KR20210029855A - 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스에 의해 산란되는 산란광을 측정하여 가스의 종류나 농도 등을 측정할 수 있는 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템에 관한 것으로서, 내부로 가스가 유입될 수 있도록 일측에 가스 유입구가 형성되고, 내부에 광경로가 형성될 수 있는 몸체; 상기 몸체에 형성되고, 상기 광경로를 따라 직사광이 조사될 수 있도록 상기 직사광을 발생시키는 광원; 및 상기 몸체에 형성되고, 상기 직사광에 의한 상기 가스의 산란광을 검출할 수 있도록 상기 광원을 마주보지 않게 상기 직사광으로부터 비켜나서 상기 광경로의 측방에 설치되는 수광부;를 포함할 수 있다.

Description

산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템{Scattered light type gas sensing system}
본 발명은 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스에 의해 산란되는 산란광을 측정하여 가스의 종류나 농도 등을 측정할 수 있는 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템에 관한 것이다.
가스 센서는 특정 가스의 종류나 농도 등을 측정하는 센서이다. 특정 가스의 농도를 측정하는 방식은 전기 화학적 반응에 의한 박막의 전기 전도도의 변화를 측정하는 전기 화학 방식과 특성 흡수선을 조사하고, 흡수된 광량을 측정하여 가스 농도를 측정하는 광학 방식(NDIR, Non-dispersive Infra-Red)이 있다.
도 1은 기존의 가스 센서를 나타내는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 기존의 광학 방식의 가스 센서는, 일반적으로 가스 유입구(1a)가 형성된 몸체(1)의 내부에 가스(G)가 유입되면 광원(2)에서 발생된 직사광(L1)을 수광부(3), 즉, 레퍼런스 수광 소자(5) 및 가스용 수광 소자(6)로 수광하면서 발생되는 전기적 신호를 상호 비교 분석함으로써 상기 측정 대상 가스의 광학적인 특징을 감지하는 구성이었다.
이러한 기존의 가스 센서는, 수광부(3)가 광원(2)과 마주보는 형태로서, 수광부(3)는 가스(G)에 의해 특정 파장대가 흡수된 상태의 직사광을 수광하는 일종의 직사광 감지 방식이였다.
그러나, 이러한 종래의 직사광 감지 방식의 센서인 경우, 가스의 종류에 따라 긴 광로가 필요한 경우, 이를 위해서 몸체의 길이를 길게 늘려야 하는 등 전체적으로 장치의 크기가 크게 증대되는 등 공간 활용도가 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 직사광 감지 방식의 센서는 가스마다 길이를 달리하여 제작해야 하고, 길게 형성된 구조로 인하여 좁은 공간 안에 광원과 마주볼 수 있도록 복수개의 수광부를 설치하기가 어려워서 하나의 센서로 다종의 가스를 감지할 수 없었던 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 수광부가 광원을 마주보지 않도록 광경로의 측방에 배치하여 가스로 인한 산란광을 측정함으로써 흡수 파장이 제거된 직사광 대신 흡수되어 산란된 산란광 또는 흡수광 자체를 측정하여 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 반사체나 호루라기 형태의 광 증폭부를 이용하여 무한 반사를 통해 광로를 길게 늘려서 산란광을 증폭하여 측정의 신뢰도 및 정확도를 높이는 것은 물론이고, 작은 공간에서도 충분한 광로를 실현할 수 있고, 이로 인하여 하나의 장치로도 다종의 가스를 측정할 수 있으며, 공간 활용도를 극대화하여 장치를 집적화할 수 있게 하는 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템을 제공하고자 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템은, 내부로 가스가 유입될 수 있도록 일측에 가스 유입구가 형성되고, 내부에 광경로가 형성될 수 있는 몸체; 상기 몸체에 형성되고, 상기 광경로를 따라 직사광이 조사될 수 있도록 상기 직사광을 발생시키는 광원; 및 상기 몸체에 형성되고, 상기 직사광에 의한 상기 가스의 산란광을 검출할 수 있도록 상기 광원을 마주보지 않게 상기 직사광으로부터 비켜나서 상기 광경로의 측방에 설치되는 수광부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광원의 주발광선과 상기 수광부의 주수광선은 90도 각도일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 수광부는, 상기 광원으로부터 광로상으로 비교적 가까운 제 1 위치 또는 상기 광원을 마주보는 위치에 설치되는 레퍼런스 수광 소자; 및 상기 광원으로부터 광로상으로 비교적 먼 제 2 위치에 설치되고, 제 1 가스 측정 용도로 사용되는 제 1 가스용 수광 소자;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템은, 상기 광원으로부터 광로상으로 비교적 먼 제 3 위치에 설치되고, 제 2 가스 측정 용도로 사용되는 제 2 가스용 수광 소자;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 몸체는 전체적으로 길이 방향으로 길게 형성되는 통체이고, 상기 광원은, 상기 몸체의 일단부 내측에 설치되며, 상기 가스 유입구는, 상기 광원의 인근 상방에 설치되고, 상기 레퍼런스 수광 소자는, 상기 광원의 인근 하방에 설치되고, 상기 제 1 가스용 수광 소자는, 상기 몸체의 타단부 인근 하방에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템은, 상기 몸체의 양단부 내측면 또는 상하 내측면에 형성되고, 상기 직사광 또는 상기 산란광을 무한 반사시켜서 증폭시킬 수 있도록 서로 마주보거나 서로 다른 각도로 형성되는 반사체;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 몸체는, 상기 광원으로부터 발생된 상기 직사광이 직선으로 유도될 수 있도록 형성되는 광 유도부; 및 상기 광 유도부와 연결되고, 광 유입구로부터 유입된 상기 직사광의 광경로를 길게 하여 상기 산란광을 증폭시킬 수 있도록 상기 직사광 또는 상기 산란광을 내부에서 무한 반사시키는 전체적으로 원통 형상이며, 그 중심에 상기 수광부의 적어도 일부가 형성되는 광 증폭부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광 증폭부는, 광경로를 증대시킬 수 있도록 적어도 일부 둥근 내면이 형성된 돔부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템은, 상기 산란광을 상기 수광부 방향으로 집중시킬 수 있도록 상기 몸체에 형성되는 렌즈부;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수광부가 광원을 마주보지 않도록 광경로의 측방에 배치하여 가스로 인한 산란광을 측정함으로써 흡수 파장이 제거된 직사광 대신 흡수되어 산란된 산란광 또는 흡수광 자체를 측정하여 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 반사체나 호루라기 형태의 광 증폭부를 이용하여 무한 반사를 통해 광로를 길게 늘려서 산란광을 증폭하여 측정의 신뢰도 및 정확도를 높이는 것은 물론이고, 작은 공간에서도 충분한 광로를 실현할 수 있고, 이로 인하여 하나의 장치로도 다종의 가스를 측정할 수 있으며, 공간 활용도를 극대화하여 장치를 집적화할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 기존의 가스 센서를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 3의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템의 광 증폭부의 반지름과 광로의 길이 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(100)은, 크게 몸체(10)와, 광원(20)과, 수광부(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)는, 내부로 가스(G)가 유입될 수 있도록 일측에 가스 유입구(10a)가 형성되고, 내부에 광경로가 형성될 수 있도록 중공부가 형성되는 원통, 사각통, 다각통 등의 통체 형상의 구조체일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광원(20)은, 상기 몸체(10)에 형성되고, 상기 광경로를 따라 직사광(L1)이 조사될 수 있도록 상기 직사광(L1)을 발생시키는 발광부일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 광원(20)은, 광을 조사할 수 있는 광학식 가스 센서의 광원(Light source)을 포함하는 것으로서, 예를 들면, 적외광 등의 특정 대역의 파장의 빛을 발광할 수 있는 LED나 전구 등의 구조체일 수 있다. 예컨대, 전구 등의 필라멘트는 다이아프램 및 상기 다이아프램 상에 형성된 금속 저항 패턴으로 구성될 수도 있다. 이외에도, 상기 광원(20)는 MEMS 구조체일 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 수광부(30)는, 상기 몸체(10)에 형성되고, 상기 직사광(L1)에 의한 상기 가스(G)의 산란광(L2)을 검출할 수 있도록 상기 광원(20)을 마주보지 않게 상기 직사광(L1)으로부터 비켜나서 상기 광경로의 측방에 설치되는 가스 센서 소자일 수 있다.
이러한, 상기 수광부(30)는, 상기 산란광(L2)의 파장을 감지할 수 있는 센서일 수 있다. 이외에도, 열 감지형 광 검출기나 광 에너지에 의해 발생하는 온도 차이를 측정하는 열전 소자인 써모파일센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 가스 센서들은 매우 다양한 방식의 단수 또는 복수개의 모든 가스 측정용 센서들이 모두 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수광부(30)는, 상기 광원(20)으로부터 광로상으로 비교적 가까운 제 1 위치 또는 상기 광원(20)을 마주보는 위치에 설치되는 레퍼런스 수광 소자(50) 및 상기 광원(20)으로부터 광로상으로 비교적 먼 제 2 위치에 설치되고, 제 1 가스 측정 용도로 사용되는 제 1 가스용 수광 소자(60)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광원(20)의 주발광선(E)과 상기 수광부(30)의 주수광선(S)은 90도 각도일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)는 전체적으로 길이 방향으로 길게 형성되는 통체라면, 상기 수광부(30)가 상기 광원(20)을 마주보지 않게 상기 직사광(L1)으로부터 비켜나서 상기 광경로의 측방에 설치될 수 있도록 상기 광원(20)은, 상기 몸체(10)의 우측 단부 내측에 설치되며, 상기 가스 유입구(10a)는, 상기 광원(20)의 인근 상방에 설치되고, 상기 레퍼런스 수광 소자(50)는, 상기 광원(20)의 인근 하방에 설치되며, 상기 제 1 가스용 수광 소자(60)는, 상기 몸체(10)의 좌측 단부 인근 하방에 설치될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)의 양단부 내측면 또는 상하 내측면에 반사체(M)가 설치될 수 있는 것으로서, 상기 반사체(M)는 상기 직사광(L1) 또는 상기 산란광(L2)을 무한 반사시켜서 증폭시킬 수 있도록 서로 마주보거나 서로 다른 각도로 형성될 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스(G)가 상기 몸체(10)의 상기 가스 유입구(10a)를 통해 상기 몸체(10)의 내부로 인입되면, 상기 광원(20)에 의해서 발생된 상기 직사광(L1)과 만날 수 있다.
이 때, 상기 직사광(L1)은 상기 가스(G)의 입자 또는 분자를 만나서 상기 직사광(L1)의 주발광선(E)와는 다른 불특정한 방향으로 상기 산란광(L2)이 발생될 수 있다. 이러한 상기 산란광(L2)은 가스의 특징에 따라 특정한 파장의 패턴이 발생되고, 이러한 파장의 패턴을 산란광 측정 방식의 상기 수광부(30)를 이용하여 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 상기 제어부(40)는 이러한 전기적 신호의 특성을 판별하여 가스의 종류 및 농도를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 레퍼런스 수광 소자(50)는 상기 광원(20)가 인근에 형성되어 기준이 되는 광원의 기준 신호를 발생시킬 수 있고, 이와 비교하여 상기 제 1 가스용 수광 소자(60)는 상기 반사체(M)에 의해 무한 반사되어 증폭된 상기 산란광(L2)의 특성 신호를 발생시킬 수 있고, 상기 제어부(40)는 상기 기준 신호와 상기 특성 신호를 미리 입력된 가스별 데이터들과 비교하여 특정 가스를 분별하거나 그 농도를 산출할 수 있다.
그러므로, 상기 수광부(30)가 상기 광원(20)을 마주보지 않도록 광경로의 측방에 배치하여 가스로 인한 상기 산란광(L2)을 측정함으로써 흡수 파장이 제거된 직사광 대신 흡수되어 산란된 산란광 또는 흡수광 자체를 측정하여 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 상기 반사체(M)를 이용하여 무한 반사를 통해 광로를 길게 늘려서 상기 산란광(M)을 증폭하여 측정의 신뢰도 및 정확도를 높이는 것은 물론이고, 작은 공간에서도 충분한 광로를 실현할 수 있고, 이로 인하여 하나의 장치로도 다종의 가스를 측정할 수 있으며, 공간 활용도를 극대화하여 장치를 집적화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(200)을 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(200)을 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 3의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(200)을 나타내는 사시도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(200)의 몸체(10)는, 상기 광원(20)으로부터 발생된 상기 직사광(L1)이 직선으로 유도될 수 있도록 형성되는 광 유도부(11) 및 상기 광 유도부(11)와 연결되고, 광 유입구(12a)로부터 유입된 상기 직사광(L1)의 광경로를 길게 하여 상기 산란광(L2)을 증폭시킬 수 있도록 상기 직사광(L1) 또는 상기 산란광(L2)을 내부에서 무한 반사시키는 전체적으로 원통 형상으로 형성되며, 그 중심에 상기 수광부(30)의 적어도 일부가 형성되는 광 증폭부(12)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수광부(30)는 상기 몸체(10)의 상기 가스 유입구(10a) 인근에 형성되는 상기 레퍼런스 수광 소자(50)와, 상기 광 증폭부(12)의 중심에 형성되는 상기 광 증폭부(12)의 중심에 형성되는 제 2 가스 측정 용도로 사용되는 제 2 가스용 수광 소자(70) 및 상기 광원(20)으로부터 광로상으로 비교적 먼 제 4 위치에 설치되고, 제 3 가스 측정 용도로 사용되는 제 3 가스용 수광 소자(80)를 포함할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(200)은, 상기 산란광(L2)을 상기 수광부(30) 방향으로 집중시킬 수 있도록 상기 몸체(10)에 형성되는 렌즈부(L)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 상기 렌즈부(L)를 이용하여 상기 산란광(L2)을 상기 수광부(30) 방향으로 집중시켜서 센서의 정확도와 민감도를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(300)을 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 6의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(300)을 나타내는 사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(300)은, 상기 광 증폭부(12)는, 광경로를 증대시킬 수 있도록 적어도 일부 둥근 내면이 형성된 돔부(13)가 형성될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 돔부(13)를 이용하여 상기 산란광(L2)을 더욱 증폭시킬 수 있고, 상기 렌즈부(L)를 이용하여 상기 산란광(L2)을 상기 수광부(30) 방향으로 집중시켜서 센서의 정확도와 민감도를 향상시킬 수 있다.
도 8은 도 3의 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템(300)의 광 증폭부(12)의 반지름과 광로의 길이 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 무한 루프된 광경로를 L_eff, 상기 광 증폭부(12)의 cavity 반경을 , 2*파이(Pi)*R을 L_0, 1회전시의 광 반사율을 r이라고 할 때, L_0(1+r+r^2+.....)=L_0/(1-r)이므로,
L_eff=sum_i L_i* Intensity_i / sum_i Intensity_i = L_0/(1-r)이다.
따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, R vs L_eff/L_0에 대한 그래프에서 알 수 있듯이 R값이 조금만 커져도 무한 루프된 광경로는 기하급수적으로 증대되는 것을 알 수 있다.
그러므로, 작은 공간에서도 충분한 광로를 실현할 수 있고, 이로 인하여 하나의 장치로도 다종의 가스를 측정할 수 있으며, 공간 활용도를 극대화하여 장치를 집적화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 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.
G: 가스
10: 몸체
10a: 가스 유입구
11: 광 유도부
12: 광 증폭부
13: 돔부
20: 광원
L1: 직사광
L2: 산란광
30: 수광부
40: 제어부
E: 주발광선
S: 주수광선
50: 레퍼런스 수광 소자
60: 제 1 가스용 수광 소자
70: 제 2 가스용 수광 소자
80: 제 3 가스용 수광 소자
M: 반사체
L: 렌즈부
100, 200, 300: 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템

Claims (9)

  1. 내부로 가스가 유입될 수 있도록 일측에 가스 유입구가 형성되고, 내부에 광경로가 형성될 수 있는 몸체;
    상기 몸체에 형성되고, 상기 광경로를 따라 직사광이 조사될 수 있도록 상기 직사광을 발생시키는 광원; 및
    상기 몸체에 형성되고, 상기 직사광에 의한 상기 가스의 산란광을 검출할 수 있도록 상기 광원을 마주보지 않게 상기 직사광으로부터 비켜나서 상기 광경로의 측방에 설치되는 수광부;
    를 포함하는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원의 주발광선과 상기 수광부의 주수광선은 90도 각도인, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광부는,
    상기 광원으로부터 광로상으로 비교적 가까운 제 1 위치 또는 상기 광원을 마주보는 위치에 설치되는 레퍼런스 수광 소자; 및
    상기 광원으로부터 광로상으로 비교적 먼 제 2 위치에 설치되고, 제 1 가스 측정 용도로 사용되는 제 1 가스용 수광 소자;
    를 포함하는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 광로상으로 비교적 먼 제 3 위치에 설치되고, 제 2 가스 측정 용도로 사용되는 제 2 가스용 수광 소자;
    를 더 포함하는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 몸체는 전체적으로 길이 방향으로 길게 형성되는 통체이고,
    상기 광원은, 상기 몸체의 일단부 내측에 설치되며,
    상기 가스 유입구는, 상기 광원의 인근 상방에 설치되고,
    상기 레퍼런스 수광 소자는, 상기 광원의 인근 하방에 설치되고,
    상기 제 1 가스용 수광 소자는, 상기 몸체의 타단부 인근 하방에 설치되는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 몸체의 양단부 내측면 또는 상하 내측면에 형성되고, 상기 직사광 또는 상기 산란광을 무한 반사시켜서 증폭시킬 수 있도록 서로 마주보거나 서로 다른 각도로 형성되는 반사체;
    를 더 포함하는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체는,
    상기 광원으로부터 발생된 상기 직사광이 직선으로 유도될 수 있도록 형성되는 광 유도부; 및
    상기 광 유도부와 연결되고, 광 유입구로부터 유입된 상기 직사광의 광경로를 길게 하여 상기 산란광을 증폭시킬 수 있도록 상기 직사광 또는 상기 산란광을 내부에서 무한 반사시키는 전체적으로 원통 형상이며, 그 중심에 상기 수광부의 적어도 일부가 형성되는 광 증폭부;
    를 포함하는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광 증폭부는, 광경로를 증대시킬 수 있도록 적어도 일부 둥근 내면이 형성된 돔부가 형성되는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 산란광을 상기 수광부 방향으로 집중시킬 수 있도록 상기 몸체에 형성되는 렌즈부;
    를 더 포함하는, 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006300738A (ja) * 2005-04-21 2006-11-02 Matsushita Electric Works Ltd ガスセンサ
JP2009014465A (ja) * 2007-07-04 2009-01-22 Yokogawa Electric Corp 赤外ガス分析計
KR20180046729A (ko) * 2016-10-28 2018-05-09 주식회사 씨앤유글로벌 광산란 기반의 먼지센서
KR20180103760A (ko) * 2017-03-10 2018-09-19 로베르트 보쉬 게엠베하 침착물 센서를 구비한 광 센서

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160032863A (ko) * 2014-09-17 2016-03-25 한국과학기술연구원 적외선 가스 분석 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006300738A (ja) * 2005-04-21 2006-11-02 Matsushita Electric Works Ltd ガスセンサ
JP2009014465A (ja) * 2007-07-04 2009-01-22 Yokogawa Electric Corp 赤外ガス分析計
KR20180046729A (ko) * 2016-10-28 2018-05-09 주식회사 씨앤유글로벌 광산란 기반의 먼지센서
KR20180103760A (ko) * 2017-03-10 2018-09-19 로베르트 보쉬 게엠베하 침착물 센서를 구비한 광 센서

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