KR20200044174A - 가스 검출 장치 - Google Patents

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KR20200044174A
KR20200044174A KR1020180119082A KR20180119082A KR20200044174A KR 20200044174 A KR20200044174 A KR 20200044174A KR 1020180119082 A KR1020180119082 A KR 1020180119082A KR 20180119082 A KR20180119082 A KR 20180119082A KR 20200044174 A KR20200044174 A KR 20200044174A
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gas detection
detection device
battery
power
integrated circuit
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KR1020180119082A
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문경식
주상훈
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

가스 검출 장치는, 가스 농도를 검출하는 복수의 센서, 상기 복수의 센서를 구동하여 센싱 데이터를 획득하는 제1집적 회로, 상기 센싱 데이터에 대한 신호 처리를 수행하며, 작업자 단말과 통신하여 상기 센싱 데이터를 상기 작업자 단말로 전달하고, 상기 작업자 단말로부터 제어 신호를 수신하는 제2집적 회로, 및 제1배터리로부터 상기 제1집적 회로 및 상기 제2집적 회로로 전력을 공급하며, 에너지 하베스팅을 통해 상기 제1배터리를 충전하는 전원 공급 모듈을 포함할 수 있다.

Description

가스 검출 장치{GAS DETECTION APPARATUS}
실시 예는 가스 검출 장치에 관한 것이다.
최근 유해 가스 노출로 인한 사건 사고 들이 빈번해지면서, 유해 가스 노출을 실시간으로 감지하여 대처할 필요성이 절실히 요구되고 있다. 이에 따라, 실시간으로 유해 가스 노출을 검출하고 이를 작업자에게 경고하기 위한 가스 검출 장치들에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
유해 가스 검출에 사용되는 가스 검출 장치들 중 상당수는 통신 기능을 탑재하고, 통신을 통해 작업자의 단말이나 서버로 가스 검출 결과를 전달한다. 통신 기능의 탑재는 가스 검출 장치의 회로 복잡도를 증가시키고, 회로 구성에 소요되는 부품의 수를 증가시켜 가스 검출 장치의 부피 및 무게를 증가시키는 요인으로 작용한다. 또한, 전력 사용량을 증가시켜 배터리의 교체 주기나 충전 주기를 짧게 하는 원인으로도 작용한다.
실시 예를 통해 해결하려는 과제는 부품 수의 저감으로 부피 및 중량이 감소되고, 에너지 회수를 통한 전원 공급이 가능한 가스 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치는, 가스 농도를 검출하는 복수의 센서, 상기 복수의 센서를 구동하여 센싱 데이터를 획득하는 제1집적 회로, 상기 센싱 데이터에 대한 신호 처리를 수행하며, 작업자 단말과 통신하여 상기 센싱 데이터를 상기 작업자 단말로 전달하고, 상기 작업자 단말로부터 제어 신호를 수신하는 제2집적 회로, 및 적어도 하나의 배터리로부터 공급되는 전력을 상기 제1집적 회로 및 상기 제2집적 회로로 공급하는 전원 공급 모듈을 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 모듈은, 상기 적어도 하나의 배터리로부터 상기 제1집적 회로 및 상기 제2집적 회로로 전력을 공급하며, 에너지 하베스팅을 통해 상기 적어도 하나의 배터리를 충전할 수 있다.
상기 제1집적 회로는, 상기 복수의 센서를 각각 구동하며, 대응하는 센서로부터 센싱 데이터를 획득하여 출력하는 복수의 AFE(Analog Front End), 입력되는 아날로그 센싱 데이터를 디지털 센싱 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환기, 상기 복수의 AFE 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 AFE의 출력을 상기 아날로그 디지털 변환기의 입력으로 전달하는 선택기, 및 상기 선택기의 선택을 제어하는 제어 블록을 포함할 수 있다.
상기 가스 검출 장치는, 알람 출력을 출력하는 출력 장치를 더 포함하며, 상기 제어 블록은 상기 출력 장치의 출력을 제어할 수 있다.
상기 제2집적 회로는, 상기 제1집적 회로로부터 수신되는 센싱 데이터의 신호 처리를 수행하고, 신호 처리된 센싱 데이터들을 포함하는 가스 검출 결과를 생성하는 프로세서, 상기 작업자 단말과 근거리 통신 방식으로 통신하며, 상기 가스 검출 결과를 상기 작업자 단말로 전송하는 근거리 통신 모듈, 및 상기 가스 검출 장치에서 처리되는 데이터들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 메모리는 상기 가스 검출 장치의 설정 정보를 저장하며, 상기 프로세서는 상기 근거리 통신 모듈을 통해 상기 작업자 단말로부터 수신되는 제어 신호에 기초하여 상기 설정 정보를 갱신할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1집적 회로로부터 수신되는 센싱 데이터들을 분석하여 위험 상황을 검출하며, 상기 위험 상황이 검출되면 상기 제1집적 회로로 위험 상황을 통지할 수 있다.
상기 전원 공급 모듈은, 이차 배터리인 상기 제1배터리, 제2배터리, 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 중 어느 하나로부터 공급되는 전력을 상기 가스 검출 장치의 구동 전력으로 공급하는 전력 관리부, 및 상기 제1배터리를 충전하는 충전부를 포함할 수 있다.
상기 충전부는, 열전 소자를 포함하며 상기 열전 소자를 통해 고온의 열 에너지로부터 상기 제1배터리의 충전 전력을 회수할 수 있다.
상기 충전부는, 압전 소자 또는 마찰 전기 소자를 포함하며, 상기 압전 소자 또는 상기 마찰 전기 소자를 통해 진동 에너지로부터 상기 제1배터리의 충전 전력을 회수할 수 있다.
상기 충전부는, 광전 소자를 포함하며, 상기 광전 소자를 통해 빛 에너지로부터 상기 제1배터리의 충전 전력을 회수할 수 있다.
상기 충전부는, 충전 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신기를 포함하며, 상기 무선 전력 수신기를 통해 상기 제1배터리의 충전 전력을 공급할 수 있다.
상기 전력 관리부는, 상기 제1배터리의 충전 상태가 임계치 이상이면 상기 제1배터리의 전력을 상기 가스 검출 장치의 구동 전력으로 공급하고, 상기 제1배터리의 충전 상태가 상기 임계치 미만이면 상기 제2배터리의 전력을 상기 가스 검출 장치의 구동 전력으로 공급할 수 있다.
실시 예에 따르면, 부품 수를 저감시켜 가스 검출 장치의 부피 및 중량을 감소시킬 수 있다.
또한, 에너지 회수를 통해 배터리의 교체 주기 또는 충전 주기를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치를 포함하는 작업 환경 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 센서 인터페이스 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 통신 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 전원 공급 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 전력을 충전하는 예들을 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치를 포함하는 작업 환경 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 모니터링 시스템(10)은 가스 검출 장치(100), 모니터링 서버(200), 및 작업자 단말(300)을 포함할 수 있다.
가스 검출 장치(100)는 적어도 하나의 센서(도 2의 도면부호 110 참조)를 통해 특정 가스의 공기 중 노출 여부, 가스 농도 등을 검출할 수 있다. 또한, 가스 검출 장치(100)는 센싱 데이터를 포함하는 가스 검출 결과를 모니터링 서버(200) 또는 작업자 단말(300)로 전송할 수 있다. 가스 검출 장치(100)는 가스 검출 결과의 전송 시, 자신의 식별 정보 또는 자신의 위치 정보를 함께 전송할 수 있다.
가스 검출 장치(100)는 작업자 주변의 가스 검출이 용이하도록, 작업자가 착용하는 작업복, 작업화, 안전모, 고글 등에 탈부착 가능한 형태로 구현될 수 있다.
모니터링 서버(200)는 적어도 하나의 가스 검출 장치(100)의 가스 검출 결과를 수집하고, 이를 이용하여 각 작업장 또는 각 작업자 주변의 작업 환경 정보를 생성할 수 있다. 또한, 모니터링 서버(200)는 각 작업자 또는 작업장 별로 생성된 작업 환경 정보를 저장 및 관리하고, 이를 화면 상에 표시할 수 있다. 여기서, 작업 환경 정보는, 가스 맵, 안전 지역, 상습 위험 지역, 현 대기 상태 등을 포함할 수 있다.
모니터링 서버(200)는 각 가스 검출 장치(100)로부터 수집한 가스 검출 결과에 기초하여 가스 노출 등의 위험 상황을 미리 예측할 수도 있다. 모니터링 서버(200)는 가스 검출 결과에 기초하여 가스 노출 등의 위험 상황이 예측되면, 작업자 또는 이와 관련된 관련자의 단말로 경고 메시지를 전송할 수 있다.
모니터링 서버(200)는 무선 통신 방식으로 작업자 단말(300)과 통신하여, 작업자 단말(300)로부터 가스 검출 장치(100)의 가스 검출 결과를 전달 받을 수도 있다. 이 경우, 가스 검출 장치(100)의 가스 검출 결과는 작업자 단말(300)에 의해 가공된 후 모니터링 서버(200)로 전달될 수도 있다.
작업자 단말(300)은 자신과 연결된 가스 검출 장치(100)로부터 가스 검출 결과(센싱 데이터)를 실시간으로 수신하고, 이에 기초하여 작업 환경 정보를 화면 상에 표시할 수 있다. 작업자 단말(300)은 각 가스 검출 장치(100)로부터 수신되는 가스 검출 결과에 기초하여 가스 노출 등의 위험 상황을 미리 예측할 수도 있다. 작업자 단말(300)은 가스 검출 결과에 기초하여 가스 노출 등의 위험 상황이 예측되면, 경고음, 부저, 진동, 경고 메시지 등의 알람 출력을 출력하거나, 모니터링 서버(300)로 경고 메시지를 전송할 수 있다.
작업자 단말(300)은 가스 검출 장치(100)로부터 가스 검출 결과가 수신되면, 이를 가공하여 모니터링 서버(200)로 전달할 수도 있다. 이 경우, 작업자 단말(300)은 가스 검출 장치(100)의 식별 정보, 자신의 위치 정보 또는 식별 정보를 가스 검출 결과와 함께 전달할 수 있다.
작업자 단말(300)은 작업자로부터 입력되는 제어 입력에 기초하여, 가스 검출 장치(100)의 설정을 제어하기 위한 제어 신호를 가스 검출 장치(100)로 전송할 수도 있다.
작업자 단말(300)은 스마트 폰, 태블릿 PC, 스마트 패드, 노트북, 스마트 고글, 스마트 워치 등 통신 기능을 포함하는 이동 단말일 수 있다. 또한, 전술한 작업자 단말(300)의 기능들은 작업자 단말(300)에 설치된 전용 앱을 통해 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 센서 인터페이스 모듈을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 통신 모듈을 개략적으로 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 전원 공급 모듈을 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치의 전력을 충전하는 예들을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치(100)는 복수의 센서(110), 입력 장치(120), 출력 장치(130), 센서 인터페이스 모듈(140), 통신 모듈(150), 및 전원 공급 모듈(160)을 포함할 수 있다.
복수의 센서(110)는 가스 농도 등을 검출하기 위한 가스 센서를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 센서(110)는 온도 센서를 포함할 수도 있다.
입력 장치(120)는 작업자로부터 사용자 입력을 수신하기 위한 것으로서, 버튼, 스위치 등의 입력 장치를 포함할 수 있다.
출력 장치(130)는 청각적, 촉각적, 또는 시각적인 출력을 출력하기 위한 것으로서, LED, 부저(Buzzer), 진동 소자 등의 출력 장치를 포함할 수 있다.
센서 인터페이스 모듈(140)은 복수의 센서(110)들을 구동하여 각 센서(110)로부터 센싱 데이터들을 획득할 수 있다. 도 3을 참조하면, 센서 인터페이스 모듈(140)은, 각각 하나의 센서(110)와 연결되는 복수의 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE)(141), 선택기(142), 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)(143), 제어 블록(144), 및 전원 관리 블록(145)을 포함할 수 있다.
센서 인터페이스 모듈(140)은 복수의 센서(110)를 인터페이스하기 위해 복수의 AFE(141)를 포함하며, 복수의 AFE(141)는 각각 대응하는 센서(110)와 연결될 수 있다. 각 AFE(141)는 대응하는 센서(110)를 구동하여, 대응하는 센서(110)로부터 센싱 데이터를 입력 받는 인터페이스 기능을 수행할 수 있다. AFE(141)들은 복수의 센서(110)를 구동 시, 복수의 센서(110)를 동시에 구동할 수도 있고, 전력 소모를 저감시키기 위해 복수의 센서(110)를 순차적으로 구동시킬 수도 있다. 여기서, 각 센서(110)의 센싱 주기는 모든 센서에 대해 동일하게 설정될 수도 있고, 센서마다 다르게 설정될 수도 있다.
선택기(142)는 복수의 AFE(141) 중 어느 하나를 선택하여, 선택된 AFE(141)를 통해 입력되는 아날로그 센싱 데이터를 ADC(143)로 전달할 수 있다.
ADC(143)는 선택기(142)에 의해 선택된 AFE(141)로부터 입력되는 아날로그 센싱 데이터를, 디지털 센싱 데이터로 변환하여 출력할 수 있다.
제어 블록(144)은 센서 인터페이스 모듈(140)을 구성하는 구성 요소들을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 블록(144)은 선택기(142)의 선택을 제어하기 위한 제어 신호를 선택기(142)로 출력할 수 있다.
제어 블록(144)은 ADC(143)로부터 디지털 신호로 변환된 센싱 데이터를 통신 모듈(150)로 전달할 수도 있다. 여기서, 제어 블록(144)은 I2C 통신 등 시리얼 통신 방식으로 센싱 데이터를 통신 모듈(150)로 전달할 수 있다.
제어 블록(144)은 센서 인터페이스 모듈(140) 내부의 구성요소들뿐만 아니라, 센서 인터페이스 모듈(140) 외부의 구성들의 동작을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 제어 블록(144)은 입력 장치(120)를 통해 작업자의 제어 입력을 수신하거나, 출력 장치(130)의 구동을 제어할 수 있다.
전원 관리 블록(145)은 전원 공급 모듈(160)로부터 공급되는 전력을 관리하며, 센서(110), 센서 인터페이스 모듈(140), 통신 모듈(150) 등 가스 검출 장치(100) 내 각 구성 요소에 전력을 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 센서 인터페이스 모듈(140)은 가스 검출 장치(100)의 부피 및 중량의 저감을 위해, 하나의 ROIC(Read Out Integrated Circuit)로 집적화될 수 있다.
다시, 도 2를 보면, 통신 모듈(150)은 작업자 단말(300)과 통신하여 데이터를 송수신할 수 있다. 도 4를 참조하면, 통신 모듈(150)은 근거리 통신 블록(151), 프로세서(152), 및 메모리(153)를 포함할 수 있다.
근거리 통신 블록(151)은 작업자 단말(300)에 근거리 통신 방식으로 연결되며, 작업자 단말(300)과 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 근거리 통신 블록(151)은 블루투스(Bluetooth) 통신 방식으로 작업자 단말(300)과 통신할 수 있다.
프로세서(152)는 센서 인터페이스 모듈(140)로부터 센싱 데이터들을 수신하며, 이에 대한 신호 처리(필터링, 보정)를 수행할 수 있다. 또한, 신호 처리가 완료된 센싱 데이터들을 포함하는 가스 검출 결과를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 가스 검출 결과는, 근거리 통신 블록(151)을 통해 작업자 단말(300)로 전달될 수 있다. 이 때, 프로세서(152)는 소정 주기에 따라 가스 검출 결과를 주기적으로 전송함으로써, 통신으로 인한 전력 소모를 최소화할 수 있다.
프로세서(152)는 센서 인터페이스 모듈(140)을 통해 수집된 센싱 데이터들의 자체 분석을 통해 위험 상황을 검출할 수도 있다. 또한, 위험 상황 검출 시에는, 출력 장치(130)를 통해 알람 출력이 출력되도록 출력 장치(130)를 제어하는 센서 인터페이스 모듈(140) 내 제어 블록(144)으로 위험 상황을 통지할 수도 있다.
프로세서(152)는 근거리 통신 블록(151)을 통해 작업자 단말(300)로부터 제어 입력을 수신하고, 이에 기초하여 가스 검출 장치(100)의 설정 정보를 갱신할 수도 있다.
메모리(153)는 가스 검출 장치(100)의 각종 설정 정보(가스 검출 결과 전송 주기, 알람 출력 패턴, 알람 출력 크기(LED 밝기, 경고음 크기, 진동 세기), 각 센서의 센싱(또는 구동) 주기, 가스 검출 장치 식별 정보, 보정을 위한 수식 및 변수, 경고 수치 등)를 저장할 수 있다.
또한, 메모리(153)는 가스 검출 장치(100)를 통해 입출력되고, 처리되는 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(153)는 센서 인터페이스 모듈(140)에 의해 통신 모듈(150)로 전송된 센싱 데이터를 저장할 수도 있고, 통신 모듈(150)의 프로세서(152)에 의해 신호 처리된 후의 센싱 데이터를 저장할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 통신 모듈(150)은 하나의 IC로 집적될 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(150)은 블루투스 통신 블록(151), 프로세서(152), 및 메모리(153)가 하나의 IC로 집적화된 블루투스 저전력(Bluetooth Low Energy, BLE) IC로 구현될 수 있다.
다시, 도 2를 보면, 전원 공급 모듈(160)은 외부 전원 또는 적어도 하나의 배터리로부터 공급되는 전력(전기 에너지)을 가스 검출 장치(100)의 각 구성 요소들로 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
도 5를 예를 들면, 전원 공급 모듈(160)은 메인 배터리(161), 보조 배터리(162), 전력 관리부(163), 및 충전부(164)를 포함할 수 있다.
메인 배터리(161) 및 보조 배터리(162)는 전력 저장 장치(energy storage)로서, 메인 배터리(161) 또는 보조 배터리(162)에 저장된 전력은 가스 검출 장치(100)의 구동 전력으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 메인 배터리(161)는 충방전이 가능한 이차 배터리(secondary battery)일 수 있다. 반면에, 보조 배터리(162)는 일차 배터리 또는 이차 배터리일 수 있다.
전력 관리부(163)는 메인 배터리(161) 및 보조 배터리(162) 중 어느 하나로부터 공급되는 전력을 가스 검출 장치(100) 내 각 구성 요소의 구동 전력으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 전력 관리부(163)는 메인 배터리(161) 및 보조 배터리(162) 중 어느 하나가 가스 검출 장치(100)에 장착되지 않은 경우, 장착된 나머지 배터리로부터 공급되는 전력을 가스 검출 장치(100) 내 각 구성 요소의 구동 전력으로 공급할 수 있다. 또한, 예를 들어, 전력 관리부(163)는 메인 배터리(161)의 충전 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 그리고, 메인 배터리(161)의 충전 상태가 임계치 이상이면 메인 배터리(161)에 저장된 전력(전기 에너지)이 가스 검출 장치(100) 내 각 구성 요소의 구동 전력으로 공급되도록 제어할 수 있다. 또한, 메인 배터리(161)의 충전 상태가 임계치 미만이면 메인 배터리(161)의 전력 공급을 차단하고 보조 배터리(162)에 저장된 전력이 가스 검출 장치(100) 내 각 구성 요소의 구동 전력으로 공급되도록 제어할 수 있다.
전력 관리부(163)는 충전부(164)에 의해 공급되는 전력(전기 에너지)으로 메인 배터리(161)를 충전할 수도 있다. 즉, 전력 관리부(163)는 충전부(164)에 의해 공급되는 전력을 유효 에너지로 변환하고, 이를 이용하여 메인 배터리(161)를 충전할 수 있다.
충전부(164)는 메인 배터리(161)를 충전하기 위한 전력(이하, '충전 전력'이라 명명하여 사용함)을 외부로부터 공급 받거나, 에너지 하베스팅을 통해 메인 배터리(161)를 충전하기 위한 충전 전력을 발생시킬 수 있다. 또한, 메인 배터리(161)의 충전을 위해 외부로부터 공급받거나 직접 발생시킨 충전 전력을 전력 관리부(163)로 전달할 수 있다.
충전부(164)는 충전 전력을 발생시키기 위해 에너지 하베스터(energy harvester, 미도시)를 포함할 수 있다. 에너지 하베스터는 진동, 열, 풍력, 빛, 마찰력 등 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 전기 에너지(충전 전력)로 변환시켜 회수하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에너지 하베스터는 열전 소자를 포함하며, 열전 소자를 통해 고온의 열 에너지를 충전 전력으로 변환할 수 있다. 이 경우, 열전 소자는 고온의 열 에너지를 확보하기 위해 고온의 탱크, 배관 등에 부착될 수 있다. 또한, 예를 들어, 에너지 하베스터는 압전 소자 또는 마찰 전기 소자를 포함하며, 압전 소자 또는 마찰 전기 소자를 통해 진동 에너지를 충전 전력으로 변환할 수도 있다. 이 경우, 압전 소자 또는 마찰 전기 소자는 모터, 액츄에이터 등 강한 진동 에너지를 확보하기 위해, 진동이 발생하는 장치에 부착될 수 있다. 또한, 압전 소자 또는 마찰 전기 소자는 작업자의 움직임에 의한 진동 에너지를 확보할 수 있도록, 작업자에게 부착되거나 작업자에 의해 휴대될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 에너지 하베스터는 솔라셀 등의 광전 소자를 포함하며, 광전 소자를 통해 빛 에너지를 충전 전력으로 변환할 수도 있다. 이 경우, 광전 소자는 빛 에너지를 확보하기 위해, 태양광 또는 조명광을 수신할 수 있는 위치에 설치될 수 있다.
충전부(164)는 외부로부터 무선으로 전력을 수신하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 무선 전력 수신기(164a)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 충전부(164)는 무선 전력 수신기(164a)를 통해 충전 장치(400)로부터 무선으로 전력을 수신하고, 이를 전력 관리부(163)에 전달할 수 있다. 무선 전력 수신기(164a)는 자기유도 방식, 자기공명 방식, 전자기파 방식 등으로 충전 장치(400)로부터 무선으로 전송되는 전력(전기 에너지)를 수신할 수 있다.
한편, 에너지 하베스터를 구성하는 소자들의 설치 특성 상, 가스 검출 장치(100)가 휴대용으로 제작될 경우 에너지 하베스터는 가스 검출 장치(100) 내부에 구현되지 못할 수도 있다. 이 경우, 에너지 하베스터(410)는 도 7에 도시된 바와 같이, 충전 장치(400)에 포함되어 전력을 회수하고, 에너지 하베스터(410)에 의해 회수된 전기 에너지는 무선 전력 송신기(420)를 통해 가스 검출 장치(100)의 전원 공급 모듈(160) 내 무선 전력 수신기(164a)로 전달될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 검출 장치(100)는 센서 인터페이스 모듈(140) 및 통신 모듈(150)을 각각 하나의 IC로 집적화하고, 센싱 데이터의 신호 처리를 위해 통신 모듈(150) 내 프로세서(152) 및 메모리(153)를 이용한다. 또한, 센싱 데이터의 가공과 같이 일부 기능은 작업자 단말(300)에서 수행되도록 하였다. 따라서, 회로 구성이 단순화되고 부품 개수가 감소하여 가스 검출 장치(100)의 무게 및 부피가 감소되며, 이로 인해 휴대성이 증대될 수 있다. 또한, 전력 소모량이 감소하여 배터리의 교체 주기가 연장되는 효과가 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
10: 가스 모니터링 시스템
100: 가스 검출 장치
110: 센서
120: 입력 장치
130: 출력 자이
140: 센서 인터페이스 모듈
141: AFE
142: 선택기
143: ADC
144: 제어 블록
145: 전원 관리 블록
150: 통신 모듈
151: 근거리 통신 블록
152: 프로세서
153: 메모리
160: 전원 공급 모듈
161: 메인 배터리
162: 보조 배터리
163: 전력 관리부
164: 충전부
200: 모니터링 서버
300: 작업자 단말
400: 충전 장치

Claims (10)

  1. 가스 농도를 검출하는 복수의 센서,
    상기 복수의 센서를 구동하여 센싱 데이터를 획득하는 제1집적 회로,
    상기 센싱 데이터에 대한 신호 처리를 수행하며, 작업자 단말과 통신하여 상기 센싱 데이터를 상기 작업자 단말로 전달하고, 상기 작업자 단말로부터 제어 신호를 수신하는 제2집적 회로, 및
    적어도 하나의 배터리로부터 공급되는 전력을 상기 제1집적 회로 및 상기 제2집적 회로로 공급하는 전원 공급 모듈을 포함하는 가스 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 모듈은, 상기 적어도 하나의 배터리로부터 상기 제1집적 회로 및 상기 제2집적 회로로 전력을 공급하며, 에너지 하베스팅을 통해 상기 적어도 하나의 배터리를 충전하는 가스 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1집적 회로는,
    상기 복수의 센서를 각각 구동하며, 대응하는 센서로부터 센싱 데이터를 획득하여 출력하는 복수의 AFE(Analog Front End),
    입력되는 아날로그 센싱 데이터를 디지털 센싱 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환기,
    상기 복수의 AFE 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 AFE의 출력을 상기 아날로그 디지털 변환기의 입력으로 전달하는 선택기, 및
    상기 선택기의 선택을 제어하는 제어 블록을 포함하는 가스 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    알람 출력을 출력하는 출력 장치를 더 포함하며,
    상기 제어 블록은 상기 출력 장치의 출력을 제어하는 가스 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2집적 회로는,
    상기 제1집적 회로로부터 수신되는 센싱 데이터의 신호 처리를 수행하고, 신호 처리된 센싱 데이터들을 포함하는 가스 검출 결과를 생성하는 프로세서,
    상기 작업자 단말과 근거리 통신 방식으로 통신하며, 상기 가스 검출 결과를 상기 작업자 단말로 전송하는 근거리 통신 모듈, 및
    상기 가스 검출 장치에서 처리되는 데이터들을 저장하는 메모리를 포함하는 가스 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 가스 검출 장치의 설정 정보를 저장하며,
    상기 프로세서는 상기 근거리 통신 모듈을 통해 상기 작업자 단말로부터 수신되는 제어 신호에 기초하여 상기 설정 정보를 갱신하는 가스 검출 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1집적 회로로부터 수신되는 센싱 데이터들을 분석하여 위험 상황을 검출하며, 상기 위험 상황이 검출되면 상기 제1집적 회로로 위험 상황을 통지하는 가스 검출 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전원 공급 모듈은,
    이차 배터리인 제1배터리,
    제2배터리,
    상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 중 어느 하나로부터 공급되는 전력을 상기 가스 검출 장치의 구동 전력으로 공급하는 전력 관리부, 및
    상기 제1배터리를 충전하는 충전부를 포함하는 가스 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전부는,
    열전 소자, 압전 소자, 마찰 전기 소자, 광전 소자, 및 무선 전력 수신기 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 열전 소자를 통해 획득되는 고온의 열 에너지, 상기 압전 소자 또는 상기 마찰 전기 소자를 통해 획득되는 진동 에너지, 상기 광전 소자를 통해 획득되는 빛 에너지, 또는 상기 무선 전력 수신기를 통해 충전 장치로부터 수신하는 무선 전력으로부터 상기 제1배터리의 충전 전력을 회수하는 가스 검출 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전력 관리부는, 상기 제1배터리의 충전 상태가 임계치 이상이면 상기 제1배터리의 전력을 상기 가스 검출 장치의 구동 전력으로 공급하고, 상기 제1배터리의 충전 상태가 상기 임계치 미만이면 상기 제2배터리의 전력을 상기 가스 검출 장치의 구동 전력으로 공급하는 가스 검출 장치.
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