KR101651900B1 - 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

적외선 온도 센서가 개시된다. 본 발명의 적외선 온도 센서는 측정 대상 물체의 표면에서 방사되는 적외선을 측정하는 적외선 센서, 상기 적외선 센서의 주변 온도를 측정하는 주변 온도 측정 수단, 복수의 옵셋 가중치에 관한 데이터를 저장하는 저장 수단 및 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하고, 상기 변화에 따라 복수의 옵셋 가중치 중 하나를 결정하고, 상기 변화 및 상기 결정된 옵셋 가중치에 기반하여 보정치를 산출하는 신호 처리 수단을 포함한다.

Description

적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법{Infrared radiation temperature sensor and temperature measurement method}
본 발명은 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변 온도 변화에 따른 오차를 보정할 수 있는 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법에 관한 것이다.
적외선 온도 센서는 비접촉식으로 온도를 측정할 수 있고, 비교적 높은 측정 정확도를 가져 최근 널리 사용되고 있다. 또한, 적외선 온도 센서는 온도를 측정하기 위한 전용 장치뿐만 아니라 휴대용 전자 장치 등에 탑재되는 경우도 증가하고 있다.
적외선 센서는 측정 대상 물체에서 방사하는 에너지를 수광부에서 흡수하여 열에너지로 변환하고, 그 온도 상승을 전기 신호로 변환하여 검출한다. 이러한 검출은 슈테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann law)에 기초하는데, 전기 신호의 크기는
Figure 112014119313153-pat00001
에 비례하는 것으로 알려져 있다.
Figure 112014119313153-pat00002
는 측정 대상 물체의 표면 온도이고,
Figure 112014119313153-pat00003
는 적외선 센서의 주변 온도이다. 여기서 알 수 있듯이, 적외선 센서의 주변 온도는 측정에 영향을 미치게 된다.
일본 특허공개공보 특개2002-228523호(공개일 2002년 08월 14일)에는 이러한 적외선 온도 센서(상기 공보에는 비접촉식 온도 검출기라고 칭해진다.)의 구성 및 온도 산출 방법이 개시되어 있다. 특히 온도 산출 방법에 있어서, 전기 신호의 출력을 결정하는 계수 A를 주변 온도(상기 공보에는 환경 온도라고 칭해진다.)에 따른 함수로 표현하여 보정하는 방법이 개시되어 있다.
최근의 휴대용 온도 측정 장치 및 온도 센서가 탑재되는 전자 장치는 폼 팩터가 소형화되고 박형되는 경향에 있다. 이러한 경향에 따라 장치 내부의 발열이 적외선 온도 센서의 주변 온도를 더 크게 변화시킬 수 있다. 따라서 이러한 주변 온도의 변화를 반영하여 측정 정확도를 향상시킬 필요가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 적외선 온도 센서에 있어서 주변 온도의 변화를 반영하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 다른 부품을 포함하는 전자 장치에 탑재되는 적외선 온도 센서에 있어서 다른 부품의 발열을 고려하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 적외선 온도 센서는, 측정 대상 물체의 표면에서 방사되는 적외선을 측정하는 적외선 센서, 상기 적외선 센서의 주변 온도를 측정하는 주변 온도 측정 수단, 복수의 옵셋 가중치에 관한 데이터를 저장하는 저장 수단 및 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하고, 상기 변화에 따라 복수의 옵셋 가중치 중 하나를 결정하고, 상기 변화 및 상기 결정된 옵셋 가중치에 기반하여 보정치를 산출하는 신호 처리 수단을 포함하고, 상기 온도 측정 수단은 상기 주변 온도를 반복하여 측정하고, 상기 신호 처리 수단은 상기 반복하여 측정한 주변 온도의 일정한 시간 구간 동안의 시간에 따른 변화량을 반복하여 계산하고, 상기 반복하여 계산된 변화량의 평균을 계산한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 옵셋 가중치는 상기 변화량의 평균에 곱해지는 계수(coefficient)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 상기 보정치를 미리 정해진 횟수로 반복하여 산출하고, 상기 반복하여 산출한 보정치의 평균을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 옵셋 가중치에 관한 데이터는 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화에 곱해지는 계수 및 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화에 따라 선택되는 룩업 테이블 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 온도 측정 방법은, 측정 대상 물체의 표면에서 적외선 센서에 방사되는 적외선을 측정하는 단계, 상기 적외선 센서의 주변 온도를 측정하는 단계, 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하는 단계, 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화에 기반하여 옵셋 가중치를 결정하는 단계, 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화 및 상기 결정된 옵셋 가중치에 기반하여 보정치를 산출하는 단계 및 상기 보정치를 이용하여 상기 측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계를 포함하고, 상기 주변 온도를 측정하는 단계는, 상기 주변 온도를 반복하여 측정하는 단계를 포함하고, 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하는 단계는, 상기 반복하여 측정한 주변 온도의 일정한 시간 구간 동안의 시간에 따른 변화량을 반복하여 계산하고, 상기 반복하여 계산된 변화량의 평균을 계산하는 단계를 더 포함한다.
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본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 옵셋 가중치는 상기 변화량의 평균에 곱해지는 계수(coefficient)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보정치를 산출하는 단계는, 상기 보정치를 미리 정해진 횟수로 반복하여 산출하고, 상기 반복하여 산출한 보정치의 평균을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
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본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법은 주변 온도의 변화를 반영하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법은 다른 부품을 포함하는 전자 장치에 탑재되는 경우 다른 부품의 발열을 고려하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서의 예시적인 형태의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서의 온도 보정 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서와 부품을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서의 온도 보정 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 적외선 온도 센서는 측정 대상 물체의 온도를 측정하는 것을 목적으로 하는 장치이다. 특히, 적외선 온도 센서는 측정 대상 물체와 비접촉인 상태로도 온도를 측정할 수 있다는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서의 예시적인 형태의 단면도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 적외선 온도 센서는 전자 장치에 탑재되어 사용될 수 있다. 여기서, 전자 장치는 전원의 공급을 받아 특정한 기능을 수행하는 장치를 의미한다. 특히, 전자 장치는 휴대용 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 스마트폰, 셀룰러 전화기, 랩-톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 미디어 플레이어, 헤드폰 장치, 착용가능한(wearable) 형태의 전자 장치, 휴대용 온도계 등이 될 수 있다.
적외선 온도 센서는 측정 대상 물체에서 방사되는 에너지를 측정하여 온도를 감지한다. 어떠한 물체에서 방사되는 방사되는 복사 에너지는 슈테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann law)에 의해 설명될 수 있다. 슈테판-볼츠만 법칙은 아래와 같이 표현된다.
Figure 112014119313153-pat00004
여기서, E는 단위면적 당 방사하는 복사 에너지이고, ε는 표면의 방사율이고, σ는 슈테판-볼츠만 상수이고, T는 표면의 온도이다. 이에 따르면, 측정 대상 물체의 표면에서는 온도의 4제곱에 비례하는 에너지가 방사된다.
적외선 센서(100)의 수광부에 적외선이 조사되면 전기적 신호가 생성된다. 수광부에서 수광하는 적외선의 세기는 측정 대상 물체의 표면으로부터 방사되는 적외선과 적외선 센서(100)의 수광부가 자체적으로 방사하는 적외선의 차에 해당한다. 따라서 적외선 센서(100)의 수광부에서 수광하는 순수 적외선의 세기은 아래과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00005
여기서,
Figure 112014119313153-pat00006
는 적외선 센서(100)의 수광부에서 수광하는 적외선의 세기이고,
Figure 112014119313153-pat00007
는 측정 대상 물체의 표면으로부터 방사된 적외선의 세기이고,
Figure 112014119313153-pat00008
는 적외선 센서(100)의 수광부가 방사하는 적외선의 세기이다.
여기서, 측정 대상 물체의 표면의 방사율을
Figure 112014119313153-pat00009
라 하고, 적외선 센서(100)의 수광부는 이상적인 흑체로 간주하여 방사율을 1로 하면
Figure 112014119313153-pat00010
와
Figure 112014119313153-pat00011
는 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00012
Figure 112014119313153-pat00013
여기서,
Figure 112014119313153-pat00014
는 측정 대상 물체의 표면 온도이고,
Figure 112014119313153-pat00015
는 적외선 센서(100)의 수광부의 온도이다. 상기 두 식을 연립하여 정리하면, 측정 대상 물체의 온도를 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00016
상기 식에서 알 수 있듯이 측정 대상 물체의 온도는 적외선 센서(100)의 수광부의 온도에 의해 달라질 수 있다. 여기서, 적외선 센서(100)의 수광부의 온도는 적외선 센서(100)의 주변 온도 측정 수단(200)에서 측정한 적외선 센서(100)의 주변 온도와 동일한 것으로 간주할 수 있다. 이러한 간주는 주변 온도 측정 수단(200)과 적외선 센서(100)의 수광부가 열 평형을 이룬다는 것에 기인한다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 적외선 온도 센서는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 전자 장치에는 열을 발생시킬 수 있는 적어도 하나의 부품이 포함될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 디스플레이 장치, 디스플레이 장치, 프로세스 장치, 메모리 장치, 통신 모뎀 장치, 전원 장치, 배터리, 카메라 모듈, 발광 다이오드, 스피커 장치 및 진동 발생 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 장치들은 전원을 공급받아 작동함에 따라 열이 발생할 수 있다.
이러한 부품이 발생한 열은 직간접적으로 적외선 온도 센서에도 영향을 줄 수 있다. 이는 결과적으로 주변 온도 측정 수단(200)에서 측정한 주변 온도(Ta)를 변경시킬 수 있다. 또한, 부품의 발열이 지속적으로 변화함에 따라 상기 주변 온도도 지속적으로 변화할 수 있다. 이러한 주변 온도의 지속적인 변화는 주변 온도 측정 수단(200)과 적외선 센서(100)의 수광부의 열 평형을 깨트릴 수 있다. 이러한 경우, 적외선 센서(100)의 수광부의 온도 변화는 주변 온도(Ta)의 변화보다 후속적으로 이루질 수 있다. 따라서 이러한 경우에 온도 감지에 오차가 발생할 수 있고, 이를 보정할 수 있는 수단 및 방법이 필요하다.
이하, 첨부한 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서의 예시적인 형태의 단면도를 도시한 것이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서의 온도 보정 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 적외선 온도 센서는 적외선 센서(100), 주변 온도 측정 수단(200), 저장 수단(300), 신호 처리 수단(400) 및 하우징(500)을 포함할 수 있다.
여기서, 적외선 센서(100), 주변 온도 측정 수단(200), 저장 수단(300) 및 신호 처리 수단(400)은 각각 별개의 칩 형태로 형성될 수도 있고, 둘 이상이 하나의 칩으로 구현된 형태일 수도 있다. 적외선 센서(100), 주변 온도 측정 수단(200), 저장 수단(300) 및 신호 처리 수단(400)은 하우징(500) 내부에 수용되어 있을 수도 있고, 하우징(500) 외부에 위치하고, 다른 구성과 전기적으로만 연결되어 있을 수 있다.
도 1에는 예시적인 적외선 온도 센서의 형태로서, 적외선 센서(100) 및 주변 온도 측정 수단(200)이 하나의 칩 형태로 형성되어 있고, 저장 수단(300) 및 신호 처리 수단(400)이 다른 하나의 칩 형태로 형성되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그리고 이러한 두 개의 칩은 모두 하우징(500) 내부에 위치하는 것으로 도시되어 있다.
적어도 적외선 센서(100)는 하우징(500) 내부에 수용되는 것이 바람직하다. 하우징(500)은 적외선 센서(100)의 수광부와 대향하는 위치에 형성된 개구부(510)를 포함할 수 있다. 그리고 하우징(500)은 전자 장치에 상기 개구부(510)가 외부로 노출되도록 탑재된다. 따라서 측정 대상 물체의 표면에서 방사되는 광이 상기 개구부(510)를 통해 적외선 센서(100)의 수광부에 조사된다.
적외선 센서(100)는 적외선 대역에 해당하는 광을 흡수해 전기 신호(V)로 변환하는 센서이다. 이를 위해 별도의 적외선 투과 광학 필터(520)가 구비될 수 있다. 적외선 센서(100)는 예를 들어, 포토 다이오드, 포토 컨덕터, 광전 변환에 의한 양자형 센서, 써모파일, 초전형 센서 또는 적외선 흡수에 의한 온도 변화를 전기 신호(V)로 변환하는 열형 센서일 수 있다.
적외선 센서(100)는 지속적으로 미리 정해진 시간 간격으로 수광부에서의 적외선 흡수하여 이에 따른 전기 신호(V)를 생성한다. 전기 신호(V)는 아래와 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00017
여기서, KV는 적외선 센서(100)의 변환 비례 상수이다.
주변 온도 측정 수단(200)은 적외선 센서(100)의 주변 온도(Ta)를 측정할 수 있는 수단이다. 주변 온도 측정 수단(200)은 적외선 센서(100)와 일체로 형성되거나 적외선 센서(100) 주변에 위치할 수 있다. 주변 온도 측정 수단(200)은 온도를 측정할 수 있는 수단이면 어느 것이나 사용될 수 있다. 주변 온도 측정 수단(200)은 예를 들어, 써미스터, 온도에 따라 저항이 변하는 저항체, 밴드 갭 회로 등이 사용될 수 있다.
주변 온도 측정 수단(200)에서 측정한 주변 온도(Ta)를 이용하여 측정 대상 물체의 측정 온도(TO)를 산출할 수 있다. 측정 온도(TO)는 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00018
여기서, 측정 온도(TO)는 ℃, ℉ 또는 K 등으로 표현되는 온도 형식일 수도 있고, 이후 ℃, ℉ 또는 K 등으로 표현되는 온도 형식으로 변환될 수 있는 온도 대응 가공 전 원 데이터 형식일 수도 있다. 측정 온도(TO)가 가공 전 원 데이터인 경우, 이후 수행되는 보정 과정에서의 온도에 관한 데이터도 이와 동일한 가공 전 데이터로 표시될 수 있다. 그리고 이후 수행되는 보정 과정이 종료된 이후 일반적으로 사용되는 ℃, ℉ 또는 K 등으로 표현되는 온도 형식으로 변환될 수 있다.
주변 온도 측정 수단(200)은 주변 온도(Ta)를 미리 정해진 횟수로 반복하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 주변 온도 측정 수단(200)은 0.1초 간격으로 10회 주변 온도를 측정할 수 있다. 이에 따라, 10개의 시간에 따른 주변 온도(Ta) 측정 결과 데이터가 생성될 수 있다. 주변 온도 측정 수단(200)에서 생성된 시간에 따른 주변 온도(Ta) 측정 결과 데이터는 신호 처리 수단(400)으로 전달될 수 있다.
신호 처리 수단(400)은 주변 온도 측정 수단(200)이 측정한 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)를 계산한다. 구체적으로, 신호 처리 수단(400)은 주변 온도 측정 수단(200)이 복수 회 측정한 주변 온도(Ta) 측정 결과 데이터를 수신하여 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)를 계산할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 신호 처리 수단(400)은 0.1초 간격으로 10회 측정된 10개의 데이터를 이용하여 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)를 계산할 수 있다. 신호 처리 수단(400)은 이러한 변화량(ΔTa/Δt)으로부터 시간에 따른 주변 온도(Ta)의 변화 그래프의 기울기를 계산할 수 있다.
신호 처리 수단(400)은 이러한 주변 온도의 변화량(ΔTa/Δt)을 미리 정해진 횟수로 반복하여 계산한 후 평균값(avg_ΔTa/Δt)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 신호 처리 수단(400)은 0.1초 간격으로 10번 변화량(ΔTa/Δt)을 계산하고, 10번의 변화량의 평균값(avg_ΔTa/Δt)을 산출할 수 있다. 이러한 과정을 통해, 주변 온도(Ta)의 불규칙한 변화 또는 측정 과정에서 발생하는 노이즈 등의 영향을 제거할 수 있다. 이에 따라 일정시간 동안의 주변 온도(Ta)의 변화 추세를 정확하게 파악할 수 있다.
저장 수단(300)은 복수의 옵셋 가중치(G)에 관한 데이터를 저장할 수 있다. 저장 수단(300)은 이러한 옵셋 가중치(G)를 저장할 수 있는 비휘발성 메모리 장치일 수 있다.
옵셋 가중치(G)는 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)가 적외선 센서(100)의 수광부의 온도에 미치는 영향에 관한 수치일 수 있다. 예를 들어, 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)가 증가할수록 옵셋 가중치(G)가 증가할 수 있다. 이는 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)가 증가할수록 상기 변화가 적외선 센서(100)의 수광부에 큰 영향을 미친다는 것을 의미한다. 옵셋 가중치(G)는 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)가 적외선 센서(100)의 수광부에 미치는 영향을 실험적으로 분석하여 미리 정해진 수치일 수 있다. 옵셋 가중치(G)는 적외선 온도 센서 및 전자 장치의 구조 및 구성에 따라 서로 다를 수 있다.
옵셋 가중치(G)는 보정치(C)를 산출하는데 있어서, 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)에 곱해지는 계수(coefficient)일 수 있다. 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)에 따라 옵셋 가중치(G)가 결정되면, 결정된 옵셋 가중치(G)는 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)에 곱해져서 보정치(C) 산출의 기반이 될 수 있다. 또한, 옵셋 가중치(G)는 보정치(C)를 산출하는데 있어서, 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)에 따라 선택되는 룩업 테이블(look-up table)일 수 있다. 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)가 계산되면 상기 룩업 테이블에 의해 이에 대응되는 보정치(C)가 산출될 수 있다.
신호 처리 수단(400)은 계산된 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)에 따라 옵셋 가중치(G)를 결정할 수 있다. 그리고 신호 처리 수단(400)은 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt) 및 결정된 옵셋 가중치(G)에 기반하여 보정치(C)를 산출할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 옵셋 가중치(G)가 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)에 곱해지는 계수인 경우, 보정치(C)는 아래와 같은 방식으로 산출될 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00019
여기서, KC는 보정치(C) 변환 비례 상수이다.
상기의 과정에서 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt) 대신에 그 평균치(avg_ΔTa/Δt)가 사용될 수도 있다. 이러한 경우 상술한 것과 같이 변화 추세를 더욱 정확하게 변경한 보정치(C)를 산출할 수 있다. 이러한 경우의 보정치(C)는 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00020
보정치(C)는 과거의 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)를 고려하여 미래의 주변 온도의 예상치를 반영하는 것일 수 있다. 이러한 보정치(C)에 의해 주변 온도 측정 수단(200)이 실제로 측정하는 주변 온도와 이에 따라 후속적으로 변할 수 있는 적외선 센서(100) 수광부의 온도의 차이를 보정할 수 있다. 또한, 주변 온도 측정 수단(200)이 온도를 측정하는 시간과 적외선 센서(100)가 적외선 흡수량을 측정하는 시간의 차이를 보정할 수 있다.
신호 처리 수단(400)은 이러한 방식으로 보정치(C)를 미리 정해진 횟수로 반복하여 산출하고, 산출된 복수의 보정치의 평균(avg_C)을 계산할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 신호 처리 수단(400)은 0.1초 간격으로 10번 보정치(C)를 산출할 수 있다. 그리고 10번의 보정치의 평균(avg_C)을 계산할 수 있다. 이러한 과정을 통해, 보정치(C)의 불규칙한 변화 또는 측정 과정에서 발생하는 노이즈 등의 영향을 제거할 수 있다. 이에 따라 상대적으로 정확한 보정치(C)를 산출할 수 있다.
산출된 보정치의 평균(avg_C)은 적외선 온도 센서의 측정 온도(TO)를 보정하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 보정치의 평균(avg_C)은 적외선 온도 센서의 측정 온도(TO)에 더해져 보정 온도(TO_C)를 산출할 수 있다.
Figure 112014119313153-pat00021
여기서, TO_C는 적외선 온도 센서의 보정 온도이다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서와 부품을 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 온도 센서의 온도 보정 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
설명의 편의성을 위해서 도 3 내지 도 4를 참조하여 적외선 온도 센서의 일 실시예를 설명하는데 있어서, 도 1 내지 도2를 참조하여 설명한 일 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
적외선 온도 센서는 전자 장치에 탑재되어 사용될 수 있다. 여기서, 전자 장치는 전원의 공급을 받아 특정한 기능을 수행하는 장치를 의미한다. 특히, 전자 장치는 휴대용 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 스마트폰, 셀룰러 전화기, 랩-톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 미디어 플레이어, 헤드폰 장치, 착용가능한(wearable) 형태의 전자 장치, 휴대용 온도계 등이 될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 전자 장치에는 열을 발생시킬 수 있는 적어도 하나의 부품(600)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 디스플레이 장치, 디스플레이 장치, 프로세스 장치, 메모리 장치, 통신 모뎀 장치, 전원 장치, 배터리, 카메라 모듈, 발광 다이오드, 스피커 장치 및 진동 발생 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 장치들은 전원을 공급받아 작동함에 따라 열이 발생할 수 있다.
신호 처리 수단(400)은 전자 장치가 포함하는 적어도 하나의 부품(600)의 발열에 관한 정보를 수신할 수 있다. 부품(600)은 전원을 공급받아 작동함에 따라 열이 발생할 수 있다.
부품(600)의 발열은 적외선 온도 센서에 전달될 수 있다. 특히, 발열하는 부품(600)과 적외선 온도 센서가 동일한 기판(700) 상에 실장되어 있는 경우에는 기판(700)에 형성된 도전성 패턴(710) 등을 통해서 열이 전달될 수 있다.
부품(600)의 발열이 적외선 온도 센서에 전달되는 것은 다양한 요소에 의해 영향을 받을 수 있다. 구체적으로, 부품(600)의 발열이 적외선 온도 센서에 전달되는 것은 부품(600)과 적외선 온도 센서의 거리, 부품(600)과 적외선 온도 센서 사이의 열 전달 매질 및 부품(600)의 열 방사 방향 등에 따라 전달 시간 및 전달량이 결정될 수 있다.
저장 수단(300)에는 부품(600)과 적외선 온도 센서 사이의 열 전달 효율에 관한 정보가 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어, 저장 수단(300)에는 부품(600)에 따른 저장 수단(300)에는 부품(600)과 적외선 온도 센서 사이의 거리, 부품(600)과 적외선 온도 센서 사이의 열 전달 매질 및 부품(600)의 열 방사 방향 등에 관한 정보가 저장되어 있을 수 있다.
신호 처리 수단(400)이 수신하는 부품(600)의 발열에 관한 정보는 부품(600)의 온도, 발열량, 소비 전력에 관한 데이터뿐만 아니라 부품(600)의 예상 온도, 예상 발열량, 예상 소비 전력 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함할 수 있다.
신호 처리 수단(400)은 수신한 부품(600)의 발열에 관한 정보에 기반하여 주변 온도의 예상 변화(ΔTa)를 계산할 수 있다. 구체적으로 신호 처리 수단(400)은 현재 부품(600)의 발열량과 부품(600)과 적외선 온도 센서 사이의 열 전달 효율을 고려하여 일정 시간 이후의 적외선 온도 센서의 주변 온도의 변화를 예상할 수 있다. 또한, 신호 처리 수단(400)은 부품(600)의 미래의 동작 형태, 소비 전력 등을 고려하여 부품(600)의 미래의 발열량 등을 예측할 수 있고, 이에 기반하여 주변 온도의 변화를 예상할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치의 전원이 켜지는 상태라면 전자 장치의 부품(600)들은 미리 정해진 초기 부팅 프로세스에 따라 동작할 것이라는 것을 알 수 있다. 신호 처리 장치는 이러한 점을 반영하여 부품(600)의 발열량을 예측할 수 있고, 이에 기반하여 주변 온도의 변화(ΔTa)를 예상할 수 있다. 또한, 전자 장치가 특정 기능을 수행하는 것이 예정되어 있는 경우라면 전자 장치의 부품(600)들은 상기 기능을 수행하기 위해 동작할 것임을 알 수 있다. 신호 처리 장치는 이러한 점을 반영하여 부품(600)의 발열량을 예측할 수 있고, 이에 기반하여 주변 온도의 변화(ΔTa)를 예상할 수 있다.
이와 같이 신호 처리 수단(400)이 부품(600)의 현재 또는 미래의 발열량을 고려하는 것에 의해 주변 온도의 변화를 상대적으로 정확하게 예상할 수 있다. 산출된 보정치(C)는 적외선 온도 센서의 측정 온도를 보정하는데 이용될 수 있다.
이하, 첨부한 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하여 설명하는 온도 측정 방법은 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한 적외선 온도 센서를 이용하여 주변 온도를 보정하여 측정하는 방법에 관한 것이다. 따라서 설명의 편의성을 위해서, 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한 것과 중복되는 일부는 생략하도록 한다.
도 5를 참조하면, 온도 측정 방법은 적외선 센서가 적외선을 측정하는 단계(S100), 주변 온도 측정 수단이 주변 온도를 측정하는 단계(S200), 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하는 단계(S300), 옵셋 가중치를 결정하는 단계(S400), 보정치를 산출하는 단계(S500) 및 측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계(S600)를 포함한다.
적외선 센서가 적외선을 측정하는 단계(S100)는 측정 대상 물체의 표면에서 적외선 센서(100)에 방사되는 적외선을 측정할 수 있다. 구체적으로, 적외선 센서(100)는 수광부에서 흡수하는 적외선에 따른 전기 신호를 생성할 수 있다.
주변 온도 측정 수단이 주변 온도를 측정하는 단계(S200)는 주변 온도(Ta)를 미리 정해진 횟수로 반복하여 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하는 단계(S300)는 복수의 주변 온도의 시간에 따른 변화량(ΔTa/Δt)을 계산하는 단계 및 상기 변화량(ΔTa/Δt)을 미리 정해진 횟수로 반복하여 측정하고, 상기 복수의 변화량의 평균(avg_ΔTa/Δt)을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
옵셋 가중치를 결정하는 단계(S400)는 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt)에 기반하여 저장 수단(300)이 저장하고 있는 복수의 옵셋 가중치(G)에 관한 데이터 중 하나를 결정하는 단계이다.
보정치를 산출하는 단계(S500)는 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt) 및 상기 결정된 옵셋 가중치(G)에 기반하여 보정치를 산출하는 단계이다. 보정치를 산출하는 단계(S500)는, 보정치를 미리 정해진 횟수로 반복하여 산출하고, 복수의 보정치의 평균을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계(S600)는 보정치를 이용하여 상기 측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계이다.
이하, 첨부한 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하여 설명하는 온도 측정 방법은 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한 적외선 온도 센서를 이용하여 주변 온도를 보정하여 측정하는 방법에 관한 것이다. 따라서 설명의 편의성을 위해서, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 중복되는 일부는 생략하도록 한다.
도 6을 참조하면, 온도 측정 방법은 적외선 센서가 적외선을 측정하는 단계(S110), 주변 온도 측정 수단이 주변 온도를 측정하는 단계(S210), 부품의 발열에 관한 정보를 수신하는 단계(S310), 주변 온도의 예상 변화를 계산하는 단계(S410), 보정치를 산출하는 단계(S510) 및 측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계(S610)를 포함한다.
본 실시예에 따른 온도 측정 방법은 전자 장치에 탑재되는 적외선 온도 센서를 이용한 온도 측정 방법이다.
적외선 센서가 적외선을 측정하는 단계(S110)는 측정 대상 물체의 표면에서 적외선 센서(100)에 방사되는 적외선을 측정할 수 있다. 구체적으로, 적외선 센서(100)는 수광부에서 흡수하는 적외선에 따른 전기 신호를 생성할 수 있다.
주변 온도 측정 수단이 주변 온도를 측정하는 단계(S210)는 주변 온도를 미리 정해진 횟수로 반복하여 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
부품의 발열에 관한 정보를 수신하는 단계(S310)는 전자 장치가 포함하는 적어도 하나의 부품의 발열에 관한 정보를 수신하는 단계이다. 부품의 발열에 관한 정보를 수신하는 단계(S310)는, 디스플레이 장치, 메모리 장치, 프로세스 장치, 통신 모뎀 장치, 전원 장치, 배터리, 카메라 모듈, 발광 다이오드, 스피커 장치 및 진동 발생 장치 중 적어도 하나의 발열에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
부품의 발열에 관한 정보는 부품의 온도, 부품의 발열량, 부품이 소비하는 소비 전력, 부품의 예상 온도, 부품의 예상 발열량 및 부품의 예상 소비 전력 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함할 수 있다.
주변 온도의 예상 변화를 계산하는 단계(S410)는 부품의 발열에 관한 정보에 기반하는 것이다. 주변 온도의 예상 변화를 계산하는 단계는, 발열 부품에 따라 옵셋 가중치(G)를 결정하는 단계 및 부품의 발열에 관한 정보 및 상기 결정된 옵셋 가중치(G)에 기반하여 상기 주변 온도의 예상 변화를 계산하 는 단계를 포함할 수 있다.
보정치를 산출하는 단계(S510)는 주변 온도의 시간에 따른 변화(ΔTa/Δt) 및 상기 결정된 옵셋 가중치(G)에 기반하여 보정치를 산출하는 단계이다.
측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계(S610)는 보정치를 이용하여 상기 측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계이다.
이상, 본 발명의 적외선 온도 센서 및 온도 측정 방법의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 적외선 센서 200: 주변 온도 측정 수단
300: 저장 수단 400: 신호 처리 수단
500: 하우징 600: 부품

Claims (19)

  1. 측정 대상 물체의 표면에서 방사되는 적외선을 측정하는 적외선 센서;
    상기 적외선 센서의 주변 온도를 측정하는 주변 온도 측정 수단;
    복수의 옵셋 가중치에 관한 데이터를 저장하는 저장 수단; 및
    상기 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하고, 상기 변화에 따라 복수의 옵셋 가중치 중 하나를 결정하고, 상기 변화 및 상기 결정된 옵셋 가중치에 기반하여 보정치를 산출하는 신호 처리 수단을 포함하고,
    상기 온도 측정 수단은 상기 주변 온도를 반복하여 측정하고,
    상기 신호 처리 수단은 상기 반복하여 측정한 주변 온도의 일정한 시간 구간 동안의 시간에 따른 변화량을 반복하여 계산하고, 상기 반복하여 계산된 변화량의 평균을 계산하는 적외선 온도 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 옵셋 가중치는 상기 변화량의 평균에 곱해지는 계수(coefficient)인 적외선 온도 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 처리 수단은 상기 보정치를 미리 정해진 횟수로 반복하여 산출하고, 상기 반복하여 산출한 보정치의 평균을 계산하는 적외선 온도 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 옵셋 가중치에 관한 데이터는 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화에 곱해지는 계수 및 상기 주변 온도의 시간에 따른 변화에 따라 선택되는 룩업 테이블 중 적어도 하나를 포함하는 적외선 온도 센서.
  5. 측정 대상 물체의 표면에서 적외선 센서에 방사되는 적외선을 측정하는 단계;
    상기 적외선 센서의 주변 온도를 측정하는 단계;
    상기 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하는 단계;
    상기 주변 온도의 시간에 따른 변화에 기반하여 옵셋 가중치를 결정하는 단계;
    상기 주변 온도의 시간에 따른 변화 및 상기 결정된 옵셋 가중치에 기반하여 보정치를 산출하는 단계; 및
    상기 보정치를 이용하여 상기 측정 대상 물체의 측정 온도를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 주변 온도를 측정하는 단계는, 상기 주변 온도를 반복하여 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 주변 온도의 시간에 따른 변화를 계산하는 단계는, 상기 반복하여 측정한 주변 온도의 일정한 시간 구간 동안의 시간에 따른 변화량을 반복하여 계산하고, 상기 반복하여 계산된 변화량의 평균을 계산하는 단계를 더 포함하는 온도 측정 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 옵셋 가중치는 상기 변화량의 평균에 곱해지는 계수(coefficient)인 온도 측정 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 보정치를 산출하는 단계는, 상기 보정치를 미리 정해진 횟수로 반복하여 산출하고, 상기 반복하여 산출한 보정치의 평균을 계산하는 단계를 포함하는 온도 측정 방법.
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