KR101977196B1

KR101977196B1 - 통합형 센서

Info

Publication number: KR101977196B1
Application number: KR1020180146366A
Authority: KR
Inventors: 장세창; 장동진; 전일권
Original assignee: 주식회사 파워맥스
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2019-05-10

Abstract

본 발명은, 통합형 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온도 센서, 압력 센서 및 습도 센서를 단일한 하나의 패키지로 구성하여 통합 센싱할 수 있으므로, 각각의 센서를 구비하고 각각 설치해야 하는 번거로움을 해소할 수 있고, 각각의 센서들의 신호를 각각 처리하지 않고 통합 처리함으로써, 각각의 센서들의 신호를 처리하기 위한 장비의 수를 저감할 수 있으며, 각각의 센서들의 신호를 전송하기 위한 신호선을 센서마다 구비하지 않아도 되므로, 고전계 또는 고자계 상태에서 발생된 고주파, 저주파 노이즈로부터 받는 영향을 저감할 수 있는 통합형 센서에 관한 것이다.

Description

통합형 센서{Integrated sensor}

일반적으로 변압기와 같은 장치의 경우 내부의 온도, 습도, 압력을 측정하여 제품의 이상 여부를 판단하고자 하는 것이 요구되어 왔다. 이러한 변압기의 경우 권선 온도와 절연유 온도, 기중 습도 및 압력의 상관 관계가 제품의 이상 여부를 판단하는 주요한 기준으로서, 안정적인 운전과 이상 여부 사전 진단 및 조치를 위하여 온도, 습도, 압력을 복합 측정할 필요성이 날로 증대되고 있다.

그러나, 종래에는 온도, 습도, 압력 측정시 이를 개별 장치로 측정함으로써 설치 및 측정상의 번거로움이 유발되고, 이들 센서 신호들을 처리하기 위한 별도 장비가 각각 요구되었으며, 또한, 변압기의 경우 운전 중 상존하는 고전계 및 고자계 상태에서 발생된 고주파 또는 저주파 노이즈로부터 영향을 받아왔으므로, 이를 최소화할 수 있는 장치의 개발이 필요로 하게 되었다.

KR10-1908921(등록번호) 2018.10.11.

본 발명은, 온도 센서, 압력 센서 및 습도 센서를 단일한 하나의 패키지로 구성하여 통합 센싱할 수 있으므로, 각각의 센서를 구비하고 각각 설치해야 하는 번거로움을 해소할 수 있는 통합형 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 각각의 센서들의 신호를 각각 처리하지 않고 통합 처리함으로써, 각각의 센서들의 신호를 처리하기 위한 장비의 수를 저감할 수 있는 통합형 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 각각의 센서들의 신호를 전송하기 위한 신호선을 센서마다 구비하지 않아도 되므로, 고전계 또는 고자계 상태에서 발생된 고주파, 저주파 노이즈로부터 받는 영향을 저감할 수 있는 통합형 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 내부에 중공부가 형성된 센서 하우징; 상기 센서 하우징의 외부로 노출되어 구비되는 복수의 외부 온도 센서; 상기 센서 하우징의 일측에 결합되어 일단은 상기 센서 하우징의 외부로 돌출되고 타단은 상기 센서 하우징의 내측으로 인입되도록 구비되는 압력 습도 유입구; 상기 센서 하우징의 내부에 구비되며 상기 압력 습도 유입구의 일측으로 삽입되는 압력 센서; 상기 센서 하우징의 내부에 구비되며 상기 압력 습도 유입구의 다른 일측으로 삽입되는 습도 센서; 상기 센서 하우징의 내부에 구비되며 상기 외부 온도 센서, 상기 압력 센서 및 상기 습도 센서와 전기적으로 연결되어 상기 외부 온도 센서의 측정값, 상기 압력 센서의 측정값 및 상기 습도 센서의 측정값을 입력 받아 이를 외부의 마스터 MCU로 전송하는 통합 센서 보드;를 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 통합 센서 보드와 상기 마스터 MCU는 I2C 통신 방식으로 통신된다.

또한, 본 발명은, 상기 통합 센서 보드에 연결되어 상기 센서 하우징 외부로 연장되며 그 외측 끝단이 상기 외부 온도 센서와 연결되는 절연 케이블;을 포함한다.

또한, 본 발명은, 상기 압력 습도 유입구의 타단부 내측에 구비되며, 상호 이격된 적어도 둘 이상의 완충판과, 상기 완충판에 배열을 이루어 천공된 복수의 완충홀을 포함하되, 상기 완충홀은 인접한 다른 완충판에 형성된 완충홀과 동심을 이루지 않도록 구성되는 완충부;를 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 완충홀의 테두리는 상기 압력 습도 유입구의 타단 방향을 향하여 링 형상으로 돌출된다.

또한, 본 발명은, 상기 센서 하우징의 내부에 구비되어 상기 통합 센서 보드와 전기적으로 연결되는 내부 온도 센서;를 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 통합 센서 보드는 상기 내부 온도 센서의 측정값을 상기 마스터 MCU에 전송하며, 상기 마스터 MCU는 상기 내부 온도 센서의 측정값을 토대로 상기 압력 센서의 측정값을 보정한다.

본 발명은, 온도 센서, 압력 센서 및 습도 센서를 단일한 하나의 패키지로 구성하여 통합 센싱할 수 있으므로, 각각의 센서를 구비하고 각각 설치해야 하는 번거로움을 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 각각의 센서들의 신호를 각각 처리하지 않고 통합 처리함으로써, 각각의 센서들의 신호를 처리하기 위한 장비의 수를 저감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 각각의 센서들의 신호를 전송하기 위한 신호선을 센서마다 구비하지 않아도 되므로, 고전계 또는 고자계 상태에서 발생된 고주파, 저주파 노이즈로부터 받는 영향을 저감할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 통합형 센서의 정면도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 통합형 센서의 구성도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 통합형 센서의 압력 습도 유입구의 단면도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 통합형 센서의 종래 방식의 센서 측정값과의 비교 그래프.

이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 내부에 중공부가 형성된 센서 하우징(100)과, 센서 하우징(100)의 외부로 노출되어 구비되는 외부 온도 센서(200)와, 센서 하우징(100)의 일측에 결합되어 일단은 센서 하우징(100)의 외부로 돌출되고 타단은 센서 하우징(100)의 내측으로 인입되도록 구비되는 압력 습도 유입구(110)와, 센서 하우징(100)의 내부에 구비되며 압력 습도 유입구(110)의 일측으로 삽입되는 압력 센서(300)와, 센서 하우징(100)의 내부에 구비되며 압력 습도 유입구(110)의 다른 일측으로 삽입되는 습도 센서(400)와, 센서 하우징(100)의 내부에 구비되며 외부 온도 센서(200), 압력 센서(300) 및 습도 센서(400)와 전기적으로 연결되어 외부 온도 센서(200)의 측정값, 압력 센서(300)의 측정값 및 습도 센서(400)의 측정값을 입력받아 이를 외부의 마스터 MCU(510)로 전송하는 통합 센서 보드(500)를 포함하여 구성된다.

센서 하우징(100)은, 압력 센서(300), 습도 센서(400), 통합 센서 보드(500) 등이 설치될 수 있도록 설치 공간을 제공하는 역할을 하며, 이를 위하여 내부에 중공부가 형성된 형태로 구성된다.

이러한 센서 하우징(100)은 용기 형상의 두 틀을 밀봉 접합하여 구성할수도 있고, 용기 형상의 틀에 평면 형상의 커버를 밀봉 접합하여 구성할수도 있으며, 그 제작 방법을 한정하는 것은 아니다.

센서 하우징(100)의 일측에는 압력 습도 유입구(110)가 결합된다. 압력 습도 유입구(110)는 센서 하우징(100)과 일체로 사출되어 형성될 수 있으며, 별도로 제작되어 밀봉 결합되는 것 역시 가능하다.

외부 온도 센서(200)는, 센서 하우징(100) 외부의 온도를 측정하여 측정값을 통합 센서 보드(500)에 제공한다. 이를 위하여 외부 온도 센서(200)는 센서 하우징(100)의 외부로 노출되어 구비되며, 바람직하게는 센서 하우징(100)의 내부로부터 외부로 연장되는 절연 케이블(210)의 외측 끝단에 연결되어 통합 센서 보드(500)와 전기적으로 연결된다. 이러한 절연 케이블(210)은 그 일단이 통합 센서 보드(500)와 전기적으로 연결된다.

이러한 외부 온도 센서(200)는 설치되는 기기의 복수 위치의 온도를 측정할 수 있도록 복수로 구성되는 것이 바람직하며, 도면상에는 2개의 외부 온도 센서(200)가 구비된 것을 도시하였으나 3개 이상의 외부 온도 센서(200)가 구비될수도 있으며 이를 한정하는 것은 아니다.

압력 습도 유입구(110)는, 외부의 공기를 센서 하우징(100) 내부로 안내하는 역할을 하며, 이를 위하여 통 형상으로 형성되어 일단은 센서 하우징(100)의 외부로 돌출되고 타단은 센서 하우징(100)의 내측으로 인입되도록 구성된다.

이러한 압력 습도 유입구(110)는 모든 구간에서 내경이 동일한 형상으로 형성되지 않고 센서 하우징(100) 내측으로 인입된 타단부는 확장되어서 하술할 압력 센서(300) 및 습도 센서(400)가 설치될 공간이 확보되는 것이 바람직하다.

또한, 압력 습도 유입구(110)는 센서 하우징(100) 내측으로 인입된 타단부 및 센서 하우징(100) 내측에 위치된 측면들은 모두 밀폐되어 외부의 공기가 센서 하우징(100) 내측으로 유입되지 않도록 구성되는 것이 바람직하며, 센서 하우징(100) 외측으로 노출된 일단부는 개방되어 외부의 공기가 압력 센서(300) 및 습도 센서(400)의 센싱부에 도달될 수 있도록 구성된다.

압력 센서(300)는, 압력 습도 유입구(110)를 통해 유입된 외부 공기의 압력을 측정하는 역할을하며, 센서 하우징(100)의 내부에 구비되며 압력 습도 유입구(110)의 일측으로 삽입된다.

압력 센서(300)를 센서 하우징(100) 내부에 위치시키고 압력 습도 유입구(110)로 유입되는 공기를 측정하도록 하는 이유는, 설치 공간, 즉, 외부의 온습도 및 압력에 의해 압력 센서(300)가 파손되거나 또는 외부의 온습도 및 압력이 압력 센서(300)의 하우징에 영향을 주어 오측정이 이루어지는 것을 방지하기 위함이다.

습도 센서(400)는, 압력 습도 유입구(110)를 통해 유입된 외부 공기 내의 습도를 측정하는 역할을 하며, 센서 하우징(100)의 내부에 구비되며 압력 습도 유입구(110)의 압력 센서(300)가 설치되지 않은 다른 일측으로 삽입된다.

습도 센서(400)를 센서 하우징(100) 내부에 위치시키고 압력 습도 유입구(110)로 유입되는 공기를 측정하도록 하는 이유는, 설치 공간, 즉, 외부의 온습도 및 압력에 의해 습도 센서(400)가 파손되거나 또는 외부의 온습도 및 압력이 습도 센서(400)의 하우징에 영향을 주어 오측정이 이루어지는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 이와 관련하여 압력 습도 유입구(110)는 설치 공간 내의 공기가 갑작스럽게 유입되어 압력 또는 습도의 측정값에 영향을 주지 않도록 완충부(120)가 형성된다. 완충부(120)는 압력 습도 유입구(110)의 타단부 내측에 형성되며, 복수의 완충홀(122)이 배열을 이루어 천공된 적어도 둘 이상의 완충판(121)이 상호 인접한 완충판(121)끼리 완충홀(122)의 위치가 동심을 이루지 않도록 이격되어 구성된다. 즉, 두 개의 완충판(121)이 구비되는 경우, 외측 방향 완충판(121)의 완충홀(122)을 통해 유입된 외부 공기는 내측 방향 완충판(121)의 완충홀(122)에 바로 유입되지 못하고 완충판(121)의 면에 막힌 후 그 옆의 완충홀(122)을 통해 최종적으로 압력 습도 유입구(110)의 내부로 유입되게 되는 것이다. 그리고, 이 과정에서 각각의 완충홀(122)을 통해 유입된 외부 공기가 와류를 형성하며 서로 섞여 외부 요인에 의한 갑작스런 공기의 흐름을 완충하게 되는 것이다.

또한, 완충부(120)는 본 발명의 통합형 센서가 설치되는 설치 장소에 따라 완충판(121)의 간격 및 완충홀(122)의 내경, 또는 완충홀(122)간 간격 등을 적절히 조절하여 구성할 수 있다.

한편, 완충홀(122)의 테두리는 외측 방향, 즉, 압력 습도 유입구(110)의 타단 방향을 향하여 링 형상으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 따라서, 의도치 않은 공기의 흐름이 발생되었을 때 압력 습도 유입구(110)로부터 유입된 공기의 흐름은 완충판(121)의 면에 부딪히면서 완충판(121)의 면을 따라 이동되다 완충홀(122)의 돌출부를 타고 와류되며, 이러한 와류는 완충홀(122)에 직접 유입되는 공기의 흐름과 부딪혀 결과적으로 완충홀(122)을 통과하는 공기의 흐름을 저해하게 된다. 따라서, 압력 센서(300)의 압력 측정부에 공기의 흐름에 의해 발생된 압력의 오측정을 배제할 수 있게 된다.

통합 센서 보드(500)는, 센서 하우징(100)의 내부에 구비되며 외부 온도 센서(200), 압력 센서(300) 및 습도 센서(400)와 전기적으로 연결되어 외부 온도 센서(200)의 측정값, 압력 센서(300)의 측정값 및 습도 센서(400)의 측정값을 입력받아 이를 외부의 마스터 MCU(510)로 전송하는 역할을 한다.

이를 위하여 통합 센서 보드(500)는 슬레이브 MCU 칩이 내장된 형태의 인쇄회로기판으로 형성되며, 외부의 마스터 MCU(510)와 I2C 방식으로 통신한다. 그리고, 통합 센서 보드(500)와 마스터 MCU(510)간의 통신을 위한 통신 코드가 센서 하우징(100) 내부에서 외부로 연장된다. I2C 통신 방식은 데이터 라인과 클럭 라인의 두 라인으로 정보를 전송하며, 클럭에 동기화된 데이터만 유효 데이터로 취급하기 때문에 고전계 및 고자계 상태에서 발생된 고주파, 저주파 노이즈로부터 측정 데이터가 받는 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

한편, 센서 하우징(100)의 내부에는 센서 하우징(100) 내부의 온도를 측정하는 내부 온도 센서가 구비될 수 있다. 압력 센서(300)같은 경우 외부 공기와 접촉되는 압력 측정부 이외에는 외부와 완전 밀폐된 형태를 띤다. 이때, 압력 센서(300)의 하우징이 고온에 노출되면 밀폐된 내부의 공기가 팽창될 수 있고, 압력 센서(300)의 하우징 자체가 팽창되어 압력 측정부에 외부 공기의 압력이 가해질 때 압력 측정부의 변형이 정확한 값으로 이루어지지 않을 우려가 있게 된다.

이러한 상황을 방지하고자, 센서 하우징(100)의 내부 온도, 즉, 압력 센서(300)의 하우징에 가해지는 온도를 측정하는 내부 온도 센서가 구비된다. 내부 온도 센서는 통합 센서 보드(500)와 전기적으로 연결된다. 내부 온도 센서의 측정값은 통합 센서 보드(500)를 통해 마스터 MCU(510)에 전송되며, 마스터 MCU(510)는 내부 온도 센서의 측정값을 토대로 압력 센서(300)의 측정값을 보정한다. 이를 위하여 마스터 MCU(510)에는 압력 센서(300)의 주변 온도별 압력 센서(300) 측정값의 보정치가 테이블 형태로 저장되어 있을 수 있고, 별도의 저장 공간에 보정치가 저장되어 이를 참조하도록 구성될 수 있다.

상술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 온도 센서, 압력 센서(300) 및 습도 센서(400)를 단일한 하나의 패키지로 구성하여 통합 센싱할 수 있으므로, 각각의 센서를 구비하고 각각 설치해야 하는 번거로움을 해소할 수 있는 효과가 있다.

100 : 센서 하우징
110 : 압력 습도 유입구
120 : 완충부
121 : 완충판
122 : 완충홀
200 : 외부 온도 센서
210 : 절연 케이블
300 : 압력 센서
400 : 습도 센서
500 : 통합 센서 보드
510 : 마스터 MCU

Claims

내부에 중공부가 형성된 센서 하우징;
상기 센서 하우징의 외부로 노출되어 구비되는 복수의 외부 온도 센서;
상기 센서 하우징의 일측에 결합되어 일단은 상기 센서 하우징의 외부로 돌출되고 타단은 상기 센서 하우징의 내측으로 인입되도록 구비되는 압력 습도 유입구;
상기 센서 하우징의 내부에 구비되며 상기 압력 습도 유입구의 일측으로 삽입되는 압력 센서;
상기 센서 하우징의 내부에 구비되며 상기 압력 습도 유입구의 다른 일측으로 삽입되는 습도 센서;
상기 센서 하우징의 내부에 구비되며 상기 외부 온도 센서, 상기 압력 센서 및 상기 습도 센서와 전기적으로 연결되어 상기 외부 온도 센서의 측정값, 상기 압력 센서의 측정값 및 상기 습도 센서의 측정값을 입력 받아 이를 외부의 마스터 MCU로 전송하는 통합 센서 보드;
상기 압력 습도 유입구의 타단부 내측에 구비되며, 상호 이격된 적어도 둘 이상의 완충판과, 상기 완충판에 배열을 이루어 천공된 복수의 완충홀을 포함하되, 상기 완충홀은 인접한 다른 완충판에 형성된 완충홀과 동심을 이루지 않도록 구성되는 완충부;
를 포함하는 통합형 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 통합 센서 보드와 상기 마스터 MCU는 I2C 통신 방식으로 통신되는 통합형 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 통합 센서 보드에 연결되어 상기 센서 하우징 외부로 연장되며 그 외측 끝단이 상기 외부 온도 센서와 연결되는 절연 케이블;
을 포함하는 통합형 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 완충홀의 테두리는 상기 압력 습도 유입구의 타단 방향을 향하여 링 형상으로 돌출되는 통합형 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 센서 하우징의 내부에 구비되어 상기 통합 센서 보드와 전기적으로 연결되는 내부 온도 센서;
를 포함하는 통합형 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 통합 센서 보드는 상기 내부 온도 센서의 측정값을 상기 마스터 MCU에 전송하며, 상기 마스터 MCU는 상기 내부 온도 센서의 측정값을 토대로 상기 압력 센서의 측정값을 보정하는 통합형 센서.
삭제