광학 용존산소(ODO) 센서는 형광 기반 센서라고도 하며, 기존의 막 전극 방식(클락 전지)과는 대조적인 최신 기술입니다. 이 센서의 핵심 특징은 형광 소멸 현상을 이용하여 물속 용존산소 농도를 측정하는 것입니다.
작동 원리:
센서 끝부분은 형광 염료가 함침된 막으로 덮여 있습니다. 이 염료는 특정 파장의 청색광에 의해 여기되면 적색광을 방출합니다. 물속에 산소 분자가 존재하면 여기된 염료 분자와 충돌하여 형광 강도가 감소하고 형광 수명이 짧아집니다. 이러한 형광 수명 또는 강도의 변화를 측정함으로써 용존 산소 농도를 정확하게 계산할 수 있습니다.
주요 특징:
- 산소 소모 없음, 전해질 필요 없음:
- 이는 막 전극 방식과의 가장 근본적인 차이점입니다. 광학 센서는 시료에서 산소를 소모하지 않으므로, 특히 유속이 느리거나 정체된 수역에서 더욱 정확한 결과를 제공합니다.
- 전해질이나 멤브레인을 교체할 필요가 없어 유지보수 비용이 크게 절감됩니다.
- 유지보수가 적고 안정성이 뛰어납니다.
- 막 막힘, 전극 중독 또는 전해질 오염 문제는 발생하지 않았습니다.
- 교정 주기가 길어 몇 달에 한 번 또는 그보다 더 긴 간격으로만 교정이 필요한 경우가 많습니다.
- 빠른 응답 속도와 높은 정확도:
- 용존 산소량 변화에 매우 빠르게 반응하여 역동적인 수질 변화를 실시간으로 포착할 수 있습니다.
- 측정값은 유속이나 황화물과 같은 방해 물질의 영향을 받지 않으므로 기존 방법에 비해 정확성과 안정성이 뛰어납니다.
- 장기적인 변동폭 최소화:
- 형광 염료의 특성은 매우 안정적이어서 신호 변동이 최소화되고 장기적인 측정 신뢰성이 보장됩니다.
- 사용 편의성:
- 일반적으로 플러그 앤 플레이 방식이며, 시동 후 장시간의 분극 시간이 필요하지 않아 즉시 측정이 가능합니다.
단점:
- 초기 비용 상승: 일반적으로 기존 막 전극 센서보다 가격이 더 비쌉니다.
- 형광막은 수명이 제한적입니다. 일반적으로 1~3년 정도 오래 사용할 수 있지만, 결국 광분해되거나 오염되어 교체가 필요합니다.
- 오일 및 조류에 의한 오염 가능성: 센서 표면에 오일이나 생물막이 두껍게 코팅되면 광 여기 및 수신을 방해하여 청소가 필요할 수 있습니다.
2. 적용 시나리오
광학식 용존산소 센서는 뛰어난 특성 덕분에 지속적이고 정확한 용존산소 모니터링이 필요한 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
- 폐수 처리 시설:
- 매우 중요한 응용 분야입니다. 폭기조 및 호기성/혐기성 구역의 용존산소(DO)를 모니터링하여 폭기를 최적화하고, 에너지 절약 및 처리 효율 향상을 위한 정밀한 제어를 가능하게 합니다.
- 자연 수역 모니터링(강, 호수, 저수지):
- 수역의 자정 능력, 부영양화 상태 및 잠재적 저산소증을 평가하기 위한 환경 모니터링 스테이션에서 사용되어 생태 보호를 위한 데이터를 제공합니다.
- 양식업:
- 용존산소(DO)는 양식업의 생명줄입니다. 광학 센서를 이용하면 연못과 수조를 24시간 내내 모니터링할 수 있습니다. DO 수치가 너무 낮아지면 경보가 울리고 자동으로 폭기 장치가 작동하여 물고기 폐사를 방지하고 생산량을 보호할 수 있습니다.
- 과학 연구:
- 고정밀, 저간섭 용존산소(DO) 데이터가 필수적인 해양 조사, 호수학 연구 및 생태독성학 실험에 사용됩니다.
- 산업 공정 용수:
- 발전소 및 화학 공장의 냉각수 시스템과 같은 곳에서는 부식 및 생물막 형성을 제어하기 위해 용존 산소(DO)를 모니터링합니다.
3. 필리핀 사례 연구
섬나라 필리핀은 양식업과 관광업에 경제가 크게 의존하고 있는 동시에 도시화로 인한 수질 오염 문제에 직면해 있습니다. 따라서 수질 모니터링, 특히 용존 산소량 모니터링은 매우 중요합니다.
사례 연구: 라구나 데 베이 양식 구역의 스마트 용존 산소 모니터링 및 폭기 시스템
배경:
라구나 데 베이는 필리핀에서 가장 큰 호수로, 주변 지역은 주로 틸라피아와 방어(밀크피시) 양식에 매우 중요한 지역입니다. 그러나 이 호수는 부영양화로 인해 위협받고 있습니다. 무더운 여름철에는 수층 분리로 인해 심층부에 산소 부족 현상이 발생하여 대규모 어류 폐사가 자주 발생하고, 이는 양식업자들에게 막대한 경제적 손실을 초래합니다.
응용 프로그램 솔루션:
수산자원국(BFAR)은 지방 정부와 협력하여 대규모 상업 양식장과 호수의 주요 지역에서 광학 용존 산소 센서를 기반으로 하는 지능형 수질 모니터링 및 제어 시스템의 사용을 장려했습니다.
시스템 구성 요소 및 워크플로우:
- 모니터링 지점: 광학식 용존산소(DO) 센서가 장착된 다중 매개변수 수질 부표를 양식장(특히 수심이 깊은 곳)의 여러 지점과 호수의 주요 위치에 설치했습니다. 이러한 센서를 선택한 이유는 다음과 같습니다.
- 유지보수 최소화: 장기간 유지보수가 필요 없는 작동으로 기술 인력이 부족한 환경에 이상적입니다.
- 간섭 저항성: 유기물이 풍부하고 탁한 양식 수역에서 오염으로 인한 고장 발생 가능성이 낮습니다.
- 실시간 데이터: 1분마다 데이터를 제공하여 갑작스러운 용존산소(DO) 감소를 신속하게 감지할 수 있습니다.
- 데이터 전송: 센서 데이터는 무선 네트워크(예: GPRS/4G 또는 LoRa)를 통해 실시간으로 클라우드 플랫폼과 농부들의 모바일 앱으로 전송됩니다.
- 스마트 제어 및 조기 경보:
- 플랫폼 측면: 클라우드 플랫폼에는 용존 산소(DO) 경보 임계값(예: 3mg/L 미만)이 설정되어 있습니다.
- 사용자 측면: 농부들은 소리/시각적 알림, SMS 또는 앱 알림을 받습니다.
- 자동 제어: 이 시스템은 용존 산소(DO) 수치가 안전한 범위로 회복될 때까지 자동으로 폭기 장치를 작동시킬 수 있습니다.
결과:
- 어류 폐사율 감소: 조기 경보 및 자동 폭기 시스템 덕분에 야간이나 이른 아침 시간대에 용존 산소량이 극도로 낮아져 발생했던 여러 차례의 어류 폐사 사건을 성공적으로 예방할 수 있었습니다.
- 양식 효율성 향상: 양식업자들은 사료 공급과 폭기 관리를 더욱 과학적으로 할 수 있어 전기료를 절감하고(폭기 장치를 24시간 내내 가동할 필요가 없어짐) 사료 효율과 어류 성장률을 향상시킬 수 있습니다.
- 환경 관리용 데이터: 호수 내 모니터링 스테이션은 BFAR에 장기간에 걸친 시공간적 용존산소(DO) 데이터를 제공하여 부영양화 추세를 분석하고 보다 과학적인 호수 관리 정책을 수립하는 데 도움을 줍니다.
요약:
필리핀과 같이 양식업이 높은 위험에 직면하고 인프라가 열악한 개발도상국에서 광학식 용존산소 센서는 내구성, 낮은 유지보수 비용, 높은 신뢰성 덕분에 정밀 양식 및 스마트 환경 관리에 이상적인 기술 도구로 입증되었습니다. 이 센서는 양식업자들이 위험을 줄이고 소득을 증대하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 필리핀의 소중한 수생 생태계를 보호하기 위한 강력한 데이터 기반을 제공합니다.
또한 다양한 솔루션을 제공해 드릴 수 있습니다.
1. 다중 매개변수 수질 측정용 휴대용 측정기
2. 다중 매개변수 수질 측정을 위한 부유식 부표 시스템
3. 다중 매개변수 수위 센서용 자동 청소 브러시
4. 서버 및 소프트웨어 무선 모듈의 완벽한 세트, RS485, GPRS, 4G, Wi-Fi, LoRa, LoRaWAN 지원
더 많은 센서 정보를 보려면 정보,
자세한 사항은 혼데 테크놀로지 주식회사로 문의해 주십시오.
Email: info@hondetech.com
회사 웹사이트:www.hondetechco.com
전화: +86-15210548582
게시 시간: 2025년 10월 30일