KR102194876B1 - 축산 유래 기체물질 측정장치 및 데이터 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
축산 유래 기체물질 측정장치는 샘플 기체가 유입되는 기체 유입구, 상기 샘플 기체가 배출되는 기체 배출구, 상기 기체 유입구와 상기 기체 배출구를 연결하는 경로관, 상기 경로관에 연결되고, 상기 샘플 기체가 유입되어 상기 기체 배출구까지 이동하도록 압력을 생성하는 펌프, 상기 경로관에 배치되어 상기 샘플 기체에 존재하는 기체물질의 양을 센싱하는 센서, 상기 펌프의 동작 및 상기 기체물질의 양을 나타내는 데이터를 처리하는 제어장치, 상기 데이터를 저장하는 저장장치 및 상기 펌프, 상기 센서 및 상기 프로세서에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함한다. 상기 제어장치는 상기 샘플 기체의 유입부터 일정 시간이 경과한 후의 시간 구간에서 상기 센서장치가 센싱한 값을 평균하여 상기 저장 장치에 저장하도록 제어한다.
Description
이하 설명하는 기술은 축산 유래 기체물질을 측정하고, 모니터링하는 장치에 관한 것이다.
대규모 축사, 농촌지역 등에 설치된 소규모 축사 등에서 악취가 발생한다. 악취는 상황에 따라 또는 개인의 성향에 따라 문제의 심각성 정도가 판단되기 때문에 정량적인 측정이 어려운 물질이다. 축사에서 발생하는 악취로 인한 민원 발생 건수가 증가하고 있지만, 악취의 발생 여부 내지 악취의 정도에 대한 체계적인 측정이나 판단이 어려운 실정이다.
이하 설명하는 기술은 악취의 원인이 되는 축산 유래 기체물질을 측정하고 모니터링하기 위한 장치를 제공하고자 한다. 이하 설명하는 기술은 축산 유래 기체물질의 농도를 정확하게 측정하기 위한 데이터 처리 방법 및 교정 방법을 제공하고자 한다.
축산 유래 기체물질 측정장치는 샘플 기체가 유입되는 기체 유입구, 상기 샘플 기체가 배출되는 기체 배출구, 상기 기체 유입구와 상기 기체 배출구를 연결하는 경로관, 상기 경로관에 연결되고, 상기 샘플 기체가 유입되어 상기 기체 배출구까지 이동하도록 압력을 생성하는 펌프, 상기 경로관에 배치되어 상기 샘플 기체에 존재하는 기체물질의 양을 센싱하는 센서, 상기 펌프의 동작 및 상기 기체물질의 양을 나타내는 데이터를 처리하는 제어장치, 상기 데이터를 저장하는 저장장치 및 상기 펌프, 상기 센서 및 상기 프로세서에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함한다. 상기 제어장치는 상기 샘플 기체의 유입부터 일정 시간이 경과한 후의 시간 구간에서 상기 센서장치가 센싱한 값을 평균하여 상기 저장 장치에 저장하도록 제어한다.
이하 설명하는 기술은 이동성 있는 기체물질 측정장치를 구형하여, 축사를 운영하는 기업 또는 개인이 지속적으로 악취를 모니터링할 수 있다. 이하 설명하는 기술은 모니터링하는 기체물질의 양을 네트워크를 통하여 지속적으로 외부에 전송하여, 원격지에 있는 관리자가 편하게 악취 레벨을 관찰할 수 있다.
도 1은 축사에서 발생하는 악취를 모니터링하는 시스템에 대한 예이다.
도 2는 축산 유래 기체물질 측정장치의 구조를 도시한 예이다.
도 3은 축산 유래 기체물질의 데이터를 처리하는 과정에 대한 예이다.
도 4는 기체물질 측정장치를 교정하는 과정에 대한 예이다.
도 5는 기체물질 측정장치의 고장 여부 판단 과정에 대한 예이다.
도 6은 측정 데이터를 이용하여 모니터링 장치의 고장 여부를 판단하는 과정에 대한 다른 예이다.
도 7은 측정 데이터를 이용하여 모니터링 장치의 고장 여부를 판단하는 과정에 대한 또 다른 예이다.
도 8은 기체물질 측정장치에서 데이터를 처리하는 구성에 대한 예이다.
도 2는 축산 유래 기체물질 측정장치의 구조를 도시한 예이다.
도 3은 축산 유래 기체물질의 데이터를 처리하는 과정에 대한 예이다.
도 4는 기체물질 측정장치를 교정하는 과정에 대한 예이다.
도 5는 기체물질 측정장치의 고장 여부 판단 과정에 대한 예이다.
도 6은 측정 데이터를 이용하여 모니터링 장치의 고장 여부를 판단하는 과정에 대한 다른 예이다.
도 7은 측정 데이터를 이용하여 모니터링 장치의 고장 여부를 판단하는 과정에 대한 또 다른 예이다.
도 8은 기체물질 측정장치에서 데이터를 처리하는 구성에 대한 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하 설명하는 기술은 축산 유래 악취를 정량적으로 측정하는 기술에 관한 것이다. 먼저 이하 설명에서 사용하는 용어 내지 구성에 대하여 설명한다.
대표적으로 악취와 관련된 기체 물질은 (i) H2S, (CH3)SH, (CH3)2S 및 (CH3)2S2을 포함하는 S계열 기체물질, (ii) NH3, CH3N, (CH3)2N 및 (CH3)3N을 포함하는 N계열 기체물질, 부틸산, 발레르산 및 이소발레르산을 포함하는 지방산 기체물질 등이 있다. 이하 악취와 관련된 기체물질을 축산 유래 기체물질 또는 기체물질이라고 명명한다.
이하 축산 유래 기체물질 측정장치 또는 측정장치는 악취를 측정하는 장치를 의미한다. 따라서 측정장치는 기본적으로 축산 유래 기체물질을 정량적으로 측정하는 장치이다. 측정장치는 센서장치의 종류에 따라 다양한 기체물질의 양을 측정할 수 있다. 따라서, 측정장치는 축산 유래 기체물질 외에도 다양한 기체물질의 양을 측정할 수 있다. 다만, 이하 설명의 편의를 위하여 대표적으로 측정장치는 축산 유래 기체물질을 측정한다고 가정한다.
기체물질의 양은 다양한 기준으로 정량될 수 있다. 보편적으로 기체 경우 농도를 사용하므로, 이하 기체물질의 양과 기체물질의 농도는 동일한 개념으로 사용한다. 측정장치는 센서를 이용하여 기체물질의 양을 측정한다. 따라서 측정장치가 측정한 기체물질의 양을 나타내는 정보는 기본적으로 디지털 정보이다. 이하 측정장치가 측정한 기체물질의 양을 나타내는 정보를 농도 데이터라고 명명한다.
도 1은 축사에서 발생하는 악취를 모니터링하는 시스템(100)에 대한 예이다. 도 1은 측정장치를 이용하여 축사에서 발생하는 악취를 모니터링하는 예이다. 도 1은 복수의 축사(A 및 B)에서 각각 악취 정도를 측정하고, 이를 모니터링하는 예이다. 악취를 모니터링하는 시스템(100)은 측정장치(111, 112) 및 서비스 서버(150)를 포함한다.
측정장치(111)는 축사 A에서 발생하는 기체물질의 양을 측정한다. 측정장치(112)는 축사 B에서 발생하는 기체물질의 양을 측정한다. 측정장치(111, 112)는 고정 장치, 이동가능한 장치 또는 사용자가 휴대가능한(포터블한) 장치일 수도 있다.
측정장치(111, 112)는 주기적으로 또는 사용자가 측정하는 시점에 기체 물질의 양을 측정한다. 측정장치(111, 112)는 기체물질의 양을 나타내는 농도 데이터를 생성한다. 측정장치(111, 112)는 농도 데이터를 네트워크를 통하여 서비스 서버(150)에 전송할 수 있다. 네트워크는 다양한 통신 방식의 네트워크가 사용될 수 있다. 이하 네트워크는 기본적으로 무선 네트워크라고 가정한다. 예컨대, 네트워크는 이동통신 네트워크(3G, 4G, 5G), Wi-Fi, Zigbee, 기타 근거리 네트워크 등 다양한 방식일 수 있다. 도 1에 도시하지 않았지만, 이동통신 네트워크(3G, 4G, 5G) 및 Wi-Fi는 AP(Access Point)를 경유하여 데이터가 전송된다. Zigbee 등과 같은 근거리 네트워크 경우 별도의 허브(hub) 장치를 경유하여 데이터가 전송될 수도 있다.
서비스 서버(150)는 측정장치(111, 112)가 송신하는 농도 데이터를 저장하고 관리한다. 도 1에 도시하지 않았지만, 서비스 서버(150)는 농도 데이터를 관리하는 별도의 데이터베이스에 농도 데이터를 저장하고 관리할 수도 있다.
서비스 서버(150)는 주기적으로 사용자 단말(181, 182)에 농도 데이터를 전송할 수 있다. 주기적으로 전송하기 위해서, 서비스 서버(150)는 사용자 단말(181, 182)에 대한 정보(네트워크 상의 식별자, IP 등)를 사전에 보유해야 한다. 또한 서비스 서버(150)는 측정장치(111, 112)와 사용자 단말(181, 182)에 대한 매칭 정보도 사전에 알고 있어야 한다.
또는 서비스 서버(150)는 사용자 단말(181, 182)로부터 농도 데이터 요청 명령을 수신하면, 요청 명령에 포함된 측정장치(111 또는 112)에 대한 농도 데이터를 데이터를 요청한 사용자 단말에 전송할 수도 있다.
도 1과 달리, 측정장치(111, 112)가 근거리 무선 네트워크를 지원하는 경우, 측정장치(111, 112)는 직접 근거리 무선 네트워크를 통하여 사용자 단말(181, 182)에 농도 데이터를 전송할 수도 있다.
사용자 단말은 PC, 스마트폰, 태블릿, 전용 터미널 등 다양한 형태일 수 있다. 도 1은 대표적으로 PC(181), 휴대단말(182)인 경우를 도시하였다. 사용자는 사용자 단말을 통하여 모니터링 대상인 축사의 기체물질 농도를 모니터링할 수 있다.
후술하겠지만, 측정장치(111 또는 112)는 농도 데이터를 화면에 표시할 수 있다. 이 경우, 사용자는 축사 현장에서 기체물질의 농도를 모니터링할 수도 있다.
도 2는 축산 유래 기체물질 측정장치(200)의 구조를 도시한 예이다. 측정장치(200)는 전술한 측정장치(111 또는 112)에 대한 하나의 예이다. 도 2의 측정장치(200)는 다양한 구성을 포함하는데, 필수적인 구성 외에 선택적인 구성도 있다. 측정장치(200)는 선택적인 구성 중 적어도 하나가 포함되지 않은 형태로 구현될 수도 있다. 이하 설명에서 선택적인 구성은 생략가능하다고 별도로 설명한다.
측정장치(200)는 기체물질 측정 대상인 기체가 유입되고, 배출되는 구조를 포함한다. 측정 대상인 기체를 샘플 기체라고 명명한다. 측정장치(200)는 기체 유입구(211), 기체 배출구(218), 기체 유입구(211)와 기체 배출구(218)를 연결하는 경로관(215) 및 펌프(220)를 포함한다.
기체 유입구(211)는 샘플 기체가 유입되는 구성이다. 기체 유입구(211)는 유입되는 샘플 기체에 포함된 불순물(먼지 등)을 제거하는 필터를 포함할 수도 있다. 기체 배출구(218)는 유입된 기체가 배출되는 구성이다. 경로관(215)은 측정장치(200) 내부에서 샘플 기체가 이동하는 경로이다. 기체 유입구(211), 기체 배출구(218) 및 경로관(215)은 다양한 재질의 재료로 구성될 수 있다. 기체 유입구(211), 기체 배출구(218) 및 경로관(215)은 다양한 길이 및 형태를 가질 수도 있다. 기체 유입구(211), 기체 배출구(218) 및 경로관(215)은 내부에 흐르는 기체가 일정한 온도를 유지하는 구조를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 경로관(215)은 히팅 코드(히팅 테입)가 외벽에 배치되어 등온 상태를 유지할 수도 있다. 이 경우 히팅 코드는 일정한 전력을 필요로한다.
펌프(220)는 경로관(215) 내부에 압력을 생성하여 샘플 기체가 기체 유입구(211)로 유입되어 기체 배출구(218)로 배출되게 한다. 펌프(220)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 펌프(220)는 기체 배출구(218) 근처에 진공상태를 만들어 샘플 기체가 이동하게 할 수 있다.
측정장치(200)는 플러싱(flushing) 유입구(212)를 포함할 수도 있다. 플러싱 유입구(212)는 고순도 가스를 유입하여 측정장치(200)의 센싱 감도를 유지하기 위하여 경로관(215)에서 측정 대상인 기체물질을 제거한다. 고순도 가스는 산소(02) 또는 질소(N2)가 고농도인 가스를 사용할 수 있다. 고순도 가스는 악취 관련한 기체 물질이 없는 깨끗한 가스를 의미한다. 플러싱 유입구(212)는 경로관(215)과 연결된다. 펌프(220)가 압력을 형성하여 고순도 가스가 플러싱 유입구(212)에서 기체 배출구(218)로 이동한다. 한편, 경로관(215) 내부에 제어밸브(214)와 같은 구성이 있을 수 있다. 제어밸브(214)는 경로관(215) 내부에서 유입되는 가스의 경로를 제어한다. 제어밸브(214)는 기체 유입구(211) 또는 플러싱 유입구(212) 중 어느 하나를 통해 유입되는 기체만이 경로관(215) 내부에 흐르게 할 수 있다. 제어밸브(214)는 전기적 제어를 통해 제어될 수 있다. 후술할 제어장치(260)가 제어밸브(214)를 제어할 수 있다.
경우에 따라서, 플러싱 유입구(212)를 별도로 두지 않고, 측정장치(200)는 기체 유입구(211)를 통해 고순도 가스를 유입하여 경로관(215) 내부에 잔존 기체물질을 제거할 수도 있다.
센서장치(230)는 기체물질의 농도를 센싱하는 센서이다. 센서장치(230)는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 센서장치(230)는 황화수소(H2S) 센서, 암모니아(NH3) 센서 등을 포함할 수 있다. 센서장치(230)는 전술한 다양한 기체물질을 각각 센싱하는 복수의 센서들을 포함할 수도 있다. 센서장치(230)는 센싱한 기체물질의 농도 데이터를 생성한다. 센서장치(230)는 샘플 기체가 지나가는 경로관(215)에 배치될 수 있다. 센서장치(230)의 구성 중 기체와 접촉하는 부분은 경로관(215) 내부에 배치되어야 한다.
추가 센서장치(240)는 측정장치(200)가 위치한 환경 정보를 센싱할 수 있다. 예컨대, 추가 센서장치(240)는 온도 센서, 습도 센서, 풍속 센서 등을 포함할 수 있다. 악취는 기후 환경에 영향을 받기 때문에, 측정장치(200)는 객관적인 농도 데이터 외에도 온도, 습도 및 풍속 등과 같은 데이터를 측정할 수 있다. 추가 센서장치(240)는 선택적 구성에 해당한다.
전원공급장치(250)는 측정장치(200)의 구성 중 전력이 필요한 구성에 전원을 공급한다. 전원공급장치(250)는 외부 전력 또는 배터리를 이용한 내부 전력으로 전력을 제공할 수 있다. 외부 전력은 유선 또는 무선으로 전력이 공급될 수 있다.
제어장치(260)는 측정장치(200)의 동작을 제어한다. 제어장치(260)는 센서장치(230)가 센싱한 데이터를 일정하게 처리할 수 있다. 제어장치(260)는 센서장치(230)로부터 농도 데이터를 수신할 수 있다. 제어장치(260)는 농도 데이터를 일정하게 처리하여 저장장치(270)에 저장할 수 있다. 제어장치(260)는 입력장치(285) 또는 통신장치(280)를 통한 외부 명령에 따라 측정장치(200)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어장치(260)는 측정장치(200)의 정확도를 유지하기 위한 교정 작업을 제어할 수 있다. 나아가 제어장치(260)는 농도 데이터를 일정하게 처리하거나, 센싱한 데이터 중 일부 데이터를 선별하여 관리할 수도 있다. 제어장치(260)의 동작은 후술한다.
제어장치(260)는 제어 동작을 위한 코드가 임베드된 칩을 포함할 수 있다. 따라서 제어장치(260)는 ROM 또는 플래시 메모리와 같은 저장 매체를 포함할 수도 있다.
저장장치(270)는 기본적으로 농도 데이터를 저장하다. 저장장치(270)는 제어장치(260)가 일정하게 처리한 데이터 또는 제어장치(260)가 선택한 데이터만을 저장할 수 있다. 저장장치(270)는 데이터 처리 과정에서 임시로 생성되는 데이터를 저장할 수 있다. 저장장치(270)는 교정이나 고장여부 판단에 사용되는 정보를 저장할 수도 있다.
통신장치(280)는 유선/무선 통신을 지원할 수 있다. 통신장치(280)는 네트워크를 통하여 농도 데이터를 전송할 수 있다. 통신장치(280)는 저장장치(270)에 저장된 데이터를 전송할 수도 있다. 통신장치(280)는 외부에서 입력되는 명령이나 정보를 수신할 수도 있다. 통신장치(280)는 선택적 구성일 수 있다.
입력장치(285)는 일정한 정보를 입력받는 장치이다. 입력장치(285)는 버튼, 터치스크린 등과 같은 형태일 수 있다. 입력장치(285)는 선택적 구성이다.
인터페이스장치(286)는 외부 객체와 일정한 정보를 주고받을 수 있는 장치를 의미한다. 예컨대, 인터페이스장치(286)는 USB 포트와 관련 통신 모듈을 포함할 수 있다. 인터페이스장치(286)는 제어장치(260) 동작과 관련된 코드를 외부로부터 입력받을 수 있다. 인터페이스장치(286)는 저장장치(270)가 보유한(누적한) 농도 데이터를 외부 객체에 전달할 수도 있다. 인터페이스장치(286)는 선택적 구성이다.
디스플레이장치(290)는 측정장치(200) 외부에 배치되어, 측정장치(200)가 측정한 농도 데이터, 동작 제어를 위한 메뉴, 사용자 입력을 받기 위한 정보 등을 출력할 수 있다. 터치스크린은 입력장치(285)와 디스플레이장치(290)를 하나의 모듈로 구현할 수 있다.
한편, 도 1에 도시하지 않았지만, 측정장치(200)는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 측정장치(200)의 내부가 외부 기체와 접촉하지 않도록, 측정장치(200) 내부를 밀폐할 수 있다.
측정장치(200)는 질량유랑계를 더 포함할 수도 있다. 널리 알려진 바와 같이 질량유랑계는 외부 환경에 관계 없이 경로관(215)을 통해 이동하는 기체의 양을 일정하게 유지하는 구성이다.
이하 측정장치(200) 또는 제어장치(260)가 동작하는 다양한 예를 더 설명한다. 측정장치 내부에서 데이터 처리 또는 제어는 제어장치가 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하 측정장치가 일정한 동작을 수행한다고 설명한다.
종래 측정장치는 센싱한 값을 실시간으로 출력하거나, 일정 시간의 평균값을 출력하는 방식을 사용한다. 이 경우, 센서의 특성에 따라 정확한 값이 측정되지 않을 수 있다.
도 3은 축산 유래 기체물질의 데이터를 처리하는 과정에 대한 예이다. 샘플 기체가 유입되면, 센서장치는 기체물질의 농도를 나타내는 농도 데이터를 생성한다. 도 3의 가로축은 시간이고, 세로축은 농도(ppm)이다.
전술한 바와 같이, 센서 특성에 따라 초기 센싱되는 값은 정확하지 않을 수 있다. 따라서, 측정장치는 측정이 시작된 시점(센서장치가 센싱값을 생성한 최초 시점)부터 일정한 시간 구간에서 생성된 데이터는 사용하지 않을 수 있다. 예컨대, 도 3은 측정 시작 시간(0)부터 5분 전을 안정화 구간으로 설정한 예이다. 측정장치는 안정화 구간에서 센싱된 값은 정확하지 않은 값으로 판단하고, 실제 측정값을 삼지 않는다. 측정장치는 안정화 구간 이후의 측정 구간에서 센싱한 값만을 사용할 수 있다. 도 3은 시작 시간(0) 기준으로 5 ~ 10분 사이의 구간을 측정 구간으로 설정한 예이다. 측정장치는 측정 구간에서 측정된 농도 데이터를 선택하여 저장장치에 저장할 수 있다. 또 측정장치는 측정 구간에서 측정된 농도 데이터의 평균값을 저장장치에 저장할 수 있다. 통상적으로 측정장치는 측정 시간과 함께 선택한 농도 데이터를 저장장치에 저장한다.
도 3은 측정 구간 후에 플러싱(flushing)을 수행한 예를 도시한다. 플러싱은 측정장치가 반복적으로 정확한 측정을 하기 위하여 센서장치는 안정화하는 과정이다. 플러싱 구간은 시작 시간 기준 10분 후부터 20분까지이다. 플러싱은 바람직하게는 측정 대상인 기체물질이 유입되지 않는 상황에서, 전술한 고순도 가스가 플러싱 유입구에 유입되어 수행된다. 도 3에 도시한 바와 같이 플러싱을 수행하면, 센서장치가 센싱하는 값이 내려가면서, 0(zero)가 되는 것을 알 수 있다. 플러싱 과정에서 센서장치가 센싱하는 값이 0가 되는 과정을 제로 시프팅(zero shifting)이라고 한다.
측정장치는 정확한 기체물질의 농도를 측정하기 위하여 교정이 필요할 수 있다. 측정장치(200)는 휴대가 가능한 소형 장치로 구현될 수 있고, 이 경우 특히 주변환경(온도, 습도 등)에 따라 측정값이 달라질 수 있다. 따라서, 사용자는 측정장치를 주기적으로 또는 측정 전에 교정할 필요가 있다. 교정은 측정장치가 측정하는 센싱값을 정확한 값으로 보정하는 과정을 의미한다.
도 4는 기체물질 측정장치를 교정하는 과정(300)에 대한 예이다. 측정장치는 일정한 시간 동안 측정하고자 하는 기체물질의 농도를 측정하고, 측정을 종료한다(310). 도 3에서 설명한 바와 같이, 측정장치는 측정 시작 시간을 기준으로 특정한 시간구간(측정 구간)에서만 데이터를 수집할 수 있다. 따라서, 측정 종료는 측정 구간이 종료되는 시점이라고 할 수 있다. 측정장치는 고순도 공기를 이용한 플러싱을 수행한다(320). 이 과정은 도 3에서 설명한 바와 같다. 정상적으로 플러싱 과정이 종료되면, 센서장치가 센싱하는 값은 0이 된다.
측정장치에 표준가스(span gas)가 유입된다(330). 표준가스는 센서장치가 농도를 측정하는 기체 물질이 일정한 농도로 포함된 가스이다. 예컨대, 표준가스는 기체물질이 8~10 ppm 범위 내의 특정 농도를 가질 수 있다. 표준가스에 포함된 기체물질의 농도를 기준 농도라고 명명한다.
표준가스가 주입된 후 안정화가되면, 측정장치는 표준가스 내의 기체물질 농도를 측정할 수 있다(340). 측정장치는 측정장치가 센싱값을 기준 농도와 동일한 값으로 교정한다(350). 예컨대, 사용자가 측정장치의 입력장치를 통해 기준 농도를 입력하여 교정할 수 있다. 또는 일정한 기준 농도만을 사용한다면, 사용자가 측정장치의 버튼을 눌러 센싱값을 리셋할 수 있다. 이후 측정장치는 교정된 값을 기준으로 농도를 측정하여 정확한 농도 데이터를 생성할 수 있다.
측정장치가 복수의 센서를 사용하는 경우(즉, 측정 대상인 기체물질이 다수인 경우), 표준가스는 센서 종류별로 유입되고, 측정장치는 해당하는 센서장치만을 교정할 수 있다. 또는 표준가스는 복수의 기체물질이 각각 특정 농도로 존재하는 가스일 수도 있다. 이 경우 측정장치는 한 번에 다수의 센서장치를 교정할 수도 있다.
도 5는 기체물질 측정장치의 고장 여부 판단 과정(400)에 대한 예이다. 도 5는 플러싱 과정에서 교장 여부를 판단하는 예이다. 측정장치는 일정한 시간 동안 측정하고자 하는 기체물질의 농도를 측정하고, 측정을 종료한다(410). 측정 종료는 측정 구간이 종료되는 시점이라고 할 수 있다. 측정장치는 고순도 공기를 이용한 플러싱을 수행한다(420). 이 과정은 도 3에서 설명한 바와 같다. 정상적으로 플러싱 과정이 종료되면, 센서장치가 센싱하는 값은 0이 되어야 한다.
측정장치는 플러싱 종료 후 기체물질의 센싱값(농도)이 0보다 큰지 판단한다(430). 기체물질의 센싱값이 0보다 크다면(430의 YES), 측정장치는 센서장치가 고장이라고 판단할 수 있다(440). 측정장치는 고장판단을 디스플레이장치 또는 별도의 알람 수단(LED, 사운드 등)으로 사용자에게 출력할 수도 있다. 측정장치는 플러싱 종료 후 기체물질의 센싱값(농도)이 0인 경우(430의 NO) 정상 동작이라고 판단할 수 있다(450).
경우에 따라서, 고장인지 판단하는 기준이 다를 수 있다. 예컨대, (i) 센싱값이 음(-)의 값이 될 수도 있으므로, 측정장치는 플러싱 종료 후의 센싱값이 0이 아닌 경우, 센서장치가 고장이라고 판단할 수 있다. (ii) 또, 측정장치는 플러싱 종료 후의 센싱값이 0에서 기준값이상 차이가 나는 경우 고장이라고 판단할 수도 있다.
나아가, 측정장치는 플러싱 종료 후의 센싱값이 0이 아니지만, 센싱값과 0의 차이가 기준값 이하인 경우, 교정이 필요하다는 정보를 출력할 수도 있다.
도 6은 측정 데이터를 이용하여 모니터링 장치의 고장 여부를 판단하는 과정(500)에 대한 다른 예이다. 도 6은 교정 과정 중에 센서 고장 여부를 판단하는 예이다.
측정장치는 일정한 시간 동안 측정하고자 하는 기체물질의 농도를 측정하고, 측정을 종료한다. 측정 종료 후에 측정장치는 고순도 공기를 이용한 플러싱을 수행한다(510).
측정장치에 표준가스가 유입되고, 측정장치는 표준가스 내의 기체물질 농도를 측정한다(520). 측정장치는 센서장치가 생성한 기체물질 센싱값과 기준 농도(표준가스 내의 실제 기체물질 농도)의 차이가 기준값 이상인지 여부를 판단한다(530).
상기 차이가 기준값 이상인 경우(530의 YES), 측정장치는 센서장치가 고장이라고 판단할 수 있다(540). 측정장치는 고장판단을 디스플레이장치 또는 별도의 알람 수단(LED, 사운드 등)으로 사용자에게 출력할 수도 있다.
상기 차이가 기준값 미만인 경우(530의 NO) 정상 동작이라고 판단할 수 있다(550). 이 경우 측정장치는 교정 과정을 계속 진행한다.
도 7은 측정 데이터를 이용하여 모니터링 장치의 고장 여부를 판단하는 과정(600)에 대한 또 다른 예이다. 도 7은 플러싱 과정에서 고장 여부를 판단하는 다른 예이다.
측정장치는 최초 교정 과정을 완료한다(610). 측정장치가 사용된 후 최초의 교정 과정이 완료된 경우이다. 교정 과정은 도 4에서 설명한 바와 같다.
최초 교정 후에 측정장치는 기체물질 농도 측정하고, 측정을 종료한다. 측정 종료 후에 측정장치는 고순도 공기를 이용한 플러싱을 시작한다(620). 620의 플러싱은 최초 교정 이후의 최초 플러싱 과정을 의미한다. 이때 측정장치는 플러싱 시작부터 센서장치의 센싱값이 0(zero)가 되는 시간을 측정한다(630). 즉, 측정장치는 제로 시프팅의 시간을 측정한다. 최초 교정 후의 최초 플러싱 과정에서 측정되는 제로 시프팅 시간을 제1 시프팅 시간이라고 명명한다. 후술하겠지만 제1 시프팅 시간이 고장 여부를 판단하는 기준이 된다. 따라서 제1 시프팅 시간은 기준 시프팅 시간이라고 할 수도 있다. 도 3을 기준으로 설명하면, 플러싱 시작 시간(10분)에서 5분이 경과한 시점에 센싱값이 0이 되었다. 이 경우 제1 시프팅 시간(기준 시프팅 시간)은 5분이다. 측정장치는 제1 시프팅 시간을 저장한다.
측정장치가 측정 동작을 수행한다. 이후 특정 시점에서 측정이 종료된 후 측정장치는 고순도 공기를 이용한 플러싱을 시작한다(640). 640 과정은 제1 시프팅 시간을 측정한 후에 측정장치가 수행하는 모든 플러싱 중 어느 하나를 의미한다. 측정장치는 플러싱 시작부터 센서장치의 센싱값이 0(zero)가 되는 시간을 측정한다(650). 이때 측정되는 제로 시프팅 시간을 제2 시프팅 시간이라고 명명한다.
측정장치는 제1 시프팅 시간과 제2 시프팅 시간의 차이가 기준값 이상인지 여부를 판단한다(660). 상기 차이가 기준값 이상인 경우(660의 YES), 측정장치는 센서장치가 고장이라고 판단할 수 있다(640). 측정장치는 고장판단을 디스플레이장치 또는 별도의 알람 수단(LED, 사운드 등)으로 사용자에게 출력할 수도 있다. 상기 차이가 기준값 미만인 경우(660의 NO) 정상 동작이라고 판단할 수 있다(680).
도 8은 기체물질 측정장치에서 데이터를 처리하는 구성(700)에 대한 예이다. 구성(700)은 프로세서(710) 및 저장장치(720)를 포함한다. 구성(700)은 도 2의 제어장치(260)일 수도 있다. 또는, 프로세서(710)는 제어장치(260)에 포함된 구성이고, 저장장치(720)는 저장장치(270)일 수도 있다. 저장장치(720)는 ROM 또는 플래시 메모리와 같은 장치일 수 있다.
프로세서(710)는 데이터 처리 및 정보 연산이 가능한 장치이다. 프로세서(710)는 컴퓨터 장치의 CPU, 스마트 기기의 AP일 수 있다. 또는 프로세서(710)는 측정장치에 포함된 전용 칩셋 형태일 수도 있다. 저장장치(720)는 프로세서(710) 동작을 위한 코드(프로그램)을 저장할 수 있다. 프로세서(710)와 저장장치(720)는 하나의 칩셉 형태로 구현될 수도 있다. 이 경우 구성(700)은 특정 코드가 임베드된 칩에 해당한다.
센서장치는 기체물질의 농도를 측정한다. 센서장치는 도 2의 센서장치(230)에 해당한다.
프로세서(710)는 센서장치가 생성한 센싱값(농도 데이터)를 수신한다. 프로세서(710)는 자체 타이머를 기준으로 측정 시간을 기준으로 측정 구간에서 전달되는 센싱값만을 저장장치(720)에 저장할 수 있다. 또는 프로세서(710)는 측정 구간에서 전달되는 센싱값들을 평균한 값을 저장장치(720)에 저장할 수 있다.
프로세서(710)는 사용자가 입력한 기준농도(A)를 저장장치(720)에 저장할 수 있다. 기준 농도는 입력장치 등을 통해 전달될 수 있다. 또는 기준 농도는 사전에 저장장치(720)에 저장될 수도 있다. 기준농도(A)는 교정 과정에 이용된다.
교정 과정에서 프로세서(710)는 표준가스 내의 기체물질에 대하여 측정된 센싱값과 기준농도(A)를 비교하여, 양 값의 차이(오프셋, offset)을 연산한다. 프로세서(710)는 오프셋(B)을 저장장치(720)에 저장할 수 있다. 교정 과정 후에 측정장치가 기체물질의 농도를 측정하게되면, 프로세서(710)는 센싱값에 오프셋을 가산하여 측정값을 보정할 수 있다.
나아가, 센서장치가 오프셋을 자체 메모리에 저장하고, 자신의 측정한 값에 오프셋을 더한 결과를 출력할 수도 있다.
최초 교정 후의 최초 플러싱 과정에서, 프로세서(710)는 제로 시프팅 시간을 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이때 측정되는 값은 기준 시프팅 시간 내지 기준 시프팅값(C)이다. 프로세서(710)는 기준 시프팅값(C)을 저장장치(720)에 저장할 수 있다. 이후 프로세서(710)는 플러싱 과정에서 측정되는 시프팅 시간과 기준 시프팅값을 비교하여 고장 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 축산 유래 기체 물질 모니터링 방법, 측정장치의 데이터 처리 방법 및 측정장치의 고장 판단 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
Claims (18)
- 샘플 기체가 유입되는 기체 유입구;
상기 샘플 기체가 배출되는 기체 배출구;
상기 기체 유입구와 상기 기체 배출구를 연결하는 경로관;
상기 경로관에 연결되고, 산소 또는 질소 함량이 기준값 이상 높은 고순도 공기를 유입하는 플러싱 유입구;
상기 경로관에 연결되고, 상기 샘플 기체가 유입되어 상기 기체 배출구까지 이동하도록 압력을 생성하는 펌프;
상기 경로관에 배치되어 상기 샘플 기체에 존재하는 기체물질의 양을 센싱하는 센서;
상기 펌프의 동작 및 상기 기체물질의 양을 나타내는 데이터를 처리하는 제어장치;
상기 데이터를 저장하는 저장장치; 및
상기 펌프, 상기 센서 및 상기 제어장치에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하고,
상기 제어장치는 상기 샘플 기체의 유입부터 일정 시간이 경과한 후의 시간 구간에서 상기 센서가 센싱한 값을 평균하여 상기 저장 장치에 저장하도록 제어하고,
상기 제어장치는
(i) 상기 고순도 공기가 상기 플러싱 유입구에 유입되는 동안, 상기 기체 유입구로 기체가 유입되지 못하게 제어하고, 상기 고순도 공기가 상기 플러싱 유입구를 통해 상기 기체 배출구로 일정 시간 배출되도록 상기 펌프를 제어하고, 상기 일정 시간이 경과하고 상기 기체 유입구로 기체가 유입되지 않는 상태에서 상기 센서가 센싱하는 상기 기체물질의 양이 0(zero)이 아닌 경우,
(ii) 표준 가스(span gas)만을 상기 기체 유입구에 기준 시간 주입한 후 상기 센서가 센싱한 기체물질의 양을 나타내는 데이터를 상기 표준 가스에 포함된 기체물질의 양으로 교정하고, 상기 교정 후에 산소 또는 질소 함량이 기준값 이상 높은 고순도 공기를 유입하는 제1 시간 구간에서 상기 고순도 공기가 유입된 시점부터 상기 기체물질의 양이 0(zero)이 되는 제1 시프팅 시간을 측정하고, 상기 제1 시간 구간 후에 다시 상기 고순도 공기를 유입하는 제2 시간 구간에서 상기 고순도 공기가 유입된 시점부터 상기 기체물질의 양이 0(zero)이 되는 제2 시프팅 시간을 측정하고, 상기 제1 시프팅 시간과 상기 제2 시프팅 시간의 차이가 기준값 이상인 경우, 또는
(iii) 표준 가스(span gas)만이 유입되는 시간 구간에서 상기 센서가 센싱한 기체물질의 양을 나타내는 제1 데이터를 생성하고, 상기 제1 데이터와 상기 표준 가스에 포함된 기체 물질의 농도의 차이가 기준값 이상인 경우 상기 센서가 고장이라고 판단하는 축산 유래 기체물질 측정장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 센서는 서로 다른 종류의 기체 물질을 센싱하는 복수의 센서들을 포함하는 축산 유래 기체물질 측정장치. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 센서들은 H2S를 포함하는 황(S) 계열 기체 물질을 센싱하는 센서, NH3를 포함하는 N(S) 계열 기체 물질을 센싱하는 센서 및 부틸산을 포함하는 지방산 계열 기체 물질을 센싱하는 센서 중 적어도 두 가지 기체 물질을 센싱하는 센서들을 포함하는 축산 유래 기체물질 측정장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
습도 센서 및 온도 센서를 더 포함하고,
상기 저장장치는 상기 센서가 상기 기체물질의 양을 나타내는 데이터와 함께 동일 시점에서 측정한 습도 및 온도를 더 저장하는 축산 유래 기체물질 측정장치. - 제1항에 있어서,
상기 기체물질의 양을 나타내는 정보를 출력하는 디스플레이 장치를 더 포함하는 축산 유래 기체물질 측정장치. - 프로세서가 제1 시간 구간 동안 센서장치가 측정한 특정 기체물질의 양을 나타내는 데이터를 수신하는 단계;
상기 프로세서가 상기 제1 시간 구간에서 상기 기체물질의 유입부터 일정 시간이 경과한 후의 시간 구간에서 상기 센서장치가 센싱한 값을 평균하여 저장 장치에 저장하는 단계;
상기 프로세서는 표준 가스(span gas)만이 유입되는 제1 교정 시간 구간에서 상기 센서장치가 센싱한 기체물질의 양을 값을 상기 표준 가스에 포함된 기체물질의 양으로 교정하는 단계;
상기 프로세서가 제2 시간 구간 동안 센서장치가 측정한 특정 기체물질의 양을 나타내는 데이터를 수신하는 단계;
상기 프로세서가 상기 제2 시간 구간에서 상기 기체물질의 유입부터 일정 시간이 경과한 후의 시간 구간에서 상기 센서장치가 센싱한 값을 평균하여 저장 장치에 저장하는 단계; 및
상기 프로세서가 상기 센서 장치가 고장인지 여부를 판단하는 단계를 포함하되,
상기 프로세서는
(i) 산소 또는 질소 함량이 기준값 이상 높은 고순도 공기가 유입되는 동안, 다른 기체가 유입되지 못하게 제어하고, 상기 고순도 공기가 유입되어 배출되는 일정 시간이 경과하고, 기체가 유입되지 않는 상태에서 상기 센서장치가 센싱하는 기체물질의 양이 0(zero)이 아닌 경우,
(ii) 상기 교정 후에 산소 또는 질소 함량이 기준값 이상 높은 고순도 공기를 유입하는 제3 시간 구간에서 상기 고순도 공기가 유입된 시점부터 상기 기체물질의 양이 0(zero)이 되는 제1 시프팅 시간을 측정하고, 상기 제3 시간 구간 후에 다시 상기 고순도 공기를 유입하는 제4 시간 구간에서 상기 고순도 공기가 유입된 시점부터 상기 기체물질의 양이 0(zero)이 되는 제2 시프팅 시간을 측정하고, 상기 제1 시프팅 시간과 상기 제2 시프팅 시간의 차이가 기준값 이상인 경우, 또는
(iii) 표준 가스(span gas)만이 유입되는 시간 구간에서 상기 센서장치가 센싱한 기체물질의 양을 나타내는 제1 데이터를 생성하고, 상기 제1 데이터와 상기 표준 가스에 포함된 기체 물질의 농도의 차이가 기준값 이상인 경우 상기 센서장치가 고장이라고 판단하는 축산 유래 기체물질 모니터링을 위한 데이터 처리 방법. - 삭제
- 삭제
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- 컴퓨터에서 제14항에 기재된 축산 유래 기체물질 모니터링을 위한 데이터 처리 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190104683A KR102194876B1 (ko) | 2019-08-26 | 2019-08-26 | 축산 유래 기체물질 측정장치 및 데이터 처리 방법 |
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ID=74089307
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2019-08-26 KR KR1020190104683A patent/KR102194876B1/ko active IP Right Grant
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