KR20210078728A - 증폭/보정기 내장형 센서 신호 증폭/보정 방법 및 이를 적용한 센서 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 센서에 탑재된 시그널 컨디셔너에 의해 센서값을 오차 없이 증폭하고 보정하기 위한 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 센서 신호 보정 방법은 다수의 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 실측 기반으로 산출하는 제1 산출단계; 다수의 가상 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 연산 기반으로 산출하는 제2 산출단계; 제1 산출단계와 제2 산출단계에서 산출된 증폭율들을 측정점들에 매핑하여 센서 모듈에 저장하는 단계;를 포함한다.
이에 의해, 센서에 탑재된 시그널 컨디셔너에 의해 센서값의 증폭율이 동적으로 결정되어 센서값의 오차를 줄일 수 있다.

Description

증폭/보정기 내장형 센서 신호 증폭/보정 방법 및 이를 적용한 센서 모듈{Amplifier/Calibrator Embedded Sensor Signal Amplification/Calibration Method and Sensor Module using the same}

본 발명은 센서 신호 증폭/보정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증폭기와 보정기를 내장하고 있는 센서의 센서값을 오차 없이 증폭하고 보정하기 위한 방법 및 이를 적용한 센서 모듈에 관한 것이다.

종래의 센서 신호 보정을 위한 시그널 컨디셔너(Signal Conditioner)는 일반적으로 센서 소자로부터 발생되는 미약한 신호를 센서 모듈 제조 시 온도, 기압, 공기 조성, 광량 등을 일정하게 유지하는 표준 환경에서 알려진 값으로 오프셋 등 보정에 필요한 변수들을 맞춘다.

보정 정보는 시그널 컨디셔너의 메모리에 저장되어, 이후 센서 모듈 사용 시 센서에 의해 측정된 값에 보정값들을 적용하여, 센서 소자의 오프셋을 최소화하는 방식으로 동작한다.

다만, 시그널 컨디셔너가 탑재되는 센서 모듈은 기본적으로 센서 소자로부터 발생되는 신호 자체가 미약하여, 증폭기 사용이 필수적이며, 이로 인해 신호 컨디셔닝과 별개로 증폭기의 오차(노이즈)가 추가되는 것을 피할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 센서에 탑재된 시그널 컨디셔너에 의해 센서값을 오차 없이 증폭하고 보정하기 위한 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 센서 신호 보정 방법은 다수의 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 실측 기반으로 산출하는 제1 산출단계; 다수의 가상 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 연산 기반으로 산출하는 제2 산출단계; 제1 산출단계와 제2 산출단계에서 산출된 증폭율들을 측정점들에 매핑하여 센서 모듈에 저장하는 단계;를 포함한다.

제2 산출단계는, 제1 산출단계에서 산출된 증폭율들을 이용한 연산으로, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 산출하는 것일 수 있다.

다수의 가상 측정점들은, 다수의 측정점들 사이의 측정점들일 수 있다.

제2 산출단계는, 제1 산출단계에서 산출된 증폭율들을 이용한 보간, 수식, 알고리즘 중 하나를 이용하여, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 산출하는 것일 수 있다.

제1 산출단계는, 측정점에서 센서 모듈의 센서값에 대해, 각기 다른 증폭율을 적용하면서 증폭하는 단계; 측정점에서 표준 센서 모듈의 표준 센서값에 대해, 증폭단계에서 적용한 각기 다른 증폭율을 곱하면서 증폭된 표준 센서값들을 연산하는 단계; 증폭단계에서 증폭된 센서값들과 연산단계에서 연산된 증폭된 표준 센서값들 간의 오프셋들을 계산하는 단계; 계산단계에서 계산된 오프셋들 중 최소 오프셋을 보인 증폭율을 선택하는 단계; 선택단계에서 선택된 증폭율을 측정점에서의 증폭율로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 신호 보정 방법은 다수의 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 보정값을 실측 기반으로 산출하는 제3 산출단계; 및 다수의 가상 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 보정값을 연산 기반으로 산출하는 제2 산출단계;를 더 포함하고, 저장 단계는, 제1 산출단계와 제2 산출단계에서 산출된 보정값들을 증폭율들과 함께 측정점들에 매핑하여 센서 모듈에 저장하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 센서 신호 보정 방법은 센서에서 출력되는 센서값이 해당하는 측정점 또는 가상 측정점을 파단하는 단계; 판단된 측정점 또는 가상 측정점에 매핑된 증폭율로, 센서값을 증폭하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 센서값을 생성하는 센서; 센서에서 생성된 센서값을 증폭하는 시그널 컨디셔너;를 포함하고, 시그널 컨디셔너는, 다수의 측정점들에서 센서값에 적용할 실측 기반으로 산출된 증폭율들과 다수의 가상 측정점들에서 센서값에 적용할 연산 기반으로 산출된 증폭율을 기초로, 센서값을 증폭하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈이 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 센서에 탑재된 시그널 컨디셔너에 의해 센서값의 증폭율이 동적으로 결정되어 센서값의 오차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 센서 모듈의 시그널 컨디셔너에 저장할 센서값에 적용할 증폭율을 산출함에 있어, 가상의 측정점들을 이용함으로써 적은 실측을 통해 짧은 시간에 조밀한 증폭율들과 보정값들을 확보할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서값 증폭/보정 테이블 생성 방법의 설명에 제공되는 도면,
도 2는 센서값 증폭율/보정값 테이블을 예시한 도면,
도 3은 측정점에서 센서값에 적용할 증폭율/보정값 산출 과정의 설명에 제공되는 도면,
도 4는 본 발명이 적용가능한 센서 모듈의 블럭도,
도 5는, 도 4에 도시된 시그널 컨디셔너의 상세 블럭도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서값 증폭/보정 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에서는 센서 모듈에 내장된 시그널 컨디셔너로 측정된 센서값을 증폭/보정하는 방법을 제시한다.

이를 위해서는, 센서에 내장된 시그널 컨디셔너에 증폭/보정을 위한 증폭율/보정값이 테이블로 저장되어 있어야 한다. 시그널 컨디셔너에 저장할 센서값 증폭율/보정값 테이블을 생성하는 과정에 대해, 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서값 증폭율/보정값 테이블 생성 방법의 설명에 제공되는 도면이다.

도시된 바와 같이, 센서 모듈 제조가 완료되면, N개의 측정점들(1차 측정점, 2차 측정점, ... N차 측정점)에서, 센서값에 적용하여야 하는 증폭율과 보정값을 실제 측정을 통해 산출한다.

N개의 측정점들은, 센서 모듈의 측정 범위를 N개로 분할하여 생성한 N개의 측정 구간들의 중간값들로 구현할 수 있다. 이를 테면, 센서 모듈의 측정 범위가 0~100 이고 N을 10이라고 한다면, 10개의 측정구간들은 "0~10", "10~20", ... , "90~100"이 되고, 10개의 측정점들은 5,15, ,,,, , 95가 된다.

측정구간의 개수와 크기는 필요에 따라 결정할 수 있으며, 측정구간의 크기는 균일 또는 비균일하게 설정할 수 있다.

N개의 측정점들에서, 센서값에 적용하여야 하는 증폭율을 산출하는 과정에 대해서는, 도 3을 참조하여 상세히 후술한다.

N개의 측정점들에서는, 기확보하고 있는 표준 센서 모듈의 표준값과 제조된 센서 모듈로 실측한 측정값을 비교하여, 증폭율과 보정값을 산출한다. 이를 통해 얻어진 N개의 측정점들에서의 증폭율과 보정값으로 센서값이 증폭되고 보정되면 센서값의 오차를 최소화하여 준다.

다음, N-1개의 가상 측정점들(1차 가상 측정점, 2차 가상 측정점, ... N-1차 가상 측정점)에서, 센서값에 적용할 증폭율과 보정값을 실측이 아닌 연산을 통해 산출한다.

N-1개의 가상 측정점들(1차 가상 측정점, 2차 가상 측정점, ... N-1차 가상 측정점)은 N개의 측정점들(1차 측정점, 2차 측정점, ... N차 측정점)의 중간값들로 구현할 수 있다.

이를 테면, 위 예에서와 같이, 10개의 측정점들이 5,15, ,,,, , 95 라면, 9개의 가상 측정점들은 10,20, ,,,, , 90이 된다.

가상 측정점들의 개수 역시 필요에 따라 결정할 수 있으며, 측정점들 사이에서 가상 측정점들의 위치 역시 균일 또는 비균일하게 설정할 수 있다.

N-1개의 가상 측정점들에서 센서값에 적용할 증폭율과 보정값은 이웃하는 주변의 측정점들, 즉, 가상 측정점의 전단에 위치한 측정점과 후단에 위치한 측정점에서의 증폭율들과 보정값들을 기초로 산출된다.

증폭율들과 보정값들은, 보간, 수식, 연산 알고리즘 등을 통해 산출할 수 있다. 센서의 사양과 동작 환경에 따라, 적정의 방식을 적용하고 적정의 변형이 가해질 수 있다.

가상 측정점들은 측정점들 간의 간격을 줄여 센서값에 적용할 증폭값과 보정값을 조밀하게 구현함으로써, 센서값의 정확도를 높이면서 증폭/보정 테이블 생성 시간을 줄여준다.

N개의 측정점들과 N-1개의 가상 측정점들에서, 센서값에 적용할 증폭율들과 보정값들의 산출이 완료되면, 산출된 증폭율들과 보정값들을 측정점들과 가상 측정점들에 매핑하여 센서에 테이블로 저장한다.

저장되는 센서값 증폭율/보정값 테이블을 도 2에 예시하였다. 도시된 바와 같이, 테이블에는 측정점들과 가상 측정점들에서 센서값에 적용하여야 하는 증폭율과 보정값이 정의되어 있다. 측정점들에서의 증폭율과 보정값은 실측된 것이고, 가상 측정점들에서 증폭율과 보정값은 실측이 아닌 연산을 통해 산출된 것이다.

센서값 증폭율/보정값 테이블이 저장된 센서 모듈은 출고되어 사용되며, 이 과정에서 내장된 시그널 컨디셔너에 의해 센서값 증폭율/보정값 테이블에 기반한 센서 증폭/보정이 이루어진다.

이하에서는, N개의 측정점들에서 센서값에 적용하여야 하는 증폭율을 산출하는 과정에 대해 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이, 해당 측정점인 n(1≤n≤N)차 측정점에서, 센서 모듈의 센서값을 측정하고, 측정된 센서값들에 대해 각기 다른 증폭율(1배, 2배, 3배)로 증폭한다.

아울러, 기확보하고 있는 n차 측정점에서 표준 센서 모듈의 표준값에 대해서도 센서 모듈에서 측정된 센서값에 적용한 증폭율을 각각 곱하여 증폭된 표준값을 연산한다.

다음, 증폭된 센서값들과 증폭된 표준값들 간의 오프셋들을 각각 계산하고, 계산된 오프셋들 중 최소 오프셋을 선택한다. 오프셋은 '증폭된 센서값 - 증폭된 표준값'으로 계산할 수도 있고, 이를 변형한 식으로 계산할 수도 있다.

그리고, 최소 오프셋을 보인 증폭율을 n차 측정점에서의 센서 모듈에 적용할 증폭율로 결정한다.

도 4는 본 발명이 적용가능한 센서 모듈의 블럭도이다. 본 발명이 적용가능한 센서 모듈은, 도시된 바와 같이, 센서(110) 외에 시그널 컨디셔너(120)를 더 포함한다.

시그널 컨디셔너(120)는 센서(110)에서 출력되는 센서값을 증폭하고 보정한다. 시그널 컨디셔너(120)에 의한 증폭/보정에는 전술한 방법에 의해 저장된 센서값 증폭율/보정값 테이블이 참조된다.

도 5는, 도 4에 도시된 시그널 컨디셔너(120)의 상세 블럭도이다. 시그널 컨디셔너(120)는, 도시된 바와 같이, 메모리(121), 제어기(122), 증폭기(123) 및 보정기(124)를 포함하여 구성된다.

메모리(121)에는 전술한 도 2에 도시된 센서값 증폭율/보정값 테이블이 저장되어 있다.

제어기(122)는 센서(110)에서 출력되는 센서값이 해당하는 측정점을 판단하고, 판단된 측정점에 해당하는 증폭율과 보정값을 메모리(121)의 센서값 증폭율/보정값 테이블에서 읽어 증폭기(123)와 보정기(124)를 제어한다.

도 6은 도 5에 도시된 시그널 컨디셔너(120)에 의한 센서값 증폭/보정 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 센서(110)에 의해 측정된 센서값이 입력되면(S210), 시그널 컨디셔너(120)의 제어기(122)는 S210단계에서 입력된 센서값이 해당하는 측정점을 판단한다(S220).

이를 테면, 센서값이 1차 측정점에 해당하는지, 1차 가상 측정점에 해당하는지, 2차 측정점에 해당하는지, 2차 가상 측정점에 해당하는지, ... , N차 측정점에 해당하는지, N차 가상 측정점에 해당하는지, 판단한다.

다음, 제어기(122)는 S220단계에서 판단된 측정점에 매핑되어 있는 증폭율과 보정값을 메모리(121)에 저장된 센서값 증폭율/보정값 테이블에서 읽어와, 증폭기(123)와 보정기(124)에 적용한다(S230)

이에 따라, 증폭기(123)는 센서값에 해당하는 측정점에서의 증폭율로 센서값을 증폭하고(S240), 보정기(124)는 해당 측정점에서의 보정값으로 센서값을 보정한다(S250).

지금까지, 증폭/보정기 내장형 센서 신호 증폭/보정 방법 및 이를 적용한 센서 모듈에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.

위 실시예에서는, 센서에 탑재된 시그널 컨디셔너에 의해 센서값의 증폭율이 동적으로 결정되어 센서값의 오차를 줄이는 방법 및 이를 위한 센서값 증폭율과 보정값을 산출하는 방법을 제시하였다.

또한, 위 실시예에서는, 센서 모듈의 시그널 컨디셔너에 저장할 센서값에 적용할 증폭율을 산출함에 있어, 가상의 측정점들을 이용함으로써 적은 실측을 통해 짧은 시간에 조밀한 증폭율과 보정값들을 확보하는 방법을 제시하였다.

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

110 : 센서
120 : 시그널 컨디셔너
121 : 메모리
122 : 제어기
123 : 증폭기
124 : 보정기

Claims (8)

1. 다수의 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 실측 기반으로 산출하는 제1 산출단계;
   다수의 가상 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 연산 기반으로 산출하는 제2 산출단계;
   제1 산출단계와 제2 산출단계에서 산출된 증폭율들을 측정점들에 매핑하여 센서 모듈에 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 신호 보정 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   제2 산출단계는,
   제1 산출단계에서 산출된 증폭율들을 이용한 연산으로, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 신호 보정 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   다수의 가상 측정점들은,
   다수의 측정점들 사이의 측정점들인 것을 특징으로 하는 센서 신호 보정 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   제2 산출단계는,
   제1 산출단계에서 산출된 증폭율들을 이용한 보간, 수식, 알고리즘 중 하나를 이용하여, 센서 모듈의 센서값에 적용할 증폭율을 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 신호 보정 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   제1 산출단계는,
   측정점에서 센서 모듈의 센서값에 대해, 각기 다른 증폭율을 적용하면서 증폭하는 단계;
   측정점에서 표준 센서 모듈의 표준 센서값에 대해, 증폭단계에서 적용한 각기 다른 증폭율을 곱하면서 증폭된 표준 센서값들을 연산하는 단계;
   증폭단계에서 증폭된 센서값들과 연산단계에서 연산된 증폭된 표준 센서값들 간의 오프셋들을 계산하는 단계;
   계산단계에서 계산된 오프셋들 중 최소 오프셋을 보인 증폭율을 선택하는 단계;
   선택단계에서 선택된 증폭율을 측정점에서의 증폭율로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 신호 보정 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   다수의 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 보정값을 실측 기반으로 산출하는 제3 산출단계; 및
   다수의 가상 측정점들에서, 센서 모듈의 센서값에 적용할 보정값을 연산 기반으로 산출하는 제2 산출단계;를 더 포함하고,
   저장 단계는,
   제1 산출단계와 제2 산출단계에서 산출된 보정값들을 증폭율들과 함께 측정점들에 매핑하여 센서 모듈에 저장하는 것을 특징으로 하는 센서 신호 보정 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   센서에서 출력되는 센서값이 해당하는 측정점 또는 가상 측정점을 파단하는 단계;
   판단된 측정점 또는 가상 측정점에 매핑된 증폭율로, 센서값을 증폭하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 신호 보정 방법.
   
8. 센서값을 생성하는 센서;
   센서에서 생성된 센서값을 증폭하는 시그널 컨디셔너;를 포함하고,
   시그널 컨디셔너는,
   다수의 측정점들에서 센서값에 적용할 실측 기반으로 산출된 증폭율들과 다수의 가상 측정점들에서 센서값에 적용할 연산 기반으로 산출된 증폭율을 기초로, 센서값을 증폭하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.

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