KR20240057028A - 숏-텀 구간에서의 표면 온도 시각화 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 숏-텀(short-term) 온도 구간에서 어레이 온도 센서로 측정된 표면 온도를 시각화 하는 표면 온도 시각화 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 표면 온도 시각화 처리 시스템은 어레이 온도 센서 모듈과 시각화 장치를 포함한다. 어레이 온도 센서 모듈은 숏-텀(short-term) 온도 구간에서 측정 대상의 일정 영역에 부착되어 상기 일정 영역의 복수 지점에 대한 표면 온도를 저항값으로 검출하여 출력한다. 그리고 시각화 장치는 어레이 온도 센서 모듈로부터 수신한 복수 지점에 대한 저항값을 표면 열분포로 시각화한다.

Description

숏-텀 구간에서의 표면 온도 시각화 처리 시스템 및 방법{Surface temperature visualization processing system and method in short-term temperature interval}

본 발명은 표면 온도 처리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 숏-텀(short-term) 온도 구간에서 어레이 온도 센서로 측정된 표면 온도를 시각화 하는 숏-텀 온도 구간에서의 표면 온도 시각화 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

온도 센서는 인체, 설비, 배터리 등의 표면 온도를 측정하는 용도로 사용되고 있다. 온도 센서는 1포인트 온도 센서로서, 온도 센서가 설치된 1포인트에 대한 표면 온도만을 측정한다.

1포인트 온도 센서는 넓은 면적의 단일 포인트에 대한 샘플링 측정을 통해 전체 표면 온도의 대표값으로 사용한다. 이로 인해 1포인트 온도 센서는 실제 표면에서의 열분포를 정확하게 파악할 수 없는 한계가 존재한다. 예컨대 창상환자의 창상부위, 설비의 열분포, 배터리 셀의 열분포와 같이 단일 포인트에서의 온도 측정값만으로는 처리하기 어려운 새로운 어플리케이션들이 등장하고 있다.

1포인트 온도 센서가 측정하는 지점에서는 정확한 온도 측정이 가능하지만, 측정 대상의 온도에 영향을 줄 수 있는 다양한 주변 인자에 의해서 항상 측정 오차 가능성을 내재하고 있다. 이로 인해 1포인트 온도 센서로 잘못된 온도값이 측정되는 경우, 해당 측정된 온도가 사용되는 의료, 설비, 배터리, 안전 관리 등에서 항상 오인식 사고 문제를 유발할 수 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해서, 고가의 IR 카메라를 이용하는 비접촉 방식의 온도 분포 파악 방법이 소개되고 있다. IR 카메라는 표면이 항상 노출된 장치에서는 유용하게 활용할 수 있다.

하지만 창상 부위와 같이 상처 패치를 부착한 상태에서는 상처 패치 내부의 피부 온도의 분포를 IR 카메라로는 측정할 수 없는 한계가 있다.

등록특허공보 제10-2280666호 (2021.07.16. 등록)

따라서 본 발명의 목적은 숏-텀 온도 구간에서 어레이 온도 센서로 표면 온도의 분포를 측정하고, 측정된 표면 온도를 시각화하는 숏-텀 온도 구간에서의 표면 온도 시각화 처리 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 창상 부위와 같이 패치가 부착된 상태에서도 패치 내부의 표면 온도의 분포를 어레이 온도 센서로 측정하고, 측정된 표면 온도를 시각화하는 숏-텀 온도 구간에서의 표면 온도 시각화 처리 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 측정 대상의 일정 영역에 부착되어 상기 일정 영역의 복수 지점에 대한 표면 온도를 저항값으로 검출하여 출력하는 복수의 온도 센서를 구비하는 어레이 온도 센서 모듈; 및 상기 어레이 온도 센서 모듈로부터 수신한 복수 지점에 대한 저항값을 표면 열분포로 시각화하는 시각화 장치;를 포함하는 숏-텀 구간에서의 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템을 제공한다.

상기 시각화 장치가 25도 내지 45도 구간에서 상기 일정 영역에 대한 열분포를 시각화하는 경우, 상기 복수의 온도 센서별로 상온에서 일정시간 동안 복수회 측정한 초기 저항값에 대한 평균값을 산출하고, 상기 복수 지점에서 측정된 상기 복수의 온도 센서별로 저항값을 x변수로 저장하고, 상기 온도 센서별로 저항값들을 각각 상기 평균값으로 보정하여 보정값을 산출하고, 상기 보정값들을 상기 히트맵 시각화 프로세스를 거쳐 0~256 범위 내의 그레이 스케일(gray scale)값으로 변환하여 시각화한다.

상기 보정값은 저항값과 평균값의 차이로 산출할 수 있다.

상기 어레이 온도 센서 모듈은, 상기 시각화 장치와 통신을 수행하는 인터페이스; 복수 지점에 형성되어 측정 대상의 표면 온도에 대한 저항값을 각각 검출하는 상기 복수의 온도 센서를 포함하는 어레이 온도 센서; 상기 어레이 온도 센서가 연결되며, 상기 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정하는 브릿지 회로; 상기 복수의 온도 센서를 선택적으로 상기 브릿지 회로에 연결하는 스위치; 상기 브릿지 회로에서 측정된 저항값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 신호 처리기; 및 상기 스위치를 제어하여 상기 복수의 온도 센서를 선택적으로 상기 브릿지 회로에 연결하여 상기 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정하고, 상기 신호 처리부로 디지털 신호로 변환된 저항값을 수신하고, 수신한 저항값을 상기 인터페이스를 통하여 상기 시각화 장치로 전송하는 제어기;를 포함할 수 있다.

상기 브릿지 회로는 휘스톤 브릿지 회로를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 GPIO(general-purpose input/output)로 상기 스위치를 제어하여 상기 복수의 온도 센서를 선택적으로 상기 브릿지 회로에 연결할 수 있다.

상기 어레이 온도 센서는 m×m 행렬(m, n은 2 이상의 자연수)로 배열된 복수의 온도 센서를 포함할 수 있다.

상기 복수의 온도 센서는 FFC(flexible flat cable)를 매개로 상기 스위치에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 인터페이스는, 상기 시각화 장치와 유선으로 통신하는 유선 인터페이스; 및 상기 시각화 장치와 무선으로 통신하는 무선 인터페이스; 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 어레이 온도 센서 모듈은, 상기 인터페이스, 상기 어레이 온도 센서, 상기 브릿지 회로, 상기 신호 처리기, 및 상기 제어기를 내장하되, 상기 어레이 온도 센서가 상기 측정 대상을 향하게 배치되며, 상기 측정 대상에 부착할 수 있는 패치;를 더 포함할 수 있다.

상기 시각화 장치가 10도 내지 20도의 저온 조건 또는 60도 내지 80도의 고온 조건에서 상기 일정 영역에 대한 열분포를 시각화할 수 있다.

본 발명은 또한, 시각화 장치가, 측정 대상의 일정 영역에 부착되어 상기 일정 영역의 복수 지점에 대한 표면 온도를 저항값으로 검출하여 출력하는 복수의 온도 센서를 구비하는 어레이 온도 센서 모듈로부터 수신한 복수 지점에 대한 저항값을 표면 열분포로 시각화하는 방법으로, 상기 시각화 장치가 25도 내지 45도 구간에서 상기 일정 영역에 대한 열분포를 시각화하는 경우, 상기 시각화 장치가 상기 복수의 온도 센서별로 상온에서 일정시간 동안 복수회 측정한 초기 저항값에 대한 평균값을 산출하는 단계; 상기 시각화 장치가 상기 복수 지점에서 측정된 상기 복수의 온도 센서별로 저항값을 x변수로 저장하는 단계; 상기 시각화 장치가 상기 온도 센서별로 저항값들을 각각 상기 평균값으로 보정하여 보정값을 산출하는 단계; 및 상기 시각화 장치가 상기 보정값들을 상기 히트맵 시각화 프로세스를 거쳐 0~256 범위 내의 그레이 스케일(gray scale)값으로 변환하여 시각화 단계;를 포함하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 측정 대상의 표면에 부착되는 어레이 온도 센서로 측정 대상의 표면 온도의 분포를 측정하고, 측정된 표면 온도를 시각화할 수 있다. 즉 본 발명은 어레이 온도 센서에서 측정된 복수 지점의 표면 온도를 개별적으로 제공하는 것이 아니라, 어레이 온도 센서에서 측정된 복수 지점의 표면 온도를 기반으로 히트맵 시각화를 통하여 어레이 온도 센서가 부착된 지역의 표면 온도 분포를 시각화하여 제공한다.

이로 인해 사용자는 시각화된 표면 온도 분포를 통하여 직관적으로 측정 대상의 표면 온도를 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 표면 온도 시각화 처리 시스템은 측정 대상의 표면에서 측정된 온도 센서별 초기 저항값에 대해서 기준값으로 보정함으로써, 고가의 온도 챔버를 활용한 복잡하고 정교한 캘리브레이션 과정 없이도, 표면에서의 열분포를 시각화할 수 있다.

본 발명은 패치에 어레이 온도 센서를 내설함으로써, 창상 부위와 같이 상처 패치가 부착된 상태에서도 패치 내부의 표면 온도의 분포를 어레이 온도 센서로 측정하고, 측정된 표면 온도를 시각화할 수 있다.

본 발명에 따른 어레이 온도 센서 모듈은 어레이 온도 센서와 브릿지 회로 사이에 어레이 온도 센서에서 단위 온도 센서를 선택하는 스위치를 부가함으로써, 하나의 브릿지 회로로 어레이 온도 센서에서 측정된 저항값을 처리할 수 있기 때문에, 어레이 온도 센서 모듈을 컴팩트하게 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 어레이 온도 센서 모듈을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 어레이 온도 센서 모듈의 어레이 온도 센서를 보여주는 사진이다.
도 4는 도 2의 어레이 온도 센서 모듈의 시제품을 보여주는 사진이다.
도 5는 도 2의 어레이 온도 센서 모듈로 측정된 전압값을 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 5의 어레이 온도 센서 모듈로 측정된 전압값을 보정하는 과정을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 기반 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8 내지 10은 도 7의 표면 온도 시각화 처리 방법에 따른 각 과정을 보여주는 도면들이다.
도 11은 도 6의 보정된 온도 센서별 측정 전압값을 보여주는 그래프이다.
도 12는 3×3 행렬의 어레이 온도 센서의 온도 센서별 온도 변화에 따른 저항 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 13은 4×3 행렬의 어레이 온도 센서의 온도 센서별 온도 변화에 따른 저항 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법에 있어서, 숏-텀(short-term) 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 15 내지 도 17은 도 14의 숏-텀(short-term) 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 사진들이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법에 있어서, 롱-텀(long-term) 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 19 내지 도 23은 도 18의 롱-텀(long-term) 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 사진들이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100) 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템(700)은 어레이 온도 센서 모듈(100)과 시각화 장치(400,500,600)를 포함한다. 어레이 온도 센서 모듈(100)은 측정 대상의 일정 영역에 부착되어 일정 영역의 복수 지점에 대한 표면 온도를 저항값으로 검출하여 출력한다. 그리고 시각화 장치(400,500,600)는 어레이 온도 센서 모듈(100)로부터 수신한 복수 지점에 대한 저항값을 표면 열분포로 시각화 한다.

여기서 어레이 온도 센서 모듈(100)은 측정 대상에 부착할 수 있는 패치(90) 타입으로 구현될 수 있다. 어레이 온도 센서 모듈(100)은 패치(90) 내에 배치된 복수의 온도 센서를 구비하는 어레이 온도 센서(20)를 포함한다.

본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)은 패치(90) 내에 복수의 온도 센서가 배치된 구조를 갖기 때문에, 측정 대상에 패치(90)가 부착된 상태에서도 패치(90) 내부에 위치하는 측정 대상의 표면 온도를 측정할 수 있다.

그리고 시각화 장치(400,500,600)는 히트맵 시각화 프로세스로 복수 지점에 대한 저항값을 표면 열분포로 시각화한다. 즉 시각화 장치(400,500,600)는 복수의 온도 센서별로 상온에서 일정시간 동안 복수회 측정한 초기 저항값에 대한 평균값을 산출한다. 시각화 장치(400,500,600)는 측정 대상의 복수 지점에서 측정된 저항값을 x변수로 저장하다. 시각화 장치(400,500,600)는 온도 센서별로 저항값들을 각각 평균값으로 보정하여 보정값을 산출한다. 그리고 시각화 장치(400,500,600)는 보정값들을 히트맵 시각화 프로세스를 거쳐 0~256 범위 내의 그레이 스케일(gray scale)값으로 변환하여 시각화하다.

여기서 시각화 장치(400,500,600)는 저항값을 x변수로 저장할 때, 일정시간 동안 복수회 측정한 저항값에 대한 평균값을 저장할 수 있다.

어레이 온도 센서(20)에서 측정된 저항값에 대해서 보정을 수행하는 이유는 다음과 같다. 어레이 온도 센서920)에 포함되는 온도 센서들은 일반적으로 초기 저항값이 다르게 제조된다. 이로 인해 온도 센서들이 측정한 저항값으로 표면 온도를 시각화할 경우, 표면 온도를 정확하게 시각화할 수 없다. 따라서 초기 저항값을 일정한 기준값(Reference value)으로 보정함으로써, 온도 센서들로부터 측정된 저항값을 이용하여 표면 온도를 보다 정확하게 시각화할 수 있다.

[수학식 1]

f(x)=x-mean

f(x) : 보정값

x : 저항값

mean : 평균값

여기서 보정값(f(x))은 수학식 1과 같이 저항값(x)과 평균값(mean)의 차이로 산출할 수 있다. 후술하겠지만, 수학식 1에 따른 보정값(f(x))은 숏-텀(short-term) 온도 구간 시각화에 사용될 수 있다.

[수학식 2]

f(x)=a(x-mean)

a : 온도 센서별 변화율

또는 보정값은(f(x)) 수학식 2와 같이 저항값과 평균값의 차이값에 온도 센서별 변화율(a)을 곱하여 산출할 수 있다. 후술하겠지만, 수학식 2에 따른 보정값(f(x))은 롱-텀(long-term) 온도 구간 시각화에 사용될 수 있다.

이와 같은 시각화 장치(400,500,600)는 어레이 온도 센서 모듈(100)로부터 복수의 온도 센서에서 검출된 저항값을 수신하여 시각화를 수행하는 프로세서를 포함한다. 시각화 장치(400,500,600)는 유무선으로 어레이 온도 센서 모듈(100)에 연결되는 제1 내지 제3 시각화 장치(400,500,600) 중에 적어도 하나를 포함한다.

제1 시각화 장치(400)는 어레이 온도 센서 모듈(100)에 유선으로 연결된다. 제1 시각화 장치(400)는 랩톱, 데스크톱, 핸드헬드PC, 태블릿PC 또는 전용 단말기를 포함할 수 있다.

제2 및 제3 시각화 장치(500,600)는 어레이 온도 센서 모듈(100)에 통신망(300)을 매개로 무선으로 연결된다. 어레이 온도 센서 모듈(100)을 통신망(300)에 연결하기 위한 무선 게이트웨이(200)를 포함할 수 있다.

여기서 통신망(300)은 이동통신망 또는 근거리통신망을 포함할 수 있다. 이동통신망은 2G, 3G, 4G 및 5G 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 근거리통신망은 블루투스(bluetooth), BLE(Bluetooth Low Energy), WiFi(와이파이), 지그비(Zigbee), 적외선(IrDA, infrared Data Association), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband) 및 Ant+ 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제2 시각화 장치(500)는 통신망(300) 상에 구현된 서버일 수 있다. 서버는 클라우드 서버를 포함할 수 있다.

그리고 제3 시각화 장치(600)는 통신 단말기일 수 있다. 통신 단말기는 이동통신 단말기, 스마트폰, 랩톱, 데스크톱, 핸드헬드PC, 태블릿PC 또는 전용 단말기를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)에 대해서 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1의 어레이 온도 센서 모듈(100)을 보여주는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)은 인터페이스(10), 어레이 온도 센서(20), 브릿지 회로(30), 스위치(40), 신호 처리기(70), 및 제어기(80)를 포함한다. 인터페이스(10)는 시각화 장치(400,500,600)와 통신을 수행한다. 어레이 온도 센서(20)는 복수 지점에 형성되어 측정 대상의 표면 온도에 대한 저항값을 각각 검출하는 복수의 온도 센서를 포함하다. 브릿지 회로(30)는 어레이 온도 센서(20)가 연결되며, 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정한다. 스위치(40)는 복수의 온도 센서를 선택적으로 브릿지 회로(30)에 연결한다. 신호 처리기(70)는 브릿지 회로(30)에서 측정된 저항값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 제어기(80)는 스위치(40)를 제어하여 복수의 온도 센서를 선택적으로 브릿지 회로(30)에 연결하여 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정한다. 그리고 제어기(80)는 신호 처리부(70)로 디지털 신호로 변환된 저항값을 수신하고, 수신한 저항값을 인터페이스(10)를 통하여 시각화 장치(400,500,600)로 전송한다.

그리고 본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)은 인터페이스(10), 어레이 온도 센서(20), 브릿지 회로(30), 신호 처리기(70), 및 제어기(80)를 내장하되, 어레이 온도 센서(20)가 측정 대상을 향하게 배치되며, 측정 대상에 부착할 수 있는 패치(90)를 포함한다.

여기서 인터페이스(10)는 제어기(80)의 제어에 따라서 어레이 온도 센서(20)에서 측정한 저항값을 시각화 장치(400,500,600)로 전송한다. 인터페이스(10)는 유선 인터페이스(11) 및 무선 인터페이스(13) 중에 적어도 하나를 포함한다. 유선 인터페이스(11)는 제1 시각화 장치(400)와 유선으로 통신한다. 유선 인터페이스(11)는 USB, 직렬 포트(serial port) 또는 병렬 포트(parallel port)를 포함한다. 그리고 무선 인터페이스(13)는 제2 및 제3 시각화 장치(500,600)와 무선으로 통신한다. 무선 인터페이스(13)는 무선 안테나를 포함한다.

어레이 온도 센서(20)는 복수의 온도 센서를 포함한다. 복수의 온도 센서는 랜덤하게 배치되거나 규칙적으로 배치될 수 있다. 예컨대 복수의 온도 센서는 m×m 행렬(m, n은 2 이상의 자연수)로 배열될 수 있다.

온도 센서는 측정 대상의 표면 온도에 대응하는 저항값을 검출하는 측온저항체(RTD, Resistance Temperature Detector)이다. 예컨대 온도 센서는 백금(Pt) 저항으로 미엔더(meander) 패턴으로 형성될 수 있다.

브릿지 회로(30)는 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정한다. 브릿지 회로는 휘스톤 브릿지 회로일 수 있다. 브릿지 회로(30)는 제1 내지 제3 저항을 포함하고, 브릿지 회로(30)의 양단은 연결된 온도 센서의 저항값을 측정한다.

스위치(40)는 복수의 온도 센서를 선택적으로 하나의 브릿지 회로(30)에 연결한다. 스위치(40)는 브릿지 회로(30)의 일단과 복수의 온도 센서의 일단을 선택적으로 연결하는 제1 스위치(41)와, 브릿지 회로(30)의 타단과 복수의 온도 센서의 타단을 선택적으로 연결하는 제2 스위치(43)를 포함한다.

스위치(40)와 온도 센서 어레이(10)는 연결 케이블(50)을 매개로 전기적으로 연결된다. 연결 케이블(50)은 제1 스위치(41)와 복수의 온도 센서의 일단을 연결하는 제1 연결 케이블(51)과, 제2 스위치(43)와 복수의 온도 센서의 타단을 연결하는 제2 연결 케이블(53)을 포함한다. 연결 케이블(50)로는 FFC(flexible flat cable)가 사용될 수 있다. 제1 및 제2 연결 케이블(51,53)은 별도로 형성될 수도 있고 하나로 형성될 수 있다.

연결 케이블(50) 사이에는 커넥터(60)가 개재될 수 있다. 즉 스위치(40)와 연결되는 연결 케이블(50)의 폭과 어레이 온도 센서(20)에 연결되는 연결 케이블(50)의 폭이 서로 다를 수 있다. 일반적으로 어레이 온도 센서(20)에 연결되는 연결 케이블(50)의 폭이 좁고, 스위치(40)에 연결되는 연결 케이블(50)의 폭이 넓다. 커넥터(60)는 제1 연결 케이블(51) 사이에 개재된 제1 커넥터(61)와, 제2 연결 케이블(53) 사이에 기재되는 제2 커넥터(63)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 커넥터(61,63)는 별도로 형성될 수도 있고 하나로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)은 스위치(40)를 매개로 하나의 브릿지 회로(30)에 어레이 온도 센서(20)를 연결하여 복수의 온도 센서의 저항값을 각각 측정할 수 있다. 스위치(40)로는 아날로그 스위치가 사용될 수 있다.

본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)에서 스위치(40)를 적용한 이유는 다음과 같다.

어레이 온도 센서 모듈(100)의 회로 구성에 있어서, 가장 간단한 방법은 온도 센서별로 브릿지 회로를 연결하는 방법이다. 하지만 이렇게 연결할 경우, 온도 센서별로 브릿지 회로를 구성하기 위한 3개의 저항이 필요하기 때문에, 온도 센서의 개수가 증가할수록 어레이 온도 센서 모듈의 크기가 증가하고, 제조 비용 또한 증가하는 문제가 발생한다. 예컨대 3×3 행렬의 온도 센서를 구비하는 어레이 온도 센서 모듈의 경우, 27(9×3)개의 브릿지 회로용 저항이 필요하고, 4×4 행렬의 온도 센서를 구비하는 어레이 온도 센서 모듈의 경우, 48(16×3)개의 브릿지 회로용 저항이 필요하게 된다.

이러한 문제를 해소하기 위해서, 본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)은 스위치(40)를 사용하여 하나의 브릿지 회로(30) 사용으로도 어레이 온도 센서(20)에 대한 저항값 측정이 가능하다. 즉 스위치(40)를 매개로 브릿지 회로(30)와 어레이 온도 센서(20)를 연결하는 것이다. 이때 브릿지 회로(30)의 저항값 선택은, 어레이 온도 센서(20)에 포함되는 온도 센서별 저항 초기 측정값들에 대한 평균값이나, 가장 많은 온도 센서의 저항 분포값들에 유사한 저항값을 선택하여 적용할 수 있다.

신호 처리기(70)는 브릿지 회로(30)에서 측정된 저항값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 제어기(80)로 출력한다. 신호 처리기(70)는 아날로그 디지털 변환기(analog-digital converter; ADC)이다. 예컨대 신호 처리기(70)로는 LTC2481가 사용될 수 있다.

그리고 제어기(80)는 어레이 온도 센서 모듈(100)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 프로세서이다. 제어기(80)는 어레이 온도 센서(20)에서 측정된 저항값을 시각화 장치(400,500,600)로 전송한다.

제어기(80)는 스위치(40)를 제어하여 복수의 온도 센서를 선택적으로 브릿지 회로(30)에 연결하여 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정한다. 이때 제어기(80)는 GPIO(general-purpose input/output)로 스위치를 제어하여 복수의 온도 센서를 선택적으로 브릿지 회로(30)에 연결함으로써, 복수의 온도 센서로부터 저항값을 측정할 수 있다.

그리고 제어기(80)는 신호 처리부(70)로 디지털 신호로 변환된 저항값을 수신하고, 수신한 저항값을 인터페이스(10)를 통하여 시각화 장치(400,500,600)로 전송한다.

어레이 온도 센서(20)는, 전술된 바와 같이, m×m 행렬(m, n은 2 이상의 자연수)로 배열된 복수의 온도 센서를 포함할 수 있다. 여기서 도 3은 도 2의 어레이 온도 센서 모듈의 어레이 온도 센서(20)를 보여주는 사진이다.

도 3을 참조하면, 어레이 온도 센서(20)는 3×3 행렬로 배열된 온도 센서(21)를 구비한다. 이러한 어레이 온도 센서(20)는 베이스 기판(27)과, 베이스 기판(27) 위에 백금(Pt) 소재로 미엔더(meander) 패턴으로 패터닝된 복수의 온도 센서(21)를 구비하는 배선 패턴(21,23,25)을 포함한다. 온도 센서(21)는 백금(Pt) 저항이다.

여기서 베이스 기판(27)으로는 유연성을 갖는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.

그리고 배선 패턴(21,23,25)은 베이스 기판(27)의 일면에 형성된다. 배선 패턴(21,23,25)은 3×3 행렬로 배열된 온도 센서(21), 연결 패턴(23)을 매개로 온도 센서(21)들의 양단에 각각 연결되는 복수의 단자 패드(25)를 포함한다. 단자 패드(25)의 개수는 온도 센서(21)의 개수의 2배이다.

본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈(100)은 도 4와 같이 구현될 수 있다. 여기서 도 4는 도 2의 어레이 온도 센서 모듈(100)의 시제품을 보여주는 사진이다.

도 4를 참조하면, 어레이 온도 센서 모듈(100)은 도 3의 3×3 행렬의 어레이 온도 센서(20)를 포함한다.

어레이 온도 센서 모듈(100)은 모듈 본체(110)와 어레이 온도 센서(20)를 포함하고, 모듈 본체(110)와 어레이 온도 센서(20)는 연결 케이블(50)을 매개로 전기적으로 연결된다. 여기서 연결 케이블(50)은 FFC이다.

모듈 본체(110)는 인터페이스(10), 브릿지 회로(30), 스위치(40), 신호 처리기(70) 및 제어기(80)를 포함하며, 하나의 인쇄회로기판 위에 실장하여 제조하였다.

도 4에 도시된 어레이 온도 센서 모듈(100)은 연결 케이블(50)이 좀 길게 구현된 측면이 있지만, 연결 케이블(50)을 짧게 구현하고, 연결 케이블(50)을 굽혀 모듈 본체(110) 위 또는 아래로 어레이 온도 센서(20)를 위치시킴으로써 어레이 온도 센서 모듈(100)을 컴팩트하게 제조하는 것이 가능하다. 즉 패치(90) 내에 모듈 본체(110), 연결 케이블(50) 및 어레이 온도 센서(20)를 내장시킬 수 있다.

도 4에 따른 모듈 본체(110)에 도 3의 어레이 온도 센서(20)를 연결하여 초기 저항값을 측정하였고, 측정된 초기 저항값은 표 1과 같다.

1 2,77	2 2.58	3 2.61
4 2.59	5 2.43	6 2.71
7 2.43	8 2.33	9 2.57

도 4에 따른 모듈 본체(110)에 3×3 행렬의 다른 어레이 온도 센서를 연결하여 초기 저항값을 측정하였고, 측정된 초기 저항값은 표 2와 같다.

1 2,92	2 2.99	3 2.78
4 2.83	5 2.76	6 2.66
7 2.54	8 2.72	9 2.48

도 4에 따른 모듈 본체(110)에 4×4 행렬의 어레이 온도 센서를 연결하여 초기 저항값을 측정하였고, 측정된 초기 저항값은 표 3과 같다.

1 10.74	2 9.84	3 10.85	4 11.08
5 9.72	6 11.31	7 8.67	8 10.05
9 10.08	10 7.79	11 8.79	12 10.52
13 10.32	14 9.65	15 9.59	16 7.76

표 1 내지 표 3의 m×n 행렬로 표시된 초기 저항값은 m×n 행렬의 온도 센서에 각각 대응된다. 저항값의 단위는 ㏀이다.

초기 저항값은 온도 센서별로 상온에서 일정시간 동안 복수회 측정하여 평균한 값이다. 여기서 일정시간은 10초이며, 이것에 한정되는 것은 아니며, 20초, 30초, 1분 등이 될 수 있다.

이와 같이 표 1 내지 표 3을 참조하면, 실제 제작된 어레이 온도 센서는 온도 센서별로 초기 저항값이 모두 다르다. 물론 어레이 온도 센서의 제조 공정 최적화를 통하여 온도 센서별 초기 저항값의 차이는 줄일 수 있지만, 여전히 온도 센서별 초기 저항값이 동일할 수는 없다.

이로 인해 온도 센서들이 측정한 저항값을 그대로 사용하여 표면 온도를 시각화할 경우, 표면 온도를 정확하게 시각화할 수 없다. 따라서 온도 센서별 초기 저항값의 차이는 어레이 온도 센서의 온도 센서별 초기 저항값을 일정한 기준값으로 보정함으로써, 초기 저항값의 차이에 따른 문제를 해결하였다.

즉 온도 센서별 초기 저항값의 차이에 따라, 측정 대상의 표면 온도별로 온도 센서별로 측정된 저항값을 신호 처리기(70)로 신호 처리하면, 도 5와 같은 전압값으로 표현할 수 있다. 도 5는 도 2의 어레이 온도 센서 모듈로 측정된 전압값을 보여주는 그래프이다.

여기서 초기 전압값은 온도 센서별로 상온에서 측정한 값이다. 시각화 장치는 온도 센서별로 일정시간 동안 복수회 측정한 초기 전압값에 대한 평균값을 산출하여 저장한다. 초기 전압값으로 평균값을 저장할 수 있다.

다음으로 초기 전압값과 기준값(Reference value)과 차이값(기준값 - 초기 전압값)을 계산하여 저장한다. 그리고 온도 센서별로 측정되는 전압값에 차이값을 더해 보정해줌으로써, 도 6과 같이, 전압값을 기준값 근처로 보정할 수 있다. 온도 센서별 초기 전압값을 보정할 경우, 보정된 초기 전압값은 기준값과 모두 동일하게 된다.

예컨대 제1 온도 센서의 초기 전압값이 일정시간 동안 100이 평균값으로 측정 및 계산되었다면, 기준값인 0과의 차이값(0-100 = -100)을 저장한다. 그리고 제1 온도 센서에서 측정된 전압값에 차이값(-100)을 더해줌으로써, 제1 온도 센서에서 측정된 전압값을 기준값 근처로 보정할 수 있다.

나머지 온도 센서들에 대해서도 동일한 방식으로 나머지 온도 센서들에서 측정된 전압값을 기준값 근처로 보정할 수 있다.

이와 같은 보정 작업에 의해, 온도 센서별 보정된 초기 전압값들은 기준값으로 일치시킬 수 있다.

즉 온도 센서별로 측정되는 전압값들을 온도 센서별 초기 전압값으로 보정함으로써, 온도 센서별 전압값(저항값)의 분포가 기준값 주변으로 보정할 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 표면 온도 시각화 처리 시스템(700)은 측정 대상의 표면에서 측정된 온도 센서(21)별 초기 저항값에 대해서 기준값으로 보정함으로써, 고가의 온도 챔버를 활용한 복잡하고 정교한 캘리브레이션 과정 없이도, 표면에서의 열분포를 시각화할 수 있다.

[어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법]

이와 같은 본 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈을 기반으로 한 표면 온도 시각화 처리 방법에 대해서, 도 1, 도 2, 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 기반 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 흐름도이다. 그리고 도 8 내지 10은 도 7의 표면 온도 시각화 처리 방법에 따른 각 과정을 보여주는 도면들이다.

먼저 S10단계에서 시각화 장치(400,500,600)는 온도 센서(21)별 초기 저항값에 대한 평균값을 산출한다. 즉 어레이 온도 센서 모듈(100)을 상온에 노출시킨 상태에서 복수의 온도 센서(21)별로 일정시간 동안 복수회 초기 저항값을 측정한다. 시각화 장치(400,500,600)는 온도 센서(21)별 초기 저항값들을 어레이 온도 센서 모듈(100)로부터 수신하여, 온도 센서(21)별로 초기 저항값에 대한 평균값을 산출하여 저장한다.

다음으로 S20단계에서 어레이 온도 센서 모듈(100)이 저항값을 측정하다. 즉 어레이 온도 센서 모듈(100)을 표면 온도를 측정하고자 하는 측정 대상의 표면에 부착한다. 어레이 온도 센서 모듈(100)은 복수의 온도 센서(21)별로 측정 대상의 표면 온도를 저항값으로 각각 측정한다. 온도 센서(21)별 저항값은, 초기 저항값과 동일한 방식으로, 일정시간 저항값을 측정한 후 평균한 값을 측정된 저항값으로 사용할 수 있다.

다음으로 도 8에 도시된 바와 같이, S30단계에서 시각화 장치(400,500,600)는 온도 센서(21)별로 측정된 저항값을 x변수로 저장한다. 시각화 장치(400,500,600)는 측정된 저항값을 색상범위로 매칭하기 위해서, 저항값의 최대/최소 변위폭(범위)를 확인한다.

다음으로 도 9에 도시된 바와 같이, S40단계에서 시각화 장치(400,500,600)는 온도 센서(21)별로 측정한 저항값들을 온도 센서(21)별 평균값으로 보정하여 보정값을 산출한다.

그리고 도 10에 도시된 바와 같이, S50단계에서 시각화 장치(400,500,600)는 온도 센서(21)별 보정값들을 히트맵 시각화 프로세스로 처리하여 시각화하다. 즉 시각화 장치(400,500,600)는 온도 센서(21)별 보정값들을 히트맵 시각화 프로세스를 거쳐 0~256 범위 내의 그레이 스케일(gray scale)값으로 변환하여 시각화한다.

여기서 보정값은, 수학식 1과 같이, 저항값과 평균값의 차이로 산출할 수 있다.

또는 보정값은, 수학식 2와 같이, 저항값과 평균값의 차이값에 온도 센서별 변화율을 곱하여 산출할 수 있다.

그레이 스케일값은 아래의 수학식 3으로 산출할 수 있다.

[수학식 3]

수학식 3은 스케일 값이 ×1인 경우이며, 스케일 값은 ×5, ×10, ×100, ×200 등이 될 수 있다.

스케일 값을 조정해 줌으로 온도 변화에 따른 반응 크기를 조정해 줄 수 있다. 일반적인 히트맵 시각화에서 '0'은 붉은색으로, '128'은 녹색으로, '256'을 보라색으로 처리한다. 하지만 본 실시예에서는 시각화 관점에서의 직관성을 높이기 위해서, 일반적인 히트맵 시각화를 역순으로 처리하여 고온에서 붉은색 시각화를 수행하였다.

[숏-텀(short-term) 온도 구간 시각화]

한편 어레이 온도 센서는 앞에서 살펴본 바와 같이, 온도 센서별로 초기 저항값에 차이가 있을 뿐만 아니라 온도 특성도 서로 다르다. 즉 도 11과 같이 온도 센서별로 보정을 진행하는 경우, 온도 센서들의 초기 저항값은 기준값으로 맞출 수 있다. 여기서 도 11은 도 6의 보정된 온도 센서별 측정 전압값을 보여주는 그래프이다.

하지만 온도 센서별로 온도 특성이 상이하기 때문에, 온도 센서들은 온도 변화에 따른 저항값의 크기 변화가 달라지게 된다. 즉 온도 센서별 초기 저항값의 차이에 따라, 온도별 온도 센서들의 신호 처리 후 온도 변화에 따른 측정 전압값들의 변화율(기울기)에 차이가 발생한다.

도 11에서 개념적으로 설명한 어레이 온도 센서의 온도 센서별 온도 특성이 서로 다른 점에 대해서, 도 12 및 도 13에 도시된 3×3 행렬의 어레이 온도 센서 및 4×3 행렬의 어레이 온도 센서의 온도 센서별 온도 변화에 따른 저항값의 변화율을 실험적으로 측정한 데이터를 기반으로 설명하면 다음과 같다.

여기서 도 12는 3×3 행렬의 어레이 온도 센서의 온도 센서별 온도 변화에 따른 저항 변화율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 13은 4×3 행렬의 어레이 온도 센서의 온도 센서별 온도 변화에 따른 저항 변화율을 보여주는 그래프이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 어레이 온도 센서의 온도 센서별로 온도 변화에 따른 저항 변화율이 서로 다른 것을 확인할 수 있다.

한편 25도 내지 45도의 숏-텀(short-term) 온도 구간(S)에서의 온도 변화에 저항 변화율을 살펴보면, 어레이 온도 센서의 온도 센서별 저항 변화율에 차이가 미세함을 확인할 수 있다. 그리고 측정 대상이 인체의 피부인 경우에 있어서, 숏-텀 온도 구간(S)을 35도 내지 42도 범위로 한정하더라도, 어레이 온도 센서의 온도 센서별 저항 변화율에 차이가 미세함을 확인할 수 있다.

이와 같이 숏-텀 온도 구간(S)에서는 온도 변화에 대한 온도 센서별 저항 변화율, 즉 기울기 차이를 무시할 수 있다고 가정하고, 온도 센서별 온도 저항값의 변화값을 기준으로 상대적인 열분포 시각화를 수행할 수 있다.

즉 시각화 장치는 숏-텀 온도 구간(S)에서 온도 센서별 온도에 대한 저항값의 변화율 기울기가 동일하고 저항값의 분포 차이만 존재한다고 단순화한다. 그리고 온도 센서별 초기 저항값과 기준값과의 차이를 보정하여, 온도 센서별 저항값의 분포가 기준값 주변에서 변화하도록 변경하여 열분포 시각화를 수행한다.

이와 같은 본 실시예에 따른 숏-텀 온도 구간(S)의 표면 온도 시각화 처리 방법을 도 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법에 있어서, 숏-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 흐름도이다.

숏-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법은 보정값을 산출하는 S45단계를 제외하면 도 6에 따른 표면 온도 시각화 처리 방법과 동일한 순서로 진행될 수 있다.

S45단계에서 보정값은, 수학식 1과 같이, 저항값과 평균값의 차이로 산출한다. 즉 S45단계에 따른 보정을 통해서, 온도 센서별 초기 저항값들이 기준값인 '0'으로 일치하게 되고, 온도 변화에 따른 기울기 값의 차이는 숏-텀 온도 구간이므로 무시하여 처리할 수 있다.

도 15 내지 도 17은 도 14의 숏-텀(short-term) 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 사진들이다.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 도 4에 도시된 어레이 온도 센서 모듈을 사용하여 숏-텀(short-term) 온도 구간의 표면 온도 시각화를 수행하였다. 시각화 장치로는 노트북을 사용하였다. 어레이 온도 센서 모듈은 USB를 이용하여 시각화 장치에 연결하였다.

도 15에 도시된 바와 같이, 시각화 장치는 어레이 온도 센서 모듈을 상온에 노출시켜 온도 센서별 초기 저항값에 대한 평균값을 산출한다. 그리고 시각화 장치는 초기 저항값에 대한 보정을 진행한 후 히트맵 시각화 프로세스로 처리하여 시각화 하였다. 시각화 장치가 상온에 대해서 초록색으로 시각화한 것을 확인할 수 있다. 여기서 시각화 장치는 어레이 온도 센서에 대응되는 일정 영역, 즉 사각 영역을 전체적으로 초록색으로 시각화하여 표시한다.

다음으로 도 16에 도시된 바와 같이, 실험자가 오른손의 검지로 어레이 온도 센서에 접촉한 상태에 대한 시각화 장치의 표면 온도 시각화 결과를 보여준다.

실험자가 어레이 온도 센서의 왼쪽 상단의 모서리를 검지로 접촉하였기 때문에, 시각화 장치는 검지로 접촉된 지점이 다른 지점과 구별되게 붉은색으로 시각화하여 표시한다. 시각화 장치는 검지가 접촉된 지점에서 멀어질수록 붉은색에서 초록색으로 점진적으로 변화시켜 표시한다.

다음으로 도 17에 도시된 바와 같이, 실험자가 양손의 검지로 어레이 온도 센서의 두 지점에 접촉한 상태에 대한 시각화 장치의 표면 온도 시각화 결과를 보여준다.

실험자가 어레이 온도 센서의 중간 부분의 양쪽을 양손의 검지로 접촉하였기 때문에, 시각화 장치는 양손의 검지로 접촉된 지점이 다른 지점과 구별되게 붉은색으로 시각화하여 표시한다. 시각화 장치는 양손의 검지가 접촉된 지점에서 멀어질수록 붉은색에서 초록색으로 점진적으로 변화시켜 표시한다.

양손의 검지에서 어레이 온도 센서의 두 지점에 인가된 열이 어레이 온도 센서에 전체적으로 전달되고 있는 상황 또한 시각화 장치는 시각적으로 표시하는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 숏-텀 온도 구간에 속하는 인체의 피부 온도 측정 시, 본 실시예에 따른 숏-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법이 유용하게 사용됨을 확인하였다.

[롱-텀(long-term) 온도 구간 시각화]

한편 도 11에서 살펴본 바와 같이, 온도 센서별 초기 저항값의 차이에 따라, 온도별 온도 센서들의 신호 처리 후 온도 변화에 따른 측정 전압값들의 변화율(기울기)에 차이가 발생한다.

숏-텀 온도 구간(S)에서는 온도 센서별 온도 변화에 따른 저항 변화율을 무시할 수 있지만, 45도 이상의 온도 구간과 같이 롱-텀(long-term) 온도 구간(L)에서는 저항 변화율을 무시할 수 없다. 즉 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 롱-텀 온도 구간(L)에서 온도 센서별 저항 변화율의 차이가 분명함을 확인할 수 있다.

롱-텀 온도 구간(L)은 저항 변화율을 무시할 수 없는 온도 구간으로서, 어레이 온도 센서로 측정 가능한 온도 범위에서 결정될 수 있다. 예컨대 롱-텀 온도 구간(L)은 20도 이하의 저온 구간과 45도 이상의 고온 구간을 포함할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 롱-텀 온도 구간(L)의 표면 온도 시각화 처리 방법은 설비, 배터리 등을 측정 대상으로 하는 경우에 적용될 수 있다.

시각화 장치는 롱-텀 온도 구간(L)에서 온도 변화에 대한 온도 센서별 저항 변화율의 기울기 차이를 무시할 수 없을 만큼 분명하게 있다고 가정하고, 온도 센서별 온도 저항값의 변화율을 기준으로 상대적인 열분포 시각화를 수행한다.

시각화 장치는 온도 센서별 온도에 대한 초기 저항값과 변화율 기울기가 모두 다르기 때문에, 온도 센서별 초기 저항값과 기준값의 차이를 보정하여, 온도 센서별 저항값의 분포가 기준값 주변에서 변화하도록 변경한다. 그리고 시각화 장치는 온도 센서별 온도 특성에 따른 변환함수로 처리함으로써, 측정 대상의 표면에서의 열분포를 보다 정확하게 시각화할 수 있다. 여기서 변환함수는 온도 센서별 변화율(a)이다.

이와 같은 본 실시예에 따른 롱-텀 온도 구간(L)의 표면 온도 시각화 처리 방법을 도 18을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법에 있어서, 롱-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 흐름도이다.

롱-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법은 보정값을 산출하는 S47단계를 제외하면 도 6에 따른 표면 온도 시각화 처리 방법과 동일한 순서로 진행될 수 있다.

S47단계에서 보정값은, 수학식 2와 같이, 저항값과 평균값의 차이로 산출한다. 즉 S47단계에 따른 보정을 통해서, 온도 센서별 초기 저항값들이 기준값인 '0'으로 일치하게 되고, 롱-텀 온도 구간에 따른 온도 변화에 따른 기울기 값의 차이는 온도 센서별 변화율로 보정하여 보정값을 산출한다.

S47단계에 따른 보정하는 단계를, 3×3 행렬의 어레이 온도 센서를 기준으로 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

시각화 장치는 상온에서 일정 시간 동안 온도 센서별 초기 저항값을 측정 및 평균하여 x1 변수에 저장하고, 이때의 제1 변환수치값(실제온도가 아니어도 됨)을 y1으로 저장한다.

다음으로 측정 대상의 표면에 어레이 온도 센서를 탑재한 후, 시각화 장치는 일정 시간 동안 온도 센서별로 측정된 저항값을 x2변수로 저장하고, 이때의 제2 변환수치값(실제온도가 아니어도 됨)을 y2로 저장한다.

여기서 중요한 점은 정밀한 상용 온도계나 온도 챔버를 이용하여 제1 및 제2 변환수치값을 설정하지 않아도 된다는 점이다. 단지, 서로 다른 두 매체의 표면에 어레이 온도 센서를 위치하고 이때의 변환수치값을 임의의 값으로 사용자가 정하면 된다는 점이다.

예컨대 제1 변환수치값을 10으로, 제2 변환수치값을 20으로 임의로 설정한 후, 시각화 장치는 어레이 온도 센서의 온도 센서별 변화율(a) 즉 온도 특성 기울기를 계산하면 표 4와 같다.

그리고 시각화 장치는 저항값(x2)과 평균값(x1)의 차이값에 온도 센서별 변화율(a)을 곱하여 보정값을 산출한다.

이와 같이 롱-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화는 온도 센서별 저항값의 변화율의 차이에 대응하는 온도 센서별 변화율(a)을 반영하여 온도 센서별로 측정된 저항값을 보정함으로써, 롱-텀 온도 구간에서도 보다 정확하게 표면 온도에 대한 시각화를 수행할 수 있다.

도 19 내지 도 23은 도 18의 롱-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화 처리 방법을 보여주는 사진들이다.

도 19 내지 도 23을 참조하면, 도 4에 도시된 어레이 온도 센서 모듈을 사용하여 롱-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화를 수행하였다. 시각화 장치로는 노트북을 사용하였다. 어레이 온도 센서 모듈은 USB를 이용하여 시각화 장치에 연결하였다.

롱-텀 온도 구간의 표면 온도 시각화는, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 고온 조건과 저온 조건에서 진행하였다.

도 19에서 고온 조건은 60도 내지 80도 이다. 고온 조건의 표면 시각화는 온수가 담긴 종이 컵을 어레이 온도 센서에 접촉시켜 진행하였다.

도 20에서 저온 조건은 10도 내지 20도 이다. 저온 조건의 표면 시각화는 냉수가 담긴 종이 컵을 어레이 온도 센서에 접촉시켜 진행하였다.

도 21에 도시된 바와 같이, 시각화 장치는 어레이 온도 센서 모듈을 상온에 노출시켜 온도 센서별 초기 저항값에 대한 평균값을 산출한다. 그리고 시각화 장치는 초기 저항값에 대한 보정을 진행한 후 히트맵 시각화 프로세스로 처리하여 시각화 하였다. 시각화 장치가 상온에 대해서 초록색으로 시각화한 것을 확인할 수 있다. 여기서 시각화 장치는 어레이 온도 센서에 대응되는 일정 영역, 즉 사각 영역을 전체적으로 초록색으로 시각화하여 표시한다.

다음으로 도 22에 도시된 바와 같이, 시각화 장치는 도 19와 같이 온수가 담긴 종이 컵을 어레이 온도 센서에 접촉한 상태에 대한 시각화 장치의 표면 온도 시각화 결과를 보여준다. 이때 시각화 장치는 수학식 2로 온도 센서별로 측정된 저항값에 대한 보정을 수행하였다.

시각화 장치는 고온 조건에 대응되게 측정 대상인 종이 컵의 표면 온도를 시각화하여 붉은색으로 표시한다. 시각화 장치는 측정 대상의 온도 변화에 따라서 붉은색의 강도를 다르게 표시한다.

그리고 도 23에 도시된 바와 같이, 시각화 장치는 도 20와 같이 냉수가 담긴 종이 컵을 어레이 온도 센서에 접촉한 상태에 대한 시각화 장치의 표면 온도 시각화 결과를 보여준다. 이때 시각화 장치는 수학식 2로 온도 센서별로 측정된 저항값에 대한 보정을 수행하였다.

시각화 장치는 저온 조건에 대응되게 측정 대상인 종이 컵의 표면 온도를 시각화하여 푸른색으로 표시한다. 시각화 장치는 측정 대상의 온도 변화에 따라서 푸른색의 강도를 다르게 표시한다.

한편 숏-텀 온도 구간에서는 어레이 온도 센서의 온도 센서별 저항 변화율에 차이가 미미하기 때문에, 시각화 장치는 숏-텀 온도 구간에서 온도 센서별 온도에 대한 저항값의 변화율이 동일하다고 보고 수학식 1로 보정값을 산출하여 표면 온도의 시각화를 수행하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 시각화 장치는 숏-텀 온도 구간에서도 수학식 2로 보정값을 산출하여 표면 온도의 시각화를 수행할 수 있다.

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

100 : 어레이 온도 센서 모듈 10 : 인터페이스
11 : 유선 인터페이스 13 : 무선 인터페이스
20 : 어레이 온도 센서 21 : 온도 센서
23 : 연결 패턴 25 : 단자 패드
27 : 베이스 기판 30 : 브릿지 회로
40 : 스위치 41 : 제1 스위치
43 : 제2 스위치 50 : 연결 케이블
51 : 제1 연결 케이블 53 : 제2 연결 케이블
60 : 커넥터 61 : 제1 커넥터
63 : 제2 커넥터 70 : 신호 처리기
80 : 제어기 90 : 패치
110 : 모듈 본체 200 : 무선 게이트웨이
300 : 통신망 400 : 제1 시각화 장치
500 : 제2 시각화 장치 600 : 제3 시각화 장치
700 : 표면 온도 시각화 처리 시스템

Claims (12)

1. 측정 대상의 일정 영역에 부착되어 상기 일정 영역의 복수 지점에 대한 표면 온도를 저항값으로 검출하여 출력하는 복수의 온도 센서를 구비하는 어레이 온도 센서 모듈; 및
   상기 어레이 온도 센서 모듈로부터 수신한 복수 지점에 대한 저항값을 표면 열분포로 시각화하는 시각화 장치;를 포함하고,
   상기 시각화 장치가 25도 내지 45도 구간에서 상기 일정 영역에 대한 열분포를 시각화하는 경우,
   상기 복수의 온도 센서별로 상온에서 일정시간 동안 복수회 측정한 초기 저항값에 대한 평균값을 산출하고,
   상기 복수 지점에서 측정된 상기 복수의 온도 센서별로 저항값을 x변수로 저장하고,
   상기 온도 센서별로 저항값들을 각각 상기 평균값으로 보정하여 보정값을 산출하고,
   상기 보정값들을 상기 히트맵 시각화 프로세스를 거쳐 0~256 범위 내의 그레이 스케일(gray scale)값으로 변환하여 시각화하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보정값은 저항값과 평균값의 차이로 산출하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 어레이 온도 센서 모듈은,
   상기 시각화 장치와 통신을 수행하는 인터페이스;
   복수 지점에 형성되어 측정 대상의 표면 온도에 대한 저항값을 각각 검출하는 상기 복수의 온도 센서를 포함하는 어레이 온도 센서;
   상기 어레이 온도 센서가 연결되며, 상기 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정하는 브릿지 회로;
   상기 복수의 온도 센서를 선택적으로 상기 브릿지 회로에 연결하는 스위치;
   상기 브릿지 회로에서 측정된 저항값을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 신호 처리기; 및
   상기 스위치를 제어하여 상기 복수의 온도 센서를 선택적으로 상기 브릿지 회로에 연결하여 상기 복수의 온도 센서에서 각각 검출된 저항값을 측정하고, 상기 신호 처리부로 디지털 신호로 변환된 저항값을 수신하고, 수신한 저항값을 상기 인터페이스를 통하여 상기 시각화 장치로 전송하는 제어기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 브릿지 회로는 휘스톤 브릿지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어기는 GPIO(general-purpose input/output)로 상기 스위치를 제어하여 상기 복수의 온도 센서를 선택적으로 상기 브릿지 회로에 연결하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
6. 제3항에 있어서,
   상기 어레이 온도 센서는 m×m 행렬(m, n은 2 이상의 자연수)로 배열된 복수의 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
7. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 온도 센서는 FFC(flexible flat cable)를 매개로 상기 스위치에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
8. 제3항에 있어서, 상기 인터페이스는,
   상기 시각화 장치와 유선으로 통신하는 유선 인터페이스; 및
   상기 시각화 장치와 무선으로 통신하는 무선 인터페이스;
   중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
9. 제3항에 있어서, 상기 어레이 온도 센서 모듈은,
   상기 인터페이스, 상기 어레이 온도 센서, 상기 브릿지 회로, 상기 신호 처리기, 및 상기 제어기를 내장하되, 상기 어레이 온도 센서가 상기 측정 대상을 향하게 배치되며, 상기 측정 대상에 부착할 수 있는 패치;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 시각화 장치가 35도 내지 42도 구간에서 상기 일정 영역에 대한 열분포를 시각화하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 시스템.
11. 시각화 장치가, 측정 대상의 일정 영역에 부착되어 상기 일정 영역의 복수 지점에 대한 표면 온도를 저항값으로 검출하여 출력하는 복수의 온도 센서를 구비하는 어레이 온도 센서 모듈로부터 수신한 복수 지점에 대한 저항값을 표면 열분포로 시각화하는 방법으로,
    상기 시각화 장치가 25도 내지 45도 구간에서 상기 일정 영역에 대한 열분포를 시각화하는 경우,
    상기 시각화 장치가 상기 복수의 온도 센서별로 상온에서 일정시간 동안 복수회 측정한 초기 저항값에 대한 평균값을 산출하는 단계;
    상기 시각화 장치가 상기 복수 지점에서 측정된 상기 복수의 온도 센서별로 저항값을 x변수로 저장하는 단계;
    상기 시각화 장치가 상기 온도 센서별로 저항값들을 각각 상기 평균값으로 보정하여 보정값을 산출하는 단계; 및
    상기 시각화 장치가 상기 보정값들을 상기 히트맵 시각화 프로세스를 거쳐 0~256 범위 내의 그레이 스케일(gray scale)값으로 변환하여 시각화 단계;
    를 포함하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 보정값은 저항값과 평균값의 차이로 산출하는 것을 특징으로 하는 어레이 온도 센서 모듈 기반 표면 온도 시각화 처리 방법.

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