KR20190141329A - 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전력 및 소형화 가능하고 추가적인 광학필터 없이 원하는 파장만을 사용할 수 있는 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 저전력소모 및 소형화함으로써 대기상태 모니터링이 요구되는 다양한 장소에 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 대기중에 부유하는 인체 또는 가축에 유해한 생물학적 입자나 세균 생물입자를 실시간으로 간편하고 신속하며 확실하게 검출하여 질병의 확산 모니터링 및 생물학 테러에 대한 모니터링을 통해 신속한 후속 대응이 가능하고, 감염이나 오염이 확산되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 저전력소모 및 소형화함으로써 대기상태 모니터링이 요구되는 다양한 장소에 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 대기중에 부유하는 인체 또는 가축에 유해한 생물학적 입자나 세균 생물입자를 실시간으로 간편하고 신속하며 확실하게 검출하여 질병의 확산 모니터링 및 생물학 테러에 대한 모니터링을 통해 신속한 후속 대응이 가능하고, 감염이나 오염이 확산되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전력 및 소형화 가능하고 추가적인 광학필터 없이 원하는 파장만을 사용할 수 있는 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템에 관한 것이다.
실시간 생물입자 측정 기술로는 대기 중 부유 입자를 흡입하여 선별, 농축한 후 이송된 단일입자에 빛을 조사하여 발생한 산란광(scattering light)과 형광(fluorescent light)을 측정하여 세균입자인지 일반입자인지를 구분하는 레이저 유도 형광 기술이 유일한 방법으로 개발되어 있으나 소비전력이 높고 대형이며 원하는 파장 대역만을 추출하기 위하여 추가의 광학필터 등이 필요한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 대기중의 부유입자에 빛을 조사할 때 발생하는 산란광과 함께 형광을 검출 및 형광 신호와 산란광 신호를 통해 부유입자에 포함된 생물입자를 실시간으로 신속하고 확실하게 검출하여 구제역이나 기타 조류독감 등 관련한 가축의 질병 예방을 위해 대기중의 입자를 간편하게 실시간 모니터링 및 경고함으로써 대책을 강구할 수 있는 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 내부공간이 형성된 본체와; 일 단과 타 단이 각각 상기 본체 외부로 노출되게 상기 본체를 가로지르도록 설치되고, 내부에는 공기가 통과할 수 있도록 공기통로가 마련되며, 자외선이 투과할 수 있도록 형성된 공기통과부와; 상기 본체 내에 설치되어 상기 공기통과부 측으로 자외선을 방출하는 자외선발광모듈과; 상기 본체 내에 설치되어 상기 자외선발광모듈에서 방출된 자외선에 의해 상기 공기통과부를 통과하는 공기중에 포함된 생물입자로부터 방출되는 산란광 및 형광을 각각 검출하는 광검출모듈과; 상기 광검출모듈에서 검출된 산랑광 및 형광을 분석하여 생물입자의 존재 여부, 생물입자의 개수, 생물입자의 종류를 포함하는 생물입자와 관련된 정보를 분석하는 분석모듈과; 상기 분석모듈에서 분석된 정보를 표시하는 표시모듈과; 상기 분석모듈에서 분석된 정보에 따라 경고신호를 방출하는 알람모듈;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 자외선발광모듈은 복수의 자외선 LED와, 상기 자외선 LED가 전면에 실장되고 상기 자외선 LED를 구동하는 컨트롤러가 마련된 기판과, 상기 기판의 일 측에 구비되어 전원공급부로부터 전원을 공급받을 수 있게 형성된 전원커넥터와, 상기 기판의 후면에 접하도록 설치되는 방열판과, 상기 기판의 전방에 이격되게 배치되어 상기 자외선 LED에서 방출되는 빛을 확산시키는 확산렌즈와, 상기 확산렌즈를 상기 기판으로부터 일정 간격 이격되게 지지 및 상기 자외선 LED로부터 상기 기판의 측방을 향해 방출되는 빛을 상기 확산렌츠 측으로 반사시키도록 상기 기판의 전면 가장자리를 따라 설치되는 홀더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 자외선발광모듈은 320~420nm 대역의 자외선을 방출하는 제1LED와, 280~320nm 대역의 자외선을 방출하는 제2LED와, 250~280nm 대역의 자외선을 방출하는 제3LED 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본체의 위치정보를 획득하는 지피에스모듈과; 상기 지피에스모듈에서 획득한 상기 본체의 위치정보 및 상기 본체의 위치에서 상기 분석모듈에 의해 분석된 정보를 저장하는 저장모듈;을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 저전력소모 및 소형화함으로써 대기상태 모니터링이 요구되는 다양한 장소에 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 대기중에 부유하는 인체 또는 가축에 유해한 생물학적 입자나 세균 생물입자를 실시간으로 간편하고 신속하며 확실하게 검출하여 질병의 확산 모니터링 및 생물학 테러에 대한 모니터링을 통해 신속한 후속 대응이 가능하고, 감염이나 오염이 확산되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템의 제어계통을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템의 자외선발광모듈을 나타낸 분리사시도.
도 2는 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템의 제어계통을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템의 자외선발광모듈을 나타낸 분리사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 본체(미도시)와, 공기통과부(200)와, 자외선발광모듈(300)과, 광검출모듈(400)과, 분석모듈(500)과, 표시모듈(600)과, 지피에스모듈(700)과, 저장모듈(800)을 구비한다.
본체는 사각 박스 형태로 형성되고, 내부에는 공기통과부(200)와, 자외선발광모듈(300)과, 광검출모듈(400)과, 분석모듈(500)과, 표시모듈(600)과, 지피에스모듈(700), 저장모듈(800)이 내장되는 내부공간이 형성된다.
공기통과부(200)는 일 단과 타 단이 각각 본체 외부로 노출되게 본체를 가로지르도록 상하방향으로 설치되고, 내부에는 공기가 통과할 수 있도록 공기통로가 마련되며, 자외선이 투과할 수 있도록 형성된다.
공기통과부(200)는 본체의 하부로 노출되게 설치된 하단으로부터 공기가 유입되어 본체의 상부로 노출되게 설치된 상단으로 공기가 배출된다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 공기통과부(200)의 일 측에는 공기의 흐름을 유도하기 위해 하단 측으로부터 공기를 흡입하여 상단 측으로 공기를 배출시키는 흡입장치를 더 구비할 수 있다.
자외선발광모듈(300)은 본체 내에 설치되어 공기통과부(200) 측으로 자외선을 방출하는 것으로서, 복수의 자외선 LED(310)와, 자외선 LED(310)가 전면에 실장되고 자외선 LED(310)를 구동하는 컨트롤러(302)가 마련된 기판(320)과, 기판(320)의 일 측에 구비되어 전원공급부로부터 전원을 공급받을 수 있게 형성된 전원커넥터(330)와, 기판(320)의 후면에 접하도록 설치되는 방열판(340)과, 기판(320)의 전방에 이격되게 배치되어 자외선 LED(310)에서 방출되는 빛을 확산시키는 확산렌즈(350)와, 확산렌즈(350)를 기판(320)으로부터 일정 간격 이격되게 지지 및 자외선 LED(310)로부터 기판(320)의 측방을 향해 방출되는 빛을 확산렌즈(350) 측으로 반사시키도록 기판(320)의 전면 가장자리를 따라 설치되는 홀더(360)를 포함한다.
자외선발광모듈(300)에 구비되는 자외선 LED(310)는 320~420nm 대역의 자외선을 방출하는 제1LED와, 280~320nm 대역의 자외선을 방출하는 제2LED와, 250~280nm 대역의 자외선을 방출하는 제3LED 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다.
일 예로, 자외선 LED(310)는 320~420nm 대역의 자외선을 방출하는 제1LED만 단독으로 실장될 수 있고, 280~320nm 대역의 자외선을 방출하는 제2LED만 단독으로 실장될 수도 있으며, 250~280nm 대역의 자외선을 방출하는 제3LED만 단독으로 실장될 수 있다.
또한, 자외선발광모듈(300)은 제1LED와 제2LED의 조합, 제1LED와 제3LED의 조합, 제2LED와 제3LED의 조합, 제1LED와 제2LED와 제3LED의 조합으로 구성할 수도 있다.
280nm 기준의 자외선영역에서 형광을 발생하는 Tyrosine과 Tryptophan의 형광양자효율이 NADH 보다 약 8배 정도 감도가 높다. 한편, 위험 요소가 되는 독소나 세균의 경우 여기광원 350nm에서 형광을 내는 NADH 와 리보플라빈보다 단백질 특히, 트립토판과 타이로신의 비율이 세균의 경우 약 100배, 포자의 경우 약 2,000배 이상 높으며, 독소의 경우는 100% 단백질 성분으로만 구성된다. 이와 같은 특성들을 볼 때 280nm 영역의 자외선 광원이 유해 생물입자를 탐지하는데 효과적이므로 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템의 자외선발광모듈(300)은 280nm 영역의 자외선을 방출하는 자외선 LED(310)를 적용하는 것이 바람직하다.
기판(320)에는 자외선 LED(310)의 구동을 위한 드라이버, 자외선 LED(310)의 동작을 제어하는 컨트롤러(302) 및 통신을 위한 통신포트(321), 전원을 공급받을 수 있도록 된 전원커넥터(330)가 구비된다.
방열판(340)은 기판(320)의 후면에 장착 및 설치되어 후술하는 자외선 LED(310)의 동작에 따라 발생하는 열을 기판(320)을 통해 전달받아 외부로 방출한다.
확산렌즈(350)는 기판(320)의 전방에 이격되게 배치되어 자외선 LED(310)에서 방출되는 빛을 확산시키는 것으로서, 표면에 확산을 위한 확산패턴이 형성되고 실리카로 형성할 수 있다.
기존 LED(310) 조명에 사용되는 Polymer Diffuser는 자외선 파장에서 변색이 발생할 뿐만 아니라, 투과율이 나쁜 문제가 있다. 따라서 자외선 파장에서는 투과율이 우수한 재질을 이용하는 것이 필요하며, 확산렌즈(350)는 Fused Silica를 이용함으로써 투과율을 높이면서 변색이 발생하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 내부에 확산패턴을 형성하여 광을 더욱 확산시킬 수 있다.
홀더(360)는 내부에 중공부가 형성되고, 확산렌즈(350)를 기판(320)으로부터 일정 간격 이격되게 지지하면서, 자외선 LED(310)로부터 기판(320)의 측방을 향해 방출되는 빛을 확산렌즈(350) 측으로 반사시키도록 기판(320)의 전면 가장자리를 따라 설치된다. 자외선의 반사를 위해 홀더(360) 중공부의 내주면에는 반사코팅이 형성될 수 있다.
광검출모듈(400)은 본체 내에 설치되어 자외선발광모듈(300)에서 방출된 자외선에 의해 공기통과부(200)를 통과하는 공기중에 포함된 생물입자로부터 방출되는 산란광 및 형광을 각각 검출하는 것으로서, 산란광검출부(410)와, 형광검출부(420)를 포함한다.
분석모듈(500)은 광검출모듈(400)에서 검출된 산랑광 및 형광을 분석하여 생물입자의 존재 여부, 생물입자의 개수, 생물입자의 종류를 포함하는 생물입자와 관련된 정보를 분석하며, 분석된 정보를 컨트롤러(302)에 송출한다.
표시모듈(600)은 분석모듈(500)에서 분석된 정보를 그래프 및 수치로 표시한다. 표시모듈은 그래프 및 수치 정보 뿐만 아니라 소리를 통한 경고를 알리기 위한 알람모듈(650)을 더 포함할 수 있다.
알람모듈(650)은 분석모듈(500)에서 분석된 정보에 따라 공기중의 유해한 생물입자가 설정된 기준치와 대비하여 적정수치, 주의수치, 위험수치인지를 표시할 수 있도록 녹색, 황색, 적색의 LED를 각각 구비할 수 있으며, 기준치보다 높은 위험수치에 해당하면 이를 소리 형태로 알릴 수 있도록 스피커 또는 부저를 더 포함할 수 있다.
지피에스모듈(700)은 통신포트(321)에 접속되어 본체의 현재 위치정보를 획득하며, 획득된 위치정보는 컨트롤러(302)에 송출된다.
저장모듈(800)은 지피에스모듈(700)에서 획득한 본체의 위치정보 및 본체의 위치에서 분석모듈(500)에 의해 분석된 정보가 컨트롤러(302)에 의해 저장된다. 저장모듈(800)은 슬롯 방식으로 본체 또는 기판(320)에 삽입 및 분리할 수 있도록 Micr SD 카드, SD 카드 형태로 형성된 것을 적용할 수 있다.
컨트롤러(302)는 자외선 LED(310)의 동작을 제어하고, 분석모듈(500)에서 분석된 정보를 수신하며, 지피에스모듈(700)에서 획득한 위치정보를 수신한다. 그리고, 컨트롤러(302)는 본체의 위치에서 분석모듈(500)에 의해 분석된 생물입자 관련정보와, 본체의 위치정보를 매칭하여 본체의 위치에 따른 생물입자 관련정보를 저장모듈(800)에 저장되게 처리한다.
본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 공기 중에 부유하는 입자를 공기통과부(200)에 통과시키고, 입자가 지나가는 공기통구부에 자외선 광원을 조사한다. 이때, 일반 입자는 조사된 빛에 의해 산란을 일으키고, 이 산란광의 크기는 구형 입자 기준으로 입자의 지름에 비례한다. 그리고, 생물입자는 형광 물질을 갖고 있어 산란뿐만 아니라, 광원을 흡수한 후 형광을 방출한다. 따라서 형광과 산란을 형광검출부(420)와 산란광검출부(410)를 통해 각각 측정하면, 입자가 지나갈 때 생물입자의 존재 여부를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 생물입자의 특성에 따라 독소 입자와 세균 및 포자의 생물입자를 구분할 수 있다.
또한, 자외선발광모듈(300)에서 방출되는 200∼300nm 중자외선 대역은 유해생물 입자와 병원균의 탐지와 식별, 제독이 가능하며, 생물입자에 극미량으로 존재하는 트립토판, 타이로신 같은 아미노산과 NADH(nicotinamide adenine dinucleotide)나 리보플라빈 등의 생체분자 물질은 중자외선 파장의 광에서 흡수가 일어나, 300∼400nm의 근자외선 영역과 가시광선 영역에서 각각의 물질의 고유한 형광 양자효율(fluorescence quantum efficiency) 특성에 따라 고유의 형광을 발생하므로 에어로졸, 액상 혹은 파우더 상태에서 탐지 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
200 : 공기통과부
300 : 자외선발광모듈
400 : 광검출모듈
500 : 분석모듈
600 : 표시모듈
700 : 지피에스모듈
800 : 저장모듈
300 : 자외선발광모듈
400 : 광검출모듈
500 : 분석모듈
600 : 표시모듈
700 : 지피에스모듈
800 : 저장모듈
Claims (4)
- 내부공간이 형성된 본체와;
일 단과 타 단이 각각 상기 본체 외부로 노출되게 상기 본체를 가로지르도록 설치되고, 내부에는 공기가 통과할 수 있도록 공기통로가 마련되며, 자외선이 투과할 수 있도록 형성된 공기통과부와;
상기 본체 내에 설치되어 상기 공기통과부 측으로 자외선을 방출하는 자외선발광모듈과;
상기 본체 내에 설치되어 상기 자외선발광모듈에서 방출된 자외선에 의해 상기 공기통과부를 통과하는 공기중에 포함된 생물입자로부터 방출되는 산란광 및 형광을 각각 검출하는 광검출모듈과;
상기 광검출모듈에서 검출된 산랑광 및 형광을 분석하여 생물입자의 존재 여부, 생물입자의 개수, 생물입자의 종류를 포함하는 생물입자와 관련된 정보를 분석하는 분석모듈과;
상기 분석모듈에서 분석된 정보를 표시하는 표시모듈과;
상기 분석모듈에서 분석된 정보에 따라 경고신호를 방출하는 알람모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 자외선발광모듈은
복수의 자외선 LED와, 상기 자외선 LED가 전면에 실장되고 상기 자외선 LED를 구동하는 컨트롤러가 마련된 기판과, 상기 기판의 일 측에 구비되어 전원공급부로부터 전원을 공급받을 수 있게 형성된 전원커넥터와, 상기 기판의 후면에 접하도록 설치되는 방열판과, 상기 기판의 전방에 이격되게 배치되어 상기 자외선 LED에서 방출되는 빛을 확산시키는 확산렌즈와, 상기 확산렌즈를 상기 기판으로부터 일정 간격 이격되게 지지 및 상기 자외선 LED로부터 상기 기판의 측방을 향해 방출되는 빛을 상기 확산렌츠 측으로 반사시키도록 상기 기판의 전면 가장자리를 따라 설치되는 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 자외선발광모듈은 320~420nm 대역의 자외선을 방출하는 제1LED와, 280~320nm 대역의 자외선을 방출하는 제2LED와, 250~280nm 대역의 자외선을 방출하는 제3LED 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 본체의 위치정보를 획득하는 지피에스모듈과;
상기 지피에스모듈에서 획득한 상기 본체의 위치정보 및 상기 본체의 위치에서 상기 분석모듈에 의해 분석된 정보를 저장하는 저장모듈;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지 시스템.
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| KR1020180067941A KR20190141329A (ko) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 자외선 발광다이오드를 이용한 생물입자 감지시스템 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190141329A true KR20190141329A (ko) | 2019-12-24 |
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ID=69006438
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20190141329A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120123576A (ko) | 2010-02-26 | 2012-11-08 | 샤프 가부시키가이샤 | 공기중 생물학적 입자를 검출하기 위한 검출 장치 및 검출 방법 |
| KR20180024900A (ko) | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 국방과학연구소 | 화합물 반도체 기반 생물입자 검출 장치 및 방법 |
-
2018
- 2018-06-14 KR KR1020180067941A patent/KR20190141329A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
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