KR100871909B1 - 선택적 검출기 모듈을 구비한 적외선 가스 검출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정가스에 적외선을 투과시켜 상기 측정가스의 성분 및 농도를 측정하는 적외선 가스 검출장치에 관한 것으로, 가스 유입홀 및 가스 유출홀이 구비되고 측정가스가 유동되는 중공부가 형성된 챔버로 이루어지며 상기 챔버의 대향 위치에 적외선 입사창 및 적외선 출구창이 형성되고 상기 적외선 입사홀과 적외선 방출홀의 내측 위치에는 각각 적외선을 직각으로 반사시키는 반사경이 설치된 흡수셀과; 상기 적외선 출구창에 형성되고 외측 둘레에 홈이 형성된 공통연결부와; 상기 공통연결부에 착탈 가능하도록 내측 둘레에 볼이 형성된 결합부와 연결되며, 필터블록 및 검출기블록을 포함하는 검출기모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 적외선 검출장치에 따르면 검출기에 입사되는 적외선의 신호 강도를 최대로 하여 측정가스의 정확한 농도를 측정할 수 있으며, 상기 측정가스의 성분 및 농도에 따라 상기 검출기모듈을 용이하게 교체하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
가스 검출장치, 적외선, 흡수셀, 검출기모듈, 필터블록, 검출기
Description
도 1은 종래의 적외선 가스 검출장치의 연결 상태를 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 적외선 가스 검출장치의 연결 상태를 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 흡수셀의 실시예를 나타내는 일부 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 필터블록의 주요 구성이 분해된 상태를 나타내는 일부 분해사시도,
도 5는 상기 도 4가 결합된 상태에서 ‘A’영역을 일부 확대하여 나타낸 단면도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
IR: 적외선 100: 광원
200: 흡수셀 210: 챔버
211: 상단판넬 212: 하단판넬
213: 좌단판넬 214: 우단판넬
215: 중공부 216: 개구부
220(a,b): 반사미러 221: 홀더
222: 반사곡면 230: 가스 유입홀
240: 가스 유출홀 250: 적외선 입사창
260: 적외선 출구창 270(a,b): 반사경
280: 공통연결부 281: 홈
300: 검출기모듈 400: 필터블록
410: 모듈박스 411: 적외선 투과홀
412: 결합부 413: 볼
420: 휠 421: 채널
430: 광학필터 440: 개스킷
441: 관통구 450: 가스필터 셀
451: 중공실 452: 윈도우
500: 검출기블록
본 발명은 측정가스에 적외선을 투과하여 상기 가스의 성분 및 농도를 측정하는 적외선 가스 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡수셀에 공통연결부가 형성되고 상기 공통연결부에 착탈 가능하게 연결되는 검출기 모듈을 구비함으로써, 상기 측정가스의 농도에 따라 상기검출기 모듈을 용이하게 교체할 수 있는 적 외선 가스 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 분자는 적외선의 조사를 받으면 그 고유의 진동 및 회전 스펙트럼에 상당하는 고유 파장대의 전파에 의해 여기 되어 그에 대응한 스펙트럼선의 흡수를 일으킨다. 적외선 분석법은 이와 같이 적외선 흡수대를 갖는 기체에 적외선을 투과하여 그 분자 고유의 적외선 흡수 에너지를 검출함으로서 기체의 농도를 측정하는 방법이다. 최근에는 이와 같은 적외선 분석법을 이용하여 가스의 성분이나 농도를 측정할 수 있는 장치가 많이 개발되고 있는 실정이다.
도 1은 상기의 적외선 분석법을 이용하여 구성된 종래의 적외선 가스 검출장치를 나타내는 블록도를 보인 것이다. 상기 도 1에서와 같이, 종래의 적외선 가스 검출장치는 적외선(IR)을 방사하는 광원(10)과, 상기 측정대상 성분가스의 특정 적외선 흡수 파장대역만을 통과시키는 필터블록(20)과, 상기 필터블록(20)으로부터 입사된 적외선에 측정가스(Gas)가 흡수되는 흡수셀(30)과, 상기 흡수셀(30)로부터 방사된 적외선의 흡수파장 스펙트럼을 측정하는 검출기블록(40)으로 구성된다.
이와 같이, 종래의 적외선 가스 검출장치는 광원(10)으로부터 방사된 적외선이 필터블록(20)으로 입사되면 상기 필터블록(20)에서는 측정대상 성분가스에 대한 특정 파장대역만을 필터링한 후, 흡수셀(30)에서 상기 측정가스가 흡수된 적외선을 검출기블록(40)으로부터 상기 파장의 스펙트럼을 측정하여 측정가스의 성분 및 농도를 검출한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 적외선 검출장치를 이루는 구조는 흡수셀 내부에서 발생되는 간섭성분에 의해 광량이 감쇄되는 문제가 발생하였다. 구체적으로, 상기 종래의 적외선 검출장치는 적외선이 필터블록을 거치면서 특정 파장만이 필터링된 후에 흡수셀 내에 입사되면, 상기 흡수셀 내부에서 발생되는 수분 등의 간섭성분에 의한 광량의 감쇄로 인해 검출기에 도달하는 신호의 강도가 약해져 정확한 측정이 곤란하였다.
또한, 상기와 같은 종래의 적외선 가스 검출장치는 측정가스의 농도범위에 따라 적합한 필터블록과 검출기블록을 사용해야하는 번거로움이 있었다. 예를 들어, 측정대상 성분가스가 특히 저농도 SO2일 경우에는 상기 SO2의 흡수 피크 파장영역에 해당되는 필터블록을 사용하고, 저농도의 성분가스 측정에 사용되는 적외선 검출기블록을 사용하여 측정해야하는 한계가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 필터블록을 흡수셀의 후방에 위치시킴으로써, 검출기블록에 입사되는 적외선의 신호 강도를 최대로 할 수 있는 적외선 가스 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 흡수셀에 공통연결부를 형성하고, 상기 필터블록 및 검출기블록을 포함하며 상기 공통연결부에 착탈 가능하게 연결되는 검출기모듈을 포함함으로써, 상기 측정대상 성분가스의 농도에 따라 상기 검출기모듈을 용이하게 교체하여 사용할 수 있는 적외선 가스 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 측정가스에 적외선을 투과시켜 상기 측정가스의 성분 및 농도를 측정하는 적외선 가스 검출장치에 있어서, 가스 유입홀 및 가스 유출홀이 구비되고 측정가스가 유동되는 중공부가 형성된 챔버로 이루어지며 상기 챔버의 대향 위치에 적외선 입사창 및 적외선 출구창이 형성된 흡수셀과; 상기 적외선 출구창에 형성된 공통연결부와; 상기 공통연결부에 착탈 가능하게 연결되며, 필터블록 및 검출기블록을 포함하는 검출기모듈로서, 상기 필터블록은 상기 측정가스 중 측정대상 성분가스의 특성 흡수 파장대역을 통과시키는 광학필터가 설치된 광학필터 채널과 상기 광학필터와 동일한 광학필터가 설치되고 상기 측정대상 성분가스가 고농도로 충진된 가스필터 셀이 상기 광학필터의 후방에 설치된 가스필터 채널을 한 쌍으로 구비하며 상기 채널 쌍 중의 한 채널을 선택적으로 상기 흡수셀의 적외선 출구창에 정열 가능하도록 형성되며, 상기 검출기블록은 상기 필터블록의 정렬된 채널 후단에 위치되며 그 검출기는 상기 측정대상 성분가스의 특성 흡수파장을 포함하는 파장대역에서 동작 가능한 검출기모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 필터블록은 복수의 측정대상 성분가스를 측정할 수 있도록 상기 광학필터 및 가스필터 채널 쌍을 복수개 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 복수의 광학필터 및 가스필터 채널 쌍은 모두 측정대상 성분가스의 저농도 특성 흡수파장 대역을 통과시키는 저농도용 필터 채널 쌍이며, 상기 검출기는 상기 복수의 측정대상 성분가스의 저농도 특성 흡수파장을 모두 포함하는 대역에 걸쳐서 동작 가능한 것을 구비할 수 있다.
이때, 상기 측정대상 성분가스는 저농도 특성 흡수파장이 7200± 20nm인 SO2를 포함하며, 상기 검출기는 HgCdTe 검출기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 광학필터 및 가스필터 채널 쌍은 모두 측정대상 성분가스의 고농도 특성 흡수파장 대역을 통과시키는 고농도용 필터 채널 쌍이며, 상기 검출기는 상기 복수의 측정대상 성분가스의 고농도 특성 흡수파장을 모두 포함하는 대역에 걸쳐서 동작 가능한 것을 구비할 수 있다.
이때, 상기 측정대상 성분가스는 고농도 특성 흡수파장이 3960± 20nm인 SO2를 포함하며, 상기 검출기는 PbSe 검출기인 것이 바람직하다.
아래에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제공한다. 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공하는 것이고, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 적외선 가스 검출장치의 연결 상태를 나타낸 블록도 이며, 도 3은 본 발명에 따른 흡수셀의 일실시예를 나타내는 일부 분해사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 필터블록의 주요 구성이 분해된 상태를 나타내는 일부 분해사시도이며 도 5는 상기 필터블록이 결합된 일부 확대 단면도이다.
도 2에서와 같이, 본 발명에 따른 적외선 가스 검출장치는 적외선(IR)을 방사하는 광원(100)과, 내부에 측정가스가 유입되고 상기 적외선이 통과되는 챔버(210)와 상기 적외선의 광 경로를 형성하는 반사미러(220)로 이루어진 흡수셀(200)과, 상기 흡수셀(200)에 착탈 가능하게 연결되며 상기 흡수셀(200)로부터 입사된 적외선의 특성 흡수 파장대역을 통과시켜 상기 측정대상 성분가스의 농도를 측정하는 검출기모듈(300)로 구성된다.
흡수셀(200)은 상기 광원(100)으로부터 입사된 적외선(IR)을 다중 경로로 진행하고, 그 내부에 측정가스가 유입되어 적외선에 흡수되면 상기 측정가스가 흡수된 적외선을 검출기모듈(300)로 제공하는 역할을 한다. 이와 같은 흡수셀(200)은 그 내부 온도를 고온으로 유지할 수 있도록 가공성 및 내화학성이 우수하며 열전도성이 좋은 알루미늄 함금으로 제조되는 것이 바람직하다. 참고로, 본 발명에서 언급되는 “고온”이란 액체가 기체로 기화될 수 있는 약 100℃ 이상의 온도를 나타내는 것이며, 보다 구체적으로는 약 180℃ 정도의 온도를 나타낸다.
이러한 흡수셀(200)은 도 3에 보인 것과 같이, 내부에 중공부(215)가 형성된 사각기둥 형상의 챔버(210)와, 상기 챔버(210)의 양종단부에 설치되어 적외선의 광 경로를 형성하는 반사미러(220)로 구성된다.
챔버(210)는 상단판넬(211), 하단판넬(212), 좌단판넬(213) 및 우단판넬(214)이 상호 결합되어 상하좌우 측벽을 형성하며, 양종단부에 개구부(216)를 갖는다. 이러한 챔버(210)의 내부에는 중공부(215)가 형성되며, 상기 측벽에는 상기 측정가스와 적외선이 출입하는 홀이 구비된다. 구체적으로, 상단판넬(211)에는 측정가스가 챔버(210) 내부로 유입되거나 외부로 유출되는 가스 유입홀(230) 및 가스 유출홀(240)이 형성된다. 또한, 좌단판넬(213) 및 우단판넬(214)의 일측에는 상호 대향되는 위치에 적외선이 입사되는 적외선 입사창(250)이 형성되며, 타측에는 적외선이 방사되는 적외선 출구창(260)이 형성된다.
챔버(210)의 내부에는 상기 적외선을 직각으로 반사시키는 반사경(270)이 설치된다. 도 3에서와 같이, 챔버(210)의 하단판넬(212) 상면에는 제1,2반사경(270a, 270b)이 설치되어지되, 제1반사경(270a)은 좌단판넬(213)에 형성된 적외선 입사창(250)의 내측 위치에 설치되며, 제2반사경(270b)은 우단판넬(214)에 형성된 적외선 출구창(260)의 내측 위치에 설치된다. 제1반사경(270a)은 적외선 입사창(250)을 통해 흡수셀(200)의 내부로 입사되는 적외선을 반사미러(220)로 반사시키며, 제2반사경(270b)은 반사미러(220)에서 반복 반사된 적외선을 적외선 출구창(260)으로 반사시킨다.
반사미러(220)는 챔버(210)의 개구부(216)의 위치에 각각 설치된다. 반사미러(220)는 광원(100)으로부터 입사된 적외선이 흡수셀(200)을 통과하여 검출기모듈(300)까지 도달할 수 있도록 흡수셀(200)의 양종단부에 마주하도록 설치되어 입 사된 적외선을 정확한 다중 광경로에 따라 반사시킨다. 이와 같은 반사미러(220)는 상기 흡수셀(200)의 개구부(216)를 폐쇄하는 홀더(221)와, 상기 홀더(221)의 일측면에 가공 형성되는 반사곡면(222)으로 이루어진다.
여기서, 반사곡면(222)은 흡수셀(200)의 내부로 입사된 적외선이 반복 반사되어 흡수셀(200) 외부로 방출되도록 적외선의 경로를 형성한다. 이와 같은 반사곡면(222)은 마주하는 한 쌍의 반사미러(220)에 동일한 곡률반경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
적외선(IR)은 좌단판넬(213)에 형성된 적외선 입사창(250)을 통과하여 흡수셀(200)의 내부로 입사된다. 이때, 흡수셀(200) 내부에 입사된 적외선은 제1반사경(270a)에 의해 직각으로 반사되어 제2반사미러(220b)를 향한다. 제2반사미러(220b)에 도달한 적외선은 상기 제2반사미러(220b)에 형성된 반사곡면(222)에 의해 제1반사미러(220a)를 향해 반사되고, 제1반사미러(220a)에 형성된 반사곡면(222)에 의해 다시 제2반사미러(220b)로 반사된다. 이와 같이, 흡수셀(200)의 내부에 입사된 적외선은 반사곡면(222)에 의해 제1반사미러(220a)와 제2반사미러(220b) 사이에서 반복 반사된다. 이러한 과정 중에 흡수셀(200)의 내부에 측정가스가 가스 유입홀(230)을 통과하여 유입되면, 상기 적외선은 특정 파장에 대하여 흡수가 일어난다. 이렇게 다중 광경로 상에서 특정 파장의 흡수가 일어난 적외선은 제2반사경(270b)에 반사되어 우단판넬(214)에 형성된 적외선 출구창(260)을 통과하여 검출기모듈(300)로 진입된다.
이러한 흡수셀(200)에는 하기에서 설명될 검출기모듈(300)과 체결되는 공통연결부(280)가 더 구비된다. 공통연결부(280)는 상기 적외선 출구창(260)과 검출기모듈(300)이 연계될 수 있도록 상기 적외선 출구창(260)이 형성된 측벽 외측에 구비되며, 바람직하게는 상기 적외선 출구창(260)의 외측 둘레에 구비된다. 이와 같은 공통연결부(280)는 흡수셀(200)로부터 발생되는 열을 차단하며 광학신호를 전달할 수 있는 열 차단 재료로 설계되는 것이 바람직하다.
공통연결부(280)는 상기 흡수셀(200)에 형성되며, 검출기모듈(300)에는 하기에서 설명될 모듈박스(410)에 결합부(412)가 형성된다. 여기서, 상기 공통연결부(280)와 결합부(412)는 상호 대응되는 형상을 가지며, 착탈 가능하게 연결할 수 있는 체결수단이 사용된다. 예컨대, 도 3 내지 도 5에서는 공통연결부(280)의 외측 둘레에 홈(281)이 형성되고, 결합부(412)의 내측 둘레에 볼(413)이 형성되어 상기 공통연결부의 외측 둘레가 상기 결합부의 내측 둘레에 끼워져 상기 홈(281)과 볼(413)에 의해 결합되는 예를 보이고 있다. 그 외에 회전가능한 암나사부를 일측에 형성하고 타측에는 수나사부를 형성한 결합방식도 사용 가능하다.
검출기모듈(300)은 전술한 바와 같이 상기 공통연결부(280)에 착탈 가능하게 연결되며, 필터블록(400) 및 검출기블록(500)을 포함한다. 구체적으로, 검출기모듈(300)은 상기 적외선 출구창(260)과 연계되도록 설치되며 상기 측정가스 중 측정 대상 성분가스의 특성 흡수 파장대역만을 통과시키는 필터블록(400)과, 상기 필터 블록(400)의 후방에 설치되어 상기 필터블록(400)으로부터 투과된 특성 흡수 파장대역의 측정가스 성분 및 농도를 측정하는 검출기블록(500)을 포함하여 구성된다.
필터블록(400)은 도 4에 보인 것과 같이, 상기 공통연결부(280)에 체결되는 모듈박스(410) 내에 설치되며 상기 적외선 출구창(260)과 선택적으로 정렬되는 채널(421)이 형성된 휠(420)과, 개스킷(440)에 의해 상기 채널(421)의 전면에 고정되도록 상기 휠(420)에 장착되며 상기 측정가스 중 측정 대상 성분가스의 특성 흡수 파장대역을 통과시키는 광학필터(430)와, 상기 채널(421)의 후방에 설치되며 상기 적외선이 내부를 관통하여 투과되는 가스필터 셀(450)을 포함하여 이루어진다.
모듈박스(410)는 전술한 바와 같이, 상기 흡수셀(200)과 착탈 가능하게 결합되며 상기 공통연결부(280)에 대응되는 결합부(412)를 구비한다. 또한, 모듈박스(410)는 상기 흡수셀(200)과 결합되었을 때에 상기 적외선 출구창(260)과 대향되는 위치에 적외선 투과홀(411)을 구비한다. 여기서, 상기 적외선 투과홀(411)은 상기 결합부(412)의 내측에 형성되어 상기 공통연결부(280)와 결합부(412)가 결합되었을 때, 상기 적외선 출구창(260)과 연계되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 모듈박스(410)의 내측에는 측정대상 성분가스를 농도에 따라 처리할 수 있는 광학필터(430), 휠(420) 및 가스필터 셀(430)이 설치되어, 저농도용 또는 고농도용으로 구분된다.
따라서, 저농도용 검출기모듈(300)이나 고농도용 검출기모듈(300)을 이루는 모듈박스(410)에 상기 공통연결부(280)와 대응되는 결합부(412)가 형성되어 있으므 로, 사용자는 측정 대상에 따라 저농도용 검출기모듈(300) 또는 고농도용 검출기모듈(300)을 용이하게 교체하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
휠(420)은 상기 도면에서와 같이, 후방이 개구된 원통형상으로 제조되며, 그 중심영역이 상기 모듈박스(410)에 설치되어 모터(미도시)에 의해 중심축을 기준으로 회전되는 것이 가능하다. 이러한 휠(420)은 전방 측벽에 적외선이 투과되는 복수개의 채널(421)을 구비하며, 상기 채널(421)들은 휠(420)이 회전할 경우에 상기 적외선 출구창(260) 및 적외선 투과홀(411)과 정렬되는 휠(420)의 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 채널(421)은 광학필터 채널과 가스필터 채널로 구분된다. 여기서, 광학필터 채널(421)은 후방에 하기에서 설명될 공셀이 설치된 채널을 나타내며, 가스필터 채널(421)은 후방에 기준셀이 설치된 채널을 나타낸다.
이와 같은 채널(421)의 전면에는 측정 대상 성분가스의 특성 흡수 파장대역을 통과시키는 광학필터(430)가 장착된다. 광학필터(430)는 상기 도면에 보인 것과 같이, 상기 각 채널(421)의 전면에 장착되도록 구성되며, 인접한 두 개의 채널(421)에 동일한 측정대상 성분가스를 위하여 한 쌍씩 장착된다.
개스킷(440)에는 상기 채널(421)에 대응되는 관통구(441)가 형성된다. 개스킷(440)은 상기 관통구(441)와 채널(421)이 나란히 정렬되어 광학필터(430)로 적외선이 투과될 수 있도록 휠(420)에 고정 설치된다.
가스필터 셀(450)은 상기 광학필터(430)의 후방에 위치하도록 상기 채 널(421)의 후방에 각각 설치된다. 가스필터 셀(450)은 도 4의 확대도면에서와 같이 원기둥 형상으로 내부에 중공실(451)이 형성되며 양단이 개구된 형상을 갖는다. 상기 가스필터 셀(450)의 개구된 양단에는 그 내부를 밀폐하는 윈도우(452)가 부착된다. 윈도우(452)는 일반적으로 NaCl, CaF2, sapphire 등이 사용되는데, 본 발명에서는 광대역(2~10㎛)에서 투과 특성을 갖는 CaF2를 사용하는 것이 바람직하다.
가스필터 셀(450)은 그 내부 중공실(451)이 비어있는 공셀과, 내부에 상기 측정 대상 성분가스가 고농도로 충진된 기준셀로 구성된다. 여기서, 상기 공셀은 생략할 수도 있으나 휠(420)의 회전 밸런싱을 위하여 구비하는 것이 바람직하다.
상기에서 설명한 바와 같이, 휠(420)에는 어느 하나의 측정 대상 성분가스에 대한 광학필터(430)가 장착되며 그 후방에 공셀이 설치된 광학필터 채널(421)과, 상기 광학필터와 동일한 광학필터(430)가 장착되며 그 후방에 상기 측정 대상 성분가스가 고농도로 충진된 기준셀이 설치된 가스필터 채널(421)의 쌍이 구비된다. 예컨대, SO2에 대한 광학필터 한 쌍이 인접하는 두 개의 채널에 장착되고, 상기 SO2 광학필터의 후방에는 하나의 공셀과, 상기 SO2 가스가 고농도로 충진된 기준셀이 설치된다.
이와 같이, 상기 광학필터 채널(421)과 가스필터 채널(421) 쌍은 복수의 측정대상 성분가스를 측정할 수 있도록 복수쌍이 구비되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 필터블록이 결합된 상태를 나타내는 일부 확대단면도를 나타낸다. 상기 도면에서와 같이, 흡수셀(200)의 적외선 출구창(260)으로부터 방사된 적외선은 상기 적외선 출구창(260)과 정렬된 적외선 투과홀(411) 및 관통구(441)를 통과하여 광학필터(430)에 투과되며, 상기 광학필터(430)로부터 투과된 특성 흡수 파장대역은 상기 채널(421) 및 가스필터 셀(450)을 통과하여 검출기블록(500)으로 입사된다.
검출기블록(500)은 상기 필터블록(400)의 정렬된 채널(421)의 후단에 위치된다. 검출기블록(400)은 그 내부에 검출기(미도시)가 설치되어 상기 필터블록(300)으로부터 진입된 적외선의 흡수파장 스펙트럼을 측정한다. 여기서, 상기 검출기는 상기 측정대상 성분가스의 농도에 맞게 선택되어 사용된다.
전술한 바와 같이, 필터블록(400)과 검출기블록(500)을 포함하여 구성되는 검출기모듈(300)은 저농도용 검출기모듈(300)과, 고농도용 검출기모듈(300)로 구비되는 것이 바람직하다. 이하에서는 아래의 표 1 내지 3을 참조하여 측정대상 성분가스의 특성 및 그에 따른 검출기모듈(300)에 대하여 설명한다.
아래의 표 1에서는 본 발명의 각 측정 대상 주요 성분가스들의 적외선 흡수 파장대역을 나타낸다.
| 측정대상가스 | 흡수 파장 대역(㎛) |
| SO2 | 3.96, 7.2, 8.5 |
| NO | 5.25 |
| NO2 | 3.4, 5.7, 6.25, 7.9 |
| HCl | 3.3, 3.57 |
상기 표 1에서 보인 것과 같이, 측정대상의 가스 성분들은 각 파장 영역에 따라 흡수 특성이 다르게 나타난다. 구체적으로, 주요 측정대상 성분가스인 SO2의 경우는 파장 3.96㎛ 영역과 7.2㎛ 영역에서 흡수 특성이 나타나는데, 3.96㎛ 영역에서는 작은 피크의 흡수 특성이 나타나고 7.2㎛ 영역에서는 아주 큰 피크의 흡수 특성이 나타난다. 또한 NO2의 경우 파장 6.25㎛ 영역에서 큰 피크의 흡수 특성이 나타난다.
따라서, 상기 측정대상 성분가스가 저농도인 경우에는 큰 피크의 흡수 특성이 나타나는 파장의 대역에 해당되는 광학필터(430) 및 상기 대역을 측정할 수 있는 검출기를 사용한다. 또한, 상기 측정대상 성분가스가 고농도인 경우에는 작은 피크에 해당되는 대역으로 측정이 가능하므로, 그에 해당되는 광학필터(430) 및 검출기를 사용하는 것이 바람직하다.
아래의 표 2, 표 3은 상기 측정대상 성분가스의 농도에 따라 선택한 검출기 및 성분가스의 흡수 특성 파장대역을 나타내는 것으로, 표 2는 저농도용 검출기모듈을 나타내며, 표 3은 고농도용 검출기모듈을 나타낸다.
| 측정 대상 가스 | 흡수 특성 파장대역 | 검출기 |
| SO2 | 7200±20㎚ | HgCdTe detector Operating temp. -50℃ (2~10㎛) |
| NO | 5250±25㎚ | |
| NO2 | 6250±25㎚ | |
| HCl | 3550±25㎚ |
| 측정 대상 가스 | 흡수 특성 파장대역 | 검출기 |
| SO2 | 3960±20㎚ | PbSe detector Operating temp. -25℃ (2~5.25㎛) |
| NO | 5250±25㎚ | |
| NO2 | 6250±25㎚ | |
| HCl | 3550±25㎚ |
상기 표 2 및 표 3에 보인 것과 같이, 본 발명에 따른 저농도용 검출기모듈(300)은 감응파장대역이 광대역인 2~10㎛에서 동작하는 HgCdTe 검출기를 구비하며, 고농도용 검출기모듈(300)은 감응파장대역이 2~5.25㎛에서 동작하는 PbSe 검출기를 구비한다.
예컨대, 측정대상 성분가스가 SO2이며 저농도일 경우에는 흡수 특성 파장대역이 7200±20nm인 광학필터(430)가 구비되며, 광대역에서 동작이 가능한 HgCdTe 검출기가 구비된 저농도용 검출기모듈(300)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, SO2 고농도일 경우에는 흡수 특성 파장대역이 3960±20nm인 광학필터(430)가 구비되며, 상기 파장대역에서 동작이 가능한 PbSe 검출기가 구비된 고농도용 검출기모듈(300)을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, SO2가 고농도일 경우는 상기 흡수 특성 파장대역을 포함하는 저농도용 검출기로도 측정이 가능하나 저농도용의 HgCdTe 검출기가 고가이고 동작온도가 더 낮으므로 고농도용 검출기로 측정하는 것이 바람직하다.
측정대상 성분가스가 NO2인 경우에는 그 흡수 특성 파장대역이 6250±25nm이므로 상기 파장대역을 검출할 수 있는 저농도용 검출기모듈(300)로 모두 측정하는 것이 바람직하다.
한편, 측정대상 성분가스가 NO인 경우에는 그 흡수 특성 파장대역이 5250±25nm로 고농도용 검출기의 감응파장대역을 일부 포함한다. 따라서, 상기 고농도용 검출기로 측정할 경우에는 상기 NO의 흡수 특성 파장대역을 완전히 포함하지 못하고 컷오프되는 현상이 발생된다. 따라서, NO는 상기 흡수 특성 파장대역을 완전히 포함하는 저농도용 검출기로 측정하는 것이 바람직하다.
HCl의 경우에는 그 흡수 특성 파장대역이 3550±25nm로 저농도용 검출기 및 고농도용 검출기의 감응파장대역에 모두 포함된다. 이러한 경우에는 상대적으로 제품이 저가인 고농도용 검출기를 선택하여 사용할 수 있다.
이상에서와 같이 구성된 본 발명에 따른 적외선 가스 검출장치는 아래의 수학식 1에 보인 램버트-비어의 법칙(Lambert Beer`s law)에 따라 각 측정대상 성분가스의 농도(c)를 측정할 수 있다.
여기서, I0 = 투과 적외선 세기
I = 입사 적외선 세기
α= 기체의 흡수계수
c = 농도
l = 가스 투과거리
농도(c)를 알고 있는 표준가스에 대하여 상기 수학식 1에 의해 공셀을 정렬 하였을 때의 적외선 세기(I) 및 기준셀을 정렬하였을 때의 적외선 세기(I0)의 비를 측정하여 αl값을 결정하여 두고, 미지 농도의 측정대상 성분가스에 대해서도 상기와 같은 방법으로 공셀 정렬시 및 기준셀 정렬시의 적외선 세기의 비를 측정하면, 농도(c)를 구하는 것이 가능하다. 이때, 측정기기의 측정 백그라운드를 보정하는 절차를 추가하는 것이 바람직하다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 적외선 가스 검출장치는 흡수셀에 공통연결부를 구비하며, 필터블록 및 검출기블록을 포함하며 상기 공통연결부에 착탈 가능하게 연결되는 검출기모듈을 구비함으로써, 검출기에 입사되는 적외선의 신호 강도를 최대로 할 수 있으며, 상기 측정가스의 성분 및 농도에 따라 상기 검출기모듈을 용이하게 교체하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 가스 검출장치는 필터블록이 흡수셀의 후방에 위치함으로써, 적외선이 다수의 광 경로를 가지는 흡수셀을 통과한 후 필터링되어 검출기에 입사되므로 적외선의 신호 강도를 최대로 하여 측정가스의 정확한 농도를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 적외선 가스 검출장치는 흡수셀에 공통연결부를 구비하며, 필터블록 및 검출기블록을 포함하며 상기 공통연결부에 착탈 가능하게 연결되는 검출기모듈을 구비함으로써, 상기 측정대상 성분가스의 농도에 따라 상기 검출기모듈을 교체하여 사용할 수 있으므로 종래의 적외선 가스 검출장치에 비하여 용이하게 교체하여 가스농도측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (6)
- 측정가스에 적외선을 투과시켜 상기 측정가스의 성분 및 농도를 측정하는 적외선 가스 검출장치에 있어서,가스 유입홀 및 가스 유출홀이 구비되고 측정가스가 유동되는 중공부가 형성된 챔버로 이루어지며 상기 챔버의 대향 위치에 적외선 입사창 및 적외선 출구창이 형성되고 상기 적외선 입사홀과 적외선 방출홀의 내측 위치에는 각각 적외선을 직각으로 반사시키는 반사경이 설치된 흡수셀과;상기 적외선 출구창에 형성되고 외측 둘레에 홈이 형성된 공통연결부와;상기 공통연결부에 착탈 가능하도록 내측 둘레에 볼이 형성된 결합부와 연결되며, 필터블록 및 검출기블록을 포함하는 검출기모듈로서, 상기 필터블록은 상기 공통연결부에 체결되는 모듈박스 내에 설치되며 상기 적외선 출구창과 선택적으로 정렬되는 채널이 형성된 휠과, 개스킷에 의해 상기 채널의 전면에 고정되도록 상기 휠에 장착되며 상기 측정가스 중 측정대상 성분가스의 특성 흡수 파장대역을 통과시키는 광학필터가 설치된 광학필터 채널과 상기 광학필터와 동일한 광학필터가 설치되고 상기 측정대상 성분가스가 고농도로 충진된 가스필터 셀이 상기 광학필터의 후방에 설치된 가스필터 채널을 한 쌍으로 구비하며 상기 채널 쌍 중의 한 채널을 선택적으로 상기 흡수셀의 적외선 출구창에 정열 가능하도록 형성되며, 상기 검출기블록은 상기 필터블록의 정렬된 채널 후단에 위치되며 그 검출기는 상기 측정대상 성분가스의 특성 흡수파장을 포함하는 파장대역에서 동작 가능한 검출기모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 가스 검출장치.
- 제 1항에 있어서,상기 필터블록은 복수의 측정대상 성분가스를 측정할 수 있도록 상기 광학필터 및 가스필터 채널 쌍을 복수개 구비한 것을 특징으로 하는 적외선 가스 검출장치.
- 제 2항에 있어서,상기 복수의 광학필터 및 가스필터 채널 쌍은 모두 측정대상 성분가스의 저농도 특성 흡수파장 대역을 통과시키는 저농도용 필터 채널 쌍이며, 상기 검출기는 상기 복수의 측정대상 성분가스의 저농도 특성 흡수파장을 모두 포함하는 대역에 걸쳐서 동작 가능한 것을 특징으로 하는 적외선 가스 검출장치.
- 제 3항에 있어서,상기 측정대상 성분가스는 저농도 특성 흡수파장이 7200±20nm인 SO2를 포함하며, 상기 검출기는 HgCdTe 검출기인 것을 특징으로 하는 적외선 가스 검출장치.
- 제 2항에 있어서,상기 복수의 광학필터 및 가스필터 채널 쌍은 모두 측정대상 성분가스의 고 농도 특성 흡수파장 대역을 통과시키는 고농도용 필터 채널 쌍이며, 상기 검출기는 상기 복수의 측정대상 성분가스의 고농도 특성 흡수파장을 모두 포함하는 대역에 걸쳐서 동작 가능한 것을 특징으로 하는 적외선 가스 검출장치.
- 제 5항에 있어서,상기 측정대상 성분가스는 고농도 특성 흡수파장이 3960±20nm인 SO2를 포함하며, 상기 검출기는 PbSe 검출기인 것을 특징으로 하는 적외선 가스 검출장치.
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