KR20230143991A - 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 기판, 상기 기판의 하면에 구비되는 프리즘, 상기 기판의 상면에 구비되는 금속층, 상기 금속층의 상면 중 적어도 일부에 구비되는 금속 산화물층 및 상기 금속 산화물층의 상면 중 적어도 일부에 배치되는 리간드 화합물층을 포함하는 가스 감지 칩; 및 상기 가스 감지 칩의 상부에 결합되어 상기 가스 감지 칩을 커버하고, 상기 가스 감지 칩 상으로 복수의 성분을 포함하는 가스를 주입하며, 상기 가스 감지 칩 상으로 주입된 상기 가스를 배출시키는 가스 주입 모듈을 포함하고, 상기 가스 주입 모듈은, 상기 리간드 화합물층이 수용되도록 요입 형성되고, 일 방향으로 연장되어 상기 가스 감지 칩으로 주입된 상기 가스의 유동경로를 제공하는 가스 채널을 포함하고, 상기 가스 채널에 수용된 상기 리간드 화합물층은 상기 가스 채널을 따라 유동하는 상기 가스와 적어도 일 회 접촉되어 상기 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응하는 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치가 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치에 대한 것이다.
일반적으로, 표면 플라즈몬(surface plasmon)이란, 금속 박막의 표면을 따라 전파하는 자유전자의 양자화된 진동 모드(vibration mode)를 의미한다. 이러한 표면 플라즈몬은 프리즘과 같은 유전 매체를 지나 유전 매체의 임계각 이상의 각도를 가지고 금속 박막에 입사하는 입사광에 의하여 여기되어 공명을 일으킨다. 이를 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, 이하, 'SPR'이라 함.)이라고 한다.
이때, SPR이 일어나는 입사각 즉, SPR 각은 금속 박막에 근접한 물질의 굴절률 변화에 매우 민감하다. 이러한 SPR의 특성은 금속 박막에 근접한 물질 즉, 측정 대상 물질의 굴절률 변화로부터 측정 대상 물질의 정량 분석, 정성 분석, 두께 또는 농도를 측정하는 센서로 응용될 수 있다.
SPR을 센서로 응용하려는 시도는 1982년 C. Nylander와 B. Liedberg에 의해 처음으로 제안되었다[C. Nylander and B. Liedberg, “Gas detection by means of surface plasmons resonance”, Sensors and Actuators 3, pp. 79-88, 1982.]. 그 후, SPR 센서는 생체 분자의 상호 작용을 형광 물질과 같은 표지자 없이 측정할 수 있는 대표적인 비표지 방식 바이오센서 시스템의 하나로 자리잡게 되었고, 1990년에 스웨덴의 Bicore AB사에서 최초로 상용화되었으며, 현재에는 많은 바이오 관련 연구자들에 의해 이용되는 보편적인 센서 시스템으로 정착되었다.
한편, 종래 기술에 따른 SPR 센서에 대하여 간략히 설명하면, SPR 센서는 기판, 기판의 상부에 형성된 금속 박막, 금속 박막과 광학적으로 결합되도록 기판의 하부에 형성된 프리즘, 프리즘으로 광을 제공하는 광원 및 기판으로부터 반사된 광을 감지하는 수광부를 포함한다. 여기서, 측정 대상 물질은 금속 박막 상에 위치하게 된다.
이때, 종래 기술에 따른 SPR 센서는 프리즘으로 입사하는 입사광의 각도 변화에 따른 SPR 각의 변화와 반사율의 변화를 수광부를 통해 측정하여 측정 대상 물질의 어느 한 점 또는 픽셀에서의 굴절률 변화가 측정됨으로써, 측정 대상 물질에 포함된 성분이 검출될 수 있다.
한편, 1987년과 1988년에 입사되는 광의 각도와 파장을 고정하고, 이차원의 확장된 입사광을 이용하여, 금속 박막 위의 각 픽셀에서의 측정 대상 물질의 굴절률 변화를 영상으로 측정하는 표면 플라즈몬 공명 이미징 센서(surface plasmon resonance imaging, 이하, 'SPRI'이라 함.)가 제안되었다.
종래 기술에 따른 SPRI에 대하여 간략히 설명하면, SPRI는 기판, 기판의 상부에 형성된 금속 박막, 금속 박막과 광학적으로 결합되도록 기판의 하부에 형성된 프리즘, 프리즘으로 광을 제공하는 광원 및 기판으로부터 반사된 광을 감지하는 수광부를 포함한다. 여기서, 측정 대상 물질은 금속 박막 상에 위치하게 된다.
이때, 종래 기술에 따른 SPRI는 광원에서 제공되는 광을 이차원 평행광으로 확장시켜 프리즘에 입사시키고, 기판에서 반사되어 나오는 광을 각 픽셀 단위로 측정할 수 있는 다중 채널(multiple channel) 수광 소자, 예컨대, CCD(charge-coupled device) 카메라를 사용한다. 이때, CCD 카메라를 통해 측정 대상 물질의 굴절률 변화가 이차원 이미지로 측정됨에 따라, 측정 대상 물질에 포함된 성분이 검출될 수 있다.
한편, SPRI는 주로 액상의 측정 대상 물질에 포함된 성분을 검출하는 센서로 활용되고 있다. 예를 들어, 액상의 측정 대상 물질에 포함된 성분을 검출하는 SPRI 센서 칩은 패턴화된 칩 표면의 동시 이미징이 가능하기 때문에, 하나의 칩으로 액상의 측정 대상 물질에 포함된 복수의 성분을 다중 검출할 수 있다는 장점이 있다.
이에, SPRI를 기상의 측정 대상 물질에 포함된 성분을 검출하는 센서로 활용하기 위한 시도도 이루어지고 있으나, 기상의 측정 대상 물질의 SPR 굴절률 변화를 감지하는 것이 액상의 측정 대상 물질의 SPR 굴절률 변화를 감지하는 것보다 어렵기 때문에, SPRI를 이용하여 기상의 측정 대상 물질에 포함된 성분을 안정적으로 검출할 뿐만 아니라, 기상의 측정 대상 물질에 포함된 복수의 성분을 다중 검출할 수 있는 기술은 전무하다고 볼 수 있다.
따라서, SPRI를 이용하여 기상의 측정 대상 물질에 포함된 성분을 안정적으로 검출할 뿐만 아니라, 기상의 측정 대상 물질에 포함된 복수의 성분을 다중 검출할 수 있는 가스 감지 칩 및 이를 포함하는 가스 감지 장치에 대한 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 광원부 및 수광부의 각도를 제어하고, 신호 변환 알고리즘을 개선함으로써, SPRI를 이용하여 기상의 측정 대상 물질에 포함된 성분을 안정적으로 검출할 수 있는 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 가스 주입 모듈을 통해 기상의 측정 대상 물질을 공급받아서 기상의 측정 대상 물질에 포함된 복수의 성분을 다중 검출할 수 있는 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판, 상기 기판의 하면에 구비되는 프리즘, 상기 기판의 상면에 구비되는 금속층, 상기 금속층의 상면 중 적어도 일부에 구비되는 금속 산화물층 및 상기 금속 산화물층의 상면 중 적어도 일부에 배치되는 리간드 화합물층을 포함하는 가스 감지 칩; 및 상기 가스 감지 칩의 상부에 결합되어 상기 가스 감지 칩을 커버하고, 상기 가스 감지 칩 상으로 복수의 성분을 포함하는 가스를 주입하며, 상기 가스 감지 칩 상으로 주입된 상기 가스를 배출시키는 가스 주입 모듈을 포함하고, 상기 가스 주입 모듈은, 상기 리간드 화합물층이 수용되도록 요입 형성되고, 일 방향으로 연장되어 상기 가스 감지 칩으로 주입된 상기 가스의 유동경로를 제공하는 가스 채널을 포함하고, 상기 가스 채널에 수용된 상기 리간드 화합물층은 상기 가스 채널을 따라 유동하는 상기 가스와 적어도 일 회 접촉되어 상기 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응하고,상기 가스 채널은 복수 개로 구비되고, 복수의 상기 가스 채널은 제1 방향을 따라 연장되어 상기 가스를 상기 제1 방향으로 유동시키며, 상기 제1 방향으로 유동하는 상기 가스는 상기 제1 방향으로 연장된 상기 리간드 화합물층과 계속적으로 접촉되는, 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 광원부 및 수광부의 각도를 제어하고, 신호 변환 알고리즘을 개선함으로써, SPRI를 이용하여 기상의 측정 대상 물질에 포함된 성분을 안정적으로 검출할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 가스 주입 모듈을 통해 기상의 측정 대상 물질을 공급받아서 기상의 측정 대상 물질에 포함된 복수의 성분을 다중 검출할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 장치를 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 가스 감지 장치를 측면에서 바라본 측면도이다.
도 3은 도 1의 가스 감지 장치의 가스 감지 칩을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1의 가스 감지 장치의 가스 주입 모듈을 도시한 측면도이다.
도 5는 도 4의 가스 주입 모듈을 저면에서 바라본 저면도이다.
도 6은 도 1의 가스 감지 장치의 작용 상태도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치를 도시한 정면도이다.
도 8은 도 7의 가스 감지 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.
도 9는 도 7의 가스 감지 장치의 가스 감지 칩을 도시한 평면도이다.
도 10은 도 7의 가스 감지 장치의 작용 상태도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치를 도시한 정면도이다.
도 12는 도 11의 가스 감지 장치의 가스 감지 칩을 도시한 평면도이다.
도 13은 도 11의 가스 감지 장치의 작용 상태도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템을 도시한 정면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 장치를 도시한 블록도이다.
도 16은 도 15의 가스 감지 시스템 시험 장치를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 가스 감지 장치를 측면에서 바라본 측면도이다.
도 3은 도 1의 가스 감지 장치의 가스 감지 칩을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1의 가스 감지 장치의 가스 주입 모듈을 도시한 측면도이다.
도 5는 도 4의 가스 주입 모듈을 저면에서 바라본 저면도이다.
도 6은 도 1의 가스 감지 장치의 작용 상태도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치를 도시한 정면도이다.
도 8은 도 7의 가스 감지 장치를 측면에서 도시한 측면도이다.
도 9는 도 7의 가스 감지 장치의 가스 감지 칩을 도시한 평면도이다.
도 10은 도 7의 가스 감지 장치의 작용 상태도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치를 도시한 정면도이다.
도 12는 도 11의 가스 감지 장치의 가스 감지 칩을 도시한 평면도이다.
도 13은 도 11의 가스 감지 장치의 작용 상태도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템을 도시한 정면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 장치를 도시한 블록도이다.
도 16은 도 15의 가스 감지 시스템 시험 장치를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '결합, ''연결'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되거나 연결될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 일측, 타측, 상측, 하측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 장치(100)는 가스 감지 칩(10) 및 가스 주입 모듈(20)을 포함할 수 있다.
가스 감지 칩(10)은 기상의 측정 대상 물질(이하, '가스'라고 함.)에 포함된 복수의 성분 중 적어도 하나의 성분을 실시간으로 검출할 수 있다. 이를 위해, 가스 감지 칩(10)은 기판(11), 프리즘(12), 금속층(13), 금속 산화물층(14) 및 리간드 화합물층(15)을 포함할 수 있다.
기판(11)은 금속층(13)을 지지할 수 있다. 이러한 기판(11)은 광을 투과시킬 수 있는 투명 기판으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판(11)은 유리 기판, 투명 플라스틱 기판 등으로 구비될 수 있다.
프리즘(12)은 기판(11)으로 입사되는 광의 경로를 제어할 수 있다. 이를 위해, 프리즘(12)은 기판(11)의 하면에 구비될 수 있다. 여기서, 프리즘(12)으로 입사되는 광은 후술할 가스 감지 시스템(1000)의 광원부(200)로부터 발산된 광이 별도의 수단을 통해 확장된 이차원 평행광일 수 있다. 이렇게 프리즘(12)으로 입사된 이차원 평행광은 기판(11)을 투과하여 금속층(13)의 하면에 도달할 수 있고, 금속층(13)의 하면에 도달한 이차원 평행광은 금속층(13)의 하면에서 반사되어 후술할 가스 감지 시스템(1000)의 수광부(300)로 제공된 후, 수광부(300)에서 이차원 이미지로 변환될 수 있다. 이에 대해서는 후술하겠다.
금속층(13)는 기판(11)를 투과한 이차원 평행광과 반응하여 표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상을 일으킴으로써, 표면 플라즈몬 파(Surface Plasmon Wave, SPW)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 금속층(13)은 기판(11)의 상면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 금속층(13)은 표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상을 일으킬 수 있는 금속, 예컨대, 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
금속 산화물층(14)은 표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상을 증폭시켜서 가스 감지 칩(10)의 감도를 향상시킬 수 있다. 이를 위해, 금속 산화물층(14)은 금속층(13)의 상면 중 적어도 일부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물층(14)은 TiO2, SiO2, ZnO, In2O3, WO3 및 SnO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 금속 산화물층(14)은 금속층(13) 상에서 소정 방향으로 연장 형성될 수 있으며, 복수 개로 구비될 수 있다. 이때, 복수의 금속 산화물층(14)은 금속 산화물층(14)의 연장 방향과 실질적으로 수직한 방향으로 이격 배치될 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 금속 산화물층(14)이 복수 개로 마련되어 금속층(13)의 상면 중 일부에 구비되는 경우를 일 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 금속 산화물층(14)은 금속층(13)의 상면을 전체적으로 덮도록 구비될 수도 있다.
리간드 화합물층(15)은 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분을 검출할 수 있다. 이를 위해, 리간드 화합물층(15)은 적어도 하나의 가스와 적어도 일 회 접촉되도록 금속 산화물층(14)의 상면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 또한, 리간드 화합물층(15)은 검출하고자 하는 가스에 포함된 성분들과 상호 작용할 수 있는 리간드 화합물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 리간드 화합물층(15)은 적어도 하나의 가스와 적어도 일 회 접촉되어 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있다. 이렇게 리간드 화합물층(15)이 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응하면, 표면 플라즈몬 공명(SPR) 신호가 변화될 수 있으며, 이러한 변화를 분석하여 가스의 특정 성분을 검출할 수 있다.
이때, 리간드 화합물층(15)은 복수 개로 구비될 수 있다. 복수의 리간드 화합물층(15)은 가스에 포함된 복수의 성분과 반응할 수 있는 서로 다른 복수의 리간드 화합물을 포함하거나, 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 동일한 리간드 화합물을 포함할 수 있다.
한편, 복수의 리간드 화합물층(15)은 가스가 주입되는 제1 방향으로 이격 배치될 수 있고, 각각의 리간드 화합물층(15)은 제1 방향과 수직하는 제2 방향을 따라 연장될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 도 3의 x축 방향을 의미하고, 제2 방향은 도 3의 y축 방향을 의미한다.
이 경우, 제1 방향으로 이격 배치된 복수의 리간드 화합물층(15)은 가스 주입 모듈(20)을 통해 제1 방향으로 주입되는 가스와 순차적으로 접촉될 수 있다. 이렇게 가스가 주입되는 방향과 복수의 리간드 화합물층(15)이 배치되는 방향이 서로 수직하므로, 가스가 복수의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복하여 접촉될 수 있다.
구체적으로, 복수의 리간드 화합물층(15)이 복수의 가스와 각각 규칙적으로 반복하여 접촉되는 동안 가스에 포함된 복수의 성분이 복수의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복하여 상호 작용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 리간드 화합물층(15)이 가스에 포함된 복수의 성분과 반응할 수 있는 서로 다른 복수의 리간드 화합물을 포함하는 경우, 복수의 가스가 각각 복수의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복하여 접촉되는 동안 가스에 포함된 복수의 성분이 복수의 리간드 화합물층(15)과 반응되어 규칙적으로 반복하여 검출될 수 있다. 이와는 달리, 복수의 리간드 화합물층(15)이 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 동일한 리간드 화합물을 포함하는 경우, 복수의 가스가 각각 복수의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복하여 접촉되는 동안 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분이 복수의 리간드 화합물층(15)과 반응되어 반복적으로 검출될 수 있다.
가스 주입 모듈(20)은 가스 감지 칩(10)과 결합되어 가스 감지 칩(10)으로 가스를 주입하고, 가스 감지 칩(10)으로 주입된 가스를 배출시킬 수 있다. 이를 위해, 가스 주입 모듈(20)은 가스의 주입 및 배출을 위해 제공되는 제1 본체(21) 및 제1 본체(21)의 하면에 결합되는 제2 본체(22)를 포함할 수 있다.
제1 본체(11)에는 가스가 주입되는 가스 주입구(211) 및 가스 주입구(211)를 통해 주입된 가스가 배출되는 가스 배출구(212)가 연결될 수 있다. 이때, 가스 주입구(211)의 적어도 일부는 제1 본체(21)의 외측에 배치될 수 있고, 가스 주입구(211)의 나머지는 제1 본체(21)의 내측에 배치될 수 있다. 또한, 가스 배출구(212)의 적어도 일부는 제1 본체(21)의 외측에 배치될 수 있고, 가스 배출구(212)의 나머지는 제1 본체(21)의 내측에 배치될 수 있다.
이에, 가스 주입구(211)의 일 단부는 제1 본체(21)의 외측에서 별도의 가스 공급 모듈(미도시)과 연결되어 가스를 공급받을 수 있고, 가스 주입구(211)의 타 단부는 제1 본체(21)의 내측에서 후술할 제2 본체(22)에 구비되는 가스 채널(222)과 연통될 수 있다. 또한, 가스 배출구(212)의 일 단부는 제1 본체(21)의 외측에서 별도의 가스 회수 모듈(미도시)과 연결되어 가스 회수 모듈로 가스가 회수될 수 있도록 하고, 가스 배출구(212)의 타 단부는 제1 본체(21)의 내측에서 후술할 제2 본체(22)에 구비되는 가스 채널(222)과 연통될 수 있다. 따라서, 가스 주입구(211)를 통해 주입되는 가스가 가스 채널(222)을 통과한 후, 가스 배출구(212)를 통해 배출될 수 있다. 이때, 가스 주입구(211)를 통해 주입되는 가스가 가스 채널(222)을 통과하는 동안 가스 감지 칩(10)의 리간드 화합물층(15)과 적어도 일 회 접촉될 수 있고, 이 과정에서 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분이 리간드 화합물층(15)과 반응되어 검출될 수 있다.
제2 본체(22)는 제1 본체(22)를 통해 주입된 가스가 가스 감지 칩(10)의 리간드 화합물층(15)과 적어도 일 회 접촉될 수 있도록 가스의 유동 경로를 제공할 수 있다. 이를 위해, 제2 본체(22)는 제1 본체(21)의 둘레면의 내측에 연결되어 가스 감지 칩(10)의 금속층(13) 및 금속 산화물층(14) 중 적어도 하나와 접촉될 수 있다.
이때, 제2 본체(22)에는 복수의 성분을 포함하는 가스가 유동하는 가스 채널(221)이 구비될 수 있다. 가스 채널(221)은 소정의 방향, 예컨대, 제1 방향으로 연장될 수 있으며, 제2 본체(22)의 하면으로부터 요입 형성되는 홈의 형상을 가질 수 있다. 이때, 가스 채널(221)의 양 단부는 각각 제2 본체(22)의 둘레면의 내측에 위치할 수 있다.
한편, 가스 채널(221)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 복수의 가스 채널(222)은 제1 방향을 따라 연장되어 가스를 제1 방향으로 유동시킬 수 있다. 여기서 제1 방향은 도 5의 x축 방향을 의미한다. 이렇게 가스 채널(222)을 따라 제1 방향으로 유동하는 가스는 제1 방향으로 이격 배치된 복수의 리간드 화합물층(15, 도 3 참조)과 규칙적으로 반복하여 접촉될 수 있다. 이와는 달리, 가스 채널(222)을 따라 제1 방향으로 유동하는 가스는 제1 방향으로 연장된 리간드 화합물층(15a, 도 9 참조)과 계속적으로 접촉되거나, 적어도 일부가 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향과 어긋나는 방향으로 배치되는 리간드 화합물층(15b, 도 12 참조)과 불규칙적으로 반복하여 접촉될 수도 있다.
한편, 제2 본체(22)의 둘레면에는 패킹 부재(222)가 결합될 수 있다. 이러한 패킹 부재(222)는 제2 본체(22)와 가스 감지 칩(10)의 금속층(13) 및 금속 산화물층(14) 중 어느 하나의 사이를 밀봉시킬 수 있다. 이와 같이 패킹 부재(222)에 의해 가스 감지 칩(10)과 제2 본체(22) 사이가 밀봉되므로, 가스 채널(222)을 유동하는 가스가 가스 감지 칩(10) 및 가스 주입 모듈(20)로부터 유출될 염려가 없다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 먼저, 가스 주입구(211)의 일 단부를 통해 가스가 주입되면, 가스 주입구(211)의 일 단부를 통해 주입된 가스가 가스 주입구(211)의 타 단부로 이동된 다음, 가스 주입구(211)의 타 단부와 연통된 가스 채널(222)로 유입된다. 이렇게 가스 채널(222)로 유입된 가스는 가스 채널(222)을 통과한 후, 가스 배출구(212)를 통해 배출된다.
여기서, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 가스 채널(222)로 유입된 가스는 가스 채널(222)을 통과하는 동안 가스는 가스 감지 칩(10)의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복하여 접촉된다. 가스가 리간드 화합물층(15)에 접촉될 때마다 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분이 리간드 화합물층(15)과 반응되어 검출될 수 있다.
한편, 복수의 리간드 화합물층(15)이 가스에 포함된 복수의 성분과 반응할 수 있는 서로 다른 복수의 리간드 화합물을 포함하는 경우, 복수의 가스가 각각 복수의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복하여 접촉되는 동안 가스에 포함된 복수의 성분이 복수의 리간드 화합물층(15)과 반응되어 규칙적으로 반복하여 검출될 수 있다. 반면, 복수의 리간드 화합물층(15)이 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 동일한 리간드 화합물을 포함하는 경우, 복수의 가스가 각각 복수의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복하여 접촉되는 동안 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분이 복수의 리간드 화합물층(15)과 반응되어 반복적으로 검출될 수 있다.
따라서, 가스 감지 장치(1)에 액상의 측정 대상 물질이 아닌 기상의 측정 대상 물질, 예컨대, 복수의 이종 또는 동종의 가스를 일 회 주입하는 것 만으로 복수의 이종 또는 동종의 가스에 포함된 성분들 중 적어도 하나의 성분이 규칙적으로 반복하여 또는 계속적으로 검출될 수 있으므로, 효율적이고 신뢰도가 높은 검출이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 가스 감지 장치(1)에서 기상의 측정 대상 물질이 상온에서 측정될 수 있고, 기상의 측정 대상 물질의 측정이 완료되면, 별도의 세척 과정 없이 가스 감지 장치(1)를 재사용할 수 있음에 따라, 가스 감지 장치(1)의 손상을 방지할 수 있고, 경제성을 확보할 수 있다는 효과가 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치에 대하여 설명한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치(100a)는 가스 감지 칩(10a) 및 가스 주입 모듈(20)을 포함할 수 있다. 도 7 내지 도 9에 도시한 가스 감지 장치(100a)는 가스 감지 칩(10a)을 제외하면, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 가스 감지 칩(10)과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 가스 감지 칩(10a)을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
가스 감지 칩(10a)는 기판(11), 프리즘(12), 금속층(13), 금속 산화물층(14) 및 리간드 화합물층(15a)을 포함할 수 있다. 이때, 도 7 내지 도 9에 도시한 가스 감지 칩(10a)은 리간드 화합물층(15a)을 제외하면, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 가스 감지 칩(10)과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 리간드 화합물층(15a)을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
리간드 화합물층(15a)은 복수 개로 구비될 수 있다. 복수의 리간드 화합물층(15a)은 가스에 포함된 복수의 성분과 반응할 수 있는 서로 다른 복수의 리간드 화합물을 포함하거나, 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 동일한 리간드 화합물을 포함할 수 있다.
이때, 복수의 리간드 화합물층(15a)은 가스가 주입되는 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 이격 배치될 수 있고, 각각의 리간드 화합물층(15a)은 제1 방향을 따라 연장될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 도 4의 x축 방향을 의미하고, 제2 방향은 도 4의 y축 방향을 의미한다. 이 경우, 제2 방향으로 이격 배치된 복수의 리간드 화합물층(15a)은 후술할 가스 주입 모듈(20)을 통해 제1 방향으로 주입되는 가스와 접촉될 수 있다. 이렇게 가스가 주입되는 방향과 복수의 리간드 화합물층(15a)이 배치되는 방향이 실질적으로 평행하므로, 복수의 가스가 각각 복수의 리간드 화합물층(15a)과 계속적으로 접촉될 수 있다.
한편, 복수의 리간드 화합물층(15a)이 가스에 포함된 복수의 성분과 반응할 수 있는 서로 다른 복수의 리간드 화합물을 포함하는 경우, 복수의 가스가 각각 복수의 리간드 화합물층(15a)과 계속적으로 접촉되는 동안 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분이 복수의 리간드 화합물층(15a)과 계속적으로 반응되어 반복적으로 검출될 수 있다. 여기서, 복수의 리간드 화합물층(15a)으로 주입되는 가스들의 종류는 서로 상이할 수 있다. 이로써, 이종의 가스들이 각각 이종의 리간드 화합물층(15a)들로 주입되고, 이종의 가스들에 포함된 특정 성분이 각각 이종의 리간드 화합물층(15a)들에서 계속적으로 검출됨에 따라, 이종의 가스들의 성분 검출을 위한 실험 횟수가 종래에 비해 현저히 감소될 수 있다.
이와는 달리, 복수의 리간드 화합물층(15a)이 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 동일한 리간드 화합물을 포함하는 경우, 복수의 가스가 각각 복수의 리간드 화합물층(15a)과 계속적으로 접촉되는 동안 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분이 복수의 리간드 화합물층(15a)과 반응하여 반복적으로 검출될 수 있다. 이 경우, 복수의 리간드 화합물층(15a)으로 주입되는 가스들의 종류는 서로 동일할 수 있다. 이로써, 동종의 가스들이 각각 동종의 리간드 화합물층(15a)들로 주입되고, 동종의 가스들에 포함된 특정 성분이 각각 동종의 리간드 화합물층(15a)들에서 계속적으로 검출됨에 따라, 동종의 가스들의 성분 검출을 위한 실험 횟수가 종래에 비해 크게 줄어들 수 있다.
이하에서는, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 먼저, 가스 주입구(211)의 일 단부를 통해 가스가 주입되면, 가스 주입구(211)의 일 단부를 통해 주입된 가스가 가스 주입구(211)의 타 단부로 이동된 다음, 가스 주입구(211)의 타 단부와 연통된 가스 채널(222)로 유입된다. 이렇게 가스 채널(222)로 유입된 가스는 가스 채널(222)을 통과한 후, 가스 배출구(212)를 통해 배출된다.
이때, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 가스 채널(222)로 유입된 가스의 주입 방향과 가스 채널(222)의 연장 방향이 실질적으로 동일하므로, 가스 채널(222)로 유입된 가스가 가스 채널(222)을 통과하는 동안 가스 감지 칩(10)의 리간드 화합물층(15a)과 계속적으로 접촉된다.
이때, 복수의 리간드 화합물층(15a)으로 주입되는 가스들의 종류는 서로 상이할 수 있고, 복수의 리간드 화합물층(15a)이 가스에 포함된 복수의 성분과 반응할 수 있는 서로 다른 복수의 리간드 화합물 또는 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 동일한 리간드 화합물을 포함할 수 있다. 이로써, 이종 또는 동종의 가스들이 각각 이종의 리간드 화합물층(15a)들과 계속적으로 반응되고, 이종 또는 동종의 가스들에 포함된 특정 성분, 예컨대, 가스가 접촉된 리간드 화합물층(15a)과 상호 작용하는 성분이 각각 이종 또는 동종의 리간드 화합물층(15a)들에서 반복적으로 검출될 수 있다. 이에 따라, 이종 또는 동종의 가스들의 성분 검출을 위한 실험 횟수가 종래에 비해 현저히 감소될 수 있고, 이종 또는 동종의 가스들의 성분이 실시간으로 변화하더라도, 검출 값이 반복적으로 검출되므로, 검출 값의 신뢰성이 높아질 수 있다.
이하에서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치(100b)에 대하여 설명한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치(100b)는 가스 감지 칩(10b) 및 가스 주입 모듈(20)을 포함할 수 있다. 도 11 및 도 12에 도시한 가스 감지 장치(100b)는 가스 감지 칩(10b)을 제외하면, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 가스 감지 칩(10)과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 가스 감지 칩(10b)을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
가스 감지 칩(10b)는 기판(11), 프리즘(12), 금속층(13), 금속 산화물층(14) 및 리간드 화합물층(15b)을 포함할 수 있다. 이때, 도 11 및 도 12에 도시한 가스 감지 칩(10b)은 리간드 화합물층(15b)을 제외하면, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 가스 감지 칩(10)과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 리간드 화합물층(15b)을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
리간드 화합물층(15b)은 적어도 일부가 가스가 주입되는 제1 방향 및 제1 방향과 수직하는 제2 방향 중 적어도 하나의 방향과 어긋나는 방향으로 배치될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 도 6의 x축 방향을 의미하고, 제2 방향은 도 6의 y축 방향을 의미한다.
이러한 리간드 화합물층(15b)은 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 리간드 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 리간드 화합물층(15b)에 복수의 가스가 주입되면, 복수의 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분이 리간드 화합물층(15b)과 복수 회 반응되어 반복적으로 검출될 수 있다. 여기서, 리간드 화합물층(15b)으로 주입되는 가스들의 종류는 서로 동일할 수 있다. 이로써, 동종의 가스들이 각각 리간드 화합물층(15b)으로 주입되고, 동종의 가스들에 포함된 특정 성분이 각각 리간드 화합물층(15b)에서 복수 회 검출됨에 따라, 동종의 가스들의 성분 검출을 위한 실험 횟수가 종래에 비해 크게 줄어들 수 있을 뿐만 아니라, 검출되는 값의 신뢰도가 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 도 13을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 감지 장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 먼저, 가스 주입구(211)의 일 단부를 통해 가스가 주입되면, 가스 주입구(211)의 일 단부를 통해 주입된 가스가 가스 주입구(211)의 타 단부로 이동된 다음, 가스 주입구(211)의 타 단부와 연통된 가스 채널(222)로 유입된다. 이렇게 가스 채널(222)로 유입된 가스는 가스 채널(222)을 통과한 후, 가스 배출구(212)를 통해 배출된다.
이때, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 가스 채널(222)로 유입된 가스의 주입 방향과 가스 채널(222)의 연장 방향이 실질적으로 수직하거나, 서로 어긋나므로, 가스 채널(222)로 유입된 가스가 가스 채널(222)을 통과하는 동안 가스 감지 칩(10)의 리간드 화합물층(15b)과 불규칙적으로 반복 접촉된다.
이때, 복수의 리간드 화합물층(15b)으로 주입되는 가스들의 종류는 서로 동일할 수 있고, 복수의 리간드 화합물층(15b)은 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응할 수 있는 리간드 화합물을 포함할 수 있다. 예를 드 들어, 동종의 가스들이 각각 리간드 화합물층(15b)으로 주입되어 리간드 화합물층(15b)들과 각각 불규칙적으로 반복하여 접촉되고, 동종의 가스들에 포함된 특정 성분이 각각 리간드 화합물층(15b)과 접촉될 때마다 검출될 수 있다. 이에 따라, 동종의 가스들의 성분 검출을 위한 실험 횟수를 종래에 비해 크게 감소시킬 수 있고, 검출 값이 반복적으로 획득될 수 있으므로, 검출 값의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템에 대하여 설명한다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템(1000)은 가스 감지 장치(100), 광원부(200) 및 수광부(300)를 포함할 수 있다. 다만, 가스 감지 장치(100)에 대해서는 상술한 바 있으므로, 이하에서는, 광원부(200) 및 수광부(300)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
광원부(200)는 광을 발산할 수 있으며, 광원부(200)에서 발산된 광은 광 확장기(미도시) 등과 같은 별도의 수단을 통해 이차원 평행광으로 확장되어 가스 감지 장치(100)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 광원부(200)는 복수의 파장을 갖는 백색광 또는 단일 파장을 갖는 단색광을 사용하는 레이저 다이오드, 발광 다이오드 등으로 구비될 수 있다.
이때, 광원부(200)에서 발산되는 광은 가스 위상의 낮은 굴절률과 일치되도록 낮은 각도를 가지고 가스 감지 장치(100)로 진입됨에 따라, 가스 감지 장치(100)에서 높은 감도로 가스를 감지할 수 있다. 반면, 측정 알고리즘의 측면에서 볼 때, SPR 곡선의 FWHM(full width at half maximum)이 가스 위상에서 매우 좁은 형상을 이용하여 광원부(200)의 각도가 고정된 모드(fixed-angle mode)에서 신호가 측정됨으로써, 가스 감지 장치(100)의 감도가 최대화될 수 있다.
한편, 일반적인 고정 각도 모드의 좁은 동적 범위를 보상하고 최적의 고정 각도를 결정하기 위해, 새로운 신호 변환 알고리즘이 적용될 수 있다. 예를 들어, 신호 변환 알고리즘은 선형 회귀 피팅(linear regression fitting)과 시그모이드 비대칭 피팅(sigmoid asymmetric fitting)에 의한 정규화된 원시 곡선의 미분을 사용하여 SPR 딥 곡선(SPR dip curve)의 왼쪽에 있는 R2=0.99의 선형 범위에서 최소 반사 강도로 최적의 고정 각도를 결정할 수 있다.
수광부(300)는 일 예로 프리즘(12)으로 입사되어 기판(11)을 투과한 후, 금속층(13)의 하면에서 반사된 이차원 평행광을 각 픽셀 단위로 측정할 수 있는 다중 채널(multiple channel) 수광 소자, 예컨대, CCD(Charge-Coupled Device) 카메라일 수 있다.
이하에서는, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 장치에 대하여 설명한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 장치(2000)는 가스를 이차원 이미지로 검출하는 가스 감지 시스템(1000)을 시험하는 장치에 있어서, 시험가스가 저장되는 시험가스 저장부(2001), 시험가스 저장부(2001)와 연결되고, 시험가스와 혼합될 수 있는 비교가스가 저장되는 비교가스 저장부(2002), 비교가스 저장부(2002) 및 가스 감지 시스템(1000)과 연결되고, 비교가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하는 비교가스 공급부(2003), 시험가스 저장부(2001), 비교가스 저장부(2002) 및 가스 감지 시스템(1000)과 연결되고, 시험가스에 비교가스의 적어도 일부를 혼합시켜서 서로 다른 가스 농도를 갖는 복수의 시험용 혼합가스를 생성하며, 복수의 시험용 혼합가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하는 시험용 혼합가스 생성부(2004) 및 가스 감지 시스템(1000)으로 공급된 복수의 시험용 혼합가스의 검출값과 비교가스의 검출값을 비교 분석하여 가스 농도에 따른 이차원 이미지를 기 설정하는 설정부(2005)를 포함할 수 있다.
시험가스 저장부(2001)는 제1 시험가스가 저장되는 제1 시험가스 저장탱크(2100), 제2 시험가스가 저장되는 제2 시험가스 저장탱크(2200) 및 제3 시험가스가 저장되는 제3 시험가스 저장탱크(2300)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 시험가스, 제2 시험가스 및 제3 시험가스는 서로 상이한 종류의 가스일 수 있으며, 가스 검출 시스템(1000)에서 검출하고자 하는 가스일 수 있다.
비교가스 저장부(2002)는 시험가스의 농도를 조절하기 위해 시험가스와 혼합될 수 있는 비교가스가 저장되는 부분으로, 일 예로 질소(N2) 가스가 저장되는 비교가스 저장탱크(2400)로 구비될 수 있다.
비교가스 공급부(2003)는 비교가스 저장부(2002) 및 가스 감지 시스템(1000) 사이에 연결되는 제4 공급 라인(2410), 비교가스 저장부(2002)의 후단에서 제4 공급 라인(2410)에 연결되는 제1 비교가스 공급 밸브(2412), 제1 비교가스 공급 밸브(2412)의 전단에 구비되는 압력 레귤레이터(2413) 및 압력 레귤레이터(2413)의 후단에 구비되는 제2 비교가스 공급 밸브(2414)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 비교가스 공급 밸브(2412)는 제1 비교가스 공급 밸브(2412)의 전단에서 제4 공급 라인(2410)에 연결되는 압력계(2411)의 측정값에 기초하여 개폐될 수 있다. 또한, 제2 비교가스 공급 밸브(2414)는 압력 레귤레이터(2413)의 측정값에 기초하여 개폐될 수 있다.
시험용 혼합가스 생성부(2004)는 제1 시험가스 저장탱크(2100) 및 가스 감지 시스템(1000) 사이에 연결되고, 제1 시험가스와 비교가스를 혼합시켜서 제1 시험용 혼합가스를 생성하며, 제1 시험용 혼합가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하는 제1 공급라인(2110), 제2 시험가스 저장탱크(2200) 및 가스 감지 시스템(1000) 사이에 연결되고, 제2 시험가스와 비교가스를 혼합시켜서 제2 시험용 혼합가스를 생성하며, 제2 시험용 혼합가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하는 제2 공급라인(2210) 및 제3 시험가스 저장탱크(2300) 및 가스 감지 시스템(1000) 사이에 연결되고, 제3 시험가스와 비교가스를 혼합시켜서 제3 시험용 혼합가스를 생성하며, 제3 시험용 혼합가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하는 제3 공급라인(2310)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 공급 라인(2110)에는 제1 공급밸브(2112) 및 제2 공급 밸브(2114)가 설치될 수 있고, 제2 공급라인(2210)에는 제3 공급밸브(2212) 및 제4 공급 밸브(2214)가 설치될 수 있으며, 제3 공급라인(2310)에는 제5 공급밸브(2312) 및 제6 공급 밸브(2314)가 설치될 수 있다. 여기서, 제1 공급밸브(2112) 및 제2 공급 밸브(2114)는 제1 공급 라인(2110)에 설치된 압력계(2111) 및 제1 유량계(2113)에서 측정되는 값을 바탕으로 개폐될 수 있다. 제3 공급밸브(2212) 및 제4 공급 밸브(2214)는 제2 공급 라인(2210)에 설치된 압력계(2211) 및 제2 유량계(2213)에서 측정되는 값을 바탕으로 개폐될 수 있으며, 제5 공급밸브(2312) 및 제6 공급 밸브(2314)는 제3 공급 라인(2310)에 설치된 압력계(2311) 및 제3 유량계(2313)에서 측정되는 값을 바탕으로 개폐될 수 있다.
아울러, 시험용 혼합가스 생성부(2004)는 제1 공급라인(2110)의 단부, 제2 공급라인(2210)의 단부 및 제3 공급라인(2310)의 단부를 연결하는 연결 라인(2500), 제4 공급라인(2410)으로부터 분기되는 제4 분기라인(2420), 제4 분기라인(2420)과 병렬 연결되고, 제1 공급라인(2110)과 연통되는 제1 혼합 라인(2430a), 제4 분기라인(2420)과 병렬 연결되고, 제2 공급라인(2210)과 연통되는 제2 혼합 라인(2430b) 및 제4 분기라인(2420)과 병렬 연결되고, 제3 공급라인(2310)과 연통되는 제3 혼합 라인(2430c)을 추가적으로 포함할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 혼합 라인(2430a, 2430b, 2430c)에는 제1 내지 제3 혼합 밸브(2431a, 2431b, 2431c)가 설치될 수 있다. 제1 내지 제3 혼합 밸브(2431a, 2431b, 2431c)는 제4 분기라인(2420)에 설치된 제5 유량계(2421)의 측정값을 기초로 하여 개폐될 수 있다.
이때, 제1 혼합 라인(2430a)의 단부에는 제1 시험용 혼합가스를 선택적으로 배출하는 제1 벤트부가 구비될 수 있다. 이러한 제1 벤트부는 제1 혼합 라인(2430a)에 개폐 가능하게 설치되는 제1 벤트 밸브(2433a) 및 제1 벤트 밸브(2433a)의 전단에 설치되어 제1 혼합 라인(2430a)의 압력을 측정하는 제1 압력계(2432a)를 포함할 수 있다.
또한, 제2 혼합 라인(2430b)의 단부에는 제2 시험용 혼합가스를 선택적으로 배출하는 제2 벤트부가 구비되고, 제2 벤트부는, 제2 혼합 라인(2430b)에 개폐 가능하게 설치되는 제2 벤트 밸브(2433b) 및 제2 벤트 밸브(2433b)의 전단에 설치되어 제2 혼합 라인(2430b)의 압력을 측정하는 제2 압력계(2432b)를 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 제3 혼합 라인(2430c)의 단부에는 제1 시험용 혼합가스를 선택적으로 배출하는 제3 벤트부가 구비되고, 제3 벤트부는, 제3 혼합 라인(2430c)에 개폐 가능하게 설치되는 제3 벤트 밸브(2433c) 및 제3 벤트 밸브(2433c)의 전단에 설치되어 제3 혼합 라인(2430c)의 압력을 측정하는 제3 압력계(2432c)를 포함할 수 있다.
이러한 제1 내지 제3 벤트부에 의해 제1 시험용 가스, 제2 시험용 가스 및 제3 실험용 가스 중 어느 하나와 비교가스가 원활하게 혼합되어 시험용 혼합 가스를 형성할 수 있고, 시험용 혼합 가스의 농도를 소망하는 농도로 조절할 수 있다.
한편, 시험용 혼합가스 생성부(2004)는 연결 라인(2500)으로부터 분기되는 제1 분기라인(2610a), 연결 라인(2500)으로부터 분기되는 제2 분기라인(2610b) 및 연결 라인(2500)으로부터 분기되는 제3 분기라인(2610c)을 추가적으로 포함할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 분기라인(2610a, 2610b, 2610c)에는 각각 제1 내지 제3 분기 밸브(2611a, 2611b, 2611c)가 설치될 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 분기 밸브(2611a, 2611b, 2611c)는 연결 라인(2500)에 설치된 제4 유량계(2510)의 측정값 및 제4 분기라인(2420)에 설치된 제5 유량계(2421)의 측정값 중 적어도 하나를 기초로 하여 개폐될 수 있다.
설정부(2005)는 가스 감지 시스템(1000)으로 공급된 복수의 시험용 혼합가스의 검출값과 비교가스의 검출값을 비교 분석하여 가스 농도에 따른 이차원 이미지를 기 설정할 수 있다. 예를 들어, 설정부(2005)는 제1 농도를 갖는 가스는 제1 명암을 갖는 이차원 이미지와 기 매칭시키고, 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 가스는 제1 명암보다 짙은 제2 명암을 갖는 이차원 이미지와 기 매칭시킬 수 있다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 예시에 불과하고, 이로 인해 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 설정부(2005)가 가스 농도와 이차원 이미지를 매칭시키는 방법은 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는, 도 17을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 방법에 대하여 설명한다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 감지 시스템 시험 방법은 시험가스에 비교가스의 적어도 일부를 혼합시켜서 서로 다른 가스 농도를 갖는 복수의 시험용 혼합가스를 생성하는 단계(S10), 생성된 복수의 시험용 혼합가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하여 복수의 시험용 혼합가스를 이차원 이미지로 검출하는 단계(S20), 비교가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하여 비교가스를 이차원 이미지로 검출하는 단계(S30) 및 가스 감지 시스템(1000)으로 공급된 복수의 시험용 혼합가스의 검출값과 비교가스의 검출값을 비교 분석하여 가스 농도에 따른 이차원 이미지를 기 설정하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
복수의 시험용 혼합가스를 생성하는 단계(S10)에서 복수의 시험용 혼합가스, 예컨대, 가스 감지 시스템(1000)에서 감지하고자 하는 가스에 비교가스를 혼합하여 복수의 시험용 혼합가스를 생성하면, 생성된 복수의 시험용 혼합가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하여 복수의 시험용 혼합가스를 이차원 이미지로 검출하는 단계(S20)가 수행된다.
구체적으로, 가스 주입 모듈(20)의 가스 채널(221)에 복수의 시험용 혼합가스를 유동시키고, 가스 채널(221)을 유동하는 복수의 시험용 혼합가스가 가스 감지 칩(10)의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복 접촉되거나, 계속적으로 접촉되거나, 불규칙적으로 반복 접촉되도록 한다. 그 후, 가스 감지 칩(10)에 이차원 평행광을 조사하고, 가스 감지 칩(10)으로부터 반사된 광을 이용하여 복수의 시험용 혼합가스의 이차원 이미지를 획득한다.
한편, 복수의 시험용 혼합가스의 이차원 이미지에 대한 비교 데이터를 수득하기 위해, 비교가스를 가스 감지 시스템(1000)으로 공급하여 비교가스를 이차원 이미지로 검출하는 단계(S30)가 수행된다. 가스 주입 모듈(20)의 가스 채널(221)에 비교가스를 유동시키고, 가스 채널(221)을 유동하는 비교가스가 가스 감지 칩(10)의 리간드 화합물층(15)과 규칙적으로 반복 접촉되거나, 계속적으로 접촉되거나, 불규칙적으로 반복 접촉되도록 한다. 그 후, 가스 감지 칩(10)에 이차원 평행광을 조사하고, 가스 감지 칩(10)으로부터 반사된 광을 이용하여 비교가스의 이차원 이미지를 획득한다.
마지막으로, S20 단계에서 수득된 복수의 시험용 혼합가스의 검출값, 예컨대, 복수의 시험용 혼합가스로부터 검출된 이차원 이미지, S30 단계에서 수득된 비교가스의 검출값, 예컨대, 비교가스로부터 검출된 이차원 이미지 및 기 저장된 데이터들을 비교 분석함으로써, 가스 농도에 따른 이차원 이미지가 기 설정될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10, 10a, 10b: 가스 감지 칩
11: 기판
12: 프리즘 13: 금속층
14: 금속 산화물층 15, 15a, 15b: 리간드 화합물층
20: 가스 주입 모듈 21: 제1 본체
22: 제2 본체 100, 100a, 100b: 가스 감지 장치
211: 가스 주입구 212: 가스 배출구
221: 가스 채널 222: 패킹 부재
200: 광원부 300: 수광부
1000: 가스 감지 시스템 2000: 가스 감지 시스템 시험 장치
2001: 시험가스 저장부 2002: 비교가스 저장부
2003: 비교가스 공급부 2004: 시험용 혼합가스 생성부
2005: 설정부 2100: 제1 시험가스 저장탱크
2110: 제1 공급라인 2112: 제1 공급밸브
2113: 제1 유량계 2114: 제2 공급 밸브
2200: 제2 시험가스 저장탱크 2210: 제2 공급라인
2111, 2211, 2411, 2311: 압력계
2212: 제3 공급밸브 2213: 제2 유량계
2214: 제4 공급밸브 2300: 제3 시험가스 저장탱크
2310: 제3 공급라인 2312: 제5 공급밸브
2313: 제3 유랑계 2314: 제6 공급밸브
2400: 비교가스 저장탱크 2410: 제4 공급 라인
2412: 제1 비교가스 공급 밸브 2413: 압력 레귤레이터
2414: 제2 비교가스 공급 밸브 2420: 제4 분기라인
2421: 제5 유랑계 2430a: 제1 혼합 라인
2431a: 제1 혼합 밸브 2430b: 제1 혼합 라인
2431b: 제2 혼합 밸브 2430c: 제3 혼합 라인
2431c: 제3 혼합 밸브 2433a: 제1 벤트 밸브
2432a: 제1 압력계 2433b: 제2 벤트 밸브
2432b: 제2 압력계 2433c: 제3 벤트 밸브
2432c: 제3 압력계 2500: 연결 라인
2510: 제4 유랑계 2610a: 제1 분기라인
2610b: 제2 분기라인 2610c: 제3 분기라인
2611a: 제1 분기 밸브 2611b: 제2 분기 밸브
2611c: 제3 분기 밸브
12: 프리즘 13: 금속층
14: 금속 산화물층 15, 15a, 15b: 리간드 화합물층
20: 가스 주입 모듈 21: 제1 본체
22: 제2 본체 100, 100a, 100b: 가스 감지 장치
211: 가스 주입구 212: 가스 배출구
221: 가스 채널 222: 패킹 부재
200: 광원부 300: 수광부
1000: 가스 감지 시스템 2000: 가스 감지 시스템 시험 장치
2001: 시험가스 저장부 2002: 비교가스 저장부
2003: 비교가스 공급부 2004: 시험용 혼합가스 생성부
2005: 설정부 2100: 제1 시험가스 저장탱크
2110: 제1 공급라인 2112: 제1 공급밸브
2113: 제1 유량계 2114: 제2 공급 밸브
2200: 제2 시험가스 저장탱크 2210: 제2 공급라인
2111, 2211, 2411, 2311: 압력계
2212: 제3 공급밸브 2213: 제2 유량계
2214: 제4 공급밸브 2300: 제3 시험가스 저장탱크
2310: 제3 공급라인 2312: 제5 공급밸브
2313: 제3 유랑계 2314: 제6 공급밸브
2400: 비교가스 저장탱크 2410: 제4 공급 라인
2412: 제1 비교가스 공급 밸브 2413: 압력 레귤레이터
2414: 제2 비교가스 공급 밸브 2420: 제4 분기라인
2421: 제5 유랑계 2430a: 제1 혼합 라인
2431a: 제1 혼합 밸브 2430b: 제1 혼합 라인
2431b: 제2 혼합 밸브 2430c: 제3 혼합 라인
2431c: 제3 혼합 밸브 2433a: 제1 벤트 밸브
2432a: 제1 압력계 2433b: 제2 벤트 밸브
2432b: 제2 압력계 2433c: 제3 벤트 밸브
2432c: 제3 압력계 2500: 연결 라인
2510: 제4 유랑계 2610a: 제1 분기라인
2610b: 제2 분기라인 2610c: 제3 분기라인
2611a: 제1 분기 밸브 2611b: 제2 분기 밸브
2611c: 제3 분기 밸브
Claims (1)
- 기판, 상기 기판의 하면에 구비되는 프리즘, 상기 기판의 상면에 구비되는 금속층, 상기 금속층의 상면 중 적어도 일부에 구비되는 금속 산화물층 및 상기 금속 산화물층의 상면 중 적어도 일부에 배치되는 리간드 화합물층을 포함하는 가스 감지 칩; 및
상기 가스 감지 칩의 상부에 결합되어 상기 가스 감지 칩을 커버하고, 상기 가스 감지 칩 상으로 복수의 성분을 포함하는 가스를 주입하며, 상기 가스 감지 칩 상으로 주입된 상기 가스를 배출시키는 가스 주입 모듈을 포함하고,
상기 가스 주입 모듈은,
상기 리간드 화합물층이 수용되도록 요입 형성되고, 일 방향으로 연장되어 상기 가스 감지 칩으로 주입된 상기 가스의 유동경로를 제공하는 가스 채널을 포함하고,
상기 가스 채널에 수용된 상기 리간드 화합물층은 상기 가스 채널을 따라 유동하는 상기 가스와 적어도 일 회 접촉되어 상기 가스에 포함된 복수의 성분 중 어느 하나의 성분과 반응하고,상기 가스 채널은 복수 개로 구비되고,
복수의 상기 가스 채널은 제1 방향을 따라 연장되어 상기 가스를 상기 제1 방향으로 유동시키며,
상기 제1 방향으로 유동하는 상기 가스는 상기 제1 방향으로 연장된 상기 리간드 화합물층과 계속적으로 접촉되는,
가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020210066129A KR102599016B1 (ko) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | 가스 감지 칩 및 이를 포함하는 가스 감지 장치 |
| KR1020230132968A KR102608104B1 (ko) | 2021-05-24 | 2023-10-06 | 가스와의 연속 접촉이 가능한 리간드 화합물을 구비한 가스 감지 장치 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210066129A Division KR102599016B1 (ko) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | 가스 감지 칩 및 이를 포함하는 가스 감지 장치 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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