KR100694635B1 - 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서 - Google Patents

타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비분산 적외선 가스 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타원형의 곡면을 갖는 반사경을 제공하여, 광 공동의 구조를 단순하게 할 뿐만 아니라, 상기 광 공동 내부의 광 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 광센서로 도달되는 광량(光量)을 최대화할 수 있는 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서는, 적외선을 방사하는 광원과, 상기 광원에서 방사되어 광 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장 대의 적외선 광량을 측정하는 광센서와, 상기 광센서의 감지 신호를 증폭하여 디지털 신호로 바꾸어 주는 증폭 회로 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하여 구성된 비분산 적외선 가스 센서에 있어서,
상기 광원으로부터 방사된 적외선이 외부로 누출되거나 분산하지 않고 광센서에 도달할 수 있도록 타원형의 곡면을 갖도록 형성된 타원 돔형 반사경과; 상기 타원 돔형 반사경의 테두리를 따라 측면으로 연장된 평판 플랜지와, 상기 타원 돔형 반사경의 타 측에 광센서가 결합가능하도록 상부 결합부가 일체로 형성된 상판과; 상기 상판의 하부에 분리가능하게 결합하고 가운데에 다수의 공기 구멍이 형성된 타원 홈과, 상기 타원 홈의 장축방향 일 측에 광원이 삽입될 수 있도록 형성된 광원 고정홀과, 상기 타원 홈의 장축방향 타 측에 광센서가 결합가능하도록 형성된 하부 결합부와, 상기 타원 돔형 반사경에서 반사된 광을 집광하여 상기 광센서의 중심으로 반사시키는 타원 반사경과, 상기 안착부의 테두리를 따라 측면으로 연장된 절곡 플랜지가 일체로 형성된 하판 및; 상기 하판의 저면으로부터 일정 거리 이격되어 분리가능하게 결합하고, 상기 증폭 회로와 아날로그-디지털 변환기가 장착된 인쇄회로기판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
가스센서, 비분산, 이산화탄소, 반사경, 타원형, 돔형, 적외선

Description

타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서{NON-DISPERSIVE INFRARED GAS SENSOR WITH OVAL-SHAPED REFLECTOR}
도 1은 종래 기술에 따른 광 공동의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 광 공동의 비분산 적외선 특성을 보여주는 설명도,
도 3은 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서에 적용되는 타원 돔형 반사경을 보여주는 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 일 예를 보여주는 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 분해 사시도,
도 6은 도 4에 도시된 비분산 적외선 가스 센서의 평면도,
도 7은 도 4에 도시된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 A-A선의 단면도,
도 8은 도 4에 도시된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 B-B선의 단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서의 다른 실시 예를 보여주는 사시도와 분해 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서의 또 다른 실시 예를 보여주는 분해 사시도이다.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
1 : 비분산 적외선 가스 센서 5 : 인쇄회로기판
6 : 고정공 11 : 타원 돔형 반사경
12 : 광원 13 : 상판
14 : 광센서 15 : 하판
16 : 공기 구멍 18 : 광원 고정홀
20 : 광 공동 23 : 청소용 구멍
26 : 삽입홈 27 : 삽입돌부
29 : 스페이스돌부 33 : 타원 반사경
34(34a, 34b) : 광센서 결합부 35 : 평판 플랜지
37 : 수직 벽 38 : 타원 홈
43 : 절곡 플랜지 44 : 광원 고정부
48 : 센서 고정홀
본 발명은 비분산 적외선 가스 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타원형의 곡면을 갖는 반사경을 제공하여, 광 공동의 구조를 단순하게 할 뿐만 아니라, 상기 광 공동 내부의 광 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 광센서로 도달되는 광량(光量)을 최대화할 수 있는 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서에 관한 것이다.
적외선(Infra Red Radiation)은 파장이 0.75㎛~1mm 범위에 속하는 전자기파로서, 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열을 발산하기 때문에 열선이라고 한다. 적외선이 이렇게 강한 열 효과를 가지는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문이다. 이는 물질에 적외선이 부딪치면 전자기적 공진 현상을 일으켜 광파의 에너지가 효과적으로 흡수되기 때문인 것으로 알려져 있다.
특히, 액체나 기체 상태의 물질은 각각의 물질마다 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수하는 성질이 있기 때문에 이 흡수 스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성, 반응과정 또는 분자구조를 정밀하게 추정하는 수단으로 사용하는데, 이것을 적외선 분광분석이라 한다. 본 발명과 관련된 비분산 적외선(Non-Dispersive Infrared, NDIR) 가스 센서는 이와 같은 적외선의 특성을 이용하여 시료 중 특정 가스의 농도를 분석하는 정량분석 기기이다.
이와 같은 NDIR은, 시험 가스를 통과하도록 적외선을 방사하는 적외선 광원(Infared source)과, 시험 가스를 통과한 적외선 중 특정 파장 대의 것만을 선택적으로 감지하여 광량을 측정하기 위한 적외선 센서(IR Detector)와, 광원으로부터 방사된 적외선 광이 기기 외부로 누출되거나 산란 또는 분산되는 것을 방지하기 위하여 밀폐된 반사경을 광 공동(Optical Cavity)으로 구성된다.
특히, 광 공동은 광원에서 방사된 적외선이 광센서에 도달하기까지 특정 가스와 충돌하여 적외선이 흡수되는 광 통로 역할을 하는 것으로서, 적외선이 시험 가스를 통과하여 이동하는 광 경로가 길수록 목적하는 가스에 의한 흡수량이 커지고 그에 따라 광센서가 측정하는 측정치의 오차를 줄여 기기의 정밀도를 높일 수 있다. 따라서 동일 체적 또는 동일 길이의 광 공동에서 얼마나 적외선이 통과하는 광 경로를 길게 할 수 있느냐 하는 것이 비분산 적외선 가스 센서의 성능을 좌우한다.
따라서, 감지력이 우수한 비분산 적외선 가스 센서를 제공하기 위해서는 광 경로가 큰 광 공동을 만들거나 감지력이 우수한 적외선 센서를 사용하여야 한다. 최근에는 반도체 기술의 발달로 우수한 성능의 광센서들이 개발되어 광 공동에서 요구되는 광 경로의 길이도 많이 줄고 있다. 그러나 광센서(Thermopile IR sensor 혹은 Passive IR sencer)의 성능은 비용과 비례적으로 증가하는 것이 일반적이므로 추가 비용 없이 비분산 적외선 가스 센서의 측정 정밀도를 높이기 위해서는 여전히 광 경로를 길게 하는 것이 요구된다.
한편, 종래부터 한정된 광 공동 내에서 광 경로를 길게 하기 위한 다양한 방법들이 제시되었다. 예를 들어, 미국특허 제5,341,214호에는 광원에서 방출되는 광이 튜브형 광 도파관(Optical path tube) 내에서 다수의 반사를 일으켜 광 경로가 도파관의 물리적 길이보다 길어지는 기술을 제시되었다. 또한, 미국특허 제5,488,227호에서는 원통형 오목 반사경 내에 원주형 볼록 반사경을 설치하고, 내부의 볼록 반사경을 회전시켜 광 경로를 길게 하는 기술이 개시되었다.
그리고, 국제특허출원 PCT/SE97/01366(WO98/09152)에서는 세 개의 타원형 반사경을 배치하여 타원형의 광 공동을 형성하는 기술이 개시되었다. 또, 대한민국 등록특허 제10-494103호는 광 경로를 최대화하기 위하여 마주보는 2개의 오목 반사경으로 광 공동을 형성하는 기술이 제시되었다.
예를 들어, 도 1에서 보는 바와 같이, 종래 기술에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 대부분 두 개 또는 세 개의 오목한 반사경으로 광 공동을 구성하고, 광원에서 방사되는 평행 반사광을 마주보는 반사경 사이에서 다수 회 반사시켜 광 경로를 연장하는 기술이다. 따라서 동일 면적의 광 공동이라 하더라도 평행 반사광이 반사하는 횟수가 증가할수록 광 경로가 길어지기 때문에 목적하는 가스에 의한 특정 파장 대의 적외선의 흡수량이 커지고 그에 따라 광센서에서 측정되는 측정치의 오차를 줄여 기기의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
그러나, 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 종래 기술에 따른 비분산 적외선 가스 센서는, 마주보는 반사경 사이에서 평행 반사광을 다수 회 반복하여 반사하기 때문에 반사경 표면의 산란, 굴절 및 흡수에 의해서 광이 소멸하는 문제가 있었다. 특히, 광 공동의 반사경은 플라스틱 사출물에 금이나 은을 도금하여 이루어지는 것인데, 이러한 반사경은 적용된 금형기술, 사출성형기술 및 도금기술에 따라 그 표면이 거칠거나 곡면이 불규칙한 경우가 있을 뿐만 아니라 이물질에 의해 오염되는 경우가 많았다.
따라서, 불완전한 반사경 표면에 의한 광 손실은 광 경로의 길이가 증가할수록 즉, 반사 횟수가 많아질수록 커지기 때문에 정밀한 반사경을 만들기 위한 고급 금형기술이나 도금기술이 뒷받침되어야 한다. 그렇지 않으면 광 경로가 긴 광 공동에서 광센서가 측정에 이용할 수 있는 광량이 감소하여 측정 정밀도가 떨어지는 문제점이 발생한다.
그러므로 정밀도가 우수한 비분산 적외선 가스 센서를 제공하기 위해서는 광 경로를 길게 하는 것만으로 달성할 수 없고, 난반사, 굴절, 흡수 등에 의한 광 강도의 감소를 최소화할 수 있는 반사경이 제공되어야 한다. 즉, 종래 기술에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 두 개의 반사경이 서로 마주보도록 배치하고, 두 개의 반사경 사이에서 반복적으로 반사가 일어나도록 구성한 것인데, 이러한 종래의 반사경은 두 개 이상의 곡률로 이루어져 구조가 복잡할 뿐만 아니라 마주보는 반사경이 수직면을 형성하여야 하므로 사출 성형이 어렵게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 주된 목적은, 하나의 타원형의 곡면을 갖는 반사경을 제공하여 반사경의 구조를 단순하게 하고, 반사경의 사출성형을 용이하게 할 뿐만 아니라 광원에서 방사되어 광센서로 도달되는 광량을 최대로 하여 측정 정밀도가 향상된 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서는, 적외선을 방사하는 광원과, 상기 광원에서 방사되어 광 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장 대의 적외선 광량을 측정하는 광센서와, 상기 광센서의 감지 신호를 증폭하여 디지털 신호로 바꾸 어 주는 증폭 회로 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하여 구성된 비분산 적외선 가스 센서에 있어서,
상기 광원으로부터 방사된 적외선이 외부로 누출되거나 분산하지 않고 광센서에 도달할 수 있도록 하나의 타원형의 곡면을 갖도록 형성된 타원 돔형 반사경과; 상기 타원 돔형 반사경의 테두리를 따라 측면으로 연장된 평판 플랜지와, 상기 타원 돔형 반사경의 타 측에 광센서가 결합가능하도록 형성된 상부 결합부가 일체로 형성된 상판과; 상기 상판의 하부에 분리가능하게 결합하고 가운데에는 다수의 공기 구멍이 형성된 타원 홈과, 상기 타원 홈의 장축방향 일 측에 광원이 삽입될 수 있도록 형성된 광원 고정홀과, 상기 타원 홈의 장축방향 타 측에 광센서가 결합가능하도록 형성된 하부 결합부와, 상기 타원 돔형 반사경에서 반사된 광을 집광하여 상기 광센서의 중심으로 반사시키는 타원 반사경이 일체로 형성된 하판과; 상기 하판의 저면으로부터 일정 거리 이격되어 분리가능하게 결합하고, 상기 증폭 회로와 아날로그-디지털 변환기가 장착된 인쇄회로기판을 포함하여 구성된 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 상판의 하면에는 상기 타원 돔형 반사경의 테두리를 따라 하부로 일정 길이 연장된 수직벽이 일체로 형성되고, 상기 상판의 상면에 형성된 상기 타원 홈은 상기 수직벽이 삽입가능하도록 하부로 오목하게 들어간 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타원 돔형 반사경의 제1 초점에는 상기 광원이 위치되고, 상기 타원 반사경의 제2 초점에는 상기 타원 반사경이 위치되며, 상기 타원 반사경의 초 점에는 상기 광센서가 위치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 타원 돔형 반사경의 상부에는 수평면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서, 상기 타원 돔형 반사경의 제1 초점에는 상기 광원이 수직으로 설치되고, 상기 타원 반사경의 제2 초점에는 상기 광센서가 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 도 3은 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서에 적용되는 타원 돔형 반사경(11)을 보여주는 개략적인 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 타원 돔형 반사경(11)으로 구성된다. 또한, 상기 타원 돔형 반사경(11)의 내부에는 광원(12)과 광센서(14)가 서로 마주보도록 설치되어 있다.
상기 타원 돔형 반사경(11)은 장축과 단축을 갖는 타원을 그 장축을 중심으로 회전시킨 다음 그 회전축의 하부를 수평으로 절단하여 그 상반부를 취하여 얻어질 수 있다. 따라서 상기 타원 돔형 반사경(11)의 단면은 타원형의 곡면을 갖는다. 또한, 상기 타원 돔형 반사경(11)은 그 장축 상에 제1 및 제2 초점(F1,F2)이 서로 이격되어 형성되는데, 상기 타원 돔형 반사경(11)의 제1 초점(F1)에는 상기 광원(12)이 위치되고, 상기 타원 돔형 반사경(11)의 제2 초점(F2)에는 상기 광센 서(14)나 상부로 개방된 타원 반사경(33)이 위치된다.
상기 타원 돔형 반사경(11)의 제2 초점(F2)에 형성되는 타원 반사경(33)은 상기 광원(12)에서 방사된 후 상기 타원 돔형 반사경(11)에서 반사되는 적외선을 집광하도록 오목한 타원형 거울면으로 이루어진다. 그리고 상기 타원 반사경(33)의 초점(F3)에는 광센서(14)가 위치된다. 상기 광센서(14)는 상기 타원 반사경(33)에서 반사되는 적외선과 상기 광원(12)에서 직접 방사되는 광을 모두 수광할 수 있게 상기 타원 돔형 반사경(11)의 장축 상에 수평으로 설치된다.
따라서, 상기 제1 초점(F1)에 설치된 광원(12)에서 장축방향으로 방사되는 적외선은 광센서(14)로 직접 입사되고, 상기 타원 돔형 반사경(11)으로 방사되는 적외선은 제2 초점(F2)에 형성되어 있는 상기 타원 반사경(33)으로 집광한 뒤 다시 반사되어, 상기 광센서(14)의 중심으로 입사되게 된다. 그러므로 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서(1)는 상기 광원(12)에서 방사되는 광원이 손실 없이 광센서(14)로 입사하여 특정 가스의 측정에 이용할 수 있는 특정 파장 대의 광량을 증대시킬 수 있다.
이어, 도 4는 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 일 예를 보여주는 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 분해 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시된 비분산 적외선 가스 센서의 평면도이다.
그리고, 도 7은 도 4에 도시된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 A-A선의 단면도이고, 도 8은 도 4에 도시된 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 B-B선의 단면도이다.
이를 참조하여 본 발명의 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서(1)는 적외선을 방사하는 광원(12)과, 상기 광원(12)에서 방사된 적외선이 특정 가스에 흡수될 수 있도록 안내하는 광 공동(20)과, 상기 광 공동(20)에서 흡수되지 않은 적외선을 감지하여 전기신호로 바꾸어 주는 광센서(14)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 적외선 가스 센서(1)는 증폭 회로, 아날로그-디지털 변환기 및 마이컴 등이 설치되는 인쇄회로기판(5;PCB)를 더 포함한다. 그리고, 상기 광 공동(20)과 인쇄회로기판(5)은 서로 결합하여 도시하지 않은 외부 케이스 내에 설치된다.
상기 광 공동(20: Optical Cavity)은 외부로부터 특정 가스가 유입되고 광원(12)에서 방사되는 광이 외부로 누출되지 않도록 하여 특정 가스와 충돌하여 특정 파장 대의 적외선을 흡수하는 흡수구역을 제공한다. 도 5의 분해도에서 보는 바와 같이, 광 공동(20)은 광원(12)에서 방사되는 적외선이 외부로 누출되는 것을 방지함과 아울러 광 경로를 연장하는 타원 돔형 반사경(11)과, 상기 타원 돔형 반사경(11)이 일체로 형성된 상판(13)과, 상기 상판(13)의 하면에 분리가능하게 결합되고 특정 가스가 포함된 공기가 유통하도록 다수 개의 공기 구멍(16)이 천공된 하판(15)으로 이루어진다. 그리고 상기 상판(13)과 하판(15)으로 이루어진 광 공 동(20)은 인쇄회로기판(5)의 상부에 일정 간격으로 이격되게 설치되어 특정 가스가 공기 구멍(16)을 통해서 상기 광 공동(20) 내로 자유롭게 유입될 수 있도록 한다.
이어, 상기 상판(13)은 타원 돔형 반사경(11)의 테두리를 따라 측면으로 수평으로 연장된 평판 플랜지(35)를 포함한다. 그리고 상기 타원형 돔형 반사경(11)의 장축방향 한쪽 끝 부분에는 상기 광센서(14)의 상부가 결합하도록 상부 결합부(34a)가 일체로 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 상부 결합부(34a)는 광센서(14)의 원통형 본체(14a)의 상부 면과 대응하도록 반 원통 형상의 홈으로 이루어져 있다. 또, 상기 평판 플랜지(35)에는 상판(13)과 하판(15)을 나사 체결하기 위한 다수 개의 체결 보스(36)가 형성되어 있다.
또한, 상기 상판(13)의 하면에는 상기 타원 돔형 반사경(11)의 테두리를 따라 하부로 일정 길이 연장된 수직 벽(37)이 일체로 형성되어 있다.
이어서, 상기 하판(15)의 상면에는 상기한 상판(13)의 수직 벽(37)이 삽입가능한 깊이로 오목하고 가운데에 다수의 공기 구멍(16)이 형성된 타원 홈(38)이 형성되어 있다. 그리고 상기 타원 홈(38)의 장축방향 한쪽에는 상술한 광원(12)이 삽입되는 광원 고정홀(18)이 형성되어 있고, 상기 타원 홈(38)의 장축방향 다른 쪽에는 상술한 타원 반사경(33)이 형성되어 있으며, 상기 타원 반사경(33)의 후방으로는 상기 광센서(14)가 결합되는 하부 결합부(34b)가 일체로 형성되어 있다.
상기한 바와 같이, 상기 타원 반사경(33)은 위쪽으로 개방되어 있고, 상기 하부 결합부(34b)는 광센서(14)의 원통형 본체(14a)의 하부 면과 대응하도록 반원통 형상으로 홈이 오목하게 형성되어 있다.
그리고 상기 하판(15)은 상기한 타원 홈(38)의 상부 테두리를 따라 그 측면으로 수평 연장된 후 하부로 수직으로 절곡되어 있는 절곡 플랜지(43)를 포함한다. 상기 절곡 플랜지(43)는 상기 타원 홈(38)과 일체로 성형되며, 그 수평면에는 상판(13)의 하면에 형성된 삽입홈(26)에 삽입되는 삽입돌부(27)가 일체로 형성되어 있다.
또한, 상기 절곡 플랜지(43)의 하면에는 인쇄회로기판(5)에 형성된 고정 공(6)에 결합하는 다수의 스페이스돌부(29)가 일체로 형성되어 있다. 또, 상기 절곡 플랜지(43)의 하면에는 상기 인쇄회로기판(5)과 하판(15)을 나사 체결하기 위한 다수의 체결 보스(25)가 일체로 형성되어 있다.
이어, 첨부된 도 7 및 8을 참조하여, 본 발명에 따른 광 공동(20)의 구조를 상세히 설명한다. 특히, 본 발명에 따른 광 공동(20)은 광원의 흔들림이나 위치의 이동, 또는 광센서(14)의 흔들림이나 위치 이동을 막고 광원(12)에서 방사된 광의 유출이나 오염물질의 유입을 방지할 수 있도록 구성되어 있다.
도시된 바와 같이, 상기 광 공동(20)은 타원 돔형 반사경(11)이 형성된 상판(13)과, 상기 타원 돔형 반사경(11)의 하부에 결합하는 하판(15)으로 구성된다.
상기 상판(13)의 상면에는 장축과 단축을 갖는 타원 형상의 돔형 반사경(11)이 일체로 형성되어 있다. 상기 타원 돔형 반사경(11)의 안쪽 면은 금 또는 은이 증착되어 거울면이 형성된다. 따라서 상기 타원 돔형 반사경(11)의 하부에는 광원(12)에서 방사되는 적외선이 특정 가스와 충돌하여 특정 파장 대의 적외선을 흡수하는 흡수구역을 형성한다. 또, 상기 타원 돔형 반사경(11)에는 청소용 구멍(23) 이 튜브 형상으로 형성되어 있다.
또한, 상기 타원 돔형 반사경(11)의 테두리로부터 수평방향으로 평판 플랜지(35)가 연장되어 사각형 모양의 평면을 이룬다. 그리고 상기 평판 플랜지(34)의 하면에는 일정 깊이의 삽입홈(26)이 형성된다. 바람직하게 상기 타원 돔형 반사경(11)과 평판 플랜지(34)는 하나의 몸체로 사출 성형된다. 그리고 상기 타원 돔형 반사경(11)의 테두리로부터 수직방향으로 일정 길이의 수직 벽(37)이 일체로 돌출되어 있다. 상기 수직 벽(37)은 하판(15)에 형성된 타원 홈(38)의 가장자리에 결합한다. 그리고 상기 수직 벽(37)의 높이는 광원(12)과 광센서(14)의 높이에 따라 결정된다. 즉, 상기 수직 벽(37)은 하판(15)에 설치되는 광원(12) 및 광센서(14)의 중심이 소정의 초점에 놓이도록 그 높이가 조정된다.
이어, 상기 하판(15)의 상면에 형성된 타원 홈(38)의 바닥에는 다수의 공기 구멍(16)이 천공된다. 그리고 상기 공기 구멍(16)에는 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 필터가 접착된다. 그리고, 상기 타원 홈(38)의 장축방향 한쪽에는 상술한 광원(12)이 결합하는 고정홀(18)이 형성되고, 상기 타원 홈(38)의 장축방향 다른 쪽에는 상술한 타원 반사경(33) 및 광센서 하부 결합부(34b)가 일체로 형성된다.
상기한 타원 반사경(33)은 타원 홈(38)의 바닥면 아래로 오목하게 형성되고 소정 곡률의 타원형으로 이루어진다. 또한, 상기 타원 반사경(33)은 타원 돔형 반사경(11)에서 입사하는 광을 광센서(14)의 중심부 쪽으로 반사할 수 있도록 경사지게 설치되어 있다.
그리고, 상기 타원 홈(38)의 상부 테두리로부터 수평방향으로 절곡 플랜지(43)가 일체로 형성되는데, 상기 타원 홈(38)과 절곡 플랜지(43)는 하나의 몸체로 사출 성형된다. 상기 절곡 플랜지(43)의 수평면에는 상판(13)의 하면에 형성된 삽입홈(26)에 대응하도록 삽입돌부(27)가 일체로 형성되어 있다. 따라서, 상기 상판(13)과 하판(15)은 분리가능하게 결합한다. 그리고 상판(13)의 삽입홈(26)과 하판(15)의 삽입돌기(27)의 사이에는 도시하지 않는 실링 고무가 설치되어 광이 외부로 누출되는 것을 차단한다. 또한, 상기 상판(13)의 삽입홈(26)에 접착제를 도포하여 접합하는 것도 가능하다.
또한, 상기 하판(15)의 하면에는 인쇄회로기판(5)에 형성된 고정공(6)에 결합하는 다수 개의 스페이스돌부(29)가 일체로 형성되어 있다. 상기 스페이스돌부(29)의 단부에는 인쇄회로기판의 고정공(6)에 삽입되도록 지름이 작아진 고정돌기(28)와 상기 고정공(6)의 테두리에 걸리는 걸림 턱이 형성되어 있다. 따라서 상기 하판(15)의 고정돌기(28)를 인쇄회로기판(5)의 고정공(6)에 삽입하면, 하판(15)을 인쇄회로기판(5)에 고정하는 동시에 하판(15)과 인쇄회로기판(5) 사이에 일정 간격이 유지되어 측정 가스를 포함하는 공기가 자유롭게 유동할 수 있다.
또한, 상기 하판(15)의 저면에는 상기 인쇄회로기판(5)과 나사 체결하기 위한 다수 개의 체결 보스(25)가 일체로 형성되어 있다. 그리고 상기 인쇄회로기판(5)에는 다수 개의 체결구멍(24)이 천공되어 있다. 따라서 상기 체결구멍(24)을 통해서 상기 체결 보스(25)에 체결 나사를 체결하면 상기 하판(15)과 인쇄회로기판(5)을 결합시킬 수 있다.
이어, 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 광원(12)은 상기 하판(15)에 형성된 고정홀(18)에 삽입하여 고정된다. 그리고 상기 고정홀(18)의 하부에는 상기 광원(12), 예를 들어 적외선 램프의 원통형 몸체(12a)가 긴밀하게 결합하는 내주 면을 갖는 원통형 고정부(44)가 일체로 형성되어 있다. 상기 원통형 고정부(44)의 하단에는 상기 원통형 몸체(12a)의 하단을 지지하도록 지지부(47)이 일체로 형성되고, 상기 지지부(47)에는 광원(12)의 리드선(12b)이 관통하는 하나 이상의 관통공이 형성되어 있다. 또한, 바람직하게 상기 고정홀(18)의 테두리에는 상기 광원(12)에서 방사되는 적외선이 원활하게 방사되도록 위쪽으로 벌어진 경사면(46)이 형성되어 있다.
그러므로 상기 광원(12)을 상기 고정홀(18)을 통해서 원통형 고정부(44)에 삽입하면, 상기 광원(12)의 외주면은 상기 고정부(44)의 내주면에 밀접하게 고정되고 상기 광원(12)의 하단은 지지부(47)에 의해서 지지되므로 광원의 흔들림이나 위치의 이동에 의한 광 각도의 차이가 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 원통형 고정부(44)는 그 하단이 인쇄회로기판(5)과 접촉할 수 있도록 하부로 연장되어 있기 때문에 광원(12)을 인쇄회로기판(5)에 설치하는 것이 용이하다.
또한, 상기 광원(12)의 원통형 몸체(12a)에 일정 길이의 키(12c)를 돌출되게 형성하고, 상기 고정부(44)의 내주 면에는 상기 키(12c)가 결합하는 키 홈(49)을 형성함으로써 상기 광원(12)을 더욱 견고하게 고정할 수 있다.
이어서, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서의 다른 실시 예를 보여주는 것으로서, 특히 상술한 타원 돔형 반사 경(11)의 상부에 수평면(A)을 형성하여 타원 돔형 반사경(11)의 높이를 제한한 것이다. 이와 같이, 상기 타원 돔형 반사경(11)의 상부에 수평면(A)을 형성함으로써 광 손실을 최소화하면서 광 공동(20)의 높이를 낮출 수 있다. 또한, 상기 하판(15)의 상면에 상기 상판(13)의 체결 보스(36)에 결합하는 체결봉(56)을 더 설치하여 상판(13)과 하판(15)의 결합을 견고하게 할 수 있다. 그 밖의 구성은 전술한 실시 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 도 11은 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서의 또 다른 실시 예를 보여주는 것으로서, 특히, 광센서(14)를 하판(15)에 수직으로 설치하여 광 공동(20)의 구조를 더욱 단순하게 한 것이다. 이와 같이 광센서(14)를 타원 돔형 반사경(11)의 제2 초점(F2)에 수직으로 설치함으로써 상술한 타원 반사경(33)을 생략할 수 있다. 또한, 상기 광센서(14)를 하판(15)에 형성된 센서 고정홀(48)에 삽입하여 고정함으로써 광센서(14)의 설치를 용이하게 함과 아울러 광센서(14)의 흔들림이나 위치 이동을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1 초점(F1)에 설치된 광원(12)에서 방사되는 적외선은 상기 타원 돔형 반사경(11)에서 반사되어 상기 제2 초점(F2) 위치에 설치된 광센서(14)의 중심으로 집광하기 때문에 상기 광원(12)에서 방사되는 광이 손실 없이 입사되어 특정 가스의 측정에 이용할 수 있는 광량을 최대로 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있다는 것은 자명한 일이다. 따라서 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 한 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서는, 타원 돔형 반사경의 제1 초점에 설치된 광원에서 방사되는 적외선이 상기 타원 돔형 반사경에 반사된 후, 상기 타원 돔형 반사경의 제2 초점에 설치된 타원 반사경에 집광 된 후 반사되어, 상기 타원 반사경의 초점에 설치되어 있는 광센서로 입사하기 때문에 반사경에서 반사되는 횟수를 최소화하여 광 손실을 방지함과 아울러 상기 광원에서 방사되는 광이 손실 없이 광센서로 입사하도록 하여 광센서가 가스의 측정에 이용할 수 있는 광량을 최대화함으로써 기기의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하나의 타원형의 곡면을 갖는 타원 돔형 반사경을 제공함으로써 반사경의 구조를 단순하게 하고 사출성형을 용이하게 하며, 난반사, 굴절, 흡수 등에 의한 광 손실이 없는 반사경을 용이하게 제공할 수 있을 뿐만 아니라 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 적외선을 방사하는 광원과, 상기 광원에서 방사되어 광 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장 대의 적외선 광량을 측정하는 광센서와, 상기 광센서의 감지 신호를 증폭하여 디지털 신호로 바꿔 주는 증폭 회로 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하여 구성된 비분산 적외선 가스 센서에 있어서,
    상기 광원으로부터 방사된 적외선이 외부로 누출되거나 분산하지 않고 광센서에 도달할 수 있도록 타원형의 곡면을 갖도록 형성된 타원 돔형 반사경과;
    상기 타원 돔형 반사경의 테두리를 따라 측면으로 연장된 평판 플랜지와, 상기 타원 돔형 반사경의 타 측에 광센서가 결합가능하도록 상부 결합부가 일체로 형성된 상판과;
    상기 상판의 하부에 분리가능하게 결합하고 가운데에는 다수의 공기 구멍이 형성된 타원 홈과, 상기 타원 홈의 장축방향 일 측에 광원이 삽입될 수 있도록 형성된 광원 고정홀과, 상기 타원 홈의 장축방향 타 측에 광센서가 결합가능하도록 형성된 하부 결합부와, 상기 타원 돔형 반사경에서 반사된 광을 집광하여 상기 광센서의 중심으로 반사시키는 타원 반사경과, 상기 타원 홈의 테두리를 따라 측면으로 연장된 절곡 플랜지가 일체로 형성된 하판 및;
    상기 하판의 저면으로부터 일정 거리 이격되어 분리가능하게 결합하고, 상기 증폭 회로와 아날로그-디지털 변환기가 장착된 인쇄회로기판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타원 돔형 반사경의 제1 초점에는 상기 광원이 위치되고, 상기 타원 반사경의 제2 초점에는 상기 타원 반사경이 위치되며, 상기 타원 반사경의 초점에는 상기 광센서가 위치되는 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
  3. 적외선을 방사하는 광원과, 상기 광원에서 방사되어 광 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장 대의 적외선 광량을 측정하는 광센서와, 상기 광센서의 감지 신호를 증폭하여 디지털 신호로 바꾸어 주는 증폭 회로 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하여 구성된 비분산 적외선 가스 센서에 있어서,
    상기 광원으로부터 방사된 적외선이 외부로 누출되거나 분산하지 않고 광센서에 도달할 수 있도록 타원형의 곡면을 갖도록 형성된 타원 돔형 반사경과;
    상기 타원 돔형 반사경의 테두리를 따라 측면으로 연장된 평판 플랜지와, 상기 타원 돔형 반사경의 타 측에 광센서가 결합가능하도록 형성된 상부 결합부가 일체로 형성된 상판과;
    상기 상판의 하부에 분리가능하게 결합하고 가운데에는 다수의 공기 구멍이 형성된 타원 홈과, 상기 타원 홈의 장축방향 일 측에 상기 광원이 삽입될 수 있도록 형성된 광원 고정홀과, 상기 타원 홈의 장축방향 타 측에 상기 광센서가 삽입될 수 있도록 형성된 센서 고정홀과, 상기 타원 홈의 테두리를 따라 측면으로 연장된 절곡 플랜지가 일체로 형성된 하판 및;
    상기 하판의 저면으로부터 일정 거리 이격되어 분리가능하게 결합하고, 상기 증폭 회로와 아날로그-디지털 변환기가 장착된 인쇄회로기판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타원 돔형 반사경의 제1 초점에는 상기 광원이 위치되고, 상기 타원 반사경의 제2 초점에는 상기 광센서가 위치되는 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타원 돔형 반사경의 상부에 수평면이 형성된 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상판의 하면에는 상기 타원 돔형 반사경의 테두리를 따라 하부로 일정 길이 연장된 수직벽이 일체로 형성되고, 상기 상판의 상면에 형성된 상기 타원 홈은 상기 수직벽이 삽입가능하도록 하부로 오목하게 들어간 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기한 타원 반사경은 타원 홈의 바닥면 아래로 오목한 타원형 곡면으로 이루어지고 상기 타원 돔형 반사경에서 입사하는 광을 상기 광센서의 중심부 쪽으로 반사할 수 있도록 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하판의 하면에는 인쇄회로기판에 형성된 고정공에 결합하는 다수 개의 스페이스돌부가 일체로 형성되고, 상기 스페이스돌부의 단부에는 인쇄회로기판의 고정공에 삽입되도록 지름이 작아진 고정돌기와 상기 고정공의 테두리에 걸리는 걸림 턱이 형성된 것을 특징으로 하는 타원 돔형 반사경이 구비된 적외선 가스 센서.
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