KR101649574B1 - 드론 탑재용 가스누출 감지장치 - Google Patents

드론 탑재용 가스누출 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드론(drone) 탑재용 가스누출 감지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 광원을 이용하여 가스의 농도를 측정하는 가스감지기를 무인 비행체인 드론에 탑재하여 가스의 관로(管路)를 따라 비행하면서 가스배관에서 누설(漏泄)되는 가스를 정확하게 검출(檢出)하여 위치를 파악할 수 있고, 가스저장탱크와 같은 높은 구조의 시설물에서 누출되는 가스를 효율적으로 감지할 수 있는 한편, 넓은 범위의 지역을 이동하면서 가스의 누출을 감지할 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
전술한 본 발명은, 케이스(11)의 전면에 장착된 LED(12a)와 레이저다이오드(12b)를 통해 가스의 누출 부위에 적외선을 조사(照射)하는 투광부(12)와, 누출 가스에서 반사된 광원을 렌즈(13b)를 통해 집광(集光)하고 포토다이오드(13a)가 수신하여 전기신호로 변환시키는 수광부(13)와, 변환된 전기신호를 비교하여 분석하는 신호분석부(14)로 구성된 가스감지기(10); 가스 누출지점을 촬영하는 비전카메라(20); 상기 가스감지기(10)와 통신 주파수를 송·수신하는 통신모듈(30a)과, 신호분석부(14)에서 비교 분석한 정보를 수신하여 문자로 나타내는 디스플레이부(31)와, 무인기를 스틱 모드로 조종하는 조작부(32)로 구성된 무선조종기(30); 상기 가스감지기(10)와 비전카메라(20)는 무인 비행체인 드론(1)의 하부에 장착되고, 드론(1)이 비행(飛行)하면 비전카메라(20)가 가스누출 지점을 촬영하면서 가스감지기(10)가 가스의 누출을 감지하며, 감지된 신호 값은 통신 주파수를 통해 무선조종기(30)가 수신하여 디스플레이부(31)에 표시할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 드론 탑재용 가스누출 감지장치에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

Description

드론 탑재용 가스누출 감지장치{the gas leak of mid infrared optical sensor for drone}
본 발명은 드론(drone) 탑재용 가스누출 감지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 광원을 이용하여 가스의 농도를 측정하는 가스감지기를 무인 비행체인 드론에 탑재하여 가스의 관로(管路)를 따라 비행하면서 가스배관에서 누설(漏泄)되는 가스를 정확하게 검출(檢出)하여 위치를 파악할 수 있고, 가스저장탱크와 같은 높은 구조의 시설물에서 누출되는 가스를 효율적으로 감지할 수 있는 한편, 넓은 범위의 지역을 이동하면서 가스의 누출을 감지할 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
현대에는 가스사용량의 증가로 인하여 가스설비, 배관기술, 가스사고 예방기술 등에 대한 설비투자가 증가되고 있고, 가스의 누설에 따른 감지장치의 개발을 위하여 누설된 가스의 물리 및 화학량을 전기적신호로 검출하기 위한 센서의 기술개발이 활발하게 진행되고 있다.
종래에는 등록특허 제10-0237162호 "매설 가스관의 가스 누출 감지장치"(선행기술1) 및 등록특허 제10-1311322호 "적외선식 가스 검지기 및 적외선식 가스 계측 장치"(선행기술2)가 제안된 바 있다.
상기 선행기술1은 매설된 가스관의 가스 누출을 감지하기 위한 감지장치로, 누출된 가스를 유입하기 위한 구멍을 가지는 본체; 본체 상부에 땅속으로 스며든 빗물의 차단을 위하여 설치되는 경사형 지붕으로 구성되는 집; 집의 내부에 설치된 가스센서; 가스센서에 연결되어 지상으로 노출되는 보호튜브; 보호튜브(210)에 연결되어 감지신호를 전달받는 컨트롤박스를 포함하여 구성되고, 상기 집은 지하에 매설된 가스관의 상부에 설치되어 가스누출을 감지하도록 한 것을 특징으로 하는 매설 가스관의 가스누출 감지장치이다.
그러나, 상기 선행기술1은 지하에 매설된 가스관의 상부에 집(house)을 설치하여 센서를 보호하고 가스누출을 감지하도록 한 기술이므로 가스의 누출을 감지하게 위한 지역이 제한적으로 이루어지는 문제점이 발생되었고, 본 발명과 같이 넓은 지역을 이동하면서 효율적으로 가스의 누출을 감지할 수 있도록 한 기술은 찾아볼 수 없었다.
상기 선행기술2는 열을 이용하여 적외선을 검출하는 열형(熱型) 적외선 검출 소자를 가지는 적외선 수광부; 상기 적외선 수광부에 적외선을 입사(入射)시키기 위한 창공(窓孔)을 가지는 패키지; 상기 패키지와 접합되고, 열형 적외선 검출 소자에 각각 대응하는 복수 개의 필터 요소부(要素部)를 가지는 광학필터; 상기 필터 요소부는 적외선을 투과시키는 재료인 필터 기판과, 적외선을 선택적으로 투과시키도록 구성된 투과필터; 상기 투과필터의 선택파장보다 긴 적외선을 흡수하도록 구성된 차단필터를 구비한 것을 특징으로 하는 적외선식 가스 검지기에 관한 기술이다.
그러나, 상기 선행기술2와 같이 필터가 달린 가열식 적외선 광원을 사용하는 경우에는 복잡한 광학장치가 회로구성으로 설계되어야 하는 문제점이 발생되었고, 높은 열 손실로 인하여 충분한 분광효율을 얻을 수 없었으므로 연산속도가 저하되어 센서의 감지 범위를 넓게 할 수 없었다,.
따라서, 선행기술2의 적외선 가스 검지기는 센서의 감지효율이 현저하게 저하되었을 뿐 아니라 본 발명과 같이 높은 구조의 시설물에서 누출되는 가스를 효율적으로 감지하거나, 넓은 범위의 지역을 이동하면서 가스의 누출을 감지할 수 있도록 하는 효과는 기대할 수 없었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 무인 비행체인 드론에 탑재된 가스감지기가 가스의 관로(管路)를 따라 비행하면서 누설(漏泄)되는 가스를 정확하게 검출(檢出)하여 위치를 파악할 수 있는 한편, 넓은 범위의 지역을 이동하면서 가스의 누출을 감지할 수 있는 드론 탑재용 가스누출 감지장치를 제공함에 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 케이스(11)의 전면에 장착되어 가스의 누출 부위에 적외선을 조사(照射)하는 투광부(12)와, 누출 가스에서 반사된 광원을 렌즈(13b)를 통해 집광(集光)하고 포토다이오드(13a)가 수신하여 전기신호로 변환시키는 수광부(13)와, 변환된 전기신호를 비교하여 분석하는 신호분석부(14)로 구성된 가스감지기(10); 가스 누출지점을 촬영하는 비전카메라(20); 상기 가스감지기(10)와 통신 주파수를 송·수신하는 통신모듈(30a)과, 신호분석부(14)에서 비교 분석한 정보를 수신하여 문자로 나타내는 디스플레이부(31)와, 무인기를 스틱 모드로 조종하는 조작부(32)로 구성된 무선조종기(30); 상기 가스감지기(10)와 비전카메라(20)는 무인 비행체인 드론(1)의 하부에 장착되고, 드론(1)이 비행(飛行)하면 비전카메라(20)가 가스누출 지점을 촬영하면서 가스감지기(10)가 가스의 누출을 감지하며, 감지된 신호 값은 통신 주파수를 통해 무선조종기(30)가 수신하여 디스플레이부(31)에 표시할 수 있도록 구성된 드론 탑재용 가스누출 감지장치에 있어서, 상기 가스감지기(10)의 투광부(12)는 적외선 조사용 LED(12a)와 누출부위 표시용 레이저다이오드(12b)로 구성되고, 상기 LED(12a)를 통해 가스누출 부위에 적외선을 조사하면 누출가스에서 반사되는 적외선이 수광부(30)의 포토다이오드(31)에 수신되어 신호 값을 비교 분석하며, 상기 레이저다이오드(12b)에서 조사되는 광원이 가스 누출 부위를 지시하면 광원이 조사되는 부위가 레이저포인트로 표시되고, 레이저포인트가 지시하는 부위는 비전카메라(20)가 동시 촬영하여 레이저가 지시하는 표시점이 무선조종기(30)의 디스플레이부(31)에 "十"자 형의 표시부(31a)를 형성하여 작업자가 무선조종기(30)의 LCD 디스플레이를 보고 식별할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 드론 탑재용 가스누출 감지장치에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 가스 관로(管路)를 따라 비행(飛行)하는 드론(1)에는 가스감지기(10)가 탑재되어 투광부(20)의 LED(12a)를 통해 가스누출 부위에 적외선을 조사하면 누출가스에서 반사되는 적외선이 수광부(30)의 포토다이오드(31)에 수신되고 신호분석부(40)는 조사된 광원의 고유흡수파장영역을 분석하여 적외선 파장영역에 가스가 포함되어 있는지 여부를 판별하여 가스의 누출을 감지하고, 감지된 신호 값은 통신 주파수를 통해 무선조종기(30)가 수신하여 디스플레이부(31)에 문자 및 그래프로 표시되어 가스의 누출 정도를 정확하게 파악할 수 있는 것이므로 효율적인 가스 검지작업이 이루어질 수 있는 동시에 가스저장탱크와 같은 높은 구조의 시설물에서 누출되는 가스를 효율적으로 감지할 수 있고, 넓은 범위의 지역을 비행(飛行)하면서 가스의 누출을 검지하는 것이므로 가스 검출작업의 효율성을 최대한 높여줄 수 있는 것으로서 대외 경쟁력이 우수한 고효율·고기능성의 드론 탑재용 가스누출 감지장치를 제공할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 예시한 정면도,
도 2는 본 발명에 의한 가스감지기의 일부 단면도 및 비전카메라와 무선조종기의 정면도,
도 3은 본 발명에 의한 가스감지기와 무선조종기의 블록 구성도.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지는 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 드론 탑재용 가스누출 감지장치는 무인 비행체인 드론(1)과 드론에 장착되는 가스감지기(10), 비전카메라(20) 및 드론(1)의 비행을 제어하는 무선조종기(30)로 구성되어 있다.
즉, 상기 가스감지기(10)는 케이스(11)의 전면에 장착된 LED(12a)를 통해 적외선을 조사하는 투광부(12)와 적외선을 수신하는 수광부(13) 및 수신된 신호 값을 비교 분석하는 신호분석부(14)로 구성되어 있다.
상기 투광부(12)에는 적외선 조사용 LED(12a)와 함께 레이저다이오드(12b)가 장착되어 있고, 레이저다이오드(12b)에서 조사되는 광원이 가스 누출 부위를 지시하면 적외선이 조사되는 부위가 레이저포인트로 표시된다.
상기 레이저포인트가 지시하는 부위는 비전카메라(20)가 동시 촬영하고, 레이저가 지시하는 표시점은 후술되는 디스플레이부(31)에 "十"자 형의 표시부(31a)를 형성하여 작업자가 무선조종기(30)의 LCD 디스플레이를 보고 식별할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 수광부(13)는 포토다이오드(13a) 및 신호분석부(14)로 구성되어 있고, 투광부(12)의 LED(12a)에서 조사된 적외선이 암모니아 누출가스에서 반사되어 오면 케이스(11)의 전면에 장착된 렌즈(13b)를 통해 광원을 집광(集光)하고 포토다이오드(13a)가 수신하여 빛 에너지를 전기신호로 변환시킬 수 있도록 구성되어 있다.
상기 포토다이오드(13a)에서 변환된 전기신호를 비교하여 분석하는 신호분석부(14)는 LED(12a)가 조사하여 반사된 적외선 파장영역에 가스가 포함되어 있는지 여부를 판별하고, 가스일 때는 조사된 광원의 변화된 값을 산출하고 연산하여 가스의 누출을 감지할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 가스감지기(10)는 충전배터리로 구성된 전원부(16)의 전원을 인가 받아 작동되며, 각 부는 CPU로 구성된 제어부(15)에 의하여 제어되고, 통신모듈(10a)을 통해 무선조종기(30)와 무선통신이 이루어지는 구성으로 되어 있다.
상기 가스감지기(10)에서 송신되는 신호는 무선조종기(30)와 통신 주파수를 송·수신하는 통신모듈(10a)(30a)들을 통해 수신되고, 가스감지기(10)의 신호분석부(14)에서 비교 분석한 정보는 디스플레이부(31)에 문자로 표시된다.
즉, 상기 무선조종기(30)에는 LCD로 구성된 디스플레이부(31)가 형성되어 있고, 디스플레이부(31)의 스크린에는 신호분석부(14)에서 비교 분석한 정보를 문자 및 그래프로 나타낼 수 있도록 구성되어 있다.
상기 무선조종기(30)에는 스틱으로 구성된 조작부(32)가 장착되어 통신모듈(30a)을 통해 주파수를 송·수신하여 드론(1)을 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 무선조종기(30)는 충전배터리로 구성된 전원부(36)의 전원을 인가 받아 작동되며, 각 부는 CPU로 구성된 제어부(35)에 의하여 제어되고, 스틱 모드로 드론을 조종하는 조작부(32)에 의하여 작동될 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 상기 무선조종기(30)의 양측에는 스피커(33)가 장착되어 있고, 누출 가스에서 감지된 신호 값은 디스플레이부(31)에 표시되는 한편, 기준 값 이상일 때는 스피커(33)를 통해 경고음을 발생할 수 있도록 구성되어 있다.
또한 상기 무선조종기(30)에는 외부 PC(40)가 유·무선으로 연결되어 감지된 누출 정보를 LCD모니터에 문자 및 그래프로 나타낼 수 있도록 구성되어 있고, GPS모듈(34)이 연결되어 누출지점을 정확하게 파악하는 한편, 위치를 지도로 표시할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 가스감지기(10)와 비전카메라(20)는 무인 비행체인 드론(1)의 하부에 장착되어 있고, 가스감지기(10)와 비전카메라(20)는 드론(1)의 하부에 장착된 가변 지지대(1a)에 고정되어 설치된 각도를 자유롭게 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
따라서, 상기 드론(1)이 가스 관로를 따라 비행(飛行)하면 비전카메라(20)가 가스누출 지점을 촬영하는 한편, 가스감지기(10)는 가스의 누출을 감지하면서 연속으로 이동되고, 감지된 신호 값은 통신 주파수를 통해 무선조종기(30)가 수신하여 디스플레이부(31)에 표시할 수 있도록 구성되어 있다.
전술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 가스감지기(10)가 탑재된 드론(1)이 가스 관로를 따라 비행(飛行)하면서 비전카메라(20)가 가스누출 지점을 촬영하는 한편, 가스감지기(10)는 투광부(20)의 LED(21)를 통해 가스누출 부위에 적외선을 조사하면 누출가스에서 반사되는 적외선이 수광부(30)의 포토다이오드(31)에 수신되고 신호분석부(40)는 조사된 광원의 고유흡수파장영역을 분석하여 적외선 파장영역에 가스가 포함되어 있는지 여부를 판별하여 가스의 누출을 감지하고, 감지된 신호 값은 통신 주파수를 통해 무선조종기(30)가 수신하여 디스플레이부(31)에 문자 및 그래프로 표시되어 가스의 누출 정도를 정확하게 파악할 수 있는 것으로서 효율적인 검출작업이 이루어질 수 있는 동시에 넓은 범위의 지역을 비행(飛行)하면서 가스의 누출을 검지하는 것이므로 가스 검출작업의 효율성을 최대한 높여줄 수 있는 것으로서 대외 경쟁력이 우수한 고효율·고기능성의 드론 탑재용 가스누출 감지장치를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 드론(1)에 탑재된 비전카메라(20)를 통하여 가스누출부위를 영상으로 촬영할 수 있고, 촬영된 영상은 무선조종기(30)의 디스플레이부(31)를 통해 출력되어 작업자가 영상을 확인하면서 드론을 조정할 수 있는 것으로서 중 적외선이 조사된 가스누출부위를 영상을 통해 정확한 지점을 파악할 수 있는 동시에 비행되는 드론(1)은 가스저장탱크와 같은 높은 구조의 시설물에서 누출되는 가스를 효율적으로 감지할 수 있는 것으로서 보다 다양한 검출작업이 가능한 이점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
1 : 드론 1a : 가변 지지대
10 : 가스감지기 10a, 30a : 통신모듈
11 : 케이스 12 : 투광부
12a : 제1LED 12b : 레이저다이오드
13 : 수광부 13a : 포토다이오드
13b : 렌즈 14 : 신호분석부
15, 35 : 제어부 16, 36 : 제어부
20 : 비전카메라 30 : 무선조종기
31 : 디스플레이부 31a : 표시부
32 : 조작부 33 : 스피커
34 : GPS모듈 40 : PC

Claims (3)

  1. 케이스(11)의 전면에 장착되어 가스의 누출 부위에 적외선을 조사(照射)하는 투광부(12)와, 누출 가스에서 반사된 광원을 렌즈(13b)를 통해 집광(集光)하고 포토다이오드(13a)가 수신하여 전기신호로 변환시키는 수광부(13)와, 변환된 전기신호를 비교하여 분석하는 신호분석부(14)로 구성된 가스감지기(10); 가스 누출지점을 촬영하는 비전카메라(20); 상기 가스감지기(10)와 통신 주파수를 송·수신하는 통신모듈(30a)과, 신호분석부(14)에서 비교 분석한 정보를 수신하여 문자로 나타내는 디스플레이부(31)와, 무인기를 스틱 모드로 조종하는 조작부(32)로 구성된 무선조종기(30); 상기 가스감지기(10)와 비전카메라(20)는 무인 비행체인 드론(1)의 하부에 장착되고, 드론(1)이 비행(飛行)하면 비전카메라(20)가 가스누출 지점을 촬영하면서 가스감지기(10)가 가스의 누출을 감지하며, 감지된 신호 값은 통신 주파수를 통해 무선조종기(30)가 수신하여 디스플레이부(31)에 표시할 수 있도록 구성된 드론 탑재용 가스누출 감지장치에 있어서,
    상기 가스감지기(10)의 투광부(12)는 적외선 조사용 LED(12a)와 누출부위 표시용 레이저다이오드(12b)로 구성되고, 상기 LED(12a)를 통해 가스누출 부위에 적외선을 조사하면 누출가스에서 반사되는 적외선이 수광부(30)의 포토다이오드(31)에 수신되어 신호 값을 비교 분석하며,
    상기 레이저다이오드(12b)에서 조사되는 광원이 가스 누출 부위를 지시하면 광원이 조사되는 부위가 레이저포인트로 표시되고, 레이저포인트가 지시하는 부위는 비전카메라(20)가 동시 촬영하여 레이저가 지시하는 표시점이 무선조종기(30)의 디스플레이부(31)에 "十"자 형의 표시부(31a)를 형성하여 작업자가 무선조종기(30)의 LCD 디스플레이를 보고 식별할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 드론 탑재용 가스누출 감지장치.
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