KR20170123880A - 가스검출센서의 캘리브레이션을 위한 중앙 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

가스검출센서의 캘리브레이션을 위한 중앙 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20170123880A
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엄준영
강성환
윤정환
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㈜아이렉스넷
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Abstract

본 발명은 가스센서 생산 시 요구되는 가스센서의 출력값 교정 작업을 보다 쉽게 그리고 보다 신뢰성 있게 진행할 수 있도록 해주는 가스센서의 자동 교정 시스템 및 방법에 관한 기술로서, 농도가 다른 가스 시료들 각각을 개별적으로 가스센서에 노출시키기 위한 가스-센서 접촉 유닛; 및 가스-센서 접촉 유닛에 의해 가스 시료들에 노출된 가스 센서의 원 신호들을 처리하여 최종 교정 데이터를 추출하고 추출된 교정 데이터로 가스센서를 교정하는 프로세서를 포함한다.

Description

가스검출센서의 캘리브레이션을 위한 중앙 관리 시스템 및 방법 {Management system and method for calibration of gas sensor}
본 발명은 가스센서의 자동 교정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 가스센서 생산 시 요구되는 가스센서의 출력값 교정 작업을 보다 쉽게 그리고 보다 신뢰성 있게 진행할 수 있도록 해주는 가스센서의 자동 교정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 센서를 생산함에 있어서, 센서의 출력값을 교정하는 작업이 필수적으로 요구되고 있다. 교정은 일정한 오차 범위 내에서 분포하고 있는 센서의 원 신호를 가공하여 일정한 출력 형태로 통일화하는 과정이다. 많은 종류의 센서들이 있지만, 특히, 가스센서는, 화학센서의 한 종류로서, 센서 원 신호의 오차 분포가 다른 종류의 센서에 비해 크다는 특성을 갖고 있다.
통상, 가스센서는 MCU(Micro Controller Unit) 내부에 구비하도록 생산된다. 가스센서 내 MCU와의 통신 또는 신호 전달을 통해 교정 전 원 신호 상태를 확인 한 후 연산 과정을 통해 교정값을 추출하고 그 교정값을 MCU에 기록(write)하는 방식으로 가스센서의 교정 작업을 수행한다.
그러나 종래 가스센서를 교정함에 있어서, 가스센서의 원 신호 상태를 확인하고 연산을 통해 교정값을 추출하는데 있어서 복잡하고 많은 과정들이 수반되어야 하였으며 그러함에도 불구하고 신뢰성 있는 교정 작업이 어려웠다.
공개특허공보 특2003-0074651 : 가스 센서 교정 시스템
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가스센서 생산시 요구되는 가스센서의 출력값 교정 작업을 보다 쉽게 그리고 보다 신뢰성 있게 진행할 수 있도록 해주는 가스센서의 자동 교정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 센서 장치 원격지 펌웨어 업데이트를 위한 이기종간의 무선 통신 이용 방법 및 시스템은 농도가 다른 가스 시료들 각각을 개별적으로 가스센서에 노출시키기 위한 가스-센서 접촉 유닛; 및 상기 가스-센서 접촉 유닛에 의해 가스 시료들에 노출된 가스 센서의 원 신호들을 처리하여 최종 교정 데이터를 추출하고 추출된 교정 데이터로 가스센서를 교정하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 가스센서의 원 신호들 및 그에 대응하는 범위를 갖는 기준값이 저장되는 저장부와, 상기 기준값들 각각과 상기 원 신호들 각각을 비교, 연산하여 범위를 갖는 중간 교정 데이터들을 구하고, 중간 교정 데이터들의 교집합 부분의 중간값으로 최종 교정 데이터를 추출하는 연산부를 포함하며, 상기 가스-센서 접촉 유닛은, 표준 농도 별로 가스 시료가 주입되는 챔버와, 포트 커넥터를 밀어 가스센서와 접속시키는 제1 실린더와, 전원 접속용 커넥터를 가스센서에 접속시켜 가스센서를 활성화시키는 제2 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스센서의 자동 교정 시스템 및 방법은, 가스센서 생산시 요구되는 가스센서의 출력값 교정 작업을 보다 쉽게 그리고 보다 신뢰성 있게 진행할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템을 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스센서 자동 교정 시스템의 가스-센서 접촉유닛을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템의 동작 프로세스를 보인 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템을 이용한 가스센서 자동 교정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 복수의 중간 교정 데이터를 이용하여 최종 교정 데이터를 얻는 연산 방식으로 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨베이어 타입의 가스센서 자동 교정 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 챔버 타입의 가스센서 자동 교정 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템을 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가스센서 자동 교정 시스템의 가스-센서 접촉유닛 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템의 동작 프로세스를 보인 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템을 이용한 가스센서 자동 교정 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 복수의 중간 교정 데이터를 이용하여 최종 교정 데이터를 얻는 연산 방식으로 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템은, 가스센서(S)를 표준 농도의 가스에 노출시키기 위한 가스-센서 접촉유닛(1)과, 가스센서(S)의 출력 신호를 교정 처리하는 프로세서(2)를 포함한다. 가스-센서 접촉유닛(1)은 서로 다른 가스 농도(표준 농도)를 갖는 가스 시료(Ga, Gb, Gc) 중 하나를 가스센서(S)가 있는 챔버에 주입시켜 해당 가스 시료에 가스센서(S)가 노출되도록 해준다. 여기서 가스센서는 수소센서가 이용될 수 있으나, 이외에도 다양한 가스센서의 적용이 가능하다.
프로세서(2)는 가스센서(S) 내 MCU(Micro Controller Unit)와 쌍방향 통신 가능하도록 구성되어, 가스센서(S)에서 발생한 원 신호를 수신할 수 있으며, 또한, 가스센서(S)의 출력에 대한 교정값 신호를 상기 MCU에 전달할 수 있다. 전달된 교정값이 MCU에 기록되어 가스센서(S)가 교정되며, 이에 의해, 교정 후 가스센서(S)는 원 신호와 다른 교정된 신호를 출력하게 된다. 원 신호 및 교정된 신호는 예컨대, 전류 또는 전압 신호(등 전기적 신호)일 수 있다.
상기 프로세서(2)는 가스센서(S)와 통신을 통해 해당 가스 시료의 특정 농도에 해당하는 원 신호를 확인할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(2)는 연산부(22)와 저장부(21)를 포함한다.
저장부(21)에는 다양한 관리 요소들 및 센서 입력 조건 및 데이터들이 미리 저장된다. 또한, 상기 저장부(21)에는 예컨대 자동차와 같이 가스센서(S)가 적용되는 시스템에서 요구하는 가스 표준 농도에 대응하는 기준값들이 미리 저장된다. 각 기준값은 허용 오차를 고려하여 범위로 저장될 수 있고 또한 기준값과 허용 오차가 저장될 수도 있다. 또한 해당 표준 농도의 가스 시료에 가스센서(S)가 노출될 때 가스센서(S)의 원 신호 출력이 상기 저장부(21)에 저장된다.
연산부(22)는 가스센서(S)가 출력한 원 신호와 오차 허용 범위를 갖도록 미리 저장된 기준값을 비교하고 연산하여 가능한 교정 범위를 추출하고, 그에 따른 중간 교정 데이터는 상기 저장부(21)에 저장된다. 표준 농도별로 위의 프로세스가 차례로 진행되며, 이에 따라, 저장부(21)에는 표준 농도별로 가스센서의 중간 교정 데이터들이 저장된다. 중간 교정 데이터들 각각은 저술한 기준값이 허용 오차를 수반하므로 범위를 갖도록 추출되어 저장된다. 또한 상기 연산부(22)는 범위를 갖는 교정 데이터들의 교집합에 해당되는 범위를 연산함과 동시에 그 범위의 중간값을 추출한다. 추출된 중간값은 최종 교정 데이터가 된다. 상기 프로세서(20)에서 최종 추출된 교정 데이터, 즉, 최종 교정 데이터는 통신을 통해 가스센서(S) 내 MCU로 전달되며, MCU는 그 최종 교정 데이터에 의해 교정된 출력을 하게 된다.
도 2를 참조하면, 가스-센서 접촉유닛(1)은 챔버(11)를 포함하며, 챔버(11)에는 표준 농도의 가스 시료(Ga, Gb, Gc)가 주입된다. 본 실시예에 있어서, 제1 가스 시료(Ga)의 가스 표준 농도는 0.5%이고, 제2 가스 시료(Gb)의 가스 표준 농도는 1%이고, 제3 가스 시료(Gc)의 가스 표준 농도는 2%이다. 또한, 가스-센서 접촉유닛(1)은 가스 센서(S)를 챔버(11) 내측에 유지하는 수단의 일부로서 제1 실린더(12)를 포함한다. 게다가, 상기 제1 실린더(12)는 포트 커넥터(13)를 밀어 가스센서(S)와 접속시킨다. 도시하지는 않았지만, 가스센서(S)를 누르는 별도의 누름장치가 제공될 수 있다. 또한, 가스-센서 접촉유닛(1)은 전원 접속용 커넥터(14)를 가스센서(S)에 접속시켜 가스센서(S)를 활성화시키는 기능을 하는 제2 실린더(15)를 포함한다. 가스-센서 접촉유닛(1)은 포트 커넥터(13)를 통해 가스센서(S)와 프로세서(2; 도 1 참조) 사이에 쌍방향 통신을 가능하도록 해준다. 각각 통에 담긴 여러 종류의 표준 농도 시료 가스(Ga, Gb, Gc)가 컨베이어 테이블(16)을 타고 이동하며, 이동된 여러 종류의 표준 농도 가스 시료(Ga, Gb, Gc)가 순서대로 챔버(11) 내에서 가스센서(S)에 노출된다. 가스센서(S)는 해당 표준 농도 가스 시료를 감지하여 원 신호를 발생시킨다. 원 신호는 전압 또는 전류 신호일 수 있다.
챔버에 가스 시료를 주입하여 가스 시료를 가스센서에 노출시키는 가스-센서 접촉 프로세스에 있어서 다음과 같은 사항들이 요구된다.
- 수가지의 표준 가스 시료를 분리하여 순서대로 공급한다.
- 가스 시료별 컨트롤을 개별적으로 하여 가스 시료들이 혼합되는 것을 방지한다.
- 챔버 내 압력을 조절할 수 있는 압력 조절 레귤레이터를 설치한다.
- 온/오프 솔레노이드 밸브를 이용하여 가스 시료를 주입한다.
- 솔레노이드 밸브는 전용 컨트롤러에 의해 자동으로 온/오프를 컨트롤 하도록 한다.
- 가스 공급 유량 조절기를 이용하여 공급되는 가스 시료의 유량을 조절한다.
또한, 해당 가스 시료를 가스센서에 노출시킨 후 다른 가스 시료를 가스센서에 노출시키도록 해당 가스 시료를 챔버로부터 배출하여 하는데 가스 시료의 배출시 다음과 같은 사항들이 요구된다.
- 가스 배출 수단은 챔버 내 존재하는 가스 시료와 신규 가스 시료와의 혼합을 방지하기 위해 챔버 내 존재하는 가스 시료를 모두 배출한다.
- 가스 배출 수단은 가스센서가 설치되어 있는 부분과 별도의 라인으로 설치된다.
- 에어 압력을 이용하여 가스 시료를 챔버 바깥 가스 라인으로 밀어내거나 또는 진공펌프로 챔버 내 가스 시료를 챔버 바깥 가스 라인으로 흡입해 배출하는 방식을 이용한다.
- 가스 시료의 배출에 참여하는 솔레노이드 밸브는 전용 컨트롤러에서 자동으로 컨트롤 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 시스템의 동작 프로세스를 보인 순서도이다. 이를 참조하면, 시료가 준비되고 온도 조건이 정해지면, 관리요소가 입력되고, 가스센서의 입력조건이 입력된다. 다음, 시험이 시작되어 시험 데이터가 생성된다. 전용 프로그램에 의해 시험 데이터가 모니터링되며, 시험 데이터의 자동 계산이 이루어진 후 시험이 종료된다. 이때, 시험 데이터는 저장 후 실시간으로 표시된다. 시험 종료 후에는 시험 결과가 저장된다.
도 4를 참조하여 전술한 가스센서 자동 교정 시스템을 이용한 가스센서 자동 교정 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 가스센서 자동 교정 방법은, 복수의 교정 데이터 획득 단계들(S1, S2, S3)과, 최종 데이터 획득 단계(S4)를 포함한다. 복수의 교정 데이터 획득 단계(S1, S2, S3)는 서로 다른 종류, 즉, 서로 다른 표준 농도의 가스 시료로부터 각각이 일정 범위를 갖는 교정 데이터(즉, 중간 교정 데이터)를 획득한다. 최종 데이터 획득 단계(S4)는 획득된 복수개의 중간 교정 데이터를 이용하여 실제 가스센서의 교정에 필요한 최종 교정 데이터를 획득한다.
복수의 교정 데이터 획득 단계들(S1, S2, S3)은 예를 들어, 가스 농도 0.5%인 가스 시료로부터 중간 교정 데이터를 획득하는 제1 교정 데이터 획득 단계(S1)와, 가스 농도 1%인 가스 시료로부터 중간 교정 데이터를 획득하는 제2 교정 데이터 획득 단계(S2)와, 가스 농도 2%인 가스 시료로부터 중간 교정 데이터를 획득하는 제3 교정 데이터 획득 단계(S3)로 이루어진 것으로 하여 설명하면 다음과 같다.
여기서 복수의 교정 데이터 획득 단계들(S1, S2, S3)에서 중간교정데이터를 획득하기 위해 필요한 표준가스농도는 필요에 따라 다양하게 변경가능하다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 0.5%, 1%, 2%를 선택하는 것도 가능하고, 1%, 2%, 3% 등을 선택하는 것이 가능하며, 이외에도 서로 다른 복수의 가스농도를 선택하는 것이 가능하다.
먼저, 제1 교정 데이터 획득 단계(S1)는 가스-센서 접촉유닛을 이용하여 가스센서를 0.5% 농도 가스 시료에 노출시켜 가스센서가 출력하는, 0.5% 농도에 대응하는 원 신호를 확인한다(S11). 이 원 신호는 프로세서 내 저장부에 저장되고, 그 저장된 원 신호와 미리 저장된 0.5% 농도에 대응하고 오차 허용 범위로 설정된 기준값과 비교된다(S12). 비교 및 연산에 의해, 범위를 갖는 제1 교정 데이터를 추출한다(S13). 예컨대, 기준값이 a ~ e V(Voltage) 인 경우, 원 신호를 기준값에 맞추어 교정하는 데이터는 A ~ E %로 추출될 수 있다. 추출된 교정 데이터는 프로세서 내 저장부에 저장된다(S14).
제2 교정 데이터 획득 단계(S2)는, 0.5% 농도 가스 시료를 가스 시료와 가스가 접촉하는 가스-센서 접촉유닛의 챔버로부터 완전히 배출된 후 수행된다. 제2 교정 데이터 획득 단계(S2)는 가스-센서 접촉유닛을 이용하여 가스센서를 1% 농도 가스 시료에 노출시켜 가스센서가 출력하는, 1% 농도에 대응하는 원 신호를 확인한다(S21). 이 원 신호는 프로세서 내 저장부에 저장되고, 그 저장된 원 신호와 미리 저장된 1% 농도에 대응하고 오차 허용 범위로 설정된 기준값과 비교된다(S22). 비교 및 연산에 의해, 범위를 갖는 제2 교정 데이터를 추출한다(S23). 예컨대, 기준값이 b ~ f V(Voltate) 인 경우, 원 신호를 기준값에 맞추어 교정하는 데이터는 B ~ F %로 추출될 수 있다. 추출된 교정 데이터는 프로세서 내 저장부에 저장된다(S24).
제3 교정 데이터 획득 단계(S3)는, 1% 농도 가스 시료를 가스 시료와 가스가 접촉하는 가스-센서 접촉유닛의 챔버로부터 완전히 배출된 후 수행된다. 제3 교정 데이터 획득 단계(S3)는 가스-센서 접촉유닛을 이용하여 가스센서를 2% 농도 가스 시료에 노출시켜 가스센서가 출력하는, 2% 농도에 대응하는 원 신호를 확인한다(S31). 이 원신호는 프로세서 내 저장부에 저장되고, 그 저장된 원 신호와 미리 저장된 2% 농도에 대응하고 오차 허용 범위로 설정된 기준값과 비교된다(S32). 비교 및 연산에 의해, 범위를 갖는 제3 교정 데이터를 추출한다(S33). 예컨대, 기준값이 c ~ g V(Voltate) 인 경우, 원 신호를 기준값에 맞추어 교정하는 데이터는 C ~ G %로 추출될 수 있다. 추출된 교정 데이터는 프로세서 내 저장부에 저장된다(S34).
위와 같이, 소정의 범위를 갖는 제1, 제2 및 제3 교정 데이터가 획득되면, 획득된 제1, 제2, 제3 교정 데이터를 연산하여 최종 교정 데이터를 추출한다.
도 5에 최종 교정 데이터를 추출하는 개념이 개략적으로 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 각각 범위를 갖는 제1, 제2, 제3 교정 데이터의 교집합에 해당하는 범위, 즉, C ~ F%를 구하고, 다음, 이 교집합 범위의 중간값((C+F)/2)을 추출하며, 이 중간값이 최종 교정 데이터가 된다.
최종 교정 데이터는 프로세서와 가스센서 내 MCU와의 통신을 통해 MCU로 전달되며, MCU는 최종 교정 데이터에 기초하여 출력을 교정한다. 교정된 가스센서에 대하여 위에서 설명한 것과 동일한 방식으로 표준 농도 가스를 노출시켜 교정된 가스센서의 출력 신호를 확인하고 이를 저장한다.
전술한 프로세서를 이용하여 다양한 형태의 양산 장비의 설계 및 응용이 가능하다.
도 6 및 도 7 각각은 컨베이어 타입의 가스센서 자동 교정 시스템 및 챔버 타입 가스센서 자동 교정 시스템이 적용된 양산 장비의 예들을 보여준다.
도 6에 도시된 바에 따르면, 자동 컨베이어를 구비한 가스센서 양산용 컨베이어 타입 자동 교정 시스템을 볼 수 있다. 자동 컨베이어(200)를 타고 다수의 가스센서(S)가 항온 항습 터널(100) 내로 이동하고 항온 항습 터널(100) 내에서 이동되어 온 가스센서(S)들을 가스에 노출시켜 가스센서(S)의 교정 작업을 수행할 수 있도록 하는 복수개의 가스-센서 접촉유닛(1)들이 제공된다. 작업자는 프로세서의 적어도 일부를 포함하는 컴퓨터와 함께 가스센서에 대한 교정 작업을 수행한다.
도 7에 도시된 바에 따르면, 고정된 가스 챔버 내에 다수의 가스센서(S)들이 배치되어 하나의 가스 챔버 내에서 다수의 가스센서(S)들에 대하여 교정 작업을 수행한다. 여러 종류의 표준 농도 시료 가스는 가스 라인(L)을 통하여 가스 챔버 내로 유입된다. 가스 챔버 외부에는 프로세서(2)와 모니터(M)가 배치되어 있다. 지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 가스-센서 접촉유닛
2: 프로세서
11: 챔버
12: 제1 실린더
13: 포트 커넥터
14: 전원 접속용 커넥터
15: 제2 실린더
21: 저장부
22: 연산부
S: 가스센서
Ga, Gb, Gc: 가스 시료

Claims (1)

  1. 농도가 다른 가스 시료들 각각을 개별적으로 가스센서에 노출시키기 위한 가스-센서 접촉 유닛; 및
    상기 가스-센서 접촉 유닛에 의해 가스 시료들에 노출된 가스 센서의 원 신호들을 처리하여 최종 교정 데이터를 추출하고 추출된 교정 데이터로 가스센서를 교정하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는, 상기 가스센서의 원 신호들 및 그에 대응하는 범위를 갖는 기준값이 저장되는 저장부와, 상기 기준값들 각각과 상기 원 신호들 각각을 비교, 연산하여 범위를 갖는 중간 교정 데이터들을 구하고, 중간 교정 데이터들의 교집합 부분의 중간값으로 최종 교정 데이터를 추출하는 연산부를 포함하며,
    상기 가스-센서 접촉 유닛은, 표준 농도 별로 가스 시료가 주입되는 챔버와, 포트 커넥터를 밀어 가스센서와 접속시키는 제1 실린더와, 전원 접속용 커넥터를 가스센서에 접속시켜 가스센서를 활성화시키는 제2 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 자동 교정 시스템.
KR1020160053108A 2016-04-29 2016-04-29 가스검출센서의 캘리브레이션을 위한 중앙 관리 시스템 및 방법 KR20170123880A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113933453A (zh) * 2020-06-29 2022-01-14 广西电网有限责任公司桂林供电局 一种pvc电缆气体传感器在线校准系统及校准方法
KR102534993B1 (ko) * 2022-04-14 2023-05-26 주식회사 에이치에스솔루션즈 휴대용 가스 측정기 검정 및 교정 장치와 이를 이용한 검교정 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113933453A (zh) * 2020-06-29 2022-01-14 广西电网有限责任公司桂林供电局 一种pvc电缆气体传感器在线校准系统及校准方法
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