WO2023075382A1 - 펜탄 가스 센서, 센서플렛폼 및 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템 - Google Patents

펜탄 가스 센서, 센서플렛폼 및 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템 Download PDF

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pentane gas
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이윤식
김선유
김지원
백정민
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Definitions

  • the present invention relates to a pentane gas sensor, a sensor platform, and a monitoring system using the sensor platform.
  • Low Explosive Limitation level of high sensitivity and low-concentration micro-measurement of pentane gas sensors, sensor platforms, and monitoring systems using sensor platforms.
  • electrochemical gas sensor and the optical gas sensor have many advantages such as fast response time, stability and lifespan, and have advantages in gas detection targeting pentane gas.
  • gas sensors in the form of synthesizing metal oxide nanowires, carbon nanotubes, and graphene in a bottom-up method and integrating them on a substrate are actively progressing at national research institutes and universities.
  • development of technology that achieves mass productivity and uniformity essential for industrialization to the level of commercialization has not been carried out.
  • nanomaterial-based gas sensors Recently, research has been conducted in the United States, Europe, and Japan to increase the sensitivity and selectivity of sensors by combining 1D nanomaterial-based gas sensors, including metal semiconductor nanowires and carbon nanotubes, with nanocatalyst particles and 1D nanomaterials. is actively underway.
  • Korean Patent Registration No. 10-1325267 Korean Utility Model Registration No. 20-10351290, Korean Patent Registration No. 10-0363576, Korean Patent Registration No. 10-0994779
  • the present invention was made to solve the above problems, and to enable a preemptive and automated response to pentane gas, a harmful explosive gas, a high sensitivity and low concentration of 20% LEL (Low Explosive Limitation) level under a specific working environment.
  • An object of the present invention is to provide a pentane gas sensor capable of micromeasurement, a sensor platform, and a monitoring system using the sensor platform.
  • the present invention collects/analyzes data (DATA) between a pentane gas sensor and a plurality of pentane gas sensors as well as a predetermined pentane gas high level reference value in a sudden leak situation to predict an emergency situation in advance, thereby providing an alarm (ALARM) alarm and emergency system
  • DATA data
  • AARM alarm
  • An object of the present invention is to provide a monitoring system using a pentane gas sensor, a sensor platform, and a sensor platform that can be stopped.
  • the present invention is a sensor structure including sensors, semiconductors for sensors, communication functions, and artificial intelligence to detect harmful gases such as methane, ethanol, and benzene generated in manufacturing workplaces, factories, and industrial complexes in addition to pentane gas.
  • Gas detection according to application The purpose of the present invention is to provide a monitoring system using a pentane gas sensor, a sensor platform, and a sensor platform capable of
  • the present invention uses an electrochemical sensor technology using a solid electrolyte and a catalyst, which is a sensor method specialized for pentane gas, which is different from the conventional optical method and semiconductor method, and uses a catalytic action with metal-oxides in real time.
  • the purpose is to provide a pentane gas sensor, a sensor platform, and a monitoring system using the sensor platform that can preemptively respond to harmful gas accidents by collecting, automatically analyzing and predicting the output data of the pentane sensor.
  • the present invention is a means for achieving the above object,
  • a heater substrate a solid electrolyte layer formed as a single layer on the heater substrate; a plurality of sensing electrodes formed on top of the solid electrolyte; a reference electrode electrically spaced apart from these sensing electrodes and deposited on the substrate; A charge collector installed above the sensing electrode and the reference electrode; provides a pentane gas sensor.
  • the present invention is another means for achieving the above object,
  • a pentane gas sensor configured to measure pentane gas and composed of a substrate, a sensing electrode, a reference electrode, and a charge collector; a temperature and humidity sensor for measuring temperature and humidity; Different types of sensors can be supported while supporting different sensor signal sensing (voltage, current, resistance change) block, amplifier, filter, ADC (Analog-to-Digital Converter), controller signal processing, low power/high resolution dual mode for each sensor Channel integrated signal processing process and signal detection unit that minimizes current consumption and XDC (X-to-Digital Converter) that can convert digital signals without ADC a sensor semiconductor supporting a high-resolution mode capable of detecting unit gas; an MCU controlling the sensor semiconductor to obtain data and to control data transmission through a wireless communication module; It provides a sensor platform comprising a wireless communication module for transmitting data under the control of an MCU.
  • the sensor semiconductor of the present invention is characterized in that it can digitize and store input signals and perform low resolution (8-bit ADC function) and low-power, high-resolution (16-bit ADC function) functions depending on the mode.
  • the sensor semiconductor of the present invention measures the number of modes in which the ROIC can adjust power and resolution, and the sensor operation in the IoT environment enables the sensor to operate for months and years, and the sensor operates with low power, , It is characterized by providing a high-performance (high resolution) function to increase the accuracy of the sensor.
  • the present invention is another means for achieving the above object,
  • a pentane gas sensor for measuring pentane gas;
  • a pentane sensor that measures pentane gas, a temperature and humidity sensor that measures temperature and humidity, and sensor signal sensing (voltage, current, and resistance change amount) that are different for each sensor block, amplifier, filter, ADC (Analog-to-Digital Converter), controller signal processing , XDC (X-to-Digital Converter) that can convert digital signal without using ADC and signal detection unit that minimizes current consumption and multi-channel integrated signal processing process that can support various types of sensors while supporting low power/high resolution dual mode
  • a sensor semiconductor that supports a low-power mode and a high-resolution mode capable of detecting gas in ppm/ppb units, such as a low-noise signal detection unit and high-resolution ADC, obtains data while controlling the sensor semiconductor, and controls data transmission through a wireless communication module.
  • a sensor platform including an MCU to transmit data under the control of an MCU and a wireless communication module; And a data collection unit that smoothly collects data such as pentane sensors, temperature and humidity sensors, and indoor/outdoor environmental information, data analysis unit that performs technical statistical analysis of data, time series analysis, and M/L, D/L algorithm-based prediction and processing/operation, It provides a monitoring system characterized in that it includes; a server consisting of a data operation unit that performs analysis, streaming, and storage in stages to display statistical analysis results and prediction results of the model.
  • the processing/computation of the present invention establishes a storage processing system for input data (separate storage in units of year, month, day, hour, and minute) Receives row data in the form of text and calculates and analyzes it through normalization
  • the process of pre-processing to be used in the web, etc., and the process of saving the file in csv format for analysis and saving it as rdbms that can be used in the Web or other programs are performed. It is characterized in that a calculation process is performed to store in each statistical location after statistical calculation such as average, maximum value, minimum value in units of 10 minutes and units of 1 hour.
  • the analysis of the present invention analyzes the predictability of similar environments based on the data accumulated by the correlation analysis graph and multiple correlation analysis of pentane gas, such as temperature, humidity, atmospheric pressure, etc., through the correlation analysis function between each data that has undergone processing / calculation. It is characterized by doing.
  • the storage of the present invention has properties of time-series data in which values of sensors and data such as temperature, humidity, and atmospheric pressure change over time depending on the surrounding environment, a specific period (eg, 30 minutes, 1 hour, 5 hours) While windowing data at specific time intervals (e.g., 1 minute, 5 minutes, 30 minute intervals, etc.), configure a data set for the model to learn and save it in the form of a file. (or loaded (separated and loaded into a matrix and reshaped into 3-dimensional data in the form of a cube)).
  • the present invention collects/analyzes data (DATA) between a pentane gas sensor and a plurality of pentane gas sensors as well as a predetermined pentane gas high level reference value in a sudden leak situation to predict an emergency situation in advance, thereby providing an alarm (ALARM) alarm and emergency system has a stopping effect.
  • DATA data
  • AARM alarm
  • the present invention is composed of 10 steps and facilities in the production of polyurethane foam using pentane gas, and as it has different characteristics in each process, advance warning and emergency stop are made in conjunction with the characteristics and facilities of each plant. It has the effect of preventing an explosion accident of gas.
  • the present invention is a sensor structure including sensor + sensor semiconductor + communication function + artificial intelligence to detect harmful gases such as methane, ethanol, and benzene generated in manufacturing workplaces, factories, and industrial complexes in addition to pentane gas, and gas detection is possible according to application By doing so, as regulations on environmental pollution are strengthened, there is an effect of facilitating measurement of various environmentally harmful gases.
  • the monitoring system of the present invention When the monitoring system of the present invention operates in a low power mode, there is an effect of facilitating compression sensing-based signal processing for improving the quality of low-resolution sensor data transmitted from the sensor unit.
  • the present invention uses an electrochemical sensor technology using a solid electrolyte and a catalyst, which is a sensor method specialized for pentane gas, which is different from the conventional optical method and semiconductor method, and uses a catalytic action with metal-oxides in real time. It has the effect of preemptively responding to harmful gas accidents by collecting and automatically analyzing/predicting the output data of the pentane sensor.
  • FIG. 1 is a diagram showing a pentane gas sensor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a sensor platform including the pentane gas sensor of FIG. 1 .
  • Figure 3 is a diagram showing the step-by-step process of signal amplification, filtering, signal conversion and control by detecting pentane gas in the sensor platform shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a monitoring system for identifying and analyzing data using a phenolic sensor gas and a sensor platform according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a detailed configuration of a monitoring system for grasping and analyzing data of FIG. 4 .
  • FIG. 1 is a diagram showing a pentane gas sensor according to the present invention.
  • the pentane gas sensor 100 of the present invention includes a heater substrate 110 maintaining temperature and serving as a substrate for an element, a solid electrolyte layer 120 formed on the heater substrate, and , the sensing electrode 130 forming a plurality of arrays on top of the solid electrolyte 120, the same number of reference electrodes 140 formed in parallel as the sensing electrodes 130, the sensing electrode 130 and the reference electrode ( It is characterized in that it is configured to include a charge collector 150 installed in 140).
  • the pentane gas sensor 100 Since pentane gas is very explosive, the pentane gas sensor 100 having the above characteristics is essential to detect a low concentration of 20% LEL .
  • the pentane gas sensor 100 can secure sensor performance and reliability by applying a heater-integrated solid electrolyte-based technology and a sensor semiconductor.
  • the heater substrate 110 is an alumina or silicon oxide substrate including a heater formed using a circuit made of a metal having relatively high electrical resistance and high thermal durability at the bottom thereof, and can supply thermal energy required for a catalytic reaction.
  • the solid electrolyte layer 120 is a ceramic material containing elements such as barium, zirconium, cerium, yttrium, and ytterbium, and allows ion movement by diffusion.
  • the sensing electrode 130 may be formed of a composite formed by using oxides of nickel, iridium, iron, chromium, gold, and the like in a certain ratio.
  • the reference electrode 140 may be formed of a material such as palladium, V2O5, nickel, or platinum.
  • the sensing electrode 130 and the reference electrode 140 are composed of a plurality and are installed on top of the solid electrolyte 120 at a predetermined distance from each other.
  • the charge collector 150 is installed on the sensing electrode 130 and the reference electrode 140 to measure a potential difference due to a difference in local ion concentration between the sensing electrode 130 and the reference electrode 140.
  • the solid electrolyte layer 120, the sensing electrode 130, and the reference electrode 140 are formed by a doctor blade or screen printing method, and sintered after the formation process, At this time, after the evaluation of physical properties, other components can be formed.
  • the driving principle of the pentane gas sensor 100 is the oxidative dehydrogenation reaction (C5H12 + O2- ⁇ C5H10 + H2O + 2e-) of pentane for detecting pentane gas on the surface of the sensing electrode. ) and oxidation reaction (C5H12 + 16O2- ⁇ 5CO2 + 6H2O + 32e-) to generate a potential difference.
  • the reactivity ratio of the oxidative dehydrogenation reaction and the oxidation reaction varies according to the element ratio of the composite, and accordingly, the ion concentration generated at each sensing electrode varies. .
  • the reference electrode 140 as a counter electrode of the sensing electrode 130, is active by causing a water reduction reaction (H2O + 2e- ⁇ H2 + O2-), which is an oxidation-reduction pair reaction to the oxidation reaction of pentane.
  • Oxygen ions (O2-) are supplied to the device to accelerate the oxidation reaction.
  • the local ion concentration difference generated by these series of shapes diffuses and moves through the solid electrolyte layer 120, and through this, a potential difference is formed in each sensing electrode and reference electrode pair.
  • the charge collector 150 is electrically connected to each pair of sensing electrodes and reference electrodes to measure a plurality of potential difference values, and through the plurality of potential difference values, the concentration of reactants and by-products of the reaction and the goal and design of the pentane gas sensor Minimize possible errors from exposure to other gases.
  • the pentane gas sensor 100 is selected in consideration of the potential gas leakage path, since pentane gas is heavier than air and is spread on the floor, the pentane gas sensor 100 is installed at a height of 30 cm from the floor. The installation prevents contamination and damage while allowing the gas to be properly measured.
  • the distance between the pentane gas sensors 100 is determined to be 12 to 13 m and can be measured on the basis of 20% LEL (Low Explosive Limitation) every 2 minutes.
  • the distance and time may be changed by reflecting the actual workplace situation and the location of the potential gas leak point.
  • the pentane gas sensor 100 is an alarm (ALARM) alarm and an emergency system shutdown device in a sudden leakage situation
  • data DATA is collected/analyzed so that emergency situations can be predicted in advance.
  • the pentane gas sensor 100 is a YSZ-based solid electrolyte and ionic conductivity through doping with a heterogeneous element such as barium to enable high-sensitivity, low-concentration micromeasurement of 20% LEL (LEL: Low Explosive Limitation) level under a specific working environment,
  • LEL Low Explosive Limitation
  • pentane gas is detected by adjusting the reactivity of pentane gas and the thickness of the catalytic material composite and solid electrolyte layer through the preparation of the composite.
  • FIG. 2 is a diagram showing a sensor platform including the pentane gas sensor of FIG. 1
  • FIG. 3 is a process of detecting pentane gas in the sensor platform shown in FIG. 2 and amplifying, filtering, converting, and controlling the signal. It is a diagram showing step by step.
  • the sensor platform according to the present invention includes a pentane sensor 100 for measuring pentane gas, a temperature and humidity sensor 210 for measuring temperature and humidity, a sensor semiconductor 220, an MCU ( 230) and; It is characterized in that it includes a wireless communication module (Wireless connectivity module) 240 for transmitting data under the control of the MCU 230.
  • a wireless communication module Wireless connectivity module
  • the sensor platform 200 includes a temperature and humidity sensor 210, a sensor semiconductor 220, an MCU 230, and a wireless communication module 240.
  • the temperature and humidity sensor 210 measures temperature and humidity and applies them to the sensor semiconductor 220 .
  • the sensor semiconductor 220 is a signal processing chip for power/high resolution dual mode operation, acquires a signal applied from a pentane sensor, amplifies the obtained signal, filters it, changes and controls the signal, and applies the signal to the MCU 230. .
  • the sensor semiconductor 220 supports signal processing such as a different sensor signal sensing (voltage, current, resistance variation) block, amplifier, filter, ADC (Analog-to-Digital Converter), controller, low power / high resolution dual mode for each sensor, A multi-channel integrated signal processing process that can support various types of sensors, a signal detection unit that can minimize current consumption, and a low power mode and resolution improvement such as XDC (X-to-Digital Converter) that can convert digital signals without using ADC. It supports high-resolution mode capable of gas detection in ppm/ppb units, such as a low-noise signal detector and high-resolution ADC.
  • signal processing such as a different sensor signal sensing (voltage, current, resistance variation) block, amplifier, filter, ADC (Analog-to-Digital Converter), controller, low power / high resolution dual mode for each sensor, A multi-channel integrated signal processing process that can support various types of sensors, a signal detection unit that can minimize current consumption, and a low power mode and resolution improvement such as XDC (
  • the main task of the sensor semiconductor 220 is to digitize and store input signals, and depending on the mode, it is possible to perform low resolution (8-bit ADC function) and low-power, high-resolution (16-bit ADC function) functions.
  • the sensor semiconductor 220 measures the ROIC operation mode, that is, the number of modes in which the ROIC is adjustable for power and resolution, and the sensor operation in the IoT environment enables the sensor to operate for months and years, and to cope with this It enables operation with low power and also provides high performance (high resolution) functions to increase the accuracy of the sensor.
  • the ROIC operation mode that is, the number of modes in which the ROIC is adjustable for power and resolution
  • the sensor semiconductor 220 provides a low-power mode and a high-performance mode, acquires the digital code of the ROIC using a logic analyzer, determines resolution through spectrum analysis, and analyzes the resulting data of the pentane sensor precisely. Since the resolution is high resolution in proportion to the number of bits, power consumption and calculation time are reduced, and fast calculation efficiently forms ROIC resolution.
  • the current is directly measured with a multimeter to measure the current consumption for each operation, and the amount of current is proportional to the power consumption, minimizing the current (mA).
  • the MCU 230 obtains data while controlling the sensor semiconductor 220 and controls transmission of the data through the wireless communication module 240 .
  • the MCU 230 receives the digitized sensor signal value of the sensor signal, stores it in memory, transmits the stored digitized value through RF, controls the ADC mode and stores the sensor value of the digitized value, sensor module and module Internal chip initialization and operation control.
  • the wireless communication module 240 transmits data under the control of the MCU 230.
  • the wireless communication module is composed of a driver circuit and wireless communication hardware, and has at least one function of Wi-Fi, ZigBee, or Bluetooth. It realizes the characteristics of small size, reliability, low power, and easy integration.
  • the pentane gas sensor 100 of the present invention configured as described above has a difference in that it supports a dual mode of low power and high resolution for system operation in order to minimize power consumption.
  • the operation of the system is differentiated into a dual mode of low power and high resolution.
  • the sensor platform 200 maintains / secures communication with each device in the production plant, collects and analyzes data from each device, converts into message DATA, extracts, and processes it to obtain consumed energy data and Sensor data records can provide a development environment necessary for artificial intelligence tools.
  • the sensor platform 200 can be provided based on two types of platforms, 1.
  • a fixed platform installed in a production space to detect and respond to harmful gases at a polyurethane production location, and 2. It can be provided in two ways: a mobile platform that works with smart phones, Google Glass, etc., including IoT-based sensor modules.
  • the two platforms are made in a way that can share a common platform, and it is desirable to reduce production cost and production period, and to selectively use a sensor module and a communication interface method according to each case.
  • a monitoring system for detecting and monitoring pentane gas can be provided using the pentane gas sensor and sensor platform configured as described above, and the monitoring system will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 .
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a monitoring system for identifying and analyzing data using a phetan sensor gas and a sensor platform according to the present invention
  • FIG. 5 is a detailed configuration of the monitoring system for identifying and analyzing data in FIG. 4 It is an illustrated drawing.
  • the monitoring system using the sensor platform of the present invention includes a pentane gas sensor 100, a sensor platform 150, and a server 300.
  • the pentane gas sensor 100 is very explosive, it is essential to detect a low concentration of 20% LEL , and sensor performance and reliability can be secured by applying a heater-integrated solid electrolyte-based technology and sensor semiconductor. there is.
  • the pentane gas sensor 100 is 20% LEL (LEL: Low Explosive Limitation) level high sensitivity and low concentration fine measurement under a specific working environment YSZ-based solid electrolyte and ion conductivity through heterogeneous element doping such as barium and , Pentane gas is detected through adjusting the thickness of pentane gas reactivity, catalytic material composite, and solid electrolyte layer through composite manufacturing by mixing materials such as nickel oxide (NiO) and carbon black 11111111 with electrode materials.
  • LEL Low Explosive Limitation
  • the pentane gas sensor 100 includes a plurality of plates 110, a Ni mesh 120, a solid electrolyte 130, an electrode 140, and a charge collector 150, the configuration of which is shown in FIGS. 1 to 4. Since it is substantially the same as the configuration, a description of the configuration thereof will be omitted.
  • the sensor platform ( ) includes a pentane sensor 110 for measuring pentane gas, a temperature and humidity sensor 210 for measuring temperature and humidity, a sensor semiconductor 220, and an MCU 230; It is characterized in that it includes a wireless communication module (Wireless connectivity module) 240 that transmits data under the control of the MCU 230.
  • a wireless communication module Wireless connectivity module
  • the sensor platform 200 includes a temperature and humidity sensor 210, a sensor semiconductor 220, an MCU 230, and a wireless communication module 240.
  • the configuration of the sensor platform 200 is substantially the same as the configuration shown in FIG. 4, a detailed description thereof will be omitted.
  • the monitoring system includes a server 300, a data collection unit 310, a data analysis unit 320, and a data management unit 330.
  • the data collection unit 310 is in charge of smoothly collecting data such as the pentane sensor 110, the temperature and humidity sensor 210, and indoor and outdoor environment information, and the data analysis unit 320 performs descriptive statistical analysis and time series analysis of the data. And M/L, D/L algorithm-based prediction is supported, and the data management unit 330 displays statistical analysis results and prediction results of the model.
  • the data management unit 330 performs processing/computation, analysis, streaming, and storage step by step.
  • the processing/computation is to establish a storage processing system for the input data (separate storage in units of year, month, day, hour, and minute), receive raw data in text form, normalize it, and use it in calculation and analysis.
  • the pre-processing process and the processing process of saving the file in csv format for analysis and saving it as rdbms that can be used in the web or other programs are performed, and after the processing process is carried out, After statistical calculations such as average, maximum, and minimum values per hour, the calculation process is performed to store them in each statistical location.
  • the analysis analyzes the predictability of similar environments based on the data accumulated through the correlation analysis graph and multiple correlation analysis for each classification of pentane gas, such as temperature, humidity, atmospheric pressure, etc., through the correlation analysis function between each data that has undergone processing / calculation.
  • the streaming transmits data that has undergone an analysis process so that the data is stored in real time.
  • the storage Since the storage has properties of time-series data in which values of sensor and data such as temperature, humidity, and atmospheric pressure change over time due to the surrounding environment, the storage of data for a specific period (eg, 30 minutes, 1 hour, or 5 hours) By windowing the data at specific intervals of time (eg, 1 minute, 5 minutes, 30 minutes, etc.), the data set that the model can learn is configured and saved (or loaded) in the form of a file. (It is separated and loaded into a matrix and reshaped into 3-dimensional data in the form of a cube)).
  • the monitoring system configured as described above operates only one of the sensor arrays or selectively in a low power mode, and minimizes the time the real-time monitoring system is turned on through the compression sensing technique while minimizing power consumption of the ROIC and the module.
  • ROIC logic
  • the monitoring system builds various types of learning data by reflecting the characteristics of the environment in which the pentane sensor 110 and the temperature and humidity sensor 210 are installed, and uses machine learning and deep learning algorithms.
  • data such as temperature, humidity, air pressure, etc. by the temperature/humidity sensor 210 have properties of time-series data in which values change with the passage of time depending on the surrounding environment, a specific period (eg, 30 minutes, 1 hour, 5 time) data at specific time intervals (eg, 1 minute, 5 minutes, 30 minute intervals, etc.) by windowing, after constructing a data set for the model to learn, the file (Pile ) form (or loading (separate and load matrix and reshape as cube-shaped 3-dimensional data)).
  • a specific period eg, 30 minutes, 1 hour, 5 time
  • specific time intervals eg, 1 minute, 5 minutes, 30 minute intervals, etc.
  • compression sensing-based low-resolution sensor data signal quality improvement algorithms can be applied to various application fields, and gas detection and logging are possible during transportation in addition to the stationary type of pentane gas.
  • the monitoring system when the monitoring system operates in a low-power mode, compression sensing-based signal processing for improving the quality of low-resolution data transmitted from the pentane gas sensor 100 is easy, and in a low-power state, various types of sensor signals are adaptively sampled to obtain original data Data of a very small size compared to the amount is transmitted to the server 300, and in order to restore a high-resolution signal close to the original signal from the transmitted sampling data, the continuity of the signal is maximized by considering the spatial proximity, temporal consistency, and sampling order of the sensors. can do.
  • the monitoring system of the present invention is distinguished from the conventional optical and semiconductor methods, uses an electrochemical sensor technology using a solid electrolyte and a catalyst, which is a sensor method specialized for pentane gas, and prevents catalysis with metal-oxides. Through this, it is possible to preemptively respond to harmful gas accidents by collecting the output data of the pentane sensor in real time and automatically analyzing/predicting it.
  • 100 pentane gas sensor, 110: heater substrate, 120: solid electrolyte layer, 130: sensing electrode, 140: reference electrode, 150: charge collector, 200: sensor platform, 210: temperature and humidity sensor, 220: sensor semiconductor, 230: MCU , 240: wireless communication module, 300: server, 310: data collection unit, 320: data analysis unit, 330: data operation unit.
  • the present invention is distinguished from the existing optical method and semiconductor method, and has high sensitivity and low concentration of 20% LEL (LEL: Low Explosive Limitation) level under a specific working environment to enable preemptive and automated response to pentane gas, a harmful explosive gas. Micro-measurement is possible, an alarm (ALARM) is generated by predicting an emergency situation in advance, and it is possible to detect harmful gases such as methane, ethanol, and benzene in manufacturing sites, factories, and industrial complexes in addition to pentane gas, so industrial applicability this is wide

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Abstract

본 발명은 펜탄 가스 센서, 센서플랫폼 및 센서플랫폼을 이용한 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특정한 작업환경 하에서 20%LEL (LEL: Low Explosive Limitation) 수준의 고감도, 저농도 미세측정할 수 있도록 바륨 등 이종 원소 도핑을 통한 YSZ계 고체전해질 및 이온 전도도와, 촉매전극 물질에 니켈 산화물(NiO), 카본블랙 (Carbon black) 등의 물질을 혼합하여 복합체 제조를 통한 펜탄 가스 반응성 및 촉매 물질 복합체, 고체전해질층의 두께 조정을 통한 펜탄가스 검출하는 펜탄 가스 센서를 제공하고, 펜탄 가스 센서를 이용한 센서플랫폼을 구성하여 작업현장의 펜탄가스를 측정하며, 측정된 폭발가스인 펜탄가스(C2H12)를 측정 및 모니터링하는 모니터링 시스템을 제공하여 지구온난화 규제 및 방지에 관한 국제 협약인 교토의정서의 일정에 따라, 자동차 전자제품 갭라에 사용되는 폴리우레탄폼 제조에 광범위하게 사용되던 HFC가스(Hydroflourocarbon gas)는 사용이 금지되며 GWP(Global warming potential)가 낮고 경제성이 높은 펜탄가스로 대체되는 추세를 보임에 따라, 유해폭발 가스인 펜탄가스의 누출 등의 사고에 대비한 높은 수준의 관리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

펜탄 가스 센서, 센서플렛폼 및 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템
본 발명은 펜탄 가스 센서, 센서플렛폼 및 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유해폭발가스인 펜탄가스에 대한 선제적이고 자동화된 대응이 가능하도록, 특정한 작업환경 하에서 20%LEL (LEL: Low Explosive Limitation) 수준의 고감도, 저농도 미세측정이 가능한 펜탄 가스 센서, 센서플렛폼 및 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 국내의 가스 센서 산업은 중소기업 중심이며, 주로 개별 센서 개발에 주를 이루고 있으며, 이에 반하여 센서의 소형화 및 집적화, 어레이형의 다종 가스 센서의 개발 및 상용화는 거의 이루어지지 않고 있다. 또한, 휴대용 센서 등은 수입에 의존하고 있는 추세이며, 따라서 IoT 수요에 대응하거나 모바일 기기에 적용할 수 있는 센서 소자 및 시스템 기술의 수준이 높지 않은 수준이다.
또한, 전기화학식 가스센서와 광학식 가스센서는 빠른 반응시간, 안정성 및 수명 등 많은 장점이 있고, 펜탄가스를 목표로한 가스감지에 장점이 있다.
그리고 반도체식 가스센서의 경우, 가스의 낮은 선택성으로 말미암아 펜탄가스 감지에 다소 부적절한 반면, 센서의 안정성은 갖고 있지만 감지 가스 범위가 넓어 목표가스를 감지하는 데에는 부적절하다.
나노물질 기반 가스 센서 기술은 최근 금속 산화물 나노선, 탄소 나노튜브 및 그래핀을 보톰-업(bottom-up) 방식으로 합성하여 기판에 집적한 형태의 가스 센서가 국가 출연 연구소 및 대학에서 활발하게 진행되고 있으나, 산업화에 필수적인 양산성 및 균일성을 상용화 수준으로 달성한 기술 개발은 이루어지고 있지 않다.
최근에 환경오염에 대한 규제가 강화되면서 각종 환경 유해성 가스를 측정하기 위한 계측 시스템의 필요성에 따라 반도체의 기술과 접목시킨 전자코 센서기술이 연구되고 있으며, 영국의 Aromasean PLC, Bloodhound Sensors Ltd, 독일의 Airsense Analysis Gmbh 등 선진국에서는 이미 상용화되어 고가에 판매되고 있다.
또한, 휘발성 유기화합물 측정 기술 개발은 2000년 이전과 이후로 명확하게 구분되며, 2000년 이전에는 79년이전부터 부분적으로 기술 개발이 시작된 미국과 유럽에서 기술 개발을 주도하였으나, 2000년 이후에는 일본에서 가장 활발하게 기술 개발을 전개하고 있는 것으로 나타난다.
그리고 나노물질 기반 가스센서 최근 미국, 유럽, 일본 등에서 금속반도체 나노와이어와 탄소나노튜브를 포함한 1D 나노물질 기반 가스센서와 나노촉매입자와 1D 나노물질을 결합하여 센서의 감지도와 선택도를 높이는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
따라서 용이한 공정으로 제조할 수 있고 높은 감도와 더불어 타겟 가스에 대한 우수한 센서능력을 갖는 새로운 감지 재료에 대한 개발이 여전히 필요하다.
<특허문헌>
대한민국 특허등록 제10-1325267호, 대한민국 실용신안등록 제20-10351290호, 대한민국 특허등록 제10-0363576호, 대한민국 특허등록 제10-0994779호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유해폭발가스인 펜탄가스에 대한 선제적이고 자동화된 대응이 가능하도록, 특정한 작업환경 하에서 20%LEL (LEL: Low Explosive Limitation) 수준의 고감도, 저농도 미세측정이 가능한 펜탄 가스 센서, 센서플랫폼 및 센서플랫폼을 이용한 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 급작스러운 누출 상황에서의 미리 정해진 펜탄가스 고준위 기준치는 물론 펜탄 가스 센서 및 복수의 펜탄 가스 센서 간의 데이터(DATA)를 수집/분석하여 긴급 상황을 미리 예측하여 알람(ALARM) 경보와 긴급 시스템 중단시킬 수 있도록 한 펜탄 가스 센서, 센서플랫폼 및 센서플랫폼을 이용한 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 펜탄가스 외에 메탄, 에탄올, 벤젠 등 제조사업장, 공장, 산업단지에서 발생하는 유해가스 감지하기 위하여 센서, 센서용반도체, 통신기능, 인공지능을 포함한 센서 구조로써 적용에 따른 가스감지가 가능한 펜탄 가스 센서, 센서플랫폼 및 센서플랫폼을 이용한 모니터링 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기존의 광학방식, 반도체 방식과 구별되고, 펜탄(Pentane) 가스에 특화된 센서 방식인 고체전해질과 촉매를 이용한 전기화학식 센서 기술을 사용하며, metal-oxides와의 촉매작용을 통해 실시간으로 펜탄 센서의 출력 Data를 수집하여 자동으로 분석하고 예측하여 유해가스 사고에 선제적으로 대응할 수 있도록 한 펜탄 가스 센서, 센서플랫폼 및 센서플랫폼을 이용한 모니터링 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로,
히터기판과; 히터기판 상부에 단층으로 형성된 고체전해질층과; 고체전해질 상부에 복수로 형성된 센싱전극과; 이들 센싱전극과 전기적으로 이격되어 기판 상부에 증착되는 기준전극과; 센싱전극 및 기준전극 상부에 설치되는 전하수집기;를 펜탄 가스 센서를 제공한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로,
기판, 센싱전극, 기준전극, 및 전하수집기로 이루어져 페탄 가스를 측정하는 펜탄 가스 센서와; 온도와 습도를 측정하는 온습도센서와; 센서마다 상이한 센서신호 센싱(전압, 전류, 저항변화량) 블럭, 증폭기, 필터, ADC (Analog-to-Digital Converter), 제어기 신호처리, 저전력/고해상도 이중모드를 지원하면서 다종의 센서를 지원할 수 있는 다채널 통합 신호처리 프로세스 및 전류소모를 최소화하는 신호감지부 및 ADC 사용없이 디지털 신호변환 할 수 있는 XDC(X-to-Digital Converter) 저전력모드와 해상도 향상을 저잡음 신호감지부, 고해상도 ADC, ppm/ppb 단위의 가스검출이 가능한 고해상도모드를 지원하는 센서반도체와; 센서반도체를 컨트롤하면서 데이터를 얻고, 무선통신모듈을 통해 데이터를 송신을 제어하는 MCU와; MCU의 제어을 받아 데이터를 송신하는 무선통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서플렛폼을 제공한다.
본 발명의 센서반도체는, 입력신호를 디지털화하여 저장하고, 모드에 따라서, 저해상도(8bit ADC 기능)와 저전력, 고해상도(16bit ADC 기능)의 기능을 수행의 수행이 가능하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 센서반도체는, ROIC가 전력과 해상도에 대해 조절 가능한 모드의 수를 측정하고, IoT환경의 센서 동작은 수개월 및 수년간의 센서가 동작할 수 있도록 하며, 센서가 저전력으로 동작이 이루어지도록 하고, 센서의 정확도를 높이기 위한 고성능(해상도 높은)기능를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단으로,
펜탄가스를 측정하는 펜탄 가스 센서와; 펜탄가스를 측정하는 펜탄센서와 온도와 습도를 측정하는 온습도센서와 센서마다 상이한 센서신호 센싱(전압, 전류, 저항변화량) 블럭, 증폭기, 필터, ADC (Analog-to-Digital Converter), 제어기 신호처리, 저전력/고해상도 이중모드를 지원하면서 다종의 센서를 지원할 수 있는 다채널 통합 신호처리 프로세스 및 전류소모를 최소화하는 신호감지부 및 ADC 사용없이 디지털 신호변환 할 수 있는 XDC(X-to-Digital Converter) 저전력모드와 해상도 향상을 저잡음 신호감지부, 고해상도 ADC 등 ppm/ppb 단위의 가스검출이 가능한 고해상도모드를 지원하는 센서반도체와 센서반도체를 컨트롤하면서 데이터를 얻고, 무선통신모듈을 통해 데이터를 송신을 제어하는 MCU와 MCU의 제어을 받아 데이터를 송신하는 무선통신모듈을 포함하는 센서플랫폼; 및 펜탄센서, 온습도센서 및 실내·외 환경정보 등 데이터의 원활한 수집하는 데이터수집부, 데이터의 기술적 통계분석, 시계열 분석 및 M/L, D/L 알고리즘 기반 예측하는 데이터 분석부와 처리/연산, 분석, 스트리밍, 저장을 단계적으로 수행하여 통계분석 결과 및 모델의 예측 결과를 디스플레이하는 데이터운영부로 이루어지는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명의 처리/연산은, 입력되는 데이터의 저장처리 체계구축(연도, 월, 일, 시, 분 단위 분리 저장) 로우데이타(rowdata)를 텍스트(text) 형태로 받아서 정규화 작업을 거쳐 연산, 분석 등에서 사용할 수 있도록 전처리하는 과정과, 분석을 위한 csv형식으로 파일을 저장하고 웹(Web)이나 기타 프로그램에서 사용할 수 있는 rdbms로 저장하는 처리과정을 수행하고, 처리과정이 진행 된 후 5분 단위, 10분 단위, 1시간 단위 평균, 최대치, 최소치 등 통계 연산 후 각 통계 위치에 저장하는 연산과정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 분석은, 처리/연산을 거친 각 데이터간의 상관분석 함수를 통해 온도, 습도, 기압 등과 펜탄가스의 분류별 상관분석 그래프와 다중상관분석으로 축적한 데이터를 기반으로 유사 환경의 예측도를 분석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 저장은, 센서 및 온도, 습도, 기압 등의 데이터가 시간의 흐름에 따라 주변 환경에 의해 값이 변하는 시계열 데이터의 속성을 가지고 있으므로, 특정 기간(예. 30분, 1시간, 5시간 동안)의 데이터를 특정한 시간의 간격(예. 1분, 5분, 30분 간격 등)을 두고 윈도윙(windowing)하면서, 모델이 학습할 수 데이터 set를 구성한 후 파일(Pile)의 형태로 저장(또는 적재(matrix로 분리, 적재되어 cube 형태의 3 dimensional 데이터로 reshape됨))하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지구온난화 규제 및 방지에 관한 국제 협약인 교토의정서의 일정에 따라, 폴리우레탄폼 제조에 광범위하게 사용되던 HFC가스(Hydroflourocarbon gas)는 사용이 금지되며 GWP(Global warming potential)가 낮고 경제성이 높은 펜탄가스로 대체되는 추세를 보임에 따라, 유해폭발가스인 펜탄가스의 누출 등의 사고에 대비한 높은 수준의 관리가 이루어질 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 급작스러운 누출 상황에서의 미리 정해진 펜탄가스 고준위 기준치는 물론 펜탄 가스 센서 및 복수의 펜탄 가스 센서 간의 데이터(DATA)를 수집/분석하여 긴급 상황을 미리 예측하여 알람(ALARM) 경보와 긴급 시스템 중단시키는 효과가 있다.
본 발명은 펜탄가스를 사용하는 폴리우레탄폼 생산 시 10개의 단계와 설비들로 구성되어 각 공정에서 이루어지는 서로 다른 특성을 지니게 됨에 따라 각 공장의 특성과 설비에 연동하여 사전 경보 및 긴급 중단이 이루어져 펜탄가스의 폭발사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 펜탄가스외에 메탄, 에탄올, 벤젠 등 제조사업장, 공장, 산업단지에서 발생하는 유해가스 감지하기 위하여 센서 + 센서용반도체 + 통신기능 + 인공지능을 포함한 센서 구조로써 적용에 따른 가스감지가 가능함으로써 환경오염에 대한 규제가 강화되면서 각종 환경 유해성 가스를 측정이 용이한 효과가 있다.
본 발명의 모니터링 시스템이 저전력 모드 동작 시 센서부로부터 전송된 저해상도 센서 데이터의 품질 향상을 위한 압축센싱 기반 신호처리가 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 저전력 상태에서는 다양한 종류의 센서 신호가 적응적으로 샘플링되어 원본 데이터량에 비해 매우 적은 크기의 데이터가 서버로 전송되고, 전송된 샘플링 데이터로부터 원본 신호에 근접한 고해상도 신호를 복원하기 위하여 센서들의 공간적 근접성과 시간적 일관성 및 샘플링 순서를 고려하여 신호의 연속성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 광학방식, 반도체 방식과 구별되고, 펜탄(Pentane) 가스에 특화된 센서 방식인 고체전해질과 촉매를 이용한 전기화학식 센서 기술을 사용하며, metal-oxides와의 촉매작용을 통해 실시간으로 펜탄 센서의 출력 Data를 수집하여 자동으로 분석/예측하여 유해가스 사고에 선제적으로 대응하는 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 펜탄 가스 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 펜탄 가스 센서를 포함하여 구성되는 센서플랫폼을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 센서플랫폼에서 펜탄가스를 감지하여 신호의 증폭, 여과, 신호변환 및 제어어는 과정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 페탄 센서 가스, 센서플랫폼을 이용하여 데이터의 파악, 분석하는 모니터링 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 데이터의 파악, 분석하는 모니터링 시스템의 세부 구성을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는데, 예를 들어 "구성된다" 또는 "포함한 다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 펜탄 가스 센서, 센서플렛폼 및 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템을 설명한다.
본 발명에 따른 펜탄 가스 센서와 센서플랫폼을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 펜탄 가스 센서를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명의 펜탄 가스 센서(100)는 온도를 유지시키며 소자의 기판역할을 하는 히터기판(110)과, 히터기판 상부에 형성되는 고체전해질층(120)과, 고체전해질(120) 상부에 복수의 어레이를 이루는 센싱전극(130)과, 상기 센싱전극(130)과 같은 수로 평행하게 형성되는 기준전극(140)과, 상기 센싱전극(130) 및 기준전극(140)에 설치되는 전하수집기(150)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징으로 이루어지는 펜탄 가스 센서(100)는 펜탄가스가 매우 폭발성이 높기 때문에 20%LEL 수준의 저농도 감지가 필수적이다.
또한, 상기 펜탄 가스 센서(100)는 히터일체형 고체전해질 기반의 기술과 센서용 반도체의 적용으로 센서 성능과 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 히터기판(110)는 전기저항성이 비교적 높으며 열내구성이 높은 금속으로 이루어진 회로를 사용하여 형성한 히터를 하단에 포함하는 알루미나, 실리콘 산화물 기판이며 촉매 반응에 필요한 열에너지를 공급할 수 있도록 한다.
상기 고체전해질층(120)은 바륨, 지르코늄, 세륨, 이트륨, 이터븀 등의 원소를 포함하는 세라믹 소재로서 확산에 의한 이온이동이 가능하도록 한다.
상기 센싱전극(130)은 니켈, 이리듐, 철, 크롬 금 등과 이들의 산화물을 일정 비율로 사용하여 형성한 복합체를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 기준전극(140)은 팔라듐, V2O5, 니켈, 플레티늄등의 소재로 형성될 수 있다.
상기 센싱전극(130) 및 기준전극(140)은 복수로 구성되어 고체전해질(120)의 상부에 서로 소정 거리가 이격되게 설치된다.
상기 전하수집기(150)는 센싱전극(130) 및 기준전극(140)에 설치되어 상기 각 센싱전극(130) 및 기준전극(140) 사이의 국부적 이온 농도차이에 의한 전위차를 측정한다.
상기 고체전해질층(120), 센싱전극(130), 및 기준전극(140)은 닥터블레이드(Doctor blade) 또는 스크린 인쇄(Screen printing)방식에 의해 형성하여 상기 형성의 공정을 진행한 후 소결하며, 이때 물성 평가를 진행한 후에 다른 구성부를 형성할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 펜탄 가스 센서(100)의 구동원리는 센싱전극 표면에서 펜탄가스 검지를 위한 펜탄의 산화탈수소화(oxidative dehydrogenation) 반응(C5H12 + O2- → C5H10 + H2O + 2e-) 및 산화 (Oxidation) 반응(C5H12 + 16O2- → 5CO2 + 6H2O + 32e-)을 통해 전위차를 생성한다. 이때 상기 복합체의 원소비율이 달리 형성된 복수의 센싱전극 표면에서는 상기 복합체의 원소비율에 따라 상기 산화탈수소화반응 및 산화반응의 반응성 비율이 달라지며 이에 따라 각 센싱전극에서 생성되는 이온 농도가 달라지게 된다.
또한, 기준전극(140)은 센싱전극(130)의 상대전극(Counter electrode)로서 펜탄의 산화반응에 대한 산화-환원 짝반응인 물의 환원반응(H2O + 2e- → H2 + O2-)을 일으켜 활성산소이온 (O2-)을 소자에 공급하여 산화반응을 촉진할 수 있도록 한다.
이러한 일련의 형상에 의해 발생한 국부적인 이온농도 차이는 고체전해질층(120)을 통해 확산, 이동하게 되며 이를 통해 각 센싱전극 및 기준전극 페어에서는 이에 의한 전위차가 형성되게 된다.
이때 상기 전하수집기(150)는 각 센싱전극 및 기준전극 페어에 전기적으로 연결되어 복수의 전위차 값을 측정하며 이러한 복수의 전위차 값을 통해 반응물, 반응의 부산물의 농도 및 상기 펜탄가스센서의 목표 및 설계와 다른 가스의 노출로부터 일어날 수 있는 오류를 최소화하도록 한다.
또한 본 발명에 따른 펜탄 가스 센서(100)는 잠재적 가스누출 경로를 고려하여 선정한다는 점을 감안할 때, 펜탄 가스는 공기보다 무거워 바닥에 깔리게 되므로, 펜탄 가스 센서(100)는 바닥에서 30cm 높이에 설치하는 것이 오염과 파손을 막으면서 동시에 가스를 적절히 측정할 수 있도록 한다.
상기 펜탄 가스 센서(100) 간의 거리는 12~13m로 판단하였고 2분마다 20%LEL(LEL: Low Explosive Limitation)의 기준으로 측정할 수 있도록 한다. 그리고 실제 작업장의 상황 및 잠재적 가스누출 지점의 위치 등이 반영되어 그 거리 및 시간은 변경될 수 있다.
상기 펜탄 가스 센서(100)는 급작스러운 누출 상황에서의 알람(ALARM) 경보와 긴급 시스템 중단장치이기 때문에, 미리 정해진 펜탄가스 고준위 기준치는 물론 환경 센서 및 복수의 펜탄 가스 센서(100) 간의 데이터(DATA)를 수집/분석하여 긴급 상황을 미리 예측할 수 있도록 한다.
또한, 상기 펜탄 가스 센서(100)는 특정한 작업환경 하에서 20%LEL(LEL: Low Explosive Limitation) 수준의 고감도, 저농도 미세측정할 수 있도록 바륨 등 이종 원소 도핑을 통한 YSZ계 고체전해질 및 이온 전도도와, 촉매전극 물질에 니켈 산화물(NiO), 카본블랙 (Carbon black) 등의 물질을 혼합하여 복합체 제조를 통한 펜탄 가스 반응성 및 촉매 물질 복합체, 고체 전해질층의 두께 조정을 통한 펜탄가스 검출한다.
본 발명에 따른 펜탄 가스 센서(100)를 이용하는 센서플랫폼의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 펜탄 가스 센서를 포함하여 구성되는 센서플랫폼을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 센서플랫폼에서 펜탄가스를 감지하여 신호의 증폭, 여과, 신호변환 및 제어어는 과정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 2 및 3을 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 센서플렛폼은 펜탄가스를 측정하는 펜탄센서(100), 온도와 습도를 측정하는 온습도센서(210), 센서반도체(220), MCU(230)와; MCU(230)의 제어을 받아 데이터를 송신하는 무선통신모듈(Wireless connectivity midule)(240)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 센서플랫폼(200)은 온습도센서(210), 센서반도체(220), MCU(230), 무선통신 모듈(240)을 포함한다.
상기 온습도센서(210)는 온도와 습도를 측정하여 센서반도체(220)로 인가한다.
상기 센서반도체(220)는 전력/고해상도 이중모드 동작을 위한 신호처리칩으로 펜탄센서로부터 인가되는 신호를 취득하고, 취득한 신호를 증폭한 후 필터링하여 신호의 변화 및 제어하여 MCU(230)로 인가한다.
상기 센서반도체(220)는 센서마다 상이한 센서신호 센싱(전압, 전류, 저항변화량) 블럭, 증폭기, 필터, ADC (Analog-to-Digital Converter), 제어기 등 신호처리, 저전력/고해상도 이중모드를 지원하면서 다종의 센서를 지원할 수 있는 다채널 통합 신호처리 프로세스 및 전류 소모를 최소화할 수 있는 신호감지부 및 ADC 사용없이 디지털 신호변환 할 수 있는 XDC(X-to-Digital Converter) 등 저전력모드와 해상도 향상을 저잡음 신호감지부, 고해상도 ADC 등 ppm/ppb 단위의 가스검출이 가능한 고해상도 모드를 지원한다.
특히, 센서반도체(220)는 입력신호를 디지털화하여 저장하는 것이 주 임무이고, 모드에 따라서, 저해상도(8bit ADC 기능)와 저전력, 고해상도(16bit ADC 기능)의 기능을 수행의 수행이 가능하다.
상기 센서반도체(220)는 ROIC 동작 모드, 즉 ROIC가 전력과 해상도에 대해 조절 가능한 모드의 수를 측정하고, IoT 환경의 센서 동작은 수개월 및 수년간의 센서가 동작할 수 있도록 하며, 이에 대응하기 위한 저전력으로 동작이 이루어지도록 하고, 또한 센서의 정확도를 높이기 위한 고성능(해상도 높은)기능를 제공한다.
그리고 센서반도체(220)는 저전력모드와 고성능모드를 제공하며, 논리 분석기를 이용하여 ROIC의 디지털 코드를 획득하고 스펙트럼 분석을 통한 해상도를 파악하고, 해상도는 펜탄센서의 결과 데이터를 분석을 정밀하게 하기위하여 비트수에 비례하여 해상도가 고해상도이므로 소모전력과 연산시간을 단축시켜 빠른 계산이 효율적으로 ROIC 해상도 형성한다.
또한, 멀티 미터로 전류를 직접 측정하여 동작별 소모 전류를 측정하며, 전류량은 소모전력과 비례하여, 전류(mA)의 최소화한다.
상기 MCU(230)는 센서반도체(220)를 컨트롤하면서 데이터를 얻고, 무선통신 모듈(240)을 통해 데이터를 송신을 제어한다.
상기 MCU(230)는 센서 신호가 디지털화(digitized)된 센서 신호값를 받아서 메모리 저장, 저장된 디지털화(digitized)된 값을 RF를 통하여 송신, ADC모드의 제어와 digitized값의 센서값 저장, 센서 모듈과 모듈 내부의 칩 초기화 및 동작 제어한다.
상기 무선통신 모듈(240)은 MCU(230)의 제어을 받아 데이터를 송신한다. 상기 무선통신 모듈은 드라이버 회로, 무선 통신 하드웨어로 구성되며, Wi-Fi, ZigBee 또는 Bluetooth 중 최소 한가지 기능을 가진다. 소형, 신뢰성, 저전력, 쉬운 통합성 특성을 구현한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 펜탄 가스 센서(100)는 전력소모를 최소화하기 위해서는 시스템의 동작을 저전력과 고해상도의 이중모드를 지원하게 하는 차별성이 있다.
그리고 전체 센서플랫폼의 전력소모를 최소화하기 위해서는 시스템의 동작을 저전력과 고해상도의 이중모드로 차별성을 있게 지원하게 한다.
또한, 저전력 모드에서는 센서 어레이 중 한 개 또는 선택적으로만 동작시키고 ROIC와 모듈 또한 전력소모를 최소화하는 가운데 압축센싱 기법을 통해 실시간 모니터링 시스템이 켜져있는 시간을 최소화하며, 저전력 모드에서 유해가스가 검출되는 경우에는 시스템이 고해상 모드로 전환하여 모든 가스센서 어레이를 동작시키고 ROIC 또한 고해상도 출력을 만들고 패턴인식을 통해 정확한 가스 종류와 양을 검출하여 선택도와 감도가 극대화될 수 있도록 한다.
상기 센서플랫폼(200)은 생산공장의 각 디바이스 들과의 통신을 유지/확보하고, 각 디바이스로부터 데이터를 수집하여 분석하는 단계를 거치고, 메시지 DATA들로 변환하고 추출하고 처리하여 소요된 에너지 데이터와 센서 데이터 기록들을 인공지능 툴에 필요한 개발환경을 제공할 수 있다.
상기 센서플랫폼(200)은 두 가지 형태의 플랫폼 기반의 제공할 수 있으며, 1. 생산공간의 고정형으로 설치하여 유해가스 감지와 대응을 폴리우레탄 생산 위치에 장착하여 활용되는 형태의 고정플랫폼과, 2. IoT 기반의 센서 모듈을 포함한여 스마트폰, 구글 글래스 등과 연동되는 이동형 플랫폼의 두 가지 방식으로 제공할 수 있다.
상기 두 가지 플랫폼은 공통 플랫폼을 공유할 수 있는 방식으로 이루어지며, 생산원가와 제품화 기간을 단축하고, 각각의 경우에 따라 센서 모듈 및 통신 인터페이스 방법을 선택적으로 사용 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 모바일 플랫폼의 경우, 스마트폰에 직접 결합하여 사용할 경우는 통신 인터페이스 중에서 블루투스형식만 있으면 됨. 고정형 플랫폼의 경우, 무선 AP(Access Point)를 통해 광대역에 접속하는 경우는 무선 통신 모듈만 탑재되면 됨. 기본적으로 공통 플랫폼은 공유하면서, 해당 설치 및 운용 특성에 맞도록 인터페이스를 선택하게 되며, 센서 제어용 칩은 이러한 모든 인터페이스를 지원하도록 한다.
상기와 같이 구성된 펜탄 가스 센서, 센서플랫폼을 이용하여 펜탄 가스의 파악 및 모니터링이 이루어지는 모니터링 시스템을 제공할 수 있고, 상기 모니터링 시스템은 도 4 및 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 페탄 센서 가스, 센서플랫폼을 이용하여 데이터의 파악, 분석하는 모니터링 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 데이터의 파악, 분석하는 모니터링 시스템의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 4 및 5을 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명의 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템은 펜탄 가스 센서(100), 센서플랫폼(150) 및 서버(300)를 포함한다.
*상기 펜탄 가스 센서(100)는 펜탄가스가 매우 폭발성이 높기 때문에 20%LEL 수준의 저농도 감지가 필수이며, 히터일체형 고체전해질 기반의 기술과 센서용 반도체의 적용으로 센서 성능과 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 펜탄 가스 센서(100)는 특정한 작업환경 하에 서 20%LEL (LEL: Low Explosive Limitation) 수준의 고감도, 저농도 미세측정할 수 있도록 바륨 등 이종 원소 도핑을 통한 YSZ계 고체전해질 및 이온 전도도와, 전극 물질에 니켈 산화물(NiO), 카본블랙 (Carbon black) 11111111등의 물질을 혼합하여 복합체 제조를 통한 펜탄 가스 반응성 및 촉매 물질 복합체, 고체전해질층의 두께 조정을 통한 펜탄가스 검출한다.
상기 펜탄 가스 센서(100)는 복수의 플레이트(110), Ni메쉬(120), 고체전해질(130), 전극(140), 전하수집기(150)를 포함하며, 상기의 구성은 도 1 내지 4의 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 구성의 설명은 생략한다.
상기 센서플랫폼()은 펜탄가스를 측정하는 펜탄센서(110), 온도와 습도를 측정하는 온습도센서(210), 센서반도체(220), MCU(230)와; MCU(230)의 제어을 받아 데이터를 송신하는 무선통신 모듈(Wireless connectivity midule)(240)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서플랫폼(200)은 온습도센서(210), 센서반도체(220), MCU(230), 무선통신 모듈(240)을 포함한다.
상기 센서플랫폼(200)의 구성은 도 4에 되시된 구성과 실질적으로 동일하게 구성되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 모니터링 시스템은 서버(300), 데이터 수집부(310), 데이터 분석부(320), 데이터운영부(330)를 포함한다.
상기 데이터 수집부(310)는 펜탄센서(110), 온습도센서(210) 및 실내,외 환경정보 등 데이터의 원활한 수집을 담당하며, 상기 데이터 분석부(320)는 데이터의 기술적 통계분석, 시계열 분석 및 M/L, D/L 알고리즘 기반 예측을 지원하고, 상기 데이터운영부(330)는 통계분석 결과 및 모델의 예측 결과를 디스플레이 한다.
그리고 데이터운영부(330)는 처리/연산, 분석, 스트리밍, 저장을 단계적으로 수행한다.
상기 처리/연산은 입력되는 데이터의 저장처리 체계구축(연도, 월, 일, 시, 분 단위 분리 저장) 로우 데이타(raw data)를 텍스트(text) 형태로 받아서 정규화 작업을 거쳐 연산, 분석 등에서 사용할 수 있도록 전처리하는 과정과 분석을 위한 csv형식으로 파일을 저장하고 웹(Web)이나 기타 프로그램에서 사용할 수 있는 rdbms로 저장하는 처리과정을 수행하고, 처리과정이 진행된 후 5분 단위, 10분 단위, 1시간 단위 평균, 최대치, 최소치 등 통계 연산 후 각 통계 위치에 저장하는 연산과정이 이루어진다.
상기 분석은 처리/연산을 거친 각 데이터 간의 상관분석 함수를 통해 온도, 습도, 기압 등과 펜탄가스의 분류별 상관분석 그래프와 다중상관분석으로 축적한 데이터를 기반으로 유사 환경의 예측도를 분석한다.
상기 스트리밍은 분석과정을 거친 데이터를 실시간으로 데이터가 저장이 이루어지도록 전송한다.
상기 저장은 센서 및 온도, 습도, 기압 등의 데이터가 시간의 흐름에 따라 주변 환경에 의해 값이 변하는 시계열 데이터의 속성을 가지고 있으므로, 특정 기간(예. 30분, 1시간, 5시간 동안)의 데이터를 특정한 시간의 간격(예. 1분, 5분, 30분 간격 등)을 두고 윈도윙(windowing)하면서, 모델이 학습할 수 데이터 set를 구성한 후 파일(Pile)의 형태로 저장(또는 적재(matrix로 분리, 적재되어 cube 형태의 3 dimensional 데이터로 reshape됨))한다.
상기와 같이 구성되는 모니터링 시스템은 저전력 모드에서는 센서 어레이 중 한 개 또는 선택적으로만 동작시키고 ROIC와 모듈 또한 전력소모를 최소화하는 가운데 압축센싱 기법을 통해 실시간 모니터링 시스템이 켜져 있는 시간을 최소화한다.
그리고 저전력 모드에서 유해가스가 검출되는 경우에는 모니터링 시스템이 고해상 모드로 전환하여 모든 가스센서 어레이를 동작시키고, 로직(ROIC) 또한 고해상도 출력을 만들고 패턴인식을 통해 정확한 가스 종류와 양을 검출하여 선택도와 감도가 극대화된다.
또한, 상기 모니터링 시스템은 펜탄센서(110), 온습도센서(210)가 설치된 환경의 특성을 반영하여 다양한 형태의 학습 데이터를 구축하고, 머신러닝(Machine Learning), 딥러닝(Deep Learning) 알고리즘을 이용한 '예측 모델' 개발이 가능한 분석 환경 지원하여 이상치, 결측치 제거 등 데이터 필터링(filtering)을 진행하고, 데이터 가공을 통한 학습용 데이터 구축하여 원본(raw) 데이터로부터 수집한 다양한 실내/외 환경인자(온도, 습도 기압 등)를 수집하고, 이를 시간 순서로 정렬하여 2-dimensional 데이터(2차원 tensor 또는 matrix 형태)로 구성한다.
또한, 온습도센서(210)에 의한 온도, 습도, 기압 등의 데이터는 시간의 흐름에 따라 주변 환경에 의해 값이 변하는 시계열 데이터의 속성을 가지고 있으므로, 특정 기간 (예. 30분, 1시간, 5시간 동안)의 데이터를, 특정한 시간의 간격을 두고 (예. 1분, 5분, 30분 간격 등) 윈도윙(windowing)하면서, 모델이 학습할 수 데이터 세트(set)를 구성한 후 파일(Pile) 형태로 저장(또는 적재(matrix로 분리, 적재되어 cube 형태의 3 dimensional 데이터로 reshape됨))한다.
또한, 압축센싱 기반 저해상도 센서 데이터 신호품질 향상 알고리즘을 다양한 응용분야의 접목이 가능하고, 펜탄가스의 거치형 외에 수송 시 가스 감지 및 로그 가능하다.
또한, 모니터링 시스템이 저전력 모드 동작 시 펜탄 가스 센서(100)로부터 전송된 저해상도 데이터의 품질 향상을 위한 압축센싱 기반 신호처리가 용이하고, 저전력 상태에서는 다양한 종류의 센서 신호가 적응적으로 샘플링되어 원본 데이터량에 비해 매우 적은 크기의 데이터가 서버(300)로 전송되며, 전송된 샘플링 데이터로부터 원본 신호에 근접한 고해상도 신호를 복원하기 위하여 센서들의 공간적 근접성과 시간적 일관성 및 샘플링 순서를 고려하여 신호의 연속성을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 모니터링 시스템은 기존의 광학방식, 반도체 방식과 구별되고, 펜탄(Pentane) 가스에 특화된 센서 방식인 고체전해질과 촉매를 이용한 전기화학식 센서 기술을 사용하며, metal-oxides와의 촉매작용을 통해 실시간으로 펜탄 센서의 출력 Data를 수집하여 자동으로 분석/예측하여 유해가스 사고에 선제적으로 대응할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
<도면 부호의 설명>
100: 펜탄 가스 센서, 110: 히터기판, 120: 고체전해질층, 130: 센싱전극, 140: 기준전극, 150: 전하수집기, 200: 센서플랫폼, 210: 온습도센서, 220: 센서반도체, 230: MCU, 240: 무선통신모듈, 300: 서버, 310: 데이터수집부, 320: 데이터 분석부, 330: 데이터운영부.
본 발명은 기존의 광학방식, 반도체 방식과 구별되고, 유해폭발가스인 펜탄가스에 대한 선제적이고 자동화된 대응이 가능하도록, 특정한 작업환경 하에서 20%LEL (LEL: Low Explosive Limitation) 수준의 고감도, 저농도 미세측정이 가능하고, 긴급 상황을 미리 예측하여 알람(ALARM) 경보를 발생시키며, 펜탄가스 외에도 메탄, 에탄올, 벤젠 등 제조사업장, 공장, 산업단지에서 발생하는 유해가스 감지가 가능하므로 산업상 이용가능성이 폭넓다.

Claims (15)

  1. 히터기판과;
    히터기판 상부에 형성된 고체전해질층과;
    고체전해질 상부에 형성된 센싱전극과;
    센싱전극과 평행하게 형성된 기준전극과; 및
    각 센싱전극 및 기준전극에 설치되는 전하수집기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체전해질층은,
    바륨, 지르코늄, 세륨, 이트륨 또는 이터븀를 포함하는 세라믹 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고체전해질은,
    두 반응 및 상대전극에서 일어나는 반응들에 의해 생성된 이온의 전도가 일어나는 부분으로 전위차를 생성하여 전극와이어 및 센서반도체에 전류를 발생시는 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱전극은 복수로 구성되며,
    각 센싱전극의 니켈, 이리듐, 철, 크롬, 금 또는 이들의 산화물의 비율이 다른 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱전극은 펜탄가스 검지를 위한 펜탄의 산화탈수소화(oxidative dehydrogenation) 반응 (C5H12 + O2- → C5H10 + H2O + 2e-) 및 산화 (Oxidation) 반응 (C5H12 + 16O2- → 5CO2 + 6H2O + 32e-)을 통해 전위차를 생성하는 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준전극은,
    팔라듐, V2O5, 니켈 또는 플레티늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준전극은,
    상기 센싱전극의 상대전극 (Counter electrode)로서 센싱전극과 평행하게 설치되며 펜탄의 산화반응에 대한 산화-환원 짝반응인 물의 환원반응 (H2O + 2e- → H2 + O2-)을 일으켜 활성 산소이온(O2-)을 소자에 공급하여 산화반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전하수집기는,
    상기 센싱전극 및 기준전극 상단부에 위치하여 각 전극 사이의 전위차를 측정하는 것을 특징으로 하는 펜탄 가스 센서.
  9. 복수의 플레이트, 메쉬, 고체전해질, 전극 및 전하수집기로 이루어져 펜탄 가스를 측정하는 펜탄 가스 센서와;
    온도와 습도를 측정하는 온습도센서와;
    센서마다 상이한 센서신호 센싱(전압, 전류, 저항변화량) 블럭, 증폭기, 필터, ADC(Analog-to-Digital Converter), 제어기 신호처리, 저전력/고해상도 이중모드를 지원하면서 다종의 센서를 지원할 수 있는 다채널 통합 신호처리 프로세스 및 전류소모를 최소화하는 신호감지부 및 ADC 사용없이 디지털 신호변환 할 수 있는 XDC(X-to-Digital Converter) 저전력모드와 해상도 향상을 저잡음 신호감지부, 고해상도 ADC, ppm/ppb 단위의 가스검출이 가능한 고해상도모드를 지원하는 센서반도체와;
    센서반도체를 컨트롤하면서 데이터를 얻고, 무선통신모듈을 통해 데이터를 송신을 제어하는 MCU와;
    MCU의 제어을 받아 데이터를 송신하는 무선통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서플렛폼.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서반도체는,
    입력신호를 디지털화하여 저장하고, 모드에 따라서, 저해상도(8bit ADC 기능)와 저전력, 고해상도(16bit ADC 기능)의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 센서플렛폼.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 센서반도체는,
    ROIC가 전력과 해상도에 대해 조절 가능한 모드의 수를 측정하고,
    IoT환경의 센서 동작은 수개월 및 수년간의 센서가 동작할 수 있도록 하며,
    센서가 저전력으로 동작이 이루어지도록 하고,
    센서의 정확도를 높이기 위한 고성능(해상도 높은)기능를 제공하는 것을 특징으로 하는 센서플렛폼.
  12. 복수의 플레이트, Ni메쉬, 고체전해질, 전극 및 전하수집기로 이루어져 펜탄 가스를 측정하는 펜탄 가스 센서;
    펜탄가스를 측정하는 펜탄센서와 온도와 습도를 측정하는 온습도센서와 센서마다 상이한 센서신호 센싱(전압, 전류, 저항변화량) 블럭, 증폭기, 필터, ADC, 제어기 신호처리, 저전력/고해상도 이중모드를 지원하면서 다종의 센서를 지원할 수 있는 다채널 통합 신호처리 프로세스 및 전류소모를 최소화하는 신호감지부 및 ADC 사용없이 디지털 신호변환 할 수 있는 XDC 저전력모드와 해상도 향상을 저잡음 신호감지부, 고해상도 ADC ppm/ppb 단위의 가스검출이 가능한 고해상도모드를 지원하는 센서반도체와 센서반도체를 컨트롤하면서 데이터를 얻고, 무선통신모듈을 통해 데이터를 송신을 제어하는 MCU와 MCU의 제어을 받아 데이터를 송신하는 무선통신모듈을 포함하는 센서플랫폼; 및
    펜탄센서, 온습도센서 및 실내·외 환경정보 데이터의 원활한 수집하는 데이터수집부, 데이터의 기술적 통계분석, 시계열 분석 및 M/L, D/L 알고리즘 기반 예측하는 데이터 분석부와 처리/연산, 분석, 스트리밍, 저장을 단계적으로 수행하여 통계분석 결과 및 모델의 예측 결과를 디스플레이하는 데이터운영부로 이루어지는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 처리/연산은,
    입력되는 데이터의 저장처리 체계구축(연도, 월, 일, 시, 분 단위 분리 저장) 로우데이타(rowdata)를 텍스트(text) 형태로 받아서 정규화 작업을 거쳐 연산, 분석 등에서 사용할 수 있도록 전처리하는 과정과,
    분석을 위한 csv형식으로 파일을 저장하고 웹(Web)이나 기타 프로그램에서 사용할 수 있는 rdbms로 저장하는 처리과정을 수행하고,
    처리과정이 진행 된 후 5분 단위, 10분 단위, 1시간 단위 평균, 최대치, 최소치의 통계 연산 후 각 통계 위치에 저장하는 연산과정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 분석은,
    처리/연산을 거친 각 데이터간의 상관분석 함수를 통해 온도, 습도, 기압과 펜탄가스의 분류별 상관분석 그래프와 다중상관분석으로 축적한 데이터를 기반으로 유사 환경의 예측도를 분석하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 저장은
    센서 및 온도, 습도, 기압의 데이터가 시간의 흐름에 따라 주변 환경에 의해 값이 변하는 시계열 데이터의 속성을 가지고 있으므로, 특정 기간(예. 30분, 1시간, 5시간 동안)의 데이터를 특정한 시간의 간격(예. 1분, 5분, 30분 간격 등)을 두고 윈도윙(windowing)하면서, 모델이 학습할 수 데이터 set를 구성한 후 파일(Pile)의 형태로 저장(또는 적재(matrix로 분리, 적재되어 cube 형태의 3 dimensional 데이터로 reshape됨))하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
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