KR20020006135A - 복사온도계 신호처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구분 가능한 기능을 중심으로 소단위로 모듈화 함으로써 문제가 발생할 경우 신호처리장치 전체를 교체할 필요없이 해당부분의 모듈화된 회로만을 수리하거나 교체하여 사용할 수 있는 복사온도계 신호처리 장치를 제공한다. 그 신호처리장치는 온도를 측정할 물체로부터 방사되는 복사에너지를 집광하여 광신호를 전기신호로 변환시키기 위한 광검출소자(14)와, 상기 광검출소자(14)에서 변환된 전기에너지를 증폭시키기 위한 신호증폭기(16)와, 상기 신호 증폭기(16)에서 출력되는 비선형의 지수함수를 선형함수로 변환시키기 위한 신호 선형화장치(18)와, 상기 신호 선형화장치(18)로부터 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기(A/D converter)(20)와, 상기 A/D 변환기(20)에서 변환된 디지털신호를 출력시키기 위한 통신포트를 각각 모듈화된 유닛으로 포함하는 본체회로부(10); 및 상기 본체회로부(10)에 원격적으로 연계되고, 상기 본체회로부로부터 출력되는 복사온도 정보, 외부에서 입력되는 다양한 초기정보, 복사온도계의 교정함수를 기초로 하여 복사온도를 최종적으로 계산하며, 모듈화된 유닛을 형성하는 주신호처리장치(28)와, 상기 주신호처리장치(28)에 연계되고, 상기 주신호처리장치(28)에서 계산된 복사온도 정보를 사용자가 이용할수 있도록 다양한 형태의 신호로 변환시켜 출력시키기 위한 디스플레이부(30)를 각각 모듈화된 유닛으로 포함하는 신호처리부(12);로 구성된다.

Description

복사온도계 신호처리 장치{Pyrometer, Signal Processing Unit}

본 발명은 복사 온도계의 신호처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구분 가능한 기능을 중심으로 소단위로 모듈화 할 수 있어, 측정온도 대역을 다양화할 수 있고, 신호처리장치의 활용도를 증대시킬 수 있으며, 측정된 신호의 활용성 및 측정 안정성이 증대되는 복사 온도계의 신호처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제한적이진 않지만 철강공정, 소재산업, 유리, 도자기, 반도체, 타이어 등의 제조 공정, 발전설비 등 다양한 분야에서는 그 공정 또는 설비의 특성상 온도를 직접적으로 측정할 수 없다. 즉, 고온의 측정물체, 움직이는 측정물체, 빠른 응답성을 요구하는 측정환경, 접근 불가능한 측정환경 등에서는 접촉식 온도 측정법을 이용하여 온도를 측정하는 것은 불가능하다. 이와 같이 측정 대상물에 직접적으로 온도를 측정할 수 없는 경우에는 대부분 복사온도계를 이용하여 온도를 측정하고 있다.

따라서, 복사 온도계에 관련된 기술에 대한 개발이 활발히 이루어 지고 있으며, 특히 그 복사온도계의 신호처리장치와 관련된 기술은 다양한 산업현장에서 중요하게 응용될 수 있으므로 이에 대한 연구 및 기술개발이 활발하게 진행되고 있는 추세에 있다.

한편, 현재 사용되고 있는 종래의 복사 온도계 신호처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 온도센서에서 감지된 측정값이 입력되는 센서복사 온도계 본체 회로부(1)와, 본체 회로부와 전기적으로 연결되는 복사온도계 주신호처리부(2)로 대별된다. 신호처리부(2)는 약 4∼20㎃의 전류신호를 이용해서 원거리상에 위치한 본체회로부(1)와 복사온도에 대한 정보를 교환한다. 한편, 이 같은 복사 온도계 신호 처리장치의 회로는 복사온도계 본체회로부에 해당하는 하나의 PCB와, 복사온도계 주신호처리부에 해당하는 다른 하나의 PCB로 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이 본체회로부(1)는 복사온도계 본체의 광학계에 의해 측정물체의 복사에너지를 집광하기 위한 광검출소자(3)와, 광검출소자(3)에 집광된 복사에너지를 전기적인 신호로 변환하기 위한 증폭회로(4)와, 그 전기신호를 전류신호(4∼20㎃)의 형대로 변환하기 위한 보상회로(5)와, 이를 복사온도계 주신호처리부(2)로 전송하기 위한 출력단자(6)를 구비하고 있다.

이에 대응하게, 도 3에 도시된 바와 같이 복사온도계 주신호처리부(2)는 복사온도계 본체 회로부(1)로부터 전송된 복사온도에 관한 정보를 이용하여 복사온도를 계산하고, 이와 같이 계산된 복사온도를 다양한 형태의 출력신호로 변환하여 인터페이서 하는 역할을 한다. 물론, 주 신호처리부(2)는 이와 같은 기능을 수행하기 위해, 아날로그 입/출력회로, 아날로그/디지털 변환기, 제 1중앙처리장치, 저장소, 키패드, 전원회로, 제 2중앙처리장치, 디지털/아날로그 변환기, 아날로그 출력회로, 수신/발신회로, 선택 스위치, 표시창, 등 다양한 구성요소가 상호 연계적으로 구성되어 있다.

그러나, 종래의 복사온도계의 신호처리장치는 크게 2개의 구성부, 즉, 본체회로부와 신호처리부로 구성되어 있기 때문에 복사온도계의 사용중 신호처리 장치의 일부분에만 문제가 발생하거나 고장이 나더라도, 2개의 구성부 중 고장부품을 포함하는 적어도 하나의 구성부의 PCB 전체를 교체하거나 수리해야 하며, 이 같은PCB의 분해에는 숙련된 작업자가 요구되므로 작업성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 복사온도계의 신호처리장치의 일부에 고장이 발생하여 이를 수리하는 경우에는 각각의 구성부를 형성하는 PCB의 단위 또는 유닛이 대형이므로 그 비용이 과도하게 소모되는 문제점이 있으며, 수리가 불가능한 경우에는 PCB를 폐기하고 복사온도계 전체를 교체해야 하므로 환경학적으로 악영향을 미치며 불필요한 손실이 발생되는 문제점이 있다.

더욱이, 대부분의 복사온도계의 경우 측온대역별로 사용하는 광검출소자가 결정되면 신호처리장치는 그 광검출소자에 상응하게 전용으로 개발되어 구성되기 때문에, 다른 측온대역의 광검출소자를 채택할 경우에 복사온도계 본체회로부 전체를 교체해야 하므로 유용성 및 호환성이 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상술된 문제점 및 단점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 소단위로 기능을 분류하여 각 기능을 중심으로 모듈화(module)하여 유용성이 향상된 복사온도계 신호처리장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 분해, 수리 및 교체가 용이하여 작업성이 향상된는 복사온도계 신호처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 각각의 부품, 모듈 또는 유닛별로 수리 및 교체할 수 있는 복사온도계 신호처리장치를 제공하는데 있다.

특히, 본 발명의 또 다른 목적은, 측온대역에 따라 다양하게 정격용량을 변경시킬 수 있어 호환성 및 활용성이 향상되는 복사온도계 신호처리장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 소단위의 기본모듈을 사용자가 쉽게 교체할 수 있는 복사온도계 신호처리장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 복사 온도계 신호처리장치의 전체적인 구성도.

도 2는 종래의 복사 온도계 신호처리장치의 본체 회로부의 구성도.

도 3은 종래의 복사 온도계 신호처리장치의 주신호처리부의 구성도

도 4는 본 발명에 따른 복사 온도계 신호처리장치의 전체 구성도.

도 5는 도 4의 복사 온도계 신호처리장치의 본체 회로부의 구성도.

도 6a 내지 6d는 본체 회로부의 각각의 모듈화된 유닛에서의 출력특성을 보여주는 그래프.

도 7은 도 4의 복사 온도계 신호처리장치의 신호처리부의 구성도

♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠

10: 본체회로부 12: 신호처리부

14: 광검출소자 16: 신호증폭기

18: 신호 선형화장치 20: A/D변환기

24: 온도센서 28: 주신호처리장치

30: 디스플레이부

이 같은 목적은 물체의 온도를 원거리에서 측정할 수 있는 복사온도계 신호처리장치에 있어서, 온도를 측정할 물체로부터 방사되는 복사에너지를 집광하여 광신호를 전기신호로 변환시키기 위한 광검출소자와, 상기 광검출소자에서 변환된 전기에너지를 증폭시키기 위한 신호증폭기와, 상기 신호 증폭기에서 출력되는 비선형의 지수함수를 선형함수로 변환시키기 위한 신호 선형화장치와, 상기 신호 선형화장치로부터 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기(A/D converter)와, 상기 A/D 변환기에서 변환된 디지털신호를 출력시키기 위한 통신포트를 각각 모듈화된 유닛으로 포함하는 본체회로부; 및 상기 본체회로부에 원격적으로 연계되고, 상기 본체회로부로부터 출력되는 복사온도 정보, 외부에서 입력되는 다양한 초기정보, 복사온도계의 교정함수를 기초로 하여 복사온도를 최종적으로 계산하며, 모듈화된 유닛을 형성하는 주신호처리장치와, 상기 주신호처리장치에 연계되고, 상기 주신호처리장치에서 계산된 복사온도 정보를 사용자가 이용할수 있도록 다양한 형태의 신호로 변환시켜 출력시키기 위한 디스플레이부를 각각 모듈화된 유닛으로 포함하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사온도계 신호처리장치에 의해 달성될 수 있다.

이하 본 발명에 따른 복사온도계 신호처리장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복사 온도계 신호처리장치는 기본적으로 온도센서 또는 광검출센서에서 감지된 측정값이 입력되는 본체회로부(10)와, 그 본체회로부(10)와 원격인터페이스(long distance interface)적으로 연결되는 신호처리부(12)를 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본체회로부(10)는 기능 또는 작용별로 소단위 모듈로 구성되는 바, 특히 이들 각각의 소단위 기본 모듈들은 교체가 용이하고 신속하도록 설정된다. 보다 상세히 설명하면, 본체회로부(10)는 복사온도를 측정할 물체로부터 방사되는 복사에너지가 복사온도계의 광학계를 통해 집광되는 광검출소자(14)를 구비한다. 광검출소자(14)는 기본적으로 광신호를 전기신호로 변환시키는 역할을 하며, 이때 광검출소자(14)에서 변환되는 복사에너지에 대한 전기적인 에너지의 특성은 도 6a와 같은 그래프로 나타난다.

광검출소자(14)에는, 그곳에서 변환된 전기에너지를 증폭시키기 위한 신호증폭기(16)가 연계된다. 신호증폭기(16)에서 증폭되어 출력되는 증폭신호의 복사온도에 대한 신호출력의 특성이 도 6b와 같은 그래프로 나타난다. 여기서, 복사온도에 대한 신호 출력특성은 비선형의 지수함수를 나타낸다.

신호 증폭기(16)에는, 그로부터 출력되는 비선형의 지수함수를 선형함수로 변환시키기 위한 신호 선형화장치(18)가 연계된다. 이 신호 선형화장치(18)에서 지수함수가 선형함수로 변환되어 출력될 때의 출력특성은 도 6c와 같이 그래프로 나타날 수 있다.

그리고, 신호 선형화장치(18)에는 그로부터 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기(A/D converter)(20)가 연계된다. A/D 변환기(20)에서 변환된 디지털신호는 예컨대, RS485라 칭하는 통신포트를 통해 메인유닛, 즉, 상세히 후술되는 복사온도계 신호처리부(12)로 전송된다.

또한, 본체 회로부(10)에는 상기와 같은 모듈화된 유닛외에 다양하고 필요한 모듈을 포함한다. 예컨대, 그 복사온도계의 본체 회로부(10)에 해당하는 광학계를 측정 대상물체에 정확히 정렬시키기 위한 레이저 전원 공급장치(22)를 구비한다. 그리고, 본체 회로부(10)의 내부에는 그것의 내부온도 또는 광검출회로의 내부온도를 감지하여 온도에 따른 광검출소자(14)의 특성변화를 보상하기 위한 온도센서(24)가 설치된다. 그 온도센서(24)는 접촉식 반도체형으로 형성되며, 선택적으로 본체회로부(10)의 내부온도 감시용으로 사용될 수 있다. 또한, 본체회로부(10)는 외부에서 전원공급원으로부터 본체회로부(10)의 내부로 공급되는 전원을 실제로 그 본체회로부(10)에서 필요한 적정한 전원으로 변환시킴은 물론 외부전원의 작은 변동에도 일정한 형태의 안정적인 전원을 공급하기 위한 전원변환 및 안정화 장치(26)를 구비한다. 선택적으로, 본체회로부(10)에는 디지털신호를 제어하기위해 한 개의 칩(chip)형으로 형성될 수 있는 마이컴이 부가적으로 설치될 수 있다.

상술된 바와 같이 구성된 본체회로부(10)에 원격 인터페이스적으로 연결된 신호처리부(12)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각 기능별로 모듈화되어 구성된 주신호처리장치(28)와 디스플레이부(30)를 포함한다. 여기서,주신호처리장치(28)는 본체회로부(10)에서 전송되는 복사온도에 대한 정보, 외부에서 입력되는 다양한 초기정보, 복사온도계의 교정함수 등을 기초로 하여 실제적인 복사온도를 최종적으로 계산하는 역할을 한다. 물론, 주신호처리장치(28)는 기본적으로, 아날로그 입/출력회로, 아날로그/디지털 변환기, 제 1중앙처리장치, 저장소, 키패드, 전원회로 등을 필수적으로 구비하고 있다. 이와 같은 기본적인 구성요소들의 구성 및 기능은 널리 공지되어 있으므로, 본 실시예에서는 명확성을 위해 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

또한, 주신호처리장치(28)와는 별도로 모듈화되어 그 주신호처리장치에 연계되는 디스플레이부(30)는, 주신호처리장치(28)에서 계산된 복사온도 정보를 사용자가 이용할 수 있는 다양한 형태의 신호로 변환시키며, 다양하게 변환된 신호를 최종적으로 출력하는 신호 인터페이서를 전담하도록 구성된다. 이와 같은 역할을 수행하기 위해 디스플레이부(30)에는 기본적이고 필수적으로, 주신호처리장치(28)의 제 1중앙처리장치에 연결되는 제 2중앙처리장치, 디지털/아날로그 변환기, 아날로그 출력회로, 수신/발신회로, 선택 스위치, 표시창, 등 다양한 구성요소가 상호 연계적으로 구성된다. 물론, 이와 같은 기본적인 구성요소들의 구성 및 기능 또한 널리 공지되어 있으므로, 본 실시예에서는 명확성을 위해 상세한 설명은 생략한다.

선택적으로, 본 발명에 따른 복사온도계 신호 처리장치의 본체회로부(10)와 신호처리부(12)는, 예컨대 1㎞ 이상의 원거리에서도 안정적인 신호전송이 가능하도록 일명 RS485통신포트를 이용하는 디지털 신호전송 방식을 채택하고 있다.

본 발명에 따른 복사온도계 처리장치의 작용모드에 대해 개략적으로 설명하면, 먼저 측정자가 광검출소자(14)를 온도 측정대상물체에 근접시키거나 그 물체를 향하게 하면 그 물체로부터 발산되는 복사에너지가 광검출기(14)에 집광된다. 이와 같이 집광된 광신호는 전기신호로 변환되어 신호증폭기(16)에서 증폭된다. 이후, 증폭된 전기신호는 신호 선형화장치(18)에 의해 지수함수에서 선형함수로 변환된다. 또한, 선형함수로 변환된 아날로그 전기신호는 아날로그/디지털 변환기(A/D converter)(20)에 의해 디지털 신호로 변환되며, 이와 같이 변환된 디지털 신호는 RS485 통신포트를 통해 복사온도계 신호처리부(12)로 전송된다. 물론, 본체 회로부(10)에는 레이저 전원 공급장치(22)가 구비되어 있으므로 광학계, 즉, 광학소자를 온도를 측정할 측정물체에 정확히 정렬시킬 수 있으며, 온도센서(24)를 구비하고 있으므로 광검출회로의 내부온도를 감지하여 온도에 따른 광검출소자(14)의 특성변화를 보상할 수 있음은 물론 내부온도를 감시할 수 있으며, 전원변환 및 안정화 장치(26)가 구비되어 있으므로 본체회로부(10)의 내부로 공급되는 전원을 적정한 전원으로 변환시킴은 물론 외부전원의 작은 변동에도 일정한 형태의 안정적인 전원을 공급할 수 있다. 또한, 별도의 마이컴이 구비될 수 있어 디지털신호 자체를 제어할 수 있다.

상술된 바와 같이 본체회로부(10)에서 출력되는 디지털 신호는 원격 인터페이스적으로 연결된 신호처리부(12)의 주신호처리장치(28)로 입력된다. 물론, 주신호처리장치(28)에는 본체회로부(10)로부터의 복사온도에 대한 정보뿐 아니라 외부에서 입력되는 다양한 초기정보, 복사온도계의 교정함수 등이 입력된다. 이와 같이 주신호처리장치(28)에 입력되는 정보 및 함수들은, 그 주신호처리장치(28)에 구비된 아날로그 입/출력회로, 아날로그/디지털 변환기, 제 1중앙처리장치, 저장소, 키패드, 전원회로 등에 의해 복사온도가 최종적으로 계산된다.

이와 같이 게산된 복사온도는 다시 디스플레이부(30)에 입력되어 그 디스플레이부(30)에 구비된 제 2중앙처리장치, 디지털/아날로그 변환기, 아날로그 출력회로, 수신/발신회로, 선택 스위치, 표시창, 등 다양한 구성요소에 의해 외부로 표시되거나 출력됨으로써, 측정자가 이를 인식하거나 이용할 수 있는 것이다.

특히, 복사온도계에 설정된 측온대역이 변경되는 경우에는 광검출소자 와 이에 대응하는 신호증폭기에 해당하는 모듈만 변경시키면 되므로 그 활용도가 증가되는 것이다. 또한, 복사온도계의 사용중 고장이 발생하거나 또는 부품의 교체가 필요한 경우에는 해당부분의 모듈만을 분해하여 수리하거나 교체하여 신속하게 재사용할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 복사온도계 신호처리장치에 의하면, 신호처리장치를 구분 가능한 기능을 중심으로 소단위로 모듈화 함으로써 문제가 발생할 경우 신호처리장치 전체를 교체할 필요없이 해당부분의 모듈화된 회로만을 수리하거나 교체하여 사용할 수 있으므로 수리시간 및 수리비용이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 측온대역이 다른 경우에는 광검출소자와 신호증폭장치에 해당하는 모듈만을 적절하게 교체하고 다른 신호처리장치는 그대로 이용할 수 있으므로 하나의 신호처리장치만으로도 다양한 측온대역을 갖는 물체의 복사온도를 정확하게 측정할수 있어 호환성 및 활용성이 향상되는 장점이 있다.

더욱이, 원격위치에서 디지털신호를 이용하여 물체의 복사온도를 측정할 수 있으므로 측정의 안정성이 증대되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 물체의 온도를 원거리에서 측정할 수 있는 복사온도계 신호처리장치에 있어서,

   온도를 측정할 물체로부터 방사되는 복사에너지를 집광하여 광신호를 전기신호로 변환시키기 위한 광검출소자(14)와, 상기 광검출소자(14)에서 변환된 전기에너지를 증폭시키기 위한 신호증폭기(16)와, 상기 신호 증폭기(16)에서 출력되는 비선형의 지수함수를 선형함수로 변환시키기 위한 신호 선형화장치(18)와, 상기 신호 선형화장치(18)로부터 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지털 변환기(A/D converter)(20)와, 상기 A/D 변환기(20)에서 변환된 디지털신호를 출력시키기 위한 통신포트를 각각 모듈화된 유닛으로 포함하는 본체회로부(10); 및

   상기 본체회로부(10)에 원격적으로 연계되고, 상기 본체회로부로부터 출력되는 복사온도 정보, 외부에서 입력되는 다양한 초기정보, 복사온도계의 교정함수를 기초로 하여 복사온도를 최종적으로 계산하며, 모듈화된 유닛을 형성하는 주신호처리장치(28)와, 상기 주신호처리장치(28)에 연계되고, 상기 주신호처리장치(28)에서 계산된 복사온도 정보를 사용자가 이용할수 있도록 다양한 형태의 신호로 변환시켜 출력시키기 위한 디스플레이부(30)를 각각 모듈화된 유닛으로 포함하는 신호처리부(12);를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사온도계 신호처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 본체회로부(10)는 상기 광검출소자를 온도측정대상물체에 정렬시키기 위한 레이저 전원 공급장치(22)와, 광검출회로의 내부온도를 감지하여 온도에 따른 광검출소자(14)의 특성변화를 보상하기 위한 온도센서(24)와, 외부의 전원공급원으로부터 본체회로부(10)의 내부로 공급되는 전원을 안정적인 전원으로 변환시키기 위한 전원변환 및 안정화 장치(26)를 각각 모듈화된 유닛으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사온도계 신호처리장치.