KR102436148B1 - Monitoring and control system for generating plasma - Google Patents
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Abstract
플라즈마 및 활성종의 재현성 및 안정성의 확보되도록 플라즈마 발생을 제어하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템을 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템은, 가스를 공급받거나 주변 공기를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치; 상기 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 전극에 인가되는 전압을 측정하는 전력 모니터링 장치; OES(Optical Emission Spectroscopy) 및 OAS(Optical Absorption Spectroscopy)를 통해 상기 플라즈마 및 활성종을 측정하는 광 모니터링 장치; 및 상기 전력 모니터링 장치 및 상기 광 모니터링 장치로부터 획득한 데이터를 기반으로 하여, 상기 가스의 공급, 상기 플라즈마 전극에 인가되는 전압 또는 상기 플라즈마 발생 장치의 냉각 및 가열 여부를 제어하는 제어 장치; 를 포함할 수 있다.Disclosed is a plasma generation monitoring and control system for controlling plasma generation to ensure reproducibility and stability of plasma and active species.
Plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention, a plasma generating device receiving a gas or generating plasma using ambient air; a power monitoring device for measuring a voltage applied to the plasma electrode of the plasma generating device; an optical monitoring device for measuring the plasma and active species through Optical Emission Spectroscopy (OES) and Optical Absorption Spectroscopy (OAS); and a control device for controlling supply of the gas, a voltage applied to the plasma electrode, or cooling and heating of the plasma generating device based on data obtained from the power monitoring device and the optical monitoring device. may include.
Description
본 발명은 플라즈마 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상압 플라즈마 및 활성종의 재현성 및 안정성을 확보하기 위한 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to plasma technology, and more particularly, to a plasma generation monitoring and control system for ensuring reproducibility and stability of atmospheric pressure plasma and active species.
플라즈마 기술은 반도체, 디스플레이 등 최첨단 산업 분야에서 활발히 활용되고 있다. 최근 플라즈마 기술은 환경, 에너지 등 친환경 산업 분야를 비롯하여 의료, 농식품 등 바이오 분야를 비롯한 다양한 분야에서 활용되기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Plasma technology is being actively used in cutting-edge industries such as semiconductors and displays. Recently, plasma technology has been actively researched to be used in various fields, including eco-friendly industries such as environment and energy, as well as bio-fields such as medicine and agri-food.
현재 가장 많이 사용되고 있는 상압 플라즈마 장치는 유전체 격벽 방전(DBD; Dielectic Barrier Discharge) 방식을 이용한다. 의료, 농업 등 다양한 분야에서는 유전체 격벽 방전 방식의 플라즈마 장치를 활용하여 연구 및 기술개발을 하기 위해, 플라즈마로부터 생성된 활성종의 재현성 및 안정성을 확보하는 것이 필요하다.The atmospheric pressure plasma apparatus that is currently most used uses a dielectric barrier discharge (DBD) method. In various fields such as medicine and agriculture, it is necessary to secure the reproducibility and stability of active species generated from plasma in order to conduct research and technology development using a dielectric barrier discharge type plasma device.
그러나, 플라즈마로부터 생성된 활성종의 재현성의 및 안정성을 확보하기 위해서 장기간의 기술 개발의 시간이 소모되고, 이에 따른 비용이 증가되는 문제점이 있다.However, in order to secure the reproducibility and stability of the active species generated from the plasma, a long-term technology development time is consumed, and thus there is a problem in that the cost is increased.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상압 플라즈마및 활성종의 재현성 및 안정성의 확보되도록 플라즈마 발생을 모니터링 및 제어하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above problems, and to provide a plasma generation monitoring and control system for monitoring and controlling plasma generation to ensure reproducibility and stability of atmospheric pressure plasma and active species.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템은, 가스를 공급받거나 주변 공기를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치; 상기 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 전극에 인가되는 전압 및 소모전력을 측정하는 전력 모니터링 장치; OES(Optical Emission Spectroscopy) 및 OAS(Optical Absorption Spectroscopy)를 통해 상기 플라즈마 및 활성종을 측정하는 광 모니터링 장치; 및 상기 전력 모니터링 장치 및 상기 광 모니터링 장치로부터 획득한 데이터를 기반으로 하여, 상기 가스의 공급, 상기 플라즈마 발생장치 내 전원장치의 전압, 전력, duty 등 또는 상기 플라즈마 발생 장치의 냉각 및 가열 여부 등을 제어하는 제어 장치; 를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, a plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention, a plasma generating device receiving a gas or generating plasma using ambient air; a power monitoring device for measuring a voltage applied to a plasma electrode of the plasma generating device and power consumption; an optical monitoring device for measuring the plasma and active species through Optical Emission Spectroscopy (OES) and Optical Absorption Spectroscopy (OAS); And based on the data obtained from the power monitoring device and the optical monitoring device, the supply of the gas, the voltage, power, duty, etc. of the power supply in the plasma generator, or whether the cooling and heating of the plasma generator, etc. control device to control; may include.
상기 전력 모니터링 장치는, 상기 플라즈마를 발생시키는 전기적인 변수값을 측정하고, 상기 전기적인 변수값은, 상기 플라즈마 발생 장치의 전압값, 상기 플라즈마 발생 장치로부터 소모되는 전력값, 주파수값 또는 파형일 수 있다.The power monitoring device may measure an electrical variable value for generating the plasma, and the electrical variable value may be a voltage value of the plasma generating device, a power value consumed from the plasma generating device, a frequency value, or a waveform have.
상기 제어 장치는, 상기 전기적인 변수값 및 상기 활성종의 농도를 데이터로 저장하는 제1 저장부; 및 상기 제1 저장부에 저장된 상기 전기적인 변수값과 상기 활성종의 농도의 상관 관계를 기반으로 하여 상기 활성종의 농도를 예측하는 제1 인공 신경망과, 상기 제1 저장부에 저장된 상기 전기적인 변수값과 상기 활성종의 농도의 상관 관계를 기반으로 하여 상기 전기적인 변수값 중 적어도 하나를 예측하는 제2 인공 신경망으로 구축되는 제1 계산부를 포함할 수 있다.The control device may include: a first storage unit configured to store the electrical variable value and the concentration of the active species as data; and a first artificial neural network for predicting the concentration of the active species based on the correlation between the electrical variable value stored in the first storage and the concentration of the active species, and the electrical stored in the first storage and a first calculator constructed as a second artificial neural network for predicting at least one of the electrical variable values based on the correlation between the variable value and the concentration of the active species.
상기 플라즈마 발생 장치는, 전원 장치; 및 상기 전원 장치로부터 전원을 공급받아 상기 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 전극을 포함할 수 있다.The plasma generating device includes: a power supply; and a plasma electrode receiving power from the power supply to generate the plasma.
상기 플라즈마 발생 장치는, 상기 전원 장치와 상기 플라즈마 전극을 연결하는 연결선; 및 상기 전원 장치와 상기 플라즈마 전극을 연결하고, 상기 플라즈마 전극을 접지시키는 접지선을 포함할 수 있다.The plasma generating device may include: a connection line connecting the power supply device and the plasma electrode; and a ground line connecting the power supply device and the plasma electrode and grounding the plasma electrode.
상기 전력 모니터링 장치는, 상기 접지선에 연결되고, 상기 전원 장치의 제1 전압값을 측정하는 제1 전압 프로브; 상기 연결선에 연결되고, 상기 전원 장치의 제2 전압값을 측정하는 제2 전압 프로브; 및 상기 접지선에 연결되고, 전기 용량을 가지는 축전기를 포함할 수 있다.The power monitoring device may include: a first voltage probe connected to the ground line and configured to measure a first voltage value of the power supply device; a second voltage probe connected to the connection line and configured to measure a second voltage value of the power supply; and a capacitor connected to the ground line and having an electric capacity.
상기 전력 모니터링 장치는, 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값을 수집하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부로부터 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값을 전달받아 임시로 저장하는 데이터 버퍼; 상기 데이터 버퍼로부터 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값을 전달받고, 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값과 상기 전기 용량을 기반으로 상기 전기적인 변수값을 계산하는 제2 계산부; 및 상기 제2 계산부로부터 상기 전기적인 변수값을 전달받아 저장하는 제2 저장부를 더 포함할 수 있다.The power monitoring device may include: a data collection unit configured to collect the first voltage value and the second voltage value; a data buffer for receiving and temporarily storing the first voltage value and the second voltage value from the data collection unit; a second calculation unit receiving the first voltage value and the second voltage value from the data buffer, and calculating the electrical variable value based on the first voltage value, the second voltage value, and the electric capacity; and a second storage unit for receiving and storing the electrical variable value from the second calculation unit.
상기 전력 모니터링 장치는, 상기 제2 계산부로부터 상기 전기적인 변수값을 실시간으로 전달받아 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.The power monitoring device may further include a display unit for receiving and displaying the electrical variable value from the second calculation unit in real time.
상기 광 모니터링 장치는, 상기 플라즈마로부터 발생되는 파장값과 파장 별 세기값을 포함하는 광신호 스펙트럼을 포함하는 OES 데이터와, 광원을 이용한 파장 별 흡수율을 포함하는 OAS 데이터를 수집하는 광 데이터 수집부; 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 전달받아 임시로 저장하는 광 데이터 버퍼; 상기 광 데이터 버퍼로부터 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 전달받고, 광학 관련 DB를 이용하여 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 기반으로 광학 변수값을 계산하는 광 계산부; 및 상기 광 계산부로부터 상기 광학 변수값을 전달받아 저장하는 광 저장부를 포함할 수 있다.The optical monitoring device may include: an optical data collection unit configured to collect OES data including an optical signal spectrum including a wavelength value generated from the plasma and an intensity value for each wavelength, and OAS data including an absorption rate for each wavelength using a light source; an optical data buffer for receiving and temporarily storing the OES data and the OAS data; an optical calculation unit receiving the OES data and the OAS data from the optical data buffer, and calculating optical variable values based on the OES data and the OAS data using an optical DB; and an optical storage unit for receiving and storing the optical variable value from the optical calculation unit.
상기 광 모니터링 장치는, 상기 광 계산부로부터 상기 광학 변수값을 실시간으로 전달받아 표시하는 광 표시부를 더 포함할 수 있다.The optical monitoring device may further include an optical display unit for receiving and displaying the optical variable value from the optical calculation unit in real time.
상기 광학 변수값은, 상기 플라즈마의 재현성 및 안정성을 확인하기 위하여 상기 플라즈마의 방전 여부 또는 상기 활성종의 재현성 및 안정성을 확인하기 위한 상기 활성종의 농도일 수 있다.The optical parameter value may be the concentration of the active species for confirming whether the plasma is discharged or the reproducibility and stability of the active species in order to confirm the reproducibility and stability of the plasma.
상기 제1 인공 신경망은, 상기 전기적인 변수값과 상기 광학 변수값을 기반으로 하여, 상기 광학 변수값을 예측하고, 상기 제2 인공 신경망은, 상기 전기적인 변수값과 상기 광학 변수값을 기반으로 하여, 상기 전기적인 변수값을 예측할 수 있다.The first artificial neural network predicts the optical variable value based on the electrical variable value and the optical variable value, and the second artificial neural network is based on the electrical variable value and the optical variable value. Thus, the electrical variable value can be predicted.
상기 제어 장치는, 상기 전력 모니터링 장치 및 상기 광 모니터링 장치를 포함할 수 있다.The control device may include the power monitoring device and the optical monitoring device.
상기 제어 장치는, 상기 활성종의 농도를 기반으로 하여, 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값, 상기 소모되는 전력값, 상기 주파수값 또는 상기 가스의 공급 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The control device may control at least one of the first voltage value, the second voltage value, the consumed power value, the frequency value, and the supply of the gas based on the concentration of the active species.
상기 가스는 헬륨, 아르곤, 공기, 질소, 산소, 수소, 수증기(H2O), 암모니아 또는 탄화수소 중 적어도 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.The gas may be at least one of helium, argon, air, nitrogen, oxygen, hydrogen, water vapor (H 2 O), ammonia, or hydrocarbon, or a combination thereof.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the following effects are obtained.
플라즈마로부터 생성된 활성종의 농도와 플라즈마를 발생하기 위한 전기적인 변수값을 기반으로 하여 가스의 투입을 제어하거나 전기적인 변수값을 제어하므로, 활성종의 농도의 균일성을 확보할 수 있다.Based on the concentration of the active species generated from the plasma and the electric variable value for generating the plasma, since the input of the gas or the electric variable value is controlled, the uniformity of the concentration of the active species can be secured.
또한, 활성종의 농도와 전기적인 변수값의 상관 관계를 누적한 빅데이터를 이용하여 인공 신경망을 구축하면서 활성종의 농도와 전기적인 변수값을 실시간으로 피드백하므로, 활성종의 농도를 정밀하게 제어할 수 있다.In addition, since the concentration of the active species and the value of the electric variable are fed back in real time while constructing an artificial neural network using big data that accumulates the correlation between the concentration of the active species and the value of the electric variable, the concentration of the active species is precisely controlled can do.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템의 플라즈마 발생 장치와 전력 모니터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템의 광 모니터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템에서 활성종의 농도와 전기적인 변수값을 예측하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 제1 인공 신경망과 제2 인공 신경망을 이용하여 활성종의 농도와 전기적인 변수값의 상관 관계를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 소모전력 계산을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 시간에 대한 제2 전압값과 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 소모되는 전력을 계산하기 위한 그래프이다.1 is a diagram schematically showing a plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention.
2A is a diagram schematically illustrating a plasma generating apparatus and a power monitoring apparatus of a plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention.
2B is a diagram schematically illustrating an optical monitoring apparatus of a plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of predicting a concentration of an active species and an electrical variable value in a plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram illustrating a correlation between a concentration of an active species and an electrical variable value using a first artificial neural network and a second artificial neural network.
5 is a flowchart illustrating an operation of a power monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the calculation of power consumption shown in FIG. 5 .
7 is a graph illustrating a relationship between a second voltage value with respect to time.
8 is a graph for calculating consumed power.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시예는 다양한 실시예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments according to the present invention can be variously modified. Certain embodiments may be depicted in the drawings and described in detail in the detailed description. However, the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings are only provided to facilitate understanding of the various embodiments. Therefore, the technical spirit is not limited by the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings, and it should be understood to include all equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but these elements are not limited by the above-described terms. The above terminology is used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
본 발명의 실시예에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 발명의 실시예에 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. 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.In the embodiments of the present invention, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the embodiments of the present invention exist, It should be understood that it does not preclude the possibility of addition or existence of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Meanwhile, a “module” or “unit” for a component used in an embodiment of the present invention performs at least one function or operation. In addition, a “module” or “unit” may perform a function or operation by hardware, software, or a combination of hardware and software. In addition, a plurality of “modules” or a plurality of “units” other than a “module” or “unit” that must be performed in specific hardware or are executed in at least one processor may be integrated into at least one module. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
그 밖에도, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be abbreviated or omitted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템의 플라즈마 발생 장치와 전력 모니터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a diagram schematically showing a plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a plasma generation device and a power monitoring device of the plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention It is a drawing showing
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템(100)은 플라즈마 발생 장치(110), 전력 모니터링 장치(120), 광 모니터링 장치(130) 및 제1 계산부(142)와 제1 저장부(141)를 포함하는 제어 장치(140)를 포함할 수 있다.1 and 2 , the plasma generation monitoring and
상기 플라즈마 발생 장치(110)는 가스를 공급받아 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생 장치(110)는 주변 공기를 이용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상기 플라즈마 발생 장치(110)는 상기 플라즈마로부터 활성종을 생성할 수 있다. 상기 가스는 헬륨, 아르곤, 공기, 질소, 산소, 수소, 수증기(H2O), 암모니아 또는 탄화수소 중 적어도 하나 또는 이들의 조합일 수 있으며, 이외에 다양한 가스일 수 있다. 상기 활성종은 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 수산화기(OH), 일산화질소(NO), 이산화질소 음이온(NO2-) 또는 삼산화질소 음이온(NO3-) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합일 수 있으며, 이에 한정되진 않는다.The
상기 플라즈마 발생 장치(110)는 전원 장치(111), 플라즈마 전극(112), 연결선(111a) 및 접지선(111b)을 포함할 수 있다.The
상기 전원 장치(111)는 후술할 플라즈마 전극(112)에 전원을 공급할 수 있다.The
상기 플라즈마 전극(112)은 상기 전원 장치(111)로부터 전원을 공급받아 상기 활성종을 발생시킬 수 있다. 상기 플라즈마 전극(112)은 DBD(Dielectic Barrier Discharge) 전극일 수 있다. 다만, 상기 플라즈마 전극(112)은 DBD 전극에 한정되지 않고, 글로우 방전 등과 같이 다양한 방전 방식의 전극일 수 있다.The
상기 플라즈마 전극(112)은 상기 전원 장치(111)의 전기적인 변수값에 따라 다른 농도를 가지는 활성종을 발생시킬 수 있다. 상기 전기적인 변수값은 상기 전원 장치의 전압값, 상기 플라즈마 발생 장치(110)로부터 소모되는 전력값, 주파수값 또는 파형(waveform)일 수 있다.The
상기 연결선(111a)은 상기 전원 장치(111)와 상기 플라즈마 전극(112)을 전기적으로 연결할 수 있다.The
상기 접지선(111b)은 상기 전원 장치(111)와 상기 플라즈마 전극(112)을 전기적으로 연결하고, 상기 플라즈마 전극(112)을 접지시킬 수 있다.The
상기 전력 모니터링 장치(120)는 상기 플라즈마 발생 장치(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전력 모니터링 장치(120)는 상기 플라즈마 발생 장치(110)로부터 상기 플라즈마를 발생을 위한 전기적인 변수값을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 전력 모니터링 장치(120)는 상기 플라즈마 발생 장치(110)의 상기 플라즈마 전극(112)에 인가되는 전압을 측정할 수 있다.The
상기 전력 모니터링 장치(120)는 제1 전압 프로브(122), 제2 전압 프로브(123) 및 축전기(121)를 포함할 수 있다.The
상기 제1 전압 프로브(122)는 상기 접지선(111b)에 연결될 수 있다. 상기 제1 전압 프로브(122)는 상기 전원 장치(111)의 제1 전압값을 측정할 수 있다. 상기 제1 전압값은 상기 플라즈마 발생 장치(110)로부터 측정되는 전압값 중 하나일 수 있다.The
상기 제2 전압 프로브(123)는 상기 연결선(111a)에 연결될 수 있다. 상기 제2 전압 프로브(123)는 상기 전원 장치(111)의 제2 전압값을 측정할 수 있다. 상기 제2 전압값은 상기 플라즈마 발생 장치(110)의 전압값 중 다른 하나일 수 있다. 상기 제2 전압값은 상기 제1 전압값보다 클 수 있다. 상기 제2 전압 프로브(123)는 고전압을 측정하는 고전압 프로브일 수 있다.The
상기 축전기(121)는 상기 접지선(111b)에 연결되고, 전기 용량을 가질 수 있다.The
또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 전력 모니터링 장치(120)는 데이터 수집부(124), 데이터 버퍼(125), 제2 계산부(126) 및 제2 저장부(128)를 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the
상기 데이터 수집부(124)는 상기 제1 전압 프로브(122)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전압 프로브(122)로부터 측정된 제1 전압값을 전달받아 수집할 수 있다. 상기 데이터 수집부(124)는 상기 제2 전압 프로브(123)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전압 프로브(123)로부터 측정된 제2 전압값을 전달받아 수집할 수 있다.The
상기 데이터 버퍼(125)는 상기 데이터 수집부(124)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 데이터 버퍼(125)는 상기 데이터 수집부(124)로부터 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 전달받아 임시로 저장할 수 있다.The
상기 제2 계산부(126)는 상기 데이터 버퍼(125)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 계산부(126)는 상기 데이터 버퍼(125)로부터 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 전달받고, 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값과 상기 전기 용량을 기반으로 상기 소모되는 전력값, 상기 주파수값 또는 상기 파형을 계산할 수 있다.The
상기 제2 계산부(126)에 의한 상기 소모되는 전력값, 상기 주파수값 또는 상기 파형의 계산에 대해서는 이후 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Calculation of the consumed power value, the frequency value, or the waveform by the
또한, 한 실시예에 따르면, 상기 전력 모니터링 장치(110)는 상기 데이터 수집부(124)와 상기 데이터 버퍼(125)를 포함하지 않을 수 있다. 상기 제2 계산부(126)는 상기 제1 전압 프로브(122)와 상기 제2 전압 프로브(123)에 각각 연결되고, 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 전달받을 수 있다.Also, according to an embodiment, the
상기 제2 저장부(128)는 상기 제2 계산부(126)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 저장부(128)는 상기 제2 계산부(126)로부터 상기 전기적인 변수값을 전달받고, 상기 전기적인 변수값을 저장할 수 있다.The
또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 전력 모니터링 장치(120)는 표시부(127)를 더 포함할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the
상기 표시부(127)는 상기 제2 계산부(126)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 표시부(127)는 상기 제2 계산부(126)로부터 상기 전기적인 변수값을 전달받고, 상기 전기적인 변수값을 표시할 수 있다. 상기 표시부(127)는 예를 들면, 디스플레이 장치 또는 영상 출력 장치일 수 있다.The
또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 전력 모니터링 장치(120)는 측정 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the
상기 측정 통신부는 상기 제2 계산부(126)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 측정 통신부는 상기 제2 계산부(126)로부터 상기 전기적인 변수값을 전달받고, 상기 전기적인 변수값을 전자 장치로 무/유선 통신을 통해 전송할 수 있다. 상기 전자 장치는 상기 전기적인 변수값을 표시할 수 있다. 상기 전자 장치는 예를 들어, 스마트폰, 테블릿PC, 컴퓨터, 스마트 시계 또는 스마트 안경일 수 있으며, 이외에 상기 전기적인 변수값을 표시할 수 있는 다양한 전자 장치일 수 있다.The measurement communication unit may be electrically connected to the
상기 광 모니터링 장치(130)는 OES(Optical Emission Spectroscopy) 및 OAS(Optical Absorption Spectroscopy)를 통해 상기 플라즈마 및 활성종을 측정할 수 있다. 상기 광 모니터링 장치(130)는 OES 및 OAS를 포함할 수 있다. 상기 광 모니터링 장치(130)는, 광 데이터 수집부(134), 광 데이터 버퍼(135), 광 계산부(136) 및 광 저장부(138)를 포함할 수 있다.The
상기 광 데이터 수집부(134)는 상기 플라즈마 또는 상기 활성종으로부터 발생되는 파장값과 파장 별 세기값을 포함하는 흡광 스펙트럼을 포함하는 OES 데이터와, 광원을 이용한 파장 별 흡수율을 포함하는 OAS 데이터를 수집할 수 있다.The optical
상기 광 데이터 버퍼(135)는, 상기 광 데이터 수집부(134)로부터 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 전달받아 임시로 저장할 수 있다.The
상기 광 계산부(136)는, 상기 광 데이터 버퍼(135)로부터 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 전달받고, 광학 관련 DB를 이용하여 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 기반으로 광학 변수값을 계산할 수 있다. 상기 광학 변수값은 상기 플라즈마의 방전 여부 또는 상기 활성종의 농도일 수 있다. 상기 플라즈마의 방전 여부는 상기 플라즈마의 재현성 및 안정성을 확인하는 지표일 수 있다. 상기 활성종의 농도는 상기 활성종의 재현성 및 안정성을 확인하기 위한 지표일 수 있다.The optical calculation unit 136 may receive the OES data and the OAS data from the
상기 광 저장부(138)는 상기 광 계산부(136)로부터 상기 광학 변수값을 전달받아 저장할 수 있다.The
상기 광 모니터링 장치(130)는 광 표시부(137)를 더 포함할 수 있다. 상기 광 표시부(137)는 상기 광 계산부(136)로부터 상기 광학 변수값을 실시간으로 전달받아 상기 광학 변수값을 실시간으로 표시할 수 있다.The
상기 제어 장치(140)는 상기 전력 모니터링 장치(120) 및 상기 광 모니터링 장치(130)로부터 획득한 데이터를 기반으로 하여, 상기 가스의 공급, 상기 플라즈마 전극에 인가되는 전압 또는 상기 플라즈마 발생 장치(110)의 냉각 및 가열 여부를 제어할 수 있다.The
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제어 장치(140)는 상기 전력 모니터링 장치(120) 및 상기 광 모니터링 장치(130)를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제어 장치(140)는 상기 광 모니터링 장치(130)와 전기적으로 연결되는 제1 계산부(142)를 포함할 수 있다. 상기 제1 계산부(142)는 상기 광 모니터링 장치(130)로부터 획득한 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 전달받을 수 있다. 상기 제1 계산부(142)는 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 기반으로 하여 상기 활성종의 농도를 계산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 활성종의 농도는 상기 활성종의 흡광도를 통해 계산될 수 있다. 상기 활성종의 흡광도는 아래의 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the concentration of the active species may be calculated through the absorbance of the active species. The absorbance of the active species can be calculated through Equation 1 below.
여기서, L1은 상기 활성종이 없는 조건에서, 광원에 의해 조사된 광을 통해 측정된 스펙트럼을 나타내고, L2는 상기 활성종이 없는 조건과 상기 광원이 조사되지 않는 조건에서, 측정된 스펙트럼을 나타내고, L3는 상기 광원의 광을 상기 활성종에 조사하여 측정된 스펙트럼을 나타내고, L4는 상기 광원이 조사되지 않는 조건에서, 측정된 스펙트럼을 나타낼 수 있다.Here, L1 represents the spectrum measured through the light irradiated by the light source in the absence of the active species, L2 represents the spectrum measured in the absence of the active species and the light source is not irradiated, and L3 is A spectrum measured by irradiating light from the light source to the active species may be represented, and L4 may represent a spectrum measured under a condition in which the light source is not irradiated.
그리고, 상기 활성종의 흡광 스펙트럼은 파장(nm)에 따른 상기 흡광도(optical density)로 표시될 수 있다.And, the absorption spectrum of the active species may be expressed as the absorbance (optical density) according to the wavelength (nm).
상기 제어 장치(140)는 상기 계산된 활성종의 농도와 상기 전기적인 변수값을 기반으로 하여, 상기 가스의 투입을 제어하거나 상기 전기적인 변수값을 제어할 수 있다. 상기 제어 장치(140)가 상기 가스의 투입을 제어하거나 상기 전기적인 변수값을 제어하여, 상기 활성종의 농도를 정밀하게 제어할 수 있다.The
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제어 장치(140)는 상기 활성종의 농도를 기반으로 하여, 상기 플라즈마 발생 장치의 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 활성종의 농도가 목표치보다 낮은 경우, 상기 제어 장치(140)는 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값이 높아지도록 제어할 수 있다. 반대로, 상기 활성종의 농도가 목표치보다 높은 경우, 상기 제어 장치(140)는 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값이 낮아지도록 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제어 장치(140)는 상기 활성종의 농도를 기반으로 하여, 상기 플라즈마 발생 장치(110)의 상기 소모되는 전력값, 상기 주파수값 또는 상기 파형을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 활성종의 농도가 목표치보다 낮은 경우, 상기 제어 장치(140)는 상기 전력값이 높아지도록 제어할 수 있다. 반대로, 상기 활성종의 농도가 목표치보다 높은 경우, 상기 제어 장치(140)는 상기 전력값이 낮아지도록 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
또한, 상기 제어 장치(140)는 상기 활성종의 농도가 목표치보다 높거나 낮은 경우, 상기 플라즈마에 인가되는 전압을 조절하여 상기 주파수값 또는 상기 파형을 제어할 수 있다.Also, when the concentration of the active species is higher or lower than a target value, the
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제어 장치(140)는 상기 활성종의 농도를 기반으로 하여, 상기 가스의 공급을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 활성종의 농도가 목표치보다 낮은 경우, 상기 제어 장치(140)는 상기 가스의 공급이 증가되도록 제어할 수 있다. 반대로, 상기 활성종의 농도가 목표치보다 높은 경우, 상기 제어 장치(140)는 가스의 공급이 낮아지도록 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제어 장치(140)는 상기 전기적인 변수값 및 상기 활성종의 농도를 데이터로 저장하는 제1 저장부(141)를 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 저장부(141)는 상기 제2 저장부(128)에 저장된 데이터도 저장할 수 있고, 상기 제2 저장부(128)는 상기 전력 모니터링 장치(120)에 포함되지 않을 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템(100)은 제1 저장부(141)와 제2 저장부(128) 모두를 포함할 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the
상기 제1 계산부(142)는 일정 시간마다 제1 저장부(141)에 저장된 는 상기 전기적인 변수값을 기반으로 하여, 상기 활성종의 농도 상태를 실시간으로 계산할 수 있다.The first calculation unit 142 may calculate the concentration state of the active species in real time based on the value of the electrical variable stored in the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템에서 활성종의 농도와 전기적인 변수값을 예측하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 제1 인공 신경망과 제2 인공 신경망을 이용하여 활성종의 농도와 전기적인 변수값의 상관 관계를 나타내는 모식도이다.3 is a flowchart illustrating a method for predicting the concentration and electrical variable values of active species in the plasma generation monitoring and control system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a first artificial neural network and a second artificial neural network. It is a schematic diagram showing the correlation between the concentration of the active species and the value of the electrical variable.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 계산부(142, 도 1 참조)는 상기 제1 저장부(141, 도 1 참조)에 저장된 상기 전기적인 변수값을 기반으로 하여 상기 활성종의 농도를 예측하는 제1 인공 신경망과, 상기 제1 저장부(141, 도 1 참조)에 저장된 상기 활성종의 농도를 기반으로 하여 상기 전기적인 변수값 중 적어도 하나를 예측하는 제2 인공 신경망으로 구축될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first calculation unit 142 (refer to FIG. 1) is the concentration of the active species based on the electrical variable value stored in the first storage unit (141, see FIG. 1) A first artificial neural network for predicting , and a second artificial neural network for predicting at least one of the electrical variable values based on the concentration of the active species stored in the first storage unit 141 (see FIG. 1). can
상기 제1 계산부(142, 도 1 참조)는 상기 활성종의 농도와 상기 전기적인 변수값과의 상관 관계를 분석하기 위하여 머신 러닝(machine learning), 즉 기계 학습에 이용될 수 있다. 머신 러닝은 경험적 데이터를 기반으로 학습을 하고 예측을 수행하여 스스로의 성능을 향상시키는 시스템과 이를 위한 알고리즘을 연구하고 구축하는 기술이다. The first calculation unit 142 (refer to FIG. 1 ) may be used for machine learning, ie, machine learning, in order to analyze the correlation between the concentration of the active species and the value of the electrical variable. Machine learning is a technology that studies and builds a system and algorithms for improving its own performance by learning based on empirical data and performing predictions.
상기 제1 계산부(142, 도 1 참조)는 상기 전기적인 변수값과 상기 활성종의 농도의 상관 관계를 반복적으로 학습을 위한 상기 제1 인공 신경망과 상기 제2 인공 신경망으로 구축될 수 있다.The first calculation unit 142 (refer to FIG. 1 ) may be constructed with the first artificial neural network and the second artificial neural network for repeatedly learning the correlation between the electrical variable value and the concentration of the active species.
도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 제1 인공 신경망과 상기 제2 인공 신경망을 통해 상기 활성종의 농도와 상기 전기적인 변수값의 상관 관계를 분석하여 상기 활성종의 농도와 상기 전기적인 변수값을 예측하는 방법을 살펴보기로 한다.3 and 4, by analyzing the correlation between the concentration of the active species and the value of the electrical variable through the first artificial neural network and the second artificial neural network, the concentration of the active species and the value of the electrical variable Let's take a look at how to predict
전압 측정 단계(S11)는 상기 전력 모니터링 장치(120)에 의해 상기 제1 전압값(11)과 상기 제2 전압값(12)을 측정할 수 있다.In the voltage measuring step S11 , the
전기적인 변수값 계산 단계(S12)는 상기 제1 전압값(11)과 상기 제2 전압값(12)을 기반으로 하여 상기 소모되는 전력값(13), 주파수값(14) 및 파형(15)을 계산할 수 있다.Electrical variable value calculation step (S12) is based on the first voltage value (11) and the second voltage value (12), the consumed power value (13), frequency value (14) and waveform (15) can be calculated.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 계산부(142, 도 1 참조)는 상기 소모되는 전력값(13), 주파수값(14) 및 파형(15)을 계산할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제2 계산부(126, 도 2 참조)는 상기 전력 모니터링 장치(120, 도 2 참조)에 포함되지 않고, 상기 제1 계산부(142, 도 1참조)는 상기 제2 계산부(126, 도 2 참조)의 기능을 모두 수행할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 계산부(142, 도 1 참조)와 상기 제2 계산부(126, 도 2 참조)는 상기 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템(100, 도 1 참조)에 독립적으로 포함될 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the first calculation unit 142 (refer to FIG. 1 ) may calculate the consumed
전기적인 변수값 저장 단계(S13)는 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)를 데이터로 상기 제1 저장부(141, 도 1 참조)에 저장할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)는 상기 제2 저장부(128, 도 2 참조)에 저장될 수도 있다.The electrical variable value storage step S13 may store the electrical
광신호 측정 단계(S21)는 상기 광 모니터링 장치(130)를 통해 상기 광신호를 획득할 수 있다.In the optical signal measurement step S21 , the optical signal may be acquired through the
활성종 농도 계산 단계(S22)는 상기 광 계산부 또는 상기 제1 계산부(142)에 의해 상기 광신호를 기반으로 하여 상기 활성종의 농도(21)를 계산할 수 있다.In the active species concentration calculation step S22 , the
활성종 농도 저장 단계(S23)는 상기 계산된 활성종의 농도(21)를 상기 광 저장부에 저장할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 활성종 농도 저장 단계(S23)는 상기 계산된 활성종의 농도(21)를 상기 제1 저장부(141, 도 1 참조)에 저장할 수 있다.In the active species concentration storage step ( S23 ), the calculated
제1 인공 신경망 이용 단계(S13a)는 상기 활성종의 농도(21)를 예측하기 위해, 상기 제1 저장부(141, 도 1 참조)에 저장된 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)와 상기 활성종의 농도(21)의 상관 관계를 분석할 수 있다.In the first artificial neural network use step (S13a), the electrical
활성종 예측 단계(S24)는 상기 제1 인공 신경망을 통해 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)를 기반으로 하여, 상기 활성종의 농도(21)를 예측할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어 장치(140)는 상기 예측된 활성종의 농도(21)와 상기 목표치를 비교하여 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.The active species prediction step S24 may predict the
제2 인공 신경망 이용 단계(S13b)는 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)를 예측하기 위해, 상기 제1 저장부(141, 도 1 참조)에 저장된 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)와 상기 활성종의 농도(21)의 상관 관계를 분석할 수 있다.In the second artificial neural network use step (S13b), the electrical variable values stored in the first storage unit 141 (refer to FIG. 1 ) to predict the electrical
전기적인 변수값 예측 단계(S14)는 상기 제2 인공 신경망을 통해 상기 활성종의 농도(21)를 기반으로 하여, 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)를 예측할 수 있다. 예를 들면, 상기 측정된 활성종의 농도가 상기 목표치의 활성종의 농도보다 낮은 경우, 상기 전기적인 변수값 예측 단계(S14)는 상기 목표치의 활성종의 농도를 기반으로 하여, 상기 전기적인 변수값(11, 12, 13, 14, 15)를 예측할 수 있다. 상기 제어 장치(140, 도 1 참조)는 상기 예측된 전기적인 변수값을 이용하여 상기 플라즈마 발생 장치(110)를 제어하여, 상기 플라즈마 발생 장치(110)는 상기 목표치의 활성종의 농도가 유지되도록 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The electrical variable value prediction step S14 may predict the electrical
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 인공 신경망은, 상기 전기적인 변수값과 상기 광학 변수값을 기반으로 하여, 상기 광학 변수값을 예측하고, 상기 제2 인공 신경망은, 상기 전기적인 변수값과 상기 광학 변수값을 기반으로 하여, 상기 전기적인 변수값을 예측할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first artificial neural network predicts the optical variable value based on the electrical variable value and the optical variable value, and the second artificial neural network, the electric variable Based on the value and the optical variable value, the electrical variable value may be predicted.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart for explaining the operation of the power monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치(120, 도 2 참조)의 동작을 통해 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값 및 상기 전기적인 변수값을 측정하는 방법을 살펴보기로 한다.Referring to FIG. 5 , a method of measuring the first voltage value, the second voltage value, and the electrical variable value through the operation of the power monitoring device 120 (see FIG. 2 ) according to an embodiment of the present invention will be described. let's see
전압 신호 측정 단계(S110)에서는 제1 전압 프로브(122, 도 2 참조)의 제1 전압값을 측정하고, 제2 전압 프로브(123, 도 2 참조)의 제2 전압값을 측정한다.In the voltage signal measuring step S110, a first voltage value of the first voltage probe 122 (refer to FIG. 2) is measured and a second voltage value of the second voltage probe 123 (refer to FIG. 2) is measured.
제1 전압값은 상기 플라즈마 전극에 인가되는 전압의 최대값(Vapplied)을 100으로 나눈 값(Vapplied/100)으로 보다 클 수 있다.The first voltage value may be greater than the maximum value (V applied ) of the voltage applied to the plasma electrode divided by 100 (V applied /100).
제2 전압값은 상기 플라즈마 전극에 인가되는 전압의 최대값 (Vapplied)보다 클 수 있다.The second voltage value may be greater than the maximum value (V applied ) of the voltage applied to the plasma electrode.
측정 신호 수집 단계(S120)는 데이터 수집부(124, 도 2 참조)에서 상기 측정된 제1 전압값과 상기 측정된 제2 전압값을 수집한다.In the measurement signal collection step ( S120 ), the measured first voltage value and the measured second voltage value are collected by the data collection unit 124 (refer to FIG. 2 ).
측정 신호 임시 저장 단계(S130)는 상기 데이터 버퍼(125, 도 2 참조)에서 상기 측정된 제1 전압값과 상기 측정된 제2 전압값을 저장한다.In the temporary storage of the measurement signal ( S130 ), the measured first voltage value and the measured second voltage value are stored in the data buffer 125 (refer to FIG. 2 ).
소모 전력 계산 단계(S140)는 상기 제2 계산부(126, 도 2 참조)에서 상기 플라즈마 발생 장치(110)에서 상기 전기적인 변수값 중 하나인 소모되는 전력값을 계산한다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 계산부(142, 도 1 참조)는 상기 소모되는 전력값을 계산할 수 있다. In the power consumption calculation step S140 , the second calculator 126 (refer to FIG. 2 ) calculates a power consumption value that is one of the electrical variable values in the
또한, 상기 소모 전력 계산 단계(S140)는 소모되는 전력에 대한 주파수값을 계산한다. 상기 소모 전력 계산 단계에 대한 설명은 이후 도면을 참조하여 설명한다.In addition, the power consumption calculation step ( S140 ) calculates a frequency value for the consumed power. The description of the power consumption calculation step will be described later with reference to the drawings.
반복 단계(S150)는 상기 전압 신호 측정 단계(S110), 상기 측정 신호 수집 단계(S120), 상기 측정 신호 임시 저장 단계(S130) 및 상기 소모 전력 계산 단계(S140)를 설정된 시간 간격으로 반복하여, 실시간으로 상기 소모되는 전력값과 상기 주파수값을 계산할 수 있다.The repeating step (S150) repeats the voltage signal measurement step (S110), the measurement signal collection step (S120), the measurement signal temporary storage step (S130), and the power consumption calculation step (S140) at a set time interval, The consumed power value and the frequency value may be calculated in real time.
소모전력/주파수 표시 단계(S160)는 상기 표시부(127, 도 2)에서 상기 소모되는 전력값과 상기 주파수값을 실시간으로 표시한다. 예를 들면, 상기 소모전력/주파수 표시 단계(S160)는 시간에 대한 상기 소모되는 전력값을 나타내는 그래프 또는 시간에 대한 상기 주파수값을 나타내는 그래프를 상기 표시부(127, 도 2)에 표시할 수 있다. 또한, 상기 소모전력/주파수 표시 단계(S160)는 상기 표시부(127, 도 2)에서 상기 측정된 제1 전압값과 상기 측정된 제2 전압값도 표시할 수 있다.In the power consumption/frequency display step ( S160 ), the power consumption value and the frequency value are displayed on the display unit 127 ( FIG. 2 ) in real time. For example, in the power consumption/frequency display step ( S160 ), a graph indicating the consumed power value with respect to time or a graph indicating the frequency value with respect to time may be displayed on the display unit 127 ( FIG. 2 ). . In addition, the power consumption/frequency display step ( S160 ) may also display the measured first voltage value and the measured second voltage value on the display unit 127 ( FIG. 2 ).
소모전력 저장 단계(S170)는 상기 측정 저장부(128, 도 2)에서 상기 소모되는 전력값과 상기 주파수값을 시간 정보와 함께 저장한다. 또한, 상기 소모전력 저장 단계(S170)는 상기 측정 저장부(128, 도 2)에서 상기 측정된 제1 전압값과 상기 측정된 제2 전압값도 저장할 수 있다.In the power consumption storage step (S170), the power consumption value and the frequency value are stored together with time information in the measurement storage unit 128 ( FIG. 2 ). In addition, the power consumption storage step ( S170 ) may also store the measured first voltage value and the measured second voltage value in the measurement storage unit 128 ( FIG. 2 ).
도 6는 도 5에 도시된 소모전력 계산을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7는 시간에 대한 제2 전압값과 관계를 나타내는 그래프이고, 도 8은 소모되는 전력을 계산하기 위한 그래프이다.6 is a flowchart for explaining the calculation of power consumption shown in FIG. 5 , FIG. 7 is a graph showing the relationship between the second voltage value with respect to time, and FIG. 8 is a graph for calculating consumed power.
도 6 내지 도 8을 참조하여, 상기 플라즈마 발생 장치로부터 소모되는 전력값과 주파수값을 계산하는 방법을 설명하기로 한다.A method of calculating a power value and a frequency value consumed by the plasma generating device will be described with reference to FIGS. 6 to 8 .
임시 저장 데이터 읽기 단계(S141)는, 상기 제2 계산부(126, 도 2 참조)에서 상기 데이터 버퍼(125, 도 2 참조)로부터 임시 저장된 상기 측정된 제1 전압값과 상기 측정된 제2 전압값을 전달받는다.In the temporarily stored data reading step S141, the measured first voltage value and the measured second voltage temporarily stored from the data buffer 125 (refer to FIG. 2) in the second calculator 126 (refer to FIG. 2) value is passed
전압 신호 표집(Voltage signal sampling) 단계(S142)는, 시간에 대한 제2 전압값(예: 고전압 신호) 중에서 표본을 추출할 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전압 신호 표집(Voltage signal sampling) 단계(S142)는 제1 주기부터 제2 주기 사이에 해당되는 시간에 대한 제2 전압값(예: 고전압 신호)를 추출할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 주기는 3주기이고, 제2 주기는 12주기일 수 있으나, 제1 주기와 제2 주기는 다양한 주기일 수 있다.In the voltage signal sampling step S142, a sample may be extracted from a second voltage value (eg, a high voltage signal) with respect to time. For example, as shown in FIG. 7 , in the voltage signal sampling step S142, a second voltage value (eg, a high voltage signal) for a time corresponding to a time between the first period and the second period. can be extracted. As shown in FIG. 7 , the first period may be 3 periods and the second period may be 12 periods, but the first period and the second period may be various periods.
제로-크로스 포인트 확인(Zero-crossing point identification) 단계(S143)는, 상기 전압 신호 표집 단계에서 추출한 제1 주기부터 제2 주기 사이에 해당되는 시간에 대한 제2 전압값(예: 고전압 신호)으로부터 제로-크로스 포인트(Zero-crossing point)를 확인할 수 있다. 상기 제로-크로스 포인트는 상기 제2 전압값의 부호가 바뀌는 시점을 의미한다. 예를 들면, 상기 제로-크로스 포인트는 도 7의 시간축 위에 상기 제2 전압값이 교차하는 지점을 의미한다.The zero-crossing point identification step S143 is performed from a second voltage value (eg, a high voltage signal) for a time corresponding to a time between the first cycle and the second cycle extracted in the voltage signal sampling step. A zero-crossing point can be checked. The zero-cross point means a time point at which the sign of the second voltage value is changed. For example, the zero-cross point means a point at which the second voltage value intersects on the time axis of FIG. 7 .
주파수 계산(frequency calculation) 단계(S114a)는 상기 제2 전압값(예: 고전압 신호)으로부터 제로-크로스 포인트들(Zero-crossing points) 사이의 간격을 계산하여 주파수값으로 환산할 수 있다. 예를 들면, 상기 주파수 계산(frequency calculation) 단계(S114a)는 가장 최근의 제로-크로스 포인트(Zero-crossing point)와 2n -1(n은 주기)의 제로-크로스 포인트(Zero-crossing point) 사이의 간격을 계산한 후, n(주기)로 나누어 주파수값을 계산한다.In the frequency calculation step S114a, the interval between zero-crossing points may be calculated from the second voltage value (eg, a high voltage signal) and converted into a frequency value. For example, in the frequency calculation step S114a, the most recent zero-crossing point and a zero-crossing point of 2 n -1 (n is a period) After calculating the interval, the frequency value is calculated by dividing by n (period).
에너지 계산(energy calculation) 단계(S144b)는 가장 최근의 제로-크로스 포인트(Zero-crossing point)와 2n -1(n은 주기)의 제로-크로스 포인트(Zero-crossing point) 사이에서 도 8에 도시된 전하-전압 그래프(Q-V diagram)을 획득할 수 있다.The energy calculation step S144b is shown in FIG. 8 between the most recent zero-crossing point and the zero-crossing point of 2 n −1 (n is the period). The illustrated charge-voltage graph (QV diagram) may be obtained.
상기 소모되는 전력값을 계산하기 앞서서, 상기 플라즈마 전극(112, 도 2 참조)에서 소모되는 에너지(Energy)를 다음과 같은 수학식 2를 통해 계산한다.Prior to calculating the consumed power value, energy consumed by the plasma electrode 112 (refer to FIG. 2 ) is calculated through Equation 2 below.
(Q는 상기 축전기(121, 도 2 참조)에 인가된 제1 전압값과 상기 전기 용량의 곱이고, V는 상기 플라즈마 전극(112, 도 2 참조)에 인가된 전압이고, 적분 범위는 2n -1(n은 주기)의 제로-크로스 포인트(Zero-crossing point)부터 가장 최근의 제로-크로스 포인트(Zero-crossing point)까지임.)(Q is the product of the first voltage value applied to the capacitor 121 (refer to FIG. 2) and the capacitance, V is the voltage applied to the plasma electrode 112 (refer to FIG. 2)), and the integration range is 2 n From the zero-crossing point of -1 (n is the period) to the most recent zero-crossing point.)
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 도 8에 도시된 전하-전압(Charge-Voltage) 그래프는 오실로스코프(oscilloscope)를 통해 획득될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the charge-voltage graph shown in FIG. 8 may be obtained through an oscilloscope.
전력 계산 단계(S145)는 상기 에너지(Energy)와 상기 주파수값을 곱하여 상기 소모되는 전력값을 계산한다.The power calculation step S145 calculates the consumed power value by multiplying the energy by the frequency value.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, preferred embodiments according to the present invention have been reviewed, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention in addition to the above-described embodiments is a fact having ordinary skill in the art. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
100: 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템
110: 플라즈마 발생 장치
120: 전력 모니터링 장치
130: 광 모니터링 장치
140: 제어 장치100: plasma generation monitoring and control system
110: plasma generating device
120: power monitoring device
130: optical monitoring device
140: control device
Claims (15)
상기 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 전극에 인가되는 전압을 측정하는 전력 모니터링 장치;
OES(Optical Emission Spectroscopy) 및 OAS(Optical Absorption Spectroscopy)를 통해 상기 플라즈마 및 활성종을 측정하는 광 모니터링 장치; 및
상기 전력 모니터링 장치 및 상기 광 모니터링 장치로부터 획득한 데이터를 기반으로 하여, 상기 가스의 공급, 상기 플라즈마 전극에 인가되는 전압 또는 상기 플라즈마 발생 장치의 냉각 및 가열 여부를 제어하는 제어 장치;
를 포함하고,
상기 전력 모니터링 장치는, 상기 플라즈마를 발생시키는 전기적인 변수값을 측정하고,
상기 전기적인 변수값은, 상기 플라즈마 발생 장치의 전압값, 상기 플라즈마 발생 장치로부터 소모되는 전력값, 주파수값 또는 파형이고,
상기 제어 장치는,
상기 전기적인 변수값 및 상기 활성종의 농도를 데이터로 저장하는 제1 저장부; 및
상기 제1 저장부에 저장된 상기 전기적인 변수값과 상기 활성종의 농도의 상관 관계를 기반으로 하여 상기 활성종의 농도를 예측하는 제1 인공 신경망과, 상기 제1 저장부에 저장된 상기 전기적인 변수값과 상기 활성종의 농도의 상관 관계를 기반으로 하여 상기 전기적인 변수값 중 적어도 하나를 예측하는 제2 인공 신경망으로 구축되는 제1 계산부를 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
a plasma generating device receiving a gas or generating plasma using ambient air;
a power monitoring device for measuring a voltage applied to the plasma electrode of the plasma generating device;
an optical monitoring device for measuring the plasma and active species through Optical Emission Spectroscopy (OES) and Optical Absorption Spectroscopy (OAS); and
a control device for controlling supply of the gas, a voltage applied to the plasma electrode, or cooling and heating of the plasma generating device based on data obtained from the power monitoring device and the optical monitoring device;
including,
The power monitoring device measures an electrical variable value for generating the plasma,
The electrical variable value is a voltage value of the plasma generating device, a power value consumed from the plasma generating device, a frequency value or a waveform,
The control device is
a first storage unit for storing the electrical variable value and the concentration of the active species as data; and
A first artificial neural network for predicting the concentration of the active species based on the correlation between the value of the electrical variable stored in the first storage and the concentration of the active species, and the electrical variable stored in the first storage Plasma generation monitoring and control system comprising a first calculation unit constructed as a second artificial neural network for predicting at least one of the electrical variable values based on the correlation between the value and the concentration of the active species.
상기 플라즈마 발생 장치는,
전원 장치; 및
상기 전원 장치로부터 전원을 공급받아 상기 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 전극을 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
The method of claim 1,
The plasma generating device,
power unit; and
Plasma generation monitoring and control system comprising a plasma electrode for generating the plasma by receiving power from the power supply.
상기 플라즈마 발생 장치는,
상기 전원 장치와 상기 플라즈마 전극을 연결하는 연결선; 및
상기 전원 장치와 상기 플라즈마 전극을 연결하고, 상기 플라즈마 전극을 접지시키는 접지선을 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
5. The method of claim 4,
The plasma generating device,
a connection line connecting the power supply device and the plasma electrode; and
and a ground wire connecting the power supply device and the plasma electrode to ground the plasma electrode.
상기 전력 모니터링 장치는,
상기 접지선에 연결되고, 상기 전원 장치와 상기 플라즈마 전극 사이의 제1 전압값을 측정하는 제1 전압 프로브;
상기 연결선에 연결되고, 상기 전원 장치와 상기 플라즈마 전극 사이의 제2 전압값을 측정하는 제2 전압 프로브; 및
상기 접지선에 연결되고, 전기 용량을 가지는 축전기를 포함하고,
상기 제2 전압값은 상기 제1 전압값보다 큰 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
6. The method of claim 5,
The power monitoring device,
a first voltage probe connected to the ground line and configured to measure a first voltage value between the power supply device and the plasma electrode;
a second voltage probe connected to the connection line and configured to measure a second voltage value between the power supply device and the plasma electrode; and
and a capacitor connected to the ground line and having an electric capacity,
wherein the second voltage value is greater than the first voltage value.
상기 전력 모니터링 장치는,
상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값을 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부로부터 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값을 전달받아 임시로 저장하는 데이터 버퍼;
상기 데이터 버퍼로부터 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값을 전달받고, 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값과 상기 전기 용량을 기반으로 상기 전기적인 변수값을 계산하는 제2 계산부; 및
상기 제2 계산부로부터 상기 전기적인 변수값을 전달받아 저장하는 제2 저장부를 더 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
7. The method of claim 6,
The power monitoring device,
a data collection unit configured to collect the first voltage value and the second voltage value;
a data buffer for receiving and temporarily storing the first voltage value and the second voltage value from the data collection unit;
a second calculation unit receiving the first voltage value and the second voltage value from the data buffer, and calculating the electrical variable value based on the first voltage value, the second voltage value, and the electric capacity; and
Plasma generation monitoring and control system further comprising a second storage unit for receiving and storing the electrical variable value from the second calculation unit.
상기 전력 모니터링 장치는,
상기 제2 계산부로부터 상기 전기적인 변수값을 실시간으로 전달받아 표시하는 표시부를 더 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
8. The method of claim 7,
The power monitoring device,
Plasma generation monitoring and control system further comprising a display unit for receiving and displaying the electrical variable value in real time from the second calculation unit.
상기 광 모니터링 장치는,
상기 플라즈마로부터 발생되는 파장값과 파장별 세기값을 포함하는 광신호 스펙트럼을 포함하는 OES 데이터와, 광원을 이용한 파장별 흡수율을 포함하는 OAS 데이터를 수집하는 광 데이터 수집부;
상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 전달받아 임시로 저장하는 광 데이터 버퍼;
상기 광 데이터 버퍼로부터 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 전달받고, 광학 관련 DB를 이용하여 상기 OES 데이터 및 상기 OAS 데이터를 기반으로 광학 변수값을 계산하는 광 계산부; 및
상기 광 계산부로부터 상기 광학 변수값을 전달받아 저장하는 광 저장부를 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
8. The method of claim 7,
The optical monitoring device,
an optical data collection unit for collecting OES data including an optical signal spectrum including a wavelength value generated from the plasma and an intensity value for each wavelength, and OAS data including an absorption rate for each wavelength using a light source;
an optical data buffer for receiving and temporarily storing the OES data and the OAS data;
an optical calculation unit receiving the OES data and the OAS data from the optical data buffer, and calculating optical variable values based on the OES data and the OAS data using an optical DB; and
Plasma generation monitoring and control system including an optical storage unit for receiving and storing the optical parameter value from the optical calculation unit.
상기 광 모니터링 장치는,
상기 광 계산부로부터 상기 광학 변수값을 실시간으로 전달받아 표시하는 광 표시부를 더 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
10. The method of claim 9,
The optical monitoring device,
Plasma generation monitoring and control system further comprising an optical display unit for receiving and displaying the optical variable value from the optical calculation unit in real time.
상기 광학 변수값은, 상기 플라즈마의 재현성 및 안정성을 확인하기 위하여 상기 플라즈마의 방전 여부 또는 상기 활성종의 재현성 및 안정성을 확인하기 위한 상기 활성종의 농도인 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
10. The method of claim 9,
The optical parameter value is a plasma generation monitoring and control system that is the concentration of the active species for confirming whether the plasma is discharged or the reproducibility and stability of the active species in order to confirm the reproducibility and stability of the plasma.
상기 제1 인공 신경망은, 상기 전기적인 변수값과 상기 광학 변수값을 기반으로 하여, 상기 광학 변수값을 예측하고,
상기 제2 인공 신경망은, 상기 전기적인 변수값과 상기 광학 변수값을 기반으로 하여, 상기 전기적인 변수값을 예측하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
12. The method of claim 11,
The first artificial neural network predicts the optical variable value based on the electrical variable value and the optical variable value,
The second artificial neural network is a plasma generation monitoring and control system for predicting the electrical parameter value based on the electrical parameter value and the optical parameter value.
상기 제어 장치는, 상기 전력 모니터링 장치 및 상기 광 모니터링 장치를 포함하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
10. The method of claim 9,
The control device is a plasma generation monitoring and control system including the power monitoring device and the optical monitoring device.
상기 제어 장치는, 상기 활성종의 농도를 기반으로 하여, 상기 제1 전압값, 상기 제2 전압값, 상기 소모되는 전력값, 상기 주파수값 또는 상기 가스의 공급 중 적어도 하나를 제어하는 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
8. The method of claim 7,
The control device, based on the concentration of the active species, the first voltage value, the second voltage value, the consumed power value, the frequency value or plasma generation monitoring for controlling at least one of the supply of the gas and control systems.
상기 가스는 헬륨, 아르곤, 공기, 질소, 산소, 수소, 수증기(H2O), 암모니아 또는 탄화수소 중 적어도 하나 또는 이들의 조합인 플라즈마 발생 모니터링 및 제어 시스템.
The method of claim 1,
wherein the gas is at least one or a combination of helium, argon, air, nitrogen, oxygen, hydrogen, water vapor (H 2 O), ammonia or hydrocarbon.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200091025A KR102436148B1 (en) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Monitoring and control system for generating plasma |
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2020
- 2020-07-22 KR KR1020200091025A patent/KR102436148B1/en active IP Right Grant
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| KR20220012014A (en) | 2022-02-03 |
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