KR20230073414A - 가스 검지기의 농도값 산출 방법 - Google Patents

가스 검지기의 농도값 산출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 검지기의 농도값 산출 방법에 관한 것이다.
본 발명은 제1 룩업 테이블 생성부가 n+1(n은 양의 정수)종의 농도를 갖는 시험가스가 주입된 가스 검지기로부터 상기 n+1종의 농도값에 매칭되는 n+1개의 전압값을 입력받고, 상기 n+1종의 농도값과 상기 n+1개의 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제1 룩업 테이블을 생성하는 제1 룩업 테이블 생성단계, n차 방정식 정의부가 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 방정식을 정의하는 n차 방정식 정의단계, 연립방정식 생성부가 상기 제1 룩업 테이블을 구성하는 n+1개의 입출력 데이터 쌍을 상기 n차 방정식에 대입하여 n+1개의 1차 방정식으로 이루어진 n+1원 1차 연립방정식을 생성하는 연립방정식 생성단계, n차 함수 획득부가 상기 n+1원 1차 연립방정식을 풀이하여 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 함수를 획득하는 n차 함수 획득단계, 제2 룩업 테이블 생성부가 상기 n차 함수에 등간격으로 증가하는 복수의 참조 농도값을 입력하여 상기 복수의 참조 농도값에 매칭되는 복수의 참조 전압값을 연산하고, 상기 복수의 참조 농도값과 상기 복수의 참조 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제2 룩업 테이블을 생성하는 제2 룩업 테이블 생성단계 및 농도값 산출부가 상기 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 가스 검지기가 측정 가스의 주입에 대응하여 측정한 측정 전압값에 대응하는 측정 농도값을 산출하는 농도값 산출단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 탄화수소계열 가스 검지기의 농도계산을 위한 고차 캘리브레이션 방정식 도출 및 사이값 보간을 통하여 가스 검지기의 농도값 산출 정확도와 산출 속도를 향상시킬 수 있다.

Description

가스 검지기의 농도값 산출 방법{CONCENTRATION VALUE CALCULATION METHOD OF GAS DETECTOR}
본 발명은 가스 검지기의 농도값 산출 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 탄화수소계열 가스 검지기의 농도계산을 위한 고차 캘리브레이션 방정식 도출 및 사이값 보간을 통하여 가스 검지기의 농도값 산출 정확도와 산출 속도를 향상시킬 수 있는 가스 검지기의 농도값 산출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수소 센서 또는 검지기에서 수소농도를 측정하고 그 측정값을 표시하기 위해서는, 특정 농도를 가진 표준가스 2종 내지 3종을 제조하고, 이를 센서 또는 검지기에 주입하여서 전류 또는 전압의 변화량을 측정 및 기록하여 2종 내지 3종의 입력 및 출력에 대한 값을 순서쌍으로 수집하여 이 순서쌍의 점(point)을 지나는 선형방정식을 구하여 농도 표시에 활용하고 있다.
즉, 종래 기술은 센서의 입력에 대한 출력의 선형 함수를 도출한 후, 이 함수의 역함수를 구하여 수소농도를 표시한다. 즉, 미지의 전류나 전압이 측정될 때, 측정되는 값에 상응하는 미지의 농도를 상기 역함수에 대입하여 미지의 농도를 결정한다.
그러나, 센서나 검지기의 입출력 특성은 비선형성을 포함하고 있으므로 입출력 지점을 2 내지 3포인트의 선형 방정식을 이용하는 종래의 농도 산출기술은 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술은 미지의 전류나 전압이 측정될 때, 측정되는 값에 상응하는 미지의 농도를 역함수에 대입하여 연산하기 때문에, 농도 연산에 소요되는 시간이 길어진다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2017-0114985호(공개일자: 2017년 10월 16일, 명칭: 수소 가스 센서를 이용한 수소 가스 측정 방법)
본 발명의 기술적 과제는 탄화수소계열 가스 검지기의 농도계산을 위한 고차 캘리브레이션 방정식 도출 및 사이값 보간을 통하여 가스 검지기의 농도값 산출 정확도와 산출 속도를 향상시키는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 기술적 과제는 수소경제 활성화 제도에 발맞추어 수소센서 및 검지기에 활용되는 고차 연립방정식과 상세 인터벌 값 및 구조체 배열을 이용하여 농도산출 알고리즘을 쉽게 구현하여 보다 정확한 농도를 계산할 수 있도록 하고, 상기 기술을 이용한 농도산출 프로그램을 탄화수소계열 가스 검지기 개발에 도입하여 보다 정확하고 쉽게 누출가스를 검출함으로써 가스사고 예방에 효과적으로 기여할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법은 제1 룩업 테이블 생성부가 n+1(n은 7 이상 9 이하의 양의 정수)종의 농도를 갖는 시험가스가 주입된 가스 검지기로부터 상기 n+1종의 농도값에 매칭되는 n+1개의 전압값을 입력받고, 상기 n+1종의 농도값과 상기 n+1개의 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제1 룩업 테이블을 생성하는 제1 룩업 테이블 생성단계, n차 방정식 정의부가 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 방정식을 정의하는 n차 방정식 정의단계, 연립방정식 생성부가 상기 제1 룩업 테이블을 구성하는 n+1개의 입출력 데이터 쌍을 상기 n차 방정식에 대입하여 n+1개의 1차 방정식으로 이루어진 n+1원 1차 연립방정식을 생성하는 연립방정식 생성단계, n차 함수 획득부가 상기 n+1원 1차 연립방정식을 풀이하여 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 함수를 획득하는 n차 함수 획득단계, 제2 룩업 테이블 생성부가 상기 n차 함수에 등간격으로 증가하는 복수의 참조 농도값을 입력하여 상기 복수의 참조 농도값에 매칭되는 복수의 참조 전압값을 연산하고, 상기 복수의 참조 농도값과 상기 복수의 참조 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제2 룩업 테이블을 생성하는 제2 룩업 테이블 생성단계 및 농도값 산출부가 상기 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 가스 검지기가 측정 가스의 주입에 대응하여 측정한 측정 전압값에 대응하는 측정 농도값을 산출하는 농도값 산출단계를 포함한다.
본 발명에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법에 있어서, 상기 농도값 산출단계에서, 상기 농도값 산출부는 상기 제2 룩업 테이블에 상기 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하는 경우, 상기 측정 전압값과 동일한 참조 전압값에 매칭되는 참조 농도값을 상기 측정 농도값으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법에 있어서, 상기 농도값 산출단계에서, 상기 농도값 산출부는, 상기 제2 룩업 테이블에 상기 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하지 않는 경우, 상기 측정 전압값보다 작은 최대 참조 전압값과 상기 측정 전압값보다 큰 최소 참조 전압값을 특정하고, 상기 최대 참조 전압값에 매칭된 최대 참조 농도값과 상기 최소 참조 전압값에 매칭된 최소 참조 농도값의 산술평균값 또는 중간값을 상기 측정 농도값으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법에 있어서, 상기 n차 함수 획득단계에서, 상기 n차 함수 획득부는 상기 n+1원 1차 연립방정식에 가우스소거법 또는 역진대입법을 적용하여 상기 n차 방정식에 포함된 n개의 계수와 1개의 상수를 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 탄화수소계열 가스 검지기의 농도계산을 위한 고차 캘리브레이션 방정식 도출 및 사이값 보간을 통하여 가스 검지기의 농도값 산출 정확도와 산출 속도를 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 수소경제 활성화 제도에 발맞추어 수소센서 및 검지기에 활용되는 고차 연립방정식과 상세 인터벌 값 및 구조체 배열을 이용하여 농도산출 알고리즘을 쉽게 구현하여 보다 정확한 농도를 계산할 수 있도록 할 수 있고, 상기 기술을 이용한 농도산출 프로그램을 탄화수소계열 가스 검지기 개발에 도입하여 보다 정확하고 쉽게 누출가스를 검출함으로써 가스사고 예방에 효과적으로 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법이 구현되는 예시적인 장치 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 농도값 산출단계의 예시적인 구성을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법이 구현되는 예시적인 장치 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 검지기의 농도값 산출 방법은 제1 룩업 테이블 생성단계(S10), n차 방정식 정의단계(S20), 연립방정식 생성단계(S30), n차 함수 획득단계(S40), 제2 룩업 테이블 생성단계(S50) 및 농도값 산출단계(S60)를 포함한다.
제1 룩업 테이블 생성단계(S10)에서는, 제1 룩업 테이블 생성부(10)가 n+1(n은 7 이상 9 이하의 양의 정수)종의 농도를 갖는 시험가스가 주입된 가스 검지기로부터 n+1종의 농도값에 매칭되는 n+1개의 전압값을 입력받고, n+1종의 농도값과 n+1개의 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제1 룩업 테이블을 생성하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 시험가스는 탄화수소계열의 가스일 수 있으며, n은 7일 수 있다.
다음 표 1에는 농도가 상이한 8종의 시험가스가 주입된 가스 검지기가 출력하는 8개의 전압값이 예시되어 있다.
Y(전압, V) 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
X(농도, %) 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.020 0.030 0.040
n차 방정식 정의단계(S20)에서는, n차 방정식 정의부(20)가 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 방정식을 정의하는 과정이 수행된다.
예를 들어, n차 방정식은 다음 수식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수식 1]
y = ax7 + bx6 + cx5 + dx4 + ex3 + fx2 + gx + h
연립방정식 생성단계(S30)에서는, 연립방정식 생성부(30)가 제1 룩업 테이블을 구성하는 n+1개의 입출력 데이터 쌍을 수식 1로 표현되는 n차 방정식에 대입하여 n+1개의 1차 방정식으로 이루어진 n+1원 1차 연립방정식을 생성하는 과정이 수행된다.
n차 함수 획득단계(S40)에서는, n차 함수 획득부(40)가 n+1원 1차 연립방정식을 풀이하여 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 함수를 획득하는 과정이 수행된다.
예를 들어, n차 함수 획득단계(S40)에서, n차 함수 획득부(40)는 n+1원 1차 연립방정식에 가우스소거법 또는 역진대입법을 적용하여 n차 방정식에 포함된 n개의 계수와 1개의 상수를 연산하도록 구성될 수 있다.
제2 룩업 테이블 생성단계(S50)에서는, 제2 룩업 테이블 생성부(50)가 n차 함수 획득부(40)에 의해 획득된 n차 함수에 등간격으로 증가하는 복수의 참조 농도값을 입력하여 복수의 참조 농도값에 매칭되는 복수의 참조 전압값을 연산하고, 복수의 참조 농도값과 복수의 참조 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제2 룩업 테이블을 생성하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 제2 룩업 테이블 생성단계(S50)에서는, n차 함수 획득부(40)에 의해 획득된 n차 함수에 가스농도(x)를 20ppm(=0.002%Vol)에서 5,000ppm까지, 20ppm씩 증가하도록 간격(interval)을 설정하고, 그 순서대로 입력하여 입력(x, 가스농도) 대비 출력(y, 전압)에 대한 제2 룩업 테이블을 생성할 수 있다.
이러한 제2 룩업 테이블의 일부를 예시하면 다음 표 2와 같다.
Y'(전압, V) 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.020 0.030 0.040 ... 0.500
X'(농도, %) 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 88.0
농도값 산출단계(S60)에서는, 농도값 산출부(60)가 제2 룩업 테이블을 참조하여 가스 검지기가 측정 가스의 주입에 대응하여 측정한 측정 전압값에 대응하는 측정 농도값을 산출하는 과정이 수행된다.
하나의 예로, 농도값 산출단계(S60)에서, 농도값 산출부(60)는 제2 룩업 테이블에 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하는 경우, 측정 전압값과 동일한 참조 전압값에 매칭되는 참조 농도값을 측정 농도값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 농도값 산출단계(S60)에서, 농도값 산출부(60)는 제2 룩업 테이블에 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하지 않는 경우, 측정 전압값보다 작은 최대 참조 전압값과 측정 전압값보다 큰 최소 참조 전압값을 특정하고, 최대 참조 전압값에 매칭된 최대 참조 농도값과 최소 참조 전압값에 매칭된 최소 참조 농도값의 산술평균값 또는 중간값을 측정 농도값으로 산출하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 도 3을 추가로 참조하여 농도값 산출단계(S60)의 예시적인 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 3을 추가로 참조하면, 단계 S62에서는, 농도값 산출부(60)가 제2 룩업 테이블에 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하는지 여부를 판단하는 과정이 수행된다. 여기서, 측정 전압값은 미지의 농도를 갖는 측정 가스를 주입받은 가스 검지기가 출력하는 전압값이고 참조 전압값은 제2 룩업 테이블 생성단계(S50)에서 제2 룩업 테이블 생성부(50)에 의해 연산되어 제2 룩업 테이블에 반영되어 있는 전압값이다. 단계 S62에서의 판단 결과, 제2 룩업 테이블에 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하는 경우 단계 S64로 전환되고, 제2 룩업 테이블에 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하지 않는 경우 단계 S66으로 전환된다.
단계 S64에서는, 농도값 산출부(60)가 제2 룩업 테이블을 참조하여 측정 전압값과 동일한 참조 전압값에 매칭되는 참조 농도값을 측정 농도값으로 최종적으로 산출하는 과정이 수행된다.
단계 S66에서는, 농도값 산출부(60)가 제2 룩업 테이블을 참조하여 측정 전압값보다 작은 최대 참조 전압값과 측정 전압값보다 큰 최소 참조 전압값을 특정하는 과정이 수행된다.
단계 S68에서는, 농도값 산출부(60)가 최대 참조 전압값에 매칭된 최대 참조 농도값과 최소 참조 전압값에 매칭된 최소 참조 농도값의 산술평균값 또는 중간값을 측정 농도값으로 산출하는 과정이 수행된다.
단계 S66 및 단계 S68의 동작을 제2 룩업 테이블을 예시적으로 나타낸 표 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
만약, 측정 전압값이 1.0V인 경우, 측정 전압값 1.0V보다 작은 최대 참조 전압값은 0.8V로 특정되고, 측정 전압값 1.0V보다 큰 최소 참조 전압값은 1.2V로 특정된다.
또한, 최대 참조 전압값 0.8V에 매칭된 최대 참조 농도값은 0.006%이고, 최소 참조 전압값 1.2V에 매칭된 최소 참조 농도값은 0.010%이다.
농도값 산출부(60)는 0.006%과 0.010%의 산술평균값 또는 중간값을 최종적으로 측정 농도값으로 산출한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탄화수소계열 가스 검지기의 농도계산을 위한 고차 캘리브레이션 방정식 도출 및 사이값 보간을 통하여 가스 검지기의 농도값 산출 정확도와 산출 속도를 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 수소경제 활성화 제도에 발맞추어 수소센서 및 검지기에 활용되는 고차 연립방정식과 상세 인터벌 값 및 구조체 배열을 이용하여 농도산출 알고리즘을 쉽게 구현하여 보다 정확한 농도를 계산할 수 있도록 할 수 있고, 상기 기술을 이용한 농도산출 프로그램을 탄화수소계열 가스 검지기 개발에 도입하여 보다 정확하고 쉽게 누출가스를 검출함으로써 가스사고 예방에 효과적으로 기여할 수 있는 효과가 있다.
10: 제1 룩업 테이블 생성부
20: n차 방정식 정의부
30: 연립방정식 생성부
40: n차 함수 획득부
50: 제2 룩업 테이블 생성부
60: 농도값 산출부
S10: 제1 룩업 테이블 생성단계
S20: n차 방정식 정의단계
S30: 연립방정식 생성단계
S40: n차 함수 획득단계
S50: 제2 룩업 테이블 생성단계
S60: 농도값 산출단계

Claims (4)

  1. 제1 룩업 테이블 생성부가 n+1(n은 7 이상 9 이하의 양의 정수)종의 농도를 갖는 시험가스가 주입된 가스 검지기로부터 상기 n+1종의 농도값에 매칭되는 n+1개의 전압값을 입력받고, 상기 n+1종의 농도값과 상기 n+1개의 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제1 룩업 테이블을 생성하는 제1 룩업 테이블 생성단계;
    n차 방정식 정의부가 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 방정식을 정의하는 n차 방정식 정의단계;
    연립방정식 생성부가 상기 제1 룩업 테이블을 구성하는 n+1개의 입출력 데이터 쌍을 상기 n차 방정식에 대입하여 n+1개의 1차 방정식으로 이루어진 n+1원 1차 연립방정식을 생성하는 연립방정식 생성단계;
    n차 함수 획득부가 상기 n+1원 1차 연립방정식을 풀이하여 농도값이 변수이고 해가 전압값인 n차 함수를 획득하는 n차 함수 획득단계;
    제2 룩업 테이블 생성부가 상기 n차 함수에 등간격으로 증가하는 복수의 참조 농도값을 입력하여 상기 복수의 참조 농도값에 매칭되는 복수의 참조 전압값을 연산하고, 상기 복수의 참조 농도값과 상기 복수의 참조 전압값의 데이터 쌍으로 구성된 제2 룩업 테이블을 생성하는 제2 룩업 테이블 생성단계; 및
    농도값 산출부가 상기 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 가스 검지기가 측정 가스의 주입에 대응하여 측정한 측정 전압값에 대응하는 측정 농도값을 산출하는 농도값 산출단계를 포함하는, 가스 검지기의 농도값 산출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 농도값 산출단계에서,
    상기 농도값 산출부는 상기 제2 룩업 테이블에 상기 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하는 경우, 상기 측정 전압값과 동일한 참조 전압값에 매칭되는 참조 농도값을 상기 측정 농도값으로 산출하는 것을 특징으로 하는, 가스 검지기의 농도값 산출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 농도값 산출단계에서,
    상기 농도값 산출부는,
    상기 제2 룩업 테이블에 상기 측정 전압값과 동일한 참조 전압값이 존재하지 않는 경우,
    상기 측정 전압값보다 작은 최대 참조 전압값과 상기 측정 전압값보다 큰 최소 참조 전압값을 특정하고,
    상기 최대 참조 전압값에 매칭된 최대 참조 농도값과 상기 최소 참조 전압값에 매칭된 최소 참조 농도값의 산술평균값 또는 중간값을 상기 측정 농도값으로 산출하는 것을 특징으로 하는, 가스 검지기의 농도값 산출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 n차 함수 획득단계에서,
    상기 n차 함수 획득부는 상기 n+1원 1차 연립방정식에 가우스소거법 또는 역진대입법을 적용하여 상기 n차 방정식에 포함된 n개의 계수와 1개의 상수를 연산하는 것을 특징으로 하는, 가스 검지기의 농도값 산출 방법.
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