KR102577404B1 - 온도 측정 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 온도 측정 장치 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 온도 측정장치는, 입사파를 온도 변화에 따라 공진 주파수가 변경된 표면탄성파로 변환하고 상기 표면탄성파로부터 생성된 온도 응답신호를 출력하는 단일피크 센서소자를 포함하는 온도 센서부; 상기 온도 응답신호에 기초하여 각각의 온도값을 연산하는 리더기를 포함하고,
상기 온도 센서부는 상기 표면탄성파로부터 제1 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 복수개 포함하는 단일의 고유진동수 피크를 갖는 제1 온도 응답신호를 출력하는 복수개의 단일피크 온도센서와, 상기 표면탄성파로부터 제2 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자와 제3 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 포함하여 다중 고유진동수 피크를 갖는 제2 온도 응답신호를 출력하는 복수개의 다중피크 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

온도 측정 장치 및 그 제조 방법{Temperature measuring device and manufacturing method thereof}

본 명세서의 적어도 일부의 실시 예는 표면탄성파를 이용하여 무선으로 온도를 측정하는 온도 측정 장치 및 그 제조 방법에 관한 것에 관한 것으로, 구체적으로 표면탄성파를 이용하고 고유진동수 피크를 다중으로 사용하는 온도측정 센서와 고유진동수 피크를 단일로 사용하는 온도측정 센서를 교번으로 사용해서 동시 측정 가능한 온도센서 채널을 확대한 온도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

전력 스위치 보드와 같은 전자 소자는 열에 의해 손상될 우려가 있으므로 온도를 측정하고 모니터링하는 수단으로 다양한 방식의 온도 센서가 이용되고 있다. 압전기판의 온도특성과 표면탄성파를 이용하는 표면탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 온도센서는 별도의 전원을 필요로 하지 않고 무선으로 온도를 측정할 수 있다. 이와 같이 무선으로 온도를 측정할 수 있는 온도센서는 고온 챔버와 같이 폐쇄성이 높은 시설에 사용하기에 적합하다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 SAW 온도센서를 이용한 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, SAW 온도센서(100)는 센서부(110)와 리더부(120)를 포함하여 구성된다.

센서부(110)는 압전기판(111) 상에 형성된 빗살형 전극인 트랜스듀서(interdigit transducer: IDT, 112), 반사판(113)를 포함하며, 센서부(110)는 트랜스듀서(112)에 전기적으로 연결된 안테나(114)를 포함한다.

압전기판(111)은 주위의 온도에 영향을 받은 트랜스듀서(112) 및 지연선(delay line)의 전기-기계적 특성의 변화에 따라 압전기판(111)도 영향을 받아 물성이 변하고, 이에 따라 공진주파수가 변하게 되거나 표면 탄성파의 전파시간이 변하게 된다. 이러한 압전기판(111)의 특성들의 변화를 검출함으로써 온도를 측정할 수 있게 된다.

트랜스듀서(112)는 압전기판(111)의 표면 중앙부에 배치되고, 빗살전극으로 형성될 수 있고, 안테나(114)에서 수신된 신호에 의해 표면탄성파를 발생하게 한다.

반사판(113)은 트랜스듀서(112)에서 생성된 표면탄성파가 지연선을 통과하여 지연선의 끝 부분에서 표면탄성파를 반사시켜 트랜스듀서(112)로 다시 전파시키는 역할을 한다. 따라서, 센서부(110)는 표면탄성파 센서라고 할 수 있다.

표면탄성파 센서는 도 1a와 같은 지연선로형 표면탄성파 센서 구조로 구성될 수 있으며, 도 1b와 같은 공진형 표면탄성파 센서 구조로 구성될 수도 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이 지연선로형 표면탄성파 센서 구조에서의 반사판(113)은 트랜스듀서(112)의 일측에만 배치될 수도 있다.

도 1b와 같이 공진형 표면탄성파 센서 구조에서의 반사판(113)은 트랜스듀서(112)를 사이에 두고 양 측에 배치되어 표면탄성파 에너지를 포집하도록 구성될 수 있다.

리더부(120)는 센서 구동신호를 안테나를 통하여 송신한다. 송신되는 센서 구동신호는 센서부(110)의 트랜스듀서(112)에 입력된다.

트랜스듀서(112)에 입력된 고주파 신호인 구동신호에 의해 압전기판(111)이 진동하게 되고 이에 따라 압전기판(111)의 표면을 따라 전파하는 표면탄성파가 발생되어 지연선을 통해 전파하여 반사판(113)으로 전파된다. 이렇게 전파된 표면탄성파는 반사판(113)에서 반사되어 지연선과 트랜스듀서(112)를 거쳐 센서부(110)의 안테나에 의해 다시 송신된다. 리더기(120)는 이 신호를 수신하고 수신된 신호에 기초하여 주파수의 진폭이나 진동수와 같은 주파수 특성을 분석함으로써 피측정 설비의 온도를 계산할 수 있다.

일반적으로 온도 센서의 주파수 변화와 지연시간 변화를 이용하여 센서 모듈을 구성하는 경우, 산업·과학·의료(Industry-Science-Medical) 등에 쓰이는 ISM 대역을 사용할 수 있으며, 주로 사용되는 주파수 대역의 중심주파수는 433.92MHz, 915MHz, 2.45GHz 이며, 각 주파수 대역의 대역폭은 각각 1.74MHz, 26MHz, 100MHz 이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 다수의 SAW 온도센서를 사용하는 경우, 고유 주파수의 변이폭은 온도의 변화에 따라 결정된다. 또한, 너무 많은 채널수를 사용하여 측정하면 각 고유주파수의 변이폭이 겹치게 되어, 신호에 간섭이 발생한다. 따라서, 온도의 정확한 측정이 불가능하게 된다.

측정 채널수는 센서 모듈이 동작하는 ISM 대역의 전체 대역폭에서 각 센서 주파수의 온도변화에 따른 변이폭으로 나눠줌으로써 결정된다. 결정된 측정 채널수 이상으로 측정하는 경우, 신호에 간섭이 생기므로, 정확한 측정이 불가능하게 된다.

한편, SAW 온도측정에서 사용하는 스파크 발생 가능한 환경 및 오염환경의 측정에서는 측정 채널수가 소량으로 가능하나 대형 챔버에서 온도를 측정할 때에는 챔버 내 온도의 균일성을 측정하기 위해서 더 많은 측정 채널수가 필요하다. 따라서, 사용가능한 측정 주파수 내에서 더 많은 측정 채널수를 사용할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.

[선행기술문헌]

[특허문헌 1] 한국등록특허 제 10-1922105 호

본 명세서의 일 실시 예는 표면탄성파를 이용하고, 고유진동수 피크를 다중으로 사용하는 온도측정 센서와 고유진동수 피크를 단일로 사용하는 온도측정 센서를 교번으로 사용해서 온도 측정의 채널 수 문제를 개선한 온도측정 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 명세서의 일 실시 예에 따르는 온도 측정 장치는 입사파를 온도 변화에 따라 공진 주파수가 변경된 표면탄성파로 변환하고 상기 표면탄성파로부터 생성된 온도 응답신호를 출력하는 단일피크 센서소자를 포함하는 온도 센서부; 및 상기 온도 응답신호에 기초하여 각각의 온도값을 연산하는 리더기를 포함하고, 상기 온도 센서부는 상기 표면탄성파로부터 제1 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 복수개 포함하는 단일의 고유진동수 피크를 갖는 제1 온도 응답신호를 출력하는 복수개의 단일피크 온도센서와, 상기 표면탄성파로부터 제2 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자와 제3 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 포함하여 다중 고유진동수 피크를 갖는 제2 온도 응답신호를 출력하는 복수개의 다중피크 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 단일피크 온도센서는 상기 다중피크 온도센서의 피크의 수와 동일한 개수의 단일피크 센서소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 단일피크 온도센서는 상기 다중피크 온도센서와 서로 간섭을 일으키지 않는 최소거리에 배치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 단일피크 온도세서와 상기 다중피크 온도센서 사이에 차폐소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 리더기는 상기 온도 응답신호의 주파수별 반향파를 측정하고 상기 반향파의 기울기에 기초하여 피크를 검출함으로써, 제1 온도 응답신호와 제2 온도 응답신호를 분리하여, 각각의 온도값을 연산하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 복수개의 단일피크 온도센서는 각각 서로 다른 측정 주파수 범위를 갖고, 상기 복수개의 다중피크 온도센서는 각각 서로 다른 측정 주파수 범위를 가지며, 상기 복수개의 단일피크 온도센서의 측정 주파수 범위와 상기 복수개의 다중피크 온도센서의 측정 주파수 범위는 서로 교번적으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 측정 주파수 범위는 온도의 변화에 따라 변화하는 공진주파수의 범위에 따라 확정되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 복수개의 단일피크 온도센서와 상기 복수개의 다중피크 온도센서는 동일한 측정 주파수 변이폭을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정장치 제작 방법은, 안테나가 구비된 기판상에 표면탄성파로부터 제1 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 복수개 포함하는 단일피크 온도센서를 배치하는 단계; 및 상기 기판상에 상기 표면탄성파로부터 제2 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자와 제3 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 포함하여 다중 고유진동수 피크를 갖는 출력하는 다중피크 온도센서를 배치하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에서, 온도 측정장치 제작 방법은 상기 단일피크 온도세서와 상기 다중피크 온도센서 사이에 차폐소자를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서의 일 실시 예에 따라 제작된 온도 측정 장치는 종래 방식 대비 약 2배 많은 채널수를 제공하는 효과가 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따라 제작된 온도 측정 장치는 주파수 재현성과 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 SAW 온도센서를 이용한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일피크 온도센서와 듀얼피크 온도센서에 의해 생성된 응답신호를 주파수 대역으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 단일피크 온도센서에 의해 생성된 응답신호를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일피크 온도센서와 듀얼피크 온도센서에 의해 생성된 응답신호를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 6은 주파수대역에 대한 각 온도의 측정 주파수 대역을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치의 온도 응답 신호 분리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 응답 신호 분리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일피크와 듀얼피크를 갖는 온도 센서부를 제작하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

이하, 본 명세서의 실시 예들에 의하여 온도측정 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 명세서에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 온도 측정 장치는, 온도 센서부(200)와 리더기(300)를 포함할 수 있다.

온도 센서부(200)는 별도의 전원이 필요하지 않기 때문에 검출이 필요한 지점 혹은 피측정체에 부착될 수 있다. 예를 들어, 발전, 수/배전 등 전력관리를 수행하는 각종 설비, 예를 들어, 챔버, 고압 차단기, 고전압 전력선, 배전반 부스바, 변압기 및 송전선로 등 전력 설비의 사고 예상 지점 등 전원이 연결하기 어려운 어떠한 환경에서도 사용될 수 있다.

온도 센서부(200)는 리더기(300)로부터 송출되는 입사파(이하, "호출 신호")를 수신할 수 있다. 리더기(300)가 호출 신호를 송출하는 방법은 특정되지 않으며, 예를 들어, 일정 간격으로 주기적으로 송출할 수 있으며, 관리자가 수동으로 송출할 수도 있다. 이외에도 사용 목적과 환경 등에 따라 적절한 방법으로 송출할 수 있다.

온도 센서부(200)는 복수개의 온도 센서들을 포함할 수 있다. 복수개의 온도 센서들은 내부에 구비된 SAW 트랜스폰더(transponder)를 이용하여 호출 신호를 표면 탄성파(SurfaceAcoustic Wave; SAW)로 역압전 변환할 수 있다. 복수개의 온도 센서는 서로 다른 지점에 배치될 수 있다.

온도 센서부(200)는 피측정체의 온도 변화를 표면 탄성파에 반영한 후, 이를 고주파 반사 신호(SAW echo signal, 출력파, 이하, "온도 응답신호")로 압전 변환하여 리더기(300)로 출력할 수 있다. 이때, 측정한 온도는 무선 통신을 이용하여 전송하는 것이 바람직하다.

온도 센서부(200)는 복수 개의 온도 센서를 이용하여 복수 개의 지점들에서 온도를 감지하고자 하는 경우, 각 온도 센서에서 형성하는 표면탄성파가 서로 다른 중심 주파수를 이용하도록 구성하여 서로 다른 지점의 온도를 모니터링하도록 구성한다.

온도 센서부(200)의 복수개의 온도 센서는 출력하는 온도 응답신호의 고유진동수 피크의 수에 따라 단일피크 온도센서(210)와 다중피크 온도센서(220)로 분류될 수 있다. 즉, 온도 센서부(200)는 복수개의 단일피크 온도센서(210)와 다중피크 온도센서(220)를 포함할 수 있다.

단일피크 온도센서(210)는 상기 표면탄성파로부터 단일의 고유진동수 피크(이하 단일피크라 함)를 포함하는 제1 온도 응답신호를 출력하고, 다중피크 온도센서(220)는 상기 표면탄성파로부터 다중 고유진동수 피크(이하 다중피크라 함)를 포함하는 제2 온도 응답신호를 출력한다.

다중피크 온도센서(220)는 복수개의 피크를 생성하기 위하여, 서로 다른 피크를 갖는 단일피크 센서소자를 복수개 정렬하여 다중피크 온도센서(220)를 생성한다. 일 실시예에서, 제1 중심 주파수와 제2 중심주파수를 송출하는 듀얼피크 온도센서의 경우 제1 중심 주파수를 송출하는 단일피크 센서소자와 제2 중심주파수를 송출하는 단일피크 온도센서 소자를 포함한다.

이와 같이 다중피크 온도센서(220)는 다중 피크를 생성하기 위하여 단일피크 온도센서를 복수개 포함한다.

한편, SAW 센서는 무선이고 무전원이므로, SAW 센서의 에너지 축적은 센서에 집중되게 된다. 따라서, 다중피크 온도센서(220)를 구성하는 단일피크 센서소자들의 수가 증가할수록 출력이 커지게 된다.

따라서, 단일피크 온도센서(210)도 다중피크 온도센서(210)와 출력을 맞추기 위하여, 다중피크 온도센서(220)에 포함되는 단일피크 센서소자의 수만큼, 단일피크 온도센서(210)를 형성하는 단일피크 온도센서(210)의 수도 증가시켜야 한다.

다시 말하면, 다중피크 온도센서(220)는 원하는 피크의 수(n)만큼 서로 다른 피크를 갖는 단일피크 센서소자의 수(n)를 포함하고, 단일피크 온도센서(210)는 다중피크 온도센서(220)에 포함되는 단일피크 센서소자의 수(n)만큼 동일한 중심주파수를 생성하는 단일피크 센서소자를 포함한다.

단일피크 온도센서(210)와 다중피크 온도센서(220)는 서로 간섭하지 않도록 이격하여 생성하거나, 단일피크 온도센서(210)와 다중피크 온도센서(220) 사이에 차폐소자를 배치할 수 있다. 복수개의 단일피크 온도센서(210)의 측정 주파수 범위와 복수개의 다중피크 온도센서(220)의 측정 주파수 범위는 서로 교번적으로 배열된다. 측정 주파수 범위에 대하여는 추후에 도 6을 참조하여 상세히 설명할 것이다.

본 발명의 일 실시예에서는 다중피크 온도센서로서 듀얼피크 온도센서를 채택한 예를 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

리더기(300)는 온도 센서부(200)로부터 신호를 수신하고, 수신된 신호의 주파수의 진폭이나 진동수와 같은 주파수 특성을 분석함으로써 피측정 설비의 온도를 계산할 수 있다.

리더기(300)는 온도 측정을 위한 표면탄성파를 발생시키는 구동신호를 발신하는 발신부(310), 온도 센서부(200)로부터 출력된 온도 응답신호를 수신하는 수신부(320)및 온도 응답신호에 기초하여 온도값을 연산하는 제어부(330)를 포함할 수 있다.

리더기(300)는 제어부(330)에 의해 수신한 온도 응답신호로부터 고유진동수 피크의 수에 기초하여 제1 온도 응답신호와 제2 온도 응답신호를 분리한 후 각각의 온도 응답신호에 대응하는 온도값을 연산할 수 있다.

리더기(300)가 수신한 온도 응답신호에 기초하여 온도값을 연산하는 구체적인 과정은 도 6 내지 도 8을 참조하여 후술한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 온도 측정 시스템은, 온도 센서부(200)와 리더기(300) 간의 정보 교환을 통해 피측정체의 온도를 측정하는 과정에서, 별도의 전원이나 배터리 등이 없어도 무전원 무선으로 피측정체의 온도를 측정할 수 있다.

또한, 서로 다른 피크의 수를 갖는 온도 센서를 함께 사용하여 채널수를 증가시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일피크 온도센서와 듀얼피크 온도센서에 의해 생성된 응답신호를 주파수 대역으로 나타낸 그래프이고, 도 4는 단일피크 온도센서에 의해 생성된 응답신호를 시간에 따라 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일피크 온도센서와 듀얼피크 온도센서에 의해 생성된 응답신호를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 또한, 도 6은 주파수대역에 대한 각 온도의 측정 주파수 대역을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 단일피크를 갖는 온도센서에 의한 응답신호는 각각 파란색 선과 초록색 선으로 나타냈고, 듀얼 피크를 갖는 온도센서에 의한 응답신호는 빨간색 선으로 나타냈다. 단일피크를 갖는 2개의 온도센서의 중심 주파수는 각각 약 910과 914일 수 있다. 듀얼 피크를 갖는 1개의 온도센서의 중심 주파수는 912로, 단일피크를 갖는 온도 센서의 중심 주파수 사이에 위치한다.

이와 같이 단일피크를 갖는 온도센서와 다중피크를 온도센서의 중심주파수는 교번적으로 위치하여야 다. 즉, 단일피크를 갖는 온도센서에 의해 생성되는 측정 채널 사이에 다중피크를 갖는 온도센서에 의해 생성되는 측정 채널이 위치하여야 한다.

전술한 바와 같이, 고유주파수의 변이폭은 측정 온도의 변화에 따라 결정되며, 전체 측정 주파수를 고유주파수의 변이폭으로 나눈 수가 최대 측정 채널수(n)가 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 단일피크 온도센서를 채택하는 경우, 최대 n개의 채널수를 갖는다. 여기서 각각의 채널의 폭은 동일하다.

결정된 측정 채널수 이상으로 측정하는 경우, 신호에 간섭이 생기므로, 정확한 측정이 불가능하게 된다.

도 4의 (a)는 단일피크 온도센서에 의한 응답신호의 기울기를 나타내고, 도 4의 (b)는 서로 다른 단일피크 온도센서에 의한 응답파형을 나타낸다.

도 4의 (a)는 단일피크 온도센서에 의한 응답신호의 기울기를 나타내고, 도 4의 (b)는 응답신호의 중첩을 나타낸다.

도 4를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 리더기는 시간의 흐름에 따라 복수개의 응답신호에 의해 신호가 중첩되는 경우, 모두 단일 피크를 가지므로, 신호파형을 분석할 수 없게 된다. 따라서, 도 6의 (a)와 같이 이러한 신호 중첩이 발생하지 않도록 하기 위해서는 전체 Bandwidth를 N개로 분할해서 사용해야 한다.

도 5의 (a)는 단일피크 온도센서와 듀얼피크 온도센서에 의한 응답신호의 기울기를 나타내고, 도 5의 (b)는 응답신호의 파형을 나타낸다.

도 5를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 단일피크를 갖는 응답신호와 듀얼피크를 갖는 응답신호는 일부 신호가 중첩되더라도 리더기는 듀얼 피크를 갖는 응답신호와 단일피크를 갖는 응답신호를 분리함으로써, 두 신호를 분석할 수 있게 된다.

따라서, 도 6의 (b)와 같이, 단일피크를 갖는 응답신호와 다중피크를 갖는 응답신호가 교번적으로 나타나도록 함으로써, 측정 채널수를 약 2배 증가시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 단일피크를 갖는 온도센서의 최대수는 n이 되고, 듀얼피크를 갖는 온도센서의 최대수는 (n-1)이 되어, 최대 2n-1개의 온도센서에 의해 최대 2n-1개의 측정 채널을 가질 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

단계 S110에서, 온도센서부는 리더기로부터 출력되는 구동신호를 수신하고 수신된 입사파를 표면탄성파로 변환하고, 표면탄성파로부터 생성된 온도 응답신호를 출력한다.

온도센서부는 내부에 마련된 압전기판에 의해 온도에 따라 공진주파수를 변화시켜 생성된 온도 응답신호를 출력한다.

단계 S220에서, 리더기가 출력되는 온도 응답신호를 수신하여 각각의 온도값을 연산한다.

리더기는 온도 응답신호로부터 고유진동수 피크의 수에 기초하여 복수개의 제1 온도 응답신호와 복수개의 제2 온도 응답신호를 분리하고, 분리된 복수개의 제1 온도 응답신호와 복수개의 제2 온도 응답신호에 기초하여 미리 설정된 알고리즘에 따라 각각의 온도값을 연산한다.

도 8을 참조하여 단계 S220의 온도 응답 신호 분리 방법을 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치의 온도 응답 신호 분리 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 응답 신호 분리를 설명하기 위한 그래프이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 단계 S210에서, 리더기는 상기 온도 응답신호의 주파수별 반향파를 측정한다.

단계 S220에서 리더기는 주파수별 반향파를 정규화한다.

도 9의 (a)는 리더기가 측정한 신호 파형의 일 예를 나타내고, 도 9의 (b)는 리더기에 의해 정규화된 신호 파형의 일 예를 나타낸다.

도 9의 (b)와 같이 신호를 정규화하여 노이즈를 일부 제거한다.

다시 도 8을 참조하면, 단계 S230에서 상기 파형의 기울기에 기초하여 피크를 검출한다.

도 9의 (c)는 검출된 피크의 일 예를 나타낸 그래프이다. 도 8의 (c)를 참조하면, 5개의 피크를 확인할 수 있다. 5개의 피크는 차례로 듀얼 피크(다중피크), 단일피크, 듀얼 피크(다중피크)를 포함한다.

다시 도 8을 참조하면, 단계 S240에서, 검출된 피크에 기초하여 제1 온도 응답신호와 제2 온도 응답신호를 분리한다.

예를 들어, 도 9의 (c)와 같이 검출된 피크에서 듀얼 피크를 제거하면 단일피크만 남도록 분리할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면탄성파를 이용하고 고유진동수 피크를 다중으로 사용하는 온도측정 센서와 고유진동수 피크를 단일로 사용하는 온도측정 센서를 교번으로 사용해서 동시 측정 가능한 온도센서 채널의 수를 고유주파수가 단일피크를 갖는 응답신호를 생성하는 온도센서만을 사용하는 것과 비교하여 약 2배 늘릴 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일피크와 듀얼피크를 갖는 온도 센서부를 제작하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

단계 S310에서, 먼저, 안테나가 구비된 기판상에, 제1 중심 주파수를 갖는 단일피크 센서소자와 제2 중심 주파수를 갖는 단일피크 센서소자를 정렬하여 제1 중심 주파수와 제2 중심 주파수를 갖는 듀얼피크 센서를 배치한다.

단계 S320에서, 제3 중심 주파수를 갖는 단일피크 센서소자 2개를 정렬하여, 2개의 단일피크 센서를 형성한다.

이와 같이 동일한 중심 주파수를 갖는 단일피크 센서소자 2개를 채택함으로써, 단계 S310에서 형성된 듀얼피크 센서와, 동일한 출력값을 갖도록 구현할 수 있다.

제1 중심 주파수, 제2 중심 주파수, 제3 중심 주파수는 서로 이웃하고, 제1 중심 주파수와 제2 중심 주파수의 차이는 제2 중심 주파수와 제3 중심 주파수의 차이보다 작다.

전술한 바와 같이, SAW 센서는 무선이고 무전원으로, SAW 센서의 에너지 축적은 센서에 집중되게 된다. 따라서, 동일한 중심 주파수를 갖는 단일피크 센서의 개수를 다중피크 센서의 개수와 동일하게 함으로써, 다중피크 센서의 출력과 단일피크 센서의 출력을 동일하게 할 수 있다.

단계 S330에서, 단일피크 온도센서와 듀얼피크 온도센서 사이에 차폐소자를 배치할 수 있다.

각 단계는 서로 시간 순서대로 배열된 것이 아니며, 예를 들어, 단계 S310과 단계 S320은 순서가 바뀔수 있다.

본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

200 : 온도 센서부
210 : 단일피크 온도센서
220 : 듀얼피크 온도센서
300 : 리더기
310 : 발신부
320 : 수신부
330 : 제어부

Claims (12)

1. 입사파를 온도 변화에 따라 공진 주파수가 변경된 표면탄성파로 변환하고 상기 표면탄성파로부터 생성된 온도 응답신호를 출력하는 단일피크 센서소자를 포함하는 온도 센서부; 및
   상기 온도 응답신호에 기초하여 각각의 온도값을 연산하는 리더기
   를 포함하고,
   상기 온도 센서부는
   상기 표면탄성파로부터 제1 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 복수개 포함하는 단일의 고유진동수 피크를 갖는 제1 온도 응답신호를 출력하는 복수개의 단일피크 온도센서와,
   상기 표면탄성파로부터 제2 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자와 제3 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 포함하여 생성된 다중 고유진동수 피크를 갖는 제2 온도 응답신호를 출력하는 복수개의 다중피크 온도센서를 포함하고,
   상기 단일피크 온도센서는 상기 다중피크 온도센서와 서로 간섭을 일으키지 않는 거리에 배치되고,
   상기 복수개의 단일피크 온도센서는 상기 복수개의 단일피크 온도센서들 간에 서로 다른 측정 주파수 범위를 갖고, 상기 복수개의 다중피크 온도센서는 상기 복수개의 다중피크 온도센서들 간에 서로 다른 측정 주파수 범위를 가지며,
   상기 복수개의 단일피크 온도센서의 측정 주파수 범위와 상기 복수개의 다중피크 온도센서의 측정 주파수 범위는 서로 교번적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 단일피크 온도센서는 상기 다중피크 온도센서의 피크의 수와 동일한 개수의 단일피크 센서소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 온도 센서부는 상기 단일피크 온도센서와 상기 다중피크 온도센서 사이에 차폐소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 리더기는 상기 온도 응답신호의 주파수별 반향파를 측정하고 상기 반향파의 기울기에 기초하여 피크를 검출함으로써, 제1 온도 응답신호와 제2 온도 응답신호를 분리하여, 각각의 온도값을 연산하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 측정 주파수 범위는 온도의 변화에 따라 변화하는 공진주파수의 범위에 따라 확정되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 단일피크 온도센서와 상기 복수개의 다중피크 온도센서는 동일한 측정 주파수 변이폭을 갖는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
   
9. 안테나가 구비된 기판상에 표면탄성파로부터 제1 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 복수개 포함하는 단일피크 온도센서를 배치하는 단계; 및
   상기 기판상에 상기 표면탄성파로부터 제2 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자와 제3 중심 주파수를 갖는 단일피크를 생성하는 단일피크 센서소자를 포함하여 다중 고유진동수 피크를 갖는 출력하는 다중피크 온도센서를 배치하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 단일피크 온도센서는 상기 다중피크 온도센서와 서로 간섭을 일으키지 않는 거리에 배치되고
   상기 복수개의 단일피크 온도센서는 상기 복수개의 단일피크 온도센서들 간에 서로 다른 측정 주파수 범위를 갖고, 상기 복수개의 다중피크 온도센서는 상기 복수개의 다중피크 온도센서들 간에 서로 다른 측정 주파수 범위를 가지며,
   상기 복수개의 단일피크 온도센서의 측정 주파수 범위와 상기 복수개의 다중피크 온도센서의 측정 주파수 범위는 서로 교번적으로 배열되는 온도 측정 장치 제작방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 단일피크 온도센서는 상기 다중피크 온도센서의 피크의 수와 동일한 개수의 단일피크 센서소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 제작방법.
    
11. 삭제
12. 제9항에 있어서,
    상기 단일피크 온도센서와 상기 다중피크 온도센서 사이에 차폐소자를 배치하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치 제작방법.