KR101840813B1 - 멀티가스 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멀티가스 검출 장치에 관한 것으로서, 적외선 광을 출사하며 프레임에 고정된 광원과, 광원에서 출사된 광에 대해 이산화탄소 측정 파장대의 광을 통과시키는 제1필터영역과, 메탄가스의 측정 파장대의 광을 통과시키는 제2필터영역이 회전중심축을 기준으로 반원 크기로 각각 양분되게 형성된 원판형 파장필터와, 파장필터를 통과한 광을 입사받을 수 있도록 회전중심축에 결합되되 제1필터영역을 통과한 광에 대해 이산화탄소 측정을 위한 제1기준광을 발생시키는 제1기준셀과 이산화탄소 측정을 위한 제1측정광을 발생시키는 제1측정셀이 원주방향을 따라 적어도 2회 이상 교번으로 제1필터영역에 대응되는 영역까지 형성되어 있고, 제2필터영역을 통과한 광에 대해 메탄가스 측정을 위한 제2기준광을 발생시키는 제2기준셀과 메탄가스 측정을 위한 제2측정광을 발생시키는 제2측정셀이 원주방향을 따라 적어도 2회 이상 교번으로 제2필터영역에 대응되는 영역까지 형성된 가스상관필터와, 회전중심축을 회전시키는 메인 모터와, 내부에 측정대상 가스가 입출될 수 있게 형성되며 가스 상관 필터를 통과한 광이 경유할 수 있도록 배치된 광공동 구조체와, 광공동 구조체를 통과한 광을 검출하는 광검출기와, 광검출기에서 검출되는 제1기준광, 제1측정광, 제2기준광 및 제2측정광으로부터 광공동 구조체 내의 이산화탄소와 메탄가스의 농도를 산출하는 산출부를 구비한다,
Description
본 발명은 멀티가스 검출 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 이산화탄소와 메탄가스를 함께 검출할 수 있도록 된 멀티가스 검출 장치에 관한 것이다.
적외선을 이용한 가스 감지방법은 분산식(Dispersive)과 비분산식(Non Dispersive)으로 나눌 수 있다. 분산식 적외선 감지방법은 가스의 화합물들의 정성분석을 위해 사용하는 방법으로, 적외선 광원, 다양한 파장을 분석하기 위한 슬릿 선택기(Slit selector)와 광학 거울, 프리즘, 격자가 들어있는 가스 샘플 셀(Sample cell), 감지기(Detector) 및 전자증폭기 등으로 구성된다.
분산식 적외선 감지 방법은 적외선을 화학화합물에 주사(Scanning)하면서 시간에 따라 파장을 변화시키면, 화합물의 흡수띠와 파장에 대한 곡선을 얻을 수 있다. 하지만 이 기술을 사용하는 장비들은 대부분 고정식으로 되어있고, 그 사이즈가 크기 때문에 가정용이나 산업용으로 사용하기 어렵다.
비분산적외선 감지 방법은 가스 샘플 내에 측정대상 가스의 유무에 따라 감지기에 도달하는 적외선 손실 정도의 비율을 측정하므로 정량적인 분석이 가능하며, 적외선을 분산시키기 위해 프리즘이나 격자가 필요하지 않고, 구성장치가 간단하기 때문에 센서로써 소형화할 수 있다.
이와 같은 비분산적외선 가스센서(NDIR)는 측정대상 가스를 통과할 수 있도록 적외선을 방사하는 광원(Infrared source)과, 방사된 광원이 가스 혼합 분위기 내에서 외부로 분산되지 않고 측정 가스와 충분한 반응을 일으킬수 있도록, 반사경으로 구성된 광 공동(Optical cavity)과, 측정 가스 분위기를 통과한 적외선 중 특정 파장영역 대의 감소량을 선택적으로 감지하기 위한 적외선 감지센서(IR Detecting Sensor)로 구성된다.
이때 우수한 감지특성을 갖는 비분산적외선 가스센서를 제작하기 위해서는, 광 공동에서 광 흡수량을 증가시키기 위해 광 경로(Optical path) 길이가 길어야 하고, 광이 적외선 감지센서에 집중(Focusing)되어야 하며, 측정파장 영역에 대한 적외선 감지센서의 민감도가 우수해야 한다.
일반적으로 비분산적외선 가스센서는 가스분자의 적외선 흡수율을 높이기 위해, 광원에서 방출된 광이 광 검출기에 도달하기까지 거리인 광 경로 길이를 증가시킨다.
한편, 최근 실내 공기질에 대한 관심이 고조하면서 이산화탄소와 도시가스의 주성분인 메탄가스를 함께 검출할 수 있는 가스센서가 요구되고 있다.
복수의 가스를 함께 검출할 수 있는 측정장치가 등록특허 제10-1014245호에 게시되어 있다.
그런데, 상기 측정장치는 가스상관필터의 1회 회전시 한 종류의 가스에 대해 한 번밖에 측정을 할 수 없어 측정 정밀도 및 측정속도가 떨어질 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 이산화탄소와 메탄가스를 함께 측정할 수 있으면서 측정정밀도 및 측정속도를 높일 수 있는 멀티가스 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 멀티가스 검출 장치는 적외선 광을 출사하며 프레임에 고정된 광원과; 상기 광원에서 출사된 광에 대해 이산화탄소 측정 파장대의 광을 통과시키는 제1필터영역과, 메탄가스의 측정 파장대의 광을 통과시키는 제2필터영역이 회전중심축을 기준으로 반원 크기로 각각 양분되게 형성된 원판형 파장필터와; 상기 파장필터를 통과한 광을 입사받을 수 있도록 상기 회전중심축에 결합되되 상기 제1필터영역을 통과한 광에 대해 이산화탄소 측정을 위한 제1기준광을 발생시키는 제1기준셀과 이산화탄소 측정을 위한 제1측정광을 발생시키는 제1측정셀이 원주방향을 따라 적어도 2회 이상 교번으로 상기 제1필터영역에 대응되는 영역까지 형성되어 있고, 상기 제2필터영역을 통과한 광에 대해 메탄가스 측정을 위한 제2기준광을 발생시키는 제2기준셀과 메탄가스 측정을 위한 제2측정광을 발생시키는 제2측정셀이 원주방향을 따라 적어도 2회 이상 교번으로 상기 제2필터영역에 대응되는 영역까지 형성된 가스상관필터와; 상기 회전중심축을 회전시키는 메인 모터와; 내부에 측정대상 가스가 입출될 수 있게 형성되며 상기 가스 상관 필터를 통과한 광이 경유할 수 있도록 배치된 광공동 구조체와; 상기 광공동 구조체를 통과한 광을 검출하는 광검출기와; 상기 광검출기에서 검출되는 상기 제1기준광, 상기 제1측정광, 상기 제2기준광 및 상기 제2측정광으로부터 상기 광공동 구조체 내의 이산화탄소와 메탄가스의 농도를 산출하는 산출부;를 구비하고, 상기 제1 및 제2 기준셀에는 질소 또는 비활성 기체가 충전되어 있고, 상기 제1측정셀에는 이산화탄소가 충전되어 있으며, 상기 제2측정셀에는 메탄가스가 충전되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 광공동 구조체는 판형으로 형성되어 연장되며 광을 반사시키는 상부 반사면이 저면에 형성된 상부 반사판과; 판형으로 형성되어 연장되며 상기 상부 반사판과 나란하게 이격되어 대향되게 배치되며 상기 상부 반사면과 대향되는 하부 반사면이 상면에 형성된 하부 반사판;을 구비하고, 상기 광원에서 출사된 광은 상기 상부 반사판에 대해 경사지게 입사되게 되어 있다.
바람직하게는 상기 광원에서 출사되는 광의 광축과 상기 메인 모터의 회전중심축과의 이격거리를 상기 메인 모터의 회전중심축에 대해 직교하는 방향을 따라 가변시킬 수 있도록 된 메인 모터 위치 조정부;를 더 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 메인 모터 위치 조정부는 상기 메인 모터 하우징에 대해 설치된 서브 모터와; 상기 서브 모터에 의해 회전되는 피니언 기어와; 상기 프레임에 장착되어 상기 피니언기어와 치합되는 랙기어; 및 상기 서브모터를 구동하는 구동부;를 구비하고, 상기 산출부는 상기 메인 모터의 회전수가 설정된 회전수에 도달하면 설정된 이동 순환 위치로 이동되게 상기 구동부를 통해 상기 서브모터를 제어한다.
본 발명에 따른 멀티가스 검출 장치에 의하면, 원판형 파장필터의 1회 회전시 이산화탄소 및 메탄가스에 대해 2회 이상의 측정값을 얻을 수 있어 측정정밀도 및 측정속도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티가스 검출 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 메인 모터에 의해 작동되는 원판형 파장필터 및 가스상관필터를 발췌하여 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 메인 모터에 의해 작동되는 원판형 파장필터 및 가스상관필터를 발췌하여 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티가스 검출 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티가스 검출 장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 메인 모터에 의해 작동되는 원판형 파장필터 및 가스상관필터를 발췌하여 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 멀티가스 검출장치(100)는 광원(110), 원판형 파장필터(130), 가스상관필터(150), 광공동 구조체(160), 메인 모터(171), 메인 모터 위치 조정부(180), 광검출기(191), 산출부(195)를 구비한다.
광원(110)은 적외선 광을 출사하며 프레임(101)에 고정되게 설치되어 있다.
원판형 파장필터(130)는 광원(110)에서 출사된 광에 대해 이산화탄소 측정 파장대의 광을 통과시키는 제1필터영역(F1)(131)과, 메탄가스(CH4)의 측정 파장대의 광을 통과시키는 제2필터영역(F2)(132)이 회전중심축(172)을 기준으로 반원 크기로 각각 양분되게 형성되어 있다.
제1필터영역(F1)(131)은 이산화탄소가 4.26㎛ 적외선 파장의 흡수율이 높은점을 감안하여 4.2㎛ 이상의 파장을 투과하는 것을 적용하고, 제2필터영역(F2)(132)은 메탄가스가 3.3㎛ 적외선 파장의 흡수율이 높은 점을 감안하여 4.1㎛ 이하의 파장을 투과하는 것을 적용하면된다.
가스상관필터(150)는 원판형 파장필터(130)를 통과한 광을 입사받을 수 있도록 회전중심축(172)에 파장필터(130)에 대해 대향되어 이격되게 원판형태로 형성되어 결합되어 있다.
가스상관필터(150)는 제1필터영역(131)을 통과한 광에 대해 이산화탄소 측정을 위한 제1기준광을 발생시키는 제1기준셀(b)(152)과 이산화탄소 측정을 위한 제1측정광을 발생시키는 제1측정셀(a1 내지 a3)(153)이 원주방향을 따라 3회에 걸쳐 교번으로 제1필터영역(131)에 대응되는 제1반원 영역(151)에 형성되어 있다.
또한, 가스상관필터(150)는 제2필터영역(132)을 통과한 광에 대해 메탄가스 측정을 위한 제2기준광을 발생시키는 제2기준셀(d)(156))과 메탄가스 측정을 위한 제2측정광을 발생시키는 제2측정셀(c1 내지 c3)(157)이 원주방향을 따라 3회에 걸쳐 교번으로 제2필터영역(132)에 대응되는 제2반원영역(155)에 형성되어 있다.
여기서, 제1 및 제2 기준셀(152)(156)의 폐새된 내부공간에는 질소 또는 비활성 기체가 충전되어 있다.
제1측정셀(a1 내지 a3)(153)에는 이산화탄소가 충전되어 있으며, 제2측정셀(c1 내지 c3)에는 메탄가스가 충전되어 있다.
메인 모터(171)는 파장필터(130)의 중심에 결합된 회전중심축(172)을 회전시킨다.
메인 모터(171)의 하우징(173)은 회전중심축(172)과 직교하는 방향을 따라 직선상으로 연장된 가이드봉(102)을 따라 이동가능하게 설치되어 있다.
광공동 구조체(160)는 내부에 측정대상 가스 예를 들면 실내공기가 입출될 수 있게 형성되며 가스 상관 필터(150)를 통과한 광이 경유할 수 있도록 배치되어 있다.
광공동 구조체(160)는 판형으로 형성되어 연장되며 광을 반사시키는 상부 반사면(162a)이 저면에 형성된 상부 반사판(162)와 판형으로 형성되어 연장되며 상부 반사판(162)과 나란하게 이격되어 대향되게 배치되며 상부 반사면(162)과 대향되는 하부 반사면(164a)이 상면에 형성된 하부 반사판(164)를 갖는 구조로 되어 있다.
광공동 구조체(160)의 상부 반사판(162)과 하부반사판(164)은 측정대상 가스 입출될 수 있도록 상호 지지되게 형성하여 프레임(101)에 결합되면 된다.
이러한 광공동 구조체(160)는 광원(110)에서 출사된 광이 상부 반사판(162)에 대해 경사지게 입사되게 구축되며 도시된 예에서는 제1반사경(166)에 의해 광로를 변경하는 구조가 적용되었다.
메인 모터 위치 조정부(180)는 광원(110)에서 출사되는 광의 광축(112)과 메인 모터(171)의 회전중심축(172)과의 이격거리를 메인 모터(171)의 회전중심축(172)에 대해 직교하는 방향을 따라 가변시킬 수 있도록 되어 있다.
메인 모터 위치 조정부(180)는 서브 모터(185), 피니언 기어(186), 랙기어(187)를 구비한다.
서브모터(185)는 메인 모터(171)의 하우징(173)에 고정되게 설치되어 있다.
피니언기어(186)은 서브 모터(185)의 회전축에 결합되어 서브모터(185)이 회전에 의해 회전된다.
랙기어(187)는 프레임(101)에 장착되어 피니언기어(186)와 치합되어 있다.
랙기어(187)는 가이드봉(102)과 나란한 방향을 따라 연장되게 설치되어 있다.
서브모터(185)는 후술되는 구동부(194)에 의해 구동된다.
이러한 메인 모터 위치 조정부(180)는 메인모터(171)의 위치를 랙기어(187)를 따라 이동시킬 수 있어 파장필터(130) 및 가스상관필터(150)의 광조사 영역을 변경할 수 있다.
광검출기(191)는 광공동 구조체(160)를 통과한 광을 검출한다.
참조부호 167은 광공동 구조체(160)에서 출사되는 광의 경로를 검출기(191)이 입사면으로 향하도록 변환하는 제2반사경이다.
표시부(193)는 산출부(195)에 제어되어 표시정보를 표시한다.
조작부(192)는 지원되는 기능을 산출부(195)이 지원하에 설정할 수 있도록 되어 있다.
구동부(194)는 산출부(195)에 제어되어 메인모터(171) 및 서브모터(185)의 구동을 제어한다.
산출부(195)는 메인 모터(171)의 회전중심축(172)의 회전에 따라 광검출기(191)에서 검출되는 제1기준광, 제1측정광, 제2기준광 및 제2측정광으로부터 광공동 구조체(160) 내의 이산화탄소와 메탄가스의 농도를 산출한다.
산출부(195)는 램버트-비어(Lambert-Beer) 법칙에 따라 이산화탄소 및 메탄가스의 농도을 산출하고, 설정된 측정 회수에 대해 산출된 값들로부터 평균값을 구하여 측정값으로 처리한다.
램버트-비어(Lambert-Beer) 법칙에 따라 가스 농도를 측정하는 방식은 앞서 언급된 등록특허 제10-1014245호, 등록특허 제10-1041768호 등 다양하게 알려져 있어 상세한 설명은 생략한다.
한편, 산출부(195)는 메인 모터(171)의 회전수가 설정된 회전수에 도달하면 설정된 이동 순환 위치로 이동되게 구동부(194)를 통해 서브모터(185)를 제어한다.
여기서, 이동순환위치는 예를 들면, 광축(112)과 메인 모터(171)의 회전중심축(172)과의 이격거리를 2mm부터 11mm까지 위치 조정이 가능할 때, 2mm, 4mm, 6mm, 8mm,10mm, 3mm, 5mm, 7mm, 9mm, 11mm, 이후 다시 2mm로 순환위치가 조정되게 결정한다.
또한, 순환위치를 변경하는 조건은 메인 모터(171)를 1000회 회전시켰을 때 등 사용경과에 따른 정밀도 변동가능성을 고려하여 적절하게 적용하면된다.
이 경우, 파장 필터(130) 및 가스상관필터(150)에 대해 광원(110)에서 출사된 광이 입사되는 궤적 위치를 사용경과에 따라 주기적으로 바꿀수 있어 내구성을 향상시키고 측정 정밀도도 안정적으로 유지할 수 있다.
110: 광원 130: 원판형 파장필터
150: 가스상관필터 160: 광공동 구조체
171: 메인 모터 180: 메인 모터 위치 조정부
191: 광검출기 195: 산출부
150: 가스상관필터 160: 광공동 구조체
171: 메인 모터 180: 메인 모터 위치 조정부
191: 광검출기 195: 산출부
Claims (4)
- 적외선 광을 출사하며 프레임에 고정된 광원과;
상기 광원에서 출사된 광에 대해 이산화탄소 측정 파장대의 광을 통과시키는 제1필터영역과, 메탄가스의 측정 파장대의 광을 통과시키는 제2필터영역이 회전중심축을 기준으로 반원 크기로 각각 양분되게 형성된 원판형 파장필터와;
상기 파장필터를 통과한 광을 입사받을 수 있도록 상기 회전중심축에 결합되되 상기 제1필터영역을 통과한 광에 대해 이산화탄소 측정을 위한 제1기준광을 발생시키는 제1기준셀과 이산화탄소 측정을 위한 제1측정광을 발생시키는 제1측정셀이 원주방향을 따라 적어도 2회 이상 교번으로 상기 제1필터영역에 대응되는 영역까지 형성되어 있고, 상기 제2필터영역을 통과한 광에 대해 메탄가스 측정을 위한 제2기준광을 발생시키는 제2기준셀과 메탄가스 측정을 위한 제2측정광을 발생시키는 제2측정셀이 원주방향을 따라 적어도 2회 이상 교번으로 상기 제2필터영역에 대응되는 영역까지 형성된 가스상관필터와;
상기 회전중심축을 회전시키는 메인 모터와;
내부에 측정대상 가스가 입출될 수 있게 형성되며 상기 가스 상관 필터를 통과한 광이 경유할 수 있도록 배치된 광공동 구조체와;
상기 광공동 구조체를 통과한 광을 검출하는 광검출기와;
상기 광검출기에서 검출되는 상기 제1기준광, 상기 제1측정광, 상기 제2기준광 및 상기 제2측정광으로부터 상기 광공동 구조체 내의 이산화탄소와 메탄가스의 농도를 산출하는 산출부;를 구비하고,
상기 제1 및 제2 기준셀에는 질소 또는 비활성 기체가 충전되어 있고, 상기 제1측정셀에는 이산화탄소가 충전되어 있으며, 상기 제2측정셀에는 메탄가스가 충전되어 있고,
상기 광공동 구조체는
판형으로 형성되어 연장되며 광을 반사시키는 상부 반사면이 저면에 형성된 상부 반사판과;
판형으로 형성되어 연장되며 상기 상부 반사판과 나란하게 이격되어 대향되게 배치되며 상기 상부 반사면과 대향되는 하부 반사면이 상면에 형성된 하부 반사판;을 구비하고,
상기 광원에서 출사된 광은 상기 상부 반사판에 대해 경사지게 입사되게 되어 있으며,
상기 광원에서 출사되는 광의 광축과 상기 메인 모터의 회전중심축과의 이격거리를 상기 메인 모터의 회전중심축에 대해 직교하는 방향을 따라 가변시킬 수 있도록 된 메인 모터 위치 조정부;를 구비하고,
상기 메인 모터 위치 조정부는
상기 메인 모터 하우징에 대해 설치된 서브 모터와;
상기 서브 모터에 의해 회전되는 피니언 기어와;
상기 프레임에 장착되어 상기 피니언기어와 치합되는 랙기어; 및
상기 서브모터를 구동하는 구동부;를 구비하고,
상기 산출부는 상기 메인 모터의 회전수가 설정된 회전수에 도달하면 설정된 이동 순환 위치로 이동되게 상기 구동부를 통해 상기 서브모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티가스 검출 장치. - 삭제
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160151809A KR101840813B1 (ko) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 멀티가스 검출 장치 |
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| KR1020160151809A KR101840813B1 (ko) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 멀티가스 검출 장치 |
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|---|---|
| KR101840813B1 true KR101840813B1 (ko) | 2018-03-21 |
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ID=61900604
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| KR1020160151809A KR101840813B1 (ko) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 멀티가스 검출 장치 |
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- 2016-11-15 KR KR1020160151809A patent/KR101840813B1/ko active IP Right Grant
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