KR20160091174A

KR20160091174A - 가스 센서 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20160091174A
Application number: KR1020150011491A
Authority: KR
Inventors: 이상엽; 신수환
Original assignee: 주식회사 알앤에스랩
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-08-02
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: KR101721134B1

Abstract

본 발명은 가스 센서 및 그 제어방법에 관한 것으로 피검출가스를 측정하는 복수개의 측정모듈 및 상기 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 계측모듈로 설정하고, 상기 계측모듈로 설정되지 않은 나머지 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 레퍼런스(reference)모듈로 설정하며, 미리 설정된 계측설정에 따라 상기 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하고, 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 피검출가스의 최종 농도를 출력하되, 미리 설정된 교정설정에 따라 상기 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스를 측정하고, 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 미리 설정된 임계치 이하이면 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 교정(calibration)하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 센서 및 그 제어방법{GAS SENSOR AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 가스 센서 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동 교정(calibration)이 가능한 가스 센서 및 그 제어방법에 관한 것이다.

산업 사회가 고도화됨에 따라 생산 현장에서부터 일반 가정에 이르기까지 각종 가스의 사용이 폭증하고 그 종류도 날로 다양해지고 있다. 이에 따라 대기오염과 유해환경 가스에의 노출에 따른 위험 신호를 조기에 감지하고, 모니터링하기 위한 고감도 환경 센서에 대한 관심이 커지고 있다.

현재 대기 중에 존재하는 가스의 농도를 측정하는 방법으로는 크게 광학적인 방법(NDIR: Non-dispersive infrared absorption 방식), 전기화학적인 방법 및 반도체를 이용하는 방법이 있다.

예를 들어, 광학적인 방법을 통해 이산화탄소를 감지하는 경우, 이산화탄소가 특정 파장(4.26㎛)의 적외선만을 흡수하는 성질을 이용하여 적외선의 흡수 정도를 측정함으로써 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있다. 하지만, 이 방법은 민감한 광학측정계가 오염에 취약해 옥외의 열악한 환경에서는 사용하기 어렵고, 고가이며, 소형화가 어렵다는 문제점이 존재한다.

또한, 반도체를 이용하는 방법은 산화물 반도체의 저항변화를 측정하여 가스의 농도를 측정하는 방법으로, 감지 가스와 금속 산화물, 고분자 및 탄소나노튜브 등의 감지 물질의 산화/환원 반응 시 감지 물질의 저항이 바뀌는 정도를 이용하여 감지 가스의 농도를 측정한다. 이러한 반도체식 가스 센서는 감지 가스와 감지 물질의 원활한 산화/환원 반응을 위해 자체 히터를 내장하며, 반응온도는 대략 200 ~ 500 도 정도이다.

마지막으로 전기화학식 가스 센서는 감지 가스와 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 탄산염 등으로 이루어진 감지 물질이 고온에서 반응하여 고체전해질의 이온전도도가 변하는 것을 감지함으로써 가스 농도를 측정한다.

이러한 반도체식 가스 센서나 전기화학식 가스 센서는 작은 형태의 센서 제작이 가능하므로, 대중적인 사용이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 이와 같은 장점에도 불구하고 반도체식 가스 센서나 전기화학식 가스 센서가 광범위하게 상용화되지 못하는 이유는 센서의 수명이 비교적 짧고, 센서 사용에 따른 잦은 교정이 요구되기 때문이다.

즉 반도체식 가스 센서나 전기화학식 가스 센서는 작동 원리상 내부에 히터 등 가열 수단을 탑재하고 있기 때문에 센서의 사용에 따른 노후화가 매우 급격하게 발생하며, 감지물질의 반응을 통해 가스를 측정하게 되므로 감지물질의 소모가 발생하여 센서의 사용에 따라 감지 정확도가 점차 감소할 수밖에 없다.

다시 말해, 반도체식 가스 센서나 전기화학식 가스 센서는 일반적인 다른 센서들과 달리 센서 사용에 따른 정확도의 감소가 매우 급격하게 진행되어 잦은 교정이 요구되며, 그 수명도 비교적 짧다는 문제점이 존재한다.

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2010-0138596호(2010.12.31)에 개시되어 있다.

본 발명은 센서 사용에 따른 오차를 자동으로 교정할 수 있으며, 비교적 긴 수명을 갖는 가스 센서 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 가스 센서는 피검출가스를 측정하는 복수개의 측정모듈; 및 상기 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 계측모듈로 설정하고, 상기 계측모듈로 설정되지 않은 나머지 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 레퍼런스(reference)모듈로 설정하며, 미리 설정된 계측설정에 따라 상기 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하고, 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 피검출가스의 최종 농도를 출력하되, 미리 설정된 교정설정에 따라 상기 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스를 측정하고, 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 미리 설정된 임계치 이하이면 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 교정(calibration)하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는, 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 상기 임계치 초과이면 상기 계측모듈을 폐기하고, 상기 레퍼런스모듈 중 적어도 하나 이상을 새로운 계측모듈로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는, 상기 레퍼런스모듈 설정 시 상기 나머지 측정모듈 중 폐기된 모듈이 아닌 모듈 모두를 상기 레퍼런스모듈로 설정하고, 상기 농도 교정 시 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도들의 평균값에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출하며, 상기 새로운 계측모듈 설정 시 보정데이터를 초기화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는, 상기 레퍼런스모듈 설정 시 상기 나머지 측정모듈 중에서 폐기된 모듈이 아닌 모듈 중 하나를 상기 레퍼런스모듈로 설정하고, 상기 농도 교정 시 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출하며, 상기 새로운 계측모듈 설정 시, 상기 레퍼런스모듈을 상기 새로운 계측모듈로 설정하고, 보정데이터를 초기화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 상기 피검출가스의 최종 농도 출력 시 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도에 보정데이터를 적용하여 상기 피검출가스의 최종 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 교정설정에 따른 측정 간격은 상기 계측설정에 따른 측정 간격보다 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 측정모듈은, 피검출가스와 반응하는 감지물질; 및 상기 감지물질을 가열하기 위한 가열수단을 포함하되, 상기 제어부는 상기 측정모듈을 통한 피검출가스의 측정 시 상기 가열수단을 통해 상기 감지물질을 가열시켜 상기 감지물질이 피검출가스와 반응할 때 발생되는 기전력을 측정하여 피검출가스의 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 센서는 각 측정모듈별 기전력에 따른 농도변환데이터를 저장하고 있는 저장부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 측정모듈을 통한 피검출가스의 측정 시 측정된 기전력을 상기 농도변환데이터에 따라 농도로 변환하여 상기 피검출가스의 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 센서의 제어방법은 제어부가 피검출가스를 측정하는 복수개의 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 계측모듈로 설정하는 단계; 상기 제어부가 상기 계측모듈로 설정되지 않은 나머지 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 레퍼런스(reference)모듈로 설정하는 단계; 상기 제어부가 미리 설정된 계측설정에 따라 상기 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하는 단계; 상기 제어부가 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도에 보정데이터를 적용하여 피검출가스의 최종 농도를 출력하는 단계; 상기 제어부가 미리 설정된 교정설정에 따라 상기 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스를 측정하는 단계; 및 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 상기 제어부가 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출하는 단계를 포함하되, 상기 교정설정에 따른 측정 간격은 상기 계측설정에 따른 측정 간격보다 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 센서의 제어방법은 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 상기 임계치 초과인 경우, 상기 제어부가 상기 계측모듈을 폐기하고 상기 레퍼런스모듈 중 적어도 하나 이상을 새로운 계측모듈로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 레퍼런스모듈로 설정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 나머지 측정모듈 중 폐기된 모듈이 아닌 모듈 모두를 상기 레퍼런스모듈로 설정하고, 상기 보정데이터를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도들의 평균값에 근거하여 상기 보정데이터를 산출하되, 상기 새로운 계측모듈로 설정하는 단계는, 상기 제어부가 보정데이터를 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 레퍼런스모듈로 설정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 나머지 측정모듈 중에서 폐기된 모듈이 아닌 모듈 중 하나를 상기 레퍼런스모듈로 설정하되, 상기 새로운 계측모듈로 설정하는 단계는, 상기 제어부가 상기 레퍼런스모듈을 상기 새로운 계측모듈로 설정하는 단계; 및 상기 제어부가 보정데이터를 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 센서 및 그 제어방법은 복수개의 측정모듈을 계측모듈과 레퍼런스모듈로 구분하고 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 교정함으로써 센서 사용에 따른 오차를 자동으로 교정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 가스 센서 및 그 제어방법은 계측모듈의 수명이 다한 것으로 판단되어 계측모듈이 폐기될 경우 레퍼런스모듈 중에서 새로운 계측모듈을 설정하여 사용함으로써 하나의 측정모듈을 구비한 경우보다 센서의 수명이 길어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 농도변환데이터를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 가스 센서의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가스 센서 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 구성을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 농도변환데이터를 설명하기 위한 예시도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 가스 센서를 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 가스 센서는 제어부(100) 및 측정모듈(110~112)을 포함한다. 즉 본 실시예에서 측정모듈(110~112)은 복수개이며, 바람직하게는 3개 이상일 수 있다.

측정모듈(110~112)은 피검출가스를 측정할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 피검출가스는 이산화탄소(CO₂)일 수 있으며, 측정모듈(110~112)은 피검출가스와 반응하는 감지물질 및 감지물질을 가열하기 위한 가열수단을 포함하여 피검출가스를 측정할 수 있다. 즉 제어부(100)는 피검출가스의 측정 시 가열수단을 통해 감지물질을 가열시킨 뒤, 감지물질과 피검출가스의 반응을 측정하여 피검출가스를 측정할 수 있다.

예를 들어 본 실시예에 따른 가스 센서가 전기화학식 가스 센서일 경우, 제어부(100)는 감지전극과 기준전극을 통해, 감지물질이 피검출가스와 반응할 때 발생되는 기전력을 측정하여 피검출가스의 농도를 측정할 수 있다. 즉 감지물질과 반응하는 피검출가스의 농도에 따라 반응 시 발생되는 기전력이 달라지므로 제어부(100)는 이러한 기전력을 측정하여 피검출가스의 농도를 측정할 수 있다.

또한 제어부(100)는 이러한 기전력을 피검출가스의 농도로 변환할 수 있는 변환데이터를 사용하여 측정된 기전력을 피검출가스의 농도로 변환할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 가스 센서는 이러한 변환데이터를 저장하기 위한 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

한편 본 실시예에서 측정모듈(110~112)은 복수개이므로, 피검출가스의 농도가 동일할지라도 각 측정모듈에서 측정되는 기전력은 달라질 수 있다. 즉 제작과정상 각 측정모듈별로 사용된 감지물질의 양 등에 차이가 발생할 수 있으므로, 각 측정모듈에서 측정되는 기전력은 일치하지 않을 수 있다.

따라서 이러한 측정결과를 일치시키기 위해 저장부에는 각 측정모듈별 기전력에 따른 농도변환데이터(즉, 제1모듈(110)에 대한 변환데이터, 제2모듈(111)에 대한 변환데이터 등)가 저장되어 있을 수 있으며, 제어부(100)는 각 측정모듈에 맞는 변환데이터를 사용하여 각 측정모듈별로 피검출가스의 농도를 측정할 수 있다.

도 2에는 이러한 농도변환데이터의 예시가 기재되어 있다. 즉 피검출가스의 농도가 증가할수록 발생되는 기전력은 감소하며, 저장부에는 이러한 관계식의 초기값(initial value)과 기울기(gradient)가 저장되어 있을 수 있다. 또한 상술한 것과 같이 각 측정모듈별로 이러한 농도변환데이터는 다를 수 있으므로, 각 측정모듈에 해당하는 초기값과 기울기는 각기 다 다른 값을 가질 수 있다.

한편 제어부(100)는 측정모듈(110~112) 중 적어도 하나 이상을 계측모듈로 설정하고, 계측모듈로 설정되지 않은 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 레퍼런스(reference)모듈로 설정할 수 있다. 즉 제어부(100)는 측정모듈(110~112)을 계측모듈과 레퍼런스모듈로 구분하여, 계측모듈을 통해서는 피검출가스를 지속적으로 측정하되, 이러한 측정과정 중 레퍼런스모듈을 통해 측정되는 피검출가스의 농도에 근거하여 계측모듈을 통해 측정되는 피검출가스의 농도를 교정(calibration)할 수 있다.

다시 말해 제어부(100)는 미리 설정된 계측설정에 따라 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하고 이를 통해 피검출가스의 최종 농도를 출력하되, 계측모듈을 통한 피검출가스의 지속적인 측정 중 미리 설정된 교정설정에 따라 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스를 같이 측정하고, 이렇게 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 미리 설정된 임계치 이하이면, 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출할 수 있다.

즉 이때 상기 교정설정에 따른 측정 간격이 상기 계측설정에 따른 측정 간격보다 길다면, 레퍼런스모듈은 계측모듈에 비해 사용횟수가 적어 사용에 따른 오차가 적게 발생하였을 것으로 볼 수 있다. 따라서 제어부(100)는 좀 더 정확한 측정이 가능한 레퍼런스모듈을 기반으로 계측모듈을 교정할 수 있다.

한편 이러한 교정설정과 계측설정은 사용자의 의도에 따라 다양한 방식으로 설정될 수 있다. 예를 들어 교정설정에 따른 측정 간격이 계측설정에 따른 측정 간격의 10배가 되도록 하거나(예: 계측설정은 1분마다 측정, 교정설정은 10분마다 측정), 계측설정에 따른 측정이 20번 누적되면 교정설정에 대한 측정이 한번 이루어지도록 교정설정과 계측설정이 설정될 수도 있다.

또한 제어부(100)는 피검출가스의 최종 농도 출력 시 상술한 것과 같이 산출된 보정데이터를 계측모듈을 통해 측정된 농도에 적용하여 피검출가스의 최종 농도를 산출할 수 있다. 즉 제어부(100)는 계측모듈의 반복사용에 따른 누적오차를 레퍼런스모듈을 이용한 교정을 통해 줄일 수 있다. 이러한 보정데이터는 계측모듈을 통한 측정시마다 산출되는 것이 아니므로, 제어부(100)는 한번 산출된 보정데이터를 다음번 교정시까지 사용하여 피검출가스의 최종 농도를 산출할 수 있다.

한편 제어부(100)는 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 상기 임계치를 초과하면 계측모듈을 폐기하고, 레퍼런스모듈 중 적어도 하나 이상을 새로운 계측모듈로 설정할 수 있다. 즉 여기서 임계치는 계측모듈을 교정하여 사용하는 것이 가능한 것으로 볼 수 있는 값의 기준으로, 측정된 농도의 차이가 임계치를 초과하면 계측모듈의 수명이 다한 것으로 볼 수 있다.

따라서 제어부(100)는 계측모듈의 수명이 다한 것으로 판단되면, 계측모듈을 폐기하고, 레퍼런스모듈 중에서 새로운 계측모듈을 설정하여 사용한다. 즉 전술한 것과 같이, 교정설정에 따른 측정 간격이 계측설정에 따른 측정 간격보다 길다면, 레퍼런스모듈은 계측모듈에 비해 사용횟수가 적어 아직 수명이 남아있다고 볼 수 있으므로, 제어부(100)는 이를 새로운 계측모듈로 사용할 수 있다.

이렇게 새로운 계측모듈이 설정되면, 제어부(100)는 처음으로 다시 돌아가 계측모듈로 설정되지 않은 나머지 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 레퍼런스모듈로 설정하고, 새로 설정된 계측모듈을 통한 피검출가스의 측정 및 새로 설정된 래퍼런스모듈을 통한 교정을 다시 반복할 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 가스 센서를 구성할 경우 하나의 측정모듈을 구비한 경우보다 센서의 수명이 길어질 수 있다.

최근 들어 멤스(Micro Electro Mechanical Systems) 기술이 발전함에 따라, 하나의 가스 센서에 여러 개의 측정모듈을 집적하는 것이 가능해졌으며, 여러 개의 측정모듈이 구비된 가스 센서의 생산비용이 하나의 측정모듈이 구비된 가스 센서의 생산비용보다 그리 크지 않게 되었다. 따라서 본 실시예와 같이 복수개의 측정모듈을 구비하여 가스 센서를 구성할 경우, 하나의 측정모듈을 구비한 가스 센서를 복수개 생산하는 것보다 생산단가는 현저히 낮으면서도, 이러한 하나의 측정모듈을 구비한 가스 센서를 복수개 사용하는 것과 동등한 수준에서의 센서 수명을 제공해줄 수 있다.

한편 새로운 계측모듈이 설정될 경우, 기존의 보정데이터를 사용하는 것은 타당하지 않으므로, 제어부(100)는 새로운 계측모듈 설정 시 보정데이터를 초기화할 수 있다.

또한 좀 더 구체적으로 측정모듈이 4개(제1모듈(110), 제2모듈(111), 제3모듈(미도시), 제4모듈(112, 즉 제n모듈))인 경우를 예로 들어 본 실시예에 따른 가스 센서의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 제어부(100)는 측정모듈 중 제1모듈(110)을 계측모듈로 설정하고, 제2모듈(111)을 레퍼런스모듈로 설정할 수 있다. 이후 제어부(100)는 계측설정에 따라 제1모듈(110)을 통해 피검출가스를 측정하되, 교정설정에 따라 제2모듈(111)을 통해 측정된 농도에 근거하여 제1모듈(110)을 통해 측정되는 농도를 교정할 수 있다.

제어부(100)는 이와 같은 측정과 교정을 지속하다가, 제1모듈(110)을 통해 측정된 농도와 제2모듈(111)을 통해 측정된 농도의 차이가 임계치를 초과하면, 제1모듈(110)을 폐기하고, 제2모듈(111)을 새로운 계측모듈로 설정할 수 있다.

이후 제어부(100)는 제3모듈을 새로운 레퍼런스모듈로 설정하여 측정과 교정을 지속하되, 제2모듈(111) 또한 수명이 다하게 되면 제3모듈을 새로운 계측모듈로 설정하고 제4모듈(112)를 새로운 래퍼런스모듈로 설정할 수 있다. 이후 제3모듈 마저 수명을 다하게 되면, 더 이상 새로운 레퍼런스모듈을 설정할 수 없으므로, 제어부(100)는 가스 센서가 수명을 다한 것으로 판단하여 그 동작을 멈출 수 있다.

한편 이외에도, 제어부(100)는 계측모듈(제1모듈(110))로 설정되지 않은 나머지 측정모듈 중 폐기된 모듈이 아닌 모듈 모두를 레퍼런스모듈로 설정할 수 있다. 즉 제어부(100)는 처음에 제2모듈(111), 제3모듈 및 제4모듈(112) 모두를 레퍼런스모듈로 설정할 수 있다.

이후 제어부(100)는 계측설정에 따라 제1모듈(110)을 통해 피검출가스를 측정하되, 교정설정에 따라 제2모듈(111) 내지 제4모듈(112)을 통해 측정된 농도에 근거하여 제1모듈(110)을 통해 측정되는 농도를 교정할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 제2모듈(111) 내지 제4모듈(112)을 통해 측정된 농도들의 평균값에 근거하여 제1모듈(110)을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출할 수 있다.

제어부(100)는 이와 같은 측정과 교정을 지속하다가, 제1모듈(110)을 통해 측정된 농도와 제2모듈(111) 내지 제4모듈(112)을 통해 측정된 농도들의 평균값의 차이가 임계치를 초과하면, 제1모듈(110)을 폐기하고, 레퍼런스모듈 중 적어도 하나 이상(예 : 제2모듈(111))을 새로운 계측모듈로 설정할 수 있다.

이후 제어부(100)는 계측모듈(제2모듈(111))로 설정되지 않은 나머지 측정모듈(제1모듈(110), 제3모듈, 제4모듈(112)) 중 폐기된 모듈(제1모듈(110))이 아닌 모듈 모두(제3모듈, 제4모듈(112))를 새로운 레퍼런스모듈로 설정하여 측정과 교정을 지속하되, 제2모듈(111) 또한 수명이 다하게 되면 제3모듈을 새로운 계측모듈로 설정하고 제4모듈(112)를 새로운 래퍼런스모듈로 설정할 수 있다. 이후 제3모듈 마저 수명을 다하게 되면, 더 이상 새로운 레퍼런스모듈을 설정할 수 없으므로, 제어부(100)는 가스 센서가 수명을 다한 것으로 판단하여 그 동작을 멈출 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 가스 센서의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 제어부(100)가 교정설정에 따라 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스를 측정하는 단계(S210)에 이어서 수행되는 교정과정을 설명하기 위한 흐롬도이다. 따라서 계측 시작 전에 수행되는 계측모듈을 설정하는 단계나 레퍼런스모듈을 설정하는 단계는 도시하지 않았으며, 계측 시작 후 반복 수행되는 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하는 단계와 피검출가스의 최종 농도를 출력하는 단계는 도 3의 과정과 관계없이 지속적으로 수행될 수 있다. 다만 교정설정에 따른 측정과 같이 수행된, 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하는 단계(S200)는 도3에 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 먼저 계측모듈을 통해 피검출가스의 농도를 측정한다(S200). 예를 들어 제어부(100)는 계측모듈에 포함된 감지물질과 가열수단을 이용하여 피검출가스의 농도를 측정할 수 있다.

이어서 제어부(100)는 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스의 농도를 측정한다(S210). 즉 제어부(100)는 미리 설정된 교정설정에 따라 피검출가스의 농도를 측정하여 교정 과정의 수행을 시작할 수 있다.

상기 단계(S210) 이후, 제어부(100)는 상기 단계(S200)에서 측정된 농도와 상기 단계(S210)에서 측정된 농도의 차이가 임계치 이하인지 판단한다(S220). 여기서 임계치는 계측모듈을 교정하여 사용하는 것이 가능한 것으로 볼 수 있는 값의 기준으로, 측정된 농도의 차이가 임계치를 초과하면 계측모듈의 수명이 다한 것으로 볼 수 있다.

상기 단계(S220)의 판단결과, 농도의 차이가 임계치 이하였다면, 제어부(100)는 상기 단계(S210)에서 측정된 피검출가스의 농도를 이용하여 계측모듈을 통해 측정되는 가스농도를 교정한다(S230). 예를 들어 제어부(100)는 상기 단계(S210)에서 측정된 농도에 근거하여 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출할 수 있다. 즉 교정설정에 따른 측정 간격이 계측설정에 따른 측정 간격보다 길다면, 레퍼런스모듈은 계측모듈에 비해 사용횟수가 적어 사용에 따른 오차가 적게 발생하였을 것으로 볼 수 있다. 따라서 제어부(100)는 좀 더 정확한 측정이 가능한 레퍼런스모듈을 기반으로 계측모듈을 교정할 수 있다.

상기 단계(S220)의 판단결과, 농도의 차이가 임계치 이하가 아니었다면, 제어부(100)는 계측모듈을 폐기한다(S240). 즉 제어부(100)는 계측모듈의 수명이 다한 것으로 판단되면 해당 계측모듈을 폐기할 수 있다.

이어서 제어부(100)는 레퍼런스모듈 중 하나를 새로운 계측모듈로 설정한다(S250). 즉 전술한 것과 같이, 교정설정에 따른 측정 간격이 계측설정에 따른 측정 간격보다 길다면, 레퍼런스모듈은 계측모듈에 비해 사용횟수가 적어 아직 수명이 남아있다고 볼 수 있으므로, 제어부(100)는 이를 새로운 계측모듈로 사용할 수 있다.

이후 제어부(100)는 새로운 래퍼런스모듈을 설정하는 것부터 다시 시작하여, 새로 설정된 계측모듈을 통한 피검출가스의 측정 및 새로 설정된 래퍼런스모듈을 통한 교정을 다시 반복할 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 가스 센서를 제어할 경우 하나의 측정모듈을 구비한 경우보다 센서의 수명이 길어질 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가스 센서 및 그 제어방법은 복수개의 측정모듈을 계측모듈과 레퍼런스모듈로 구분하고 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 교정함으로써 센서 사용에 따른 오차를 자동으로 교정할 수 있도록 하며, 계측모듈의 수명이 다한 것으로 판단되어 계측모듈이 폐기될 경우 레퍼런스모듈 중에서 새로운 계측모듈을 설정하여 사용함으로써 하나의 측정모듈을 구비한 경우보다 센서의 수명이 길어질 수 있도록 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 제어부
110: 제1모듈
111: 제2모듈
112: 제n모듈

Claims

피검출가스를 측정하는 복수개의 측정모듈; 및
상기 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 계측모듈로 설정하고, 상기 계측모듈로 설정되지 않은 나머지 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 레퍼런스(reference)모듈로 설정하며, 미리 설정된 계측설정에 따라 상기 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하고, 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 피검출가스의 최종 농도를 출력하되, 미리 설정된 교정설정에 따라 상기 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스를 측정하고, 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 미리 설정된 임계치 이하이면 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 교정(calibration)하는 제어부를 포함하는 가스 센서.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 상기 임계치 초과이면 상기 계측모듈을 폐기하고, 상기 레퍼런스모듈 중 적어도 하나 이상을 새로운 계측모듈로 설정하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
제 2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 레퍼런스모듈 설정 시 상기 나머지 측정모듈 중 폐기된 모듈이 아닌 모듈 모두를 상기 레퍼런스모듈로 설정하고, 상기 농도 교정 시 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도들의 평균값에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출하며, 상기 새로운 계측모듈 설정 시 보정데이터를 초기화하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
제 2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 레퍼런스모듈 설정 시 상기 나머지 측정모듈 중에서 폐기된 모듈이 아닌 모듈 중 하나를 상기 레퍼런스모듈로 설정하고, 상기 농도 교정 시 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출하며, 상기 새로운 계측모듈 설정 시, 상기 레퍼런스모듈을 상기 새로운 계측모듈로 설정하고, 보정데이터를 초기화하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 피검출가스의 최종 농도 출력 시 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도에 보정데이터를 적용하여 상기 피검출가스의 최종 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
제 1항에 있어서,
상기 교정설정에 따른 측정 간격은 상기 계측설정에 따른 측정 간격보다 긴 것을 특징으로 하는 가스 센서.
제 1항에 있어서,
상기 측정모듈은,
피검출가스와 반응하는 감지물질; 및
상기 감지물질을 가열하기 위한 가열수단을 포함하되,
상기 제어부는 상기 측정모듈을 통한 피검출가스의 측정 시 상기 가열수단을 통해 상기 감지물질을 가열시켜 상기 감지물질이 피검출가스와 반응할 때 발생되는 기전력을 측정하여 피검출가스의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
제 7항에 있어서,
각 측정모듈별 기전력에 따른 농도변환데이터를 저장하고 있는 저장부를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 측정모듈을 통한 피검출가스의 측정 시 측정된 기전력을 상기 농도변환데이터에 따라 농도로 변환하여 상기 피검출가스의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
제어부가 피검출가스를 측정하는 복수개의 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 계측모듈로 설정하는 단계;
상기 제어부가 상기 계측모듈로 설정되지 않은 나머지 측정모듈 중 적어도 하나 이상을 레퍼런스(reference)모듈로 설정하는 단계;
상기 제어부가 미리 설정된 계측설정에 따라 상기 계측모듈을 통해 피검출가스를 측정하는 단계;
상기 제어부가 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도에 보정데이터를 적용하여 피검출가스의 최종 농도를 출력하는 단계;
상기 제어부가 미리 설정된 교정설정에 따라 상기 레퍼런스모듈을 통해 피검출가스를 측정하는 단계; 및
상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 상기 제어부가 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도에 근거하여 상기 계측모듈을 통해 측정되는 농도를 보정하는 보정데이터를 산출하는 단계를 포함하되,
상기 교정설정에 따른 측정 간격은 상기 계측설정에 따른 측정 간격보다 긴 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제어방법.
제 9항에 있어서,
상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도와 상기 계측모듈을 통해 측정된 농도의 차이가 상기 임계치 초과인 경우, 상기 제어부가 상기 계측모듈을 폐기하고 상기 레퍼런스모듈 중 적어도 하나 이상을 새로운 계측모듈로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제어방법.
제 10항에 있어서,
상기 레퍼런스모듈로 설정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 나머지 측정모듈 중 폐기된 모듈이 아닌 모듈 모두를 상기 레퍼런스모듈로 설정하고,
상기 보정데이터를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 레퍼런스모듈을 통해 측정된 농도들의 평균값에 근거하여 상기 보정데이터를 산출하되,
상기 새로운 계측모듈로 설정하는 단계는, 상기 제어부가 보정데이터를 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제어방법.
제 10항에 있어서,
상기 레퍼런스모듈로 설정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 나머지 측정모듈 중에서 폐기된 모듈이 아닌 모듈 중 하나를 상기 레퍼런스모듈로 설정하되,
상기 새로운 계측모듈로 설정하는 단계는,
상기 제어부가 상기 레퍼런스모듈을 상기 새로운 계측모듈로 설정하는 단계; 및
상기 제어부가 보정데이터를 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제어방법.