.
  • the light source can be implemented with a low-cost LED
  • the present disclosure enables a low-cost sensor configuration and can be widely applied to various home appliances.
  • the present disclosure can provide water quality control and customer relief services through real-time monitoring and measurement of water quality.
  • 3 to 5 are diagrams for explaining a fluid storage unit of a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the fluid storage unit 100 may have a cylindrical shape in which fluid is stored therein.
  • the fluid storage unit 100 may have a pipe shape with a through hole formed therein to allow fluid to flow, but this is only an example and is not limited thereto.
  • the entire surface of the fluid storage unit 100 may be formed of a light-transmitting member.
  • the reason is that the first light 312 emitted from the first light source located externally and the second light 322 emitted from the second light source located externally are connected to the internal fluid of the fluid storage unit 100. This is for the incident light to be incident and the external light receiving unit to receive the internal scattered light.
  • the reflector 200 may be positioned between a first surface of the fluid storage unit 100 facing the first light source and a second surface facing the light receiving unit.
  • the reflector 200 amplifies the scattered light by reflecting or re-reflecting the scattered light scattered by the suspended particles 120 inside the fluid storage unit 100 in the direction of the suspended particles 120 inside the fluid storage unit 100. Can perform the role instructed.
  • the first light 312 emitted from a first light source located externally is incident on the internal fluid of the fluid storage unit 100, the first light 312 emitted from the first light source )
  • the first scattered light 210 which is primarily scattered by the suspended particles 120 of the fluid, and the reflected light 230, in which the first scattered light 210 is reflected or re-reflected by the reflector 200, are formed in the fluid 110.
  • a plurality of scattered lights including the second scattered light 220 secondaryly scattered by the suspended particles 120 may be emitted to an external light receiving unit.
  • the present disclosure provides that when the second light 322 emitted from a second light source located externally is incident on the internal fluid of the fluid storage unit 100, the second light 322 emitted from the second light source
  • the first scattered light 210 which is primarily scattered by the suspended particles 120 of this fluid, may be emitted to the external light receiving unit.
  • only a portion of the surface of the fluid storage unit 100 may be formed as a light-transmitting member.
  • the fluid storage unit 100 has an incident surface through which the first light 312 and the second light 322 are incident to the inside from the outside, and an incident surface through which the first and second scattered lights 210 and 220 inside are emitted to the outside.
  • the light transmissive member 150 may be formed only on the emission surface, and the non-transmissive member 160 may be formed in the remaining area.
  • the reflector 200 may be attached to the inner surface of the fluid storage unit 100.
  • the fluid storage unit 100 has an incident surface where the first light 312 and the second light 322 are incident from the outside, and the first and second scattered lights inside the fluid storage unit 100.
  • the light-transmitting member 150 may be formed only on the emission surface where the elements 210 and 220 are emitted to the outside and the attachment surface on which the reflector 200 is attached, and the non-transmissive member 160 may be formed on the remaining area.
  • the reflector 200 may be attached to the outer surface of the fluid storage unit 100.
  • Figure 6 is a diagram for explaining a reflector of a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the reflector 200 amplifies the scattered light by reflecting or re-reflecting the scattered light scattered by the suspended particles inside the fluid storage unit 100 in the direction of the suspended particles inside the fluid storage unit 100. Can perform the role instructed.
  • the reflector 200 can maximize the light reflection characteristics of low-turbidity particles with low light scattering.
  • the reflector 200 may be located between a first surface of the fluid storage unit 100 facing the first light source and a second surface facing the light receiving unit.
  • the reason is that when the reflector 200 is located in the area between the first surface facing the first light source and the second surface facing the light receiving part of the surface of the fluid storage unit 100, turbidity variation and low turbidity are distinguished. This is because the maximum light reception signal from the light receiving unit can be obtained.
  • the present disclosure can accurately measure water quality in a low turbidity area by analyzing the light reception signal of the light receiving unit where the amount of turbidity variation and low turbidity classification is maximized.
  • the reflector 200 may be at least one of a retro-reflective film and a light-reflective film, but this is only an example and is not limited thereto.
  • the length L1 of the reflector 200 may be less than or equal to the length L2 of the fluid storage unit 100, and the width W1 of the reflector 200 may be less than or equal to the length L2 of the fluid storage unit 100, and the width W1 of the reflector 200 may be less than or equal to the length L2 of the fluid storage unit 100.
  • the width between the surface and the second surface of the fluid storage unit 100 facing the light receiver may be less than or equal to W2.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a turbidity measurement method of a turbidity measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the present disclosure may include a control unit 500 that measures the turbidity of the fluid by controlling the first light source 310, the second light source 320, and the light receiving unit 400. .
  • control unit 500 turns off the second light source 320 when the first light source 310 is turned on, or turns off the second light source 320 when the first light source 310 is turned off.
  • the first light source 310 and the second light source 320 may be alternately controlled to turn on the light source 320 .
  • the control unit 500 receives the first light receiving signal from the light receiving unit 400 and operates the first light source 310.
  • the second light receiving signal from the light receiving unit 400 is received, and the turbidity of the fluid can be measured based on the first light receiving signal and the second light receiving signal.
  • the first light reception signal of the light receiving unit 400 may include first scattered light in which the light emitted from the first light source 310 is primarily scattered by suspended particles in the fluid, and the first scattered light is reflected or
  • the re-reflected reflected light may be a light reception signal generated based on a plurality of scattered lights including second scattered light secondaryly scattered by suspended particles of the fluid.
  • the second light-receiving signal of the light-receiving unit 400 may be a light-receiving signal generated based on first scattered light in which light emitted from the second light source is primarily scattered by suspended particles in the fluid.
  • the control unit 500 determines the turbidity of the fluid into the high turbidity region. , and the high turbidity value of the fluid can be measured based on the second light-receiving signal.
  • control unit 500 can measure the high turbidity value of the fluid within a range that is greater than 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) and less than 2000 NTU based on the second light-receiving signal.
  • 1 NTU Nethelometric Paultity Unit
  • the control unit 500 sets the turbidity of the fluid to a low turbidity region. , and the low turbidity value of the fluid can be measured based on the first light reception signal.
  • control unit 500 may measure a low turbidity value of the fluid 110 of 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) or less based on the first light-receiving signal.
  • NTU Nethelometric Paultity Unit
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a turbidity measurement device according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a turbidity measurement method of the turbidity measurement device according to another embodiment of the present disclosure.
  • the turbidity measuring device of the present disclosure includes a fluid storage unit 100 including a reflector 200, and emitting light to the fluid 110 inside the fluid storage unit 100.
  • a control unit 500 that measures the turbidity of the fluid 110 by controlling the second light receiving unit 420.
  • the fluid storage unit 100 may have a cylindrical shape in which fluid is stored therein.
  • the reflector 200 may serve to amplify the scattered light by reflecting or re-reflecting the scattered light scattered by the suspended particles inside the fluid storage unit 100 in the direction of the suspended particles inside the fluid storage unit 100.
  • the reflector 200 can maximize the light reflection characteristics of low-turbidity particles with low light scattering.
  • the reflector 200 may be located between a first surface of the surface of the fluid storage unit 100 facing the light source 300 and a second surface facing the first light receiving unit 410.
  • the reason is that when the reflector 200 is located in the area between the first surface facing the light source 300 and the second surface facing the first light receiving unit 410 among the surfaces of the fluid storage unit 100, This is because it is possible to obtain a light reception signal from the first light receiving unit 410 that maximizes turbidity variation and low turbidity classification.
  • the present disclosure can accurately measure water quality in a low turbidity area by analyzing the light reception signal of the first light receiving unit 410, which maximizes the turbidity variation and low turbidity classification.
  • the light source 300 and the first light receiving unit 410 may be positioned around the fluid storage unit 100 and spaced apart from each other at a predetermined angle with the fluid storage unit 100 as the center.
  • the light source 300 and the first light receiving unit 410 may be arranged in directions perpendicular to each other with the fluid storage unit 100 as the center.
  • the second light receiving unit 420 may be arranged to be spaced apart from the first light receiving unit 410 at a predetermined angle with the fluid storage unit 100 as the center and face the light source 300.
  • the second light receiving unit 420 may be arranged perpendicular to the first light receiving unit 410 with the fluid storage unit 100 as the center and facing the light source 300.
  • the light source 300 and the second light receiving unit 420 may be arranged symmetrically on both sides of the fluid storage unit 100 along a line passing through the center point of the fluid storage unit 100.
  • the second light receiving unit 420 is positioned on the first line passing through the center point of the fluid storage unit 100. It may be located on a second line having a predetermined angle to the line.
  • the second light receiving unit 420 may be located on a second line perpendicular to the first line passing through the center point of the fluid storage unit 100.
  • the first light receiving unit 410 and the second light receiving unit 420 of the present disclosure may be photodiodes, but this is only an example and is not limited thereto.
  • control unit 500 of the present disclosure turns off the second light receiving unit 420 when the light source 300 and the first light receiving unit 410 are turned on.
  • the first light receiving unit 410 and the second light receiving unit 420 can be controlled to switch alternately to turn on the second light receiving unit 420.
  • the control unit 500 receives the first light receiving signal from the first light receiving unit 410, and the first light receiving unit 410 When it is off and the second light receiving unit 420 is on, the second light receiving signal from the second light receiving unit 420 is received, and the turbidity of the fluid 110 can be measured based on the first light receiving signal and the second light receiving signal. .
  • the first light reception signal of the first light receiver 410 includes first scattered light 210 in which the light emitted from the light source 300 is primarily scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110, and The first scattered light 210 is reflected or re-reflected by the reflector 200, and the reflected light 230 includes a plurality of second scattered lights 220 that are secondary scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110. It may be a light-receiving signal generated based on scattered light.
  • the second light reception signal of the second light receiving unit 420 is based on the first scattered light 210 in which the light emitted from the light source 300 is primarily scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110. It may be a light-receiving signal that is generated.
  • the control unit 500 determines that there is no change in the first light-receiving signal due to the saturation state of the first light-receiving unit 410, and the second light-receiving signal of the second light receiving unit 420 If is normally received, the turbidity of the fluid 110 can be classified into a high turbidity region, and the high turbidity value of the fluid 110 can be measured based on the second light-receiving signal.
  • the control unit 500 determines the high turbidity value within a range that is greater than 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) and less than 2000 NTU based on the second light reception signal of the second light reception unit 420.
  • the high turbidity value of the fluid 110 can be measured.
  • the second light receiving signal of the second light receiving unit 420 is a light receiving signal generated based on the first scattered light 210 in which the light emitted from the light source 300 is primarily scattered by suspended particles in the fluid 110. You can.
  • the control unit 500 determines that there is no change in the second light-receiving signal due to the saturation state of the second light-receiving unit 420, and the first light-receiving signal of the first light receiving unit 410 If is normally received, the turbidity of the fluid 110 may be classified into a low turbidity area, and the low turbidity value of the fluid 110 may be measured based on the first light-receiving signal.
  • the control unit 500 determines the low turbidity of the fluid 110 below 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) based on the first light reception signal of the first light reception unit 410. Values can be measured.
  • NTU Nethelometric Paultity Unit
  • the first light reception signal of the first light receiver 410 is the first scattered light 210 in which the light emitted from the light source 300 is primarily scattered by the suspended particles 120 of the fluid 110, and the first scattered light 210 1
  • Figure 10 is a diagram for explaining the position setting of a reflector of a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the present disclosure analyzes the ADC (Analog Digital Converter) pattern for each angle of the reflector 200 centered on the fluid storage unit based on the light reception signal from the light receiver, and the amount of turbidity variation and low turbidity classification are maximized.
  • the position of the reflector 200 can be determined.
  • the intensity of the light-receiving signal pattern is amplified, as shown in FIG. 10, and at the same time, the turbidity value of 1,1 NTU of the high turbidity pattern A and the turbidity of the low turbidity pattern B are adjusted.
  • a specific location where the value 0.1 NTU is distinguished can be determined as the location of the reflector 200.
  • the positions of the light source and the light receiving unit are fixed and the position of the reflector 200 is varied to find a specific position where the amount of turbidity variation and low turbidity distinction are maximized.
  • the present disclosure enables broadband sensing to measure water quality from a low turbidity region to a high turbidity region by amplifying a low turbidity optical signal using the reflector 200.
  • Figure 11 is a diagram for explaining the position setting of the light receiver of the turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • T(x) a 0 + a i P(x, ⁇ i ) (where T(x) is the output value of the sensor for the sample with turbidity value x, a Turbidity fluctuation amount and low turbidity are distinguished by a formula consisting of (0 is the initial value, a i is the coefficient, and P(x, ⁇ i ) is the position of the light receiving unit with a predetermined angle ⁇ centered on the fluid storage unit with the turbidity value x). The position of the light receiving unit 400 where this maximum can be determined can be determined.
  • the signal intensity of the high turbidity light receiving signal pattern and the low turbidity light receiving signal pattern are amplified based on the light receiving signal pattern for each turbidity, as shown in FIG.
  • a specific location that can be distinguished can be determined as the location of the light receiver.
  • the position of the light source and the reflector are fixed and the position of the light receiver is varied, so that the amount of turbidity change and the low turbidity distinction are maximized can be found at a specific position.
  • Figures 12 and 13 are diagrams for explaining the corresponding optical signal amplification before and after applying a reflector of a turbidity measuring device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the corresponding optical signal amplification before the reflector of the present disclosure is applied
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the corresponding optical signal amplification after the reflector of the present disclosure is applied.
  • Figure 14 is a flowchart for explaining a turbidity measurement method of a turbidity measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the present disclosure can receive a user input requesting turbidity measurement (S10).
  • the first light source when a user input is received, the first light source can be turned on and the second light source can be turned off (S20).
  • the first light reception signal can be received from the light receiving unit (S30).
  • the first light reception signal is the first scattered light in which the light emitted from the first light source is primarily scattered by suspended particles of the fluid, and the first scattered light is reflected or re-reflected by the reflector and is scattered by the suspended particles in the fluid. It may be a light-receiving signal generated based on a plurality of scattered lights including secondary scattered light.
  • the first light source can be turned off and the second light source can be turned on (S40).
  • a second light-receiving signal can be received from the light-receiving unit (S50).
  • the second light-receiving signal may be a light-receiving signal generated based on first scattered light in which light emitted from the second light source is primarily scattered by suspended particles in the fluid.
  • the turbidity of the fluid can be measured based on the first light-receiving signal and the second light-receiving signal (S60).
  • the present disclosure classifies the turbidity of the fluid into a high turbidity region when there is no change in the first light-receiving signal due to the saturation state of the light-receiving unit and the second light-receiving signal is normally received, and the turbidity of the fluid is classified based on the second light-receiving signal. High turbidity values can be measured.
  • the present disclosure classifies the turbidity of the fluid as a low turbidity region when there is no change in the second light-receiving signal due to the saturation state of the light-receiving unit and the first light-receiving signal is normally received, and the turbidity of the fluid is classified based on the first light-receiving signal. Low turbidity values can be measured.
  • the turbidity measuring device of the present disclosure is capable of broadband sensing that measures water quality from a low turbidity region to a high turbidity region by amplifying a low turbidity optical signal using a reflector.
  • the present disclosure can ensure the safety of drinking water through detection of low turbidity of water in water-using appliances.
  • the present disclosure allows custom filter replacement according to water pollution level, so unnecessary replacement costs can be reduced by setting a custom filter replacement cycle according to pollution standards.
  • the present disclosure can be applied to home appliances such as water purifiers and dishwashers that use various water qualities with a broadband sensing function.
  • the light source can be implemented with a low-cost LED
  • the present disclosure enables a low-cost sensor configuration and can be widely applied to various home appliances.
  • the present disclosure can provide water quality control and customer relief services through real-time monitoring and measurement of water quality.
  • the turbidity measuring device has the effect of enabling broadband sensing to measure water quality from a low turbidity region to a high turbidity region by amplifying a low turbidity optical signal using a reflector, and thus has industrial applicability. Remarkable.

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Abstract

가전에 사용되는 수질의 탁도를 측정할 수 있는 탁도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 반사체를 포함하는 유체 저장부, 유체 저장부 내부의 유체로 광을 출사하는 제1 광 소스, 유체의 부유물 입자에 의해 산란된 산란광을 수광하는 제1 수광부, 제1 광 소스 및 제1 수광부를 제어하여 유체의 탁도를 측정하는 제어부를 포함하고, 제1 광 소스와 상기 제1 수광부는, 유체 저장부의 주변에서 유체 저장부를 중심으로 서로 소정 각도로 이격되어 위치하며, 반사체는, 유체 저장부의 표면 중 상기 제1 광 소스를 마주하는 제1 면과 상기 제1 수광부를 마주하는 제2 면 사이에 위치할 수 있다.

Description

탁도 측정 장치 및 방법
본 개시는, 가전에 사용되는 수질의 탁도를 측정할 수 있는 탁도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 정수기, 식기 세척기, 세탁기 등과 같이 물을 이용하는 가전기기는, 깨끗한 물을 이용해야 하므로 수질의 탁도를 모니터링하기 위한 다양한 센서들이 장착되어 있다.
탁도는, 유체에 부유하는 광산란 입자 또는 광흡수 입자의 농도를 의미하는데, 유체 내에서 탁도가 증가할 경우, 광투과율은, 유체 내의 부유 입자 분포, 굴절률, 표면 특성 등에 따라 달라질 수 있다.
이러한 수질의 탁도 정보는, 가전기기의 세척 사이클 또는 정수 사이클을 변경함으로써, 물, 전력, 세제 등의 낭비를 최소화하고, 최적의 조건으로 정화된 식수를 제공하거나, 또는 최적의 조건으로 세척된 식기류 및 의류 등과 같이 물품을 제공할 수 있다.
하지만, 기존의 탁도 센서는, 낮은 탁도 영역에서의 수질 오염을 측정하는데에는 한계가 있어서, 식수용 가전과 같이 음용수의 안전성을 확보하는데 어려움이 있었다.
따라서, 향후, 높은 탁도 영역의 수질뿐만 아니라 낮은 탁도 영역의 수질도 감지할 수 있는 광대역 센싱 기능을 갖는 탁도 측정 장치의 개발이 필요하다.
본 개시는, 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는, 반사체를 활용하여 저탁도의 광 신호를 증폭함으로써, 저탁도 영역에서 고탁도 영역까지의 수질을 측정하는 광대역 센싱이 가능한 탁도 측정 장치 및 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 탁도 측정 장치는, 반사체를 포함하는 유체 저장부, 유체 저장부 내부의 유체로 광을 출사하는 제1 광 소스, 유체의 부유물 입자에 의해 산란된 산란광을 수광하는 제1 수광부, 제1 광 소스 및 제1 수광부를 제어하여 유체의 탁도를 측정하는 제어부를 포함하고, 제1 광 소스와 상기 제1 수광부는, 유체 저장부의 주변에서 유체 저장부를 중심으로 서로 소정 각도로 이격되어 위치하며, 반사체는, 유체 저장부의 표면 중 상기 제1 광 소스를 마주하는 제1 면과 상기 제1 수광부를 마주하는 제2 면 사이에 위치할 수 있다.
실시예에 있어서, 본 개시는, 유체 저장부 내부의 유체로 광을 출사하는 제2 광 소스를 더 포함하고, 제2 광 소스는, 유체 저장부를 중심으로 제1 광 소스에 소정 각도로 이격되고 제1 수광부를 마주보도록 배치될 수 있다.
실시예에 있어서, 제어부는, 제1 광 소스가 온이고 제2 광 소스가 오프일 때, 제1 수광부의 제1 수광 신호를 수신하고, 제1 광 소스가 오프이고 제2 광 소스가 온일 때, 제1 수광부의 제2 수광 신호를 수신하며, 제1 수광 신호와 제2 수광 신호를 기반으로 유체의 탁도를 측정할 수 있다.
실시예에 있어서, 제어부는, 유체의 탁도를 측정할 때, 제1 수광부의 포화 상태로 인하여 제1 수광 신호에 변화가 없고, 제2 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체의 탁도를 고탁도 영역으로 분류하고, 제2 수광 신호를 기반으로 유체의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
실시예에 있어서, 제어부는, 유체의 탁도를 측정할 때, 제1 수광부의 포화 상태로 인하여 제2 수광 신호에 변화가 없고, 제1 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체의 탁도를 저탁도 영역으로 분류하고, 제1 수광 신호를 기반으로 유체의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
실시예에 있어서, 본 개시는, 유체의 부유물 입자에 의해 산란된 산란광을 수광하는 제2 수광부를 더 포함하고, 제2 수광부는, 유체 저장부를 중심으로 제1 수광부에 소정 각도로 이격되고 제1 광 소스를 마주보도록 배치될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법은, 탁도 측정을 요청하는 사용자 입력을 수신하는 단계, 사용자 입력이 수신되면 제1 광 소스를 온(on)시키고 제2 광 소스를 오프(off)시키는 단계, 수광부로부터 제1 수광 신호를 수신하는 단계, 제1 광 소스를 오프시키고 제2 광 소스를 온시키는 단계, 수광부로부터 제2 수광 신호를 수신하는 단계, 및 제1 수광 신호와 제2 수광 신호를 기반으로 유체의 탁도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 탁도 측정 장치는, 반사체를 활용하여 저탁도의 광 신호를 증폭함으로써, 저탁도 영역에서 고탁도 영역까지의 수질을 측정하는 광대역 센싱이 가능하다,
또한, 본 개시는, 물을 이용하는 수용 가전에서의 수질의 저탁도 감지를 통해 음용수의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 개시는, 수질 오염도에 따른 맞춤 필터 교체가 가능하므로, 오염 기준에 따라 맞춤 필터 교체 주기 설정을 통해 불필요한 교체 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 개시는, 광대역 센싱 기능으로 다양한 수질을 이용하는 정수기 및 식기 세척기 등과 같은 가전에 적용 가능하다.
또한, 본 개시는, 광 소스를 저가의 LED로 구현할 수 있으므로, 저가격 센서 구성이 가능하고, 다양한 가전에 확대 적용할 수 있다.
또한, 본 개시는, 수질 실시간 모니터링 및 측정을 통해 수질 관제 및 고객 안심 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 도 1의 I-I' 선상의 구조 단면도이다.
도 3 내지 도 5는, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 유체 저장부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 반사체를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 탁도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 반사체 위치 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 수광부 위치 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 반사체 적용 전후에 상응하는 광 신호 증폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는, 도 1의 I-I' 선상의 구조 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 탁도 측정 장치는, 반사체(200)를 포함하는 유체 저장부(100), 유체 저장부(100) 내부의 유체(110)로 광을 출사하는 제1 광 소스(310)와 제2 광 소스(320), 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 산란된 산란광을 수광하는 수광부(400), 제1 광 소스(310), 제2 광 소스(320) 및 수광부(400)를 제어하여 유체(110)의 탁도를 측정하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
여기서, 유체 저장부(100)는, 내부에 유체가 저장되는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
경우에 따라, 유체 저장부(100)는, 내부에 유체가 흐를 수 있도록 관통홀이 형성되는 파이프 형상을 가질 수도 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
또한, 유체 저장부(100)는, 전체 표면이 광 투과 부재로 형성될 수 있다.
그 이유는, 외부에 위치하는 광 소스로부터 출사되는 광을 유체 저장부(100)의 내부 유체로 입사시키고, 내부의 산란광을 수광하기 위함이다.
경우에 따라, 유체 저장부(100)는, 일부 표면만이 광 투과 부재로 형성될 수 있다.
일 예로, 유체 저장부(100)는, 외부로부터 광이 내부로 입사되는 입사면과, 내부의 산란광이 외부로 출사되는 출사면에만 광 투과 부재가 형성될 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 내측면에 부착될 수 있다.
다른 일 예로, 유체 저장부(100)는, 외부로부터 광이 내부로 입사되는 입사면, 내부의 산란광이 외부로 출사되는 출사면, 그리고 반사체(200)가 부착되는 부착면에만 광 투과 부재가 형성될 수도 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 외측면에 부착될 수 있다.
반사체(200)는, 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자에 의해 산란되는 산란광을 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자 방향으로 반사 또는 재반사시켜 산란광을 증폭시키는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 반사체(200)는, 광 산란이 낮은 저탁도 입자의 광 반사 특성을 극대화할 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 표면 중 제1 광 소스(310)를 마주하는 제1 면과 수광부(400)를 마주하는 제2 면 사이에 위치할 수 있다.
그 이유는, 반사체(200)가 유체 저장부(100)의 표면 중 제1 광 소스(310)를 마주하는 제1 면과 수광부(400)를 마주하는 제2 면 사이의 영역에 위치할 때, 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 수광부(400)의 수광 신호를 획득할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 개시는, 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 수광부(400)의 수광 신호를 분석하여 저탁도 영역에서의 수질을 정확하게 측정할 수 있다.
일 예로, 반사체(200)는, 재귀 반사 필름 및 광 반사 필름 중 적어도 어느 하나일 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
또한, 반사체(200)는, 산란광을 유체(110)의 부유물 입자(120)로 반사 또는 재반사시켜 산란광을 증폭시킬 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 산란광을 유체 저장부(100)의 내측 중심에 위치하는 부유물 입자(120) 방향으로 반사 또는 재반사시켜 산란광을 증폭시킬 수 있다.
일 예로, 반사체(200)의 길이는, 유체 저장부(100)의 길이 이하일 수 있고, 반사체(200)의 폭은, 제1 광 소스(310)를 마주하는 유체 저장부(100)의 제1 면과 수광부(400)를 마주하는 유체 저장부(100)의 제2 면 사이의 폭 이하일 수 있다.
여기서, 반사체(200)의 면적은, S = L × W (S는 반사체의 면적, L은 유체 저장부의 길이, W은 상기 유체 저장부의 제1 면과 제2 면 사이의 폭임)으로 이루어지는 수식에 의해 산출될 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
다음, 제1 광 소스(310)와 수광부(400)는, 유체 저장부(100)의 주변에서, 유체 저장부(100)를 중심으로 서로 소정 각도로 이격되어 위치할 수 있다.
일 예로, 제1 광 소스(310)와 수광부(400)는, 유체 저장부(100)를 중심으로 서로 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2 광 소스(320)는, 유체 저장부(100)를 중심으로 제1 광 소스(310)에 소정 각도로 이격되고 수광부(400)를 마주보도록 배치될 수 있다.
일 예로, 제2 광 소스(320)는, 유체 저장부(100)를 중심으로 제1 광 소스(310)에 수직할 수 있다.
또한, 제2 광 소스(320)와 수광부(400)는, 유체 저장부(100)의 중심점을 지나는 라인 선상을 따라 유체 저장부(100)의 양측으로 서로 대칭을 이루도록 배치될 수 있다.
또한, 제2 광 소스(320)는, 제1 광 소스(310)가 유체 저장부(100)의 중심점을 지나는 제1 라인 선상에 위치할 때, 유체 저장부(100)의 중심점을 지나면서 제1 라인 선에 소정 각도를 갖는 제2 라인 선상에 위치할 수 있다.
일 예로, 제2 광 소스(320)는, 유체 저장부(100)의 중심점을 지나면서 제1 라인 선에 수직한 제2 라인 선상에 위치할 수 있다.
그리고, 제2 광 소스(320)의 광 출력 세기는, 제1 광 소스(310)의 광 출력 세기와 동일할 수 있다.
경우에 따라, 제2 광 소스(320)의 광 출력 세기는, 제1 광 소스(310)의 광 출력 세기와 다를 수도 있다.
이어, 제1 광 소스(310)와 제2 광 소스(320)는, 발광 다이오드를 포함할 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
다음, 제어부(500)는, 제1 광 소스(310)가 온(on)되면 제2 광 소스(320)를 오프(off)시키거나 또는 제1 광 소스(310)가 오프되면 제2 광 소스(320)를 온시키도록 제1 광 소스(310)와 제2 광 소스(320)를 교대로 스위칭 제어할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 제1 광 소스(310)가 온이고 제2 광 소스(320)가 오프일 때, 수광부(400)의 제1 수광 신호를 수신하고, 제1 광 소스(310)가 오프이고 제2 광 소스(320)가 온일 때, 수광부(400)의 제2 수광 신호를 수신하며, 제1 수광 신호와 제2 수광 신호를 기반으로 유체(110)의 탁도를 측정할 수 있다.
일 예로, 수광부(400)의 제1 수광 신호는, 제1 광 소스(310)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)과, 제1 산란광(210)이 반사체(200)에 의해 반사 또는 재반사되는 반사광(230)이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 2차 산란된 제2 산란광(220)을 포함하는 복수의 산란광들을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
또한, 수광부(400)의 제2 수광 신호는, 제2 광 소스(320)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
그리고, 제어부(500)는, 유체(110)의 탁도를 측정할 때, 수광부(400)의 포화 상태로 인하여 제1 수광 신호에 변화가 없고, 제2 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체(110)의 탁도를 고탁도 영역으로 분류하고, 제2 수광 신호를 기반으로 유체(110)의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 유체(110)의 고탁도 값을 측정할 때, 제2 수광 신호를 기반으로 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) 초과이고, 2000NTU 이하인 범위 이내에서 유체(110)의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
이때, 제2 수광 신호는, 제2 광 소스(320)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
다음, 제어부(500)는, 유체(110)의 탁도를 측정할 때, 수광부(400)의 포화 상태로 인하여 제2 수광 신호에 변화가 없고, 제1 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체(110)의 탁도를 저탁도 영역으로 분류하고, 제1 수광 신호를 기반으로 유체(110)의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 유체(110)의 저탁도 값을 측정할 때, 제1 수광 신호를 기반으로 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) 이하인 유체(110)의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
이때, 제1 수광 신호는, 제1 광 소스(310)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)과, 제1 산란광(210)이 반사체(200)에 의해 반사 또는 재반사되는 반사광(230)이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 2차 산란된 제2 산란광(220)을 포함하는 복수의 산란광들을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
또한, 제어부(500)는, T(x) = a0 + aiP(x, θi) (여기서, T(x)는 탁도값이 x인 샘플에 대한 센서의 출력값, a0는 초기값, ai는 계수, P(x, θi)는 탁도값이 x인 상기 유체 저장부를 중심으로 소정 각도 θ를 갖는 수광부의 위치임)으로 이루어지는 수식에 의해 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 수광부(400)의 위치를 결정할 수 있다.
또한, 제어부(500)는, 수광부(400)의 제1 수광 신호를 기반으로 유체 저장부(100)를 중심으로 반사체(200)의 각도별 ADC(Analog Digital Converter) 패턴을 분석하여 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 반사체(200)의 위치를 결정할 수 있다.
이와 같이, 본 개시는, 저탁도 영역 및 고탁도 영역을 포함하는 광대역 탁도 센싱을 위하여, 광 소스와 반사체(200)를 고정하고 수광부(400)를 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 특정 위치에 배치하거나 또는 광 소스와 수광부(400)를 고정하고 반사체(200)를 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 특정 위치에 배치할 수 있다.
따라서, 본 개시는, 반사체를 활용하여 저탁도의 광 신호를 증폭함으로써, 저탁도 영역에서 고탁도 영역까지의 수질을 측정하는 광대역 센싱이 가능하다,
또한, 본 개시는, 물을 이용하는 수용 가전에서의 수질의 저탁도 감지를 통해 음용수의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 개시는, 수질 오염도에 따른 맞춤 필터 교체가 가능하므로, 오염 기준에 따라 맞춤 필터 교체 주기 설정을 통해 불필요한 교체 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 개시는, 광대역 센싱 기능으로 다양한 수질을 이용하는 정수기 및 식기 세척기 등과 같은 가전에 적용 가능하다.
또한, 본 개시는, 광 소스를 저가의 LED로 구현할 수 있으므로, 저가격 센서 구성이 가능하고, 다양한 가전에 확대 적용할 수 있다.
또한, 본 개시는, 수질 실시간 모니터링 및 측정을 통해 수질 관제 및 고객 안심 서비스를 제공할 수 있다.
도 3 내지 도 5는, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 유체 저장부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 유체 저장부(100)는, 내부에 유체가 저장되는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
여기서, 유체 저장부(100)는, 내부에 유체가 흐를 수 있도록 관통홀이 형성되는 파이프 형상을 가질 수도 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
도 3과 같이, 유체 저장부(100)는, 전체 표면이 광 투과 부재로 형성될 수 있다.
그 이유는, 외부에 위치하는 제1 광 소스로부터 출사되는 제1 광(312)과 외부에 위치하는 제2 광 소스로부터 출사되는 제2 광(322)을 유체 저장부(100)의 내부 유체로 입사시키고, 내부의 산란광을 외부의 수광부가 수광하기 위함이다.
그리고, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 표면 중 제1 광 소스를 마주하는 제1 면과 수광부를 마주하는 제2 면 사이에 위치할 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자(120)에 의해 산란되는 산란광을 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자(120) 방향으로 반사 또는 재반사시켜 산란광을 증폭시키는 역할을 수행할 수 있다.
일 예로, 본 개시는, 외부에 위치하는 제1 광 소스로부터 출사되는 제1 광(312)이 유체 저장부(100)의 내부 유체로 입사되면, 제1 광 소스로부터 출사된 제1 광(312)이 유체의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)과, 제1 산란광(210)이 반사체(200)에 의해 반사 또는 재반사되는 반사광(230)이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 2차 산란된 제2 산란광(220)을 포함하는 복수의 산란광들을 외부의 수광부로 출사할 수 있다.
또한, 본 개시는, 외부에 위치하는 제2 광 소스로부터 출사되는 제2 광(322)이 유체 저장부(100)의 내부 유체로 입사되면, 제2 광 소스로부터 출사된 제2 광(322)이 유체의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)이 외부의 수광부로 출사할 수 있다.
다른 실시예로서, 도 4와 같이, 유체 저장부(100)는, 일부 표면만이 광 투과 부재로 형성될 수 있다.
유체 저장부(100)는, 외부로부터 제1 광(312) 및 제2 광(322)이 내부로 입사되는 입사면과, 내부의 제1, 제2 산란광(210, 220)이 외부로 출사되는 출사면에만 광 투과 부재(150)가 형성되고, 나머지 영역에 불투과 부재(160)가 형성될 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 내측면에 부착될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 도 5와 같이, 유체 저장부(100)는, 외부로부터 제1 광(312) 및 제2 광(322)이 내부로 입사되는 입사면, 내부의 제1, 제2 산란광(210, 220)이 외부로 출사되는 출사면, 그리고 반사체(200)가 부착되는 부착면에만 광 투과 부재(150)가 형성되고, 나머지 영역에 불투과 부재(160)가 형성될 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 외측면에 부착될 수 있다.
도 6은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 반사체를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반사체(200)는, 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자에 의해 산란되는 산란광을 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자 방향으로 반사 또는 재반사시켜 산란광을 증폭시키는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 반사체(200)는, 광 산란이 낮은 저탁도 입자의 광 반사 특성을 극대화할 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 표면 중 제1 광 소스를 마주하는 제1 면과 수광부를 마주하는 제2 면 사이에 위치할 수 있다.
그 이유는, 반사체(200)가 유체 저장부(100)의 표면 중 제1 광 소스를 마주하는 제1 면과 수광부를 마주하는 제2 면 사이의 영역에 위치할 때, 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 수광부의 수광 신호를 획득할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 개시는, 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 수광부의 수광 신호를 분석하여 저탁도 영역에서의 수질을 정확하게 측정할 수 있다.
반사체(200)는, 재귀 반사 필름 및 광 반사 필름 중 적어도 어느 하나일 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
일 예로, 반사체(200)의 길이 L1는, 유체 저장부(100)의 길이 L2 이하일 수 있고, 반사체(200)의 폭 W1은, 제1 광 소스를 마주하는 유체 저장부(100)의 제1 면과 수광부를 마주하는 유체 저장부(100)의 제2 면 사이의 폭 W2 이하일 수 있다.
여기서, 반사체(200)의 면적은, S = L × W (S는 반사체의 면적, L은 유체 저장부의 길이, W은 상기 유체 저장부의 제1 면과 제2 면 사이의 폭임)으로 이루어지는 수식에 의해 산출될 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
도 7은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 개시는, 제1 광 소스(310), 제2 광 소스(320) 및 수광부(400)를 제어하여 유체의 탁도를 측정하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 제1 광 소스(310)가 온(on)되면 제2 광 소스(320)를 오프(off)시키거나 또는 제1 광 소스(310)가 오프되면 제2 광 소스(320)를 온시키도록 제1 광 소스(310)와 제2 광 소스(320)를 교대로 스위칭 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(500)는, 제1 광 소스(310)가 온이고 제2 광 소스(320)가 오프일 때, 수광부(400)의 제1 수광 신호를 수신하고, 제1 광 소스(310)가 오프이고 제2 광 소스(320)가 온일 때, 수광부(400)의 제2 수광 신호를 수신하며, 제1 수광 신호와 제2 수광 신호를 기반으로 유체의 탁도를 측정할 수 있다.
일 예로, 수광부(400)의 제1 수광 신호는, 제1 광 소스(310)로부터 출사된 광이 유체의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광과, 제1 산란광이 반사체에 의해 반사 또는 재반사되는 반사광이 유체의 부유물 입자에 의해 2차 산란된 제2 산란광을 포함하는 복수의 산란광들을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
또한, 수광부(400)의 제2 수광 신호는, 제2 광 소스로부터 출사된 광이 유체의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
그리고, 제어부(500)는, 유체의 탁도를 측정할 때, 수광부(400)의 포화 상태로 인하여 제1 수광 신호에 변화가 없고, 제2 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체의 탁도를 고탁도 영역으로 분류하고, 제2 수광 신호를 기반으로 유체의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 제2 수광 신호를 기반으로 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) 초과이고, 2000NTU 이하인 범위 이내에서 유체의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
다음, 제어부(500)는, 유체의 탁도를 측정할 때, 수광부(400)의 포화 상태로 인하여 제2 수광 신호에 변화가 없고, 제1 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체의 탁도를 저탁도 영역으로 분류하고, 제1 수광 신호를 기반으로 유체의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 제1 수광 신호를 기반으로 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) 이하인 유체(110)의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
도 8은, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 탁도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 개시의 탁도 측정 장치는, 반사체(200)를 포함하는 유체 저장부(100), 유체 저장부(100) 내부의 유체(110)로 광을 출사하는 광 소스(300), 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 산란된 산란광을 수광하는 제1 수광부(410)와 제2 수광부(420), 그리고 광 소스(300), 제1 수광부(410) 및 제2 수광부(420)를 제어하여 유체(110)의 탁도를 측정하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
여기서, 유체 저장부(100)는, 내부에 유체가 저장되는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
반사체(200)는, 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자에 의해 산란되는 산란광을 유체 저장부(100) 내부의 부유물 입자 방향으로 반사 또는 재반사시켜 산란광을 증폭시키는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 반사체(200)는, 광 산란이 낮은 저탁도 입자의 광 반사 특성을 극대화할 수 있다.
여기서, 반사체(200)는, 유체 저장부(100)의 표면 중 광 소스(300)를 마주하는 제1 면과 제1 수광부(410)를 마주하는 제2 면 사이에 위치할 수 있다.
그 이유는, 반사체(200)가 유체 저장부(100)의 표면 중 광 소스(300)를 마주하는 제1 면과 제1 수광부(410)를 마주하는 제2 면 사이의 영역에 위치할 때, 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 제1 수광부(410)의 수광 신호를 획득할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 개시는, 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 제1 수광부(410)의 수광 신호를 분석하여 저탁도 영역에서의 수질을 정확하게 측정할 수 있다.
다음, 광 소스(300)와 제1 수광부(410)는, 유체 저장부(100)의 주변에서, 유체 저장부(100)를 중심으로 서로 소정 각도로 이격되어 위치할 수 있다.
일 예로, 광 소스(300)와 제1 수광부(410)는, 유체 저장부(100)를 중심으로 서로 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
이어, 제2 수광부(420)는, 유체 저장부(100)를 중심으로 제1 수광부(410)에 소정 각도로 이격되고 광 소스(300)를 마주보도록 배치될 수 있다.
일 예로, 제2 수광부(420)는, 유체 저장부(100)를 중심으로 제1 수광부(410)에 수직하고 광 소스(300)를 마주보도록 배치될 수 있다.
즉, 광 소스(300)와 제2 수광부(420)는, 유체 저장부(100)의 중심점을 지나는 라인 선상을 따라 유체 저장부(100)의 양측으로 서로 대칭을 이루도록 배치될 수 있다.
여기서, 제2 수광부(420)는, 제1 수광부(410)가 유체 저장부(100)의 중심점을 지나는 제1 라인 선상에 위치할 때, 유체 저장부(100)의 중심점을 지나면서 제1 라인 선에 소정 각도를 갖는 제2 라인 선상에 위치할 수 있다.
일 예로, 제2 수광부(420)는, 유체 저장부(100)의 중심점을 지나면서 제1 라인 선에 수직한 제2 라인 선상에 위치할 수 있다.
본 개시의 제1 수광부(410)와 제2 수광부(420)는, 포토 다이오드일 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 개시의 제어부(500)는, 광 소스(300)와 제1 수광부(410)가 온(on)되면 제2 수광부(420)를 오프(off)시키거나 또는 광 소스(300)가 온되고 제1 수광부(410)가 오프되면 제2 수광부(420)를 온시키도록 제1 수광부(410)와 제2 수광부(420)를 교대로 스위칭 제어할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 제1 수광부(410)가 온이고 제2 수광부(420)가 오프일 때, 제1 수광부(410)의 제1 수광 신호를 수신하고, 제1 수광부(410)가 오프이고 제2 수광부(420)가 온일 때, 제2 수광부(420)의 제2 수광 신호를 수신하며, 제1 수광 신호와 제2 수광 신호를 기반으로 유체(110)의 탁도를 측정할 수 있다.
일 예로, 제1 수광부(410)의 제1 수광 신호는, 광 소스(300)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)과, 제1 산란광(210)이 반사체(200)에 의해 반사 또는 재반사되는 반사광(230)이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 2차 산란된 제2 산란광(220)을 포함하는 복수의 산란광들을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
또한, 제2 수광부(420)의 제2 수광 신호는, 광 소스(300)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
그리고, 제어부(500)는, 유체(110)의 탁도를 측정할 때, 제1 수광부(410)의 포화 상태로 인하여 제1 수광 신호에 변화가 없고, 제2 수광부(420)의 제2 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체(110)의 탁도를 고탁도 영역으로 분류하고, 제2 수광 신호를 기반으로 유체(110)의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 유체(110)의 고탁도 값을 측정할 때, 제2 수광부(420)의 제2 수광 신호를 기반으로 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) 초과이고, 2000NTU 이하인 범위 이내에서 유체(110)의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
이때, 제2 수광부(420) 제2 수광 신호는, 광 소스(300)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
다음, 제어부(500)는, 유체(110)의 탁도를 측정할 때, 제2 수광부(420)의 포화 상태로 인하여 제2 수광 신호에 변화가 없고, 제1 수광부(410)의 제1 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체(110)의 탁도를 저탁도 영역으로 분류하고, 제1 수광 신호를 기반으로 유체(110)의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
여기서, 제어부(500)는, 유체(110)의 저탁도 값을 측정할 때, 제1 수광부(410)의 제1 수광 신호를 기반으로 1 NTU (Nethelometric Paultity Unit) 이하인 유체(110)의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
이때, 제1 수광부(410)의 제1 수광 신호는, 광 소스(300)로부터 출사된 광이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 1차 산란된 제1 산란광(210)과, 제1 산란광(210)이 반사체(200)에 의해 반사 또는 재반사되는 반사광(230)이 유체(110)의 부유물 입자(120)에 의해 2차 산란된 제2 산란광(220)을 포함하는 복수의 산란광들을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
도 10은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 반사체 위치 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 개시는, 수광부의 수광 신호를 기반으로 유체 저장부를 중심으로 반사체(200)의 각도별 ADC(Analog Digital Converter) 패턴을 분석하여 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 반사체(200)의 위치를 결정할 수 있다.
일 예로, 본 개시는, 반사체(200)의 위치를 결정할 때, 도 10과 같이, 수광 신호 패턴의 세기가 증폭되고, 동시에 고탁도 패턴 A의 탁도값 1,1 NTU과 저탁도 패턴 B의 탁도값 0.1 NTU가 구분이 되는 특정 위치를 반사체(200)의 위치로 결정할 수 있다.
즉, 본 개시는, 광 소스와 수광부의 위치를 고정하고 반사체(200)의 위치를 가변시켜 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 특정 위치에 찾을 수 있다.
따라서, 본 개시는, 반사체(200)를 활용하여 저탁도의 광 신호를 증폭함으로써, 저탁도 영역에서 고탁도 영역까지의 수질을 측정하는 광대역 센싱이 가능하다,
도 11은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 수광부 위치 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 개시는, T(x) = a0 + aiP(x, θi) (여기서, T(x)는 탁도값이 x인 샘플에 대한 센서의 출력값, a0는 초기값, ai는 계수, P(x, θi)는 탁도값이 x인 상기 유체 저장부를 중심으로 소정 각도 θ를 갖는 수광부의 위치임)으로 이루어지는 수식에 의해 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 수광부(400)의 위치를 결정할 수 있다.
일 예로, 본 개시는, 포토 다이이오드인 수광부의 위치를 결정할 때, 도 11과 같이, 탁도별 수광 신호 패턴을 기반으로 고탁도 수광 신호 패턴과 저탁도 수광 신호 패턴의 신호 세기가 증폭되고 저탁도 구분이 되는 특정 위치를 수광부 위치로 결정할 수 있다.
즉, 본 개시는, 광 소스와 반사체의 위치를 고정하고 수광부의 위치를 가변시켜 탁도 변동량 및 저탁도 구분이 최대가 되는 특정 위치에 찾을 수 있다.
도 12 및 도 13은, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 반사체 적용 전후에 상응하는 광 신호 증폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 본 개시의 반사체가 적용되기 전에 상응하는 광 신호 증폭을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은, 본 개시의 반사체가 적용된 후에 상응하는 광 신호 증폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 12와 같이, 반사체가 미적용된 경우에, 용액 샘플의 탁도별로 수광 신호의 ACDC 값을 측정하면 광 증폭을 보여주는 탁도 기울기가 약 126,8로 나타나기 때문에 저탁도 신호값과 고탁도 신호값의 구분이 어려우므로 저탁도 측정이 불가능하다.
이에 반해, 도 13과 같이, 반사체가 적용된 경우에, 용액 샘플의 탁도별로 수광 신호의 ACDC 값을 측정하면 광 증폭을 보여주는 탁도 기울기가 약 311,2로 개선되어 나타나기 때문에 저탁도 신호값과 고탁도 신호값의 구분이 가능하므로 저탁도 측정이 가능하다.
도 14는, 본 개시의 일 실시 예에 따른 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 개시는, 탁도 측정을 요청하는 사용자 입력을 수할 수 있다(S10).
그리고, 본 개시는, 사용자 입력이 수신되면 제1 광 소스를 온(on)시키고, 제2 광 소스를 오프(off)시킬 수 있다(S20).
이어, 본 개시는, 수광부로부터 제1 수광 신호를 수신할 수 있다(S30).
여기서, 제1 수광 신호는, 제1 광 소스로부터 출사된 광이 유체의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광과, 제1 산란광이 반사체에 의해 반사 또는 재반사되어 유체의 부유물 입자에 의해 2차 산란된 제2 산란광을 포함하는 복수의 산란광들을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
다음, 본 개시는, 제1 광 소스를 오프시키고, 제2 광 소스를 온시킬 수 있다(S40).
그리고, 본 개시는, 수광부로부터 제2 수광 신호를 수신할 수 있다(S50).
여기서, 제2 수광 신호는, 제2 광 소스로부터 출사된 광이 유체의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광을 기반으로 생성되는 수광 신호일 수 있다.
이어, 본 개시는, 제1 수광 신호와 제2 수광 신호를 기반으로 유체의 탁도를 측정할 수 있다(S60).
여기서, 본 개시는, 수광부의 포화 상태로 인하여 제1 수광 신호에 변화가 없고, 제2 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체의 탁도를 고탁도 영역으로 분류하고, 제2 수광 신호를 기반으로 유체의 고탁도 값을 측정할 수 있다.
또한, 본 개시는, 수광부의 포화 상태로 인하여 제2 수광 신호에 변화가 없고, 제1 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 유체의 탁도를 저탁도 영역으로 분류하고, 제1 수광 신호를 기반으로 유체의 저탁도 값을 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 개시의 탁도 측정 장치는, 반사체를 활용하여 저탁도의 광 신호를 증폭함으로써, 저탁도 영역에서 고탁도 영역까지의 수질을 측정하는 광대역 센싱이 가능하다,
또한, 본 개시는, 물을 이용하는 수용 가전에서의 수질의 저탁도 감지를 통해 음용수의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 개시는, 수질 오염도에 따른 맞춤 필터 교체가 가능하므로, 오염 기준에 따라 맞춤 필터 교체 주기 설정을 통해 불필요한 교체 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 개시는, 광대역 센싱 기능으로 다양한 수질을 이용하는 정수기 및 식기 세척기 등과 같은 가전에 적용 가능하다.
또한, 본 개시는, 광 소스를 저가의 LED로 구현할 수 있으므로, 저가격 센서 구성이 가능하고, 다양한 가전에 확대 적용할 수 있다.
또한, 본 개시는, 수질 실시간 모니터링 및 측정을 통해 수질 관제 및 고객 안심 서비스를 제공할 수 있다.
본 개시에 따른 탁도 측정 장치에 의하면, 반사체를 활용하여 저탁도의 광 신호를 증폭함으로써, 저탁도 영역에서 고탁도 영역까지의 수질을 측정하는 광대역 센싱이 가능하다는 효과가 있으므로, 산업상 이용가능성이 현저하다.

Claims (15)

  1. 반사체를 포함하는 유체 저장부;
    상기 유체 저장부 내부의 유체로 광을 출사하는 제1 광 소스;
    상기 유체의 부유물 입자에 의해 산란된 산란광을 수광하는 제1 수광부;
    상기 제1 광 소스 및 제1 수광부를 제어하여 유체의 탁도를 측정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 광 소스와 상기 제1 수광부는,
    상기 유체 저장부의 주변에서, 상기 유체 저장부를 중심으로 서로 소정 각도로 이격되어 위치하며,
    상기 반사체는,
    상기 유체 저장부의 표면 중 상기 제1 광 소스를 마주하는 제1 면과 상기 제1 수광부를 마주하는 제2 면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사체는,
    상기 산란광을 상기 유체의 부유물 입자로 반사 또는 재반사시켜 상기 산란광을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유체 저장부 내부의 유체로 광을 출사하는 제2 광 소스를 더 포함하고,
    상기 제2 광 소스는,
    상기 유체 저장부를 중심으로 상기 제1 광 소스에 소정 각도로 이격되고 상기 제1 수광부를 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광 소스와 상기 제2 광 소스는,
    발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 광 소스가 온(on)되면 상기 제2 광 소스를 오프(off)시키거나 또는 상기 제1 광 소스가 오프되면 상기 제2 광 소스를 온시키도록 상기 제1 광 소스와 상기 제2 광 소스를 교대로 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 광 소스가 온이고 상기 제2 광 소스가 오프일 때, 상기 제1 수광부의 제1 수광 신호를 수신하고,
    상기 제1 광 소스가 오프이고 상기 제2 광 소스가 온일 때, 상기 제1 수광부의 제2 수광 신호를 수신하며,
    상기 제1 수광 신호와 상기 제2 수광 신호를 기반으로 상기 유체의 탁도를 측정하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 수광부의 제1 수광 신호는,
    상기 제1 광 소스로부터 출사된 광이 상기 유체의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광과, 상기 제1 산란광이 상기 반사체에 의해 반사 또는 재반사되어 상기 유체의 부유물 입자에 의해 2차 산란된 제2 산란광을 포함하는 복수의 산란광들을 기반으로 생성되는 수광 신호이고,
    상기 제1 수광부의 제2 수광 신호는,
    상기 제2 광 소스로부터 출사된 광이 상기 유체의 부유물 입자에 의해 1차 산란된 제1 산란광을 기반으로 생성되는 수광 신호인 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유체의 탁도를 측정할 때, 상기 제1 수광부의 포화 상태로 인하여 상기 제1 수광 신호에 변화가 없고, 상기 제2 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 상기 유체의 탁도를 고탁도 영역으로 분류하고, 상기 제2 수광 신호를 기반으로 상기 유체의 고탁도 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유체의 탁도를 측정할 때, 상기 제1 수광부의 포화 상태로 인하여 상기 제2 수광 신호에 변화가 없고, 상기 제1 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 상기 유체의 탁도를 저탁도 영역으로 분류하고, 상기 제1 수광 신호를 기반으로 상기 유체의 저탁도 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 유체의 부유물 입자에 의해 산란된 산란광을 수광하는 제2 수광부를 더 포함하고,
    상기 제2 수광부는,
    상기 유체 저장부를 중심으로 상기 제1 수광부에 소정 각도로 이격되고 상기 제1 광 소스를 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부는,
    포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 광 소스와 상기 제1 수광부가 온(on)되면 상기 제2 수광부를 오프(off)시키거나 또는 상기 제1 광 소스가 온되고 상기 제1 수광부가 오프되면 상기 제2 수광부를 온시키도록 상기 제1 수광부와 상기 제2 수광부를 교대로 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유체의 탁도를 측정할 때, 상기 제1 수광부의 포화 상태로 인하여 상기 제1 수광 신호에 변화가 없고, 상기 제2 수광부의 제2 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 상기 유체의 탁도를 고탁도 영역으로 분류하고, 상기 제2 수광 신호를 기반으로 상기 유체의 고탁도 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유체의 탁도를 측정할 때, 상기 제2 수광부의 포화 상태로 인하여 상기 제2 수광 신호에 변화가 없고, 상기 제1 수광부의 제1 수광 신호가 정상적으로 수신되면, 상기 유체의 탁도를 저탁도 영역으로 분류하고, 상기 제1 수광 신호를 기반으로 상기 유체의 저탁도 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 장치.
  15. 반사체를 포함하는 유체 저장부의 주변에 소정 각도로 배치되는 제1 광 소스, 제2 광 소스 및 수광부를 포함하는 탁도 측정 장치의 탁도 측정 방법에 있어서,
    탁도 측정을 요청하는 사용자 입력을 수신하는 단계;
    상기 사용자 입력이 수신되면 상기 제1 광 소스를 온(on)시키고, 상기 제2 광 소스를 오프(off)시키는 단계;
    상기 수광부로부터 제1 수광 신호를 수신하는 단계:
    상기 제1 광 소스를 오프시키고, 제2 광 소스를 온시키는 단계;
    상기 수광부로부터 제2 수광 신호를 수신하는 단계: 및
    상기 제1 수광 신호와 상기 제2 수광 신호를 기반으로 상기 유체의 탁도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁도 측정 방법.
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