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[E.B.E.] 굴절률 측정기 다시 생각해보기 : VST, Atago 및 DiFluid 2부

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Engineering Better Espresso
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에스프레소 기술 혁신
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Engineering Better Espresso (더 나은 에스프레소를 위한 공학적 접근) 저자 ‘로버트 알로에’의 도움을 받아 제공되는 콘텐츠입니다. 디자인커피 블로그를 통해 저자의 200개 넘는 글 중 최신 이슈를 반영하여 번역하고 있습니다.
3줄 요약 : 굴절률 지표와 커피 가용성 평가하기 - Part 2.
DFT, VST, Atago 굴절률 측정기로 5가지 용액(자당 용액, 에스프레소/필터 강도의 인스턴트커피, 에스프레소, 필터 커피)의 커피 가용성 평가를 진행해 보았다. 실험 장비들의 측정값이 전반적으로 과대평가되는 경향을 보였지만 그중 자당 용액만 TDS 값과 매우 근접한 결과를 보였으며 VST와 Atago 측정값 역시 근접한 상태에서 고정된 양상을 보였다.

굴절률 측정기 다시 생각해보기 : VST, Atago 및 DiFluid; 2 부

이 포스팅은 DiFluid(DFT) 디지털 굴절률 측정기를 VST 및 Atago 굴절률 측정기와 비교 평가하는 시리즈의 두 번째 글이다. 굴절률 측정기는 특정 온도에서 커피의 굴절률 변화를 연관시켜 커피의 TDS(Total Dissolved Solids)를 결정하는 데 쓰여왔다. VST 및 Atago 장치는 커피씬에서 가장 일반적으로 사용되는 굴절률 측정기지만 가격이 어마 무시하다. 그나마 DiFluid가 최근 훨씬 귀염뽀짝한 가격과 더 작은 설치 공간을 자랑하며 혜성처럼 등장했다. DFT는 다양한 커피 커뮤니티인들의 초기 테스트에서 흥미로운 결과를 보여줬지만, 내 이전 포스팅인 Part 1의 결과에서 알 수 있듯 DiFluid 장치 간에는 예측할 수 없는 상당한 편차가 있는 것 같다.
Socratic Coffee는 여러 세트의 DFT 장치에서 데이터를 수집했는데 이 실험의 주요 목표는 다양한 굴절률 측정기가 실제 자료 측정값(수분 균형을 통해 직접 측정된 커피 가용성 물질)과 비교해 얼마나 정확한지를 알아보는 것이다. 이를 위해 실험에서는 다양한 시그널 및 노이즈를 가진 여러 용액들을 포함시켰다. 이러한 데이터들로 우리는 용해된 고형물의 함량 추론할 때 굴절률을 사용한 측정의 복잡한 특성과 그 어려움에 대해 더 잘 이해해 볼 수 있을 것이다.

자료

데이터는 16개의 DFT 장치, 1개의 VST, 1개의 Atago Coffee 및 1개의 Atago RX-5000i에서 3개의 배치로 수집되었다. 각 배치는 서로 다른 DFT 장치 세트(각각 5, 6 및 5)를 사용했다. 또한 몇몇 샘플을 수분 균형으로 분석하여 실측값을 제공했다. 실험에는 각각 다른 인사이트를 주는 아래의 몇 가지 용액을 사용하였다.
1.
자당 용액(Brix 측정의 기초이자 잘 정립된 표준 데이터, 하드웨어의 "정확한" 평가를 가능하게 해줌)
2.
에스프레소 강도의 인스턴트커피 (불용성 물질이 거의 없는 높은 커피 용해도, 자당으로 인한 난이도 증가; 소프트웨어에서 굴절률 판독 값을 커피 용해성 물질로 변환해야 함)
3.
필터 커피 강도의 인스턴트커피 (불용성 물질이 거의 없는 낮은 커피 용해도, 에스프레소 강도의 인스턴트커피에 비해 시그널 강도가 감소하지만 인스턴트커피의 커피 용해도가 거의 99.9%이므로 실제 솔루션에 비해 상대적으로 노이즈가 적음)
4.
에스프레소 (높은 커피 용해도; 필터 커피에 비해 노이즈와 시그널이 모두 강해 2번째로 어려운 타입의 용액)
5.
필터 커피(낮은 커피 가용도; 시그널 감소 및 노이즈 증가로 가장 어려운 타입의 용액, 하드웨어 및 소프트웨어 모두의 견고성 테스트를 수행해야 함)
모든 실험 세트에서 위 모든 용액이 적용된 것은 아니다. 실험의 일부 샘플은 주사기 필터로 필터링하였고 일부는 그렇게 하지 않았지만 차트에 따로 명시해놓았다. 실험 장비들은 각 데이터 세트 사이마다 보정 작업을 거쳤다.
이 포스팅에서는 5가지 용액을 모두 살펴볼 예정인데 이 데이터 세트에는 필터링 된 샘플과 필터링 되지 않은 샘플이 있음을 참고해달라.

분석

가장 이상적인 경우인 자당 용액에서부터 필터 커피(낮은 TDS로 인해 가장 어려움)로 이야기를 이어나가보자. 자당의 경우 장치에 따른 편차는 있지만 TDS 값과 매우 근접하다. 여기서 유의할 점은 이 실험 줄거리에 대한 모든 코멘트가 데이터에서 실측값까지에 대한 단순 관찰에 불과하다는 점이다. 아래 표와 같이 y 축은 보다 일반화 가능한 결과들을 추론 분석하는 식이 아니라 에스프레소부터 필터 강도 용액 샘플까지의 모든 실험 결과 범위로 설정되었다.
Atago RX-5000i에 대한 TDS 결과는 원래 Brix 단위이지만 해당 값은 Atago Pal Coffee 데이터를 통해 변환된다. 각각의 판독 값에 대해 Atago Pal Coffee는 Brix와 TDS 값을 알려주기 때문에 이 비율을 사용하여 Atago RX-5000i 측정값을 Brix에서 TDS로 변환했다. 이때 쓰인 모든 장치들은 아웃풋에 있어서는 일부 공통점이 있지만 전부 똑같진 않았다. 예를 들어 Atago RX-5000i에는 Brix만 있고 Atago Pal Coffee에는 Brix와 커피 TDS가 있는 반면 DFT에는 커피 TDS와 nD(굴절률)만 있었다.
에스프레소 강도 인스턴트 커피의 경우 필터링 및 필터링되지 않은 추가 데이터 세트가 있다. DFT 센서에 대한 결과들은 필터링 또는 필터링되지 않은 커피 샘플과 꽤 일치했지만 실측값에서는 상쇄값이 있었다. 이상하게 실험에 사용된 두 개의 Atago 센서와 하나의 VST 센서는 에스프레소 강도의 필터링 되지 않은 커피에서 더 나은 결과를 얻었다.
그다음으로 필터 강도 인스턴트커피로 넘아가보면 여기서도 필터링 되지 않은 샘플에서 모든 센서들이 더 나은 성능을 보였다. 하지만 하나의 DFT 장치만 DFT 외의 장치들과 유사한 성능을 보였다. 또한 DFT 장치 간에도 더 많은 편차가 있었다.
실제 에스프레소 용액의 경우 모든 센서 측정값이 실측값과 상쇄 값을 가졌다. DFT 장치는 나머지 다른 장치들과 매우 비슷한 성능을 보였다. 필터링된 샘플을 측정한 결과 실측값은 더 높은 반면 TDS는 더 낮았다. 실측값에 사용된 샘플은 수분 균형 분석을 거친 것이나 시간 제약 때문에 하나의 샘플만 사용할 수 있었다(한 개의 샘플을 만드는 데만 1시간이 걸리기 때문이다).
이제 위 실험에서 정확한 측정을 하기가 얼마나 빡센지를 살펴보자. 아래 표를 보면 장비들의 측정값이 전반적으로 과대평가되는 것을 확인할 수 있다. 즉 필터링 샘플들은 이전과 비슷한 트렌드를 따르지만 실측값은 샘플 값 아래에 있다. 이전의 측정값 결과와 다르게 필터링 된 샘플의 실측값은 필터링 되지 않은 샘플의 실측값보다 작았다. 매우 의아한 지점이었지만 이를 더 잘 이해하려면 더 많은 데이터가 필요할 것이다.
마지막으로 다양한 용액 타입의 TDS 샘플 오류율을 보도록 하자. 단연코 자당 용액이 최고의 성능을 발휘했다. 예를 들어 DFT에는 약간의 편차가 있긴 했지만 VST와 Atago 측정값은 근접한 상태에서 거의 고정되었다.
이 데이터 세트는 여러 가지 커피 유형 전반에 대한 훌륭한 샘플이었다. 그러나 이번 굴절률 측정기 데이터를 통해 커피라는 음료가 얼마나 복잡한지 새삼 깨달을 수 있었다. 다양한 커피 유형 간 차이는 내 생각보다 더 미묘하기 때문에 향상된 연구가 필요하다고 생각한다. 또 Socratic Coffee의 이전 연구에 샘플을 필터링하는 작업이 얼마나 명확한 영향을 주는지도 알고싶다 . 그들의 연구 작업에서 제안한 것처럼 샘플을 필터링하는 것은 단순히 노이즈를 제거하여 굴절률 판독 값을 향상시키는 것보다 더 복잡한 방식으로 샘플을 조작하는 것처럼 보이기 때문이다.
Robert McKeon Aloe
나는 와이프와 자식들, 에스프레소, 데이터 사이언스, 토마토, 요리, 엔지니어링, 수다 떨기, 가족, 파리, 이탈리아를 좋아한다(좋아하는 순서대로 나열한 건 아니다).
저자의 Twitter 와 YouTube 를 팔로우하면, 서로 다른 커피 머신들로 샷 뽑는 영상과 에스프레소 관련된 자료들을 볼 수 있다. LinkedIn에도 계정이 있다.
번역 : 임다운(@bittersweetw0rld) 편집 : DSGNCOF_NEWS (@designcoffee_com)