KR20100135060A - Optical gas sensor and gas concentration analyzer including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 광학적 센서 및 이를 사용하는 가스농도분석장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 가스 검출 능력의 증대를 위해 검출구조가 개선된 광학적 원리를 이용한 광학적 가스센서 및 이를 사용하는 가스농도분석장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical sensor and a gas concentration analysis apparatus using the same, and more particularly, to an optical gas sensor using an optical principle having an improved detection structure for increasing a plurality of gas detection capabilities, and a gas concentration using the same. It relates to an analysis device.
일반적으로 가스농도분석장치는 대기 중의 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 또는 메탄가스(CH4) 등을 검출하며, 가스농도분석장치는 접촉식과 비접촉식으로 구분된다. 비접촉 방식은 광학적 원리를 이용한 저가의 광학적 가스센서 방식의 가스농도분석장치는 주로 비분산 적외선(non-dispersive infrared: NDIR)(이하, 비분산 적외선을 NDIR 이라 지칭한다.) 센서를 이용한 방식을 사용한다.Generally, the gas concentration analyzer detects carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), or methane gas (CH 4 ) in the atmosphere, and the gas concentration analyzer is classified into a contact type and a non-contact type. Non-contact method of gas concentration analyzer of low cost optical gas sensor method using optical principle mainly uses non-dispersive infrared (NDIR) sensor (hereinafter referred to as NDIR). do.
NDIR 가스센서 방식은 검출 목표 대상 가스가 특정 파장에서 적외선을 흡수하는 물리적 센싱 원리를 이용한 것으로, 선택도와 감도가 높은 특징을 가지고 있다. NDIR 가스센서는 일반적으로 광 경로(optical path) 상에서 여러 번 반사되면 서 광 공동(optical cavity) 내부에 존재하는 측정가스에 의해 흡수되게 되고, 흡수된 나머지 광량은 초기 광량에 비해 감소된 광 강도(light intensity)가 측정되는 원리가 이용된다.The NDIR gas sensor method uses a physical sensing principle in which a target gas is absorbed by a specific wavelength, and has high selectivity and sensitivity. The NDIR gas sensor is generally reflected by the light path several times and absorbed by the measurement gas present in the optical cavity, and the remaining amount of light absorbed is reduced in intensity compared to the initial amount of light ( The principle by which light intensity is measured is used.
한편, NDIR 가스센서 방식의 경우, 광원으로부터 조사된 광량이 가스에 흡수되는 것 이외에 손실 없이 검출부에 도달할 때 감도가 우수해진다. 이에, 광원으로부터 조사된 광량을 검출부로 집광시키기 위한 기술적 구성이 요구되고 있다.On the other hand, in the case of the NDIR gas sensor system, the sensitivity is excellent when the amount of light irradiated from the light source reaches the detection unit without loss in addition to being absorbed by the gas. Therefore, a technical configuration for condensing the amount of light emitted from the light source to the detection unit is required.
또한, NDIR 가스센서 방식을 이용하여 1가지의 목표 대상 가스를 검출하는 것이 아니라, 복수의 목표 대상 가스를 설정하여 복수의 목표 대상 가스를 검출하는 것이 효율적이다. 그러므로, 복수의 목표 대상 가스 설정 및 복수의 목표 가스 검출에 적합한 기술이 요구된다.In addition, instead of detecting one target target gas using the NDIR gas sensor method, it is efficient to set a plurality of target target gases to detect the plurality of target target gases. Therefore, a technique suitable for setting a plurality of target target gases and detecting a plurality of target gases is required.
따라서, 본 발명의 목적은, 광원으로부터 조사된 광량을 집광시켜 검출 대상 가스에 대한 검출 감도를 향상시킬 수 있는 광학적 가스센서 및 이를 사용하는 가스농도분석장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical gas sensor and a gas concentration analyzing apparatus using the same, which can improve the detection sensitivity for a gas to be detected by concentrating the amount of light emitted from the light source.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 복수의 목표 대상 가스를 검출하여 검출에 따른 생산성을 향상시킬 수 있는 광학적 가스센서 및 이를 사용하는 가스농도분석장치도 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an optical gas sensor capable of detecting a plurality of target gases and improving productivity according to the detection, and a gas concentration analyzing apparatus using the same.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 가스유입구 및 가스유출구가 마 련되는 광 공동(optical cavity)과, 상기 광 공동의 일측에 배치되어 빛을 조사하는 광원과, 상기 광 공동의 타측에 상기 광원에 대해 이격 배치되며 복수의 검출센서를 갖는 검출부와, 상기 광원과 상기 검출부 사이에 일정 각도와 곡률반지름을 가지고 배치되어 상기 광원으로부터 조사된 빛을 상기 검출부로 안내하는 반사부를 포함하며, 상기 반사부는 복수의 상기 검출센서의 이격거리에 따라 복수의 상기 검출센서 이격거리의 중심축선을 기준으로 일정 각도를 가지고 절곡되어 각각의 상기 검출센서로 빛을 안내하는 것을 특징으로 하는 광학적 가스센서에 의해서 이루어진다.According to the present invention, there are provided an optical cavity in which a gas inlet and a gas outlet are provided, a light source disposed at one side of the optical cavity and irradiating light, and the other side of the optical cavity. A detector disposed spaced from the light source and having a plurality of detection sensors, and a reflector arranged at a predetermined angle and a radius of curvature between the light source and the detector to guide light emitted from the light source to the detector; The reflector is bent at a predetermined angle with respect to the center axis of the plurality of detection sensor separation distance according to the separation distance of the plurality of detection sensors by the optical gas sensor, characterized in that for guiding light to each detection sensor Is done.
여기서, 상기 광원은 적외선램프를 포함할 수 있다.Here, the light source may include an infrared lamp.
그리고, 상기 반사부는 복수의 상기 검출센서에 대응하여 복수의 반사면이 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the reflecting unit may be formed with a plurality of reflecting surfaces corresponding to the plurality of detection sensors.
상기 곡률반지름은 상기 반사면과 상기 검출센서와의 초점거리에 대응하는 제1곡률반지름과, 상기 반사면과 상기 검출부와의 이격거리(D)에 대응하는 제2곡률반지름을 포함할 수 있다.The radius of curvature may include a first radius of curvature corresponding to a focal length of the reflective surface and the detection sensor, and a second radius of curvature corresponding to a distance D between the reflective surface and the detection unit.
바람직하게 상기 반사면과 상기 검출센서의 초점거리는 상기 제1곡률반지름에 비례할 수 있다.Preferably, the focal length of the reflective surface and the detection sensor may be proportional to the first radius of curvature.
그리고, 상기 반사면과 상기 검출부의 이격거리(D)는 바람직하게 상기 제2곡률반지름에 비례할 수 있다.The distance D between the reflective surface and the detection unit may be proportional to the second radius of curvature.
또한 상기 가스유입구로 유입되는 가스를 가열하는 가열수단을 더 포함할 수 있다.In addition, the gas inlet may further include a heating means for heating the gas flowing into the inlet.
한편, 상기 과제 해결 수단은, 본 발명에 따라, 전술한 구성의 광학적 가스센서와, 상기 광학적 가스센서로부터 검출된 가스농도를 출력하는 출력부와, 상기 광학적 가스센서로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 출력부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스농도분석장치에 의해서도 이루어진다.On the other hand, according to the present invention, the problem solving means is based on the optical gas sensor of the above-described configuration, an output unit for outputting the gas concentration detected from the optical gas sensor, and based on the detection signal from the optical gas sensor It is also made by a gas concentration analysis device comprising a control unit for controlling the output unit.
여기서, 상기 출력부는 검출된 가스농도를 디스플레이하는 디스플레이부와 음성으로 알려주는 음성신호부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Here, the output unit may include at least one of a display unit for displaying the detected gas concentration and a voice signal unit for notifying the voice.
따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, 일정한 각도와 곡률반지름을 갖도록 반사부를 절곡하여 각각의 검출센서로 빛이 집광되도록 초점거리를 조절함으로써 각각의 검출센서의 출력전압을 증폭시킬 수 있고, 이에 따라 제품의 검출 신뢰성을 향상시킬 수 있는 광학적 가스센서 및 이를 포함하는 가스농도분석장치가 제공된다.Therefore, according to the above solution, the output voltage of each detection sensor can be amplified by bending the reflector to have a constant angle and radius of curvature and adjusting the focal length so that light is focused on each detection sensor. Provided are an optical gas sensor and a gas concentration analyzing apparatus including the same, which can improve detection reliability of a product.
또한, 가스 유입 영역에 가열수단을 배치하여 가스의 확산속도를 상승시킬 수 있으므로, 검출 성능을 향상시킬 수 있는 광학적 가스센서 및 이를 포함하는 가스농도분석장치가 제공된다.In addition, since the heating means can be arranged in the gas inlet area to increase the diffusion rate of the gas, there is provided an optical gas sensor and a gas concentration analysis apparatus including the same that can improve the detection performance.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person having the scope of the invention and is only defined by the scope of the claims of the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광학적 가스센서 및 이를 포함하는 가스농도분석장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, an optical gas sensor and a gas concentration analyzing apparatus including the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.
설명하기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시 예는 가열수단인 히터를 포함하는 제1실시 예와 펌프를 포함하는 제2실시 예로 구분하여 설명한다. 단, 본 발명의 바람직한 제1 및 제2실시 예에서 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용했음을 미리 밝혀둔다.Prior to the description, a preferred embodiment of the present invention will be described separately by the first embodiment including a heater as a heating means and the second embodiment including a pump. However, in the first and second preferred embodiments of the present invention, the same configuration uses the same reference numerals.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스농도분석장치(1)는 입력부(3), 기판(5), NDIR(non-dispersive infrared) 센서(10), 출력부(100) 및 제어부(160)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the
입력부(3)는 NDIR 가스센서(10)에 작동 신호를 인가하는 적외선램프 구동 드라이버 회로를 구성하고, 이러한 인가 신호에 의해서 이산화탄소(CO2) 또는 메탄가스(CH4) 등과 같은 다양한 검출 대상 가스 종류를 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 가스농도분석장치(1)는 2개의 가스를 검출할 수 있으므로, 실시간으로 두 개의 가 스 농도 값을 측정한다.The
기판(5)은 외부로부터의 전원을 NDIR 가스센서(10) 등에 공급하는 전자부품(미도시)들과 NDIR 가스센서(10)의 전기적 매개체 역할을 한다. 기판(5)의 판상에는 본 발명의 일 실시 예로서, 전자부품들이 실장되어 있고, NDIR 가스센서(10)로 가스가 흡입되도록 복수의 흡기부(7)가 관통 형성되어 있다. 그리고, 기판(5)에는 본 발명의 제1실시 예에 따른 후술할 가열수단이 복수의 흡기부(7) 영역에 배치되어 있다. 가열수단에 관련된 상세한 설명은 추후 설명하기로 한다.The
다음으로 본 발명의 NDIR 가스센서(10)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 광원(20), 광 공동(40), 검출부(60), 반사부(80) 및 가열수단을 포함한다.Next, as illustrated in FIGS. 2 to 4, the
광원(20)은 적외선램프가 사용된다. 적외선램프로 사용되는 광원(20)은 약 1 내지 10um이 적외선 파장을 가지므로, 복수의 가스를 측정할 때 하나의 파장 만을 발광하는 다이오드(diode) 또는 레이저 다이오드(laser-dioed) 보다 광범위하게 사용될 수 있다. 이에, 광범위한 파장을 갖는 적외선램프를 광원(20)으로 사용하는 것이 복수의 가스를 측정하는 NDIR 가스센서(10)에 적합하다.The
광 공동(40)은 본 발명의 일 실시 예로서, 광원(20), 검출부(60) 및 반사부(80)를 수용한다. 그러나, 본 발명과 달리, 가열수단도 포함할 수 있다. 본 발명의 광 공동(40)은 광 공동본체(42), 가스유입구(44) 및 가스유출구(46)를 포함한다.The
광 공동본체(42)는 내부 일측에 수용된 광원(20)으로부터 조사된 적외선의 광 경로(optical path)(48)를 형성한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 광 공동본 체(42)는 원통 형상으로 마련될 수 있고, 본 발명과 달리 원통 형상 이외에도 다양한 다각 단면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 광원(20)으로부터 조사된 적외선의 반사 등 빛의 특성을 고려할 때 광 공동본체(42)는 본 발명과 같이, 원통 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.The
가스유입구(44) 및 가스유출구(46)는 각각 이격 거리를 두고 광 공동본체(42)에 형성된다. 가스유입구(44) 및 가스유출구(46)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상호 상반된 방향으로 개구되어 있다. 여기서, 가스유입구(44)는 기판(5)의 흡기부(7)와 연통되어 있다. 즉, 흡기부(7)를 통해 유입된 가스가 가스유입구(44)를 경유하여 광 공동본체(42) 내부로 유동된다.The
검출부(60)는 본 발명의 일 실시 예로서, 검출부본체(62), 필터(64), 검출센서(66), 접속부(68)를 포함한다. 검출부(60)는 광 공동본체(42) 내부타측에 수용되며, 광원(20)에 대해 적외선 조사방향의 가로방향으로 이격 배치되어 광 경로(48)로 조사된 광량을 검출한다.The
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 검출부(60)는 본 발명의 일 실시 예로서, 광 공동본체(42) 내부 일측에 배치된 광원(20)과 이격되어 광 공동본체(42) 내부의 타측에 배치된다. 검출부(60)는 광원(20)으로부터 조사된 적외선 조사방향의 가로방향, 즉, 광원(20)의 배치위치보다 하향된 기판(5) 상에 인접하게 배치된다. 여기서, 검출부(60)는 본 발명의 일 실시 예로서, 광원(20)으로부터 조사된 적외선 조사방향에 대해 가로방향으로 하향 배치되어 있으나, 후술할 반사부(80)의 구조 변경에 따라 상향 배치되어 있을 수도 있다.5 and 6, the
검출부본체(62)는 검출부(60)의 외관을 형성하며, 검출센서(66)를 수용한다. 그리고, 검출부본체(62)의 일측면에는 필터(64)가 배치되어 있고, 이에 대응하는 타측면에는 기판(5)과 전기적으로 접속되는 접속부(68)가 배치되어 있다.The
필터(64)는 설정된 검출 대상 이외의 가스를 필터링 하는 역할을 한다. 예를 들어, 목표 검출 대상 가스가 이산화탄소(CO2)일 경우, 4.26um에서 가장 많은 적외선을 흡수하기 때문에 4.26um의 파장 만을 투과시키는 필터(64)를 사용하여 이산화탄소(CO2)를 제외한 다른 가스들을 필터링하는 것이다.The
본 발명의 필터(64)는 후술할 제1반사부(82) 및 제2반사부(84)에 대응하여 복수개로 마련된다. 필터(64)는 각각 제1반사부(82) 및 제2반사부(94)에 대응하는 제1필터(64a) 및 제2필터(64b)를 포함한다. 여기서, 제1필터(64a)와 제2필터(64b)는 각각 다른 검출 대상 가스가 필터링 되도록 마련된다.The
예를 들어 설명하자면, 제1필터(64a)는 NDIR 가스센서(10)의 검출 대상 가스가 이산화탄소(CO2)일 때 4.26um 만 투과하는 필터(64)를 사용하여 이산화탄소(CO2)를 제외한 다른 가스들은 필터링한다. 반면, 제2필터(64b)는 NDIR 가스센서(10)의 검출 대상 가스가 메탄가스(CH4)일 때 3.31um 만 투과하는 필터(64)를 사용하여 메탄가스를 제외한 다른 가스들을 필터링한다. 이렇게 제1필터(64a) 및 제2필터(64b)는 상호 다른 가스들을 필터링함으로써, 본 발명의 NDIR 가스센서(10)는 2개의 가스를 검출할 수 있다. 물론, 필터(64)의 개수, 이에 대응하는 검출센서(66) 등이 증가하면 검출 대상 가스도 증가할 수 있다.For example described gritty, the first filter (64a) is detected in the gas
검출센서(66)는 필터(64) 개수에 대응하여 제1검출센서(66a) 및 제2검출센서(66b)로 마련된다. 검출센서(66)는 필터링을 통과한 적외선의 광량을 검출하고, 검출된 신호를 제어부(160)로 전송한다. 이러한 검출센서(66)와 제어부(160)의 상호 작동은 도시되지 않은 검출부(60)의 부품소자들에 의해 이루어진다. 일반적으로 검출센서(66)는 필터(64)의 단면적보다 작으므로, 보다 빛이 집광되는 것이 바람직하다.The
다음으로 반사부(80)는 광원(20)과 검출부(60) 사이에 일정 각도와 곡률반지름을 가지고 배치되어, 광원(20)으로부터 조사된 빛을 검출부(60)로 안내한다. 여기서, 반사부(80)는 본 발명의 일 실시 예로서, 광원(20)으로부터 조사된 적외선 조사방향과 45도 각도를 이루며 경사져 있다. 이렇게 반사부(80)가 적외선 조사방향과 45도 각도를 이루고 있으므로 반사부(80)에 의해 반사된 적외선은 적외선 조사방향과 90도 각도로 안내된다.Next, the
한편, 본 발명의 반사부(80)는 적외선 조사방향에 대해 하향 배치된 검출부(60)로 적외선을 안내하기 위해 광 공동본체(42)의 상부면으로부터 하부면으로 경사를 이루고 있다. 그러나, 반사부(80)는 적외선 조사방향에 대해 검출부(60)가 상향 배치될 경우, 적외선을 안내하기 위해 광 공동본체(42)의 하부면으로부터 상부면으로 경사를 이룰 수 있다.On the other hand, the
또한, 본 발명의 반사부(80)는 본 발명의 실시 예와 같이, 복수의 검출센서(66)의 이격거리에 따라 복수의 검출센서(66) 이격거리의 중심축선을 기준으로 일정 각도를 가지고 절곡되어, 각각의 검출센서(66)로 빛을 안내한다. 반사부(80) 는 검출센서(66) 이격거리의 중심축선 기준으로 절곡되어 제1반사부(82) 및 제2반사부(84)로 구분되며, 제1반사부(82) 및 제2반사부(84)는 2개의 검출센서(66)의 대응하여 2개의 반사면을 갖는다. 즉, 반사면은 검출부(60)에 배치되는 검출센서(66)의 개수에 대응하여 형성된다.In addition, the
도 6을 참조해서 설명하면, 우측의 검출센서(66)의 상호 이격거리를 'd'라 할 때, 좌측의 (a)는 반사부(80)에 의해 반사된 적외선이 검출센서(66)의 상호 이격거리에 대응되도록 검출센서(66)의 이격거리 중심축선 기준으로 의 각도로 절곡된다. 여기서, 은 검출센서(66)의 상호 이격거리 중심축선과 90도의 각도를 이루므로 반사부(80)는 판상으로 마련된다.Referring to FIG. 6, when the mutual separation distance of the
한편, (b)는 (a)의 'd'가 'd''의 이격거리로 변경될 때, 즉 (a)의 이격거리 'd'보다 검출센서(66) 사이의 이격거리가 커질 때는 검출센서(66)의 이격거리 중심축선 기준으로 의 각도로 절곡된다. 는 검출센서 이격거리의 중심축선에 대해 의 각도보다 작은 각도로 절곡된다.On the other hand, (b) detects when 'd' of (a) is changed to the separation distance of 'd', that is, when the separation distance between the
그리고, (c)는 (a)의 'd'가 'd"'의 이격거리로 변경될 때, 검출센서(66)의 이격거리 중심축선 기준으로 의 각도로 절곡된다. 는 검출센서 이격거리의 중심축선에 대해 의 각도보다 큰 각도로 절곡되고, 이에 따라 반사부(80)에 의해 반사된 초점거리가 변경된다.And, (c) is based on the separation axis center axis of the
상기에서 설명한 (a), (b) 및 (c)를 참조해 보면, 검출센서(66) 이격거리의 중심축선에 대해 90도 각도로 배치될 때 기준 시, 검출센서(66)의 상호 이격거리가 작으면 반사부(80)는 중심축선 기준으로 광원(20)을 향해 절곡된다. 반면, 검출센서(66)의 상호 이격거리가 커지면 반사부(80)는 중심축선 기준으로 광원(20)의 대향방향으로 절곡됨을 알 수 있다.Referring to (a), (b) and (c) described above, when the
이에, 검출센서(66)의 이격거리에 따라 검출센서(66) 이격거리의 중심축선 기준으로 반사부(80)를 절곡하여 각 검출센서(66)로 적외선을 안내할 수 있다.Therefore, the
그런데, 반사부(80)의 반사면은 광원(20)으로부터 조사된 적외선이 검출부(60)로 안내되어 복수의 검출센서(66)로 집광되도록 곡률반지름을 갖는다. 여기서, 곡률반지름은 반사면과 검출센서(66)와의 초점거리에 대응하는 제1곡률반지름과, 반사면과 검출부(60)와의 이격거리(D)에 대응하는 제2곡률반지름을 포함한다. 이러한 제1곡률반지름은 반사면과 검출센서(66)의 초점거리에 따라 변경되고, 제2곡률반지름은 반사면과 검출부(60)의 이격거리(D: 여기서, 이격거리는 실질적으로 반사면과 검출부(60)의 초점거리가 된다.)에 따라 변경된다.However, the reflecting surface of the reflecting
예를 들어 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1곡률반지름은 'z축'에 대한 휘어짐 정도를 나태낸다. 이에, 제1곡률반지름은 (a), (b) 및 (c)에서 반사면과 검출센서(66)와의 초점거리가 짧아지면 반사면의 곡률이 커지도록 제1곡률반지름이 작아지고, 반대로 반사면과 검출센서(66)와의 초점거리가 길어지면 반사면의 곡률이 작아지도록 제1곡률반지름이 커진다. 즉, 반사면과 검출센서(66)의 초점거리는 제1곡률반지름에 비례한다.For example, referring to FIGS. 5 and 6, the first radius of curvature represents a degree of warp with respect to the 'z-axis'. Therefore, the first radius of curvature is (a), (b) and (c) the shorter the focal length between the reflective surface and the
한편, 제2곡률반지름은 반사면과 검출부(60)와의 이격거리(D)에 대응하도록 제1곡률반지름과는 상이하게 'y축'에 대한 휘어짐 정도를 나타낸다. 여기서, 제2곡률반지름은 적외선의 조사방향과 45도의 경사를 이루는 접선에 접하는 반사면의 곡률에 관련된다. 즉, 제2곡률반지름은 검출센서(66)로 적외선을 집광하기 위한 제1곡률반지름과는 달리, 반사면에 반사된 적외선이 검출부(60)로 안내되도록 마련되는 것이다.On the other hand, the second radius of curvature represents the degree of warp with respect to the 'y-axis' differently from the first radius of curvature so as to correspond to the distance D between the reflective surface and the
제2곡률반지름은 제2반사면과 검출부(60)의 이격거리(D)가 길어지면 커지고, 반사면과 검출부(60)의 이격거리(D)가 작아지면 작아진다. 물론, 제1곡률반지름은 반사면과 검출부(60)의 이격거리(D)에 비례한다.The second radius of curvature becomes larger as the distance D between the second reflecting surface and the
그러므로, 반사면의 제1곡률반지름 및 제2곡률반지름을 변경함으로써, 광원(20)으로부터 조사된 적외선이 각 검출센서(66)로 집광되어 검출 신뢰성이 향상된다.Therefore, by changing the first radius of curvature and the second radius of curvature of the reflecting surface, the infrared rays irradiated from the
다음으로 가열수단은 가스유입구로 유입되는 가스를 가열하도록 마련된다. 본 발명의 제1실시 예의 가열수단은 히터(90)를 포함한다. 물론, 가열수단은 히터(90) 이외에도 열을 발생할 수 있는 발열부품 등이 사용될 수 있다.Next, the heating means is provided to heat the gas flowing into the gas inlet. The heating means of the first embodiment of the present invention includes a heater (90). Of course, the heating means may be used in addition to the
히터(90)는 기판(5) 상의 흡기부(7) 영역에 인접하게 배치되어 흡기부(7)를 통해 유동되는 가스를 가열하여 가스의 확산 속도를 상승시킨다. 이러한 히터(90)의 장착에 의해 광 공동(40)으로 유동되는 가스의 확산 속도가 상승됨으로써, NDIR 가스센서(10)의 의해 검출되는 응답시간을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 히터(90)는 후술할 제어부(160)의 제어에 의해 작동되는 히터구동부(182)로부터의 신호에 기초하여 ON 또는 OFF 된다. 그러나, 본 발명과 달리, 히터(90)의 작동시간은 대기 순환 성능에 따라 조정될 수 있다.The
여기서, 본 발명의 제1실시 예에서 설명되는 가열수단은 기판(5)에 배치된 것으로 기재되었으나, NDIR 가스센서(10)의 가스유입구(44) 영역에 배치될 수 있다.Here, the heating means described in the first embodiment of the present invention is described as being disposed on the
출력부(100)는 NDIR 가스센서(10)로부터 검출된 가스농도를 출력한다. 출력부(100)는 검출된 가스농도를 디스플레이하는 디스플레이부(120)와, 음성신호로 알려주는 음성신호부(140)를 포함한다. 본 발명의 출력부(100)는 디스플레이부(120)와 음성신호부(140)를 포함하고 있으나, 디스플레이부(120)와 음성신호부(140)는 어느 하나만 포함할 수도 있다.The
제어부(160)는 NDIR 가스센서(10)에 의해 검출된 신호에 기초하여 출력부(100)에 검출된 신호를 출력하도록 출력부(100)를 제어한다. 제어부(160)는 NDIR 가스센서(10)에 의해 검출된 광량에 비례한 미소 전압을 그 출력으로 하여 출력부(100)에 출력되도록 제어한다. 여기서, 제어부(160)의 제어에 의해 출력되는 출력 값은 가스농도로 표기된다.The
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시 예에 따른 가스농도분석장치(1)는 본 발명의 제1실시 예의 구성에 더불어 펌프(200)를 더 포함한다. 그러나, 본 발명의 제2실시 예에 따른 가스농도분석장치(1)는 흡수식으로서, 본 발명의 제1실시 예와 달리 가열수단은 포함되지 않는다. 흡수식인 가스농도분석장치(1)는 펌프(200)를 이용하여 광 공동(40)으로 유입되어 유출되는 가스를 강제 순환시키므로, 가스의 확산 속도 증가를 위한 가열수단은 불필요하다.On the other hand, as shown in Figure 7, the gas
이러한 구성에 의해 본 발명에 따른 가스농도분석장치(1)의 작동 과정을 이하에서 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the gas
본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 가스농도분석장치(1)의 작동 과정은 히터(90)와 펌프(200)를 각각 포함한 구성일 뿐, 다른 구성인 NDIR 가스센서(10) 등은 동일하므로 대표적으로 제1실시 예에 대해서만 설명하기로 한다.The operation process of the gas
우선, 입력부(3)에 가스농도분석장치(1)의 작동 신호를 인가한다. 그러면, NDIR 가스센서(10)의 광원(20)이 작동하며 이에 따라 광원(20)으로부터 적외선이 조사된다.First, an operation signal of the
흡기부(7)를 통해 대기 중의 가스가 유동된다. 이 때, 흡기부(7) 영역에 배치된 히터(90)에 의해 흡기부(7)를 통해 유동되는 가스의 확산 속도는 상승하게 된다. 이렇게 상승된 가스는 가스유입구(44)를 통해 광 공동본체(42) 내부로 유동되고, 광 공동본체(42) 내부로 유동된 가스는 가스유출구(46)를 통해 유출된다.Atmospheric gas flows through the
광 공동본체(42) 내부에 유동된 가스는 광원(20)으로부터 조사된 적외선을 흡수한다. 그리고, 적외선은 반사부(80)에 반사되어 적외선 조사방향에 대해 하향 배치된 검출부(60)로 안내된다. 여기서, 반사부(80)의 반사면은 광원(20)을 향해 일정 각도와 곡률반지름을 가지고 형성되어, 반사부(80)에 의해 반사된 적외선은 검출부(60)로 안내된다.The gas flowing in the optical cavity
반사부(80)는 2개의 검출센서(66) 이격거리의 중심축선 기준으로 절곡되어 제1반사부(82) 및 제2반사부(84)로 구분되며, 이러한 제1반사부(82) 및 제2반사부(84)에 형성되는 2개의 반사면에 의해 각각의 검출센서(66)로 적외선이 안내된 다. 그리고, 반사면은 검출센서(66)와의 초점거리에 대응되는 제1곡률반지름 및 검출부(60)와의 이격거리(D)에 대응되는 제2곡률반지름에 의해 적외선이 안내되어 각 검출센서(66)로 집광된다. 이러한, 제1곡률반지름 및 제2곡률반지름은 적외선이 한 축으로만 집광되는 것을 방지한다.The
검출부(60)로 안내된 적외선은 필터(64)를 통과하여 검출센서(66)에 도달한다. 검출센서(66)는 도달된 검출 신호를 제어부(160)로 전송한다. 제어부(160)는 검출센서(66)로부터 송신된 검출 신호에 기초하여 가스 농도를 출력하도록 출력부(100)를 제어한다. 여기서, 출력부(100)는 디스플레이부(120)와 음성신호부(140)를 이용하여 그래픽 및 음성신호로 검출된 가스 농도를 알려준다. 여기서, 본 발명에는 도시되지 않은 가스차단기에 의해 가스가 누출되었을 때 누출가스가 차단된다.The infrared rays guided to the
이에, 반사부와 검출부의 거리 및 반사부와 검출센서의 이격거리에 대응되도록 반사부를 일정한 각도와 곡률반지름을 가지게 절곡하여 각각의 검출센서로 빛을 안내 및 집광되도록 초점거리를 조절하여 검출부의 출력전압을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 제품의 검출 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the reflector is bent to have a predetermined angle and radius of curvature so as to correspond to the distance between the reflector and the detector and the separation distance between the reflector and the detection sensor. The voltage can be improved, and thus the detection reliability of the product can be improved.
더불어, 가스 유입 영역에 가열수단을 배치하여 가스의 확산속도를 상승시킬 수 있으므로, 응답시간을 향상시킬 수 있다.In addition, since the heating means may be disposed in the gas inflow area, the diffusion speed of the gas may be increased, thereby improving the response time.
도 1은 본 발명에 따른 가스농도분석장치의 제어블럭도,1 is a control block diagram of a gas concentration analysis apparatus according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 NDIR 가스센서의 개략 사시도,2 is a schematic perspective view of a NDIR gas sensor according to the present invention;
도 3은 도 2에 도시된 NDIR 가스센서의 Ⅲ-Ⅲ 선의 단면도,3 is a cross-sectional view taken along line III-III of the NDIR gas sensor shown in FIG. 2;
도 4는 도 2에 도시된 NDIR 가스센서의 Ⅳ-Ⅳ 선의 단면도,4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the NDIR gas sensor shown in FIG. 2;
도 5는 도 2에 도시된 NDIR 가스센서의 요부 절취 사시도,FIG. 5 is a perspective view illustrating main parts of the NDIR gas sensor shown in FIG. 2; FIG.
도 6은 본 발명에 따른 NDIR 가스센서의 검출부 사시도 및 반사부 평면도,6 is a perspective view of a detector and a reflector of the NDIR gas sensor according to the present invention;
도 7은 도 1의 NDIR 가스센서에 펌프가 포함된 개략 구성도이다.7 is a schematic diagram illustrating a pump included in the NDIR gas sensor of FIG. 1.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 가스농도분석장치 10: NDIR 가스센서 1: Gas concentration analysis device 10: NDIR gas sensor
20: 광원 40: 광 공동20: light source 40: optical cavity
44: 가스유입구 46: 가스유출구44: gas inlet 46: gas outlet
48: 광 경로 60: 검출부48: optical path 60: detector
64: 필터 66: 검출센서64: filter 66: detection sensor
80: 반사부 82: 제1반사부80: reflecting portion 82: first reflecting portion
84: 제2반사부 90: 히터84: second reflector 90: heater
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