KR20070087636A - 가스 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 공동(2')를 포함하는 하나의 가스 셀(2)과, 하나의 가스 셀 관련 광원(5)과, 하나의 가스 셀 관련 광 검출기(7) 및 하나의 제어 및 연산 유닛(6)을 포함하여 구성되고; 상기 제어 및 연산 전자 유닛이 광 검출기(7)로부터 수신된 광 검출기 관련 신호들(7a)에 답하여 상기 광원(5)의 가동을 시작(5a)하기에 적합하고 그리고 또한 상기 셀 공동(2')에 둘러싸인 가스 및/또는 가스 혼합물들(G)의 존재 및/또는 농도를 평가하기에 적합한 가스 검출 장치에 관한 것이다. 이 가스 셀은, 하나의 회로 기판(9') 또는 구성요소들이 설치된 인쇄 회로 기판(9)내의 하나의 작은 구멍 또는 작은 슬롯 및/또는 채널(10)로 구성되고, 상기 회로 기판 또는 표면 실장 기판의 채널(10)과 관련된 하나의 개구가 하나의 뚜껑 기능 요소(lid-functioning element)로 덮여진다. 이 슬롯 및/또는 채널은 상기 광원(5)에 사용되는 램프의 하나의 코일형 백열 필라멘트(coiled incandescent filament)(5')의 폭에 상응하거나 일반적으로 상응하기에 적합한 매우 좁은 폭을 가져야 하나, 상기 필라멘트의 높이는 상기 코일형 필라멘트(5')의 길이에 상응하여야 한다.

Description

가스 검출 장치{A GAS DETECTING ARRANGEMENT}

본 발명은 전반적으로 가스 검출 장치에 관한 것으로, 특히 A. 부설 공동(cavity)을 가지며, 자신의 내부 및 상기 공동 내에서 하나 이상의, 바람직하게는 대략 직선이고 그리고/또는 광반사형(reflected) 측정 경로를 포함하는 가스 셀(cell)과, B. 가스 셀 관련 광원과, C. 가스 셀 관련 광검출기 및/또는 광검출기들과, D. 제어 및 연산 전자 유닛을 포함하는 가스 검출 장치에 관한 것이다.

전술한 "D"에 따른 전자 유닛은, 광검출기로부터의 광검출기 관련 출력 신호를 수신하는 구조에 따라, 직접적으로 또는 간접적으로, 광원의 가동(activation)을 펄스를 통해 개시하고 또한 셀 공동 내에 수용된 가스 및/또는 가스 혼합물의 존재 및/또는 현재 농도를 평가하기에 적합하도록 되어 있다.

본 발명의 주목적은 가스 또는 가스 혼합물 검출 장치의 구조를 최소화하고, 이와 관련하여 회로 기판, 카드 등과 관련하여 특히 적합하도록 된 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 가스 셀의 공동이 광원 및/또는 광검출기와 관련된 강성 또는 연성 기판 또는 카드와 관련되어야 한다는 개념에 기초한다.

본 발명이 실제 적용된 "인쇄 회로 기판 유형"의 기판, 또는 이하에서 표면 실장 기판이라 불리우는, 기판 구성요소들이 표면 실장된 인쇄 회로 기판 유형의 기판이다.

"인쇄 회로 기판"은 다소간의 복잡하게 얽힌 전도체 구조 및 전도성 패턴을 제공하도록 하나 또는 그 이상의 층 내에 통합된(coordinated) 인쇄 전기 전도체들이 그 위에 있는 기판 또는 카드를 의미한다.

"표면 실장 회로 기판"은 하나 또는 그 이상의 층 내에 다소간의 복합하게 얽힌 전도체 구조 및 인쇄 회로를 통합하는 인쇄 회로 전도체들을 포함하는 카드 또는 "인쇄 회로 기판"을 의미하는데, 이 경우에 하나 이상의 개별 구성요소들이, 표면 관련 접속 패드에 납땜된 접속 와이어 또는 대응하는 전기 커넥터에 의한 것 등에 의해 표면 실장될 수 있다.

본 발명은 강성 또는 연성(가요성) 기판 또는 카드의 유용한 사용에 관한 것이므로 그리고 이들은 적절히 구성된 인쇄 회로 기판 또는 표면 실장 인쇄 회로 기판 또는 다른 종류의 회로 기판일 수도 있으므로, 특정 적용예들에 관한 간결성을 위해 "기판"이라는 용어를 이하의 설명에서 사용하기로 한다.

관련 간행물

국제 특허 출원 제PCT/SE2003/002041로서 2003년 12월 19일자 출원된 국제 특허 공개 WO-A1-2005/059524호는 관련 간행물의 일부를 형성하며 유체 센서를 개시하고 있다.

이 유체 센서는 분석될 가스 또는 액체 형태로서, 분석대상인 소정 체적의 유체(7)를 수용하기에 적합하게 되어있는 유체 셀(1)을 포함한다.

상기 유체 센서는 전자기파(4)를 유체 셀(1)로 전송하도록 구성된 전자기 에 너지원(3)과, 유체 셀(1)을 통과하는 전자기파를 검출하는 적어도 하나의 검출기(5)와, 분석될 유체의 유입구/유출구를 위한 적어도 하나의 개구(2)와, 상기 적어도 하나의 검출기(5)에 도달하는 전자기파의 세기를 평가하고 그리고/또는 전자기 에너지원(3)을 위한 회로를 제공하는 회로 기판(8, 10 내지 16)을 포함한다.

상기 유체 센서(1)는 유체 셀(1)의 적어도 일부분이 회로 기판(8, 10 내지 16)의 기재(substrate) 내로 일체화되도록 형성된다.

유체 셀은 회로 기판을 완전히 관통하여 그리고/또는 회로 기판을 가로질러 뻗어 있도록 하는 것, 또는 유체 셀이 회로 기판의 기재 내에 완전히 매입되는 것이 추가로 제안되어 있다.

또한, 유체셀이 함께 적층된 복수개의 회로 기판으로 구축되는 것으로 가정된다.

또한, 호흡하여 내쉰 공기(exhaled air) 내에서의 이산화탄소의 농도 또는 사람의 호흡 회수(breathing frequency)를 결정하기 위해 유체 센서를, 의료 장비 내에 설치하여, 사용하는 것이 제안되어 있는데, 이는 수분 응축물이 가스 셀의 내부벽 상에 모이게 될 위험성이 있고, 이는 가스 셀을 통과하는 신호의 품질을 열화시킬 것이며, 이것은 분석 결과에 악영향을 미칠 수 있다.

상기 응축 효과는 열을 발생시키는 전자 회로가 상기 유체 센서 또는 유체 셀에 인접하게 배향된다면(oriented) 회피될 수도 있을 것이다.

전술한 특성을 갖고 전술한 적용이 의도된 여러가지 상이한 방법 및 장치가 이 기술분야에 공지되어 있다.

배경기술 및 본 발명이 관련된 기술분야의 제1 예로서, 광반사벽 부분들을 갖는 부설 공동(associated cavity)을 구비한 필수적인 가스 셀을 별개의 유닛으로서 구성하고, 이 유닛을 회로 기판 상에 또는 표면 실장 회로 기판의 한 표면 상에 장착하며, 제어 유닛의 전자 회로를 인쇄 회로 기판 또는 표면 실장 회로 기판과 다소간 관련되는 상태로 할, 가능성이 언급될 수 있을 것이다.

광원 및/또는 광검출기를 인쇄 회로 기판 또는 표면 실장 회로 기판의 한 표면 상에 장착하는 것과, 공동을 갖는 가스 셀을 독립된 구성요소(discrete component)로서 형성하는 것과, 이 구성요소를 광원과 광검출기 사이에 배치하는 것이 또한 공지되어 있다.

또한, 많은 기능, 그 중에서도 특히 광방출기(light emitter)를 통해 개시되는 맥동 광구조(pulsated light structure)의 발생에 응답하여 광검출기를 통해 얻어진 신호 구조에 응답하여, 다수의 기능, 그 중에서도 셀 내의 측정 경로(measuring path)를 통과하는 동안에 흡수된 가스의 파장 및/또는 파장들에 의해 가스의 존재 및/또는 농도 및/또는 가스 계속성(gas consistency)을 평가하는, 기능을 실행하기 위한 많은 프로세서 제어식 전자 회로들을 포함하는 제어 및 연산 유닛이 종래 기술에서 공지되어 있다.

국제 특허 공개 WO-A1-01/81900호에 의해 나타나 있는 장치가 또한 본 발명이 관련된 기술에 속한다.

이러한 종래의 공보는, 필수적인 회로 장치가 표면 장착 회로 및 구성요소들 을 가지고 통합될 수 있는 인쇄 회로 기판 또는 소위 표면 장착 기판 상에 표면 장착되도록 의도된 장치에 대해 알려준다.

고려될 종래 기술의 일부가 유럽 특허 출원 제94 1 207 993.8호(EP-A2-0 704 691호)에 도시 및 설명되어 있다.

이 특허 공보는 미세 구조 반사 표면을 이용한 가스용 적외선 분광계 센서를 개시하고 있다.

기술적 과제

당업자가 직면하게 되는 하나 또는 그 이상의 기술적 과제에 대한 해결책을 제공하기 위하여 당업자가 숙고하여야 할 기술적 사항을 고려할 때, 한편으로는 이를 위해 수행되어야 하는 측정 및/또는 연속된 측정들을 초기에 구현하는 것, 그리고 다른 한편으로는 하나 또는 그 이상의 이들 과제를 해결하는데 어떠한 수단이 요구되는지를 이해하는 것이 필요함을 알게 될 것이다. 이에 따라, 아래에 열거되는 기술적 과제가 본 발명의 전개와 상당히 관련된다는 것이 명백하게 될 것이다.

위에 기술된, 그리고 첨부된 청구의 범위의 청구항 1의 전제부에 설명된 과거 관점의 기술을 고려할 때, 극히 작은 가스 체적이 할당될 수 있고, 그리고 그와 더불어 측정될 제1 가스 볼륨을 새로운 제2 가스 볼륨으로 신속하게 교환하기 위한 조건을 만들 수 있는 가스 셀 공동을 만드는데 요구되는 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 이와 관련한 이점을 구현하는 능력에 기술적 과제가 있음을 알게 될 것이다.

다른 기술적 과제는, 기판 재료에 (사용된 광방출 수단과 관련된 가능한 한 최소형의) 매우 작은 슬롯 또는 채널 형태의 좁고 긴 구멍(aperture)을 갖는 가스 셀 관련 공동을 용이하게 형성하기 위하여 요구되는 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 사용된 백열(incandescent) 필라멘트의 두께(또는 길이)에 대응하거나 필수적으로 대응하는 폭을 갖고, 그리고 광검출기 및 그의 특정 광민감성 부분 또는 칩(chip) 섹션에 대향하여 배치된 광반사벽 부분을 적어도 갖는 작거나 좁은 갭(gap)형 슬롯 또는 갭형 구멍을 통해 광원의 비임(beam)이 집광될 수 있는 공동을 생성하는데 요구되는 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 인쇄 회로 기판 또는 구성요소 표면 실장 기판을 위한 매우 작고 좁은 가스 검출 장치를 완전히 또는 부분적으로 통합하고 일체화하기 위해 필요하게 될 그러한 조건들을 생성하는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는 필수적인 가스 통과 연결부(gas conducting connections)를 포함하는 가스 셀 장치를 인쇄 회로 기판 구성 또는 표면 실장 기판의 일부로서 포함될 수 있게 하는 데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 인쇄 회로 기판 또는 구성요소들이 표면 장착된 기판 등의 기판에 종방향으로 배향된 좁은 개구(깊이가 10mm 미만) - 좁은 개구는 작은 덮개 요소에 의해 덮일 수 있는데, 상기 덮개 요소의 내부 중심 표면은 광반사 특성을 적절히 가질 수도 있음 - 를 갖는 간단하고 작으며 직선 또는 곡선의 슬롯 형상 또는 홈 형상의 구멍으로서 상기 가스 셀이 구성될 수 있게 하는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 개구가 슬롯으로서 구성되게 하고 그에 따라 기판의 한 측면 또는 양 측면에 배치되거나 부착될 수도 있는 적어도 2개의 덮개 기능 요소를 갖는 기판을 개구가 완전히 관통하도록 하는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 구멍의 개구 위에 걸쳐 부착되고 그리고 인쇄 회로 기판 또는 표면 실장 회로 기판의 외향 노출가능 표면에 점착되거나 또는 고정되거나 또는 몇몇 다른 방법으로 고착되는(fastened) 접착 테이프 또는 굴곡가능하게 강성인 요소의 형태를 상기 덮개 기능 요소가 갖게 하는데, 그리고, 필요시, 상기 구멍의 개구를 향해 있고 이를 커버하는 상기 덮개 요소의 표면이 광반사 특성을 포함하는 것을 보장하는데, 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 고도의 광반사 목적을 위해 적합화되고 처리된, 상호 대향하는 경계 한정 표면(mutually opposing delimiting faces)을 갖는 작은 구멍을 통한 가능한 최소형의 광 비임 전도체를 만드는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 상기 구멍이 상기 기판의 상기 구멍 또는 슬롯보다 더 넓은 광원-순응형(light-source-adapted) 제1 개구에 연결되고 그리고/또는 직접 형성되는데 그러한 제1 개구로서 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 상기 작거나 좁은 슬롯, 채널 또는 구멍이 상기 기판의 상기 작은 구멍 또는 슬롯보다 더 넓은 광원-순응형 제2 개구에 연결되고 그리고/또는 직접 그러한 제1 개구로서 형성되는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 이에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 인쇄 회로 표면 또는 인쇄 회로 기판의 대향 표면 또는 표면 실장 회로 기판의 대향 표면에 대해 배향될 수도 있는 전기 전도성 라인을 가지며, 상기 전기 접속 전선에 대하여 배향된 각각의 접속 패드에 각각 고착될 수 있는, 광방출 유닛을 상기 제1 광폭 개구가 밀착되게 둘러쌀 수 있게 하는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 인쇄 회로 기판의 한 표면 또는 인쇄 회로 기판의 상호 대향 표면들 상의 각각의 접속 패드에 대해 배향되고 그리고 접속될 수도 있고, 각각 상기 접속 전선에 대하여 배향된 상기 패드에 체결되는, 전기 접속 전선들을 갖는, 광검출 유닛을 상기 제2 광폭 개구가 밀착되게 둘러쌀 수 있게 하는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있다.

다른 기술적 과제는, 상기 가스 셀 내의 제1 가스 부분이 제2 가스 부분으로 교환될 수 있게 하려는 의도로 상기 긴 공동-형성용 작은 또는 좁은 개구를 하나 또는 그 이상의 짧은 가스 운반 슬롯 또는 채널에 더 연결하는데 필요하게 될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있는 것이다.

다른 기술적 과제는, 유닛 부설 전자 회로가, 상기 인쇄 회로 기판 또는 구성요소 표면 실장 기판의 회로, 패턴 및 개별 구성요소들과 적어도 부분적으로 통합될 수 있게 하는데 요구될 기술적 수단 및 고려 사항의 중요성 및/또는 그에 의해 제공되는 이점을 구현하는 능력에 있는 것이다.

기술적 해결방법

본 발명은 가스 검출 장치에 관한 것이며, 도입부에 기술된 공지 기술을 출발점으로 한다. 본 발명의 장치는 공동을 포함하는 가스 셀과, 가스 셀 관련 광원과, 가스 셀 관련 광검출기와, 제어 및 연산 전자 유닛을 포함하도록 설계된다.

회로 및 기능의 작용에 의해, 위의 전자 유닛은 광검출기와 관련되고 그로부터 얻어진 전기 신호에 응답하여, 광원의 가동(activation)을 개시하는데 적합하게 되어 있고, 또한 셀 공동 내에 수용된 가스 및/또는 가스 혼합물의 존재 및/또는 농도를 평가하는데 적합하게 되어 있다.

전술한 기술적 과제들 중 하나 이상을 해결하려는 의도로, 본 발명에 따르면, 인쇄 회로 기판 또는 구성요소 표면 실장 기판 등의, 사용된 카드 또는 기판에 좁은 슬롯 또는 좁은 채널 및/또는 관통 개구의 형태인 작은 구멍을 가지도록 가스 셀이 구성될 수 있게 함으로써 공지 기술을 보완하고, 상기 카드 또는 기판의 상기 작은 구멍에 형성된 개구(또는 개구들)를 가스 전달 공동(gas transporting cavity)을 둘러싸는 것 등을 위해 하나(또는 두개의) 덮개 요소에 의해 덮도록 하는 것이 제안된다.

모든 것이 본 발명의 개념의 범주 내에 있는 제안된 실시예들에 의해, 좁은 채널 형태의 작은 구멍이 상기 덮개 요소가 기판의 일 측면 또는 양 측면에 배치된 상태에서 기판을 완전히 통과하도록 구성되는 것이 제안된다.

덮개 요소는 일편의 접착 테이프의 형태 또는 굴곡가능하게 강성인 뚜껑의 형태를 가질 수도 있다.

상기 작은 슬롯, 채널 또는 구멍은 제1 광원 광폭 개구에 직접 연결될 수도 있다.

상기 작은 슬롯, 채널 또는 구멍은 바람직하게는 광검출기와 관련되고 그와 정합되는(matching) 넓은 제2 개구에 직접 연결될 것이다.

그 제1 광폭 개구는 좁은 간극(clearnce)을 가지고 광방출 유닛을 밀착되게 둘러싸도록 될 수도 있는데, 여기서 접속 전선은 기판 부설 표면 또는 대향하는 기판 표면들에 대해 배향될 수 있으며, 상기 접속 전선에 대해 배향되고 회로 장치에 속하는 접속 패드에 고착될 수 있다.

제2 광폭 개구는 좁은 갭 또는 간극을 가지고 광검출 유닛을 밀착되게 둘러싸도록 될 수도 있는데, 이에 의해 광검출 유닛의 접속 전선은 기판 표면에 대해 또는 대향하는 기판 표면들에 대하여 배향되고 접속될 수 있으며, 접속 전선과 관련하여 배향되고 회로 배열에 속하는 접속 패드에 고착될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 추가의 작은 채널 또는 개구들이 위의 구멍에 연결될 수도 있는데, 상기 채널 또는 개구는 셀의 상기 개구 내에 수용된 제1 가스 부분을 제2 가스 부분과 교환하기 위한 가스 흐름을 안내 또는 전달하기 위한 치수로 되어 있다.

유닛 부설 전자 회로는 인쇄 회로 기판 또는 표면 실장 인쇄 기판에서의 회로 및 도전성 패턴과 적어도 부분적으로 통합된다.

특히, 기판은 인쇄 회로 기판 또는 구성요소들이 표면 실장된 인쇄 회로 기판으로 구성될 것이다.

기판의 작은 슬롯, 채널 또는 구멍은 고도의 광반사 특성을 가질 것이다.

덮개 요소 또는 덮개 요소들도 고도의 광반사 특성을 가질 것이다.

하나의 제안된 실시예에 따르면, 광원은 작은 슬롯 및/또는 채널에 대해 직각으로 배향될 수도 있다.

이 실시예의 경우에, 반사기가, 광원을 부분적으로 둘러싸도록 그리고 광 비임을 작은 슬롯 또는 채널에 대해 반사시키도록, 배열될 수도 있다.

작은 슬롯 및/또는 채널은, 코일형 백열 와이어의 폭에 대응하거나 이에 대응하는 것이 필수적인 폭을 가질 것이다.

작은 슬롯 또는 채널은, 선택된 코일형 백열 와이어의 길이에 대응하거나 이에 대응하는 것이 필수적인 폭을 가질 것이다.

또한, 작은 슬롯 또는 채널에, 광검출기에 위치된 작은 칩 섹션으로 광 비임을 집광시키는 수단이 형성 또는 구비되는 것이 제안된다.

유리한 효과

본 발명에 의해 주로 제공되는 것으로 여겨지는 이점들 및 특별히 중요한 특징부들은, 가스 셀 장치의 측정 경로 및 공동이 인쇄 회로 기판 또는 구성요소들이 표면 실장된 인쇄 회로 기판 등의 카드 또는 기판내의 매우 작은 슬롯, 채널 또는 구멍의 형태를 가질 수 있게 함으로써, 완전한 가스 검출 장치가 크게 소형화될 수 있게 하는 조건의 생성에 있으며, 필수적인 광원 및 광검출기는 상기 인쇄 회로 기판 또는 구성요소 실장 기판 등의 상기 기판과 통합되고 그리고 이에 설치될 수 있다.

본 발명의 장치가 필요로 하는 전자 제어 유닛은 인쇄 회로 기판 또는 표면 실장 기판과 완전히 또는 부분적으로 관련될 수 있다.

본 발명의 주요 특징부는 첨부된 청구의 범위의 청구항 1의 특징부에 기재되어 있다.

가스 및/또는 가스 혼합물 검출용으로 의도되고 이에 적합하게 되어 있으며 공지된 장치와, 본 발명을 나타내는 특징들을 가지며 현재로서 바람직한 본 발명의 많은 제안된 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 예를 드는 방법으로 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 가스 및/또는 가스 혼합물 검출용으로 의도되고 이에 적합하게 되어 있으며, 광원, 가스 셀, 상기 셀에 부설된 공동, 광검출기 및 전자 연산 유닛을 포 함하는 공지된 장치의 원리를 나타낸다.

도 2는, 도시되지 않았지만 수 개의 층을 포함하는 얇은 표면 실장 기판에 부착된 연산 유닛을 포함하는, 본 발명에 따른 검출기 관련 장치의 제1 실시예를 보여주는 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 실시예의 장치의 III-III선 단면도이다.

도 4는 (도시되지 않았지만) 수 개의 층만을 포함하는 얇은 인쇄 회로 기판에 부착된 연산 유닛을 포함하는, 본 발명에 따른 검출기 관련 장치의 제2 실시예의 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 실시예의 장치의 V-V선 단면도이다.

도 6은 (도시되지 않았지만) 수 개의 층만을 포함하는 얇은 회로 기판에 부착된 연산 유닛을 포함하는, 본 발명에 따른 제3 실시예의 검출기 관련 장치를 나타내는 평면도이다.

도 7은 광원 및 광검출기가 작은 직선형 공동 또는 슬롯에 대하여 더 넓은 단부 관련 요홈(recess)들 내에 배치된, 얇은 표면 실장 회로 기판의 일부의 제조를 나타내는 사시도이다.

도 8은 바닥면을 구비하는 작은 채널의 형태가 하나의 작은 개구에 주어진, 복수개의 층을 포함하는 두꺼운 회로 기판에 부착된 본 발명의 원리에 따른 검출기 관련 장치를 도시하는, 검출기와 관련된 도 2 실시예의 단면도 및 측면도이다.

도 9는 바닥면을 구비하는 작은 채널의 형태가 하나의 개구 또는 요홈에 주어진, 도 3에 따른 보충적인 실시예를 도시한다.

본 발명자들은, 본 발명을 나타내고 첨부 도면 중 도 2 내지 도 9 각각에 도시된 특징부를 포함하며, 현재로서 바람직한 실시예의 하기의 설명에서, 주로 본 발명의 개념을 보다 명확하게 나타내려는 주된 의도를 가지고 특정 용어 및 전문 용어를 사용하고자 하였음을 먼저 지적해두고자 한다.

그러나, 본 명세서에서 선택된 표현들이 상세한 설명에서 선택되어 사용된 용어로만 제한되는 것으로 이해되어서는 안되며, 각각의 선택된 용어는, 실질적으로 동일한 목적 및/또는 동일한 기술적 효과를 달성하도록 동일한 또는 적어도 실질적으로 동일한 방식으로 기능하는 모든 기술적 균등물을 또한 포함하는 것으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

본 발명의 기본적인 필수 조건들은 종래 기술을 나타내는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.

도 1은 가스 검출 장치(1)의 일반적인 실시예를 나타내고 설명한다.

이 장치(1)는 평가될 가스("G")가 통과하게 되는 공동(2')을 구비하는 가스 셀(2)을 포함하여 구성된다고 말할 수 있다.

이는, 가스 유입구(3) 및 가스 유출구(4)의 도움으로, 그리고 필요시, 가스("G")의 관련 부분이 공동(2')을 통해 가압되는(forced) 송풍기(도시 안됨)의 사용에 의해 달성된다.

이 장치(1)는 또한 전선(5a)을 통해 제어 및 연산 유닛(6)으로부터 맥동 전압이 공급되는 광원(5)을 포함한다.

광검출기(7)가 전선(7a)을 통해 유닛(6)과 상호작용하는데, 이 광검출기는 컴퓨터 장비 또는 유닛(6)을 통해 광방출기 또는 광원(5)에 의해 시간경과에 따라(time-wise) 이루어지는(initiated) 신호 구조에 따라, 전선(7a)을 통해 시간경과에 따라 광검출기(7)에 발생하는 전기 신호 구조를 평가할 수 있다.

직선형 광 펄스 통과/측정 경로(straight light pulse conducting/ measuring path)("a") 또는 반사에 의해 구축된 경로가 광원(5)과 광검출기(7) 사이에 마련되어 있다.

짧은 측정 경로("a")의 경우에, 이 장치(1)는 이산화탄소(CO₂)의 존재 및 이산화탄소 가스의 존재 백분율을 평가하기에 적합하도록 되어 있다.

따라서, 유닛(6)은 전선(5a)을 통한 회로(6a)를 경유한 상기 광원(5)의 시간경과에 따른 가동에 적합하게 되어 있으며, 또한 특별히 구성된 회로(6c)의 작용으로 전선(7a)상의 광검출기(7)로부터의 광검출기 관련 신호를 수신하는 것에 응답하여, 셀 공동(2') 내에 수용된 이산화탄소 등의 가스 및/또는 가스 혼합물의 존재 및/또는 농도를 회로(6b)를 통해 평가하기에 적합하게 되어 있다.

계산된 결과는 회로(6d)와 관련된 표시 유닛(6e) 상에 나타내지는 것이 바람직하다.

유닛(6) 내의 회로는 공동(2') 내에 수용된 가스의 존재 및 농도를 파장 흡수법(wavelength absorption)에 의해 평가하는 것과 관련하여 공지되어 있으며, 따라서 본 명세서에서 상세히 설명하지 않기로 한다.

이제, 나머지 도 2 내지 도 9에 도시된 본 발명과 관련한 중요한 유닛을 현재 선택된, 보다 구체적으로 설명되는 많은 실시예들을 참조하여 전반적으로 구체화하기로 한다.

본 발명은 매우 작은 횡단면, 특히 광원(5)에 포함된 백열 필라멘트 또는 와이어(5')의 외부 치수에 매우 근접하게 일치하도록 된 횡단면을 가스 셀의 공동(2')에 부여하는 원리를 기초로 한다.

간결히 설정하면, 아래에서 필라멘트(5')는, 직경("d")과 높이("h")를 갖도록 코일 형태로 감긴 백열 와이어를 포함하는 "광방출 실린더"로서 지칭될 것이며, 이에 의해 도 4 및 도 5에 따른 배향(orientation)의 경우에 공동(2')은 직경("d")에 대응하는 폭("b") 및 높이("h")에 대응하는 깊이("c")를 가질 것이다.

이러한 실제 적용의 경우에, 폭("b")은 [음영(shadowing) 위험성으로 인해] 직경("d")의 값보다 약간 작기만 한 것이 적합하지만, 그러나 공동(2')의 체적의 증가 동안이지만 최대 2.0의 팩터(factor)만큼, 통상적으로는 최대 1.5의 팩터만큼과 같이 값("d")을 약간 초과할 수도 있다.

유사한 이유때문에, 깊이 치수("c")는 바람직하게는 높이("h")의 값보다 거의 작지 않은 것이 바람직할 것이지만, 공동(2')의 체적의 증가 동안이지만 최대 1.5의 팩터만큼, 통상적으로는 최대 1.2의 팩터만큼과 같이 값("h")을 약간 초과할 수도 있다.

근본적인 특징은 또한, 광을 광원(5)으로부터 광검출기(7)로 전달하기 위해 이용되는 공간 각도가 공동(2')을 따라 지향된 적어도 그 광 비임들, 및 긴 게이트 형태의 작은 공동(2')내로 비스듬하게 통과하고 그리고 공동의 벽 부분들에 의해 반사될 수 있는 광 비임들을 포함할 것이라는 것이다.

이는, 효과적인 광반사 특성을 공지의 방식으로 제공하도록 처리될 수도 있는, 공동(2')을 형성하는 구성요소 실장 회로 기판의 단면들(sectional surface)에 속하는, 평면 평행 표면(plane-parallel surface)과 같은, 마주보며 평행한 또는 대체로 평행한 표면들과 주로 관계가 있다.

둘째로, 작은 공동(2')을 덮는 요소 또는 뚜껑(12)은 상기 효과적인 광반사 특성을 제공하도록 처리될 수도 있다.

공동(2')의 치수화(dimensioning)에 의해 또는 다른 공동 관련 수단에 의해, 작은 공동(2')을 통과하는 광 비임들이 광검출기(7)에 형성된 흡열 칩 섹션(7')에 집광될 것이다.

그러나, 광방출기 또는 광원(5) 및 그의 백열 와이어(5')로부터 좁은 공동(2')으로의 추가의 공간 각도 내로(within further space angles) 광 비임을 지향시키기 위한 다양한 수단이 또한 본 발명의 범주 내에 있는데, 이는 도 6에 도시된 실시예를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

직경("d") 및 높이("h")를 갖는 광방출 "실린더"의 형태를 고려할 때, 도 2 및 도 3의 작은 슬롯(10) 형태인 공동 형성 구멍은, 기판 또는 카드(9)의 상부 표면(9a)을 따라 배향되거나, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기판 또는 카드(9)의 상부 표면(9a)에 대해 직각을 이루는 작은 슬롯(10)의 형태로 배향될 수 있다.

그러나, 도 4 및 도 5의 작은 슬롯(10)이 관통 구조를 갖는 것과 이와 더불 어 뚜렷한 정사각형 횡단면이 주어지게 하는 것을 방해하는 것은 없지만, 이는 불필요한 큰 체적의 공동(2')을 초래할 수도 있다.

도 2 내지 도 7에 도시된 실시예들에 따르면, 장치(1)의 가스 셀(2) 및 그 공동(2')은 관통형 작은 슬롯 또는 개구(10)로서 짧은 섹션(9) 내에 구성된다.

도 8 및 도 9는, 대안으로서, 기판(9') 또는 표면 실장 기판(9)내에 바닥부(10a)를 갖는 작은 채널 형태인 개구(10')의 이용을 나타낸 것이다.

상기 기판(9') 또는 상기 표면 실장 기판(9)내의 슬롯 또는 채널(10) 및/또는 상기 채널 또는 구멍(10')의 상부 개구(11)는 뚜껑 기능 요소인, 표면(9a)에 부착된 제1 요소(12) 및 표면(9b)에 부착된 제2 요소(12a)에 의해 덮여있다.

도 2 내지 도 7에서, 뚜껑 기능 요소(12, 12a)가 카드 또는 기판(9)의 일 측면(9a) 또는 양 측면(9a, 9b)에 배치된, 작은 슬롯(10) 형태의 구멍이 카드 또는 기판(9)을 완전히 관통하도록 구성되어 있다.

뚜껑 기능 요소(12, 12a)는 각각 카드 또는 기판(9)의 일 측면(9a)에서 접착층(13a, 13b)을 갖고 적어도 하나의 중간 섹션(13c)을 구비하는 하나의 긴 접착 테이프(13)의 형태를 가질 수도 있다.

작은 슬롯(10) 또는 채널(10')은 광원(5)과 관련된 제1 광폭 개구(14)에 직접 연결된다.

작은 슬롯(10) 또는 채널(10')은 또한 광검출기(7)와 관련된 제2 광폭 개구(15)에 직접 연결된다.

도 2 내지 도 7에 도시된 실시예들의 경우에, 제1 광폭 개구(14)는 표준형 광방출원(5)을 단지 약간만 둘러싸도록 되어 있으며, 광방출원의 2개의 접속 전선(5a, 5b)은 기판의 한 표면(9a)에 대해 배향되거나, 편리하게는 기판의 마주보는 표면들(9a, 9b)의 각각에 대해 배향되고 그리고 상기 접속 전선에 대해 배향된 접속 패드(16a, 16b)에 고착될 수도 있는데, 여기서 상기 패드(16a, 16b)는 모두 광원(5)의 배치에 따라 상부 표면(9a) 또는 양 표면(9a)(9b)에 배치될 수 있다.

제2 광폭 개구(15)는 광검출 유닛(7)을 둘러싸도록 되어 있는데, 광검출 유닛의 2개의 접속 전선(7a, 7b)은 기판 표면(9a)에 대해 배향되어 상기 전선에 대해 배향된 접속 패드(18a, 18b)의 도움으로 상기 전선에 연결된다.

광검출 유닛(7)은 기판의 반대 표면 위의 접속 패드(18a', 18b')에 연결될 수 있는 2개의 추가의 접속 전선(도시 안됨)을 포함하는 것이 통상적이다.

상기 가스 셀 내의 제1 가스 부분을 제2 가스 부분으로 교체하기 위하여 가스("G")를 안내하기 위한 하나 이상의 추가의 채널 또는 개구(3, 4)가 상기 슬롯(10) 또는 상기 채널(10')에 연결된다.

상기 유닛에 속하는 전자 회로(6a, 6b, 6c)는 상기 회로 기판(9)에 속하는 회로 및 패턴과 적어도 부분적으로 통합된다.

도 4 및 도 5는, 슬롯(10)이 도 2 및 도 9에 도시된 실시예에서의 슬롯보다 더 좁고 더 깊으며 백열 와이어(5')의 직경에 대응하는 폭("b")을 가지고, 광 비임이 광검출기(7) 상의 열민감성 칩 부분(7')으로 집광되는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 본 실시예가 특별히 추천할만하다.

도 6은, 광원(5) 및 백열 와이어(5')가 슬롯(10)(도 4 및 도 5 참조)에 대해 직각으로 배향된 경우를 도시하는데, 여기서 구멍(14a)은, 작은 슬롯(10)의 단부 영역(10a) 내에 또는 그에 바로 인접하여 위치된 초점("F")에 의해 큰 공간 각도로부터의 광 비임을 집광하기 위한 반사기(14b)로서 형성된다.

이러한 목적으로 광반사기를 형성하는 것은 공지되어 있으며, 따라서 본 명세서에서는 상세히 설명하지 않기로 한다.

최대 20%의 농도의 CO₂ 가스의 존재의 검출은, 통상적으로 약 2 내지 4mm의 작고 좁은 측정 경로("a")를 필요로 할 것이며, 반면에 최대 5%의 농도는 통상적으로 약 8 내지 16mm의 측정 경로를 필요로 할 것이다.

코일형 백열 와이어(5')로 구성된 원통형 광원(5)은 약 0.2 내지 0.5mm의 직경("d")을 갖도록 할 수도 있는 반면에, 실린더는 최대 약 8 내지 12mm의 선택된 높이("h")를 가지도록 선택될 수도 있다.

전술한 실시예의 슬롯(10) 및 채널(10')은 직선인 것으로 언급되어 있지만, 슬롯 및 채널은 형상이 아치형일 수도 있거나 다른 형상을 가질 수도 있고 본 발명의 목적을 충족시키도록 광반사 특성을 포함할 수도 있음을 알아야 한다.

테이프(13)가 광원(5)과 광검출기(7) 사이에 뻗어 있는 것으로 도시되어 있지만, 광원 및/또는 광검출기(7) 모두를 덮도록 더 넓고 긴 섹션의 테이프(13)가 사용될 수 있음을 알아야 한다.

본 발명이 전술한 예시적인 실시예들로 제한되지 않으며 수정 및 변형이 첨부된 청구의 범위에 기재된 본 발명의 개념의 틀 내에서 이루어질 수 있음을 또한 알아야 한다.

특히, 각각 설명된 유닛 및/또는 회로가 의도된 기술적 기능을 달성하는 틀 내에서 각각 다른 도시된 유닛 및/또는 회로들과 조합될 수 있음에 주목해야한다.

Claims (17)

1. 하나의 공동(cavity)를 가지는 하나의 가스 셀과, 하나의 가스 셀 관련 광원과, 하나의 가스 셀 관련 광 검출기 및 하나의 제어 및 연산 전자 유닛을 포함하여 구성되고; 상기 제어 및 연산 전자 유닛이 상기 광원의 가동을 시작하기에 적합하고 그리고 또한 광 검출기로부터 광 검출기 신호를 수신하는데 응답하여 상기 셀 공동에 둘러싸인 가스 및/또는 가스 혼합물들의 존재 및/또는 농도를 평가하기에 적합한 것으로서,

   상기 가스 셀이 하나의 작은 구멍으로서 그리고 하나의 회로 기판내의 작은 슬롯 및/또는 작은 채널의 형태로 구성되고; 상기 기판에 형성되고 상기 슬롯 및/또는 채널과 관련된 하나의 개구가 하나의 뚜껑 기능 요소(lid-functioning element)로 덮여지는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 채널이 상기 기판을 통해 완전히 관통하도록 구성되고, 상기 뚜껑 기능 요소가 상기 기판의 한쪽 또는 양쪽에 위치될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 뚜껑 기능 요소가 접착 테이프로 구성되는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 및/또는 채널이 상기 광원과 관련된 제1 광폭 개구에 직접 연결된 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 및/또는 채널이 상기 광 검출기와 관련된 제2 광폭 개구에 직접 연결된 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1 광폭 개구가, 하나의 광 방출 유닛 또는 하나의 광원을 둘러싸기에 적합하고; 그 접속 전선들이 하나의 기판 표면에 대해 또는 대향된 기판 표면들에 대해 배향되고, 상기 접속 전선들에 대해 배향되는 접속 패드들에 고착되는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 광폭 개구가, 하나의 광 검출 장치를 둘러싸기에 적합하고; 그 접속 전선들이 하나의 기판 표면에 대해 및/또는 대향된 기판 표면들에 대해 배향되고, 상기 접속 전선들에 대해 배향되는 패드들에 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 또는 채널이 또한 상기 가스 셀의 제1 가스부분(gas portion)을 제2 가스부로 교체하기 위해 가스 또는 가스 흐름(gas flow)의 운반을 수행하기에 적합한 하나 또는 그보다 많은 추가 채널들 또는 구멍들에 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 유닛에 속하는 전자 회로들이 적어도 부분적으로 상기 기판에 속하는 회로들 및 패턴들과 통합되는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 보드가 인쇄 회로 기판 또는 구성요소들(components)이 장치된 회로 기판인 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 기판에 형성된 상기 슬롯 또는 채널이 높은 광 반사 특성들을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 뚜껑 기능 요소가 고도의 광 반사 특성들을 갖는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 광원이 상기 슬롯 및/또는 채널에 대해 직각으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
14. 제13항에 있어서, 광 비임을 상기 슬롯 또는 채널에 반사하기에 적합한 하나의 반사장치(reflector)를 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 채널 및/또는 슬롯이, 하나의 코일형 백열 부 재(coiled incandescent element)의 폭에 상응하거나 일반적으로 상응하는 너비를 가지는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 및/또는 채널이, 하나의 코일형 백열 부재(coiled incandescent element)의 길이에 상응하거나 일반적으로 상응하는 너비를 가지는 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 또는 채널에, 상기 광 비임들을 상기 광 검출기의 하나의 칩 섹션(chip section)상에 집광시키기 위한 수단이 형성되거나 구비된 것을 특징으로 하는, 가스 검출 장치.

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