KR100996711B1 - 평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비분산 적외선 흡수 타입(NDIR : Non-dispersive infrared absorption type ) 가스 센서에 관한 것이다.

본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 광원부가 복수의 기하학적 입체의 결합에 의해 형성된 광원과, 이 광원을 구성하는 복수의 기하학적 입체면의 각 표면으로부터 방사된 빛에 대해 각각 평행광을 형성하는 복수의 오목 반사경 입체면의 다단 접합에 의해 형성된 오목 반사경부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 광경로상에서 실질적인 광의 세기를 증가시켜 센서의 소형화시키면서도 동시에 감도를 향상시킨다.

비분산, 적외선 가스 센서, NDIR

Description

평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서{Non-dispersive Infra-Red Absorption (NDIR) Type Gas Sensor with Collimated Light Source}

도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비분산 적외선 가스 센서의 평면상 구성을 개략적으로 도시한다.

도 1b는 도 1a에 도시된 가스 센서에서 광공동 내부의 광경로를 도식적으로 도시한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부(300)의 보다 상세한 구성을 도시한 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 광원부가 적용될 수 있는 광공동의 또다른 실시예의 외관 및 내부 광경로를 도시한다.

도 4a, 도 4b는 통상적인 2가지 광원의 기하학적인 형태를 개략적으로 도시한다.

도 5a는 수직원통형 전구면의 디멘젼 표지를 도시하고, 도 5b는 그 반사경과 함께 디멘젼 표지를 도시한다.

도 5c는 반구형 전구의 디멘젼 표지를 도시하고, 도 5d는 그 반사경과 함께 디멘젼 표지를 도시한다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원의 구체적인 치수를 도시한다.

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원의 수직원통면에 대해 설계된 반사경의 구체적인 치수를 도시한다.

도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원의 반구면에 대해 설계된 반사경의 구체적인 치수를 도시한다.

도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 오목 반사경부의 구체적인 치수를 도시한다.

도 7a 및 도 7b는 종래 반사경이 특별히 설계되지 않은 수직원통면과 반구면이 결합된 광원부의 배광 곡선과 광량에 대한 시뮬레이션 결과이다.

도 7c와 도 7d는 본 발명에 따른 반사경부가 구비된 동일 광원부에 대한 배광 곡선과 광량에 대한 시뮬레이션 결과이다.

도 8a는 종래 알려진 한 광공동의 외관을 도시한다.

도 8b는 도 8a에 도시된 광공동의 광경로를 도시한다.

도 9a, 9b, 9c는 광추적(optical ray tracing) 소프트웨어를 사용해 종래 기술, 제 1 실시예, 제 2 실시예에 따른 센서들에 있어서 각각의 센서부에 입사되는 광의 세기를 시뮬레이션한 결과를 도시한다.

도 10a, 도 10b는 각각 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 가스센서를 실제 제작한 실물 사진이다.

도 11a와 도 11b는 각각 종래기술에 따른 센서와 제 1 실시예에 따른 센서의 시간에 따른 검출 전압의 변화를 플롯한 것이다.

도 11c와 도 11d는 각각 종래기술에 따른 센서와 제 1 실시예에 따른 센서의 이산화탄소 농도에 따른 검출 전압을 플롯한 것이다.

본 발명은 가스 센서에 관한 것이며, 특히 비분산 적외선 흡수 타입(NDIR : Non-dispersive infrared absorption type ) 가스 센서에 관한 것이다.

NDIR 가스 센서는 적외선 영역에서 기체 분자가 갖는 흡수 스펙트럼의 성질을 이용하여 특정 기체의 농도를 검출하는 가스 센서이다. 이 타입의 가스 센서는 전기화학 방식 또는 반도체 방식에 비해 선택성이 우수하고 신뢰도가 높으며, 내구성과 안정성이 뛰어나다. 이와 같은 장점으로 인해 고가임에도 불구하고 유해가스의 검출이나 정밀 측정에는 NDIR 방식이 널리 사용되고 있다. 특히 한국의 경우 교실 내의 미세먼지 농도 측정 의무화, 차량용 냉매 센서의 의무화, 배출가스 자기진단장치(OBD) 장착의 단계적 의무화 과정에서 측정 방법을 모두 NDIR 방식으로 법률에서 규정하고 있다.

NDIR 방식은 가스들이 적외선에 대해 특정한 흡수스펙트럼을 갖는 것을 이용한다. 광공동에 입사된 적외선이 가스상 물질에 의해서 흡수된 후 투과된 적외선 량은 베르-람베르트 법칙(Beer-Lambert law)에 의해 지배를 받는다.

I(L) = Io * exp(-ACL),

여기에서 I : 투과광량, Io : 입사광량, A : 고유상수(측정가스의 흡수율), C : 성분농도, L : 광경로 길이(투과길이) 이다.

NDIR 방식의 가스 센서는 크게 광원부와 광이 통과하는 광공동(optical cavity), 이를 감지하는 센서부로 구성되며, 가스센서의 특정한 가스에 대한 감도는 위 베르-람베르트 법칙에서 보듯이 입사광량과 광경로의 길이에 의해 결정된다. 상용화된 NDIR 가스센서는 광공동의 내부에 다수의 반사경을 기하학적으로 배열하여 동일한 크기의 광공동에서 최대한 광경로를 길게 하여 감도를 증가시키고 있다. 일반적으로 NDIR 가스 센서에 있어서 중요한 이슈는 센서의 감도와 센서의 크기이다. 센서의 감도를 개선하기 위해서는 광길이를 증가시켜야 하는데, 이는 센서의 크기가 커지는 것을 의미한다. 따라서 기존의 NDIR 가스 센서 설계에 있어서 접근방법은 반사경을 기하학적으로 최적 설계하여 동일한 크기 안에서 광길이를 가장 길게 확보하는데 촛점을 맞추고 있다. 그러나, 센서의 감도를 높이고자 하는 시도와 센서의 소형화를 동시에 만족시키는데는 광공동 설계만으로는 한계가 있을 수 밖에 없다.

NDIR 방식의 가스 센서에 있어서 입사광은 광원으로부터 전방으로 방사되는 것이 일반적이다. 그러나, 베르-람베르트 법칙에 따르면, 센서의 감도는 광경로 중의 가스에 의해 흡수되는 스펙트럼 성분에 의해 좌우되고, 효과적인 광학적 반응을 위해서는 광원으로부터 입사된 빛은 평행광인 것이 바람직하다. 기존의 NDIR 센서는 이 점에 깊이 착안한 것은 보이지 않는다. 특히 NDIR 방식의 가스 센서에 있어서 광원은 기하학적으로 단일의 기본 입체 형상을 갖기 보다는 복수의 기본 입체들이 연접된 형상을 하고 있다. 그럼에도 불구하고 이들 광원으로부터 방사된 광이 광공동 내부에서 평행광으로 유지시키는데 초점을 맞춘 연구나 제품은 보이지 않는다.

본 발명은 이 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 소형이면서 감도가 개선된 NDIR 방식 가스 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 광원부가 복수의 기하학적 입체의 결합에 의해 형성된 광원과, 이 광원을 구성하는 복수의 기하학적 입체면의 각 표면으로부터 방사된 빛에 대해 각각 평행광을 형성하는 복수의 오목 반사경 입체면의 다단 접합에 의해 형성된 오목 반사경부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 광경로상에서 실질적인 광의 세기를 향상시켜 센서를 소형화시키면서도 동시에 감도를 향상시킨다.

본 발명의 또다른 양상에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 광센서부에서 검 출된 광 세기가 상기 적외선 광원부에서 출사된 광 세기의 50% 이상 100% 미만의 범위에서 유지되면서 광경로가 적어도 5회 이상 반사를 거치도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 같은 추가적인 양상에 따라 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 향상된 광의 세기로 인해 광경로를 늘이더라도 광센서부에 도달하는 광의 세기를 유지할 수 있어 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 감도를 기존의 센서감도 수준으로 유지하면서도 광 길이가 3회 이하 반사만을 거치도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 감도를 유지하면서도 크기를 더욱 소형화할 수 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시예를 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있을 정도로 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비분산 적외선 가스 센서의 평면상 구성을 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 비분산 적외선 가스 센서는 적외선 광원부(300)와, 상기 적외선 광원부(300)로부터 입사된 빛을 연속적으로 반사시키는 기하학적으로 배치된 반사면을 구비하여 다중 반사에 의한 연장된 광경로를 형성하고, 외부의 가스가 출입하는 공기 구멍을 포함하는 광공동(光空洞)(100)과, 상기 광공동(100)의 광경로의 종단에 위치하여 광경로 상의 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장대의 적외선 광량을 측정하는 광센서부(500)를 포함한다.

광센서부(500)는 NDIR 타입의 가스센서에 사용되는 통상적인 광센서이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부(300)의 보다 상세한 구성을 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 광원부(300)는 복수의 기하학적 입체면(311,313)의 결합에 의해 형성된 광원(310)과, 상기 광원을 구성하는 복수의 기하학적 입체면의 표면으로부터 방사된 빛에 대해 각각 평행광을 형성하는 복수의 오목 반사경 입체면(331,333)의 다단 접합에 의해 형성된 오목 반사경부(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 광원부(300)에 있어서, 광원(310)은 수직원통면(311) 및 반구면(313)의 접합 형상이고, 오목 반사경부(330)는 광원부의 수직원통면(311)의 종단에서 교차하는 포물면(331) 및 상기 광원의 반구면(313)과 반대 방향이면서 상기 포물면(331)과 접합되는 반구면(333)으로 구성된다.

이하에서는 광원부(300)의 구성을 보다 상세히 설명한다. 다양한 형태의 광 원으로부터 방출되는 빛을 평행광으로 만들기 위해서는 일반적으로 단순한 오목 반사경으로는 불가능하다. 본 발명은 광원을 복수의 기하학적 입체면의 결합으로 모델링하고, 이를 위한 다단계 반사경 설계법을 제시한다.

일반적으로 광원 면은 원통면, 반구면, 구면, 타원 구면의 조합으로 근사시킬 있다. 예를 들면, 도 4a와 같은 광원은 수직원통면과 반구면의 결합으로 볼 수 있고, 도 4b의 광원은 수직원통면과 타원구면의 결합으로 볼 수 있다. 광원을 복수의 기하학적 입체면으로 분할하고, 각각의 기하학적 입체면의 표면으로부터 방사된 빛에 대해 각각 평행광을 형성하도록 대응하는 오목 반사경 입체면을 설계한다. 본 실시예에 있어서 광원은 대부분의 NDIR 가스센서에서 사용되고 있는 구조인 도 4a에 도시된 광원을 채택한다. 도 4a에 도시된 광원을 구성하는 각 기하학적 입체면에 대해 반사경을 구하기로 한다.

(1) 수직원통형 전구

도 5a는 수직원통형 전구의 반사경을 구하는 방법을 나타낸 것이다. 반경 r, 높이 H 인 수직원통형 전구면으로부터 나오는 광선을 평행광으로 만들기 위한 반사경은 도 5b와 같이 원통면의 종단에서 교차하는 포물면으로 설계한다. 수직 원통 윗면의 연장선과 반사경(포물선)이 만나는 점을 Q, 밑면이 반사경(포물선)과 만나는 점을 Q' 라고 하면,

반사경에 대한 식은 포물선의 일반식으로부터

으로 된다.

(2) 반구형 전구

도 5c는 반경 r인 반구형 전구면을 나타낸다. 이 전구면으로부터 나오는 광선이 평행광이 되기 위해서는 도 5d와 같이 반경 P 인 반구면으로 된 반사경을 설계한다. 반구형 전구의 중심을 O' , 반사경의 중심을 O , 전구 직경의 연장선과 반사경이 만나는 점을 Q' 라고 하면,

반사경에 대한 식은

이 된다.

이하에서는 위에서 기술한 다단계 반사경 설계법을 적용해 구체적인 실시예를 제시한다. 도 6a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적외선 광원의 구체적인 치수를 도시한다. 이 광원은 반경 r = 1.5 mm의 반구면과, 높이 H = 6.3 mm이고, 그 내경이 위 반구면의 직경과 동일한 수직원통면이 접합된 형상이다. 먼저 전구의 형상을 수직원통면과 반구면의 두 부분으로 나누어 반사경의 구조를 설계한 다음, 다시 두 반사면을 조합하여 평행광이 최대가 되도록 반사경면을 최적화시킨다.

<광원의 수직원통면에 대한 반사경 설계>

식 (1)로부터 R=2.5 mm

식 (2)와 (3)으로부터 반사경에 대한 식 :

(1.5 ≤|x|≤ 2.5) (9)

<광원의 반구면에 대한 반사경 설계>

식 (4)로부터 P=3.5 mm

식 (5)로부터 R=2.25 mm

식 (6)으로부터 b=3 mm

식 (7)과 (8)로부터 반사경에 대한 식 :

(2.25 ≤|x|≤ 3.75) (10)

도 6d 는 별개로 설계된 수직원통면에 대응하는 반사경과 반구면에 대응하는 반사경을 접합하여 최대의 평행광을 얻도록 최적화한 도 6a의 광원에 대한 완전한 오목 반사경부를 도시한다.

도 7a 및 도 7b는 종래 반사경이 특별히 설계되지 않은 수직원통면과 반구면이 결합된 광원부의 배광 곡선과 광량에 대한 시뮬레이션 결과이다. 광 조사 범위는 광 공동에서 제어 가능한 입체각 30°로 제한하였다. 도 7c와 도 7d는 본 발명에 따른 반사경부가 구비된 동일 광원부에 대한 배광 곡선과 광량에 대한 시뮬레이션 결과이다. 여기서 배광곡선은 광원을 중심으로 방향에 따라 방사되는 광세기의 분포를 나타내는 곡선이다.

기존 광원부의 배광 곡선이 한쪽 방향으로 치우친데 반해, 본 발명의 실시예의 경우 중심 부분으로 균일하게 조사되는 것을 확인할 수 있다. 또한 광원으로부터 출력광을 100으로 했을 때 입체각 30도 이내로 방출되는 광량이 종래의 광원부는 23에 불과한데 반해 본 발명의 일 실시예에 있어서는 49에 달하는 것을 확인할 수 있었다.

도 8a는 종래 알려진 한 광공동의 외관을 도시한다. 도 8b는 이 광공동의 광경로를 도시한다. 도시된 광공동은 크기를 소형화하면서도 광경로를 최대로 하기 위하여 4개 반사면을 중첩한 구조를 갖고 있다. 하지만 이 광공동은 광원부의 광 세기의 한계로 인해, 더 이상 광경로를 길게 할 경우 센서부에 입사하는 광세기가 약해져 검출이 불가능하거나 고감도의 적외선 센서가 필요하게 되고, 또한 잡음에 약하다. 도시된 실시예에 있어서 광공동의 길이는 약 20cm 이다.

이하에서는 전술한 광원부를 채택한 실용적인 비분산 적외선 가스 센서를 제공하기 위한 광공동의 제 1 실시예를 설명한다. 도 1a에 도시된 제 1 실시예에 따른 광공동은 그 길이는 종래 실시예와 동일하게 대략 20cm 정도이지만, 광센서부에서 검출된 광 세기가 상기 적외선 광원부에서 출사된 광 세기의 50% 이상 100% 미만의 범위에서 유지되면서 광경로가 적어도 5회 이상 반사를 거치도록 설계되었다. 즉, 본 발명에 따른 광원부는 광출력이 기존의 광원부에 비해 월등히 높으므로, 광경로를 종래에 비해 길게 하더라도 광센서부에서 감지되는 광량을 충분히 확보할 수 있다. 그러므로 광경로가 종래와 같거나 길게 하더라도 전술한 베르-람베르트 법칙(Beer-Lambert's law)에 따라 센서의 감도를 크게 높일 수 있다.

도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 광공동(100)은 광원부(300)가 고정되는 광원 고정부(120)와,

상기 광원 고정부(120)의 좌측에 위치하고, 상기 광원부에서 광공동 좌후방 으로 입사된 빛을 광공동 좌전방으로 반사시키는 좌후방 반사경(130)과, 좌후방 반사경(130)에서 좌전방으로 반사된 빛을 광공동 우후방으로 반사시키는 좌전방 반사경(170)과, 광공동 좌측 중앙부에 입사된 빛을 광공동 우측 중앙으로 반사시키는 좌측 반사경(150)으로 구성된 좌측 반사면 구조와,

상기 광원 고정부(120)의 우측에 위치하고, 상기 좌전방 반사경(170)에서 반사된 빛을 광공동의 우전방으로 반사시키는 우후방 반사경(110)과, 상기 우후방 반사경(110)에서 반사된 빛을 상기 좌측 반사경측으로 반사시키는 우전방 반사경(190)을 포함하는 우측 반사면 구조와,

상기 우측 반사면 구조의 우측에 연접하고, 상기 광센서부(500)가 고정되는 센서 고정부(140)를 포함한다.

도시된 실시예의 광경로를 도 1b에 도시한다. 센서의 전체적인 크기와 광경로의 길이는 기존 제품과 비슷하면서도 장축 방향으로 빛이 가로지르는 경로를 추가하여 센서의 수광면에 수직으로 입사하도록 광경로를 설계하였다. 본 실시예는 광경로가 기존의 제품과 동일한 경우 감도가 얼마나 향상되는가를 보여주기 위한 실시예이다.

도 3a는 본 발명에 따른 광원부가 적용될 수 있는 광공동의 또 다른 실시예의 외관을 도시한다. 도시된 실시예에 있어서 광공동은 단지 9cm 의 광경로를 가진다. 도 3b는 도 3a에 도시된 광공동의 광경로를 도시한다. 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 광공동은 센서 감도가 기존의 센서와 동일한 범위로 유지되면서 광 길이가 3회의 반사만을 거치도록 형성된다. 이에 따라 광공동은 센서 감도를 유지하면서도 광공동의 크기를 더욱 소형화할 수 있게 된다.

도시된 실시예에 있어서, 광공동은 상기 광원부(300)가 고정되는 광원 고정부(740)와, 상기 광원 고정부(740)의 대향면에 위치하고, 입사된 빛을 측면으로 반사하는 제 1 반사면(710)과, 상기 제 1 반사면(710)의 대향면에 위치하고, 입사된 빛을 상기 제 1 반사면의 일측으로 반사하는 제 2 반사면(730)과, 상기 제 2 반사면(730)의 대향면에 위치하고, 입사된 빛을 상기 제 2 반사면(730)의 일측으로 반사하는 제 3 반사면(750)과, 상기 제 3 반사면(750)에서 반사된 빛이 입사되고, 상기 광센서부(500)가 고정되는 센서 고정부(740)로 구성된다.

도 9a, 9b, 9c는 각각 광추적(optical ray tracing) 소프트웨어를 사용해 종래 기술(도 8a, 8b)에 따른 센서, 도 1a, 1b에 도시된 제 1 실시예에 따른 센서, 도 3에 도시된 제 2 실시예에 따른 센서에 있어서 각각의 센서부에 입사되는 광의 세기를 시뮬레이션한 결과를 보여준다. 종래 기술에 따른 센서에 있어서 센서부에 입사되는 광의 세기는 29%인데 반해 제 1 실시예의 경우 39.4%, 제 2 실시예의 경우 55%로 최대 2배 증가되었음을 알 수 있다.

도 10a은 도 1a, 1b에 도시된 제 1 실시예에 따른 가스센서를 실제 제작한 실물 사진이다. 도 10b는 도 3에 도시된 제 2 실시예에 따른 가스센서를 실제 제작한 실물 사진이다. 실제 제작한 가스 센서는 CO² 가스를 검출하도록 설계되었다. 도 11a 내지 도 11d는 입력 광 펄스를 450mHz에서 20% 듀티(duty)를 갖도록 조사하였을 때, 제 1 실시예에 따른 센서의 이산화탄소 농도 변화에 따른 센서의 출력 변화를 종래기술에 따른 가스센서와 비교한 것이다. 도 11a와 도 11b는 각각 종래기술에 따른 센서와 제 1 실시예에 따른 센서의 시간에 따른 검출 전압의 변화를 플롯한 것이다. 도 11c와 도 11d는 각각 종래기술에 따른 센서와 제 1 실시예에 따른 센서의 이산화탄소 농도에 따른 검출 전압을 플롯한 것이다.

측정 결과로부터 이산화탄소 농도 500-2000ppm의 변화에서 센서 출력 변화는 종래기술에 따른 센서가 130 mV, 제 1 실시예에 따른 센서가 474 mV 로 약 3.6배 향상되었음을 알 수 있다. 즉, 센서 감도는 비선형 특성을 보여주므로 하나의 수치로 나타낼 수는 없지만, 평균적으로 종래 기술에 따른 대비예의 센서에 있어서 감도는 0.1 mV/ppm 내외 정도인데 반해, 제 1 실시예의 경우 0.3 mV/ppm 정도의 감도를 보여주고 있다. 특히 저농도 영역에서 본 발명의 광공동을 사용한 센서의 감도가 훨씬 우수함을 알 수 있다.

도 12는 베르-람베르트 법칙(Beer-Lambert's Law)를 이용해 이산화탄소 농도 0-2000ppm의 범위에서 종래기술, 제 1 실시예, 제 2 실시예에 따른 센서들의 광흡수 특성을 나타낸 곡선이다. 이 곡선으로부터 다음 사실을 알 수 있다.

(1) 광경로 길이가 동일할 경우 본 발명의 센서 감도가 훨씬 우수하고, 잡음에 강하다(실시예 1과 종래제품의 비교).

(2) 감도가 동일할 경우, 광공동의 출력이 클수록 광경로를 짧게 할 수 있어 센서의 소형화가 가능하고, 센서에 입사하는 광의 세기가 증가하여 잡음에 강하다(실시예 2와 종래제품의 비교). 즉, 제 2 실시예의 경우와, 종래기술에 따른 제품의 경우 곡선의 형태는 비슷하지만 제 2 실시예의 경우 센서에 입사하는 광세기가 평균적으로 훨씬 높음을 알 수 있다.

(3) 광경로가 동일한 경우, 광공동의 출력이 강할수록 저농도의 이산화탄소 검출에 유리하다.

(4) 광공동의 출력이 약한 경우, 광경로가 짧아지면 저농도의 이산화탄소 검출이 불가능하다.

이상에서 상세히 기재한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 센서는 광원의 출력을 새로이 제안한 설계법에 따라 설계?제작된 오목 반사경에 의해 평행광으로 집광하여 기존의 광공동에 비해 광원부에서 약 2배, 센서부에서 약 2배의 광출력이 가능하다.

이에 따라 본 발명에 따른 가스 센서는 동일한 크기의 광공동을 사용할 경우 센서 감도를 향상시키는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 가스 센서는 동일한 정도의 감도를 달성하기 위해 필요한 광경로를 줄일 수 있어 더 소형화된 고감도 가스센서의 제작이 가능해져 성능 면이나 가격 면에서 훨씬 유리하다.

본 발명은 첨부된 제시된 실시예를 중심으로 기재되었지만 이에 한정되는 것은 아니며, 그로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 많은 변형예를 포괄한다. 첨부된 청구범위는 이 같은 자명한 변형예를 포괄하도록 의도되었다.

Claims (6)

1. 적외선 광원부와; 상기 적외선 광원부로부터 입사된 빛을 연속적으로 반사시키는 기하학적으로 배치된 반사면을 구비하여 다중 반사에 의한 연장된 광경로를 형성하고, 외부의 가스가 출입하는 공기 구멍을 포함하는 광공동(光空洞)과; 상기 광공동의 광경로의 종단에 위치하여 광경로 상의 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장대의 적외선 광량을 측정하는 광센서부;를 포함하는 비분산 적외선 가스 센서에 있어서,

   상기 광원부가 :

   복수의 기하학적 입체면의 결합에 의해 형성된 광원과;

   상기 광원을 구성하는 상기 복수의 기하학적 입체면의 표면으로부터 방사된 빛에 대해 각각 평행광을 형성하도록 구성된 복수의 오목 반사경 입체면의 다단 접합에 의해 형성된 오목 반사경부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 수직원통면 및 반구면의 접합 형상이고, 상기 오목 반사경부는 상기 수직원통면의 종단에서 교차하는 포물면 및 상기 광원의 반구면과 반대 방향이면서 상기 포물면과 접합되는 반구면으로 구성된 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 센서.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광공동은 상기 광센서부에서 검출된 광 세기가 상기 적외선 광원부에서 출사된 광 세기의 50% 이상 100% 미만의 범위에서 유지되면서 광경로가 적어도 6회 이상 반사를 거치도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 센서.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 비분산 적외선 가스 센서의 광공동이 :

   상기 광원부가 고정되는 광원 고정부와;

   상기 광원 고정부의 좌측에 위치하고, 상기 광원부에서 광공동 좌후방으로 입사된 빛을 광공동 좌전방으로 반사시키는 좌후방 반사경과, 좌후방 반사경에서 좌전방으로 반사된 빛을 광공동 우후방으로 반사시키는 좌전방 반사경과, 광공동 좌측 중앙부에 입사된 빛을 광공동 우측 중앙으로 반사시키는 좌측 반사경으로 구성된 좌측 반사면 구조와;

   상기 광원 고정부의 우측에 위치하고, 상기 좌전방 반사경에서 반사된 빛을 광공동의 우전방으로 반사시키는 우후방 반사경과, 상기 우후방 반사경에서 반사된 빛을 상기 좌측 반사경측으로 반사시키는 우전방 반사경을 포함하는 우측 반사면 구조와;

   상기 우측 반사면 구조의 우측에 연접하고, 상기 광센서부가 고정되는 센서 고정부;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 센서.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 광공동은 센서 감도가 0.05 ~0.15 mV/ppm 범위에서 유지되면서 광 길이가 적어도 3회 이하의 반사만을 거치도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비분산 적외선 가스 센서.
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