KR100549119B1 - 반도체식 음주 측정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체식 음주 측정기에 있어서, 유입된 호기 가스를 채취하는 샘플링부, 채취된 상기 호기 가스의 알콜 농도에 상응하는 알콜 감지 신호를 생성하는 감지부, 상기 감지부를 가열하고, 상기 호기 가스의 유량에 상응하는 유량 감지신호를 생성하는 히터부, 상기 알콜 감지 신호를 디지털 신호로 변환하는 센서 신호 처리부, 상기 유량 감지 신호를 처리하는 유량 신호 처리부 및 상기 유량 신호 처리부로부터 수신된 유량 감지 신호로부터 유입된 호기 가스의 양을 산출하고, 센서 신호 처리부로부터 수신된 알콜 감지 신호로부터 알콜 농도를 산출하는 중앙 처리부를 포함하되, 상기 중앙 처리부는 정상 동작전압보다 큰 이상전압을 제 1 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 1차 가열시키고, 상기 정상 동작전압을 제 2 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 2차 가열시킨다.
음주, 측정, 반도체, 센서, 유량, 모드, 히터, 가열.

Description

반도체식 음주 측정기{An Apparatus For Measuring Density of Alcohol Using Semiconductor Sensor}
도 1은 본 발명에 따른 반도체식 음주 측정기의 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체식 음주 측정기의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 감지부의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 4는 도 2의 히터부의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 5는 노말 모드에서 히터부를 가열하는 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 패스트 모드에서 히터부를 가열하는 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
<주요 도면부호에 관한 설명>
10 : 샘플링부, 20 : 센서부,
21 : 감지부, 23 : 히터부,
30 : 센서 신호 처리부, 40 : 유량 신호 처리부,
50 : 제어부, 60 : 표시부,
70 : 모드 선택부.
본 발명은 반도체식 음주 측정기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패스트 모드와 노말 모드 각각에서 음주량의 측정기 가능하고, 빠른 가열 시간을 갖도록 하여 워밍업 시간을 단축시킬 수 있도록 한 반도체식 음주 측정기에 관한 것이다.
음주 운전으로 인한 사고가 급증함에 따라 이를 방지하기 위해 음주 단속이 많이 이루어지고 있다. 이러한 음주 단속을 위해서 사용되는 음주 측정기는 일반적으로 화학식과 반도체식이 있다.
화학식 음주 측정기는 정밀한 측정이 가능한 장점이 있으나 가격이 높은 단점이 있고, 반도체식 음주 측정기는 어느 정도 정밀한 측정이 가능하고, 유량 센서를 사용하지 않아도 되므로 단가가 낮은 장점이 있다.
본 발명자는 특허출원 제2000-9700에서 이러한 유량 센서가 구비되지 않은 반도체식 음주 측정기를 제안한 바 있다.
반도체식 음주 측정기는 알콜 가스가 반도체식 알콜 센서의 감지부에 닿으면 알콜 분자가 감지부 표면에서 산화되고 이러한 산화반응에 의해서 감지부의 전기 전도도가 증가되는 현상을 이용하는 것이다. 알콜 분자의 산화를 위해서는 감지부의 온도가 약 300 ~ 400℃ 정도의 고온이어야 하므로 감지부의 온도를 높이기 위한 히터부가 음주 측정기에 내장된다.
그러나 반도체식 음주 측정기의 경우 통상 반도체 센서 전체가 열적 평형상 태에 도달하기 위해서는 수 분 이상의 가열 시간이 필요하다.
따라서, 도로 상에서 음주 측정을 수행하는 경우 긴 가열 시간 때문에 도로가 정체되는 문제점이 발생하며 이는 반도체식 음주 측정기의 사용을 기피하는 요인이 되고 있다.
따라서, 이러한 종래 반도체식 음주 측정기의 불합리한 점을 극복하고 보다 빠른 가열 시간을 갖는 반도체식 음주 측정기에 대한 요구가 높아지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 빠른 가열 시간을 가지면서도 정확한 알콜 농도 산출이 가능한 반도체식 음주 측정기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 음주 유무만을 판별하는 패스트 모드와 정확한 알콜 농도를 측정하는 노말 모드를 겸용으로 사용할 수 있는 반도체식 음주 측정기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체식 음주 측정기에 있어서, 유입된 호기 가스를 채취하는 샘플링부, 채취된 상기 호기 가스의 알콜 농도에 상응하는 알콜 감지 신호를 생성하는 감지부, 상기 감지부를 가열하고, 상기 호기 가스의 유량에 상응하는 유량 감지신호를 생성하는 히터부, 상기 알콜 감지 신호를 디지털 신호로 변환하는 센서 신호 처리부, 상기 유량 감지 신호를 처리하는 유량 신호 처리부 및 상기 유량 신호 처리부로부터 수신된 유량 감지 신호로부터 유입된 호기 가스의 양을 산출하고, 센서 신호 처리부로부터 수신된 알콜 감지 신호로부터 알콜 농도를 산출하는 중앙 처리부를 포함하되, 상기 중앙 처리부는 정상 동작전압보다 큰 이상전압을 제 1 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 1차 가열시키고, 상기 정상 동작전압을 제 2 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 2차 가열시키는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기가 제공된다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 반도체식 음주 측정기에 구비된 히터부의 가열방법에 있어서, 정상 동작전압보다 큰 가열전압을 제 1 가열시간 동안 히터부에 인가하여 상기 히터부를 1차 가열시키는 단계, 상기 정상 동작전압으로 제 2 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 2차 가열시키는 단계, 유입된 호기 가스의 유량을 검출하는 단계 및 상기 유입된 호기 가스의 유량이 일정량 이상인 경우 알콜 농도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기에 구비된 히터부의 가열방법이 제공된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체식 음주 측정기(100)의 측면도이다.
음주 측정기(100)의 측면 상단에는 현재 모드 및 측정된 알콜 농도를 표시하기 위한 표시부(120)가 위치한다. 표시부(121)는 알콜 농도가 수치로 표시되는 알콜 농도 표시부(121)와 전원의 ON/OFF, 현재 모드(즉, 패스트 모드(Fast Mode)와 노말 모드(Normal Mode))를 표시하는 모드 표시부(122)를 포함한다.
표시부(120)의 하측에는 버튼(110)이 위치한다. 버튼(110)은 전원을 ON시키거나 모드를 선택하고자 하는 경우 사용된다. 예를 들면, 사용자가 버튼(110)을 눌러 전원을 ON시킨 후, 버튼(110)을 짧게 눌르면 패스트 모드로, 길게 누르면 노말 모드로 선택되도록 할 수도 있다.
도 1에는 패스트 모드용 불대(123)가 음주 측정기(100)에 결합된 상태를 보여준다. 패스트 모드용 불대(123)는 음주 유무만을 판단하는 패스트 모드에서 사용되는데, 이는 입을 대지 않고 적당한 거리에서 불어서 사용하므로 호기가스를 효과적으로 모을 수 있도록 하는 깔대기 모양의 불대가 적절하다. 정밀한 음주량을 측정하는 노말 모드에서는 패스트 모드용 불대(123)를 제거하고, 빨대모양의 노노말 모드용 불대를 부착하여 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체식 음주 측정기의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체식 음주 측정기는 샘플링부(10), 센서부(20), 센서신호 처리부(30), 유량 신호 처리부(40), 제어부(50), 표시부(60) 및 모드 선택부(70)를 포함한다.
샘플링부(10)는 불대(123)를 통해 외부로부터 유입된 호기 가스를 채취하는 부분이다.
센서부(20)는 샘플링부(10)에서 채취된 호기 가스의 알콜 농도에 상응하는 알콜 감지 신호를 생성하는 감지부(21)와 감지부(21)를 가열하고, 호기 가스의 유량에 상응하는 유량 감지신호를 생성하는 히터부(23)를 포함한다.
감지부(21)는 상술한 바와 같이, 유입된 호기 가스의 알콜 성분이 감지부(21)의 표면에서 산화되고, 이러한 산화 반응에 의해 감지부(21)의 전기 저항이 변화된다.
히터부(23)는 백금(Pt), 산화루테늄(RuO2) 등이 사용되며, 이것에 일정한 전류를 통전시켜 발열된다. 이러한 히터 재료는 온도에 따라서 전기 전도도가 변화하는 특성을 가진다. 따라서, 유입된 호기 가스에 의해 내부 온도가 하강하면 히터부(23)가 이러한 온도 변화에 따라 전기 전도도가 변화하고 변화된 전기 전도도를 측정하여 유입된 호기 가스의 양을 산출한다.
센서신호 처리부(30)는 감지부(21)에서 생성된 아날로그 알콜 감지 신호를 디지털 신호로 변환한다.
유량 신호 처리부(40)는 히터부(23)에서 생성된 미약한 아날로그 유량 감지 신호를 증폭한 후 디지털 신호로 변환한다.
제어부(50)는 유량 신호 처리부(40)로부터 수신된 유량 감지 신호로부터 유입된 호기 가스의 양을 산출하고, 센서 신호 처리부(30)로부터 수신된 알콜 감지 신호로부터 알콜 농도를 산출한다.
그 외에, 본 발명에서 제어부(50)는 히터부(23)의 가열을 위한 인가 전압을 제어하는 기능을 수행하는 점이 특징적이다. 이러한 인가 전압 제어방법에 대해서는 추후 상세하게 설명하기로 한다.
표시부(60)는 현재 모드와 산출된 알콜 농도를 표시하는 부분이다.
모드 선택부(70)는 음주 유무 만을 분석하기 위한 패스트 모드(Fast mode) 및 상기 호기 가스에 포함된 알콜 농도를 산출하기 위한 노말 모드(Normal Mode)를 선택하는 부분이다.
도 3은 도 2의 감지부(21)의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 3에서 감지부(21)는 Rs로 표시되어 있다. 분압 저항 R1은 가변 저항으로서 적절한 값으로 설정된다. 외부로부터 호기 가스가 유입되면 알콜의 산화에 의해 감지부(21)는 Rs의 저항이 감소되고, 이에 따라 분압 저항 R1에 걸리는 전압이 증가하게 된다. 따라서, 증가된 분압 전압값이 제어부(50)의 센서신호 입력단으로 입력되면, 제어부(50)가 이 분압 전압값으로부터 알콜 농도를 산출하게 된다.
도 4는 도 2의 히터부(23)의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 3에서 히터부(23)는 RH로 표시되어 있다. 분압 저항 R2는 정상 동작에서 RH의 양단에 4.3V의 분압전압이 걸리도록 하는 적절한 값으로 설정된다.
정상 동작전압 인가를 위해서는 제어부(50)로부터의 히터부 제어신호 VHDRV가 LOW가 되고, 따라서 스위치 Q1이 OFF 상태가 되므로, 히터부 저항 RH에는 RH 와 R2의 저항값에 비례하는 분압 전압이 걸리게 되며, 이 분압 전압이 4.3V의 정상 동작전압이다.
이상 동작전압 인가를 위해서는 제어부(50)로부터의 히터부 제어신호 VHDRV가 HIGH가 되고, 따라서 스위치 Q1이 ON 상태가 되므로, RH는 접지와 연결되어, Vcc 값이 바로 RH에 걸리게 되며, 이 전압이 5V의 이상 동작전압이다.
정상 동작전압 상태에서 호기 가스가 유입되면 유입된 호기 가스에 의해 온도가 하강하게 되고, 그에 따라 히터부(21)의 저항 RH의 저항값이 감소되고, 이에 따라 분압 저항 R2에 걸리는 전압이 증가하게 된다. 따라서, 증가된 분압 전압값이 유량 신호 처리부(40)로 입력된다.
도 5는 노말 모드에서 히터부(23)를 가열하는 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
우선, 사용자가 버튼(110)을 눌러 전원을 ON시킨 후, 모드를 노말 모드로 선택한다(S500).
그 다음, 제어부(50)는 이상 동작전압으로 제 1 가열시간 동안 히터부(23)를 가열시킨다(S510). 여기서 이상 동작전압은 5 ~ 6 V(바람직하게는 5V)이고, 제 1 가열시간은 5 ~ 18초(바람직하게는 15초)이다. 이상 동작전압의 인가는 도 4에서 설명한 바와 같이 스위치 Q1의 베이스에 HIGH신호를 입력하여 Vcc전압값을 히터부(23)에 바로 걸리도록 하여 이루어진다.
그 다음, 제어부(50)는 정상 동작전압으로 제 2 가열시간 동안 히터부(23)를 가열시킨다(S520). 여기서 정상 동작전압은 4 ~ 4.5 V(바람직하게는 4.3 V)이고, 제 2 가열시간은 3 ~ 10초(바람직하게는 5초)이다. 정상 동작전압의 인가는 도 4에서 설명한 바와 같이 스위치 Q1의 베이스에 LOW신호를 인가하여 Vcc전압값이 RH 와 R2에 분압되도록 함으로써 이루어진다.
이와 같은 이상 동작전압을 인가하여 1차 가열을 한 후 정상 동작전압으로 2 차 가열을 함으로써 가열 시간을 상당히 단축시킬 수 있게 된다. 본 발명에 따른 가열방법에 의할 경우 약 20초의 가열 시간이 소요되며, 이는 종래 수분의 가열 기간에 비해 매우 빨라진 것임을 알 수 있다.
출원인은 많은 테스트를 통해 약 20초의 가열으로도 충분히 정확한 알콜 농도 산출이 가능함을 확인하였다.
가열이 완료되면, 알콜 농도가 분석된다(S530). 상술한 바와 같이, 제어부(50)는 감지부(21)의 전기 전도도의 변화에 따른 전압 또는 전류의 변화로부터 알콜 농도를 분석한다.
알콜 농도 분석이 종료되면, 제어부(50)는 히터부(23)에 공급되는 Vcc전압을 차단하여 불필요한 전력 손실을 방지하고 히터부(23)가 과열되는 것을 방지한다(S540).
그 다음, 분석된 알콜 농도가 표시부(60)에 표시된다(S550).
알콜 농도 분석 및 결과 표시가 종료된 후, 재측정 신호가 입력되는 경우, 만일 재측정 시간이 1분 이내이면 정상 동작전압으로 제 3 가열시간 동안 히터부(23)를 가열한 후, 알콜 농도를 분석한다(S560). 여기서, 제 3 가열시간은 7 ~ 12초(바람직하게는 10초)이다.
도 6은 패스트 모드에서 히터부를 가열하는 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
우선, 사용자가 버튼(110)을 눌러 전원을 ON시킨 후, 모드를 패스트 모드로 선택한다(S600).
그 다음, 제어부(50)는 이상 동작전압으로 제 1 가열시간 동안 히터부(23)를 가열시킨다(S610). 여기서 이상 동작전압은 바람직하게는 5V이고, 제 1 가열시간은 바람직하게는 15초이다. 이상 동작전압의 인가는 도 4에서 설명한 바와 같다.
그 다음, 제어부(50)는 정상 동작전압으로 제 2 가열시간 동안 히터부(23)를 가열시킨다(S620). 여기서 정상 동작전압은 바람직하게는 4.3 V이고, 제 2 가열시간은 바람직하게는 5초이다. 정상 동작전압의 인가는 도 4에서 설명한 바와 같다.
가열이 완료되면, 알콜 농도가 분석된다(S630). 상술한 바와 같이, 제어부(50)는 감지부(21)의 전기 전도도의 변화에 따른 전압 또는 전류의 변화로부터 알콜 농도를 분석한다.
그 다음, 분석된 알콜 농도가 표시부(60)에 표시된다(S640).
알콜 농도의 분석 및 결과 표시가 종료되면, 제어부(50)는 정상 동작전압을 계속 히터부(23)에 인가하여 측정 대기 상태로 들어간다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 빠른 가열 시간을 가지면서도 정확한 알콜 농도 산출이 가능한 반도체식 음주 측정기를 제공할 수 있다.
또한, 음주 유무만을 판별하는 패스트 모드와 정확한 알콜 농도를 측정하는 노말 모드를 겸용으로 사용할 수 있는 반도체식 음주 측정기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능 하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (8)

  1. 반도체식 음주 측정기에 있어서,
    유입된 호기 가스를 채취하는 샘플링부;
    채취된 상기 호기 가스의 알콜 농도에 상응하는 알콜 감지 신호를 생성하는 감지부;
    상기 감지부를 가열하고, 상기 호기 가스의 유량에 상응하는 유량 감지신호를 생성하는 히터부;
    상기 알콜 감지 신호를 디지털 신호로 변환하는 센서 신호 처리부;
    상기 유량 감지 신호를 처리하는 유량 신호 처리부; 및
    상기 유량 신호 처리부로부터 수신된 유량 감지 신호로부터 유입된 호기 가스의 양을 산출하고, 센서 신호 처리부로부터 수신된 알콜 감지 신호로부터 알콜 농도를 산출하는 중앙 처리부를 포함하되,
    상기 중앙 처리부는 정상 동작전압보다 큰 이상전압을 제 1 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 1차 가열시키고,
    상기 정상 동작전압을 제 2 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 2차 가열시키는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    음주 유무 만을 분석하기 위한 패스트 모드(Fast mode) 및 상기 호기 가스에 포함된 알콜 농도를 산출하기 위한 노말 모드(Normal Mode)를 선택하는 모드 선택부; 및
    상기 산출된 알콜 농도를 표시하는 표시부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 알콜 농도 분석 후 재측정 신호가 입력되는 경우,
    상기 제어부는 재측정 신호 입력 시점이 상기 알콜 농도 산출 시점으로부터 일정 시간 이내인 경우 상기 정상 동작전압으로 제 3 가열 시간 동안 상기 히터부를 가열시키는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기.
  4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항 에 있어서,
    상기 정상 동작전압은 4 ~ 4.5 V, 이상전압은 5 ~ 6 V이고,
    상기 제 1 가열시간은 5 ~ 18초, 제 2 가열시간은 3 ~ 10초, 제 3 가열시간은 7 ~ 12초인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 알콜 농도 산출이 완료된 경우, 상기 패스트 모드에서는 상기 정상 동작전원을 상기 히터부에 인가하여 대기 상태를 유시시키고,
    상기 노말 모드에서는 상기 히터부에 인가된 전압을 차단시키는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기.
  6. 반도체식 음주 측정기에 구비된 히터부의 가열방법에 있어서,
    정상 동작전압보다 큰 가열전압을 제 1 가열시간 동안 히터부에 인가하여 상기 히터부를 1차 가열시키는 단계;
    상기 정상 동작전압으로 제 2 가열시간 동안 상기 히터부에 인가하여 상기 히터부를 2차 가열시키는 단계;
    유입된 호기 가스의 유량을 검출하는 단계; 및
    상기 유입된 호기 가스의 유량이 일정량 이상인 경우 알콜 농도를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기에 구비된 히터부의 가열방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    알콜 농도 분석이 완료된 것으로 판단된 경우 상기 히터부의 전원을 차단하는 단계; 및
    상기 히터부의 전원이 차단된 상태에서 상기 알콜 농도 분석결과를 표시하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기에 구비된 히터부의 가열방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분석 결과 표시 후 미리 설정된 재측정 시간이내에 알콜 측정 신호가 입력되면 상기 정상 동작 전압으로 제 3 가열시간 동안 상기 히터부를 가열시키는 것을 특징으로 하는 반도체식 음주 측정기에 구비된 히터부의 가열방법.
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