KR101895236B1 - 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서 - Google Patents

가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101895236B1
KR101895236B1 KR1020170177899A KR20170177899A KR101895236B1 KR 101895236 B1 KR101895236 B1 KR 101895236B1 KR 1020170177899 A KR1020170177899 A KR 1020170177899A KR 20170177899 A KR20170177899 A KR 20170177899A KR 101895236 B1 KR101895236 B1 KR 101895236B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
focal point
light
hyperbola
gas sensor
ellipse
Prior art date
Application number
KR1020170177899A
Other languages
English (en)
Inventor
이인
김동환
Original Assignee
주식회사 이엘티센서
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이엘티센서 filed Critical 주식회사 이엘티센서
Priority to KR1020170177899A priority Critical patent/KR101895236B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101895236B1 publication Critical patent/KR101895236B1/ko
Priority to US16/229,097 priority patent/US10613028B2/en
Priority to CN201811568880.7A priority patent/CN109960024B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/61—Non-dispersive gas analysers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/031—Multipass arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0605—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0019—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having reflective surfaces only (e.g. louvre systems, systems with multiple planar reflectors)
    • G02B19/0023—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having reflective surfaces only (e.g. louvre systems, systems with multiple planar reflectors) at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0085—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with both a detector and a source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/10—Mirrors with curved faces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts
    • G01N2201/0636—Reflectors
    • G01N2201/0637—Elliptic

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

내부에 공간을 갖는 가스센서용 광 공동(100) 및 이 광 공동을 이용한 가스센서에 관한 것으로, 광 공동(100)의 공간에는, 타원(133, 133a)의 일부를 이루며, 타원의 한쪽 초점(F1) 위치에서 나온 광을 반사하여 타원의 다른 쪽 초점(F2)으로 모으는 타원반사 면(133)과, 한쪽 초점(f1)이 타원의 다른 쪽 초점과 일치하는 쌍곡선(135a, 135b)의 일부를 이루며, 타원반사 면에서 반사하여 타원의 다른 쪽 초점 측으로 모이는 광을 반사시켜서 쌍곡선의 다른 쪽 초점(f2) 측으로 모으는 쌍곡선반사 면(135)이 형성되어 있고, 쌍곡선의 한쪽 초점과 쌍곡선의 다른 쪽 초점을 연결하는 쌍곡선 중심선(B-B')은 타원의 한쪽 초점과 타원의 다른 쪽 초점을 연결하는 타원 중심선(A-A')과 소정의 각도만큼 타원반사 면의 반대쪽 면 측으로 기울어져 있다.

Description

가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서{OPTICAL CAVITY FOR GAS SENSOR AND GAS SENSOR HAVING THE SAME}
본 발명은 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서에 관한 것이다.
일산화탄소(CO)나 이산화탄소(CO2) 또는 메탄(CH4) 등과 같이 2 이상의 서로 다른 원자로 구성된 가스가 특정 파장 대역의 광을 흡수하는 성질을 이용하여 가스의 농도를 측정하는 이른바 비 분산방식의 가스센서에 관한 기술이 일반화되어 있다.
비 분산방식의 가스센서가 우수한 감지특성을 발휘하기 위해서는 광 공동 내에서의 광의 흡수량을 증가시키기 위해 광 경로의 길이가 길어야 하고, 광 공동 내를 통과한 광이 광 검출기(광 감지센서)에 집중되어야 한다.
광 공동 내의 광 경로의 길이를 증가시키기 위한 기술로 특허문헌 1에 기재된 비 분산 방식의 가스센서에서는 5개의 특정한 곡률을 갖는 반사경을 일체로 하여 구 형태로 제작된 광 공동을 이용함으로써 광 경로의 길이를 증가시키도록 하고 있다.
그러나 통상의 비 분산방식 가스센서의 광 공동용 반사경은 플라스틱 사출이나 금속가공 또는 도금 등을 통해서 제작되나, 실제 제작과정에서 반사경의 반사 면의 곡률이 설계치를 만족하지 못할 경우에는 반사되는 광의 진행 경로가 정상 범위를 벗어나서 손실이 발생할 수 있고, 또, 각 반사경은 수차를 가지므로 반사 횟수가 증가할수록 광 진행 경로가 예측 범위를 벗어나게 되는 등의 문제가 발생하며, 특허문헌 1의 가스센서에서는 광 경로의 길이를 길게 하기 위해 5개의 반사경을 이용하고 있으므로 이와 같은 문제는 더 커지며, 결과적으로는 광 검출기로 입사되는 광량의 감소에 의해 가스센서의 측정 정밀도가 떨어진다는 문제가 있다.
또, 광 공동 내를 통과한 광을 광 검출기(광 감지센서)에 집중시키기 위한 기술로 특허문헌 2에서는 광 검출기에 인접한 위치에 설치되어서 광 공동을 진행한 광을 집광하여 초점을 맺게 하는 프레넬 렌즈와, 프레넬 렌즈를 통과하여 분산되는 광을 반사시켜서 광 검출기로 모으기 위한 포물경을 포함하는 가스센서가 기재되어 있다.
그러나 특허문헌 2의 기술은 집광 효율의 향상을 위해 프레넬 렌즈와 포물경이라는 추가적인 구성요소를 더 필요로 하므로 가스센서용 광 공동의 구성이 복잡해지고 크기도 증가할 수밖에 없으며, 이는 비용의 증가로 이어진다는 문제가 있다.
공개특허 2009-0012952호 공보(2004. 02. 09. 공개) 공개특허 2011-0057651호 공보(2011. 06. 01. 공개)
본 발명은 종래기술의 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 가능한 한 광 공동 내의 광 경로의 길이를 길게 하면서도, 프레넬 렌즈와 같은 추가적인 구성요소의 부가 없이 광 검출기로 수광되는 광량을 증가시킬 수 있는 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가스센서용 광 공동은, 내부에 공간을 갖는 가스센서용 광 공동으로, 상기 광 공동의 상기 공간에는, 타원의 일부를 이루며, 상기 타원의 한쪽 초점 위치에서 나온 광을 반사하여 상기 타원의 다른 쪽 초점으로 모으는 타원반사 면과, 한쪽 초점이 상기 타원의 다른 쪽 초점과 일치하는 쌍곡선의 일부를 이루며, 상기 타원반사 면에서 반사하여 상기 타원의 다른 쪽 초점 측으로 모이는 광을 반사시켜서 쌍곡선의 다른 쪽 초점 측으로 모으는 쌍곡선반사 면이 형성되어 있고, 상기 쌍곡선의 한쪽 초점과 상기 쌍곡선의 다른 쪽 초점을 연결하는 쌍곡선 중심선은 상기 타원의 한쪽 초점과 상기 타원의 다른 쪽 초점을 연결하는 타원 중심선과 소정의 각도만큼 상기 타원반사 면의 반대쪽 면 측으로 기울어져 있다.
또, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가스센서는, 가스 농도를 측정하는 가스센서로, 상기 가스센서용 광 공동과, 상기 타원의 한쪽 초점에 배치되는 광원과, 상기 쌍곡선의 다른 쪽 초점에 배치되며, 상기 광원에서 나오는 광을 수광하여 수광한 광을 전기신호로 변환하는 광 검출기를 포함한다.
본 발명에 의하면 광원에서 나온 광이 광 검출기에서 집광 되기까지의 길이인 광 경로의 길이를 대략 광 공동 내부의 길이의 2배 정도로 할 수 있으므로 가스 농도의 측정에 필요한 적절한 길이의 광 경로를 확보할 수 있다.
또, 타원 및 쌍곡선이 갖는 기본 특성에 의해 타원반사 면 및 쌍곡선반사 면에서 반사되는 광이 다른 방향으로 분산되지 않고 모두 한 곳으로 모여서 광 검출기에 수광되게 되므로 반사 면에서의 반사과정에서 분산에 의해 손실되는 광을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동의 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동 및 이 광 공동을 이용한 가스센서에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동의 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동의 평면도이다.
먼저, 본 발명의 가스센서용 광 공동은 타원과 쌍곡선이 갖는 성질인, 「타원 또는 쌍곡선의 2개의 초점 중 어느 한쪽 초점을 향하는 광(빛)은 타원 또는 쌍곡선에서 반사된 후 다른 쪽 초점을 향한다」는 성질 및 「타원으로 되어 있는 거울 면에서 타원의 2개의 초점 중 어느 한쪽 초점에서 나온 광은 타원면에 반사된 후 다른 쪽 초점에 도달한다」는 성질을 이용하여, 적어도 하나의 타원의 초점과 적어도 하나의 쌍곡선의 초점을 기하학적으로 일치시킨 다음에, 타원의 한쪽 초점에서 나와서 반사 면에서 반사한 후 타원의 다른 쪽 초점, 즉, 타원의 다른 쪽 초점과 기하학적으로 초점을 일치시킨 쌍곡선의 2개의 초점 중 어느 한쪽 초점으로 모이는 광을 쌍곡선 면에서 반사시켜서 쌍곡선의 다른 쪽 초점으로 모이도록 함으로써, 초기에 타원의 한쪽 초점에서 나온 광의 진행방향을 바꾸어서 집광하도록 한다.
또, 이를 확장하여, 타원의 한쪽 초점에서 나온 광이 진행방향을 바꾸어서 집광되는 쌍곡선의 다른 쪽 초점에 새로운 쌍곡선의 한쪽 초점을 일치시키는 동시에 새로운 쌍곡선의 각도를 변경시켜서 광의 진행방향을 다시 바꾸어주는 방식으로 계속해서 광의 경로를 더 확장시킬 수 있다.
따라서 초기에 타원의 한쪽 초점에서 나온 광이 집광되는 쌍곡선의 다른 쪽 초점과 초점이 일치하는 새로운 쌍곡선의 추가에 의해 광 경로의 길이를 계속해서 확장할 수 있고, 또한, 쌍곡선 면에서 반사되는 광은 다른 방향으로 분산되지 않고 당해 쌍곡선의 다른 쪽 초점에 모이므로, 프레넬 렌즈와 같은 별도의 집광수단을 이용하지 않고도 빛의 분산에 의한 광 손실을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
이를 위해 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동(100)은, 도 1, 2에 나타내는 것과 같이, 내부에 소정의 공간을 갖는 상부 케이스(110)와 하부 케이스(130)의 결합으로 이루어지고, 광 공동(100) 내의 상기 공간은 상부 케이스(110)의 안쪽 면인 천장 면(미 도시)과 하부 케이스(130)의 안쪽 면인 바닥 면(미 도시) 및 바닥 면의 가장자리를 따라서 천장 면의 가장자리 쪽으로 일정 높이만큼 연장하는 벽면으로 이루어지며, 이 벽면 중 일부가 도 1, 2의 타원반사 면(133)이 된다.
여기서, 천장 면과 바닥 면은 설명의 편의상 부여한 용어이며, 예를 들어 상부 케이스(110)의 안쪽 면이 천장 면이 되면 벽면의 하부 케이스(130)의 안쪽 면이 바닥 면이 되며, 그 반대의 경우도 성립할 수 있다.
또, 도 2에 나타내는 것과 같이, 광 공동(100) 내부의 벽면의 일부를 이루는 타원반사 면(133)과 타원반사 면(133)의 형상을 따라서 연장되는 부분인 도 2에서 점선(133a)으로 표시된 부분이 합쳐져서 타원(133, 133a)을 이루며, 타원반사 면(133)은 상기 타원(133, 133a)의 2개의 초점(F1, F2) 중 한쪽 초점(F1)의 후방에서부터 다른 쪽 초점(F2) 부근까지 연장하고 있고, 한쪽 초점(F1) 측에서는 이 한쪽 초점(F1)을 둘러싸고 있다.
또, 타원(133, 133a)의 한쪽 초점(F1)에는 광원(131)이 배치되며, 광원(131)으로는 백열 광 또는 적외선 광을 출사하는 광원을 사용할 수 있다.
타원반사 면(133)은 도 2에서는 타원으로 표시되어 있으나, 도 1에 나타내는 것과 같이, 실제로는 타원구의 일부를 그 장축 방향(도 2의 타원(133, 133a)의 중심축(A-A')과 평행한 방향)으로 절단한 형상을 이루며, 따라서 타원반사 면(133)은 일정한 폭을 갖는다.
타원(133, 133a)의 다른 쪽 초점(F2) 측은 2개의 초점(f1, f2) 중 한쪽 초점(f1)이 타원(133, 133a)의 다른 쪽 초점(F2)과 초점이 일치(f1=F2)하면서 2개의 초점(f1, f2)을 연결한 중심축(B-B')이 상기 타원(133a)의 중심축(A-A')에 대해 소정 각도(θ)만큼 기울어져서 배치된 쌍곡선(135a, 135b)의 일부인 쌍곡선반사 면(135)과 연결되어 있다.
여기서, 타원(133, 133a)의 2개의 초점(F1, F2) 중 다른 쪽 초점(F2)과 쌍곡선(135a, 135b)의 2개의 초점(f1, f2) 중 한쪽 초점(f1)이 서로 일치(f1=F2)하도록 쌍곡선반사 면(135)이 형성되어 있으므로, 도 2에 나타내는 것과 같이, 쌍곡선반사 면(135)은 당연히 타원(133, 133a)의 2개의 초점(F1, F2)을 연결한 축인 중심축(A-A') 상에서 타원(133, 133a)의 다른 쪽 초점(F2)의 전방(쌍곡선(135a, 135b)의 2개의 초점(f1, f2)을 연결한 축인 중심축(B-B') 상에서 쌍곡선(135a, 135b)의 한쪽 초점(f1)의 전방)에 위치하고 있다.
또, 쌍곡선반사 면(135)은 쌍곡선(135a, 135b) 중 135b 부분의 일부이고, 135a는 가상의 선이며, 135a 측에는 쌍곡선반사 면(135)과 같은 면은 형성되어 있지 않다.
도 2에서는 상기 타원반사 면(133)과 마찬가지로 쌍곡선반사 면(135)도 선으로 표시되어 있으나, 도 1에 나타내는 것과 같이, 실제로는 쌍곡선반사 면(135)도 일정한 폭을 갖는 면으로 되어 있다.
이와 같이, 본 명세서에서는 설명의 편의상 타원, 쌍곡선이라는 용어를 사용하고 있으나, 실제로는 선이 아니라 일정한 폭을 갖는 면이다.
또, 타원반사 면(133)과 쌍곡선반사 면(135)은 모두 당해 면에 입사한 광을 소정의 각도로 반사시킬 수 있도록 거울 면 처리가 이루어져 있다.
또, 쌍곡선(135a, 135b)의 2개의 초점(f1, f2)을 연결하는 선분인 중심선(B-B')은 타원(133, 133a)의 2개의 초점(F1, F2)을 연결하는 선분인 중심선(A-A')과는 광 공동(100) 내부의 타원반사 면(133) 쪽 벽면의 반대쪽 벽면 측으로 소정의 각도(θ)만큼 기울어져 있다.
따라서 쌍곡선(135a, 135b)의 다른 쪽 초점(f2)은 광 공동(100) 내부에서 타원(133, 133a)의 한쪽 초점(F1)과 같은 쪽에서 타원(133, 133a)의 중심선(A-A')과 쌍곡선(135a, 135b)의 중심선(B-B')이 이루는 각도(θ)에 대응하는 거리만큼 떨어져서 위치하며, 이 쌍곡선(135a, 135b)의 다른 쪽 초점(f2) 상에는 광원(131)에서 나온 광(광신호)을 수광하고, 수광한 광신호를 전기신호로 변환하는 광 검출기(137)가 배치된다.
타원(133, 133a)의 한쪽 초점(F1) 상에 배치된 광원(131)과 쌍곡선(135a, 135b)의 다른 쪽 초점(f2) 상에 배치된 광 검출기(137) 사이에는 광원(131)으로부터 나오는 광과 광 검출기(137)에 수광되는 광 사이의 간섭 등을 방지하기 위한 격벽(111)이 형성되어 있다.
또, 도 1, 2에는 도시하고 있지 않으나, 본 실시형태의 광 공동(100)은 농도 측정의 대상이 되는 가스가 그 내부로 들어오고 나가는 통로인 가스 입구 및 가스 출구가 형성되어 있다.
그 외에도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 가스센서는 광 검출기(137)의 전기신호를 증폭하는 증폭기, 증폭기에서 증폭된 전기신호에 의해 가스 농도를 연산하는 가스농도 연산수단 등을 포함하며, 광원을 비롯한 이들 구성은 모두 공지의 기술을 이용하고 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 광 공동(100)은 광을 출사하는 광원(131)과 광원(131)에서 출사한 광을 수광하는 광 검출기(137)가 서로 간격을 두고 광 공동(100) 내의 한쪽에 배치되고, 후술하는 것과 같이, 광원(131)에서 나와서 타원반사 면(133)에서 반사되는 광은 광원(131)의 반대쪽에 배치되어 있는 쌍곡선반사 면(135)에서 반사하여 그 반대쪽에 배치되어 있는 광 검출기(137)에 수광되는 구조를 이루고 있으므로, 광원(131)에서 나온 광이 광 검출기(137)에서 집광 되기까지의 길이인 광 경로의 길이는 대략 광 공동(100) 내부의 길이의 2배에 달한다. 따라서 가스 농도의 측정에 필요한 적절한 길이의 광 경로를 확보할 수 있다.
또, 광원(131)에서 나온 광은 타원반사 면(133) 및 쌍곡선반사 면(135)에서 반사된 후 광 검출기(137)에 수광되는 구조이므로, 타원반사 면(133) 및 쌍곡선반사 면(135)에서 반사되는 광이 다른 방향으로 분산되지 않고 모두 한 곳으로 모여서 광 검출기(137)에 수광되게 된다. 따라서 반사 면에서의 반사과정에서 분산에 의해 손실되는 광을 최소화할 수 있다.
다음에, 도 2를 참조하면서 본 실시형태의 광 공동(100)에서 광이 이동하는 경로인 광 경로에 대해서 설명한다.
타원(133, 133a)의 2개의 초점(F1, F2) 중 한쪽 초점(F1)에 배치된 광원(131)으로부터 나오는 광은 각각 거울 면 처리가 되어 있는 타원반사 면(133)에서 반사된 후 다른 쪽 초점(F2) 측으로 진행하게 되고, 진행하는 도중에 당해 다른 쪽 초점(F2=쌍곡선(135a, 135b)의 한쪽 초점(F1))의 전방에 위치하는 쌍곡선반사 면(135)에서 반사하여 쌍곡선(135a, 135b)의 다른 쪽 초점(f2)으로 진행함으로써 쌍곡선(135a, 135b)의 다른 쪽 초점(f2) 상에 위치하는 광 검출기(137)에 집광하게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한도 내에서 다양한 변경 또는 변형 실시가 가능하다.
상기 실시형태에서는 1개의 타원과 1개의 쌍곡선에 의해 광 경로를 구성하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 앞에서도 설명한 것과 같이, 타원(133, 133a)의 한쪽 초점(F1)에서 나온 광이 진행방향을 바꾸어서 집광되는 쌍곡선(135a, 135b)의 다른 쪽 초점(f2)에 새로운 쌍곡선의 한쪽 초점을 일치시키는 동시에 새로운 쌍곡선의 각도를 변경시켜서 광의 진행방향을 다시 바꾸어주는 방식으로 쌍곡선을 추가하는 방식으로 광의 경로의 길이를 더 확장하도록 해도 좋다.
또, 상기 실시형태에서는 상부 케이스(110)와 하부 케이스(130)라는 2개의 부재에 의해 광 공동(100)이 구성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며, 광 공동(100)은 단일체로 구성해도 좋다.
100 광 공동
111 격벽
131 광원
133 타원반사 면
135 쌍곡선반사 면
137 광 검출기

Claims (4)

  1. 내부에 공간을 갖는 가스센서용 광 공동으로,
    상기 광 공동의 상기 공간에는,
    타원의 일부를 이루며, 상기 타원의 한쪽 초점 위치에서 나온 광을 반사하여 상기 타원의 다른 쪽 초점으로 모으는 타원반사 면과,
    한쪽 초점이 상기 타원의 다른 쪽 초점과 일치하는 쌍곡선의 일부를 이루며, 상기 타원반사 면에서 반사하여 상기 타원의 다른 쪽 초점 측으로 모이는 광을 반사시켜서 쌍곡선의 다른 쪽 초점 측으로 모으는 쌍곡선반사 면이 형성되어 있고,
    상기 쌍곡선의 한쪽 초점과 상기 쌍곡선의 다른 쪽 초점을 연결하는 쌍곡선 중심선은 상기 타원의 한쪽 초점과 상기 타원의 다른 쪽 초점을 연결하는 타원 중심선과 소정의 각도만큼 상기 타원반사 면의 반대쪽 면 측으로 기울어져 있는 가스센서용 광 공동.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 타원의 한쪽 초점과 상기 쌍곡선의 다른 쪽 초점 사이에는 격벽이 더 형성되어 있는 가스센서용 광 공동.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 타원의 한쪽 초점에는 상기 가스센서용 광원이 배치되고,
    상기 쌍곡선의 다른 쪽 초점에는 상기 광원에서 나오는 광을 수광하여 수광한 광을 전기신호로 변환하는 광 검출기가 배치되는 가스센서용 광 공동.
  4. 가스 농도를 측정하는 가스센서로,
    청구항 1 또는 2에 기재된 가스센서용 광 공동과,
    상기 타원의 한쪽 초점에 배치되는 광원과,
    상기 쌍곡선의 다른 쪽 초점에 배치되며, 상기 광원에서 나오는 광을 수광하여 수광한 광을 전기신호로 변환하는 광 검출기를 포함하는 가스센서.
KR1020170177899A 2017-12-22 2017-12-22 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서 KR101895236B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170177899A KR101895236B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
US16/229,097 US10613028B2 (en) 2017-12-22 2018-12-21 Optical cavity for gas sensor and gas sensor having optical cavity
CN201811568880.7A CN109960024B (zh) 2017-12-22 2018-12-21 气体传感器用光腔及具有该光腔的气体传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170177899A KR101895236B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101895236B1 true KR101895236B1 (ko) 2018-09-07

Family

ID=63594989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170177899A KR101895236B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10613028B2 (ko)
KR (1) KR101895236B1 (ko)
CN (1) CN109960024B (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101947583B1 (ko) * 2018-10-24 2019-02-14 주식회사 이엘티센서 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
KR102260220B1 (ko) 2020-05-14 2021-06-03 주식회사 이엘티센서 이중 구조를 갖는 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
US11079321B2 (en) 2018-09-28 2021-08-03 Stmicroelectronics S.R.L. NDIR detector device for detecting gases having an infrared absorption spectrum
WO2021159002A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-12 Lumileds Llc Gas sensing system having quadric reflective surface
KR102392870B1 (ko) * 2021-07-29 2022-05-03 주식회사 이엘티센서 광 경로 조절이 가능한 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
US11768148B2 (en) 2018-09-28 2023-09-26 Stmicroelectronics S.R.L. Miniaturized optical particle detector

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3511697B1 (de) * 2018-01-12 2023-07-12 Drägerwerk AG & Co. KGaA Anordnung und verfahren zur analyse eines fluids
CN112649388A (zh) * 2020-12-07 2021-04-13 珠海格力电器股份有限公司 气体浓度检测系统及空调器
USD1027682S1 (en) 2021-09-30 2024-05-21 Carrier Corporation Refrigerant detection sensor housing
CN115184293B (zh) * 2022-07-22 2023-06-20 深圳市诺安智能股份有限公司 具有一致性光程长度的微型红外气体传感器及实现方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090012952A (ko) 2007-07-31 2009-02-04 주식회사 오토전자 평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서
KR20110057651A (ko) 2009-11-24 2011-06-01 한국과학기술연구원 적외선 가스 센서
CN102495003A (zh) * 2011-11-16 2012-06-13 上海芯敏微系统技术有限公司 小型长光程红外气体传感器模块

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982824A (en) * 1971-12-01 1976-09-28 Raytheon Company Catoptric lens arrangement
US4265510A (en) * 1979-05-16 1981-05-05 Hughes Aircraft Company Three mirror anastigmatic optical system
US5440143A (en) * 1994-02-25 1995-08-08 On-Line Technologies, Inc. Folded-path optical analysis gas cell
US6611282B1 (en) * 1999-01-04 2003-08-26 Remote Reality Super wide-angle panoramic imaging apparatus
EP1343004A3 (en) * 2002-03-06 2005-05-11 NGK Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor and gas concentration detection device
FR2869686B1 (fr) * 2003-12-11 2009-06-05 Flowgene Sa Detecteur de lumiere a chambre elliptique
DE102005012449A1 (de) * 2005-03-18 2006-09-21 Robert Bosch Gmbh Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung
KR100697057B1 (ko) 2005-04-27 2007-03-22 헵시바주식회사 비분산적외선 가스측정장치
DE102005055860B3 (de) * 2005-11-23 2007-05-10 Tyco Electronics Raychem Gmbh Gassensoranordnung mit Lichtkanal in Gestalt eines Kegelschnittrotationskörpers
US7889336B2 (en) * 2008-02-01 2011-02-15 Vladimir Yankov Optical integrated nanospectrometer
DE102013224435A1 (de) * 2013-11-28 2015-05-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Messanordnung zur Messung optischer Eigenschaften eines reflektiven optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie
CN204116223U (zh) 2014-09-05 2015-01-21 河南汉威电子股份有限公司 红外气体传感器
CN204287035U (zh) 2014-09-05 2015-04-22 河南汉威电子股份有限公司 微型红外气体传感器
WO2017010581A1 (ko) * 2015-07-13 2017-01-19 한국교통대학교 산학협력단 복수의 독립된 광 경로를 갖는 광 도파관 및 그를 이용한 광학적 가스센서
FR3048084A1 (fr) * 2016-02-18 2017-08-25 Commissariat Energie Atomique Capteur infrarouge non-dispersif pour detecter un gaz.
CN206114522U (zh) 2016-10-28 2017-04-19 武汉新烽光电股份有限公司 一种矿用防尘型激光气体探测仪气室
KR101788142B1 (ko) 2017-03-31 2017-10-20 주식회사 이엘티센서 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090012952A (ko) 2007-07-31 2009-02-04 주식회사 오토전자 평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서
KR20110057651A (ko) 2009-11-24 2011-06-01 한국과학기술연구원 적외선 가스 센서
CN102495003A (zh) * 2011-11-16 2012-06-13 上海芯敏微系统技术有限公司 小型长光程红外气体传感器模块

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11079321B2 (en) 2018-09-28 2021-08-03 Stmicroelectronics S.R.L. NDIR detector device for detecting gases having an infrared absorption spectrum
US11686673B2 (en) 2018-09-28 2023-06-27 Stmicroelectronics S.R.L. NDIR detector device for detecting gases having an infrared absorption spectrum
US11768148B2 (en) 2018-09-28 2023-09-26 Stmicroelectronics S.R.L. Miniaturized optical particle detector
KR101947583B1 (ko) * 2018-10-24 2019-02-14 주식회사 이엘티센서 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
US11099125B2 (en) 2018-10-24 2021-08-24 Elt Sensor Corp. Optical cavity for gas sensor and gas sensor having the same
WO2021159002A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-12 Lumileds Llc Gas sensing system having quadric reflective surface
US11740179B2 (en) 2020-02-07 2023-08-29 Lumileds Llc Gas sensing system having quadric reflective surface
US12019017B2 (en) 2020-02-07 2024-06-25 Lumileds Llc Gas sensing with porous scattering material
KR102260220B1 (ko) 2020-05-14 2021-06-03 주식회사 이엘티센서 이중 구조를 갖는 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
KR102392870B1 (ko) * 2021-07-29 2022-05-03 주식회사 이엘티센서 광 경로 조절이 가능한 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서

Also Published As

Publication number Publication date
CN109960024A (zh) 2019-07-02
US20190195778A1 (en) 2019-06-27
CN109960024B (zh) 2022-03-22
US10613028B2 (en) 2020-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101895236B1 (ko) 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
US11747272B2 (en) Gas detection using differential path length measurement
KR101581341B1 (ko) 복수의 독립된 광 경로를 갖는 광 도파관 및 그를 이용한 광학적 가스센서
CN104007069B (zh) 一种基于离轴抛物面镜的差分光学吸收光谱测量系统
KR101088360B1 (ko) 복수의 독립된 광 경로를 갖는 광 도파관 및 그를 이용한 ｎｄｉｒ 가스 센서
US10365204B2 (en) Long path cell
JP5870270B2 (ja) 検出器
US11099125B2 (en) Optical cavity for gas sensor and gas sensor having the same
JP2007515645A (ja) 蛍光測定器
EP1972923A2 (en) Optical absorption gas sensor
KR100494103B1 (ko) 광학적 가스 센서
JP2011203253A (ja) 多チャネル光学セル
KR20180021956A (ko) 포물 반사체를 이용한 광 도파관 및 이를 구비하는 적외선 가스 센서
KR20110059006A (ko) 적외선 가스 센서
CN110715909A (zh) 多通道多反射气体检测装置
JP6183227B2 (ja) 挿入型ガス濃度測定装置
KR101108497B1 (ko) 적외선 가스 센서
KR101788142B1 (ko) 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
KR102427011B1 (ko) 비분산방식 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
JP2018115994A (ja) ガス濃度測定装置
JP2018084523A (ja) ガス濃度測定装置
CN115165788B (zh) 一种高分辨率微型红外气体传感器及其实现方法
KR102643353B1 (ko) 가스 센서
KR102334769B1 (ko) 외부 환경의 영향을 최소화할 수 있는 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서
CN212008328U (zh) Icp-aes光路系统

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant