KR101921547B1 - 극저온 환경에서의 온도 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극저온 환경에서의 온도 추정 방법에 관한 것으로서, 측정 대상 물체의 표면에 인광 물질을 도포한 후 상기 인광 물질을 여기시키는 UV-LED 광원을 점등 및 점멸이 주기적으로 반복되는 점멸 방식으로 상기 측정 대상 물체의 표면에 조사하는 제1단계와, 상기 UV-LED 광원이 조사되는 한 주기 동안 상기 측정 대상 물체의 표면을 촬상하여 복수 개의 영상 프레임을 획득하는 제2단계와, 각각의 상기 영상 프레임을 기설정된 사이즈의 단위 영역으로 분할하여, 분할된 단위 영역별로 상기 인광물질에 의해 방출되는 빛의 강도값을 계산하는 제3단계와, 상기 복수 개의 영상 프레임에 대한 시간 범위에서 각각의 상기 단위 영역의 강도값에 기초하여 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 변환값을 획득하는 제4단계와, 획득된 단위 영역별 변환값에 기초하여 상기 측정 대상 물체의 표면 온도에 따른 특성 곡선을 산출하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 극저온 환경에서도 측정 대상 물체의 온도 측정이 실시간으로 가능해지고, 인광 물질을 이용한 온도 측정 시 소요되는 시간이 짧아져 측정 정밀도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

극저온 환경에서의 온도 추정 방법{METHOD OF ESTIMATING TEMPERATURE IN CRYOGENIC ENVIRONMENT}
본 발명은 인광 물질이 자외선과 반응하여 빛을 방출하는 특성을 이용하여 극저온과 같은 극한 환경에서 측정 대상 물체의 표면 온도를 추정 가능한 극저온 환경에서의 온도 추정 방법에 관한 것이다.
최근 극한 환경에서의 정밀 온도 측정을 통해 가스 누출 및 폭발을 미연에 방지하고, 극저온 치료 시 환부의 온도 분포 및 제어가 필요해지는 등 천연 에너지 산업, 우주 산업, 의료기 산업 등 다양한 분야에서 극저온 조건의 온도 측정 시스템의 필요성이 커지고 있다.
그러나 현재 영하 40℃ 이하의 극저온 모니터링 방식으로는 열전대나 RTD 센서 등을 이용한 점 측정 방식이 주를 이루며, 인광 온도계(Phosphor Thermometry)를 이용한 2차원 장 측정 방법의 경우에도 실험실에서 복잡한 실험장치 구성을 통해 특정한 상황에 대한 제한된 결과들이 보고되고 있는 수준이고, 실시간으로 측정하기에는 데이터 처리 시간이 오래 걸리므로 실제 산업현장에 실용적으로 적용하기에는 어려움이 있다.
또한, 극저온에서의 온도장 측정을 위해 필요한 인광 입자 코팅 기술의 경우, 도포 후 1~2일 동안의 후처리가 추가로 필요하므로 실시간 측정이 불가능하며, 실험실 수주에서 도포가 진행되어야 하므로 실제 현장에서 실용적으로 쓰기에는 부적합한 한계가 있다.
JPP3453260 B2 KR 10-2016-0043831 A
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 극저온과 같은 극한환경에서 측정 대상 물체의 표면에 대한 실시간 온도 측정이 가능한 극저온 환경에서의 온도 추정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법은, 측정 대상 물체의 표면에 인광 물질을 도포한 후 상기 인광 물질을 여기시키는 UV-LED 광원을 점등 및 점멸이 주기적으로 반복되는 점멸 방식으로 상기 측정 대상 물체의 표면에 조사하는 제1단계; 상기 UV-LED 광원이 조사되는 한 주기 동안 상기 측정 대상 물체의 표면을 촬상하여 복수 개의 영상 프레임을 획득하는 제2단계; 각각의 상기 영상 프레임을 기설정된 사이즈의 단위 영역으로 분할하여, 분할된 단위 영역별로 상기 인광물질에 의해 방출되는 빛의 강도값을 계산하는 제3단계; 상기 복수 개의 영상 프레임에 대한 시간 범위에서 각각의 상기 단위 영역의 강도값에 기초하여 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 변환값을 획득하는 제4단계; 및 획득된 단위 영역별 변환값에 기초하여 상기 측정 대상 물체의 표면 온도에 따른 특성 곡선을 산출하는 제5단계;를 포함하되, 상기 제4단계에서 상기 변환값은, 온도가 높아질수록 상기 측정 대상 물체로부터 발광되는 빛의 인광 지속 시간이 줄어드는 특징에 기초한 상기 단위 영역의 강도값에 대응되는 한 점 좌표 데이터 형식의 특성값에 해당하는 것으로, 상기 제4단계는, 상기 UV-LED 광원이 점멸되어 상기 단위영역별 강도값이 감소하는 구간에서의 상기 단위영역별 강도값 중 임의로 두 개의 강도값을 선택하고, 선택된 두 개의 강도값에 대한 비를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 투-포인트 A(Two points A) 기법을 이용하여 상기 변환값을 획득하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 영하 200도까지의 극저온 환경에서 측정 대상 물체의 표면 온도 분포를 실시간으로 측정할 수 있고, 측정 대상 물체의 표면을 촬상한 영상을 이용해 몇 번의 데이터 처리 과정을 수행하는 것만으로 비교적 짧은 시간 내에 측정 대상 물체의 표면 온도값을 추정해낼 수 있어, 종래의 경우보다 인광 물질을 이용한 온도 측정 시 걸리는 시간이 짧아져 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법을 구현하기 위한 시스템의 개략도이고,
도 2는 도 1의 함수 발생기를 이용하여 자외선 광원과 카메라의 타이밍을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법의 순서도이고,
도 4는 도 3의 제3단계 내지 제5단계에 의한 데이터 처리 과정을 나타낸 개념도이고,
도 5는 도 3의 단위 영역별로 강도값을 계산하는 과정을 나타낸 개념도이고,
도 6은 도 3의 제4단계에서 복수 개의 기법에 따라 변환값을 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시도이고,
도 7은 도 3의 제5단계에 복수 개의 기법 각각에 따라 산출된 특성 곡선의 일례를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법을 적용하여 각각의 프레임별로 측정 대상 물체의 표면 온도를 가시화한 결과를 나타내는 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법을 구현하기 위한 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1의 함수 발생기를 이용하여 자외선 광원과 카메라의 타이밍을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 액체질소(Liquid n2; LN2)를 극저온 펌프(Cryopump)를 이용하여 극저온 환경 챔버(Cryogenic chamber) 내부 공간으로 주입하여 주변 환경의 온도를 유지하는 방법을 이용하되, 만일 주변 환경의 온도가 기설정된 온도에 도달하게 되는 경우, 온도 컨트롤러(Cryogenic chamber temperature controller)를 통해 챔버로 주입되는 액체 질소의 유입량을 밸브(Valve)를 이용해 제어하고, 챔버 내부의 팬(Fan)을 이용하여 주변 온도가 일정하게 유지되도록 제어하며, 챔버 내부에 인광 물질이 코팅된 측정 대상 물체를 설치시켜 자외선 광원(UV-LED)으로 여기시켜 온도에 따른 온도 보정 곡선을 획득한다.
이때, 인광 입자가 방출하는 빛만을 획득하기 위해 카메라에 광학 필터(Camera Filter)를 씌우고 방출된 인광의 이미지는 'Low frame' 카메라로 촬영하게 되고, 여기서, 'Low frame' 카메라는 초당 2000장 이하의 이미지를 획득할 수 있는 저가형 카메라를 지칭한다.
한편, 자외선 광원(UV-LED)과 카메라(High speed camera)의 타이밍은, 도 2에 도시된 바와 같이, 함수 발생기(Function generator)를 통해 생성한 트리거 신호(trigger)를 기준으로 하여 동기화시키게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법의 순서도이고, 도 4는 도 3의 제3단계 내지 제5단계에 의한 데이터 처리 과정을 나타낸 개념도이고, 도 5는 도 3의 단위 영역별로 강도값을 계산하는 과정을 나타낸 개념도이고, 도 6은 도 3의 제4단계에서 복수 개의 기법에 따라 변환값을 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시도이고, 도 7은 도 3의 제5단계에 복수 개의 기법 각각에 따라 산출된 특성 곡선의 일례를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법을 적용하여 각각의 프레임별로 측정 대상 물체의 표면 온도를 가시화한 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 전술한 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 환경에서의 온도 추정 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 제1단계에서는, 측정 대상 물체의 표면에 인광 물질을 도포한 후 상기 인광 물질을 여기시키는 UV-LED 광원을 점등 및 점멸이 주기적으로 반복되는 점멸 방식으로 상기 측정 대상 물체의 표면에 조사한다(S100).
여기서, 상기 인광 물질은, 측정 대상 물체의 온도 및 특성에 따라 영하 200도 이상의 온도 범위에서 범용적으로 이용되는 아래의 표 1에 기재된 10개의 인광 물질 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
인광물질 온도 범위
Al2O3:Cr(ruby) 10K ~ 430K
La2O2S:Eu 11K ~ 340K
Mg4FGeO6:Mn 4K ~ 800K
Ru(trpy) 100K ~ 320K
Y2O2S:Eu 77K ~ 550K
CaF2:Yb2 70K ~ 120K
Green & Red 75K ~ 300K
YBCO 70K ~ 300K
EuTFC 4.2K ~ 40K
Eu 100K ~ 322K
이때, 상기 표 1에서 선택된 인광 물질은, 상기 인광 물질에 화학 바인더(chemical binder)를 첨가한 휴대용 스프레이 형식의 도포 방법과 고정밀 접착식 필름코팅 형태의 도포 방법 중 어느 하나의 방법을 통해 측정 대상 물체의 표면에 도포될 수 있다.
여기서, 상기 UV-LED 광원은, 도 2에 도시된 바와 같이, 함수 발생기(Function generator)에서 트리거 신호(trigger)가 발생한 시점을 기준으로 2Δt의 주기에 따라 Δt시간 동안 점등되다가 Δt시간 동안 점멸되는 방식에 의해 측정 대상 물체의 표면에 조사된다.
예컨대, 표 1 및 도 2를 참조하면, 만약 측정 대상 물체가 알루미늄 평판(예컨대, 160 mm x 120 mm)이고 인광물질이 Mg4FGeO6:Mn(이하, 'MFG'라고 함)인 경우, 상기 알루미늄 평판의 중앙에 소정 면적(예컨대, 95 mm x 55 mm)으로 MFG 염료를 HPC binder와 혼합한 후 스프레이건을 사용하여 고르게 도포한 상태에서, 도포된 MFG 염료의 열처리를 위해 상온에서 3시간, 250℃ 오븐에서 2시간, 다시 상온에서 1시간 냉각시키게 된다.
이때, 700mW의 세기와 10Hz의 주파수를 가지는 UV-LED 광원이 상기 알루미늄 평판의 표면을 향해 조사되어 상기 도포된 MFG를 여기시키되, 함수 발생기(Function generator)에서 발생한 트리거 신호(trigger)를 기준으로 동기화되어 Δt시간(예컨대, 50ms) 동안 켜졌다가(점등) Δt시간 동안 꺼짐(점멸)을 반복하게 된다.
다음으로, 제2단계에서는, 상기 UV-LED 광원이 조사되는 한 주기 동안 상기 측정 대상 물체의 표면을 촬상하여 복수 개의 영상 프레임을 획득한다(S200).
예컨대, 도 2를 참조하면, 상기 제2단계(S200)에는, 만약 UV-LED 광원이 조사되는 한 주기가 50ms인 경우, 측정 대상 물체의 표면에 도포된 인광물질(예컨대, MFG)에서 발생하는 형광 빛을 초고속카메라를 이용하여 초당 8,000장의 이미지를 촬영한 후, 함수 발생기(Function generator)에서 발생한 트리거 신호(trigger)를 이용하여 UV-LED 신호와 초고속카메라를 동기화함에 따라, UV-LED 광원은 50ms 동안 켜졌다가 꺼짐을 반복하게 되고, 초고속 카메라에 의해 촬영된 영상 중 UV-LED가 꺼지고 난 이후의 인광 영상을 분석하여 후술할 측정 대상 물체의 표면 온도 추정을 수행하게 된다.
다음으로, 제3단계에서는, 각각의 상기 영상 프레임을 기설정된 사이즈의 단위 영역으로 분할하여(S300), 분할된 단위 영역별로 상기 인광물질에 의해 방출되는 빛의 강도값을 계산한다(S400).
여기서, 상기 단위 영역은 단일 픽셀이거나 N×M 크기의 블록단위(여기서, N과 M은 픽셀 수)일 수 있다.
또한, 만일 상기 단위 영역이 픽셀 단위인 경우, 픽셀당 색공간을 RGB(Red, Green, Blue) 좌표계에서 HSI(Hue, Saturation, Intensity) 좌표계로 변환하여 상기 강도값을 계산하게 된다.
예컨대, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제3단계(S300)에는, UV-LED 광원이 상기 측정 대상 물체의 표면에 점등-점멸을 반복하여 조사되는 주기가 50ms이고, 상기 제2단계(S200)에 의해 촬상된 영상에 포함된 I×J 픽셀 크기를 가지는 복수 개의 영상 프레임이 각각 0.25ms의 시간 간격마다 획득된 상태일 때, 각각의 픽셀 영역으로부터 인광 물질에 의해 빛이 방출된 영역에 대응하는 에지 성분을 추출하고, 추출된 에지 성분에 의해 둘러싸인 폐영역의 RGB 색공간에 대한 좌표를 획득한 후, 이를 다시 HSI 색공간에 대한 좌표로 변환하게 된다.
이때, 상기 에지 성분은 라플라시안(Laplacian) 연산을 이용한 2차 미분과 같은 일반적인 에지 검출 알고리즘을 이용하여 검출할 수 있고, 이와 같은 에지 검출 알고리즘은 당업자에게는 자명한 사항이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.
또한, 상기 RGB 좌표계는 아래의 수학식 1 내지 수학식 3에 따라 상기 HSI 좌표계로 변환할 수 있다.
Figure 112017038097627-pat00001
Figure 112017038097627-pat00002
Figure 112017038097627-pat00003
만약 'B(Blue)' 값이 'G(Green)' 값보다 크다면(B > G), 이상적인 'H(Hue)' 값은 360°에서 상기 수학식 3에 따라 계산된 'H'값을 뺀 값이 된다(H = 360°- H).
다음으로, 제4단계에서는, 상기 복수 개의 영상 프레임에 대한 시간 범위에서 각각의 상기 단위 영역의 강도값에 기초하여 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 변환값을 획득한다(S500).
여기서, 상기 변환값은 온도가 높아질수록 상기 측정 대상 물체로부터 발광되는 빛의 인광 지속 시간이 줄어드는 특징에 기초한 상기 단위 영역의 강도값에 대응되는 한 점 좌표 데이터 형식의 특성값에 해당하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 제4단계(S500)에는, 인광 수명(Lifetime) 기법, 감쇠 기울기(Decay slope) 기법, 투-포인트 A(Two points A) 기법, 투-포인트 B (Two points B) 기법 및 쓰리-포인트(Three points) 기법 중 어느 하나의 기법을 이용하여 상기 변환값을 획득하게 된다.
구체적으로, 인광 수명(Lifetime) 기법은, 상기 UV-LED 광원이 점멸되는 구간에서의 상기 단위영역별 강도값이 초기값의 e-1이 되는 완화시간(relaxation time)을 산출하여, 산출된 완화시간을 온도에 따른 인광 수명 시간에 대한 특성값을 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 것이다.
예컨대, 도 7a에 도시된 그래프를 참조하면, 인광 수명 시간(lifetime)이 3.25ms, 2.8ms, 2.5ms, 2.25ms, 2.0ms, 1.8ms, 1.5ms, 1.2ms일 때 각각 이에 대응하는 온도값은 45℃ ~ 55℃, 95℃ ~ 105℃, 145℃ ~ 155℃, 195℃ ~ 205℃, 245℃ ~ 255℃, 295℃ ~ 305℃, 345℃ ~ 355℃, 405℃ ~ 415℃임을 확인할 수 있다.
또한, 감쇠 기울기(Decay slope) 기법은, 상기 UV-LED 광원이 점멸되기 시작하는 시점에서의 상기 단위영역별 강도값의 기울기를 산출하여 산출된 기울기를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 것이다.
예컨대, 도 7b에 도시된 그래프를 참조하면, 상기 산출된 기울기(Decay slope)가 0.328 ~ 0.33, 0.368 ~ 0.37, 0.418 ~ 0.42, 0.46 ~ 0.465, 0.52 ~ 0.53, 0.59 ~ 0.61, 0.68 ~ 0.7, 0.8 ~ 0.82일 때 각각 이에 대응하는 온도값은 45℃ ~ 55℃, 95℃ ~ 105℃, 145℃ ~ 155℃, 245℃ ~ 255℃, 295℃ ~ 305℃, 345℃ ~ 355℃, 405℃ ~ 415℃임을 확인할 수 있다.
또한, 투-포인트 A(Two points A) 기법은, 상기 UV-LED 광원이 점멸되어 상기 단위영역별 강도값이 감소하는 구간에서의 상기 단위영역별 강도값 중 임의로 두 개의 강도값을 선택하고, 선택된 두 개의 강도값에 대한 비(ratio)를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 것이다.
예컨대, 도 7c에 도시된 그래프를 참조하면, 상기 선택된 두 개의 강도값에 대한 비(R1)가 1.13, 1.145, 1.17, 1.185, 1.22 ~ 1.225, 1.24 ~ 1.25, 1.28 ~ 1.30, 1.35 ~ 1.38일 때 각각 이에 대응하는 온도값은 45℃ ~ 55℃, 95℃ ~ 105℃, 145℃ ~ 155℃, 245℃ ~ 255℃, 295℃ ~ 305℃, 345℃ ~ 355℃, 405℃ ~ 415℃임을 확인할 수 있다.
또한, 투-포인트 B (Two points B) 기법은, 상기 UV-LED 광원이 점등되는 구간과 상기 UV-LED 광원이 점멸되는 구간 각각에서의 상기 단위영역별 강도값 중 임의로 하나의 강도값을 각각 선택하고, 선택된 두 개의 강도값에 대한 비(ratio)를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 것이다.
예컨대, 도 7d에 도시된 그래프를 참조하면, 상기 선택된 두 개의 강도값에 대한 비(R2)가 0.36 ~ 0.38, 0.4 ~ 0.44, 0.46 ~ 0.5, 0.51 ~ 0.56, 0.58 ~ 0.61, 0.67 ~ 0.75, 0.8 ~ 0.9, 1.05 ~ 1.15일 때 각각 이에 대응하는 온도값은 45℃ ~ 55℃, 95℃ ~ 105℃, 145℃ ~ 155℃, 245℃ ~ 255℃, 295℃ ~ 305℃, 345℃ ~ 355℃, 405℃ ~ 415℃임을 확인할 수 있다.
또한, 쓰리-포인트(Three points) 기법은, 상기 UV-LED 광원이 점등되기 시작한 후 소정 시간이 경과하여 상기 단위영역별 강도값이 일정하게 유지되는 구간과, 상기 UV-LED 광원이 점멸되어 상기 단위영역별 강도값이 감소하는 구간과, 상기 UV-LED 광원이 점멸되기 시작한 후 소정 시간이 경과하여 상기 단위영역별 강도값이 일정하게 유지되는 구간 각각에서의 상기 단위영역별 강도값 중 임의로 하나의 강도값을 각각 선택하고, 선택된 세 개의 강도값에 대한 비(continued ratio)를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 것이다.
예컨대, 도 7e에 도시된 그래프를 참조하면, 상기 선택된 세 개의 강도값에 대한 비(R3)가 0.745 ~ 0.765, 0.72 ~ 0.74, 0.715 ~ 0.695, 0.68 ~ 0.705, 0.65 ~ 0.675, 0.635 ~ 0.655, 0.605 ~ 0.64, 0.53 ~ 0.57일 때, 각각 이에 대응하는 온도값은 45℃ ~ 55℃, 95℃ ~ 105℃, 145℃ ~ 155℃, 245℃ ~ 255℃, 295℃ ~ 305℃, 345℃ ~ 355℃, 405℃ ~ 415℃임을 확인할 수 있다.
다음으로, 제5단계에서는, 제4단계(S500)에서 획득된 단위 영역별 변환값에 기초하여 온도에 따른 특성 곡선을 산출한다(S700).
여기서, 상기 특성 곡선은, 상기 제4단계에 의해 획득된 복수의 변환값들이 포함되는 구간을 선형 보간법(linear interpolation) 또는 스플라인 보간법(spline interpolation)에 의해 곡선 형태로 산출한 것일 수 있다.
이때, 상기 단위 영역별 변환값은 전술한 제4단계(S500)에서 (x,y)의 좌표 형태로 획득되며, 각각의 영상 프레임마다 상기 영상 프레임에 속하는 단위 영역별 변환값을 상기 영상 프레임 상에서 상기 단위 영역에 대응되는 위치에 좌표값을 매칭시킨 후 선형 보간법(linear interpolation) 또는 스플라인 보간법(spline interpolation)을 이용하여 n차 다항식을 나타내는 곡선 형태로 표준화시키게 된다.
한편, 선형 보간법(linear interpolation) 또는 스플라인 보간법(spline interpolation)과 같은 보간법은, 주어진 데이터를 가지고 어떤 다항식과 같은 형태로 표준화시키는 작업 중의 하나로서, 이러한 보간(interpolation) 기술은 당업자에겐 자명한 사항이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.
전술한 바에 따라, 제5단계(S700)에 의해 산출된 특성 곡선은 내부 데이터베이스(DB)에 저장된 상태이다.
다음으로, 제6단계에서는, 제1단계(S100) 내지 제4단계(S500)까지를 다시 수행한 후, 상기 특성 곡선을 이용하여 상기 변환값에 대응되는 온도를 획득한다(S800).
만약 상기 특성 곡선이 내부 데이터베이스(DB)에 저장된 상태라면, 측정 대상 물체의 표면에 UV-LED 광원이 조사되는 동안(S100) 상기 측정 대상 물체의 표면을 촬상한 복수의 영상 프레임을 다수의 단위 영역으로 분할하여(S200~S300) 단위 영역별 강도값을 계산하고(S400), 상기 강도값에 기초하여 단위영역별로 대응되는 온도에 대한 변환값을 획득하게 된다(S500).
이 경우, 기저장된 상기 특성 곡선과 새롭게 획득된 변환값을 비교한 결과에 기초하여 상기 측정 대상 물체의 표면 온도를 추정할 수 있게 된다.
예컨대, 도 8을 참조하면, S200 단계에 촬상된 복수의 영상 프레임(1S,2S,4S)의 각각의 단위 영역에서의 변환값을 상기 특성 곡선에 대입하여 이에 대응되는 온도값을 추정한 후 이를 상기 영상 프레임에 대응하는 정규화된 벡터 좌표(X/d,Y/d) 상에 상기 추정된 온도값에 대응되는 색상값, 가령, 150K 내지 165K의 온도 범위 중에서 상기 온도값이 150K에 가까우면 파란색(Blue), 상기 온도값이 155K에 가까우면 하늘색(Sky Blue), 상기 온도값이 160K에 가까우면 주황색(Orange), 상기 온도값이 165K에 가까우면 빨간색(Red)으로 표시하여, 각각의 영상 프레임마다 측정 대상 물체의 표면 온도의 변화 상태를 시각적으로 나타낼 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 영하 200도까지의 극저온 환경에서 측정 대상 물체의 표면 온도 분포를 실시간으로 측정할 수 있고, 측정 대상 물체의 표면을 촬상한 영상을 이용해 몇 번의 데이터 처리 과정을 수행하는 것만으로 비교적 짧은 시간 내에 측정 대상 물체의 표면 온도값을 추정해낼 수 있어, 종래의 경우보다 인광 물질을 이용한 온도 측정 시 걸리는 시간이 짧아져 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
특히, 전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 강점을 다소 폭넓게 상술하였으므로, 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시 예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 형상의 설계나 수정의 기본으로써 즉시 사용될 수 있음이 해당 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 상기에서 기술된 실시 예는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위는 전술한 본 발명의 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 측정 대상 물체의 표면에 인광 물질을 도포한 후 상기 인광 물질을 여기시키는 UV-LED 광원을 점등 및 점멸이 주기적으로 반복되는 점멸 방식으로 상기 측정 대상 물체의 표면에 조사하는 제1단계;
    상기 UV-LED 광원이 조사되는 한 주기 동안 상기 측정 대상 물체의 표면을 촬상하여 복수 개의 영상 프레임을 획득하는 제2단계;
    각각의 상기 영상 프레임을 기설정된 사이즈의 단위 영역으로 분할하여, 분할된 단위 영역별로 상기 인광물질에 의해 방출되는 빛의 강도값을 계산하는 제3단계;
    상기 복수 개의 영상 프레임에 대한 시간 범위에서 각각의 상기 단위 영역의 강도값에 기초하여 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 변환값을 획득하는 제4단계; 및
    획득된 단위 영역별 변환값에 기초하여 상기 측정 대상 물체의 표면 온도에 따른 특성 곡선을 산출하는 제5단계;를 포함하되,
    상기 제4단계에서 상기 변환값은,
    온도가 높아질수록 상기 측정 대상 물체로부터 발광되는 빛의 인광 지속 시간이 줄어드는 특징에 기초한 상기 단위 영역의 강도값에 대응되는 한 점 좌표 데이터 형식의 특성값에 해당하는 것으로,
    상기 제4단계는,
    상기 UV-LED 광원이 점멸되어 상기 단위영역별 강도값이 감소하는 구간에서의 상기 단위영역별 강도값 중 임의로 두 개의 강도값을 선택하고, 선택된 두 개의 강도값에 대한 비를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 투-포인트 A(Two points A) 기법을 이용하여 상기 변환값을 획득하는 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는,
    상기 UV-LED 광원이 점멸되는 구간에서의 상기 단위영역별 강도값이 초기값의 e-1이 되는 완화시간(relaxation time)을 산출하여, 산출된 완화시간을 온도에 따른 인광 수명 시간에 대한 특성값으로 결정하는 인광 수명(Lifetime) 기법을 이용하여 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값을 획득하는 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는,
    상기 UV-LED 광원이 점멸되기 시작하는 시점에서의 상기 단위영역별 강도값의 기울기를 산출하여 산출된 기울기를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 감쇠 기울기(Decay slope) 기법을 이용하여 상기 변환값을 획득하는 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는,
    상기 UV-LED 광원이 점등되는 구간과 상기 UV-LED 광원이 점멸되는 구간 각각에서의 상기 단위영역별 강도값 중 임의로 하나의 강도값을 각각 선택하고, 선택된 두 개의 강도값에 대한 비를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 투-포인트 B (Two points B) 기법을 이용하여 상기 변환값을 획득하는 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는,
    상기 UV-LED 광원이 점등되기 시작한 후 소정 시간이 경과하여 상기 단위영역별 강도값이 일정하게 유지되는 구간과, 상기 UV-LED 광원이 점멸되어 상기 단위영역별 강도값이 감소하는 구간과, 상기 UV-LED 광원이 점멸되기 시작한 후 소정 시간이 경과하여 상기 단위영역별 강도값이 일정하게 유지되는 구간 각각에서의 상기 단위영역별 강도값 중 임의로 하나의 강도값을 각각 선택하고, 선택된 세 개의 강도값에 대한 비를 상기 단위 영역별로 대응되는 온도에 대한 상기 변환값으로 결정하는 쓰리-포인트(Three points) 기법을 이용하여 상기 변환값을 획득하는 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.
  8. 제3항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1단계 내지 상기 제4단계를 다시 수행한 후, 상기 특성 곡선을 이용하여 상기 변환값에 대응되는 온도를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 특성 곡선은
    상기 제4단계에 의해 획득된 복수의 변환값들이 포함되는 구간을 선형 보간법 또는 스플라인 보간법에 의해 곡선 형태로 산출한 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 단위 영역이 픽셀 단위인 경우, 픽셀당 색공간을 RGB 좌표계에서 HSI 좌표계로 변환하여 상기 강도값을 계산하는 것을 특징으로 하는 극저온 환경에서의 온도 추정 방법.





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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022089842A1 (de) * 2020-10-30 2022-05-05 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrolumineszenz keramischer werkstoffe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283859A (ja) * 1999-03-30 2000-10-13 Osaka Gas Co Ltd 物体の表面温度測定方法及び物体の表面温度測定装置
JP4723209B2 (ja) * 2004-06-10 2011-07-13 川崎重工業株式会社 温度測定方法およびその方法を実施する装置
JP5225756B2 (ja) * 2008-06-04 2013-07-03 アズビル株式会社 蛍光温度センサ
JP2017015590A (ja) * 2015-07-02 2017-01-19 国立大学法人山梨大学 温度分布測定方法、システム、装置及び細線

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283859A (ja) * 1999-03-30 2000-10-13 Osaka Gas Co Ltd 物体の表面温度測定方法及び物体の表面温度測定装置
JP4723209B2 (ja) * 2004-06-10 2011-07-13 川崎重工業株式会社 温度測定方法およびその方法を実施する装置
JP5225756B2 (ja) * 2008-06-04 2013-07-03 アズビル株式会社 蛍光温度センサ
JP2017015590A (ja) * 2015-07-02 2017-01-19 国立大学法人山梨大学 温度分布測定方法、システム、装置及び細線

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022089842A1 (de) * 2020-10-30 2022-05-05 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrolumineszenz keramischer werkstoffe

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