WO2017105155A1 - 가스 농도 측정 장치 - Google Patents

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    • G01N2201/0668—Multiple paths; optimisable path length

Definitions

  • the present invention relates to a gas concentration measuring apparatus, and more particularly to a gas concentration measuring apparatus capable of precise gas concentration measurement and miniaturization by extending the optical path length for measuring gas concentration using a plurality of reflectors.
  • Optical gas sensor technology allows gases composed of different atoms (e.g., CO, CO 2 , CH 4 , NO, NO 2 , SO 2 , NH 3 , acetone, etc.) to absorb light of a specific wavelength range unique to each molecule.
  • gases composed of different atoms (e.g., CO, CO 2 , CH 4 , NO, NO 2 , SO 2 , NH 3 , acetone, etc.) to absorb light of a specific wavelength range unique to each molecule.
  • gases composed of different atoms (e.g., CO, CO 2 , CH 4 , NO, NO 2 , SO 2 , NH 3 , acetone, etc.) to absorb light of a specific wavelength range unique to each molecule.
  • the characteristic it is a method of measuring the gas concentration by measuring the light absorption of each wavelength band of the gas and converting it.
  • the optical gas sensor basically includes a light source and a light detector and has a structure including an optical cavity for increasing light absorption.
  • gas molecules make up several energy levels, and by absorbing photons with energy resonating at these energy levels, the gas molecules transition from the ground state to the excited state.
  • the gas molecules selectively absorb only energy corresponding to both vibration energies, and generally absorb light in the infrared region as vibration energies. For this reason, CO 2 , CO, CH 4 , and C 3 H 8 each have unique absorption spectra. For example, CO 2 absorbs wavelengths of 4.25 ⁇ m, CO 4.7 ⁇ m, and CH 4 3.3 ⁇ m. The degree of absorption depends on the concentration of the gas.
  • the absorption rate increases when the number of contact between photons and gas molecules increases.
  • One method of increasing the number of contact of gas molecules for the same amount of light is to lengthen the optical path length in the optical cavity, which is confirmed from the Beer-Lambert theory, which is an optical gas sensor analysis theory. Can be.
  • the Beer-Lambert theory shows that the larger the light path length L for the same concentration, the smaller the I value, and the larger the light path length L for the same concentration change, the greater the change in the I value, thus enabling the fabrication of a more precise sensor. Can be.
  • the effective optical cavity should have a structure that increases the light efficiency in addition to lengthening the light path.
  • the light efficiency in addition to lengthening the light path.
  • the light condensing characteristic of the light cavity is improved, the amount of light wasted can be reduced, thereby increasing the light efficiency.
  • the higher the I o values will have high optical efficiency, and also it is possible to manufacture a more precise sensor to the greater variation range of I values for the change in the same concentration.
  • the length of the optical path, the size of the optical cavity, and the increase in the light efficiency of the optical cavity determine the competitiveness of the optical gas sensor.
  • An object of the present invention is to provide a gas concentration measuring device capable of precise gas concentration measurement and miniaturization by extending the optical path length for gas concentration measurement using a plurality of reflectors. .
  • the gas concentration measuring apparatus a light source unit for irradiating light into the gas concentration measuring apparatus, an incident part for refracting the light irradiated from the light source unit, incident A first reflecting portion reflecting the light to be reflected, a second reflecting portion, a third reflecting portion rotatable, and a light receiving portion measuring the amount of incident light, and the light incident from the incident portion passes through the third reflecting portion The light is reflected between the first reflecting portion and the second reflecting portion, and the light path is changed as the third reflecting portion rotates to enter the light receiving portion.
  • the light reflected from the first reflecting portion and the light reflected from the second reflecting portion may pass through the same point.
  • each of the first reflecting unit, the second reflecting unit, and the third reflecting unit may be any one of an ellipsoidal mirror, a radial mirror, a parabolic mirror, and a planar mirror.
  • the focus of the first reflecting portion and the focus of the second reflecting portion may be located on the reflective surface of the third reflecting portion.
  • the first reflecting portion may be a planar mirror
  • the gas concentration measuring apparatus may further include a light collecting lens disposed between the first reflecting portion and the second reflecting portion.
  • the focal point of the condensing lens may be located on the reflective surface of the third reflector.
  • the gas concentration measuring apparatus may further include a controller configured to differently adjust an incident angle of light irradiated into the gas concentration measuring apparatus according to the wavelength of light irradiated into the gas concentration measuring apparatus. have.
  • the light source unit may include a plurality of optical elements for irradiating light having different incident angles and different wavelengths.
  • the incidence unit may further include a light dispersion correction unit that minimizes dispersion of wavelengths of light emitted from the light source unit.
  • first reflecting portion and the second reflecting portion may be formed in one circle, and the focus of the first reflecting portion and the second reflecting portion may coincide with each other.
  • the gas concentration measuring apparatus may be configured such that the gas concentration measuring apparatus has a predetermined driving range from a time point at which light is irradiated into the gas concentration measuring device to a time point at which light irradiated into the gas concentration measuring device is emitted to the light receiving unit. It may further include a control unit for rotating the three reflectors.
  • the gas concentration measuring apparatus as described above, by using a plurality of reflectors to extend the length of the optical path for gas concentration measurement has the effect that can be precise gas concentration measurement and miniaturization.
  • FIGS. 1A to 1C are views illustrating a gas concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C are views illustrating a gas concentration measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a gas concentration measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a gas concentration measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating an apparatus for measuring gas concentration according to still another embodiment of the present invention.
  • 6A to 6C are views illustrating a gas concentration measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a gas concentration measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the infrared gas concentration measuring apparatus will be described as an example.
  • the present invention is not limited to the infrared gas concentration measuring device, but can be applied to the gas concentration measuring device using a light source other than infrared.
  • FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a gas concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the gas concentration measuring apparatus 100 includes a light source unit 110, an incident unit 120, a light receiving unit 130, a chamber unit 150, and a first reflecting unit 160. ), A second reflector 170, and a third reflector 180.
  • the light source unit 110 may irradiate light into the gas concentration measuring apparatus 100 by the applied power. That is, the light source unit 110 may irradiate light to the incident unit 120 at a predetermined angle.
  • the angle at which the light source 110 irradiates light may be set such that the light radiated into the chamber 150 through the incident part 120 faces the focal point F of the second reflector 170. According to Snell's law, the light irradiated from the light source unit 110 receives the light from the light source unit 110 in consideration of the wavelength of the light source used for measuring the gas concentration by using a property in which the incident angle and the refractive angle of the light are different due to the difference in refractive index of different materials.
  • the angle of incidence can be set.
  • the angle of refraction shown in FIG. 1A is exemplary and is not limited thereto.
  • the light source unit 110 may include at least one of an infrared light emitting diode, an infrared lamp, and an ultraviolet lamp. In addition, the light source unit 110 may further include a separate light collecting device for irradiating light in parallel at a predetermined angle.
  • the incident part 120 refracts the light emitted from the light source part 110 to face the third reflecting part 180.
  • Light refracted through the incident part 120 may face the focal point F.
  • the incident part 120 may be formed of a material having high light transmittance.
  • the incidence part 120 may be formed of a material having less dispersion according to the wavelength.
  • the curvature of the incident part 120 is equal to the curvature of the first reflecting part 160, and the distance from one side of the incident part 120 to the focal point F about the focal point F is determined. It can also be designed as a parabola that is part of a circle of radius.
  • the incident part 120 may form the same area as the first reflecting part 160, but is not limited thereto. The area, thickness, width, and height of the incident part 120 may be variously changed according to design. .
  • the incident part 120 may seal the inside of the chamber part 150 so that the gas introduced into the chamber part 150 does not flow out.
  • the distance between the first reflector 160 and the focal point F, the second reflector 170 and the focus may be designed such that no offset interference of light occurs based on the wavelength of light used.
  • the light receiving unit 130 may measure the amount of light incident by the light source unit 110 and the light passing through the chamber unit 150 is incident.
  • the light receiver 130 may be implemented by various types of light quantity measuring devices as known to those skilled in the art.
  • the chamber unit 150 may be formed of a hollow enclosure through which gas may be introduced and discharged.
  • the chamber unit 150 may include a gas inlet 151, a gas outlet 152, and a light outlet 153. Gas is introduced through the gas inlet 151 formed in the chamber 150, and the injected gas may be discharged to the outside through the gas outlet 152.
  • a dust removal filter, a water removal filter, or the like may be installed in the gas inlet 151 to remove foreign substances from the injected gas, thereby improving the measurement accuracy of the gas.
  • the gas inlet 151 and the gas outlet 152 may each include a barrier film that operates in a sliding manner to prevent leakage of gas.
  • the light extraction port 153 may be formed on one side of the chamber 150 to allow light to reach the light receiver 130 from the chamber 150.
  • the light exit port 153 may be made of a material having a high transmittance.
  • the light extraction port 153 is illustrated to be positioned on one side of the second reflector 170 in the embodiment, but is not limited thereto.
  • the positions of the gas inlet 151, the gas outlet 152, and the light outlet 153 may be formed at various positions according to design.
  • the first reflector 160 may be designed as a parabolic mirror which is a part of a circle having a radius of a distance from one side of the first reflector 160 to the focal point F about the focal point F. As illustrated in FIG. In order to reduce the loss of light, the first reflector 160 may be made of a material having a high reflectance of light and may be further coated to increase the reflectance. According to the property of the light, the light incident perpendicularly to the first reflecting unit 160 after the focal point F is reflected vertically to face the focal point F. In some embodiments, the first reflecting unit 160 may be attached to the inside of the chamber unit 150 as shown in FIG. 1A. In addition, the first reflecting unit 160 is reflected from the third reflecting unit 180 to reflect the light incident back to the incident unit 120, as shown in Figure 1a to the rear of the incident unit 120 It may be extended.
  • the second reflector 170 may be designed as a parabolic mirror which is a part of a circle having a radius of a distance from one side of the second reflector 170 to the focal point F around the focal point F. As shown in FIG. In order to reduce the loss of light, the second reflector 170 may be made of a material having a high reflectance of light and may be further coated to increase the reflectance. According to the property of the light, the light incident perpendicularly to the second reflector 170 after passing through the focal point F is vertically reflected to face the focal point F. In some embodiments, the second reflector 170 may be attached to the inside of the chamber 150 as shown in FIG. 1A. In some embodiments, the distance between the first reflector 160 and the focal point F and the distance between the second reflector 170 and the focal point F may be variously changed.
  • the light reflected from the first reflecting unit 160 and the light reflected from the second reflecting unit 170 may face the third reflecting unit 180.
  • the light reflected from the first reflecting unit 160 and the light reflected from the second reflecting unit 170 may pass through the same point. That is, the focal point F to which the light reflected from the first reflecting unit 160 is directed and the focal point F to which the light reflected from the second reflecting unit 170 is directed may be formed at the same point.
  • the focal point F of the first reflecting unit 160 and the focal point F of the second reflecting unit 170 may be located on the reflective surface of the third reflecting unit 180.
  • the third reflection unit 180 may be connected to a driving unit (not shown) for rotating the third reflection unit 180.
  • the third reflector 180 may be made of a material having a high reflectance of light.
  • the driving unit rotates the driving shaft by the applied power to rotate the third reflection unit 180 connected to the driving shaft, such as a stepping motor, a DC motor, an induction motor, and the like. It may be configured as.
  • the drive shaft may be coupled to the center of the third reflector 180.
  • the gas concentration measuring apparatus 100 may further include a controller (not shown) for controlling the operation of the gas concentration measuring apparatus 100.
  • the controller may control the angle of the third reflector 180 such that the light reflected from the third reflector 180 faces the second reflector 170 when the light is irradiated for gas measurement. .
  • light irradiated from the light source unit 110 may be refracted at the bottom and top surfaces of the incident part 120 and irradiated into the chamber part 150.
  • the light irradiated from the light source unit 110 may be refracted at the bottom surface of the incident unit 120 and irradiated into the chamber unit 150.
  • the light irradiated into the chamber 150 through the incident part 120 may be reflected by the third reflector 180 positioned at the focal point F and may be directed to the second reflector 170.
  • the controller controls the driving unit to rotate the third reflector 180 to adjust the angle of the third reflector 180 such that an incident angle of light incident on the third reflector 180 is 45 degrees, thereby adjusting the third reflector.
  • the light reflected by the reflector 180 may be directed toward the second reflector 170.
  • the light reflected by the second reflector 170 may be directed to the third reflector 180 positioned at the focal point F, during which the third reflector 180 is It may be rotated by an angle by the controller. Since the third reflector 180 rotates at an angle while the light reflected from the third reflector 180 is reflected by the second reflector 170 and reaches the third reflector 180 again, FIG. 1B.
  • the path of the light reflected from the third reflector 180 toward the incident part 120 may be different from the path of the light incident from the incident part 120 shown in FIG. 1A to the third reflector 180.
  • the light reflected by the second reflector 170 may be reflected by the third reflector 180 and pass through the incident part 120 to the first reflector 160.
  • the first reflector 180 is finally rotated as shown in FIG. 1C.
  • the light reflected by the reflector 160 may face the third reflector 180 and the focal point F, and the light reflected by the third reflector 180 positioned at the focal point F may receive the light exit port ( 153 may be adjusted to face. That is, the light incident from the incident part 120 may be reflected between the first reflecting part 160 and the second reflecting part 170 through the third reflecting part 180 and the third reflecting part 180.
  • the light path is changed to be incident to the light receiving unit 130.
  • light incident through the incident part 120 is provided as a third reflector 180, a second reflector 170, a third reflector 180, a first reflector 160, Although it is shown to reach the light receiving unit 130 through the light exit port 153 after being reflected in the order of the third reflecting unit 180, this is exemplary, and the size of the chamber unit 150 and the third reflecting unit 180 are shown. The number of times that the light incident into the chamber 150 is reflected may vary depending on the rotational speed of the chamber 150.
  • the controller may control the rotation of the driving unit to adjust a path in which light contacts gas.
  • the control unit may control the third reflector 180 to rotate at a constant speed, but is not limited thereto. That is, the controller may constantly control the rotational speed of the drive unit, or may control irregularly.
  • control unit receives the light irradiated into the gas concentration measuring apparatus 100 through the light exit port 153 from the time when the light is incident on the chamber unit 150 that is inside the gas concentration measuring apparatus 100.
  • the third reflector 180 may be rotated in a predetermined driving range up to the time point at which the water is output to 130. That is, the controller may repeatedly rotate the driving unit clockwise or counterclockwise within a predetermined driving range.
  • the predetermined driving range may be selected from angles of the third reflecting unit 180 reflected by the second reflecting unit 170 without the light reflected by the third reflecting unit 180 toward the light exit port 153. have. When rotating within a predetermined driving range, the light may not reciprocate in the same path between the first reflecting unit 160 and the third reflecting unit 180.
  • the controller may adjust the length of the path where the light is in contact with the gas based on the time when the light is in contact with the gas. This is because the length of the light path is related to the time required for light to enter the chamber 150 through the incident part 120 and exit through the light exit port 153.
  • c is the speed of light
  • t is the time it takes for the light to reach the light exit port 153 from the incident part 120
  • R1 the distance between the second reflecting unit 170 and the third reflecting unit 180 is r2
  • the thickness of the incident part 120 is d
  • the refractive index of the incident part 120 is n d . Since the speed of light v d in (120) is (c / n d ), the optical path L can be expressed as follows.
  • the optical path may vary slightly depending on the length and material of the incident part 120, and the relationship between the optical path and the measurement time is not limited to the above equation. Knowing the optical path L, the Beer-Lambert theory gives us the concentration of the gas component. According to an embodiment, a look-up table for the relationship between the required time t and the concentration of the gas component may be easily generated through experiments.
  • the controller may set the length of the optical path differently according to the type of gas to be measured. For example, when the concentration of the gas to be measured is high, the length of the optical path may be shortened. When the concentration of the gas to be measured is low, the length of the optical path may be set long. In addition, the longer the length of the optical path for the same concentration change, the more precisely the gas concentration can be measured.
  • the controller controls the reflection angle of the light from the first reflector 160 toward the focal point F by rotating the third reflector 180 after the set time according to the optical path length. The light reflected by the located third reflector 180 may be adjusted to face the light exit port 153.
  • the first reflecting unit 160, the second reflecting unit 170, and the third reflecting unit 180 may be any one of an ellipsoidal mirror, a radial mirror, a parabolic mirror, and a flat mirror.
  • the first reflecting unit 160 and the second reflecting unit 170 are illustrated as parabolic mirrors which are part of a circle having a different radius from the focal point F for convenience, but are not limited thereto.
  • An embodiment in which the first reflector 160 is a planar mirror will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2C, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the gas concentration measuring apparatus 200 may include a light source unit 210, an incident unit 220, a light receiving unit 230, a chamber unit 250, and a first reflecting unit ( 260, a second reflector 270, and a third reflector 280.
  • the light source unit 210, the incident unit 220, the light receiving unit 230, the chamber unit 250, the second reflecting unit 270, and the third reflecting unit 280 are the light source unit 110 described above with reference to FIG. 1A. Since the incident part 120, the light receiving part 130, the chamber part 150, the second reflecting part 170, and the third reflecting part 180 may be similar to each other, detailed description thereof will be omitted.
  • the first reflecting unit 260 may be a flat mirror.
  • the light from the first reflector 260 toward the focal point F is reflected by the third reflector 280 and then reflected by the second reflector 270 to return to the focus F. Since the reflector 280 rotates, the reflection angle of the third reflector 280 is changed before and after being reflected by the second reflector 270, so that the path of light may be changed.
  • the light incident in parallel is focused at the focal point F, and the light passing through the focal point F is parallel to the first reflector 260.
  • the light condensing lens 254 is further included in the gas concentration measuring apparatus 200.
  • the light collecting lens 254 may be disposed between the first reflecting portion 260 and the second reflecting portion 270, and may be made of a material having high transmittance.
  • the focus of the light collecting lens 254 may be positioned on the reflective surface of the third reflecting portion 280 and may be the same as the focus F of the first reflecting portion 260 and the second reflecting portion 270. Can be.
  • the light irradiated into the chamber 250 through the incident part 220 passes through the condenser lens 254 and then is reflected by the third reflector 280 positioned at the focal point F. Referring to FIG. To the second reflector 270.
  • the light reflected by the second reflector 270 may again be reflected by the third reflector 280 positioned at the focal point F to pass through the condensing lens 254.
  • the light may be refracted by the condenser lens 254 and incident perpendicularly to the first reflector 260. Since the third reflector 280 is rotated by the controller while the light is reflected by the second reflector 270, the path of the light incident from the incident part 220 to the third reflector 280 and Paths of the light reflected by the third reflector 280 and toward the first reflector 260 may be different from each other.
  • the light reflected by the first reflector 260 may be refracted while passing through the condensing lens 254 to face the third reflector 280 and the focal point F.
  • the controller rotates the third reflector 280 to adjust the reflection angle of the light from the first reflector 260 toward the focal point F, whereby the light reflected by the third reflector 280 located at the focal point F is adjusted.
  • the light exit port 253 can be adjusted to face.
  • the light receiving unit 230 may measure the amount of light incident by the light source unit 210 and the light passing through the chamber unit 250 is incident.
  • the gas concentration measuring apparatus 200 may further include a controller (not shown) for controlling the operation of the gas concentration measuring apparatus 200 as described above with reference to FIGS. 1A to 1C.
  • a controller not shown
  • the light is reflected from the third reflector 280 three times and then directed toward the light exit port 253. This is for convenience of description, and the speed of light and the size of the chamber part 250 are described. In consideration of this, the number of times the light is reflected by the third reflector 280 may be greater.
  • the gas concentration measuring apparatus 300 includes a light source unit 310, an incident unit 320, a chamber unit 350, and a first reflecting unit 360.
  • the light receiving unit, the second reflecting unit, the third reflecting unit, and the control unit may be provided as described above with reference to FIGS. 1A to 2C.
  • the incident part 320, the chamber part 350, and the first reflecting part 360 are similar to the incident part 120, the chamber part 150, and the first reflecting part 160 described above with reference to FIG. 1A, respectively. The detailed description is omitted since it can be.
  • the gas concentration measuring apparatus 300 may include a plurality of optical elements 311 to which the light source unit 310 emits light of different incidence angles and different wavelengths. Can be.
  • the wavelength band of the light used for the gas measurement is wide, since the refractive index is different for each wavelength, as shown in FIG. 3, the light source unit 310 so that light of different wavelength bands are irradiated to the incident part 320 at different angles.
  • a plurality of optical elements 311 may be combined in an array. For example, as shown in FIG. 3, each of the light emitted from the plurality of optical devices 311 may be refracted differently while passing through the incident part 320 and may travel toward the third reflecting part along the same optical path. .
  • the gas concentration measuring apparatus 400 includes a light source unit 410, an incident unit 420, a chamber unit 450, and a first reflecting unit 460.
  • the light receiving unit, the second reflecting unit, the third reflecting unit, and the control unit may be provided as described above with reference to FIGS. 1A to 2C.
  • the incident part 420, the chamber part 450, and the first reflecting part 460 are similar to the incident part 120, the chamber part 150, and the first reflecting part 160 described above with reference to FIG. 1A. The detailed description is omitted since it can be.
  • Gas concentration measuring apparatus 400 may further include an incidence control unit 413 to change the angle of irradiation of light to the incident portion 420 according to the wavelength of the light to be used.
  • the incident controller 413 may be implemented in the form of a rail to which the light source unit 410 may move, as shown in FIG. 4.
  • the incident controller 413 may be changed in various forms to adjust an incident angle of light emitted from the light source 410 to the incident part 420.
  • the controller may adjust the incident angle of the light irradiated into the gas concentration measuring apparatus 400 differently according to the wavelength of the light irradiated into the gas concentration measuring apparatus 400.
  • the controller may select a wavelength band of light suitable for the measurement according to the property of the gas to be measured, and determine the angle of incidence such that the angle of refraction at the incident part 420 is 90 degrees according to the refractive index of the corresponding wavelength band.
  • the controller may control the incident controller 413 according to the determined incident angle to rotate or move the light source 410 to adjust the incident angle of light.
  • the gas concentration measuring apparatus 500 includes a light source unit 510, an incident unit 520, a chamber unit 550, and a first reflecting unit 560.
  • the light receiving unit, the second reflecting unit, the third reflecting unit, and the control unit may be provided as described above with reference to FIGS. 1A to 2C.
  • the light source 510, the chamber 550, and the first reflector 560 may be similar to the light source 110, the chamber 150, and the first reflector 160 described above with reference to FIG. 1A. Therefore, detailed description is omitted.
  • the incident part 520 of the gas concentration measuring apparatus 500 may further include a light dispersion correcting unit 522 that minimizes dispersion of wavelengths of light emitted from the light source unit 510.
  • the incident part 520 may further include a light scattering correction part 522 that minimizes the dispersion of light, such as an achromatic prism, so that light having different wavelengths may be radiated toward the focal point F at the same refractive angle. That is, as shown in FIG.
  • the light irradiated by the light source unit 510 even when various wavelengths are mixed in the light irradiated by the light source unit 510 or when the light irradiated by the light source unit 510 is changed to various wavelengths, the light irradiated by the light source unit 510.
  • the light may be refracted differently according to the wavelength while passing through the light scattering corrector 522 and the incident part 520 to travel toward the third reflector along the same optical path.
  • the light dispersion correcting unit 522 may be disposed adjacent to the incidence unit 520, as shown in FIG. 5A, and the bottom surface of the light dispersion correcting unit 522 to which light is incident is not parallel to the top surface and is oblique. It can be formed in the direction.
  • the incident part 520 may have a height greater than that of the above-described embodiments so that the light reflected from the third reflecting part continues to pass through the incident part 520.
  • extending the top surface of the incident portion 520 toward the third reflecting portion may reach the focal point F of the third reflecting portion, and the right side of the incident portion 520 may be the first reflecting portion 560. It may be an arc centered on the focal point F of.
  • the shapes of the incident part 520 and the light dispersion correcting part 522 may be changed as shown in FIG. 5B. That is, the top and bottom surfaces of the incident part 520 may also be formed in an oblique direction without being parallel to each other.
  • the cross-sectional shape of the light dispersion compensating part 522 forms a trapezoidal shape with the top and bottom surfaces formed at an acute angle. It may be formed in a similar form.
  • light refracted through the bottom surface of the incident portion 520 travels toward the third reflecting portion, while the gas concentration measuring apparatus 500 illustrated in FIG. Light refracted at the bottom and top surfaces of the incident part 520 may travel toward the third reflecting part.
  • 6A to 6C are views illustrating a gas concentration measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.
  • the gas concentration measuring apparatus 600 includes a light source unit 610, an incident unit 620, a light receiving unit 630, a chamber unit 650, and a gas inlet 651.
  • the gas outlet 652, the light exit port 653, the first reflecting unit 660, and the third reflecting unit 680 may be included.
  • the light source unit 610, the incident unit 620, the light receiving unit 630, and the third reflecting unit 680 are the light source unit 110, the incident unit 120, the light receiving unit 130, and the gas inlet described above with reference to FIG. 1A.
  • 151, the gas outlet 152, the light outlet 153, and the third reflector 180 may be similar to each other, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the gas concentration measuring apparatus 600 illustrated in FIG. 6A may have a circular cross-sectional shape of the chamber 650 unlike the above-described embodiments. Accordingly, the first reflection part 660 attached to the inside of the chamber part 650 may be formed as a part of one circle diameter.
  • the gas concentration measuring apparatus 600 illustrated in FIG. 6A may be an embodiment in which the first reflecting unit and the second reflecting unit in which the focal points F coincide with each other in the above-described embodiments are formed in one circle.
  • the third reflecting part 680 positioned at the focal point F and directed toward the first reflecting part 660. Can be. Thereafter, the third reflector 680 may be rotated by a certain angle by the controller. The light reflected by the first reflector 660 may be reflected by the third reflector 680 located at the focal point F again to be incident perpendicularly to the first reflector 660.
  • the third reflector 180 Since the third reflector 180 is rotated while the reflection of the light by the first reflector 660 and the third reflector 680 is repeated, it is reflected by the first reflector 660 as shown in FIG. 6C through FIG. 6B.
  • the light may be directed to the third reflector 680 and the focal point F.
  • FIG. The controller rotates the third reflector 680 to adjust the reflection angle of light from the first reflector 660 toward the focal point F, whereby the light reflected by the third reflector 680 located at the focal point F is adjusted. It can be adjusted so that it may face this light exit port 653.
  • the light receiving unit 630 may measure the amount of light incident by the light source unit 610 and the light passing through the chamber unit 650 is incident.
  • light incident to the inside of the chamber part 650 is reflected by the first reflection part 660 twice and then exits to the light receiving part 630 through the light exit port 653 for convenience of description.
  • the number of times that the light incident into the chamber 650 is reflected by the first reflecting unit 660 may be a rotational speed and a rotation angle of the third reflecting unit 680 controlled by the controller. It can be changed in various ways.
  • the gas concentration measuring apparatus 700 includes a light source unit 710, an incident unit 720, a light receiving unit 730, a first reflecting unit 760, and a second reflecting unit. 770, a third reflector 780, and a base 790.
  • the chamber portion 150 is omitted in comparison with the gas concentration measuring apparatus 100 illustrated in FIG. 1, and the light source unit 710 is disposed on the base portion 790. ),
  • the incident part 720, the light receiving part 730, the first reflecting part 760, the second reflecting part 770, and the third reflecting part 780 may be combined. Accordingly, the gas concentration measuring apparatus 700 may measure an air state or a gas concentration in the air that is present in an open space without a separate gas inlet and a gas outlet.
  • the base part 790 may be formed in a flat plate shape having a predetermined size, but is not limited thereto.
  • the incident part 720, the first reflecting part 760, the second reflecting part 770, and the third reflecting part 780 may be formed at a predetermined height, and the controller (not shown) may include the incident part 720, The light receiver 730 and the driver of the third reflector 780 may be controlled.
  • the light incident from the light source unit 710 proceeds to the third reflector 780 through the incident unit 720, and the light reflected from the third reflector 780 reflects the second reflector 770 and the first reflector. Since the light reflected by the unit 760 and the light is emitted to the light receiving unit 730 according to the rotation of the third reflecting unit 780 are similar to those described above with reference to FIG. 1A and the like, a detailed description thereof will be omitted.
  • control unit may exist in the form of one processor or program for controlling the driving unit, the incident control unit, the gas inlet, the gas outlet, but is not limited thereto.
  • the controller may exist in the form of a processor or a program for each of the driving unit, the incident controller 413, the gas inlet 151, and the gas outlet 152.
  • the gas concentration measuring apparatus various combinations of the light source unit, the incident unit, the light receiving unit, the chamber unit, the first reflecting unit, the second reflecting unit and the third reflecting unit described in various embodiments as described above Can be.
  • the light paths shown in the above drawings are all exemplary and may be variously changed in actual implementation.

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Abstract

가스 농도 측정 장치가 개시된다. 상기 가스 농도 측정 장치는, 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 광을 조사하는 광원부, 상기 광원부로부터 조사된 광을 굴절시키는 입사부, 입사되는 광을 반사하는 제1반사부 및 제2반사부, 회전이 가능한 제3반사부, 및 입사되는 광의 광량을 측정하는 수광부를 포함하고, 상기 입사부로부터 입사되는 광은 상기 제3반사부를 통해 상기 제1반사부와 상기 제2반사부 사이에서 반사되고, 상기 제3반사부가 회전함에 따라 광경로가 변경되어 상기 수광부로 입사되는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 농도 측정 장치
본 발명은 가스 농도 측정 장치에 관한 것으로서, 특히 복수 개의 반사경을 이용하여 가스 농도 측정을 위한 광 경로 길이를 길게 연장시킴으로써 정밀한 가스 농도 측정 및 소형화가 가능한 가스 농도 측정 장치에 관한 것이다.
광학 방식의 가스 센서 기술은 서로 다른 원자로 구성된 가스(예: CO, CO2, CH4, NO, NO2, SO2, NH3, 아세톤 등)가 각 분자에 고유한 특정 파장대의 광을 흡수하는 특성을 이용한 것으로, 가스의 파장대별 광 흡수율을 측정하여 이를 환산함으로써 가스 농도를 측정하는 방식이다.
가스의 광 흡수율은 가스 농도에 비례할 것이므로 결국 가스의 광 흡수율을 정확히 측정하는 것이 광학 방식 가스 센서의 주요 관건이다. 그러므로 광학 방식의 가스 센서는 광원과 광 검출기를 기본적으로 포함하고 있으며 광 흡수율을 높이기 위한 광 공동을 포함하는 구조를 가진다.
가스 분자가 광을 흡수하는 메커니즘은 다음과 같다. 일반적으로 가스 분자는 여러 에너지 준위를 구성하고 있으며 이러한 에너지 준위에 공명하는 에너지를 가진 광자(photon)를 흡수함으로써 가스 분자는 바닥상태(ground state)에서 들뜬 상태(excited state)로 전이한다.
기체 분자들은 각기 진동에너지 양자에 해당하는 에너지만을 선택적으로 흡수하는 성질이 있는데, 대체로 적외선 영역의 빛을 진동에너지로 흡수한다. 이와 같은 이유로 CO2, CO, CH4, C3H8 등은 각각 독특한 흡수 스펙트럼을 갖는데, 예를 들어 CO2는 4.25㎛, CO는 4.7㎛, CH4는 3.3㎛의 파장을 흡수하며, 빛을 흡수하는 정도는 해당 기체의 농도에 따라 달라진다.
이러한 광 흡수율은 가스 분자에 따라 다른데, 예를 들어 이산화탄소(Carbon Dioxide)는 온실 가스로 지목될 만큼 광 흡수율이 높지만, 일산화탄소(Carbon Monoxide)는 광 흡수율이 낮다. 광자의 흡수율은 분자당 흡수율로 정의되는데 일반적으로 흡수율이 높은 가스를 검지하기 위한 가스 센서는 기술적으로 난이도가 낮으며 흡수율이 낮은 가스를 검지하기 위한 가스 센서는 기술적으로 난이도가 높다고 할 수 있다.
그러나 흡수율이 낮은 가스라도 광자와 가스 분자의 접촉할 수 있는 횟수를 증가시키면 흡수율은 증가한다. 동일한 광량에 대해 가스 분자의 접촉 횟수를 증가시키는 방법 중의 하나가 광 공동 내에서의 광 경로 길이를 길게 하는 방법인데, 이는 광학 방식의 가스 센서 해석 이론인 비어-램버트(Beer-Lambert) 이론으로부터 확인할 수 있다.
비어-램버트 이론은 가스 분자가 없는 상태에서 광검출기에 검지되는 광량을 Io, 가스의 농도를 X, 광원에서부터 광 검출기까지 광이 가스와 접촉하는 거리인 광 경로의 길이를 L, 가스 분자의 고유 흡수율을 b라 할 때 가스 농도와 광 검출기에 도달하는 광량인 I 간의 관계식(아래 참조)을 제공한다.
Figure PCTKR2016014878-appb-M000001
비어-램버트 이론으로부터 동일한 농도에 대해 광 경로 길이인 L이 클수록 I 값이 작아지며, 동일한 농도 변화에 대해 광 경로 길이인 L이 클수록 I 값의 변화폭이 커져서 보다 정밀한 센서의 제작이 가능하게 됨을 알 수 있다.
한편, 효과적인 광 공동은 광 경로를 길게 하는 것 외에 광 효율성을 높이는 구조를 가져야 한다. 일반적으로 광원에서 방출된 광은 사방으로 방사되기 때문에 상당량의 광이 가스 농도를 검출하는 데 기여하지 못하고 낭비된다. 그러나 광 공동의 집광 특성을 높인다면 낭비되는 광량을 줄일 수 있어 광 효율성이 높아진다.
상기 식에서 알 수 있듯이 Io 값이 클수록 광 효율이 높은 것이며, 동일한 농도의 변화에 대해 I 값의 변화폭이 크므로 역시 보다 정밀한 센서의 제작이 가능하다. 결론적으로 광 공동의 제작 시 광경로 길이를 길게 함과 동시에 그 크기를 소형화하고 광 효율성을 높이는 것이 광학 방식 가스 센서의 경쟁력을 결정한다고 할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수 개의 반사경을 이용하여 가스 농도 측정을 위한 광 경로 길이를 길게 연장시킴으로써 정밀한 가스 농도 측정 및 소형화가 가능한 가스 농도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 가스 농도 측정 장치는, 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 광을 조사하는 광원부, 상기 광원부로부터 조사된 광을 굴절시키는 입사부, 입사되는 광을 반사하는 제1반사부 및 제2반사부, 회전이 가능한 제3반사부, 및 입사되는 광의 광량을 측정하는 수광부를 포함하고, 상기 입사부로부터 입사되는 광은 상기 제3반사부를 통해 상기 제1반사부와 상기 제2반사부 사이에서 반사되고, 상기 제3반사부가 회전함에 따라 광경로가 변경되어 상기 수광부로 입사되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1반사부로부터 반사된 광과 상기 제2반사부로부터 반사된 광은 동일한 지점을 통과할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1반사부, 제2반사부 및 제3반사부 각각은, 타원경, 원경, 포물경 및 평면경 중 어느 하나일 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1반사부의 초점 및 상기 제2반사부의 초점은 상기 제3반사부의 반사면 상에 위치할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1반사부는 평면경이고, 상기 가스 농도 측정 장치는, 상기 제1반사부와 상기 제2반사부 사이에 배치되는 집광용 렌즈를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 집광용 렌즈의 초점은 상기 제3반사부의 반사면 상에 위치할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가스 농도 측정 장치는, 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 조사되는 광의 파장에 따라, 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 조사되는 광의 입사각을 서로 다르게 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 광원부는, 서로 다른 입사각 및 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수 개의 광소자를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 입사부는, 상기 광원부로부터 조사된 광의 파장별 분산을 최소화하는 광분산 보정부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1반사부와 상기 제2반사부는, 하나의 원경으로 형성되고, 상기 제1반사부와 상기 제2반사부의 초점은 서로 일치할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가스 농도 측정 장치는, 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 광이 조사되는 시점부터 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 조사된 광이 수광부로 출수되는 시점까지 일정한 구동 범위에서 상기 제3반사부를 회전시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 가스 농도 측정 장치는, 복수 개의 반사경을 이용하여 가스 농도 측정을 위한 광 경로 길이를 길게 연장시킴으로써 정밀한 가스 농도 측정 및 소형화가 가능한 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부도면에 도시된 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 적외선 가스 농도 측정 장치를 예로 들어 설명한다. 하지만 본 발명은 적외선 가스 농도 측정 장치에 한정하지 않고, 적외선 외 다른 광원을 사용하는 가스 농도 측정 장치에도 적용할 수 있다.
도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면으로서, 가로 방향 단면도이다.
도 1a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(100)는 광원부(110), 입사부(120), 수광부(130), 챔버부(150), 제1반사부(160), 제2반사부(170) 및 제3반사부(180)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 인가되는 전원에 의해 상기 가스 농도 측정 장치(100)의 내부로 광을 조사할 수 있다. 즉, 광원부(110)는 입사부(120)로 일정한 각도로 광을 조사할 수 있다. 광원부(110)가 광을 조사하는 각도는 입사부(120)를 통과하여 챔버부(150) 내부로 방사되는 광이 제2반사부(170)의 초점(F)을 향하도록 설정할 수 있다. Snell의 법칙에 따라 서로 다른 물질의 굴절률 차이로 인해 광의 입사각과 굴절각이 달라지는 성질을 이용하고 가스 농도 측정에 사용하는 광원의 파장을 고려하여, 광원부(110)로부터 조사된 광이 입사부(120)에 입사하는 각도를 설정할 수 있다. 도 1a에 도시된 굴절각은 예시적인 것으로서 이에 한정하지는 않는다.
광원부(110)는 적외선 발광 다이오드(infrared light emitting diode), 적외선 램프(infrared lamp) 및 자외선 램프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 광원부(110)는 광을 일정한 각도로 평행하게 조사하기 위한 별도의 집광 장치를 더 포함할 수 있다.
입사부(120)는 도 1a에 도시된 바와 같이 광원부(110)로부터 조사된 광을 굴절시켜 제3반사부(180)를 향하도록 한다. 입사부(120)를 통해 굴절된 광은 초점(F)을 향할 수 있다. 광의 손실을 줄이기 위해 입사부(120)는 광의 투과율이 높은 물질로 구성될 수 있다. 또한, 입사부(120)는 파장에 따른 분산(dispersion)이 적게 일어나는 물질로 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 입사부(120)의 곡률은 제1반사부(160)의 곡률과 동일하게, 초점(F)을 중심으로 입사부(120)의 일측면으로부터 초점(F)까지의 거리를 반지름으로 하는 원의 일부인 포물경으로 설계할 수도 있다. 입사부(120)는 제1반사부(160)와 동일한 면적을 형성할 수도 있으나 이에 한정되지 않으며, 입사부(120)의 면적과 두께, 폭, 높이 등은 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 상기 입사부(120)는 챔버부(150) 내부로 유입된 가스가 외부로 유출되지 않도록 챔버부(150) 내부를 밀폐시킬 수도 있다.
한편, 사용하는 광의 파장 대역이 좁은 경우, 즉 레이저와 같이 특정 파장 대역의 광을 사용하는 경우에는 제1반사부(160)와 초점(F)까지의 거리, 제2반사부(170)와 초점(F)까지의 거리 및 입사부(120)의 두께는 사용하는 광의 파장에 기반하여 빛의 상쇄간섭이 일어나지 않도록 설계할 수 있다.
수광부(130)는 상기 광원부(110)에서 조사되어 상기 챔버부(150)를 통과한 광이 입사되는 광량을 측정할 수 있다. 수광부(130)는 통상의 기술자에게 알려진 바와 같은 다양한 형태의 광량 측정 장치로 구현될 수 있다.
챔버부(150)는 내부로 가스가 유입되고 배출될 수 있는 중공의 함체로 형성될 수 있다. 챔버부(150)는 가스유입구(151), 가스배출구(152) 및 광출수구(153)를 포함할 수 있다. 챔버부(150)에 형성된 가스유입구(151)를 통해 가스가 유입되고, 주입된 가스는 가스배출구(152)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 실시예에 따라, 가스 유입구(151)에는 먼지제거 필터, 수분제거 필터 등이 설치되어 주입되는 가스에서 이물질을 제거할 수 있고, 이에 따라 가스의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 가스유입구(151) 및 가스배출구(152)는 가스의 누출을 방지하기 위해 슬라이딩 방식으로 동작하는 차단막을 각각 포함할 수도 있다.
광출수구(153)는 챔버부(150)로부터 수광부(130)로 광이 도달할 수 있도록 챔버부(150)의 일측면에 형성될 수 있다. 광의 손실을 줄이기 위해 광출수구(153)는 투과율이 높은 물질로 구성될 수 있다. 편의상 도 1a에서 광출수구(153)는 제2반사부(170)의 일측면에 위치하도록 도시하였으나 이에 한정되지는 않는다. 가스유입구(151)와 가스배출구(152) 및 광출수구(153)의 위치는 설계에 따라 다양한 위치에 형성될 수 있다.
제1반사부(160)는 초점(F)을 중심으로 제1반사부(160)의 일측면으로부터 초점(F)까지의 거리를 반지름으로 하는 원의 일부인 포물경으로 설계할 수 있다. 광의 손실을 줄이기 위해 제1반사부(160)는 광의 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있고 반사율을 높이기 위해 추가로 코팅될 수 있다. 빛의 성질에 따라 초점(F)을 지나 제1반사부(160)에 수직으로 입사한 광은 수직으로 반사되어 초점(F)을 향하게 된다. 실시예에 따라, 상기 제1반사부(160)는 도 1a에 도시된 바와 같이 챔버부(150) 내부에 부착될 수 있다. 또한, 제1반사부(160)는 제3반사부(180)로부터 반사되어 다시 입사부(120)로 입사되는 광을 반사시키기 위하여, 도 1a에 도시된 바와 같이 입사부(120)의 뒤쪽까지 연장되어 배치될 수 있다.
제2반사부(170)는 초점(F)을 중심으로 제2반사부(170)의 일측면으로부터 초점(F)까지의 거리를 반지름으로 하는 원의 일부인 포물경으로 설계할 수 있다. 광의 손실을 줄이기 위해 제2반사부(170)는 광의 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있고 반사율을 높이기 위해 추가로 코팅될 수 있다. 빛의 성질에 따라 초점(F)을 지나 제2반사부(170)에 수직으로 입사한 광은 수직으로 반사되어 초점(F)을 향하게 된다. 실시예에 따라, 상기 제2반사부(170)는 도 1a에 도시된 바와 같이 챔버부(150) 내부에 부착될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제1반사부(160)와 초점(F)까지의 거리, 제2반사부(170)와 초점(F)까지의 거리 등은 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(100)는, 제1반사부(160)로부터 반사된 광과 제2반사부(170)로부터 반사된 광이 제3반사부(180)를 향할 수 있다. 일례로서, 제1반사부(160)로부터 반사된 광과 제2반사부(170)로부터 반사된 광이 동일한 지점을 통과할 수 있다. 즉, 제1반사부(160)로부터 반사된 광이 향하는 초점(F)과 제2반사부(170)로부터 반사된 광이 향하는 초점(F)은 서로 동일한 지점에 형성될 수 있다. 일례로서, 상기 제1반사부(160)의 초점(F) 및 상기 제2반사부(170)의 초점(F)은 상기 제3반사부(180)의 반사면 상에 위치할 수 있다.
제3반사부(180)는 제3반사부(180)를 회전시키는 구동부(미도시)와 연결될 수 있다. 광의 손실을 줄이기 위해 제3반사부(180)는 광의 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 구동부는 인가된 전원에 의해 구동축을 회전시켜 구동축에 연결된 제3반사부(180)를 회전시키는 것으로서, 스텝핑모터(Stepping motor), DC모터, 인덕션모터(Induction motor) 등으로 구성될 수 있다. 상기 구동축은 제3반사부(180)의 중심에 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(100)는, 가스 농도 측정 장치(100)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 가스 측정을 위해 광을 조사하기 시작할 때, 제3반사부(180)에서 반사된 광이 제2반사부(170)를 향하도록 제3반사부(180)의 각도를 제어할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 광원부(110)로부터 조사된 광은 입사부(120)의 하단면 및 상단면에서 굴절되어 챔버부(150) 내부로 조사될 수 있다. 실시예에 따라, 광원부(110)로부터 조사된 광은 입사부(120)의 하단면에서 굴절되어 챔버부(150) 내부로 조사될 수도 있다. 입사부(120)를 통해 챔버부(150) 내부로 조사된 광은 초점(F)에 위치한 제3반사부(180)에 의해 반사되어 제2반사부(170)로 향할 수 있다. 일례로서, 제어부는 구동부를 제어하여 제3반사부(180)를 회전시킴으로써 제3반사부(180)에 입사하는 광의 입사각이 45도가 되도록 제3반사부(180)의 각도를 조절하여, 제3반사부(180)에서 반사된 광이 제2반사부(170)를 향하도록 할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서 제3반사부(180)의 초기 각도는 이에 한정되지는 않는다.
다음으로, 도 1b를 참조하면, 제2반사부(170)에 의해 반사된 광은 다시 초점(F)에 위치한 제3반사부(180)로 향할 수 있고, 그동안 제3반사부(180)는 제어부에 의해 일정 각도 회전될 수 있다. 제3반사부(180)로부터 반사된 광이 제2반사부(170)에 반사되어 다시 제3반사부(180)에 도달하는 동안 제3반사부(180)가 일정 각도 회전하게 되므로, 도 1b에 도시된 제3반사부(180)로부터 입사부(120) 방향으로 반사된 광의 경로는 도 1a에 도시된 입사부(120)로부터 제3반사부(180)로 입사되는 광의 경로와 다를 수 있다. 실시예에 따라, 제2반사부(170)에 의해 반사된 광은 제3반사부(180)에서 반사되어 입사부(120)를 통과하여 제1반사부(160)로 향할 수 있다.
제1반사경(160), 제2반사경(170) 및 제3반사경(180)에 의한 광의 반사가 반복되는 동안 제3반사경(180)이 회전하게 되므로, 최종적으로 도 1c에 도시된 바와 같이 제1반사부(160)에 의해 반사된 광이 제3반사부(180) 및 초점(F)을 향할 수 있고, 초점(F)에 위치한 제3반사부(180)에 의해 반사된 광이 광출수구(153)를 향하도록 조절될 수 있다. 즉, 입사부(120)로부터 입사된 광은 제3반사부(180)를 통해 제1반사부(160)와 제2반사부(170) 사이에서 반사될 수 있고, 제3반사부(180)가 회전함에 따라 광경로가 변경되어 수광부(130)로 입사될 수 있다. 도 1a 내지 도 1c에는 편의상 입사부(120)를 통해 입사된 광이 제3반사부(180), 제2반사부(170), 제3반사부(180), 제1반사부(160), 제3반사부(180) 순으로 반사된 후 광출수구(153)를 통해 수광부(130)에 도달하는 것으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로서, 챔버부(150)의 크기 및 제3반사부(180)의 회전 속도 등에 따라 챔버부(150) 내부로 입사된 광이 반사되는 횟수는 다양하게 변경될 수 있다.
제어부는 광이 가스와 접촉하는 경로를 조절하기 위해 구동부의 회전을 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는, 일정한 속도로 제3반사부(180)가 회전하도록 제어할 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다. 즉, 제어부는 구동부의 회전 속도를 일정하게 제어할 수도 있고, 불규칙적으로 제어할 수도 있다.
또한, 제어부는 광이 상기 가스 농도 측정 장치(100)의 내부인 챔버부(150)에 입사하는 시점부터 상기 가스 농도 측정 장치(100)의 내부로 조사된 광이 광출수구(153)를 통해 수광부(130)로 출수되는 시점까지 일정한 구동 범위에서 제3반사부(180)를 회전시킬 수 있다. 즉, 제어부는 구동부를 시계방향으로 혹은 반시계방향으로 일정 구동범위 내에서 반복적으로 회전시킬 수 있다. 이때, 일정한 구동 범위는 제3반사부(180)에 의해 반사된 광이 광출수구(153)를 향하지 않고 제2반사부(170)로 반사되는 제3반사부(180)의 각도 중에서 선택될 수 있다. 일정 구동범위 내에서 회전시키는 경우, 제1반사부(160)와 제3반사부(180) 사이에서 광은 동일한 경로를 왕복하지 않을 수 있다. 제1반사부(160)로부터 초점(F)을 향한 광이 제3반사부(180)에서 반사된 후 제2반사부(170)에 반사되어 다시 초점(F)으로 돌아오는 동안 제3반사부(180)가 회전하므로, 제3반사부(180)에서의 반사각이 제2반사부(170)에 반사되기 전후로 달라지기 때문이다.
또한, 상기 제어부는 광이 가스와 접촉하는 시간을 기반으로 광이 가스와 접촉하는 경로의 길이를 조절할 수 있다. 광경로의 길이는 광이 입사부(120)를 통해 챔버부(150)에 입사하여 광출수구(153)를 통해 출수될 때까지 소요되는 시간과 관계가 있기 때문이다. 도 1a에서 빛의 속도를 c, 광이 입사부(120)로부터 광출수구(153)까지 도달하는 데 소요되는 시간을 t, 제1반사부(160)와 제3반사부(180) 사이의 거리를 r1, 제2반사부(170)와 제3반사부(180) 사이의 거리를 r2, 입사부(120)의 두께를 d, 입사부(120)의 굴절률을 nd라고 하면, 입사부(120) 내에서의 빛의 속도 vd는 (c/nd)이므로 광경로 L은 하기 식과 같이 대략적으로 나타낼 수 있다.
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광경로는 입사부(120)의 길이 및 재질에 따라 조금씩 달라질 수 있으며, 광 경로와 측정 시간의 관계는 상기의 식에 한정하지 않는다. 광경로 L을 알게 되면 비어-램버트 이론을 통해 가스 성분의 농도를 알 수 있다. 실시예에 따라, 실험을 통해 소요시간 t와 가스 성분의 농도 간의 관계에 대한 룩업 테이블(Look-Up Table)을 생성하여 이를 간편하게 이용할 수 있다.
또한, 제어부는 측정하고자 하는 가스의 종류에 따라 광 경로의 길이를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 측정하고자 하는 가스의 농도가 높은 경우 광 경로의 길이를 짧게, 측정하고자 하는 가스의 농도가 낮은 경우 광 경로의 길이를 길게 설정할 수 있다. 또한, 동일한 농도 변화에 대해 광 경로의 길이가 길수록 가스 농도를 보다 정밀하게 측정할 수 있다. 제어부는 상기 광경로 길이에 따라 설정한 시간이 지난 후, 제3반사부(180)를 회전시켜 제1반사부(160)로부터 초점(F)을 향하는 광의 반사각을 조절함으로써, 초점(F)에 위치한 제3반사부(180)에 의해 반사된 광이 광출수구(153)를 향하도록 조절할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 상기 제1반사부(160), 제2반사부(170) 및 제3반사부(180)는, 타원경, 원경, 포물경 및 평면경 중 어느 하나일 수 있다. 도 1에서 제1반사부(160)와 제2반사부(170)는 편의상 초점(F)을 중심으로 하고 서로 다른 반지름을 가지는 원의 일부인 포물경으로 도시하였으나 이에 한정하지는 않는다. 제1 반사경(160)이 평면경인 실시예는 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 상술하기로 하고 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다. 도 2a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(200)는, 광원부(210), 입사부(220), 수광부(230), 챔버부(250), 제1반사부(260), 제2반사부(270) 및 제3반사부(280)를 포함할 수 있다. 상기 광원부(210), 입사부(220), 수광부(230), 챔버부(250), 제2반사부(270) 및 제3반사부(280)는 도 1a를 참조하여 상술한 광원부(110), 입사부(120), 수광부(130), 챔버부(150), 제2반사부(170) 및 제3반사부(180)와 각각 유사할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(200)는, 제1반사부(260)가 평면경일 수 있다. 이때, 제1반사부(260)로부터 초점(F)을 향한 광이 제3반사부(280)에서 반사된 후 제2반사부(270)에 반사되어 다시 초점(F)으로 돌아오는 동안 제3반사부(280)가 회전하므로, 제3반사부(280)에서의 반사각이 제2반사부(270)에 반사되기 전후로 달라지기 때문에 광의 경로가 변경될 수 있다. 제1반사부(260)로 향하는 광의 경로가 변경되는 것을 보정하기 위해, 평행하게 입사하는 광을 초점(F)으로 집광시키고, 초점(F)을 통과하는 광을 평행하게 제1반사부(260)로 향하게 하는 집광용 렌즈(254)가 상기 가스 농도 측정 장치(200)에 추가로 더 포함될 수 있다. 상기 집광용 렌즈(254)는 제1반사부(260)와 제2반사부(270) 사이에 배치될 수 있고, 투과율이 높은 물질로 구성될 수 있다. 상기 집광용 렌즈(254)의 초점은 제3반사부(280)의 반사면 상에 위치할 수 있고, 제1반사부(260) 및 제2반사부(270)의 초점(F)과 동일할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 입사부(220)를 통해 챔버부(250) 내부로 조사된 광은 집광용 렌즈(254)를 통과한 후 초점(F)에 위치한 제3반사부(280)에 의해 반사되어 제2반사부(270)로 향할 수 있다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 제2반사부(270)에 의해 반사된 광은 다시 초점(F)에 위치한 제3반사부(280)에 의해 반사되어 집광용 렌즈(254)를 통과할 수 있고, 집광용 렌즈(254)에 의해 굴절되어 제1반사부(260)에 수직으로 입사할 수 있다. 광이 제2반사부(270)에 의해 반사되는 동안 제3반사부(280)는 제어부에 의해 일정 각도 회전되기 때문에, 입사부(220)로부터 제3반사부(280)로 입사된 광의 경로와 제3반사부(280)에서 반사되어 제1반사부(260)를 향하는 광의 경로가 서로 달라질 수 있다.
다음으로, 도 2c를 참조하면, 제1반사부(260)에 의해 반사된 광은 집광용 렌즈(254)를 통과하면서 굴절되어 제3반사부(280) 및 초점(F)을 향할 수 있다. 제어부는 제3반사부(280)를 회전시켜 제1반사부(260)로부터 초점(F)을 향하는 광의 반사각을 조절함으로써, 초점(F)에 위치한 제3반사부(280)에 의해 반사된 광이 광출수구(253)를 향하도록 조절할 수 있다.
이에 따라, 수광부(230)는 상기 광원부(210)에서 조사되어 상기 챔버부(250)를 통과한 광이 입사되는 광량을 측정할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(200)는, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 상술한 바와 같이 가스 농도 측정 장치(200)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 도 2a 내지 도 2c에는 제3반사부(280)에서 광이 3번 반사된 후 광출수구(253)를 향하는 것으로 설명하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 빛의 속도 및 챔버부(250)의 크기를 감안할 때 제3반사부(280)에서 광이 반사되는 횟수는 더 많을 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(300)는, 광원부(310), 입사부(320), 챔버부(350) 및 제1반사부(360)를 포함할 수 있고, 도 3에 도시되지는 않았으나 도 1a 내지 도 2c를 참조하여 상술한 바와 같이 수광부, 제2반사부, 제3반사부 및 제어부 등을 구비할 수 있다. 상기 입사부(320), 챔버부(350) 및 제1반사부(360)는 도 1a를 참조하여 상술한 입사부(120), 챔버부(150) 및 제1반사부(160)와 각각 유사할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(300)는 광원부(310)가 서로 다른 입사각 및 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수 개의 광소자(311)를 포함할 수 있다. 가스 측정에 사용하는 광의 파장대역이 넓은 경우, 파장별로 굴절률이 다르므로, 도 3에 도시된 바와 같이 광원부(310)는 서로 다른 파장대역의 광들이 서로 다른 각도로 입사부(320)에 조사되도록 복수의 광소자(311)가 배열로 결합된 형태일 수 있다. 일례로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 광소자(311)에서 조사되는 각각의 광은 입사부(320)를 통과하면서 각기 다르게 굴절되어 동일한 광 경로를 따라 제3반사부를 향해 진행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(400)는, 광원부(410), 입사부(420), 챔버부(450) 및 제1반사부(460)를 포함할 수 있고, 도 4에 도시되지는 않았으나 도 1a 내지 도 2c를 참조하여 상술한 바와 같이 수광부, 제2반사부, 제3반사부 및 제어부 등을 구비할 수 있다. 상기 입사부(420), 챔버부(450) 및 제1반사부(460)는 도 1a를 참조하여 상술한 입사부(120), 챔버부(150) 및 제1반사부(160)과 각각 유사할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(400)는, 사용하는 광의 파장에 따라 입사부(420)에 광을 조사하는 각도를 변경할 수 있도록 입사조절부(413)를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 입사조절부(413)는 도 4에 도시된 바와 같이 광원부(410)가 이동할 수 있는 레일 형태로 구현될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 상기 입사조절부(413)는 광원부(410)로부터 입사부(420)로 조사되는 광의 입사각을 조절할 수 있는 다양한 형태로 변경될 수 있다.
제어부는 가스 농도 측정 장치(400)의 내부로 조사되는 광의 파장에 따라, 가스 농도 측정 장치(400)의 내부로 조사되는 광의 입사각을 서로 다르게 조절할 수 있다. 일례로서, 제어부는 측정하고자 하는 가스의 성질에 따라 측정에 적합한 광의 파장 대역을 선택하고, 해당하는 파장 대역의 굴절률에 따라 입사부(420)에서의 굴절각이 90도가 되도록 입사각을 결정할 수 있다. 제어부는 결정한 입사각에 따라 입사조절부(413)를 제어하여 광원부(410)를 회전시키거나 이동시켜 광의 입사각을 조절할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(500)는, 광원부(510), 입사부(520), 챔버부(550) 및 제1반사부(560)를 포함할 수 있고, 도 5a에 도시되지는 않았으나 도 1a 내지 도 2c를 참조하여 상술한 바와 같이 수광부, 제2반사부, 제3반사부 및 제어부 등을 구비할 수 있다. 상기 광원부(510), 챔버부(550) 및 제1반사부(560)는 도 1a를 참조하여 상술한 광원부(110), 챔버부(150) 및 제1반사부(160)와 각각 유사할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(500)의 입사부(520)는 광원부(510)로부터 조사된 광의 파장별 분산을 최소화하는 광분산 보정부(522)를 더 포함할 수 있다. 즉, 입사부(520)는 무채색 프리즘과 같이 광의 분산을 최소화하는 광분산 보정부(522)를 더 포함하여 서로 다른 파장의 광이 동일한 굴절각으로 초점(F)을 향해 방사되도록 설계할 수 있다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 광원부(510)에서 조사되는 광에 다양한 파장이 혼재되어 있거나 광원부(510)에서 조사되는 광이 다양한 파장으로 변경되는 경우에도, 광원부(510)에서 조사된 광은 광분산 보정부(522) 및 입사부(520)를 통과하면서 파장에 따라 각기 다르게 굴절되어 동일한 광 경로를 따라 제3반사부를 향해 진행할 수 있다. 광분산 보정부(522)는, 도 5a에 도시된 바와 같이 입사부(520)에 인접하여 배치될 수 있으며 광이 입사되는 광분산 보정부(522)의 하단면은 상단면과 평행하지 않고 비스듬한 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 입사부(520)는 제3반사부로부터 반사된 광이 계속해서 입사부(520)를 통과하도록 입사부(520)의 높이가 앞서 설명한 실시예들에 비해 길게 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 입사부(520)의 상단면을 제3반사부 방향으로 연장하면 제3반사부의 초점(F)에 이를 수 있고, 입사부(520)의 우측면은 제1반사부(560)의 초점(F)을 중심으로 하는 호(Arc)일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(500)는 상기 입사부(520) 및 광분산 보정부(522)의 형태가 도 5b에 도시된 바와 같이 변경될 수도 있다. 즉, 입사부(520)의 상단면과 하단면도 서로 평행하지 않고 비스듬한 방향으로 형성될 수 있으며, 광분산 보정부(522)의 단면 형태는 상단면과 하단면이 서로 예각을 이루는 형태로서 사다리꼴과 유사한 형태로 형성될 수 있다. 도 5a에 도시된 가스 농도 측정 장치(500)는 입사부(520)의 하단면을 통해 굴절된 광이 제3반사부를 향해 진행하는 반면에, 도 5b에 도시된 가스 농도 측정 장치(500)는 입사부(520)의 하단면 및 상단면에서 굴절된 광이 제3반사부를 향해 진행할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 6a을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(600)는 광원부(610), 입사부(620), 수광부(630), 챔버부(650), 가스유입구(651), 가스배출구(652), 광출수구(653), 제1반사부(660) 및 제3반사부(680)를 포함할 수 있다. 상기 광원부(610), 입사부(620), 수광부(630) 및 제3반사부(680)는 도 1a를 참조하여 상술한 광원부(110), 입사부(120), 수광부(130), 가스유입구(151), 가스배출구(152), 광출수구(153) 및 제3반사부(180)와 각각 유사할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 6a에 도시된 가스 농도 측정 장치(600)는 상술한 실시예들과 다르게 챔버부(650)의 단면 형태가 원형일 수 있다. 이에 따라 챔버부(650)의 내측에 부착되어 형성되는 제1반사부(660)는 하나의 원경의 일부분으로 형성될 수 있다.
즉, 도 6a에 도시된 가스 농도 측정 장치(600)는 상술한 실시예들에서의 서로 초점(F)이 일치하는 제1반사부와 제2반사부가 하나의 원경으로 형성된 실시예일 수 있다.
도 6a를 참조하면, 입사부(620)를 통해 챔버부(650) 내부로 조사된 광은 초점(F)에 위치한 제3반사부(680)에 의해 반사되어 제1반사부(660)로 향할 수 있다. 이후 제3반사부(680)는 제어부에 의해 일정 각도 회전될 수 있다. 제1반사부(660)에 의해 반사된 광은 다시 초점(F)에 위치한 제3반사부(680)에 의해 반사되어 제1반사부(660)에 수직으로 입사할 수 있다.
제1반사경(660) 및 제3반사경(680)에 의한 광의 반사가 반복되는 동안 제3반사경(180)이 회전하게 되므로, 도 6b를 거쳐서 도 6c와 같이 제1반사부(660)에 의해 반사된 광이 제3반사부(680) 및 초점(F)을 향할 수 있다. 제어부는 제3반사부(680)를 회전시켜 제1반사부(660)로부터 초점(F)을 향하는 광의 반사각을 조절함으로써, 초점(F)에 위치한 제3반사부(680)에 의해 반사된 광이 광출수구(653)를 향하도록 조절할 수 있다. 이에 따라, 수광부(630)는 상기 광원부(610)에서 조사되어 상기 챔버부(650)를 통과한 광이 입사되는 광량을 측정할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에는 설명의 편의를 위해 챔버부(650) 내부로 입사된 광이 제1반사부(660)에 2번 반사된 후 광출수구(653)를 통해 수광부(630)로 출수되는 것으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로서, 챔버부(650) 내부로 입사된 광이 제1반사부(660)에 반사되는 횟수는 제어부에 의해 조절되는 제3반사부(680)의 회전속도 및 회전각도 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치를 나타내는 사시도이다. 도 7을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 농도 측정 장치(700)는 광원부(710), 입사부(720), 수광부(730), 제1반사부(760), 제2반사부(770), 제3반사부(780) 및 베이스부(790)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 가스 농도 측정 장치(700)는, 도 1에 도시된 가스 농도 측정 장치(100)와 비교하여 챔버부(150)가 생략된 형태로서, 베이스부(790) 상단에 광원부(710), 입사부(720), 수광부(730), 제1반사부(760), 제2반사부(770) 및 제3반사부(780)가 결합된 형태일 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 농도 측정 장치(700)는, 별도의 가스유입구 및 가스배출구가 필요하지 않고 개방된 공간에 존재하는 공기 상태나 공기 중의 가스 농도 등을 측정할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 베이스부(790)는 소정 크기의 평판 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 입사부(720), 제1반사부(760), 제2반사부(770) 및 제3반사부(780)는 일정한 높이로 형성될 수 있으며, 제어부(미도시)는 입사부(720), 수광부(730), 제3반사부(780)의 구동부 등을 제어할 수 있다.
광원부(710)로부터 입사된 광이 입사부(720)를 통해 제3반사부(780)로 진행하고, 제3반사부(780)에서 반사된 광이 제2반사부(770)와 제1반사부(760)를 통해 반사되며, 제3반사부(780)의 회전에 따라 광이 수광부(730)로 출수되는 내용은 도 1a 등을 참조하여 상술한 바와 유사하므로 여기에서는 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 구동부, 입사조절부, 가스유입구, 가스배출구 등을 제어하는 하나의 프로세서 혹은 프로그램의 형태로 존재할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 제어부는 구동부, 입사조절부(413), 가스유입구(151), 가스배출구(152) 별로 각각의 프로세서 혹은 프로그램의 형태로 존재할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가스 농도 측정 장치는 상술한 바와 같은 다양한 실시예들에 기재된 광원부, 입사부, 수광부, 챔버부, 제1반사부, 제2반사부 및 제3반사부 등이 다양하게 조합될 수 있다. 또한, 상술한 도면들에 표시된 광 경로들은 모두 예시적인 것으로서 실제 구현 시에는 다양하게 변경될 수 있다.
이상, 본 발명의 여러 실시예를 통해 본 발명의 특징을 상세하게 설명하였으나 본 발명에 의해 주어지는 권리의 범위가 상기 실시예들에 한정되어서는 아니되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허청구범위에 의해 주어지는 본 발명의 내에서 다양한 변형과 개량을 수행할 수 있을 것이며, 본 발명의 권리범위는 그러한 다양한 변형과 개량에도 미치는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 가스 농도 측정 장치에 있어서,
    상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 광을 조사하는 광원부;
    상기 광원부로부터 조사된 광을 굴절시키는 입사부;
    입사되는 광을 반사하는 제1반사부 및 제2반사부;
    회전이 가능한 제3반사부; 및
    입사되는 광의 광량을 측정하는 수광부를 포함하고,
    상기 입사부로부터 입사되는 광은 상기 제3반사부를 통해 상기 제1반사부와 상기 제2반사부 사이에서 반사되고, 상기 제3반사부가 회전함에 따라 광경로가 변경되어 상기 수광부로 입사되는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1반사부로부터 반사된 광과 상기 제2반사부로부터 반사된 광은 동일한 지점을 통과하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1반사부, 제2반사부 및 제3반사부 각각은,
    타원경, 원경, 포물경 및 평면경 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1반사부의 초점 및 상기 제2반사부의 초점은 상기 제3반사부의 반사면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1반사부는 평면경이고,
    상기 가스 농도 측정 장치는,
    상기 제1반사부와 상기 제2반사부 사이에 배치되는 집광용 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 집광용 렌즈의 초점은 상기 제3반사부의 반사면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스 농도 측정 장치는,
    상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 조사되는 광의 파장에 따라, 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 조사되는 광의 입사각을 서로 다르게 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광원부는,
    서로 다른 입사각 및 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수 개의 광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 입사부는,
    상기 광원부로부터 조사된 광의 파장별 분산을 최소화하는 광분산 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1반사부와 상기 제2반사부는,
    하나의 원경으로 형성되고, 상기 제1반사부와 상기 제2반사부의 초점은 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 가스 농도 측정 장치는,
    상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 광이 조사되는 시점부터 상기 가스 농도 측정 장치의 내부로 조사된 광이 수광부로 출수되는 시점까지 일정한 구동 범위에서 상기 제3반사부를 회전시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 농도 측정 장치.
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