KR102684267B1 - Gas sensor with baseline self calibration function - Google Patents
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Abstract
본 발명은 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서는 검출 대상 가스와 반응하도록 구성된 감지 물질과 상기 감지 물질의 온도를 조절하도록 구성된 히터를 포함하는 가스센서부 및 상기 가스센서부에서 검출되는 베이스라인 신호의 기울기에 따라 상기 히터에 인가되는 전압을 조절하여 상기 베이스라인 신호를 교정하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 조절되는 전압에 따라 상기 히터에 인가되는 전력과 상기 히터의 저항을 산출하고, 상기 전력과 상기 저항이 정상 동작 범위 영역에 위치하는지 판단하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a gas sensor equipped with a baseline calibration function, a gas sensor unit including a sensing material configured to react with a gas to be detected, a heater configured to control the temperature of the sensing material, and a baseline signal detected by the gas sensor unit. A control unit configured to correct the baseline signal by adjusting the voltage applied to the heater according to the slope of the heater, wherein the control unit calculates the power applied to the heater and the resistance of the heater according to the adjusted voltage, It is characterized by determining whether the power and the resistance are located in the normal operating range region.
Description
본 발명은 가스 센서 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스라인 신호의 자동 교정이 가능한 가스센서 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensor and a control method thereof, and more specifically, to a gas sensor capable of automatically correcting a baseline signal and a control method thereof.
대기오염과 유해환경 가스에의 노출에 대한 관심이 많아짐에 따라 다양한 형태의 가스 센서가 많이 사용되고 있다.As interest in air pollution and exposure to harmful environmental gases increases, various types of gas sensors are being widely used.
현재 대기 중에 존재하는 가스의 농도를 측정하는 방법으로는 크게 광학적인 방법(NDIR: Non-dispersive infrared absorption 방식), 전기화학적인 방법 및 반도체를 이용하는 방법이 있다.Currently, methods for measuring the concentration of gases existing in the atmosphere include optical methods (NDIR: Non-dispersive infrared absorption method), electrochemical methods, and methods using semiconductors.
반도체를 이용하는 방법은 산화물 반도체의 저항변화를 측정하여 가스의 농도를 측정하는 방법으로, 감지 가스와 금속 산화물, 고분자 및 탄소나노튜브 등의 감지 물질의 산화/환원 반응 시 감지 물질의 저항이 바뀌는 정도를 이용하여 감지 가스의 농도를 측정한다. 이러한 반도체식 가스 센서는 감지 가스와 감지 물질의 원활한 산화/환원 반응을 위해 자체 히터(예를 들어 전기 저항을 이용한 가열 수단)를 내장하며, 반응온도는 대략 200 ~ 500 도 정도이다.The method of using a semiconductor is to measure the concentration of a gas by measuring the change in resistance of an oxide semiconductor. The degree to which the resistance of the sensing material changes during the oxidation/reduction reaction between the sensing gas and sensing materials such as metal oxides, polymers, and carbon nanotubes. Measure the concentration of the sensing gas using . These semiconductor gas sensors have a built-in heater (for example, a heating means using electrical resistance) for a smooth oxidation/reduction reaction between the sensing gas and the sensing material, and the reaction temperature is approximately 200 to 500 degrees.
즉, 일반적인 반도체식 가스 센서에서 히터는 전압이 인가되면 가열되어 감지 물질의 온도를 높이고, 감지 물질은 특정 온도대역에서 특정 가스에 반응하여 저항이 변하게 되고, 이에 따른 전압, 저항, 전류 등의 측정값이 가스 센서의 출력으로 검출되게 된다.In other words, in a typical semiconductor gas sensor, the heater heats up when voltage is applied to increase the temperature of the sensing material, and the sensing material changes resistance in response to a specific gas in a specific temperature range, and voltage, resistance, current, etc. are measured accordingly. The value is detected as the output of the gas sensor.
한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2019-0068267호(2019.06.18.)에 개시되어 있다. Meanwhile, the background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2019-0068267 (June 18, 2019).
전술한 것과 같은 가스 센서의 일상 대기 중(감지하고자 하는 가스가 없거나 매우 희박한 경우)에서의 출력을 베이스라인(baseline) 신호로 지칭할 수 있는데, 이는 가스의 농도를 구별하기 위한 기준점 또는 시작점의 의미를 가진다. 따라서 가스 센서의 보다 정확한 검출을 위해 베이스라인 신호를 안정된 상태로 유지(베이스라인 신호가 일정 범위 내에 수렴하도록) 시켜주는 것이 필요하다.The output of a gas sensor as described above in the daily atmosphere (when there is no gas to be detected or is very rare) can be referred to as a baseline signal, which means a reference point or starting point for distinguishing the concentration of gas. has Therefore, for more accurate detection of the gas sensor, it is necessary to maintain the baseline signal in a stable state (so that the baseline signal converges within a certain range).
그런데, 가스 센서 자체의 편차뿐만 아니라 가스 센서가 위치한 환경의 변화에 따라서 동일한 동작 조건에서도 베이스라인 신호에 변동이 발생할 수 있다.However, fluctuations in the baseline signal may occur even under the same operating conditions due to changes in the environment in which the gas sensor is located as well as deviations in the gas sensor itself.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 베이스라인 신호가 안정화될 수 있도록 자동 교정 기능을 구비하는 가스 센서 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is intended to solve this problem, and its purpose is to provide a gas sensor with an automatic calibration function and a control method thereof so that the baseline signal can be stabilized.
본 발명에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서는 검출 대상 가스와 반응하도록 구성된 감지 물질과 상기 감지 물질의 온도를 조절하도록 구성된 히터를 포함하는 가스센서부; 및 상기 가스센서부에서 검출되는 베이스라인 신호의 기울기에 따라 상기 히터에 인가되는 전압을 조절하여 상기 베이스라인 신호를 교정하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 조절되는 전압에 따라 상기 히터에 인가되는 전력과 상기 히터의 저항을 산출하고, 상기 전력과 상기 저항이 정상 동작 범위 영역에 위치하는지 판단하는 것을 특징으로 한다.A gas sensor equipped with a baseline calibration function according to the present invention includes a gas sensor unit including a sensing material configured to react with a gas to be detected and a heater configured to control the temperature of the sensing material; And a control unit configured to correct the baseline signal by adjusting the voltage applied to the heater according to the slope of the baseline signal detected by the gas sensor unit, wherein the control unit adjusts the voltage applied to the heater according to the adjusted voltage. It is characterized by calculating the power and the resistance of the heater, and determining whether the power and the resistance are within a normal operating range.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우, 상기 히터에 인가되는 전압을 변경해 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 상기 임계값 미만이 되는 전압값을 검출하여 상기 베이스라인 신호를 교정하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than or equal to the threshold, the control unit changes the voltage applied to the heater to detect a voltage value at which the magnitude of the slope of the baseline signal is less than the threshold. It is characterized by correcting the baseline signal.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우, 상기 히터에 인가되는 전압을 제1 설정치만큼 변동시키되, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 부호가 변경된 이후에는 상기 히터에 인가되는 전압을 제2 설정치만큼 변동시키면서 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 상기 임계값 미만이 되는 전압값을 검출하고, 상기 제2 설정치는 상기 제1 설정치보다 더 작은 값인 것을 특징으로 한다.In the present invention, when the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than or equal to a threshold, the control unit changes the voltage applied to the heater by a first set value, but after the sign of the slope of the baseline signal changes, the heater A voltage value at which the magnitude of the slope of the baseline signal is less than the threshold value is detected while changing the applied voltage by a second set value, and the second set value is smaller than the first set value.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우, 상기 히터에 인가되는 전압을 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기에 제1 가중치를 곱한 값만큼 변동시키되, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 부호가 변경된 이후에는 상기 히터에 인가되는 전압을 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기에 제2 가중치를 곱한 값만큼 변동시키면서 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 상기 임계값 미만이 되는 전압값을 검출하고, 상기 제2 가중치는 상기 제1 가중치보다 더 작은 값인 것을 특징으로 한다.In the present invention, when the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than or equal to a threshold, the controller changes the voltage applied to the heater by a value obtained by multiplying the magnitude of the slope of the baseline signal by a first weight. After the sign of the slope of the signal is changed, the voltage applied to the heater is changed by the amount of the slope of the baseline signal multiplied by the second weight, and the voltage at which the slope of the baseline signal becomes less than the threshold value A value is detected, and the second weight is characterized as a smaller value than the first weight.
본 발명에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서는 가스 센서의 주변 온도를 검출하도록 구성된 온도센서를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 온도센서에서 검출되는 가스 센서의 주변 온도가 이전에 베이스라인 신호의 교정을 수행했을 때 대비 온도 임계값 이상 차이가 존재하는 경우, 상기 히터에 인가되는 전력을 변경하는 것을 특징으로 한다.The gas sensor equipped with a baseline calibration function according to the present invention further includes a temperature sensor configured to detect the ambient temperature of the gas sensor, wherein the control unit determines that the ambient temperature of the gas sensor detected by the temperature sensor is previously set to the baseline. If there is a difference greater than the temperature threshold when the signal is calibrated, the power applied to the heater is changed.
본 발명에 따른 가스 센서의 제어방법은 온도센서를 통해 검출된 가스 센서의 주변 온도가 이전에 베이스라인 신호의 교정을 수행했을 때 대비 온도 임계값 이상 차이가 존재하는 경우, 제어부가 히터에 인가되는 전력을 변경하는 단계; 상기 제어부가 가스 센서의 베이스라인 신호를 모니터링하여 기울기를 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 산출된 베이스라인 신호의 기울기에 따라 상기 히터에 인가되는 전압을 조절하여 상기 베이스라인 신호를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for controlling a gas sensor according to the present invention is that when the ambient temperature of the gas sensor detected through the temperature sensor has a difference greater than the temperature threshold compared to when calibration of the baseline signal was previously performed, the control unit applies to the heater. changing power; Calculating a slope by the control unit monitoring a baseline signal from a gas sensor; and a step of the control unit correcting the baseline signal by adjusting the voltage applied to the heater according to the slope of the calculated baseline signal.
본 발명에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서 및 그 제어방법은 베이스라인 신호를 모니터링하여 이에 따라 히터에 인가되는 전압값을 변경함으로써 베이스라인 신호가 안정화될 수 있도록 하는 효과가 있다.The gas sensor equipped with a baseline correction function and its control method according to the present invention have the effect of stabilizing the baseline signal by monitoring the baseline signal and changing the voltage value applied to the heater accordingly.
또한 본 발명에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서 및 그 제어방법은 가스 센서의 주변 온도를 모니터링하여 이에 따라 히터에 인가되는 전력을 변경함으로써 베이스라인 신호가 안정화될 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the gas sensor equipped with a baseline correction function and its control method according to the present invention have the effect of stabilizing the baseline signal by monitoring the surrounding temperature of the gas sensor and changing the power applied to the heater accordingly.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 자가 교정 기능이 구비된 가스 센서의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 자가 교정 기능이 구비된 가스 센서의 가스센서부의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 자가 교정 기능이 구비된 가스 센서에서의 베이스라인 신호의 교정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 자가 교정 기능이 구비된 가스 센서에서의 히터의 전력을 제어하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a gas sensor equipped with a baseline self-calibration function according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary diagram showing the configuration of a gas sensor unit of a gas sensor equipped with a baseline self-calibration function according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary diagram illustrating calibration of a baseline signal in a gas sensor equipped with a baseline self-calibration function according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an example diagram for explaining controlling the power of a heater in a gas sensor equipped with a baseline self-calibration function according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 베이스라인 자가 교정 기능이 구비된 가스 센서의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of a gas sensor equipped with a baseline self-calibration function according to the present invention will be described with reference to the attached drawings. In this process, the thickness of lines or sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서의 구성을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서의 가스센서부의 구성을 나타낸 예시도이다.Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a gas sensor equipped with a baseline calibration function according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a gas sensor equipped with a baseline calibration function according to an embodiment of the present invention. This is an example diagram showing the configuration of the gas sensor unit.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서는 제어부(100), 가스센서부(200) 및 온도센서(300)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a gas sensor equipped with a baseline correction function according to an embodiment of the present invention includes a control unit 100, a gas sensor unit 200, and a temperature sensor 300.
또한 도 2에 도시된 것과 같이, 가스센서부(200)는 전원부(210), 히터(220), 감지 물질(230) 및 측정부(240)를 포함한다.Also, as shown in FIG. 2, the gas sensor unit 200 includes a power source unit 210, a heater 220, a sensing material 230, and a measuring unit 240.
전원부(210)는 히터(220)에 전력을 공급할 수 있으며, 공급되는 전력(W)과 전압의 제어가 가능할 수 있다.The power supply unit 210 may supply power to the heater 220, and may control the supplied power (W) and voltage.
히터(220)는 전기 저항으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 감지 물질(230)은 검출하고자 하는 가스와 반응이 이루어지며, 측정부(240)는 이러한 감지 물질(230)의 변화되는 전기적 특성(예: 전압, 저항, 전류 등)을 검출할 수 있다.The heater 220 may be implemented as an electric resistance, but is not limited thereto. The sensing material 230 reacts with the gas to be detected, and the measuring unit 240 can detect changing electrical characteristics (eg, voltage, resistance, current, etc.) of the sensing material 230.
이와 같은 가스센서부(200)의 구성은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the configuration of the gas sensor unit 200 is self-evident to those skilled in the art, further detailed description will be omitted.
제어부(100)는 본 발명에 따른 교정 기능을 수행할 수 있으며, 적어도 가스센서부(200)의 전원부(210)를 제어하여 교정 기능을 수행할 수 있다.The control unit 100 can perform the calibration function according to the present invention, and can perform the calibration function by controlling at least the power supply unit 210 of the gas sensor unit 200.
이러한 제어부(100)는 프로그램 가능한 하드웨어, 후술할 교정 기능을 수행할 수 알고리즘이 구현된 하드웨어, 명령어들을 처리할 수 있는 프로세서 등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 각각의 방식으로 이를 구현하는 것은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.This control unit 100 may be implemented in various forms, such as programmable hardware, hardware implemented with an algorithm capable of performing a correction function to be described later, and a processor capable of processing instructions. Implementing this in each method is performed according to the present technology. Since this is self-evident to those skilled in the art, further detailed explanation will be omitted.
온도센서(300)는 가스 센서의 주변 온도를 검출할 수 있다.The temperature sensor 300 can detect the ambient temperature of the gas sensor.
제어부(100)는 가스센서부(200)의 측정부(240)의 측정값(예: 전압, 저항, 전류 등)을 입력받아 교정 기능을 수행할 수 있다.The control unit 100 may receive measured values (e.g., voltage, resistance, current, etc.) of the measurement unit 240 of the gas sensor unit 200 and perform a calibration function.
일반적으로 제품화된 가스 센서의 경우 제품의 판매시에 가스 센서의 기본적인 교정을 수행하여 적합한 동작 조건을 설정하기 때문에 측정부(240)의 베이스라인 신호가 안정화 되어 있다. 그런데 이러한 기본적인 교정과 무관하게 실제 제품이 사용되는 주변 환경에 따라 베이스라인 신호에 변동이 발생할 수 있다.In general, in the case of commercialized gas sensors, the baseline signal of the measuring unit 240 is stabilized because basic calibration of the gas sensor is performed at the time of product sale to set appropriate operating conditions. However, regardless of this basic correction, fluctuations in the baseline signal may occur depending on the surrounding environment in which the actual product is used.
예를 들어, 감지 물질(230)은 검출하고자 하는 가스가 아닌 가스와 일부 반응하여 그 전기적 특성이 변할 수 있으므로, 가스 센서가 사용되는 주변 공기의 조성비(조성물)에 따라 베이스라인 신호에 변동이 발생할 수 있고, 또한 가스 센서의 주변 온도의 변화에 의해서도 베이스라인 신호에 변동이 발생할 수 있다.For example, the sensing material 230 may change its electrical properties by partially reacting with a gas other than the gas to be detected, so changes may occur in the baseline signal depending on the composition of the surrounding air in which the gas sensor is used. Additionally, changes in the ambient temperature of the gas sensor may also cause fluctuations in the baseline signal.
또한 제품의 전원을 오프한 이후 다시 구동하는 초기 구동시에도 이전의 환경과 차이가 발생하여 베이스라인 신호에 변동이 발생할 수 있다.Additionally, even during initial operation after turning off the power of the product, differences from the previous environment may occur, causing fluctuations in the baseline signal.
이러한 베이스라인 신호는 또한 히터(220)의 온도에 영향을 받으므로, 히터(220)의 온도를 조절하여 베이스라인 신호를 안정화시킬 수 있다. 그런데 멤스(Micro Electro Mechanical Systems) 기술 등 미세화 기술이 발전하여 가스 센서가 미세화 되고 있는 상황에서, 발열체인 히터(220) 역시 매우 미세한 크기를 가지므로 그 온도를 정확하게 측정하는 것이 어렵다.Since this baseline signal is also affected by the temperature of the heater 220, the baseline signal can be stabilized by adjusting the temperature of the heater 220. However, in a situation where gas sensors are becoming miniaturized due to advancements in miniaturization technology such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, the heater 220, which is a heating element, also has a very fine size, making it difficult to accurately measure its temperature.
이에 따라, 제어부(100)는 일정 시간 동안 베이스라인 신호의 기울기를 모니터링하고 이러한 기울기에 따라 히터(220)에 전원을 인가하는 전원부(210)를 제어하여 교정 기능을 수행할 수 있다.Accordingly, the control unit 100 may perform a calibration function by monitoring the slope of the baseline signal for a certain period of time and controlling the power supply unit 210 to apply power to the heater 220 according to the slope.
이때 제어부(100)는 베이스라인 신호의 기울기의 절대값이 임계값(예: 0.2) 이상인 경우 안정화되지 않은 것으로 판단하여 교정 기능을 수행할 수 있다.At this time, if the absolute value of the slope of the baseline signal is greater than or equal to a threshold value (eg, 0.2), the control unit 100 may determine that the slope is not stabilized and perform a correction function.
이러한 교정 기능은 전원부(210)를 통해 히터(220)에 인가되는 전압을 변경하여 베이스라인 신호의 기울기의 절대값이 임계값 미만이 되는 전압값을 찾는 방식으로 수행될 수 있다.This correction function can be performed by changing the voltage applied to the heater 220 through the power supply unit 210 to find a voltage value at which the absolute value of the slope of the baseline signal is less than the threshold value.
예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이, 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우에 전압값을 제1 설정치(예: 0.1V)만큼 변동시키되, 기울기의 부호가 양수에서 음수 또는 음수에서 양수로 변경된 이후에는 전압값을 제2 설정치(예: 0.03V)만큼 변동시키면서 베이스라인 신호의 기울기의 절대값이 임계값 미만이 되는 전압값을 찾을 수 있다. 이때 제1 설정치보다 제2 설정치는 더 작은 값에 해당된다.For example, as shown in FIG. 3, when the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than the threshold, the voltage value is changed by the first set value (e.g., 0.1V), but the sign of the slope changes from positive to negative or negative. After the voltage value is changed to a positive number, the voltage value at which the absolute value of the slope of the baseline signal is less than the threshold can be found by varying the voltage value by the second set value (e.g., 0.03V). At this time, the second set value corresponds to a smaller value than the first set value.
이때 먼저 전압값을 증가 또는 감소 시키는 방향으로 일단 변경한 뒤, 베이스라인 신호의 기울기의 절대값이 증가되는지 또는 감소되는지에 따라 전압값을 증가시킬지 또는 감소시킬지 결정할 수 있다.At this time, the voltage value can first be changed in the direction of increasing or decreasing, and then it can be determined whether to increase or decrease the voltage value depending on whether the absolute value of the slope of the baseline signal increases or decreases.
예를 들어, 전압값을 증가시키는 방향으로 변동시켰는데 베이스라인 신호의 기울기의 절대값이 증가되는 경우, 이후에는 전압값을 감소시키는 방향으로 변동시키게 된다.For example, if the voltage value is changed in the direction of increasing, but the absolute value of the slope of the baseline signal increases, the voltage value is then changed in the direction of decreasing.
이에 더해 베이스라인 신호의 기울기의 크기에 따라 변동시키는 전압값을 조정할 수도 있다. 예를 들어, 베이스라인 신호의 기울기가 임계값 이상인 경우에 전압값을 베이스라인 신호의 기울기의 크기에 제1 가중치(예: 0.1V)를 곱한 값만큼 변동시키되, 기울기의 부호가 변경된 이후에는 전압값을 베이스라인 신호의 기울기의 크기에 제2 가중치(예: 0.03V)를 곱한 값만큼 변동시키면서 베이스라인 신호의 기울기의 절대값이 임계값 미만이 되는 전압값을 찾을 수 있다. 이때 제1 가중치보다 제2 가중치는 더 작은 값에 해당된다.In addition, the varying voltage value can be adjusted according to the magnitude of the slope of the baseline signal. For example, when the slope of the baseline signal is greater than the threshold, the voltage value is changed by the amount of the slope of the baseline signal multiplied by the first weight (e.g., 0.1V), but after the sign of the slope is changed, the voltage value is changed. By changing the value by the amount of the slope of the baseline signal multiplied by the second weight (e.g., 0.03V), the voltage value at which the absolute value of the slope of the baseline signal is less than the threshold can be found. At this time, the second weight corresponds to a smaller value than the first weight.
한편 이러한 전압값을 제어하는 과정에서 제어부(100)는 히터(220) 정상 동작 영역 내에서만 전압값이 제어되도록 할 수 있으며, 이를 위해 히터(220)의 저항값을 파악하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, in the process of controlling this voltage value, the control unit 100 can control the voltage value only within the normal operating range of the heater 220, and for this purpose, it can be configured to determine the resistance value of the heater 220.
예를 들어, 히터(220)에 전원을 공급하는 전원부(210)는 공급되는 전력과 전압의 제어가 가능할 수 있으므로, 제어부(100)는 이를 바탕으로 히터(220)의 저항값을 파악하도록 구성될 수 있다.For example, the power unit 210 that supplies power to the heater 220 may be capable of controlling the supplied power and voltage, so the control unit 100 may be configured to determine the resistance value of the heater 220 based on this. You can.
도 4에 도시된 것과 같이, 히터(220)의 저항의 가변 범위와 히터(220)의 전력의 가변 범위를 고려하여 정상적인 동작이 보장될 수 있는 정상 동작 영역이 제어부(100)에 미리 설정되어 있을 수 있다.As shown in FIG. 4, a normal operation area in which normal operation can be guaranteed may be preset in the control unit 100 in consideration of the variable range of resistance of the heater 220 and the variable range of power of the heater 220. You can.
즉, 베이스라인 신호의 기울기만을 보고 의에 가까운 값이 되도록 제어하면 히터(220)에 인가되는 전압이나 전력을 과도하게 증가 또는 감소시킬 수 있으므로 히터가 물리적으로 파손되거나 정상 동작온도만큼 충분히 가열되지 않아서 센서의 감지물질의 동작을 유도할 수 없을 수 있으므로, 제어부(100)는 변동되는 전압값에 따른 히터(220)에 인가되는 전력과 저항값을 결정하고, 전력과 저항값이 정상 동작 영역 내에 위치하는지 판단할 수 있다.In other words, if you control it to a value close to righteousness by looking only at the slope of the baseline signal, the voltage or power applied to the heater 220 may be excessively increased or decreased, so the heater may be physically damaged or not heated sufficiently to the normal operating temperature. Since it may not be possible to induce the operation of the sensing material of the sensor, the control unit 100 determines the power and resistance values applied to the heater 220 according to the fluctuating voltage value, and determines the power and resistance values within the normal operating range. You can decide whether to do it or not.
전력과 저항값이 정상 동작 영역 내에 위치한다면 그에 따른 전압값 변동 동작이 수행되고, 전력과 저항값이 정상 동작 영역 내에 위치하지 않는다면 교정 기능이 종료될 수 있다.If the power and resistance values are within the normal operating range, a corresponding voltage value change operation is performed, and if the power and resistance values are not within the normal operating range, the calibration function may be terminated.
한편 전원부(210)에서 출력되는 전력(W)이 고정되어 있는 경우에는, 주변 온도 변화에 따른 가스 센서의 베이스라인 신호의 드리프트(drift)를 제어하는 것이 어려울 수 있다.Meanwhile, when the power (W) output from the power supply unit 210 is fixed, it may be difficult to control the drift of the baseline signal of the gas sensor due to changes in ambient temperature.
이에 따라 제어부(100)는 온도센서(300)에서 검출되는 가스 센서의 주변 온도를 모니터링 하여, 이전에 교정을 수행했을 때 대비 온도 임계값(예: 5
본 실시예에서는, 기울기 임계값, 설정치, 가중치, 온도 임계값, 기준값 등의 예시적인 값을 제시하였으나, 이러한 값에 한정되는 것은 아니며, 이러한 값들은 가스 센서의 사양 등에 따라 미리 설계되어 제어부(100)에 내장될 수 있다.In this embodiment, exemplary values such as slope threshold, set value, weight, temperature threshold, and reference value are presented, but are not limited to these values, and these values are designed in advance according to the specifications of the gas sensor, etc., and the control unit (100) ) can be built into.
한편 주변 환경에 따라 베이스라인 신호가 변동되는 것 대비, 검출하고자 하는 가스가 존재하여 측정부(240)의 측정값이 변동되는 것에는 큰 스케일 차이가 있으므로, 제어부(100)는 측정부(240)의 측정값이 베이스라인 신호인지 여부를 판단할 수 있다.Meanwhile, there is a large scale difference in the change in the measured value of the measuring unit 240 due to the presence of the gas to be detected compared to the baseline signal changing depending on the surrounding environment, so the control unit 100 It can be determined whether the measured value of is a baseline signal.
전술한 가스 센서의 교정 기능은 가스 센서에 전원이 인가되어 동작이 시작될 때 수행될 수 있다.The calibration function of the gas sensor described above may be performed when power is applied to the gas sensor and operation begins.
본 발명의 일 실시예에 따른 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서의 제어방법은 다음과 같은 단계를 통해 수행될 수 있다.The control method of a gas sensor equipped with a baseline calibration function according to an embodiment of the present invention can be performed through the following steps.
먼저, 제어부(100)는 온도센서(300)를 통해 가스 센서의 주변 온도를 검출하고, 검출된 주변 온도가 이전에 교정을 수행했을 때 대비 온도 임계값 이상 차이가 존재하는 경우 전원부(210)에서 출력되는 전력을 미리 설정된 기준값만큼 변경시킨다.First, the control unit 100 detects the ambient temperature of the gas sensor through the temperature sensor 300, and if the detected ambient temperature is different than the temperature threshold when calibration was previously performed, the power unit 210 Changes the output power by a preset standard value.
이어서 제어부(100)는 가스센서부(200)의 베이스라인 신호를 모니터링하여 기울기를 산출하고, 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우에 전압값을 제1 설정치 만큼 변동시킨다. 계속해서, 제어부(100)는 베이스라인 신호의 기울기의 부호가 양수에서 음수 또는 음수에서 양수로 변경된 이후에는 전압값을 제2 설정치만큼 변동시키면서 베이스라인 신호의 기울기의 절대값이 임계값 미만이 되는 전압값을 찾고, 히터(220)에 해당 전압값이 계속 인가되도록 하여 베이스라인 신호를 안정화 시킨다.Next, the control unit 100 monitors the baseline signal of the gas sensor unit 200 to calculate the slope, and when the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than the threshold, the voltage value is changed by the first set value. Subsequently, after the sign of the slope of the baseline signal changes from a positive number to a negative number or from a negative number to a positive number, the control unit 100 changes the voltage value by the second set value while the absolute value of the slope of the baseline signal becomes less than the threshold value. Find the voltage value and ensure that the corresponding voltage value is continuously applied to the heater 220 to stabilize the baseline signal.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will recognize that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. You will understand. Therefore, the scope of technical protection of the present invention should be determined by the scope of the patent claims below.
100: 제어부
200: 가스센서부
210: 전원부
220: 히터
230: 감지 물질
240: 측정부
300: 온도센서100: control unit
200: Gas sensor unit
210: power unit
220: heater
230: Sensing material
240: measuring unit
300: Temperature sensor
Claims (5)
상기 가스센서부에서 검출되는 베이스라인 신호의 기울기에 따라 상기 히터에 인가되는 전압을 조절하여 상기 베이스라인 신호를 교정하도록 구성된 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 조절되는 전압에 따라 상기 히터에 인가되는 전력과 상기 히터의 저항을 산출하고, 상기 전력과 상기 저항이 정상 동작 범위 영역에 위치하는지 판단하고,
상기 제어부는, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우, 상기 히터에 인가되는 전압을 변경해 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 상기 임계값 미만이 되는 전압값을 검출하여 상기 베이스라인 신호를 교정하는 것을 특징으로 하는 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서.
A gas sensor unit including a sensing material configured to react with a gas to be detected and a heater configured to control the temperature of the sensing material; and
A control unit configured to correct the baseline signal by adjusting the voltage applied to the heater according to the slope of the baseline signal detected by the gas sensor unit,
The control unit calculates the power applied to the heater and the resistance of the heater according to the adjusted voltage, and determines whether the power and the resistance are within a normal operating range,
When the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than or equal to the threshold, the controller changes the voltage applied to the heater to detect a voltage value at which the magnitude of the slope of the baseline signal is less than the threshold, thereby generating the baseline signal. A gas sensor equipped with a baseline calibration function, characterized in that to calibrate.
상기 제어부는, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우, 상기 히터에 인가되는 전압을 제1 설정치만큼 변동시키되, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 부호가 변경된 이후에는 상기 히터에 인가되는 전압을 제2 설정치만큼 변동시키면서 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 상기 임계값 미만이 되는 전압값을 검출하고,
상기 제2 설정치는 상기 제1 설정치보다 더 작은 값인 것을 특징으로 하는 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서.
According to paragraph 1,
When the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than or equal to a threshold, the control unit changes the voltage applied to the heater by a first set value, and after the sign of the slope of the baseline signal changes, the voltage applied to the heater is changed. Detecting a voltage value at which the magnitude of the slope of the baseline signal is less than the threshold value while varying by a second set value,
A gas sensor with a baseline calibration function, characterized in that the second set value is a smaller value than the first set value.
상기 제어부는, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 임계값 이상인 경우, 상기 히터에 인가되는 전압을 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기에 제1 가중치를 곱한 값만큼 변동시키되, 상기 베이스라인 신호의 기울기의 부호가 변경된 이후에는 상기 히터에 인가되는 전압을 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기에 제2 가중치를 곱한 값만큼 변동시키면서 상기 베이스라인 신호의 기울기의 크기가 상기 임계값 미만이 되는 전압값을 검출하고,
상기 제2 가중치는 상기 제1 가중치보다 더 작은 값인 것을 특징으로 하는 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서.
According to paragraph 1,
When the magnitude of the slope of the baseline signal is greater than or equal to a threshold, the controller changes the voltage applied to the heater by a value obtained by multiplying the magnitude of the slope of the baseline signal by a first weight. After the sign of is changed, the voltage applied to the heater is varied by a value obtained by multiplying the magnitude of the slope of the baseline signal by a second weight, while detecting a voltage value at which the magnitude of the slope of the baseline signal is less than the threshold value. do,
A gas sensor with a baseline calibration function, wherein the second weight is a smaller value than the first weight.
가스 센서의 주변 온도를 검출하도록 구성된 온도센서를 더 포함하되,
상기 제어부는, 상기 온도센서에서 검출되는 가스 센서의 주변 온도가 이전에 베이스라인 신호의 교정을 수행했을 때 대비 온도 임계값 이상 차이가 존재하는 경우, 상기 히터에 인가되는 전력을 변경하는 것을 특징으로 하는 베이스라인 교정 기능이 구비된 가스 센서.According to paragraph 1,
Further comprising a temperature sensor configured to detect the ambient temperature of the gas sensor,
The control unit is characterized in that it changes the power applied to the heater when the ambient temperature of the gas sensor detected by the temperature sensor differs by more than a temperature threshold compared to when calibration of the baseline signal was previously performed. Gas sensor with baseline calibration function.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210168603A KR102684267B1 (en) | 2021-11-30 | Gas sensor with baseline self calibration function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210168603A KR102684267B1 (en) | 2021-11-30 | Gas sensor with baseline self calibration function |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20230080976A KR20230080976A (en) | 2023-06-07 |
| KR102684267B1 true KR102684267B1 (en) | 2024-07-11 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018200283A (en) | 2017-05-29 | 2018-12-20 | 富士電機株式会社 | Gas sensor, gas alarm, control device, control method, and heater driving method |
| JP2020034309A (en) | 2018-08-27 | 2020-03-05 | 株式会社日立製作所 | Expired gas detector and expired gas detection method |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018200283A (en) | 2017-05-29 | 2018-12-20 | 富士電機株式会社 | Gas sensor, gas alarm, control device, control method, and heater driving method |
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