KR20040087976A - Non-dispersive Infrared Gas Analyzer of Opened Type - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대기중 특정 가스의 농도를 측정하기 위한 비분산 적외선 가스 측정장치(Non-dispersive Infrared Gas Analyzer: NDIR)와 관련한 것으로서, 구체적으로는, 기존의 NDIR과 달리 별도의 시료채취 또는 시료의 유도 작업 없이 자연 상태 그대로에서 가스의 농도를 측정할 수 있는, 적외선 가스 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-dispersive infrared gas analyzer (NDIR) for measuring the concentration of a specific gas in the atmosphere, and specifically, unlike conventional NDIR, separate sampling or induction of a sample The present invention relates to an infrared gas measuring device capable of measuring the concentration of gas in its natural state without work.
적외선(Infra Red Radiation)은 가시광선보다 파장이 길어 0.75㎛-1mm의 범위에 속하는 전자기파를 말하는 것으로서, 이중 파장 0.75-2.5㎛의 것을 근적외선, 2.5-25㎛의 것을 보통(중간)적외선이라 하며, 25㎛ 이상의 것을 원적외선이라 하는데, 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열을 발산하기 때문에 열선이라 불리우기도 한다.Infra Red Radiation refers to electromagnetic waves in the range of 0.75㎛-1mm because the wavelength is longer than visible light. Dual Infrared 0.75-2.5㎛ is near-infrared and 2.5-25㎛ is called Infrared. Far infrared rays are called far infrared rays, which are called heat rays because they radiate stronger heat than visible or ultraviolet rays.
적외선이 이렇게 강한 열효과를 가지고 있는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문으로서, 이는 물질에 적외선이 부딪치면 전자기적 공진현상을 일으켜 광파의 에너지가 효과적으로 흡수되기 때문인 것으로 알려져 있다.Infrared rays have such a strong thermal effect because the frequency of the infrared rays is about the same as the natural frequency of the molecules constituting the substance, which causes electromagnetic resonance when the substance hits the substance, resulting in light waves energy. It is known that is effectively absorbed.
특히, 액체나 기체 상태의 물질은 각각의 물질마다 특유한 파장의 적외선을강하게 흡수하는 성질이 있기 때문에 이 흡수스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성, 반응과정 또는 분자구조를 정밀하게 추정하는 수단으로 사용하는데, 이것을 적외선 분광분석이라 하며, NDIR은 이와 같은 적외선의 특성을 이용하여 시료중 특정 가스의 농도를 분석하는 정량분석 기기이다.In particular, liquid or gaseous substances have a property of strongly absorbing infrared rays of a specific wavelength, and thus the absorption spectrum is used to accurately estimate the chemical composition, reaction process or molecular structure of the substance. This is called infrared spectroscopy, and NDIR is a quantitative analysis device that analyzes the concentration of a specific gas in a sample by using the infrared characteristic.
이와 같은 NDIR은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 시험 가스를 통과하여 적외선을 방사하기 위한 적외선 광원(1), 시험 가스를 통과한 적외선중 특정 파장대의 것만을 선택적으로 감지하여 광량을 측정하기 위한 센서(2)와, 광원으로부터 방사되어 시험 가스를 통과한 후 센서에 도착하는 광이 기기 외부로 산란 또는 분산되는 것을 방지하기 위한 도파관(3)을 필수구성요소로 하여 구성된다.As illustrated in FIG. 1, the NDIR is an infrared light source 1 for emitting infrared rays through a test gas, and a sensor for selectively detecting only a specific wavelength band among infrared rays passing through the test gas to measure light quantity. (2) and a waveguide 3 for preventing scattering or dispersion of light arriving at the sensor after passing through the test gas after being emitted from the light source is an essential component.
여기서, 상기 광원(1)은 적외선을 방사할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 텅스텐, 글로버, 네른스트글로어, 원적외용 고압수은등, 또는 적외레이저 등의 광 소스중에서 선택되는 것이 일반적이고, 상기 센서(2)에는 목적하는 파장대의 적외선만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 밴드패스필터(미도시)가 구비된다.Herein, the light source 1 may be used as long as it can emit infrared rays, but it is generally selected from light sources such as tungsten, glover, nernst gloger, far infrared high pressure mercury lamp, or infrared laser. The sensor 2 is provided with a band pass filter (not shown) capable of selectively transmitting only infrared rays of a desired wavelength band.
이밖에, 일반적인 NDIR 분석기기에는 감지된 적외선의 흡수량을 검출하여 출력하기 위한 신호증폭 출력단, 특정 가스만을 통과시키고 수분을 제거하기 위한 필터 또는 멤브레인 막, 필요시 특정 가스를 도입하기 위한 밸브류들 및 이상의 장치들을 측정 공정에 맞게 제어하기 위한 제어부 등 기타 부속 장치들이 부가적으로 구비된다.In addition, a typical NDIR analyzer includes a signal amplifying output stage for detecting and outputting the absorbed amount of infrared rays, a filter or membrane membrane for passing only a specific gas and removing moisture, valves for introducing a specific gas, if necessary, and Other accessory devices such as a control unit for additionally controlling the above devices in accordance with the measurement process are additionally provided.
도 1에 나타낸 1광원 1센서 형태 NDIR의 경우, 하나의 광원에서 방사되는 적외선을 각각 서로 다른 파장, 즉 1개의 목적 가스 흡수파장과 1개의 목적 가스 미흡수 파장을 선택적으로 각각 필터링하는 2개의 밴드패스필터를 이용하여 개별적으로 측정함으로써, 미흡수 파장의 광흡수율을 영점으로 하고 흡수파장의 광흡수율을 비교하여 시료중 목적 가스의 함량을 정량분석하게 된다.In the case of the one-light source-one sensor type NDIR shown in FIG. 1, two bands selectively filtering infrared rays emitted from one light source, respectively, at different wavelengths, that is, one target gas absorption wavelength and one target gas non-absorption wavelength, respectively. By individually measuring by using a pass filter, the light absorption rate of the non-absorbed wavelength is set to zero and the light absorption rate of the absorption wavelength is compared to quantitatively analyze the content of the target gas in the sample.
이밖에, NDIR은 광원과 센서의 적용 형태에 따라, 1개의 광원에 서로 다른 2개의 파장을 필터링하는 밴드패스필터가 각각 구비된 2개의 센서를 적용하여 상기 도 1의 기기와 동일한 분석을 수행하는 Dual beam sensor 타입, 2개의 광원을 각각 서로 다른 거리에 설치하여 교대로 점등하면서 거리 차이에 따른 흡수율의 차이를 계산하여 목적 가스의 함량을 측정하는 Dual source 타입, 및 가장 간단하게는 1개의 광원과 목적 가스에 대한 흡수율이 가장 높은 파장대의 광만을 필터링하는 밴드패스필터를 장착한 센서를 구비하여 사용하는 Single sensor 타입 등으로 구분할 수 있다.In addition, NDIR applies two sensors each equipped with a band pass filter for filtering two different wavelengths in one light source to perform the same analysis as the apparatus of FIG. Dual beam sensor type, two light sources are installed at different distances and lighted alternately to calculate the difference in absorption rate according to the distance difference, dual source type to measure the target gas content, and most simply one light source and It can be classified into a single sensor type and the like equipped with a sensor equipped with a band pass filter for filtering only the light of the wavelength band having the highest absorption rate for the target gas.
그러나, 지금까지 이와 같이 사용되는 모든 NDIR의 공통점은, 광원으로부터 발생하는 광의 진행을 안내하는 도파관을 필수 구성요소로서 필요로 함으로써, 기기의 구성을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 잦은 고장이나 파손에 의한 기능 저하의 염려가 있으며, 가격을 상승시키고, 근본적으로 시료를 채취하는 시료채취 공정 또는 또 다른 장치에 의한 시료 유입 공정이나 이에 따른 필터 등 부속장치를 필요로 함으로써, 구조가 복잡하고 통의 내부와 외부의 교류가 원활하지 않아 온도차가 발생하기 쉽고 이로 인해 결로가 발생할 수 있으며, 이러한 결로의 발생은 측정치의 심각한 오차로 이어질 수 있다는 단점을 가지게 된다.However, all of the NDIRs used in this way up to now have a waveguide that guides the progress of light generated from a light source as an essential component, which not only complicates the construction of the device but also functions by frequent failures or breakages. There is a fear of deterioration, the price is increased, and the structure is complicated and the internal and external parts of the barrel are complicated by requiring a sampling process for collecting a sample or a sample inflow process by another device, or an accompanying device such as a filter. Due to the lack of smooth exchange of temperature, it is easy to cause a temperature difference, and condensation may occur due to this, and the occurrence of such condensation may lead to serious error of the measured value.
사실, NDIR의 문제점을 극복하고 그 성능을 향상시키고자 하는 시도는 특허/실용신안 상의 선행기술에서도 종종 찾아볼 수 있는데, 예를 들어, 대한민국 특허등록 제0232166호에 보면, 기존의 열 방식이 아닌 화합물 반도체 적외선 발광다이오드를 광원으로 사용하고 양자형 적외선 감지기 대신 써모파일(Thermopile) 적외선 감지기를 사용함으로써 부가장치인 쵸핑 셔터와 냉각기를 필요로 하지 않도록 구성된 이산화탄소 가스 검출기에 대해 개시된 바 있다.In fact, attempts to overcome the problems of NDIR and improve its performance are often found in prior art in patents / utility models. For example, in Korean Patent Registration No. 0232166, it is not a conventional thermal method. By using a compound semiconductor infrared light emitting diode as a light source and using a thermopile infrared detector instead of a quantum infrared detector, a carbon dioxide gas detector configured to eliminate the need for an additional device, a chopping shutter and a cooler, has been disclosed.
또한, 대한민국 특허공개 제1997-7001341호에 보면, 대역통과필터 DPO를 사용하여 광검출기를 광원 및 가스로부터 열적으로 이격시키고, 센서를 반도체 물질로 제조하여 소스 드라이버 및 신호처리전자장치를 직접 추가할 수 있도록 구성되며, 가스투과막을 적용하여 연기 및 먼지 입자의 진입을 방지할 수 있도록 구성된 NDIR 가스 센서에 대해 개시된 바도 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 1997-7001341 discloses that a bandpass filter DPO is used to thermally separate a photodetector from a light source and a gas, and a sensor may be made of a semiconductor material to directly add a source driver and a signal processing electronic device. It is also disclosed for the NDIR gas sensor is configured to be able to, and configured to prevent the entry of smoke and dust particles by applying a gas permeable membrane.
또한, 미국특허 제5,060,508호에는 도파로에 다수의 미세 구멍을 뚫어 기체가 유입될 수 있도록 구성한 가스 분석기용 챔버에 대해 개시된 바 있다.In addition, US Patent No. 5,060,508 discloses a gas analyzer chamber configured to allow a gas to flow through a plurality of fine holes in the waveguide.
또한, 미국특허 제5,341,214호에는 광원에서 방사된 적외선을 도파관의 측면에 반사시켜 광의 경로를 최대한 연장시키고자 한 시도에 대해 개시된 바 있으며, 미국특허 제6,469,303호에는 적외선을 센서의 반대 방향으로 방사시킨 후 반사시킴으로써 역시 광의 경로를 최대한 연장시키고자 한 시도가 개시된 바 있고, 미국특허 제5,340,986호에는 광원을 센서와 동일한 측단에 구비하여 적외선을 방사한 후 반대 측단을 이용 반사시켜 센서에 입사하도록 구성함으로써 광 경로를 2배로 연장시키고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.In addition, U. S. Patent No. 5,341, 214 discloses an attempt to maximize the path of light by reflecting the infrared light emitted from the light source to the side of the waveguide. Attempts have been made to extend the path of light as much as possible by post-reflection, and U.S. Patent No. 5,340,986 is provided with a light source at the same side as the sensor to emit infrared rays and then reflect the light using the opposite side to enter the sensor. Attempts have been made to extend the light path twice.
이밖에, 미국특허 제5,163,332호, 5,747,808호, 6,255,653호, 6,410,918호에 보면 Semipermeable Membrane을 사용하여 먼지나 이물질은 통과하지 못하고 기체상 물질만이 통과하도록 도파관을 구성한 시도들이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,222,389호에는 역시 Semipermeable Membrane을 사용하여 먼지와 이물질을 차단하고 히터를 적용하여 도파관에 결로가 발생하는 것을 방지하고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.In addition, U.S. Patent Nos. 5,163,332, 5,747,808, 6,255,653, 6,410,918 disclose attempts to construct waveguides using semipermeable membranes to pass only gaseous materials without passing dirt or foreign matter. 5,222,389 also discloses an attempt to prevent dust from condensation in the waveguide by using a semipermeable membrane to block dust and debris and to apply a heater.
이상과 같은 선행기술들의 동향을 그 기술적 목적 위주로 살펴보면, 도파로를 적용함으로써 근본적으로 외부 잡 가스로부터 측정 광학계를 분리하거나, 분리된 광학계 내부를 거울같이 처리하여 광 경로를 연장하거나, 광학계의 반사면에 이물질의 부착이나 유입을 방지하기 위한 필터를 부착하거나, 반사면의 반사율을 장기간 유지하고자 하거나, 도파로 내부에 목적 가스가 함유된 공기는 유입하면서도 습기의 유입은 방지하거나, 습기가 일부 유입되었을 때 결로 생성을 방지하고자 광학계를 구성한 통을 가열하거나 하는 등의 기술에 대부분의 노력을 기울이고 있는 것을 알 수 있다.Looking at the trends of the prior arts based on the technical purpose, the waveguide is applied to fundamentally separate the measuring optical system from the external job gas, or to treat the inside of the separated optical system like a mirror to extend the optical path or to reflect the optical system. Attach a filter to prevent the adhesion or ingress of foreign matter, maintain the reflectivity of the reflecting surface for a long time, prevent the inflow of moisture while introducing air containing the target gas inside the waveguide, or condensation It can be seen that most of the efforts have been made in techniques such as heating the barrel constituting the optical system to prevent generation.
이와 같은 선행기술들의 공통점은, 모두 도파로를 구비하고, 그 내부에서의 광의 경로를 최대한 연장시키거나, 먼지나 이물질의 유입 또는 결로 발생에 의해 측정치에 오차가 발생하는 것을 방지하거나 하는 등의 도파로 관련 기술, 즉, 센서의 검측에 충분한 광량을 확보하기 위하여 도파로를 구비하고, 목적 가스에 의한 충분한 광흡수량을 확보하기 위하여 도파로 내에서의 경로를 최대한 연장하며, 측정치의 오차를 최대한 줄이기 위하여 도파로 내부로의 먼지나 이물질의 유입 또는결로의 발생을 방지하는 기술에 관한 것이라고 할 수 있다.Common to these prior arts is that they all have a waveguide, which extends the path of light therein as much as possible, or prevents errors from occurring due to inflow of dust or foreign matter or condensation. In other words, the waveguide is provided to secure a sufficient amount of light to detect the sensor, and the path within the waveguide is extended to maximize the amount of light absorption by the target gas, and the inside of the waveguide is reduced to minimize the error of the measured value. It can be said to be a technology to prevent the inflow of dust or foreign matter or condensation.
즉, 기기를 비분산형으로 하기 위하여 광원 및 센서와 함께 도파관을 필수 구성요소로 한 결과 이에 따른 도파관의 유지, 성능향상 등과 관련한 기술들이 발달한 것이라고 할 수 있는데, 구체적으로는, 시료 채취 또는 격리에 의한 상기한 바와 같은 문제점에도 불구하고 광원의 광 방사능과 센서 감지능의 한계를 극복하기 위하여 도파관을 도입, 광원에서 방사되는 적외선이 분산되지 않고 최대한 많은 양 측정에 이용될 수 있도록 함과 동시에, 도파관 내에서의 광의 유효 기능을 최대한 활용하고 센서가 감지할 수 있는 광량을 최대한으로 하고자 한 것으로 풀이될 수 있다.In other words, as a result of using waveguide as an essential component together with a light source and a sensor in order to make the device non-distributed, technologies related to waveguide maintenance and performance improvement have been developed. Despite the problems as described above, the waveguide is introduced to overcome the limitations of the light radiation and the sensor detectability of the light source so that the infrared radiation emitted from the light source can be used for the maximum amount of measurement without being dispersed. It can be interpreted to make the best use of the effective function of the light in the inside and to maximize the amount of light that the sensor can detect.
이와 같은 도파관, 또는 도파관 역할을 하는 밀봉된 통의 존재는 과거 가스분석기기에서 필요한 가스만을 분석하기 위해 사용하던 것이었으나 대기중 특정 가스의 양을 측정하는 분석기기에도 그대로 습관적으로 답습되어 내려온 면도 있었다.The existence of such a waveguide, or a sealed canister acting as a waveguide, was used in the past to analyze only the gas required by a gas analyzer, but it was customarily followed by an analyzer that measures the amount of a specific gas in the atmosphere. .
그러나, 근래 각종 광원 및 센서 관련 기술이 발달하여 그 성능이 과거와는 비교할 수 없을 정도로 향상된 상황에서 이와 같이 많은 문제점을 가지며 복잡한 주변 기술을 필요로 하는 기존의 도파관 이용 비분산형 NDIR의 근본 구성은 재고해야 할 시점이 되었다고 할 수 있다.However, with the development of various light source and sensor related technologies in recent years, its performance has been improved to the extent that it cannot be compared with the past, and the fundamental configuration of the existing waveguide non-dispersion type NDIR requiring complex peripheral technology is reconsidered. It's time to do it.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하고자 하는 것으로서, 그목적은, 도파관과 관련한 각종 기기의 구성이 필요하지 않아서 잦은 고장이나 파손에 의한 기능 저하의 염려가 없을 뿐만 아니라 가격이 저렴하며, 측정을 위한 시료의 채취 또는 유입 공정을 필요로 하지 않아서 측정된 수치가 실제 목적 가스의 농도에 더 가깝게 계산될 수 있고, 광 경로의 연장, 먼지/이물질의 도파관 내로의 유입 및 습기 방지 등을 위한 주변 기술을 필요로 하지 않는, 새로운 적외선 이용 가스 분석장치를 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to overcome the problems of the prior art, the purpose is that the configuration of the various equipment related to the waveguide is not necessary, there is no fear of functional degradation due to frequent failures or breakage, as well as low cost, measurement The measured values can be calculated closer to the actual concentration of the target gas, without the need for sampling or inflow processes for the purpose, and for the purpose of extending the optical path, introducing dust / foreign material into the waveguide and preventing moisture, etc. It is to provide a new infrared gas analyzer which does not require technology.
이를 위한 본 발명은, 센서 방향으로 적외선을 방사하는 광원; 및 밴드패스필터를 구비함으로써 광원으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서; 및 광원과 센서 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역을 포함하여 구성되는, 비분산형 적외선 가스 측정장치를 제공하는 것으로 이루어진다.The present invention for this purpose, the light source for emitting infrared radiation toward the sensor; And a sensor configured to measure an amount of infrared rays of a specific wavelength which is radiated from the light source by the band pass filter and partially absorbed by a specific gas on the path, and configured to face the light source at a predetermined interval. And a light absorbing area spaced apart from the light source and the sensor, the light absorbing area serving as an optical absorber for accommodating the atmosphere to be measured and providing a path through which light travels. Consisting of providing a device.
도 1은 일반적인 비분산형 적외선 가스 분석기의 구성을 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing the configuration of a general non-dispersive infrared gas analyzer;
도 2는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치의 기본적인 구성을 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing the basic configuration of the present invention non-dispersive infrared gas measuring device;
도 3은 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도,3 is a cross-sectional view showing a non-dispersion type infrared gas measuring device of the present invention in which the light source is sealed.
도 4는 센서가 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도,4 is a cross-sectional view showing a non-dispersion type infrared gas measuring device of the present invention in which the sensor is sealed.
도 5는 센서와 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view of the non-dispersion type infrared gas measuring device of the present invention in which the sensor and the light source are sealed.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10: 광원 20: 센서10: light source 20: sensor
30: 흡광구역 40: 광원캡30: absorption zone 40: light source cap
41, 51: 반사경 42, 52: 투과창41, 51: reflectors 42, 52: transmission window
50: 센서캡50: sensor cap
본 발명은 별도의 시료채취 또는 시료의 유도 작업 없이 자연 상태 그대로에서 대기중 특정 가스의 농도를 측정할 수 있는 적외선 가스 측정장치에 관한 것으로서, 구체적으로는, 종래 비분산형 적외선 가스 측정장치(Non-dispersive Infrared Gas Analyzer: NDIR)에서 필수 구성요소로 사용해오던 도파관을 구성하지 않음으로써, 도파관의 성능 향상 또는 도파관 주변 기기와 관련한 기술상의 요구를충족시키지 않아도 되도록 구성된, 비분산형 적외선 가스 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared gas measuring device capable of measuring the concentration of a specific gas in the air in its natural state without a separate sampling or induction of the sample, specifically, a conventional non-dispersive infrared gas measuring device (Non- Dispersive Infrared Gas Analyzer (NDIR) is a non-dispersive infrared gas measurement device that is configured so that it is not necessary to meet the technical requirements related to waveguide performance or waveguide peripherals by not constructing the waveguide used as an essential component. .
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치의 기본적인 구성을 나타내는 단면도이고, 도 3은 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이며, 도 4는 센서가 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이고, 도 5는 센서와 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the basic configuration of the non-dispersion type infrared gas measuring device of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing the non-dispersion type infrared gas measuring device of the present invention is configured in a sealed light source, Figure 4 is a sensor is sealed It is sectional drawing which shows this invention non-dispersion type infrared gas measuring apparatus comprised in the form, FIG. 5 is sectional drawing which shows this invention non-dispersion type infrared gas measuring apparatus which is comprised in the form which the sensor and the light source were sealed.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1실시예로서, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 도파관 없이, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 및 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서(20)만을 필수구성요소로 하여 이루어지는 간단한 구성을 가진다.As shown in Fig. 2, as a first embodiment of the present invention, an open non-dispersive infrared gas measuring device includes: a light source 10 emitting infrared light toward a sensor 20 without a waveguide; And a sensor 20 configured to measure an amount of infrared rays of a specific wavelength which is radiated from the light source 10 and reached after being partially absorbed by a specific gas on the path, and is configured to face the light source 10 at regular intervals. It has a simple configuration consisting of essential components.
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 센서(20)의 전면 수광부에는 도달하는 적외선중 특정 파장만을 통과시킬 수 있는 밴드패스필터(미도시)가 구비된다.Herein, the infrared radiation light source 10 may be selected from tungsten, glover, nernst glover, high-pressure mercury lamp for far infrared rays or infrared laser, and may pass only a specific wavelength among infrared rays reaching the front light receiving part of the sensor 20. A band pass filter (not shown) is provided.
이때, 종래 NDIR에서 도파관이 하던 역할, 즉 측정하고자 하는 대기 또는 혼합가스를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할은 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간인 흡광구역(30)에서 하게 된다.At this time, the role of the waveguide in the conventional NDIR, that is, the role of the optical absorber to accommodate the atmosphere or mixed gas to be measured and to provide a path through which light travels is spaced between the light source 10 and the sensor 20. In the light absorbing region 30 is a space to be formed.
이와 같이, 적외선을 방사하는 광원(10)과 센서(20)를 구비하고 광 경로에는 도파관 없이 개방된 흡광구역(30)만이 구비된 형태로 비분산형 적외선 가스 측정장치를 구성함으로써, 시료의 채취 또는 유입 등의 별도의 처리 과정 없이 특정 가스 농도를 측정을 요하는 공간의 상태 그대로 측정할 수 있게 되었다고 할 수 있다.As such, the non-dispersion type infrared gas measuring device is configured to include a light source 10 and a sensor 20 that emit infrared light, and an optical absorption path 30 is opened in the optical path without a waveguide. It can be said that the specific gas concentration can be measured as it is in the space requiring measurement without any additional processing such as inflow.
다른 실시예로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 및 광원(10)을 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원으로부터 방사되는 적외선을 집광하여 흡광구역(30)으로 반사하기 위한 반사경(41)과 반사경(41)에 의해 반사된 적외선을 투과하여 흡광구역(30)으로 통과시키는 투과창(42)이 구비되는 광원캡(40)을 포함하여 구성된다.As another embodiment, as shown in Figure 3, the open non-dispersion infrared gas measuring apparatus of the present invention, the light source 10 for emitting infrared radiation toward the sensor 20; It is provided with a band pass filter (not shown) for measuring the amount of infrared light emitted from the light source 10 and partially absorbed by a specific gas on the path and then reached, and spaced apart from the light source 10 at a predetermined interval. A sensor 20 configured; A space formed between the light source 10 and the sensor 20 spaced apart from each other, the light absorbing region 30 serving as an optical absorber for accommodating the atmosphere to be measured and providing a path through which light travels; And covering and sealing the light source 10 to protect it from the outside atmosphere. The infrared light reflected by the reflector 41 and the reflector 41 for collecting and reflecting the infrared light emitted from the light source to the light absorption zone 30 It is configured to include a light source cap 40 is provided with a transmission window 42 to pass through the light absorption zone (30).
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 광원캡(40)에 구비되는 반사경(41)은 광원(10)에 경사진 반구의 포물면으로 구성되고, 이에 따라 광원(10)은 센서(20) 방향이 아닌 반사경(41) 방향으로 광을 방사할 수 있도록 구성된다.Here, the infrared radiation light source 10 is preferably selected from tungsten, a glover, a nernst glover, a high-pressure mercury lamp for far infrared rays or an infrared laser, and the reflector 41 provided in the light source cap 40 is disposed on the light source 10. It consists of a parabolic surface of the photographic hemisphere, and thus the light source 10 is configured to emit light in the direction of the reflector 41 rather than the direction of the sensor 20.
투과창(42)의 재질은 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.The material of the transmission window 42 may be any material as long as it can pass infrared rays with high transmittance, but in order to prevent condensation, it is preferable to use polyethylene among plastic materials having low density, low thermal conductivity and low specific heat coefficient. Do.
한편, 이렇게 광원(10)을 보호하기 위하여 구성되는 광원캡(40) 내부에는 광원을 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.Meanwhile, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) may be filled in the light source cap 40 configured to protect the light source 10 to protect the light source from oxidative environments such as oxygen and moisture.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 및 센서(20)를 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)으로부터 방사되어 흡광구역(30)을 통과한 후 수광되는 적외선을 집광하여 센서(20)로 반사하기 위한 반사경(51)과 흡광구역(30)을 통과하여 수광되는 적외선을 투과하여 반사경(51)으로 유입시키는 투과창(52)이 구비되는 센서캡(50)을 포함하여 구성된다.As another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, an open non-dispersive infrared gas measuring device includes: a light source 10 emitting infrared light toward the sensor 20; It is provided with a band pass filter (not shown) for measuring the amount of infrared light emitted from the light source 10 and partially absorbed by a specific gas on the path and then reached, and spaced apart from the light source 10 at a predetermined interval. A sensor 20 configured; A space formed between the light source 10 and the sensor 20 spaced apart from each other, the light absorbing region 30 serving as an optical absorber for accommodating the atmosphere to be measured and providing a path through which light travels; And a cover 51 to protect the external atmosphere by covering and sealing the sensor 20. The reflector 51 for collecting and reflecting infrared rays emitted from the light source 10 and passing through the light absorbing region 30 to be received by the sensor 20. And a sensor cap 50 having a transmission window 52 for transmitting infrared rays received through the light absorption zone 30 to the reflecting mirror 51.
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 센서캡(50)에 구비되는 반사경(51)은 광원(10)에 경사진 거울면으로 구성되고, 이에 따라 센서(20)는 광원(10)과 마주보는 방향이 아닌 반사경(51) 방향으로부터 광을 감지할 수 있도록 구성된다.Herein, the infrared radiation light source 10 may be selected from tungsten, glover, nernst glover, high-pressure mercury lamp for far infrared rays or infrared laser, and the reflector 51 provided in the sensor cap 50 may be disposed on the light source 10. It is composed of a photo mirror surface, whereby the sensor 20 is configured to detect light from the direction of the reflector 51, not the direction facing the light source 10.
투과창(52)의 재질은, 상기 광원캡(40)의 경우와 마찬가지로, 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.The material of the transmission window 52, as in the case of the light source cap 40, may be used as long as it can pass infrared rays with a high transmittance, but in order to prevent condensation, the density is low, the thermal conductivity is low, and the specific heat It is preferable to use polyethylene among plastic materials with low modulus.
또한, 이렇게 센서(20)를 보호하기 위하여 구성되는 센서캡(50) 내부에는 센서(20)를 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.In addition, the sensor cap 50 configured to protect the sensor 20 may be filled with an inert gas such as nitrogen (N 2 ) to protect the sensor 20 from an oxidative environment such as oxygen and moisture.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 광원(10)을 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원으로부터 방사되는 적외선을 집광하여 흡광구역(30)으로 반사하기 위한 반사경(41)과 반사경(41)에 의해 반사된 적외선을 투과하여 흡광구역(30)으로 통과시키는 투과창(42)이 구비되는 광원캡(40); 및 센서(20)를 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)으로부터 방사되어 흡광구역(30)을 통과한 후 수광되는 적외선을 집광하여 센서(20)로 반사하기 위한 반사경(51)과 흡광구역(30)을 통과하여 수광되는 적외선을 투과하여 반사경(51)으로 유입시키는 투과창(52)이 구비되는 센서캡(50)을 포함하여 구성된다.As another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, an open non-dispersive infrared gas measuring device includes: a light source 10 emitting infrared light toward the sensor 20; It is provided with a band pass filter (not shown) to measure the amount of infrared rays emitted from the light source 10 and partially absorbed by a specific gas on the path and then reach a predetermined distance from the light source 10. Sensor 20; A space formed between the light source 10 and the sensor 20 spaced apart from each other, the light absorbing region 30 serving as an optical absorber for accommodating the atmosphere to be measured and providing a path through which light travels; By covering and sealing the light source 10 to protect it from the outside atmosphere, the infrared light reflected by the reflector 41 and the reflector 41 for collecting and reflecting the infrared rays emitted from the light source to the light absorption zone 30 are absorbed. A light source cap 40 having a transmission window 42 passing through the zone 30; And a cover 51 to protect the external atmosphere by covering and sealing the sensor 20. The reflector 51 for collecting and reflecting infrared rays emitted from the light source 10 and passing through the light absorbing region 30 to be received by the sensor 20. And a sensor cap 50 having a transmission window 52 for transmitting infrared rays received through the light absorption zone 30 to the reflecting mirror 51.
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 광원캡(40)에 구비되는 반사경(41)은 광원(10)에 경사진 반구의 포물면으로 구성되고, 이에 따라 광원(10)은 센서(20) 방향이 아닌 반사경(41) 방향으로 광을 방사할 수 있도록 구성된다.Here, the infrared radiation light source 10 is preferably selected from tungsten, a glover, a nernst glover, a high-pressure mercury lamp for far infrared rays or an infrared laser, and the reflector 41 provided in the light source cap 40 is disposed on the light source 10. It consists of a parabolic surface of the photographic hemisphere, and thus the light source 10 is configured to emit light in the direction of the reflector 41 rather than the direction of the sensor 20.
광원캡(40) 투과창(42)의 재질은 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.The material of the light source cap 40 and the transmission window 42 may be any material as long as it can pass infrared rays with high transmittance, but to prevent condensation, polyethylene is a plastic material having low density, low thermal conductivity, and low specific thermal coefficient. Preference is given to using.
또한, 이렇게 광원(10)을 보호하기 위하여 구성되는 광원캡(40) 내부에는 광원을 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.In addition, the light source cap 40 configured to protect the light source 10 may be filled with an inert gas such as nitrogen (N 2 ) to protect the light source from oxidative environments such as oxygen and moisture.
한편, 센서캡(50)에 구비되는 반사경(51)은 광원(10)에 경사진 거울면으로 구성되며, 이에 따라 센서(20)는 광원(10)과 마주보는 방향이 아닌 반사경(51) 방향으로부터 광을 감지할 수 있도록 구성된다.On the other hand, the reflector 51 provided in the sensor cap 50 is composed of a mirror surface inclined to the light source 10, so that the sensor 20 is not the direction facing the light source 10, but the reflector 51 direction It is configured to detect light from the.
센서캡(50) 투과창(52)의 재질은, 상기 광원캡(40)의 경우와 마찬가지로, 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.As the case of the light source cap 40, the material of the transmission cap 52 of the sensor cap 50 may be any material as long as it can pass infrared rays with a high transmittance, but the density is low to prevent condensation. It is preferable to use polyethylene among plastic materials having low thermal conductivity and low specific thermal coefficient.
또한, 이렇게 센서(20)를 보호하기 위하여 구성되는 센서캡(50) 내부에는 센서(20)를 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.In addition, the sensor cap 50 configured to protect the sensor 20 may be filled with an inert gas such as nitrogen (N 2 ) to protect the sensor 20 from an oxidative environment such as oxygen and moisture.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 비분산 적외선 가스 측정장치는, 상기한 바와 같은 1광원 1센서 타입, Dual beam sensor 타입, Dual source 타입, Single sensor 타입 등 어느 것으로 구성되어도 관계 없으나, 개방형이므로, 먼지, 이물질 등에 의한 광의 산란, 굴절 등의 효과와 이에 따른 측정치의 왜곡을 방지하기 위하여, 기준(Blank) 광을 흡수광과 동일한 조건으로 방사 및 수광하여 계측/비교하는 Dual beam sensor 타입을 사용하는 것이 바람직하다.The non-dispersion infrared gas measuring apparatus of the present invention configured as described above may be composed of any one light source, one sensor type, a dual beam sensor type, a dual source type, or a single sensor type as described above. In order to prevent scattering, refraction, etc. of the light caused by foreign matter, and distortion of the measured value, it is recommended to use a dual beam sensor type that emits and receives the standard light under the same conditions as the absorbed light, and measures / compares it. desirable.
즉, 본 발명 각 실시예의 개방형 비분산 적외선 측정장치를 특정 가스를 측정하고자 하는 공간에 그대로 놓고 장치를 작동시키면, 광원이 적외선을 방사하고, 방사된 적외선중 일부는 특정 가스에 흡수된 후 센서에 도달하며, 센서는 도달한 적외선중 특정 가스 흡수능이 우수한 파장과 특정 가스에 의해 거의 흡수되지 않는 파장의 적외선에 대해서 흡수능을 조사한 후, 이를 자동으로 비교/측정하여 공간중 특정 가스 함량을 계산함으로써 가동되는 형식의 측정 방법을 사용해야 하는 것이다.That is, when the open non-dispersive infrared measuring device of each embodiment of the present invention is operated in a space where a specific gas is to be measured and the device is operated, the light source emits infrared rays, and some of the emitted infrared rays are absorbed by the specific gas and then applied to the sensor. When the sensor arrives, the sensor checks the absorption capacity of the infrared rays whose wavelengths are excellent in absorbing specific gases and the wavelengths which are hardly absorbed by the specific gases, and automatically compares and measures them to calculate specific gas contents in the space. The method of measurement should be used.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 종래 사용되던 비분산형 적외선 측정장치(NDIR)과 달리, 도파관 및 그에 따른 부속 장치를 필요로 하지 않음으로써, 외부 잡 가스로부터 측정 광학계를 분리하거나, 분리된 광학계 내부를 적정하게 구성하여 광 경로를 연장하거나, 광학계에 먼지 또는 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 필터를 부착하거나, 반사면의 반사율을 장기간 유지하거나, 광학계 또는 측정계에 습기가 유입되는 것을 방지하거나, 유입된 습기에 의해 발생할 수 있는 결로 생성을 방지하기 위해 히터를 구성하거나 하는 등, 도파관 관련 주변 부속장치 또는 그의 유지/성능향상과 관련한 다양하고 복잡한 기술들을 필요로 하지 않게 되었다.The open-type non-dispersion infrared gas measuring device of the present invention configured as described above, unlike the non-dispersion-type infrared measuring device NDIR, which has been conventionally used, does not require a waveguide and an accompanying device, so that the measuring optical system can be measured from an external job gas. To extend the optical path by appropriately constructing the separated optical system, or to attach a filter to prevent dust or foreign matter from entering the optical system, to maintain the reflectivity of the reflective surface for a long time, or to obtain moisture in the optical or measuring system. Does not require a variety of complex techniques related to waveguide-related peripheral accessories or their maintenance / performance improvement, such as preventing heaters from entering or configuring heaters to prevent condensation that may be caused by the moisture entering. It became.
이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 및 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서(20); 및 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30)을 포함하여 구성되는, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치를 제공할 수 있게 되었다.By completing the present invention as described above, the light source 10 for emitting infrared radiation toward the sensor 20; And a band pass filter (not shown) for measuring the amount of infrared rays emitted from the light source 10 and partially absorbed by a specific gas on the path and then reaching the light source 10, and spaced apart from the light source 10 by a predetermined distance. A sensor 20 configured to face each other; And a light absorbing region 30 spaced apart from the light source 10 and the sensor 20, the light absorbing region 30 serving as an optical absorber for accommodating the atmosphere to be measured and providing a path through which light travels. It is possible to provide an open non-dispersion infrared gas measuring device configured to.
본 발명이 완성됨으로써, 도파관과 관련한 각종 기기의 구성이 필요하지 않아서 잦은 고장이나 파손에 의한 기능 저하의 염려가 없을 뿐만 아니라 가격이 저렴하며, 측정을 위한 시료의 채취 또는 유입 공정을 필요로 하지 않아서 측정된 수치가 실제 목적 가스의 농도에 더 가깝게 계산될 수 있고, 광 경로의 연장, 먼지/이물질의 도파관 내로의 유입 및 습기 방지 등을 위한 주변 기술을 필요로 하지 않는, 새로운 적외선 이용 가스 측정장치가 제공될 수 있게 된 것이다.By the completion of the present invention, there is no need for the configuration of various equipment related to the waveguide, there is no fear of functional degradation due to frequent breakdowns or damages, and the price is low, and it does not require a sample collection or inflow process for measurement. The new infrared measuring gas measuring device can be calculated closer to the actual concentration of the target gas and does not require peripheral technology for extending the optical path, introducing dust / foreign material into the waveguide and preventing moisture, etc. Can be provided.
Claims (7)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040069075A KR20040087976A (en) | 2004-08-31 | 2004-08-31 | Non-dispersive Infrared Gas Analyzer of Opened Type |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100852559B1 (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-18 | 대우조선해양 주식회사 | Measuring system for smoke measurement of ship |
| CN107917888A (en) * | 2017-10-18 | 2018-04-17 | 上海虬祺传感器科技有限公司 | A kind of diffusion type non-dispersive infrared gas sensor |
-
2004
- 2004-08-31 KR KR1020040069075A patent/KR20040087976A/en not_active Application Discontinuation
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