KR100461201B1 - 휴대용 원적외선 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휴대용 원적외선 측정장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 측정방법 및 조작이 간단하고 휴대가 용이하며 통신을 통하여 원격지의 컴퓨터와도 데이터 통신이 가능한 휴대용 원적외선 측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 측정장치는 원적외선을 검출하는 원적외선 센서가 구비된 센서부와, 상기 원적외선 센서의 수광부를 기계적으로 일정주기마다 쵸핑(Chopping)하도록 하는 쵸퍼가 구비된 센서 구동부와, 상기 원적외선 센서의 출력을 증폭하는 증폭부와, 각 구성부를 제어하고 데이터 취득 및 A/D 변환을 하는 프로세서가 구비된 프로세서 구동부와, 상기 프로세서와 외부 컴퓨터를 연결하는 전압 변환부와, 상기 원적외선 센서가 측정한 방사량을 디지털량으로 표시하는 표시부를 포함한다.
Description
본 발명은 휴대용 원적외선 측정장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 측정방법 및 조작이 간단하고 휴대가 용이하며 통신을 통하여 원격지의 컴퓨터와도 데이터 통신이 가능한 휴대용 원적외선 측정장치에 관한 것이다.
적외선이란 전자파의 일종으로 스펙트럼에서는 가시광선의 적색부보다 긴 파장쪽에 나타나는 강한 열작용을 하는 전자파이다.
이와 같은 적외선은 전도나 대류와는 달리 중간의 열 전달 매체에 전혀 의존하지 않고 직접 물체에 전달되는 복사 에너지로서 금속에는 별로 영향을 주지 않으나 유리 물질, 그 중에서도 특히 고분자 물질의 표면에 닿으면 세포를 구성하고 있는 분자들의 극성에 의하여 공명, 공진현상을 일으켜 물질 내부의 열에너지를 강하게 증폭시킨다.
금속물질에는 흡수되지 않으므로 아무리 장시간 조사하여도 거의 열을 전달하지 않아 온도 상승을 일으키지 않는다.
이와 같은 적외선의 흡수 강선으로서의 성질 때문에 인간뿐만 아니라 모든 생명체를 생존, 성장, 발육, 성숙시켜주며 필요한 기본 에너지를 공급하여 주므로 특별히 생육광선, 또는 생장광선이라고도 부른다.
이와 같은 원적외선의 존재가 발견된 것은 1800년경이며, 산업적 이용이 시작된 것은 1930년대 포드(Ford)사의 자동차 도장건조과정에 처음으로 사용된 이후 현재에는 산업공정 및 식품의 건조처리, 취사/조리용, 건강관리용 등으로 널리 사용되고 있다.
그러나 사용분야의 급속한 증가에도 불구하고, 아직까지 원적외선의 측정이나 계측 장비 개발에 관한 부분은 미진한 실정이다.
이전까지 개발되어 있는 계측장치는 고가일뿐 아니라, 조작방법이 난해하고, 그 부피 또한 크기 때문에 원적외선 관련업체에서조차 사용하지 못하고 있다.
또한 측정치는 저장성이 없어 사용자의 요구가 있을 경우마다 측정을 해야하는 번거로움을 지니고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 측정방법 및 조작이 간단하고 휴대가 용이하며, 통신 등을 통하여 원격지의 컴퓨터와도 데이터 통신이 가능하여 컴퓨터상에서 데이터분석 및 모니터링이 가능한 휴대용 원적외선 측정장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적외선을 검출하는 원적외선 센서가 구비된 센서부와, 상기 원적외선 센서의 수광부를 기계적으로 일정주기마다 쵸핑(Chopping)하도록 하는 쵸퍼가 구비된 센서 구동부와, 상기 원적외선 센서의 출력을 증폭하는 증폭부와, 각 구성부를 제어하고 데이터 취득 및 A/D 변환을 하는 프로세서가 구비된 프로세서 구동부와, 상기 프로세서와 외부 컴퓨터를 연결하는 전압 변환부와, 상기 원적외선 센서가 측정한 방사량을 디지털량으로 표시하는 표시부를 포함하는 휴대용 원적외선 측정장치를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 원적외선 측정시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원적외선 측정장치의 전체 회로도이다.
도 3은 도 2의 외관을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 원적외선 측정장치의 작동 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 적용되는 초전 적외센 센서의 회로도이다.
도 6은 RS-232C신호가 전압변환부를 통과한 후의 파형도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 센서 구동부 12 : 서보모터
20 : 센서부 22 : 원적외선 센서
24 : 온도센서 30 : 증폭부
32 : 증폭기 40 : 프로세서 구동부
42 : 프로세서 50 : 표시부
52 : LCD 모듈 60 : 전압변환부
62 : 전압변환칩 C1,C2,C3,C4 : 콘덴서
70 : COM 포트 80 : 컴퓨터
100 : 감도조절스위치 102 : 전원버튼
104 : 모드선택버튼 106 : 측정시작버튼
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 설명 및 작용을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 원적외선 측정시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원적외선 측정장치의 전체 회로도이다.
도시된 바와 같이 원적외선을 검출할 수 있는 센서부(20)와, 원적외선 센서(22)의 구동을 위한 센서 구동부(10), 원적외선 센서 출력의 증폭을 위한 증폭부(30), 상기 각 구성부를 제어하고 데이터 취득 및 A/D 변환을 위한 프로세서(42)를 구동하기 위한 프로세서 구동부(40), 상기 프로세서(42)와 컴퓨터(80)를 연결하기 위한 전압 변환부(60)와, 상기 원적외선 센서(22)가 측정한 방사량을 표시하는 표시부(50)로 구성된다.
상기 센서부(20)를 구성하는 원적외선 센서(22)는 광기전력 효과나 광도전 효과를 이용한 양자형과 열기전력 효과나 초전 효과를 이용한 열형으로 나누어지며 본 발명에서 원적외선 센서(22)는 센서의 냉각이 필요하지 않은 초전형 원적외선 센서가 사용된다.
상기 초전형 원적외선 센서(22)는 초전 물질의 초전 특성을 이용한 것으로 모든 물체에서 방출되는 적외선 에너지를 검출하는 센서이다.
여기서 초전 특성이란 PZT(지르콘산티탄산납) 등의 결정 구조의 온도 변화에 대응하여 표면 전하가 변화하는 특성이다.
상기 초전형 원적외선 센서(22)에 사용되는 필터(창재)로는 실리콘, 폴리에틸렌, 석영 유리 등이 사용되고, 초전형 원적외선 센서(22)의 종류로는 PZT계, LiTaO3계(탄탈산리튬), PVF2, PbTaO3등이 있다.
상기 초전형 원적외선 센서(22) 회로의 예로는 도 5a와 도 5b에 도시된다.
도 5a와 같이 초전형 원적외선 센서가 한개인 싱글 타입과 도 5b와 같이 2개인 듀얼 타입이 있으며 듀얼 타입은 급격한 온도변화나 저주파에서의 온도변화에 강하다.
도 5에서 전계효과 트랜지스터(FET)는 상기 초전형 원적외선 센서(22)를 고임피던스 때문에 그대로 사용할 수 없어 임피던스 변환을 한 후에 사용하기 위해 사용된다.
상기한 회로의 원적외선 검출과정을 살펴보면, 먼저 여러 파장의 적외선이 초전 원적외선 센서(22)에 입사되어, 창재(필터)에 의해 필요한 적외선만 통과하고 불필요한 적외선은 차단된다.
적외선 소자의 표면에 있는 열 흡수막에 의해 적외선이 열로 변환되어 표면 온도가 올라가면 초전효과에 의해 표면전하가 발생한다.
발생한 표면전하가 전계효과 트랜지스터(FET)에서 전압 증폭되어 임피던스가 변환되고, 전계효과 트랜지스터(FET)의 드레인 단자에는 전계효과 트랜지스터(FET)를 동작시키기 위한 전압이 공급된다.
전계효과 트랜지스터(FET)에 의해 증폭된 전기신호는 외부에 접속된 소스-어스간의 저항(Rs)에서 바이어스 전압과 중첩된 전압으로 검출된다.
상기 원적외선 센서(22)의 안정적인 감도를 얻기 위해서는 기계적으로 원적외선 센서(22)를 매 주기(1Hz)마다 쵸핑(Chopping)해야 하는 바, 이는 센서 구동부(10)에 의해 행해지고, 센서 구동부(10)로 피드백 제어에 의한 자동제어기구인 서보모터(12)가 사용된다.
또한 상기 센서 구동부(10)로 진동소자나 바이브레이터가 사용될 수 있다.
상기 서보모터(12)에는 위치와 속도를 검출하는 센서(미도시)가 부착되어 센서에 의해 감지된 신호값과 설정값을 프로세서(42)에서 비교하여 위치와 속도의 목표값을 수정함으로써 서보모터(12)를 제어한다.
상기 서보모터(12)가 프로세서(42)에 의해 제어가 용이하고 소형이기 때문에 종래 원적외선 측정장치의 구조적인 단점을 보완할 수 있다.
또한 상기 원적외선 센서(22)의 출력이 수 mV로 대단히 작기 때문에 안정된 신호를 검출하기 위하여 증폭부(30)가 필요하다.
도 2에 도시된 바와 같이 이득 조절이 가능하고 증폭기(32)가 다단으로 구성되어 주파수 대역에 대한 감소를 방지할 수 있다.
또한 원적외선은 열에너지와 관련이 있기 때문에 측정시 온도에 대한 오차가 발생하게 되고 이를 방지하기 위해 온도에 따른 보상이 필요하다.
상기 보상은 온도센서(24)를 사용하여 온도를 검출한 후 프로세서(42)에 송출하면 프로세서(42)에서 온도에 대한 오차를 연산하여 보상한다.
상기 각 구성부를 제어하고, A/D 변환하는 기능이 내장되는 프로세서(42)는메모리와 입출력회로가 모두 1개의 IC 구성된다.
또한 상기 메모리가 EEPROM으로 구성되어 몇 번이라도 프로그램을 소거하고 간단하게 라이트할 수 있다.
상기 프로세서(42)는 전압변환부(60)를 통해서 외부의 컴퓨터(80)와 정보를 교환하고, 통신을 할 때에 데이터비트를 1개의 비트단위로 송수신하는 직렬통신 방식을 사용한다.
즉, 송신측(측정장치)에서는 1 바이트를 8개의 비트로 분리해서 한번에 1비트씩 전송하고, 수신측(컴퓨터)에서는 수신한 비트들을 조립해서 1바이트를 만든다.
이때 1바이트 범위를 식별하기 위하여 스타트 비트와 스톱 비트를 만든다.
송신측에서 일단 스타트 비트를 송신하면 계속해서 데이터비트를 송신하고 마지막으로 스톱 비트를 보낸다.
이와 같이 스타트 비트와 스톱 비트에 의하여 데이터 단락을 나주고 데이터 구조를 확인하기 위해 패리티(Parity Bit) 비트가 사용된다.
상기 패리티 비트는 데이터의 송신중에 데이터가 손실되지 않았나를 체크하는 데 사용된다.
상기 직렬통신 방식중 비동기식 통신방식인 RS-232C 케이블에 의해 컴퓨터(80)에 연결된다.
RS-232C 케이블에는 ±10V의 높인 전압이 걸리고 프로세서(42)에서는 5V를 사용하므로 ±10V를 5V의 레벨로 변환하기 위해 전압변환부(60)가 필요한다.
상기 전압변환부(60)로는 MAX232라는 전압변환칩(62)이 사용되고 도 2에 도시된 바와 같이 이 칩은 4개의 콘덴서(C1,C2,C3,C4)에 연결되어 전압을 충전하는 방식으로 전압을 변환한다.
상기 RS-232C 신호는 상기 전압변환부(60)를 거치면서 도 6과 같이 신호가 반전된다.
상기 센서부(20)에 의해 측정된 값은 프로세서(42)를 통해 디지털로 변환되어 LCD모듈(52)을 통해 표시부(50)에 표시된다.
미설명 부호 70은 COM 포트이다.
도 3은 도 2의 외관을 나타내는 도면이다.
표시부(50) 밑에 좌에서 우로 전원버튼(102), 모드선택버튼(104), 측정시작버튼(106)이 구비되고 그 아래로는 로터리 방식의 감도조절스위치(100)이 구비된다.
상기 전원버튼(102)은 공급되는 전원을 ON/OFF하며 ON하면 원적외선 측정 대기 모드로 초기화된다.
모드선택버튼(104)은 외부의 컴퓨터와 연결하여 정보를 송수신하는 온라인 모드와 측정장치 자신에서 방사량만 보여주는 오프라인 모드를 설정한다.
측정시작버튼(106)을 누르면 모드의 선택에 따라 측정을 시작한다.
아래의 감도조절스위치(100)은 프로세서(42)에 내장된 프로그램에 의해 원적외선 센서(22)의 출력감도를 조절한다.
도 4는 본 발명에 따른 원적외선 측정장치의 작동 순서도이다.
상기 전원버튼(102)을 누르면 측정장치에 전원이 공급되어 작동이 시작되고(S100), 모드선택버튼(104)을 눌러 온라인 모드인지 오프라인 모드인지 선택한다(S102).
먼저 온라인 모드 상태에서 측정시작버튼(106)을 누르면 측정이 시작되고(S104), 누르지 않으면 작동이 종료된다.
측정시작버튼을 누르면 센서 구동부(10)의 서보모터(12)에 의해 원적외선 센서(22)의 수광부가 일정주기(1Hz)마다 기계적 쵸핑(mechanical chopping)을 하고(S106) 이에 의해 원적외선 센서에서 센서로 들어오는 적외선을 측정한다(S108).
원적외선 센서(22)에 의해 측정되는 방사량은 다단 증폭기(32)로 구성되는 증폭부(30)를 통해 증폭되고 프로세서(42)에 내장된 A/D 변환회로에 의해 A/D 변환된다(S110).
이 디지털 방사량은 LCD 모듈(52)을 통해 표시부(50)에 표시되고(S112), 한편으론 전압변환부(60)를 통해 컴퓨터(80)에 전송된다(S114).
이후 작동 중지 여부를 판단하여(S116) 작동 중지이면 종료하고, 작동 중지가 아니면 측정시작단계(S104)로 되돌아가 이후 단계를 수행한다.
다음 상기 오프라인 모드 상태에서 측정시작버튼(106)을 누르면 측정이 시작되고(S103), 누르지 않으면 작동이 종료된다.
측정시작버튼을 누르면 센서 구동부(10)의 서보모터(12)에 의해 원적외선 센서(22)가 일정주기(1Hz)마다 기계적 쵸핑(mechanical chopping)을 하고(S105) 이에의해 원적외선 센서에서 센서로 들어오는 적외선을 측정한다(S107).
원적외선 센서(22)에 의해 측정되는 방사량은 다단 증폭기(32)로 구성되는 증폭부(30)를 통해 증폭되고 프로세서(42)에 내장된 A/D 변환회로에 의해 A/D 변환된다(S109).
이 디지털 방사량은 LCD 모듈(52)을 통해 표시부(50)에 표시된다(S111).
이후 작동 중지 여부를 판단하여(S115) 작동 중지이면 종료하고, 작동 중지가 아니면 측정시작단계(S103)로 되돌아가 이후 단계를 수행한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 측정방법 및 조작이 간단하고 휴대가 용이하며, 통신 등을 통하여 원격지의 컴퓨터와도 데이터 통신이 가능하여 컴퓨터상에서 데이터분석 및 모니터링이 가능하다.
Claims (3)
- 휴대용 원적외선 측정장치에 있어서,원적외선을 검출하는 원적외선 센서가 구비된 센서부와,상기 원적외선 센서의 수광부를 기계적으로 일정주기마다 쵸핑(Chopping)하도록 하는 쵸퍼가 구비된 센서 구동부와,상기 원적외선 센서의 출력을 증폭하는 증폭부와,각 구성부를 제어하고 데이터 취득 및 A/D 변환을 하는 프로세서가 구비된 프로세서 구동부와,상기 프로세서와 외부 컴퓨터를 연결하는 전압 변환부와,상기 원적외선 센서가 측정한 방사량을 디지털량으로 표시하는 표시부를 포함하는 휴대용 원적외선 측정장치.
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Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR10-2002-0046024A KR100461201B1 (ko) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | 휴대용 원적외선 측정장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR10-2002-0046024A KR100461201B1 (ko) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | 휴대용 원적외선 측정장치 |
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|---|---|
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ID=37320552
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Citations (3)
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| JPH01277797A (ja) * | 1988-04-28 | 1989-11-08 | Hokkaido Prefecture | 霜発生予測装置 |
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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