KR102295275B1 - 다중점 가스 검출기 - Google Patents

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다니엘 저지 파스카
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Abstract

가스 검출 장치는, 병렬로 결합되고 실질적으로 동일한 파장의 복사 에너지를 방출하는 복수의 발광 다이오드를 구비하는 하우징을 포함한다. 폐루프 제어 회로는 다이오드의 복사 에너지 출력을 실질적으로 사전 결정된 값으로 유지한다. 관심 가스의 샘플 및 복사광은 가스 응답성 테이프가 위치되어 있는 감지 위치로 유도된다. 테이프로부터 반사된 광은 테이프로부터 떨어져 있는 센서에서 검출된다. 결합된 다이오드들과 감지 위치 사이에 광 수집 요소가 위치될 수 있다.

Description

다중점 가스 검출기{A MULTI-POINT GAS DETECTOR}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2014년 3월 18일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "저강도 LED 다이를 부스팅하기 위한 디바이스 및 방법(Device and Method to Boost Low Intensity LED DIE)"인 미국 가출원 제61/945,316호의 출원일의 이익을 청구한다. '316 출원은 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다.
기술분야
본 발명은 가스 검출기에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 고체 상태 광원을 구비하는 카세트형 테이프 가스 검출기에 관한 것이다. 복수의 소스의 부재들은 감지 프로세스에서의 사용을 위한 복사 에너지(radiant energy) 출력을 증가시키기 위해 병렬로 결합된다.
감지 기능을 위해 복사 에너지의 빔을 제공하기 위한 발광 다이오드(light emitting diode: LED)를 포함하는, 광학 기반 기술을 사용하는 다중점(multi-point) 독성 가스 모니터링 시스템이 이용 가능하다. 일 형태의 가스 분석 카세트 시스템은, 2012년 3월 6일자로 허여되어 본 출원의 양수인에게 양도된 발명의 명칭이 "가스 분석기 카세트 시스템(Gas Analyzer Cassette System)"인 미국 특허 제8,128,873호에 개시되어 있다. '873 특허는 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다. 불행하게도, 발광 다이오드와 관련된 낮은 수율 및 관련 생산 문제가 지속적으로 과제로 제시되고 있다.
현재 시장에서 입수 가능한 LED는 매우 제한된 강도(100 mcd), 좁은 시야각(viewing angle)(20도) 및 특정 주파장(dominant wavelength) 565 nm를 제공하는 GaP 기술을 사용한다. 연계된 다이 재료는 LED 강도의 갑작스런 저하 및 장기간 열화를 유발하는 불안정한 거동을 나타내는데, 이는 제조 성능 및 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다.
이들 문제점의 일부에 대해 이용 가능한 한 가지 해결책은, 요구 파장을 변경하는 것이고, 이에 따라 보다 고강도의 다른 LED 기술(예를 들어, AlInGaP)이 사용될 수 있다. 불행하게도, 이 방법은 실제 가스 테스트와 가스 농도 테이블을 상관시키고 재현하기 위해 상당한 노력을 필요로 한다. 전형적인 테스트 시간은 6개월 내지 2년이다.
본 발명의 목적은, 가스 검출기, 더 구체적으로, 고체 상태 광원을 구비하는 카세트형 테이프 가스 검출기로서, 감지 프로세스에서의 사용을 위한 복사 에너지 출력을 증가시키기 위해 복수의 소스의 부재들이 병렬로 결합되는 가스 검출기를 제공하는 것이다.
개시된 실시예들은 다수의 상이한 형태를 취할 수 있지만, 그 특정 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 상세히 본 명세서에 설명될 것인데, 이때 본 개시 내용은 그 원리뿐만 아니라 원리를 실시하는 최선의 모드의 예시로서 고려되어야 한다는 것, 그리고 예시되어 있는 특정 실시예로 그 청구범위를 한정하도록 의도된 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
그 일 양태에서, 3색(RGB) LED을 위해 사용되는 현재의 산업용 표준 LED 패키지는 3개의 녹색 LED로 패키징된다. 표준 패키지는 예를 들어 PLCC 6일 수 있고 따라서 이는 표면 실장형이고, 카세트형 가스 감지 제품에서의 사용을 위해 크기가 소형이다. 이러한 구성은 Avago, OSRAM 및 Kingbright와 같은 3색 LED 제품을 설계/제조하는 공급자들로부터 얻어질 수 있다.
이상과 같이 진행함으로써, 현재 사용되는 특정 파장은, 동일한 광학 출력 파라미터를 갖는 GaP 다이 또는 유사한 다이에 의해 방출되는 공지의 565 nm에서 유지된다. 유리하게는, 시야각은 표면 실장 패키지를 사용함으로써 100도 초과로 증가된다. 부가적으로, 출력 강도는 원하는 주파수에서, 공지의 단일 다이 LED보다 3배 더 크다.
다이 배치의 배향은, 패키지 내의 다른 2개의 다이에 대향하는 극성을 갖도록 중간 다이를 회전시킴으로써 더 향상될 수 있다. 이는 연계된 인쇄 회로 기판 상의 트레이스(trace) 길이를 감소시킬 수 있고, 주로 LED 패키지가 종래의 DC 구동 회로보다 높은 진폭을 갖는 전기 펄스 전류에 의해 구동되기 때문에 EMC를 감소시킬 수 있다.
LED의 패키징은 PLCC-6 구성 및 PLCC-4 구성 양자 모두를 포함할 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 다른 표면 실장 패키지가 사용될 수 있다. 극성 배향은 또한 좌우로 또는 상하로 또는 임의의 다른 구성으로 한정되는 것은 아니다.
요약하면, 3개의 녹색 LED 다이를 갖는 플러그 호환성 패키지는 현재의 RGB 다이오드 버전을 대체하고 바람직한 파장에서 더 큰 방출을 제공할 수 있다.
렌즈 또는 시준기는, 임의의 핫스팟(hot spot)을 제거하고 균일한 광 출력을 제공하도록 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스 검출기, 더 구체적으로, 고체 상태 광원을 구비하는 카세트형 테이프 가스 검출기로서, 감지 프로세스에서의 사용을 위한 복사 에너지 출력을 증가시키기 위해 복수의 소스의 부재들이 병렬로 결합되는 가스 검출기를 얻을 수 있다.
도 1a는 복사 에너지의 다중-다이오드 소스의 상부 평면도.
도 1b는 도 1a의 디바이스의 전기적 개략도.
도 2는 광학 블록의 가스 감지 스테이션의 부분 단면도.
도 3은 다중-감지 스테이션 구성 요소 배치를 도시하고 있는, 투명 인쇄 회로 기판을 갖는 도 2의 유닛의 도면.
도 4는 인쇄 회로 기판이 그에 인접하여 도시되어 있는 도 3의 유닛의 다른 도면.
도 5는 단일의 성형된 다중 시준기 요소(multiple collimator element)를 도시하고 있는 도면.
도 6은 도 3 또는 도 4의 유닛들 중 2개에 의해 얻어질 수 있는 다수의 샘플 윈도우를 도시하고 있는 도면.
도 1a 및 도 1b는 이상에 따른 예시적인 다중 다이오드 구성(10)의 양태를 도시하고 있다. 다중 다이오드 구성(10)은 비한정적으로 PLCC-6 또는 PLCC-4와 같은 표준 패키지에 폼팩터(form factor)가 대응할 수 있다. 다중 다이오드 구성(10)은 6개의 접점(1 내지 6) 및 복사 에너지 방출 포트(8)를 나타낸다.
도 1b에 제시되어 있는 바와 같이, 다중 다이오드 구성(10)은 3개의 발광 다이오드(10a)를 포함한다. 발광 파장은 D1, D2 및 D3 각각에 대해 실질적으로 동일하다. 동시에 여기될 때, 포트(8)로부터 방출되는 복사 에너지는 단일 LED의 강도의 3배 정도의 강도를 가질 것이다.
도 2 내지 도 4는 다중점 감지 유닛 또는 광학 블록(20)의 다양한 도면을 도시하고 있다. 도 2의 유닛(20)은 부분적으로 단면도로 도시되어 있다. 도 3, 도 4에서, 유닛(20)은 상이한 배향으로 도시되어 있다.
복사 에너지의 소스 또는 이미터(emitter)로서, 다중 다이오드 구성(10)을 구비하는 것에 추가하여, 유닛(20)은 가스 감지용 제1 포토다이오드(22), 및 다중 다이오드 구성(10)으로부터 방출된 복사 에너지를 감지할 수 있는 제2 피드백 포토다이오드(24)를 또한 구비할 수 있다. 감지된 복사 에너지는 다중 다이오드 구성(10)으로부터의 복합 출력을 사전 결정된 레벨로 유지하기 위해 폐루프 제어 시스템에 입력을 제공할 수 있다.
다중 다이오드 구성(10)으로부터의 복사 에너지(R)는, 그 출력이 페이퍼 감지 테이프(T)의 영역에 인접한 감지 위치(30)로 유도되는 시준기 또는 광 파이프(26)로 유도될 수 있다. 선택된 가스의 존재를 지시하는 테이프(T)(당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같음)로부터 반사된 광은 포토다이오드(22)에 입사된다.
감지 영역(30)으로의 복사 에너지 경로의 중심축(A1)은 포토다이오드(22)의 축(A2)에 대해 45도 각도에 있다. 유닛(20)은 가스 샘플 유입 경로(32) 및 가스 샘플 압력 감지 트랜스듀서 포트(32a)를 규정한다. 다이오드(22)로 반사되는 복사 에너지는 유닛(20) 내의 경로(34)를 통해 이동한다. 유닛(20)은 또한 시준기 또는 광 파이프(26)의 출력을 감지 영역(30)으로 유도하는 복사 에너지 유입 경로(36)를 규정한다.
샘플 가스는 영역(30)에서 테이프(T)를 통해 유동할 수 있고 포트(34)에서 빠져나올 수 있다.
인쇄 회로 기판(40)은 다중 다이오드 구성(10), 센서(22, 24) 및 다른 로컬 전자장비, 피드백 회로, 통신 회로 및 제어 회로(40a)를 구비한다. 인쇄 회로 기판(40)은 시준기 또는 렌즈(26)뿐만 아니라 내부 경로(34, 36)를 오버레이(overlay)한다.
도 3 및 도 4는 영역(30)과 같은 다수의 감지 영역을 구현하기 위한, 다수의 구성 요소(10, 22, 24)의 세트를 구비할 수 있다. 영역(30)과 같은 다수의 감지 영역은 도 6에 가장 양호하게 도시된 바와 같이, 상이한 가스 또는 상이한 위치에 있는 단일 가스를 동시에 감지하는 데 사용될 수 있다. 도 3의 도시에서, 4개의 감지 위치를 위해 예시된 구성 요소를 오버레이하는 인쇄 회로 기판(40)은 예시의 목적으로 투명한 것으로서 간주될 수 있다. 도 4에서, 인쇄 회로 기판(40)은 유닛(20)에 인접하게 도시되어 있다.
도 5는 단일 유닛으로서 성형되고 유닛(20)의 채널(36)과 같은 각각의 채널 내에 삽입될 수 있는 복수의 시준기 또는 광 파이프(46)를 도시하고 있다.
도 6은 테이프(T) 상의 다수의 샘플을 도시하고 있다. 유닛(20-1) 내의 4개의 감지 스테이션은 각각 윈도우 1 내의 샘플을 감지할 수 있다. 테이프(T)는 이어서 이동되고, 다른 샘플 세트가 윈도우 2, 윈도우 3, …, 윈도우 7에서 감지될 수 있다. 2개의 유닛(20-1, 20-2)에 의해, 8개의 샘플이 실질적으로 동시에 얻어질 수 있다.
요약하면, 가스 검출 장치는, 병렬로 결합되고 실질적으로 동일한 파장의 복사 에너지를 방출하는 복수의 발광 다이오드를 구비하는 하우징을 포함한다. 폐루프 제어 회로는 다이오드의 복사 에너지 출력을 실질적으로 사전 결정된 값으로 유지한다.
관심 대상 가스의 복사광 및 샘플은 가스 응답성 테이프가 위치되어 있는 감지 위치로 유도된다. 테이프로부터 반사된 광은 테이프로부터 떨어져 있는 센서에서 검출된다. 결합된 다이오드들과 감지 위치 사이에 광 수집 요소가 위치될 수 있다.
이상으로부터, 수많은 변형예 및 수정예가 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 실시될 수도 있다는 것이 관찰될 수 있을 것이다. 본 명세서에 예시되어 있는 특정 장치와 관련하여 어떠한 한정도 의도되거나 암시되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 물론, 모든 이러한 수정예는 청구범위의 범주 내에 있는 것으로서 첨부된 청구범위에 의해 커버되도록 의도된다.
또한, 도면에 도시되어 있는 논리 흐름은 바람직한 결과를 성취하기 위해, 도시되어 있는 특정 순서, 또는 순차적인 순서를 필요로 하지 않는다. 다른 단계들이 제공될 수도 있고, 또는 단계들이 설명된 흐름들로부터 제거될 수도 있으며, 다른 구성 요소들이 설명될 실시예에 추가되거나 그로부터 제거될 수도 있다.
1 내지 6: 접점 8: 복사 에너지 방출 포트
10: 다중 다이오드 구성 10a: 발광 다이오드
20: 유닛 22: 제1 포토다이오드
24: 제2 피드백 포토다이오드 26: 광 파이프
30: 감지 위치 32: 가스 샘플 유입 경로
34: 경로 40: 인쇄 회로 기판

Claims (15)

  1. 다중 다이오드 소스, 축을 갖는 제1 센서, 및 제2 센서를 유지하도록 구성된 하우징을 포함하는 장치로서,
    하우징은
    중심축을 따라 연장되는 내부 채널; 및
    제1 센서의 축을 중심으로 하는 가스 응답성 테이프 포트
    를 규정하며,
    다중 다이오드 소스는 실질적으로 동일한 파장의 복사 에너지를 방출하도록 구성된 다중 다이오드를 포함하며,
    다중 다이오드 소스는, 다중 다이오드 소스로부터 방출된 복사 에너지가 중심축을 따라 내부 채널을 통해 지향되고 가스 응답성 테이프 포트를 향해 출력되도록, 선택된 복사 에너지 방출 배향으로 하우징에 의해 유지되며,
    제1 센서는, 중심축으로부터 가스 응답성 테이프 포트를 거쳐 반사되는, 다중 다이오드 소스로부터 방출된 복사 에너지로 인해, 제1 센서의 축을 따라 복사 에너지를 감지하도록 구성되고,
    제2 센서는, 다중 다이오드 소스로부터 방출된 복사 에너지를 감지하도록 구성되고, 다중 다이오드 소스로부터 방출된 복사 에너지에 응답하는 것이며,
    제2 센서는, 다중 다이오드 소스로부터의 복사 에너지의 출력을 유지하기 위해 제어 회로에 입력을 제공하는 것인 장치.
  2. 제1항에 있어서, 중심축은 제1 센서의 축에 대해 실질적으로 45도인 것인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 하우징에 의해 유지되고 다중 다이오드 소스와 가스 응답성 테이프 포트 사이의 중심축을 따라 위치되는 시준기(collimator)를 더 포함하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제어 회로는 하우징에 의해 유지되고 다중 다이오드 소스의 에너지 출력 파라미터를 변경함으로써 복사 에너지의 출력을 유지하는 것인 장치.
  5. 제4항에 있어서, 제어 회로는, 다중 다이오드 소스가 실질적으로 사전 결정된 출력값으로 복사 에너지를 방출하도록, 다중 다이오드 소스에 폐루프 제어 신호를 제공하도록 구성되는 것인 장치.
  6. 제5항에 있어서, 중심축은 제1 센서의 축에 대해 실질적으로 45도인 것인 장치.
  7. 제6항에 있어서, 하우징은 가스 응답성 테이프 포트에 인접한 위치에서 가스 응답성 테이프를 수용하도록 구성되고, 내부 채널의 중심축과 제1 센서의 축이 교차하는 위치에서 가스 응답성 테이프를 수용하도록 구성되는 것인 장치.
  8. 제7항에 있어서, 가스 응답성 테이프 포트는 다중 다이오드 소스로부터 방출된 에너지가 가스 응답성 테이프 포트에 인접하여 가스 응답성 테이프 공급부를 향해 지향하도록 구성되는 것인 장치.
  9. 제8항에 있어서, 하우징에 의해 유지되고 다중 다이오드 소스와 가스 응답성 테이프 포트 사이의 중심축을 따라 위치되는 시준기(collimator)를 더 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 다중 다이오드는 병렬로 그리고 각각의 다이오드가 다중 다이오드 소스의 포트를 통하여 복사 에너지를 방출하는 구성으로 결합되는 것인 장치.
  11. 제1항에 있어서, 하우징은 인쇄 회로 기판을 거쳐 다중 다이오드 소스, 제1 센서 및 제2 센서를 유지하는 것인 장치.
  12. 복수의 복사 에너지 센서 및 복수의 복사 에너지 소스를 유지하는 하우징을 포함하는 장치로서,
    하우징은
    각각의 가스 응답성 테이프 포트가 복사 에너지 센서 중 하나로부터의 축을 중심으로 하는, 실질적으로 동일한 복수의 가스 응답성 테이프 포트;
    복사 에너지 센서 중 하나로부터의 축에 대해 45도 각도인 중심축을 따라 연장되는 복수의 내부 복사 에너지 경로; 및
    제2 복수의 경로 각각이 복수의 복사 에너지 센서 중 하나를 수용하도록 구성되며, 복사 에너지 센서의 축에 평행하게 연장되는 제2 복수의 경로
    를 규정하며,
    복수의 복사 에너지 소스는, 각각의 복사 에너지 소스로부터 방출되는 복사 에너지가 중심축을 따라 내부 복사 에너지 경로 중 하나를 통해 지향되고, 가스 응답성 테이프 포트 중 하나를 향해 출력되도록, 하우징에 의해 유지되며,
    복수의 복사 에너지 센서는, 내부 복사 에너지 경로 중 하나로부터 가스 응답성 테이프 포트를 거쳐 반사되는, 복수의 복사 에너지 소스 중 하나로부터 방출된 복사 에너지로 인해, 각각의 복사 에너지 센서가 제2 복수의 경로 중 하나를 따라 복사 에너지를 감지하도록 구성되는 것인 장치.
  13. 제12항에 있어서, 각각의 복사 에너지 소스와 각각의 가스 응답성 테이프 포트 사이에 배치되는 복사 에너지 수집 요소를 더 포함하며, 복사 에너지 수집 요소는 시준기 또는 광 파이프 중 적어도 하나인 것인 장치.
  14. 제12항에 있어서, 복수의 광 파이프로 구성된 스트립(strip)을 더 포함하고, 복수의 광 파이프 중 각각의 광 파이프는 하우징에 의해 규정된 복수의 내부 복사 에너지 경로 중 하나 안으로 연장되도록 구성되는 것인 장치.
  15. 제14항에 있어서, 스트립에 의해 유지되는 복수의 광 파이프 중 각각의 광 파이프는 반구형 광 출력 영역을 갖는 원통형 부분을 갖도록 구성되는 것인 장치.
KR1020150027316A 2014-02-27 2015-02-26 다중점 가스 검출기 KR102295275B1 (ko)

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