KR20060070750A - 응축 물방울 검지센서 및 검지 시스템 - Google Patents

응축 물방울 검지센서 및 검지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응축 물방울 검지센서 및 검지 시스템에 관한 것으로서,
내부로 경사진 형태의 경사면으로 이뤄진 응축부(5)가 형성된 실리콘 기판(100); 상기 응축부(5)의 대향하는 양쪽 경사면에 각각 형성되며, 외부 전원(1)에 연결된 상태에서 응축부(5) 내부의 응축수 발생 상태에 따라 커패시턴스가 변화되도록 구성된 전극(7);을 포함하여 이뤄진 응축 물방울 검지센서와 이를 이용한 검지 시스템을 제공한다.
응축 물방울, 검지, 커패시턴스

Description

응축 물방울 검지센서 및 검지 시스템 {Detecting sensor of a drop of water condensation and Detecting system therefrom}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 응축 물방울 검지센서가 적용된 검지 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 응축 물방울 검지센서의 평면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 응축 불방울 검지센서의 단면 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 병렬식 응축 물방울 어레이 센서의 평면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 직렬식 응축 물방울 어레이 센서의 평면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
1: 전원 5: 응축부
4: 교류 측정부 7: 전극
8: 전체 어레이 전극 9: 외부 인출 전극부
100: 실리콘 기판 102: 실리콘 산화막
104: 소수성 박막
S: 검지센서
본 발명은 응축 물방울 검지센서 및 검지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 습기가 많고 외부 환경과의 차이에서 발생하는 미세한 응축 물방울을 실시간으로 검지하기 위한 검지센서로서, 특히 실리콘 기판 위에 몸체 식각으로 경사면을 갖는 응축부를 형성하고 이 부분에 전극을 형성하여 물방울 응축시의 커패시턴스 변화를 이용하여 응축 상태를 검지하는 센서와 이를 이용한 검지 시스템에 관한 것이다.
고 전압이나 고 전류가 존재하는 환경에서 물체의 표면온도가 실내 공기의 노점(dew point)이하로 떨어지게 되면, 이슬이 발생되어 물체 표면에 응축수를 형성하게 된다.
이러한 경우, 응축수로 인하여 전류 및 전압 설비 등에 있어서의 설비 사고가 발생될 수 있으므로, 이를 미리 검지하고 제거하여야 해당 현장에서의 안전성이 확보될 수 있게 된다.
그러나, 이러한 응축수 발생의 검지를 작업자의 육안에 의존하게 되면, 인지 정도가 약하고 상시 모니터링이 되지 않아 불의의 사고가 날 우려가 있다.
이러한 점을 고려하여, 종래에는 응축수 발생을 모니터링 하기 위하여, 설비 환경에 맞게 습도 센서나 광학 검지 장치들을 이용하였으나, 이러한 수단들은 오동작이 발생될 우려가 크고 설치 환경에 맞지 않다는 문제점이 있어 여전히 작업자의 육안에 의존하는 경우가 많았다.
또한, 현실적으로 이러한 검지수단은 가격 면에서 저가이어야 해당 현장의 여러 부분에 설치할 수 있으므로, 오동작의 발생이 적고 비교적 저가로 설치할 수 있는 응축 물방울 검지수단의 개발이 절실하게 요구되는 실정이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 습기가 많고 외부 환경과의 차이에서 발생하는 미세한 응축 물방울을 실시간으로 검지하기 위한 검지센서로서, 특히 실리콘 기판 위에 몸체 식각으로 경사면을 갖는 응축부를 형성하고 이 부분에 전극을 형성하여 물방울 응축시의 커패시턴스 변화를 이용하여 응축 상태를 검지하는 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이러한 응축 물방울 검지센서를 이용한 검지 시스템을 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부로 경사진 형태의 경사면으로 이뤄진 응축부(5)가 형성된 실리콘 기판(100); 상기 응축부(5)의 대향하는 양쪽 경사면에 각각 형성되며, 외부 전원(1)에 연결된 상태에서 응축부(5) 내부의 응 축수 발생 상태에 따라 커패시턴스가 변화되도록 구성된 전극(7);을 포함하여 이뤄진다.
보다 바람직하게, 상기 실리콘 기판(100)의 표면에는 외부와의 절연을 위한 실리콘 산화막(102)이 형성된다.
보다 바람직하게, 상기 실리콘 기판(100) 중 적어도 응축수가 발생되는 상부측 표면에는 미세한 응축수가 응축부(5) 내부로 용이하게 흘러들 수 있도록 소수성 박막(104)이 형성된다.
보다 바람직하게, 실리콘 기판(100)상에 다수개의 응축부(5)와 전극(7)이 형성되어 어레이형으로 구성된다.
또다른 측면에 의하면 본 발명은, 상기와 같은 응축 물방울 검지센서에 교류 측정부(4)가 병렬로 연결된 상태에서 교류전원(1)이 인가되도록 구성되어, 실리콘 기판(100)의 응축부(5) 내부의 응축수 발생 상태에 따른 커패시턴스의 변화가 교류 측정부(4)를 통해 검지되도록 구성된 응축 물방울 검지 시스템으로 이뤄진다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 응축 물방울 검지센서가 적용된 검지 시스템의 구성도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 응축 물방울 검지센서의 평면도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 응축 불방울 검지센서의 단면 구성도이다.
실리콘 기판(100)에 내부로 경사진 형태의 경사면으로 이뤄진 응축부(5)가 형성된다. 실리콘 기판(100)은 예를 들어 500 ㎛ 정도의 두께로 형성되고, 경사면 으로 식각되는 응축부(5)는 예를 들어, 0.5mm x 0.5mm 에서 5mm x 5mm 크기까지 다양한 크기로 제작될 수 있으며 설치되는 환경을 고려하여 응축수가 충분하게 들어올 수 있도록 형성된다.
응축부(5) 내에 흘러들어온 응축수가 과도하게 모이지 않도록 응축부(5)의 하부면은 개구면으로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 개구면으로 형성하더라도 표면 장력에 의해 응축수는 응축부(5)내에 일정량 이상 모일 수 있다.
실리콘 기판(100)의 표면에는 외부와의 절연을 위한 실리콘 산화막(102)이 형성된다.
이를 위하여, 실리콘 기판(100)에 먼저 몸체 식각 저지를 위하여 실리콘 산화막(102)을 증착하고, 경사 식각이 가능한 용액으로 응축부(5)를 식각하는 과정을 거친다.
응축부(5)의 대향하는 양쪽 경사면에는 알루미늄과 같은 금속 소재를 이용하여 전극(7)이 각각 형성된다. 이러한 전극(7)은 외부 전원(1)에 연결된 상태에서 응축부(5) 내부의 응축수 발생 상태에 따라 커패시턴스가 변화되도록 기능한다.
전극(7)은 도시된 것처럼, 실리콘 산화막(102)이 형성된 응축부(5)의 경사면과 실리콘 기판(100)의 상부면에 걸쳐 알루미늄과 같은 소재를 증착하여 형성하게 되며, 예를 들어 0.3-0.6 ㎛ 정도의 두께로 형성한다.
또한, 실리콘 기판(100) 중 응축수가 발생되는 상부측 표면에는 미세한 응축수가 응축부(5) 내부로 용이하게 흘러들 수 있도록 소수성 박막(104)이 형성된다. 소수성 박막(104)으로는 예를 들어 테프론 계통의 소재가 도포되며 1 ㎛ 정도의 두 께로 형성된다.
이러한 구조로 형성된 응축 물방울 검지센서를 이용하여 응축 물방울 검지 시스템이 구성된다.
검지 시스템은 응축 물방울 검지센서(S)에 교류 측정부(4)가 병렬로 연결된 상태에서 저항(2)을 개재하여 교류전원(1)이 인가되도록 구성된다.
센서가 설치되는 환경이 고 전류 및 고 전압이 형성된 곳이면 직류는 적용이 어렵고 커패시턴스 변화를 측정하여 응축수의 검지가 이뤄지게 되므로 전원으로서 교류전원(1)이 사용된다.
이러한 구성을 통해, 실리콘 기판(100)의 응축부(5) 내부의 응축수 발생 상태에 따른 커패시턴스의 변화가 교류 측정부(4)를 통해 검지된다.
즉, 실리콘 기판(100)의 응축부(5) 내부가 비어있는 통상의 상태에서는 공기 중의 커패시턴스가 형성되며, 이때 일정 교류전원(1)에 의하여 교류 측정부(4)에서는 일정한 측정값이 유지된다. 검지센서(S)를 하나의 커패시터로 본다면 이때의 커패시턴스는 하기 식과 표현될 수 있다.
Figure 112004060249942-PAT00001
(단, C는 커패시턴스,
εO 는 공기 중 유전율,
A는 면적,
d는 양쪽 전극간 거리)
응축부(5) 내부에 응축수가 모이게 되면 커패시턴스의 변화가 발생하게 되므로, 교류 측정부(4)에서는 측정값에 변화가 발생되어 응축수 유무를 검지할 수 있게 된다. 이때의 커패시턴스는 하기 식과 표현될 수 있다.
Figure 112004060249942-PAT00002
(단, C는 커패시턴스,
εO 는 공기 중 유전율,
εW 는 물의 유전율,
A는 면적,
d는 양쪽 전극간 거리)
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 병렬식 응축 물방울 어레이 센서의 평면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 직렬식 응축 물방울 어레이 센서의 평면도이다.
상술한 형태의 단일 검지센서의 검지 성능을 향상시키기 위하여 어레이형으로 구성할 수도 있다.
이를 위하여, 실리콘 기판(100)상에 다수개의 응축부(5)와 전극(7)이 형성된 상태에서, 도 4와 같은 병렬식 배열 또는 도 5와 같은 직렬식 배열로 이뤄진 어레이 센서가 형성된다.
도 4 또는 도 5의 경우, 어레이 센서의 총 커패시턴스는 각 개별 검지센서의 커패시턴스를 하나의 커패시터로 볼 때 이를 병렬 연결하거나 직렬 연결한 경우의 커패시턴스와 동일한 방식으로 구해질 수 있다.
미설명된 부호 8은 전체 어레이 전극을 나타내고, 부호 9는 외부 인출 전극부(9)를 나타낸다.
이러한 어레이 센서는 단일의 검지센서의 검지 영역보다 확장된 영역에 걸쳐 검지가 가능하고 보다 정확한 검지가 가능하다는 장점이 있다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
이와 같은 본 발명은, 실리콘 기판을 이용하여 반도체 기술로 간단하게 제작이 가능하며, 특히 고 전압 및 고 전류 설비 주위에서 형성된 응축 물방울을 실시간으로 정확하게 검지할 수 있고 적용 부분을 다양화하여 안정적인 설비 운영이 가능하다는 장점을 제공한다.

Claims (5)

  1. 내부로 경사진 형태의 경사면으로 이뤄진 응축부(5)가 형성된 실리콘 기판(100);
    상기 응축부(5)의 대향하는 양쪽 경사면에 각각 형성되며, 외부 전원(1)에 연결된 상태에서 응축부(5) 내부의 응축수 발생 상태에 따라 커패시턴스가 변화되도록 구성된 전극(7);을 포함하여 이뤄진 응축 물방울 검지센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기판(100)의 표면에는 외부와의 절연을 위한 실리콘 산화막(102)이 형성된 것을 특징으로 하는 응축 물방울 검지센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실리콘 기판(100) 중 적어도 응축수가 발생되는 상부측 표면에는 미세한 응축수가 응축부(5) 내부로 용이하게 흘러들 수 있도록 소수성 박막(104)이 형성된 것을 특징으로 하는 응축 물방울 검지센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    실리콘 기판(100)상에 다수개의 응축부(5)와 전극(7)이 형성되어 어레이형으로 구성된 것을 특징으로 하는 응축 물방울 검지센서.
  5. 제1항에 의한 응축 물방울 검지센서에 교류 측정부(4)가 병렬로 연결된 상태에서 교류전원(1)이 인가되도록 구성되어, 실리콘 기판(100)의 응축부(5) 내부의 응축수 발생 상태에 따른 커패시턴스의 변화가 교류 측정부(4)를 통해 검지되도록 구성된 응축 물방울 검지 시스템.
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