KR102114181B1 - 센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법 - Google Patents

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KR102114181B1
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강기태
국정호
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Abstract

본 발명은 센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법에 관한 것으로, 농도 가변 공급부를 통해 측정 대상 물질인 미세 입자 또는 가스의 농도를 변화시켜가며 연속 공급함으로써, 평가 대상 측정 센서에 대한 측정 정확도 및 응답 특성을 동시에 신속하게 평가할 수 있고, 테스트 덕트 모듈에 확산 수단을 구비함으로써, 테스트 덕트 모듈 내부로 유입된 측정 대상 물질을 고르게 확산시켜 측정 대상 물질의 분포 균일도를 향상시키고 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법을 제공한다.

Description

센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법{Evaluation System for Performance of Sensor and Operating Method Thereof}
본 발명은 센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 농도 가변 공급부를 통해 측정 대상 물질인 미세 입자 또는 가스의 농도를 변화시켜가며 연속 공급함으로써, 평가 대상 측정 센서에 대한 측정 정확도 및 응답 특성을 동시에 신속하게 평가할 수 있고, 테스트 덕트 모듈에 확산 수단을 구비함으로써, 테스트 덕트 모듈 내부로 유입된 측정 대상 물질을 고르게 확산시켜 측정 대상 물질의 분포 균일도를 향상시키고 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법에 관한 것이다.
최근에는 대기 중의 미세 먼지 문제가 대두됨에 따라 대기 중의 미세 먼지 농도를 측정하기 위한 미세 입자 측정 센서가 광범위하게 사용되고 있다.
이와 같이 최근들어 미세 입자 측정 센서의 필요성이 증가함에 따라 다양한 제품의 미세 입자 측정 센서가 제작 유통되고 있는데, 이러한 미세 입자 측정 센서는 그 성능 및 측정 정확도가 서로 다르기 때문에, 사용자에게 미세 입자 측정 센서에 대한 성능 정보를 제공하기 위해서는 미세 입자 측정 센서에 대한 성능을 평가할 수 있는 시스템이 필수적이라 할 수 있다.
그러나, 현재까지 미세 입자 측정 센서에 대한 성능을 평가할 수 있는 시스템에 대한 연구 개발이 충분히 이루어지지 않은 실정이며, 기본적으로 일정 농도의 미세 입자를 함유한 공기를 공급한 상태에서 평가 대상 측정 센서를 통해 측정된 미세 입자 농도가 어느 정도로 정확한지 여부만을 평가하는 단순한 형태의 평가 시스템 정도가 개발되어 있는 실정이다.
국내등록특허 제10-1159762호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 농도 가변 공급부를 통해 측정 대상 물질인 미세 입자 또는 가스의 농도를 변화시켜가며 연속 공급함으로써, 평가 대상 측정 센서의 측정 정확도를 평가함과 동시에 측정 대상 물질의 농도값 변화를 얼마나 신속하게 측정할 수 있는지 여부를 판단하는 방식으로 평가 대상 측정 센서의 응답 특성을 평가할 수 있고, 이에 따라 평가 대상 측정 센서에 대한 측정 정확도 및 응답 특성을 동시에 신속하게 평가할 수 있는 센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 테스트 덕트 모듈에 확산 수단을 구비함으로써, 테스트 덕트 모듈 내부로 유입된 측정 대상 물질을 내부 영역에서 고르게 확산시켜 측정 대상 물질의 분포 균일도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 평가 대상 측정 센서를 테스트 덕트 모듈 내부의 어느 영역에 배치하더라도 동일한 측정 결과를 얻을 수 있어 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 센서 성능 평가 시스템 및 이의 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 측정 대상 물질인 미세 입자의 농도를 측정하는 미세 입자 측정 센서 또는 측정 대상 물질인 가스의 농도를 측정하는 가스 농도 측정 센서의 성능을 평가하는 센서 성능 평가 시스템에 있어서, 내부 공간을 따라 측정 대상 물질이 유동하도록 형성되며, 내부 공간에 상기 측정 대상 물질의 농도를 측정하는 평가 대상 측정 센서를 안착시킬 수 있도록 형성되는 테스트 덕트 모듈; 상기 테스트 덕트 모듈 내부 공간에 공기의 흐름을 형성시키도록 상기 테스트 덕트 모듈의 하류단에 결합되는 흡입 펌프; 상기 테스트 덕트 모듈의 내부 공간을 유동하는 측정 대상 물질의 농도를 측정하도록 상기 테스트 덕트 모듈의 내부 공간에 연통 결합되는 기준 계측기; 및 상기 테스트 덕트 모듈에 측정 대상 물질을 공급하되 측정 대상 물질의 농도를 시간에 따라 변화시키며 공급하도록 작동하는 농도 가변 공급부를 포함하고, 상기 평가 대상 측정 센서에 의한 농도 측정값을 상기 기준 계측기에 의한 농도 측정값과 비교하여 상기 평가 대상 측정 센서에 대한 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 센서 성능 평가 시스템을 제공한다.
이때, 상기 농도 가변 공급부는, 믹싱 챔버; 상기 측정 대상 물질을 발생시켜 상기 믹싱 챔버에 측정 대상 물질을 유입시키는 물질 발생기; 상기 믹싱 챔버에 클린 에어를 공급하는 에어 공급부; 및 상기 믹싱 챔버에 존재하는 측정 대상 물질이 상기 테스트 덕트 모듈로 공급되도록 상기 믹싱 챔버와 상기 테스트 덕트 모듈을 연결하며 개폐 밸브가 장착된 물질 공급 라인을 포함하고, 상기 물질 발생기, 에어 공급부 및 개폐 밸브는 별도의 제어부에 의해 동작 제어되어 상기 믹싱 챔버 내부에서 상기 측정 대상 물질의 농도가 시간에 따라 변화하며 상기 테스트 덕트 모듈로 공급되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 믹싱 챔버 내부에는 상기 믹싱 챔버 내부의 측정 대상 물질의 농도를 실시간 측정할 수 있는 모니터링 센서가 구비되고, 상기 제어부는 상기 모니터링 센서의 측정값을 인가받아 상기 믹싱 챔버에 공급된 측정 대상 물질의 농도가 기준 농도에 도달했는지 여부를 판단하고, 기준 농도에 도달한 경우, 상기 물질 발생기의 작동을 중단시키고 상기 에어 공급부 및 상기 개폐 밸브를 개방 작동하여 상기 믹싱 챔버에 존재하는 측정 대상 물질이 상기 테스트 덕트 모듈에 일정 시간 동안 연속 공급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 에어 공급부에 의한 클린 에어의 공급 유량을 조절하여 상기 측정 대상 물질의 농도 변화 속도를 조절할 수 있다.
또한, 상기 테스트 덕트 모듈은, 상단부에 상기 물질 공급 라인이 연결되고 하단부에 상기 흡입 펌프가 연결되며 중간부위에는 상기 평가 대상 측정 센서가 안착될 수 있도록 센서 안착부가 형성되는 덕트 본체; 및 상기 덕트 본체 내부에 배치되어 상기 측정 대상 물질의 분포 균일도가 향상되도록 상기 측정 대상 물질을 확산시키는 확산 수단을 포함하고, 상기 센서 안착부 및 기준 계측기는 상기 확산 수단의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 확산 수단은, 상기 물질 공급 라인의 배출구 하부에 배치되며 상향 송풍하도록 작동하는 혼합팬; 및 상기 혼합팬의 상부에 위치하는 충돌판을 포함하고, 상기 혼합팬과 충돌판은 상기 물질 공급 라인의 배출구를 통해 배출 공급되는 측정 대상 물질이 상기 혼합팬에 의해 상향 이동하여 상기 충돌판에 충돌한 후 확산하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 확산 수단은, 상기 혼합팬의 하부에 배치되며 상기 충돌판에 충돌 확산하여 하향 유동하는 측정 대상 물질을 2차 확산시키는 확산판을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 센서 성능 평가 시스템을 작동시키는 작동 방법으로서, (a) 상기 흡입 펌프를 작동시켜 상기 테스트 덕트 모듈 내부의 유동을 기준 유속으로 형성하는 단계; (b) 상기 물질 발생기를 작동시켜 상기 믹싱 챔버 내부에 측정 대상 물질의 농도가 기준 농도가 되도록 하는 단계; (c) 상기 믹싱 챔버에서 측정 대상 물질의 농도가 기준 농도가 되면 상기 물질 발생기를 작동 중단하는 단계; 및 (d) 상기 에어 공급부를 작동시키고 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 믹싱 챔버의 측정 대상 물질을 상기 테스트 덕트 모듈로 일정 시간 동안 연속 공급하는 단계를 포함하고, 상기 (d) 단계를 수행하는 과정에서 상기 테스트 덕트 모듈로 공급되는 측정 대상 물질의 농도가 시간에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 센서 성능 평가 시스템 작동 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 농도 가변 공급부를 통해 측정 대상 물질인 미세 입자 또는 가스의 농도를 변화시켜가며 연속 공급함으로써, 평가 대상 측정 센서의 측정 정확도를 평가함과 동시에 측정 대상 물질의 농도값 변화를 얼마나 신속하게 측정할 수 있는지 여부를 판단하는 방식으로 평가 대상 측정 센서의 응답 특성을 평가할 수 있고, 이에 따라 평가 대상 측정 센서에 대한 측정 정확도 및 응답 특성을 동시에 신속하게 평가할 수 있는 효과가 있다.
또한, 테스트 덕트 모듈에 확산 수단을 구비함으로써, 테스트 덕트 모듈 내부로 유입된 측정 대상 물질을 내부 영역에서 고르게 확산시켜 측정 대상 물질의 분포 균일도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 평가 대상 측정 센서를 테스트 덕트 모듈 내부의 어느 영역에 배치하더라도 동일한 측정 결과를 얻을 수 있어 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템의 구성을 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템의 작동 상태를 동작 순서에 따라 도시한 순서도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템의 확산 수단에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템의 구성을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템의 작동 상태를 동작 순서에 따라 도시한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템은 측정 대상 물질인 미세 입자의 농도를 측정하는 미세 입자 측정 센서에 대한 성능을 평가하는 시스템으로, 테스트 덕트 모듈(100)과, 흡입 펌프(200)와, 기준 계측기(300)와, 농도 가변 공급부(400)를 포함하여 구성된다.
최근 미세 입자 이외에도 인체에 치명적인 해를 가하는 유해 가스에 대한 관심 또한 증가하고 있는데, 이러한 유해 가스에 대한 농도를 측정하기 위해 가스 농도 측정 센서가 이용되고 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템은 미세 입자 측정 센서 이외에도 가스 농도 측정 센서에 대한 성능 평가 작업시에도 모두 동일한 방식으로 적용할 수 있다. 이하에서는 설명의 중복 방지를 위해 미세 입자 측정 센서가 적용되는 경우를 예로 들어 설명하며, 가스 농도 측정 센서가 적용되는 경우에 대해서는 동일한 방식으로 적용되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
테스트 덕트 모듈(100)은 내부 공간에서 수직 방향의 하향 유동이 형성되도록 수직 방향으로 길게 형성되며, 내부 공간을 따라 측정 대상 물질(P)인 입자가 유동하도록 형성된다. 또한, 내부 공간에 측정 대상 물질(P)의 농도를 측정하는 평가 대상 측정 센서(10)를 안착시킬 수 있도록 형성된다. 예를 들면, 내부 공간에 평가 대상 측정 센서(10)를 안착시킬 수 있는 센서 안착부(111)가 형성될 수 있고, 일측에는 테스트 덕트 모듈(100) 내부 공간에 평가 대상 측정 센서(10)를 투입하거나 꺼낼 수 있도록 개폐 도어(미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 센서 안착부(111)는 테스트 덕트 모듈(100) 내부에서 공기 저항이 최소화되도록 격자 구조 등으로 형성될 수 있다. 테스트 덕트 모듈(100)의 상단에는 외부 공기가 필터링되어 깨끗한 상태로 유입되도록 필터(112)가 장착되며, 테스트 덕트 모듈(100)의 하단에는 흡입 펌프(200)가 결합된다.
흡입 펌프(200)는 테스트 덕트 모듈(100)의 하류단에 결합되어 테스트 덕트 모듈(100) 내부 공간에 공기의 흐름을 형성시키도록 작동한다. 즉, 테스트 덕트 모듈(100)의 하류단에서 테스트 덕트 모듈(100) 내부의 공기를 흡입하여 테스트 덕트 모듈(100) 내부 공간에서 하향 공기 흐름을 형성시킨다.
기준 계측기(300)는 테스트 덕트 모듈(100)의 내부 공간에 연통 결합되어 테스트 덕트 모듈(100) 내부 공간을 유동하는 측정 대상 물질(P)의 농도를 측정한다. 이러한 기준 계측기(300)는 측정 대상 물질(P)의 농도를 정확하게 계측할 수 있는 장치로서, 기준 계측기(300)의 측정값은 평가 대상 측정 센서(10)의 측정 정확도를 평가하는데 기준치로서 활용된다.
농도 가변 공급부(400)는 테스트 덕트 모듈(100)에 측정 대상 물질(P)을 공급하되, 측정 대상 물질(P)의 농도를 시간에 따라 변화시켜가며 공급하도록 작동한다.
평가 대상 측정 센서(10)에 의한 농도 측정값을 기준 계측기(300)에 의한 농도 측정값과 비교하여 평가 대상 측정 센서(10)에 대한 성능을 평가하는데, 예를 들면, 평가 대상 측정 센서(10)에 의한 농도 측정값이 기준 계측기(300)에 의한 농도 측정값과 얼마나 차이가 있는지 여부를 판단하여 평가 대상 측정 센서(10)의 측정 정확도를 평가할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서는 농도 가변 공급부(400)에 의해 측정 대상 물질(P)의 공급 농도가 변화하며 공급되므로, 평가 대상 측정 센서(10)에 대한 측정 정확도를 평가하는 것 이외에도 측정 대상 물질(P)의 농도 변화에 따른 응답 특성을 동시에 평가할 수 있다.
일반적으로 미세 입자 측정 센서는 일정 시간 동안 검출된 미세 입자의 농도를 시간 평균하여 산출하는 방식으로 이루어진다. 이러한 미세 입자 측정 센서는 실제 환경에서 미세 입자의 농도가 변화하게 되었을 때, 측정값을 산출하는 시간 평균의 길이에 따라 이러한 농도 변화에 신속하게 응답하지 못하고 일정 시간이 지난 이후에나 농도 변화에 따른 측정값을 출력하게 된다. 따라서, 미세 입자 측정 센서가 미세 입자의 농도 변화에 따른 응답 특성이 어느 정도 수준인지 판단하는 것 또한 미세 입자 측정 센서의 성능 평가에 있어서 매우 중요한 요소라고 할 수 있다. 일반적인 미세 입자 측정 센서의 성능 평가 시스템은 이러한 응답 특성을 평가할 수 없고, 이를 위해서는 측정 정확도를 평가하는 시스템과는 다른 별도의 장치를 구성해야 하고, 이 경우에도 정확한 응답 특성을 평가하기 어려울 뿐만 아니라 평가 시간이 오래걸리는 등의 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템은 미세 입자의 농도를 변화시켜가며 테스트 덕트 모듈(100)에 공급하는 농도 가변 공급부(400)가 구비됨으로써, 평가 대상 측정 센서(10)에 대한 측정 정확도를 측정함과 동시에 측정 대상 물질(P)의 농도 변화에 따른 응답 특성 또한 평가할 수 있고, 평가 시간 또한 매우 짧은 시간 내에 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 농도 가변 공급부(400)의 구성에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 농도 가변 공급부(400)는, 믹싱 챔버(410)와, 측정 대상 물질(P)을 발생시켜 믹싱 챔버(410)에 측정 대상 물질(P)을 유입시키는 물질 발생기(420)와, 믹싱 챔버(410)에 클린 에어를 공급하는 에어 공급부(430)와, 믹싱 챔버(410)에 존재하는 측정 대상 물질(P)이 테스트 덕트 모듈(100)로 공급되도록 믹싱 챔버(410)와 테스트 덕트 모듈(100)을 연결하는 물질 공급 라인(440)을 포함하여 구성된다. 물질 공급 라인(440)에는 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브(441)가 장착된다.
물질 발생기(420)는 미세 입자를 발생시키는 입자 발생기가 적용될 수 있으며, 물질 발생기(420)의 동작 제어를 통해 미세 입자의 발생 농도, 공급 유량 등을 조절할 수 있다. 물론, 가스 농도 측정 센서를 평가하는 경우에는 물질 발생기(420)는 특정 가스를 발생시키는 가스 발생기가 적용될 것이다.
이때, 농도 가변 공급부(400)는 별도의 제어부(500)에 의해 동작 제어되어 측정 대상 물질(P)의 농도를 조절할 수 있도록 형성된다. 즉, 물질 발생기(420), 에어 공급부(430) 및 개폐 밸브(441)가 별도의 제어부(500)에 의해 동작 제어되어 믹싱 챔버(410) 내부에서 측정 대상 물질(P)의 농도가 시간에 따라 변화하며 테스트 덕트 모듈(100)로 공급되도록 구성된다.
농도 가변 공급부(400)의 작동 과정을 좀더 구체적으로 살펴보면, 먼저, 제어부(500)는 믹싱 챔버(410) 내부에 존재하는 측정 대상 물질(P)의 농도가 미리 설정한 기준 농도에 도달했는지 여부를 판단하고, 기준 농도에 도달한 경우, 물질 발생기(420)의 작동을 중단시키고 에어 공급부(430) 및 개폐 밸브(441)를 개방 작동하여 믹싱 챔버(410)에 존재하는 측정 대상 물질(P)이 테스트 덕트 모듈(100)에 일정 시간 동안 연속 공급되도록 제어한다.
이때, 믹싱 챔버(410) 내부에는 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도를 실시간 측정할 수 있는 모니터링 센서(450)가 구비되고, 제어부(500)는 모니터링 센서(450)의 측정값을 인가받아 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도를 판단한다.
전체적인 시스템 동작 과정을 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 먼저, 흡입 펌프(200)를 작동시켜(S10) 테스트 덕트 모듈(100) 내부의 공기 흐름을 기준 유속으로 형성한다(S20). 테스트 과정에서 테스트 덕트 모듈(100)의 내부 공기 흐름이 기준 유속으로 유지되도록 흡입 펌프(200)는 계속 작동한다.
테스트 덕트 모듈(100)의 내부 공기 흐름이 기준 유속으로 형성되면, 이 상태에서 물질 발생기(420)를 작동시킨다(S30). 물질 발생기(420)를 작동시킴에 따라 믹싱 챔버(410)에 측정 대상 물질(P)이 공급되는데, 제어부(500)는 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도가 기준 농도가 될 때까지 물질 발생기(420)를 계속 작동시킨다(S30).
제어부(500)는 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도가 기준 농도가 되었는지 여부를 모니터링 센서(450)를 통해 계속 모니터링하며(S40), 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도가 기준 농도가 되면, 물질 발생기(420)의 작동을 중단시킨다(S50). 물질 발생기(420)의 작동을 중단시키면, 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도는 기준 농도 상태로 그대로 유지된다.
이 상태에서, 제어부(500)는 에어 공급부(430)를 작동시켜(S60) 믹싱 챔버(410) 내부에 클린 에어를 공급하고, 이와 동시에 개폐 밸브(441)를 개방 작동시켜(S60) 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)을 테스트 덕트 모듈(100)로 공급한다. 이때, 에어 공급부(430)와 개폐 밸브(441)의 개방 작동은 일정 시간 동안 연속적으로 이루어지며, 이에 따라 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)이 테스트 덕트 모듈(100)로 일정 시간 동안 연속적으로 공급된다.
이와 같이 믹싱 챔버(410)에 측정 대상 물질(P)의 농도가 기준 농도 상태로 유지된 상태에서, 믹싱 챔버(410)에 클린 에어를 공급하여 측정 대상 물질(P)을 믹싱 챔버(410)로부터 배출시키면, 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도는 시간에 따라 지수함수적으로 감소하게 되고, 이에 따라 테스트 덕트 모듈(100)에 공급되는 측정 대상 물질(P)은 그 농도가 지수함수적으로 연속 감소하며 테스트 덕트 모듈(100)에 공급된다.
임의의 챔버 내부에 초기 농도로 입자가 존재한 상태에서 챔버 내부에 클린 에어를 공급하며 입자를 배출시키면, 챔버 내부의 입자 농도가 시간에 따라 지수함수적으로 감소하며, 배출되는 입자의 농도 또한 지수함수적으로 감소하게 되는데, 이에 대한 이론적 배경은 다음 수식과 같다.
<수식 1>
Figure 112018115668189-pat00001
여기서, Qi는 클린 에어 유입 유량, Co는 입자 유입 농도, Qe는 클린 에어 유출 유량, Ci는 입자 유출 농도, R은 손실 유량을 의미한다.
<수식 2>
Figure 112018115668189-pat00002
수식 1을 정리하여 수식 2와 같이 적분하면, 수식 3을 얻을 수 있다.
이때, Co 및 R은 0이라 가정하고, 챔버 내부의 입자 초기 농도 Cio는 시간 t가 0일때, Ci=Cio 이므로, 수식 3은 다음과 같다.
<수식 3>
Figure 112018115668189-pat00003
수식 3에서 Qe = Qi 이므로, 수식 3은 수식 4로 표현할 수 있다.
<수식 4>
Figure 112018115668189-pat00004
수식 3 및 수식 4를 통해 알 수 있는 바와 같이 입자가 초기 농도로 존재하는 임의의 챔버에 클린 에어를 공급하며 배출하면, 입자 유출 농도 Ci는 초기 농도로부터 시간에 따라 지수함수적으로 감소하는 것을 알 수 있으며, 감소율은 챔버의 체적 및 클린 에어 유량에 대한 함수임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 농도 가변 공급부(400)는 전술한 바와 같이 믹싱 챔버(410)의 측정 대상 물질(P)의 농도가 기준 농도인 상태에서 클린 에어를 연속 공급하여 측정 대상 물질(P)을 테스트 덕트 모듈(100)로 공급함으로써, 믹싱 챔버(410) 내부의 측정 대상 물질(P)의 농도가 지수함수적으로 연속 감소하며 이러한 연속적인 감소 상태로 테스트 덕트 모듈(100)로 공급된다.
이와 같이 작동하는 농도 가변 공급부(400)를 통해 테스트 덕트 모듈(100)에 측정 대상 물질(P)의 농도가 연속적으로 감소하며 공급되므로, 평가 대상 측정 센서(10)의 측정값이 이러한 농도 변화를 얼마나 신속하게 측정할 수 있는지 여부를 판단하는 방식으로 평가 대상 측정 센서(10)에 대한 농도 변화 응답 특성을 평가할 수 있다.
이때, 제어부(500)는 에어 공급부(430)에 의한 클린 에어의 공급 유량을 조절하여 측정 대상 물질(P)의 농도 변화 속도를 조절할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 덕트 모듈(100)에 대해 좀더 자세히 살펴본다.
테스트 덕트 모듈(100)은, 수직 방향의 하향 유동이 형성되도록 수직 방향으로 길게 형성되는 덕트 본체(110)와, 덕트 본체(110) 내부에 배치되어 측정 대상 물질(P)을 확산시키는 확산 수단(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
덕트 본체(110)의 상단부에는 농도 가변 공급부(400)의 물질 공급 라인(440)이 연결되고 하단부에는 흡입 펌프(200)가 연결되며, 이를 통해 덕트 본체(110)의 상층부로 공급 유입된 측정 대상 물질(P)이 흡입 펌프(200)에 의한 하향 유동하게 된다. 평가 대상 측정 센서(10)를 안착시킬 수 있는 센서 안착부(111)는 덕트 본체(110)의 중간 부위에 형성되는데, 물질 공급 라인(440)을 통해 유입된 측정 대상 물질(P)이 좀더 확산된 상태에서 평가 대상 측정 센서(10)가 측정 대상 물질(P)의 농도를 측정할 수 있도록 확산 수단(120)의 하부에 위치하는 것이 바람직하다. 기준 계측기(300) 또한 마찬가지 이유로 확산 수단(120)의 하부에 위치하는 것이 바람직하다.
확산 수단(120)은 덕트 본체(110) 내부에 배치되어 측정 대상 물질(P)의 분포 균일도가 향상되도록 측정 대상 물질(P)을 확산시킨다.
이러한 확산 수단(120)은, 물질 공급 라인(440)의 배출구(442) 하부에 배치되며 상향 송풍하도록 작동하는 혼합팬(121)과, 혼합팬(121)의 상부에 위치하는 충돌판(122)을 포함하여 구성되며, 혼합팬(121)과 충돌판(122)은 물질 공급 라인(440)의 배출구(442)를 통해 배출 공급되는 측정 대상 물질(P)이 혼합팬(121)에 의해 상향 이동하여 충돌판(122)에 충돌한 후 확산하도록 배치된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 물질 공급 라인(440)의 배출구(442)를 통해 배출되는 측정 대상 물질(P)은 혼합팬(121)에 의해 상향 이동하고, 상향 이동에 따라 충돌판(122)에 충돌하여 덕트 본체(110)의 전체 영역으로 고르게 퍼져 나가게 된다. 이와 같이 측정 대상 물질(P)이 덕트 본체(110)의 전체 영역으로 확산함으로써, 측정 대상 물질(P)의 분포 균일도가 향상된다.
또한, 확산 수단(120)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 측정 대상 물질(P)을 2차 확산하는 확산판(123)을 더 포함할 수 있다. 확산판(123)은 격자 구조 또는 다수개의 관통홀이 균일하게 형성된 형태로 형성될 수 있다. 이러한 확산판(123)은 혼합팬(121)의 하부에 배치되며 충돌판(122)에 의해 충돌 확산하여 덕트 본체(110) 내부에서 하향 유동하는 측정 대상 물질(P)을 2차 확산하도록 구성된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 성능 평가 시스템은 덕트 본체(110) 내부에 확산 수단(120)을 구비함으로써, 덕트 본체(110) 내부로 유입된 측정 대상 물질(P)을 덕트 본체(110) 내부에 영역에서 고르게 확산시켜 측정 대상 물질(P)의 분포 균일도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 평가 대상 측정 센서(10)를 덕트 본체(110) 내부의 어느 영역에 배치하더라도 동일한 측정 결과를 얻을 수 있어 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 평가 대상 측정 센서
100: 테스트 덕트 모듈
110: 덕트 본체
120: 확산 수단
121: 혼합팬 122: 충돌판
123: 확산판
200: 흡입 펌프
300: 기준 계측기
400: 농도 가변 공급부
410: 믹싱 챔버 420: 물질 발생기
430: 에어 공급부 440: 물질 공급 라인
441: 개폐 밸브 450: 모니터링 센서
500: 제어부

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 측정 대상 물질인 미세 입자의 농도를 측정하는 미세 입자 측정 센서 또는 측정 대상 물질인 가스의 농도를 측정하는 가스 농도 측정 센서의 성능을 평가하는 센서 성능 평가 시스템에 있어서,
    내부 공간을 따라 측정 대상 물질이 유동하도록 형성되며, 내부 공간에 상기 측정 대상 물질의 농도를 측정하는 평가 대상 측정 센서를 안착시킬 수 있도록 형성되는 테스트 덕트 모듈;
    상기 테스트 덕트 모듈 내부 공간에 공기의 흐름을 형성시키도록 상기 테스트 덕트 모듈의 하류단에 결합되는 흡입 펌프;
    상기 테스트 덕트 모듈의 내부 공간을 유동하는 측정 대상 물질의 농도를 측정하도록 상기 테스트 덕트 모듈의 내부 공간에 연통 결합되는 기준 계측기; 및
    상기 테스트 덕트 모듈에 측정 대상 물질을 공급하되 측정 대상 물질의 농도를 시간에 따라 변화시키며 공급하도록 작동하는 농도 가변 공급부
    를 포함하고, 상기 평가 대상 측정 센서에 의한 농도 측정값을 상기 기준 계측기에 의한 농도 측정값과 비교하여 상기 평가 대상 측정 센서에 대한 성능을 평가하고,
    상기 농도 가변 공급부는
    믹싱 챔버;
    상기 측정 대상 물질을 발생시켜 상기 믹싱 챔버에 측정 대상 물질을 유입시키는 물질 발생기;
    상기 믹싱 챔버에 클린 에어를 공급하는 에어 공급부; 및
    상기 믹싱 챔버에 존재하는 측정 대상 물질이 상기 테스트 덕트 모듈로 공급되도록 상기 믹싱 챔버와 상기 테스트 덕트 모듈을 연결하며 개폐 밸브가 장착된 물질 공급 라인
    을 포함하고, 상기 물질 발생기, 에어 공급부 및 개폐 밸브는 별도의 제어부에 의해 동작 제어되어 상기 믹싱 챔버 내부에서 상기 측정 대상 물질의 농도가 시간에 따라 변화하며 상기 테스트 덕트 모듈로 공급되며,
    상기 테스트 덕트 모듈은
    상단부에 상기 물질 공급 라인이 연결되고 하단부에 상기 흡입 펌프가 연결되며 중간부위에는 상기 평가 대상 측정 센서가 안착될 수 있도록 센서 안착부가 형성되는 덕트 본체; 및
    상기 덕트 본체 내부에 배치되어 상기 측정 대상 물질의 분포 균일도가 향상되도록 상기 측정 대상 물질을 확산시키는 확산 수단
    을 포함하고, 상기 센서 안착부 및 기준 계측기는 상기 확산 수단의 하부에 위치하며,
    상기 확산 수단은
    상기 물질 공급 라인의 배출구 하부에 배치되며 상향 송풍하도록 작동하는 혼합팬; 및
    상기 혼합팬의 상부에 위치하는 충돌판
    을 포함하고, 상기 혼합팬과 충돌판은 상기 물질 공급 라인의 배출구를 통해 배출 공급되는 측정 대상 물질이 상기 혼합팬에 의해 상향 이동하여 상기 충돌판에 충돌한 후 확산하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 성능 평가 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 믹싱 챔버 내부에는 상기 믹싱 챔버 내부의 측정 대상 물질의 농도를 실시간 측정할 수 있는 모니터링 센서가 구비되고,
    상기 제어부는 상기 모니터링 센서의 측정값을 인가받아 상기 믹싱 챔버에 공급된 측정 대상 물질의 농도가 기준 농도에 도달했는지 여부를 판단하고, 기준 농도에 도달한 경우, 상기 물질 발생기의 작동을 중단시키고 상기 에어 공급부 및 상기 개폐 밸브를 개방 작동하여 상기 믹싱 챔버에 존재하는 측정 대상 물질이 상기 테스트 덕트 모듈에 일정 시간 동안 연속 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 센서 성능 평가 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 에어 공급부에 의한 클린 에어의 공급 유량을 조절하여 상기 측정 대상 물질의 농도 변화 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 센서 성능 평가 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 확산 수단은
    상기 혼합팬의 하부에 배치되며 상기 충돌판에 충돌 확산하여 하향 유동하는 측정 대상 물질을 2차 확산시키는 확산판
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 성능 평가 시스템.
  8. 제 2 항에 기재된 센서 성능 평가 시스템을 작동시키는 작동 방법으로서,
    (a) 상기 흡입 펌프를 작동시켜 상기 테스트 덕트 모듈 내부의 유동을 기준 유속으로 형성하는 단계;
    (b) 상기 물질 발생기를 작동시켜 상기 믹싱 챔버 내부에 측정 대상 물질의 농도가 기준 농도가 되도록 하는 단계;
    (c) 상기 믹싱 챔버에서 측정 대상 물질의 농도가 기준 농도가 되면 상기 물질 발생기를 작동 중단하는 단계; 및
    (d) 상기 에어 공급부를 작동시키고 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 믹싱 챔버의 측정 대상 물질을 상기 테스트 덕트 모듈로 일정 시간 동안 연속 공급하는 단계
    를 포함하고, 상기 (d) 단계를 수행하는 과정에서 상기 테스트 덕트 모듈로 공급되는 측정 대상 물질의 농도가 시간에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 센서 성능 평가 시스템 작동 방법.

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