KR20210064737A - 가스 진단 센서 및 이를 포함하는 가스절연개폐장치 진단 시스템 - Google Patents
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Abstract
본원은 광원; 상기 광원층 상에 배치된 포토-트랜지스터; 및 상기 포토-트랜지스터 상에 배치된 변색층: 을 포함하고, 상기 변색층은 가스와 반응하여 변색되는 것인, 가스 진단 센서를 제공한다.
Description
본원은 가스 진단 센서 및 이를 포함하는 가스절연개폐장치 진단 시스템에 관한 것이다.
변전소나 발전소에는 전력 설비를 보호하기 위하여 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear, GIS)가 설치되어 있다. 가스절연개폐장치는 차단기, 단로기 등의 개폐설비와 변성기, 피뢰기, 주회로 모선 등을 금속제 탱크 내에 일괄 배치하여 충전부는 고체 절연물(spacer)로 지지하고 있으며 탱크 내부에는 절연성능과 소호 능력이 뛰어난 SF6 가스를 절연매체로 하여 충진, 밀봉한 개폐 설비 시스템을 말한다. 가스절연개폐장치는 정상 사용 조건에서 부하전류를 개폐하거나, 사고 및 단락전류 등의 이상상태에서 선로를 안전하게 개폐하여 전력계통을 보호한다.
가스절연개폐장치는 내부에 절연 성능이 높은 SF6 가스로 충진되어 접지된 절연차단기로 고전압의 전류가 흐르는 전기 부품이 외부와 접촉하는 것을 방지한다. SF6 가스는 2 kg/cm2 내지 3 kg/cm2의 절연성능으로 절연유와 대등한 절연 특성과 공기의 10 배 정도의 소호 성능을 가지고 있다. 또한 소호용과 절연용 양 용도에 SF6 가스를 사용하므로 취급 및 기기 구조가 간편하다.
가스절연개폐장치의 내부 이상 발생시 충격성 가스 압력 상승, 탱크 벽의 진동 발생, 발광, 지락음, 탱크 벽의 국부 과열, SF6 가스 분해 등이 일어나며, 이러한 현상들은 고장으로 진전되기 이전에 각종 신호를 발생시킨다. 따라서, 가스절연개폐장치 내부 결함으로 발생되는 이상 요인들을 절연파괴로 진전되기 이전의 단계인 가스 누설, 가스 성분 변화, 과열, 이상 진동, 부분 방전 등을 감지할 수 있는 장치들을 이용하여 이상 요인을 감지하고 고장을 방지할 수 있다.
가스절연개폐장치의 내부 이상을 진단하는 방법으로는 부분방전 등에 의해 발생하는 SF6 가스 분해 생성물을 검출하는 간접적인 방법이 주목 받고 있다.
SF6는 안정한 불활성 가스이지만 장치 내 높은 전압으로 인해 아크 부분 방전, 열 등이 발생하며, 이에 따라 SF6 가스가 분해되어 SOF4, SOF2, SO2 등 활성 분해 가스가 발생한다. 예를 들어, SO2 가스의 농도가 약 1 ppm 이상일 경우 차단기 내 치명적인 이상이 발생했다는 증거로 간주할 수 있다.
이에 따라, 가스절연개폐장치 내부의 이상을 진단하기 위한 방법으로서 상기 SF6 분해 가스의 농도를 측정하여 안전성을 진단하는 기술에 대한 개발이 요구된다. 가스절연개폐장치는 외부에서는 탱크 내부의 상태를 확인할 수 없기 때문에, 이상이 발생하더라도 즉각적인 인식 및 대응이 어렵다. 또한, 일단 고장이 발생하면 막대한 피해로 이어지기 때문에, 외부에서 가스절연개폐장치 내 분해 가스의 농도를 모니터링하여 해당 장치의 문제 징후를 사전에 진단하는 시스템이 요구된다.
대한민국 등록특허 제 10-1983451 호는 유해 가스 유출을 검출하기 위한 가스센서에 대해 개시하고 있으나, 상술한 문제점을 해결하기에는 충분치 않다.
이에 따라, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 가스 진단 센서에 대한 연구가 요구된다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가스 진단 센서 및 이를 포함하는 가스절연개폐장치 진단 시스템을 제공한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 광원, 상기 광원 상에 배치된 포토-트랜지스터; 및 상기 포토-트랜지스터 상에 배치된 변색층: 을 포함하고, 상기 변색층은 가스와 반응하여 변색되는 것인, 가스 진단 센서를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 변색층은 상기 가스의 농도에 따라 상이한 색 및/또는 상이한 투과도를 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 가스는 SO2, SF4, SF5, SF6, SOF4, SOF2, SO2F2, HF, SF4, CuF2, WO3, CF4, AlF3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포토-트랜지스터는 상기 변색층에서 반사된 빛을 정량 분석하여 전기신호로 표시하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전기신호는 상기 변색층의 투과도에 따라 다르게 표시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포토-트랜지스터는 a-Si, MoS2, MoSe2, IGZO, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포토-트랜지스터는 유선 센싱 모듈 또는 무선 원격 센싱 모듈을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 변색층 및 상기 포토-트랜지스터 사이에 투명 절연층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 절연층은 석영, SiO2, Al2O3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 나노 입자, 아크릴계 수지를 포함하는 유무기 복합 조성물, 또는 코발트계 산화물, 지르코늄계 산화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 무기 입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광원층 및 상기 포토-트랜지스터 사이에 배치된 측면 발광 광섬유를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 가스 진단 센서를 포함하는, 가스절연개폐장치 진단 시스템을 제공한다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 가스 진단 센서는 가스절연개폐장치의 안전성을 진단하는 센서 및 이를 포함하는 가스절연개폐장치 가스 진단 시스템을 제공할 수 있다.
본원에 따른 가스 진단 센서는 가스 농도에 따라 상이한 색 및/또는 상이한 투과도를 나타내는 변색층을 포함하며, 포토-트랜지스터에 의해 상기 변색층의 투과도를 정량 분석하여 노출된 가스 농도를 매우 정밀하게 진단 할 수 있다.
상기 변색층은 pH에 따라 변색되는 지시약을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 변색층은 SF6 분해 가스와 반응하여 변색된다.
본원에 따른 가스 진단 센서에 포함된 포토-트랜지스터는 추가적으로 유선 센싱 모듈 또는 무선 원격 센싱 모듈을 포함함으로써, 가스절연개폐장치 내부의 문제를 외부에서 용이하게 진단할 수 있다.
상기 가스 진단 센서를 상기 가스절연개폐장치의 다수의 부분에 설치할 수 있는데, 이를 통해 상기 가스절연개폐장치의 어느 부분에서 가스 누출, 부분 방전, 열화 등의 이상이 발생했는지 구체적으로 특정하는 것이 가능하다.
또한, 상기 가스 진단 센서 내 변색층에 포함된 지시약의 종류에 따라서 SF6 분해가스 이외의 다른 물질도 검출 가능하며, 상기 지시약의 조합에 따라 두 가지 이상의 물질을 검출할 수 있는 다기능센서로서 이용하는 것이 가능하다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서의 개략도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서의 작동중의 개략도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서가 포함된 가스절연개폐장치이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 가스 진단 센서의 작동 시의 pH 에 따른 변색층의 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 가스 진단 센서의 작동 시의 변색층의 pH 및 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 나타낸 그래프이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서의 작동중의 개략도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서가 포함된 가스절연개폐장치이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 가스 진단 센서의 작동 시의 pH 에 따른 변색층의 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 가스 진단 센서의 작동 시의 변색층의 pH 및 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하, 본원의 가스 진단 센서에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 광원층, 상기 광원층 상에 배치된 포토-트랜지스터 및 상기 포토-트랜지스터 상에 배치된 변색층을 포함하고, 상기 변색층은 가스와 반응하여 변색되는 것인 가스 진단 센서를 제공한다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서의 개략도이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 변색층은 상기 가스의 농도에 따라 상이한 색 및/또는 상이한 투과도를 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 변색층은 가스 농도에 따라 색상 및 투과도가 변하는 모든 물질을 사용하는 것이 가능하며, 예를 들어, 상기 변색층은 인디고 카민(Indigo carmine), 염기성 푹신(Basic fuchsine), 알리자린(Alizarin), 알리자린 옐로우 R(Alizarin Yellow R), 리트머스 종이, 또는 3-(4-히드록시-3-메톡시페닐)-1-페닐-2-프로펜-1-온을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 변색층은 가스 농도에 따라 색상과 투과도가 변하지 않으나, 지시약의 색상을 보조할 수 있는 염료로서 타트라진(Tartrazine), Direct red 80®, Basic blue 81® 등을 추가 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 진단 센서 내 변색층에 포함된 지시약의 종류에 따라서 SF6 분해가스 이외의 다른 물질도 검출 가능하며, 상기 지시약의 조합에 따라 두 가지 이상의 물질을 검출할 수 있는 다기능센서로서 이용하는 것이 가능하다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 가스는 SO2, SF4, SF5, SF6, SOF4, SOF2, SO2F2, HF, SF4, CuF2, WO3, CF4, AlF3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가스는 SF6가 가스절연개폐장치 내부의 고압 전류에 의해 분해되어 발생하는 활성 분해 가스 생성물일 수 있다. 상기 활성 분해 가스 생성물은 장치 내부 설비를 손상시킬 수 있으므로, 상기 활성 분해 가스 생성물의 존재 여부를 확인하는 것이 매우 중요하다. 또한, 상기 활성 분해 가스 생성물은 가스절연개폐장치 내부에 이상이 발생했음을 알 수 있는 지표가 될 수 있다. 이에, 본원에 따른 가스 진단 센서를 이용하여 상기 활성 분해 가스 생성물의 발생 여부를 확인하고, 그 양을 측정함으로써 상기 가스절연개폐장치의 고장 유무를 용이하게 판단할 수 있고, 심각한 문제가 발생하기 전에 고장을 해결하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 변색층은 SO2와 반응하여 변색되는 것일 수 있다. 상기 SO2는 비금속 산화물로서, 산성을 띤다. 이에 따라, 상기 변색층은 장치 내부의 상기 SO2 농도에 따라 색 및 투과도가 달라진다.
본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서의 작동중의 개략도이다.
도 2 를 참조하면, 본원에 따른 가스 진단 센서 작동시 상기 변색층과 상기 SO2 가스가 반응하는 모습을 확인할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포토-트랜지스터는 상기 변색층에서 반사된 빛을 정량 분석하여 전기신호로 표시하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전기신호는 상기 변색층의 투과도에 따라 다르게 표시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 변색층의 색 및 투과도에 따라 상기 변색층에 반사되어 나오는 빛의 강도(intensity)가 달라진다. 상기 포토-트랜지스터는 상기 변색층에 반사되어 나온 빛의 강도 변화를 감지하여 상기 변색층의 색 및 투과도 변화를 저항 또는 전류의 형태로 정량 분석할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 가스절연개폐장치 내부에 존재하는 상기 가스의 농도에 따라 상기 변색층의 색 및 투과도가 변하며, 상기 가스의 농도에 따른 색 및 투과도의 차이는 포토-트랜지스터에 의해 저항 또는 전류라는 정량적 결과로 변환된다.
상기 가스 진단 센서를 상기 가스절연개폐장치의 다수의 부분에 설치할 수 있는데, 이를 통해 상기 가스절연개폐장치의 어느 부분에서 가스 누출, 부분 방전, 열화 등의 이상이 발생했는지 구체적으로 특정하는 것이 가능하다.
상기 포토-트랜지스터는 광 강도를 감지하여 광전류 (혹은 저항) 형태로 정보를 출력하는 것일 수 있다. 상기 포토-트랜지스터는 가스절연개폐장치 외부에 위치하므로 광 강도를 감지함에 있어서, 다른 조건에 영향을 받지 않고 신뢰성 및 안정성이 높은 정보를 제공할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포토-트랜지스터는 a-Si, MoS2, MoSe2, IGZO, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 포토-트랜지스터는 유선 센싱 모듈 또는 무선 원격 센싱 모듈을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 따른 가스절연개폐장치는 상기 유선 센싱 모듈 또는 무선 원격 센싱 모듈을 포함함으로써 상기 장치 내부의 가스의 상태를 상기 장치의 외부에서 용이하게 확인하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 무선 원격 센싱 모듈은 무선 통신과 센싱 모듈(정보 수집 및 해석 기능을 함)이 포함된 구조일 수 있으며, 이를 통해 가스 개폐 장치 내부의 가스 상태를 원격으로 실시간 모니터링하는 것이 가능하다. 상기 무선 통신은 블루투스(Bluetooth)를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 변색층 및 상기 포토-트랜지스터 사이에 투명 절연층을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 투명 절연층은 상기 가스절연개폐장치 내부의 고압 전류에 의한 상기 가스 진단 센서의 손상을 방지하기 위한 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명 절연층은 석영, SiO2, Al2O3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 나노 입자, 아크릴계 수지를 포함하는 유무기 복합 조성물, 또는 코발트계 산화물, 지르코늄계 산화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 무기 입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 투명 절연층은 석영(쿼츠)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 쿼츠는 급열, 급냉에 대해서 높은 내열성을 가진다. 또한, 상기 쿼츠는 내산성이 우수하다. 또한, 상기 쿼츠는 일반적인 유리의 약 10,000 배의 저항을 가지는 우수한 절연 재료이다.
상기 투명 절연층은 투명하기 때문에, 상기 광원에서 나와 상기 변색층에 도달하여 반사되어 상기 트랜지스터로 도달하는 빛의 강도에 미치는 영향은 최소화된다.
상기 광원층은 LCD, LED 등의 발광 소자를 포함하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광원층 및 상기 포토-트랜지스터 사이에 배치된 측면 발광 광섬유를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 측면 발광 광섬유(side-emitting optical fiber, SOF)는 외부 전원을 공급하여 발광하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 가스 진단 센서를 포함하는, 가스절연개폐장치 진단 시스템을 제공한다.
본원의 제 2 측면에 따른 광학 필름에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서를 포함한 가스절연개폐장치이다.
본원에 따른 가스절연개폐장치 진단 시스템은 상기 가스 진단 센서를 가스절연개페장치의 다수의 부분에 설치할 수 있다. 상기 다수의 부분에 설치된 상기 가스 진단 센서에서 가스의 농도를 분석하여 상기 가스절연개폐장치의 어느 부분에서 가스 누출, 부분 방전, 열화 등의 이상이 발생했는지 구체적으로 특정하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 바와 같이, 유선 센싱 모듈 또는 무선 원격 센싱 모듈을 추가 포함함으로써, 상기 가스절연개폐장치의 외부에서 내부의 가스 상태를 상기 장치 외부에서 진단할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예]
폴리아마이드 투명기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 Au/ITO 투명전극을 100 nm 의 두께로 증착시켜 게이트 전극을 구성하였다. 이후, 전자빔 증착을 이용하여 상기 게이트 전극 상에 산화막을 40 nm 이상의 두께를 가지도록 형성시켰다. 형성된 산화막 상에 IGZO 박막을 구성하였다. 상기 박막의 두께는 1 nm 부터 형성 가능하다. 이후 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 전자빔 증착 방법으로 소스 및 드레인 전극을 조성함으로써, 포토-트랜지스터를 제조하였다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 상에 인디고 카민을 드롭 캐스팅(drop-casting) 하여 변색층을 제조하였다. 이후, 상기 변색층을 상기 제조된 포토-트랜지스터 상에 배치하였다.
측면 발광 광섬유, LCD, 또는 LED 를 광원층으로서 상기 포토-트랜지스터 하부에 배치하여 최종적으로 가스 진단 센서를 제조하였다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 가스 진단 센서의 개략도이다.
[실험예]
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 가스 진단 센서의 작동중의 pH에 따른 변색층의 투과도를 나타낸 그래프이다 (405 nm 의 광 하에서 측정된 것임). 이를 통해 SO2(활성 분해 가스 생성물)의 농도가 높을수록 변색층의 투과도가 높아짐을 알 수 있다(SO2의 농도가 높을수록 pH 감소). 또한, 그래프 내부의 pH 값을 포함하는 사각형의 색은 해당 pH 에서의 변색층의 가시적인 색상을 의미한다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 가스 진단 센서의 작동중의 외부 pH에 따른 광전류(드레인 전류)를 나타낸 그래프이다(변색층을 투과하고 남은 광량에 의해 광전류가 유발됨). 이를 통해 가스의 농도가 높을수록 동일한 게이트 전압 조건에서 광전류가 크게 발생함을 확인할 수 있다. 또한, pH가 높아짐에 따라(알칼리 환경이 되면), 변색층을 투과하고 남은 광량이 줄어들어 같은 게이트 전압 하에서 광전류(드레인 전류)가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (11)
- 광원;
상기 광원 상에 배치된 포토-트랜지스터; 및
상기 포토-트랜지스터 상에 배치된 변색층:
을 포함하고,
상기 변색층은 가스와 반응하여 변색되는 것인,
가스 진단 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 변색층은 상기 가스의 농도에 따라 상이한 색 및/또는 상이한 투과도를 나타내는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가스는 SO2, SF4, SF5, SF6, SOF4, SOF2, SO2F2, HF, SF4, CuF2, WO3, CF4, AlF3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 포토-트랜지스터는 상기 변색층에서 반사된 빛을 정량 분석하여 전기신호로 표시하는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 4 항에 있어서,
상기 전기신호는 상기 변색층의 투과도에 따라 다르게 표시되는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 포토-트랜지스터는 a-Si, MoS2, MoSe2, IGZO, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 6 항에 있어서,
상기 포토-트랜지스터는 유선 센싱 모듈 또는 무선 원격 센싱 모듈을 추가 포함하는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 변색층 및 상기 포토-트랜지스터 사이에 투명 절연층을 추가 포함하는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 8 항에 있어서,
상기 투명 절연층은 석영, SiO2, Al2O3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 나노 입자, 아크릴계 수지를 포함하는 유무기 복합 조성물, 또는 코발트계 산화물, 지르코늄계 산화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 무기 입자를 포함하는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광원 및 상기 포토-트랜지스터 사이에 배치된 측면 발광 광섬유를 추가 포함하는 것인, 가스 진단 센서.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 가스 진단 센서를 포함하는,
가스절연개폐장치 진단 시스템.
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2019
- 2019-11-26 KR KR1020190153290A patent/KR102273162B1/ko active IP Right Grant
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