KR20200019033A - 가스 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학적 가스 센싱 장치에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판에 설치되고, 조사광을 발생시키는 발광부; 상기 기판에 설치되고, 가스를 통과한 상기 조사광을 수광하는 수광부; 및 상기 조사광을 상기 발광부에서 상기 수광부로 안내할 수 있도록 상기 조사광의 광경로에 설치되고, 그 내면의 적어도 일부에 상기 조사광을 반사시킬 수 있는 반사면이 형성되는 반사 부재;를 포함할 수 있다.

Description

가스 센싱 장치{Gas sensing apparatus}
본 발명은 가스 센싱 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학적 가스 센싱 장치에 관한 것이다.
가스 센서는 특정 가스의 농도 등을 측정하는 센서이다. 특정 가스의 농도를 측정하는 방식은 전기화학적 반응에 의한 박막의 전기 전도도의 변화를 측정하는 전기화학 방식과 특성 흡수선을 조사하고, 흡수된 광량을 측정하여 가스 농도를 측정하는 광학방식(NDIR, Non-dispersive Infra-Red)이 있으며, 전기화학 방식이 저가이며 소형화 할 수 있지만 온도 및 습도에 따라 크게 변화하여 신뢰성이 낮으며, 이중 광학방식은 적외선 발광부와 수광부로 구성될 수 있다.
이러한, 종래의 광학적 가스 센싱 장치는, 발광부에서 발생된 조사광이 가스를 투과하는 광경로가 충분히 확보되어야 하기 때문에 발광부와 수광부 사이의 거리가 비교적 길고, 이러한 길게 형성된 광경로를 거쳐서 수광부에 충분한 광량이 도달될 수 있도록 예컨대, 발광부에 고 출력의 IR lamp 혹은 적외선 LED 등의 발광 장치들이 설치된다.
그러나, 이러한 종래의 가스 센싱 장치는, 직선인 광경로를 충분히 확보하기 위해서 제품의 전체적인 크기가 증대되고, 광경로를 확보하지 못하는 경우, 가스 센싱 성능이 떨어지며, 고가의 고 출력의 IR lamp 혹은 적외선 LED 등이 적용되기 때문에 부품의 단가가 높아져서 제품의 생산 비용이 크게 증대되는 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명의 사상은, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 충분한 광경로를 확보할 수 있어서 제품의 크기를 집적화할 수 있고, 가스와의 투과 거리를 증대시켜서 가스 센싱 성능을 향상시킬 수 있으며, 저휘도의 발광부를 적용하더라도 정확한 결과를 얻을 수 있어서 부품의 단가를 낮춤으로써 제품의 생산 비용을 크게 절감할 수 있게 하는 가스 센싱 장치를 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 가스 센싱 장치는, 기판; 상기 기판에 설치되고, 조사광을 발생시키는 발광부; 상기 기판에 설치되고, 가스를 통과한 상기 조사광을 수광하는 수광부; 및 상기 조사광을 상기 발광부에서 상기 수광부로 안내할 수 있도록 상기 조사광의 광경로에 설치되고, 그 내면의 적어도 일부에 상기 조사광을 반사시킬 수 있는 반사면이 형성되는 반사 부재;를 포함하고, 상기 반사 부재는, 상기 기판에 설치되고, 상기 광경로의 바닥부를 형성하는 반사 바닥 부재; 및 상기 반사 바닥 부재와 조립되고, 상기 광경로의 양측벽부와 천정부를 형성하는 반사 커버 부재;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 반사 바닥 부재는, 상기 기판에 설치되는 수평 패널부; 상기 수평 패널부로부터 상기 발광부 방향으로 연장되고, 상기 수평 패널부를 기준으로 제 1 각도로 경사지게 형성되는 전방 패널부; 상기 수평 패널부로부터 상기 수광부 방향으로 연장되고, 상기 수평 패널부를 기준으로 상기 제 1 각도 보다 작은 제 2 각도로 경사지게 형성되는 후방 패널부; 및 상기 수평 패널부로부터 상방으로 연장되고, 상기 반사 커버 부재의 하방 개구에 삽입되어 체결되는 체결 날개부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 반사 커버 부재는, 제 1 경사면을 갖는 깔때기 형상으로 상기 반사 바닥 부재의 상기 전방 패널부를 둘러싸는 전방 덕트부; 상기 반사 바닥 부재의 상기 수평 패널부를 둘러싸는 형상으로 형성되는 중간 덕트부; 및 상기 제 1 경사면 보다 낮은 경사도의 제 2 경사면을 갖는 깔때기 형상으로 상기 반사 바닥 부재의 상기 후방 패널부를 둘러싸는 후방 덕트부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 반사 부재의 내부로 가스가 유입될 수 있도록 상기 발광부와 상기 반사 부재 사이 또는 상기 수광부와 상기 반사 부재 사이는 이격 거리만큼 이격될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 발광부는 IR lamp 혹은 적외선 LED이고, 상기 수광부는 적외선 필터가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 센싱 장치는, 가스가 통과할 수 있도록 상기 기판에 설치되고, 상기 발광부와, 상기 수광부 및 상기 반사 부재를 보호할 수 있도록 상기 발광부와, 상기 수광부 및 상기 반사 부재를 둘러싸는 외부 하우징;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 반사 부재를 이용하여 짧은 거리에서도 충분한 광경로를 확보할 수 있어서 제품의 크기를 집적화할 수 있고, 가스와의 투과 거리를 증대시켜서 가스 센싱 성능을 향상시킬 수 있으며, 저휘도의 발광부를 적용하더라도 정확한 결과를 얻을 수 있어서 부품의 단가를 낮춤으로써 제품의 생산 비용을 크게 절감할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 가스 센싱 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 가스 센싱 장치의 종단면도이다.
도 3은 도 1의 가스 센싱 장치의 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 가스 센싱 장치의 부품 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 가스 센싱 장치(100)를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 가스 센싱 장치(100)를 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 가스 센싱 장치(100)는, 크게 기판(10)과, 발광부(20)와, 수광부(30)와, 반사 부재(40) 및 외부 하우징(50)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)은 상기 발광부(20)와, 상기 수광부(30)와, 상기 반사 부재(40) 및 상기 외부 하우징(50)을 지지할 수 있도록 충분한 강도와 내구성을 갖는 지지물로서, 더욱 구체적으로 예를 들면, 절연 재질의 베어 기판에 회로층이 형성되는 PCB 보드 기판일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발광부(20)는, 상기 기판(10)의 일단부 상에 설치되는 것으로서, 상기 수광부(30)를 향하여 도 2의 조사광(1)이 조사되도록 상기 조사광(1)을 발생시키는 발광 소자를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발광부(20)는, 적외선 조사광을 발생시킬 수 있는 적어도 하나의 적외선 램프 혹은LED(IR LED)를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 발광부(20)는 상기 적외선 LED에만 국한되지 않고, 매우 다양한 파장을 출력할 수 있는 LED나 OLED나 램프나 음극선관 등 다양한 발광 장치들이 적용될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 적외선 조사광(1)은 가스를 투과하면서 가스의 종류에 따라 광학적인 특성에 변화를 일으키게 되고, 이러한 광학적인 변화를 상기 수광부(30)가 감지하여 가스의 종류를 센싱할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수광부(30)는, 상기 기판(10)에 설치되고, 가스를 통과한 상기 조사광(1)을 수광하는 수광 소자를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 수광부(30)는 상기 적외선 조사광(1)을 수광할 수 있는 포토 다이오드일 수 있고, 상기 포토 다이오드가 적외선 대역대만을 수광할 수 있도록 상기 수광부(30)는 적외선 필터(31)가 설치될 수 있다.
여기서, 이러한 상기 수광부(30)나 상기 적외선 필터(31)는 상기 발광부(10)를 대향하여 설치되는 것으로서, 이들을 지지하는 별도의 수광 기판(32)이 추가로 설치될 수 있다. 그러나, 이러한 상기 수광부(30)의 형상이나, 종류나, 형태나, 모양 등은 도면에 국한되지 않고 매우 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 반사 부재(40)는, 상기 조사광(1)을 상기 발광부(20)에서 상기 수광부(30)로 안내할 수 있도록 상기 조사광(1)의 광경로에 설치되는 것으로서, 그 내면의 적어도 일부에 상기 조사광(1)을 반사시킬 수 있는 반사면이 형성되는 형성될 수 있는 일종의 반사 챔버와 유사한 구조체일 수 있다.
도 2는 도 1의 가스 센싱 장치(100)의 종단면도이고, 도 3은 도 1의 가스 센싱 장치(100)의 횡단면도이고, 도 4는 도 1의 가스 센싱 장치(100)의 부품 분해 사시도이다.
예컨대, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반사 부재(40)는, 일종의 광학적인 터널을 형성할 수 있도록 2피스로 이루어지는 것으로서, 상기 반사 부재(40)는, 상기 기판(10)에 설치되고, 상기 광경로의 바닥부를 형성하는 반사 바닥 부재(41) 및 상기 반사 바닥 부재(41)와 조립되고, 상기 광경로의 양측벽부와 천정부를 형성하는 반사 커버 부재(42)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반사 바닥 부재(41)는, 광학적인 터널의 하부를 담당하는 것으로서, 상기 기판(10)에 설치되는 수평 패널부(411)와, 상기 수평 패널부(411)로부터 상기 발광부(20) 방향으로 연장되고, 상기 수평 패널부(411)를 기준으로 제 1 각도(K1)로 경사지게 형성되는 전방 패널부(412)와, 상기 수평 패널부(411)로부터 상기 수광부 방향으로 연장되고, 상기 수평 패널부(411)를 기준으로 상기 제 1 각도(K1) 보다 작은 제 2 각도(K2)로 경사지게 형성되는 후방 패널부(413) 및 상기 수평 패널부(411)로부터 상방으로 연장되고, 상기 반사 커버 부재(42)의 하방 개구(42a)에 삽입되어 체결되는 체결 날개부(414)를 포함할 수 있다.
이와 대응되는 상기 반사 커버 부재(42)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 광학적인 터널의 상부를 담당하는 것으로서, 제 1 경사면(F1)을 갖는 깔때기 형상으로 상기 반사 바닥 부재(41)의 상기 전방 패널부(412)를 둘러싸고, 전방에 입광부(A)가 형성되는 전방 덕트부(421)와, 상기 반사 바닥 부재(41)의 상기 수평 패널부(411)를 둘러싸는 형상으로 형성되는 중간 덕트부(422) 및 상기 제 1 경사면(F1) 보다 낮은 경사도의 제 2 경사면(F2)을 갖는 깔때기 형상으로 상기 반사 바닥 부재(41)의 상기 후방 패널부(413)를 둘러싸고, 후방에 출광부(B)가 형성되는 후방 덕트부(423)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 외부 하우징(50)은, 가스가 통과할 수 있도록 상기 기판에 설치되고, 상기 발광부(20)와, 상기 수광부(30) 및 상기 반사 부재(40)를 보호할 수 있도록 상기 발광부(20)와, 상기 수광부(30) 및 상기 반사 부재(40)를 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사 부재(40)의 내부로 가스가 유입될 수 있도록 상기 발광부(20)와 상기 반사 부재(40) 사이 또는 상기 수광부(30)와 상기 반사 부재(40) 사이는 이격 거리(L)만큼 이격될 수 있다.
따라서, 가스는 상기 외부 하우징(50)을 통과하여 상기 이격 거리(L) 만큼 이격된 상기 발광부(20)와 상기 반사 부재(40) 사이 또는 상기 수광부(30)와 상기 반사 부재(40) 사이로 상기 반사 부재(40)의 내부로 진입될 수 있다.
그러므로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반사 부재(40)의 내부에 가스가 충전된 상태에서 상기 전방 덕트부(421)의 상기 입광부(A)를 통해 유입된 상기 조사광(1)은 상기 후방 덕트부(423)의 상기 출광부(B)로 출광될 때까지, 상기 반사 부재(40)의 내면에 형성된 반사면에 다수회 반사될 수 있고, 이러한 반사 경로는 결과적으로 광경로를 길게 연장하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 전방 덕트부(421)의 상기 제 1 경사면(F1)의 각도가 급격하게 벌어지는 구조로서, 상기 발광부(20)에서 다양한 방향으로 발산되는 상기 조사광(1)들을 최대한 수용할 수 있고, 상기 후방 덕트부(423)의 상기 제 2 경사면(F2)의 각도는 완만하게 형성되어 상기 수광부(30) 방향으로 상기 조사광(1)을 다수회 반사되도록 안내할 수 있다.
즉, 이러한 상기 반사 부재(40)를 이용하여 짧은 거리에서도 충분한 광경로를 확보할 수 있어서 제품의 크기를 집적화할 수 있고, 가스와의 투과 거리를 증대시켜서 가스 센싱 성능을 향상시킬 수 있으며, 저휘도의 발광부를 적용하더라도 정확한 결과를 얻을 수 있어서 부품의 단가를 낮춤으로써 제품의 생산 비용을 크게 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 조사광
10: 기판
20: 발광부
30: 수광부
31: 적외선 필터
32: 수광 기판
40: 반사 부재
41: 반사 바닥 부재
411: 수평 패널부
412: 전방 패널부
413: 후방 패널부
414: 체결 날개부
A: 입광부
B: 출광부
K1: 제 1 각도
K2: 제 2 각도
42: 반사 커버 부재
42a: 하방 개구
421: 전방 덕트부
422: 중간 덕트부
423: 후방 덕트부
F1: 제 1 경사면
F2: 제 2 경사면
L: 이격 거리
50: 외부 하우징
100: 가스 센싱 장치

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판에 설치되고, 조사광을 발생시키는 발광부;
    상기 기판에 설치되고, 가스를 통과한 상기 조사광을 수광하는 수광부; 및
    상기 조사광을 상기 발광부에서 상기 수광부로 안내할 수 있도록 상기 조사광의 광경로에 설치되고, 그 내면의 적어도 일부에 상기 조사광을 반사시킬 수 있는 반사면이 형성되는 반사 부재;를 포함하고,
    상기 반사 부재는,
    상기 기판에 설치되고, 상기 광경로의 바닥부를 형성하는 반사 바닥 부재; 및
    상기 반사 바닥 부재와 조립되고, 상기 광경로의 양측벽부와 천정부를 형성하는 반사 커버 부재;
    를 포함하는, 가스 센싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 바닥 부재는,
    상기 기판에 설치되는 수평 패널부;
    상기 수평 패널부로부터 상기 발광부 방향으로 연장되고, 상기 수평 패널부를 기준으로 제 1 각도로 경사지게 형성되는 전방 패널부;
    상기 수평 패널부로부터 상기 수광부 방향으로 연장되고, 상기 수평 패널부를 기준으로 상기 제 1 각도 보다 작은 제 2 각도로 경사지게 형성되는 후방 패널부; 및
    상기 수평 패널부로부터 상방으로 연장되고, 상기 반사 커버 부재의 하방 개구에 삽입되어 체결되는 체결 날개부;
    를 포함하는, 가스 센싱 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사 커버 부재는,
    제 1 경사면을 갖는 깔때기 형상으로 상기 반사 바닥 부재의 상기 전방 패널부를 둘러싸는 전방 덕트부;
    상기 반사 바닥 부재의 상기 수평 패널부를 둘러싸는 형상으로 형성되는 중간 덕트부; 및
    상기 제 1 경사면 보다 낮은 경사도의 제 2 경사면을 갖는 깔때기 형상으로 상기 반사 바닥 부재의 상기 후방 패널부를 둘러싸는 후방 덕트부;
    를 포함하는, 가스 센싱 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 부재의 내부로 가스가 유입될 수 있도록 상기 발광부와 상기 반사 부재 사이 또는 상기 수광부와 상기 반사 부재 사이는 이격 거리만큼 이격되는, 가스 센싱 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는 적외선 램프 혹은 LED이고, 상기 수광부는 적외선 필터가 설치되는, 가스 센싱 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    가스가 통과할 수 있도록 상기 기판에 설치되고, 상기 발광부와, 상기 수광부 및 상기 반사 부재를 보호할 수 있도록 상기 발광부와, 상기 수광부 및 상기 반사 부재를 둘러싸는 외부 하우징;
    를 더 포함하는, 가스 센싱 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060074018A (ko) * 2004-12-24 2006-07-03 코리아디지탈 주식회사 비분산형 적외선 가스 측정장치의 도파로 구조
KR100732709B1 (ko) * 2006-08-24 2007-06-28 (주)유성씨앤씨 집광수단이 구비된 광학적 가스 센서
KR100781968B1 (ko) * 2007-08-14 2007-12-06 코리아디지탈 주식회사 광경로 길이를 변경할 수 있는 비분산 적외선 가스 농도측정장치
KR20180061995A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 템퍼스 다중 내부 반사를 이용한 광학적 가스 센서

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