KR102309250B1 - Noxious gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉각기 및 반도체 공정에 많이 사용하는 R-22, R134a, R717, R744, R404A, R407C, R410A, R507, R290, R600, R600a, R1270 등으로 명칭되는 다양한 유해가스의 누출을 측정하는 유해가스측정센서에 관한 것이다.The present invention is a harmful gas that measures the leakage of various harmful gases called R-22, R134a, R717, R744, R404A, R407C, R410A, R507, R290, R600, R600a, R1270, etc., which are often used in coolers and semiconductor processes. It is about the measuring sensor.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로는 비분산 적외선 흡수 타입(NDIR : Non-dispersive infrared absorption type ) 가스 센서에 관한 것으로, 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 기술을 개시하고 있다.The prior art prior to the application of the present invention relates to a non-dispersive infrared absorption type (NDIR) gas sensor, wherein the non-dispersive infrared gas sensor includes a light source formed by a combination of a plurality of geometric solids in a light source unit and , discloses a technique including a concave reflective mirror portion formed by multi-stage bonding of a plurality of concave reflective mirror solid surfaces that respectively form parallel light with respect to light emitted from each surface of a plurality of geometric solid surfaces constituting this light source.
또 다른 선행기술로는 본 발명은 반도체 가스센서를 이용한 냉매가스 판별 방법에 관한 것으로, 냉매가스 충전 대상 에어컨으로부터 2개 이상 이종의 가스 감지용 반도체 가스센서가 수용된 가스 챔버로 투입되는 냉매가스 시료에 반응하여 상기 반도체 가스 센서에서 출력하는 가스감지신호의 출력 전압을 기준값과 비교하여 분석한 전압레벨을 근거로 해당 냉매가스의 종류를 판별하는 기술이 개시되어 있다.As another prior art, the present invention relates to a method for determining refrigerant gas using a semiconductor gas sensor, and is applied to a refrigerant gas sample injected from an air conditioner to a refrigerant gas charging target into a gas chamber in which two or more semiconductor gas sensors for sensing gas are accommodated. A technique for determining the type of the refrigerant gas based on the analyzed voltage level by comparing the output voltage of the gas detection signal output from the semiconductor gas sensor in response to a reference value is disclosed.
본 발명은 도1에 도시된 IR 대역에서 흡수스펙트럼을 가지는 여러가스 및/ 또는 유해가스를 측정하는 기술에 있어서, 측정하고자 하는 가스에서 광원의 광을 흡수하는 가스셀의 개량에 관한 것이다.The present invention relates to an improvement of a gas cell that absorbs light from a light source in a gas to be measured in a technique for measuring various gases and/or harmful gases having absorption spectra in the IR band shown in FIG. 1 .
상기 가스셀(200)은 내부에 측정하고자 하는 측정대상가스를 유입하고, 상기 측정대상가스가 유입된 상태에서 외부에서 광을 공급하여 상기 측정대상 가스를 상기 광이 통과하면서 상기 측정대상 가스의 종류에 따라 특정 파장의 광을 흡수하게 되어 상기 측정대상 가스를 통과한 빛이 측정센서에 도달하면, 상기 측정대상 가스에 의하여 감소된 파장대역을 측정함으로써 상기 측정대상 가스의 종류와 농도를 계산하는 가스센서의 핵심부품이다. 상기 측정대상가스의 농도가 낮거나, 광 흡수율이 적은 경우 측정이 쉽지않기때문에 상기 가스셀의 양단에 거울을 구비하여 입사된 광이 측정가스가 채워진 상기 가스셀을 상기 가스셀의 양단에 구비된 거울을 여러번 왕복하여 반사하며 상기 측정가스에 의한 광 흡수율을 높여 측정하게된다.The
따라서, 기존에는 상기 가스셀을 금속으로 매우 정밀하게 가공하고, 이를 항온항습 제어 가능한 측정기 내부에 구비하여 측정하였다.Therefore, in the prior art, the gas cell was processed very precisely with metal, and it was measured by providing it inside a measuring device capable of controlling constant temperature and humidity.
그러나, 안전에 대한 요구가 증가하고, 광(광원), 측정부, 제어부 및 계산부 등의 가격이 저렴해 지면서, 상기 가스셀의 원가 비중이 높아져 이에대한 개선의 요구가 있다.However, as the demand for safety increases and the prices of light (light source), measurement unit, control unit, and calculation unit become cheaper, the cost share of the gas cell increases, and there is a need for improvement.
본 출원 발명은 상기 가스셀을 플라스틱 사출물로 만드는 경우 상기 금속으로 만든 가스셀과 비교하여 정확성이 떨어지기때문에 발생하는 측정상의 문제를 해결하고자 하는 것이다An object of the present application is to solve a measurement problem that occurs because, when the gas cell is made of a plastic injection product, the accuracy is lower than that of the gas cell made of the metal.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 다음에 기재된 과제해결 수단을 제공한다.The present invention provides means for solving the problems described below in order to solve the above problems.
광원; 및light source; and
상기 광원에서 조사된 광이 입사되는 광입사부를 구비한 가스셀(200'); 및a
상기 가스셀의 광입사부의 반대쪽 또는 동일한 쪽에 구비되는 광출구; 및a light outlet provided on the opposite side or the same side of the light incident part of the gas cell; and
상기 광출구에서 나오는 광의 강도를 측정하는 PMT센서를 구비하고, 측정하고자하는 측정가스를 상기 가스셀에 유입하는 가스유입부 및 가스배출구를 구비한 유해가스측정센서에 있어서,In the harmful gas measurement sensor having a PMT sensor for measuring the intensity of light emitted from the light outlet, and having a gas inlet and a gas outlet for introducing a measurement gas to be measured into the gas cell,
상기 가스셀(200')은 플라스틱 사출로 제작되며, 상기 가스셀은 내부가 비어있는 원동형 또는 원기둥형으로 형성되고, 상기 가스셀의 양단은 금속 미러를 코팅하여 상기 광입사부를 통하여 입사된 광이 설계된 횟수만큼 상기 가스셀 내부를 왕복하는 광경로를 거쳐 상기 광출구로 나와 상기 PMT센서에서 측정되도록 구비되며,The gas cell 200' is manufactured by plastic injection, and the gas cell is formed in a cylindrical or cylindrical shape with an empty inside, and both ends of the gas cell are coated with a metal mirror to light incident through the light incident part. It is provided to be measured by the PMT sensor coming out of the light exit through the optical path that reciprocates inside the gas cell for the designed number of times,
플라스틱 사출로 제작된 상기 가스셀(200')이 주변의 온도에 의하여 수축 또는 팽창하여 상기 광경로의 길이가 변화되어 상기 광출구로 나온 광이 상기 PMT 센서의 중심에 위치하지 않는 것을 방지하기 위하여,In order to prevent the
상기 플라스틱 사출로 제작된 상기 가스셀(200')의 일단에 돌출된 노치를 구비하고 타단에 레이저 거리계를 구비하여 상기 가스셀(200')의 길이를 측정하는 가스셀길이측정부; 및a gas cell length measuring unit having a notch protruding at one end of the gas cell 200' manufactured by plastic injection and having a laser rangefinder at the other end to measure the length of the gas cell 200'; and
상기 가스셀길이측정부에서 측정한 길이에 따라 상기 광출구로 나오는 광의 위치가 변화되는 것을 예측하여 상기 PMT 센서의 위치를 조절하는 PMT센서 위치 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 제공한다.It provides a harmful gas measurement sensor comprising a PMT sensor position adjusting unit that adjusts the position of the PMT sensor by predicting that the position of the light coming out of the light outlet changes according to the length measured by the gas cell length measuring unit do.
또한, 상기 PMT센서 위치 조절부는 상하로 움직이는 액추에이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 제공한다.In addition, the PMT sensor position adjusting unit provides a harmful gas measurement sensor, characterized in that consisting of an actuator that moves up and down.
또한, 상기 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법에 있어서,In addition, in the harmful gas measurement method using the harmful gas measurement sensor,
상기 가스셀길이측정부에서 상기 가스셀의 길이를 측정하는 길이측정단계; 및a length measuring step of measuring the length of the gas cell in the gas cell length measuring unit; and
상기 길이측정단계에서 측정된 길이와 상기 유해가스측정센서의 설계된 광길이와의 비를 이용하여 상기 PMT센서에서 측정된 측정광강도를 교정하는 측정신호교정단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법을 제공한다.Noxious gas, characterized in that it further comprises a measurement signal calibration step of calibrating the measured light intensity measured by the PMT sensor using the ratio between the length measured in the length measurement step and the designed light length of the noxious gas measurement sensor A harmful gas measurement method using a measurement sensor is provided.
또한, 측정신호교정단계에서는 하기 식으로 교정된측정광강도를 계산하는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법을 제공한다.In addition, in the measurement signal calibration step, there is provided a harmful gas measurement method using a harmful gas measurement sensor, characterized in that the measured light intensity corrected by the following formula is calculated.
상기와 같은 구성에 의하여 대량 생산가능한 플라스틱 사출물로 구성된 가스셀을 온도의 변화에 따른 가스셀 길이의 변화에 관계없이 정확한 농도의 유해가스를 측정할 수 있는 효과가 있는 유해가스측정장치를 제공한다.Provided is a harmful gas measuring device having the effect of measuring an accurate concentration of a harmful gas regardless of a change in the gas cell length according to a change in temperature in a gas cell composed of a plastic injection product that can be mass-produced by the above configuration.
도 1은 일반적인 IR 광원을 이용한 가스측정 센서의 개념도
도 2는 기존의 금속(알루미늄 등)을 사용하여 가공제작하는 가스셀의 외형도
도 3은 본 발명의 플라스틱 사출되는 가스셀의 외형도
도 4는 본 발명의 플라시틱 사출 가스셀의 길이가 설계된 길이와 동일한 경우의 광경로를 도시
도 5는 본 발명의 플라시틱 사출 가스셀의 길이가 설계된 길이 보다 수축된 경우의 광경로를 도시
도 6는 본 발명의 특징부인 광경로가 변화되어 입사된 광이 설계된 광축에서 벗어난 경우 PMT 센서를 상하로 움직여 광출구로 나오는 빛의 위치에 맞추는 개념도
도 7은 본 발명의 레이저거리측정기로 가스셀의 길이를 측정하는 개념도1 is a conceptual diagram of a gas measurement sensor using a general IR light source
2 is an external view of a gas cell fabricated using an existing metal (aluminum, etc.)
3 is an external view of the plastic injection gas cell of the present invention;
4 shows an optical path in the case where the length of the plastic injection gas cell of the present invention is the same as the designed length.
5 is a view showing the optical path when the length of the plastic injection gas cell of the present invention is contracted than the designed length.
6 is a conceptual diagram of moving the PMT sensor up and down to match the position of the light coming out of the light exit when the light path, which is a characteristic feature of the present invention, is changed and the incident light deviates from the designed optical axis.
7 is a conceptual diagram for measuring the length of a gas cell with a laser rangefinder of the present invention
냉장고, 냉동고에 같이 인류가 주로 사용했던 냉매는 프레온가스라고 명칭한 우리에게 가장 익숙했던 냉매는 R-12는 이미 대체 냉매가 개발되어 다양한 냉매가 사용되고 있으며, 현재 주로 사용되고 있는 냉매는 R-22, R134a, R717, R744, R404A, R407C, R410A, R507, R290, R600, R600a, R1270 등 C-F 계열의 다양한 냉매가 개발되어 사용되고 있다.The refrigerant most commonly used by mankind in refrigerators and freezers is called Freon gas, and the refrigerant we are most familiar with is R-12. Various CF-based refrigerants such as R134a, R717, R744, R404A, R407C, R410A, R507, R290, R600, R600a, and R1270 have been developed and used.
이러한 냉매는 우리 인류의 생활을 편안하게 하였을 뿐만 아니라 각종 기계 산업을 발전시키는 원동력이 되어왔으며, 암모니아는 냉매로서의 열역학적 성질이 뛰어남에도 불구하고 그 독성과 가연성으로 인해 좋은 냉매로서 인식되지 못함에 따라 최근에 다양한 냉매의 사용의 개발 및 활용되고 있다. These refrigerants not only made our lives comfortable but also became a driving force for the development of various machinery industries. Although ammonia has excellent thermodynamic properties as a refrigerant, it is not recognized as a good refrigerant due to its toxicity and flammability. The use of various refrigerants has been developed and utilized.
냉매의 종류는 냉동기에서의 가스의 압축 특성을 이용할 수 있는 모든 가스를 사용하여 냉동기를 설계할 수 있다. 따라서 냉매가스는 프레온계열과 같이 F-gas를 사용할 수 있으며 도1과 같은 다양한 종류의 가스를 사용할 수 있다. As the type of refrigerant, a refrigerator can be designed using any gas that can utilize the compressive properties of the gas in the refrigerator. Therefore, as the refrigerant gas, F-gas can be used like the Freon series, and various types of gases as shown in FIG. 1 can be used.
도1은 기존의 NDIR 방식을 사용하는 가스측정 센서의 구성도이다. 광원은 적외선영역의 다양한 파장을 효과적으로 발광할 수 있는 광원을 사용하며 가스 특성에 맞는 광원을 선정하여 사용한다. Chopper( 또는 shutter)는 NDIR의 적외선 신호를 획득하는 경우에는 적외선의 신호가 매우 미약한 신호이기 때문에 신호대 잡음 비율을 높이기 위하여, 기계적인 chopper로 lock-in amp를 사용하고 있다.1 is a block diagram of a gas measurement sensor using a conventional NDIR method. A light source that can effectively emit various wavelengths in the infrared region is used as a light source, and a light source suitable for gas characteristics is selected and used. The chopper (or shutter) uses a lock-in amp as a mechanical chopper to increase the signal-to-noise ratio because the infrared signal is very weak when the NDIR infrared signal is acquired.
특정 파장대역의 신호를 측정하기 위한 Optical filter(광학 필터)는 다수의 가스를 측정할 때 필요한 다수의 밴드패스를 부착하고 일정한 주기로 회전하면서 각 가스 측정항목을 측정하는 형태로 구성된다. 측정 대상 가스의 종류가 증가하고, 각 가스마다 필수적으로 측정해야하는 파장대의 필터를 모두 구비하여야 다수의 가스를 측정할 수 있다.An optical filter for measuring a signal in a specific wavelength band is composed of a type of measuring each gas measurement item while attaching a number of bandpasses required to measure a large number of gases and rotating at a constant cycle. The number of gas types to be measured increases, and a plurality of gases can be measured only when filters in a wavelength band that are required to be measured for each gas are all provided.
측정 셀(measurement chamber)은 센서의 감도를 결정하는 중요한 요인으로, 측정 셀의 길이에 따라, 신호 크기가 달라지기 때문에, 필요한 신호크기를 충족하는 최소한의 길이의 측정 셀을 설계하여 사용한다.A measurement chamber is an important factor in determining the sensitivity of a sensor, and since the signal size varies according to the length of the measurement cell, a measurement cell with a minimum length satisfying the required signal size is designed and used.
검출기(Detector)는 측정기의 핵심부품 중 하나로 적외선 광을 측정할 수 있는 적외선 센서를 선정하여 신호를 측정한다. 기타 측정하기 위한 공기를 넣고 빼는 밸브류 및 유로와 전원 등의 구성이 필요하다.The detector measures the signal by selecting an infrared sensor that can measure infrared light as one of the core parts of the measuring instrument. Other components such as valves, flow paths and power sources for measuring air in and out are required.
도1에 도시된 도면에서 레퍼런스는 하나의 광원에서 광이 공급되는 경우에도 외부 전원의 불안정으로 인하여 디텍터에서 측정되는 신호의 레벨이 달라 잘못 측정되는 것을 막기 위하여 신호처리를 위한 0점을 잡기위한 레퍼런스이다.In the drawing shown in FIG. 1, the reference is a reference for setting a zero point for signal processing in order to prevent erroneous measurement because the level of the signal measured by the detector is different due to the instability of the external power source even when light is supplied from one light source am.
본 발명은 도1에 도시된 IR 대역에서 흡수스펙트럼을 가지는 여러가스 및/ 또는 유해가스를 측정하는 기술에 있어서, 측정하고자 하는 가스에서 광원의 광을 흡수하는 가스셀의 개량에 관한 것이다.The present invention relates to an improvement of a gas cell that absorbs light from a light source in a gas to be measured in a technique for measuring various gases and/or harmful gases having absorption spectra in the IR band shown in FIG. 1 .
상기 가스셀(200)은 내부에 측정하고자 하는 측정대상가스를 유입하고, 상기 측정대상가스가 유입된 상태에서 외부에서 광을 공급하여 상기 측정대상 가스를 상기 광이 통과하면서 상기 측정대상 가스의 종류에 따라 특정 파장의 광을 흡수하게 되어 상기 측정대상 가스를 통과한 빛이 측정센서에 도달하면, 상기 측정대상 가스에 의하여 감소된 파장대역을 측정함으로써 상기 측정대상 가스의 종류와 농도를 계산하는 가스센서의 핵심부품이다. 상기 측정대상가스의 농도가 낮거나, 광 흡수율이 적은 경우 측정이 쉽지않기때문에 상기 가스셀의 양단에 거울을 구비하여 입사된 광이 측정가스가 채워진 상기 가스셀을 상기 가스셀의 양단에 구비된 거울을 여러번 왕복하여 반사하며 상기 측정가스에 의한 광 흡수율을 높여 측정하게된다.The
따라서, 기존에는 상기 가스셀을 금속으로 매우 정밀하게 가공하고, 이를 항온항습 제어 가능한 측정기 내부에 구비하여 측정하였다.Therefore, in the prior art, the gas cell was processed very precisely with metal, and it was measured by providing it inside a measuring device capable of controlling constant temperature and humidity.
그러나, 안전에 대한 요구가 증가하고, 광(광원), 측정부, 제어부 및 계산부 등의 가격이 저렴해 지면서, 상기 가스셀의 원가 비중이 높아져 이에대한 개선의 요구가 있다. 본 출원 발명은 상기 가스셀을 플라스틱 사출물로 만드는 경우 상기 금속으로 만든 가스셀과 비교하여 정확성이 떨어지기때문에 발생하는 측정상의 문제를 해결하고자 하는 것이다.However, as the demand for safety increases and the prices of light (light source), measurement unit, control unit, and calculation unit become cheaper, the cost share of the gas cell increases, and there is a need for improvement. An object of the present application is to solve a measurement problem that occurs when the gas cell is made of a plastic injection molded product because the accuracy is lower than that of the gas cell made of the metal.
이는 일반적으로 알루미늄과 같이 가공성이 좋은 금속으로 가스셀을 제작하는 경우 금속은 열전도성이 좋기때문에 상기 가스셀을 설치한 주면을 막고 온도를 일정하게 유지하면 짧은 시간안에 가스셀의 온도를 설계당시의 온도로 유지하여, 상기 가스셀의 길이변화 없이 항상 정확한 측정이 가능하다. 그러나, 플라스틱 사출물의 경우 항온환경을 만들어 준다하여, 열전도성이 나쁘기때문에 플라스틱 사출된 가스셀의 내부까지 온도가 전달되어 설정된 온도가 유지되어 가스셀의 크기와 길이가 설계된 크기로 설정하기 어려운문제가 있다.In general, when a gas cell is made of a metal with good workability such as aluminum, since the metal has good thermal conductivity, if the main surface where the gas cell is installed is blocked and the temperature is kept constant, the temperature of the gas cell can be adjusted in a short time at the time of design. By maintaining the temperature, accurate measurement is always possible without changing the length of the gas cell. However, in the case of plastic injection molding, it is difficult to set the size and length of the gas cell to the designed size because the temperature is transferred to the inside of the plastic injection gas cell and the set temperature is maintained because the thermal conductivity is poor because it creates a constant temperature environment. have.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기위하여 도7에 제시된 가스셀 및 이를위한 주변구성을 제공하고자한다.An object of the present invention is to provide a gas cell shown in FIG. 7 and a peripheral configuration therefor in order to solve the above problems.
즉, 가스셀의 길이를 측정하는 레이저길이측정부와 측정된 길이에 따라 예상되는 출구광의 위치에 PMT 센서를 위치시키는 PMT 센서 위치조절부를 구성하고 상기 위치조절부는 모터 등으로 구동되는 액추에이터로 제어하도록 하고 있다.That is, a laser length measuring unit for measuring the length of the gas cell and a PMT sensor position adjusting unit for positioning the PMT sensor at the position of the expected exit light according to the measured length are configured, and the position adjusting unit is controlled by an actuator driven by a motor or the like. are doing
또한, 상기 레이저길이측정부 없이도 측정 전에 상기 PMT 센서의 위치를 상하로 이동하면서 상기 PMT 센서에서 측정된 광신호가 가장 큰 위치에 PMT 센서를 위치하여 가스를 측정할 수 있다.In addition, the gas can be measured by positioning the PMT sensor at a position where the optical signal measured by the PMT sensor is greatest while moving the position of the PMT sensor up and down before measurement without the laser length measurement unit.
그러나, 이경우에는 상기 입구광에서 상기 PMT 센서까지 광이 도달하는 광경로의 길이에 따라 같은 농도의 가스센서라도 측정값이 달라질 수 있는 문제가 있다.However, in this case, there is a problem that the measured value may be different even for a gas sensor having the same concentration depending on the length of the optical path through which the light arrives from the entrance light to the PMT sensor.
이러한 경우에는 표준 가스를 상기 가스셀에 주입하여 표준 가스에 대한 상대적인 광강도를 측정하여 이를 교정하여 사용할 수 있다.In this case, a standard gas may be injected into the gas cell to measure the light intensity relative to the standard gas, and the standard gas may be calibrated and used.
한편, 상기 레이저길이측정부를 이용하는 경우에는 최초 가스셀의 설계된 길이와 상기 레이저길이측정부에서 측정된 길이와의 비율을 이용하여 상기 PMT 센서에서 측정된 신호를 교정하여 사용할 수 있음은 물론이다.On the other hand, in the case of using the laser length measurement unit, the signal measured by the PMT sensor may be corrected and used by using a ratio between the initially designed length of the gas cell and the length measured by the laser length measurement unit.
본 발명의 상기와 같은 작용효과를 위하여 하기위 과제해결 수단을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned effects of the present invention, the following problem solving means are provided.
광원; 및 상기 광원에서 조사된 광이 입사되는 광입사부를 구비한 가스셀(200'); 및light source; and a
상기 가스셀의 광입사부의 반대쪽 또는 동일한 쪽에 구비되는 광출구; 및a light outlet provided on the opposite side or the same side of the light incident part of the gas cell; and
상기 광출구에서 나오는 광의 강도를 측정하는 PMT센서를 구비하고, 측정하고자하는 측정가스를 상기 가스셀에 유입하는 가스유입부 및 가스배출구를 구비한 유해가스측정센서에 있어서,In the harmful gas measurement sensor having a PMT sensor for measuring the intensity of light emitted from the light outlet, and having a gas inlet and a gas outlet for introducing a measurement gas to be measured into the gas cell,
상기 가스셀(200')은 플라스틱 사출로 제작되며, 상기 가스셀은 내부가 비어있는 원동형 또는 원기둥형으로 형성되고, 상기 가스셀의 양단은 금속 미러를 코팅하여 상기 광입사부를 통하여 입사된 광이 설계된 횟수만큼 상기 가스셀 내부를 왕복하는 광경로를 거쳐 상기 광출구로 나와 상기 PMT센서에서 측정되도록 구비되며,The gas cell 200' is manufactured by plastic injection, and the gas cell is formed in a cylindrical or cylindrical shape with an empty interior, and both ends of the gas cell are coated with a metal mirror to light incident through the light incident part. It is provided to be measured by the PMT sensor coming out of the light exit through the optical path that reciprocates inside the gas cell for the designed number of times,
플라스틱 사출로 제작된 상기 가스셀(200')이 주변의 온도에 의하여 수축 또는 팽창하여 상기 광경로의 길이가 변화되어 상기 광출구로 나온 광이 상기 PMT 센서의 중심에 위지하지 않는 것을 방지하기 위하여,In order to prevent the
상기 플라스틱 사출로 제작된 상기 가스셀(200')의 일단에 돌출된 노치를 구비하고 타단에 레이저 거리계를 구비하여 상기 가스셀(200')의 길이를 측정하는 가스셀길이측정부; 및a gas cell length measuring unit having a notch protruding at one end of the gas cell 200' manufactured by plastic injection and having a laser rangefinder at the other end to measure the length of the gas cell 200'; and
상기 가스셀길이측정부에서 측정한 길이에 따라 상기 광출구로 나오는 광의 위치가 변화되는 것을 예측하여 상기 PMT 센서의 위치를 조절하는 PMT센서 위치 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 제공한다.It provides a harmful gas measurement sensor comprising a PMT sensor position adjusting unit that adjusts the position of the PMT sensor by predicting that the position of the light coming out of the light outlet changes according to the length measured by the gas cell length measuring unit do.
또한, 상기 PMT센서 위치 조절부는 상하로 움직이는 액추에이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 제공한다.In addition, the PMT sensor position adjusting unit provides a harmful gas measurement sensor, characterized in that consisting of an actuator that moves up and down.
또한, 상기 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법에 있어서,In addition, in the harmful gas measurement method using the harmful gas measurement sensor,
상기 가스셀길이측정부에서 상기 가스셀의 길이를 측정하는 길이측정단계; 및a length measuring step of measuring the length of the gas cell in the gas cell length measuring unit; and
상기 길이측정단계에서 측정된 길이와 상기 유해가스측정센서의 설계된 광길이와의 비를 이용하여 상기 PMT센서에서 측정된 측정광강도를 교정하는 측정신호교정단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법을 제공한다.Noxious gas, characterized in that it further comprises a measurement signal calibration step of calibrating the measured light intensity measured by the PMT sensor using the ratio between the length measured in the length measurement step and the designed light length of the noxious gas measurement sensor A harmful gas measurement method using a measurement sensor is provided.
또한, 측정신호교정단계에서는 하기 식으로 교정된측정광강도를 계산하는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법을 제공한다.In addition, in the measurement signal calibration step, there is provided a harmful gas measurement method using a harmful gas measurement sensor, characterized in that the measured light intensity corrected by the following formula is calculated.
100 : 측정부
200 : 금속 가스셀
201 : 반사경
202 : 측정부반사경
200' : 플라스틱 사출 가스셀
201' : 반사경
202' : 측정부반사경
210 : 측정광 출구
220 : PMT 센서
250' : 가스셀 후방 캡
300 : 측정광축
400 : 레이저 거리측정기
410 : 반사판
500 : PMT 위치조절 액추에이터
L : 가스셀 길이
L' : 온도에 따라 변화되는 가스셀 길이100: measurement unit
200: metal gas cell
201: reflector
202: measuring sub-reflector
200' : plastic injection gas cell
201' : Reflector
202': Measuring sub-reflector
210: measurement light exit
220: PMT sensor
250' : gas cell rear cap
300: measurement optical axis
400: laser rangefinder
410: reflector
500: PMT positioning actuator
L: gas cell length
L': gas cell length that changes with temperature
Claims (4)
상기 광원에서 조사된 광이 입사되는 광입사부를 구비한 가스셀(200'); 및
상기 가스셀의 광입사부의 반대쪽 또는 동일한 쪽에 구비되는 광출구; 및
상기 광출구에서 나오는 광의 강도를 측정하는 PMT센서를 구비하고, 측정하고자하는 측정가스를 상기 가스셀에 유입하는 가스유입부 및 가스배출구를 구비한 유해가스측정센서의
상기 가스셀(200')은 플라스틱 사출로 제작되며, 상기 가스셀은 내부가 비어있는 원동형 또는 원기둥형으로 형성되고, 상기 가스셀의 양단은 금속 미러를 코팅하여 상기 광입사부를 통하여 입사된 광이 설계된 횟수만큼 상기 가스셀 내부를 왕복하는 광경로를 거쳐 상기 광출구로 나와 상기 PMT센서에서 측정되도록 구비되며,
플라스틱 사출로 제작된 상기 가스셀(200')이 주변의 온도에 의하여 수축 또는 팽창하여 상기 광경로의 길이가 변화되어 상기 광출구로 나온 광이 상기 PMT 센서의 중심에 위지하지 않는 것을 방지하기 위하여,
상기 플라스틱 사출로 제작된 상기 가스셀(200')의 일단에 돌출된 노치를 구비하고 타단에 레이저 거리계를 구비하여 상기 가스셀(200')의 길이를 측정하는 가스셀길이측정부; 및
상기 가스셀길이측정부에서 측정한 길이에 따라 상기 광출구로 나오는 광의 위치가 변화되는 것을 예측하여 상기 PMT 센서의 위치를 조절하는 PMT센서 위치 조절부; 및
상기 PMT센서 위치 조절부는 상하로 움직이는 액추에이터로 구성되는 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법에 있어서,
상기 가스셀길이측정부에서 상기 가스셀의 길이를 측정하는 길이측정단계; 및
상기 길이측정단계에서 측정된 길이와 상기 유해가스측정센서의 설계된 광길이와의 비를 이용하여 상기 PMT센서에서 측정된 측정광강도를 교정하는 측정신호교정단계를 더 구비하고,
상기 측정신호교정단계에서는
식으로 교정된측정광강도를 계산하는 것을 특징으로 하는 유해가스측정센서를 이용한 유해가스측정방법.light source; and
a gas cell 200 ′ having a light incident part into which the light irradiated from the light source is incident; and
a light outlet provided on the opposite side or the same side of the light incident part of the gas cell; and
A harmful gas measurement sensor having a PMT sensor for measuring the intensity of light emitted from the light outlet and having a gas inlet and a gas outlet for introducing a measurement gas to be measured into the gas cell
The gas cell 200' is manufactured by plastic injection, and the gas cell is formed in a cylindrical or cylindrical shape with an empty interior, and both ends of the gas cell are coated with a metal mirror to light incident through the light incident part. It is provided to be measured by the PMT sensor out of the light exit through the optical path that reciprocates inside the gas cell as many times as this designed number of times,
In order to prevent the gas cell 200 ′ made of plastic injection from being contracted or expanded by the surrounding temperature to change the length of the optical path so that the light emitted from the light exit is not located in the center of the PMT sensor. ,
a gas cell length measuring unit having a protruding notch at one end of the gas cell 200' manufactured by plastic injection and a laser rangefinder at the other end to measure the length of the gas cell 200'; and
a PMT sensor position adjusting unit for predicting a change in the position of the light coming out of the light outlet according to the length measured by the gas cell length measuring unit and adjusting the position of the PMT sensor; and
In the harmful gas measurement method using the harmful gas measurement sensor consisting of an actuator that moves up and down, the PMT sensor position control unit,
a length measuring step of measuring the length of the gas cell in the gas cell length measuring unit; and
Further comprising a measurement signal calibration step of calibrating the measured light intensity measured by the PMT sensor by using the ratio of the length measured in the length measurement step and the designed light length of the harmful gas measurement sensor,
In the measurement signal calibration step,
Noxious gas measurement method using a harmful gas measurement sensor, characterized in that calculating the measured light intensity corrected by the formula.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240056955A (en) | 2022-10-24 | 2024-05-02 | 에스케이텔레콤 주식회사 | Device and method for measuring gas concentration |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4254654B2 (en) * | 2004-08-17 | 2009-04-15 | 株式会社島津製作所 | Laser multiple reflection cell gas analyzer |
| KR100996711B1 (en) | 2007-07-31 | 2010-11-25 | 주식회사 오토전자 | Non-dispersive Infra-Red Absorption NDIR Type Gas Sensor with Collimated Light Source |
| KR20140128535A (en) * | 2013-04-26 | 2014-11-06 | 한국건설기술연구원 | Apparatus for Detecting and Alarming Toxic Gas Using IR Spectrometer and Method for Detecting and Alarming Toxic Gas Using the Same |
| KR20180097493A (en) * | 2018-08-24 | 2018-08-31 | 김창현 | Apparatus for measuring gas concentration |
| KR20190110409A (en) | 2018-03-20 | 2019-09-30 | 고선미 | Method of deciding kind of refrigerant gas using semiconductor gas sensor |
| KR102073064B1 (en) * | 2019-10-10 | 2020-02-04 | (주)세성 | Non-dispersion near infrared gas measuring device |
-
2021
- 2021-03-17 KR KR1020210034455A patent/KR102309250B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4254654B2 (en) * | 2004-08-17 | 2009-04-15 | 株式会社島津製作所 | Laser multiple reflection cell gas analyzer |
| KR100996711B1 (en) | 2007-07-31 | 2010-11-25 | 주식회사 오토전자 | Non-dispersive Infra-Red Absorption NDIR Type Gas Sensor with Collimated Light Source |
| KR20140128535A (en) * | 2013-04-26 | 2014-11-06 | 한국건설기술연구원 | Apparatus for Detecting and Alarming Toxic Gas Using IR Spectrometer and Method for Detecting and Alarming Toxic Gas Using the Same |
| KR20190110409A (en) | 2018-03-20 | 2019-09-30 | 고선미 | Method of deciding kind of refrigerant gas using semiconductor gas sensor |
| KR20180097493A (en) * | 2018-08-24 | 2018-08-31 | 김창현 | Apparatus for measuring gas concentration |
| KR102073064B1 (en) * | 2019-10-10 | 2020-02-04 | (주)세성 | Non-dispersion near infrared gas measuring device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240056955A (en) | 2022-10-24 | 2024-05-02 | 에스케이텔레콤 주식회사 | Device and method for measuring gas concentration |
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