KR20170112854A - 가스감지 태그 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스감지 태그 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전자태그에 가스센서가 일체화되어 전자태그에 수신되는 무선 주파수에 의한 에너지로 동작하여 가스농도를 측정할 수 있는 가스감지 태그 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 가스감지 태그는 기판과, 상기 기판 위에 배치된 안테나 및 신호처리 모듈과, 상기 기판 위에 형성되며 상기 신호처리 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 신호처리 모듈로부터 전원을 공급받는 전극 쌍과, 상기 전극 쌍 위에 형성되는 전도성 박막과, 상기 전도성 박막을 둘러싸며 상기 전극 쌍으로부터 전원을 인가받아 가스 감지 반응에 따른 전기 전도도 차이를 발생시키는 가스 감지 막을 포함한다.
Description
본 발명은 가스감지 태그 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전자태그에 가스센서가 일체화되어 전자태그에 수신되는 무선 주파수에 의한 에너지로 동작하여 가스농도를 측정할 수 있는 가스감지 태그 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가스 탐지기는 산업현장 등에서 특정 가스누설 탐지, 생산현장의 작업환경 감시 또는 대기환경 오염 탐지 등에 주로 사용된다. 가스 탐지기는 Figaro사, FIS사, Riken사, Monox사 등 다수의 글로벌 업체에서 생산 및 출시되고 있다.
이러한 가스 탐지기는 단일 가스에 한정적으로 반응하며 대부분 고가의 부피가 큰 센서이므로 가스 탐지기가 적용되는 분야는 제한적이다.
최근에는 식품이나 IT 제품의 포장에도 가스 포장이 적용되고 있으며, 웨어러블 디바이스 시장이 전 세계적으로 확대되어 저전력의 집적화된 가스 탐지기에 대한 요구가 증가하고 있다.
근거리 무선통신 기술은 국내 등록실용신안 제20-0415756호 “RF통신을 이용한 가스밸브 자동제어장치 및 가스밸브 원격제어 시스템”이나 국내 공개특허 제10-2015-0116194호 “근거리 통신을 이용한 반도체 제조 공정용 가스 실린더 정보 제공 시스템” 등과 같이 대부분 획득된 정보를 무선으로 전송하는 것을 목적으로 한다.
기존의 가스 탐지기는 센서에 반응되는 가스의 농도에 따라 인가되는 전압에 대한 출력전압의 차이를 측정하여 가스를 검출하는 원리이므로, 일반적으로 5~9볼트(V)의 인가전압을 사용한다.
따라서 가스 탐지기에 전력을 공급해야 하는 이유로 전기적 배선이 필요하거나 5V 이상의 건전지 연결이 불가피하여 종래 가스 탐지기는 그 설치장소나 감시기능에 맞게 사용하는데 제약이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 공급을 위한 건전지 또는 외부의 전기적 배선 없이 가스농도를 측정할 수 있는 가스 탐지기를 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 가스감지 태그는 기판과, 상기 기판 위에 배치된 안테나 및 신호처리 모듈과, 상기 기판 위에 형성되며 상기 신호처리 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 신호처리 모듈로부터 전원을 공급받는 전극 쌍과, 상기 전극 쌍 위에 형성되는 전도성 박막과, 상기 전도성 박막을 둘러싸며 상기 전극 쌍으로부터 전원을 인가받아 가스 감지 반응에 따른 전기 전도도 차이를 발생시키는 가스 감지 막을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 가스감지 태그의 제조 방법은 기판을 구비하는 단계와, 상기 기판에 안테나 패턴을 형성하고 신호처리 모듈을 장착하는 단계와, 상기 신호처리 모듈로부터 전원을 공급받을 수 있도록 상기 신호처리 모듈과 전기적으로 연결시켜 상기 기판에 전극 쌍을 형성하는 단계와, 상기 전극 쌍 위에 전도성 박막을 형성하는 단계와, 상기 전도성 박막 위에 가스 감지 막을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 가스감지 태그는 전자태그와, 상기 전자태그에 일체화되어 형성된 가스센서로 구성된 가스감지 태그로서, 상기 전자태그는 휴대단말로부터 수신된 신호로부터 전류를 유도하고, 상기 가스센서는 상기 전자태그에서 유도된 전류를 공급받아 동작하여, 상기 가스센서의 가스감지신호가 상기 전자태그를 통해 상기 휴대단말로 전송되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전자태그에 가스센서를 일체화시켜 제작한 가스감지 태그를 사용하여 건전지나 외부의 전력 공급 배선 없이 가스농도를 측정할 수 있으며, 측정한 결과 값을 외부의 휴대단말로 전송할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 가스감지 태그는 휴대단말로부터 수신된 신호로부터 전류를 유도하여 가스센서에 전력을 공급할 수 있어서 내부에 건전지나 전력 공급을 위한 외부 배선을 설치할 필요가 없다.
도 1은 본 발명에 따른 가스감지 태그 및 휴대단말을 이용한 가스농도 측정시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가스감지 태그의 내부 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 가스감지 태그의 모습을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 가스감지 태그를 제조하는 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 가스감지 태그를 사용하여 이산화탄소를 감지하였을 때 시간에 따른 응답 특성을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 가스감지 태그의 내부 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 가스감지 태그의 모습을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 가스감지 태그를 제조하는 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 가스감지 태그를 사용하여 이산화탄소를 감지하였을 때 시간에 따른 응답 특성을 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스감지 태그 및 휴대단말을 이용한 가스농도 측정시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 가스농도 측정 시스템은 휴대단말(100)과 가스감지 태그(200)로 구성된다.
휴대단말(100)에는 가스농도 측정을 위한 애플리케이션이 설치되어 있으며 애플리케이션의 실행을 통해 휴대단말(100)과 가스감지 태그(200)는 근거리 통신을 통해 연결된다. 근거리 통신으로는 RFID나 NFC 등이 사용될 수 있다.
휴대단말(100)은 근거리 통신을 통해 가스감지 태그(200)로 무선 신호를 송신하고, 가스감지 태그(200)는 무선 신호에 의해 유도된 전류를 이용하여 구동되어 가스농도를 측정한다.
가스감지 태그(200)가 가스농도를 측정하고 그에 따른 가스감지 신호를 휴대단말(100)로 전송하면, 휴대단말(100)은 애플리케이션을 통해 사용자에게 가스농도 확인을 위한 사용자인터페이스 화면을 표시한다.
본 발명에 따른 휴대단말(100)은 스마트폰이나 태블릿 PC 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 가스농도 측정을 위한 애플리케이션이 실행될 수 있는 기기라면 어떠한 종류라도 상관 없다.
도 2는 본 발명에 따른 가스감지 태그의 내부 구성을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 가스감지 태그(200)는 안테나(10), 신호처리 모듈(20), 가스센서(30) 등을 포함하며, 신호처리 모듈(20)은 변조기(21), 복조기(22), 발진기(23), 정류회로(24), 메모리(25), 제어부(26) 등을 포함한다.
안테나(10) 및 신호처리 모듈(20)은 전자 태그를 구성하여, 가스감지 태그(200)는 전자 태그에 가스센서(30)가 일체로 구성된 것이다.
안테나(10)는 휴대단말(100)로부터 무선 신호를 수신하여 신호처리 모듈(20)로 전달하거나 신호처리 모듈(20)에서 나온 신호를 휴대단말(100)로 전송한다.
변조기(21)는 제어부(26)에서 출력된 신호를 변조하여 변조된 신호를 안테나(10)로 전달하고, 복조기(22)는 안테나(10)에서 수신한 신호를 복조하여 제어부(26)로 출력한다.
발진기(23)는 안테나(10)에서 수신한 신호로부터 유도된 전류를 특정 주파수의 교류로 변환하여 정류회로(24)로 출력하고, 정류회로(24)는 발진기(23)에서 입력받은 교류를 직류로 변환하여 가스센서(30)에 공급한다.
메모리(25)는 가스농도 측정을 위한 프로그램이나 데이터를 저장한다. 또한 메모리(25)는 가스센서(30)의 고유 아이디를 저장한다.
제어부(26)는 복조기(22)로부터 휴대단말(100)의 신호를 입력받아 처리하고, 가스센서(30)에서 발생한 전위차로부터 가스농도 정보를 생성하여 변조기(21)로 출력한다.
제어부(26)는 복수의 가스센서(30)가 존재하는 경우 각 가스센서(30)로부터 가스농도에 따른 전위차 신호를 입력받고 메모리(25)에 저장된 가스센서의 고유 아이디를 결합하여 가스농도 정보를 생성한다.
도 3은 본 발명에 따른 가스감지 태그의 모습을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 가스감지 태그는 기판(1) 상에 안테나(10) 및 신호처리 모듈(20)이 배치되어 있으며, 또한 신호처리 모듈(20)과 전기적으로 연결된 가스센서(30)가 형성되어 있다.
가스센서(30)는 전극 쌍(2), 전도성 박막(3) 및 가스 감지 막(4)을 포함한다.
기판(1)은 합성수지 필름, 유리, 세라믹, 실리콘 기판 등과 같은 절연 기판이다. 이러한 기판(1)의 외곽에 안테나(10) 패턴이 형성되고, 신호처리 모듈(20)이 안테나(10) 패턴에 전기적으로 연결되어 장착된다.
전극 쌍(2)은 신호처리 모듈(20)로부터 전원을 공급받을 수 있도록 신호처리 모듈(20)과 전기적으로 연결되어 기판(1) 상에 형성된다.
구체적으로 전극 쌍(2)은 직류 전원을 공급하는 정류회로(24) 및 전위차 신호를 입력받아 처리하는 계측 부분인 제어부(26)와 연결된다.
전극 쌍(2)은 일례로서, 금 (Au), 백금 (Pt), 은 (Ag), 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금을 포함한 그룹에서 하나 이상 선택된 금속으로 형성된다.
전도성 박막(3)은 전극 쌍(2) 위에 형성되며, 감지 대상 가스의 분해반응과 결합반응을 촉진함으로써 가스센서의 응답속도 및 감도를 증가시킬 수 있다. 즉, 전도성 박막(3)은 감지 대상 가스에 대한 가스 감지 막(4)의 감지 반응을 촉진하는 촉매 작용을 한다.
가스 감지 막(4)은 전도성 박막(3)을 둘러싸며 전도성 박막 위에 형성된다. 가스 감지 막(4)은 전극 쌍(2)으로부터 전원을 인가받아 가스의 감지 반응에 따른 전기 전도도 차이를 발생시킨다.
가스 감지 막(4)은 티타늄산화물 (TiO4), 주석산화물 (SnO2) 또는 이들의 합금을 포함하는 반도체 금속산화물 그룹에서 하나 이상 선택될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 전기 전도도가 변하는 다양한 종류의 물질을 가스 감지 막(5)으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 가스 감지 막(4)으로서 주석 산화물을 사용하여 감지 대상 가스인 환원성 가스가 노출될 때, 주석 산화물의 표면 반응에 의해 주석 산화물의 전기 전도도가 회복된다. 환원성 가스는 주석 산화물에 흡착된 산소를 제거하며 이때, 산소에 포획되었던 전도 전자는 주석 산화물 내부로 이동하여 주석 산화물의 전기 전도도가 증가한다.
이와 같이 가스 감지 막(4)은 가스가 노출되지 않을 때와 노출되었을 때의 전기 전도도 차이를 발생시키며, 이렇게 발생한 가스 감지 막의 전기 전도도 차이에 의해 전극 쌍(2)에 전위차가 발생한다. 가스 센서(30)는 이러한 전위차를 이용하여 감지 대상 가스를 감지할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 가스감지 태그를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 가스감지 태그 제조 과정은 기판(1)을 준비하는 단계(S10), 기판(1) 위에 안테나(10) 패턴을 형성하는 단계(S12), 안테나(10)에 전기적으로 연결하여 신호처리 모듈(20)을 장착하는 단계(S14), 기판(1)에 프린팅 방식으로 전도성 페이스트 패턴을 증착하여 신호처리 모듈(20)과 전기적으로 연결되는 전극 쌍을 형성하는 단계(S16), 전극 쌍(2) 위에 전도성 박막(3)을 형성하는 단계(S18), 전도성 박막(4) 위에 도포하여 가스 감지 막(4)을 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
안테나(10)는 기판(1)의 테두리에 패턴 방사체로 형성되며, 신호처리 모듈(20)은 안테나(10) 패턴 안쪽에 장착된다.
전극 쌍(2)은 서로 평행한 복수 개의 스트랩(strap) 형태로 형성되고, 그 사이에 전도 길(conduction path)이 형성된다.
전도성 박막(3)은 기판(1)의 상면 및 전극 쌍(2)의 상면에 형성되어 가스 감지 막(5)의 감지 반응을 촉진한다.
전도성 박막(3)은 전극 쌍(2) 사이의 전도 길을 따라 전자가 이동할 때, 전자가 가스 감지 막(4)과 전도성 박막(3)에서 번갈아 가며 이동할 수 있도록 배치된다.
가스 감지 막(4)은 외부로부터 도입되는 감지 대상 가스가 가스 감지 막(4)을 통해 확산하여 전도성 박막(3)에 충분히 도달될 수 있도록 일정 두께로 형성된다.
도 5는 본 발명에 따른 가스감지 태그를 사용하여 이산화탄소를 감지하였을 때 시간에 따른 응답 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에서는 가스감지 태그를 식료품 포장 용기에 적용하여 식료품 포장 용기 내 산소, 이산화탄소 및 질소의 가스 조성을 실시간 감지하는데 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 가스감지 태그를 식료품 포장 용기에 배치하고 휴대단말과 가스감지 태그를 근거리 통신을 통해 연결한 후 식료품 포장 용기에 이산화탄소 가스를 노출시킨다.
그러면 휴대단말로부터 전송된 무선 주파수 신호에 의해 가스감지 태그가 전력을 공급받아 동작하고 이후 시간에 따른 반응 감도로 표시되는 이산화탄소의 응답 특성을 검출한다.
도 5에서, 그래프의 응답 특성에 기재된 Vo 는 공기 중에서의 센서측정 전압이고, Vgas는 이산화탄소에 노출되었을 때의 센서측정 전압이다.
특히 이산화탄소에 노출된 후, 반복적 측정 가능성을 확인하기 위해 측정 전압이 안정화된 후에 연속적으로 반응 감도를 측정한다.
본 발명에 의한 가스감지 태그는 3회의 반복적인 이산화탄소의 노출에도 동일한 수준의 응답 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 가스감지 태그에 하나의 가스센서가 포함되어 있는 것으로 설명하였으나, 2개 이상의 가스센서가 포함될 수 있으며, 가스센서 외에 온도센서나 습도센서 등의 다른 센서도 포함될 수 있다. 이 경우 가스감지 태그는 다종의 가스농도정보, 온도정보, 습도정보 등을 함께 휴대단말로 전송할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
1: 기판
2: 전극 쌍
3: 전도성 박막 4: 가스 감지 막
10: 안테나 20: 신호처리 모듈
21: 변조기 22: 복조기
23: 발진기 24: 정류회로
25: 메모리 26: 제어부
30: 가스센서 100: 휴대단말
200: 가스감지 태그
3: 전도성 박막 4: 가스 감지 막
10: 안테나 20: 신호처리 모듈
21: 변조기 22: 복조기
23: 발진기 24: 정류회로
25: 메모리 26: 제어부
30: 가스센서 100: 휴대단말
200: 가스감지 태그
Claims (6)
- 기판과,
상기 기판 위에 배치된 안테나 및 신호처리 모듈과,
상기 기판 위에 형성되며 상기 신호처리 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 신호처리 모듈로부터 전원을 공급받는 전극 쌍과,
상기 전극 쌍 위에 형성되는 전도성 박막과,
상기 전도성 박막을 둘러싸며 상기 전극 쌍으로부터 전원을 인가받아 가스 감지 반응에 따른 전기 전도도 차이를 발생시키는 가스 감지 막을 포함하는 가스감지 태그. - 제1항에 있어서,
상기 전극 쌍은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금을 포함한 그룹에서 하나 이상 선택된 금속으로서 전도성 페이스트로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스감지 태그. - 제1항에 있어서,
상기 가스 감지 막은 티타늄산화물(TiO4), 주석산화물(SnO2) 또는 이들의 합금을 포함하는 반도체 금속산화물 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스감지 태그. - 제1항에 있어서,
상기 신호처리 모듈은 외부장치로부터 상기 안테나에 수신된 신호를 복조하는 복조기와,
상기 안테나에 수신된 신호로부터 교류를 출력하는 발진기와,
상기 발진기에서 출력된 교류를 직류로 변환하는 정류회로를 포함하여,
상기 정류회로에서 출력된 직류가 상기 전극 쌍에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스감지 태그. - 기판을 구비하는 단계와,
상기 기판에 안테나 패턴을 형성하고 신호처리 모듈을 장착하는 단계와,
상기 신호처리 모듈로부터 전원을 공급받을 수 있도록 상기 신호처리 모듈과 전기적으로 연결시켜 상기 기판에 전극 쌍을 형성하는 단계와,
상기 전극 쌍 위에 전도성 박막을 형성하는 단계와,
상기 전도성 박막 위에 가스 감지 막을 형성하는 단계를 포함하는 가스감지 태그의 제조 방법. - 전자태그와,
상기 전자태그에 일체화되어 형성된 가스센서로 구성된 가스감지 태그로서,
상기 전자태그는 휴대단말로부터 수신된 신호로부터 전류를 유도하고, 상기 가스센서는 상기 전자태그에서 유도된 전류를 공급받아 동작하여, 상기 가스센서의 가스감지신호가 상기 전자태그를 통해 상기 휴대단말로 전송되는 것을 특징으로 하는 가스감지 태그.
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| PCT/KR2016/015208 WO2017171206A1 (ko) | 2016-03-30 | 2016-12-23 | 가스감지 태그 및 이의 제조 방법 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160060965A KR20170112854A (ko) | 2016-03-30 | 2016-05-18 | 가스감지 태그 및 이의 제조 방법 |
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| KR (1) | KR20170112854A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200111746A (ko) * | 2018-02-19 | 2020-09-29 | 스타빌로 인터내셔널 게엠베하 | 액체의 수동 도포를 위한 장치 |
| KR20210091296A (ko) * | 2019-04-17 | 2021-07-21 | 주식회사 그린에스시스템즈 | 식품의 신선도 모니터링 방법 및 모니터링 시스템 |
-
2016
- 2016-05-18 KR KR1020160060965A patent/KR20170112854A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200111746A (ko) * | 2018-02-19 | 2020-09-29 | 스타빌로 인터내셔널 게엠베하 | 액체의 수동 도포를 위한 장치 |
| US11760122B2 (en) | 2018-02-19 | 2023-09-19 | Stabilo International Gmbh | Device for manual application of a liquid |
| KR20210091296A (ko) * | 2019-04-17 | 2021-07-21 | 주식회사 그린에스시스템즈 | 식품의 신선도 모니터링 방법 및 모니터링 시스템 |
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