KR102334769B1 - 외부 환경의 영향을 최소화할 수 있는 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 공간을 갖는 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서에 관한 것으로, 공간의 한쪽에 형성되어서 광을 방출하는 광원이 설치되는 광원 지지부와, 광원 지지부의 반대쪽에 형성되어서 광원에서 방출된 광을 검출하는 광 검출기 지지부와, 공간을 광원 지지부와 광검출기 지지부를 연결하는 선을 기준으로 2개의 공간으로 분리하는 분리 벽을 포함하며, 광원과 참조용 광검출기 지지부 사이의 공간은 광 공동의 외부와 차폐되어 있다.
Description
본 발명은 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서에 관한 것으로, 특히, 외부 환경의 영향에 의해 발생하는 가스센서의 측정 오차를 최소화할 수 있는 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 광(빛)을 흡수하며, 그 흡수의 정도는 당해 가스센서에 의한 농도 측정의 대상이 되는 가스(측정대상 가스)의 농도에 따른다는 원리를 이용하여 가스의 농도를 측정하는 이른바 비 분산 방식(Non-dispersive infrared absorption : NDIR)의 가스센서가 널리 사용되고 있다.
이와 같은 비 분산방식의 가스센서로는 2파장 방식과 단파장 방식이 있고, 그 중 2파장 방식 가스센서에서는 통상 측정용 광을 방사하는 광원과 광원으로부터 방출된 광을 검출하는 광검출기를 포함하는 구성으로 하고 있다. 광검출기는 측정용 광검출기와 참조용 광검출기로 이루어지는 2개의 광검출기를 포함하며, 2개의 광검출기는 측정대상 가스를 흡수한 흡수파장영역과 흡수하지 않은 비교파장영역에서의 광의 투과량(예를 들어 광의 투과량을 전압으로 변환한 값)의 비를 구하는 방식으로 측정대상 가스의 농도를 측정한다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1의 가스센서에서는 측정대상 가스에 의한 광의 흡수량을 증가시켜서 측정의 정밀도를 향상시키기 위하여 광원과 광검출기 사이에 배치되는 3개의 반사경을 사용하여 광 경로의 길이를 증가시키도록 하고 있고, 2개의 광검출기의 배치는, 측정용 광검출기로 입사하는 광은 상기 3개의 반사경을 통해서 수 회 반사한 후 측정용 광검출기로 입사하여 검출되도록 하고, 참조용 광검출기로 입사하는 광은 3개의 반사경 중 특정한 1개의 반사경에서 한 번만 반사한 후 참조용 광검출기로 입사하여 검출되도록 배치하고 있다.
이때, 광원에서 출사하여 참조용 광검출기로 입사하는 광은 측정대상 가스에 의한 영향은 물론, 측정대상 가스 이외의 가스(예를 들어 가스센서가 메탄 측정용 가스센서일 경우 메탄 이외에 대기 중에 포함되어 있는 일산화탄소, 이산화탄소 등의 각종 가스)나 그 외의 습기 등 다양한 외부 환경의 영향을 받지 않는 것이 가스센서의 측정 정밀도 향상을 위해서는 바람직하다.
특허문헌 1의 가스센서에서는 광원에서 나온 광은 단지 각 반사경에서 반사되는 경로 및 반사 횟수만 다를 뿐, 광 공동 내의 동일한 공간을 통과하여 측정용 광검출기 및 참조용 광검출기로 각각 입사하는 구조로 하고 있다. 또, 광 공동 내부는 외부 환경에 그대로 노출되어 있으며, 측정대상 가스 이외의 다른 가스는 물론 대기 중에 포함되어 있는 수분 등도 함께 유입될 수밖에 없다. 따라서 특허문헌 1의 가스센서에서는 광원에서 출사한 후 광 공동 내부를 통과하여 참조용 광검출기에 의해 검출되는 광은 습기를 포함한 외부 환경의 영향을 받지 않을 수 없고, 이는 참조용 광검출기에서 검출되는 광량에 영향을 미치게 되며, 결과적으로는 가스센서의 측정 정밀도에까지 영향을 주게 된다.
그러나 본 발명자들이 조사한 바로는 특허문헌 1을 포함하여 본 출원의 출원일 현재 이들 문제에 대한 해결방안을 제시한 선행기술은 발견할 수 없었다.
본 발명은 종래기술의 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 외부 환경의 영향을 최소화함으로써 가스센서의 측정 정밀도를 향상시킬 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 공간의 한쪽에 형성되어서 광을 방출하는 광원이 설치되는 광원 지지부와, 상기 광원 지지부의 반대쪽에 형성되어서 상기 광원에서 방출된 광을 검출하는 광 검출기 지지부와, 상기 공간을 상기 광원 지지부와 상기 광검출기 지지부를 연결하는 선을 기준으로 2개의 공간으로 분리하는 분리 벽을 포함한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가스센서는 가스 농도를 측정하는 가스센서로, 상기 가스센서용 광 공동과, 상기 광원 지지부에 설치되는 광원과, 상기 참조용 광검출기 지지부에 설치되는 참조용 광검출기와, 상기 측정용 광검출기 지지부에 설치되는 측정용 광검출기를 포함한다.
본 발명에 의하면 분리 벽에 의해 참조용 광 통로와 측정용 광 통로를 서로 분리하여 참조용 광 통로의 내는 외부 환경과는 완전하게 차폐되는 구성으로 하고 있으므로, 참조용 광검출기는 가스센서의 외부 환경의 영향을 받지 않고 광원에서 방출되는 광을 그대로 검출할 수 있으며, 이에 의해 측정대상 가스의 농도측정 과정에서 발생하는 오차 발생의 요인이 될 수 있는 외부 환경의 영향을 최소화함으로써 가스센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동의 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태의 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 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.
도 1 및 2에 나타내는 것과 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태의 가스센서용 광 공동(이하에서는 간단하게 「광 공동(100)」으로 기재하는 경우도 있음)은 상부 케이스(110) 및 이 상부 케이스(110)와 결합 되는 하부 케이스(130)로 구성되어 있고, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(130) 사이에는 일정한 크기 및 형상의 내부 공간(S)이 형성되어 있다.
광 공동(100)의 상기 내부 공간(S) 내의 하부 케이스(130) 측의 어느 한쪽에는 광원 지지부(131)가 형성되어 있고, 그 반대쪽에는 광검출기 지지부(133)가 형성되어 있으며, 광원 지지부(131)에는 광원(131a)이 설치된다. 본 발명의 광원(131)으로는 백열 광 또는 적외선 광을 방출하는 광원을 사용할 수 있다.
광검출기 지지부(133)에는 광원 지지부(131)와 광검출기 지지부(133)를 서로 연결하는 방향(미 도시)과 수직방향으로 서로 인접하게 나란히 배치된 2개의 광검출기, 즉 참조용 광검출기(133a)와 측정용 광검출기(133b)를 각각 설치하기 위한 참조용 광검출기 지지부와 측정용 광검출기 지지부가 형성되어 있고, 참조용 광검출기 지지부에는 참조용 광 검출기(133a)가, 측정용 광검출기 지지부에는 측정용 광검출기(133b)가 각각 설치된다.
광검출기로는 광원(131a)에서 나와서 광 공동(100) 내를 통과한 광(광신호)을 집광하고, 집광한 광신호를 전기신호로 변환하며, 예를 들어 서모 파일 또는 초전형 센서 등을 사용할 수 있다.
2개의 광검출기 중 참조용 광 검출기(133a)는 예를 들어 이산화탄소(CO2) 센서에서는 이산화탄소의 중심파장인 3.91㎛와 같이, 측정대상 가스의 중심파장의 적외선을 검출하는 기준 센서이며, 검출 오차의 감소를 위해서는 광원(131a)에서 방출된 후 후술하는 참조용 광 통로(135)를 통과하여 참조용 광 검출기(133a)에 의해 검출되는 광은 가능한 한 외부 환경의 영향을 받지 않는 상태에서 검출되는 것이 좋다. 측정용 광검출기(133b)는 광원(131a)에서 방출된 후 후술하는 측정용 광 통로(137)를 통과하면서 측정대상 가스에 의한 흡수에 의해 광량이 변동된 광을 검출한다.
광원 지지부(131)와 상기 광검출기 지지부(133) 사이를 서로 연결하는 방향으로는 참조용 광검출기 지지부와 측정용 광검출기 지지부 사이, 즉 참조용 광검출기(133a)와 측정용 광검출기(133b) 사이와 광원(131a)의 중간부 사이를 물리적으로 서로 연결하여 참조용 광검출기(133a)와 측정용 광검출기(133b)를 공간적으로 서로 분리하는 분리 벽(139)이 설치되어 있고, 이 분리 벽(139)에 의해 광 공동(100)의 내부 공간(S)은 참조용 광 통로(135)와 측정용 광 통로(137)의 2개의 공간으로 서로 분리된다(도 3 참조).
또, 광원 지지부(131) 측에서는, 분리 벽(139)은 광원(131a)에서 나오는 광을 서로 분리된 2개의 공간을 통해서 각각 참조용 광검출기(133a)와 측정용 광검출기(133b)로 입사하도록 구성되어 있다. 따라서 광원(131a)에서 출사하는 광의 일부는 참조용 광 통로(135)를 통해서 참조용 광검출기(133a)에 입사하여 검출되고, 또, 광원(131a)에서 출사하는 광의 나머지 일부는 측정용 광 통로(137)를 통해서 측정용 광검출기(133b)에 입사하여 검출된다.
또, 본 실시형태의 광 공동(100)에서는 참조용 광 통로(135)는 당해 광 공동(100)의 외부와는 완전히 차폐되어 있고, 참조용 광 통로(135)의 내부로는 본 발명의 가스센서에 의한 농도 측정의 대상이 되는 측정대상 가스를 포함하여 외부 습기 등이 유입될 수 없다. 따라서 광원(131a)에서 나와서 참조용 광 통로(135)를 통해서 참조용 광검출기(133a)로 입사하는 광은 광 공동(100)의 외부 환경의 영향을 전혀 받지 않은 체 참조용 광검출기(133a)로 입사하여 참조용 광검출기(133a)에 의해 검출된다.
한편, 측정용 광 통로(137)에는 측정대상 가스가 측정용 광 통로(137)의 내부로 유입하는 통로인 가스 유입구(미 도시)와 측정용 광 통로(137)의 내부로 유입한 측정대상 가스를 광 공동(100)의 외부로 배출하는 통로인 가스 배출구(미 도시)가 형성되어 있다. 따라서 광원(131a)에서 방출된 광은 측정용 광 통로(137) 내에 유입된 측정대상 가스 중을 통과하면서 측정대상 가스에 의한 적외선의 흡수에 의해 적외선의 광량이 변동되며, 측정용 광검출기(133b)에는 상기 변동된 광량이 검출된다.
분리 벽(139)은 광 공동(100)의 제작과정에서 예를 들어 사출 등의 방법으로 광 공동과 일체로 형성되어도 좋고, 또는, 고무나 실리콘과 같은 재질의 실(seal)에 의해 사후에 형성하는 등, 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 설명에서 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(130), 광원 지지부(131) 및 광검출기 지지부(133)의 위치 등의 관계는 설명의 편의상 부여한 것이며, 예를 들어 광원 지지부(131) 및 광검출기 지지부(133)는 상부 케이스(110)에 설치되어도 상관없다.
또, 광 공동(100)의 참조용 광 통로(135) 및 측정용 광 통로(137)에는 예를 들어 광 경로의 길이 증가 등의 용도의, 예를 들어 오목거울 반사면, 포물면 반사면, 쌍곡선 반사면 등의 반사면 또는 이들을 혼합한 형태의 반사면이 하나 이상 형성되어 있어도 좋다.
그 외에도, 본 발명의 바람직한 실시형태의 가스센서는 광검출기(133a)에 의해 검출되어 변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기, 증폭기에서 증폭된 전기신호에 의해 측정 가스의 농도를 연산하는 가스농도 연산수단 등을 포함하며, 광원을 비롯한 이들 구성은 모두 공지의 기술을 이용하고 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 실시형태의 광 공동(100)은 당해 광 공동(100)의 내부 공간(S)을 광원(131a)에서 출사한 후 참조용 광검출기(133a)로 입사하여 검출되기까지 광이 이동하는 통로가 되는 참조용 광 통로(135)와 광원(131a)에서 출사한 후 측정용 광검출기(133b)로 입사하여 검출되기까지 광이 이동하는 통로가 되는 측정용 광 통로(137)를 분리 벽(139)에 의해 물리적으로 분리하여, 참조용 광 통로(135) 내부는 외부 환경과는 완전하게 차폐하는 구성으로 함으로써, 참조용 광검출기(133a)는 가스센서의 외부 환경의 영향을 받지 않고 광원(131a)에서 방출되는 광을 그대로 검출할 수 있으며, 이에 의해 측정대상 가스의 농도측정 과정에서 발생하는 오차 발생의 요인이 될 수 있는 외부 환경의 영향을 최소화함으로써 가스센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있게 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 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 예를 들어 단일체로 구성해도 좋다.
100 광 공동
131 광원 지지부
131a 광원
133 광검출기 지지부
133a 참조용 광 검출기
133b 측정용 광검출기
135 참조용 광 통로
137 측정용 광 통로
139 분리 벽
131 광원 지지부
131a 광원
133 광검출기 지지부
133a 참조용 광 검출기
133b 측정용 광검출기
135 참조용 광 통로
137 측정용 광 통로
139 분리 벽
Claims (4)
- 내부에 공간을 갖는 가스센서용 광 공동으로,
상기 공간의 한쪽에 형성되어서 광을 방출하는 광원이 설치되는 광원 지지부와,
상기 광원 지지부의 반대쪽에 형성되어서 상기 광원에서 방출된 광을 검출하는 광 검출기 지지부와,
상기 공간을 상기 광원 지지부와 상기 광검출기 지지부를 연결하는 선을 기준으로 2개의 공간으로 분리하는 분리 벽을 포함하고,
상기 광검출기 지지부는 상기 광원 지지부와 상기 광검출기 지지부를 서로 연결하는 방향과 수직방향으로 서로 인접하게 나란히 배치되어서 각각 참조용 광검출기와 측정용 광검출기가 설치되는 참조용 광검출기 지지부와 측정용 광검출기 지지부를 가지며,
상기 광원과 상기 참조용 광검출기 지지부 사이의 공간은 상기 광 공동의 외부와 차폐되어 있고,
상기 광원과 상기 측정용 광 검출기 지지부 사이의 공간에는 상기 광 공동의 외부로부터 측정대상 가스가 유입 및 유출하는 가스 입구 및 가스 출구가 각각 형성되어 있는 가스센서용 광 공동. - 청구항 1에 있어서,
상기 분리 벽은 상기 참조용 광검출기 지지부 및 상기 측정용 광검출기 지지부 사이와 상기 광원 지지부 간을 연결하는 선 상에 형성되는 가스센서용 광 공동. - 삭제
- 가스 농도를 측정하는 가스센서로,
청구항 1 또는 2에 기재된 가스센서용 광 공동과,
상기 광원 지지부에 설치되는 광원과,
상기 참조용 광검출기 지지부에 설치되는 참조용 광검출기와,
상기 측정용 광검출기 지지부에 설치되는 측정용 광검출기를 포함하는 가스센서.
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| KR102334769B1 true KR102334769B1 (ko) | 2021-12-03 |
Family
ID=78866712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210009896A KR102334769B1 (ko) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | 외부 환경의 영향을 최소화할 수 있는 가스센서용 광 공동 및 이 광 공동을 갖는 가스센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102334769B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102582615B1 (ko) * | 2023-05-10 | 2023-09-22 | 이정익 | 광 보상형 가스 측정 시스템 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007256242A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-04 | Riken Keiki Co Ltd | 赤外線式ガス検知器 |
| JP2010025718A (ja) * | 2008-07-18 | 2010-02-04 | Sharp Corp | ガス測定装置 |
| KR20100135060A (ko) * | 2009-06-16 | 2010-12-24 | 에이엘티 세미콘(주) | 광학적 가스센서 및 이를 포함하는 가스농도분석장치 |
| KR101907393B1 (ko) | 2017-06-29 | 2018-10-15 | 한국교통대학교산학협력단 | 소수성 박막을 증착한 비분산적외선 이산화탄소 가스센서 |
| JP6489125B2 (ja) * | 2014-07-04 | 2019-03-27 | 宇部興産株式会社 | 赤外線ガス分析装置、及びその使用方法 |
-
2021
- 2021-01-25 KR KR1020210009896A patent/KR102334769B1/ko active IP Right Grant
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