KR20160105062A - 가스 센서 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가스센서 모듈은 공기중의 가스의 농도를 검출하기 위한 것으로서, 상기 가스센서 모듈은 가스 검출부를 포함하고, 상기 가스 검출부는 광원과, 광로를 제공하는 광 챔버와, 상기 광 챔버의 타측에 설치되고 상기 광원의 광을 수집하여 광 센서로 제공하는 광 케이블과, 상기 광 케이블의 타단에 설치되는 광 센서를 포함하여 이루어진다. 상기 광 챔버의 일측에는 광원이 설치되며, 상기 광 챔버에는 광원으로부터 출사되는 광로가 형성된다.
본 발명에 따른 광 챔버는 광원이 설치되는 제1 관통홀과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 반사시키는 평면 미러와, 상기 평면 미러로부터 반사되는 광을 재반사하여 집광하는 곡면 미러와, 상기 곡면 미러로부터 집광되는 광을 수광하고 광 케이블이 끼워지는 제2 관통홀로 이루어지며, 상기 제1 관통홀과 곡면 미러 사이와, 상기 평면 미러와 제2 관통홀 사이에는 각각 제1 돌기와 제2 돌기가 각각 설치된다.

Description

가스 센서 모듈{GAS SENSE MODULE}

본 발명은 가스센서 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 가스를 검출할 수 있는 광학식 가스센서 모듈에 대한 것이다.

일반적으로 공기중의 가스의 농도를 검출할 수 있는 센싱 방식으로서 NDIR 방식이 알려져 있다. NDIR(non-dspersive ifrared absorption) 방식은 비분산 적외선 방식이라고도 하며, 일산화탄소 또는 이산화탄소 등 가스상 물질들이 적외선에 대해 특정한 흡수스펙트럼을 갖는 것을 이용하여 농도를 검출하는 방식으로서 비분산 정필터형 적외선 가스분석계에 대해 적용하며, 가스상물질의 흡수도는 Lambert Beer 법칙에 의한다.

이를 적용한 센서 모듈은 다른 방식에 비하여 긴 수명, 유지보수의 편리성, 특정 가스에 대한 검출정확도 등의 장점을 갖는다. 비분산 적외선 방식을 적용한 센서 모듈은 광원과 광이 지나가는 광로와, 광로를 지난 광을 검출하는 센서로 이루어지는데, 소형화를 위하여는 광로의 확보가 우선적으로 고려되어야 한다. 또한 공기중에는 다양한 종류의 유해가스가 포함될 수 있으므로 하나의 센서 모듈로서 여러 종류의 가스를 검출할 수 있는 소형화된 모듈의 설계요건이 고려되어야 한다.

공개특허공보 제10-2009-0004869호 등록특허공보 제10-1088360호 등록특허공보 제10-0979991호

본 발명은 상기한 요구사항을 확보하기 위해 안출한 것으로서, 센서 모듈을 소형화하기 위한 최적화된 광로를 갖는 가스센서 모듈을 제공하려는 데 그 목적이 있다.

또한 하나의 센서 모듈을 이용하여 다양한 가스를 검출할 수 있는 가스센서 모듈을 제공하려는 데 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 아울러 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 가스센서 모듈은 공기중의 가스의 농도를 검출하기 위한 것으로서, 상기 가스센서 모듈은 가스 검출부를 포함하고, 상기 가스 검출부는 광원과, 광로를 제공하는 광 챔버와, 상기 광 챔버의 타측에 설치되고 상기 광원의 광을 수집하여 광 센서로 제공하는 광 케이블과, 상기 광 케이블의 타단에 설치되는 광 센서를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 광 챔버의 일측에는 광원이 설치되며, 상기 광 챔버에는 광원으로부터 출사되는 광로가 형성된다.

또한, 상기 광 케이블은 복수 개의 광 섬유로 이루어진다.

또한, 상기 광 케이블의 복수 개의 광 섬유 중 적어도 어느 하나는 더미 광 섬유이다.

본 발명에 따른 광 챔버는 광원이 설치되는 제1 관통홀과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 반사시키는 평면 미러와, 상기 평면 미러로부터 반사되는 광을 재반사하여 집광하는 곡면 미러와, 상기 곡면 미러로부터 집광되는 광을 수광하고 광 케이블이 끼워지는 제2 관통홀로 이루어지며, 상기 제1 관통홀과 곡면 미러 사이와, 상기 평면 미러와 제2 관통홀 사이에는 각각 제1 돌기와 제2 돌기가 각각 설치된다.

또한, 상기 제2 돌기에는 광 흡수제가 코팅된 흡광부가 구비된다.

또한, 상기 제2 관통홀에는 스토퍼를 더욱 구비되고, 상기 스토퍼에 의해 광 케이블은 광 챔버 내부로 나아가지 않도록 구성된다.

본 발명에 따른 광 챔버는 평면 미러와 곡면 미러를 마주보도록 설치하여 요구되는 광로를 충분히 확보할 수 있는 이점이 있다.

또한 복수 개의 광 섬유를 갖는 광 케이블을 구비하여, 여러 종류의 유해가스를 동시에 검출할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스센서 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가스센서 모듈의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광 챔버를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 광 챔버의 내부 형상을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 광 챔버에 구비된 돌기와 광로를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 평면 미러와 곡면 미러에 의한 광로를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 관통홀을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 광 케이블을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 광 케이블의 파장에 따른 감쇄특성을 나타낸 것이다.
도 10은 가스 분광특성을 나타낸 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스센서 모듈의 사시도이다.

본 발명에 따른 가스센서 모듈은 공기중의 가스를 검출하는 가스 검출부(100)와, 상기 센싱부의 하부에 결합되고 가스 농도를 산출하는 가스농도 산출부가 실장되는 인쇄회로기판(200)로 이루어진다. 가스농도 산출부는 가스센서로부터 가스농도를 검출하는 알려진 회로부품으로 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 가스센서 모듈의 개략도이다.

상기 가스 검출부(100)는 광원(110)과, 광로를 제공하는 광 챔버(120)와, 상기 광 챔버의 타측에 설치되고, 상기 광원의 광을 수집하여 광 센서로 제공하는 광 케이블(130)과, 상기 광 케이블의 타단에 설치되는 광 센서(140)로 이루어져 있다. 그리고 광원은 광 챔버의 일측에 설치된다.

본 발명에서는 광원으로서 LED(Light Emitting Diode)를 사용한다. 상기 LED는 소정의 주파수를 갖는 광을 출사한다. LED로부터 출사된 광은 광 챔버의 내부에 있는 광로를 따라 반사 및 집광되어 상기 광 챔버의 타측에 설치되는 광 케이블을 거쳐 광 센서로 나아간다.

도 3은 본 발명에 따른 광 챔버를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 광 챔버(120)는 사각박스 형상의 몸체와, 상기 광 챔버의 상측에 구비되는 커버(도면부호 미부여)로 이루어진다. 상기 광 챔버는 내부에 광로를 갖는다. 상기 광로는 슬릿을 갖는 커버가 결합되어 폐쇄된다. 되돌아가 도 1 및 도 2를 참조하면, 커버의 슬릿(S)은 공기중의 가스가 내부로 들어갈 수 있는 통로이며, 외부 광(태양광 또는 인공광원)이 유입되지 않도록 미로를 갖도록 구성할 수 있다. 상기 커버의 슬릿은 사각 형상의 광 챔버에서 사선 방향으로 형성된다. 구체적으로는 광 케이블이 결합되는 타측에서 광원이 결합되는 일측으로 형성된다. 이와 같이 슬릿을 형성함으로써, 외부의 공기가 광로의 최적 경로를 모두 포함할 수 있다. 참고로 광 챔버의 일측과 타측을 분할하는 세로 방향으로 슬릿을 형성하였을 경우, 외부의 공기가 유입되는 영역이 광로의 일부분만으로 제한되게 되어 유동하는 공기가 광로에 접하는 부분이 제한될 수 있기 때문이다. 또한 광로를 따라 지그재그 형상으로 구성할 수 있으나, 슬릿의 가공이 어렵고, 공기의 유입 통로와 유출 통로가 제공되어, 전체 광로에서 공기의 흐름이 불규칙할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 광 챔버의 내부 형상을 나타낸 것이다.

광 챔버의 몸체의 일측에는 제1 관통홀(121)과 평면 미러(plane mirror, 123)가 설치되고, 광 챔버의 몸체의 타측에는 곡면 미러(curved mirror, 122)와 제2 관통홀(124)이 설치된다. 제1 관통홀과 평면 미러는 마주보고 있으며, 곡면 미러와 제2 관통홀은 마주보도록 배치된다.

한편, 제2 돌기에는 광 흡수제가 코팅된 흡광부(126A)가 구비된다. 이로 말미암아, 곡면 미러에서 광 케이블로 나아가는 광이 상기 광 케이블의 전측에 위치한 돌기에 의한 산란을 방지할 수 있다. 또한 제2 관통홀에는 스토퍼(124A)가 더욱 구비되는데, 상기 스토퍼에 대하여는 후술한다.

도 5는 본 발명에 따른 광 챔버에 구비된 돌기와 광로를 나타낸 것이다.

상기 제1 관통홀에는 광원(110)이 설치되며, 제2 관통홀에는 광 케이블이 설치된다. 제1 관통홀에 설치되는 광원으로부터 출사되는 광은 평면 미러에서 반사되어 곡면 미러로 나아가고, 곡면 미러로부터 반사된 광은 제2 관통홀에 설치되는 광 케이블을 거쳐 광 센서로 도달한다. 도면에서 도면부호 AA는 광로를 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 상기 제1 관통홀과 곡면 미러 사이에는 제1 돌기가 설치되며, 평면 미러와 제2 관통홀 사이에는 제2 돌기가 설치된다.

도 5의 도면부호 BB를 참조하면, 제1 돌기는 광원으로부터 출사되는 광이 광 센서로 직접적으로 나아가지 않도록 광로를 제한한다. 또한 제2 돌기는 평면 미러로부터 반사되는 광이 곡면 미러로 올바르게 나아가도록 광로를 제한한다.

제1 돌기에 의한 제공되는 제1 관통홀의 길이는 곡면 미러의 길이보다 작다. 또한 평면 미러의 길이는 제2 관통홀의 길이보다 길다. 평면 미러와 곡면 미러는 최대한의 반사 범위를 제공할 수 있다.

제1 돌기의 길이는 광원으로부터 출사되는 광이 직접적으로 제2 돌기로 나아가지 않도록 설계된다. 광원으로부터 출사되는 광은 제2 돌기로 나아가지 않고 제1 미러로 나아간다.

도 6은 본 발명에 따른 평면 미러와 곡면 미러에 의한 광로를 나타낸 것이다.

도 6의 도면부호 CC를 참조하면, 광원으로부터 출사되는 광은 제1 돌기에 의해 제한되어 평면 미러에서 반사되고, 반사된 광은 곡면 미러에 의해 집광되어 제2 관통홀로 나아간다. 제2 관통홀에는 광 케이블의 일단이 설치된다.

도 7은 본 발명에 따른 제2 관통홀을 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 제2 관통홀(124)에는 광 케이블이 더 이상 광 챔버 내부로 나아가지 않도록 스토퍼(124A)가 설치되어 있다. 광 케이블을 제2 관통홀에 끼우면, 스토퍼에 의해 적절한 위치에서 멈추게 되어 설계된 광로를 확보할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 광 케이블을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 광 케이블에는 복수 개의 광 섬유로 이루어지고, 이들 중 적어도 어느 하나는 더미 광 섬유로 이루어진다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 관통홀에는 광원에 설치되며, 제2 관통홀에는 광 케이블의 일단이 설치된다. 본 발명에서는 광 케이블(130)의 내부에는 6개의 광 섬유(130A)로 이루어져 있다. 광 케이블의 광 섬유는 서로 다른 종류의 가스를 검출할 수 있는 광 통로를 제공한다.

도 9는 본 발명에 따른 광 케이블의 파장에 따른 감쇄특성을 나타낸 것이다. 도면을 참조하면, 파장 별로 다른 감쇄특성을 보여주고 있는데, 안정된 감쇄특성을 갖는 파장범위로 제한하여 설계되어야 한다.

상기 광 케이블의 타단에는 광 센서가 구비된다. 도 10은 가스 분광특성을 나타낸 것인데, 상기 광센서는 CH4, CO2, N2O, CO, NO를 검출한다. 도면을 참조하면, 공기중의 가스들은 서로 다른 분광 특성을 가진다.

그리고 나머지 하나의 광 섬유는 시험 측정, 고장, 수리 등을 위하여 더미(dummy) 광섬유로 제공된다. 만약 5개의 광섬유를 갖는 광 케이블을 사용한다면, 4개는 가스 검출 및 측정을 위한 광통로를 제공하며, 나머지 하나는 시험 측정 등을 위한 더미 광섬유일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광 케이블을 접속한 가스 센서 모듈의 구조는 광 센서를 이용하여 검출하는 기술에 적용이 가능하다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100 : 가스 검출부
110 : 광원
120 : 광 챔버
121 : 제1 관통홀
122 : 평면 미러
123 : 곡면 미러
124 : 제2 관통홀
124A : 스토퍼
125 : 제1 돌기
126 : 제2 돌기
126A : 흡광부
130 : 광 케이블
130A : 광 섬유
140 : 광 센서
200 : 인쇄회로기판
AA : 광로
S : 슬릿

Claims (7)

1. 공기중의 가스의 농도를 검출하기 위한 가스센서 모듈로서,
   상기 가스센서 모듈은 가스 검출부를 포함하고,
   상기 가스 검출부는
   광원과, 광로를 제공하는 광 챔버와, 상기 광 챔버의 타측에 설치되고 상기 광원의 광을 수집하여 광 센서로 제공하는 광 케이블과, 상기 광 케이블의 타단에 설치되는 광 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스센서 모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 챔버의 일측에는 광원이 설치되며, 상기 광 챔버에는 광원으로부터 출사되는 광로가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스센서 모듈.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 광 케이블은 복수 개의 광 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스센서 모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 광 케이블의 복수 개의 광 섬유 중 적어도 어느 하나는 더미 광 섬유인 것을 특징으로 하는 가스센서 모듈.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광 챔버는 광원이 설치되는 제1 관통홀과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 반사시키는 평면 미러와, 상기 평면 미러로부터 반사되는 광을 재반사하여 집광하는 곡면 미러와, 상기 곡면 미러로부터 집광되는 광을 수광하고 광 케이블이 끼워지는 제2 관통홀로 이루어지며,
   상기 제1 관통홀과 곡면 미러 사이와, 상기 평면 미러와 제2 관통홀 사이에는 각각 제1 돌기와 제2 돌기가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 가스센서 모듈.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제2 돌기에는 광 흡수제가 코팅된 흡광부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스센서 모듈.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제2 관통홀에는 스토퍼를 더욱 구비되고, 상기 스토퍼에 의해 광 케이블은 광 챔버 내부로 나아가지 않는 것을 특징으로 하는 가스센서 모듈.
   

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