KR102511231B1 - 휴대용 유증기 모니터링 장치 및 이를 이용한 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휴대용 유증기 모니터링 장치 및 이를 이용한 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 바디; 상기 바디의 내부에 형성되어, 공기가 유출입되도록 전후 동축으로 축방향으로 형성된 관통공, 유입구 및 유출구를 포함하는 관로; 상기 관로의 유출구 측에 설치되어 상기 유입구에서 유출구로의 공기 흐름을 유도하는 송풍기; 상기 관로의 유입구와 유출구 사이에 위치하고, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 이용하여 유증기로부터 형광 현상을 유도하여 제1 형광 신호를 검출하는 제1 센서부; 상기 유출구의 내측에 위치하고, 상기 제1 센서부를 통과하여 상기 유출구에서 포집된 유증기에 대하여 기 설정된 파장의 자외선을 조사한 후 상기 유증기에서 방출되는 제2 형광 신호를 검출하는 제2 센서부; 및 상기 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호를 형광 신호를 전기 신호로 변환하여 흡수 파장대역 분석을 수행하고, 상기 흡수 파장대역 분석을 통해 형광 검출 파장 대역 정보와 농도 정보를 산출하며, 상기 형광 검출 파장 대역 정보에 해당하는 적어도 하나 이상의 휘발성 물질을 추출한 후 상기 농도 정보가 상기 휘발성 물질의 인화점 정보를 벗어나면 폭발 위험 경고 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 휴대용 유증기 모니터링 장치일 수 있다.
Description
본 발명은 공사 현장 내 밀폐 지역에서 발생할 수 있는 유증기를 모니터링 할 수 있는 휴대용 유증기 모니터링 장치 및 이를 이용한 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
공사 현장에서 가연성 가스로 인한 화재 및 폭발로 많은 물적/인적 피해가 발생한 사례들은 공사 현장 내에서 공사 중에 발생한 유증기(휘발성 물질)가 한계치 이상으로 분포하는 상황에서 작업자가 이러한 위험한 상황을 미리 인지하지 못해서 화재 및 폭발 사고가 발생하게 된다.
유증기는 톨루엔과 아세트산에틸 등의 혼합물로 구성된 유기용제(용매)가 휘발되어 가스 상태로 존재하는 것을 말하며, 인화성이 강하여 화재의 주요 원인이 된다. 석유산업과 공사현장에서는 유증기란 용어를 사용하고 있으나, 대기환경에서는 VOC(volatile organic compound, 휘발성 유기화합물)란 용어를 사용한다.
최근 유증기로 인한 폭발과 화재로 인한 대형 재난 사고가 증가하면서 이러한 재난 사고를 방지하기 위해서는 공사 현장에서 유증기 농도를 측정하여 작업 환경의 위험도를 개선할 수 있는 장치가 필요하다.
VOC 측정기와 가연성 가스 측정기 등의 검출 장치들은 전기화학식으로 VOC를 통합 측정할 수 있지만, 유증기처럼 작업장에서 발생하는 미세 기름방울을 선택적으로 측정할 수 있는 장치는 없다.
VOC 측정기는 대기 환경 또는 작업 환경에서의 VOC 농도를 측정하기 위한 것으로서 PID 검출기를 사용하며, 측정 농도 범위가 매우 낮고 높은 정확성을 가지고 있다. 가연성 가스 측정기는 대상 가스가 H2와 CH4, C2H6 및 C3Hg 등과 같은 가연성 연료 가스이며, 대부분 접촉 연소식 또는 반도체식 검출기를 사용한다. 최근에는 IR(infra red) 검출기를 사용한 측정기도 출시되었으나 다양한 혼합물로 구성된 유기용제의 측정에는 적합하지 않다.
VOC 측정기는 대기오염 물질의 농도 측정이 목적이므로 ppm 농도의 저농도 측정에 적합하게 개발되어 있어서 % 농도의 고농도 유증기를 정확하게 측정하기 어렵고, 가연성 가스 측정기는 유기용제에 대한 측정 감도가 작고, 반응 시간, 검출기의 열화 및 오염, 감응 직선성 등의 단점 때문에 고농도 유증기의 측정에 적합하지 않다는 문제점이 있다.
이와 같이, 유증기로 인한 재난 사고도 꾸준하게 발생하고 있으며 이를 방지하기 위해서는 용접 또는 전기공사와 같이 불꽃을 유발할 수 있는 작업을 하기 전에 반드시 유증기의 농도를 측정하여 작업의 안정성을 확보한 다음에 공사를 진행하도록 하여야 하고, 이를 위해 공사 현장에서 쉽게 휴대하면서 사용할 수 있는 유증기 측정기의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 휴대가 간편한 소형 크기로 제작되어, 공사 현장에서 발생하는 유증기를 이중으로 측정할 수 있어, 유증기의 잔존 여부를 정확하게 검출할 수 있도록 하는 휴대용 유증기 모니터링 장치 및 이를 이용한 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른, 공사 현장에서 발생하는 유증기의 존재 여부를 검출하는 휴대용 유증기 모니터링 장치는, 바디; 상기 바디의 내부에 형성되어, 공기가 유출입되도록 전후 동축으로 축방향으로 형성된 관통공, 유입구 및 유출구를 포함하는 관로; 상기 관로의 유출구 측에 설치되어 상기 유입구에서 유출구로의 공기 흐름을 유도하는 송풍기; 상기 관로의 유입구와 유출구 사이에 위치하고, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 이용하여 유증기로부터 형광 현상을 유도하여 제1 형광 신호를 검출하는 제1 센서부; 상기 유출구와 상기 제1 센서부 사이에 위치하고, 상기 제1 센서부를 통과하여 상기 유출구에서 포집된 유증기에 대하여 기 설정된 파장의 자외선을 조사한 후 상기 유증기에서 방출되는 제2 형광 신호를 검출하는 제2 센서부; 및 상기 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호를 형광 신호를 전기 신호로 변환하여 흡수 스펙트럼 분석을 수행하고, 상기 흡수 파장대역 분석을 통해 형광 검출 파장 대역 정보와 농도 정보를 산출하며, 상기 형광 검출 파장 대역 정보에 해당하는 적어도 하나 이상의 휘발성 물질을 추출한 후 상기 농도 정보가 상기 휘발성 물질의 인화점 정보를 벗어나면 폭발 위험 경고 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 휴대용 유증기 모니터링 장치는 상기 유증기를 구성하는 휘발성 물질별 형광 검출 파장 대역 정보, 상기 휘발성 물질별 인화점 정보를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 흡수 파장대역 분석을 통해 상기 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호에 에서 각 휘발성 물질의 빛 흡수량을 산출한 빛 흡수량에 비례하는 농도값을 산출하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제1 센서부 및 제2 센서부는, 250nm에서 270nm의 파장 대역의 자외선을 조사하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제1 센서부와 제2 센서부는, 상기 관로의 기 설정된 초점 영역에 기 설정된 파장 대역의 자외선을 조사하는 광원 모듈; 상기 광원 모듈과 마주보는 방향에서 광축 상에 배치되는 미러; 및 상기 초점 영역 내 유증기에서 방출하는 제1 형광 신호를 검출하는 제1 광검출기를 포함하는 것이다.
상기 제1 및 제2 센서부는, 상기 제1 광검출기와 대향되는 방향에 위치하고, 광축 상에 형성된 초점 영역을 기준으로 상기 제1 광검출기와 동일한 이격 거리를 두고 배치되는 제2 광 검출기를 더 포함하는 것이다.
상기 제1 광검출기는, 포토 다이오드; 상기 제1 형광 신호를 상기 포토 다이오드 쪽으로 집광시키는 집광 렌즈; 및 상기 포토 다이오드와 집광 렌즈 사이에 배치되어, 기 설정된 파장 대역의 형광 신호만 통과시키는 밴드패스 필터를 포함하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 공사 현장에서 발생하는 유증기의 존재 여부를 검출하는 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법은, 공기가 유출입되도록 전후 동축으로 축방향으로 형성된 관통공, 유입구 및 유출구를 포함하는 관로 내 유입구와 유출구 사이에 위치하는 제1 센서부를 통해 기 설정된 파장 대역의 자외선을 이용하여 유증기로부터 형광 현상을 유도하여 제1 형광 신호를 검출하는 1차 측정 과정; 상기 제1 센서부와 상기 유출구 사이에 위치하는 제2 센서부를 통해 상기 유출구에서 포집된 유증기에 대하여 기 설정된 파장의 자외선을 조사한 후 상기 유증기에서 방출되는 제2 형광 신호를 검출하는 2차 측정 과정; 및 상기 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호를 형광 신호를 전기 신호로 변환하여 흡수 파장대역 분석을 수행하고, 상기 흡수 파장대역 분석을 통해 형광 검출 파장 대역 정보와 농도 정보를 산출하며, 상기 형광 검출 파장 대역 정보에 해당하는 적어도 하나 이상의 휘발성 물질을 추출한 후 상기 농도 정보가 상기 휘발성 물질의 인화점 정보를 벗어나면 폭발 위험 경고 정보를 제공하는 분석 과정을 포함하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 1차 측정 과정을 수행하기 이전에, 상기 제1 센서부에 의한 제1 측정 결과와 상기 제2 센서부에 의한 제2 측정 결과를 비교하고, 상기 제1 측정 결과와 상기 제2 측정 결과를 비교한 비교값이 기 설정된 기준값 이하인 경우에, 상기 제1 측정 결과와 상기 제2 측정 결과를 이용하여 센서 기준값을 설정하는 센서 초기화 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 센서 초기화 과정에서 상기 제1 측정 결과와 상기 제2 측정 결과를 비교한 비교값이 기 설정된 기준값을 벗어나는 경우에, 상기 유출구 측에 설치된 흡착 패드의 교체 상태를 통보하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템은, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 휴대용 유증기 모니터링 장치; 공사 현장 내 밀폐 구역에 설치되어 환기 또는 비상 방송 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 사물인터넷(IoT) 단말; 및 상기 휴대용 유증기 장치와 네트워크를 통해 연결되고, 상기 휴대용 유증기 장치의 제1 센서부에 의한 1차 측정 결과와 제2 센서부에 의한 2차 측정 결과를 수집하여 관리하고, 상기 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 시간 경과에 따른 유증기 증가 추이를 분석한 후 상기 IoT 단말과 연동하여 환기 프로세스를 수행하는 관리 서버를 포함하되, 상기 휴대용 유증기 장치는 와이파이, 블루투스를 포함한 근거리 통신 모듈을 내장하고, 액세스 포인트(Access Point, AP)를 통해 상기 관리 서버와 통신하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 휴대가 간편한 소형 크기로 제작되어 공사 현장에서 쉽게 휴대하면서 작업 하기 전에 작업 공간의 유증기 농도를 측정하고, 또한 작업중에 발생할 수 있는 유증기를 측정하여 일정 농도 이상일 경우, 작업 공간을 환기시켜 공사장의 안전성을 확보한 다음에 공사를 진행하도록 할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명은 공사 현장에서 발생하는 유증기를 이중으로 측정할 수 있어, 유증기의 잔존 여부를 정확하게 검출할 수 있고, 유증기가 인화점 이상일 경우에 폭발 위험 경고를 통보하여 작업 공간을 환기시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유증기를 이중으로 측정할 수 있는 센서를 광학식 센서로 구성함으로써 기존의 전기화학식 센서에 비해 수명이 길고, 유지보수가 간단하며, 이러한 광학식 센서를 이용한 이중 측정 결과에 대한 신뢰도가 높아질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 공기 흐름에 따른 유증기 측정 과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서부 및 제2 센서부에 적용되는 광원 및 광검출기를 이용한 형광 측정 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 센서부 보정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공사 현장의 유증기 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 공기 흐름에 따른 유증기 측정 과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서부 및 제2 센서부에 적용되는 광원 및 광검출기를 이용한 형광 측정 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 센서부 보정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공사 현장의 유증기 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 공기 흐름에 따른 유증기 측정 과정을 설명하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공사 현장에서 발생하는 유증기의 존재 여부를 검출하는 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)는 바디(110), 관로(120), 송풍기(130), 제1 센서부(140), 제2 센서부(150), 제어부(미도시) 및 흡착패드(160)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
바디(110)는 내부에 각 구성요소를 포함할 수 있는 수용 공간이 마련되어 있고, 사용자의 휴대 및 사용이 편리하도록 가벼운 재질로 형성된다. 바디(110)에는 돌출 형태나 오목홈 형태의 손잡이가 설치될 수 있고, 공사 현장에 자주 사용하는 도구(안전모, 안전 조끼, 기타 설비 등)에 탈부착 가능한 고리 또는 끼움 수단을 포함할 수 있다.
관로(120)는 바디(110)의 내부에 형성되어, 공기가 유출입되도록 전후 동축으로 축방향으로 형성된 관통공(121), 유입구(122) 및 유출구(123)를 포함한다.
송풍기(130)는 관로(120)의 유출구(123) 측에 설치되어 유입구(122)에서 유출구(123)로의 공기 흐름을 유도한다. 이러한 송풍기(130)는 팬, 팬의 구동을 위한 모터(미도시)와 모터 구동부(미도시)를 포함한다.
제1 센서부(140)는 관로(120)의 유입구(122)와 유출구(123) 사이에 위치하고, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 이용하여 유증기로부터 형광 현상을 유도하여 제1 형광 신호를 검출한다. 이때, 제1 센서부(140)는 관로(120)의 중심부에 설치되고, 관로(120)는 유입구(122)에서 유입되는 유증기가 중심부에 모이고, 중심부에 모인 유증기가 다시 유출구(123)로 토출되도록 관로(120)의 중심부가 유입구(122) 및 유출구(123)에 비해 폭이 좁도록 형성된다. 즉, 관로(120)는 유입구(122)에서 중심부로 갈수록 폭이 좁아지다가, 중심부에서 유출구(123)로 갈수록 다시 폭이 넓어지도록 형성된다.
제2 센서부(150)는 유출구(123)의 내측, 즉 송풍기(130)와 제1 센서부(140) 사이에 위치하고, 제1 센서부(140) 통과하여 유출구(123)에서 포집된 유증기에 대하여 기 설정된 파장의 자외선을 조사한 후 유증기에서 방출되는 제2 형광 신호를 검출한다.
제어부는 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호를 전기 신호로 변환하여 흡수 파장대역 분석을 수행하고, 흡수 파장대역 분석을 통해 형광 검출 파장 대역 정보와 농도 정보를 산출하며, 형광 검출 파장 대역 정보에 해당하는 적어도 하나 이상의 휘발성 물질을 추출한 후 농도 정보가 산출된 휘발성 물질의 인화점 정보를 벗어나면 폭발 위험 경고 정보를 제공한다. 이러한 제어부는 와이파이, 블루투스 등의 근거리 통신 모듈(미도시)을 내장할 수 있다.
제어부는 모터 구동부, 통신 모듈, CPU, 입출력 모듈 뿐만 아니라 메모리(미도시)를 포함하는 제어 보드로 설계될 수 있다. 메모리에는 표 1 및 표 2에 나타나 있듯이, 유증기를 구성하는 휘발성 물질별 형광 검출 파장 대역 정보, 휘발성 물질별 인화점 정보가 저장되어 있다. 따라서, 제어부는 메모리와 데이터 송수신을 수행하는 DMA(Direct Memory Access) 기능을 통해 필요한 데이터를 불러올 수 있다.
[표 1]
[표 2]
흡착 패드(160)는 유증기가 흡착할 수 있는 활성탄 등의 다공성 흡착소재로 형성되고, 유출구(123)의 가로폭 및 세로폭과 거의 동일한 가로폭 및 세로폭을 갖으며, 흡착 패드(160)를 고정시키고 교체시 흡착 패드(160)이 이탈이 용이하도록 하는 지그(미도시)에 고정된다.
휴대용 유증기 모니터링 장치(100)는 상기한 구성 요소 외에도 폭발 위험 경고 정보에 대응하는 경고음을 출력하는 비프음 스피커(미도시), LED(적색(고위험), 청색(중위험), 노란색(저위험)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서부 및 제2 센서부에 적용되는 광원 및 광검출기를 이용한 형광 측정 과정을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 센서부(140)는 광원(141), 옵틱 렌즈(142), 제1 광검출기(143), 제2 광검출기(144), 미러(145)를 포함한다. 이때, 제2 센서부(150)는 제1 센서부(140)의 구성과 동일하게 형성되므로 이하 설명을 생략한다.
광원(141)은 기 설정된 파장 대역의 자외선을 방출한다. 유증기의 주요 휘발성 물질인 방향족 탄화수소는 254nm 또는 265nm의 파장 대역의 빛에 의해 형광 여기되어 292nm에서 404nm 사이에서 형광 신호가 발생하게 된다. 따라서, 광원(141)은 250nm에서 270nm 사이의 빛을 방출하는 UV-LED를 사용한다.
옵틱 렌즈(142)는 광원(141)에서 생성된 빛을 확산시킬 수 있도록 광원(141)을 덮으면서 광원(141)과 결합되어 광원 모듈을 형성한다.
제1 광검출기(143)는 관로(120) 내에 잔존하는 유증기에서 방출하는 제1 형광신호를 검출한다. 제2 광검출기(144)는 제1 광검출기(143)와 대향되는 방향에 위치하고, 광원(141)의 광축 상에 형성된 초점을 기준으로 제1 광검출기(143)와 동일한 이격 거리를 두고 배치된다. 이때, 제2 광검출기(144)는 광 검출 성능 및 정확도를 향상시키기 위한 것으로서 경우에 따라 배치되지 않을 수도 있다.
이러한 제1 광검출기(143)는 포토다이오드(143a), 집광 렌즈(143b) 및 밴드패스 필터(143c)로 이루어진다. 집광 렌즈(143b)는 형광신호를 포토다이오드(143a) 쪽으로 집광시키고, 밴드패스 필터(143c)는 기 설정된 파장 대역의 형광 신호만 통과할 수 있도록 한다.
미러(145)는 유증기에서 발생한 형광 신호를 효과적으로 검출하기 위해 광원(141)과 마주보는 방향에 광축 상에 배치된다. 광원(141)에서 조사된 빛이 미러(145)에 의해 반사되어 유증기에 다시 입사되므로 더 많은 빛이 유증기에 조사될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 센서부 보정 방법을 설명하는 순서도이다.
휴대용 유증기 모니터링 장치는 제1 센서부(140) 및 제2 센서부(150)를 이용한 이중 측정을 통해 유증기 모니터링 동작이 이루어진다. 따라서, 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)는 제1 센서부(140) 및 제2 센서부(150)(이하, 센서라고 통침함)를 사용하기 전에 센서 초기화 과정을 통해서 측정 기준값을 설정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)는 관로(120)에 잔존하는 유증기에 자외선을 조사하여(S11), 유증기에서 발생하는 제1 형광신호를 집광렌즈(143b)를 통해 집광하고(S12), 집광된 제1 형광 신호를 특정 파장 대역만 통과하는 밴드패스필터(143c)를 통해 포토다이오드(143a)로 검출한다(S13). 제어부는 제1 센서부(140)에 의한 1차 측정 결과를 메모리에 저장한다(S14).
제2 센서부(150)의 광원(151)는 흡착 패드(160) 쪽으로 자외선을 조사하여(S15), 유증기에서 발생하는 제2 형광신호를 집광렌즈(153b)를 통해 집광하고(S16), 집광된 제2 형광 신호를 특정 파장 대역만 통과하는 밴드패스필터(153c)를 통해 포토다이오드(153a)로 검출한다(S17). 제어부는 제2 센서부(150)에 의한 2차 측정 결과를 메모리에 저장한다(S18).
제어부는 메모리에 저장된 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 비교하고, 비교한 비교값이 기 설정된 기준값 이하인 경우에(S19), 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 (영점 조정을 위한) 센서 기준값으로 설정한다(S20). 만일, 제어부는 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 비교하고, 비교한 비교값이 기 설정된 기준값을 초과하는 경우에 흡착 패드(160)의 교체 상태임을 판단하고, 흡착 패드(160)의 교체를 통보한다(S21).
휴대용 유증기 모니터링 장치(100)는 흡착 패드(160)를 교체한 후 다시 제2 센서부(150)를 통해 2차 측정 절차를 수행하고, 2차 측정 결과를 1차 측정 결과와 비교하여, 최종적으로 비교값이 기준치 이하가 되면, 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 센서 기준값으로 초기화한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)는 관로(120)에 잔존하는 유증기에 자외선을 조사하여(S51), 제1 센서부(140)에 의해 유증기에서 발생하는 제1 형광신호를 집광렌즈(143b)를 통해 집광하고(S52), 집광된 제1 형광 신호를 특정 파장 대역만 통과하는 밴드패스필터(143c)를 통해 포토다이오드(143a)로 검출한다(S53). 제어부는 1차 측정 절차를 수행한 결과인, 1차 측정 결과가 인화점 이하이면 송풍기(130)에 의해 관로(120)의 중심부를 통과한 유증기가 흡착 패드(160)에 모이도록 한다(S54, S55). 만일, 제어부는 1차 측정 결과가 인화점을 초과하면 바로 폭발 위험 경고 정보를 출력한다.
제2 센서부(150)는 흡착 패드(160) 쪽으로 자외선을 조사하여(S56), 유증기에서 발생하는 제2 형광신호를 집광렌즈(153b)를 통해 집광하고(S57), 집광된 제2 형광 신호를 특정 파장 대역만 통과하는 밴드패스필터(153c)를 통해 포토다이오드(153a)로 검출한다(S58). 제어부는 2차 측정 절차를 수행한 결과인 2차 측정 결과가 인화점을 초과하면 폭발 위험 경고 정보를 출력한다(S59, S60).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 휴대용 유증기 모니터링 장치를 이용한 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템은 휴대용 유증기 모니터링 장치(100), 사용자 단말(200), 관리 서버(300), 공사 현장 내 IoT 단말(400)을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
사용자 단말(200)은 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)를 관리하거나, 공사 현장 내 안전 관리 또는 통제를 담당하는 단말일 수 있다.
관리 서버(300)는 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)와 네트워크를 통해 연결되고, 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)에 식별 정보를 설정하며, 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)로부터 전송되는 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 수집하여 관리하고, 1차 측정 결과 및 2차 측정 결과를 토대로 환기 프로세스를 수행한다. 이러한 관리 서버(300)는 일반적인 의미의 서버용 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 관리 서버(300)는 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 스마트폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다.
휴대용 유증기 모니터링 장치(100)는 근거리 통신 모듈을 내장하고 있으므로, 액세스 포인트(Access Point, AP)를 통해 관리 서버(300)와 통신할 수 있다. AP는 휴대용 유증기 장치와 와이파이로 연결되고, 무선 인터넷을 통해 관리 서버(300)와 접속하여 데이터 전송의 중계 역할을 수행할 수 있다.
한편, 사용자 단말(200)은 관리 서버(300)에서 제공하는 어플리케이션을 실행하여, 관리 서버(300)에서 수행되는 환기 프로세스를 수행할 수 있다. 이 경우에, 관리 서버(300)는 주기적으로 어플리케이션에 대한 업데이트 기능을 수행하고, 사용자 단말(200)은 관리 서버(300)의 기능을 수행하여, 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)를 이용하여 공사 현장의 작업 환경을 개선시킬 수 있다.
IoT 단말(400)은 통신 모듈이 내장된 공사 현장 내 배치된 송풍 장치, 공기정화기, 방송 장치 등이 될 수 있고, 사물인터넷망을 통해 온/오프 동작이 제어될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공사 현장의 유증기 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 관리 서버(300)는 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)로 전송되는 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 수신하여 식별 정보에 따라 1차 및 2차 측정 결과를 저장하여 관리한다(S110, S120).
관리 서버(300)는 누적되는 1차 및 2차 측정 결과를 시간 경과에 따른 유증기 내 휘발성 물질별 증가 또는 하락과 같은 추이를 그래프 등으로 표시하여 분석하고, 기 설정된 시간 동안에 1차 및 2차 측정 결과를 토대로 휘발성 물질이 증가하는 추이라고 판단될 경우에(S130), 해당 휴대용 유증기 모니터링 장치(100)가 위치하는 공사 현장 내 IoT 단말(400)과 연동하여 환기 프로세스를 수행한다(S140). 환기 프로세스는 공사 현장 내 제어 가능한 IoT 단말(400)에 따라 송풍 장치에 의한 실내 공기의 강제 토출 방식, 공기 정화기를 이용한 실내 공기 청정 방식, 방송 장치에 의한 대피 방송 송출 방식 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
이때, 환기 프로세스는 휘발성 물질의 양을 시간 단위로 그래프로 표시하고, 휘발성 물질의 증가 추이가 기 설정된 변화폭(또는 급격한 기울기)를 갖는 우상향 그래프인 경우에, 사용자 단말(200)에 환기가 필요한 상태임을 통보한다.
관리 서버(300)는 사용자 단말(200)의 요청에 따라 1차 측정 결과와 2차 측정 결과에 대해 그래프, 엑셀 등의 다양한 형식으로 보고서 출력 기능을 제공할 수 있고, 사용자 인증을 수행한 후에 사용자 단말로 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 실시간 모니터링할 수 있는 웹페이지를 제공할 수 있다.
한편, 도 4, 도 5 및 도 7의 각 단계들은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 휴대용 유증기 모니터링 장치
110 : 바디
120 : 관로
130 : 송풍기
140 : 제1 센서부
141, 151 : 광원
142 : 옵틱 렌즈
143, 153 : 제1 광검출기
144, 154 : 제2 광검출기
150 : 제2 센서부
160 : 흡착 패드
110 : 바디
120 : 관로
130 : 송풍기
140 : 제1 센서부
141, 151 : 광원
142 : 옵틱 렌즈
143, 153 : 제1 광검출기
144, 154 : 제2 광검출기
150 : 제2 센서부
160 : 흡착 패드
Claims (12)
- 공사 현장에서 발생하는 유증기의 존재 여부를 검출하는 휴대용 유증기 모니터링 장치에 있어서,
바디;
상기 바디의 내부에 형성되어, 공기가 유출입되도록 전후 동축으로 축방향으로 형성된 관통공, 유입구 및 유출구를 포함하는 관로;
상기 관로의 유출구 측에 설치되어 상기 유입구에서 유출구로의 공기 흐름을 유도하는 송풍기;
상기 관로의 유입구와 유출구 사이에 위치하고, 기 설정된 파장 대역의 자외선을 이용하여 유증기로부터 형광 현상을 유도하여 제1 형광 신호를 검출하는 제1 센서부;
상기 유출구와 상기 제1 센서부 사이에 위치하고, 상기 제1 센서부를 통과하여 상기 유출구에서 포집된 유증기에 대하여 기 설정된 파장의 자외선을 조사한 후 상기 유증기에서 방출되는 제2 형광 신호를 검출하는 제2 센서부; 및
상기 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호를 형광 신호를 전기 신호로 변환하여 흡수 파장 대역 분석을 수행하고, 상기 흡수 파장 대역 분석을 통해 형광 검출 파장 대역 정보와 농도 정보를 산출하며, 상기 형광 검출 파장 대역 정보에 해당하는 적어도 하나 이상의 휘발성 물질을 추출한 후 상기 농도 정보가 상기 휘발성 물질의 인화점 정보를 벗어나면 폭발 위험 경고 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유증기를 구성하는 휘발성 물질별 형광 검출 파장 대역 정보, 상기 휘발성 물질별 인화점 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 흡수 파장대역 분석을 통해 상기 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호에서 각 휘발성 물질의 빛 흡수량을 산출한 빛 흡수량에 비례하는 농도값을 산출하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 송풍기의 내측에 상기 유증기가 모이도록 하는 흡착 패드를 더 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서부 및 제2 센서부는,
250nm에서 270nm의 파장 대역의 자외선을 조사하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서부와 제2 센서부는,
상기 관로의 기 설정된 초점 영역에 기 설정된 파장 대역의 자외선을 조사하는 광원 모듈;
상기 광원 모듈과 마주보는 방향에서 광축 상에 배치되는 미러; 및
상기 초점 영역 내 유증기에서 방출하는 제1 형광 신호를 검출하는 제1 광검출기를 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 센서부는,
상기 제1 광검출기와 대향되는 방향에 위치하고, 광축 상에 형성된 초점 영역을 기준으로 상기 제1 광검출기와 동일한 이격 거리를 두고 배치되는 제2 광 검출기를 더 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 광검출기는
포토 다이오드;
상기 제1 형광 신호를 상기 포토 다이오드 쪽으로 집광시키는 집광 렌즈; 및
상기 포토 다이오드와 집광 렌즈 사이에 배치되어, 기 설정된 파장 대역의 형광 신호만 통과시키는 밴드패스 필터를 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치. - 공사 현장에서 발생하는 유증기의 존재 여부를 검출하는 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법에 있어서,
공기가 유출입되도록 전후 동축으로 축방향으로 형성된 관통공, 유입구 및 유출구를 포함하는 관로 내 유입구와 유출구 사이에 위치하는 제1 센서부를 통해 기 설정된 파장 대역의 자외선을 이용하여 유증기로부터 형광 현상을 유도하여 제1 형광 신호를 검출하는 1차 측정 과정;
상기 제1 센서부와 상기 유출구 사이에 위치하는 제2 센서부를 통해 상기 유출구에서 포집된 유증기에 대하여 기 설정된 파장의 자외선을 조사한 후 상기 유증기에서 방출되는 제2 형광 신호를 검출하는 2차 측정 과정; 및
상기 제1 형광 신호 또는 제2 형광 신호를 형광 신호를 전기 신호로 변환하여 흡수 파장대역 분석을 수행하고, 상기 흡수 파장대역 분석을 통해 형광 검출 파장 대역 정보와 농도 정보를 산출하며, 상기 형광 검출 파장 대역 정보에 해당하는 적어도 하나 이상의 휘발성 물질을 추출한 후 상기 농도 정보가 상기 휘발성 물질의 인화점 정보를 벗어나면 폭발 위험 경고 정보를 제공하는 분석 과정을 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법. - 제9항에 있어서,
상기 1차 측정 과정을 수행하기 이전에, 상기 제1 센서부에 의한 제1 측정 결과와 상기 제2 센서부에 의한 제2 측정 결과를 비교하고, 상기 제1 측정 결과와 상기 제2 측정 결과를 비교한 비교값이 기 설정된 기준값 이하인 경우에, 상기 제1 측정 결과와 상기 제2 측정 결과를 이용하여 센서 기준값을 설정하는 센서 초기화 과정을 더 포함하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법. - 제10항에 있어서,
상기 센서 초기화 과정에서 상기 제1 측정 결과와 상기 제2 측정 결과를 비교한 비교값이 기 설정된 기준값을 벗어나는 경우에, 상기 유출구 측에 설치된 흡착 패드의 교체 상태를 통보하는 것인, 휴대용 유증기 모니터링 장치의 유증기 측정 방법. - 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템에 있어서,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 휴대용 유증기 모니터링 장치;
공사 현장 내 밀폐 구역에 설치되어 환기 또는 비상 방송 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 사물인터넷(IoT) 단말; 및
상기 휴대용 유증기 장치와 네트워크를 통해 연결되고, 상기 휴대용 유증기 장치의 제1 센서부에 의한 1차 측정 결과와 제2 센서부에 의한 2차 측정 결과를 수집하여 관리하고, 상기 1차 측정 결과와 2차 측정 결과를 시간 경과에 따른 유증기 증가 추이를 분석한 후 상기 IoT 단말과 연동하여 환기 프로세스를 수행하는 관리 서버를 포함하되,
상기 휴대용 유증기 장치는 와이파이, 블루투스를 포함한 근거리 통신 모듈을 내장하고, 액세스 포인트(Access Point, AP)를 통해 상기 관리 서버와 통신하는 것인, 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210141438A KR102511231B1 (ko) | 2021-10-22 | 2021-10-22 | 휴대용 유증기 모니터링 장치 및 이를 이용한 공사 현장의 유증기 모니터링 시스템 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR102511231B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2021
- 2021-10-22 KR KR1020210141438A patent/KR102511231B1/ko active IP Right Grant
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