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KR20040087976A - 개방형 비분산형 적외선 가스 측정장치 - Google Patents

개방형 비분산형 적외선 가스 측정장치 Download PDF

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KR20040087976A
KR20040087976A KR1020040069075A KR20040069075A KR20040087976A KR 20040087976 A KR20040087976 A KR 20040087976A KR 1020040069075 A KR1020040069075 A KR 1020040069075A KR 20040069075 A KR20040069075 A KR 20040069075A KR 20040087976 A KR20040087976 A KR 20040087976A
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KR
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sensor
light
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gas
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KR1020040069075A
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박성섭
Original Assignee
코리아디지탈 주식회사
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Abstract

본 발명은, 별도의 시료채취 또는 시료의 유도 작업 없이 자연 상태 그대로에서 대기중 특정 가스의 농도를 측정할 수 있는 적외선 가스 측정장치에 관한 것으로서, 구체적으로는, 센서 방향으로 적외선을 방사하는 광원; 및 밴드패스필터를 구비함으로써 광원으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서; 및 광원과 센서 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역을 포함하여 구성되는, 비분산형 적외선 가스 측정장치에 관한 것이다.

Description

개방형 비분산형 적외선 가스 측정장치 {Non-dispersive Infrared Gas Analyzer of Opened Type}
본 발명은 대기중 특정 가스의 농도를 측정하기 위한 비분산 적외선 가스 측정장치(Non-dispersive Infrared Gas Analyzer: NDIR)와 관련한 것으로서, 구체적으로는, 기존의 NDIR과 달리 별도의 시료채취 또는 시료의 유도 작업 없이 자연 상태 그대로에서 가스의 농도를 측정할 수 있는, 적외선 가스 측정장치에 관한 것이다.
적외선(Infra Red Radiation)은 가시광선보다 파장이 길어 0.75㎛-1mm의 범위에 속하는 전자기파를 말하는 것으로서, 이중 파장 0.75-2.5㎛의 것을 근적외선, 2.5-25㎛의 것을 보통(중간)적외선이라 하며, 25㎛ 이상의 것을 원적외선이라 하는데, 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열을 발산하기 때문에 열선이라 불리우기도 한다.
적외선이 이렇게 강한 열효과를 가지고 있는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문으로서, 이는 물질에 적외선이 부딪치면 전자기적 공진현상을 일으켜 광파의 에너지가 효과적으로 흡수되기 때문인 것으로 알려져 있다.
특히, 액체나 기체 상태의 물질은 각각의 물질마다 특유한 파장의 적외선을강하게 흡수하는 성질이 있기 때문에 이 흡수스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성, 반응과정 또는 분자구조를 정밀하게 추정하는 수단으로 사용하는데, 이것을 적외선 분광분석이라 하며, NDIR은 이와 같은 적외선의 특성을 이용하여 시료중 특정 가스의 농도를 분석하는 정량분석 기기이다.
이와 같은 NDIR은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 시험 가스를 통과하여 적외선을 방사하기 위한 적외선 광원(1), 시험 가스를 통과한 적외선중 특정 파장대의 것만을 선택적으로 감지하여 광량을 측정하기 위한 센서(2)와, 광원으로부터 방사되어 시험 가스를 통과한 후 센서에 도착하는 광이 기기 외부로 산란 또는 분산되는 것을 방지하기 위한 도파관(3)을 필수구성요소로 하여 구성된다.
여기서, 상기 광원(1)은 적외선을 방사할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 텅스텐, 글로버, 네른스트글로어, 원적외용 고압수은등, 또는 적외레이저 등의 광 소스중에서 선택되는 것이 일반적이고, 상기 센서(2)에는 목적하는 파장대의 적외선만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 밴드패스필터(미도시)가 구비된다.
이밖에, 일반적인 NDIR 분석기기에는 감지된 적외선의 흡수량을 검출하여 출력하기 위한 신호증폭 출력단, 특정 가스만을 통과시키고 수분을 제거하기 위한 필터 또는 멤브레인 막, 필요시 특정 가스를 도입하기 위한 밸브류들 및 이상의 장치들을 측정 공정에 맞게 제어하기 위한 제어부 등 기타 부속 장치들이 부가적으로 구비된다.
도 1에 나타낸 1광원 1센서 형태 NDIR의 경우, 하나의 광원에서 방사되는 적외선을 각각 서로 다른 파장, 즉 1개의 목적 가스 흡수파장과 1개의 목적 가스 미흡수 파장을 선택적으로 각각 필터링하는 2개의 밴드패스필터를 이용하여 개별적으로 측정함으로써, 미흡수 파장의 광흡수율을 영점으로 하고 흡수파장의 광흡수율을 비교하여 시료중 목적 가스의 함량을 정량분석하게 된다.
이밖에, NDIR은 광원과 센서의 적용 형태에 따라, 1개의 광원에 서로 다른 2개의 파장을 필터링하는 밴드패스필터가 각각 구비된 2개의 센서를 적용하여 상기 도 1의 기기와 동일한 분석을 수행하는 Dual beam sensor 타입, 2개의 광원을 각각 서로 다른 거리에 설치하여 교대로 점등하면서 거리 차이에 따른 흡수율의 차이를 계산하여 목적 가스의 함량을 측정하는 Dual source 타입, 및 가장 간단하게는 1개의 광원과 목적 가스에 대한 흡수율이 가장 높은 파장대의 광만을 필터링하는 밴드패스필터를 장착한 센서를 구비하여 사용하는 Single sensor 타입 등으로 구분할 수 있다.
그러나, 지금까지 이와 같이 사용되는 모든 NDIR의 공통점은, 광원으로부터 발생하는 광의 진행을 안내하는 도파관을 필수 구성요소로서 필요로 함으로써, 기기의 구성을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 잦은 고장이나 파손에 의한 기능 저하의 염려가 있으며, 가격을 상승시키고, 근본적으로 시료를 채취하는 시료채취 공정 또는 또 다른 장치에 의한 시료 유입 공정이나 이에 따른 필터 등 부속장치를 필요로 함으로써, 구조가 복잡하고 통의 내부와 외부의 교류가 원활하지 않아 온도차가 발생하기 쉽고 이로 인해 결로가 발생할 수 있으며, 이러한 결로의 발생은 측정치의 심각한 오차로 이어질 수 있다는 단점을 가지게 된다.
사실, NDIR의 문제점을 극복하고 그 성능을 향상시키고자 하는 시도는 특허/실용신안 상의 선행기술에서도 종종 찾아볼 수 있는데, 예를 들어, 대한민국 특허등록 제0232166호에 보면, 기존의 열 방식이 아닌 화합물 반도체 적외선 발광다이오드를 광원으로 사용하고 양자형 적외선 감지기 대신 써모파일(Thermopile) 적외선 감지기를 사용함으로써 부가장치인 쵸핑 셔터와 냉각기를 필요로 하지 않도록 구성된 이산화탄소 가스 검출기에 대해 개시된 바 있다.
또한, 대한민국 특허공개 제1997-7001341호에 보면, 대역통과필터 DPO를 사용하여 광검출기를 광원 및 가스로부터 열적으로 이격시키고, 센서를 반도체 물질로 제조하여 소스 드라이버 및 신호처리전자장치를 직접 추가할 수 있도록 구성되며, 가스투과막을 적용하여 연기 및 먼지 입자의 진입을 방지할 수 있도록 구성된 NDIR 가스 센서에 대해 개시된 바도 있다.
또한, 미국특허 제5,060,508호에는 도파로에 다수의 미세 구멍을 뚫어 기체가 유입될 수 있도록 구성한 가스 분석기용 챔버에 대해 개시된 바 있다.
또한, 미국특허 제5,341,214호에는 광원에서 방사된 적외선을 도파관의 측면에 반사시켜 광의 경로를 최대한 연장시키고자 한 시도에 대해 개시된 바 있으며, 미국특허 제6,469,303호에는 적외선을 센서의 반대 방향으로 방사시킨 후 반사시킴으로써 역시 광의 경로를 최대한 연장시키고자 한 시도가 개시된 바 있고, 미국특허 제5,340,986호에는 광원을 센서와 동일한 측단에 구비하여 적외선을 방사한 후 반대 측단을 이용 반사시켜 센서에 입사하도록 구성함으로써 광 경로를 2배로 연장시키고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.
이밖에, 미국특허 제5,163,332호, 5,747,808호, 6,255,653호, 6,410,918호에 보면 Semipermeable Membrane을 사용하여 먼지나 이물질은 통과하지 못하고 기체상 물질만이 통과하도록 도파관을 구성한 시도들이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,222,389호에는 역시 Semipermeable Membrane을 사용하여 먼지와 이물질을 차단하고 히터를 적용하여 도파관에 결로가 발생하는 것을 방지하고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.
이상과 같은 선행기술들의 동향을 그 기술적 목적 위주로 살펴보면, 도파로를 적용함으로써 근본적으로 외부 잡 가스로부터 측정 광학계를 분리하거나, 분리된 광학계 내부를 거울같이 처리하여 광 경로를 연장하거나, 광학계의 반사면에 이물질의 부착이나 유입을 방지하기 위한 필터를 부착하거나, 반사면의 반사율을 장기간 유지하고자 하거나, 도파로 내부에 목적 가스가 함유된 공기는 유입하면서도 습기의 유입은 방지하거나, 습기가 일부 유입되었을 때 결로 생성을 방지하고자 광학계를 구성한 통을 가열하거나 하는 등의 기술에 대부분의 노력을 기울이고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같은 선행기술들의 공통점은, 모두 도파로를 구비하고, 그 내부에서의 광의 경로를 최대한 연장시키거나, 먼지나 이물질의 유입 또는 결로 발생에 의해 측정치에 오차가 발생하는 것을 방지하거나 하는 등의 도파로 관련 기술, 즉, 센서의 검측에 충분한 광량을 확보하기 위하여 도파로를 구비하고, 목적 가스에 의한 충분한 광흡수량을 확보하기 위하여 도파로 내에서의 경로를 최대한 연장하며, 측정치의 오차를 최대한 줄이기 위하여 도파로 내부로의 먼지나 이물질의 유입 또는결로의 발생을 방지하는 기술에 관한 것이라고 할 수 있다.
즉, 기기를 비분산형으로 하기 위하여 광원 및 센서와 함께 도파관을 필수 구성요소로 한 결과 이에 따른 도파관의 유지, 성능향상 등과 관련한 기술들이 발달한 것이라고 할 수 있는데, 구체적으로는, 시료 채취 또는 격리에 의한 상기한 바와 같은 문제점에도 불구하고 광원의 광 방사능과 센서 감지능의 한계를 극복하기 위하여 도파관을 도입, 광원에서 방사되는 적외선이 분산되지 않고 최대한 많은 양 측정에 이용될 수 있도록 함과 동시에, 도파관 내에서의 광의 유효 기능을 최대한 활용하고 센서가 감지할 수 있는 광량을 최대한으로 하고자 한 것으로 풀이될 수 있다.
이와 같은 도파관, 또는 도파관 역할을 하는 밀봉된 통의 존재는 과거 가스분석기기에서 필요한 가스만을 분석하기 위해 사용하던 것이었으나 대기중 특정 가스의 양을 측정하는 분석기기에도 그대로 습관적으로 답습되어 내려온 면도 있었다.
그러나, 근래 각종 광원 및 센서 관련 기술이 발달하여 그 성능이 과거와는 비교할 수 없을 정도로 향상된 상황에서 이와 같이 많은 문제점을 가지며 복잡한 주변 기술을 필요로 하는 기존의 도파관 이용 비분산형 NDIR의 근본 구성은 재고해야 할 시점이 되었다고 할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하고자 하는 것으로서, 그목적은, 도파관과 관련한 각종 기기의 구성이 필요하지 않아서 잦은 고장이나 파손에 의한 기능 저하의 염려가 없을 뿐만 아니라 가격이 저렴하며, 측정을 위한 시료의 채취 또는 유입 공정을 필요로 하지 않아서 측정된 수치가 실제 목적 가스의 농도에 더 가깝게 계산될 수 있고, 광 경로의 연장, 먼지/이물질의 도파관 내로의 유입 및 습기 방지 등을 위한 주변 기술을 필요로 하지 않는, 새로운 적외선 이용 가스 분석장치를 제공하고자 하는 것이다.
이를 위한 본 발명은, 센서 방향으로 적외선을 방사하는 광원; 및 밴드패스필터를 구비함으로써 광원으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서; 및 광원과 센서 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역을 포함하여 구성되는, 비분산형 적외선 가스 측정장치를 제공하는 것으로 이루어진다.
도 1은 일반적인 비분산형 적외선 가스 분석기의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치의 기본적인 구성을 나타내는 단면도,
도 3은 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도,
도 4는 센서가 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도,
도 5는 센서와 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10: 광원 20: 센서
30: 흡광구역 40: 광원캡
41, 51: 반사경 42, 52: 투과창
50: 센서캡
본 발명은 별도의 시료채취 또는 시료의 유도 작업 없이 자연 상태 그대로에서 대기중 특정 가스의 농도를 측정할 수 있는 적외선 가스 측정장치에 관한 것으로서, 구체적으로는, 종래 비분산형 적외선 가스 측정장치(Non-dispersive Infrared Gas Analyzer: NDIR)에서 필수 구성요소로 사용해오던 도파관을 구성하지 않음으로써, 도파관의 성능 향상 또는 도파관 주변 기기와 관련한 기술상의 요구를충족시키지 않아도 되도록 구성된, 비분산형 적외선 가스 측정장치에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치의 기본적인 구성을 나타내는 단면도이고, 도 3은 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이며, 도 4는 센서가 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이고, 도 5는 센서와 광원이 밀폐된 형태로 구성되는 본 발명 비분산형 적외선 가스 측정장치를 나타내는 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1실시예로서, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 도파관 없이, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 및 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서(20)만을 필수구성요소로 하여 이루어지는 간단한 구성을 가진다.
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 센서(20)의 전면 수광부에는 도달하는 적외선중 특정 파장만을 통과시킬 수 있는 밴드패스필터(미도시)가 구비된다.
이때, 종래 NDIR에서 도파관이 하던 역할, 즉 측정하고자 하는 대기 또는 혼합가스를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할은 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간인 흡광구역(30)에서 하게 된다.
이와 같이, 적외선을 방사하는 광원(10)과 센서(20)를 구비하고 광 경로에는 도파관 없이 개방된 흡광구역(30)만이 구비된 형태로 비분산형 적외선 가스 측정장치를 구성함으로써, 시료의 채취 또는 유입 등의 별도의 처리 과정 없이 특정 가스 농도를 측정을 요하는 공간의 상태 그대로 측정할 수 있게 되었다고 할 수 있다.
다른 실시예로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 및 광원(10)을 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원으로부터 방사되는 적외선을 집광하여 흡광구역(30)으로 반사하기 위한 반사경(41)과 반사경(41)에 의해 반사된 적외선을 투과하여 흡광구역(30)으로 통과시키는 투과창(42)이 구비되는 광원캡(40)을 포함하여 구성된다.
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 광원캡(40)에 구비되는 반사경(41)은 광원(10)에 경사진 반구의 포물면으로 구성되고, 이에 따라 광원(10)은 센서(20) 방향이 아닌 반사경(41) 방향으로 광을 방사할 수 있도록 구성된다.
투과창(42)의 재질은 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 이렇게 광원(10)을 보호하기 위하여 구성되는 광원캡(40) 내부에는 광원을 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 및 센서(20)를 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)으로부터 방사되어 흡광구역(30)을 통과한 후 수광되는 적외선을 집광하여 센서(20)로 반사하기 위한 반사경(51)과 흡광구역(30)을 통과하여 수광되는 적외선을 투과하여 반사경(51)으로 유입시키는 투과창(52)이 구비되는 센서캡(50)을 포함하여 구성된다.
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 센서캡(50)에 구비되는 반사경(51)은 광원(10)에 경사진 거울면으로 구성되고, 이에 따라 센서(20)는 광원(10)과 마주보는 방향이 아닌 반사경(51) 방향으로부터 광을 감지할 수 있도록 구성된다.
투과창(52)의 재질은, 상기 광원캡(40)의 경우와 마찬가지로, 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 이렇게 센서(20)를 보호하기 위하여 구성되는 센서캡(50) 내부에는 센서(20)를 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 광원(10)을 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원으로부터 방사되는 적외선을 집광하여 흡광구역(30)으로 반사하기 위한 반사경(41)과 반사경(41)에 의해 반사된 적외선을 투과하여 흡광구역(30)으로 통과시키는 투과창(42)이 구비되는 광원캡(40); 및 센서(20)를 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)으로부터 방사되어 흡광구역(30)을 통과한 후 수광되는 적외선을 집광하여 센서(20)로 반사하기 위한 반사경(51)과 흡광구역(30)을 통과하여 수광되는 적외선을 투과하여 반사경(51)으로 유입시키는 투과창(52)이 구비되는 센서캡(50)을 포함하여 구성된다.
여기서, 적외선 방사 광원(10)으로는 텅스텐, 글로버, 네른스트글로버, 원적외선용 고압수은등 또는 적외레이저 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 광원캡(40)에 구비되는 반사경(41)은 광원(10)에 경사진 반구의 포물면으로 구성되고, 이에 따라 광원(10)은 센서(20) 방향이 아닌 반사경(41) 방향으로 광을 방사할 수 있도록 구성된다.
광원캡(40) 투과창(42)의 재질은 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 이렇게 광원(10)을 보호하기 위하여 구성되는 광원캡(40) 내부에는 광원을 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.
한편, 센서캡(50)에 구비되는 반사경(51)은 광원(10)에 경사진 거울면으로 구성되며, 이에 따라 센서(20)는 광원(10)과 마주보는 방향이 아닌 반사경(51) 방향으로부터 광을 감지할 수 있도록 구성된다.
센서캡(50) 투과창(52)의 재질은, 상기 광원캡(40)의 경우와 마찬가지로, 높은 투과율로 적외선을 통과시킬 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 관계 없으나, 결로를 방지하기 위해서는 밀도가 낮고 열전도율도 낮으며 비열계수도 낮은 플라스틱 재질중 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 이렇게 센서(20)를 보호하기 위하여 구성되는 센서캡(50) 내부에는 센서(20)를 산소, 습기 등 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 등 불활성 가스가 충진될 수 있다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 비분산 적외선 가스 측정장치는, 상기한 바와 같은 1광원 1센서 타입, Dual beam sensor 타입, Dual source 타입, Single sensor 타입 등 어느 것으로 구성되어도 관계 없으나, 개방형이므로, 먼지, 이물질 등에 의한 광의 산란, 굴절 등의 효과와 이에 따른 측정치의 왜곡을 방지하기 위하여, 기준(Blank) 광을 흡수광과 동일한 조건으로 방사 및 수광하여 계측/비교하는 Dual beam sensor 타입을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명 각 실시예의 개방형 비분산 적외선 측정장치를 특정 가스를 측정하고자 하는 공간에 그대로 놓고 장치를 작동시키면, 광원이 적외선을 방사하고, 방사된 적외선중 일부는 특정 가스에 흡수된 후 센서에 도달하며, 센서는 도달한 적외선중 특정 가스 흡수능이 우수한 파장과 특정 가스에 의해 거의 흡수되지 않는 파장의 적외선에 대해서 흡수능을 조사한 후, 이를 자동으로 비교/측정하여 공간중 특정 가스 함량을 계산함으로써 가동되는 형식의 측정 방법을 사용해야 하는 것이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치는, 종래 사용되던 비분산형 적외선 측정장치(NDIR)과 달리, 도파관 및 그에 따른 부속 장치를 필요로 하지 않음으로써, 외부 잡 가스로부터 측정 광학계를 분리하거나, 분리된 광학계 내부를 적정하게 구성하여 광 경로를 연장하거나, 광학계에 먼지 또는 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 필터를 부착하거나, 반사면의 반사율을 장기간 유지하거나, 광학계 또는 측정계에 습기가 유입되는 것을 방지하거나, 유입된 습기에 의해 발생할 수 있는 결로 생성을 방지하기 위해 히터를 구성하거나 하는 등, 도파관 관련 주변 부속장치 또는 그의 유지/성능향상과 관련한 다양하고 복잡한 기술들을 필요로 하지 않게 되었다.
이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 및 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서(20); 및 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30)을 포함하여 구성되는, 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치를 제공할 수 있게 되었다.
본 발명이 완성됨으로써, 도파관과 관련한 각종 기기의 구성이 필요하지 않아서 잦은 고장이나 파손에 의한 기능 저하의 염려가 없을 뿐만 아니라 가격이 저렴하며, 측정을 위한 시료의 채취 또는 유입 공정을 필요로 하지 않아서 측정된 수치가 실제 목적 가스의 농도에 더 가깝게 계산될 수 있고, 광 경로의 연장, 먼지/이물질의 도파관 내로의 유입 및 습기 방지 등을 위한 주변 기술을 필요로 하지 않는, 새로운 적외선 이용 가스 측정장치가 제공될 수 있게 된 것이다.

Claims (7)

  1. 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치에 있어서,
    센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 마주보도록 구성되는 센서(20); 및 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는,
    개방형 비분산 적외선 가스 측정장치.
  2. 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치에 있어서,
    센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 및 광원(10)을 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)에 경사진 반구의 포물면으로 구성되어 광원으로부터 방사되는 적외선을 집광하여 흡광구역(30)으로 반사하기 위한 반사경(41)과 반사경(41)에 의해 반사된 적외선을 투과하여 흡광구역(30)으로 통과시키는 폴리에틸렌 재질 투과창(42)이 구비되는 광원캡(40)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는,
    개방형 비분산 적외선 가스 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    광원캡(40) 내부에는 광원을 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 가스가 충진됨을 특징으로 하는,
    개방형 비분산 적외선 가스 측정장치.
  4. 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치에 있어서,
    센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서, 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 및 센서(20)를 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)에 경사진 거울면으로 구성되어 광원(10)으로부터 방사되어 흡광구역(30)을 통과한 후 수광되는 적외선을 집광하여 센서(20)로 반사하기 위한 반사경(51)과 흡광구역(30)을 통과하여 수광되는 적외선을 투과하여 반사경(51)으로 유입시키는 폴리에틸렌 재질 투과창(52)이 구비되는 센서캡(50)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는,
    개방형 비분산 적외선 가스 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    센서캡(50) 내부에는 센서(20)를 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 가스가 충진됨을 특징으로 하는,
    개방형 비분산 적외선 가스 측정장치.
  6. 개방형 비분산 적외선 가스 측정장치에 있어서,
    센서(20) 방향으로 적외선을 방사하는 광원(10); 밴드패스필터(미도시)를 구비함으로써 광원(10)으로부터 방사되어 그 경로 상에서 특정 가스에 의해 일부 흡수된 후 도달하는 특정 파장의 적외선량을 측정하기 위한 것으로서 광원(10)과 일정 간격 이격되어 구성되는 센서(20); 광원(10)과 센서(20) 사이에 이격되어 형성되는 공간으로서, 측정하고자 하는 대기를 수용함과 동시에 광이 진행하는 경로를 제공하는 광학흡수계로서의 역할을 하는 흡광구역(30); 광원(10)을 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)에 경사진 반구의 포물면으로 구성되어 광원으로부터 방사되는 적외선을 집광하여 흡광구역(30)으로 반사하기 위한 반사경(41)과 반사경(41)에 의해 반사된 적외선을 투과하여 흡광구역(30)으로 통과시키는 폴리에틸렌 재질 투과창(42)이 구비되는 광원캡(40); 및 센서(20)를 덮어 밀폐함으로써 외부 대기로부터 보호하는 것으로서, 광원(10)에 경사진 거울면으로 구성되어 광원(10)으로부터 방사되어 흡광구역(30)을 통과한 후 수광되는 적외선을 집광하여 센서(20)로 반사하기 위한 반사경(51)과 흡광구역(30)을 통과하여 수광되는 적외선을 투과하여 반사경(51)으로 유입시키는 폴리에틸렌 재질 투과창(52)이 구비되는 센서캡(50)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는,
    개방형 비분산 적외선 가스 측정장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    광원캡(40) 내부에는 광원을 산화성 환경으로부터 보호하기 위한 질소(N2) 가스가 충진되며, 센서캡(50) 내부에는 센서(20)를 산화성 환경으로부터 보호하기위한 질소(N2) 가스가 충진됨을 특징으로 하는,
    개방형 비분산 적외선 가스 측정장치.
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CN107917888A (zh) * 2017-10-18 2018-04-17 上海虬祺传感器科技有限公司 一种扩散式非分光红外气体传感器

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