KR102265045B1 - Optical gas sensor - Google Patents

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KR102265045B1
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light source
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optical
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gas sensor
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KR1020190160547A
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김한필
신철호
김소영
박진홍
김왕기
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한국광기술원
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Abstract

An optical gas sensor is disclosed. According to the present invention, a sufficient optical path can be secured for the light output from a light source unit to reach a detection unit by determining positions of the light source unit and the detection unit through calculation based on the information of an ellipsoid without a separate optical design. The present invention includes a light source unit, an optical waveguide, and a detection unit.

Description

광학식 가스센서{OPTICAL GAS SENSOR}Optical gas sensor {OPTICAL GAS SENSOR}

본 발명은 광학식 가스센서에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 별도의 광학 설계 없이 타원체의 정보에 기반한 계산을 통해 광원부와 검출부의 위치를 결정하여 광원부에서 출력된 빛이 검출부까지 도달하는데 충분한 광경로를 확보할 수 있는 광학식 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to an optical gas sensor, and more specifically, a light path sufficient for the light output from the light source unit to reach the detection unit by determining the positions of the light source unit and the detection unit through calculation based on the information of the ellipsoid without a separate optical design. It relates to an optical gas sensor that can be secured.

일반적으로, 광 도파관은 광원에서 방출된 광이 광 센서부까지 도달하는 과정에서 광 경로의 길이(optical path length)를 길게 함과 동시에 광 센서부에 대한 광의 투과 효율을 극대화하기 위해 제작된다.In general, the optical waveguide is manufactured to increase the optical path length in the process of light emitted from a light source reaching the optical sensor unit and to maximize light transmission efficiency to the optical sensor unit.

한국 등록특허 등록번호 제10-0694635호(발명의 명칭: 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스센서)에는 타원 돔형의 반사경을 구비한 가스센서가 개시된다.Korean Patent Registration No. 10-0694635 (Title of the Invention: Non-dispersive infrared gas sensor equipped with an elliptical dome-shaped reflector) discloses a gas sensor having an elliptical dome-shaped reflector.

도 1은 종래 기술에 따른 타원 돔형의 반사경을 구비한 가스센서로서, 타원 돔형 반사경(10)은 그 장축 상에 제1 초점 및 제2 초점이 서로 이격되어 형성되고, 타원 돔형 반사경(10)의 제1 초점에는 광원(11)이 위치되며, 타원 돔형 반사경(10)의 제2 초점에는 광센서(12)가 위치된다. 1 is a gas sensor having an elliptical dome-shaped reflector according to the prior art. The elliptical dome-shaped reflector 10 is formed with a first focus and a second focus spaced apart from each other on its long axis, and the elliptical dome-shaped reflector 10 is The light source 11 is positioned at the first focus, and the photosensor 12 is positioned at the second focus point of the elliptical dome-shaped reflector 10 .

평면 반사경(13)은 광원(11)에서 방사된 후 타원 돔형 반사경(10)에서 반사되는 적외선을 집광하도록 오목한 평면 거울면으로 이루어지고, 광센서(12)는 평면 반사경(13)에서 반사되는 적외선과 광원(11)에서 직접 조사되는 광을 모두 수광할 수 있게 타원 돔형 반사경(10)의 장축 상에 수평으로 설치된다.The planar reflector 13 is made of a concave planar mirror surface to condense infrared rays reflected from the elliptical dome-shaped reflector 10 after being emitted from the light source 11 , and the optical sensor 12 includes infrared rays reflected from the planar reflector 13 . It is installed horizontally on the long axis of the elliptical dome-shaped reflector 10 so as to receive all of the light directly irradiated from the light source 11 and the light source 11 .

그러나, 타원 돔형 반사경은 반만을 활용하고 하부 면에서 반사되는 광은 평면 반사경(13)을 통하여 광센서(12)로 향하게 하는 구조를 형성함으로써, 조사되는 광의 절반 이하의 광속만을 이용하는 구조이며, 하부 평면에 조사 및 반사되는 빛의 경우, 광센서(12)에 부착된 필터 통과 시 굴절에 의해 적절하게 광센서(12)에 조사되기 어려운 문제점이 있다.However, the elliptical dome-type reflector uses only half and forms a structure in which the light reflected from the lower surface is directed to the photosensor 12 through the planar reflector 13, so that only half or less of the luminous flux of the irradiated light is used. In the case of light irradiated and reflected on a plane, there is a problem in that it is difficult to properly irradiate the light sensor 12 due to refraction when passing through a filter attached to the photosensor 12 .

또한, 종래 기술에 따른 가스센서로서 정확성을 확보하기 위해 충분한 광 경로를 제공하지 못하는 문제점이 있다.In addition, as a gas sensor according to the prior art, there is a problem in that a sufficient light path is not provided to ensure accuracy.

또한, 한국 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0092382호(발명의 명칭: 복수의 독립된 광 경로를 갖는 광 도파관 및 그를 이용한 광학적 가스센서)에는 복수의 타원형 광 도파로를 이용한 가스센서가 개시되어 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0092382 (Title of the Invention: Optical waveguide having a plurality of independent optical paths and an optical gas sensor using the same) discloses a gas sensor using a plurality of elliptical optical waveguides. .

도 2는 종래 기술에 따른 복수의 타원형 광 도파로를 이용한 가스센서로서, 복수의 독립된 광 경로를 갖는 광 도파관(20)은 두 개의 3차원 타원체(21, 22)로 이루어진다.2 is a gas sensor using a plurality of elliptical optical waveguides according to the related art. The optical waveguide 20 having a plurality of independent optical paths is made of two three-dimensional ellipsoids 21 and 22 .

또한, 두 개의 3차원 타원체(21, 22)는, 각각의 제1 초점(F1)을 공통초점으로 공유하며 각각의 제1 초점(F1)과 제2 초점(F2)을 연결하는 가상의 기준선들(C11, C12)이 일정한 각도(θ11)를 이루도록 구성된다.In addition, the two three-dimensional ellipsoids 21 and 22 share each of the first focal points F1 as a common focal point and are virtual reference lines connecting each of the first and second focal points F1 and F2. (C11, C12) is configured to form a constant angle (θ11).

그러나, 종래 기술에 따른 가스센서는 충분한 광 경로를 확보하기 위해 복잡한 광학 설계가 요구되어 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.However, the gas sensor according to the prior art has a problem in that a complicated optical design is required to secure a sufficient light path, and thus manufacturing cost increases.

또한, 종래 기술에 따른 가스센서는 광원부와 검출부의 위치가 초점 위치에 직접 위치하기 때문에 광원부 및 검출부가 독성의 가스에 직접 노출되어 부식 또는 열화되는 문제점이 있다.In addition, the gas sensor according to the prior art has a problem in that the light source and the detection unit are directly exposed to the focal position, so that the light source and the detection unit are directly exposed to toxic gas to be corroded or deteriorated.

문헌 1. 한국 등록특허 등록번호 제10-0694635호(발명의 명칭: 타원 돔형 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스센서)Document 1. Korean Patent Registration No. 10-0694635 (Title of the Invention: Non-dispersive infrared gas sensor with elliptical dome-shaped reflector) 문헌 2. 한국 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0092382호(발명의 명칭: 복수의 독립된 광 경로를 갖는 광 도파관 및 그를 이용한 광학적 가스센서)Document 2. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0092382 (Title of the invention: optical waveguide having a plurality of independent optical paths and an optical gas sensor using the same)

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 별도의 광학 설계 없이 타원체의 정보에 기반한 계산을 통해 광원부와 검출부의 위치를 결정하여 광원부에서 출력된 빛이 검출부까지 도달하는데 충분한 광경로를 확보할 수 있는 광학식 가스센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve this problem, the present invention is an optical formula that can secure a sufficient optical path for the light output from the light source to reach the detector by determining the positions of the light source and the detector through calculation based on the information of the ellipsoid without a separate optical design. An object of the present invention is to provide a gas sensor.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 광학식 가스센서로서, 내부에 반사면을 구비한 타원체 형상의 광 도파로; 상기 광 도파로의 내부에 빛을 출력하는 광원부; 및 상기 광 도파로의 내부에서 반사된 빛을 수광하는 검출부;를 포함한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention provides an optical gas sensor, comprising: an ellipsoid-shaped optical waveguide having a reflective surface therein; a light source unit for outputting light into the optical waveguide; and a detector configured to receive the light reflected from the inside of the optical waveguide.

또한, 상기 실시 예에 따른 광원부는 광원부로부터 출력된 빛이 광 도파로의 제1 초점 및 제2 초점 중 어느 하나를 통과하여 광 도파로의 반사면에서 반사되도록 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the light source unit according to the embodiment is characterized in that the light output from the light source unit is configured to pass through any one of the first focus and the second focus of the optical waveguide and be reflected on the reflective surface of the optical waveguide.

또한, 상기 실시 예에 따른 광 도파로는 2차원 타원체 또는 3차원 타원체로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the optical waveguide according to the embodiment is characterized in that it is formed of a two-dimensional ellipsoid or a three-dimensional ellipsoid.

또한, 상기 실시 예에 따른 광원부는 광 도파로의 외부에 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the light source unit according to the embodiment is characterized in that it is installed outside the optical waveguide.

또한, 상기 실시 예에 따른 광원부로부터 출력되어 제1 초점 및 제2 초점 중 어느 하나를 통과한 빛은 상기 광 도파로의 반사면에서 복수회 반사하여 상기 검출부로 입사되는 것을 특징으로 한다.In addition, the light output from the light source unit according to the embodiment and passing through one of the first focus and the second focus is reflected a plurality of times on the reflective surface of the optical waveguide and is incident to the detection unit.

또한, 상기 실시 예에 따른 검출부는 광 도파로의 외부에 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the detection unit according to the embodiment is characterized in that it is installed outside the optical waveguide.

또한, 상기 실시 예에 따른 검출부는 광원부로부터 출력된 빛이 광 도파로의 내부면에서 복수회 반사된 후 만나는 상기 광 도파로의 반사면과의 교점 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the detection unit according to the embodiment is characterized in that the light output from the light source unit is installed at an intersection point with the reflective surface of the optical waveguide, which meets after being reflected a plurality of times on the inner surface of the optical waveguide.

또한, 상기 실시 예에 따른 광원부는 검출 대상 가스에 따라 임의의 파장을 갖는 빛을 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the light source unit according to the embodiment is characterized in that it outputs light having an arbitrary wavelength according to the detection target gas.

또한, 상기 실시 예에 따른 광학식 가스센서는 광 도파로의 외부에 일정 거리 이격되어 설치되고, 상기 광 도파로의 제1 초점 및 제2 초점 중 어느 하나를 통과하며, 상기 광원부와 다른 파장의 빛을 출력하는 적어도 하나의 광원부 1을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical gas sensor according to the embodiment is installed to be spaced apart from the optical waveguide by a predetermined distance, passes through any one of the first focus and the second focus of the optical waveguide, and outputs light of a different wavelength from the light source unit It is characterized in that it further comprises at least one light source unit 1.

또한, 상기 실시 예에 따른 광학식 가스센서는 광원부 1로부터 출력된 빛이 광 도파로의 내부면에서 복수회 반사된 후 만나는 상기 광 도파로의 내부면과의 교점 위치에 설치되는 적어도 하나의 검출부 1을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical gas sensor according to the embodiment includes at least one detection unit 1 installed at an intersection point with the inner surface of the optical waveguide, where the light output from the light source unit 1 is reflected a plurality of times from the inner surface of the optical waveguide. characterized by including.

본 발명은 별도의 광학 설계 없이 타원체의 정보에 기반한 계산을 통해 광원부와 검출부의 위치를 결정함으로써, 광원부에서 출력된 빛이 검출부까지 도달하는데 충분한 광경로를 확보할 수 있는 장점이 있다.The present invention has the advantage of securing a sufficient optical path for the light output from the light source to reach the detection unit by determining the positions of the light source unit and the detection unit through calculation based on the information of the ellipsoid without a separate optical design.

또한, 본 발명은 광 도파로의 내부에 광원부와 검출부를 설치하지 않아 독성 가스로부터 발생되는 부식 등을 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage in that it is possible to prevent corrosion caused by toxic gas by not installing a light source unit and a detection unit inside the optical waveguide.

또한, 본 발명은 광 도파로의 외부에 광원부와 검출부를 설치함으로써, 필요한 경우 쉽게 제거 및 변경할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage in that it can be easily removed and changed if necessary by installing the light source unit and the detection unit outside the optical waveguide.

또한, 본 발명은 3차원 형상을 통해 서로 다른 위치에 다수의 광원부와 검출부를 구성함으로써, 다양한 가스에 대하여 동시 측정을 수행할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of being able to simultaneously measure various gases by configuring a plurality of light sources and detectors at different positions through a three-dimensional shape.

도 1은 종래 기술에 따른 타원 돔형의 반사경을 구비한 가스센서를 나타낸 예시도.
도 2는 종래 기술에 따른 다르 가스센서를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 가스센서를 나타낸 예시도.
도 4는 도 3의 실시 예에 따른 광학식 가스센서를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학식 가스센서를 나타낸 예시도.1 is an exemplary view showing a gas sensor having an elliptical dome-shaped reflector according to the prior art.
Figure 2 is an exemplary view showing a gas sensor according to the prior art.
3 is an exemplary view showing an optical gas sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing an optical gas sensor according to the embodiment of FIG.
5 is an exemplary view showing an optical gas sensor according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment of the present invention and the accompanying drawings, but the same reference numerals in the drawings will be described on the premise that the same reference numerals refer to the same components.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다. Prior to describing the specific contents for carrying out the present invention, it should be noted that components not directly related to the technical gist of the present invention are omitted within the scope of not disturbing the technical gist of the present invention.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the terms or words used in the present specification and claims have meanings and concepts consistent with the technical idea of the invention based on the principle that the inventor can define the concept of an appropriate term to best describe his invention. should be interpreted as

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In the present specification, the expression that a part "includes" a certain element does not exclude other elements, but means that other elements may be further included.

또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.Also, terms such as “… unit”, “… group”, and “… module” mean a unit that processes at least one function or operation, which may be divided into hardware, software, or a combination of the two.

또한, "적어도 하나의" 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다. In addition, the term "at least one" is defined as a term including the singular and the plural, and even if the term "at least one" does not exist, each element may exist in the singular or plural, and may mean the singular or plural. will be self-evident.

또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시 예에 따라 변경가능하다 할 것이다.In addition, that each component is provided in singular or plural may be changed according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 가스센서의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the optical gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(제1 실시예)(Example 1)

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 가스센서를 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 3의 실시 예에 따른 광학식 가스센서를 나타낸 사시도이다.3 is an exemplary view illustrating an optical gas sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view illustrating an optical gas sensor according to the embodiment of FIG. 3 .

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 가스센서(100)는 타원체 형상의 광 도파로(110)와, 광원부(120)와, 검출부(130)를 포함하여 구성된다.3 and 4 , the optical gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes an ellipsoid-shaped optical waveguide 110 , a light source unit 120 , and a detection unit 130 .

상기 광 도파로(110)는 단면의 형상이 원점을 중심으로 대칭인 타원체 형상으로서, 내부에는 거울면 반사를 수행하는 반사면(111)이 구성될 수 있다.The optical waveguide 110 has an ellipsoidal shape whose cross-section is symmetrical about an origin, and a reflective surface 111 for performing specular reflection may be configured therein.

또한, 상기 광 도파로(110)는 2차원 형상의 타원체로서, 원통 형상으로 구성될 수 있다.In addition, the optical waveguide 110 is a two-dimensional ellipsoid, and may be configured in a cylindrical shape.

또한, 타원체는 초점에서 발산되는 광원의 빛이 다른 초점으로 모이는 특성을 이용하여, 본 발명의 실시 예에 따른 타원체 형상의 광 도파로(110)는 상기 광 도파로(110)의 외부에 설치된 광원부(120)로부터 출력된 빛이 광 도파로(110)의 제1 초점(F1) 또는 제2 초점(F2) 중 어느 하나를 통과하여 상기 광 도파로(110)의 내부면(111)에서 반사되도록 구성된다.In addition, the ellipsoid uses the characteristic that the light of the light source emitted from the focal point gathers to another focal point, and the ellipsoid-shaped optical waveguide 110 according to the embodiment of the present invention has the light source unit 120 installed outside the optical waveguide 110 . ) passes through either the first focus point F1 or the second focus point F2 of the optical waveguide 110 and is reflected from the inner surface 111 of the optical waveguide 110 .

또한, 상기 광 도파로(110)는 광원부(120)가 설치 및 고정되도록 하는 광원부 고정공(112)이 구성될 수 있다.In addition, the optical waveguide 110 may be configured with a light source unit fixing hole 112 through which the light source unit 120 is installed and fixed.

또한, 상기 광원부 고정공(112)은 광원부(120)로부터 출력된 빛이 광 도파로(110)에 입사되면, 광 도파로(110)의 제1 초점(F1) 또는 제2 초점(F2) 중 어느 하나의 초점을 통과할 수 있는 임의의 위치에 구성될 수 있다.In addition, when the light output from the light source unit 120 is incident on the optical waveguide 110 , the light source unit fixing hole 112 may have either the first focal point F1 or the second focal point F2 of the optical waveguide 110 . It can be configured at any location that can pass through the focal point of

상기 제1 초점(F1) 및 제2 초점(F2)은 타원체의 장축 또는 단축 중 어느 하나의 초점일 수 있다.The first focus F1 and the second focus F2 may be any one of a major axis or a minor axis of the ellipsoid.

또한, 상기 광 도파로(110)는 검출부(130)가 설치 및 고정되도록 검출부 고정공(113)이 구성될 수 있다.In addition, the optical waveguide 110 may include a detection unit fixing hole 113 so that the detection unit 130 is installed and fixed.

또한, 상기 검출부 고정공(113)은 광원부(120)로부터 출력된 빛이 광 도파로(110)의 반사면(111)에서 복수회 반사된 후 만나는 위치, 즉 빛이 상기 광 도파로(110)의 반사면(111)과 만나는 교점에 구성될 수 있다.In addition, the detection part fixing hole 113 is a position where the light output from the light source part 120 is reflected a plurality of times from the reflective surface 111 of the optical waveguide 110 and then meets, that is, the light is half of the optical waveguide 110 . It may be configured at an intersection that meets the slope 111 .

상기 광원부(120)는 광 도파로(110)의 내부에 일정 파장의 빛을 출력하는 구성으로서, 레이저 다이오드, LED 등의 광 출력수단으로 구성될 수 있다.The light source unit 120 is configured to output light of a predetermined wavelength to the inside of the optical waveguide 110 , and may be configured as a light output means such as a laser diode or an LED.

또한, 광원부(120)는 검출 대상 가스에 따라 특정 파장을 갖는 빛을 출력할 수 있다.Also, the light source unit 120 may output light having a specific wavelength according to the detection target gas.

또한, 상기 광원부(120)는 광 도파로(110)의 광원부 고정공(112)을 통해 광 도파로(110)의 외부에 설치될 수 있다.In addition, the light source unit 120 may be installed outside the optical waveguide 110 through the light source unit fixing hole 112 of the optical waveguide 110 .

상기 광원부(120)를 광 도파로(110)의 외부에 설치함으로써, 광 도파로(110) 내부의 독성 가스로 인한 광원부(120)의 부식 등을 방지할 수 있다.By installing the light source unit 120 outside the optical waveguide 110 , corrosion of the light source unit 120 due to the toxic gas inside the optical waveguide 110 can be prevented.

또한, 상기 광원부(120)를 광 도파로(110)의 외부에 설치함으로써, 고장 수리 등이 필요한 경우 쉽게 제거하여 교환 및 변경할 수 있다.In addition, since the light source unit 120 is installed outside the optical waveguide 110 , it can be easily removed and replaced or changed when a malfunction or the like is required.

또한, 상기 광원부(120)는 광 도파로(110)의 내부측으로 출력되는 빛이 상기 광 도파로(110)의 제1 초점(F1) 또는 제2 초점(F2) 중 어느 하나의 초점을 통과되도록 구성될 수 있다.In addition, the light source unit 120 is configured such that the light output to the inner side of the optical waveguide 110 passes through any one of the first focal point F1 or the second focal point F2 of the optical waveguide 110 . can

상기 검출부(130)는 광 도파로(110, 110a)의 내부에서 반사된 빛을 수광하는 구성으로서, 상기 광원부(120)로부터 출력되어 제1 초점(F1) 및 제2 초점(F2) 중 어느 하나를 통과한 빛이 상기 광 도파로(110, 110a)의 반사면(111)에서 복수회, 예를 들면, 4회 이상 반사되면 입사되어 검출할 수 있도록 한다.The detection unit 130 is configured to receive light reflected from the inside of the optical waveguides 110 and 110a, and is output from the light source unit 120 to detect any one of the first focus F1 and the second focus F2. When the passing light is reflected a plurality of times, for example, four or more times, on the reflective surface 111 of the optical waveguides 110 and 110a, it is incident and can be detected.

즉, 상기 검출부(130)는 광원부(120)로부터 출력된 빛이 광 도파로(110)의 반사면(111)에서 4 ~ 5회 반사된 후 만나는 광 도파로(110, 110a)의 반사면(111)과의 교점 위치에 설치되도록 구성한다.That is, the detection unit 130 includes the reflective surfaces 111 of the optical waveguides 110 and 110a that meet after the light output from the light source unit 120 is reflected from the reflective surface 111 of the optical waveguide 110 4 to 5 times. It is configured to be installed at the point of intersection of

예를 들면, 광원부(120)에서 출력된 빛이 제1 초점(F1)을 통과한 다음 제1 광 경로(P1)를 따라 이동하여 반사면(111)에서 첫번째 반사를 하고, 이후 제2 광 경로(P2)를 따라 이동하여 제2 초점(F2)을 통과한 다음 반사면(111)에서 두번째 반사를 한다.For example, the light output from the light source unit 120 passes through the first focus F1 and then moves along the first optical path P1 to be first reflected by the reflective surface 111 , and then to the second optical path. After moving along (P2), passing through the second focus (F2), the second reflection is performed on the reflective surface (111).

상기 두번째 반사 후, 제3 광 경로(P3)를 따라 이동한 빛은 반사면(111)에서 세번째 반사를 하고, 다시 제1 초점(F1)을 통과한 다음 제4 광 경로(P4)를 따라 이동한 빛은 반사면에서 네번째 반사되어 제5 광 경로(P5)를 따라 이동하여 다시 제2 초점(F2)을 통과한 다음 검출부(130)에 수광된다.After the second reflection, the light traveling along the third optical path P3 is reflected for the third time on the reflective surface 111 , passes through the first focal point F1 again, and then moves along the fourth optical path P4 . One light is reflected fourth from the reflective surface, moves along the fifth optical path P5 , passes through the second focus point F2 again, and is then received by the detector 130 .

본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 네번의 반사가 이루어지는 것을 실시 예로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 반사면(111)의 반사율이 높은 경우 반사횟수를 증가시킴으로써, 가스의 검출을 위한 광 경로가 증가될 수 있도록 구성할 수도 있다.In this embodiment, for convenience of explanation, four reflections are described as an embodiment, but the present invention is not limited thereto. By increasing the number of reflections when the reflectivity of the reflective surface 111 is high, the optical path for gas detection is It can also be configured to be increased.

또한, 상기 검출부(130)는 광 도파로(110)의 검출부 고정공(113)을 통해 광 도파로(110)의 외부에 설치될 수 있다.In addition, the detection unit 130 may be installed outside the optical waveguide 110 through the detection unit fixing hole 113 of the optical waveguide 110 .

상기 검출부(130)를 광 도파로(110)의 외부에 설치함으로써, 광 도파로(110) 내부의 독성 가스로 인한 검출부(130)의 부식 등을 방지할 수 있다.By installing the detector 130 outside the optical waveguide 110 , corrosion of the detector 130 due to the toxic gas inside the optical waveguide 110 can be prevented.

또한, 상기 검출부(130)를 광 도파로(110)의 외부에 설치함으로써, 고장 수리 등이 필요한 경우 쉽게 제거하여 교환 및 변경할 수 있다.In addition, since the detection unit 130 is installed outside the optical waveguide 110, it can be easily removed and replaced or changed when a malfunction or the like is required.

한편, 상기 광원부(120)와 검출부(130)의 위치는 광원부(120)로부터 출력된 빛이 상기 검출부(130)까지 도달하는데 충분한 광 경로를 확보하기 위해 복잡한 설계가 이루어지는 것은 아니고, 광 도파로(110)를 형성하는 타원체에 대한 정보, 예를 들면, 장축의 길이, 단축의 길이, 초점의 위치를 이용하여 단순한 계산을 통해 결정할 수 있다.On the other hand, the position of the light source unit 120 and the detection unit 130 is not a complicated design in order to secure a sufficient optical path for the light output from the light source unit 120 to reach the detection unit 130, and the optical waveguide 110 ) can be determined through simple calculation using information about the ellipsoid forming the ellipsoid, for example, the length of the major axis, the length of the minor axis, and the position of the focal point.

(제2 실시 예)(Second embodiment)

우선, 제1 실시 예와 동일한 구성요소에 대한 반복적인 설명은 생략하고, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.First, a repetitive description of the same components as those of the first embodiment will be omitted, and the same reference numerals will be used for the same components.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학식 가스센서를 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary view showing an optical gas sensor according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 가스센서(100a)는 타원체 형상의 광 도파로(110a)와, 광원부(120)와, 검출부(130)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 5 , the optical gas sensor 100a according to an embodiment of the present invention includes an ellipsoid-shaped optical waveguide 110a, a light source unit 120 , and a detection unit 130 .

제2 실시 예에 따른 광학식 가스센서(100a)는 광 도파로(110a)의 형상이 3차원의 타원체 형상(예를 들면, 럭비공 형상)으로 이루어진 입체적인 형상에서 제1 실시 예에 따른 광학식 가스센서의 광 도파로 구성과 차이점이 있다.The optical gas sensor 100a according to the second embodiment has a three-dimensional shape in which the optical waveguide 110a has a three-dimensional ellipsoid shape (eg, a rugby ball shape). There is a difference from the optical waveguide configuration.

즉, 광 도파로(110a)의 입체적인 형상을 통해 광이 이동하는 경로를 충분히 확보할 수 있도록 한다.That is, a path through which light travels can be sufficiently secured through the three-dimensional shape of the optical waveguide 110a.

또한, 제2 실시 예에 따른 광학식 가스센서(100a)는 광원부 1(120a)과 검출부 1(130a)을 더 포함하여 구성함으로써, 다양한 가스에 대하여 측정할 수 있다.In addition, the optical gas sensor 100a according to the second embodiment further includes a light source unit 1 ( 120a ) and a detection unit 1 ( 130a ), so that various gases can be measured.

상기 광원부 1(120a)은 광원부(120)로부터 출력되는 파장의 빛과 다른 파장의 빛을 출력함으로써, 다양한 가스의 측정을 수행할 수 있도록 구성된다.The light source unit 1 ( 120a ) is configured to measure various gases by outputting light having a wavelength different from that of the light source unit 120 .

또한, 상기 광원부 1(120a)은 광 도파로(110a)의 외부에 광원부(120)와 일정 거리 이격되고, 상기 광원부 1(120a)로부터 출력된 빛이 상기 광 도파로(110a)의 제1 초점(F1) 및 제2 초점(F2) 중 어느 하나의 초점을 통과하도록 설치될 수 있다.In addition, the light source unit 1 (120a) is spaced apart from the light source unit 120 at the outside of the optical waveguide 110a by a predetermined distance, and the light output from the light source unit 1 120a is the first focus F1 of the optical waveguide 110a. ) and the second focal point F2 may be installed to pass through any one of the focal points.

상기 검출부 1(130a)은 광 도파로(110a)의 외부에 검출부(130)와 일정 거리 이격되고, 광원부 1(120a)로부터 출력된 빛이 광 도파로(110, 110a)의 내부면에서 복수회 반사된 후 만나는 상기 광 도파로(110, 110a)의 내부면과의 교점 위치에 설치될 수 있다.The detection unit 1 130a is spaced apart from the detection unit 130 at the outside of the optical waveguide 110a by a predetermined distance, and the light output from the light source unit 1 120a is reflected a plurality of times from the inner surfaces of the optical waveguides 110 and 110a. It may be installed at a point of intersection with the inner surfaces of the optical waveguides 110 and 110a that meet later.

즉, 광원부 1(120a)과 광원부(120)는 광 도파로(110a)의 서로 다른 위치에 설치되어 검출 대상 가스에 맞는 파장의 빛을 출력하고, 검출부 1(130a)과 검출부(130)는 광 도파로(110a)에서 반사되는 빛의 서로 다른 이동 경로에 의해 광 도파로(110a)의 서로 다른 위치에 설치될 수 있다.That is, the light source unit 1 120a and the light source unit 120 are installed at different positions of the optical waveguide 110a to output light having a wavelength suitable for the gas to be detected, and the detection unit 1 130a and the detection unit 130 are the optical waveguides. It may be installed at different positions of the optical waveguide 110a by different movement paths of the light reflected from the 110a.

또한, 상기 광원부(120)와 광원부 1(120a)이 같은 초점을 통과하더라도, 광원부(120)와 광원부 1(120a)의 입사 각도가 서로 다르기 때문에 상호 영향을 주지 않는다.Also, even if the light source unit 120 and the light source unit 1 ( 120a ) pass through the same focus, they do not affect each other because the incident angles of the light source unit 120 and the light source unit 1 ( 120a ) are different from each other.

한편, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 광원부(120)와 광원부 1(120a), 검출부(130)와 검출부 1(130a)로 구성된 실시 예를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 검출 대상 가스에 따라 다양한 파장의 빛을 출력하는 광원부와, 그에 대응하는 빛을 수광하는 검출부를 추가 구성하는 것은 당업자에게 있어서 자명할 것이다.Meanwhile, in the present invention, for convenience of explanation, an embodiment consisting of the light source unit 120 and the light source unit 1 ( 120a ), the detection unit 130 and the detection unit 1 ( 130a ) will be described, but the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art to further configure a light source unit for outputting light of various wavelengths and a detection unit for receiving light corresponding thereto.

따라서, 별도의 광학 설계 없이 타원체의 정보에 기반한 계산을 통해 광원부와 검출부의 위치를 결정하여 광원부에서 출력된 빛이 검출부까지 도달하는데 충분한 광경로를 확보할 수 있다.Accordingly, it is possible to secure a sufficient optical path for the light output from the light source to reach the detector by determining the positions of the light source and the detector through calculation based on the information of the ellipsoid without a separate optical design.

또한, 입체적인 형상의 광 도파로에 다양한 가스가 유입되어도 검출 대상 가스별로 측정 가능한 서로 다른 파장의 빛을 출력하는 복수의 광원부와, 그에 대응하는 빛을 수광하는 복수의 검출부를 설치함으로써, 다양한 가스를 동시에 측정할 수 있다.In addition, even when various gases are introduced into the optical waveguide having a three-dimensional shape, a plurality of light source units that output light of different wavelengths that can be measured for each gas to be detected and a plurality of detection units that receive the corresponding light are installed to simultaneously detect various gases can be measured

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.

또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.In addition, the reference numbers described in the claims of the present invention are only described for clarity and convenience of explanation, and are not limited thereto, and in the process of describing the embodiment, the thickness of the lines shown in the drawings or the size of components, etc. may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

또한, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the above-mentioned terms are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user or operator, so the interpretation of these terms should be made based on the content throughout this specification. .

또한, 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. In addition, even if it is not explicitly shown or described, a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications including the technical idea according to the present invention from the description of the present invention. Obviously, this still falls within the scope of the present invention.

또한, 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.In addition, the above embodiments described with reference to the accompanying drawings have been described for the purpose of explaining the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

100, 100a : 가스센서
110 : 광 도파로
111 : 반사면
112 : 광원부 고정공
113 : 검출부 고정공
120 : 광원부
120a : 광원부 1
130 : 검출부
130a : 검출부 1100, 100a: gas sensor
110: optical waveguide
111: reflective surface
112: light source part fixing hole
113: detection part fixing hole
120: light source unit
120a: light source unit 1
130: detection unit
130a: detection unit 1

Claims (9)

내부에 반사면(111)을 구비한 타원체 형상의 광 도파로(110, 110a);
상기 광 도파로(110, 110a)의 내부에 빛을 출력하는 광원부(120);
상기 광원부(120)와 일정 거리 이격되어 설치되어 상기 광 도파로(110, 110a)의 내부에 빛을 출력하되, 상기 광원부(120)와 다른 파장의 빛을 출력하는 적어도 하나의 광원부 1(120a);
상기 광 도파로(110, 110a)의 내부에서 반사되는 상기 광원부(120)로부터 출력된 빛을 수광하는 검출부(130); 및
상기 광 도파로(110, 110a)의 내부면에서 반사되는 상기 광원부 1(120a)로부터 출력된 빛을 수광하는 적어도 하나의 검출부 1(130a);을 포함하고,
상기 광 도파로(110, 110a)의 형상은 원점을 중심으로 대칭인 2차원 타원체 또는 3차원 타원체 형상으로 이루어지고,
상기 광원부(120)와 광원부 1(120a)은 상기 광원부(120) 및 광원부 1(120a)로부터 출력된 빛이 광 도파로(110, 110a)의 제1 초점(F1) 및 제2 초점(F2) 중 어느 하나를 통과하도록 구성하되,
상기 제1 초점(F1) 및 제2 초점(F2)은 타원체의 장축 또는 단축 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.an ellipsoid-shaped optical waveguide 110 and 110a having a reflective surface 111 therein;
a light source unit 120 for outputting light into the optical waveguides 110 and 110a;
At least one light source unit 1 (120a) which is installed to be spaced apart from the light source unit 120 by a predetermined distance and outputs light to the inside of the optical waveguides 110 and 110a, and outputs light of a different wavelength from the light source unit 120;
a detection unit 130 for receiving light output from the light source unit 120 reflected from the inside of the optical waveguides 110 and 110a; and
At least one detection unit 1 (130a) for receiving the light output from the light source unit 1 (120a) reflected from the inner surface of the optical waveguide (110, 110a);
The shape of the optical waveguides 110 and 110a is made of a two-dimensional ellipsoid or a three-dimensional ellipsoid symmetric about the origin,
The light source unit 120 and the light source unit 1 ( 120a ) transmit the light output from the light source unit 120 and the light source unit 1 ( 120a ) among the first and second focal points F1 and F2 of the optical waveguides 110 and 110a. configured to pass through either, but
The first focus (F1) and the second focus (F2) is an optical gas sensor, characterized in that any one of the long axis or the short axis of the ellipsoid. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 광원부(120)는 광 도파로(110, 110a)의 외부에 설치된 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.The method of claim 1,
The light source unit 120 is an optical gas sensor, characterized in that installed outside the optical waveguide (110, 110a). 제 3 항에 있어서,
상기 광원부(120)로부터 출력되어 제1 초점(F1) 및 제2 초점(F2) 중 어느 하나를 통과한 빛은 상기 광 도파로(110, 110a)의 반사면(111)에서 복수회 반사하여 상기 검출부(130)로 입사되는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.4. The method of claim 3,
Light output from the light source unit 120 and passing through one of the first focus F1 and the second focus F2 is reflected a plurality of times on the reflective surface 111 of the optical waveguides 110 and 110a, and the detection unit An optical gas sensor, characterized in that incident to (130). 제 4 항에 있어서,
상기 검출부(130)는 광 도파로(110, 110a)의 외부에 설치된 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.5. The method of claim 4,
The detection unit 130 is an optical gas sensor, characterized in that installed outside the optical waveguide (110, 110a). 제 5 항에 있어서,
상기 검출부(130)는 광원부(120)로부터 출력된 빛이 광 도파로(110, 110a)의 내부면에서 복수회 반사된 후 만나는 상기 광 도파로(110, 110a)의 반사면(111)과의 교점 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.6. The method of claim 5,
The detection unit 130 is an intersection position with the reflective surfaces 111 of the optical waveguides 110 and 110a that meet after the light output from the light source unit 120 is reflected a plurality of times from the inner surfaces of the optical waveguides 110 and 110a. Optical gas sensor, characterized in that installed in. 제 6 항에 있어서,
상기 광원부(120)는 검출 대상 가스에 따라 임의의 파장을 갖는 빛을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.7. The method of claim 6,
The light source unit 120 is an optical gas sensor, characterized in that for outputting light having an arbitrary wavelength according to the detection target gas. 제 7 항에 있어서,
상기 광원부 1(120a)은 광 도파로(110, 110a)의 외부에 설치된 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.8. The method of claim 7,
The light source unit 1 (120a) is an optical gas sensor, characterized in that installed outside the optical waveguide (110, 110a). 제 8 항에 있어서,
상기 검출부 1(130a)은 상기 광 도파로(110, 110a)의 내부면과의 교점 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.9. The method of claim 8,
The detection unit 1 (130a) is an optical gas sensor, characterized in that it is installed at an intersection point with the inner surface of the optical waveguide (110, 110a).
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