KR200320686Y1 - 유체 검출장치 - Google Patents

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KR200320686Y1
KR200320686Y1 KR20-2003-0013712U KR20030013712U KR200320686Y1 KR 200320686 Y1 KR200320686 Y1 KR 200320686Y1 KR 20030013712 U KR20030013712 U KR 20030013712U KR 200320686 Y1 KR200320686 Y1 KR 200320686Y1
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Abstract

본 고안은 유체의 존부를 감지하는 유체 검출장치에 관한 것으로서, 발광경사부 및 수광경사부를 갖는 검출관에 발광부, 수광부를 설치하여 빛의 전반사 및 굴절을 이용한 것이다.
또한 본 고안은 발광부, 수광부와 프리즘을 결합하여, 유체가 없는 경우에는 빛이 전반사하고, 유체가 있는 경우에는 빛이 굴절되는 성질을 이용한 것이다.
이러한 본 고안은 유체가 있을 때와 없을 때의 수광부에서의 빛을 받아들이는 차이값이 커서 신뢰성이 높아지는 효과가 있다. 또한 발광부에서 출력한 빛 이외의 외부 빛에 의해 영향을 받아 오작동을 일으키는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

유체 검출장치 {Fluid Sensing Device}
본 고안은 유체가 존재하는지 또는 유제가 흐르는지 여부를 빛의 굴절 및 전반사 효과를 이용해 검출하는 유체 검출장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 발광부(또는 발광센서)에서 출력된 빛이 수광부(또는 수광센서)에 도달하는지 여부에 따라 발광부 및 수광부 사이에 유체가 있는지를 검출하는 장치에 관한 것이다.
종래에도 빛의 굴절 및 전반사 개념을 이용한 유체검출 장치가 있었으나, 그 구성 및 형태 상의 문제로 인해 신뢰성이 있는 결과가 도출되지 않는 경우가 많았다.
특히 적은 양의 유체가 존재하는지 여부를 검출하는 것은 어려웠으며, 단지 수위검출 같이 대량의 유체가 일정 시간 이상 충분히 있을 경우에만 검출을 할 수 있는 경우가 대부분이었다.
도 1 및 도 2는 종래의 특허출원 제1986-0005422호네 개시된 수위검출장치의 개념을 설명하기 위한 도면이다(도 1 및 도 2에 대한 부호의 설명은 도 1 및 도 2의 부호에만 한정한다.
종래의 수위검출장치는 발광부(5)로부터 출력된 빛이 수광부(6)로 입력되면 유체가 존재한다고 인식하는 장치이다. 발광부(5)로부터 수광부(6)까지 도달하기 위해서는 이등변 삼각형 단면의 삼각기둥의 형상을 갖는 수위검출관(2')을 거쳐야 한다. 발광부(5)와 수광부(6)를 통틀어 센서(7)라고도 한다.
도 1은 수위검출관(2')에 유체가 없는 경우로서, 발광부(5)의 빛이 수위검출관(2')을 거쳐 외부로 빠져나가게 되고, 수광부(6)는 아무 빛을 입력받지 못하게 된다. 이 때 수광부(6)에 빛이 미입력된 것을 인지한 제어수단(미도시)는 유체가 없다고 판단하게 된다.
도 2는 수위검출관(2')에 유체(4)가 가득 찬 경우로서, 발광부(5)의 빛이 수위검출관(2') 내부의 유체로 인해 수위검출관(2')의 경계면에서 두번의 전반사를 거쳐, 수광부(6)로 되돌아 오게 된다. 이 때 수광부(6)에 빛이 입력된 것을 인지한 제어수단(미도시)은 유체가 있다고 판단하게 된다.
이러한 종래 기술은 수위검출관(2') 내의 유체로 인한 빛의 전반사 효과를이용하다보니, 수위검출관(2') 내에 유체가 가득차지 않고 일부만 있는 경우나, 유체가 빠른 속도로 흐르는 경우에는 유체가 있음에도 불구하고 빛이 제대로 전반사 되지 않을 수 밖에 없다.
따라서 종래 기술은 가느다란 관에 흐르는 유체를 검출하기 위한 장치로는 적합하지 아니하였다. 또한 전반사가 된다 하더라도 유체가 있을 때와 없을 때, 수광부(6)에서 입력받는 빛의 세기의 변동 폭이 외부 빛으로 인한 오차 범위와 큰 차이가 나지 않는다. 즉, 수광부(6)에 입력된 빛이 발광부(5)로부터 온 것인지, 외부의 빛이 입력된 것인지의 구분이 어려운 경우가 있어 신뢰성이 떨어진다. 이를 수치화 하여, 수광부(6)에 입력되는 빛 양의 최대값과 최소값을 200과 0으로 한다면, 실험적으로 유체가 있을 때와 없을 때 120정도의 값 차이만 난다.
이는 비록 발광부(5)와 수광부(6)를 마주보도록 일직선으로 배열하고, 그 사이에 유체가 흐르도록 하는 경우에 80정도의 빛 입력 값 차이가 나는 것에 비해서는 큰 값이나, 그 신뢰성이 만족스러운 정도는 아니다.
따라서 종래의 방식대로 유체가 있을 때 수광부(6)가 빛을 감지하도록 하는 장치는 수광부(6)에 도달하는 빛의 세기가 약하여 외부의 빛에 의해서도 쉽게 방해 받는 단점이 있었다.
본 고안은 상기한 문제점을 안출하기 위해 고안된 것으로서, 발광부 및 수광부의 방향 및 검출관의 형상을 변경하여 수광부에서 유체의 유무에 따른 빛의 입력값 차이가 크도록 하여, 외부의 빛에 의한 오차와 구별되고 유체 검출의 신뢰성을높이는 유체 검출장치를 제공하고자 하는 목적이 있다.
또한 본 고안은 소량의 유체 또는 빠르게 흐르는 유체의 경우도 검출할 수 있는 유체 검출장치를 제공하고자 하는 목적이 있다.
또한 본 고안은 프리즘을 이용하여 유체를 더욱 민감하게 감지할 수 있는 개선된 유체 검출장치를 제공하고자 하는 목적이 있다.
도 1은 종래 기술인 특허출원 제1986-0005422호의 도 1
도 2는 종래 기술인 특허출원 제1986-0005422호의 도 2
도 3은 본 고안의 발광경사부, 수광경사부를 갖는 검출관을 포함하는 일 실시례의 단면도
도 4는 본 고안의 발광경사부, 수광경사부를 갖는 검출관에 유체가 없는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 설명도
도 5는 본 고안의 발광경사부, 수광경사부를 갖는 검출관에 유체가 있는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 설명도
도 6은 본 고안의 프리즘을 갖는 검출관을 포함하는 일 실시례의 단면도
도 7은 본 고안의 프리즘을 갖는 검출관에 유체가 없는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 설명도
도 8은 본 고안의 프리즘을 갖는 검출관에 유체가 있는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 설명도
도 9는 본 고안의 홈, 경사부를 갖는 프리즘을 포함하는 일 실시례의 도면
도 10은 본 고안의 홈, 경사부를 갖는 프리즘에 유체가 접촉되지 않은 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 설명도
도 11은 본 고안의 홈, 경사부를 갖는 프리즘에 유체가 접촉된 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 설명도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
(도 1, 2의 부호에는 적용하지 아니한다.)
2: 검출관 4: 발광부
6: 수광부 10: 제어부
14: 발광경사부 16: 수광경사부
18: 접촉면 20: 프리즘
22: 경사면 24: 감지면
26: 케이스 28:발광부
30: 수광부 32: 홈
본 고안은 발광부에서 출력된 빛이 수광부에 도달하는지 여부를 통해 유체의 존부를 판단하는 유체 검출장치에 관한 것으로서, 일직선으로 빛을 출력하는 발광부, 상기 발광부로부터 출력된 빛이 어느 정도의 세기로 도달하는지 감지하는 수광부, 상기 발광부 및 상기 수광부가 설치되는 검출관 및 상기 수광부로 입력된 빛의 세기를 계산하여 상기 검출관에 유체가 흐르는지 여부를 판단하고 그 결과 신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.
본 고안의 상기 검출관은 발광경사부 및 수광경사부가 형성되어 있으며, 상기 발광부는 상기 발광경사부 쪽에 설치되고, 상기 수광부는 상기 수광경사부 쪽에 설치되며, 상기 발광부의 정면과 상기 수광부의 정면은 서로 마주보도록 한다.
본 고안은 상기 발광경사부와 상기 수광경사부가 직각으로 만나는 것을 특징으로 한다.
또한 본 고안은 일직선으로 빛을 출력하는 발광부, 상기 발광부로부터 출력된 빛이 어느 정도의 세기로 도달하는지 감지하는 수광부, 접촉면을 포함하는 프리즘 및 상기 수광부로 입력된 빛의 세기를 계산하여 상기 접촉면에 유체가 흐르는지여부를 판단하고 그 결과 신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 발광부는 빛이 출력되는 정면이 상기 프리즘의 내부를 향하도록 상기 프리즘의 외측 일면에 설치되고, 상기 수광부는 빛이 입력되는 정면이 상기 프리즘의 내부를 향하도록 상기 프리즘의 외측 타면에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 검출하고자 하는 유체가 지나가는 검출관을 더 포함하고, 상기 프리즘은 상기 검출관의 일면에 접촉면이 맞닿도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 상기 발광부에서 출력된 빛이 상기 프리즘의 상기 접촉면을 향한 입사각이, 공기에 대한 프리즘의 임계각 이상이고 검출하고자 하는 유체의 종류에 따른 특정 임계각 이하이거나, 공기에 대한 프리즘의 임계각 이상이고 90°이하인 것을 특징으로 한다.
본 고안은 상기 검출관은 상기 프리즘의 상기 접촉면과 맞닿는 면 이외에는 외부의 빛이 침투되지 아니하도록 도색되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 고안은 일직선으로 빛을 출력하는 발광부, 상기 발광부로부터 출력된 빛이 어느 정도의 세기로 도달하는지 감지하는 수광부, 2개의 경사면 및 1개의 감지면을 포함하는 프리즘 및 상기 수광부로 입력된 빛의 세기를 계산하여 상기 경사면에 유체가 흐르는지 여부를 판단하고 그 결과 신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 발광부의 정면 및 상기 수광부의 정면은 상기 프리즘의 상기 감지면을 향하도록 나란히 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 검출하고자 하는 유체가 지나가는 검출관을 더 포함하고, 상기 프리즘은 상기 검출관의 일면에 경사면이 삽입되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 상기 프리즘의 상기 경사면이 직각으로 맞닿는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 상기 발광부의 정면에 수직인 빛의 출력 경로가 상기 프리즘의 내부를 통해 상기 경사면 중 일면과 45°로 만나고, 상기 수광부의 정면에 수직인 빛의 입력 경로가 상기 프리즘의 내부를 통해 상기 경사면 중 타면과 45°로 만나도록 상기 발광부와 상기 수광부가 상기 프리즘의 상기 경사면을 향하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 상기 프리즘의 상기 감지면에는 상기 발광부 및 상기 수광부를 삽입할 수 있는 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 고안은 상기 발광부 및 상기 수광부를 고정하는 케이스를 더 포함하고, 상기 케이스는 상기 홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
본 고안은 빛의 굴절 및 전반사 현상을 이용한 유체 검출장치이다.
굴절은 하나의 매질(媒質)로부터 다른 매질로 진입하는 파동이 그 경계면에서 나가는 방향을 바꾸는 현상이며, 렌즈나 프리즘은 빛의 굴절을 이용하는 것으로서 광학기계의 중요한 부분을 구성한다. 굴절이 2개의 등방성(等方性) 매질의 경계면에서 일어날 경우, 그 방향에 관하여 스넬의 법칙(또는 굴절의 법칙)이 성립된다.
파동이 등방성 매질에서 다른 등방성 매질로 입사해 굴절할 경우, 입사면(입사파의 방향과 경계면의 법선을 포함하는 면)과 굴절면(굴절파의 방향과 경계면의 법선을 포함하는 면)은 같은 평면 내에 있고, 입사각을 i, 굴절각을 r 이라고 하면sin i/sin r = n(일정)이라는 관계가 성립한다. 이 경우에 n 을 입사 쪽 매질에 대한 굴절 쪽 매질의 굴절률이라고 한다.
전반사는 빛이 광학적으로 밀(密)한 매질(굴절률이 큰 물질)에서 소(疎)한 매질(굴절률이 작은 물질)로 입사할 때, 입사각이 어느 특정 각도(임계각) 이상이면 그 경계면에서 빛이 전부 반사되어 버리고 굴절광선은 존재하지 않게 된다. 이것이 전반사이며, 전반사가 일어날 수 있는 입사각의 최소값을 임계각이라 한다.
예를 들면 빛이 유리에서 공기로 나아갈 때의 임계각은 42°이고, 입사각이 이보다 크면 빛이 모두 유리 내면에서 반사되어 버리고 공기 속으로는 나가지 않게 된다. 전반사 프리즘은 유리의 이러한 성질을 이용한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 각 구성의 구체적인 특성을 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 고안의 발광경사부(14) 및 수광경사부(16)를 갖는 검출관을 포함하는 유체검출장치의 단면을 나타낸 도면이다.
본 고안은 검출관(2)에 발광경사부(14) 및 수광경사부(16)를 형성한다. 발광경사부(14) 및 수광경사부(16)는 원형 단면의 검출관(2) 일부를 평면으로 한 형상이 바람직하나, 검출관(2)의 곡면을 그대로 발광경사부(14) 및 수광경사부(16)로 이용할 수도 있다.
발광경사부(14)는 발광부(4)로부터 입력된 빛이 통과하는 부분이며, 수광경사부(16)는 발광경사부(14)에서 직진한 빛이 검출관(2)을 지나 빠져나와 수광부(6)에 도달할 때 통과하게 되는 부분이다.
발광부(4)는 발광센서라고도 하며, 정면이 발광경사부(14)를 바라보도록 검출관(2)에 설치된다. 수광부(6)는 수광센서라고도 하며, 정면이 수광경사부(16)를 바라보는 동시에, 발광부(4)와 마주보도록 검출관(2)에 설치된다. 발광부(4) 및 수광부(6)는 검출관(2)에 고정, 설치할 수 있도록 별도의 고정장치(미도시)를 이용하는 것이 바람직하다.
발광부(4), 수광부(6)에 사용되는 센서는 통상적인 광센서로서 가시광선 및/또는 적외선의 양을 감지하고 이를 전자적 신호로 출력하는 장치이다.
발광부(4) 및 수광부(6)는 제어부(10)와 연결되어 있으며, 제어부(10)는 수광부(6)로부터 빛의 양에 따른 전류값 및 전압값의 변화를 측정하고 이를 증폭하여 A/D 컨버터 칩을 통해 디지털 값으로 전환하는 역할을 한다. 제어부(10)는 빛의 양이 급격히 감소하거나, 급격히 증가하는 경우 유체가 있다고 판단하도록 설정할 수 있다.
본 고안의 경우, 유체가 없을 경우에는 수광부(6)로 일정한 빛이 지속적으로 입력되다가, 유체가 있는 경우 입력되는 빛의 양이 급격히 감소하게 되는 구조이다. 따라서 본 고안은 제어부(10)는 수광부(6)로 입력되는 빛의 양이 감소할 때 유체가 있는 것으로 판단을 한다.
도 4는 본 고안의 발광경사부(14), 수광경사부(16)를 갖는 검출관에 유체가 없는 경우의 빛의 진행 경로를 나타낸 도면이다.
발광경사부(14) 측에 설치된 발광부(4)와 수광경사부(16) 측에 설치된 수광부(6)는 서로 일직선 상에서 마주보고 있다. 발광부(4)의 정면에서 발하는 빛은 직진하여 수광부(6)로 입력되고, 수광부(6)에 입력된 빛은 미미한 전류 또는 전압의 변동을 일으키게 된다. 이러한 전류 또는 전압 변동을 A/D 변환한 값의 최소값을 0, 최대값을 200으로 놓고 실험한 예를 통해 각 실시례의 작동 및 효과를 설명하도록 한다.
검출관(2) 내에 유체가 없을 경우에는 검출관(2) 내외는 모두 공기로 가득차 있게 된다. 따라서 같은 매질 내에서의 빛은 굴절이 발생하지 아니하므로 발광부(4)의 빛은 직진하여 수광부(6)로 입력되게 된다. 비록 빛이 검출관(2)을 형성하는 발광경사부(14) 및 수광경사부(16)를 지날 때 약간의 굴절이 발생할 수 있으나, 이러한 굴절은 검출관(2)의 두께가 얇으므로 무시할 수 있다. 실험적으로도 유체가 없는 경우, 검출관(2)으로 인한 굴절효과는 거의 없는 것으로 나타난다.
도 5는 본 고안의 발광경사부(14) 및 수광경사부(16)를 갖는 검출관에 유체가 있는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 도면이다.
발광부(4)에서 입력된 빛은 검출관(2) 내의 밀한 매질인 유체로 입력되면서 한 차례 굴절된다. 또한 유체 내에서 직진하는 빛은 검출관(2) 외부의 소한 매질과 접하면서 다시 한 번 더 굴절되거나, 경우에 따라서는 전반사 된다.
따라서 수광부(6)에서 입력 받는 빛은 극히 적게 된다.
이를 실험적으로 수치화하면, 유체가 없을 때는 수광부(6)가 발광부(4)로부터 200의 값으로 빛을 입력받다가 유체가 있을 때는 평균 40 내외의 값으로 빛을 입력받게 된다. 즉, 유체의 유무에 따라 160 정도의 값 차이가 발생하게 되어, 유체의 유무 확인에 대한 신뢰성이 높아지게 된다. 이는 상기한 종래 기술들이 80 내지 120 정도의 값 차이를 보였던 것에 비해 최소 30%의 신뢰성이 향상된 것이다.
도 6은 본 고안의 프리즘(20)과 접촉된 검출관(2)을 포함하는 유체 검출장치의 단면을 나타낸 도면이다.
검출관(2)의 일부를 평평하게 하거나, 경우에 따라서는 검출관(2) 일부를 절개하고 평평한 면 또는 절개된 부분에 프리즘(20)의 접촉면(18)을 결합한다.
발광부(4)는 검출관(2)과 맞닿지 않는 외측의 일면에 설치되고, 발광부(4)의 정면이 프리즘(20)의 일면을 향하고 있어 프리즘(20)의 내부를 향해 빛을 발하도록 한다. 프리즘(20)의 내부를 향한 빛은 프리즘(20)의 접촉면(18)까지 전달되게 된다.
수광부(6) 역시 검출관(2)과 맞닿지 않는 외측의 타면에 설치되고, 수광부(6)의 정면이 프리즘(20)의 타면을 향하고 있어 프리즘(20)의 내부로부터 빛을 입력받도록 한다.
프리즘(20)의 단면 형상은 이등변삼각형으로 하는 것이 바람직하며, 이등변 사이의 각도는 유체의 종류 및 프리즘의 재질에 따라 변경될 수 있다. 또한 빛의 이동 경로가 접촉면(18)의 중앙을 지나도록 발광부(4) 및 수광부(6)의 위치를 맞추는 것이 바람직하다.
도 7은 본 고안의 프리즘(20)과 접촉된 검출관(2)을 포함하는 유체 검출장치에 유체가 없는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 도면이다.
발광부(4)에서 프리즘(20)으로 출력한 빛은 프리즘(20) 일면에 수직으로 입사하여 내부를 직진한다. 프리즘(20) 내부에서 직진하던 빛은 입사각 i 의 각도로입사하면서 접촉면(18)에 접하게 되고, 접촉면(18)에서 전반사 된다.
전반사(18)된 빛은 직진하여 수광부(6)로 입력되게 된다.
이때 빛이 전반사 되기 위해서는 프리즘(20)으로부터 공기로의 입사각 i 가 임계각 θ 이상이어야 한다. 임계각 θ는 전반사가 일어나기 위한 입사각의 최소값으로 매질1에서 매질2로 입사하는 경우 스넬의 법칙에 의해 sin θ= N2/N1 이다(N1은 매질1의 굴절률, N2는 매질2의 굴절률). 따라서 임계각은 θ = sin-1(N2/N1)이 된다.
도 7과 같이 검출관(2) 내에 유체가 없는 경우, 임계각은 θ = sin-1(N공기/N프리즘)의 값을 갖게 된다(N공기는 공기의 굴절률, N프리즘은 프리즘의 굴절률).
전반사가 되기 위해서는 임계각 이상의 입사각으로 접촉면(18)에 입사하여야 하며, 임계각은 굴절률에 따라 달라진다. 굴절률은 재질에 따라 달라지며, 대략 공기는 1.0003, 유리(크라운)는 1.52, 유리(후렌트)는 1.63, 물은 1.34, 벤젠은 1.50 이다.
따라서 유체가 없을 때 전반사되기 위해서는 입사각이 임계각(공기와 프리즘 사이의 임계각) 이상이며, 임계각은 프리즘(20)의 재질에 따라 결정된다.
도 8은 본 고안의 프리즘(20)과 접촉된 검출관(2)을 포함하는 유체 검출장치에 유체가 있는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 도면이다.
검출관(2)에 유체가 있는 경우 빛은 전반사되지 않고 굴절되어 유체가 있는검출관(2)의 내부로 입사한다.
이때 빛이 전반사되지 않고 굴절되어 입사하기 위해서는 프리즘(20)으로부터 유체로의 입사각 i 가 임계각 이하이어야 한다.
도 8과 같이 검출관(2) 내에 유체가 있는 경우, 임계각은 θ = sin-1(N유체/N프리즘)의 값을 갖게 된다(N유체는 유체의 굴절률, N프리즘은 프리즘의 굴절률).
따라서 유체가 있을 때 전반사되지 않고 입사되기 위해서는 입사각이 임계각(유체와 프리즘 사이의 임계각) 이하이며, 임계각은 프리즘(20)의 재질 및 유체의 종류에 따라 결정된다.
결국 도 7의 전반사를 위한 조건 및 도 8의 굴절을 위한 조건을 모두 만족하기 위해서는 입사각이 각각의 조건을 만족하는 범위 내에 있어야 한다. 이를 조합하면 다음과 같다.
sin-1(N공기/N프리즘) < 입사각 i < sin-1(N유체/N프리즘)
다만, 유체의 굴절률이 프리즘(20)의 굴절률보다 큰 경우에는 다음의 조건을 만족하면 된다.
sin-1(N공기/N프리즘) < 입사각 i < 90°
위와 같이 재질의 굴절률에 따른 입사각 조건을 만족하도록 프리즘(20)의 형상을 조정할 수 있다. 예컨대 입사각의 범위가 42°이상이고 50°이하이어야 한다면, 입사각이 45°전후가 되도록 프리즘(20)의 단면 형상을 직각이등변삼각형으로 하면 된다.
이러한 본 고안에 따른 수광부(6)의 입력값을 실험적으로 수치화하면, 유체가 없을 때는 수광부(6)가 발광부(4)로부터 200의 값으로 빛을 입력받다가 유체가 있을 때는 평균 5 내외의 값으로 빛을 입력받게 된다. 즉, 유체의 유무에 따라 195 정도의 값 차이가 발생하게 되어, 유체의 유무 확인에 대한 신뢰성이 더욱 높아지게 된다. 이는 상기한 종래 기술들이 80 내지 120 정도의 값 차이를 보였던 것에 비해 최소 60%의 신뢰성이 향상된 것이다.
이러한 효과는 검출관(2)의 외부를 도색하여 외부의 빛을 차단하는 경우에 더욱 확실하게 증명된다.
도 9는 본 고안의 프리즘(20)을 포함하는 유체 검출장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도 9에 나타난 실시례는 상기한 본 고안의 실시례 특히, 도 6 내지 도 8에 나타난 실시례와 원리가 동일하다.
발광부(28)와 수광부(30)는 같은 방향으로 정면을 향하게 하여, 한 쪽으로 빛을 출력하고 같은 방향으로부터 빛을 입력받는다. 발광부(28)와 수광부(30)는 케이스(26)로 컴팩트하게 결합하는 것이 바람직하다.
프리즘(20)은 2개의 경사면(22)을 갖고 있으며, 그 맞은편에 1개의 감지면(24; 도 10)을 갖고 있다. 감지면(24)은 발광부(28)와 수광부(30)가 위치하는 면이다. 감지면(24)에 발광부(28) 및 수광부(30)를 접촉시킬 수도 있으나, 감지면(24)에 홈(32; 도 10)을 형성하여 발광부(28) 및 수광부(30)를 삽입하는 것이 바람직하다.
프리즘(20)의 2개의 경사면(22)이 직각으로 맞닿지 않는 경우에도 유체의 유무에 따른 검출을 할 수 있으나(매질의 불균일성에 따른 난반사, 복굴절 등으로 인해 빛의 경로가 분산되기 때문이다), 2개의 경사면(22)이 직각으로 맞닿을 때의 효과가 가장 뛰어나다. 따라서 2개의 경사면(22)은 직각으로 맞닿도록 하는 것이 바람직하다.
도 10은 본 고안의 프리즘(20)을 포함하는 유체 검출장치에 유체가 없는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 도면이다.
프리즘(20)의 2개의 경사면(22)이 직각으로 맞닿는 경우, 발광부(28)에서 출력된 빛은 프리즘(20) 내부를 거쳐 45°의 입사각으로 경사면(22)에서 전반사된다. 전반사된 빛은 타측의 경사면(22)에서 다시 한 번 45°의 입사각으로 전반사되어 수광부(30)로 되돌아 간다.
도 11은 본 고안의 프리즘(20)을 포함하는 유체 검출장치에 유체가 있는 경우의 빛의 진행경로를 나타낸 도면이다.
유체가 있는 경우 빛이 전반사되지 않고 유체의 방향으로 굴절되어 입사하는 원리는 앞선 실시례의 원리와 동일하다. 따라서 빛은 수광부(28)로 되돌아오지 않게 되며, 따라서 유체의 존재를 인식하게 된다.
본 실시례는 검출관(미표시)과 결합하여 유체를 검출할 수도 있으며, 검출관에의 결합, 설치 없이 프리즘(20)에 결합된 유체 검출장치를 그 상태로 유체가 흐르는 곳에 투입하여 유체를 검출할 수도 있다.
다만, 앞선 실시례와 달리 전반사를 두 번 거쳐야 하는 이유로, 프리즘(20)의 경사면(22) 사이의 맞닿는 각도가 제한되고, 그로 인해 유체의 종류에 따라서는 입사각의 범위를 벗어날 수도 있어 검출 효율 높지 않을 수도 있으나, 45°전후의 입사각의 범위를 만족시키는 종류의 유체에 대해서는 마찬가지의 신뢰성 높은 효과를 거둘 수 있다.
본 고안은 유체가 없을 때는 빛이 직진하거나 전반사하게 하다가, 유체가 있을 경우에는 빛이 굴절되게 하여 종래의 기술에 비해 유체의 유무 감지에 대한 정확도 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
본 고안은 유체가 있을 때와 없을 때의 수광부 입력 빛의 차이값이 커서, 외부의 빛에 의한 영향에 의한 오작동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 일직선으로 빛을 출력하는 발광부;
    상기 발광부로부터 출력된 빛이 어느 정도의 세기로 도달하는지 감지하는 수광부;
    상기 발광부 및 상기 수광부가 설치되는 검출관; 및
    상기 수광부로 입력된 빛의 세기를 계산하여 상기 검출관에 유체가 흐르는지 여부를 판단하고 그 결과 신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출관은 발광경사부 및 수광경사부가 형성되어 있으며,
    상기 발광부는 상기 발광경사부 쪽에 설치되고, 상기 수광부는 상기 수광경사부 쪽에 설치되며,
    상기 발광부의 정면과 상기 수광부의 정면은 서로 마주보도록 하는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광경사부와 상기 수광경사부가 직각으로 만나는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  4. 일직선으로 빛을 출력하는 발광부;
    상기 발광부로부터 출력된 빛이 어느 정도의 세기로 도달하는지 감지하는 수광부;
    접촉면을 포함하는 프리즘; 및
    상기 수광부로 입력된 빛의 세기를 계산하여 상기 접촉면에 유체가 흐르는지 여부를 판단하고 그 결과 신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 발광부는 빛이 출력되는 정면이 상기 프리즘의 내부를 향하도록 상기 프리즘의 외측 일면에 설치되고,
    상기 수광부는 빛이 입력되는 정면이 상기 프리즘의 내부를 향하도록 상기 프리즘의 외측 타면에 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    검출하고자 하는 유체가 지나가는 검출관을 더 포함하고,
    상기 프리즘은 상기 검출관의 일면에 접촉면이 맞닿도록 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 발광부에서 출력된 빛이 상기 프리즘의 상기 접촉면을 향한 입사각이,
    공기에 대한 프리즘의 임계각 이상이고 검출하고자 하는 유체의 종류에 따른특정 임계각 이하인 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 발광부에서 출력된 빛이 상기 프리즘의 상기 접촉면을 향한 입사각이,
    공기에 대한 프리즘의 임계각 이상이고 90°이하인 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출관은 상기 프리즘의 상기 접촉면과 맞닿는 면 이외에는 외부의 빛이 침투되지 아니하도록 도색되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  9. 일직선으로 빛을 출력하는 발광부;
    상기 발광부로부터 출력된 빛이 어느 정도의 세기로 도달하는지 감지하는 수광부;
    2개의 경사면 및 1개의 감지면을 포함하는 프리즘; 및
    상기 수광부로 입력된 빛의 세기를 계산하여 상기 경사면에 유체가 흐르는지 여부를 판단하고 그 결과 신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 발광부의 정면 및 상기 수광부의 정면은 상기 프리즘의 상기 감지면을 향하도록 나란히 설치하는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    검출하고자 하는 유체가 지나가는 검출관을 더 포함하고,
    상기 프리즘은 상기 검출관의 일면에 경사면이 삽입되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 프리즘의 상기 경사면이 직각으로 맞닿는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 발광부의 정면에 수직인 빛의 출력 경로가 상기 프리즘의 내부를 통해 상기 경사면 중 일면과 45°로 만나고,
    상기 수광부의 정면에 수직인 빛의 입력 경로가 상기 프리즘의 내부를 통해 상기 경사면 중 타면과 45°로 만나도록
    상기 발광부와 상기 수광부가 상기 프리즘의 상기 경사면을 향하여 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘의 상기 감지면에는 상기 발광부 및 상기 수광부를 삽입할 수 있는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발광부 및 상기 수광부를 고정하는 케이스를 더 포함하고,
    상기 케이스는 상기 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체 검출장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101938098B1 (ko) 2017-12-22 2019-01-14 김동언 전극과 광학을 이용한 리크센서
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KR20190121243A (ko) * 2018-04-17 2019-10-25 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 열에너지 회수 장치 및 오일 검출 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101938098B1 (ko) 2017-12-22 2019-01-14 김동언 전극과 광학을 이용한 리크센서
CN110319970A (zh) * 2018-03-31 2019-10-11 夏睿 一种环路内流体压力监测设备及环路内流体压力监测方法
KR20190121243A (ko) * 2018-04-17 2019-10-25 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 열에너지 회수 장치 및 오일 검출 방법
CN110388233A (zh) * 2018-04-17 2019-10-29 株式会社神户制钢所 热能回收装置及油检测方法
KR102203521B1 (ko) * 2018-04-17 2021-01-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 열에너지 회수 장치 및 오일 검출 방법

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