KR20230037866A - Testing device and method of detectability of colloidal crystal-based colorimetric sensor - Google Patents
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Abstract
Description
광결정 기반 색변화로 가스상의 물질을 감지하는 센서의 감지능을 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다. It relates to an apparatus and method for testing the detection ability of a sensor for detecting a gaseous substance by photonic crystal-based color change.
VOCs(volatile organic compunds)와 같이 가스상으로 배출되는 유해물질을 감지하기 위해 종래에 질량 분석이나 가스 크로마토그래피가 사용되었다. 이러한 종래의 감지 방법은 측정에 시간이 걸리고 고가의 대형 장비가 요구되어 실시간으로 간편하게 가스상 유해물질을 감지할 수 없는 문제점이 있었다. Mass spectrometry or gas chromatography has conventionally been used to detect harmful substances emitted in gaseous form, such as volatile organic compounds (VOCs). This conventional detection method takes time for measurement and requires expensive and large equipment, so there is a problem in that gaseous harmful substances cannot be easily detected in real time.
이에 따라 VOCs를 신속하게 측정할 수 있는 센서로 금속유기골격체(metal-organic frameworks) 기반 센서, 석영 결정 마이크로밸런스 (quartz crystal microbalance) 기반 센서, 광결정(photonic crystal) 기반 센서 등이 개발되었다.Accordingly, as sensors capable of rapidly measuring VOCs, metal-organic frameworks-based sensors, quartz crystal microbalance-based sensors, and photonic crystal-based sensors have been developed.
이중 광결정 기반의 색 변화 센서는 작은 크기로 휴대가 간편하며, 제작이 용이하고 무전원으로 VOCs 농도의 감지를 가시적으로 확인할 수 있는 센서이다. 광결정은 광자결정(photonic bandgap crystal)이라고도 하며, 주기적(periodic) 구조의 결정체이다. 결정의 주기적 배열에 입사하는 빛은 회절하는데 브래그 법칙으로 설명할 수 있다. The double photonic crystal-based color change sensor is small in size, portable, easy to manufacture, and can visually check the detection of VOCs concentration without power. A photonic crystal is also called a photonic bandgap crystal and is a crystal having a periodic structure. Light incident on a periodic array of crystals diffracts, which can be explained by Bragg's law.
주기적 구조로 인해 광결정은 특정 파장의 빛만 반사하여 구조색(structral color)이 나타나며, 이에 따라 빛이 통과하지 못하는 특정 영역인 광 밴드갭(photonic bandgap)이 나타난다. 이러한 광결정 소재의 센서는 VOCs를 흡수하여 팽창하게 되면 광결정의 주기적 배열이 변하므로 반사하는 빛의 파장이 달라져 광 밴드갭이 이동하고 구조색이 달라진다. 이러한 원리로 광결정 기반 색변화 센서는 VOCs를 모니터링할 수 있으며, 센서의 VOCs 감지능은 밴드갭의 이동(bandgap shift)을 측정하여 평가할 수 있다. Due to the periodic structure, the photonic crystal reflects only light of a specific wavelength, resulting in a structural color, and thus a photonic bandgap, a specific region through which light cannot pass. When the photonic crystal material sensor absorbs VOCs and expands, the periodic arrangement of the photonic crystal changes, so the wavelength of the reflected light changes, resulting in a shift in the photonic bandgap and a change in structural color. With this principle, a photonic crystal-based color change sensor can monitor VOCs, and the sensor's ability to detect VOCs can be evaluated by measuring a bandgap shift.
VOCs 가스를 감지하는 광결정 기반 센서에 대한 연구가 진행되고 있으나 개발된 센서를 실제로 가스상 VOCs에 노출시켜 감지성능을 평가할 수 있는 프로토콜화된 방법은 없는 실정이다. 종래의 VOCs 감지 센서에 대한 성능 평가 연구들은 센서를 VOCs 용액이나 VOCs 용액에서 생성된 VOCs 증기에 노출시켜 센서의 파장 변화를 측정하였다. 이러한 종래의 평가 방법은 VOCs의 농도가 불균일하여 센서 표면의 색깔이 고르게 변하지 않으므로 감지능을 정량적으로 평가하기 어려운 문제점이 있었다. Research on a photonic crystal-based sensor for detecting VOCs gas is being conducted, but there is no protocolized method for evaluating the sensing performance by actually exposing the developed sensor to gaseous VOCs. Performance evaluation studies on conventional VOCs detection sensors measured the change in wavelength of the sensor by exposing the sensor to a VOCs solution or VOCs vapor generated from the VOCs solution. This conventional evaluation method has a problem in that it is difficult to quantitatively evaluate the sensing ability because the color of the sensor surface does not evenly change due to the non-uniform concentration of VOCs.
본 발명은 가스상 VOCs에 광결정 기반 센서를 노출시켜 센서의 감지능을 검사할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a device and method capable of inspecting the sensing ability of a sensor by exposing a photonic crystal-based sensor to gaseous VOCs.
본 발명은, 광결정 기반 색변화 센서의 감지능을 감지 대상 가스를 유동시키면서 검사할 수 있도록 구성된 챔버; 광원 및 스펙트로미터와 전기적으로 연결되며 상기 센서의 색변화 측정을 위해 상기 챔버에 설치되는 측정 프로브; 상기 챔버에 연결된 공급관; 상기 챔버에 연결된 배출관; 상기 배출관에 연결된 흡입 펌프; 및 상기 펌프의 작동을 제어하여 챔버 내부를 유동하는 감지 대상 가스의 유속을 조절하는 제어기를 포함하는 센서의 감지능 검사 장치를 제공할 수 있다.The present invention, a chamber configured to test the sensing ability of a photonic crystal-based color change sensor while flowing a gas to be sensed; a measuring probe electrically connected to a light source and a spectrometer and installed in the chamber to measure a color change of the sensor; a supply pipe connected to the chamber; a discharge pipe connected to the chamber; a suction pump connected to the discharge pipe; and a controller controlling the operation of the pump to adjust the flow rate of the target gas flowing in the chamber.
일 실시예로서, 상기 측정 프로브는, 상기 펌프가 작동하지 않는 초기 시간 동안 챔버에 수납된 상기 센서의 초기 반사광 파장을 측정할 수 있다. 상기 제어기는, 초기 시간이 경과한 후 제1시간 동안 제1 가스 유속으로 상기 챔버로 감지 대상 가스가 공급되고 그 후 제2시간 동안 제2 가스 유속으로 상기 챔버로 감지 대상 가스가 공급되도록 상기 펌프를 제어할 수 있다. 상기 측정 프로브는, 상기 제2시간 동안 챔버에 수납된 상기 센서의 반사광 파장을 측정할 수 있다. As an example, the measurement probe may measure an initial reflected light wavelength of the sensor stored in the chamber during an initial time during which the pump is not operated. The controller may supply the target gas to the chamber at a first gas flow rate for a first time after the initial time has elapsed, and supply the target gas to the chamber at a second gas flow rate for a second time thereafter. can control. The measuring probe may measure a reflected light wavelength of the sensor housed in the chamber during the second time period.
일 실시예로서, 상기 공급관에 결합되어 공급관에서의 감지 대상 가스의 농도를 측정할 수 있는 공급측 농도측정기와, 상기 배출관에 결합되어 배출관에서의 감지 대상 가스의 농도를 측정할 수 있는 배출측 농도측정기를 더 포함할 수 있다. As an embodiment, a supply-side concentration meter coupled to the supply pipe to measure the concentration of the target gas to be detected in the supply pipe, and a discharge-side concentration meter to be coupled to the discharge pipe to measure the concentration of the target gas to be detected in the discharge pipe may further include.
일 실시예로서 상기 제1시간은, 상기 공급측 농도측정기에서 측정된 농도와 상기 배출가스 농도측정기에서 측정된 농도가 모두 기결정된 농도에 도달할 때까지 걸리는 시간일 수 있다.As an embodiment, the first time may be a time taken until both the concentration measured by the supply-side concentration meter and the concentration measured by the exhaust gas concentration meter reach a predetermined concentration.
일 실시예로서, 상기 제2 가스 유속은 상기 제1 가스 유속보다 느릴 수 있다. As an example, the flow rate of the second gas may be slower than the flow rate of the first gas.
일 실시예로서, 상기 공급관이 감지 대상 가스의 공급원 또는 공기 압축기와 선택적으로 유체 연통하도록 상기 공급관에 설치된 밸브를 더 포함할 수 있다.As one embodiment, the supply pipe may further include a valve installed in the supply pipe so as to selectively communicate fluidly with a source of the target gas or an air compressor.
일 실시예로서 상기 제어기는, 상기 제1시간과 제2시간 동안 상기 공급관이 감지 대상 가스의 공급원과 유체 연통하도록 상기 밸브를 제어하고, 상기 제2시간이 경과한 후 제3시간 동안 상기 공급관이 상기 공기 압축기와 유체 연통하여 감지 대상 가스가 없는 공기가 상기 공급관으로 유입되도록 상기 밸브를 제어하고, 상기 제3시간 동안 상기 펌프의 작동을 중지시킬 수 있다. As an embodiment, the controller controls the valve so that the supply pipe is in fluid communication with the supply source of the gas to be detected during the first time and the second time, and the supply pipe for a third time after the second time has elapsed. The valve may be controlled so that air without a target gas to be sensed flows into the supply pipe through fluid communication with the air compressor, and operation of the pump may be stopped during the third time period.
일 실시예로서 상기 측정 프로브는, 상기 제3시간 동안 챔버에 수납된 상기 센서의 반사광 파장을 측정할 수 있다. As an embodiment, the measuring probe may measure the reflected light wavelength of the sensor housed in the chamber during the third time period.
일 실시예로서 상기 챔버는, 알루미늄을 포함하는 물질로 제조되며 불투명하다. In one embodiment, the chamber is made of a material containing aluminum and is opaque.
일 실시예로서, 상기 챔버에 수납되고 상기 측정 프로브에 대해 상기 센서를 위치시키는 센서 안착 트레이를 더 포함할 수 있다.As an example, a sensor seating tray received in the chamber and positioning the sensor relative to the measurement probe may be further included.
또한 본 발명은, 광결정 기반 색변화 센서가 수납되고 스펙트로미터와 광원에 전기적으로 연결된 측정 프로브가 설치된 챔버에서, 감지 대상 가스가 챔버에 공급되기 전의 초기 시간 동안 상기 센서의 초기 반사광 파장을 측정하는 단계; 초기 시간이 경과한 후 제1시간 동안 제1 가스 유속으로 상기 챔버에 감지 대상 가스를 공급하는 단계; 및 제1시간이 경과한 후 제2시간 동안 제2 가스 유속으로 상기 챔버에 감지 대상 가스를 공급하면서 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는 단계를 포함하는 센서의 감지능 검사 방법을 제공할 수 있다. In another aspect of the present invention, in a chamber in which a photonic crystal-based color change sensor is accommodated and a measuring probe electrically connected to a spectrometer and a light source is installed, measuring the wavelength of an initial reflected light of the sensor during an initial time before a gas to be detected is supplied to the chamber ; supplying a target gas to the chamber at a first gas flow rate for a first time after the initial time has elapsed; and measuring a reflected light wavelength of the sensor while supplying the target gas to the chamber at a second gas flow rate for a second time after the first time has elapsed.
일 실시예로서 상기 제1시간은, 상기 챔버로 공급되는 감지 대상 가스의 공급관 내 농도와 상기 챔버에서 배출되는 감지 대상 가스의 배출관 내 농도가 모두 기결정된 농도에 도달할 때까지 걸리는 시간일 수 있다.As an embodiment, the first time may be a time taken until both the concentration in the supply pipe of the target gas supplied to the chamber and the concentration in the discharge pipe of the target gas discharged from the chamber reach a predetermined concentration. .
일 실시예로서, 상기 제2 가스 유속은 상기 제1 가스 유속보다 느릴 수 있다. As an example, the flow rate of the second gas may be slower than the flow rate of the first gas.
일 실시예로서 상기 제2시간은, 제2 가스 유속으로 유동하는 감지 대상 가스에 센서가 노출된 상태에서 상기 센서의 반사광 파장이 더이상 변하지 않을 때까지 걸리는 시간일 수 있다.As an example, the second time may be a time taken until the wavelength of the reflected light of the sensor does not change any more in a state in which the sensor is exposed to the target gas flowing at the second gas flow rate.
일 실시예로서, 상기 제2시간이 경과한 후 제3시간 동안 감지 대상 가스의 공급을 중단하고 감지 대상 가스가 없는 공기를 상기 챔버에 공급하면서 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. As an embodiment, the method further includes stopping supply of the target gas for a third time after the lapse of the second time and measuring the reflected light wavelength of the sensor while supplying air without the target gas to the chamber. can
일 실시예로서, 감지 대상 가스에 노출되기 전과 후의 상기 센서의 반사광 파장을 비교하여 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다. As an example, the method may further include analyzing a bandgap shift of the sensor by comparing wavelengths of reflected light of the sensor before and after being exposed to the target gas.
일 실시예로서 상기 센서의 초기 반사광 파장을 측정하는 단계는, 초기 반사광 파장을 n번 이상 등시간 간격으로 측정하고, 제2 가스 유속으로 상기 챔버에 감지 대상 가스를 공급하면서 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는 단계는, 제2시간 동안 센서의 반사광 파장을 m번 이상 등시간 간격으로 측정할 수 있다. As an embodiment, the step of measuring the wavelength of the initial reflection light of the sensor may include measuring the wavelength of the initial reflection light n times or more at equal time intervals, supplying the target gas to the chamber at a second gas flow rate, and measuring the wavelength of the reflected light of the sensor. In the measuring step, the reflected light wavelength of the sensor may be measured m or more times at equal time intervals during the second time period.
일 실시예로서 상기 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계는, n개의 초기 반사광 파장의 평균값과 제2시간 동안 측정된 m개의 반사광 파장의 평균값에 기초하여 밴드갭 이동을 분석할 수 있다.As an example, in the step of analyzing the bandgap shift of the sensor, the bandgap shift may be analyzed based on an average value of n initial reflected light wavelengths and an average value of m reflected light wavelengths measured for a second time.
일 실시예로서 상기 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계는, 제2시간 동안 측정된 m개의 반사광 파장을, 강도(intensity)를 가중치로 가중산술평균하여 밴드갭 이동을 분석할 수 있다.As an example, in the step of analyzing the bandgap shift of the sensor, the bandgap shift may be analyzed by performing a weighted arithmetic average of m reflected light wavelengths measured for the second time period with an intensity as a weight.
일 실시예로서 상기 감지 대상 가스는, 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 가스이고, 상기 센서는 VOCs 가스에 노출되면 광결정 배열이 변하는 광결정 기반 색변화 센서일 수 있다.As an example, the gas to be sensed may be a volatile organic compound (VOCs) gas, and the sensor may be a photonic crystal-based color change sensor in which an array of photonic crystals changes when exposed to the VOCs gas.
본 발명에 따르면, 가스상 VOCs에 노출시킨 상태로 센서의 감지능을 검사할 수 있으므로 감지능을 정량적으로 정확하게 검사할 수 있다.According to the present invention, since the sensing ability of the sensor can be tested in a state of being exposed to gaseous VOCs, the sensing ability can be quantitatively and accurately tested.
도 1은 광결정 기반 색변화 센서의 가스 감지 원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 (a)는 VOCs 가스에 노출되기 전의 센서 내부의 광결정 배열을 도시한 것이고, 도 1의 (b)는 VOCs 가스에 노출된 후의 센서 내부의 광결정 배열을 도시한 것이고, 도 1의 (c)는 스펙트로미터로 VOCs 가스에 노출되기 전과 후의 센서의 반사광 파장을 측정한 그래프이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 감지능 검사 장치의 개략적인 구성도이고,
도 3은 도 2의 A 부분의 확대 사시도이고,
도 4는 도 3에 도시된 챔버의 분해 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 감지능 검사 방법의 순서도이고,
도 6은 100ppm의 o-Xylene 가스에 노출된 센서의 반사광 파장을 시간별로 측정하여 분석한 그래프로, 도 6의 (a)는 강도가 높은 파장을 피크 파장으로 도출한 '피크파장법'에 따른 그래프이고, 도 6의 (b)는 강도를 가중치로 적용한 '중심 스펙트럼법'에 따른 그래프이다.1 is a diagram for explaining the gas detection principle of a photonic crystal-based color change sensor. FIG. 1 (a) shows a photonic crystal arrangement inside the sensor before being exposed to VOCs gas, and FIG. It shows the photonic crystal arrangement inside the sensor after being exposed to gas, and FIG. 1(c) is a graph measuring the reflected light wavelength of the sensor before and after being exposed to VOCs gas with a spectrometer,
2 is a schematic configuration diagram of an apparatus for testing the sensing ability of a sensor according to an embodiment of the present invention;
3 is an enlarged perspective view of part A of FIG. 2;
4 is an exploded perspective view of the chamber shown in FIG. 3;
5 is a flowchart of a method for inspecting the sensing ability of a sensor according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph obtained by measuring and analyzing the reflected light wavelength of the sensor exposed to 100 ppm of o -Xylene gas over time, and FIG. 6(b) is a graph according to the 'center spectrum method' in which intensity is applied as a weight.
이하, 본 발명의 여러 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, if it is determined that the subject matter of the present invention may be obscured, the detailed description thereof will be omitted. In addition, embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto and can be practiced by those skilled in the art.
본 발명에 따른 감지능 검사 장치 및 검사 방법은, 광결정 기반 색변화 센서(colloidal crystal-based colorimetric sensor)를 대상으로 한다. 이하에서는 VOCs 가스를 감지 대상 가스로 예시적으로 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 가스상의 특정 물질에 노출되면 광결정 배열의 변화에 따라 색이 변하여 밴드갭 이동을 측정할 수 있는 어떠한 광결정 기반 색변화 센서에 대해서도 본 발명의 사상이 적용 가능하다. The detecting ability testing apparatus and testing method according to the present invention target a photonic crystal-based colorimetric sensor. Hereinafter, VOCs gas will be illustratively described as a gas to be detected, but the present invention is not limited thereto, and when exposed to a specific gaseous material, the color changes according to a change in the photonic crystal array, and any photonic crystal base capable of measuring bandgap shift The concept of the present invention can also be applied to a color change sensor.
도 1의 (a)는 VOCs 가스에 노출되기 전의 센서(1a) 내의 미립자의 주기적인 배열 구조를 나타낸 것이고, 도 1의 (b)는 VOCs 가스에 노출된 센서(1b) 내의 미립자의 주기적인 배열 구조를 나타낸 것이다. 광결정 기반 색변화 센서는, VOCs 가스에 노출되면 센서 내부의 미립자가 VOCs를 흡수하여 팽윤(swelling)하므로, 노출 전의 미립자층 간 거리(d1)보다 노출 후 미립자층 간 거리(d2)가 증가한다. 따라서 VOCs에 노출된 센서는 입사광의 회절각이 바뀌며 반사광의 파장이 이동한다. 도 1의 (c)는 반사광의 파장에 따른 강도(intensity)를 VOCs 노출 전(파란색 실선)과 노출 후(빨간색 실선)에 스펙트로미터로 측정한 그래프로, VOCs에 노출된 후 밴드갭 이동이 나타나는 것을 확인할 수 있다.Fig. 1 (a) shows the periodic arrangement of particulates in the
본 발명은 전술한 원리로 작동하는 광결정 기반의 VOCs 감지 센서의 감지능을 가스상의 VOCs에 노출시킨 상태에서 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 감지능 검사 장치를 상세하게 설명한다. The present invention relates to an apparatus and method for inspecting the detection capability of a photonic crystal-based VOCs detection sensor operating on the above-described principle in a state in which it is exposed to gaseous VOCs. Referring to FIG. 2 , an apparatus for inspecting the sensing ability of a sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
일 실시예에 따른 센서의 감지능 검사 장치는, 챔버(200), 챔버에 연결된 공급관(110), 챔버에 연결된 배출관(120), 챔버 상부에 설치된 측정 프로브(130), 배출관에 연결된 흡입 펌프(140), 흡입 펌프를 제어하는 제어기(150)를 포함한다. 측정 프로브(130)는 광원(30)과 연결되어 광을 챔버(200) 내로 조사하고, 스펙트로미터(50)와 연결되어 챔버(200)에 수납된 센서의 색변화를 측정할 수 있다. 스펙트로미터(50)는 측정 프로브(130)에서 측정된 데이터를 컴퓨터, 노트북과 같은 연산장치(70)로 전송한다. An apparatus for testing the detection ability of a sensor according to an embodiment includes a
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 사시도이고, 도 4는 도 2의 챔버(200)의 확대 분해 사시도이다. 상기 챔버(200)는 VOCs 가스가 챔버 내부를 유동하는 상태에서 광결정 기반 색변화 센서의 감지능을 검사할 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 챔버(200)는 내부공간(201)을 형성하는 챔버 본체(210), 상기 내부공간(201)에 수납되는 센서 안착 트레이(230), 챔버 본체의 상부 개구를 밀폐하는 챔버 덮개(250)를 포함한다. FIG. 3 is an enlarged perspective view of part A of FIG. 2 , and FIG. 4 is an enlarged exploded perspective view of the
챔버(200)는 VOCs 가스를 흡수하지 않는 알루미늄 합금 물질로 제조된다. 챔버(200)는 빠른 유속으로 유입되거나 유출되는 공기 유동에 영향을 받지 않도록 챔버 본체(210)의 외측벽(214) 내에 적어도 15mm 이상의 두께를 갖는 내벽(215)을 포함할 수 있다. 설명의 편의상 외측벽과 내벽으로 지칭하지만 챔버 본체(210)는 실질적으로 일체로 형성된다. The
챔버 본체(210)에는 서로 마주보는 2개의 측벽 중 하나에 가스 유입 관통공(211)이 형성되고 다른 하나에 가스 유출 관통공(216)이 형성된다. 챔버(200)로 공급되는 VOCs 가스가 내부공간(201)을 고르게 채운 후 배출되도록, 가스 유입 관통공(211)과 가스 유출 관통공(216)은 서로 마주보지 않게 배치되며, 도 4와 같이 가스 유입 관통공(211)이 챔버(200)의 오른쪽 모서리에 가깝게 위치하고 가스 유출 관통공(216)은 가스 유입 관통공(211)과 어긋나도록 챔버(200)의 왼쪽 모서리에 가깝게 위치할 수 있다.In the
챔버(200)의 내부공간(201)은, 빠른 시간 내에 VOCs로 포화될 수 있도록 센서 수납에 필요한 최소한의 체적을 갖는다. 예를 들어, 챔버(200)의 외형 크기는 가로길이 128㎜, 세로길이 70㎜, 높이 40㎜일 수 있고, 내부공간(201)의 크기는 가로길이 88㎜, 세로길이 30㎜, 높이 25㎜일 수 있다. The
가스 유입 관통공(211)은 공급관(110)과 결합하고 가스 유출 관통공(216)은 배출관(120)과 결합한다. 공급관(110)은 VOCs 가스 공급원(10)에 선택적으로 유체 연통하여 VOCs를 챔버(200)로 공급할 수 있다. 배출관(120)은 흡입 펌프(140)에 연결되어 챔버(200)를 통과한 VOCs 가스를 배출한다. 제어기(150)는 펌프의 작동을 제어하여 챔버의 내부공간(201)을 유동하는 VOCs 가스의 유속을 조절할 수 있다. The gas inlet through
공급관(110)에는 공급관(110)을 유동하는 VOCs 가스의 농도를 측정할 수 있는 공급측 농도측정기(117)가 설치된다. 배출관(120)에는 배출관(120)을 유동하는 VOCs 가스의 농도를 측정할 수 있는 배출측 농도측정기(127)가 설치된다. A supply
일 실시예로서, 공급관(110)에는 VOCs 가스 공급원(10)과의 선택적인 유체 연통을 위한 밸브(160)가 더 설치되고. VOCs 가스 공급원(10)은 밸브를 통해 공급관(110)에 연결될 수 있다. 이 경우 제어기(150)로 밸브(160)의 개폐동작을 제어하여 공급관(110)이 선택적으로 VOCs 가스를 공급받도록 할 수 있다. As an embodiment, a
또한, VOCs 가스가 없는 공기를 선택적으로 공급관(110)에 공급하기 위해서, 밸브(160)에는 공기압축기(20)가 더 연결될 수 있다. 이 경우 제어기(150)는 밸브(160)의 개폐동작을 제어하여 공급관(110)이 VOCs 가스 대신 깨끗한 공기를 공급받도록 할 수 있다.In addition, in order to selectively supply air without VOCs gas to the
챔버 덮개(250)는 중앙에 측정 프로브(130)가 삽입될 수 있도록 프로브 관통공(251)이 형성된다. 챔버 덮개(250)는 하면이 내벽(250)의 상부면과 닿도록 챔버 본체(210)의 개구에 결합된다. 도 4를 참조하면, 챔버 본체(210)의 외측벽(214)의 높이는 내벽(250)의 높이보다 높으며, 그 높이 차이에 의해 생기는 내벽(250) 상부면의 윗공간에 챔버 덮개(250)가 놓인다. 내벽(250)의 상부면에는 복수의 볼트 체결구(212)가 형성되며, 챔버 덮개(250)에서 볼트 체결구(212)와 상응하는 위치에 복수의 볼트 삽입구(252)가 형성된다. 챔버 덮개(250)는 챔버 본체(210)에 볼트로 고정되면 덮개 테두리가 챔버 본체(210)의 외측벽(214)으로 둘러싸이게 된다. A probe through-
챔버(200)는, 챔버 본체(210)와 챔버 덮개(250) 사이를 밀폐하는 실링부재(270)를 더 포함한다. 실링부재(270)는 탄성이 있고 VOCs 가스를 흡수하지 않도록 구성된다. The
센서 안착 트레이(230)는 챔버의 내부공간(201)에 수용되는 크기를 가지며 센서 교체를 용이하게 한다. 챔버 덮개(250)에 고정된 측정 프로브(130)에 대해서 센서를 위치시키기 위해 트레이 위에 센서가 안착될 수 있다. 검사가 끝난 센서를 챔버(200)에서 쉽게 꺼낼 수 있도록 센서 안착 트레이(230)는 손잡이(233, 234)를 포함한다. 센서의 반사광 파장 측정의 정확성을 높일 수 있도록 센서 안착 트레이(230)는 검정색의 알루미늄 소재로 구성된다. The
제어기(150)는 흡입 펌프(140)의 작동을 제어하여 챔버의 내부공간(201)을 유동하는 VOCs 가스의 유속을 조절할 수 있다. 이하에서는 제어기(150)의 구체적인 기능을, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 감지능 검사 방법과 함께 구체적으로 설명한다. The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 감지능 검사 방법의 순서도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 감지능 검사 방법은, VOCs 감지 센서의 초기 반사광 파장(Winitial)을 측정하는 단계(S110), 그 후 제1시간 동안 챔버 내로 VOCs 가스를 공급하는 단계(S120), 제1시간 경과 후 제2시간 동안 챔버에 VOCs 가스를 공급하면서 센서의 반사광 파장(Wexposed)을 측정하는 단계(S130), VOCs 가스의 공급을 중단하고 제3시간 동안 VOCs 가스가 없는 공기를 챔버에 공급하면서 센서의 반사광 파장(Wreturn)을 측정하는 단계(S140), 측정 데이터에 기초하여 VOCs 감지 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계(S150)를 포함한다. 5 is a flowchart of a method for inspecting the sensing ability of a sensor according to an embodiment of the present invention. In the method for testing the detection ability of a sensor according to an embodiment of the present invention, the step of measuring the initial reflected light wavelength (W initial ) of the VOCs detection sensor (S110), and then supplying VOCs gas into the chamber for a first time ( S120), measuring the reflected light wavelength (W exposed ) of the sensor while supplying VOCs gas to the chamber for a second time after the lapse of the first time (S130), stopping the supply of VOCs gas and removing VOCs gas for a third time Measuring the reflected light wavelength (W return ) of the sensor while supplying air to the chamber (S140), and analyzing the bandgap shift of the VOCs detection sensor based on the measurement data (S150).
다만, 선택적으로 제3시간 동안 반사광 파장(Wreturn)을 측정하는 단계(S140)는 생략 가능하다. However, the step of selectively measuring the reflected light wavelength (W return ) for the third time (S140) can be omitted.
먼저 VOCs 감지 센서의 감지능 검사를 위해서, 센서 안착 트레이(230) 위에 센서를 고정시킨 후, 챔버의 내부공간(201)에 트레이를 놓고 챔버 덮개(250)를 챔버 본체(210)에 볼트로 고정한다. First, in order to test the detection ability of the VOCs detection sensor, after fixing the sensor on the
초기 반사광 파장(Winitial)을 측정하는 단계(S110)는, 측정 프로브(130)로 VOCs 가스가 챔버(200)에 공급되기 전의 초기 시간 동안 센서의 초기 반사광 파장을 측정한다. 예를 들어, 초기 시간은 50초일 수 있다. 그리고 측정 프로브(130)는 1초에 한번씩 센서의 초기 반사광 파장(Winitial)을 측정하는 방식으로 복수 번 파장을 측정할 수 있다. 초기 시간에는 VOCs 가스가 공급되기 전이므로 펌프는 작동하지 않는다. In the step of measuring the initial reflected light wavelength (W initial ) (S110), the measuring
정확한 측정을 위해, 공급관(110)에는 VOCs 가스 공급원이 연결되지 않는다. 공급관(110)에 밸브(160)가 설치되는 실시예의 경우, 상기 제어기(150)에 의해 밸브의 동작을 제어하여 VOCs 가스 공급원과의 연결을 차단한다. For accurate measurement, a VOCs gas supply source is not connected to the
제1시간 동안 챔버 내로 VOCs 가스를 공급하는 단계(S120)는, 초기시간이 경과한 후 제어기(150)가 흡입 펌프(140)의 작동을 제어하여 제1 가스 유속으로 VOCs 가스를 챔버(200)로 공급한다. 제1시간은, 공급측 농도측정기(117)와 배출측 농도측정기(127)에서 각각 측정한 VOCs 가스의 농도가 모두 기결정된 농도 이상이 되는데 걸리는 시간일 수 있다. 여기서 기결정된 농도는, 목적하는 챔버의 내부공간(201)에서의 VOCs 가스 농도와 적어도 동일할 수 있다. 또한 기결정된 온도는, 센서의 감지능의 민감도를 측정하기 위한 최소한의 농도에 기초하여 결정될 수 있다. In the step of supplying VOCs gas into the chamber for the first time (S120), after the initial time has elapsed, the
이에 추가로 또는 선택적으로 제1시간은, 공급측 농도측정기(117)와 배출측 농도측정기(127)에서 각각 측정한 VOCs 가스의 농도가 동일하거나 거의 유사해지는데 필요한 시간일 수도 있다.Additionally or alternatively, the first time may be a time required for the concentration of VOCs gas measured by the supply-
제1시간 경과 후 제2시간 동안 챔버에 VOCs 가스를 공급하면서 센서의 반사광 파장(Wexposed)을 측정하는 단계(S130)는, 제2시간 동안 챔버 내에서 VOCs 가스 농도가 균일하게 유지되도록 제어기(150)가 펌프(140)의 동작을 제어하여 제2 가스 유속으로 VOCs 가스를 유동시킨다. 그리고 측정 프로브(130)는 1초에 한번씩 센서의 반사광 파장(Wexposed)을 측정하는 방식으로 제2시간 동안 복수 번 파장을 측정할 수 있다.Measuring the reflected light wavelength (W exposed ) of the sensor while supplying VOCs gas to the chamber for a second time after the lapse of the first time (S130) is a controller to maintain a uniform VOCs gas concentration in the chamber for a second time ( 150 controls the operation of
여기서 제2 가스 유속은 상기 제1 가스 유속보다 느리다. 예를 들어, 제1 가스 유속은 10L/min이고 제2 가스 유속은 0.5L/min일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 가스 유속은 챔버의 내부공간(201)을 빠른 시간 안에 특정 가스 농도로 포화시키는데 필요한 어떠한 속도여도 좋다. 그리고 제2 가스 유속은 챔버(200) 내에 포화된 VOCs 가스의 농도를 제2시간 동안 일정하게 유지할 수 있는 어떠한 속도여도 좋다. 그리고 제2시간은 제2 가스 유속으로 유동하는 VOCs 가스에 센서가 노출된 상태에서 상기 센서의 반사광 파장이 더이상 변하지 않을 때까지 걸리는 시간일 수 있다.Here, the second gas flow rate is slower than the first gas flow rate. For example, the first gas flow rate may be 10 L/min and the second gas flow rate may be 0.5 L/min. However, it is not limited thereto, and the first gas flow rate may be any speed required to saturate the
VOCs 가스의 공급을 중단하고 제3시간 동안 VOCs 가스가 없는 공기를 챔버에 공급하면서 센서의 반사광 파장(Wreturn)을 측정하는 단계(S140)는, 먼저 제2시간이 경과한 후 제어기(150)가 펌프(140)의 작동을 중지시켜 VOCs 가스의 공급이 중단되도록 한다. 그리고 VOCs 가스 공급원과 연결된 공급관(110)의 밸브를 닫고, 대신 공기압축기를 공급관(110)에 연결시켜 VOCs 공기가 없는 깨끗한 공기를 챔버 내부공간(201)으로 공급하면서 센서의 반사광 파장(Wreturn)을 측정한다. Stopping the supply of VOCs gas and supplying air without VOCs gas to the chamber for a third time and measuring the reflected light wavelength (W return ) of the sensor (S140), first after the second time has elapsed, the
전술한 바와 같이 공급관(110)이 자동으로 VOCs 가스 공급원(10)과 공기압축기(20)에 선택적으로 유체 연통 및 유체 연통이 해제되도록 밸브(160)를 추가로 구성할 수 있다. 그리고 제어기(150)가 밸브를 제어하여 공급관(110)이 VOCs 가스 공급원 및 공기압축기 중 하나에만 선택적으로 유체 연통되게 구성될 수 있다.As described above, the
측정 데이터에 기초하여 VOCs 감지 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계(S150)는 이하의 실험예에서 상세하게 설명한다. Analyzing the bandgap shift of the VOCs detection sensor based on the measurement data (S150) will be described in detail in the following experimental examples.
실험예Experimental example
센서에 노출시킬 일정 농도의 VOCs 공급원(10) 제조를 위해서, 30L의 테들러백(tedlar bag)에 공기 압축기로 공기를 채운 후, 액상의 VOCs 용액(벤젠, 톨루엔, o-xylene, 아세톤)을 목표 농도(ppm)가 되도록 주입하였다. 테들러백을 항온교반기에 넣고 25℃에서 120(rpm)으로 12시간 이상 교반하여 액상의 VOCs를 충분히 기화시켰다. 그 후 테들러백을 밸브를 통해 공급관(110)에 연결하였다. In order to prepare the
VOCs 감지 센서는 광결정 구조와 PDMS(polydimethylsiloxane) 물질을 사용하여 제조하였다. The VOCs detection sensor was fabricated using a photonic crystal structure and PDMS (polydimethylsiloxane) material.
센서의 파장 변화는 디지털 방식 스펙트로미터(HRP-S250, Ocean Optics Inc., USA)와 광원(HL-2000-FHS, Ocean Optics Inc., USA)을 사용하여 측정하였으며, 스펙트로미터와 광원에 전기적으로 연결된 측정 프로브(130)를 챔버 덮개(250)에 설치하였다. 노트북을 스펙트로미터와 유선 또는 무선 연결하여 센서의 반사광 파장을 1초 간격으로 복수 회 측정하였다. The change in wavelength of the sensor was measured using a digital spectrometer (HRP-S250, Ocean Optics Inc., USA) and a light source (HL-2000-FHS, Ocean Optics Inc., USA), electrically connected to the spectrometer and light source. The connected measuring
먼저, VOCs에 노출되지 않는 초기 시간인 50초동안 파장(Winitial)을 측정하였다. 그 후, 10초 동안 10L/min의 제1 가스 유속으로 챔버의 내부공간(201)으로 VOCs를 주입하였다. 즉, 제어기(150)로 펌프(140)를 작동시켜 챔버 내로 10L/min의 유속으로 VOCs 가스가 공급되도록 한다. 10초는 공급관 내의 VOCs 가스 농도와 배출관 내의 VOCs 가스 농도가 모두 100ppm에 도달하는데 걸린 시간이다. First, the wavelength (W initial ) was measured for 50 seconds, which is the initial time not exposed to VOCs. Then, VOCs were injected into the
그 후 제어기(150)로 펌프(140)를 작동시켜 챔버 내로 0.5L/min의 제2 가스 유속으로 VOCs 가스를 공급하여 수 분간 챔버 내부의 VOCs 가스 농도를 유지하면서 VOCs 가스에 노출된 센서의 반사광 파장(Wexposed)을 측정하였다. 센서의 반응 속도에 따라 3분 내지 6분이 소요된다. Then, the
센서의 파장 변화가 더이상 없으면 펌프(140)의 작동을 정지시켜 VOCs 가스의 공급을 중단하고, 공급관(110)에 테들러백 대신 공기압축기를 연결하여 VOCs 가스가 없는 깨끗한 공기를 주입한다. 깨끗한 공기를 3분 이상 주입하면서 1초마다 센서의 반사광 파장(Wreturn)을 측정한다. 센서의 반사광 파장이 더이상 변하지 않으면 측정을 종료한다. When there is no longer a change in the wavelength of the sensor, the operation of the
도 6은 100ppm의 o-Xylene 가스에 노출된 센서의 반사광 파장을 시간별로 측정하여 분석한 그래프이다. 본 그래프에서는 챔버를 VOCs 가스로 포화시키기 위해 10L/min의 속도로 o-Xylene 가스를 공급하는 동안에도 센서의 반사광 파장을 계속 측정하여 모든 시간에 대해서 파장을 표시하였다. 스펙트로미터로 측정한 파장별 강도(intensity) 데이터에서 시간별 최고 강도를 갖는 파장 값인 피크 파장을 MATLAB(MathWorks, USA)을 이용하여 계산하고, 도 6의 (a)와 같이 센서의 감지능을 분석하였다. o-Xylene 가스를 주입하기 전의 30개 파장 측정값의 평균을 초기 반사광 파장(Winitial)으로 설정하고, 공기 주입 전의 100개의 파장 측정값의 평균을 반사광 파장(Wexposed)으로 설정하여, o-Xylene 가스에 노출된 센서의 밴드갭 이동(㎚)을 분석하였다. 6 is a graph obtained by measuring and analyzing the wavelength of reflected light of a sensor exposed to 100 ppm o -Xylene gas over time. In this graph, the wavelength of the reflected light of the sensor is continuously measured even while supplying o -Xylene gas at a rate of 10 L/min to saturate the chamber with VOCs gas, and the wavelength is displayed for all times. In the intensity data for each wavelength measured with a spectrometer, the peak wavelength, which is the wavelength value with the highest intensity per time, was calculated using MATLAB (MathWorks, USA), and the detection ability of the sensor was analyzed as shown in FIG. 6 (a). . o -The average of 30 wavelength measurements before injecting xylene gas is set as the initial reflected light wavelength (W initial ), and the average of 100 wavelength measurements before air injection is set as the reflected light wavelength (W exposed ), o - The bandgap shift (nm) of the sensor exposed to xylene gas was analyzed.
센서의 정밀도(Precision) 평가를 위해, 동일 VOCs 가스에 대해 5회 이상 연속 실험을 진행하였다. 수학식 1과 같이 상대표준편차(%RSD, relative standard deviation)를 통해 정밀도를 계산하였으며, 값이 작을수록 정밀도가 높다고 해석하였다.To evaluate the precision of the sensor, five or more consecutive experiments were conducted for the same VOCs gas. As shown in Equation 1, the precision was calculated through the relative standard deviation (%RSD), and the smaller the value, the higher the precision.
s: 표준편차, x: 평균s: standard deviation, x: mean
100ppm 내외의 저농도 o-Xylene 가스에 노출시켰을 때 스펙트로미터의 잡음(noise)로 인해 정량적 평가에 어려움이 있었다. 따라서 강도가 가장 높은 파장을 찾아 피크 파장을 도출하여 산술평균하는 방식 대신, 강도를 가중치(weight-factor)로 적용한 가중산술평균을 MATLAB으로 분석하였다. 가중산술평균을 이용한 스펙트럼의 중심(spectral centroid)을 찾는 스펙트럼 분석법을 활용하여 작은 변화량에서 발생하는 신호 대비 잡음(signal to noise ratio, SNR)을 증폭하여 o-Xylene 가스에 의한 파장의 변화, 즉 밴드갭 이동을 잡음과 구분하여 분석 가능하였다. 도 6의 (b)는 센서의 감지능을 가중산술평균을 이용한 '중심 스펙트럼법'으로 분석한 그래프이다. 도 6의 (a)와 같이 파크파장법으로 확인이 어려웠던 밴드갭 이동을 중심 스펙트럼법에 따라 분석하여 확인 가능함을 알 수 있다.When exposed to low-concentration o -Xylene gas around 100ppm, there was difficulty in quantitative evaluation due to the noise of the spectrometer. Therefore, instead of finding the wavelength with the highest intensity and deriving the peak wavelength and arithmetic average, the weighted arithmetic average with intensity applied as a weight-factor was analyzed with MATLAB. Using a spectral analysis method that finds the spectral centroid using weighted arithmetic average, amplifies the signal to noise ratio (SNR) generated from a small amount of change to determine the change in wavelength by o -Xylene gas, that is, the band Gap movement could be analyzed separately from noise. 6(b) is a graph obtained by analyzing the sensing ability of the sensor by the 'center spectrum method' using the weighted arithmetic mean. As shown in (a) of FIG. 6, it can be seen that the band gap shift, which was difficult to confirm by the park wavelength method, can be confirmed by analyzing according to the center spectrum method.
총 5회에 걸친 실험을 통해 밴드갭 이동을 분석한 결과는 아래 표 1과 같다. The results of analyzing the band gap shift through a total of five experiments are shown in Table 1 below.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.In the above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and should be interpreted according to the claims. At this time, those skilled in the art should consider that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
Claims (16)
광원 및 스펙트로미터와 전기적으로 연결되며, 상기 센서의 색변화 측정을 위해 상기 챔버에 설치되는 측정 프로브;
상기 챔버에 연결된 공급관;
상기 챔버에 연결된 배출관;
상기 배출관에 연결된 흡입 펌프; 및
상기 펌프의 작동을 제어하여 챔버 내부를 유동하는 감지 대상 가스의 유속을 조절하는 제어기를 포함하는,
센서의 감지능 검사 장치.a chamber configured to test the sensing ability of the photonic crystal-based color change sensor while flowing a gas to be sensed;
a measurement probe electrically connected to a light source and a spectrometer and installed in the chamber to measure a color change of the sensor;
a supply pipe connected to the chamber;
a discharge pipe connected to the chamber;
a suction pump connected to the discharge pipe; and
Including a controller for controlling the operation of the pump to adjust the flow rate of the gas to be sensed flowing in the chamber,
A device for inspecting the detectability of a sensor.
상기 측정 프로브는, 상기 펌프가 작동하지 않는 초기 시간 동안 챔버에 수납된 상기 센서의 초기 반사광 파장을 측정하고,
상기 제어기는, 초기 시간이 경과한 후 제1시간 동안 제1 가스 유속으로 상기 챔버로 감지 대상 가스가 공급되고 그 후 제2시간 동안 제2 가스 유속으로 상기 챔버로 감지 대상 가스가 공급되도록 상기 펌프를 제어하고,
상기 측정 프로브는, 상기 제2시간 동안 챔버에 수납된 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는,
센서의 감지능 검사 장치.According to claim 1,
The measurement probe measures the initial reflected light wavelength of the sensor housed in the chamber during an initial time when the pump is not operated,
The controller may supply the target gas to the chamber at a first gas flow rate for a first time after the initial time has elapsed, and supply the target gas to the chamber at a second gas flow rate for a second time thereafter. to control,
The measuring probe measures the reflected light wavelength of the sensor housed in the chamber during the second time,
A device for inspecting the detectability of a sensor.
상기 공급관에 결합되어 공급관에서의 감지 대상 가스의 농도를 측정할 수 있는, 공급측 농도측정기; 및
상기 배출관에 결합되어 배출관에서의 감지 대상 가스의 농도를 측정할 수 있는, 배출측 농도측정기를 더 포함하고,
상기 제1시간은, 상기 공급측 농도측정기에서 측정된 농도와 상기 배출가스 농도측정기에서 측정된 농도가 모두 기결정된 농도에 도달할 때까지 걸리는 시간인,
센서의 감지능 검사 장치.According to claim 2,
a supply-side concentration meter coupled to the supply pipe to measure the concentration of the target gas to be detected in the supply pipe; and
Further comprising a discharge side concentration meter coupled to the discharge pipe and capable of measuring the concentration of the gas to be detected in the discharge pipe,
The first time is the time taken until both the concentration measured by the supply-side concentration meter and the concentration measured by the exhaust gas concentration meter reach a predetermined concentration,
A device for inspecting the detectability of a sensor.
상기 제2 가스 유속은 상기 제1 가스 유속보다 느린,
센서의 감지능 검사 장치.According to claim 2,
The second gas flow rate is slower than the first gas flow rate,
A device for inspecting the detectability of a sensor.
상기 공급관이 감지 대상 가스의 공급원 또는 공기 압축기와 선택적으로 유체 연통하도록 상기 공급관에 설치된 밸브를 더 포함하고,
상기 제어기는,
상기 제1시간과 제2시간 동안 상기 공급관이 감지 대상 가스의 공급원과 유체 연통하도록 상기 밸브를 제어하고,
상기 제2시간이 경과한 후 제3시간 동안 상기 공급관이 상기 공기 압축기와 유체 연통하여 감지 대상 가스가 없는 공기가 상기 공급관으로 유입되도록 상기 밸브를 제어하고,
상기 제3시간 동안 상기 펌프의 작동을 중지시키고,
상기 측정 프로브는,
상기 제3시간 동안 챔버에 수납된 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는,
센서의 감지능 검사 장치.According to claim 2,
Further comprising a valve installed in the supply pipe so that the supply pipe is in selective fluid communication with a source of the gas to be sensed or an air compressor,
The controller,
Control the valve so that the supply pipe is in fluid communication with the supply source of the gas to be sensed during the first time and the second time,
After the second time has elapsed, the supply pipe is in fluid communication with the air compressor for a third time to control the valve so that air without a target gas to be sensed flows into the supply pipe,
Stop the operation of the pump for the third time,
The measuring probe,
Measuring the reflected light wavelength of the sensor housed in the chamber during the third time,
A device for inspecting the detectability of a sensor.
상기 챔버는, 알루미늄을 포함하는 물질로 제조되며 불투명한,
센서의 감지능 검사 장치.According to claim 1,
The chamber is made of a material containing aluminum and is opaque,
A device for inspecting the detectability of a sensor.
상기 챔버에 수납되고 상기 측정 프로브에 대해 상기 센서를 위치시키는 센서 안착 트레이를 더 포함하는,
센서의 감지능 검사 장치.According to claim 1,
Further comprising a sensor seating tray accommodated in the chamber and positioning the sensor relative to the measurement probe.
A device for inspecting the detectability of a sensor.
상기 감지 대상 가스는, 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 가스이고,
상기 센서는, VOCs 가스에 노출되면 광결정 배열이 변하는 광결정 기반 색변화 센서인,
센서의 감지능 검사 장치.According to any one of claims 1 to 7,
The gas to be detected is a volatile organic compound (VOCs) gas,
The sensor is a photonic crystal-based color change sensor in which a photonic crystal arrangement changes when exposed to VOCs gas,
A device for inspecting the detectability of a sensor.
초기 시간이 경과한 후 제1시간 동안 제1 가스 유속으로 상기 챔버에 감지 대상 가스를 공급하는 단계; 및
제1시간이 경과한 후 제2시간 동안 제2 가스 유속으로 상기 챔버에 감지 대상 가스를 공급하면서 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는 단계를 포함하는,
센서의 감지능 검사 방법.In a chamber in which a photonic crystal-based color change sensor is housed and a measurement probe electrically connected to a spectrometer and a light source is installed, measuring an initial reflected light wavelength of the sensor for an initial time before a target gas is supplied to the chamber;
supplying a target gas to the chamber at a first gas flow rate for a first time after the initial time has elapsed; and
Measuring a reflected light wavelength of the sensor while supplying a target gas to the chamber at a second gas flow rate for a second time after the first time has elapsed,
How to test the detectability of a sensor.
상기 제1시간은, 상기 챔버로 공급되는 감지 대상 가스의 공급관 내 농도와 상기 챔버에서 배출되는 감지 대상 가스의 배출관 내 농도가 모두 기결정된 농도에 도달할 때까지 걸리는 시간인,
센서의 감지능 검사 방법.According to claim 9,
The first time is the time taken until both the concentration in the supply pipe of the target gas supplied to the chamber and the concentration in the discharge pipe of the target gas discharged from the chamber reach a predetermined concentration,
How to test the detectability of a sensor.
상기 제2 가스 유속은 상기 제1 가스 유속보다 느린,
센서의 감지능 검사 방법.According to claim 9,
The second gas flow rate is slower than the first gas flow rate,
How to test the detectability of a sensor.
상기 제2시간은, 제2 가스 유속으로 유동하는 감지 대상 가스에 센서가 노출된 상태에서 상기 센서의 반사광 파장이 더이상 변하지 않을 때까지 걸리는 시간인,
센서의 감지능 검사 방법.According to claim 9,
The second time is the time taken until the reflected light wavelength of the sensor does not change any more in a state in which the sensor is exposed to the target gas flowing at the second gas flow rate,
How to test the detectability of a sensor.
상기 제2시간이 경과한 후 제3시간 동안 감지 대상 가스의 공급을 중단하고 감지 대상 가스가 없는 공기를 상기 챔버에 공급하면서 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는 단계를 더 포함하는,
센서의 감지능 검사 방법.According to claim 9,
Stopping the supply of the target gas for a third time after the second time has elapsed and measuring the reflected light wavelength of the sensor while supplying air without the target gas to the chamber,
How to test the detectability of a sensor.
감지 대상 가스에 노출되기 전과 후의 상기 센서의 반사광 파장을 비교하여 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계를 더 포함하고,
상기 센서의 초기 반사광 파장을 측정하는 단계는, 초기 반사광 파장을 n번 이상 등시간 간격으로 측정하고,
제2 가스 유속으로 상기 챔버에 감지 대상 가스를 공급하면서 상기 센서의 반사광 파장을 측정하는 단계는, 제2시간 동안 센서의 반사광 파장을 m번 이상 등시간 간격으로 측정하고,
상기 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계는,
n개의 초기 반사광 파장의 평균값과 제2시간 동안 측정된 m개의 반사광 파장의 평균값에 기초하여 밴드갭 이동을 분석하는,
센서의 감지능 검사 방법. According to claim 9,
Further comprising analyzing the bandgap shift of the sensor by comparing wavelengths of reflected light of the sensor before and after being exposed to the gas to be detected,
In the step of measuring the wavelength of the initial reflection light of the sensor, the wavelength of the initial reflection light is measured n or more times at equal time intervals;
In the step of measuring the reflected light wavelength of the sensor while supplying the target gas to the chamber at a second gas flow rate, measuring the reflected light wavelength of the sensor m or more times at equal time intervals during a second time,
Analyzing the bandgap shift of the sensor,
Analyzing the bandgap shift based on the average value of n initial reflected light wavelengths and the average value of m reflected light wavelengths measured for a second time,
How to test the detectability of a sensor.
상기 센서의 밴드갭 이동을 분석하는 단계는,
제2시간 동안 측정된 m개의 반사광 파장을, 강도(intensity)를 가중치로 가중산술평균하여 밴드갭 이동을 분석하는,
센서의 감지능 검사 방법.According to claim 14,
Analyzing the bandgap shift of the sensor,
Analyzing the bandgap shift by weighting arithmetic average of the m reflected light wavelengths measured during the second time with the intensity as a weight,
How to test the detectability of a sensor.
상기 감지 대상 가스는, 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 가스이고,
상기 센서는, VOCs 가스에 노출되면 광결정 배열이 변하는 광결정 기반 색변화 센서인,
센서의 감지능 검사 방법.According to any one of claims 9 to 15,
The gas to be detected is a volatile organic compound (VOCs) gas,
The sensor is a photonic crystal-based color change sensor in which a photonic crystal arrangement changes when exposed to VOCs gas,
How to test the detectability of a sensor.
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KR20070018059A (en) * | 2004-03-24 | 2007-02-13 | 고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠 | Target material sensor using photonic crystal and detection method for target material |
KR102114181B1 (en) * | 2018-11-20 | 2020-05-25 | 주식회사 에이알티플러스 | Evaluation System for Performance of Sensor and Operating Method Thereof |
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- 2021-09-10 KR KR1020210120946A patent/KR102636589B1/en active IP Right Grant
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Title |
---|
Donghui Kou et al., "High-sensitive and stable photonic crystal sensors for visual detection and discrimination of volatile aromatic hydrocarbon vapors", Chemical Engineering Journal, 375, 2019, 121987, pp.1-10. 1부.* * |
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