KR102503544B1

KR102503544B1 - Ir 센서를 이용한 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어 장치

Info

Publication number: KR102503544B1
Application number: KR1020200167438A
Authority: KR
Inventors: 홍승일
Original assignee: 주식회사 이엠텍
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2040-12-03
Also published as: KR20220078183A

Abstract

본 발명은 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어 기술에 관한 것으로 특히 IR 센서를 이용해 비접촉 방식으로 히터의 온도를 측정하여 제어하는 기술에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치는 휴대용 에어로졸 발생기에 있어서, 히터부와; 히터부의 표면 온도를 비접촉으로 측정하는 IR 센서와; IR 센서의 신호를 변환하는 신호 변환부와; 신호 변환부로부터 신호를 입력받는 마이크로컨트롤러와; 마이크로컨트롤러와 연결되며 히터부에 전력을 공급하는 배터리;를 포함하고, 마이크로컨트롤러는 IR 센서를 제어하여 IR 센서의 최적 시야각 범위의 신호에 따라 히터부의 표면 온도를 판단하고, 히터부에 공급하는 전력을 조절하도록 제어한다.

Description

IR 센서를 이용한 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어 장치 {TEMPERATURE MEASUREMENT AND CONTROL DEVICE OF PORTABLE AEROSOL GENERATOR USING IR SENSOR}

본 발명은 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어 기술에 관한 것으로 특히 IR 센서를 이용해 비접촉 방식으로 히터의 온도를 측정하여 제어하는 기술에 관한 것이다.

에어로졸은 대기 중에 부유상태로 존재하는 액체 또는 고체의 작은 입자로 보통 0.001 ~ 1.0 ㎛의 크기를 갖는다. 에어로졸 발생기는 예를 들어 세라믹 히터, 메탈 히터, 필름 히터 등의 히터로 궐련, 액상 등 에어로졸 형성기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키거나, 액상을 초음파 진동자로 기화시켜 에어로졸을 발생시켜서 다양한 목적으로 사람이 흡입하는 경우가 있는데, 예를 들어 질병 치료용으로는 네블라이져가 알려져 있다.

도 1은 종래 기술의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1을 참조하면 사용자가 휴대용 에어로졸 발생기(10)를 사용할 때 액상 카트리지(13)의 히터(13-1)를 가열하며, 액상이 기화되어 통로를 통해 에어로졸 형성기재(11)가 삽입된 홀(12)로 유입되면서 홀(12) 내부에 구비되어 에어로졸 형성기재(11) 주위에서 에어로졸 형성기재(11)를 가열하도록 설치된 파이프 히터(14)를 가열하여 상기 액상 카트리지(13)에서 액상으로부터 기화되는 흡입물질과 상기 홀(13-1)에 삽입된 에어로졸 형성기재(11)에서 기화되는 흡입물질을 함께 흡입할 수 있는 구조를 적용할 수 있다.

이러한 휴대용 에어로졸 발생기에서 히터의 온도 측정은 열이 발생하는 히터 표면에 PT센서나 써모커플 와이어(Themocouple wire)를 용접해서 온도를 측정하는 접촉식 방식이 제안되어 있는데 히터가 과열되는 경우 히터의 온도 측정용 센서가 파손되거나 고장날 가능성이 있어서 히터의 온도를 정확히 측정하고 제어하기 용이하지 않을 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 종래기술로 대한민국 등록특허공보 10-1820841에는 도 2를 참조하면 기화유닛(40)은, 액상의 약제가 수용된 카트리지(41)와, 상기 카트리지(41)의 일단부에 연통되게 형성되며 측면과 상부면에 에어로졸이 배출되는 복수의 배출구(43)가 관통되게 형성되어 있는 에어로졸생성부(42), 상기 카트리지(41)와 에어로졸생성부(42) 사이에 배치되어 카트리지(41)의 약제를 각각 소량씩 에어로졸생성부(42)로 공급하는 섬유체(44)와, 상기 전원공급유닛(30)의 컨트롤러(32)와 전기적으로 연결되어 상기 섬유체(44)를 따라 에어로졸생성부(42) 내로 공급된 약제를 초음파 진동시키는 초음파 진동자(45)를 포함하는 구성이 개시되어 있다. 하지만 초음파 진동자(45) 표면의 온도를 측정하고 제어할 수 있는 구성은 개시되어 있지 않다.

대한민국 등록특허공보 10-1820841

본 발명은 IR 센서를 이용한 비접촉 방식으로 히터나 초음파 진동자의 표면 온도를 측정하고, 온도를 제어할 수 있는 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치는 휴대용 에어로졸 발생기에 있어서, 히터부와; 히터부의 표면 온도를 비접촉으로 측정하는 IR 센서와; IR 센서의 신호를 변환하는 신호 변환부와; 신호 변환부로부터 신호를 입력받는 마이크로컨트롤러와; 마이크로컨트롤러와 연결되며 히터부에 전력을 공급하는 배터리;를 포함하고, 마이크로컨트롤러는 IR 센서를 제어하여 IR 센서의 최적 시야각 범위의 신호에 따라 히터부의 표면 온도를 판단하고, 히터부에 공급하는 전력을 조절하도록 제어한다.

또한, 실시예에 따라 히터부는 세라믹 히터, 필름 히터, 파이프 히터, 메탈 히터, 초음파 진동자 중 어느 하나를 포함한다.

또한, 실시예에 따라 히터부와 마이크로컨트롤러 사이에는 FET를 구비하는 히터전력 조절부를 포함하고, 배터리로부터 히터전력 조절부의 FET를 통해서 히터부에 전력이 공급된다.

또한, 히터부의 반경과 직경은 IR 센서와 히터부의 표면 거리 및 IR 센서의 최적 시야각에 따라 설계된다.

또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 IR 센서가 온도를 측정하는 히터부의 표면에서 최적 시야각 범위 이외의 면적을 블랙(Black) 처리하여 히터부로부터 최적 시야각 범위에서 수신한 적외선에 따른 측정 신호를 신호 변환부로 전송하도록 제어한다.

또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 IR 센서가 온도를 측정하는 히터부의 표면에서 최적 시야각 범위 이외의 다른 영역은 쉴딩(Shielding) 처리하여 히터부로부터 최적 시야각 범위에서 수신한 적외선에 따른 측정 신호를 신호 변환부로 전송하도록 제어한다.

본 발명에 따르면 히터부의 표면 온도를 IR 센서를 이용하여 비접촉식으로 측정하고 IR 센서의 최적 시야각 범위에서 히터부의 표면 온도를 판단하여 히터부의 과열에 의해 온도를 측정하는 센서가 파손되거나 고장나는 것을 방지할 수 있고 히터부 표면 온도를 정확히 측정하여 제어할 수 있는 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래 기술의 다른 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치를 설명하기 위한 블럭도,
도 4는 IR 센서의 시야각에 따른 정확도를 설명하기 위한 도면,
도 5는 IR 센서의 최적화 시야각에 따른 히터부와 IR 센서의 설계를 설명하기 위한 도면,
도 6은 IR 센서의 정확도 테이블(Accuracy Table)의 일 예를 보여주는 도면.

이하에서, 본 발명은 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치를 설명하기 위한 블럭도이고, 도 4는 IR 센서의 시야각에 따른 정확도를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 IR 센서의 최적화 시야각에 따른 히터부와 IR 센서의 설계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 IR 센서의 정확도 테이블(Accuracy Table)을 일 예를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치는 히터부(100)와 히터부(100)의 표면 온도를 비접촉으로 측정하는 IR(적외선) 센서(200)와 IR 센서(200)의 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부(300)와 신호 변환부(300)로부터 신호를 입력받는 마이크로컨트롤러(400)와 마이크로컨트롤러(400)와 연결되며 히터부(100)에 전력을 공급하는 배터리(500)를 포함한다. 마이크로컨트롤러(400)는 IR 센서(200)를 제어하여 IR 센서(200)의 최적 시야각 범위의 신호에 따라 히터부(100)의 표면 온도를 판단하고, 히터부(100)에 공급하는 전력을 조절하도록 제어한다. 예를 들어 마이크로컨트롤로(40)는 히터부(100)의 표면 온도를 판단하고 온도가 기설정한 범위를 벗어난 경우 배터리(500)를 제어하여 히터부(100)에 공급하는 전력을 조절하도록 제어한다. IR 센서(200)는 히터부(100)의 표면으로부터 방출되는 적외선을 IR 센서(200)의 광학 렌즈를 통해 수신하여 온도 변화에 따른 측정 신호를 아날로그 신호로 신호 변환부(300)에 보내고 신호 변환부(300)는 IR 센서(200)로부터 받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로컨트롤러(400)로 입력한다. 도 4를 참조하면 IR 센서(200)는 온도를 측정하고자 하는 물체와의 시야각으로서 FOV(Field Of View)의 각도에 따라 측정도가 차이가 있으며, FOV(Field Of View) ±25°시야각 범위(최적 시야각 범위)에서 측정도가 제일 높다. 따라서, 마이크로컨트롤러(400)는 최적 시야각 범위만 측정하도록 IR 센서(200)를 제어한다. 실시예에 따라 히터부(100)는 세라믹 히터, 필름 히터, 파이프 히터, 메탈 히터, 초음파 진동자 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 세라믹 히터, 필름 히터, 파이프 히터, 메탈 히터 중 어느 하나를 포함할 경우는 세라믹 히터, 필름 히터, 파이프 히터, 메탈 히터 중 어느 하나가 에어로졸 형성기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키며, 초음파 진동자를 포함하는 경우는 초음파 진동자가 진동하여 액상 형태의 에어로졸 형성기재를 기화시켜 에어로졸을 발생시킨다. 도 3을 참조하면 실시예에 따라 히터부(100)와 마이크로컨트롤러(400) 사이에는 FET(field effect transistor: 전계효과 트랜지스터)를 구비하는 히터전력 조절부(110)를 포함하고, 배터리(500)로부터 히터전력 조절부(110)의 FET를 통해서 히터부(100)에 전력이 공급된다. 마이크로컨트롤러(400)는 히터전력 조절부(110)의 FET로 제어신호로서 PWM 신호를 보내서 FET가 PWM 신호에 의해 온오프(ON-OFF) 동작되며, 이에 따라 배터리(500)로부터 히터부(100)에 공급되는 전력이 조절된다. 도 5를 참조하면 히터부(100) 반경과 직경은 IR 센서(200)와 히터부(100) 표면의 거리 및 IR 센서(200)의 최적 시야각에 따라 직각 삼각형 계산식에 의해 측정도가 높도록 설계될 수 있으며, 역으로 히터부(100)의 반경과 직경이 결정되어 있을 때 IR 센서(200)와 히터부(100) 표면의 거리를 최적 시야각에 따라 측정도가 높도록 설계할 수도 있다.

도 6을 참조하면, 도 6에서 그래프 내의 숫자(1, 2, 3, 4)는 IR 센서(200)의 시야각 범위에서 온도를 측정하고자 하는 물체의 표면 온도 측정 오차를 나타내며, 도 6에서는 1로 표시된 영역이 IR 센서(200)에 의한 물체의 표면 온도 측정 오차가 가장 작은 FOV(Field Of View) ±25°시야각 범위(최적 시야각 범위)이다. 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(400)는 IR 센서(200)를 제어하여 IR 센서(200)가 온도를 측정하는 히터부(100)의 표면에서 최적 시야각 범위 이외의 면적을 블랙(Black) 처리하여 히터부(100)로부터 최적 시야각 범위에서 수신한 적외선에 따른 측정 신호를 신호 변환부(300)로 전송하도록 함으로써 더욱 정확하게 히터부(100)의 온도를 측정할 수 있다.

또한 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(400)는 IR 센서(200)를 제어하여 IR 센서(200)가 온도를 측정하는 히터부(100)의 표면에서 최적 시야각 범위 이외의 다른 영역은 쉴딩(Shielding) 처리하여 히터부(100)로부터 최적 시야각 범위에서 수신한 적외선에 따른 측정 신호를 신호 변환부(300)로 전송하도록 함으로써 더욱 정확하게 히터부(100)의 온도를 측정할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

휴대용 에어로졸 발생기에 있어서,
히터부와;
히터부의 표면 온도를 비접촉으로 측정하는 적외선(IR) 센서와;
적외선(IR) 센서의 신호를 변환하는 신호 변환부와;
신호 변환부로부터 신호를 입력받는 마이크로컨트롤러와;
마이크로컨트롤러와 연결되며 히터부에 전력을 공급하는 배터리;를 포함하고,
마이크로컨트롤러는 적외선(IR) 센서를 제어하여 적외선(IR) 센서의 최적 시야각 범위의 신호에 따라 히터부의 표면 온도를 판단하고, 히터부에 공급하는 전력을 조절하도록 제어하고,
마이크로컨트롤러는 적외선(IR) 센서가 온도를 측정하는 히터부의 표면에서 최적 시야각 범위 이외의 면적을 블랙(Black) 처리하여 히터부로부터 최적 시야각 범위에서 수신한 적외선에 따른 측정 신호를 신호 변환부로 전송하도록 제어하거나,
마이크로컨트롤러는 적외선(IR) 센서가 온도를 측정하는 히터부의 표면에서 최적 시야각 범위 이외의 다른 영역은 쉴딩(Shielding) 처리하여 히터부로부터 최적 시야각 범위에서 수신한 적외선에 따른 측정 신호를 신호 변환부로 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치.
제1항에 있어서,
히터부는 세라믹 히터, 필름 히터, 파이프 히터, 메탈 히터, 초음파 진동자 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치.
제1항에 있어서,
히터부와 마이크로컨트롤러 사이에는 전계효과 트랜지스터(FET)를 구비하는 히터전력 조절부를 포함하고, 배터리로부터 히터전력 조절부의 전계효과 트랜지스터(FET)를 통해서 히터부에 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치.
제1항에 있어서,
히터부의 반경과 직경은 적외선(IR) 센서와 히터부의 표면과의 거리 및 적외선(IR) 센서의 최적 시야각에 따라 설계되는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생기의 온도 측정 및 제어장치.
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