KR102344737B1 - 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 기 설정된 가스 성분을 검출하기 위한 가스 센싱 장치에 있어서, 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 광 중 기 설정된 투과량만큼 외부로 투과시키고, 상기 투과량을 제외한 나머지 광을 기설정된 방향으로 반사시키는 필터; 상기 필터에서 반사되는 반사광을 수광하는 수광부; 상기 필터와 수광부 사이에 배치되어, 기 설정된 농도의 상기 가스 성분을 포함하는 교정셀; 상기 교정셀을 통과하여 상기 수광부에서 수광한 교정용 광을 이용하여 상기 광원이 기 설정된 파장 대역이 되도록 파장 교정을 수행하고, 상기 수광부에서 부로부터 수광한 메인 광에 대한 수광량을 분석하여 기 설정된 가스 성분이 존재하는지를 검출하는 제어부; 및 상기 광원, 수광부 및 제어부로 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 시스템일 수 있다.
Description
본 발명은 가스의 특정 성분을 센싱하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
가스 센싱장치는 대기 중 특정 기체 성분을 검출한다. 특정 기체 성분은 주로 인체에 유해한 기체 성분으로서, 메탄(CH4), VOC(Volatile Organic Compounds), 포름 알데히드 또는 톨루엔 등이 포함된다.
이러한 기체 성분을 검출하기 위한 가스 센싱장치로서, 종래에는 다음과 같은 가스 센싱장치 패키지가 사용되었다. 종래의 가스 센싱장치 패키지는 특정 기체 성분을 센싱하기 위한 센싱물질 및 센싱물질을 활성화하기 위한 히터를 포함하였다. 여기서, 센싱물질이 특정 기체성분을 센싱하기 위해서는 활성화가 되어야 하는데, 종래의 가스 센싱장치 패키지는 센싱물질을 활성화시키기 위해 히터를 이용하였다. 종래의 가스 센싱장치 패키지는 히터를 이용하여 센싱물질의 온도를 상승시킴으로써, 센싱물질을 활성화시켜 특정 기체성분을 센싱하였다.
그러나 종래의 가스 센싱장치 패키지 내에 히터를 포함해야 하므로, 부피가 커지는 불편이 존재한다. 또한, 가스 센싱장치 패키지 내 센싱물질이 활성화되기 위해서는 가열되어야 하는 점에서, 상온의 환경에서 바로 사용되지 못하고 일정시간 가열되어야만 사용될 수 있는 불편이 있었다.
이에, 광원을 이용하여 특정 기체성분을 센싱하는 가스 센싱장치가 등장하였다. 기체 성분들이 각각 특정 파장대역의 광을 흡수하는 성질을 이용한 것으로서, 종래의 가스 센싱장치는 검출하고자 하는 성분이 흡수하는 파장대역의 광을 조사하고, 그로부터 반사되는 반사광량을 센싱하여 검출하고자 하는 성분의 존부와 양을 센싱하였다.
광원에서 출력되는 광의 파장대역은 온도에 상당히 민감하여, 광원 주변의 온도가 변함에 따라 출력되는 광의 파장대역도 함께 변하게 되고, 그로 인해 가스 검출이 안되거나 검출 값이 낮게 측정될 수 있다. 이러한 문제로 인해, 온도에 민감하지 않은 광원이 가스 센싱장치 내에 탑재될 경우 제조 원가가 상당히 높아지는 문제가 있으며, 그렇지 않을 경우 품질이 상당히 저하되는 문제가 있다.
또한, 가스 센싱장치가 일정 기간 이상 사용될 경우에 광원에서 에이징(Aging)이 발생하게 된다. 이는 광원에서 출력되는 파장대역 자체를 변화시키는데, 문제는 어떠한 파장대역(파장이 커지는 방향 또는 작아지는 방향)으로 변하는지 얼마만큼 변하는지 알 수 없다. 이에, 종래의 가스 센싱장치는 에이징에 따른 광원의 파장 변화를 파악하기 위한 별도의 구성이 추가로 포함되어야 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 광원에서 출력되는 광이 기 설정된 파장 대역이 되도록 자가 교정 기능을 내장하고 있어, 고가의 구성을 포함하지 않으면서도 정밀도를 높인 가스 센싱장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치는, 기 설정된 가스 성분을 검출하기 위한 가스 센싱 장치에 있어서, 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 광 중 기 설정된 투과량만큼 외부로 투과시키고, 상기 투과량을 제외한 나머지 광을 기설정된 방향으로 반사시키는 필터; 상기 필터에서 반사되는 반사광을 수광하는 교정용 수광부; 상기 필터와 교정용 수광부 사이에 배치되고, 기 설정된 농도의 상기 가스 성분을 내장하는 교정셀; 상기 교정셀을 통과하여 상기 교정용 수광부에서 수광한 교정용 광을 이용하여 상기 광원이 기 설정된 파장 대역이 되도록 파장 교정을 수행하고, 가스 센싱용 수광부에서 수광한 광에 대한 수광량을 분석하여 기 설정된 가스 성분이 존재하는지를 검출하는 제어부; 및 상기 광원, 교정용 수광부, 가스 센싱용 수광부 및 제어부로 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 것이다.
상기 광원의 기 설정된 파장대역은, 검출하고자 하는 가스 성분에서 흡수되는 파장인 것이다.
상기 제어부는 상기 전원부에서 전원이 인가되면 상기 교정용 수광부를 동작시켜 파장 교정을 수행하고, 파장 교정을 수행한 이후에 상기 가스 센싱용 수광부를 동작시켜 가스 성분을 검출하는 것이다.
상기 교정셀은, 상기 가스 성분의 농도를 1000ppm-m~ 1500ppm-m으로 설정하는 것이다.
자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치는 상기 광원과 접촉하여 상기 광원이 기 설정된 파장 대역의 광을 출력할 수 있도록 온도를 제공하는 열전 소자를 더 포함하는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법은, 기 설정된 가스 성분을 검출하기 위한 가스 센싱 장치에 의해 수행되는 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법에 있어서, 광원이 기 설정된 파장 대역의 광을 출력할 수 있도록 전원을 제공하는 전원 제공과정; 기 설정된 농도의 상기 가스 성분을 포함하는 교정셀을 이용하여 상기 광원에서 출력된 광 중 일부를 교정용 광으로 수광하여, 수광된 교정용 광에 의해 검출된 파장대역이 기 설정된 기준값을 벗어나는지를 확인하여 파장 교정을 수행하는 파장교정 과정; 상기 광원에서 출력되는 광이 기 설정된 파장대역을 갖도록 교정이 완료되면, 외부로 광이 출력되도록 하여, 출력된 광에 의한 반사광을 외부로부터 수광하는 수광과정; 및 상기 수광과정에서의 수광량을 분석하여 기 설정된 가스 성분이 존재하는지를 검출하는 검출과정을 포함하는 것이다.
자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법은, 상기 전원 제공과정 이후에, 상기 광원이 기 설정된 파장대역의 광을 출력하도록 하는 온도를 제공하는 온도 제공과정을 더 포함하는 것이다.
상기 파장교정 과정은, 상기 광원에서 출력되는 광 중 기 설정된 투과량만큼 외부로 투과시키고, 상기 투과량을 제외한 나머지 광을 교정셀과 교정용 수광부 방향으로 반사시키는 필터를 이용하여 상기 교정용 광이 상기 교정셀을 투과하여 상기 교정용 수광부에서 수광되도록 하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 광원에서 출력되는 광이 기 설정된 파장 대역이 되도록 자가 교정 기능을 내장하고 있어, 고가의 구성을 포함하지 않으면서도 가스 센싱장치가 정밀도를 유지시켜 높은 감도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치의 구성을 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정셀의 구성을 설명하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치의 구성을 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정셀의 구성을 설명하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법을 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치의 구성을 설명하는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치의 구성을 설명하는 단면도이다.
가스 센싱장치(100)는 광을 이용하여 특정 가스성분(예를 들어, 메탄 등)을 센싱한다. 가스 센싱장치(100)는 가스 성분이 존재하는지 의심스러운 공간으로 광을 조사하며, 공간으로부터 반사되는 반사광량을 측정하여 해당 공간상에 특정 가스성분이 존재하는지를 센싱한다. 가스 센싱장치(100)는 내부에 정밀하며 고가의 구성을 포함하지 않으면서, 출력광의 파장변화에 능동적으로 반응하여 가스성분의 정밀한 센싱을 가능하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치(100)는 적어도 하나 이상의 광원(110), 필터(120), 교정용 수광부(130), 교정셀(140), 제어부(150) 및 전원부(160)를 포함한다.
적어도 하나 이상의 광원(110)은 기 설정된 파장대역의 광을 기 설정된 방향으로 출력하는데, 기 설정된 파장 대역은 센싱하고자 하는 가스 성분이 흡수하는 파장대역이다.
필터(120)는 광원(110)에서 출력되는 광 중 기 설정된 투과량만큼 외부로 투과시키고, 투과량을 제외한 나머지 광을 기설정된 방향으로 반사시킨다. 필터(120)는 파장 교정을 위해 약 95% 투과량, 5% 반사량으로 설정될 수 있고, 5% 반사량으로 반사되는 교정용 광이 교정용 수광부(130)로 입사되도록 한다. 필터(120)는 반사용 유리로 제작될 수 있는데, 예를 들어 1.516의 굴절률을 갖는 붕규산 크라운 유리를 사용할 수 있다. 또한, 필터(120)는 광원(110)에서 출력되는 출력광이 손실없이 투과 및 반사되도록 적합한 파장 투과용으로 AR 코팅면을 포함할 수 있다.
교정용 수광부(130)는 필터(120)에서 반사되는 반사광을 수광하는 것으로서, 필터(120)에서 광원(110)에서 출력되어 필터(120)에서 반사되는 반사광을 교정용 광으로 수광한다.
가스 센싱용 수광부(미도시)는 광원(110)에서 출력된 후 필터(120)를 통해 외부로 투과되어 반사되는 반사광을 수광하여 수광량을 센싱한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 교정셀(140)의 배치와 필터(120)의 반사율을 고려하여, 광원(110)과 필터(120)는 지면과 수평한 방향으로 동일한 직선 상에 배치되고, 교정셀(140)과 교정용 수광부(130)는 해당 직선과 30°가 되도록 배치하여 반사 각도를 30°로 설정할 수 있다. 필터(120)는 95% 투과된 광이 손실없이 투과하여 가스 검출이 가능하도록 할 수 있다.
교정셀(140)은 필터(120)와 교정용 수광부(130) 사이에 배치되어 기 설정된 농도의 가스 성분을 포함한다. 교정셀(140)은 가스 센싱장치(100)의 정해진 내부 공간을 고려하여 교정용 수광부(130)의 전단에 장착될 수 있고, 센싱하고자 하는 가스 성분의 농도를 1000ppm-m~ 1500ppm-m으로 설정하여 소형으로 제작된다. 여기서, ppm-m(또는 ppm*m)은 Parts Per Million Per Meter를 의미하는 것으로서, 1000 ppm의 가스가 1m의 가스층을 이루고 있을 때 1000 ppm-m이고, 1000 ppm의 가스가 0.5m의 가스층을 이루고 있을 때 500 ppm-m이 된다.
제어부(150)는 교정셀(140)을 통과하여 교정용 수광부(130)에서 수광한 교정용 광을 이용하여 광원(110)이 기 설정된 파장 대역이 되도록 파장 교정을 수행하한다. 또한, 제어부(150)는 파장 교정이 완료되면 가스 센싱용 수광부에서 외부로부터 수광한 광에 대한 수광량을 분석하여 광이 조사된 지역 내에 기 설정된 가스 성분이 존재하는지를 검출한다.
제어부(150)는 파장 교정 기능을 통해 광원(110)에서 출력되는 출력광의 파장 대역을 교정하여 광원(110)의 성능 및 에이징 상태, 광원(110)으로 주입되는 전원의 상태 변화 또는 주변의 온도 변화 등에 무관하게 광원(110)에서 출력되는 파장 대역이 균일하게 하도록 할 수 있다.
전원부(160)는 광원(110), 교정용 수광부(130), 가스 센싱용 수광부 및 제어부(150)를 포함한 가스 센싱장치(100) 내 각 구성으로 전원을 제공한다.
케이스(170)는 가스 센싱장치(100)의 내부에 배치된 각 구성을 보호하면서 외부 환경에 강건한 재질로 형성된다. 이러한 케이스(170)는 내부 공간에 가능한 최소 크기로 제작된 교정셀(140)과 교정용 수광부(130), 광원(110)이 일체형 구조로 제작되어 내부 공간을 최적화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정셀의 구성을 설명하는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 교정셀(140)은 교정용 수광부(130)의 폭과 동일한 폭을 갖도록 몸체(141)가 형성되고, 몸체(141)의 중앙에 광이 투과될 수 있는 광투과재질(예를 들어, 유리)의 투명한 셀(145)이 배치된다. 셀(145)은 기 설정된 파장 대역의 광에 대한 흡수가 많이 발생하는 농도로 가스 성분을 포함하여 밀봉된다. 이때, 몸체(141)는 교정용 수광부(130)와 일체형으로 형성될 수 있고, 가스 성분에 따라 가스를 채워넣기 위해 셀(145)만 몸체(141)에서 장착 또는 탈착하여 사용할 수 있다.
가스 성분이 메탄일 경우에, 교정셀(140)의 농도는 1000ppm-m~ 1500ppm-m으로 설정한다. 만일, 5Vol%의 고농도의 가스 성분을 포함하는 교정셀(140)을 제작할 경우에 1mm당 500ppm이 되고, 3mm당 1500ppm이 되도록 교정셀을 제작할 경우에 셀(145) 두께를 포함하여 5mm×5mm×3T의 소형 교정셀(140)을 제작할 수 있다. 교정셀(140)은 광원(110)의 크기에 기초하여 다양한 사이즈로 제작될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 구성을 도시한 도면이다.
광원(110)은 외부로 광을 조사하기 위한 경로 상으로 광을 출력한다. 교정용 수광부(130)는 광원(110)으로부터 외부로 출력되는 광 경로 상이 아닌, 그의 반대되는 경로 상에 배치되어 광원(110)에서 출력되는 광량을 센싱한다.
열전소자(200)는 광원(110)이 특정 온도를 갖도록 열을 제공한다. 도 4에는 열전 소자(200) 상에 광원(110)이 접촉되어 있는 것처럼 도시되어 있으나, 광원(110)을 포함한 광학계 모두가 열전 소자(200) 상에 접촉하여 열을 제공받을 수 있다.
이러한 열전 소자(200)는 광원이 기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 온도를 갖도록 열을 제공한다. 열전소자(200)는 광원(110)이 설계된 온도를 갖도록 열을 제공한다. 또한, 열전소자(200)는 외부 환경과 무관하게 광원(110)이 해당 온도를 갖도록 한다. 열전소자(200)는 일정한 온도를 갖도록 열을 제공하는 소자이나, 종래의 열전소자는 일정한 온도를 갖도록 열을 제공하는 것에 어려움이 존재하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열전소자(200)는 자신과 접촉하는 소자가 일정한 온도를 갖도록 하기 위해, 소자가 접촉되는 면에 써미스터(210)를 포함한다. 써미스터는 열전소자(200)가 배치된 환경의 온도를 센싱하여 열전소자(200)로 제공함으로써, 열전소자(200)가 이를 인지하고 일정하게 온도를 유지할 수 있도록 한다.
그러나 종래의 열전소자 내 써미스터가 온도를 센싱하기 위해, 외부로부터 전류를 공급받을 전선이 외부로 노출되어야만 했다. 통상, 써미스터는 온도에 따라 저항값이 변화하기에 저항값의 변화량으로, 온도나 온도 변화량을 알 수 있도록 한다. 이때, 저항값의 변화를 파악하기 위해, 종래의 써미스터로 외부로 노출된 전선을 따라 전류가 공급되어 왔다. 이때, 외부와 써미스터(열전소자)의 온도 차가 발생하는 상황이라면, 외부로 노출된 전선으로 써미스터의 열량이 빠져나가거나, 외부에서 전선을 따라 써미스터로 열량이 제공되는 경우가 발생한다. 이에 의해, 종래의 써미스터는 정확히 온도를 감지하기 곤란하였으며, 이러한 써미스터의 감지값을 이용하는 종래의 열전소자 역시 자신에 접촉한 소자(광원)의 온도를 균일하게 유지하기 곤란하였다. 광원의 온도가 균일하게 유지되지 못하게 되면, 광원에서 출력되는 광의 파장대역에 변화가 발생하기에 온전한 가스 성분의 센싱이 곤란해졌다.
이를 방지하기 위해, 열전소자(200)는 써미스터(210) 외에 버퍼(220)를 추가로 더 포함한다. 버퍼(220)는 써미스터(210)와 외부의 중간에서 양자를 연결하여, 써미스터(210)로 전류가 인가되도록 하는 전선이 외부로 직접 드러나지 않도록 한다. 써미스터(210)로 전류가 인가되도록 하는 전선이 1차적으로 버퍼(220)를 거치며 버퍼(220)와 연결되어 외부로 드러나게 된다. 버퍼(220)는 열 전도율은 일정 기준치보다 낮은 반면, 전기 전도도는 일정 기준치보다 높은 소재, 예를 들어, 백금으로 구현된다. 외부에서 유입되는 전류는 온전히 써미스터(210)로 전달하는 반면, 써미스터(210)에 연결되는 전선이 직접 외부로 노출되지 않도록 한다. 이에, 써미스터(210)는 외부로 노출되는 전선에 의한 온도 변화는 버퍼(220)에 의해 최소화되며, 온전히 자신 주변의 온도만을 센싱할 수 있다. 이러한 구조에 따라, 열전소자(200)는 광원(110)이 최대한 일정한 온도(기 설정된 파장대역의 광을 조사하도록 설정된 온도)를 가질 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법을 설명하는 순서도이다.
자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법은, 제어부(150)는 전원부(160)를 통해 전원이 인가되면(S11), 가스 검출 기능을 구현하기 위한 가스 센싱용 수광부를 비활성화시키고, 교정용 수광부(130)를 동작시켜 광원(110)에 대한 파장 교정을 수행한다. 이를 위해 제어부(150)는 광원(110)에서 출력되는 출력광에 의한 반사광을 외부로부터 수광하는 가스 센싱용 수광부에서 전송되는 메인 수광 신호(또는 가스 센싱용 수광 신호)를 차단하고(S2), 교정용 수광부(130)에서 필터(120)에 의해 가스 센싱 장치(100)의 내부에서 반사되어 오는 교정용 광을 수광한 후 수광된 교정용 광에 대한 교정용 수광신호를 증폭한다(S3).
한편, 제어부(150)는 광원(110)의 동작 온도 설정을 위해 열전 소자의 온도를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 광원(110)이 기 설정된 파장대역의 광을 조사하도록 제조시에 설정된 동작 온도로 설정되도록 열전소자(200)를 제어한다. 이 후, 제어부(150)는 광원(110)에 전원을 인가하여 교정용 수광부(130)에서 교정용 광을 수광하고, 파장 교정이 완료된 이후에 가스 센싱용 수광부를 동작시켜 가스 검출 기능을 구현할 수 있도록 제어한다.
제어부(150)는 교정셀(140)에 의해 교정용 수광 신호가 기준 값을 벗어나는지를 확인한다(S4). 교정셀(140)에는 센싱하고자 하는 가스 성분이 기 설정된 농도가 되도록 하여 밀봉되어 있고, 교정셀(140)에 포함된 가스 농도를 기준값으로 활용하여 광원(110)에서 출력되는 출력광의 파장 대역이 기준값을 초과하는지, 아니면, 기준값 이하인지를 확인할 수 있다.
가스 농도가 1000ppm-m ~ 1500ppm-m정도에서 광의 흡수가 많이 발생하고, 가스 농도가 1000ppm-m ~ 1500ppm-m정도로 설정된 교정셀(140)에서 검출된 파장이 기 설정된 기준값과 어느정도 차이가 있는지를 확인하여 파장 교정을 수행할 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 교정셀(140)의 가스 농도에 따라 검출되는 파장을 기준값으로 하여, 가스 센싱장치(100)가 온도나 시간 등의 외부 환경에 의해 파장이 틀어졌는지를 확인할 수 있다.
만일, 제어부(150)는 교정용 수광신호가 기준값을 벗어나는 경우에, 파장 교정을 통해 기 설정된 파장 대역이 되도록 조정하고(S5), 파장 교정이 완료되면 가스 센싱용 수광부()를 통해 수광한 메인 수광 신호를 사용하여 교정용 수광부(130)의 수광량을 분석하여 기 설정된 가스 성분이 존재하는지를 검출한다(S7, S8).
제어부(150)는 가스 검출을 사용하는 도중에 이상이 발생하면, 즉 가스 검출이 안되거나 측정값이 낮게 측정되어 측정 결과가 의심스러울 경우에 다시 교정용 수광부(130)를 동작시켜 파장 교정을 수행하고(S9), 가스 검출이 완료되면 전원을 차단하여 가스 검출 동작을 종료한다(S10, S11).
이와 같이, 본 발명은 전원부(160)에서 전원이 인가되면 교정셀(140)을 이용하여 파장 대역을 정확히 맞추는 파장 교정을 수행한 이후에 가스 성분을 검출하기 때문에 광원(110)의 성능 및 에이징 상태, 광원(110)으로 주입되는 전원의 상태 변화 또는 주변의 온도 변화 등에 무관하게 가스 센싱 장치(100)의 정밀도를 유지할 수 있다.
한편, 도 5의 단계 S1 내지 S11은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치
110 : 광원
120 : 필터
130 : 수광부
140 : 교정셀
150 : 제어부
160 : 전원부
170 : 케이스
200 : 열전소자
110 : 광원
120 : 필터
130 : 수광부
140 : 교정셀
150 : 제어부
160 : 전원부
170 : 케이스
200 : 열전소자
Claims (8)
- 기 설정된 가스 성분을 검출하기 위한 가스 센싱 장치에 있어서,
기 설정된 파장 대역의 광을 외부로 출력하는 광원;
상기 광원과 접촉하여, 상기 광원이 기 설정된 파장 대역의 광을 조사하는 온도를 갖도록 열을 제공하는 열전 소자;
상기 광원에서 출력되는 광 중 기 설정된 투과량만큼 외부로 투과시키고, 상기 투과량을 제외한 나머지 광을 기설정된 방향으로 반사시키는 필터;
상기 광원으로부터 외부로 출력되는 광 경로와 반대되는 경로 상에 배치되어, 상기 필터에서 반사되는 반사광을 수광하는 교정용 수광부;
상기 필터와 교정용 수광부 사이에 배치되고, 기 설정된 농도의 상기 가스 성분을 내장하는 교정셀;
상기 교정셀을 통과하여 상기 교정용 수광부에서 수광한 교정용 광을 이용하여 상기 광원이 기 설정된 파장 대역이 되도록 파장 교정을 수행하고, 가스 센싱용 수광부에서 수광한 광에 대한 수광량을 분석하여 기 설정된 가스 성분이 존재하는지를 검출하는 제어부; 및
상기 광원, 교정용 수광부, 가스 센싱용 수광부 및 제어부로 전원을 인가하는 전원부를 포함하되,
상기 광원과 필터는 지면에 대해 수평한 방향으로 동일 직선상에 배치되고, 상기 교정용 수광부와 교정셀은 상기 직선에 대해 기 설정된 반사각도로 배치하여, 상기 필터에서 기 설정된 투과량만큼 광을 손실없이 투과함으로써 상기 가스 센싱용 수광부가 상기 필터를 통해 투과되어 반사되는 반사광을 외부로부터 수광하도록 하고,
상기 열전소자는 소자가 접촉되는 면에 전류를 공급받을 전선의 저항값 변화를 토대로 온도나 온도 변화량을 센싱하는 써미스터 및 상기 써미스터와 상기 열전소자 외부와의 중간에서 양자를 연결하는 버퍼를 포함하여, 상기 써미스터로 전류를 인가하는 전선이 1차적으로 상기 버퍼를 거치며 상기 버퍼와 연결되어 상기 열전소자 외부로 드러나도록 하는 것인, 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광원의 기 설정된 파장대역은,
검출하고자 하는 가스 성분에서 흡수되는 파장인 것인, 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 전원부에서 전원이 인가되면 상기 교정용 수광부를 동작시켜 파장 교정을 수행하고, 파장 교정을 수행한 이후에 상기 가스 센싱용 수광부를 동작시켜 가스 성분을 검출하는 것인, 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 교정셀은,
상기 가스 성분의 농도를 1000ppm-m~ 1500ppm-m으로 설정하는 것인, 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치. - 삭제
- 기 설정된 가스 성분을 검출하기 위한 가스 센싱 장치에 의해 수행되는 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법에 있어서,
광원이 기 설정된 파장 대역의 광을 외부로 출력할 수 있도록 전원을 제공하는 전원 제공과정;
상기 광원으로부터 외부로 출력되는 광 경로와 반대되는 경로 상에 배치되어, 기 설정된 농도의 상기 가스 성분을 포함하는 교정셀과 교정용 수광부를 이용하여 상기 광원에서 출력된 광 중 일부를 교정용 광으로 수광하여, 수광된 교정용 광에 의해 검출된 파장 대역이 기 설정된 기준값을 벗어나는지를 확인하여 파장 교정을 수행하는 파장교정 과정;
상기 광원에서 출력되는 광이 기 설정된 파장대역을 갖도록 교정이 완료되면, 상기 광원에서 출력되는 광 중 기 설정된 투과량만큼 외부로 투과시키고, 상기 투과량을 제외한 나머지 광을 교정셀과 교정용 수광부 방향으로 반사시키는 필터를 통해 투과되어 반사되는 반사광을 외부로부터 수광하는 수광과정;
상기 수광과정에서의 수광량을 분석하여 기 설정된 가스 성분이 존재하는지를 검출하는 검출과정; 및
상기 전원 제공과정 이후에, 상기 광원과 접촉되는 열전소자를 이용하여 상기 광원이 기 설정된 파장대역의 광을 출력하도록 온도를 제공하는 온도 제공과정을 포함하되,
상기 수광 과정은, 상기 필터와 광원이 지면에 대해 수평한 방향으로 동일 직선상에 배치되도록 하고, 상기 교정용 수광부와 교정셀은 상기 직선에 대해 기 설정된 반사각도로 배치하여, 상기 필터에서 기 설정된 투과량만큼 광을 손실없이 투과함으로써 가스 센싱용 수광부가 상기 반사광을 외부로부터 온전히 수광하도록 하는 것이고,
상기 온도 제공 과정은, 열전소자가 소자가 접촉되는 면에 전류를 공급받을 전선의 저항값 변화를 토대로 온도나 온도 변화량을 센싱하는 써미스터 및 상기 써미스터와 상기 열전소자 외부와의 중간에서 양자를 연결하는 버퍼를 포함함으로써 상기 써미스터로 전류를 인가하는 전선이 1차적으로 상기 버퍼를 거치며 상기 버퍼와 연결되어 상기 열전소자 외부로 드러나도록 하는 것인, 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 방법. - 삭제
- 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210043930A KR102344737B1 (ko) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | 자가 교정 기능을 갖는 가스 센싱 장치 및 그 방법 |
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| KR102344737B1 true KR102344737B1 (ko) | 2021-12-29 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101129541B1 (ko) * | 2010-04-06 | 2012-03-29 | 동우옵트론 주식회사 | 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치 |
| JP2013057651A (ja) * | 2011-08-12 | 2013-03-28 | Horiba Ltd | ガス分析装置 |
| JP6024856B2 (ja) * | 2014-05-27 | 2016-11-16 | 富士電機株式会社 | ガス分析計 |
| KR20170099692A (ko) * | 2016-02-24 | 2017-09-01 | 엠엔티(주) | 다중 레이저다이오드를 이용한 광학검사 시스템 |
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2021
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