KR101774229B1

KR101774229B1 - Gas alarm appratus using semiconductor gas sensor

Info

Publication number: KR101774229B1
Application number: KR1020150146863A
Authority: KR
Inventors: 강주현
Original assignee: 조인현
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-09-04
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: KR20170046471A

Abstract

본 발명에 따른 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 있어서, 가스 센서부(20)는 히터(H)를 내장하는 반도체식 가스센서(21)와 삽입 저항(R2)을 포함하여 구성되되, 상기 히터(H)와 상기 삽입 저항(R2)은 직류전원과 접지 사이에서 직렬 연결되며, 상기 히터(H)의 일단과 상기 삽입 저항(R2)의 일단이 접속하는 노드의 전압을 모니터링하는 것에 의해 상기 히터(H)의 파손을 검출하는 것을 특징으로 한다.In the gas warning device using the semiconductor type gas sensor according to the present invention, the gas sensor part 20 includes a semiconductor type gas sensor 21 incorporating a heater H and an insertion resistor R2, The heater (H) and the insertion resistor (R2) are connected in series between a DC power source and ground, and by monitoring the voltage of a node to which one end of the heater (H) And detects breakage of the heater (H).

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a gas alarm device using a semiconductor gas sensor,

본 발명은 가스 검출을 위한 센서로서 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 관한 것이며, 또한 휴대가능하고 감지 정도가 우수하며 환경변화에 대한 내성을 가진 가스 경보장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas alarm device using a semiconductor gas sensor as a sensor for gas detection, and also relates to a gas alarm device which is portable, has excellent detection accuracy and is resistant to environmental changes.

최근 가정이나 공장, 상가, 자동차, 선박, 항공기 또는 캠핑장 등에서 다양한 종류의 가스 경보장치를 설치하고 있다. 가스 경보장치는 일산화탄소, LPG, LNG, 알코올 또는 벤젠 등 휘발성 또는 인화성 가스 등을 검출하여 경보한다.Recently, various kinds of gas alarm devices are installed in homes, factories, shopping malls, automobiles, ships, airplanes or camping sites. The gas alarm system detects and warns for volatile or flammable gas such as carbon monoxide, LPG, LNG, alcohol or benzene.

가스 경보장치에서 가스 센서는 핵심적인 부분으로서, 접촉산화식, 반도체식 및 전기화학식등이 있는 데, 구조가 간단하며 감도가 우수한 특성 등으로 인해 반도체식 가스 센서의 사용이 늘어나는 추세이다.In the gas alarm system, gas sensors are a key part, and there are contact oxidation type, semiconductor type and electro chemical type. Due to the simple structure and excellent sensitivity, the use of semiconductor type gas sensors is increasing.

가스 경보장치는 감지대상 가스를 확실하게 감지하지 못하면 경보장치로서의 신뢰도가 떨어지게 되며 중대한 사고의 원인이 될 수 있다. 그런데, 가스 경보장치의 핵심 부품인 가스 센서는 장기간의 사용에 따른 열화, 생산시 내재되어 있던 제조상의 결함, 공급 전원 전압에서의 충격 또는 외부로부터의 물리적 충격 등으로 인해 고장이 발생할 수도 있는바, 발생되는 고장을 즉시 탐지할 수 있어야 하며, 나아가 휴대성 또는 소형화가 강조될 수 있는 반도체식 가스 센서가 이용되는 가스 경보장치에서는 복잡하지 않고 간단한 구조로써 이러한 고장을 탐지할 수 있어야 한다.If the gas alarm system can not reliably detect the gas to be detected, the reliability of the alarm system becomes low and it can cause serious accidents. However, the gas sensor, which is a core part of the gas alarm system, may fail due to deterioration due to long-term use, defects in the manufacturing process inherent in the production, shock at the supply voltage or external physical shock, It is necessary to be able to detect such faults with a simple and complicated structure in a gas alarm system using a semiconductor type gas sensor which can detect immediately the occurrence of a failure and further emphasize portability or downsizing.

또한, 가스 경보장치에서는 가끔 가스가 없는데도 잘못된 가스 검출신호를 발생하거나, 기준 농도를 초과하였는데도 가스 검출를 하지 못하는 경우가 있다. 가스 경보장치로의 전원투입 과정에서 오작동하거나, 계절, 주야간 또는 설치 장소 등의 변화에 수반되어 온도, 습도 또는 풍속 등의 환경 요인이 변화하여 반도체식 가스 센서의 동작조건이 달라짐에 따라 오작동할 수 있는 바, 감지정도를 높이고 오작동의 가능성을 낮추며 환경 변화에 대한 내성을 갖출 필요가 있다.In addition, a gas alarm sometimes generates an erroneous gas detection signal even when there is no gas, or may not be able to detect gas even if the reference concentration is exceeded. Malfunctions may occur due to malfunctions in the process of turning on the power to the gas alarm system, environmental conditions such as temperature, humidity or wind speed change due to changes in seasons, day or night, There is a need to increase the detection level, reduce the possibility of malfunction, and tolerate environmental changes.

상기한 종래 기술의 문제점 및 과제에 대한 인식은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이 아니므로 이러한 인식을 기반으로 선행기술들과 대비한 본 발명의 진보성을 판단하여서는 아니됨을 밝혀둔다.The recognition of the problems and problems of the prior art is not obvious to a person having ordinary skill in the art, so that the inventive step of the present invention should not be judged based on the recognition based on such recognition I will reveal.

대한민국 특허등록공보 10-0295314 (2001. 4. 27. 등록)Korean Patent Registration No. 10-0295314 (registered on Apr. 27, 2001)

본 발명의 목적은, 간단한 구조로써 가스센서의 고장을 탐지할 수 있는 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a gas alarm device using a semiconductor type gas sensor capable of detecting a failure of a gas sensor with a simple structure.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 감지 정도가 보다 향상된 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치를 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a gas alarm device using a semiconductor gas sensor with improved detection accuracy.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 환경변화에 대한 내성이 보다 향상된 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a gas alarm device using a semiconductor type gas sensor with improved resistance to environmental changes.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

본 발명의 일 양상에 따른 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치는, 히터를 내장하는 반도체식 가스센서; 및 삽입 저항;을 포함하여 구성되되,According to an aspect of the present invention, there is provided a gas warning device using a semiconductor type gas sensor, comprising: a semiconductor type gas sensor including a heater; And an insertion resistor,

상기 히터와 상기 삽입 저항은 직류전원과 접지 사이에서 직렬 연결되며, 상기 히터의 일단과 상기 삽입 저항의 일단이 접속하는 노드의 전압을 모니터링하는 것에 의해 상기 히터의 파손을 검출하는 것을 특징으로 한다.The heater and the insertion resistor are connected in series between the DC power source and the ground and the breakdown of the heater is detected by monitoring the voltage of the node connected to one end of the heater and one end of the insertion resistance.

본 발명의 일 양상에 따른 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치는, 히터를 내장하는 반도체식 가스센서; 삽입 저항; 및 직류전원에 연결되는 입력 단자와, 출력 단자 및 공통 단자를 구비하는 양전압 레귤레이터;를 포함하여 구성되되,According to an aspect of the present invention, there is provided a gas warning device using a semiconductor type gas sensor, comprising: a semiconductor type gas sensor including a heater; Insertion resistance; And a positive voltage regulator having an input terminal connected to the DC power supply, an output terminal and a common terminal,

상기 히터와 상기 삽입 저항은 상기 양전압 레귤레이터의 출력단자와 접지 사이에서 직렬 연결되며, 상기 히터의 일단과 상기 삽입 저항의 일단이 접속하는 노드는 상기 양전압 레귤레이터의 공통단자에 연결되고 상기 노드의 전압을 모니터링하는 것에 의해 상기 히터의 파손을 검출하는 것을 특징으로 한다.Wherein the heater and the insertion resistor are connected in series between an output terminal of the positive voltage regulator and the ground and a node to which one end of the heater and one end of the insertion resistance are connected is connected to a common terminal of the positive voltage regulator, And the breakage of the heater is detected by monitoring the voltage.

상기한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 있어서, 상기 모니터링을 위해 제 1 입력단자가 상기 노드와 연결되고 제 2 입력단자에 기준전압을 입력받아 상기 노드의 전압과 상기 기준전압을 비교하는 비교기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the gas warning device using the semiconductor type gas sensor, a first input terminal is connected to the node for monitoring, a comparator for receiving a reference voltage at a second input terminal and comparing the voltage of the node with the reference voltage, ; &Lt; / RTI >

상기한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 있어서, 불휘발성 메모리가 내장되는 마이크로 컨트롤러;을 더 포함하되, 상기 마이크로 컨트롤러는, 상기 가스 경보 장치에 대한 전원 공급이 이루어지는 시간을 기준으로 상기 가스 경보 장치의 누적 운용 시간을 상기 불휘발성 메모리에 주기적으로 기록하며 상기 누적 운용 시간이 설정된 기준을 초과하면 알람을 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.The microcomputer may further include a microcontroller having a nonvolatile memory incorporated therein, wherein the microcontroller includes a microcomputer for generating a gas alarm based on a time at which power is supplied to the gas alarm device, Volatile memory periodically records a cumulative operating time of the apparatus, and outputs a signal for alarming when the cumulative operating time exceeds a set reference value.

상기한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 있어서, 상기 반도체식 가스센서의 출력전압이 설정된 속도 이하로 변화하는 경우, 상기 변화하는 출력전압에 연동하여 상기 반도체식 가스센서가 가스를 검출한 것으로 판단하는 기준이 되는 가스 검출 기준 전압을 조정하는 것을 특징으로 한다.In the gas alarm apparatus using the semiconductor type gas sensor, when the output voltage of the semiconductor type gas sensor changes below a predetermined speed, the semiconductor type gas sensor detects the gas in conjunction with the changing output voltage And the gas detection reference voltage to be a reference to be judged is adjusted.

상기한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 있어서, 상기 반도체식 가스센서의 출력전압이 설정된 속도를 초과하여 변화하는 경우, 상기 가스 검출 기준 전압을 조정하지 않는 것을 특징으로 한다.In the gas alarm apparatus using the semiconductor type gas sensor, when the output voltage of the semiconductor type gas sensor changes beyond a predetermined speed, the gas detection reference voltage is not adjusted.

상기한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 있어서, USB 포트;를 더 구비하며, 상기 USB 포트를 통하여 전원을 공급받으며, 상기 USB 포트에 스마트폰이 연결되어 있고 상기 반도체식 가스센서가 가스를 검출한 것으로 판단한 경우, 상기 스마트폰의 스피커를 이용하여 경보할 수 있도록 상기 USB 포트를 통하여 메시지를 전송하는 것을 특징으로 한다.The gas warning device using the semiconductor type gas sensor further comprises a USB port, and is supplied with power through the USB port. A smart phone is connected to the USB port, and the semiconductor type gas sensor detects gas And transmits a message through the USB port so as to be alerted by using the speaker of the smartphone when it is determined to be detected.

본 발명의 일 양상에 따른 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 따르면, 가스 센서부에 삽입 저항 및 비교기를 추가하거나 삽입 저항을 추가하는 등의 간단한 구조로써 가스센서의 고장을 쉽게 탐지할 수 있는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gas alarm apparatus using a semiconductor type gas sensor, which can easily detect a failure of the gas sensor by adding a insertion resistance and a comparator to the gas sensor unit, It is effective.

본 발명의 일 양상에 따르면 잘못된 고장 알람과 가스 검출 경보를 방지하거나 저감하며 필요한 리드 타임을 줄이거나 없앨 수 있는 효과가 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to prevent or reduce a false alarm and a gas detection alarm, and to reduce or eliminate a necessary lead time.

본 발명의 일 양상에 따르면 비교적 느린 속도의 환경 변화를 반영함으로써 환경 변화에 따른 가스 경보장치의 정밀도 저하나 오작동을 방지하여 가스 경보장치의 감지 정도를 보다 향상시키고 오작동을 방지 또는 저감할 수 있는 효과가 있으며, 환경변화에 대한 내성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the gas alarm device and prevent or reduce the malfunction by preventing the accuracy or the malfunction of the gas alarm device according to the environmental change by reflecting the environmental change at a comparatively slow speed There is an effect that the resistance to environmental change can be further improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 경보장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 종래 반도체식 가스 센서(21)를 위한 주변 회로를 반도체식 가스 센서(21)와 함께 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체식 가스 센서(21)와 그 주변회로를 포함하는 가스 센서부(20)를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체식 가스 센서(21)와 그 주변회로를 포함하는 가스 센서부(20)를 도시한 회로도이다.
도 5는 온도 및 습도 변화에 따라 반도체식 가스 센서에서 변화하는 센서저항을 설명하기 위하여 예를 들어 도시한 그래프이다.1 is a block diagram showing a configuration of a gas alarm apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing a peripheral circuit for the conventional semiconductor type gas sensor 21 together with the semiconductor type gas sensor 21. Fig.
3 is a circuit diagram showing a gas sensor unit 20 including a semiconductor gas sensor 21 according to the first embodiment of the present invention and peripheral circuits thereof.
4 is a circuit diagram showing a gas sensor unit 20 including a semiconductor gas sensor 21 according to a second embodiment of the present invention and a peripheral circuit thereof.
5 is a graph showing an example of the sensor resistance changing in the semiconductor type gas sensor according to temperature and humidity changes.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings in which: FIG. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and similar names and reference numerals are used for similar parts throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 경보장치의 구성을 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing a configuration of a gas alarm apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 경보장치는 마이크로 컨트롤러(10), 가스 센서부(20), 조작 입력부(30), 표시 및 경보부(40), 근거리 무선통신부(50) 및 USB 포트(60)를 포함하여 구성된다.The gas alarm apparatus according to the embodiment of the present invention includes a micro controller 10, a gas sensor unit 20, an operation input unit 30, a display and alarm unit 40, a short range wireless communication unit 50, .

마이크로 컨트롤러(10)는 탑재된 프로그램에 의해 가스 경보장치의 전반적인 동작을 제어하며 정보를 기억하고 연산을 수행하고 판단한다. 마이크로 컨트롤러(10)는 내부에 오실레이터(12) 및 비휘발성 메모리(11)를 포함하며, 오실레이터(12)는 가스 경보장치에 대하여 클락 기능을 제공하며 비휘발성 메모리(11)는 프로그램 및 각종 정보의 비휘발성 저장을 수행한다. 특히, 마이크로 컨트롤러(10)의 비휘발성 메모리(11)는 각종 기준값을 저장하는 바, 출력전압 기준 변화속도, 가스 검출 기준 전압, 누적 운용 시간, 히터 파손 기준 전압 등을 저장할 수 있으며, 자세한 사항은 후술한다.The microcontroller 10 controls the overall operation of the gas alarm system by means of the installed program, stores information, performs calculations and makes judgments. The microcontroller 10 includes an oscillator 12 and a nonvolatile memory 11. The oscillator 12 provides a clock function for the gas alarm device and the nonvolatile memory 11 stores programs and various information Perform non-volatile storage. In particular, the nonvolatile memory 11 of the microcontroller 10 stores various reference values, and can store the output voltage reference change rate, the gas detection reference voltage, the cumulative operating time, the heater breakdown reference voltage, Will be described later.

가스 센서부(20)는 반도체식 가스센서를 포함하며 반도체식 가스센서이외에도 본 발명의 구현을 위하여 부가적인 회로를 더 포함하며 구체적인 사항은 후술한다. 반도체식 가스센서는 일산화탄소 감지 센서, LPG 감지 센서, LNG 감지 센서, 알코올 감지 센서, 벤젠 감지 센서, 연기 감지 센서 등이거나 일산화탄소, LPG, LNG, 알코올, 벤제 및 연기 중에서 2가지 이상을 감지할 수 있는 복합 센서일 수도 있다.The gas sensor unit 20 includes a semiconductor type gas sensor and further includes additional circuitry for realizing the present invention in addition to the semiconductor type gas sensor, and details thereof will be described later. The semiconductor type gas sensor can detect at least two of carbon monoxide, LPG, LNG, alcohol, benzene and smoke, such as carbon monoxide sensor, LPG sensor, LNG sensor, alcohol sensor, benzene sensor and smoke sensor Or a composite sensor.

조작 입력부(30)는 가스 경보장치로 사용자의 조작을 입력하기 위한 구성요소로서, 테스트, 리셋 또는 캘리브레이션 등을 위한 조작 명령을 입력하기 위한 1이상의 버턴일 수 있다.The operation input unit 30 may be one or more buttons for inputting operation commands for testing, resetting, calibrating, etc., as components for inputting a user's operation with the gas alarm device.

표시 및 경보부(40)는 사용자에게 정보 및 경보 등을 제공하기 위한 구성요소로서, 부저, 스피커 또는 LED 등일 수 있으며, 특히, 가스 경보장치의 동작상태 정보, 가스 검출 경보, 가스 센서의 고장 알람, 운용 시간 초과 알람 등을 제공한다.The display and alarm unit 40 may be a buzzer, a speaker, an LED, or the like for providing information and alarms to the user, and in particular, may be provided with operation state information of the gas alarm apparatus, gas detection alarm, And operation time-out alarm.

근거리 무선 통신부(50)는 RF, WiFi, Zigbee 또는 Bluetooth 등의 방식으로 다른 가스 경보장치, 메인장치 또는 스마트폰 등과 통신하여 정보, 제어명령, 알람 또는 경보 등에 관한 메시지를 주고받기 위한 것이다. The short-range wireless communication unit 50 communicates with other gas alarm devices, a main device, or a smart phone in the form of RF, WiFi, Zigbee or Bluetooth to send and receive messages related to information, control commands, alarms or alarms.

USB 포트(60)는 이를 통하여 외부의 USB 충전 어댑터 또는 스마트폰 등의 스마트 단말로부터 전원을 공급받으며, 또한 이에 스마트폰 등이 연결되고 스마트폰 등에서 구동되는 전용 애플리케이션을 이용하여 정보, 제어명령, 알람 또는 경보 등을 주고받으며, 예를 들면 마이크로 B타입의 USB 포트가 선호된다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면 반도체식 가스센서가 가스를 검출한 것으로 판단한 경우, 스마트폰의 스피커를 이용하여 경보할 수 있도록 USB 포트(60)를 통하여 경보 메시지를 전송하는 데 이용된다. The USB port 60 is supplied with power from an external USB charging adapter or a smart terminal such as a smart phone and is also connected to a smart phone or the like, Or alarms. For example, a micro-B type USB port is preferred. In particular, according to an embodiment of the present invention, when the semiconductor type gas sensor determines that gas is detected, it is used to transmit an alarm message through the USB port 60 so as to alert using a speaker of a smart phone.

도 2는 종래 반도체식 가스 센서(21)를 위한 주변 회로를 반도체식 가스 센서(21)와 함께 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a peripheral circuit for the conventional semiconductor type gas sensor 21 together with the semiconductor type gas sensor 21. Fig.

반도체식 가스 센서(21)는 히터(H) 및 센서저항(R_S)을 내장하며, 히터(H)에는 전원전압을 인가하여 가스 센서의 동작 동안 항상 발열 상태를 유지하며 센서 저항(R_S)에 대한 가열 상태를 지속시킨다. 그리고, 검출저항(R1)의 양단에 걸리는 센서전압(V_S)을 이용하여 감지 대상 가스의 접촉에 따라 달라지는 센서 저항의 저항값을 읽어내게 되며 센서전압(V_S)이 미리 설정된 기준 전압을 초과하는 경우 대상 가스를 검출한 것으로 하여, 사용자에게 경보한다.Semiconductor type gas sensor 21 and built-in heater (H) and the sensor resistor (R _S), the heater (H) is applied to the power source voltage by always keeping the heat generating state for the gas sensor operation and the sensor resistor (R _S) Lt; / RTI > Then, the resistance value of the sensor resistance depending on the contact of the gas to be sensed is read using the sensor voltage V _S applied across the detection resistor R 1, and the sensor voltage V _S exceeds the preset reference voltage It is assumed that the target gas is detected, and the user is alerted.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 종래의 주변 회로에 간단한 회로를 더 추가하는 것으로써, 반도체식 가스 센서(21)의 고장을 탐지하여 알람할 수 있게 한다. According to one embodiment of the present invention, by adding a simple circuit to such a conventional peripheral circuit, it is possible to detect and alarm the failure of the semiconductor gas sensor 21.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체식 가스 센서(21)와 그 주변회로를 포함하는 가스 센서부(20)를 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram showing a gas sensor unit 20 including a semiconductor gas sensor 21 according to the first embodiment of the present invention and peripheral circuits thereof.

반도체식 가스 센서(21)는 히터(H) 및 센서저항(R_S)을 내장하며, 검출저항(R1)의 양단에 걸리는 센서전압(V_S)을 이용하여 감지 대상 가스의 접촉에 따라 달라지는 센서 저항의 저항값을 읽어내는 점은 동일할 수 있다.The semiconductor type gas sensor 21 includes a heater H and a sensor resistor R _S and detects a sensor which varies depending on the contact of the gas to be detected by using a sensor voltage V _S applied across the detection resistor R 1. The point of reading the resistance value of the resistor may be the same.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서부(20)는 삽입 저항(R2) 및 비교기(22)를 더 포함한다.However, the gas sensor unit 20 according to an embodiment of the present invention further includes an insertion resistor R2 and a comparator 22. [

가스 센서(21)의 히터(H)와 삽입 저항(R2)은 직류전원과 접지 사이에서 직렬 연결되는 바, 도시된 일 실시예에 따르면 히터(H)와 접지 사이에 삽입 저항(R2)이 삽입 구성된다. 그리고 히터(H)의 일단과 삽입 저항(R1)의 일단이 접속하는 노드(N)의 전압을 모니터링하는 것에 의해 히터(H)의 파손을 검출한다.The heater H and the insertion resistor R2 of the gas sensor 21 are connected in series between the DC power source and the ground. According to the illustrated embodiment, the insertion resistance R2 is inserted between the heater H and the ground . Then, the breakdown of the heater H is detected by monitoring the voltage of the node N to which one end of the heater H and one end of the insertion resistor R1 are connected.

비교기(22)는 상기한 노드(N)의 전압을 모니터링하기 위해 제 1 입력단자(+)가 노드(N)와 연결되고 제 2 입력단자(-)에는 기준전압(V_REF)을 입력받아 노드(N)의 전압과 기준전압(V_REF)을 비교하고 비교 결과에 따른 출력 신호(V_C)를 생성하여 마이크로 컨트롤러(10)로 제공한다.The comparator 22 is connected to the node N to monitor the voltage of the node N. The comparator 22 receives the reference voltage V _REF at the second input terminal - (N) and a reference voltage (V _REF ), generates an output signal (V _C ) according to the comparison result, and provides the output signal (V _C ) to the microcontroller (10).

반도체식 가스 센서(21)에서의 고장은 히터(H)의 파손으로 인한 것이 대부분을 차지하는바, 본 발명의 일 실시예에서는 히터의 파손으로 인한 반도체식 가스 센서(21)의 고장을 탐지하여 사용자에게 알람한다.The failure of the semiconductor type gas sensor 21 is mostly caused by the breakage of the heater H. In an embodiment of the present invention, the breakdown of the semiconductor type gas sensor 21 due to breakage of the heater is detected, Lt; / RTI >

기준전압(V_REF)은 히터의 파손 여부를 판단하기 위한 기준으로 이용하기 위한 정전압으로서, 직류전원의 전압을 분압하여 사용할 수 있다. 직류전원의 전압이 5V인 경우, 기준전압(V_REF)은 예를 들어 0.05 ~ 0.1 V로 할 수 있다.The reference voltage V _REF is a constant voltage used as a criterion for judging whether or not the heater is broken, and the voltage of the DC power supply can be used by dividing it. When the voltage of the DC power source is 5 V, the reference voltage (V _REF ) may be set to 0.05 to 0.1 V, for example.

상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서부(20)와 가스 경보 장치를 이용하여 가스 센서의 고장을 알람하는 과정을 살펴본다.A process of alarming the failure of the gas sensor using the gas sensor unit 20 and the gas alarm device according to an embodiment of the present invention will be described.

가스 센서(21)의 히터에 파손이 없는 경우, 항상 노드(N)의 전압이 상기한 기준전압(V_REF)에 여유 마진을 더한 값 이상이 되도록 삽입 저항(R2)의 저항값과 기준전압(V_REF)이 설정된다. 따라서 가스 센서(21)의 히터(H)에 파손이 없는 경우에는 노드(N)의 전압은 항상 기준전압(V_REF)보다 크게 되므로, 비교기(22)의 출력 전압(V_C)은 'HIGH'가 된다.The resistance value of the insertion resistor R2 and the reference voltage _VREF are set such that the voltage of the node N always becomes equal to or larger than the _{sum of} the reference voltage _VREF and the margin margin when the heater of the gas sensor 21 is not damaged. V _REF ) is set. Therefore, when the heater H of the gas sensor 21 is not broken, the voltage of the node N is always higher than the reference voltage V _REF , so that the output voltage V _C of the comparator 22 becomes 'HIGH' .

그리고, 가스 센서(21)의 히터가 파손된 경우, 노드(N)의 전압은 접지 전압으로 되며, 이에 따라 설정된 기준전압(V_REF)보다 작게 되므로, 비교기(22)의 출력 전압(V_C)은 'LOW'가 되며, 이를 입력받은 마이크로 컨트롤러(10)는 표시 및 경보부(40)의 LED 또는 부저 등을 이용하여 가스 센서(21)의 고장을 사용자에게 알람한다.When the heater of the gas sensor 21 is broken, the voltage of the node N becomes the ground voltage and becomes smaller than the reference voltage V _REF thus set. Therefore, the output voltage V _C of the comparator 22 The microcontroller 10 receives the alarm signal and outputs a warning signal to the user of the gas sensor 21 by using the LED or buzzer of the display and alarm unit 40. [

한편, 상기한 실시예의 비교기(22) 대신 마이크로 컨트롤러(10) 내·외부의 아날로그-디지털 컨버터를 이용하여 노드(N)의 전압을 디지털로 변환한 다음 마이크로 컨트롤러(10)에서는 이와 비휘발성 메모리(M)에 저장된 히터 파손 기준 전압(데이터)을 비교하는 것에 의해서 가스 센서(21)의 히터 파손에 따른 가스 센서의 고장 여부를 판단할 수도 있다. The microcomputer 10 converts the voltage of the node N to digital by using an analog-to-digital converter in and / or out of the microcontroller 10 instead of the comparator 22 of the embodiment described above, M), it is possible to judge whether or not the gas sensor is broken due to heater breakage of the gas sensor 21.

본 발명의 일 양상에 따른 반도체식 가스센서를 이용한 가스 경보장치에 따르면, 가스 센서부에 삽입 저항 및 비교기를 추가하거나 삽입 저항을 추가하는 간단한 구조로써 가스센서의 고장을 쉽게 탐지할 수 있는 효과가 있다.According to the gas alarm apparatus using the semiconductor type gas sensor according to an aspect of the present invention, the effect of easily detecting the failure of the gas sensor is provided by a simple structure in which an insertion resistance and a comparator are added to the gas sensor unit or an insertion resistance is added have.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체식 가스 센서(21)와 그 주변회로를 포함하는 가스 센서부(20)를 도시한 회로도이다.4 is a circuit diagram showing a gas sensor unit 20 including a semiconductor gas sensor 21 according to a second embodiment of the present invention and a peripheral circuit thereof.

제 1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하며, 이하 다른 부분을 중심으로 설명한다.The description of the same portions as those of the first embodiment will be omitted, and the following description will focus on the other portions.

양전압 레귤레이터(23)는 입력 단자(I), 출력 단자(O) 및 공통 단자(COM)를 구비하며, 입력 단자(I)는 직류전원에 연결되며 입력된 직류 전원을 이용하여 출력 단자(O) 및 공통 단자(COM)의 양단에 정해진 양의 정전압을 출력한다.The positive voltage regulator 23 has an input terminal I, an output terminal O and a common terminal COM. The input terminal I is connected to a direct current power source and is connected to an output terminal O ) And a common terminal COM at both ends thereof.

가스 센서(21)의 히터(H)와 삽입 저항(R2)은 양전압 레귤레이터(23)의 출력단자(O)와 접지(GND) 사이에서 직렬 연결되고, 히터(H)의 일단과 삽입 저항(R2)의 일단이 접속하는 노드(N)는 양전압 레귤레이터(23)의 공통단자(COM)에 연결되며, 기타 양전압 레귤레이터(23)의 출력단자(O)에 가스 센서(21)의 센서저항(R_S)의 일단이 연결될 수 있다.The heater H and the insertion resistor R2 of the gas sensor 21 are connected in series between the output terminal O of the positive voltage regulator 23 and the ground GND and connected to one end of the heater H and the insertion resistor R2 R2 is connected to the common terminal COM of the positive voltage regulator 23 and the output terminal O of the other positive voltage regulator 23 is connected to the sensor resistance of the gas sensor 21 (R _S ) may be connected.

도 3과 함께 설명된 제 1 실시예에 따른 가스 센서부(20)에서는 히터(H)의 파손이 없는 상태에서도, 히터(H)의 일단과 삽입 저항(R2)의 일단이 연결된 노드(N)의 전압이 흔들려서 잘못된 고장 신호를 생성하게 되는 경우가 있을 수 있다. 또한, 가스 경보 장치에 전원을 투입하여 START하는 초기에 히터(H)가 이상 과열되고 이에 따라 가스를 검출한 것으로 잘못 경보하는 경우가 간혹 있으며, 이에 따라 START하는 일정 시간 동안에는 가스 검출 경보를 하지 않는 리드 타임을 둔다.The gas sensor unit 20 according to the first embodiment described with reference to FIG. 3 can detect the temperature of the node N to which one end of the heater H and one end of the insertion resistor R2 are connected, The voltage of the inverter may be shaken to generate an erroneous fault signal. Further, in some cases, the heater (H) abnormally abnormally heats up at the initial stage of starting the gas alarm by turning on the power to the gas alarm, and accordingly, the gas alarm is erroneously detected as the gas is detected. Accordingly, Put lead time.

그러나, 제 2 실시예에 따른 가스 센서부(20)에 따르면, 히터(H)의 파손이 없는 상태에서 히터(H)의 일단과 삽입 저항(R2)의 일단이 연결된 노드(N)의 전압 흔들림을 대폭 저감하여 잘못된 고장 신호의 생성 문제를 완화 또는 해결하게 된다. 또한, 가스 경보 장치에 전원을 투입하여 START하는 초기에 히터(H)가 이상 과열되는 현상을 없애므로 잘못된 가스 검출 경보를 방지하며 START하는 동안의 리드 타임이 필요없거나 보다 짧게 해도 된다.According to the gas sensor unit 20 according to the second embodiment, however, the voltage V of the node N to which one end of the heater H and one end of the insertion resistor R2 are connected in a state in which the heater H is not damaged So that the problem of generating an erroneous fault signal can be alleviated or solved. In addition, since the heater H is prevented from overheating at the initial stage of powering on the gas alarm device, it is possible to prevent an erroneous gas detection alarm, and the lead time during START may be unnecessary or shorter.

본 발명의 일 양상에 따르면 잘못된 고장 알람과 가스 검출 경보를 방지하거나 저감하며 START시 필요한 리드 타임을 줄이거나 없앨 수 있는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, it is possible to prevent or reduce a false alarm and a gas detection alarm, and to reduce or eliminate the lead time required in START.

한편, 다시 도 1로 돌아가, 마이크로 컨트롤러(10)는 가스 경보 장치에 대한 전원 공급이 이루어지는 시간을 기준으로 가스 경보 장치의 누적 운용 시간을 불휘발성 메모리(11)에 주기적으로 기록하며 누적 운용 시간이 설정된 기준을 초과하면 알람을 위한 신호를 출력한다.1, the microcontroller 10 periodically records the cumulative operating time of the gas alarm device in the nonvolatile memory 11 on the basis of the time during which power is supplied to the gas alarm device, and the cumulative operating time And outputs a signal for an alarm when the set reference value is exceeded.

휴대 가능한 가스 경보장치는 USB 포트(60)를 통한 전원 공급이 단속될 수 있는바, 언제 전원 공급이 중단될지 알 수 없으므로, 항상 주기적으로 누적 운용 시간을 불휘발성 메모리(11)에 갱신하여 기록한다. 그리고 전원 공급이 이루어지지 않는 시간은 누적 운용 시간에서 제외하여 가스 센서(21)의 열화 기간에 반영되지 않도록 하며, 전원 공급이 이루어지는 시간을 기준으로 하여 열화 기간에 반영되도록 한다. 그리고 마이크로 컨트롤러(10)는 누적 운용 시간이 설정된 기준을 초과하면 알람을 위한 신호를 표시 및 경보부(40)의 LED 등으로 출력하여 사용자가 알 수 있도록 한다.Since the portable gas alarm device can intermittently supply power through the USB port 60 and can not know when the power supply is to be interrupted, the cumulative operation time is always updated periodically in the nonvolatile memory 11 . The time when the power supply is not performed is excluded from the cumulative operating time so that it is not reflected in the deterioration period of the gas sensor 21 and is reflected in the deterioration period based on the time when the power supply is performed. When the cumulative operating time exceeds a preset reference, the microcontroller 10 outputs a signal for an alarm to the LED of the display and alarm unit 40 so that the user can know.

한편, 종래의 가스 경보장치에서는 가끔 가스가 없는데도 잘못된 가스 검출신호를 발생하거나, 기준 농도를 초과하였는데도 가스 검출를 하지 못하는 경우가 있다. 이는 주로 계절, 주야간 또는 설치 장소 등의 변화에 수반되어 온도, 습도 또는 풍속 등의 환경 요인이 변화하여 반도체식 가스 센서의 동작조건이 달라짐에 따라 발생된다.On the other hand, in the conventional gas alarm system, there is a case where a gas detection signal is erroneous even though there is no gas at all, or gas detection can not be performed even when the reference concentration is exceeded. This is caused mainly by changes in environmental factors such as temperature, humidity or wind speed accompanying changes in seasons, day and night or installation place, and the operating conditions of the semiconductor type gas sensor are changed.

도 5는 온도 및 습도 변화에 따라 반도체식 가스 센서에서 변화하는 센서저항을 설명하기 위하여 예를 들어 도시한 그래프이다(500ppm 메탄 가스).FIG. 5 is a graph (500 ppm methane gas), for example, to illustrate the sensor resistance varying in the semiconductor gas sensor according to temperature and humidity changes.

기준저항(R₀)는 20℃ 및 65% 습도에서의 센서저항이며, 도시된 바와 같이 온도 및 습도의 변화에 따라 센서저항-기준저항의 비율(R_S/R₀)은 큰 차이를 보이는 바, 온도 및 습도에 따라 동일한 가스 농도(500ppm 메탄)에서도 센서저항(R_S)의 값에는 큰 차이가 있는 점을 알 수 있다.The reference resistance (R ₀ ) is the sensor resistance at 20 ° C and 65% humidity. As shown, the ratio (R _S / R ₀ ) of the sensor resistance to the reference resistance , It can be seen that there is a large difference in the value of the sensor resistance (R _S ) even at the same gas concentration (500 ppm methane) depending on temperature and humidity.

가스 검출을 위해서는, 검출저항(R1)의 양단에 걸리는 센서전압(V_S)을 이용하게 되며, 센서전압(V_S)이 미리 설정된 기준 전압인 가스 검출 기준 전압을 초과하는 경우 대상 가스를 검출한 것으로 하여 사용자에게 경보한다. 가스 검출 기준 전압은 반도체식 가스센서가 가스를 검출한 것으로 판단하는 기준이 되는 전압이다.In order to detect the gas, the sensor voltage V _S applied to both ends of the detection resistor R1 is used. When the sensor voltage V _S exceeds the gas detection reference voltage which is a preset reference voltage, And alarms the user. The gas detection reference voltage is a reference voltage at which the semiconductor type gas sensor determines that the gas is detected.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이크로 컨트롤러(10)는 가스 경보 장치의 운용중 상기한 가스 검출 기준 전압을 동적으로 조정한다. According to one embodiment of the present invention, the microcontroller 10 dynamically adjusts the gas detection reference voltage during operation of the gas alarm system.

반도체식 가스센서의 출력전압인 센서전압(V_S)의 변화 속도를 기준으로 가스 검출 기준 전압을 조정하는 바, 반도체식 가스센서의 출력전압이 설정 저장되어 있는 출력전압 기준 변화속도 이하로 변화하는 경우에는 변화하는 출력전압에 연동하여 가스 검출 기준 전압을 조정하지만, 반도체식 가스센서의 출력전압이 설정된 출력전압 기준 변화속도를 초과하여 변화하는 경우에는 가스 검출 기준 전압을 조정하지 않으며, 이 경우에는 가스 검출로 판단되어 가스 검출 경보로 이어질 확률이 높다.The gas detection reference voltage is adjusted on the basis of the rate of change of the sensor voltage (V _S ), which is the output voltage of the semiconductor type gas sensor, so that the output voltage of the semiconductor type gas sensor changes below the output voltage reference change rate The gas detection reference voltage is not adjusted when the output voltage of the semiconductor type gas sensor changes beyond the set output voltage reference change speed. In this case, however, There is a high probability that it is judged as gas detection and leads to a gas detection alarm.

반도체식 가스센서의 출력전압이 설정된 출력전압 기준 변화속도의 이하로 변화하는 경우에는 가스 검출 기준 전압이 변화하는 출력전압을 트래킹하되, 새로운 가스 검출 기준 전압은, 변화된 출력전압과 일정 간격을 가진 전압으로 하거나, 종전 가스 검출 기준 전압에 출력전압의 변화량을 더한 값으로 하거나, 종전 가스 검출 기준 전압에 출력전압의 변화량의 일정 퍼센티지를 더한 값으로 하거나, 변화된 출력전압과 종전 가스 검출 기준 전압을 입력으로 정해진 연산식에 의해 산출되는 전압으로 할 수도 있다.The output voltage of the semiconductor type gas sensor is monitored when the output voltage of the semiconductor type gas sensor changes below the set output voltage reference change speed. The new gas detection reference voltage is a voltage having a constant interval with the changed output voltage Or a value obtained by adding the variation amount of the output voltage to the previous gas detection reference voltage or a value obtained by adding a certain percentage of the variation amount of the output voltage to the previous gas detection reference voltage, And may be a voltage calculated by a predetermined calculation formula.

출력전압의 변화속도는 단위시간당 출력전압의 변화량과 같이 다양한 방법으로 계산할 수 있다. 예를 들면, 출력전압이 설정된 출력전압 기준 변화속도의 이하로 변화하면서 출력전압이 상승하게 된 경우에는 가스 검출 기준 전압도 상승하게 된다. 출력전압 기준 변환속도는 가스 검출 기준 전압의 조정여부를 결정하기 위하여 사용되는 기준이 되는 출력전압의 변화속도로서 마이크로 컨트롤러(10)의 비휘발성 메모리(M)에 저장된 값이다.The rate of change of the output voltage can be calculated by various methods such as the amount of change of the output voltage per unit time. For example, when the output voltage rises below the output voltage reference change speed, the gas detection reference voltage also rises. The output voltage reference conversion speed is a value stored in the nonvolatile memory M of the microcontroller 10 as a change speed of the reference output voltage used for determining whether to adjust the gas detection reference voltage.

10 : 마이크로 컨트롤러 20 : 가스 센서부
30 : 조작 입력부 40 : 표시 및 경보부
50 : 근거리 무선 통신부 60 : USB 포트10: Micro controller 20: Gas sensor unit
30: Operation input unit 40: Display and alarm unit
50: Local area wireless communication unit 60: USB port

Claims

delete

A semiconductor type gas sensor incorporating a heater;
Insertion resistance; And
And a positive voltage regulator having an input terminal connected to the DC power supply, an output terminal and a common terminal,
The heater and the insertion resistor are connected in series between the output terminal of the positive voltage regulator and the ground,
A node (N) to which one end of the heater and one end of the insertion resistor are connected is connected to a common terminal of the positive voltage regulator and detects breakage of the heater by monitoring a voltage of the node (N)
Wherein the gas sensor is a gas sensor.

The method of claim 2,
A comparator having a first input terminal connected to the node N and a reference voltage input to the second input terminal for the monitoring and for comparing the voltage of the node N with the reference voltage;
Further comprising a sensor for detecting the presence of the gas.

The method of claim 2,
And a microcontroller in which a nonvolatile memory is incorporated,
The microcontroller includes:
Wherein the control unit periodically records the cumulative operating time of the gas alarm device in the nonvolatile memory based on a time when power is supplied to the gas alarm device, and outputs a signal for an alarm when the cumulative operating time exceeds a set reference value,
Wherein the gas sensor is a gas sensor.

The method of claim 2,
Wherein when the output voltage of the semiconductor type gas sensor changes below the set speed,
The gas detection reference voltage being a reference for determining that the semiconductor type gas sensor detects gas in conjunction with the varying output voltage,
Wherein the gas sensor is a gas sensor.

The method of claim 5,
When the output voltage of the semiconductor type gas sensor changes beyond the set speed,
Wherein the gas detection reference voltage is not adjusted,
Wherein the gas sensor is a gas sensor.

The method of claim 2,
And a USB port;
When the smartphone is connected to the USB port and the semiconductor type gas sensor detects that the gas is detected, the USB port is connected to the USB port so as to be alerted by using the speaker of the smart phone, Sending a message through,
Wherein the gas sensor is a gas sensor.