KR20220036032A - Multi gas detection apparatus with improved detection accuracy - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 광을 조사하는 광원부; 서로 마주보는 제1 반사면과 제2 반사면을 구비하고, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이로 가스 이동로가 형성된 광 경로 확장 유닛; 상기 광을 평행광으로 가공하며, 가공된 상기 광이 상기 가스 이동로의 일단으로 입사하여 상기 제1 반사면에 도달하도록 가이드하는 광 가공부; 상기 가스 이동로의 상기 일단에서 방출된 광을 수광하는 수광부; 및 상기 광원부에서 조사된 광의 특성과 상기 수광부에서 수광된 광의 특성을 비교하여 상기 가스 이동로 내에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 반사면과 제2 반사면은 상기 가스 이동로의 상기 일단으로 입사된 상기 광이 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 복수회 반사되어 상기 가스 이동로의 일단으로 다시 방출되도록 서로 예각을 이루는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention includes a light source unit that irradiates light; An optical path expansion unit comprising a first reflective surface and a second reflective surface facing each other, and a gas movement path formed between the first reflective surface and the second reflective surface; a light processing unit that processes the light into parallel light and guides the processed light to enter one end of the gas movement path and reach the first reflection surface; a light receiving unit that receives light emitted from the end of the gas passage; and a control unit that determines the type or concentration of gas present in the gas movement path by comparing the characteristics of the light emitted from the light source unit and the characteristics of the light received by the light receiving unit, wherein the first reflecting surface and the second reflecting surface are Detection precision is improved by forming an acute angle with each other so that the light incident on the one end of the gas movement path is reflected multiple times between the first reflecting surface and the second reflecting surface and is emitted back to one end of the gas moving path. Provides a multi-gas detection device.
Description
본 발명은 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 이동로 상에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 보다 정밀하게 검출할 수 있는 멀티 가스 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-gas detection device with improved detection precision, and more specifically, to a multi-gas detection device that can more precisely detect the type or concentration of gas present on a gas movement path.
공기 중에 분포하는 가스 분자는 통상적으로 2개 이상의 원소들이 결합된 형태로 이루어지며, 가스 분자를 이루는 원소들의 결합 구조에 따라 제각기 독특한 파장의 적외선을 흡수하는 특성을 보인다.Gas molecules distributed in the air are usually composed of two or more elements combined, and each has the characteristic of absorbing infrared rays of unique wavelengths depending on the bonding structure of the elements that make up the gas molecule.
특히, 가스 분자는 어느 하나의 적외선 파장만을 흡수하는 것이 아니라 2개 이상의 적외선 파장을 흡수하는 특징이 있으며, 가스 분자의 종류에 따라 고유한 흡수 스펙트럼을 보인다. In particular, gas molecules do not absorb only one infrared wavelength, but have the characteristic of absorbing two or more infrared wavelengths, and exhibit unique absorption spectra depending on the type of gas molecule.
비분산 적외선(NDIR: Non Dispersive Infrared) 방식을 이용한 가스 측정은 위와 같은 가스 분자 고유의 흡수 스펙트럼을 분석하는 것으로, 가스가 분포된 공기 중에 적외선을 통과시키고, 적외선의 양을 파장별로 분석하여 공기 중에 분포된 가스의 종류 및 농도를 특정하는 방식으로 이루어진다.Gas measurement using the Non Dispersive Infrared (NDIR) method is to analyze the absorption spectrum unique to gas molecules as above. Infrared rays are passed through the air where the gas is distributed, and the amount of infrared rays is analyzed by wavelength to transmit the gas molecules into the air. This is done by specifying the type and concentration of the distributed gas.
도 1은 가스의 적외선 흡수 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram for explaining the infrared absorption spectrum of a gas.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스 분자는 종류별로 고유의 적외선 흡수 스펙트럼을 보인다.As shown in Figure 1, gas molecules exhibit unique infrared absorption spectra for each type.
일 예로, 이산화질소(NO)와 아세톤(Acetone)을 살펴보면, 이산화질소는 5.5um, 6.1um 및 7.6um 인근의 파장범위에서 특징적인 광 흡수율을 가지고, 아세톤은 5.8um, 7.3um 및 8.2um 인근의 파장범위에서 특징적인 광 흡수율을 보인다.As an example, looking at nitrogen dioxide (NO) and acetone, nitrogen dioxide has a characteristic light absorption rate in the wavelength ranges around 5.5um, 6.1um, and 7.6um, and acetone has wavelengths around 5.8um, 7.3um, and 8.2um. It shows a characteristic light absorption rate in this range.
따라서, 각각의 특징적인 파장범위에서 광이 흡수된 정도를 확인함으로써 이산화질소(NO) 또는 아세톤(Acetone)이 공기중에 함유되었는지 여부 또는 함유된 정도를 알 수 있게 된다.Therefore, by checking the degree to which light is absorbed in each characteristic wavelength range, it is possible to know whether or not nitrogen dioxide (NO) or acetone is contained in the air, or the degree to which it is contained.
한편, 에탄올(Ethanol)과 일산화탄소(CO)는 각각 9.5um인근과 9.6um 인근의 파장범위에서 특징적인 광 흡수율을 보인다.Meanwhile, ethanol and carbon monoxide (CO) show characteristic light absorption rates in the wavelength ranges around 9.5um and 9.6um, respectively.
이때, 에탄올(Ethanol)과 일산화탄소(CO)는 적외선을 흡수하는 특징적인 파장대역이 서로 인접하고 해당 파장대역에서의 광 흡수율 또한 유사하기 때문에, 공기중에 어떤 가스가 얼마나 함유된 것인지 정확히 판단하기 어려운 문제점이 있다.At this time, since ethanol and carbon monoxide (CO) have characteristic wavelength bands that absorb infrared rays adjacent to each other and the light absorption rates in the corresponding wavelength bands are also similar, it is difficult to accurately determine which gas and how much is contained in the air. There is.
이에, 가스 분자에 광이 흡수된 정도를 보다 정밀하게 검출할 수 있는 라벨 프리형 멀티 가스 검출 장치의 개발이 요구된다.Accordingly, there is a need for the development of a label-free multi-gas detection device that can more precisely detect the degree to which light is absorbed by gas molecules.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가스 이동로 상에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 보다 정밀하게 검출할 수 있는 멀티 가스 검출 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a multi-gas detection device that can more precisely detect the type or concentration of gas present in the gas movement path.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 광을 조사하는 광원부; 서로 마주보는 제1 반사면과 제2 반사면을 구비하고, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이로 가스 이동로가 형성된 광 경로 확장 유닛; 상기 광을 평행광으로 가공하며, 가공된 상기 광이 상기 가스 이동로의 일단으로 입사하여 상기 제1 반사면에 도달하도록 가이드하는 광 가공부; 상기 가스 이동로의 상기 일단에서 방출된 광을 수광하는 수광부; 및 상기 광원부에서 조사된 광의 특성과 상기 수광부에서 수광된 광의 특성을 비교하여 상기 가스 이동로 내에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 반사면과 제2 반사면은 상기 가스 이동로의 상기 일단으로 입사된 상기 광이 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 복수회 반사되어 상기 가스 이동로의 일단으로 다시 방출되도록 서로 예각을 이루는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention includes a light source unit that irradiates light; An optical path expansion unit comprising a first reflective surface and a second reflective surface facing each other, and a gas movement path formed between the first reflective surface and the second reflective surface; a light processing unit that processes the light into parallel light and guides the processed light to enter one end of the gas movement path and reach the first reflection surface; a light receiving unit that receives light emitted from the end of the gas movement path; and a control unit that determines the type or concentration of gas present in the gas movement path by comparing the characteristics of the light emitted from the light source unit and the characteristics of the light received by the light receiving unit, wherein the first reflecting surface and the second reflecting surface are Detection precision is improved by forming an acute angle with each other so that the light incident on the one end of the gas movement path is reflected multiple times between the first reflecting surface and the second reflecting surface and is emitted back to one end of the gas moving path. Provides a multi-gas detection device.
상기 가스 이동로의 일단으로 입사된 광은 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 반사되면서 상기 가스 이동로의 타단을 향해 이동하되, 상기 가스 이동로의 상기 타단에 도달하기 이전에 특정 위치에서 반전되어 상기 가스 이동로의 상기 일단을 향해 이동할 수 있다.The light incident on one end of the gas movement path is reflected between the first reflective surface and the second reflective surface and moves toward the other end of the gas movement path, but before reaching the other end of the gas movement path, the light is reflected between the first and second reflective surfaces. It can be reversed in position and move toward the end of the gas passage.
상기 가스 이동로의 상기 일단으로부터 상기 타단을 향해 이동하는 광은 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 반사될수록 입사각이 작아지고, 상기 가스 이동로의 상기 타단으로부터 상기 일단을 향해 이동하는 광은 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 반사될수록 입사각이 커질 수 있다.Light moving from the one end of the gas movement path toward the other end has an angle of incidence that decreases as it is reflected between the first and second reflective surfaces, and moves from the other end of the gas movement path toward the other end. As light is reflected between the first and second reflective surfaces, the angle of incidence may increase.
상기 가스 이동로의 상기 일단에서의 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이의 간격은 상기 가스 이동로의 타단에서의 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이의 간격에 비해 넓을 수 있다.The gap between the first reflecting surface and the second reflecting surface at one end of the gas movement path may be wider than the gap between the first reflecting surface and the second reflecting surface at the other end of the gas movement path. there is.
상기 광이 상기 가스 이동로 내에서 반전되는 지점과 상기 가스 이동로의 타단 사이에 상기 가스의 출입이 가능한 개구가 형성될 수 있다.An opening through which the gas can enter and exit may be formed between a point where the light is reversed within the gas passage and the other end of the gas passage.
상기 가스 이동로의 타단에 상기 가스의 출입을 막는 차폐벽이 형성되고, 상기 개구는 상기 가스 이동로의 일측면에 형성되고, 상기 차폐벽은 상기 가스 이동로의 상기 일측면으로부터 타측면 방향으로 경사지게 형성되어 상기 개구로 진입한 가스가 상기 가스 이동로를 통해 상기 가스 이동로의 상기 일단을 향하도록 가이드할 수 있다.A shielding wall is formed at the other end of the gas passage to prevent entry and exit of the gas, the opening is formed on one side of the gas passage, and the shield wall extends from the one side to the other side of the gas passage. It is formed at an angle so that gas entering the opening can be guided toward the end of the gas passage through the gas passage.
상기 예각은 2도 이내이고, 상기 가스 이동로의 상기 일단으로 입사하여 상기 제1 반사면에 도달하는 광의 입사각은 30도 이상 40도 이하일 수 있다.The acute angle is within 2 degrees, and the angle of incidence of light incident on the end of the gas movement path and reaching the first reflection surface may be 30 degrees or more and 40 degrees or less.
상기 광 가공부를 통해 가이드된 광이 상기 수광부에 직접적으로 입사되지 않도록 상기 광 가공부와 상기 수광부 사이에 구비되는 격벽부를 더 포함할 수 있다.It may further include a partition provided between the light processing unit and the light receiving unit to prevent the light guided through the light processing unit from directly entering the light receiving unit.
상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면은 평면일 수 있다.The first reflective surface and the second reflective surface may be flat.
본 발명의 실시예에 따르면, 광 경로 확장 유닛 내에서 광이 반사되면서 가스를 경유하는 광의 경로가 확장되므로, 가스 이동로 내에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the path of light passing through the gas is expanded as the light is reflected within the optical path expansion unit, so the type or concentration of the gas present in the gas movement path can be detected more precisely.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 특정 파장에서 두 가스의 광 흡수율 차이가 작더라도, 광이 복수회 흡수되는 과정에서 그 차이가 증폭되므로, 공기 중에 함유된 가스의 종류나 농도의 검출이 보다 정밀하게 이루어질 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, even if the difference in light absorption rate between the two gases at a specific wavelength is small, the difference is amplified in the process of light being absorbed multiple times, making it easier to detect the type or concentration of the gas contained in the air. It can be done precisely.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 광 가공부와 수광부의 사이에 격벽부가 구비되므로, 수광부에 입사되는 노이즈광이 최소화되어 가스 검출의 정밀도가 높아질 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, since a partition is provided between the light processing unit and the light receiving unit, noise light incident on the light receiving unit is minimized, thereby increasing the precision of gas detection.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 가스 이동로의 타단에 경사진 차폐벽이 구비되므로, 가스 이동로 내의 가스 이동은 원활히 이루어질 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, since an inclined shielding wall is provided at the other end of the gas passage, gas movement within the gas passage can be performed smoothly.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 가스의 적외선 흡수 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 가스 검출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 격벽부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 가스 검출 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram for explaining the infrared absorption spectrum of a gas.
Figure 2 is a diagram schematically showing a multi-gas detection device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining a partition wall according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining another embodiment of a multi-gas detection device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 가스 검출 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.Figure 2 is a diagram schematically showing a
도 2에 도시된 바와 같이, 멀티 가스 검출장치는 광원부(110), 광 가공부(120), 광 경로 확장 유닛(130) 및 수광부(140)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the multi-gas detection device may include a
광원부(110)는 광 가공부(120)를 향해 광을 조사할 수 있다.The
이때, 광원부(110)가 조사하는 광은 적외선을 포함할 수 있다.At this time, the light emitted by the
일 예로, 광원부(110)는 중적외선을 조사하는 광원일 수 있다. 일 예로, 광원부(110)는 가스의 흡수 스펙트럼이 밀집된 3um 이상 20um 이하의 파장범위를 갖는 광을 조사하는 광원일 수 있다.As an example, the
한편, 광원부(110)는 파장 가변형 광원일 수 있다. 일 예로, 광원부(110)는 3um 이상 20um 이하의 범위에서 파장을 순차적으로 변경하며 광을 조사할 수 있다.Meanwhile, the
광 가공부(120)는 광원부(110)로부터 조사된 광을 가공할 수 있다.The
구체적으로, 광 가공부(120)는 광원부(110)로부터 조사된 광의 경로를 조정하여 평행화 시킬 수 있다. Specifically, the
즉, 광 가공부(120)는 광원부(110)로부터 조사된 광을 평행광(parallel light)으로 가공할 수 있다.That is, the
이를 위해 광 가공부(120)는 내부에 적어도 하나 이상의 볼록렌즈와 오목렌즈로 이루어진 광학계를 포함할 수 있다.For this purpose, the
또한, 광 가공부(120)는 가공된 광이 광 경로 확장 유닛(130)을 향하도록 가이드할 수 있다.Additionally, the
한편, 광 가공부(120)는 광원부(110)의 특성에 따라 생략될 수도 있다.Meanwhile, the
일 예로, 도 2에서 점선으로 도시한 바와 같이, 광원부(110)가 레이저 광원이고 광원부(110)로부터 조사된 광의 경로가 광 경로 확장 유닛(130)에 형성된 가스 이동로를 향하는 경우, 광 가공부(120)는 생략될 수도 있다.For example, as shown by the dotted line in FIG. 2, when the
한편, 광 경로 확장 유닛(130)은 광 경로 확장 유닛(130)의 내부로 입사한 광을 내부에서 복수회 반사시킨 후, 광 경로 확장 유닛(130)의 외부로 방출할 수 있다.Meanwhile, the optical
구체적으로, 광 경로 확장 유닛(130)은 서로 마주보는 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b)의 사이에는 가스가 이동하는 가스 이동로가 형성될 수 있다. Specifically, the optical
그리고, 가스 이동로의 일단은 외부로 개방될 수 있다. 이에 따르면, 광 가공부(120)를 통해 가이드된 광은 가스 이동로의 내부로 입사할 수 있다.And, one end of the gas movement path may be open to the outside. According to this, light guided through the
한편, 광 가공부(120)를 통해 가이드된 광은 제1 반사면(131a)에 예각으로 입사할 수 있다.Meanwhile, light guided through the
그리고, 제1 반사면(131a)은 제1 반사면(131a)에 입사된 광을 전반사시킬 수 있다. 그리고, 제1 반사면(131a)에서 전반사된 광은 제2 반사면(131b)으로 향할 수 있다. 그리고, 제2 반사면(131b)에 입사된 광은 다시 전반사되어 제1 반사면(131a)으로 향할 수 있다.And, the first
이때, 제1 반사면(131a)에 최초 도달한 광은 제1 반사면(131a)에 예각으로 입사되므로, 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b)의 사이에서의 복수회 반사를 통해 점차 가스 이동로의 타단으로 이동할 수 있다.At this time, the light that first reaches the first reflective surface (131a) is incident on the first reflective surface (131a) at an acute angle, so it is reflected multiple times between the first reflective surface (131a) and the second reflective surface (131b). It is possible to gradually move to the other end of the gas passageway.
또한, 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b)은 서로 예각을 이룰 수 있다.Additionally, the first
일 예로, 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b) 사이의 간격은 광이 입사하는 가스 이동로의 일단으로부터 타단으로 갈수록 좁아질 수 있다. 일 예로, 가스 이동로의 일단에서의 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b) 사이의 간격은 가스 이동로의 타단에서의 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b) 사이의 간격에 비해 넓을 수 있다.For example, the gap between the first
이는 가스 이동로의 일단에서 타단으로 향하는 광을 타단에 이르기 전에 반전시켜 다시 가스 이동로의 일단으로 향하도록 하기 위함이다.This is to reverse the light heading from one end of the gas passage to the other end before reaching the other end and direct it back to one end of the gas passage.
일 예로, 가스 이동로의 일단으로 최초 입사하는 광은 제1 입사각으로 제1 반사면(131a)에 입사될 수 있다. 그리고, 제1 반사면(131a)에서 반사된 광은 제2 입사각으로 제2 반사면(131b)에 입사될 수 있다.For example, light initially incident on one end of the gas movement path may be incident on the
이때, 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b)은 서로 예각을 이루므로, 제2 입사각은 제1 입사각에 비해 작아지게 된다.At this time, since the first
즉, 가스 이동로의 일단에서 타단으로 향하는 광의 입사각은 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b) 사이에서 복수회 반사될수록 점차 작아질 수 있다.That is, the angle of incidence of light heading from one end to the other end of the gas movement path may gradually decrease as it is reflected a plurality of times between the first
한편, 광의 입사각은 특정 위치, 즉 반전점(E)에 이르렀을때 0도에 가까워지는데, 이를 기준으로 광의 진행방향은 반전되어 다시 가스 이동로의 일단을 향하게 된다.Meanwhile, the angle of incidence of light approaches 0 degrees when it reaches a specific position, that is, the inversion point (E), and based on this, the direction of light is reversed and again heads toward one end of the gas path.
그리고, 반전된 광의 입사각은 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b) 사이에서 복수회 반사되면서 점차 커질 수 있다.Additionally, the angle of incidence of the inverted light may gradually increase as it is reflected multiple times between the first
일 예로, 반전된 광의 입사각(r1)은 반사가 더 이루어진 후의 광의 입사각(r2)보다 작을 수 있다.For example, the angle of incidence (r1) of the inverted light may be smaller than the angle of incidence (r2) of the light after further reflection.
그리고, 반전된 광은 가스 이동로의 일단으로 방출될 수 있다.And, the inverted light can be emitted to one end of the gas path.
이상에서 살펴본 바와 같이, 광원부(110)로부터 조사된 광은 광 경로 확장 유닛(130)의 내부에서 복수회 반사되면서 가스 이동로 내부에서의 이동 경로가 늘어나게 된다.As discussed above, the light emitted from the
일 예로, 가스 이동로 내에 가스 분자가 존재하는 경우, 광은 가스 분자를 복수회 통과하게 되므로, 광의 흡수는 복수회에 걸쳐 일어날 수 있다.For example, when gas molecules exist in the gas movement path, light passes through the gas molecules multiple times, so light absorption may occur multiple times.
이에 따르면, 특정 파장에서 두 가스의 광 흡수율 차이가 작더라도, 광이 복수회 흡수되는 과정에서 그 차이가 증폭되므로, 공기 중에 함유된 가스의 종류나 농도를 보다 정밀하게 검출할 수 있는 효과가 있다.According to this, even if the difference in light absorption rate between two gases at a specific wavelength is small, the difference is amplified in the process of light being absorbed multiple times, which has the effect of detecting the type or concentration of gas contained in the air more precisely. .
일 예로, 도 1에서 설명한 바와 같이, 에탄올(Ethanol)과 일산화탄소(CO)는 9.6um 파장대역에서의 광 흡수율 차이가 작아 구분이 어려우나, 본 발명의 실시예에 따르면, 그 차이가 증폭되므로 에탄올과 일산화탄소의 구분 또한 보다 정확히 이루어질 수 있다.For example, as explained in FIG. 1, it is difficult to distinguish between ethanol and carbon monoxide (CO) because the difference in light absorption rate in the 9.6um wavelength band is small, but according to an embodiment of the present invention, the difference is amplified, so ethanol and carbon monoxide (CO) are difficult to distinguish between ethanol and carbon monoxide (CO). The classification of carbon monoxide can also be made more accurately.
한편, 제1 반사면(131a)과 제2 반사면(131b) 사이의 각도는 2도 이내로 이루어질 수 있다. 또한, 가스 이동로의 일단으로 입사하여 제1 반사면(131a)에 도달하는 광의 입사각은 30도 이상 40도 이하일 수 있다. 이는 광 경로의 효과적인 확장을 위함이다.Meanwhile, the angle between the first
그리고, 수광부(140)는 가스 이동로의 일단 즉, 광 경로 확장 유닛(130)으로부터 방출된 광을 수광할 수 있다. 또한, 수광부(140)는 수광된 광의 특성을 감지할 수 있다.Additionally, the
그리고, 제어부는 광원부(110)로부터 조사된 광의 특성과 수광부(140)에 수광된 광의 특성을 비교하여 가스 이동로 내에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 판단할 수 있다.Additionally, the control unit may determine the type or concentration of gas present in the gas movement path by comparing the characteristics of the light emitted from the
일 예로, 제어부는 가스의 종류 또는 농도를 판단하기 위해 광원부(110)로부터 조사된 광의 양과 수광부(140)에 수광된 광의 양을 비교할 수 있다. As an example, the control unit may compare the amount of light emitted from the
일 예로, 제어부는 Bear-lambert 법칙에 기초하여 가스 이동로 내에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 판단할 수 있다.As an example, the control unit may determine the type or concentration of gas present in the gas passageway based on the Bear-Lambert law.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 격벽부(150)를 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining the
도 3에 도시된 바와 같이, 격벽부(150)는 광 가공부(120)와 수광부(140)의 사이에 구비될 수 있다.As shown in FIG. 3, the
격벽부(150)는 광 가공부(120)를 통해 가이드된 광이 수광부(140)로 직접 수광되는 것을 차단할 수 있다.The
이는 광원부(110)로부터 조사된 광을 완벽한 평행광으로 가공하는 것이 어렵기 문에, 일부의 광이 노이즈광이 되어 광 가공부(120)로부터 수광부(140)로 직행할 수 있기 때문이다.This is because it is difficult to process the light emitted from the
특히, 광 경로 확장 유닛(130)을 거쳐 수광부(140)에 수광되는 광은 광 경로 확장 유닛(130) 내부에서의 복수회 반사 과정에서 광의 일부가 가스에 흡수된 상태이므로, 광량이 감소된 상태일 수 있다. 즉, 수광부(140)에 수광되는 광의 양은 이미 감소된 상태이므로 적은 양의 노이즈 광에 의하여도 가스 검출의 정확도가 감소될 수 있는 것이다.In particular, the light received by the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 격벽부(150)는 노이즈광이 수광부(140)로 수광되는 것을 최소화시키므로 가스 검출의 정밀도는 높아질 수 있다.That is, the
한편, 격벽부(150)는 노이즈광의 특성을 측정할 수도 있다.Meanwhile, the
일 예로, 격벽부(150)는 수광된 노이즈광의 광량을 측정할 수 있다.As an example, the
그리고, 제어부는 가스 이동로 내에 존재하는 가스의 종류 또는 농도의 판단 시 노이즈광의 특성을 고려할 수 있다.Additionally, the control unit may consider the characteristics of the noise light when determining the type or concentration of gas present in the gas movement path.
이는 가스 이동로의 내부로 입사하는 광의 특성과 가스 이동로의 외부로 방출되는 광의 특성을 비교함으로써 광이 가스에 흡수된 정도를 보다 정확히 판단할 수 있기 때문이다.This is because the degree to which light is absorbed by the gas can be more accurately determined by comparing the characteristics of the light incident on the inside of the gas passage and the characteristics of the light emitted outside the gas passage.
일 예로, 제어부는 광원부(110)로부터 조사된 광의 특성과 수광부(140)에 수광된 광의 특성을 비교할 시, 노이즈광의 특성을 이용하여 광원부(110)로부터 조사된 광의 특성을 보정할 수 있다.For example, when comparing the characteristics of the light emitted from the
이때 보정되는 광의 특성은 광량일 수 있다.At this time, the characteristic of the light being corrected may be the amount of light.
한편, 노이즈광의 특성은 보정될 수 있다.Meanwhile, the characteristics of noise light can be corrected.
이는 노이즈 광 가공부(120)와 격벽부(150) 사이에도 가스가 존재할 수 있기 때문이다.This is because gas may also exist between the noise
일 예로, 제어부는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 가스 이동로의 일단으로 입사한 광이 가스 이동로의 타단으로 방출되기 까지의 광 경로의 길이를 나타내는 제1 거리값을 저장할 수 있다. 이러한 광의 이동거리 값은 미리 계산된 값일 수 있다.As an example, the control unit may include memory. The memory may store a first distance value indicating the length of the optical path until light incident on one end of the gas movement path is emitted to the other end of the gas movement path. This light movement distance value may be a pre-calculated value.
그리고, 메모리는 광 가공부(120)와 격벽부(150) 사이의 거리를 나타내는 제2 거리값을 저장할 수 있다.Additionally, the memory may store a second distance value indicating the distance between the
그리고, 제어부는 제1 거리값과 제2 거리값의 차이에 기초하여 노이즈광이 공기 중의 가스에 흡수되는 정도(흡수율)를 나타내는 예상 흡수율을 산출할 수 있다.Additionally, the controller may calculate an expected absorption rate indicating the degree to which noise light is absorbed by gas in the air (absorption rate) based on the difference between the first distance value and the second distance value.
그리고 제어부는 산출된 예상 흡수율에 기초하여 노이즈광의 특성을 보정할 수 있다.And the control unit can correct the characteristics of the noise light based on the calculated expected absorption rate.
일 예로 제어부는 예상된 흡수율보다 낮은 흡수율을 설정하고, 낮게 설정된 흡수율에 기초하여 노이즈광의 특성을 보정할 수도 있다. 이는 광 가공부(120)와 격벽부(150) 사이의 가스 농도가 가스 이동로에 존재하는 가스의 농도보다 낮을 수 있기 때문이다.For example, the control unit may set an absorption rate lower than the expected absorption rate and correct the characteristics of the noise light based on the low absorption rate. This is because the gas concentration between the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 가스 검출 장치(100)의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining another embodiment of the
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 가스 이동로의 타단과 광의 반전점(E) 사이에 개구(H)가 형성될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 4, an opening (H) may be formed between the other end of the gas movement path and the light reversal point (E).
그리고, 가스는 개구(H)를 통해 출입할 수 있다. 일 예로, 개구(H)는 가스 이동로의 일측면에 형성될 수 있다. 그리고, 가스 이동로의 타단에는 가스의 흐름을 막는 차폐벽(132)이 구비될 수 있다.And, gas can enter and exit through the opening (H). As an example, the opening H may be formed on one side of the gas movement path. Additionally, a shielding
일 예로, 가스는 개구(H)를 통해 가스 이동로 사이로 인입되어 가스 이동로의 일단으로 방출될 수 있다. 다른 예로, 가스는 가스 이동로의 일단을 통해 가스 이동로 사이로 인입되어 개구(H)로 방출될 수도 있다. 이에 따르면, 가스 이동로 내부의 가스 흐름은 원활히 이루어질 수 있다.For example, gas may be introduced between the gas passageways through the opening H and discharged to one end of the gas passageway. As another example, gas may be introduced between the gas passages through one end of the gas passages and discharged through the opening (H). According to this, the gas flow inside the gas passage can be smoothly achieved.
한편, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 차폐벽(132)은 경사지게 형성될 수 있다.Meanwhile, as shown in (b) of FIG. 4, the shielding
일 예로, 차폐벽(132)은 개구(H)가 형성된 가스 이동로의 일측면으로부터 타측면 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.As an example, the shielding
이에 따르면, 개구(H)를 통해 가스 이동로로 인입된 가스는 차폐벽(132)을 따라 가이드 되어 가스 이동로의 일단으로 방출될 수 있다. 이와 반대로, 가스 이동로의 일단을 통해 가스 이동로로 인입된 가스는 차폐벽(132)을 따라 가이드되어 개구(H)로 방출될 수도 있다.According to this, the gas introduced into the gas passage through the opening H may be guided along the shielding
즉, 차폐벽(132)이 경사지게 형성됨에 따라 가스 이동로에서의 가스 흐름은 보다 원활히 이루어질 수 있다.That is, as the shielding
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 멀티 가스 검출 장치
110: 광원부
120: 광가공부
130: 광 경로 확장 유닛
140: 수광부
150: 격벽부100: Multi-gas detection device 110: Light source unit
120: Optical processing unit 130: Optical path expansion unit
140: light receiving part 150: partition wall part
Claims (9)
서로 마주보는 제1 반사면과 제2 반사면을 구비하고, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이로 가스 이동로가 형성된 광 경로 확장 유닛;
상기 광을 평행광으로 가공하며, 가공된 상기 광이 상기 가스 이동로의 일단으로 입사하여 상기 제1 반사면에 도달하도록 가이드하는 광 가공부;
상기 가스 이동로의 상기 일단에서 방출된 광을 수광하는 수광부; 및
상기 광원부에서 조사된 광의 특성과 상기 수광부에서 수광된 광의 특성을 비교하여 상기 가스 이동로 내에 존재하는 가스의 종류 또는 농도를 판단하는 제어부를 포함하고,
상기 제1 반사면과 제2 반사면은 상기 가스 이동로의 상기 일단으로 입사된 상기 광이 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 복수회 반사되어 상기 가스 이동로의 일단으로 다시 방출되도록 서로 예각을 이루는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
A light source unit that irradiates light;
An optical path expansion unit comprising a first reflective surface and a second reflective surface facing each other, and a gas movement path formed between the first reflective surface and the second reflective surface;
a light processing unit that processes the light into parallel light and guides the processed light to enter one end of the gas movement path and reach the first reflection surface;
a light receiving unit that receives light emitted from the end of the gas movement path; and
A control unit that determines the type or concentration of gas present in the gas movement path by comparing the characteristics of the light emitted from the light source and the characteristics of the light received by the light receiver,
The first reflecting surface and the second reflecting surface allow the light incident to the one end of the gas movement path to be reflected a plurality of times between the first reflecting surface and the second reflecting surface and to be emitted back to one end of the gas movement path. A multi-gas detection device with improved detection precision that is at an acute angle to each other as much as possible.
상기 가스 이동로의 일단으로 입사된 광은 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 반사되면서 상기 가스 이동로의 타단을 향해 이동하되, 상기 가스 이동로의 상기 타단에 도달하기 이전에 특정 위치에서 반전되어 상기 가스 이동로의 상기 일단을 향해 이동하는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to claim 1,
The light incident on one end of the gas movement path is reflected between the first reflective surface and the second reflective surface and moves toward the other end of the gas movement path, but before reaching the other end of the gas movement path, the light is reflected between the first and second reflective surfaces. A multi-gas detection device with improved detection accuracy, which is reversed in position and moves toward the end of the gas movement path.
상기 가스 이동로의 상기 일단으로부터 상기 타단을 향해 이동하는 광은 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 반사될수록 입사각이 작아지고,
상기 가스 이동로의 상기 타단으로부터 상기 일단을 향해 이동하는 광은 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이에서 반사될수록 입사각이 커지는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to clause 2,
The angle of incidence of light moving from the one end of the gas passage toward the other end decreases as it is reflected between the first and second reflective surfaces,
A multi-gas detection device with improved detection precision, wherein the angle of incidence of light moving from the other end of the gas movement path toward the one end increases as it is reflected between the first reflective surface and the second reflective surface.
상기 가스 이동로의 상기 일단에서의 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이의 간격은
상기 가스 이동로의 타단에서의 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면 사이의 간격에 비해 넓은 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to claim 1,
The distance between the first reflecting surface and the second reflecting surface at the end of the gas movement path is
A multi-gas detection device with improved detection precision that is wider than the gap between the first reflective surface and the second reflective surface at the other end of the gas movement path.
상기 광이 상기 가스 이동로 내에서 반전되는 지점과 상기 가스 이동로의 타단 사이에 상기 가스의 출입이 가능한 개구가 형성되는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to paragraph 1,
A multi-gas detection device with improved detection precision, wherein an opening through which the gas can enter and exit is formed between a point where the light is reversed within the gas movement path and the other end of the gas movement path.
상기 가스 이동로의 타단에 상기 가스의 출입을 막는 차폐벽이 형성되고,
상기 개구는 상기 가스 이동로의 일측면에 형성되고,
상기 차폐벽은 상기 가스 이동로의 상기 일측면으로부터 타측면 방향으로 경사지게 형성되어 상기 개구로 진입한 가스가 상기 가스 이동로를 통해 상기 가스 이동로의 상기 일단을 향하도록 가이드하는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to clause 5,
A shielding wall is formed at the other end of the gas passage to prevent the gas from entering and exiting,
The opening is formed on one side of the gas movement path,
The shielding wall is formed to be inclined from one side of the gas passage to the other side and guides the gas entering the opening toward the end of the gas passage through the gas passage. The detection precision is Improved multi-gas detection device.
상기 예각은 2도 이내이고, 상기 가스 이동로의 상기 일단으로 입사하여 상기 제1 반사면에 도달하는 광의 입사각은 30도 이상 40도 이하인 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to claim 1,
The acute angle is within 2 degrees, and the incident angle of the light incident on the end of the gas movement path and reaching the first reflection surface is 30 degrees or more and 40 degrees or less. Multi-gas detection device with improved detection precision.
상기 광 가공부를 통해 가이드된 광이 상기 수광부에 직접적으로 입사되지 않도록 상기 광 가공부와 상기 수광부 사이에 구비되는 격벽부를 더 포함하는 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to paragraph 1,
A multi-gas detection device with improved detection precision further comprising a partition provided between the light processing unit and the light receiving unit to prevent the light guided through the optical processing unit from directly entering the light receiving unit.
상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면은 평면인 것인 검출 정밀도가 향상된 멀티 가스 검출 장치.
According to paragraph 1,
A multi-gas detection device with improved detection accuracy, wherein the first reflective surface and the second reflective surface are flat.
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