KR820000284B1 - 적외선 가스분석계용 광검출기 - Google Patents

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내용 없음.

Description

적외선 가스분석계용 광검출기

제 1 도는 본 발명에 관한 광검출기를 구비한 적외선 가스분석계의 구성 설명도.

제 2 도는 본 발명의 일실시예에 의한 광검출기의 구성 설명도로서, 광검출기의 일단면도.

제 3 도는 제 2 도의 평면도.

제 4 도는 신호변환, 온도조절회로의 구성 설명도.

제 5 도는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 광검출기의 구성 설명도.

본 발명은, 가스속에 함유되어 있에 성분을 적외선의 흡수를 이용해서 분석하는 적외선 가스분석계의 광검출기에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 광감지기에 반도체 적외선 감응소자를 사용하고, 간섭필터로 다층막 간섭필터를 사용해서 되어있는 적외선 가스분석계의 광검출기에 관한 것이다.

종래, 적외선 가스분석계에 있어서의 다층막 간섭필터는, 기준셀 및 측정셀 에 대체적으로 접하도록 하여 배치되게 되어 있었다.

또, 적외선 투과량을 충분히 얻기 위해서, 셀의 창과 같은 면적을 한 크기의 것이 준비되어 있었다.

또한, 다층막 간섭필터는, 본질적으로 온도계수를 가지고 있으므로, 고감도의 적외선 가스 분석계를 실현하기 위해서, 다층막 간섭필터를 일정온도로 할 필요가 있고, 그 수단을 구비하고 있었다.

한편, 반도체 적외선 감응소자도, 외부주위 온도의 영향을 받지 않도록 하여 사용할 필요가 있으며, 반도체 적외선 감응소자의 온도를 일정하게 할 수단을 구비하고 있었다.

따라서, 종래 장치에는 다음과 같은 결점이 있었다.

(i) 다층막 간섭필터 및 반도체 적외선 감응소자의 개개에 온도조절 수단을 설비하거나, 또는, 다층막 간섭필터 및 반도체 적외선 감응소자를 항온조내에 배치하여, 외부주위 온도의 영향을 피하도록 되어 있었기 때문에, 적외선 가스분석계의 구성이 복잡하고, 또한 고가의 것으로 되어 있었다.

(ii) 다층막 간섭필터는 크므로(셀의 창의 면적과 대략 같음) 열용량이 크게되어 온도조절이 어렵다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여서 된 것이다.

본 발명의 목적은, 반도체 적외선 감응소자와 다층막 간섭필터의 쌍방의 온도조절을 용이하게 할 수 있는 적외선 가스분석계의 검출기를 제공함에 있다.

본 발명의 제 1의 특징은, 광도입구멍을 형성하는 금속블록의 광도입구멍 내에 광감지기를 설치함과 동시에, 광도입구멍을 막도록 다층막 필터를 설치하고, 금속블록의 온도를 일정하게해서, 광감지기 및 다층막 필터의 온도를 동시에 조절할 수 있는 점에 있다.

본 발명의 제2의 특징은, 하나의 금속블록에 기준광용 광도입구멍 및 측정광용 광도입구멍을 별도로 형성한 점에 있다.

본 발명의 제3의 특징은, 광도입구멍의 형상을 원추형상으로 한 점에 있다.

본 발명의 제4의 특징은, 광감지기에 기준광 및 측정광의 단속광을 빛추어서 얻는 신호의 교류성분을 측정신호로 하고, 교류성분과 직류성분의 중첩신호를 온도조절 수단의 입력으로 한 점에 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 설명을 한다.

제 1 도는, 본 발명에 관한 광검출기를 갖춘 적외선 가스분석계의 구성 설명도이다.

본 발명에 관한 광검출기의 구성에 대하여는, 제 2 도 및 제 3 도를 사용하여 더욱 상세히 설명할 수 있다.

제 1 도에 있어서, (1)은 적외선원, (2)는 시료가스로 내부가 충만된 측증셀이다.

측정셀(2)에는, 적외선을 투과하는 창(21),(22)과, 시료가스를 도입, 도출하기 위한 도입구(23), 도출구(24)가 형성되어 있다. (3)은 순질소를 충전한 기준셀이다(제 1 도의 분석계는, 질소와 공존하는 성분을 측정대상으로 하고 있다).

기준셀(3)에는, 적외선을 투과하는 창(31),(32)이 설치되어 있다. (4)는 광검출기이고, (5)는 신호변환, 온도조절회로이다. 광검출기(4)는, 요면반사경(7)의 촛점근처에 배설되어 있다. 그리고, 기준셀(3) 및 측정셀(2)을 투과해서 오는 단속광이, 광검출기(4)에 도입되도록 되어 있다.

상기 단속광은, 적외선원(1)에 의한 광을 요면반사경(6)으로 평행광선으로 하여셔, 모우터(9)로 회전하는 단속기(8)에 의해서 얻도록 되어 있다.

다음에, 광검출기(4) 및 신호변환, 온도조절회로(5)에 대하여, 제 2 도, 제 3 도 및 제 4 도를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

제 2 도는, 광검출기(4)의 구성 설명도로, 광검출기(4)의 일단면도이고, 제 3 도는 광검출기(4)의 평면도이다. 제 2 도 및 제 3 도에 있어서, (41)은 금속블록으로, 이 금속블록(41)에는, 측정광이나 기준광을 인도하는 원추형상의 측정광용 광도입구멍(411), 기준광용 광도입구멍(412)이 형성되어 있다.

또한 이 금속블록(41)의 광도입구멍(411),(412)의 교차구에는, 광감지기 부착구멍(413)이 형성되어, 외주면에는 링형상의 홈(414)이 형성되어 있다.

(42)는 금속블록(41)의 부착구멍(413)내에 삽입 고정된 기판으로, 기판(42)위에 더어미스터, 볼로미터 등의 광감응소자(43)가 고착되어 있다.

(431)은 그 광감응소자(43)와 신호변환, 온도조절회로(5)를 접속하는 접속선이다.

(44)는 측정광용 광도입구멍(411)을 막도록 하여 금속블록(41)에 부착된 다층막 간섭필터, (45)는 기준광용 광도입구멍(412)을 막도록 하여 금속블록(41)에 부착된 다층막 간섭필터이다.

각 간섭필터는, 각 도입광선에 직면하여 부착되어 있다.

그리고, 광도입구멍(411),(412) 및 부착구멍(413)이 이루는 공간부는, 완전한 밀봉상태를 얻을 수 있게 되어 있으며, 그 공간부에 질소가스 N₂가 봉입되어 있다.

(46)은 홈(414)에 부착된 금속블록(41)을 가열하는 히이터이다. (461)은 신호변환, 온도 조절회로(5)의 출력을 히이터(46)에 공급하는 접속선이다.

(47)은 금속블록(41)의 전체를 피복하는 부재로, 예를 들면 베이크 라이트 수지이다.

피복부재(47)에 의해서, 금속블록(41)은 외부주위 온도와의 차폐가 효과적으로 이루어지도록 되어있다.

(471)은 측정광용 광도입구멍(411)의 창, (472)는 기준광용 광도입구멍(412)의 창이다.

제 4 도에는 신호변환, 온도조절회로(5)의 회로구성이 표시되어 있다.

제 4 도에 있어서, γd는 더어미스터, 볼로미터(43)를 저항소자로 간주하여 붙인 기호이다.

저항소자 γd는, 온도에 안정된 저항소자 γ₁, γ₂, γ₃및 직류전원 Eo로 브리지회로를 구성하고, 단속기(8)에 의한 측정광 및 기준광의 단속광을 받도록 되어 있다.

그리고, 브리지회로의 불평형 전압과 설정전압 Es와의 차를, 고입력저항, 저잡음의 증폭기 A₁로 증폭하고, 또한 트랜지스터 Q₁로 전력증폭을 해서, 그 전력으로 히이터(46)(저항소자 γh)를 여기함과 동시에, 콘덴서 C₁을 거쳐서, 교류성분만을 증폭기 A₂에 인도하고, 출력단자 OUT에서 측정신호를 얻도록 되어있다. 상기 구성으로 된 적외선 가스분석계용 광검출기의 동작에 대하여 다음에 설명한다.

적외선원(1)에서 발생하는 적외선은, 단속기(8)에 의해서 단속광이 되어서, 측정셀(2) 및 기준셀을 교호로 투과한 후, 요면반사경(7)으로 집광되어 광검출기(4)에의 도입광이 되어있다.

도입광은 다층막 간섭필터(44),(45)면에 직각인 입사각을 이루어 투과해서, 더어미스터, 볼로미터(43)에 도달된다.

이것은, 도입광이 다층막 간섭필터면에 경사 입사하는 경우에 비해서, 다층막 간섭필터의 반사에 의한 감도저하나 투과대역의 변동(일반적으로, 경사입사를 이루면 투과대역이 넓어지는 경향이 있다)도 없으며, 이상적인 특성을 얻는다.

또, 요면반사경(7)의 반사면이 이상적이고, 또한 더어미스터, 볼로미터(43)가 요면반사경(7)의 촛점에 배설되어 있으면, 더어미스터, 볼로미터(43)의 변환효율도 최대치를 나타내나, 상기조건을 완전히 만족할 수 없어도, 광도입구멍(411),(412)이 원추형상을 하고, 또한 그 표면이 매끄럽게 마무리되어 있으므로 더어미스터, 볼로미터(43)의 변환효율을 높힐 수 있다.

본 발명자들의 실험에 의하면, 원통형상의 것에 비해서, 약 2배 이상의 변환효율을 얻을 수 있었다.

다음에, 신호변환, 온도조절회로(5)의 동작에 대하여 설명한다.

더어미스터, 볼로미터(43)의 저항치 γd는, 단속기(8)에 의한 단속광과 히이터(46)의 가열온도에 따라서 결정된다. 그리고, 전자는 교류적 변화(주기가 짧다)를 이루고, 후자는 직류적변화(히이터의 시정수가 크므로, 응답이 늦다)를 이룬다.

따라서, 저항소자 γ_d, γ₁, γ₂, γ₃및 전원 Eo로 되어있는 브리지회로의 출력신호는, 직류성분에 교류성분이 중첩된 신호가 되고, 직류성분은, 더어미스터, 볼로미터(43)의 온도신호이며, 교류성분은 시료가스 속에 함유된 성분에 대응하는 측정신호로 간주할 수 있다. 그리고 브리지회로로부터의 출력신호는, 설정신호 Es와 차동적으로 증폭기 A₁의 입력이 되어, 트랜지스터 Q₁로 증폭되어서, 히이터(46)의 여기신호로 됨과 동시에, 콘덴서 C₁을 거쳐서 교류성분만이 증폭기 A₂로 증폭되어서, 측정신호로서 출력된다.

이제, 히이터(46)의 여기신호에 교류성분이 포함되어 있어도, 히이터(46)의 시정수가 크므로, 제어계에는 거의 영향을 주는 일 없이, 더어미스터, 볼로미터(43)를 설정전압 Es에 대응하는 온도로 유지할 수 있다.

상기 신호변환, 온도조절회로(5)에 의한 제어대상은, 광검출기(4)의 금속블록(42)의 온도이므로, 금속블록(42)에 설치하는 더어미스터, 볼로미터(43) 및 다층막 간섭필터(44),(45)는 동일온도로 유지할 수 있게 된다.

제 5 도는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광검출기의 구성 설명도이다.

제 5 도에 있어서, 제 2 도와 동일기호는 동일의미를 갖는 것으로, 여기서의 설명은 생략한다.

제 5 도의 실시예와 제 2 도의 실시예와의 차이는, 광검출기(4)의 금속블록(42)의 온도제어계의 구성에 있다.

즉, 제 5 도에 있어서는, 온도검출체(43')를 금속블록(42)의 일부에 매설하고, 온도조절 회로(52)를 신호변환회로(51)와 별도의 계통으로 하고 있다.

상기 구성에 있어서는, 신호변환회로(51) 및 온도조절회로(52)에 공지회로를 사용할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 광감응소자로서 더어미스터, 볼로미터를 사용하고, 이것을 가열해서 사용하는 구성을 취했으나, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 광감응소자에 광전도셀(TlS, PbS, CdS 등)을 사용하고, 이것을 냉각하는 구성을 취해도 된다.

냉각수단으로서, 펠티에 효과소자에 의한 저온안정화 장치가 있다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광검출기에 의하면, 다층막 간섭필터 및 반도체 적외선 감응소자를 금속 블록에 설치하고, 그 금속블록을 일정온도로 조절하므로서, 다층막 간섭필터 및 반도체 적외선 감응소자의 온도를 안정화하도록 되어 있기 때문에, 온도조절수단을 1계통 구비하는 것만으로 되며, 분석계의 구성을 간단히 할 수 있다. 또, 다층막 간섭필터는, 금속블록의 광도입구멍에 부착하도록 되어있기 때문에, 측정셀 및 기준셀의 창 근처에 부착하는 것에 비해서 소형이 되고, 열용량이 작아져서, 온도조절을 용이하게 하고 있다.

더우기, 다층막 간섭필터의 소형화는 경제적이다.

Claims (1)

1. 광도 입구멍이 형성된 금속블록과, 이 금속블록의 상기 광도입구멍 내에 부착된 광감지기와, 상기 광도입 구멍을 막도록 상기 금속블록에 부착된 다층막 간섭필터와, 상기 금속블록을 일정온도로 유지하는 온도조절수단을 구비한 적외선 가스분석계용 광검출기.

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