KR102559596B1 - 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치 및 이를 이용한 가스 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밀폐공간 가스측정 기술과 관련된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치는, 외부의 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 외부로 배출시키는 공기 흡배기부; 상기 흡배기부에 의해 흡입되는 공기에 대한 특성을 측정하는 센서부; 상위 시스템과 통신하는 통신부; 상기 흡배기부, 상기 센서부 및 상기 통신부로 전원을 공급하는 전원부; 및 상기 흡배기부, 상기 센서부, 상기 통신부 및 상기 전원부를 제어하여, 상기 센서부가 상기 흡배기부에 의해 흡입되는 공기에 대한 특성을 측정하도록 하고, 측정 정보를 상기 통신부를 통해 상기 상위 시스템으로 전송하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 밀폐공간 가스측정 기술과 관련된 것으로, 상세하게는 밀폐공간 작업자에게 안전한 작업 환경을 제공할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있도록 한 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치 및 이를 이용한 가스 측정방법에 관한 것이다.
최근 대형 인명사고의 영향으로 산업현장의 재해안전관리 및 대응시스템에 대한 사회적 관심과 함께 IoT(Internet of Things) 융합기술을 활용한 관제 및 대응 시스템에 대한 요구가 높아지고 있다.
불황의 여파로 산업현장에 고도화된 IoT 기반의 재해안전관리 시스템을 구축하기 어려운 상황이지만, 화재/폭발 등의 안전사고 가능성이 높고, 사고 발생 시 막대한 인적, 물적 피해가 예상되는 고위험도 산업현장에 IoT 기반의 재해안전관리 시스템을 구축하는 것은 더 이상 미룰 수 없는 현안이 되고 있다.
제조공정과 같이 외부와 완전히 차단된 밀폐공간에서의 작업은 위험도가 매우 높은 것이 사실이며, 실제로 밀폐공간 내의 유해가스 또는 화재와 같은 재해와 연관되어 작업자가 부상당하거나 사망에 이르는 사고도 종종 발생하고 있다.
특히, 철제 격실로 외부와의 교신이 완전히 차단된 공간에서 유해요인이 될 수 있는 환경의 변화는 실시간으로 파악하기가 어렵고 작업자의 중대사고 발생 시에도 초기에 조치하는 것도 쉽지 않은 상황이다.
또한, 밀폐공간에서 작업자의 질식사고, 화재 및 폭발 사고 등의 위험도가 증가함에 따라, 밀폐공간 작업자가 진입하기 전에 관리 감독자에 의한 산소 및 유해가스 농도 측정이 선행되어야 한다.
밀폐공간의 산소 및 유해가스 농도 측정 방법으로는 개인별 휴대형 측정장치를 이용한 방법과 밀폐공간에 흡입 호스를 넣고 가스를 흡입하기 위한 펌프로 밀폐공간의 가스를 흡입해서 측정하는 방법이 있다.
휴대형 측정장치를 이용한 방법의 경우에는, 휴대를 위해 소형 및 경량이면서도, 정밀한 측정이 가능해야 하고 배터리 전원을 이용해야 하기 때문에 측정장치를 저전력으로 설계해야 하는 기술적인 문제가 있다.
그리고, 펌프를 이용한 방법의 경우에는, 밀폐공간 진입 전에 흡입 호스 및 펌프를 이동 및 설치에 어려움이 있다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 정밀한 산소 및 유해가스에 대한 농도 측정이 가능하고, 저전력 설계로 장시간 사용이 가능하며, 차세대 IoT 무선 통신을 적용한 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치 및 측정방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치는, 외부의 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 외부로 배출시키는 공기 흡배기부; 상기 흡배기부에 의해 흡입되는 공기에 대한 특성을 측정하는 센서부; 상위 시스템과 통신하는 통신부; 상기 흡배기부, 상기 센서부 및 상기 통신부로 전원을 공급하는 전원부; 및 상기 흡배기부, 상기 센서부, 상기 통신부 및 상기 전원부를 제어하여, 상기 센서부가 상기 흡배기부에 의해 흡입되는 공기에 대한 특성을 측정하도록 하고, 측정 정보를 상기 통신부를 통해 상기 상위 시스템으로 전송하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부로 전원이 공급되도록 한 후, 안정화를 위한 시간 경과 후, 상기 공기 흡배기부로 전원이 공급되도록 하고, 상기 센서부에 의한 측정이 완료되면, 상기 센서부와 상기 공기 흡배기부로의 전원 공급이 중단되도록 한 후, 상기 통신부에 전원이 공급되도록 상기 전원부를 제어한다.
상기 센서부는 산소(O2) 센서, 일산화탄소(CO) 센서, 황화수소(H2S) 센서, 수소(H2) 센서 및 메탄(CH4) 센서를 포함한다.
상기 제어부는 상기 산소 센서, 상기 일산화탄소 센서, 상기 황화수소 센서 및 상기 수소 센서에 전원을 공급하도록 상기 전원부를 제어한 후, 상기 수소 센서에 의해 측정된 수소 농도가 기준값을 초과하면, 상기 메탄 센서로 전원을 공급하도록 상기 전원부를 제어하도록 구성된다.
상기 제어부는 sleep 상태에서 입력되는 이벤트 신호에 의해 활성화된 후 상기 공기 흡배기부, 상기 센서부, 상기 통신부 및 상기 전원부를 제어하도록 구성된다.
상기 제어부는 상기 제어부 내에 구비되는 타이머로부터 발생되는 인터럽트를 상기 이벤트 신호로 하여 활성화되도록 구성된다.
상기 가스 측정장치를 제어하기 위해 사용자의 조작에 따라 다수의 전기적 신호를 발생하는 조작부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 조작부로부터 발생된 동작 시작 신호를 상기 이벤트 신호로 하여 활성화되도록 구성된다.
상기 제어부는 상기 상위 시스템으로부터 전송되는 웨이크-업 신호를 상기 이벤트 신호로 하여 활성화되도록 구성된다.
상기 공기 흡배기부는, 몸체; 상기 몸체의 일측에 형성되어 외부의 공기가 흡입되는 흡기구; 상기 몸체의 타측에 형성되어 상기 흡기구에 의해 흡입된 공기가 배출되는 배기구; 공기를 상기 흡기구를 통해 흡입하고, 상기 배기구를 통해 배출시키는 공기 펌프; 및 상기 흡기구와 상기 배기구를 연결하는 배관을 포함하고, 상기 배관은 상기 공기가 소정 시간 머무를 수 있는 일정 크기의 공간부와, 상기 공간부를 연결하는 연결부로 구성된다.
상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서 및 메탄 센서는 상기 공간부와 대응하도록 배치되어, 상기 공간부를 통과하는 공기에 포함된 측정 대상 가스를 측정하도록 구성된다.
삭제
상기 제어부의 제어에 따라, 위험을 경고하는 경고부; 상기 전원부에 연결되어, 외부 전원을 상기 전원부에 공급하는 외부전원 연결부; 및 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 가스 측정장치의 상태를 표시하는 표시부를 더 포함한다.
상기 표시부는, 상기 가스 측정장치의 상태를 빛으로 표시하도록 다수의 LED로 구성되는 제 1 표시부; 및 상기 가스 측정장치의 상태를 도식화하여 표시하거나, 문자화하여 표시하는 제 2 표시부를 포함한다.
상기 제 2 표시부는 센서에 의해 측정되는 정보에 대한 임계치, 측정 정보 송신 주기를 설정할 수 있는 화면을 표시하고, 상기 화면을 통해 입력되는 정보를 상기 제어부로 제공한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타 측면에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정방법은, 밀폐공간에서 휴대형 가스 측정장치를 이용하여 가스를 측정하는 방법에 있어서, 이벤트 신호에 따라 활성화되는 단계; 산소(O2) 센서, 일산화탄소(CO) 센서, 황화수소(H2S) 센서, 수소(H2) 센서 및 공기 펌프에 전원을 공급하여, 상기 공기 펌프에 의해 흡입되는 공기에 포함된 측정 대상 가스의 농도를 측정하는 단계; 상기 수소 센서에 의해 측정된 수소 가스의 농도가 기준값을 초과하는지를 판단하는 단계; 상기 수소 가스의 농도가 상기 기준값을 초과하지 않으면, 상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서 및 공기 펌프로의 전원 공급을 중단하는 단계; 및 통신부로 전원을 공급하고, 측정 정보를 상기 통신부를 통해 상위 시스템으로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 수소 가스의 농도가 상기 기준값을 초과하면, 메탄(CH4) 센서로 전원을 공급하여, 상기 공기에 포함된 메탄 가스의 농도를 측정한 후, 상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서, 메탄 센서 및 공기 펌프로의 전원 공급을 중단하는 단계를 더 포함한다.
상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서 및 공기 펌프에 전원을 공급하는 것은 상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서 및 수소 센서에 전원을 공급한 후, 안정화를 위한 시간 경과 후, 상기 공기 펌프에 전원을 공급하는 것이다.
상기 이벤트 신호는 내장된 타이머가 발생하는 인터럽트이거나, 사용자의 조작에 따라 발생되는 동작 시작 신호이거나, 외부로부터 입력되는 웨이크-업 신호이다.
본 발명에 따른 밀폐공간 가스 측정장치는 휴대형이지만 공기흡입펌프 및 특수한 흡배기 구조가 적용되었기 때문에, 정밀한 산소 및 유해가스에 대한 농도 측정이 가능하여, 질식사고, 폭발사고 등의 위험을 낮추고 작업자의 안전을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 밀폐공간 가스 측정장치는 온습도 센서를 이용한 고온 감지를 할 수 있으므로, 초기에 화재 감지 및 재산 피해를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 밀폐공간 가스 측정장치는 에너지 소모량을 줄일 수 있는 알고리즘에 따라 동작하기 때문에 배터리 소모량을 획기적으로 줄여서 장시간 사용할 수 있다.
결국, 본 발명의 밀폐공간 가스 측정장치는, 최신 IoT 기술, 정밀한 산소 및 유해가스 측정 기술, 저전력 설계 기술을 적용하여 밀폐공간 내에서 가스를 측정하도록 구현됨으로써, 밀폐공간 작업자에게 안전한 작업 환경을 제공하여 안전 사고를 사전 예방할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 밀폐공간 안전 관리 시스템에 대한 네트워크 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 가스 측정장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 흡배기부의 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 센서부의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정방법에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 가스 측정장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 흡배기부의 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 센서부의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정방법에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치 및 측정방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 대한 구체적인 설명에 앞서, 본 발명이 적용되는 밀폐공간 안정 관리 시스템에 대하여, 도 1을 참조하여 간단하게 살펴보자.
도 1은 본 발명이 적용되는 밀폐공간 안전 관리 시스템에 대한 네트워크 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반 휴대형 가스 측정장치(1, 이하 ‘가스 측정장치’)는, 밀폐공간 작업장에서 O2, CO, H2, H2S, CH4 등의 가스센스와 온도/습도 센서로부터 환경 정보를 수집하고, 수집된 정보를 네트워크(2)를 통해 상위 시스템으로서의 원격의 관제 센터(3)로 전송한다.
또한, 상기 가스 측정장치(1)는, 관제 센터(3)로부터 제어 및 관리 정보를 수신하며 관리기준 초과 이벤트 및 알람을 발생한다.
한편, 상기 관제 센터(3)는 위험지역 정보 DB와 작업장으로부터 수집된 정보를 바탕으로 작업자 안전관리를 수행하고, 위험시에는 대피경고 알람 등의 위험경보를 가스 측정장치(1)로 네트워크(3)를 통해 전송하여, 가스 측정장치(1)가 작업 현장에 위험을 알리도록 한다.
또한, 또한, 상기 관제 센터(3)는 측정된 데이터가 관리 기준값을 초과한 경우 가스 측정장치(1)에서 위험에 대한 이벤트 및 알람을 발생하도록 가스 측정장치(1)를 제어할 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 가스 측정장치에 대하여, 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 가스 측정장치의 구성을 도시한 도면이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 가스 측정장치(200, 이하 ‘가스 측정장치’)는 도 1의 가스 측정장치(1)에 적용되는 것으로서, 기 설정되는 측정 대상의 가스를 측정하는 할 수 있도록 구현되는데, 제어부(210), 공기 흡배기부(220), 센서부(230), 통신부(240) 및 전원부(250)로 구성될 수 있다.
이에 더하여, 상기 가스 측정장치(200)는 외부전원 연결부(260), 조작부(270), 경고부(280) 및 표시부(290) 중 적어도 하나의 구성을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
이때, 상기 가스 측정장치(200)는 밀폐공간에서 사용할 수 있도록 구현되며, IoT 기반의 무선통신을 이용하여 외부, 예를 들면 도 1의 관제 센터(3)로 측정 정보를 전송하도록 구현될 수 있다.
다만, 도 2에 도시된 가스 측정장치(200)의 구성은 본 발명을 설명하기 위한 일례로서, 가스 측정장치(200)가 도 2에 도시된 구성에 한정되는 것은 아니며, 이 외의 다른 구성을 포함할 수 있다.
상기 제어부(210)는 가스 측정장치(1)의 전반적인 동작을 제어하며, 전원부(250)로부터 공급되는 전원을 바탕으로 동작하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제어부(210)는 공기 흡배기부(220)를 제어하여 공기가 센서부(230)를 통과하도록 하고, 센서부(230)에 의해 측정되는 정보(‘측정 정보’)를 수집하고, 수집된 측정 정보를 통신부(240)를 통해, 예를 들면 도 1의 관제 센터(3)로 전송한다.
또한, 상기 제어부(210)는 전원부(250)를 제어하여, 전원부(250)가 공기 흡배기부(220), 센서부(230) 및 통신부(240)로 전원을 공급하도록 하거나, 공기 흡배기부(220), 센서부(230) 및 통신부(240)로 공급되는 전원을 차단하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부(210)는 센서부(230)로부터 수집된 측정 정보를 분석하여 임계치를 초과하는 경우, 경고부(280)를 제어하여, 경고부(280)가 위험을 경고하도록 할 수 있다.
혹은, 상기 제어부(210)는 상위 시스템, 예를 들어 도 1의 관제 센터(3)로부터의 지시에 따라 경고부(280)를 제어하여, 경고부(280)가 위험을 경고하도록 할 수도 있다.
한편, 상기 제어부(210)는 통신부(240)의 상태, 전원부(250)의 상태, 경고부(280)의 상태를 파악하여, 파악된 상태를 표시부(290)로 제공할 수 있다.
이때, 상기 제어부(210)는 sleep 상태에서 소정의 이벤트 신호에 따라 활성화된 이후에 기 설정된 동작을 수행하고, 동작 수행을 완료하면 비활성화되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부(210)의 활성화를 위한 일례로, 제어부(210)가 소정의 기 설정된 시간 간격으로 인터럽트를 발생하는 타이머(211)를 구비하고, 타이머(211)에 의해 발생되는 인터럽트를 이벤트 신호로 하여 제어부(210)가 활성화되도록 할 수 있다.
이때, 상기 인터럽트를 발생하는 주기는 상위 시스템, 예를 들면 도 1의 관제 센터(3)로부터 전송받을 수도 있고, 사용자에 의해 직접 설정될 수도 있다.
상기 제어부(210)의 활성화를 위한 다른 예로, 가스 측정장치(200)가 사용자의 조작에 따라 전기적 신호를 발생하는 조작부(270)를 구비하고, 조작부(270)에 의해 발생되는 전기적 신호를 이벤트 신호로 하여 제어부(210)가 활성화되도록 할 수 있다.
이에, 본 발명의 가스 측정장치(200)는 제어부(210)의 활성화를 위해 타이머(211) 및 조작부(270) 중 적어도 하나의 구성을 포함하도록 구성될 수 있으나, 이 외의 다른 방법으로 제어부(210)를 활성화시킬 수도 있다.
상기 제어부(210)의 활성화를 위한 다른 방법의 일례로, 외부의 장치가 정보 요청 등의 이유로 통신을 위해 웨이크-업(wake up) 신호를 가스 측정장치(200)로 전송하는 경우, 웨이크-업 신호가 제어부(210)로 입력되도록 하고, 제어부(210)가 웨이크-업 신호를 이벤트 신호로 하여 활성화되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 제어부(210)는 활성화되어 동작을 수행하면, 제 2 표시부(292)를 구동시킬 수 있다.
상기 공기 흡배기부(220)는 제어부(210)의 제어에 따라 동작하는 한편, 전원부(250)로부터 공급되는 전원을 바탕으로 동작하여, 외부의 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 외부로 배출시킬 수 있도록 구성된다.
그리고, 상기 공기 흡배기부(220)를 통해 흡입된 공기는 센서부(230)를 거친 후 다시 공기 흡배기부(220)를 통해 배출된다.
따라서, 상기 공기 흡배기부(220)는 센서부(230)와의 관계를 고려하여 설계되어야 하는데, 이에 대해서는 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
상기 센서부(230)는 공기 흡배기부(220)에 의해 흡입되는 공기에 대한 특성을 측정하는 것으로, 목적에 따라 다수의 서브 센서부로 구성될 수 있으며, 센서부(230)에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
상기 통신부(240)는 전원부(250)로부터 제공되는 전원을 기반으로 동작할 수 있는데, 제어부(210)로부터 제공되는 측정 정보를 수신하여, 외부, 예를 들어 도 1의 관제 센터(3)로 전송하고, 관제 센터(3)로부터 전송되는 제어 정보를 수신하여 제어부(210)로 제공한다.
휴대형 가스 측정장치의 경우 저전력 설계가 요구되기 때문에, 상기 통신부(240)는 전력 소비량이 적고, 밀폐공간과 같은 특수한 환경에 적합하면서도 장거리 통신이 가능한 통신 방식으로 통신하도록 설계되는 것이 바람직하다.
이에, 상기 통신부(240)는, 예를 들어 LoRa 통신 모듈, Zigbee 통신 모듈 혹은 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 모듈 등을 구비하여, LoRa WAN 통신 방식, Zigbee 통신 방식 혹은 BLE 통신 방식 등으로 통신하도록 구현되는 것이 바람직하다.
상기 전원부(250)는 가스 측정장치(200) 내의 구성, 예를 들면 제어부(210), 공기 흡배기부(220), 센서부(230) 및 통신부(240)로 전원을 공급하며, 특히 제어부(210)의 제어에 따라 흡배기부(220), 센서부(230) 및 통신부(240)로 전원을 공급하거나 공급되는 전원을 중지한다.
상기 전원부(250)로는 충방전이 가능한 이차전지로 구현될 수 있으며, 상기 이차전지의 종류 및 형태는 어느 하나의 종류 및 형태에 국한되지 않으며, 충전을 위해, 외부전원 연결부(260)에 연결될 수 있다.
상기 외부전원 연결부(260)는 외부 전원을 전원부(250)에 공급하기 위해 전원부(250)에 연결되며, 전원부(250)에 고정된 형태로 구현될 수 있으나, 전원부(250)에 탈부착 가능한 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어, 상기 외부전원 연결부(260)는 외부전원과 연결되는 외부전원 연결부(261)와 외부전원 연결부(261)를 통해 공급되는 외부전원을 전원부(250)에 적합한 전원으로 변환시켜 전원부(250)에 제공하는 어댑터(adapter, 262)로 구성될 수 있다.
상기 조작부(270)는 사용자가 가스 측정장치(200)를 제어할 수 있도록 하기 위해 구비되는 것으로, 사용자는 조작부(270)를 조작하여 가스 측정장치(200)를 동작시키거나, 가스 측정장치(200)의 동작을 중지시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 조작부(270)는 서로 다른 전기적 신호를 발생하는 다수의 스위치를 구비하며, 상기 조작부(270)로부터 발생된 전기적 신호는 제어부(210)로 전송된다.
예를 들어, 가스 측정장치(200)의 동작 시작을 위한 전기적 신호(‘동작 시작 신호’)를 발생하는 시작 버튼, 가스 측정장치(200)의 동작 종료를 위한 전기적 신호(‘동작 종료 신호’)를 발생하는 종료 버튼을 구비할 수 있으며, 이외 다른 목적을 위한 버튼을 더 구비할 수 있다.
특히, 상기 조작부(270)로부터 발생되는 동작 종료 신호는 제어부(210)를 활성화시키기 위한 이벤트 신호로 사용된다.
상기 경고부(280)는 제어부(240)의 제어에 따라 위험을 경고하기 위해 구성되는 것으로, 경고음을 발생하도록 구현될 수 있다.
상기 표시부(290)는 가스 측정장치(200)의 상태를 표시하기 위하여 제 1 표시부(291)와 제 2 표시부(292)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 표시부(291)는 가스 측정장치(200)의 상태를 빛으로 표시하도록 구현될 수 있는데, 전원 상태를 표시하는 LED, 통신 상태를 표시하는 LED 및 경보상황을 표시하는 LED 등으로 구성될 수 있으나, 이외 다른 목적을 위해 LED 등을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 표시부(291)는 전원 상태, 통신 상태 및 경보 상황을 전원부(250), 통신부(240) 및 경고부(280)로부터 제공되는 정보를 바탕으로 표시할 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제 1 표시부(291)는 전원 상태, 통신 상태 및 경보 상황을 제어부(210)로부터 제공되는 정보를 바탕으로 표시할 수 있다.
상기 제 2 표시부(292)는 가스 측정장치(200)의 상태를 도식화하거나 문자화하여 표시하는 한편, 외부로부터의 명령을 입력받을 수 있는 화면을 표시하도록 구현될 수 있다.
이때, 상기 제 2 표시부(292)는 조작부(270)로부터 발생되는 동작 시작 신호를 수신한 제어부(210)의 제어에 의해 구동되도록 구현될 수 있다. 즉, 상기 제어부(210)가 조작부(270)로부터 동작 시작 신호를 수신하여 구동되면서, 제 2 표시부(292)를 제어하여 구동시킨다.
특히, 상기 제 2 표시부(292)는 센서에 의해 측정되는 정보에 대한 임계치, 측정 정보 송신 주기 등을 설정할 수 있는 화면을 표시하고, 입력되는 정보를 제어부(210)로 제공한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 흡배기부(220) 및 센서부(230)에 대해서 첨부된 도 3 및 4를 참조하여, 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 흡배기부의 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 흡배기부(220)는 몸체(221), 흡기구(222), 배기구(223), 배관(224)을 포함하며, 도 3에는 도시되어 있지 않으나, 공기를 흡기구(222)를 통해 흡입하고 배기구(223)를 통해 배출시키는 공기 펌프를 포함한다.
상기 흡기구(222)는 몸체(221)의 일측에 형성되어 공기가 흡입되는 구성이고, 상기 배기구(223)는 몸체(221)의 타측에 형성되어 흡기구(222)를 통해 흡입된 공기가 배출되는 구성이다.
그리고, 상기 배관(224)은 흡기구(222)와 배기구(223)를 연결하는 것으로서, 흡기구를 통해 흡입된 공기는 배관(224)을 따라 이동되어 배기구(223)를 통해 배출된다. 즉, 상기 배관(224)은 흡기구(222)를 통해 흡입된 공기를 배기구(223)로 안내하는 역할을 한다.
이때, 상기 배관(224)을 따라 이동되는 공기를 센서부(230)가 측정해야 하기 때문에, 배관(224)은 센서부(230)의 형상 및 배치 등에 따라 적절한 형상을 가지도록 형성되어야 한다.
본 실시 예에 있어서는, 센서부(230)에 의해 측정되는 공기가 소정 시간 머무를 수 있는 일정 크기의 공간부(224a)가 배관(224)에 마련되고, 센서부(230)가 공간부(224a)와 대응하도록 마련되어 공기를 감지한다.
그리고, 배관(224)에는 각 공간부(224a)를 연결하는 연결부(224b)가 마련되어, 상기 배관(224)은 공간부(224a)와 연결부(224b)로 구성된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 센서부의 구성의 일례를 도시한 도면으로, 도 4를 참조하면, 센서부(230)는 가스를 측정하는 가스 센서부(231), 온도 및 습도를 측정하는 온습도 센서부(232)로 구성될 수 있다.
상기 센서부(230)를 구성하는 서브 센서부들(231, 232)은 적어도 하나 이상의 센서를 구비하는데, 특히, 가스 센서부(231)는 산소(O2) 센서(231a), 일산화탄소(CO) 센서(231b), 황화수소(H2S) 센서(231c), 수소(H2) 센서(231d) 및 메탄(CH4) 센서(231e)를 포함한다. 상기 센서들(231a ~ 231e)은 기 공지된 것으로서, 상기 센서들(231a ~ 231e)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 가연성 가스(CH 계열)의 폭발 하한 감지를 위하여 메탄(CH4) 센서를 사용하여야 하나, 메탄 센서는 다른 센서들에 비해 20배 이상의 전력 소모량을 갖는다. 이에, 본 실시 예에서는 저전력 설계를 위해, 수소(H2) 센서가 가연성 가스에 노출되었을 때 미세하게 반응한다는 특성을 이용하여 에너지 소모를 줄이는 방법을 제안한다.
그리고, 본 실시 예에서와 같이, 상기 센서부(230)는 온도와 습도를 모두 측정할 수 있도록 하나의 모듈로 형성되는 온습도 센서부(232)를 포함할 수 있는데, 이때, 상기 온습도 센서부(232)는 온도 센서(232a) 및 습도 센서(232b)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라서는, 상기 센서부(230)는 개별적으로 구현된 온도 센서부와 습도 센서부를 포함하도록 구현될 수 있는데, 온도 센서부는 적어도 하나 이상의 온도 센서를 포함하고, 습도 센서부는 적어도 하나 이상의 습도 센서를 포함한다.
그리고, 상기 산소(O2) 센서(231a), 일산화탄소(CO) 센서(231b), 황화수소(H2S) 센서(231c), 수소(H2) 센서(231d), 메탄(CH4) 센서(231e) 및 온습도 센서부(232)는 도 3의 공간부(224a)와 대응하도록 배치되어, 공간부(224a)를 통과하는 공기에 대해 각각의 목적에 따라 특성을 측정하고, 측정 정보는 제어부(210)로 제공한다.
휴대형 가스 측정장치의 경우 저전력 설계가 요구되기 때문에, 상기 센서부(230)를 구성하는 센서는 저전력 고감도 특성을 갖는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치의 구성 및 기능에 대해서 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치를 이용한 가스 측정방법에 대해서 살펴보자.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대형 밀폐공간 가스 측정방법에 따른 순서를 도시한 플로우챠트로서, 도 2에 도시된 휴대용 밀폐공간 가스장치에 의해 적용될 수 있다.
도 5를 참조하여 휴대용 밀폐공간 가스 측정방법에 대해서 설명하되, 초기의 휴대용 밀폐공간 가스 측정장치는 sleep 상태에 있는 것으로 가정한다.
먼저, sleep 상태의 가스 측정장치(200)는 활성화되면 초기화를 진행하고(S500), 센서부(230)에 전원이 공급된다(S510).
구체적으로, 가스 측정장치(200)를 활성시키기 위한 이벤트 신호가 제어부(210)에 입력되고, 이벤트 신호는 제어부(210)에 구비된 타이머가 발생하는 인터럽트이거나, 사용자의 조작에 따라 조작부(270)로부터 발생되는 동작 시작 신호이거나, 외부로부터 입력되는 웨이크-업 신호일 수 있다.
이와 같이, 제어부(210)에 이벤트 신호가 입력되면, 제어부(210)는 전원부(250)를 제어하여, 전원부(250)가 센서부(230)에 전원을 공급하도록 한다. 이때, 전원부(250)는 산소(O2) 센서(231a), 일산화탄소(CO) 센서(231b), 황화수소(H2S) 센서(231c), 수소(H2) 센서(231d)에 전원을 공급한다.
센서의 안정적인 동작을 위한 소정의 시간이 경과된 후, 제어부(210)는 공기 흡배기부(220)의 공기 펌프를 동작시켜 공기가 가스 측정장치(200) 내부로 흡입되도록 한다(S520).
이때, 제어부(210)는 전원부(250)를 제어하여, 전원부(250)가 공기 펌프로 전원을 공급하도록 한다.
이와 같이, 공기가 가스 측정장치(200) 내부로 흡입되면, 흡입된 공기는 이동 경로를 따라 이동되고, 공기의 이동 경로 상에 마련된 센서부(230)는 공기 내에 포함된 측정 대상의 가스의 농도를 측정한다(S530).
상기 단계 S530에 따라 측정된 측정 정보는 제어부(210)로 제공되고, 제어부(210)는 수소(H2)의 농도가 기 설정되는 기준값(예를 들면 Oppm)을 초과하는지를 판단하여(S540), 기준값을 초과하지 않으면(S540-No), 센서부(230) 및 공기 펌프로 공급되는 전원을 차단한다(S550).
이때, 제어부(210)는 전원부(250)를 제어하여, 전원부(250)가 센서부(230)와 공기 펌프로 공급하던 전원을 중단하도록 한다.
반면, 상기 단계 S540에서의 판단 결과, 측정된 수소(H2)의 농도가 기준값을 초과하면(S540-Yes), 제어부(210)는 전원부(250)를 제어하여, 전원부(250)가 메탄(CH4) 센서(231e)에 전원을 공급하도록 하고(S560), 전원이 공급되면, 동작 안정화를 위한 시간 경과 후, 메탄(CH4) 센서(231e)는 공기에 포함된 메탄(CH4) 가스의 농도를 측정한다(S570).
상기 단계 S570에 따라 측정된 측정 정보는 제어부(210)로 제공되고, 이후, 단계 S550로 피드백되어, 제어부(210)는 전원부(250)를 제어하여, 전원부(250)가 센서부(230)와 공기 펌프로 공급하던 전원을 중단하도록 한다.
상기 단계 SS550 이후, 제어부(210)는 전원부(250)를 제어하여, 전원부(250)가 통신부(240)로 전원을 공급하도록 한다(S580).
이후, 통신부(240)는 제어부(210)로부터 제공되는 측정 정보를 상위 시스템, 예를 들면 도 1의 관제 센터(3)로 전송하고(S590), 일련의 동작이 완료되면, 가스 측정장치(200)는 sleep 상태로 진입하고(S600), 본 발명의 가스 측정방법에 따른 동작은 종료된다.
이상 바람직한 실시 예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
200 : 가스 측정장치 210 : 제어부
211 : 타이머 220 : 공기 흡배기부
221 : 몸체 222 : 흡기구
223 : 배기구 224 : 배관
224a : 공간부 224b : 연결부
230 : 센서부 231 : 가스 센서부
232 : 온습도 센서부 240 : 통신부
250 : 전원부 260 : 외부전원 연결부
270 : 조작부 280 : 경고부
290 : 표시부 291 : 제 1 표시부
292 : 제 2 표시부
211 : 타이머 220 : 공기 흡배기부
221 : 몸체 222 : 흡기구
223 : 배기구 224 : 배관
224a : 공간부 224b : 연결부
230 : 센서부 231 : 가스 센서부
232 : 온습도 센서부 240 : 통신부
250 : 전원부 260 : 외부전원 연결부
270 : 조작부 280 : 경고부
290 : 표시부 291 : 제 1 표시부
292 : 제 2 표시부
Claims (17)
- 외부의 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 외부로 배출시키는 공기 흡배기부;
상기 흡배기부에 의해 흡입되는 공기에 대한 특성을 측정하는 센서부;
상위 시스템과 통신하는 통신부;
상기 흡배기부, 상기 센서부 및 상기 통신부로 전원을 공급하는 전원부; 및
상기 흡배기부, 상기 센서부, 상기 통신부 및 상기 전원부를 제어하여, 상기 센서부가 상기 흡배기부에 의해 흡입되는 공기에 대한 특성을 측정하도록 하고, 측정 정보를 상기 통신부를 통해 상기 상위 시스템으로 전송하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 센서부로 전원이 공급되도록 한 후, 안정화를 위한 시간 경과 후, 상기 공기 흡배기부로 전원이 공급되도록 하고, 상기 센서부에 의한 측정이 완료되면, 상기 센서부와 상기 공기 흡배기부로의 전원 공급이 중단되도록 한 후, 상기 통신부에 전원이 공급되도록 상기 전원부를 제어하는
휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서부는 산소(O2) 센서, 일산화탄소(CO) 센서, 황화수소(H2S) 센서, 수소(H2) 센서 및 메탄(CH4) 센서를 포함하는
휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 산소 센서, 상기 일산화탄소 센서, 상기 황화수소 센서 및 상기 수소 센서에 전원을 공급하도록 상기 전원부를 제어한 후, 상기 수소 센서에 의해 측정된 수소 농도가 기준값을 초과하면, 상기 메탄 센서로 전원을 공급하도록 상기 전원부를 제어하도록 구성되는 것
인 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 sleep 상태에서 입력되는 이벤트 신호에 의해 활성화된 후 상기 공기 흡배기부, 상기 센서부, 상기 통신부 및 상기 전원부를 제어하도록 구성되는 것
인 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제어부 내에 구비되는 타이머로부터 발생되는 인터럽트를 상기 이벤트 신호로 하여 활성화되도록 구성되는 것
인 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 가스 측정장치를 제어하기 위해 사용자의 조작에 따라 다수의 전기적 신호를 발생하는 조작부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 조작부로부터 발생된 동작 시작 신호를 상기 이벤트 신호로 하여 활성화되도록 구성되는 것
인 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 상위 시스템으로부터 전송되는 웨이크-업 신호를 상기 이벤트 신호로 하여 활성화되도록 구성되는 것
인 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 공기 흡배기부는,
몸체;
상기 몸체의 일측에 형성되어 외부의 공기가 흡입되는 흡기구;
상기 몸체의 타측에 형성되어 상기 흡기구에 의해 흡입된 공기가 배출되는 배기구;
공기를 상기 흡기구를 통해 흡입하고, 상기 배기구를 통해 배출시키는 공기 펌프; 및
상기 흡기구와 상기 배기구를 연결하는 배관을 포함하고,
상기 배관은 상기 공기가 소정 시간 머무를 수 있는 일정 크기의 공간부와, 상기 공간부를 연결하는 연결부로 구성되는 것
인 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서 및 메탄 센서는 상기 공간부와 대응하도록 배치되어, 상기 공간부를 통과하는 공기에 포함된 측정 대상 가스를 측정하도록 구성되는 것
인 휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부의 제어에 따라, 위험을 경고하는 경고부;
상기 전원부에 연결되어, 외부 전원을 상기 전원부에 공급하는 외부전원 연결부; 및
상기 제어부의 제어에 따라, 상기 가스 측정장치의 상태를 표시하는 표시부를 더 포함하는
휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 표시부는,
상기 가스 측정장치의 상태를 빛으로 표시하도록 다수의 LED로 구성되는 제 1 표시부; 및
상기 가스 측정장치의 상태를 도식화하여 표시하거나, 문자화하여 표시하는 제 2 표시부를 포함하는
휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 표시부는 센서에 의해 측정되는 정보에 대한 임계치, 측정 정보 송신 주기를 설정할 수 있는 화면을 표시하고, 상기 화면을 통해 입력되는 정보를 상기 제어부로 제공하는
휴대형 밀폐공간 가스 측정장치. - 밀폐공간에서 휴대형 가스 측정장치를 이용하여 가스를 측정하는 방법에 있어서,
이벤트 신호에 따라 활성화되는 단계;
산소(O2) 센서, 일산화탄소(CO) 센서, 황화수소(H2S) 센서, 수소(H2) 센서 및 공기 펌프에 전원을 공급하여, 상기 공기 펌프에 의해 흡입되는 공기에 포함된 측정 대상 가스의 농도를 측정하는 단계;
상기 수소 센서에 의해 측정된 수소 가스의 농도가 기준값을 초과하는지를 판단하는 단계;
상기 수소 가스의 농도가 상기 기준값을 초과하지 않으면, 상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서 및 공기 펌프로의 전원 공급을 중단하는 단계; 및
통신부로 전원을 공급하고, 측정 정보를 상기 통신부를 통해 상위 시스템으로 전송하는 단계를 포함하는
가스 측정방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 수소 가스의 농도가 상기 기준값을 초과하면, 메탄(CH4) 센서로 전원을 공급하여, 상기 공기에 포함된 메탄 가스의 농도를 측정한 후, 상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서, 메탄 센서 및 공기 펌프로의 전원 공급을 중단하는 단계를 더 포함하는
가스 측정방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서, 수소 센서 및 공기 펌프에 전원을 공급하는 것은 상기 산소 센서, 일산화탄소 센서, 황화수소 센서 및 수소 센서에 전원을 공급한 후, 안정화를 위한 시간 경과 후, 상기 공기 펌프에 전원을 공급하는 것
인 가스 측정방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 이벤트 신호는 내장된 타이머가 발생하는 인터럽트이거나, 사용자의 조작에 따라 발생되는 동작 시작 신호이거나, 외부로부터 입력되는 웨이크-업 신호인
가스 측정방법.
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