KR20160107650A - 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치 및 방법 - Google Patents

복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용하여 대상물을 판별하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 대상물 판별장치는 복수개의 이종 반도체식 가스센서; 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 대상물의 가스 성분을 유입시키는 가스 유입부; 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISCRIMINATING OBJECT BY USING A PLURALITY OF DIFFERENT SEMICONDUCTOR GAS SENSOR}
본 발명은 대상물을 판별하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 이종(異種) 반도체식 가스센서 각각에서 측정되는 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 대상물을 판별하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
가스센서는 공기 중에 분자 상태로 존재하는 각종 가스의 농도를 판별하는 센서로서, 이러한 가스센서의 종류로는 산화물 반도체 재료를 이용하는 반도체식 가스센서, 팔라듐이나 백금 같은 촉매를 이용하는 접촉 연소식 가스센서, 전해질 내에서 양극과 음극의 화학반응을 이용하는 전기화학식 가스센서 등이 있다.
이 중에서, SnO2, ZnO, Fe2O3 와 같은 금속 산화물을 이용하는 반도체식 가스센서는 산화물 반도체의 저항 변화에 따라 가스의 농도를 측정한다. 보다 구체적으로 반도체식 가스센서의 가스 농도 측정은, 반도체식 가스센서에 유입되는 가스가 상기 가스센서의 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키는 정도를 측정함으로써 이루어지게 되며, 이 때 가스와 산소의 반응성을 높이기 위해서는 통상적으로 200~600℃의 온도로 가스센서의 표면을 가열하여야 한다.
도 1은 반도체식 가스센서의 개략적인 회로도이다.
히터전원 VH에 의해 공급되는 전력에 의해 히터저항 RH에서 열이 발생되어 반도체식 가스센서의 표면이 가열된다. 어떤 가스가 반도체식 가스센서에 유입되기 전에는 가스센서의 표면에 산소가 흡착되어 있기 때문에 저항 RS는 최대값이 되고, 이에 따라 가스센서의 출력전압 값 VRL은 최소값이 된다. 그 후, 가스센서에 가스가 유입됨에 따라 가스센서의 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키기 때문에 저항 RS가 작아지고, 이로 인해 출력전압 값 VRL은 증가하게 된다. 이 때, 가스센서에 유입되는 가스의 농도가 높을수록 가스센서의 표면에 흡착되어 있는 산소의 탈착량이 커져 출력전압 값 VRL은 증가하게 된다.
그러나 이와 같이 단일의 반도체식 가스센서는 그 가스센서에 유입되는 가스의 농도만을 측정할 수 있을 뿐 가스의 종류까지 판별해낼 수 있는 것은 아니며, 고체나 액체와 같은 대상물의 가스 성분도 이와 마찬가지로 그 가스 성분의 농도만 측정할 수 있을 뿐 대상물의 특성정보(예를 들어, 대상물의 종류, 원산지정보, 품질정보 등)까지 판별해낼 수 있는 것은 아니다. 이는, 반도체식 가스센서가 특정 가스 성분에만 반응하는 것이 아니라, 공기 중에 분자 상태로 존재하는 가스 성분의 농도에 의존하여 반응하기 때문이다.
이러한 낮은 가스 선택성의 문제를 해결하기 위해, 다양한 종류의 가스센서를 어레이(array)로 구성하여 화학적 신호를 전기적 신호로 변환한 후, 인공신경망 등을 활용해 패턴을 인식하여 냄새성분을 감지하는 전자코 시스템(electronic nose system) 기술이 개발되었다. 그러나 인간의 후각과 관련된 유전자는 1천개 이상인 반면, 전자코 시스템에 현실적으로 적용 가능한 가스센서의 수는 10~20종에 불과한 실정이다. 즉, 전자코 시스템에 의해 다양한 가스 성분을 판별해내기 위해서는 인간의 후각 유전자에 해당되는 가스센서의 종류를 최대한 많이 확보하여야 하지만, 기술적인 측면이나 비용적인 측면에서 현실적인 한계가 있다.
한편, 비특허문헌의 논문에는 한 개의 가스센서로 진짜와 가짜 휘발유를 판별하는 방안이 제시되어 있다.
Jung-Hwan Cho, Young-Wung Kim, and In-Soo Lee, Portable electronic nose system for idetification of synthesized gasoline using single semiconductor typed gas sensor and pattern recognition, Journal of Advanced Information Technology, 9(3), 21~30, 2011.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용하여 대상물의 특성정보 또는 대상물인 가스의 종류를 판별해낼 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치는, 복수개의 이종 반도체식 가스센서; 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 대상물의 가스 성분을 유입시키는 가스 유입부; 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 제어부;를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제어부는 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출한 이후에 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 특성정보는 대상물의 종류, 원산지정보 및 품질정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치는, 복수개의 이종 반도체식 가스센서; 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 가스를 유입시키는 가스 유입부; 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 제어부;를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제어부는 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출한 이후에 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법은, 가스 유입부를 통해 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 대상물의 가스 성분을 유입시키는 단계; 센싱부가 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계; 제어부가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계; 및 제어부가 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 단계는, 상기 제어부가 상기 연산된 비율을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 특성정보는 대상물의 종류, 원산지정보 및 품질정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법은, 가스 유입부를 통해 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 가스를 유입시키는 단계; 센싱부가 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계; 제어부가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계; 및 제어부가 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 가스의 종류를 판별하는 단계는, 상기 제어부가 상기 연산된 비율을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하고 이를 이용함으로써, 대상물의 특성정보 또는 가스의 종류를 간단하게 판별해낼 수 있다.
도 1은 반도체식 가스센서의 개략적인 회로도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 반도체식 가스센서에서의 시간에 따른 출력전압 값을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물의 특성정보를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 종류를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용하여 대상물을 판별하는 장치 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 판별장치는 그 대상물이 고체나 액체 상태인 경우에 이용될 수 있다.
도 2a에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 판별장치는, 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10), 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10)에 대상물의 가스 성분을 유입시키는 가스 유입부(20), 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10) 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부(30), 센싱부(30)에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서(10)에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 제어부(40)를 포함한다.
복수개의 이종 반도체식 가스센서(10)는 몸체부(50)에 설치될 수 있으며, 이 때 몸체부(50)는 매니폴드(manifold)와 같이 그 내부에 배관의 역할을 하는 통로가 형성되어 있고 외부에 다수의 기기 접속구를 구비한 기관(岐管)일 수 있다. 그리고 펌프(60)는 가스센서(10)에 유입된(또는, 몸체부(50) 내에 유입된) 기체를 빨아들여 외부로 배출시키는 역할을 한다.
각각의 반도체식 가스센서(11, 12 등)는 외부의 히터전원(미도시)에 의해 작동온도가 설정되며, 도 2a에서는 반도체식 가스센서(10)의 수를 두 개인 것으로 도시하였으나 반도체식 가스센서(10)의 수는 셋 이상일 수도 있다.
본 발명에서 반도체식 가스센서 각각(11, 12 등)은 이종의 반도체식 가스센서일 것을 요한다. 이종의 반도체식 가스센서란, 가스센서에 사용되는 금속산화물(SnO2, ZnO, Fe2O3 등)의 종류를 달리하거나, 동일한 금속산화물을 사용하더라도 촉매성분이나 촉매량 등을 달리함으로써, 가스센서 표면에 흡착되는 가스의 선택성을 서로 달리하는 반도체식 가스센서를 의미한다.
가스 유입부(20)는 반도체식 가스센서(10)에 대상물(고체 또는 액체 상태의 대상물)의 가스 성분을 유입시키는 통로로서의 역할을 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 가스 유입부(20)는 외부 공기를 정화시키는 활성탄 필터(Activated Carbon Filter)(21), 활성탄 필터(21)에 의해 정화된 공기를 유통시키는 공기 유통로(22), 대상물의 투입 공간을 제공하는 샘플챔버(23), 상기 정화된 공기를 샘플챔버(23) 내에 인입시키기 위해 공기 유통로(22) 및 샘플챔버(23) 사이에 구비된 챔버 연결로(24), 대상물의 가스 성분을 유통시키는 가스 유통로(25), 공기 유통로(22)에 의해 유통되는 공기 및 가스 유통로(25)에 의해 유통되는 대상물의 가스 성분 중 어느 하나를 선택하도록 동작되는 밸브(26), 밸브(26) 및 몸체부(50) 사이에 구비된 몸체 연결로(27)를 포함하여 이루어질 수 있다.
대상물을 샘플챔버(23)에 투입한 뒤, 활성탄 필터(21)에 의해 정화된 공기를 챔버 연결로(24)를 통해 샘플챔버(23)에 유통시키고, 이 후 밸브(26)를 동작시켜 대상물의 가스 성분이 가스 유통로(25) 및 몸체 연결로(27)를 거쳐 반도체식 가스센서(10)에 유입될 수 있도록 한다.
가스 유입부(20)를 통해 대상물의 가스 성분이 가스센서(10)에 유입되면 가스센서(10)의 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키게 되며, 이 때 각각의 가스센서(11, 12 등)와 연결되어 있는 센싱부(30)는 상기 가스센서 각각(11, 12 등)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.
도 3은 2개의 이종 반도체식 가스센서(가스센서1 및 가스센서2)에 동일한 대상물의 가스 성분이 유입될 때, 각 가스센서에서의 시간에 따른 출력전압 값을 예시적으로 나타낸 그래프이다. 도 3에 나타낸 바와 같이 가스 성분 유입 시 산소 탈착량은 각 가스센서마다 서로 다르기 때문에 시간에 따른 출력전압 값도 서로 다르게 나타나며, 센싱부(30)는 이와 같이 나타나는 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.
제어부(40)는 센싱부(30)에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 각 가스센서(11, 12 등)에서의 첨두값을 산출하며, 나아가 제어부(40)는 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산할 수도 있다.
그리고 제어부(40)는 상기 산출된 첨두값 또는 상기 연산된 비율을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별해낸다. 이 때, 제어부(40)가 대상물의 특성정보를 판별해내기 위해서는, 대상물의 가스 성분마다 및 반도체식 가스센서(10)의 종류마다 첨두값 또는 첨두값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(40) 내에 미리 저정해 놓을 것이 요구되며, 이 경우 제어부(40)는 첨두값을 산출한 뒤 또는 첨두값 간의 비율을 연산한 뒤 상기 미리 저장해 놓은 데이터와 비교함으로써 대상물의 특성정보를 판별해낸다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 판별장치는 그 대상물이 기체 상태인 경우에 이용될 수 있다.
도 2b에 의하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 판별장치는, 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10), 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10)에 가스를 유입시키는 가스 유입부(20), 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10) 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부(30), 센싱부(30)에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서(10)에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 제어부(40)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 판별장치는 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 판별장치와 대비하여, 그 대상물이 기체 상태라는 점 및 가스 유입부(20)의 구성이 다를 수 있다는 점 이외의 사항은 모두 동일하므로, 중복되는 사항에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 2b의 가스 유입부(20)는 도 2a의 가스 유입부(20)에 비해 비교적 단순한 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 대상물이 기체 상태인 경우에 가스 유입부(20)는 외부 공기를 정화시키는 활성탄 필터(Activated Carbon Filter)(21), 활성탄 필터(21)에 의해 정화된 공기를 유통시키는 공기 유통로(22), 대상물인 가스를 유통시키는 가스 유통로(25), 공기 유통로(22)에 의해 유통되는 공기 및 가스 유통로(25)에 의해 유통되는 가스 중 어느 하나를 선택하도록 동작되는 밸브(26), 밸브(26) 및 몸체부(50) 사이에 구비된 몸체 연결로(27)만을 포함하여 이루어질 수 있다.
다만, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과한 것으로, 가스 유입부(20)의 구성은 반드시 도면에 도시한 것만으로 한정되는 것은 아니며, 활성탄 필터, 샘플챔버, 밸브, 유통로, 연결로를 다양하게 변형 또는 변경하여 구성될 수 있다.
가스 유입부(20)를 통해 대상물인 가스가 가스센서(10)에 유입되면 상기 가스에 의해 가스센서(10) 표면에 흡착되어 있는 산소가 탈착되며, 이 때 각 가스센서(11, 12 등)와 연결되어 있는 센싱부(30)는 상기 각 가스센서(11, 12 등)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.
제어부(40)는 센싱부(30)에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 각 가스센서(11, 12 등)에서의 첨두값을 산출하며, 나아가 제어부(40)는 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산할 수도 있다.
그리고 제어부(40)는 상기 산출된 첨두값 또는 상기 연산된 비율을 통해 상기 가스의 종류를 판별해낸다. 이 때, 제어부(40)가 가스의 종류를 판별해내기 위해서는, 대상물인 가스마다 및 반도체식 가스센서(10)의 종류마다 첨두값 또는 첨두값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(40) 내에 미리 저정해 놓을 것이 요구되며, 이 경우 제어부(40)는 첨두값을 산출한 뒤 또는 첨두값 간의 비율을 연산한 뒤 상기 미리 저장해 놓은 데이터와 비교함으로써 가스의 종류를 판별해낸다.
한편, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법을 순차적으로 나타낸 흐름도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 판별방법은 그 대상물이 고체나 액체 상태인 경우에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 판별방법은 우선, 가스 유입부(20)를 통해 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10)에 대상물의 가스 성분을 유입시킨다(S110).
다음으로, 센싱부(30)가 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각(11, 12 등)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다(S120).
다음으로, 제어부(40)가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서(11, 12 등)에서의 첨두값을 산출하며(S130), 그 후 제어부(40)는 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산할 수도 있다(S140).
마지막으로, 제어부(40)는 상기 S130에서 산출된 첨두값을 통해 또는 상기 S140에서 연산된 첨두값 간의 비율을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별한다(S150). 이 때, 제어부(40)가 대상물의 특성정보를 판별해내기 위해서는, 대상물의 가스 성분마다 및 반도체식 가스센서(10)의 종류마다 첨두값 또는 첨두값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(40) 내에 미리 저정해 놓을 것이 요구되며, 이 경우 제어부(40)는 첨두값을 산출한 뒤 또는 첨두값 간의 비율을 연산한 뒤, 상기 미리 저장해 놓은 데이터와 비교함으로써 대상물의 특성정보를 판별해낸다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법을 순차적으로 나타낸 흐름도로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 판별방법은 그 대상물이 기체 상태인 경우에 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 판별방법은 우선, 가스 유입부(20)를 통해 복수개의 이종 반도체식 가스센서(10)에 가스를 유입시킨다(S210).
다음으로, 센싱부(30)가 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각(11, 12)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다(S220).
다음으로, 제어부(40)가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을 산출하며(S230), 그 후 제어부(40)는 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산할 수도 있다(S240).
마지막으로, 제어부(40)는 상기 S230에서 산출된 첨두값을 통해 또는 상기 S240에서 연산된 첨두값 간의 비율을 통해 상기 가스의 종류를 판별한다(S250). 이 때, 제어부(40)가 가스의 종류를 판별해내기 위해서는, 대상물인 가스마다 및 반도체식 가스센서(10)의 종류마다 첨두값 또는 첨두값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(40) 내에 미리 저정해 놓을 것이 요구되며, 이 경우 제어부(40)는 첨두값을 산출한 뒤 또는 첨두값 간의 비율을 연산한 뒤, 상기 미리 저장해 놓은 데이터와 비교함으로써 가스의 종류를 판별해낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 판별방법에 있어서, 이종 반도체식 가스센서 2개를 이용한 대상물 판별방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
2개의 이종 반도체식 가스센서를 이용하여 대상물(고체 또는 액체 상태인 대상물)의 특성정보를 판별하기 위해서는, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 몸체부(50)에 제 1 반도체식 가스센서(11) 및 제 2 반도체식 가스센서(12)가 설치된 대상물 판별장치를 이용할 수 있다.
샘플챔버(23)에는 대상물(예를 들어, 감초, 천궁 및 황기 중 어느 하나의 한약재)을 투입하고, 활성탄 필터(21)를 통해 정화된 공기를 샘플챔버(23)에 인입시켜 한약재의 가스 성분이 가스 유통로(25)를 통해 보다 용이하게 유통될 수 있도록 한다. 그 후, 밸브(26)를 동작시켜 상기 한약재의 가스 성분을 각 가스센서(11, 12)에 유입시키고, 센싱부(30)에서는 각 가스센서(11, 12)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.
도 5a 내지 도 5c는 각 가스센서(11, 12)의 작동온도를 약 350℃로 설정한 뒤(각 가스센서(11, 12)의 작동온도는 서로 달라도 무방함), 각 가스센서(11, 12)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 나타낸 그래프이다. 이 때, 제 1 및 제 2 반도체식 가스센서(11, 12)는 각각 일본 Figaro회사의 TGS2602 및 TGS2603 제품을 사용하였으며, 도 5a는 감초(전북 익산산)의 가스 성분을, 도 5b는 천궁(강원 정선산)의 가스 성분을, 그리고 도 5c는 황기(충북 제천산)의 가스 성분을 반도체식 가스센서(11, 12)에 각각 유입시킨 뒤 측정된, 각 가스센서(11, 12)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c에 의하면, 한약재의 가스 성분에 따라, 그리고 반도체식 가스센서의 종류에 따라, 시간에 따른 출력전압 값의 특성에 차이가 나타난다는 것을 알 수 있다. 이와 함께, 가스 성분을 바꾸지 않고 연속 측정할 경우 가스센서의 출력전압 값이 시간이 지남에 따라 조금씩 감소하는 경향도 확인할 수 있다.
또한, 도 5a 및 도 5b에 의하면, 감초와 천궁의 가스 성분은 제 1 반도체식 가스센서(11)에 비해 제 2 반도체식 가스센서(12)에서 반응성이 더 크다는 것을 알 수 있으며, 도 5c에 의하면, 황기의 가스 성분은 제 2 반도체식 가스센서(12)에 비해 제 1 반도체식 가스센서(11)에서 반응성이 더 크다는 것을 알 수 있다.
센싱부(30)에서는 도 5a 내지 도 5c에 나타낸 바와 같이 각 가스센서(11, 12)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하며, 그 뒤 제어부(40)에서는 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값 간의 비율도 연산할 수 있다.
다음의 표 1은 도 5a 내지 도 5c의 그래프에서 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값(제 1 가스센서에서의 첨두값=x, 제 2 가스센서에서의 첨두값=y)을 나타낸 것이다. 표 1에 나타낸 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값은 감초(전북 익산산), 천궁(강원 정선산) 및 황기(충북 제천산)를 각각 나타내는 특성값에 해당한다.
구분 x y 구분 x y 구분 x y


감초
(전북
익산산)


 0 0

천궁
(강원
정선산)


 0 0

황기
(충북
제천산)


 0 0
1.253 1.590 2.340 1.788 1.681 2.340
1.233 1.564 2.364 1.823 1.497 2.087
1.163 1.478 2.314 1.791 1.395 1.939
1.097 1.396 2.266 1.751 1.292 1.800
1.048 1.332 2.164 1.663 1.238 1.724
1.000 1.270 - - - -
도 6은 표 1에 나타낸 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을, x축을 제 1 반도체식 가스센서(11)에서의 첨두값으로 하고 y축을 제 2 반도체식 가스센서(12)에서의 첨두값으로 한 2차원 공간상에 각각 나타낸 그래프이다.
도 6에 의하면, 감초, 천궁 및 황기의 가스 성분에 대한 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을 상기 2차원 공간상에 나타낸 후 동종의 가스 성분을 나타내는 점들끼리 연결하면 일정한 직선의 기울기 값(2차원 공간상에 산발적으로 퍼져 있는 값들간의 평균을 취한 값으로서, 이 평균적인 직선의 기울기 값과 그 주변에 퍼져 있는 점들간의 오차는 ±1% 내외)이 나타난다는 것을 확인할 수 있다(즉, 감초의 가스 성분의 경우 1.27, 천궁의 가스 성분의 경우 0.77, 황기의 가스 성분의 경우 1.39). 이와 같은 직선의 기울기 값은 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값 간 비율에 해당하며, 상기 첨두값 간 비율은 감초, 천궁 및 황기를 각각 나타내는 특성값에 해당한다.
따라서, 상기 표 1에 나타낸 첨두값 또는 도 6에 나타낸 첨두값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(40) 내에 미리 구비해 놓을 경우, 제어부(40)는 이를 통해 대상물의 특성정보(예를 들어, 한약재의 종류)를 판별해낼 수 있게 된다.
한편, 도 7a 및 도 7b는 국내산 천궁(경북 영양산) 및 중국산 천궁의 가스 성분에 대하여 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을, x축을 제 1 반도체식 가스센서(11)에서의 첨두값으로 하고 y축을 제 2 반도체식 가스센서(12)에서의 첨두값으로 한 2차원 공간상에 나타낸 그래프이다. 이 때, 도 7a는 천궁을 분쇄하지 않은 경우이고, 도 7b는 천궁을 분쇄한 경우에 해당한다.
도 7a에 의하면, 국내산 천궁의 가스 성분에 대해 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을 2차원 공간상에 나타낸 결과 그 직선의 기울기 값은 1.273로 나타났지만, 중국산 천궁의 경우는 그 직선의 기울기 값이 0.815로 나타나, 천궁의 원산지가 다를 경우 그 기울기 값 간에 서로 차이가 있는 것으로 확인되었다.
또한, 도 7b에 의하면, 국내산 천궁과 중국산 천궁을 분쇄한 경우도 마찬가지로 그 직선의 기울기 값(국내산 천궁의 경우 1.124, 중국산 천궁의 경우 1.281) 간에 서로 차이가 있는 것으로 확인되었다.
도 8a 및 도 8b는 국내산 감초(강원 정선산), 중국산 감초 및 우즈백산 감초의 가스 성분에 대하여 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을, x축을 제 1 반도체식 가스센서(11)에서의 첨두값으로 하고 y축을 제 2 반도체식 가스센서(12)에서의 첨두값으로 한 2차원 공간상에 나타낸 그래프이다. 이 때, 도 8a는 감초를 분쇄하지 않은 경우이고, 도 8b는 감초를 분쇄한 경우에 해당한다.
도 8a 및 도 8b에 의하면, 감초를 분쇄하기 전과 후 각각에 대한 직선의 기울기 값이 국내산, 중국산 및 우즈백산 간에 서로 차이가 있다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같은 첨두값 또는 상기 첨두값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(40) 내에 미리 구비해 놓을 경우, 제어부(40)는 이를 통해 대상물의 특성정보(예를 들어, 한약재의 원산지정보)를 판별해낼 수 있게 된다.
또한, 상기 언급한 대상물인 천궁, 감초 및 황기의 가스 성분에 대한 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값 또는 첨두값 간의 비율은 상기 천궁, 감초 및 황기의 품질정보를 판별할 수 있는 특성값으로도 이용될 수 있다. 즉, 천궁, 감초 및 황기 등에 대한 정상적인 품질의 특성값이 예를 들어, 상기 표 1 및 도 6에 나타낸 바와 같을 경우, 만일 동일 지역에서 재배된 천궁, 감초 및 황기의 특성값(즉, 첨두값 또는 첨두값 간의 비율)이 상기 정상적인 품질의 특성값과 일정 차이를 보일 경우 그 한약재의 품질이 열악해진 것으로 볼 수 있는 것이다. 이 경우, 제어부(40) 내에 품질에 대한 판단기준(예를 들어, 품질이 열악해진 것으로 판단하기 위하여, 특성값 사이의 차이값에 대한 범위 기준)을 미리 설정해 놓을 경우, 상기 제어부(40)는 이에 기초하여 대상물의 품질정보를 판단해낼 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 대한 설명에서, 반도체식 가스센서가 2개인 경우만 예를 들어 설명하였지만 가스센서의 수는 셋 이상일 수도 있다. 그리고 대상물은 고체의 한약재인 것으로 특정하여 설명하였지만, 이는 어디까지나 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 설명하기 위한 것에 불과한 것으로서, 대상물의 특성정보를 판별해내는 본 발명의 기술적 사상은 그 대상물이 액체 상태(예를 들어, 용융된 한약재)인 경우에도 상기 설명한 장치 및 방법을 활용하여 그 특성정보를 판별해낼 수 있는 것으로 볼 것이다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 판별방법에 있어서, 이종 반도체식 가스센서 2개를 이용한 대상물 판별방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
2개의 이종 반도체식 가스센서를 이용하여 대상물(기체 상태인 대상물)의 특성정보(가스의 종류)를 판별하기 위해서는, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 몸체부(50)에 제 1 반도체식 가스센서(11) 및 제 2 반도체식 가스센서(12)가 설치된 대상물 판별장치를 이용할 수 있다.
활성탄 필터(21)를 통해 가스센서(11, 12)의 상태를 초기화(가스센서의 표면에 산소 흡착)한 뒤, 밸브(26)를 동작시켜 가스 유통로(25) 및 몸체 연결부(27)를 거쳐 대상물인 가스를 각 가스센서(11, 12)에 유입시키고, 센싱부(30)에서는 각 가스센서(11, 12)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.
다음의 표 2는 각 가스센서(11, 12)의 작동온도를 약 350℃로 설정한 뒤(각 가스센서(11, 12)의 작동온도는 서로 달라도 무방함), 가스 유입부(20)를 통해 각 가스센서(11, 12)에 기체 상태의 톨루엔, 황화수소 및 암모니아를 각각 유입시킨 경우, 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값(제 1 가스센서에서의 첨두값=x, 제 2 가스센서에서의 첨두값=y)을 나타낸 것으로서, 이 때 제 1 및 제 2 반도체식 가스센서(11, 12)는 각각 일본 Figaro회사의 TGS2602 및 TGS2603 제품을 사용하였다. 표 2에 나타낸 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값은 톨루엔, 황화수소 및 암모니아를 각각 나타내는 특성값에 해당한다.
구분 x y
톨루엔
(C6H5CH3)
 0 0
3.422 1.397
3.455 1.422
황화수소
(H2S)
 0 0
2.212 2.386
2.163 2.417
암모니아
(NH3)
 0 0
1.036 1.680
1.140 1.794
도 9는 표 2에 나타낸 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을, x축을 제 1 반도체식 가스센서(11)에서의 첨두값으로 하고 y축을 제 2 반도체식 가스센서(12)에서의 첨두값으로 한 2차원 공간상에 각각 나타낸 그래프이다.
도 9에 의하면, 기체 상태의 톨루엔, 황화수소 및 암모니아에 대한 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값을 상기 2차원 공간상에 나타낸 후 동종의 가스를 나타내는 점들끼리 연결하면 일정한 직선의 기울기 값(2차원 공간상에 산발적으로 퍼져 있는 점들간의 평균을 취한 값)이 나타난다는 것을 확인할 수 있다(즉, 톨루엔의 경우 0.41, 황화수소의 경우 1.09, 암모니아의 경우 1.59). 이와 같은 직선의 기울기 값은 각 가스센서(11, 12)에서의 첨두값 간 비율에 해당하며, 상기 첨두값 간 비율은 톨루엔, 황화수소 및 암모니아를 각각 나타내는 특성값에 해당한다.
따라서, 상기 표 2에 나타낸 첨두값 또는 도 9에 나타낸 첨두값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(40) 내에 미리 구비해 놓을 경우, 제어부(40)는 이를 통해 가스의 종류를 판별해낼 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 대한 설명에서는, 반도체식 가스센서가 2개인 경우만 예를 들어 설명하였지만 가스센서의 수는 셋 이상일 수도 있다. 그리고 대상물인 가스는 톨루엔, 황화수소 및 암모니아만으로 특정하여 설명하였지만, 이는 어디까지나 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 설명하기 위한 것에 불과하며, 그 외 가스에 대해서도 본 발명이 제안하는 장치 및 방법에 따라 가스의 종류를 판별해낼 수 있는 것으로 볼 것이다.
10: 복수개의 이종 반도체식 가스센서
20: 가스 유입부
30: 센싱부
40: 제어부
50: 몸체부
60: 펌프

Claims (10)

  1. 복수개의 이종 반도체식 가스센서;
    상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 대상물의 가스 성분을 유입시키는 가스 유입부;
    상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 제어부;를 포함하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출한 이후에 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 것을 특징으로 하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 특성정보는 대상물의 종류, 원산지정보 및 품질정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치.
  4. 복수개의 이종 반도체식 가스센서;
    상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 가스를 유입시키는 가스 유입부;
    상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하고, 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 제어부;를 포함하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출한 이후에 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치.
  6. 가스 유입부를 통해 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 대상물의 가스 성분을 유입시키는 단계;
    센싱부가 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계;
    제어부가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계; 및
    제어부가 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 단계;를 포함하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 대상물의 특성정보를 판별하는 단계는, 상기 제어부가 상기 연산된 비율을 통해 상기 대상물의 특성정보를 판별하는 것을 특징으로 하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 특성정보는 대상물의 종류, 원산지정보 및 품질정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법.
  9. 가스 유입부를 통해 복수개의 이종 반도체식 가스센서에 가스를 유입시키는 단계;
    센싱부가 상기 복수개의 이종 반도체식 가스센서 각각에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계;
    제어부가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계; 및
    제어부가 상기 산출된 첨두값을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 단계;를 포함하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 첨두값을 산출하는 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 산출된 첨두값 간의 비율을 연산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가스의 종류를 판별하는 단계는, 상기 제어부가 상기 연산된 비율을 통해 상기 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 하는 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별방법.
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