KR102556893B1 - 광학식 이온화 가스센서 전극 및 그를 갖는 가스 검출 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 광원부로부터 조사되는 광이 유입되도록 미리 정해진 간격을 이루는 광 입사홀이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일면에 구비되는 제1 전극 및 상기 제1 기판의 타면에 구비되는 제1 반사체를 갖는 제1 전극 조립체; 및 미리 정해진 간격을 이루는 광 출사홀이 형성된 제2 기판과, 상기 제2 기판의 일면에 구비되는 제2 전극 및 상기 제2 기판의 타면에 구비되는 제2 반사체를 가지며, 상기 제1 전극 조립체와 함께 내부에 광이 이동되는 이동 경로 공간부를 형성하는 제2 전극 조립체를 포함하며, 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체는 조립 결합되되, 상기 광 입사홀과 광 출사홀은 서로 다른 수직선상을 배치되는 것인 광학식 이온화 가스센서 전극 및 그를 갖는 가스 검출 기기를 제공한다.
Description
본 발명은 광학식 이온화 가스센서 전극 및 그를 갖는 가스 검출 기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대상가스를 정확하게 검출하도록 이루어진 광학식 이온화 가스센서 전극 및 그를 갖는 가스 검출 기기에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)은 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물로, 이러한 휘발성 유기화합물은 아토피 피부질환을 유발시키거나 암을 발생시키는 등 인체에 유해하다. 따라서, 휘발성 유기화합물을 검출할 수 있는 다양한 종류의 가스 검출 기기가 개발되고 있다.
이러한 휘발성 유기화합물을 검출하는 센서로는 대개 금속산화물을 이용한 가스 반응방식의 가스센서와 광을 이용한 광학방식의 가스센서가 있을 수 있다. 그러나 가스 반응방식의 가스센서는 수명이 짧고, 수분 및 온도 등의 외부 환경 변화에 따라 결과값이 달라지는 문제가 있어, 광학방식의 가스센서가 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래의 전극부를 보여주는 예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 전극부(10)는 기판(1), 제1 전극(2) 및 제2 전극(3)을 포함한다.
여기서 제1 전극(2)은 기판(1)의 하부에 구비되고, 제2 전극(3)은 기판(1)의 상부에 구비될 수 있다.
이러한 전극부(10)에는 관통홀(4)이 형성되어, 광원부(미도시)로부터 조사되는 광은 관통홀(4)을 통과할 수 있다. 이때, 광원부로부터 조사되는 광은 자외선일 수 있다.
이와 같이, 광원부가 전극부(10) 측으로 자외선을 조사하는 과정에서 휘발성 유기화합물은 이온화되어 양전하와 전자로 분리될 수 있다. 여기서 전자는 양극 전극으로 동작하는 제1 전극(2)으로 이동하게 되고, 양전하는 음극 전극으로 동작하는 제2 전극(3)으로 이동하게 된다.
가스 검출 기기는 휘발성 유기화합물이 이온화되어 제1 전극(2)과 제2 전극(3)으로 이동된 양전하와 전자로 인해 발생된 제1 전극(2)과 제2 전극(3) 간의 전위를 통해 대상가스를 파악할 수 있다.
그러나 종래의 전극부(10)는 관통홀(4)을 경유하는 자외선의 광경로가 짧기에, 휘발성 유기화합물의 이온화율이 떨어지는 문제가 있다. 이로 인해, 가스 검출 기기는 낮은 농도의 휘발성 유기화합물을 검출하지 못하는 문제가 있다.
따라서, 대상가스를 정확하게 검출하도록 이루어진 가스 검출 기기에 대한 다양한 연구 개발이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 대상가스를 정확하게 검출하도록 이루어진 광학식 이온화 가스센서 전극 및 그를 갖는 가스 검출 기기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 광원부로부터 조사되는 광이 유입되도록 미리 정해진 간격을 이루는 광 입사홀이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일면에 구비되는 제1 전극 및 상기 제1 기판의 타면에 구비되는 제1 반사체를 갖는 제1 전극 조립체; 및 미리 정해진 간격을 이루는 광 출사홀이 형성된 제2 기판과, 상기 제2 기판의 일면에 구비되는 제2 전극 및 상기 제2 기판의 타면에 구비되는 제2 반사체를 가지며, 상기 제1 전극 조립체와 함께 내부에 광이 이동되는 이동 경로 공간부를 형성하는 제2 전극 조립체를 포함하며, 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체는 조립 결합되되, 상기 광 입사홀과 광 출사홀은 서로 다른 수직선상을 배치되는 것인 광학식 이온화 가스센서 전극을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 반사체는 상기 이동 경로 공간부 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제2 반사체는 상기 이동 경로 공간부를 형성하는 상기 제2 기판의 제2 경사면에 구비되고, 상기 제2 경사면은 상기 제1 기판 측으로 갈수록 이웃하는 상기 제2 경사면과의 간격이 멀어지도록 경사질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 기판의 타면에는 상기 제2 경사면과 마주보는 제1 경사면이 형성되며, 상기 제1 경사면에는 상기 제1 반사체가 구비되고, 상기 광 출사홀은 상기 광 입사홀에 의해 이격 배치된 상기 제1 기판과 얼라인되도록 이루어지고, 이격 배치되는 상기 제1 기판의 폭은 상기 광 출사홀의 폭과 동일하거나 넓게 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 기판에는 결합 돌출부가 구비되고, 상기 제2 기판에는 상기 결합 돌출부와 대응되는 결합홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예는 광학식 이온화 가스센서 전극; 상기 광학식 이온화 가스센서 전극으로 자외선을 조사하는 광원부; 상기 광학식 이온화 가스센서 전극에 전원 전압을 인가하는 전원부; 상기 광학식 이온화 가스센서 전극으로부터 흐르는 전류의 크기에 대응하는 신호를 기 설정된 주파수 영역으로 필터링하는 필터부; 상기 필터부로부터 제공된 신호를 증폭시키는 신호 증폭부; 및 상기 신호 증폭부로부터 제공된 증폭 신호를 통해 대상가스를 검출하는 가스 검출부를 포함하는 것인 가스 검출 기기를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가스 검출부는, 광원부의 광량 세기 및 증폭 신호를 통해 기 분석된 대상가스 분석 자료가 저장된 데이터 저장부; 상기 신호 증폭부로부터 제공된 증폭 신호와, 상기 데이터 저장부에 저장된 분석 자료를 기초로 대상가스의 종류와 검출량을 판정하는 대상가스 판정부; 및 상기 대상가스 판정부로부터 판정된 대상가스의 종류 및 농도에 따라 외부로 위험 경고를 알리는 경고 알림부를 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극 및 그를 갖는 가스 검출 기기의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 광학식 이온화 가스센서 전극은 광원부로부터 조사되는 자외선의 이동 경로를 늘림으로써, 휘발성 유기화합물의 이온화율을 높일 수 있다. 따라서, 가스 검출 기기는 낮은 농도의 휘발성 유기화합물도 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 전극부를 보여주는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 검출 기기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 전극 조립체를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2 전극 조립체를 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 3의 A-A' 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 전극 조립체의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 전극 조립체의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 검출 기기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 전극 조립체를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2 전극 조립체를 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 3의 A-A' 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 전극 조립체의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 전극 조립체의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 부재를 사이에 두고 "간접적으로 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 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에서 상부와 하부는 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것으로, 반드시 중력방향을 기준으로 상부 또는 하부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 검출 기기의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 전극 조립체를 보여주는 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2 전극 조립체를 보여주는 사시도이고, 도 7은 도 3의 A-A' 단면도이다.
도 2 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 가스 검출 기기(1000)는 광원부(100), 광학식 이온화 가스센서 전극(200), 전원부(300), 필터부(400), 신호 증폭부(500) 및 가스 검출부(600)를 포함할 수 있다.
이러한 가스 검출 기기(1000)는 가스를 센싱하도록 이루어진 광학방식의 기기로, 예를들어 이소부틸렌(isobutylene) 등의 휘발성 유기화합물 계열의 가스 물질의 종류 및 농도를 검출하도록 이루어진다.
여기서 광원부(100)는 자외선을 조사하도록 이루어진다. 이러한 광원부(100)는 예를들면, 금속 할로겐 가스를 이용하는 할로젠 램프일 수 있다. 이때, 광원부(100)로부터는 조사되는 자외선은 극자외선 파장(예: 10nm ~ 124nm)일 수 있다.
이와 같이, 광원부(100)로부터 조사되는 광은 반드시 상기에서 언급된 형태로만 조사되어야 하는 것은 아니며, 이외의 다양한 파장 영역대로 조사될 수도 있음은 물론이다.
이러한 광원부(100)는 윈도우(미도시)와 튜브(미도시)를 포함할 수 있다. 예로, 윈도우는 기설정 파장 이하인 짧은 파장 영역을 투과시킬 수 있는 금속 할로젠을 포함할 수 있다. 이러한 윈도우는 예를 들면, 플루오르화마그네슘(MgF2)의 증착을 통해 형성된 광학박막으로 구현되어, 튜브에서 생성된 극자외선을 광원부(100)의 외부로 투과시키도록 이루어진다. 이와 같은 윈도우는 플루오르화마그네슘(MgF2), 플루오르화칼슘(CaF2) 또는 플루오르화바륨(BaF2)으로 구성된 결정, 가스 또는 얇은 금속막의 투과재를 포함할 수도 있다.
그리고 튜브는 윈도우의 하부에 결합된다. 이와 같은 튜브는 진공으로 형성된 튜브의 내부에 포함된 금속 할로겐 가스(예: 플루오르화칼슘(CaF2)), 수소 가스 또는 비활성 기체 등을 방전시켜 극자외선을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 튜브에서 발생된 극자외선은 윈도우를 통해 광원부(100)의 외부로 조사될 수 있다.
이와 같은 광원부(100)는 상기에서 언급된 형태로만 구비되어야 하는 것은 아니며, 가스 검출 기기(1000)가 휘발성 유기화합물을 효과적으로 검출할 수만 있다면 어떠한 형태로도 이루어질 수 있음은 물론이다.
한편, 광학식 이온화 가스센서 전극(200)은 광원부(100)로부터 조사된 자외선에 의해 이온화된 휘발성 유기화합물을 검출하도록 이루어진다. 이와 같은 광학식 이온화 가스센서 전극(200)의 구체적인 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
그리고 전원부(300)는 광학식 이온화 가스센서 전극(200)에 전원 전압을 인가하도록 이루어진다. 이러한 전원부(300)는 제1 전극(212) 및 제2 전극(222)에 각각 전기적으로 연결되어, 제1 전극(212) 및 제2 전극(222)으로 전원 전압(예를 들어 DC 바이어스 전압)을 인가하게 된다. 이와 같이, 제1 전극(212)과 제2 전극(222)에 전원 전압이 인가된 상태에서 예를 들어 제1 전극(212)은 양극 전극으로 동작하고, 제2 전극(222)은 음극 전극으로 동작할 수 있다.
이렇게 제1 전극(212)과 제2 전극(222)에 전원 전압이 인가된 상태에서 자외선에 의해 휘발성 유기화합물로부터 이온화된 양전하와 전자는 제1 전극(212) 및 제2 전극(222)으로 이동하게 된다. 이 과정에서 제1 전극(212)과 제2 전극(222) 간에는 전위가 발생되어 전류가 흐르게 된다.
그리고 필터부(400)는 광학식 이온화 가스센서 전극(200)으로부터 흐르는 전류의 크기에 대응하는 신호를 기설정된 주파수 영역으로 필터링하도록 이루어진다.
이와 같이, 필터부(400)를 통해 필터링된 신호 정보는 신호 증폭부(500)로 제공된다. 여기서 신호 증폭부(500)는 필터부(400)로부터 제공된 신호를 증폭시키며, 증폭된 증폭 신호를 가스 검출부(600)로 제공하게 된다.
이러한 가스 검출부(600)는 신호 증폭부(500)로부터 제공된 증폭 신호를 통해 대상가스를 검출하도록 이루어진다.
이와 같은 가스 검출부(600)는 데이터 저장부(610), 대상가스 판정부(620) 및 경고 알림부(630)를 포함할 수 있다.
여기서 데이터 저장부(610)는 반복적인 실험을 통해 획득된 다양한 데이터 정보값이 저장될 수 있다. 즉, 데이터 저장부(610)는 광원부(100)의 광량 세기별 가스 검출부(600)로 제공된 증폭 신호 간의 연관 데이터가 저장될 수 있다. 다시 말해서 데이터 저장부(610)에는 예를 들면, 광원부(100)가 어느 광량 세기로 조사된 상태에서 가스 검출부(600)로 획득된 증폭 신호에 따른 대상가스 종류 및 농도 등에 대한 다양한 정보가 기 저장될 수 있다.
그리고 대상가스 판정부(620)는 실제 검출 대상을 통해 획득된 신호 증폭부(500)로부터 제공된 증폭 신호와, 데이터 저장부(610)에 저장된 대상가스의 기 분석된 자료를 기초로 해당 대상가스의 종류 및 검출량을 판정할 수 있다.
그리고 경고 알림부(630)는 대상가스 판정부(620)로부터 판정된 대상가스의 종류 및 농도에 따라 외부로 위험 경고를 알리도록 이루어진다. 즉, 대상가스 판정부(620)로부터 판정된 대상가스가 위험 요소로 판단되는 경우, 경고 알림부(630)는 LED 점등 및 경고 사운드 등을 통해 외부로 위험 경고를 알릴 수도 있다.
이와 같은 가스 검출부(600)는 통신부(640)를 더 포함할 수도 있다.
이러한 통신부(640)는 사용자 단말기(M)와도 통신 가능하도록 이루어질 수 있다.
여기서 통신부(640)와 통신 가능하도록 이루어진 사용자 단말기(M)는 예를 들어, 문자입력이 가능한 입력 장치와 화면상에 표시 가능한 출력장치가 구비된 장치라면 어떠한 장치라도 상관없다.
이러한 사용자 단말기(M)는 예로 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등과 같이 터치 스크린 패널이 구비된 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수도 있고, 데스크탑 PC, 태블릿 PC, 랩탑 PC, 셋탑 박스를 포함하는 IPTV 등과 같이 애플리케이션을 설치하고 실행할 수 있는 기반이 마련된 장치일 수도 있다.
이러한 사용자 단말기(M)를 비롯한 통신부(640)는 인터넷망, 인트라넷망, 이동통신망 및 위성 통신망 등 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 인터넷 프로토콜로 데이터의 송수신이 가능하도록 이루어진다.
여기서 통신망은 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network) 등의 폐쇄형 네트워크, 인터넷(Internet)과 같은 개방형 네트워크뿐만 아니라, CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), LTE(Long Term Evolution), EPC(Evolved Packet Core) 등의 네트워크와 향후 구현될 차세대 네트워크 및 컴퓨팅 네트워크를 통칭하는 개념일 수 있다.
이와 같이, 사용자는 가스 검출부(600)에서 검출된 대상가스의 종류 및 농도 등에 대한 세부 정보를 사용자 단말기(M)를 통해 제공받을 수도 있다. 또는, 사용자는 가스 검출 기기(1000)에 구비된 디스플레이부(미도시)를 통해 가스 검출부(600)에서 검출된 대상가스의 종류 및 농도 등에 대한 세부 정보를 확인할 수도 있다.
도 3 내지 도 7을 참고하면, 광학식 이온화 가스센서 전극(200)은 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)를 포함할 수 있다.
여기서 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)는 조립 결합되되, 내부에는 광이 이동되는 이동 경로 공간부(201)를 마련하게 된다.
이러한 제1 전극 조립체(210)는 제1 기판(211), 제1 전극(212) 및 제1 반사체(213)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 기판(211)은 절연체인 실리콘 소재로 이루어질 수 있다.
이와 같은 제1 기판(211)은 광원부(100)로부터 조사되는 광이 유입되기 위한 광 입사홀(214)이 형성된다. 이러한 광 입사홀(214)은 미리 정해진 간격을 이루도록 형성될 수 있다.
그리고 제1 기판(211)의 일면에는 제1 전극(212)이 구비된다. 이러한 제1 전극(212)은 전원부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 제1 기판(211)의 타면에는 제1 반사체(213)가 구비된다. 이러한 제1 반사체(213)는 이동 경로 공간부(201)로 이동된 광을 반사시키도록 이루어진다.
이와 같은 제1 반사체(213)는 이동 경로 공간부(201) 측에 배치되도록 이루어진다.
여기서 제1 기판(211)에는 결합 돌출부(215)가 구비된다. 이러한 결합 돌출부(215)는 제2 기판(221)에 형성된 결합홈(224)에 삽입 결합되어, 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)는 결합될 수 있다.
한편, 제2 전극 조립체(220)는 제2 기판(221), 제2 전극(222) 및 제2 반사체(223)를 포함할 수 있다.
이러한 제2 기판(221)에는 결합 돌출부(215)와 대응되는 형상을 갖는 결합홈(224)이 형성된다.
그리고 제2 기판(221)에는 미리 정해진 간격을 이루는 광 출사홀(225)이 형성된다. 이에, 광 입사홀(214)을 통해 이동 경로 공간부(201)로 이동된 광은 광 출사홀(225)을 통해 광학식 이온화 가스센서 전극(200)의 외부로 이동될 수 있다.
이러한 제2 기판(221)에는 제2 경사면(226)이 형성된다. 이러한 제2 경사면(226)은 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)가 결합된 상태에서 제1 기판(211) 측으로 갈수록 이웃하는 제2 경사면(226)과의 간격이 멀어지도록 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같이, 제2 기판(221)에는 제2 경사면(226)이 형성됨에 따라 제1 기판(211)과 제2 기판(221) 사이에는 이동 경로 공간부(201)가 형성될 수 있다.
이러한 제2 경사면(226)은 단결정 실리콘 소재로 이루어진 제2 기판(221)을 습식 식각을 통해 형성하게 되며, 이와 같은 식각 처리를 통해 형성된 제2 경사면(226)은 비등방성 식각면으로 형성될 수 있다.
그리고 제2 기판(221)의 일면에는 제2 전극(222)이 구비된다. 이러한 제2 전극(222)은 전원부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)의 조립을 통해 내부에 이동 경로 공간부(201)를 형성하는 광학식 이온화 가스센서 전극(200)은 종래의 전극부(10, 도 1참조)에 비해 광원부(100)로부터 조사되는 자외선의 광경로가 늘어남에 따라 휘발성 유기화합물의 이온화율은 더욱 높아질 수 있다. 따라서, 가스 검출 기기(1000)는 낮은 농도의 휘발성 유기화합물도 정확하게 검출할 수 있다.
이러한 광학식 이온화 가스센서 전극(200)은 자외선의 광경로를 늘림에 있어, 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)가 결합된 상태에서 광 입사홀(214)과 광 출사홀(225)이 서로 다른 수직선상에 배치되도록 이루어진다. 즉, 광 입사홀(214)과 광 출사홀(225)이 동일 수직선상에 얼라인된 상태를 이루어 광 입사홀(214)을 통해 유입된 광이 광 출사홀(225)로 바로 이동되는 것을 방지하도록 이루어진다.
다시 말해서, 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)가 조립됨에 있어, 광 출사홀(225)은 광 입사홀(214)에 의해 미리 정해진 간격으로 이격 배치되는 제1 기판(211)과 얼라인되도록 이루어진다. 이때, 이격 배치되는 제1 기판(211)의 폭(D1)은 광 출사홀(225)의 폭(D2)과 동일하거나 넓게 형성되도록 이루어짐이 바람직하다. 이는, 광 입사홀(214)로 유입된 광이 광 출사홀(225)로 직접 이동되는 것을 방지하기 위함이다.
그리고 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)에는 제1 반사체(213)와 제2 반사체(223)가 구비됨에 따라 이동 경로 공간부(201)로 안내된 광의 이동 경로는 길어지게 된다. 따라서, 휘발성 유기화합물의 이온화율은 높아지게 되고, 가스 검출 기기(1000)는 낮은 농도의 휘발성 유기화합물을 정확하게 검출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 전극 조립체의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 예시도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 전극 조립체의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 예시도이다.
도 8을 참고하여 제1 전극 조립체(210)의 제조 과정을 살펴보면, 먼저 제1 기판(211)의 일면과 타면이 평평하도록 폴리싱 가공을 한다. 이러한 제1 기판(211)은 예를 들어 단결정 실리콘 소재로 이루어질 수 있으며, 제1 기판(211)의 타면에는 결합 돌출부(215)가 구비되도록 폴리싱 처리가 이루어질 수 있다.
다음으로, 제1 기판(211)에 광 입사홀(214)을 형성한다. 이와 같은 광 입사홀(214)은 예를 들어 레이저 커팅 및 식각 처리 등을 통해 형성될 수 있다.
마지막으로, 제1 기판(211)의 일면에 제1 전극(212)을 마련하고, 제1 기판(211)의 타면에 제1 반사체(213)를 마련하여 제1 전극 조립체(210)를 제조하게 된다.
도 9를 참고하여 제2 전극 조립체(220)의 제조 과정을 살펴보면, 먼저 제1 기판(211)의 일면과 타면이 평평하도록 폴리싱 가공을 한다.
다음으로, 제2 기판(221)에 광 출사홀(225) 및 이동 경로 공간부(201)를 위한 형상 가공이 이루어진다. 이러한 광 출사홀(225)과 이동 경로 공간부(201)의 형상 가공은 예를 들어, 수산화칼륨(KOH), 수산화 테트라메틸암모늄(TMAH) 등의 용액을 이용한 제2 기판(221)의 습식 식각을 통해 형성될 수 있다. 즉, 도 8의 (a)에서 충분히 식각 처리가 이루어지면, 도 8의 (b)와 같이 제2 기판(221)의 상부는 삼각형 모양의 꼭지점이 형성된다. 이와 같은 단결정 실리콘을 습식 식각하는 경우, 식각 처리를 통해 형성된 제2 경사면(226)은 비등방성 식각면으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 8의 (c)에서 제2 기판(221)의 하부를 폴리싱 처리하여 제2 기판(221)의 하부에 광 출사홀(225)을 형성하게 된다.
마지막으로, 광 출사홀(225)과 이동 경로 공간부(201)가 마련된 제2 기판(221)의 제2 경사면(226)에는 제2 반사체(223)를 구비하고, 제2 기판(221)의 일면에는 제2 전극(222)을 구비한다. 여기서 제2 기판(221)의 일면에는 결합 돌출부(215)와 대응되는 결합홈(224)을 형성하여, 제2 전극 조립체(220)는 제조될 수 있다.
이와 같이, 각각 제조된 제1 전극 조립체(210)와 제2 전극 조립체(220)는 결합 돌출부(215)와 결합홈(224)의 결합을 통해 광학식 이온화 가스센서 전극(200)으로 제조될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극의 단면도로, 도 10의 제1 전극 조립체(210')는 일실시예에 따른 제1 전극 조립체(210)와 형상적인 차이를 보인다.
또 다른 실시예에 따른 제1 기판(211')은 제2 기판(221)의 제2 경사면(226)과 마주보는 제1 경사면(216)이 형성될 수 있다.
따라서, 광 입사홀(214)로 유입된 광은 서로 마주보도록 배치된 제1 반사체(213)와 제2 반사체(223)에 의해 반사가 이루어지며, 광의 이동 경로는 더욱 길어질 수 있다.
이와 같이, 광학식 이온화 가스센서 전극은 상기에서 언급된 형태로만 한정되지 않으며, 광 입사홀(214)을 통해 유입된 광의 이동 경로를 늘려 휘발성 유기화합물의 이온화가 효과적으로 이루어질 수 있다면 어떠한 형상으로도 이루어질 수 있음은 물론이다.
다만, 이는 본 발명의 바람직한 일실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 권리 범위가 이러한 실시예의 기재 범위에 의하여 제한되는 것은 아니다.
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 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: 광원부
200: 광학식 이온화 가스센서 전극
201: 이동 경로 공간부
210, 210': 제1 전극 조립체
211, 211': 제1 기판
212: 제1 전극
213: 제1 반사체
214: 광 입사홀
215: 결합 돌출부
216: 제1 경사면
220: 제2 전극 조립체
221: 제2 기판
222: 제2 전극
223: 제2 반사체
224: 결합홈
225: 광 출사홀
226: 제2 경사면
300: 전원부
400: 필터부
500: 신호 증폭부
600: 가스 검출부
610: 데이터 저장부
620: 대상가스 판정부
630: 경고 알림부
640: 통신부
1000: 가스 검출 기기
200: 광학식 이온화 가스센서 전극
201: 이동 경로 공간부
210, 210': 제1 전극 조립체
211, 211': 제1 기판
212: 제1 전극
213: 제1 반사체
214: 광 입사홀
215: 결합 돌출부
216: 제1 경사면
220: 제2 전극 조립체
221: 제2 기판
222: 제2 전극
223: 제2 반사체
224: 결합홈
225: 광 출사홀
226: 제2 경사면
300: 전원부
400: 필터부
500: 신호 증폭부
600: 가스 검출부
610: 데이터 저장부
620: 대상가스 판정부
630: 경고 알림부
640: 통신부
1000: 가스 검출 기기
Claims (7)
- 광원부로부터 조사되는 광이 유입되도록 미리 정해진 간격을 이루는 광 입사홀이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일면에 구비되는 제1 전극 및 상기 제1 기판의 타면에 구비되는 제1 반사체를 갖는 제1 전극 조립체; 및
미리 정해진 간격을 이루는 광 출사홀이 형성된 제2 기판과, 상기 제2 기판의 일면에 구비되는 제2 전극 및 상기 제2 기판의 타면에 구비되는 제2 반사체를 가지며, 상기 제1 전극 조립체와 함께 내부에 광이 이동되는 이동 경로 공간부를 형성하는 제2 전극 조립체를 포함하며,
상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체는 조립 결합되되, 상기 광 입사홀과 광 출사홀은 서로 다른 수직선상을 배치되며,
상기 제1 기판에는 결합 돌출부가 구비되고, 상기 제2 기판에는 상기 결합 돌출부와 대응되는 결합홈이 형성된 것인 광학식 이온화 가스센서 전극.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 반사체는 상기 이동 경로 공간부 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 이온화 가스센서 전극.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 반사체는 상기 이동 경로 공간부를 형성하는 상기 제2 기판의 제2 경사면에 구비되고,
상기 제2 경사면은 상기 제1 기판 측으로 갈수록 이웃하는 상기 제2 경사면과의 간격이 멀어지도록 경사진 것을 특징으로 하는 광학식 이온화 가스센서 전극.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 기판의 타면에는 상기 제2 경사면과 마주보는 제1 경사면이 형성되며, 상기 제1 경사면에는 상기 제1 반사체가 구비되고,
상기 광 출사홀은 상기 광 입사홀에 의해 이격 배치된 상기 제1 기판과 얼라인되도록 이루어지고, 이격 배치되는 상기 제1 기판의 폭은 상기 광 출사홀의 폭과 동일하거나 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 광학식 이온화 가스센서 전극.
- 삭제
- 제1항에 따른 광학식 이온화 가스센서 전극;
상기 광학식 이온화 가스센서 전극으로 자외선을 조사하는 광원부;
상기 광학식 이온화 가스센서 전극에 전원 전압을 인가하는 전원부;
상기 광학식 이온화 가스센서 전극으로부터 흐르는 전류의 크기에 대응하는 신호를 기설정된 주파수 영역으로 필터링하는 필터부;
상기 필터부로부터 제공된 신호를 증폭시키는 신호 증폭부; 및
상기 신호 증폭부로부터 제공된 증폭 신호를 통해 대상가스를 검출하는 가스 검출부를 포함하는 것인 가스 검출 기기.
- 제6항에 있어서,
상기 가스 검출부는,
광원부의 광량 세기 및 증폭 신호를 통해 기 분석된 대상가스 분석 자료가 저장된 데이터 저장부;
상기 신호 증폭부로부터 제공된 증폭 신호와, 상기 데이터 저장부에 저장된 분석 자료를 기초로 대상가스의 종류와 검출량을 판정하는 대상가스 판정부; 및
상기 대상가스 판정부로부터 판정된 대상가스의 종류 및 농도에 따라 외부로 위험 경고를 알리는 경고 알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 기기.
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