KR200281560Y1 - 가짜 휘발유 판별장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가짜 휘발유를 판별하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘발유의 냄새를 인식하여 센서부분에서 나오는 전기신호를 아날로그/디지털 변환기를 거쳐서 DSP/MCU를 사용하여 디지털 패턴화하고 그 패턴 신호를 정해진 신경회로망 또는 PCA분석을 이용하여, 휘발유의 종류에 따라 구별하여 정품 휘발유와 가짜 휘발유를 판정한 후 이를 표시하는 가짜 휘발유 판별장치에 관한 것이다.

본 고안 목적은 자동차 연료인 휘발유의 정품 유무를 센서를 통하여 냄새를 감지하여 DSP(Digital Signal Processor)/MCU(Micro Controller Unit)안에서 신호처리(신경회로망 또는 PCA분석)하여 디지털 패턴으로 판별한 후 이를 표시하고자 하는 것이다.

Description

가짜 휘발유 판별장치{An odor identification equipment for impure gasoline}

본 고안은 가짜 휘발유를 판별하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘발유의 냄새를 인식하여 센서부분에서 나오는 전기신호를 아날로그/디지털 변환기를 거쳐서 DSP/MCU를 사용하여 디지털 패턴화하고 그 패턴 신호를 정해진 신경회로망 또는 PCA분석을 이용하여, 휘발유의 종류에 따라 구별하여 정품 휘발유와 가짜휘발유를 판정한 후 이를 표시하는 가짜 휘발유 판별장치에 관한 것이다.

자동차 연료로 가장 많이 사용되는 휘발유는 비점 범위가 30∼200℃ 정도로서 휘발성이 있는 액체 상태의 석유 유분을 총칭하는 말로서 일반적으로 자동차용, 항공용, 공업용 등 세 가지로 나뉘며 자동차용 휘발유는 모두 무연 휘발유이며 옥탄가(RON)에 따라 고급 휘발유(1호=96이상)와 보통 휘발유(2호=89이상)로 구분한다. 그리고 자동차용 휘발유로서 갖추어야 할 품질로는 일반적으로 충분한 안티노크성, 적당한 휘발성, 저장 안정성을 들 수 있다. 이를 위해 적정한 첨가제를 적당량 함유하는데, 예를 들어 Antiknocking Agents(녹킹방지제),Antioxidants(산화방지제), Metal Deactivators(금속불활성제), Detergents(청정분산제)를 첨가한다.그리고 모든 조성물의 냄새는 첨가물의 종류와 농도에 기인하며 휘발유 역시 상기 첨가제와 각 정유사마다 성능 향상을 위해서 별도의 첨가제를 넣음에 따라 서로 상이한 냄새를 가진다. 현재 우리나라 5대 정유회사(SK, LG, S-OIL, 현대, 인천정유)의 경우 휘발유 성분이 각기 다르며 그에 따라 서로 상이한 냄새를 가지며 예를 들어 S-OIL은「S-21 휘발유」에 첨가제 TFA4724 (마찰저감제,Friction Reducer)

를 사용하며, LG는 「SIGMA 6」에 첨가제 (OGA 602)를 사용하고. SK는 독자 개발한 청정제를 첨가한 휘발유 「엔크린」시판하고 있으며 그 제품마다 상이한 냄새를 가진다. 그래서 상기 휘발유의 톡특한 냄새를 본 고안에 따른 판별 장치로 각 정유사 주유소에서 휘발유 주입시 간단한 선택으로 진품여부 및 당 회사 상품임을 확인할 수 있다.

한편 가짜휘발유의 경우 정품 휘발유에 솔벤트나 벤젠, 톨루엔, 크실렌을 혼합하거나 경유 등유를 혼합, 제조한 것으로 그 첨가물이 달라 정품 휘발유와 상이한 냄새가 나며 가짜휘발유를 사용하면 연료가 정상적으로 연소되지 않아 엔진의 출력이 저하되고, 피스톤과 밸브를 손상시키면서 연비가 떨어지는 것은 물론이고, 차량 수명의 단축과 함께 불완전연소된 배출가스가 대기를 오염시켜 환경에도 악영향을 미친다. 특히 벤젠등 석유화학제품이 대량 함유된 가짜휘발유는 인체에 해로운 발암물질인 벤조피렌을 생성시키며, 톨루엔의 경우에는 기체상태로 환풍구등을 통해 실내로 유입될 경우 인체에 각종 부작용을 일으킬수도 있다. 하지만 정품 휘발유와 가짜 휘발유를 전문가가 아닌 일반 사람이 육안이나 후각으로 구분하기에는 무리가 있으며 그리 용이하지 않다.

본 고안 목적은 자동차 연료인 휘발유의 정품 유무를 센서를 통하여 냄새를 감지하여 DSP(Digital Signal Processor)/MCU(Micro Controller Unit)안에서 신호처리(신경회로망 또는 PCA분석)하여 디지털 패턴으로 판별한 후 이를 표시하고자 하는 것이다.

본 고안의 보다 구체적인 목적으로는 센서 및 센서 어레이를 통하여 휘발유의 냄새를 감지하여 휘발유의 종류에 따른 전기적 신호 패턴을 얻고 DSP (Digital Signal Processor)또는 MCU(Micro Controller Unit)모듈에서 그 냄새를 학습하거나 냄새를 분별하는 과정을 처리한 후 그 패턴을 메모리 안의 데이터베이스에 저장하고 이를 LCD (Liquid Crystal Display) 또는 LED(Light Emitting Diode) 모듈을 통하여 사람이 알아볼 수 있도록 표시하고자 하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 일 실시형태에 따라 가짜 휘발유 판별장치를 구현한 시스템 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 가짜 휘발유 판별장치의 작동과정을 나타낸 흐름도.

도 3은 본 고안에 의한 가짜 휘발유 판별장치를 자동차에 구현한 사용상태도.

도 4는 본 고안에 따른 가짜 휘발유 판별장치를 휴대용 장치로 구현한 사용상태도.

상기 목적은 다음과 같은 본 고안의 구성을 통해 달성된다.본 고안에 의한 가짜 휘발유 판별장치는 휘발유 종류에 따라 냄새 성분을 감지하는 센서와, 상기 센서에서 얻어진 냄새를 DSP/MCU 모듈을 통해서 학습하거나 분별하는 과정을 처리하는 프로세서와, 상기 프로세서 처리 후 학습 및 분별된 데이터를 저장하는 메모리와, 상기 프로세서 처리 후 정품과 가짜를 구별하여 외부로 표시하는 표시부와, 상기 각 수단에 필요한 파워를 전달하는 파워모듈을 구비한 것을 특징으로 한다.이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 가짜 휘발유 판별 장치의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 일 실시형태에 따라 판별장치를 구현한 시스템 구성도로서, 도면상에서 보는 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시 형태에서는 파워모듈(10), 센서/센서어레이(20), DSP/MCU 모듈(30), 메모리 모듈(40), LCD/LED 모듈(50)로 구성된다.

상기 파워 모듈(10)은 센서/센서어레이(20), DSP/MCU 모듈(30), 메모리 모듈(40) LCD/LED 모듈(50)에 필요한 파워를 공급하는 부분으로서, 이는 파워 모듈(10)에서 파워 케이블을 연결하여 각 모듈이 구동하게 끔 전원을 전달하는 역할을 수행하게 된다.

상기 센서/센서어레이(20)는 파워 모듈(10)과 연결되어 센서가 동작할 수 있는 전력을 공급받고 휘발유 냄새를 감지하게 되며 이때, 단일 센서를 사용할 경우, 접촉 연소식 센서나 반도체식 센서를 사용하여 그 동작 온도를 바꾸어 가면서 일정시간을 따라 휘발유의 종류에 따른 전기적 신호의 패턴을 얻게 된다.

이는 특정 온도에서 접촉연소식 센서나 반도체식 센서 하나만 가지고는 휘발유의 종류에 따른 구분 가능한 전기적 신호의 패턴을 얻을 수 없기 때문이다. 그에 따라, 센서의 동작 온도에 따른 감도 특성의 변화를 이용하여 각각의 동작온도에서 전기적 신호를 수집하여 하나의 신호 패턴을 형성하고 신호처리 알고리즘에 따라 냄새를 분류하는 것이다.

이와 달리 센서어레이를 사용하는 경우, 접촉 연소식 센서 어레이 또는 반도체식 센서 어레이를 사용하여 한번에 여러 개의 전기적 신호를 특정 휘발유에 따라 얻는다.구체적으로는 단일 센서를 사용 할 때와 달리 특성이 다른 여러개의 센서(2개내지 64개)를 구조적으로 배치하여 신호의 위상값이나 크기를 읽어들여서 단일 센서보다 신호 처리에 정확성을 기할 수 있다.그리고 접촉 연소식 센서의 동작원리는 다음과 같다. 접촉 연소식 센서는 백금 코일에 산화 촉매를 소결한 형태로 가연성 가스를 포함한 공기가 반응 온도를 유지하고 있는 소자 표면에 접촉하면 폭발하한 이하의 농도에서도 산소와 반응하여 반응열이 발생하게 된다. 이 열로 인하여 백금 코일의 온도가 상승하고 저항치가 증가하게 되며 저항의 변화를 검출하여 가스를 검지한다.

한편, 반도체식 가스센서를 이용한 냄새 감지의 기본원리는 대상가스와 반도체표면의 화학적인 상호작용에 의해 그 표면의 전도전자의 밀도변화를 이용하는 것이며, 이와 같은 화학작용은 다음과 같은 4가지 단계로 이루어진다.반도체 표면에 산소의 사전흡착 (preadsorption), 특정가스의 흡착, 흡착가스와 산소의 반응, 반응가스의 탈착으로 이루어지며 상기 4단계 중 세번째 단계에서 전자를 주고 받는 과정을 포함하며 이것이 센서의 감지효과로 나타나는 것이다. 센서가 냄새에 대한 감지효과를 나타낼 때 그 전기전도도에 변화를 일으키게 되고 전기 전도도는 흡착되는 공기입자가 억셉터로서 작용할 때 감소하고 도너로서 작용할 경우에는 증가되며 일련의 신호가 처리된 값을 일정하게 정형화하게 된다.

상기 얻어진 전기적 신호는 연결된 케이블을 통해 아날로그-디지털 변환 장치를 거쳐서 DSP/MCU 모듈(30)로 보내진다. DSP(Digital Signal Processor)/MCU(Micro Controller Unit) 모듈(30)은 파워 모듈(10)과 센서/센서 어레이(20), 메모리 모듈(40), LCD/LED 모듈(50)에 케이블로 연결되어 있으며 파워 모듈(10)로부터 작동하기위한 전력을 공급받는다.

상기 DSP(Digital Signal Processor)/MCU(Micro Controller Unit) 모듈(30)에서는 센서 또는 센서어레이로부터 받은 전기적 신호의 패턴을 신경회로망이나 PCA(Principal Component Analysis)방식을 이용하여 신호처리하여 특정 휘발유에 대한 패턴으로 인식되도록하며 그 결과를 메모리모듈(40)안에 데이터베이스로 구축하고 LCD/LED모듈(50)에 표시하도록한다.

상기 PCA는 상호 연관성이 큰 측정 데이터들을 공분산 행렬의 고유벡터에 의해 결정되는 새로운 축으로 투영시켜 데이터에 포함된 정보를 추출 할 수 있는 다변량 통계기법이고 신호처리 알고리즘으로 신경망을 도입한 이유는 신경망 일반론에서 가지는 이러한 오차수용과 비선형적인 분류 및 개략적인 정량화를 효과적으로 수행할 수 있기 때문이다. 신경 회로망은 산술 연산 속도는 느리지만 비선형적인 분류가 가능하고 값의 유동성 또한 수용가능하여 단일 센서의 경우 선택도가 결여되고, 장시간 사용시 드리프트(Drift)가 발생하는 문제점을 신경회로망을 사용함으로써 선택도를 부여할 수 있는 것이다.

상기 메모리 모듈(40)은 파워 모듈(10)과 케이블로 연결되어 전력을 공급받고 DSP/MCU모듈(30)과 연결되어 학습된 패턴을 데이터베이스화 할 수 있도록 저장하는 부분이다.

상기 LCD(Liguid Crystal Display)/LED(Light Emitting Diode) 모듈(50)은 파워 모듈(10)로부터 전력을 공급받는 케이블이 연결되어 있으며 DSP/MCU 모듈(30)에 케이블이 연결되어 정품 휘발유와 가짜 휘발유를 구별한 데이터를 사용자가 알기 쉽게 표시하게 된다.기타 표시방법으로서 자동차 전면 패널에 램프로 점등을 한거나 실내에 스피커를 설치하여 TR(트랜지스터)과 같은 전자 소자를 이용하여 사운드로 경고하는 방법도 적용할 수 있다.

도 2는 본 고안에 따른 가짜 휘발유 판별장치의 작동과정을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 본 고안에 의한 장치를 이용하기 위해서는, 전(前) 단계에서 현재 정유회사에서 시판되고 있는 정품 휘발유의 성분에대한 정보를 DB로 구축하는 것이 필요하다. 이를위해서 각기 판별기준이 되는 정품 휘발유를 센서/센서어레이를 통해 냄새를 인식하고, 전기적 신호의 패턴을 얻기위해 센서로 냄새 인식 단계(100)를 실시한다.

상기 냄새 인식 단계(100)가 완료되면, 아날로그/디지털 변환기를 이용하여 기계가 알기 쉬운 부호화단계(200)를 실시한다.

상기 부호화단계(200)가 완료되면, 본 고안에 따른 DSP/MCU를 이용하여 신경회로망 또는 PCA방식으로 학습하는 패턴 분석단계(300)를 실시한다.

상기 패턴 분석단계(300)가 완료되면, 분석한 데이터를 새로 입력될 값과 비교하기위해 메모리에 저장하는 DB 구축단계(400)를 실시한다.

상기 전(前)단계는 여기까지 해당되며 아래 판별 단계에서는 이미 구축된 데이터베이스 값과 비교하기위해 전(前)단계 과정을 반복 수행하게 된다.

그 다음은 휘발유의 정품 유무와 당 회사 제품임을 확인하는 판별단계를 실시한다.

상기 전(前) 단계와 같이 센서로 냄새 인식 단계(S100)를 실시한다.

상기 센서로 냄새 인식 단계(S100)가 완료되면, 아날로그/디지털 변환기를 이용하여 각각의 성분들을 컴퓨터가 알기 쉬운 0과 1의 디지털 신호로 변환하는 부호화단계(S200)를 실시한다.

상기 부호화단계(S200)가 완료되면, 이를 다시 반복학습하여 휘발유 성분의 디지털 신호를 정형화하는 패턴 분석단계(S300)를 실시한다.

상기 패턴 분석단계(S300)가 완료되면, 전 단계에 입력되어서 메모리에 저장되어 구축된 DB값과 새로 입력된 데이터 값을 대조하는 비교 단계(S400)를 실시한다.이는 메모리 레지스터에 저장된 정유사 휘발유 DB값과 새로 입력된 데이터를 비교하기위해 메모리에 저장된 산술연산 프로그램을 실시하여 그 값이 기존의 DB값과 같으면 정품 휘발유임을 인식하여 안정 단계(S500)을 실시하고 반대의 경우 가짜 휘발유임을 알리는 경고 단계(S600)을 수행한다.

상기와 같이 구성된 가짜 휘발유 판별장치는 사용자의 필요 및 용도에 따라 다양한 변형이 가능하며, 도 3은 본 고안에 따른 가짜 휘발유 판별장치의 바람직한 일 실시형태로서, 자동차에 구현한 사용상태를 나타낸 것이다.

본 고안을 차량내부에 실장할 경우, 센서/센서어레이(20)는 주유구 덮개 안쪽에 장착하고, 이를 케이블로 파워모듈(10), DSP/MCU모듈(30)과 연결시킨다. 상기 파워모듈(10), DSP/MCU 모듈(30), 메모리 모듈(40)은 자동차 주조정판에 내부 실장형으로 삽입하고 LCD/LED 모듈(50)은 운전석 전면 패널과 같이 사용자가 인식하기 용이한 장소에 설치한다. 상기 각각의 모듈에 전원을 공급하는 파워모듈(10)의 그 동력원은 자동차 배터리를 통하여 공급된다.

도 4는 본 고안의 또 다른 실시형태로서, 본 고안에 따른 가짜휘발유 판별장치를 휴대용 장치로 구현한 사용상태도이다.

본 고안은 경찰이나 관공서 요원 또는 일반인이 휴대하면서 간편하게 휘발유의 정품유무를 판단하는 독립적 장치로 구현화 할 수 있다.도시된 도 4를 보아, 상기 장치 외측면에는 흡입부가 구비되어 휘발유 가까이 접근시켜 휘발유 냄새를 흡입하도록 하고, 내부에는 파워 모듈(10), 센서/센서어레이(20), DSP/MCU 모듈(30), 메모리 모듈(40), LCD/LED 모듈(50)이 장착되어 있다.상기 장치에서는 건전지등을 동력원으로 사용 할 수 있으며, 상기 동력원을 파워 모듈(10)에 연결한 후, 상기 장치를 작동시키기 위해 장치 외부에 스위치를 구비한다. 상기의 파워 스위치를 ON으로 작동하고, 상기 흡입구를 휘발유 가까이 접근시키면 흡입부로 흡입된 휘발유 냄새가 센서/센서 어레이(20)에 감지되고, 상기 센서/센서 어레이(20)로 감지된 전기적 신호를 DSP/MCU 모듈(30)과 메모리 모듈(40)을 통해 정품 휘발유 여부를 결정하게 되며, 그 결과를 LCD/LED 모듈(50)을 통해 사용자가 인지하게 한다.

본 고안에 의한 가짜 휘발유 판별장치는 센서 및 센서어레이를 이용하여 육안으로 식별이 불가능한 가짜 휘발유를 쉽게 판별함에 있다. 이를 통해 가짜 휘발유로 인한 엔진부의 출력저하와 연비 감소, 자동차 수명단축, 불완전 연소로 인한 대기오염 등을 사전에 막을 수 있는 이점이 있다.또한, 이를 응용하여 음주측정기, 환경오염 감지기, 가스누출 감지기등 공기중의 냄새를 분석하여 여러분야에 응용할 수 있다.

Claims (5)

1. 휘발유 종류에 따라 냄새 성분을 감지하는 센서와, 상기 센서에서 얻어진 냄새를 DSP/MCU 모듈을 통해서 학습하거나 분별하는 과정을 처리하는 프로세서와, 상기 프로세서 처리 후 학습 및 분별된 데이터를 저장하는 메모리와, 상기 프로세서 처리 후 정품과 가짜를 구별하여 외부로 표시하는 표시부와, 상기 각 구성요소에 필요한 파워를 전달하는 파워모듈을 구비한 것을 특징으로하는 가짜 휘발유 판별장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냄새 성분을 감지하는 센서는 접촉 연소식 가스센서의 센서 또는 센서어레이를 이용한 것을 특징으로하는 가짜 휘발유 판별장치
3. 제 1항에 있어서, 상기 센서는 반도체 센서의 센서 또는 센서어레이를 이용한 것을 특징으로하는 가짜 휘발유 판별장치
4. 제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 통상의 차량에 센서/센서어레이를 주유구 덮개 안쪽에 장착하고, 상기 센서/센서어레이를 파워모듈, DSP/MCU 모듈과 케이블로써 연결시키며, 상기 파워모듈, DSP/MCU 모듈, 메모리 모듈은 자동차 주조정판에 내부 실장형으로 삽입하고, LCD/LED 모듈은 운전석 전면 패널과 같이 사용자가 인식하기 용이한 장소에 설치하며, 상기 각각의 모듈을 작동하게 하는 파워모듈의 동력원은 자동차 배터리를 통하여 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 가짜 휘발유 판별장치.
5. 제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 휴대가 가능한 독립적 장치의 외측면에 휘발유 가까이 접근시킴으로써 휘발유 냄새를 흡입할 수 있는 흡입부를 구비하고, 내부에는 파워 모듈, 센서/센서어레이, DSP/MCU 모듈, 메모리 모듈, LCD/LED 모듈이 장착되고, 장치 외부에는 휴대가 가능한 동력원의 전원공급을 제어하는 스위치를 구비하되, 상기 내부에 설치된 LCD/LED 모듈은 외부로 표출되어 사용자가 인지가 가능토록 하는 것을 특징으로 하는 가짜 휘발유 판별장치.