KR20050054908A

KR20050054908A - 가스 분석 장치

Info

Publication number: KR20050054908A
Application number: KR1020057001158A
Authority: KR
Inventors: 마틴한스괴란이발트
Original assignee: 센스에어 아베
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2003-07-21
Publication date: 2005-06-10
Also published as: EP1552277A1; JP2006504078A; SE0202292L; SE0202292D0; SE524900C2; CA2493916A1; AU2003248579B2; EP1552277B1; WO2004010116A1; AU2003248579A1; CN100480676C; US8368895B2; CA2493916C; JP4497306B2; CN1672034A; US20050180889A1; KR101005272B1

Abstract

본 발명은 가스 샘플 "G"이 들어있는 하나의 챔버(20)와, 광 방출 수단(3)과, 상기 챔버를 통해 반사된 빛의 수광 수단(4)과, 스펙트럼 분석에 의해 상기 챔버(20)내에 가스 샘플 "G"로 존재하는 선택된 가스 및/또는 가스 혼합물의 존부를 분석하고 판정할 수 있는 계산을 위한 전자 회로를 포함하여 구성되는 가스 분석 장치(1)에 관한 것이다. 상기 챔버(20)는 가스 샘플이 드나드는 통로로서 하나 또는 여러개의 통공들을 제공한다. 상기 챔버(20)는, 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이로 연장되는 적어도 하나의 만곡된 오목 광-반사면(30b)을 갖는 다소 만곡된 형상으로 형성된다. 상기 통공(30)은 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이에 연속적으로 폭이 좁게 위치되고, 다른 가스 샘플을 위해 챔버(20)내에 하나의 가스 샘플 "G"의 신속히 다른 가스 샘플로 수동 교환할 수 있는 정도의 크기와 길이범위를 갖는다.

Description

가스 분석 장치{Gas analysis arrangement}

본 발명의 기술분야

본 발명은 일반적으로 가스 분석 장치, 보다 상세하게는, 가스 샘플이 들어있는 하나의 챔버와, 광 방출 수단과, 상기 챔버의 벽을 통해 반사된 빛의 수광 수단과, 방출광에 대해 수광된 빛의 스펙트럼 분석에 의한 분석 등의 기능을 할 수 있고, 이러한 방식으로 상기 챔버내에 선택된 가스 및/또는 가스 혼합물의 존부 및 농도를 판정할 수 있는 전자 회로를 포함하여 구성되는 가스 분석 장치에 관한 것이다.

나아가, 본 발명은, 적외선 광(Infra-red light)과 같은 방출광을 반사하게 되어 극히 효율적인 광-반사 특성을 제공하는, 챔버내의 표면 또는 벽을 기초로 한다.

또한, 이 장치는, 통상적으로 확산(diffusion) 효과에 의해 가스 샘플이 상기 챔버에 들어가고 나가는 통로로서 하나 또는 수 개의 구멍(apertures)을 가지는 것을 필요로 한다.

특히, 본 발명은, 길고 폭이 좁은 내측 형상(a long and narrow inner shape), 즉, 필요한 광통로를 제공하기 위해 챔버의 전체길이가 원하는 측정길이(measurement length)를 갖도록 만들어진 것으로 고찰되는 하나의 챔버를 사용하는 가스 분석 장치에 관한 것이다.

이러한 구멍 및/또는 구멍들은, 챔버에 인접하거나 그 다음에 위치되며, 챔버 주변 가스(surrounding gas) 또는 가스 혼합물의 가스 농도 및/또는 가스 혼합물의 조성(composition)의 변화가 확산을 통해 챔버내의 가스 샘플의 가스 농도 및/또는 가스 혼합물의 조성을 바꿀 수 있도록 챔버의 내측 공간을 챔버를 둘러싼 가스 또는 가스 혼합물과 결합시킨다.

이 챔버는 그 외에도 정의상(as a matter definition) 위의 광-방출 수단과 수광 수단 사이에 있어야 하는 많은 상호작용 벽 섹션 또는 표면들(a number of interacting wall sections or surfaces)에 의해 한정된다(defined).

발명의 배경

상술된 특징을 가진 방법 및 장치는 수없이 많은 예가 공지되어 있다.

선택된 가스 및/또는 선택된 가스 혼합물의 존재의 정확한 측정을 위해 그리고/또는 가스 및/또는 가스 혼합물의 농도의 신중한 측정을 위해, 챔버내에서 협력하는(co-ordinating) 상이한 길이의 측정 행로(paths)가 필요하게 되는데, 이 챔버는 하나 또는 여러 개의 그러한 측정 통로가 선택된 가스 또는 가스 혼합물을 위해 필요하고, 하나 또는 여러 개의 동일하거나 상이한 측정통로들이 제2의 선택된 가스 또는 가스 혼합물을 위해 필요하다.

그리하여, 원리 (A)라고 부를 제1 원리의 사용이, 도파관(wave-guides)의 개념에 이르는 구조의 광 반사에 관계된 부수적 목적을 위한, 상대적으로 짧은 측정 통로를 필요로 하는 측정에 대해 공지되어 있다.

따라서, 앞으로 원리 (B)라고 부를 제2 원리의 사용이, 마주보는 타원형 미러(elliptically shaped mirror) 표면의 사용과 관련된 부수적 목적을 위해 상대적으로 긴 측정 통로를 필요로 하는 측정에 대해 또한 공지되어 있다. 그에 따라, 점(point)의 형태로 생성된(produced) 빛이 원하는 측정 통로에 대해 선택되고 이렇게 해서 적합하고 긴(adapted and long) 측정 통로를 제공하기 위한 많은 횟수로 이들 미러 표면 사이에서 반사되도록 허용된다.

위에서 밝힌 전제 조건에 따라 원리 (B)를 적용하려고 하더라도, 그것을 또한 원리 (A)내에서 적용될 수 있다는 것은 이 분야의 당업자에게 명백하다.

그러므로, 설명을 단순화하기 위해, 본 발명은 전술한 원리 (A)에 주로 관련된 것으로 고찰될 것이다.

상술한 원리(A)에 관한 종래 기술 그리고 본 발명에 관련된 기술 분야의 하나의 예로서, 국제특허문서 WO93/11418 (국제특허출원 PCT/US91/08822호)를 언급할 수 있는데, 그 특허출원의 도 1이, 설명의 목적으로 그리고 본 발명이 기초로 하고 있다고 할 수 있는 기술의 예로서 본 출원의 도 1로도 되어 있다.

여기에서는, 가스 샘플이 들어있는 것으로서, 가스 분석 장치로서 사용될 수 있고, 벽에 형성되고 4개의 내측으로 향한 광반사 표면을 가지는 하나의 긴(extended) "직선형" 튜브(21)로 이루어지는 챔버(또는 셀)(10)의 사용이 제안되는데, 이렇게 함으로써 광 방출 수단(20)으로부터의 어느 정도 발산하는 광 빔(somewhat diverging light beam)을 선택된 구경 각도(aperture angle)를 가지는 검출기(detector) 또는 수광 수단(16)으로 인도하기에 적합한 도파관으로 기능하도록 하기 위한 것이며, 거기서는 그 광 빔 내에서 생성된 광선(light rays)이 그곳에 있는 가스 샘플을 통과하게 된다.

특히, 여기에서는 여러 관통공(penetrating apertures) 또는 작은 통공들(24)이 긴 튜브(21)의 표면 또는 벽에 만들어진 예들이 나타나 있으며, 이렇게 해서 셀(10)을 드나드는 바로 인접한 주변 가스 또는 가스 혼합물이 확산에 의해 느리게 통과하는 것을 가능하게 한다.

0.1 마이크로미터보다 더 큰 크기의 연기와 먼지 입자들은 통공들의 수 만큼 있고 각각 튜브의 통공을 덮어주는 작은 반투과성 막(semi-permeable membrane)(28)에 의해 셀(10)의 밖에 남아 있게 된다.

여기에서는 특히, 셀에 있는 가스 샘플을, "직선형" 튜브(21)내의 측정 대상 가스 성분의 이슬점 온도(dewpoint temperature) 보다 높은 온도까지 전기적으로 가열함으로써 가스 샘플 성분의 응축물(condensation)을 증발시킬 수 있는 수단을 사용하는 것이 개시되어 있다.

특히, 튜브의 4 측면을 따라 그리고 그 전체 길이를 따라 4 줄로 균일하게 분포된, 열여덟개의 직경방향으로 위치된 작은 통공들(24)이 설계된 예가 개시되는데, 이들 각 통공에 하나의 필터가 설치된다.

종래 기술에 속하는 다른 예의 하나인 미국특허공개 제US-A-5,170,064호는 타원형 또는 타원체형 반사면으로서 설계된 하나의 챔버를 사용하는 적외선 방사에 기초한 가스 감지를 개시, 설명한다.

타원체형 반사면은 따라서, 공지된 방식으로, 제1 초점(focal point)과 제2 초점을 가진다.

하나의 초점은, 그 안에 불활성 가스가 들어 있는 챔버(4)내에 위치되고 챔버(3)는 분석을 위한 가스 샘플이 들어있기에 적합하다.

광-방출 수단(24)은 초점들(11) 중 하나에 위치되고, 수광 수단(26)은 제2 초점(12)에 위치된다.

두 개의 챔버 또는 셀들(2, 4)은 하나의 투명 시트(15)에 의해 서로 분리되어 있다.

더욱이, 이미 알려진 가스의 선택적 검출을 위한 검출 수단의 사용은, 미국특허공보 제US-A4,557,603호에 개시되고 설명된 광학 스펙트럼 분석을 기초로 한다.

미국특허공보 제US-A-5,973,326호에는 챔버내에 있는 적외선광 방출 수단을 사용하는 가스 분석 장치가 개시되어 있으며, 이 챔버의 내측 표면은 빛에 대해 높은 반사율을 갖는 특성을 갖는다.

특히, 여기에서는, 이렇게 수광 수단에 초점을 맞출 수 있도록 광-방출 수단이 타원형 또는 타원체형 표면과 중간 평면에서 반사되는 것이 개시되어 있다.

또한, 이 경우, 챔버내에 형성된 광 방사가 주파수와 관련된 방식으로, 상기 챔버내에 담겨있는 가스에 흡수될 수 있을 것이며, 이 때, 광-방출 수단의 강도(intensity)와 수광 수단에서 검출된 주파수와 관련된 강도 사이의 주파수에 기초한 대비는, 가스 및/또는 가스 혼합물의 발생을 감지하는 것 뿐만 아니라 당시의 가스 농도를 측정할 수 있도록 하기 위해 필요한 조건을 만든다.

본 발명과 관련된 특징들과 여기에 설명된 형태의 가스 분석 장치를 위해 신속한 반응 시간을 제공할 수 있도록 하기 위해 필요한 방법들(measures)을 고찰한다면, 가스 분석을 위한 반응 시간을 줄이기 위한 여러 방법들이 이미 알려져 있는 것이 사실이다.

그러므로, 가스 분석 장치의 감도를 향상시키기 위하여 그리고 그 반응 시간을 감소시키기 위하여, 분석을 위한 가스 분획(fraction)을 주 흐름(main flow)에서 퍼내고(pumped out), 상기 가스 분획이 연속적으로 실제 측정을 위해 사용되는 챔버를 선택된 속도로 통과하게 할 수 있도록 개별적으로 작동되는 장치의 도움으로 필요한 조건을 만들 수 있다는 것이 이미 알려져 있다.

가스 분석 장치를 위한 챔버를 주 흐름에 적용하여, 주 흐름의 속도가 달성된 반응 시간을 결정하게 하는 것도 이미 알려져 있다.

가스 또는 가스 혼합물을 챔버를 통해 가스 분석 시스템내로 들어가도록 하기 위해 여러 가지 장치 및 수단을 사용하는 것은 그러한 시스템을 "활성(active)" 시스템으로 표시하게 한다.

가스 분석 시스템은 또한 가스 또는 가스 혼합물의 분획이 확산을 통해 챔버를 통과하도록 허용하는 것이 알려져 있다. 그러한 시스템은 "수동(passive)" 시스템으로 불리운다.

도입부에 설명된 특징을 갖는 가스 분석 장치의 예들과 위에 언급된 특허공개 WO 93/11418호에 의해 설명된 바에 의하면, 이 경우 선을 따라 형성되고 분포된 작은 구멍들이 확산 속도를 매우 느리게 하고 이렇게 하여 이러한 가스 분석 장치가 지연되고, 느리게 변화하는 평균값만을 평가할 수 있을 것이 명백하다. 이렇게 하면, 반응 시간은 매우 길어질 것이다.

광 빔을 반사하는 시스템은 다음에 설명할 도 8에 도시된 선행기술에도 속하는데, 여기서 광-방출 수단은 발산된(divergent) 광 빔 또는 광 콘(light cone)을 만들고, 그러한 광 빔은 오목 표면(concave surface)에서 반사되게 허용되며, 이렇게 하여 광 빔은 수광 수단에 수렴되어 광-방출 수단의 광 빔을 위한 강한 이미지를 만들게 된다.

본 발명과 관련된 조건을 고찰할 때, 도 8에 따른 반사 패턴의 경우, 광원의 바람직하지 않은 초점이 맞추어진 이미지가 검출기에서 형성되므로, 본 발명은 초점이 맞는 동안 확산 상태가 유지되는 광원의 이미지를 검출기에 형성하기 위해 필요한 조건을 기초로 하려 하는 것을 알 수 있다.

본 발명과 관련된 중요한 특성들을 설명하기 위해 제안된 실시예들을 첨부된 도면을 참고로 하여 예시의 목적으로 지금부터 상세하게 설명할 것인 바,

도 1은, 국제특허공개 제WO 93/11418호의 도 1에 따른 선행기술을 나타내는 도면이고,

도 2는, 본 발명에 따른 가스 분석 장치의 제1 실시예의 측면도 및 단면도를 나타내며,

도 3은, 제1 실시예에 사용된 챔버에 대해 선택된 단면도를 나타내고,

도 4는, 제2 실시예에 사용된 챔버에 대해 선택된 단면도를 나타내며,

도 5는, 제3 실시예에 사용된 챔버에 대해 선택된 단면도를 나타내고,

도 6은, 필터가 제거된 도 3에 따른 제1 실시예를 나타내는 도면이며,

도 7은, 필터가 제거되고, 도 6에 나타낸 것과 다른 디자인의 형상의 통공을 갖는, 도 3에 따른 제1 실시예를 나타내는 도면이고,

도 8은, 광-방출 수단이 원의 원호 형상을 갖는 오목 미러 표면(concave mirror surface)에 광 빔(light beam) 또는 광 콘(light cone)을 투사하기에 적합하고, 반사된 빛의 수광 수단에 고 강도의 빛을 갖는 광-방출 수단의 초점이 맞추어진 이미지가 나타나는, 종래 기술을 설명하기 위한 도면이며,

도 9는, 광-방출 수단이 원의 원호 형상을 갖는 오목 미러 표면(concave mirror surface)에 광 빔(light beam) 또는 광 콘(light cone)을 투사하기에 적합하고, 원칙적으로, 단 두 개의 반사 표면 또는 반사 점을 사용함으로써, 반사된 빛의 수광 수단에 고 강도의 빛과 함께 광-방출 수단의 어느 정도 확산된 이미지(somewhat diffuse image)가 나타나게 되는, 본 발명에 따른 실제적인 예(practical borderline case)를 설명하기 위한 도면이고,

도 10은, 광-방출 수단이 원의 원호 형상을 갖는 오목 미러 표면(concave mirror surface)에 광 빔(light beam) 또는 광 콘(light cone)을 작은 투사각으로 투사하기에 적합하고, 원칙적으로, 넷 또는 다섯의 반사 표면 또는 반사 점을 사용함으로써, 반사된 빛의 수광 수단에서 고 강도의 빛과 함께 광-방출 수단의 더 확산된 이미지(further diffuse image)가 나타나게 되는, 본 발명에 따른 보다 적합한 예를 설명하기 위한 도면이며,

도 11은, 원의 원호의 형태를 갖는 반사 오목면의 단부 다음의 광-방출 수단의 위치가 명확하게 나타난, 도 10에 따른 실시예의 상세 확대도이고,

도 12는, 도 2와 3에 따른 실시예의 대안(alternative)의 사시도이다.

기술적 문제점

당업자가 하나 또는 여러 기술적 문제점들에 대한 해결책을 제공할 수 있도록 하기 위해서 관련 기술 분야에서 수행해야만 하는 기술적 평가가, 취해져야 할 단계나 조치 그리고/또는 일련의 단계나 조치에 대한 기본적 필수 통찰력(initial necessary insight) 뿐만 아니라 필요한 (단일 또는 복수) 수단의 필수적인 선택이라는 상황이 고찰된다면, 그 때에는 다음의 기술적 문제점들은 본 발명의 개발에 실질적으로 중요하다.

따라서, 상술한 종래 기술을 고려할 때, 특히 국제특허출원공개 WO 93/11481호와 관련하여, 심지어 카테고리 "A" 또는 "수동" 시스템에 따른 조건들이 전적으로 또는 상당한 정도로 존재하는 서로 다른 적용예에 그러한 가스 분석 시스템이 사용될 때에도 짧은 반응 시간이 제공될 수 있도록 하는데 필요로 하는 조건들을 간단한 수단을 통해 창조하는 중요성과 장점을 실현하는 능력은 하나의 기술적 문제로 보아야 한다.

그리하여, 여기서 고려되는 형태의 가스 분석 시스템에 필요한 조건과 관련된 중요성과 장점을 실현하는 능력에 있어서, 그리고 렌즈 사용을 필요로 하지 않고 강한 광신호를 제공하게 될 하나의 도파관의 개념을 사용할 때 기술적인 문제가 있는 바, 렌즈를 사용하지 않는 경우, 광원의 정확하게 초점이 맞춰진 이미지에 의존하는 검출기(detector)를 필요로 하지 아니하며, 이는 바꾸어 말해서 정렬 필요성(requirements for alignment)이 낮거나 불필요하며, 긴 눈금측정간격을 가지고 있어서(with long calibration intervals) 열, 충격, 진동 기타 이와 유사한 것에 대해 강한 안정성을 제공하고 그에 따라 실제로 유지보수가 쉽고, 주파수의 함수(function)로서 반사된 빛을 받는 수단 내의 주파수에 관계된 광강도(light intensity)를 평가할 수 있으며, 챔버에 배정된(assign) 하나 또는 수개의 대형 통공들을 가지고 있어서 측정볼륨의 형성을 위해 챔버의 인접부(immediate surroundings)의 가스 또는 가스 혼합물이 챔버로 들어가고 나가는 매우 빠른 확산 용량(diffusion capacity)을 가지는데 필요한 조건을 제공할 수 있다.

챔버에 필요한 조건을 간단히 만들어내는 것과 관련된 중요성과 장점을 실현하는 능력에 기술적인 문제가 있는 바, 주파수와 관련된 스펙트럼 분석은 광-방출 수단과 반사된 빛의 수광 수단사이의 챔버의 완전한 그리고 연속적인 반사면의 도움으로 이루어질 수 있다.

챔버에 필요한 조건을 만들어내는 것과 관련된 중요성과 장점을 실현하는 능력에 기술적인 문제가 있는 바, 광 빔의 전파(propagation) 방향과 평행하거나 거의 평행하는 면의 잘 구획된 섹션(well-defined section)을 따라서 방향지워진(oriented) 통공의 도움으로 챔버와 관련된 확산 시간을 더 짧게 만들 수 있다.

따라서, 상기 챔버가 상기 광-방출 수단과 반사된 빛의 수광 수단 사이에 약간의 곡면을 이루는 구조로 하는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 기술적 문제점이 있는 바, 여기서 챔버에 형성된 측면들과 동일한, 챔버에 형성된 하나의 오목한 형상을 갖는 면은 모든 또는 거의 모든 필수적인 광-반사 면을 형성하고, 챔버에 형성된 통공은 상기 오목 면의 맞은 편에 위치된다.

따라서, 상기 광-방출 수단과 반사된 빛의 수광 수단이 챔버내의 오목면의 단부에 방향지워지게 하는 것과 관련된 중요성과 장점을 실현하는 능력에 기술적인 문제가 있다.

또한, 상기 통공 또는 통공들이 상기 광-방출 수단과 상기 수광 수단 사이에 단일의 그리고 폭이 좁은 범위로 방향지워지게 하는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

기술적 문제는, 또한, 상기 통공으로 하여금 주로 확산을 통해, 챔버내의 하나의 완전한 가스 샘플(a complete gas sample)을 다른 완전한 가스 샘플로의 신속한 "수동" 교환을 제공할 크기와 길이범위와 방향(orientation)이 배정되게 하는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 있다.

따라서, 상기 통공 그리고/또는 통공들로 하여금 상호보완적으로(in a co-ordinated manner) 적응시켜서(adapted), 상기 광-방출 수단과 상기 수광 수단 사이에 위치된 챔버의 전체 내부 표면의 15% 보다 많이 커버하게 하는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

또한, 상기 통공의 전체 표면적이 상기 광-방출 수단과 상기 수광 수단 사이에 위치된 챔버의 전체 내부 표면의 50% 보다 적게 커버하도록 상호보완적으로(in a co-ordinated manner) 적응시키는(adapted) 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

따라서, 상기 통공의 전체 표면적이 상기 광-방출 수단과 상기 수광 수단 사이에 위치된 챔버의 전체 내부 면적의 20-30%를 커버하도록 적응시키는(adapted) 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

또한, 상기 통공이 사각형 또는 이와 동등한 형태로 형성된 네 개의 측면들중의 하나에 배정되게 하는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

또한, 발산 광 빔(diverging light beam) 또는 광 콘(light cone)을 위한 큰 각도의 발산(divergence)을 제공하는 광-방출 수단을 사용할 때, 챔버에 형성된 만곡부의 직경을 발산 광 빔에 대해 작은 각도의 발산을 제공하는 광 방출 수단을 위해 선택된 것보다 작게 선택할 수 있도록 하기 위해 필요한 조건을 만들어내는 것과 관련된 중요성과 장점을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

또한, 그 발산 광 빔 또는 광 콘에 큰 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단을 위하여, 오목하게 만곡된 면을 위해 챔버에 형성된 만곡부의 직경을, 그 발산 광 빔을 위한 작은 각도의 발산을 제공하는 광-발산 수단을 사용할 때보다, 챔버의 면과 광-방출 수단 사이의 거리에 비해 더 작게 선택되도록 하는 것과 관련된 중요성과 장점을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

따라서, 하나의 또는 적어도 소수의(a small number of) 필터들이 챔버의 통공을 커버하기에 적합할 수 있도록 하는데 필요한 조건을 만들어내는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력에 기술적 문제가 있다.

더욱이, 광 빔에 배정된 중심선(central line)이, 광-방출 수단의 다음에 위치된 면의 섹션(section) 그리고 오목하게 만곡된 면을 통과하게 방향지워진 접선(tangent) 방향으로 연결되게 하는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력이 기술적 문제이다.

또한, 광 빔에 배정된 중심선(central line)이, 상기 접선에 대해 작은 각도로 배정되게 하는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력이 기술적 문제이다.

또한, 광-방출 수단의 초점이 맞추어진 이미지를 위한 필요조건을 갖추지 않고서 강하게 초점이 맞춰진 광 콘(strongly focussed cone of light)을 만들어내는 것과 관련된 장점 및 그 중요성을 실현하는 능력이 기술적 문제이다.

더욱이, 광 빔 또는 광 콘으로 하여금 오목면내에서 그리고 오목면을 따라 선택된 횟수, 그 중에서도 낮은 수의 횟수로 반사되게 하기 위해 필요한 조건을 간단한 수단으로 만들어내는 능력이 기술적 문제이다.

해결방안

본 발명은, 도입부에 설명된 선행기술에 기초한 것으로서, 가스 샘플을 포함하는 하나의 챔버와, 광 방출 수단과, 상기 챔버를 통해 반사된 빛의 수광 수단과, 스펙트럼 분석 수단에 의해 상기 챔버내에 가스 샘플로 존재하는 선택된 가스 및/또는 가스 혼합물의 존부 및 농도를 분석하고 판정할 수 있기에 적합한 전자 회로를 포함하여 구성되는 가스 분석 장치에 관한 것이다.

본 발명은 우수한 광-반사 특성을 제공하는 챔버내에 있는 마주보는 제2 면(opposite and second surfaces)을 기초로 하며, 상기 챔버는 확산에 의해 가스가 드나드는 통로로서의 하나 또는 그 이상의 통공을 가진다.

특히, 본 발명은, 상기 통공(들)을 상기 광-방출 수단과 상기 수광 수단 사이의 챔버에 위치시킬 수 있고 그러한 챔버의 한계(limitations)를 정하는 것이 가능한 형태를 가지는 챔버를 기초로 한다.

위에 특정된 하나 또는 여러 가지의 기술적 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 이제 특히 상기 광-방출 수단과 수광 수단 사이의 상기 챔버 및/또는 하나의 반사면이 다소 오목한 만곡 형상으로 형성되도록 하고, 상기 하나의 통공 및/또는 통공들이 상기 광-방출 수단과 수광 수단 사이에 단일의 잘 구획된 범위에(in a single well-defined extent) 위치되도록 하고, 상기 통공이 수동식으로 또는 능동식으로 그리고 주로 확산 작용에 의해 가스 샘플을 다른 가스 샘플과 빠르게 교환하는 크기와 길이범위로 형성되는 것을 제안한다.

본 발명의 기본적인 사상의 틀 내에 있는 바람직한 실시예로서, 상기 광-방출 수단과 상기 수광 수단이 상기 챔버 및/또는 상기 만곡 광-반사 면의 양단부에 위치될 것이 제안된다.

더욱이, 상기 하나의 통공 및/또는 통공들의 전체 표면적(total surface area)이 광-방출 수단과 수광 수단 사이의 챔버의 전체 내부 표면적의 50% 이상을 커버하도록 상호보완적으로(in a co-ordinated manner) 적응시킬(adapted) 것이 제안된다.

또한, 상기 통공의 전체 표면적(total surface area)이 광-방출 수단과 수광 수단 사이의 챔버의 전체 내부 표면적의 50% 이하을 커버하도록 상호보완적으로(in a co-ordinated manner) 적응시킬(adapted) 것이 제안된다.

특히, 상기 통공의 전체 표면적이 광-방출 수단과 수광 수단 사이의 챔버의 전체 내측 표면적의 20-30%를 커버할 것이 제안된다.

더욱이, 상기 천공의 단면은 사각형 또는 적어도 본질적으로 사각형으로 할 수 있도록 제안된다.

상기 통공이 사각형 또는 그와 동등한 것의 네 측면의 하나에 배정될 수 있다면 좋다.

더욱이, 본 발명은 배정된 만곡부 반경(radius of curvature)이 챔버 및/또는 만곡 광-반사 표면에 발산 광 빔 또는 광 콘을 위한 큰 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단에서 발산 광 빔 또는 광 콘을 위한 작은 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단에서 보다 더 작게 선택되도록 제안한다.

발산 광 빔을 위한 큰 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단에 있어서, 챔버 및/또는 만곡 광-반사 면에 배정된 만곡부 반경은, 작은 범위에 한하여 발산되는 광 빔을 위한 작은 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단보다 광-방출 수단의 챔버의 표면으로부터의 거리에 대하여 더 작게 되도록 선택된다.

또한, 단일 필터가 단일 통공을 커버하는데 적합하여 유리하다고 제안된다.

또한, 광 빔에 배정된 중심선(central line) 또는 광선(ray)은 오목한 만곡 광-반사 면과 광-방출 수단 다음에 위치된 면의 단면에 걸쳐 접선 방향으로 결합하기에 적합하도록 할 것이 제안된다.

광 빔에 배정된 중심선은 상기 접선에 대해 작은 각도로 배정된다.

특히, 광 빔에 배정된 중심선에 상기 접선에 대해 10°내로 각도가 배정되는 것이 가능하여야만 한다.

반사된 빛을 받기 위한 상기 수단에서, 강하게 초점맞추어진 광 빔 또는 광 콘은 그러나, 광-방출 수단의 직접적인 이미지를 만들지 않고서도 발생한다.

그 중심 빔(central beam)과 같은, 광-방출 수단에서 생성된 광 빔 또는 광 콘은 수광 수단에 부딪히기 전에 오목면에서 적은 수로서 선택된 횟수로 반사되기에 적합하며, 중심 광선의 반사 횟수는 3과 5 사이에서 선택된 수와 같이 8보다 작도록 선택된다.

장점

주로 본 발명의 특징으로 여겨질 수 있는 장점들과 이렇게 제안된 각별히 중요한 특징들은, 분석하려는 가스 샘플을 포함할(contain) 수 있도록 하기 위해 수동 시스템에 적절한 적용예에 적합하게 특별히 설계된 챔버를 갖는 가스 분석 장치를 제공할 수 있도록 하기 위해 요구되는 조건들이 만들어지는 것이다.

주변의 가스 또는 가스 혼합물의 챔버로의 확산은 하나 또는 적은 수의 큰 통공을 통해 빠른 속도로 일어날 수 있다.

챔버는 이렇게 광-방출 수단과 반사된 빛의 수광 수단 사이에 위치된 오목한 광-반사면을 형성하기 위하여 다소 만곡된 형상을 갖도록 형성된다.

강하게 초점이 맞추어진 광 빔 또는 광 콘은, 광-방출 수단의 초점이 맞추어진 이미지를 필요로 하지 않고 오목면을 따른 반사를 통해 반사된 빛의 수광 수단에 제공되고, 만곡된 광반사면에서의 반사의 횟수는 이미지가 시간에 따른 현저한 변화를 주지 않도록 선택된다.

반사된 빛의 수광 수단은, 스펙트럼 분석을 통해 선택된 가스 또는 가스 혼합물의 존부 및/또는 들어있는 가스 또는 가스 혼합물의 농도를 평가할 수 있고, 너무 높은 값일 때 경보 장치(alarm unit)에 광학적 또는 청각적 신호를 제공할 수 있는 전자 회로에 연결된다.

본 발명에 따른 장치의 특성으로 고려될 수 있는 것은 첨부된 특허청구범위 제1항의 특징부에 상술되어 있다.

선행기술의 설명

도 1에는 가스 분석 장치의 이미 알려진 예가 도시되어 있으며, 이로부터 본 발명의 장치가 진보된 것임을 알 수 있다.

도 1에 따른 장치의 더 상세한 설명을 위해서는 국제공개 WO 93/11481호의 내용이 참고가 될 것이다.

그러나, 가스 분석 장치(1)가, 가스 샘플이 들어있는 하나의 챔버(2)와, 광 방출 수단(3)과, 챔버(2)를 통해 반사된 빛의 수광 수단(4)과, 주파수 분석을 사용하여 공지의 방식으로 상기 챔버(2)에 존재하는 선택된 가스 및/또는 가스 혼합물의 존부와 농도를 분석하고 판정할(determine) 수 있는 전자 회로를 포함하여 구성됨을 지적할 수 있다.

상기 챔버내의 4개의 내측을 향하는 면들은 공지된 대로 광반사 특성을 제공한다. 그러나, 광-반사 특성은 통공의 설계에 의해 제한될 것이라는 것이 지적되어야만 한다.

상기 챔버(2)는, 각각 네 측면들 중의 하나를 따라 네 개의 선으로 위치되고 원형 형상을 갖는 여러 쌍의 통공(6) 및 원형 형상을 가지는 여러 쌍의 수직 통공(7)으로 구성된 적은 수의 통공들을 제공하는데, 이 통공들은 가스 샘플이 확산을 통해 상기 챔버를 드나들기 위한 통로로 적합하다.

상기 챔버(2)는 또한 길고 폭이 좁은 형상을 가지며 원형 형상을 갖는 상기 통공들은 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이의 챔버내에 위치된다.

통공들의 전체 표면적은 챔버의 전체 외표면적의 대략 10%를 차지하며, 이렇게 해서 수광 수단(4)에 의해 수신된 광의 세기를 동등하게 감소시킬 것이라고 생각할 수 있다.

실시예의 설명

우선 본 발명의 혁신적인 개념을 명백히 하기 위해 첨부된 도면에 도시된 본 발명과 관련된 중요한 특성을 설명하는 실시예의 다음의 설명에서 용어와 특별한 전문용어를 선택했음을 먼저 명백히 한다.

그러나, 이렇게 선택된 표현은 선택되고 사용된 용어들만으로 제한되는 것으로 보여져서는 안되며, 각각의 이러한 선택된 용어는 동일한 의도 및/또는 기술적 결과, 또는 거의 동일한 의도 및/또는 기술적 결과를 얻기 위해 동일한 방식으로 또는 거의 동일한 방식으로 작용하는 모든 기술적 균등물을 포괄하는 것으로 해석되어야 함이 이 상황에서 고려되어야 한다.

도 2에 있어서, 챔버의 형상, 광-방출 수단의 위치, 반사된 빛의 수광 수단의 위치에 관한 본 발명과 관련된 중요한 특징들을 보다 상세히 다음에 설명할 바람직한 실시예들을 통해 명백해질 본 발명의 기본적인 필수조건들이 개략적으로 도시되어 있다.

따라서, 도 2는, 원칙적으로 도 1에 도시된 것과 같은 구성을 가지며 이에 따라 동일한 구성요소들이 동일한 도면 부호로 나타내어지는 가스 분석 장치(2)를 나타낸다.

가스 분석 장치(1)는 가스 샘플을 담고있는 하나의 챔버(2)와, 광 방출 수단(3)과, 상기 챔버(2)를 통해 반사된 빛의 수광 수단(4)과, 스펙트럼 분석을 사용하여 상기 챔버(2)내의 가스 샘플 "G"로 존재하는 선택된 가스 및/또는 가스 혼합물의 존부와 농도를 분석하고 판정할 수 있는 전자 회로(5)를 포함하여 구성된다.

상기 전자 회로(5)는 또한 순시값(instantaneous value) 및 저장된 한계값(stored limit value)의 전자적 비교를 수행하여 판정된 순시값이 저장된 한계값을 넘을 때 광학 또는 음향 회로(acoustic circuit)를 동작시키기(activate) 위한 하나의 간단한 비교기(comparator)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 2에 따른 실시예는 빔 또는 광선 통로를 간결하게 설명할 수 있도록 판독자(reader)를 향하는 상기 챔버에 속하는 벽의 섹션(section)이 제거된 것을 보여준다.

도 2에 따른 계산 전자 회로(calculating electronic circuit)(5)는 또한 선택된 가스 및/또는 가스 혼합물을 위해 선택된 복수의 한계값들이 저장된 하나의 테이블(5a)을 비교기 회로와 함께 포함하여 구성되어, 전자 회로(5)내의 선택된 가스 및/또는 가스 혼합물의 순시값이 테이블에 저장된 한계값을 넘을 때 광학적 또는 음향적, 경보 회로(alarm circuit)(6)가 공지의 방식으로 동작된다.

선택된 단면의 챔버(20)의 세가지 상이한 실시예들이 도 3, 4, 및 5에 도시되어 있는데, 도 3은 광-방출 수단 다음에 오는 더욱 사각형인 단면을 나타내고, 도 4는 타원형의 일부인 단면을 나타내며, 도 5는 원형의 일부인 단면을 나타낸다.

도 3에 따른 면들(30a, 30b 및 30c)에 있어서, 2개의 면(30a 및 30c)은 서로 바로 마주보며 서로 평행하게 위치되며 고도의 광-반사 특성을 나타낸다.

도 4와 관련하여, 부분 타원체형 면(40a)이 광-반사 특성을 제공하고, 도 5와 관련하여, 부분 환상 면(50a)이 광-반사 특성을 제공한다.

이러한 각 실시예들은, 이렇게 가스 샘플 "G"로 하여금 강한(pronounced) 확산을 통해 가스 교환이 일어나는 상기 챔버(20)를 빠르게 들어가서 나갈 수 있도록 하기 위해 적어도 하나의 통공(30, 40 및 50)을 포함하여 구성된다.

챔버(20)는 도 1의 예에서와 같이, 챔버(20)를 형성하는 벽 섹션(a part or section of a wall)를 대신하는 통공(30, 40 및 50)을 갖는 길고 폭이 좁은 구조로 되어 있으며, 이 통공들은 연속적으로 그리고 직접 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이에 연장된다.

도 3, 4 및 5는 광-방출 수단(3) 근처의 챔버(20)의 도 2의 "II-II" 선 단면도이다.

도 2는 챔버(20)가 원형 링 일부 및 부분 원통형 면(30b)을 만들기 위해 만곡된 두 개의 마주 보는 면들(30a, 30c)로 구성되는 측면도를 나타내며, 이 외의 다른 만곡면이 사용될 수 있음은 명백하다.

따라서, 부분 타원에 결합하거나 부분 타원으로 구성되는 만곡부가 원형 링의 부분으로 형성된 것들 대신에 선택될 수 있다.

본 발명은 수광 수단(4)에 나타나는 광-송출 수단(3)의 더 많이 또는 더 적게 확산된 이미지에 의거하므로, 만곡 광-반사면(30b)에 상이한 만곡도와 상이한 만곡 반경을 선택된 실시예에 형성하는 것이 가능하다.

도 2와 관련하여, 상기 챔버(20)는, 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이에 연속적이고 다소 만곡된 형상으로 형성되고, 부분적으로 원형으로 만곡된 형상으로 나타내어지며, 그 반경은 부호 "R"로 표시되어 있다.

원형 원호부분 뿐만 아니라 원통형 만곡부 및 타원형 만곡부도 본 발명의 범위내에 있으며, 다른 만곡부도 본 발명에 의해 제안된 방식으로 발산 광 빔 또는 광 콘(3')의 형상으로 방출된 빛(3)으로 하여금 수신 로브(lobe of reception)내의 수광 수단(4)에서 수렴 후에 수집되도록 할 수 있을 만큼 큰 정도로 챔버(20)를 통과하게 할 수 있는 다른 만곡부도 본 발명의 범위에 속한다.

도 2는 따라서, 포인트(21)를 향해 보내져서 거기서 수평면과 가깝게 보내지는 광선(3a')으로 반사되고, 수광 수단(4)으로 향하고 그에 의해 수광되는 광선(3a")으로서 제2 포인트(22)에서 차례로 반사되는, 다소 (즉 15°) 발산된 광 빔, 중심 빔 또는 광선(3a)을 생성하는 것으로 고찰될 수 있는 광-방출 수단(3)을 명확히 하기 위한 목적으로 더욱 정확하게 나타낸다.

광-방출 수단(3)은 다른 광선(3b)이 점(23)에서 반사되어 광선(3c')으로서 수광 수단(4)에 전해질 수 있도록 조절될 수 있다. 광-방출 수단(3)으로부터의 다른 광선(3c)이 도시된 바와 같이 점(24)에서 반사되고, 이어서 광선(3c')으로서 수광 수단(4)으로 반사된다.

이 경우, 직접 작동 광선(directly acting light rays)도 또한 제한된 양으로 사용될 수 있다.

도 6에 있어서, 방출 광 빔(3')이 그 광선(3d)과 벽(30c와 30a)의 평행하고 평탄한 섹션(section)에서 반사하고, 수광 수단(4)에 의해 광선(3d')이 감지되기 전에 벽(30c)의 평탄 섹션에서 다시 반사하는 것이 허용될 수 있다.

본 발명의 기본 개념은, 비록 작은 수의 통공들이 상기 광 방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이에 단일의 그리고 확장된 범위로(in a single and extended extent) 위치하게 되고, 상기 통공이 챔버(20)내의 하나의 가스 샘플 "G"을 다른 가스 샘플로 교환하기 위한 빠른 수동 확산을 제공하는 능력을 가지며, 그에 따라 챔버내에서의 가스 샘플의 다른 가스 샘플로의 교환에 필요한 속도에 맞추는(adapt) 것이 가능한 크기와 길이범위로 형성되어야 한다.

챔버(20)용 벽의 한 섹션(a section)의 제거를 허용함으로써 본 발명에 의해 제안되는 챔버(20)의 자유 노출(free exposure)은 확산의 속도와 시간을 1초보다 짧게, 바람직하게는 0.5초보다 짧게 낮출 수 있어야 함을 시사한다.

도 7에 있어서, 통공이 두 부분(30a 와 30b)으로 나뉘며, 그들 사이에 위치하고 챔버를 커버하는 하나의 섹션를 가지는 것이 도시되어 있는데, 챔버(20)를 마주 보는 표면 섹션(31)이 고도의 반사특성을 제공할 수 있다.

상기 통공들(30, 40 또는 50) 그리고/또는 통공들(30a, 30b)의 전체 표면적은 광 방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이의 챔버(20)의 전체 내부표면의 적어도 15~25%를 초과하게 커버할 수 있도록 상호보완적으로(in a co-ordinated) 적응시켜진다.

특히, 이렇게 하여 반사면 섹션(reflecting surface sections), 특히, 만곡면 섹션(30b)을 리버레이트(liberate)시키기 위해, 통공(30, 40 또는 50, 또는 30a, 30b)의 전체 표면적은 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이의 챔버의 전체 내부 표면적의 적어도 50% 이하를 커버하도록 상호보완적으로 적응시킬 것이 제안된다.

특히, 상기 통공(30, 40 또는 50)의 전체 표면적은, 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이에 챔버(20)의 전체 내부 표면의 20-30%를 커버하기에 적합하고, 도 10은 대략 25% 인 관계를 나타낸다.

도 3, 4, 5, 6, 7, 10 및 12에 따른 실시예는, 상기 통공이 사각형, 또는 본질적으로 사각형의 횡단면을 가지는 구성으로 도시가능하나, 다른 크기와 형상의 다른 형태의 통공도 본 발명에 따른 가스 분석 장치(1)의 반응 시간을 감소시킬 수 있는 목적을 위한 것이면 무엇이든 본 발명의 범위내에 있다는 것이 고려되어야만 하며, 바람직하게는 광-방출 수단(3)에 의해 생성되는 "능동 열(active heat)"을 사용하여 확산 속도를 증가시킨다.

도 3은 상기 통공(30)에 사각형의 네 개의 측면들 중의 하나의 완전한 측면이 제공된 것을 도시하고 있다.

도 4는 상기 통공(40)에 만곡된 타원체형 면의 한 부분이 제공된 것을 도시하고 있으며, 이 부분은 큰 직경(major diameter)의 반보다 더 작은 너비(width)를 갖도록 선택된다.

도 5는, 상기 통공(50)에 환상면체 또는 원통형 면의 한 부분이 제공된 것을 도시하고 있으며, 그 너비가 직경보다 더 작다.

챔버(20)에 형성된 만곡부(R)의 반경(radius)은, 도면부호가 "3a, 3b, 3c 및 3d"인 중심 광선을 갖는 발산 광 빔(3')을 위한 큰 발산 각도를 제공하는 광-방출 수단(3)에서, 광 빔(3')내의 발산 광선을 위한 작은 발산 각도를 제공하는 광-방출 수단(3)에 대한 것보다 챔버의 내부 면(30b)으로부터 광-방출 수단(3)까지의 거리(a)만큼 더 짧도록 선택된다.

상기 거리는 도 3과 다른 도면에서 도면부호 "a"로 표시된다.

하나의 필터(60)가 도 3에 따른 실시예의 통공(30)을 커버하기 위해 부착되고, 하나의 필터(61)는 도 4에 따른 실시예의 통공(40)을 커버하기 위해 부착되며, 하나의 필터(62)는 도 5에 따른 실시예의 통공(50)을 커버하기 위해 부착된다.

여기서 사용되는 유형의 필터들이 잘 알려져 있어 상세하게 설명하지 않는다.

특히, 본 발명은, 사용되는 필터의 표면이 챔버(20)의 볼륨(volume)에 대해 10-25의 계수로(with a factor of 10-25)(1/mm) 상기 통공(30, 40 또는 50)을 커버할 수 있도록 될 것을 제안한다.

상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4)은, 상술한 바와 같이, 모든 실시예에서 상기 챔버(20)의 양단부에 위치하나, 도 12에 도시된 실시예에 따른 연장부(extensions)의 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4)을 부착하기 위해서 챔버(2)를 형성하는 면들의 섹션들이 챔버(2)의 구획(definition)을 넘어 확장되는 것을 막는 것은 아니다.

이렇게 챔버(2)의 볼륨을 줄이기 위해 필터(60) 대신에 필터(60a)를 도 12에 따른 실시예에 사용하는 것을 막는 것은 아니다.

도 8은 그 광 빔(3')이 원의 원호 형상을 갖는 면(30b)에서만 반사될 때, 광-방출 수단(3)으로부터의 빔 또는 광선의 행로(path)를 도시한 것이다.

여기서 설명된 종래기술은 광-방출 수단(3)이 광 빔 또는 광 콘(3')을 오목한 미러 면(30b)에 투사하기에(project) 적합하고, 광-방출 수단의 초점이 맞추어진 이미지가 반사된 빛의 수광 수단(4)에서 높은 강도로(with high intensity) 나타나는 것으로 설명된다.

도 9는, 광-방출 수단이 광 빔 또는 광 콘(3')을 오목 미러 면(30b)에 투사하기에 적합하고, 광-방출 수단(3)의 다소 확산된 이미지가 반사된 빛의 수광 수단(4)에서 높은 강도로 그리고 원칙적으로 표면(30b)을 따라 단지 두 개의 반사 표면 또는 반사 점으로 나타나는, 본 발명에 따른 첫 번째 보더라인 케이스(borderline case)를 도시하고 있다.

이 경우에는 심지어 받아들여진 이미지의 초점이 너무 날카로워(sharp) 본 발명의 원리에 따른 장점이 활용되지 못한다.

사용되는 반사(reflections)의 횟수가 많아질수록 초점이 더 약해지며, 실제 실험결과는 중심 광선을 위한 반사 점의 수를 4 또는 대략 4로 선택할 것을 보여준다.

이 경우에 [도 9에서 미러 면(30b)을 통해 뻗어나간] 광 빔(3')에 대한 중심 광 빔 또는 광선(3a)이, 광-방출 수단(3)의 다음에 있는 만곡면(30b)의 접선(9)과 작은 각도 "b"를 형성하기에 적합한 것이 밝혀졌다.

특히, 그것은 접선(9)과 접하거나 접선 방향과 일직선을 이루기에 적합하고, 오목한 만곡 반사면(30b)과 광-방출 수단(3) 다음에 위치된 표면 섹션(30b')을 거쳐 방향지어지는 광 빔(3')의 중심 선 또는 광선(3a)의 문제이다.

광 빔의 중심 선(3a)은 상기 접선(9)에 대해 약간 상향 또는 하향인 각도, 그러나 상기 접선에 대해 보통 10°내인 각도값을 가지는 각도가 주어진다.

강하게 초점 맞추어진 광 빔 또는 광 콘이 광-방출 수단(3)의 똑바르고 초점이 맞추어진 이미지 없이 도 9와 도 10의 반사된 빛의 수광 수단(4)에서 나타난다.

광-방출 수단에서 생성된 광 빔(3') 또는 광 콘의 하나의 광선, 예를 들어 그 중심 광선(3a)은, 수광 수단(4)에 도달하기 전에 오목면(30b)에서 여러번 반사된다.

중심 빔 또는 광선의 반사의 횟수는, 도 9에서 단 2회인 것과 같이, 실제로 8보다 적게 선택되나, 도 10에서 4개인 것과 같이 3과 5 사이에서 선택될 수 있다.

중심 빔 또는 광선(3a)의 반사점의 수는 중심 빔 또는 광선(3a)의 만곡면(30b)에 대한 입사각(b)과 만곡면(30b)으로부터의 거리 "a"를 변화시킴에 의해 쉽게 제어될 수 있기 때문에, 도 10에 따른 실시예가 실제 적용을 위해서 바람직할 수 있다.

도 10과 11은 본 발명에 따른 특별한 경우를 설명하기 위한 것으로서, 광-방출 수단(3)은 작은 입사각[도 9에 따르면 각도 "b"의 값이 0(zero)과 동일함]으로 오목 미러 표면(30b)에 광 빔 또는 광 콘(3')을 투사하고, 광-방출 수단(3)의 확산된 이미지가 중심 광 빔 또는 광선을 위한 4개 또는 5개의 반사면 또는 반사점을 가지며 반사된 빛의 수광 수단(4)에 높은 강도로 나타난다.

도 11은 도 10의 반사 오목면(30b)의 하나의 단부 섹션(30b') 다음의 광-방출 수단의 위치를 도시한 확대도를 나타낸다.

중심 광 빔 또는 광선(3a)은 접선(9)과 평행하는 것으로 나타나 있으며, 각도 "b"가 양의 값과 음의 값을 가지도록 바뀔 수 있음이 이 도면으로부터 명백한데, 도 9는 양의 값을 나타낸다.

도 11은 또한 거리 "a"를 바꾸어 수광 수단(4)에서의 다른 수광 결과를 얻을 수 있음을 나타내고 있다.

광-방출 수단의 위치와 방향 그리고 그 수광 로브(light-receiving lobe)에 관한 수광 수단의 위치와 방향에 대하여 상술한 것과 같은 동일한 원리들의 적용을 막는 것은 없다.

챔버(20)의 실제적 적용과 수광 수단(4)에 의해 수신된 이미지는, 따라서 다음의 요인들에 의해 변경될 수 있다;

a. 선택된 거리 "a",

b. 선택된 각도 값 "b",

c. 광원의 형태(form)와 세기(intensity) 그리고 그 발산 각도(대략 15°),

d. 반사된 빛의 수광 수단(4)의 위치 그리고 그 수광 각도(대략 15°),

e. 빛을 반사하기 위한 오목면(30b)의 선택된 만곡부 또는 만곡부의 반경 "R",

f. 가스 샘플 "G"의 광범위한 확산을 위한 통공(30)의 선택된 크기 및 위치,

g. 광-방출 수단(3)으로부터의 열의 챔버(20)를 통한 대류 흐름(convection flow)에 기여하는 챔버(2)의 위치

도 12는, 표면 도파관 시스템을 구비한 도 2와 3에 따른 실시예의 다른 예를 나타내는 사시도인데, 수단(3과 4)이 하나의 현재(chord)에 의해 각각 분리된, 두 개의 평행하는 표면 섹션 사이에 위치되거나 그 양단부에 위치된다.

필터(60)는 이 현재들과 상호작용하고, 반사 오목면(30b)은, 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4)을 고정시키고 이들과 상호작용하기 위해서 적절한 측정 거리(relevant measurement distance) 밖으로 다소 연장된다.

수단(3)은 도 11에 도시된 바와 같이, 광 빔(3")을 발산 광 빔 또는 광 콘(3a)이 나오는 초점(3'")에 수렴하기 위해 하나의 필라멘트(filament)(3g)와, 하나의 광 시스템(3h)으로 구성되며, 이 초점으로부터 발산 광 빔 또는 광 콘(3a)이 나간다.

필터(60)가 도면부호(60a)로 나타낸 바와 같이, 챔버(20)에 추가로 위치될 수 있고, 이렇게 해서 챔버(20)의 볼륨을 도 10에서의 볼륨까지 축소시킨다.

본 발명이 예시의 목적인 위에 특정된 실시예들에 한정되지 않음은 당연하다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 설명된 혁신적인 개념의 범위내에서 변형될 수 있다.

각 장치(unit)는 바람직한 기술적 목적을 달성하기 위해 본 발명의 범위내에서 각각 다른 공지의 장치들과 결합될 수 있음에 유의하여야 한다.

Claims

가스 샘플이 들어있는 하나의 챔버(20)와, 광 방출 수단(3)과, 상기 챔버를 통해 반사된 빛의 수광 수단(4)과, 스펙트럼 분석에 의해 상기 챔버내에 가스 샘플 "G"로 존재하는 선택된 가스 또는 가스 혼합물의 존부를 분석하고 판정할 수 있는 전자 회로(5)를 포함하여 구성되어 챔버(20)내의 면들(30a, 30b, 30c)이 광-반사 특성을 가지며, 상기 챔버(20)가 챔버에 들어가고 나가는 가스의 통로를 위한 하나 또는 여러개의 통공들(30)을 구비하고 상기 챔버가 긴 형태(extended shape)로 되어 있으며, 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이의 챔버에 위치된 상기 통공 또는 통공들을 구비하여, 상기 챔버(20) 및/또는 챔버의 하나의 광-반사 면이 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이에서 다소 만곡된 형상으로 형성되어, 상기 통공(30) 및/또는 통공들(30a, 30b)이 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4) 사이에 퍼져서(extended) 위치되며, 상기 통공(30)이 챔버내의 하나의 가스 샘플 "G"의 다른 가스 샘플로의 신속한 교환을 제공하기 위한 크기와 길이범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 통공 및/또는 통공들의 전체 표면적이 상호보완적으로 광-방출 수단과 수광 수단 사이의 챔버의 전체 내부 표면을 15%보다 더 많게 커버하기에 적합한 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 통공의 전체 표면적이 상호보완적으로 광-방출 수단과 수광 수단 사이의 챔버의 전체 내부 표면의 50%보다 더 적게 커버하기에 적합한 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 상기 통공 및/또는 통공들의 전체 표면적이 광-방출 수단과 수광 수단 사이의 챔버의 전체 내부 표면의 20-30%를 커버하기에 적합한 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 통공이 사각형 또는 본질적으로 사각형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 통공이 사각형에 속하는 네 측면들중의 하나에 배정된 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 발산 광 빔을 위한 큰 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단을 위한 챔버에 형성된 만곡부의 반경이, 발산 광 빔을 위한 작은 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단을 위한 것보다 더 작게 선택되는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 발산 광 빔을 위한 큰 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단을 위한 챔버에 형성된 만곡부의 반경이, 발산 광 빔을 위한 작은 각도의 발산을 제공하는 광-방출 수단을 위한 것보다 광-방출 수단의 챔버의 표면으로부터의 거리에 대하여 더 작게 선택되는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 하나의 필터가 상기 통공을 커버하기 위해 부착되는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 사용된 필터의 면적이 챔버의 볼륨(volume)에 대해 상기 통공을 10-25의 계수로(with a factor of 10-25)(1/mm) 커버할 수 있기에 적합한 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 광-방출 수단(3)과 수광 수단(4)이 상기 챔버(20)의 양단부에 위치한 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 광 빔에 배정된 중심 선(central line) 또는 중심 광선(central ray)이 오목한 만곡 광-반사면을 통해 그리고 광-방출 수단 다음에 위치한 면의 섹션을 통해 접선의 방향에 결합하기에(connect) 적합한 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제12항에 있어서, 광 빔에 배정된 중심선에 상기 접선에 비해 작은 각도가 배정되는(assign) 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항 또는 제12항에 있어서, 광 빔에 배정된 중심선에 상기 접선에 비해 10° 이내의 각도의 값이 배정되는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 광-방출 수단의 확산 이미지를 갖는 강하게 초점맞추어진 광 빔 또는 광 콘이 상기 반사된 빛을 수광하는 수단(4)에 나타나는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제1항에 있어서, 광-방출 수단에 의해 생성된, 예를 들어 중심 빔 또는 광선인 광 빔 또는 광 콘이 수광 수단에 작용하기 전에 오목면에서 몇 번 반사되기에 적합한 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제16항에 있어서, 반사의 횟수가 8 보다 작게 선택되는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.
제17항에 있어서, 반사의 횟수가 3과 5 사이에 있게 선택되는 것을 특징으로 하는, 가스 분석 장치.