KR20150017417A - 멤스 센서를 이용한 차량용 유해가스 유입 방지 장치 및 방법 - Google Patents

멤스 센서를 이용한 차량용 유해가스 유입 방지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 유해가스 유입 방지 장치 및 방법에 관한 것으로, 유해물질의 양에 근거하여 전기 신호를 출력하는 멤스 센서, 유해가스의 종류 및 농도를 결정하고 그에 따라 차량을 제어하는 전자제어부, 외부 가스를 상기 차량에 유입시키거나 유입을 차단하는 공조장치, 차량 내부의 공기를 외부로 배출하거나 배출을 중지하는 환기장치, 운전자에게 경고 메시지를 표시하는 디스플레이를 포함하여 구성되며, 멤스 센서를 이용하여 차량 내의 유해가스의 농도를 검출하고 검출된 유해가스의 농도에 따라 차량의 공조장치를 제어하여 실시간으로 유해가스의 외부 유입을 차단하거나 내부에 유입된 유해가스를 환기시킴으로써 차량 내부에 유해가스 유입을 방지하고 유해가스가 유입된 경우 실시간으로 유해가스를 제거할 수 있다.

Description

멤스 센서를 이용한 차량용 유해가스 유입 방지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREVENTING INFLOW OF NOXIOUS GAS INTO VEHICLES USING MEMS SENSORS}
본 발명은 차량용 유해가스 유입 방지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멤스(MEMs, micro-electromechanical system) 센서를 이용하여 차량 내의 유해가스의 농도를 검출하고 검출된 유해가스의 농도에 따라 차량의 공조장치를 제어하여 유해가스의 외부 유입을 차단하거나 내부에 유입된 유해가스를 환기시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차는 일산화탄소 및 일산화질소를 포함한 다양한 유해 가스를 배출하며, 인간은 감각기관에 의해 이러한 유해 가스의 농도를 판단하거나 그 종류를 판별하는 것이 불가능하다. 따라서 물질의 물리적, 화학적 성질을 이용한 가스 센서가 가스의 누설감지, 농도의 측정 및 기록, 유해 가스의 경보를 위하여 사용되고 있다.
기존의 가스 센서는 가스분자의 흡착에 따라 전기 전도도 또는 전기 저항이 변화하는 특성을 이용하여 유해가스의 양을 측정한다. 종래 사용되어온 가스 센서 중 차량용으로 사용하여 유해 가스를 감지하기에 감도가 충분한 가스 센서로는 반도체식 가스 센서와 전기화학식 가스 센서가 있다.
반도체식 가스 센서는 세라믹 반도체 표면에 가스가 접촉할 경우 발생하는 전기전도도의 변화를 이용하며 대부분 대기 중에서 센서가 가열된 상태로 사용되는 일이 많다. 따라서 고온에서 안정한 금속산화물이 주로 사용된다. 반도체의 성질을 가지는 금속 산화물 중 금속원자가 과잉이면 n형 반도체, 금속원자가 결핍이면 p형 반도체가되며, 이러한 세라믹반도체 중 전기전도도가 높고 융점이 높은 성질을 가진 반도체를 사용하여 센서를 구현할 수 있다. 그러나 반도체식 가스 센서는 감지하려는 가스만을 선택적으로 감지할 수 있는 선택성이 우수한 가스 센서를 구현하기 어렵다는 문제가 있다.
전기화학식 가스 센서는 전기화학적 산화 환원 반응을 이용한다. 전기화학식 가스 센서는 전도체 계면과 측정 대상인 가스의 반응에 따라 전하를 교환하면서 발생하는 전기신호를 검출한다. 이러한 전기화학식 가스 검출센서에서 전기화학적으로 환원성 기체인 산소, 산화질소, 염소기체 등은 음극에서, 산화성 기체인 일산화질소, 황화수소 등은 양극에서 검출된다. 전기화학식 가스 센서는 두 전극 사이의 이온 전해질 막 사이에 흐르는 양이온과 음이온에 의해 발생하는 기전력 또는 전류를 측정한다.
전기화학식 가스 센서는 액체나 고분자 계열의 이온 전해질 막들을 사용할 경우 상온에서 가스 검출이 가능하다는 특징이 있어 주로 의료부분에서 활용되며, 고체 전해질을 사용할 경우에는 고온에서 작동하므로 연소 가스의 탐지에 주로 이용되고 있다.
그러나 이러한 반도체식 또는 전기화학식 가스 센서는 센서의 크기를 소형화하기 어렵고, 센서가 검출할 수 있는 유해 가스의 범위에도 한계가 있으며, 반응 속도가 느리므로 유해 가스의 검출에 실시간으로 대응하여 차량의 내부 환기 및 공조 상태를 변화시키기 어렵다는 문제가 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제0508189호(2005.8.5 등록, 발명의 명칭 : 마이크로 가스 센서 및 그의 제조방법)가 있다.
본 발명은 멤스 센서를 이용하여 차량 내의 유해가스의 농도를 검출하고 검출된 유해가스의 농도에 따라 차량의 공조장치를 실시간으로 제어하여 유해가스의 외부 유입을 차단하거나 내부에 유입된 유해가스를 환기시키고 유해 가스 농도에 관한 경고를 표시함으로써, 차량 내부에 유해가스 유입을 방지하고 유해가스가 유입된 경우 실시간으로 유해가스를 제거하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 장치는 표면 위에 흡착된 유해물질의 양이나 종류 중 적어도 하나에 근거하여 유해가스의 농도나 종류 중 적어도 하나에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 센서, 외부 가스를 차량에 유입시키거나 유입을 차단하는 공조장치, 및 상기 멤스 센서로부터 전달받은 상기 전기 신호에 근거하여 상기 공조장치를 제어하는 전자제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 전자제어부는 상기 멤스 센서로부터의 전기 신호에 근거하여, 차량 내부 공기를 환기시키는 환기장치 또는 운전자에게 경고 메시지를 표시하는 디스플레이 중 적어도 하나를 추가로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 멤스 센서는, 표면 위에 메탈층으로 구성된 반사판이 형성되고, 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 휘어지는 캔틸레버, 상기 반사판에 빛을 조사하는 발광부 및 상기 반사판에서 반사된 반사광을 감지하는 수광부를 포함하고, 상기 멤스 센서는 상기 수광부에 의해 반사광이 감지되는 위치를 상기 전기 신호로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 멤스 센서는, 절연막으로 표면이 둘러싸인 상부 전극 및 하부 전극이 설치되고 상기 상부 및 하부 전극 사이에 압전물질을 내장하는 캔틸레버, 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 전류를 공급하는 전원부 및 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 흐르는 전류량을 감지하는 전류 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 멤스 센서는, 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 공진주파수가 변화하는 캔틸레버, 상기 캔틸레버의 고유 공진주파수로 상기 캔틸레버를 진동시키는 발진부 및 상기 캔틸레버의 공진주파수를 감지하는 주파수감지부를 포함하고, 상기 멤스 센서는 상기 캔틸레버의 공진주파수를 상기 전기 신호로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 멤스 센서는 표면에 팔라듐 촉매가 증착되고, 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 전기 전도도가 변화하는 멤브레인을 포함하고, 상기 멤스 센서는 상기 멤브레인의 전기 전도도를 상기 전기 신호로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 멤스 센서는 복수의 상기 멤스 센서가 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 전자제어부는 상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달한 경우 상기 공조장치가 외부 가스의 유입을 차단하도록 제어하는 것, 상기 환기장치가 차내 공기를 외부로 배출하도록 제어하는 것, 상기 디스플레이가 경고를 표시하도록 제어하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 방법은 멤스 센서가 캔틸레버 또는 멤브레인에 흡착된 유해물질의 종류 또는 양 중 적어도 하나에 근거하여 유해가스의 종류 또는 농도에 대응하는 전기 신호를 전자제어부로 전달하는 단계, 상기 전자제어부가 상기 전달받은 전기 신호에 근거하여 차량 내부의 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나를 결정하는 단계, 상기 전자제어부가 상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였는지 판단하는 단계 및 상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 외부 가스의 유입을 차단하도록 상기 전자제어부가 공조장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유해가스 방지 방법은, 상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 경고를 표시하도록 상기 전자제어부가 디스플레이를 제어하는 단계, 및 상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 차내 공기가 외부로 배출되도록 상기 전자제어부가 환기장치를 제어하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서, 상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우, 상기 캔틸레버의 표면에 형성된 반사판에 빛을 반사키키고 상기 반사된 빛이 감지되는 위치를 상기 전기 신호로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서, 상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우, 상기 캔틸레버에 설치된 상부 전극 및 하부 전극 사이에 전류를 공급하고, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 사이에 내장된 압전 물질을 이용하여 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 흐르는 전류량을 상기 전기 신호로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서, 상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우, 상기 캔틸레버의 고유 공진주파수로 상기 캔틸레버를 진동시키고, 상기 캔틸레버의 공진주파수를 상기 전기 신호로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서, 상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우 변화하는 상기 멤브레인의 전기 전도도를 상기 전기 신호로 전달하되, 상기 멤브레인의 표면에 증착된 팔라듐 촉매를 이용하여 상기 멤브레인의 전기 전도도의 변화를 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 실시간으로 유해가스의 외부 유입을 차단하거나 내부에 유입된 유해가스를 환기시켜 차량 내부에 유해가스 유입을 방지하고 유해가스가 유입된 경우 실시간으로 유해가스를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 6은 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 방법의 동작을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 장치의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 장치는 전자제어부(ECU, electronic control unit)(100), 공조장치(110), 환기장치(120), 디스플레이(130) 및 멤스 센서(200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전자제어부(100)는 멤스 센서(200)로부터 전달받은 전기 신호에 근거하여 차량 내부 공기 중에 포함된 유해 가스의 종류 및 농도를 결정하고 결정된 유해 가스의 종류 및 농도에 따라 차량을 제어한다.
전자제어부(100)는 상기 결정된 유해가스의 종류 및 농도가 미리 설정된 위험 수준에 도달하는 경우 공조장치(110)를 제어하여 공조장치(110)가 외부 가스의 유입을 차단하게 할 수 있다.
전자제어부(100)는 상기 결정된 유해가스의 종류 및 농도가 미리 설정된 위험 수준에 도달하는 경우, 환기장치(120)를 제어하여 환기장치(120)가 차내 공기를 외부로 배출하게 할 수 있고, 디스플레이(130)를 제어하여 운전자에게 경고 메시지를 표시할 수 있다.
공조장치(110)는 전자제어부(100)의 제어에 따라 차량 외부 가스를 차량으로 유입시키거나 유입을 차단한다.
환기장치(120)는 전자제어부(120)의 제어에 따라 차량 내부의 공기를 차량 외부로 배출하거나 배출을 중지한다.
디스플레이(130)는 전자제어부(120)의 제어에 따라 운전자에게 경고 메시지를 표시한다.
멤스 센서(200)는 캔틸레버(230, 260, 270) 또는 멤브레인(280)에 흡착된 유해물질의 양에 근거하여 전자제어부(100)로 전기 신호를 출력한다.
멤스 센서(200)는 표면 위에 흡착되는 유해물질에 의해 휘어지는 캔틸레버(230, 260, 270)를 포함할 수 있고, 또는 팔라듐 촉매가 표면에 증착된 멤브레인(280)을 포함할 수 있다.
멤스 센서(200)는 반도체 집적회로 칩 상에 집적되어 하나의 칩 안에 내장되는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우 멤스 센서(200)는 전자제어부(100)에 포함된 반도체 집적회로에 내장되는 형태로 구현될 수 있다.
이러한 멤스 센서(200)는 다양한 종류와 형태로 구현될 수 있는 바, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서(200)의 일 실시예를 도시한 것으로서, 특히 표면 위에 반사판이 형성된 캔틸레버(230)를 포함한 멤스 센서(200)를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 센서(200)는 발광부(210), 수광부(220) 및 캔틸레버(230)를 포함하여 이루어질 수 있다.
발광부(210)는 캔틸레버(230)의 표면 위에 형성된 반사판에 빛을 조사하여 반사시킨다.
수광부(220)는 캔틸레버(230)의 표면 위에 형성된 반사판에서 반사된 반사광을 감지한다.
캔틸레버(230)의 표면 위에는 메탈층으로 구성된 반사판이 형성되며, 캔틸레버(230) 위에 유해물질이 흡착될 경우 캔틸레버(230)는 흡착된 유해물질에 의해 휘어진다.
이렇게 휘어진 캔틸레버(230)의 표면에 형성되어 있는 반사판이 발광부(210)가 조사한 빛을 반사시키고, 반사판에 의하여 반사된 반사광을 수광부(220)가 감지할 수 있다. 이 경우 수광부(220)가 감지한 반사광의 위치에 의하여 캔틸레버(230)가 휘어진 정도를 감지할 수 있다.
캔틸레버(230)에 부착된 유해물질의 질량에 따라 캔틸레버(230)가 휘어진 정도가 변화하므로 캔틸레버에 의해 반사된 반사광이 감지되는 위치는 캔틸레버(230)에 흡착된 유해물질의 양을 나타내는 값이 될 수 있다.
이 때, 멤스 센서(200)는 캔틸레버(230)가 반사하는 반사광이 감지되는 위치를 유해물질의 양에 근거하여 출력되는 전기 신호로서 전자제어부(100)로 출력할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서(200)의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 특히 압전물질을 내장하는 캔틸레버(260)를 포함한 멤스 센서(200)를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 센서(200)는 전원부(240), 전류 감지부(250) 및 캔틸레버(260)를 포함하여 이루어질 수 있다.
캔틸레버(260)에는 상부 전극(261) 및 하부 전극(262)이 설치되고, 상부 전극(261) 및 하부 전극(262) 사이에는 압전물질이 내장된다. 상부 전극(261) 및 하부 전극(262)은 각각 그 표면이 절연막으로 둘러싸여 있다.
전원부(240)는 상부 전극(261) 및 하부 전극(262) 사이에 전류를 공급한다.
전류 감지부(250)는 상부 전극(261) 및 하부 전극(262) 사이에 흐르는 전류량을 감지한다.
이 때, 캔틸레버(260)의 표면에 유해물질이 흡착되면, 유해물질의 질량에 의하여 압전물질이 반응하여 상부 전극(261) 및 하부 전극(262) 사이에 흐르는 전류량이 변화하며, 이러한 전류량의 변화는 캔틸레버(260)에 흡착된 유해물질의 양에 따라 달라지게 된다. 따라서 전류 감지부(250)가 감지한 상부 전극(261)과 하부 전극(262) 사이에 흐르는 전류량이 캔틸레버에 흡착된 유해물질의 양을 나타내는 값이 될 수 있다.
그러므로, 멤스 센서(200)는 캔틸레버(260)의 상부 전극(261)과 하부 전극(262) 사이에 흐르는 전류량을 캔틸레버(260)에 흡착된 유해물질의 양에 근거하여 출력되는 전기 신호로서 전자제어부(100)로 출력할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서(200)의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 특히 캔틸레버(270)의 공진주파수의 변화를 감지하는 멤스 센서(200)를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 센서(200)는 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 공진주파수가 변화하는 캔틸레버(270), 캔틸레버(270)의 고유 공진주파수로 캔틸레버(270)를 진동시키는 발진부(미도시) 및 캔틸레버(270)의 공진주파수를 감지하는 주파수감지부(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때, 고유 공진주파수로 진동하는 캔틸레버(270)의 표면에 유해물질이 흡착되면, 유해물질의 물성에 따라서 캔틸레버(270)의 공진 주파수가 변화하며, 이러한 공진 주파수의 변화는 캔틸레버(270)에 흡착된 유해물질의 질량에 의존하게 된다.
이 경우, 캔틸레버(270)의 공진 주파수와 캔틸레버(270)에 흡착된 유해물질의 질량 사이의 관계는 아래의 수학식 1에 의해 표현될 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서 f는 캔틸레버(270)의 공진 주파수, k는 캔틸레버(270)의 용수철 상수, m0는 캔틸레버(270)의 질량, m은 캔틸레버(270)에 흡착된 유해물질의 질량을 나타낸다.
따라서, 멤스 센서(200)는 캔틸레버(270)의 공진 주파수를 캔틸레버(270)에 흡착된 유해물질의 양에 근거하여 출력되는 전기 신호로서 전자제어부(100)로 출력할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서(200)의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 특히 팔라듐 촉매가 증착된 멤브레인(280)을 포함하는 멤스 센서(200)를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤스 센서(200)는 멤브레인(280) 및 전기전도도 감지부(290)를 포함하여 이루어질 수 있다.
멤스 센서(200)가 멤브레인(280)을 포함할 경우, 멤브레인(280)은 매우 얇은 실리콘(Si)층으로 구성될 수 있고, 그 위에 팔라듐 촉매가 증착될 수 있다. 이 경우 멤브레인(280)에 유해물질이 흡착될 경우 흡착된 유해물질의 양에 따라 멤브레인(280)의 전기전도도가 변화하게 된다.
따라서, 멤브레인(280)의 전기 전도도는 멤브레인(280)에 흡착된 유해물질의 양에 근거하여 출력되는 전기 신호로서 전자제어부(100)로 출력될 수 있다.
전기전도도 감지부(290)는 멤브레인(280)에 흡착된 유해물질의 양에 따른 전기전도도의 변화를 감지하여 전자제어부(100)로 출력한다.
도 6은 도 1에 도시된 차량용 유해가스 유입 방지 장치에 포함된 멤스 센서(200)의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 특히 복수의 멤스 센서(200)가 어레이 형태로 배열된 멤스 센서(200)를 나타낸 것이다.
멤스 센서(200)는 일반적으로 소형이므로, 복수의 멤스 센서(200)가 어레이 형태로 배열되어 동시에 전기 신호를 전자제어부(100)로 출력할 수 있다. 이 경우 복수의 멤스 센서(200)가 출력한 유해물질의 양에 따른 전기 신호들에 근거하여, 전자제어부(100)가 유해가스의 종류 및 농도를 결정할 수 있다. 따라서 복수의 멤스 센서(200)에 흡착된 유해물질의 양에 따라 유해가스의 종류 및 농도가 결정되므로 전자제어부(100)가 결정하는 유해가스의 종류 및 농도의 정확도가 향상될 수 있다. 특히 일부 멤스 센서에 부착되는 유해물질의 양이 다른 멤스 센서들에 부착되는 유해물질의 양과 차이가 있거나, 멤스 센서(200) 중 일부가 오작동하더라도 복수의 멤스 센서들이 출력하는 전기 신호들에 의거하여 정확한 유해가스의 종류 및 농도를 결정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 방법의 동작을 도시한 순서도이다. 이를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 유해가스 유입 방지 방법을 설명한다.
먼저 멤스 센서(200)가 캔틸레버(230, 260, 270) 또는 멤브레인(280)에 흡착된 유해물질의 양에 근거하여 유해가스를 검출하여 그 검출결과에 따른 전기 신호를 전자제어부(100)로 전달한다(S100). 이 때, 흡착된 유해물질의 양에 대응하여 유해가스의 농도가 결정될 수 있다.
이 때, 만일 멤스 센서(200)가, 도 2에 도시된 바와 같이 표면 위에 메탈층으로 구성된 반사판이 형성되고 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 휘어지는 캔틸레버(230)를 포함한다면, 멤스 센서(200)는 유해물질이 흡착될 경우 수광부(220)에 의해 반사광이 감지되는 위치를 전기 신호로서 전자제어부(100)로 전달할 수 있다.
또는, 만일 멤스 센서(200)가, 도 3에 도시된 바와 같이 절연막으로 표면이 둘러싸인 상부 전극(261) 및 하부 전극(262)이 설치되고 상부 전극(261)과 하부 전극(262) 사이에 압전물질을 내장하는 캔틸레버(260)를 포함한다면, 멤스 센서(200)는 유해물질이 흡착될 경우 상부 전극(261)과 하부 전극(262) 사이에 흐르는 전류량을 전기 신호로서 전자제어부(100)로 전달할 수 있다.
또는, 만일 멤스 센서(200)가, 도 4에 도시된 바와 같이 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 공진주파수가 변화하는 캔틸레버(270)를 진동시키는 발진부(미도시)를 포함한다면, 멤스 센서(200)는 유해물질이 흡착될 경우 캔틸레버(270)의 공진 주파수의 변화를 전기 신호로서 전자제어부(100)로 전달할 수 있다.
또는, 만일 멤스 센서(200)가, 도 5에 도시된 바와 같이 멤브레인(280)을 포함한다면, 멤스 센서(200)는 유해물질이 흡착될 경우 변화하는 멤브레인(280)의 전기 전도도를 상기 전기 신호로 출력할 수 있다. 이 경우 멤스 센서(200)는 멤브레인(280)의 표면에 증착된 팔라듐 촉매를 이용하여 멤브레인(280)의 전기 전도도의 변화를 감지할 수 있다.
이후, 전자제어부(100)가 전달받은 전기 신호에 근거하여 차량 내부의 유해가스의 종류와 농도를 결정한다(S110).
이어서 전자제어부(100)는 결정된 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가가 미리 정해진 위험 수준에 도달하였는지의 여부를 판단할 수 있다(S120). 즉, 멤스 센서(200)에 의해 감지된 유해가스가 인간에게 치명적인 가스이거나, 유해가스의 농도가 미리 설정된 기준농도를 초과하는지 여부 등에 의해 위험수준 도달 여부를 판단할 수 있다.
만일 유해가스의 종류나 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 전자제어부(200)는 외부 가스의 유입을 차단하도록 공조장치(110)를 제어할 수 있다(S130).
만일 유해가스의 종류나 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 전자제어부(200)는 경고를 표시하도록 디스플레이(130)를 제어하고(S140), 차내 공기가 외부로 배출되도록 환기장치(120)를 제어할 수 있다(S150).
만일 단계(S120)에서 결정된 유해가스의 종류 및 농도가 미리 정해진 위험 수준에 도달하지 않았다면 전자제어부(200)는 본 프로세스를 종료한다.
전자제어부(200)는 유해가스의 종류나 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하지 않았는가의 여부에 따라 상기에서 설명한 바와 같이 차량을 제어한 뒤 상기 프로세스를 종료한다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 실시간으로 유해가스의 외부 유입을 차단하거나 내부에 유입된 유해가스를 환기시켜 차량 내부에 유해가스 유입을 방지하고 유해가스가 유입된 경우 실시간으로 유해가스를 제거할 수 있다.
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.
100 : 전자제어부 (ECU) 110 : 공조부
120 : 환기부 130 : 디스플레이
200 : 멤스 센서 210 : 발광부
220 : 수광부 230 : 캔틸레버
240 : 전원부 250 : 전류 감지부
260 : 캔틸레버 270 : 캔틸레버
280 : 멤브레인 290 : 전기전도도 감지부

Claims (14)

  1. 표면 위에 흡착된 유해물질의 양이나 종류 중 적어도 하나에 근거하여 유해가스의 농도나 종류 중 적어도 하나에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 센서;
    외부 가스를 차량에 유입시키거나 유입을 차단하는 공조장치; 및
    상기 멤스 센서로부터 전달받은 상기 전기 신호에 근거하여 상기 공조장치를 제어하는 전자제어부를 포함하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자제어부는 상기 멤스 센서로부터의 전기 신호에 근거하여, 차량 내부 공기를 환기시키는 환기장치 또는 운전자에게 경고 메시지를 표시하는 디스플레이 중 적어도 하나를 추가로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 멤스 센서는,
    표면 위에 메탈층으로 구성된 반사판이 형성되고, 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 휘어지는 캔틸레버;
    상기 반사판에 빛을 조사하는 발광부; 및
    상기 반사판에서 반사된 반사광을 감지하는 수광부를 포함하고,
    상기 멤스 센서는 상기 수광부에 의해 반사광이 감지되는 위치를 상기 전기 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 멤스 센서는,
    절연막으로 표면이 둘러싸인 상부 전극 및 하부 전극이 설치되고 상기 상부 및 하부 전극 사이에 압전물질을 내장하는 캔틸레버;
    상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 전류를 공급하는 전원부; 및
    상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 흐르는 전류량을 감지하는 전류 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 멤스 센서는,
    표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 공진주파수가 변화하는 캔틸레버;
    상기 캔틸레버의 고유 공진주파수로 상기 캔틸레버를 진동시키는 발진부; 및
    상기 캔틸레버의 공진주파수를 감지하는 주파수감지부를 포함하고,
    상기 멤스 센서는 상기 캔틸레버의 공진주파수를 상기 전기 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 멤스 센서는 표면에 팔라듐 촉매가 증착되고, 표면 위에 흡착된 유해물질에 의해 전기 전도도가 변화하는 멤브레인을 포함하고,
    상기 멤스 센서는 상기 멤브레인의 전기 전도도를 상기 전기 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 멤스 센서는 복수의 상기 멤스 센서가 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 전자제어부는 상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달한 경우 상기 공조장치가 외부 가스의 유입을 차단하도록 제어하는 것, 상기 환기장치가 차내 공기를 외부로 배출하도록 제어하는 것, 상기 디스플레이가 경고를 표시하도록 제어하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 장치.
  9. 멤스 센서가 캔틸레버 또는 멤브레인에 흡착된 유해물질의 종류 또는 양 중 적어도 하나에 근거하여 유해가스의 종류 또는 농도에 대응하는 전기 신호를 전자제어부로 전달하는 단계;
    상기 전자제어부가 상기 전달받은 전기 신호에 근거하여 차량 내부의 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나를 결정하는 단계;
    상기 전자제어부가 상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였는지 판단하는 단계; 및
    상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 외부 가스의 유입을 차단하도록 상기 전자제어부가 공조장치를 제어하는 단계를 포함하는 차량용 유해가스 유입 방지 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 경고를 표시하도록 상기 전자제어부가 디스플레이를 제어하는 단계; 및
    상기 유해가스의 종류 또는 농도 중 적어도 하나가 위험 수준에 도달하였다면 차내 공기가 외부로 배출되도록 상기 전자제어부가 환기장치를 제어하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 차량용 유해가스 유입 방지 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서,
    상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우, 상기 캔틸레버의 표면에 형성된 반사판에 빛을 반사키키고 상기 반사된 빛이 감지되는 위치를 상기 전기 신호로 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서,
    상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우, 상기 캔틸레버에 설치된 상부 전극 및 하부 전극 사이에 전류를 공급하고, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 사이에 내장된 압전 물질을 이용하여 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 흐르는 전류량을 상기 전기 신호로 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서,
    상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우, 상기 캔틸레버의 고유 공진주파수로 상기 캔틸레버를 진동시키고, 상기 캔틸레버의 공진주파수를 상기 전기 신호로 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 전기 신호를 상기 전자제어부로 전달하는 단계에서,
    상기 멤스 센서는 유해물질이 흡착될 경우 변화하는 상기 멤브레인의 전기 전도도를 상기 전기 신호로 전달하되,
    상기 멤브레인의 표면에 증착된 팔라듐 촉매를 이용하여 상기 멤브레인의 전기 전도도의 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 차량용 유해가스 유입 방지 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021080378A1 (ko) * 2019-10-23 2021-04-29 재단법인대구경북과학기술원 농도 측정 장치, 농도 측정 시스템, 및 농도 측정 방법

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