KR102412113B1 - 이오나이저를 포함하는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치 - Google Patents

이오나이저를 포함하는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치 Download PDF

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Abstract

이오나이저를 포함하는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치는, 플라즈마에 의해 발생되는 활성 산소종 및 활성 질소종 검출 시 작동하는 구조의 반도체식 가스센서; 대기압 플라즈마 생성장치를 내장하는 구조의 이오나이저; 중앙처리장치로부터 처리된 결과값을 운용자에게 시각적으로 출력하는 출력부; 중앙처리장치로부터 처리된 결과값을 실시간으로 데이터화 하여 저장하는 저장부; 및 상기 반도체식 가스센서로부터 실시간으로 획득한 가스검출 데이터를 저장부에 저장하고, 저장부에 저장된 데이터를 분석처리한 후, 최저값을 산출하여 이오나이저의 작동을 제어하며, 이오나이저에 적용된 데이터를 출력부에 전달하여 출력하는 중앙처리장치;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체식 가스센서와 이오나이저 동시 사용에 따른 반도체식 가스센서의 측정 오류를 올바르게 보정하여 전체 시스템의 올바른 작동을 보장할 수 있는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 제공할 수 있다.

Description

이오나이저를 포함하는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치{Semiconductor Type Gas Sensor Harmful Gas Detection Device Having Ionizer}
본 발명은 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 측정오류를 개선한 구성을 포함하는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스센서는 가스의 성분을 측정한 후 그 결과에 따라 장치를 제어하거나 경보를 발신하기 위해서는 기체 속에 포함되어 있는 특정 가스 성분량에 의해 신호를 발신하는 기구로서, 이와 같은 가스센서는 가스 측정방법에 따라 반도체식, 촉매식, 광학식 등 다양한 종류로 구분될 수 있다.
그리고 가스센서는 측정 정확도를 보다 높일 수 있도록 하기 위해 사용 전 필수적으로 보정이 이루어져야 한다.
현재까지 가스센서의 보정을 위해 다양한 방안이 고안되었으나, 이들은 모두 복수의 측정 과정이 요구될 뿐만 아니라 복잡한 후연산 과정이 필요하며, 또한 보정을 수행하기 위해 적용하고 있는 장치 역시 복잡한 구조를 가지고 있었다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도 1에 도시된 구성을 포함하는 장치가 개발되었다.
도 1에 도시된 종래 기술에 따른 장치의 경우, 기 설정된 가스 농도를 가지는 대상 가스가 수용되는 수용공간을 가지는 리저브챔버 및 상기 리저브챔버의 수용공간과 연통된 측정공간을 가지고, 상기 대상 가스를 상기 수용공간으로부터 상기 측정공간 측으로 유입시키거나, 상기 측정공간으로부터 상기 수용공간 측으로 재회수시키도록 형성되며, 보정 대상인 대상 가스센서가 탈착 가능하게 형성되는 측정챔버를 포함하고, 상기 대상 가스센서가 상기 측정챔버에 결합된 상태에서 상기 측정공간에 유입된 대상 가스의 농도에 따른 출력 전압을 측정할 수 있도록 형성된다.
그러나, 종래 기술에 따른 장치의 경우, 반도체식 가스센서와 이오나이저를 동시 사용할 경우 발생하는 측정 오류를 올바르게 보정하지 못하는 문제점을 가지고 있다.
구체적으로, 반도체식 가스측정센서를 이오나이저(ionizer)와 함께 동시 사용 시 반도체식 가스 측정 값은 불규칙하게 상승하여 측정 오차를 발생한다. 고전압의 이오나이저에서 발생하는 이온화된 물분자의 H+이온과 OH-이온이 반도체식 가스측정센서에 흡착되어 센서 저항을 증가시키기 때문이다.
따라서, 상기 언급한 반도체식 가스센서와 이오나이저 동시 사용에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-2182244호 (등록일자: 2020년11월18일)
본 발명의 목적은, 반도체식 가스센서와 이오나이저 동시 사용에 따른 반도체식 가스센서의 측정 오류를 올바르게 보정하여 전체 시스템의 올바른 작동을 보장할 수 있는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치는, 플라즈마에 의해 발생되는 활성 산소종 및 활성 질소종에 영향을 받아 작동하는 구조의 반도체식 가스센서; 대기압 플라즈마 생성장치를 내장하는 구조의 이오나이저; 중앙처리장치로부터 처리된 결과값을 운용자에게 시각적으로 출력하는 출력부; 중앙처리장치로부터 처리된 결과값을 실시간으로 데이터화 하여 저장하는 저장부; 및 상기 반도체식 가스센서로부터 실시간으로 획득한 가스검출 데이터를 저장부에 저장하고, 실시간으로 획득한 가스검출 데이터에 따라 이오나이저의 출력 강도를 조절하여 이오나이저의 작동을 제어하며, 이오나이저에 적용된 데이터를 출력부에 전달하여 출력하는 중앙처리장치;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중앙처리장치는 내부처리과정을 통해 작동하고, 상기 내부처리과정은, 상기 반도체식 가스센서로부터 획득한 데이터를 실시간으로 저장부에 저장하고, 기 설정된 시간동안 데이터 저장부에 저장하여 기 설정된 데이터량을 확보하는 데이터 확보단계; 데이터 확보단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 베이지안 통계기법을 이용하여 이오나이저 영향성을 학습하는 영향성 학습단계; 데이터 확보단계를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 머신러닝(ML모델)을 통한 통계 코드를 생성하는 최저값 산출단계; 최저값 산출단계를 통해 획득한 통계 코드에서, 이전의 입력 예제에서 인식한 패턴을 기반으로 적용할 결과값을 선택한 후 반도체식 가스센서로부터 획득한 데이터 값을 보정하고, 이오나이저의 작동 제어값을 보정하는 적용단계; 및 적용단계로부터 보정된 반도체식 가스센서의 보정값과 이오나이저의 작동 제어값을 출력부에 전달하여 출력하는 적용데이터 출력단계;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치는, CCTV카메라로부터 전송된 영상을 통해 움직임을 감지하여 사람의 존재 여부 및 인원수를 파악하는 영상파악모듈이 형성된 관리서버; 및 PoE기술을 통해 상기 관리서버와 연결되어 데이터 통신과 동시에 전원을 공급받아 설치된 지역의 질소화합물의 농도를 측정하는 IoT 가스센서 디바이스;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 영상파악모듈이 상기 CCTV카메라로부터 전송된 영상에서 움직임을 감지하여 움직임이 감지되는 경우에는, 가스측정 주기를 움직임이 감지되지 않은 경우보다 짧게 하여 시간에 따른 변화량을 측정하여, 시간당 가스농도 상승률이 일정치 이상으로 높은 경우 상기 IoT 가스센서 디바이스의 스피커를 통해 경보음을 발생시키되, 상기 IoT 가스센서 디바이스의 측정을 중단시키고 경보음만을 발생시켜 전력 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 영상파악모듈이 상기 CCTV카메라로부터 전송된 영상에서 움직임을 감지하여 움직임이 감지되는 않는 경우에는, 상기 IoT 가스센서 디바이스의 가스측정 주기를 움직임이 감지된 경우보다 길게 조절하고 위험 발생 시에도 경보음을 발생시키지 않도록 하여 전력 소비를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 IoT 가스센서 디바이스가 일정 간격으로 다수개 설치된 경우, 가스위험이 측정된 지역에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스들은 측정을 계속하고, 가스 위험이 측정되지 않은 주변에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스들이 번갈아 가며 경보음을 발생시켜 경보음을 지속시키면서도 계속해서 모니터링을 수행할 수 있다.
또한, 다수개의 상기 IoT 가스센서 디바이스에서 질소화합물의 농도 측정치가 편차를 두고 측정되면, 질소화합물의 농도가 높은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스에서 질소화합물의 농도가 낮은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스 쪽으로 순차적으로 경보음을 발생시키되, 질소화합물의 농도가 높은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스에서 질소화합물의 농도가 낮은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스로 갈수록 경보음이 더 큰 소리로 더 긴 시간동안 발생하도록 하여 대피 경로를 안내할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 IoT 가스센서 디바이스는, 그래핀 플레이크와 산화세라믹을 고에너지 조사 방식으로 합성한 그래핀 복합체를 질소화합물 감응 소자로 사용한 반도체식 가스센서; 및 상기 반도체식 가스센서를 구동 가능한 온도로 유지하는 온도제어기;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 관리서버는, 상기 CCTV카메라로부터 전송된 영상데이터를 저장이 가능한 형태의 영상 신호로 변환하거나, 압축을 해제하여 출력이 가능한 원본 영상으로 되돌리는 영상관리부;를 포함하는 구성일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치에 따르면, 특정 구조의 반도체식 가스센서, 이오나이저, 출력부, 저장부 및 중앙처리장치를 구비함으로써, 반도체식 가스센서와 이오나이저 동시 사용에 따른 반도체식 가스센서의 측정 오류를 올바르게 보정하여 전체 시스템의 올바른 작동을 보장할 수 있는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치에 따르면, 특정 과정을 수행하는 데이터 확보단계, 영향성 학습단계, 최저값 산출단계, 적용단계 및 적용데이터 출력단계를 구비함으로써, 반도체식 가스센서의 측정 오류를 올바르게 보정하여 전체 시스템의 올바른 작동을 보장할 수 있는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치에 따르면, 특정 역할을 수행하는 관리서버 및 IoT 가스센서 디바이스를 구비함으로써, CCTV카메라가 지역을 관찰하여 그 지경의 움직이는 물체를 사람으로 파악하고, 사람의 인원수에 맞게 가스측정의 주기를 조정할 수 있으며, 이에 따라 사람이 있을 때에는 가스측정 구지를 짧게 하여 시간에 따른 변화량을 더욱 정확하게 측정하여, 시간당 가스농도 상승률이 가파르면 가장 높은 단계의 경보음을 발생시키고, 사람이 없으면 가스측정 주기를 길게 조절하여 전력 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치에 따르면, 특정 역할을 수행하는 관리서버 및 IoT 가스센서 디바이스를 구비함으로써, 설정반경 영역 내에 설치된 다수 개의 디바이스에서 질소화합물 농도 측정치가 편차를 두고 측정될 때에, 질소화합물의 농도가 위험치 이하이더라도 CCTV카메라가 사람을 감지한 경우에는, 경보음의 소리 크기 및 주기 등을 달리하여 농도가 낮은 지점 쪽으로 방향을 지시하게 할 수 있다. 즉, 농도가 큰 쪽에서 농도가 낮은 쪽으로 경보음이 순차적으로 울리면 소리가 이동하는 방향을 사람들이 파악하여 첫 번째 경보음이 발생한 후 주변으로 경보음이 울리는 방향을 따라 피신할 수 있다. 예를 들어, 터널의 경우 앞으로 피신할지 뒤로 피신할 지 알 수 없는데, 이때 농도가 낮아지는 방향에 설치된 디바이스들로 경보음이 순차적으로 울리면 사람들이 경보음이 들리는 방향으로 피신할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 가스센서 보정장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치의 중앙처리장치가 수행하는 내부처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치의 작동 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치의 작동 상태를 나타내는 모식도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 나타내는 블록도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치의 중앙처리장치가 수행하는 내부처리과정을 나타내는 순서도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치(100)은, 특정 구조의 반도체식 가스센서(110), 이오나이저(120), 출력부(130), 저장부(140) 및 중앙처리장치(150)를 구비함으로써, 반도체식 가스센서와 이오나이저 동시 사용에 따른 반도체식 가스센서(110)의 측정 오류를 올바르게 보정하여 전체 시스템의 올바른 작동을 보장할 수 있는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치(100)을 구성하는 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 반도체식 가스센서(110)는, 플라즈마에 의해 발생되는 활성 산소종 및 활성 질소종에 영향을 받아 작동하는 구조이다. 또한, 본 실시예에 따른 이오나이저(120)는, 대기압 플라즈마 생성장치를 내장하는 구조이다.
본 실시예에 따른 출력부(130)는, 중앙처리장치(150)로부터 처리된 결과값을 운용자에게 시각적으로 출력할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 중앙처리장치(150)로부터 처리된 결과값을 실시간으로 데이터화 하여 저장할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 중앙처리장치(150)는, 반도체식 가스센서(110)로부터 실시간으로 획득한 가스검출 데이터를 저장부(140)에 저장하고, 저장부(140)에 저장된 데이터를 분석처리한 후, 최저값을 산출하여 이오나이저(120)의 작동을 제어하며, 이오나이저(120)에 적용된 데이터를 출력부(130)에 전달하여 출력할 수 있다.
구체적으로, 위 언급한 가스검출 데이터는 기설정된 표적 가스가 공기 중에 함유되어 있는 량을 나타내는 데이터이다. 중앙처리장치(150)는, 실시간으로 획득한 가스검출 데이터들 중 기 설정된 시간 단위별로 최저 측정값을 저장한 후, 누적된 다수의 최저 측정값들을 기 설정된 시간마다 평균값을 산출한 후, 평균값에 해당하는 출력 강도로 이오나이저(120)를 작동시키게 된다. 산출된 평균값이 높을수록 이오나이저(120)의 출력 강도를 증가시킴이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 중앙처리장치(150)는 내부처리과정(S100)을 통해 작동하는 바, 내부처리과정(S100)은 특정 과정을 수행하는 데이터 확보단계(S110), 영향성 학습단계(S120), 최저값 산출단계(S130), 적용단계(S140) 및 적용데이터 출력단계(S150)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 중앙처리장치(150)가 수행하는 내부처리과정(S100)의 데이터 확보단계(S110)는, 반도체식 가스센서(110)로부터 획득한 데이터를 실시간으로 저장부(140)에 저장하고, 기 설정된 시간동안 데이터 저장부(140)에 저장하여 기 설정된 데이터량을 확보하는 과정을 수행한다.
영향성 학습단계(S120)는, 데이터 확보단계(S110)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 베이지안 통계기법을 이용하여 이오나이저(120) 영향성을 학습하는 과정을 수행한다.
구체적으로, 이오나이저(120) 영향성을 학습하는 과정에 활용되는 베이지안 통계기법(Bayesian statistical methods)은, 새로 얻은 정보를 이용해 사전확률을 수정하는 통계기법으로서, 이에 대한 상세한 설명은 기 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 생략한다.
최저값 산출단계(S130)는, 데이터 확보단계(S110)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 머신러닝(ML모델)을 통한 통계 코드를 생성하는 과정을 수행한다.
또한, 적용단계(S140)는, 최저값 산출단계(S130)를 통해 획득한 통계 코드에서, 이전의 입력 예제에서 인식한 패턴을 기반으로 적용할 결과값을 선택한 후 반도체식 가스센서(110)로부터 획득한 데이터 값을 보정하고, 이오나이저(120)의 작동 제어값을 보정하는 과정을 수행한다.
구체적으로, 실시간으로 획득한 가스검출 데이터들 중 기 설정된 시간 단위별로 최저 측정값을 저장한 후, 누적된 다수의 최저 측정값들을 기 설정된 시간마다 평균값을 산출한 후, 평균값에 해당하는 출력 강도로 이오나이저(120)를 작동시키게 된다. 이때, 실시간으로 획득한 가스검출 데이터들의 분포 양상과 변화 양상에 따라 시간 단위별 최저 측정값이 변화되는 모습을 학습하게 된다. 위 일련의 학습을 통해 머신러닝 모델을 의미하는 통계 코드를 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 통계 코드를 통해 이오나이저(120)의 작동을 효과적으로 제어할 수 있다. 구체적으로, 최저값 산출단계(S130)를 통해 여러 차례 학습을 수행하게 되면, 실시간으로 획득한 가스검출 데이터에 따를 최적의 이오나이저(120) 출력 강도를 즉석에서 산출 할 수 있다. 이때, 위 언급한 누적된 다수의 최저 측정값에 의한 평균값에 따라 이오나이저(120)의 작동을 제어하는 것이 아닌, 머신러닝 모델을 의미하는 통계 코드에 따라 생성된 출력 강도에 따라 이오나이저(120)를 제어하게 된다. 또한, 이와 동시에 지속적으로 누적되는 다수의 최저 측정값들을 이용하여 지속적으로 학습을 수행하며, 이를 통해 머신러닝 모델 또한 실시간 보정함이 바람직하다.
마지막으로, 적용데이터 출력단계(S150)는, 적용단계(S140)로부터 보정된 반도체식 가스센서(110)의 보정값과 이오나이저(120)의 작동 제어값을 출력부(130)에 전달하여 출력하는 과정을 수행한다.
이 경우, 본 실시예에 따르면, 특정 과정을 수행하는 데이터 확보단계(S110), 영향성 학습단계(S120), 최저값 산출단계(S130), 적용단계(S140) 및 적용데이터 출력단계(S150)를 구비함으로써, 반도체식 가스센서(110)의 측정 오류를 올바르게 보정하여 전체 시스템의 올바른 작동을 보장할 수 있는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 제공할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 나타내는 구성도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 도시된 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치를 나타내는 블록도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치(100)은, 특정 역할을 수행하는 관리서버(160) 및 IoT 가스센서 디바이스(170)를 더 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 관리서버(160)는, CCTV카메라(162)로부터 전송된 영상을 통해 움직임을 감지하여 사람의 존재 여부 및 인원수를 파악하는 영상파악모듈이 형성된 구성이다.
IoT 가스센서 디바이스(170)는, PoE기술을 통해 상기 관리서버(160)와 연결되어 데이터 통신과 동시에 전원을 공급받아 설치된 지역의 질소화합물의 농도를 측정하는 구성이다.
IoT 가스센서 디바이스(170)는 PoE(Power over Ethernet) 기술을 통해 관리서버(160)와 연결되어 별도로 전원부(어댑터 등)를 연결하지 않아도 랜 케이블을 통해 데이터 통신과 동시에 전원을 공급받아 설치된 지역의 질소화합물의 농도를 측정하여, 질소화합물의 농도가 일정기준 이상일 경우 경보음을 발생시키는 역할을 하는 구성으로, 온도제어기(172), 반도체식 가스센서(171) 및 경고 스피커(173)를 포함한다.
반도체식 가스센서(171)는 설치된 지역의 질소화합물의 농도를 측정하는 구성으로, 그래핀 플레이크와 산화세라믹을 고에너지 조사 방식으로 합성한 그래핀 복합체를 질소화합물 감응 소자로 사용한 반도체식 가스센서로 구성되어 구동온도를 150℃이하의 낮은 온도로 맞춤으로써 저전력으로도 구동이 가능하여 PoE 기반의 IoT기술을 적용하는 것이 가능하다.
온도제어기(172)는 공급받는 전력을 이용하여 히터의 작동을 제어함으로써 반도체식 가스센서(171)를 구동 가능한 온도로 유지하는 역할을 한다.
경고 스피커(173)는 반도체식 가스센서(171)를 통해 측정된 질소화합물의 농도가 일정 기준 이상일 경우 경보음을 발생시키는 역할을 한다.
IoT 가스센서 디바이스(170)는 PoE를 통해 관리서버(160)와 정보 송수신을 위한 통신 채널을 연결하여, 반도체식 가스센서(171)를 통해 측정된 질소화합물의 농도 정보를 관리서버(160)로 전송하고, 관리서버(160)로부터 전송되는 영상파악 정보를 수신한다.
이때, 중앙처리장치(150)는, IoT 가스센서 디바이스(170)의 각 구성 요소와 연결되어 각 구성 요소들의 상태에 맞는 제어를 실시하는 역할을 한다.
CCTV카메라(162)는 IoT 가스센서 디바이스(170)가 설치된 지역을 실시간으로 촬영하여, 촬영된 영상을 관리서버(160)로 전송한다. 이러한 CCTV카메라(162)는 케이블을 통해 유선 연결되어 영상 데이터를 관리서버(160)로 전송하거나 또는 무선전송장치를 이용하여 영상 데이터를 관리서버(160)로 무선으로 전송하는 것이 가능하며, CCTV카메라(162)의 유선 또는 무선전송장치는 이미 공지된 기술이기 때문에 자세한 설명은 생략하도록 한다.
관리서버(160)는 CCTV카메라(162)로부터 전송된 영상을 통해 IoT 가스센서 디바이스(170)가 설치된 지역에 사람이 있는지 여부를 판단하여 IoT 가스센서 디바이스(170)에 판단된 정보를 전송하는 역할을 하는 구성으로, 송수신부(163), 영상관리부(164), 영상파악모듈(165) 및 영상저장부(166)를 포함한다.
송수신부(163)는 PoE를 통해 IoT 가스센서 디바이스(170)와 정보 송수신을 위한 통신 채널을 연결하여, 영상파악 정보를 IoT 가스센서 디바이스(170)로 전송하고, IoT 가스센서 디바이스(170)로부터 전송되는 질소화합물의 농도 측정 정보 및 CCTV카메라(162)로부터 전송되는 영상데이터를 수신한다.
영상관리부(164)는 CCTV카메라(162)로부터 전송된 영상데이터를 저장이 가능한 형태의 영상 신호로 변환하거나, 압축을 해제하여 출력이 가능한 원본 영상으로 되돌린다.
영상파악모듈(165)은 영상관리부(164)에서 압축이 해제된 원본 영상을 통해 움직임을 감지하여 사람의 존재 여부 및 인원수를 파악한다.
영상저장부(166)는 영상관리부(164)에서 저장이 가능한 형태로 변환된 영상 신호를 저장하며, 내장하드, 외장하드, 비디오 레코더 등의 다양한 형태의 저장장치로 구성될 수 있다.
이하에서는 본원발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치의 운용방법 및 그에 따른 작용효과에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 본 실시예에 따른 질소화합물 측정용 그래핀 복합체 기반 반도체식 가스센서를 포함하는 IoT 가스센서 디바이스(170)는 그래핀 플레이크와 산화세라믹을 고에너지 조사 방식으로 합성한 그래핀 복합체를 질소화합물 감응 소자로 사용한 그래핀 복합체 기반의 반도체식 가스센서를 사용하여 구동온도를 섭씨 150도 이하의 낮은 온도로 맞춤으로써 저전력으로도 구동이 가능하여 별도의 전원부(어댑터 등)를 연결하지 않아도 PoE(Power over Ethernet) 기반의 IoT기술을 적용하는 것이 가능하다.
이러한 IoT 가스센서 디바이스(170)를 질소화합물의 농도를 측정하고자 하는 지역에 설치하면, 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)가 미리 설정된 주기로 질소화합물의 농도를 측정하는데, 이때 IoT 가스센서 디바이스(170)의 작동과 CCTV카메라(162)를 연동하여, CCTV카메라(162)가 해당 지역의 영상을 촬영하여 관리서버(160)로 전송하면, 관리서버(160)의 영상파악모듈(165)에서 영상의 움직이는 물체를 사람으로 파악하여, 파악된 사람의 인원수를 IoT 가스센서 디바이스(170)에 전송하고, 중앙처리장치(150)가 반도체식 가스센서(171)를 제어하여 사람의 인원수에 맞게 가스측정의 주기를 조정할 수 있으며, 이에 따라 사람이 있을 때에는 측정 주기를 짧게 하여 시간에 따른 변화량을 더욱 정확하게 측정하고, 사람이 없으며 측정 주기를 길게 조절하여 전력 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 측정 결과 질소화합물의 농도 상승률이 일정치 이상으로 높은 경우, CCTV카메라(162) 영상을 관리서버(160)로 전송하여 영상파악모듈(165)에서 움직임이 감지되는지 여부를 파악한 후, 파악된 데이터를 중앙처리장치(150)에 전송하고, IoT 가스센서 디바이스(170)의 경고 스피커(173)를 제어하여, 사람이 없다고 판단된 경우에는 경보음을 발생시키지 않고, 움직임이 파악되는 경우에만 경보음을 발생할 수 있다.
이때 반도체식 가스센서(171)의 작동을 중지하여 측정을 멈춘 후 경보음을 발생시켜 IoT 가스센서 디바이스(170)의 전력 소비를 최소화할 수 있다.
본 발명에서는 IoT 가스센서 디바이스(170)가 별도의 전원선이 없이, PoE를 이용하여 전원을 공급받기 때문에, 반도체식 가스센서(171)를 구동 온도로 유지하기 위한 온도제어기(172)의 작동을 유지하는데 전력이 부족할 수도 있으며, 이에 따라 측정치가 높아도 아무 때나 알람을 발생하면 전력이 모자라게 되기 때문에 사람이 있을 때에만 경보음을 발생시키는 것이 바람직하며, 경보음 발생의 시간을 어느 정도 유지하고, 큰 소리로 경보음을 발생시키기 위해서는 히터를 작동시킨 상태에서 수행되는 측정 작업을 중단하여 히터에 소모되는 전력을 차단하고, 전력 소비를 최소화하고 모든 전력을 경보음의 음량을 증대시키는데 사용하게 된다.
한편, 질소화합물의 농도를 측정하고자 하는 지역에 일정 간격으로 다수개의 IoT 가스센서 디바이스(170)를 설치한 경우에는, 가스 위험이 측정된 해당 영역 내에 설치된 5개의 IoT 가스센서 디바이스(170)가 있는 경우, 2개 또는 3개의 IoT 가스센서 디바이스(170)가 측정중단을 하고 30초간 경보음을 발생시키며 나머지 2개 또는 3개의 IoT 가스센서 디바이스(170)는 측정을 계속하고, 이러한 방식으로 서로 번갈아 가면서 경보음 발생 및 측정 작업을 할 수 있으며, 이 경우 경보음을 2분 내지 5분간 지속시키면서도 주변의 가스농도를 계속 모니터링 할 수 있다.
구체적으로, 도 6 (a)에 도시된 바와 같이 가스 위험이 측정된 해당 영역 내에 설치된 4개의 IoT 가스센서 디바이스(170)와 하나의 반도체식 가스센서(110) 중, 1번, 4번, 5번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)가 측정을 중단하고 30초간 경보음을 발생시키고, 나머지 2번, 3번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)와 반도체식 가스센서(110)는 측정을 계속하고, 이후, 30초가 지나면 가스 위험이 측정된 해당 영역 내에 설치된 2번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)와 3번 위치에 설치된 반도체식 가스센서(110)가 측정을 중단하고 30초간 경보음을 발생시키고, 나머지 1번, 4번, 5번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)는 경보음 발생을 중단하고 다시 측정을 수행하는 방식으로 번갈아 가면서 경보음 발생 및 측정 가동을 함으로써, 경보음을 2분 내지 5분간 지속시키면서도 주변의 가스농도를 계속 모니터링 할 수 있다.
또한, 도 6 (b)에 도시된 바와 같이 가스 위험이 측정된 2번, 3번 위치에 IoT 가스센서 디바이스(170)와 반도체식 가스센서(110)가 설치되고, 가스 위험이 측정되지 않은 주변의 1번, 4번, 5번 위치에 IoT 가스센서 디바이스(170)가 설치된 경우, 위험 발생 시 가스위험이 측정된 2번, 3번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170) 이외에 일정거리 이내의 위치(1번, 4번, 5번)에 설치된 다른 IoT 가스센서 디바이스(170)들에서도 작동을 중단하고 보유전력을 모두 경고 스피커(173)의 경보음 발생에 사용할 수 있으며, 측정된 질소화합물의 농도가 위험수위인 2번, 3번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)와 반도체식 가스센서(110)는 측정을 계속하고, 주변의 1번, 4번, 5번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)들은 측정 작업을 중단하고 모든 전력을 사용하여 최대의 음량으로 경보음을 발생시킬 수도 있다.
이에 더하여, 해당 영역 내에 설치된 다수 개의 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 질소화합물 농도 측정치가 편차를 두고 측정될 때에, 질소화합물의 농도가 위험치 이하이더라도 관리서버(160)의 영상파악모듈(165)이 CCTV카메라(162)의 영상에서 움직임이 있음을 감지하면, 경보음의 소리 크기 및 주기 등을 달리하여 농도가 낮은 지점 쪽으로 대피 방향을 지시하게 할 수 있다.
구체적으로, 도 7 (b)에 도시된 바와 같이 측정된 질소화합물의 농도가 가장 큰 1번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 먼저 일정시간 경보음을 발생시킨 후, 1번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)의 경보음이 꺼지면 1번 위치보다 농도가 낮은 2번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 일정시간 경보음을 발생시키고, 2번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)의 경보음이 꺼지면 마지막으로 농도가 가장 낮은 4번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 일정시간 경보음을 발생시키는 방식으로, 질소화합물의 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 경보음이 순차적으로 울리면 소리가 이동하는 방향을 사람들이 파악하여 첫 번째 경보음이 발생한 후 주변으로 경보음이 울리는 방향을 따라 사람들이 피신할 수 있다. 예를 들어, 터널의 경우 앞으로 피신할지 뒤로 피신할지 알 수 없는데, 이때 농도가 낮아지는 방향에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)들로 경보음이 순차적으로 울리면 사람들이 경보음이 들리는 방향으로 피신할 수 있는 것이다. 이때, 1번, 2번, 3번 위치에 각각 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 발생하는 경보음의 소리 크기 및 발생 시간을 각각 다르게 하는 것도 가능하다. 즉, 1번 위치의 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 3번 위치의 IoT 가스센서 디바이스(170)로 갈수록 경보음이 더 큰 소리로 발생하도록 할 수도 있으며, 경보음 발생 시간을 더 길게 할 수도 있다.
또한, 도 7 (b)에 도시된 바와 같이 측정된 질소화합물의 농도가 가장 낮은 위치인 3번 위치에 설치된 IoT 가스센서 디바이스(170)에서만 가장 큰 소리로 경보음을 발생시켜 사람들의 대피 경로를 안내할 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 질소화합물 측정용 그래핀 복합체 기반 반도체식 가스센서를 포함하는 IoT 가스센서 디바이스는 그래핀 복합체 기반의 반도체식 가스센서를 사용하여 구동온도를 섭씨 150 도 이하의 낮은 온도로 맞춤으로써 저전력으로도 구동이 가능하여 POE(Power over Ethernet) 기반의 IOT기술을 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 질소화합물 측정용 그래핀 복합체 기반 반도체식 가스센서를 포함하는 IoT 가스센서 디바이스를 이용한 시스템은 IoT 가스센서 디바이스의 작동과 CCTV카메라를 연동하여, CCTV카메라가 지역을 관찰하여 그 지역의 움직이는 물체를 사람으로 파악하고, 사람의 인원수에 맞게 가스측정의 주기를 조정할 수 있으며, 이에 따라 사람이 있을 때에는 가스측정 주기를 짧게 하여 시간에 따른 변화량을 더욱 정확하게 측정하여, 시간당 가스농도 상승률이 가파르면 가장 높은 단계의 경보음을 발생시키고, 사람이 없으며 가스측정 주기를 길게 조절하여 전력 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 측정 결과 질소화합물의 농도 상승률이 일정치 이상으로 높은 경우 CCTV카메라 영상을 영상파악모듈로 전송하여 움직임이 감지되는지 여부를 파악하고, 그 결과 사람이 없다고 판단된 경우에는 경보음을 발생시키지 않고, 움직임이 파악되는 경우 IoT 가스센서 디바이스의 스피커를 통해 경보음을 발생할 수 있으며, 이때 측정을 멈추고 경보음만을 발생시켜 디바이스의 전력 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 위험발생 시 가스위험이 측정된 디바이스 이외에 일정거리 이내에 배치된 다른 디바이스들에서도 작동을 중단하고 보유전력을 모두 스피커의 경보음 발생에 사용할 수 있으며, 또한 가스위험이 측정된 해당 영역 내에 설치된 5개의 디바이스가 있는 경우, 2개 내지 3개의 디바이스에서 측정을 중단하고 30초간 경보음을 발생시키고, 나머지 2개 내지 3개의 디바이스는 측정을 계속하는 방식으로 서로 번갈아 가면서 경보음 발생 및 측정가동을 할 수 있으며, 이 경우 경보음을 2 내지 5분간 지속시키면서도 주변의 가스농도를 계속해서 모니터링 할 수 있다.
또한, 다수개의 디바이스가 있을 경우에, 가스위험이 측정된 지역에 설치된 디바이스는 측정을 계속하고, 주변의 디바이스들이 번갈아 가며 경보음을 발생시킬 수 있다.
이에 더하여, 설정반경 영역 내에 설치된 다수 개의 디바이스에서 질소화합물 농도 측정치가 편차를 두고 측정될 때에, 질소화합물의 농도가 위험치 이하이더라도 CCTV카메라가 사람을 감지한 경우에는, 경보음의 소리 크기 및 주기 등을 달리하여 농도가 낮은 지점 쪽으로 방향을 지시하게 할 수 있다. 즉, 농도가 큰 쪽에서 농도가 낮은 쪽으로 경보음이 순차적으로 울리면 소리가 이동하는 방향을 사람들이 파악하여 첫 번째 경보음이 발생한 후 주변으로 경보음이 울리는 방향을 따라 피신할 수 있다. 예를 들어, 터널의 경우 앞으로 피신할지 뒤로 피신할지 알 수 없는데, 이때 농도가 낮아지는 방향에 설치된 디바이스들로 경보음이 순차적으로 울리면 사람들이 경보음이 들리는 방향으로 피신할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치
110: 반도체식 가스센서
120: 이오나이저
130: 출력부
140: 저장부
150: 중앙처리장치
151: 무선통신모듈
160: 관리서버
161: 영상관리부
162: CCTV카메라
163: 송수신부
164: 영상관리부
165: 영상파악모듈
166: 영상저장부
170: IoT 가스센서 디바이스
171: 반도체식 가스센서
172: 온도제어기
173: 경고스피커
S100: 중앙처리장치의 내부처리과정
S110: 데이터 확보단계
S120: 영향성 학습단계
S130: 최저값 산출단계
S140: 적용단계
S150: 적용데이터 출력단계

Claims (5)

  1. 플라즈마에 의해 발생되는 활성 산소종 및 활성 질소종 검출 시 작동하는 구조의 반도체식 가스센서(110);
    대기압 플라즈마 생성장치를 내장하는 구조의 이오나이저(120);
    중앙처리장치(150)로부터 처리된 결과값을 운용자에게 시각적으로 출력하는 출력부(130);
    중앙처리장치(150)로부터 처리된 결과값을 실시간으로 데이터화 하여 저장하는 저장부(140); 및
    상기 반도체식 가스센서(110)로부터 실시간으로 획득한 가스검출 데이터를 저장부(140)에 저장하고, 실시간으로 획득한 가스검출 데이터에 따라 이오나이저(120)의 출력 강도를 조절하여 이오나이저(120)의 작동을 제어하며, 이오나이저(120)에 적용된 데이터를 출력부(130)에 전달하여 출력하는 중앙처리장치(150);
    CCTV카메라로부터 전송된 영상을 통해 움직임을 감지하여 사람의 존재 여부 및 인원수를 파악하는 영상파악모듈이 형성된 관리서버(160); 및
    PoE기술을 통해 상기 관리서버(160)와 연결되어 데이터 통신과 동시에 전원을 공급받아 설치된 지역의 질소화합물의 농도를 측정하는 IoT 가스센서 디바이스(170);
    를 포함하고,
    상기 영상파악모듈이 상기 CCTV카메라로부터 전송된 영상에서 움직임을 감지하여 움직임이 감지되는 경우에는, 가스측정 주기를 움직임이 감지되지 않은 경우보다 짧게 하여 시간에 따른 변화량을 측정하여, 시간당 가스농도 상승률이 일정치 이상으로 높은 경우 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)의 스피커를 통해 경보음을 발생시키되, 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)의 측정을 중단시키고 경보음만을 발생시켜 전력 소비를 저감시키고,
    상기 영상파악모듈이 상기 CCTV카메라로부터 전송된 영상에서 움직임을 감지하여 움직임이 감지되는 않는 경우에는, 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)의 가스측정 주기를 움직임이 감지된 경우보다 길게 조절하고 위험 발생 시에도 경보음을 발생시키지 않도록 하여 전력 소비를 최소화하고,
    상기 IoT 가스센서 디바이스(170)는 일정 간격으로 다수개 설치되고,
    가스위험이 측정된 지역에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)들은 측정을 계속하고, 가스 위험이 측정되지 않은 주변에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)들이 번갈아 가며 경보음을 발생시켜 경보음을 지속시키면서도 계속해서 모니터링을 수행할 수 있고,
    다수개의 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 질소화합물의 농도 측정치가 편차를 두고 측정되면, 질소화합물의 농도가 높은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 질소화합물의 농도가 낮은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스(170) 쪽으로 순차적으로 경보음을 발생시키되, 질소화합물의 농도가 높은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)에서 질소화합물의 농도가 낮은 쪽에 설치된 상기 IoT 가스센서 디바이스(170)로 갈수록 경보음이 더 큰 소리로 더 긴 시간동안 발생하도록 하여 대피 경로를 안내하며,
    상기 IoT 가스센서 디바이스(170)는,
    그래핀 플레이크와 산화세라믹을 고에너지 조사 방식으로 합성한 그래핀 복합체를 질소화합물 감응 소자로 사용한 반도체식 가스센서(171); 및
    상기 반도체식 가스센서(171)를 구동 가능한 온도로 유지하는 온도제어기(172);
    를 포함하고,
    상기 반도체식 가스센서(171)로부터 획득한 검출 데이터는, 중앙처리장치(150)의 내부처리과정을 통해 획득한 반도체식 가스센서(110)의 데이터 보정량을 동일하게 반영하여 보정되며,
    상기 관리서버(160)는,
    상기 CCTV카메라로부터 전송된 영상데이터를 저장이 가능한 형태의 영상 신호로 변환하거나, 압축을 해제하여 출력이 가능한 원본 영상으로 되돌리는 영상관리부(161);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체식 가스센서 유해가스 검출장치.
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