KR102069004B1 - 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정 위한 센서 시스템 및 그것에 사용되는 센서 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정하기 위한 센서 시스템 및 그것에 사용되는 센서 유닛에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정하기 위한 센서 시스템에 있어서, 상기 입자 형태의 재료에 골고루 분포되어 온도를 측정하는 복수 개의 센서 유닛; 및 상기 복수 개의 센서 유닛 간을 서로 연결하기 위한 격자부; 센서 시스템에 관한 것이다.

Description

입자 형태 재료의 온도 분포를 측정 위한 센서 시스템 및 그것에 사용되는 센서 유닛{SYSETEM FOR MEASURING TEMPERATURE OF PARTICLE METERIAL AND SENSOR MODULE THEREOF}

본 발명은 입자 형태 재료의 온도를 제기 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 입자 형태로 구비되고 그 양이 방대한 재료의 온도 분포를 측정하기 위한 시스템 및 그 시스템에 사용되는 센서 유닛에 관한 것이다.

벨브나 파이프 등 금속 재질로 형성되는 기구를 만들 때 모래와 금속을 녹여 주물로 만들고 틀에 넣어서 굳히는 방식으로 그것들의 형상을 만든다. 그렇게 형상이 만들어지면, 불필요한 부분들을 잘라내거나 그라인딩하고, 도장을 입혀서 사용하게 된다.

이때 형성되는 기구들의 품질은, 재료가 되는 모래의 온습도, 모래와 금속을 함께 녹이는 주물로(용광로)의 온도, 대기중의 온습도에 영향을 받게 된다. 따라서, 최고의 품질을 얻어내기 위한 조건들을 실험하고 얻어내기 위해서는, 위와 같은 수치들을 측정하고 데이터를 기록/분석할 필요성이 존재한다.

하지만, 모래와 같이 입자 형태로 구비되는 재료의 경우, 물이나 공기와 같은 유체와는 달리, 대류에 의한 열에너지의 전달이 불가능하다. 즉, 대부분의 열에너지 전달은, 모래와 모래 간 열의 전도 또는 모래 사이의 공기를 따라 열에너지가 전도된다.

결국 위와 같이 전도에 의해서만 열에너지가 전달되는 환경에서는, 양이 많아질 수록 더 심해지겠지만, 온도의 불균형이 존재할 수 밖에 없다. 즉, 특정 위치에서 측정된 온도가, 다른 위치에서의 온도와 같다고 볼 수 없는 것이다. 따라서, 상술한 데이터를 기록/분석하기 위해서는, 입자 형태 재료 상에서 어느 특정 위치에서의 온도를 측정하는 것이 아니라, 재료가 위치하는 전체 공간에서의 온도 분포를 측정해야 할 것이다.

하지만, 현재까지는 특정 위치에서의 온도를 측정할 수 있을뿐, 위와 같은 입자 형태 재료 상에서 온도의 분포를 측정할 수 있는 시스템에 대해서 요구되는 실정이다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정하기 위한 센서 시스템에 적용된 센서 유닛에 있어서, 온도 측정 센서; 상기 온도 측정 센서를 제어하기 위한 제어부; 및 상기 온도 측정 센서로부터 측정된 온도 데이터를 전송하기 위한 무선 통신부를 포함하는, 센서 유닛을 제공한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정하기 위한 센서 시스템에 있어서, 상기 입자 형태의 재료에 골고루 분포되어 온도를 측정하는 복수 개의 센서 유닛; 및 상기 복수 개의 센서 유닛 간을 서로 연결하기 위한 격자부; 센서 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 센서 시스템 및 그것에 사용되기 위한 센서 유닛의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 입자 형태 재료의 온도를 측정하는데 있어서, 어느 특정 위치의 온도가 아닌 전체 온도 분포를 측정할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 각 센서 유닛 각각이 측정된 데이터를 무선으로 서버로 전송하여, 보다 효과적으로 데이터를 수집할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 유닛(100)의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일실시예에 따른 센서 유닛의 사시도 및 정면도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 유닛(100)의 형상이 가지는 기능적인 특징에 대하여 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 시스템(1000) 상에서 센서 유닛(100)이 분포되는 형태를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 유닛(100)의 블록도를 도시하는 도면이다. 도시된 도면에 따르면, 센서 유닛(100)은 제어부(180), 전원 공급부(190), 센싱부(140), 메모리(170) 및 무선 통신부(110)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 센서 유닛(100)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 센서 유닛(100)은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

무선 통신부(110)는, 센서 유닛(100)과 데이터 기록 서버(아래에서 상세히 후술)사이, 센서 유닛(100)와 다른 센서 유닛(100) 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어 무선 통신부(110)는, 근거리 통신 모듈(114)을 포함할 수 있다.

센싱부(140)는, 각 센서 유닛(100)을 둘러싼 환경 정보를 측정하고, 그 측정된 결과를 제어부(180)에 전달하거나, 직접 메모리(170)에 기록할 수 있다. 이때 환경 정보란, 온도 및/또는 습도 정보를 포함할 수 있다.

메모리(170)는 센서 유닛(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터 및 센싱부(140)의 센싱 결과를 저장한다. 메모리(170)는 센서 유닛(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 센서 유닛(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 센서 유닛(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 센서 유닛의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.

제어부(180)는 통상적으로 센서 유닛(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 센서 유닛(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 센서 유닛(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.

상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 센서 유닛의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 센서 유닛의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 센서 유닛 상에서 구현될 수 있다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일실시예에 따른 센서 유닛의 사시도 및 정면도를 도시하는 도면이다.

도시된 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서 유닛(100)은 원통 형상의 하우징(202) 및 차단막(201)을 포함할 수 있다.

하우징(202)은 내부 공간을 형성하고 있으며, 내부 공간에는 도 1을 참조하여 상술한 각종 모듈이나 부품이 배치될 수 있다.

이때 하우징(202)은 윗면 및/또는 밑면 개방된 형태의 원통 형상으로 형성될 수 있다.

상기 차단막(201)은, 입자 형태 재료의 내부 유입을 차단하기 위하여 형성된다. 본 발명의 일실시예에 따른 차단막(201)은 원뿔 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 차단막(201)은 상기 입자 형태 재료의 입자 크기 보다 작은 그물(망사, mesh) 형태로 형성될 수 있다.

이하에서는, 위와 같은 형상의 기능에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 유닛(100)의 형상이 가지는 기능적인 특징에 대하여 설명하기 위한 개념도이다.

도 4 (a)를 참조하면, 상기 차단막(201) 표면에 입자 형태 재료의 일예시로 모래가 위치하고 있다. 상술한 그물 크기가 모래 입자의 크기 보다 작기 때문에, 모래는 차단막(201)을 통과하지 못하게 된다.

도 4 (b)를 참조하면, 공기의 경우에는 이와 같은 차단막(201)의 그물 형태를 통과하여, 하우징(202)의 내부 공간으로 진입할 수 있게 된다. 즉, 온도를 측정하기 위하여, 모래 자체에 센싱부(170)가 접촉하는 것이 아니라, 모래 근처의 공기만을 내부로 유입시키고, 해당 공기의 온도를 측정함으로써 모래의 온도를 유추하는 방식을 이용한다.

상술한 바와 같이, 입자 형태 재료 내부에서는 공기의 대류가 거의 일어날 수 없다. 왜냐하면, 공기는 입자들의 사이사이에 위치할 수 밖에 없는데, 입자 자체가 움직이지 않으면 그 사이에 위치하는 공기 역시 움직이기 어렵기 때문이다. 설사 공기의 온도 차이로 인하여 밀도가 달라져도 대류 현상은 거의 발생할 수 없다.

대류 현상이 발생하지 않는다면, 센서 유닛(100)에서 측정되는 온도의 값에 신뢰도가 낮아질 수 있을 것이다. 왜냐하면, 대류가 일어나지 않아 열에너지의 교환이 일어나지 않게 되고, 열에너지의 교환이 없다면 인접한 모래들 간의 온도 차가 벌어질 수 있기 때문이다.

본 발명의 일실시예에서는, 보다 정확한 온도의 측정을 위하여 센서 유닛(100) 내부에 위치하는 소량의 공기가 대류할 수 있는 공간을 형성하도록 제안한다. 즉, 위와 같이 입자들에 의해서 공기의 대류가 대부분 차단되기 때문에, 소정 공간을 확보하여 센서 유닛(100) 내부에서 대류할 수 있는 공간을 형성하는 것이다. 이와 같이 센서 유닛(100) 내부에서 대류가 일어나게 될 경우, 차단막(201)에 인접한 모래들의 온도를 효과적으로 측정할 수 있을 것이다.

단순히 내부 공간을 형성한다고 대류 현상이 촉진되는 것은 아니다. 왜냐하면, 최대한 많은 모래 알갱이와 접촉을 해야지만, 내부로 많은 공기가 유입될 수 있고 유입되는 공기를 순환시킬 수 있기 때문이다.

또한, 대류로 인하여 순환되는 공기가, 본 발명의 센싱부(170)와 효과적으로 접촉되어야 할 필요성 역시 존재한다. 만약, 단순하게 공기가 순환된다고 하더라도, 센싱부(170)와 접촉될 수 없는 곳에서 순환이 이루어진다면, 해당 순환은 의미가 없기 때문이다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 차단막(201)은 원뿔 형상을 갖도록 제안하는 것이다. 원뿔 형상의 경우에는 원뿔 형상의 내부 공간을 효과적으로 형성할 수 있으면서도, 내부에 유입되는 공기들이 하우징(202)의 센싱부(170)와 접촉하기 좋은 형상이기 때문이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 시스템(1000) 상에서 센서 유닛(100)이 분포되는 형태를 도시하는 도면이다.

도시된 도면에 따르면, 전체 센서 시스템(1000)은 복수 개의 센서 유닛(100)을 골고로 분포시키기 위하여 격자 형태의 구조를 가질 수 있으며, 격자 형태의 각 지점에 센서 유닛(100)을 배치시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 시스템(1000)이 구비하는 데이터 기록 서버(601)를 도시하는 도면이다.

전체 센서 시스템(1000)상에 입자 형태 재료가 격자 사이 사이에 채워지게 되면, 각 센서 유닛(100)이 해당 입자 형태 재료의 온도를 측정하여 후술할 데이터 기록 서버에 전달하게 된다. 그러면 데이터 기록 서버는, 전달 받은 온도에 기초하여 전체 입자 형태 재료의 온도 분포를 기록/분석하고 사용자에게 제공하여 줄 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 센서 유닛(100)은 무선 통신부(110)를 통하여 상기 온도를 데이터 기록 서버에 전송할 수 있을 것이다.

이상으로 본 발명에 따른 센서 시스템 및 그것에 활용되는 센서 유닛의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.

Claims (5)

1. 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정하기 위한 센서 시스템에 적용된 센서 유닛에 있어서,
   온도를 측정하기 위한 센싱부;
   상기 센싱부를 제어하기 위한 제어부;
   상기 센싱부로부터 측정된 온도에 대한 온도 데이터를 전송하기 위한 무선 통신부;
   상기 센싱부, 제어부 및 무선 통신부를 배치하기 위하여 내부에 공간을 형성하는 원통 형상의 하우징; 및
   원뿔 형상이며 상기 입자 형태 재료의 입자 크기 보다 작은 그물 형태의 차단막을 포함하는,
   센서 유닛.
   
2. 삭제
3. 입자 형태 재료의 온도 분포를 측정하기 위한 센서 시스템에 있어서,
   상기 입자 형태의 재료에 골고루 분포되어 온도를 측정하는 복수 개의 센서 유닛; 및
   상기 복수 개의 센서 유닛 간을 서로 연결하기 위한 격자부를 포함하되,
   상기 복수 개의 센서 유닛 각각은,
   온도를 측정하기 위한 센싱부;
   상기 센싱부를 제어하기 위한 제어부;
   상기 센싱부로부터 측정된 온도에 대한 온도 데이터를 전송하기 위한 무선 통신부;
   상기 센싱부, 제어부 및 무선 통신부를 배치하기 위하여 내부에 공간을 형성하는 원통 형상의 하우징; 및
   원뿔 형상이며 상기 입자 형태 재료의 입자 크기 보다 작은 그물 형태의 차단막을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   센서 시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 측정된 온도를 기록하는 데이터 기록 서버를 더 포함하는,
   센서 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 복수 개의 센서 유닛 각각은 무선 통신부를 구비하고,
   상기 복수 개의 센서 유닛은 상기 측정된 온도를 상기 데이터 기록 서버에 전송하도록 상기 무선 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
   센서 시스템.

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