KR100529031B1 - Sample Preparation System Using Microwave And Method of Stably and Continously Providing Sample Preparation System with Power in Real-time - Google Patents
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Abstract
본 발명은 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 실시간으로 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부와, 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착된 것을 특징으로 한다. 이러한 특징으로 인하여 본 발명에 의한 시료 전처리 시스템은 마그네트론에 안정적이고 지속적으로 전원을 실시간 공급하여 캐비티 내부 온도의 신뢰성을 확보할 수 있다. The present invention relates to a sample pretreatment system using microwaves, the system includes a magnetron for generating microwaves, a power supply for applying stable and continuous power to the magnetrons in real time, the microwaves emitted from the magnetrons, the container containing the sample Cavity is disposed, the input unit for receiving information on the sample pretreatment process, the output unit indicating the state during the processing process, and the control unit for controlling the overall process, the cavity has microwaves evenly distributed without being concentrated in a specific site Characterized in that the diffuse reflection portion is mounted to cause diffuse reflection to be dispersed. Due to this feature, the sample pretreatment system according to the present invention can secure the reliability of the temperature inside the cavity by supplying the power to the magnetron in real time stably and continuously.
Description
본 발명은 시료를 전처리하는 시스템에 관한 것으로, 특히 극초단파를 이용하여 시료의 정밀한 측정을 위한 시료 전처리 작업을 수행하는 시스템에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 시료 전처리 시스템의 전원 공급부가 기존의 온/오프식 스위치 방식에 의한 전원 공급보다 안정적이고 지속적으로 전원을 실시간 공급하는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 방식의 전원공급 방식을 채용한 시료 전처리 시스템에 관한 것이며, 또한 시료를 담은 용기에 가해지는 극초단파가 캐비티의 특정 지역에 국한되어 작용하지 않고 난반사를 용이하게 일으킬 수 있도록 하며 아울러 극초단파가 캐비티에서 누설되지 않게 차단된 시료 전처리 시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명은 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템에 안정적이고 지속적으로 전원을 실시간 공급하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for pretreatment of a sample, and more particularly, to a system for performing sample pretreatment for precise measurement of a sample using microwaves. Furthermore, the present invention is a sample that employs a power supply method of VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) method in which the power supply of the sample pretreatment system supplies a stable and continuous power in real time than the power supply by the conventional on / off switch method. The present invention relates to a pretreatment system, and also to a sample preparation system in which microwaves applied to a container containing a sample are not limited to a specific area of the cavity and can easily cause diffuse reflection, and microwaves are blocked from leaking out of the cavity. . In addition, the present invention relates to a method for providing stable and continuous power in real time to a sample preparation system using microwaves.
본 발명의 시료 전처리 시스템이 사용되어지는 시료 전처리 과정이란 특정 물질에 대하여 정확한 정량 측정 및 제어를 위해서 대상 시료를 측정하는데 방해를 줄 수 있는 물질을 측정 단계 이전에 처리하여 극미량의 원소, 유기물 및 부유물질이 다량 함유된 시료, 목적 시료의 회수율이 낮은 시료, 목적 시료가 난분해성 착화합물 또는 착이온 상태로 존재하는 시료에 대하여 정확히 분석하게 하여 주는 예비적 처리 단계를 가리킨다. 극미량의 정량/정성 분석은 환경오염물질의 측정에만 국한되는 것이 아니고, 정밀 산업 및 화학 관련 산업에서 아주 중요한 부분을 차지하고 있다. The sample pretreatment process in which the sample pretreatment system of the present invention is used is a trace amount of elements, organic matter and suspended solids by treating a substance which may interfere with measuring a target sample for accurate quantitative measurement and control of a specific substance. Refers to a preliminary processing step that allows accurate analysis of a sample containing a large amount of material, a sample having a low recovery rate of a target sample, or a sample in which the target sample is present in a hardly decomposable complex or in a complex ion state. Quantitative and qualitative analyzes of trace amounts are not limited to the measurement of environmental pollutants, but are an important part of the precision and chemical industries.
시료 전처리법에는 Loquid-Liquid Extractio, Solid Phase Extraction, Purge & Trap, Headspace, SPME(Solid Phase MicroExtraction), Thermal Desorption, Microwave Digestion 및 SFE(Supertcritical Fluid Extraction)법 등이 있으며, 일반적으로 널리 이용되는 시료 전처리 작업은 열판(hot plate)을 이용한 산 분해 처리법으로서, 비이커에 시료와 산을 넣고 완전히 분해될 때까지 가열하는 과정을 거치므로, 이러한 방식은 시료 전처리에 많은 시간이 소요되며 반응 조건을 제어하기에도 어려울 뿐만 아니라 시료가 오염될 가능성도 높다.Sample preparation methods include Loquid-Liquid Extractio, Solid Phase Extraction, Purge & Trap, Headspace, Solid Phase MicroExtraction (SPME), Thermal Desorption, Microwave Digestion, and Supertcritical Fluid Extraction (SFE). The operation is an acid digestion method using a hot plate, which takes a sample and an acid into a beaker and heats it until it is completely decomposed, so this method takes a long time for sample preparation and controls the reaction conditions. Not only is it difficult, but it is also highly contaminated with the sample.
이러한 문제점을 해결한 또다른 종래 기술로서 극초단파를 이용하여 시료를 신속하게 가열하는 방법이 개발되었다. 그러나 기존의 극초단파식 시료 전처리 장치에서는 일반적으로 직육면체의 형상인 캐비티의 특정 부분에 극초단파가 집중되어 해당 부분이 국부적으로 가열되는 현상인 집중 가열(hot spot) 현상이 발생하였다. As another conventional technology that solves this problem, a method of rapidly heating a sample using microwaves has been developed. However, in a conventional microwave sample pretreatment apparatus, a hot spot phenomenon occurs, in which microwaves are concentrated in a specific portion of a cavity, which is generally a rectangular parallelepiped shape, and a corresponding region is locally heated.
또한 종래의 극초단파식 시료 전처리 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 온/오프 방식으로 마그네트론으로 공급되는 전원을 제어하는 전원 공급부를 사용하였기 때문에, 전원이 오프되어 있는 동안은 캐비티의 온도가 희망온도 이하로 떨어지거나 시스템 응답성이 늦어 캐비티의 온도를 실시간으로 제어하지 못했다. 따라서, 종래의 극초단파식 시료 전처리 장치로는 신뢰할 수 있는 시료 전처리 결과를 얻어낼 수 없었다. In addition, the conventional microwave sample pretreatment apparatus uses a power supply for controlling the power supplied to the magnetron in the on / off method as shown in Figure 2, the temperature of the cavity is below the desired temperature while the power is off The temperature of the cavity could not be controlled in real time because it fell down or the system responsiveness was slow. Therefore, a reliable sample pretreatment result could not be obtained with the conventional microwave sample pretreatment apparatus.
이에, 본 발명의 기술이 속하는 분야에서는 캐비티 내에서 극초단파가 집중가열되는 현상을 방지하는 기술의 필요성이 대두되어왔고, 뿐만 아니라 마그네트론에 지속적이고 안정적으로 전원을 공급하여 마그네트론 내부의 온도를 조작자가 실제 설정하고자 한 온도에 실시간으로 맞추고자하는 필요성이 제기되어, 이에 출원인은 난반사부를 장착하거나 시스템 응답성이 우수한 전원 공급부를 제공함으로서 앞서 살펴본 종래기술의 문제점들을 해결한 본 발명을 개발하기에 이르렀다.Therefore, in the field to which the technology of the present invention belongs, there has been a need for a technology for preventing the intensive heating of microwaves in the cavity, as well as supplying power to the magnetron continuously and stably so that the operator can actually control the temperature inside the magnetron. The necessity of adjusting to the temperature to be set in real time has been raised, and thus, the applicant has developed the present invention which solves the problems of the prior art described above by providing a diffuse reflection unit or providing a power supply having excellent system responsiveness.
본 발명은 앞서 살펴 본 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마그네트론에 지속적이고 안정적으로 전원을 공급하여 캐비티의 온도를 실시간으로 정확하게 제어함으로서 시스템의 응답성을 향상시킨 시료 전처리 시스템 및 그러한 전원 공급 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to supply a magnetron continuously and stably to accurately control the temperature of the cavity in real time to improve the response of the system sample It is to provide a pretreatment system and such a power supply method.
본 발명의 다른 목적은 시료가 담긴 용기에 작용하는 극초단파가 캐비티 내부에서 집중 가열을 일으키지 않고 난반사를 일으킬 수 있는 시료 전처리 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a sample pretreatment system in which microwaves acting on a container containing a sample can cause diffuse reflection without causing concentrated heating inside the cavity.
본 발명의 다른 목적은 전처리 시스템 조작자의 안전을 위하여 캐비티의 도어가 열려있는지 닫혀있는지에 따라 마그네트론의 작동을 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a system capable of controlling the operation of the magnetron according to whether the door of the cavity is open or closed for the safety of the pretreatment system operator.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현된다. The present invention is implemented by the embodiment having the following configuration in order to achieve the above object.
본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착된 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample The cavity includes a cavity in which a container is placed, an input unit for receiving information on a sample pretreatment process, an output unit indicating a state during processing, and a control unit for overall control of the processing process, wherein the cavity does not concentrate microwaves in a specific area. Characterized in that it is equipped with a diffuse reflection causing diffuse reflection so that evenly distributed.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 전원 공급부는 교류를 직류로 정류하는 정류회로와; 마그네트론에 지속적이고 안정적인 전원을 공급하도록 전류 및 주파수를 제어하는 전류 및 주파수 제어회로와; 상기 전류 및 주파수 제어회로의 출력신호를 게이트 입력신호로 하여 회로전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample is The cavity includes a cavity in which a container is placed, an input unit for receiving information on a sample pretreatment process, an output unit indicating a state during processing, and a control unit for overall control of the processing process, wherein the cavity does not concentrate microwaves in a specific area. A diffuse reflection unit for generating diffuse reflection so as to be evenly distributed, and the power supply unit having a rectifying circuit for rectifying alternating current into direct current; A current and frequency control circuit for controlling current and frequency to supply a continuous and stable power supply to the magnetron; And a switching unit for switching a circuit voltage using the output signal of the current and frequency control circuit as a gate input signal.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 전원 공급부는 교류를 직류로 정류하는 정류회로와; 마그네트론에 지속적이고 안정적인 전원을 공급하도록 전류 및 주파수를 제어하는 전류 및 주파수 제어회로와; 상기 전류 및 주파수 제어회로의 출력신호를 게이트 입력신호로 하여 회로전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며, 상기 전류 및 주파수 제어회로는 회로전류를 변류기 전류로 변류하는 변류기와, 변류기 전압을 직류로 정류하는 정류부, 정류된 상기 변류기 전압과 기준 전압을 비교연산하는 오차 증폭기와, 주파수를 가변하는 주파수 발생기와, 상기 주파수 발생기의 주파수를 받아 소정의 파형을 가진 신호를 발진하는 파형발생기와, 상기 오차증폭기의 오차증폭신호와 상기 파형발생기의 발진신호를 연산증폭하는 연산증폭기를 포함하며, 상기 연산 증폭기의 연산증폭신호는 상기 스위칭부의 게이트의 입력신호이어서 상기 회로전압을 스위칭하면서 회로전류가 기준전류에 근사하도록 주파수와 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample And a control unit for controlling the overall process, and an input unit for inputting information on a sample pretreatment process, an output unit for indicating a state during a process, and a control unit for controlling the process as a whole. A diffuse reflection portion for generating diffuse reflection so as to be uniformly distributed without being distributed, and the power supply unit includes a rectifier circuit for rectifying alternating current into direct current; A current and frequency control circuit for controlling current and frequency to supply a continuous and stable power supply to the magnetron; And a switching unit for switching a circuit voltage by using the output signal of the current and frequency control circuit as a gate input signal, wherein the current and frequency control circuit includes a current transformer for converting the circuit current into a current transformer, and rectifying the current transformer voltage with a direct current. A rectifier, an error amplifier for comparing and calculating the rectified voltage and the reference voltage, a frequency generator with varying frequency, a waveform generator for receiving a frequency of the frequency generator and oscillating a signal having a predetermined waveform, and the error amplifier. And an operational amplifier for an operational amplification of the error amplifier signal and the oscillation signal of the waveform generator, wherein the operational amplifier signal of the operational amplifier is an input signal of the gate of the switching unit so that the circuit current is close to the reference current while switching the circuit voltage. It is characterized by controlling the frequency and current.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 전원 공급부는 교류를 직류로 정류하는 정류회로와; 마그네트론에 지속적이고 안정적인 전원을 공급하도록 전류 및 주파수를 제어하는 전류 및 주파수 제어회로와; 상기 전류 및 주파수 제어회로의 출력신호를 게이트 입력신호로 하여 회로전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며, 상기 전류 및 주파수 제어회로는 회로전류를 변류기 전류로 변류하는 변류기와, 변류기 전압을 직류로 정류하는 정류부, 정류된 상기 변류기 전압과 기준 전압을 비교연산하는 오차 증폭기와, 주파수를 가변하는 주파수 발생기와, 상기 주파수발생기의 주파수를 받아 소정의 파형을 가진 신호를 발진하는 파형발생기와, 상기 오차증폭기의 오차증폭신호와 상기 파형발생기의 발진신호를 연산증폭하는 연산증폭기를 포함하며, 상기 연산 증폭기의 연산증폭신호는 상기 스위칭부의 게이트의 입력신호이어서 상기 회로전압을 스위칭하면서 회로전류가 기준전류에 근사하도록 주파수와 전류를 제어하며, 상기 전류 및 주파수 제어회로는 전원인가시 과전류가 상기 스위칭부에 인가되는 것을 방지하는 소프트 스타트 회로와; 시스템을 강제로 오프시키기 위한 셧다운 회로를 추가로 포함하며, 상기 소프트 스타트 회로의 소프트스타트신호와 상기 셧다운 회로의 셧다운신호는 상기 연산증폭신호와 함께 앤드게이트의 입력신호로 이용되며, 상기 소프트 스타트신호와 셧다운신호가 모두 하이(high)일 때 상기 연산증폭신호가 상기 스위칭부의 게이트입력으로 되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample And a control unit for controlling the overall process, and an input unit for inputting information on a sample pretreatment process, an output unit for indicating a state during a process, and a control unit for controlling the process as a whole. A diffuse reflection portion for generating diffuse reflection so as to be uniformly distributed without being distributed, and the power supply unit includes a rectifier circuit for rectifying alternating current into direct current; A current and frequency control circuit for controlling current and frequency to supply a continuous and stable power supply to the magnetron; And a switching unit for switching a circuit voltage by using the output signal of the current and frequency control circuit as a gate input signal, wherein the current and frequency control circuit includes a current transformer for converting the circuit current into a current transformer, and rectifying the current transformer voltage with a direct current. A rectifier, an error amplifier for comparing and calculating the rectified voltage and the reference voltage, a frequency generator with varying frequency, a waveform generator for receiving a frequency of the frequency generator and oscillating a signal having a predetermined waveform, and the error amplifier. And an operational amplifier for an operational amplification of the error amplifier signal and the oscillation signal of the waveform generator, wherein the operational amplifier signal of the operational amplifier is an input signal of the gate of the switching unit so that the circuit current is close to the reference current while switching the circuit voltage. Frequency and current, and the current and frequency control circuit A soft start circuit for preventing overcurrent from being applied to the switching unit when power is applied; And a shutdown circuit for forcibly turning off the system, wherein the soft start signal of the soft start circuit and the shutdown signal of the shutdown circuit are used as input signals of the AND gate together with the operational amplification signal, and the soft start signal. And when the shutdown signal is high, the operational amplification signal is a gate input of the switching unit.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 전원 공급부는 교류를 직류로 정류하는 정류회로와; 마그네트론에 지속적이고 안정적인 전원을 공급하도록 전류 및 주파수를 제어하는 전류 및 주파수 제어회로와; 상기 전류 및 주파수 제어회로의 출력신호를 게이트 입력신호로 하여 회로전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며, 상기 전류 및 주파수 제어회로는 회로전류를 변류기전류로 변류하는 변류기와, 변류기전압을 직류로 정류하는 정류부, 정류된 상기 변류기전압과 기준전압을 비교연산하는 오차 증폭기와, 주파수를 가변하는 주파수 발생기와, 상기 주파수발생기의 주파수를 받아 소정의 파형을 가진 신호를 발진하는 파형발생기와, 상기 오차증폭기의 오차증폭신호와 상기 파형발생기의 발진신호를 연산증폭하는 연산증폭기를 포함하며, 상기 연산 증폭기의 연산증폭신호는 상기 스위칭부의 게이트의 입력신호이어서 상기 회로전압을 스위칭하면서 회로전류가 기준전류에 근사하도록 주파수와 전류를 제어하며, 상기 발진신호는 높은 주파수의 삼각파 전압신호이며 상기 오차증폭신호는 직류전압신호이어서, 상기 연산증폭신호는 상기 발진신호의 주파수를 가진 구형파 전압신호가 되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample And a control unit for controlling the overall process, and an input unit for inputting information on a sample pretreatment process, an output unit for indicating a state during a process, and a control unit for controlling the process as a whole. A diffuse reflection portion for generating diffuse reflection so as to be uniformly distributed without being distributed, and the power supply unit includes a rectifier circuit for rectifying alternating current into direct current; A current and frequency control circuit for controlling current and frequency to supply a continuous and stable power supply to the magnetron; And a switching unit for switching a circuit voltage using the output signal of the current and frequency control circuit as a gate input signal, wherein the current and frequency control circuit includes a current transformer for converting the circuit current into a current transformer current, and rectifying the current transformer voltage with a direct current. A rectifier, an error amplifier for comparing and calculating the rectified voltage and the reference voltage, a frequency generator with varying frequency, a waveform generator for receiving a frequency of the frequency generator and oscillating a signal having a predetermined waveform, and the error amplifier. And an operational amplifier for an operational amplification of the error amplifier signal and the oscillation signal of the waveform generator, wherein the operational amplifier signal of the operational amplifier is an input signal of the gate of the switching unit so that the circuit current is close to the reference current while switching the circuit voltage. Frequency and current, and the oscillation signal is a high frequency The wave voltage signal and the amplified error signal is then direct-current voltage signal, the signal the operational amplifier is characterized in that a square-wave voltage signal having a frequency of the oscillating signal.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 전원 공급부는 교류를 직류로 정류하는 정류회로와; 마그네트론에 지속적이고 안정적인 전원을 공급하도록 전류 및 주파수를 제어하는 전류 및 주파수 제어회로와; 상기 전류 및 주파수 제어회로의 출력신호를 게이트 입력신호로 하여 회로전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며, 상기 정류회로의 앞단에 설치되는 트리액과 공급되는 전원의 위상과 동일한 위상을 가진 파형을 만들고 그 위상내에서 상기 트리액을 제어하려는 위치에 펄스파형을 만드는 상 제어부를 추가로 포함하여 전압제어를 행하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample And a control unit for controlling the overall process, and an input unit for inputting information on a sample pretreatment process, an output unit for indicating a state during a process, and a control unit for controlling the process as a whole. A diffuse reflection portion for generating diffuse reflection so as to be uniformly distributed without being distributed, and the power supply unit includes a rectifier circuit for rectifying alternating current into direct current; A current and frequency control circuit for controlling current and frequency to supply a continuous and stable power supply to the magnetron; And a switching unit for switching a circuit voltage by using the output signal of the current and frequency control circuit as a gate input signal, and creating a waveform having a phase equal to that of a triac provided at the front of the rectifier circuit and a supplied power supply. And controlling a voltage in a phase control unit further comprising a phase controller for generating a pulse waveform at a position to control the tree solution in phase.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 난반사부는 회전하면서 극초단파를 난반사시키는 교반기 팬인 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample And a control unit for controlling the overall process, and an input unit for inputting information on a sample pretreatment process, an output unit for indicating a state during a process, and a control unit for controlling the process as a whole. The diffuse reflection portion is mounted to cause diffuse reflection so as to be evenly distributed, and the diffuse reflection portion is a stirrer fan that diffuses the microwaves while being diffused.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 전원 공급부는 교류를 직류로 정류하는 정류회로와; 마그네트론에 지속적이고 안정적인 전원을 공급하도록 전류 및 주파수를 제어하는 전류 및 주파수 제어회로와; 상기 전류 및 주파수 제어회로의 출력신호를 게이트 입력신호로 하여 회로전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며, 상기 정류회로의 앞단에 설치되는 트리액과 공급되는 전원의 위상과 동일한 위상을 가진 파형을 만들고 그 위상내에서 상기 트리액을 제어하려는 위치에 펄스파형을 만드는 상제어부를 추가로 포함하여 전압제어를 행하며, 상기 마그네트론은 캐비티의 도어가 열려있을 경우 도어 안전 스위치로부터 도어 개방 사실을 나타내는 신호를 수신한 제어부에 의해 작동이 중지되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample And a control unit for controlling the overall process, and an input unit for inputting information on a sample pretreatment process, an output unit for indicating a state during a process, and a control unit for controlling the process as a whole. A diffuse reflection portion for generating diffuse reflection so as to be uniformly distributed without being distributed, and the power supply unit includes a rectifier circuit for rectifying alternating current into direct current; A current and frequency control circuit for controlling current and frequency to supply a continuous and stable power supply to the magnetron; And a switching unit for switching a circuit voltage by using the output signal of the current and frequency control circuit as a gate input signal, and creating a waveform having a phase equal to that of a triac provided at the front of the rectifier circuit and a supplied power supply. Voltage control is further performed by including a phase control unit that generates a pulse waveform at a position to control the tree fluid in a phase, and the magnetron receives a signal indicating the door opening from the door safety switch when the door of the cavity is open. The operation is stopped by the control unit.
본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론, 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티, 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부, 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부, 및 처리 과정을 전체적으로 통제하는 제어부를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착되며, 상기 캐비티와 캐비티의 도어의 접촉부에는 다수개의 턱이 형성되어 극초단파의 누설이 차단되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the sample pretreatment system using the microwave of the present invention, the magnetron for generating the microwave, the power supply for applying a stable and continuous power to the magnetron, the microwave generated from the magnetron is emitted and the sample And a control unit for controlling the overall process, and an input unit for inputting information on a sample pretreatment process, an output unit for indicating a state during a process, and a control unit for controlling the process as a whole. The diffuse reflection portion which causes diffuse reflection so as to be evenly distributed is mounted, and a plurality of jaws are formed in the contact portion of the cavity and the door of the cavity to prevent leakage of microwaves.
본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템에 안정적이고 지속적으로 전원을 실시간 공급하는 방법은, 회로전압과 회로전류 및 기준전압과 기준 전류를 지정하는 단계와, 변류기전압과 변류기 전류를 측정하는 단계와, 오차증폭신호를 연산하는 단계와, 연산증폭신호를 연산하는 단계와, 소프트 스타트신호 및 셧다운 신호가 하이인지 판단하는 단계와, 상기 소프트 스타트신호 및 셧다운 신호가 하이이면 IGBT를 개방하여 전류를 증감하고 상기 소프트 스타트 신호 및 셧다운 신호가 하이가 아니면 IGBT를 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to still another embodiment of the present invention, a method for stably and continuously supplying power to a sample pretreatment system using microwaves according to the present invention may include: specifying a circuit voltage, a circuit current, a reference voltage, and a reference current; Measuring a voltage and a current transformer, calculating an error amplification signal, calculating an operational amplification signal, determining whether a soft start signal and a shutdown signal are high, and the soft start signal and the shutdown signal Opening the IGBT to increase or decrease the current, and close the IGBT if the soft start signal and the shutdown signal are not high.
본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템에 안정적이고 지속적으로 전원을 실시간 공급하는 방법은, 회로전압과 회로전류 및 기준전압과 기준 전류를 지정하는 단계와, 변류기전압과 변류기 전류를 측정하는 단계와, 오차증폭신호를 연산하는 단계와, 연산증폭신호를 연산하는 단계와, 소프트 스타트신호 및 셧다운 신호가 하이인지 판단하는 단계와, 상기 소프트 스타트신호 및 셧다운 신호가 하이이면 IGBT를 개방하여 전류를 증감하고 상기 소프트 스타트 신호 및 셧다운 신호가 하이가 아니면 IGBT를 폐쇄하는 단계를 포함하며, 상기 오차증폭신호를 연산하는 단계에서 변류기전압과 기준전압의 차이가 연산되는 것을 특징으로 한다. According to still another embodiment of the present invention, a method for stably and continuously supplying power to a sample pretreatment system using microwaves according to the present invention may include: specifying a circuit voltage, a circuit current, a reference voltage, and a reference current; Measuring a voltage and a current transformer, calculating an error amplification signal, calculating an operational amplification signal, determining whether a soft start signal and a shutdown signal are high, and the soft start signal and the shutdown signal Opening the IGBT to increase or decrease the current and closing the IGBT if the soft start signal and the shutdown signal are not high; and calculating the difference between the current transformer voltage and the reference voltage in calculating the error amplification signal. It features.
출원인은 이하에서 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다. Applicants will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 구성도이다. 본 발명의 시료 전처리 시스템은, 극초단파를 발생시키는 마그네트론(10), 상기 마그네트론에 안정적이고 지속적인 전원을 인가하기 위해 전원(11), 캐패시턴스(6), 변압기(7)를 포함하는 전원 공급부, 상기 마그네트론에서 발생된 극초단파가 방출되며 시료가 담긴 용기가 배치되는 캐비티(4), 시료 전처리 과정에 대한 정보를 입력받는 입력부(12), 처리 과정중의 상태를 나타내는 출력부(13)와, 처리 과정을 전체적으로 통제하는 시스템의 제어부(14)를 포함하며, 상기 캐비티에는 극초단파가 특정 부위에 집중되지 않고 골고루 분산되도록 난반사를 일으키는 난반사부가 장착된다. 선택적으로 상기 시료 전처리 시스템은 캐비티의 도어가 열려있는지 닫혀있는지를 감지하는 도어 안전 스위치(8)와 마그네트론의 과열을 감지하는 써모스탯(9 : thermostat)도 추가로 포함한다. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a sample preparation system using microwaves according to an embodiment of the present invention. The sample pretreatment system of the present invention includes a magnetron 10 for generating microwaves, a power supply including a power source 11, a capacitance 6, and a transformer 7 for applying stable and continuous power to the magnetron, and the magnetron. Cavity (4) is emitted from the microwave and the container containing the sample is disposed, the input unit 12 for receiving information on the sample pretreatment process, the output unit 13 showing the state during the process, and the process And a control unit 14 of the controlling system as a whole, wherein the cavity is equipped with a diffuse reflection unit that causes diffuse reflection so that microwaves are evenly distributed without being concentrated in a specific area. Optionally, the sample preparation system further includes a door safety switch 8 to detect whether the door of the cavity is open or closed and a thermostat 9 to detect overheating of the magnetron.
도 1의 시스템의 전체적 작동 원리와 구성 요소간의 상호 관계에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 입력부(12)를 통하여 입력된 전처리 과정에 대한 정보에 따라 제어부(14)는 전원 공급부에 소정의 전원의 공급을 명령하게 되고 이에 따라 소정의 전원이 안정적이고 지속적으로 마그네트론(10)에 실시간으로 가해져서 마그네트론은 캐비티(4)에 극초단파를 발생시키게 되고 캐비티 내부의 온도를 소정의 온도로 상승시킨다. 이에 따른 시료 전처리 과정의 상태는 모니터와 같은 출력부(13)을 통하여 작업자에게 전달된다. 이러한 처리 과정 중 마그네트론이 작동하고 있는데 캐비티의 도어가 열리게 되는 경우에는 도어 안전 스위치(8)가 열림상태로 전환되어 제어부(14)는 마그네트론에 제공되는 전원의 공급을 차단하게 되고, 마그네트론이 과열되면 써모스탯(9)의 접점이 개방되어 역시 제어부(14)는 마그네트론에 제공되는 전원의 공급을 차단하게 된다. Referring to the overall operating principle of the system of Figure 1 and the relationship between the components in more detail, according to the information about the pre-processing process input through the input unit 12, the control unit 14 supplies a predetermined power to the power supply unit The predetermined power is applied to the magnetron 10 in real time in a stable and continuous manner so that the magnetron generates microwaves in the cavity 4 and raises the temperature inside the cavity to a predetermined temperature. Accordingly, the state of the sample pretreatment process is transmitted to the operator through the output unit 13 such as a monitor. If the magnetron is operating during this process and the door of the cavity is opened, the door safety switch 8 is switched to the open state, and the control unit 14 cuts off the supply of power to the magnetron, and the magnetron is overheated. The contact of the thermostat 9 is opened so that the control unit 14 cuts off the supply of power provided to the magnetron.
전술한 본원 발명의 시료 전처리 시스템의 각각의 구성 요소의 구조 또는 특성 및 작동 방식을 아래에서 설명한다. The structure or characteristics and manner of operation of each component of the sample preparation system of the present invention described above are described below.
우선 캐비티와 캐비티의 내부의 구조에 있어서, 캐비티 내부에서의 극초단파의 고른 전파를 위해서 극초단판를 난반사하는 난반사부가 부가된다. 일반적으로 극초단파 시료 전처리 장치에 사용되는 주파수는 2,450Mhz인데 이 주파수는 미국의 연방통신위원회(FCC)가 산업, 과학의 의료용으로 배정한 주파수(ISM 주파수)인 915Mhz 외에 다른 하나의 주파수 대역이다. 이것을 근거로 하여 시료 전처리 장치용 마그네트론의 발진 주파수는 두가지 모두를 사용할 수 있으나 2,450Mhz를 주로 사용한다. 그 이유는 높은 주파수의 소스를 사용함으로써 누설전파의 차폐에 필요한 공간이 줄어들게 되는 이점이 있기 때문이다. First, in the cavity and the structure inside the cavity, a diffuse reflection part for diffusely reflecting the ultrashort plate is added for even propagation of the microwave within the cavity. Typically, the frequency used for microwave sample pretreatment is 2,450 MHz, which is another frequency band in addition to the 915 MHz, the frequency assigned by the US Federal Communications Commission (FCC) for industrial and scientific medical use (ISM frequency). Based on this, the oscillation frequency of the magnetron for the sample pretreatment device can be used for both, but mainly 2,450Mhz. This is because using a high frequency source reduces the space required for shielding leakage waves.
캐비티의 구조에 대하여 자세히 설명하면, 일반적으로 캐비티의 구조는 직육면체이다. 한편 전처리 장치용 2,450Mhz의 마그네트론은 통상적으로 중심주파수의 약 0.6%의 대역폭을 가지고 있다. 이때 캐비티내에 필드(field)를 여기시키려면The structure of the cavity is described in detail. Generally, the structure of the cavity is a cuboid. Meanwhile, the 2,450Mhz magnetron for pretreatment devices typically has a bandwidth of about 0.6% of the center frequency. To excite a field in the cavity
(l/a)2 + (m/b)2 + (n/d)2 = (2f/c)2 …………………………………………(1)(l / a) 2 + (m / b) 2 + (n / d) 2 = (2f / c) 2 . … … … … … … … … … … … … … … … (One)
상기 (1)식에 만족하도록 설계되어야 한다. 도면에 별도로 표시되지는 않았지만 상기 (1)식에서 a는 캐비티의 형상인 직육면체의 가로, b는 세로, d는 높이에 해당하며, f는 사용 주파수이고, l, m과 n은 0과 양의 정수로서 모드를 구별하는 인자인 0, 1, 2 등이며, c는 광속을 가리킨다. 소스없는 직육면체의 캐비티 내에서 필드는 맥스웰 방정식의 ∇ㆍD = ρ 를 만족시키는 디스크리트된 주파수만이 존재 가능하다. 여기서 ρ는 전하밀도, 반사계수, 고유저항을 나타낸다. (l, m, n)이 어떠한 값으로 주어졌을 때, 이 캐비티 내에 존재할 수 있는 주파수는 로 정해지며, 이를 한 모드라 부른다. 따라서 주어진 캐비티 내에는 (l, m, n)의 조합에 의하여 무수히 많은 모드가 존재할 수 있으며, 만일 주파수 f의 범위가 한정되면 (1)식을 만족시킬(l, m, n)의 조합의 수도 한정되어, 한정된 수의 모드가 존재하게 된다. 따라서 상기의 조건을 만족시키는 특정한 모드의 주파수만 허용된다. 캐비티 내에 모드가 많으면 필드의 형성이 잘되고 균일해져서 긍정적인 효과를 나타낸다. 그러므로 전원주파수의 대역 내에 들어가는 모드수가 되도록 많이 생성될 수 있도록 a, b, d를 결정해야 한다.It should be designed to satisfy the above formula (1). Although not separately shown in the drawing, in the formula (1), a denotes the width of a rectangular parallelepiped, b corresponds to a height, and d corresponds to a height, f is a use frequency, and l, m and n are 0 and a positive integer. Are 0, 1, 2, etc., which are modes for distinguishing modes, and c denotes a luminous flux. Within the cavity of the sourceless cuboid, the field can only have discrete frequencies that satisfy ∇ D = ρ of the Maxwell's equation. Where p represents charge density, reflection coefficient, and resistivity. Given a value of (l, m, n), the frequencies that can exist in this cavity This is called a mode. Therefore, in a given cavity, there can be a myriad of modes by the combination of (l, m, n), and if the range of frequency f is limited, the number of combinations of (l, m, n) that satisfy (1) There will be a limited number of modes. Therefore, only frequencies in certain modes that satisfy the above conditions are allowed. The more modes in the cavity, the better the field formation and the more uniform it will have a positive effect. Therefore, a, b, and d should be determined so as to generate as many modes as possible within the band of the power frequency.
마그네트론을 2,450Mhz를 중심으로 하여 0.6%의 대역폭을 가졌다고 가정하면, 전원의 최대주파수(fmax)및 최소주파수(fmin)은 다음과 같이 주어진다.Assuming that the magnetron has a bandwidth of 0.6% around 2450 MHz, the maximum frequency f max and minimum frequency f min of the power supply are given as follows.
fmax = 2,450 × (1 + 0.003) Mhzf max = 2,450 × (1 + 0.003) Mhz
fmin = 2,450 × (1 - 0.003) Mhzf min = 2,450 × (1-0.003) Mhz
정해진 대역폭 내에서 모드 생성이 가능하기 위해서는 상기 (1)식으로부터In order to be able to generate a mode within a predetermined bandwidth,
(2fmin/2)2 < (l/a)2 + (m/b)2 + (n/d)2 < (2fmax/c)2………………………(2)(2f min / 2) 2 <(l / a) 2 + (m / b) 2 + (n / d) 2 <(2f max / c) 2 . … … … … … … … … (2)
프로브(probe)로서 필드를 형성시킨다면, If you form a field as a probe,
lm ≠ 0……………………………………………………………………………(3)lm? 0. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (3)
위 식을 만족해야 한다. 또한 캐비티 치수인 a, b, d는 일반적으로 클수록 많은 모드수를 가지므로 그 치수를 한정하는 것이 필요하여 본원 발명의 실시예에서는 The above equation must be satisfied. In addition, since the cavity dimensions a, b, and d generally have a larger number of modes, it is necessary to limit the dimensions.
25㎝ < a < 35㎝25 cm <a <35 cm
20㎝ < b < 30㎝…………………………………………………………………(4)20 cm <b <30 cm … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4)
20㎝ < d < 30㎝20 cm <d <30 cm
의 범위로 제한하여 설계하여 캐비티 내부의 극초단파의 전파 상태를 측정해 보았다. The design was limited to the range of and the microwave propagation state was measured.
(4)식의 범위에서 캐비티의 가로(a), 세로(b), 높이(d)를 각각 1㎜마다 분할한 다음 각 크기마다 (2)식과 (3)식을 만족하는 (l, m, n)의 수를 계산하고, 최적의 크기를 도출하여 캐비티를 설계한다. 이때 캐비티의 매칭이 맞지 않으면 종래 기술에서도 나타난 바와 같은 문제점으로 극초단파가 캐비티의 한 지점을 집중적으로 반사하여 통과하게 되므로 그 지점에는 집중가열(spot-point)이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하는 방법으로 캐비티의 모든 돌출부를 둥글게 제작하는 방법과 교반기를 설치하여 극초단파를 난반사하여 집중가열의 발생을 없앨 수 있는 데, 실험에 의하면 돌출부를 둥글게 하는 방법에서는 어느 정도의 집중가열 현상을 피할 수 없는 문제점을 발견하여 본원 발명에서는 캐비티 내부에 난반사부, 바람직하게는 회전하는 교반기 팬(100)을 장착한다.In the range of Eq. (4), the width (a), length (b), and height (d) of the cavity are each divided by 1 mm, and each size satisfies (2) and (3). Calculate the number of n) and derive the optimal size to design the cavity. At this time, if the cavity is not matched, the problem as shown in the prior art is that the microwave passes through the intensive reflection of one point of the cavity, so spot-point occurs at that point. In order to solve this problem, all the protrusions of the cavity are rounded and the stirrer can be diffused to reflect the microwave to eliminate the occurrence of intensive heating. Discovering a problem that can not be avoided in the present invention is equipped with a diffuse reflection part, preferably a rotating stirrer fan 100 inside the cavity.
도 5에 도시된 바와 같이, 선택적으로 캐비티 내부의 극초단파의 누출을 방지하기 위하여 캐비티케이스(4)와 케비티의 도어(2)가 만나는 접촉부에는 극초단파의 누출을 방지하기 위하여 별도의 구성을 형성할 수 있다. 극초단파의 누출을 방지하기 위한 구성부는 캐비티 도어(2)와 캐비티 케이스(4)를 서로 상보적으로 단차가 이루어지게 함으로써 다수개의 턱(551)을 형성하여 극초단파의 누설을 방지한다. As shown in FIG. 5, a separate configuration may be formed at a contact portion where the cavity case 4 and the door 2 of the cavity meet to prevent the microwave from leaking inside the cavity. Can be. Components for preventing the microwave leakage to form a plurality of jaws 551 by making the step of the cavity door 2 and the cavity case 4 complementary to each other to prevent the leakage of microwaves.
도 1에 도시된 바와 같이 교반기 팬(100)은 모터(5)에 연결되어 그로부터 동력을 전달받아 일정속도로 회전하면서 캐비티내부의 극초단파를 난반사시킨다.As shown in FIG. 1, the stirrer fan 100 is connected to the motor 5 and receives power therefrom, and diffuses microwaves within the cavity while rotating at a constant speed.
다음으로 제어부(14)의 작용을 살펴보면, 본 발명의 시료 전처리 시스템의 각 구성 요소들의 전반적인 제어는 제어부에 의해 이루어진다. 제어부는 기본적으로 중앙처리장치를 포함하는 메모리, 통신 모듈, 릴레이 및 주변 논리 소자를 포함한다. 도면에 도시되지는 않았지만, 도 6에 도시된 바와 같이 소정의 프로그램을 통해 입력된 입력 값에 의한 각각의 모듈을 제어하고 모니터링하는 기능을 하도록 구현된다. 제어부(14)는 키패드와 같은 입력부를 통하여 전달된 작업 단계의 구체적 내용에 따라 전원 공급부와 마그네트론을 제어하여 필요한 시료 전처리 작업을 수행한다. Next, referring to the operation of the control unit 14, the overall control of the components of the sample preparation system of the present invention is performed by the control unit. The control unit basically includes a memory including a central processing unit, a communication module, a relay, and a peripheral logic element. Although not shown in the drawings, as shown in FIG. 6, the module is implemented to control and monitor each module by an input value input through a predetermined program. The control unit 14 controls the power supply unit and the magnetron according to the details of the operation step transmitted through the input unit such as the keypad to perform the necessary sample pretreatment operation.
도 1에는 제어부가 담당하는 대표적인 구성요소만을 대상으로 설명하고 있으나, 제어부는 도면에 도시되지 않은 다른 구성요소에 대하여서도 전체적 제어 동작을 수행한다. 마이컴과 같은 중앙처리장치 역할을 수행하는 제어부에는 시스템 동작에 대한 정보를 입력하는 입력부와 버저 및 디스플레이와 같은 출력부가 통신 포트를 통하여 연결되어 있으며, 그외에도 제어부는 각각의 릴레이를 통하여 마그네트론(10), 교반기 팬(100), 냉각팬(1)의 동작을 제어한다. 구체적 예로서, 제어부는 도어 안전 스위치(8)가 열린 상태인지 닫힌 상태인지를 체크하고 만약 열린 상태라면 안전을 위하여 마그네트론(10)의 작동을 중지시킨다. 또한 마그네트론이 과열되었는지 여부를 체크하기 위하여 써모스탯(9)은 온도를 감지하여 해당 정보를 제어부에 전달하고 제어부는 마그네트론이 과열되고 있으면 마그네트론의 작동을 중지시킨다. Although FIG. 1 illustrates only representative components in charge of the controller, the controller performs overall control operations with respect to other components not shown in the drawing. An input unit for inputting information about system operation and an output unit such as a buzzer and a display are connected to a control unit serving as a central processing unit such as a microcomputer through a communication port. In addition, the control unit uses a magnetron 10 through each relay. , The operations of the stirrer fan 100 and the cooling fan 1 are controlled. As a specific example, the control unit checks whether the door safety switch 8 is open or closed, and if it is open, stops the operation of the magnetron 10 for safety. In addition, in order to check whether the magnetron is overheated, the thermostat 9 senses the temperature and transmits the corresponding information to the controller, and the controller stops the operation of the magnetron when the magnetron is overheated.
본 발명에 사용되는 시료 전처리 시스템은 기존에 시판되고 있는 마그네트론을 채용하기때문에 당업자라면 마그네트론의 구성에 대해서는 상세하게 알수 있으므로 본 발명에서는 마그네트론의 구조에 대해서는 별도의 자세한 설명을 하지 아니한다.Since the sample pretreatment system used in the present invention employs a commercially available magnetron, those skilled in the art will know the structure of the magnetron in detail, and therefore, the structure of the magnetron will not be described in detail.
다음으로 전원 공급부에 대하여 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 전원 공급 방식의 문제점을 해결한 본 발명의 시스템에 사용되는 전력 공급부에 대한 개략적인 회로도이다. 본 발명의 전원 공급부는 가변 전압 가변 주파수(Variable Voltage Variable Frequency) 방식으로 전원을 공급한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전원 공급부는 주파수 및 전류 제어회로(42)를 포함하며, 선택적으로 시판중인 다양한 종류의 마그네트론의 출력에 대한 사전적 전압 조절을 위하여 전압 제어회로(41)를 추가로 포함할 수 있으며, 3극관교류스위치인 트리액(Triac,204)에 연결된 전압 제어회로(41)로 전압 제어를 하고 난 후, 1차측에서 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT,208)에 연결된 주파수 및 전류 제어회로(42)를 이용해서 소정의 전류에 이르도록 피드백 과정으로 통해 전류와 주파수를 제어하여 IGBT 로 구성된 스위칭부에서 신호를 스위칭할 수 있다. 그러므로 종래의 온/오프 제어에 비해 시스템의 응답성이 우수하고 실시간으로 안정적이고 지속적인 전원을 공급할 수 있게 되므로 시료 처리과정에서 캐비티 내부의 온도 변화에 대한 신뢰도를 높일 수 있다. Next, the power supply unit will be described. 3 is a schematic circuit diagram of a power supply unit used in the system of the present invention that solves the problem of the conventional power supply scheme as shown in FIG. The power supply unit of the present invention supplies power in a variable voltage variable frequency method. As shown in FIG. 3, the power supply of the present invention includes a frequency and current control circuit 42, and optionally a voltage control circuit 41 for preliminary voltage regulation of the output of various types of magnetrons on the market. The voltage control circuit 41 may further include a voltage control circuit 41 connected to a triac (Triac, 204), which is a three-pole flow switch, and is connected to the insulation gate bipolar transistor (IGBT, 208) at the primary side. By using the frequency and current control circuit 42 to control the current and the frequency through a feedback process to reach a predetermined current, it is possible to switch the signal in the switching unit consisting of the IGBT. Therefore, the system is more responsive than conventional on / off control, and stable and continuous power can be supplied in real time, thereby increasing reliability of temperature change in the cavity during sample processing.
도 4a는 도 3의 회로도를 보다 상세하게 도시한 본원 발명의 시료 전처리 시스템의 전원 공급부에 채용된 VVVF 방식 회로도의 일 실시예이다. 시스템 내에서 중요한 역할을 하는 마그네트론에 대한 안정적인 전원 공급을 위해 교류 전원은 정류회로를 거쳐서 직류로 변환하도록 설계되어 있다. 4A is an embodiment of a VVVF scheme circuit diagram employed in the power supply unit of the sample pretreatment system of the present invention showing the circuit diagram of FIG. 3 in more detail. AC power is designed to convert to DC through rectifier circuit for stable power supply to the magnetron that plays an important role in the system.
도 4a의 회로도를 설명하면, 전원 공급부는 다이오드(206)와 콘덴서(207)를 포함하는 정류회로와, 전류 및 주파수 제어회로(42)와, 상기 전류 및 주파수 제어회로의 출력신호를 게이트 입력신호로 하여 회로에 실제 걸리는 전압(이하, '회로전압'이라 함)을 스위칭하는 스위칭부(208)를 포함한다. 상기 전류 및 주파수 제어회로(42)는 회로에 실제 흐르는 전류(이하, '회로전류'라 함)를 변류하는 변류기(210)와, 변류기에 걸리는 전압(이하, '변류기 전압'이라 함)을 직류로 정류하는 정류부(250), 정류된 상기 변류기 전압과 전류셋팅시 정해지는 전압(이하, '기준 전압'이라 함)을 비교연산하는 오차증폭기(Error Amp,224)와, 주파수를 가변하는 주파수 발생기(217)와, 상기 주파수발생기의 주파수를 받아 소정의 파형을 가진 신호를 발진하는 파형발생기(Oscillator215)와, 상기 오차증폭기에서 나오는 신호(이하, '오차증폭신호'라 함)와 상기 파형발생기에서 나오는 신호(이하, '발진신호'라 함)를 연산증폭하는 연산증폭기(Op Amp, 216)를 포함하며, 상기 연산 증폭기에서 나오는 신호(이하, '연산증폭신호'라 함)는 상기 스위칭부(208)의 게이트의 입력신호이어서 상기 회로전압을 스위칭하면서 회로에 실제로 흐르는 전류(이하, '회로전류'라 함)가 전류셋팅시 정해지는 희망전류(이하, '기준전류'라 함)에 근사하도록 주파수와 전류를 제어한다. 마그네트론에 가해지는 전력은 P=기준전류*회로전압이다. Referring to the circuit diagram of FIG. 4A, the power supply unit includes a rectifier circuit including a diode 206 and a capacitor 207, a current and frequency control circuit 42, and an output signal of the current and frequency control circuit as a gate input signal. It includes a switching unit 208 for switching the voltage actually applied to the circuit (hereinafter referred to as "circuit voltage"). The current and frequency control circuit 42 may include a current transformer 210 for current flowing through a circuit (hereinafter, referred to as a “circuit current”) and a voltage applied to the current transformer (hereinafter, referred to as a “current transformer voltage”). Rectifier 250 to rectify, an error amplifier (Error Amp, 224) for comparing the rectifier voltage and the voltage determined at the time of setting the current (hereinafter referred to as "reference voltage") and the frequency generator for varying the frequency 217, a waveform generator (Oscillator 215) for receiving a frequency of the frequency generator and oscillating a signal having a predetermined waveform, a signal from the error amplifier (hereinafter referred to as an error amplifier signal) and the waveform generator And an operational amplifier (Op Amp, 216) for an operational amplification of the output signal (hereinafter, referred to as an "oscillation signal"), the signal from the operational amplifier (hereinafter referred to as "operational amplifier signal") is the switching unit ( 208 is the input signal of the gate The frequency and current are controlled so that the current actually flowing through the circuit (hereinafter referred to as the "circuit current") while switching the circuit voltage approximates the desired current (hereinafter referred to as the "reference current") determined at the time of setting the current. The power applied to the magnetron is P = reference current * circuit voltage.
상기 전류 및 주파수 제어회로(42)는 전원인가시 과전류가 상기 스위칭부(208)에 인가되는 것을 방지하는 소프트 스타트 회로(220)와 시스템을 강제로 오프시키기 위한 셧다운 회로(22)를 추가로 포함하며, 상기 소프트 스타트 회로에서 나오는 신호(이하, '소프트스타트신호'라 함)와 상기 셧다운 회로에서 나오는 신호(이하, '셧다운신호'라 함)는 상기 연산증폭신호와 함께 앤드게이트(209)의 입력신호로 이용되며, 상기 소프트 스타트신호와 셧다운신호가 모두 하이(high)일 때 상기 연산증폭신호가 상기 스위칭부(208)의 게이트입력으로 된다. The current and frequency control circuit 42 further includes a soft start circuit 220 for preventing overcurrent from being applied to the switching unit 208 when the power is applied and a shutdown circuit 22 for forcibly turning off the system. The signal from the soft start circuit (hereinafter referred to as a "soft start signal") and the signal from the shut down circuit (hereinafter referred to as a "shutdown signal") are combined with the operational amplification signal of the AND gate 209. Used as an input signal, when the soft start signal and the shutdown signal are both high, the operational amplification signal becomes a gate input of the switching unit 208.
한편, 상기 파형 발생기(215)의 발진신호는 높은 주파수의 삼각파 전압신호이며 상기 오차증폭신호는 직류전압신호이어서, 상기 연상증폭기에서 나오는 신호인 연산증폭신호는 상기 발진신호의 주파수를 가진 구형파 전압신호가 된다.On the other hand, the oscillation signal of the waveform generator 215 is a triangular wave voltage signal of a high frequency and the error amplifier signal is a DC voltage signal, the operational amplification signal is a signal from the associative amplifier square wave voltage signal having a frequency of the oscillation signal Becomes
선택적으로, 다이오드(208)와 콘덴서(207)를 포함하는 상기 정류회로의 앞단에 설치되는 트리액(204)과, 공급되는 전원의 위상과 동일한 위상을 가진 파형을 만들고 그 위상내에서 상기 트리액을 제어하려는 위치에 펄스파형을 만드는 상 제어부(203)를 포함하는 전압 제어회로(41)가 추가로 전원 공급부에 포함될 수 있다. 상기 전압 제어회로(41)는 장착될 마그네트론의 유형에 따라 그때마다 다양하게 적용될 수 있는 전원 공급부를 구성할 수 있도록 시판되는 각각의 종류의 마그네트론에 대한 사전 조정 과정이 필요한 경우에 선택적으로 장착된다. 즉 전압 제어회로(41)는 전압의 위상을 제어하는 역할을 수행한다. 바람직하게는, 전압제어회로(41)는 도면에 도시되어 있지는 않지만 상 검출부(Phase Detector)를 추가로 포함할 수 있다. Optionally, a triac 204 provided at the front end of the rectifying circuit including a diode 208 and a condenser 207, and a waveform having a phase equal to the phase of the supplied power supply, within which the triac The voltage control circuit 41 including the phase control unit 203 for generating a pulse waveform at a position to control the voltage may be further included in the power supply unit. The voltage control circuit 41 is selectively mounted when a pre-adjustment process for each type of magnetron on the market is needed to configure a power supply that can be variously applied at any time according to the type of magnetron to be mounted. That is, the voltage control circuit 41 serves to control the phase of the voltage. Preferably, the voltage control circuit 41 may further include a phase detector although not shown.
다음으로 전술한 전원 공급부의 각 소자를 통과하는 전압의 파형을 시간에 대하여 표시한 도 4b내지 도 4c를 참고하여 설명한다. 도 4a의 회로도에 표시된 해당 지점의 전압 파형은 도 4b에 동일한 표시로 나타내었다.Next, the waveform of the voltage passing through each element of the power supply unit described above will be described with reference to FIGS. 4B to 4C, which are displayed with respect to time. The voltage waveform at that point shown in the circuit diagram of FIG. 4A is shown with the same representation in FIG. 4B.
전원(11)으로부터의 교류 전압의 파형인 도 4b의 정현파 S1는 상 제어부(203)에서 전원(11)이 공급하는 전원의 위상과 똑같은 위상을 가진 파형을 만들어 그 위상내에서 트리액(204)을 제어하려는 위치에 S2-1 파형으로 변형된다. S2-1의 파형이 트리액 게이트에 가해지면 그 순간 트리액은 온(on) 상태가 되고 정현파가 제로가 되는 지점까지 온 상태를 유지한 후 오프된다. 순차적으로 다음 파형이 게이트에 가해질 때까지 오프 상태가 유지되어 결국 S2의 파형을 나타낸다. The sinusoidal wave S1 of FIG. 4B, which is the waveform of the alternating voltage from the power source 11, forms a waveform having the same phase as that of the power supplied by the power source 11 in the phase control unit 203, and generates a triac 204 within the phase. It is transformed into S2-1 waveform at the position to control. When the waveform of S2-1 is applied to the triac gate, the triac is turned on at that moment and remains off until the sine wave becomes zero. In turn, the off state remains until the next waveform is applied to the gate, resulting in a waveform of S2.
정류 회로의 정류 과정을 거쳐서 S2의 파형은 회로전압신호 S3의 직류 파형이 된다. 이때 상 제어부(203)에서 위상을 어떻게 제어하느냐에 따라 S2의 파형의 면적의 합, 즉 적분값이 전압이 되므로, 결국 전압 제어부를 나가는 출력 전압의 조절이 가능하다. 예컨대, S2-1파형을 왼쪽으로 시프트시키면, S2 파형의 면적의 합이 커져 전압이 높아지고 S2-1파형을 오른쪽으로 시프트시키면, S2파형의 면적은 합은 작아져 전압이 낮아진다. Through the rectifying process of the rectifying circuit, the waveform of S2 becomes the DC waveform of the circuit voltage signal S3. In this case, since the sum of the area of the waveform of S2, that is, the integral value becomes a voltage depending on how the phase controller 203 controls the phase, it is possible to adjust the output voltage leaving the voltage controller. For example, when the S2-1 waveform is shifted to the left, the sum of the areas of the S2 waveform becomes larger and the voltage becomes higher. When the S2-1 waveform is shifted to the right, the area of the S2 waveform becomes smaller and the voltage becomes lower.
변류기(210)는 스위칭부, 바람직하게는 IGBT인 스위칭부(208)를 거친 회로 전류를 소정의 변류비에 따라 소전류(이하, '변류기전류'라 함)로 변류한다. 오차증폭기(224)는 도 6에 예시적으로 도시된 바와같은 시료 전처리 시스템의 조작자가 입력한 데이터에 기초하여 전류 조정부(219)에 의해 전류 셋팅시 정해지는 전압인 기준 전압과 변류전압(여기서, '변류전압'은 정류부(250)을 통해 정류된 직류전압을 의미하며, 저항(251) 양단에 걸리는 전압이다)을 입력신호로 하여 연산한 후 오차증폭신호 S102를 생성한다. 그리고, 연산증폭기(216)는 오차증폭신호 S102와 주파수 발생기(217)를 거쳐 파형 발생기(215)의 신호인 발진 신호 S101를 연산하여 연산증폭신호인 구형파 S103을 얻게되고, 다시 IGBT인 스위칭부(208)는 상기 구형파 S103를 게이트입력으로 하여 회로전압을 스위칭하여 도 4e에 도시된 바와 같이 회로 전류가 기준 전류에 수렴하게 되는 전원을 공급하게 된다. 여기서, 회로전압신호 S3는 연산증폭신호 S4-1,S103으로 IGBT(208)에서 스위칭되므로, IGBT(208)를 통과한 회로전압신호S4는 그 주파수가 연산증폭신호의 주파수와 동일하며, 그 폭(W2)은 연산증폭신호의 폭(W1)과 동일하다. 참고로, 연산증폭신호의 주파수는 상기 주파수발생기(217)에서 생성한 주파수를 나타내며, 폭(W1)은 전류의 량을 나타낸다. 결국, 주파수발생기의 주파수와 폭(W1)에 따라 회로전압의 주파수와 전류량이 제어된다. 폭(W1)이 커진다는 것은, 기준전류보다 적은 전류가 회로상에 흐르고 있어 기준전류에 근접하도록 전류량을 증가시켜야 하고, 폭이 작아진다는 것은, 기준전류보다 많은 전류가 회로상에 흐르고 있어 기준전류에 근접하도록 전류량을 감소시켜야 함을 의미한다. The current transformer 210 converts the circuit current through the switching unit, preferably the IGBT, into a small current (hereinafter, referred to as “current transformer current”) according to a predetermined current ratio. The error amplifier 224 is a reference voltage and a current voltage, which are voltages determined at the time of current setting by the current adjusting unit 219 based on data input by an operator of the sample pretreatment system as illustrated in FIG. 6. 'Current voltage' refers to the DC voltage rectified through the rectifier 250, the voltage across the resistor 251) is calculated as an input signal and generates an error amplification signal S102. The operational amplifier 216 calculates the oscillation signal S101, which is a signal of the waveform generator 215, via the error amplifier signal S102 and the frequency generator 217 to obtain a square wave S103, which is an operational amplifier signal, and again a switching unit (IGBT). 208 switches the circuit voltage using the square wave S103 as a gate input to supply power such that the circuit current converges to the reference current as shown in FIG. 4E. Here, since the circuit voltage signal S3 is switched from the IGBT 208 to the operational amplifier signals S4-1 and S103, the circuit voltage signal S4 that has passed through the IGBT 208 has the same frequency as that of the operational amplifier signal. W2 is equal to the width W1 of the operational amplification signal. For reference, the frequency of the operational amplification signal represents the frequency generated by the frequency generator 217, the width (W1) represents the amount of current. As a result, the frequency and current amount of the circuit voltage are controlled according to the frequency and the width W1 of the frequency generator. The larger the width W1 is, the less current is flowing in the circuit than the reference current, so the amount of current must be increased to approach the reference current. The smaller the width is, the more current is flowing in the circuit than the reference current. This means that the amount of current must be reduced to approach the current.
상기 과정을 예시적 수치를 사용하여 실례를 설명하기로 한다. 변류기(210)로서 5A/2mA의 규격을 가진 제품((주)태화트랜스 TZ)을 사용하고, 전류 셋팅시 정해지는 전류인 기준 전류를 4A로 하며(여기서, 회로전압을 220V로 하면, 마그네트론에 가해지는 전력은 P=기준전압*회로전압=4*220=880W), 전류 및 주파수 제어회로의 정류부의 저항(R,251)이 5㏀이라고 하고 전류 조정부(219)의 기준 전압을 8V로 정하며, 주파수발생기는 10khz의 주파수를 생성하는 것을 한다. 도 4a의 회로상에서 S4로 표시된 지점에서 초기에 실제 측정된 회로 전류가 5A이면 변류기를 통하여 유도된 변류기 전류는 2mA이고 정류부(250)의 저항(251) 양단에 걸리는 변류기 전압은 V = 2mA × 5㏀ = 10V가 된다. 상기 오차증폭기는 +입력단에 기준전압 8V, -입력단에 10V의 직류전압신호을 입력신호로 하여 연산하고 오차증폭신호 S102 -2V 를 생성한다. 그리고 상기 연산증폭기는 +입력단에 파형발생기의 삼각파발진신호 S101, -입력단에 오차증폭신호 -2V를 입력신호로 하여 적분연산하여 구형파인 연산기증폭신호 S103를 생성한다. 상기 연산증폭신호 S103의 펄스폭(W1)은 좁아진다. 이어서, 상기 연산증폭신호 S103는 IGBT(208)의 게이트입력신호가 되어 회로전압을 스위칭하여 회로전류량을 줄이게 된다. 반대로 3A의 회로 전류가 도 4a에서 S4로 표시된 지점에서 측정된다면, 변류기는 변류비에 따라 1.5mA의 변류기 전류를 생성하고, 역시 동일한 연산을 통하여 V = 1.5mA × 5㏀ = 7.5V 의 변류기 전압이 피드백 되어 기준 전압인 8V 와 연산되어 +0.5V 오차증폭신호가 생겨서 연산증폭기의 마이너스 단자를 통하여 삼각파와의 연산을 통해 연산증폭신호 S103의 펄스의 폭(W1)은 전술한 경우와는 반대로 넓어지게 된다. 이어서, 상기 연산증폭신호(S103)는 IGBT(208)의 게이트입력신호가 되어 회로전압을 스위칭하여 회로전류량을 증가시킨다. 결국 피드백 과정을 통하여 회로 전류는 기준 전류인 4A에 접근하게 된다. 도 4c는 상기와 같은 피드백 과정을 통하여 회로 전류가 4A에 접근하는 추이를 그래프로 도시하고 있다. 전류 및 주파수 제어 회로를 통하여 응답이 안정화된 회로 전압 및 회로 전류는 스위칭부(208)인 IGBT에서 스위칭되는 과정을 반복하면서 마그네트론에 공급되고, 따라서 마그네트론은 시스템의 조작자가 설정한 기준 전압과 기준 전류에 수렴하는 수치의 전원을 공급받게 되어 시료 전처리 과정에 주어지는 캐비티 내부의 환경은 실시간으로 조작자가 설정한 조건에 매우 근접하게 되며 동시에 마그네트론은 안정된 전원을 공급받게 된다. The above procedure will be described by way of example using numerical values. As a current transformer 210, use a product with the specification of 5A / 2mA (Tahwa Transformer Co., Ltd.), and set the reference current as 4A, which is the current determined when setting the current, and set the circuit voltage to 220V. The applied power is P = reference voltage * circuit voltage = 4 * 220 = 880W), the resistance (R, 251) of the rectifier of the current and frequency control circuit is 5 ㏀ and the reference voltage of the current adjuster 219 is set to 8V. In this case, the frequency generator generates 10 kHz frequency. If the circuit current initially measured at the point indicated by S4 on the circuit of FIG. 4A is 5 A, the current of the current drawn through the current transformer is 2 mA and the current transformer voltage across the resistor 251 of the rectifier 250 is V = 2 mA × 5. ㏀ = 10V. The error amplifier calculates a DC voltage signal having a reference voltage of 8V at a + input terminal and a 10V DC input signal at a − input terminal as an input signal, and generates an error amplification signal S102 −2V. The operational amplifier generates an operational amplifier signal S103 that is a square wave by integrating and calculating the triangular wave oscillation signal S101 of the waveform generator at the + input terminal and the error amplifier signal -2V at the-input terminal as an input signal. The pulse width W1 of the operational amplifier signal S103 is narrowed. Subsequently, the operational amplification signal S103 becomes a gate input signal of the IGBT 208 to switch the circuit voltage to reduce the circuit current amount. On the contrary, if the circuit current of 3A is measured at the point indicated by S4 in Fig. 4A, the current transformer generates a 1.5 mA current according to the current ratio, and through the same operation, a current transformer voltage of V = 1.5 mA × 5 mA = 7.5 V. The feedback voltage is calculated from the reference voltage of 8V to generate a + 0.5V error amplification signal, and the width of the pulse W1 of the operational amplification signal S103 is widened in the opposite direction as described above through calculation with a triangular wave through the negative terminal of the operational amplifier. You lose. Subsequently, the operational amplification signal S103 becomes a gate input signal of the IGBT 208 to switch the circuit voltage to increase the circuit current amount. Eventually, through the feedback process, the circuit current approaches 4A, the reference current. Figure 4c graphically shows the trend of the circuit current approaching 4A through the feedback process as described above. The circuit voltage and circuit current whose response is stabilized through the current and frequency control circuit are supplied to the magnetron by repeating the switching process in the switching unit 208, IGBT, so that the magnetron is set to the reference voltage and the reference current set by the operator of the system. The power inside the cavity, which is supplied to the sample pretreatment, is very close to the conditions set by the operator in real time, and the magnetron is supplied with stable power.
한편 전원을 인가하는 순간의 과전류를 방지하고 또한 필요시 전원을 차단하기 위한 회로가 선택적으로 추가될 수 있다. 도 4a를 살펴보면, 소프트 스타트 회로(220)는 시스템 온시 커패시티영향으로 순간적으로 IGBT에 아주 큰 전류가 흐르는 것을 방지하는 회로이며, 셧다운회로(22)는 과전류발생시 시스템보호를 위하여 강제로 제어를 중단하는 회로이다. 상기 소프트스타트회로는 소프트스타트신호 그리고 셧다운회로는 셧다운신호를 발생시키는데, 상기 소프트스타트신호는 최초 시스템 기동시 '로우'상태로 유지하다 점차 '하이'상태로 변하며 상기 셧다운신호는 과전류발생시 '로우'상태로 된다. 따라서, 상기 소프트스타트 회로나 셧다운회로를 추가로 구비하는 실시예는 소프트스타트신호와 셧다운신호가 모두 '하이'일 때 한해서만 연산증폭신호가 앤드게이트(209)를 거쳐 IGBT에 게이트입력으로 인가될 수 있다. 그리고, 시스템 구동 중에 과전류발생시 셧다운신호가 '로우'상태로 되면 연산증폭신호가 IGBT에 게이트입력으로 인가되지 못하므로 시스템은 중단된다. 본 실시예는 최초 시스템 구동시 그리고 구동중에 과전류발생으로 인한 시스템의 손상을 방지할 수 있다는 효과를 가진다. On the other hand, a circuit may be selectively added to prevent an overcurrent at the moment of applying the power and to cut off the power when necessary. Referring to FIG. 4A, the soft start circuit 220 is a circuit for preventing a large current from flowing momentarily in the IGBT due to the capacity effect when the system is turned on, and the shutdown circuit 22 forcibly stops the control to protect the system when an overcurrent occurs. It is a circuit. The soft start circuit generates a soft start signal and the shutdown circuit generates a shutdown signal. The soft start signal is maintained at a 'low' state upon initial system startup. The soft start signal is gradually changed to a 'high' state and the shutdown signal is 'low' when an overcurrent occurs. It is in a state. Therefore, in an embodiment in which the soft start circuit or the shutdown circuit is additionally provided, the operational amplification signal may be applied as a gate input to the IGBT via the AND gate 209 only when both the soft start signal and the shutdown signal are 'high'. have. If the shutdown signal becomes 'low' when an overcurrent occurs while the system is being driven, the operational amplification signal is not applied to the IGBT as a gate input. This embodiment has the effect that it is possible to prevent damage to the system due to the occurrence of overcurrent during initial system operation and during operation.
상기와 같은 전원 공급부의 전원 공급 방법은, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 단계별로 다음과 같은 과정을 거친다. 즉 본 발명의 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템에 안정적이고 지속적으로 전원을 실시간 공급하는 방법은, 회로에 실제로 걸리는 회로전압과 회로에 실제로 흐르는 회로전류를 지정하고 또한 전류 조정부(219)에서 전류를 셋팅할 때 정해지는 기준전압과 기준 전류를 지정하는 단계와(P2, P3); 회로전류가 변류기로 유도되어 변류기에 걸리는 변류기전압과 변류기 전류를 측정하는 단계와(P4); 변류기 전압과 기준 전압을 입력받아 오차증폭신호를 연산하는 단계와(P5); 오차증폭신호와 발진신호를 입력받아 연산증폭신호를 연산하는 단계와(P6); 소프트 스타트신호 및 셧다운 신호가 하이(High)인지 판단하는 단계와(P7); 상기 소프트 스타트신호 및 셧다운 신호가 하이이면 IGBT를 개방하여 전류를 증감하고(P8,P9), 상기 소프트 스타트 신호 및 셧다운 신호가 하이가 아니면 IGBT를 폐쇄하는 단계(P10)를 포함한다.The power supply method of the power supply unit as described above, as shown in FIG. 7, is subjected to the following process for each step. In other words, the method for stably and continuously supplying power to the sample pretreatment system using the microwave according to the present invention can designate the circuit voltage actually applied to the circuit and the circuit current actually flowing to the circuit, and also set the current in the current adjusting unit 219. Designating a reference voltage and a reference current determined at time (P2, P3); Measuring a current transformer current and a current transformer applied to the current transformer by the circuit current to the current transformer (P4); Calculating an error amplifying signal by receiving a current transformer voltage and a reference voltage (P5); Calculating an operational amplification signal by receiving an error amplification signal and an oscillation signal (P6); Determining whether the soft start signal and the shutdown signal are high (P7); Opening the IGBT if the soft start signal and the shutdown signal are high to increase or decrease the current (P8, P9); and close the IGBT if the soft start signal and the shutdown signal are not high (P10).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시료 전처리 시스템을 구동하는 프로그램 화면의 일예이다. 도 6에 도시된 바에 의하면, 상기 프로그램화면은 인가전력지정부(701)와 인가시간지정부(704)를 포함하는 전처리조건설정부(700)를 구비한다. 사용자는 인가전력지정부(701)에 마그네트론에 인가할 전력을 지정하고 인가시간지정부(704)에 인가시간을 정한다. 그리고, 이와 같은 과정을 여러 단계로 나누어 설정함으로서 시료전처리 조건을 지정할 수 있다. 여기서, 사용자가 인가전력지정부(701)에 전력을 지정하는 것은 앞서 본 기준전류를 규정하는 것을 의미한다. 즉 회로전압이 220V인 경우에, 사용자가 인가전력지정부에 880W을 지정하게 되면, 기준전류는 4A가 되고, 전원공급부는 회로전류가 4A기준전류에 근사하도록 전류를 제어하게 된다. 6 is an example of a program screen for driving a sample pretreatment system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the program screen includes a preprocessing condition setting unit 700 including an authorized power specifying unit 701 and an authorized time specifying unit 704. The user designates the power to be applied to the magnetron in the authorized power specifying unit 701 and sets the authorized time in the authorized time specifying unit 704. And, by setting such a process divided into several steps, it is possible to specify the sample pretreatment conditions. In this case, the user designating power to the applied power specifying unit 701 means to define the reference current. That is, when the circuit voltage is 220V, when the user designates 880W to the applied power designator, the reference current is 4A, and the power supply unit controls the current so that the circuit current approximates the 4A reference current.
나아가, 본 프로그램 화면은 진행률표시부(710)을 구비하여 시료 전처리 진행시간을 실시간으로 표시할 수 있고, 사용자는 '불러오기'버튼(715)를 이용해 저장된 시료전처리 조건을 불러와서 사용할 수도 있으며, 새로 정한 시료 전처리 조건을 '저장'버튼(714)를 이용해 저장할 수도 있고, '정지'버튼(712)을 눌러 시료전처리를 중단할 수도 있으며, '리셋'버튼(713)을 눌러 시료전처리 조건을 리셋시킬 수도 있다. Furthermore, the program screen may include a progress display unit 710 to display a sample preprocessing progress time in real time, and the user may recall and use a stored sample pretreatment condition by using the 'load' button 715, or newly. The sample pretreatment condition may be stored using the 'save' button 714, the sample pretreatment may be stopped by pressing the 'stop' button 712, or the sample pretreatment condition may be reset by pressing the 'reset' button 713. It may be.
본 발명의 시료 전처리 시스템에서, 마그네트론, 제어부에 사용되는 마이컴의 종류나 통신 포트의 종류 또는 입력부는 기존의 장치 중에서 적절하게 선택될 수 있으며, 디스플레이되는 출력부의 화면의 구성도 본 발명의 사상에 영향을 미치지 아니하고 범위 내에서 변형 가능하다. In the sample pretreatment system of the present invention, the magnetron, the type of microcomputer used for the control unit, the type of communication port, or the input unit can be appropriately selected from existing devices, and the configuration of the screen of the output unit to be displayed also affects the spirit of the present invention. It is possible to deform within the range without affecting.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 함은 더 이상 나아가 살펴볼 필요가 없다.In the above, the Applicant has described various embodiments of the present invention, but these embodiments are merely examples for implementing the technical idea of the present invention, and any changes or modifications may be made to the present invention. To be interpreted as belonging to a scope does not need to go further.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다. The present invention can achieve the following effects by the above configuration.
본 발명은 극초단파를 이용함으로 인하여 시료를 신속하게 가열하므로 시료 전처리 시간을 단축하는 것은 물론 시료 오염과 실험자가 위험한 산에 노출되는 것을 막아준다.The present invention heats the sample quickly by using the microwave, thereby shortening the sample preparation time and preventing the sample from being contaminated and exposed to dangerous acids.
본 발명은 전원 공급부가 안정적이고 지속적으로 전원을 마그네트론에 실시간 공급하여 시스템의 응답성을 향상시켜 시료 전처리 과정이 신뢰할 수 있는 결과를 도출할 수 있게 한다. The present invention provides a stable and continuous power supply to the magnetron in real time to improve the responsiveness of the system so that the sample preparation process can produce a reliable result.
본 발명은 극초단파가 캐비티 내에서 어느 한 지점을 집중적으로 반사하여 통과하게 됨으로 인하여 발생하는 집중 가열 현상을 방지함과 아울러 캐비티 내부의 극초단파가 캐비티 외부로 누설되는 것을 방지한다.The present invention prevents the concentrated heating phenomenon caused by the microwaves reflecting and passing through a certain point in the cavity, and also prevents the microwaves from leaking out of the cavity.
도 1은 본 발명인 극초단파를 이용한 시료 전처리 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a sample pretreatment system using the present inventors microwave.
도 2는 종래의 시료 전처리 시스템에 사용된 온/오프 방식의 전원 공급부의 개략적인 회로도.2 is a schematic circuit diagram of an on / off power supply used in a conventional sample preparation system.
도 3은 본 발명의 시료 전처리 시스템에 있어서, 가변 전압 가변 주파수(Variable Voltage Variable Frequency) 방식에 의한 전원 공급부의 개략적인 회로도.3 is a schematic circuit diagram of a power supply unit using a variable voltage variable frequency method in a sample preprocessing system of the present invention.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 시료 전처리 시스템의 VVVF 방식의 전원 공급부의 상세한 회로도.Figure 4a is a detailed circuit diagram of the power supply of the VVVF method of the sample preparation system according to an embodiment of the present invention.
도 4b는 도 4a의 각 지점에서 측정되는 전압 신호를 나타내는 그래프.4B is a graph showing the voltage signal measured at each point in FIG. 4A.
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급부의 시간에 따른 회로 전류의 응답추이를 나타내는 그래프.Figure 4c is a graph showing the response trend of the circuit current with time of the power supply unit according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 캐비티 도어의 단면도.5 is a cross-sectional view of the cavity door according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시료 전처리 시스템을 구동하는 프로그램 화면의 일예.6 is an example of a program screen for driving a sample pretreatment system according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 안정적이고 지속적으로 전원을 실시간 공급하는 방법을 나타내는 순서도.Figure 7 is a flow chart illustrating a method for providing a stable and continuous power supply in real time according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *
4 : 캐비티 10 : 마그네트론4: cavity 10: magnetron
11 : 전원 12 : 입력부11 power supply 12 input unit
13 : 출력부 14 : 제어부13 output unit 14 control unit
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |