KR101061488B1 - 압력 측정 장치 및 그의 압력 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력 측정 장치에 관한 것이다. 상기 압력 측정 장치는 개구부를 가지는 하우징, 상기 개구부를 밀폐하며 상기 하우징 내부의 압력 변화에 따라 상이한 곡률을 갖는 격막, 그리고 상기 격막의 곡률 변화에 따라 상기 압력을 측정하는 제어기를 포함한다.
압력 측정 장치, 진공 게이지, 진공 센서, 레이저, 곡률

Description

압력 측정 장치 및 그의 압력 측정 방법{pressure detecting apparatus and method for detecting pressure with the same}
본 발명은 압력을 측정하는 장치 및 상기 장치의 압력 측정 방법에 관한 것이다.
일반적인 압력 측정 장치로 진공 게이지가 널리 사용된다. 예컨대, 상기 압력 측정 장치로는 기압계(manometer), McLeod 게이지, Bourden 게이지, 다이아프램 게이지(Diaphram gauge), 축전 용량식 다이아프램 게이지 등이 널리 사용된다. 그 밖에도 상기 진공 게이지로는 기체의 열 특성을 이용한 게이지, 기체의 이온 특성을 이용한 게이지, 그리고 마그네트론 게이지 등이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효과적으로 압력을 측정할 수 있는 압력 측정 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효과적으로 압력을 측정할 수 있는 압력 측정 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 압력 측정 장치는 개구부를 가지는 하우징, 상기 개구부를 밀폐하며, 상기 하우징 내부의 압력 변화에 따라 상이한 곡률을 갖는 격막 및 상기 격막의 곡률 변화에 따라 상기 압력을 측정하는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 격막으로 광을 조사하는 조사기 및 상기 격막으로부터 반사된 광을 수신받는 수광기를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 수광기로 수신된 광의 위치변화에 따라 상기 곡률을 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 격막을 향해 광을 조사하는 조사기 및 상기 격막으로부터 반사된 광을 수신하는 수광기를 더 포함하되, 상기 조사기는 상기 격막의 제1위치에 제1광을 조사하는 제1 조사기 및 상기 격막의 제2위치에 제2광을 조사하는 제2 조사기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 및 제2광들이 격막으로부터 반사되어 상기 수광기에 수신된 것들 간의 거리 변화를 측정하여 상기 격막의 곡률을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 수광기는 좌표계를 포함하되, 상기 제어기는 상기 좌표계에 수신된 광의 위치에 따라 상기 격막의 곡률을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 격막은 광반사율일 향상되도록 처리된 표면을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 압력 측정 방법은 개구부를 갖는 하우징 및 상기 개구부를 밀폐하며 상기 하우징 내부의 압력 변화에 따라 상이한 곡률을 갖는 격막 을 구비하여, 상기 격막의 곡률 변화에 따라 상기 압력을 측정한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 압력을 측정하는 것은 상기 격막을 향해 광을 조사하는 것 및 상기 격막으로부터 반사된 광을 분석하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광을 분석하는 것은 수신된 광의 위치 변화를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 격막을 향해 광을 조사하는 것은 상기 격막을 향해 적어도 두 개의 광들을 조사하는 것을 포함하되, 상기 광을 분석하는 것은 상기 격막으로부터 반사되는 광들의 거리 변화를 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 압력 측정 장치는 격막의 곡률 변화에 따라 압력을 측정함으로써, 안정적이고 정밀한 압력 측정이 가능하다.
본 발명에 따른 압력 측정 장치는 측정할 수 있는 압력 범위가 한정되지 않으므로, 측정가능한 압력 범위가 클 수 있다.
본 발명에 따른 압력 측정 방법은 격막의 곡률 변화에 따라 압력을 측정함으로써, 안정적이고 정밀한 압력 측정이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 압력 측정 장치 및 이를 이용한 압력 측정 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각각의 도면들에 있어서, 기판, 층 및 영역들의 두께는 본 발명의 기술적 특징을 명확히 나타내기 위해 과장된 것이다. 또한, "어느 대상물은 다른 대상물 상에 위치된다"라고 언급되는 경우에 상기 어느 대상물은 상기 다른 대상물의 표면에 접촉되어 제공되는 경우와 상기 다른 대상물과 이격되어 제공되는 경우를 모두 포함할 수 있다. 또한, 상기 어느 대상물이 상기 다른 대상물과 이격되어 형성되는 경우에는 상기 어느 대상물과 상기 다른 대상물 사이에는 또 다른 대상물이 더 제공될 수 있다. 그리고, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)는 하우징(110), 격막(120), 조사기(130), 수광기(140) 및 제어기(150)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(110)은 몸체(112)를 가질 수 있다. 상기 몸체(112)는 대체로 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 몸체(112)는 상기 하우징(110) 외부의 공간(이하, 외부 공간:b)으로부터 밀폐된 내부 공간(a)을 가질 수 있다. 상기 몸체(112)는 압력조절라인(116)과 연결될 수 있다. 상기 압력조절라인(116)은 상기 하우징(110)의 내부 공간(a)의 압력(이하, 내부 압력)을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 압력조절라인(116)은 상기 내부 공간(a)을 감압하여 상기 내부 공간(a)의 압력을 진공압으 로 조절할 수 있다.
상기 격막(120)은 상기 몸체(112) 일측에 형성된 개구부(114)를 밀폐할 수 있다. 상기 격막(120)은 플렉시블한 재질로 형성될 수 있다. 이러한 격막(120)은 상기 하우징(110)의 외부 압력(이하, 외부 압력)의 변화에 따라 상이한 곡률(curvature)을 가질 수 있다. 이에 더하여, 상기 격막(120)은 광을 효과적으로 반사시키도록 제공될 수 있다. 일 예로서, 상기 격막(120)은 광반사율이 높은 표면을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 격막(120)의 표면을 경면 처리(mirror finish), 도금 처리, 금속 코팅 처리 및 광택 처리 등을 수행하여 상기 격막(120)의 광반사율을 향상시킬 수 있다. 다른 예로서, 상기 격막(120)은 그 자체가 광반사율이 높은 재질로 이루어질 수 있다.
상기 조사기(130)는 상기 격막(120)을 향해 광(L)을 조사할 수 있다. 이때, 상기 조사기(130)는 상기 광(L)을 상기 격막(120) 표면에 대해 일정 각도로 경사지게 조사할 수 있다. 상기 수광기(140)는 상기 격막(120)으로부터 반사된 광을 수신받을 수 있다. 상기 수광기(140)에는 좌표계(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 제어기(150)는 상기 수광기(140)로 수신된 광을 분석하여 외부 압력을 측정할 수 있다. 상기 제어기(150)가 상기 외부 압력을 측정하는 상세한 과정은 후술한다.
계속해서, 도 1에 도시된 압력 측정 장치의 압력 측정 과정을 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)에 대해 중복되는 설명은 간소화되거나 생략될 수 있다.
도 2은 도 1에 도시된 압력 측정 장치의 압력 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다. 도 3a 내지 도 3c들은 도 1에 도시된 압력 측정 장치의 외부 압력 변화에 따른 격막의 곡률 및 광의 수신 위치 변화를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징(110)의 압력을 조절할 수 있다(S110). 예컨대, 상기 압력조절라인(116)은 하우징(110)의 내부 공간(a)의 압력(이하, 내부 압력)을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 압력조절라인(116)은 상기 내부 압력을 진공압으로 조절할 수 있다. 이에 따라, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 격막(120)의 곡률은 내부 공간(a)을 향해 볼록하게 팽창될 수 있다.
조사기(130)는 격막(120)으로 광(L)을 조사할 수 있다(S120). 상기 격막(120)에 조사된 상기 광(L)은 상기 격막(120)으로부터 반사되어 상기 수광기(140)로 수신될 수 있다. 예컨대, 상기 광(L)은 상기 격막(120)으로부터 반사되어 상기 수광기(140)의 제1위치(142)에 수신될 수 있다.
제어기(150)는 수광기(140)로 수신된 광의 위치 변화에 따라 압력을 측정할 수 있다(S130). 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 내부 압력이 감소하면 상기 격막(120)은 상기 내부 공간(a)을 향해 더 볼록해지도록 팽창될 수 있다. 이 경우, 상기 격막(120)으로부터 반사되어 상기 수광기(140)에 수신된 광의 위치는 상기 제1위치(142)로부터 제2위치(144)로 변할 수 있다. 이와 반대로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 내부 압력이 증가하면 상기 격막(120)은 상기 외부 공간(b)을 향해 덜 볼록해지도록 수축될 수 있다. 이 경우, 상기 격막(120)으로부터 반사되어 상기 수광기(140)에 수신된 광의 위치는 상기 제1위치(142)로부터 제3위치(146)로 변할 수 있다. 상기와 같이, 상기 격막(120)의 곡률은 상기 하우징(110) 내부의 압력에 따라 변화할 수 있으며, 상기 곡률의 변화에 따라 상기 광(L)이 상기 수광기(140)에 수신되는 위치가 변할 수 있다. 상기 수광기(140)에는 좌표계가 구비될 수 있으므로, 상기 제어기(150)는 상기 수광기(140)로 수신된 광의 위치 변화를 판단할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어기(150)는 상기 좌표계 상으로 수신된 광의 위치를 판단하여, 상기 외부 압력을 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)는 내부 압력의 변화에 따라 상이한 곡률을 가지는 격막(120)을 구비하여, 상기 곡률의 변화에 따라 압력을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)는 다양한 범위의 압력을 측정할 수 있다. 일반적인 진공센서는 측정할 수 있는 압력 범위가 한정되어 있다. 이에 따라, 진공 챔버와 같은 측정 대상물에는 측정할 수 있는 압력 범위가 서로 상이한 복수의 진공센서들이 구비된다. 예컨대, 보통 진공센서는 저진공의 압력범위(대략 760torr 내지 10-3torr) 내 압력을 측정하는 저진공센서, 중간진공의 압력범위(대략 10-3torr 내지 10-6torr) 내 압력을 측정하는 중간진공센서, 고진공의 압력범위(대략 10-6torr 내지 10-9torr) 내 압력을 측정하는 고진공센서로 구분될 수 있다. 따라서, 상기 측정 대상물에는 저진공센서, 중간진공센서 및 고전공센서를 모두 구비하여야 고진공부터 고진공까지의 압력을 모두 측정할 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)는 측정할 수 있는 압력 범위가 한정되지 않으므로, 측정가능한 압력 범위가 클 수 있다. 따라서, 하나의 상기 압력 측정 장치(100)로 상기와 같은 압력범위(대략 760torr 내지 10-9torr) 내 압력을 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 측정 장치(102)에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(100)에 대한 중복되는 설명은 간소화되거나 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 측정 장치를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 측정 장치(102)는 하우징(110), 격막(120), 조사기(160), 수광기(170) 및 제어기(180)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(110)은 대체로 원통 형상을 갖는 몸체(112)를 가질 수 있다. 상기 몸체(112)는 상기 하우징(112) 외부의 공간(이하, 외부 공간:b)으로부터 밀폐된 내부 공간(a)을 가질 수 있다. 상기 몸체(112)는 압력조절라인(116)과 연결될 수 있다. 상기 압력조절라인(116)은 상기 내부 공간(a)의 압력(이하, 내부 압력)을 조절할 수 있다.
상기 격막(120)은 상기 몸체(112) 일측에 형성된 개구부(114)를 밀폐할 수 있다. 상기 격막(120)은 플렉시블한 재질로 형성될 수 있다. 이러한 격막(120)은 상기 하우징(110)의 외부 압력(이하, 외부 압력)의 변화에 따라 상이한 곡률(curvature)을 가질 수 있다. 이에 더하여, 상기 격막(120)은 광을 효과적으로 반사시키도록 제공될 수 있다.
상기 조사기(160)는 상기 격막(120)을 향해 광을 조사할 수 있다. 예컨대, 상기 조사기(160)는 제1 조사기(162) 및 제2 조사기(164)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 조사기들(162, 164)은 제1광(L1) 및 제2광(L2)을 상기 격막(120)의 상이한 위치들에 각각 조사할 수 있다.
상기 수광기(170)는 상기 격막(120)으로부터 반사된 광들을 수신받을 수 있다. 예컨대, 상기 수광기(170)는 상기 제1광(L1)이 상기 격막(120)으로부터 반사된 것 및 상기 제2광(L2)이 상기 격막(120)으로부터 반사된 것을 수신받을 수 있다. 상기 수광기(170)에는 좌표계(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 제어기(180)는 상기 수광기(170)로 수신된 광들을 분석하여 외부 압력을 측정할 수 있다. 상기 제어기(180)가 상기 외부 압력을 측정하는 상세한 과정은 후술하겠다.
계속해서, 도 4에 도시된 압력 측정 장치의 압력 측정 과정을 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 측정 장치(102)에 대해 중복되는 설명은 간소화되거나 생략될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 압력 측정 장치의 압력 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다. 도 6a 내지 도 6c들은 도 4에 도시된 압력 측정 장치의 외부 압력 변화에 따른 격막의 곡률 및 광의 수신 위치 변화를 설명하기 위한 보여주는 도면들이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 하우징(110)의 압력을 조절할 수 있다(S210). 예컨대, 상기 압력조절라인(116)은 몸체(112) 내부를 감압하여, 상기 하우징(110) 내 부 공간(a)의 압력을 진공압으로 조절할 수 있다.
조사기(160)는 격막(120)을 향해 광(L)을 조사할 수 있다(S220). 예컨대, 상기 제1 및 제2 조사기들(162, 164)은 상기 격막(120)의 상이한 위치들에 제1광(L1) 및 제2광(L2)을 각각 조사할 수 있다. 이에 따라, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 조사기(162)가 조사한 제1광(L1)은 상기 격막(120)으로부터 반사된 후 상기 수광기(170)의 제1위치(171)에 수신되고, 상기 제2 조사기(164)가 조사한 제2광(L2)은 상기 격막(120)으로부터 반사된 후 상기 수광기(170)의 제2위치(172)에 수신될 수 있다. 상기 제1위치(171) 및 제2 위치(172)는 상기 수광기(170) 상의 서로 상이한 위치들일 수 있다.
제어기(180)는 수광기(170)로 수신된 광을 분석하여 압력을 측정할 수 있다(S230). 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 내부 압력이 감소하면 상기 격막(120)은 상기 내부 공간(a)을 향해 더 볼록해지도록 팽창될 수 있다. 이 경우, 상기 격막(120)으로부터 반사되어 상기 수광기(170)에 수신된 광들의 위치는 상기 제1 및 제2위치들(171, 172)로부터 제3 및 제4위치들(173, 174)로 각각 변할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2광들(L1, L2)이 상기 수광기(170)에 수신되는 위치들 간의 거리는 증가할 수 있다. 이와 반대로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 내부 압력이 증가하면 상기 격막(120)은 상기 외부 공간(b)을 향해 덜 볼록해지도록 수축될 수 있다. 이 경우, 상기 격막(120)으로부터 반사되어 상기 수광기(170)에 수신된 광의 위치들은 상기 제1 및 제2위치들(171, 172)로부터 제5 및 제6위치들(175, 176)로 각각 변할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2광들(L1, L2)이 상기 수광 기(170)에 수신되는 위치들 간의 거리는 감소할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 격막(120)의 곡률은 상기 하우징(110) 내부의 압력에 따라 변화할 수 있으며, 상기 곡률의 변화에 따라 상기 제1 및 제2광들(L1, L2)이 상기 수광기(170)에 수신되는 위치들이 변할 수 있다. 상기 수광기(170)에는 좌표계가 구비될 수 있으므로, 상기 제어기(180)는 상기 수광기(170)로 수신된 광들 간의 거리 변화를 판단할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어기(180)는 상기 좌표계 상으로 수신된 광들 간의 거리 변화 정도를 판단하여, 상기 내부 압력을 측정할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 측정 장치(102)는 상기 격막(120)으로부터 반사된 광들이 상기 수광기(170)에 수신된 위치들 간의 거리 변화에 따라 압력을 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치(102)는 측정할 수 있는 압력 범위가 한정되지 않으므로, 측정할 수 있는 압력 범위가 클 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용 도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 측정 장치를 보여주는 도면이다.
도 2은 도 1에 도시된 압력 측정 장치의 압력 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c들은 도 1에 도시된 압력 측정 장치의 외부 압력 변화에 따른 격막의 곡률 및 광의 수신 위치 변화를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 측정 장치를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 압력 측정 장치의 압력 측정 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.
도 6a 내지 도 6c들은 도 4에 도시된 압력 측정 장치의 외부 압력 변화에 따른 격막의 곡률 및 광들의 수신 위치 변화를 설명하기 위한 도면들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 압력 측정 장치
110 : 하우징
112 : 몸체
114 : 개구부
116 : 압력조절라인
120 : 격막
130 : 조사기
140 : 수광기
150 : 제어기

Claims (9)

  1. 개구부를 가지는 하우징;
    상기 개구부를 밀폐하며, 상기 하우징 내부의 압력 변화에 따라 상이한 곡률을 갖는 격막;
    상기 격막을 향해 광을 조사하는 조사기;
    상기 격막으로부터 반사된 광을 수신하는 수광기; 및
    상기 격막의 곡률 변화에 따라 상기 압력을 측정하는 제어기를 포함하되,
    상기 조사기는
    상기 격막의 제1위치에 제1광을 조사하는 제1 조사기; 및
    상기 격막의 제2위치에 제2광을 조사하는 제2 조사기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 및 제2광들이 상기 격막으로부터 반사되어 상기 수광기에 수신된 것들 간의 거리 변화를 측정하여 상기 격막의 곡률을 측정하는 압력 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 수광기로 수신된 광의 위치변화에 따라 상기 곡률을 측정하는 압력 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광기는 좌표계를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 좌표계에 수신된 광의 위치에 따라 상기 격막의 곡률을 측정하는 압력 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 격막은 광반사율이 향상되도록 경면 처리, 도금 처리, 금속 코팅 처리, 또는 광택 처리 중에서 선택된 적어도 하나로 처리된 표면을 갖는 압력 측정 장치.
  6. 개구부를 갖는 하우징 및 상기 개구부를 밀폐하며 상기 하우징 내부의 압력 변화에 따라 상이한 곡률을 갖는 격막;
    상기 격막을 향해 광을 조사하는 조사기; 및
    상기 격막으로부터 반사된 광을 수신하는 수광기를 구비하여, 상기 격막의 곡률 변화에 따라 상기 압력을 측정하되,
    상기 조사기는
    상기 격막의 제1위치에 제1광을 조사하는 제1 조사기; 및
    상기 격막의 제2위치에 제2광을 조사하는 제2 조사기를 포함하고,
    상기 제1 및 제2광들이 상기 격막으로부터 반사되어 상기 수광기에 수신된 것들 간의 거리 변화를 측정하여 상기 격막의 상기 곡률 변화를 측정하는 압력 측정 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광을 분석하는 것은 상기 수광기에 수신된 광의 위치 변화를 판단하는 것을 포함하는 압력 측정 방법.
  9. 삭제
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