Abstract
The current study was conducted to develop a portable composite gas detector allowing the detection of both $CO_2$ and $CH_4$ gases by means of the Non Dispersive Infra-Red (NDIR) method. The gas detector is configured to radiate infrared waves using infrared lamps, where the wavelength of the infrared light is reduced due to absorption throughout the chamber, and this reduction (absorption) is detected by the absorption detector, before being converted and amplified to a 3.5V~6V electrical signal, providing as accurate a measurement as possible. The conventional singe sensor method measures the relative measurement by absorbing only specified wavelengths of infrared radiation, which in the case of gas detection leads to problems with accuracy due to the lack of a reference sensor when detecting light with a wavelength of only $4.26{\mu}m$. The dual sensor employed in this study provides a comparative measurement between the reference value derived from the wavelength of $3.91{\mu}m$, which is not influenced by other gas sources, and the measurement value derived from the wavelength of $4.26{\mu}m$, in order to reduce the errors and enhance the reliability, thereby allowing low power consumption for portable devices and multi-gas detection for both $CO_2$ and $CH_4$ gases. The portable composite gas detector developed herein provides a measurement rage of 0ppm~5,000ppm for $CO_2$ gas, and 0.5%vol for $CH_4$, which allows the determination of whether the $CO_2$ and $CH_4$ contents in indoor air are less than 1,000ppm or not. The current study established that the composite gas detector can be interlinked with firefighting appliances through portable devices or home automation, and is anticipated to be very effective in fire prevention.
본 논문은 NDIR(Non Dispersive Infra Red) 방식을 적용하여 $CO_2$ 및 $CH_4$의 두 가지 가스를 하나의 휴대용 장치에서 측정이 가능하도록 제작된 복합 가스 측정 장치에 대한 연구이다. 측정 장치의 구성은 적외선램프에서 적외선이 방출되면 방출된 파장이 광학창을 거치면서 흡수로 인하여 빛이 줄어들게 되고 이 감소량(흡수도)을 검출기에서 검출하고 이를 전기적 신호로 변환 증폭하여(3.5V~6V) 정확한 측정이 가능함을 보여준다. 기존의 Single Sensor 방식은 적외선에서 특수파장을 흡수하여 상대 측정량을 검출하는 방식으로 가스의 경우 $4.26{\mu}m$파장의 빛만을 검출하여 측정하는 방식으로 센서의 값을 보정할 수 있는 기준센서가 없어 오차가 발생하는 문제가 발생하였다. 본 연구에 적용된 Dual Sensor 방식은 다른 가스의 영향을 받지 않는 $3.91{\mu}m$의 기준치와 가스의 $4.26{\mu}m$의 두 파장을 검출하여 비교측정 함으로써 오차가 적어 신뢰도가 높은 방식으로, 휴대형으로 소형화하여 저 전력화가 가능하며, $CO_2$ 및 $CH_4$의 2가지 가스농도를 복합적으로 측정 할 수 있다는 특징이 있다. 측정 범위는 $CO_2$의 경우 0ppm~5,000ppm이고 $CH_4$의 경우는 0~5%의 부피 농도로 실내 공기량 1,000ppm을 측정 할 수 있도록 제작되어 휴대용이나 주택의 Home automation과 연동하여 소화연동이 가능함으로 화재예방에 매우 효과적일 것으로 확인하였다.