• 센서학회지
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• 제10권5호
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• pp.279-285
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• 2001

본 논문에서는 동맥혈중 이산화탄소 분압을 실시간으로 추정하는 capnograph 시스템에 상용되는 대부분 NDIR 흡수식(non-dispersive infrared absorption) 광챔버와 신호처리회로를 설계 및 구현하였다. 광챔버 설계시 일반 정상인의 capnogram을 주파수 분석하여 적합한 광쵸핑 주파수를 결정한 뒤, 이에 근거하여 시간응답을 고려한 광챔버를 설계하였으며, 열잡음에 대한 영향을 줄이기 위해 2광원 1센서 방식의 $CO_2$ 농도 신호처리회로를 구현하였다. 구현된 광챔버에 대한 가스배출시간을 조사하였으며 신호처리회로를 외부 온도 변화 실험에 적용한 결과 2광원 1센서 방식이 안정된 출력 신호를 얻을 수 있음을 확인하였고, 실제 사람의 호흡에 대한 실험결과 정상적인 capnogram 형태의 $CO_2$ 농도 변화 곡선을 보였다.

• 센서학회지
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• 제30권5호
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• pp.331-336
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• 2021

The Non-dispersive Infrared (NDIR) gas sensor has high selectivity, measurement reliability, and long lifespan. Thus, even though the NDIR gas sensor is expensive, it is still widely used for carbon dioxide (CO₂) detection. In this study, to reduce the cost of the NDIR CO₂ gas sensor, we proposed the new optical waveguide structure design based on ready-made gas pipes that can improve the sensitivity by increasing the initial light intensity. The new optical waveguide design is a structure in which a part of the optical waveguide filter is inclined to increase the transmittance of the filter, and a parabolic mirror is installed at the rear end of the filter to focus the infrared rays passing through the filter to the detector. In order to examine the output characteristics of the new optical waveguide structure design, optical simulation was performed for two types of IR-source. As a result, the new optical waveguide structure can improve the sensitivity of the NDIR CO₂ gas sensor by making the infrared rays perpendicular to the filter, increasing the filter transmittance.

• International Journal of Automotive Technology
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• 제7권4호
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• pp.385-390
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• 2006

A fast response $CO_2$ analyzer has been developed to study transient characteristics on an SI engine. The analyzer has the delay time of 4.5 ms and time constant of 2.8 ms, which is fast enough to measure $CO_2$ concentration on a transient condition. Wide range of A/F(Air/Fuel) ratio can be estimated using the analyzer with an additional switch type oxygen sensor. The results of measurement of $CO_2$ concentration and A/F ratio on a transient condition including rapid acceleration/deceleration and EGR(Ehxaust Gas Recirculation) on/off are presented and compared with a commercial exhaust gas analyzer and UEGO(Universial Exhaust Gas Oxyzen) sensor.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2002년도 ITC-CSCC -1
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• pp.497-499
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• 2002

This paper proposes the effective compensation method fur the IR lamp deterioration in NDIR capnograph system. The newly designed optical chamber with two IR lamps and an electronic hardware for controlling lamp intensity have been implemented. After applying the proposed optical chamber and reference lamp control circuit to the NDIR type capnograph system, it is identified that the proposed method can compensate the lamp deterioration effectively.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제18권7호
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• pp.628-634
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• 2005

We have simulated and proposed novel optical cavity, which has two elliptical mirrors, for NDIR gas sensor module and have tested it from 0 ppm to 2,000 ppm $CO_2$ concentration. The proposed sensor module shows the maximum peak voltage at 500 ms pulse modulation time, however, it shows a maximum voltage changes at 200 ms pulse duration with 18,000 times amplification gain. From 0 ppm to 2,000 ppm, the voltage difference of sensor module $({\Delta}V)$ shows 360 mV at 200 ms pulse duration and 3 sec turn-off time. The response time of designed sensor module is about 30 seconds.

• 자동차안전학회지
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• 제7권2호
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• pp.39-43
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• 2015

NDIR (Non-dispersive infrared Rays) alcohol sensor has been prototyped and its temperature characteristics were measured. In order to design novel optical alcohol sensor, elliptical structures with one common foci were modeled and analyzed their optical properties. After analyzing elliptic optical structures, a prototype alcohol sensor module was tested according to the temperature variations from $-20^{\circ}C$ to $35^{\circ}C$. The offset voltages of alcohol sensor decreased from 1.1056 V at the temperature $-20^{\circ}C$ to 0.7339 V at $35^{\circ}C$. However, the highest sensitivity of alcohol sensor showed about $303{\mu}V/ppm$ at room temperature.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1641-1642
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• 2006

본 연구에서는 NDIR(non dispersive infrared absorption) 가스센서의 소형화와 저가화를 목표로 2개의 오목 거울을 이용한 새로운 광 공동(optical cavity) 구조를 제안하고, 구조에 따른 광 출력 특성을 시뮬레이션하였다. Optical cavity는 광 경로증가 및 광 집속 구조로 설계하고, 각각의 출력단에서 검출되는 광 출력을 시뮬레이션한 결과 광 집속 구조의 팡 출력이 더 효율적임을 확인하였다. 집광구조에서의 광 출력을 최대로 하기 위해 광의 초점을 찾아보았다. 집광 구조를 사용하지 않는 단순 평행 광이 조사되는 경우, 적외선 센서부에 입사되는 광 출력은 최대 0.024W이다. 그러나 집광구조에서는 optical cavity의 광축에서 센서의 위치를 $15\sim20mm$까지 변화시켜 시뮬레이션한 결과 거리 18.83mm 일 때 조사되는 광 출력이 약 0.153W로 약 7배 증가됨을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.81-82
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• 2005

본 논문에서는 두 개의 오목 반사경으로 형성된 광 공동 구조의 비문산 적외선 (NDIR) 가스센서를 제작하였다. 증폭비는 18,000 배, 램프 off 시간은 3초로 일정하게 하고 펄스 modulation 시간을 200ms에서 600ms까지 변화시켰을 때. 300ms에서 가장 효율적인 출력신호를 확보할 수 있었다. 그리고 $5^{\circ}C$에서 $45^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C$ 간격으로 온도를 변화시키면서 이산화탄소의 농도를 0ppm에서 2000ppm까지 증가시켰다. 이때, 약 400mV의 전압변화가 있었다. 온도가 상승함에 따라 0ppm에서의 출력전압은 감소하는 양상을 나타내었다. 또한 온도변화 대비 출력특성과의 상관성 해석을 통하여 온도 보상 방법을 고안하였으며, 본 연구에서 제작한 센서모듈의 응답시간은 약 30초였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권8호
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• pp.1606-1612
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• 2015

본 논문에서는 스마트폰에 장착 가능하고 휴대가 가능한 고효율 NDIR $CO_2$ 센서 모듈을 개발하였다. 저전력 회로 설계를 위하여 텅스텐램프 대신에 적외선 LED를 사용하였으며, 센서 모듈에 최적화된 광도파로를 설계 및 제작하였다. 스마트폰과 인터페이스가 가능한 회로를 통하여 스마트폰의 전원으로 센서 모듈이 구동되도록 설계하였다. $CO_2$ 농도, 온도 및 습도 등 측정된 센서의 데이터는 스마트폰 앱을 통하여 화면에 표시하였다. 측정 결과, 개발된 센서 모듈은 온도$-10^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$ 구간에서 0 ~ 3,000ppm 범위의 $CO_2$ 농도를 측정할 수 있었으며 측정 오차는 ${\pm}60ppm$이내였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권3호
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• pp.398-405
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• 2003

A fast response analyzer for measuring carbon dioxide concentration has been developed for transient characteristic and researches tested on internal combustion engine. The analyzer uses the well known NDIR(Non-Dispersive Infrared) method with miniaturized detection system, giving a time constant of approximately 30 microsecond, and sampling module consists of capillary tube. Since the transit time and the time constant of the sampling system depend on the sampling conditions, it is necessary to investigate the characteristics of sampling system before applied to exhaust gas measurement in engine. A unique method was designed to study the influence of the diameter of transfer sample line and operating conditions of the FRNDIR on transit time and time constant. A database of transit time and time constant was built up for different measured and simulated pressure conditions. The database can be used for correcting eventual $CO_2$ concentration measurement.