KR102410126B1 - 비분산식 유해 가스 검출 장치 및 방법 - Google Patents

비분산식 유해 가스 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비분산식 유해 가스 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 측정 대상 가스에 대해 가스유입 및 가스배출을 위한 적어도 하나 이상의 통공이 설치되고, 상기 측정 대상 가스를 수용하며, 광 경로 길이가 연장되도록 적어도 하나 이상의 굴곡부가 형성되는 광 공동(Optical Cavity): 상기 광 공동의 일측에 배치되어 기설정된 파장 대역이 광을 조사하는 광원; 상기 광원에 대해 기설정된 거리로 이격 배치되어, 상기 광원에서 조사되는 광을 검출하여 전압 형태로 변환하여 출력하는 적어도 하나 이상의 광 검출부; 적어도 하나 이상의 굴곡부 내측에 기설정된 곡률 또는 각도로 배치되고, 상기 광원에서 조사되는 광이 상기 광 검출부 쪽으로 향하도록 안내하는 적어도 하나 이상의 반사부; 및 상기 광 검출부의 출력 전압을 각각 측정하고, 각각의 출력 전압을 이용하여 상기 측정 대상 가스의 농도를 검출한 후 상기 검출된 가스 농도를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비분산식 유해 가스 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for Non-dispersive harmful gas detection }
본 발명은 유해 가스의 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 비분산식 유해 가스 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
가스 센서는 가스의 농도를 ppm(part per million)과 질량 비율(ug/m3)로 나타내고, 원리적으로 가스 분자의 수를 측정 하는 것으로서 압력의 변화가 있는 곳에서는 압력에 대한 보정이 필요하다.
이러한 가스 센서는 크게 광학식과 접촉식으로 분류되며, 접촉식 가스 센서는 측정 신뢰도가 낮으며, 광학식 가스 센서는 측정 신뢰도는 높지만 크기가 크다는 단점이 있다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 광학식 가스 센서를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 광학식 가스 센서(10)는 방사된 적외선이 가스 혼합 분위기 내에서 외부로 분산되지 않고 측정 대상 가스와 층분한 반응을 일으 킬 수 있도록 가스를 수용하는 광 공동(Optical cavity)(11), 적외선을 방사하는 적외선 램프(13), 가스 혼합 분위기를 통과한 적외선 중 특정 파장 영역 대의 감소량을 선택적으로 감지하기 위한 필터(14) 및 광검출부(15)를 포함한다. 가스 수집부(11)는 가스 유입 및 가스 배출을 위한 복수 개의 통공(12)를 포함한다.
이러한 광학식 가스 센서(10)는 적외선 램프(13)에 의해 방사된 적외선 이 가스 분자들과 상호 영향을 미칠 때, 에너지 영역대의 특정 부분은 가스 분자의 고유 진동수와 같은 진동수를 가지며, 나머지 다른 에너지 영역의 적외선이 투과되는 동안 흡수된다. 가스 분자가 동일한 진동수를 갖는 특정 영역대의 적외선 에너지를 흡수할 때, 분자는 에너지를 얻고 더욱 크게 진동한다. 이러한 진동은 가스 분자의 온도가 상승하는 결과를 가져오며, 가스 분자에 의해 흡수된 적외선은 광원 원래의 세기를 잃게 된다. 이때 온도는 가스 농도에 비례해서 증가하게 되고 광의 세기는 가스농도에 반비례해서 감소하게 되는데, 감소된 방사 에너지는 전기적 신호로써 감지된다.
상기한 광학식 가스 센서(10)는 비분산 적외선 감지 방법(NDIR)을 사용하는 것으로서, 가스 샘플 내에 측정 대상 가스의 유무에 따라 광검출부(15)에 도달하는 적외선 손실 정도의 비율을 측정하므로 정량적인 분석이 가능하며, 적외선을 분산시키기 위해 프리즘이나 격자가 필요하지 않고, 구성장치가 간단하기 때문에 가스 센서로써 소형화할 수 있다.
대기 중의 이산화탄소는 대기 중에서 화학적으로 매우 안정한 기체로 지구 온난화를 발생시키는 주 원인으로 환경문제를 비롯하여 건물의 실내 공조 및 원예용 온실 내 이산화탄소 농도 조절의 필요성이 증가하고 있다. 현재 대기 중에 존재하는 이산화탄소 가스의 농도를 측정하는 방법으로 광학적인 방법(NDIR 방식)을 가장 많이 사용하고 있는데, 이 방식은 이산화탄소가 특정 파장의 적외선만을 흡수하는 원리를 이용하여 적외선의 흡수 정도를 측정함으로서 이산화탄소 농도를 측정하는 방식이다.
이러한 NDIR 방식의 광학식 가스 센서는 선택성과 정량성 및 재현성이 우수하다는 장점이 있으나, 측정을 위해서 밀폐된 공간이 필요하며 구성 요소들과 필터들의 물리적인 크기 때문에 부피가 크고 매우 무겁다는 문제점이 있다. 또한 열악한 환경에 노출될 경우 광학계가 오염되기 쉽기 때문에 사용 범위가 실내로 제한되는 단점이 있다.
따라서, 우수한 감지특성을 갖는 비분산 적외선 가스센서를 제작하기 위해서는, 광공동에서 광 흡수량을 증가시키기 위해 광 경로(Optical path) 길이가 길어야 하고, 광 공동 내의 광이 광검출부(15)에 집중(Focusing)되도록 함으로써 가스 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 기술이 연구되어야 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 가스 분자가 적외선 파장 대역의 광을 흡수하는 특성을 이용하여 가스 분자의 농도에 따른 광 흡수율을 측정하도록 하는 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 비분산식 유해 가스 검출 장치는, 측정 대상 가스에 대해 가스유입 및 가스배출을 위한 적어도 하나 이상의 통공이 설치되고, 상기 측정 대상 가스를 수용하며, 광 경로 길이가 연장되도록 적어도 하나 이상의 굴곡부가 형성되는 광 공동(Optical Cavity): 상기 광 공동의 일측에 배치되어 기설정된 파장 대역이 광을 조사하는 광원; 상기 광원에 대해 기설정된 거리로 이격 배치되어, 상기 광원에서 조사되는 광을 검출하여 전압 형태로 변환하여 출력하는 적어도 하나 이상의 광 검출부; 적어도 하나 이상의 굴곡부 내측에 기설정된 곡률 또는 각도로 배치되고, 상기 광원에서 조사되는 광이 상기 광 검출부 쪽으로 향하도록 안내하는 적어도 하나 이상의 반사부; 및 상기 광 검출부의 출력 전압을 각각 측정하고, 각각의 출력 전압을 이용하여 상기 측정 대상 가스의 농도를 검출한 후 상기 검출된 가스 농도를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은 중적외선 파장 대역의 광을 조사하는 것이고, 상기 반사부는 측정 대상 가스의 종류에 따라 적외선 반사율 또는 재질이 설정되며, 상기 제어부는 상기 광 검출부와 광원 사이의 광 경로 길이에 따라 각 출력 전압의 보정하는 보정계수를 다르게 설정하는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 비분산식 유해 가스 검출 방법은, 유해 가스를 검출하는 유해 가스 검출 장치에 의해 수행되는 비분산식 유해 가스 검출 방법에 있어서, a) 광 경로 길이가 연장되도록 적어도 하나 이상의 굴곡부가 형성되는 광 공동(Optical Cavity)에 측정 대상 가스를 수용하는 단계; b) 상기 광 공동의 일측에 배치된 광원으로부터 기설정된 파장 대역이 광이 조사되는 단계; c) 상기 광 공동의 기 설정된 위치에 적어도 하나 이상이 설치된 광 검출부를 통해 광원에서 조사되는 광을 검출하여 전압 형태로 변환하는 단계; 및 d) 상기 광 검출부의 출력 전압을 각각 측정하고, 각각의 출력 전압을 이용하여 상기 측정 대상 가스의 농도를 검출한 후 상기 검출된 가스 농도를 출력하는 단계를 포함하되, 상기 c) 단계는 적어도 하나 이상의 굴곡부 내측에 기설정된 곡률 또는 각도로 배치된 반사부를 통해 상기 광 검출부 쪽으로 광이 집중되도록 하는 것을 특징으로 한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 광 경로의 길이가 길어지도록 굴곡부를 포함하는 광 공동을 이용하여 광 흡수율을 증가시킬 수 있고, 굴곡부 내측에 반사부를 형성하여 굴곡부로 인한 광손실을 최소화하면서 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 광학식 가스 센서를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비분산식 유해 가스 검출 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비분산식 유해 가스 검출 장치의 구성을 설명하는 단면도이다.
도 4는 일반적인 가스 분자의 광흡수율을 설명하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비분산식 유해 가스 검출 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.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비분산식 유해 가스 검출 장치의 구성을 설명하는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비분산식 유해 가스 검출 장치의 구성을 설명하는 단면도이며, 도 4는 일반적인 가스 분자의 광흡수율을 설명하는 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 비분산식 유해 가스 검출 장치(100)는 광 공동(110), 광원(130), 복수 개의 반사부(140), 복수 개의 광검출부(150), 제어부(160) 및 냉각부(170)를 포함한다.
광 공동(110)은 측정 대상 가스에 대해 가스유입 및 가스배출을 위한 적어도 하나 이상의 통공(120)을 포함하고, 측정 대상 가스를 포함한 가스 혼합 분위기가 조성되며, 광 흡수량을 증가시키기 위해 광 경로 길이가 연장되도록 적어도 하나 이상의 굴곡부(111, 112, 113, 114)가 형성된다.
광 공동(110)은 소형 사이즈를 유지하면서 광 경로의 길이가 길어지도록 하기 위해서 'ㄱ'자형 'ㄴ'자형, 'ㄷ'자형 또는 그와 유사한 형태로 굴곡지게 형성된 복수 개의 굴곡부(111, 112, 113, 114)가 형성된다. 따라서, 광 공동(110)은 기존의 폭과 높이와 유사하지만 전체적인 광 경로의 길이가 길어져 광 흡수량이 증가할 수 있다.
광원(130)은 광 공동(110)의 일측에 배치되어 적외선 대역 중에 중적외선 파장 대역의 광을 조사하는 것으로서, IR 램프, QCL 레이저 등을 사용할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광원(130)은 가스나 수증기의 광흡수 파장대, 즉CO(4.8㎛), CH4(3.3㎛, 7.7㎛), N2O(4.6㎛, 7.8㎛), O3(9.4~9.6㎛), CO2(2.7㎛, 4.2㎛), H2O(5~8㎛) 등에 맞는 적외선 파장 대역을 사용하는데, 이산화탄소(CO2)를 검출하기 위해서는 중적외선 파장 대역의 광을 사용한다.
광 검출부(150)는 광원(130)에 대해 기설정된 거리로 이격되어 하나 이상이 광 공동의 소정 위치에 배치되고, 광원(130)에서 조사되는 광을 검출한다. 광 검출부(150)는 광을 검출하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는데, 입사된 중적외선을 전압의 형태로 변환시켜 광검출이 가능하도록 한다. 이러한 광 검출부(150)는 원하는 파장 대역의 광만을 검출하기 위해 전단에 필터를 포함할 수 있다.
반사부(140)는 적어도 하나 이상의 굴곡부(111, 112, 113, 114)의 내측에 기설정된 각도로 배치되고, 광원(130)에서 조사되는 광이 광 검출부(150) 쪽으로 향하도록 안내한다. 이러한 반사부(140)는 다이크로익 미러(dichroic mirror)와 같은 반사경으로 형성되고, 중적외선 파장 대역의 광을 흡수하고 나머지 파장 대역의 광을 투과한다. 반사부(140)는 측정 대상 가스의 종류에 따라 적외선 반사율과 재질이 설정될 수 있고, 제1 반사부(141), 제2 반사부(142) 및 제3 반사부(143)는 광 검출부(150)의 수광 위치에 따라 기울어진 각도와 곡률을 설정할 수 있다.
가스 분자가 중적외선 파장 대역의 적외선 에너지를 흡수할 때, 가스 분자는 에너지를 얻고 더욱 크게 진동하여 가스 분자의 온도가 상승하는 결과를 가져온다. 따라서, 냉각부(170)는 광 공동(110)의 외부에 설치되어 광 공동(110) 내부의 온도가 기 설정된 기준 온도 이상일 경우에 열을 배출하는 역할을 수행한다.
만일, 반사부(140)가 다이크로익 미러인 경우에 후면으로 발생된 열을 방출하도록 하면서 광의 전방 세기를 증가시키는 것을 허용하므로, 반사부(140)가 냉각부(170) 역할을 수행할 수도 있다. 그러나, 원활한 냉각 기능을 수행하기 위해서 장치의 외부에 냉각부(170)를 설치하여 광량의 손실없이 선택된 파장 대역의 광이 광검출부(150)에서 검출될 수 있도록 한다.
가스 분자에 의해 흡수된 적외선은 광원 원래의 세기를 잃게 되고, 온도는 가스 농도에 비례해서 증가하게 되며, 광의 세기는 가스농도에 반비례해서 감소하게 되는데, 감소된 방사 에너지는 전기적 신호로써 감지된다. 제어부(160)는 광 검출부(150)에서 출력 전압을 각각 측정하고, 각각의 출력 전압을 이용하여 측정 대상 가스의 농도를 검출한 후 검출된 가스 농도를 출력한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비분산식 유해 가스 검출 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 광원(130)에서 중적외선 파장 대역의 광이 방사되면(S1), 반사부(140)에 의해 방사된 광의 경로가 변경되는데, 반사부(140)의 기울어진 각도 또는 곡률에 따라 방사된 광이 기 설정된 방향으로 변경된다(S2).
광 공동(110)의 소정 위치에 설치된 복수 개의 광 검출부(150)는 광 공동(110) 내의 가스 혼합 분위기를 거쳐 입사되는 광을 검출하여 전압 형태로 변환하여 출력한다(S3).
제어부(160)는 광 검출부(150)에서 출력되는 전압(V1, V2)을 각각 측정하고(S4), 하기 수학식 1과 같이 측정된 출력 전압(V1, V2)과 보정 계수(α1, α2)를 이용하여 가스 농도를 검출한다(S5).
[수학식 1]
Figure 112020117220649-pat00001
이때, 보정 계수는 제1 및 제2 광 검출부(151, 152)에서 측정되는 전압값을 보정하기 위한 것으로서, 광 경로에 따라 보정 계수 값을 다르게 설정하여 정확한 가스 측정이 가능하도록 한다. 제1 광 검출부(151)와 광원(130)까지의 광 경로 길이가 제2 광 검출부(152)와 광원(130)까지의 광 경로 길이보다 짧은 경우에, 제1 출력 전압(V1)을 보정하기 위한 제1 보정 계수(α1)는 제2 출력 전압(V2)을 보정하기 위한 제2 보정 계수(α2)보다 작게 설정한다.
이러한 보정 계수(α1, α2)는 실험에 의해 표준이 되는 광검출부(표준 센서)의 기준 전압, 광 공동의 기준 크기(기준 광 경로 길이)를 이용하여 측정된 광 검출량을 참조하여 설정될 수 있다. 일례로, 광경로가 짧은 경우 전압값이 높게 측정되고, 광경로가 길어질수록 전압값이 낮게 측정되므로, 표준 센서와 비교하여 최대한 실제 측정치에 근접해지도록 보정계수를 설정할 수 있다.
제어부(160)는 검출된 가스 농도를 출력하는데, 가스 농도가 기 설정된 기준 농도 이상인 경우에 사용자 단말(미도시)이나 디스플레이나 스피커 등을 통해 유해 가스량을 알려준다(S6).
한편 도 5의 단계 S1 내지 S6은 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 : 비분산식 유해 가스 검출 장치
110 : 광 공동
130 : 광원
140 : 반사부
150 : 광 검출부
160 : 제어부
170 : 냉각부

Claims (8)

  1. 측정 대상 가스에 대해 가스유입 및 가스배출을 위한 적어도 하나 이상의 통공이 설치되고, 상기 측정 대상 가스를 수용하며, 광 경로 길이가 연장되도록 적어도 하나 이상의 굴곡부가 형성되는 광 공동(Optical Cavity):
    상기 광 공동의 일측에 배치되어 기설정된 파장 대역이 광을 조사하는 광원;
    상기 광원에 대해 기설정된 거리로 이격 배치되어, 상기 광원에서 조사되는 광을 검출하여 전압 형태로 변환하여 출력하는 제1 및 제2 광 검출부;
    적어도 하나 이상의 굴곡부 내측에 기설정된 곡률 또는 각도로 배치되고, 상기 광원에서 조사되는 광이 상기 광 검출부 쪽으로 향하도록 안내하는 복수의 반사부들; 및
    상기 광 검출부의 출력 전압을 각각 측정하고, 각각의 출력 전압을 이용하여 상기 측정 대상 가스의 농도를 검출한 후 상기 검출된 가스 농도를 출력하는 제어부;를 포함하며,
    상기 복수의 반사부들 각각은 측정 가스의 종류에 따라 적외선 반사율과 재질이 설정되고, 상기 제1 및 제2 광 검출부의 수광 위치에 따라 기울어진 각도와 곡률로 설정되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 광 검출부에서 측정되는 제1 전압값과 상기 제2 광 검출부에서 측정되는 제2 전압값을 측정하고, 상기 광 경로의 길이에 따라 상기 제1 및 제2 전압값을 각각 보정하기 위한 보정 계수를 이용하여 상기 제1 및 제2 전압값을 보정하고, 상기 보정된 제1 및 제2 전압값을 이용하여 가스 농도를 검출하는 것을 특징으로 하는 비분산식 유해 가스 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 중적외선 파장 대역의 광을 조사하는 것인, 비분산식 유해 가스 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 유해 가스를 검출하는 유해 가스 검출 장치에 의해 수행되는 비분산식 유해 가스 검출 방법에 있어서,
    a) 광 경로 길이가 연장되도록 적어도 하나 이상의 굴곡부가 형성되는 광 공동(Optical Cavity)에 측정 대상 가스를 수용하는 단계;
    b) 상기 광 공동의 일측에 배치된 광원으로부터 기설정된 파장 대역이 광이 조사되는 단계;
    c) 상기 광 공동의 기 설정된 위치에 제1 및 제2 광 검출부를 통해 광원에서 조사되는 광을 검출하여 전압 형태로 변환하는 단계; 및
    d) 상기 제1 및 제2 광 검출부의 출력 전압을 각각 측정하고, 각각의 출력 전압을 이용하여 상기 측정 대상 가스의 농도를 검출한 후 상기 검출된 가스 농도를 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 c) 단계는 적어도 하나 이상의 굴곡부 내측에 기설정된 곡률 또는 각도로 배치된 복수의 반사부들을 통해 상기 제1 및 제2 광 검출부 쪽으로 광이 집중되도록 하는 것을 특징으로 하고,
    상기 d) 단계는 상기 제1 광 검출부에서 측정되는 제1 전압값과 상기 제2 광 검출부에서 측정되는 제2 전압값을 측정하고, 상기 광 경로의 길이에 따라 상기 제1 및 제2 전압값을 각각 보정하기 위한 보정 계수를 이용하여 상기 제1 및 제2 전압값을 보정하고, 상기 보정된 제1 및 제2 전압값을 이용하여 가스 농도를 검출하는 것을 특징으로 하며,
    상기 복수의 반사부들 각각은 측정 가스의 종류에 따라 적외선 반사율과 재질이 설정되고, 상기 제1 및 제2 광 검출부의 수광 위치에 따라 기울어진 각도와 곡률로 설정되는 것을 특징으로 하는 비분산식 유해 가스 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원은 중적외선 파장 대역의 광을 조사하는 것인, 비분산식 유해 가스 검출 방법.

  7. 삭제
  8. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016503904A (ja) * 2013-01-23 2016-02-08 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー 微量ガス検出用小型チューナブルレーザ分光計
KR102073064B1 (ko) 2019-10-10 2020-02-04 (주)세성 비분산 근적외선 가스측정장치

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