KR20140074059A - 가스 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열화상 카메라와 레이저를 이용하여 원거리에서 가스의 누출 여부와 누출되는 가스량을 측정하여 표시하는 가스 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 사용자로부터 동작 신호를 검출하는 입력부; 상기 입력부의 동작 신호에 따라 열화상 센서부의 동작 제어 신호를 출력하고, 상기 열화상 센서부가 검출한 흡수 스팩트럼을 분석하여 광 파장에 따른 열화상 이미지를 생성하며, 레이저 송신부를 동작시켜 피측정 가스로 광원이 출력되도록 하고, 레이저 수신부가 수신한 상기 피측정 가스에 반사된 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 피측정 가스의 농도를 산출하는 제어부; 상기 제어부의 동작 제어 신호에 따라 피측정 대상에 적외선 영역의 광을 투과시켜서 흡수스펙트럼을 측정하는 열화상 센서부; 상기 제어부가 생성한 열화상 이미지를 표시하는 디스플레이부; 상기 제어부의 동작 제어 신호에 따라 광원을 출력하는 레이저 송신부; 및 상기 레이저 송신부에서 출력된 광원이 피측정 가스에 반사된 반사 광원을 검출하여 상기 제어부로 출력하는 레이저 수신부를 포함한다. 따라서 열화상 카메라와 레이저를 이용하여 사용자가 원거리에서 가스의 누출 여부와, 가스가 누출되는 위치와, 누출되는 가스량을 측정하여 확인할 수 있는 장점이 있다.

Description

가스 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING GAS}
본 발명은 가스 측정 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 열화상 카메라와 레이저를 이용하여 원거리에서 가스의 누출 여부와 누출되는 가스량을 측정하여 표시하는 가스 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
우리 생활 환경에는 많은 종류의 위험한 가스가 존재하고 있어, 최근 일반 가정, 업소, 공사장에서의 가스사고, 석유콤비나트, 탄광, 화학플랜트 등에서의 폭발사고 및 오염 공해 등이 잇따르고 있다.
인간의 감각 기관으로는 위험 가스의 농도를 정량하거나 종류를 거의 판별할 수 없고, 이에 대응하기 위해 물질의 물리적, 화학적 성질을 이용한 가스 센서가 개발되어 가스의 누설 감지, 농도의 측정 기록, 경보 등에 상용되고 있다.
대기 환경에서 사용되는 가스 측정기로는 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄 측정기, 또는 수소 및 할론 측정기, 휘발성유기화합물(VOC) 측정기, 악취 성분 가스 측정기 등 다양한 가스 측정기가 있으며, 호흡 중의 알코올 측정용 음주 측정기고 있다.
상술한 바와 같은 가스 측정기로는 반도체식 가스 측정기가 널리 사용되고 있으나, 원리가 다른 여러 종류의 가스 측정기도 사용되고 있다.
일반적으로 널리 사용되고 있는 반도체식 가스 측정기는 세라믹 반도체 표면에 가스가 접촉했을 때 일어나는 전기전도도의 변화를 이용하는 것이 많으며 대부분 대기 중에서 가열하여 사용되는 경우가 많아 고온에서 안정한 금속 산화물(세라믹스)이 주로 사용된다.
한편, 가스의 농도를 측정하는 방법으로는 레이저를 이용한 농도 측정 방식이 사용되고 있는데, 도 1은 종래기술에 따른 가스 측정 장치를 나타낸 도면으로서, 종래의 가스 측정 장치(10)는 사용자의 동작 제어 신호가 입력부(11)를 통해 입력되면, 제어부(12)에서 측정하고자 하는 대상 가스의 흡수 파장에 부합하는 파장과 출력을 가질 수 있도록 제어 신호를 레이저 송신부(13)로 출력하고, 레이저 수신부(14)를 통해 수신된 반사 광원을 분석하여 가스의 농도를 산출하며, 상기 레이저 송신부(13)는 제어 신호에 따라 광원을 출력하고, 상기 레이저 수신부(14)는 가스에 반사된 광원을 수신하여 제어부(12)로 출력한다.
그러나 종래의 세라믹 반도체식 가스 측정기는 고체의 표면과 기체와의 반응을 이용하는 것으로 가스가 누출되는 곳에서 직접 가스의 누출 여부를 확인해야만 하는 문제점이 있고, 레이저를 이용한 가스 측정 장치는 누출되는 가스의 농도를 확인하는 것은 가능하지만 가스가 누출되는 곳의 정확한 위치를 확인하는 것은 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 열화상 카메라와 레이저를 이용하여 원거리에서 가스의 누출 여부와 누출되는 가스량을 측정하여 표시하는 가스 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가스 측정 장치로서, 사용자로부터 동작 신호를 검출하는 입력부; 상기 입력부의 동작 신호에 따라 열화상 센서부의 동작 제어 신호를 출력하고, 상기 열화상 센서부가 검출한 흡수 스팩트럼을 분석하여 광 파장에 따른 열화상 이미지를 생성하며, 레이저 송신부를 동작시켜 피측정 가스로 광원이 출력되도록 하고, 레이저 수신부가 수신한 상기 피측정 가스에 반사된 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 피측정 가스의 농도를 산출하는 제어부; 상기 제어부의 동작 제어 신호에 따라 피측정 대상에 적외선 영역의 광을 투과시켜서 흡수스펙트럼을 측정하는 열화상 센서부; 상기 제어부가 생성한 열화상 이미지를 표시하는 디스플레이부; 상기 제어부의 동작 제어 신호에 따라 광원을 출력하는 레이저 송신부; 및 상기 레이저 송신부에서 출력된 광원이 피측정 가스에 반사된 반사 광원을 검출하여 상기 제어부로 출력하는 레이저 수신부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 가스 측정 장치는 영상을 촬영하여 CCD 이미지로 출력하는 CCD 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 CCD 센서가 출력하는 CCD이미지와 열화상 센서부가 검출한 흡수 스펙트럼에 따라 생성한 열화상 이미지 중 적어도 하나의 이미지가 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 가스 측정 장치는 조도 정보를 검출하는 조도 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 조도 센서부에 검출된 조도 정보에 따라 밝은 부분과 어두운 부분을 보정하여 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 열화상 센서부와, 레이저 송신부의 초점위치를 상기 디스플레이부를 통해 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 가스 측정 방법으로서, a) 사용자가 입력부를 통해 동작 신호를 입력하면, 제어부가 열화상 센서부를 통해 흡수 스펙트럼을 검출하는 열화상 검출 단계: b) 상기 제어부가 상기 열화상 센서부에서 검출한 흡수 스펙트럼을 광 파장에 따른 열화상 이미지를 생성하여 디스플레이부를 통해 표시하는 디스플레이 단계: 및 c) 상기 제어부가 레이저 송신부를 동작시켜 피측정 가스로 광원을 출력하고, 레이저 수신부를 통해 수신한 피측정 가스의 반사 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 가스의 농도를 산출하며, 상기 산출된 농도가 디스플레이부를 통해 표시되도록 하는 농도 측정 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 a)단계는 CCD 센서부를 통해 영상의 CCD 이미지를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어부가 입력부를 통해 검출되는 사용자의 설정 정보에 따라 상기 검출된 CCD 이미지와 상기 열화상 센서부를 통해 생성한 열화상 이미지 중 적어도 하나가 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 b)단계는 조도 정보를 검출하는 조도 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부가 상기 조도 센서부에 검출된 조도 정보에 따라 밝은 부분과 어두운 부분을 보정하여 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 열화상 카메라와 레이저를 이용하여 사용자가 원거리에서 가스의 누출 여부와, 가스가 누출되는 위치와, 누출되는 가스량을 측정하여 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래기술에 따른 가스 측정 장치를 나타낸 블록도.
도 2 는 본 발명에 따른 가스 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3 은 본 발명에 따른 가스 측정 장치를 이용한 측정 과정을 나타낸 흐름도.
도 4 는 본 발명에 따른 가스 측정 장치의 표시 상태를 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가스 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(가스 측정 장치)
도 2는 본 발명에 따른 가스 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 측정 장치(100)는 열화상 카메라와 레이저를 이용하여 원거리에서 가스의 누출 여부와 누출되는 가스량을 측정하여 디스플레이되도록 하는 구성으로서, 입력부(110)와, 제어부(120)와, 열화상 센서부(130)와, 디스플레이부(140)와, 레이저 송신부(150)와, 레이저 수신부(160)와, CCD 센서부(170)와, 조도 센서부(180)를 포함하여 구성된다.
상기 입력부(110)는 사용자로부터 전원 온/오프, 농도 측정, 화면 조정 등의 동작 신호를 검출하는 구성으로서, 키패드, 버튼 스위치 등으로 이루어진다.
상기 제어부(120)는 입력부(110)의 동작 신호에 따라 가스 측정 장치(100)의 동작을 제어하는 구성으로서, 상기 입력부(110)를 통해 전원 공급 신호가 입력되면 열화상 센서부(130)로 동작 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 제어부(120)는 열화상 센서부(130)가 검출한 흡수 스팩트럼을 분석하여 광 파장에 따른 열화상 이미지를 생성하여 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 동작 제어 신호를 출력한다.
상기 열화상 이미지는 피측정 영역에 적외선 영역의 광을 투과시켜 흡수된 스펙트럼을 측정하고, 상기 측정된 흡수 스펙트럼을 분석하여 흡수된 광의 파장에 따라 분류하고, 상기 분류에 따른 차이를 나타낸 이미지이다.
또한, 상기 제어부(120)는 사용자가 입력부(110)를 통해 가스 농도의 측정 신호를 입력하거나 또는 제어부(120)가 열화상 센서부(130)를 동작시킨 후 획득한 광 파장 정보를 이용하여 열화상 이미지를 생성하면 자동으로 레이저 송신부(150)에 동작 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 제어부(120)는 레이저 송신부(150)에서 출력된 광원이 피측정 가스에 반사되어 레이저 수신부(160)에 수신되면, 상기 레이저 수신부(160)에 수신된 반사 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 피측정 가스의 농도를 산출하고, 상기 산출된 가스 농도는 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 한다.
즉 상기 제어부(120)는 반사 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 측정 대상 가스 분자를 확인하고, 상기 확인된 측정 대상 가스 분자의 흡수 스펙트럼으로부터 흡수량을 검출하며, 상기 흡수량에 비례하여 존재하는 가스 분자의 농도를 산출한다.
또한, 상기 제어부(120)는 CCD 센서부(170)가 출력하는 CCD 이미지를 검출하여 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 하고, 사용자의 설정에 따라 상기 CCD 이미지만 표시되도록 하거나 열화상 센서부(130)가 검출한 흡수 스펙트럼을 이용하여 생성한 열화상 이미지만 표시되도록 하거나 또는 상기 CCD 이미지와 열화상 이미지를 조합하여 표시되도록 한다.
또한, 상기 제어부(120)는 조도 센서부(180)로부터 조도 정보가 입력되면, 상기 입력된 조도 정보에 따라 디스플레이부(140)를 통해 표시되는 이미지가 선명하게 보일 수 있도록 콘트라스트(Contrast)를 조정하거나 또는 역광 부분을 보정하는 광역 역광 보정(Wide Dynamic Range, WDR)을 통해 이미지상에서 밝은 부분과 어두운 부분을 보정하여 더욱 선명한 이미지가 표시되도록 보정한다.
또한, 상기 제어부(120)는 열화상 센서부(130)와, 레이저 송신부(150)의 초점 위치가 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 하여 사용자가 측정 위치를 정확하게 인식할 수 있도록 한다.
상기 열화상 센서부(130)는 제어부(120)의 동작 제어 신호에 따라 피측정 대상에 적외선 영역의 광을 투과시켜서 흡수스펙트럼을 측정한다.
상기 디스플레이부(140)는 제어부(120)가 출력하는 열화상 이미지 및 CCD 이미지를 표시하는 구성으로서, LED 또는 LCD 등의 디스플레이 수단으로 이루어진다.
상기 레이저 송신부(150)는 제어부(120)의 동작 제어 신호에 따라 측정 대상 가스로 광원을 출력하는 구성으로서, 레이저 다이오드 또는 적외선 발광 다이오드 중 어느 하나로 이루어지며, 측정 대상 가스에 의해 흡수가 일어나는 파장 부근의 좁은 대역을 갖는 적외선이 일정한 값으로 출력된다.
상기 레이저 수신부(160)는 레이저 송신부(150)에서 출력된 적외선 광원이 피측정 가스에 반사된 반사 광원을 검출하여 제어부(120)로 출력한다.
상기 CCD 센서부(170)는 열화상 센서부(130)의 일측에 설치되어 제어부(120)의 동작 제어 신호에 따라 피측정 대상의 영상을 촬영하여 CCD 이미지로 출력한다.
상기 조도 센서부(180)는 가스 측정 장치(100)의 일측에 설치되어 열화상 센서부(130) 또는 CCD 센서부(170) 주변의 조도 정보를 검출하여 주면의 조도 정보에 따라 디스플레이부(140)를 통해 표시되는 이미지의 밝은 부분과 어두운 부분을 보정하기 위한 보정 정보로 제어부(120)에 제공된다.
(가스 측정 방법)
도 3은 본 발명에 따른 가스 측정 장치를 이용한 측정 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 측정 방법은 열화상을 검출하는 단계(S100)와, 이미지를 디스플레이하는 단계(S200)와, 농도를 측정하는 단계(S300)를 포함하여 구성된다.
상기 열화상을 검출하는 S100단계는 사용자가 입력부(110)를 통해 전원 공급 신호를 입력하면, 제어부(120)가 열화상 센서부(130)로 동작 신호를 출력하여 상기 열화상 센서부(130)를 통해 흡수 스펙트럼을 검출한다.
또한, 상기 S100단계는 사용자가 입력부(110)를 통해 CCD 센서부(170)의 동작 제어 신호를 입력하면, 상기 CCD 센서부(170)를 통해 출력되는 CCD 이미지를 검출한다.
상기 이미지를 디스플레이하는 S200단계는 제어부(120)가 열화상 센서부(130)에서 검출한 흡수 스펙트럼을 분석하여 광 파장에 따른 열화상 이미지를 생성하여 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 한다.
즉 상기 S200단계에서 제어부(120)는 열화상 센서부(130)가 피측정 영역에 적외선 영역의 광을 투과시켜 검출한 흡수 스팩트럼을 분석하여 흡수된 광 파장에 따라 열화상 이미지를 생성하여 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 동작 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 S200단계는 사용자가 입력부(110)를 통해 CCD 이미지와 열화상 이미지 중 적어도 하나가 표시되도록 설정하면, 설정된 정보에 따라 상기 CCD 이미지만 표시되도록 하거나 열화상 이미지만 표시되도록 하거나 또는 상기 CCD 이미지와 열화상 이미지를 조합하여 표시되도록 한다.
또한, 상기 S200단계는 조도 정보를 검출하는 조도 센서부(180)로부터 조도 정보가 입력되면, 상기 입력된 조도 정보에 따라 디스플레이부(140)를 통해 표시되는 이미지가 선명하게 보일 수 있도록 콘트라스트(Contrast)를 조정하거나 또는 역광 부분을 보정하는 광역 역광 보정(Wide Dynamic Range, WDR)을 통해 이미지상에서 밝은 부분과 어두운 부분을 보정하여 더욱 선명한 이미지가 표시되도록 이미지를 보정하는 단계를 추가 수행하여 디스플레이부(140)를 통해 더욱 선명한 이미지가 표시되도록 한다.
상기 농도를 측정하는 S300단계는 사용자가 입력부(110)를 통해 농도 측정 신호를 입력하거나 또는 열화상 이미지 또는 CCD 이미지가 생성되면 자동으로 제어부(120)가 레이저 송신부(150)를 동작시켜 피측정 가스로 광원을 출력하고, 레이저 수신부(160)를 통해 수신한 피측정 가스의 반사 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 가스의 농도를 산출하며, 상기 산출된 농도가 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 한다.
또한, 상기 S300단계는 제어부(120)가 열화상 센서부(130)와, 레이저 송신부(150)의 초점 위치를 공유하여 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 하여 사용자가 측정 위치를 정확하게 인식할 수 있도록 한다.
즉 도 4에 나타낸 바와 같이, 피측정 대상을 표시하는 디스플레이 이미지(200)에 누출 가스 이미지(300)가 표시되고, 가스 농도를 측정하는 레이저 광원의 위치가 표시되도록 포인터(400)를 표시함으로써, 사용자가 가스 누출이 발생되는 정확한 위치와, 그 위치에서의 가스 농도를 측정하여 정확하게 확인할 수 있도록 한다.
따라서 열화상 카메라와 레이저를 이용하여 사용자가 원거리에서 가스의 누출 여부와, 가스가 누출되는 위치와, 누출되는 가스량을 측정하여 확인할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 가스 측정 장치
110 : 입력부
120 : 제어부
130 : 열화상 센서부
140 : 디스플레이부
150 : 레이저 송신부
160 : 레이저 수신부
170 : CCD 센서부
180 : 조도 센서부
200 : 디스플레이 이미지
300 : 누출 가스 이미지
400 : 포인터

Claims (7)

  1. 가스 측정 장치로서,
    사용자로부터 동작 신호를 검출하는 입력부(110);
    상기 입력부(110)의 동작 신호에 따라 열화상 센서부(130)의 동작 제어 신호를 출력하고, 상기 열화상 센서부(130)가 검출한 흡수 스팩트럼을 분석하여 광 파장에 따른 열화상 이미지를 생성하며, 레이저 송신부(150)를 동작시켜 피측정 가스로 광원이 출력되도록 하고, 레이저 수신부(160)가 수신한 상기 피측정 가스에 반사된 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 피측정 가스의 농도를 산출하는 제어부(120);
    상기 제어부(120)의 동작 제어 신호에 따라 피측정 대상에 적외선 영역의 광을 투과시켜서 흡수스펙트럼을 측정하는 열화상 센서부(130);
    상기 제어부(120)가 생성한 열화상 이미지를 표시하는 디스플레이부(140);
    상기 제어부(120)의 동작 제어 신호에 따라 광원을 출력하는 레이저 송신부(150); 및
    상기 레이저 송신부(150)에서 출력된 광원이 피측정 가스에 반사된 반사 광원을 검출하여 상기 제어부(120)로 출력하는 레이저 수신부(160)를 포함하는 가스 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 측정 장치는 영상을 촬영하여 CCD 이미지로 출력하는 CCD 센서부(170)를 더 포함하고,
    상기 제어부(120)는 상기 CCD 센서부(170)가 출력하는 CCD이미지와 열화상 센서부(130)가 검출한 흡수 스펙트럼에 따라 생성한 열화상 이미지 중 적어도 하나의 이미지가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 측정 장치는 조도 정보를 검출하는 조도 센서부(180)를 더 포함하고,
    상기 제어부(120)는 상기 조도 센서부(180)에 검출된 조도 정보에 따라 밝은 부분과 어두운 부분을 보정하여 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(120)는 열화상 센서부(130)와, 레이저 송신부(150)의 초점위치를 상기 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  5. 가스 측정 방법으로서,
    a) 사용자가 입력부(110)를 통해 동작 신호를 입력하면, 제어부(120)가 열화상 센서부(130)를 통해 흡수 스펙트럼을 검출하는 열화상 검출 단계:
    b) 상기 제어부(120)가 상기 열화상 센서부(130)에서 검출한 흡수 스펙트럼을 광 파장에 따른 열화상 이미지를 생성하여 디스플레이부(140)를 통해 표시하는 디스플레이 단계: 및
    c) 상기 제어부(120)가 레이저 송신부(150)를 동작시켜 피측정 가스로 광원을 출력하고, 레이저 수신부(160)를 통해 수신한 피측정 가스의 반사 광원의 흡수 스펙트럼을 분석하여 가스의 농도를 산출하며, 상기 산출된 농도가 디스플레이부(140)를 통해 표시되도록 하는 농도 측정 단계를 포함하는 가스 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 a)단계는 CCD 센서부(170)를 통해 영상의 CCD 이미지를 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어부(120)가 입력부(110)를 통해 검출되는 사용자의 설정 정보에 따라 상기 검출된 CCD 이미지와 상기 열화상 센서부(130)를 통해 생성한 열화상 이미지 중 적어도 하나가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 b)단계는 조도 정보를 검출하는 조도 센서부(180)를 더 포함하고,
    상기 제어부(120)가 상기 조도 센서부(180)에 검출된 조도 정보에 따라 밝은 부분과 어두운 부분을 보정하여 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 방법.
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