KR102140607B1 - 가스 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 검출 장치에 관한 것으로서, 베이스 플레이트에 나선형 광로를 형성하는 나선형 광로 형성부와, 나선형 광로의 중앙에서 광을 출사하는 광원과, 나선형 광로 형성부의 나선형 광로 출구에 마련되어 진행되는 광을 제1분할광과 제2분할광으로 분배하여 각각 출력하는 광분배기와, 광분배기에서 분배된 제1분할광에 대해 검출대상 가스가 반응하는 감응파장대역을 벗어난 기준대역 광을 통과시키는 필터와, 필터를 거쳐 출사되는 광을 검출하는 기준 광검출기와, 광분배기에서 분배된 제2분할광을 검출하는 감응 광검출기와, 광원의 구동을 제어하고, 기준 광검출기에서 검출된 신호로부터 검출대상 가스에 반응하여 출력되는 감응 광검출기의 신호를 보정하여 가스농도를 산출하는 산출부를 구비한다. 이러한 가스 검출장치에 의하면, 광로 길이를 증가시키면서도 규모를 축소할 수 있고 광원의 파워변동을 보상하여 측정정밀도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.
Description
본 발명은 가스 검출 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 가스의 흡광도를 측정하여 가스 농도를 산출하는 가스 검출 장치에 관한 것이다.
가스의 성분을 검출하는 방법으로는 적외선 방식, 전기화학식, 반도체 방식, 이온화 방식 등이 알려져 있다.
적외선방식 가스검출 장치는 가스에 의해 특정 파장의 적외선이 흡수되는 것을 이용하여 가스의 계측을 행할 수 있도록 되어 있다.
적외선방식 가스 검출 장치는 계측 가스의 분자 구조에 따라 결정되는 흡수 파장의 적외선의 흡광도를 계측함으로써, 측정 가스의 농도를 계측한다.
이러한 적외선 방식 가스 검출장치는 국내 공개특허 제10-2015-0010138호 등 다양하게 게시되어 있다.
그런데, 종래의 적외선 가스 검출장치는 광경로를 연장하여 가스 검출감도를 높이기 위해 직선상으로 연장된 캐비티 구조를 적용하고 있고 이 경우 캐비티 길이방향으로의 연장길이에 의해 장치 규모가 커지는 단점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 일본 공개특허 특개2010-276427호에는 나선형 광로를 갖는 캐비티 구조를 적용하고 있으나 광원에서 출사되는 광의 파워가 주변의 온도 또는 그 밖의 요인에 의해 변동될 때 측정정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 나선형 캐비티 구조를 적용하면서도 광원의 파워변동을 보상하여 가스 농도 측정 정밀도를 향상시킬수 있는 가스 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가스 검출 장치는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트에 돌출되되 나선상으로 연장되게 형성되어 나선형 광로를 형성하는 나선형 광로 형성부와; 상기 나선형 광로의 중앙에서 상기 나선형 광로의 연장방향을 따라 광이 진행되게 광을 출사하며 검출대상 가스에 반응하는 감응파장대역보다 확장된 파장대역의 광을 출사하는 광원과; 상기 나선형 광로 형성부의 나선형 광로 출구에 마련되어 상기 나선형 광로 출구를 통해 진행되는 광을 제1분할광과 제2분할광으로 분배하여 각각 출력하는 광분배기와; 상기 광분배기에서 분배된 상기 제1분할광에 대해 상기 감응파장대역을 벗어난 기준대역 광을 통과시키는 필터와; 상기 필터를 거쳐 출사되는 광을 검출하는 기준 광검출기와; 상기 광분배기에서 분배된 제2분할광을 검출하는 감응 광검출기와; 상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 기준 광검출기에서 검출된 신호로부터 검출대상 가스에 반응하여 출력되는 상기 감응 광검출기의 신호를 보정하여 가스농도를 산출하는 산출부;를 구비한다.
상기 나선형 광로 형성부는 상기 나선형 광로의 연장방향에 수직한 단면이 사각형상을 갖게 형성되어 있고, 상기 광분배기는 상기 나선형 광로 출구의 사각형 단면에 대향되게 전면이 사각형상으로 형성되고, 상기 전면으로부터 상기 나선형 광로출구로부터 멀어지는 제1방향으로 진행될 수록 점진적으로 단면크기가 작아지되 상기 전면을 수직상으로 이분할하는 중심 수직선으로부터 상기 전면으로부터 상기 제1방향으로 제1이격거리에 대응되는 위치에서 상호 분리되어 각각 점진적으로 단면 크기가 작아지게 연장된 제1 및 제2분할도파부분을 갖게 형성된다.
바람직하게는 상기 광원은 2000nm 내지 4000nm 대역의 광을 출사하는 것이 적용되고, 상기 필터는 3450 내지 3550nm 대역을 벗어나게 설정된 기준대역광을 통과하는 것이 적용된다.
또한, 상기 광분배기는 투명소재로 형성되어 있고, 상기 광분배기의 전면과 상기 제1 및 제2분할도파부분의 종단면을 제외한 측면에는 상기 투명소재보다 굴절율이 낮은 소재로 코팅처리된다.
본 발명에 따른 가스 검출장치에 의하면, 광로 길이를 증가시키면서도 규모를 축소할 수 있고 광원의 파워변동을 보상하여 측정정밀도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 검출 장치의 본체를 분리하여 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 가스 검출 장치의 가스 측정계통을 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 검출 장치의 가스 측정계통을 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 검출 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 검출 장치의 본체를 분리하여 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 가스 검출 장치의 가스 측정계통을 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가스 검출 장치(100)는 본체(110), 광원(130), 광분배기(150), 필터(160), 기준광검출기(170), 감응광검출기(180) 및 산출부(190)를 구비한다.
본체(110)는 베이스 플레이트(112) 및 나선형 광로 형성부(120)를 구비한다.
베이스 플레이트(112)는 판형상으로 형성되어 있고, 후술되는 나선형 광로 형성부(120), 광분배기(150), 필터(160), 기준광검출기(170), 감응광검출기(180)의 탑재영역을 제공한다.
나선형 광로 형성부(120)는 베이스 플레이트(112)에 돌출되되 나선상으로 연장되게 형성되어 나선형 광로(125)를 형성한다.
나선형 광로 형성부(120)는 베이스 플레이트(112) 상면에서 돌출되어 나선상연장된 나선 격벽(121)과, 나선 격벽(121)의 외경이 증가하는 종단 영역에서 나선 격벽(121)으로부터 연장되어 나선형 광로(125)를 직선상으로 연장시키는 보조 격벽(122)과, 나선형 광로(125)를 상부에서 폐쇄되게 결합하는 상판(123)으로 되어 있다.
상판(123) 및 베이스 플레이트(112)에는 나선형 광로(125) 내로 기체가 입출될 수 있는 입출공(112a)(123a)이 형성되어 있다.
여기서, 나선 격벽(121), 보조격벽(122) 및 상판(123)에 의해 광이 진행되는 경로가 되는 나선형 광로(125)는 나선격벽(121)의 중앙에서 반경이 확장되는 방향을 따르는 나선궤도를 따르는 연장방향에 수직한 단면이 사각형상을 갖는다.
나선형 광로(125)는 중앙에서 직경이 가장 큰 위치의 종단영역이 출구가 된다.
광원(130)은 나선형 광로(125)의 중앙에서 나선형 광로(125)의 직경이 확장되는 연장방향을 따라 광이 진행되게 광을 출사하게 설치되어 있다.
광원(130)은 검출대상 가스에 반응하는 감응파장대역보다 확장된 파장대역의 광을 출사하는 것이 적용된다.
일 예로서, LPG가스의 누출 여부 및 농도를 검출하는 경우 광원(130)은 2000nm 내지 4000nm 대역의 적외선 광을 출사하는 것이 적용된다.
광분배기(150)는 나선형 광로 형성부(120)의 나선형 광로(125) 출구에 마련되어 나선형 광로(125) 출구를 통해 진행되는 광을 제1분할광과 제2분할광으로 분배하여 각각 출력한다.
광분배기(150)는 나선형 광로(125) 출구의 사각형 단면에 대향되게 전면(150a)이 사각형상으로 형성되고, 전면(150a)으로부터 나선형 광로(125) 출구로부터 멀어지는 제1방향으로 진행될 수록 점진적으로 단면크기가 작아지되 전면(150a)을 수직상으로 이분할하는 중심 수직선(S)으로부터 전면(150a)으로부터 제1방향으로 제1이격거리(d)에 대응되는 위치에서 상호 분리되어 각각 점진적으로 단면 크기가 작아지게 연장된 제1 및 제2분할도파부분(151)(152)을 갖게 형성되어 있다.
이러한 광분배기(150)는 투명소재로 형성되어 있고, 광분배기(150)의 전면(150a)과 제1 및 제2분할도파부분(151)(152)의 종단면(151a)(152a)을 제외한 측면(150b)에는 투명소재보다 굴절율이 낮은 소재로 코팅된 광가이드층(155)을 갖게 처리되어 있다.
여기서, 광분배기(150)의 광가이드층(155) 내부의 투명소재는 유리, 석영이 적용될 수 있다.
필터(160)는 제1분할도파부분(151)의 종단면(151a)에 대향되게 배치되어 입사되는 제1분할광을 필터링하여 기준 광검출기(160)에 출력한다.
필터(160)는 제1분할도파부분(151)을 통해 출사되는 제1분할광에 대해 감응파장대역을 벗어난 기준대역 광만을 통과시킨다.
일 예로서, LPG가스를 검출하도록 구축되는 경우 필터(160)는 3450 내지 3550nm 대역을 벗어나게 설정된 기준대역광을 통과하는 것이 적용된다.
여기서, 기준대역광의 기준대역은 일 예로서, 2500nm 내지 3000nm로 설정될 수 있다.
기준광검출기(170)는 필터(160)를 거쳐 출사되는 광을 검출하고, 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 산출부(190)에 출력한다.
감응 광검출기(180)는 광분배기(150)의 제2분할도파부분(152)의 종단면(152a)에 대향되게 배치되어 입사되는 제2분할광을 검출하고, 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.
이러한 구조에서 가스 검출장치(100)가 LPG 가스를 검출하도록 구축되고, 광원(130)은 2000nm 내지 4000nm 대역의 적외선 광을 출사하고, 필터(160)는 3450 내지 3550nm 대역을 벗어나게 설정된 기준대역광을 통과시키는 경우 기준광검출기(170)는 LPG가스의 농도와 관계없이 광원(130)의 광파워 변동에 대응되는 기준대역광을 검출하는 반면, 감응 광검출기(180)는 LPG가스의 농도에 대응되는 3450 내지 3550nm 대역의 광의 감쇠에 대응되게 검출광량이 줄어든다.
산출부(190)는 광원(130)의 구동을 제어하고, 기준 광검출기(170)에서 검출된 신호로부터 검출대상 가스에 반응하여 출력되는 감응 광검출기(180)의 신호를 보정하여 가스농도를 산출한다.
산출부(190)에는 기준 광검출부(170)에서 출력되는 신호에 대응하여 감응 광검출기(180)에서 출력되는 신호에 대한 검출대상 가스의 농도가 실험에 의해 측정되어 기록된 룩업테이블(미도시)이 마련되어 있다.
또 다르게는, 산출부(190)에는 기준 광검출기(170)에서 출력되는 신호로부터 감응 광검출기(180)에서 검출된 신호에 대한 보정치가 룩업테이블에 기록되어 있고, 감응 광검출기(180)에서 출력되는 신호에 대응하여 산출한 검출대상 가스의 농도를 보정하도록 구축할 수 있음은 물론이다.
산출부(190)는 산출된 가스 농도를 출력부 예를 들면 표시부를 통해 표시하거나, 설정된 기준 농도 이상이면 경보장치를 통해 알려줄 수 있게 구축될 수 있음은 물론이다.
이러한 산출방식은 광원(130)에서 출사되는 광이 주변 온도 또는 사용경과에 따라 광출력이 변동될 때 이를 기준 광검출기(160)에서 검출된 신호를 이용하여 파악하고, 감응 광검출기(180)에서 검출된 신호에 대한 보정처리를 수행할 수 있도록 구축되어 있어 가스 농도 측정 정밀도를 높일 수 있다.
이상에서 설명된 가스 검출장치에 의하면, 광로 길이를 증가시키면서도 규모를 축소할 수 있고 광원의 파워변동을 보상하여 측정정밀도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.
110: 본체 130: 광원
150: 광분배기 160: 필터
170: 기준광검출기 180: 감응광검출기
190: 산출부
150: 광분배기 160: 필터
170: 기준광검출기 180: 감응광검출기
190: 산출부
Claims (4)
- 베이스 플레이트와;
상기 베이스 플레이트에 돌출되되 나선상으로 연장되게 형성되어 나선형 광로를 형성하는 나선형 광로 형성부와;
상기 나선형 광로의 중앙에서 상기 나선형 광로의 연장방향을 따라 광이 진행되게 광을 출사하며 검출대상 가스에 반응하는 감응파장대역보다 확장된 파장대역의 광을 출사하는 광원과;
상기 나선형 광로 형성부의 나선형 광로 출구에 마련되어 상기 나선형 광로 출구를 통해 진행되는 광을 제1분할광과 제2분할광으로 분배하여 각각 출력하는 광분배기와;
상기 광분배기에서 분배된 상기 제1분할광에 대해 상기 감응파장대역을 벗어난 기준대역 광을 통과시키는 필터와;
상기 필터를 거쳐 출사되는 광을 검출하는 기준 광검출기와;
상기 광분배기에서 분배된 제2분할광을 검출하는 감응 광검출기와;
상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 기준 광검출기에서 검출된 신호로부터 검출대상 가스에 반응하여 출력되는 상기 감응 광검출기의 신호를 보정하여 가스농도를 산출하는 산출부;를 구비하고,
상기 나선형 광로 형성부는
상기 나선형 광로의 연장방향에 수직한 단면이 사각형상을 갖게 형성되어 있고,
상기 광분배기는
상기 나선형 광로 출구의 사각형 단면에 대향되게 전면이 사각형상으로 형성되고, 상기 전면으로부터 상기 나선형 광로출구로부터 멀어지는 제1방향으로 진행될 수록 점진적으로 단면크기가 작아지되 상기 전면을 수직상으로 이분할하는 중심 수직선으로부터 상기 전면으로부터 상기 제1방향으로 제1이격거리에 대응되는 위치에서 상호 분리되어 각각 점진적으로 단면 크기가 작아지게 연장된 제1 및 제2분할도파부분을 갖게 형성되어 있고,
상기 광원은 2000nm 내지 4000nm 대역의 광을 출사하는 것이 적용되고,
상기 필터는 3450 내지 3550nm 대역을 벗어나게 설정된 기준대역광을 통과하는 것이 적용되며,
상기 광분배기는 투명소재로 형성되어 있고, 상기 광분배기의 전면과 상기 제1 및 제2분할도파부분의 종단면을 제외한 측면에는 상기 투명소재보다 굴절율이 낮은 소재로 코팅처리되어 있고,
상기 나선형 광로 형성부는 상기 베이스 플레이트 상면에서 돌출되어 나선상으로 연장된 나선 격벽과, 상기 나선 격벽의 외경이 증가하는 종단 영역에서 상기 나선 격벽으로부터 연장되어 상기 나선형 광로를 직선상으로 연장시키는 보조 격벽과, 상기 나선형 광로를 상부에서 폐쇄되게 결합하는 상판을 구비하고, 상판 및 상기 베이스 플레이트에는 상기 나선형 광로 내로 기체가 입출될 수 있는 입출공이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치.
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