KR100959611B1

KR100959611B1 - 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치

Info

Publication number: KR100959611B1
Application number: KR1020080047896A
Authority: KR
Inventors: 임형석; 김태윤; 이재성
Original assignee: 지이센싱코리아(주)
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2010-05-27
Also published as: KR20090121810A

Abstract

본 발명은 공기 중의 특정 가스(이산화 탄소)의 농도를 측정하기 위한 가스 분석 장치(NDIR)의 구조를 매우 간결하게 개선하여, 제조 단가의 절감 및 생산성을 높임과 동시에 보다 정확하고 섬세한 감지 능력을 발휘하며, PCB의 후면을 통해 가스가 유입되도록 하여 빛의 영향(간섭)을 받지 않도록 한 비분산 적외선 가스 분석 장치에 관한 것으로, 그 구성은 사각형상 중공형으로 적외선 광원이 광원고정판을 통해 수평으로 내장 설치되는 발광부와, 상기 발광부의 적외선 광원으로부터 조사된 빛이 광검출기에 도달되도록 유선형으로 구성되며, 렌즈부를 장착하여 상기 적외선 광원으로 부터 발산되는 적외선광이 집약되어 상기 광검출기에서 수광되도록 한 산란부와, 사각형상 중공형으로 PCB에 수직으로 결합되는 광검출부기판에 상기 적외선 광원에 대향되도록 광검출기를 고정 설치하여, 상기 렌즈부로부터 집약되어 오는 적외선광을 수광하는 수광부가 일체로 구성되는 케이스부와; 상기 적외선 광원의 단자 핀이 결합되는 핀공과, 상기 광검출부기판의 하단부가 삽입 결합되는 삽입공이 형성되며, 상기 핀공과 삽입공 사이에는 감지할 공기가 상기 산란부에 유입되도록 복수개의 통공이 형성되는 PCB를 서로 밀폐 결합하여 구성된다.

NDIR, 적외선, 센서, 이산화탄소, 램프, 광검출기

Description

집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치{Non-dispersive infrared gas analyzer having a lens}

본 발명은 공기 중의 특정 가스(이산화탄소: CO₂)의 농도를 측정하기 위한 비분산 적외선 가스 분석 장치(Non-dispersive Infrared Gas Analyzer: 이하 'NDIR' 이라고도 함)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 NDIR의 구조를 매우 간결하게 개선하여, 제조 단가의 절감 및 생산성을 높임과 동시에 보다 정확하고 섬세한 감지(sensing) 능력을 발휘하며, 인쇄회로기판(PCB)의 후면을 통해 가스가 유입되도록 하여 빛의 영향(간섭)을 받지 않도록 한 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치에 관한 것이다.

종래의 NDIR에 대하여 살펴본다.

도 1 내지 도 3에는 종래의 NDIR(10)의 구성이 도시되어 있다.

상기 NDIR(10)은 상부케이스(20)와 하부케이스(30)가 밀폐 결합되어 구성되 며, 인쇄회로기판(PCB)(40)에 장착되고 그 주변회로와 연결되어 그 기능을 발휘하게 된다.

이를 구체적으로 살펴보면,

상기 상부케이스(20)는 상단에 멤브레인(23)이 장착되는 장착부(21)가 형성되고, 상기 장착부(21)에는 공기가 유통되는 통공(22)이 마련된다.

상기 하부케이스(30)에는 약간 돌출 형성된 상단부(31)가 형성되고, 상기 상단부(31)의 일측에는 라운드형 경사부(32)가 형성되고, 상기 경사부(32)에는 적외선광원(41)이 삽입되는 광원삽입공(33)이 더 형성되며, 상기 상단부(31)의 타측에는 광검출기(42)가 삽입되는 광검출기 안착공(34)이 형성된다.

이와 같이 구성된 NDIR(10)은 PCB(40) 상에 일정간격을 두고 고정 설치된 광검출기(42)와 적외선광원(41)에 결합 장착되는 데, 먼저 상부 케이스(20) 및 하부케이스(30)를 결합한 후, 상기 하부케이스(30)의 광검출기 안착공(34)과, 광원삽입공(33)에 각각 PCB(40) 상의 광검출기(42) 및 적외선광원(41)을 삽입 장착하여 결합한다.

따라서 이의 동작을 도 3의 단면도를 참조하여 살펴보면, 적외선 광원(41)으로부터 발산된 적외선광은 NDIR(10)의 내부공간을 통하고, 빛반사부(25)를 거쳐 광검출기(42)로 조사된다.

따라서 광검출기(42)는 상기 적외선 광원(41)으로부터 조사된 적외선 광을 수광하게 된다.

이때 상부케이스(20)의 멤브레인(23) 및 통공(22)을 통해 외부 공기가 유입 되고 이에 포함된 이산화탄소(CO₂)가 유입되면, 상기 이산화탄소(CO₂)의 농도(입자)에 따라 적외선광은 빛의 직진성(투과량: 산란현상)이 가변되어, 상기 광검출기(42)에서 수광되는 빛의 양이 달라지게 된다.

따라서 상기 광검출기(42)는 빛의 수광량에 따라 현재 공기 중의 포함된 이산화탄소(CO₂)의 양(농도)을 검출하게 되는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 NDIR(10)은, 우선 상부케이스(20) 및 하부케이스(30)를 밀폐하는 결합구조로, 그에 따른 제조가 다소 복잡한 편이였으며, 적외선광원(41)으로부터 조사된 빛이 상부케이스(20) 내부의 빛반사부(25)를 통해 한번 굴절되므로 광검출기(42)에서 검출되는 빛의 수광량이 상대적으로 적어지게 되어, 그 만큼 감지 능력이 저하되는 문제점이 지적되었다.

또한, 상기 NDIR(10)의 상부케이스(20)에 가스가 유입되는 멤브레인(23) 및 통공(22)이 형성되어, 이 통공(22)을 통해 외부의 빛이 NDIR(10)의 내부로 유입되는 문제점이 있어 왔다. 이는 외부의 빛이 NDIR(10)의 내부로 유입되는 경우 그 만큼 센싱능력이 저하되기 때문이었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 NDIR의 구조를 매우 간결하게 개선하여, 제조 단가의 절감 및 생산성을 높임과 동시에 집약렌즈를 구비하여 보다 정확하고 섬세한 감지(sensing) 능력을 발휘하며, 인쇄회로기판(PCB)의 후면을 통해 가스가 유입되도록 하여 빛의 영향(간섭)을 받지 않도록 한 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치를 제공하는 것에 있다.

이와 같이 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사각형상 중공형으로 적외선 광원이 광원고정판을 통해 수평으로 내장 설치되는 발광부와, 상기 발광부의 적외선 광원으로부터 조사된 빛이 광검출기에 도달되도록 유선형으로 구성되며, 렌즈부를 장착하여 상기 적외선 광원으로 부터 발산되는 적외선광이 집약되어 상기 광검출기에서 수광되도록 한 산란부와, 사각형상 중공형으로 PCB에 수직으로 결합되는 광검출부기판에 상기 적외선 광원에 대향되도록 광검출기를 고정 설치하여, 상기 렌즈부로부터 집약되어 오는 적외선광을 수광하는 수광부가 일체로 구성되는 케이스부와; 상기 적외선 광원의 단자 핀이 결합되는 핀공과, 상기 광검출부기판의 하단부가 삽입 결합되는 삽입공이 형성되며, 상기 핀공과 삽입공 사이에는 감지할 공기가 상기 산란부에 유입되도록 복수개의 통공이 형성되는 PCB를 서로 밀폐 결합하여 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 광원고정판, 산란부의 내부면, 광검출부기판 및 상기 케이스부와 결합되는 PCB의 접촉면는 금도금 처리한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 적외선 광원은 4.26μm 파장대의 적외선을 발생시키는 적외선램프인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 통공이 형성된 PCB의 배면에는 일정 넓이 홈이 형성되고 이 홈에는 멤브레인이 장착되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 NDIR의 구조를 개선하여, 보다 정확하고 섬세한 감지가 가능하고, 빛의 영향(간섭)을 받지 않아 더욱 더 감지 능력을 향상시킨 장점이 있다.

또한 본 발명은 NDIR의 구조를 매우 간결하게 개선하여, 제조 단가의 절감 및 생산성을 높인 장점이 있다.

또한, 본 발명은 수광부 전단에 집약 렌즈를 설치하여 수광되는 빛을 집약시켜줌으로써 감지능력을 크게 향상시킨 이점이 있다.

또한 본 발명은 차량용 유해가스 유입차단장치(AQS)에 적용하여 보다 신뢰 있는 제품을 제공하는 효과를 발휘한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치의 분해 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치의 결합 사시도, 도 6은 상기 도 5의 A-A 단면도, 도 7은 본 발명에 따른 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치의 측단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 NDIR은 발광부(101), 산란부(102) 및 수광부(103)로 이루어지는 단일 케이스부(100)와, 상기 케이스부(100)와 밀폐 결합되는 PCB(121)와, 상기 케이스부(100)와 PCB(121) 사이에 고정 설치되는 적외선 광원(111), 광검출기(114) 및 렌즈부(115)를 포함한다.

보다 상세하게는,

상기 케이스부(100)의 발광부(101)는 사각형상 중공형으로 구성되고, 그 내부에 적외선 광원(111)이 광원고정판(112)을 통해 수평으로 설치된다.

상기 산란부(102)는 상기 발광부(101)의 적외선 광원(111)으로부터 조사된 빛이 광검출기(114)에 잘 도달되도록 유선형으로 구성되며, 상기 광검출기(114) 측에는 렌즈부(115)를 장착하여 상기 적외선 광원(111)으로 부터 발산되는 적외선광을 집약시켜 상기 광검출기(114)에서 수광되는 감도를 크게 높여주도록 구성된다.

여기서, 상기 산란부(102)의 형태를 유선형으로 구성한 이유는, 상기 적외선 광원(111)으로부터 조사된 빛이 상기 유선형의 벽면에 부딪치며 산란되도록 하여 유입된 가스센싱에 대한 감도를 높이는 역할을 수행하도록 한 것이다.

상기 수광부(103)는 사각형상 중공형으로, 그 내부에는 PCB(121)에 수직으로 결합되는 광검출부기판(113)에 광검출기(114)를 고정 설치하여, 상기 광검출기(114)가 상기 적외선 광원(111)에 대향되도록 배치한다.

한편, PCB(121)에는 상기 적외선 광원(111)의 단자 핀이 결합되는 핀공(122)과, 상기 광검출부기판(113)의 하단부가 삽입 결합되는 삽입공(123)이 형성되며, 상기 핀공(122)과 삽입공(123) 사이에는 감지할 공기가 상기 산란부(102)에 유입되도록 복수개의 통공(124)이 형성되며, 상기 통공(124)이 형성된 PCB(121)의 배면에는 일정 넓이 홈이 형성되고 이 홈에 외부로부터 먼지 등이 유입되지 않도록 멤브레인(125)이 장착된다.

여기서 상기 광검출부기판(113)은 PCB(121)의 삽입공(123)에 삽입 장착된 후, 상기 광검출부기판(113)과 PCB(121)는 전기적으로 결선(납땜)되어 광검출기(114)가 수광 동작이 가능하도록 구성된다.

또한, 상기 케이스부(100)의 일측에는 두개의 시험가스 주입관(104)이 형성되며, 양측에는 상기 케이스부(100)를 PCB(121)에 고정하기 위한 4개의 고정부(105)가 더 형성된다.

여기서 본 발명에 따른 적외선 광원(111)은 4.26μm 파장대의 적외선을 발생시키는 적외선램프이다.

또한, 상기 시험가스 주입관(104)은 본 장치를 테스트 할 때 가스를 강제로 주입하기 위한 관으로, 평상시에는 밀폐되어 있게 된다.

또한 본 발명에 따르자면, 상기 광원고정판(112)과, 산란부(102)의 내부면과, 광검출부기판(113)과, 상기 케이스부(100)와 결합되는 PCB(121)의 접촉면에는 모두 금도금 처리하여 빛의 난반사에 따른 산란(굴절) 효과를 높여 감지 능력을 배가시켜주도록 구성한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 NDIR의 조립과정을 살펴보면, 광원고정판(112)을 발광부(101)의 내측에 삽입 고정하고, 상기 광원고정판(112)의 중앙에 형성된 구멍에 적외선광원(112)의 램프를 삽입한다.

또한 렌즈부(115)를 산란부(102)의 장착홈에 장착하고, 광검출기(114)가 설치된 광검출부기판(113)을 수광부(103)의 내측에 장착한다.

이와 같이 각 부품이 케이스부(100)에 장착되면 케이스부(100)를 PCB(121)에 결합한다.

즉 적외선 광원(111)의 핀단자를 PCB(121)의 핀공(121)에 삽입하고, 광검출부기판(113)의 하단부를 삽입공(123)에 삽입하며, 상기 케이스부(100)의 고정부(105)를 통해 고정부재(나사 등)를 이용하여 PCB(121)와 케이스부(100)를 밀착 결합하고, 상기 적외선 램프(111)의 단자핀과 상기 광검출부기판(113)의 하단부를 PCB(121)의 배면에서 서로 납땜하여 전기적으로 통전되도록 하여 구성 완료한다.

이와 같이 구성되는 본 발명 NDIR은,

PCB(121)에 형성된 통공(124)을 통해 외부 공기가 케이스부(100)의 산란부(102)로 유입되고, 이때 적외선 광원(111)으로부터 발산된 적외선광은 유입된 공기 입자를 지나, 내부 공간에 설치된 렌즈부(115)를 통해 집약되면서 광검출기(114)에 도달하게 된다.

여기서 상기 광검출기(114)는 광을 직접적으로 수광하게 되고, 그 수광량은공기 중에 함유된 이산화탄소(CO₂)의 양에 따라 가변되게 된다. 따라서 본 발명 구조는 그 감도 성능이 매우 개선되며, PCB(121)에 통공(124)이 형성되어 햇빛이 차단되는 효과를 얻을 수 있어 그 만큼 센싱 능력이 향상된다.

도 1은 종래의 비분산 적외선 가스 분석 장치의 분해 사시도,

도 2는 종래의 비분산 적외선 가스 분석 장치의 결합 사시도,

도 3은 종래의 비분산 적외선 가스 분석 장치의 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치의 분해 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치의 결합 사시도,

도 6은 상기 도 5의 A-A 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치의 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 케이스부 101: 발광부

102: 산란부 103: 수광부

104: 주입관 105: 고정부

111: 적외선 광원 112: 광원고정판

113: 광검출부 기판 114: 광검출기

115: 렌즈부 121: PCB

122: 핀공 123: 삽입공

124: 통공 125: 멤브레인

Claims

사각형상 중공형으로 적외선 광원이 광원고정판을 통해 수평으로 내장 설치되는 발광부와, 상기 발광부의 적외선 광원으로부터 조사된 빛이 광검출기에 도달되도록 유선형으로 구성되며, 렌즈부를 장착하여 상기 적외선 광원으로 부터 발산되는 적외선광이 집약되어 상기 광검출기에서 수광되도록 한 산란부와, 사각형상 중공형으로 PCB에 수직으로 결합되는 광검출부기판에 상기 적외선 광원에 대향되도록 광검출기를 고정 설치하여, 상기 렌즈부로부터 집약되어 오는 적외선광을 수광하는 수광부가 일체로 구성되는 케이스부와;

상기 적외선 광원의 단자 핀이 결합되는 핀공과, 상기 광검출부기판의 하단부가 삽입 결합되는 삽입공이 형성되며, 상기 핀공과 삽입공 사이에는 감지할 공기가 상기 산란부에 유입되도록 복수개의 통공이 형성되는 PCB를 서로 밀폐 결합하여 된 것을 특징으로 하는 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광원고정판, 산란부의 내부면, 광검출부기판 및 상기 케이스부와 결합되는 PCB의 접촉면는 금도금 처리한 것을 특징으로 하는 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적외선 광원은 4.26μm 파장대의 적외선을 발생시키는 적외선램프인 것을 특징으로 하는 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 통공이 형성된 PCB의 배면에는 일정 넓이 홈이 형성되고 이 홈에는 멤브레인이 장착되는 것을 특징으로 하는 집약렌즈를 구비한 비분산 적외선 가스 분석 장치.