KR20090086766A - 광학식 가스센서 - Google Patents

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KR20090086766A
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황학인
이대성
이국녕
이경일
홍성민
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명은 광학식 가스센서에 관한 것으로, 보다 자세하게는 설계가 용이한 원통형의 내부 공동으로 이루어진 광학 챔버(Optical chamber)와 광을 하나의 초점으로 집광시키는 광학수단으로 구성되는 광학식 가스센서에 관한 것이다.
본 발명의 광학식 가스센서는 원통형의 내부 공동으로 이루어지고 상기 내부 공동의 측면에 위치한 제1개구부와 제2개구부를 포함하는 광학 챔버; 상기 광학 챔버 내부를 향해 광을 발생시키는 광원; 상기 광원에서 발생된 광을 상기 제1개구부를 통해 상기 광학 챔버의 측면 중 일부 영역을 향해 내부 공동의 광축의 중심에서 하나의 초점을 지날 수 있게 집광시켜 입사시키는 제1광학수단; 상기 광학 챔버의 내부 공동에서 적어도 한 번 이상 반사된 상기 광을 집광시켜주는 제2광학수단; 상기 제2광학수단에 의해 최종적으로 입사된 광의 세기를 측정하는 수광소자; 및 상기 제2광학수단과 상기 수광소자 사이에 위치한 필터로 구성되는 것에 기술적 특징이 있다.
비분산 적외선법, 가스센서, 광학 챔버, 광학수단, 수광소자

Description

광학식 가스센서{Optical gas sensors}
본 발명은 광학식 가스센서에 관한 것으로, 보다 자세하게는 설계가 용이한 원통형의 내부 공동으로 이루어진 광학 챔버(Optical chamber)와 광을 하나의 초점으로 집광시키는 광학수단으로 구성되는 광학식 가스센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 장치의 크기를 소형화하면서도 그 측정길이는 충분히 길게 구현해 높은 광 효율을 가지는 비분산 적외선법(Non-Dispersive Infrared, NDIR)에 의한 광학식 가스센서에 관한 것이다.
가스 농도를 측정하는 방법에는 비분산 적외선 방식과 고체 전해질(solid electrolyte)방식이 있다.
고체 전해질 센서가 비분산 적외선 센서에 비해 더 저렴하지만, 장기 안정성, 높은 정확도, 저전력 소비 등과 같은 면에서는 비분산 적외선 센서가 더 유리하다. 또한 비분산 적외선 센서는 목표 가스가 특정 파장에서 적외선을 흡수한다는 물리적 센싱 원리를 이용하기 때문에 선택도와 감도가 좋다.
적외선은 파장이 0.75㎛~1㎜ 범위에 속하는 전자기파로, 흔히 열선이라 불린다. 이러한 적외선은 그 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문에, 물질에 적외선이 부딪히면 전자기적 공진 현상을 일으켜 광파의 에너지가 효과적으로 흡수되기 때문에 강한 열을 발산한다.
특히, 액체나 기체 상태의 물질은 각각의 물질마다 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수하는 성질이 있다. 따라서, 흡수 스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성, 반응과정 또는 분자구조를 정밀하게 추정하는 수단으로 사용한다. 이것을 적외선 분광분석이라 한다.
본 발명과 관련된 비분산 적외선 가스센서는 이와 같은 적외선의 특성을 이용하여 시료 중 특정 가스의 농도를 측정할 수 있는 정량분석 기기이다.
비분산 적외선 센서의 광학적 특성을 살펴보면 다음과 같다.
시험 가스를 통과하도록 적외선을 방사하는 적외선 광원과, 시험 가스를 통과한 적외선 중 특정 파장 대의 것만을 선택적으로 감지하여 광량을 특정하기 위한 적외선 센서(IR Detector)와, 광원으로부터 방사된 적외선 광이 기기 외부로 누출되거나 산란 또는 분산되는 것을 방지하기 위하여 밀폐된 반사경을 포함하는 광학 챔버(Optical Chamber)로 구성된다.
특히, 광학 챔버는 광원에서 방사된 적외선이 적외선 센서에 도달하기까지 가스와 충돌하여 적외선이 흡수되는 광 통로 역할을 하는 것이다. 적외선이 시험 가스를 통과하여 이동하는 광 경로(Optical path)가 길수록 가스에 의한 흡수량이 커진다. 그에 따라 센서가 측정하는 측정치의 오차를 줄여 기기의 정밀도를 높일 수 있다.
일반적으로, 광은 광 경로 상에서 회절, 반사, 굴절 및 흡수에 의해서 광 강도가 감소 혹은 증가하게 된다. 입사광이 광 경로를 통과함에 따라 광 강도는 광 경로 상의 가스에 의해 흡수되어 광 강도는 감소하게 된다.
즉, 광학적 가스 센서에서, 적외선 강도의 감소는 Beer-Lambert의 법칙에 의해 설명될 수 있다. 광학 챔버 내의 가스농도(J)가 균일하고 적외선이 일정 길이의 광 경로(L)를 통과할 때, 최종 광 강도(I)는 가스 흡수 계수(k), 광 경로(L)의 길이와 초기 광 강도(I0)의 함수로 나타낼 수 있다.
I = I0ㆍe- kJL (x)
[수학식 1]에서 보는 바와 같이, 최종 광 강도(I)는 초기 광 강도(I0) 및 측정 대상 가스의 흡수계수(k)가 일정한 경우, 광 경로 상의 가스농도(J)와 광 경로(L)의 길이에 비례한다.
그리고, 예를 들어 [수학식 1]에서 측정하고자 하는 가스가 존재하지 않은 경우, 즉, J = 0인 경우, 최종 광 강도와 초기 광 강도는 같게 된다.
I = I0
따라서, 특정 대상 가스가 없는 상태이고 가스 농도가 J인 경우에, 광 강도 차는 [수학식 3]에 제시되는 바와 같다.
ΔI = I0ㆍ(1 - e- kJL (x))
또한, 일반적인 적외선 센서는 광 강도에 비례한 미소 전압을 그 출력으로 나타내므로, 가스 존재 유무에 따른 센서의 출력은 아래의 [수학식 4]와 같이 표현된다.
ΔⅤ= αㆍΔI = αㆍ[I0ㆍ(1 - e- kJL (x))]
(여기서, α는 비례상수)
이때, 저농도에서 고농도의 광범위한 측정 범위를 갖는 광학적 가스센서를 제작하기 위해서는 첫째, 광 경로(L)가 큰 광학 챔버를 형성하거나, 둘째, 적외선을 검출할 수 있는 하한 광 강도가 작은 적외선 센서를 사용하거나, 셋째, 포화 광 강도가 크나 적외선 광원에서 방사되는 초기 광 강도(I0)보다 약간 작은 값을 갖는 적외선 센서를 사용하여야 한다.
따라서 동일 체적 또는 동일 길이의 광학 챔버 내에서 적외선이 통과하는 광 경로를 얼마나 길게 할 수 있느냐 하는 것이 광학적 가스 센서의 성능을 좌우한다.
한편, 종래부터 한정된 광학 챔버내에서 광 경로를 길게 하기 위한 다양한 방법들이 제시되었다. 예를 들어, 미국특허 제5,341,214호에는 광원에서 방출되는 광이 튜브형 광 도파관(Optical path tube)내에서 다수의 반사를 일으켜 광 경로가 도파관의 물리적 길이보다 길어지는 기술이 제시되었다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-494103호는 광 경로를 최대화하기 위하여 마주보는 2개의 오목 반사경으로 광학 챔버를 형성하는 기술이 제시되었다.
예를 들어, 도 1에서 보는 바와 같이, 종래 기술에 따른 광학적 가스 센서는 대부분 두 개 또는 세 개의 오목한 반사경으로 광학 챔버를 구성하고, 광원에서 반사되는 평행 반사광을 마주보는 반사경 사이에서 다수 회 반사시켜 광 경로를 연장하는 기술이다. 따라서 동일 면적의 광학 챔버라 하더라도 평행 반사광이 반사하는 횟수가 증가할수록 광 경로가 길어지기 때문에 목적하는 가스에 의한 특정 파장 대의 적외선의 흡수량이 커진다.
그러나, 종래 기술에 따른 광학적 가스 센서는, 마주보는 반사경 사이에서 평행 반사광을 다수 회 반사하기 때문에 반사경 표면에서 산란, 난반사, 굴절 및 흡수가 일어나 모든 파장 대에서 광 강도가 감소하는 문제가 있다.
즉, 광학 챔버의 반사경은 적용된 금형기술, 사출성형기술 및 도금기술에 따라 그 표면이 거칠거나 곡면이 불규칙한 경우가 있다.
이와 같이, 불완전한 반사경 표면에 의한 광 손실은 광의 경로가 길어질수록 즉, 반사 횟수가 많아질수록 증가한다. 따라서 정밀한 반사경을 만들기 위한 금형기술이나 도금기술이 뒷받침되지 않는 경우, 광 경로를 연장함으로써 광센서가 특정 가스의 측정에 이용하는 광량이 감소하여 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 정밀도가 우수한 광학적 가스 센서를 제공하기 위해서는 광 경로를 길게 하는 것 이외에도, 산란, 난반사, 굴절, 흡수 등에 의한 광 손실을 최소화하여 광센서로 입사하는 광량을 충분히 확보하면서 공정을 간소화시킬 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 설계가 용이한 원통형의 내부 공동으로 이루어진 광학 챔버를 제작해 광을 하나의 초점으로 집광시키는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 장치의 크기를 소형화하면서, 좁은 면적에서도 긴 광학 경로 및 높은 광 효율을 가지는 광학식 가스센서를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 원통형의 내부 공동으로 이루어지고 상기 내부 공동의 측면에 위치한 제1개구부와 제2개구부를 포함하는 광학 챔버; 상기 광학 챔버 내부를 향해 광을 발생시키는 광원; 상기 광원에서 발생된 광을 상기 제1개구부를 통해 상기 광학 챔버의 측면 중 일부 영역을 향해 내부 공동의 광축의 중심에서 하나의 초점을 지날 수 있게 집광시켜 입사시키는 제1광학수단; 상기 광학 챔버의 내부 공동에서 적어도 한 번 이상 반사된 상기 광을 집광시켜주는 제2광학수단; 상기 제2광학수단에 의해 최종적으로 입사된 광의 세기를 측정하는 수광소자; 및 상기 제2광학수단과 상기 수광소자 사이에 위치한 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 광학 챔버는 상기 제1개구부와 상기 제2개구부 및 광학 챔버 내부로 시료가스를 주입하기 위한 가스 유입구와 시료가스를 배기하기 위 한 가스 유출구를 제외하고는 광학적으로 폐쇄되는 것으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광학 챔버는 상부면과 하부면 및 측면에 위치한 반사 벽면으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광학 챔버의 측면에 위치한 상기 반사 벽면은 수직 단면이 평면이고, 상기 제1광학수단은 상기 반사 벽면으로 상기 광원에서 발생된 상기 광을 평행하게 입사시키는 것으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광학 챔버의 측면에 위치한 상기 반사 벽면은 수직 단면이 반원 형태인 요면이고, 상기 제1광학수단은 상기 반사 벽면으로 상기 광원에서 발생된 상기 광을 집광시켜 입사시키는 것으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광학 챔버의 측면에 위치한 반사 벽면은 수직 단면이 부채꼴 형태인 요면이고, 상기 제1광학수단은 상기 반사 벽면으로 상기 광원에서 발생된 상기 광을 집광시켜 입사시키는 것으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 광원은 상기 광학 챔버 내부 공동을 향해 적외선을 발생시키는 것으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 제1광학수단과 상기 제2광학수단은 상기 광원에서 발생한 상기 광을 집광시키는 오목 반사경으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 수광소자는 상기 광원에서 방사되어 광 경로 상에서 시료가스에 의해 일부 흡수된 후 최종적으로 들어오는 특정 파장대의 광의 광량을 측정하는 것으로 구성됨이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 광학식 가스센서는 측면에 위치한 반사 벽면을 요면으로 구성함으로써 광을 하나의 초점으로 집광시키고, 광의 광 경로를 길게 할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 설계가 용이한 원통형의 내부 공동으로 이루어진 광학 챔버를 구현함으로써 비용을 절감하고 장치의 크기를 소형화할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제1광학수단과 제2광학수단을 오목 반사경으로 구성함으로써 광이 광축의 중간에서 집광되어 초점거리를 짧게 할 수 있고, 광의 손실을 줄일 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 가스센서(300)의 입체 사시도이고, 도 2b는 발명의 제1실시예에 따른 적외선의 반사 경로를 나타낸 도면이고, 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학식 가스센서(300)의 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 광학식 가스센서(300)는 광학 챔버(310), 제1광학수단(320), 제2광학수단(330), 광원(340), 필터(350), 수광소자(360), 제1개구부(370) 및 제2개구부(380) 등으로 구성된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 광학 챔버(310)는 시료가스를 수용하기 위해 상부면, 하부면 및 측면으로 구성되는 광학적으로 폐쇄된 원통형의 내부 공동 구조를 갖는다. 여기서, 측면은 반사 벽면이며, 상기 측면의 수직 단면은 평면이다.
또한, 상기 내부 공동의 측면에 제1개구부(370)와 제2개구부(380)를 포함한다. 상기 제1개구부는 광원(340)과 제1광학수단(320)이 설치되고, 제2개구부(380)에는 제2광학수단(330)과 필터(350) 및 수광소자(360)가 설치된다.
그리고 상기 광학 챔버(310) 내부로 시료가스를 주입하기 위한 가스 유입구(미도시)와 시료가스를 배기하기 위한 가스 유출구(미도시)는 상기 광학 챔버(310)의 상부면 또는 하부면에 위치한다.
따라서, 상기 광학 챔버(310)는 광의 반사가 여러 번 발생할 수 있는 어떠한 형태의 반사 벽면으로 이루어져도 무방하며, 상기 수직 단면이 평면인 반사 벽면은 일실시예에 불과하다.
제1광학수단(320)은 부채꼴 형태의 오목 반사경(concave reflector)으로 구성되어, 제1개구부(370)를 통하여 광원(340)으로부터 발생된 광을 광축의 중심에서 하나의 초점을 지날 수 있게 집광시켜 준다.
제2광학수단(330)은 부채꼴 형태의 오목 반사경으로 구성되어, 상기 광학 챔버(310)의 내부 공동의 측면에서 적어도 한 번 이상 반사되어 최종적으로 수광소자(360)로 입사되는 광을 집광시켜 준다.
광원(340)은 제1개구부(370)에 설치되며 가시광선보다 긴 파장을 가진 적외선을 발생시키는 적외선 전구로 구성된다. 상기 적외선은 광학 챔버(310) 내에 존재하는 시료가스의 농도를 측정하는데 사용한다.
필터(350)는 상기 시료가스의 흡수 스펙트럼 대역의 파장과 유사한 파장 대역의 광만 필터링하여 투과시키고, 수광소자(360)는 상기 필터(350)를 투과하여 입사하는 광의 세기를 측정한다.
본 발명의 제1실시예인 광학식 가스센서(300)의 동작과정을 살펴보면 다음과 같다.
우선 제1개구부(370)를 통하여 광원(340)으로부터 발생된 상기 적외선은 오목 반사경인 제1광학수단(320)에 의해 반사되면서 집광된다.
집광된 상기 적외선은 상기 광학 챔버(310)의 측면을 형성하는 반사 벽면 중 일부 영역을 향해 평행하게 입사된다. 그리고 상기 반사 벽면에 부딪혀 여러 번의 반사 과정을 거치게 된다.
이는 처음부터 평행광으로 입사되어 반사되는 경우보다 초점 거리가 짧아지 게 되고, 내부 공동의 광축의 중심에서 수평방향으로 하나의 초점을 지날 수 있게 집광시킬 수 있다는 특징이 있다.
상기 과정에서 적외선과 광학 챔버(310) 내에 존재하는 시료가스의 충돌이 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 시료가스의 흡수 스펙트럼과 동일한 파장을 가진 적외선의 일부 파장 대역은 상기 시료가스에 흡수됨으로써 그 세기가 감소한다.
그리고 상기 내부 공동의 반사 벽면에서 적어도 한 번 이상의 반사 과정을 거친 적외선은 제2개구부에 위치한 제2광학수단(330)으로 입사된다. 제2광학수단(330)은 오목 반사경으로 구성되었기에 입사된 상기 적외선을 집광시켜 주는 역할을 한다.
그리고 집광된 적외선은 필터(350)에 의해 필터링된 후, 수광소자(360)에 의해 그 세기가 측정된다.
상기 적외선의 세기는 광학 챔버(310) 내에 시료가스가 없을 경우 수광소자(360)에 의해 측정된 적외선의 세기와 비교하여 감쇠 정도를 파악한다. 이러한 적외선 세기의 감쇠 정도는 시료가스 농도에 비례하게 된다.
따라서 본 발명은 시료가스가 없을 때의 적외선의 세기와 시료가스가 있을 때의 적외선의 세기를 비교함으로써 시료가스 농도를 검지할 수 있다.
도 3a은 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 가스센서(400)의 입체 사시도와 적외선의 전파 경로를 나타낸 도면이고, 도 3b은 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 가스센서(400)의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 가스센 서(400)는 상기 도 2a의 제1실시예에 따른 광학식 가스센서(300)와 그 구성은 동일하나, 광학 챔버의 측면을 형성하는 반사 벽면에 차이가 있다.
즉, 도 3a의 광학식 가스센서(400)의 광학 챔버(410), 제1광학수단(420), 제2광학수단(430), 광원(440), 필터(450), 수광소자(460), 제1개구부(470) 및 제2개구부(480)는 상기 도 2a의 광학 챔버(310), 제1광학수단(320), 제2광학수단(330), 광원(340), 필터(350), 수광소자(360), 제1개구부(370) 및 제2개구부(380)와 동일하다.
그러나, 도 3a의 광학식 가스센서(400)는 광학 챔버(410)의 측면을 형성하는 반사 벽면의 수직 단면이 반원 형태인 요면으로 구성된다.
상기 제1실시예는 광원(340)으로부터 발생되는 적외선이 제1광학수단(320)에 의해 집광된다. 하지만 상기 적외선이 완벽하게 집광되기 어렵고, 집광된 적외선이 광학 챔버 측면에 위치한 수직 단면이 평면인 반사 벽면에 여러 차례 반사되어 진행될수록 적외선은 점점 퍼지게 된다. 따라서 상기 적외선은 수광소자(360)에 도달하는 과정에서 감쇄될 수 있다.
이러한 이유로, 도 3a의 광학 챔버(410)의 측면을 형성하는 반사 벽면은 수직 단면이 반원 형태인 요면으로 구성된다. 상기 반사 벽면에 부딪혀 반사된 적외선은 수직 및 수평 방향으로 하나의 초점을 지나게 되므로 적외선의 퍼짐 현상을 줄일 수 있다.
상기 적외선은 모아짐과 퍼짐이 일정한 패턴이 되는 반사 과정을 여러 차례 수행하게 된다. 상기 과정에서 적외선은 광학 챔버(410)내에서 이동 경로가 길어지 고 퍼지게 되는 현상이 줄어들기 때문에 시료가스에 흡수되는 기회가 많아진다.
도 4a은 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 가스센서(500)의 입체 사시도와 적외선의 전파 경로를 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 가스센서(500)의 수직 단면도를 나타낸 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 가스센서(500)는 상기 도 3a의 제2실시예에 따른 광학식 가스센서(400)와 그 구성은 동일하나, 광학 챔버의 측면을 형성하는 반사 벽면에 차이가 있다.
즉, 도 4a의 광학식 가스센서(500)의 광학 챔버(510), 제1광학수단(520), 제2광학수단(530), 광원(540), 필터(550), 수광소자(560), 제1개구부(570) 및 제2개구부(580)는 상기 도 3a의 광학 챔버(410), 제1광학수단(420), 제2광학수단(430), 광원(440), 필터(450), 수광소자(460), 제1개구부(470) 및 제2개구부(480)와 동일하다.
그러나, 도 4a의 광학식 가스센서(500)는 광학 챔버(510)의 측면을 형성하는 반사 벽면의 수직 단면이 부채꼴 형태인 요면으로 구성된다.
상기 반사 벽면에 반사된 적외선은 광학 챔버(510)의 하부면에 맺히는 하나의 초점을 지나게 된다. 이에, 적외선은 하부면에 의해 반사되어 다시 상기 반사 벽면에 반사되고 하부면에 맺히는 또 다른 초점을 지나게 된다. 이런 과정이 반복되면서 수직 및 수평 방향으로의 적외선의 퍼짐 현상을 줄일 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 광학식 가스센서를 이용하여 대기 중의 가스 오염 물질 및 실내의 유해 가스 검출 등의 목적을 가진 장치에 사용이 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따른 광학식 가스센서의 개략적인 구성도
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 가스센서의 입체 사시도
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선의 반사 경로
도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 가스센서의 단면도
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 가스센서의 입체 사시도와 적외선의 전파 경로
도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 가스센서의 수직 단면도
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 가스센서의 입체 사시도와 적외선의 전파 경로
도 4b는 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 가스센서의 수직 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : 광학식 가스센서 350 : 필터
310 : 광학 챔버 360 : 수광소자
320 : 제1광학수단 370 : 제1개구부
330 : 제2광학수단 380 : 제2개구부
340 : 광원

Claims (9)

  1. 원통형의 내부 공동으로 이루어지고 상기 내부 공동의 측면에 위치한 제1개구부와 제2개구부를 포함하는 광학 챔버;
    상기 광학 챔버 내부를 향해 광을 발생시키는 광원;
    상기 광원에서 발생된 광을 상기 제1개구부를 통해 상기 광학 챔버의 측면 중 일부 영역을 향해 내부 공동의 광축의 중심에서 하나의 초점을 지날 수 있게 집광시켜 입사시키는 제1광학수단;
    상기 광학 챔버의 내부 공동에서 적어도 한 번 이상 반사된 상기 광을 집광시켜주는 제2광학수단;
    상기 제2광학수단에 의해 최종적으로 입사된 광의 세기를 측정하는 수광소자; 및
    상기 제2광학수단과 상기 수광소자 사이에 위치한 필터
    를 포함하는 광학식 가스센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 챔버는 상기 제1개구부와 상기 제2개구부 및 광학 챔버 내부로 시료가스를 주입하기 위한 가스 유입구와 시료가스를 배기하기 위한 가스 유출구를 제외하고는 광학적으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광학 챔버는 상부면과 하부면 및 측면에 위치한 반사 벽면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광학 챔버의 측면에 위치한 상기 반사 벽면은 수직 단면이 평면이고, 상기 제1광학수단은 상기 반사 벽면으로 상기 광원에서 발생된 상기 광을 평행하게 입사시키는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 광학 챔버의 측면에 위치한 상기 반사 벽면은 수직 단면이 반원 형태인 요면이고, 상기 제1광학수단은 상기 반사 벽면으로 상기 광원에서 발생된 상기 광을 집광시켜 입사시키는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 광학 챔버의 측면에 위치한 반사 벽면은 수직 단면이 부채꼴 형태인 요면이고, 상기 제1광학수단은 상기 반사 벽면으로 상기 광원에서 발생된 상기 광을 집광시켜 입사시키는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광학 챔버 내부 공동을 향해 적외선을 발생시키는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1광학수단과 상기 제2광학수단은 상기 광원에서 발생한 상기 광을 집광시키는 오목 반사경으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 수광소자는 상기 광원에서 방사되어 광 경로 상에서 시료가스에 의해 일부 흡수된 후 최종적으로 들어오는 특정 파장대의 광의 광량을 측정하는 것을 특징으로 하는 광학식 가스센서.
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