KR200238927Y1 - 다채널 광투과식 매연측정기 - Google Patents

Abstract

기존의 광투과식 매연측정기(LIGHT-EXTINCTION-TYPE SMOKEMETER 또는 OPACITY METER)는 측정채널을 1개만 제공하기 때문에, 사용자가 동시에 2개소 이상에서 매연농도를 측정하고자 할 때는 2대 이상의 매연측정기를 사용하여야 했다. 뿐만 아니라 개별적인 2대 이상의 매연측정기의 측정값은 동기화되지 않기 때문에 사용자는 각 매연측정기의 측정값을 개별적으로 저장하였다가 비교해야 하는 번거로운 단점이 있다.

본 고안은 상기한 단점을 보완한, 2개 이상의 측정채널을 제공하는, 다채널 광투과식 매연측정기(MULTI-CHANNEL LIGHT-EXTINCTION-TYPE SMOKEMETER 또는 OPACITYMETER)에 관한 것이다. 본 고안의 광투과식 매연측정기는 매연을 함유하고 있는 가스에 광을 투과시켜 가스의 불투명도(OPACITY)를 실시간 연속적으로 측정하는 장치로서, 광송신부와 수신부로 구성된 광학부(OPTICAL UNIT), 열전대 온도계 (THERMOCOUPLE), 회전속도측정용 인코드(ENCODE), 회전속도측정용 광센서(PHOTO-DIODE TACHOMETER SENSOR), 마이크로 컨트롤러 (MICRO-CONTROLLER), 개인용 컴퓨터, 프린트 등으로 구성되는 장치이다. 기존의 장치들은 마이크로 컨트롤러에 1채널의 광학부만 연결할 수 있도록 개발되어 제작되었기 때문에 사용자들이 동시에 2개소 이상의 매연농도를 측정할 수 없었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여, 매연농도를 측정할 수 있는 광학부 4개를 마이크로 컨트롤러에 연결하여 동시에 측정이 가능하도록 고안하였다.

본 고안의 다채널 광투과식 매연측정기는,

1개의 광원(66), 2개의 광센서(64, 67), 및 이들의 전자집적기판(65)으로 구성되는 광학부(63)를 4개로 확장시킨 4채널 광학부와,

8개소의 온도를 동시에 측정하기 위한 8개의 열전대 온도센서(68)와,

회전체 4개의 회전속도를 동시에 측정하기 위한 4개의 인코드(ENCODE ; 81)와,

회전체 4개의 회전속도를 동시에 측정하기 위한 4개의 광센서(PHOTODIODE TACHOMETER SENSOR; 82)와,

8개소 온도 측정을 위한 8채널 열전대 인터페이스 회로(70), 4개의 광학부에 설치된 8개의 광센서의 신호를 받아들이기 위한 8채널 12비트 아날로그-디지털 변환회로(71), 4개의 광원을 구동하기 위한 4채널 광원 구동 회로(72), 회전속도 측정용 4채널 인코드 및 4채널 광센서 인터페이스 회로(73), 마이크로 프로세서가 연산 및 제어를 수행시 사용하는 임시기억소자인 128킬로바이트의 STATIC 램(74), 고속의 연산과 제어를 수행하는 32비트 마이크로 프로세서(75), 마이크로 컨트롤러의 제어 및 측정을 위한 프로그램과 측정된 매연농도 값을 저장하는 128킬로바이트의 플래시 롬(76), 외부에서 수동으로 마이크로 컨트롤러에 변수들을 설정하고 입력하기 위한 키보드 입력단자(77), 개인용 컴퓨터 및 프린트와 통신하기 위한 RS232 포트(78), 마이크로 컨트롤러의 작동상황 및 측정값 등의 메시지를 사용자에게 보여주는 그래픽 LCD(79), 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치 (80) 등으로 구성된 마이크로 컨트롤러와(69),

윈도용 사용자 제어 프로그램이 설치되어 원격 제어(REMOTE CONTROL)를 위하여 사용되는 개인용 컴퓨터와(83),

측정결과를 인쇄할 수 있는 프린트(84)로 구성된다.

Description

다채널 광투과식 매연측정기 {MULTI-CHANNEL, LIGHT-EXTINCTION-TYPE SMOKEMETER (OPACITY METER)}

본 고안은 기존의 광투과식 매연측정기(LIGHT-EXTINCTION-TYPE SMOKEMETER 또는 OPACITYMETER)가 측정채널을 1개만 제공하는 단점을 보완하여, 2개 이상의 측정채널을 제공하는, 다채널 광투과식 매연측정기(MULTI-CHANNEL LIGHT-EXTINCTION-TYPE SMOKEMETER 또는 OPACITYMETER)에 관한 것이다.

1990년대 중반경부터 북미와 유럽은 여과식 매연측정기의 신뢰성 부재, 큰 측정오차 발생 등을 개선하기 위하여 광투과식 매연측정기를 개발하여 표준 측정장비로서 선정하고 각종 매연규제에 적용하고 있다. 광투과식 매연측정기는 디젤엔진을 장착하고 있는 모든 차량에서 배출되는 매연의 농도를 측정하여 규제하기 위한 기본장비로 사용되고 있으며 경유와 석유를 사용하는 보일러, 파워플랜트의 굴뚝에서 배출되는 가스의 매연농도를 측정하는 데도 이용하고 있다.

도 1에는 광투과식 매연측정기의 기본 측정원리를 설명하기 위한 광학부 구조가 도시되어 있다. 매연 발생원(1)으로부터 배출되는 매연을 함유한 가스(15)는 파이프나 굴뚝(2)을 통해 대기로 방출된다. 광투과식 매연측정기의 광송신부(5)에는 광원(7)과 광센서(6)가 설치되어 있으며 광원으로부터 조사되는 광선(10)은 집광렌즈(8)을 통한 후 매연을 통과한다. 이 때 외부광 차단판(9, 12)은, 외부광선이 광송신부와 광수신부에 설치된 광센서에 최소한의 영향을 미치도록 하는 기능을 제공한다. 광선의 매연 통과시, 흡수되지 않고 통과한 광선은 광수신부(11)의 집광렌즈(13)을 통하여 광센서(14)에 도달한다. 매연에 흡수되는 광량은 매연농도에 비례한다. 따라서 광송신부의 광원으로부터 조사된 광량을 광송신부 광센서(6)와 광수신부 광센서(14)에서 측정하여 비교하면 매연에 흡수된 광량을 측정할 수 있으며 이로부터 상관성을 구하여 매연농도로 환산하여 표시하다.

참고로, 미국 연방법규 'CODE OF FEDERAL REGULATIONS(CFR), TITLE 40, PART 86, SUBPART I - EMISSION REGULATION FOR NEW DIESEL HEAVY-DUTY ENGINES : SMOKE EXHAUST TEST PROCEDURE'와 ISO 법규 'ISO CD 11614-APPARATUS FOR THE MEASUREMENT OF THE OPACITY OF THE LIGHT ABSORPTION COEFFICIENT OF EXHAUST GAS FROM INTERNAL COMBUSTION ENGINES'는 광원으로서, 2800~3250 K의 온도범위에서 방사되는 빛을 방사하는 백열등, 또는 550~570 나노미터 파장의 빛을 방사하는 초록색 발광다이오드(GREEN LED)를 사용하도록 규정하고 있다. 상기의 미국 연방법규와 ISO 규정은, 550~570 나노미터의 파장에서 반응도(SPECTRAL RESPONSE)가 최대이며, 430 나노미터 이하 또는 680 나노미터 이상의 파장에 대해서는 반응도가 4% 미만인 포토셀(PHOTOCELL) 또는 포토다이오드(PHOTODIODE)를 광센서로 사용하도록 규정하고 있다. 본 고안에서는 상기의 규정을 만족하는 초록색 발광다이오드와 포토다이오드를 광원과 광센서로 채용하였다.

도 2에는 종래의 1채널 광투과식 매연측정기의 전체 시스템 구성이 도시되어 있다. 광송신부와 광수신부로 구성된 광학부(16)가 1개(1채널) 제공되며, 광학부의 광원을 제어하고 광센서로부터의 신호를 받아들여 매연농도를 측정하는 마이크로 컨트롤러(17), 마이크로 컨트롤러의 RS232 단자(23)와 연결되어 데이터 처리를 하는 개인용 컴퓨터(26), 결과를 종이에 출력하는 프린트(25) 등으로 구성된다. 마이크로 컨트롤러에는 광학부를 연결하기 위한 단자(20)와, 열전대(THERMOCOUPLE)로부터의 온도측정 신호를 받아들이는 단자(18)와, 엔진회전수를 측정하는 광센서로부터의 신호를 받아들이는 단자(19)가 각각 1채널씩 제공된다. 또한 마이크로 컨트롤러의 처리과정과 측정된 매연농도를 사용자에게 표시하는 그래픽 LCD(22), 사용자의 명령을 입력시키기 위한 키보드 단자(21) 등도 제공된다.

도 3에는 종래의 1채널 광투과식 매연측정기의 전자회로 구성을 도시하고 있다. 종래의 1채널 광투과식 매연측정기에서 광학부(27)는, 광원(30), 광송신부 광센서(31), 광수신부 광센서(28), 광원과 광센서를 고정시키기 위한 전자기판(29) 등으로 구성된다. 온도를 측정하기 위한 열전대(32)와, 엔진회전수 측정용 광센서 (45)로부터의 신호가 마이크로 컨트롤러(33)의 단자에 입력된다. 마이크로 컨트롤러는, 1채널의 열전대 인터페이스 회로(34), 2채널의 아날로그-디지털 변환회로 (35), 1채널의 광원구동회로(36), 1채널의 회전속도 측정용 광센서 인터페이스 회로(37), 임시기억장소(STATIC RAM ; 38), 주연산장치(CPU)인 마이크로 프로세스(39), 프로그램과 측정값의 기억장소인 플래시 롬(40), 외부에서 사용자가 마이크로 컨트롤러에 명령을 입력시키기 위한 키보드(41), 개인용 컴퓨터와 통신하기 위한 RS232 통신 단자(42), 사용자에게 마이크로 컨트롤러의 작동상황과 측정값을 보여주기 위한 그래픽 LCD(43), 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하는 전원공급장치 (44) 등으로 구성된다. 개인용컴퓨터(46)는 RS232 통신을 통하여 마이크로 컨트롤러의 작동상황을 큰 화면에 보여주거나 더 복잡한 데이터 프로세싱을 하는 데 사용된다. 프린트(47)는 마이크로 컨트롤러와 개인용 컴퓨터로부터 명령을 받아 결과를 출력시킨다.

그러나 현재 미국과 유럽에서 형식승인을 획득하여 판매중인 종래의 광투과식 매연측정기(총 6개사의 모델 : ROBERT H WAGER 사의WAGER MODEL 7500, CALTEST 사의CALTEST1000-WIN-TR, RED MOUNTAIN ENGINEERING 사의SMOKE CHECK 1667, ROBERT BOSCH CORPORATION 사의BOSCH RTT 100, ENVIRONMENTAL SYSTEMS PRODUCTS 사의ESP DIESEL-SENSE 1667, SPX CORPORATION 사의SPX DIESELTUNE SMOKEMETERDX-240)들은 공히 1개소만의 매연농도를 측정할 수 있는 1채널 광투과식 매연측정기들이다. 기존의 측정장비들은 마이크로 컨트롤러에 광학부를 하나만 연결할 수 있도록 개발되어 제작되었기 때문에 매연농도를 측정하는 채널이 하나만 제공되었다. 사용자들은 동시에 2개소 이상의 매연농도를 측정하기를 원하는 경우가 종종 발생한다.

도 4는 종래의 1채널 광투과식 매연측정기 4대를 사용하여 디젤엔진(48)에서 배출되는 매연농도를 측정하고자 설치한 실험장치 개략도이다. 도 4에서 디젤엔진(48)으로부터 배출된 매연을 함유한 가스는 배기다기관(49), 디젤산화촉매장치 (50), 디젤 매연여과장치(51), 소음기(52)를 통과하여 대기(53)로 방출된다. 각 중간단계에서의 매연농도를 측정하기 위하여 광투과식 매연측정기의 광학부를 4대 (54~57) 설치하고, 동시에 마이크로 컨트롤러 4대(58~61)를 설치하였다. 그러나 각각 독립적이고 개별적인 마이크로 컨트롤러는 하나의 개인용 컴퓨터(62)에 접속되지 않으며, 사용자는 동기화된 4개소의 매연농도를 측정하는 것이 불가능하다. 따라서 각각의 마이크로 컨트롤러에 개인용 컴퓨터 4대를 따로 설치하여 개별적으로 측정값을 기록하고 실험 종료 후 수작업으로 데이터를 통합 비교할 수 밖에 없다.

결과적으로 종래의 1채널 광투과식 매연측정기들은, 사용자가 극복할 수 없는 측정값의 비동기화 문제를 안겨주고 있으며, 시험장비의 과다한 투자를 요구하고 있다. 이 점은 2개소 이상에서 동시에 매연농도를 측정하고자할 때 흔히 발생하는 문제점이다.

상기한 종래의 1채널 광투과식 매연측정기는, 사용자가 극복할 수 없는 측정값의 비동기화 및 시험장비의 과다한 투자를 요구하는 단점이 있다. 이러한 단점은 기존에 개발된 광투과식 매연측정기가 1채널의 광학부와, 마이크로 컨트롤러에 1채널 연결부만을 제공하였기 때문이다. 현재 미국과 유럽에서 형식승인을 획득하여 판매중인, 총 6개사의 모델(ROBERT H. WAGER 사의WAGER MODEL 7500, CALTEST 사의CALTEST1000-WIN-TR, RED MOUNTAIN ENGINEERING 사의SMOKE CHECK 1667, ROBERTBOSCH CORPORATION 사의BOSCH RTT 100, ENVIRONMENTAL SYSTEMS PRODUCTS 사의 ESPDIESEL-SENSE 1667, SPX CORPORATION 사의SPX DIESELTUNE SMOKEMETER DX-240)은 공히 1개소만의 매연농도를 측정할 수 있는 1채널 광투과식 매연측정기들이다.

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 종래의 1채널 광투과식 매연측정기에 적용되었던 독립적인 광학부 4대를 1대의 마이크로 컨트롤러에 연결할 수 있도록 고안하였으며 이에 연동하여 각종 전자회로들을 확장하고 마이크로 컨트롤러의 제어 및 측정 소프트웨어를 확장하였다.

본 고안의 제1의 목적은, 사용자가 극복할 수 없었던 비동기화 문제를 해결하기 위하여 4개소(4채널)의 매연측정을 1대의 마이크로 컨트롤러가 수행하는 다채널 광투과식 매연측정기를 제공하는 것이다.

본 고안의 제2의 목적은 최저의 비용이 소요되는 광학부만 증가시켜 최대 4개소에서의 매연측정이 가능한 시스템을 제공하여, 사용자의 장비투자 비용을 획기적으로 절감시키는 것이다.

본 고안의 기타 목적과 장점들은 첨부한 도면과 상세한 설명으로 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 1채널 광투과식 매연측정기의 광학부 구조와 측정원리를 설명하기 위한 개략도.

도 2는 종래의 1채널 광투과식 매연측정기의 전체 시스템 구성을 나타내는 개략도.

도 3은 종래의 1채널 광투과식 매연측정기 전체 시스템의 전자회로 구성도.

도 4는 종래의 1채널 광투과식 매연측정기 4대를 엔진 동력계 시험에 적용하여 4개소의 매연농도를 동시에 측정하는 실례를 나타내는 개략도.

도 5는 본 고안의 일실시예에 따른 다채널 광투과식 매연측정기 전체 시스템의 전자회로 구성도.

도 6은 본 고안의 다채널 광투과식 매연측정기 1대를 엔진 동력계 시험에 적용하여 4개소의 매연농도를 동시에 측정하는 실례를 나타내는 개략도.

도 7은 본 고안의 다채널 광투과식 매연측정기 1대를 사용하여 4대의 버스로부터 배출되는 매연의 농도를 동시에 측정하는 실례를 나타내는 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 매연배출원(디젤엔진 또는 보일러) 2 : 배기파이프 또는 굴뚝

3, 4 : 마이크로 컨트롤러로 연결 5 : 광송신부

6 : 광송신부 광센서 7 : 광원

8 : 집광렌즈 9 : 외부광 차단판

10 : 광원으로부터 조사된 광선 11 : 광수신부

12 : 외부광 차단판 13 : 집광렌즈

14 : 광수신부 광센서 15 : 매연을 함유한 가스

16 : 광송신부와 광수신부로 구성된 광학부

17 : 마이크로 컨트롤러 18 : 열전대 입력단자

19 : 회전속도센서 입력단자 20 : 광학부 연결단자

21 : 키보드 단자 22 : 그래픽 LCD

23 : RS232 포트 24 : RS232 케이블

25 : 프린트 26 : 개인용 컴퓨터

27 : 광학부 28 : 광수신부 광센서

29 : 전자기판 30 : 광원

31 : 광송신부 광센서 32 : 열전대 센서

33 : 마이크로 컨트롤러 34 : 열전대 인터페이스 회로

35 : 아날로그-디지털 변환회로 36 : 광원구동회로

37 : 회전속도 측정용 광센서 인터페이스 회로

38 : 임시기억장소(STATIC RAM) 39 : 마이크로 프로세서(주연산장치)

40 : 플래시 롬 41 : 키보드 입력단자

42 : RS232 포트 43 : 그래픽 LCD

44 : 전원공급장치 45 : 회전속도 측정용 광센서

46 : 개인용 컴퓨터 47 : 프린트

48 : 디젤엔진 49 : 배기다기관

50 : 디젤산화촉매 51 : 디젤 매연여과장치

52 : 소음기 53 : 배기관 출구

54, 55, 56, 57 : 광투과식 매연측정기 광학부

58, 59, 60, 61 : 광투과식 매연측정기 마이크로 컨트롤러

62 : 개인용 컴퓨터 63 : 광학부

64 : 광수신부 광센서 65 : 전자기판

66 : 광원 67 : 광송신부 광센서

68 : 8개의 열전대 센서 69 : 마이크로 컨트롤러

70 : 8채널 열전대 인터페이스 회로 71 : 8채널 아날로그-디지털 변환회로

72 : 4채널 광원구동회로

73 : 8채널 회전속도 측정용 센서 인터페이스 회로

74 : 임시기억장소(STATIC RAM)

75 : 마이크로 프로세서(주연산장치) 76 : 플래시 롬

77 : 키보드 입력단자 78 : RS232 단자

79 : 그래픽 LCD 80 : 전원공급장치

81 : 4개의 회전속도 측정용 인코드 82 : 4개의 회전속도 측정용 광센서

83 : 개인용 컴퓨터 84 : 프린트

85 : 4채널 마이크로 컨트롤러 86 : 개인용 컴퓨터

87 : 4채널 마이크로 컨트롤러 88 : 디젤 차량(또는 매연배출원)

본 고안은 기존의 광투과식 매연측정기가 측정채널을 1개만 제공하는 단점을 보완하여, 4개의 측정채널을 제공하는 다채널 광투과식 매연측정기를 제공한다.

광투과식 매연측정기는 매연을 함유하고 있는 가스에 광을 투과시켜 가스의불투명도를 실시간 연속적으로 측정하는 장치로서, 광학부, 열전대, 인코드 회전속도센서, 포토다이오드 회전속도센서, 마이크로 컨트롤러, 개인용 컴퓨터, 프린트 등으로 구성되는 장치이다.

도 5에서, 본 고안의 다채널 광투과식 매연측정기의 일실시예인 4채널 광투과식 매연측정기는,

1개의 광원(66)과 2개의 광센서(64, 67)로 구성되는 광학부(63)가 4개로 확장된 각기 독립적인 4채널 광학부와,

8개소의 온도를 측정하기 위한 8개의 열전대 센서(68)와,

회전체 4개의 회전수를 측정하기 위한 4개의 엔진회전수 측정용 광센서(81)와,

회전체 4개의 회전수를 측정하기 위한 4개의 엔진회전수 측정용 인코드(82)와,

8채널의 열전대 인터페이스 회로(70), 8채널의 아날로그-디지털 변환회로 (71), 4채널의 광원구동회로(72), 8채널의 회전속도 측정용 센서 인터페이스 회로 (73), 임시기억장소(STATIC RAM ; 74), 주연산장치(CPU)인 마이크로 프로세스 (75), 프로그램과 측정값의 기억장소인 플래시 롬(76), 외부에서 사용자가 마이크로 컨트롤러에 명령을 입력시키기 위한 키보드(77), 개인용 컴퓨터와 통신하기 위한 RS232 통신회로 및 단자(78), 사용자에게 마이크로 컨트롤러의 작동상황과 측정값을 보여주기 위한 그래픽 LCD(79), 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하는 전원공급장치(80) 등으로 구성된 마이크로 컨트롤러와,

윈도용 사용자 제어 프로그램이 설치되어 RS232 통신을 통하여 원격 제어 (REMOTE CONTROL)를 수행하거나, 마이크로 컨트롤러의 작동상황을 큰 화면에 보여주거나, 더 복잡한 데이터 프로세싱을 하는 데 사용되는 개인용 컴퓨터(83)와,

마이크로 컨트롤러와 개인용 컴퓨터로부터 명령을 받아 결과를 출력시키는 프린트(84)로 구성된다.

상기의 다채널 광투과식 매연측정기 구성의 일실시예에 따른 작동을 설명하면 아래와 같다.

도 5에서 각기 독립적인 광학부(63)에 설치된 광원(66) 4개는 마이크로 컨트롤러(69)의 4채널 광원구동회로(72)를 통하여 점멸된다. 광학부(63)에 설치된 광송신부 광센서(67) 및 광수신부 광센서(64)의 총 8개의 광센서로부터의 신호는 증폭소자가 포함된 8채널 아날로그-디지털 변환회로(71)로 입력된다. 8개의 열전대(68)로부터의 온도측정 신호는 8채널 열전대 인터페이스 회로(70)로 입력된다. 4개의 인코드 회전속도센서(81)로부터의 신호와 4개의 회전속도측정용 광센서(82)로부터의 신호는 8채널 회전속도 측정용 센서 인터페이스 회로(73)으로 입력된다. 중앙연산 처리장치 (CPU)인 마이크로 프로세스(75)는 임시기억장치인 STATIC 램(74)와 프로그램이 기억된 플래시 롬(76)을 이용하여 광원의 제어를 수행하거나, 센서 신호값들을 처리하여 저장하거나 물리적인 값으로 변환하여 그래픽 LCD(79)에 표시하여 사용자가 확인할 수 있도록 한다.

종래의 장비는 광송신부 1개와 광수신부 1개의 구조로 이루어져 있다. 광송신부 광원의 전류제어는 트랜지스터를 통하여 이루어지는데, 트랜지스터를 2개 사용하면 각각 따로이 2개의 서로 다른 광원을 제어할 수 있다. 마이크로 컨트롤러에서 디지탈 출력 단자를 하드웨어적으로 증가시키는 것은 기술적으로 상식의 수준에 속하므로 어렵지 않다. 또한 아날로그-디지털 컨버터의 멀티플렉서 확장채널을 이용하면 광수신부 광센서의 아날로그 입력 단자를 2배로 따로이 받아들일 수 있다. 따라서 프로그램을 통하여 소프트웨어적으로 2채널을 동시에 측정할 수 있고, 두 개의 채널을 각기 따로 사용할 수도 있다. 이러한 방법을 이용하여 본 고안에서는 4개의 각기 독립적인 광학부의 광원 4개와, 광센서 8개를 제어하고 신호처리할 수 있도록, 마이크로 컨트롤러를 개발하여 4채널 광투과식 매연측정기를 고안하였다. 기본적으로, 마이크로 컨트롤러가 처리하는 신호의 시간 간격은 광원 구동시 1미리초(MILISECOND)이고 센서의 신호처리 시간 간격은 10미리초이므로 마이크로 프로세서의 제어 및 연산 처리 속도가 충분히 처리 가능하다. 본 고안에서는 50MHZ 32비트 디지털 시그널 프로세서(DSP : DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)를 마이크로 프로세서로 채용하였다.

마이크로 프로세스는 광송신부와 광수신부의 광센서로부터의 신호를 비교하여 매연에 흡수된 광량(INTENSITY)과 투과율(TRANSMITTANCE)를 산출한다. 투과율 및 표준 매연농도(STANDARD OPACITY)를 구하는 절차는, 미국 연방법규 'CODE OF FEDERAL REGULATIONS(CFR), TITLE 40, PART 86, SUBPART I - EMISSION REGULATION FOR NEW DIESEL HEAVY-DUTY ENGINES : SMOKE EXHAUST TEST PROCEDURE'와, ISO 법규'ISO CD 11614-APPARATUS FOR THE MEASUREMENT OF THE OPACITY OF THE LIGHT ABSORPTION COEFFICIENT OF EXHAUST GAS FROM INTERNAL COMBUSTION ENGINES'에 준한다.

도 6은 본 고안의 다채널 광투과식 매연측정기의 일실시예인, 4채널 광투과식 매연측정기가 설치된 개략도이다. 도 4에서와 같이 1채널 광학부 4개를 측정하고자 하는 4개소에 설치하고, 본 고안의 4채널 마이크로 컨트롤러(85)에 연결한 도면이다. 마이크로 컨트롤러는 다채널의 광학부를 연결할 수 있도록 고안되었으므로, 최대 4채널까지 연결된 광학부의 광원을 제어하고 주변 센서로부터의 신호를 처리하여 결과를 통합처리한다. 도 4와 도 6을 비교하면, 동일한 측정을 위하여 4대의 마이크로 컨트롤러가 1대로 줄었으며, 4개소의 측정값을 동시에 통합처리하고 있슴을 알 수가 있다.

따라서 본 고안은 사용자가 극복할 수 없는 측정값의 비동기화 문제를 해결하여 사용자의 편리성을 증대시켰고, 4대의 마이크로 컨트롤러가 수행할 수 있는 기능을 1대의 마이크로 컨트롤러가 수행하도록 고안되었으므로 시험장비의 투자비용을 크게 절감시켜, 본 고안의 제1의 목적과 제2의 목적을 달성하고 있다.

종래의 1채널 광투과식 매연측정기는 도 2 및 도 3과 같이, 1채널의 광학부와 마이크로 컨트롤러에 1채널 연결부만을 제공하였기 때문에, 2개소 이상에서 동시에 매연농도를 측정하고자 할 때에는 도 4와 같이 2대 이상의 독립적인 광투과식매연측정기를 설치하여야 한다. 여기에 기인하여 종래의 1채널 광투과식 매연측정기는 사용자가 극복할 수 없는 측정값의 비동기화 문제를 발생시켰으며, 시험장비의 과다한 투자를 요구하고 있다.

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 종래의 1채널 광투과식 매연측정기에 적용되었던 독립적인 광학부 4대를 1대의 마이크로 컨트롤러에 연결할 수 있도록 고안하였다. 2개소 이상에서 매연농도를 측정하고자 할 때, 도 4와 같이 기존의 장비들은 2대 이상의 매연측정기를 사용하여야 했으나, 본 고안에 의해 도 6과 같이 1대의 마이크로 컨트롤러에 다채널의 광학부를 연결시켜 사용할 수 있으므로, 기존 장비의 단점이었던 신호 동기화 문제를 극복하고, 다수의 마이크로 컨트롤러를 1대로 줄였다.

따라서 본 고안은 사용자의 편리성을 증대시키고, 동시 측정이 불가능하였던 기존의 단점을 극복하는 효과를 발생시켰다. 최대 4대의 마이크로 컨트롤러가 수행할 수 있는 기능을 1대의 마이크로 컨트롤러가 수행하도록 고안되었으므로, 시험장치 투자비용을 크게 절감시켰다.

또한 본 고안은 도 7과 같이 시내버스, 트럭, 공장의 굴뚝, 파워플랜트의 굴뚝 등에 적용될 때 동시에 여러개소의 매연 농도 측정이 가능하다. 특히 광원의 수와 광센서의 수, 각종 인터페이스 회로 들의 개수를 증가시킴에 따라 동일한 소프트웨어 알고리듬으로 5채널 이상으로 확장이 가능하다.

본 고안에 따른 다채널 광투과식 매연측정기는 비록 일실시예로서 4채널 광투과식 매연측정기를 제시하였지만, 통상적인 마이크로 컨트롤러와 광투과식 매연측정에 관한 지식의 소유자는 본 고안의 정신에 따라 다양한 변형이 가능하다는 것을 알 수 있고 이러한 변형이 본 고안의 정신을 벗어나는 것이 아님을 이해할 것이다. 특히 2채널, 3채널 등은 기술적으로 아류에 속함을 알 수가 있고, 또한 5채널 이상의 측정기도 기술적으로 확장 가능함을 명세서에 자세히 설명하였다.

본 고안의 정신은, 1채널 매연측정기를 기존에 생각하지 못했던 다채널로 확장함이 기술적으로 가능함을 제시하고 이에 따른 파급효과가 큼을 명시하는 것에 있다.

Claims (1)

1개의 광원(66)과 2개의 광센서(64, 67)로 구성되는 광학부(63)가 4개로 확장된 각기 독립적인 4채널 광학부와,

8개소의 온도를 측정하기 위한 8개의 열전대 센서(68)와,

회전체 4개의 회전수를 측정하기 위한 4개의 엔진회전수 측정용 광센서(81)와,

회전체 4개의 회전수를 측정하기 위한 4개의 엔진회전수 측정용 인코드(82)와,

8개의 열전대 센서로부터 신호를 입력시키기 위한 8채널의 열전대 인터페이스 회로(70) 및 단자, 8개의 광센서로부터의 신호를 입력받기 위한 8채널의 아날로그-디지털 변환회로(71) 및 단자, 4개의 광원을 제어하기 위한 4채널의 광원구동회로(72) 및 단자, 8개의 회전속도 측정 센서로부터의 신호를 입력시키기 위한 8채널의 회전속도 측정용 센서 인터페이스 회로(73) 및 단자, 마이크로 프로세스의 제어와 연산과정의 값들을 저장하는 임시기억장소(STATIC RAM ; 74), 4개의 광원을 제어하며 각종 센서로부터의 신호를 처리하고 측정을 수행하는 주연산장치(CPU)인 마이크로 프로세스(75), 제어 및 연산프로그램과 측정값의 기억장소인 플래시 롬 (76), 외부에서 사용자가 마이크로 컨트롤러에 명령을 입력시키기 위한 키입력단자 (77), 개인용 컴퓨터와 통신하기 위한 RS232 통신회로 및 단자(78), 사용자에게 마이크로 컨트롤러의 작동상황과 측정값을 보여주기 위한 그래픽 LCD(79), 마이크로컨트롤러에 전원을 공급하는 전원공급장치(80) 등으로 구성된 다채널 마이크로 컨트롤러와,

마이크로 컨트롤러와 RS232 통신을 하며 데이터 프로세싱을 하는 데 사용되는 개인용 컴퓨터(83)와,

마이크로 컨트롤러와 개인용 컴퓨터로부터 명령을 받아 결과를 출력시키는 프린트(84)로 구성된 다채널 광투과식 매연측정기.