KR100315313B1 - 가스 분석장치의 작동회로 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정대상의 단일 및 혼합가스 상태를 항온 및 항습으로 만들어 가스 분석의 정확성을 높일 수 있는 가스 분석장치의 작동회로 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 이 가스 분석장치의 작동회로는 솔레노이드 밸브의 온/오프를 제어하는 솔레노이드밸브 구동회로와, 히터 및 제습장치의 온도를 측정해서 이를 설정된 온도로 만들어주는 온도 제어회로와, 펌프의 온/오프를 제어하는 펌프 구동회로와, 가스 분석장치에 작동 명령 및 시스템 세팅값을 입력하는 키입력부와, 감지부를 통해 검출된 데이터, 측정 시간 및 분석 결과를 시각적으로 표시하는 표시부와, 감지부로부터 측정된 온도, 습도, 및 가스 데이터를 디지털 신호처리하는 디지털신호처리부와, 가스 분석의 프로그램을 저장하고, 감지부에서 검출된 데이터를 저장하는 메모리와, 상기 회로들과 상호 연결되어 있으며 외부 컴퓨터와 온라인으로 통신되며 가스를 분석하기 위해 선택된 측정, 보정/건조 또는 통신모드에 대응하도록 전체 시스템의 작동을 제어하는 제어부로 이루어진다.

Description

가스 분석장치의 작동회로 및 그 제어방법{Control Circuit and its Method for Gas Analyzing System}
본 발명은 단일 및 혼합가스의 검출 및 분석가능한 가스 분석장치에 관한 것으로서, 특히 다수개의 반도체 MOS형 가스센서를 이용하여 가스를 분석하되, 측정대상의 가스 상태를 항온 및 항습으로 만들어 가스 분석의 정밀도를 높이고 사용기간에 따른 가스의 보정이 손쉬운 가스 분석장치의 작동회로 및 그 제어방법에 관한 것이다.
현재, 반도체 MOS(Metal Oxide Silicon)형 센서를 이용하여 단일 가스를 측정하는 제품은 알콜측정기를 비롯한 메탄가스 측정기 등이 국내외 여러 회사에 의해서 생산 및 개발되고 있는 실정이다. 이 제품들은 가스의 정확한 농도 측정을 대상으로 하고 있지 않고, 단순히 가스 농도가 어떤 기준치 이상인지만을 측정하고 있는 수준이다.
종래 MOS형 가스센서를 이용한 가스 계측장치의 예로서, 일본등록특허 제2578호, 제 624호 또는 한국등록특허 1999-029465 등에 기재되어 있다. MOS형 가스센서에 부하저항을 직렬로 연결하면 부하저항에 농도에 따른 출력전압 걸리게되는 방식을 이용하여 가스 농도를 측정하는 것이다. 여기서, MOS 센서 자체의 저항값과 가스 농도가 선형관계가 있다는 것은 주지 기술이다.
그러나, 보통 MOS형 가스센서의 경우 저항값이 1년정도 지나면 1/3 정도 떨어진다. 이는 MOS형 가스센서를 채택한 가스 분석장치에서 정확한 농도 측정을 불가능하게 하는 요소가 되므로 이를 개선하기 위해서는 반드시 일정기간마다 보정(calibration)해 주어야 정밀한 가스의 농도 측정이 가능하다. 그리고, 온도와 습도의 변화에 의해 MOS 센서의 저항값이 변하게 된다.(Electronic Nose Conference 99 참조). MOS 센서는 작업장 주위의 온도와 습도에 가장 큰 영향을 받는 다른 가스 센서에 비해 온도와 습도에 따른 저항값의 변화가 적기는 하지만, 이 또한 가스 분석시 오차의 원인이 되므로 가스 분석장치의 센서를 항온과 항습으로 유지시켜주어야 한다. 센서의 항온과 항습이 이루어지면 정기적으로 보정을 통해 데이터베이스화된 기초데이타를 바꾸어주면 정확하게 가스를 분석할 수 있다.
그러나, 항온과 항습 기능을 달성하기 위해서는 기존제품에서는 제품내에 냉각기를 사용하거나, 밀폐된 공간에서 저온가스 등을 사용하기 때문에 전체 제품이 커지기 때문에 휴대가 불편하게 된다. 혹은, 가스흡수제로서 테나스(TENAX) 등을 사용하여 샘플 가스(sample gas)를 흡수하고 이를 약 200℃이상의 고온으로 발산시켜 센서를 통해 감지하는 분석장치의 경우 다소 정밀성이 높지만, 이 또한 가스센서의 드리프트(drift)현상이 발생하게 되는 문제점을 가지고 있다.
한편, 혼합가스를 측정하는 가스 분석장치는 크게 두 가지 형태로 나뉘어져 미국과 일본 및 유럽 등에서 생산되고 있다. 하나는 휴대용(Portable) 제품으로사용상 편리하지만, 이러한 제품은 가스 분석시 온도와 습도의 영향을 보정하는데 한계가 있어 주로 정밀성이 요구되지 않는 가스를 측정하는데 사용하고 있다. 다른 하나는 혼합가스의 분석제품으로써 일본의 시마쯔사(Shimadz Co.)와 유럽의 오스모텍(Osmotech plc)과 알파모스사 (AlphaMos plc)를 중심으로 하는 가스 분석장치인데, 이 제품은 상당한 크기를 가지고 있어 이동이 불편하며 대부분 고가이고, 전도성 폴리머(Conducting Polymer) 센서를 사용하고 있다. 그러나, 이 전도성 폴리머 센서의 사용기간(Life-time)이 수개월밖에 안되며 분석장치가 온도 및 습도에 약한 특성을 가지고 있어 이를 보정하는데 어려움이 많다.
그러므로, 온도와 습도에 크게 영향을 받지 않도록 설계 하려면 단일 가스 또는 혼합가스를 계측하고 분석하는 가스 분석장치의 크기가 커지게되고 이로 인해 많은 문제점이 수반된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이동이 편리하고 기간에 따라 재조정이 쉬울 뿐만 아니라 항온 및 항습을 위한 시스템 규모가 작은 가스 분석장치가 절대적으로 필요하다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 분석장치내 온도 및 습도에 가장 영향을 받지 않도록 항온 및 항습 특성을 위한 히터 및 제습장치를 구비하되, 시스템에서 요구되는 측정모드, 보정 및 건조 모드, 및 시리얼 통신모드에 따라 이 히터 및 제습장치를 비롯한 내부 작동회로를 적절하게 제어하여 가스 분석 결과의 정확도를 높일 수 있고, 통신망을 통해서 외부 컴퓨터와 연결되어 측정된 데이터 전송 및 결과 분석이 용이한 가스 분석장치의 작동회로 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 분석장치의 작동회로를 중심으로 나타낸 시스템 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 가스 분석장치에서 측정(measurement)시 그 작동 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 가스 분석장치에서 샘플 가스를 이용한 보정(calibration)시 그 작동 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 가스 분석장치에서 시리얼 통신모드시 그 작동 과정을 설명하기 위한 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 키입력부 20: 메모리
30: 표시부 40: 통신회로
50: 제어부 60: 솔레노이드밸브들
70: 히터 및 제습장치 80: 펌프들
90: 감지부 100: 디지털 신호처리부
110: 솔레노이드밸브 구동회로
120: 온도 제어회로 130: 펌프 구동회로
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적어도 1개 이상의 가스, 습도 및 온도센서를 갖는 감지부와, 항온 및 항습을 위한 히터 및 제습장치와, 공기를 유입시키기 위한 제 1 펌프 및 감지부를 통한 가스를 외부로 배출시키기 위한 제 2 펌프를 포함하는 적어도 1개 이상의 펌프와, 상기 히터 및 제습장치로의 가스 이동을 제어하는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브를 포함하는 적어도 1개 이상의 솔레노이드 밸브를 갖는 가스 분석장치의 작동회로에 있어서, 상기 가스 분석장치에 작동 명령 및 시스템 세팅값을 입력하기 위한 키 입력부와, 상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성되는 솔레노이브 밸브의 온/오프를 제어하기 위한 솔레노이드 밸브 구동회로와, 상기 히터 및 제습장치의 온도를 측정하여 이를 설정된 온도로 만들어주기 위한 온도 제어회로와, 상기 제 1 및 제 2 펌프를 포함하여 구성되는 펌프의 온/오프를 제어하기 위한 펌프 구동회로와, 상기 감지부로부터 측정된 온도, 습도 및 가스 데이터를 디지털 신호 처리하기 위한 디지탈신호처리부와, 상기 디지털신호처리부의 디지털 신호에 의해 상기 감지부를 통해 검출된 데이터, 측정 시간 및 분석 결과를 시각적으로 표시하기 위한 표시부와, 가스 분석 프로그램을 저장하며, 상기 디지털신호처리부의 디지털 신호에 의해 상기 감지부에서 검출된 데이터를 저장하기 위한 메모리와, 상기 솔레노이드 밸브 구동회로, 온도 제어회로, 펌프 구동회로를 제어하며, 상기 디지털신호처리부로부터의 디지털 신호를 이용하여 표시부를 시각적으로 표시하고, 메모리에 검출 데이터를 저장하며, 외부 컴퓨터와 온라인으로 통신되며 가스를 분석하기 위해 선택된 측정, 보정/건조 또는 통신모드에 대응하도록 전체 시스템의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.본 발명의 장치에 있어서, 상기 디지털 신호처리부는 멀티플렉서와, 아날로그-디지탈 컨버터로 구성되어 있으며 이는 상기 제어부와 원칩(one-chip)프로세서화 된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 본 발명의 장치에 있어서, 이상 작동시 소리를 내는 부저를 더 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가스 분석장치의 제어방법에 있어서, 상기 가스분석장치가 가스를 분석하기 위한 측정 모드일 경우 입구측의 펌프를 구동하여 공기를 입력받는 단계; 상기 공기를 제습장치로 공급하고 측정 대상의 샘플 가스를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계; 히터를 구동하여 가스를 일정 온도로 가열하는 단계; 배출구측의 펌프를 작동하여 감지부로 공기를 유입하여 가스센서, 온도, 습도를 측정하는 단계; 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받는 단계; 상기 감지부로부터 측정된 온도가 설정치보다 낮은지를 판단하는 단계; 상기 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 히터를 다시 작동하고, 그렇지 않을 경우 히터를 그대로 두는 단계; 및 외부에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 데이터를 표시한 후에, 가스 분석의 정지명령이 입력되는지를 검출하고, 정지명령이 검출될 경우에는 계속해서 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받지만, 그렇지 않을 경우에는 시스템을 초기화시키며 상기 감지부의 센서를 초기화시키는 것이 바람직하다.
게다가, 본 발명의 가스 분석장치의 제어방법에 있어서, 상기 가스분석장치가 보정 모드일 경우에는 초기화인지 판단하는 단계; 샘플 가스를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계; 히터를 구동하여 상기 가스를 일정 온도로 가열하는 단계; 입구측의 펌프와 배출구측의 펌프를 작동하여 감지부로 가스를 유입하여 가스센서, 온도, 습도를 측정하는 단계; 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받는 단계; 상기 감지부로부터 측정된 온도가 설정치보다 낮은지를 판단하는 단계; 상기 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 히터를 다시 작동하고, 그렇지 않을 경우 히터를 그대로 두는 단계; 및 외부에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 데이터를 표시한 후에, 가스 분석의 정지명령이 입력되는지를 검출하고, 정지명령이 검출될 경우에는 계속해서 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받지만, 그렇지 않을 경우에는 시스템을 초기화시키는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 가스 분석장치의 제어방법에 있어서, 상기 가스분석장치가 보정 모드일 경우에는 초기화인지 판단하는 단계; 입구측의 펌프를 구동하여 공기를 입력받는 단계; 상기 공기를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계; 히터를 구동하여 상기 공기를 일정 온도로 가열하는 단계; 입구측의 펌프와 배출구측의 펌프를 작동하여 감지부로 공기를 유입하여 가스센서, 온도, 습도를 측정하는 단계; 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받는 단계; 상기 감지부로부터 측정된 온도가 설정치보다 낮은지를 판단하는 단계; 상기 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 히터를 다시 작동하고, 그렇지 않을 경우 히터를 그대로 두는 단계; 및 외부에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명의 가스 분석장치의 제어방법에 있어서, 상기 가스분석장치가 건조 모드일 경우에는 입구측의 펌프를 구동하여 공기를 입력받는 단계; 필터를 이용해 제로가스를 만드는 단계; 상기 공기를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계; 히터를 구동하여 공기를 일정 온도로 가열하는 단계; 및 배출구측의 펌프를 작동하여 외부로 공기를 배출하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 가스 분석장치의 제어방법에 있어서, 상기 가스분석장치가 외부 컴퓨터와 온라인 상태인 통신 모드일 경우 상기 외부 컴퓨터에서는 상기 가스분석장치의 모드를 미정, 일정 기간의 가스 분석을 위한 스케쥴 모드, 또는 가스 측정 모드로 세팅할 것인지 판단하는 단계; 및 상기 세팅된 가스 분석장치의 모드에 따라 상기 가스 분석장치와 외부 컴퓨터 사이에서 서로 일련의 처리과정을 거쳐 측정 데이터를 전송해서 이를 외부 컴퓨터에 저장 및 분석하도록 한다.
그러므로, 본 발명에 따른 가스 분석장치의 작동회로 및 그 제어방법은 분석장치내 온도 및 습도에 가장 영향을 받지 않도록 항온 및 항습 특성을 위한 히터 및 제습장치를 구비한 가스 분석장치를 제어하되, 시스템에서 요구되는 측정모드, 보정 및 건조 모드, 및 시리얼 통신모드에 따라 이 히터 및 제습장치를 비롯한 내부 작동회로를 적절하게 제어하여 가스 분석 결과의 정확도를 높일 수 있고, 계측시 기준 데이터를 일정기간마다 보정함으로써 가스 측정 데이터의 오차를 줄일 수 있을뿐만 아니라 통신망을 통해서 외부 컴퓨터와 연결되어 원격적으로 시스템 제어가 가능하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 분석장치의 작동회로를 중심으로 나타낸 시스템 구성도이다.
본 발명에 따른 가스 분석장치의 작동 회로는 적어도 1개 이상의 가스, 습도 및 온도센서를 갖는 감지부(90)와, 항온 및 항습을 위한 히터 및 제습장치(70)와, 공기를 유입시키기 위한 제 1 펌프(82) 및 감지부(90)를 통한 가스를 외부로 배출시키기 위한 제 2 펌프(84)를 포함하는 적어도 1개 이상의 펌프(80)와, 히터 및 제습장치(70)로의 가스 이동을 제어하는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(SV1 및 SV2)를 포함하는 적어도 1개 이상의 솔레노이드 밸브(60)를 갖는 가스 분석장치의 작동회로이다.그럼, 본 발명에 따른 가스 분석장치의 작동 회로의 구성을 설명하면 다음과 같다. 솔레노이드 밸브 구동회로(110)는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(SV1 및 SV2)로 구성되는 솔레노이드 밸브(60)의 온/오프를 제어한다. 온도 제어회로(120)는 히터 및 제습장치(70)의 온도를 측정해서 이를 설정된 온도로 만들어준다. 펌프 구동회로(130)은 제 1 및 제 2 펌프(82 및 84)로 구성된 펌프(80)의 온/오프를 제어한다. 한편, 키 입력부(10)는 가스 분석장치에 작동 명령 및 시스템 세팅값을 입력하며, 표시부(30)는 감지부(90)를 통해 검출된 데이터, 측정 시간 및 분석 결과를 시각적으로 표시한다. 또한, 디지탈신호처리부(100)는 감지부(90)로부터 측정된 온도, 습도 및 가스 데이터를 디지털 신호처리하며, 메모리(20)는 가스 분석의 프로그램을 저장하고, 감지부(90)에서 검출된 데이터를 저장한다. 그리고, 제어부(50)는 상기 회로들과 상호 연결되어 있고, 외부 컴퓨터(미도시함)와 온라인으로 통신되며 가스를 분석하기 위해 선택된 측정, 보정/건조 또는 통신모드에 대응하도록 전체 시스템의 작동을 제어한다. 추가적으로, 이상 작동시 소리를 내는 부저(140)를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에서는 솔레노이드 밸브와 펌프를 각각 2개로 한정하는데, 이때 제 1 펌프(82)와 제 2 펌프(84)는 각각 공기가 공급되는 부분 및 감지부(90)를 통한 배출구의 가스 유량을 조절한다. 그리고, 제 1 솔레노이드 밸브(SV1)는 필터링된 공기를 히터 또는 제습장치에 공급하기 위한 것이고, 제 2 솔레노이드 밸브(SV2)는 샘플 가스를 히터에 공급하기 위한 것이다.
여기서, 본 발명의 디지털 신호처리부(100)는 감지부(90)의 센서로부터 측정된 신호를 입력받는 멀티플렉서(102)와, 멀티플렉서(102)의 아날로그 신호를 디지털신호로 변조하는 아날로그-디지탈 컨버터(ADC)(104)로 구성된다. 이때, 제어부(50), 멀티플렉서(102) 및 ADC(104)는 원칩화될 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 분석장치는 외부 컴퓨터(미도시함)와 온라인 통신을 위해서 RS232C규격을 갖는 통신회로(40)를 더 포함하고 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 가스 분석장치의 작동회로는 크게 세가지, 즉 (1) 측정(measurement) 모드, (2) 보정(calibration) 및 건조(dry) 모드, (3) 통신 모드로 구분되어 작동하는데, 상세한 해당 모드의 관련한 가스 분석장치의 작동 과정은 이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 분석장치에서 측정(measurement)시 그 작동 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스분석장치가 가스를 분석하기 위한 측정 모드일 경우 펌프 구동회로(130)에 의해 입구측의 제 1펌프(82)를 구동하여 필터를 통해 공기를 포집하여 보정과 습분 제거를 위한 제로가스(zero-gas)를 입력받는다. 그리고, 상기 제로가스는 제습장치로 흐르고 측정 대상의 샘플 가스는 히터로 흐르기 위하여 솔레노이드밸브 구동회로(110)에 의해 제 1솔레노이드밸브(SV1)는 온되고 제 2솔레노이드밸브(SV2)는 오프된다.(S21∼S22 참조)
온도 제어회로(120)는 히터를 구동하여 가스를 일정 온도로 가열하여 항온으로 유지시킨다. 그리고, 히터를 통해 가열된 가스는 제습장치를 통해 제 1솔레노이드밸브(SV1)를 통해 나온 건조하고 차가운 제로가스와의 온도 차에 의해 측정 가스의 습분이 일정한 건조 상태를 유지하게 된다.
그 다음, 펌프 구동회로(130)에 의해 배출구측의 제 2펌프(84)를 작동하여 제습장치의 건조한 가스를 감지부(90)로 유입하여 가스센서, 온도 및 습도 센서를 통해 유입된 가스의 상태를 측정한다.(S23∼S24 참조)
그래서, 감지부(90)로부터 측정된 데이터는 디지털 신호처리부(100)를 통해서 제어부(50)로 입력되고, 제어부(50)는 감지부의 센서들로부터 측정된 온도가 설정치보다 낮은지를 판단하여 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 온도 제어회로(120)를 다시 제어함으로써 히터를 다시 작동하여 가스를 항온 상태로 만들어주고, 그렇지 않을 경우에는 히터를 그대로 정지시킨다. (S25∼S27b 참조)
그리고, LCD등의 표시부(30)에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시한 후에, 가스 측정의 정지명령이 입력되는지를 검출한다. (S28∼S29 참조) 만약, 정지명령이 검출될 경우에는 계속해서 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받지만, 그렇지 않을 경우에는 시스템을 초기화(센서 데이터 종료 및 시작모드로 복귀)하면서 센서를 초기화시킨다. (S30∼S31 참조)
도 3은 본 발명에 따른 가스 분석장치에서 샘플 가스를 이용한보정(calibration)시 그 작동 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가스 분석장치가 보정 모드일 경우에는 두 개로 나뉘어 지는데, 하나는 공기, 즉 제로가스(Zero-gas)를 기준으로 하여 재조정하는 것이며, 다른 하나는 중독성 가스 시스템을 제외하고는 샘플 가스로서 에탄올(ethanol)과 메탄올(methanol)을 500ppm, 1000ppm, 1500ppm, 2000ppm등과같은 4개이상의 농도상태를 일반 측정 상태와 같게 주입하여 그 차이로 조정하는 것이다. 단, 여기서 농도상태는 다르게 설정할수 있다. 여기서, 샘플 가스의 주입 농도에 대한 데이터는 메모리(20)의 EEPROM 또는 외부 컴퓨터의 데이터베이스에 저장되게 된다. 이 저장된 데이터는 이후 신경망에 의해 학습하여 정확한 기준데이타로 계측에 사용되게 된다.
우선, 샘플 가스를 이용한 보정 모드에서 가스 분석장치는 초기화인지 판단하고, 샘플 가스를 히터로 흐르기 위하여 솔레노이드밸브 구동회로(110)에 의해 제 1솔레노이드밸브(SV1)는 오프되고 제 2솔레노이드밸브(SV2)는 온된다. 만약, 초기화 상태가 아닐 경우에는 측정모드로 진입한다. (S211∼S12 참조)
그리고, 온도 제어회로(120)는 히터를 구동하여 샘플 가스를 일정 온도로 가열하여 항온으로 유지시킨다. 그리고, 히터를 통해 가열된 가스는 제습장치를 통해 제 1솔레노이드밸브(SV1)를 통해 나온 건조하고 차가운 제로가스와의 온도 차에 의해 측정 가스의 습분이 제거되어 일정한 건조 상태를 유지하게 된다.
그 다음, 펌프 구동회로(130)에 의해 입구측의 제 1펌프(82)와 배출구측의 제 2펌프(84)를 작동하여 감지부(90)로 샘플 가스를 유입함으로써 가스센서, 온도및 습도 센서를 통해 유입된 가스의 상태를 측정한다. (S13∼S14 참조)
감지부(90)로부터 측정된 데이터는 디지털 신호처리부(100)를 통해서 제어부(50)로 입력되고, 제어부(50)는 감지부의 센서들로부터 측정된 온도가 설정치(Temp＜30℃)보다 낮은지를 판단하여 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 온도 제어회로(120)를 다시 제어함으로써 히터를 다시 작동하여 가스의 항온 상태로 만들어주고, 그렇지 않을 경우(Temp≥30℃)에는 히터를 그대로 정지시킨다. (S15∼S17b 참조)
그리고, LCD등의 표시부(30)에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시한 후에, 가스 측정의 정지명령이 입력되는지를 검출한다. (S18∼S19 참조) 만약, 정지명령이 검출될 경우에는 계속해서 상기 감지부(90)로부터 측정된 데이터를 입력받지만, 그렇지 않을 경우에는 시스템을 초기화(센서 데이터 종료 및 시작모드로 복귀)한다. (S20∼S31 참조)
그러므로, 이러한 보정 기능은 가스 분석장치내 MOS 센서의 사용기간이나 습분에 대한 노출 혹은 에이징(Aging)현상 때문에 가스의 드리프트(drift)현상이 발생하게 되는 것을 막아 가스의 농도 측정과 분석의 오차를 최소화한다. 즉, 계측하기 전에 안정한 상태에서 여러 PPM 레벨에서의 데이터를 얻어 저장하고 이를 실제 가스 측정시에 기준 데이터로 사용한다.
한편, 두 번째의 보정 방법은 공기, 즉 제로가스(Zero-gas)를 기준으로 하는 것인데, 이는 상기 제로 가스를 상기 히터에 공급하기 위하여 제 1펌프(82)를 구동하면서 솔레노이드밸브 구동회로(110)에 의해 제 1솔레노이드밸브(SV1)는 온되고제 2솔레노이드밸브(SV2)는 오프되도록 한다. 이후 제어 방식은 상술한 첫 번째 보정 프로세서와 동일하다.
그리고, 본 발명의 가스 분석장치는 건조 기능도 갖는데, 이 건조 기능은 제습장치에 모여있는 습분을 대기로 방출하여 내부상태를 일정한 건조상태를 유지시키는 것이다. 이는 센서의 수명을 보호하기 의해 필수적이다. 일반적으로 가스 센서는 습도에 반비례하여 수명이 단축된다는 것은 TGS 센서의 데이터시트(data-sheet)에 의해 제공되고 있으며 이미 학계에서는 주지의 사실이다. 그러므로, 가스 분석장치에서는 건조 기능이 반드시 필요하다.
이에, 가스 분석장치가 건조 모드일 경우 제어부(50)는 펌프 구동회로(130)를 통해 입구측의 제 1펌프(82)를 구동하여 공기, 즉 건조한 제로가스를 입력하고, 이 제로 가스를 히터로 흐르기 위하여 제 1솔레노이드밸브(SV1)와 제 2솔레노이드밸브(SV2)를 모두 온시킨다.
그리고 온도 제어회로(120)를 통해서 히터를 구동하여 상기 제로가스를 일정 온도로 가열하고, 배출구측의 제 2펌프(84)의 작동으로 히터에 의해 뜨거워진 제로가스가 제습장치를 통해서 외부로 배출된다. 이때, 히터의 가열온도는 약 150℃ 이상일 경우 60℃ 이상의 온도로 제로 가스가 뜨거워지게 된다. 뜨거워진 제로가스는 감지부(90)의 가스 센서에 영향을 주지 않는데, MOS형 가스센서는 이미 동작을 위해 100℃ 이상의 온도로 가열되어 구동하기 때문에 열풍에 의해 전혀 영향받지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 분석장치에서 시리얼 통신모드시 그 작동 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가스 분석장치가 외부 컴퓨터와 온라인 상태인 통신 모드일 경우 상기 외부 컴퓨터에서는 가스 분석장치를 제어할 수 있다.
먼저, 외부 컴퓨터에서는 가스분석장치의 모드를 미정, 일정 기간의 가스 분석을 위한 스케쥴 모드, 또는 가스 측정 모드로 세팅할 것인지 판단하고, 상기 세팅된 가스 분석장치의 모드에 따라 상기 가스 분석장치와 외부 컴퓨터 사이에서 서로 일련의 처리과정을 거쳐 측정 데이터를 전송해서 이를 외부 컴퓨터에 저장 및 분석하도록 한다. (S40∼S41c 참조)
즉. 상기 외부 컴퓨터에서는 가스 분석장치의 모드를 미정으로 세팅할 경우 가스 분석장치로부터 전송된 데이터를 입력받아서 이를 분석한다. (S43∼S44 참조)
만약, 가스 분석장치를 스케쥴 모드로 세팅할 경우에는 스케쥴을 세팅하고 이 세팅된 값을 가스 분석장치에 전송해서 상기 스케쥴을 동일하게 세팅하고, 가스 분석장치에서 가스 측정 모드를 실시해서 그 측정 데이터를 외부 컴퓨터로 전송하고 외부 컴퓨터에서는 이 데이터를 저장하고 분석한다. (S45∼S51 참조)
만약, 외부 컴퓨터에서 가스 분석장치를 측정 모드로 세팅할 경우에는 초기화하고 초기화된 데이터값을 가스 분석장치에 전송해서 시스템을 초기화하고, 가스 분석장치에서 가스 측정 모드를 실시해서 그 측정 데이터를 외부 컴퓨터로 전송하고 외부 컴퓨터에서는 이 데이터를 저장하고 분석한다. (S52∼S58 참조)
그러므로, 본 발명의 가스 분석장치는 이러한 온라인 통신에 의해 외부 컴퓨터에서도 시스템을 원격 제어할 수 있기 때문에 위험한 가스 탐지 및 측정에 유용하게 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 가스 분석장치의 시스템에서 요구되는 측정모드, 보정 및 건조 모드, 및 시리얼 통신모드에 따라 히터 및 제습장치를 비롯한 내부 작동회로를 적절하게 제어하여 가스 분석 결과의 정확도를 높일 수 있고, 계측시 기준 데이터를 일정기간마다 보정함으로써 가스 측정 데이터의 오차를 줄일 수 있을뿐만 아니라 통신망을 통해서 외부 컴퓨터와 연결되어 원격적으로 시스템 제어가 가능하여 외부에서도 데이터 저장 및 이를 분석할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 가스 분석장치는 실시간으로 유해 환경의 모니터링이 가능하고 향수를 비롯한 화장품, 냄새성분을 포함한 화학물질의 생산 및 품질관리, 신약개발의 공정을 제어하는데 유용하게 이용될 수 있다. 게다가 실시간 모니터링을 통한 가스 및 화학공장의 공정 제어, 폭발성 가스 감지 및 인체에 유해한 가스 탐지, 매설 통신망 관리요원들의 유해가스로 인한 재해 예방 등의 관련 분야에서도 이용될 수 있다, 이뿐만 아니라, 식·음료의 신선도 및 유통기간조절과, 과일/채소/생선/고기 및 곡물등 식품산업 원자재의 신선도 판별과, 병원 등에서의 환자 및 환자 주위의 유해 환경 제거를 위한 실시간 모니터링과, 환자의 몸 또는 호흡기의 냄새를 측정 분류하여 의사에게 알려주는 등 기타 응용분야에서도 적용이 가능하다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이가능하다.

Claims (14)

  1. 적어도 1개 이상의 가스, 습도 및 온도센서를 갖는 감지부와, 항온 및 항습을 위한 히터 및 제습장치와, 공기를 유입시키기 위한 제 1 펌프 및 감지부를 통한 가스를 외부로 배출시키기 위한 제 2 펌프를 포함하는 적어도 1개 이상의 펌프와, 상기 히터 및 제습장치로의 가스 이동을 제어하는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브를 포함하는 적어도 1개 이상의 솔레노이드 밸브를 갖는 가스 분석장치의 작동회로에 있어서,
    상기 가스 분석장치에 작동 명령 및 시스템 세팅값을 입력하기 위한 키 입력부;
    상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성되는 솔레노이브 밸브의 온/오프를 제어하기 위한 솔레노이드 밸브 구동회로;
    상기 히터 및 제습장치의 온도를 측정하여 이를 설정된 온도로 만들어주기 위한 온도 제어회로;
    상기 제 1 및 제 2 펌프를 포함하여 구성되는 펌프의 온/오프를 제어하기 위한 펌프 구동회로;
    상기 감지부로부터 측정된 온도, 습도 및 가스 데이터를 디지털 신호 처리하기 위한 디지탈신호처리부;
    상기 디지털신호처리부의 디지털 신호에 의해 상기 감지부를 통해 검출된 데이터, 측정 시간 및 분석 결과를 시각적으로 표시하기 위한 표시부;
    가스 분석 프로그램을 저장하며, 상기 디지털신호처리부의 디지털 신호에 의해 상기 감지부에서 검출된 데이터를 저장하기 위한 메모리;
    상기 솔레노이드 밸브 구동회로, 온도 제어회로, 펌프 구동회로를 제어하며, 상기 디지털신호처리부로부터의 디지털 신호를 이용하여 표시부를 시각적으로 표시하고, 메모리에 검출 데이터를 저장하며, 외부 컴퓨터와 온라인으로 통신되며 가스를 분석하기 위해 선택된 측정, 보정/건조 또는 통신모드에 대응하도록 전체 시스템의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 작동회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 신호처리부는 상기 감지부의 센서로부터 측정된 신호를 입력받는 멀티플렉서와,
    상기 멀티플렉서의 아날로그 신호를 디지털신호로 변조하는 아날로그-디지탈 컨버터로 구성되며, 상기 디지털 신호처리부는 상기 제어부와 원칩화된 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 작동회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가스 분석장치의 이상 작동시 상기 제어부의 제어에 따라 경고음을 발생하는 부저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 작동회로.
  4. 가스 분석장치의 제어방법에 있어서,
    상기 가스분석장치가 가스를 분석하기 위한 측정 모드일 경우
    입구측의 펌프를 구동하여 공기를 입력받는 단계;
    상기 공기를 제습장치로 공급하고 측정 대상의 샘플 가스를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계;
    히터를 구동하여 공기를 일정 온도로 가열하는 단계;
    배출구측의 펌프를 작동하여 감지부로 가스를 유입하여 가스센서, 온도, 습도를 측정하는 단계;
    상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받는 단계;
    상기 감지부로부터 측정된 온도가 설정치보다 낮은지를 판단하는 단계;
    상기 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 히터를 다시 작동하고, 그렇지않을 경우 히터를 그대로 두는 단계; 및
    외부에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 데이터를 표시한 후에, 가스 분석의 정지명령이 입력되는지를 검출하고, 정지명령이 검출될 경우에는 계속해서 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받지만, 그렇지 않을 경우에는 시스템을 초기화시키며 상기 감지부의 센서를 초기화시키는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  6. 가스 분석장치의 제어방법에 있어서,
    상기 가스분석장치가 보정 모드일 경우
    초기화인지 판단하는 단계;
    샘플 가스를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계;
    히터를 구동하여 상기 가스를 일정 온도로 가열하는 단계;
    입구측의 펌프와 배출구측의 펌프를 작동하여 감지부로 가스를 유입하여 가스센서, 온도, 습도를 측정하는 단계;
    상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받는 단계;
    상기 감지부로부터 측정된 온도가 설정치보다 낮은지를 판단하는 단계;
    상기 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 히터를 다시 작동하고, 그렇지않을 경우 히터를 그대로 두는 단계; 및
    외부에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 데이터를 표시한 후에, 가스 분석의 정지명령이 입력되는지를 검출하고, 정지명령이 검출될 경우에는 계속해서 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받지만, 그렇지 않을 경우에는 시스템을 초기화시키는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  8. 가스 분석장치의 제어방법에 있어서,
    상기 가스분석장치가 보정 모드일 경우
    초기화인지 판단하는 단계;
    입구측의 펌프를 구동하여 공기를 입력받는 단계;
    상기 공기를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계;
    히터를 구동하여 상기 공기를 일정 온도로 가열하는 단계;
    입구측의 펌프와 배출구측의 펌프를 작동하여 감지부로 공기를 유입하여 가스센서, 온도, 습도를 측정하는 단계;
    상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받는 단계;
    상기 감지부로부터 측정된 온도가 설정치보다 낮은지를 판단하는 단계;
    상기 측정된 온도가 설정온도보다 낮을 경우 히터를 다시 작동하고, 그렇지 않을 경우 히터를 그대로 두는 단계; 및
    외부에 측정된 온도, 습도, 및 가스센서의 데이터를 표시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 데이터를 표시한 후에, 가스 분석의 정지명령이 입력되는지를 검출하고, 정지명령이 검출될 경우에는 계속해서 상기 감지부로부터 측정된 데이터를 입력받지만, 그렇지 않을 경우에는 시스템을 초기화시키는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  10. 가스 분석장치의 제어방법에 있어서,
    상기 가스분석장치가 건조 모드일 경우
    입구측의 펌프를 구동하여 공기를 입력받는 단계;
    상기 공기를 히터로 흐르기 위하여 적어도 1개이상의 솔레노이드밸브의 온/오프를 각각 제어하는 단계;
    히터를 구동하여 공기를 일정 온도로 가열하는 단계; 및
    배출구측의 펌프를 작동하여 외부로 공기를 배출하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  11. 가스 분석장치의 제어방법에 있어서,
    상기 가스분석장치가 외부 컴퓨터와 온라인 상태인 통신 모드일 경우
    상기 외부 컴퓨터에서는 상기 가스분석장치의 모드를 미정, 일정 기간의 가스 분석을 위한 스케쥴 모드, 또는 가스 측정 모드로 세팅할 것인지 판단하는 단계; 및
    상기 세팅된 가스 분석장치의 모드에 따라 상기 가스 분석장치와 외부 컴퓨터 사이에서 서로 일련의 처리과정을 거쳐 측정 데이터를 전송해서 이를 외부 컴퓨터에 저장 및 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 외부 컴퓨터에서는 가스 분석장치의 모드를 미정으로 세팅할 경우 가스 분석장치로부터 전송된 데이터를 입력받아서 이를 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 외부 컴퓨터에서는 가스 분석장치를 스케쥴 모드로 세팅할 경우 스케쥴을 세팅하고 이 세팅된 값을 가스 분석장치에 전송해서 스케쥴을 세팅하고, 가스 분석장치에서 가스 측정 모드를 실시해서 그 측정 데이터를 외부 컴퓨터로 전송하고 외부 컴퓨터에서는 이 데이터를 저장하고 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 외부 컴퓨터에서는 가스 분석장치를 측정 모드로 세팅할 경우 초기화하고 초기화된 데이터값을 가스 분석장치에 전송해서 시스템을 초기화하고, 가스 분석장치에서 가스 측정 모드를 실시해서 그 측정 데이터를 외부 컴퓨터로 전송하고 외부 컴퓨터에서는 이 데이터를 저장하고 분석하는 것을 특징으로 하는 가스 분석장치의 제어방법.
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