KR20160011047A - 가스 센서, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법 - Google Patents

가스 센서, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 미리 정해진 서로 다른 복수의 대상가스와 반응 시 변색되는 복수의 검출부를 구비하여 서로 다른 복수의 대상가스의 양을 독립적으로 측정할 수 있는 가스센서를 제공한다. 또한, 대상식품이 수용된 용기에 장착된 가스센서의 색변화를 감지하여 용기에 포함된 대상식품의 종류와 상태를 결정하는 냉장고 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스센서는 복수의 대상가스를 검출하는 가스센서에 있어서, 베이스; 및 상기 베이스에 마련되고, 서로 다른 대상가스를 각각 검출하는 복수의 검출부;를 포함하고, 상기 복수의 검출부는 각각 미리 정해진 대상가스와 반응 시 변색되도록 마련된다.

Description

가스 센서, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법{GAS SENSOR, REFRIGERATOR HAVING THE SAME AND CONTROL METHOD FOR THE REFRIGERATOR}
본 발명은 대상 가스의 양을 측정하는 가스 센서, 가스 센서를 포함하는 전자 제품 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
가스 센서는 특정 가스의 농도를 측정하는 장치로서, 측정 원리에 따라 반도체식 가스 센서, 접촉 연소식 센서, 전기화학 센서 등이 있다. 이 중에서 반도체식 가스 센서는 측정 대상 물질이 산화 또는 환원되면서 저항 성분이 바뀌는 영향을 측정함으로써 가스의 농도를 측정하고, 전기화학식 가스 센서는 전해질에 용존된 가스를 산화/환원시켜 발생하는 이온의 양을 측정함으로써 가스의 농도를 측정한다.
불활성 가스를 제외한 대부분의 가스가 산화/환원 경향을 가지고 있기 때문에 반도체식 가스 센서나 전기화학식 가스 센서는 측정하고자 하는 대상 가스뿐만 아니라 함께 존재하는 다른 가스 또한 측정되는 크로스토크(crosstalk) 현상이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 특정 가스를 선택적으로 측정할 수 있는 측정 선택도(selectivity)에 한계가 있다.
또한, 인체의 후각 기관은 냄새를 유발하는 가스를 ppb 레벨까지 감지할 수 있는데 반해, 현재의 가스 센서는 측정의 민감도(sensitivity)가 인체의 후각 기관보다 떨어져 ppm 레벨 이하의 가스를 측정하는데 어려움이 있다.
본 발명의 일 측면은, 미리 정해진 서로 다른 복수의 대상가스와 반응 시 변색되는 복수의 검출부를 구비하여 서로 다른 복수의 대상가스의 양을 독립적으로 측정할 수 있는 가스센서를 제공한다.
또한, 대상식품이 수용된 용기에 장착된 가스센서의 색변화를 감지하여 용기에 포함된 대상식품의 종류와 상태를 결정하는 냉장고 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스센서는 복수의 대상가스를 검출하는 가스센서에 있어서, 베이스; 및 상기 베이스에 마련되고, 서로 다른 대상가스를 각각 검출하는 복수의 검출부;를 포함하고, 상기 복수의 검출부는 각각 미리 정해진 대상가스와 반응 시 변색되도록 마련된다.
또한, 상기 검출부는, 미리 정해진 대상가스와 반응함으로써 발생하는 pH의 변화에 대응하여 변색되는 적어도 하나의 pH지시약을 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출부는, 검출용액이 포함된 친수성 멤브레인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출용액은 버퍼용액 및 미리 정해진 대상가스와 반응함으로써 발생하는 pH의 변화에 대응하여 변색되는 적어도 하나의 pH지시약을 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출용액은, 글리세린(Glycerin), 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 칼슘 클로라이드(Calcium Chloride), 소듐 클로라이드(Sodium Chloride)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 친수성 멤브레인은, 셀룰로오스 에스테르(Cellulose ester), 유리섬유(Glass fiber), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로오스 섬유(Cellulose fiber), 리트머스 종이, 한지, 여과지(Filter paper)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스는 가스를 투과시키는 소수성 멤브레인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스는, 폴리테트라 플루오르 에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene), 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene), 타이벡(Tyvek)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 검출부에 부착되고, 가스를 투과시키지 않도록 마련된 투명 멤브레인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상가스는 식품의 숙성과정에서 발생하는 가스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상가스는 황화수소, 암모니아, 에틸렌, 트리메틸아민, 아세트산, 이산화탄소를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 검출부는 상기 베이스에 2차원 어레이 형태로 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수의 검출부의 색을 검출하는 이미지검출부; 및 상기 이미지검출부에서 검출한 색에 대한 데이터를 외부로 출력하는 송신부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이미지검출부 및 송신부에 전력을 공급하는 배터리;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이미지검출부 및 송신부에 전력을 공급하는 무선전력 수전부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전자제품은 제1항의 가스센서를 포함한다.
또한, 상기 가스센서의 이미지를 획득하는 이미지 센서;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서에서 획득한 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 대상체를 식별하고 상기 대상체의 상태를 결정하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 상태에 대한 데이터를 미리 저장할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 이미지 센서에서 획득한 이미지를 이용하여 대상가스에 노출되기 전후의 가스센서의 색 차이를 결정하고, 상기 미리 저장된 데이터를 이용하여 상기 결정된 색 차이로부터 대상체의 종류 및 상태를 결정할 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서에서 획득한 가스센서의 이미지에 기초하여 결정된 대상체의 종류 또는 대상체의 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자제품은 냉장고를 포함하고, 상기 제어부는 상기 결정된 대상체의 상태에 따라 냉장고의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 가스센서와 이미지 센서는 상기 냉장고의 각 저장실마다 마련되고, 상기 제어부는 상기 각 저장실에 마련된 이미지 센서에서 획득한 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 각 저장실에 위치한 대상체의 종류와 상태를 결정하고, 결정된 대상체의 상태에 따라 각 저장실의 온도를 각각 제어할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉장고는 저장실; 및 상기 저장실에 수용되는 용기의 가스센서의 색을 감지하도록 마련되는 이미지 센서;를 포함한다.
또한, 상기 이미지 센서에서 획득한 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 상기 용기에 수용된 대상체를 식별하고 상기 대상체의 상태를 결정하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 대상체의 상태에 대한 데이터를 미리 저장할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 이미지 센서에서 획득한 이미지를 이용하여 대상가스에 노출되기 전후의 가스센서의 색 차이를 결정하고, 상기 미리 저장된 데이터를 이용하여 상기 결정된 색 차이로부터 대상체의 종류 및 상태를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 결정된 대상체의 상태에 따라 상기 저장실의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서에서 획득한 가스센서의 이미지에 기초하여 결정된 대상체의 종류 또는 대상체의 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉장고는 저장실; 및 상기 저장실에 수용되는 용기의 가스센서로부터 출력되는 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 상기 용기에 수용된 대상체를 식별하고 상기 대상체의 상태를 결정하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 대상체의 상태에 대한 데이터를 미리 저장할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가스센서로부터 출력되는 상기 가스센서의 이미지를 이용하여 대상가스에 노출되기 전후의 가스센서의 색 차이를 결정하고, 상기 미리 저장된 데이터를 이용하여 상기 결정된 색 차이로부터 대상체의 종류 및 상태를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 결정된 대상체의 상태에 따라 상기 저장실의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 결정된 대상체의 종류 또는 대상체의 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스센서로부터 무선으로 전송되는 데이터를 수신하는 수신부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉장고의 제어방법은 저장실에 수용되는 용기에 마련된 가스센서의 색변화를 결정하고; 상기 가스센서의 색 변화에 대응하는 대상체의 상태를 표시하는 것;을 포함한다.
또한, 상기 가스센서의 색변화를 결정하는 것은, 복수의 검출부를 포함하는 상기 가스센서의 이미지를 획득하고; 상기 가스센서의 이미지를 이용하여 상기 대상가스에 노출되기 전후의 상기 복수의 검출부 각각의 색차이를 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스센서의 색변화에 기초하여 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것은, 미리 저장된 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 상태에 대한 데이터를 이용하여 상기 가스센서의 색변화로부터 상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상체의 상태를 표시하는 것은, 상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 종류 및 상태를 표시하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 상태에 기초하여 상기 저장실의 온도를 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉장고의 제어방법은 저장실에 수용되는 용기의 가스센서로부터 상기 가스센서의 색변화에 대한 데이터를 수신하고; 상기 수신된 데이터에 따른 상기 가스센서의 색변화에 대응하는 대상체의 상태를 표시하는 것;을 포함한다.
또한, 상기 수신된 데이터에 기초하여 대상가스에 노출되기 전후의 상기 가스센서의 복수의 검출부 각각의 색 차이를 결정하는 것;을 더 포함할 수 있다.
또한, 수신된 데이터에 따른 상기 가스센서의 색변화에 기초하여 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것은, 미리 저장된 상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 상태에 대한 데이터를 이용하여 상기 수신된 데이터에 따른 상기 가스센서의 색변화로부터 상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상체의 상태를 표시하는 것은, 상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 종류 및 상태를 표시하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 상태에 기초하여 상기 저장실의 온도를 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스검출용기는 적어도 한 면에 홀이 형성된 용기; 및 상기 홀을 통해 토출되는 대상가스를 검출하는 가스센서를 구비하고, 상기 홀에 설치되는 기구부;를 포함한다.
또한, 상기 기구부는 외부에서 상기 가스센서를 관찰할 수 있도록 마련된 홀에 상기 가스센서를 구비할 수 있다.
또한, 상기 기구부는 상기 가스센서가 설치된 홀을 커버하도록 마련되는 투명부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 센서에 의하면 다양한 가스가 고농도로 존재하는 상황에서도 서로 다른 복수의 대상가스를 독립적으로 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 가스 센서는 다양한 대상식품을 식별 가능하게 해주는 특징적인 가스와 각 대상식품의 숙성과정에서 방출되는 가스들을 독립적으로 감지할 수 있고, 사용자는 이 과정에서 변색되는 가스센서를 확인함으로써 사용자는 대상식품의 종류와 상태를 직관적으로 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 냉장고는 대상식품이 담긴 용기에 마련된 가스센서의 색변화를 측정하여 용기에 담긴 대상식품의 종류와 상태를 결정할 수 있고. 그에 따라 용기가 수용된 저장실의 온도를 제어할 수 있다.
도 1은 김치의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이다.
도 2는 육류의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이다.
도 3은 과채류의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이다.
도 4는 과채류의 숙성기간에 따른 이산화탄소의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 가스센서의 제1실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10은 용기에 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서가 장착된 모습을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서의 서로 다른 대상가스를 검출하는 복수의 검출부를 나타낸 도면이다.
도 12는 외부 환경의 아세트산의 농도에 따른 검출용액의 pH변화를 버퍼에 미리 용존되는 아세테이트 이온의 양 별로 나타낸 그래프이다.
도 13은 외부 환경의 아세트산 농도에 따른 검출용액의 pH변화를 버퍼의 초기 pH별로 나타낸 그래프이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서의 색변화에 따른 식품의 종류 및 상태를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서의 제조방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 가스센서의 제2실시예의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 가스센서의 제2실시예의 변형예의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 21은 용기의 투명한 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서가 장착된 모습을 도시한 도면이다.
도 22는 용기의 투명한 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 설치하기 위한 지지부를 도시한 도면이다.
도 23은 용기의 불투명한 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서가 장착된 모습을 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 포함하는 기구부가 용기의 불투명한 부분에 힌지결합되어 있는 것을 도시한 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 포함하는 기구부의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
도 26 내지 도 29는 용기에 장착된 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 관찰하는 모습이 도시된 도면이다.
도 30 및 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서의 이미지를 획득하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 32 및 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서의 이미지를 획득하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 뚜껑형 냉장고의 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 34, 도 35, 도 36a 및 도 36b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서의 이미지를 획득하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스탠드형 냉장고의 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 37은 본 발명에 따른 냉장고의 제1실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 38은 본 발명에 따른 모바일장치의 제1실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 39는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉장고의 이미지 센서에서 획득한 이미지를 가공하여 대상식품에 대한 정보를 획득하는 것을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 40은 본 발명에 따른 냉장고의 제2실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 41은 본 발명에 따른 모바일장치의 제2실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 42는 본 발명에 따른 냉장고의 제3실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 43은 본 발명의 제3실시예에 따른 냉장고의 가스센서와 용기의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도 44는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉장고의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 45는 본 발명의 제3실시예에 따른 냉장고의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 가스 센서, 가스센서를 이용하는 냉장고 및 그 제어 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서는 특정 가스를 측정하는 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 환경 관리 분야, 안전 관리 분야, 의료 진단 분야, 식품 관리 분야 등에서 가스센서가 사용될 수 있다. 본 발명의 구성 및 동작을 구체적으로 설명하기 위해, 이하 상술할 실시예에서는 가스센서가 식품의 상태를 모니터링하는 식품 관리 분야에서 사용되는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 1은 김치의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이고, 도 2는 육류의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이다. 도 3은 과채류의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이고, 도 4는 과채류의 숙성기간에 따른 이산화탄소의 농도를 나타낸 그래프이다.
식품의 숙성 또는 부패 시에는 다양한 종류의 가스가 발생한다. 발생되는 가스의 종류와 양은 식품 자체의 숙성도 뿐만 아니라 첨가된 양념이나 부가 재료 등에 의해 많은 영향을 받게 된다.
발생되는 가스 중 식품의 숙성도와 밀접한 관계가 있는 가스 성분으로는 휘발성 유기산, 암모니아 등이 있으며, 이들 가스 성분은 신선한 상태에서는 검출되지 않고 숙성이 진행됨에 따라 숙성도에 비례하여 농도가 증가된다.
도 1을 참조하면, 발효 식품인 김치가 숙성되면 아세트산, 알데하이드, 황화합물, 알코올과 같은 가스가 발생한다. 이 때, 주도적으로 발생되는 가스는 알데하이드, 황화합물, 알코올이다. 대상 식품에서 발생하는 가스를 검출하여 대상 식품이 김치인지 여부를 결정하기 위해서는 주도적으로 발생하는 전술한 가스들 모두 또는 그 중에서도 특징적인 특정 가스가 검출되는지 여부를 파악할 필요가 있다. 알데하이드, 황화합물, 알코올 중 알데하이드나 알코올은 김치가 숙성되는 과정에서 그 농도가 감소하는 반면, 황화합물의 농도는 증가한다. 또한, 황화합물은 초기농도 또한 높음 편이다. 따라서, 대상식품에서 발생하는 가스 중 일정 농도 이상의 고농도 황화합물이 검출되면 대상식품을 김치라고 결정할 수 있을 것이다. 즉, 고농도 황화합물은 대상식품이 김치인지 여부를 결정할 수 있는 지표가 될 수 있다.
전술한 알데하이드, 황화합물, 알코올, 특히 황화합물은 대상식품이 김치인지 여부를 결정하는데 필요한 지표로 활용될 수 있으나, 이들 가스는 젓갈, 양념 등에서 발생하는 재료 의존성 가스로서 김치의 발효 또는 숙성 정도와 절대적인 연관성을 갖지는 않는다.
발효에 직접적으로 관여하는 가스는 미생물에 의한 부산물로서 생기는 휘발성 유기산이며, 도 1의 예시에서는 휘발성 유기산으로 아세트산이 표시되어 있다. 따라서, 아세트산은 김치의 숙성도를 결정하는 지표로 활용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 아세트산은 발효 초기에는 거의 발생되지 않고 발효가 진행되면서 점진적인 증가를 보인다. 그러나, 그 농도는 다른 가스들에 비해 크게 낮은, 수 ppm 정도에 불과하다.
따라서, 김치와 같은 발효 식품의 경우, 최대 수백 ppm 의 농도를 갖는 다른 가스들 속에서 1ppm 또는 그 미만의 낮은 농도를 갖는 휘발성 유기산을 감지해야 그 숙성도를 판단할 수 있다.
인간의 후각 기관의 경우, 개인별로 차이가 있기는 하나 대부분 수 백 대 일의 선택도(selectivity) 조건에서도 다른 가스들로부터 휘발성 유기산을 구분해낼 수 있다. 그러나, 현재 상용화된 대부분의 가스 센서는 수백 ppm 의 다른 가스 성분들 중에서 수 ppm 정도의 휘발성 유기산만을 선택적으로 측정하기 어렵다.
발효 식품이 아닌 일반 식품의 경우에도 발생되는 가스 성분으로부터 숙성도　또는 부패도를 파악할 수 있다. 육류의 경우, 저온 장기 보관 시 미생물에 의해 단백질이 분해되면서 아미노산이 증가된다. 이러한 육류의 숙성은 기본적으로 부패의 점진적인 과정으로 볼 수 있다, 도 2를 참조하면, 육류의 숙성 중에는 단백질 내에 번식하는 세균에 의한 아미노산 대사 과정에서 암모니아, 황화합물, 알데하이드, VOC(Volatile Organic Compound)와 같은 가스가 발생하게 된다. 대상 식품이 육류인지 여부를 결정하기 위한 지표로 활용될 수 있는 단일가스는 황화수소가 적합하다. 황화수소는 김치와 마찬가지로 육류가 숙성되는 과정에서 그 농도가 증가한다. 그러나 김치와 달리 그 농도가 낮다. 따라서, 일정 농도 이하의 저농도 황화수소가 검출되면 대상식품을 육류라고 결정할 수 있을 것이다.
다만, 황화합물, 알데하이드, VOC 의 가스는 같은 종류의 가스 내에서 육류의 종류나 부위에 따라 변이가 일어나게 된다. 따라서, 단일 가스로 육류 숙성도 또는 부패도의 지표가 될 수 있는 가스는 암모니아이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉장보관 6일째가 되어도 암모니아나 황화합물은 인간이 후각으로 인식할 수 없는 정도의 매우 적은 양만 발생한다. 육류 숙성도에 따른 황화수소나 암모니아의 발생량이 크지 않으므로 1ppm 미만의 분해능을 갖추어야 해당 식품이 육류인지 여부와 육류의 숙성도를 정확하게 판단할 수 있다. 분해능(resolution)과 민감도는 센서가 얼마나 작은 농도까지 측정할 수 있는지를 나타내는 인자이다.
도 2에는 도시하지 않았으나, 생선 또한 육류와 마찬가지로 숙성되는 과정에서 저농도의 황화수소를 방출하고, 부패가 진행될수록 트리메틸아민(TMA)의 방출량이 증가하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 생선 같은 경우는, 육류와 마찬가지로 저농도 황화수소가 인식지표로 활용될 수 있고, 숙성지표로는 트리메틸아민이 활용될 수 있을 것이다. 대상식품이 육류인지 생선인지 여부를 구분하기 위해서는 인식지표와 숙성지표가 모두 함께 고려될 수 있다.
또한, 도 3과 도 4를 참조하면, 과채류의 숙성 중에는 에틸렌, VOC, 이산화탄소와 같은 가스가 발생한다. 과채류의 숙성과정에서 발생하는 이산화탄소의 농도에 대해서는 도 4에 별도의 그래프로 도시하였다.
대상식품이 과일 또는 채소인지 여부를 결정하기 위한 지표로 활용될 수 있는 단일가스로는 에틸렌이 활용될 수 있다. 에틸렌은 농도의 차이는 있지만 과일과 야채에서 공통적으로 발생하는 가스로 알려져 있다. 따라서, 에틸렌이 검출되면 대상식품을 과채류로 결정할 수 있을 것이다.
도 4는 사과와 포도의 보관기간에 따른 이산화탄소의 농도변화를 나타낸 그래프로, 사과와 포도 모두 에틸렌을 방출하나 일반적으로 포도는 사과에 비해 저농도의 에틸렌을 방출하는 것으로 알려져 있다. 이산화탄소는 과채류의 호흡과 세균번식 등의 이유로 발생하는 것으로, 사과와 포도가 에틸렌의 방출량에 있어서는 차이를 보이지만, 도 4에 도시된 것처럼, 이산화탄소의 발생량과 그 증가추이는 유사한 것을 알 수 있다. 따라서 에틸렌은 과채류의 숙성도 또는 부패도의 지표로 활용될 수 있다.
하기의 표 1은 전술한 내용에 기초하여 대상식품의 종류 및 대상식품의 종류를 구분할 수 있는 지표와 대상식품의 숙성 또는 부패 정도를 결정할 수 있는 지표로 활용되는 가스를 나타낸다.
식품종류 인식지표 숙성지표
김치류 고농도 황화수소 아세트산
육류 저농도 황화수소 암모니아
생선 저농도 황화수소 트리메틸아민(TMA)
과채류 에틸렌 이산화탄소
전술한 바에 따르면, 대상식품에서 발생하는 가스를 검출하여 대상식품의 종류와 숙성도 또는 부패도를 판단하기 위해서는, 대상식품마다 서로 다른, 식품의 종류와 숙성도 또는 부패도를 나타내는 지표를 가스센서가 독립적으로 검출할 수 있어야 한다. 즉, 가스센서는 서로 다른 복수의 대상가스를 독립적으로 검출할 수 있어야 한다. 또한, 수백 ppm의 다른 가스 성분 속에서 ppm 레벨의 특정 가스를 선택적으로 감지할 수 있도록 높은 선택도와 민감도(sub ppm의 분해능)를 가져야 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 가스센서는, 인간의 후각 시스템과 유사한 반응 원리를 채용하여 높은 선택도와 민감도(sub ppm의 분해능)를 구현할 수 있고, 복수의 서로 다른 대상가스를 각각 검출할 수 있는바, 이하 본 발명의 일 측면에 따른 가스센서의 구조 및 동작 원리에 관하여 구체적으로 설명하도록 한다. 　
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 가스센서의 제1실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)는 베이스(110)와, 베이스(110)에 마련되고 미리 정해진 어레이를 형성하는 복수의 검출부(120)와, 검출부(120)를 커버하도록 검출부(120)에 부착되는 투명 멤브레인(130)을 포함한다. 대상가스는 베이스(110)를 투과하여 검출부(120)와 반응한다. 검출부(120)는 대상가스와 반응하여 발생하는 pH변화에 대응하여 변색된다. 즉, 검출부(120)는 색의 변화를 통해 대상가스의 검출 여부를 나타낸다.
우선 베이스(110)는 기체를 투과시키는 소수성 멤브레인으로, 폴리테트라 플루오르 에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene), 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene), 타이벡(Tyvek)을 포함하는 대부분의 소수성 기체 투과성 재료가 이용될 수 있다.
검출부(120)는 가스와 반응하여 식품에서 발생하는 가스를 검출해야 하므로, 액체상의 물질이 검출부(120)와 반응하는 것을 방지하기 위해 전술한 재료들로 형성된 베이스(110)가 액체의 투과를 방지한다. 즉, 도 6에 도시된 것처럼, 베이스(110)로 이동하는 가스는 베이스(110)를 투과하여 검출부(120)에 도달하지만, 베이스(110)로 이동하는 액체는 베이스(110)를 투과하지 못하여 검출부(120)에 도달하지 못한다. 베이스(110)를 투과한 가스만 검출부(120)에 도달할 수 있도록, 투명 멤브레인(130)은 가스 비투과 재료로 형성될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 것처럼, 투명 멤브레인(130)은 가스와 액체의 투과를 모두 방지할 수 있다.
투명 멤브레인(130)은 베이스(110)에 부착된 검출부(120)를 커버하도록 검출부(120)에 부착된다. 도 7에 도시된 것처럼, 검출부(120)의 색변화는 투명 멤브레인(130)을 통해 관찰할 수 있다. 사용자는 육안으로 직접 투명 멤브레인(130)을 통해 검출부(120)의 색변화를 확인할 수 있다. 또는 이미지 센서(I)가 투명 멤브레인(130)을 통해 검출부(120)의 색변화에 대한 이미지를 획득할 수도 있다. 가스센서(100)가 식품을 보관하는 소정의 용기에 장착될 때, 베이스(110)는 식품과 마주하고 투명 멤브레인(130)이 용기에 부착되도록 장착될 수 있다,
도 8 내지 도 10은 용기에 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서가 장착된 모습을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 가스센서(100)가 소정의 용기에 장착될 때, 베이스(110)가 용기에 수용된 대상식품(O)과 마주보도록 장착된다. 대상식품(O)에서 발생한 가스는 베이스(110)를 투과하여 검출부(120)에 도달한다. 베이스(110)가 용기에 수용된 대상식품(O)과 마주보도록 장착되므로, 검출부(120)의 색 변화는 베이스(110)의 후면에서 관찰해야 한다. 따라서, 검출부(120)의 색 변화를 관찰할 수 있도록 투명한 소재의 수지로 형성된 투명 멤브레인(130)이 검출부(120)를 커버하도록 부착된다. 사용자는 투명 멤브레인(130)을 통해 직접 가스센서(100)의 색 변화를 관찰할 수 있고, 이미지 센서가 투명 멤브레인(130)을 통해 가스센서(100)의 색 변화를 감지할 수도 있다. 이에 대해서는 후술한다.
가스센서(100)가 부착되는 부분이 투명한 소재로 이루어진 부분이라면 바로 가스센서(100)의 색 변화를 관찰할 수 있지만, 불투명한 소재로 이루어진 부분에 가스센서(100)가 장착될 경우에는 가스센서(100)의 색 변화를 관찰할 수 없다. 가스센서(100)의 색 변화를 관찰할 수 있도록 불투명한 소재로 이루어진 부분에 가스센서(100)를 장착하는 방법에 대해서도 후술하도록 한다.
가스센서(100)가 소정의 용기에 부착되어 사용될 경우, 도 10에 도시된 것처럼, 투명 멤브레인(130)을 생략하고, 검출부(120)를 바로 용기에 부착할 수도 있다. 즉, 용기 자체가 투명 멤브레인(130)의 역할을 대신 수행할 수 있으므로, 투명 멤브레인(130)을 생략하는 것이다. 이 경우 가스센서(100)를 용기의 투명한 부분에 부착하는 것이 바람직하다.
검출부(120)는 검출용액을 포함하는 친수성 멤브레인으로 구현된다. 친수성 멤브레인은 셀룰로오스 에스테르(Cellulose ester), 유리섬유(Glass fiber), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로오스 섬유(Cellulose fiber), 리트머스 종이, 한지, 여과지(Filter paper)를 포함하는 친수성 재료로 구현될 수 있다. 대상가스와 반응하여 변색되는 검출용액은 친수성 멤브레인에 흡수되어 고정된다.
각 검출부(120)의 검출용액은 검출하고자 하는 대상가스가 서로 다르므로 서로 다른 특징을 갖는다. 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서의 서로 다른 대상가스를 검출하는 복수의 검출부(120)를 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 것처럼, 여섯 개의 검출부(120)는 각각 황화수소, 암모니아, 에틸렌, 트리메틸아민, 아세트산, 이산화탄소를 검출할 수 있다. 전술한 가스의 종류 및 개수는 일 예일 뿐, 검출되는 가스의 종류 및 개수는 전술한 가스에 한정되지 않고, 검출부(120)의 개수 또한 6개 이상일 수도 있다.
아세트산이나 암모니아, 황화수소, 트리메틸아민(TMA)과 같은 극성물질은 물과 에탄올과 같은 극성용매에 용해된다. 따라서, 전술한 극성물질을 검출하기 위한 검출용액은 극성용매를 포함한다.
에틸렌과 이산화탄소와 같은 무극성물질은 물과 에탄올과 같은 극성용매에 용해되지 않는다. 따라서, 전술한 무극성물질을 검출하기 위한 검출용액은 벤젠, 이황화탄소, 사염화탄소 또는 헥산과 같은 무극성용매를 포함한다.
그리고 대상가스가 용매에 용해되면 용매의 pH가 변하므로, 각 검출용액은 대상가스가 용해될 경우 발생하는 pH변화를 통해 대상가스의 검출여부를 확인할 수 있도록 pH변화에 대응하여 색이 변하는 pH지시약을 포함한다. pH 지시약은 용액 내부의 수소 이온과의 반응 정도에 따라 그 색이 변하는 특성을 갖는다.
즉, 대상가스가 검출용액에 용해되어 검출용액의 pH가 변하고 그에 대응하여 pH지시약의 색이 변함으로써 검출용액의 색이 변하면 해당 대상가스가 검출되었고, 대상식품(O)에서 해당 대상가스가 발생하였음을 알 수 있다.
pH지시약은 각각의 해당 대상가스가 용매에 용해되었을 때의 pH범위에서 변하는 pH지시약으로 결정될 수 있다. pH지시약은 한 종류가 사용될 수도 있고, 여러 종류가 함께 사용될 수도 있다.
예를 들어, 아세트산을 검출하는 검출부(120)의 검출용액은 pH가 7.6 에서 6.0으로 낮아지면 파란색에서 노란색으로 변색되는 브로모티몰 블루(Bromothymol blue)와 pH가 6.0에서 4.8로 낮아지면 노란색에서 빨간색으로 변색되는 메틸 레드(methyl red)를 pH지시약으로 포함할 수 있다. 아세트산을 검출하는 검출부(120)는 아세트산과 반응하면, pH가 7.6일 때에는 브로모티몰 블루가 파란색을 나타내므로 파란색을 나타내다가 pH가 6.0이 될 때에는 브로모티몰 블루가 노란색으로 바뀌므로 노란색을 나타낸다. 그리고, pH 6.0일 때에는 메틸 레드가 노란색을 나타내므로 노란색을 나타내다가, pH가 4.8이 될 때에는 메틸 레드가 빨간색으로 바뀌므로 빨간색을 나타낸다. 즉, 아세트산을 검출하는 검출부(120)의 색이 파란색에서 노란색을 거쳐 빨간색으로 변하면, 대상식품(O)에서 방출되는 아세트산의 농도가 증가함을 알 수 있다.
또한, 암모니아를 검출하는 검출부(120)의 검출용액은 티몰 블루(thymol blue)와 페놀프탈레인(phenolphtalein)을 pH지시약으로 포함할 수 있고, 적은 농도의 암모니아를 검출하는 경우에는 같은 농도 레벨의 크레솔 레드(cresol red)와 브로모티몰 블루 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 　구체적으로, 대상 가스가 pKa가 9.3인 암모니아인 경우에는, pH9.3의 대역을 포함하는 pH 지시약을 사용하는바, pH8.0 내지 pH9.6 사이에서 색의 변화가 나타나는 티몰 블루가 사용될 수 있다. ppm 이하의 희박한 암모니아 농도를 측정하기 위해서는 작은 pH 변화에도 색의 변화가 나타나야 하는바, 이 경우에는 pH7.0 내지 pH8.8 사이에서 색의 변화가 나타나는 크레솔 레드(cresol red)나 pH6.0 내지 pH7.6 사이에서 색의 변화가 나타나는 브로모티몰 블루가 사용될 수 있다.
검출용액은 전술한 것처럼, 대상가스가 용해될 수 있는 용매와, 대상가스의 용해에 따른 pH변화를 색으로 나타내는 pH지시약을 포함하고, 검출용액의 수분증발을 억제하고, 어는 점을 낮추기 위해 흡습제를 포함한다. 흡습제로는 글리세린(Glycerin), 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol) 및 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 칼슘 클로라이드(Calcium Chloride), 소듐 클로라이드(Sodium Chloride) 등이 사용될 수 있다.
그리고 검출용액은 대상가스와의 반응 민감도 및 대상가스의 측정범위를 조절하기 위해 다양한 농도와 pH의 버퍼용액을 포함할 수 있다. 대상가스로 아세트산을 검출하는 검출부(120)의 검출용액을 일 예로 들어 설명한다. 도 12는 외부 환경의 아세트산 농도에 따른 검출용액의 pH 변화를 버퍼에 미리 용존되는 아세테이트 이온의 양 별로 나타낸 그래프이고, 도 13은 외부 환경의 아세트산 농도에 따른 검출용액의 pH 변화를 버퍼의 초기 pH 별로 나타낸 그래프이다.
도 12의 그래프는 초기 pH가 8인 검출용액의 아세트산 가스의 농도에 따른 pH 변화를, 초기 아세테이트 이온의 농도가 3mM, 10mM, 30mM, 100mM인 경우에 대해 각각 계산한 것이다. 초기 아세테이트 이온의 농도는 검출용액의 버퍼에 미리 용존되어 있는 아세테이트 이온의 농도를 의미한다.
도 12를 참조하면, 초기 아세테이트 이온이 3mM인 경우에, 아세트산 가스 농도 변화에 따른 수용액의 pH 변화가 가장 크게 나타나고, 특히 1ppm 이하의 아세트산 가스에 대해서도 pH 변화가 크게 나타난다. 이로부터 초기 아세테이트 이온이 희박할수록 아세트산 가스에 대한 반응도가 우수하다는 것을 알 수 있다.
한편, 약산인 아세트산의 농도가 아무리 높아도 수용액의 pH가 3 이하로 떨어지는 것은 현실적으로 어렵다는 점을 고려하면, 초기 아세테이트 이온의 농도가 3mM인 경우에는 10ppm 이상의 아세트산 가스의 농도를 측정하는데 한계가 있다.
반대로, 초기 아세테이트 이온의 농도가 100mM인 경우에는 3mM인 경우와 비교하여 1ppm 이하의 아세트산 가스에 대한 pH 변화는 크지 않다. 대신에 외부 환경의 아세트산 농도가 10ppm인 경우에도 pH가 5 정도에 머물러 10ppm 이상의 고농도 아세트산 가스 환경에서도 pH 변화를 측정할 수 있음을 예측할 수 있다.
도 13의 그래프는 버퍼의 초기 아세테이트 이온의 농도는 30mM으로 고정하고 버퍼의 초기 pH를 변화시켜가면서 아세트산 가스의 농도에 따른 검출용액의 pH 변화를 계산한 것이다.
도 13을 참조하면, 버퍼의 초기 pH가 4인 경우에는 3ppm 이상의 아세트산 가스가 존재해야 검출용액의 pH가 4 이하로 떨어지므로 아세트산 가스의 측정 범위가 3ppm 이상이라는 것을 알 수 있고, 버퍼의 초기 pH가 5인 경우에는 1ppm 이상의 아세트산 가스가 존재해야 검출용액의 pH가 5 이하로 떨어지므로 측정 범위가 3ppm 이상이라는 것을 알 수 있다. 버퍼의 초기 pH가 6, 7, 8인 경우에는 유사한 파형을 갖는다.
상기 도 12 및 도 13에 관해 설명한 내용에 기초하여, 버퍼의 조성을 결정할 수 있다. 즉, 대상가스에 대한 반응 민감도와 측정 범위에 따라 초기 아세테이트 이온의 농도와 버퍼의 초기 pH를 결정할 수 있다.
전술한 것처럼, 복수의 검출부(120)는 각각 서로 다른 대상가스와 독립적으로 반응하고 대상가스의 농도에 따라 변색된다. 따라서 복수의 검출부(120)를 포함하는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)는 서로 다른 다수의 대상가스를 독립적으로 검출할 수 있고, 검출되는 대상가스의 농도에 따라 변하는 검출부(120)의 색을 통해 사용자는 대상가스의 농도를 확인할 수 있다. 그리고 더 나아가 되어 어떤 대상가스가 검출되었는지 확인함으로써 대상가스를 방출하는 대상식품(O)의 종류를 알 수 있고, 대상식품(O)의 숙성도 또는 부패도를 알 수 있다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)의 색변화에 따른 식품의 종류 및 상태를 나타낸 도면이다.
전술한 표1에 나타낸 것처럼, 황화수소를 대상가스로 검출하는 검출부(120)의 색이 변하면 대상식품(O)이 김치나 육류 또는 생선임을 알 수 있다.
도 14에 도시된 것처럼, 황화수소 검출부(120)의 변색 정도가 크면 고농도의 황화수소가 존재하는 환경이므로 대상식품(O)이 김치임을 알 수 있다. 고농도의 황화수소가 검출되고 아세트산을 대상가스로 검출하는 검출부(120)의 색이 변하면, 변색 정도에 따라 김치의 숙성도를 알 수 있다. 도면에는 검출부(120)의 색 변화를 음영의 짙고 옅음으로 표시하였으나, 실제로는 pH지시약의 색변화에 따라 검출부(120)의 색이 변한다. 예를 들어, 아세트산 검출부(120)가 pH지시약으로 브로모티몰블루와 메틸레드를 포함할 경우, 아세트산의 검출농도가 증가할수록 아세트산 검출부(120)는 파란색에서 노란색을 거쳐 빨간색으로 색이 변한다. 다른 검출부(120)들도 마찬가지다.
또한, 도 15에 도시된 것처럼, 저농도의 황화수소가 검출되고, 암모니아를 대상가스로 검출하는 검출부(120)의 색이 변하면 대상식품(O)이 육류임을 알 수 있고, 암모니아 검출부(120)의 변색정도에 따라 육류가 신선한지 부패되었는지를 알 수 있다.
또한, 도 16에 도시된 것처럼, 저농도의 황화수소가 검출되고, 트리메틸아민을 대상가스로 검출하는 검출부(120)의 색이 변하면 대상식품(O)이 생선임을 알 수 있고, 트리메틸아민 검출부(120)의 변색정도에 따라 생선이 신선한지 부패되었는지를 알 수 있다.
또한, 도 17에 도시된 것처럼, 에틸렌을 대상가스로 검출하는 검출부(120)의 색이 변하면 대상식품(O)이 과채류임을 알 수 있다. 에틸렌이 검색되고, 이산화탄소를 대상가스로 검출하는 검출부(120)의 색이 변하면 그 변색정도에 따라 과채류가 신선한지 부패되었는지를 알 수 있다.
가스센서(100)는 식품을 보관하는 용기에 설치되어 용기에 보관 중인 식품에서 발생하는 대상가스들을 검출하고 변색됨으로써 사용자에게 식품의 종류 및 상태에 대한 정보를 줄 수 있다. 가스센서(100)가 장착된 식품용기 및 장착방법에 대해서는 후술한다.
전술한 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스센서(100)는 베이스(110)와 친수성 멤브레인과 투명 멤브레인(130)을 포함하는데, 이러한 가스센서(100)의 제조방법은 도 18에 도시되어 있다. 도 18은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)의 제조방법을 나타낸 도면이다. 도 18을 참조하면, 친수성 멤브레인에 pH지시약 등을 포함하는 전술한 검출용액을 미리 정해진 양만큼 떨어뜨려 흡수시킨다. 이렇게 검출용액이 흡수된 친수성 멤브레인을 섭씨80도 정도의 온도에서 대략 30초 가량 가열하여 건조시킨다. 친수성 멤브레인을 건조시키는 과정은 투명 멤브레인(130)을 친수성 멤브레인에 부착하기 위해 필요하다. 즉, 투명 멤브레인(130)을 친수성 멤브레인에 열융착 접합하기 위해 수분을 제거하는 과정이 필요하다.
친수성 멤브레인이 건조되면, 건조된 친수성 멤브레인을 베이스(110)에 올려 놓은 후 투명 멤브레인(130)으로 친수성 멤브레인을 덮고 열융착으로 접합시킨다. 이렇게 제조된 가스센서(100)가 식품용기나 냉장고 등에 설치되면, 수분의 존재 하에서 반응이 진행되는 pH지시약의 반응이 일어날 수 있도록 검출용액에 포함된 흡습제가 주변의 수증기를 흡수한다. 흡습제가 주변의 수증기를 흡수하여 친수성 멤브레인이 수분을 포함하게 되면, 검출용액과 대상가스의 반응이 일어나게 되고 그로 인해 변하는 pH에 반응하여 pH지시약의 색이 변하게 된다.
가스센서(100)의 각 검출부(120)의 색변화를 사용자가 육안으로 관찰하여 대상식품(O)의 종류를 파악하고 숙성정도를 확인할 수도 있지만, 사용자가 미세한 색변화를 감지하는 것이 용이하지 않고 검출부(120)의 수가 많아지면 가스센서(100)의 변색정보로부터 식품의 종류나 신선도를 파악하는 것이 어려울 수 있다.
이에 본 발명에 따른 가스센서의 제2실시예는 전술한 가스센서의 색변화에 대한 이미지를 획득할 수 있는 이미지검출부(140)를 더 포함한다.
도 19는 본 발명에 따른 가스센서의 제2실시예의 구성을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 20은 본 발명에 따른 가스센서의 제2실시예의 변형예의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 가스센서의 제2실시예는 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서(100)와, 가스센서(100)의 색변화에 대한 이미지를 획득하는 이미지검출부(140)와, 이미지검출부(140)에서 획득한 가스센서(100)의 이미지에 대한 데이터를 외부로 전송하는 송신부(150)와, 이미지검출부(140) 및 송신부(150)의 동작을 위한 전원을 공급하는 배터리(160)를 포함한다.
이미지검출부(140)는 포토다이오드, CMOS이미지 센서, CCD를 사용할 수 있고, 이미지검출부(140)는 가스센서(100)에 포함된 각각의 검출부(120)의 색변화를 감지하기 위해 가스센서의 이미지를 획득한다. 이미지검출부(140)는 가스센서(100)의 이미지를 연속적으로 획득하고 이렇게 획득된 이미지를 샘플링하여 색변화에 대한 데이터를 획득하거나, 미리 정해진 주기마다 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 색변화에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
이렇게 획득된 데이터는 송신부(150)를 통해 수신부를 구비한 외부기기로 전송된다. 외부기기는 가스센서(300)로부터 전송된 데이터를 분석하여 대상식품(O)의 종류 및 대상식품(O)의 상태를 결정할 수 있다. 가스센서(300)의 송신부(150)와 외부기기의 수신부 사이의 통신은 공지된 다양한 무선통신방식을 이용할 수 있다.
배터리(160)는 이미지검출부(140)와 송신부(150)의 동작을 위한 전원을 공급한다. 배터리(160)는 상용화된 다양한 1회용 배터리를 이용하거나 충전 가능한 배터리를 이용할 수 있다.
또는 도 20에 도시된 제2실시예의 변형예처럼, 가스센서(300)는 도 19의 배터리(160) 대신 무선전력전송 기술을 이용하여 무선으로 충전 가능한 수전부(170)를 포함할 수도 있다. 수전부(170)는 자기유도방식, 자기공명방식, 전자기파방식 등의 다양한 무선전력전송방식에 적합하게 마련될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 가스센서의 제2실시예는 이미지검출부(140)를 이용하여 가스센서(100)의 색변화에 대한 데이터를 획득하고 이렇게 획득된 데이터를 데이터 분석기능을 구비한 외부기기에 전송함으로써 외부기기에서 대상식품(O)의 종류 및 상태를 결정하도록 한다. 외부기기, 예를 들면, 냉장고 등에서 가스센서(300)에서 전송된 데이터를 분석하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(910) 등을 통해 표시해주면 사용자는 직접 가스센서(300)의 색변화를 육안으로 확인하지 않고도 대상식품(O)의 종류 및 상태를 알 수 있다. 또는 스마트폰이나 태블릿컴퓨터와 같은 모바일장치(1000)에서 가스센서(300)로부터 전송된 데이터를 분석하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(910)를 통해 사용자에게 알려줄 수도 있다. 더 나아가 사용자는 모바일장치(1000)를 이용하여 대상식품(O)을 보관하고 있는 냉장고의 온도를 제어할 수도 있을 것이다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서(100, 300)는 식품을 보관하는 용기에 설치될 수 있다.
도 21은 용기의 투명한 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서가 장착된 모습을 도시한 도면이고, 도 22는 용기의 투명한 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 설치하기 위한 지지부를 도시한 도면이다.
식품의 용기(C)가 투명하거나, 일부 투명한 부분이 있으면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)의 경우, 대상식품(O)과 베이스(110)가 마주하도록 투명 멤브레인(130) 쪽을 그 용기(C)의 투명한 부분의 내벽에 부착시킨다. 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)는 패치형태를 가지므로, 소정의 접착물질을 이용하여 내벽에 부착시킬 수 있다. 제2실시예에 따른 가스센서(300)의 경우, 이미지검출부(140), 송신부(150), 배터리(160)와 같은 전자부품을 포함하므로 대상식품(O)이 수용될 내벽에 바로 부착시키는 것은 바람직하지 않다.
가스센서(100)를 바로 부착시키지 않고, 용기(C)의 투명한 부분의 내벽에 가스센서(100)가 설치될 수 있는 소정의 지지부(520)를 마련하고, 그 지지부(520)에 가스센서(100)를 설치(500)할 수도 있다.
도 22에 도시된 지지부(520)는 가스센서(100)가 슬라이딩 형태로 탈착 가능하도록 마련된 형태를 가진다. 지지부(520)는 ??자 형태로 마련되어 용기(C)의 투명한 벽면에 부착될 수 있다. 도 22에는 세 개의 지지부(520)가 도시되어 있으나 그 개수에는 제한이 없다. 가스센서(100)는 지지부(520)를 따라 슬라이딩 방식으로 설치되고 분리될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)는 패치형태로 그 재질이 유연하므로, 도 22에 도시된 것처럼, 지지부(520)에 설치하기에 적합한 강성을 가진 슬라이드 부재(510)에 설치된 후 슬라이드 부재(510)가 지지부(520)에 설치되는 형식으로 용기(C)에 설치될 수 있다. 도 20에 도시된 지지부(520)의 구조나 형태는 일 예에 불과하고, 다른 다양한 구조나 형태가 채용될 수 있음은 물론이다.
도 23은 용기(C)의 불투명한 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서가 장착된 모습을 도시한 도면이고, 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 포함하는 기구부가 용기(C)의 불투명한 부분에 힌지결합되어 있는 것을 도시한 도면이다. 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 포함하는 기구부의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
용기(C)의 불투명한 부분의 내벽에 가스센서(100)를 설치하게 되면, 가스센서(100)의 색변화를 관찰할 수 없다. 본 발명의 제2실시예에 따른 가스센서(300)의 경우 이미지검출부(140)에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하므로 용기(C) 내부에 설치될 수도 있으나, 전술한 것처럼, 본 발명의 제2실시예에 따른 가스센서(300)는 이미지검출부(140), 송신부(150), 배터리(160)와 같은 전자부품을 포함하므로 대상식품(O)이 수용될 내벽에 바로 부착시키는 것은 바람직하지 않다.
이에 개시된 실시예에서는, 가스센서(100, 300)가 설치될 용기(C)의 불투명한 부분에 홀(615)을 형성하고 홀(615)에 가스센서(100, 300)를 설치한다. 이와 같이 가스센서(100, 300)를 설치하면, 가스센서(100, 300)는 홀(615)을 통해 용기(C) 내부에 수용된 대상식품(O)에서 발생하는 가스를 검출할 수 있고, 사용자가 가스센서(100, 300)의 색변화를 직접 관찰할 수도 있다.
도 23에 도시된 것처럼, 가스센서(100, 300)는 소정의 기구부(600)에 설치되고, 기구부(600)는 도 24에 도시된 것처럼, 홀이 형성된 용기(C) 벽에 힌지결합 형태로 설치될 수 있다. 홀이 형성된 부분의 하부에는 기구부(600)가 용기(C) 벽에 접할 경우 고정될 수 있도록 마련된 고정홈(621)이 마련될 수 있다.
도 25에 도시된 것처럼, 기구부(600)는 가스센서(100, 300)가 설치되는 홀(611)이 중앙에 마련되는 메인바디(610)를 포함하고, 메인바디(610)의 하부에는 기구부(600)가 용기(C) 벽에 접할 경우 기구부(600)가 용기(C) 벽에 고정될 수 있도록 용기(C) 벽의 고정홈(621)에 결합되는 고정부(620)를 포함한다.
메인바디(610)의 홀(611)에는 외부의 불순물이 가스센서(100, 300)에 침투하는 것을 막기 위해 투명커버(612)가 설치될 수 있다. 그리고 기구부(600)의 홀(611)을 통한 누액을 방지하기 위해 고무재질로 형성된 오링(613)이 도 25에 도시된 것처럼 기구부(600)의 홀(611)에 설치될 수 있다. 가스센서(100, 300)가 홀(611)에 장착되면, 선택적으로 추가적인 가스투과막(614)이 더 설치된 후 기구부(600)가 홀(615)이 형성된 용기(C) 벽에 힌지결합 형태로 설치된다. 도 23 내지 도 25에 나타낸 기구부(600)의 구조, 형태 및 구성은 일 예일 뿐 다른 구조, 형태 및 구성을 가질 수 있음은 물론이다. 그리고 도 23 내지 도 25에 나타낸 용기는, 용기에 수용되는 대상체로부터 방출되는 대상가스를 검출할 수 있는 가스검출용기로 사용될 수도 있다.
도 23 내지 도 25에 도시된 것과 같은 방식으로 가스센서(100, 300)가 장착된 용기가 도 26에 도시된 것처럼, 선반에 용기를 밀어 넣는 방식으로 설계된 냉장고에 수용되면 사용자는 육안으로 직접 가스센서(100, 300)의 색 변화를 관찰할 수 있다.
그러나, 용기(C)를 선반에 밀어 넣는 방식으로 설계된 냉장고가 아닌 도 27에 도시된 것처럼, 저장실에 용기(C)는 내려 놓는 방식으로 설계된 냉장고의 경우에는 사용자는 직접 가스센서(100, 300)의 색변화를 관찰할 수 없다. 이 경우, 도 27에 도시된 것처럼, 가스센서(100, 300)와 마주보는 저장실 벽에 가스센서(100, 300)의 이미지를 반사할 수 있는 반사체(R)를 설치하여 사용자가 반사체(R)를 통해 반사되는 가스센서(100, 300)의 이미지로부터 가스센서(100, 300)의 색변화를 관찰하도록 할 수 있다.
도 21 및 도 22에 도시된 것과 방식으로 가스센서(100)가 장착된 용기(C)가 도 28에 도시된 것처럼, 저장실에 용기(C)를 내려 놓는 방식으로 설계된 냉장고에 수용되면 사용자는 육안으로 직접 가스센서(100)의 색 변화를 관찰할 수 있다.
그러나, 용기(C)를 저장실에 내려 놓는 방식으로 설계된 냉장고가 아닌 도 29에 도시된 것처럼, 용기(C)를 선반에 밀어 넣는 방식으로 설계된 냉장고의 경우에는 사용자는 직접 가스센서(100)의 색변화를 관찰할 수 없다. 이 경우, 도 29에 도시된 것처럼, 가스센서(100)와 마주보는 선반의 하면에 가스센서(100)의 이미지를 반사할 수 있는 반사체(R)를 설치하여 사용자가 반사체(R)를 통해 반사되는 가스센서(100)의 이미지로부터 가스센서(100)의 색변화를 관찰하도록 할 수 있다.
사용자가 직접 가스센서의 색 변화를 관찰하지 않고, 냉장고에 마련된 이미지 센서에서 가스센서의 이미지를 획득하여 가스센서의 색 변화를 감지할 수도 있다. 도 30 및 도 31에는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 이미지 센서에서 가스센서의 이미지를 획득하는 모습이 도시되어 있다.
당해 실시예에 적용되는 냉장고는 그 용도에 따라 김치를 보관하는 김치 냉장고일 수도 있고, 일반 냉장고일 수도 있다. 또한, 냉장고의 구조 또는 형태에 따라 스탠드형과 뚜껑형으로 나뉠 수도 있고, 스탠드형과 뚜껑형 모두 김치 냉장고일 수도 있고 일반 냉장고일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고는 그 종류나 용도에 제한을 두지 않으므로, 어느 냉장고든지 당해 실시예에 따른 냉장고가 될 수 있다.
도 23 내지 도 25에 도시된 것과 같은 방식으로 가스센서(100, 300)가 장착된 용기가 도 30에 도시된 것처럼, 냉장고(900) 선반에 수용될 경우, 가스센서(100, 300)와 마주하는 냉장고(900) 벽에 가스센서(100, 300)의 이미지를 획득할 수 있는 이미지 센서(800)가 설치될 수 있다.
또한, 도 21 및 도 22에 도시된 것과 방식으로 가스센서(100)가 장착된 용기(C)가 도 31에 도시된 것처럼, 냉장고(900) 선반에 수용될 경우, 가스센서(100)와 마주하는 선반의 하면에 가스센서(100)의 이미지를 획득할 수 있는 이미지 센서(800)가 설치될 수 있다.
도 30 및 도 31에 도시된 이미지 센서(800)의 설치위치는 일 예이고, 용기(C)의 가스센서와 마주할 수 있는 위치면 냉장고(900) 어디에도 가스센서의 설치가 가능하다. 보다 구체적으로, 이미지 센서(800)의 이미지 획득 가능 범위와 용기(C)가 냉장고(900)에 수용될 경우 가능한 가스센서의 위치를 고려하여 이미지 센서(800)의 설치위치가 결정될 수 있다.
도 32및 도 33에는 뚜껑형 냉장고(900)에 수용되는 용기의 가스센서와 냉장고(900)에 마련된 이미지 센서(800)가 도시되어 있다.
도 32에 도시된 것처럼, 도 23 내지 도 25에 도시된 것과 같은 방식으로 가스센서(100, 300)가 장착된 용기(C)가 저장실(903)에 수용되는 경우, 냉장고(900) 저장실(903)의 벽면에 용기(C)의 가스센서(100, 300)와 마주보도록 이미지 센서(800)가 설치된다.
또한, 도 33에 도시된 것처럼, 도 21 및 도 22에 도시된 것과 방식으로 가스센서(100)가 장착된 용기(C)가 저장실(903)에 수용되는 경우, 냉장고 뚜껑(901)이 닫혔을 때 가스센서(100)의 이미지를 획득할 수 있도록 냉장고 뚜껑(901)의 안쪽에 이미지 센서(800)가 설치된다.
도 34 및 도 35에는 스탠드형 냉장고(900)에 수용되는 용기(C)의 가스센서와 냉장고(900)에 마련된 이미지 센서(800)가 도시되어 있고, 도 36a 및 도 36b 에는 스탠드형 냉장고 내부의 선반으로 구획되는 저장실에 마련되는 가스센서와 이미지 센서가 도시되어 있다. 도 34에 도시된 것처럼, 도 23 내지 도 25에 도시된 것과 같은 방식으로 가스센서(100, 300)가 장착된 용기(C)가 저장실(903)에 수용되는 경우, 냉장고 문(901)이 닫혔을 때 가스센서(100, 300)의 이미지를 획득할 수 있도록 냉장고 문(901)의 안쪽에 이미지 센서(800)가 설치된다.
또한, 도 35에 도시된 것처럼, 도 21 및 도 22에 도시된 것과 방식으로 가스센서(100)가 장착된 용기(C)가 저장실(903)에 수용되는 경우, 가스센서(100)와 마주보는 냉장고(900) 선반의 하면에 이미지 센서(800)가 설치된다.
또한 도 36a에 도시된 것처럼, 선반으로 구획되는 저장공간의 벽면에 가스센서가 설치될 수 있다. 그리고 가스센서의 이미지를 획득하는 이미지 센서가 도 36b에 도시된 것처럼, 벽면 안쪽에 가스센서와 마주보도록 설치되어 대상가스와 반응하여 변색되는 가스센서의 이미지를 획득한다. 도 36a 및 도 36b에 도시된 가스센서의 설치위치나 개수는 일 예이고, 다른 위치나 다른 개수의 가스센서가 냉장고 벽면에 설치될 수 있다.
특정 선반에 저장된 대상식품이 부패하면, 가스센서가 부패과정에서 발생하는 가스를 검출하게 되고, 그로 인해 변색되는 가스센서의 이미지를 이미지센서에서 획득하게 된다. 이미지 센서에서 획득한 이미지에 나타난 가스센서의 변색 정보로부터 냉장고의 제어부는 대상식품의 부패여부를 결정할 수 있고, 변색된 가스센서의 이미지를 전송한 이미지센서가 마련된 위치를 부패식품이 마련된 위치로 결정할 수 있다. 냉장고는 사용자가 식품의 부패를 파악할 수 있도록 표시부를 통해 부패된 음식의 위치를 표시할 수 있다.
냉장고(900)에 마련된 이미지 센서(800)에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하면, 냉장고(900)는 상기 이미지에 기초하여 가스센서(100)의 색 변화를 산출하고 이를 통해 식품의 종류나 상태를 결정한다. 이하 가스센서(100)의 색변화를 감지하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 결정하는 다양한 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 37은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉장고(900)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 37은 본 발명의 제1실시예에 따른 모바일장치(1000)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 37에 도시된 것처럼, 냉장고(900)는 용기(C)에 마련된 가스센서(100)의 이미지를 획득하는 이미지 센서(800)와, 이미지 센서(800)에서 획득한 이미지를 이용하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 결정하는 제어부(930)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부(910)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 따라 저장실(903)로 냉기를 공급하여 저장실(903)의 온도를 조절하는 냉각부(950)와, 사용자가 냉장고(900)의 동작과 관련된 명령을 입력할 수 있도록 마련되는 입력부(920)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 대한 정보를 외부의 모바일장치(1000)로 전송하는 통신부(940)를 포함한다.
이미지 센서(800)는 도 27 내지 도 30에 도시된 것처럼, 냉장고(900)의 저장실(903)이나 선반 또는 도어에 설치되어 용기(C)에 마련된 가스센서(100)의 이미지를 획득한다. 이미지 센서(800)는 포토다이오드, CMOS이미지 센서, CCD를 사용할 수 있고, 이미지 센서(800)는 가스센서(100)에 포함된 각각의 검출부(120)의 색변화를 감지하기 위해 가스센서(100)의 이미지를 획득한다. 이미지 센서(800)의 종류는 전술한 예시에 한정되지 않고, 가스센서(100)의 이미지를 획득할 수 있는 광학장치는 모두 본 실시예의 이미지 센서(800)에 포함될 수 있다. 그리고 가스센서(100)가 설치된 다수의 용기(C)가 저장실(903)에 수용될 수 있으므로 이미지 센서(800) 또한 용기(C)가 수용될 수 있는 공간마다 설치되어 다수의 이미지 센서(800)가 설치될 수도 있다.
이미지 센서(800)는 가스센서(100)의 이미지를 연속적으로 획득하고 이렇게 획득된 이미지를 샘플링하여 색변화에 대한 데이터를 획득하거나, 미리 정해진 주기마다 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 색변화에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 이미지 센서(800)는 냉장고(900) 내에 마련되므로 저온 환경에 지속적으로 노출된다. 따라서, 이미지 센서(800)에 성에가 생길 수 있고 이로 인해 명확한 가스센서(100)의 이미지를 획득하지 못할 수도 있다. 이에 개시된 실시예에 따른 이미지 센서(800)는 성에를 녹일 수 있는 소정의 가열부를 포함하거나, 성에가 끼는 것을 방지하는 재료로 형성될 수 있다.
이미지 센서(800)에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 제어부(930)로 전송하면, 제어부(930)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다. 즉, 제어부(930)는 가스센서(100)를 구성하는 각 검출부(120)의 대상가스 노출 전 색과 대상가스 노출 후 색의 차이를 산출하여 검출부(120)의 색변화 유무와 색변화 정도를 산출한다. 예를 들면, 각 검출부(120)의 초기 색과 대상가스에 노출된 후 이미지 센서(800)로부터 전송되는 이미지들에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 산출한다. 이 경우, 대상가스에 노출되기 전을 기준으로 얼마나 색이 변했는지를 알 수 있다. 또는, 이미지 센서(800)로부터 현재 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색과 시간적으로 바로 이전에 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 계속 산출한다. 이 경우, 시간의 흐름에 따라 색이 얼마나 변하고 있는지를 알 수 있다. 어느 방식으로 색의 차이를 산출하더라도 소정의 연산을 통해 원하는 데이터를 얻을 수 있음은 물론이다.
이미지 센서(800)에서 획득한 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다.
도 39은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(900)의 이미지 센서(800)에서 획득한 이미지를 가공하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득하는 것을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 39에 도시된 것처럼, 제어부(930)는 R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득한다.
제어부(930)는 가스센서(100)를 구성하는 각각의 검출부(120)의 색변화에 대한 데이터와, 검출부(120)의 색변화에 대응하는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 미리 저장한다. 예를 들면, 제어부(930)에는 대상식품(O)의 종류와 각 대상식품(O)의 상태를 나타내는 R, G, B 각 영역의 패턴에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 종류와 상태를 대상식품(O)의 종류와 상태로 결정한다.
사용자가 육안으로 직접 가스센서(100)의 색변화를 관찰하는 것보다, 이미지 센서(800)를 이용하여 가스센서(100)의 색변화를 감지하고 데이터베이스의 정보를 이용하면 식품의 종류와 상태를 보다 정확하게 결정할 수 있다.
제어부(930)는 대상식품(O)의 종류와 상태가 결정되면, 표시부(910)를 통해 결정된 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시한다. 예를 들어, 결정된 대상식품(O)의 종류가 김치이고, 숙성되지 않은 김치인 경우, 제어부(930)는 표시부(910)에 생김치라고 김치의 상태를 표시할 수 있다.
제어부(930)는 사용자가 이러한 정보의 표시를 원하는 명령을 입력하면 그에 대응하여 표시부(910)에 식품의 종류 및 상태에 대한 정보를 표시한다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 확인하고자 하는 용기(C)를 선택하면, 제어부(930)는 선택된 용기(C)의 가스센서(100)를 감지하는 이미지 센서(800)에서 전송된 이미지로부터 산출한 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(910)에 표시한다. 선택된 용기(C)에 저장된 대상식품(O)이 김치이고 아직 숙성되지 않은 김치인 경우, 전술한 것처럼, 제어부(930)는 표시부(910)에 해당 용기(C)에는 김치가 저장되어 있고 김치의 상태는 생김치라고 표시한다. 입력부(920)는 사용자가 용기(C)를 직관적으로 선택할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있고, 표시부(910) 또한 대상식품(O)의 종류 및 상태를 사용자가 직관적으로 인식할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.
사용자는 표시부(910)에 표시되는 정보를 확인하고, 대상식품(O)의 원하는 상태에 대한 명령을 입력부(920)를 통해 입력할 수 있다. 제어부(930)는 입력부(920)를 통해 사용자로부터 원하는 대상식품(O)의 상태에 관한 명령을 입력받고, 그에 따라 저장실(903)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 상태를 현 상태로 유지하길 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치의 상태를 유지할 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다. 또는 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 숙성을 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치를 현 상태보다 더 숙성시킬 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다.
또는 제어부(930)는 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대응하여 대상식품(O)이 최적의 숙성상태에 도달하거나 그 상태가 유지될 수 있도록 하는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 자동으로 조절할 수도 있다.
사용자가 원하는 대상식품(O)의 보관상태에 관한 정보가 이미 입력되어 있는 경우, 그 보관상태에 도달하고 그 보관상태를 유지하기 위해 제어부(930)는 가스센서(100)의 색변화를 모니터링하여 대상식품(O)의 상태에 따라 저장실(903)의 온도를 자동적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 냉장고(900)는 외부의 모바일장치(1000)와 데이터 송수신을 수행할 수 있는 통신부(940)를 포함하여, 이미지 센서(800)에서 획득한 가스센서(100)의 이미지 데이터를 모바일장치(1000)로 전송할 수도 있다. 또는 가스센서(100)의 이미지로부터 획득한 대상식품(O)과 관련된 정보를 모바일장치(1000)로 전송할 수도 있다. 모바일장치(1000)는 냉장고(900)와 데이터 송수신을 수행할 수 있는 장치를 포함하는데, 스마트폰이나 태블릿PC같은 장치가 이에 포함될 수 있다. 모바일장치(1000)는 냉장고(900)로부터 전송된 데이터를 수신하고 이를 분석하여 냉장고(900)의 제어부(930)처럼 대상식품(O)의 종류나 상태에 대한 정보를 산출하여 사용자가 알 수 있도록 하거나, 냉장고(900)의 제어부(930)에서 이미 산출된 대상식품(O)의 종류나 상태에 대한 정보를 수신하여 사용자가 알 수 있도록 표시할 수 있다.
모바일장치(1000)는 가스센서(100)의 이미지 데이터를 수신하여 이로부터 대상식품(O)의 종류나 상태를 결정하고, 이를 사용자가 알 수 있도록 표시해주며, 더 나아가 사용자가 원하는 명령을 입력 받아 냉장고(900)로 전송하는 사용자 인터페이스를 포함하는 어플리케이션을 탑재할 수 있다. 모바일장치(1000)와 냉장고(900) 사이의 통신은 와이파이나 블루투스 같은 근거리 무선통신이나 상용화된 통신망을 이용하는 원거리 무선통신 모두 가능하다. 따라서, 사용자는 직접 냉장고(900)의 표시부(910)를 확인하지 않고, 모바일장치(1000)를 통해 집안과 집밖에서 모두 냉장고(900)의 상태를 수시로 확인할 수 있다.
도 38을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 모바일장치(1000)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 38에 도시된 것처럼, 본 발명의 제1실시예에 따른 모바일장치(1000)는 가스센서(100)의 이미지를 획득할 수 있는 카메라와, 카메라에서 획득한 이미지로부터 대상식품(O)의 종류 및 상태를 결정하는 제어부(1200)와, 제어부(1200)에서 결정된 정보를 표시하는 표시부(1300)와, 냉장고(900)와 통신을 수행할 수 있는 통신부(1400)를 포함한다.
사용자는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일장치(1000)의 카메라를 이용하여 확인하고 싶은 용기(C)의 가스센서(100)를 촬영할 수 있다. 카메라에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하면, 제어부(1200)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다.
카메라에서 획득한 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 제어부(1200)는 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다. 제어부(1200)는 R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(1200)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득한다.
제어부(1200)는 가스센서(100)를 구성하는 각각의 검출부(120)의 색변화에 대한 데이터와, 검출부(120)의 색변화에 대응하는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 미리 저장할 수 있다. 예를 들면, 제어부(1200)에는 대상식품(O)의 종류와 각 대상식품(O)의 상태를 나타내는 R, G, B 각 영역의 패턴에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다. 제어부(1200)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 종류와 상태를 대상식품(O)의 종류와 상태로 결정한다. 모바일장치(1000)는 이렇게 결정된 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(1300)를 통해 나타내어 사용자가 알 수 있도록 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 모바일장치(1000)는 카메라에서 획득한 가스센서(100)의 이미지로부터 전술한 방법을 이용하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 결정하는 어플리케이션을 탑재할 수 있고, 사용자는 상기 어플리케이션을 구동시켜 대상식품(O)의 종류나 상태를 쉽게 확인할 수 있다. 모바일장치(1000)는 도 37에서 설명한 것처럼, 냉장고(900)로부터 가스센서(100)의 이미지 데이터 또는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 정보를 수신하여 사용자에게 대상식품(O)에 대한 정보를 제공할 수도 있고, 카메라 기능을 이용하여 사용자가 가스센서(100)에 대한 이미지를 직접 획득하면 이를 이용하여 대상식품(O)에 대한 정보를 산출할 수도 있다. 더 나아가 사용자는 모바일장치(1000)의 어플리케이션을 이용하여 대상식품(O)을 보관하는 용기(C)가 수용된 저장실(903)의 온도를 조절할 수도 있다. 사용자가 어플리케이션을 통해 명령을 입력하면, 모바일장치(1000)는 통신부(1400)를 통해 냉장고(900)로 해당 명령을 전송한다.
도 40는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉장고(900)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 41은 본 발명의 제2실시예에 따른 모바일장치(1000)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 40에 도시된 것처럼, 냉장고(900)는 용기(C)에 마련된 가스센서(300)로부터 전송된 가스센서(300)의 이미지를 이용하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 결정하는 제어부(930)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부(910)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 따라 저장실(903)로 냉기를 공급하여 저장실(903)의 온도를 조절하는 냉각부(950)와, 사용자가 냉장고(900)의 동작과 관련된 명령을 입력할 수 있도록 마련되는 입력부(920)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 대한 정보를 외부의 모바일장치(1000)로 전송하는 통신부(940)를 포함한다.
본 실시예에서 용기(C)에 장착되는 가스센서(300)는 본 발명에 따른 가스센서(300)의 제2실시예로, 가스센서(300)는 가스센서(300)의 이미지를 획득하는 이미지검출부(140)를 포함한다.
도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 가스센서(300)의 제2 실시예는 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)와, 가스센서(100)의 색변화에 대한 이미지를 획득하는 이미지검출부(140)와, 이미지검출부(140)에서 획득한 가스센서(100)의 이미지에 대한 데이터를 외부로 전송하는 송신부(150)와, 이미지검출부(140) 및 송신부(150)의 동작을 위한 전원을 공급하는 배터리(160)를 포함한다.
이미지검출부(140)는 포토다이오드, CMOS이미지 센서, CCD를 사용할 수 있고, 이미지검출부(140)는 가스센서(100)에 포함된 각각의 검출부(120)의 색변화를 감지하기 위해 가스센서(100)의 이미지를 획득한다. 이미지검출부(140)는 가스센서(100)의 이미지를 연속적으로 획득하고 이렇게 획득된 이미지를 샘플링하여 색변화에 대한 데이터를 획득하거나, 미리 정해진 주기마다 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 색변화에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
이렇게 획득된 데이터는 송신부(150)를 통해 통신부(940)를 구비한 본 발명의 제2실시예에 따른 냉장고(900)로 전송된다. 가스센서(300)의 송신부(150)와 냉장고(900)의 통신부(940) 사이의 통신은 공지된 다양한 무선통신방식을 이용할 수 있다.
본 실시예에 따른 냉장고(900)의 통신부(940)에서 가스센서(300)의 송신부(150)로부터 전송된 가스센서(300)의 이미지 데이터를 수신하면, 냉장고(900)의 제어부(930)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다. 즉, 제어부(930)는 가스센서(300)를 구성하는 각 검출부(120)의 대상가스 노출 전 색과 대상가스 노출 후 색의 차이를 산출하여 검출부(120)의 색변화 유무와 색변화 정도를 산출한다. 예를 들면, 각 검출부(120)의 초기 색과 대상가스에 노출된 후 가스센서(300)로부터 전송되는 이미지들에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 산출한다. 이 경우, 대상가스에 노출되기 전을 기준으로 얼마나 색이 변했는지를 알 수 있다. 또는, 가스센서(300)로부터 현재 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색과 시간적으로 바로 이전에 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 계속 산출한다. 이 경우, 시간의 흐름에 따라 색이 얼마나 변하고 있는지를 알 수 있다. 어느 방식으로 색의 차이를 산출하더라도 소정의 연산을 통해 원하는 데이터를 얻을 수 있음은 물론이다.
가스센서(300)로부터 전송된 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다.
제어부(930)는 도 39에 도시된 것처럼, R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득한다.
제어부(930)는 가스센서(300)를 구성하는 각각의 검출부(120)의 색변화에 대한 데이터와, 검출부(120)의 색변화에 대응하는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 미리 저장한다. 예를 들면, 제어부(930)에는 대상식품(O)의 종류와 각 대상식품(O)의 상태를 나타내는 R, G, B 각 영역의 패턴에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 종류와 상태를 대상식품(O)의 종류와 상태로 결정한다.
제어부(930)는 대상식품(O)의 종류와 상태가 결정되면, 표시부(910)를 통해 결정된 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시한다. 예를 들어, 결정된 대상식품(O)의 종류가 김치이고, 숙성되지 않은 김치인 경우, 제어부(930)는 표시부(910)에 생김치라고 김치의 상태를 표시할 수 있다.
제어부(930)는 사용자가 이러한 정보의 표시를 원하는 명령을 입력하면 그에 대응하여 표시부(910)에 식품의 종류 및 상태에 대한 정보를 표시한다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 확인하고자 하는 용기(C)를 선택하면, 제어부(930)는 선택된 용기(C)의 가스센서(300)의 이미지를 획득하는 이미지검출부(140)에서 전송된 이미지로부터 산출한 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(910)에 표시한다. 선택된 용기(C)에 저장된 대상식품(O)이 김치이고 아직 숙성되지 않은 김치인 경우, 전술한 것처럼, 제어부(930)는 표시부(910)에 해당 용기(C)에는 김치가 저장되어 있고 김치의 상태는 생김치라고 표시한다. 입력부(920)는 사용자가 용기(C)를 직관적으로 선택할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있고, 표시부(910) 또한 대상식품(O)의 종류 및 상태를 사용자가 직관적으로 인식할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.
사용자는 표시부(910)에 표시되는 정보를 확인하고, 대상식품(O)의 원하는 상태에 대한 명령을 입력부(920)를 통해 입력할 수 있다. 제어부(930)는 입력부(920)를 통해 사용자로부터 원하는 대상식품(O)의 상태에 관한 명령을 입력받고, 그에 따라 저장실(903)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 상태를 현 상태로 유지하길 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치의 상태를 유지할 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다. 또는 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 숙성을 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치를 현 상태보다 더 숙성시킬 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다.
또는 제어부(930)는 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대응하여 대상식품(O)이 최적의 숙성상태에 도달하거나 그 상태가 유지될 수 있도록 하는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 자동으로 조절할 수도 있다.
사용자가 원하는 대상식품(O)의 보관상태에 관한 정보가 이미 입력되어 있는 경우, 그 보관상태에 도달하고 그 보관상태를 유지하기 위해 제어부(930)는 가스센서(300)의 색변화를 모니터링하여 대상식품(O)의 상태에 따라 저장실(903)의 온도를 자동적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 냉장고(900) 또한 가스센서(300)로부터 전송된 가스센서(300)의 이미지 데이터를 바로 모바일장치(1000)로 전송하거나, 가스센서(300)의 이미지로부터 획득한 대상식품(O)과 관련된 정보를 모바일장치(1000)로 전송할 수도 있다. 모바일장치(1000)는 냉장고(900)로부터 전송된 데이터를 수신하고 이를 분석하여 냉장고(900)의 제어부(930)처럼 대상식품(O)의 종류나 상태에 대한 정보를 산출하여 사용자가 알 수 있도록 하거나, 냉장고(900)의 제어부(930)에서 이미 산출된 대상식품(O)의 종류나 상태에 대한 정보를 수신하여 사용자가 알 수 있도록 표시할 수 있다.
도 41을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 모바일장치(1000)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 41에 도시된 것처럼, 본 발명의 제2실시예에 따른 모바일장치(1000)는 가스센서(300) 또는 냉장고(900)로부터 전송된 데이터를 수신하는 통신부(1400)와, 통신부(1400)에서 수신한 데이터로부터 대상식품(O)의 종류 및 상태를 결정하는 제어부(1200)와, 제어부(1200)에서 결정된 정보를 표시하는 표시부(1300)를 포함한다. 본 실시예에 따른 모바일장치(1000)는 모바일장치(1000)의 카메라를 이용하여 가스센서(300)의 이미지를 획득하지 않고, 용기(C)에 장착된 가스센서(300)의 이미지검출부(140)로부터 바로 가스센서(300)의 이미지 데이터를 전송받거나 냉장고(900)로부터 가스센서(300)의 이미지 데이터를 전송받는다. 또는 냉장고(900)로부터 이미 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 정보를 전송받을 수 있다.
가스센서(300)나 냉장고(900)로부터 전송된 가스센서(300)의 이미지를 수신하면, 제어부(1200)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다.
이미지검출부(140)에서 획득한 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 제어부(1200)는 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다. 제어부(1200)는 R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(1200)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득한다.
제어부(1200)는 가스센서(300)를 구성하는 각각의 검출부(120)의 색변화에 대한 데이터와, 검출부(120)의 색변화에 대응하는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 미리 저장할 수 있다. 예를 들면, 제어부(1200)에는 대상식품(O)의 종류와 각 대상식품(O)의 상태를 나타내는 R, G, B 각 영역의 패턴에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다. 제어부(1200)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 종류와 상태를 대상식품(O)의 종류와 상태로 결정한다. 모바일장치(1000)는 이렇게 결정된 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(1300)를 통해 나타내어 사용자가 알 수 있도록 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 모바일장치(1000)는 가스센서(300)나 냉장고(900)로부터 전송된 가스센서(300)의 이미지로부터 전술한 방법을 이용하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 결정하는 어플리케이션을 탑재할 수 있고, 사용자는 상기 어플리케이션을 구동시켜 대상식품(O)의 종류나 상태를 쉽게 확인할 수 있다. 모바일장치(1000)는 가스센서(300) 또는 냉장고(900)로부터 가스센서(300)의 이미지 데이터를 수신하고 이로부터 대상식품(O)의 종류 및 상태를 결정하여 사용자에게 대상식품(O)에 대한 정보를 제공하거나 냉장고(900)로부터 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 정보를 직접 수신하여 사용자에게 대상식품(O)에 대한 정보를 제공할 수도 있다. 더 나아가 사용자는 모바일장치(1000)의 어플리케이션을 이용하여 대상식품(O)을 보관하는 용기(C)가 수용된 저장실(903)의 온도를 조절할 수도 있다. 사용자가 어플리케이션을 통해 명령을 입력하면, 모바일장치(1000)는 통신부(1400)를 통해 냉장고(900)로 해당 명령을 전송한다.
도 42은 본 발명의 제3실시예에 따른 냉장고(900)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 43는 본 발명의 제3실시예에 따른 냉장고(900)의 가스센서와 용기(C)의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도 42에 도시된 것처럼, 냉장고(900)는 저장실(903)에 수용되는 용기(C)와 결합하여 용기(C)에 보관 중인 대상식품(O)에서 발생하는 대상가스를 검출할 수 있는 가스센서(100)와, 가스센서(100)의 이미지를 획득하는 이미지 센서(800)와, 이미지 센서(800)에서 획득한 이미지를 이용하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 결정하는 제어부(930)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부(910)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 따라 저장실(903)로 냉기를 공급하여 저장실(903)의 온도를 조절하는 냉각부(950)와, 사용자가 냉장고(900)의 동작과 관련된 명령을 입력할 수 있도록 마련되는 입력부(920)와, 제어부(930)에서 결정한 대상식품(O)의 종류와 상태에 대한 정보를 외부의 모바일장치(1000)로 전송하는 통신부(940)를 포함한다.
본 실시예에서는 가스센서(100)가 용기(C)에 장착되지 않고, 용기(C)가 수용되는 냉장고(900)의 저장실(903)에 설치된다. 가스센서(100)는 밀폐된 환경에서 정확한 검출결과를 얻을 수 있다. 따라서, 도 43에 도시된 것처럼, 가스센서(100)는 용기(C)에 결합하기 위해 마련된 소정의 기구부와 함께 저장실(903)에 설치된다. 그리고 용기(C)는 가스센서(100)가 마련된 기구부와 결합할 수 있는 구조를 갖는다. 도 43에 도시된 기구부는 도 23 내지 도 25에 도시된 기구부(600)와 유사한 구조를 갖는다.
기구부는 가스센서(100)가 설치되는 메인바디(630)를 포함하고, 메인바디의 하부와 상부에는 기구부가 용기(C) 벽에 접할 경우 기구부가 용기(C) 벽에 고정될 수 있도록 용기(C) 벽의 고정홈(621)에 결합되는 고정부(640)를 포함한다. 고정부(640)는 기구부와 용기(C)의 결합을 위한 것이므로, 기구부를 용기(C)에 결합시킬 수 있다면, 도 43에 도시된 형태, 구조, 위치 및 개수와 다른 형태, 구조, 위치, 개수를 갖도록 마련될 수 있다.
메인바디(630)에는 가스센서(100) 단독으로 설치되거나 추가적인 가스투과막과 함께 가스센서(100)가 설치될 수 있다.
용기(C)에는 상기 기구부의 고정부(640)가 결합되는 고정홈(621)이 형성될 수 있고, 고정홈(621)은 고정부의 형태, 구조, 위치 및 개수에 대응되는 형태, 구조, 위치 및 개수를 가질 수 있다. 그리고 기구부와 결합 시 가스센서(100)가 용기(C)에 수용된 대상식품(O)으로부터 발생하는 대상가스를 검출할 수 있도록 용기(C) 벽에 홀(615)이 형성된다. 용기(C) 내부에 수용된 대상식품(O)이 홀을 통해 용기(C)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 홀에는 액체나 고체는 투과시키지 않고 가스만 투과시키는 가스투과막이 설치될 수 있다. 사용자는 용기(C)를 저장실(903)에 위치시킬 때, 용기(C)의 홀(615)과 저장실(903)의 가스센서(100)가 결합할 수 있도록 용기(C)를 전술한 기구부에 결합시킨다.
도 43에 도시한 결합구조는 일 예일 뿐, 가스센서(100)가 용기(C)에서 발생하는 대상가스를 검출할 수 있도록 고안된 가스센서(100)와 용기(C)의 결합구조는 본 실시예의 범위에 포함된다.
가스센서(100)와 용기(C)가 결합하여 가스센서(100)에서 대상가스를 감지하고 색이 변하면 이미지 센서(800)는 가스센서(100)의 이미지를 획득한다.
이미지 센서(800)는 포토다이오드, CMOS이미지 센서, CCD를 사용할 수 있고, 이미지 센서(800)는 가스센서(100)에 포함된 각각의 검출부(120)의 색변화를 감지하기 위해 가스센서(100)의 이미지를 획득한다. 이미지 센서(800)의 종류는 전술한 예시에 한정되지 않고, 가스센서(100)의 이미지를 획득할 수 있는 광학장치는 모두 본 실시예의 이미지 센서(800)에 포함될 수 있다. 그리고 이미지 센서(800)는 저장실(903)에 마련된 가스센서(100)의 개수만큼 마련되어 각 가스센서(100)의 이미지를 획득한다.
이미지 센서(800)는 가스센서(100)의 이미지를 연속적으로 획득하고 이렇게 획득된 이미지를 샘플링하여 색변화에 대한 데이터를 획득하거나, 미리 정해진 주기마다 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 색변화에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 이미지 센서(800)에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 제어부(930)로 전송하면, 제어부(930)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다. 즉, 제어부(930)는 가스센서(100)를 구성하는 각 검출부(120)의 대상가스 노출 전 색과 대상가스 노출 후 색의 차이를 산출하여 검출부(120)의 색변화 유무와 색변화 정도를 산출한다. 예를 들면, 각 검출부(120)의 초기 색과 대상가스에 노출된 후 이미지 센서(800)로부터 전송되는 이미지들에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 산출한다. 이 경우, 대상가스에 노출되기 전을 기준으로 얼마나 색이 변했는지를 알 수 있다. 또는, 이미지 센서(800)로부터 현재 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색과 시간적으로 바로 이전에 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 계속 산출한다. 이 경우, 시간의 흐름에 따라 색이 얼마나 변하고 있는지를 알 수 있다. 어느 방식으로 색의 차이를 산출하더라도 소정의 연산을 통해 원하는 데이터를 얻을 수 있음은 물론이다.
이미지 센서(800)에서 획득한 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다.
제어부(930)는 도 39에 도시된 것처럼,R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득한다.
제어부(930)는 가스센서(100)를 구성하는 각각의 검출부(120)의 색변화에 대한 데이터와, 검출부(120)의 색변화에 대응하는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 미리 저장한다. 예를 들면, 제어부(930)에는 대상식품(O)의 종류와 각 대상식품(O)의 상태를 나타내는 R, G, B 각 영역의 패턴에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 종류와 상태를 대상식품(O)의 종류와 상태로 결정한다.
제어부(930)는 대상식품(O)의 종류와 상태가 결정되면, 표시부(910)를 통해 결정된 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시한다. 예를 들어, 결정된 대상식품(O)의 종류가 김치이고, 숙성되지 않은 김치인 경우, 제어부(930)는 표시부(910)에 생김치라고 김치의 상태를 표시할 수 있다.
제어부(930)는 사용자가 이러한 정보의 표시를 원하는 명령을 입력하면 그에 대응하여 표시부(910)에 식품의 종류 및 상태에 대한 정보를 표시한다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 확인하고자 하는 용기(C)를 선택하면, 제어부(930)는 선택된 용기(C)의 대상가스를 감지하는 가스센서(100)의 이미지를 획득하는 이미지 센서(800)에서 전송된 이미지로부터 산출한 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(910)에 표시한다. 선택된 용기(C)에 저장된 대상식품(O)이 김치이고 아직 숙성되지 않은 김치인 경우, 전술한 것처럼, 제어부(930)는 표시부(910)에 해당 용기(C)에는 김치가 저장되어 있고 김치의 상태는 생김치라고 표시한다. 입력부(920)는 사용자가 용기(C)를 직관적으로 선택할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있고, 표시부(910) 또한 대상식품(O)의 종류 및 상태를 사용자가 직관적으로 인식할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.
사용자는 표시부(910)에 표시되는 정보를 확인하고, 대상식품(O)의 원하는 상태에 대한 명령을 입력부(920)를 통해 입력할 수 있다. 제어부(930)는 입력부(920)를 통해 사용자로부터 원하는 대상식품(O)의 상태에 관한 명령을 입력받고, 그에 따라 저장실(903)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 상태를 현 상태로 유지하길 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치의 상태를 유지할 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다. 또는 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 숙성을 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치를 현 상태보다 더 숙성시킬 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다.
또는 제어부(930)는 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대응하여 대상식품(O)이 최적의 숙성상태에 도달하거나 그 상태가 유지될 수 있도록 하는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 자동으로 조절할 수도 있다. 사용자가 원하는 대상식품(O)의 보관상태에 관한 정보가 이미 입력되어 있는 경우, 그 보관상태에 도달하고 그 보관상태를 유지하기 위해 제어부(930)는 가스센서(100)의 색변화를 모니터링하여 대상식품(O)의 상태에 따라 저장실(903)의 온도를 자동적으로 제어할 수 있다.
도 36a 및 도 36b에 도시된 것처럼, 가스센서가 용기와 결합하지 않은 경우, 가스센서는 가스센서가 설치된 영역에 저장되는 대상식품으로부터 발생하는 대상가스를 검출할 수 있다. 특정 선반에 저장된 대상식품이 부패하면, 가스센서가 부패과정에서 발생하는 가스를 검출하게 되고, 그로 인해 변색되는 가스센서의 이미지를 이미지센서에서 획득하게 된다.
이미지 센서(800)에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 제어부(930)로 전송하면, 제어부(930)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다. 즉, 제어부(930)는 가스센서(100)를 구성하는 각 검출부(120)의 대상가스 노출 전 색과 대상가스 노출 후 색의 차이를 산출하여 검출부(120)의 색변화 유무와 색변화 정도를 산출한다. 이미지 센서(800)에서 획득한 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다.
제어부(930)는 도 39에 도시된 것처럼, R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)의 상태에 대한 정보를 획득한다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 상태를 대상식품(O)의 상태로 결정한다.
제어부(930)는 대상식품(O)의 상태가 부패상태로 결정되면, 부패식품 결정의 근거가 된 이미지를 전송한 이미지센서가 마련된 위치를 부패식품이 마련된 위치로 결정할 수 있다. 각각의 이미지센서가 설치된 위치가 미리 저장될 수 있고, 이에 기초하여 제어부는 부패식품이 저장된 위치를 결정할 수 있다. 제어부는 사용자가 식품의 부패를 파악할 수 있도록 표시부를 통해 부패된 음식의 위치를 표시할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 냉장고(900)는 외부의 모바일장치(1000)와 데이터 송수신을 수행할 수 있는 통신부(940)를 포함하여, 이미지 센서(800)에서 획득한 가스센서(100)의 이미지 데이터를 모바일장치(1000)로 전송할 수도 있다. 또는 가스센서(100)의 이미지로부터 획득한 대상식품(O)과 관련된 정보를 모바일장치(1000)로 전송할 수도 있다. 모바일장치(1000)는 냉장고(900)로부터 전송된 데이터를 수신하고 이를 분석하여 대상식품(O)의 종류나 상태에 대한 정보를 산출하여 사용자가 알 수 있도록 하거나, 냉장고(900)의 제어부(930)에서 이미 산출된 대상식품(O)의 종류나 상태에 대한 정보를 수신하여 사용자가 알 수 있도록 표시할 수 있다.
모바일장치(1000)는 가스센서(100)의 이미지 데이터를 수신하여 이로부터 대상식품(O)의 종류나 상태를 결정하고, 이를 사용자가 알 수 있도록 표시해주며, 더 나아가 사용자가 원하는 명령을 입력 받아 냉장고(900)로 전송하는 사용자 인터페이스를 포함하는 어플리케이션을 탑재할 수 있다. 모바일장치(1000)와 냉장고(900) 사이의 통신은 와이파이나 블루투스 같은 근거리 무선통신이나 상용화된 통신망을 이용하는 원거리 무선통신 모두 가능하다. 따라서, 사용자는 직접 냉장고(900)의 표시부(910)를 확인하지 않고, 모바일장치(1000)를 통해 집안과 집밖에서 모두 냉장고(900)의 상태를 수시로 확인할 수 있다.
도 44은 본 발명의 제1실시예에 따는 냉장고(900)의 제어방법을 나타낸 도면이다. 도 44을 참조하면, 냉장고(900)에 마련된 이미지 센서(800)에서 용기(C)의 가스센서(100)의 이미지를 획득한다(200). 이미지 센서(800)는 도 27 내지 도 30에 도시된 것처럼, 냉장고(900)의 저장실(903)이나 선반 또는 도어에 설치되어 용기(C)에 마련된 가스센서(100)의 이미지를 획득한다. 이미지 센서(800)는 포토다이오드, CMOS이미지 센서, CCD를 사용할 수 있고, 이미지 센서(800)는 가스센서(100)에 포함된 각각의 검출부(120)의 색변화를 감지하기 위해 가스센서(100)의 이미지를 획득한다. 가스센서(100)가 설치된 다수의 용기(C)가 저장실(903)에 수용될 수 있으므로 이미지 센서(800) 또한 용기(C)가 수용될 수 있는 공간마다 설치되어 다수의 이미지 센서(800)가 설치될 수도 있다.
이미지 센서(800)는 가스센서(100)의 이미지를 연속적으로 획득하고 이렇게 획득된 이미지를 샘플링하여 색변화에 대한 데이터를 획득하거나, 미리 정해진 주기마다 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 색변화에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
이미지 센서(800)에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하면, 냉장고(900)의 제어부(930)는 대상가스에 노출되기 전후의 가스센서(100)의 이미지들의 색차이를 산출한다(210).
이미지 센서(800)에서 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 제어부(930)로 전송하면, 제어부(930)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다. 즉, 제어부(930)는 가스센서(100)를 구성하는 각 검출부(120)의 대상가스 노출 전 색과 대상가스 노출 후 색의 차이를 산출하여 검출부(120)의 색변화 유무와 색변화 정도를 산출한다. 예를 들면, 각 검출부(120)의 초기 색과 대상가스에 노출된 후 이미지 센서(800)로부터 전송되는 이미지들에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 산출한다. 이 경우, 대상가스에 노출되기 전을 기준으로 얼마나 색이 변했는지를 알 수 있다. 또는, 이미지 센서(800)로부터 현재 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색과 시간적으로 바로 이전에 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 계속 산출한다. 이 경우, 시간의 흐름에 따라 색이 얼마나 변하고 있는지를 알 수 있다. 어느 방식으로 색의 차이를 산출하더라도 소정의 연산을 통해 원하는 데이터를 얻을 수 있음은 물론이다.
이미지 센서(800)에서 획득한 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다.
색차이를 산출하면, 제어부(930)는 산출된 색 차이의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)의 종류 및 상태를 결정한다(220).
제어부(930)는 도 39에 도시된 것처럼, R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득한다.
제어부(930)는 가스센서(100)를 구성하는 각각의 검출부(120)의 색변화에 대한 데이터와, 검출부(120)의 색변화에 대응하는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 미리 저장한다. 예를 들면, 제어부(930)에는 대상식품(O)의 종류와 각 대상식품(O)의 상태를 나타내는 R, G, B 각 영역의 패턴에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 종류와 상태를 대상식품(O)의 종류와 상태로 결정한다.
사용자가 육안으로 직접 가스센서(100)의 색변화를 관찰하는 것보다, 이미지 센서(800)를 이용하여 가스센서(100)의 색변화를 감지하고 데이터베이스의 정보를 이용하면 식품의 종류와 상태를 보다 정확하게 결정할 수 있다.
대상식품(O)의 종류 및 상태가 결정되면, 냉장고(900)의 표시부(910)는 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태를 표시한다(230). 그리고 제어부(930)는 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태에 기초하여 저장실(903)의 온도를 제어한다(240).
제어부(930)는 대상식품(O)의 종류와 상태가 결정되면, 표시부(910)를 통해 결정된 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시한다. 예를 들어, 결정된 대상식품(O)의 종류가 김치이고, 숙성되지 않은 김치인 경우, 제어부(930)는 표시부(910)에 생김치라고 김치의 상태를 표시할 수 있다.
제어부(930)는 사용자가 이러한 정보의 표시를 원하는 명령을 입력하면 그에 대응하여 표시부(910)에 식품의 종류 및 상태에 대한 정보를 표시한다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 확인하고자 하는 용기(C)를 선택하면, 제어부(930)는 선택된 용기(C)의 가스센서(100)를 감지하는 이미지 센서(800)로부터 전송된 이미지를 이용하여 대상식품(O)의 종류와 상태를 결정하고 이를 표시부(910)에 표시한다. 선택된 용기(C)에 저장된 대상식품(O)이 김치이고 아직 숙성되지 않은 김치인 경우, 전술한 것처럼, 제어부(930)는 표시부(910)에 해당 용기(C)에는 김치가 저장되어 있고 김치의 상태는 생김치라고 표시한다. 입력부(920)는 사용자가 용기(C)를 직관적으로 선택할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있고, 표시부(910) 또한 대상식품(O)의 종류 및 상태를 사용자가 직관적으로 인식할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.
사용자는 표시부(910)에 표시되는 정보를 확인하고, 대상식품(O)의 원하는 상태에 대한 명령을 입력부(920)를 통해 입력할 수 있다. 제어부(930)는 입력부(920)를 통해 사용자로부터 원하는 대상식품(O)의 상태에 관한 명령을 입력받고, 그에 따라 저장실(903)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 상태를 현 상태로 유지하길 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치의 상태를 유지할 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다. 또는 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 숙성을 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치를 현 상태보다 더 숙성시킬 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다.
또는 제어부(930)는 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대응하여 대상식품(O)이 최적의 숙성상태에 도달하거나 그 상태가 유지될 수 있도록 하는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 자동으로 조절할 수도 있다.
사용자가 원하는 대상식품(O)의 보관상태에 관한 정보가 이미 입력되어 있는 경우, 그 보관상태에 도달하고 그 보관상태를 유지하기 위해 제어부(930)는 가스센서(100)의 색변화를 모니터링하여 대상식품(O)의 상태에 따라 저장실(903)의 온도를 자동적으로 제어할 수 있다.
도 45는 본 발명의 제2실시예에 따는 냉장고(900)의 제어방법을 나타낸 도면이다. 도 45를 참조하면, 냉장고(900)는 용기에 마련된 가스센서(300)로부터 가스센서(300)의 이미지 데이터를 수신한다(250). 본 실시예에서 용기(C)에 장착되는 가스센서(300)는 본 발명에 따른 가스센서(300)의 제2실시예로, 가스센서(300)는 가스센서(300)의 이미지를 획득하는 이미지검출부(140)를 포함한다.
도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 가스센서(300)의 제2 실시예는 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 가스센서(100)와, 가스센서(100)의 색변화에 대한 이미지를 획득하는 이미지검출부(140)와, 이미지검출부(140)에서 획득한 가스센서(100)의 이미지에 대한 데이터를 외부로 전송하는 송신부(150)와, 이미지검출부(140) 및 송신부(150)의 동작을 위한 전원을 공급하는 배터리(160)를 포함한다. 이미지검출부(140)는 포토다이오드, CMOS이미지 센서, CCD를 사용할 수 있고, 이미지검출부(140)는 가스센서(100)에 포함된 각각의 검출부(120)의 색변화를 감지하기 위해 가스센서(100)의 이미지를 획득한다. 이미지검출부(140)는 가스센서(100)의 이미지를 연속적으로 획득하고 이렇게 획득된 이미지를 샘플링하여 색변화에 대한 데이터를 획득하거나, 미리 정해진 주기마다 가스센서(100)의 이미지를 획득하여 색변화에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
이렇게 획득된 데이터는 송신부(150)를 통해 통신부(940)를 구비한 본 발명의 제2실시예에 따른 냉장고(900)로 전송된다. 가스센서(300)의 송신부(150)와 냉장고(900)의 통신부(940) 사이의 통신은 공지된 다양한 무선통신방식을 이용할 수 있다.
가스센서(300)로부터 이미지 데이터를 수신하면, 냉장고(900)의 제어부(930)는 수신한 이미지를 이용하여 대상가스에 노출되기 전후 이미지의 색 차이를 산출한다(260).
냉장고(900)의 통신부(940)에서 가스센서(300)의 송신부(150)로부터 전송된 가스센서(300)의 이미지 데이터를 수신하면, 냉장고(900)의 제어부(930)는 대상가스에 노출되기 전의 이미지와 대상가스에 노출된 후의 이미지 사이의 색 차이를 산출한다. 즉, 제어부(930)는 가스센서(300)를 구성하는 각 검출부(120)의 대상가스 노출 전 색과 대상가스 노출 후 색의 차이를 산출하여 검출부(120)의 색변화 유무와 색변화 정도를 산출한다. 예를 들면, 각 검출부(120)의 초기 색과 대상가스에 노출된 후 가스센서(300)로부터 전송되는 이미지들에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 산출한다. 이 경우, 대상가스에 노출되기 전을 기준으로 얼마나 색이 변했는지를 알 수 있다. 또는, 가스센서(300)로부터 현재 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색과 시간적으로 바로 이전에 전송된 이미지에 나타난 각 검출부(120)의 색의 차이를 계속 산출한다. 이 경우, 시간의 흐름에 따라 색이 얼마나 변하고 있는지를 알 수 있다. 어느 방식으로 색의 차이를 산출하더라도 소정의 연산을 통해 원하는 데이터를 얻을 수 있음은 물론이다.
가스센서(300)로부터 전송된 이미지의 색좌표계가 L, a, b좌표계인 경우, 산출된 색 차이를 R, G, B 좌표계로 변환하여 표현한다. R, G, B 좌표계로 변환하여 표현하는 것은 일 예이고, 다른 다양한 종류의 좌표계로 색 차이를 표현할 수 있다.
색 차이를 산출하면, 제어부(930)는 산출된 색 차이의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품의 종류 및 상태를 결정한다(270).
제어부(930)는 도 39에 도시된 것처럼, R, G, B 좌표계로 변환된 검출부(120)의 색 차이를 나타내는 이미지에서 검출부(120)를 제외한 배경부분을 제거한다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하고, 분류된 R, G, B 각 영역의 패턴을 미리 저장된 데이터와 비교하여 대상식품(O)에 대한 정보를 획득한다.
제어부(930)는 가스센서(300)를 구성하는 각각의 검출부(120)의 색변화에 대한 데이터와, 검출부(120)의 색변화에 대응하는 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대한 데이터를 데이터베이스화하여 미리 저장한다. 예를 들면, 제어부(930)에는 대상식품(O)의 종류와 각 대상식품(O)의 상태를 나타내는 R, G, B 각 영역의 패턴에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다. 제어부(930)는 배경부분이 제거된 이미지를 R, G, B의 각 영역별로 분류하여 획득한 R, G, B 각 영역의 패턴을 데이터베이스에 저장된 패턴들과 비교하여 매칭되는 패턴을 결정하고, 결정된 패턴이 나타내는 식품의 종류와 상태를 대상식품(O)의 종류와 상태로 결정한다.
대상식품의 종류 및 상태가 결정되면, 냉장고(900)의 표시부(910)는 결정된 대상식품의 종류 및 상태를 표시한다(280). 그리고 제어부(930)는 결정된 대상식품의 종류 및 상태에 기초하여 저장실(903)의 온도를 제어한다(290).
제어부(930)는 대상식품(O)의 종류와 상태가 결정되면, 표시부(910)를 통해 결정된 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시한다. 예를 들어, 결정된 대상식품(O)의 종류가 김치이고, 숙성되지 않은 김치인 경우, 제어부(930)는 표시부(910)에 생김치라고 김치의 상태를 표시할 수 있다.
제어부(930)는 사용자가 이러한 정보의 표시를 원하는 명령을 입력하면 그에 대응하여 표시부(910)에 식품의 종류 및 상태에 대한 정보를 표시한다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 확인하고자 하는 용기(C)를 선택하면, 제어부(930)는 선택된 용기(C)의 가스센서(300)의 이미지를 획득하는 이미지검출부(140)에서 전송된 이미지로부터 산출한 대상식품(O)의 종류와 상태를 표시부(910)에 표시한다. 선택된 용기(C)에 저장된 대상식품(O)이 김치이고 아직 숙성되지 않은 김치인 경우, 전술한 것처럼, 제어부(930)는 표시부(910)에 해당 용기(C)에는 김치가 저장되어 있고 김치의 상태는 생김치라고 표시한다. 입력부(920)는 사용자가 용기(C)를 직관적으로 선택할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있고, 표시부(910) 또한 대상식품(O)의 종류 및 상태를 사용자가 직관적으로 인식할 수 있도록 마련된 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.
사용자는 표시부(910)에 표시되는 정보를 확인하고, 대상식품(O)의 원하는 상태에 대한 명령을 입력부(920)를 통해 입력할 수 있다. 제어부(930)는 입력부(920)를 통해 사용자로부터 원하는 대상식품(O)의 상태에 관한 명령을 입력받고, 그에 따라 저장실(903)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 상태를 현 상태로 유지하길 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치의 상태를 유지할 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다. 또는 사용자가 입력부(920)를 통해 김치의 숙성을 원하는 명령을 입력하면 제어부(930)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치를 현 상태보다 더 숙성시킬 수 있는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 조절한다.
또는 제어부(930)는 결정된 대상식품(O)의 종류 및 상태에 대응하여 대상식품(O)이 최적의 숙성상태에 도달하거나 그 상태가 유지될 수 있도록 하는 저장실(903)의 온도를 결정하고 그에 대응되는 제어신호를 냉각부(950)에 전송하여 저장실(903)의 온도를 자동으로 조절할 수도 있다.
사용자가 원하는 대상식품(O)의 보관상태에 관한 정보가 이미 입력되어 있는 경우, 그 보관상태에 도달하고 그 보관상태를 유지하기 위해 제어부(930)는 가스센서(300)의 색변화를 모니터링하여 대상식품(O)의 상태에 따라 저장실(903)의 온도를 자동적으로 제어할 수 있다.
100: 가스센서
110: 베이스
120: 검출부
800: 이미지 센서

Claims (50)

  1. 복수의 대상가스를 검출하는 가스센서에 있어서,
    베이스; 및
    상기 베이스에 마련되고, 서로 다른 대상가스를 각각 검출하는 복수의 검출부;를 포함하고,
    상기 복수의 검출부는 각각 미리 정해진 대상가스와 반응 시 변색되도록 마련되는 가스센서　
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    미리 정해진 대상가스와 반응함으로써 발생하는 pH의 변화에 대응하여 변색되는 적어도 하나의 pH지시약을 포함하는 가스센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    검출용액이 포함된 친수성 멤브레인을 포함하는 가스센서
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검출용액은 버퍼용액 및 미리 정해진 대상가스와 반응함으로써 발생하는 pH의 변화에 대응하여 변색되는 적어도 하나의 pH지시약을 포함하는 가스센서
  5. 제3항에 있어서,
    상기 검출용액은,
    글리세린(Glycerin), 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol) 및 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 칼슘 클로라이드(Calcium Chloride), 소듐 클로라이드(Sodium Chloride)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 가스센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 친수성 멤브레인은,
    셀룰로오스 에스테르(Cellulose ester), 유리섬유(Glass fiber), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로오스 섬유(Cellulose fiber), 리트머스 종이, 한지, 여과지(Filter paper)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 가스센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 가스를 투과시키는 소수성 멤브레인을 포함하는 가스센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는,
    폴리테트라 플루오르 에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene), 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low density polyethylene), 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene), 타이벡(Tyvek)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 가스센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 검출부에 부착되고, 가스를 투과시키지 않도록 마련된 투명 멤브레인을 더 포함하는 가스센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 대상가스는 식품의 숙성과정에서 발생하는 가스를 포함하는 가스센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 대상가스는 황화수소, 암모니아, 에틸렌, 트리메틸아민, 아세트산, 이산화탄소를 포함하는 가스센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 검출부는 상기 베이스에 2차원 어레이 형태로 마련되는 가스센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 검출부의 색을 검출하는 이미지검출부; 및
    상기 이미지검출부에서 검출한 색에 대한 데이터를 외부로 출력하는 송신부;를 더 포함하는 가스센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이미지검출부 및 송신부에 전력을 공급하는 배터리;를 더 포함하는 가스센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 이미지검출부 및 송신부에 전력을 공급하는 무선전력 수전부;를 더 포함하는 가스센서.
  16. 제1항의 가스센서를 포함하는 전자제품.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스센서의 이미지를 획득하는 이미지 센서;를 더 포함하는 전자제품.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 이미지 센서에서 획득한 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 대상체를 식별하고 상기 대상체의 상태를 결정하는 제어부;를 더 포함하는 전자제품.
  19. 제18에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 상태에 대한 데이터를 미리 저장하는 전자제품.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이미지 센서에서 획득한 이미지를 이용하여 대상가스에 노출되기 전후의 가스센서의 색 차이를 결정하고, 상기 미리 저장된 데이터를 이용하여 상기 결정된 색 차이로부터 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 전자제품.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 이미지 센서에서 획득한 가스센서의 이미지에 기초하여 결정된 대상체의 종류 또는 대상체의 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 전자제품.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 전자제품은 냉장고를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 결정된 대상체의 상태에 따라 냉장고의 온도를 제어하는 전자제품
  23. 제22항에 있어서,
    상기 가스센서와 이미지 센서는 상기 냉장고의 각 저장실마다 마련되고,
    상기 제어부는 상기 각 저장실에 마련된 이미지 센서에서 획득한 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 각 저장실에 위치한 대상체의 종류와 상태를 결정하고, 결정된 대상체의 상태에 따라 각 저장실의 온도를 각각 제어하는 전자제품.
  24. 저장실; 및
    상기 저장실에 수용되는 용기의 가스센서의 색을 감지하도록 마련되는 이미지 센서;를 포함하는 냉장고.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 이미지 센서에서 획득한 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 상기 용기에 수용된 대상체를 식별하고 상기 대상체의 상태를 결정하는 제어부;를 더 포함하는 냉장고.
  26. 제25에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 대상체의 상태에 대한 데이터를 미리 저장하는 냉장고.
  27. 제26에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이미지 센서에서 획득한 이미지를 이용하여 대상가스에 노출되기 전후의 가스센서의 색 차이를 결정하고, 상기 미리 저장된 데이터를 이용하여 상기 결정된 색 차이로부터 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 냉장고.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 대상체의 상태에 따라 상기 저장실의 온도를 제어하는 냉장고.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 이미지 센서에서 획득한 가스센서의 이미지에 기초하여 결정된 대상체의 종류 또는 대상체의 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 냉장고.
  30. 저장실; 및
    상기 저장실에 수용되는 용기의 가스센서로부터 출력되는 상기 가스센서의 이미지에 기초하여 상기 용기에 수용된 대상체를 식별하고 상기 대상체의 상태를 결정하는 제어부;를 포함하는 냉장고.
  31. 제30에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 대상체의 상태에 대한 데이터를 미리 저장하는 냉장고.
  32. 제31에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가스센서로부터 출력되는 상기 가스센서의 이미지를 이용하여 대상가스에 노출되기 전후의 가스센서의 색 차이를 결정하고, 상기 미리 저장된 데이터를 이용하여 상기 결정된 색 차이로부터 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 냉장고.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 대상체의 상태에 따라 상기 저장실의 온도를 제어하는 냉장고.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 가스센서의 이미지에 기초하여 결정된 대상체의 종류 또는 대상체의 상태에 대한 정보를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 냉장고.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 가스센서로부터 무선으로 전송되는 데이터를 수신하는 수신부;를 더 포함하는 냉장고.
  36. 저장실에 수용되는 용기에 마련된 가스센서의 색변화를 결정하고;
    상기 가스센서의 색 변화에 대응하는 대상체의 상태를 표시하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 가스센서의 색변화를 결정하는 것은,
    복수의 검출부를 포함하는 상기 가스센서의 이미지를 획득하고;
    상기 가스센서의 이미지를 이용하여 상기 대상가스에 노출되기 전후의 상기 복수의 검출부 각각의 색차이를 결정하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 가스센서의 색변화에 기초하여 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것은,
    미리 저장된 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 상태에 대한 데이터를 이용하여 상기 가스센서의 색변화로부터 상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 대상체의 상태를 표시하는 것은,
    상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 종류 및 상태를 표시하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 상태에 기초하여 상기 저장실의 온도를 제어하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법.
  42. 저장실에 수용되는 용기의 가스센서로부터 상기 가스센서의 색변화에 대한 데이터를 수신하고;
    상기 수신된 데이터에 따른 상기 가스센서의 색변화에 대응하는 대상체의 상태를 표시하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 수신된 데이터에 기초하여 대상가스에 노출되기 전후의 상기 가스센서의 복수의 검출부 각각의 색 차이를 결정하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법
  44. 제42항에 있어서,
    수신된 데이터에 따른 상기 가스센서의 색변화에 기초하여 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것은,
    미리 저장된 상기 가스센서의 복수의 검출부의 색변화, 상기 색변화에 따른 대상체의 종류 및 상태에 대한 데이터를 이용하여 상기 수신된 데이터에 따른 상기 가스센서의 색변화로부터 상기 대상체의 종류 및 상태를 결정하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법.
  46. 제42항에 있어서,
    상기 대상체의 상태를 표시하는 것은,
    상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 종류 및 상태를 표시하는 것;을 포함하는 냉장고의 제어방법.
  47. 제42항에 있어서,
    상기 가스센서의 색변화에 대응하여 결정된 대상체의 상태에 기초하여 상기 저장실의 온도를 제어하는 것;을 더 포함하는 냉장고의 제어방법.
  48. 적어도 한 면에 홀이 형성된 용기; 및
    상기 홀을 통해 토출되는 대상가스를 검출하는 가스센서를 구비하고, 상기 홀에 설치되는 기구부;를 포함하는 가스검출용기
  49. 제48항에 있어서,
    상기 기구부는 외부에서 상기 가스센서를 관찰할 수 있도록 마련된 홀에 상기 가스센서를 구비하는 가스검출용기.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 기구부는 상기 가스센서가 설치된 홀을 커버하도록 마련되는 투명부재;를 포함하는 검출용기.
KR1020140092022A 2014-07-21 2014-07-21 가스 센서, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법 KR102257497B1 (ko)

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