KR100895648B1

KR100895648B1 - 흡입식 적외선 가스센서 모듈

Info

Publication number: KR100895648B1
Application number: KR1020070071669A
Authority: KR
Inventors: 송찬영
Original assignee: 주식회사 가스트론
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-05-07
Also published as: KR20090008600A

Abstract

본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈은, 가연성 가스 및 이산화탄소의 누설을 감지하는 가스감지기에 적용되는 것으로서, 적외선을 발생하는 적외선 발생부(9); 측정 대상 가스가 공기와 함께 유입되어 존재하며 상기 적외선 발생부(9)로부터 나온 적외선이 전달되어 통과하는 적외선 전달경로; 상기 적외선 전달경로를 통해 전달된 적외선을 검출하여 공기 중에 존재하는 측정대상가스의 농도에 관한 출력신호를 발생하는 센서부(8); 일 단부에 상기 적외선 발생부(9)가 설치되고, 타 단부에는 상기 센서부(8)가 설치되며, 상기 양쪽 단부들의 사이에는 상기 적외선 전달경로가 마련된 하우징(4); 상기 하우징(4)의 상기 센서부(8)가 설치된 타 단부에 결합되어 상기 센서부(8)를 내장하는 센서 케이스(2); 상기 센서부(8)와 상기 가스감지기를 연결하는 제1전선(81a)과 제2전선(82a); 상기 센서부(8)와 상기 적외선 발생부(9)를 연결하는 제3전선(91); 상기 적외선 전달경로와 나란하게 상기 하우징(4)의 내부에 형성되어 상기 제3전선(91)이 통과하는 전선통과공(51); 상기 하우징(4)의 적어도 일부를 덮는 보호커버(3); 및 상기 보호커버(3)와 협동하여 상기 하우징(4)을 외부로부터 차단하며, 공기흡입구멍 및 공기배출구멍이 형성되어 있는 하우징 커버(30);를 포함한다. 본 발명의 가스센서 모듈은 기존의 가스센서 모듈에 비해 상대적으로 긴 도파관부를 가짐으로써 훨씬 정밀한 가스농도의 측정이 가능하며, 기존의 가연성 가스감지기들에 모듈식으로 쉽게 결합하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

가스, 가연성 가스, 이산화탄소, 센서, 가스감지기, 누설, 적외선, 램프, 하우징, 기준센서, 검출센서, 흡입, 흡입식

Description

흡입식 적외선 가스센서 모듈{Intake-type gas sensor module using infrared rays}

본 발명은 흡입식 적외선 가스센서 모듈에 관한 것으로서, 특히 적외선을 이용하여 가연성 가스들과 이산화탄소의 농도를 측정하는 가스 감지기들에 모듈식으로 쉽게 결합됨으로써 공기 중의 가스 농도를 매우 정밀하게 측정할 수 있는 흡입식 적외선 가스센서 모듈에 관한 것이다.

현대 사회는 석유, 천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등 화석연료를 주된 에너지원으로 사용하고 있으며, 이 중 천연가스와 액화석유가스는 자동차의 연료, 가정의 난방 및 취사연료 및 각종 산업현장에서의 동력원으로 널리 사용되고 있다. 천연가스와 액화석유가스 등을 비롯한 각종 가연성 가스들은 공통적으로 탄화수소(hydrocarbon)계열의 분자구조를 가져 탄소(C)와 수소(H)의 결합으로 구성되며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 가스 등이 이러한 가연성 가스의 범주에 포함된다.

최근에는 가연성 가스를 취급하는 공장이나 산업현장이 더욱 많아지고 있어서 가연성 가스의 취급에 따른 누설의 위험 또한 크게 증가하고 있는 상황이다. 가연성 가스가 누설되었을 경우 폭발과 화재로 인해 막대한 손해를 입을 수 있기 때 문에, 일반적으로 가연성 가스를 생산, 관리하는 산업현장에서는 가스의 누설여부를 조기에 감지할 수 있는 가스감지기를 설치하여 가스가 누설되었을 시 신속히 필요한 조치를 취하도록 하고 있다.

그러나, 종래의 가연성 가스 감지기는 측정대상가스의 농도에 관한 정밀도가 높지 않아 정확한 위험감지가 이루어지기 어려운 단점이 있었다. 우리의 일상생활 및 산업현장에서 가스의 활용도가 높아질수록 그에 비례하여 가스누출로 인한 사고 발생의 위험은 더욱 증가하는 것이므로, 보다 정확히 가스농도를 측정할 수 있는 가스센서 모듈의 개발이 절실하였다.

또한, 종래의 가연성 가스 감지기는 기계 자체의 가격이 수백만원에 이를 정도로 고가이므로, 이러한 고가의 가연성 가스 감지기 전체를 교체하는 것보다는 센서모듈을 가스감지기로부터 착탈가능하게 만들고 이 센서모듈을 보다 정밀하고 신뢰성 있는 고품질의 것으로 바꿔 끼움으로써 가스감지기 전체의 성능향상을 꾀하는 것이 유리하게 되었다. 이러한 이유에서, 종래의 가스감지기에 사용되는 가스센서 모듈보다 훨씬 높은 신뢰수준에서 더욱 정밀하게 가연성 가스 및 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 새로운 타입의 가연성 가스센서 모듈이 필요하게 되었다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 적외선을 이용해 가연성 가스 및 이산화탄소의 농도를 측정하는 기존의 가스감지기들에 모듈식으로 결합하여 사용함으로써 보다 정확한 가스농도 측정이 이루어질 수 있도록 하는 고정밀도의 흡 입식 적외선 가스센서 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공된 흡입식 적외선 가스센서 모듈은, 적외선을 발생하는 적외선 발생부(9); 측정 대상 가스가 공기와 함께 유입되어 존재하며 상기 적외선 발생부(9)로부터 나온 적외선이 전달되어 통과하는 적외선 전달경로; 상기 적외선 전달경로를 통해 전달된 적외선을 검출하여 공기 중에 존재하는 측정대상가스의 농도에 관한 출력신호를 발생하는 센서부(8); 일 단부에 상기 적외선 발생부(9)가 설치되고, 타 단부에는 상기 센서부(8)가 설치되며, 상기 양쪽 단부들의 사이에는 상기 적외선 전달경로가 마련된 하우징(4); 상기 하우징(4)의 상기 센서부(8)가 설치된 타 단부에 결합되어 상기 센서부(8)를 내장하는 센서 케이스(2); 상기 센서부(8)와 상기 가스감지기를 연결하는 제1전선(81a)과 제2전선(82a); 상기 센서부(8)와 상기 적외선 발생부(9)를 연결하는 제3전선(91); 상기 적외선 전달경로와 나란하게 상기 하우징(4)의 내부에 형성되어 상기 제3전선(91)이 통과하는 전선통과공(51); 상기 하우징(4)의 적어도 일부를 덮는 보호커버(3); 및 상기 보호커버(3)와 협동하여 상기 하우징(4)을 외부로부터 차단하며, 공기흡입구멍 및 공기배출구멍이 형성되어 있는 하우징 커버(30);를 포함한다.

본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈은 기존의 가스센서 모듈에 비해 상대적으로 긴 적외선 전달경로(즉 도파관부)를 가짐으로써 공기 중 가스농도의 미세한 변화를 감지할 수 있으며, 훨씬 정밀한 가스농도의 측정이 가능하다.

또한, 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈은, 공기가 인입되는 도파관부를 제외하면, 센서, 적외선 램프 및 회로들이 내장된 하우징 전체가 외부와 완전 차단된 상태로 밀폐된 방폭형 구조를 가짐으로써 가연성 가스가 존재하는 환경에서 사용될 때에 폭발 및 연소의 위험을 근본적으로 방지하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈은 기존의 가연성 가스 감지기들에 쉽게 모듈식으로 결합될 수 있는 구조를 가지므로, 기존의 가연성 가스감지기들 자체를 교체할 필요없이 기존의 가스감지기에 달린 가스센서모듈 만을 떼어내고 본 발명의 가스센서 모듈을 대신 장착함으로써 훨씬 향상되고 안전한 가스감지성능을 달성할 수 있도록 하는 장점이 있다.

우선, 본 발명에 관한 상세한 설명에 앞서 가스감지기의 종류에 대해 간단히 설명한다.

종래의 가스감지기들은 측정대상 가스의 종류에 따라 가연성 가스들을 측정하는 감지기들과 유독성 가스를 측정하는 감지기들로 나누어지는데, 본 출원은 이 중 가연성 가스들을 측정하는 감지기에 적용되는 가스센서 모듈에 관한 것이다.

그리고, 가스감지기는 그 측정 대상 가스가 센서에 도달하는 방식에 따라 확산식과 흡입식으로 나뉜다. 확산식은 자연적인 공기의 확산에 의해 측정대상 가스가 센서에 도달하도록 하는 것이며, 센서가 가스누설지역에 인접하여 설치될 경우에 사용된다. 한편, 흡입식은 인공적인 방법을 통해 가스를 배관으로 흡입하여 운반함으로써 센서에 도달시키는 방식으로서, 센서가 가스누설지역으로부터 멀리 떨 어져 설치될 경우에 주로 채택된다. 본 출원은 이 중 가연성 가스들을 인공적인 펌프수단에 의해 공기와 함께 흡입하여 센서에 접촉하도록 함으로써 공기중의 가스 농도를 측정하는 흡입식 가스센서 모듈에 관한 것이다.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈의 구성 및 작용효과에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)의 사시도이고, 도2는 보호커버(3)를 분리한 상태의 사시도이다. 도1 및 도2를 참고하면, 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)은 도11에서 후술하는 바와 같이 가스감지기(100)에 결합되기 위한 체결부(2a)가 형성된 센서케이스(2) 및 상기 센서케이스(2)에 나사식으로 결합된 보호커버(3)를 가진다. 상기 보호커버(3)는 그 내부가 외부공기와 차단될 수 있도록 빈틈이 없는 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 하우징 커버(30)와 협동하여 가스센서 모듈(1) 내부를 외부로부터 차단한다.

한편, 상기 하우징 커버(30)의 표면에는 가스센서 모듈의 내부공간과 통하는 공기배출구멍 및 공기흡입구멍이 형성되어 있고, 상기 공기배출구멍에는 공기배출노즐(33)이 설치되며, 상기 공기흡입구멍에는 공기흡입노즐(31)이 설치된다. 도1에 도시된 공기배출노즐(33)을 인공적인 펌프수단(미도시)에 연결하여 가스센서 모듈(1) 내부의 공기를 빨아들이면, 가스센서 모듈(1)의 내부에 음압(陰壓)이 발생하게 되고, 그 결과 공기흡입노즐(31)을 통해 외부의 공기가 가스센서 모듈의 내부로 흡입되게 된다.

상기 공기흡입노즐(31)은 공기흡입구멍(310, 도8 참조))에 끼워진 나사 부(31a) 및 상기 나사부(31a)에 결합되어 호스(hose) 등의 공압 라인을 연결하기에 적합한 구조를 가진 결합너트부(31b)로 구성된다. 공기배출노즐(33)도 공기흡입노즐(31)과 동일한 구조로 되어 있다.

도1을 참고하면, 상기 센서케이스(2)의 체결부(2a)의 표면에는 나사부(2b)가 형성되어 있고, 도11에 도시된 바와 같이 가스감지기(100)의 센서결합관(104)에 형성된 체결공(104a)의 내벽에는 상기 나사부(2b)에 대응되는 암나사부가 마련되어 있어서, 본 발명의 가스센서 모듈(1)을 가스감지기(100)의 센서결합관(104)에 결합하고 분리하는 것이 가능하다.

도2를 참고하면, 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)은 센서케이스(2)에 하우징(4)이 결합된 구조를 갖고 있다. 상기 하우징(4)의 내부에는 적외선을 발생시키는 적외선 발생부(도3의 도면부호 9) 및 상기 적외선의 전파를 안내하는 적외선 전달경로, 그리고 상기 적외선을 받아들여 공기 중 가스의 농도에 대응하는 출력신호를 발생하는 센서부(도3의 도면부호 8)를 내장하고 있다.

상기 적외선 전달경로는 도4 내지 도7과 관련하여 후술하는 바와 같이 발광부 윈도우(45; 도4 참조), 수광부 윈도우(44; 도4 및 도7 참조) 및 상기 발광부 윈도우(45)와 수광부 윈도우(44)를 연결하는 도파관부(60; 도4 및 도5 참조)로 구성되며, 이 중에서 도파관부(60)는 관형으로 형성되고 양단 근처에 공기구멍들(6b,6e)이 형성된 도파관(6) 및 상기 도파관(6)과 결합되는 도파관 결합소켓(6a)으로 구성된다.

도3은 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)의 분해사시도이다.

도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 상기 센서케이스(2)의 일측에는 가스감지 기(도11의 도면부호 100)와의 결합/분리를 위해 체결부(2a)가 마련되며, 그 반대편에는 보호커버(3)가 결합 또는 분리될 수 있도록 수나사부(2c)가 형성된다. 상기 수나사부(2c)에 대응하여, 보호커버(3)의 일단의 내벽면에는 암나사부(미도시)가 형성되어 있다.

상기 하우징(4)의 중간부분은 상기 도파관(6)과 도파관 결합소켓(6a)이 위치하며, 그 양쪽 옆에는 측면지지봉들(5a,5b)이 마련되어 있다. 상기 측면지지봉들(5a,5b)은 상기 하우징(4)과 일체로 형성된 일부로서, 그 사이의 이격된 공간에 상기 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)이 착탈가능하게 설치된다.

도2에서 하우징(4)의 오른쪽 단부 안에는 적외선 발생부가 내장되며, 마개(7)는 적외선 발생부가 내장된 공간을 막아준다.

도2 및 도3을 참고하면, 상기 하우징(4)의 양쪽 단부에는 각각 적외선 발생부(9) 및 센서부(8)가 내장된다. 상기 적외선 발생부(9)는 적외선 램프(9a)에 의해 적외선을 발생하여 상기 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)으로 보내고, 상기 센서부(8)는 센서소자(8b)가 상기 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)을 통과한 적외선의 레벨을 감지하여 공기 중 측정대상가스(가연성 가스들 및 이산화탄소)의 농도에 대응한 출력신호를 발생한다.

상기 센서부(8)는 인쇄회로기판 위에 회로가 형성된 센서회로기판(8a) 및 상기 센서회로기판(8a)위에 설치된 센서소자(8b)로 구성되는데, 상기 센서소자(8b)는 기준센서(85; 도10 참조)와 검출센서(86; 도10 참조)가 함께 내장되어 일체형으로 제작된 것이다.

상기 센서소자(8b)에 내장된 2개의 센서들 중 기준센서(도10의 도면부호 85)는 공기 중의 가연성 가스 및 이산화탄소의 농도에 영향받지 않고 전달되는 성질을 갖는 제1파장 대역의 적외선만을 검출하여 항상 일정한 레벨의 기준신호를 발생하며, 검출센서(도10의 도면부호 86)는 공기 중에 존재하는 가연성 가스 및 이산화탄소의 농도에 따라 감쇠되는 성질을 갖는 제2파장 대역의 적외선만을 검출하여 가스 농도에 상응하는 출력신호를 발생한다.

이와 같이, 상기 기준센서와 검출센서가 특정 대역의 파장들만을 선택적으로 받아들일 수 있는 것은 상기 기준센서와 검출센서의 바로 앞에 특정 대역의 파장들만을 선택적으로 통과시킬 수 있는 필터들이 설치되어 있기 때문이다. 즉, 상기 기준센서(85)의 전방에 설치된 기준센서필터(85a)는 제1파장 대역의 적외선만을 통과시키며, 상기 검출센서(86)의 전방에 설치된 검출센서필터(86a)는 제2파장 대역의 적외선만을 통과시킨다.

도3에서 상기 하우징(4)의 센서케이스(2)측 단부에는 센서부(8)가 안착될 수 있는 공간이 마련되어 있으며, 도3에서 상기 하우징(4)의 적외선 발생부(9)측 단부에는 적외선 발생부(9)가 안착될 수 있는 공간이 마련되어 있다. 도3을 참고하면, 상기 센서부(8)의 센서회로기판(8a)의 주변부에는 체결공들(8c)이 형성되어 있어서, 볼트에 의해 상기 하우징(4)의 오른쪽 단부면에 형성된 볼트체결공(40a, 도7 참조)에 끼워지도록 되어 있다. 이러한 결합 구조에 의해 상기 센서부(8)가 도3에 도시된 상기 하우징(4)의 오른쪽 단부의 공간 안에 안정적으로 설치됨으로써 외부 진동 등에 의해서도 흔들리지 않게 된다.

상기 센서부(8)의 센서회로기판(8a)은 제1전선(81a) 및 제2전선(82a)에 의해 가스감지기(100; 도 11 참조)에 연결된다. 도2 및 도3을 참고하면, 상기 제1전선(81)의 단부에는 제1커넥터(81)가 형성되고, 상기 제2전선(82a)의 단부에는 제2커넥터(82)가 형성되어, 이들 커넥터들(81,82)이 서로 연결됨으로써 상기 센서부(8)가 가스감지기와 연결된다. 상기 센서부는 상기 제1 및 제2전선들(81a,82a)을 통해 가스감지기로부터 전원을 공급받고, 적외선 검출에 따른 출력신호들(기준신호 및 검출신호)을 상기 가스감지기로 전달한다. 상기 제1 및 제2전선(81a,82a)은 하나의 전선으로 합쳐도 되지만, 본 발명의 가스센서 모듈(1)과 가스감지기를 결합하거나 분리하는 작업의 편의를 위하여 도2 및 도3과 같이 2개의 전선으로 구성하고 커넥터들(81,82)에 의해 쉽게 연결 및 분리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도3에서, 상기 센서케이스(2)의 우측 단부의 내측면에 형성된 암나사부(2d)는 상기 하우징(4)의 좌측 단부의 바깥면에 형성된 수나사부(41)와 서로 대응되는 것으로서, 이들 암나사부(2d) 및 수나사부(41)의 결합 및 분리에 의하여 상기 센서케이스(2)와 하우징(4)이 서로 결합 및 분리된다.

상기 센서부(8)와 상기 적외선 발생부(9)는 제3전선(91)에 의해 연결되며, 상기 제3전선(91)은 하우징(4)의 2개의 측면지지봉들(5a,5b) 중 어느 하나의 측면지지봉 안에 그 길이방향을 따라 형성된 전선인입공(51; 도7 내지 도9 참조)을 따라 상기 적외선 발생부(9)까지 이어진다.

한편, 상기 적외선 발생부(9)는 전기의 공급에 의해 가열됨으로써 적외선 파장을 발생하는 적외선 램프(9a) 및 상기 적외선 램프(9)가 설치된 지지판(9b)으로 구성된다. 상기 지지판(9b)에는 상기 제3전선(91)이 연결되어 있다. 그리고, 상기 마개(7)는 상기 하우징(4)의 우측 단부에 나사식으로 체결되어 적외선 발생부(9)를 압박함으로써 지지한다.

도3 및 도4를 참고하면, 상기 하우징(4)의 적외선 발생부(9)가 위치한 쪽의 몸체에는 상기 하우징 커버(30)에 형성된 공기흡입구멍 즉, 공기흡입노즐(31)과 대응되는 위치에 제3공기통로(403)가 형성되어 있으며, 상기 제3공기통로(403)는 하우징(4)의 내부에 형성된 연결통로(404,405)를 경유하여 도파관(6)의 일단부가 위치하는 곳, 즉 적외선 발생부(9)의 발광부 윈도우(45)의 바로 앞 공간과 연결된다. 따라서 도4에서 외부로부터 흡입된 공기는 제3공기통로(403) 및 연결통로들(404,405)을 통해 발광부 윈도우(45) 바로 앞까지 전달된다. 그리고 하우징(4)에서 상기 제3공기통로(403)가 형성된 위치로부터 약 90도 방향에는 제2공기통로(402) 및 제1공기통로(401)가 형성되어 있으며, 상기 제1 및 제2공기통로(401,402)는 서로 연통되어 있다. 이와 같이 제1 및 제2공기통로(401,402)가 서로 연통되어 있으므로, 도파관(6)의 타단부에 형성된 공기구멍(6b)을 통해 도파관(6)으로부터 보호커버(3)와 하우징(4)의 사이의 공간으로 나온 외부공기는 상기 제1 및 제2공기통로(401,402)를 통해 공기배출구멍(32)으로 빠져나간다.

한편, 상기 하우징(4) 중 적외선 발생부(9)가 위치한 쪽의 몸체에는 그 원주를 따라 소정의 깊이로 파여져 형성된 제1홈(411) 및 제2홈(412)이 소정의 간격으로 이격되어 있다. 그리고, 상기 제1홈(411)에는 제1오링(O-ring, 421)이 끼워져 장착되고, 상기 제2홈(412)에는 제2오링(422)이 끼워져 장착된다. 이들 제1 및 제2 오링들(421,422)은 상기 하우징 커버(30)가 그 위로 끼워졌을 때 하우징(4)의 몸체 표면과 하우징 커버(30)를 소정 간격으로 이격시키면서 공기가 새 나가기 않도록 씰링(sealing)하는 역할을 한다. 상기 제1오링(411)에 의해 도3에서 하우징(4)의 오른쪽 단부가 밀폐되고, 상기 제2오링(412)에 의해 제2홈(412)을 경계로 하우징(4)의 외측 표면과 하우징 커버(30)의 내부면이 밀폐됨으로써 상기 제1 및 제2공기통로(401,402)와 상기 제3공기통로(403)가 서로 격리된다.

이러한 구조에 의해, 도1 내지 도3에서 공기배출노즐(33)에 음압을 가해 하우징 커버(3) 내부의 공기를 빨아내면, 외부의 공기가 공기흡입노즐(31)을 통해 제3공기통로(403)로 들어가고 도파관(6)을 지난 다음 공기구멍(6b)으로부터 하우징 커버(4)내부의 공간으로 빠져나오고 계속해서 공기배출노즐(33)을 통해 외부로 나오는 것이 가능하게 된다.

한편, 도3에서 하우징(3)의 오른쪽 단부, 즉 적외선 발생부(9)가 장착되는 단부에는 마개(7)가 채워짐으로써 상기 적외선 발생부(9)의 지지판(9b)을 압박한다. 그리고, 마개(7)의 주위로는 도넛(doughnut) 형의 단부지지판(35)이 체결볼트들(35b)에 의해 하우징(4)의 단부면에 결합된다. 상기 단부지지판(35)에는 볼트통과공들(35a)이 형성되고, 상기 체결볼트들(35b)은 이 볼트통과공들(35a)을 지나 하우징(4)의 단부면에 형성된 볼트체결공들(4b, 도6 참조)과 결합된다.

도4에는 상기 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)이 하우징(4)으로부터 분리된 상태가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 상기 도파관(6)을 회전시켜 체결나사부(6d)가 도파관 결합소켓(6a)안에 삽입되는 길이를 조절하면 상기 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)의 전체 길이를 늘이거나 줄일 수 있으므로, 도파관(6)과 도파관 결합소켓(6a)을 하우징(4) 안에 끼워 장착하거나 빼내는 것이 가능하게 된다.

도4 및 도6에 도시된 바와 같이, 하우징(4)의 적외선 발생부(9)가 위치한 쪽에는 발광부 윈도우(45)가 설치되어 있다. 도8을 참고하면, 상기 발광부 윈도우(45)는 적외선 발생부(9)에서 발생된 적외선을 도파관(6)안으로 전달시키는 역할을 하는 제1유리판(45a)과 상기 제1유리판(45a)을 하우징(4)에 고정하는 제1몰딩(45b)으로 구성된다. 상기 제1유리판(45a)은 적외선만을 효과적으로 통과시키기 위하여 일종의 불투명유리로 제작되는데, 상기 제1유리판(45a)을 불투명유리로 만드는 데에는 석영 유리의 표면을 모래와 같은 거친 입자들로 샌딩(sanding)하여 표면에 미세한 스크래치들을 무수히 형성하는 공정을 거치게 된다.

도6을 참고하면, 하우징(4)내에 설치된 발광부 윈도우(45)에 바로 인접하여 적외선 발생부(9)의 적외선 램프(9a)가 위치된다. 적외선 발생부(9)의 지지판(9b)에는 체결공들(9c)이 형성되어 있어서, 하우징(4) 내의 공간 안에 돌출 형성된 체결봉들(미도시)과 서로 맞춰지게 된다. 한편, 도6에서 상기 마개(7)의 외측에 형성된 수나사부(7b)는 하우징(4)의 내측면에 형성된 암나사부(47)와 서로 대응되어, 마개(7)가 하우징(4)의 단부에 나사식으로 결합될 수 있다. 그리고, 상기 마개(7)의 바깥쪽 표면에는 체결 및 분리작업의 편리를 위하여 육각렌치구멍(7c)이 형성되어 있다. 도6에서 미설명부호 7a는 마개(7)의 내측에 위치한 중앙부를 나타낸다.

도5는 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1) 중 도파관부(60)의 분해사시도이다.

상기 적외선 전파경로의 일부를 이루는 도파관부(60)는 금속제의 도파관(6) 및 상기 도파관(6)과 결합/분리가능한 도파관 결합소켓(6a)으로 구성되어 있다. 상기 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)은 작은 구경의 관(管) 형상으로 제작된다. 도파관(6)은 양단에 작은 공기구멍들(6b,6e)이 각각 형성되어 있는데, 공기구멍(6b)이 형성된 일 단부 쪽으로부터 외부공기가 들어와 도파관 안을 지난 다음 타 단부에 형성된 공기구멍(6e)을 통해 도파관 밖으로 외부공기가 나오게 된다.

상기 도파관(6)의 일단에는 나사부(6d)가 형성되어 있고, 상기 도파관 결합소켓(6a)의 내벽면 일부에는 상기 나사부(6d)에 대응하는 암나사부(미도시)가 형성되어 있다. 상기 도파관(6)과 도파관 결합소켓(6a)을 체결하여 상기 하우징(4)안에 끼운 상태에서 상기 도파관(6)의 나사부(6d)가 상기 도파관 결합소켓(6a) 밖으로 더 많이 나오도록 상기 도파관(6)을 손으로 잡고 회전시키면 상기 도파관(6)과 도파관 결합소켓(6a)의 전체적인 길이가 길어지면서 하우징(4)안에 꼭 끼워지게 된다. 반면, 상기 도파관(6)의 나사부(6d)가 상기 도파관 결합소켓(6a)안으로 더 많이 들어가도록 상기 도파관(6)을 잡고 회전시키면, 상기 도파관(6)과 상기 도파관 결합소켓(6a)의 전체적인 길이가 짧아지면서 이들이 상기 하우징(4)으로부터 분리되게 된다(도4 및 도5 참조).

바람직하게는 도파관 결합소켓(6a)의 벽면에도 공기구멍(6c)이 형성되어 있다.

도6은 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)을 적외선 발생부(9)쪽에서 바라본 분해 사시도이다. 도6을 참고하면, 본 발명의 가스센서 모듈(1)의 적외선 발생부(9)쪽 단부에는 적외선 발생부(9)가 안착될 수 있는 공간(4a)이 마련되어 있으며, 그 중앙에는 적외선 발생부(9)에서 나온 적외선이 도파관(6)으로 들어가기 위해 통과하는 발광부 윈도우(45, 도8 및 도9 참조)가 설치되어 있다. 상기 발광부 윈도우(45)는 원통형의 제1몰딩(45b)안에 제1유리판(45a)이 끼워진 구조를 취하고 있는데, 상기 제1유리판(45a)은 적외선만을 효과적으로 통과시키기 위하여 일종의 불투명유리로 제작된다. 상기 제1유리판(45a)은 석영유리를 이용하여 제작하며, 그 표면을 모래와 같은 거친 입자들로 샌딩(sanding)하여 표면에 미세한 스크래치들을 무수히 형성함으로써 불투명유리를 만들게 된다.

마개(7)가 나사식으로 상기 하우징(4)의 단부의 내벽에 형성된 암나사부(47)에 채워짐으로써, 상기 마개(7)에 의해 상기 적외선 발생부(9)가 하우징(4)의 내부에 흔들림없이 장착된다.

도7은 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)을 센서부(8)쪽에서 바라본 분해 사시도이다. 도7에 도시된 바와 같이, 상기 적외선 발생부(9)가 안착된 곳의 반대편 쪽에 위치한 하우징(4)의 단부에는 상기 적외선 발생부(9)에서 나와 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)을 통과한 적외선을 받아들여 가스농도를 검출하는 센서부(8)가 설치된다.

상기 하우징(4)의 중앙 부분에서 상기 도파관 결합소켓(6a)과 맞닿은 곳에는 수광부 윈도우(44)가 설치된다. 상기 수광부 윈도우(44)는 도4에 도시된 발광부 윈도우(45)에 대응되는 것으로, 도파관(6)을 통과한 적외선이 센서부(8)로 들어가기 위해 통과하는 곳이다. 상기 수광부 윈도우(44)는 제2유리판(44a) 및 상기 제2유리 판(44a)을 하우징(4)에 지지시키는 제2몰딩(44b)과 유리고정몰딩(44c)으로 구성된다.

한편, 상기 수광부 윈도우(44)의 제2유리판(44a)은 투명유리로 하는 것이 바람직하다. 도4에 도시된 상기 발광부 윈도우(45)의 제1유리판(45a)을 불투명 유리로 하였음에 반해, 상기 수광부 윈도우(44)의 제2유리판(44a)을 투명유리로 하는 것은, 이미 상기 도파관부(60) 안에 들어간 빛이 적외선뿐이어서 특별히 적외선만을 센서부(8)로 받아들이기 위한 표면처리가 필요없게 되었기 때문이다.

도4 및 도7에 도시된 발광부 윈도우(45) 및 수광부 윈도우(44)는 모두 하우징을 외부 공기로부터 완전히 밀폐차단하는 방폭형(防爆型) 구조로 제작된다. 가연성 가스가 존재할 때 본 발명의 가스센서 모듈(1) 혹은 가스감지기에서 전기적인 작동에 의해 스파크가 발생하게 되면 화재가 일어날 위험이 매우 크므로, 가스감지기 혹은 가스센서 모듈의 내부 회로부분은 외부 공기환경과 완전히 차단되도록 하여야 한다. 이러한 이유에서, 상기 제1 및 제2유리판(45a,44a)을 하우징(4)에 설치함에 있어서 이들 제1 및 제2유리판들을 밀폐식으로 지지하는 몰딩들(45b,44b,44c)을 이용하는 것이다.

도8 및 도9는 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)의 단면도들로서, 도9의 단면도는 도8의 단면도를 하우징의 중심축을 기준으로 90° 만큼 회전시킨 상태를 도시한다.

도8을 참고하면, 본 발명의 가스센서 모듈(1)이 결합되는 가스감지기로부터 이어진 제2전선(82a)은 제1전선(81a)과 연결되고, 상기 제1전선(81a)은 센서부(8) 의 센서회로기판(8a)에 용접되어 연결된다. 그리고, 상기 센서회로기판(8a)과 적외선 발생부(9)의 지지판(9b)은 제3전선(91)에 의해 연결된다. 상기 적외선 발생부(9)의 적외선 램프(9a)는 바람직하게는 가시광선을 발생하지는 않지만 전기가 공급되면 빨갛게 달아올라 적외선을 발생한다. 상기 적외선 램프(9a)는 계속 켜져 있는 것보다는 후술하는 바와 같이 전계효과 트랜지스터(FET) 등의 스위치 수단에 의해 일정 시간 주기로 점등과 소등을 반복하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 적외선 램프(9a)에 의해서 발생된 적외선 파장은 발광부 윈도우(45)의 제1유리판(45a)을 통과한 다음 도파관(6)으로 들어가며, 이어 수광부 윈도우(44)의 제2유리판(44a)을 지나 센서부(8)의 센서소자(8b)로 들어간다.

상기 센서소자(8b)안에는 기준센서와 검출센서가 있어서, 상기 도파관(6)안에 존재하는 공기 중의 가스농도에 따라 변화된 출력신호를 내보낸다.

도8에 도시된 바와 같이, 하우징의 중앙 부분에는 상기 도파관(6) 및 도파관 결합소켓(6a)과 나란하게 측면지지봉들(5a,5b)이 존재하며, 상기 측면지지봉들(5a,5b) 중의 어느 하나에는 상기 제3전선(91)이 지나갈 수 있는 전선통과공(51)이 마련된다. 도8에서는 편의상 측면지지봉(5a)안에 전선통과공(51)이 형성된 것으로 도시하였다.

도8에서 제1 및 제2오링들(421,422)에 의해 하우징 커버(30)의 내측면과 하우징(4)의 표면이 서로 밀폐되어 있다. 도8 및 도9에서 상기 제1오링(421)과 제2오링(422)의 사이에 있는 하우징 커버(30)의 내부공간을 제1내부공간(431)이라 하고, 상기 제2오링(422)의 바깥쪽에 위치한 하우징 커버(30)의 내부공간을 제2내부공 간(432)이라고 하면, 상기 제1내부공간(431)은 공기흡입구멍(310) 및 공기흡입노즐(31)과 소통되는 한편 제3공기통로(403) 및 연결통로들(404,405)에 의해서 도파관(6)과 연결된다. 따라서, 공기배출구멍(32)이 소정의 펌프수단(미도시)에 연결되면, 펌프에 의한 음압이 하우징 커버(3)의 내부의 공기압을 저감시키고 도파관(6) 및 연결통로들(404,405)을 통해 제3공기통로(403)의 공기압을 감소시켜 공기흡입구멍(310)을 통해서 외부의 가스가 공기와 함께 하우징 커버(30) 및 보호커버(3)의 내부로 유입된다.

상기 공기흡입구멍(310)에 호스 등을 연결하면 가스감지기로부터 멀리 떨어진 장소의 가스를 흡입하여 가스농도를 측정할 수 있게 된다.

도10은 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서가 적외선을 이용하여 가연성 가스 및 이산화탄소의 농도를 측정하는 원리를 설명하는 도면이다.

적외선이란 에너지파의 일종인 전파로서 파장대가 0.76~1000㎛ 범위에 있는 빛을 말하는데, 파장에 따라 0.76~1.5㎛를 근적외선, 1.5~5.6㎛를 중적외선이라 하고, 5.6~1000㎛를 원적외선이라고 부른다.

본 발명의 가스센서 모듈에서 가스 감지에 이용하는 파장대는 3-5㎛의 중적외선 대역이며, 기체분자들이 각기 고유의 진동에너지 레벨에 해당하는 에너지만을 선택적으로 흡수하는 성질을 갖는 것을 이용하여 가스의 농도를 측정할 수 있다.

본 발명에서는 빛을 분산시키지 않고 통과시키는 비분산 적외선 흡수법(non-dispersive infrared, NDIR)의 원리를 이용하여 가연성 가스 등의 농도를 측정한다. 이 방법은 측정가스에 대한 적외선 흡수율을 전류나 전압으로 환산하여 가스농 도를 측정하는 방식이다.

탄화수소 계열의 가연성 가스(엘피지, 엘엔지 등)가 흡수하는 적외선의 파장 대역은 3.3㎛이며, 이산화탄소의 흡수 파장대역은 4.26㎛이고, 일산화탄소의 흡수 파장대역은 4.6㎛이다.

이와 같이, 적외선 중 소정의 파장 대역에 속하는 성분들만이 선택적으로 가연성 가스 또는 이산화탄소에 의해 흡수되는 성질이 있어서, 적외선을 가연성 가스 또는 이산화탄소가 존재하는 공기 속으로 통과시키고 난 후 상기 소정의 파장 대역에 해당하는 적외선 성분이 얼마만큼 가스에 흡수되었는가를 측정하면 공기 중에 존재하는 가연성 가스 및 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있게 된다. 즉, 공기 중의 가연성 가스 또는 이산화탄소 농도가 높을수록 그에 상응하여 상기 파장 대역(3.3㎛, 4.26㎛, 4.6㎛)에 해당하는 적외선의 세기가 낮아지고, 반면 공기 중에 존재하는 가연성 가스 또는 이산화탄소의 농도가 낮아질수록 상기 파장 대역의 적외선의 세기가 크게 나타난다.

도2 및 도3과 관련해서 설명한 바와 같이, 가스농도에 따른 출력신호를 발생하는 센서소자(8b)는 2개의 센서들, 즉 기준센서부와 검출센서부로 구성되어 있다.

이 중, 상기 기준센서부는 공기 중에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 상관없이 항상 동일한 레벨의 기준신호를 발생하고, 상기 검출센서부는 공기 중에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 상응하여 변화된 검출신호를 발생하므로, 이들 기준신호와 검출신호의 차이값을 알면 현재 공기 중에 존재하는 가스의 농도를 파악할 수 있게 된다. 그러나, 가스 농도가 동일한 상태라 하더라도, 공기의 온도가 변화 됨에 따라 상기 기준신호와 검출신호의 차이값이 변동될 수 있으므로, 온도의 변화에 따른 오차를 보정할 필요가 있다. 이를 위하여, 센서부(8)에는 현재의 공기온도를 측정하는 온도감지기(87)가 설치된다.

도10을 참고하면, 기준센서부는 도파관부(60)안에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 영향받지 않고 전달되는 성질을 갖는 제1파장 대역(예를 들어, 4.0㎛)의 적외선만을 통과시키는 기준센서필터(85a) 및 상기 기준센서필터(85a)를 통과한 적외선의 세기를 검출하여 기준신호를 발생하는 기준센서(85)로 구성된다.

그리고, 상기 검출센서부는 도파관부(60)안에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 상응하여 감쇠(흡수)되는 성질을 갖는 제2파장 대역(예를 들어 가연성 가스의 경우 3.3㎛)의 적외선만을 통과시키는 검출센서필터(86a) 및 상기 검출센서필터(86a)를 통과한 적외선의 세기를 검출하여 검출신호를 발생하는 검출센서(86)로 구성된다.

도10에서 미설명부호 IRW는 적외선 램프(9a)로부터 발생되어 도파관부(60)를 통과하는 적외선 파장을 의미하며, G는 가연성 가스를 의미한다.

도10에서, 상기 기준센서 필터(85a)는 4.0㎛의 파장만을 통과시키는 필터를 사용하며, 상기 검출센서 필터(86a)는 예를 들어 탄화수소 계열의 가연성 가스를 검출하기 위한 경우에는 3.3㎛의 파장만을 통과시키는 필터를 사용하고, 일산화탄소를 검출하기 위한 경우에는 4.6㎛의 파장만을 통과시키는 필터를 사용하며, 이산화탄소를 검출하기 위한 경우에는 4.26㎛의 파장만을 통과시키는 필터를 사용한다.

따라서, 가연성 가스, 일산화탄소 및 이산화탄소가 있던 없던 상관없이 적외 선 램프(9a)로부터 발생된 적외선 광 중 4.0㎛의 파장대역에 속한 광은 전부 기준센서필터(85a)를 통과하여 기준센서(85)에 수광되고, 상기 기준센서(85)는 항시 일정한 레벨의 출력신호를 발생하게 된다.

반면, 상기 검출센서(86)는 그 검출하려는 가스의 농도에 따라 출력신호의 크기가 다르게 나타난다. 즉, 탄화수소 계열의 가연성 가스(G)를 감지하기 위한 센서 모듈의 경우 검출센서 필터(86a)에 3.3㎛의 파장만을 통과시키는 필터가 사용되는데, 가연성 가스가 존재하지 않을 경우에는 기준센서(85)와 검출센서(86)의 출력신호 레벨이 모두 동일하게 되지만, 가연성 가스가 존재할 경우에는 3.3㎛의 파장을 가진 적외선 성분이 도파관부(60) 안의 가연성 가스(G)에 흡수되어 검출센서(86)에 적게 수광되므로 그 출력신호의 레벨 역시 작게 나타난다.

도11은 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)이 가연성 가스감지기(100)에 결합되어 사용될 수 있음을 도시한다.

도11을 참고하면, 본 발명에 따른 가스센서 모듈(1)은 가스감지기(1)의 센서결합관(104)에 결합될 수 있다. 상기 가스감지기(1)는 전체적으로 원통형의 하우징 바디(110)와 상기 하우징 바디(110)의 상부에 나사체결식으로 회전하여 결합되는 감지기 커버(101)로 구성된다. 상기 하우징 바디(110)의 측면에는 1개 혹은 2개의 케이블 통과관(120)이 형성되며, 상기 케이블 통과관(120)에는 외부로부터 전원을 공급받고 센서의 출력신호를 제어반(미도시)으로 전송하기 위한 전선케이블(120)이 연결된다.

상기 하우징 바디(110)와 감지기 커버(101)는 모두 알루미늄 합금 재질로 제 작되는 것이 바람직하며 그 내부의 전자회로와 센서 등 구성품들이 외부로부터 완전히 격리되게끔 방폭형으로 제작된다. 가연성 가스 감지기(100)는 가연성 가스가 누출될 위험이 있는 곳에 설치하는 것이므로, 만의 하나라도 하우징 내부의 전자회로나 배선이 쇼트, 과열 기타 사고로 인하여 연소되는 일이 발생하더라도 그러한 연소는 하우징 내부에 머물러야 하며, 연소불꽃이 하우징 외부로 누출되어 가연성 가스에 의한 폭발이나 화재를 유발해서는 안된다. 따라서, 상기 하우징 바디(110)와 감지기 커버(104)는 가연성 가스의 폭발 위험으로부터 견딜 수 있는 내화성 재질로 제작된다.

상기 감지기 커버(101)의 중앙에는 투명한 재질의 투시창(103)이 설치되어 사용자가 그 내부의 표시부(102)에 표시되는 내용을 볼 수 있다.

상기 가스감지기(1)는 가스 누설의 위험이 있는 산업현장 곳곳에 설치되는 것이므로, 특정의 위치에 고정될 필요가 있다. 이를 위하여 하우징 바디(110)의 아래쪽에는 볼트 등의 결합을 위한 결합공들(111)이 형성된다. 그리고, 감전을 방지하기 위해 하우징 바디(110)의 일부에 외부접지단자(112)를 형성하고, 상기 외부접지단자(112)에 전선을 연결하여 지상으로 통하는 기둥 등의 도체에 연결함으로써 접지시킨다.

도12는 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈 중 센서부(8)의 회로도이다. 도12를 참고하면, 상기 센서부(8)는, 상기 기준센서부 및 검출센서부가 함께 설치되어 기준신호 및 검출신호를 출력하는 센서소자(8b), 상기 센서소자(8b)에서 출력되는 기준신호를 소정의 레벨로 증폭하는 기준신호증폭부(811), 상기 센서소 자(8b)에서 출력되는 검출신호를 소정의 레벨로 증폭하는 검출신호증폭부(812), 상기 기준신호 증폭부(811)의 출력신호와 상기 검출신호 증폭부(812)의 출력신호 및 상기 온도감지기(7)의 출력신호를 각각 디지털 신호들로 변환하여 상기 가스감지기로 전송하는 A/D컨버터(814), 및 상기 적외선 발생부(9)에 공급되는 전기를 차단 또는 인가하는 스위치 수단(826)을 포함한다.

상기 센서소자(8b)는 ±2.5V의 전원으로 작동하며, 기준센서의 출력신호(기준신호)와 검출센서의 출력신호(검출신호)를 각각 기준신호증폭부(811) 및 검출신호증폭부(812)로 보낸다. 상기 기준신호증폭부(811) 안에는 제1OP앰프(811a)가 포함되며, 상기 검출신호증폭부(812) 안에는 제2OP앰프(812a)가 포함된다. 한편, 온도를 감지하기 위한 온도감지기(87)가 별도로 설치되어 있다.

상기 기준신호증폭부(811) 및 검출신호증폭부(812)에 의해 각각 증폭된 기준신호 및 검출신호와 상기 온도감지기(87)에서 나온 출력신호는 모두 A/D 컨버터(814)에 의해 디지털신호로 바뀐다. 이어서, 상기 디지털화된 기준신호와 검출신호 및 온도검출신호는 커넥터(830)를 거쳐 가스감지기의 중앙처리장치(CPU)로 전달된다.

한편, 상기 커넥터(830) 및 그에 연결된 전선케이블들은 센서부의 출력신호들을 가스감지기로 전달하는 통로로서의 역할을 함과 동시에 상기 가스감지기로부터 상기 센서부로 전원을 공급하는 통로의 역할을 한다. 감스감지로부터 공급되는 전원은 기본적으로 +5V이며, 역전압이 걸리는 것을 방지하기 위해 역전압방지 다이오드들(820,821)이 설치되어 있다. 그리고, 센서부로부터 적외선 발생부로 전원을 전달하는 통로에는 커넥터(845)가 설치되며, 상기 센서부와 상기 커넥터(845)의 사이에는 제3권선저항(823) 및 제4권선저항(824)이 형성되어 있다.

도12에서 미설명부호 826은 상기 커넥터(845)에 전달되는 전원을 공급 또는 차단하기 위한 전계효과 트랜지스터(FET)로서, 이 전계효과 트랜지스터(826)에 의해 적외선 램프의 점등 및 소등이 소정 시간 간격으로 반복되어 일어난다.

도13는 도12의 회로도에서 ⓐ부분의 +5V의 전압을 이용해 -5V의 전압으로 변환하는 음전원 발생부(840)의 회로도이다. 도12에서 ⓐ로 표시된 부분은 가스감지로부터 전달된 +5V의 전원을 가리키는데, 도13의 음전원 발생부(840)는 상기 ⓐ부분의 +5V의 전원을 음전원 발생칩(840a)을 이용해 -5V의 전원으로 변환하고, 이 변환된 -5V 음전원을 도11의 ⓑ로 표시된 부분에 전달한다.

도14은 도12의 회로도에서 ⓐ부분의 +5V의 전압을 이용해 +2.5V의 전압으로 변환하는 제1정전압 변환부(850)의 회로도이다. 도12에서 ⓐ로 표시된 부분의 +5V의 전압이 제1정전압 변환부(850)의 제1정전압 다이오드(850a)로 들어가면, 그로부터 +2.5V로 다운된 정전압이 출력된다. 이렇게 다운된 +2.5V의 정전압은 도12에서 ⓒ로 표시된 부분에 전달된다.

도15는 도13의 회로도에서 ⓑ부분의 -5V의 전압을 이용해 -2.5V의 전압으로 변환하는 제2정전압 변환부(860)의 회로도이다. 도13에서 음전원으로 변환되어 출력된 -5V의 전원은 도15의 제2정전압 변환부(860)의 제2정전압 다이오드(860a)에 의해 -2.5V의 전압으로 다운되어 출력된다. 이 다운된 -2.5V의 정전압은 도12의 회로도의 ⓓ로 표시된 부분에 전달된다.

도16은 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈중 적외선 발생부(9) 안에 있는 적외선 발생회로(870)의 회로도이다. 상기 적외선 발생부(9)의 회로는, 상기 제3전선(91)과 연결된 커넥터(CN1), 상기 커넥터(CN1)와 전선으로 연결된 적외선 램프(9a), 상기 커넥터(CN1)와 상기 적외선 램프(9a)를 연결하는 회로 상에 설치된 제1권선저항(871a) 및 제2권선저항(871b)으로 구성된다.

도1은 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)의 사시도이다.

도2는 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)의 보호커버(3) 및 센서케이스(2)를 분리한 상태의 사시도이다.

도4는 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)로부터 도파관부(60)를 분리한 상태의 사시도이며, 도5는 상기 도파관부(60)의 분해사시도이다.

도6은 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)을 적외선 발생부(9)쪽에서 바라본 분해 사시도이다.

도7은 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서 모듈(1)을 센서부(8)쪽에서 바라본 분해 사시도이다.

도10은 본 발명의 흡입식 적외선 가스센서가 작동하는 원리를 설명하는 도면이다.

도12는 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈 중 센서부(8)의 회로도이다.

도13은 도12의 회로도에서 ⓐ부분의 +5V의 전압을 이용해 -5V의 전압으로 변환하는 음전원 발생부(840)의 회로도이다.

도14는 도12의 회로도에서 ⓐ부분의 +5V의 전압을 이용해 +2.5V의 전압으로 변환하는 제1정전압변환부(850)의 회로도이다.

도15는 도12의 회로도에서 ⓑ부분의 -5V의 전압을 이용해 -2.5V의 전압으로 변환하는 제2정전압변환부(860)의 회로도이다.

도16은 본 발명에 따른 흡입식 적외선 가스센서 모듈 중 적외선 발생부(9) 안에 있는 적외선 발생회로(870)의 회로도이다.

*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 적외선 가스센서 모듈 2: 센서 케이스

2a: 체결부 2b: 나사부

2c: 수나사부 2d: 암나사부

3: 보호커버 4: 하우징

4a: 적외선발생부 안착공간 4b: 볼트체결공

4c: 암나사부 5a,5b: 측면지지봉

6: 도파관 6a: 도파관 결합소켓

6b,6c: 공기구멍 6d: 체결나사부

7: 마개 7a: 중앙부

7b: 수나사부 7c: 육각렌치구멍

8a: 센서회로기판 8b: 센서소자

8c: 체결공 9: 적외선 발생부

9a: 적외선 램프 9b: 지지판

9c: 체결공 21: 전선인입공

30: 하우징 커버 31: 공기흡입노즐

31a: 나사부 31b: 결합너트부

32: 공기배출구멍 33: 공기배출노즐

35: 단부지지판 35a: 볼트통과공

35b: 체결볼트 40a: 볼트체결공

41: 수나사부 44: 수광부 윈도우

44a: 제2유리판 44b: 제2몰딩

44c: 유리고정몰딩 45: 발광부 윈도우

45a: 제1유리판 45b: 제1몰딩

51: 전선통과공 60: 도파관부

61: 도파관부 안착공간 81, 82: 커넥터

81a, 82a: 제1,2전선 85: 기준센서

85a: 기준센서 필터 86: 검출센서

86a: 검출센서 필터 87: 온도감지기

91: 제3전선 100: 가스감지기

101: 감지기 커버 102: 표시부

103: 투시창 104: 센서결합관

104a: 체결공 105: 케이블통과관

110: 감지기 하우징 바디 111: 결합공

112: 외부접지단자 310: 공기흡입구멍

401, 402, 403: 공기통로 404, 405: 연결통로

411,412: 홈 421: 제1오링(O-ring)

422: 제2오링 431: 제1공간

432: 제2공간 801,802: 센서전원

811: 기준신호 증폭부 811a: 제1OP앰프

812: 검출신호 증폭부 812a: 제2OP앰프

814: AD컨버터 814a: 신호변환칩

820,821: 역전압방지 다이오드 823: 제3권선저항

824: 제4권선저항 825: 커넥터

826: FET 830: 케이블 커넥터

840: 음전원발생부 840a: 음전원발생칩

850,860: 제1,2정전압변환부 850a,860a: 제1,2정전압 다이오드

870: 적외선 발생회로 871: 권선저항부

871a: 제1권선저항 871b: 제2권선저항

872: 커넥터 IRW: 적외선 파장

G: 가연성 가스

Claims

가연성 가스들 및 이산화탄소(CO₂)를 포함하는 가스들 중의 적어도 어느 하나의 가스의 농도를 측정하는 가스감지기에 적용되는 가스센서 모듈에 있어서,

적외선을 발생하는 적외선 발생부(9);

측정 대상 가스가 공기와 함께 유입되어 존재하며 상기 적외선 발생부(9)로부터 나온 적외선이 전달되어 통과하는 적외선 전달경로;

상기 적외선 전달경로를 통해 전달된 적외선을 검출하여 공기 중에 존재하는 측정대상가스의 농도에 관한 출력신호를 발생하는 센서부(8);

일 단부에 상기 적외선 발생부(9)가 설치되고, 타 단부에는 상기 센서부(8)가 설치되며, 상기 양쪽 단부들의 사이에는 상기 적외선 전달경로가 마련된 하우징(4);

상기 하우징(4)의 상기 센서부(8)가 설치된 타 단부에 결합되어 상기 센서부(8)를 내장하는 센서 케이스(2);

상기 센서부(8)와 상기 가스감지기를 연결하는 제1전선(81a)과 제2전선(82a);

상기 센서부(8)와 상기 적외선 발생부(9)를 연결하는 제3전선(91);

상기 적외선 전달경로와 나란하게 상기 하우징(4)의 내부에 형성되어 상기 제3전선(91)이 통과하는 전선통과공(51);

상기 하우징(4)의 적어도 일부를 덮는 보호커버(3); 및

상기 보호커버(3)와 협동하여 상기 하우징(4)을 외부로부터 차단하며, 공기흡입구멍 및 공기배출구멍이 형성되어 있는 하우징 커버(30);를 포함하고,

상기 센서부(8)는, 공기 중에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 상관없이 항상 동일한 레벨의 출력신호를 발생하는 기준센서부; 공기 중에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 상응하여 변화된 출력신호를 발생하는 검출센서부; 및 공기의 온도를 검출하여 출력신호를 발생하는 온도감지기(87);를 포함하며,

상기 기준센서부는 상기 적외선 전달경로 상에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 영향받지 않고 전달되는 성질을 갖는 제1파장 대역의 적외선만을 통과시키는 기준센서필터(85a) 및 상기 기준센서필터(85a)를 통과한 적외선의 세기를 검출하여 기준신호를 발생하는 기준센서(85)를 포함하고,

상기 검출센서부는 상기 적외선 전달경로 상에 존재하는 측정대상 가스의 농도에 상응하여 감쇠되는 성질을 갖는 제2파장 대역의 적외선만을 통과시키는 검출센서필터(86a) 및 상기 검출센서필터(86a)를 통과한 적외선의 세기를 검출하여 검출신호를 발생하는 검출센서(86)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제1항에 있어서, 상기 하우징 커버(30)는 상기 공기배출구멍에 결합된 공기배출노즐(33)을 더 구비하며, 상기 공기배출노즐(33)을 통해 상기 가스센서 모듈 내부의 공기를 강제적으로 외부로 배출함으로써 외부의 공기가 상기 공기흡입구멍을 통해 상기 가스센서 모듈의 내부로 흡입되는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제1항에 있어서, 상기 하우징(4)은 상기 하우징 커버(30)와 결합된 상태에서, 상기 하우징 커버(30)의 상기 공기배출구멍과 소통될 수 있는 위치에 제1공기통로(401)를 가지며, 상기 하우징 커버(30)의 상기 공기흡입구멍과 소통될 수 있는 위치에 제3공기통로(403)를 가지고, 상기 제3공기통로(403)는 상기 하우징(4)의 내부에 형성된 연결통로(404,405)에 의하여 상기 적외선 전달경로의 일단과 연결되며, 상기 하우징 커버의 외부에 있는 외부공기는 상기 제3공기통로(403)와 연결통로(404,405) 및 적외선 전달경로를 통과한 후 적외선 전달경로의 타단으로부터 보호커버(3)와 하우징(4)의 사이의 공간으로 나와 상기 공기배출구멍을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제3항에 있어서, 상기 하우징(4)은 상기 제1공기통로와 연결된 제2공기통로를 가지는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 하우징(4)은 상기 제1공기통로(401)의 위치와 상기 제3공기통로(403)의 위치 사이에서 하우징의 원주방향을 따라 오목하게 형성된 홈(412) 및 상기 홈(412)에 체결된 O링(422)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제1항에 있어서, 상기 적외선 발생부(9)는,

상기 센서부(8)로부터 전달받은 전기에 의해 가열되어 적외선을 방출하는 적외선 램프(9a); 및

상기 적외선 램프(9a)가 설치된 지지판(9b);을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
삭제
제1항에 있어서, 상기 적외선 전달경로는,

상기 적외선 발생부(9)와 인접하여 상기 적외선 발생부(9)에서 발생된 적외선을 통과시키는 발광부 윈도우(45);

일단이 상기 발광부 윈도우(45)와 연결되어 적외선을 통과시키며, 적외선이 인입되는 쪽의 단부로부터 외부 공기가 유입되어 반대쪽 단부로 빠져나가는 도파관부(60); 및

일측이 상기 도파관부(60)의 타단과 연결되고 타측은 상기 센서부(8)와 인접하여 설치된 수광부 윈도우(44);를 포함하며,

상기 도파관부(60)는, 관(管)의 형태를 가지며 일단이 상기 발광부 윈도 우(45)의 몰딩에 결합되고 타단에는 체결나사부(6d)가 형성되며 양단 근처의 벽면에 공기구멍들(6b,6e)이 각각 형성된 도파관(6), 및 상기 도파관(6)의 체결나사부(6d)와 결합되는 암나사부가 일단부의 내벽에 형성되며 타단부가 상기 수광부 윈도우(44)의 몰딩에 결합되는 도파관 결합소켓(6a)을 포함하여, 상기 하우징(4)에 착탈 가능하게 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제8항에 있어서, 상기 발광부 윈도우(45)는, 상기 적외선 발생부(9)에 인접하게 상기 하우징(4)의 내부에 고정된 제1몰딩(45b), 및 상기 제1몰딩(45b)에 의해 지지되며 상기 적외선 발생부(9)에서 나온 적외선이 통과하는 제1유리판(45a)을 포함하며,

상기 수광부 윈도우(44)는, 상기 센서부(8)에 인접하게 상기 하우징(4)의 내부에 고정된 제2몰딩(44b), 및 상기 제2몰딩(44b)에 의해 지지되며 상기 도파관부(60)를 지나온 적외선이 통과하는 제2유리판(44a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제9항에 있어서, 상기 제1유리판(45a)은 그 표면을 연마 처리하여 불투명하게 만든 불투명 유리판인 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제1항에 있어서, 상기 센서케이스(2)는 나사부(2b)가 형성된 체결부(2a)를 구비하여 상기 가스감지기에 착탈가능하게 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 흡 입식 적외선 가스센서 모듈.
제1항에 있어서, 상기 보호커버(3)는 일단부의 내측면에 암나사부가 형성되며, 상기 센서케이스(2)는 상기 체결부(2a)가 마련된 위치의 반대편 외측면에 수나사부(2c)를 더 구비하여,

상기 암나사부와 상기 수나사부(2c)의 결합에 의해 상기 보호커버(3)가 상기 센서케이스(2)와 결합되는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제1항에 있어서, 상기 센서부(8)는,

상기 기준센서부 및 검출센서부가 함께 설치되어 기준신호 및 검출신호를 출력하는 센서소자(8b);

상기 센서소자(8b)에서 출력되는 기준신호를 소정의 레벨로 증폭하는 기준신호증폭부(811);

상기 센서소자(8b)에서 출력되는 검출신호를 소정의 레벨로 증폭하는 검출신호증폭부(812);

상기 기준신호 증폭부(811)의 출력신호와 상기 검출신호 증폭부(812)의 출력신호 및 상기 온도감지기(7)의 출력신호를 각각 디지털 신호들로 변환하여 상기 가스감지기로 전송하는 A/D컨버터(814); 및

상기 적외선 발생부(9)에 공급되는 전기를 차단 또는 인가하는 스위치 수단(826);을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제13항에 있어서, 상기 스위치 수단(826)은 전계효과 트랜지스터(FET)를 사용하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제13항에 있어서, 상기 센서부(8)는 상기 가스감지기로부터 5V의 전원을 공급받으며,

상기 5V의 전원을 -5V의 전원으로 변환하는 음전원 발생부(840);

상기 가스감지기로부터 공급받은 5V의 전원을 2.5V의 전원으로 변환하는 제1정전압 변환부(850); 및

상기 음전원 발생부(840)로부터 출력된 -5V의 전원을 -2.5V의 전원으로 변환하는 제2정전압 변환부(860);를 포함하고,

상기 센서소자(8b)는 상기 제1정전압 변환부(850) 및 상기 제2정전압 변환부(860)에서 출력된 ±5V의 전원에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.
제6항에 있어서, 상기 적외선 발생부(9)는,

상기 제3전선(91)과 연결된 커넥터(CN1); 및

상기 커넥터(CN1)와 상기 적외선 램프(9a)를 연결하는 회로 상에 설치된 제1권선저항(871a) 및 제2권선저항(871b);을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입식 적외선 가스센서 모듈.