MWIR이란? 3–5μm NDIR 가스 센서 LED 완벽 가이드
MWIR은 SWIR(단파장 적외선)과 LWIR(장파장 적외선) 사이. 분자 수준 흡수가 가장 강한 대역입니다.
MWIR이란?
MWIR (Mid-Wave Infrared, 중파장 적외선)은 전자기 스펙트럼에서 3μm(3,000nm) – 5μm(5,000nm) 사이 파장을 가리킵니다. SWIR(1–3μm 대)와 LWIR(8–14μm) 사이에 위치하죠.
MWIR이 "센싱의 금광"이라 불리는 이유는 이 영역에 대기 중 주요 기체 분자의 고유 흡수 피크가 몰려 있기 때문입니다. CO₂는 4,300nm, CO는 4,600nm, 메탄은 3,300nm, 수분은 2,900nm. 각 분자마다 고유 지문 같은 흡수 패턴을 가져, MWIR 광원과 검출기만 있으면 그 분자의 존재 여부와 농도까지 정량 측정할 수 있습니다.
열화상 카메라(군사·소방용)도 3–5μm 대역을 쓰지만, 그건 물체 자체의 열복사를 감지하는 수동 방식. NDIR 가스 센서는 이와 반대로 능동 광원(LED)을 쏴서 가스가 얼마나 흡수했는지 측정합니다. 이 "능동 광원" 시장에서 DOWA는 실험실 단계를 넘어 양산 가능한 MWIR LED를 공급하는 몇 안 되는 회사입니다.
NDIR 가스 센서는 어떻게 동작하나
광원이 MWIR 빛 방출
MWIR LED가 측정 챔버 속으로 특정 파장의 빛을 쏩니다. CO₂ 검출이라면 4.3μm, 메탄이라면 3.3μm.
가스 분자가 흡수
챔버 속 타겟 가스 분자가 자신의 흡수 파장에 해당하는 빛을 일부 흡수합니다. 농도가 높을수록 더 많이 흡수.
검출기가 잔량 측정
챔버 반대편 광검출기(포토디텍터)가 남은 빛 세기를 측정. 원래 보낸 빛과 비교.
Beer-Lambert 법칙
빛이 줄어든 비율 → 농도 계산 (I/I₀ = exp(-εcl)). ppm 단위까지 정밀 측정 가능.
주요 가스별 흡수 파장
어떤 가스를 검출할지에 따라 MWIR LED 파장 선택이 달라집니다.
| 타겟 가스 | 주 흡수 파장 | 응용 |
|---|---|---|
| CO (일산화탄소) | 4,600 nm (peak) · 2,300 nm (부) | 화재 경보, 보일러 배출 가스, 주차장·차량 내부 모니터링 |
| CO₂ (이산화탄소) | 4,300 nm (peak) · 2,400 nm (부) | HVAC 공조 제어, 실내 공기질, 온실 재배, 호흡 측정 |
| CH₄ (메탄) | 3,300 nm · 1,650 nm | 천연가스 누출 감지, LNG 모니터링, 축산 배출 가스 |
| 수분 · 습도 | 2,900 nm · 1,460 nm | 건조 공정, 곡물 수분, 제약 공정, 반도체 클린룸 |
| 탄화수소 (HC) | 3,400 nm | VOC 모니터링, 산업 누출 감지, 자동차 배출가스 |
| 에탄올 · 알코올 | 3,000 nm · 1,050 nm | 음주 측정기, 제약 공정, 발효 모니터링 |
기존 열광원 vs MWIR LED
대부분의 기존 NDIR 센서는 MEMS 히터나 백열 필라멘트를 광원으로 씁니다. MWIR LED는 이 광원을 대체하며 5가지 장점을 제공합니다.
| 항목 | 기존 MEMS/필라멘트 광원 | DOWA MWIR LED |
|---|---|---|
| 응답 속도 | 0.5–2초 (예열 필요) | 수 μs (즉시 변조 가능) |
| 소비 전력 | 100–500 mW (상시 가열) | 수 mW ~ 수십 mW (펄스 구동) |
| 파장 선택성 | 광대역 (필터로 좁혀야) | 특정 파장 (FWHM 수십 nm) |
| 수명 | 수천 ~ 1만 시간 | 수만 시간+ (반도체 특성) |
| 크기 | 대형 (히터 + 방열) | 소형 (500×500μm 칩) |
| 변조 주파수 | 수 Hz (열관성 제약) | kHz–MHz (정밀 lock-in 가능) |
DOWA MWIR LED 라인업
500×500 μm 칩 · 0.3V @300mA · R&D 단계 · 샘플 제공 가능
| 모델 | 중심 파장 | 출력 | 주 타겟 |
|---|---|---|---|
| 3.1 μm LED | 3,100 nm | 0.2 mW @300mA | 지질 인접 · HC 참조 채널 |
| 3.7 μm LED | 3,700 nm | 0.4 mW @300mA | 광대역 스캐닝 |
| 3.9 μm LED | 3,900 nm | 0.3 mW @300mA | 탄화수소 검출 |
| 4.1 μm LED | 4,100 nm | 0.4 mW @300mA | CO₂ 기준 채널 |
| 4.3 μm LED | 4,300 nm | 0.1 mW @300mA | CO₂ 검출 (핵심 피크) |
MWIR 자주 묻는 질문
Q.MWIR LED와 QCL(양자 캐스케이드 레이저)는 뭐가 다른가요?+
Q.CO₂ 센서 만들려면 어떤 파장을 골라야 하나요?+
Q.MWIR LED 출력이 왜 이렇게 낮나요 (0.1–0.4mW)?+
Q.기존 CO₂ 센서(Senseair 같은)와 궁합이 어때요?+
Q.호흡 측정용 CO₂ 센서에 쓸 수 있나요?+
MWIR NDIR 가스 센서, 샘플부터 시작
타겟 가스, 농도 범위, 센서 구조를 알려주시면 적합한 MWIR LED 파장과 R&D 샘플을 제안드립니다.