KR100877491B1 - 항온항습 기능을 구비하는 적외선 가스 감지기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 가스 감지기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공기시료의 온도를 최적으로 일정하게 유지하여 보다 정밀한 가스 농도 검출이 가능한 적외선 가스감지기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가스감지기는, 하우징바디와, 센서어셈블리와, 마이크로콘트롤러를 포함하는 적외선 가스감지기로서, 상기 센서어셈블리는 전면부에 개구부가 형성된 금속제 센서하우징과; 상기 센서하우징에 내장되되, 광원램프와, 상기 광원램프로부터 조사되어 공기시료를 통과한 후 되돌아오는 적외선 광을 수광하여 강도를 측정하고 이를 전기신호로 출력하는 검출신호출력센서와, 공기시료를 통과하지 않은 적외선 광의 강도를 측정하여 전기신호로 출력하는 기준신호출력센서와, 온도센서를 포함하는 광학블록과; 상기 센서하우징의 전면부 개구부 외측부 양측으로 돌출 연장 형성되되 내부에 공기시료를 가열하는 히터가 내장되는 금속제 측면프레임과; 상기 양측 측면프레임 말단 사이에 구비된 반사경을 포함하여, 상기 센서하우징 전면 개구부와 상기 반사경 사이에 적외선 광이 통과되는 광 경로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
센서어셈블리, 센서하우징, 측면프레임, 히터, 센서커버
Description
본 발명은 적외선 가스 감지기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 감지대상이 되는 공기시료의 온도 및 습도를 최적으로 일정하게 유지하여 보다 정밀한 가스 농도 검출이 가능한 항온항습 기능을 구비하는 적외선 가스 감지기에 관한 것이다.
일반적으로 공장이나 화력 발전소 등에서 산업용 연료로서 천연가스(LNG)나 액화석유가스(LPG) 등의 화석 에너지가 주로 사용된다. 이러한 가스들은 가연성 가스들로서 누출시 화재 및 폭발로 이어져 재산 및 인명 피해 등 막대한 손실을 불러 일으킬 위험이 존재하기 때문에, 가스 누출을 미연에 방지하고, 누출시 신속하게 이를 감지하여 피해의 확산을 막기 위한 대처가 필요하다. 이를 위해, 최근 들어, 공장이나 화력 발전소 등 가스 누출 염려가 있는 장소에는 가스 누출 감지 시스템이 속속 도입되고 있다.
이러한 가스 누출 감지 시스템은 가스감지기와 중앙관제기를 포함한다. 상기 가스감지기는 가스 누출이 예견되는 위치에 비치되어 실시간으로 가스 누출 여부를 감지한다. 가스감지기에서 감지된 신호는 중앙관제기로 전송되고, 중앙관제기에서는 이러한 신호들을 수집 및 분석하여 실시간으로 가스 누출 여부를 감시하며, 이상 신호가 발견되는 경우 가스 누출 비상 경보를 발령함으로서 가스 누출 사고에 신속하게 대처할 수 있게 되는 것이다.
종래, 이와 같은 가스 누출 감지 시스템에 사용되는 가스감지기로는 주로 반도체식 혹은 접촉연소식 가스감지기가 사용되었다. 그러나, 이러한 반도체식 혹은 접촉연소식 가스감지기의 경우 공기시료 내에 가스의 존재 여부는 측정이 가능하나 해당 가스의 농도까지는 정확한 검출이 어려웠다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 적외선 센서를 이용하여 공기시료 내에 존재하는 가스의 농도를 측정하는 대기확산형(diffusion) 가스감지기가 개발되어 사용중이다.
도 1 에는 이러한 대기확산형 가스감지기가 도시된다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 대기확산형 가스감지기(1)는 내부에 회로와 각종 케이블을 설치할 수 있는 공간을 구비하는 원통형의 하우징바디(2)와 상기 하우징바디(2)의 상부에 나사체결식으로 회전하여 결합되는 커버(3)로 구성된다. 상기 하우징바디(2)의 측면에는 1개 혹은 2개의 케이블통과관(5)이 형성되며, 상기 케이블통과관(5)에는 외부로부터 전원을 공급받고 센서의 출력신호를 중앙관제기(미도시)로 전송하기 위한 전선케이블(50)이 연결된다. 상기 커버(3)의 중앙에는 투명한 재질의 투시창(3c)이 설치되어 사용자가 그 내부의 표시부(10)에 표시되는 내용을 볼 수 있다. 상기 하우징바디(2)의 측면에 돌출 형성된 센서결합관(6)에는 센서어셈블리(4) 및 센서커버(4a)가 결합된다. 상기 센서어셈블리(4)는 그 안에 적외선을 이용해 가연성 가스 의 대기 중 농도를 측정하는 센서장치가 내장되어 있다.
이러한 대기확산형 가스감지기는 가연성 가스가 섞인 공기시료가 센서어셈블리 내부로 확산되어 들어와 적외선 광원과 센서 사이에 위치할 때 적외선 광원에서 방출된 적외선 중 특정 대역의 파장만이 가연성 가스 분자에 의해 흡수되는 것을 검출함으로써 공기시료에 포함된 가스의 농도를 측정하는 방식이다.
이하, 상기 대기확산형 가스감지기에 의한 가연성 가스 농도 검출 방법을 간략히 설명한다. 일반적으로, 빛은 광 경로(optical path)상에서 회절, 반사, 굴절 및 흡수에 의해서 광 강도가 감소 혹은 증가하게 된다. 입사광이 광 경로를 통과함에 따라 광 강도는 광 경로상의 가스에 의해 흡수되어 초기 광 강도는 감소하게 된다. 이때, 광 경로상의 가스 농도(J)가 균일하게 분포하고 있고, 등방적 (isotropic)이며, 광 경로(L)를 적외선이 통과할 때, 최종 광 강도(I)는 가스 흡수 계수(k), 광 경로(L)와 초기 광 강도(IO)의 함수인 비어-램버트(Beer-Lambert)의 법칙에 의하여 설명된다.
I = Ioㆍe-KJL(x) -------- 식(1)
즉, 비어-램버트의 법칙은 상기 식 (1)과 같이 표현되며, 초기 광 강도(IO) 및 측정 대상 가스의 흡수계수가 일정한 경우, 최종 광 강도(I)는 광 경로상의 가스 농도 (J)와 광 경로(L)의 함수로 표현된다. 식 (1)에서 측정하고자 하는 가스가 존재하지 않는 경우, 즉 J = 0인 경우,최종 광 강도와 초기 광 강도는 같게 된다.
I = Io ------- 식(2)
따라서, 측정 대상 가스가 없는 상태와 가스 농도가 J인 경우에, 광 강도차는 식 (3)에 제시되는 바와 같다.
ΔI = Ioㆍ(1-e-KJL(x)) -------- 식(3)
그러나, 일반적인 적외선 센서는 광 강도에 비례한 미소 전압을 그 출력으로 나타내므로, 가스 존재 유무에 따른 센서의 출력은 이하의 식(4)과 같이 표현된다.
ΔV = αㆍΔI = αㆍIoㆍ(1-e-KJL(x)) -------- 식(4)
즉, 가스가 존재하지 않는 공기시료를 통과한 적외선의 광 강도와 가스가 포 함된 공기시료를 통과한 적외선의 광 강도의 차이를 검출함에 따라 해당 공기시료에 존재하는 가연성 가스의 농도를 측정할 수 있게 되는 것이다.
결국 이러한 적외선 가스감지기의 경우 적외선이 공기시료를 통과하면서 일부가 가스 분자에 의해 흡수되고 나머지 일부가 센서에서 수광되며, 수광된 적외선의 광 강도를 측정하는 방식을 취하고 있는데, 공기시료를 통과한 적외선의 광 강도 측정값은 공기시료 주변의 온도와 습도에 따라 달라지는 것으로 나타났다. 특히, 습도가 적외선 흡수율에 미치는 영향이 더 큰 것으로 알려졌는데, 이는 공기시료 내에 존재하는 수증기(H2O)가 적외선을 흡수하므로 센서에서는 수증기에 의해 흡수되어 감쇄된 적외선 광의 강도를 가스 분자에 의한 것으로 인식하게 되기 때문이다.
그러나, 종래의 적외선 가스감지기에는 공기시료의 온도 및 습도 변화에 따른 측정값 오차에 대한 대책이 전혀 존재하지 않아, 정밀한 가스 농도의 측정에 한계가 있어 왔다.
그리고, 종래의 적외선 가스감지기의 경우 센서어셈블리 내부에 공동체(cavity)를 형성하여 공동체 내부로 공기시료가 유입된 후 유출되도록 함에 따라 공기시료를 일시적이고 강제적으로 포집하는 방식으로 가스 감지를 수행하였는 바, 이러한 공기시료의 포집시 공동체 내외로의 공기시료의 원활한 유입 및 유출이 보장되지 못하는 경우, 과거에 포집된 공기시료가 계속해서 공동체 내부에 체류하는 상태에서 측정이 이루어짐에 따라 해당 감지구역에서의 실질적인 가스 농도 검출이 어려웠으며, 실시간 정확한 측정이 보장되지 못하는 단점이 존재하였다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 적외선 가스감지기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 감지대상이 되는 공기시료의 온도 및 습도를 최적화시켜 온도와 습도 변화에 따른 측정값 오차를 줄임으로써 정밀한 가스 농도의 측정이 가능한 적외선 가스감지기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공기시료의 일시적이고 강제적인 포집 방식을 채택하지 않고, 감지구역 내에 자연적으로 유동되고 있는 공기시료를 직접적으로 측정하는 방식을 채택함으로서 해당 감지구역의 실질적이며 실시간 정확한 가스 농도 측정이 가능한 적외선 가스감지기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스감지기는, 내부에 각종 회로와 케이블을 설치할 수 있는 공간을 구비한 하우징바디와,상기 하우징바디 일측으로 돌출형성된 센서결합관에 결합되는 센서어셈블리와, 상기 센서어셈블리로부터 전달된 감지 신호에 근거하여 감지대상이 되는 공기시료의 가스 농도를 산출함과 아울러 전체 작동을 제어하는 마이크로콘트롤러를 포함하는 적외선 가스감지기로서, 상기 센서어셈블리는, 내부에 중공부가 구비되며 전면부에는 개구부가 형성된 금속제 센서하우징과; 상기 센서하우징 중공부에 내장되되, 감지대상이 되는 공기시료에 적외선 광을 조사하는 광원램프와, 상기 광원램프로부터 조사되어 공기시료를 통과한 후 되돌아오는 적외선 광을 수광하여 강도를 측정하고 이를 전기신호로 출력하는 검출신호출력센서와, 공기시료를 통과하지 않은 적외선 광의 강도를 측정하여 전기신호로 출력하는 기준신호출력센서와, 온도 측정을 위한 온도센서를 포함하는 광학블록과; 상기 센서하우징의 전면부 개구부 외측부 양측으로 돌출 연장 형성되되 내부에 전원의 인가에 따라 발열되어 주변 공기시료를 가열하는 히터가 내장되는 금속제 측면프레임과; 상기 양측 측면프레임 말단 사이에 구비된 반사경틀에 끼워져 광원램프로부터 조사되는 적외선 광을 반사시키는 반사경을 포함하여, 상기 센서하우징 전면 개구부와 상기 반사경 사이에 적외선 광이 통과되는 광 경로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 온도센서는 상기 히터의 발열 온도를 실시간으로 감지하고 그 온도감지신호를 출력하며, 상기 마이크로콘트롤러는 상기 온도센서로부터 출력된 온도감지신호를 미리 저장된 온도기준값과 비교하여, 온도측정값이 온도기준값 보다 작은 경우 히터를 가동시키고, 온도측정값이 온도기준값 보다 큰 경우에는 히터의 가동을 중지시켜 공기시료를 최적의 온도로 일정하게 유지시켜 가스 농도값의 측정 오차를 최소화하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 센서하우징의 전면부 개구부에는 센서하우징 내부로 가스 등 오염물질이 침투하는 것을 방지하기 위한 투명창이 끼워지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 센서하우징의 전방부 외주면에는 상기 측면프레임 부분을 양 측면프레임 사이에 형성된 광 경로를 외부와 차단하기 위한 센서커버가 끼움결합되되, 상기 광 경로 상에 감지대상이 되는 공기시료가 유입되도록 일측 측면프레임 말단부에는 공기유입구가 양 측면프레임 사이에 형성된 광 경로 공간과 연통되도록 형성되고, 상기 공기유입구의 외측에는 공기유입노즐이 끼워지며, 감지가 완료된 공기시료가 외부로 배출되도록 타측 측면프레임 말단부에는 공기유출구가 양 측면프레임 사이에 형성된 광 경로 공간과 연통되도록 형성되고, 상기 공기유출구의 외측에는 공기유출노즐이 끼워지며, 상기 센서커버의 전면측에는 상기 공기유입노즐 및 공기유출노즐이 관통 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양 측면프레임 사이에는 탈부착 가능한 투명차단판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 감지대상이 되는 공기시료를 최적의 일정한 온도로 가열하는 히터를 포함함에 따라, 공기시료의 온도 및 습도를 최적화시켜 온도와 습도 변화에 따른 가스 농도값의 측정 오차를 줄임으로써 정밀한 가스 농도의 측정이 가능하며, 공기시료의 일시적이고 강제적인 포집 방식을 채택하지 않고 감지구역 내에 자연적으로 유동되고 있는 공기시료를 직접적으로 측정하는 방식을 채택함으로서 해당 감지구역의 실질적이며 실시간 정확한 가스 농도 측정이 가능함과 동시에 공기시료 포집 방식도 함께 적용할 수 있는 탁월한 장점을 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 외부 사시도, 도 3 은 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 센서커버(500)를 분리한 상태를 도시한 사시도, 도 4 는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기 내부 구성이 도시된 단면도, 도 5 는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 기능 블록도이다.
도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 가스감지기는 종래 가스감지기와 마찬가지로 표시부(10)를 포함하는 하우징바디(2)를 포함하며, 상기 하우징바디(2)의 센서결합관(6)에 결합되는 센서어셈블리(400)를 포함한다. 상기 센서어셈블리(400)는 센서하우징(410), 광학블록(460), 측면프레임(420), 반사경(440)을 포함한다.
상기 센서하우징(410)은 내부에 각종 부품들이 수납될 수 있도록 중공부가 구비된 대체로 원통형상인 금속제 함체로서, 전면부에는 개구부(412)가 구비되어 후술하는 광원램프(462)로부터 조사된 적외선 광이 통과될 수 있도록 구성되며, 상기 개구부(412)에는 센서하우징(410) 내부로 가스 등 오염물질이 침투하는 것을 방지하기 위해 투명창(450)이 끼워지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 센서하우징(410)은 도 4 에 도시된 바와 같이, 각종 부품들을 실장한 후 상호 결합할 수 있도록 2개의 반부로 구분되어 구성되는 것이 바람직하다.
상기 센서하우징(410)에는 광학블록(460)이 내장된다. 상기 광학블록(460)은 각종 광학소자들이 회로 기판상에 배치되어 결합된 것으로, 감지대상이 되는 공기시료에 적외선 광을 조사하는 광원램프(462)와, 상기 광원램프(462)로부터 조사되어 공기시료를 통과한 후 되돌아오는 적외선 광을 수광하여 강도를 측정하고 이를 전기신호로 출력하는 검출신호출력센서(464)와, 공기시료를 통과하지 않은 적외선 광의 강도를 측정하여 전기신호로 출력하는 기준신호출력센서(466)와, 온도를 감지하는 온도센서(468)를 포함하며, 본 발명에서는 여기에 추가적으로 후술하는 히터(470)가 연결된다.
이러한 광원램프(462)와 센서들을 포함하는 광학블록(460)은 적외선 가스감지기용 센서어셈블리(400)에 통상적으로 사용되는 부품으로서 이미 공지된 것으로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 하며, 추가적으로 구비된 히터(470)에 대해서 는 후술하기로 한다.
상기 센서하우징(410)의 전면부 개구부(412) 외측에는 양측으로 측면프레임(420)이 돌출 연장 형성된다. 상기 측면프레임(420)은 센서하우징(410)과 동일한 금속제로 일체로 형성되며, 양측 측면프레임(420)의 말단 사이에는 반사경틀(430)이 구비되고, 여기에 반사경(440)이 끼워진다. 즉, 상기 센서하우징(410) 전면 개구부(412)와 상기 반사경(440) 사이에 적외선 광이 통과되는 광 경로(L)가 형성되는 것이다.
상기 광원램프(462)로부터 적외선 광이 조사되면 센서하우징(410)의 전면부 개구부(412)를 통하여 적외선 광이 조사되어 나오고, 조사된 적외선 광은 상기 측면프레임(420) 사이에 형성된 광 경로(L) 상에 존재하는 공기시료를 통과한다. 이때, 적외선 광은 공기시료 내의 가스 분자에 의해 특정 파장대의 빛이 흡수되어 광 강도의 감쇄가 일어나게 된다.
한편, 조사된 적외선 광은 양 측면프레임(420)의 말단 사이에 구비된 반사경(440)에서 반사되어 광 경로(L)를 따라 되돌아오게 된다. 되돌아오는 적외선 광은 센서하우징(410)의 전면부 개구부(412)를 통하여 센서하우징(410) 내부로 들어와 검출신호출력센서(464)에서 수광되며, 상기 검출신호출력센서(464)는 가스 분자에 의해 감쇄된 적외선의 광 강도를 검출하고 이를 전압신호 형태로 출력한다.
이러한 본 발명의 구성에 따르면, 공기시료가 별도의 중공체 내부로 유입되어 일시 포집된 후 측정이 이루어지고, 그 다음 다시 유출되는 방식이 아니라, 광 경로가 바로 공기중에 노출되어 있어서, 포집 과정 없이 바로 가스 감지가 가능할 뿐만 아니라, 실시간으로 자연스럽게 유동하는 공기를 대상으로 측정하기 때문에 실시간으로 실질적인 공기중 가스 농도를 측정할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 측면프레임(420) 내부에는 히터(470)가 내장된다. 상기 히터(470)는 상기 광학블록(460)의 회로 기판에 연결되어 전원을 공급받음에 따라 발열되는 열선히터로서, 상기 히터(470)에서 발생된 열은 금속제로 구성된 측면프레임(420)에 전도되어 그 주변 공기시료를 가열하는 역할을 수행한다.
적외선 광이 광 경로를 따라 공기시료를 통과하면, 특정 파장대의 빛이 가스 분자에 의해 흡수되는데, 공기시료에 존재하는 수증기(H2O)도 빛을 흡수하는 성질이 강하기 때문에, 습도가 높을 경우 적외선 광의 흡수량이 더 많아져서 측정 오차가 커지는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 센서어셈블리(400)에서는 측면프레임(420)에 별도의 히터(470)가 내장되는 것이다. 상기 히터(470)가 발열됨 에 따라 금속제로 구성된 측면프레임(420)이 가열되고, 이에 따라, 측면프레임(420) 내측에 존재하는 공기시료가 가열된다. 공기시료가 가열됨에 따라 온도가 상승하게 되면 상대적으로 습도가 낮아지게 되므로 수증기에 의한 적외선 흡수율이 작아지게 된다. 따라서, 수증기에 의해 흡수되는 적외선 광의 양이 감소하므로 정밀한 가스 농도의 측정이 가능한 것이다.
한편, 광 경로가 공기중에 노출된 형태인 본 발명에 따른 가스감지기의 센서어셈블리(400)는 센서커버(500)를 씌워줌에 따라 종래의 센서어셈블리(400)와 같은 공동체를 형성하고 그 공동체 내부에 공기시료를 일시 포집하여 공기시료 내에 존재하는 가스의 농도를 측정할 수도 있다. 도 2 에 이와 같은 센서커버(500)가 씌워진 모습이 도시된다.
상기 센서커버(500)는 일종의 캡부재로서, 돌출된 측면프레임(420) 부분을 덮도록 상기 센서하우징(410)의 전방부 외주면에 끼움결합된다.
이와 같이 센서커버(500)에 의해 광 경로가 외부와 차단된 경우, 공기시료의 가스 감지를 위해서는 외부 공기시료가 센서커버(500) 내부로 유입되어야 한다. 이를 위해, 상기 일측 측면프레임(420)의 말단부에는 공기유입구(422)가 양 측면프레임(420) 사이에 형성된 광 경로 공간과 연통되도록 구성되고, 상기 공기유입구(422)의 외측에는 공기유입노즐(423)이 끼워진다. 그리고, 상기 센서커버(500) 내부로 유입된 후 측정된 공기시료가 다시 외부로 배출될 수 있도록, 타측 측면프레임(420)의 말단부에는 공기유출구(424)가 양 측면프레임(420) 사이에 형성된 광 경로 공간과 연통되도록 구성되고, 상기 공기유출구(424)의 외측에는 공기유출노즐(425)이 끼워진다. 그리고, 상기 센서커버(500)의 전면측에는 상기 공기유입노즐(423) 및 공기유출노즐(425)이 관통 결합될 수 있도록 통공이 각각 형성된다.
이러한 구성에 따라, 공기시료가 공기유입노즐(423)을 통해 유입된 후 공기유입구(422)를 지나 광 경로 상에 일시 포집되고, 가스 농도 측정이 완료되면 다시 공기유출구(424)를 지나 공기유출노즐(425)을 통하여 외부로 배출되게 된다.
따라서, 사용자는 필요에 따라 상기 센서커버(500)를 결합한 상태에서 공기시료를 포집하여 가스 농도를 측정할 수도 있고, 상기 센서커버(500)를 분리한 상태에서 대기중에 존재하는 공기시료를 대상으로 하여 직접적인 측정도 가능하다.
한편, 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 양 측면프레임(420) 사이에는 탈부착 가능하게 설치되는 투명차단판(480)이 설치되는 것도 바람직하다. 상기 투명차단판(480)은 투명한 유리로 구성되어 적외선 광은 통과시키지만 공기시료가 통과되지 못하기 때문에, 센서커버(500)를 결합한 상태에서 가스 측정이 수행되는 경우, 공기유입구(422)를 통하여 광 경로 내부로 유입된 공기가 후방측으로 이동하지 못하도록 차단한다.
이러한 투명차단판(480)에 의해 상기 투명차단판(480)과 반사경(440) 사이에는 일정 공간을 갖는 플로우셀(flow cell;C)이 형성된다. 플로우셀(C)이란 유입된 공기시료가 흐르는 공간이라는 의미로 상기 공기유입구(422)를 통해 유입된 공기시료가 투명차단판(480)에 의해 차단되어 후방으로 흘러가지 못하고 일정 시간 머물다가 다시 공기유출구(424)를 통하여 흘러나가게 된다. 이 경우, 비교적 협소한 플로우셀(C) 내부에 공기시료가 채워지게 되므로 상대적으로 가스의 농도가 높아지게 되는바, 이러한 투명차단판(480)은 고농도의 가스 측정시 테스트 목적으로 주로 사용될 수 있다.
도 5 에는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 기능 블록도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 가스감지기는 이미 설명한 광학블록(460)과, 광원구동부(610), 히터구동부(620), 증폭기 및 A/D변환기, 디스플레이부(630), 키입력부(640), RS485통신부(650), 전류출력부(660), 알람릴레이출력부(670), 그리고 마이크로콘트롤러(600)를 포함한다.
상기 광학블록(460)은 이미 상술하고 도 5 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광원램프(462), 기준신호출력센서(466), 검출신호출력센서(464)를 포함하며, 추가적으로 히터(470)가 연결되도록 구성된다.
상기 광원구동부(610)는 광원램프(462)를 작동시키는 부분으로, 마이크로콘트롤러(600)의 제어 명령에 따라 광원램프(462)를 점등시키거나 소등시키는 릴레이 회로로 구성된다.
상기 히터구동부(620)는 측면프레임(420) 내부에 내장된 히터(470)를 작동시키는 부분으로, 마이크로콘트롤러(600)의 제어 명령에 따라 히터(470)를 작동시키거나 정지시키는 릴레이 회로로 구성된다.
상기 기준신호출력센서(466)와 검출신호출력센서(464), 그리고 온도센서(468)에서는 전압신호가 출력되는데, 이러한 신호는 미약하기 때문에 검출가능한 신호로 증폭하기 위해, 상기 기준신호출력센서(466), 검출신호출력센서(464), 그리고 온도센서(468)의 각 출력단에는 증폭기가 각각 설치된다. 상기 증폭기에 의해 증폭된 전압신호는 A/D변환기에 의해 디지털값으로 변환되어 후술하는 마이크로콘트롤러(600)에 전송된다.
상기 디스플레이부(630)는 가스감지기의 하우징바디(2) 상부면에 설치된 와이드 LCD로서, 가스감지기의 작동상태, 제어모드 및 감지된 가스의 농도 정보 등을 표시한다.
상기 키입력부(640)는 사용자가 제어모드 등에 관한 설정값을 입력할 수 있 고, 각종 제어기능을 선택할 수 있는 기능스위치, 리셋스위치 등을 포함한다.
한편, 상기 RS485통신부(650)는 외부에 별도 설치된 중앙관제기로 검출된 가스 농도 측정값을 전송하기 위한 통신모듈이며, 상기 전류출력부(660)는 후술하는 마이크로콘트롤러(600)에 의해 산출된 가스 농도를 소정 범위(4 ~ 20mA)의 전류신호로 출력하는 회로부이다.
또한, 상기 알람릴레이출력부(670)는 마이크로콘트롤러(600)에 의해 산출된 가스 농도가 미리 입력된 기준농도값 이상으로 상승하는 경우 알람신호를 출력하는 회로부이다.
상기 마이크로콘트롤러(600)는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기 각부 작동을 제어함과 아울러, 상기 A/D변환기로부터 전달받은 디지탈화된 기준신호 및 검출신호에 근거하여 가스 농도값을 산출한다. 가스 농도값 산출 방법은 이미 배경기술 설명시 상술한 바와 같고, 이러한 가스 농도값 산출은 마이크로콘트롤러(600)에 미리 저장되어 있는 연산 프로그램에 의해 수행된다.
한편, 상기 히터(470)는 가스 농도 측정값의 오차를 최소화할 수 있는 최적의 온도로 일정하게 제어되도록 구성된다. 이를 위해, 상기 온도센서(468)는 상기 히터(470)의 발열온도를 실시간으로 감지하고 그 온도감지신호를 출력하며, 출력된 온도감지신호는 증폭기에서 증폭된 후 A/D변환기에서 디지털값으로 변환되어 마이크로콘트롤러(600)에 전달된다. 상기 마이크로콘트롤러(600)에는 가스 농도값의 측정 오차를 최소화할 수 있는 최적의 온도기준값이 미리 저장되어 있다.
상기 마이크로콘트롤러(600)는 A/D변환기로부터 디지털값으로 변환되어 전달된 온도측정값을 미리 저장된 온도기준값과 비교한다. 비교 결과, 온도측정값이 온도기준값 보다 작은 경우에는 상기 히터구동부(620)에 히터(470)를 작동시키는 제어명령을 전달하여 히터(470)를 가동한다. 반대로, 온도측정값이 온도기준값 보다 큰 경우에는 상기 히터구동부(620)에 히터(470) 작동을 정지시키기는 제어명령을 전달하여 히터(470)의 가동을 중지시킴으로써, 히터(470)를 최적의 온도로 일정하게 유지시키는 기능을 수행하는 것이다. 이로써, 온도 및 습도 변화에 따른 가스 농도값의 측정 오차가 최소화될 수 있는 것이다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
도 1 은 종래 적외선 가스감지기의 외부 사시도,
도 2 는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 외부 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 센서커버를 분리한 상태를 도시한 사시도,
도 4 는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기 내부 구성이 도시된 단면도,
도 5 는 본 발명에 따른 적외선 가스감지기의 기능 블록도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
400 : 센서어셈블리 410 : 센서하우징
412 : 개구부 420 : 측면프레임
422 : 공기유입구 423 : 공기유입노즐
424 : 공기유출구 425 : 공기유출노즐
430 : 반사경틀 440 : 반사경
450 : 투명창 460 : 광학블록
462 : 광원램프 464 : 검출신호출력센서
466 : 기준신호출력센서 468 : 온도센서
470 : 히터 480 : 투명차단판
500 : 센서커버 600 : 마이크로콘트롤러
610 : 광원구동부 620 : 히터구동부
630 : 디스플레이부 640 : 키입력부
650 : RS485통신부 660 : 전류출력부
670 : 알람릴레이출력부
Claims (5)
- 내부에 각종 회로와 케이블을 설치할 수 있는 공간을 구비한 하우징바디(2)와,상기 하우징바디(2) 일측으로 돌출형성된 센서결합관(6)에 결합되는 센서어셈블리(400)와, 상기 센서어셈블리(400)로부터 전달된 감지 신호에 근거하여 감지대상이 되는 공기시료의 가스 농도를 산출함과 아울러 전체 작동을 제어하는 마이크로콘트롤러(600)를 포함하는 적외선 가스감지기에 있어서,상기 센서어셈블리(400)는, 내부에 중공부가 구비되며 전면부에는 개구부(412)가 형성된 금속제 센서하우징(410)과; 상기 센서하우징(410) 중공부에 내장되되, 감지대상이 되는 공기시료에 적외선 광을 조사하는 광원램프(462)와, 상기 광원램프(462)로부터 조사되어 공기시료를 통과한 후 되돌아오는 적외선 광을 수광하여 강도를 측정하고 이를 전기신호로 출력하는 검출신호출력센서(464)와, 공기시료를 통과하지 않은 적외선 광의 강도를 측정하여 전기신호로 출력하는 기준신호출력센서(466)와, 온도 측정을 위한 온도센서(468)를 포함하는 광학블록(460)과; 상기 센서하우징(410)의 전면부 개구부(412) 외측부 양측으로 돌출 연장 형성되되 내부에 전원의 인가에 따라 발열되어 주변 공기시료를 가열하는 히터(470)가 내장되는 금속제 측면프레임(420)과; 상기 양측 측면프레임(420) 말단 사이에 구비된 반사경틀(430)에 끼워져 광원램프(462)로부터 조사되는 적외선 광을 반사시키는 반사경(440)을 포함하여, 상기 센서하우징(410) 전면 개구부(412)와 상기 반사경(440) 사이에 적외선 광이 통과되는 광경로가 형성되어, 상기 광경로는 공기중에 노출되어 실시간으로 자연 유동하는 공기중 가스 농도의 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 적외선 가스감지기.
- 제 1 항에 있어서,상기 온도센서(468)는 상기 히터(470)의 발열 온도를 실시간으로 감지하고 그 온도감지신호를 출력하며, 상기 마이크로콘트롤러(600)는 상기 온도센서(468)로부터 출력된 온도감지신호를 미리 저장된 온도기준값과 비교하여, 온도측정값이 온도기준값 보다 작은 경우 히터(470)를 가동시키고, 온도측정값이 온도기준값 보다 큰 경우에는 히터(470)의 가동을 중지시켜 공기시료를 최적의 온도로 일정하게 유지시켜 가스 농도값의 측정 오차를 최소화하는 것을 특징으로 하는 적외선 가스감지기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 센서하우징(410)의 전면부 개구부(412)에는 센서하우징(410) 내부로 가스 등 오염물질이 침투하는 것을 방지하기 위한 투명창(450)이 끼워지는 것을 특징으로 하는 적외선 가스감지기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 센서하우징(410)의 전방부 외주면에는 상기 측면프레임(420) 부분을 양 측면프레임(420) 사이에 형성된 광 경로를 외부와 차단하기 위한 센서커버(500)가 끼움결합되되, 상기 광 경로 상에 감지대상이 되는 공기시료가 유입되도록 일측 측 면프레임(420) 말단부에는 공기유입구(422)가 양 측면프레임(420) 사이에 형성된 광 경로 공간과 연통되도록 형성되고, 상기 공기유입구(422)의 외측에는 공기유입노즐(423)이 끼워지며, 감지가 완료된 공기시료가 외부로 배출되도록 타측 측면프레임(420) 말단부에는 공기유출구(424)가 양 측면프레임(420) 사이에 형성된 광 경로 공간과 연통되도록 형성되고, 상기 공기유출구(424)의 외측에는 공기유출노즐(425)이 끼워지며, 상기 센서커버(500)의 전면측에는 상기 공기유입노즐(423) 및 공기유출노즐(425)이 관통 결합되는 것을 특징으로 하는 적외선 가스감지기.
- 제 4 항에 있어서,상기 양측면프레임(420) 사이에는 상기 공기유입구(422)를 통하여 광 경로 내부로 유입된 공기가 후방측으로 이동하지 못하도록 차단하는 투명차단판(480)이 설치되어, 공기시료의 농도가 높이지게 함에 따라, 고농도 가스의 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 적외선 가스감지기.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104165857A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-11-26 | 上海申渭电子科技有限公司 | 一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器 |
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| JPS59171836A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 光吸収セル |
| JP2001153793A (ja) | 1999-07-19 | 2001-06-08 | L'air Liquide | 吸収分光器の光学部材への沈積を防ぐための方法並びに装置 |
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2008
- 2008-04-29 KR KR1020080039741A patent/KR100877491B1/ko not_active IP Right Cessation
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